JP2928675B2 - 電子制御サスペンション - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、乗心地と懸架装置の
耐久寿命の向上を図った電子制御サスペンションに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】車両の懸架装置には、ばね定数が固定さ
れた金属ばねではなく、減衰力やばね定数などが可変の
空気ばねを用いるものがあり、走行条件に応じてばね特
性をマイコン制御する懸架装置は、一般に電子制御サス
ペンションと呼ばれている。この種の電子制御サスペン
ションは、サブ・エアチャンバへの空気流量を可変する
ことでばね定数を切り替えることができ、またショック
アブソーバ内部のオリフィスを通過するオイルの流量を
可変することで減衰力を切り替えることができようにな
っており、ソフトな乗り心地と高周波の振動遮断特性に
優れた緩衝性能が得られる。実際のばね定数切り替え機
構は、エアチャンバ内の上部サポート部分に大小２個の
エア通路を設け、アクチュエータにより駆動されるエア
・バルブによりエア通路を切り替えることでばね定数を
３段階に切り替える構成であり、また減衰力切り替え機
構は、アクチュエータにより駆動されるコントロール・
ロッドに一体のロータリ・バルブに３個のオリフィスが
形成してあり、ロータリ・バルブを回転することでオリ
フィスを開閉し、通過するオイルの流量を変化させて減
衰力を３段階に切り替える構成とされている。このた
め、減衰力切り替え機構のロータリ・バルブとばね定数
切り替え機構のエア・バルブを駆動するためのアクチュ
エータは、頻繁に変化する走行条件に追従できるよう、
起動電流が小さく、かつまた繰り返し作動ができるサー
ボモータを動力源としており、サーボモータに直結させ
たピニオン・ギヤが、セクタ・ギヤを介してこれと同軸
のロータリ・バルブ駆動用ギヤを回転駆動したときに、
ロータリ・バルブ駆動用ギヤに噛合するエア・バルブ駆
動用ギヤが回転し、アクチュエータが動作する構造とな
っている。

【０００３】従来の電子制御サスペンションは、路面か
らの振動を検出する振動センサの出力の立ち上がりと立
ち下がりで、それぞれサーボモータに通電指令が発され
る構成であり、単発の振動に対して必ず２回の通電指令
が発されるため、アクチュエータの応答が過敏に過ぎる
ことがあり、小刻みの振動に対して余りに忠実に応答す
るためにかえって乗心地を悪くすることがあり、またサ
ーボモータの耐久寿命の点からも動作回数の頻発は好ま
しくないといった課題を抱えていた。そこで、振動セン
サが振動を検出したときに、その後一定の時間が経過す
るまでは振動センサの出力を黙殺してしまい、数回受け
た振動のうち何回かにだけアクチュエータを動作させる
ことで、乗心地とサーボモータの耐久性を向上させるよ
う配慮した電子制御サスペンションが登場するに至っ
た。

【０００４】図４に示す従来の電子制御サスペンション
１は、振動センサ２が検出する路面からの振動を波形整
形回路３において波形整形し、まず一定レベルを越える
振動の山の部分について矩形波に整形する。次に、整形
された振動波形を波形拡幅回路４に送り込み、ここで振
動波形の後縁部を一定の振動予知期間τｏだけ延長さ
せ、この振動予知期間τｏ内に発生する振動について
は、その前の振動に一括して１個の振動とみなすように
してある。従って、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示したよう
に、波形整形回路３の出力のうち、振動予知期間τｏよ
りも短い間隔で近接する２個の振動については、あたか
も１個の振動とみなされ、懸架装置５内のサーボモータ
（図示せず）は波形拡幅回路４の出力を振動センサ２の
出力と見なして動作するため、懸架装置５内のサーボモ
ータへの通電回数が減り、また小刻みな応答動作が抑制
される分、乗心地の向上を図ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の電子制御サスペ
ンション１は、懸架装置５の動作回数を減らしたこと
で、耐久寿命の延命と乗心地の向上を図ることができる
が、振動予知期間τｏが固定されているため、例えば仮
に振動予知期間τｏを比較的短めに設定した場合は、単
位時間当たりの平均振動回数が少なく振動周期が長いと
きに、実際の振動回数に近い回数だけ懸架装置５が応答
動作してしまい、それだけ乗心地や寿命延長の効果が乏
しく、またその逆に振動予知期間τｏを比較的長めに設
定した場合は、単位時間当たりの平均振動回数が少なく
振動周期が短いときに、小刻みの振動に対して懸架装置
５が殆ど応答しなくなるため、緩衝効果が薄れることで
乗心地を悪くすることがあり、振動予知期間τｏが固定
されているために、あらゆる走行状況下において一定の
乗心地が維持できないといった課題を抱えていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記課題を
解決したものであり、走行中の車両が路面から受ける振
動を検出する振動センサと、この振動センサの出力から
単位時間当たりの平均振動回数を計測する振動計測回路
と、この振動計測回路が出力する前記平均振動回数をも
って固定値を除算し、一定の確率で振動が連続発生する
期間を振動予知期間として算出する演算回路と、この演
算回路が算出した前記振動予知期間が経過するまで前記
振動センサの出力後縁部を延長する波形拡幅回路と、こ
の波形拡幅回路の出力を路面からの振動と見なして緩衝
動作する懸架装置とを具備することを第１の特徴とする
ものであり、さらに前記固定値として、振動の連続発生
確率をｐとしたときに、トラヒック理論から−ｌｎ（１
−ｐ）として導出される定数を用いることを第２の特徴
とするものである。

【０００７】

【作用】この発明は、振動センサの出力から単位時間当
たりの平均振動回数を計数し、得られた平均振動回数を
もって固定値を除算し、一定の確率で振動が連続発生す
る期間を振動予知期間として算出するとともに、算出さ
れた振動予知期間が経過するまで振動センサの出力後縁
部を延長し、拡幅された振動波形を路面からの振動と見
なして緩衝動作させることにより、乗心地と懸架装置の
耐久寿命の向上を図る。また、固定値として、振動の連
続発生確率をｐとしたときに、トラヒック理論から−ｌ
ｎ（１−ｐ）として導出される定数を用いることによ
り、確率論に裏付けられた振動予知期間を採用し、最適
な緩衝制御を実現する。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図１ない
し図３を参照して説明する。図１は、この発明の電子制
御サスペンションの一実施例を示す回路ブロック図、図
２は、図１に示した波形拡幅回路の回路図、図３は、図
１に示した回路各部の信号波形図である。

【０００９】図１に示す電子制御サスペンション１１
は、振動センサ２の出力波形を単位時間当たりの平均振
動回数に逆比例して拡幅し、拡幅された振動波形を振動
センサ２の出力と見なして懸架装置５内のサーボモータ
（図示せず）を動作させるよう構成したものである。こ
こでは、振動センサ２の出力は、一定の確率で振動が連
続発生すると予想した振動予知期間τだけ拡幅するよう
にしており、この振動予知期間τは単位時間当たりの平
均振動回数λをもって固定値を除算することで得られ
る。固定値としては、振動の連続発生確率をｐとしたと
きに、トラヒック理論から−ｌｎ（１−ｐ）として導出
される定数が用いられる。波形整形回路３には、平均振
動回数λを計測するための振動計測回路１２と、振動予
知期間τを演算するための演算回路１３が縦列接続して
ある。振動計測回路１２は、単位時間当たりの平均振動
回数λを計測するため、隣接する振動の間で一定周期の
クロックを計数し、計数結果から割り出した振動周期の
逆数として平均振動回数λを算出する。演算回路１３
は、前述の固定値−ｌｎ（１−ｐ）を平均振動回数λで
除算するもので、除算演算により得られる−ｌｎ（１−
ｐ）／λを振動予知期間τとして波形拡幅回路１４に送
り込む。

【００１０】波形拡幅回路１４は、図２に示したよう
に、波形整形回路３の出力の立ち下がりでトリガされ、
演算回路１３の出力に応じた時間τだけ持続するパルス
を出力する単安定マルチバイブレータ１５と、この単安
定マルチバイブレータ１５の出力と波形整形回路３の出
力を論理和演算するオアゲート回路１６からなる。この
ため、オアゲート回路１６からは、波形整形回路３の出
力の後縁部を振動予知期間τだけ延長したパルスが得ら
れる。なお、単安定マルチバイブレータ１５は、再トリ
ガが可能なリトリガラブル型が用いられる。また、波形
拡幅回路１４の出力を受けた懸架装置５は、拡幅された
振動波形の立ち上がりと立ち下がりでサーボモータに対
して通電指令を発する。

【００１１】ところで、実施例では、以下に示す仮定の
もとで、振動が発生した後で９０％の確率（ｐ＝０．
９）でもって再び振動が１回以上発生する時間間隔τを
用いるようにしており、ｌｎ１０／λなる演算式に従っ
て割り出されたτが振動予知期間となる。

【００１２】以下、振動終了後の時間τ内に再び振動が
ｋ回以上発生する確率Ｖｋ（τ）を、トラヒック理論に
基づいて導出する。ただし、トラヒック理論適用の前提
として、ここでは以下に示す３条件を採用するものとす
る。 １） 任意の微小時間Δτ内で、振動が発生する確率
は、Δτに比例する。 ２） 任意の微小時間Δτ内で２回以上振動が発生する
確率は、（Δτ）の２乗以上の高次の微小量である。 ３） 各振動は、互いに独立である。

【００１３】ここで、振動が時刻ｔｏで終了する事象を
Ａとし、その確率をＰ（Ａ）とし、時間τ内にｋ回振動
が発生する事象をＢとし、その確率をＰ（Ｂ）とする
と、振動が終了した後で時間τ内に再び振動が発生する
条件付確率Ｐ（Ｂ｜Ａ）は、 Ｐ（Ｂ｜Ａ）＝Ｐ（Ｂ，Ａ）／Ｐ（Ａ） である。ただし、Ｐ（Ｂ，Ａ）は、事象ＡとＢが同時に
発生する確率すなわち同時確率Ｐ（Ｂ，Ａ）であり、振
動衝撃は互いに独立であるという前提から、 Ｐ（Ｂ，Ａ）＝Ｐ（Ｂ）・Ｐ（Ａ） が成立する。このため、 Ｐ（Ｂ｜Ａ）＝Ｐ（Ｂ）・Ｐ（Ａ）／Ｐ（Ａ）＝Ｐ（Ｂ） となる。すなわち、求める確率Ｐ（Ｂ｜Ａ）は、任意の
時点よりτ秒間に振動がｋ回発生する確率であり、これ
をＶｋ（τ）と表す。

【００１４】Ｐ（Ｂ）＝Ｖｋ（τ） ここで、任意の時点よりτ＋Δτ秒間に振動がｋ回発生
する確率Ｖｋ（τ＋Δτ）は、時間τでｒ個（ｒ＝０，
１，．．ｋ）、その後の時間Δτでｋ−ｒ個の振動が発
生する場合の確率をｒについて加え合わせればよい・す
なわち、 Ｖｋ（τ＋Δτ）＝Ｖ０（τ）・Ｖｋ（Δτ） ＋Ｖ１（τ）・Ｖｋ−１（Δτ） ＋Ｖ２（τ）・Ｖｋ−２（Δτ） ・・・・・・・・・・ ＋Ｖｋ−１（τ）・Ｖ１（Δτ） ＋Ｖｋ（τ）・Ｖ０（Δτ） すなわち、

【００１５】

【数１】

【００１６】ここで、仮定２に従えば、ｊが２を越える
確立Ｖｊ（Δτ）は、Δτの２乗以上の高次の微小量で
あるから、これらの微小量の総和を

【００１７】

【数２】

【００１８】で表すことにより、

【００１９】

【数３】

【００２０】さらに、仮定１から、 Ｖ１（Δτ）＝λΔτ である。ただし、λは、前述したように、単位時間当た
りに発生する振動の平均回数であって、電子制御サスペ
ンション１１の搭載車両が実際に走行するさいに得られ
るデータであるため、路面の状況に応じて変動する。

【００２１】ところで、Δτ時間後に１回も振動衝撃が
発生しない確率Ｖ０（Δτ）は、Δτ時間後に１回以上
振動衝撃が発生する確率を、１から差し引くことで得ら
れるので、

【００２２】

【数４】

【００２３】であり、結局

【００２４】

【数５】

【００２５】である。従って、

【００２６】

【数６】

【００２７】これを変形整理すると、

【００２８】

【数７】

【００２９】そこで、Δτを限りなく０に近付けると、
すなわちΔτ→０とすると ｄＶｋ（τ）／ｄτ＝λ｛Ｖｋ−１（τ）−Ｖｋ（τ）｝ ただし、Ｖ−１（τ）＝０，Ｖ０（０）＝１，Ｖｋ
（０）＝０である。

【００３０】こうして、得られた漸化式を解けば、Ｖｋ
（τ）を求めるこができる。そこで、以下に示す確率母
関数Ｕ（τ，ｚ）を導入する。

【００３１】

【数８】

【００３２】まず、上式の両辺をτで微分し、収束する
級数は演算の順序を交換できることを利用して変形する
と、

【００３３】

【数９】

【００３４】ここで、

【００３５】

【数１０】

【００３６】であるから、 ｄＵ（τ，ｚ）／ｄτ＝λ（ｚ−１）Ｕ（τ，ｚ） この微分方程式を、初期値Ｕ（０，ｚ）すなわち

【００３７】

【数１１】

【００３８】を使って解くと、

【００３９】

【数１２】

【００４０】ここで、確率母関数の定義式

【００４１】

【数１３】

【００４２】とｚの係数について比較すると、

【００４３】

【数１４】

【００４４】が得られる。

【００４５】すなわち、振動の後でτ時間内に再び振動
がｋ回発生する確率である。

【００４６】一方、振動終了後に時間τの間に振動が１
回も発生しない確率は、

【００４７】

【数１５】

【００４８】であり、よって振動終了後に時間τの間に
再び振動が１回以上発生する確率は、

【００４９】

【数１６】

【００５０】で表される。

【００５１】そこで、９０％の確率で再び振動が１回以
上発生する時間間隔τは、

【００５２】

【数１７】

【００５３】で規定され、このことから、 τ＝ｌｎ１０／λ 内では少なくとも１回の振動が９０％の確率で発生する
と言うことができる。従って、単位時間当たりの平均振
動回数λが与えられたときに、ｌｎ１０／λの時間を単
位に懸架装置５を動作させることで、サーボモータの耐
久寿命を２倍以上に延命させることができるのである。

【００５４】また、波形拡幅回路１４によって拡幅され
る振動予知期間τは、単位時間当たりの平均振動回数λ
に逆比例して可変されるため、図３（Ａ）〜（Ｅ）に示
したように、単位時間当たりの平均振動回数λが多い場
合（図３の時間軸前半）は、振動予知期間τが短縮さ
れ、できるだけ多くの回数にわたって素早く路面の変化
に対応させるようにすることができ、またこれとは逆に
単位時間当たりの平均振動回数λが少ない場合（図３の
時間軸後半）は、振動予知期間τも長めとなり、乗心地
を損なわない範囲で懸架装置５を比較的緩慢に動作させ
ることで、耐久寿命の効果的な延命が可能であり、これ
により乗心地と緩衝装置の耐久寿命の両方を確実に向上
させることができる。

【００５５】なお、上記実施例では、振動予知期間τを
決定するさいに、９０％の確率で再び振動衝撃が１回以
上発生する時間間隔τとして求めたが、一般にｐの確率
で再び振動衝撃が１回以上発生する時間間隔τとして求
めることもでき、その場合、

【００５６】

【数１８】

【００５７】で規定されるため、 τ＝−ｌｎ（１−ｐ）／λ として、振動予知期間を定めるとよい。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、振動
センサの出力から単位時間当たりの平均振動回数を計数
し、得られた平均振動回数をもって固定値を除算し、一
定の確率で振動が連続発生する期間を振動予知期間とし
て算出するとともに、算出された振動予知期間が経過す
るまで振動センサの出力後縁部を延長し、拡幅された振
動波形を路面からの振動と見なして緩衝動作させる構成
としたから、振動センサが１回の振動を検出したとき
に、その振動が終了してから続く振動予知期間の間に発
生する複数の振動を最初の振動に包括して１個の振動と
見なすことができ、これにより振動ごとに懸架装置を動
作させる方式と異なり、小刻みな振動に対する乗心地の
向上が可能であり、同時にまた懸架装置の動作回数が減
る分だけその耐久寿命を効果的に延命させることがで
き、さらに振動予知期間は単位時間当たりの平均振動回
数に逆比例させて可変されるため、単位時間当たりの平
均振動回数が多い場合には振動予知期間を短縮し、でき
るだけ多くの回数にわたって素早く路面の変化に対応さ
せるようにすることができ、またこれとは逆に単位時間
当たりの平均振動回数が少ない場合は振動予知期間も長
めとし、乗心地を損なわない範囲で懸架装置を比較的緩
慢に動作させることで、耐久寿命の効果的な延命が可能
であり、これにより乗心地と緩衝装置の耐久寿命の両方
を確実に向上させることができる等の優れた効果を奏す
る。

【００５９】また、この発明は、固定値として、振動の
連続発生確率をｐとしたときに、トラヒック理論から−
ｌｎ（１−ｐ）として導出される定数を用いるようにし
たので、例えば確率９０％（ｐ＝０．９）で連続発生す
る振動を、ｌｎ１０／λの期間内では、一括して１個の
振動として捕えることができ、これにより確率論に裏付
けられた振動予知期間を採用し、最適な緩衝制御を実現
することができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電子制御サスペンションの一実施例
を示す回路ブロック図である。

【図２】図１に示した波形拡幅回路の回路図である。

【図３】図１に示した回路各部の信号波形図である。

【図４】従来の電子制御サスペンションの一例を示す回
路ブロック図である。

【図５】図４に示した回路各部の信号波形図である。

【符号の説明】

２ 振動センサ ５ 懸架装置 １１ 電子制御サスペンション １２ 振動計測回路 １３ 演算回路 １４ 波形拡幅回路

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行中の車両が路面から受ける振動を検
   出する振動センサと、この振動センサの出力から単位時
   間当たりの平均振動回数を計測する振動計測回路と、こ
   の振動計測回路が出力する前記平均振動回数をもって固
   定値を除算し、一定の確率で振動が連続発生する期間を
   振動予知期間として算出する演算回路と、この演算回路
   が算出した前記振動予知期間が経過するまで前記振動セ
   ンサの出力後縁部を延長する波形拡幅回路と、この波形
   拡幅回路の出力を路面からの振動と見なして緩衝動作す
   る懸架装置とを具備することを特徴とする電子制御サス
   ペンション。
2. 【請求項２】 前記固定値は、振動の連続発生確率をｐ
   としたときに、トラヒック理論から−ｌｎ（１−ｐ）と
   して導出される定数であることを特徴とする請求項１記
   載の電子制御サスペンション。