JP3977968B2

JP3977968B2 - 懸架制御装置

Info

Publication number: JP3977968B2
Application number: JP30660799A
Authority: JP
Inventors: 利和林; 通後藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-10-28
Filing date: 1999-10-28
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2019-10-28
Also published as: JP2001121939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の脚（転輪）に対しそれぞれ油圧ダンパ（懸架シリンダ）を介して車体が支持（懸架）される貨客車両の懸架制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、上記のような懸架制御装置において、乗り心地と操縦安定性を高いレベルで両立させるシステムとして油圧式アクティブサスペンション等が実用化されているが、油圧ポンプなど消費エネルギの大きいパワー源を必要とするという問題点があった。
【０００３】
これに対し、車両の振動状態に合わせて油圧ダンパの減衰力をリアルタイムで制御するセミアクティブサスペンションは、操縦安定性の面ではアクティブサスペンションに劣るものの、乗り心地は近いものが得られると言われており、油圧ポンプなどのパワー源を不要とし消費エネルギの面でも優れることから注目を集めている。
【０００４】
このセミアクティブサスペンションは、例えば図７に示すような油圧回路で構成される。
【０００５】
これによれば、転輪１にベルクランク２を介して連結した油圧ダンパ（懸架シリンダ）３とアキュムレータ４とを結ぶ油圧回路途中に比例電磁弁５が介装され、この比例電磁弁５がコントローラ６により、下記の表１に示す制御方式で開度調整されて減衰力が調整されるようになっている。
【０００６】
【表１】

上記表１で、
vb-vw : 転輪−車体間上下相対速度センサ出力
vb : 車体上下速度センサ出力
Fd : 減衰力
min : 最小減衰力
C : 係数
【０００７】
尚、図中７は回路内の油圧過上昇を防止するリリーフ弁、８は比例電磁弁５の油圧駆動用の自動切換弁、９は比例電磁弁５の故障対策用のパッシブ制御（何も制御しない）要素で、逆止弁と固定オリフィスからなる。
【０００８】
前記制御方式を達成するための制御ロジックを、図８に示したセミアクティブ制御のブロック線図を用いて説明する。
【０００９】
先ず、車体上下速度センサ（図１の車体上下速度センサ１２参照）からの車体上下速度計測電圧は、演算部２０で車体上下速度計測電圧物理量変換係数Gdzbを乗じて速度に変換された後、演算部２１で、後述するスイッチ２２が懸架が停止している時に不必要にＯＮ−ＯＦＦ動作するのを回避するために、バイアス値Cv（一定値，例えば２cm/sec）が加算されて演算部２３と演算部２４とに分岐して入力される。
【００１０】
次に、前記演算部２３では絶対値が求められ、この絶対値に演算部２５でマイナスの目標減衰力係数Ksemi を乗じて目標減衰力が決定される（例えば、図９の比例電磁弁開度と車体上下絶対速度の関係を示すグラフからわかるように両者は逆の関係にあるので減少関数のかたちで与えられる。逆の場合は増加関数のかたちで与えられる。弁の特性を踏まえて対応する。）。この後、演算部２６で比例電磁弁電圧信号変換係数Ksp を乗じて電圧信号に変換された後、演算部２７に入力される。
【００１１】
次に、前記演算部２７では、前記演算部２６からの電圧信号と後述するスイッチ２２からの電圧信号にKbias （一定値）が加算され、ここでスイッチ２２からの電圧信号が無い（最小０V ）場合は、前記演算部２６からの電圧信号にKbias （一定値）が加算されものが比例電磁弁５のリミッタ２８にかけられて比例電磁弁電圧指令として比例電磁弁ドライバ２９に入力される。
【００１２】
一方、転輪−車体間上下相対速度センサ（図１の転輪−車体間上下相対速度・変位センサ１１参照）からの転輪−車体間上下相対速度計測電圧は、演算部３０で転輪−車体間上下相対速度計測電圧物理量変換係数Gdw を乗じて速度に変換された後、演算部３１で、後述するスイッチ２２が懸架が停止している時に不必要にＯＮ−ＯＦＦ動作するのを回避するために、バイアス値Cv（一定値，例えば２cm/sec）が加算されて演算部２４に入力される。
【００１３】
前記演算部２４では、演算部２１と演算部３１との速度信号が乗算され、この信号swが前記スイッチ２２に入力される。このスイッチ２２では、前記信号swがsw≧0 の時はin1 即ち、最小０V を出力し、sw<0の時はin2 即ち、最大Kbias （比例電磁弁全開信号）×５V を出力する。従って、前記演算部２７では、スイッチ２２からの電圧信号が最大Kbias ×５V の場合は、これに前記演算部２６からの電圧信号とKbias （一定値）が加算されものが前記リミッタ２８にかけられて比例電磁弁電圧指令として比例電磁弁ドライバ２９に入力される。
【００１４】
このようにして、減衰力最小(min) の時、比例電磁弁５を全開にして圧油を低圧側（アキュムレータ側）に戻す一方、減衰力が必要な場合は、車体上下速度に比例した減衰力を発生させるため、比例電磁弁５を車体上下速度に比例して絞るのである。
【００１５】
これにより、図１０のアクティブ制御の各車速における懸架制御性能（三角波時間応答）のグラフと図１１の従来型セミアクティブ制御の各車速における懸架制御性能のグラフからもわかるように、比較的車速の高い領域では、両者は略同じような乗り心地（制振効果）が得られる一方で、従来型セミアクティブ制御は油圧ポンプなどのパワー源を不要とするので、消費エネルギが小さくて済む。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述したような従来のセミアクティブサスペンションにおいては、アキュムレータ４が一つで、比例電磁弁５が全開となる減衰力最小（Fd=min）の時のガスバネが一定であるため、車速が小さい場合にはガスバネが固めとなり、制振作用が十分に発揮されないという問題点があった。また、セミアクティブ制御はパッシブ制御的な要素も含んでいることから、元来、車速が低い時には、その制振効果が小さいという問題点もあった（図１０と図１１のグラフ参照）。
【００１７】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、セミアクティブサスペンションのガスバネを可変にして十分な制振作用が発揮される懸架制御装置を提供すると共に、前記ガスバネを可変にしたセミアクティブ制御にアクティブ制御を組み合わせて消費エネルギの低減を図りつつ車速が低速から高速まで広い範囲で大きな制振効果が得られる懸架制御装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
斯かる目的を達成する本発明の懸架制御装置は、複数の転輪に対しそれぞれ油圧ダンパを介して車体が支持される車両の懸架制御装置において、前記油圧ダンパとアキュムレータとを結ぶ油圧回路に比例電磁弁を介装すると共に、該比例電磁弁と前記アキュムレータとの間の油圧回路から少なくとももう一つのアキュムレータに繋がる油圧回路を分岐して該油圧回路にガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁を介装し、且つ減衰力を最小にする必要がある時に前記比例電磁弁を全開にすると共にガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁を開き、減衰力が必要な場合は比例電磁弁を車体上下速度に比例して絞ると共にガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁を閉じるように制御するコントローラを設け、且つ前記油圧ダンパと比例電磁弁との間の油圧回路に油圧ポンプからの油圧回路を接続して該油圧回路にサーボ弁を介装し、前記コントローラは車体の振動や動揺を検出して乗り心地における最大限のフラット感を得るように前記サーボ弁を開閉制御し、その際に、アクティブ制御における各種信号に基づいて制御信号を作る演算部と該制御信号を電圧信号に変換する演算部との間にローパスフィルタを設けた懸架制御装置において、前記各種信号は、車体上下速度センサからの車体上下速度計測電圧と、車体上下速度から算出される車体上下変位計測電圧と、転輪−車体間上下相対速度・変位センサからの転輪上下速度計測電圧と、車体上下変位から転輪−車体間上下相対変位を減算して得られる転輪上下変位計測電圧と、油圧ダンパの圧力センサからのシリンダ圧力計測電圧であり、前記ローパスフィルタの設定周波数は、車両と懸架から構成されるシステムの共振周波数付近に設定されることを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る懸架制御装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
［第１実施例］
［構成］
図１は本発明の第１実施例を示す、懸架制御装置の概略構成図、図２は同じく油圧回路図、図３は同じくガスバネ可変セミアクティブ制御のブロック線図である。尚、図１乃至図３において、図７及び図８と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００２３】
図１に示すように、複数（図中では４個）の転輪１に対しそれぞれベルクランク２と油圧ダンパ（懸架シリンダ）３を介して車体１０が支持（懸架）される。そして、車体１０と転輪１間にはそれぞれ転輪−車体間上下相対速度・変位センサ１１が配設されると共に、当該転輪−車体間上下相対速度・変位センサ１１に近接した車体１０には車体上下速度センサ１２がそれぞれ取り付けられる。また、油圧ダンパ３には圧力センサ（シリンダ圧力センサ）１３がそれぞれ取り付けられる。これらのセンサ出力は、後述するコントローラ６Ａに入力される。
【００２４】
図２に示すように、比例電磁弁５とアキュムレータ４とを結ぶ油圧回路途中からもう一つのアキュムレータ１４に接続する油圧回路が分岐され、この油圧回路途中に油圧駆動のガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁（開閉弁）１５が介装される。このＯＮ−ＯＦＦ弁１５は、電磁切換弁１６を介してコントローラ６Ａにより開閉制御される。
【００２５】
前記コントローラ６Ａにより、下記の表２に示す制御方式で、比例電磁弁５が開度調整されると共にＯＮ−ＯＦＦ弁１５が開閉制御されて減衰力が調整されるようになっている。その他の構成は図７と同様である。
【００２６】
【表２】

上記表２で、
vb-vw : 転輪−車体間上下相対速度センサ出力
vb : 車体上下速度センサ出力
Fd : 減衰力
min : 最小減衰力
C : 係数
【００２７】
前記制御方式を達成するための制御ロジックを、図３に示したガスバネ可変セミアクティブ制御のブロック線図を用いて説明する。
【００２８】
これによれば、図８で説明したスイッチ２２からの電圧信号が演算部２７に入力されると共にＯＮ−ＯＦＦ弁１５のリミッタ３２にかけられ、ここでスイッチ２２からの電圧信号が無い（最小０V ）場合は、ＯＮ−ＯＦＦ弁指令としてＯＦＦ（閉）信号がＯＮ−ＯＦＦ弁ドライバ３３に入力され、スイッチ２２からの電圧信号が最大Kbias ×５V の場合は、ＯＮ（開）信号がＯＮ−ＯＦＦ弁ドライバ３３に入力されるようになっている。その他の構成は図８と同様である。
【００２９】
［作用・効果］
このようにして、本実施例では、減衰力最小(min) の時、比例電磁弁５を全開にして圧油を低圧側（アキュムレータ側）に戻すと共に、ＯＮ−ＯＦＦ弁１５を開きアキュムレータ１４を使用可能にして２個のアキュムレータ４，１４の作用下でガスバネを柔らかくする一方、減衰力が必要な場合は、ガスバネを固くするためＯＮ−ＯＦＦ弁１５を閉じてアキュムレータ１４を使用不能にすると共に、車体上下速度に比例した減衰力を発生させるため比例電磁弁５を車体上下速度に比例して絞るのである。
【００３０】
これにより、油圧ポンプなどのパワー源を不要とし消費エネルギの面でも優れるセミアクティブサスペンションの優位性を生かしつつそのガスバネを可変にして十分な制振作用が発揮される（図１２のガスバネ可変セミアクティブ制御の各車速における懸架制御性能（三角波時間応答）のグラフ参照）。
【００３１】
［第２実施例］
［構成］
図４は本発明の第２実施例を示す、懸架制御装置の油圧回路図、図５は同じくアクティブ制御のブロック線図である。尚、図４において、図２と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
【００３２】
この実施例は、先の実施例のガスバネ可変セミアクティブ制御にアクティブ制御を組み合わせて、所謂ハイブリット制御を行い得るようにしたものである。即ち、図４に示すように、油圧ダンパ３と比例電磁弁５とを結ぶ油圧回路途中に油圧ポンプからの油圧回路が接続され、この油圧回路途中にサーボ弁１７とその下流に（油圧ダンパ３側に）位置して油圧駆動のアクティブ用ＯＮ−ＯＦＦ弁（開閉弁）１８が介装される。このＯＮ−ＯＦＦ弁１８は電磁切換弁１９を介して、前記サーボ弁１７と同様にコントローラ６Ｂにより開閉制御される。
【００３３】
前記コントローラ６Ｂにより、前述した表２に示す制御方式で、比例電磁弁５が開度調整されると共にＯＮ−ＯＦＦ弁１５が開閉制御され、これと同時に、サーボ弁１７が図５に示す制御ロジックで開度調整される。ＯＮ−ＯＦＦ弁１８は▲１▼セミアクティブ制御のみ、▲２▼（セミアクティブ制御−アクティブ制御）を切り換えるためだけの弁である。▲２▼の制御は、常に開の状態で使用制御されて減衰力が調整されるようになっている。その他の構成は図２と同様である。
【００３４】
前記サーボ弁１７の制御ロジックを、図５に示したアクティブ制御のブロック線図を用いて説明する。
【００３５】
先ず、車体上下速度センサ１２（図１参照）からの車体上下速度計測電圧が、演算部３４で車体上下速度計測電圧物理量変換係数Gdzbを乗じて速度に変換された後、所定のゲインK1をかけられて演算部３９に入力される。
【００３６】
また、車体上下変位計測電圧が、演算部３５で車体上下変位計測電圧物理量変換係数Gzb を乗じて変位に変換された後、所定のゲインK2をかけられて演算部３９に入力される。尚、車体上下変位は車体上下速度を積分して算出される。
【００３７】
また、転輪−車体間上下相対速度・変位センサ１１（図１参照）からの転輪上下速度計測電圧が、演算部３６で転輪上下速度計測電圧物理量変換係数Gdw を乗じて速度に変換された後、所定のゲインK3をかけられて演算部３９に入力される。尚、転輪上下速度は車体上下速度から転輪−車体間上下相対速度を減算して得られる。
【００３８】
また、転輪上下変位計測電圧が、演算部３７で転輪上下変位計測電圧物理量変換係数Gwを乗じて変位に変換された後、所定のゲインK4をかけられて演算部３９に入力される。尚、転輪上下変位は車体上下変位から転輪−車体間上下相対変位を減算して得られる。
【００３９】
また、圧力センサ１３（図１参照）からのシリンダ圧力計測電圧が、演算部３８でシリンダ圧力計測電圧物理量変換係数Gpを乗じて圧力に変換された後、所定のゲインK5をかけられて演算部３９に入力される。
【００４０】
そして、前記演算部３９では、前記５つの信号を全て引き算して制御信号を作り、該制御信号が演算部４０でサーボ弁電圧信号変換係数Ksを乗じて電圧信号に変換された後、サーボ弁ドライバ４１に入力される。尚、ＯＮ−ＯＦＦ弁１８のＯＮ−ＯＦＦ弁ドライバ４２には適宜ＯＮ／ＯＦＦ信号が入力される。
【００４１】
［作用・効果］
このようにして、アクティブ制御下には、路面の凹凸や車両の走行状態に応じて発生する振動や動揺を、車体上下速度センサ１２，転輪−車体間上下相対速度・変位センサ１１及び圧力センサ１３で検出して、最大限のフラット感を得るように、懸架シリンダ（油圧ダンパ）３を連続的に作動させ、乗り心地と操縦安定性を高いレベルで両立させる（図１０のアクティブ制御の各車速における懸架制御性能（三角波時間応答）のグラフ参照）。
【００４２】
従って、前記各ゲインK1，K2，K3，K4，K5を小さくし（これで、油圧ポンプの消費エネルギを小さくできる）、常時ＯＮ−ＯＦＦ弁１８を開いてアクティブ制御とガスバネ可変セミアクティブ制御を併用すれば、即ちハイブリット制御を行なえば、車速の低い領域はアクティブ制御で持たせ車速の高い領域はガスバネ可変セミアクティブ制御に持たせることができ、消費エネルギの低減を図りつつ車速が低速から高速まで広い範囲で大きな制振効果が得られる。尚、上述したハイブリット制御を行う場合、ＯＮ−ＯＦＦ弁１８は特に設けなくても良い。
【００４３】
また、上記実施例で、前記各ゲインK1，K2，K3，K4，K5を高くし、車速の低い領域はＯＮ−ＯＦＦ弁１８を開いて（この場合は、比例電磁弁５を固定開度に制御して減衰力を一定にする必要がある）アクティブ制御を行い、車速の高い領域はＯＮ−ＯＦＦ弁１８を閉じてガスバネ可変セミアクティブ制御に切り換えることもできる。この場合も、消費エネルギを可及的に低減しつつ車速が低速から高速まで広い範囲で大きな制振効果が得られる。また、常時ＯＮ−ＯＦＦ弁１８を閉じてガスバネ可変セミアクティブ制御だけを行うことができることは言うまでもない。
【００４４】
［第３実施例］
［構成］
図６は本発明の第３実施例を示す、アクティブ制御のブロック線図である。
【００４５】
これは、第２実施例における図５のアクティブ制御のブロック線図において、演算部３９と演算部４０との間にローパスフィルタ４５を挿入し、設定周波数よりも低い周波数ではアクティブ制御を作用させ、設定周波数よりも高い周波数では信号を減衰させてアクティブ制御の制御動作を減衰させるようにした例である。
【００４６】
これによれば、設定した周波数よりも高い周波数では、ガスバネ可変セミアクティブ制御が効果を示し、アクティブ制御は減衰するので消費電力は少なくて済む。尚、ローパスフィルタ４５の設定周波数は、車両と懸架から構成されるシステムの共振周波数付近に設定する。
【００４７】
尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、アキュムレータを３以上設ける等各種変更が可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る懸架制御装置は、複数の転輪に対しそれぞれ油圧ダンパを介して車体が支持される車両の懸架制御装置において、前記油圧ダンパとアキュムレータとを結ぶ油圧回路に比例電磁弁を介装すると共に、該比例電磁弁と前記アキュムレータとの間の油圧回路から少なくとももう一つのアキュムレータに繋がる油圧回路を分岐して該油圧回路にガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁を介装し、且つ減衰力を最小にする必要がある時に前記比例電磁弁を全開にすると共にガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁を開き、減衰力が必要な場合は比例電磁弁を車体上下速度に比例して絞ると共にガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁を閉じるように制御するコントローラを設けたことを特徴とするので、減衰力最小時に少なくとも２個のアキュムレータの作用下でガスバネを柔らかくする一方、減衰力が必要な場合は１個のアキュムレータの作用下でガスバネを固くすることができ、油圧ポンプなどのパワー源を不要とし消費エネルギの面でも優れるセミアクティブサスペンションの優位性を生かしつつそのガスバネを可変にして十分な制振作用が発揮される。また、前記油圧ダンパと比例電磁弁との間の油圧回路に油圧ポンプからの油圧回路を接続して該油圧回路にサーボ弁を介装し、前記コントローラは車体の振動や動揺を検出して乗り心地における最大限のフラット感を得るように前記サーボ弁を開閉制御することを特徴とするので、コントローラによる各種制御ゲインを小さくしてアクティブ制御とガスバネ可変セミアクティブ制御を併用する即ち、ハイブリット制御を行なうことができ、車速の低い領域はアクティブ制御で持たせ車速の高い領域はガスバネ可変セミアクティブ制御に持たせて消費エネルギの低減を図りつつ車速が低速から高速まで広い範囲で大きな制振効果が得られる。また、アクティブ制御における各種信号に基づいて制御信号を作る演算部と該制御信号を電圧信号に変換する演算部との間にローパスフィルタを設けたので、ローパスフィルタの設定した周波数よりも高い周波数では、ガスバネ可変セミアクティブ制御が効果を示し、アクティブ制御は減衰するので消費電力は少なくて済むという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す、懸架制御装置の概略構成図である。
【図２】同じく油圧回路図である。
【図３】同じくガスバネ可変セミアクティブ制御のブロック線図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す、懸架制御装置の油圧回路図である。
【図５】同じくアクティブ制御のブロック線図である。
【図６】本発明の第３実施例を示す、アクティブ制御のブロック線図である。
【図７】従来の懸架制御装置の油圧回路図である。
【図８】同じくセミアクティブ制御のブロック線図である。
【図９】比例電磁弁開度と車体上下絶対速度の関係を示すグラフである。
【図１０】アクティブ制御の各車速における懸架制御性能（三角波時間応答）のグラフである。
【図１１】従来型セミアクティブ制御の各車速における懸架制御性能（三角波時間応答）のグラフである。
【図１２】ガスバネ可変セミアクティブ制御の各車速における懸架制御性能（三角波時間応答）のグラフである。
【符号の説明】
１転輪
２ベルクランク
３懸架シリンダ（油圧ダンパ）
４アキュムレータ
５比例電磁弁
６，６Ａ，６Ｂコントローラ
７リリーフ弁
８自動切換弁
９パッシブ制御要素
１１転輪−車体間上下相対速度・変位センサ
１２車体上下速度センサ
１３圧力センサ（シリンダ圧力センサ）
１４アキュムレータ
１５ＯＮ−ＯＦＦ弁
１６電磁切換弁
１７サーボ弁
１８ＯＮ−ＯＦＦ弁
１９電磁切換弁

Claims

複数の転輪に対しそれぞれ油圧ダンパを介して車体が支持される車両の懸架制御装置において、前記油圧ダンパとアキュムレータとを結ぶ油圧回路に比例電磁弁を介装すると共に、該比例電磁弁と前記アキュムレータとの間の油圧回路から少なくとももう一つのアキュムレータに繋がる油圧回路を分岐して該油圧回路にガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁を介装し、且つ減衰力を最小にする必要がある時に前記比例電磁弁を全開にすると共にガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁を開き、減衰力が必要な場合は比例電磁弁を車体上下速度に比例して絞ると共にガスバネ可変用ＯＮ−ＯＦＦ弁を閉じるように制御するコントローラを設け、且つ前記油圧ダンパと比例電磁弁との間の油圧回路に油圧ポンプからの油圧回路を接続して該油圧回路にサーボ弁を介装し、前記コントローラは車体の振動や動揺を検出して乗り心地における最大限のフラット感を得るように前記サーボ弁を開閉制御し、その際に、アクティブ制御における各種信号に基づいて制御信号を作る演算部と該制御信号を電圧信号に変換する演算部との間にローパスフィルタを設けた懸架制御装置において、前記各種信号は、車体上下速度センサからの車体上下速度計測電圧と、車体上下速度から算出される車体上下変位計測電圧と、転輪−車体間上下相対速度・変位センサからの転輪上下速度計測電圧と、車体上下変位から転輪−車体間上下相対変位を減算して得られる転輪上下変位計測電圧と、油圧ダンパの圧力センサからのシリンダ圧力計測電圧であり、前記ローパスフィルタの設定周波数は、車両と懸架から構成されるシステムの共振周波数付近に設定されることを特徴とする懸架制御装置。