JP2011042263A

JP2011042263A - 可変ダンパ制御装置

Info

Publication number: JP2011042263A
Application number: JP2009191960A
Authority: JP
Inventors: Shiro Ezoe; 志郎江副
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-03-03

Abstract

【課題】車両の使用状況にばらつきがあった場合でもピッチ応答を最適化して運転しやすさを改善できる可変ダンパ制御装置を提供する。
【解決手段】可変ダンパ制御装置を、車両の操舵系における操舵量を検出する操舵量検出手段３１と、操舵量検出手段の出力に基づいて所定の操舵パターンに対するドライバ操作の進み又は遅れに相関するパラメータである操舵特徴量を算出する操舵特徴量算出手段３３と、操舵特徴量を所定の目標値と比較した結果に基づいて、フロントサスペンションに設けられたフロントダンパの減衰力の伸縮比がリアサスペンションに設けられたリアダンパの減衰力の伸縮比に対して相対的に変化するようにフロントダンパ、リアダンパの少なくとも一方の減衰力特性を変更する減衰力変更手段３７，３８とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両のサスペンション装置に設けられる可変ダンパの減衰力を制御する可変ダンパ制御装置に関し、特に車速や操舵の仕方に関わらずピッチ応答を最適化して車両の運転しやすさを改善したものに関する。

自動車のサスペンション装置は、車輪支持部材を、車体に対して揺動するサスペンションアームを介してストローク可能に支持している。このようなサスペンション装置は、ストローク量に応じたバネ反力を発生するスプリング及びストローク速度に応じた減衰力を発生するダンパ（ショックアブソーバ）を備えている。
ダンパは、オイル等の作動流体がオリフィス、バルブ等の流路を通過する際の抵抗によって減衰力を発生している。また、オイル流路断面積をアクチュエータで切り替えることによって、減衰特性を調整可能とした可変ダンパも知られている。

可変ダンパを用いると、車両のロールレート、ピッチレート等を制御することが可能となる。
例えば、特許文献１には、ドライバの運転負担を軽減する目的で、車両のロール周期とピッチ周期の位相差を所定範囲内に抑えるよう可変ダンパを制御することが記載されている。

特開２００７−３１３９５１号公報

しかし、個々のドライバによる車両の使用状況は、車両の開発時にサスペンションダンパの減衰特性を決定した際の条件（例えば車速、操舵パターン等）と一致しているとは限らない。このため、車速の変化、ドライバの個人差による操舵の仕方、製造ばらつき等の影響によって、最適なバネ上挙動から逸脱し、ドライバによって運転しにくい車両となることが懸念される。
また、実車の走行中にピッチ位相やピッチレート等のピッチ応答に関するパラメータを実測することは困難であり、これらを直接測定できない場合であってもピッチ応答を最適化する手法の確立が要望されている。
本発明の課題は、車両の使用状況にばらつきがあった場合でもピッチ応答を最適化して運転しやすさを改善できる可変ダンパ制御装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、車両の操舵系における操舵量を検出する操舵量検出手段と、前記操舵量検出手段の出力に基づいて所定の操舵パターンに対するドライバ操作の進み又は遅れに相関するパラメータである操舵特徴量を算出する操舵特徴量算出手段と、前記操舵特徴量を所定の目標値と比較した結果に基づいて、フロントサスペンションに設けられたフロントダンパの減衰力の伸縮比がリアサスペンションに設けられたリアダンパの減衰力の伸縮比に対して相対的に変化するように前記フロントダンパ、前記リアダンパの少なくとも一方の減衰力特性を変更する減衰力変更手段とを備えた可変ダンパ制御装置である。

請求項２の発明は、前記目標値は、異なった車速及びハンドル操作量毎にマッピングされた前記操舵特徴量をスムージングして求められることを特徴とする請求項１に記載の可変ダンパ制御装置である。
請求項３の発明は、前記目標値は予め設定された定数であることを特徴とする請求項１に記載の可変ダンパ制御装置である。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）所定の操舵パターンに対するドライバ操作の進み又は遅れに相関するパラメータである操舵特徴量を所定の目標値と比較した結果に基づいて、フロントサスペンションに設けられたフロントダンパの減衰力の伸縮比がリアサスペンションに設けられたリアダンパの減衰力の伸縮比に対して相対的に変化するように減衰力特性を変更することによって、実際には検出が困難なピッチ位相及び目標のピッチ位相を意識しなくても、車両のピッチ応答性を学習制御によって最適化し、ドライバが運転しやすい車両を提供することができる。
（２）異なった車速及びハンドル操作量毎にマッピングされた操舵特徴量をスムージングして目標値を求めることによって、車速及びハンドル操作量の変化によって車両のピッチ応答特性が急変することがなく、運転しやすい車両を提供することができる。
（３）目標値を予め設定された定数とすることによって、簡素なハードウェア構成や軽減された演算負荷によって上記（１）項の効果を得ることができる。

本発明を適用した可変ダンパ制御装置の実施例の構成を示す図である。図１の可変ダンパ制御装置における車速及びハンドル操作量代表値に対するハンドル操作特徴量を蓄積したマップの一例を示す図である。図１の可変ダンパ制御装置における車速及びハンドル操作量代表値に対するハンドル操作特徴量の目標値を蓄積したマップの一例を示す図である。図１の可変ダンパ制御装置におけるハンドル操作特徴量の目標値と実際の値との差分値のレベルに応じたダンパ指示値を蓄積したマップの一例を示す図である。図１の可変ダンパ制御装置におけるフロントサスペンションのダンパの減衰力特性変化の一例を示すグラフである。車両の前輪舵角を正弦波状に左右に操舵しながら走行した際のロール角とピッチレートとの相関を示すグラフである。前後ダンパの減衰力特性が異なる複数の仕様におけるハンドル操作特徴量、ピッチ位相、官能評価による舵の効きの違いを示すグラフである。ロールに対するピッチ位相が進んでいる場合におけるドライバのハンドル操作の一例を示すグラフである。ロールに対するピッチ位相が遅れている場合におけるドライバのハンドル操作の一例を示すグラフである。

本発明は、車両の使用状況にばらつきがあった場合でもピッチ応答を最適化して運転しやすさを改善できる可変ダンパ制御装置を提供する課題を、ハンドル角速度の切り側、戻し側の偏りを示すハンドル操作特徴量の目標値と実際の値との差分に基づいて、サスペンションに設けられた可変ダンパの減衰力の伸縮比を前後で相対的に変化させることによって解決した。

以下、本発明を適用した可変ダンパ制御装置の実施例について説明する。
実施例の可変ダンパ制御装置は、例えば乗用車等の４輪自動車に設けられ、左右のフロントサスペンション及びリアサスペンションにそれぞれ設けられる可変ダンパの減衰力を制御するものである。

車両は、ダンパＦＬ１１、ダンパＦＲ１２、ダンパＲＬ１３、ダンパＲＲ１４を備えている。また、車両は、これらの各ダンパ１１〜１４の減衰力を制御する可変ダンパ制御装置として、ダンパアクチュエータＦＬ２１、ダンパアクチュエータＦＲ２２、ダンパアクチュエータＲＬ２３、ダンパアクチュエータＲＲ２４、ハンドル角センサ３１、車速センサ３２、ハンドル操作量代表値算出部３３、ハンドル操作特徴量算出部３４、中間特性算出部３５、中間特性目標値算出部３６、減衰力指示値算出部３７、減衰力制御装置３８等を備えている。

ダンパＦＬ１１、ダンパＦＲ１２は、左右のフロントサスペンションにそれぞれ設けられている。
ダンパＲＬ１３、ダンパＲＲ１４は、左右のリアサスペンションにそれぞれ設けられている。
フロントサスペンション及びリアサスペンションは、前輪及び後輪を回転可能に支持するハブベアリングハウジングを、車体に対して揺動するサスペンションアームによって支持するものである。

フロントサスペンション及びリアサスペンションは、ストロークに応じてバネ反力を発生するサスペンションスプリングを備えている。各ダンパ１１〜１４は、前後左右のサスペンションスプリングと並列に設けられ、ピストンスピード（サスペンションのストローク速度）に応じた減衰力を発生する。減衰力は、各ダンパ１１〜１４のストローク時にダンパオイルがオリフィス、バルブ等の流路を通過する際の抵抗によって発生する。また、各ダンパ１１〜１４は、ダンパオイルの流路を切り換えて流路断面積を変化させることによって、減衰力特性を複数段階に変更可能となっている。この点については後に詳しく説明する。

ダンパアクチュエータＦＬ２１、ダンパアクチュエータＦＲ２２、ダンパアクチュエータＲＬ２３、ダンパアクチュエータＲＲ２４は、それぞれダンパＦＬ１１、ダンパＦＲ１２、ダンパＲＬ１３、ダンパＲＲ１４に設けられ、対応する各ダンパのダンパオイル流路切換機構を駆動する例えばステッピングモータ等のアクチュエータを備えている。

ハンドル角センサ３１は、図示しないステアリングホイール（ハンドル）の回転を車幅方向の往復運動に変換し、タイロッドを介して左右前輪のハブベアリングハウジングへ伝達するステアリング機構に設けられている。ハンドル角センサ３１は、ステアリングホイールに連結された回転軸であるステアリングシャフトの角度位置を検出するエンコーダを備えている。その出力はハンドル操作量代表値算出部３３及びハンドル操作特徴量算出部３４に提供される。

車速センサ３２は、左右の前輪及び後輪のハブベアリングハウジングにそれぞれ設けられ、車輪が固定されるハブの回転速度に応じた車速パルス信号を出力するものである。車速センサ３２の出力は、ハンドル操作量代表値算出部３３及びハンドル操作特徴量算出部３４に提供される。

ハンドル操作量代表値算出部３３は、以下の式１を用いて、ハンドル角絶対値の時間平均であるハンドル操作量代表値Ｕを演算するものである。

θ：ハンドル角
Ｔ：区間時間

また、ハンドル操作量代表値として、式１により求められるハンドル角絶対値の時間平均に代えて、以下の式２により求められるハンドル角速度絶対値の時間平均を用いることもできる。

ハンドル操作特徴量算出部３４は、以下の式３を用いて、ハンドル操作特徴量（操舵特徴量）Ａを演算するものである。このハンドル操作特徴量Ａは、ハンドル操作において舵角がゼロから最大舵角に増加するまでの切り側と、最大舵角からゼロに減少するまでの戻し側とのハンドル角速度成分の偏り（舵角の推移パターンが正弦波に対してどの程度歪んでいるか）を示す値（ハンドル角速度の進み補正値）である。

中間特性算出部３５は、車速センサ３２が検出した車速Ｖ、及び、ハンドル操作量代表値算出部３３が算出したハンドル操作量代表値Ｕに応じて、ハンドル操作特徴量算出部３４が算出したハンドル操作特徴量Ａをマッピングするものである。
図２は、ハンドル操作特徴量Ａのマップの一例を示す図である。
このマップにおいては、異なった車速Ｖ（Ｖ_１，Ｖ_２・・Ｖ_ｎ）、ハンドル操作量代表値Ｕ（Ｕ_１，Ｕ_２・・・Ｕ_ｍ）のそれぞれに対応するハンドル操作特徴量Ａ（Ａ_１１〜Ａ_ｍｎ）に関するデータが蓄積される。このマップは、現在車両を運転しているドライバによる操舵操作の傾向を示すものである。

中間特性目標値算出部３６は、中間特性算出部３５が生成したハンドル操作特徴量Ａのマップに対して、例えば３次のＢスプライン曲面化等の曲面近似処理（スムージング処理）を施して、さらに全体に係数ｋ（０＜ｋ≦１）を乗じることによって、ハンドル操作特徴量の目標値Ｂを演算するものである。ハンドル操作特徴量の目標値Ｂは、ハンドル操作特徴量Ａと同様に、車速Ｖ及びハンドル操作量代表値Ｕに応じてマッピングされる。
図３は、ハンドル操作特徴量の目標値のマップの一例を示す図である。
このマップにおいては、異なった車速Ｖ（Ｖ_１，Ｖ_２・・Ｖ_ｎ）、ハンドル操作量代表値Ｕ（Ｕ_１，Ｕ_２・・・Ｕ_ｍ）のそれぞれに対応するハンドル操作特徴量の目標値Ｂ（Ｂ_１１〜Ｂ_ｍｎ）に関するデータが蓄積される。

減衰力指示値算出部３７は、ハンドル操作特徴量の目標値Ｂから、実際のハンドル操作特徴量Ａを現じた差分値を複数段階に層別したレベル（−Ｎ・・・−２，−１，０，１，２・・・Ｎ）に基づいて、フロントサスペンションのダンパＦＬ１１、ダンパＦＲ１２のダンパ指示値Ｃ_１１，Ｃ_１２・・Ｃ_１ｍ、及び、リアサスペンションのダンパＲＬ１３、ダンパＲＲ１４のダンパ指示値Ｃ_２１，Ｃ_２２・・Ｃ_２ｍを設定するものである。
図４は、差分値のレベルに応じた各ダンパ１１〜１４のダンパ指示値が蓄積されたマップの一例を示す図である。このようなダンパ指示値の前後組み合わせは、例えば、車両の開発時に解析や実車を用いた官能評価等によって予め設定されている。

各ダンパ１１〜１４は、設定されたダンパ指示値に応じて減衰力特性が変更可能な可変ダンパとなっている。
図５は、フロントサスペンションのダンパＦＬ１１、ダンパＦＲ１２における減衰力特性変化の一例を示すグラフである。図５において、横軸はサスペンションのストローク速度（ダンパのピストン速度）を示しており、右側が伸び側（リバウンド側）、左側が縮み側（バンプ側・圧側）を示している。また、縦軸は減衰力を示している。
ダンパ指示値を変更した場合、伸び側、縮み側ともに減衰力が変化するが、伸び側における減衰力の変化は縮み側に対して大きくなっている。その結果、ダンパ指示値の変更によって、伸び側と縮み側との減衰力比（伸縮比）も変化するようになっている。
また、リアサスペンションのダンパＲＬ１３、ダンパＲＲ１４も実質的に同様の特性を備えている。

減衰力制御装置３８は、減衰力指示値算出部３７が設定した各ダンパ１１〜１４のダンパ指示値に基いて、各ダンパアクチュエータ２１〜２４を制御し、各ダンパ１１〜１４の減衰力を変更させるものである。

次に、車両のピッチング挙動がドライバの操舵操作に与える影響について説明する。
図６は、車両の前輪舵角が正弦波状となるように左右に操舵しながら走行した際のロール角とピッチレートとの相関を示すグラフであって、横軸がロール角を示し、縦軸がピッチレート（ピッチ角の一階微分値）を示している。
図６（ａ）に示すように、ロール角に対するピッチレートの位相遅れがない場合においては、ロール角がゼロであるときにはピッチレートも略ゼロとなる。
これに対し、図６（ｂ）に示すように、ロール角に対してピッチレートの位相が遅れている場合には、ロール角がゼロである場合にもピッチレートがゼロとはならない。このことは、ロール角がゼロである場合のピッチレートは、ロール位相に対するピッチ位相の進み、遅れを示すパラメータとして利用可能であることを示している。ここで、ロール角がゼロであるときのピッチレートが正（フロントダイブ方向）である場合は、ピッチ位相はロール位相に対して進んでいる。また、一般的にはロール角が増加する際にピッチが正方向（フロントダイブ方向）であるほうが官能評価におけるフィーリングは良好であるとされている。
また、図７は、前後ダンパの減衰力特性が異なる仕様１〜４におけるハンドル操作特徴量、ピッチ位相、官能評価による舵の効きの違いを示しているが、ハンドル操作特徴量、ピッチ位相、官能評価による舵の効きの間には、明確な相関関係があることがわかる。すなわち、ハンドル操作特徴量は、ピッチ位相及び舵の効きに相関するパラメータとして用いることができる。

以下、理解を容易にするために、性格が相互に異なった典型的な車両の仕様であるケース１及びケース２について説明する。
ケース１及びケース２における前後ダンパ減衰力の傾向、ダンパ伸縮比の前後比、ピッチ位相の傾向、初期操舵位相の傾向、操舵進み成分の傾向、及び、官能評価におけるフィーリングを表１に示す。なお、各種傾向は、ケース１、ケース２を比較した場合における相対的なものである。

ケース１は、表１に示すように、フロントサスペンションのダンパＦＬ１１、ダンパＦＲ１２の減衰力をハード側に設定している。これによって、フロントでは伸側減衰力が縮側減衰力に対して相対的に大きくなって、減衰力の伸縮比が大きくなる。
一方、リアサスペンションのダンパＲＬ１３、ダンパＲＲ１４の減衰力はソフト側に設定される。これによって、リアでは伸側減衰力が縮側減衰力に対して相対的に小さくなって、減衰力の伸縮比が小さくなる。
その結果、伸縮比の前後比は大きくなる。

図８は、ケース１におけるドライバのハンドル操作履歴の一例を示すグラフであって、横軸は時間を示し、縦軸は舵角（ハンドル角）を示している（図９において同様）。
ケース１においては、ロール位相に対してピッチ位相が進んでいることから、ドライバが無意識にロールの影響を受けることによって、操舵初期にハンドルを切り後れる傾向が生じやすい（図８のポイントＰ１１）。このため、ドライバは舵角をある程度大きくしていると意識しているにも関わらず、車両が思っているほど曲がらないと感じ、鈍感なフィーリングを感じることになる。
実際よりも車両の応答性が悪く感じたドライバは、ハンドルの切り増しを行う（図８のポイントＰ１２）。
その後、ドライバは目標コースの通り走行するために操舵を修正することから、ハンドルの戻しを早める（図８のポイントＰ１３）。
以上の傾向により、ケース１においては、操舵波形は速く切って遅く戻すような波形となり、操舵進み成分（ハンドル操作特徴量）は大きくなる。

ケース２は、表１に示すように、フロントサスペンションのダンパＦＬ１１、ダンパＦＲ１２の減衰力をソフト側に設定している。これによって、フロントでは伸側減衰力が縮側減衰力に対して相対的に小さくなって、減衰力の伸縮比が小さくなる。
一方、リアサスペンションのダンパＲＬ１３、ダンパＲＲ１４の減衰力はハード側に設定される。これによって、リアでは伸側減衰力が縮側減衰力に対して相対的に大きくなって、減衰力の伸縮比が大きくなる。
その結果、伸縮比の前後比は小さくなる。

図９は、ケース２におけるドライバのハンドル操作履歴の一例を示すグラフである。
ケース２においては、ロール位相に対してピッチ位相が遅れることから、ドライバが無意識にロールの影響を受けることによって、操舵初期にハンドルを切り過ぎる傾向が生じやすい（図９のポイントＰ２１）。このため、ドライバはそれほど舵角を大きくしている意識はないにも関わらず車両が曲がりすぎると感じ、過敏なフィーリングを感じることになる。
実際よりも車両の応答性が良く感じたドライバは、ハンドルを切り戻し、あるいは切り増し側への操舵速度を減少させる（図９のポイントＰ２２）。
その後、ドライバは目標コースの通り走行するために操舵を修正することから、ハンドルの戻しを遅らせる（図９のポイントＰ２３）。
以上の傾向により、ケース２においては、操舵波形は遅く切って速く戻すような波形となり、操舵進み成分（ハンドル操作特徴量）は小さくなる。

本実施例の可変ダンパ制御装置においては、ハンドル操作特徴量の実際の値から目標値を減じた差分が正である場合、ピッチ位相が目標に対して進んでいるものとして、フロントのダンパＦＬ１１、ダンパＦＲ１２の伸縮比を、リアのダンパＲＬ１３、ダンパＲＲ１４の伸縮比に対して相対的に小さくする。これによって、ピッチ位相が遅れて目標に近づく。
一方、ハンドル操作特徴量の実際の値から目標値を減じた差分が負である場合、ピッチ位相が目標に対して遅れているものとして、フロントのダンパＦＬ１１、ダンパＦＲ１２の伸縮比を、リアのダンパＲＬ１３、ダンパＲＲ１４の伸縮比に対して相対的に大きくする。これによって、ピッチ位相が進んで目標に近づく。

仮に、ケース１又はケース２のようなピッチ位相の進み傾向、遅れ傾向がある場合であっても、通常ドライバは慣れによって適応し、車両の特性にあった操舵操作を行うと考えられる。しかし、このようなピッチ位相の進み、遅れ特性が車速やハンドル操作量によって絶えず変化するのではドライバが適応しにくく、運転しにくい車両となってしまう。
この点、実施例によれば、ドライバのハンドル操作の進み、遅れを示すパラメータであるハンドル操作特徴量を車速及びハンドル操作量でマッピングし、これをスムージングした値を目標値として、目標値と実際値の差分レベルに応じて前後ダンパ減衰力を設定することによって、車両のピッチ応答特性の変化を穏やかとし、車速等の走行条件が変化した場合であってもピッチ応答特性が急変することがなく運転しやすい車両を提供することができる。
また、本実施例によれば、測定が困難な車両のピッチ応答を直接測定せずに、ハンドル角センサ３１の出力に基づいて演算されるハンドル操作特徴量を用いてピッチ応答の最適化を行うことができる。
さらに、本実施例によれば、前後のダンパ減衰力の指示値を予め開発段階でチューニングしておいた組み合わせから選択しているため、ロール特性、乗り心地等その他ダンパに要求される性能との両立を図ることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）可変ダンパ制御装置の機械的な構成は上述した実施例のものに限らず、適宜変更することができる。例えば、実施例において共通のハードウェアで実現していた機能を複数のハードウェアに割り振ったり、逆に複数のハードウェアによって実現していた機能を共通のハードウェアに持たせるようにしてもよい。また、可変ダンパにおける減衰力調整手法も実施例のようにダンパオイル流路を切り換えるものに限定されない。例えば、磁場を印加した際に粘度が増加するＭＲ流体を用いた可変ダンパを用いてもよい。
（２）実施例ではハンドル操作特徴量を上述した式３を用いて算出しているが、ハンドル操作の進み又は遅れに相関するパラメータはこのようなハンドル操作特徴量に限らず、例えばハンドル角速度に対してローパスフィルタ、ハイパスフィルタ処理等を施した値を用いてもよい。また、ハンドル角に基づく値に限らず、ドライバからステアリング系に入力される操舵トルクに基づいてハンドル操作の進み又は遅れに相関するパラメータを求めてもよい。
（３）実施例ではハンドル操作特徴量を車速及びハンドル操作量でマッピングし、これをスムージングして目標値を設定しているが、本発明はこれに限らず、他の手法によって目標値を設定してもよい。例えば、目標値は、予め設定された値とすることもできる。

１１ダンパＦＬ１２ダンパＦＲ
１３ダンパＲＬ１４ダンパＲＲ
２１ダンパアクチュエータＦＬ２２ダンパアクチュエータＦＲ
２３ダンパアクチュエータＲＬ２４ダンパアクチュエータＲＲ
３１ハンドル角センサ３２車速センサ
３３ハンドル操作量代表値算出部３４ハンドル操作特徴量算出部
３５中間特性算出部３６中間特性目標値算出部
３７減衰力指示値算出部３８減衰力制御装置

Claims

車両の操舵系における操舵量を検出する操舵量検出手段と、
前記操舵量検出手段の出力に基づいて所定の操舵パターンに対するドライバ操作の進み又は遅れに相関するパラメータである操舵特徴量を算出する操舵特徴量算出手段と、
前記操舵特徴量を所定の目標値と比較した結果に基づいて、フロントサスペンションに設けられたフロントダンパの減衰力の伸縮比がリアサスペンションに設けられたリアダンパの減衰力の伸縮比に対して相対的に変化するように前記フロントダンパ、前記リアダンパの少なくとも一方の減衰力特性を変更する減衰力変更手段と
を備えた可変ダンパ制御装置。
前記目標値は、異なった車速及びハンドル操作量毎にマッピングされた前記操舵特徴量をスムージングして求められること
を特徴とする請求項１に記載の可変ダンパ制御装置。
前記目標値は予め設定された定数であること
を特徴とする請求項１に記載の可変ダンパ制御装置。