JPH04100718A - 車両用アクティブサスペンション装置 - 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） この発明は、車輪から車体への振動伝達を抑制し、乗り
心地を向上させた車両用アクティブサスペンション装置
に関する。

（従来の技術） この種のアクティブサスペンション装置は、車体と各車
輪との間の夫々に油圧支持手段、つまり、油圧シリンダ
からなる油圧アクチュエータを介装し、主として、これ
ら油圧アクチュエータが発生する油圧でもって、車体を
支持するようにしている。従って、上述したように車体
を油圧アクチュエータを介して支持していれば、車体の
姿勢変化に対応し、この車体の姿勢変化を打ち消すよう
に各油圧アクチュエータの油圧を制御することで、車体
の上下変動を抑制し、その乗り心地を向上しようとする
ものである。

従来、この油圧アクチュエータの油圧を、ばね上玉下Ｇ
センサ（ばね上前速度検出手段）が検出する車体の上下
加速度を一階積分し、この積分値（単純にセンサ値を積
分すると低周波数域でゲインが無限大となり、センサ出
力中のＤＣ成分の影響で、車体が振動する不都合が生じ
るので、実際には一次遅れ要素処理される）に応じて制
御する、所謂「スカイフックダンパ制御Ｊが知られてい
る。

この従来の制御方法では、ばね上共振周波数近傍の振動
を効果的に抑制することができる。

（発明が解決しようとする課題） このような従来の「スカイフックダンパ制御」では、制
御バルブ等には応答遅れがあるため、ばね上共振周波数
以上の周波数帯域では振動減衰効果が得られず、乗り心
地の改善かいま一つ得られないという問題かある。

そこで、ばね上共振周波数近傍では、従来とおり車体の
上下速度に応し、また、共振周波数により大の周波数帯
域では、ばね上玉下加速度に比例して油圧制御量を決定
することにより、低周波数域から高周波数域まで広い範
囲に亘って振動伝達特性を改善することを提案すること
ができる。

しかしながら、このようなアクティブサスペンション装
置の導入によって、車体の上下方向の振動は良好に制御
することができるようになるか、突起乗り越し時や舗装
の継ぎ目走行時に発生する衝撃的な振動を充分に抑制す
ることができない。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもの
で、突起等の乗り越し時に発生する衝撃的な振動に対し
て、最適に油圧制御できるように図った車両用アクティ
ブサスペンション装置を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上述の目的を達成するために、本発明の車両用アクティ
ブサスペンション装置は、車体と各車輪との間に夫々介
装され、車体を支持する油圧支持手段と、各車輪に対応
する部位での車体の上下速度を検出し、上下速度と第１
の制御ゲインから決定される油圧制御量に基づき、各油
圧支持手段への油圧の給排を制御して車輪から車体への
振動伝達を抑制する油圧制御手段とを備えた車両用アク
ティブサスペンション装置において、各車輪に対応する
部位での車体の上下加速度を検出するばね上前速度検出
手段と、車両前方の振動入力物体を検出する振動入力検
出手段とを備え、前記油圧制御手段は、前記振動入力検
出手段が振動入力物体を検出しないとき、前記車体の上
下速度と第１の制御ゲインから決定される油圧制御量に
、前記ばね上前速度検出手段か検出した車体の上下加速
度に応じて位相進み補正を加え、補正した第１の油圧制
御量に基つき、各油圧支持手段への油圧の給排を制御す
る一方、振動入力検出手段が振動入力物体を検出したと
き、前記第１の油圧制御量に、前記車体の上下加速度と
第２の制御ゲインから決定される油圧制御量を加えて第
２の油圧制御量を求め、この第２の油圧制御量に基つき
、各油圧支持手段への油圧の給排を制御することを特徴
とする。

（作用） 上述のアクティブサスペンション装置によれば、油圧制
御手段は、振動入力検出手段が突起等の振動入力物体を
検出したとき、ばね上共振周波数近傍では車体の上下速
度に応じ、また、共振周波数より犬の周波数帯域では、
ばね上玉下加速度に比例して油圧制御量を決定し油圧制
御するので、低周波数域から高周波数域まで広い範囲に
亘って振動伝達特性が改善される。

また、油圧制御手段は、振動入力検出手段が突起等を検
出したとき、上記油圧制御量に、ばね上玉下加速度と等
測的に車体質量を増加させるべく設定した制御ゲインと
から決定される油圧制御量を、加算して油圧制御するの
で、車輪が突起等を乗り越すときに、振動伝達特性が更
に改善されて車体の上下変動が抑制される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第１図は、自動車の油圧アクティブサスペンション装置
の構成を示す。この図には、各輪、すなわち、左右前輪
及び左右後輪の夫々に設けられる油圧支持手段としての
サスペンションユニッ１−１２が示されており、このサ
スペンションユニット１２のサスペンションスプリング
１３及び単動型の油圧シリンダからなる油圧アクチュエ
ータ１４は、車体７と車輪８との間に介装されている。

尚、第１図には、１つの車輪と組み合わされるサスペン
ションユニットが代表して図示されている。

サスペンションユニット１２の制御バルブ１７は、油圧
アクチュエータ１４の油圧室１５に連通ずる油路１６と
、後述する供給油路４及び排出油路６との間に介装され
ている。油路１６の途中には、分岐路１６ａの一端が接
続されており、分岐路１６ａの他端には、アキュムレー
タ２０が接続されている。アキュムレータ２０内にはガ
スが封入されており、ガスの圧縮性により、所謂ガスば
ね作用が発揮される。そして、分岐路１６ａの途中には
絞り１９が配設されており、この絞り１９は、アキュム
レータ２０と油圧アクチュエータ１４の油圧室１５との
間を流れる作動油の油量を規制し、これにより、所望の
振動減衰効果か発揮される。

前述した供給油路４の他端は、オイルポンプＩの吐出側
に接続されており、オイルポンプｌの吸い込み側は、油
路２を介してリサーブタンク３内に連通している。従っ
て、オイルポンプ１が駆動されると、リザーブタンク３
内に貯留されている作動油は、供給油路４側に吐出され
る。供給油路４には、オイルポンプｌ側から順にオイル
フィルタ９、チエツクバルブ１０及びライン圧保持用の
アキュムレータ１１が配設されている。チエツクバルブ
ｌＯは、オイルポンプ１側からサスペンションユニット
１２側に向かう作動油の流れのみを許容するものであり
、このチエツクバルブＩＯによりアキュムレータ１１内
に高圧の作動油を蓄えることができる。

制御バルブ１７は、供給される電流値に比例して、その
弁開度を変化させるタイプのものであり、この弁開度に
応して、供給油路４側と排出油路６側との間での油量の
給排、つまり、油圧アクチュエータ１４に対する油圧の
給排を制御することができる。そして、制御バルブ１７
に供給される電流値か大である程、油圧アクチュエータ
１４内の油圧、即ち、その発生する支持力が増大するよ
うに構成されている。制御バルブ１７から排出油路６側
に排出される作動油は、前述したりザーバタンク３に戻
される。

制御バルブ１７は、油圧制御手段を構成するコントロー
ラ３０の出力側に電気的に接続され、コントローラ３０
からの駆動信号により、その作動が制御されるようにな
っている。それ故、コントローラ３０の入力側には、各
種のセンサが夫々接続されており、これらセンサには、
車体７に取付けられ、車体７に作用する横加速度を検出
する横Ｇセンサ３１、各車輪の部位での車体７に取付け
られ、車体７の上下加速度を検出するばね上玉下Ｇセン
サ３２と、自動車のステアリングハンドル（図示しない
）のハンドル角を検出するハンドル角センサ３３と、自
動車の走行速度、即ち、車速を検出する車速センサ３４
と、車両前方の路面の突起等を検出し、突起等の大きさ
に応した出力信号値を出力するプレヒユーセンサ３５（
振動入力検出手段）等かある。ここで、第１図において
は、１個の上下Ｇセンサ３２のみを代表して示しである
。また、各車輪の部位の車体７の上下加速度を夫々検出
するにあたっては、各車輪毎に上下Ｇセンサ３２を配置
しなくとも、３個の上下Ｇセンサ３２のみを配置するた
けてもよい。即ち、上下Ｇセンサ３２が配置されていな
い車輪の部位の車体７の上下加速度は、車体７か剛体と
見做せるから、３個の上下Ｇセンサ３２からの上下加速
度に基づいて算出することができる。

また、上下Ｇセンサ３２は、本実施例では、ばね上顎速
度を検出するために使用されると共に、その検出値を積
分して車体の上下速度を検出するためにも使用される。

なお、プレビューセンサ３５としては、例えば、超音波
センサか使用され、このセンサ３５は、車体前部に、車
体前方で且つ斜め下方に向けて取付けられる。（第２図
参照）。

さて、前述した制御バルブ１７は、詳細は後述するよう
に、各センサの検出信号に基づき、コントローラ３０に
よってその作動が制御され、これにより油圧アクチュエ
ータ１４への油圧の給排が制御される。そして、この油
圧アクチュエータ１４への油圧の給排制御と相まって、
路面から車体に入力される振動は、油圧アクチュエータ
１４の油圧室１５が絞り１９を介してアキュムレータ２
０に連通していることにより、吸収且つ減衰されるよう
になっている。

次に、突起乗り越し等の衝撃力の入力がない通常走行時
に、コントローラ３０により制御されるサスペンション
ユニット１２の作動、つまり、制御バルブ１７の作動に
よる車両の乗り心地制御に関し、第３図に示す１輪モデ
ルについて説明する。

いま、タイヤから車体に作用する制御力をＦとし、この
制御力をばね上上下速度（上下Ｇセンサ３２にから得ら
れる上下加速度の１階積分）のＫｖ倍、ばね上玉下加速
度のに６倍により発生させると仮定し、ばね定数をｋ、
減衰力をＣ１車体質量をＭとすると、第３図に示すモデ
ルの運動方程式は以下のように表される。

Ｍｘ＝−ｋ　（ｘ−ｘ＋ｎ）　−ｃ　（ｘ−ｘ＋、）　
＋Ｆ・・・・・・　（１） Ｆ−Ｋｖ　ｘ　　Ｋｃ　ｘ　　　　　　−−（２）（１
）および（２）式から、下記（３）式が得られる。

（Ｍ＋Ｋｃ　）　父＋　（ｃ十Ｋｖ　）ｘ−ＣＭ＋ｍ＋
ｋ　（ｘ−Ｘ＋ｆｉ）＝＝Ｑ　　・・・・・・　（３）
ここに、Ｘは車体７の変位量、ｘｌ。は車輪８の変位量
である。

（３）式の左辺第１項に注目すると、あたかも車体質量
ＭがＫｃだけ増加したと見なすことができ、車体の質量
をその分増加させたと同じ効果かあるので、ばね上上下
速度に比例させて油圧を制御する「スカイフックダンパ
制御」に対比させて「マスインクリース制御」と呼ぶこ
とができる。

上記（３）式をラプラス変換し、制御の安定性を考慮す
ると、ばね上玉下Ｇセンサ３２からの信号に基づく各輪
の油圧制御量の演算手順は、第４図の３ＣＬｅで囲まれ
るブロック線図に示す等価回路で表わすことかできる。

すなわち、ばね上玉下Ｇセンサ３２が検出する車体７の
」二下加速度は１次遅れ要素回路３０ａにおいて積分さ
れ、この積分値は位相進み補償回路３０ｂにおいて位相
進み補正される。そして、このように補正された値に制
御ゲインＫが乗算されて油圧制御量か求められる。

第４図に示す１次遅れ要素回路３０ａおよび位相進み補
償回路３０ｂで構成される信号処理ブロック３０ｄにお
ける周波数特性は、第５図に示される。同図により明ら
かなように、ばね上共振周波数より低い周波数域および
高い周波数域において、いずれの周波数域での特性を悪
化させることなく、ゲインを下げることができ、また、
ばね上共振周波数の位相を進めたことにより、共振周波
数より高い周波数域におけるゲイン低下が著しい。

このため、通常走行時の振動伝達率（ｘ／Ｘ１゜ｄＢ）
は、第８図に示すように、従来の単なる「スカイフック
ダンパ制御」に比べ、位相を進ませた分たけ改善されて
おり、高周波数域における車輪から車体への振動伝達か
抑制されることになる。

このように、コントローラ３０により、ばね上玉下加速
度および上下速度に応じ、油圧アクチュエータ１４内の
油圧か増減圧制御される。油圧アクチュエータ１４内の
油圧の増圧は、結果的に車体７の沈み込みに対する抵抗
となり、車体７を水平に維持することとなる。これに対
し、油圧アクチュエータ１４内の油圧の減圧は、結果的
に車体７の浮き上がりを低減することになる。

そして、１次遅れ要素回路３０ａのＴ、値を適宜に設定
すると、このＴ１値に応したカットオフ周波数（例えば
、０．２Ｈｚ）か設定され、このカットオフ周波数以下
のゲインを低減させることができる。また、位相進み補
償回路３０ｂのＴ２値およびβ値を適宜に設定すると、
これらの値に応じたカットオフ周波数（例えば、３．０
Ｈｚ）が設定され、このカットオフ周波数以上のゲイン
を低減させることかできるのである。

このように、所謂「スカイフックダンパ制御」に「マス
インクリース制御」が加味され、ばね上共振周波数以上
の周波数域で、等価的にばね上質量を増加させる効果が
得られ、通常走行時においては、この領域での車輪から
車体に伝達される振動を抑制することができる。

次に、突起等乗り越し時のような衝撃力が入力する場合
の、コントローラ３０による制御バルブ１７の油圧制御
（プレビュー制御）を、第４図。

第６図、第７図および第８図を参照して説明する。

第６図によると、まずコントローラ３０は、プレビュー
センサ３５の信号値を常時監視しており、検出された超
音波反射波の出力信号値を読み込む（ステップ５１０）
。

そして、プレビューセンサ３５の出力信号値から、突起
等の振動入力物体の検出を示すプレビュー制御信号の出
力（第７図参照）があるか否かを判別する（ステップ５
１２）。

ステップＳ１２の判別結果か否定（Ｎｏ）の場合は、ス
テップＳＩＯ，Ｓ１２か繰り返される。

ステップＳ１２の判別結果が肯定（Ｙ　ｅｓ）の場合は
、次にステップＳ１４に進み、遅延時間Ｔ１か演算され
る。

ＴＩ　＝（Ｌ＋　＋Ｌ２　）／’ｖ”　　　　　−（１
）ＴＩ−（Ｌ＋　十Ｌ２　＋Ｌ、）／Ｖ−（２）ここに
、（１）式は前輪に対する遅延時間を求めるものであり
、（２）式は後輪に対する遅延時間を求めるものである
。Ｌｌはセンサ３５と検出される突起等間の最小検出距
離、Ｌ２はセンサ３５と前輪間の距離、Ｌ、は車輪間距
離（ホイールヘース）、■は車速センサ３４により検出
される車速である（第２図参照）。

次に、ステップ３１６に進み、遅延タイマおよび保持タ
イマを、タイマ値Ｔ１および後述するタイマ値Ｔ２に各
々セットして、これをスタートする。

この遅延タイマは、前述のステップＳ１４て設定した遅
延時間Ｔ１をカウントするためのもので、このタイマは
、前輪用および後輪用にそれぞれ用意されている。又、
保持タイマも前輪用および後輪用にそれぞれ準備されて
おり、セットされるタイマ値Ｔ２は次式（３）により演
算される。

Ｔ２　＝Ｔ＋　＋Ｔｏ　　　　　　　　−（３）ここに
Ｔ。は、制御バルブ１７を、後に詳述する突起等の乗り
越しのために必要な油圧制御状態に保持しておくための
保持時間であり、例えば、０．１ｓｅｃに設定される。

又、Ｔ１は動式（１）又は（２）により演算された遅延
時間である。

なお、遅延タイマと保持タイマは、いずれもセットされ
たタイマ値までカウントアツプするとオン信号を出力す
るアップカウンタである。

次に、ステップ３１Ｂに進み、上述の遅延タイマがセッ
トされたタイマ値Ｔ１までカウントアツプしたか否かを
判別する。

ステップＳ１８の判別結果か否定の場合は、遅延タイマ
がカウントアツプし終えるまで、ステップ８１８を繰り
返す。

ステップＳ１８の判別結果が肯定の場合は、次に、第４
図に示されるコントローラ３０の等価回路にて、３０Ｓ
で示されるスイッチ回路か閉しられ、オンとなる（ステ
ップ５２０）。

他方、位相進み補償回路３０ｆでは、ばね上Ｇセンサ３
２が検出した車体７の上下加速度と制御ゲインＫＡとか
乗算されるので、ここで求められた油圧制御量か、加算
回路３０ｇにより、前述した等価回路３ｅて演算された
通常走行時の油圧制御量に加算されて、最終的に制御バ
ルブ１７を制御する油圧制御量か決定される。

これに基づきコントローラ３０は、制御バルブ１７を作
動させるための駆動信号を変化させ、制御バルブが、油
圧アクチュエータ１４の油圧室に加わる油圧を、前述し
た油圧制御量に相当する油圧値まで減少させる方向に油
圧の給排を変化させるのである。

この効果は、通常走行時の車体質量に、制御ゲインＫＡ
相当分、等価的に車体質量を増加させたときの効果と同
一であり、車輪が突起等を乗り越すときに、ばね上の車
体変動が抑制されて、乗り心地を向上させることができ
る。

次に、プレヒユーセンサ３５が突起等を検出したときに
のみ、スイッチ回路３０Ｓをオンとして制御ゲインＫＡ
を発生させる効果を、第８図を参照して説明すると、突
起の乗り越しに相当するような衝撃入力周波数帯域では
、前述したように、制御ゲインＫＡによる補償を加える
ことにより振動伝達率が通常走行時の振動伝達率から更
に改善されるので、衝撃力か入力するときに車体変動が
抑制される一方、低周波数域では却って振動伝達率が上
昇し、車体のフワっき現象を発生させる。

このため、低周波数域を走行するとき、すなわち通常走
行時に、乗り心地を逆に悪化させてしまうのである。

そこで、後述するように、前述の保持時間Ｔ２経過後に
は、速やかに通常走行時の油圧制御量に戻し、振動伝達
率か上昇した状態で低周波数域を走行することを回避さ
せているのである。

このように、プレヒユーセンサ３５が突起等を検出した
ときにのみ、スイッチ回路３０Ｓをオンとして制御ケイ
ンＫＡによる補償を加算することて、突起等の乗り越し
時に車輪が受ける衝撃力の緩和と、低周波数域での車体
のフヮっき防止という二つの問題を同時に解決している
のである。

次に、第６図でステップＳ２２に進み、前述の保持タイ
マがセットされたタイマ値Ｔ２まてカウントアツプした
か否かを判別する。

ステップＳ２２の判別結果が否定の場合は、保持タイマ
がカウントアツプし終えるまで、ステップ８２２を繰り
返す。

ステップＳ２２の判別結果か肯定の場合は、第４図に示
されるコントローラ３０の等価回路で、スイッチ回路３
０Ｓがオフにされ（ステップ５２４）、コントローラ３
０による制御バルブ１７の制御は、再び前述した通常走
行時の油圧制御状態に戻されたことになる。

以上により、当該ルーチンは終了し、リターンされる。

この発明は、上述した一実施例に制約されるものではな
い。例えば、アクティブサスペンション装置の構成は、
第１図に示したものに限らす、そ４゜ の具体的な構成は種々に変形可能であり、また、コント
ローラに関しては、実際上、マイクロコンピュータを含
む回路から構成されるものである。

（発明の効果） 上述のアクティブサスペンション装置によれば、油圧制
御手段は、振動入力検出手段が突起等の振動入力物体を
検出したとき、ばね上共振周波数近傍では車体の上下速
度に応し、また、共振周波数より犬の周波数帯域では、
ばね上玉下加速度に比例して油圧制御量を決定して油圧
制御し、低周波数域から高周波数域まで広い範囲に亘っ
て振動伝達特性を改善している一方、油圧制御手段は、
振動入力検出手段が突起等を検出したとき、上記油圧制
御量に、ばね上玉下加速度と等測的に車体質量を増加さ
せるべく設定した制御ゲインとから決定される油圧制御
量を、加算して油圧制御し、車輪が突起等を乗り越すと
きに、更に振動伝達特性を改善しているので、乗り心地
を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は、本発明に係
る車両用アクティブサスペンション装置の構成を示すブ
ロック図、第２図は、プレビューセンサ３５か突起等を
検出した位置と車輪位置との関係を示す図、第３図は、
振動解析のための１輪モデルを示す図、第４図は、第１
図に示すコントローラ３０の等価回路の構成を示すブロ
ック図、第５図は、ゲインと位相の周波数特性を示すグ
ラフ、第６図は、第１図に示すコントローラ３０により
実行されるプレヒユー制御の手順を示すフローチャート
、第７図は、プレヒユーセンサ３５が突起等を検出した
タイミングと、制御ケインＫＡを発生させるためのスイ
ッチ回路を切り替えるタイミングとの関係を示すグラフ
、第８図は、車輪に入力する振動周波数と振動伝達率と
の関係を示すグラフである。 ７・・・車体、８・・・車輪、１２・・・サスペンンヨ
ンユニット、１４・・・油圧アクチュエータ（油圧支持
手段）、１７・・・制御バルブ、２０・・・アキュムレ
ータ、３０・・・コントローラ（油圧制御手段）、３１
・・・横Ｇセンサ、３２・・ばね上止下Ｇセンサ（ばね
上加速度検出手段）、３３・・・ハンドル角センサ、３
４・・・車速センサ、３５・・・プレヒユーセンサ（振
動入力検出手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 車体と各車輪との間に夫々介装され、車体を支持する油
   圧支持手段と、各車輪に対応する部位での車体の上下速
   度を検出し、上下速度と第１の制御ゲインから決定され
   る油圧制御量に基づき、各油圧支持手段への油圧の給排
   を制御して車輪から車体への振動伝達を抑制する油圧制
   御手段とを備えた車両用アクティブサスペンション装置
   において、各車輪に対応する部位での車体の上下加速度
   を検出するばね上加速度検出手段と、車両前方の振動入
   力物体を検出する振動入力検出手段とを備え、前記油圧
   制御手段は、前記振動入力検出手段が振動入力物体を検
   出しないとき、前記車体の上下速度と第１の制御ゲイン
   から決定される油圧制御量に、前記ばね上加速度検出手
   段が検出した車体の上下加速度に応じて位相進み補正を
   加え、補正した第１の油圧制御量に基づき、各油圧支持
   手段への油圧の給排を制御する一方、振動入力検出手段
   が振動入力物体を検出したとき、前記第１の油圧制御量
   に、前記車体の上下加速度と第２の制御ゲインから決定
   される油圧制御量を加えて第２の油圧制御量を求め、こ
   の第２の油圧制御量に基づき、各油圧支持手段への油圧
   の給排を制御することを特徴とする車両用アクティブサ
   スペンション装置。