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JP2962046B2 - サスペンションの振動入力推定装置 - Google Patents

サスペンションの振動入力推定装置

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JP2962046B2
JP2962046B2 JP4148716A JP14871692A JP2962046B2 JP 2962046 B2 JP2962046 B2 JP 2962046B2 JP 4148716 A JP4148716 A JP 4148716A JP 14871692 A JP14871692 A JP 14871692A JP 2962046 B2 JP2962046 B2 JP 2962046B2
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suspension
frequency
stroke
vehicle body
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秀夫 戸畑
研輔 福山
洋介 赤津
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、制御対象車輪より前方
位置で検出した路面情報に基づいて制御対象車輪及び車
体間に介挿したアクチュエータを予見制御するサスペン
ション制御装置に好適な路面からサスペンションに伝達
される振動入力を推定するサスペンションの振動入力推
定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のサスペンションの振動入力推定装
置としては、特開昭６１−１６６７１５号公報（以下、
第１従来例と称す）及び特開昭６１−１３５８１１号公
報に記載されているものがある。第１従来例は、前輪の
サスペンションアームに加速度センサを配設し、この加
速度センサによって前輪の路面垂直方向成分でなる上下
加速度を検出し、この上下加速度検出値に基づいて後輪
のサスペンション特性を変更するように構成されてい
る。
【０００３】また、第２従来例は、路面に沿って回転駆
動される車輪と、該車輪と車体とを所定間隔により支持
するスピンドル機構とを備え、路面の凹凸に応じてスピ
ンドル機構を駆動させる車両の緩衝装置であって、前記
車輪の走行前方に配設されて前記凹凸を検出する超音波
探査触子で構成される検出部と、該検出部の信号と走行
速度信号とによって前記所定間隔の伸縮を指令する制御
部と、該指令によって前記スピンドル機構に油圧を注入
または排出するように電磁バルブを励磁するバルブ駆動
機構とを備えた構成を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１従来例にあっては、サスペンションアームに上下加速
度を検出する加速度センサを配設するので、センサ自体
の耐久性、耐候性が要求されるため実用化が困難である
と共に、車体の上下動がサスペンションアームに伝達さ
れるため、車輪の上下加速度のみを検出することは困難
であり、また第２従来例にあっては超音波探触子による
非接触形センサで路面形状を検出するようにしているの
で、雪、水たまり等により誤差を生じやすいと共に、セ
ンサが車体に取付けられていることから測定情報に車体
振動情報が含まれ、路面形状情報のみを分離することが
困難であるという未解決の課題がある。
【０００５】そこで、本発明は上記従来例の未解決の課
題に着目してなされたものであり、路面からサスペンシ
ョンに伝達される振動入力を車体振動情報に影響される
ことなく正確に検出することができるサスペンションの
振動入力推定装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係るサスペンションの振動入力推定装置
は、車輪がサスペンションを介して車体に支持されてい
る車両の路面からサスペンションに伝達される振動入力
を推定するサスペンションの振動入力推定装置であっ
て、前記サスペンションのストロークを検出するストロ
ーク検出手段と、前記車体の上下加速度を検出する車体
上下加速度検出手段と、前記ストローク検出手段のスト
ローク検出値を微分してストローク速度を算出するカッ
トオフ周波数がばね下共振周波数の２倍近傍に設定され
たハイパスフィルタで構成された微分手段と、前記車体
上下加速度検出手段の上下加速度検出値を積分して車体
上下速度を算出するカットオフ周波数がばね上共振周波
数の１／６近傍に設定されたローパスフィルタで構成さ
れた積分手段と、前記微分手段及び積分手段の各算出値
を加算して振動入力推定値を算出する加算手段とを備え
ていることを特徴としている。
【０００７】
【０００８】
【作用】請求項１に係るサスペンションの振動入力推定
装置においては、ストローク検出手段でサスペンション
のストローク変位即ち車輪の上下変位と車体の上下変位
とを減算した値を検出し、一方車体上下加速度検出手段
で車体の上下加速度を検出し、ストローク変位を微分手
段で微分したストローク速度と車体の上下加速度を積分
した車体上下速度とを加算することにより、ストローク
速度に含まれる車体上下速度成分を相殺して、車輪の上
下速度のみを正確に表す振動入力推定値を得ることがで
きる。
【０００９】そして、ストローク変位を微分する微分手
段をカットオフ周波数がばね下共振周波数の２倍近傍に
設定されたハイパスフィルタで構成し、車体上下加速度
を積分する積分手段をカットオフ周波数がばね上共振周
波数の１／６近傍に設定されたローパスフィルタで構成
するので、振動入力推定値を広範囲の周波数にわたって
高精度に維持することができる。
【００１０】すなわち、ハイパスフィルタのカットオフ
周波数は、路面入力のばね上への振動伝達率をばね上共
振周波数より高い周波数領域で低減させる効果があり、
カットオフ周波数が高い程振動入力の推定精度が上がる
が、ばね下共振周波数（約１０Hz）の２倍近傍を越える
と振動特性改善効果が飽和すると共に、雑音の影響を受
けやすくなるため、ハイパスフィルタのカットオフ周波
数はばね下共振周波数の２倍近傍に設定することによ
り、振動入力の推定精度を高水準に維持する。
【００１１】また、ローパスフィルタのカットオフ周波
数は、路面入力のばね上への振動伝達率をばね上共振周
波数より低い周波数領域で低減させる効果があり、カッ
トオフ周波数が低い程振動入力の推定精度が上がる反
面、例えば０．２〜０．７Hzの周波数範囲におけるゲイ
ンが低下する。サスペンションの特性としてはばね上共
振周波数以下の低周波数領域では路面に追従することが
望まれるので、カットオフ周波数を下げ過ぎることは望
ましいことではなく、逆にカットオフ周波数をばね上共
振周波数に近づけると、振動入力の推定誤差が増加する
と共に、共振現象が現れることからハイパスフィルタの
カットオフ周波数をばね下共振周波数の１／６近傍に設
定することにより、振動入力の推定精度を高水準に維持
しながら路面追従性を確保することができる。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、本発明を前方路面情報を使用して予見制
御を行う能動型サスペンションに適用した場合の一実施
例を示す概略構成図であり、図中、１０は車体側部材
を、１１FL〜１１RRは前左〜後右車輪を、１２は能動型
サスペンションを夫々示す。
【００１３】能動型サスペンション１２は、車体側部材
１０と車輪１１FL〜１１RRの各車輪側部材１４との間に
各々介装されたアクチュエータとしての油圧シリンダ１
８FL〜１８RRと、これら油圧シリンダ１８FL〜１８RRの
作動圧を個別に調整する圧力制御弁２０FL〜２０RRと、
これら圧力制御弁２０FL〜２０RRに所定圧力の作動油を
供給側配管２１Ｓを介して供給すると共に、圧力制御弁
２０FL〜２０RRからの戻り油を戻り側配管２１Ｒを通じ
て回収する油圧源２２と、この油圧源２２及び圧力制御
弁２０FL〜２０RR間の供給圧側配管２１Ｓに介挿された
蓄圧用のアキュムレータ２４Ｆ，２４Ｒと、車速を検出
してこれに応じたパルス信号を出力する車速センサ２６
と、前輪側油圧シリンダ１８FL及び１８FRと並列に配設
されて前輪１１FL及び１１FRと車体との間の相対変位を
検出するストロークセンサ２７FL及び２７FRと、各車輪
１１FL〜１１RRに夫々対応する位置における車体の上下
方向加速度を夫々個別に検出する上下方向加速度センサ
２８FL〜２８RRと、各上下方向加速度センサ２８FL〜２
８RRの上下方向加速度検出値ＺGFL 〜ＺGRR に基づいて
各圧力制御弁２０FL〜２０RRを能動制御すると共に、各
センサ２６、２７FL，２７FR及び２８FL〜２８FRの検出
値に基づき前輪の運動状態に応じて後輪側の圧力制御弁
２０RL及び２０RRの出力圧を個別に予見制御するコント
ローラ３０とを備えている。
【００１４】油圧シリンダ１８FL〜１８RRの夫々は、シ
リンダチューブ１８ａを有し、このシリンダチューブ１
８ａには、軸方向貫通孔を有するピストン１８ｃにより
隔設された下側の圧力室Ｌが形成され、ピストン１８ｃ
の上下面の受圧面積差と内圧に応じた推力を発生する。
そして、シリンダチューブ１８ａの下端が車輪側部材１
４に取り付けられ、ピストンロッド１８ｂの上端が車体
側部材１０に取り付けられている。また、圧力室Ｌの各
々は、油圧配管３８を介して圧力制御弁２０FL〜２０RR
の出力ポートに接続されている。また、油圧シリンダ１
８FL〜１８RRの圧力室Ｌの各々は、絞り弁３２を介して
バネ下振動吸収用のアキュムレータ３４に接続されてい
る。また、油圧シリンダ１８FL〜１８RRの各々のバネ
上，バネ下相当間には、比較的低いバネ定数であって車
体の静荷重を支持するコイルスプリング３６が配設され
ている。
【００１５】圧力制御弁２０FL〜２０RRの夫々は、スプ
ールを摺動自在に内装した円筒状の弁ハウジングとこれ
に一体的に設けられた比例ソレノイドとを有する、従来
周知の３ポート比例電磁減圧弁（例えば特開昭６４−７
４１１１号参照）で構成されている。そして、比例ソレ
ノイドの励磁コイルに供給する指令電流ｉ（指令値）を
調整することにより、弁ハウジング内に収容されたポペ
ットの移動距離、即ちスプールの位置を制御し、供給ポ
ート及び出力ポート又は出力ポート及び戻りポートを介
して油圧源２２と油圧シリンダ１８FL〜１８RRとの間で
流通する作動油を制御できるようになっている。
【００１６】ここで、励磁コイルに加えられる指令電流
ｉ（：ｉFL〜ｉRR）と圧力制御弁２０FL（〜２０RR）の
出力ポートから出力される制御圧Ｐとの関係は、図２に
示すように、ノイズを考慮した最小電流値ｉMIN のとき
には最低制御圧ＰNIM となり、この状態から電流値ｉを
増加させると、電流値ｉに比例して直線的に制御圧Ｐが
増加し、最大電流値ｉMAX のときには油圧源２２の設定
ライン圧に相当する最高制御圧ＰMAX となる。この図２
で、ｉN は中立指令電流，ＰCNは中立制御圧である。
【００１７】ストロークセンサ２７FL及び２７FRの夫々
は、図３に示すように、車高が予め設定されした目標車
高に一致するときに零の中立電圧ＶS 、車高が目標車高
より高くなるとその偏差に応じた正の電圧、車高が目標
車高より低くなるとその偏差に応じた負の電圧でなるス
トローク検出値ＨFL及びＨFRを出力するように構成され
ている。
【００１８】上下方向加速度センサ２８FL〜２８RLの夫
々は、図４に示すように、上下方向加速度が零であると
きに零の電圧、上方向の加速度を検出したときにその加
速度値に応じた正のアナログ電圧、下方向の加速度を検
出したときに、その加速度値に応じた負のアナログ電圧
でなる上下方向加速度検出値ＺGFL 〜ＺGRR を出力する
ように構成されている。
【００１９】コントローラ３０は、図５に示すように、
ストロークセンサ２７FL及び２７FRから入力されるスト
ローク検出値ＳFL及びＳFRと上下方向加速度センサ２８
FL〜２８RRのうち前輪側に対応する加速度センサ２８FL
及び２８FRから出力される車体上下方向加速度検出値Ｚ
GFL 及びＺGFR とに基づいて路面形状に正確に追従した
前輪１１FL及び１１FRの路面変位の微分値ｘ1FL ′及び
ｘ1FR ′を出力する振動入力推定回路４１と、上下方向
加速度センサ２８FL〜２８FRから入力される上下加速度
検出値ＺGFL 〜ＺGFR を積分してばね上速度ＺVFL 〜Ｚ
VRR を算出する例えばばね上共振周波数近傍の周波数を
通過させるバンドパスフィルタで構成される積分回路４
２FL〜４２RRと、振動入力推定回路４１から出力される
路面変位の微分値ｘ0FL ′及びｘ0FR ′及び積分回路４
２FL〜４２RRから出力されるばね上速度ＺVFL 〜ＺVRR
をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器４３ａ〜４３ｆ
と、車速センサ２６の車速検出値Ｖ及び各Ａ／Ｄ変換器
４３ａ〜４３ｇのＡ／Ｄ変換出力が入力されるマイクロ
コンピュータ４４と、このマイクロコンピュータ４４か
ら出力される圧力指令値ＰFL〜ＰRRがＤ／Ａ変換器４５
FL〜４５RRを介して供給され、これらを圧力制御弁２０
FL〜２０RRに対する駆動電流ｉFL〜ｉFRに変換する例え
ばフローティング形定電圧回路で構成される駆動回路４
６FL〜４６FRとを備えている。
【００２０】ここで、振動入力推定回路４１は、図５に
示すように、ストロークセンサ２７FL及び２７FRのスト
ローク検出値ＳFL及びＳFRを微分してストローク速度Ｓ
VFL及びＳVFR を算出する微分回路４１ａ及び４１ｂ
と、上下方向加速度センサ２８FL及び２８FRの車体上下
方向加速度検出値ＺGFL 及びＺGFR を積分してばね上変
位の微分値ｘFL′及びｘFR′を算出する積分回路４１ｃ
及び４１ｄと、微分回路４１ａ及び４１ｂから出力され
るストローク速度ＳVFL 及びＳVFR と前記積分回路４１
ｃ及び４１ｄから出力されるばね上変位の微分値ｘFL′
及びｘFR′とを加算する加算器４１ｅ及び４１ｆとを備
えており、加算器４１ｅ及び４１ｆから路面形状に正確
に追従した前輪１１FL及び１１FRの路面変位の微分値ｘ
0FL ′及びｘ0FR ′が出力される。
【００２１】すなわち、ストロークセンサ２７FL及び２
７FRから出力されるストローク検出値ＳFL及びＳFRは、
下記(1) 式及び(2) 式で表されるように、ばね下及びば
ね上間の相対変位を表すので、前輪１１FL及び１１FRの
ばね下変位ｘ0FL 及びｘ0FRから車体のばね上変位ｘFL
及びｘFRを減算した値となる。 ＳFL＝ｘ0FL −ｘFL …………(1) ＳFR＝ｘ0FR −ｘFR …………(2) したがって、ストローク検出値ＳFL及びＳFRを微分回路
４１ａ及び４１ｂで微分したストローク速度ＳVFL 及び
ＳVFR は夫々ばね下変位の微分値ｘ0FL ′及びｘ0FR ′
からばね上変位の微分値ｘFL′及びｘFR′を減算した値
となるため、これらと上下加速度検出値ＺGFL 及びＺ
GFR を積分したばね上変位の微分値ｘFL′及びｘFR′と
を加算することにより、ばね上変位の微分値ｘFL′及び
ｘFR′を相殺して路面変位に追従した真の路面変位の微
分値ｘ0FL ′及びｘ0FR ′を得ることができる。
【００２２】ここで、微分回路４１ａ，４１ｂとして
は、理想的な微分回路の他、例えばカットオフ周波数ｆ
HCがばね下共振周波数の２倍近傍例えば２０Hzに設定さ
れたハイパスフィルタを適用することができる。このハ
イパスフィルタのカットオフ周波数ｆHCを２０Hzに設定
する理由は、後述するように、コントローラ３０で後輪
側について予見（プレビュー）制御を行い、このときの
積分回路４１ｃ及び４１ｄとしてカットオフ周波数ｆLC
が０．２Hzのローパスフィルタを適用したときに、カッ
トオフ周波数ｆHCを５Hz，１０Hz，２０Hz，４０Hz及び
６０Hzに変更してシミュレーションを行った結果、路面
入力に対する推定精度を表す図７(a) 及び(b) に示す周
波数に対するゲイン及び位相特性から明らかなように、
カットオフ周波数が高い程ゲイン及び位相の双方が実線
図示の実際のばね下運動に近づいて路面入力の推定精度
が上がると共に、路面入力の後輪側のばね上への振動伝
達率を表す図８に示すように、カットオフ周波数ｆHCを
高くする程ばね上共振周波数（約１．２Hz）とばね下共
振周波数（約１０Hz）との間の高周波数領域で振動伝達
率を低減させて振動絶縁性を向上させることができる
が、カットオフ周波数ｆHCが２０Hzを越えると路面入力
推定精度及び振動絶縁性を向上させる効果が飽和状態に
近くなると共に、雑音の影響を受けやすくなることか
ら、路面入力を高精度で推定するためには、カットオフ
周波数ｆHCをばね下共振周波数の２倍近傍の２０Hzに設
定することが好ましい。なお、ハイパスフィルタのカッ
トオフ周波数ｆHCの設定は、｛Ｔ1 ｓ／（Ｔ1 ｓ＋
１）｝で表される伝達関数の時定数Ｔ1 が１／（２π・
ｆHC）になるように設定することにより行う。
【００２３】同様に、積分回路４１ｃ，４１ｄとして
は、理想的な積分回路の他、例えばカットオフ周波数ｆ
LCはばね下共振周波数の２倍近傍例えば0.2Hz に設定さ
れたローパスフィルタを適用することができる。このロ
ーパスフィルタのカットオフ周波数ｆLCを0.2Hz に設定
する理由は、後述するように、コントローラ３０で後輪
側について予見（プレビュー）制御を行い、このときの
微分回路４１ａ及び４１ｂとしてカットオフ周波数ｆHC
が２０Hzのハイパスフィルタを適用したときに、カット
オフ周波数ｆLCを0.05Hz，0.1Hz ，0.2Hz ，0.5Hz 及び
1.0Hz に変更してシミュレーションを行った結果、路面
入力に対する推定精度を表す図９(a) 及び(b) に示す周
波数に対するゲイン及び位相特性から明らかなように、
カットオフ周波数が低い程ゲイン及び位相の双方がばね
上共振周波数より低い低周波数領域で実線図示の実際の
ばね下運動に近づいて路面入力の推定精度が上がるが、
路面入力の後輪側のばね上への振動伝達率を表す図１０
に示すように、カットオフ周波数ｆLCを低くする程0.2
〜0.7 Hzの低周波数領域でのゲインが下がることにな
る。サスペンションの特性としては、低周波数領域にお
いて路面に追従することが望まれるので、カットオフ周
波数ｆLCを下げ過ぎることは望ましくなく、逆にカット
オフ周波数ｆLCを上げると、推定誤差が増すと共に、図
１０に示すように、共振現象が現れることになる。した
がって、以上の結果から、路面入力を良好に推定するに
は、ローパスフィルタのカットオフ周波数をばね上共振
周波数の１／６近傍例えば0.2 Hzに設定することが好ま
しい。なお、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆLC
の設定は、｛１／（Ｔ2 ｓ＋１）｝で表される伝達関数
の時定数Ｔ2 が１／（２π・ｆLC）になるように設定す
ることにより行う。
【００２４】そして、微分回路４１ａ，４１ｂを夫々カ
ットオフ周波数ｆHCが２０Hzのハイパスフィルタで構成
し、積分回路４１ｃ，４１ｄを夫々カットオフ周波数ｆ
LCが０．２Hzのローパスフィルタで構成した場合、図１
１で破線図示のように、実線図示の通常の予見制御を行
った場合に比較して路面入力に対する後部座席相当のば
ね上振動特性のゲインをを広範囲の周波数領域で低下さ
せることができ、良好な振動絶縁性を得ることができ、
しかも路面推定精度を表す図１２(a) 及び(b)で実線図
示のように、理想的な微分回路及び積分回路で構成した
場合の破線で示す路面入力に対する車輪振動の応答特性
に略近い応答特性を得ることができ、路面入力を高精度
で推定することができる。
【００２５】また、マイクロコンピュータ４４は、少な
くとも入力側インタフェース回路４４ａ、出力側インタ
フェース回路４４ｂ、演算処理装置４４ｃ及び記憶装置
４４ｄを有する。入力インタフェース回路４４ａには、
車速検出値Ｖ及びＡ／Ｄ変換器４３ａ〜４３ｆの変換出
力が入力され、出力側インタフェース回路４４ｂからは
各圧力制御弁２０FL〜２０RRに対する圧力指令値ＰFL〜
ＰRRがＤ／Ａ変換器４５FL〜４５RRに出力される。ま
た、演算処理装置４４ｃは、後述する図６の処理を実行
して、所定サンプリング時間ＴS （例えば２０msec）毎
に、車速検出値Ｖ、路面変位の微分値ｘ0FL ′，
ｘ0FR ′及び車体上下速度ＺVFL 〜ＺVRR を読込み、路
面変位の微分値ｘ0FL ′，ｘ0FR ′を車速検出値Ｖに基
づいて算出した前後輪間の遅延時間τR と共に記憶装置
４４ｄに形成下所定段数のシフトレジスタに対応する記
憶領域に順次シフトしながら格納し、遅延時間τR につ
いてはシフトする際にサンプリング時間ＴS を順次減算
しながら格納し、遅延時間τR が零に達した路面変位の
微分値ｘ0FL ′，ｘ0FR ′に基づいて後輪側のアクチュ
エータとしての油圧シリンダ１８RL及び１８RRで発生す
る予見制御用制御力ＵRL，ＵRRを演算する共に、積分回
路４２FL〜４２RRからの車体上下速度ＺVFL 〜ＺVRRに
基づいてスカイフックダンパ機能を発揮する能動制御用
制御力を算出し、両制御力を加算した値を各圧力制御弁
２０FL〜２０RRに対する圧力指令値としてＤ／Ａ変換器
４５FL〜４５RRに出力する。
【００２６】さらに、記憶装置４４ｄは、予め演算処理
装置４４ｃの演算処理に必要なプログラムが記憶されて
いると共に、所定サンプリング時間ＴS 毎に読込む路面
変位の微分値ｘ0FL ′，ｘ0FR ′を遅延時間τR と共に
順次シフトさせながら所定数格納するシフトレジスタ領
域が形成され、さらに演算処理装置４４ｃの演算過程で
必要な演算結果を逐次記憶する。
【００２７】次に、上記実施例の動作をマイクロコンピ
ュータ４４における演算処理装置４４ｃの処理手順を示
す図６のフローチャートを伴って説明する。すなわち、
図６の処理は所定サンプリング時間ＴS （例えば２０ms
ec）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステッ
プＳ１で、現在の車速センサ２６の車速検出値Ｖ(n) を
読込み、次いでステップＳ２に移行して車速検出値Ｖ
(n) が予め設定された車速設定値ＶS 以上であるか否か
を判定し、Ｖ(n) ＜ＶS であるときには、そのままタイ
マ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰
し、Ｖ(n) ≧ＶS であるときにはステップＳ３に移行す
る。
【００２８】このステップＳ３では、振動入力推定回路
４１からの路面変位の微分値ｘ0FL′，ｘ0FR ′及び積
分回路４２FL〜４２FRからの車体上下速度ＺVFL 〜Ｚ
VFR を読込み、次いでステップＳ４に移行して、車速検
出値Ｖをもとに下記(3) 式の演算を行って、前輪１１FL
及び１１FRが通過した路面に後輪１１RL及び１１RRが到
達する迄の遅延時間τR を算出する。
【００２９】τR ＝（Ｌ／Ｖ）−τS …………(3) ただし、Ｌはホイールベース、τS は制御系の遅れ時間
であって、油圧系の応答遅れτ1 とコントローラの演算
むだ時間τ2 とフィルタによる位相遅れτ3 との加算値
で表される。次いで、ステップＳ５に移行して、今回の
車速検出値の車速検出値Ｖ(n) からサンプリング時間Ｔ
S だけ前の前回の車速検出値Ｖ(n-1) との偏差でなる単
位時間ＴS 当たりの変化速度ΔＶを算出し、ホイールベ
ースＬを変化速度ΔＶで除して遅延時間補正値Δτを算
出する。
【００３０】次いで、ステップＳ６に移行して、前記ス
テップＳ３で読込んだ路面変位の微分値ｘ0FL ′，ｘ
0FR ′と上記ステップＳ４で算出した遅延時間τR とを
記憶装置４４ｄに形成したシフトレジスタ領域の先頭位
置に格納すると共に、前回までに格納されている路面変
位の微分値ｘ0FL ′，ｘ0FR ′及び遅延時間τR とを順
次シフトする。このとき、遅延時間τR についてはシフ
トする際に、各シフト位置の遅延時間τR からサンプリ
ング時間ＴS 及び上記ステップＳ５で算出した遅延時間
補正値Δτを夫々減算した値を新たな遅延時間τR とし
て更新して格納する。
【００３１】次いで、ステップＳ７に移行して、シフト
レジスタ領域に格納されている最古すなわち遅延時間τ
R が零となった路面変位の微分値ｘ0FL ′，ｘ0FR ′を
読出して、これらをもとに下記(4) 式及び(5) 式の演算
を行って、後輪の圧力制御弁２０RL及び２０RRに対する
予見制御力ＵpRL 及びＵpRR を算出すると共に、読出し
た最古の路面変位の微分値ｘ0FL ′，ｘ0FR ′及びこれ
に対する遅延時間τRをシフトレジスタ領域から消去す
る。
【００３２】 ＵpRL ＝−〔Ｃp ＋｛１／（ω1 ＋ｓ）｝Ｋp 〕ｘ0FL ′ …………(4) ＵpRR ＝−〔Ｃp ＋｛１／（ω1 ＋ｓ）｝Ｋp 〕ｘ0FR ′ …………(5) ただし、Ｃp は減衰力制御ゲイン、Ｋp はばね力制御ゲ
イン、ω1 は制御上のカットオフ周波数ｆC に２πを乗
じた値定数であって、実際のサスペンションの減衰定数
Ｃ及びばね定数Ｋに対してＣp ≦Ｃ，Ｋp ≦Ｋに設定さ
れ、且つω1 ≧０に設定される。
【００３３】ここで、予見制御力ＵpRL 及びＵpRR を上
記(4) 式及び(5) 式に従って算出する理由は、通常の能
動型サスペンションのように、ばね下共振周波数領域に
対しては能動制御を行わず、５Hz以下の主にばね上共振
周波数領域の振動抑制を図る場合には、１輪の運動モデ
ルは図１３に示すように、路面にばね要素Ｋ、減衰要素
Ｃ及び制御要素Ｕとが並列に配置され、これらの上方に
ばね上質量Ｍが配置され、このばね上質量Ｍに外力Ｆが
作用する１自由度モデルとして考えることができる。な
お、図７において、Ｘ0 は路面変位、Ｘはばね上変位で
ある。
【００３４】この１輪１自由度モデルの運動方程式は、 Ｍ″Ｘ0 ＝Ｃ（Ｘ0 ′−Ｘ′）＋Ｋ（Ｘ0 −Ｘ）−Ｆ＋Ｕ …………(6) で表すことができる。この(6) 式をばね上変位Ｘについ
て解くと、 となる。
【００３５】例えば前記(4) 式において、ｘ0FL ′＝ｓ
ｘ0FL であるので、この(4) 式をω1 ＝０，Ｃp ＝Ｃ、
Ｋp ＝Ｋとして上記(7) 式に代入すると、(7) 式は、 となる。
【００３６】この(8) 式で路面入力推定回路４１による
路面変位の推定精度は前述したように充分高いので、
（Ｘ0 −ｘ0FL ）≒０となるので、(8) 式は、 となり、路面凹凸による影響が車体に殆ど伝達されず、
良好な乗心地を得ることができる。
【００３７】次いで、ステップＳ８に移行して、下記(1
0)〜 (13) 式に従って、総合制御力ＵFL〜ＵRRを算出す
る。 ＵFL＝ＵN −ＫB ・ＺVFL …………(10) ＵFR＝ＵN −ＫB ・ＺVFR …………(11) ＵRL＝ＵN −ＫB ・ＺVRL ＋ＵpRL …………(12) ＵRR＝ＵN −ＫB ・ＺVRR ＋ＵpRR …………(13) ここで、ＵN は車高を目標車高に維持するために必要な
制御力、ＫB はバウンス制御ゲインである。
【００３８】次いで、ステップＳ９に移行して、前記ス
テップＳ８で算出した各制御力ＵFL〜ＵRRを圧力指令値
として夫々Ｄ／Ａ変換器４５FL〜４５RRに出力してから
タイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復
帰する。したがって、今、車両が平坦な良路を目標車高
を維持して設定車速ＶS 以上の車速で直進定速走行して
いるものとする。この状態では、車両が平坦な良路で目
標車高を維持していることから、前輪側に配設されたス
トロークセンサ２７FL及び２７FRのストローク検出値Ｓ
FL及びＳFRは略零となっており、且つ車体側部材１０に
揺動を生じないので、各上下方向加速度センサ２８FL〜
２８RRの加速度検出値ＺGFL 〜ＺGRR は略零となってい
る。このため、振動入力推定回路４１の微分回路４１ａ
及び４１ｂから出力されるストローク微分値ＳVFL 及び
ＳVFR と、積分回路４１ｃ及び４１ｄから出力されるば
ね上変位の微分値ｘFL ′及びｘFR′とが夫々略零とな
るので、加算器４１ｅ及び４１ｆから出力される路面変
位の微分値ｘ0FL ′及びｘ0FR ′も略零となる。一方、
上下方向加速度検出値ＺGFL〜ＺGRR が略零であるの
で、積分回路４２FL〜４２RRから出力されるばね上速度
ＺVFL 〜ＺVRR も略零となっている。
【００３９】そして、路面変位の微分値ｘ0FL ′及びｘ
0FR ′と、ばね上速度ＺVFL 〜ＺVRR とが車速検出値Ｖ
と共にマイクロコンピュータ４４に入力される。このよ
うに、平坦な良路走行を継続している状態では、マイク
ロコンピュータ４４で、所定サンプリング時間ＴS 毎に
実行される図６の処理において、ステップＳ６で順次シ
フトレジスタ領域に格納される路面変位の微分値
ｘ0FL ′及びｘ0FR ′が零の状態を継続するので、ステ
ップＳ４で算出される遅延時間τR が経過した後の路面
変位の微分値ｘ0FL ′及びｘ0FR ′も零となっており、
ステップＳ７で算出される予見制御力ＵpRL 及びＵpRR
も零となり、一方ばね上速度ＺVFL 〜ＺVRR も零である
ので、ステップＳ８で算出される総合制御力ＵFL〜ＵRR
は目標車高に維持する中立圧制御力ＵN のみに対応した
値となり、これらが出力側インタフェース回路４４ｂ及
びＤ／Ａ変換器４５FL〜４５RRを介して駆動回路４６FL
〜４６RRに出力される。
【００４０】このため、駆動回路４６FL〜４６RRで圧力
指令値ＰFL〜ＰRRに対応した指令電流ｉFL〜ｉRRに変換
されて前輪側の圧力制御弁２０FL〜２０RRに供給され
る。この結果、圧力制御弁２０FL〜２０RRから目標車高
を維持するために必要な中立圧ＰCNF ，ＰCNR が前輪側
及び後輪側の油圧シリンダ１８FL，１８FR及び１８RL，
１８RRに出力され、これら油圧シリンダ１８FL〜１８RR
で車体側部材１０及び車輪側部材１４間のストロークを
目標車高に維持する推力を発生する。
【００４１】この良路直進走行状態で、例えば前左右輪
１１FL及び１１FRが同時に路面がステップ状に上昇する
段差でなる所謂ランプステップ路を通過する状態となる
と、前左右輪の段差乗り上げによって前輪１１FL及び１
１FRがバウンドし、これによってストロークセンサ２７
FL及び２７FRのストローク検出値ＳFL及びＳFRが零から
正方向に急増すると共に、車体側部材１０に上方向の加
速度が発生し、前左右輪の上下方向加速度センサ２８FL
及び２８FRの加速度検出値ＺGFL 及びＺGFR が正方向に
増加する。
【００４２】そして、これらストローク検出値ＳFL及び
ＳFRと、上下方向加速度検出値ＺGFL 及びＺGFR とが振
動入力推定回路４１に入力されるので、この振動入力推
定回路４１で、前述したように車体側部材１０の上下動
に影響されない真に路面形状に応じた路面変位の微分値
ｘ0FL ′及びｘ0FR ′がマイクロコンピュータ４４に出
力される。
【００４３】したがって、マイクロコンピュータ４４で
は、ステップＳ４の処理で前記(3)式に従って前輪１１F
L及び１１FRが通過した路面に後輪１１RL及び１１RRが
到達する迄の遅延時間τR を算出し、これと路面変位の
微分値ｘOFL ′及びｘ0FR ′とをシフトレジスタ領域の
先頭位置に格納すると共に、前回までの零の路面変位の
微分値ｘOFL ′及びｘ0FR ′と遅延時間τR とを順次１
つずつシフトし、このとき各遅延時間τR からサンプリ
ング時間ＴS とステップＳ５で算出された遅延時間補正
値Δτとを減算した値を新たな遅延時間τR として更新
する。
【００４４】この時点では、シフトレジスタ領域に格納
されている前回までの各路面変位の微分値ｘ0FL ′及び
ｘ0FR ′は零であるので、ステップＳ７で算出される後
輪に対する予見制御力ＵpFL 及びＵpFR は零の状態を維
持し、後輪側の制御力ＵRL及びＵRRは中立制御力ＵN を
維持するが、前輪１１FL及び１１FR位置での上下方向加
速度センサ２８FL及び２８FRの加速度検出値ＺGFL 及び
ＺGFR が正方向に増加しているので、ステップＳ８で算
出される前輪側の総合制御力ＵFL及びＵFRが段差乗り上
げによる車体上昇速度に応じて中立制御力ＵN より低下
され、これに応じて駆動回路４６FL及び４６FRから出力
される指令電流ｉFLが低下し、これによって圧力制御弁
２０FL及び２０FRから出力される制御圧ＰC が中立圧Ｐ
CNF より低下して、油圧シリンダ１８FL及び１８FRの推
力が低下され、前輪側のストロークを減少させることに
より、スカイフックダンパ機能を発揮して前輪１１FL及
び１１FRの段差乗り上げによる車体側部材１０の揺動を
抑制することができる。
【００４５】その後、前輪１１FL及び１１FRがランプス
テップ路を通過し終わると、再度前輪１１FL及び１１FR
については目標車高を維持する制御力ＵFL及びＵFRに復
帰するが、後輪１１RL及び１１RRについては、ステップ
Ｓ４で算出した遅延時間τRが零となる時点即ち後輪１
１RL及び１１RRがランプステップ路を通過する時点で、
ステップＳ７で前輪１１FL及び１１FRが段差乗り上げ時
の路面変位の微分値ｘ0FL ′及びｘ0FR ′が読出され、
これらに基づいて後輪に対して(4) 式及び(5)式に従っ
て予見制御力ＵpRL 及びＵpRR が算出されるので、前述
した(9) 式で表されるように、路面凹凸による影響が車
体に殆ど伝達されずに、良好な乗心地を確保することが
できる。しかも、後輪１１RL及び１１RRの段差乗り上げ
によって、後輪側の車体側部材１０に上方向の加速度が
生じたときには、この加速度が上下方向加速度センサ２
８RL及び２８RRで検出され、積分回路４２RL及び４２RR
で積分されたばね上速度ＺVRL 及びＺVRR がマイクロコ
ンピュータ４４に入力されるので、ステップＳ８でスカ
イフックダンパ機能を発揮して車体側部材１０の上昇を
抑制する能動制御力が発生され、これによって、圧力制
御弁２０RL及び２０RRが制御されることにより、油圧シ
リンダ１８RL及び１８RRに供給される油圧が制御され
て、車体の揺動が抑制される。
【００４６】ところで、前述した(4) 式及び(5) 式でω
1 ＝０として制御力ＵpRL 及びＵpRR を算出すると、制
御力ＵpRL 及びＵpRR の路面変位（車輪変位）ｘ0FL 及
びｘ0FR に対する定常ゲイン（ｓ＝０とした場合のゲイ
ン）がＫとなるため、一過性の凹凸については問題がな
いが、前述したランプステップ路のように路面変位Ｘ
0FL （≒ｘ0FL ）及びＸ0FR （≒ｘ0FR ）が変化したま
ま戻らないような路面を走行した場合、平坦な路面に出
ても制御力ＵpRL 及びＵpRR が“０”とならず、制御力
ＵpRL 及びＵpRR とサスペンションのばね定数Ｋがつり
合うだけストロークしたままとなり、車高がもとに復帰
しない状態即ち車高の初期値をｈとすると、（Ｘ0 −ｘ
0 ）−ｈ＝Ｕ／Ｋ≠０となる状態となる。したがって、
このような路面を走行した後、平坦な路面に出たときに
車高がもとに戻るようにするためには、制御力ＵpRL 及
びＵpRR の車輪上下速度推定値ｘ0 に対する定常ゲイン
が“０”となるように、(4) 式及び(5) 式でω1 ＞０に
選定すればよい。
【００４７】一方、前輪１１FL，１１FRの何れか一方例
えば前左輪１１FLのみが一過性の凸部に乗り上げた場合
には、左輪側の油圧シリンダ１８RLについてのみ上記予
見制御が行われ、凸部乗り上げを生じない右輪側の油圧
シリンダ１８RRについては、中立圧を維持する制御が行
われる。また、前輪１１FL、１１FRが一過性の凹部に落
ち込んだときには、上記と逆の制御を行って車体の揺動
を抑制することができ、さらに一過性の凹凸に限らず不
整路面等の連続的な凹凸路面を走行する場合でも前輪の
挙動に応じて後輪を予見制御することができる。
【００４８】このように、上記実施例によると、前方路
面情報検出手段として、前輪１１FL及び１１FR位置のス
トロークセンサ２７FL，２７FR及び上下方向加速度セン
サ２８FL，２８FRを適用することができ、これらは現在
実用化されている能動型サスペンションに搭載されてい
るものを利用することができるので、新たにセンサを開
発或いは追加して搭載する必要がない利点がある。
【００４９】なお、上記各実施例においては、アナログ
回路構成の振動入力推定回路４１を設けて、路面変位の
微分値ｘ0FL ′及びｘ0FR ′を算出する場合について説
明したが、これに限定されるものではなく、マイクロコ
ンピュータ４４でストローク検出値ＳFL及びＳFRと車体
上下加速度ＺGFL 及びＺGFR を夫々ハイパスフィルタ処
理及びローパスフィルタ処理することにより路面変位の
微分値ｘ0FL ′及びｘ0FR ′を算出することもできる。
【００５０】また、上記各実施例においては、マイクロ
コンピュータ４４で、路面変位の微分値ｘ0FL ′及びｘ
0FR ′を遅延時間τR と共にシフトレジスタ領域に順次
シフトしながら格納し、遅延時間τR が零となった路面
変位の微分値ｘ0FL ′及びｘ0FR ′に基づいて予見制御
力ＵpRL 〜ＵpRR を算出する場合について説明したが、
これに限らず予め路面変位の微分値ｘ0FL ′及び
ｘ0FR ′に基づいてステップＳ７に対応する処理を行っ
て予見制御力ＵpRL 〜ＵpRR を算出し、これを遅延時間
τR と共に、シフトレジスタ領域にシフトしながら格納
し、遅延時間τR が零となった予見制御力ＵpRL 〜Ｕ
pRR を使用して総合制御力ＵRL〜ＵRRを算出するように
してもよい。
【００５１】さらに、上記各実施例においては、サスペ
ンションの能動制御を上下方向加速度に基づいてのみ行
う場合について説明したが、これに限定されるものでは
なく、他の横方向加速度センサ、前後方向加速度センサ
等の加速度検出値に基づくロール、ピッチ、バウンスを
抑制する制御信号を算出し、これらを前記圧力指令値Ｐ
FL〜ＰRRに加減算してトータル制御を行うようにしても
よい。
【００５２】さらにまた、上記各実施例においては、制
御弁として圧力制御弁２０FL〜２０RRを適用した場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、他
の流量制御型サーボ弁等を適用し得るものである。ま
た、上記実施例においては、コントローラ３０をマイク
ロコンピュータ６２で構成した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、シフトレジスタ、
演算回路等の電子回路を組み合わせて構成するようにし
てもよいことは言うまでもない。
【００５３】さらに、上記実施例においては、作動流体
として作動油を適用した場合について説明したが、これ
に限らず圧縮率の少ない流体であれば任意の作動流体を
適用し得る。またさらに、上記実施例においては、アク
チュエータとして能動型サスペンションを適用した場合
について説明したが、これに限定されるものではなく、
減衰力可変型ショックアブソーバ等のサスペンションの
減衰特性やばね特性を変更し得る構成であれば任意のア
クチュエータを適用することができる。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るサ
スペンションの振動入力推定装置によれば、サスペンシ
ョンのストロークを検出するストローク検出手段と、前
記車体の上下加速度を検出する車体上下加速度検出手段
と、前記ストローク検出手段のストローク検出値を微分
してストローク速度を算出する微分手段と、前記車体上
下加速度検出手段の上下加速度検出値を積分して車体上
下速度を算出する積分手段と、前記微分手段及び積分手
段の各算出値を加算して振動入力推定値を算出する加算
手段とを備えているので、非接触式距離センサや車輪加
速度センサ等の信頼性、耐久性に問題があるセンサを使
用することなく、しかも車体の振動に影響されることな
く路面振動入力を高精度で推定することができるという
効果が得られる。
【００５５】しかも、上記微分手段及び積分手段を夫々
ばね下共振周波数の２倍近傍のカットオフ周波数を有す
るハイパスフィルタ及びばね上共振周波数の１／６近傍
のカットオフ周波数を有するローパスフィルタで構成す
るようにしたので、雑音の影響を受けることなく、且つ
共振現象等を生じることなく、低周波数領域から高周波
数領域までの広範囲な周波数領域で路面推定精度を高水
準に維持することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す概略構成図である。
【図２】圧力制御弁の指令電流に対する制御圧の関係を
示す特性線図である。
【図３】ストロークセンサの出力特性を示す特性線図で
ある。
【図４】上下方向加速度センサの出力特性を示す特性線
図である。
【図５】コントローラの一例を示すブロック図である。
【図６】マイクロコンピュータの処理手順の一例を示す
フローチャートである。
【図７】ハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更し
た場合の路面入力に対する推定精度を表す特性線図であ
って、(a) は周波数に対するゲイン特性を、(b) は周波
数に対する位相特性を夫々示す。
【図８】ハイパスフィルタのカットオフ周波数を変更し
た場合の周波数に対する路面入力のばね上への振動伝達
率を表す特性線図である。
【図９】ローパスフィルタのカットオフ周波数を変更し
た場合の路面入力に対する推定精度を表す特性線図であ
って、(a) は周波数に対するゲイン特性を、(b) は周波
数に対する位相特性を夫々示す。
【図１０】ローパスフィルタのカットオフ周波数を変更
した場合の周波数に対する路面入力のばね上への振動伝
達率を表す特性線図である。
【図１１】ハイパスフィルタのカットオフ周波数を２０
Hz、ローパスフィルタのカットオフ周波数を０．２Hzに
設定した場合の路面入力に対するばね上振動特性を示す
特性線図である。
【図１２】路面入力推定精度を表す特性線図であって、
(a) は周波数に対するゲイン特性を、(b) は周波数に対
する位相特性を夫々示す。
【図１３】１輪１自由度モデルを示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 車体側部材 １１FL〜１１RR 車輪 １４ 車輪側部材 １８FL〜１８RR 油圧シリンダ ２０FL〜２０RR 圧力制御弁 ２２ 油圧源 ２６ 車速センサ ２７FL，２７FR ストロークセンサ ２８FL，２８FR 上下方向加速度センサ ３０ コントローラ ４１ 振動入力推定回路 ４１ａ，４１ｂ 微分回路 ４１ｃ，４１ｄ 積分回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤津 洋介 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−182827（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−286329（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−151111（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−35618（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−143713（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−146809（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−362411（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−294123（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−238220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B60G 23/00 B60G 17/015

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車輪がサスペンションを介して車体に支
    持されている車両の路面からサスペンションに伝達され
    る振動入力を推定するサスペンションの振動入力推定装
    置であって、前記サスペンションのストロークを検出す
    るストローク検出手段と、前記車体の上下加速度を検出
    する車体上下加速度検出手段と、前記ストローク検出手
    段のストローク検出値を微分してストローク速度を算出
    するカットオフ周波数がばね下共振周波数の２倍近傍に
    設定されたハイパスフィルタで構成された微分手段と、
    前記車体上下加速度検出手段の上下加速度検出値を積分
    して車体上下速度を算出するカットオフ周波数がばね上
    共振周波数の１／６近傍に設定されたローパスフィルタ
    で構成された積分手段と、前記微分手段及び積分手段の
    各算出値を加算して振動入力推定値を算出する加算手段
    とを備えていることを特徴とするサスペンションの振動
    入力推定装置。
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