JPS63275413A - 自動車のアクティブサスペンション装置 - 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・′ら地の向上をはかることは
できるが、は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及び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各センサ
出力信号及び該センサ出力信号からコントローラ内部で
作成された信号で且つ出力値がゼロに近い範囲をカット
した信号から、コントローラが排出又は注入させるべき
流体の指示量を算出し、該指示量に基づき制御弁に制御
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
。

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、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、あらゆる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
がでると共に、各センサ出力信号の振動が小さいものを
ゼロに置きかえることでノイズレベルの振動に対する不
要な流体出し入れ制御が行われず、系の持つフリクショ
ンと含まって収束性を増す働きをさせ、制御の安定化及
び使用流体量の低減をはかることができる。

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ッ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
及びダンピングを変えることができるようになっている
。

上記ノエアサスペンションユニッ）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、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）ｌ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二二ッ）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ｌＯ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ｌＯ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ｌＯ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１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ｌＯ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、ニアコン
プレッサ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
カットされ且つ不感帯フィルタＦ１にて所定値以下の上
下加速度をカットされた後ゲインＧ１を掛は合わされて
指示流量Ｑ１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の相対変
位信号Ｖは、後述する車高２ｇＪ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、それぞれ不感？ｉｉ；フィルタＦ２　、
Ｆ３にて所定値以下の信号値をカットされた後、それぞ
れゲインＧ２．Ｇ３が掛けられて指示流量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シリ
ンダ部材に対しピストンロッドが上片に摺動してエアサ
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
ョンユニツ）ｌ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。

上記車高調整スイッチ１３は、ドライバの手動にて切換
制御されるマニュアル制御方式を採用する場合と、例え
ば悪路センサ等の信号にテ良路ではノーマル、悪路では
ハイに自動的に切換制御される自動制御方式とする場合
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Ｖ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＋　　、Ｑ２
　　、Ｑ３は加算回路１４にて加算されて総指示流ｍＱ
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
排出弁が開となり、上記総指示流量Ｑに見合う空気の注
入又は排出が行われるようになっている。

上記コントローラ６の制御要素のうち、ばねＬの上下加
速度信号Ｘによる制御はサスペンション部では車体の上
下振動を止めようとする見かけ上のダンパ特性を変える
働きをし、実相対変位速度信号りによる制御はサスペン
ション部の見かけ上のスプリング特性を変える（動きを
し、又実相対変位信号りによる制御はサスペンション部
の基準位置からのずれ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
サスベンジ１ン内の空気を排出し下向きであるとエアサ
スペンションに空気を注入する方向に働らく。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
グを抑制する方向（見かけ上エアサスペンションの剛性
アップ方向）に働らく。

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で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。

上記において、上下加速度信号の高周波数域は出力値が
かなり大なる場合が多く、この高周波成分で空気の出し
入れ制御を行うと使用空気量が著しく増大し、小型のコ
ンプレッサでは能力が不足し高能力の大型コンプレッサ
を必要とすることとなり、コストが高くなる上に消費エ
ネルギーも増大すると言う問題を生じる。。

そこでローパスフィルタ５ａを通すことで高周波成分を
少なくした上下加速度信号にて制御を行うようにするこ
とで、上下加速度項の高周波成分による空気の出し入れ
制御を太きく絞り、該上下加速度の高周波域は低減衰率
の補助ダンパ１ａにより制振する構造とすることにより
、空気の使用量は大幅に低減し、上記のような問題は解
消でき、且つ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ふわふわ感のないおさまりの良いサ
スペンション特性を得る制御が可能となる。

更に本発明では、各センサの出力信号及び該出力信号を
コントローラ６内部でモディファイした信号のうち、出
力値（振＠）が所定値以下のノイズレベルのものは不感
帯フィルタＦｌ　　＋　Ｆ２　　ｒ　Ｆ３　でカットし
ゼロに若きかえることで不要な空気の出し入れ制御を行
わず、糸のフリクションとあいまって収束性を増す働き
をさせ、系の安定化をはかっている。

各不感帯フィルタＦ、　　、Ｆ２　　、Ｆ３は、例えば
第３図（イ）に示すように入力レベルがゼロに近い部分
に不感帯をもたせこの不感帯の範囲では出力をゼロに置
き変える特性をもった仕様となっており、第３図（０）
のような入力に対し第３図（ハ）のような出力波形を得
るものである。

又第３図のように不感帯に入ったら急にゼロの出力にな
るのではなく第４図に示すように緩衝域をもたせゼロ出
力になるまでをなだらかにする特性としても良いし、或
は第５図に示すような特性としても良い。

更に上記特性例では入力信号に対し線形的に出力信号を
出すものの例を示しているが１曲線対応させて非線形性
を出すことも考えられる。

第２図において図示は省略しているが、上下加速度セン
サ５からの入力回路には１例えば０．１Ｈｚ近傍以下程
度の低周波数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わないようにしてい
る。

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
基づく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
下加速度センサ及びサスペンションのばねＬとばね下の
上下相対変位を検出する相対変位センサの各出力信号及
び該出力信号からコントローラ内部で作成して得た信号
のうち出力値がゼロに近いものをカットした信号から排
出又は注入させるべき流体の指示量を算出し、該指示量
に基づき制御弁に制御信号を発するよう構成したことに
より、車体の上下振動は流体の出し入れ制御にて的確に
制振され、車体の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
とができると共に、各センサ類からの入力信号の振動レ
ベルが小さいとき出力信号をゼロに置き換え流体の出し
入れ制御を行わないことでノイズレベルの振動に対する
不要な制御が行われず、収束性を増す働きをさせ、制御
の安定Ｌ き及び使用流体量の低減をはかり得るもので、実用的効
果極めて大なるものである。

【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図は第２図の不感帯フィルタの
機能説明図で、（イ）図は不感帯フィルタの特性例、（
ａ）図は入力波形例、（ハ）図は出力波形をそれぞれ示
している。 第４図及び第５図は不感帯フィルタの他の特性例をそれ
ぞれ示している。 １・・・エアサスペンションユニット、１ａ・・・補助
ダンパ、４・・・相対変位センサ、４ａ・・・微分回路
、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・・・ｔｆｆｉ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、Ｆｌ、Ｆ２１Ｆ３・・・
不感帯フィルタ。 以　　　上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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及び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各出力
   信号及び該出力信号からコントローラ内部で作成して得
   た信号で且つ出力値が所定値以下のものをカットした信
   号からコントローラが排出又は注入させるべき流体の指
   示量を算出し、該指示量に基づき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。