JP2006321259A - Adjustable damper - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a variable damping force damper that variably controls a damping force of a damper provided in a suspension device of a vehicle according to a motion state of the vehicle by a control means.
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。
As the viscous fluid of the variable damping force damper for the suspension device, a magnetic viscous fluid (MRF: Magneto-Rheological Fluids) whose viscosity is changed by the action of a magnetic field is adopted, and the fluid is applied to the piston that is slidably fitted into the cylinder.
またバネ上加速度センサで検出したバネ上加速度を積分したバネ上速度と、ダンパー変位センサで検出したダンパー変位を微分したダンパー速度とを比較し、その大小関係に応じてダンパーの減衰力を制御することで、バネ上の一次共振を抑制しつつバネ下の振動を抑制して乗り心地性能および操縦安定性能の向上を図るものが、下記特許文献2により公知である。
ところで、バネ上挙動の制振を目的とする従来のスカイフック制御では、バネ上加速度に基づいてダンパーの減衰力を制御しているためにバネ下からの入力がいなされてしまい、路面の段差の乗り越え時等にバネ下から入力される振動を収束させる大きな減衰力を発生させることができなかった。 By the way, in the conventional skyhook control for the purpose of vibration suppression of the sprung behavior, the damping force of the damper is controlled based on the sprung acceleration, so input from the unsprung state is made, and the level difference of the road surface is reduced. It was not possible to generate a large damping force that converges vibrations input from under the spring when getting over.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バネ上の制振性能を確保しながら、路面の段差の乗り越え時等にバネ下の制振を有効に行えるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to enable effective vibration suppression under a spring when overcoming a step on a road surface while ensuring vibration suppression performance on the spring. .
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において、ダンパー変位を検出するダンパー変位検出手段と、ダンパー速度を検出するダンパー速度検出手段とを備え、前記制御手段は、ダンパー変位およびダンパー速度の積に基づいてダンパーの減衰力を制御することを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a variable damping force that variably controls the damping force of a damper provided in the suspension device of the vehicle according to the motion state of the vehicle by the control means. The damper includes a damper displacement detecting means for detecting a damper displacement and a damper speed detecting means for detecting a damper speed, and the control means controls a damping force of the damper based on a product of the damper displacement and the damper speed. A variable damping force damper is proposed.
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、ダンパー変位およびダンパー速度の積が所定の閾値を超えた場合に、前記積に基づいてダンパーの減衰力を制御することを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。 According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the control means is configured to provide a damper based on the product when the product of the damper displacement and the damper speed exceeds a predetermined threshold value. A variable damping force damper characterized by controlling the damping force is proposed.
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記ダンパー速度検出手段は前記ダンパー変位検出手段で検出したダンパー変位を微分処理してダンパー速度を検出することを特徴とする可変減衰力ダンパーが提案される。 According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the damper speed detecting means performs differential processing on the damper displacement detected by the damper displacement detecting means to detect the damper speed. A characteristic variable damping force damper is proposed.
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、実施例の微分器16は本発明のダンパー速度検出手段に対応し、実施例のダンパー変位センサSbは本発明のダンパー変位検出手段に対応する。
The electronic control unit U of the embodiment corresponds to the control means of the present invention, the
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、ダンパー変位検出手段で検出したダンパー変位とダンパー速度検出手段で検出したダンパー速度との積に基づいて制御するので、バネ上の制振性能を確保しながら、バネ下の振動状態を的確に把握して大きな段差の乗り越え時等に発生するバネ下振動を効果的に制振することができる。 According to the configuration of the first aspect, the damping force of the damper provided in the vehicle suspension device is controlled based on the product of the damper displacement detected by the damper displacement detecting means and the damper speed detected by the damper speed detecting means. Therefore, while ensuring the vibration suppression performance on the spring, it is possible to accurately grasp the vibration state under the spring and to effectively suppress the unsprung vibration that occurs when overcoming a large step.
請求項2の構成によれば、ダンパー変位およびダンパー速度の積が所定の閾値を超えた場合に、その積に基づいてダンパーの減衰力を制御するので、他の制御と組み合わせた場合でも、段差の乗り越え時のようなダンパー変位およびダンパー速度が共に大きくなってバネ下の制振が必要になった場合にのみ本制御を行うことで、他の制御との干渉を防止することができる。
According to the configuration of
請求項3の構成によれば、ダンパー速度検出手段はダンパー変位検出手段で検出したダンパー変位を微分処理してダンパー速度を検出するので、ダンパー変位検出手段の出力からダンパー変位およびダンパー速度の両方を得ることを可能にして検出手段の数を削減することができる。 According to the third aspect of the present invention, the damper speed detecting means differentiates the damper displacement detected by the damper displacement detecting means to detect the damper speed, so that both the damper displacement and the damper speed are detected from the output of the damper displacement detecting means. It can be obtained and the number of detection means can be reduced.
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。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
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における振動伝達率を示すグラフ、図6はバネ下制振制御を行う領域を示す図、図7はカルバート路およびチョッピー路についてのダンパー速度×ダンパー変位の実測値を示すグラフである。 1 to 7 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a front view of a vehicle suspension device, FIG. 2 is an enlarged sectional view of a variable damping force damper, and FIG. 3 is a view showing a model of a suspension. FIG. 4 is an explanatory diagram of the skyhook control, FIG. 5 is a graph showing the vibration transmissibility in the skyhook control, FIG. 6 is a diagram showing an area for performing unsprung vibration suppression control, and FIG. 7 is a damper for the culvert road and the choppy road. It is a graph which shows the actual value of speed x damper displacement.
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からの信号とが入力される。また電子制御ユニットUは、ダンパー変位センサSbで検出したダンパー変位を微分してダンパー速度を検出する微分器16を備える。このように、ダンパー変位センサSbで検出したダンパー変位を微分器16で微分処理してダンパー速度を検出するので、ダンパー変位センサSbの出力からダンパー変位およびダンパー速度の両方を得ることを可能にして検出手段の数を削減することができる。
As shown in FIG. 1, a suspension device S that suspends a wheel W of a four-wheeled vehicle has a
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。
As shown in FIG. 2, the
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。
A plurality of
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。
When the
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。
At this time, if the
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。
When a shocking compressive load is applied to the
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および前後加速度センサSeで検出した前後加速度に基づいて、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。
Therefore, the electronic control unit U detects the sprung acceleration detected by the sprung acceleration sensor Sa, the damper displacement detected by the damper displacement sensor Sb, the steering angle detected by the steering angle sensor Sc, and the lateral acceleration detected by the lateral acceleration sensor Sd. Further, based on the longitudinal acceleration detected by the longitudinal acceleration sensor Se, the damping force of a total of four
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。 Next, based on FIG. 3 and FIG. 4, the skyhook control for suppressing the vehicle shake and enhancing the ride comfort will be described.
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の出力を微分器16で微分したダンパー速度に相当する。
As apparent from the suspension device model shown in FIG. 3, an unsprung mass 18 is connected to the road surface via a
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。
dX2 / dt × d (X2−X1) / dt> 0
In other words, when the sprung speed and the damper speed are in the same direction (same sign), the
dX2 / dt × d (X2−X1) / dt ≦ 0
In this case, that is, when the sprung speed and the damper speed are in opposite directions (reverse signs), the
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。
Therefore, considering the case where the wheel W passes over the protrusion on the road surface as shown in FIG. 4, the
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。
Also, as shown in (2), immediately after the wheel W passes over the top of the protrusion, the
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。
Further, as shown in (3), while the wheel W descends along the latter half of the protrusion, the
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。
Further, as shown in (4), immediately after the wheel W completely gets over the protrusion, the
ところで、図5に示すように、上述したスカイフック制御では、制御ゲインを変更してもバネ上共振周波数である1Hz近傍の振動伝達率が変化するだけであり、バネ下共振周波数である10Hz近傍の振動伝達率を制御できないという問題がある。 Incidentally, as shown in FIG. 5, in the above-described skyhook control, even if the control gain is changed, the vibration transmissibility in the vicinity of 1 Hz which is the sprung resonance frequency only changes, and the vicinity of 10 Hz which is the unsprung resonance frequency. There is a problem that the vibration transmissibility of the motor cannot be controlled.
そこでバネ下共振領域での振動を把握して制御する指標としてダンパー速度とダンパー変位との積に着目し、特にダンパー速度およびダンパー変位が大きい場合に、(比例定数)×(ダンパー速度)×(ダンパー変位)により算出したバネ下制御電流を、スカイフック制御の目標電流に加算して最終的なダンパー14の目標電流とする。その結果、スカイフック制御とは独立して、10Hz近傍のバネ下共振領域の振動を抑制することが可能になる。
Therefore, paying attention to the product of the damper speed and the damper displacement as an index to grasp and control the vibration in the unsprung resonance region, especially when the damper speed and the damper displacement are large, (proportional constant) x (damper speed) x ( The unsprung control current calculated by the damper displacement) is added to the target current of the skyhook control to obtain the final target current of the
このダンパー速度およびダンパー変位の積に基づくダンパー14の減衰力の制御は、所定の閾値Aを設定し、
ダンパー速度×ダンパー変位≧A
が成立する領域、つまり図6のグラフの4つの双曲線の外側の領域において行われ、その内側の領域では通常のスカイフック制御が行われる。4つの双曲線の外側の領域には、バネ下共振制御が必要なカルバート路、首都高速段差路、EC路の一部等が含まれ、4つの双曲線の内側の領域にはバネ下共振制御が不要なチョッピー路(車速大の場合)やバウンス路(ダンパー変位大の場合)が含まれる。
Control of the damping force of the
Damper speed x Damper displacement ≥ A
6 is performed, that is, in the region outside the four hyperbolas in the graph of FIG. 6, and normal skyhook control is performed in the region inside. The areas outside the four hyperbolas include culvert roads that require unsprung resonance control, capital high-speed step roads, part of EC roads, etc., and the areas inside the four hyperbolas do not require unsprung resonance control Choppy roads (when the vehicle speed is high) and bounce roads (when the damper displacement is high).
図7はカルバート路(実線)およびチョッピー路(破線)についてダンパー速度×ダンパー変位を実測したグラフであって、ダンパー速度×ダンパー変位を指標としてカルバート路の路面の継ぎ目の乗り越しを確実に識別できることが分かる。 FIG. 7 is a graph in which the damper speed × damper displacement is measured for the culvert road (solid line) and the choppy road (broken line), and it is possible to reliably identify the ride over the seam on the road surface of the culvert road using the damper speed × damper displacement as an index. I understand.
以上のように、ダンパー変位およびダンパー速度の積が所定の閾値Aを超えた場合に、ダンパー14の減衰力をダンパー変位およびダンパー速度の積に基づいて制御するので、バネ下の振動状態を的確に把握して大きな段差の乗り越え時等に発生するバネ下振動を効果的に制振することができるだけでなく、スカイフック制御のような他の制御と組み合わせた場合でも、バネ下の制振が必要になった場合にのみ本制御を行うことで他の制御との干渉を防止することができる。
As described above, when the product of the damper displacement and the damper speed exceeds the predetermined threshold A, the damping force of the
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。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、実施例ではダンパー変位センサSbで検出したダンパー変位を微分処理してダンパー速度を検出しているが、ダンパー速度を直接検出するセンサを設けても良い。 For example, although the damper speed is detected by differentiating the damper displacement detected by the damper displacement sensor Sb in the embodiment, a sensor for directly detecting the damper speed may be provided.
14 ダンパー
16 微分器(ダンパー速度検出手段)
S サスペンション装置
Sb ダンパー変位センサ(ダンパー変位検出手段)
U 電子制御ユニット(制御手段)
14
S suspension device Sb damper displacement sensor (damper displacement detection means)
U Electronic control unit (control means)
Claims (3)
ダンパー変位を検出するダンパー変位検出手段(Sb)と、ダンパー速度を検出するダンパー速度検出手段(16)とを備え、
前記制御手段(U)は、ダンパー変位およびダンパー速度の積に基づいてダンパー(14)の減衰力を制御することを特徴とする可変減衰力ダンパー。 In the variable damping force damper that variably controls the damping force of the damper (14) provided in the suspension device (S) of the vehicle according to the motion state of the vehicle by the control means (U),
Damper displacement detecting means (Sb) for detecting the damper displacement, and damper speed detecting means (16) for detecting the damper speed,
The variable damping force damper, wherein the control means (U) controls a damping force of the damper (14) based on a product of a damper displacement and a damper speed.
The variable damping force damper according to claim 1, wherein the damper speed detecting means (16) detects the damper speed by differentiating the damper displacement detected by the damper displacement detecting means (Sb).
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JP2011068195A (en) * | 2009-09-24 | 2011-04-07 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Suspension control device |
JP2011162066A (en) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Kyb Co Ltd | Suspension device |
JP2012096643A (en) * | 2010-11-01 | 2012-05-24 | Honda Motor Co Ltd | Control device of damping force variable damper |
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