JPH04500191A - 運動の進行を減衰させる方法及び装置 - 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】 運動の進行を減衰させる方法及び装置 従来の技術 本発明は、請求の範囲第１項の前文に記載された特に乗用車並びに営業用車両の 車台における運動の進行を減衰させる方法に関する。

車両技術においては、走行状態が限界領域にある場合においても車台を安全に設 計すると同時に走行時の快適性を可能な限り高める試ろみがなされている。極端 な走行状態において車台を快適なものに調節すると走行の安全性が充分でなくな り、一方車台を堅固に調節すると走行の快適性に対する条件が充分満たされない ので、走行快適性と走行安全性は互いに相反する性質のものとなってしまう。車 体加速度が僅で動的な車輪負荷の変動を可能な限り小さくするのが好ましい（車 体ないしボディは、本明細書ではとりわけ塔乗者室を意味する　）。ショックア ブソーバが柔らかいと、車体加速度は僅かになるが、動的な車輪負荷変動は大き くなる。一方ショックアブソーバが固いと車体加速度は大きくなり、即ち走行快 適性が僅かになるが、動的な車輪負荷の変動は減少する。

車両の車輪と車体間に弾性をもたせ、減衰を発生させるために種々の装置が知ら れている。通常全ての装置にスプリング装置が設けられており、それに並列に減 衰装置が設けられている。受動的な装置では減衰装置に通常のタイプのショック アブソーバが設けられる。即ちピストンを媒体の流れ抵抗に抗して移動させるピ ストンシリンダ装置が用いられている。

媒体に対しては一定の流れ通路が設けられている。いわゆる半能動的な装置では 同様な構造の装置が用いられているが、流れ断面を制御することができるので、 減衰特性を変化させることができる。更にショックアブソーバないし７′クチユ エータのピストンによってシリンダを２つの作業室に分割し、対応した駆動によ り媒体を能動的に作業室に流入させる能動的な装置が知られている。従って能動 的な装置では圧力媒体に対　゛するエネルギーならびに圧力形成が必要となる。

減衰力をショックアブソーバのピストンの速度に対して座標系で図示してみると 、受動的ならびに半能動的な装置の特性は第１と第３象限に位置し、又能動的な 装置では特性値を第２及び第４象限で実現することが可能になる。

最初に述べた運動の進行を減衰させる従来の方法では自動車においてそれぞれそ の時の運動状態がセンサを用いて検出される。センサからの信号は信号処理回路 に入力され、アクチュエータ、好ましくは半能動的なショックアブソーバを制御 する信号が形成される。このショックアブソーバは車軸と車体間にスプリング装 置ど並列に設けられる。このようにして運動状態に従ってショックアブソーバの 減衰度を調節させる車台制御が実現されている。従って危険でない走行状態では 快適性の調節が行なわわ１．危険な走行状態では安全性を主とする調節が行なわ れる。この従来の減衰方法を更に向上させることが望まづ１．る。

発明の利点 これに対して請求の範囲第１項に記載された特徴部分を有する本発明の方法では 次のような利点を有する。即ちセンサからの信号を周波数に依存して処理するこ とにより信号処理回路の特性が静的なものでなく、周波数に従って変化するとい う利点が得られる。従ってアクチュエータの制御（開ループないし閉ループ制＠ ）は進行する運動の周波数成分に従って行われる。車両では好ましくは車輪によ り一つの質量が形成され、他の質量が車体により形成される。そのために好まし くは回路装置として少なくとも一つのフィルタが用いられる。

フィルタを通過する信号は、その振幅及び／あるいは位相特性が調節される。こ のような手段によりそれぞれの運動状態に合わせて危険な状況では走行安全性に 寄与する車台の調節が行なわれ、又危険でない状態では快適な車台の調節が行な われる。

複数の車輪を有する車両で個々の車輪制御を行なう場合には、各車輪に関連する ′Ｊｉｆ体の？ｆ量をめるためには、各関連する車輪の固定装！近傍に位買する 車体質量部分を基礎としなければならない。

センサにより検出すべき複数の動的な走行状態量の内、特に電体加速度と車輪を 有する１軸の車軸加速度、あるいは車体加速）丈と１軸に対する車体のばね変位 量、あるいは車体加速度とばね変位速度、あるいは車軸加速度とばね変位量、あ るいは車軸加速度とばね変位速度を検出するのが好ましい。セン世により得られ る信号を公知の信号処理（加算、減算、積分、微分）を用いて適当にｌ予約に） アナログあるいはデジタル処理することにより制御目的に対して必要な信号を形 成することが可能になる。これらは絶対車体速度と相対ばね変位量１イる。絶対 車体速度を検出することにより次の利点が得られる。すなわち、従来の車両では 堅い減衰、すなわち快適性を減少させる減衰によってのみ可能であった車体の運 動を本発明の方法により快適性を失うことなく鎮静化することが可能になる。

絶対車体速度は慣性座標系に関するものである。相対はね変位速度は、車輪に対 する車体の速度を意味する。

本発明の好ましい実施例では、２つのフィルタが設けらね、その一方のフィルタ に車体速度に対応する信号が、また他方のフィルタにばね変位速度に対応する信 号が入力され、フィルタの出力信号を用いてアクチュエータの制御信号が形成さ れる。これにより一方のフィルタを用いて周波数依存性の「スカイフック減衰」 が実現され、また他方のフィルタにより周波数依存性の「受動的な減衰」が実現 される。車体速度はスカイフック減衰の入力量にされ、またばね変位速度は受動 的な減衰の入力量にされる。スカイフック減衰と受動的な減衰は図面Ｊこ基づい た説明により詳細に説明する。

好ましくは４．フィルタの伝達関数は、の式により記述される。゛ 基本的には、伝達関数の係数は、車両の走行快適性と走行安全性？二関する特性 が可能な限り良好Ｊこなるように、例えば数学的な最適イし法により定められる 。更に、係数を柔軟性をもた七てそ−のときの走行状態及び／あるいは運転者の 要求に調節するようにすることも可能である。これは走行状朝を検出するセン世 及び２．′あるいは所定の設定により行なわれる。フ、１ルベ°は・デジタルで 、あるいはアナログによっても構成することができる。

好ましくは、異なる次数のフィルタが用いられる。車体速度の信号を処理するた めに好ましくは零次のフィルタが、またばね変位速度の信号症処理するために２ 次のフィルタが用いられる２、 単能動的なショックアブソーバを用いる他に、能動的な装置に対応するアクチュ エータも用いることが可能である。

また、歯発明装置は、２つの質量における運動の進行の動的な状態を検出するセ 〕／すを有し、そのセンサからの信号が信号処理回路に入力され、その出力が前 記質量に作用する制御可能なアクチュエータに接続される、特に乗用車並びに営 業用車両の車台にお１プる運動の進行を減衰させる装置に関するものであり、そ の場合、信号処理回路は周波数依存性の伝達特性を有する回路装置を有する。

すでに述べたように、回路装置は、振幅及び／あるいは位相特性を調節する２つ のフィルタにより構成され、これらの出力が加算部Ｉこ入力されアクチュエータ の制御信号が形成される。

本装置が車両の車台制御に用いられる場合、一方の質量は車輪質量により、また 他方の質量は、車両の車輪に関連する車体質量部分により形成される。

好ましい実施例では、車輪と車体にそれぞれセンサが設けられる。車輪は、スプ リング装置を介して車体に結合される車軸に軸承される。スプリングに並列にア クチュエータ（具体的にはショックアブソーバ）が設けられる。車両が、複数、 好ましくは４個の車輪を有する場合、好ましくは各車輪に本発明により形成され る減衰装置が設けられる。

図面 以下に図面に基づき本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の方法に従って動作する車台制御装置を備えた車両を示す図、 第２図は、スプリング装置並びに減衰装置の構成に関して車両の車輪付近をモデ ル化した図、 第３図は、信号処理回路のブロック図、第４図は、減衰装置の振幅応答特性を示 す線図、第５図は、スカイフック成分の車輪領域のモデル図、第６図は、スカイ フック成分の実施例を示す図である。

実施例の説明 第１図には、車軸３に配置された車輪２を有する自動車１が図示されている。各 車軸にはスプリング装置４（詳細には図示されていない）とショックアブソーバ 等が設けられている。更にそれぞれセンサ装置Ｓが概略図示されている。このセ ンサ装置は、リード線６を介して信号処理回路７と接続されており、信号処理回 路の出力８Ｉごは各車輪に配置されたアクチュエータを制御する信号が出力され る。アクチュエータは生能動的なショックアブソーバとして構成され、流れ断面 を変化させることにより流れ抵抗、従つて減衰特性を変化させることができる。

第１図には一個の車輪毎の制御装置が図示されている。というのは、関連するセ ンサ（センサ装置Ｓ）と関連するアクチュエータ装置（ショックアブソーバ５） を備えた電子的に実現される制御装置からなる制御ユニットが各車輪２に設けら れているからである。各車輪に設けられた制御ユニットにおける信号並びに情報 の処理は、好ましくは共通な電子あるいは電気機械的なハードウェア部分を除き 、互いに独立して行なわれる。

以下に、この独立性を前提にして車両ｌの垂直動力学特性を示す２体モデルに基 づき制御法則を導き出すことができる。第２図に図示した２体モデルは車輪２並 びに関連する車輪固定装置近傍の車体９を概略水している。モデルはほぼ以下の 各車両成分、すなわち 車両の弾性のない車輪部分の質量ｍｒ（車輪リム、可動車軸並びに車輪操舵部） 、 ばね常数ｃｒで表される車輪ばね部の垂直弾性部、車両の弾性を与えられた車体 質量ｍａ（車両固定装置近傍にある車体部分の質量）、 車体の振動を取り除き静的な車体荷重を吸収する、ばね常数ｃａで表されるスプ リング 能動的あるいは生能動的に実現されるアクチュエータとして構成される減衰値ｄ ａを有するショックアブソーバ５の成分から構成される。

更に第２図には、３つの座標系が図示されている。これらの座標系は、車輪２が 走る走行路の凹凸ｕ１車輪質量ｍｒの垂直変位量ｘｒ、車体質量ｍａの垂直変位 量ｘａを示す。

各センサ装置Ｓは、２つのセンサを有する。これらのセンサは、 車体加速度と車軸加速度、あるいは 車体加速度とはね変位量、あるいは 車体加速度とばね変位速度、あるいは 車軸加速度とばね変位量、あるいは 車軸加速度とばね変位速度 の組み合せを選択的に検出する。

各信号処理回路７ではそれぞれのセンサにより得られる信号を電子的に処理する ことにより絶対車体速度ｖａ（慣性系における）と車体９と車輪２間の相対ばね 変位速度ｖａｒがめられる。

第３図によれば、信号処理回路７は２つのフィルタ１１．１２を有する回路装置 １０を有する。フィルタ１１には車体速度ｖａが、またフィルタ１２にはばね変 位速度ｖａｒが入力量として入力される。フィルタｌ１Ｓ１２の出力１３．１４ は加算部１５に入力されアクチュエータを駆動する目標駆動信号Ｆ　ｄｓｏｌ　 １が形成される。アクチュエータとしては能動的なパワー調節器、生能動的なパ ワー調節器、パワーを調節する絞り調節器あるいはパワーを制御する絞り調節器 が用いられる。第３図に図示した両フィルタ１１．＆１２はフィルタに入力され る信号周波数に対する振幅と周波数の応答特性により記述される。フィルタ１１ 、１２は、例えば、電子制御装置のコンピュータプログラムによりフィルタの伝 達特性を表す時間的にディスクリートな微分方程式を処理することにより電子的 にデジタルで構成されるか、あるいは電子回路素子を用いてフィルタの伝達特性 を表す時間的に連続する微分方程式をシミュレーシヨンすることにより電子的に アナログにより構成される。

フィルタ１１．１２を用いることによりアクチュエータを駆動する目標駆動信号 Ｆｄｓｏｌｌは数学的にＦｄｓｏｌ！”Ｆｌ（Ｖａ）＋Ｆ２（Ｖａｒ）のように 記述される。

但し、Ｆｌ、Ｆ２は入力信号（絶対車体速度ｖＢ、相対ばね変位速度ｖ　ａｒ） に用いられるフィルタ演算子である。フィルタ演算子は、周波数領域において複 素伝達関数により記述することができる。

アクチュエータを駆動する目標駆動信号Ｆｄｓｏｌｌをほぼ理想的なアクチュエ ータに入力すると、Ｆｄ−Ｆｄｓｏｌｌとなる。但し、Ｆｄは減衰力である。本 発明によれば、減衰力Ｆｄは、車体速度ｖａに起因する周波数依存性のスカイフ ック減衰Ｄｓｋｙ（ｆ）と、ばね変位速度ｖａｒに起因する周波数依存性の受動 減衰Ｄ　ｐａＳｓｉｖ（ｆ）に分けられる。スカイフック減衰Ｄ　ｓｋｙは、車 体質量ｍａに作用する慣性系の固定点（空＝スカイ）に結合された（例えば第５ 図）慣性系のショックアブソーバによる減衰である。

通常、このような慣性系のショックアブソーバはすぐには実現できないので、減 衰値ｄａに含めなければならない。

第５図には、上述した系の構成が、また第６図にはその実施例が図示されている 。これは、次のような構成を有する。すなわち、車体９の車体加速度菫ａがセン サ装置Ｓのセンサにより検出され車体速度ｘａを形成するために積分される。そ の積分値が生能動的なショックアブソーバ５として構成さ枦るアクチュエータを 制御するマイクロプロセッサに入力される。ここで、上述したスカイフック減衰 Ｄｓｋｙ　（ｆ）と受動減衰Ｄｐａｓｓｉｖ（ｆ）が用いられる。

使用するフィルタ１１．１２の特性は、車両の走行快適性と走行安全性に関する 特性が可能な限り良好になるように、例えば数学的な最適化法等を用いて定めら れる。

更に、本発明の実施例によれば、フィルタの係数、従って走行特性を柔軟性をも たせてそのときの走行状態あるいは運転者の要求に調節することも可能である。

用いたフィルタ１１．１２の振幅特性並びに位相特性によって自動車１の車台の 制御特性が設定される。特に、使用するフィルタの次数並びにすでに述べたよう にフィルタ係数を決めなければならない。

一例として特に簡単な例を説明する。スカイフック分岐路にあるフィルタ１１は 一定の伝達要素（零次のフィルタ）として構成され、その場合はスカイフック減 衰Ｄ　ｓｋｙは一定になる。

すなわち周波数依存性はなくなる。受動的な分岐路にあるフィルタ１２は、伝達 関数 を有する２次のフィルタとして構成される。例えば、テーブルえは第４図に図示 した周波数ｆに対するスカイフック減衰並びに受動減衰が得られる。

この簡単な実施例でも、受動的な車台部材を装備した従来の車両と比較して走行 快適性並びに走行安全性に関する車両特性は顕著に向上する。その場合、快適性 は、慣性的に車体を減衰させるスカイフック成分よる効果並びに快適範囲（１か ら８Ｈｚ）での受動減衰が小さいことにより得られる。更に、従来の車両を凌駕 する良好な走行安全性が得られる。これは、第４図に図示したように車輪の固有 周波数（約８〜１５Ｈｚ）の領域で受動減衰が太き（なっていることに起因する 。

−ｆ　［Ｈ２］ 国際調査報告 ｋ　ＰＣＴ／ＤＥ　９０１００３４７ 国際調査慢告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）センサにより検出される２つの質量の運動から信号処理回路を用いて前記質 量に作用するアクチュエータを制御する制御信号を形成する、特に乗用車並びに 営業用車両の車台における運動の進行を減衰させる方法において、前記センサに より検出される信号を信号処理回路（７）に設けられた周波数依存性の伝達特性 を有する回路装置を介して入力させることを特徴とする運動の進行を減衰させる 方法。 ２）前記回路装置が振幅及び／あるいは位相特性を調節する少なくとも１つのフ ィルタ（１１、１２）により構成することを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の方法。 ３）前記１つの質量が車輪（ｍｒ）により、また他方の質量が車両の車体（ｍａ ）により形成されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載の方法 。 ４）車両の車体質量（ｍａ）が対応する車輪（２）の車輪固定装置近傍の車体質 量部分により形成されることを特徴とする請求の範囲第１項から第３項までのい ずれか１項に記載の方法。 ５）走行中前記センサにより車体加速度と車輪（２）を有する車軸（３）の車軸 加速度、あるいは車体加速度と車軸（３）に対する車体（９）のばね変位量、あ るいは車体加速度とばね変位速度、あるいは車軸加速度とばね変位量、あるいは 車軸加速度とばね変位速度が検出されることを特徴とする請求の範囲第１項から 第４項までのいずれか１項に記載の方法。 ６）センサにより得られる信号から絶対車体速度（ｖａ）と相対ばね変位速度（ ｖａｒ）が形成されることを特徴とする請求の範囲第１項から第５項までのいず れか１項に記載の方法。 ７）２つのフィルタ（１１、１２）が設けられ、その一方のフィルタに車体速度 （ｖａ）に対応する信号が、また他方のフィルタにばね変位速度（ｖａｒ）に対 応する信号が入力され、フィルタの出力信号が加算されてアクチュエータ（５） の制御信号（Ｆｄｓｏｌｌ）が形成されることを特徴とする請求の範囲第１項か ら第６項までのいずれか１項に記載の方法。 ８）フィルタ（１１、１２）の伝達関数が▲数式、化学式、表等があります▼， ▲数式、化学式、表等があります▼の式により記述されることを特徴とする請求 の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載の方法。 ９）フィルタ（１１、１２）の伝達関数の係数がそのときの走行状態及び／ある いは運転者の要求に合わせて調節されることを特徴とする請求の範囲第１項から 第８項までのいずれか１項に記載の方法。 １０）異なる次数のフィルタ（１１、１２）が用いられることを特徴とする請求 の範囲第１項から第９項までのいずれか１項に記載の方法。 １１）車体速度（ｖａ）に関連する信号を処理するために零次のフィルタが、ま たはね変位速度（ｖａｒ）に関連する信号を処理するために２次のフィルタが用 いられることを特徴とする請求の範囲第１項から第１０項までのいずれか１項に 記載の方法。 １２）アクチュエータとして能動的なあるいは半能動的なショックアブソーバが 用いられることを特徴とする請求の範囲第１項から第１１項までのいずれか１項 に記載の方法。 １３）２つの質量における運動進行の動的な状態を検出するセンサを有し、その センサからの信号が信号処理回路に入力され、その出力が前記質量に作用する制 御可能なアクチュエータに接続される装置で、請求の範囲第１項から第１２項ま でのいずれか１項に記載の方法を実施する、特に乗用車並びに営業用車両の車台 における運動の進行を減衰させる装置において、前記信号処理回路（７）が周波 数依存性の伝達特性を有する回路装置を有することを特徴とする運動の進行を減 衰させる装置。 １４）前記回路装置が、振幅及び／あるいは位相特性を調節する２つのフィルタ （１１、１２）により構成され、これらの出力が加算部（１５）に入力されアク チュエータ（５）の制御信号（Ｆｄｓｏｌｌ）が形成されることを特徴とする請 求の範囲第１３項に記載の装置。 １５）前記質量が車輪質量（ｍｒ）と車両の車輪に関連する車体質量部分（ｍａ ）により形成されることを特徴とする請求の範囲第１３項又は第１４項に記載の 装置。 １６）車輪（２）と車体（９）にそれぞれセンサが設けられることを特徴とする 請求の範囲第１３項から第１５項までのいずれか１項に記載の装置。 １７）車輪（２）に車軸（２）が設けられ、この車軸がスプリング装置を介して 車体（９）に結合されることを特徴とする請求の範囲第１３項から第１６項まで のいずれか１項に記載の装置。 １８）車両（１）が、複数、好ましくは４個の車輪（２）を有し、各車輪に減衰 装置が設けられることを特徴とする請求の範囲第１３項から第１４項までのいず れか１項に記載の装置。