JPH07125520A - アクティブサスペンションによる姿勢制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】トレーリングリーフ方式を用いたサスペンショ
ン構造の自動車における姿勢制御方法を提供すること。 【構成】自動車の加速度をαとするとき、α≧０なら
ば、フロントアクチュエータにＦ₁の力が発生するよう
に減圧し、リヤアクチュエータにＦ₂’の力が発生する
ように減圧し、α＜０ならば、フロントアクチュエータ
にＦ₁’’の力が発生するように減圧し、リヤアクチュ
エータにＦ₂’’の力が発生するように減圧する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アクティブサスペンシ
ョンによる姿勢制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車のサスペンションとして、車軸と
フレームとの間をアクチュエータで連結してアクティブ
サスペンションを構成し、路面に対する車体の位置関係
を制御し、あるいは車体の姿勢を任意に制御するべくサ
スペンション・ストロークのアクティブ制御を行うアク
ティブ・コントロールが行われつつある（特開昭６４−
１０３５２４号公報参照）。

【０００３】乗用車についての適用例を説明する。図３
において、走行中に加速するなど、増速した場合、車体
に働く慣性力によってフロント車輪にはフレームとフロ
ント車輪との距離を広げる向きの引っ張り力ｆ、リヤ車
輪にはフレームと後輪との距離を縮める向きの圧縮力ｆ
が作用して、車体は前浮きの姿勢をとろうとする。

【０００４】ここで、乗用車の質量をｍ，増速時の加速
度をα，車体の重心Ｇの路面からの高さをｈ，フロント
車輪接地位置とリヤ車輪接地位置との間の距離をＬとす
ると、フロント（あるいは、リヤ）車輪接地位置Ｐ１，
Ｐ２でのモーメントの釣り合いから、次式を得る。 ｆ＝ｍα・ｈ／Ｌ よって、フロント車輪については、上記ｆと同じ大きさ
で向きが反対の力Ｆが作用するように図４に示す如きア
クチュエータＡＣに動力源１より圧油を供給する。同時
にリヤ車輪についても、上記ｆと同じ大きさで向きが反
対の力Ｆが作用するようにアクチュエータＡＣに動力源
１より圧油を供給する。これにより、図３に示す乗用車
は、前のめりの姿勢にならずに済む。

【０００５】減速時においては、上記増速時に比べて力
の作用方向が逆になり、車体は前傾姿勢を取ろうとす
る。この場合にも、アクチュエータＡＣに圧油を供給す
ることにより、姿勢を整えることができる。

【０００６】一方、自動車のフロント車軸とフレーム間
をフロントアクチュエータで連結したフロントサスペン
ション構造とし、リヤ車軸とフレーム間をリーフスプリ
ングとリヤアクチュエータとを組み合わせたリヤサスペ
ンション構造とし、リヤサスペンションについては、リ
ーフスプリングの前端部をフレームに結合し、リーフス
プリングの第１中間部を後部車軸に結合し、リーフスプ
リングの前記第１中間部よりも後方の第２中間部とフレ
ーム間をリヤアクチュエータで連結し、リーフスプリン
グの後端部とフレーム間をエアばねで連結した、所謂、
トレーリングリーフ構造のものが提案されている。

【０００７】かかるトレーリングリーフ構造のサスペン
ションを利用した場合には、車高の調節が可能であると
の特徴があり、貨物用の自動車などに適用される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】通常のサスペンション
にアクチュエータを組み合わせた構造のサスペンション
を用いた乗用車などについては、前記従来技術により、
加速時、減速時の姿勢制御が可能であるが、トレーリン
グリーフ構造のサスペンションを用いた自動車では、加
減速時に作用する荷重の作用点の位置が異なるため、従
来技術における制御の基礎式たる、ｆ＝ｍα・ｈ／Ｌを
適用することができない。

【０００９】従って、本発明は、所謂トレーリングリー
フ構造のサスペンションを適用している自動車におけ
る、アクティブサスペンションによる姿勢制御方法を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は自動車の加速度をαとするとき、α≧０なら
ば、フロントアクチュエータにＦ₁の力が発生するよう
に減圧し、リヤアクチュエータにＦ₂’の力が発生する
ように減圧し、α＜０ならば、フロントアクチュエータ
にＦ₁’’の力が発生するように減圧し、リヤアクチュ
エータにＦ₂’’の力が発生するように減圧することと
した。

【００１１】但し、Ｆ₁，Ｆ₂’，Ｆ₁’’，Ｆ₂’’は次
式による。

【００１２】Ｆ₁＝（ｍαｈ’＋Ｔ）／Ｌ Ｆ₂’＝（Ｔ−ａＦ₁）／（ａ＋ｂ） Ｆ₁’’＝（ｍαｈ’＋Ｑ）／Ｌ Ｆ₂’’＝（Ｑ−ａＦ₁）／（ａ＋ｂ） ｍ：自動車の質量，ｈ’：自動車の重心位置からフロン
ト車軸までの距離，Ｔ：リヤ車輪の駆動の反作用として
フレームが受けるトルク，Ｑ：リヤ車輪の制動の反作用
としてフレームが受けるトルク，Ｌ：フロント車軸とリ
ヤ車軸との間の距離，ａ：リーフスプリングの前端連結
部から第１中間部までの水平方向距離，ｂ：第１中間部
から第２中間部までの水平方向距離。

【００１３】

【作用】トレーリングリーフ構造に特有の荷重について
考慮した計算式により、アクティブサスペンションを制
御する。

【００１４】

【実施例】

１．加速時 図１において、符号２０はフロント車軸、符号２１はフ
レーム、符号ＡＣ１はフロントアクチュエータ，符号２
２はリヤ車軸、符号２３はリーフスプリング、符号ＡＣ
２はリヤアクチュエータをそれぞれ示す。

【００１５】更に、リーフスプリング２３について、そ
の前端部を符号２１、第１中間部を符号２１Ｂ、該第１
中間部よりも後方の第２中間部を符号２１Ｃ、リーフス
プリングの後端とフレーム間を連結しているエアばねを
符号２４でそれぞれ示す。

【００１６】かかる自動車では、車体の受ける荷重は、
フロントアクチュエータＡＣ１と、リーフスプリングの
前端部２１Ａと、リヤアクチュエータＡＣ２の３個所で
支える。

【００１７】ここで、図１に示す自動車が左行している
ときに、加速度αを生じたとすると、重心Ｇの位置に自
動車の質量をｍとして、ｍαの慣性力を生じる。

【００１８】車体の上下方向のつりあい この慣性力により前記３個所のそれぞれに、この慣性力
によるモーメントの鉛直成分の力が作用する。

【００１９】これらの力を、図１に示すように、Ｆ₁，
Ｆ₂，Ｆ₃とすると、車体の姿勢に変化を与えないために
は、これらの力の和がゼロになるように、アクチュエー
タを作動させればよい。従って、（１式）が成立する。 Ｆ₁＋Ｆ₂＋Ｆ₃＝０・・・・（１式）。

【００２０】また、Ｆ₂，Ｆ₃に対する反力を図１に示す
ように、それぞれＦ₂’，Ｆ₃’とする。

【００２１】．車体のモーメントのつりあい フロント車輪の接地部をＰ点とすると、このＰ点におけ
るモーメントのつりあいは、重心位置Ｇからフロント車
軸までの距離をｈ’，フロント車軸とリヤ車軸との間の
距離をＬ，リーフスプリングの前端連結部から第１中間
部までの水平方向距離をａ，第１中間部から第２中間部
までの水平方向距離をｂとすると、車体の姿勢に変化を
与えないためには、これらの力の和がゼロになるよう
に、アクチュエータを作動させればよい。従って、（２
式）が成立する。 （Ｌ−ａ）Ｆ₃’＋（Ｌ＋ｂ）Ｆ₂’＋ｍαｈ’＝０・・・・（２式）。

【００２２】．ばね下の上下方向の力のつりあい ばね下の上下方向のつりあいを考えると、力Ｆ₂，Ｆ₃の
和の力をリヤ車軸２２の部位で受けていることになり、
この受けている力をＦ₄’とすれば、Ｆ₂＋Ｆ₃＝−Ｆ₄’
となる。ここで、Ｆ₄’はＦ₂’とＦ₃’の和であり、
Ｆ₂’とＦ₃’はそれぞれ、Ｆ₂とＦ₃の各反力で、ベクト
ルの向きが逆であり、Ｆ₂，Ｆ₃と絶対値が等しい。よっ
て、Ｆ₂＋Ｆ₃＝−Ｆ₄’を変形して、（３式）を得る。

【００２３】Ｆ₂＋Ｆ₃＋Ｆ₄’＝０・・・・（３式）。

【００２４】ばね下のモーメントのつりあい ａＦ₃’＋Ｔ＝ｂＦ₂’・・・・（３式）。

【００２５】そこで、これら（１式）〜（３式）を用
い、Ｆ₁，Ｆ₂について解く。先ず、（３式）を変形し
て、 Ｆ₃’＝（ｂＦ₂’−Ｔ）／ａ・・・・（４式）。

【００２６】を得る。

【００２７】この式を（２式）のＦ₃’に代入して、整
理すると、 （Ｌ−ａ）（ｂＦ₂’−Ｔ）＋ａ（Ｌ＋ｂ）Ｆ₂’＋ａｍ
αｈ’ を得る。この式をＦ₂’について解くと、 Ｆ₂’＝〔Ｔ−ａ｛（ｍαｈ’＋Ｔ）／Ｌ｝〕／（ａ＋
ｂ）・・・（５式）を得る。

【００２８】次に（５式）を（３式）に代入して Ｆ₃’＝〔−Ｔ−ｂ｛（ｍαｈ’＋Ｔ）／Ｌ｝〕／（ａ＋ｂ）・・・（６式） を得る。

【００２９】（１式）を変形して、つまり、Ｆ₂’＝−
Ｆ₂，Ｆ₃’＝−Ｆ₃として，（５式），（６式）より、 Ｆ₁＝−（Ｆ₂＋Ｆ₃）＝（ｍαｈ’＋Ｔ）／Ｌ・・・・（７式） を得る。

【００３０】なお、 （３式）より、Ｆ₄＝−（Ｆ₂＋Ｆ
₃）＝（ｍαｈ’＋Ｔ）／Ｌ・・・・（７式） となる。

【００３１】よって、（５式），（７式）により、フロ
ントアクチュエータＡＣ１、リヤアクチュエータＡＣ２
にそれぞれ発生させるべき力、Ｆ₁，Ｆ₂’が算出でき
る。

【００３２】ここで、Ｆ₁はフロントアクチュエータＡ
Ｃ１を減圧することにより発生させるべき力であり、Ｆ
₂’はリヤアクチュエータＡＣ２を減圧することにより
発生させるべき力である。つまり、前部車軸とフレーム
間の距離を縮める向きの力である。

【００３３】２．制動時 制動をかける場合は、Ｆ₁，Ｆ₂，Ｆ₃，Ｆ₂’，Ｆ₃’，
Ｆ₄’及びｍαの向きを加速時の逆にとり、トルクＴ
を，リヤ車輪の制動の反作用としてフレームが受けるト
ルクＱに置き換え、加速の場合に準じて、フロントアク
チュエータＡＣ１発生させるべき力Ｆ₁’’及び、リヤ
アクチュエータＡＣ２に発生させるべき力Ｆ₂’’を算
出できる。

【００３４】 Ｆ₁’’＝（ｍαｈ’＋Ｑ）／Ｌ・・・・（８式） Ｆ₂’’＝（Ｑ−ａＦ₁）／（ａ＋ｂ）・・・・（９式） ここで、Ｆ₁’’はフロントアクチュエータＡＣ１を増
圧することにより発生させるべき力であり、Ｆ₂’’は
リヤアクチュエータＡＣ２を増圧することにより発生さ
せるべき力である。つまり、前部車軸とフレーム間の距
離を広げる向きの力である。

【００３５】なお、前記加速時、制動時において、前部
にアクチュエータを左右で合計２個使用している場合
は、前記力を１／２づつに分担させる。

【００３６】フロントサスペンションについては、ばね
を用いるなどの通常のサスペンションにアクチュエータ
を付加した構造のアクティブサスペンションに今まで述
べた制御方法を適用することが望ましい。

【００３７】３．制御の具体例 図２により、加速時及び減速時の制御手順を説明する。
ステップＳ１にて、トラクタ前後方向Ｇセンサにより、
車体の加速度αを求める。

【００３８】また、ステップＳ２により、リヤブレーキ
液圧を検知し、ステップＳ３により、リヤ車輪の制動の
反作用としてフレームが受けるトルクＱを計算する。

【００３９】ステップＳ４でミッション変速位置を検知
し、ステップＳ５でエンジン回転速度を検知し、ステッ
プＳ６でアクスル開度を検知し、これらの検知結果に基
づき、ステップＳ７にて、リヤ車輪の駆動の反作用とし
てフレームが受けるトルクＴを計算する。

【００４０】次に、ステップＳ８により、ステップＳ１
の結果に基づき、加速度αの向きなどを判定する。α≧
０なら加速或は発進時の駆動トルクの影響による姿勢制
御が必要な場合であり、ステップＳ９に進んで、（５
式），（７式）に従う計算をして所要の制御を行う。

【００４１】ステップＳ８でα＜０ならば、減速である
ので、ステップＳ１０に進み、（８式），（９式）に従
う計算をして所要の制御を行う。

【００４２】なお、図２において、加速度αについて
は、一定の閾値を設定し、この値を超えるときにのみ、
制御を行うようにすることもできる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、所謂トレーリングリー
フ構造のサスペンションを適用している自動車におい
て、アクティブサスペンションによる姿勢制御が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動車のサスペンション構造およ
び姿勢制御に必要な計算式の諸要素を説明した図であ
る。

【図２】本発明に係るアクティブサスペンションの制御
手順を説明した流れ図である。

【図３】乗用車におけるアクティブサスペンションの制
御方法を説明した従来技術の説明図である。

【図４】アクティブサスペンションのアクチュエータ部
分の構成を説明した図である。

【符号の説明】

２０ フロント車軸 ２１ フレーム ２１Ａ リーフスプリングの前端部 ２１Ｂ リーフスプリングの第１中間部 ２１Ｃ リーフスプリングの第２中間部 ＡＣ１ フロントアクチュエータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車のフロント車軸とフレーム間をフロ
   ントアクチュエータで連結したフロントサスペンション
   構造とし、リヤ車軸とフレーム間をリーフスプリングと
   リヤアクチュエータとを組み合わせたリヤサスペンショ
   ン構造とし、 リヤサスペンションについては、リーフスプリングの前
   端部をフレームに結合し、リーフスプリングの第１中間
   部をリヤ車軸に結合し、リーフスプリングの前記第１中
   間部よりも後方の第２中間部とフレーム間をリヤアクチ
   ュエータで連結した構造としたものにおいて、 自動車の加速度をαとするとき、α≧０ならば、フロン
   トアクチュエータにＦ₁の力が発生するように減圧し、
   リヤアクチュエータにＦ₂’の力が発生するように減圧
   し、 α＜０ならば、フロントアクチュエータにＦ₁’’の力
   が発生するように減圧し、リヤアクチュエータに
   Ｆ₂’’の力が発生するように減圧することを特徴とす
   るアクティブサスペンションによる姿勢制御方法。但
   し、Ｆ₁Ｆ₂Ｆ₁’Ｆ₂’は次式による。 Ｆ₁＝（ｍαｈ’＋Ｔ）／Ｌ Ｆ₂’＝（Ｔ−ａＦ₁）／（ａ＋ｂ） Ｆ₁’’＝（ｍαｈ’＋Ｑ）／Ｌ Ｆ₂’’＝（Ｑ−ａＦ₁）／（ａ＋ｂ） ｍ：自動車の質量，ｈ’：自動車の重心位置からフロン
   ト車軸までの距離，Ｔ：リヤ車輪の駆動の反作用として
   フレームが受けるトルク，Ｑ：リヤ車輪の制動の反作用
   としてフレームが受けるトルク，Ｌ：フロント車軸とリ
   ヤ車軸との間の距離，ａ：リーフスプリングの前端連結
   部から第１中間部までの水平方向距離，ｂ：第１中間部
   から第２中間部までの水平方向距離。