JP2008238921A - 減衰力可変ダンパの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大小の上下変位が存在する道路を走行する際における操縦安定性や乗り心地の両立を図った減衰力可変ダンパの制御装置を提供する。
【解決手段】 ステップＳ２，Ｓ３でスカイフック制御目標値Ｄｓｈおよびロードキャッチ制御目標値Ｄｒｃの算出を終えると、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ４でばね上共振周波数以上の振動周波数をもってダンパ４が振動しているか否かを判定する。ダンパ制御装置５０は、ステップＳ４の判定がＮｏであれば、ステップＳ６で２つの制御目標値Ｄｓｈ，Ｄｒｃのうち値が大きいものを目標減衰力Ｄｔｇｔとして選択する。しかる後、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ７で、目標減衰力Ｄｔｇｔとダンパ４のストローク速度Ｓｓとに基づき、駆動電流マップから目標駆動電流を検索した後、ステップＳ８で各ダンパ４のＭＬＶコイル４０に駆動電流を出力する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、減衰力可変ダンパの制御装置に係り、詳しくは大小の上下変位が存在する道路を走行する際における乗り心地や操縦安定性の両立を図る技術に関する。

近年、自動車のサスペンションに用いられる筒型ダンパでは、乗り心地や操縦安定性の向上を図るべく、減衰力の可変制御が可能な減衰力可変ダンパを装着した車両が種々開発されている。減衰力可変ダンパを装着した車両では、悪路走行時等における車両の上下動を抑制すべく、スカイフック理論に基づき、車体の上下速度の方向と車体に対する車輪の上下速度の方向とが一致した場合に減衰力を低くし、両上下速度の方向が相反する場合に減衰力を高くする制御方法が公知となっている（特許文献１参照）。

このような制御方法を採用した自動車では、比較的小さなバンプを乗り越える場合、図１１に示すように、車輪３がバンプｂに乗り上げた際には減衰力可変ダンパ４の減衰力が小さくなることによって突き上げによる車体１の上昇が抑えられ（ａ）、車輪３がバンプｂの頂点付近に差し掛かった際には減衰力が大きくなることによって慣性による車体１の上昇が抑えられ（ｂ）、車輪３がバンプｂから下る際には減衰力が小さくなることによって車輪３に追随する車体１の下降が抑えられ（ｃ）、車輪３がバンプｂから平坦路に下りきった際には減衰力が大きくなることによって慣性による車体１の下降が抑えられる（ｄ）。その結果、減衰力が一定のダンパを用いた場合に較べ、車体１の上下動が非常に小さくなることで乗り心地が向上する。
特開平４−３３４６１４号公報

しかしながら、特許文献１の制御方法を採用すると、例えば、大きなバンプを乗り越える際において、減衰力が小さくなる状態が比較的長時間続くことにより、バンプを昇る途中で車体と車輪との距離が小さくなり過ぎる、あるいは、バンプを下る途中で車体と車輪との距離が大きくなり過ぎる状況が生じる。この場合、サスペンションアライメントが平坦路走行時の状態から大きく変化してしまい、サスペンション形式によっては操縦安定性が悪化する問題があった。また、減衰力可変ダンパがバウンド側あるいはリバウント側にフルストロークした場合、路面の小さな凹凸を吸収するマージンが無くなって乗り心地等が低下する虞もあった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、大小の上下変位が存在する道路を走行する際における操縦安定性や乗り心地の両立を図った減衰力可変ダンパの制御装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、車体と車輪との間の相対振動の減衰に供される減衰力可変ダンパの制御装置であって、前記車輪の上下方向の移動速度に係る値を路面上下速度として検出する路面上下速度検出手段と、前記路面上下速度検出手段の検出結果に基づき、前記減衰力可変ダンパの目標減衰力を設定する目標減衰力設定手段とを備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載された減衰力可変ダンパの制御装置において、前記減衰力可変ダンパのストローク速度を検出するストローク速度検出手段と、前記ストローク速度検出手段の検出結果に基づき、前記目標減衰力を補正する目標減衰力補正手段とを更に備えたことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載された減衰力可変ダンパの制御装置において、前記ストローク速度検出手段の検出結果に基づき、走行路面の凹凸に起因する前記車輪の振動周波数をばね下周波数として検出するばね下周波数検出手段を更に備え、前記目標減衰力補正手段は、前記ばね下周波数検出手段の検出結果が前記車体の共振周波数を超える場合、前記目標減衰力を減少させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、例えば、自動車が比較的大きなバンプを乗り越えるような場合においても、減衰力が徒に小さくなることがなくなり、サスペンションアライメントの大きな変化が抑制される。また、請求項２，３の発明によれば、不整路を走行する際において、車体の共振周波数を超えるような振動周波数でダンパが振動した場合に減衰力が小さくなり、車輪の上下動が車体に伝達されにくくなって乗り心地の低下が抑制される。

以下、本発明を４輪自動車に適用した実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は実施形態に係る４輪自動車の概略構成図であり、図２は実施形態に係るダンパの縦断面図であり、図３は実施形態に係る減衰力制御装置の概略構成を示すブロック図である。

≪実施形態の構成≫
＜自動車の概略構成＞
先ず、図１を参照して、実施形態に係る自動車の概略構成について説明する。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤやサスペンション等については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば、車輪３ｆｌ（左前）、車輪３ｆｒ（右前）、車輪３ｒｌ（左後）、車輪３ｒｒ（右後）と記すとともに、総称する場合には、例えば、車輪３と記す。

図１に示すように、自動車（車両）Ｖはタイヤ２が装着された４つの車輪３を備えており、これら各車輪３がサスペンションアームや、スプリング、ＭＲＦ式減衰力可ダンパ（以下、単にダンパと記す）４等からなるサスペンション５によって車体１に懸架されている。自動車Ｖには、サスペンションシステムの制御主体であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）７や、ＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）８が設置されている。また、自動車Ｖには、横加速度を検出する横Ｇセンサ１０や、前後加速度を検出する前後Ｇセンサ１１等が車体１の適所に設置されるとともに、ダンパ４の変位を検出するストロークセンサ１２と、ホイールハウス付近の上下加速度を検出する上下Ｇセンサ１３とが各車輪３ごとに設置されている。

ＥＣＵ７は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して各車輪３のダンパ４や各センサ１０〜１３と接続されている。

＜ダンパの構造＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ４は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、ＭＲＦが充填された円筒状のシリンダチューブ２１と、このシリンダチューブ２１に対して軸方向に摺動するピストンロッド２２と、ピストンロッド２２の先端に装着されてシリンダチューブ２１内を上部油室２４と下部油室２５とに区画するピストン２６と、シリンダチューブ２１の下部に高圧ガス室２７を画成するフリーピストン２８と、ピストンロッド２２等への塵埃の付着を防ぐカバー２９と、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ３０とを主要構成要素としている。

シリンダチューブ２１は、下端のアイピース２１ａに嵌挿されたボルト３１を介して、車輪側部材であるトレーリングアーム３５の上面に連結されている。また、ピストンロッド２２は、上下一対のブッシュ３６とナット３７とを介して、その上端のスタッド２２ａが車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）３８に連結されている。

図３に示すように、ピストン２６には、上部油室２４と下部油室２５とを連通する環状連通路３９と、環状連通路３９の内側に配設されたＭＬＶコイル４０とが設けられている。ＥＣＵ７からＭＬＶコイル４０に電流が供給されると、環状連通路３９を流通するＭＲＦに磁界が印可されて強磁性微粒子が鎖状のクラスタを形成し、環状連通路３９内を通過するＭＲＦの見かけ上の粘度が上昇する。

＜ダンパ制御装置の概略構成＞
ＥＣＵ７には、図３にその概略構成を示すダンパ制御装置５０が内装されている。ダンパ制御装置５０は、上述した各センサ１０〜１３等が接続する入力インタフェース５１と、センサ１０，１１，１３等から入力した検出信号に基づき各ダンパ４の目標減衰力を設定する減衰力設定部５２と、ストロークセンサ１２の検出結果に基づいて減衰力設定部５２から入力した目標減衰力のうち１つを選択する目標減衰力選択部５３と、目標減衰力選択部５３で選択された目標減衰力とストロークセンサ１２の検出結果とに応じて各ダンパ４（ＭＬＶコイル４０）への駆動電流を生成する駆動電流生成部５４と、駆動電流生成部５４が生成した駆動電流を各ダンパ４に出力する出力インタフェース５５とから構成されている。

減衰力設定部５２には、スカイフック制御に供されるスカイフック制御部５６と、ロードキャッチ制御に供されるロードキャッチ制御部（目標減衰力設定手段）５７とが収容されている。なお、減衰力設定部５２には、ロール制御やピッチ制御に供されるロール制御部やピッチ制御部も収容されており、ロール制御目標値やピッチ制御目標値に基づく減衰力制御も行われるが、説明が煩雑になることから、本実施形態ではこれらについては言及しない。

≪実施形態の作用≫
自動車が走行を開始すると、ダンパ制御装置５０は、所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって、図４のフローチャートにその手順を示す減衰力制御を実行する。減衰力制御を開始すると、ダンパ制御装置５０は、図４のステップＳ１で、横Ｇセンサ１０、前後Ｇセンサ１１、および上下Ｇセンサ１３から得られた車体１の加速度や、車速センサ（図示せず）から入力した車体速度、操舵角センサ（図示せず）から入力した操舵速度等に基づき自動車Ｖの運動状態を判定する。

次に、ダンパ制御装置５０は、自動車Ｖの運動状態に基づき、ステップＳ２で各ダンパ４のスカイフック制御目標値Ｄｓｈを設定する。スカイフック制御目標値Ｄｓｈは、ストロークセンサ１２や上下Ｇセンサ１３の検出結果から算出される車体１の上下速度（車体上下速度）と、ストロークセンサ１２の検出結果から算出されるダンパ４のストローク速度Ｓｓとに所定のゲインを乗じることにより設定され、車体上下速度の方向と車体１に対する車輪３の上下速度の方向とが一致した場合に小さくなり（低減衰力となり）、両上下速度の方向が相反する場合に大きくなる（高減衰力となる）。そして、高減衰力時においては、減衰力を車体上下速度に比例させることで、切換音や違和感の低減を図っている。

次に、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ３で各ダンパ４のロードキャッチ制御目標値Ｄｒｃを算出する。ロードキャッチ制御目標値Ｄｒｃは、ストロークセンサ１２や上下Ｇセンサ１３の検出結果から算出される車体１の上下速度と、ストロークセンサ１２の検出結果から算出される車体１に対する車輪３の上下速度とを和して得られる車輪３の上下速度（路面上下速度）に対し、所定のロードキャッチ制御ゲインを乗じることによって設定される。ロードキャッチ制御ゲインは、路面上下速度が正の場合（ダンパ４が縮み方向にある場合）には図５に示すダンパ縮み時ゲインマップから検索され、路面上下速度が負の場合（ダンパ４が伸び方向にある場合）には図６に示すダンパ伸び時ゲインマップから検索される。図５，図６に示すように、ダンパ４のストローク位置およびストローク速度Ｓｓが小さい領域ではロードキャッチゲインは０となるが、これは、ダンパ４のストロークが中心位置付近にある場合、あるいは、中心付近から離れていても中心付近にストローク位置が移動しつつある場合にはロードキャッチ制御を行う必要が無いためである。

ステップＳ２，Ｓ３でスカイフック制御目標値Ｄｓｈおよびロードキャッチ制御目標値Ｄｒｃの算出を終えると、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ４でばね上共振周波数（例えば、１．３Ｈｚ）以上の振動周波数をもってダンパ４が振動しているか否か（すなわち、自動車Ｖが小さな凹凸のある路面を走行しているか否か）を判定する。本実施形態の場合、ダンパ４の振動周波数は、図７に示すように、ダンパ４のストローク速度Ｓｓが０に近い正負の閾値（図７中に破線で示す）のどちらか一方を越えた時点から他方を越える時点までの経過時間ｔ１を算出し、この経過時間ｔ１を２倍した値の逆数として求められる。そして、ダンパ制御装置５０は、ストローク速度Ｓｓが最後に閾値を越えた時点からばね上共振周波数の半周期ｔ２を経過してもダンパ４のストローク速度Ｓｓが閾値を越えない場合、ダンパ４のばね上共振周波数以上での振動が収まった（路面の小さな凹凸が無くなった）と判定する。

ダンパ制御装置５０は、ステップＳ４の判定がＹｅｓであれば、ステップＳ５でスカイフック制御目標値Ｄｓｈを目標減衰力Ｄｔｇｔとして選択する。これは、不整路を走行する際にロードキャッチ制御を行った場合、ダンパ４の減衰力が高くなることにより、車輪３の上下動が車体１に伝達されて乗り心地が悪化するためである。一方、ステップＳ４の判定がＮｏであった場合、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ６で２つの制御目標値Ｄｓｈ，Ｄｒｃのうち値が大きいものを目標減衰力Ｄｔｇｔとして選択する。ステップＳ５またはステップＳ６で目標減衰力の選択を終えると、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ７で、目標減衰力Ｄｔｇｔとダンパ４のストローク速度Ｓｓとに基づき、図８の駆動電流マップから目標駆動電流を検索した後、ステップＳ８で各ダンパ４のＭＬＶコイル４０に駆動電流を出力する。

図９は、ロードキャッチ制御が行われた場合の車体挙動を示す説明図である。同図に示すように、ロードキャッチ制御が行われることにより、車輪３がバンプｂに乗り上げた際にはダンパ４の減衰力が大きくなることによって路面への車輪３の追従性が向上し（ａ）、車輪３がバンプｂの頂点付近に差し掛かった際には減衰力が小さくなることによって車体１の上昇に伴う車輪３の浮き上がりが抑えられ（ｂ）、車輪３がバンプｂから下る際には減衰力が大きくなることによって路面への車輪３の追従性が向上し（ｃ）、車輪３がバンプｂから平坦路に下りきった際には減衰力が小さくなることによってやはり路面への車輪３の追従性が向上する（ｄ）。その結果、減衰力が一定のダンパを用いた場合に較べ、路面に対する車輪３の接地性が向上する。

一方、図１０は、実施形態に係る自動車Ｖのバンプ乗り越え時における挙動を示す１輪モデル図である。自動車Ｖが比較的小さなバンプｂを乗り越える場合（図８の左側）、前述したようにダンパ４のストローク位置およびストローク速度Ｓｓの絶対値が小さい領域ではロードキャッチゲインが０となるため、スカイフック制御目標値Ｄｓｈが目標減衰力Ｄｔｇｔとして選択される。そのため、ダンパ４の減衰力は、前述した従来装置と同様の流れで変化し、車体１の上下動が極めて効果的に抑制される。

また、自動車Ｖが比較的大きなバンプＢを乗り越える場合（図８の右側）、ダンパ４のストローク位置およびストローク速度Ｓｓの絶対値が大きくなるため、ロードキャッチゲインが高い値に設定され（すなわち、ロードキャッチ制御目標値Ｄｒｃが大きくなり）、ロードキャッチ制御目標値Ｄｒｃが目標減衰力Ｄｔｇｔとして選択される。これにより、ダンパ４の減衰力がバンプＢの上り勾配と下り勾配との双方で大きくなることから、スカイフック制御のみの場合（図７中に二点鎖線で示す）に較べてダンパ４の伸縮が殆ど生じなくなる。その結果、従来装置で問題となっていたサスペンションアライメントの大きな変化が抑制され、操縦安定性の悪化や乗り心地の低下等が生じ難くなった

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では路面上下速度として車輪の上下速度を用いたが、その微分値（加速度）を用いてもよいし、車輪の上下加速度の積分値を用いてもよい。また、上記実施形態ではスカイフック制御目標値とロードキャッチ制御目標値とのいずれか大きい方を選択する（ハイセレクトする）ようにしたが、スカイフック制御目標値とロードキャッチ制御目標値とにそれぞれ所定のゲインを乗じて合算する等の方法を採ってもよい。また、上記実施形態ではダンパのストローク速度に基づいて制御を行うようにしたが、ストローク速度に代えて車体の上下加速度を用いるようにしてもよい。また、上記実施形態では、ばね上共振周波数以上の振動周波数をもってダンパが振動している場合にスカイフック制御を行うようにしたが、ロードキャッチ制御目標値に所定の低減ゲインを乗じた上でロードキャッチ制御を行うようにしてもよい。そして、その場合においては、各車輪ごとにロードキャッチ制御目標値を低減するようにしてもよいし、少なくとも２つの車輪がダンパが振動していれば、全部の車輪に対してロードキャッチ制御目標値を低減するようにしてもよい。その他、制御装置の具体的構成や制御の具体的手順等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係る４輪自動車の概略構成図である。 実施形態に係るダンパの縦断面図である。 実施形態に係る減衰力制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る減衰力制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係るダンパ縮み時ゲインマップである。 実施形態に係るダンパ伸び時ゲインマップである。 実施形態に係る走行時におけるストローク速度の変化を示すグラフである。 実施形態に係る駆動電流マップである。 ロードキャッチ制御が行われた場合の車体挙動を示す説明図である。 実施形態に係る自動車のバンプ乗り越え時における挙動を示す１輪モデル図である。 スカイフック制御が行われた場合の車体挙動を示す説明図である。

符号の説明

１ 車体
３ 車輪
４ 減衰力可変ダンパ
５ サスペンション
７ ＥＣＵ
１２ ストロークセンサ
１３ 上下Ｇセンサ
５０ ダンパ制御装置
５２ 減衰力設定部
５３ 目標減衰力選択部（選択手段）
５６ スカイフック制御部（第１ベース値設定手段）
５７ ロードキャッチ制御部（第２ベース値設定手段）
Ｂ バンプ
ｂ バンプ
Ｖ 自動車

Claims (3)

1. 車体と車輪との間の相対振動の減衰に供される減衰力可変ダンパの制御装置であって、
   前記車輪の上下方向の移動速度に係る値を路面上下速度として検出する路面上下速度検出手段と、
   前記路面上下速度検出手段の検出結果に基づき、前記減衰力可変ダンパの目標減衰力を設定する目標減衰力設定手段と
   を備えたことを特徴とする減衰力可変ダンパの制御装置。
2. 前記減衰力可変ダンパのストローク速度を検出するストローク速度検出手段と、
   前記ストローク速度検出手段の検出結果に基づき、前記目標減衰力を補正する目標減衰力補正手段と
   を更に備えたことを特徴とする、請求項１に記載された減衰力可変ダンパの制御装置。
3. 前記ストローク速度検出手段の検出結果に基づき、走行路面の凹凸に起因する前記車輪の振動周波数をばね下周波数として検出するばね下周波数検出手段を更に備え、
   前記目標減衰力補正手段は、前記ばね下周波数検出手段の検出結果が前記車体の共振周波数を超える場合、前記目標減衰力を減少させることを特徴とする、請求項２に記載された減衰力可変ダンパの制御装置。

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