JP2006321258A - 可変減衰力ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】 可変減衰力ダンパーの制御において、車両の減速時および加速時の両方で車両のピッチ姿勢の変化を効果的に抑制して操縦安定性能を高める。
【解決手段】 車両のサスペンション装置のダンパーの減衰力を車両の運動状態に応じて可変制御する制御手段が、車両の前後加速度ＸＧの微分値に基づいてダンパーの減衰力を制御するので、車両の前後加速度ＸＧそのものに基づいてダンパーの減衰力を制御する場合に比べて、制御の遅れを防止して応答性を高めることができる。しかも車両の前後加速度ＸＧを微分処理する際に加速時用微分フィルター３２と減速時用微分フィルター３３とを持ち替えるので、比較的に小さい加速度が長い時間発生する加速時と、比較的に大きい減速度が短い時間発生する減速時とでダンパーの制御時間や制御量を異ならせることで、加速時および減速時の両方において車両のピッチングを効果的に抑制することができる。【選択図】 図３

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。

また車両が減速して停止するときに車輪は制動により停止しようとするが車体は慣性で前進し続けようとするため、車体の前部が下がって車体の後部が上がる姿勢変化（ノーズダイブ）が発生し、逆に車両が加速するときには車体が慣性で後方に取り残されようとするため、車体の後部が下がって車体の前部が上がる姿勢変化（ノーズリフト）が発生する。このような車両の前後加速度に伴うピッチ方向の姿勢変化を抑制して操縦安定性能を高めるべく、ローパスフィルターをかけた前後加速度とローパスフィルターをかけない前後加速度とを用いて可変減衰力ダンパーに発生させる減衰力の制御量を決定するものが、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９−３０９３１４号公報

ところで、車両の前後加速度に基づいて可変減衰力ダンパーの減衰力を制御すると応答遅れが発生する可能性があるため、前後加速度よりもピッチングの位相変化が早く現れる前後加速度の微分値を用いて可変減衰力ダンパーの減衰力を制御することが考えられる。このようにすると、急加速時や急減速時の初期に減衰力を急激に立ち上げるとともに、可変減衰力ダンパーのストロークによらない安定した減衰力を得ることができる。

しかしながら、一般に車両が急制動して発生する減速度の大きさは車両が急加速して発生する加速度の大きさよりも大きく、かつ減速度が発生する時間は加速度が発生する時間よりも短いため、減速時と加速時とで前後加速度の微分フィルターに同じ特性のものを使用すると、車両のピッチ姿勢の変化を効果的に抑制する最適の制御時間および制御量が得られない可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両の減速時および加速時の両方で車両のピッチ姿勢の変化を効果的に抑制して操縦安定性能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、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であって、前記制御手段は、前後加速度センサで検出した車両の前後加速度を微分フィルターで微分処理した前後加速度の微分値に基づいてダンパーの減衰力を制御する可変減衰力ダンパーにおいて、前記微分フィルターの特性を車両の加速時と減速時とで持ち替えることを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。

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、加速時用微分フィルター３２および減速時用微分フィルター３３は本発明の微分フィルターに対応する。

請求項１の構成によれば、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車両の運動状態に応じて可変制御する制御手段が、車両の前後加速度の微分値に基づいてダンパーの減衰力を制御するので、車両の前後加速度そのものに基づいてダンパーの減衰力を制御する場合に比べて、制御の遅れを防止して応答性を高めることができる。しかも車両の前後加速度を微分処理する微分フィルターの特性を車両の加速時と減速時とで持ち替えるので、比較的に小さい加速度が長い時間発生する加速時と、比較的に大きい減速度が短い時間発生する減速時とでダンパーの制御時間や制御量を異ならせることで、加速時および減速時の両方において車両のピッチングを効果的に抑制することができる。

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７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はダンパーによるピッチ制御の制御則のブロック図、図４はローパスフィルターの特性を示すグラフ、図５は微分フィルターの特性を示すグラフ、図６はダンパーの目標電流算出ルーチンのフローチャート、図７はダンパー速度および目標減衰力から目標電流を検索するマップである。

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、車両の前後加速度を検出する前後加速度センサＳｅからの信号と、車速を検出する車速センサＳｆ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、横加速度センサＳｄで検出した横加速度、前後加速度センサＳｅで検出した前後加速度および車速センサＳｆで検出した車速とに基づいて、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。

図３に示すように、前後加速度センサＳｅで検出した車両の前後加速度ＸＧは、図４に示す特性のローパスフィルター３１を通過し、アクセルペダルの踏み込みやブレーキペダルの踏み込みによらない通常走行中の高周波数の前後加速度が遮断される。ローパスフィルター３１を通過した前後加速度ＸＧは加速時用微分フィルター３２あるいは減速時用微分フィルター３３を通過して時間微分されれる。図５は加速時用微分フィルター３２および減速時用微分フィルター３３の特性を示すもので、周波数が０．１Ｈｚ以上の領域で減速時のゲインが加速時のゲインよりも大きくなるように設定されている。加速時用微分フィルター３２および減速時用微分フィルター３３の使い分けは、前後加速度センサＳｅで検出した車両の前後加速度ＸＧが正（加速）のときは加速時用微分フィルター３２を用い、負（減速）のときは減速時用微分フィルター３２を用いれば良い。

加速時用微分フィルター３２あるいは減速時用微分フィルター３３が出力した前後加速度微分値ｄＸＧ／ｄｔには、車速センサＳｆで検出した車速Ｖに基づいてマップ３４により検索したゲインが乗算され、ダンパー１４の目標減衰力Ｆｔが算出される。

図６には、車両の加減速時にダンパー１４…の減衰力を高めてピッチングを抑制する操縦安定制御の作用を説明するフローチャートが示される。

先ずステップＳ１で前後加速度センサＳｅにより検出した前後加速度ＸＧを時間微分して前後加速度微分値ｄＸＧ／ｄｔを算出し、この前後加速度微分値ｄＸＧ／ｄｔに車速Ｖに応じて設定したゲインＧａｉｎを乗算してダンパー１４に発生させるべき目標減衰力Ｆｔを算出する。続くステップＳ２でダンパー変位センサＳｂにより検出したダンパー変位を時間微分してダンパー速度Ｖｐを算出する。続くステップＳ３で前記目標減衰力Ｆｔおよび前記ダンパー速度Ｖｐを図７のマップに適用して目標電流Ｉｔを検索する。そしてステップＳ４で前記目標電流Ｉｔをダンパー１４のコイルに供給して前記目標減衰力Ｆｔを発生させることで、車両のピッチングを抑制して操縦安定性能を向上させる。

図７は目標減衰力Ｆｔおよびダンパー速度Ｖｐから目標電流Ｉｔを検索するマップであって、ダンパー速度Ｖｐが一定の場合には目標減衰力Ｆｔが増加するほど目標電流Ｉｔが増加し、また目標減衰力Ｆｔが一定の場合にはダンパー速度Ｖｐが増加するほど目標電流Ｉｔが減少する。例えば、目標減衰力ＦｔがＦｔ１の場合、ダンパー速度ＶｐがＶｐｔであれば目標電流はＩｔ５であるが、ダンパー速度ＶｐがＶｐｔ１に増加すると目標電流はＩｔ４に減少し、ダンパー速度ＶｐがＶｐｔ２に減少すると目標電流はＩｔ６に増加する。

しかして、車両の加速時および減速時の前後加速度ＸＧが検出されると、加速に伴うノーズリフトや減速に伴うノーズダイブを抑制すべく、前後加速度ＸＧの微分値ｄＸＧ／ｄｔに基づいてダンパー１４の減衰力を設定するので、車両の前後加速度ＸＧそのものに基づいてダンパー１４の減衰力を設定する場合に比べて、制御の遅れを防止して応答性を高めることができる。また車両の前後加速度ＸＧを微分処理する微分フィルターとして加速時用微分フィルター３２と減速時用微分フィルター３３とを持ち替えるので、比較的に小さい加速度が長い時間発生する加速時と、比較的に大きい減速度が短い時間発生する減速時とでダンパー１４の制御時間や制御量を異ならせ、加速時および減速時の両方において車両のピッチングを効果的に抑制して操縦安定性能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。

例えば、実施例では車両の加速および減速を前後加速度センサＳｅが出力する前後加速度ＸＧの符号により判断しているが、時定数が大きい加速時用微分フィルター２２の出力の符号により判断しても良い。

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 ダンパーによるピッチ制御の制御則のブロック図 ローパスフィルターの特性を示すグラフ 微分フィルターの特性を示すグラフ ダンパーの目標電流算出ルーチンのフローチャート ダンパー速度および目標減衰力から目標電流を検索するマップ

符号の説明

１４ ダンパー
３２ 加速時用微分フィルター（フィルター）
３３ 減速時用微分フィルター（フィルター）
ｄＸＧ／ｄｔ 前後加速度の微分値
Ｓ サスペンション装置
Ｓｅ 前後加速度センサ
Ｕ 電子制御ユニット（制御手段）
ＸＧ 車両の前後加速度

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、制御手段（Ｕ）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であって、
   前記制御手段（Ｕ）は、前後加速度センサ（Ｓｅ）で検出した車両の前後加速度（ＸＧ）を微分フィルター（３２，３３）で微分処理した前後加速度の微分値（ｄＸＧ／ｄｔ）に基づいてダンパー（１４）の減衰力を制御する可変減衰力ダンパーにおいて、
   前記微分フィルター（３２，３３）の特性を車両の加速時と減速時とで持ち替えることを特徴とする可変減衰力ダンパー。
   

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