JPH0713515U - 車両用アクティブサスペンション - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両前方の路面の凹凸を検知し、これに応じ
た制御を行うアクティブサスペンションにおいて、検出
した路面に車輪が到達する時間を算出することにより最
適制御を行う。 【構成】 前輪と後輪のサスペンションストロークより
バウンシングとピッチングにかかる車両姿勢の変化を検
出する。検知路面から車輪までの距離である予見距離
は、前記車両姿勢の変化により変化する。この予見距離
の変化により変化する検知路面に車輪が到達する時間を
求め、この時間に応じてサスペンションの制御を遅延さ
せ、適切なタイミングでサスペンションの制御を行う。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は路面状況に応じて車両用サスペンションを制御するアクティブサスペ ンションであって、特に車両前方の路面状況を検知し、この路面状況によりサス ペンションを制御する車両用アクティブサスペンションに関する。

【０００２】

【従来の技術】

車両用サスペンションの主な機能は、路面から車体への入力を緩和もしくは遮 断することと、車体の姿勢を安定させることとの二つである。しかしながら、多 くの場合においてこれら二つの要求は相反するものとなる。例えば、路面からの 入力を少なくするためにはばね定数は低く設定した方が乗り心地が良く好ましい が、旋回時のロールを抑えるためにはばね定数は高く設定した方が好ましい。ま た、路面の凹凸においても、その大きさにより適切なばね特性や減衰特性が異な る。以上のような条件のほかにも乗車人数、車両速度など各種の条件の全てに適 合したサスペンションの設定を行うのは非常に困難である。

【０００３】 現在最も普及している車両用サスペンションの形式は種々のリンク機構により 車体に対する車輪の軌跡を決定し、ばねとダンパによりその支持剛性や減衰特性 を決定するものである。このようなサスペンションは路面や車体に直接加わる外 力に対し、受動的に変位するのみであり、前述のような多種の条件に必ずしも適 合したものとはなり得なかった。

【０００４】 そこで、路面から車体に伝わる外力や車体に直接加わる外力を検出し、これに 基づき、油圧アクチュエータによりサスペンションストロークを能動的に制御し 車両姿勢を制御するアクティブサスペンションが開発されている。しかしこの方 法においても、路面からの凹凸により車輪が変位した後、この変位に応じたサス ペンションストロークを発生させ、減衰作用を与えるという構成になっており、 最初の入力に関して、能動的に対処する構成は採られていない。つまり初期入力 においては、従来の受動的なサスペンションと何ら変わりがなく、したがって十 分に前述のような各条件を満足するにいたっていない。特に、この場合は路面の 凹凸を乗り越える際に生じる突上げ感を無くすことはできない。

【０００５】 そこで、車輪の前方路面を監視し、車輪がその監視地点に到達した時にその路 面の凹凸情報に基づきサスペンションストロークを制御し突上げ感などを柔げる サスペンションが考案されている。実開昭６０−１０５２１７号公報には前述の ような前方の路面状況に基づき制御を行うアクティブサスペンションが示されて おり、またこの考案においては特に前方の路面監視部分をハンドルのきれ角に応 じて変化させ、より正確な路面情報を得るような構成となっている。前記公報に 示された考案によれば前方の路面監視は、車両前部に取り付けられたビームセン サより一定の俯角方向にビームを照射することにより行われている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかし前述のように、前方に照射されるビームの方向は車体に対して常に一定 の方向であるため、車体の姿勢が変化してしまった場合、車輪から監視路面まで の距離（予見距離）も変化する。例えば、図５に示すように車両がバウンシング した場合通常の予見距離（Ｌ_p0＋Ｌ_f ）に対しδ₁ だけ変化する。また、車両が ピッチングした場合も図６に示すようにδ₂ 変化する。以上のように予見距離は 車両の姿勢変化により変化し、これにより車輪が監視路面に達する時間も変化し 、よって正確なサスペンションの制御が行えないという問題があった。

【０００７】 本考案は前述の問題点を解決するためになされたものであり、車両姿勢により 変化する予見距離を補正することにより、正確に路面の凹凸に追従することので きる車両用アクティブサスペンションを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

前述の目的を達成するために、本考案にかかる車両用アクティブサスペンショ ンは、路面状況検知手段により検知される路面位置から車両までの予見距離の算 出を行うことにより、これに応じたサスペンションストロークの制御を行う。

【０００９】 車両に取り付けられている路面状況検知手段は、車両姿勢が変化すると路面に 対する取付け高さと検知方向が変化する。この車両姿勢の変化を検出するために 、前輪変位検出手段・後輪変位検出手段が設けられており、検出された車体に対 する前輪・後輪の変位に基づき車両姿勢演算手段により車両姿勢が算出される。 車両姿勢の変化により変化した路面状況検知手段の取付け高さ・検知方向に基づ き予見距離算出手段により予見距離が算出される。この予見距離と現在の自車両 の走行速度に基づき検知された路面位置に車両前輪および後輪が到達する時間を 到達手段算出装置により算出する。

【００１０】 このようにして検知された前方路面の凹凸を基に、またこの凹凸が車両の前輪 および後輪に達する時間に基づきサスペンションストロークの制御を行うサスペ ンションストローク制御手段が設けられている。

【００１１】

【作用】

本考案は以上のような構成を有しており、車両姿勢により変化する予見距離を 検出することにより、予見した路面の位置に車両が達するまでの時間を正確に算 出することが可能となる。このように予見した路面の凹凸状況とそこに到達する までの時間を算出することにより、前輪・後輪が予見された路面に達した時にそ の路面の凹凸に応じたサスペンションストロークの制御を行う。

【００１２】

【考案の効果】

車両姿勢によって変化する予見距離を算出することによって、予見された路面 の位置に車両の前輪・後輪が到達する時間を算出することができる。これによっ て予見された路面に前輪・後輪が達する時刻を正確に把握し、この路面の凹凸に 応じた前輪・後輪の動きを適確に制御することが可能となる。これによって、車 両姿勢をより安定させることができ、また路面の凹凸による突上げ感などの乗り 心地のよりいっそうの改善を図ることができる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の好適な実施例を図面にしたがって説明する。

【００１４】 図１は本考案の構成を示すブロック図である。路面状況検知手段により車両前 方の路面の凹凸を検知する。一方、前輪と後輪のストロークの変位を前輪・後輪 変位検知手段２，３により検出し、これより車両姿勢を示すバウンス量とピッチ ング量を車両姿勢演算手段４により算出する。この車両姿勢によって変化する予 見距離を予見距離算出手段５により算出する。そして予見した路面位置に前輪お よび後輪が到達するに要する時間を速度検出手段６により求められた車両速度に 基づき到達時間算出手段７により算出する。このようにして路面状況検出手段１ により検出された路面凹凸の位置まで車輪が達するに要する時間を勘案し、サス ペンションストローク制御手段８によりサスペンションの制御が行われる。

【００１５】 図２は予見距離の算出方法についての説明図である。図２（ａ）は車両１０が 静止した状態が示されている。車両１０には前輪１２が前輪サスペンション装置 １４を介して支持されており、また後輪１６が後輪サスペンション装置１８を介 して指示されている。静止状態での前輪サスペンション装置１４・後輪サスペン ション装置１８のストロークは各々ｙ_f0，ｙ_r0である。車両１０前端には路面状 況検知装置２０が路面よりの高さＨ₀ の位置に設置されており、前方下方（俯角 θ₀ ）方向の路面状況を検知するように設置されている。また図に示したように ホイールベースをＬ_B 、前輪１２から路面状況検知装置２０の設置位置までの距 離をＬ_f0、路面状況検知装置２０の設置位置から実際に検出されている路面位置 までの距離を前方距離Ｌ_p0としている。したがって、前輪・後輪に対する予見距 離は各々次式により示される。 （前輪予見距離）＝Ｌ_p0＋Ｌ_f0 （後輪予見距離）＝Ｌ_p0＋Ｌ_f0＋Ｌ_B また、前方距離Ｌ_p0と路面状況検知装置２０の設置高さＨ₀ と検知方向角θ₀ と は次式の関係がある。 Ｌ_p0＝Ｈ₀ ／ tanθ₀ … （１） もしこのような姿勢で車両が速度Ｖで走行すると現在検出している路面の位置に 前輪が達するに要する時間ｔ_f は次式で示される。 ｔ_f ＝（Ｌ_p0＋Ｌ_f0）／Ｖ … （２） 後輪についても同様に ｔ_r ＝（Ｌ_p0＋Ｌ_f0＋Ｌ_B ）／Ｖ となる。後輪についてはホイールベースの長さだけ前輪より予見距離が長いのみ であるので以後の説明は前輪についてのみ行う。

【００１６】 図２（ｂ）には、車両１０の姿勢が変化した状態を示している。この図はバウ ンスにより車高が高くなり、かつピッチングにより車両前部が持ち上がった状態 が示されている。図２（ａ）の場合と同様に、サスペンションストロークは前輪 がｙ_f ，後輪がｙ_r 、路面状況検知装置２０の路面からの高さがＨ、前輪１２か ら路面状況検知装置２０の設置位置までの距離がＬ_f 、路面状況検知装置２０の 設置位置から実際に検出されている路面位置までの距離の前方距離がＬ_p として 示されている。図においてはその予見距離（Ｌ_p ＋Ｌ_f ）が図２（ａ）の予見距 離（Ｌ_p0＋Ｌ_f0）より長くなっているため、前輪が現在検出している路面位置に 到達する時間に差が生じる。もし、車両姿勢が乱れても予見距離を図２（ａ）の （Ｌ_p0＋Ｌ_f0）として制御した場合、この時間差のために適切なタイミングによ るサスペンションの制御を行うことができない。

【００１７】 このため、車両姿勢が変化した場合においても予見距離を正確に算出する必要 が生じる。路面状況検知装置２０の地上高Ｈは次式によって示される。

【数１】 また、路面検知方向と水平面のなす角θは次式によって示される。

【数２】 式（３）、式（４）およびＬ_f がＬ_f0にほぼ等しいことから前方距離Ｌ_p は次式 により表される。

【数３】 これより前輪の予見距離（Ｌ_p ＋Ｌ_f ）を求めることができる。

【００１８】 次に車両前方の路面状況を検出する路面状況検知装置２０について説明する。 本装置は所定方向に光を照射し、路面からの反射光を受光し、この反射光に基づ き路面の凹凸を検出するものである。これを図３によって説明する。路面状況検 知装置２０の光源２２より指向性の強い光Ｌ₁ が水平方向より下向きにθ₀ で発 せられる。平坦な路面であれば、点Ａで光Ｌ₁ が反射して、反射光Ｌ₂ を受光部 ２４にて受光する。また、路面に凸部２６がある場合は点Ｂにて反射し反射光は Ｌ₃ となり、受光部２４上の受光位置がΔｘだけ変化する。このΔｘは光源から 平坦路面Ａまでの光路長ｚ₀ と光源が凸部Ｂの場合の光路長ｚとの光路長の差に 比例する。点Ｂにおける路面の変位量は（ｚ₀ −ｚ）*sinθであり、前述のよう に（ｚ₀ −ｚ）はΔｘと比例関係にあるからΔｘを求めることにより路面変位量 を求めることができる。

【００１９】 図４には本考案に係るアクティブサスペンション制御装置のサスペンション制 御部の要部構成が示されており、前記図２と同一部材には同一符号を付して説明 を省略する。図４において、路面状況検知手段２０から得られた相対変位ｙは、 減算回路４０によって、車体が定常状態で平坦路面に静止している時の変位計１ ６にて検出される車体１２と路面間の基準相対変位ｙ₀ と差演算される。そして 、この変位（ｙ−ｙ₀ ）に式（４）によりもとめられる照射光の路面に対する入 射角θの正弦（ｓｉｎθ）を乗算器３９で乗じ、路面の鉛直方向変位とする。そ の後、微分回路３０に供給されている。そして、変位（ｙ−ｙ₀ ）はハイパスフ ィルタ４１、ローパスフィルタ４２、ハイパスフィルタ４３からなる近似された ２階微分回路３０にて微分され、ハイパスフィルタ４１、４３がそれぞれ一次及 び二次微分を行い、ローパスフィルタ４２が定常分のカットを行っている。この 微分回路３０の出力を路面加速度δ（‥）とする。

【００２０】 アクティブサスペンション装置は図示の如く油圧シリンダ４４Ｆ、４４Ｒを含 み、それぞれサーボ弁４５Ｆ、４５Ｒによって油圧の供給排出が制御されている 。

【００２１】 減算回路３１から求められた路面加速度δ（‥）は、前輪及び後輪に対して予 見距離（Ｌ_p ＋Ｌ_f ）、ホイールベース値そして車速Ｖから求められた到達時間 ｔ_f ，ｔ_r 遅延され、記録テーブルから読み出される。掛算器３３においては、 前輪及び後輪に対してそれぞれゲインＫ_F 、Ｋ_R が与えられ、更に、フィードバ ックされたアクティブサスペンション装置の特性値が加算回路３７にて加算され る。

【００２２】 図において、サスペンション装置の特性値はサスペンションシリンダのストロ ークｙ_f （前輪），ｙ_r （後輪）とシリンダ圧力Ｐであり、それぞれ所望のスト ローク値ｙ_f0、ｙ_r0と減算器４６、４７にて差演算されている。このようにして 得られたストローク偏差はストロークに関するフィードバックゲインＫ_BSが乗算 され、またストローク偏差の積分値に対してはフィードバックゲインＫ_BSI が乗 算され、両者が加算器４８において加算される。一方、圧力Ｐ偏差にはフィード バックゲインＫ_BPが掛けられ、これも加算器４９において、前記ストローク偏差 結果と加算され、この両者が前述した加算回路３７に供給される。以上のように して、前輪１２及び後輪１６に対してそれぞれ最適なサーボ指令信号が供給され 、刻々変化する走行状況に応じた最適なサスペンション力の制御が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の構成を示すブロック図である。

【図２】本考案における予見距離の算出を説明する図で
ある。

【図３】本考案の好適な実施例において用いられる路面
状況検知装置の説明図である。

【図４】本考案にかかる好適な実施例を示す図である。

【図５】車両姿勢の変化、特にバウンシングによる予見
距離の変化を示す図である。

【図６】車両姿勢の変化、特にピッチングによる予見距
離の変化を示す図である。

【符号の説明】

１０ 車両 １２ 前輪 １６ 後輪 ２０ 路面状況検知装置 ３０ 微分回路 ３６Ｆ，３６Ｒ 遅延回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 土居 俊一 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)考案者 庄野 彰一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)考案者 平岩 信男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出された車両前方の路面状況に基づき
   サスペンションストローク制御を行う車両用アクティブ
   サスペンションにおいて、 車両前方の所定俯角方向の路面の凹凸を検知する路面状
   況検知手段と、 車体に対する前輪の変位を検出する前輪変位検出手段
   と、 車体に対する後輪の変位を検出する後輪変位検出手段
   と、 前記前輪変位検出手段と前記後輪変位検出手段とから車
   両の姿勢を算出する車両姿勢演算手段と、 前記路面状況を検出した路面と車両との距離である予見
   距離を前記算出された車両姿勢より算出する予見距離算
   出手段と、 車両速度を検出する速度検出手段と、 前記予見距離と前記車両速度より前記検出された路面に
   車両が達する時間を算出する到達時間算出手段と、 前記路面状況と前記到達時間とに基づきサスペンション
   ストロークの制御を行うサスペンションストローク制御
   手段と、 を有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。