JPH11507895A - 能動懸架装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、能動的に昇降調節可能な調節機構と、それに対して直列に設けられる受動ばねと、なるべく１つの少なくともばねに対して並列に設けられる緩衝器とをそれぞれ持つ支持装置を有する、特に車両用の能勤懸架装置に関する。種々の加速度センサにより車体の昇降加速度、縦揺れ加速度、横揺れ加速度、縦加速度及び横加速度を求めることができる。変位センサにより支持装置の昇降運動が記録される。規定可能な懸架特性を得るのを可能にする信号評価が提示される。

Description

【発明の詳細な説明】 能動懸架装置 本発明は、能動的に昇降調節可能な調節機構とこれに対して直列に設けられる 受動ばねとをそれぞれ持つ支持装置、及び調節機構の自動制御装置を有し、支持 装置の昇降位置に関連する信号を発生する変位センサが各支持装置に付属し、車 体側縦加速度及び横加速度及び昇降運動の信号を発生する加速度センサ装置が車 体に設けられ、調節機構の制御に用いられる調節信号が、加速度センサの信号に より発生される第１の成分と、変位センサ及び加速度センサにより発生される第 ２の成分とを含んでいる、能動懸架装置に関する。 このような懸架装置はドイツ連邦共和国特許出願公開第3932476号明細書の対 象である。この刊行物によれば、液圧-空気圧ばね装置及び支持装置が設けられ 、受動ばねが空気圧ばね蓄熱器により形成されている。この受動ばねは、ばね上 質量とばね下質量との間に設けられるピストン-シリンダ装置のピストン動作空 間に液圧で接続され、液圧接続部により形成される″リンク機構″が、液圧の導 入又は導出により伸張又は短縮されることができる。 電流信号の第１の成分は車体の縦加速度及び横加速度により決定される。調節 信号の第２の成分は、ばね上質量に対するばね下質量の昇降行程及びばね質量の 垂直加速度に関係している。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第4231641号及び第4414022号明細書は能動懸架 装置を示しており、受動機械的ばねが液圧調節装置に対して直列に設けられ、こ の調節装置によりばね下質量の昇降位置がばね上質量に対して変化されるか、又 は受動ばねのばね行程に重なる昇降調節が行われる。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第4139412号明細書から公知の能動懸架装置で は、明らかにこわい小さな受動ばねが設けられ、タイヤ又は車輪の小さい振幅を 持つ高周波運動へ影響を及ぼすためにのみ、液圧-空気圧ばねとして構成されて いる。これらのばねは調節可能な緩衝器と組合わされている。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第4217325号明細書は能動懸架装置に関し、車 体の個々の固有振動形式は、″スカイフツク″緩衝のため互いに別々に影響を受 けることができる。 ドイツ連邦共和国特許第2943486号明細書によれば、それぞれ１つの昇降調節 可能な調節機構が受動ばねに対して直列に設けられている能動懸架装置の各支持 装置に、調節機構の調節行程を求める変位センサ及び車体側垂直加速度を求める 車体側加速度センサを付属させることが考慮されている。加速度センサの信号か ら、加速度信号のほかに、垂直速度及び車体の垂直位置用の別の信号が求められ る。それから調節機構が、その昇降位置、及び車体の垂直加速度、垂直速度及び 垂直位置用の信号にそれぞれ応じて制御される。その結果車体運動の良好な緩衝 が得られるように努力される。 更に例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第4303160号明細書から、車体と車 輪との間のシヤシにおいて、調節機構に対して直列に設けられる付加的な受動ば ねなしに、能動的に制御可能な調節機構のみをそれぞれ設け、これらの調節機構 の制御を目標値-実際値比較により監視すべきパラメータに応じて行うことが、 原理的に公知である。このような装置では、調節機構及び制御系の極めて高い反 応能力が与えられねばならない。そうでないと、車輪と車体との間に可撓受動素 子がないため、極めて不快な懸架動作が生じることになる。 さて本発明の課題は、比較的僅かなエネルギー消費で良好な快適さで高い走行 信頼性を与えることができる能動懸架装置を提供することである。 最初にあげた種類の能動懸架装置において、この課題を解決するため本発明に よれば、第１の成分が、加速度センサにより求められる車体の縦揺れ運動、横揺 れ運動及び昇降運動によつて決定され、第２の成分が、地面に対する車体の位置 の規定可能な目標値と、支持装置の昇降位置及び少なくとも縦方向及び横方向に おける車体加速度から計算機により求められる実際値との比較によつて、決定さ れる。 本発明では、比較的安価に利用可能なセンサのみ、即ち車輪と車体との間隔用 の変位センサ及び種々の車体側加速度センサが使用される。この場合加速度セン サにより、車体加速度に伴つて固定した基準系（慣性系）に対して起こる車体の 運動、及び更に車輪の所における車体と地面との間隔に関連する信号が評価され る。 本発明は、調節機構を制御する調節信号において、一方では（それだけで単独 に考えると）慣性系に対する車体運動を最小にすることになる成分を考慮すると いう一般的な考え方に基いている。他方では、（それだけで単独に考えると）車 体の実際位置とそれぞれの車道に対する目標位置との偏差を最小にすることにな る別の信号成分が考慮される。 この場合本発明は、車輪に存在するばね素子特にタイヤばねの圧縮状態が車体 加速度に関連しているという知見を利用している。車両の積載量が大体において 車両に固定したままであり、車輪及び車輪懸架装置の慣性質量が車体の慣性質量 に比較して小さいと、車両における車体加速度は、実際上、車道と車体と の間に作用し必然的に車輪従つてタイヤばね等に作用せねばならない力によつて のみ決定される。それに応じて車体加速度信号は、タイヤばね等の状態も表わす 。本発明により調節信号の第２の成分において考慮される、車体加速度信号と支 持装置の昇降位置用変位センサ信号との加算論理結合によつて、タイヤばねの状 態を考慮して車体の地上高を再現する信号が利用可能である。これに関し、（例 えば制動操作又は加速操作の際又は車両の曲線路走行の際）特にしばしば長時間 現われる車体の縦加速度及び横加速度が考慮されるので、これらの車体加速度に おいて特に顕著でしばしば長時間のタイヤ変形が考慮される。 場合によつてはパラメータに関係する重み付け係数でもつてこれらの信号成分 を加算重畳することによつて、車体運動と車道輪郭への車***置の速やかな適合 との間で最適条件が得られる。 本発明の別の利点は、調節機構の自動制御に必要な情報が、センサ信号により 、時間のかかる信号処理なしに直ちに利用可能にされることである。 車体の縦揺れ運動、横揺れ運動及び昇降運動は、平面図において車両重心に対 して異なる位置で車両に設けられる例えば（少なくとも）３つの垂直加速度セン サにより求めることができる。昇降運動についての信号は、（センサの位置に関 係する重み付け係数で）これらのセンサの信号の加算により発生される。縦揺れ に関連する信号は、車両縦方向に異なる所で設けられる２つの垂直加速度センサ の信号の差の形成により発生することができる。車両横方向に異なる所で設けら れる２つの垂直加速度センサの信号が、減算のため互いに重畳されると、横揺れ 運動へ関連する成分が利用可能である。 更に本発明では、本発明による装置においてセンサ信号の図示される直接評価 のため、有害な信号雑音が生じないことが有利である。 本発明による装置の特別な利点は、車体の縦揺れ加速度、横揺れ加速度及び昇 降加速度から誘導される調節機構用調節信号の信号成分も、車体の地上高から誘 導される信号成分も、調節速度の尺度を示すことである。調節機構が液圧機構と して構成され、普通の電磁弁により制御されると、前記の調節信号が弁電流を直 接制御する。なぜならば、高圧接続口及び低圧接続口にほぼ一定の圧力状態が存 在するものと仮定して、普通の装置における弁電流が液圧機構の調節速度に比例 するからである。このような液圧源は、原理的に公知のように容易に実現される 。 本発明の好ましい実施形態によれば、車道に対する車体の縦揺れ運動及び横揺 れ運動を調節機構の停止により小さく保つことができるようにするため、調節機 構の停止の際支持装置の支持力の高い累増性が与えられるように、最初に述べた 懸架装置を設計するように考慮されている。従つて万一の縦揺れ又は横揺れの補 償のため調節機構は、適当に小さい調節速度で小さい調節行程昇降を行いさえす ればよい。車体の縦揺れ傾向又は横揺れ傾向をおだやかに受止めるようにする場 合、調節機構を可撓的に切換えれば充分であり、即ち液圧調節機構の場合外力の 作用で、適当な弁の開放により液圧媒体を排出することができる。それにより全 体として、縦揺れ又は横揺れの補償のため及び縦揺れ又は横揺れの快適な減衰の ために、僅かなエネルギーしか必要としない。 車体側昇降運動の減衰の際にも、受動ばねのこわい調節は利点を与える。全体 として快適な懸架装置を得るため、車輪のば ね圧縮行程の場合、ばね圧縮衝撃をおだやかに受止めるために、調節機構を可撓 的に切換えれば充分である。 これに関し場合によつては存在する緩衝器の軟らかい設定が有利である。なぜ ならば、ばね圧縮行程に対してこわい緩衝器は、快適さにとつて望ましい可撓性 を妨げることになるからである。 次のばね伸張行程において、先行するばね圧縮行程の際可撓的に切換えられた 調節機構が、ばね伸長方向へ比較的ゆつくり能動的に追従することができる。そ れにより一方では調節機構用エネルギー消費が減少される。他方では支持装置は 、ばね伸張方向（緩衝器の引張り段階）に現在普通のようにばね圧縮方向（緩衝 器の圧縮段階）における挙動に比較してこわく設定されている緩衝器を持つよく 適合された受動ばねのように動作する。 なお本発明の好ましい特徴に関しては、請求項及び本発明の好ましい実施例を 示している図面の以下の説明が参照される。 図１は支持装置の回路図状の概略原理図を示し、 図２は本発明による懸架装置を持つ車両を原理図に示し、 図３は昇降調節可能な調節機構の自動制御装置のブロツク線図を示している。 車両の車輪１とシヤシ又は車体との間にそれぞれ設けられる支持装置３は、そ れぞれ受動ばね４及びそれに対して直列に設けられる液圧装置５を持ち、この液 圧装置５は図１では本発明の好ましい実施形態によりばね４の車体側に設けられ ている。液圧装置５によりばね４の車体側支持体は車体２に対して垂直に調節さ れる。 ばね４に対して並列に、又は図１に示すようにばね４及び液 圧装置５に対して並列に、緩衝器６が車輪１と車体２との間に設けられている。 緩衝器６の図示した配置は、緩衝器６がばね４に対してのみ並列に車輪１と液圧 装置５との間に設けられる場合よりこの緩衝器６を大きい長さに構成できるとい う点で、利点を与える。しかしこの後者の配置も同様に原理的に可能であり、そ の場合調節の際支持装置３が緩衝器６の抵抗に抗して動作しなくてよいので、有 利でもある。 液圧装置５は、電気的に操作される比例弁装置７を介して、液圧圧力源８及び ／又は比較的圧力のないタンク９に制御可能に接続されるか、又は圧力源８及び タンク９に対して遮断されるが、その際僅かな漏れが起こつてもよく、圧力源８ は、図示しない液圧ポンプにより常にほぼ不変な圧方に保たれる圧力だめとして 構成されることができる。 比例弁装置７は電子制御回路10により後述するように操作される。このため制 御回路10は入力側を以下に示すセンサに接続されている。 各車輪１又は支持装置３には変位センサ11が付属し、その信号はそれぞれの車 輪１と車体２との間隔に関連している。車体の点と車輪側の点との直接間隔測定 の代わりに、それぞれの車輪１に付属して車輪案内に用いられる懸架腕例えば横 置き懸架腕の車体２に対する揺動角を求めることによつて、この間隔を求めるこ とができる。いずれにせよこの間隔は、情報として制御回路10に利用可能である 。 車体２には少なくとも３つの垂直加速度センサ12が設けられ、平面図において 車体２の重心に対して異なる位置を持つている。これらのセンサ12の信号から制 御回路10は、垂直方向における車体２の加速度、即ち昇降加速度及び車体２の縦 揺れ運動及び縦揺れ運動、即ち車体２の横軸線及び縦軸線の周りの 加速される回転運動を求めて、互いに区別することができる。垂直加速度センサ 12の１つが車体２の重心に設けられている場合、このセンサの信号は、それだけ 単独に考えると、車体２の垂直加速度に相当する。３つのセンサ12すべてが、車 体２の平面図においてその重心から大きいか又は小さい間隔を持つていると、こ れらのセンサ12の信号和は車体２の垂直加速度に関連している。車両縦方向に異 なる位置をとる２つのセンサ12の信号差は、車体２の縦揺れ加速度（縦揺れ運動 の加速度）に関連している。車両の横方向に異なる所に設けられる２つのセンサ 12の信号差は、車体２の横揺れ加速度に関連している。 更に車体２には、車体２の横加速度用センサ装置13及び車体２の縦加速度用セ ンサ装置14が設けられている。 従つて縦方向、横方向及び垂直方向における車体２の加速度及び縦軸線、横軸 線及び垂直軸線に関する車体２の加速される回転運動の信号が利用可能である。 図３によれば、垂直加速度センサ12の信号は回路装置15により処理されて、こ の回路装置15の出力側に、車体２の昇降加速度、縦揺れ加速度及び横揺れ加速度 を再現する信号が存在するようにしている。これらの信号は、路面車両にとつて 好ましい本発明の特徴に従つて高域フイルタ装置16へ供給されるので、この高域 フイルタ装置16の出力側には、車体２の昇降加速度、縦揺れ加速度及び横揺れ加 速度の非定常成分を持つ信号のみが存在する。 これらの信号は、図示した例では加算回路18へ至る２つの出力端を持つ制御回 路装置17へ供給される。一方の出力端は、制御回路装置17の入力に比例する信号 を導き、この信号はそれぞれの加速される車体運動の所望の減衰に物理的に関連 して いる。第２の出力端により発生される信号は、入力信号の時間積分に相当し、そ れぞれの加速される車体運動を妨げる所望の反力を物理的に表わしている。 回路装置15の出力信号は更に加算回路19へ供給され、この加算回路は更に車体 ２の横加速度及び縦加速度用のセンサ装置13及び14の信号を受ける。従つて加算 回路19の出力側には、車体２のすべての自由度に関する車体加速度についての情 報が存在する。物理的に見てこれらの信号は、いずれにせよ車両の積載量又は乗 員の運動を無視できる時、車体２へ作用する外力の尺度でもある。これらの外力 は、路面車両では実際上完全に車輪１へ作用し、従つて車輪１のタイヤ等のばね 圧縮又は歪みを起こさねばならない。さて回路装置20により、前記の加速度信号 を、タイヤ即ち車輪１のタイヤにより形成される″タイヤばね″１″のばね圧縮 状態を再現する信号に変換することができる。これらの信号は加算回路21へ供給 され、そこで変位センサ11の信号と論理結合されて、それぞれの車輪１における 車体２の地上高に関連する信号を出力に生じる。従つてこれらの信号は、全体と して車道に対する車体２の位置についての情報を表わす。 回路装置22においてこれらの信号が変換されて、その出力側で、車体２の平均 地上高の実際値、横揺れ角の実際値及び車体２の縦揺れ角の実際値に関連する信 号が利用可能である。 前記の信号は、目標値発生器24から平均地上高及び車体２の縦揺れ角及び横揺 れ角の目標値信号を受けて目標値-実際値比較を行う加算回路23へ供給される。 従つて加算回路23は、車体２の目標位置に対するその実際位置の目標値-実際値 偏差を表わす信号を出力側に発生する。 加算回路23の出力信号は、２つの出力端を持つ制御回路装置25において、制御 回路装置17へ供給される信号と原理的に同じように処理される。従つて制御回路 装置25の一方の出力端は、入力信号に比例する出力信号を発生し、制御回路装置 25の他方の出力端は入力信号の時間積分に相当する信号を発生する。 制御回路装置25の出力信号は、加算回路18において制御回路装置17の出力信号 と組合わされ、即ち加算回路18の出力側で、地面に固定した基準系に対する車体 運動の所望の対抗措置及び地面に対する車体の実際位置と適当な目標値との偏差 を補償する対抗措置を含む全体信号が利用可能である。これらの信号は、機関振 動によりひき起こされる車体振動又は車輪の不平衡によりひき起こされる車輪振 動が比例弁装置７の操作の際考慮されるのを防止するため、低域フイルタ装置26 へ供給される。 低域フイルタ装置の後にはなるべく別の加算回路27が設けられて、高域フイル タ装置26の出力信号のほかに、入力側に加算回路19の出力信号を受ける微分装置 28の出力信号を供給される。微分装置28の出力信号は、昇降方向及び横揺れ方向 に車体２へ作用する外部トルクに関連しかつ車体２の昇降加速度、縦揺れ加速度 、横揺れ加速度、横加速度及び縦加速度の変化から構成される信号の変化を表わ す。 加算回路27の出力信号は、従つて車体２の運動速度により規定される信号成分 を含んでいる。更に加算回路27の出力信号は、車体２へ作用する縦揺れ方向及び 横揺れ方向の外部トルクにより決定される信号成分を含んでいる。最後に、地面 に対する車体２の実際位置と対応する目標位置との偏差により規定 される信号成分が存在する。 これらの信号は、最終段29において、車両の車輪１の比例弁装置７用の制御電 流に変換される。 その際車体２の横揺れ運動を補償するために考慮される液圧装置５の調節を、 規定可能なように不均一に車両の前輪及び後輪へ作用させることができる。この ため横揺れ補償のために考慮される液圧装置５の運動の前輪及び後輪への分配を 規定する目標値発生器31に接続されている制御回路30へ供合することができる。 従つて別の入力端を介して制御回路30の出力端に接続されている最終段29は、横 揺れ補償のため、比例弁装置７の操作の際適当な分配を考慮することができる。 特に好ましい実施形態によれば、回路装置22は、入力信号から、対角線上で対 向する一方の車輪１（右前輪、左前輪）における車体２の地上高の平均値が対向 線上で対向する他方の車輪１（左前輪、右後輪）における車体２の地上高の平均 値からどの程度相違しているかを再現する信号を形成することもできる。この信 号は、車体２の歪みの大きさ及び方向の尺度を表わす。適当な信号がフイルタ32 へ供給され、このフイルタ32がこれらの信号を所定の程度だけ遅らせる。フイル タ32の出力信号は弁別回路33へ供給され、この弁別回路はフイルタ32の入力端に 接続されている別の入力端を持つている。弁別回路33の両方の入力端にある信号 即ちフイルタ入力信号とフイルタ出力信号が同じ極性又は同じ符号を持つと、弁 別回路33は値″１″を持つ出力信号を発生する。そうでない場合値″０″を持つ 出力信号が発生される。この出力信号は乗算回路34でフイルタ出力信号に乗算さ れる。従つてフイルタ出力信号がフイルタ入方信号と同じ極性又は同じ符号を持 つている時にのみ、乗算回路 ３４の出力側からフイルタ出力信号が更に送られる。そうでない場合フイルタ出 力信号は送られない。 従つて車体２の現在の歪みが回路32により時間的に平均化された車体２の歪み に符号に関して一致する時にのみ、乗算回路34の出力信号が存在することができ る。こうして実際に存在する歪みに基く能動調節素子の介入頻度を、この歪みを 最小にするという本来の機能を危険にさらすことなしに、最小の程度に減少する ことができる。 加算回路35により、既に存在する車体２の歪みを横揺れ補償の際考慮すること ができる。 本発明の特別な利点は、比例弁装置７と液圧装置５の普通の組合わせで、液圧 装置５の調節速度が比例弁装置７を操作する電流に比例することである。いずれ にせよこれは、圧力源８の圧力が液圧装置５に作用する力に比較して大きい時に いえる。このような条件は容易に満たされる。従つて本発明による懸架装置では 、液圧装置５の調節速度が付属する比例弁装置７の操作電流に一致することを常 に出発点とすることができる。それにより精確に再現可能な応答性能が与えられ る。 他方本発明による種類の懸架装置では、最終段29により発生されて比例弁装置 ７を操作する電流がそれぞれの液圧装置５の調節速度に比例することを出発点と することができる時常に、所定の懸架特性を回路素子の適当な寸法設定により得 ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 能動懸架装置が、能動的に昇降調節可能な調節機構とこれに対して直列に設 けられる受動ばねとをそれぞれ持つ支持装置、及び調節機構の自動制御装置を有 し、支持装置の昇降位置に関連する信号を発生する変位センサが各支持装置に付 属し、車体側縦加速度及び横加速度及び昇降運動の信号を発生する加速度センサ 装置が車体に設けられ、調節機構の制御に用いられる調節信号が、加速度センサ の信号により発生される第１の成分と、変位センサ及び加速度センサにより発生 される第２の成分とを含んでいるものにおいて、第１の成分が、加速度センサ（ 12〜14）により求められる車体（２）の縦揺れ運動、横揺れ運動及び昇降運動に よつて決定され、第２の成分が、地面に対する車体（２）の位置の規定可能な目 標値と、支持装置（３）の昇降位置及び少なくとも縦方向及び横方向における車 体加速度から計算機により求められる実際値との比較によつて、決定されること を特徴とする、特に車両用の能動懸架装置。 ２ ばね（４）に対して並列に又は調節機構（５）及びばね（４）に対して並列 に、緩衝器（６）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の懸架装 置。 ３ 受動ばね（４）が比較的こわいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の 懸架装置。 ４ 緩衝器（６）が比較的軟らかいことを特徴とする、請求項２又は３に記載の 懸架装置。 ５ 調節信号が、車体加速度の変化の程度に関係する成分を含んでいることを特 徴とする、請求項１〜４の１つに記載の懸架装置。 ６ 第１の信号成分を発生するために用いられる信号が高域フイ ルタ（16）を通過することを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の懸架装置 。 ７ 第１及び第２の信号成分が低域フイルタ（26）を通過することを特徴とする 、請求項１〜６の１つに記載の懸架装置。 ８ 調節機構として液圧装置（５）が設けられて、電気的に操作される比例弁装 置（７）により制御され、液圧装置（５）の調節速度が、それぞれの比例弁装置 （７）の操作用電流に比例していることを特徴とする、請求項１〜７の１つに記 載の懸架装置。