JPS63269709A - 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
（相対変位量）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−サスペンションが従来よ
り開発され、既に特開昭５９−２１３５１０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に制
御するものであるから、良路と判断した場合ソフトな減
衰力特性となり通常の乗心地の向上をはかることはでき
るが、ば゛ね上質量の共振は押えられずふわふわ感を大
きく感じてしまうという問題を生じる。

又、良路と判断した場合で旋回をした場合に発するロー
ルを防ぐために減衰力を高く切替える等の手段をとると
、旋回時のサスペンションは剛〈なり乗心地は大きくそ
こなわれる。

本発明は車体上下方向の加速度とサスペンションの上下
相対変位をうまく使い分けることで、路面からの入力に
対しては常にソフトなサスペンションを提供し、旋回時
などに発生する荷重移動等の車体側に直接働く力に対し
ては剛いサスペンションを提供し、それぞれが共存でき
るようにした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、気体又はオイル等の流体の圧力で車体を支持
するサスペンションの該流体の排出及び注入を、コント
ローラからの指示量に基づき作動する制御弁にて制御す
るようにした自動車のアクティブサスペンションにおい
て、サスペンションのばね上の上下加速度を検出する上
下加速度センサの上下加速度信号と、ばね上とばね下の
上下相対変位を検出する相対変位センサの上下相対変位
信号と、該上下相対変位信号から得られる上下相対変位
速度信号との３つの信号から、コントローラが注入又は
排出させるべき流体の指示量を算出して制御弁に制御信
号を発するよう構成したことを特徴とするものである。

本発明は、更に上記のようなアクティブサスペンション
において、サスペンション部に低減衰率の補助ダンパを
設けると共に上下加速度信号の入力回路にローパスフィ
ルタを設けたことを特徴とするものである。

作　　　用 上記により、車体の上下振動は流体の出し入れ制御によ
り的確に制振され、又荷重移動に対しては常に正しい姿
勢を保つよう制御され、どのような走行条件においても
極めてソフトで乗心地の良いサスペンション特性を得る
ことができ、又上下加速度の高周波成分に対する流体の
出し入れ制御を絞りその高周波領域の振動に対しては低
減衰率の補助ダンパによるダンピング制御に近づけるよ
うにしたことにより、ソフトで且つ減衰比の高いおさま
りの良い振動特性を得ることができるものである。

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、１
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あり、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
摺動可能なるよう嵌装され上端部を車体側部材に弾性体
を介して取付けたピストンロフドとからなる補助ダンパ
１ａをもち該補助ダンパ１ａのシリンダ部材とピストン
ロッドとの間に形成したエアチャンバに空気を封入する
ことにより、車輪の上下振動のうちの高周波分（例えば
４〜５Ｈｚ程度以上）は低減衰率の上記補助ダンパ１ａ
にて減衰し且つエアチャンバ内に封入された空気の容積
弾性によって車体側の下向き荷重を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注入したりエア
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且つばね定数
を変えることができるようになっている。

上記のエアサスペンションユニット１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、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上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、車体即ちばね上の上下加
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、該流量制御
弁７は注入弁、排出弁を１組としてこれを４組備えてお
り、前後左右の各エアサスペンションユニットの空気の
注、排気は該流量制御弁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内は上記流量制御弁７の注入弁が開いたと
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のエアチャンバ内空気圧より充分高い空
気圧に設定され、低圧エアタンク９内は流量制御弁７の
排出弁が開いたときエアサスペンションユニット１のエ
アチャンバ内空気が直ちに低圧エアタンク９内に流入す
るようエアチャンバ内空気圧より充分低い空気圧に設定
されている。

高圧エアタンク８と低圧エアタンク９の内圧は図に示し
ていない圧力センサの信号を使って例えば以下のように
ニアコンプレッサの作動を制御して所定の圧範囲内にお
さまるよう管理される。

低圧エアタンク９の内圧が最高設定値以上になると、ニ
アコンプレッサ１０を作動させて低圧エアタンク９内の
空気を吸込み加圧して高圧エアタンク８内に供給し、低
圧エアタンク９内圧が所定値以下になるとニアコンプレ
ッサ１０を止めるように制御する。

又高圧エアタンク８の内圧が最低設定値以下になった場
合にもニアコンプレッサ１０を作動させて高圧エアタン
ク８の内圧が最高設定値になったらニアコンプレッサ１
０を停止させるように制御する。この時低圧エアタンク
９か所定圧以下になった場合には低圧側にもうけたチェ
ックバルブＬが開きニアコンプレッサ１０は低圧エアタ
ンク９内のエアでなく、大気を導入するようにコントロ
ールされる。通常は高圧エアタンク８．低圧エアタンク
９とも所定圧範囲でおさまるようにバランスしているの
でチェックバルブＬは閉じており、空気の閉回路を形成
しているが、イニシャルの空気を導入する時などはチェ
ックバルブＬが開き高圧エアタンク８内圧、低圧エアタ
ンク９内圧がバランスするまで大気を吸い込むよう作用
する。

ニアコンプレッサ１０で加圧された空気はドライヤＪを
介して高圧エアタンク８に供給されるが、上記エアタン
ク内圧制御において低圧エアタンク９の圧条件でニアコ
ンプレッサ１０が作動し、高圧エアタンク８の内圧が最
高設定圧以上になった場合には高圧エアタンク８側のチ
ェックバルブＫが開き高圧空気をドライヤＪ、サイレン
サを経由して大気へ放出し、ドライヤＪ内の例えばシリ
カゲルなどの除湿材を再生しながら高圧エアタンク８内
を減圧するものである。

尚第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、ニアコンプレッサ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ニアコンプレ
ッサ１０に供給されオイルセパレータ１２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
形式のニ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
循環回路は不要である。又ニアコンプレッサ１０の駆動
源として自動車のエンジンを用いた場合は該ニアコンプ
レッサ１０の駆動は例えば電磁クラッチ等の動力伝達接
断乎段によってオン、オフ的に制御されるが、エアコン
プレフサｌＯの駆動源としては自動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能である。

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及び相
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、ローパスフィルタ５ａにて高周波成分を
カットされゲインＧ、を掛は合わされて支持流量Ｑ＋　
に変換される。

車体と車輪との上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を経て出力された基準位置
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Ｇ　２　　＋　Ｇ　３が掛
けられて指示空気流量Ｑ２及びＱ３に変換される。

車高調整スイッチ１３は、例えばノーマル車高からハイ
車高に切変える切換スイッチであり、該車高調整スイッ
チ１３をノーマルからハイに切換えるとエアサスペンシ
ョンユニット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、上記車高調整スイッチ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
ョンユニット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、上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。

尚上記のような車高調整はマニアルスイッチ以外に車速
等の信号による自動切換とする場合もある。

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■が実相対変位信号りと等しくなることは言う
までもない。

上記のようにして得られた指示空気流量Ｑ＋　　、　Ｑ
２　　、　Ｑ３は加算回路１４にて加算されて総指示空
気流ｆｆ１Ｑとなり、弁制御信号発生回路１５から流量
制御弁７に弁開閉信号Ｊ、Ｋが発せられ、流量制御弁７
の注入弁又は排出弁のいずれか一方が開となり、上記総
指示流量Ｑに見合うエアチャンバの注気又は排気が行わ
れるようになっている。

本発明においては、基本的には各車輪のサスペンション
毎に、車体の上下加速度が上向きであるとエアサスペン
ションユニット内の空気を排出し下向きであるとエアサ
スペンションユニット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く。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ト１は柔らか
くなり車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￥る方向（見かけ上エアサスペンションの
剛性アップ方向）にｆ＠らく。

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の伸び方向テあればエアサスペンシ
ョン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基
準位置に戻す方向に働らく。

一般の自動車の諸元値を、ばね上質量ＭＡ。

ダンピングＣＡ、ばね剛性ＫＡとすると振動特性は で表される。

一般車では、ばね上質量ＭＡは固定なので、ダンピング
ＣＡ、ばね剛性ＫＡを変えることで得られる特性変化は
第３図及び第４図に示すような範囲でしかない。

即ち、ダンピングＣＡを変化させた場合は、第３図に示
すように、ダンピングを強めると標準的なダンピングＣ
１に対しＣ２のように低周波数域で振幅が小さく減衰が
強くなるが、高周波数域で伝達率が高くなりゴツゴツし
た感じが強くなる。又ダンピングを弱めると０３のよう
に高周波数域で伝達率が低くなり乗心地がソフトになる
が低周波数域で振幅が大きくなり減衰が悪くなる。

ばね剛性ＫＡを変化させた場合は第４図に示すように、
ばね剛性を強めると標準的なばね剛性に１に対してに２
のように共振周波数が高くなり乗心地に最も影響を与え
る領域（５〜８Ｈｚ）では伝達率が高くゴツゴツした感
じが強くなり減衰比も悪くなる。又はね剛性を弱めると
に３のように共振周波数が低くなり乗心地に最も影響を
与える領域では伝達率が低く振動吸収機能が良好で減衰
比も強まりおさまりが良くなるが、サスペンションのス
トロークが太きくなり過ぎて現実的制約を考えると性能
に限界が生じる。

そこで本発明では、エアサスペンションの空気の出し入
れ制御を行なわない時の基本特性をばね剛性は従来の一
般車の標準値もしくは少しやわらかい程度とし、補助ダ
ンパ１ａのダンピングをかなり弱めとして基本振動特性
を第５図の■のように、ふわふわ感はあるが乗心地の良
い特性に設定しておき、エアサスペンションの空気の出
し入れ制御で、固有振動数を低く（ωｏくωＡ）、減衰
比を大きく（ζｏくζＡ）狙い、且つローパスフィルタ
５ａで高周波数域の空気出し入れ制御を大きく絞って該
高周波領域では上記補助ダンパ１ａによる振動特性に近
づけ、第５図の■に示すような特性にすると共に、車体
に加わる力に対して車体変位を少なくするようにみかけ
のばね剛性をかた＜　（Ｋｏ　＜ＫＡ）するような各ゲ
インＧｌ　　、Ｉ　Ｇ２　　、Ｇ３　を定める。

このようにすることで、あらゆる周波数域で伝達率が低
く乗心地がソフトになると共に、ばね剛性をかた＜　（
Ｋｏ　＜ＫＡ）することで低周波数域でのサスペンショ
ンストローク量もあまり大きくならない範囲に抑えられ
、ふわふわ感のない理想的なサスペンション特性を得る
ことができるものである。

第２図の実施例では図示を省略しているが、上下加速度
センサ５からの入力回路にはローパスフィルタ５ａとシ
リーズに例えば０．１Ｈｚ近傍以下程度の低周波成分を
カットするバイパスフィルタが設けられ、これにより坂
路の傾斜角によって生ずる上下加速度に基づく空気の出
し入れ制御を行なわないようにしている。

又第２図において相対変位センサ４からの入力回路にも
ローパスフィルタを設けて高周波領域を絞るようにして
も良いが、上下相対変位の高周波領域は振幅が極めて小
であり空気の出し入れ量が極少量であるので、ローパス
フィルタを設けなくても実際上はほとんど問題ない。

尚上記実施例では空気をばねとして用いたエアサスペン
ションに本発明を適用した例を示しているが、空気の閉
回路において注入と排出のバランスが充分に保持され該
閉回路への空気の補給或は排出をほとんど行なわなくて
すむような構成とすれば、空気の代わりに空気以外の任
意の気体を採用することができ、又上記実施例では流量
制御弁を用いた例を示しているが、流量制御弁以外に圧
力制御弁を設け、コントローラが上下加速度信号、上下
相対変位速度信号及び上下相対変位信号から注入又は排
出すべき気体の指示量を算出しその指示量に見合う気体
量を注入又は排出させるべく上記圧力制御弁の圧力設定
値を可変制御する信号を発する構成としても良い。

更に又本発明は、ハイドロニューマチックサスペンショ
ンを用いた自動車にも適用可能であり、この場合はコン
トローラからの弁開閉信号によって流量制御弁の注入弁
又は排出弁を開とすることにより、オイルポンプにてア
キュムレータ内に所定圧にて蓄圧されているオイルがサ
スペンションのオイルシルンダ内に注入されたり又はサ
スペンションのオイルシルンダ内のオイルがリザーバ内
にドレーンされたりする制御となる。この場合もコント
ローラによる注入及び排出の指示流量の算出及びそれに
基づ／流量制御弁の開閉制御、その制御によって得られ
る機能等は前記エアサスペンションの場合と同じである
。

発明の効果 以上のように本発明によれば、流体の圧力にて車体を支
持するサスペンションの該流体の排出及び該サスペンシ
ョンへの流体の注入を、コントローラからの指示量に基
づき作動する制御弁にて制御するようになっている自動
車のアクティブサスペンションにおいて、コントローラ
が、サスペンションのばね上の上下加速度を検出する上
下加速度センサの上下加速度信号と、サスペンションの
ばね上とばね下の上下相対変位を検出する相対変位セン
サの信号から得られる上下相対変位速度信号及び上下相
対変位信号との３種の情報から、注入又は排出させるべ
き流体の指示量を算出し、基本的には上下加速度が下向
きのときは流体を注入し上向きのときは流体を排出させ
、上下相対変位速度及び上下相対変位に対してはサスペ
ンションが伸び方向テあればサスペンション内流体の排
出を行い縮み方向であれば流体の注入を行うという制御
を行なうよう構成したことにより、路面からの入力に対
しては車体の上下振動を制振し車体に振動を伝えず非常
にソフトな乗心地を得ることができると共に、旋回時や
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
グを抑制し車体を常に正常状態に保つ働きをする等、サ
スペンション機能の著しい向上をはかることができるも
のである。

更に又本発明では上記サスペンションに低減衰率の補助
ダンパを設けると共に、上記上下加速度センサの信号の
うちの高周波成分をカー／　）するローパスフィルタを
設け、上下加速度のうちの高周波領域では流体の出し入
れ制御を絞って補助ダンパによるダンピング制御に近づ
けるようにしたことにとり、−膜束では出し得ないソフ
トな乗心地及び減衰比の高いおさまりの良い振動特性を
得ることができると共に、高周波領域での流体の出し入
れ制御を絞ったことにより流体の使用量の著しい哉減を
はかり、気体のコンプレッサやオイルポンプ等の小型化
及び使用エネルギーの大幅な低減等をもはかることがで
きるもので、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】

第１図は本発明の一実施例を示すエアサスペンションの
空気注入及び排出系統の説明図、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、第
３図はダンピングを変化させた場合の振動特性図、第４
図はばね剛性を変化させた場合の振動特性図、第５図は
本発明における基本振動特性とエアサスペンションの空
気出し入れ制御にて得られる振動特性とを示す図である
。 １・・・エアサスペンションユニツ）、１ａ・・・補助
ダンパ、４・・・相対変位センサ、５・：・上下加速度
センサ、５ａ・・・ローパスフィルタ、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、１０・・・ニアコンプレッ
サ。 以　　　上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、流体の圧力にて車体を支持するサスペンション
   の該流体の排出及び該サスペンションへの流体の注入を
   、コントローラからの指示量に基づき作動する制御弁に
   て制御するようになっている自動車のアクティブサスペ
   ン ションにおいて、サスペンションのばね上の上下加速度
   を検出する上下加速度センサの上下加速度信号と、サス
   ペンションのばね上とばね下の上下相対変位を検出する
   相対変位センサの信号から得られる上下相対変位速度信
   号及び上下相対変位信号とから、コントローラが注入又
   は排出させるべき流体の指示量を算出し、その指示量に
   見合う流体量をサスペンションに注入し又は排出させる
   べく上記制御弁に制御信号を発するよう構成したことを
   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）、流体の圧力にて車体を支持するサスペンション
   の該流体の排出及び該サスペンションへの流体の注入を
   、コントローラからの指示量に基づき作動する制御弁に
   て制御するようになっている自動車のアクティブサスペ
   ン ションにおいて、上記サスペンションに低減衰率の補助
   ダンパを設け、該サスペンションのばね上の上下加速度
   を検出する上下加速度センサの信号をローパスフィルタ
   を通して高周波成分を少なくした上下加速度信号と、サ
   スペンションのばね上とばね下の上下相対変位を検出す
   る相対変位センサの信号から得られる上下相対変位速度
   信号及び上下相対変位信号とから、コントローラが注入
   又は排出させるべき流体の指示量を算出し、その指示量
   に見合う流体量をサスペンションに注入し又は排出させ
   るべく上記制御弁に制御信号を発するよう構成したこと
   を特徴とする自動車のアクティブサスペンション装置。