JPH03224814A - アクティブサスペンション制御装置 - 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 本発明は走行車両の４輪のサスペンションに取付けられ
ているアクチュエータにより姿勢制御を行い、乗り心地
の向上、操作性の向上、安定走行性能の向上を図るアク
ティブサスペンション制御装置に関する。

従来の技術 近年自動車を中心とした走行車両の乗り心地の向上、操
作性の向上、安定走行など、単なるスピード、安全性だ
けでなく、その居心地の良さや快適感を求める傾向が強
くなっており、関連の新製品の開発が多く行われている
。とくに半導体の進歩によりＬＳＩ化による小型化やマ
イクロコンピュータによる複雑な演算処理が可能となり
、きめ細かな制御機能を持つ制御機器が実現されている
。

以上のような車体の姿勢制御の改善はサスペンションを
制御するのが一般であり、その従来例について説明する
。

第５図に示すように、センサとして車速センサ３１、ス
テアリング角度センサ３２、車両の上下方向の加速度を
検知する加速度センサ３３、車両の左右方向の加速度を
検出する加速度センサ３４、車両の前後方向の加速度を
検出する加速度センサ３５という数多くのセンサを車両
に配置し、コントローラ３６でこれらのセンサ出力を処
理し、ソレノイドバルブ３７を制御して、油圧ポンプ３
８からの油をシリンダ３９．４０に送る。シリンダ３９
は前輪用サスペンションシリンダであり、シリンダ４０
は後輪用サスペンションシリンダである。

つぎに、これらの各構成要素の関連動作を説明する。

コントローラ３６は車速信号、ステアリング角、各加速
度センサからの信号を演算し、油圧ポンプ３８によって
作られた高圧の油をソレノイドバルブ３７を介して各シ
リンダに送り車高を調整する。また、コーナリング時に
その状態を車速センサ３１．ステアリング角度センサ３
２の信号から検出し、コーナリングによって車体に生じ
る横方向加速度を車体の前後に取付けられた加速度セン
サ３３の出力から車体に生ずる角速度と横方向加速度を
求め車体がコーナーの外側に傾く量を演算し、油圧ポン
プ３８からの高圧の油を外側の車輪のサスペンションシ
リンダに送りこみ、さらに、内側の車輪のサスペンショ
ンシリンダの油圧を減圧することにより車体の傾きをお
さえることができる。

また、急ブレーキ時の車両のノーズの沈み込みや急加速
時のテールの沈み込みを加速度センサ３５の信号により
検知し、前輪、後輪のサスペンションシリンダ３９．４
０に送り込む油圧を制御している。

発明が解決しようとする課題 このように従来のアクティブサスペンションにおいては
車体の姿勢や姿勢の変化量を検出または算出するために
複数の加速度センサを車体の各所に配置しなければなら
ず配線のためのコストやセンサ取付けのためのコストが
増加することがアクティブサスペンションの普及の妨げ
となっていた。また、これらのセンサからの信号は車体
の各部分における加速度を検出するものであり、車体全
体の姿勢を算出するには車体の重量や形状が変わるごと
に実験を繰り返し、算出式を作り直さなければならなか
った。

本発明は上記課題に留意し、少ないセンサ数でシンプル
な構成であるとともに設計のしやすい高性能なアクティ
ブサスペンション制御装置を提供しようとするものであ
る。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するために本発明は、角速度センサを地
面に対し垂直軸上および進行方向軸上およびこの２軸と
直交する軸上の少なくとも１軸の車両上に配置し、この
角速度センサの出力および車両上に配置された車体の上
下方向の加速度を検出する加速度センサの出力を入力と
し、車体の姿勢を油圧もしくは圧縮空気圧などによって
制御するアクチユエータを駆動する手段を有する制御部
であるコントローラとによって構成している。

作用 上記構成の本発明のアクティブサスペンション制御装置
は、たとえば地面に対して垂直軸上に配置された角速度
センサからは車両の進行方向の角速度変化（いわゆるヨ
ー角成分）、また進行方向軸上に配置された角速度セン
サは車体の左右の傾きの角速度変化（いわゆるロール角
成分）、またこれらの２軸に直交する軸上に配置された
角速度センサは車体の前後方向の角速度変化（いわゆる
ピッチ角成分）が検出できることになり、車体の全姿勢
のうち、車体の上下方向の加速度以外は全て検出できる
ことになる。また全ての軸上に角速度センサを配置する
必要はなく、各軸上成分から演算して値を算出すること
ができるので、少なくとも１軸の角速度センサを有する
ことと、車体の上下方向の加速度を検出する加速度セン
サを追加することで車体姿勢制御に必要な最低限度のセ
ンサ出力が得られる。

このセンサ出力を制御部により演算し、車体の前後左右
に配置されたサスペンションのシリンダの油圧や空気圧
などをアクチユエータで制御し、最適な姿勢制御を行い
、簡単な構成で、車体の大きさに関係なく確実な姿勢制
御ができるアクティブサスペンション装置である。

実施例 以下本発明の一実施例について図面に基づいて説明する
。

まず本実施例に使用した音叉構造振動型角速度センサに
ついて第２図〜第４図を用いて説明する。

角速度センサは第２図に示すような構造であり、主に４
つの圧電バイモルフからなる駆動素子、モニター素子、
第１および第２の検知素子で構成され、駆動素子１０１
と第１の検知素子１０３を第１の接合部材である接合部
１０５で直交接合した第１の振動ユニット１０９と、モ
ニター素子１０２と第２の検知素子１０４を接合部１０
６で直交接合した第２の振動ユニット１１０とを第２の
接合部材である連結板１０７で連結し、この連結板１０
７を支持棒１０８で一点支持した音叉構造となっている
。

駆動素子１０１に正弦波電圧信号を与えると、逆圧電効
果により第１の振動ユニット１０９が振動を始め、音叉
振動により第２の振動ユニット１１０も振動を開始する
。したがってモニター素子１０２の圧電効果によって素
子表面に発生する電荷は駆動素子１０１へ印加している
正弦波電圧信号に比例する。このモニター素子１０２に
発生する電荷を検出し、これが一定振幅になるように駆
動素子１０１へ印加する正弦波電圧信号をコントロール
することにより安定した音叉振動を得ることができる。

なお、モニター素子１０２は、定振幅制御が必要な場合
は、第２の駆動素子として駆動される。このセンサが角
速度に比例した出力を発生させるメカニズムを第３図お
よび第４図を用いて説明する。

第３図は第２図に示した角速度センサを上からみたもの
で、速度Ｖで振動している検知素子１０３に角速度ωの
回転が加わると、検知素子１０３には「コリオリの力」
が生じる。この「コリオリの力」は速度Ｖに垂直で大き
さは２ｍｖωである（ｍは検知素子の先端の等価質量で
ある）。検知素子１０３は音叉振動をしているので、あ
る時点で検知素子１０３が速度Ｖで振動しているとすれ
ば、検知素子１０４は速度−■で振動しており、「コリ
オリの力」は−２ｍ　ｖωである。よって検知素子１０
３，１０４は第４図のように互いに「コリオリの力」が
働く方向に変形し、素子表面には圧電効果によって電荷
が生じる。ここでＶは音叉振動によって生じる運動であ
り、音叉振動がＶ”ａ　”　Ｓ　１　ｎ（ｉ）ａｔ　　
　ａ　　：音叉振動の振幅ω。：音叉振動の周期 であるとすれば、「コリオリの力」は Ｆｃ＝ａａω５ｓｉｎωｏｔ となり、角速度ωおよび音叉振幅ａに比例しており、検
知素子１０３．１０４を面方向に変形させる力となる。

したがって検知素子１０３，１０４の表面電荷量Ｑは ＱＬ）Ｃａ・ω・ＳｉｎωＯｔ となり音叉振幅ａが一定にコントロールされているとす
れば、 Ｑグω・ｓｉｎω。ｔ となり検知素子１０３，１０４に発生する表面電荷量Ｑ
は角速度ωに比例した出力として得られ、この信号をω
。ｔで同期検波すれば角速度ωに比例した直流信号が得
られる、なお、このセンサに角速度以外の並進運動を与
えても検知素子１０３と検知素子１０４の２つのの素子
表面には同極性の電荷が生ずるため、直流信号に変換時
、互いに０ 打ち消しあって出力は出ないようになっている。

以上圧電バイモルフ素子で説明したが一般の圧電素子で
も同様の機能を有することは言うまでもない。

第１図は本発明の上記角速度センサを用いた一実施例で
あり、第１図に示すように上記の音叉構造振動型角速度
センサ１，２．８が配置され、角速度センサ１は車体の
進行方向の角速度変化（以下ヨーレートと記す）、角速
度センサ２は車体の左右の傾きの角速度変化（以下ロー
ル角速度と記す）、角速度センサ３は車体の前後方向の
角速度変化（以下ピッチ角速度と記す）を検出するよう
に配置されている。

これらの角速度センサは前述したように音叉構造をして
いるため前後左右上下方向に加速度が加わっても検出せ
ず角速度のみを検出することができる。したがってこれ
らの角速度センサは車体のどの位置に取付けても同一の
出力が得られ、しかも小型であることからコントローラ
５の内部に組込むことが可能であり、複数の加速度セン
サによって構成される従来の装置に比べ大幅に簡素化で
きる。

また、複数の加速度センサからの信号により車体の姿勢
を算出する方法に比べ、角速度センサを使って車体の角
速度変化を検出する方法はより直接的な検出方法より正
確であるため、車体の重量や形状の異なる車種にもその
まま適合させることができる。これらの角速度センサと
加速度センサ４の出力を制御部５で処理し、ソレノイド
バルブ６を制御し、油圧ポンプ７からの油を前輪用サス
ペンションシリンダ８と後輪用サスペンションシリンダ
９に送る。

つぎにこれらの構成要素の関連動作を説明する。まず、
車体が旋回しようとするときには角速度センサ１がヨー
レートの発生を検出し旋回の大きさを検出し、つぎに角
速度センサ２がロールの角速度を検出し、これを積分し
て車体のロール角を算出し、ヨーレートに対して理想的
なロール角が得られるように制御部５で演算し、ソレノ
イドバルブ６を制御し油圧制御が行われ、シリンダ８．
９のいずれかを制御し目的を達成する。

つぎに凹凸道路走行時もしくは急加速、急ブレーキ時に
は角速度センサ３がピッチ角速度を検出し、前後方向の
揺れが最適になるよう制御部５で演算し、ソレノイドバ
ルブ６を制御し、前後サスペンションシリンダ８，９へ
の送油量を制御スる。また凹凸道路走行ではピッチ角速
度の変化以外に車体が上下方向に並行的に振動する状態
が生じる。角速度センサは並行運動を検出することはで
きないので上下方向の並行運動については加速度センサ
４の出力と角速度センサ３の出力から車体のピッチ角速
度と並行運動の加速度とに分けた処理を行う。

なお、本実施例では３直交軸上の各々に配置された３つ
の角速度センサ１．２．３を用いた例を示したが、少な
くとも１紬上に角速度センサを配置すれば、各細土成分
を演算して算出することが可能であり、これと上下方向
の加速度センサの出力と組合せることにより車体の姿勢
制御に必要なセンサ出力は得られる。また２軸上に角速
度セン３ すを配置すれば、１軸のみの配置より精度の高い姿勢制
御ができるのは言うまでもない。

さらに角速度センサの出力を微分することにより角加速
度成分が得られ、角速度センサの出力を積分すれば角度
成分が得られ、このような処理を行うことによりさらに
角速度成分以外の成分も制御できるので、より精度の高
い姿勢制御が可能となる。また制御方法として姿勢制御
をサスペンションのシリンダ８，９で行った後の変化状
態を角速度センサの出力から制御した姿勢の変化量とし
て検知し、それをフィードバックして補正を行う制御の
方法により、急激な制御が緩和され、よりきめ細かな制
御が可能となる。

発明の効果 以上の説明より明らかなように本発明によれば、複数の
加速度センサを車体の各部に配置する必要がなくシンプ
ルな構成とすることができるので、車体の各部の加速度
から車体の姿勢を検出する方法に比べ角速度の検出はよ
り直接的であり車体の重量、形状などに関係なく他の車
種への転用４ が容易である。

また車体の角速度を検出することによりサスペンション
制御による車体の姿勢変化量をフィードバック制御する
ことができるため急激な制御が補正され、よりきめ細か
で正確な制御が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアクティブサスペンション制御装
置の一実施例を示すブロック図、第２図は同実施例に使
用した音叉構造振動型角速度センサの斜視図、第３図、
第４図は同センサの動作説明図、第５図は従来のアクテ
ィブサスペンション制御装置の一実施例を示すブロック
図である。 １．２．３・・・・・・角速度センサ、４・・・・・・
加速度センサ、５・・・・・・制御部、６・・・・・・
ソレノイドバルブ、７・・・・・・油圧ポンプ、８・・
・・・・前輪用サスペンションシリンダ、９・・・・・
・後輪用サスペンションシリンダ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両に配置した角速度センサと、前記車両に配置
   した上下方向の加速度を検出する加速度センサと、車両
   の姿勢を制御するアクチュエータと、前記角速度センサ
   と前記加速度センサの出力により前記アクチュエータを
   駆動する制御部とを具備し、車両の地面に対し垂直軸上
   および進行方向軸上およびこの２軸に直交する軸上の少
   なくとも１軸に前記角速度センサを配置するとともに、
   前記制御部には、前記角速度センサと前記加速度センサ
   の出力により前記アクチュエータを駆動し最適な車両姿
   勢制御を行う手段を有するアクティブサスペンション制
   御装置。
2. （２）角速度センサが、駆動用圧電素子と、検知用圧電
   素子と、前記駆動用圧電素子と前記検知用圧電素子とを
   振動方向が直交するように積み上げ接合する第１の接合
   部材と、前記接合された素子の一対を音叉構造に接合す
   る第２の接合部材とを具備したものである請求項１記載
   のアクティブサスペンション制御装置。
3. （３）最適な車両姿勢制御を行う手段が、角速度センサ
   の出力と前記出力の微分値と前記出力の積分値とに基づ
   いて、アクチュエータ制御を行うとともに、前記アクチ
   ュエータ制御による姿勢制御結果を前記角速度センサの
   出力から検出し、再度姿勢制御の補正を行う機能を有す
   るものである請求項１記載のアクティブサスペンション
   制御装置。