JPH05500491A - ダイナミックレベリング用方法及び装置 - Google Patents

ダイナミックレベリング用方法及び装置

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JPH05500491A
JPH05500491A JP3506169A JP50616991A JPH05500491A JP H05500491 A JPH05500491 A JP H05500491A JP 3506169 A JP3506169 A JP 3506169A JP 50616991 A JP50616991 A JP 50616991A JP H05500491 A JPH05500491 A JP H05500491A
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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】
本発明は乗り物のサスペンション装置に係り、特に自動車のダイナミツフレヘリ ング用の低パワー作動サスペンション装置のための方法及び装置に関する。 近年従来の消極的なサスペンション装置によって提供される性能を越える改良さ れた快適性及び路面保持性を有する自動車のサスペンション装置についてかなり 関心が増大している。一般的に、このような改良は自動車の各コーナーに設けら れだ液圧アクチュエータによって発生する懸架力を電子的に制御することができ る″インテリジェントサスペンション装置を使用することによって達成される。 サスペンション装置は乗り物本体を垂直方向の道路表面の不規則性を取り除きす なオ〕ち″隔離”すると同時に本体とホイール運動を制御するために備えられて いる。さらにサスペンション装置は平均の自動車の姿勢を維持し操作中に改良さ れた水準の安定性を推進することが望ましい。旧式の消極的なサスペンション装 置はスプリング付の部分(自動車本体)とスプリングのない部分(ホイール及び 車軸)の間に平行に配置されたスプリングと緩衝装置とを有する。 ショックアブソーバ及び/または支柱のような液圧アクチュエータを走行中に起 こ呑望ましくない振動を吸収するために従来の消極的なサスペンション装置と組 み合わゼで使用する。この望ましくない振動を吸収するために液圧アクチュエー タは自動装賓である。ピストンがアクチュエータ内に配置されピストンロットを 介して自動車本体に接続されている。アクチュエータが往復動の変位を行うとき にピストンがアクチュエータの作動室内の緩衝液体の流れを制限するから、アク チュエータは振動に対する緩衝力を生成することができ、さもなければ振動はサ スペンションから自動車本体に直接伝達される。2作動室内の緩衝液体の流れを さらに制限すればそれだけアクチュエータによって発生する緩衝力が太き(なる 。 緩衝量を選択する場合にアクチュエータは乗り心地のよさ、自動車の操作性及び 路面保持性の3つの自動車性能を考慮して提供されなければならない。乗り心地 は自動車の主サスペンションスプリングのばね定数、並びに座席、タイヤ及びア クチュエータのばね定数の作用である。自動車の操作性は自動車の姿勢における 振動に関する(例えば、ロール、ピッチ及びヨー)。最適な自動車の操作性にお いて比較的に大きな緩衝力がコーナリング、加速及び減速の際に自動車の姿勢の 過度の速い変化を避けるために必要になる。路面保持性は一般にタイヤ及び地面 の間の接触量の係数である。路面保持性を最適化するために、不規則な路面」− を走行中に長時間にわたるホイールと地面との間の接触のロスを防止するために 大きな緩衝力が必要になる。 乗り心地、自動車操作性及び路面保持性を最適化するために通常路面からの入力 周波数に応答するアクチュエータによって発生した緩衝力を有することが望まし い。路面からの入力周波数がほぼ自動車本体の自然周波数に等しいとき(すなわ ちほぼ0−2Hz)、コーナリング、加速及び減速の際に自動車の姿勢の過度の 速い変化を防止するために大きな緩衝力を提供するアクチュエータを有すること が望ましい。路面からの入力周波数が2−10H2の間にあるときに円滑な乗り 心地を作り、ホイールを道路の上昇の変化に従わせるように低い緩衝力を与える アクチュエータを有することが望ましい。路面からの入力周波数がほぼ自動車本 体の自然周波数に等しいとき(すなわちほぼ1O−15Hz)、ホイールと地面 の間の過度な接触ロスを防止するために十分に高い緩衝力を与える一方、円滑な 乗車を得るために比較的に低い緩衝力を有することが望ましい。 走行状態の広い範囲にわたって所望の緩衝特性を得るために、連続的に変化可能 な緩衝パルプの進展に対して努力が払われている。このような変化可能な緩衝バ ルブはコーナリング、加速及び減速の際に生じる迅速な変化に対応して液圧゛ア クチュエータの緩衝特性を調整または変化させることによって可能になる1゜セ ンサ及びマイクロプロセッサ技術におl−する最適の進歩は自動車における“ア クティブな“サスペンション装置への適用において大きな関心を作り出[また、 1 ゛アクティブな“サスペンションは本体及びホイール運動のリアルタイム制 御を治するガスペンション装置として定式する。アクチュエータまたは力発生器 が従来の消極的なサスペンション部材に置換するかそれに加えられる5、自動車 の動的な動きを“アクティブな“シスペンション装置の適用により劇的に変更す ることができる。 図1を参照すると、アクティブサスペンション用の簡単な制御機構のダイヤグラ ムが示され、閉ループ制御装ff1lOを有し、閉ループ制御装置10において 自動車12の姿勢を多数のセンサ14(加速度計、ジャイロ−スコープ、ポテン ショメータ)によって測定する。マイクロプロセッサに基づいたコントローラ1 6には検出信号を処理し、各アクチュエータごとに必要なサスペンション力“U ”を計算する。アクチュエータ18は自動車の各コーナーに備えられ、独立して 制御される4、自動車12のダイナミック姿勢に影響する自動車入力20は道路 の起伏、コーナリング及び制動中に発生する慣性力及び空気力学的な力のような 外乱を有する。アクティブサスペンションはこれらの外乱を補償する一方で改良 された乗り心地、改良された路面保持性、減少したピッチ及びロール角度、前方 及び後方の車軸の間の側方負荷移行の制御及び道路上の自動車の乗車高の制御を 提供する。 一般にアクティブサスペンション装置は液圧装置、アクチュエータ及び制御装置 からの迅速な応答及び精密性の要求によって技術的に複雑でなる。これまでアク ティブサスペンション装置の自動車への適用は複雑なハードウェア及び制御に関 する大きなコストによって制限されていた。 必要な力信号“U′は自動車12の垂直方向の運動を示す状態変化の係数及び道 路状態の係数として説明する。図2は2つの自由度を有する簡単な自動車12の ]/4のモデルを示し、それは4つの状態空間変数によって説明される。このペ ンションアクヂュエータ18が道路22に関して本体24及びホイール26の間 に懸架されて消極的なサスペンション部材28に平行に概略的に示されている。 1つのアクティブアクチュエータ26に必要な力″U”を計算する制御法則を示 す。 ゲインg1及びg3は慣性緩衝を表し、g2及びg4は本体及びホイールの慣性 剛性をそれぞれ示している。道路g5のフィードバックはホイール26を道路2 2に結合するために設けられている。自動車12の姿勢をダイナミックに制御す ることに関して特定の設計目標を最もよく満たすためにフィードバック利得マト リックス(すなわちガウスのリーフ2次方程式)を形成する種々の技術はよく知 られている。 一般にアクティブサスペンション装置は3つの基礎的な段階、すなわち“セミア クティブ、“低いパワー”のアクティブ及び“完全な”アクティブに分割し得る 。前述したアクティブなサスペンション段階の各々の間の主な相違点は以下に説 明するハードウェアの必要性に関する。一般に“低いパワー”のアクティブ及び °完全な”アクティブサスペンション装置は各々が各サスペンションアクチュエ ータを駆動する中央液圧装置を使用する。しかしながら“セミアクディプ装置は 動きに対する緩衝抵抗を変化させることによって力を消散させる能力のみを有す る。 ″セミアクティブ装置は圧縮及び膨張とは別の緩衝速度の連続的なリアルタイム 変調の基づいている。“セミアクティブ制御法はサスペンションアクチュエータ が力を消散することができるだけであるという原則に基づいている。図3及び図 4を参照すると、セミアクティブサスペンション装置用のアクチュエータ32が 示されている。実際にはセミアクティブアクチュエータ32は無限に変化可能な 緩衝バルブ34を備えている。緩衝流体の自己保有源がピストン40の両側に設 けられた作動室36.38内に形成されている。従来の消極的なダンパに比較し てセミアクティブアクチュエータ32は必要な力を与えるために力を消散する。 しかしながらセミアクティブサスペンション装置の制御法は方程式(2)力の消 散用に U−g+(文b) + g (大−−Xh) (四分円丁、III) (3)要 求される大川に U−0(四分円■、IV) (4) であり、及び/または必要な力“U”がアクチュエータ32に“到達” してい ないならば、必要な力“U”はゼ
【コ(U = O)に設定される3、これらの 状態を図4の力の四分円■及び■対相対速度(X、−X、)のグラフに示す。そ れ故、容易に明らかになるようにセミアクディプ装置は力を消散することができ るが(四分円I及び■)、ダイナミックな自動車の姿勢の制御に関するすべての 必要な力(四分円■及び■)を発生することができない。 近年、“低いパワー”のアクティブ装置はこれまでレースカーにおいてほとんど 独占的に使用されていた。不運にも″低いパワー“のアクティブ装置の周波数応 答は望ましくない狭い周波数帯域(0−5Hz )と同時に“完全な”アクティ ブ装置に必要な出力より著しく低いパワーに制限される。図5は低いパワーのア クティブサスペンション装ffiに適用可能な単一作動ノ1イドロニ、−マチ・ ンクγクチュエータ42を示す。アクチ、−エータ・12の低周波数応答によっ て公式(2)の制御法をホイールの高い周波数側御の排除に必要なより狭い周波 数帯域に制限する。それ故制御公式は次ぎのようになる・U=g+ (Xb)+ gz (Xh) (5)低いパワー装置は高圧を各コーナーのアクチュエータ4 2に供給する中央ポンプ50を有する。ハイドロニューマチックアクチュエータ 42は懸架運動の緩衝のために固定流ダンパバルブ46を通ってアキュムレータ 44に連通している。 サーボバルブ48は中央ポンプ50から供給された高圧流をアクチュエータ42 に供給するかアクチュエータ42の流体を空にl、て中央貯蔵室52に戻す。サ スペンションの堅さは受動的なスプリング部材(図示せず)及びアキュムレータ 44内の圧力によって供給される。低いパワーのアクティブ装置において自動車 の姿勢の変化に応答して中央貯蔵室52とアクチュエータ42との間に流すため に液圧緩衝流体を選択的に制御する。 ″完全す”アクティブサスペンション装置は全体の周波数帯域(はば0−30H z)にわた、ってホイールと本体の運動の双方を制御するように設計されている 。 “完全な”アクティブ力スベンクヨンアクチュエータ60を図6に概略的に示す 。 特別に中央液圧装置(すなわちポンプ50及び貯蔵タンク52)は基本的には低 いパワーアクティブにおいて使用したものと同様であるが増加しt:ビークノぐ ワ・−消費における高い流速を与えるように設計されている。アクチュエータ6 0は基本的にはピストン66の両側に形成された上方作動室62及び下方作動室 64を有する二重動作液圧装置である。4つのポートサーボバルブ68は各作動 室62及び64を高圧供給源(ポンプ50)に接続し、中央貯蔵室に戻す。制御 公式、すなわち公式(2)は自動車本体及びホイール運動の双方の制御を含むよ うに完全な長所まで使用される。 しかしながら″完全な”アクティブサスペンション装置に関連する現在の費用は 主にサーボバルブ68に要求される迅速な周波数応答及び中央液圧装置に関連し た高いピーク流速によって非常に高い。アクチュエータ60はピストン66を通 るダンパバルブを備えておらず、それによってピストン66にわたって発生した 圧力差から直接にピストン及びロッドの運動を発生するために装置のパワーの要 求が非常に高い。それ故、高い装置圧力の要求、大きなピークパワー及びピーク 流体流の必要性が従来の″完全な”アクティブサスペンション装置に関連してい る。さらにこのような“完全な”アクティブサスペンション装置のデューテイザ イクルはサーボバルブ68の一定の変調動作によって連続しており、アクチュエ ータ60へまたはそこからの流体流を制御する。したがって複雑性、構成要素の 大きさ、装置のコスト、装置作動ピーク圧力及びビークパワーの必要性を減少さ せること及び優れた動作耐久特性を有効に生じることが必要になる。 、用語の“高さ”、゛距離”、“姿勢”及びその派生語をここに相互変化可能に 使用すると同時に自動車のスプリング付及びスプリング無しの部分(例えば自動 車フレームとその関連した車軸または独立したホイール)の間の間隔の大きさに 言及したように自動車の分野を運して使用する。 &唄の誓約 したがって、本発明の主な目的は前述した種々のアクティブサスペンション装置 の欠点を克服し比較的に低いパワー消費及び低いピーク流体の必要性を有する完 全にアクティブな自動車のダイナミックレベリング用の装置及び方法を提供する ことである。 本発明の他の目的は自動車本体の高さの変化を補償するように制御されたサスペ ンション緩衝力によって自動車の姿勢を変えることができるダイナミックレベリ ング用の方法及び装置を提供することである。 本発明の他の目的は改良された反応時間を発生し、一方で装置の作動圧パラメー タ及びビークパワー及び流れの必要性を減少するダイナミックレベリング用の方 法及び装置を提供することである。 本発明の他の目的はダイナミックサスペンション装置のデユーティサイクルを制 限するためにパワーを消散するために連続的に変化可能な流体制限を使用する方 法及び装置を提供することである。 本発明の他の目的は液圧アクチュエータの上方及び下方部分の間の流体圧力及び 流れを選択的に制御することによって各コーナーにおける車高を独立して調整す るダイナミックレベリング用の方法及び装着を提供することにある。 本発明の他の目的は改良されたアクティブサスペンション制御機構を提供するこ とである。制御機構は“ダイナミックレベリングループ及び“負荷レベリングル ープを有する。“ダイナミックレベリングループは信号処理回路及び自動車制御 回路に分割される。自動車のセンサからの出力は直接には測定されない状態変数 を見積もるために信号処理回路によって受けられる。見積もられた状態変数をフ ィードバック利得マトリックスと掛は合わせ各アクチュエータ用の必要な力信号 を発生するために完全な状態のフィードバック自動車コントローラに供給する。 本発明の他の目的は直接には測定されない状態変数を見積もる方法を加えること によって自動車及びサスペンションのダイナミックな姿勢特性を正確に画定する ことである。このように本発明に関連するセンサの形状は商業的に実行可能であ り、比較的に廉価である。 本発明の他の目的は自動車のコントローラ回路を自動的に調整するために周波数 依存適用性の利得回路を提供することである。適用性利得の調整は比較的に低い 道路入力でアクティブにホイールが飛ぶ周波数で消極的に自動車を懸架するため に自動車のコントローラのフィードバック利得マトリックスを同定し変更する連 続した処理である。適用性を有する回路はアクティブな制御機構の完全なフィー ドバンク調整に対して有利な実行を行うために構造において簡単である。 本発明の他の目的は本発明の低いパワーのダイナミックレベリングサスペンショ ン装置の各コーナーのアクチュエータを駆動するためのアクチュエータ制御法を 提供することである。 本発明の他の目的は自動車の異なるモデルに対する取り付けに関して高度の柔軟 性を有するダイナミックレベリング用の方法及び装置を提供することである。 これに関して、本発明の関連した目的は従来技術の他のアクティブサスペンショ ン装置に比較してコストにおいて比較的に低いダイナミックレベリング用の方法 及び装置を提供することである。 界面の簡単久脱を 次の明細書を読み次の図面を参照することによって本発明の種々の利点が当業者 に明らかになるであろう。 図1はアクティブサスペンション装置の簡単化した制御装置を示した概略図であ る。 図2はアクティブサスペンション装置の1/4モデル及びそれに関連した制御法 則を示した概略図である。 図3は“セミアクティブサスペンション装置のアクチュエータの概略図である。 図4は図3のセミアクティブアクチュエータによって発生した必要なサスペンシ ョン力“U“の範囲を示すグラフである。 図5は“低いパワー゛のアクティブサスペンションアクチュエータ及び液圧装置 の概略図である。 図6は“完全な”アクティブサスペンションアクチュエータ及び液圧装置の概略 図である。 図7Aは典型的な自動車に作動的に関連させて示す本発明の教示によるダイナミ ックレベリングサスペンション装置の概略図である。 図7Bは本発明のダイナミックレベリング及び液圧装置の概略図である。 図8は本発明の第1の実施例による1つのダイカミックレベリングアクヂュエー タ及びそれに関連した液圧装置構成要素を表す概略図である。 図9乃至13図は本発明の他の実施例によるダイナミックレベリング装置を表す 概略図である。 図14は自動車のダイナミックな姿勢を同定するための状態変数を有する簡単化 した自動車モデルの概略図である。 図15は本発明の教示による自動車制御装置のブロックダイヤグラムである。 図16は図15の信号処理及び自動車コントローラ回路を示すブロックダイヤグ ラムである。 図17はダイナミックレベリング用の制御ループの利得マトリックス10“G” を表す表である。 図18は典型的な車体及びホイール緩衝性能目的用のS平面内の極配置の点を表 すグラフである。 図19は本発明のフィードバック利得調整装置の極配置の点を表すグラフである 。 図20はサスペンション速度を見積もるために誘導回路を示すブロックダイヤグ ラムである。 図21は図20の誘導フィルタに応じた周波数を示すグラフである。 図22はサスペンション速度に応答する見積もり時間及び理想時間の比較を表す グラフである。 図23はロール加速からロール速度及び角度を見積もるための回路のブロックダ イヤグラムである。 図24は図23の積分フィルタ回路の周波数応答を表すグラフである。 図25は本発明の適応性制御回路のブロックダイヤグラムである。 図26は極配置の利得適用回路の効果を示すグラフである。 図27は利得重み係数を計算する回路のブロックダイヤグラムである。 図28は道路形状対時間の典型的な関係を示すグラフである。 図29は図28のサスペンション速度のグラフである。 図30は図29のサスベンジダン速度から発生する利得重み係数(α)のグラフ である。 図31は本発明によるアクチュエータ制御法省のブロックダイヤグラムである。 図32は必要な力“U”と相対流Q、。1の関係を示すグラフである。 図33は必要な力“U“と相対流Q4.1の関係を示す他のグラフである。 図34は本発明のアクチュエータコントローラ用の制御装置のブロックダイヤグ ラムである。 図35はアクチュエータコントローラのパワー同定機能を表すグラフである。 図36はサーボバルブ用の制御構造のブロックダイヤグラムである。 図37はピストン力対相対流の関係を示すグラフである。 図38はサーボバルブの選択的な動作における典型的なデユーティサイクルを示 すグラフである。 図39は連続的に変化可能な緩衝バルブにおける制御回路のブロックダイヤグラ ムである。 図40は種々の道路入力周波数における相対流対ビストンカを示すグラフである 。 好ましい害沸蹄卯ガ望盟 図6を参照して述べた”完全1ごアクティブなナスペンション装置に関する過度 に高いパワー消費及びピーク流は全体の周波数帯域(0−30t(z)にわたっ て適用される低いパワーの゛完全に“アクティブづスペンション装置の発展に基 づいている。本発明は“ダイナミックまたは迅速なレベリングのサスペンション 装置に関する。特に本発明は自動車の各71−ナーに設けられかつ連続的に変化 iiJ能な緩衝調整及び静止負荷レベリング能力を有するアクチュエータを備え たダイナミックレベリング装置に関する。本発明の改良したアクティブサスベニ 、ノシコンは“完全な゛アクティブサスペンションとしで製造され、そのシスベ ンジコンは自動車本体の運動を補償する外部のエネルギーを追加するごどを必要 とするだけである。ホイールを消極的に制御する状態にすることにようで自動車 本体の運動を補償する91部のエネルギーの必要な周波数が得られる。ホイール を消極的に制御する状態にすることによって装置のハードウェアの必要な周波数 応答がかなり減少する。以後詳述する装置のアクチュエータは連続的に変化可能 なダンパμ−び迅速に作動する液圧レベリングアクチ。エータの組み合わせであ る。 システムハードウェア 図7A及び図7Bを参照すると、本発明によるダイナミックレベリング装置が示 されている。ダイナミックレベリング装置100は自動車本体103を有する従 来の自動車102に作動的に関連して示されている。自動車102はリアホイー ル108を支持するために適用され、横断するように伸びているリア車軸アッセ ンブリ106を有するリアサスペンション104を備えている。リア車軸アッセ ンブリ106は一対の液圧アクチュエータ110並びに螺旋コイルスプリング1 12によって作動可能に自動車102に接続されている。同様に自動車102は 前方ホイール118を支持するために適用され横断するように伸びているフロン ト車軸アッセンブリ116を有するフロントサスペンション装置114を有する 。フロント車軸アッセンブリ116は第2の対の液圧アクチュエータ110並び に第2の対の螺旋コイルスプリング120によって自動車102に接続されてい る。自動車102を乗用車として示すがダイナミックレベリング装置100を他 のタイプの乗用車に同様に使用してもよい。さらにフロント及びリア車軸アッセ ンブリの構造」二の組み合わせを典型的に示したが本発明の範囲を制限するもの ではない。 液圧アクチュエータ110の緩衝及びレベリング特性を制御するために中央電子 制御構成要素(ECM)124が備えられている。目視スクリーン]22を乗用 車1020乗員室126内に配置してもよい。目視スクリーン122は乗貢にダ イナミック制御パラメータ及びサスペンション装置]00の特性を目視によって 読み出すことのできるディスプレイを提供する。電子制御構成要素]24は液圧 アクチュエータ110の緩衝(消散的な)及びダイナミックレベリング(パワー 追加)を選択的に制御する制御信号を発生する種々のセンサからの出力を受ける 。各アクチ、エータ110にアキュムレータ128及びザ・−ポ流制御バルブ1 30のような供給バルブが流体連通している。サーボバルブ130は閉ループ中 央高圧液圧装置132(図7Aに概略的に示す)に流体連通(,7ており、装置 132はポンプ138、中央アキュムレータ136及び貯蔵タンク140を有す る33ダイナミツクレベリング装置100に関する電子装置はアクチュエ〜り1 10及びサーボバルブ130を接続するためのECM124ど接続された中央制 御構成要素(図示せず)、位置センサ]34、加速度計135及び駆動回路を有 することが好ましい。閉ループ液圧装置132は各アクチュエータ110に供給 する高圧を発生する中央ポンプ138及びアキュムレータ136、貯蔵タンク1 40及びそれらの構成要素を相互に接続する高圧の供給ライン及び低圧の戻りラ イン141を有する。各アクチュエータ110への高圧流体の供給は好ましべは アクチュエータ110に接近して配置されている各サーボバルブ130を励起す ることによって制御される。供給バルブ130をサーボバルブとして図示するが 他の適当な直動バルブは本発明の範囲内であることを理解しなければならない。 以降詳述するようにダイナミックレベリング装置100は完全なフィードバック 利得調整用の状態空間の変化可能なフォーマット、変化可能な状態の積算手段及 び適応性を有する利得制御を有する中央制御法を使用する。一般にフィードバッ ク利得調整は動的な運動の種々の位相のための堅さ及び緩衝を形成する性能目標 によって特定する。必要なl・ランスデューサの数を最小にするために変化可能 な積算手段は正確に測定されたトランスデュ〜すからの積算値を計算する。道路 の状態がホイールの自然周波数に干渉するときに適応性を有する方法は緩衝利得 値のいくつかを変化させる。さらに本体とサスペンションの動的な姿勢を検出す ることによってマイクロプロセッサに基づいたコントローラは各アクチュエータ 毎に必要な力”U”を計算する。アクチュエータのハードウェアの非線形性を補 償するために各アクチュエータによって発生した“F a e l u a l 。、”を測定し、中央制御装置にフィードバックする。好ましくは、アクチュエ ータ110はサーボバルブ130の作動に関連する必要なパワーの要求を制限す るために連続的に変化可能なピストンバルブを使用することによってパワーを消 散することができる。それ故、すべて消散したパワー要求において内部において 連続した変化可能なピストンバルブを使用することによって全体のパワー消費し たがって装置のデユーティサイクルを実質的に最小化する。 特に図8を参照すると第1の実施例によるダイナミックレベリング装置100の 概略が示されている。1つのアクチュエータ110のみを示すがアクチュエータ 及びそれに対応するアキュムレータ128及びサーボバルブ130が自動車10 2の各コーナーに配置されていることを理解すべきである。ハイドロニューマチ ックアクチュエータ110は作動室146を有する細長い円筒形の圧力シリンダ 144を有り7、作動室146は液圧緩衝流体を収容するようにな−っている。 作動室146内に軸線方向に伸びるピストンロッド150の一端が接続された往 復動可能なピストン148が配置されており、ピストン148は作動室]46の 上方部152及び下方部154を形成している。図7を参照して説明すると、Y クヂュエータ110は自動車102のスプリング付及びスプリング無しの部分間 に接続されている。ピストンの往復動時に当業者は圧力シリンダ]44内の緩衝 流体がピストン緩衝バルブを通って作動室146の−L方部152と下方部15 4の間を移動することを理解し得るであろう。作動室146の上方部及び下方部 の間の緩衝流体の流れを選択的に制御することによって乗り心地と道路保持性の 双方を最適化するためにハイドロニューマチックアクチュエータ110は自動車 102のスプリング付及びスプリング無しの部分を制御可能に緩衝することがで きる。 作動室146の上方部152及び下方部154の間の緩衝流体の流れを制御する ための手段を提供するためにピストン148は連続的に変化可能な流体制限バル ブ156を有する1、変化可能な流体制限ピストンバルブ156はエネルギーの 消散を介してアクチ。エータ110の緩衝特性を調整するために上方部152と 下方部154の間の緩衝流体の流れを選択的(こ調整するように作動する。連続 的に変化可能な流体制限バルブ及びそれに対応した電子制御装置及びハードウェ アは本出願と共通の譲受人を有する1988.9月22日出願のPCTの国際公 開No、 WO88/′06983号に開示されており、その内容はそれに対す る言及によって明快に組み込すれている。し2かしながら本発明はアクチュエー タ110の緩衝特性を選択的に制御する。4−うになっている他の適当な変化可 能な流体制限バルブ装置とともに使用することが考慮されている。 作動室146の少なくとも一部の流体圧力を変化させる手段を提供するために流 体制御手段を備える。流体制御手段は電子液圧比例7/サーボ流制御バルブ13 ()を有し、バルブ130は作動室146の下方部154に流体的に接続されC いる。一般にサーボバルブ1;30はアクチュエータ110に高圧流体を供給す るかアクチュエータ1]0の流体を貯蔵室140に戻すために空にする。各アク チー、エータ110によって発生ずる実際の力F j + I II j l。 7はアキュムレータ]28内の圧力及びピストン148にわたる圧力降下に依存 する。特にサーボ流制御バルブ130は直動ポンプ138及び作動室146の下 方部154の間の流れを選択的に制御するように作動するようになっている。同 様にサーボ流制御バルブ130は作動室146の下方部154から流体貯蔵室1 40への緩衝流体の流れを制御することができる。好ましくは、以下に説明する アクチュエータコントローラ回路はピストンバルブ156とサーボバルブ130 の選択的な作動を制御する。 図示した第1の実施例によればサーボ流制御バルブの作動中ピストン148にワ タって上方部152の圧力差を維持するためにアキュムレータ128が作動室1 46のL刃部]52に接続されている。ピストン148はサーボ流制御手段13 0と関連する変化可能な流体制御バルブ156を有するから図6の従来の完全に アクティブなサスペンション装置に比較してダイナミックレベリング装置100 はポンプ138をあまり使用せずに作動することができる。これはバルブ156 の流体制限内にあるときに指定された力“U“を発生するために変化可能な流体 制限バルブ156を使用することによって達成され、それによって中央制御装置 136のパワーの要求を最小化する。 図9乃至図13を参照すると、本発明の他の変形例の構造が示されている。一般 に各実施例はサーボ流れ制御バルブ130及びアキュムし・−夕128の間の連 続的に変化可能な流体制限を提供する。特に実施例はシリンダ144内に変化可 能な流体制限バルブ156を使用する場合を示す。明瞭にするために同じ参照符 号を同様の構成要素に使用する。 特に図9を参照するとダイナミックレベリング装flf100 (B)は図8に 示すダイナミック1ノベリング装a100に類似している。しかしながら緩衝流 体はピストンロッド]−48を通って伸びる軸線方向の通路160を介して中央 液圧#置136及び作動室146の下方部156の間を流れることができる。 図10に示すダイナミックレベリング装置100(C)は緩衝流体がピストンロ ッド148を運って伸びる軸線方向の通路162を介して作動室146の上方部 152とアキュムレータ〕28との間を流れることができることを除いて図8の ダイナミックレベリング装@100に類ワしている。流体連路]62は中空のピ ストンロツl”148の上方部から作動室]46の上方部]52まで伸びている 。 好ましくはアキュムレータ128をピストンロッド148の軸線方向の端部に直 接に取り付けるかまたはそれに接近させて取り付ける。 図11に示すダイナミックレベリング装置100(D)はピストン148に関す るピストンロッド150が逆転しており、ピストンロッド150が円筒形のシリ ンダハウジング144の下方部から伸びていることを除いて図8に示すダイナミ ックレベリング装置100に類似している。 図12に示すダイナミックレベリング装置100(E)はアキュムレータ128 が直接に流体連通して液圧アクチュエータ110の軸線方向の上端部上に配置さ れている点を除いて図11に示すダイナミックレベリング装置100(D)に類 似している。この実施例はアクチュエータの一体的な延長部として固定されたア キュムレータを有するアクチュエータの適用を表す。この方法において高圧ライ ンを容易に消去できる。 図13に示すダイナミックレベリング装filoO(E)は図12に示すダイナ ミックレベリング装置100(E)に類似している。しかしながらアキュムレー タ128は円筒形ハウジング144の内側の作動室146の上方部152内に配 置されている。 開示した種々の変更例の実施例は最近の自動車サスペンションの空間及びレイア ウトの要求に対して本発明の柔軟性及び適用性を示す。さらにアキュムレータ1 28を組み立ての理由からアクチュエータ110がら離して配置するが好ましく はアクチュエータ110に接近させて配置することを理解しなければならない。 同様に各サーボバルブ130または適当な供給バルブをそれに対応するアクチュ エータ110にできるだけ近づけて配置することが好ましい。閉鎖ループ中央液 圧装置132はポンプ138、中央アキュムレータ136及び貯蔵室140が各 サーボバルブ130に流体的に接続されていることを示す。 好ましくは本発明のダイナミックレベリング装置のすべては本発明の技術の観点 において実際的であるセンサ構造を有する。さらにセンサ構造は自動車の自動車 本体の上昇、ピッチ及びロール加速並びに各コーナーにおけるホイールと自動車 本体との間の相対変位を直接測定するようになっている。自動車の動的な運動は 7つの自由度モデル(DOF)によって適当に説明するがそのモデルは自動車本 体の上昇、ピッチ及びロール運動及び各4つのホイールにおける垂直運動を画定 する。特に自動車の動的な姿勢をそのモデルに関して変化可能な14の状態で説 明する。極の位置は自動車の性能要求によって与えられる。図14は自動車10 2の動的な姿勢の同定に関する14の状態変数を示す。最初の7つの状態変数は 速度であり、後半の7つの変数は変位を表す。 源 塞位 X1−乏、仁 gの上昇速度 x8=z、c、gの上昇変位X4−左前方サスペ ンション速度 X1l−左府方サスペンション変位X5−右前方サスペンション 速度 X12−右前方ザスペンション変位X6−右後方サスペンション速度 X 13=右後方サスペンション変位X7−左後方サスペンション速度 X14=左 後方サスペンション変位図7を再び参照すると相対位置センサ134が各コーナ ーでの相対変位を測定するためにスプリング無し及びスプリング付の部分の間に 配置されている。自動車の中央の重心近くに配置された3つの軸線方向の加速度 計135が上昇、ピッチ及び加速を直接測定する。しかしながら個々の加速度計 を自動車の各コーナーに配置して使用することが考慮されている。 入力センサに加えて、カドランスデューサ(図示せず)を各アクチュエータによ って発生した実際の出力力“F、。15.、。、”を測定するために各コーナー に配置し、その力はF a t l u m l。、が指定した力“U゛を接近 して追跡するように変化させるためにアクチュエータコントローラにフィードバ ックされる。しかしながら変化可能な緩衝制限にわたるアクチュエータ圧力を測 定するために絶対圧力センサに容易に置き換えることも考慮されている。カドラ ンスデューサまたは圧力センサは好ましくは言及によって組み込まれた前述した PCT出願に開示したようなダンハハルブ156内に配置する。以降詳述するよ うにセンサ134及び135の信号を増幅しマイクロプロセッサのD/A変換器 にフィードバックする。相対変位及び加速のための典型的な非制限サンプリング 時間はほぼ約100から500112の範囲であり、カドランスデューサのザン ブリング時間は約1000から2000 Hzの範囲内にある。 装置制御構造 図15を参照すると、本発明による簡単化した自動車制御装置200が示されて いる。好ましくは制御装置200は自動車の電子制御構成要素124に接続され ている。一般に制御装置200は内方閉鎖ループ202及び外方閉鎖ループ20 4を含み、各々は自動車102を包囲する。外方ループ204を異なる静止付加 状態時に垂直平面に関して自動車の乗車高のみを補償する“負荷レベリング制御 回路と呼ぶ。道路から自動車を隔離する本体プラットホーム安定性における改良 、及び改良した道路保持性提供する“ダイナミックレベリング制御回路として内 方ループを言及する。好ましくは以降詳細に説明する制御装置200を特別な自 動車性能基準を表すフィードバック利得値を有する完全な状態のフィードバック 調整装置として構成する。 4つのコーナーのアクチュエータ110の各々は制御装置200によって指令を 受け、4つの別個のサスペンション力“U”を発生する。好ましくは図16に符 号206として概略的に示すセンサが7つの検出信号を直接に測定する。またセ ンサ206はマイクロプロセッサによって測定信号のサンプリングに必要な相応 する増幅及び濾波を行う。外方ループ204は“道路レベリング外方ループ20 4の時間遅延が自動車102が走行中のときに最大になるから内方ループに影響 しないようになっている。しかしながら自動車102が停止しているときに“道 路レベリング回路によって自動車姿勢高さのためにより速い応答時間が考慮され ている。 図1,6は信号処理器208及び自動車コントローラ210を有する内方ループ 202のブロックダイヤグラムである。信号処理器208は直接に測定されたセ ンサ信号の入力に基づいた残りの状態変数を見積もる。自動車コントローラ21 0は所望のダイナミックな姿勢を計算するために各状態変数用のフィードバック 利得を使用するためにフィードバック利得調整フォーマツ1−を含む。出力Ud 、、。 はアクチュエータ110用の4つの要求された“U”の成分のベクトルである。 軸線加速度計135によって直接測定し、サスペンション変位X1□乃至XI4 を位置センサ134によって直接測定する。これらの7つの実際の測定から信号 プロセッサ208は10の状態変数を計算する。明らかなように、自動車102 の動的な姿勢を7つの自由度(DOF)モデルによって説明するが、状態空間変 数はフィードバック利得を自動車に作用する追加の堅さ及び緩衝として画定する ように選択する。 “ダイナミックレベリング用の微分公式を次の標準形式で表す。・x = A− X + 81・U dyn 十B 2 ’ E(6)ここで、 Xは14の状態 変数のベクトルである。 U d y hは4つの制御力のベクトルである。 Eはm外乱のベクトルである。 Aは14.X14の自動車装置マトリックスである。 B1はフィードバック入力マトリックス14×4である。 B2は外乱マトリックス14×mである。 出力は次のように定義される。 7=C−X (7) ここに: yはn出力のベクトルである。 Cはn×14の出力マトリックスである。 各アクチュエータ用に゛指令された”力は。 Ud、、= G ’ X ここに:U、、、は4つのアクチュエータ力のベクトルである。 Xは14の状態変数のベクトルである。 Gは4×14のフィードバック利得マトリックスである。 U、y、、を公式(6)で(−G−X)によって置き換えることができる。それ 故閉鎖ループ制御装置公式をつぎのように書き換える。 x=(A−B、・G)・X+B、−E (9)閉ループの極はマトリックスA  m t l l□−(八−B1・G)の固有値によって決定する。目的はすべて の極が支持された値を占めるように大きさをフィードバックマトリックスに割り 当てることである。 −0畔−の牲熊旦吟 “ダイナミック1./ベリング装置202のフィーi・バック利得値を自動車1 02に11常に安定したプラットホームすなわち良好な乗車性能をLjえるため に特定する。J好ましくはこねは低速の消極的な支持スプリング及びアクティブ ロール堅さ及び本体緩衝の追加を使用することによって達成される。本体の緩衝 は運動の3つのモード:上昇、ビソヂ及びロールの緩衝である。本体緩衝は道路 の外乱の後に迅速に自動車を安定化する各モー ドにおいて臨界緩衝の一定の割 合に設定される。好ましくは本体緩衝が各モードにおい−ご臨界緩衝の約0.7 1になるように選択する。 種々の道路状態に適合するノτめメこ自動車のホイール緩衝を自動車性能の2一 つの明瞭な場合について選択する。第1の場合はホイールを比較的に柔らかく緩 衝し、第2の場合にはホイールを比較的堅く緩衝する。双方の場合において自動 車本体を同程度に緩衝すべきである。例えば柔らかいホイ・−ル緩衝の場合には 円滑な乗車を目的にしてスプリング無しの本体の臨界緩衝の0−1に設定する。 堅いホイ・−ル緩衝は路面保持性を改良し、相対変位を最小にするために0.  51:設定する。 自動車102は通常の消極的な自動車として行動するように設治されるが性能及 び本体の隔離は改良されている。−組の所定の自動車性能の要求の非制限的な例 として計つの状態に要約する二とができる。 a・直方(消極的な)の自然周波数0. 9Hzb 後方(消極的な)の自然周 波数1 、[) 1(zc:c−gに結合さオ]Cいない上昇及びビッーヂ(1 最大0.8g (rn/s2)でのロール堅さ4Q ・’ ge 前ノ°i対後 プ’j’ O−ル堅さ比 1.5f 柔らかいホイー ルのメ−めに緩衝される スプリング無し1部分 0. 1g 堅い71.イールのため1こ緩衝されるス プIじ・グ無り部−′;IO,5h 本体モー+:rニーおける運動の緩衝 0 .7フイードバツク利得は堅さ反び緩衝に関する自動車性能によって特定才る。 ロール堅さを満足さゼるために及び[−昇及びピ2゜チ運動を分離するためil l’−”7クーテイブな堅さを自動車本体に加える。本体及びホイール緩衝を含 む“アクティブな緩衝を言及し、た臨界緩衝の所定の割合で本体(0,71)及 びホ・イール(01及び0.5)の緩衝の要求を満足さゼるために加える。ホイ ール運動は本体に結合しているから閉鎖ループマトリックスA m e t 1 v eの固有値を計算して正し2い緩衝竜を確認する。 図17を参照すると代表的な利得マトリックス゛G“が4X14のマトリックス として示され、各列は1一つのアクチ。エータの利得値を示している。コラム1 −7はアクティブな゛緩衝”をコラム8−14はアクティブな“堅さ“を表ず、 。 2つの利得マ1−IJックス(G1.、、、及びG、、、、)は所望の性能要求 (a−h)満足させるために展開しまたアクチュエータ110において変化可能 なピストンバルブ156の上方及び下方の制限に対応した利得を有する。 図18は自動車のS平面内の極の位置を示す。実軸は対応する緩衝EW、を表し 、ここにEは相対緩衝であり、Woは緩衝されない自然周波数である。虚軸はW ofI=]P として定義される緩衝自然周波数W1.を表す。0.71の相対 緩衝は負の実軸に対して45°の傾斜を有する直線に沿って極を配置する。0. 1の相対緩衝が84°の傾斜で相対緩衝領 5が60″の傾斜で表されている。 アクディプフィードバック制御装置は0.7のラインに沿って自動車本体の極イ 、0.1及び0.5のラインに沿ってホ・イールの極を配置する。 以降詳述する適応性を有−46方法は道路の状態の変化時に各マトリックスのト ;1得値を連続的に変更する。 皇勲吏州酊直 極はダイナミックし・ヘリング装置用の特性公式の固有値である5、自動車の極 は運動の各(ンードの自然周波数及び緩衝についでの情報を提供する。2閉ルー プ装置の極位置はフィードパ・ツク利得−1・トリックスが満足のゆく結果を発 生Cるかどうかについ′7確認する、特性公式が1j列式を解くことにJ” 、 で導力寸する3、De t (s I−(A−B1.−G)) =(3(10) I4の状態変数をfl“する装置置j、:関し、て公式(l ]、 0 )を満 &する14の固−fjf−がある6、この場合においで装置が緩衝下心;。ある ときに固イ召−は正と負の虚根の対である1、 3つの典型的/よ場合の固有値を「」19に示″1l−3.第1の場合はフィー 1バツク利得G r n L +及びG、1.。に基づいた残、りの2−)の場 合と共に消極的な自動車に基づい−rいる。消極的な自動車はスブIJ :、グ 無し部分に約E−,,,,−0,3を与え、ロールへ−は2一つのノ′りiイブ な場合と同様の1−J−ル堅さを表す。、ホイールの極は堅さによっ−Cではな く緩衝の差異によってアクティブな場合の双15にお旬る始点から同じ手径上に ある1゜ 本発明の完全な状態のフィードバック調整方法(34よく形成さオ]た構造を子 Jし、そわ1.4制御−!iA置:200の理解を容易萎;オる3、利得の変化 は堅さ及び緩衝によ−、−C肴定されるから自動車乗員のスベシャリス1−及び υ制御ユンシニアの間の一1ミ、二゛ケーションが容易になる。 状態変数の計算 ″ダイナミックレベリング″制御ループ202は信号処理回路208及び自動車 −Iントロ、−ラ210に分割される。センサ206からの信号は信号プロセッ サ208で濾波され標本化される。オブザーバ209は状態変数を計算し、自動 車コントローラ210は状態の変化可能なベクトルX、と利得マトリックス“G ”を掛けて“U、、、”出力信号を発生する4゜実際にはセンサーの構成の選択 は各トランスデユーサの費用及び使用する品質によって制限される。目的は比較 的に廉価な最小のトランスデユーサを使用するセンサ構成によっC自動車の運動 のすべての状態変数を説明することである3、すべ′Cの状態変数を直接に測定 しようとする努力は極めて非現実的である。それ故多数の状態変数を計算するた めに検出信号の信号処理が都合がよい。、二のような処理は゛オブザーバ209 によって行われる。好ましいマイクロプロセッサに基づいた制御装a200にお いて信号プロセソナ208は非アリエイジ〉グフィルタ及びノイズフィルタを有 する。非アリエイジングフィルタはA/D信号コンバータに見られる最も高い周 波数入力がサンプリング周波数の少なくとも約ノ、2であることを補償−・する 5、ノ1′ズーノイル′シill望t+、<ない情報を消Jい[2rす「コグま た(4デジタルのいずれかである。 先にjlム\だように、直接的に測オ′シ、た信号は上YイZ、ビー7チd反び ロールΦ本体加速に名ザスペンシ、:、、 =−7−ナーにお1」る相対変位X 11乃−i、 X + 4を加えノーものである、3本体加速の3つr・)(− 川・を重心に配t^゛された;3つの軸線加速射’1.35て同時1:1jlj l定するか変形例としで庫7直方向の加速度を測定4−るために自動車本体の各 :、1−、 、+−,−に配置された4−)の加速度計を設()る、いず11に しても加速度計は非常に低い周波数で加速を測定することができる。 位置セン+j134によって自動車に静止高さを4r口出力とじて定義し5、I ■、縮を正、伸長を負とじて定長する1、自動車の静止高さは低速の1./ベリ ングml ))−o −ルループ204によって維持・4る11位儂セン’J  134の好ましい位置は環境的な観点によればアクチュコーーーータ110の内 側である。自動車の運動を検出することに加えて各アクチュエータによって発生 した力“F l + l u a l 6 L″を測定する必要がある。好まし くはアクヂ、ニータカをアクf−,エータ]1.0の非線形性を補償するために アクヂュエータ制御回路にフィー ドパツクする。 好ましいセンサ形状によってオブザーバ208は】0の状態変数(X +乃至X l。)を計算する。計算方法は信号フィルタリング技術を使用し、その技術は3 つ乃至X7)の誘導。 ■1本体速度及び角速度(X 1. X 2 、 X s )のために本体加速 度(2,4,Φ)4つのサスベンジ」ン速度(I4乃至I7)はヅスペンン1ン 変位(X11乃至X、4)の誘導によって計算される。図20を参照すると、誘 導は比較的に低い周波数で″誘導体“とじて作用するようになっている第1のオ ーダ11イパスフイルタ220によって実行される。フィルタ220はメジャー フェイズディ1ノイを示してはならず少なくとも約25Hzまでの実際の速度の 減衰を生じてはならない1.高周波数における外乱はタイヤ及びサスペンション ブシュによって吸収される。アナログデジタル変換作用は G (s) =−−」−−H(Z) −0,5(よ二「…/へ工(11)(Td  −s+1) (1−0,5z−〇Td=0.004. f=5]、2旧、△T =1/f。 時間定数(T、)は4m5ecに設定する。フィルタ220は401(zの周り で一定の増幅にロールオフ(roll、off)する。パイリニア変換を使用し てデジタルの等個物はマイクロプロセッサによる迅速な計算のために簡単な形態 を有する。デジタルフィルタ220の典型的なサンプリング時間は約512Hz であり、約250Hzでのアンチアリエイジ:/グフィルタ(図示せず)の遮断 周波数を有する。フィルタ220の周波数応答を図21に示す。 明らかなようにフィルタ220は少なくとも約25Hzまでの所望の高いシステ ム周波数レベルまで“理想的な”誘導曲線“W”に接近し2て従う。 図22の典型的な線から分かるように時間応答においてわずか約3m5ecの受 け入れられる時間遅延が所定のサンプリング時間で“理想的な“及び計算された サスペンション速度の間に存在する。 低周波数または安定した状態Jラーのために積分はドリフト(drift)に度 Qを積分するための典型的な非制限積分制御回路を図23に示す。第1の積分を 低周波における定数または高いパス特性を有するフィルタ222によって実行す る。ある所定の設計点についてフィルタ222の周波数応答は゛理想的な”積は 相応する加速度Z、θ、ΦWOそれぞれ積分することによって計算する0、速度 計算は自動車本体慣性緩衝を表すから積分は本体運動に関連する比較的に低い自 然の周波数範囲(05から511z)内で非常に正確でなければならない、。 フィルタ220のアナログデジタル変換作用はT+=2. Of 、=128H z、△T=l/f。 al−1−△T、/T。 フィルタ222はその遮断周波数上の作動範囲内のローパスフィルタて゛ある、 3時間定数は(T、)は約2.0秒に設定され、それによってフィルタ22:し が特定の周波数範囲内て″理想的な”積分器として作用することが可能になる。 加速度形135をその静上オフセットからゼロを出すために入力信号を比較約1 こ、使い時間定数を有するデジタルフィルタ223を介してハ・イバスフルタに 供給する、図24は10秒の時間定数を有するバイパスフルタ223を有する積 分−ノイルタ222の効果を示す。゛理想的な”積分は1/Wの大きさの変換機 能を有し、比較のために含まれる。 の各低周波成分を有する積分計算を補償するために提供される。。この補償は例 えばハ・イウエイ上の車線変更のような外乱、制動または長い波長の振動の低い 周波数でのみ有効である。゛平均的な”サスペンション速度段び角速度を次のよ うな計算されたサスペンション速度に基づいて計算する)を積分するために使用 するローパスフィルタ222と同じ時間定数を有する。 同様に垂直本体(上昇)速度X1及びピッチ速度X2はそれらの対応し、た加速 a号の十分な同一の積分フィルタによって計算する。 0によって実行し、そのフィルタは積分され計算されたロール角度速度(頌)と ローパスフィルタを通りそれに加えられた平均のガスペンションロール角度(Φ 15.。)によって前に述べた第1の積分手順とほぼ同一の手順を実行する。サ スペンション変位(X+□乃至X14)を直接に測定するから、 “平均的な” サスペンション変位(Z、、、、)及び角度(0,u、p、Q、、、D)を次の ように表現する好ましくは」ニガ及びピッチの積分フィルタ230の時間定数( T3)は約10秒、ロール用には約0.25秒である33時間定数は基準面がど れだけ早く運動の各モー トで道路に追随するかを計算する。ロール角度の決定 のために短い時間より早く収斂しなげねばならないという事実に関する。 “自動車コントローラ” 210に関連した完全な状態のフィードバック調整構 造は信号処理器208によって引き出された積算状態変数を自動車:1ントロー ラによってフィードバックすることによって得られる。オブザーバ209のダ・ イナミック特性はフィードバック利得によって特定された自動車のダイナミック 特性に作用すべきでない。これは″ダイ+ミックLノベリングループ202用の 2つの制御回路が分割可能であるので分析を簡単にする。 オブザーバ209の極は誘導及び積分フィルタ用の時間定数によって与えられる 。オブザーバ極の決定は測定エラーと最初のエラーからの迅速な回復の必要性と の間の妥協である。積分フィルタ222及び230が十分に“理想的な“積分に 対応することを補償するために極は始点に接近させて配置すべきであるが、初期 のエラーから迅速に回復するために負の実軸に沿って配置すべきである。さらに エラーを測定する感度の観点から誘導フィルタ220を負の実軸からできるだけ 離して配置すべきである。 自動車力学上のオブザーバ209の衝撃の分析はオブザーバ209によって計算 された10の状態変数X1乃至X1oで自動車を説明するA−マトリ・ノクスを 拡張することによって行われる。7フイードバツク利得マトリツクスを計算した 状態変数にわたって“移行゛し、各状態変数の利得をゼロに設定する。閉ループ A−マトリックス用のフィードバックマトリックスG、。I+(図19)と閉ル ープ拡張した”A−マトリックスとで割算した固有値を次のテーブルに示す。 ホイノ1−7. 75 +73. 7i 1−7. 71 ±73.9i −2 50オブザーバの10の極は実軸極であり、関連する運動モードに並んでいる。 自動車極の比較は第2の積分フィルタの極が−4に配置されていることがらロ  ル運動において5%の最大の差異を示す。これは平均のサスペンションロール角 度に向けてのより迅速なロール角度の回復によるものである、オブザーバ209 は妥当な価格帯内で商業的に利用できるトラ〉スデュー・すを有するセンナ装置 からの入力に基づいている。変形例としてピッチ及びロールを直接に測定するた めに重心に配置じたジャイロスコープが垂直方向の」1昇測定のために1つの加 速度計の必要性を最小にする。 洒宅性刊御 本発明によれば“ダイナミツフレヘリング“制御ループ202を調整するために ゛適応性”回路が備えられている。゛適応性”制御は制御ループ2()2の自動 的な自己調整プロセスであり、ループは使用するセンサと独立している。特に図 25を参照すると、追加の自己調整ループ240が制御装置200に加えられて いる。一般に“適応性”制御ループ240は道路保持圧及び快適性の間の妥協を 克服するために使用する。端的に言えばフィードバックマトリックスの利得は連 続的に再計算されて“最適な”姿勢を維持する。 これまでいくつかの設計技術は適応性装置が位相及び/または増幅マージン、極 配屓制御またはLOG制御に基づいたサスペンション装置に対して使用されて1 、zた。各々が共通に有するのは自動車コントローラ回路のパラメータが追加の 外方ループによって調整され、そのループは動的な運動を説明するための周期的 なパラメータ見積器及び新しい調整利得を計算するための計算器からなる。 本発明による制御装置240は道路状態の広い範囲にわたって良好な道路保持性 を維持するために提供される。ホイール緩衝の周波数依存性はアクティブサスペ ンション制御構造200のフィードバック調整に含まれ、適応性装置240はそ の実行が便利なように構造が簡単である。 特に“ダイナミックレベリング制御ループ202の適応性装置240は従来の適 応性装置に比較して逆転した特性を有する。本発明によれば外乱(道路)が同定 され、その後自動車の動きを外部状況の変化に“適応”するように変形する。 知られているように柔らかい緩衝は良好な道路絶縁を発生するがホイールの自然 周波数で比較的に低い道路保持性を有する。適応性装置240はフィードバック 利得マトリックスの周波数依存性を使用して道路保持性を改良する。それ故本発 明の適応性装置は“堅い“サスペンションによる良好な道路保持性と“柔らかい 一サスペンションによる良好な快適性を組み合わせる。要するに適応性装置24 0はサスペンション緩衝特性だけを増加または減少するために各コーナーの利得 を調整する。 適応性ループ240は゛外乱確認部” 242及び“利得チューナー”に分割さ れる。外乱確認部242は各コーナー用の利得重み係数(α)を計算し、利得重 み(α)は計算したサスペンション速度X4乃至X7の周波数及び振幅に基づい ている。明らかなようにサスペンション速度出力を発生するセンサ構成または引 き出される信号はこの適用性の概念に容易に適用されるようになっている。利得 チューナー244は2つのフィードバックマトリックスG、。、及びGl5.7 を有し、そのマ]・リックスから重みづけされたリニアコンビネーション′G” を引き出し、自動車コントローラ210に送る。 適用性ループ240は4つの利得重み付は係数(α11.α71.α11、α1 .)を連続的に計算し、各々は所定の時間で対応するコーナーアクチュエーター に必要な利得調整を表す。重み付は係数(α)の大きさは測定され範囲(0−1 )内に飽和される。(α)は自動車本体の自然周波数の周りの周波数においてセ ロに近く、ホイールの自然周波数の周りで1に近い。 利得チューナ244内の2つの明瞭な利得マトリックスG N O+ 1及びG 11llllは一般公式から導かれる。 g−(1−α)g、。++ + a g++1.、(15)(α)が1つの大き さを有するときに結果として得られる利得“G”はGLl+aに等しく、(α) がゼロの時に“G“はG a OI 1に等しい。堅い利得(図17のコラム8 −14)は2つのはマトリックスと同様であり、それ故それらは(α)の大きさ と独立して変化しないまま残る。本体(アクティブな慣性緩衝+ホイールサスペ ンション緩衝)の“効果的な“緩衝は同様に慣性緩衝及び(α)の値によって変 化するサスペンション緩衝の間の分配のみによってG * a L +及びG  1 l 1 Mの双方のマトリックスにおいて一定に維持される。 図26は自動車極配置上の適用性装置の効果を示す。自動車本体の極は一定に維 持されスプリング無しの部分(ホイール)の極はE=0.1及びE=0.5のラ インの間の弧に沿って移動する。 緩衝下のバイパスフィルタ250を通すことによって発生ずる。フィルタ250 は本体周波数並びに狭い共振ピークの周りの良好なサスペンション運動の減衰を 発生する相対緩衝を備えた2次のオーダである。自動車のホイールの共振周波数 は自動車自身により造られさらに自動車の前方と後方とにおいては異なる。バイ パスフィルタ250は各自動車の適用において特別に調整しなければならない。 好ましくはフィルタ250は約125Hzに設定されたサンプリング速度を有す る周期的なデジタルフィルタである。それ故、1/8ミリ秒毎に(a)値を更新 する。利得チューナ244に関連した利得が小さい増加をもってのみ調整されて 比較的に円滑な移行を行うように高いサンプリング速度が必要である。 3つの追加の信号処理ブロックがバイパスフィルタ250の後段に備えられてい る。整流ブロック252はその絶対値を取ることによって濾波信号を整流する。 次ぎのブロックは2次の“実極”のローパスフィルタ254である。最終ブロッ ク256はその出力を1に最大化するために信号を飽和する。図28は左前方す を示すが、同様の手順が自動車の他のコーナーに加えられる。(α)の大きさは 通常正であり、整流信号の移動平均として見なされる。 障害を通る自動車102のシミュレーションは(α)値の機能のよい説明になる 。図28乃至図30は典型的な状況を示し、フィルタ250は9Hzの入力周波 数及び0.4の振幅を有する。入力は高さが0.05メートル、長さが2メート ルの障害物である。自動車は40km/hで運転され、ホイールが0.18秒で 障害物を通過する(図28参照)。サスペンションの所望の性能はホイールが柔 らかいサスペンションで障害物を吸収し、次ぎにホイールがはずんでタイヤが地 面との接触を失わないようにホイールの緩衝を次第に増加するようにすることで ある。図28乃至図30の3つのダイヤグラムは道路の輪郭対時間、サスペンシ ョン速度及び利得重み係数(α)をそれぞれ示している。サスペンション速度( 図29)は外乱確認部242への入力であり、(α)は出力である。 ”アクヂ。エータコントローラ 本発明の1クチユエータ制御法及び/\−トウエア構成は低パワーアクティブサ スベニ/ジョン装置100の改良された特性の基礎である。アクチュエータ11 .0及びその制御法の主原則はパワーの要求をパワーの”消散”及び°追加”に 分割することである。パワーの″消散“はアクチュエータ]10内の無限に変化 可能なダンパバルブ156によって制御される。パワーの″追加”は外部のサー ボバルブ130の選択的な励起によって制御される。サーボバルブ130の断続 的な閉鎖及び開口の結果アクチュエータ110からのエネルギーを加え、または 減算する。 図31を参照すると、アクチュエータ110は“スレーブであり、それはダイナ ミック1ノベリングカU、、、及び負荷レヘリングカU。の加算から力“U”を 生じるように指令される。アクチュエータ110をアクチュエータコントローラ 300及びその駆動回路ハードウェア302を有する構成で概略的に示す。好ま しくはアクチュエータ100をスプリング付き及びスプリング無しの部分の間に 物理的に取り付け、螺旋スプリングのような消極的な指示部材の適用なしにまた はそれとともにスプリング付きの部分を指示することができる。さっらに好まし くは消極的なコイルスプリングは自動車本体を指示する助けとなる。 図8に示すようにハイドロニューマチックアクチュエータ110はアキュムI/ −夕128と連通している。ピストン148を通る所定の流れのためにダンパバ ルブ156を通る流れ制限を上限及び下限内で力を発生するように設定する。所 望の力がダンパバルブ156の外側の場合にはサーボバルブ130を作動させる 。 サーボバルブ130はアクチュエータに高圧流体を供給するかアクチュエータ1 10の流体を空にして貯蔵室140に戻す。 アクチュエータ110によって発生した力はアキュムレータとピストンの合計ト °。l+1nn−ピストニアからの作動ノJO・=ダンパバルブの特性 Ce6.=ダンパバルブの命令設定 Qg l I l。、−ダンパバルブを通る液圧流Q、e、−サスペンション速 度の液圧流Q、、、、=サーボバルブからの液圧流Q、。、=必要流 F、eゎ=アキュムレータ圧力からのアクチュエータカP、ce=アクチュエー タ圧力 V、ce−アクチュエータ内のガス容積アキュムレータ圧力P、、cはアキュム レータ128内のガス圧の迅速な変化の間にその処理を次の公式を有する断熱曲 線として説明する。 P、e、V、、、’=k o n s tここにに=1.4 (16)アキュム レータ128内のガス容積のゆっくりした変化の間に熱を周囲に伝達し、処理を 次の公式によって調整する。 P、erV、c、/T=kons t、 (17)ピストン力F D l l  I。。はピストン148にわたる圧力降下によって発生し、その圧力降下はバル ブ156によって発生する流体制限によって生じる。流体制限は一般に力と流体 との間の直線的な関係であり特性゛C”として示される。ダンパバルブ156の 調整は上限及び下限CIl+m及びCh o I 1の間の“C”の増加または 減少を発生する。 それ故 F 、l+1゜。−C−Q、、、、。、 (18)相対流Q、。、はア クチュエータシリ:ノダ144とピストン148との間の相対運動に関する液圧 流体の容積/2次流として定義する。ピストン148を通る流体はサスペンショ ンQ、e、の相対速度とサーボバルブQ、、、、からの流れによって生じる流れ の合計である。 (Ll、、6.=Q、el+Q、e、、 (19)それ故サーボバルブ130へ またはそれからの流体を選択的に制御することによってサスペンション運動に無 関係にピストン流速 pin+。、が発生するようにビス)・ン148にわたる 流れを制御する。 ピストン148内に配置された無限に変化可能なダンパバルブ156をその上限 及び下限CIl+++及びCtoll内で連続的に制御する。アクチー1エータ コントローラ300からの制御信号Cco、、はバルブ156をいずれかの特性 に調節するためにアクチュエータの駆動回路302を励磁する。“柔らかい”特 性は起動していない駆動回路によってバルブ156によって実行される。“堅い ”特性はその駆動回路からの最大出力によって実行する。パワーを削減し、サー ボバルブ130(適応性ループ240の利得チューナ244からのG h o  I +及びG、、から適当に引き出された)“G”マトリックス内の利得値はダ ンパバルブ156の制限内になければならない。 アクチュエータ100は消極的なばね定数に、、1を有し、ばね定数は作動室1 46内のピストンロフト150によって置換された流体の容積によって調整され る。圧縮中ロフト150は入り子弐にハウジング144内に移動し、追加された 容積がアキュムレータガス容積を圧縮し、アキ、ムレータの圧力を増加させる。 それ故アクヂュエータのばね定数K a e lはアキュムレータ128内の圧 力及び寸法及びピストンロッド150の面積に依存する。ばね速度は特定の負荷 状態l:おいてリニアに近似する。 アクチュエータスプリング定数に、、、はダンパバルブ156またはサーボバル ブ】30の作動なしにヅスペンションの変位に比例した力を発生ずる。この力は アクチュエータ110内のカドランスデューサまたは圧力センサによって測定さ れるからそれは制御装置を必要とする。利得マトリックスG + n + +及 びG II T@は自動車のそのコーナーのアクチ。エータばね定数に1.1に 相応した各サスペンション変位の利得値を含む。 アクチュエータコントローラ300はサーボバルブ130及びダンパバルブ15 6の設定を同時に制御することによって必要な力“U“を追跡するようになって いる。したがって必要なときにパワーの追加及び放出を行うためにサーボバルブ 130をパワーの要求を“消散”するためにダンパバルブ156を使用するだけ でパワーを節減する。 要求される力″U”はアキュムレータ力F、、、及び力F pli+a+によっ て発生される。要求される力”U”とアキ、ムレ−タカF13、の間の差異がサ ーボバルブ1、30 反びダンパバルブ156によって発生されるピストン力を 形成する。それ故 F、、、、、、−U−F、ce (20)ピストン力はピストンバルブ156を 通る流れ及びその対応する緩衝特性°C”によって発生ずる U−F、e、=C−(Q、、、+Q、、、、) (21)アクチーエータコント ローラ300の作動原理はサスペンションに対するパワーを消散するか追加する ことである。使用するエネルギーは自動車の垂直運動の動的なエネルギーからか または中央圧力フ原から引き出される。アクチュエータコントローラの作動原理 は図32の四分円の対応する4つの場合に分割される。 ■、サスペンションが圧縮されている状態 自動車の垂直方向の運動の動的なエ ネルギーは減衰され、熱に変換される。(パワーの消散)ff、4jスペンシヨ ンが伸長している状態 中央圧力源132からのエネルギーがサスペンションに 加えられる(流体はサーボバルブ130を通って流れる)エネルギーは動的エネ ルギーに変換され、アキュムレータ128内にポテンシャルエネルギーとして蓄 積される。 ■、サスペンションが伸長している状態 自動車の垂直方向の運動の動的なエネ ルギーは減衰され、熱に変換される。(パワーの消散)■、アギュムレータ12 8内に蓄積されたポテンシャルエネルギーが解放された状態(液圧流体がアクチ ュエー・夕110を出て貯蔵室134に戻る)。ポテンシャル−ネルギーが動的 なエネルギー及び熱に変換される。 上述したように説明した4つのケースの各々は図32の1つの四分円を表す。 y軸はアキュムレータ力の大きさでその始点を有する所望の力“U”を表ず。 y軸1づ相対流Q11.を表す。アギ、ムレータの力F61.はダンパバルブ1 56の作動範囲が連続的に上方及び下方に移動しないから一定ではないことに留 意すべきである。 上に示したケース■及び■は力の“消散“を示す1.このようにサーボバルブ1 30からの流れは必要でなく、ピストンを辿る流れ、Q 6 l + 1゜。は 相対的なサスペンション速度Q10.によって発生する流れと同様である。追加 のアキュムレータ力を供給することを除いてアキュムレータ110は上方及び下 方の制限C1゜1、及ヒc+1+sの間の無限に変化可能な緩衝を有するセミア クティブなアクチュエータとして作用する。 点1(図32)は四分円Iに位置rる要求される力“U”の1例である5、相対 流Q、□は正であり、そわによってアクチュエータ100は圧縮されている。ダ ンパバルブ156はピストン力F pl+1゜、をアキエム1ノータカF1e。 の水準から必要な水準にまで増加させることができる。相対運動が必要な力と同 じ極性を有するから必要な力“U”は運動に抵抗を加えることによって達成され る。それ故ダンパバルブ156の調整は線゛C”沿って示される5つケース■及 び■においてダンパバルブ156の調整は寸分でなく、ダンパバルブ156を通 る外方流を必要とする。サーボバルブ130からの流れの効果を図33に示す。 サーボバルブ130からアクチュエータ110の流れは“正”として定義されダ ンパバルブ156の作動範囲をy軸(Q、。、)に沿って左に移動するように作 用する。同様にアクチュエータ110の“負−の流れは作動範囲を右に移動させ る。ダンパバルブの作動範囲の移行はダンパバルブ156の」二限及び下限を使 用して所望の力“U”を発生することを可能にする。ダンパバルブ156を“堅 く′設定することによって所望の力は最も低速のピストン流速でしたがってサー ボバルブ130からの最も低い流速で達成される。 ポイント″2″ (図32及び図33)はケースHの例を示し、その場合必要な 力“U”は正であり、相対運動は負でありすなわちアクチュエータが伸長してい る。伸長の間にピストン148の下の作動室146内の容積は速度Q1.1で増 加する。通常の消極的なショックアブソーバにおいては発生した力が四分円■内 にあるようにピストン上のL刃室から下方室に導かれる。し7かしながら伸長中 正の力を作るためにピストンバルブ156を通る流体を反対方向に流さなければ ならない。それ故、づ・−ポバルブ];30からアクチュエータ110への流体 は相対流Q11.より大きくなけわばならない。 込要な力“U”が四分円■及び■内にあるがダンパバルブ156の制隔外のある ときにおいてづ−ボバルブ130からの外方流が要求を満足するために套装にな る。 アクチュエータコンi・ローラ装置 アクチュエータコントローラ装fi1300(図31)はサーボバルブQ、c、 、に必要な流れ及びダンパバルブC2゜、のための必要なダンパバルブ設定を計 算することによって得られる原則にしたがって作動するように設計されている。 図34に詳細に示すようにアクチュエータコントローラ回路300は入力として 要求力“U″及び測定力F92、。、1゜、を有する。サーボバルブ]30の制 御は力要求にしたがって調整された利得を有する開放ループである。ダンパバル ブ156の制御はフィードバンクとしてアクチュエータカF sct+、a+o +を有するPIコントローラである。 アクチュエータコントローラ300に入力される他の変数はアキ、ムレ−タカF 。、。及び相対流Q、61である。両変数は直接に測定されないので、それらを 計算しなければならない。アキュムレータ力F、ceの計算はアクチュエータカ Fac、ua、。、のローパスフィルタリング及びアキュムレータ容積の変化を 計算することによって行われる。相対流Q、e、はピストン148の面積に計算 したサスペンショで計算する。 アクチュエータコントローラサイクル時間は“ダイナミックレベリングループ2 02より4倍早い値に設定する。各サイクル中必要な力“U゛に追随するために 流れ及びダンパ設定のために新しい命令信号Q。。。及びco。。を計算する。 命令信号を発生するために、アクチュエータコントローラ装置を3つの段階に分 割する A パワーの確認部。 B サーボバルブ]−30の制御、及びCダンパバルブ156の制御。 サーボバルブ130の作動は相対流Q2゜]に関する要求力“U”の“位置”に 依存する。位置は所望のビスi・ンカ(U−F、、、)及び相対流Q、。1との 間の比として計算された商C′によって同定される。 その場合に c’ −(u−F、cc)/Q、、、 (22)図35を参照すると、商C′の 符号及び大きさはサーボバルブ130からの要求力を計算する利得“h”として 使用するアクティブ緩衝特性を示す。しかしながら利得“h“はダンパバルブ1 56の上限及び下限内になければならない。 商C′が負(C” <0)ならば、必要なピストン力は四分円■または■内に配 lされ、サーボバルブ130からの外方流が必要になる(アクチュエータ110 の内外)。特にアクチュエータが伸長しているときに流体を作動室146の下方 部に加え、アクチュエータ]10が圧縮されているときは流体をサーボバルブ1 30を通して下方部分から排出する。それ故、最小の流れを追加することによっ て必要な力を達成するためにダンパバルブ156は“堅く”サーボバルブ130 の利得“h″はC1l+1に設定しなければならない。 商C′がCIl+sより大きいならば(C’ >CI+、、) 、必要なピスト ン力は四分円■または■にある。しかしながらダンパバルブ156の“堅い゛特 性は十分に堅くなく所望の力はサーボバルブ]30を通る外方流を介してピスト ンバルブ156を通る流れを積極的に“増加”することによってのみ達成される 。アクチュエータ110が伸長状態にあるときに流体を“増加”するためにサー ボバルブ130を介して流体を下方部154から貯蔵室140に排出する。圧縮 ストロークの間に流体を“増加“させるためにサーボバルブ130を介して流体 を液圧装置132から作動室146の下方部154に加える。それ故、サーボバ ルブ130の利得“h゛はC11+ffiに設定される。 商C′がCIITIIより小さいならば(C’ <Cm□)、必要なピストン力 は四分円■または■にある。しかしながらダンパバルブ156の“柔らかい”特 性は十分に柔らかくなく所望の力はバルブ156を通るピストン流を積極的に″ 減少”することによってのみ達成される。特にアクチュエータ110が伸長状態 にあるときにバルブ156にわたる°減少した“流れは作動室の下方部154に 流体を加えることによって発生する。さらにアクチュエータ110が圧縮状態に あるときに下方部分]54から流体を排出して貯蔵クンク140に戻ずことによ つで”減少した一流れが発生する。それ故す−ボバルグ130への利得“h“は C1゜1.に設定される。 商C′がダンパバルブ156それ自身の制限範囲にある場合にはダンパバルブ1 56を選択的に調整し、利得“h”をC′に設定するだけで所望のピストン力が 発生する。 好ましくはサーボバルブ130は開放制御ループを有し、それは利得“h“、相 対流Q、81及び必要なピストンカ(U−F、、。)に基づいた直接の計算を使 用する。ダンパバルブ156の理想的な緩衝特性としての利得“h”に関して必 要なピストン流Q、、、、、0.= (U−F、ee) /h、 (23)ピス トン流QD1mlon及びQ、、1との間の差異はサーボバルブ130からの必 要な流れであり、それは Q、、、、−(U−F、e、)/h、−Q、、、 (24)所望の力“U”がダ ンパバルブ156の制限内にあるならば利得“h”に商C′の値が割り当てられ る。それ故、公式(22)の右側を公式(23)の利得“l〕”に置換すること によってサーボバルブからの必要な流れがゼロになる。 図36はこれまで詳述した公式を使用してサーボバルブ130を制御するアクチ ュエータコントローラ回路300の一部が示されている。図37は相対流に対し て描かれた所望のピストン力を示すグラフであり、そのグラフはダンパバルブ1 5Gの作動領域の各四分円を辿って時計方向に走る楕円曲線を形成する。サーボ バルブ]30の制御法は次のL−ド状態を生じる。 a−1) アクチュエ−9110が変化可能なダンパとし、・て作動している3 b −−c サーボバルブ130を通−2でアクチュエータ]]0の1奇、出。 c−d:fり升ユエータ110が変化Li]′能なダンパとして作動している。 d−a サーボバルブ130からアクチー5−エータ1]0への流入。 ザ1′タル全体a−aの間のシーホバルブ130の作動“1j−ティ“サイクル の例を図:3ε(に示す5、時間間隔d−aは完全へ °デ1.−戸イ゛サイク ルtl−ilの約20”6のみてあり、アクー′f−1工〜夕]−1,0への追 加のため(ご中央圧ニイ力原1:32かり丁A・ルギーを伝達する時間のみであ ることを示す4、田・−ポ・くルブ130の動きは必要流(点線)及び実際流、 の間の時間遅延を作る1゜“理想的な′状態のもとにおいl→J−ボバルブ13 0の制uIliこおいて使用4゛る利得゛11“は必要なダンパ設定とし−C使 用する。しかしながら非線形性、時間遅延、計算ミスは閉制御ループでダンパバ ルブ156を制御することを好ましくし、そのループは実際のアクチュエータカ F、ccをフィートバックする。 図39のブロックダイヤグラムはダンパバルブ用のアクチュエータコントローラ 300に関する制御装置を示す。必要な力“U“とアクチュエータカF、、、、 、、。 15+との間のエラー“e”はブロック320のピストン流(DIR=1または −1)の方向を計算するために修正される。第2のブロック322はPIコント ローラであり、第3のブロック324は必要な信号C、、をダンパバルブ156 の制限内に飽和させる。 ピストンバルブ156を通る流れは双方向であるからピストン流の符号に対する “e”の補正は必要である。ダンパ特性内の増加的な変化は正のピストン流(ピ ストン148の下の下方室154からピストン上の上方室への流れ)からの力の 漸増的な増加を招く。しかしながら流れが負のときは増大する変化は力の減少で ある。 PIコントローラ324はできるだけ早い応答のために調整される。ピストン流 Ql、lal。。はダンパの設定及びピストン力の間の別の利得としてコントロ ールループとして作用する。閉制御ループの周波数応答は現在のピストン流によ る。 周波数が増加すると、本体の動きが減少し、サスペンション運動は主にホイール から引き出される。約6MHz以上の道路外乱周波数では必要な力″υ′はダン パバルブ1156のり〜ヂ内の約95%である。これらの高周波数では力の要求 は相対流に比例するようになり、(図40参照)すなわちダンパ設定は一定(− 近づき、サーボバルブ130からの流れを必要としない、、ベツーニグj−費 アクチュエータ100のパワー消費は′ビーク”パワー消費ノドび゛甲均の゛パ ワー消費、として測定さ第1る1、アクチー、−て−夕]10のパワー消費は7 りf−1−T”’−夕の力をサスペンションの相対速変(こ掛は合わせることに よって1狐する5、P、e、、、、、、=F、、l−V、、、、 (25)本発 明のダイナミ、り1.ベリング装置のパワー消費の関心は中央液II装装賓:3 6から供給さオ]各γりJ−ヨエータによって消費される液圧パワー消費であ乙 。、:れは必要な力“U”が四分円■(図37及び図40)にあるときに追加の 流体をアクチュエータ110に供給したときにのみ起こる。“装置”のパワー消 費は次のように定義する。 P、y、、、=p、y、、、−−Q、e、、(Q、、、、>0)装置圧力p□+ 1+++yは中央圧力源132によって維持される圧力である。パワー消費を最 小にするために最も極端な状態によっておいてアクチュエータ110を指示する ためにできるだけ小さく装置圧力を設計しなければならない。 本発明は従来のアクティブなサスペンション装置に比較して車高の変化を動的に 調整するために必要なピーク流及びビークパワー要求においてかなりの減少を生 じる。制限流は自動車の姿勢変化に応答して流れ制御手段を補助する。この補助 によって装置の流れ及びパワー要求の減少を推進し、改良された反応特性を発生 する。さらに各サスペンションコーナーで独立したアクチュエータ110を使用 することによって自動車本体の垂直及び側方の両運動に応答する改良された全体 の自動車姿勢制御を提供する。 ここに示した好ましい実施例は上記した目的を満たすようによ(計算されている のは明らかであるが本発明の範囲を離れることな(変更、変形及び変化を行い得 ることを理解すべきである。 ニ :、±4゜ F I C1,15 LJdyn= Gx k−n丁 −一一繁さF i g、 18 Fig、20 C乃 範 く ::、 、−、−、−、−、−y ヘ ト〜oト?tprn 二 1 寸ト−−−−−1 t、 3 ++ ++ ++ ++ ++ +l+ 才” □ ト too■寸寸n01 ・・0 53 ・・寸トトト(n 11 ササ−n rn n rn リ !1lIII+ ” ミl”FiI弓φ→ 1゜ [rod/sl F i g、 22 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0. 4哨 閘 Ftg、25 0 0j O,20,30,40,50,60,70,80,9+Sec。 F i g、 30 F i CJ、 31 F i g、 32 F + C1,34 F i g、 36 ガーホへルフn判町(へ(s tj薄し1テ亥哲を1百)Fig、37 F I C1,39 (u−Faec)[Nコ −2−t5 −1−0.500.5 + 1.5 2A瓜九ミl−υグリー乞勾 引硫Uψ溝望低いパワーの完全にアクティブなサスペンション装置(1,00) を使用して自動車(102)の姿勢のダイナミックレベリング用方法及び装置。 装置(100)は自動車(102)の本体(103)及び前方及び後方サスペン ション(11,4゜104)を接!し、ピストン及びロッドアセンブリ(148 )が可動に配置された作動室(1,46)を形成する圧力シリンダ(144)を 有する液圧ダンパ(110)を含む。さらに装置(100)は作動室からの緩衝 流体を中央圧力源(132)に加えるかまたは排出するためにピストン(148 )の一方の側の作動室に流体的に連通した流れ制御装置(130)と、ピストン (148)の反対側の作動室(146)に流体的に連通したアキュムレータ(1 ,28)とを有する。装置(100)は作動室(146)の流体の流れを選択的 に制御するための流わ制限バルブ(156)を有する。流れ制限バルブ(156 )は流れ制御波@(130)とアキュムレータ(128)との間に配!8れてい る。低いパワーの完全にアクティブなサスペンション装fi(100)は中央圧 力源(132)のデ1.−ティサイクル及びパワー要求を制限するために流れ制 限バルブ(1,56)は流れ制御装置(130)の選択的な作動を介して所望の サスペンション力を生成するようになっている。 国際調査報告

Claims (76)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.自動車の各コーナーに配置されかつ自動車の本体及びサスペンションとの間 の作動可能に接続された液圧ダンパであって、中に緩衝流体を収容するために作 動可能な作動室を形成し、1方のサスペンション及び自動車本体に接続された圧 力シリンダ、前記圧力シリンダ内に同軸に並進運動可能に配置されたピストン及 びロッドアセンブリであって、ピストンの両側に作動室の第1の部分及び第2の 部分を形成し、前記ロッドがピストンの反対の端部で他方のサスペンション及び 自動車の本体部分に固定されているピストン及びロッドアセンブリを有する液圧 ダンパと; 前記作動室の第1の部分及び第2の部分の間の緩衝流体の流れを変化させる変化 可能な流れ制限手段と; サスペンション及び自動車の本体の動的な運動を検出し、それに応答して出力信 号を発生するセンサ手段と; 各アクチュエータに対して外部の高圧緩衝流体源を供給する流体供給手段と;前 記アクチュエータ及び前記流体供給手段の間の緩衝流体の流れを制御するための 各アクチュエータに関連し、前記作動室の第1及び第2の部分の一方と流体的に 連通している流れ制御手段と; 前記各アクチュエータに関連し、前記作動室の第1及び第2の部分の他方に流体 連通しているアキュムレータと; 各アクチュエータのための必要な力出力信号“U”を計算するために前記センサ 手段から出力信号を受け、前記必要な力を発生するために前記変化可能な流れ制 限手段の少なくとも一方を選択的に作動するようになっている制御手段とを有す る自動車用の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  2. 2.前記制御装置は前記流体制限の作動を介して自動車サスペンションの動的な 運動を消極的に制御し、最小及び最大の流れ制限の間を通る流れを選択的に変化 させ、前記流れ制限手段及び前記流れ制御手段を同時に作動させて自動車の動的 な運動をアクティブに制御し、前記アクチュエータの前記作動室に高圧流体を加 えるかまたは前記作動室から貯蔵室へ流体を排出するようになっている中央制御 装置を有する請求項1に記載の自動車用の低パワーの完全にアクティブなサスペ ンション装置。
  3. 3.前記中央制御装置は出力信号Udynを発生する閉ループダイナミックレベ リングコントローラ回路と、出力信号Uoを発生する閉ループ負荷レベリングコ ントローラ回路とを有する完全状態フィードバック制御装置であり、各アクチュ エータの必要な力信号“U”を公式“U”=Udyn+Uoで決定する請求項2 に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  4. 4.前記負荷レベリングコントローラ回路は変化可能な負荷状態において所定の 静止車高を維持するようになっている請求項3に記載の低パワーの完全にアクテ ィイブなサスペンション装置。
  5. 5.前記ダイナミックレベリングコントローラ回路は前記センサ手段からの出力 信号を処理し、自動車サスペンション及び本体の速度及び変位を表す状態変化可 能なベクトルXnを表す信号処理手段と、所定の自動車の動的な性能の要求に基 づいた堅さ及び緩衝特性を画定するフィードバック利得マトリックスGnを有し 、前記自動車コントローラ手段はつぎの公式:Udyn=−Gn(Xn)にした がって“U”を計算するために前記信号処理手段からの出力を受けるようになっ ている請求項3に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  6. 6.前記利得マトリックスGnのフィードバック利得を極配置設計方法によって 決定し、極配置を所定の自動車性能要求によって定め、フィードバック利得は自 動車本体上に作用する堅さ及び緩衝特性を表すようになっている請求項5に記載 の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  7. 7.前記センサ手段はサスペンション及び本体の間の自動車の各コーナーに配置 されかつサスペンションの相対変位を測定する相対位置センサと、自動車本体の 上昇、ピッチ及びロール加速を測定する加速度計手段とを有する請求項6に記載 の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  8. 8.前記状態変化可能なベクトルXnは自動車の4つのコーナーの動的な運動を 画定するための14の状態変数,すなわち:x1=z、c.gの上昇速度x8= z、c.gの上昇変位x2=θ.ピッチ角度速度x9=θ,ピッチ角度x3=Φ ,ロール角度速度 x4=左前方サスペンション速度 x5=右前方サスペンション速度 x6=右後方サスペンション速度 x7=左後方サスペンション速度 x10=Φ,ロール角度 x11=左前方サスペンション変位 x12=右前方サスペンション変位 x13=右後方サスペンション変位 x14=左後方サスペンション変位 を有する請求項7に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置 。
  9. 9.前記信号処理手段は前記位置センサ及び前記加速度手段からの状態変数X1 からX10を計算するための手段を有する請求項8に記載の低パワーの完全にア クティイブなサスペンション装置。
  10. 10.前記計算手段はサスペンション速度X4乃至X7を計算する位置センサに よって測定されたサスペンション変位X11乃至X14を誘導するための誘導フ ィルタ手段を有し、前記誘導フィルタ手段は比較的に低周波数での誘導体として 作用するようになっている請求項9に記載の低パワーの完全にアクティイブなサ スペンション装置。
  11. 11.前記計算手段は前記加速度計手段によって検出された上昇、ピッチ及びロ ール加速を積分して本体速度X1乃至X3を測定する第1の積分フィルタ手段を 有する請求項9に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  12. 12.前記第1の積分フィルタ手段からの出力は低い周波数の平均のサスペンシ ョン速度信号を濾波するために第1のローパスフィルタ手段の出力に加えられる 請求項11に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  13. 13.本体変位状態変数X8乃至X10は計算された本体速度X1乃至X3を積 分するために第2の積分フィルタ手段を使用して計算する請求項12に記載の低 パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  14. 14.前記第2の誘導フィルタ手段からの出力は低い周波数の平均サスペンショ ン変位信号を濾波するために設けられた第2のローパスフィルタ手段の出力に加 えられる請求項13に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装 置。
  15. 15.前記計算手段はオブザーバであり、前記第1及び第2の積分フィルタ手段 及び前記誘導フィルタ手段の各々の時間定数は所望の周波数応答のために調整さ れ、前記オブザーバの極を画定する請求項14に記載の低パワーの完全にアクテ ィイブなサスペンション装置。
  16. 16.前記中央制御装置は前記フィードバック利得マトリックスGnを連続的に 変更するために利得適用手段を有し、自動車サスペンションの緩衝に対応するフ ィードバック利得はサスペンション速度の周波数及び振幅の応答して変更される 請求項5に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  17. 17.前記利得適用手段は自動車のサスペンション速度の周波数及び振幅の変化 によって表された外乱を同定し、自動車の各コーナーに対応するそれに基づいた 利得重み係数(α)を連続的に計算するための外乱確認手段からなる閉ループで あり、前記閉ループ装置は前記外乱確認部からの利得重み係数を受け、公式g= (1−(α))gmofl+(α)gflrmここに0<(α)<1にしたがっ て第1のフィードバックマトリックスGmofl及び第2のフィードバックマト リックスGflrmの直線組み合わせ“G”を計算する利得調整手段を有する請 求項16に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  18. 18.第1のフィードバックマトリックスGmoftは円滑な乗車を提供するた めに自動車のサスペンションの比較的に柔らかい緩衝を行い、第2のフィードバ ックマトリックスGflrmは道路保持性及び本体及びサスペンションの間の相 対変位を短小にすることを目的として自動車のサスペンションの堅い緩衝を与え るようになっている請求項17に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペ ンション装置。
  19. 19.前記利得重み係数(α)は(0−1)の範囲にあり、自動車本体の自然周 波数の近くの周波数において(α)は約0であり、サスペンションの自然周波数 の近くの周波数において(α)は約1である請求項18に記載の低パワーの完全 にアクティイブなサスペンション装置。
  20. 20.前記外乱確認部は信号処理器からの計算したサスペンション速度信号を受 け、前記サスペンション速度信号を前記速度信号を濾波し、それをサンプリング するためにハイパスフィルタ手段に入力し、また前記外乱確認部は前記ハイパス フィルタ手段から受けた濾波信号を整流するための整流手段と、整流出力値を1 に最大化するための飽和手段とを有する請求項19に記載の低パワーの完全にア クティイブなサスペンション装置。
  21. 21.前記変化可能な流れ制限手段は前記作動室の第1及び第2の部分の間のピ ストンにわたって変化可能な流れ制限を発生する連続的に変化可能なピストンダ ンパバルブである請求項2に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンシ ョン装置。
  22. 22.前記流れ制限手段はサーボ流れ制御バルブであり、前記流体供給手段は中 央自動車液圧装置を有し、その装置は前記アクチュエータに供給するために前記 サーボバルブの各々に高圧緩衝流体を供給するためのポンプ及びアキュムレータ と、前記アクチェエータの作動室からサーボバルブを通って排出された緩衝流体 を受けるための貯蔵タンクとを有する請求項21に記載の低パワーの完全にアク ティイブなサスペンション装置。
  23. 23.前記制御手段は前記変化可能なピストンダンパバルブ及びサーボバルブの 動作を選択的に制御しそれに対応してアクチュエータカFactuatorを発 生する各アクチュエータに対応して前記必要な力出力信号“U”受けるようにな っているアクチュエータコントローラ回路を有し、前記必要な力“U”はFac tuatorを追跡し、つぎの公式によって計算され,Factuator=F acc十Fplsonここで: Fplston=C・Qplston Qplston=Qret+QacrvQrel=Vrel・Aplston Facc=pacc・Arnd Pacc=Konst/Vacch Fplston=ピストンからの作動力C=ダンパバルブの特性 Ccom=ダンパバルブの命令設定 Qplston=ダンパバルブを通る液正流Qrel=サスペンション速度の液 正流Qacrv=サーボバルブからの液圧流Qcom=必要流 Facc=アキュムレータ圧力からのアクチュエータカPacc=アクチュエー タ圧力 Vacc=アクチュエータ内のガス容積である請求項22に記載の低パワーの完 全にアクティブなサスペンション装置。
  24. 24.必要な力“U”はアキュムレータカFacc及びピストンカFplsto nの合計であり、ピストンカFplstonはサーボバルブ及びダンパピストン バルブの作動によって発生し、前記ピストンダンパバルブを通る流れによって発 生するピストンカFplston及びピストンバルブの流れ制限特性は:U−F acc=C(Qrel+Qserv)である請求項23に記載の低パワーの完全 にアクティブなサスペンション装置。
  25. 25.前記ピストンダンパバルブは最小及び最大の流れ制限Csoft及びCf lrmの範囲内でそれぞれ無限に制御可能であり、アクチュエータコントローラ 回路からのコントロール信号Ccomは前記ピストンダンパバルブを作動させそ れによって装置のパワー要求がその制限内の消散的なパワーの要求のために前記 ピストンダンパバルブのみを作動させることによって実質的に減少し、前記アク チュエータへのパワーを加えるかまた減少するためにパワーの要求がピストンダ ンパバルブの制限外にあるときにサーボバルブを作動させる請求項24に記載の 低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  26. 26.前記ピストンダンパバルブは低い流れの制限(Csoft)と高い流れの 制限(Cflrm)との間で変化可能な制御範囲を有し、流れ制限特性(C′) は公式C′=(U−Facc)/Qrelにしたがって計算され、前記ピストン ダンパバルブ及び前記流体制限手段の制御作動は:Csoft<C′<Cflr mの場合に前記流体制限をC′に設定し、それによって所望のアクチュエータカ を前記ピストンダンパバルブの選択的な調整によって発生し;C′<0のときに 流体制限をCflrmに設定し、伸長ストローク中に前記作動室の第1の部分に 選択的に流体を加えるために前記流れ制御手段を同時に作動させ圧縮ストローク 中に流体を排出し、前記流れ制御手段の流れの要求を最小化するために前記流れ 制限をCflrmに設定し、C′<Csoftのときに流体制限をCsoftに 設定し、前記ピストンダンパバルブを通る流れを減少するために前記流れ制御手 段を同時に作動させ伸長ストローク中に前記作動室の第1の部分に流体を加える ために前記流れ制御手段を作動させ圧縮ストローク中に前記作動室の第1の部分 から流体を排出し、前記流れ制御手段の流れの要求を最小化するために前記流れ 制限をCsoftに設定し、C′>Cflrmのときに流れ制限をCflrmに 設定し、前記流れ制限は所望の出力を発生するために十分ではなく、それによっ て前記ピストンダンパバルブを通る流れを増加させるために前記流れ制御手段を 作動させ、伸長ストローク中に前記作動室の第1の部分から流体を排出するため に前記流れ制御手段を作動させ、前記アクチュエータの圧縮ストローク中に前記 作動室の第1の部分に流体を加えるように流体制御手段を作動させる請求項25 に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  27. 27.前記アクチュエータコントローラは前記サーボバルブQserv及び前記 必要なダンパ設定Ccomから必要な流れを計算する手段を有する請求項26に 記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置。
  28. 28.前記ピストンダンパバルブは前記アクチュエータコントローラから前記必 要な設定Ccomを受けたときに流れ制限を変化させるようになっている駆動回 路を有し、前記サーボバルブは前記アクチュエータコントローラからの必要な流 れQcomに基づいて貯蔵室に戻すために前記アクチュエータから流体を排出す るか前記流体供給手段から高圧流体を前記アクチュエータに供給するようになっ ている請求項27に記載の低パワーの完全にアクティイブなサスペンション装置 。
  29. 29.自動車の各コーナーに配置されかつ自動車の本体及びサスペンションとの 間に作動可能に接続された液圧ダンパであって、中に緩衝流体を収容するために 作動可能な作動室を形成し、1方のサスペンション及び自動車本体に接続された 圧力シリンダ、前記圧力シリンダ内に同軸に並進運動可能に配置されたピストン 及びロッドアセンブリであって、ピストンの両側に作動室の第1の部分及び第2 の部分を形成し、前記ロッドがピストンの反対の端部で他方のサスペンション及 び自動車の本体部分に固定されているピストン及びロッドアセンブリを有する液 圧ダンパと; 前記作動室の第1の部分及び第2の部分の間の緩衝流体の流れを変化させる変化 可能な流れ制限手段と; 各アクチュエータに関連し、前記アクチュエータ及び前記流体供給手段の間の緩 衝流体の流れを制御するために前記アクチュエータを中央高圧流体源に接続し、 作動室の第1及び第2の部分の一方と流体的に連通している流れ制御手段と前記 各アクチュエータに関連し、前記作動室の第1及び第2の部分の他方に流体連通 しているアキュムレータとを有する中央高圧流体源を有する自動車用のアクティ イブサスペンション装置に使用する装置。
  30. 30.前記変化可能な流れ制限手段は前記ピストンに関連する無限に変化可能な 流れ制限バルブを有し、そのバルブは最大の流れ制限から最小の流れ制限まで選 択的に変化可能である請求項29に記載の装置。
  31. 31.前記流れ制御手段は前記アクチュエータと前記中央圧力源の間に流体的に 接続されたサーボバルブである請求項30に記載の装置。
  32. 32.自動車のサスペンション及び本体の動的な運動を検出し、それに応じて出 力信号を発生するセンサ手段を有する請求項29に記載の装置。
  33. 33.前記アクチュエータ用の必要な力出力信号“U”を計算するためにセンサ 手段からの出力信号をうけるようになっており、前記アクチュエータからの出力 力Factuator信号を発生するために変化可能な流れ制限手段及び前記流 れ制御手段の少なくとも一方を選択的に作動するようになっている制御手段を有 する請求項32に記載の装置。
  34. 34.前記制御手段は最小と最大の流れ制限の間で流れを選択的に変化させるた めに前記変化可能な流れ制限手段の作動を介して自動車のサスペンションの動的 な姿勢を消極的に制御するようになっている中央制御装置を有し、さらに前記必 要なカ“U”が前記変化可能な流れ制限手段の制限内にあるときに前記アクチュ エータの作動室に高圧流体を加えるかまたは作動室から貯蔵室に流体を排出する ように前記流れ制限手段及び前記流れ制御手段をほぼ同時に作動することによっ て自動車本体の動的な姿勢をアクティブに制御する請求項31に記載の装置。
  35. 35.前記中央制御装置は出力信号Udynを発生するための閉ループダイナミ ックレベリングコントローラ回路及び出力信号Uoを発生する閉ループ負荷レベ リングコントローラ回路を有する完全な状態のフィードバックコントロール装置 であり、アクチュエータに入力される必要な力信号“U”は公式“U”=Udy n+Uoに従って決定する請求項34に記載の装置。
  36. 36.前記負荷レベリングコントローラ回路は変化可能な自動車負荷状態の下に 所定の静止車高を維持するようになっている請求項35に記載の装置。
  37. 37.前記ダイナミックレベリングコントローラ回路は自動車サスペンション及 び本体の速度及び変位を表す状態変数ベクトルXnを発生するために前記センサ 手段からの出力信号を処理する信号処理手段を有し、さらに所定の自動車ダイナ ミック性能要求に基づいて堅さ及び緩衝特性を定義するフィードバック利得調整 マトリックスGnを有する自動車コントローラ手段を有し、前記自動車コントロ ーラ手段は次の公式:Udyn=−Gn(Xn).にしたがって“U”dynを 計算するために前記信号処理手段からの出力をうけるようになっている請求項3 6に記載の装置。
  38. 38.前記利得マトリックスGnのフィードバック利得はフィードバック利得が 自動車本体上に作用する堅さ及び緩衝特性を表す前記所定の自動車性能要求によ って極の位置を定める極配置設計法によって決定する請求項37に記載の装置。
  39. 39.前記信号処理手段は前記センサの出力信号から状態変数を計算する手段を 含む請求項38に記載の装置。
  40. 40.前記状態変数ベクトルXnは自動車の4つのコーナーの各々でのダイナッ クレな運動を定義する14の状態変数すなわち:x1=z、c.gの上昇速度x 8=z、c.gの上昇変位X2=θ,ピッチ角度速度 x3=Φ,ロール角度速度 x4=左前方サスペンション速度 x5=右前方サスペンション速度 x6=右後方サスペンション速度 x7=左後方サスペンション速度 である請求項38に記載の装置。 x9=θ,ピッチ角度 x10=Φ,ロール角度 x11=左前方サスペンシヨン変位 x12=右前方サスペンション変位 x13=右後方サスペンション変位 x14=左後方サスペンション変位
  41. 41.前記信号処理手段は前記センサの出力信号から状態変数X1乃至X10を 計算する手段を有する請求項40に記載の装置。
  42. 42.前記中央制御手段は自動車の緩衝特性に応じてフィードバック利得値をサ スペンション速度の周波数及び振幅の変化に応答して変更するようにフィードバ ック利得マトリックスを連続的に変更するための利得適応手段を有する請求項3 8に記載の装置。
  43. 43.前記利得適応手段は自動車サスペンション速度の周波数及び振幅の変化に よって表される外乱を同定し、それに基づいて利得重み係数(α)を連続的に計 算するための外乱確認部を備えた閉ループ制御装置を有し、閉ループ制御装置は さらに前記外乱確認部からの利得重み係数(α)を受け次の公式:g=(1−( α))gsoft+(α)gflrmここに:0<(α)<1 にしたがって第1のフィードバック利得マトリックスGsoft及び第2のフィ ードバック利得マトリックスGflrmの“g”のリニア組み合わせを計算する ための利得調整手段を有し、前記第1のフィードバックマトリックスGsoft は円滑な乗車を提供するために自動車サスペンションの比較的に柔らかい緩衝を 行い、第2のフィードバック利得マトリックスGflrmは道路保持性を改良し 及び本体とサスペンションの間の相対変位を最小にすることを目的として自動車 サスペンションの堅い緩衝を提供するようになっている請求項42に記載の装置 。
  44. 44.前記制御手段は前記変化可能な流れ制限手段及び前記流れ制御手段の作動 を選択的に制御するために前記アクチュエータに対応して必要な力出力信号“U ”を受けてそれに応答して前記アクチュエータカFactuatorを発生する ようになっているアクチュエータコントローラ回路を有し、Factuator は次の公式:Factuator=Facc+Fplstonここで: Fplston=C・Qplston Qplston=Qrel+QservQrel=Vrel・Aplston Facc=pacc・Arod Pacc=Konst/Vacch Fplston=ピストンからの作動力C=ダンパバルブの特性 Ccom=ダンパバルブの命令設定 Qolston=ダンパバルブを通る液圧流Qrel=サスペンション速度の液 圧流Qserv=サーボバルブからの液圧流Qcom=命令流 Facc=アキュムレータ圧力からのアクチュエータカPacc=アクチュエー タ圧力 Vacc=アクチュエータ内のガス容積によって計算する請求項43に記載の装 置。
  45. 45.前記必要な力“U”はアキュムレータカFacc及びピストンカFpls tonの合計でありピストンカFplstonは前記流れ制御手段及び前記流れ 制限手段によって発生しそれによってピストンカFplstonは前記流れ制限 手段を通る流れを選択的に制御することによって発生し、その流れ制限特性はU −Facc=C(Qrel+Qserv)である請求項44に記載の装置。
  46. 46.前記流れ制限手段は最小及び最大の流れ制限Csoft及びCflrmの 範囲内でそれぞれ無限に制御可能なピストンダンパバルブであり、アクチュエー タコントローラ回路からのコントロール信号Ccomは前記ピストンダンパバル ブを作動させそれによって装置のパワー要求がその流れ制限内の消散的なパワー の要求のために前記ピストンダンパバルブのみを作動させることによって実質的 に減少し、前記ピストンダンパバルブを通る流体の流れを選択的に変更するため に前記アクチュエータへのパワーを加えるかまた減少するためにパワーの要求が ピストンダンパバルブの制限外にあるときに流れ制限手段を作動させる請求項4 5に記載の装置。
  47. 47.前記ピストンダンパバルブは前記アクチュエータコントローラからの前記 必要な設定Ccomを受けたとき流れ制限を変化させるようになっている駆動回 路を有し、前記流れ制御手段は流体供給手段から高圧流体をアクチュエータに供 給するか前記アクチュエータコントローラからの必要な流れQcomに基づいて 貯蔵室に戻すためにアクチュエータから流体を排出するようになっている請求項 46に記載の装置。
  48. 48.自動車のサスペンション及び本体の動的な動きにおける変化に対応して自 動車の姿勢をダイナミックに水準化する方法であって、自動車の各コーナーでサ スペンション及び本体の間に液圧アクチュエータを接続し、液圧アクチュエータ は圧力シリンダ内に配置されたピストン及びロッドアッセンブリを有し、前記ピ ストンは圧力シリンダ内に緩衝流体を収容するための作動室の第1及び第2の部 分を有し、 各アクチュエータコント用の作動室の第1の部分をポンプ及び貯蔵室を有する高 圧流体源に接続し、 前記作動室の第1の部分からの流体の放出または追加を制御するために高圧流体 源と各アクチュエータとの間に流れ制御手段を接続し、各アクチュエータ用の作 動室の第2の部分にアキュムレータを接続し、前記流れ制御手段及び前記アキュ ムレータの間に上限及び下限の間で無限に変化可能な流れ制限部を設け、自動車 の各コーナーにサスペンション及び本体のダイナミックな動きを検出してそれに 応答して電気センサ出力信号を発生し、センサの出力信号に応答して各アクチュ エータ用の所望のサスペンションカ“U”を計算し、 前記流れ制御手段及び変化可能な流れ制限部の作動を制御し、各アクチュエータ からの所望の出力信号Factuatorを発生するためにアクチュエータコン トローラに前記サスペンションカ信号“U”を入力し、前記所望のサスペンショ ンカ信号“U”が変化可能な流れ制限部の上限及び下限の範囲内にある時に前記 アクチュエータカFactuatorを発生させるために変化可能な流れ制限部 を作動させ、 変化可能な流れ制限部を上限及び下限に設定するように連続的に作動させ、アク チュエータヘのエネルギーを加算または減算するために高圧流体源及び前記アク チュエータの間の流体連通通路を断続的に開放または閉鎖するために前記流れ制 御手段を同時に作動させ、 それによって実質的に同時の作動は前記所望のサスペンションカ“U”が前記流 れ制限の範囲の外部にあるときはいつでも前記アクチュエータカFactuat orを発生させるようになっている方法。
  49. 49.力信号“U”を計算する段階は閉ループダイナミックレベリングコントロ ール装置及び閉ループ負荷レベリングコントロール装置を準備し、サスペンショ ンカ信号“U”は前記ダイナミックレベリング装置の出力信号“Udyn”及び 前記負荷レベリング装置からの出力信号“Uo”の合計である請求項48に記載 の方法。
  50. 50.ダイナミックレベリングコントロール装置が:電子センサ出力信号を受け 、 自動車のサスペンション及び本体のダイナミックな動きを表す状態変数ベクトル Xnを発生するために信号処理器内でセンサ出力信号を処理し、所定の自動車本 体及びサスペンション竪さ及び緩衝特性を定義するベクトルXnに対応するフィ ードバック利得調整マトリックスGnを有する自動車コントローラに状態変数ベ クトルXnを入力し、 次の公式:Udyn=−Gn(Xn)からアクチュエータコントローラに入力す る“Udyn”を計算する段階を有する請求項49に記載の方法。
  51. 51.前記信号処理装置は自動車コントローラに入力する前に状態変数ベクトル Xnの内少なくとも1つの状態変数を消去する段階を含む請求項50に記載の方 法。
  52. 52.前記状態変数を消去する段階は:計算したサスペンション速度状態変数を 誘導するためにサスペンション変位センサ出力信号を誘導し、 本体速度状態変数を計算するために加速度センサ出力信号を積分し、本体変位状 態変数を計算するために計算した本体速度状態変数を積分する段階を有する請求 項50に記載の方法。
  53. 53.“Udyn”を計算する段階は自動車のサスペンション速度の周波数及び 振幅の変化に応答して前記利得マトリックスGnを変更する段階を含む請求項5 0に記載の方法。
  54. 54.前記利得変更段階は: 信号処理器からのサスペンション速度状態変数を外乱確認部に入力し、サスペン ション速度状態変数の周波数及び振幅における変化によって表される外乱を同定 し、 自動車の各コーナー用の利得重み係数(α)を計算し、次の公式:g=(1−( α))gsoft+(α)gflrmここに:0<(α)<1 によって第1のフィードバック利得マトリックスGsoft及び第2のフィード バック利得マトリックスGflrmの“G”のリニア組み合わせを計算し、計算 “Udyn”に使用するために自動車コントローラにリニア組み合わせ“G”を 入力する段階を有する請求項53に記載の方法。
  55. 55.利得重み係数を計算する段階は:サスペンション速度信号を濾波し、 サスペンション速度信号のサンプリングを行い、濾波したサンプリング信号を整 流し、 出力値を1に最大化するために整流信号を飽和する段階を有し、利得重み係数( α)の大きさは自動車本体の自然周波数に近い周波数において約0であり、サス ペンションの自然周波数に近い周波数において約1である請求項54に記載の方 法。
  56. 56.前記アクチュエータコントローラに関する前記作動段階は次の公式:Fa ctuator=Facc+Fplstonここで: Fplston=C・Qplston Qplston=Qrel+QservQrel=Vrel・Aplston Facc=Pacc・Arod Pacc=Konst/Vacch Fplston=ピストンからの作動力C=ダンパバルブの特性 Ccom=ダンパバルブの命令設定 Qplston=ダンパバルブを通る液正流Qrel=サスペンション速度の液 圧流Qserv=サーボバルブからの液圧流Qcom=必要流 Facc=アキュムレータ圧力からのアクチュエータカPacc=アクチュエー タ圧力 Vacc=アクチュエータ内のガス容積にしたがってアクチュエータカFact uatorを発生することを含む請求項48に記載の方法。
  57. 57.前記変化可能流れ制限部は低い流れの制限(Csoft)と高い流れの制 限(Cflrm)との間で変化可能な制御範囲を有し、流れ制限特性(C′)は 公式C′=(U−Facc)/Qrelにしたがって計算され、前記ピストンダ ンパバルブ及び前記流体制限手段の制御作動は:Csoft<C′<Cflrm の場合に前記流体制限をC′に設定し、それによって所望のアクチュエータカを 前記流れ制限部の選択的な調整によって発生し; C′<0のときに流体制限をCflrmに設定し、伸長ストローク中に前記作動 室の第1の部分に選択的に流体を加えるために前記流れ制御手段を同時に作動さ せ圧縮ストローク中に流体を排出し、前記流れ制御手段の流れの要求を最小化す るために前記流れ制限をCflrmに設定し、C′<Csoftのときに流体制 限をCsoftに設定し、前記流れ制限部を通る流れを減少させるために前記流 れ制御手段を同時に作動させ伸長ストローク中に前記作動室の第1の部分に流体 を加えるために前記流れ制御手段を作動させ圧縮ストローク中に前記作動室の第 1の部分から流体を排出し、前記流れ制御手段の流れの要求を最小化するために 前記流れ制限をCsoftに設定し、C′>Cflrmのときに流れ制限をCf lrmに設定し、前記流れ制限は所望の出力を発生するために十分ではなく、そ れによって前記ピストンダンパバルブを通ろ流れを増加させるために前記流れ制 御手段を作動させ、伸長ストローク中に前記作動室の第1の部分から流体を排出 するために前記流れ制御手段を作動させ、前記アクチュエータの圧縮ストローク 中に前記作動室の第1の部分に流体を加えるために流れ制御装置を作動させるこ とを有する請求項56に記載の方法。
  58. 58.自動車のスプリング付及びスプリング無しの部分の間に接続されたアクチ ュエータを有しアクティブなサスペンション装置用の完全なフィードバック制御 装置の利得を適用するための方法であって、自動車のスプリング付及びスプリン グ無しの部分の速度及び変位を定義する状態変数ベクトルXnを発生するための 複数のトランスデューサからの出力信号を受けるようになっており、必要な出力 U=Gn(Xn)を発生するために所定の自動車性能要求の基づいて堅さ及び緩 衝特性を定義するフィードバック利得マトリックスGnを有する閉ループダイナ ミックレベリングコントロール回路を準備し、自動車の相対サスペンション速度 の周波数及び振幅における変化によって表される外乱を同定し、 前記外乱の周波数内容に基づいて利得重み係数(α)を計算し、次の公式: g=(1−(α))gsoft+(α)gflrmここに:0<(α)<1 によって第1のフィードバック利得マトリックスGsoft及び第2のフィード バック利得マトリックスGflrmの“G”のリニア組み合わせを計算し、変形 した要求出力信号“U”を連続的に計算するためにフィードバック利得マトリッ クスGnに重み付けされたリニア組み合わせ“G”を入力する段階を有する方法 。
  59. 59.リニア組み合わせマトリックス“G”を計算する段階は前記外乱の同定に 続く自動車のダイナミックな動きを連続的に変化させるために備えられている請 求項58に記載の方法。
  60. 60.第1のフィードバック利得マトリックスGsoft及び第2のフィードバ ック利得マトリックスGflrmに関するサスペンション緩衝特性を減少または 増加するためにフィードバック利得を調整するための完全なフィードバック利得 適用性回路を形成し、前記第1のフィードバックマトリックスGsoftは円滑 な乗車を提供するために自動車サスペンションの比較的に柔らかい緩衝を行い、 第2のフィードバック利得マトリックスGflrmは道路保持性を改良するため に自動車サスペンションの堅い緩衝を提供するようになっている請求項58に記 載の方法。
  61. 61.利得重み係数(α)を計算する段階は:サスペンション速度の周波数及び 振幅を表す外乱入力信号を濾波し、サンプリングを行い、 濾波信号を整流し、出力信号を1に最大化するために整流信号を飽和し、利得重 み係数(α)の大きさは0から1の範囲内にあり、(α)は自動車本体の自然周 波数に近い周波数において約0の大きさであり、スプリングなしの部分の自然周 波数に近い周波数において約1の大きさである請求項60に記載の方法。
  62. 62.利得重み係数(α)は自動車のホイール運動及び振幅の周波数内容によっ て連続的に変化するようになっている請求項61に記載の方法。
  63. 63.サスペンション速度入力信号の濾波の段階はほぼホイール共振周波数で最 大増幅まで調整される緩衝下のハイパスフィルタに信号を通過させることによっ て実行し、利得において比較的に小さい増大変化を提供するために約125Hz のサンプリング速度を有する請求項62に記載の方法。
  64. 64.アクチュエータコントローラ装置に入力する必要な力出力信号“U”を発 生するための低いパワーの完全にアクティブなサスペンション装置用のダイナミ ックレベリングコントロール装置であって、自動車のサスペンション及び本体の 動的な動きを検出しそれに相応してセンサ出力信号を発生するセンサ手段と、 自動車のサスペンション及び本体の動的な動きを表す状態変数ベクトルXnを発 生するためにセンサ出力信号を処理し、前記センサ出力信号から状態変数ベクト ルXnのうち少なくとも1つの状態変数を計算する計算手段を有する信号処理手 段と、 所定の自動車のダイナミックな性能要求に基づいて状態変数ベクトルXnのため に堅さ及び緩衝特性を定義するフィードバック利得マトリックスGnを有する自 動車コントローラ手段とを有し、前記自動車コントローラ手段は次の状態マトリ ックス公式Udyn=−Gn(Xn)にしたかって“U”を計算するために信号 処理手段からの出力を受けるダイナミックレベリングコントロール装置。
  65. 65.前記コントロール装置は閉ループフィードバック利得調整コントローラで ある請求項64に記載のダイナミックレベリングコントロール装置。
  66. 66.前記利得マトリックスGnのフィードバック利得はフィードバック利得が 自動車本体上に任用する堅さ及び緩衝特性を表すように所定の自動車性能によっ て極の配置を画定するために極配置法によって決定する請求項65に記載のダイ ナミックレベリングコントロール装置。
  67. 67.前記センサ手段はサスペンションの相対変位を測定するために自動車の各 コーナーでサスペンション及び本体の間に配置された相対位置センサを有し、さ らに自動車本体の上昇、ピッチ及びロール加速を測定する加速度計手段を有する 請求項65に記載のダイナミックレベリングコントロール装置。
  68. 68.前記状態変数ベクトルXnは自動車の各コーナーの動的な動きを定義する 14の状態変数すなわち: x1=z、c.gの上昇速度x8=z、c.gの上昇変位x2=θ,ピッチ角度 速度x9=θ,ピッチ角度x3=Φ,ロール角度速度x10=Φ,ロール角度x 4=左前方サスペンション速度x11=左前方サスペンション変位x5=右前方 サスペンション速度x12=右前方サスペンション変位x6=右後方サスペンシ ョン速度x13=右後方サスペンション変位x7=左後方サスペンション速度x 14=左後方サスペンション変位を有する請求項67に記載のダイナミックレベ リングコントロール装置。
  69. 69.前記計算手段は位置センサと加速度計手段からの出力信号から状態変数X 1乃至X10を計算するオブザーバである請求項67に記載のダイナミックレベ リングコントロール装置。
  70. 70.前記計算手段はサスペンション速度X4乃至X7を計算するために位置セ ンサによって測定されたサスペンション変位X11乃至X14を誘導する誘導フ ィルタ手段を有し、前記誘導フィルタ手段は比較的に低い周波数で作用するよう になっている請求項69に記載のダイナミックレベリングコントロール装置。
  71. 71.前記計算手段はさらに加速度計によって検出された上昇、ピッチ及びロ濾 ール加速を積分するための第1の積分フィルタ手段を有し、計算した本体速度X 1乃至X3を積分するために第2の積分フィルタ手段を使用して本体変位状態変 数X8乃至X10を計算するようになっている請求項70に記載のダイナミック レベリングコントロール装置。
  72. 72.前記中央制御装置はフィードバック利得マトリックスGnを連続的に変形 し、自動車サスペンションの緩衝に対応したフィードバック利得をサスペンショ ン速度の周波数及び振幅における変化に応答して変形するようになっている請求 項65に記載のダイナミックレベリングコントロール装置。
  73. 73.前記利得適応手段は自動車サスペンション速度の周波数及び振幅の変化に よって表される外乱を同定し、それに基づいて利得重み係数(α)を連続的に計 算するための外乱確認部からなる閉ループ装置であり、閉ループ装置はさらに前 記外乱確認部からの利得重み係数を受け次の公式:g=(1−(α))gsof t+(α)gflrmここに:0<(α)<1にしたがって第1のフィードバッ ク利得マトリックスGsoft及び第2のフィードバック利得マトリックスGf lrmの“G”のリニア組み合わせを計算するための利得調整手段を有する請求 項72に記載のダイナミックレベリングコントロール装置。
  74. 74.前記第1のフィードバックマトリックスGsoftは円滑な乗車を提供す るために自動車サスペンションの比較的に柔らかい緩衝を行い、第2のフィード バック利得マトリックスGflrmは道路保持性を改良し及び本体とサスペンシ ョンの間の相対変位を最小にすることを目的として自動車サスペンションの堅い 緩衝を提供するようになっている請求項73に記載の装置。
  75. 75.前記利得重み係数(α)は(0−1)の範囲であり、利得重み係数(α) は自動車本体の自然周波数に近い周波数において約0であり、サスペンションの 自然周波数に近い周波数において約1である請求項74に記載のダイナミックレ ベリングコントロール装置。
  76. 76.前記外乱確認部は信号処理器からの計算したサスペンション速度信号を受 け、前記サスペンション速度信号を、前記速度信号を濾波し、それをサンプリン グするためにハイパスフィルタ手段に入力し、また前記外乱確認部は前記ハイパ スフィルタ手段から受けた濾波信号を整流するための整流手段と、整流出力値を 1に最大化するための飽和手段とを有する請求項75に記載のダイナミックレベ リングコントロール装置。
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