JPH02246813A - 車両用サスペンションの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は車両の走行状態に応じて乗心地と操縦安定性を
良好にする車両用サスペンションの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

車両用サスペンションは、各車軸のサスペンション（ア
クチュエータ）に作用する荷車の釣合によって安定が保
たれ車高が定まると同時に、タイヤと路面との接地力が
得られる。車両用サスペンションに関する従来技術の多
くは、車体や各車輪に作用する加速度を検出し、その検
出信号に基づいて車高を制御しているため各サスペンシ
ョンに作用する荷重を正確に知ることができず、乗心地
や操縦性の面で満足できるものではなかった。特に四輪
車両の場合、四軸のうち、タイヤと路面の接地力が十分
得られない車輪が生じ、操縦性の低下を招くことが多い
。

従って、車輪に作用する荷重を検出する必要がある。荷
重検出によるサスペンションの制御装置は、公表特許公
報昭６０−５００６２号に開示されている。この公報に
開示された制御装置はサスペンションのアクチュエータ
に作用する荷重とその変位（車高）を検出し、荷重検出
値に応じて予め定められた変位を与えるものである。こ
こで、サスペンションに作用する召ｉ車はロードセルに
よって検出している。

車体の平均ｄｂさを維持する手段としては、目標と実際
の高さの偏差を積分して得られた値を目標値に加えると
いう考えが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術のようにサスペンションに作用する荷重を
ロードセルによって検出した場合、ロードセルの取付位
置が車体とアクチュエータ間に限定されることからサス
ペンションの寸法が長くなる。また、ロードセルは上下
方向の荷重だけでなく剪啼「力や曲げ力を受けるため、
その出力信号に雑音が入る。さらに、車両が歩道路に乗
り上げた場合やジャンプして着地した場合、車体が完全
に沈み込んでなおかつ荷重が作用するので、ロードセル
が破損するなど実用面での問題があった。

車体の平均畠さを維持する手段に関しては、４Ａ４差の
積分値を単に目標値に加えるだけでは車体の安定性が確
保できるとは限らない、また、乗員や荷物の位置が片寄
っている場合、車体の平均畠さは維持されているが、車
体の傾きを補正することはできない。

本発明の目的は、ロードセルを用いることなく、また１
乗員や荷物の影響を受けることなく車体の姿勢を維持し
、車両の乗心地と操縦安定性を良好にするサスペンショ
ンの制御装置を提供することにある。

（ｌｌｌｉｇを解決するための手段〕 上記目的を達成するために、アクチュエータの内圧検出
手段を車両検出手段を設け、目標値と圧力検出手段の信
号ならびに車両検出手段の信号との偏差に応じてアクチ
ュエータを作動させるようにした。さらに、きめ細かな
制御を行うために車体や各サスペンションの加速度検出
手段を設け。

その検出信号に応じてアクチュエータを作動させるよう
にした。

圧力の検出には圧力センサを用いるので、取付位置はア
クチュエータに直付けでもよいし、配管の途中に設けて
もよい。また、圧力センサは１間接的ではあるがサスペ
ンションの上上方向の力のみを検出する。さらに、異常
な東荷車を受けた場合、車体は完全に沈み込むが、それ
以上の圧力上昇がないので、センサの破損を回避するこ
とができる。

車体の平均的姿勢を維持する手段に関しては、乗員や荷
物の分を補正すれば良いので、車体の平均高さ、ロール
角、ピッチ角について、目標値と実際の値との累積偏差
を求め、これにより、ゆるやかに制御することにより達
成できる。

車両用サスペンションは、アクチュエータとインシュレ
ータで構成されることもあるし、さらにコイルばねが並
設されることもある８通常、コイルばねは、圧力源の消
費動力を約半分に低減すること、また制御装置が万一故
障した場合でも安全な方向に動作するので、基本的には
コイルばねが設けられたサスペンションについて検討し
なければならない、従来技術では、サスペンションに設
けであるコイルばね車体の自重を支持しているだけであ
り、動的にはアクチュエータのみが有効であるとしてい
る。しかし、アクチュエータのノヒカを検出してサスペ
ンション装置を制御する場合には、コイルばね動的な影
響を与える。

〔作用〕

本発明の基本的作用については、単輪を例に取り説明す
る。

単輪に関するサスペンションの運動方程式は（１）式の
ように表わされる。

ｄｔ”　　　　ｄｔ ｍ：車体の質斌　ｃ：アクチュエータ抵抗力係数に：コ
イルばねのばね定数　Ｆ：車体に作用する力　Ａ：アク
チュエータ受圧ｒＭＭＰ：Ｗ力Ｘ：車高 アクチュエータ内の圧力Ｐは（２）式で近似される。

Ｅ：作動流体の物性やアクチュエータの構造によって定
まる定数　Ｕ：制御操作量 （２）式にお（ブる制御操作量Ｕは、（３）式のように
目標値に対する車商と圧力の偏差を用いた比例制御を行
うものとする。

ｕ　＝　ｋｐ（ｒ　−ｘ　−ｋｓ）’）　　　　　　・
・（３）ｋＰ　：比例定数　ｒ：目標値　ｋｓ　：圧力
フィードバック係数 ここで、作動流体の弾性を無視してサスペンション制御
装置の運動方程式を簡略化すると、（１）。

（２）、　（３）式から（４）式のように表わされる。

・・・（４） 動の方程式を表わしている。上記式から、ｋｇを変える
ことによりサスペンションのばね定数が変わり、　ｋｐ
　ｔＩ−変えることにより減衰力が変わる。

しかし、サスペンションの安定性からｋｓは正でなけれ
ばならないので、サスペンションのばね定数はコイルば
ねのばね定数により小さくすることはできない、従って
、剛いコイルばねを用いたのでは１乗心地を良くするこ
とができないので、柔いコイルばねを使用する必要があ
る。

（３）式は、比例制御の場合であるが、この他にＰＤ制
御や現代制御理論に基づく制御が考えられる。この場合
には、サスペンションのばね定数はあまり弯化がなく、
減衰力が炭ねってくる程度であり、圧力を検出してフィ
ードバックする限りにおいては、どのような制御手法を
用いても基本的には（４）式で近似される。

（４）式において、目標値ｒをゼロにすると通常のサス
ペンションとして動作するが、舵角や車速に応じてｋｇ
とｋｐを変えることにより乗心地や操縦安定性の向上が
図れる。コーナリングや制動時は、サスペンションには
外カド′が作用することになるので、車体はローリング
やピッチリングを発生する。この場合は外力Ｆを打ち消
すように目標値ｒを設定することにより車体のローリン
グやピッチングを防止できる。目標値ｒの設定は、舵角
と車速から演算することもできるし、車体に作用する横
加速度と前後加速度からも演算できる。

路面の起伏による車体の上下振動は、ｋｓとｋｐによっ
て定まるサスペンション特性によっても十分吸収できる
が、さらに振動を抑えるためには、サスペンションのば
ねド加速度やばね上加速度を検出し、その検出値を適当
なフィルタを通して制御操作Ｍｕに加えることにより実
現できる。

車体の平均的姿勢を維持するためには、制御操作量は（
３）式に積分項ｌを加えれば良い、工はｆ記の（５）式
で与えられる６ １　＝　（／　（ｒ　−ｘ）ｄ　ｔ　　　　　　　　”
（５）ここで、目標値と実際の車高の累積偏差／（ｒ−
ｘ）ｄｂは、比較的長い時間で飽和するように制御回路
を構成し、定数Ｅは、アクチュエータの機械的摩擦力に
打ち勝ってアクチュエータを動かすに必要な値より少し
大きい値になるように設定する。

これにより、車体の平均的姿勢はゆるやかに制御される
。

このように、車体に作用する外力に対しては、圧力検出
信号に基づいて高速応答の制御系を構成し、乗員や持物
による車体の姿勢変化は１Ｍ分項によるゆるやかに制御
するように楕成しているので、車体の安定性も保証され
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。アク
チュエータ１は、シリンダ２とロード３から成り、ロッ
ド３には作動流体を供給する通路４．５が設けられてい
る。シリンダ２はリンク６により車体７と連結され、ロ
ッド３はインシュレータ８を介してナツト９により車体
に取り付けられている。またシリンダ２と軸１０は一体
になっており、＠１０にはタイヤ１１が回転自在に取り
付けられている。コイルばね１２は、アクチュエータ１
のシリンダ２側の座２ａとロッド３側の座３ａの間に設
けられるでいる。アクチュエータの変位、即ち車高は車
体′ｌに取り付けられたポテンショメータ（車高センサ
）１３により、シリンダ２の動きをリンク機構１４を介
して回転角度として検出される。アクチュエータ内の圧
力は、シリンダ２に取り付けられた圧力センサ１５によ
り検出される。圧力センサ１５をシリンダに取り付ける
と不都合が生じる場合には、ロット３に設けられた通路
４の１部に設けることも可能であり、配管１６に設ける
こともｉＩ能である。加速度センサ１７はリンク６に設
け、ばね下拙速度を検出している。もし、ばね−ド加速
度の検出が困難な場合には、車体７に取り付けてばね上
前速度を検出してもよい、各センサの信号は制御装Ｗ１
１８に送信され、適当な処理を施されてその結果を制御
弁１９に送っている。圧力源に連結されている高圧ライ
ンは配管２０によって導かれ、低圧ラインは配管２１に
よって導かれている。この実施例では、シリンダ２のロ
ッド側にはたえず高圧が作用し、反対側には制御圧力の
作用している。従って制御弁１９に正の信号を送ると車
高は高くなり、逆の場合は低くなる０通常、シリンダ２
の面積とロッド３の面積はほぼ等しくなるようにしてい
るので。

静止時の制御圧力は高圧ラインの圧力の約半分になる。

制御装置１８は、第２図に示すブロック腺図に従って動
作する。第１図に示した車高センサ１３の信号はりニア
ライザによりその出力特性が直線的になるように変換さ
れ、圧力センサ１５の信号はｋｓ倍され１両者は加算さ
れる。その結果と目標値をｋｒ倍した値との偏差を求め
、ＰＬ）補償器に送っている、目標値と車＾の累積偏差
は積分器により求められる。

制御操作量は、ＰＬ）補償器の出力と積分器の出力、な
らびに加速度センサ１７の出力を加算したものであり、
ローパスフィルタにより余分な雑音が除去され、制御弁
蘭動回路に送信される。この信号に基づいて制御弁が動
作し、サスペンションは目標値に追従するように作動す
る。

サスペンションに作用する荷重が大きい場合には、圧力
センサ１５の出力信号が大きくなる。従って、目標値が
一定の場合には、車高は低くなる。

即ちばね特待を示し、そのばね定数は圧力フィードバッ
ク係数ｋｇによフて変わる。ＰＬ）補償器の偏差がゼロ
になるまでの時間、即ち応答速度は１）　Ｄ補償器のゲ
インによって決まる。ゲインが小さいときには、制御操
作量が小さくなるので、応答速度は遅くなる。これはサ
スペンションの減衰力が大きくなることを意味する。

以上の動作は敏速に行なわれるので、荷重が作用した場
合、車高は一瞬低くなるが、積分器の効果により車高は
ゆるやかに高くなり元の状態に戻る。

一方、目標値を大きくすると、車高は大きくなり圧力は
低くなるが、このとき、ｋｒ　を目標値と車高が一致す
るように定めると、車高は敏速に目標値に近づく。

このように、車高を平均的に接続しなからサスペンショ
ンのばね定数と減衰力を自在に弯えることができるので
、走行中にサスペンションの特性を変えて乗心地や操縦
安定性の向上を図ることができる。あるいは、運転者が
予めサスペンションの特性を選択することにより運転者
の好みに合ったサスペンションを提供することもできる
。

さらに、加速度センサ１７の出力信号に応じてアクチュ
エータを作動させているので、路面の起状による車体の
振動をより一層小さくすることもできる。

本発明による四輪のサスペンション制御装置の一実施例
を第３図に示す、これは、油圧によってサスペンション
装置を作動させるものであり、油圧回路系統と電気回路
系統から成っている。油圧回路は、圧力補償形の油圧ポ
ンプ２２、リザーバタンク２３．オイルクーラ２４．各
サスペンションに設けであるアキュムレータ２５ａ〜２
５ｄ。

アクチュエータ１ａ〜ｌｄ、制御弁１９ａ〜１９ｄから
成り、油の流れは実線で示しである。電気回路は、各サ
スベンジワンに設けられた車に６センサ１３ａ〜１３ｄ
、圧力センサ１５　ａ　〜ｌ　５　ｄ、車体の重心点近
傍に設けられた加速度センサ２６（横加速度、前後加速
度）各サスペンションに設けられた加速度センサ１７ａ
〜１７ｄ車速センサ２７、舵角センサ２８、Ａ／Ｄ変換
器２９、マイコン３０、ＩＪ／Ａ変換器３１．制御弁駆
動回路３２ａ〜３２ｄから成り、信号の流れは破線で示
しである。同図において、ｌｌａ〜ｌｉｄはタイヤを示
し、１２ａ〜１２ｄはコイルばねを示している。

この装Ｖｔはマイコン３０により第４図に示す制御フロ
ーに従って作動する。ステップ１では、Ａ／Ｄ変換器２
９により、各サスペンションの車高センサ１３ａ−１３
ｄの出力信号Ｘ１〜Ｘ４、圧力センサ１５　ａ　〜１５
　ｄの出力信号Ｐ　１　”’　Ｐ　４　＊加速度センサ
１７ａ〜１７ｄの出力信号α１〜α４、車体重心点近傍
に設けられた加速度センサ２６により横加速度αφ１前
後加速度αθをマイコンに人力している。さらに、車速
センサ２７の出力信号Ｖ、蛇負角センサ８の出力信号β
をマイコン３０に入力している。ステップ２では車高セ
ンサの出力信号Ｘｉ””Ｘ４を用いて、車体の姿勢を表
わす車体重心点近傍の車高ｈ、ピッチ角θ、ロール角φ
を（６）〜（８）式により計算している。

（Ｑｚｅｊｌｚ）（ｄｚ＋ｄｚ） 上式において、Ｑｚｅ　Ｑｚｅ　ｄｓ＊　ｄｘは第５図
に示す寸法である。ステップ３では、車速、前向ロール
角等に基づいて、ＰＬ）補償器の定数と圧力フィードバ
ック定数を計算している。

例えば、高速走行時には圧力フィードバック定数を小さ
くしてサスペンションのばね定数が大きくなるように設
定している。ステップ４では、車速■、舵角β、横加速
度αφ、前後加速度α−１各サスペンシヨンに作用する
加速度α１〜０番を用いて、目標車高ｈｒ、目標ピッチ
角Ｏｒ、目標ロール角φｒならびに車ｔ゛６補正量ｈｃ
　、ピッチ角補正量θＣ，ロール角補正鷺φＣを計算し
ている。

目標値についでは、通常、ゼロに設定しているが、高速
時には車高が低１くなるように設定したり、旋回時には
、二輪車のように逆ロールするように設定することもで
きる。補正量の計算については次のような考えに基づい
て行なわれる。第２図に示したような圧力をフィードバ
ックを行なった。サスペンションの制御系による車体の
運動は（８）〜（ｌＯ）式で近似される。

（９）式は車体の上下運動を表わし、（１０）式はピッ
チング、（１１）式はローリングを表わしている。

（第５図参照） 上式は強制振動の方程式であるから外力がゼロになるよ
うにすれば、振動をなくすることができる。即ち、車体
の上下運動は目標車高ｈｅを−Ｆ゛／　ｇ　ｂに設定す
れば防止でき、同様にθＣを一’ｒｌ／ｇｌ、φＣを−
Ｔφ／ｇφに設定すればピッチングやローリングを防止
できる−　ｑｈ＊　ｑ＃＊　ｑφは圧力フィードバック
係数やΩ１．　Ｑｚｅ　ｄｔ＠　ｄｚ等から定まる定数
である。ドは各サスペンションに作用する加速度センサ
の信号α１〜０番を適当なフィルタを通すことにより求
められる。’ｌ’＃は前後加速度センサの信号α６と０
１〜１番を適当なフィルタを通すことにより求められ、
Ｔφは横加速度センサの信号αすとα直〜α４により１
１ａに求められる。また、車速■と舵角βによっても１
゛すを推定することもでき、車Ｖの変化率によってＴ−
を推定することもできる。ステップ５では、車高、ピッ
チ角、ロール角各について目標値に対する累積偏差を計
算している。ステップ６では、車高。

ピッチ角、ロール角の各について、指令値Δｈ。

Δθ、Δφを計算している。

この指令値は：補正量と累積偏差の和として求められる
。ステップ７では、（１２）〜（１５）式に基づき各サ
スペンションの目標値ｒｌ〜ｒ４を計算している。

ｒｓ＝Δｈ−１１１Δθ＋ｄ１Δφ　　　　　・（１２
）ｒｔ＝Δｈ　−Ｑ　ｔΔθ−ｄ１Δφ　　　　　・（
１３）ｒｓ＝Δｈ　＋Ｑ　ｘΔθ＋ｄ１Δφ　　　・（
１４）ｒａ＝Δｈ　＋　（ｉ　ｔΔθ−ｄａΔφ　　　
　　−（１５）ステップ６では、各サスペンションの目
標値に基づいて、各サスペンションを）’１１）制御し
ている。

１’Ｌ）制御ルーチンは、各サスペンションの制御偏差
の計算、制御偏差と各ゲインに基づいて各サスペンショ
ンごとの制御操作景の計算、ローパスフィルタの計算、
Ｄ／Ａ変換器により計算結果、を出力し、制御弁廓動回
＠　３２　ａ〜３２ｄに信号を送り、制御弁１９ａ〜１
９ｄを駆動している。これは通常のディジタルＰＤ制御
器を４個持った油圧サーボ制御回路に相当する。

ステップ３において、ＰＤ制御ルーチンのゲインの設定
は、車速や舵角に応じて自動的に変えることも可能であ
り、運転者の好みによってサスペンションの剛さを選定
できるようにすることも可能である。また、ステップ４
において、目標車高。

ピッチ角、ロール角がゼロになるように計算しているが
、例えば車速Ｖと舵角βに応じてロール角の目標値と、
補正量を太き目に設定することにより、旋回走行時に逆
にロールさせ、二輪車のような感覚を得られるようにす
ることも可能である。

これについても、自動的に計算させることも可能であり
、運転者の好みに応じて設定できるようにすることも可
能である。

〔発明の効果〕 本発明によれば、アクチュエータの圧力を検出してフィ
ードバックしていることから、そのフィードバック係数
と補償器のゲインを変えることによりサスペンションの
特性を自在に変えることができるため、乗心地や操舵安
定性を向させることができる。また、乗員数や荷物の影
響を受社ることなく、走行中においても車体の姿勢を維
持できる。

さらに、サスペンションの特性を制御フログラムの変更
だけで容易に変えることができるのでユーザの好みに応
じてサスペンション装ｋｔを提供することがで、きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すサスペンション制御装
置の構成図、第２図は第１図の制御装置を作動させる制
御ブロック線図、第３図は本発明による四輪車両用サス
ペンションの制御装置の構成図、第４１５１′ｌは第３
図の制御装置を作動させる制御フロー図、第５図は車体
の連動を説明する説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、制御弁を介して流体圧力により作動するアクチュエ
   ータを備えた車両用サスペンション装置において、前記
   アクチュエータの圧力検出手段及びストローク検出手段
   を設け、目標値、圧力検出手段の信号ならびにストロー
   ク検出手段の信号から制御操作量を演算し、この制御操
   作量に基づいて前記アクチュエータを作動させることを
   特徴とする車両用サスペンションの制御装置。 ２、制御弁を介して流体圧力により作動するアクチエー
   タを備えた車両用サスペンション装置において、前記ア
   クチュエータのストローク検出手段の信号から車両の平
   均高さ、ピッチ角度、ロール角度を演算し、各々につい
   て目標値からの偏差を累積し、この累積値に応じて制御
   操作量を演算し、前記制御操作量に基づいて前記アクチ
   ュエータを作動させることを特徴とする車両用サスペン
   ションの制御装置。 ３、特許請求範１項または第２項記載のものにおいて、
   車体に作用する横加速度検出手段と前後加速検出手段を
   設け、これら加速度検出手段の信号から制御操作量を演
   算し、この制御操作量に基づいて前記アクチュエータを
   作動させることを特徴とする車両用サスペンションの制
   御装置。 ４、特許請求範囲第１項または第２項記載のものにおい
   て、車体に作用する上下加速度、あるいは各車輪のばね
   上加速度、ばね下加速度の検出手段を設け、これら加速
   度検出手段の信号から制御操作量を演算し、この制御操
   作量に基づいて前記アクチュエータを作動させることを
   特徴とする車両用サスペンションの制御装置。