JP2006321260A - 可変減衰力ダンパー - Google Patents

Abstract

【課題】 可変減衰力ダンパーにおいて、ダンパーの底づき防止のための消費電力を最小限に抑える。
【解決手段】 サスペンション装置のバンプあるいはリバウンドに伴うダンパー変位が所定値Ａを超えるとダンパーの減衰力を増加させて底づき防止を行う際に、車速が５ｋｍ／ｈ以下のときに前記減衰力を増加を禁止するので、車両の積載荷重が大きいためにダンパー変位が所定値Ａを超えた場合であっても、底づきが発生する虞のない低速走行時（停止時を含む）にダンパーの減衰力を増加させるべく無駄な電力を消費するのを防止することができる。
【選択図】 図７

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。

また車輪のバンプおよびリバウンドに伴ってダンパーのピストンがシリンダの端壁に衝突しないように、積載荷重に応じて変化する車高変化量を求め、この車高変化量と予め設定されたバンプ・リバウンド作動限界との比率からバンプ・リバウンド・ストップ・フィードバックゲインを決定し、このバンプ・リバウンド・ストップ・フィードバックゲインに基づいてダンパーの減衰力を制御するものが、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５−３０５８０７号公報

ところで、車輪のバンプおよびリバウンドに伴ってダンパーのピストンがシリンダの端壁に衝突するのを防止する制御を行うものでは、積載荷重が増加するとダンパーが収縮してバンプ状態と同じ状態になるため、ダンパーのピストンがシリンダの上壁に底づきしないように減衰力が増加方向に制御される。この状態で車両が停止すると、路面からの入力がなくなってピストンがシリンダの上壁に底づきする虞がないにも関わらず、底づき防止のためのダンパーの減衰力の増加制御が実行されてしまい、そのために無駄な電力を消費する問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、可変減衰力ダンパーにおいて、ダンパーの底づき防止のための消費電力を最小限に抑え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、バンプあるいはリバウンドに伴うダンパー変位が所定値を超えた場合に、ダンパーの減衰力を増加させて底づき防止を行うものにおいて、前記制御手段は、底づき防止のためのダンパーの減衰力を増加を、車速が閾値以下あるいはゼロのときに禁止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。

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、前記車速の閾値は５ｋｍ／ｈであ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する。

請求項１の構成によれば、サスペンション装置のバンプあるいはリバウンドに伴うダンパー変位が所定値を超えるとダンパーの減衰力を増加させて底づき防止を行う際に、車速が閾値以下あるいはゼロのときに前記減衰力を増加を禁止するので、車両の積載荷重が大きいためにダンパー変位が所定値を超えた場合であっても、底づきが発生する虞のない低速走行時や停止時にダンパーの減衰力を増加させるべく無駄な電力を消費するのを防止することができる。

請求項２の構成によれば、車速が５ｋｍ／ｈ以下の低速になると底づき防止のためのダンパーの減衰力の増加を禁止するので、高速での走行中にダンパーの減衰力の増加が禁止されて底づきが発生する虞がない。

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は底づき防止のための減衰力の増加特性の第１の例を示すグラフ、図６は底づき防止のための減衰力の増加特性の第２の例を示すグラフ、図７は車速と底づき防止のための減衰力との関係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、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。

ところで、車輪Ｗが路面の凹凸を乗り越えて大きくバンプあるいはリバウンドすると、ダンパー１４のピストン２２がシリンダ２１の端壁に衝突する底づきが発生し、騒音や損傷の原因となる問題がある。そこで図５に示すように、ダンパー変位の絶対値が所定値Ａ以下の領域、つまりダンパー１４の底づきが発生する虞がない領域では上述したスカイフック制御を行い、ダンパー変位の絶対値が所定値Ａを超える領域、つまりダンパー１４の底づきが発生する虞がある領域では伸長側および収縮側の両方についてダンパー変位の増加に応じて減衰力を増加させる。減衰力の増加特性は直線状（一次関数的）であり、ダンパー変位が所定値Ａの部分で減衰力が不連続に変化しないように考慮している。

またダンパー１４が伸長した後に収縮する際には底づきが発生する虞がないため、伸長時に比べて収縮時の減衰力が小さくなるようにヒステリシスが設定される。同様に、ダンパー１４が収縮した後に伸長する際には底づきが発生する虞がないため、収縮時に比べて伸長時の減衰力が小さくなるようにヒステリシスが持たされる。

図５の例では減衰力の増加特性を直線状（一次関数的）に設定しているが、図６に示すように減衰力の増加特性を放物線状（二次関数的）に設定しても良い。この場合にもダンパー変位の増加時と減少時との間にヒステリシスを持たせることが望ましい。

また車両の積載荷重が大きいと、停止時でも車輪Ｗがバンプしたのと同じ状態になってダンパー変位が前記所定値Ａを超えてしまう場合がある。車両が停止状態にあるときには路面の凹凸から車輪Ｗに荷重が入力しないため、ダンパー１４が底づきする虞はないが、上述したダンパー１４の底づき防止のための減衰力の増加制御がそのまま実行されてしまうと、ダンパー１４のコイル２８が無駄な電力を消費してしまう問題がある。

そこで本実施例では、図７に示すように車速が５ｋｍ／ｈ以下の領域でゲインを０に設定し、そこから車速の増加に伴ってゲインを０から１まで増加させている。これにより、ダンパー１４の底づきが発生しない低車速時や停止時にダンパー１４の減衰力を減少させ、あるいは減衰力をゼロにすることができ、コイル２８の無駄な電力消費を防止が可能になる。

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、実施例では車速が５ｋｍ／ｈ以下の領域で減衰力のゲインを０に設定しているが、車両の停止中にのみゲインを０に設定しても良い。

また底づき防止のための減衰力の増加特性は一次関数的増加あるいは二次関数的増加に限定されず、三次関数的増加であっても良い。尚、ダンパー変位が所定値Ａに達したときに減衰力を一定値へとステップ状に増加させることも可能であるが、このようにすると所定値Ａにおいて減衰力が不連続に変化するので好ましくない。

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 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 底づき防止のための減衰力の増加特性の第１の例を示すグラフ 底づき防止のための減衰力の増加特性の第２の例を示すグラフ 車速と底づき防止のための減衰力との関係を示すグラフ

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）

Claims (2)

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、
   バンプあるいはリバウンドに伴うダンパー変位が所定値を超えた場合に、ダンパー（１４）の減衰力を増加させて底づき防止を行うものにおいて、
   前記制御手段（Ｕ）は、底づき防止のためのダンパー（１４）の減衰力を増加を、車速が閾値以下あるいはゼロのときに禁止することを特徴とする可変減衰力ダンパー。
2. 前記車速の閾値は５ｋｍ／ｈであ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。
   

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