JP3189699B2 - 車両用サスペンション装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ばね上部材とばね
下部材との間に介装されたサスペンション機構のサスペ
ンション特性を制御する車両用サスペンション装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えば特開平５−３８９１６
号公報に示されているように、サスペンション機構内に
サスペンション特性を変更するためのステップモータを
内蔵させておき、ばね上部材及びばね下部材の振動に応
じてステップモータの回転を制御して、車体の振動を抑
制するとともに車両の乗り心地を良好に保つようにした
車両用サスペンション装置はよく知られている。この場
合、所定時間の経過毎、及び／又は減衰力の変更回数が
所定回数以上なされたとき、ステップモータの脱調補正
をするようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置にあっては、ステップモータが脱調していなくても、
脱調補正がなされるために、脱調補正時にサスペンショ
ン特性を変更するための部材のストッパ当たりによる異
音が発生したり、不要なサスペンション特性の変化をも
たらす。また、脱調補正がなされた後におけるサスペン
ション特性の変更においても、同特性の変更に不必要な
遅れが生じる。

【０００４】

【発明の概要】本発明は、上記問題を解決するためにな
されもので、その目的は、サスペンション機構内のステ
ップモータの脱調を正確に判定して、同脱調が判定され
たときのみステップモータの脱調補正をするようにした
車両用サスペンション装置を提供することにある。

【０００５】前記目的を達成するために、本発明の構成
上の特徴は、ばね上部材とばね下部材との間に介装され
るとともにステップモータを内蔵してなり、同ステップ
モータの回転位置に応じてサスペンション特性を変更可
能なサスペンション機構と、ばね上部材及びばね下部材
の変位に関係した２つの物理量のうちの一方の物理量を
実測するセンサと、前記実測された一方の物理量とサス
ペンション機構にて設定されているサスペンション特性
を表す値とを用いて前記２つの物理量を推定するオブザ
ーバと、前記実測又は推定された一方の物理量と前記推
定された他方の物理量とに応じてステップモータの回転
位置を制御するモータ制御手段と、前記実測された一方
の物理量と前記推定された一方の物理量との偏差が所定
値以上のときステップモータの脱調を検出する脱調検出
手段と、前記脱調の検出に応答してステップモータを制
御し、同ステップモータを脱調状態から正常状態に復帰
させる脱調補正手段とを設けたことにある。

【０００６】上記のように構成した本発明においては、
オブザーバは、ばね上部材及びばね下部材の変位に関係
した２つの物理量のうちでセンサにより実測された一方
の物理量とサスペンション機構にて設定されているサス
ペンション特性を表す値とに基づいて前記２つの物理量
を推定する。そして、モータ制御手段が、前記実測又は
推定された一方の物理量と前記推定された他方の物理量
とに応じてステップモータの回転位置を制御するので、
ステップモータが脱調していなければ、前記２つの物理
量も精度良く推定され、サスペンション機構のサスペン
ション特性が良好に制御される。一方、オブザーバは、
ステップモータの回転位置に応じて設定されるサスペン
ション機構のサスペンション特性を表す値を考慮して前
記一方の物理量を推定するので、前記推定された一方の
物理量にはステップモータの脱調が反映される。そし
て、脱調検出手段が、前記実測された一方の物理量と前
記推定された一方の物理量との偏差が所定値以上のとき
ステップモータの脱調を検出するので、ステップモータ
の脱調が精度良く検出され、これにより、ステップモー
タの脱調時には同脱調が的確に補正される。

【０００７】その結果、本発明によれば、ステップモー
タが脱調していなければサスペンション機構のサスペン
ション特性が良好に制御され、またステップモータが脱
調した場合には、同脱調が精度良く検出されるとともに
同脱調に的確な処理がなされる。したがって、ステップ
モータの脱調補正に関係した不要な異音の発生、不要な
サスペンション特性の変化、脱調補正後における不要な
サスペンション特性の変更の遅れなどがなくなる。

【０００８】

【発明の実施の形態】

ａ．実施形態の概略的な説明 本発明の具体的な実施形態について説明する前に、同実
施形態におけるサスペンション特性の制御について概略
的に説明しおく。このサスペンション特性の制御におい
ては、スカイフック理論に従って減衰係数を設定する方
法が採用されている。また、減衰係数はサスペンション
機構に内蔵されたステップモータの回転位置により決定
され、かつステップモータに脱調が発生した場合には同
脱調が補正されるようになっている。

【０００９】まず、スカイフック理論について説明して
おくと、図１(Ａ)に示すように、空中に固定したスカイ
フックダンパ１１を仮想して仮想の減衰力を同ダンパ１
１にて発生させることを想定する。これによれば、図２
に示すように、図１(Ｂ)に示す現実のダンパ１２をソフ
ト状態に固定した場合に１〜２Ｈｚのばね上共振周波数
（車体１３の共振周波数）付近にて車体１３の上下加速
度が大きくなったり、また同ダンパ２１をハード状態に
固定した場合に４〜８Ｈｚのゴツゴツ感領域（乗員が非
常に不快に感じる振動周波数領域）付近にて車体１３の
上下加速度が大きくなったりすることもなく、車体１３
の全振動周波数領域にわたって車体１３の上下加速度が
小さく保たれて車両の乗り心地が良好になる。

【００１０】このようなスカイフック理論にしたがって
ダンパ１２による減衰力を制御する場合、現実のダンパ
１２は、図１(Ｂ)に示すように、バネ１５と並列に車体
１３と車輪１４との間に接続されているので、現実のダ
ンパ１２の減衰係数をＣとしかつスカイフックダンパ１
１の減衰係数をＣshとしたとき、下記数１が成立するよ
うに減衰係数Ｃを決定しなければならない。

【００１１】

【数１】Ｃ＝−Ｃsh・ｚ_b’／(ｚ_w’−ｚ_b’) ただし、前記数１中及び後述する値ｚ_b，ｚ_b’，ｚ_b”
は、それぞれ上方向を正としたときの車体１３の基準位
置に対する上下変位量、上下速度（絶対速度）及び上下
加速度を表す。また、値ｚ_w，ｚ_w’，ｚ_w”は、それぞ
れ上方向を正としたときの車輪１４の基準位置に対する
上下変位量、上下速度（絶対速度）及び上下加速度を表
す。

【００１２】図３は、ダンパ１２に内蔵したステップモ
ータ１２ａを制御して、サスペンション特性としての減
衰係数を変更するための制御装置の全体をブロック図に
より示している。この制御装置は、加速度センサ２１、
オブザーバ２２、減衰係数制御回路２３、脱調検出回路
２４及び脱調補正回路２５を備えている。加速度センサ
２１は、車体１３の上下加速度ｚ_b”を実測する。オブ
ザーバ２２は、加速度センサ２１から実測値としての上
下加速度ｚ_b”を入力するとともに、減衰係数制御回路
２３から減衰係数を表す開口位置Ｐをそれぞれ入力し
て、車体１４の上下加速度ｚ_bob”及び車輪１４の車体
１３に対する相対速度y1_ob（＝ｚ_w’−ｚ_b’）を推定す
る。なお、開口位置Ｐは、ダンパ１２の減衰係数を規定
するオリフィスの開度に対応している。

【００１３】減衰係数制御回路２３は、加速度センサ２
１からの実上下加速度ｚ_b”を積分器２６にて積分した
実絶対速度ｚ_b’を入力するとともに前記推定相対速度y
1_obを入力して、両値ｚ_b’，y1_obを用いてスカイフック
理論に従った開口位置Ｐを計算し、駆動回路２７を介し
てステップモータ１２ａの回転位置を制御する。脱調検
出回路２４は、加速度センサ２１からの実上下加速度ｚ
_b”とオブザーバ２２からの推定上下加速度ｚ_bob”を入
力して、両値ｚ_b”，ｚ_bob”の偏差が大きいことを条件
にステップモータ１２ａの脱調を検出する。脱調補正回
路２５は、前記脱調検出に応答して駆動回路２７を介し
てステップモータ１２ａを制御し、同モータ１２ａを脱
調状態から正常状態に復帰させる。

【００１４】次に、オブザーバ２２の構成を具体的に説
明しておく。オブザーバ２２は、カルマンフィルタのよ
うな現代制御理論に基づいて設計されたもので、同オブ
ザーバ２２の設計には対象の数理モデルが必要とされ
る。図４(Ａ)は、ばね下（車輪１４）の動特性を考慮し
ない単輪の１自由度モデルを示している。なお、図４
(Ａ)においては、Ｋはバネ１５のばね定数、ｆd(ｚ_w'−
ｚ_b',Ｐ)は相対速度ｚ_w'−ｚ_b'と開口位置Ｐで決まるダ
ンパ１２の減衰力を表す。車体１３の質量をＭとする
と、車体１３の運動方程式は下記数２のようになる。

【００１５】

【数２】 Ｍ・ｚ_b”＝Ｋ・(ｚ_w−ｚ_b)＋ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ） 相対速度ｚ_ｗ’−ｚ_b’と制御入力としての開口位置Ｐ
が双線形であり、かつ開口位置Ｐが固定されていても、
前記数２の減衰力ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)は図５のように
非線形特性をもつように設計されているので、この減衰
力ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)を線形カルマンフィルタ（線形
オブザーバ）に直接適用できない。そのため、本実施形
態では減衰力ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)を下記数３のように
線形成分Ｃo・(ｚ_w’−ｚ_b’)と非線形成分ｆnl(ｚ_w’−
ｚ_b’,Ｐ)とに分け、非線形成分による影響を小さくす
る工夫をした（図４(Ｂ)及び図５）。ただし、Ｃoは適
当に定めた減衰係数である。

【００１６】

【数３】ｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)＝Ｃo・(ｚ_w’−ｚ_b’)＋
ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ) ここで、状態変数x1，x2をそれぞれｚ_w’−ｚ_b’，ｚ_w
−ｚ_bに定め、前記数２，３から状態方程式を導出する
と、下記数４のようになる。

【００１７】

【数４】 Ｘ’＝ＡＸ＋Ｇｗ＋Ｂｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ) ただし、前記数４中のＸ’はＸの微分値を表しており、
Ｘ，Ａ，Ｇ，Ｂは下記数５〜８で表されるとともに、ｗ
はシステム外乱として定義されるものであって車輪１４
の上下加速度ｚ_w”に等しい。

【００１８】

【数５】

【００１９】

【数６】

【００２０】

【数７】

【００２１】

【数８】

【００２２】一方、推定しようとする相対速度ｚ_w’−
ｚ_b’をy1とするとともに、加速度センサ２１により検
出された車体１３の上下加速度ｚ_b”をｙ2とすると、下
記数９の出力方程式が成立する。

【００２３】

【数９】

【００２４】前記数９中、Ｃ，Ｕ，Ｄ，Ｆは下記数１０
〜１３で表され、ｖは加速度センサ２１の観測ノイズを
表している。

【００２５】

【数１０】

【００２６】

【数１１】

【００２７】

【数１２】Ｄ＝０

【００２８】

【数１３】Ｆ＝１／Ｍ ここで、非線形成分ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)をオブザー
バの入力変数ｕとみなすとともに、前記数４の状態方程
式及び前記数９の出力方程式で表されたプラントの状態
空間表現に対してカルマンフィルタ理論を用いて相対速
度y1（＝ｚ_w’−ｚ_b’）を推定するためのオブザーバを
構成すると、同オブザーバは下記数１４〜１６により表
される。なお、ｕ_ob，ｚ_wob’，ｚ_bob’は、それぞれ入
力変数ｕ、車輪１４の上下速度ｚ_w’及び車体１３の上
下速度ｚ_b’の各推定値である。

【００２９】

【数１４】ｕ_ob＝ｆnl(ｚ_wob’−ｚ_bob’,Ｐ)

【００３０】

【数１５】Ｘ_ob’＝ＡＸ_ob＋Ｂｕ_ob＋Ｈ{ｚ_b”−(ＵＸ
_ob＋Ｄｕ_ob)}

【００３１】

【数１６】y1＝ＣＸ_ｏｂ 前記数１５中のＨは定常カルマンゲインであり、前記数
４中のシステム外乱ｗ（＝ｚ_ｗ”）の共分散に関する重
みＱ、前記数９の観測ノイズｖの共分散に関する重みＲ
に対し、下記数１７で表されるリカッチ（Riccati）方
程式の正定解Ｐから下記数１８で表される値として求め
られる。

【００３２】

【数１７】ＡＰ＋ＰＡ^T−ＰＵ^TＲ^-1ＵＰ＋Ｑ＝０

【００３３】

【数１８】Ｈ＝ＰＵ^TＲ^-1 ただし、前記数１７，１８中のＴは転置行列を意味す
る。

【００３４】次に、定常カルマンゲインＨ(ｈ₁，ｈ₂)に
ついて説明する。前記数４，１５の両状態方程式の比較
により、このオブザーバ２２（カルマンフィルタ）は、
制御対象のモデルに基づいた状態予測（前記数１５の第
１項及び第２項）と、加速度センサ２１による観測出力
とモデルによる推定出力との偏差を用いた修正動作（前
記数１５の第３項）とを組み合わせたフィードバック型
の推定手段であることが理解できる。このオブザーバの
推定精度については、状態変数の真値Ｘと推定値Ｘ_obと
の差をＥ＝Ｘ−Ｘ_obとおけば、下記数１９の誤差方程式
により議論できる。なお、Ｅ’，Ｘ’，Ｘ_ob’は、それ
ぞれＥ，Ｘ，Ｘ_obの各微分値である。

【００３５】

【数１９】 Ｅ’＝Ｘ’−Ｘ_ob’ ＝(Ａ−ＨＵ)(Ｘ−Ｘ_ob)＋(Ｂ−ＨＦ)(ｕ−ｕ_ob)＋(Ｇｗ−Ｈｖ) ＝(Ａ−ＨＵ)Ｅ＋(Ｂ−ＨＦ)(ｕ−ｕ_ob)＋(Ｇｗ−Ｈｖ) スペクトラム既知のランダム外乱(ｗ，ｖ)に対して、通
常のオブザーバ（カルマンフィルタ）であれば、誤差Ｅ
＝Ｘ−Ｘ_obは不偏最小分散値を取ることが保証されてい
るが、本推定器の場合、外乱項にｕ−ｕ_obが含まれてい
るので、ｕ−ｕ_obが大きくなるにしたがって推定精度が
悪化することがわかる。ｕ−ｕ_obはダンパの減衰力の非
線形成分の推定誤差を意味するので、前記数３で定義さ
れるｆd(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)中のｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)
をできる限り小さくするように同数３中の線形成分の減
衰係数Ｃoを決定することが重要である。

【００３６】しかし、本実施形態に係るダンパ１２は制
御面から可変幅が広く設計されており、全ての開口位置
Ｐの特性を単一の減衰係数Ｃoで近似しようとしても、
非線形成分が大きくなりがちである。そこで、同実施形
態では２通りの開口位置（ハード及びソフト）に対し
て、それぞれ線形近似した最適な減衰係数Ｃoh，Ｃosを
設定し、その際に最も推定誤差が小さくなるように２通
りのカルマンゲインＨh(ｈ_h1，ｈ_h2)，Ｈs(ｈ_s1，ｈ_s2)
を決定する。そして、中間位置に関しては前記減衰係数
Ｃoh，Ｃos間を線形補間して決定するようにした。ダン
パ１２の開口位置Ｐを１〜１６に設定すると（ソフトを
「１」とし、ハードを「１６」とする）、カルマンゲイ
ンＨは下記数２０のようになる。

【００３７】

【数２０】

【００３８】このようにして構成されたオブザーバのブ
ロック図を図７に示してある。ただし、２２ａは非線形
関数発生器であり、同発生器２２ａは推定入力変数ｕ_ob
を出力するもので、同変数ｕ_obはダンパ１２の減衰力の
非線形成分ｆnl(ｚ_wob’−ｚ_bob’,Ｐ)に対応してい
る。

【００３９】ｂ．具体的な実施形態 次に、本発明に係る車両用サスペンション装置の具体的
な実施形態について説明すると、図８はこの装置をブロ
ック図により示している。前述した駆動回路２７によっ
て制御されるダンパ１２に内蔵のステップモータ１２ａ
は、オリフィス１２ｂの開度を制御するようになってい
る。加速度センサ２１はマイクロコンピュータ３０に接
続されており、同コンピュータ３０には、車速センサ３
１及びエンジン回転数センサ３２も接続されている。車
速センサ３１は車速Ｖを検出し、エンジン回転数センサ
３２はエンジンの回転数ＮＥを検出する。マイクロコン
ピュータ３０は内蔵のタイマにより所定の短時間毎に図
９，１０の減衰係数制御プログラム及び図１１の脱調補
正制御プログラムを実行して、オリフィス１２ｂの開度
に対応した開口位置Ｐを表す制御信号を駆動回路２７に
出力するとともに、ステップモータ１２ａの脱調を補正
するための制御信号を駆動回路２７に出力する。また、
マイクロコンピュータ３０にはマップ（テーブル）も内
蔵されており、同マップは、図１２に示すように、ダン
パ１２の減衰力特性を表していて、各開口位置Ｐ(＝１
〜１５)毎に相対速度y1（＝ｚ_w’−ｚ_b’）に対応した
減衰力Ｆの値を記憶している。

【００４０】次に、この具体的な実施形態の動作を説明
する。車両のイグニッションスイッチ（図示しない）が
投入されると、マイクロコンピュータ３０は、図示しな
いプログラム処理により、開口位置Ｐを「１」に設定し
た上で駆動回路２７を介してステップモータ１２ａを制
御してダンパ１２のオリフィス１２ｂの開度を最大（ダ
ンパ１２のソフトに対応）に設定するとともに、推定相
対速度y1_ob、状態変数ｘ_ob1，ｘ_ob2及び中間パラメータ
ｘ_1obt，ｘ_2obtを予め定めた初期値に設定した後、図
９，１０及び図１１のプログラムを所定の短時間（例え
ば１０ｍｓ）毎に繰り返し実行する。

【００４１】なお、これらの開口位置Ｐ、推定相対速度
y1_ob、状態変数ｘ_ob1，ｘ_ob2及び中間パラメータ
ｘ_1obt，ｘ_2obtと、後述するプログラムにて使用される
各種値は、上記説明で利用した値にそれぞれ対応する
が、具体的な計算においてはオブザーバを離散系で構成
する必要があるために上述の状態方程式及び出力方程式
を双一次変換により離散系に変換した場合における値を
示している。

【００４２】減衰係数制御プログラムはステップ１００
にて開始され、マイクロコンピュータ３０はステップ１
０２にて加速度センサ２１から車体１３の実上下加速度
ｚ_b”を入力する。次に、ステップ１０４にて、マップ
（図１２）を参照して推定相対速度y1_ob及び開口位置Ｐ
に対応した減衰力ｆd(y1_ob,Ｐ)を決定する。この場合、
初回の処理においては前記初期設定された推定相対速度
y1_ob及び開口位置Ｐが利用されるが、次回以降の処理に
おいては前回のステップ１２４，１３２，１３４の処理
により導出された値が利用される。また、減衰力ｆd(y1
_ob,Ｐ)の決定にあたっては、マップから読み出した値を
用いた線形補間演算により減衰力ｆd(y1_ob,Ｐ)を導出す
るようにするとよい。

【００４３】次に、ステップ１０６にて、上記数３に対
応した下記数２１の演算の実行により推定入力変数ｕ_ob
(＝ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ))を計算する。この場合も、
Ｃoは上述のように適当に定めたダンパ１２の減衰係数
であり（図６）、推定相対速度y1_obは前記ステップ１０
４にて利用された値が利用される。

【００４４】

【数２１】ｕ_ob＝ｆd(y1_ob,Ｐ)−Ｃo・y1_ob,Ｐ 次に、ステップ１０８にて、上記数１１，１３により規
定される係数ｕ₁，ｕ₂、Ｆ、及び前記ステップ１０６に
て計算した推定入力変数ｕ_obを用いて、下記数２２の演
算により車体１３の推定上下加速度ｚ_bob”を計算す
る。なお、下記数２２中の中間パラメータｘ_1obt，ｘ
_2obtに関しても、初回の処理においては前記初期設定さ
れた値が利用されるが、次回以降の処理においては前回
のステップ１２０の処理により導出された値が利用され
る。

【００４５】

【数２２】ｚ_bob”＝ｕ₁・ｘ_1obt＋ｕ₂・ｘ_2obt＋Ｆ・ｕ_ob 次に、ステップ１１０にて、ステップ１０２の処理によ
り入力した実上下加速度ｚ_b”とステップ１０８の処理
により計算した推定上下加速度ｚ_bob”との差ｚ _b”−ｚ
_bob”の絶対値｜ｚ_b”−ｚ_bob”｜を偏差ｅとして計算
する。そして、ステップ１１２〜１１６の処理により、
前記偏差ｅが所定値ｅ₀以上であれば、ステップモータ
１２ａが脱調しているとの判定のもとに脱調フラグＦＬ
Ｇを”１”に設定する。また、前記偏差ｅが所定値ｅ₀
未満であれば、ステップモータ１２ａが正常であるとの
判定のもとに”脱調フラグＦＬＧを”０”に設定する。
なお、初期においては、この脱調フラグＦＬＧは”０”
に設定されている。

【００４６】次に、ステップ１１８にて、上記数２０に
対応した下記数２３，２４の演算の実行により、ゲイン
ｈ₁，ｈ₂が計算される。この場合も、開口位置Ｐは前記
ステップ１０４にて利用された値が利用される。

【００４７】

【数２３】ｈ₁＝ｈs₁＋(ｈ_h1−ｈ_s1)・(Ｐ−１)／１５

【００４８】

【数２４】ｈ₂＝ｈs₂＋(ｈ_h2−ｈ_s2)・(Ｐ−１)／１５ 次に、ステップ１２０にて、前記ステップ１０２にて入
力した実上下加速度ｚ_b”、前記ステップ１０８の処理
により計算した推定上下加速度ｚ_bob”、及び前記ステ
ップ１１８の処理により計算したゲインｈ₁，ｈ₂を用い
た下記数２５，２６の演算により中間パラメータ
ｘ_1obt，ｘ_1obtを計算する。なお、この場合も、状態変
数ｘ_1ob，ｘ_2obに関しては、初回の処理においては前記
初期設定された値が利用されるが、次回以降の処理にお
いては前回のステップ１２２の処理により導出された値
が利用される。

【００４９】

【数２５】ｘ_1obt＝ｘ_1ob＋ｈ₁・(ｚ_b”−ｚ_bob”)

【００５０】

【数２６】ｘ_2obt＝ｘ_2ob＋ｈ₂・(ｚ_b”−ｚ_bob”） 次に、ステップ１２２にて、前記ステップ１２０，１０
６の処理により計算した中間パラメータｘ_１ｏｂｔ，ｘ
_2obt及び推定入力変数ｕ_obと、前記数６，８により規定
される係数ａ₁₁，ａ₁₂，ａ₂₁，ａ₂₂，ｂ₁，ｂ₂を用いた
下記数２７，２８の演算により状態変数ｘ_1ob，ｘ_2obを
計算する。

【００５１】

【数２７】ｘ_1ob＝ａ₁₁・ｘ_1obt＋ａ₁₂・ｘ_2obt＋ｂ₁・ｕ
_ob

【００５２】

【数２８】 ｘ_2ob＝ａ₂₁・ｘ_1obt＋ａ₂₂・ｘ_2obt＋ｂ₂・ｕ_ob 次に、ステップ１２４にて、前記ステップ１２０，１０
６の処理により計算した中間パラメータｘ_1obt，ｘ_2obt
及び推定入力変数ｕ_obと、前記数１０，１２により規定
される係数ｃ₁，ｃ₂，Ｄを用いた下記数２９の演算によ
り推定相対速度y1_obを計算する。これにより、車輪１４
の車体１３に対する相対速度ｚ_w’−ｚ_b’が推定された
ことになる。

【００５３】

【数２９】y1_ob＝ｃ₁・ｘ_1obt＋ｃ₂・ｘ_2obt＋Ｄ・ｕ_ob 次に、このようにして推定した推定相対速度y1_ob及び検
出した実上下加速度ｚ_b”に基づいて、ダンパ１２の減
衰力をスカイフック理論にしたがって制御することにつ
いて説明する。まず、図１０のステップ１２６にて、下
記数３０のように前記入力した実上下加速度ｚ_b”を時
間積分して車体１３の実上下速度ｚ_b’を計算し、ステ
ップ１２８にて、下記数３１の演算の実行によりスカイ
フック減衰係数Ｃshを用いてダンパ１２のスカイフック
減衰力ｆsを計算する。

【００５４】

【数３０】ｚ_b’＝∫ｚ_b”ｄｔ

【００５５】

【数３１】ｆs＝Ｃsh・ｚ_b’ そして、ステップ１３０にて推定相対速度y1_obと実上下
速度ｚ_b’が異符号であるか否か、すなわち車体１３の
振動状態が加振領域にあるか制振領域にあるかを判定す
る。いま、車体１３の振動状態が制振領域にあって推定
相対速度y1_obと上下速度ｚ_b’が異符号であれば、同ス
テップ１３０にて「ＹＥＳ」と判定して、ステップ１３
２にてマップ（図１２）を参照することにより、前記計
算したスカイフック減衰力ｆs及び推定相対速度y1_obに
対応した開口位置Ｐを決定する。この決定にあたって
は、図１２上においてスカイフック減衰力ｆsと推定相
対速度y1_obとで決まる点が最も近いカーブが検索され、
同検索されたカーブに対応した開口位置Ｐが選定され
る。一方、車体１３の振動状態が加振領域にあって推定
相対速度y1_obと実上下速度ｚ_b’が同符号であれば、ス
テップ１３０にて「ＮＯ」と判定し、ステップ１３４に
て開口位置Ｐをダンパ１２の最もソフト状態を表す
「１」に設定する。

【００５６】前記ステップ１３２，１３４の処理後、ス
テップ１３６にて開口位置Ｐに対応したステップモータ
１２ａの回転位置Ｎnewを決定し、ステップ１３８にて
前記新たに決定した回転位置Ｎnewから前回の回転位置
Ｎoldを減算するとともに同減算値Ｎnew−Ｎoldを表す
制御信号を駆動回路２７に出力する。駆動回路２７はス
テップモータ１２ａの回転を前記制御信号に基づいて制
御し、ダンパ１２のオリフィス１２ｂの開度を前記ステ
ップ１３２，１３４にて決定した開口位置Ｐに制御す
る。その結果、ダンパ１２の減衰係数はスカイフック理
論に基づいて制御され、車体１３の振動が良好に抑制さ
れるとともに車両の乗り心地が良好となる。

【００５７】前記ステップ１３８の処理後、マイクロコ
ンピュータ３０はステップ１４０にて前回の回転位置Ｎ
oldを今回の回転位置Ｎnewに更新して、ステップ１４２
にてこの減衰係数制御プログラムの実行を終了する。こ
の終了後、所定の短時間が経過すれば、マイクロコンピ
ュータ３０は前記ステップ１００〜１４２からなる減衰
係数制御プログラムをふたたび実行して、ダンパ１２の
減衰係数を前述のように制御する。

【００５８】このような減衰係数制御プログラムの短時
間毎の繰り返し実行中、マイクロコンピュータ３０は図
１１の脱調補正制御プログラムも短時間毎に繰り返し実
行する。この脱調補正制御プログラムの実行はステップ
１５０にて開始され、マイクロコンピュータ３０はステ
ップ１５２にて脱調フラグＦＬＧが”１”であるか否か
を判定する。前記ステップ１１０〜１１６の処理により
ステップモータ１２ａの脱調が検出されていなくて脱調
フラグＦＬＧが”０”であれば、ステップ１５２にて
「ＮＯ」と判定してプログラムをステップ１７２に進
め、同ステップ１７２にてこの脱調補正制御プログラム
の実行を終了する。したがって、この場合には、ステッ
プモータ１２ａの脱調補正は行われない。

【００５９】一方、ステップモータ１２ａが脱調してい
て前記ステップ１１０〜１１６の処理により脱調フラグ
ＦＬＧが”１”に設定されていれば、マイクロコンピュ
ータ３０はステップ１５２にて「ＹＥＳ」と判定してプ
ログラムをステップ１５４以降に進める。ステップ１５
４，１５６の処理はステップモータ１２ａの脱調補正を
するか否かを決定する条件であり、車速センサ３１によ
り検出された車速Ｖが「０」でなかったり、エンジン回
転数センサ３２により検出されたエンジン回転数ＮＥが
所定値ＮＥo以上でなければ、ステップ１５４，１５６
における「ＮＯ」との判定のもとにステップ１７２にて
この脱調補正制御プログラムの実行を終了する。したが
って、この場合も、ステップモータ１２ａの脱調補正は
行われない。

【００６０】車速Ｖが「０」であり、かつエンジン回転
数ＮＥが所定値ＮＥo以上であれば、マイクロコンピュ
ータ３０はステップ１５４，１５６にて共に「ＹＥＳ」
と判定して、ステップ１５８〜１７０にてステップモー
タ１２ａの脱調補正を行う。この脱調補正においては、
マイクロコンピュータ３０は、ステップ１５８にて駆動
回路２７を介してステップモータ１２ａをオリフィス１
２ｂの最小開度（Ｐ＝１６）に対応する位置まで回転さ
せる。次に、ステップ１６０にてステップモータ１２ａ
をオリフィス１２ｂの最大開度（Ｐ＝１）に対応する位
置まで回転させ、ステップ１６２にてステップモータ１
２ａをオリフィス１２ｂの最小開度（Ｐ＝１６）に対応
する位置まで回転させる。なお、これらの回転位置はス
テップモータ１２ａの最大及び最小回転位置に対応する
もので、これらの位置にてオリフィス１２ｂの図示しな
い弁部材がストッパに当接して同モータ１２ａの回転を
規制するようになっている。

【００６１】このようなステップ１５８〜１６２の処理
によりステップモータ１２ａのスムーズな回転を確保し
た後で、ステップ１６４にてステップモータ１２ａをオ
リフィス１２ｂの所定開口位置Ｐ1に対応した位置まで
回転させる。なお、この所定開口位置Ｐ1は車両の停止
状態にて設定されるオリフィス１２ｂの標準的な開口位
置に対応したものであり、ステップモータ１２ａの回転
角はステップ１６２の処理により設定されたオリフィス
１２ｂの開口位置Ｐ（＝１６）と前記所定開口位置Ｐ1
との差から予め決められた値である。次に、図９，１０
の減衰係数制御プログラムの実行のために、ステップ１
６６にて開口位置Ｐを所定開口位置Ｐ1に更新し、ステ
ップ１６８にて前回のステップモータ１２ａの回転位置
Ｎoldを所定開口位置Ｐ1に対応した値に更新し、ステッ
プ１７０にて脱調フラグＦＬＧを”０”に設定して、ス
テップ１７２にてこの脱調補正制御プログラムの実行を
終了する。

【００６２】上記説明からも理解できるとおり、上記実
施形態によれば、加速度センサ２１により検出した車体
１３の実上下加速度ｚ_b”に基づいて車体１３の実上下
速度ｚ_w’を導出するとともに、同実上下加速度ｚ_b”に
基づいてオブザーバにより車輪１４の車体１３に対する
相対速度ｚ_w’−ｚ_b’を推定相対速度y1_obとして推定す
る。そして、前記両値ｚ_w’，y1_obを用いてステップモ
ータ１２ａの回転を制御することによりダンパ１２の減
衰係数をスカイフック理論にしたがって制御するように
したので、車輪１４の車体１３に対する相対速度ｚ_w’
−ｚ_b’を検出するセンサを省略することができ、スカ
イフック理論にしたがって減衰係数を制御するサスペン
ション装置を簡単かつ低コストで製造できる。また、こ
のオブザーバにおいては、ダンパ１２の減衰力特性にお
ける非線形性、特にオリフィス１２ｂの開度（開口位置
Ｐ）に応じた非線形性を考慮するとともに、オリフィス
１２ｂの開度（開口位置Ｐ）に応じてゲインＨ（ｈ₁，
ｈ₂）を変更するようにしたので、ダンパ１２の減衰力
特性が精度よく考慮されて、推定相対速度y1_obの精度が
良好となる。

【００６３】また、オブザーバにおいては車体１３の推
定上下加速度ｚ_bob”をも推定し、この推定上下加速度
ｚ_bob”と実上下加速度ｚ_b”との偏差ｅによりステップ
モータ１２ａの脱調が判定される。この場合、オブザー
バはダンパ１２の減衰係数に対応したオリフィス１２ｂ
の開口位置Ｐを考慮して推定上下加速度ｚ_bob”を計算
するものである。したがって、ステップモータ１２ａの
脱調は推定上下加速度ｚ_bob”の値に反映されることに
なるので、前記ステップモータ１２ａの脱調の検出が簡
単かつ精度よく行われる。そして、この脱調の検出に応
答して、ステップモータ１２ａの脱調が補正されるので
脱調補正が的確になされ、ステップモータ１２ａの脱調
に伴う不要な異音の発生、不要なサスペンション特性の
変化、脱調補正後における不要なサスペンション特性の
変更の遅れなどがなくなる。

【００６４】なお、上記実施形態においては、図９のス
テップ１１０にて実上下加速度ｚ_b”と推定上下加速度
ｚ_bob”との差の絶対値｜ｚ_b”−ｚ_bob”｜を計算して
同絶対値を偏差ｅとするようにしたが、実上下加速度ｚ
_b”と推定上下加速度ｚ_bob”の２乗平均誤差を計算して
同誤差を偏差ｅとするようにしてもよい。この場合、図
９のステップ１１０の処理を、図１３に示すようなステ
ップ１１０ａ〜１１０ｃの処理に置き換えるようにすれ
ばよい。すなわち、ステップ１１０ａにて前回までのｎ
−１個の偏差ｅ₁〜ｅ_n-1をｅ₂〜ｅ_nに順次更新してお
き、ステップ１１０ｂにて実上下加速度ｚ_b”と推定上
下加速度ｚ_bob”の差ｚ_b”−ｚ_bob”を今回の偏差ｅ_nと
し、ステップ１１０ｃにて下記数３２により規定される
２乗平均誤差を偏差ｅとする。ただし、「ｎ」は予め決
めた正の整数である。

【００６５】

【数３２】

【００６６】また、上記実施形態においては、ステップ
１２６〜１４０の処理により実上下加速度ｚ_b”と推定
相対速度y1_obを用いて開口位置Ｐを決定するとともにス
テップモータ１２ａの回転させてダンパ１２の減衰係数
を制御するようにした。しかし、ステップモータ１２ａ
が脱調していなければ、ステップ１０８にて計算される
推定上下加速度ｚ_bob”は実上下加速度ｚ_b”に等しいの
で、前記実上下加速度ｚ_b”に代えて推定上下加速度ｚ
_bob”を用い、開口位置Ｐを決定するとともにステップ
モータ１２ａを回転させてダンパ１２の減衰係数を制御
するようにしてもよい。

【００６７】また、上記実施形態においては、車体１３
の上下加速度ｚ_b”を実際に検出して車輪１４の車体１
３に対する相対速度ｚ_w’−ｚ_b’を推定するようにした
が、逆に相対速度ｚ_w’−ｚ_b’を実際に検出して上下加
速度ｚ_b”をカルマンフィルタ理論に基づくオブザーバ
により推定するようにしてもよい。この場合、開口位置
Ｐ及び検出した相対速度ｚ_w’−ｚ_b’に基づいてダンパ
１２の減衰力ｆdの非線形部ｆnl(ｚ_w’−ｚ_b’,Ｐ)を導
出して推定入力変数ｕ_obとするとともに、上下加速度ｚ
_b”を推定するオブザーバを構成して、同オブザーバに
より推定した車体１３の上下加速度ｚ_b”をダンパ１２
のオリフィス開度の制御に利用するようにすればよい。
そして、ステップモータ１２ａの脱調検出にあたって
は、オブザーバにて相対速度ｚ_w’−ｚ_b’をも推定する
ようにして、前記検出及び推定した両相対速度ｚ_w’−
ｚ_b’の偏差を計算するとともに、同偏差が所定値以上
のときにステップモータ１２ａの脱調を検出するように
するとよい。特に、車高調整のための車輪１４の車体１
３に対する変位量を検出するストロークセンサを既に搭
載した車両においては、前記ストロークセンサによる検
出値を単に微分すれば相対速度ｚ_w’−ｚ_b’を算出でき
るので、同車両に前記変形例を適用すると有利である。

【００６８】さらに、車体１３の絶対的な上下加速度ｚ
_b”に代えて絶対的な上下変位量ｚ_b、上下速度ｚ_bなど
の車体１３の変位に関係した物理量を検出したり、車輪
１４の車体１３に対する相対速度ｚ_w’−ｚ_b’に代えて
相対変位量ｚ_w−ｚ_b、相対上下加速度ｚ_w”−ｚ_b”など
の車輪１４の車体１３に対する相対的な変位に関係した
物理量を検出したりして、この検出値から必要な物理量
を微分、積分を用いて計算したり、オブザーバにより推
定したりするようにしてもよい。また、前記相対変位量
ｚ_w−ｚ_b、相対速度ｚ_w’−ｚ_b’及び相対上下加速度ｚ
_w”−ｚ_b”に代えて、車輪１４の絶対空間に対する上下
方向の変位量ｚ_w、速度ｚ_w’及び上下加速度ｚ_w”をセ
ンサにより実測し又はオブザーバにより推定して、前記
相対変位量ｚ_w−ｚ_b、相対速度ｚ_w’−ｚ_b’及び相対上
下加速度ｚ_w”−ｚ_b”を演算により計算するようにして
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 (Ａ)はスカイフックダンパを用いた仮想の車
両用サスペンション装置の単輪モデルの概略図であり、
(Ｂ)は実際の車両用サスペンション装置の単輪モデルの
概略図である。

【図２】 スカイフック制御を行った場合とスカイフッ
ク制御を行わなかった場合の振動周波数に対する車体の
上下加速度特性を示すグラフである。

【図３】 サスペンション機構の減衰係数を変更するた
めの制御装置の全体ブロック図である。

【図４】 (Ａ)はばね下の動特性を考慮しない単輪の１
自由度モデル図であり、(Ｂ)は同モデルのダンパを線形
成分と非線形成分に分けて示した１自由度モデル図であ
る。

【図５】 ダンパの減衰力特性を一般的に示すグラフで
ある。

【図６】 ダンパの減衰力特性をソフト、ミディアム、
ハード毎に示すグラフである。

【図７】 図３のオブザーバの一例を示す詳細ブロック
図である。

【図８】 本発明の一実施形態に係る車両用サスペンシ
ョン装置の全体を示す概略ブロック図である。

【図９】 図８のマイクロコンピュータにて実行される
減衰係数制御プログラムのフローチャートの前半部分で
ある。

【図１０】 同減衰係数制御プログラムのフローチャー
トの後半部分である。

【図１１】 図８のマイクロコンピュータにて実行され
る脱調補正制御プログラムのフローチャートである。

【図１２】 同マイクロコンピュータに内蔵のマップに
おけるダンパの減衰力特性を示すグラフである。

【図１３】 前記実施形態の変形例に係るプログラムの
一部を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１２…ダンパ、１２ａ…ステップモータ、１２ｂ…オリ
フィス、１３…車体、１４…車輪、１５…バネ、２１…
加速度センサ、２２…オブザーバ、２２ａ…非線形関数
発生器、２３…減衰係数制御回路、２４…脱調検出回
路、２５…脱調補正回路、２６…積分器、２７…駆動回
路、３０…マイクロコンピュータ、３１…車速センサ、
３２…エンジン回転数センサ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ばね上部材とばね下部材との間に介装され
   るとともにステップモータを内蔵してなり、同ステップ
   モータの回転位置に応じてサスペンション特性を変更可
   能なサスペンション機構と、 ばね上部材及びばね下部材の変位に関係した２つの物理
   量のうちの一方の物理量を実測するセンサと、 前記実測された一方の物理量と前記サスペンション機構
   にて設定されているサスペンション特性を表す値とを用
   いて前記２つの物理量を推定するオブザーバと、 前記実測又は推定された一方の物理量と前記推定された
   他方の物理量とに応じて前記ステップモータの回転位置
   を制御するモータ制御手段と、 前記実測された一方の物理量と前記推定された一方の物
   理量との偏差が所定値以上のとき前記ステップモータの
   脱調を検出する脱調検出手段と、 前記脱調の検出に応答して前記ステップモータを制御
   し、同ステップモータを脱調状態から正常状態に復帰さ
   せる脱調補正手段とを設けたことを特徴とする車両用サ
   スペンション装置。