KYB技報

第63号

2021―10

技術紹介

KYBのアクティブサスペンションの開発
稲１

満和隆・

堀匡

利

ペンションの消費電力を節約するシステム等も考案されている．また，油圧を使わずモータを動力源とはじめにアクティブサスペンションは究極のサスペンションと呼ばれ，乗心地と操縦安定性を高いレベルで両立できるシステムである．KYBは日産自動車株式会社と共同でハイドロニューマチック注１）をベースとした油圧アクティブサスペンションを開発し，1989年 に 発 売 し たINFINITI Q45注２）に 搭 載 さ れ た（写真 １ ）．しかし，日本において自動車は高性能を追及する時代から，環境性能や経済性，使い勝手を重視する時代へと移り変わっていき，2000年代初頭を最後に採用が見送られた．

して採用した電動アクティブサスペンションはすでに実用化されており，時代がまたアクティブサスペンションに回帰しつつある．
油圧アクティブサスペンション開発以降，再び究極のサスペンションであるアクティブサスペンションを実現することは，当社技術部門の30余年の宿題でもある．本報では原理試作として考案したアクティブサスペンションシステムを紹介する．
注 １ ）ハイドロニューマチックとは油圧を力の伝達媒体として，ガスの圧縮性をばね作用として用いたサスペンション装置である（ガスをばねとして利用するため，細かい振動がばね上（主に車体を指す）に伝わりにくく，一般的に乗心地が良いとされる）．
注 ２ ）「INFINITI Q45」は日産自動車株式会社の商標である．
注 ３ ）セグメントとは乗用車を車格等で分類したものである．

写真 １ （左）INFINITI Q45（右）KYB製油圧アクティブサスペンション

２

アクティブサスペンションとは一方，欧州では1999年にDaimler社がアクティブサスペンションをフラッグシップ車両に搭載し，以本題の前に，サスペンションのことを簡単に紹介する．サスペンションの主な構成要素はアーム，懸降さらに進化させて継続して採用している．またそれ以外にも車両が曲がる時に発生するロール現象を抑えることに特化したアクティブスタビライザ等のシステムが実用化されている．

架ばね，ショックアブソーバである．これらの要素
はばね上とばね下（主にホイールを指す）の相対運動で動き，路面からの入力は懸架ばねで吸収され，他方，セミアクティブサスペンションと呼ばれるアクティブサスペンションの機能を抑えて，性能とコストを両立させたシステムが欧州を中心にD～C（アッパーミディアム～ロワーミディ
セグメント注３）アムクラス）にまで普及している．
現在は，セミアクティブサスペンションをベースにして，それにエネルギー源を追加することでアクティブサスペンション化するシステムや，サスペン
ションの減衰エネルギーを回収してアクティブサス

ショックアブソーバによってその懸架ばねの振動エネルギーを減衰（ダンピング）させる．もっとも一般的なショックアブソーバを搭載した構成をパッシ
ブサスペンションと呼ぶ．
パッシブサスペンションはショックアブソーバの減衰力特性が入力速度によって一意的に決まっており，車両開発の段階で乗り味はバランスを見ながら作りこまれる．
セミアクティブサスペンションはショックアブソーバに減衰力調整機構が盛り込まれており，車両―9―

KYBのアクティブサスペンションの開発

走行状態に応じて減衰力特性を変化させることができる．

持って能動的に力を出力する機構を備えたサスペンションである．車両の動きに対して，各サスペンショアクティブサスペンションは上記サスペンションのように路面からの入力に対して，受動的に力が出力されるシステムではなく，独自にエネルギー源をンがどのような特性を取りうるか，簡潔に示したものが図 １ である．

図１

各サスペンションの走行時の特性

区間 ２ ，４ に着目すると，パッシブサスペンションに対して，セミアクティブサスペンションは力の大きさを変えてばね上が動かないように制振している．アクティブサスペンションの場合，ショックアブソーバの伸縮に関係なく，制御対象であるばね上の動きのみに着目し，力の大きさと方向を変え，路動を抑えられるか，伝達特性について示しているのが図 ３ である．セミアクティブサスペンションは，ばね上共振付近において路面変位以下（図 ３ で示す１ 以下）に抑えることはできないが，アクティブサスペンションならそれが達成可能である．

面変位に対するばね上変位の比率（伝達特性）を激減させることができる．それにより，セミアクティブサスペンションのように“制振”ではなく限りなく“静止”に近づけることが可能な技術である．
この特性をショックアブソーバ単体の性能として示したものが図 ２ である．路面入力に起因するばね上とばね下の相対速度に対して発生する力（抵抗力，加振力）で表現したものであり，特にオレンジで示した領域についてはアクティブサスペンションのみが持つ特性である．
各サスペンションの力の特性を簡単に表にまとめると表 １ のようになり，アクティブサスペンションが力の大きさや方向を任意に与えることができるのが分かる．
また，各サスペンションの力を使ってどれだけ振― 10 ―

図２

各ショックアブソーバが発生させる力

KYB技報表１第63号

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各サスペンションの力の特性

種類

力の大きさ

力の方向

パッシブ

一意的

一定
（抵抗力）

セミアクティブ

可変一定
（抵抗力）

アクティブ

可変可変（抵抗力，加振力）

写真 ２アクティブサスペンション搭載実験車両

答性を拡張③シンプルな構成で低コスト化という点である．
また，アクティブサスペンションシステムを構築するにあたり，効率良く実験車両を作り上げるため，制御弁等は過去開発品をベースにし，またモータ等汎用部品で賄える部分については既製品を購入することで工数短縮を図った．
図３３

各サスペンションの路面伝達例

開発の狙い

このようにアクティブサスペンションはばね上を自在にコントロール出来るため，車両を制御する上でばね上をどのように動かすか考える必要がある．
まったく揺れないことが正しいのか，逆にそれが違和感につながるのか，車両目線で考えたときにシミュレーション結果だけでは判断できなかった．そのため，どういう制御をするとどういうフィーリングになるのか体感できる仕組みを作る必要があり，実験車両を構築することとした．

４

図４システム構成4. 3 制御思想について
一般的に振動抑制のための制御則として，スカイフック制御１）が従来から知られている．今回の取り組みでは従来の制御より更に制振性を向上させることを目指した．そのためには，ばね上がどのようなメカニズムで振動するのか路面入力とばね上に外力実験車両の概要

4. 1 実験車両について実験車両のベース車として，①モータを駆動させるための高電圧バッテリを搭載②セミアクティブサスペンションを搭載を要件とし，Eセグメント（エグゼクティブクラス）ハイブリッド車両を選定した（写真 ２ ）．また本車（実車で慣性力に相当）が作用する １ 輪モデルで考え，振動を低減する方策を検討した（図 ５ ）．

両は応答性に優れる高性能なセミアクティブサスペンションを搭載しており，性能を比較するにあたり適切と判断した．
4. 2 システム構成についてシステム構成を図 ４ に示す．過去の油圧アクティ
ブサスペンションと大きく違うポイントは，①動力源をエンジンから電動（モータ）化②ハイドロニューマチックを採用しないことで応― 11 ―図５１ 輪モデル

KYBのアクティブサスペンションの開発（ １ Hz付近）の制振について大きな効果があることが分かった．また，いわゆる“ぶるぶる”と言われる振動を示す周波数（10Hz）付近についても大－K（X＋Fi⑴
MsẌs=－C（Ẋps－Ẋu）
ss－Xu）
きな悪化がなく，制御効果は良好であることが分⑴式の右辺第 １ 項はショックアブソーバの減衰力， かった．ただし，このシミュレーションは簡易的なものであり，理想的なアクチュエータとして計算し第 ２ 項は懸架ばねのばね力である．路面からの入力ている（遅れなし）．
はばね下を介してばね上に伝わるので，⑴式につい

図 ５ におけるばね上振動の運動方程式は，以下で示される．て，入力をばね下変位Xuと慣性力Fi，出力をばね上変位Xsとしたブロック線図で表すと図 ６ のようになる．ここでsはラプラス演算子である．

図６

図７

アクティブサスペンション １ 輪モデル

図８

シミュレーションによるばね上制振特性

ばね上の運動方程式のブロック線図

ばね上の振動を小さくするためには，⒜ブロックの減衰を大きくする（=ばね上の制振）と同時に，入力となるCpẊuや，Ks   Xu，Fiを小さくする（=ばね上への入力低減）ことが必要である．
これらの振動メカニズムから，ばね上の振動を小さくするためには，表 ２ のように考えるのが有効であり，それらを満たす制御則を構築した．
表２制御方針№

手法1

ばね上速度に依存した減衰を付加する

2

ばね下振動を入力としたショックアブソーバを介してばね上に加わる力を低減する

3

ばね下振動を入力とした懸架ばねを介してばね上に加わる力を低減する4

慣性力によりばね上に作用する力を低減する

５

性能確認

5. 2 台上試験について
次に １ 輪のみのシステムを構築し，試験機（写真３ ）を使い計測を実施した．結果はシミュレーションと同様の傾向が得られた（図 ９ ）．これら試験結果から，今回作製する実験車両のシステムは当初の想定通り，大幅な制振効果を確認できた．
5. 3 実車試験について
5. 3. 1 実車構築・安全について制御効果の確認ができたため，実験車両にシステムを搭載した．なお，実車試験前には安全を考えて無人状態で ４ 輪加振機による疑似的な路面振動を車

5. 1 シミュレーションについてまずは車両（ ４ 輪）で考える前に，制御の効果を単純化するために図 ７ に示すように一輪モデルで検討した．図 ８ に １ 輪モデルにおけるシミュレーショ両に与え，システムが不安定にならないこと等を確認した．また，予期せぬトラブルが発生した際に安全にシステムを停止できるようエマージェンシース
イッチを搭載し，非常時の際にモータの電源をカッン結果を示す．乗心地に関する制御として表 ２ の№
1 ，２ ，３ を組み込み，制御毎にデータを確認した結トできるように備えた．
5. 3. 2 実車計測結果について

果，このシステムの主目的であるばね上共振周波数― 12 ―

この実験車両を当社テストコースにて走行させた

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面振動に制御がついていかない）や，検証のため性能に余裕があるモータを搭載した結果，モータ作動音が大きい等課題も挙がっているが，当初予定していた性能を発揮することができた．
5. 3. 3 実車試乗結果について
また関係者を集めた試乗会では，試乗者から「ばね上の動きが抑えられており，セミアクティブサスペンションとは比べ物にならない程のフラットさがある」，「頭が振られないで楽」，「揺り戻しがなく収まる」等の感想を聞くことができた．

写真 ３１ 輪加振機

図10

図９

波状路面

１ 輪加振機による計測結果（図10～図13，写真 ４ ）．乗心地を評価するために波状路（周波数はばね上共振域を狙っている），ランダ
ム入力路，EUカントリー路（欧州の田舎道を再現した路面）を走行し，操縦安定性（ハンドル操作等によるばね上変化）を確認するためにレーンチェンジ走行を実施した．また比較対象として，純正状態（セミアクティブサスペンション）でも同じ計測を実施した．
実車試験にて以下の結果が得られた．

図11

ランダム路面①セミアクティブサスペンションに比べ，ばね上共振域の振動を大きく低減する効果が得られた．
②大 きなうねりと細かい振動が複合するEUカン
トリー路面においては，細かい振動に対する硬さが残るが大きなうねりは解消され，ばね上共振域の制振効果は得られた．
③ロール角を大きく軽減することで，タイヤを効果的に接地させて安定した運転に繋がる効果を得られた．
半面，改善すべき点もあり，荒れた路面を走った際の乗心地悪化（制御バルブの応答性等の影響で路― 13 ―

図12

EUカントリー路面

KYBのアクティブサスペンションの開発⑤試乗会にて幅広く意見を収集した．
特に考案した制御技術をシミュレーション上だけでなく実験車両に実装することで，幅広い人からの評価を聞ける環境が整い，アクティブサスペンションの在り方について検討していける土台ができた．

図13

アクティブサスペンションという自在にばね上をコントロールできる製品を考えていく場合，実車という存在は質感や感性を考慮する上で非常に価値のレーンチェンジ走行あるものであり，今回の活動は今後につながる有意義なものになった．
また，現在当社実験部門にて実車官能評価の指標化を目指し，感性の定量化に向けた活動を開始しており，今後はチームKYBとして開発力向上を目指していきたい．

７

写真 ４

６

レーンチェンジの様子

まとめ

この活動を通じて，以下を実施した．
①アクティブサスペンションシステムを実現するための要件について検討を行い，システムを構築した．
②制振性向上のための制御則を構築，検証した．
③制御効果を確かめるためのシミュレーション環境を構築した．
④アクティブサスペンションシステムの効果を体感するための実験車両を構築，評価した．
著

おわりに

自動車業界は現在100年に １ 度の大変革期と言われている．繋がる，自動化，シェアリング，電動化
等のキーワードにより，自動車は単なる移動手段だけではなく，様々な付加価値を含んだモビリティへと進化していくことが予想される．そのような社会に貢献していくためのアイディアの １ つとして，アクティブサスペンションという可能性を提案した．
今後は究極のサスペンションを再び世に出すため，システム，制御，感性等に対する理解を深化させつ
つ，時代に即したアクティブサスペンションシステ
ムを開発していきたい．最後に本開発にあたりご指導，ご協力を頂いた関係各位に，この場をお借りして厚くお礼申し上げます．
参考文献１ ）Alonso Torres：Semi-Active Suspension, Extending
the Limits，KYB技報第56号，（2018年 ４ 月）
．

者 

稲満和隆

堀匡利

2005年入社．オートモーティブコ

2015年入社．オートモーティブコ

ンポーネンツ事業本部技術統轄部

ンポーネンツ事業本部技術統轄部

開発センター製品開発室．

開発センター製品開発室．

ショックアブソーバの開発に従事．

ショックアブソーバの開発に従事．

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