JP2006273221A - 可変減衰力ダンパーの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サスペンション装置のダンパーの減衰力を的確に可変制御することで、操縦安定性能および乗り心地性能の両方を満足させる。
【解決手段】 操舵角速度が規定値以上になると、車両のローリングを抑制して操縦安定性能を高めるべく、操舵角速度の増加に応じてダンパーの減衰力（減衰力出力比）が増加する。操舵角速度が規定値以上になった時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの所定時間、ダンパーの減衰力を操舵角速度に応じて決まる値よりも大きい最大値（減衰力出力比＝１）に設定することにより、旋回開始直後の車両のローリングを効果的に抑制して操縦安定性能を確保することができる。しかも前記所定時間を必要最小限の長さに設定し、かつ前記所定時間が経過した後はダンパーの減衰力を操舵角速度の増加に応じて増加させることで、乗り心地性能も確保することができる。
【選択図】 図８

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、操縦安定性能および乗り心地性能の両方を必ずしも満足させることができなかった。

そこで、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、ダンパーの減衰力を一定値に設定するのではなく操舵角速度の増加に応じて増加させることで、操縦安定性能および乗り心地性能を両立させることが考えられる。しかしながら、操舵角速度の増加に応じてダンパーの減衰力を増加させると、旋回の初期にダンパーの減衰力の立ち上がりが緩慢になってローリングを効果的に抑制することができず、操縦安定性能が低下してしまう懸念がある。

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を的確に可変制御することで、操縦安定性能および乗り心地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、操舵角速度が規定値以上になると該操舵角速度の増加に応じてダンパーの減衰力を増加させる可変減衰力ダンパーの制御装置であって、前記制御手段は、操舵角速度が規定値以上になったときから所定時間、ダンパーの減衰力を操舵角速度に応じて決まる値よりも大きく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し、実施例の最小側規定値は本発明の規定値に対応する。

請求項１の構成によれば、操舵角速度が規定値以上になると、車両のローリングを抑制して操縦安定性能を高めるべく、操舵角速度の増加に応じてダンパーの減衰力が増加する。操舵角速度が規定値以上になった直後にダンパーの減衰力が操舵角速度の増加に応じてゆっくりと増加すると、ダンパーの減衰力が不足して旋回開始直後の車両のローリングを充分に抑制することができないが、操舵角速度が規定値以上になったときから所定時間、ダンパーの減衰力を操舵角速度に応じて決まる値よりも大きく設定することにより、、旋回開始直後の車両のローリングを効果的に抑制して操縦安定性能を確保することができる。しかも前記所定時間を必要最小限の長さに設定し、かつ前記所定時間が経過した後はダンパーの減衰力を操舵角速度の増加に応じて増加させることで、乗り心地性能も確保することができる。

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。

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、その瞬間にダンパー１４の減衰力出力比が最大値１まで瞬間的にが立ち上がり、その最大値１が所定時間（実施例では４０ｍｓｅｃ）維持される。時刻Ｔ２に前記所定時間が経過すると、減衰力出力比は一旦減少した後に操舵角速度θ′に比例した値で漸増し、時刻Ｔ３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。

また操舵角速度θ′が最小側規定値以上になった直後にダンパー１４の減衰力出力比が操舵角速度θ′に応じて決まる値よりも大きい最大値（減衰力出力比＝１）に設定されるので、旋回開始直後にダンパー１４を減衰力を素早く高め、車両のローリングを効果的に抑制して操縦安定性能を確保することができる。しかもダンパー１４の減衰力出力比が最大値に設定される前記所定時間を必要最小限の長さとし、かつ前記所定時間が経過した後はダンパー１４の減衰力を操舵角速度θ′の増加に応じて増加させることで、乗り心地性能も確保することができる。

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、実施例では操舵角速度θ′が最小側規定値に達した後にダンパー１４の減衰力出力比が最大値１に維持される所定時間を４０ｍｓｅｃに設定しているが、その所定時間の長さは適宜設定可能である。

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。

車両のサスペンション装置の正面図 可変減衰力ダンパーの拡大断面図 サスペンションのモデルを示す図 スカイフック制御の説明図 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 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 操舵角速度に対する減衰力出力比の変化を示すグラフ 時間に対する減衰力出力比の変化を示すグラフ

符号の説明

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）
θ′ 操舵角速度

Claims (1)

1. 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、操舵角速度（θ′）が規定値以上になると該操舵角速度（θ′）の増加に応じてダンパー（１４）の減衰力を増加させる可変減衰力ダンパーの制御装置であって、
   前記制御手段（Ｕ）は、操舵角速度（θ′）が規定値以上になったときから所定時間、ダンパー（１４）の減衰力を操舵角速度（θ′）に応じて決まる値よりも大きく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。
   

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