JPS62139709A - 自動車のアクテイブ・サスペンシヨン装置 - 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 本発明は自動車のアクティブ・サスペンション装置に関
するものである。

従来の技術 自動車において、車輪軸と車体との上下方向の相対変位
（相対変位９：）と該相対変位の時間変化率（上下方向
相対変位速度）とにより、気液流体ばねを用いたサスペ
ンションの該気液流体ばねによる減衰力特性を可変的に
制御するようにしたアクティブφサスペンションが従来
より開発され、既に特開昭５９−２１３５１信号公報に
て公開されている。

発明が解決しようとする問題点 上記従来の装置は、車輪軸と車体との上下方向相対変位
量と相対変位速度とから良路であるか悪路であるかを判
断し、サスペンションにおける気液流体ばねの減衰力を
良路であれば低くし悪路であれば高くするよう制御する
ものであるから、良路での乗心地の向上をはかることは
できるが、悪路では車体の上下加速度が大となり乗心地
の面では不充分とならざるを得ないと１１゛う問題を有
している。

本発明は良路のみならず悪路においても乗心地の著しい
向上をはかり１１つロール蒔の姿勢変化の少ない操安性
り良好な性イ齢を得る自動車のアクティブ・サスペンシ
ョン装置を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、内部に空気を封入したエアチャン／Ｓをも′
ったエアサスベンジまンユニットの下部およびＬ部を車
輪側の部材およびその上方の車体部材とにそれぞれ取付
けると共に、前後左右の８ｉｌＥＭ部のエアサスペンシ
ョンユニットノエアチャンバの空気注入および空気排出
をそれぞれ独立して制御する流量制御弁をもった空気制
御系統を設けた自動車において、エアサスペンションユ
ニットの車体部材への地材部付近の車体上下加速度を検
出する上ｆ加速度センサと車輪側部材の車体部材に対す
る基準高さ位置からの上下方向相対変位を検出する相対
変位センナとを各車輪部毎にそれぞれ設け、上記上下加
速度センナにて得られる車体の上下加速度および上下加
加速度と相対変位センサにて得られる車輪側部材の上下
方向の相対変位および相対変位速度とで、各エアサスペ
ンションのエアチャンバへの注入空気流量および排出空
気流量とをそれぞれ演算し上記流量制御弁を開閉制御す
べき出力を発するコントローラを設けたことを特徴とす
るものである。

作用 上記において、上下加加速度および上下加速度による制
御は、基本的には、見かけ上の車体の質量を変える働ら
きおよびダンパ効果を変える働らきをし、共に車体の上
下振動を制振する方向に働らき、路面からの入力に対し
てはエアサスペンションユニット／、？柔らかく車体側
に振動を伝えない方向に制御され、旋回時或は急加減速
時淳車体側の荷重移動に対しては見かけ上エアサスペン
ションユニットの剛性をアッフスる方向の制御となり車
体のロールやピッチングを抑制するよう働ら〈、相対変
位速度および相対変位による制御は、基本的にはナスペ
ンションユニットのばね特性を変える働らきおよび基準
高さ位置からのいずれを無くする方向に働らき、車体姿
勢を基準状態に保つよう制御し、これらの制御要素を適
当な割合で総合してエアサスペンションユニットのエア
チャンバ内空気の注排気制御を行うことにより、乗心地
と操縦安定性とを同時に向トさせる制御を行うことがで
きる。

実施例 以下本発明の実施例を附図を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すシステム図であり、ｌ
は車体側部材２と車輪軸支持部材３との間に設けられた
エアサスペンションユニットでアリ、該エアサスペンシ
ョンユニット１は例えば、下端部を車輪軸支持部材３に
取付けられたシリンダ部材と、該シリンダ部材に軸方向
摺動可億なるよう嵌装されＵ：、端部を車体側部材に弾
性体をかいして取付けられたピストンロッドと、上記シ
リンダ部材とピストンロッドとの間に形成されたエアチ
ャンバとからなり、車輪の上下振動に伴なうシリンダ部
材とピストンロッドの軸方向の伸縮作動をエアチャンバ
内に封入された空気の容積弾性にてばね支持するように
なっており、該エアチャンバ内に空気を供給したりエア
チャンバ内の空気を排出したりすることにより車輪軸に
対する車体側部材２の高さ即ち車高を変えかっばね定数
を変えるととができるようになっている。

上記のニアサスベンジ望ンユニットｌは前後左右のすべ
てのサスペンションにそれぞれ設けられており１前後左
右の各サスペンション部には車輪側部材即ちばね下部材
と車体側部材即ちばね１部材との上下方向の相対変位を
検出する相対変位センサ４と、車体即ちばね七の上下加
速度を検出する上下加速度センサ５とがそれぞれ設けら
れ、相対変位センサ４と上下加速度センサ５の各信号は
後述するコントローラ６にインプットされるようになっ
ているが、第１図では説明を簡略化する為に前後左右の
各サスペンションのうちの１個のみを図示し他は省略し
ている。

７はエアサスペンションユニットｌのエアチャンバへの
給排気を制御する空気の流量制御弁であり、該流ｉｉｉ
二制御弁７は給気弁、排気弁を１組としこれを４組備え
ており、前後左右の各エアサスベンジ１ンユニツトの給
排気ｔ＊　該Ｎ　ＦｊＡ：制御弁７にてそれぞれ独立し
て制御されるようになっている。

８は高圧エアタンク、９は低圧エアタンクであり、高圧
エアタンク８内は上記ｖｔ量制御弁７の給気弁が開いた
ときエアサスペンションユニット１のエアチャンバ内に
ただちに空気を供給することができるようエアサスペン
ションユニット１のエアチャンバ内の空気圧（例えば４
〜５　Ｋｇｆ／ｃ♂Ｇ前後程度）より充分に高い空気圧
（例えば７．５〜９．５　Ｋｇｆ／ｃｍ′Ｇの範囲内程
度）に設定され、低圧エアタンク９内は流２５制御弁７
の排気弁が開いたときエアサスペンションユニットｌの
エアチャンバ内の空気がただちに低圧エアタンク９内に
流出するよう該エアチャンバ内空気圧より充分低い空気
圧（例えばＯ〜２Ｋｇｆ／ｃ＋＋２Ｇの範囲程度）に設
定され、高圧エアタツク８内の空気圧が最低設定値以下
になると圧力センサ８１が信号を発し、その信号によっ
てエアコンプレッサ１０が駆動して低圧エアタンク９内
の空気を吸出加圧しドライヤ１６を通して高圧エアタン
ク８内に供給し高圧エアタンク８の空気圧を最高設定値
とし、低圧エアタンク９は図示しない圧力センサの信号
にて、内圧が最低設定圧（例えばＯＫｇｆ／ｃｊＧ即ち
大気圧）より低くなるとチェックバルブ等をかいして大
気中より空気が充填され、最高設定圧（例えば２Ｋｇｆ
／ｃ♂Ｇ）より高くなるとエアコンプレッサ１０を駆動
させて低圧エアタンク９内の空気を高圧エアタンク８に
供給するか或はチェックバルブを開きサイレンサをかい
して大気中に排気することにより減圧するようになって
いるが、原則的には低圧エアタンク９の内圧ｔ’ｔ、高
圧エアタンク８に空気を供給することによって低下して
もエアサスペンションユニット１のエアチャンバから排
出された空気が流入して内圧を上げこのバランスによっ
てほぼ設定圧範囲を保持し空気の閉回路を形成するよう
構成されており、低圧エアタンク９から高圧エアタンク
８への空気の供給とエアサスペンションユニット１のエ
アチャンバから低圧エフタンク９への空気の流入のバラ
ンスが大きくくずれた場合のみ低圧エアタンク９への外
気の吸入および低圧エアタンク９から大気中への空気の
排出を行うものである。

なお第１図において１１はオイルタンク。

１２はオイルセパレータであり、エアコンプレッサ１０
の潤滑オイルがオイルタンク１１より吸入空気に混入し
てエアコンプレッサ１０に供給されオイルセパレータ１
２にて高圧空気中より潤滑オイルが分離されオイルタン
ク１１にもどるようになっているが、潤滑オイルの供給
を必要としない形式のエアコンプレッサを用いた場合は
これらオイルタンク１１．オイルセパレータ１２よりな
る潤滑オイルの循環回路は不要テある。又エアコンプレ
ッサｌＯの駆動源として自動車のエンジンを用いた場合
は該エアコンプレッサｌＯの駆動は例えば？！磁ツクラ
ッチの動力伝達接断乎段によってオン、オフ的に制御さ
れるが、エアコンプレッサ１０の駆動源としては自！ｌ
ｈ車のエンジン以外例えば電動モータ等を用いることが
可ｆｆｆｉである。

次にコントローラ６による制御態様について第２図を参
照して説明する。

第２図は前後左右の４つのサスペンションのうちの１つ
の制御回路を示しており、コントローラ６にはこの第２
図に示すような制御回路が４組装備されそれぞれのサス
ペンション部に設けられている上下加速度センサ５およ
び相対変位センサ４の各信号と車高調整スイッチ１３で
決められるサスペンションの基準高さ位置信号によって
各サスペンションは独立して以下に記載するような制御
を行う。

即ち、車体の上下加速度を検出しその上下加速度に応じ
た上下加速度信号を発する上下加速度センサ５の上下加
速度信号Ｘは、ハイパスフィルタ５１にて低周波域（例
えばＱ、ＩＨｚ近傍以下の範囲）をカットされ、微分回
路５ａを通ったｈ下前加速度信号Ｘと、そのままの上下
加速度信号Ｘとの２通りに分かれ、それぞれゲインＧｌ
、Ｇ２が掛合されて指示空気流量ＱｌおよびＱ２に変換
される。

・（ξ体と車輪とのＬ下方向相対変位を検出しその相対
変位に応じた相対変位信号を発する相対変位センサ４の
相対変位信号Ｖは、後述する車高調整スイッチ１３の選
択により基準位置指令回路１３ａを経て出力された）５
準位置信号ｖＯを引き算されることにより、基準位置か
らの実相対変位信号りとなり、微分回路４ａを通った実
相対変位速度信号りとそのままの実相対変位信号りとの
２通りに分かれ、それぞれゲインＧ３．Ｇ４が掛けられ
て指示空気流量Ｑ３およびＱ４に変換される。

東高調整スイッチ１３は、例えばノーマル車高からハイ
車高に切換える切換スイッチであり、、Ｕ車高調整スイ
ッチ１３をノーマルからハイに切換えるとエアサスペン
ションユニフト１のエアチャンバに空気が供給されてシ
リンダ部材に対してピストンロッドが上方に摺動してエ
アサスペンションユニット１を伸張させ車輪軸に対する
車体部材２の高さを所定値だけ高くしその高さを基準車
高とし、上記車高７ＪＪ整スイッチ１３をハイからノー
マルに切換えるとエアチャンバ内の空気を排出しエアサ
スペンションユニツ）１を収縮させ車輪軸に対する車体
部材２の高さをもとの低いノーマル基準車高とするもの
である。

従って相対変位センサ４を、ノーマル基準車高を基準位
置としてのその基準位置からの相対変位を検出するよう
設定しておくと、Ｅ記車高調整スイッチ１３をハイに切
換えた場合、相対変位センサ４が検出した相対変位から
、ノーマル基準車高とハイ基準車高との差だけ引き算し
た値がハイ基準車高を基準位置とした実相対変位となる
のである。

但し上記車高調整スイッチ１３等による車高調整機構を
もたない自動車であれば、常に相対変位センサ４の相対
変位信号Ｖが実相対変位信号りと笠しくなることは言う
までもない。

、１−記のようにして得られた指示空気ｌ１ＷＱｌ　　
、Ｇ２　、Ｇ３およびＧ４は加算回路１４にて加算され
て総指示空気流量Ｑとなり、弁制御信号発生回路１５か
ら流量制御弁７に出力が発せられ、流か制御弁７の給気
弁又は排気弁のいずれか一方が開となり、エアチャンバ
の前記総指示流１１ｉＳ：Ｑに見合う給気又は排気が行
われるようになっている。

、一般にＭｔ量制御弁は本来流量制御特性として積分効
果をもっているので、上記コントローラの制御ｑＩＣ素
のうちの、１：下加加速度信号Ｘによる制御はサスペン
ション部では上下加速度型の制御となり車体の慣性力即
ち車体の見かけ上の質量を変える働らきをし、同様に上
下加速度センサによる制御はサスペンション部では上下
速度積の制御となって車体の上下振動を市めようとする
ダンパ特性を変える働らきなし、更に実相対変位速度信
号すによる制御は相対変位項の制御となってサスペンシ
ョン部のスプリング特性を変える働らきをし、又実相対
変位信号りによる制御は相対変位の積分項の１ｌｉｌと
なってサスペンション部を基準位置からのずれ（相対変
位）を無くし車高を基準車高に復元させようとする働き
をする。

従って、本発明においては、基本的には各車輪上サスペ
ンション毎に、車体のＥ下前加速度、上下加速度共に上
向きであるとエアサスペンションユニッ）ｌのエアチャ
ンバ内の空気を排出し下向きであるとエアチャンバに空
気を注入する制御を行い、車体の上下振動を制振する方
向に働ら〈。即ち路面からの入力に対してはエアサスペ
ンションユニッ）１は柔らかくなり１１ｊ体側に振動を
伝えない方向に制御され、旋回時や急加減速時の荷重移
動に対しては車体のロールやピッチングを制御する方向
（見かけ上エアサスペンションユニット１の剛性アップ
方向）に瀕ら〈。

サスペンションの上下相対変位速度、上下相対変位は、
エアサスペンションユニット１の伸び方向であればエア
チャンバ内の空気を排出し縮み方向であれば空気をエア
チャンバ内に注入することでサスペンションの相対変位
を２！ｉ準位置に戻す方向に働ら〈。

上記のように上下加速度センサ５と相対変位センサ４の
各信号を用いた制御を合せると、路面からの入力に対し
互に相殺する制御にな・　るが、各信号に掛け合される
べきゲインＧｌ　　。

Ｇ２　、Ｇ３　、Ｇ４の大きさを適宜選定することによ
り、良路、悪路を問わすず常に乗心地の良いサスペンシ
ョンのアクティブ制御を行うことができる。

荷重移動等車体側の入力に対しては、上記り下層速度セ
ンサ５と相対変位センサ４の各信号を用いた制御は共に
同方向に働らき、車体を常に水モ状態に保つ制御が容易
となる。

上−ド加速度センサ５を用いて上記のように上下加加速
度および上下加速度が上向きのときはエアサスペンショ
ンユニ−ｙ）ｌの空気を排出し下向きのときはエアサス
ペンションユニット１に空気を注入する制御を行うと、
例えば登板路にさしかかって上向きの加速度が発生した
ときは空気を排出し続けたり、或は降板路にさしかかっ
たときは注入し続けたりすることになり極めて不都合で
あるが、このように坂路にさじかがたときの車体の上下
加速度の周波数は凹凸路面での上下加速度センサに比し
極低周波であるので、第２図示のようにＬ下顎速度セン
サ５の信号回路にハイパスフィルタ５１を介在させ極低
周波信号をカットするよう構成したことにより、上記登
板時又は降板時における上下加速度センサ５の発生信号
はカットされ、相対変位センサ４の信号を用いたサスペ
ンションを基準位置に戻す制御機崗のみが働らいて一定
車高を保ったまま登降坂走行を行うことができるもので
ある。

上記ゲインＧｌ　　、Ｇ２　、Ｇ３　、Ｇ４の設定方法
の一例を以下に説明する。

ｔ５３図に示すように、車体側質ｉＭをエアサスペンシ
ョンＡと補助ばねＫｌ　　、補助ダンパＣ１で支持す・
る１輪等価モデルを考え、該等価モデルのばね上質：１
りの上下方向振動に着目して、ばね上質Ｘ−の上下方向
の固有振動数ωＯ。

減衰比ζ０　、および車体に加わる上下荷重に対する変
位量即ちばね剛性ＫＯ等を［１標値としてかえ、それら
の値を満足するゲインＧｌ、Ｇ２、Ｇ３を次の式で算出
して設定値とする。

　　　ＫＯ Ｇ　１　＝　−（−−Ｍ　） Ｈ３ω０２ Ｇ２　＝と−（Ｌ〜ＪムーＣ１） Ｈ３ωＯ Ｇ３　＝−（ＫＯ−ｋｌ　−ｋ２　） ただし、Ｈ３はエアサスペンション、流ψ制御弁その他
の空気制御系統関係の寸法諸元特性に依存する定数、Ｍ
は車体側の等価質呈、Ｃ１は補助ダンピング係数、Ｋｌ
は補助ばね定数、Ｋ２は弁を封止したときのエアばね定
数とする。

実際の自動車において、ばね上の固有振動数ωｎ、減衰
比ζｎ　、ばね剛性Ｋｎはそれぞれの車で特定の値をも
っており、Ｆ足固有振動数。

減衰比、ばね剛性の各目標値ω０　、ζａ、ＫＯはそれ
ぞれ ω０くωｎ Ｃ０〉ζｎ ＫＯ＞Ｋｎ の方向で指定される。

又ゲインＧ４は、 で算出して設定する。

ただしｆは実相対変位信号りによる制御にて生ずる一Ｆ
高の復元力の値の目標値で定めた周波数、Ｋはその周波
数ｆで加振したときのばね剛性の指定値であり、これら
の最適値はシュミレーション実験による結果と人間の実
際の感覚等によって求めるものである。

具体的には一般の小型車クラスの自動車では、固有振動
数ωｎは約１〜１．３Ｈｚ　、減衰比ζｎは約０．４．
ばね剛性Ｋｎは約２〜３　Ｋｇｆ／ｒａｔｓ程度である
。

そこで例えばω０をωｎより小なる値０．５ＨｚとしＣ
０をζｎより大なる値０．Ｂ〜０．７程度に指定すると
、第４図のａに示すように、ばね上質ら）−の固有振動
数を下げたことで高周波敬領域で路面からの振動を車体
に伝えない大型高級車並みの乗心地特性とし且つ減衰比
を従来より強くすることで振動のおさまりを良くし乗心
地、操安性を従来の一般車の特性すよりはるかに良くし
た特性を得ることができる。

更に上記のように減衰比の目標値ζＯをζｎより人とし
且つばね剛性のｌｊ標値ＫＯをＫｎより大とすると共に
上記ゲインＧ４の系統の制御を加えることで、第５図の
ａに示すように従来の一般のサスペンションの特性すお
よびζ０９ＫＯを大としたのみでＧ４＝Ｏとしたアクテ
ィブサスペンションの特性ａに比し、車体に加わる荷重
に対する変位量を押え旋回時のロールを押えることので
きる特性を得ることができる。

ゲインＧ４を算出するための基礎となるｆ）。

Ｋの最適値は前述したようにシュミレーション、実験に
よる結果と人間の実際の感覚笠にて求められるが、促当
なゲイン値として例えば実際の小型車クラスの自動車の
持つ固有振動数ωｎにほぼ近似した値ＩＨｚの変位振動
に対し通常のばね剛性Ｋｎと同じ値をとるものと仮定す
ると。

で算出されることになる。

文明の効果 以上のように本発明によれば、エアサスペンションを採
用した自動車において、各エアサスペンションの１￥体
取付部付近の車体の上Ｆ加速度を検出する北上加速度セ
ンサと、各エアサスペンションの基準位置からの上下方
向相対変位を検出する相対変位センナを設け、七ド加速
度センサにて得られるエアサスペンション取付部付近の
車体の上下加加速度およびＬ下顎速度と、相対変位セン
サにて得られるエアサスペンションの基準位置からの北
上方向の相対変位および相対変位速度とで、各エアサス
ペンション毎に空気の流量制御弁を開閉制御させて空気
の注入および排出を行うコントローラを設け、これによ
り車体の見かけ上の質量やダンパ、ばね効果を可変とす
る制御を各エアサスペンション毎に独立して行うように
したもので、路面からの突き上げ荷重等の入力に対して
は極めてソフトな乗心地性能を満足させ、旋回時や急加
減速時等重体側の荷重移動に対しては見かけ１剛なサス
ペンション特性とする等１乗心地向上と操縦安定性向」
：の両要望を共に満足させることが可能となるもので、
実用上多大の効果をもたらし得るものである。

【図面の簡単な説明】

附図は本発明の一実施例を示すもので、第１図はエアサ
スペンションの空気注入および排出系統を示す空気制御
系統説明図、第２図は第１図におけるコントローラの制
御回路の一例を示すブロック図である。第３図はサスペ
ンション部の１輪等価モデルを示す説明図、第４図は路
面から車体への伝達関数のゲインの周波数応答図、第５
図は車体り下方向変位の時間応答特性図である。 １・・・エアサスペンションユニット、４・・−相対変
位センサ、５・・・上下加速度センサ、６・・・コント
ローラ、７・・・流量制御弁、８・・・高圧エアタンク
、９・・・低圧エアタンク、ｌＯ・・・エアコンプレッ
サ、１３・・・車高調整スイッチ。 以　　　土

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部に空気を封入したエアチャンバをもったエア
   サスペンションユニットの下部および上部を車輪側の部
   材およびその上方の車体部材とにそれぞれ取付けると共
   に、前後左右の各車輪部のエアサスペンションユニット
   のエアチャンバの空気注入および空気排出をそれぞれ独
   立して制御する流量制御弁をもった空気制御系統を設け
   た自動車において、エアサスペンションユニットの車体
   部材への取付部付近の車体上下加速度を検出する上下加
   速度センサと車輪側部材の車体部材に対する基準高さ位
   置からの上下方向相対変位を検出する相対変位センサと
   を各車輪部毎にそれぞれ設け、上記上下加速度センサに
   て得られる車体の上下加速度および上下加加速度と相対
   変位センサにて得られる車輪側部材の上下方向の相対変
   位および相対変位速度とで、各エアサスペンションのエ
   アチャンバへの注入空気流量および排出空気流量とをそ
   れぞれ演算し上記流量制御弁を開閉制御すべき出力を発
   するコントローラを設けたことを特徴とする自動車のア
   クティブ・サスペンション装置。
2. （２）コントローラは、上下加速度センサの上下加速度
   信号の極低周波域をカットするハイパスフィルタと、該
   ハイパスフィルタを通過した上下加速度信号を微分回路
   にて上下加加速度信号としこれに第１のゲインを掛け合
   せて第１の空気流量を求める回路と、上記ハイパスフィ
   ルタを通過した上下加速度信号に第２のゲインを掛け合
   せて第２の空気流量を求める回路と、相対変位センサの
   相対変位信号を微分回路にて相対変位速度信号としこれ
   に第３のゲインを掛け合せて第３の空気流量を求める回
   路と、相対変位信号に第４のゲイン掛け合せて第４の空
   気流量を求める回路と、上記第１乃至第４の空気流量を
   加算して総空気流量を求める加算回路と、総空気流量に
   見合う出力を流量制御弁に発する弁制御信号発生回路と
   からなる１個のエアサスペンションユニット制御用のル
   制御回路を４組備えており、各エアサスペンションユニ
   ット毎に独立して空気の注入、排出制御を行うよう構成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の自動車のアクティブ・サスペンション装置。
3. （３）相対変位センサの相対変位信号は、低いノーマル
   基準車高から高基準車高に切換制御する車高調整スイッ
   チの高基準車高への切換信号により、ノーマル基準車高
   との車高差分を減算され、高基準車高を基準高さ位置と
   しての実際の相対変位信号に変換されるようになってい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の自動
   車のアクティブ・サスペンション装置。
4. （４）空気制御系統は、エアサスペンションユニットの
   エアチャンバ内空気圧より低い設定内圧の低圧エアタン
   クと、上記エアチャンバ内空気圧より高い設定内圧の高
   圧エアタンクと、低圧エアタンクより空気を吸出してこ
   れを加圧し高圧エアタンクに供給するエアコンプレッサ
   と、高圧エアタンクより流量制御弁の吸気弁を通ってエ
   アサスペンションユニットのエアチャンバ内に空気を注
   入する給気通路と、エアサスペンションユニットのエア チャンバより流量制御弁の排気弁を通って低圧エアタン
   ク内に空気を排出する排気通路とにより構成されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
   ずれかに記載の自動車のアクティブ・サスペンション装
   置。