(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車内の設備に連結された、調節可能な低剛性ばねの特性を備え、低周波数帯域幅を備えた付勢力除去器と、
前記付勢力除去器の内部に配置されたリニア電磁アクチュエータを有するアクティブサスペンションであって、前記リニア電磁アクチュエータは前記低周波数帯域よりも高い高周波数帯域幅を備え、かつ前記自動車内の設備に連結されたアクティブサスペンションと、を含み、
前記アクティブサスペンションは前記付勢力除去器の内装に配置されたパワーエレクトロニクスも含んでいることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記低周波数帯域幅は、クロスオーバー周波数によって前記高周波数帯域幅から実質的に分離されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記クロスオーバー周波数は１／３Ｈｚであることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記高周波数帯域幅は、前記設備の一部が共振を生じる周波数を含むことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記高周波数帯域幅は、２〜２０Ｈｚの周波数帯域を含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記アクティブサスペンションは、前記付勢力要素の内装に配置されたセンサも含んでいることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
自動車内の設備に連結された、低周波数帯域幅を備えた付勢力除去器と、
前記設備に連結された電磁アクチュエータを含み、前記低周波数帯域よりも高い高周波数帯域を備えたアクティブサスペンションと、を具備し、
前記電磁アクチュエータは、作動力を提供し、
前記電磁アクチュエータの動作は、前記設備の重心の動作と４５度以内の位相角であることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記高周波数帯域幅は、２〜２０Ｈｚの周波数帯域を含んでいることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記作動力は、実質的に前記設備の重心を介して提供されることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記電磁アクチュエータは、２つの力発生装置を含んでおり、各々の力発生装置は、それぞれの軸に沿って設備に力を供給していることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
１つの軸は、実質的に前記設備の重心を通っていないことを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記作動力は、垂直方向を向いていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
前記アクティブサスペンションシステムは、サスペンションリンケージも含んでいることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項１４】
前記電磁アクチュエータは、前記設備の重心に実質的に連結されていることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記電磁アクチュエータが１５インチ未満の最大ストロークで作動する際に、前記電磁アクチュエータは、床から設備までの高さを拘束している回動構造によって、前記設備の重心に実質的に連結されていることを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記電磁アクチュエータは、ジンバル回動によって前記設備の重心に実質的に連結されていることを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
自動車内の設備に連結される調節可能な低剛性ばねの機械的特性を備えた付勢力要素に、低周波数領域での作動を生じさせるステップと、
前記設備に連結された電磁アクチュエータに、前記低周波数領域よりも高い高周波数領域において作動させ、前記電磁アクチュエータの動作が、前記設備の重心の動作と４５度以内の位相角であるような作動を生じさせるステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記高周波数領域は、クロスオーバー周波数によって前記低周波数領域から実質的に分離されていることを特徴とする、請求項１７に記載の方式。
【請求項１９】
前記クロスオーバー周波数は１／３Ｈｚを含んでいることを特徴とする、請求項１８に記載の方式。
【請求項２０】
前記アクチュエータを作動させるステップは、該アクチュエータに実質的に前記設備の重心を介して作動力を提供させるステップを含んでいることを特徴とする、請求項１７に記載の方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、米国特許出願１０／９７８，１０５号明細書に優先権を主張する一部継続出願であり、参照により、その全体が本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、アクティブ懸架装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
所望の方向に移動している自動車は、同様に他の方向における動きを、必然的に体験する。これは望まない動きは、自動車の走行手段においてしばしば乱されることに起因している。例えば、ある人物が陸路、海路または空路で旅行するかどうかによって、その人物は段差、波、エアポケットおよびそのようなものに遭遇するかもしれない。
【０００４】
いくらよくても、そのような無作為の加速度が、車内において、彼らが不快感およびいらいらを感じる原因となる。確実に影響を受けやすい個人にとって、これらの無作為な加速度は、乗り物酔いを引き起こす引き金となり得る。しかし、ある場合においては、特に暴力的な加速度は、運転手があっさりと自動車の制御を失う原因となるであろう。
【０００５】
静止している場合でさえ、自動車のエンジンに関連した、何らかの残存の振動がある。この動きにおいて、滑らかな道でさえ、この残存の振動は、過酷にうんざりするようになり得る。
【特許文献１】米国特許第４９８１３０９号明細書
【特許文献２】米国特許第３７０１４９９号明細書
【特許文献３】米国特許第６４６０８０３号明細書
【特許文献４】米国特許第６９２６２８８号明細書
【非特許文献１】IEEE press Control System Handbook, vector spaces, section 3.3
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般的に、１つの局面において、付勢力要素は自動車内の設備（plant）に連結されており、この付勢力要素は低周波数帯域幅を備え、アクティブサスペンションは勢力要素の内部に配置されたリニア電磁アクチュエータを有し、このリニア電磁アクチュエータは高周波数帯域幅を備え、かつ前記自動車内の設備に連結されている。
【０００７】
実施形態は、１つ以上の以下の特徴を含んでいてもよい。低周波数帯域幅は、クロスオーバー周波数によって前記高周波数帯域幅と実質的に分離されている。このクロスオーバー周波数は１／３Ｈｚである。高周波数帯域幅は、前記設備が生じる共振の一部である。高周波数帯域幅は、２〜２０Ｈｚの周波数帯域を含んでいる。このアクティブサスペンションは、前記付勢力要素の内装に配置されたセンサも含んでいる。このアクティブサスペンションは、前記付勢力要素の内装に配置されたパワーエレクトロニクスも含んでいる。
【０００８】
一般的に、別の局面において、設備を備えた自動車内には、付勢力除去器は、設備に連結された、低周波数帯域幅を備えており、アクティブサスペンションは、設備に連結されて高周波数帯域幅を備えた電磁アクチュエータを有し、電磁アクチュエータは、作動力を提供し、電磁アクチュエータの動作は、前記設備の重心の動作と４５度以内の位相角である。
【０００９】
実施形態は、１つ以上の以下の特徴を含んでいてもよい。高周波数帯域幅は、２〜２０Ｈｚの周波数帯域を含んでいる。作動力は、実質的に前記設備の重心を介して提供される。電磁アクチュエータは、２つの力発生装置を含んでおり、それぞれの前記力発生装置は、個々の軸に沿って設備に力を供給している。１つの軸は、実質的に前記設備の重心を通っていない。作動力は、垂直方向の指向性である。アクティブサスペンションシステムは、サスペンションリンケージも含んでいる。電磁アクチュエータは、前記設備の重心に実質的に連結されている。電磁アクチュエータが１５インチ未満の最大ストロークで作動する際に、前記電磁アクチュエータは、床から設備までの高さを拘束している回動構造によって、前記設備の重心に実質的に連結されている。電磁アクチュエータは、ジンバル回動（gimbal pivot）によって前記設備の重心に実質的に連結されている。
【００１０】
一般的に、別の局面において、設備を備えた自動車内において、前記設備に連結された低周波数帯域幅付勢力要素は、低周波数領域で作動する原因となり、設備に連結された高周波数帯域幅電磁アクチュエータは、前記電磁アクチュエータの動作が、前記設備の重心の動作と４５度以内の位相角であるような高周波数領域で作動する原因となることを含んでいる。
【００１１】
実施形態は、１つ以上の以下の特徴を含んでいてもよい。高周波数領域は、クロスオーバー周波数によって前記低周波数領域と実質的に分離されている。クロスオーバー周波数は１／３Ｈｚを含んでいる。アクチュエータが作動する原因は、該アクチュエータが実質的に前記設備の重心を介して作動力を提供する原因である。
【００１２】
他の特徴および利点は、以下の記載から明らかにされるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
アクティブサスペンション設備は、それぞれが、軸に沿ったアクティブサスペンションを設けている１つ以上のアクティブサスペンションに連結された、座席または他のプラットフォームを含んでいる。多くの場合、要求される手段がなくても、１つ以上の軸に沿ったアクティブサスペンション要素と協働するパッシブサスペンション要素を備えていることは、有用なことである。そのような場合、このアクティブサスペンション要素は、パッシブサスペンションに、直列にも並列にも取り付けられることが可能である。
【００１４】
後述の記載において、参照符号は位置および設備の動作に付されている。実施形態の開示の観点から、後述の論考の促進のために、“位置”は自動車に対する設備の相対位置を意味しており、“動作”は慣性基準座標系に対する設備の相対的な動作を意味していることが理解される。このことから、位置信号の参照符号は、自動車に対する設備の位置に関する情報伝達の信号を参照している。動作信号の参照符号は、慣性座標系に対する設備の加速度のような動作に関する情報伝達の信号を参照している。
【００１５】
後述の記載は実施形態を参照しており、その実施形態では、デカルト座標系において、設備は任意の１つ以上の３次元座標軸に沿って変換することを目的としている。しかし、その制御システムは、その操作のために任意の特別な座標系を必要とされない。例えば、この設備が任意の１つ以上の軸に沿って変換するように構成されることが可能である。加えて、この設備は、直交系だけでなく非直交系の１つ以上の軸に沿って変換するように構成されることが可能である。
【００１６】
この制御システムは、設備変換の制御に限って、以下に記載されている、この制御システムは、ピッチング、ローリングおよびヨーイングのような、回転動作制御に使用されることも可能である。あるいは、この制御システムは、回転動作と並進動作との結合の動作制御に使用されることも可能である。
【００１７】
図１は、アクティブサスペンション設備１０を示した図であり、アクティブサスペンション設備は、この例えば、垂直軸ｚに沿った設備１６の動作を抑えることに作用する垂直方向アクティブサスペンション要素１２と、長手軸ｙに沿った設備１６の動作を抑えることに作用する長手方向アクティブサスペンション要素１４とを備えている。横軸ｘに沿った設備１６の動作は、ばねまたはばね／ダンパをシステムの基本としたような、パッシブサスペンション要素１８によって作用される。図１に似召されているように、この設備１６が座席を含む場合において、長手方向の動作を抑えるために、アクティブサスペンション１４を含むことは、純粋にパッシブサスペンションを含むことに対抗させた際に、特に有用である。なぜなら、それは、外部環境に力が作用した場合に、座席をそのまま残すことが可能だからである。そのような特徴は有用であり、例えば、ふっとペダルを踏むことに対する反応によって、座席が後方に移動するのを防止する。
【００１８】
この記載に使用されるように、アクティブサスペンションは、それらの部品の統合としてのアクチュエータを含むサスペンションである。そのようなアクチュエータは、規模と方向とが、サスペンションの位置および動作とは無関係に制御可能な力を発生することが可能である。いくつかの実施形態において、このアクチュエータは、電磁アクチュエータまたは電磁モータ、直線または回転、単相または多相である。
【００１９】
“設備（plant）”という用語は、制御信号を受容し、その位置および動作が制御されるシステムを含む意図である。設備は、座席、乗員、座席に関連する任意の固定具（fixtures）、座席の支持構造、パワーエレクトロニクス、および制御されるシステムの動力学的特性に影響するような範囲のアクティブおよび／またはパッシブサスペンション要素の数学的モデルを含むことが可能である。
【００２０】
アクティブサスペンション設備は、多様なアプリケーションに使用されることが可能である。例えば、アクティブサスペンション設備は、エンジン取り付け台、ボートのプラットフォーム、座席、ベッド、またはタクシーであり、それらは、任意の移動する自動車内で使用される。それらは、乗用車、トラック、ボートまたは他の船舶、電車、バス、娯楽用の自動車、救急車、トラクター、トレーラートラック、農耕機械、建設機械、兵器のプラットフォーム、飛行機、ヘリコプター、または他の航空機、車椅子またはベビーカーのような個人的な輸送機器、といったものである。アクティブサスペンション設備の他の例は、工作機械と分離したテーブル、干渉計の作業台、写真印刷テーブルおよびそれらのようなものである。
【００２１】
その設備は、座席を含むことをまったく必要としない。例えば、それは、眠るためのベッドでもよく、それらはトラックキャブ（truck cabs）または寝台列車内に見受けられるようなものである。さらには、その設備は、人間を運搬するものである必要がない。例えば、きわめて壊れやすい（例えば陶磁器やクリスタルガラス製品のような）、またはきわめて爆発しやすい（例えばダイナマイトのような）貨物があり、それらは両方ともが、頻繁に大変注意深く運搬される。アクティブサスペンション設備は、そのような貨物を運搬するのに適した方法を提供するであろう。
【００２２】
さらに、その設備は、大幅な領域を補ってもよい。例えば、豪華クルーズ船上に、理髪店または乗り物酔いを回復するラウンジを設けることは有用なことであり、舟がピッチングおよびローリングを起こしているときでさえも、それは静止した状態にある。そのような設備は、海上での嵐の間でさえも、危機一髪の利得を楽しませることが可能となるであろう。
【００２３】
アクティブまたはパッシブのどちらであっても、それぞれのサスペンション要素は、少なくとも１軸に沿って動作を抑制する。いくつかの実施形態において、すべての軸は、アクティブサスペンション要素に設けられており、その場合は、パッシブサスペンション要素には、必要とされない。しかし、他の実施形態は、それらを含んでおり、１軸、好ましくは垂直軸が、アクティブサスペンションに設けられており、垂直軸以外の軸は、パッシブサスペンションに設けられている。別の選択肢は、１つの軸、好ましくは横軸をパッシブサスペンションにもうけ、横軸以外の軸をアクティブサスペンションに設けることである。他の実施形態において、ピッチング、ローリングおよびヨーイングのような回転動作は制御されている。そのような場合、アクティブサスペンションは、設備にピッチング、ローリング、ヨーイングまたはそれらの任意の組み合わせを強要するような構成とすることが可能である。
【００２４】
アクティブサスペンションがない軸は、パッシブサスペンションが設けられる必要はまったくない。しかし、それらの軸内にパッシブサスペンションがない場合、乗客は快適さを体験するであろう。この理由としては、アクティブおよびパッシブサスペンションの両方に、１つ以上の軸を設けることは、望ましいからである。その場合、アクティブおよびパッシブサスペンションは、図２に示しているように、パッシブサスペンションの下にアクティブサスペンションをともなって、直列に配置されることが可能である。または、パッシブサスペンションの上にアクティブサスペンションをともなって（図示略）、配置されることも可能である。その代わりとして、図３に示しているように、アクティブおよびパッシブサスペンションは、並列に配置されることが可能である。
【００２５】
いくつかの実施形態において、そのアクティブサスペンションは、無期限にまたは時々、一度にすべての軸をまたは軸ごとを基準としてスイッチをオン・オフすることができる。いくつかの場合、アクティブサスペンション要素に関連するフェイルセーフシステムを設け、その軸に沿った動作をダンピングさせるようにすることは、その軸に関連するアクティブサスペンション要素が機能しなくなった場合に有用である。
【００２６】
その代わりとして、アクティブおよびパッシブサスペンションが直列になっている場合、アクティブサスペンションへの電力の供給は、切断される。そのような場合アクティブサスペンションに関連した任意の動く部品は、締結されることが可能となる。一度アクティブサスペンションの動く部品が締結されると、パッシブサスペンションのみが、設備の動作に作用する。他の場合では、アクティブサスペンションの動く部品は、パッシブサスペンション要素の動作に応答して自由に動くように残っている。
【００２７】
垂直方向アクティブサスペンション要素１２は、垂直方向加速度計２０、垂直方向位置センサ２４、および垂直方向アクチュエータ２８を含んでおり、実施形態中に示されているように、垂直方向アクチュエータ２８は、垂直方向位置センサ２４と平行に、かつ好ましくは垂直方向加速度計２０の限りなく近くに配置されるのがよい。同様に、長手方向アクティブサスペンション要素１４は、長手方向加速度計２２、長手方向位置センサ２６および長手方向アクチュエータ３０を含んでおり、長手方向アクチュエータ３０は、長手方向位置センサ２６と平行に、かつ好ましくは長手方向加速度計２２の限りなく近くに配置されるのがよい。
【００２８】
アクティブサスペンション要素１２および１４内で使用されることが可能なアクチュエータ２８および３０は、３相リニアアクチュエータ、単相リニアアクチュエータ、回転アクチュエータ、および可変リラクタンスアクチュエータといったような、単相または多相電磁アクチュエータを含んでいる。１つの好適なアクチュエータは、特許文献１に開示されたような電磁リニアアクチュエータであり、本明細書中に引用される形で含まれている。
【００２９】
十分な分解能と精度とを備えた任意の位置センサ２４および２６が使用可能である。好適な位置センサ２４および２６の例は、ホール効果を利用したポテンショメータとひずみセンサとを備えている。ポテンショメータを備えた位置センサの例は、ドイツのオストフリーデンにあるノボテヒニーク社製のものを含んでいる。アクティブサスペンション要素に使用可能な他の位置センサ２４および２６は、絶対位置を算出するためのリミットスイッチを備えたエンコーダを含んでいる。その基準座標系に固定されたセンサが入手可能である場合に、この型の位置センサの多様性は、基準座標系に対する相対化速度を導くためにも使用可能である。好適な加速度計２０の例は、ニューヨークのイサカにあるカイオニクス社製のＫＸＭ６０シリーズのような、ＭＥＭｓ（マイクロマシン技術）を基本とした加速度計である。
【００３０】
垂直方向の動作を抑えるのを補助するために、アクティブサスペンション設備１０は、アクチュエータを操作する力信号内において、そのアクチュエータが平均値０の負荷を体験するように、付勢力除去のための要素を含んでいる。いくつかの実施形態において、この要素は、様々な低剛性ばねの動的特性を備えている。その低剛性ばねの特性は、アクチュエータが、ばねと動的に独立して機能するような“戦うこと”がないことを確実にしている。これは、力の消費量を減少している。“付勢力除去システム”として参照されるであろうそのような装置は、図１４に示されているような結合された容器を備えたエアシリンダとして実装可能である。付勢力除去システムは付勢力を提供し、それによって、その力を供給することからアクチュエータを解放している。そのような付勢は、設備１６の重量のような要因の結果となるであろう。その付勢力除去システムによって提供される付勢力のために、垂直方向アクチュエータ２８は、所定の平衡位置からの離脱を抑えることしか必要としない。好適な実施例においては、そのエアシリンダと結合された容器とは、アクチュエータが平均値０の負荷を維持するように構成されている。以下に論じているように、付勢力除去システムは、パッシブサスペンションも設けることが可能であり、付加的な減衰を伴うまたは伴わないことも可能である。
【００３１】
図４に示しているような、アクティブサスペンション設備１６の別の実施形態は、垂直軸に沿った設備１６の動作を抑えるように方向付けられた単一のアクティブサスペンション要素３４を設けている。そのアクティブサスペンション要素３４は、この場合は多軸パッシブサスペンション要素３６を伴って、順次取りつけられている。図４に示しているように、その多軸パッシブサスペンション要素３６は、アクティブサスペンション要素３４と設備１６との間に取り付けられている。しかしながら、そのパッシブサスペンション要素３６は、図５に示しているように、設備１６と自動車の床３７との間に取り付けられることも可能である。
【００３２】
図６に示しているように、設備１６は、他の座席４０およびその占有者以外の様々な特徴または構造を含んでいる。これらの付加的な特徴または構造は、設備１６に対して静止状態で保持されることによる多大な利得の形式である。典型的な構造は、時々飲料を保持するカップホルダ４２を含んでおり、それは自動車の無作為な加速度で、中身をこぼしてしまうという影響を受けやすい。記述面、データ入力／検索装置、灰皿または他の小物入れ４４、案内画面のような画面、および制御装置４７、特に自動車に直接機械的な結合を必要としない制御装置といったものも、その影響を受けやすい。典型的な制御装置は、重機材の操作のための電子制御装置およびブレーキやアクセルのペダルまたはレバーのような、制御装置を含んでいる。その特徴または構造が設備１６に適用されているのを示しているが、その特徴または構造は、設備１６から離されて配置されていてもよいが（図示略）、設備１６の動作に追従している。
【００３３】
図１および図４〜７に示しているアクティブサスペンション設備１６は、ベース４６を含んでおり、そのベースは、自動車の様々なメーカーおよびモデルに見られるような標準的なボルトとナットとで締結するように構成されている。しかしながら、そのアクティブサスペンション設備１６は、任意の様々な支持構造によって支持されることが可能であり、当該支持構造には、図７に示しているような挟み機構（scissors mechanism）５１、改良されたはさみ機構、四節リンク、および、アクチュエータが、座席移動に対するアクチュエータのストロークの比率を１未満とするためのものである場合に使用される、改良された四節リンクが含まれる。さらに、そのアクチュエータ自身は、支持構造の一部として設計されることも可能である。
【００３４】
アクティブサスペンション要素１２および１４は、制御システム４８とデータの相互通信を行っており、それは図８中により詳細に示している。その制御システム４８は、設備の加速度ａｎと、設備の自動車に対する相対位置ｐｒとのような、データ信号をセンサ２４および２６から受け取る。それに対して、制御システム４８は、設備１６を平衡位置に復元する傾向のある力を発生し、かつ設備１６によってかけられる加速度を最小化するために、コントローラ４９を通じて、個々のアクチュエータ２８および３０（図１参照）を作動させるための制御信号ｕｒを返している。そのデータ信号は、設備１６の位置と加速度とを表しており、設備１６の特性データ表示と同じである。設備１６と通信を行っている付勢力除去モジュール６０は、平均値０の負荷をアクチュエータに維持するために、アクチュエータを制御する力の制御信号ｕｒから付勢を除去している。
【００３５】
実際のところは、実際の設備１６の関連した特徴は、正確にはわからないかもしれない。そのために、一般的に、任意のコントローラ４９のデザインおよびコントローラ４９による制御信号（ｕｒ）出力の結果は、それらの特性の条件のくそとなり得る。結果として、実際の設備１６を制御するのに使用されるその制御信号は、期待した結果に到達しなくてもよい。それゆえ、コントロールシステム４８は、実際の設備１６に関わる条件におけるエラーを評価しており、これらのエラーを補正している。いくつかの実施形態において、以下に記載されているように、この評価および補正は、基準モデルを利用している。
【００３６】
図９は、典型的な制御システム４８を示しており、そのシステムでは、基準モデル（reference model）は、複素周波数入力ｓに対する設備の公称応答がＰｎ（ｓ）の形態である公称設備（nominal plant）の数学的基準モデル５０を含んでいる。式の簡潔さのために、公称設備の数学的モデル５０は、単に“公称設備５０”として言及されるであろう。基準設備の応答Ｐｎ（ｓ）は、実際の設備の位置および動作の表示とともに、基準制御信号ｕｎを算出するために振動絶縁モジュール５２に使用されている。
【００３７】
基準設備５０は、このように実際の設備１６の参考モデルである。そのようなモデルは、１つ以上の変数を含むように定義されることが可能であり、この変数は、特徴の機能、周波数応答、極／ゼロ点、またはそれらの任意の組み合わせを含んでいる。例えば、実際の設備１６が自動車の座席を含んでいる場合、基準運転者の体重を表している変数が、多数の代表的な運転者の平均体重として定義されることが可能である。
【００３８】
様々な手法が、振動絶縁モジュール５２の導入に関して可能である。例えば、図１０は、位置および加速度のフィードバック信号を含んだ振動絶縁モジュール５２を示した図である。いくつかの実施形態において、位置フィードバック閉ループを備えた位置コントローラは、相対位置信号ｐｒを入力として受け取り、実際の設備１６が、所定の平衡位置ｒを維持することを強制する。いくつかの場合、その平衡位置は、アクチュエータストロークの中点に対応している。他の実施例においては、加速度フィードバック閉ループを備えた加速度コントローラが、加速度信号ａｒを力として受け取り、実際の設備１６によって体験する加速度を制御している。
【００３９】
議論を容易にするために、以下の記載は、２つの閉ループ制御構造に基づいている。しかしながら、一般的には、コントローラは、実際の設備１６の位置および加速度の両方を入力として使用し、かつ出力として制御信号を提供している。その実施例は、２つの閉ループ制御構造を必要としない。例えば、コントローラは、１つの閉ループを備えることが可能である。ｎを動的制御軸の数としたときに、他の実施形態は、２ｎの入力およびｎの出力を備えたコントローラを含んでいる。
【００４０】
位置ループの帯域幅は、乗客の不快感の認識に基づいて設計されることが可能である。特定の軸に沿った実際の設備１６の動作を伴った変化は、制御されるべきである。例えば、大部分の乗客は、前後方向における振動よりも、垂直方向におけるより大きな振動を我慢している。加えて、前後方向における振動のスペクトルは、一般的に垂直方向における振動のスペクトルが有するよりも高周波領域を多く有している。このために、いくつかの実施形態においては、垂直方向における抑制振動を利用している位置ループは、水平方向における抑制振動を利用している位置ループよりも、より狭い帯域幅を備えている。1以上の軸が動的に制御されている場合、それぞれの軸についての位置ループは、その軸に沿った振動特性に適合するように合わせられた帯域幅を備えている。
【００４１】
図１０に示した実施例において、測定された位置信号ｐｒは、実際の設備１６と自動車のフレームとの間で相対変位を表しているが、表現された設備１６の所望の平衡位置ｒから減算される。その結果である差は、入力として振動絶縁モジュール５２に提供されている。測定された加速度信号ａｒは、所望の加速度から差し引かれ、図示された実施形態中ではゼロ加速度となっている。その結果である差は、入力として振動絶縁モジュール５２に提供されている。振動絶縁モジュール５２の出力は、基準制御信号ｕｎである。好適な振動絶縁モジュール５２は、特許文献２および特許文献３の記載を含んでおり、それらの開示内容は、参照されることでここに含まれている。
【００４２】
いくつかの場合において、設備１６を動的に制御している間において、実際の設備１６の所望の平衡位置ｒを変更することは、望ましいことである。例えば、実際の設備１６が座席を含んでいる場合、シート高を調整して、異なる着席者に合わせることは望ましいことである。これは、所望の平衡位置ｒを変更することで行われる。図９に示された制御システム４８に関して、所望の平衡位置ｒにおける変化は、制御信号ｕｒにおける付勢力構成要素に起因している。この付勢力構成要素に関する要求は、付勢力除去モジュール６０によって解除される。
【００４３】
上記に示したように、振動絶縁モジュール５２は、公称制御信号を発生しており、その信号は、基準設備５０が測定された位置および加速度信号によって表現された特定の外乱を生じようとしているならば、基準設備５０の動作制御に使用されている。振動絶縁モジュール５２が、基準制御信号を発生するために、これらの外乱を表示する信号ａｒおよびｐｒは、振動絶縁モジュール５２に入力として提供されている。しかしながら、一般的には、基準設備５０は、それらの実際の設備１６とは異なる動的特性を有している。それゆえ、振動絶縁モジュール５２の出力は、一般的に、それらいくつかの外乱を条件とする、実際の設備１６の動作を制御するために最適化されている。
【００４４】
しかしながら、大部分の場合は、基準設備５０および実際の設備１６は、十分によく似た動的特性を有しており、実際の設備１６を制御するための制御信号は、ここでは“実制御信号”として参照されているが、基準制御信号と同様である。
【００４５】
任意の現実的な物理的動作を受ける現実的な基準設備５０は無いということを気付くことは、重要なことである。存在するものは、基準設備のモデルである。このモデルは、実際の設備１６のが応答するであろう方法と同様の規則で応答するように選択されている。
【００４６】
事実上、制御システム４８は、基準設備５０が、制御信号に対する実際の設備１６の応答を真似るように使用する。その制御システム４８は、それ自身の配列において、制御信号に対する、基準設備５０の仮説に基づいた、およびその制御信号に対する実際の設備１６の現実的な測定された応答を行う。仮説に基づいた応答と現実的な測定された応答との間の差に基づいて、制御システム４８は、制御信号を調整している。
【００４７】
実際の設備１６と基準設備５０との間の差を補正するために、制御システム４８は、設備評価器６２を含んでおり、その設備評価器６２は、実際の設備１６によって体験する動作の、少なくとも一部分の信号表示に基づいたこの差を評価している。そして、設備評価器６２は、設備補正器６４にその差を代表するエラー信号ｅ（ｓ）を提供している。そして、その設備補正器６４は、実際の設備１６に適合される以前に、基準制御信号ｕｎを修正することによって、その差を補正している。設備評価器６２と設備補正器６４との組み合わせは、“補正システム６５”として参照されている。その設備評価器６２と設備補正器６４とは、互いに分離して示されているが、これは、それらの別々の機能を示すためだけになされたものである。実際のところ、設備評価器６２と設備補正器６４との機能は、単一のハードウェア要素またはソフトウェア要素内で具体化された回路構成によって、実行されることが可能である。
【００４８】
本質的には、設備補正器６４は基準制御信号ｕｎをかく乱するためのエラー信号を使用している。そのかく乱の結果は、実際の設備１６に適用される実制御信号ｕｒとなる。図１１に示しているように、設備補正器６４は乗算器を含んでいる。しかしながら、設備補正器６４はフィルタも含んでいる。ここで使用されているように、“実（real）”とは、制御信号が実際の設備１６に適用されるべきものであることを示していることに注意されたい。それは、虚数部を有さない信号であるという通常の数学的意味を有してはいない。
【００４９】
図９において、設備評価器６２は、多様な入力を受け入れるように示されており、それらは、実際の設備１６によって体験される外乱を示す実外乱信号間の入力であり、例えば、位置および加速度信号ａｒおよびｐｒと、基準設備５０が基準制御信号ｕｎによって制御されることで体験される外乱に相当するものを示す基準外乱信号５１との間の入力である。その代わりとして、制御システム４８の外部から得た他の情報は、以下に論じているように、差を評価するために使用される。これらの入力は、設備評価器６２がエラー信号を発生するために使用することが可能な情報の発生源を表示している。設備評価器６２の実施形態は、図９に示しているように、現実的にすべての情報源を受け入れる、または使用する必要が無く、その代わりにそれらの情報源の部分集合を、受け入れる、または使用していてもよい。
【００５０】
補正システム６５の設計の詳細は、達成される制御対象に依存している。図１１に示されている１つの実施形態において、補正システム６５の制御対象は、加速度開ループ伝達関数の一定の帯域幅を調整しており、０ｄｂ線を横切る加速度開ループ伝達関数の強さにおける周波数によって定義されており、乗客の体重に起因しているような、任意の設備の差と無関係である。その補正システム６５は、実際の設備１６によって体験した実加速度と、同じ環境下で基準設備５０が体験するであろう基準加速度との間の差に対する応答において、加速度開ループ伝達関数のゲイン(gain)を順応して調整することで、そのように行っている。
【００５１】
そのような場合における好適な補正システム６５は、適応制御を参照したモデルである。この場合、設備評価器６２は、エラー信号ｅ（ｓ）を発生しており、そのえらー信号は、実際の設備１６からの実加速度信号ａｒと、基準設備５０が体験するであろう基準加速度を表示した基準化速度信号ｕｎとに基づいている。設備補正器６４は、この場合、実制御信号ｕｒを得るために、基準制御信号ｕｎとエラー信号ｅとの乗算を行う乗算器である。
【００５２】
図１２に示しているように、適応制御を参照したモデルを使用して実行されている補正システム６５は、基準設備５０が同じ環境下で体験するであろう基準化速度ａｎを選別する第１のフィルタ６６と、実際の設備１６によって体験する実加速度ａｒを選別する第２のフィルタ６８とを含んでいる。基準化速度ａｎは、基準制御信号ｕｎが入力手して使用された際に、基準設備５０の出力として得られる。
【００５３】
第１のフィルタ６６の出力は、選別された基準化速度ａｆｎであり、第２のフィルタ６８の出力は、選別された実加速度ａｆｒである。第１および第２のフィルタ６６および６８は、所望のクロスオーバー周波数の中心（すなわち０ｄｂ周波数）である。
【００５４】
選別された基準化速度は、減算器７０においてエラー信号を発生するために、選別された実加速度から減算される。このエラー信号は、さらに様々な方法で、エラーｅのいくつかの表示量を最小化するために処理される。
【００５５】
図１２に示している実施形態において、最小化されるエラーの表示量は、エラーｅの最小二乗値（LMS）である。これは、乗算器７２において、エラー信号を選別された基準化速度ａｆｎに乗じることで得られる。この操作の結果は、補正信号の導関数であるが、その後、積分器７４に提供される。積分器７４の出力は、実制御信号を発生するために、基準化速度信号に乗算される。
【００５６】
補正システム６５の付加的な特徴は、積分器７４が、ある種の特殊な条件下では、出力１を提供することに起因している。これらの特殊な条件下では、積分器７４の出力が基準化速度信号に乗算される際に、その基準化速度信号は、変換されないまま残っているであろう。従って、実制御信号は、基準制御信号と同じになるであろう。典型的な特殊な条件は、基準制御信号の検出を含んでおり、その信号は、アクチュエータに、摩擦力のオーダーの非常に小さな力を与える原因となるであろう。他の特殊な条件は、加速度の検出を含んでおり、その加速度は、しきい値よりも低い、またはそれらの任意の組み合わせである。
【００５７】
図１２は、補正システム６５の具体的な実施形態を示しており、それは、多くの因子の中のちょうど１つを補正しており、この場合は、実際の設備１６の動的特性の変換である。そのような変換は、例えば、乗客の体重の差に起因するであろうし、実際の設備１６と基準設備５０との間の動的特性の差の結果となるであろう。しかしながら、補正システム６５は、他のそのような因子を補正するのに指定されることが可能である。そのような因子の１つは、パワーエレクトロニクス変数における変動を含んでいる。
【００５８】
制御システム４８は、連続的な時間信号を利用しているアナログシステムである。しかしながら、その制御システム４８は、離散時間型において実行されることも可能であり、その場合において、積分器７４は、総和ブロックとなり、かつローパスフィルタ６６および６８は、適切に定義されたデジタルフィルタとなる。
【００５９】
上述のように、垂直方向の動作を抑制する垂直方向アクティブサスペンション要素１２は、垂直方向アクチュエータ２８を含んでおり、その装置は、平衡な垂直位置において、設備１６を調整するために、必要な力を発生している。しかしながら、垂直方向において、設備１６は、定常的に重力にさらされている。結果として、アクチュエータ２８は、設備１６の重量を単純に支持する相当量のエネルギーを消費している。
【００６０】
１つの実施形態において、付勢力除去システムは、垂直方向において付勢力を発生するために設けられており、そのシステムは、実制御信号ｕｒ中の付勢力構成要素を補正するのに十分であって、その結果、垂直方向アクチュエータ２８に平均値０の負荷をかけて調整している。そのようなことが可能な付勢力除去システムと共に、垂直方向アクチュエータ２８は、その平衡位置において設備１６を単純に保持するために、力をかけなければならないことを免除されている。その代わり、垂直方向アクチュエータ２８は、平衡位置からの小さい変位を相殺するための、力をかけることのみ必要とされている。
【００６１】
上述の付勢力除去システムは、完全には必要としない。原理上は、１つが、垂直方向アクチュエータ２８が適切な付勢力をかける、単純な要因となっていればよい。そのような構成は、例えば、常温超電導体が、そのような力を発生するために必要な電流を通すことが可能であるならば、現実的となるかもしれない。しかしながら、既知の電磁アクチュエータに関しては、設備１６を支持するために必要とする電流は、不快なほどに大きく、相当な量の廃熱を発生するであろう。
【００６２】
付勢力除去システムは、調整可能なばね、または低剛性の調整可能なばねの、機械的特性を備えた装置のような、比較的単純なものとすることが可能である。
【００６３】
好適な付勢力除去システムは、好ましくは自動車が運転中であってもなくても、操作しているのがよい。これは、自動車の占有者がすべてのパワーを切ったままでも、快適に着席していることを可能にするであろう。そのような特性は、安全面でも重要なものである。自動車が幹線道路の速度で走行中に、パワーの損失から、突然すべての座席が位置を落とした場合、最もとまどうであろう。
【００６４】
この付勢力除去システムの制御を提供するために、制御システム４８は、（図１１に見られるような）付勢力除去モジュール６０を含んでおり、その機能は、付勢力除去システムが、様々に変化している条件下で適切な付勢力を提供する要因となっていることである。図９に示されているように、付勢力除去モジュール６０は、補正システム６５から実制御信号ｕｒを受け取るのと同様に、実際の設備１６から加速度および位置データを受け取る。図１３に関連して以下に議論しているように、このデータに基づいて、付勢力除去モジュール６０は、付勢制御信号を付勢力除去システムに提供している。
【００６５】
以下に述べているように、このアクティブサスペンションシステムは、複数のモードにおいて操作するために構成されている。それは、セーフ（パッシブ／フェイルセーフ）モード、アクティブ（付勢力除去）モード、およびバンプ・ストップ(bump stop)モードである。図１３に示しているように、付勢力除去モジュール６０または分離フェイル−セーフシステム（詳細は後述を参照）を介したシステムは、最初にトリガーイベント(trigger event)の発生を検出する。トリガーイベントは、異常状態を示しているであろう設備１６の特性において、任意の変化に応答して発生することが可能である。典型的なトリガーイベントは、アクティブサスペンション要素の故障、パワーケーブルの切断、またはセンサの故障を含んでいる（ステップ７６）。トリガーイベントの検出において、付勢力除去モジュール６０は、付勢力除去システム８６が“パッシブモード”、“セーフモード”、または“フェイル−セーフモード”を参照するモードを操作する要因となっている（ステップ７８）。このモードにおいて、図１４および１５に関連して以下に議論されているように、設備１６の位置は、付勢力除去モジュール６０を介して調整される。いくつかの実施形態において、“パッシブモード”に切り替える操作は、ユーザー選択の特徴として実行されることも可能である。アクティブサスペンション要素が操作されているかいないかということは、例えば、それらへのパワー供給を検出することによって、容易に判断することが可能である。そのシステムが、アクティブサスペンション要素が現在操作されていると判断した場合は、実際の設備１６からの加速度および位置信号を使用する。これは、垂直方向アクチュエータ２８が、その変位の終端に到達し得るかどうか、すなわち、２つのパンプ・ストップのうちの１つに、当たり得るかどうかを判断するためである（ステップ８０）。そのような場合は、付勢力除去モジュール６０は、付勢力除去システムが“バンプ・ストップ”モードで操作する要因となっている（ステップ８２）。他方では、付勢力除去モジュール６０は、付勢力除去システムがノーマルモード、または“アクティブモード”で操作する要因となっており（ステップ８４）、そのことを図１４および図１５に関連して、後述しており、そこでは設備１６の位置は、１つ以上のアクチュエータを制御することで、調整されている。
【００６６】
典型的な付勢力除去システム８６は、（図１４に示しているような）空気の入った付勢力除去器であり、それは、シリンダ８８と整合ピストン９０とを含んでおり、設備１６がその上に支持されている。そのシリンダ容積は、ピストンヘッド(piston head)よりも小さくなっており、例えば、“下側シリンダチャンバ(lower cylinder chamber)”は、供給バルブ９２の通路によって圧縮空気源（図示略）へ接続されているか、またはブリードバルブ(bleed valve)９４の通路によって外気へ接続されているかのどちらかである。その代わりとして、下側シリンダチャンバは、圧縮空気源（図示略）へ接続されているか、または三方手動調整弁９６を操作することで外気へ接続されているかのどちらかである。圧縮空気源は、ポンプによって高圧に調整された圧縮空気の容器のようなもので、車載空気源として手軽に入手可能である。座席の構造の中空の部品は、空気貯蔵容器として使用されることも可能であり、座席の構造自体の内側に空気貯蔵容器を取り込むまたは一体化することも可能である。その代わりとして、付勢力除去システムは、油圧システムとすることが可能である。
【００６７】
シリンダ８８は、空気圧および設備の重量に対して反応して作動するピストン９０を含んでいる。または、シリンダ８８は、圧力と重量とに反応して、ゴムタイヤが膨張および収縮するのとほとんど同じ方式で、簡単に膨張および収縮する。エアシリンダ８８と流体の伝達を行う膨張室９８は、外部空気貯蔵容器であってもよい。その代わりとして、膨張室９８は、自動車内装内の保存空間の近くの座席構造自身内に組み込まれていてもよい。
【００６８】
ノーマルモードまたは“アクティブモード”において、圧力が増加されることを必要としていようと、または減少されることを必要としていようと、付勢力除去モジュール６０は、図１１に示しているように、例えば制御信号ｕｒを決定し、基礎としている。圧力が増加されることが必要である場合、付勢力除去モジュール６０は、供給バルブ９２を開き、かつことによってブリードバルブ９４を閉じることによって行い、従って下側シリンダチャンバを圧縮空気であふれさせる。反対に、圧力が減少されることが必要である場合、コントローラは、供給バルブ９２を閉じ、ブリードバルブ９４を開くことによって行う。このことは、高圧の空気を下側シリンダチャンバから流出させる。
【００６９】
図１５は、アクティブモードで操作している付勢力除去モジュール６０への入力として実制御信号ｕｒを使用することで、実制御信号の付勢成分の検出および除去の工程を示した図である。実制御信号ｕｒは、高周波成分を除去するために、最初にローパスフィルタ１００を通過し、その成分は、結果として無作為な加速度を打ち消そうとする傾向がある。このように、そのローパスフィルタ１００は、高周波成分を分離しており、その成分は、結果として設備１６中の実際の重量変化となる傾向がある。好適なローパスフィルタ１００は、０．５Ｈｚのオーダーでコーナー周波数(corner frequency)を備えているものである。
【００７０】
そして、付勢力除去モジュール６０は、ｕｒ中の付勢信号成分を相殺する目的で付勢力を発生するかどうかを決定するために、実制御信号の低周波成分のサイン、または位相角を使用している。図１５の実施形態に関して、付勢力除去モジュール６０は、実制御信号ｕｒを入力として取り込んでいるが、ピストン９０に対抗する圧力が増加される必要があるのか、または減少される必要があるのかを決定する。そして、付勢力除去モジュール６０は、供給バルブ９２を制御するための供給バルブリレー（図示略）と、ブリードバルブ９４を制御するためのブリードバルブリレー（図示略）とに適切なバルブ作動信号Ｖを送っている。圧力が増加される必要がある場合、付勢力除去モジュール６０は、供給バルブ９２のリレーに供給バルブを開くように、かつブリードバルブリレーにブリードバルブ９４を閉じるように信号を送る。逆に、圧力が減少される必要がある場合、付勢力除去モジュール６０は、ブリードバルブ９４のリレーにブリードバルブリレーを開くように、かつ供給バルブリレーに供給バルブ９２を閉じるように、バルブ作動信号Ｖを送っている。いくつかの実施形態において、“緩み”（ヒステリシス）を伴ったリレーは、リレーの設定値周辺でのバルブ開閉のチャタリング(chatter)を防止している。
【００７１】
付勢力除去システム８６は、上部および下部バンプ・ストップバルブ１０２および１０４も含んでおり、それらは“バンプ・ストップ”モードにおいて、垂直方向アクチュエータ２８が、設備１６が不意にそのストロークの末端に到達することを防止することが無いような、それらの状況において動かないようにするために使用されている。
【００７２】
上部バンプ・ストップバルブ１０２は、ピストンヘッド上（上部シリンダチャンバ）のシリンダ容積と外気との間の通路を提供している。通常操作において、上部バンプ・ストップバルブ１０２は、空気が、上部シリンダチャンバの内部または外部で自由に移動することが可能であるように、開いたままになっている。しかしながら、付勢力除去モジュール６０が、垂直方向アクチュエータ２８がそのストロークの頂点に到達してからも、設備１６を停止させようとしていないことを検出した場合に、部バンプ・ストップバルブ１０２を閉じる。これは、ピストン９０が上方へ向かって動いている際に、空気が上部シリンダチャンバから逃げ出すのを防止している。その結果として、ピストン９０が上方へ向かって移動することで、空気が圧縮され、ピストン９０（故に設備１６）が、さらに上方へ向かって動こうとすることに抵抗する力が発生する。
【００７３】
下部バンプ・ストップバルブ１０４は、下部シリンダチャンバと、外気または圧縮空気源との間の通路を提供しており、ブリードバルブ９４と供給バルブ９２とが、開いているおよび閉じている状態に依存している。通常操作において、下部バンプ・ストップバルブ１０４は、開いた状態にある。これは、付勢力除去モジュール６０が、ブリードバルブ９４と供給バルブ９２とを選択的に開閉することで、設備高さを自由に制御できるようにしている。しかしながら、付勢力除去モジュール６０が、垂直方向アクチュエータ２８がそのストロークの最低部に到達してからも、設備１６を停止させようとしていないことを検出した場合に、下部バンプ・ストップバルブ１０４を閉じる。これは、ピストン９０が下方へ向かって動いている際に、空気が下部シリンダチャンバから逃げ出すのを防止しており、それによって、ピストン９０（故に設備１６）が、さらに下方へ向かって動こうとすることに抵抗する力が発生する。
【００７４】
付勢力除去モジュール６０が、アクティブサスペンション要素が使用不可能であると決定した場合は、上部および下部バンプ・ストップバルブ１０２および１０４を同時に閉じることで上部および下部チャンバを封鎖するために、バルブ作動信号Ｖを送る。これは、付勢力除去システム８６が、“セーフモード”で操作するためであり、このモードは、付勢力除去システム８６が、ばねとして機能するモードである。セーフモードで操作する場合、シリンダ８８内に空気が入る、およびシリンダ８８内から空気が出るための唯一の通路は、三方手動調整弁９６通過することである。その三方手動調整弁９６は、下部チャンバ内に空気が入るまたは下部チャンバ内から空気が出ることが不可能であるクローズポジション(closed position)、下部チャンバが外気と接続されているブリードポジション(bleed position)、および下部チャンバが圧縮空気源（図示略）と接続されているフィルポジション(fill position)を有している。
【００７５】
セーフモードにおいて、設備１６の高さは、調整弁９６を操作することで制御されている。設備１６を高くするために、調整弁９６は、圧縮空気源を下部シリンダチャンバに接続させる。設備１６を低くするために、調整弁９６は、外気を下部シリンダチャンバに接続させる。設備１６が所望に位置にある場合、調整弁９６は、下部シリンダチャンバを封鎖させる。
【００７６】
下記の表は、様々なモードにおける、図１４に示している様々なバルブの配置構成を要約している。
【表１】
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【００７７】
上述のように、付勢力除去モードにおいて、圧縮空気源は、シリンダ８８の下部チャンバと通じている。垂直方向アクチュエータ２８は、一瞬で設備１６を低くする必要があるが、それを実行するのは困難であろう。なぜなら圧縮空気源は、設備１６の下方への動作に抵抗するからである。垂直方向アクチュエータ２８がより簡単に設備１６を低くすることを可能にするために、付勢力除去システムは、供給バルブ８６と下部バンプ・ストップバルブ１０４との間に配置された膨張室９８を含んでいる。その膨張室９８は、垂直方向アクチュエータ２８が設備１６を低くするように、弱いばねとして機能しており、圧縮空気源からの抵抗を最小限にしている。
【００７８】
設備の変数が突然変化した場合、例えば着席者が座ったりまたは立ったりした場合、若しくは荷物が移動されたりまたは加えられたりした場合、アクチュエータが発生する必要があるであろう最大の力は、減少されることが可能であり、それによって力の使用が減少する。これは、新しい負荷に適応するための、付勢力除去システムを待つ制御システムを有することによって、達成されている。付勢力除去システムが適応した後、アクチュエータは、通常操作に関して必要な、減少された力をかけられることが可能である。例えば、着席者が立ち上がった場合、付勢力除去システムは、空気ばねとして作動している場合に、素早く圧力を排除するであろう。一旦圧力の排除が完了すると、アクチュエータは、現在は着席者のいない座席を動的に浮動させるために必要な力を何でも発生する。結果として、座席高さは、着席者が立ち上がった場合に、ほぼ一定になっている。それに対して、従来のばねで支持された座席は、着席者が立ち上がった場合に、徐荷位置へと跳ね上がる。
【００７９】
図１４に関連して開示されている付勢力除去システム８６は、圧縮空気の理論がその操作で実行されている圧縮空気システムである。しかしながら、油圧システムのような他の形式の付勢力除去システムが、設備１６に付勢力を適用するように使用されることが可能である。
【００８０】
上述の圧縮空気式付勢力除去器８６は、設備１６の質量を直接測定している設備評価器６２の実施形態に使用されることが可能である。図１６に示しているそのような実施形態において、付勢された圧力は、圧力センサ１０８によって測定されており、好適な選別の後、付勢された圧力から移動して、設備１６の重量を示している。その付勢された圧力は、基準設備５０を支持した結果の圧力である。この圧力は、工場においてまたは座席を取り付けた直後に測定されることが可能であり、設備評価器６２内にプログラムされることが可能である。圧力センサ１０８は、圧縮空気システムにおいて、設備１６の重量に依存している測定可能な圧力が存在している任意の点において、圧力を測定する。そして、圧力センサ１０８によって測定された圧力は、任意のジッタ(jitter)を除去するために、ローパスフィルタ１１０を通過する。その結果は、基準制御信号を乱すために使用されているエラー信号を決定する設備評価器６２に提供される。
【００８１】
図２２において、垂直方向アクチュエータ２８は、付勢力除去器８６の内装４１内に配置されている。実施例においては、付勢力除去器８６は密封された空気ばね８７を含んでおり、垂直方向アクチュエータ２８はリニアモータ(linear motor)を含んでいる。密封された空気ばね内のリニアモータの配置は、リニアモータ２９、軸受け３１および電子部品３３が、外部環境のほこりおよび飛散物から隔離している。そのような配置は、他の構成と比較しても、より少ない空間を必要とする。いくつかの実施形態において、センサまたは他のシステム電子部品３３も、密封された空気ばねの内部に取り込まれている。
【００８２】
いくつかの例において、垂直方向アクチュエータ２８は、リニア電磁アクチュエータ(EM)であり、そのアクチュエータは、磁石構造体３５に平行な直線通路に沿って、磁石構造体３５を移動するためのコイル１３７を通じて搬送される、電流を使用している。このアクチュエータは、特許文献１に従って構成されてもよい。その軸受けは、２００４年６月１８日に出願された同時係属の米国特許出願１０／８７１２３０号明細書に従っていてもよい。加えて、パワーエレクトロニクス（図示略）は、電磁気的影響を減少するために、垂直方向アクチュエータ２８に一体化されることも可能である。この一体化は、例えば特許文献４によるような形で導入されている。
【００８３】
いくつかの実施形態において、リニアモータ２９のための熱の通路３９（例えば熱伝導変換器(conductive heat exchanger)）は、コイル１３７からベース４６まで、リニアモータのハウジングに付随している。様々に適用可能な熱伝導通路の形態は、２００４年６月１７日に出願された同時係属の米国特許出願１０／８７０５２１号明細書に開示されている。操作において、空気ばねのハウジングは、内部空間４１を備えており、ベース４６内の開口（図示略）を通じて、空気が、内部空間４１内に引き込まれるまたは内部空間４１から放出される際に、内部空間は、アーマーチュア(armature)５７（図２５参照）の動作に応答して変化する。
【００８４】
垂直方向アクチュエータ２８は、設備１６（図２３Ａおよび２４Ａ）に、設備が体験する振動を減少するために、力をかけている。図２６の例に示されているように、設備１６の重心の動作の位相は、垂直方向アクチュエータ２８の動作から遅れる傾向がある。
【００８５】
垂直方向アクチュエータ２８の動作が、設備１６の重心の動作の実質的に外部の位相に有る場合（例えば２つの動作の位相角が４５度よりも大きい場合）、垂直方向アクチュエータ２８は、設備１６に外力を与える傾向がある。その外力は、設備１６に望んでいないトルクまたは曲げの動作を引き起こすかもしれず、設備１６の振動絶縁に対する垂直方向アクチュエータの能力を減少させるかもしれない。位相角４５度以内のような特定の範囲に対する位相遅れの大きさの限度は、外力を受け入れ可能なレベルに抑制する傾向がある。
【００８６】
いくつかの例において、垂直方向アクチュエータ２８は、実質的に設備の重心２８１（図２３Ａおよび２４Ａ）通じて作動力を適用している。設備１６の重心２８１は、設備上または設備内にあるのではなく、一般的に設備の構成の密度と同様に、設備の物理的な形状に依存していることに注意しなければならない。そのような配置において、垂直方向アクチュエータ２８の動作と設備１６の重心の動作との間に、実質的に４５度以内の位相遅れが存在しているというようなことは、垂直方向アクチュエータ２８を比較的簡単に制御できる。これは、比較的より広い範囲での振動絶縁を提供している。
【００８７】
例えば、設備１６が、人間が座っている自動車内の座席を含んでいてもよい。人体の臓器の共鳴は、初期においては２〜２０Ｈｚで発生する。垂直方向アクチュエータ２８が座席の重心から実質的に移動する座席は、２０Ｈｚのオーダーの周波数において、効果的に分離されない傾向がある。垂直方向アクチュエータ２８を重心２８１とほぼ一致させることによって、特に２〜２０Ｈｚの周波数領域内において、座席を振動からに隔離する効果を高周波領域まで拡大している。
【００８８】
図２７を参照すると、周波数帯０〜２０Ｈｚの範囲は、クロスオーバー周波数２０４によって低周波領域２００と高周波領域２０２とに分かれる。付勢力除去器８６は、低周波領域２００内の周波数において、付勢力を提供するように操作する。そのような付勢力は、例えば設備１６の静加重に応答して提供されてもよい。付勢力除去器８６によって提供される付勢力のために、垂直方向アクチュエータ２８は、所定の平衡位置からの移動を抑制することのみが必要とされる。
【００８９】
垂直方向アクチュエータ２８は、高周波領域２０２内の周波数において、付勢力を提供するように操作する。そのような付勢力は、例えば路面上の深い穴、ランブルストリップ（rumble strips）、または坂のような、路面状況の変化に応答して提供される場合がある。深い穴、またはガタガタ音をたてるもののような路面状況の突然の変化は、坂の勾配のような路面状況の漸次的な変化よりも、座席に高周波振動を伝える傾向がある。坂に適応したような相対的漸次的な変化に対する応答における、垂直方向アクチュエータ２８からの力の提供は、“ロードトラッキング(road tracking)”として一般的に参照されている。より突然の変化に対する応答における、垂直方向アクチュエータ２８からの力の提供は、“振動絶縁”として一般的に参照されている。いくつかの例において、高周波領域２０２は、ロードトラッキング領域２０６と振動絶縁領域２０８とに分離されている。例えば、ロードトラッキング領域２０６は、クロスオーバー周波数２０４から２Ｈｚのような所定の周波数までの範囲であってもよい。いくつかの例において、クロスオーバー周波数２０４は、１／１０Ｈｚから１／２Ｈｚの間の範囲である。１／３Ｈｚのクロスオーバー周波数の例は、図２７に示されている。
【００９０】
図２３Ａにおいて、垂直方向アクチュエータ２８は、点Ｐを中心として回転自在に、座席板１４９に接続されており、点Ｐでは、垂直方向アクチュエータ２８からの動的な力４９１が、座席板１４９にかけられている。その接続点Ｐは、例えば軸受けを使用することによって、相対的に停止している。その結果、垂直方向アクチュエータ２８と座席板１４９との両方における（個々にＢおよびＣで示されている）曲げ動作は、挟みリンク機構５１から来る力Ｆとともに座席に作用されている。加速度計４３，４５および４７は、床４９２、座席板１４９および垂直方向アクチュエータ２８の個々の振動を検出する。
【００９１】
図２３Ｂは、加速度計４３，４５および４７によって検出された、床４９２、座席板１４９および垂直方向アクチュエータ２８が体験した振動を示した図である。座席板のグラフと垂直方向アクチュエータのグラフとの間の斜線部分は、座席上の人間によって感知された隔離効果（isolation benefit）を示している。隔離効果は、約１０Ｈｚよりも高い領域のみにおいて得られる。高周波領域において、動的な座席振動は、座席板のグラフと床のグラフとの間の様々な交点５３によって示されているように、（いくらかの周波数においては）床の振動と同じくらい悪い。
【００９２】
図２４Ａは、別のアクティブシートサスペンション(active seat suspension)を示した図である。４つのバーリンク５５と垂直方向アクチュエータ２８とで支持された座席５５１は、座席の重心２８１の下に配置されている。垂直方向アクチュエータ２８のアーマーチュア５７の頂部は、ジンバル回動軸５９に接続されており、その回転軸は、座席板１４９の底部に取り付けられている（図２５参照）。加速度計４３，４５および４７は、床、座席板１４９および垂直方向アクチュエータ２８の個々の振動を検出する。
【００９３】
図２４Ｂは、加速度計４３，４５および４７によって検出された、床４９２、座席板１４９および垂直方向アクチュエータ２８が体験した振動を示した図である。斜線部分は、２〜２０Ｈｚの範囲のいたるところに広がった乗客が体験した隔離効果を示している。
【００９４】
図２５を参照すると、アーマーチュア５７は、垂直方向アクチュエータ２８の頂部近傍に配置されている。ジンバル回動軸５９は、ねじ６１によって座席板１４９に堅く接続されている。アーマーチュア５７は、カプラ６３、例えば回転軸受けによってジンバル回動５９に動けるように接続されている。その接続は、垂直方向アクチュエータ２８が上下に動いた場合に、アーマーチュアが２自由度において動くことができるようになっている。この自由度は、座席板１４９または座席のような支持構造を曲げる危険性を減少している。いくつかの例において、垂直方向アクチュエータ２８は、ボールジョイント(ball joint)のような他の機械的な回動構造によって、座席フレーム１４９に接続されている。他の構造のようなものは、上述の接続手段に付加的にまたは代わりとして採用されてもよい。
【００９５】
ジンバル回動軸は、相対的に低い座席高さを可能にしており、それは座席が自動車内にある場合に、役に立つ。いくつかの場合、必要以上の座席高さは、垂直方向アクチュエータ２８の配置を座席の重心よりも下にすることを困難にする。
【００９６】
４本のバーリンク５５および挟みリンク５１は、図２３Ａおよび図２４Ａに示されているが、これらのリンクは、必需品ではない。サスペンションリンクおよび／または垂直方向アクチュエータ２８のための様々な構造が、使用可能である。垂直方向アクチュエータ２８のために、一体化されたエアバッグを伴ったまたは伴わないＥＭアクチュエータが、使用可能であり、油圧アクチュエータも使用されてもよい。サスペンションリンクは、除外されてもよい。
【００９７】
図２４Ａにおいて、垂直方向アクチュエータ２８によって提供される動的な力は、座席の重心２８１を通じて作用するが、付勢力除去器は、座席の重心を通じて作用する必要はない。なぜなら、付勢力除去器は、典型的に垂直方向アクチュエータ２８の範囲外（例えば２〜２０Ｈｚの範囲外）の低周波振動を補正するためである。それゆえ、付勢力除去器の分離能力は、垂直方向アクチュエータ２８と同様に、重心からの距離によって著しく影響を受ける。
【００９８】
図２４Ａ中の座席は、異なる身長の運転手に適合するために、自動車内でスライド可能なように取り付けられている。いくつかの例において、座席は、座席が垂直方向アクチュエータ２８および／または空気ばねに対して、前後方向に±３．５インチ動かされることが可能である。それゆえ、いくつかの構成においては、垂直方向アクチュエータ２８は、座席の重心を通じて作動力を提供していない。しかしながら、座席の重心近傍において作動力を適用していることさえも、上述の利得を提供することが可能である。一般的に、作動力の拡大は、重心から移動されることを可能にしており、かつ他のシステム設計の変数に依存した、上述の利点を維持している。例えば、剛性のような座席の物理的特徴といったものである。そして、アクチュエータの動作の拡大は、座席の重心の動作と実質的に一致している。例えば、極めて堅い軸受けが、図２３Ａ中の点Ｐにおいて、垂直方向アクチュエータ２８を座席板１４９に接続していた場合、この構成によって、垂直方向アクチュエータ２８を、座席の重心とＰとの間に配置されることを可能にしている。その一方で、垂直方向アクチュエータ２８および座席の重心２８１の動きが実質的に同期している場合、この構成によって、２〜２０Ｈｚの間の周波数における振動の隔離効果を依然として提供することができる。
【００９９】
異なる運転者の範囲に適合させるために、座席は垂直方向に自由度を持って取り付けられることが可能であり、例えば、（垂直方向アクチュエータ２８がストロークの上端にある場合の床からシートクッションの底部までの）初期高さは、代表的な移動量４インチを伴った１１〜１５インチの範囲内である。いくつかの場合、高さは例えば２インチ単位で運転者が調整可能である。この場合、座席は９〜１３インチの間の高さになるであろう。一般的に、座席の高さは、１５インチを越えることはない。
【０１００】
サスペンションリンクを除外することは、結果的にリンクと関連した軸受けシステムを除外することに基づいた付加的な利点が生じる。図２４Ａにおいて、例えば、垂直方向アクチュエータ２８の軸受け３１は、座席が、実質的に一次元（垂直方向）において移動することを、強制している。従って、サスペンションリンクシステムに関連した付加的な軸受け６５は、移動されてもよい。これらの軸受けシステムは、動作を規制しすぎてもよく、それは拘束、摩擦などに帰着する。拘束は、低摩擦を提供することで、除去することが可能であるが、すべての冗長システムの末端において緩みのない回転軸は、いくつかの状況において、望まれないかもしれない。加えて、システム内の格ベアリングは、解決困難な問題である安定したかつ丈夫なコントローラを形成する、より多くの支障（摩擦）に寄与している。なぜなら、アクチュエータはすでに軸受け３１を備えており、その軸受けシステムは、十分に頑丈である場合、これらの問題点を回避することが可能だからである。
【０１０１】
サスペンションの配置は、１つの垂直方向アクチュエータ２８を使用することにより、図示されたようなものとなる。しかしながら、この配置の利得は、いくつかのアクチュエータ（垂直である必要はない）を使用することで得られることもできるということである。そのアクチュエータは、それぞれが、いくつかのアクチュエータによって伝えられた正味の力が、上述のような方法において、座席に力を伝えている。そのような配置は、例えば他のデザインが、１つの垂直方向アクチュエータ２８を設備１６の重心近傍に配置することを妨げているような制約を有している場合に、採用されてもよい。
【０１０２】
上述の記載は、図９に示しているような、制御デザインに基づいた参照モデルに集中している。しかしながら、他の実施形態は、図８に示しているような一般的な制御システムを含んでおり、コントローラは、参照モデルを伴って、または伴わないで、好適なリニアまたは非リニア制御手段を介して設計されることが可能である。例えば、図９中の振動絶縁モジュールは、基準設備５０、補正システム６５または付勢力除去モジュール６０を設けることなく、図８中のコントローラ５２に置き換えることが可能である。
【０１０３】
アクティブサスペンション要素における故障、特に垂直方向アクティブサスペンション要素１２における故障は、設備の位置および動作において、突然のおよび可能な限りの憂慮すべき変化である。これを回避するために、制御システム４８は、図９に示しているような、故障検出器１１２によって制御されたフェイルセーフシステムを設けられることが可能である。そのフェイルセーフシステムは、アクチュエータと連動して、選択的に作動されるダンパ(damper)を備えている。そのダンパは、別部品であってもよい。その代わりとして、ダンパは、アクティブサスペンション要素の特性を変化することで、使用されてもよい。基準の条件下において、ダンパは作動されず、そのために緩衝力は発生していない。しかしながら、故障検出器１１２が、特殊な状態の存在を検出した場合、ダンパを作動させ、それによって、設備１６の動作に抵抗する緩衝力を引き起こす。これは、設備１６が、下部バンプ・ストップに静かに安定する要因となる。その代わりに、フェイルセーフシステムは、ばね、またはばねのような摩擦構造を含むことが可能である。そのような構造の１つは、先に述べた付勢力除去システムである。そのような場合、設備１６は、下部バンプ・ストップ上の平衡位置に安定しているであろう。
【０１０４】
図９に示しているように、故障検出器１１２は、実際の設備１６の状態を表示する情報が提供されている。この情報は、例えば位置および加速度の信号を含むことが可能である。この情報に基づいて、故障検出器１１２は、設備１６の動作を鈍らせる必要があるかどうかを決定している。アクチュエータ１２との接続に使用するのに好適なダンパは、特許文献１に記載されており、その内容は、本明細書中に引用される形で含まれている。
【０１０５】
アクティブサスペンションシステムの故障は、フェイルセーフシステムを作動させる理由のみではない。異常状態を示す設備１６の特性における任意の変化は、フェイルセーフシステムを作動させる理由であってもよい。例えば、所定のしきい値よりも大きいセンサ信号、または設備の状態を表示する情報を受け取る任意のセンサは、フェイルセーフシステムを作動させる理由となるであろう。センサまたはシステムの故障は、そのような信号の欠乏または流動的な存在がないことによって、または設備の物理的な制約に情報の矛盾を提供するセンサの信号によって、検出されることが可能である。例えば、センサが、自動車が現在超音速で走行していると表示した場合、そのセンサの信頼性は、合理的に疑問視されるであろうし、その場合フェイルセーフシステムは作動されるであろう。その代わりとして、センサがその使用範囲の限界に到達したことを検出しても、フェイルセーフシステムを作動させることが可能である。いくつかの実施形態において、アクティブモードからフェイルセーフモードまたは“パッシブモード”への移行に起因している特殊なトリガイベント(trigger event)は、使用者が選択可能な特徴として実行されることも可能である。
【０１０６】
電磁アクチュエータの場合において、実際の設備１６のアーマーチュアに、電線を巻きつけたコイルを有するステータ(stator)が取り付けられている。そのステータおよびアーマーチュアは、ステータのコイル内の電流によって制御されたアーマーチュアの位置で、ともに“電磁アクチュエータ”を形成している。通常操作において、コイルを通過する電流は、アーマーチュアの位置を制御する磁場を発生させる。故障の検出において、コイルのリードはともに短絡またはクランプ(clamped)されている。これらの条件下において、レンツの法則が、アーマーチュアの動作に抵抗する傾向のある磁場を発生させるコイル内に、電流を誘起する操作を行うであろう。その結果として、電磁アクチュエータは、ダンパとして機能する。
【０１０７】
図１７は、センサの故障の検出の後のダンパを作動させるかどうかの決定において故障検出器１１２によって使用される、典型的なアルゴリズムである。その故障検出器１１２は、加速度信号を監視している（ステップ１１４）。加速度信号が、事前に選択された限界値の範囲内であれば（ステップ１１６）、故障検出器１１２は、アクティブサスペンション要素が正確に操作されているとみなす。これらの状況下において、ダンパは作動されないままである。故障検出器１１２は待機し（ステップ１１８）、再度加速度を調べる（ステップ１１４）。しかしながら、故障検出器１１２が、加速度信号が所定の継続時間よりも長く、しきい値を超えていることを検出した場合（ステップ１１６）、故障検出器１１２は、アクティブサスペンションが故障したとみなし、補修の動作が命令される。これらの条件下において、故障検出器１１２は、ダンパを作動させる（ステップ１２０）。そして故障検出器１１２は、初期化が行われるまで、さらなる実行を停止する。
【０１０８】
図１７に関連して記載されたアルゴリズムは、加速度センサにおける故障の検出のみを信頼している。しかしながら、他のアルゴリズムは、位置信号または位置信号と加速度信号もしくは設備１６の状態を表示する任意の情報との組み合わせを使用することが可能である。フェイルセーフシステムの制御に関する他のアルゴリズムは、アクティブサスペンションを構成しているさまざまな要素の状態を表示する情報を使用している。その要素は、パワー供給、パワー増幅、その制御といったものである。典型的な情報は、センサへの電子的バイアス信号と、アクチュエータによって発生される電動機の力とを含んでいる。さらに、冗長なセンサは、システムの信頼性を向上するために、使用されることが可能である。
【０１０９】
図１８に示しているように、実際の設備を制御する信号は、増幅器１０６の出力電流を調節するために、最終的に使用されている。この出力電流は、最終的には電磁アクチュエータ２８に提供される。制御信号内の変動は、この出力電流内の変動の結果である。
【０１１０】
（図１９に示している）増幅器１０６において調整される電流は、パワー供給１０７によって提供される。上述の形式のアクティブサスペンションにおいて、平滑な路面上での通常の操作では、増幅器１０６は相対的に少量のパワーを引き出している。しかしながら、路面上に大きな突起があるような状態の補正を行うために、増幅器１０６は大量のパワーの短期間の爆発を要求する。図１８は、時々発生する深い穴および他の不規則なものを備えた都市部の典型的な道路について、時間の関数として、要求されたパワーを示している。
【０１１１】
図１８に示しているように、通常操作において、増幅器１０６は、平均的なパワーをひき出している。しかいながら、時々、増幅器１０６は、短い期間中に極めてより大きなパワーを要求する。大パワーの短期間の爆発を提供するために、バッテリーのようなパワー源から直接的にパワーを引き出すことなく、大パワーの短期間の爆発を提供する能力があるエネルギー貯蔵要素を備えたパワー供給１０７とともに、増幅器１０６を設けることは役に立つことである。
【０１１２】
図１９に示しているような好適なパワー供給１０７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０９を含んでおり、そのコンバータは、バッテリー１１３に接続された入力と、コンデンサ１１０に接続された出力とを備えている。そのＤＣ／ＤＣコンバータ１０９は、通常１２Ｖのバッテリー電圧を、より高い出力電圧に変換するように機能している。コンバータ１０９の付加的な効果は、バッテリー１１３から引き出される電流量を制限することであり、それは、増幅器の電流に関する要求が、コンバータ１０９の提供可能な電流を上回った場合に、飽和することで制限する。これらの条件下において、コンバータ１０９は、飽和電流を提供する安定した電流源として、増幅器１０６に対して現れる。
【０１１３】
一般的に（出力電流、入力電流のような）パワーを供給するコンバータ回路の変数の変化に対する応答において、ピークパワーの要求を満たすために、追加のパワーは、コンデンサ部品のような受動的なパワー源によって供給される。好適なパワー供給回路は、２００４年６月１８日に出願された、米国特許出願１０／８７２０４０号明細書に開示されており、その内容は、本明細書中に引用される形で含まれている。
【０１１４】
通常操作において、コンバータ１０９は、増幅器の自身による電流に関する要求を満足する。増幅器１０６が、コンバータ１０９が提供可能である以上の電流を要求する場合、コンバータ１０９の出力と並列に接続されたコンデンサ１１０から不足分を引き出す。大電流が、相対的に短周期のみに要求されるために、コンデンサ１１０に蓄えられる電荷は、増幅器１０６の要求を満足するのに十分な量である。図１８に示しているように、大電流の要求は、相対的に長周期によって区切られているので、コンバータ１０９は、コンデンサ１１０を再充電することが可能である。
【０１１５】
図１９に示されている構成に関連した特殊な数値は、それぞれのアプリケーションに関連した詳細条件に依存しているであろう。そのような詳細条件は、平均引き出し電流、最大引き出し電流、大電流を引き出す要求がある期間の平均時間、増幅器１０６の操作電圧範囲、コンバータの飽和電流およびコンデンサ１１０を形成するために使用されるコンデンサの配置、または他のエネルギー貯蔵要素のどのようなものでも、関連する寄生抵抗を含んでいる。
【０１１６】
コンデンサ１１０は、単一のコンデンサとして設けられている必要はない。いくつかの場合、適切な等価容量１１０と、要求された電圧降下の全域で操作する能力とを備えたコンデンサを回路内に組み付けることは、より経済的なことであろう。例えば、その回路は直列に接続された多くのコンデンサを含んでおり、それぞれのコンデンサが、増幅器１０６に適用されたパワー供給電圧よりも小さい定格電圧を有していてもよい。いくつかの実施形態において、６２のコンデンサは、それぞれが１７．３ファラッドの容量を有し、２．５Ｖの電圧降下の全域において操作することを定格とされており、そのコンデンサは、要求された容量を形成するために、直列に配置されている。
【０１１７】
誤動作または不安定な挙動が発生した場合、アクチュエータによってかけられる力は、非常に大きく増加傾向とすることが可能であり、時間の長周期にわたって大きいままにしておくことが可能である。長周期にわたってそのような大きな力を調整する必要があるパワーは、コンデンサ１１０を枯渇させ、増幅器１０６を“衰えさせる”電圧の要因となる。これは、増幅器１０６がそれ自身を無効にする要因となる。その結果として、不安定な挙動が発生している間は、パワー供給１０７は、異常な発熱が早急に浪費しないほど十分に低いパワー制限をかける。それにより、増幅器１０６への熱的損傷を回避している。この方法において、図示されたパワー供給１０７は、誤動作または不安定な挙動が発生したアクチュエータのパワーの消費量を制限している。１つの実施形態において、コンデンサは、貯蔵されたエネルギーが、増幅器の、５５ミリ秒以内の誤動作または不安定な挙動の発生を無効にするために浪費されることが可能であるように、選択される。
【０１１８】
設備が座席を含む、それらの実施形態において、シートクッションの存在のために、困難性が生じる。上述したように、加速度計および位置センサは、座席上に取り付けられている。そのために、加速度計および位置センサは、シートによって体験される動作を感知する。この場合の仮定は、座席に座っている乗客が、座席とまったく同じ動作を体験するということである。しかしながら、たいていの場合、乗客は座席上に直接座っていない。その代わりに、乗客はシートクッション上に座っている。クッションは、それ自身の伝達関数とともに、付加的なパッシブサスペンション要素に取り付けられている。
【０１１９】
実際のところは、シートクッションは、２つの０点を備えている伝達関数を取り込む。これらの０点は、加速度ループのゲインを減少させ、それによってそれらの０点に一致する周波数において、制御システムの振動を抑制する能力を減少させる。
【０１２０】
この困難性を解決するために、２つの０点に関連する周波数は、加速度ループコントローラ５８の周波数帯域を上回るようになっている。これは、クッション内のばねの剛性の影響を増加することで達成される。例えば、堅い支持上に配置することによる。
【０１２１】
制御システム４８の様々なモジュールの入力と出力とは、このように、スカラーとしてさらに表示される。これは、多くの座席に対し、１つの軸に沿った振動を抑制するために要求される力は、他の軸に沿った振動を抑制するために要求される力とは全く無関係であるからである。そのような場合、設備１６は、非常に少数の非対角の構成要素をともなった、原則的に対角行列である行列式の伝達関数によって特徴付けられることが可能である。加速度ループの伝達関数と位置ループの伝達関数とは、原則的に対角行列としても特徴付けられることが可能である。これらの条件下において、他の軸に沿った振動の抑制と無関係に１つの軸に沿った振動の抑制を考慮することは、適切なことである。
【０１２２】
しかしながら、特殊な形式の座席の取り付けに関して、１つの軸に沿った振動抑制を適応される力は、異なる軸に沿った動作の抑制を、同時に行おうとする作用があるであろう。この場合に、設備の伝達関数は、もはや対角行列として見なすことができない。
【０１２３】
例えば、図２０は、４つのバーリンクで支持されている座席を含んだ設備１６を示した図である。座席の上向きの動作は、座席の垂直位置に依存したその２方向の関係によって、結果として後方への動作でもあることは明白である。
【０１２４】
図２１において、様々なブロックの入力と出力とは、２次元のベクトルである。このように、実際の設備１６に提供される制御信号は、２つの異なる力のアクチュエータを制御するための構成要素を含んでいる。実際の設備１６に適用される以前に、その制御信号は、減結合相似変換行列Ｒを通される。その手順の詳細は、非特許文献１で見ることが可能である。
【０１２５】
図２０に示されている場合に関しては、その結合は純粋に動力学的であるが、相似変換は、動力学的に襷がけの設備を減結合するために使用されており、減結合行列の要素は、一定の実数値である。それらの要素の数値は、支持の幾何学的形状から直接生成されることも可能である。
【０１２６】
他の場合においては、２方向における動作の結合は、動力学的要素と同様に静力学的要素を含んでいる。そのような場合、減結合行列の要素は、周波数の複素関数となる。一般的に、そのような行列は、コントローラが実行するために好適な、低いオーダーで実現可能な伝達関数行列を生じないであろう。
【０１２７】
２方向における設備の振動抑制への別のアプローチは、加速度ループコントローラに関して、対角行列よりも完全に生成されたコントローラ行列(controller matrix)を使用することである。この場合、加速度ループコントローラ行列の要素は、加速度ループに関連する閉ループ行列伝達関数が、対角行列または無視できる非対角要素を有しているものであるように算出される。
【０１２８】
他の実施形態は、特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】アクティブサスペンション設備を示した図である。
【図２】アクティブサスペンション設備に直列に接続された状態を示した図である。
【図３】アクティブサスペンション設備に並列に接続された状態を示した図である。
【図４】アクティブサスペンション設備を示した図である。
【図５】アクティブサスペンション設備を示した図である。
【図６】アクティブサスペンション設備を示した図である。
【図７】アクティブサスペンション設備を示した図である。
【図８】図１および図４〜７のアクティブサスペンションが設けられた設備を制御するための制御システムを示した図である。
【図９】図８の制御システムの実施形態を示した図である。
【図１０】独立振動モジュールを示した図である。
【図１１】異なる形式の設備評価器をともなった制御システムを示した図である。
【図１２】異なる形式の設備評価器をともなった制御システムを示した図である。
【図１３】付勢力除去器に使用されるアルゴリズムのフローチャートを示した図である。
【図１４】典型的な付勢力除去器を示した図である。
【図１５】付勢力除去器による工程を示したブロック線図である。
【図１６】設備の重量が測定される制御システムを示した図である。
【図１７】フェイルセーフシステムのアルゴリズムを示した図である。
【図１８】典型的な動力要求を示した図である。
【図１９】動力供給を示した図である。
【図２０】異なる軸に沿った動作の間を連結した結果となる、座席の支持を示した図である。
【図２１】異なる軸に沿った動作の連結に適合するように修正された、制御システムを示した図である。
【図２２】付勢力除去器と自動車のアクチュエータを示した図である。
【図２３Ａ】座席の側面を示した図である。
【図２３Ｂ】隔離効果を示したグラフである。
【図２４Ａ】座席の側面を示した図である。
【図２４Ｂ】隔離効果を示したグラフである。
【図２５】ジンバル回動の投影図である。
【図２６】位相の遅れを示したグラフである。
【図２７】周波数領域の区分を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１３０】
１０  アクティブサスペンション設備
１２  垂直方向アクティブサスペンション
１４  長手方向アクティブサスペンション
１６  （実際の）設備
１８  パッシブサスペンション
２０  垂直方向加速度計
２２  長手方向加速度計
２４  垂直方向位置センサ
２６  長手方向位置センサ
２８  垂直方向アクチュエータ
２９  リニアモータ
３０  長手方向アクチュエータ
３１  軸受け
３３  電子部品
３４  アクティブサスペンション要素
３５  磁石構造体
３６  多軸パッシブサスペンション
３７  床
３９  熱の通路
４１  内部空間
４２  カップホルダ
４３，４５，４７  加速度計
４４  灰皿、小物入れ
４６  ベース
４８  制御システム
４９  コントローラ
５０  基準設備
５１  挟み機構
５２  振動絶縁モジュール
５５  バーリンク
５７  アーマーチュア
５８  加速度ループコントローラ
５９  ジンバル回動軸
６０  付勢力除去モジュール
６１  ねじ
６２  設備評価器
６３  カプラ
６４  設備補正器
６５  補正システム（付加的な軸受け）
６６  第1の（ローパス）フィルタ
６８  第２の（ローパス）フィルタ
７０  減算器
７２  乗算器
８６  付勢力除去システム
８７  空気ばね
８８  シリンダ
９０  ピストン
９２  供給弁
９４  ブリード弁
９６  三方手動調整弁
９８  膨張室
１００  ローパスフィルタ
１０２  上部バンプ・ストップバルブ
１０４  下部バンプ・ストップバルブ
１０６  増幅器
１０７  パワー供給
１０８  圧力センサ
１０９  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１０  コンデンサ
１１２  故障検出器
１１３  バッテリー
１３７  コイル
１４９  座席板
２００  低周波領域
２０２  高周波領域
２０４  クロスオーバー周波数
２０６  ロードトラッキング領域
２０８  振動絶縁領域
２８１  設備の重心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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