JPH05286332A

JPH05286332A - 車両の振動低減装置

Info

Publication number: JPH05286332A
Application number: JP9565292A
Authority: JP
Inventors: Shin Takehara; 伸竹原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】車体の振動、特に車輪のばね定数及びばね下
質量により決定される振動周波数のときの路面入力に対
する車体の振動加速度の伝達関数としての，いわゆる不
動点を低減して、車両の乗心地を向上させると共に、車
輪の接地性を高める。【構成】車両の例えば車体１側（ばね上）に補助質量
体７を配置すると共に、該補助質量体７を加振する加振
器を設ける。車輪２ＦＬの上下加速度をばね下加速度セ
ンサ１０にて検出し、その検出信号から車輪２ＦＬの上
下速度信号を算出する。上記車輪２ＦＬの上下加速度及
び上下速度信号に基いて補助質量体７を加振器８を用い
て加振し、車体１の振動に対抗させる。その結果、車輪
２ＦＬの変位量が低減して、車輪２ＦＬの接地性の向上
を図りつつ、車体１の振動が低減されて、車両の乗心地
が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両の振動低減装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車両の振動低減装置として、
例えば特開昭６３−１３０４１８号公報に開示されるよ
うに、いわゆるアクティブサスペンション装置が知られ
ている。このサスペンション装置は、車両のばね上とば
ね下との間に流体シリンダを設けると共に、車両に加わ
る上下方向加速度や車高、上記流体シリンダ内の流体圧
力等を検出し、これ等検出信号に基いて上記流体シリン
ダへの流体の給排流量を制御することにより、車両の運
転状態の如何に拘らず車両のバウンス、ピッチング及び
ロールの各振動を低減している。

【０００３】また、車体の振動、特に車両のばね下共振
に伴う振動は、いわゆるブルブルした不快な振動である
ため、従来、これを低減すべく、ばね下重量を軽減して
ばね下共振周波数を高周波側に移行させたり、サスペン
ション装置のダンパーの減衰特性を調整して最適化する
方法が取られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記の如き
アクティブサスペンション装置や、構成を簡易にしてダ
ンパーの減衰定数のみを可変としたセミアクティブサス
ペンション装置、又はサスペンション特性が変化しない
通常のサスペンション装置を備えた車両は、図８に示す
ように、ばね下質量ｍ1 とばね上質量ｍ2 との２自由度
モデルで表現できる。

【０００５】今、図８の２自由度モデルにおいて、タイ
ヤばね定数をＫT 、路面変位をＸ0、ばね下変位をＸ1
、ばね上変位をＸ2 、サスペンション装置の反力をＦ
とすれば、運動方程式は次式で示される。

【０００６】

【数１】

【数２】上記式に基づけば、路面から車体への振動の伝達特性(d
²ｘ2/dt²) ／Ｘ0 は図９に示すグラフとなる。

【０００７】次に、上記式（１），（２）を加え、反力
Ｆを消去すると、

【数３】が得られ、この式をラプラス変換し、Ｓ＝ｊωを代入す
ると、次式（３）が得られる。

【数４】次に、車体の振動伝達特性をＨ (S)とし、Ｈ (S)＝Ｘ2
(S)・Ｓ²／Ｘ0(S)と置くと、上記（３）式において、
ωａ＝√（ＫT ／ｍ1 ）のときの振動数の伝達関数Ｈ
（ωａ）は、

【数５】となる。上記式（４）において、ＫT ，ｍ2 及びωａ²
は定数であるので、図１０に示すように、ωａ＝√（Ｋ
T ／ｍ1 ）である１０Ｈｚ近傍のときの振動数の伝達関
数Ｈ（ωａ）はサスペンション装置の形式に拘らず一義
的に一定値に決定されてしまい、このため、上記従来の
ようにばね下重量の軽減やダンパー調整、又はアクティ
ブサスペンション装置におけるばね定数等の変更制御を
如何に適切に行っても、ωａ＝√（ＫT ／ｍ1 ）のとき
の振動数の伝達関数Ｈ（ωａ）を小さく改善し得ず、そ
の結果、車両振動の低減にも限界があった。以上の事情
は、例えば日本機械学会の講習会教材（'91-7.18,19 の
体験・振動制御）の第７３頁〜第８２頁記載の「６．ア
クティブサスペンションの設計法」の第７８頁において
も開示されており、上記ωａ＝√（ＫT ／ｍ1 ）のとき
の振動数の伝達関数Ｈ（ωａ）を不動点と指称してい
る。尚、本説明においても以下、この伝達関数Ｈ（ω
ａ）を不動点と称す。

【０００８】そこで、例えば不動点Ｈ（ωａ）を小さく
改善すべく、上記（４）式から理論的に、タイヤのばね
定数ＫT を小さく制限したり、ばね上質量ｍ2 を重くす
ること、又はばね下にダイナミックダンパーを設定する
等の対応策が考えられるが、何れの考えも抜本的な解決
手段でなく、また車両の走行性や耐久性の低下を招く欠
点を有する。

【０００９】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、特に高層ビル等で補助質量体を使用して強風によ
る振動を抑制する制振装置の構成に着目した。この制振
装置は、例えば日本機械学会の講習会教材（'91-7.18,1
9 の体験・振動制御）の第１頁〜第２０頁記載の「１．
アクティブ振動制御系設計の指針」に開示されるよう
に、単独に並立して建てられた２つの高層ビルの間を通
路等で繋ぎ、該通路を補助質量体として加振することに
より、２つの高層ビルの振動を抑制するものである。

【００１０】そこで、本発明者は、車両において補助質
量体を別途設けて車両をばね上、ばね下及び補助質量体
との３自由度モデルで表現した場合を考察した。即ち、
図１１に示す車両の３自由度モデルにおいて、ｍ3 を例
えばばね上に配置した補助質量体の質量、Ｋs をサスペ
ンション装置のばね定数、Ｃs をサスペンション装置の
減衰係数、Ｕを補助質量体ｍ3 に加えるべき加振力とす
れば、次の３式が成立する。

【数６】

【数７】

【数８】ここで、上記式（６）において、

【数９】即ち、

【数１０】となるように補助質量体ｍ3 への加振力Ｕを制御すれ
ば、計算上は如何なる路面入力に対しても、ばね上加速
度を常に零値に保持でき、不動点Ｈ（ωａ）を解消でき
ることが判った。

【００１１】従って、一般的にＫ1 ，Ｋ2 を制御ゲイン
と定めて、

【数１１】と置き、ゲインＫ1 ，Ｋ2 をサスペンション装置のばね
定数Ｋs 及び減衰係数Ｃs に等しく，又は所定値に設定
すれば、ばね上加速度を低減できて不動点Ｈ（ωａ）を
小さく改善できることを知悉した。

【００１２】以上の点から、本発明の目的は、車両に補
助質量体を設け、該補助質量体を上記式（８）に基いて
適宜加振する構成を採用することにより、不動点を改善
し得る車両の振動低減装置を提供することにある。その
場合、用いる制御信号としては、車両の乗心地改善と共
に車両の接地性を高める観点から、ばね下速度信号又は
ばね下加速度信号を使用する構成とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、請求項１記載の発明の具体的な解決手段は、図１に
示すように、車両のばね上部分又はばね下部分に配置さ
れた補助質量体７と、該補助質量体７を加振する加振手
段８とを備えるとともに、車両のばね下速度を検出する
ばね下速度検出手段２４と、該ばね下速度検出手段２４
のばね下速度信号に応じた値で且つ車体振動に対抗する
加振力で上記補助質量体７を加振するよう上記加振手段
８を制御する制御手段５１とを設ける構成とする。

【００１４】また、請求項２記載の発明では、上記請求
項１記載の発明の構成のばね下速度検出手段２４に代え
て、ばね下加速度検出手段を設ける構成としている。

【００１５】更に、請求項３記載の発明では、上記請求
項１記載の発明のばね下速度検出手段２４と、請求項２
記載の発明のばね下加速度検出手段との検出信号に基い
て補助質量体７を制御手段５１により加振手段８を使用
して加振する構成とする。

【００１６】加えて、請求項４記載の発明では、上記請
求項１、請求項２、又は請求項３記載の発明において、
ばね下速度信号又はばね下加速度信号の位相及び振幅の
少くとも一方をばね上の変位に応じて補正する補正回路
を設ける構成とする。

【００１７】

【作用】以上の構成により、請求項１記載の発明では、
補助質量体７は、車両のばね下速度に応じた加振力で加
振されるので、上記式（８）で決定される理想の加振力
に近い加振力が得られ、その結果、車両のばね上加速度
が低減されるので、不動点Ｈ（ωａ）の１０Ｈｚ近傍の
周波数を含む広い周波数領域に亘って車両の振動が有効
に低減されることになる。その場合、車両のばね下速度
に基いて補助質量体７が加振制御されるので、車両のば
ね下変位が少く制限されて、車輪の接地性が高まり、車
両の操縦性の向上が図られる。

【００１８】また、請求項２記載の発明では、車両のば
ね下加速度に基いて補助質量体７が加振制御されるの
で、上記請求項１記載の発明と同様に、不動点Ｈ（ω
ａ）の１０Ｈｚ近傍の周波数を含む広い周波数領域に亘
って車両の振動が有効に低減され、乗心地の向上が図ら
れると共に、車両のばね下変位が少く制限されて、車輪
の接地性が高くなる。

【００１９】更に、請求項３記載の発明では、車両のば
ね下速度とばね下加速度との双方に基いて補助質量体７
が加振制御されるので、不動点Ｈ（ωａ）の１０Ｈｚ近
傍の周波数を含む広い周波数領域に亘って車両の振動が
一層有効に低減されつつ、車両のばね下変位が効果的に
抑制されて、車輪の接地性が一層高くなる。

【００２０】加えて、請求項４記載の発明では、車両の
ばね下速度やばね下加速度が、車両のばね上の速度又は
加速度に対して位相又は振幅が異なる場合であっても、
ばね下の速度信号又は加速度信号が補正回路でばね上の
速度又は加速度の変位に応じて補正されるので、ばね上
の速度又は加速度に良好に対応して、ばね上の加速度が
一層有効に低減され、車両の乗心地が一層向上すること
になる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項３記載の発明の車両の振動低減装置によれば、車両
に配置する補助質量体を、車両のばね下速度、ばね下加
速度、又はこれ等双方に応じた加振力で加振したので、
不動点の１０Ｈｚ近傍の周波数を含む広い周波数領域に
亘って車両の振動を有効に低減できると共に、車輪の接
地性を高めて、操縦性の向上を図ることができる効果を
奏する。

【００２２】また、請求項４記載の発明の車両の振動低
減装置によれば、補助質量体の加振制御に用いるばね下
速度信号又はばね下加速度信号の位相又は振幅補正をば
ね上変位に応じて行ったので、車輪の接地性の向上を図
りつつ、ばね上の加速度を一層有効に低減して、車両の
乗心地の一層の向上を図ることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図２以下の図面に基
いて説明する。

【００２４】図２は本発明に係る車両の振動低減装置の
概略構成を示す。同図においては車体の左側のみを図示
するが、車体の右側も同様に構成されている。同図にお
いて、１は車体、２ＦＬは左前輪、２ＦＲは左後輪であ
って、車体１と左前輪２ＦＬとの間、及び車体１と左後
輪２ＦＲとの間には、各々コイルばね３及びダンパー４
より成る通常のサスペンション装置５が介設されてい
る。

【００２５】更に、車体１，つまり車両のばね上部分の
前後方向中央部には補助質量体７が配置されると共に、
該補助質量体７の近傍には、該補助質量体７を加振する
加振手段としての加振器８が配置される。該加振器８の
構成は、図３に示すように、車体１にボルト９，９によ
り取付固定されるカバー８ａ内に、中空の補助質量体７
が支持軸８ｂに遊嵌されていると共に、該補助質量体７
の上下をカバー８ａに弾性支持する２個のサポートスプ
リング８ｄ，８ｄと、該補助質量体７の中空部内周に配
置固定された中空円筒状の磁石８ｅと、カバー８ａの底
部から延びて上記磁石８ｅの中空部に配置され、磁石８
ｅを電磁力で移動させるコイル８ｆと、カバー８ａの上
面部及び底面部に各々配置されて上記補助質量体７の最
大移動量を設定値に規制する弾性ストッパー８ｇとを備
えて成り、コイル８ｆに通電する交流電流の振幅及び位
相に応じて磁石８ｅ及び補助質量体７を上下に振動させ
るよう加振する構成としている。尚、上記サポートスプ
リング８ｄ，８ｄの支持ばね特性は、そのばね定数をＫ
ｄとし、補助質量体７の質量をｍｄとすると、車体振動
の例えば２Ｈｚ以上の高周波成分を低減し得るように、
２＞１／２π√（Ｋｄ／ｍｄ）に設定されている。

【００２６】加えて、図２において、上記補助質量体７
を加振制御する基礎となる信号として、左前輪２ＦＬ及
び左後輪２ＦＲには、各々、該各車輪２ＦＬ，２ＦＲの
上下加速度を検出するばね下加速度検出手段としてのば
ね下加速度センサ１０，１０が配置されていると共に、
車体１には、該車体１の上下加速度を検出するばね上加
速度センサ１１，１１が配置されている。

【００２７】更に、上記補助質量体７の近傍には、振動
する補助質量体７と車体１との間のストローク量を検出
するストロークセンサ１３が配置されている。

【００２８】そして、上記各センサ１０、１１，１３の
検出信号は、内部にＣＰＵ等を有するコントローラ１５
に入力されていて、該コントローラ１５により補助質量
体７を加振制御する構成である。

【００２９】次に、上記コントローラ１５の内部構成を
図４のブロック図に基いて説明する。尚，各車輪に対す
る構成は同一であるので、同図は１車輪に対してのみ図
示している。同図において、１７は駆動回路であって、
該駆動回路１７へのばね下加速度センサ１０の検出信号
の入力系には、車輪２ＦＬのばね下加速度 d²Ｘ1 ／dt
²信号に含まれるノイズを除去するローパスフィルタ２
０と、該ローパスフィルタ２０からの信号の例えば１Ｈ
ｚ以上の高周波数帯のみを濾波するハイパスフィルタ２
１と、該ハイパスフィルタ２１からの信号の位相Ａ1 を
調整する位相調整回路２２と、該位相調整回路２２から
の信号の振幅Ｂ1 を調整する振幅調整回路２３とを備え
ると共に、上記ローパスフィルタ２０通過後のばね下加
速度信号を積分して車輪２ＦＬのばね下速度 dＸ1 ／dt
信号を検出するばね下速度検出手段としての積分回路２
４と、該積分回路２４からの信号を上記と同様に順次高
周波数の濾波、位相Ａ2 の調整、及び振幅Ｂ2 の調整を
各々行うハイパスフィルタ２５、位相調整回路２６、及
び振幅調整回路２７とが備えられる。

【００３０】また、駆動回路１７へのばね上加速度セン
サ１１の検出信号の入力系にも、ノイズ除去用のローパ
スフィルタ４０と、該ローパスフィルタ４０からのばね
上加速度信号を積分してばね上速度信号を得る積分回路
４１と、この積分前及び積分後のばね上加速度信号の後
段に配置された２個のハイパスフィルタ４２，４３が備
えられている。

【００３１】更に、コントローラ１５の内部には、信号
の位相及び振幅を補正する補正回路５０が備えられる。
該補正回路５０は、上記ばね上加速度センサ１１の信号
入力系のばね上加速度 d²Ｘ2 ／dt²、及びばね上速度
dＸ2 ／dtに基いて、これ等信号値が小さくなるよう
に、上記ばね下加速度センサ１０の信号入力系の位相調
整回路２２，２６による各位相Ａ1 ，Ａ2 の調整、及び
振幅調整回路２３，２７による各振幅Ｂ1 ，Ｂ2 の調整
に対して補正信号を出力する機能を有する。

【００３２】続いて、上記コントローラ１５による補助
質量体７の加振制御を図５に示す制御フローに基いて説
明する。

【００３３】同図において、スタートして、ステップＳ
１でばね下加速度センサ１０及びばね上加速度センサ１
１の検出信号 d²Ｘ1 ／dt²、 d²Ｘ2 ／dt²をモニタ
ーし、その後、ステップＳ２で該各検出信号 d²Ｘ1 ／
dt²、 d²Ｘ2 ／dt²を積分して車輪２ＦＬの上下速度
dＸ1 ／dt、及び車体１の上下速度 dＸ2 ／dtを演算す
る。

【００３４】続いて、ステップＳ３で車体１の上下加速
度 d²Ｘ2 ／dt²信号、及び上下速度 dＸ2 ／dt信号に
基いて、後述する制御信号Ｉ1 ，Ｉ2 の位相Ａ1 ，Ａ2
及び振幅Ｂ1 ，Ｂ2 を補正し決定する。

【００３５】その後は、ステップＳ４で上記前輪２ＦＬ
の上下速度 dＸ1 ／dt信号に基いた加振器８のコイル８
ｆに対する制御信号値Ｉ1 を下記式

【数１２】に基いて演算すると共に、ステップＳ５で前輪２ＦＬの
上下加速度 d²Ｘ1 ／dt²信号に基いた加振器８に対す
る制御信号値Ｉ2 を下記式

【数１３】に基いて演算し、その後、ステップＳ６で上記両制御信
号値Ｉ1 及びＩ2 を加算して合計制御信号値Ｉを算出
し、該信号値Ｉを加振器８のコイル８ｆに出力して、リ
ターンする。

【００３６】よって、上記図５の制御フローにおいて、
ステップＳ４及びＳ５により、積分回路（ばね下速度検
出手段）２４のばね下速度 dＸ1 ／dt信号、及びばね下
加速度センサ１０のばね下加速度 d²Ｘ1 ／dt²信号に
応じた制御電流値Ｉ1 及びＩ2 を演算し、該電流値Ｉ1
及びＩ2 に対応する加振力で車体１の振動に対抗するよ
うに補助質量体７を加振するよう加振器８を制御するよ
うにした制御手段５１を構成している。

【００３７】したがって、上記実施例においては、車輪
２ＦＬの上下速度 dＸ1 ／dtに基づく制御信号Ｉ1 、及
び同上下加速度 d²Ｘ1 ／dt²に基づく制御信号Ｉ2 が
演算されて、これ等を合計した制御信号値Ｉでもって加
振器８のコイル８ｆが励磁される。このため、補助質量
体７には、次式で示す加振力Ｕが車体１の振動と対抗す
る方向に作用して、

【数１４】車体１に作用する力と相殺するので、車体振動のほぼ全
ての周波数領域、特に従来では低減不可能であった１０
Ｈｚ近傍の不動点における車体の振動をも有効に低減し
得る。

【００３８】しかも、車輪２ＦＬの上下速度及び加速度
に基いて補助質量体７の加振制御が行われるので、車輪
２ＦＬの変位量は、図６に示すように、１０Ｈｚ近傍の
不動点の周波数周りにおいて低減されて、車輪２ＦＬの
接地性が高くなり、操縦性の向上を図ることができる。

【００３９】また、車輪２ＦＬの上下加速度 d²ｘ1 ／
dt²信号の位相Ａ1 及び振幅Ｂ1 、及び車輪２ＦＬの上
下速度d ｘ1 ／dt信号の位相Ａ2 及び振幅Ｂ2 が、共に
補正回路５０によって車体１の上下速度d ｘ2 ／dt及び
上下加速度d ²ｘ2 ／dt²を小さくする方向に補正され
るので、補助質量体７の振動動作が車体１の振動に精度
良く対抗して、車体１の加速度が一層有効に低減され、
車両の乗心地が一層向上することになる。

【００４０】尚、上記実施例では、補助質量体７を車体
１に配置したが、ばね下に配置してもよい。この場合に
は、図７に示すようにサスペンション装置５のダンパ４
下部に補助質量体７及び加振器８を内蔵する形式にする
ことができる。この場合の加振器８の構成は図３と同一
であるので、その説明を省略する。

【００４１】また、上記実施例では、加振器８を電気式
としたが、油圧式で構成してもよいのは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】全体概略構成を示す図である。

【図３】加振器の具体的構成を示す図である。

【図４】コントローラ内部のブロック構成図である。

【図５】補助質量体の加振制御を示すフローチャート図
である。

【図６】車輪の変位量特性を示す図である。

【図７】加振器をばね下に配置する場合の具体的構成図
である。

【図８】車両の２自由度モデルを示す図である。

【図９】従来のサスペンション装置の乗心地特性を示す
図である。

【図１０】不動点の説明図である。

【図１１】車両の３自由度モデルを示す図である。

【符号の説明】

１車体２ＦＬ，２ＦＲ車輪７補助質量体８加振器（加振手段）８ｅ磁石８ｆコイル１０ばね下加速度センサ（ばね下加速度
検出手段）２４積分回路（ばね下速度検出手段）５１制御手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両のばね上部分又はばね下部分に配置
された補助質量体と、該補助質量体を加振する加振手段
とを備えるとともに、車両のばね下速度を検出するばね
下速度検出手段と、該ばね下速度検出手段のばね下速度
信号に応じた値で且つ車体振動に対抗する加振力で上記
補助質量体を加振するよう上記加振手段を制御して車体
振動を低減する制御手段とを備えたことを特徴とする車
両の振動低減装置。
【請求項２】車両のばね上部分又はばね下部分に配置
された補助質量体と、該補助質量体を加振する加振手段
とを備えるとともに、車両のばね下加速度を検出するば
ね下加速度検出手段と、該ばね下加速度検出手段のばね
下加速度信号に応じた値で且つ車体振動に対抗する加振
力で上記補助質量体を加振するよう上記加振手段を制御
する制御手段とを備えたことを特徴とする車両の振動低
減装置。
【請求項３】車両のばね上部分又はばね下部分に配置
された補助質量体と、該補助質量体を加振する加振手段
とを備えるとともに、車両のばね下速度を検出するばね
下速度検出手段と、車両のばね下加速度を検出するばね
下加速度検出手段と、該両検出手段のばね下速度信号及
びばね下加速度信号に応じた値で且つ車体振動に対抗す
る加振力で上記補助質量体を加振するよう上記加振手段
を制御して車体振動を低減する制御手段とを備えたこと
を特徴とする車両の振動低減装置。
【請求項４】信号の位相及び振幅の少くとも一方をば
ね上の変位に応じて補正する補正回路を備えることを特
徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載の車両
の振動低減装置。