JPH08300993A - エレメント間の相対運動を制御するための方法および装置 - Google Patents

エレメント間の相対運動を制御するための方法および装置

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JPH08300993A
JPH08300993A JP8108312A JP10831296A JPH08300993A JP H08300993 A JPH08300993 A JP H08300993A JP 8108312 A JP8108312 A JP 8108312A JP 10831296 A JP10831296 A JP 10831296A JP H08300993 A JPH08300993 A JP H08300993A
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Frederick P Boyle
ピー． ボイル フレデリック
Nicholas K Petek
ケイ． ペテック ニコラス
Dale P Smith
ピー． スミス デイル
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Lubrizol Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２つの相互接続されたエレメント間の相対運
動および力を制御し、エレメント間の分離を最大にしな
がら許容可能限界を超える運動を最小にする。 【解決手段】 本発明の方法は、該第１のエレメントに
対する該第２のエレメントの移動xrelを測定する工程
と、第１のエレメントおよび第２のエレメントの間の相
対速度vrelを決定する工程と、該相対速度vrel、最大値
力Fmax、および速度デッドバンドvdb等に基づいて、F
appliedを計算する工程と含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２つの相互接続さ
れたエレメント間の相対的運動および力を制御すること
によって、許容範囲を超える運動を最小限にする一方
で、エレメント間の分離を最大にする方法に関する。よ
り詳細には、本発明は過度な運動を緩和する一方で、シ
ョックアブソーバーまたはダンパーサスペンドシステム
(damper suspended system)の良好な分離を達成する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一次乗り物サスペンション、エンジンマ
ウント、トラック運転台サスペンション、およびトラッ
クおよびバスシートサスペンションのような振動分離(i
solation)マウントは、質量がマウントされている物体
（「ばね下質量」）から「ばね上質量」を分離する。分
離を最良なものにするためには、マウントによって可能
となる相対運動が、ばね下質量に入力される振動の振幅
と比較した場合、大きくなければならない。しかしなが
ら、多くの用途において、ばね上質量とばね下質量との
間の相対運動は、最大可能入力振動振幅よりも大幅に小
さくなるように制限されなければならない。一次乗り物
サスペンションにおいて、最大許容運動は乗り物デザイ
ンなどの設計上の制約によって決定される。エンジンマ
ウントおよびトラック運転台サスペンションにおいて、
最大許容運動はエンジンまたは運転台と乗り物の他のエ
レメントとのアライメントによって決定される。トラッ
クおよびバスシートサスペンションにおいて、最大許容
運動は運転手または乗員が快適にばね下質量のエレメン
トに到達することが可能である一方でばね下質量から分
離される人間工学によって決定される。
【０００３】一般的なマウントのタイプには、受動、半
能動、および能動の３つがある。受動マウント（技術的
に研究されたラバーマウント、摩擦ダンパを有するスプ
リング、または、もっとも一般的には、粘性ダンパを有
するスプリング）は、共振周波数における良好な制御、
および高周波数における良好な分離を確保するのに必要
である妥協のため、性能が制限される。能動システムは
センサおよび制御ハードウエアおよびソフトウエアを使
用して、ばね下質量から振動を「解消する」ためにどの
ような力が必要かを決定する。これらのシステムは、最
適制御および分離に必要な力を供給するための電源を必
要とする。費用および性能上の制約のため、能動システ
ムは広くは受け入れられていない。半能動システムもま
たセンサおよび制御ハードウエアおよびソフトウエアを
使用してばね上質量の所望の制御および分離を達成する
ためににどの動作が必要とされるかを決定する。しかし
ながら、能動システムとは異なり、半能動サスペンショ
ンは制御力(control force)を提供するのに電源を使用
しない。半能動サスペンションは制御されたダンパを使
用する。このようなダンパはサスペンションシステムか
らエネルギーを除去し得るがシステムにエネルギーを与
えることはできない。連続的に可変の半能動サスペンシ
ョンが完全能動システムに匹敵する分離レベルで、大幅
に軽減された初期費用および運転費用で、小型軽量パッ
ケージとして動作することを可能とする制御アルゴリズ
ムが開発されている。
【０００４】制御可能なダンパを使用してばね上質量と
ばね下質量との間の良好な分離を達成するいくつかの半
能動制御アルゴリズムが提案されている。そのような制
御アルゴリズムのうちあるものはダンパを使用してばね
の力を抑制し、入力される力をばね上質量に制限する。
他のそのような制御アルゴリズムはダンパを使用して、
あたかも制動がばね上質量とばね下質量との間には存在
せず、ばね上質量と慣性基準フレーム、「空(sky)」と
の間に存在するように動作する。Karnoppらによる「Vib
ration Control Using Semi-active Force Generator」
ASME Paper No.73-DET-123、1974年に記載された「空フ
ック」モデルは制御アルゴリズムの最もよく知られてい
るモデルの１つである。この文献は、質量の絶対速度を
軽減しようとする力を及ぼすダンパと、相対速度を軽減
しようとする力を及ぼす従来ダンパを開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】Guyらによる「A Solen
oid-Actuated Pilot Valve in a Semi-Active DampingS
ystem」、SAE Paper No.881139、1988年８月は、最も効
果的な分離半能動制御アルゴリズム、特に「空フック」
の欠点は、高速度およびサスペンションへの移動入力
は、得られるすべてのサスペンション移動を消費し、そ
の結果サスペンションが「トッピング」または「ボトミ
ング」となる点であると教示している。
【０００６】この欠点は、ａ）ばね上質量を分離する効
果のあまりない交互アルゴリズム、またはｂ）トッピン
グまたはボトミングの可能性が低い場合には最良の振動
分離アルゴリズムを使用し、トッピングおよびボトミン
グの可能性が高い場合は、サスペンド質量がストローク
制限を超えないよう作用する分離アルゴリズムを使用す
る制御戦略によって克服されなければならない。
【０００７】Woodsらによる、1984年８月２８日付け米
国特許第4,468,050号は、コンピュータ最適化適応サス
ペンションシステムを開示している。この文献は、「ト
ッピングアウト(topping out)」および「ボトミングア
ウト(bottoming out)」の問題、すなわち、シャシーま
たは車輪に対する衝撃またはその他の影響によって、車
軸(axle)が物理的に可能な限度を越えてシャシーに向か
って上昇しようとすることを記載している。このことに
より、乗員に対して深刻な衝撃が与えられ、場合によっ
てはショックアブソーバーまたはサスペンションが破損
するかもしれない原因となる。このような事態を回避す
るため、制御工程は単独で、車軸がボトミングアウトに
近づくにつれて圧縮制動を増大し、車軸がトッピングア
ウトに接近するにつれてリバウンド制動を増大させる。
【０００８】Millerらによる、1994年１月４日付け米国
特許第5,276,622号は、サスペンション先止め衝突を緩
和するためのシステムを開示している。このシステム
は、必要に応じてダンパ指令信号を変化するオーバーラ
イド制御方針を提供して、分離システムが先止めになる
かまたは越えそうな場合はいつでも、先止め衝突事故を
最小限にとどめるため制動特性を増大させるという問題
があった。
【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、２つの相互接続されたエ
レメント間の相対運動および力を制御し、エレメント間
の分離を最大にしながら許容可能限界を超える運動を最
小にするエレメント間の相対運動を制御するための方法
および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の方法は、連結部
を介して運動可能に相互接続された２つのエレメント間
の相対運動を制御するための方法であって、前記連結部
は、前記２つのエレメントを平衡位置に維持しようとす
る傾向を有するスプリングアセンブリを有しており、前
記２つのエレメントのうち少なくとも第１のエレメント
は、外部で生成された運動入力を受け取り、前記運動入
力に反応して前記２つのエレメントのうち第２のエレメ
ントに第１の力を伝達する傾向を有し、前記第１および
第２のエレメントは、その間に第２の制御された力を印
加するための手段を備えており、前記方法は、（ａ）前
記第１のエレメントに対する前記第２のエレメントの移
動xrelを測定する工程であって、xrelは平衡位置におい
てゼロと定義される工程と、（ｂ）前記第１のエレメン
トおよび前記第２のエレメントの間の相対速度vrelを決
定する工程と、（ｃ）以下の定義を有する力Fappliedを
計算する工程と： Fapplied ＝ Fcalc − Fsys 上記式において、Fcalcは前記第１および第２のエレメ
ントの位置および運動の情報から計算された力であり、
前記第１および第２のエレメントの前記相対運動が所定
の限界を超えることを防ぐために十分な力であって、F
sysは、前記第１および第２のエレメント間に作用する
力であって、前記第２の力を印加する前記手段によって
印加される前記制御された力以外の力の、ゼロでない和
であり、ただし、前記力Fappliedが前記第１および第２
のエレメントの前記相対速度vrelと同じ方向である場合
あるいは｜vrel｜≦vdbである場合（ただしvdbは０以上
の予め選択された値を有する速度デッドバンドである）
はFapplied＝０であり、上記力Fappliedが前記第１およ
び第２のエレメントの前記相対速度vrelと反対方向であ
り、かつ前記第２の力を印加するための前記手段によっ
てFappliedの方向に印加され得る最大値力Fmaxより大き
い場合は、Fapplied＝ Fmaxであるとし、（ｄ）前記第
１および第２のエレメント間に前記力Fappliedを印加す
る工程とを有し、その結果、前記第１のエレメントから
前記第２のエレメントに伝達される前記力および前記第
１および第２のエレメント間の前記相対移動が制御され
る、そのことにより上記目的が達成される。
【００１１】前記第１および第２のエレメント間の前記
相対速度vrelおよび相対加速arelの各々が計算された値
であって、
【００１２】
【数１７】
【００１３】であれば、
【００１４】
【数１８】
【００１５】であり、
【００１６】
【数１９】
【００１７】であれば、
【００１８】
【数２０】
【００１９】であり、ただし、条件１および２が満たさ
れない場合は、Fapplied＝０となり、上記式において、
ｍは前記第２のエレメントの実効質量であり、ｄは前記
相対速度vrel方向における前記相対移動から許容可能過
度移動限界(acceptable extreme displacement limit)x
-limitまたはx+limitへの距離であってもよい。
【００２０】前記方法において、
【００２１】
【数２１】
【００２２】であり、上記式においてｍは前記第２のエ
レメントの実効質量であり、ｄは前記相対速度vrel方向
における前記相対移動から許容可能過度移動限界x
-limitまたはx+limitへの距離であってもよい。
【００２３】前記方法において、
【００２４】
【数２２】
【００２５】であれば、
【００２６】
【数２３】
【００２７】であり、条件１が満たされないときは
【００２８】
【数２４】
【００２９】であって、上記式においてｍは前記第２の
エレメントの実効質量であり、ｄは前記相対速度vrel方
向における前記相対移動から許容可能過度移動限界x
-limitまたはx+limitへの距離であって、ｋは前記相対
移動xrelにおける前記スプリングアセンブリのばね定数
であり、ζは、ゼロ以上かつ１．０以下の数であっても
よい。
【００３０】前記方法において、前記第２のエレメント
の絶対加速を測定し、前記第１および前記第２のエレメ
ントの前記相対速度vrelおよび前記第２のエレメントの
絶対速度vabsは計算された値であって、
【００３１】
【数２５】
【００３２】であれば
【００３３】
【数２６】
【００３４】であり、もし条件１が満たされなければ
【００３５】
【数２７】
【００３６】であり、上記式においてｍは前記第２のエ
レメントの実効質量であり、ｋは前記相対移動xrelにお
ける前記スプリングアセンブリのばね定数であり、ｄは
前記相対速度vrel方向における前記相対移動から許容可
能過度移動限界x-limitまたはx+limitへの距離であっ
て、ζは、０．５より大きくかつ３未満の数であっても
よい。
【００３７】前記方法において、前記第２のエレメント
の絶対加速を測定し、前記第１および前記第２のエレメ
ントの前記相対速度vrel、前記第１および第２のエレメ
ントの相対加速arel、および前記第２のエレメントの絶
対速度vabsは計算された値であって、
【００３８】
【数２８】
【００３９】であれば
【００４０】
【数２９】
【００４１】であり、
【００４２】
【数３０】
【００４３】のであれば、
【００４４】
【数３１】
【００４５】であり、もし条件１および条件２が満たさ
れなければ、
【００４６】
【数３２】
【００４７】であり、上記式において、ｍは前記第２の
エレメントの実効質量であり、ｋは前記相対移動xrelに
おける前記スプリングアセンブリのばね定数であり、ｄ
は前記相対速度vrel方向における前記相対移動から許容
可能過度移動限界x-limitまたはx+limitへの距離であっ
て、ζは、０．５より大きくかつ３未満の数であっても
よい。
【００４８】前記方法において、 （ａ）前記２つのエレメントの前記絶対加速を測定し、
前記測定された絶対加速から、相対加速arelを計算する
工程をさらに包含していてもよい。
【００４９】前記方法において、Fsysは、Fsys＝ -kx'
−Cvrelによって近似され、上記式中、x'は前記第１お
よび第２のエレメントの、値ゼロ以上のデッドバンドx
dbを超えるような相対移動であって、｜xrel｜≦ xdb
であれば x' ＝ ０ であり、｜xrel｜＞ xdb であれば
x' ＝ xrel − xdb sgn(xrel)となるような相対移動で
あり、ｋは前記相対移動xrelにおける前記スプリングア
センブリのばね定数であり、Ｃは、定数であってもよ
い。
【００５０】前記方法において、前記第２の制御された
力を印加するための前記手段は、電界感応液体(field r
esponsive fluide)を含む半能動ダンパであってもよ
い。
【００５１】前記方法において、前記第１のエレメント
は、乗り物車体を包含し、前記第２のエレメントは、前
記乗り物車体にサスペンドしているエンジン、トラクタ
運転台またはシートを包含していてもよい。
【００５２】前記方法において、前記第２のエレメント
はシートおよびその座者であり、質量ｍは、前記シート
および前記座者が停止しているときの、前記シートおよ
び前記座者の全質量の前記連結部を介して支持される部
分であってもよい。
【００５３】前記方法において、前記第１のエレメント
は車輪アセンブリであり、前記第２のエレメントは、乗
り物車体を包含し、質量ｍは、前記が乗り物車体停止し
ているときの、前記乗り物車体の全質量の前記車輪に支
持される部分であってもよい。
【００５４】本発明の装置は、連結部を介して運動可能
に相互接続された２つのエレメント間の相対運動を制御
するための装置であって、前記連結部は、前記２つのエ
レメントを平衡位置に維持しようとする傾向を有するス
プリングアセンブリを有しており、前記２つのエレメン
トのうち少なくとも第１のエレメントは、外部で生成さ
れた運動入力を受け取り、前記運動入力に反応して前記
２つのエレメントのうち第２のエレメントに第１の力を
伝達する傾向を有し、前記第１および第２のエレメント
は、その間での許容可能移動の過度限界x+limitおよびx
-limitを有しており、x+limitは正と定義された方向に
対応し、x-limitは負と定義された方向に対応し、前記
装置は、（Ａ）前記第１および第２のエレメント間に、
可変力Fappliedを印加する能力を有する調節可能なダン
パと、（Ｂ）前記２つの接続されたエレメントの状態に
反応して、制御信号を前記ダンパに送るように調節され
た制御装置であって、前記制御信号はFappliedの値に対
応しており、Fappliedは、前記の通り決定される制御装
置とを有する装置である。
【００５５】より詳細には、本発明は、連結部を介して
運動可能に相互接続された２つのエレメント間の相対運
動を制御するための方法であって、前記連結部は、前記
２つのエレメントを平衡位置に維持しようとする傾向を
有するスプリングアセンブリを有しており、前記２つの
エレメントのうち少なくとも第１のエレメントは、外部
で生成された運動入力を受け取り、前記運動入力に反応
して前記２つのエレメントのうち第２のエレメントに第
１の力を伝達する傾向を有し、前記２つのエレメント
は、その間での許容可能移動の過度限界x+limitおよびx
-limit内に位置しており、x+limitは正と定義された方
向に対応し、x-limitは負と定義された方向に対応し、
前記２つのエレメントは、その間に第２の制御された力
を印加するための手段を備えており、前記方法は、 （ａ）前記第１のエレメントに対する前記第２のエレメ
ントの移動xrelを測定する工程であって、xrelは平衡位
置においてゼロと定義される工程と、 （ｂ）前記２つのエレメントの、（ｉ）相対速度vrelお
よび（ii）相対加速度arelを計算する工程と、 （ｃ）以下の定義を有する力Fappliedを計算する工程
と：
【００５６】
【数３３】
【００５７】であれば、
【００５８】
【数３４】
【００５９】であり、
【００６０】
【数３５】
【００６１】であれば、
【００６２】
【数３６】
【００６３】であり、
【００６４】
【数３７】
【００６５】あるいは条件１および２が満たされなけれ
ばFapplied＝０であり、上記式において、vdbは０以上
の予め選択された値を有する速度デッドバンドであり、
ｍは前記第２のエレメントの実効質量であり、ｄは前記
相対速度vrel方向における前記相対移動から許容可能過
度移動限界x-limitまたはx+limitへの距離であり、Fsys
は、前記第１および第２のエレメント間に作用する力で
あって、前記第２の力を印加する前記手段によって印加
される前記制御された力以外の力であり、 （ｄ）前記第１および第２のエレメント間に前記力F
appliedを印加する工程とを有している方法を提供す
る。ただし、（ｉ）前記力Fappliedの方向が前記相対速
度vrelと同じ方向であれば、Fapplied＝０とし、（ii）
前記力Fappliedの方向が前記相対速度vrelと反対方向で
あり、前記第２の力手段によって前記力Fappliedの方向
に印加され得る最大印加力Fmaxよりも大きい場合は、最
大印加力Fmaxを印加し、その結果、前記伝達される力お
よび前記第２つのエレメント間の前記相対移動が制御さ
れる。
【００６６】別の実施態様においては、本発明は、上記
のような２つのエレメント間の相対運動を制御するため
の方法であって、（ａ）前記第１のエレメントに対する
前記第２のエレメントの移動xrelを測定する工程であっ
て、xrelは平衡位置においてゼロと定義される工程と、
（ｂ）前記２つのエレメントの相対速度vrelを計算する
工程と、（ｃ）以下の定義を有する力Fappliedを計算す
る工程と：もし｜vrel｜≦vdbであれば、（条件１）F
applied＝０であり、条件１が満たされない場合は、
【００６７】
【数３８】
【００６８】であり、（ｄ）前記第１および第２のエレ
メント間に前記力Fappliedを印加する工程とを有してい
る方法を提供する。ただし、各項は、上記の定義を有
し、上記の条件を有する。
【００６９】別の実施態様においては、本発明は、上記
のような２つのエレメント間の相対運動を制御するため
の方法であって、 （ａ）前記第１のエレメントに対する前記第２のエレメ
ントの移動xrelを測定する工程であって、xrelは平衡位
置においてゼロと定義される工程と、 （ｂ）前記２つのエレメントの相対速度vrelを計算する
工程と、 （ｃ）以下の定義を有する力Fappliedを計算する工程
と：もし｜vrel｜≦vdbであれば、（条件１）Fapplied
＝０であり、もしVrelFsys ＜０でありかつ条件１が満
たされなければ、（条件２）
【００７０】
【数３９】
【００７１】であり、条件１および２が満たされない場
合は、
【００７２】
【数４０】
【００７３】であり、上記式において、vdbは０以上の
予め選択された値を有する速度デッドバンドであり、ｍ
は前記第２のエレメントの実効質量であり、ｄは前記相
対速度vrel方向における前記相対移動から許容可能過度
移動限界x-limitまたはx+limitへの距離であり、ｋは前
記相対移動xrelにおける前記スプリングアセンブリのば
ね定数であり、Fsysは、前記第１および第２のエレメン
ト間に作用する力であって、前記第２の力を印加する前
記手段によって印加される前記制御された力以外の力の
和であり、ζは、ゼロ以上かつ１以下の数であり、 （ｄ）前記第１および第２のエレメント間に前記力F
appliedを印加する工程とを有している方法を提供す
る。ただし、（ｉ）前記力Fappliedの方向が前記相対速
度vrelと同じ方向であれば、Fapplied＝０とし、（ii）
前記力Fappliedの方向が前記相対速度vrelと反対方向で
あり、前記第２の力手段によって前記力Fappliedの方向
に印加され得る最大印加力Fmaxよりも大きい場合は、最
大印加力Fmaxを印加し、その結果、前記伝達される力お
よび前記第２つのエレメント間の前記相対移動が制御さ
れる。
【００７４】別の実施態様においては、本発明は、上記
のような２つのエレメント間の相対運動を制御するため
の方法であって、 （ａ）（ｉ）前記第１のエレメントに対する前記第２の
エレメントの移動xrelであって、平衡位置においてゼロ
と定義される移動xrelおよび、（ii）前記第２のエレメ
ントの絶対加速度を測定する工程と、 （ｂ）（ｉ）前記２つのエレメントの相対速度vrelおよ
び（ii）前記第２のエレメントの絶対速度vabsを計算す
る工程と、 （ｃ）以下の定義を有する力Fappliedを計算する工程
と：もし｜vrel｜≦vdbであれば、（条件１）Fapplied
＝０であり、
【００７５】
【数４１】
【００７６】のであれば
【００７７】
【数４２】
【００７８】であり、もし条件１および２が満たされな
ければ、
【００７９】
【数４３】
【００８０】であり、 （ｄ）前記第１および第２のエレメント間に前記力F
appliedを印加する工程とを有している方法を提供す
る。ただし、ζは、０．５より大きくかつ３未満の数で
あり、ｋは前記相対移動xrelにおける前記スプリングア
センブリのばね定数であり、その他の各項は、上記の定
義を有し、上記の条件を有する。
【００８１】別の実施態様においては、本発明は、上記
のような２つのエレメント間の相対運動を制御するため
の方法であって、 （ａ）（ｉ）前記第１のエレメントに対する前記第２の
エレメントの移動xrelであって、平衡位置においてゼロ
と定義される移動xrelおよび、（ii）前記第２のエレメ
ントの絶対加速度を測定する工程と、 （ｂ）（ｉ）前記２つのエレメントの相対速度vrel（i
i）前記２つのエレメントの相対加速度arelおよび（ii
i）前記第２のエレメントの絶対速度vabsを計算する工
程と、 （ｃ）以下の定義を有する力Fappliedを計算する工程
と：もし｜vrel｜≦vdbであれば、（条件１）Fapplied
＝０であり、
【００８２】
【数４４】
【００８３】のであれば
【００８４】
【数４５】
【００８５】であり、
【００８６】
【数４６】
【００８７】のであれば
【００８８】
【数４７】
【００８９】であり、もし条件１、２および３が満たさ
れなければ、
【００９０】
【数４８】
【００９１】であり、 （ｄ）前記第１および第２のエレメント間に前記力F
appliedを印加する工程とを有している方法を提供す
る。ただし、各項は、上記の定義を有し、上記の条件を
有する。
【００９２】また、本発明は、連結部を介して運動可能
に相互接続された２つのエレメント間の相対運動を制御
するための装置であって、前記連結部は、前記２つのエ
レメントを平衡位置に維持しようとする傾向を有するス
プリングアセンブリを有しており、前記２つのエレメン
トのうち少なくとも第１のエレメントは、外部で生成さ
れた運動入力を受け取り、前記運動入力に反応して前記
２つのエレメントのうち第２のエレメントに第１の力を
伝達する傾向を有し、前記第１および第２のエレメント
は、その間での許容可能移動の過度限界x+limitおよびx
-limitを有しており、x+limitは正と定義された方向に
対応し、x-limitは負と定義された方向に対応し、前記
装置は、（Ａ）前記第１および第２のエレメント間に、
可変力Fappliedを印加する能力を有する調節可能なダン
パと、（Ｂ）前記２つの接続されたエレメントの状態に
反応して、制御信号を前記ダンパに送るように調節され
た制御装置であって、前記制御信号はFappliedの値に対
応しており、前記制御信号は上記方法のうちの任意の１
つによって決定される制御装置とを有する装置を提供す
る。
【００９３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の１つの実施態様を
示す。ここで、参照符号１０は、２つのエレメント間の
相対運動を制御するための自由度二サスペンションシス
テムまたは類似の力分離マウントシステムを示す。シス
テムは、サスペンションシステム５を使用することによ
って、垂直方向に空間があけられ比較的可動性のある支
持される側の（または「ばね上」）および支持する側の
（または「ばね下」）エレメント１２および１４を相互
接続する。実施例では、エレメント１２および１４はそ
れぞれ、サスペンドシートのばね上質量およびばね下質
量として示されている。あるいはシステムは、乗り物運
転台、エンジンマウント、乗り物シャシーのための一次
サスペンションシステム、またはその他振動分離が必要
とされるシステムのためのマウントおよびサスペンショ
ンシステムを意味し得る。
【００９４】例示されるように、ばね上質量は人間の運
転者２０を保持し、乗り物運転台１６にマウントされた
サスペンドシートであるが、その詳細は図示しない。こ
のタイプのサスペンドシートは典型的には、重量の重い
オンまたはオフロード乗り物の運転者を分離し保護する
ために使用される。特に、ばね上エレメント１２は質量
「ｍ］を有する。実施例において質量「ｍ］は、ある一
定の形状を有しクッション性を有するシート１８と、シ
ートによって支持される運転者２０の質量の一部と、サ
スペンションメカニズム５の質量の一部とを含む。ばね
下エレメント１４は、シートを運転台１６に取り付ける
ために使用されるベース２２とサスペンションメカニズ
ム５の質量の一部とを含む。一般に、運転台１６は、図
示されない追加的なサスペンション構成部品によって道
路またはその他の表面から分離され支持されている。し
かしながら、このようなサスペンションエレメントは通
常、道路表面の凹凸またはその他の振動入力から完全に
運転台１６を分離するには不十分である。従って、シス
テム１０の主な機能は、支持される部材１２を、部材１
４を介して伝達される振動または他の力から可能な限り
分離することである。
【００９５】図１に示されるシートのためのサスペンシ
ョンメカニズム５は、機械的連結部５０、調節可能な一
次スプリングアセンブリ２４、および半能動ダンパアセ
ンブリ２６を備える。機械的連結部５０はばね上エレメ
ント１２およびばね下エレメント１４の相対運動を垂直
軸に限定することによって、エレメント間で上下運動の
みが可能となるようにする。本発明の用途が垂直運動の
みに限定されるわけではなく、実際にはすべての物理的
３次元における運動を制御するシステムの変形が構成さ
れ得ることが理解されるべきである。しかしながら、明
確化のために、一軸に沿った運動を制御する装置のみを
詳細に説明する。その他の範囲への応用は、当業者によ
って達成され得る。
【００９６】機械的連結部５０は、スプリング２４およ
びダンパ２６を位置合わせして運動軸に沿って力を加え
る。機械的連結部５０内には、サスペンションメカニズ
ム５の移動を運動軸に沿って制限するストップが組み込
まれている。これらのストップは２つのインタロック部
材５２および５４として模式的に図示されている。参照
符号５１は、メカニズム５の伸長(リバウンド）ストッ
プを表し、伸長ストップ５１は、エレメント１２および
１４が完全な伸長状態に達したときに到達される。参照
符号５３は、サスペンションメカニズム５の収縮(戻り
(jounce)）ストップを表し、エレメント１２および１４
が完全に収縮または圧縮された位置に達したとき収縮ス
トップ５３に到達する。弾性の、変形可能なエラストマ
ーパッドなどの衝撃ダンパ５６および５８は、典型的に
はストップとして使用されて、エレメント１２および１
４が伸長または収縮移動の限界まで達したときに衝撃を
緩和する。
【００９７】サスペンションメカニズム５の一次スプリ
ングアセンブリ２４は、公知のいかなるスプリングアセ
ンブリでもあり得る。好適な実施態様において、図示す
るように、一次スプリングアセンブリ２４は調節可能な
スプリングアセンブリであり、好適には空気調節式アセ
ンブリであり、運転者２０が適切な高さに座って快適
性、安全性、および運転の効率性を確保することを可能
とする。一次スプリングアセンブリ２４の特徴は、典型
的には、サスペンションシステム１０の自然周波数が、
シートの典型的な負荷範囲に渡って約１Ｈｚとなるよう
に設計されている点である。しかしながら、スプリング
アセンブリ２４はその応答性が線形である必要はなく、
またサスペンションシステム１０の自然周波数は特に明
確に定義される必要もない。
【００９８】サスペンションメカニズム５の半能動ダン
パアセンブリ２６はいかなる適切な構成でもあり得る。
典型的には、半能動ダンパアセンブリ２６は油圧ピスト
ンでシリンダタイプであり、図２に示されるように、ピ
ストン３０を取り囲む油圧シリンダ２８を有する。ピス
トンロッド３２はピストン３０に接続され、適切なコネ
クタ、例えば、エラストマーまたは類似の弾性柔軟部材
によって形成されるブッシング３４によって、機械的連
結部５０の上部に固定される。エレメント１２および１
４の間の相対垂直運動によって、シリンダ２８とピスト
ン３０との間に相対運動が発生する。エレメント１２と
１４との間の相対運動と、シリンダ２８とピストン３０
との間の相対運動との比率は１対１である必要はなく、
またダンパアセンブリ２６の位置設定は図１に示される
ような垂直である必要はない。シリンダ２８とピストン
３０との間の相対運動は、シリンダ２８の上部および下
部可変体積流体チャンバ３８および４０の間の流体（図
示せず）を流動経路４１および４２を介して移動させ
る。流動経路４２は電気的、機械的、またはその他の手
段によって迅速に調節され得て、シリンダ２８およびピ
ストン３０の間に伸長または収縮いずれかの方向の運動
を発生させる。流動経路４１は流動経路４２と平行であ
り、固定された粘性制動通路である。流動経路４１は、
シリンダ２８とピストン３０との間の相対速度が遅い場
合、または流動経路４２が厳しく限定されている場合
に、ダンパの制動特性を調節するために使用され得る。
流体が広がり移動できるように、浮遊ピストン４３のよ
うな手段が設置され得る。
【００９９】ダンパアセンブリ２６は、好ましくはPete
kらによる「Demonstration of an Automotive Semi-act
ive Suspension Using Electrorheological Fluid」、S
AE、Paper No.950586 (1995年２月）に開示され、さら
に米国特許第5,259,487号に開示されるような連続的力
制御タイプである。さらなる詳細についてはこれらの開
示を参照されたい。
【０１００】ピストン３０内のシリンダ２８の相対移動
を発生させるために必要とされる力は、低制動力の「オ
フ」制動状態から高制動力の高制動状態へと制御された
状態で迅速に可変である。連続的に可変となるために、
ダンパはより高い制動状態の連続体を有していなければ
ならない。このような連続体は、エレクトロレオロジー
ダンパ(electrorheological damper)の場合のように完
全に連続的であるか、または多数の離散している高制動
状態(discreet higher damping state)が存在すること
によって達成されるような、ほぼ連続的な状態のいずれ
かであり得る。ここで説明されるダンパでは、「オフ」
状態の制動力は、ダンパ内の流体の粘性特性のためゼロ
にはならない。例示される実施態様において、制動力
は、流体およびダンパアセンブリの設計制約によって決
定される「最大」制動力まで連続的に可変である。「オ
フ」制動力を越える制動力の増加は、例示される装置の
ように、本質的にはダンパエレメントの相対速度とは無
関係に行われる。エレクトロレオロジー流体を使用する
好適なダンパにおける制動力の変化は、流動経路４２を
通って印加される電界によるものである。すなわち、経
路を通る流体の流れが印加される電界の作用として制限
されるからである。
【０１０１】好適とされるようにダンパがエレクトロレ
オロジーダンパである場合、ダンパはエレクトロレオロ
ジーのような活性流体を含む。エレクトロレオロジー
（ＥＲ）流体(electrorheological fluids)は、電界が
かけられた状態で、その見かけの粘性が迅速に可逆的に
変化し得る流体である。このような流体は一般に、疎水
性で電気的に非導電性の油の中での微細に分割された固
体の分散である。このような流体は、十分に強力な電界
にさらされると、固体になるほどまでに、その流動特性
を変化させることができる。電界が除去されると、流体
は通常の液状に戻る。適切なエレクトロレオロジー流体
に関するさらなる詳細については、公開WO93/07244号、
および米国特許出願第08/227814号、08/227770号、およ
び08/293536号を参照されたい。
【０１０２】ダンパアセンブリ２６は好適にはＥＲダン
パであるが、いかなる連続的可変力制御タイプダンパで
もあり得る。このような装置においては、「オフ」制動
力よりも大きい制動力は、機械的、エレクトロレオロジ
ー的、磁力レオロジー的、またはその他の手段によっ
て、ダンパを通る速度とは本質的に無関係に迅速に制御
され得る。さらに、ダンパアセンブリ２６は油圧ピスト
ンまたはシリンダタイプである必要はない。例えば、ダ
ンパアセンブリ２６はShtarkmanによる米国特許第4,99
2,190号に記載の回転タイプであり得る（第６０欄の
「実施例」参照）。この場合、２つのダンパ構成部材の
相対回転運動のための「オフ」制動状態を越える力は、
本質的に２つの構成部品の回転速度とは無関係に、制御
された状態で変化され得る。
【０１０３】以下により詳細に説明する制御装置６０
は、ダンパによってエレメント１２および１４の間に加
えられる力「Fapplied」を迅速に選択するために、ダン
パアセンブリ２６の流動経路４２を制御するための制御
信号を生成する。エレメント１２および１４の間に加え
られる力Fappliedを生じるためにダンパで生成される実
際の力はFappliedとは異なり得ることが理解されなけれ
ばならない。これは、シートメカニズム５用のレバー比
とメカニズム内におけるダンパアセンブリ２６の位置と
によるものである。しかしながらエレメント１２および
１４の間に実際に印加されるダンパアセンブリ２６のた
めに、印加される力Fappliedは制御された力を指す。力
Fappliedは、支持されないエレメント１４に対する支持
されるエレメント１２の瞬間運動に基づいて、または支
持されるエレメント１２の絶対運動と共に本発明の制御
方針によって選択される。
【０１０４】印加される力Fappliedを計算するためには
様々なパラメータが使用される。用語「vabs」および
「aabs」はそれぞれ、支持されるエレメント１２の絶対
垂直速度および絶対垂直加速を表す。慣例により、これ
ら状態変数の正の値は上向きの方向を表し、負の値は下
向きの方向を表す。表示「xrel」、「vrel」、および
「arel」はそれぞれ、支持されるエレメント１２と支持
されないエレメント１４との間の相対垂直移動、相対垂
直速度、および相対垂直加速を表す。上記の用法と一致
して、これら変数の正の値は、支持されないエレメント
１４の向こう側にある支持されるエレメント１２の上向
きの方向を表し、負の値は下向きの方向を表す。
【０１０５】サスペンションメカニズム５の実感平均平
衡位置はゼロと定義される。サスペンションメカニズム
５内の摩擦のために、実感平均平衡位置は静止または停
止位置と同一でないかもしれない。なぜなら、摩擦によ
ってメカニズム５が真の実感平均平衡位置に戻ることが
妨げられ得るからである。特に停止位置は、均衡への復
帰が正の方向からか負の方向からかに依存し、また均衡
に接近するシステム速度やその他の変数に依存する。従
って、時間平均均衡は、真の均衡の最良の推定を提供す
る。均衡位置から伸長ストップ５１までの距離は、xrel
=x+limitとして定義され、均衡位置から収縮ストップ５
３への距離はxrel=x-limitとして定義される。サスペン
ションシステム１０において、運転者が快適で、安全
で、効率よく運転できるために、サスペンションメカニ
ズム５の高さを調節可能にし、均衡位置を運転者によっ
て選択可能にしてもよい。調整可能な高さ制御を有しな
いサスペンションシステムにおいては、均衡位置は運転
者の質量に影響される。従って、すべての運転者につい
て実際の均衡位置が同じというわけではなく、各々の運
転者の均衡位置は常にゼロに等しいxrelとして定義さ
れ、それに伴ってx+limitおよびx-limitが変化する。同
様に、運転者はサスペンションメカニズム５のストロー
ク制限を調節して、運転者の腕および足から乗り物操作
制御装置までの距離を制限したい場合もある。従って、
xrelが通常伸長ストップ５１からリバウンドストップ５
３まで変化し得るとともに、運転者はストロークをより
小さい範囲に制限するよう所望し得る。従って、ある実
施態様においては、サスペンションシステム１０は、x
rel'の均衡位置に対する移動限界x+limitおよびx-limit
を、ストップ５１および５３が許容する最大移動範囲内
において、運転者が独立に設定することを可能にするた
めの特徴を含む。しかしながら、本実施例においては移
動限度は機械的ストップ５１および５３によって定義さ
れる。より一般的な意味においては、x+limitおよびx
-limitは、その発生源または性質に係わらず許容できる
移動限度を表す。
【０１０６】制御装置６０は、エレメント１２および１
４に連結された運動センサ６２および６４から、そして
本実施例においては、空気スプリングアセンブリ２４に
連結された圧力センサ６６から入力データを受け取る。
センサ６２は、エレメント１２および１４の瞬間相対移
動xrelを直接検知する。センサ６４は、エレメント１２
の瞬間絶対加速aabsを検知する。センサ６６はスプリン
グアセンブリ２４の空気スプリングにおける時間平均圧
力を検知する。この値はばね上エレメント１２の質量ｍ
の関数である。センサ６２、６４、および６６からのデ
ータはライン６８、７０、および７２を介して制御装置
６０に送られる。これらのデータはライン７４を介して
電源７６に送られる信号を計算するために制御装置６０
によって使用される。次に電源７６は適切な制御信号を
生成し、この制御信号はライン７８を介して半能動ダン
パアセンブリ２６に送られ、ダンパによって印加される
べき力Fappliedを迅速に選択する。ここで言及される信
号は典型的には電気信号であるが、原則としてシステム
の１つの構成部品から他の構成部品へと情報を伝達する
ことのできるいかなる種類の信号、例えば空気、光学
的、磁気的、または機械的信号などでもあり得ることが
認められる。さらに、半能動ダンパアセンブリ２６のい
くつかの実施態様において、正の方向または負の方向の
いずれかに印加される｜Fapplied｜の大きさの力に対し
ライン７８を介して送られる制御信号は同じ信号であり
得る。しかしながら、このことは必要不可欠ではない。
なぜなら、ダンパ２８に対する収縮およびリバウンド力
は、ピストンロッド３２がピストン３０の片側にのみあ
る等の様々な設計特徴のため、制御された流動経路４２
の同じ制約について異なり得るからである。同様に、エ
レメント１２および１４の間に印加され得る最大力Fmax
は収縮方向およびリバウンド方向の両方について同じで
ある必要はない。従って、制御装置は収縮方向およびリ
バウンド方向の差異を補償し得るか、または制御装置は
同じ信号が方向とは無関係な同じ｜Fapplied｜を生成す
るよう見積もり得る。
【０１０７】ここで図３を参照すると、制御装置６０を
有するサスペンションシステムの機能ブロック図が示さ
れている。制御装置６０は入力ブロック８０、状態変数
計算ブロック８２、システム力「Fsys」計算ブロック８
４、印加力Fapplied計算ブロック８６、および出力信号
計算ブロック８８を有する。これらのそれぞれについて
より詳細に説明する。
【０１０８】入力ブロック８０はライン６８、７０、お
よび７２を介してセンサデータを受け取り、これらの信
号を以下の状態変数に対する値に変換する：ばね上エレ
メント１２の時間平均質量ｍ、瞬間相対移動xrel、およ
び、計算ブロック８６におけるその後の計算にさらに必
要であれば、ばね上エレメント１２の瞬間絶対加速aabs
である。
【０１０９】状態変数計算ブロック８２は相対移動xrel
信号を微分して瞬間相対速度vrelを求め、相対速度vrel
方向の相対移動xrelから移動限界x+limitまたはx-limit
までの距離「ｄ」を計算する。すなわち、vrelが正の場
合、ｄはx+limit−ｘrelであり、vrelが負の場合、ｄは
x-limit−ｘrelである。状態変数計算ブロック８２はま
た、相対速度データvrelを微分して瞬間相対加速arel'
を求め、絶対加速aabsを積分して絶対速度vabsを、もし
これらの状態変数が計算ブロック８６におけるその後の
計算に必要であれば、求める。
【０１１０】当業者にとって公知であるように、微分関
数は、考察の対象となる最も高い周波数の少なくとも１
０倍のコーナ周波数を有する二次バンドパスフィルタを
使用して行われ得る。同様に、当業者にとって公知であ
るように、積分は考察の対象となる最も低い周波数の多
くとも０．１倍のコーナ周波数を有する二次バンドパス
フィルタを使用して行われ得る。この積分方法を使用す
ることによって、０Ｈｚ速度がゼロに設定されるため、
絶対速度vabs'の定数項の心配がなくなる。すなわち、
絶対速度の概念は、厳密には、無意味であるということ
は、公知の物理的事実である。しかしながら、ここでは
「絶対速度」という用語は、当該分野全般でそうされて
いるように、物体の絶対加速の積分によって得られる結
果を示す専門用語として使用される。適切に選択された
コーナ周波数を有する二次バンドパスフィルタはいわゆ
る、または概算の、絶対速度を提供する。この絶対速度
は実際は最も近い過去における物体の平均均一運動に対
する速度である。
【０１１１】微分または積分関数を行う場合、アナログ
フィルタまたはデジタルフィルタのいずれかが使用され
得る。デジタルフィルタは性能が安定しているため好ま
しい。デジタルフィルタのさらなる詳細、絶対速度を推
定するための微分および積分へのそれらの使用について
は、Millerらによる「The Design and Development of
a Semi-active Suspension for a Military Tank」、pa
per 881133、Societyof Automotive Engineers, Inc.,
1988年、１〜９頁の内、特に６〜７頁、およびMillerに
よる「The effect of hardware limitations on an on/
off semi-active suspension」paper C442/88,I. Mech.
E., 1988年、199〜205頁の内、特に202〜203頁を参照
せよ。
【０１１２】サスペンションシステムを最適に制御する
ための周波数範囲を選択する際、最大の性能を得ようと
して周波数範囲を可能な限り広く選択しようとすること
がある。しかし、現技術におけるデジタル処理の細かさ
(resolution)および処理時間上の制約から、特にフィル
タを使用して微分および積分関数(function)を実現する
場合、およびサスペンション内のその他のエレメントの
反応時間上の制約のために、範囲は、一般に控えめに選
択されなければならない。サスペンドシートに応用する
場合は、最適な制御のための周波数範囲は典型的には、
サスペンドシートの共振周波数（約１Ｈｚ）から、約２
０Ｈｚの周波数の間に選択される。一般に、サスペンド
シートの場合、最適には制御されていないサスペンショ
ンメカニズム５であっても、特に、クッション性シート
１８によって、２０Ｈｚを超える入力に対しての分離手
段が提供され、またこの程度の分離でも十分で有り得
る。従って、この応用例においては、考慮すべき最低周
波数は一般に１Ｈｚであり、結果として、積分のための
コーナー周波数は最大で０．１Ｈｚとなる。考慮すべき
最高周波数は、一般に２０Ｈｚであり、結果、相対移動
xrelデータを微分して瞬間相対速度vrelを得るためのコ
ーナー周波数は少なくとも２００Ｈｚとなる。計算ブロ
ック８６において相対加速を用いるアルゴリズムに関し
ても、相対速度vrelを同様に微分することによって瞬間
相対加速arelを得ることが出来る。一般に、2回微分を
行うと、重大な高周波数ノイズを有する信号が生成され
ることがある。幸いにも、相対加速arelが計算されたも
のであるか直接測定されたものであるかに関わらず、共
振周波数近くの加速のみを考慮すればよい。特に、相対
加速arelは周波数依存性が大きいため、相対加速を用い
るアルゴリズムの好適な実施態様においては、共振周波
数の少なくとも２倍以上で最大でも共振周波数の２０倍
以下のコーナー周波数を有する二次低域通過フィルタを
用いる。従って、共振周波数１Ｈｚのシートサスペンシ
ョンの場合、共振周波数の２倍〜２０倍のコーナー周波
数を有する二次低域通過フィルタを用いて、相対加速a
relデータを処理する。
【０１１３】制御装置６０の入力ブロック８０および、
状態変数計算ブロック８２の出力が、システムの状態変
数である。これら状態変数とは、サポートされたエレメ
ント(supported element)１２の時間平均実効質量ｍ、
エレメント１２および１４の瞬間相対移動xrelおよび瞬
間相対速度vrel、vrel方向における移動限界への瞬間距
離ｄ、ならびに、ブロック８６必要である場合、エレメ
ント１２および１４の瞬間相対加速arelおよびエレメン
ト１２の瞬間絶対速度vabsである。全計算モードにおい
て必要な状態変数を生成または導出するために、図示し
たセンサの全てをシステム１０に対して用いる必要はな
いことが理解されるであろう。また、これらのデータ
は、他のセンサまたは図１に示すものとは異なる他タイ
プのセンサあるいは入力からのデータを用いて生成また
は導出され得ること、また、上記記載とは別の積分また
は微分手段を用いて導出され得ること、ならびに、上記
記載とは別の方法を用いてフィルタリングすることによ
って高周波数ノイズまたはフィードバックを制限するこ
とが可能であることが、理解されるであろう。
【０１１４】制御装置６０のシステム力Fsys計算ブロッ
ク８４は、制御可能印加力Fappliedおよびエレメント１
２および１４を重力に応答して平衡位置に維持するスプ
リング力以外の、サスペンションメカニズムによってエ
レメント１２および１４間に印加される全ての力を計算
する。システム力に含まれるものとして、スプリングア
センブリが平衡位置からずれるときの一次スプリングア
センブリ２４のスプリング力の変動(variation)、半能
動ダンパアセンブリ２６「オフ」制動力、機械的連結部
５０によって発生される摩擦力、およびサスペンション
システム内の弾性柔軟部材ブッシングによる追加的な力
がある。追加的な力は、例えば、相対移動xrelがダンパ
５６または５８に接触するほど大きい場合の、収縮また
は伸長衝撃ダンパ５６または５８に起因する力を含む。
【０１１５】次に、システム力Fsys各成分の、蓋然性の
高い値もしくは一般的な値を考える。一次スプリング力
のエレメント１２および１４間における平衡位置からの
変動は、スプリングアセンブリ２４の位置xrelでのスプ
リング率(spring rate)「ｋ」の−xrel倍である。本例
における空気スプリングは比較的線形なスプリングであ
るため、この場合のｋは、平衡位置におけるスプリング
率に等しい定数に近似され得る。第二に、ダンパアセン
ブリ２６のエレメント１２および１４間における「オ
フ」制動力は、−Cvrelによって近似され得る。ここで
「Ｃ」とは、ダンパアセンブリ２６の性能特性に依存し
て、または計算されたFsysを最適化するために調整され
得る、調整可能定数である。最後に、サスペンションメ
カニズムの摩擦力は、典型的には、速度がゼロに等しく
ない場合は相対速度vrelに反対方向の速度に依存しない
定数であり、相対速度vrelがゼロに等しい場合には、別
の通常はより大きい定数である。すなわち、摩擦力は、
vrelがゼロでない場合には相対速度sgn(vrel)の符号の
−Fdynamic倍に等しく、vrelがゼロの場合には任意の反
対方向力(opossing force)の符号の−Fstatic倍に等し
い（しかし静止摩擦力の大きさは、反対方向力より決し
て大きくはならない）。摩擦力の別の捉えかたとして、
前述したように、摩擦力は、シートサスペンションシス
テム１０の停止位置をシートサスペンションのゼロ摩擦
平衡位置以外にするものであると考えることが可能であ
る。特に、摩擦力により、シートの可能停止位置が範囲
を有するようになる。この停止位置の範囲は、平衡位置
周りの移動デッドバンド(deadband)「±xdb」と考える
ことが出来る。摩擦力の近似を、スプリング力の近似中
に含めることが出来る。このとき、x'を値ゼロ以上の移
動デッドバンドxdbを超えるようなエレメント１２およ
び１４の相対移動とすれば、結合力が−kx'となるよう
にする。この式中において、相対移動の絶対値｜xrel｜
が移動デッドバンドxdb以下である場合は x'はゼロと等
しい。また、相対移動の絶対値｜xrel｜が移動デッドバ
ンドxdbより大きくかつxrelが正である場合は、x'はx
rel−xdbに等しい。さらに、相対移動の絶対値｜xrel｜
が移動デッドバンドxdbより大きくかつxrelが負である
場合は、x'は xrel＋xdbに等しい。サスペンションシス
テム１０中の他の内部力はこの場合には無意味と考えら
れる。なぜなら、選択された移動限界x-limit、x+limit
内においては通常、収縮および伸長衝撃ダンパ５６およ
び５８に接触しないからである。従って、シートサスペ
ンション１０においては、非制御システム力Fsysは、F
sys＝ -kx'−Cvrelによって近似される。ここで、ｋお
よびx'およびＣの定義は、上記の通りである。システム
力Fsysについては他の近似も可能であることが理解され
るであろう。また、システム力Fsysがゼロに等しいとい
う近似も行い得ることが理解されるであろう。更に、図
１に示したセンサ以外のセンサを用いることによって、
サスペンションシステムの内部力の値を得ることも可能
であることが、理解されるであろう。
【０１１６】図５の制御装置６０の印加力Fappliedブロ
ック８６は、ブロック８０で得られブロック８２で計算
された状態変数ならびに、ブロック８４で決定されたF
sysを用いることによって、半能動ダンパアセンブリ２
６によって印加される制御された力を計算する。以下
に、ばね上エレメント１2をよりよく制御および分離す
るための、運転者２０を包含する制御アルゴリズムを、
詳細に説明する。ブロック８６の出力は、ダンパによっ
て印加される力Fappliedに対応した信号である。
【０１１７】出力信号計算ブロック８８は、Fapplied信
号を、電源７６に送られる電気信号（通常）に変換し、
電源７６は、ダンパアセンブリ２６がエレメント１２お
よび１４間に所望のFappliedを印加するために適切な制
御信号を、発生する。どのような電気信号が必要かを決
定するために、ダンパアセンブリ２６のエレメント１２
および１４の相対運動の関数としての制動および電源７
６の入出力特性を、定義しなければならない。半能動ダ
ンパアセンブリ２６がエレクトロレオロジーダンパであ
る場合は、電源７６は、出力電圧「Vout」が「Vin」の
α倍に等しくなるようなゲイン「α」を有する単極性高
電圧アンプであってもよい。出力電圧「Vmax」が、ダン
パアセンブリ２６によってばね上エレメント１２および
ばね下エレメント１４間に印加されるFapplied方向の最
大印加力「Fmax」を達成することが必要な場合には、印
加力Fappliedを達成するために必要な印加電圧「V
applied」は、
【０１１８】
【数４９】
【０１１９】である。従って、エレクトロレオロジーダ
ンパアセンブリ２６のための、高電圧アンプ７６に送達
されるブロック８８からの電気信号は、上記計算による
Vappliedをαで割ったものに等しい電圧信号である。同
じ印加電圧Vappliedがダンパアセンブリ２６内の相対運
動の方向に関わらず同じ制動力を生むような近似を行
い、さらにFmaxの大きさが収縮と伸長の両方について同
じになるような近似を行った場合には、印加電圧は、
【０１２０】
【数５０】
【０１２１】である。
【０１２２】しかし、半能動ダンパアセンブリ２６が磁
力レオロジーダンパである場合には、電源７６は、出力
電流「Iout」が「Iin」のβ倍に等しくなるようなゲイ
ン「β」を有する単電流アンプであってもよい。出力電
流「Imax」が、ダンパアセンブリ２６によってばね上エ
レメント１２およびばね下エレメント１４間に印加され
るFapplied方向の最大印加力「Fmax」を達成することが
必要な場合には、印加力Fappliedを達成するために必要
な印加電流「Iapplied」は、Iapplied＝ImaxFapplied／
Fmaxである。従って、磁力レオロジーダンパアセンブリ
２６のための、電流アンプ７６に送達されるブロック８
８からの電気信号は、上記計算によるIappliedをβで割
ったものに等しい電流信号である。
【０１２３】半能動ダンパアセンブリ２６が、機械的機
構によって可変制動を達成する場合には、電源７６は、
「オン」時間パーセント「ton」が１００％に等しいと
きにダンパが最大印加力Fmaxを達成するような、パルス
幅変調（ＰＷＭ）電流源であってもよい。Fappliedを達
成するための「オン」時間パーセントは、ton＝ 100F
applied／Fmaxである。
【０１２４】上記説明した以外の信号を、電源７６のタ
イプおよび、（どのような構成の場合でも）ダンパアセ
ンブリによって要求される入力制御信号に応じて、出力
信号計算ブロック８８からの出力電気信号として用い得
ることが、理解されるであろう。
【０１２５】印加力ブロック８６は、プログラムされた
一つ以上の制御アルゴリズムによって、ばね上質量を、
移動限界x+limitおよびx-limit内における相対移動xrel
に対してよりよく制御し分離するように、機能する。各
制御アルゴリズムの一般的性質は、１） 所定のシステ
ム状態変数の入力を必要とする２）半能動ダンパアセン
ブリ２６は相対速度vrelの反対方向の力のみしか印加で
きないため、計算されたFappliedがvrelと同じ方向であ
るときには必ず、印加力Fappliedをゼロに等しく設定す
ることを必要とする３）計算されたFappliedのFmaxに対
する比が１より大きい場合、印加されたFappliedを、F
applied方向にダンパの達成し得る最大力Fmaxに等しく
設定することを必要とし、そして４）相対速度の絶対値
｜vrel｜が予め選択された速度デッドバンド「vdb」」より
小さい場合は、印加力Fappliedをゼロに等しく設定する
ことを、必要とする。速度デッドバンドvdbの主な目的
は、システムの知覚し得る「荒さ(harshness)」を最小
限にするためである。以下に説明する各アルゴリズム
は、相対速度vrelがゼロであるとき印加力Fappliedをゼ
ロであると計算するが、ダンパアセンブリ２６および計
算スピードにおける反応時間制限のため、vrelの決定ま
たはFappliedの計算が遅延することがある。この場合に
は、相対速度vrelが方向を変えた時点においてゼロでな
い印加力Fappliedが存在し得る。この現象は、容認し得
ざる摩擦的な荒さをシステム１０にもたらし得る。従っ
て、デッドバンドvdbを用いることによって、サスペン
ションシステムに対するそのような時間的遅延の影響を
最小にし、荒さを最小限にすることが可能である。
【０１２６】この位置実施態様における発明の振動制御
改良例は、FsysをFappliedの計算に導入することによっ
て実現される。総印加力は、第１の計算された成分F
calcと、好ましくは上記のようにゼロでない力にとられ
る第２のシステム成分Fsysとの２つの成分からなってい
ると見なすことができる。Fcalcは、様々な分離および
制御アルゴリズム中の任意のアルゴリズムを用いて計算
し得る。そのようなアルゴリズムの幾つかを以下に詳細
に説明する。Fcalcは一般に、サスペンションのエレメ
ントの位置および運動の情報を用いて、エレメントの相
対運動が所定の限界を超えないように制御する傾向を有
するために十分であるように、計算される。しかし、F
appliedの好ましい計算では、本発明におけるように、
上記計算を更に推し進めて、システム力の影響を明示的
に減算することによって、効果的な運動制御により適切
な印加力を提供する。
【０１２７】この制御システム一般的な記述としては、
次のようなステップによって表現され得る。
【０１２８】（ａ）第１のエレメントに対する第２のエ
レメント移動xrelを測定する。ここでxrelは、平衡位置
においてゼロであると定義される。
【０１２９】（ｂ）第１エレメントおよび第２エレメン
ト間の相対速度vrelを決定する。
【０１３０】（ｃ）Fapplied ＝ Fcalc − Fsys と定
義される力Fappliedを計算する。
【０１３１】上式において、Fcalcはエレメントの位置
および運動の情報から計算された、エレメントの相対運
動を所定の限界を超えないように制御するために十分で
あるような力である。また、Fsysは、第１および第２の
エレメント間に作用する力であって、第２の力手段(sec
ond force means)によって印加される制御された力以外
の力の、ゼロでない和である。ただし、上記力Fapplied
がエレメントの相対速度vrelと同じ方向である場合、あ
るいは｜vrel｜≦vdbである場合（vdbは０以上の予め選
択された値を有する速度デッドバンドである）はF
applied＝０であり、上記力Fappliedがエレメントの相
対速度vrelと反対方向であり、かつ第２の力手段によっ
てFappliedの方向に印加され得る最大値力Fmaxより大き
い場合はFapplied＝ Fmaxであるとする。
【０１３２】（ｄ）そして、第１および第２のエレメン
ト間に上記力Fappliedを印加する。
【０１３３】図４は、図１のばね上エレメント１２およ
びばね下エレメント１４間の相対運動を制御するための
第１のアルゴリズム（Ｉ）を含む、制御装置を示すブロ
ック図である。このアルゴリズムは、xrelがx+limitま
たはx-limitを超えるような大きな移動を原則的に避け
るように、設計されている。図３の入力、状態変数計
算、およびシステム力計算ブロックで説明したように、
制御プロセスは、質量ｍおよび相対移動xrelの平衡位置
を、圧力センサおよび移動センサデータから得られる時
間平均値に設定することから、始まる。瞬間相対移動x
relを測定し、瞬間相対速度vrel、瞬間相対加速arel、
および相対速度vrel方向の許容過度(extreme)移動ｄに
対する瞬間距離を、計算する。更に、瞬間システム力F
sysを計算する。このアルゴリズムでは以上のデータを
用いる。
【０１３４】アルゴリズム自体の最初のステップは、相
対速度の絶対値｜vrel｜が予め選択された速度デッドバ
ンドvdbより大きいか否かを、決定することである。も
し決定が「ｎｏ」であれば、印加力Fappliedをゼロに設
定し、ゼロ印加力のための制御信号を印加するための電
気信号を、電源に送る。もし決定が「ｙｅｓ」であれ
ば、２乗された相対速度vrel 2が -2areldより大きいか
否かの決定を、行う。もし決定が「ｎｏ」であれば、印
加力Fappliedをゼロに設定し、ゼロ印加力のための制御
信号を印加するための電気信号を、電源に送る。すなわ
ち、加速の方向が、運動方向において末端ストップから
遠ざかる場合、および加速が十分に大きいために末端ス
トップに到達し得ない場合は、追加的な制動力は必要で
ない。しかし、決定が「ｙｅｓ」の場合は、相対速度v
relがゼロより大きいか否かを更に決定する。もし決定
が「ｎｏ」であれば、以下の等式にしたがって印加力を
計算する。
【０１３５】
【数５１】
【０１３６】もし決定が「ｙｅｓ」であれば、以下の等
式にしたがって印加力を計算する。
【０１３７】
【数５２】
【０１３８】上記各式において、印加力Fappliedは、シ
ステム力Fsysと結合したときに、接近限界(approaching
limit)における相対速度をゼロに減らすためにちょう
ど十分であるように、所与の瞬間相対加速arel、相対速
度vrel、許容過度移動ｄおよびシステム力Fsysを考慮し
て計算される。次に、このように計算された印加力F
appliedの相対速度vrel倍が、ゼロより小さいか否かを
決定する。もし決定が「ｎｏ」であれば、印加力F
appliedをゼロに設定し、ゼロ印加力のための制御信号
を印加するための電気信号を、電源に送る（これは半能
動システムにおいては、vrelの反対方向の力のみしか印
加できないためである）。もし、決定が「ｙｅｓ」であ
れば、Fappliedの、Fapplied方向にダンパアセンブリ２
６の達成し得る最大力Fmaxに対する比が、１より小さい
か否かを決定する。もし決定が「ｎｏ」であれば、印加
力Fappliedを最大力Fmaxに等しく設定し、最大印加力F
maxを印加するための制御信号を印加するための電気信
号を、電源に送る。もし、決定が「ｙｅｓ」であれば、
印加力Fappliedを印加するための制御信号を印加するた
めの電気信号を、電源に送る。電気信号がいったん電源
に送られて半能動ダンパのための制御信号に変換される
と、制御プロセスが繰り返される。
【０１３９】上記第１のアルゴリズム（Ｉ）は、上記に
説明した制御システムの一般的記述の一種であることが
理解されるであろう。この種のアルゴリズムにおいて
は、
【０１４０】
【数５３】
【０１４１】であれば
【０１４２】
【数５４】
【０１４３】であり、
【０１４４】
【数５５】
【０１４５】であれば
【０１４６】
【数５６】
【０１４７】である。ただし、条件１および２が満たさ
れない場合は、Fapplied＝０と仮定する。
【０１４８】図５は、図１のばね上エレメント１２およ
びばね下エレメント１４間の相対運動を制御するための
第２のアルゴリズム（II）を含む制御装置のブロック図
を示す。このアルゴリズムもまた、相対移動xrelが移動
限界x+limitまたはx-limitを超えるような相対移動を原
則的に避けるように、設計されている。前述の場合と同
様に、制御プロセスは、質量ｍおよび相対移動xrelの平
衡位置を、圧力センサおよび移動センサデータから得ら
れる時間平均値に設定することから、始まる。瞬間相対
移動xrelを測定し、瞬間相対速度vrelおよび相対速度v
rel方向の許容過度移動ｄに対する瞬間距離を、計算す
る。更に、瞬間システム力Fsysを計算する。このアルゴ
リズムでは以上のデータを用いる。
【０１４９】アルゴリズム自体の最初のステップは、相
対速度の絶対値｜vrel｜が予め選択された速度デッドバ
ンドvdbより大きいか否かを、決定することである。も
し決定が「ｎｏ」であれば、印加力Fappliedをゼロに設
定し、ゼロ印加力のための制御信号を印加するための電
気信号を、電源に送る。もし決定が「ｙｅｓ」であれ
ば、以下の等式にしたがって印加力を計算する。
【０１５０】
【数５７】
【０１５１】上記各式において、印加力Fappliedは、シ
ステム力Fsysと結合したときに、相対速度をゼロに減ら
すためにちょうど十分であるように、与えられた現相対
速度vrel、現許容過度移動ｄおよび現システム力Fsysの
みを考慮して計算される。次に、このように計算された
印加力Fappliedの相対速度vrel倍が、ゼロより小さいか
否かを決定する。もし決定が「ｎｏ」であれば、印加力
Fappliedをゼロに設定し、ゼロ印加力のための制御信号
を印加するための電気信号を、電源に送る。もし、決定
が「ｙｅｓ」であれば、Fappliedの、Fapplied方向にダ
ンパアセンブリ２６の達成し得る最大力Fmaxに対する比
が、１より小さいか否かを決定する。もし決定が「ｎ
ｏ」であれば、印加力Fappliedを最大力Fmaxに等しく設
定し、最大印加力Fmaxを印加するための制御信号を印加
するための電気信号を、電源に送る。もし、決定が「ｙ
ｅｓ」であれば、印加力Fappliedを印加するための制御
信号を印加するための電気信号を、電源に送る。電気信
号がいったん電源に送られて半能動ダンパのための制御
信号に変換されると、制御プロセスが繰り返される。
【０１５２】上記第２のアルゴリズム（II）も、上記に
説明した制御システムの一般的記述の一種であることが
理解されるであろう。この種のアルゴリズムにおいて
は、
【０１５３】
【数５８】
【０１５４】である。
【０１５５】図６は、図１のばね上エレメント１２およ
びばね下エレメント１４間の相対運動を制御するための
第３のアルゴリズム（III）を含む制御装置のブロック
図を示す。このアルゴリズムは、相対移動xrelを移動限
界x+limitおよびx-limit内に維持するとともに、良好な
分離を提供するように設計されている。前述の場合と同
様に、制御プロセスは、質量ｍおよび相対移動xrelの平
衡位置を、圧力センサおよび移動センサデータから得ら
れる時間平均値に設定することから、始まる。瞬間相対
移動xrelを測定し、瞬間相対速度vrelおよび相対速度v
rel方向の許容過度移動ｄに対する瞬間距離を、計算す
る。更に、瞬間システム力Fsysを計算する。このアルゴ
リズムでは以上のデータを用いる。
【０１５６】全てのアルゴリズムと同様に、最初のステ
ップは、相対速度の絶対値｜vrel｜が予め選択された速
度デッドバンドvdbより大きいか否かを、決定すること
である。もし決定が「ｎｏ」であれば、印加力Fapplied
をゼロに設定し、ゼロ印加力のための制御信号を印加す
るための電気信号を、電源に送る。もし決定が「ｙｅ
ｓ」であれば、相対速度vrelが、システム力Fsysの反対
方向であるか否かを決定する。もし決定が「ｎｏ」であ
れば、以下の等式にしたがって印加力を計算する。
【０１５７】
【数５９】
【０１５８】上記式において、ζは、ゼロ以上かつ１．
０以下の数であり、ｋはシステムのばね比(spring rat
e)である。この印加力Fappliedは、本質的には、相対速
度Ｖrelに対して線形(linear)で、システム力Fsysに関
して補正された粘性制動力である。ダンパアセンブリ２
６がこの力を最適に印加するためには、流動経路４１
は、ｍの最大設計（または予測）値に対して上記計算さ
れた
【０１５９】
【数６０】
【０１６０】よりも大きい粘性制動力を有するように設
計されなければならない。もし、決定が「ｙｅｓ」であ
れば、以下の等式にしたがって印加力を計算する。
【０１６１】
【数６１】
【０１６２】上記式において、印加力Fappliedは、シス
テム力Fsysと結合したときに、相対速度をゼロに減らす
ためにちょうど十分であるように、与えられた瞬間(imm
ediate)相対速度vrel、許容過度移動ｄおよびシステム
力Fsysのみを考慮して計算される。次に、このように計
算された印加力Fappliedの相対速度vrel倍が、ゼロより
小さいか否かを決定する。もし決定が「ｎｏ」であれ
ば、印加力Fappliedをゼロに設定し、ゼロ印加力のため
の制御信号を印加するための電気信号を、電源に送る。
もし、決定が「ｙｅｓ」であれば、Fappliedの、F
applied方向にダンパアセンブリ２６の達成し得る最大
力Fmaxに対する比が、１より小さいか否かを決定する。
もし決定が「ｎｏ」であれば、印加力Fappliedを最大力
Fmaxに等しく設定し、最大印加力Fmaxを印加するための
制御信号を印加するための電気信号を、電源に送る。も
し、決定が「ｙｅｓ」であれば、印加力Fappliedを印加
するための制御信号を印加するための電気信号を、電源
に送る。電気信号がいったん電源に送られて半能動ダン
パのための制御信号に変換されると、制御プロセスが繰
り返される。
【０１６３】上記第３のアルゴリズム（III）も、上記
に説明した制御システムの一般的記述の一種であること
が理解されるであろう。この種のアルゴリズムにおいて
は、
【０１６４】
【数６２】
【０１６５】であれば
【０１６６】
【数６３】
【０１６７】であり、もし条件１が満たされなければ
【０１６８】
【数６４】
【０１６９】である。
【０１７０】図７は、図１のばね上エレメント１２およ
びばね下エレメント１４間の相対運動を制御するための
第４のアルゴリズム（IV）を含む制御装置のブロック図
を示す。このアルゴリズムは、アルゴリズム（III）と
同様に、相対移動xrelを移動限界x+limitおよびx-limit
内に維持するとともに、良好な分離を提供するように設
計されている。やはり、制御プロセスは、質量ｍおよび
相対移動xrelの平衡位置を、圧力センサおよび移動セン
サデータから得られる時間平均値に設定することから、
始まる。瞬間相対移動xrelおよびエレメント１２の絶対
加速aabsを測定し、瞬間相対速度vrel、瞬間絶対速度v
abs、および相対速度vrel方向の許容過度移動ｄに対す
る瞬間距離を、計算する。更に、瞬間システム力Fsysを
計算する。このアルゴリズムでは以上のデータを用い
る。
【０１７１】相対速度の絶対値｜vrel｜が予め選択され
た速度デッドバンドvdbより大きいか否かを、決定す
る。もし決定が「ｎｏ」であれば、印加力Fappliedをゼ
ロに設定し、ゼロ印加力のための制御信号を印加するた
めの電気信号を、電源に送る。もし決定が「ｙｅｓ」で
あれば、
【０１７２】
【数６５】
【０１７３】か否かを決定する。上記式において、ζ
は、ゼロより大きい数であるが、好ましくは０．５より
大きく３未満の数である。もし決定が「ｙｅｓ」であれ
ば、以下の等式にしたがって印加力を計算する。
【０１７４】
【数６６】
【０１７５】上記式において、印加力Fappliedは、シス
テム力Fsysと結合したときに、相対速度をゼロに減らす
ためにちょうど十分であるように、所与の瞬間(immedia
te)相対速度vrel、許容過度移動ｄおよびシステム力F
sysのみを考慮して計算される。もし決定が「ｎｏ」で
あれば、相対速度vrelがゼロより大きいか否かを決定す
る。もし相対速度vrelがゼロより大きければ、
【０１７６】
【数６７】
【０１７７】か否かを決定する。
【０１７８】もし相対速度vrelがゼロより小さければ、
【０１７９】
【数６８】
【０１８０】か否かを決定する。（ｂ）および（ｃ）の
どちらの場合も、もし決定が「ｎｏ」であれば、以下の
等式にしたがって印加力を決定する。
【０１８１】
【数６９】
【０１８２】この力は、ここではvabs＝０として定義し
得る慣性基準フレームと、ばね上エレメント１２との間
にある仮想ダンパによって印加される力である。（ｂ）
および（ｃ）のどちらの場合も、もし決定が「ｙｅｓ」
であれば、等式（ａ）にしたがって印加力を決定する。
【０１８３】次に、このように計算された印加力F
appliedの相対速度vrel倍が、ゼロより小さいか否かを
決定する。もし決定が「ｎｏ」であれば、印加力F
appliedをゼロに設定し、ゼロ印加力のための制御信号
を印加するための電気信号を、電源に送る。もし、決定
が「ｙｅｓ」であれば、Fappliedの、Fapplied方向にダ
ンパアセンブリ２６の達成し得る最大力Fmaxに対する比
が、１より小さいか否かを決定する。もし決定が「ｎ
ｏ」であれば、印加力Fappliedを最大力Fmaxに等しく設
定し、最大印加力Fmaxを印加するための制御信号を印加
するための電気信号を、電源に送る。もし、決定が「ｙ
ｅｓ」であれば、印加力Fappliedを印加するための制御
信号を印加するための電気信号を、電源に送る。電気信
号がいったん電源に送られて半能動ダンパのための制御
信号に変換されると、制御プロセスが繰り返される。
【０１８４】上記第４のアルゴリズム（IV）も、上記に
説明した制御システムの一般的記述の一種である。この
種のアルゴリズムにおいては、
【０１８５】
【数７０】
【０１８６】であれば
【０１８７】
【数７１】
【０１８８】であり、もし条件１が満たされなければ
【０１８９】
【数７２】
【０１９０】である。
【０１９１】図８は、図１のばね上エレメント１２およ
びばね下エレメント１４間の相対運動を制御するための
第５のアルゴリズム（Ｖ）を含む制御装置のブロック図
を示す。このアルゴリズムは、アルゴリズム（III）お
よび(IV)と同様に、相対移動xrelを移動限界x+limitお
よびx-limit内に維持するとともに、良好な分離を提供
するように設計されている。制御プロセスは、質量ｍお
よび相対移動xrelの平衡位置を、圧力センサおよび移動
センサデータから得られる時間平均値に設定することか
ら、始まる。瞬間相対移動xrelおよびエレメント１２の
絶対加速aabsを測定し、瞬間相対速度vrel、瞬間絶対速
度vabs、および相対速度vrel方向の許容過度移動ｄに対
する瞬間距離を、計算する。更に、瞬間システム力Fsys
を計算する。このアルゴリズムでは以上のデータを用い
る。
【０１９２】アルゴリズムは、相対速度の絶対値｜vrel
｜が予め選択された速度デッドバンドvdbより大きいか
否かを、まず決定する。もし決定が「ｎｏ」であれば、
印加力Fappliedをゼロに設定し、ゼロ印加力のための制
御信号を印加するための電気信号を、電源に送る。もし
決定が「ｙｅｓ」であれば、相対速度の２乗されたvrel
2が-2areldより大であるか否かを決定する。もし決定が
「ｎｏ」であれば、以下の等式にしたがって印加力を計
算する。
【０１９３】
【数７３】
【０１９４】この力は、ここではvabs＝０として定義し
得る慣性基準フレームと、ばね上エレメント１２との間
にある仮想ダンパによって印加される力である。上記式
において、ζは、ゼロより大きい数であるが、好ましく
は０．５より大きく３未満の数である。もし決定が「ｙ
ｅｓ」であれば、以下の決定をそれぞれ行う。
【０１９５】
【数７４】
【０１９６】もし決定（ｅ）および（ｆ）が両方とも
「ｙｅｓ」であれば、以下の等式にしたがって印加力を
計算する。
【０１９７】
【数７５】
【０１９８】もし決定（ｅ）が「ｙｅｓ」でありかつ
（ｆ）が「ｎｏ」であれば、以下の等式にしたがって印
加力を計算する。
【０１９９】
【数７６】
【０２００】これらの各式において、印加力F
appliedは、システム力Fsysと結合したときに、接近限
界における相対速度をゼロに減らすためにちょうど十分
であるように、与えられた瞬間(immediate)相対加速度a
rel、相対速度vrel、許容過度移動ｄおよびシステム力F
sysを考慮して計算される。もし決定（ｅ）が「ｎｏ」
でありかつ（ｆ）が「ｙｅｓ」であれば、
【０２０１】
【数７７】
【０２０２】か否かを決定する。もし決定が「ｙｅｓ」
であれば、等式（ｇ）にしたがって印加力Fappliedを計
算し、もし決定が「ｎｏ」であれば、等式（ｄ）にした
がって印加力Fappliedを計算する。もし決定（ｅ）およ
び（ｆ）が両方とも「ｎｏ」である場合は、
【０２０３】
【数７８】
【０２０４】か否かを決定する。もし決定が「ｙｅｓ」
であれば、等式（ｈ）にしたがって印加力Fappliedを計
算し、もし決定が「ｎｏ」であれば、等式（ｄ）にした
がって印加力Fappliedを計算する。次に、このように計
算された印加力Fappliedの相対速度vrel倍が、ゼロより
小さいか否かを決定する。もし決定が「ｎｏ」であれ
ば、印加力Fappliedをゼロに設定し、ゼロ印加力のため
の制御信号を印加するための電気信号を、電源に送る。
もし、決定が「ｙｅｓ」であれば、Fappliedの、F
applied方向にダンパアセンブリ２６の達成し得る最大
力Fmaxに対する比が、１より小さいか否かを決定する。
もし決定が「ｎｏ」であれば、印加力Fappliedを最大力
Fmaxに等しく設定し、最大印加力Fmaxを印加するための
制御信号を印加するための電気信号を、電源に送る。も
し、決定が「ｙｅｓ」であれば、印加力Fappliedを印加
するための制御信号を印加するための電気信号を、電源
に送る。電気信号がいったん電源に送られて半能動ダン
パのための制御信号に変換されると、制御プロセスが繰
り返される。
【０２０５】上記第５のアルゴリズム（Ｖ）も、上記に
説明した制御システムの一般的記述の一種である。この
種のアルゴリズムにおいては、
【０２０６】
【数７９】
【０２０７】であれば
【０２０８】
【数８０】
【０２０９】であり、
【０２１０】
【数８１】
【０２１１】のであれば
【０２１２】
【数８２】
【０２１３】であり、もし条件１および条件２が満たさ
れなければ
【０２１４】
【数８３】
【０２１５】である。
【０２１６】アルゴリズムＩ、II、III、IVおよびＶに
おいて説明した本発明の範囲は、移動限界x+limitおよ
びx-limit内のエレメント１２および１４の相対移動x
relに関し、これら相対移動を限界内に維持するととも
に、良好な分離を提供することであった。しかし、場合
によっては、相対移動xrelは、限界x+limitおよびx
-limitを超え得る。もし支持側エレメント１４に大きな
入力があり、限界x+limitおよびx-limitが機械的ストッ
プ５１および５３以内に設定されるかまたは衝撃ダンパ
５６および５８が十分に変形可能であれば、機械的連結
部５０がこれら限界を超えて移動し得る。これらの条件
下においては、本発明の別の実施態様として、アルゴリ
ズムＩ、II、III、IVおよびＶによって計算された印加
力Fappliedだけでなく、限界を超えた相対移動に対する
力の印加をも包含することが理解されるであろう。例え
ば、 x+limitを超えるまたはx-limit未満のxrelについ
ては、印加力FappliedをFmaxに等しく設定してもよい。
また、相対速度の絶対値｜vrel｜が予め選択された速度
デッドバンド「vdb」より大きい場合、かつxrelがx
+limitを超えるかx-limit未満である場合は、xrelvrel
がゼロよりければ印加力FappliedをFmaxに等しく設定
し、 xrelvrelがゼロ未満であれば印加力Fappliedをゼ
ロに等しく設定してもよい。移動限界x+limitおよびx
-limitを超える相対移動xrelについての印加力Fapplied
は他のオプションを用いても計算することが出来、その
ようなオプションの使用は本発明の趣旨を変更するもの
ではないことが理解されるであろう。
【０２１７】また、アルゴリズムＩ、II、III、IVおよ
びＶに説明した発明を、例えば４つのサスペンションメ
カニズムが４つの車輪位置の各々におけるそれらに対応
するような自動車サスペンションのような、２つ以上の
独立に制御されるサスペンションメカニズム５を有する
システムに用いることが可能であることが理解されるで
あろう。そのようなシステムにおいては、各位置を独立
に制御することが可能であり、上記の分離および各サス
ペンションの制御発明に加え、中央制御装置によって、
各サスペンション位置において、全サスペンションメカ
ニズムからの結合入力またはその他の入力に基づき、印
加力Fappliedをオーバーライド(override)またはバイア
スすることが可能である。印加力Fappliedのオーバーラ
イドまたはバイアスのために、各サスペンションのシス
テム変数に加えて追加的な情報を用いることは、本発明
の趣旨を変更するものではない。
【０２１８】本発明の実施例の一例を以下に説明する。
【０２１９】運動許容限度を超える運動を最小限にする
と同時に、エレメント間の分離を最大にするような、本
発明を用いた２つのエレメント間の相対運動の制御の改
善例を示すために、コンピュータモデルを用いる。本モ
デルは、本発明のアルゴリズムで制御された調節可能ダ
ンパを用いたサスペンションシステムの性能を、１）２
つのエレメント間の相対運動を制限するように設計され
た、比較的高制動の受動ダンパおよび、２）調節可能ダ
ンパを「オフ」状態で用いるサスペンションシステムの
それぞれの性能に対して、比較する。
【０２２０】この「オフ」状態の調節可能ダンパは、本
質的に、比較的低制動の受動ダンパである。モデル化さ
れたシステムは、ばね上質量ｍが９５ｋｇのシートサス
ペンションである。一次スプリングアセンブリ２４は、
５．８６ｋＮ／ｍのばね定数ｋを有し、その結果シート
の自然周波数が１．２５Ｈｚとなっている。サスペンシ
ョンメカニズム５の平衡位置xrel＝０から正および負の
移動限界x+limitおよびx-limitへの移動は、それぞれ＋
５０ｍｍおよび−５０ｍｍである。末端ストップ５１お
よび５３は、線形ばね比９００ｋＮ／ｍのラバーブッシ
ングをモデルとする。本モデルの受動ダンパは、エレメ
ント１２および１４間に、臨界制動パラメータの相対速
度倍の０．５倍に等しい力
【０２２１】
【数８４】
【０２２２】を収縮方向に印加し、臨界制動パラメータ
の相対速度倍の０．６７倍に等しい力
【０２２３】
【数８５】
【０２２４】を伸長方向に印加する、線形ダンパであ
る。本モデルの半能動ダンパアセンブリ２６は、エレメ
ント１２および１４間に、臨界制動パラメータの相対速
度倍の０．１５倍に等しい力
【０２２５】
【数８６】
【０２２６】を、「オフ」状態のときに印加する。流動
経路４１は、エレメント１２および１４間に印加された
力を、臨界制動パラメータの相対速度倍の１倍に等しい
力
【０２２７】
【数８７】
【０２２８】に制限するようにに対応するように調節さ
れている。ダンパアセンブリ２６によってエレメント１
２および１４間に印加され得る最大力Fmaxは、伸長およ
び収縮の両方向においてFmax＝４５０Ｎである。アルゴ
リズムIIIにおいては、ζは０．６に設定し、アルゴリ
ズムIVおよびＶにおいては、ζは１に設定する。アルゴ
リズムＩおよびＶにおいては、相対加速arelは、コーナ
ー周波数８Ｈｚの二次低域通過フィルタを用いてフィル
タ処理される。制御装置６０、電源７６およびダンパア
センブリ２６を含む半能動システムの総反応時間は、
０．００５秒に設定される。アルゴリズムの、x+limit
およびx-limitを超えるような大きな移動xrelを避ける
能力を示すために、図９および１１に、乗り物運転台１
６にマウントされたシート１０の相対移動xrelおよび絶
対移動xabsを示す。運転台サスペンションには、１００
ｍｍステップ入力が印加されている。本モデルの乗り物
運転台のサスペンションは、自然周波数１．５Ｈｚおよ
び、制動比(damping ratio)０．３を有しており、シー
ト１０のベース２２に入力される移動は、図１３に示す
結果となっている。
【０２２９】制御アルゴリズムによる分離を示すため
に、図１０および１２に、移動伝達度を示す。移動伝達
度とはすなわち、安定状態入力に関する周波数比（入力
周波数を自然周波数で割ったものω／ωn）の関数とし
て、ばね上エレメント１２の絶対移動xabsを、ばね下エ
レメント１４の移動で割ったものである。周波数比は自
然周波数（０．３１Ｈｚ）の０．２５倍から、自然周波
数（１０Ｈｚ）の８倍まで変動する。１以上の周波数比
については、２．３５ｋｇ−ｍ／ｓ2の加速度を得るよ
うに移動入力が選択される。従って、１．２５Ｈｚにお
いては、入力移動は±３８ｍｍである。１未満の周波数
比については、移動入力は±４０ｍｍである。
【０２３０】図９を参照して、「オフ」状態にある調節
可能ダンパの相対移動xrelおよび絶対移動xabs曲線によ
り、サスペンションのシートサスペンションの、サスペ
ンションのストローク限界を超える曲線を示している。
方向の急激な変化は、末端ストップ５１および５３との
接触によるものである。「オフ」調節可能ダンパは、移
動限界間のシート運動を制御する制動が起こる前に、ス
トローク限界を３回超えている。低制動力受動ダンパ
は、ここでの大入力モデルを制御するためには適切では
ない。実際、「オフ」調節可能ダンパは、ここで示した
タイプの過渡入力(transient input)で振幅５1ｍｍ以下
においてのみ、シートの移動を移動限界内に制御可能で
ある。高制動受動ダンパは、過渡入力を良好に制御し、
サスペンション移動が移動限界内に収まっている。高制
動受動ダンパは、ここで示したタイプの過渡入力で振幅
１２1ｍｍまで、シートの移動を移動限界内に制御可能
である。アルゴリズムIIで制御されたダンパは、相対移
動xrelの伸長ストロークにおいて少しだけ移動限界を超
えている。調節可能ダンパのための本モデルのパラメー
タによって、アルゴリズムIIは、本モデルにおける過渡
入力でストローク限界を超える前のシートサスペンショ
ンへの最大入力を、「オフ」状態の５１ｍｍから９７ｍ
ｍに増加させ得ている。アルゴリズムＩによって制御さ
れている調節可能ダンパは、許容移動限界内によく制御
されている。本モデルの調節可能ダンパを用いて、本モ
デルの入力タイプの１５５ｍｍまでがアルゴリズムＩに
よって制御されている。
【０２３１】図１０は、図９のダンパによる分離性を、
移動伝達度プロットで示している。伝達度が低いほど、
サスペンションはより優れた分離を提供している。高制
動受動ダンパは、最も低い周波数で分離を提供してい
る。しかし、高制動受動ダンパは、高周波数分離が悪
い。「オフ」調節可能ダンパの、サスペンションの自然
周波数における（周波数比＝１）分離性は許容できな
い。しかし、「オフ」ダンパは、４以上の周波数比にお
いて最高の分離性を有している。アルゴリズムＩまたは
IIによって制御された調節可能ダンパは、低周波数にお
いて「オフ」調節可能ダンパに比較してより優れた分離
性を示し、それより高い周波数においては、高制動受動
ダンパに比較してより優れた分離性を示している。
【０２３２】高制動受動ダンパと比較して、アルゴリズ
ムＩによって制御された調節可能ダンパは、過渡入力に
よるサスペンション移動をよりよく制御しており、また
高周波数分離性がかなり改善している。「オフ」受動ダ
ンパと比較して、アルゴリズムIIによって制御された調
節可能ダンパは、高周波数分離性は実質的に同じで、許
容移動限界内における相対移動の制御力が改善されてい
る。
【０２３３】図１１を参照して、分離制御と移動制御と
を組み合わせたアルゴリズムIII、IVおよびＶによって
制御された、調節可能ダンパの相対移動xrelおよび絶対
移動xabs曲線を、高制動受動ダンパと比較する。各アル
ゴリズムは、絶対移動xabsの運動をより素早く減少させ
る能力を示し、アルゴリズムIVおよびＶが最も性能が高
い。前記のように、ここで示した過渡入力タイプで、高
制動受動ダンパが相対移動が移動限界を超えること無し
に制動可能な最大過渡入力は、１２１ｍｍである。調節
可能ダンパの本モデルにおけるパラメータでは、アルゴ
リズムIIIおよびIVは、１１１ｍｍまでの過渡入力を制
御可能であり、アルゴリズムＶは、ここで示したタイプ
の過渡入力を１５５ｍｍまで制御可能である。
【０２３４】図１２に、図１１のダンパの分離性を、移
動伝達度プロットで示している。アルゴリズムIVおよび
Ｖによって制御された調節可能ダンパは、受動ダンパに
比較して、全周波帯域においてかなり高い分離性を有し
ており、またアルゴリズムIVのほうがアルゴリズムＶよ
りも良好な高周波数分離を有している。アルゴリズムII
Iによって制御された調節可能ダンパは、０．６以上の
全周波比において高制動受動ダンパに比較してかなり高
い分離性を有しており、０．６未満の周波比においては
実質的に同じ分離性である。概して、アルゴリズムII
I、IVおよびＶにより制御された調節可能ダンパは、高
制動受動ダンパに比較して、過渡入力によるサスペンシ
ョン移動を制御しながらかつより良好な分離性を示して
いる。
【０２３５】
【発明の効果】本発明のエレメント間の相対運動を制御
するための方法および装置によれば、２つの相互接続さ
れたエレメント間の相対運動および力を、半能動ダンパ
を用いて制御することによって、エレメント間の分離を
最大にしながら許容可能限界を超える運動を最小化する
ことが可能である。さらに、本発明のエレメント間の相
対運動を制御するための方法および装置によると、アル
ゴリズムをダンパの制御パラメータに適用することによ
り、入力振動および衝撃からの分離を高めることが出来
る。本発明のダンパおよび制御アルゴリズムは、一次乗
り物サスペンションシステム、運転台マウント、シート
マウント、およびエンジンマウントに適応させることが
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ばね上質量のための制動メカニズムを
備える装置の図である。
【図２】図２は、半能動ダンパアセンブリの１つの実施
態様を詳細に示す図である。
【図３】図３は、図１のサスペンションシステムの機能
ブロック図であり、本発明の制御装置の詳細を示す。
【図４】図４は、本発明に適した制御装置および制御ア
ルゴリズムのブロック図である。
【図５】図５は、本発明に適した制御装置および制御ア
ルゴリズムのブロック図である。
【図６】図６は、本発明に適した制御装置および制御ア
ルゴリズムのブロック図である。
【図７】図７は、本発明に適した制御装置および制御ア
ルゴリズムのブロック図である。
【図８】図８は、本発明に適した制御装置および制御ア
ルゴリズムのブロック図である。
【図９】図９は、ステップ入力を受けながら図４および
図５のアルゴリズムによって制御されるサスペンション
の相対および絶対移動のグラフである。
【図１０】図１０は、図４および図５の制御アルゴリズ
ムの移動伝達率のグラフである。
【図１１】図１１は、ステップ入力を受けながら図６、
７、および８のアルゴリズムによって制御されるサスペ
ンションの相対および絶対移動のグラフである。
【図１２】図１２は、図６、７、および８の制御アルゴ
リズムの移動伝達率のグラフである。
【図１３】図１３は、図９および図１１のグラフが生成
される場合に、サスペンションに入力される移動を示す
図である。
【符号の説明】
５ サスペンションシステム １０ システム １２ ばね上エレメント １４ ばね下エレメント １６ 乗り物運転台 １８ シート ２０ 運転者 ２２ ベース ２４ 一次スプリングアセンブリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591131338 29400 Ｌａｋｅｌａｎｄ Ｂｏｕｌｅｖ ａｒｄ， Ｗｉｃｋｌｉｆｆｅ， Ｏｈｉ ｏ 44092， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅ ｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ (72)発明者 ニコラス ケイ． ペテック アメリカ合衆国 オハイオ 44118， ク リーブランド ハイツ， キングストン ロード 2629 (72)発明者 デイル ピー． スミス アメリカ合衆国 オハイオ 44135， ク リーブランド， クリフォード アベニュ ー 14128

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 連結部を介して運動可能に相互接続され
    た２つのエレメント間の相対運動を制御するための方法
    であって、該連結部は、該２つのエレメントを平衡位置
    に維持しようとする傾向を有するスプリングアセンブリ
    を有しており、該２つのエレメントのうち少なくとも第
    １のエレメントは、外部で生成された運動入力を受け取
    り、該運動入力に反応して該２つのエレメントのうち第
    ２のエレメントに第１の力を伝達する傾向を有し、該第
    １および第２のエレメントは、その間に第２の制御され
    た力を印加するための手段を備えており、該方法は、 （ａ）該第１のエレメントに対する該第２のエレメント
    の移動xrelを測定する工程であって、xrelは平衡位置に
    おいてゼロと定義される工程と、 （ｂ）該第１のエレメントおよび該第２のエレメントの
    間の相対速度vrelを決定する工程と、 （ｃ）以下の定義を有する力Fappliedを計算する工程
    と： Fapplied ＝ Fcalc − Fsys 上記式において、Fcalcは該第１および第２のエレメン
    トの位置および運動の情報から計算された力であり、該
    第１および第２のエレメントの該相対運動が所定の限界
    を超えることを防ぐために十分な力であって、 Fsysは、該第１および第２のエレメント間に作用する力
    であって、該第２の力を印加する該手段によって印加さ
    れる該制御された力以外の力の、ゼロでない和であり、
    ただし、 該力Fappliedが該第１および第２のエレメントの該相対
    速度vrelと同じ方向である場合あるいは｜vrel｜≦vdb
    である場合（ただしvdbは０以上の予め選択された値を
    有する速度デッドバンドである）はFapplied＝０であ
    り、 上記力Fappliedが該第１および第２のエレメントの該相
    対速度vrelと反対方向であり、かつ該第２の力を印加す
    るための該手段によってFappliedの方向に印加され得る
    最大値力Fmaxより大きい場合は、 Fapplied＝ Fmaxであるとし、 （ｄ）該第１および第２のエレメント間に該力Fapplied
    を印加する工程とを有し、その結果、該第１のエレメン
    トから該第２のエレメントに伝達される該力および該第
    １および第２のエレメント間の該相対移動が制御され
    る、方法。
  2. 【請求項２】 前記第１および第２のエレメント間の前
    記相対速度vrelおよび相対加速arelの各々が計算された
    値であって、 【数１】 であれば、 【数２】 であり、 【数３】 であれば、 【数４】 であり、ただし、条件１および２が満たされない場合
    は、Fapplied＝０となり、上記式において、ｍは該第２
    のエレメントの実効質量であり、ｄは該相対速度vrel方
    向における前記相対移動から許容可能過度移動限界x
    -limitまたはx+limitへの距離である、請求項１に記載
    の方法。
  3. 【請求項３】 【数５】 であり、上記式においてｍは前記第２のエレメントの実
    効質量であり、ｄは前記相対速度vrel方向における前記
    相対移動から許容可能過度移動限界x-limitまたはx
    +limitへの距離である請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 【数６】 であれば、 【数７】 であり、条件１が満たされないときは 【数８】 であって、上記式においてｍは前記第２のエレメントの
    実効質量であり、ｄは前記相対速度vrel方向における前
    記相対移動から許容可能過度移動限界x-limitまたはx
    +limitへの距離であって、 ｋは該相対移動xrelにおける前記スプリングアセンブリ
    のばね定数であり、 ζは、ゼロ以上かつ１以下の数である請求項１に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 前記第２のエレメントの絶対加速を測定
    し、前記第１および該第２のエレメントの前記相対速度
    vrelおよび該第２のエレメントの絶対速度vabsは計算さ
    れた値であって、 【数９】 であれば 【数１０】 であり、もし条件１が満たされなければ 【数１１】 であり、 上記式においてｍは該第２のエレメントの実効質量であ
    り、 ｋは前記相対移動xrelにおける前記スプリングアセンブ
    リのばね定数であり、 ｄは該相対速度vrel方向における該相対移動から許容可
    能過度移動限界x-limitまたはx+limitへの距離であっ
    て、 ζは、０．５より大きくかつ３未満の数である請求項１
    に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記第２のエレメントの絶対加速を測定
    し、前記第１および該第２のエレメントの前記相対速度
    vrel、該第１および第２のエレメントの相対加速arel、
    および該第２のエレメントの絶対速度vabsは計算された
    値であって、 【数１２】 であれば 【数１３】 であり、 【数１４】 のであれば 【数１５】 であり、もし条件１および条件２が満たされなければ、 【数１６】 であり、 上記式において、ｍは該第２のエレメントの実効質量で
    あり、 ｋは前記相対移動xrelにおける前記スプリングアセンブ
    リのばね定数であり、 ｄは該相対速度vrel方向における該相対移動から許容可
    能過度移動限界x-limitまたはx+limitへの距離であっ
    て、 ζは、０．５より大きくかつ３未満の数である請求項１
    に記載の方法。
  7. 【請求項７】 （ａ）前記２つのエレメントの前記絶対
    加速を測定し、該測定された絶対加速から、相対加速a
    relを計算する工程をさらに包含する請求項１〜６のい
    ずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記Fsysは、Fsys＝ -kx'−Cvrelによっ
    て近似され、上記式中、x'は前記第１および第２のエレ
    メントの、値ゼロ以上のデッドバンドxdbを超えるよう
    な相対移動であって、｜xrel｜≦ xdb であれば x' ＝
    ０ であり、｜xrel｜＞ xdb であれば x' ＝ xrel − x
    db sgn(xrel)となるような相対移動であり、 ｋは該相対移動xrelにおける前記スプリングアセンブリ
    のばね定数であり、Ｃは、定数である、請求項１〜７の
    いずれかに記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記第２の制御された力を印加するため
    の前記手段は、電界感応液体(field responsive fluid
    e)を含む半能動ダンパである、請求項１〜８のいずれか
    に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記第１のエレメントは、乗り物車体
    を包含し、前記第２のエレメントは、該乗り物車体にサ
    スペンドしているエンジン、トラクタ運転台またはシー
    トを包含する、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記第２のエレメントはシートおよび
    その座者であり、質量ｍは、該シートおよび該座者が停
    止しているときの、該シートおよび該座者の全質量の前
    記連結部を介して支持される部分である、請求項１〜９
    のいずれかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記第１のエレメントは車輪アセンブ
    リであり、前記第２のエレメントは、乗り物車体を包含
    し、質量ｍは、該が乗り物車体停止しているときの、該
    乗り物車体の全質量の該車輪に支持される部分である、
    請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 連結部を介して運動可能に相互接続さ
    れた２つのエレメント間の相対運動を制御するための装
    置であって、該連結部は、該２つのエレメントを平衡位
    置に維持しようとする傾向を有するスプリングアセンブ
    リを有しており、該２つのエレメントのうち少なくとも
    第１のエレメントは、外部で生成された運動入力を受け
    取り、該運動入力に反応して該２つのエレメントのうち
    第２のエレメントに第１の力を伝達する傾向を有し、該
    第１および第２のエレメントは、その間での許容可能移
    動の過度限界x+limitおよびx-limitを有しており、x
    +limitは正と定義された方向に対応し、x-limitは負と
    定義された方向に対応し、該装置は、（Ａ）該第１およ
    び第２のエレメント間に、可変力Fappliedを印加する能
    力を有する調節可能なダンパと、（Ｂ）該２つの接続さ
    れたエレメントの状態に反応して、制御信号を該ダンパ
    に送るように調節された制御装置であって、該制御信号
    はFappliedの値に対応しており、Fappliedは、請求項１
    〜８に記載の通り決定される制御装置とを有する装置。
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