JP2006273220A - 可変減衰力ダンパーの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 サスペンション装置のダンパーの減衰力がスカイフック制御されないときに、乗り心地性能および操縦安定性能の両方を満足させる。
【解決手段】 サスペンション装置のバネ上速度の絶対値が閾値以上の場合にダンパーの減衰力をスカイフック制御して乗り心地性能を高めるものにおいて、バネ上速度の絶対値が閾値未満の場合(斜線の領域参照)にダンパーの減衰力を操舵角速度に比例する値に設定することで、乗り心地性能および操縦安定性能を両立させることができる。またバネ上速度の絶対値が閾値以上になってスカイフック制御によりダンパーの減衰力を高く設定するとき(第1、第3象限参照)、ダンパーの減衰力を操舵角速度に基づいて設定するので、バネ上速度の絶対値が閾値未満のときもスカイフック制御の減衰力をそのまま適用して制御則を簡素化することができる。
【選択図】 図5
【解決手段】 サスペンション装置のバネ上速度の絶対値が閾値以上の場合にダンパーの減衰力をスカイフック制御して乗り心地性能を高めるものにおいて、バネ上速度の絶対値が閾値未満の場合(斜線の領域参照)にダンパーの減衰力を操舵角速度に比例する値に設定することで、乗り心地性能および操縦安定性能を両立させることができる。またバネ上速度の絶対値が閾値以上になってスカイフック制御によりダンパーの減衰力を高く設定するとき(第1、第3象限参照)、ダンパーの減衰力を操舵角速度に基づいて設定するので、バネ上速度の絶対値が閾値未満のときもスカイフック制御の減衰力をそのまま適用して制御則を簡素化することができる。
【選択図】 図5
Description
本発明は、車両のサスペンション装置に設けられたダンパーの減衰力を、制御手段により車両の運動状態に応じて可変制御する可変減衰力ダンパーの制御装置に関する。
サスペンション装置用の可変減衰力ダンパーの粘性流体として、磁界の作用で粘性が変化する磁気粘性流体(MRF: Magneto-Rheological Fluids )を採用し、シリンダに摺動自在に嵌合するピストンに、その流体通路中の磁気粘性流体に磁界を作用させるためのコイルを設けたものが、下記特許文献1により公知である。この可変減衰力ダンパーによれば、コイルに通電して発生した磁界で流体通路中の磁気粘性流体の粘性を変化させることで、ダンパーの減衰力を任意に制御することができる。
またサスペンション装置のバネ上速度とダンパー速度とが同方向であるときにダンパーの減衰力を高めに設定し、バネ上速度とダンパー速度とが逆方向であるときにダンパーの減衰力を低めに設定する、いわゆるスカイフック制御を行うものにおいて、バネ上速度の絶対値が閾値未満の場合にスカイフック制御を行わずにダンパーの減衰力を中程度に設定することで、乗り心地性能および操縦安定性能の両立を図るものが、下記特許文献2により公知である。
特開昭60−113711号公報
実開平5−54010号公報
ところで、上記特許文献2に記載されたものは、バネ上速度の絶対値が閾値未満であってスカイフック制御が行われないときに、ダンパーの減衰力が一定値に設定されるので、必ずしも乗り心地性能および操縦安定性能の両方を満足させることができなかった。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、サスペンション装置のダンパーの減衰力がスカイフック制御されないときに、乗り心地性能および操縦安定性能の両方を満足させることを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、車両のサスペンション装置に設けられたダンパーの減衰力を可変制御する制御手段が、バネ上速度とダンパー速度とが同方向の場合にダンパーの減衰力を高く設定し、バネ上速度とダンパー速度とが逆方向の場合にダンパーの減衰力を低く設定するスカイフック制御を行う可変減衰力ダンパーの制御装置において、前記制御手段は、バネ上速度の絶対値が閾値未満の場合には、ダンパーの減衰力を操舵角速度に基づいて設定することを特徴とする可変減衰力ダンパーの制御装置が提案される。
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記制御手段は、バネ上速度の絶対値が閾値以上になってダンパーの減衰力を高く設定するとき、バネ上速度の絶対値が閾値未満のときの減衰力以上の減衰力を発生させることを特徴とする可変減衰力ダンパーの制御装置が提案される。
また請求項3に記載された発明によれば、請求項2の構成に加えて、前記制御手段は、バネ上速度の絶対値が閾値以上になってダンパーの減衰力を高く設定するとき、ダンパーの減衰力を操舵角速度に基づいて設定することを特徴とする可変減衰力ダンパーの制御装置が提案される。
尚、実施例の電子制御ユニットUは本発明の制御手段に対応する。
請求項1の構成によれば、サスペンション装置のバネ上速度の絶対値が閾値未満の場合にダンパーの減衰力を操舵角速度に基づいて設定するので、サスペンション装置のダンパーの減衰力がスカイフック制御されないときに、ダンパーに操舵角速度に応じた減衰力を発生させ乗り心地性能および操縦安定性能を両立させることができる。
請求項2の構成によれば、バネ上速度の絶対値が閾値以上になってスカイフック制御によりダンパーの減衰力を高く設定するとき、バネ上速度の絶対値が閾値未満のときの減衰力以上の減衰力を発生させるので、バネ上速度の絶対値が閾値を挟んで変化したときのダンパーの減衰力の急変を防止して乗員の違和感を解消することができる。
請求項3の構成によれば、バネ上速度の絶対値が閾値以上になってスカイフック制御によりダンパーの減衰力を高く設定するとき、ダンパーの減衰力を操舵角速度に基づいて設定するので、バネ上速度の絶対値が閾値未満のときもスカイフック制御の減衰力をそのまま適用して制御則を簡素化することができる。
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
図1〜図8は本発明の一実施例を示すもので、図1は車両のサスペンション装置の正面図、図2は可変減衰力ダンパーの拡大断面図、図3はサスペンションのモデルを示す図、図4はスカイフック制御の説明図、図5はスカイフック制御および操縦安定制御の切り分けの説明図、図6はレーンチェンジ時における操舵角および操舵角速度の変化を示すグラフ、図7は操舵角速度に対する減衰力出力比の変化を示すグラフ、図8は時間に対する減衰力出力比の変化を示すグラフである。
図1に示すように、四輪の自動車の車輪Wを懸架するサスペンション装置Sは、車体11にナックル12を上下動自在に支持するサスペンションアーム13と、サスペンションアーム13および車体11を接続する可変減衰力のダンパー14と、サスペンションアーム13および車体11を接続するコイルバネ15とを備える。ダンパー14の減衰力を制御する電子制御ユニットUには、バネ上加速度を検出するバネ上加速度センサSaからの信号と、ダンパー14の変位(ストローク)を検出するダンパー変位センサSbからの信号と、車両の操舵角を検出する操舵角センサScからの信号と、車両の横加速度を検出する横加速度センサSdからの信号とが入力される。
図2に示すように、ダンパー14は、下端がサスペンションアーム13に接続されたシリンダ21と、シリンダ21に摺動自在に嵌合するピストン22と、ピストン22から上方に延びてシリンダ21の上壁を液密に貫通し、上端を車体に接続されたピストンロッド23と、シリンダの下部に摺動自在に嵌合するフリーピストン24とを備えており、シリンダ21の内部にピストン22により仕切られた上側の第1流体室25および下側の第2流体室26が区画されるとともに、フリーピストン24の下部に圧縮ガスが封入されたガス室27が区画される。
ピストン22にはその上下面を連通させるように複数の流体通路22a…が形成されており、これらの流体通路22a…によって第1、第2流体室25,26が相互に連通する。第1、第2流体室25,26および流体通路22a…に封入される磁気粘性流体は、オイルのような粘性流体に鉄粉のような磁性体微粒子を分散させたもので、磁界を加えると磁力線に沿って磁性体微粒子が整列することで粘性流体が流れ難くなり、見かけの粘性が増加する性質を有している。ピストン22の内部にコイル28が設けられており、電子制御ユニットUによりコイル28への通電が制御される。コイル28に通電されると矢印で示すように磁束が発生し、流体通路22a…を通過する磁束により磁気粘性流体の粘性が変化する。
ダンパー14が収縮してシリンダ21に対してピストン22が下動すると、第1流体室25の容積が増加して第2流体室26の容積が減少するため、第2流体室26の磁気粘性流体がピストン22の流体通路22a…を通過して第1流体室25に流入し、逆にダンパー14が伸長してシリンダ21に対してピストン22が上動すると、第2流体室26の容積が増加して第1流体室25の容積が減少するため、第1流体室25の磁気粘性流体がピストン22の流体通路22a…を通過して第2流体室26に流入し、その際に流体通路22a…を通過する磁気粘性流体の粘性抵抗によりダンパー14が減衰力を発生する。
このとき、コイル28に通電して磁界を発生させると、ピストン22の流体通路22a…に存在する磁気粘性流体の見かけの粘性が増加して該流体通路22aを通過し難くなるため、ダンパー14の減衰力が増加する。この減衰力の増加量は、コイル28に供給する電流の大きさにより任意に制御することができる。
尚、ダンパー14に衝撃的な圧縮荷重が加わって第2流体室26の容積が減少するとき、ガス室27を縮小させながらフリーピストン24が下降することで衝撃を吸収する。またダンパー14に衝撃的な引張荷重が加わって第2流体室26の容積が増加するとき、ガス室27を拡張させながらフリーピストン24が上昇することで衝撃を吸収する。更に、ピストン22が下降してシリンダ21内に収納されるピストンロッド23の容積が増加したとき、その容積の増加分を吸収するようにフリーピストン24が下降する。
しかして、電子制御ユニットUは、バネ上加速度センサSaで検出したバネ上加速度、ダンパー変位センサSbで検出したダンパー変位、操舵角センサScで検出した操舵角および横加速度センサSdで検出した横加速度に基づいて、各車輪W…の合計4個のダンパー14…の減衰力を個別に制御することで、路面の凹凸を乗り越える際の車両の動揺を抑えて乗り心地を高めるスカイフック制御のような乗り心地制御と、車両の旋回時のローリングや車両の急加速時や急減速時のピッチングを抑える操縦安定制御とを、車両の運転状態に応じて選択的に実行する。
次に、図3および図4に基づいて、車両の動揺を抑えて乗り心地を高めるためのスカイフック制御について説明する。
図3に示すサスペンション装置のモデルから明らかなように、路面にタイヤの仮想的なバネ17を介してバネ下質量18が接続され、バネ下質量18にダンパー14およびコイルバネ15を介してバネ上質量19が接続される。ダンパー14の減衰力はコイル28への通電により可変である。バネ上質量19の変位X2の変化率dX2/dtは、バネ上加速度センサSaで検出したバネ上加速度の出力を積分したバネ上速度に相当する。またバネ上質量19の変位X2およびバネ下質量18の変位X1の差の変化率d(X2−X1)/dtは、ダンパー変位センサSbの出力を微分したダンパー速度に相当する。
dX2/dt×d(X2−X1)/dt>0
のとき、つまりバネ上速度とダンパー速度とが同方向(同符号)であるとき、ダンパー14は減衰力を増加させる方向に制御される。一方、
dX2/dt×d(X2−X1)/dt≦0
のとき、つまりバネ上速度とダンパー速度とが逆方向(逆符号)であるとき、ダンパー14は減衰力を減少させる方向に制御される。
のとき、つまりバネ上速度とダンパー速度とが同方向(同符号)であるとき、ダンパー14は減衰力を増加させる方向に制御される。一方、
dX2/dt×d(X2−X1)/dt≦0
のとき、つまりバネ上速度とダンパー速度とが逆方向(逆符号)であるとき、ダンパー14は減衰力を減少させる方向に制御される。
従って、図4に示すように車輪Wが路面の突起を乗り越す場合を考えると、(1)に示すように車輪Wが突起の前半に沿って上昇する間は、車体11が上向きに移動してバネ上速度(dX2/dt)が正値になり、ダンパー14が圧縮されてダンパー速度d(X2−X1)/dtが負値になるため、両者が逆符号となってダンパー14は圧縮方向の減衰力を減少させるように制御される。
また(2)に示すように車輪Wが突起の頂点を乗り越した直後は、車体11が慣性で依然として上向きに移動してバネ上速度(dX2/dt)が正値になり、車体11の上昇によりダンパー14が伸長されてダンパー速度d(X2−X1)/dtが正値になるため、両者が同符号となってダンパー14は伸長方向の減衰力を増加させるように制御される。
また(3)に示すように車輪Wが突起の後半に沿って下降する間は、車体11が下向きに移動してバネ上速度(dX2/dt)が負値になり、車輪Wが車体11よりも速く下降することによりダンパー14が伸長されてダンパー速度d(X2−X1)/dtが正値になるため、両者が逆符号となってダンパー14は伸長方向の減衰力を減少させるように制御される。
また(4)に示すように車輪Wが突起を完全に乗り越した直後は、車体11が慣性で依然として下向きに移動してバネ上速度(dX2/dt)が負値になり、車輪Wが下降を停止することによりダンパー14が圧縮されてダンパー速度d(X2−X1)/dtが負値になるため、両者が同符号となってダンパー14は圧縮方向の減衰力を増加させるように制御される。
図5の横軸および縦軸はそれぞれダンパー速度およびバネ上速度であり、上述したスカイフック制御により、第1象限および第3象限でダンパー14の減衰力が増加し、第2象限および第4象限でダンパー14の減衰力が減少する。但し、乗り心地性能を高めるためのスカイフック制御はバネ上速度の絶対値が閾値以上のとき、つまり車両が路面の凹凸を乗り越えて大きく上下動したような場合に行われ、バネ上速度の絶対値が閾値未満のとき(斜線の領域参照)には上述したスカイフック制御に代えて、車両のローリングやピッチングを抑制する操縦安定制御が行われる。
車両がレーンチェンジを行う場合には前半でステアリングホイールを一方向に操作し、後半でステアリングホイールを他方向に操作するため、図6に示すように、操舵角センサScで検出した操舵角θは概ねサインカーブ状に変化する。また電子制御ユニットUは操舵角θを時間微分した操舵角速度θ′を算出する。図6には、車速に応じ設定される操舵角速度θ′の最小側規定値および最大側規定値が示される。図4においてバネ上速度の絶対値が閾値未満であるときに、つまりスカイフック制御が行われていないときに、図6において操舵角速度θ′がa点で最小側規定値を超えると操縦安定制御が開始される。
図7に示すように、操舵角速度θ′が最小側規定値に達するまでは減衰力出力比は0に設定され、操舵角速度θ′が最大側規定値を超えると減衰力出力比は1に設定され、操舵角速度θ′が最小側規定値から最大側規定値に向けて増加する間、減衰力出力比は0から1までリニアに増加する。減衰力出力比が1のときにダンパー14は最大の減衰力を発生する。従って、操舵角速度θ′が最小側規定値から最大側規定値に向けて増加すると、減衰力出力比の増加に応じてダンパー14の減衰力は0から最大値まで増加する。
図6において、レーンチェンジをすべくステアリングホイールを操作した初期に操舵角速度θ′がa点で最小側規定値に達すると、その瞬間から操縦安定制御が開始されてダンパー14の減衰力が立ち上がり、操舵角速度θ′が最初のピーク値である最大操舵角速度θ′max(b点参照)に達すると、その後の操舵角速度θ′の変化に関わらず、そのときの減衰力出力比α(図7参照)に対応する一定の減衰力が継続的に出力されて車両のローリングおよびピッチングを抑制する。この減衰力の変化を時間軸に関して示したのが図8である。時刻T1に操舵角速度θ′が最小側規定値に達すると、その瞬間からダンパー14の減衰力が立ち上がり、時刻T2に舵角速度θ′が最大操舵角速度に達すると、そのときの減衰力出力比に対応する減衰力が継続的に出力される。
図5の第1象限および第3象限でバネ上速度の絶対値が閾値以上になってスカイフック制御が行われるとき、ダンパー14の減衰力は増加方向に制御される。この第1象限および第3象限でバネ上速度の絶対値が閾値を挟んで増減するとスカイフック制御および操縦安定制御が切り換えられるが、図5の第1象限および第3象限ではスカイフック制御および操縦安定制御の両方においてダンパー14の減衰力が増加方向に制御される。本実施例では、バネ上速度の絶対値が閾値以上になってスカイフック制御が行われるとき、その減衰力が操舵角速度θ′に比例するように設定される。このように、ダンパー14の減衰力の大きさをスカイフック制御および操縦安定制御の両方で共通化することで、つまり共に減衰力が操舵角速度θ′に比例するように設定することで、スカイフック制御および操縦安定制御の切り換え時における乗員の違和感を解消することができる。
以上のように、バネ上速度の絶対値が閾値未満であって操縦安定制御が行われるとき、ダンパー14の減衰力を一定値に保持することなく、操舵角速度θ′に応じて設定するので、操舵角速度θ′が小さいときに小さい減衰力を発生させ、操舵角速度θ′が大きいときに大きい減衰力を発生させることで、操縦安定性能だけでなく乗り心地性能をも確保することができる。
またスカイフック制御および操縦安定制御の両方において、ダンパー14の減衰力の大きさを操舵角速度θ′に基づいて決定するので、スカイフック制御の制御則の一部を改変するだけで、バネ上速度の絶対値が閾値未満の領域の操縦安定制御を行うことができ、制御則の簡素化が可能になる。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、実施例ではスカイフック制御および操縦安定制御の両方においてダンパー14の減衰力は同じ(操舵角速度θ′に応じた値)になるが、スカイフック制御における減衰力は操縦安定制御における減衰力以上であれば良い。
また実施例ではダンパー14…の減衰力を磁気粘性流体を用いて可変制御しているが、減衰力を可変制御する手法は任意である。
14 ダンパー
S サスペンション装置
U 電子制御ユニット(制御手段)
S サスペンション装置
U 電子制御ユニット(制御手段)
Claims (3)
- 車両のサスペンション装置(S)に設けられたダンパー(14)の減衰力を可変制御する制御手段(U)が、バネ上速度とダンパー速度とが同方向の場合にダンパー(14)の減衰力を高く設定し、バネ上速度とダンパー速度とが逆方向の場合にダンパー(14)の減衰力を低く設定するスカイフック制御を行う可変減衰力ダンパーの制御装置において、 前記制御手段(U)は、バネ上速度の絶対値が閾値未満の場合には、ダンパー(14)の減衰力を操舵角速度(θ′)に基づいて設定することを特徴とする可変減衰力ダンパーの制御装置。
- 前記制御手段(U)は、バネ上速度の絶対値が閾値以上になってダンパー(14)の減衰力を高く設定するとき、バネ上速度の絶対値が閾値未満のときの減衰力以上の減衰力を発生させることを特徴とする、請求項1に記載の可変減衰力ダンパーの制御装置。
- 前記制御手段(U)は、バネ上速度の絶対値が閾値以上になってダンパー(14)の減衰力を高く設定するとき、ダンパー(14)の減衰力を操舵角速度(θ′)に基づいて設定することを特徴とする、請求項2に記載の可変減衰力ダンパーの制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005098162A JP2006273220A (ja) | 2005-03-30 | 2005-03-30 | 可変減衰力ダンパーの制御装置 |
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