特開 2024-80989 車両サスペンション装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024080989

(43)【公開日】2024-06-17

(54)【発明の名称】車両サスペンション装置

(51)【国際特許分類】

   B60G 17/015 20060101AFI20240610BHJP

【ＦＩ】

B60G17/015 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022194381

(22)【出願日】2022-12-05

(71)【出願人】

【識別番号】000003148

【氏名又は名称】ＴＯＹＯ ＴＩＲＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003395

【氏名又は名称】弁理士法人蔦田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】河合 敏晃

【テーマコード（参考）】

3D301

【Ｆターム（参考）】

3D301AA02

3D301CA09

3D301DA14

3D301DA33

3D301DB38

3D301DB40

3D301EA19

3D301EB04

3D301EB07

3D301EB34

3D301EC01

3D301EC06

3D301EC65

(57)【要約】

【課題】操縦安定性の悪化を抑えながら乗り心地を改善する。
【解決手段】車両サスペンション装置は、気体ばね１４と、気体ばね１４に接続された気体シリンダ２２と、そのピストン３６を動作させるアクチュエータ２４と、気体流路３４を開閉する開閉弁２６と、車体上下加速度を検出する加速度検出装置２８と、圧縮気体供給装置３０と、制御装置３２と、を備える。制御装置３２は、検出した車体上下加速度から実振動の振動ピーク周波数を算出し、該振動ピーク周波数とばね固有振動数との差を求め、その差が第１設定値よりも小さいときに、当該差を第１設定値以上の第２設定値にするために必要なピストン３６の移動量を算出し、該移動量に応じてピストン３６を動作させ、圧縮気体供給装置３０により気体シリンダ２２に気体を供給し、開閉弁２６を開状態とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車体と車輪との間に設置された気体ばね、
前記気体ばねに気体流路を介して接続されてピストンの移動により容積可変に構成された気体シリンダ、
前記ピストンを動作させるためのアクチュエータ、
前記気体ばねと前記気体シリンダとの間で前記気体流路を開閉するための開閉弁、
車体上下加速度を検出するための加速度検出装置、
前記気体シリンダに連通する圧縮気体供給装置、及び、
前記開閉弁と前記圧縮気体供給装置と前記アクチュエータを制御する制御装置、
を備え、
前記制御装置は、前記加速度検出装置により検出した車体上下加速度からＦＦＴ解析を用いて実振動のばね上共振領域の振動ピーク周波数を算出し、前記振動ピーク周波数と空気ばねの固有振動数との差を求め、前記差が第１設定値よりも小さいときに、当該差を前記第１設定値以上の第２設定値にするために必要な前記ピストンの移動量を算出し、前記移動量に応じて前記アクチュエータにより前記ピストンを動作させ、前記圧縮気体供給装置により前記気体シリンダに気体を供給し、前記開閉弁を開状態とする制御を行う、
車両サスペンション装置。

【請求項2】

前記第２設定値が前記第１設定値と同じ値である、請求項１に記載の車両サスペンション装置。

【請求項3】

前記第１設定値及び前記第２設定値が０．５～１．５Ｈｚの範囲で設定される、請求項１に記載の車両サスペンション装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記加速度検出装置により検出した車体上下加速度から移動平均を算出し、前記移動平均が閾値以上のときに、前記アクチュエータによる前記ピストンの動作制御を行う、請求項１～３のいずれか１項に記載の車両サスペンション装置。

【請求項5】

前記実振動のばね上共振領域の振動ピーク周波数の算出は、前記ＦＦＴ解析により得られる曲線を３回差分し、３回差分の値が負から正の方向に０を横切る周波数を求め、求めた周波数のうちで２回差分の極小値が最小値となる周波数を、前記振動ピーク周波数とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の車両サスペンション装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、車両サスペンション装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車などの車両の乗り心地を改善するために、圧縮空気を利用した空気ばねを用いたサスペンション装置を搭載する車両が知られている。このような車両サスペンション装置では、空気ばねと空気タンクとの間に設けられた切替弁を開閉することにより、空気ばねの特性を変更可能にしている。

【0003】

例えば、特許文献１には、空気ばねに複数の空気タンクを接続し、車両振動の大きさによって開閉弁により空気ばねとタンクとの間の気体流路を切り替えることにより、ばね定数を変更することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－０３６８３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記のように複数の空気タンクに対する接続の切り替えでは、空気タンクの組み合わせの数しかばね定数を設定できない。このように切り替えできるばね定数のパターンが決まっているので、必要以上にばね定数が下がりすぎることがあり、乗り心地は改善されたとしても、コーナリング時のロールが大きくなって操縦安定性（運転フィーリング）が悪化する可能性がある。

【0006】

本発明の実施形態は、操縦安定性の悪化を抑えながら乗り心地を改善することができる車両サスペンション装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は以下に示される実施形態を含む。
［１］ 車体と車輪との間に設置された気体ばね、前記気体ばねに気体流路を介して接続されてピストンの移動により容積可変に構成された気体シリンダ、前記ピストンを動作させるためのアクチュエータ、前記気体ばねと前記気体シリンダとの間で前記気体流路を開閉するための開閉弁、車体上下加速度を検出するための加速度検出装置、前記気体シリンダに連通する圧縮気体供給装置、及び、前記開閉弁と前記圧縮気体供給装置と前記アクチュエータを制御する制御装置、を備え、
前記制御装置は、前記加速度検出装置により検出した車体上下加速度からＦＦＴ解析を用いて実振動のばね上共振領域の振動ピーク周波数を算出し、前記振動ピーク周波数と空気ばねの固有振動数との差を求め、前記差が第１設定値よりも小さいときに、当該差を前記第１設定値以上の第２設定値にするために必要な前記ピストンの移動量を算出し、前記移動量に応じて前記アクチュエータにより前記ピストンを動作させ、前記圧縮気体供給装置により前記気体シリンダに気体を供給し、前記開閉弁を開状態とする制御を行う、車両サスペンション装置。
［２］ 前記第２設定値が前記第１設定値と同じ値である、［１］に記載の車両サスペンション装置。
［３］ 前記第１設定値及び前記第２設定値が０．５～１．５Ｈｚの範囲で設定される、［１］又は［２］に記載の車両サスペンション装置。
［４］ 前記制御装置は、前記加速度検出装置により検出した車体上下加速度から移動平均を算出し、前記移動平均が閾値以上のときに、前記アクチュエータによる前記ピストンの動作制御を行う、［１］～［３］のいずれか１項に記載の車両サスペンション装置。
［５］ 前記実振動のばね上共振領域の振動ピーク周波数の算出は、前記ＦＦＴ解析により得られる曲線を３回差分し、３回差分の値が負から正の方向に０を横切る周波数を求め、求めた周波数のうちで２回差分の極小値が最小値となる周波数を、前記振動ピーク周波数とする、［１］～［４］のいずれか１項に記載の車両サスペンション装置。

【発明の効果】

【0008】

本発明の実施形態に係る車両サスペンション装置であると、操縦安定性の悪化を抑えながら、乗り心地を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係る車両サスペンション装置のシステム構成図

【図2】同車両サスペンション装置の電気的構成を示すブロック図

【図3】同実施形態における制御内容を示すフローチャート

【図4】振動ピーク周波数の算出方法を説明するための図であり、（Ａ）はＦＦＴ解析により得られた周波数特性（原波形）を示すグラフ、（Ｂ）は原波形を２回差分したグラフ、（Ｃ）は原波形を３回差分したグラフ

【図5】エアサスペンションにおけるピストン変位とシリンダ容積又はばね定数との関係を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

【0011】

図１は、一実施形態に係る車両サスペンション装置のシステム構成図であり、ばね下部材である車輪１０とばね上部材である車体１２との間に、気体ばねであるエアサスペンション１４が設けられている。エアサスペンション１４は、圧縮気体の弾性力を利用したばね装置であり、空気ばねとも称される。圧縮気体としては圧縮空気が一般的である。以下、「気体」の代わりに「空気」ということがあるが、両者は適宜置き換え可能である。

【0012】

この例では、車両は乗用車などの４輪自動車であり、各車輪１０と車体１２との間にそれぞれエアサスペンション１４が設置されている。以下、１つの車輪１０について説明するが、他の車輪についても同様の構成を採用することができる。

【0013】

車輪１０は、外周にタイヤ１６を備える。

【0014】

エアサスペンション１４は、空気ばね室１８を備える。エアサスペンション１４には、ショックアブソーバなどの減衰器２０が設けられている。この例では、減衰器２０はシリンダダンパーからなり、空気ばね室１８内に同軸状に配されている。

【0015】

車両サスペンション装置は、エアサスペンション１４とともに、気体シリンダであるエアシリンダ２２と、アクチュエータ２４と、開閉弁２６と、加速度検出装置２８と、圧縮気体供給装置である圧縮空気供給装置３０と、制御装置３２と、を備える。

【0016】

エアシリンダ２２は、導管などの気体流路３４を介してエアサスペンション１４に接続され、ピストン３６の移動により容積可変に構成された部品である。エアシリンダ２２の容積を変えることにより、エアシリンダ２２に接続されたエアサスペンション１４において、空気ばねとして作用する容積を増加させることができる。そのため、エアサスペンション１４のばね定数を低下させることができる。

【0017】

ピストン３６は、エアシリンダ２２の内部を２つの空間３８，４０に仕切り、一方の空間３８に気体流路３４が接続され、他方の空間４０は不図示のポートを介して大気に開放されている。ここで、ピストン３６の初期位置は、エアシリンダ２２の容積（空間３８の容積）が０（ゼロ）となる位置に設定される。

【0018】

アクチュエータ２４は、ピストン３６を動作させる部品である。この例では、上記他方の空間４０を貫通するロッド３６Ａを軸方向に進退駆動することで、ピストン３６をエアシリンダ２２の軸方向に移動させる。アクチュエータ２４としては、ピストン３６を動作させることができれば、特に限定されず、例えば電磁アクチュエータ、リニアモータ、油圧アクチュエータ、ボールねじなどの各種アクチュエータを用いることができる。

【0019】

開閉弁２６は、エアサスペンション１４とエアシリンダ２２との間で気体流路３４を開閉する部品であり、例えば電磁弁で構成することができる。開閉弁２６により気体流路３４を閉状態（全閉状態）とすることにより、エアサスペンション１４は自身の空気ばね室１８の容積に応じたばね定数を持つ。開閉弁２６により気体流路３４を開状態（全開状態）とすることにより、エアサスペンション１４の空気ばね室１８とエアシリンダ２２の空間３８が連通状態となり、空気ばねとして作用する容積が増加する。

【0020】

加速度検出装置２８は、車体１２の上下方向における加速度（車体上下加速度）を検出するための部品であり、公知の加速度センサにより構成することができる。加速度検出装置２８は、例えばアッパーマウント部に設置されることで各車輪１０に対応させてそれぞれ設けてもよいが、１つの加速度検出装置２８を例えば車体１２の重心位置に設けることにより、４つの車輪１０に対して１つの加速度検出装置２８を共用してもよい。

【0021】

圧縮空気供給装置３０は、エアシリンダ２２に連通して設けられて、エアシリンダ２２に圧縮空気を供給する部品である。詳細には、圧縮空気供給装置３０は、エアシリンダ２２の上記空間３８に接続されて当該空間３８に圧縮空気を供給し、これにより、エアサスペンション１４の空気ばね室１８の空気圧とエアシリンダ２２の空間３８の空気圧とを一致させる。エアシリンダ２２の空間３８の空気圧を空気ばね室１８の空気圧と同じ値にするために、空気ばね室１８の空気圧を測定し、その空気圧になるようにエアシリンダ２２の空間３８に圧縮空気を供給する。

【0022】

圧縮空気供給装置３０は、例えば、コンプレッサや高圧タンクなどの気体供給源と、サーボバルブとにより構成することができ、また、空気ばね室１８の空気圧を検出するための圧力センサを備えてもよい。

【0023】

制御装置３２は、開閉弁２６と圧縮空気供給装置３０とアクチュエータ２４を制御するための部品であり、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インターフェース、各種ドライバ等から構成されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）を用いることができる。制御装置３２は、開閉弁２６、圧縮空気供給装置３０及びアクチュエータ２４に電気的に接続されて、これらの動作を制御する。制御装置３２は、また、加速度検出装置２８が検出した車体上下加速度のデータを取得するために、加速度検出装置２８に電気的に接続されている。制御装置３２は、各車輪１０に対応させて設けてもよいが、通常は４つの車輪１０に対して１つの制御装置３２を共用させる。

【0024】

制御装置３２は、実振動のばね上共振領域の振動ピーク周波数とエアサスペンション１４の固有振動数との差を求め、この差が設定値よりも小さいときに、エアシリンダ２２のピストン３６を動作させて固有振動数が低周波数側にシフトするように制御する。

【0025】

振動ピーク周波数とエアサスペンション１４の固有振動数が一致ないし極近い値を持つと、振動が大きくなり、乗り心地が損なわれる。両者が実質的に一致しないように固有振動数を低周波数側にシフトさせることで、ばね上共振領域の振動を低減して乗り心地を改善することができる。その際、本実施形態では、エアシリンダ２２のピストン３６の移動量を算出し、その移動量に応じてピストン３６を動作させることで固有振動数を低減する。そのため、エアサスペンション１４のばね定数が必要以上に下がることを回避することができ、操縦安定性の悪化を抑えることができる。よって、操縦安定性の悪化を抑えながら、乗り心地を改善することができる。

【0026】

図２に示すように、制御装置３２は、不図示の記憶部に記憶されたプログラムを実行することで、加速度取得部５０、移動平均算出部５２、第１判定部５４、振動ピーク周波数算出部５６、ばね固有振動数算出部５８、周波数差算出部６０、第２判定部６２、移動量算出部６４、アクチュエータ制御部６６、気体供給制御部６８、及び開閉弁制御部７０として機能する。

【0027】

加速度取得部５０は、加速度検出装置２８が検出した車体上下加速度を取得する。移動平均算出部５２は、上記取得した車体上下加速度から移動平均を算出する。第１判定部５４は、上記算出した移動平均が閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上であるときにはアクチュエータ２４によるピストン３６の動作制御に進み、閾値未満であるときには当該動作制御に進まないように制御する。

【0028】

振動ピーク周波数算出部５６は、上記車体上下加速度からＦＦＴ解析を用いて実振動のばね上共振領域の振動ピーク周波数を算出する。ばね固有振動数算出部５８は、エアサスペンション１４の固有振動数を算出する。周波数差算出部６０は、振動ピーク周波数と空気ばねの固有振動数との差を求める。第２判定部６２は、振動ピーク周波数と固有振動数との差が第１設定値よりも小さいか否かを判定し、第１設定値よりも小さいときにはアクチュエータ２４によるピストン３６の動作制御に進み、第１設定値以上であるときには当該動作制御に進まないように制御する。

【0029】

移動量算出部６４は、上記の振動ピーク周波数と固有振動数との差を第１設定値以上の第２設定値にするために必要なピストン３６の移動量を算出する。アクチュエータ制御部６６は、算出した移動量に応じてアクチュエータ２４によりピストン３６を動作させる。気体供給制御部６８は、圧縮空気供給装置３０によりエアシリンダ２２の上記空間３８に圧縮空気を供給して、エアサスペンション１４の空気ばね室１８の空気圧とエアシリンダ２２の空間３８の空気圧とを一致させる。開閉弁制御部７０は、開閉弁２６を開状態又は閉状態にする制御を行う。

【0030】

次に、車両サスペンション装置における制御装置３２による制御内容について、図３のフローチャートを参照して説明する。

【0031】

システムがスタートすると、まず、ステップＳ１において、開閉弁制御部７０が開閉弁２６を閉状態とする。ここで「閉状態とする」には、開閉弁２６が閉状態であるときに、当該閉状態をそのまま維持することも含まれる。なお、車両としては、開閉弁２６が閉状態での走行が基本モードである。そしてステップＳ２に進む。

【0032】

ステップＳ２において、加速度取得部５０が、加速度検出装置２８に時系列の車体上下加速度を検出させ、当該検出した時系列車体上下加速度データを取得する。また、移動平均算出部５２が、検出した時系列の車体上下加速度データから移動平均を算出する。移動平均とは、連続する複数の時期の平均を算出し、順次時期をずらしながら計算することをいい、一定時間（例えば０．５秒）ごとに遡ってその間の加速度の平均値をとる。そしてステップＳ３に進む。

【0033】

ステップＳ３において、第１判定部５４は、上記算出した移動平均が閾値以上であるか否かを判定し、閾値未満であるときは、路面が荒れていないと判断してステップＳ１に戻る。一方、閾値以上であるときは、路面が荒れていると判断してステップＳ４に進む。ここで、閾値は、路面が荒れているか、又は荒れていないか（即ち、平滑な路面であるか）との境界となる値であり、例えば２ｍ／ｓ^２に設定してもよい。

【0034】

ステップＳ４において、振動ピーク周波数算出部５６は、車体上下加速度からＦＦＴ解析を用いて実振動のばね上共振領域の振動ピーク周波数ｆ_ａを算出する。走行時における実振動のばね上共振領域は、通常５Ｈｚ以下であり、１～２Ｈｚであることが多い。ＦＦＴ解析の結果から振動ピーク周波数ｆ_ａを算出する方法としては、ＦＦＴ解析により得られた曲線を３回微分した波形から求めてもよいが、当該曲線を３回差分した波形から求めることが、構成要素の追加や処理遅れの懸念を無くすうえで好ましい。

【0035】

詳細には、ステップＳ２で求めた時系列車体上下加速度データの移動平均の波形をＦＦＴ（高速フーリエ変換）解析する。ＦＦＴ解析としては、通常のＦＦＴ解析を行ってもよいが、リアルタイムＦＦＴ解析を行うことが好ましい。ここで、通常のＦＦＴ解析では信号データのサンプリングを行うと、直前にサンプリングしたそのデータに対するＦＦＴ演算を行う。一方、ここで用いるリアルタイムＦＦＴ解析とは、直前のサンプリングデータだけでなく、それまでの採取したサンプリングデータの一部（１つ前のみ、１つ前と２つ前の平均、１つ前と２つ前の累積など）あるいは全部を用いてＦＦＴ演算を行う手法をいう。

【0036】

次いで、ＦＦＴ解析により得られた離散化データの曲線、即ち、横軸を周波数とし、縦軸を振動レベルとする周波数特性の波形（原波形）から振動ピーク周波数ｆ_ａを求める。その求め方は下記手順（１）～（３）により行うことができる。

【0037】

（１） 原波形に対して３回差分をとる。差分としては、前進差分、後進差分、中心差分などが挙げられ、一例として前進差分を行う。ここで、上記原波形から差分をとったものを１回差分とし、該１回差分で得られた曲線から差分をとったものを２回差分とし、該２回差分で得られた曲線から差分をとったものを３回差分とする。原波形の一例を図４（Ａ）に示す。図４（Ｂ）は該原波形を２回差分したグラフであり、図４（Ｃ）は該原波形を３回差分したグラフである。

【0038】

（２） ３回差分した曲線の離散化データにおいて、値が負から正の方向に０（即ち、横軸）を横切る周波数を求める。例えば、図４の例では、図４（Ｃ）に示すように３回差分した曲線は１．３５Ｈｚと２．５５Ｈｚにおいて横軸を横切るので、１．３５Ｈｚと２．５５Ｈｚの２つの周波数が求められる。

【0039】

（３） 次いで、手順（２）で求めた周波数のうち２回差分の極小値が最小値となる周波数（卓越周波数）を求め、この卓越周波数を振動ピーク周波数ｆ_ａとする。例えば、図４の例では、図４（Ｂ）に示すように１．３５Ｈｚと２．５５Ｈｚのうち１．３５Ｈｚの方が極小値がより小さいので、１．３５Ｈｚを振動ピーク周波数ｆ_ａとする。

【0040】

なお、上記では手順（２）で複数の周波数が検出された際、手順（３）で２回差分の極小値が最小となる周波数を選択することで振動ピーク周波数ｆ_ａとしたが、手順（２）で検出された全ての周波数の算術平均をとることで、当該平均値を振動ピーク周波数ｆ_ａとして算出してもよい。あるいは、手順（２）で３つ以上の周波数が検出された場合に、手順（３）で２回差分の極小値の最小値が小さい順にデータを選択し、上位いくつかのみを用いて算術平均をとる方法が考えられる。また、３回差分した曲線で値が負から正の方向に０（ゼロ）を横切る周波数がない場合は、注目する周波数領域内に卓越する周波数ピークが存在しないとして、例外的に以降のステップＳ５に進まず、ステップＳ２に戻るようにしてもよい。

【0041】

次いで、ステップＳ５において、ばね固有振動数算出部５８が、エアサスペンション１４の固有振動数ｆ_ｎを算出する。エアサスペンション１４の固有振動数ｆ_ｎは、下記式（１）により算出することができる。ここで、エアサスペンション１４のばね定数Ｋは下記式（２）で表される。

【数1】

【0042】

式（１）中、Ｍはエアサスペンション１４が受け持つばね上の質量である。式（２）中、Ｖはエアサスペンション１４の空気ばねとして作用する容積である。ｎはポリトロープ指数である。Ｐはエアサスペンション１４の絶対圧（ゲージ圧＋大気圧）である。Ａはエアサスペンション１４の受圧面積である。

【0043】

なお、エアサスペンション１４の初期ばね定数は、予め算出されていてもよく、例えば、ステップＳ５において、その値を不図示の記憶部から取得してもよい。ここで、初期ばね定数とは、開閉弁２６が閉状態でのばね定数であり、エアサスペンション１４自身の空気ばね室１８の容積でのばね定数である。

【0044】

このようにして振動ピーク周波数ｆ_ａとエアサスペンション１４の固有振動数ｆ_ｎを算出した後、ステップＳ６において、周波数差算出部６０が、振動ピーク周波数ｆ_ａと固有振動数ｆ_ｎとの差（差の絶対値）Δｆ（＝｜ｆ_ａ－ｆ_ｎ｜）を求める。そしてステップＳ７に進む。

【0045】

ステップＳ７において、第２判定部６２は、振動ピーク周波数ｆ_ａと固有振動数ｆ_ｎとの差Δｆが第１設定値よりも小さいか否かを判定し、差Δｆが第１設定値よりも小さいときにはステップＳ８に進む。一方、上記差Δｆが第１設定値以上であるときには、ばね上共振領域の振動を低減する必要が無いと判断して、ステップＳ２に戻る。

【0046】

第１設定値は、振動ピーク周波数ｆ_ａと固有振動数ｆ_ｎが実質的に一致することで乗り心地が悪化することを防ぐために、実質的に一致しないといえる範囲で設定することができる。例えば、第１設定値は０．５～１．５Ｈｚの範囲で設定されることが好ましく、一例として第１設定値は１．０Ｈｚに設定してもよい。

【0047】

ステップＳ８において、移動量算出部６４は、振動ピーク周波数ｆ_ａと固有振動数ｆ_ｎとの差Δｆを第１設定値以上の第２設定値にするために必要なピストン３６の移動量を算出する。

【0048】

一般に、空気ばねは空気圧及び受圧面積が一定の場合、外部空気室の容積を増減させることにより、ばね定数を可変することができる（上記式（２）参照）。本実施形態では、外部空気室としてエアシリンダ２２を備えており、図５に示されるように、ピストン３６を移動（変位）させることでエアシリンダ２２の容積（シリンダ容積）を任意に変えることができ、それによりエアサスペンション１４の空気ばねとして作用する容積Ｖを任意に変えることができる。そのため、図５に示されるように、エアサスペンション１４のばね定数Ｋは、ピストン３６の変位により無段階に変化させることができる。上記式（１）のとおり、エアサスペンション１４の固有振動数ｆ_ｎはばね定数Ｋの平方根と比例関係にあるので、ピストン３６を変位させてエアサスペンション１４のばね定数Ｋを変えることにより、固有振動数ｆ_ｎを無段階に変えることができる。

【0049】

第２設定値は、固有振動数ｆ_ｎを振動ピーク周波数ｆ_ａから遠ざけて乗り心地を改善するとともに、乗り心地を改善することによる操縦安定性の低下を抑えるべくばね定数Ｋが必要以上に下がりすぎないような範囲で設定することができる。第２設定値は第１設定値以上であればよいが、ばね定数が必要以上に下がりすぎないように、例えば０．５～１．５Ｈｚの範囲で設定されることが好ましい。好ましくは、第２設定値は第１設定値と同じ値に設定されることであり、一例として第１設定値と第２設定値をともに１．０Ｈｚに設定することである。

【0050】

上記差Δｆを第２設定値にするために必要なピストン３６の移動量は次のようにして算出することができる。差Δｆを第２設定値にするためのばね定数Ｋ_ｈは、差Δｆが第２設定値をとるときの固有振動数をｆ_ｈとして、下記式（３）により求められる。

【数2】

式（３）中のＭはエアサスペンション１４が受け持つばね上の質量である。

【0051】

ばね定数Ｋ_ｈのときの容積増加量Ｖ_ｈは、ｎ：ポリトロープ指数、Ａ：エアサスペンション１４の受圧面積、Ｐ：エアサスペンション１４の絶対圧（ゲージ圧＋大気圧）、Ｖ_ｉ：容積増加前のエアサスペンション１４の空気ばねとして作用する容積として、下記式（４）で表される。

【数3】

【0052】

また、上記容積増加量Ｖ_ｈとするために必要なピストン３６の移動量ｌ_ｈは、エアシリンダ２２のシリンダ半径をｒとして下記式（５）で表される。

【数4】

【0053】

このようにしてピストン３６の移動量ｌ_ｈを算出した後、ステップＳ９に進む。ステップＳ９において、アクチュエータ制御部６６が、ステップＳ８で算出した移動量ｌ_ｈだけアクチュエータ２４によりピストン３６を移動させる。例えば、平滑な路面から荒れた路面に移行する際には、ピストン３６を上記の初期位置から移動量ｌ_ｈにて移動させる。またそれと同時に、気体供給制御部６８が、圧縮空気供給装置３０によりエアシリンダ２２の上記空間３８に圧縮空気を供給して、エアサスペンション１４の空気ばね室１８の空気圧とエアシリンダ２２の空間３８の空気圧とを一致させる。そして、ステップＳ１０に進む。

【0054】

ステップＳ１０において、開閉弁制御部７０が開閉弁２６を開状態とする。ここで、「開状態とする」には、開閉弁２６が開状態であるときに、当該開状態をそのまま維持することも含まれる。そしてステップＳ２に戻る。以降、車両の走行が停止するか、又はこのシステムを用いた走行モードを終了させる信号が入力されるまで、上記のステップＳ１～Ｓ１０が実行される。

【0055】

次に、実施形態に係るサスペンション装置において、想定される代表的な制御例について説明する。

【0056】

例えば、制御例１として、車両が平滑な路面（きれいな路面）を走行している場合、システムをスタートすると、ステップＳ１で開閉弁２６は閉状態となる。ステップＳ２で車体上下加速度の移動平均を算出し、ステップＳ３で当該移動平均が閾値以上であるかを判定する。ここでは平滑な路面であるため、移動平均は閾値未満である。そのため、平滑な路面を走っていると判断してステップＳ１に戻り、ステップＳ１において開閉弁２６を閉状態とする（もともと閉状態であるのをそのまま維持する）。以降、荒れた路面に変わるまでステップＳ１～Ｓ３を繰り返す。

【0057】

制御例２として、車両が平滑な路面から荒れた路面に移行する場合は次のとおりである。上記制御例１のとおり、平滑な路面を走行しているとき、開閉弁２６は閉状態である。この状態で、平滑な路面から荒れた路面に移行すると、ステップＳ２において算出した車体上下加速度の移動平均が閾値以上となる。そのため、ステップＳ３において荒れた路面を走っていると判断し、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ＦＦＴ解析を実施して振動ピーク周波数ｆ_ａを算出し、またステップＳ５においてエアサスペンション１４の固有振動数ｆ_ｎを算出して、ステップＳ６で両者の差Δｆを算出する。そして、この差Δｆが第１設定値よりも小さい場合は、固有振動数ｆ_ｎを低周波数側にシフトさせるために、ステップＳ９において差Δｆが第２設定値になるようにエアシリンダ２２のピストン３６を初期位置から移動させ、ステップＳ１０において開閉弁２６を開状態としてから、その後の路面の状況変化をとらえるためにステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ６で算出した差Δｆが第１設定値以上の場合は、そのままステップＳ２に戻る。

【0058】

制御例３として、車両が荒れた路面から別の荒れた路面に移行し、最適なピストン３６の移動量が変化する場合は次のとおりである。この場合、既に荒れた路面を走行しているので、開閉弁２６は開状態であり、エアシリンダ２２のピストン３６も移動した位置にあり、当該ピストン３６の位置に応じた容積だけエアサスペンション１４の空気ばねとして作用する容積も増加している。

【0059】

この状態から、別の荒れた路面に移行すると、ステップＳ２において車体上下加速度の移動平均は閾値以上となり、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ＦＦＴ解析を実施して振動ピーク周波数ｆ_ａを算出し、またステップＳ５においてエアサスペンション１４の固有振動数ｆ_ｎを算出して、ステップＳ６で両者の差Δｆを算出する。そして、この差Δｆが第１設定値よりも小さい場合は、ステップＳ８において差Δｆを第２設定値にするために必要なピストン３６の移動量を算出し、ステップＳ９においてピストン３６を移動させる。この場合、開閉弁２６はもともと開状態であるため、ピストン３６の移動は開閉弁２６が開状態で行われ、ステップＳ１０では当該開状態がそのまま維持される。その後の路面の状況変化をとらえるためにステップＳ２に戻る。一方、ステップＳ６で算出した差Δｆが第１設定値以上の場合は、そのままステップＳ２に戻る。

【0060】

制御例４として、荒れた路面から平滑な路面に移行する場合は次のとおりである。この場合、荒れた路面を走行しているので、開閉弁２６は開状態にある。この状態で、荒れた路面から平滑な路面に移行すると、ステップＳ２において算出した車体上下加速度の移動平均が閾値未満となる。そのため、ステップＳ３において平滑な路面を走っていると判断し、ステップＳ１に進む。ステップＳ１において開閉弁２６を閉状態とし、アクチュエータ２４によりエアシリンダ２２のピストン３６を初期位置に戻す。そして、次に荒れた路面に変わるまで、ステップＳ１～Ｓ３を繰り返す。

【0061】

なお、上記実施形態では、ステップＳ３において、平滑な路面から荒れた路面に移行するときの閾値と、荒れた路面から平滑な路面に移行するときの閾値を同じ値（例えば２ｍ／ｓ^２）に設定したが、異なる値に設定してもよい。例えば、平滑な路面から荒れた路面に移行する際の第１閾値を２ｍ／ｓ^２とし、荒れた路面から平滑な路面に移行する際の第２閾値を１．５ｍ／ｓ^２としてもよい。その際、第２閾値は第１閾値以下であることが好ましい。

【0062】

以上よりなる実施形態に係るサスペンション装置であると、エアサスペンション１４に接続したエアシリンダ２２により空気ばねとして作用する容積を変えることができ、これによりエアサスペンション１４の固有振動数が実振動のばね上共振領域の振動ピーク周波数と一致しないように変化させることができる。その際、エアシリンダ２２のピストン３６の移動量を算出し、その移動量に応じてピストン３６を動作させて固有振動数を低周波数側にシフトさせる。そのため、エアサスペンション１４のばね定数が必要以上に下がることを回避することができ、操縦安定性の悪化を抑えることができる。よって、操縦安定性の悪化を抑えながら、乗り心地を改善することができる。

【0063】

以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の主旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0064】

１０…車輪、１２…車体、１４…エアサスペンション（気体ばね）、２２…エアシリンダ（気体シリンダ）、２４…アクチュエータ、２６…開閉弁、２８…加速度検出装置、３０…圧縮空気供給装置（圧縮気体供給装置）、３２…制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】