JP2006281875A - 可変減衰力ダンパーの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両のバネ上が上下変位を始めてからダンパーの減衰力を制御するまでの応答性を高める。
【解決手段】 車両のサスペンション装置をスカイフック制御するためのダンパーの減衰力を設定する際に、バネ上加速度センサで検出したバネ上加速度の時間積分値（バネ上速度）ではなく、バネ上加速度の時間微分値をローパスフィルターで濾波したものを用いる。バネ上加速度センサで検出したバネ上加速度の時間微分値は、バネ上加速度の時間積分値に比べて信号の位相が早まるので、バネ上加速度の時間微分値に基づいてダンパーの減衰力を制御することにより、バネ上加速度の時間積分値に基づいてダンパーの減衰力を制御する場合に比べて制御の応答性を高めることができる。
【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ダンパーをスカイフック制御するものにおいて、バネ上加速度センサで検出したバネ上加速度を時間積分して得られたバネ上速度に基づいてダンパーに発生させるべき目標減衰力を算出するものが、下記特許文献２により公知である。
特開昭６０−１１３７１１号公報 特開平８−２６８０２５号公報

ところで、上記特許文献２に記載されたもののように、バネ上加速度センサで検出したバネ上加速度を時間積分したバネ上速度に基づいてダンパーの目標減衰力を算出するものでは、バネ上が上下変位を始めてからバネ上加速度の積分値（つまりバネ上速度）が閾値を超えるまでに所定の時間が必要であるため、バネ上速度の検出に時間遅れが発生してしまい、スカイフック制御の初期作動の応答性が低下する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両のバネ上が上下変位を始めてからダンパーの減衰力を制御するまでの応答性を高め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変更可能な可変減衰力ダンパーの制御装置において、バネ上加速度センサで検出したバネ上加速度の時間微分値に基づいてダンパーの減衰力を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。

請求項の構成によれば、バネ上加速度センサで検出したバネ上加速度の時間微分値は、バネ上加速度の時間積分値に比べて信号の位相が早まるので、バネ上加速度の時間微分値に基づいてダンパーの減衰力を制御することにより、バネ上加速度の時間積分値に基づいてダンパーの減衰力を制御する場合に比べて制御の応答性を高めることができる。

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６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はバネ上加速度、バネ上加速度微分値および濾波後のバネ上加速度微分値を示すグラフ、図６は微分フィルターおよびローパスフィルターのボード線図である。

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およびダンパー変位センサＳｂで検出したダンパー変位等に基づいて、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。

上述したスカイフック制御を行うとき、ダンパー１４が発生すべき目標減衰力は、バネ上加速度センサＳａで検出したバネ上加速度を時間積分した従来のバネ上速度を用いずに、前記バネ上加速度を時間微分したバネ上加速度微分値に、所定のゲインを乗算することで算出される。

目標減衰力＝ゲイン×バネ上加速度微分値
図５には、バネ上加速度センサＳａで検出したバネ上加速度（実線参照）と、そのバネ上加速度を微分したバネ上加速度微分値（鎖線参照）と、そのバネ上加速度微分値をローパスフィルターで濾波した後のバネ上加速度微分値（破線参照）とが示される。

本実施例でスカイフック制御に用いるバネ上加速度微分値は、従来のバネ上加速度積分値（つまりバネ上速度）と基本的に同じような変化特性を有しているため、スカイフック制御を従来どおり支障なく行うことを可能にしながら、その位相が従来のバネ上速度を用いた場合に比べて早まることで、応答性の高い制御が可能になる。但し、バネ上加速度微分値を算出する際に微分フィルターを用いることで、図５に鎖線で示すように高周波ノイズが乗ってしまうため、その高周波ノイズを除去するためにバネ下共振周波数領域の振動波形のみを通過させるローパスフィルターを同時に用いる必要がある。図５の破線は、ローパスフィルターを通過して高周波ノイズを除去されたバネ下共振周波数領域の振動波形を示している。

図６に示すボード線図において、実線はバネ上加速度を微分したバネ上加速度微分値を算出する微分フィルターの特性を示しており、また破線はバネ上加速度微分値からバネ下共振周波数領域（１５Ｈｚ以下）の振動波形を抽出するローパスフィルターの特性を示している。

以上のように、バネ上加速度センサＳａで検出してバネ上加速度の時間微分値は、従来使用されていたバネ上加速度の時間積分値（バネ上速度）に比べて信号の位相が早まるので、バネ上加速度の時間微分値に基づいてダンパーの減衰力を制御することにより制御の応答性を高めることができる。

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。

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 バネ上加速度、バネ上加速度微分値および濾波後のバネ上加速度微分値を示すグラフ 微分フィルターおよびローパスフィルターのボード線図

符号の説明

１４ ダンパー
Ｓ サスペンション装置

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）の減衰力を変更可能な可変減衰力ダンパーの制御装置において、
   バネ上加速度センサ（Ｓａ）で検出したバネ上加速度の時間微分値に基づいてダンパー（１４）の減衰力を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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