JP2007210590A - 可変減衰力ダンパの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】乗り心地を損なわずにばね下質量の制振を達成し得るように改善された可変減衰力ダンパの制御装置を提供する。
【解決手段】車体と車輪との上下方向の相対変位量に関わる値の出力手段（ストロークセンサ）と、車体と車輪との上下方向の相対速度に関わる値の出力手段（速度演算回路）２２と、相対変位量に関わる値と相対速度に関わる値とを乗算する乗算手段（乗算回路）２３とを有し、乗算手段の出力に基づいて可変減衰力ダンパの減衰力制御目標値を設定するものとする。特に好ましくは、乗算手段の出力の符号を判別し、その符号に応じて減衰力制御目標値を変更するゲイン設定手段（ゲイン設定回路）２４を有するものとしたり、乗算手段の出力に比例した値に減衰力制御目標値を設定するものとしたり、減衰力制御目標値を、横加速度、前後加速度、並びに車速に応じた重み付け補正するものとしたりする。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の懸架装置に用いられるダンパの減衰力を制御するための可変減衰力ダンパの制御装置に関するものである。

車両の懸架装置に設けられたばねは、衝撃を吸収しつつ変形し、外力が消失すると変形を復元する方向に反発し、その結果、往復振動を発生する。このばねの振動エネルギを減衰させるために、車両の懸架装置には、ショックアブソーバと呼ばれるダンパが併設されている。このダンパの減衰力は、衝撃を緩和する上には小さい方が好ましいが、車輪の接地性および操縦安定性を高める上にはある程度大きい方が好ましい。この背反する条件を満足させられるものとして、減衰力を変化させることのできる減衰力可変ダンパが知られている（特許文献１を参照されたい）。

一方、このような可変減衰力ダンパを用いて乗り心地を向上するダンパの制御として、スカイフック制御が知られている（特許文献２を参照されたい）。ここで、車輪（タイヤと同義）が路面の突起を乗り越える場合を例にとってスカイフック制御の基本的態様について概略説明しておく。

車輪が突起に乗り上げた直後は、車体が上向きに移動するので、その時のばね上質量の上下移動速度の符号は正となり、ダンパは収縮変位するのでそのピストン速度の符号は負となる。この両者が互いに逆符号となる時には、減衰力を低める、即ちダンパが柔らかくなるように減衰力を制御する。

車輪が突起の頂上を乗り越えた直後は、車体は慣性で上向き移動を継続するので、ばね上質量の上下移動速度の符号は正のままであるが、ダンパは車体に引き上げられて伸張変位するので、そのピストン速度の符号は正となる。この両者が互いに同符号となる時には、減衰力を高める、即ちダンパが硬くなるように減衰力を制御する。

車輪が突起の頂上を乗り越えて下降し始めると、ダンパはばね下質量に引き下げられて伸張変位するので、そのピストン速度の符号は正となる。車体もこれに連れて下降するので、ばね上質量の上下移動速度の符号は負となる。この両者が互いに逆符号となる時には、減衰力を低める、即ちダンパが柔らかくなるように減衰力を制御する。

車輪が突起を完全に乗り越えて平坦な路面に到達した直後は、車体は慣性で下向き移動を継続するのでばね上質量の上下移動速度の符号は負のままであるが、ダンパは車輪が下降を停止しているために収縮変位するので、そのピストン速度の符号は負となる。この両者が互いに同符号となる時には、減衰力を高める、即ちダンパが硬くなるように減衰力を制御する。

このようなスカイフック制御が行われる文献２に記載の技術においては、特に車体の挙動あるいは路面からの入力に応じて変化するばね下質量の状態量から、ばね下質量の共振周波数帯が振動周波数の主成分となる路面を走行していると判断された時は、ばね下質量の制振に重点をおいた係数で減衰力を制御するものとしている。
特開昭６０−１１３７１１号公報 特開平０６−２４７１２１号公報

しかるに、文献２に記載の技術によると、ばね下質量の制振に重きをおいて減衰力を制御するものなので、接地性が高まる反面、乗り心地の悪化を容認せざるを得ない面があった。

本発明は、このような従来技術の不都合に対処すべく案出されたものであり、その主な目的は、乗り心地を損なわずにばね下質量の制振を達成し得るように改善された可変減衰力ダンパの制御装置を提供することにある。

このような課題を解決するため、本発明の請求項１は、車両の懸架装置に用いられるダンパの減衰力を制御するための可変減衰力ダンパの制御装置を、車体５と車輪２との上下方向の相対変位量に関わる値の出力手段（ストロークセンサ１５）と、車体と車輪との上下方向の相対速度に関わる値の出力手段（速度演算回路２２）と、相対変位量に関わる値と相対速度に関わる値とを乗算する乗算手段（乗算回路２３）とを有し、乗算手段の出力に基づいて当該ダンパの減衰力制御目標値を設定することを特徴とするものとした。特に好ましくは、請求項２の構成、即ち、乗算手段の出力の符号を判別し、その符号に応じて減衰力制御目標値を変更するゲイン設定手段（ゲイン設定回路２４）を有するものとしたり、請求項３の構成、即ち、減衰力制御目標値を、乗算手段の出力に比例した値に設定されるものとしたり、請求項４の構成、即ち、減衰力制御目標値を、横加速度、前後加速度、並びに車速に応じた重み付け補正するものとしたりすると良い。

このような本発明によれば、ダンパの変位量と変位速度との乗算値を用いることにより、ダンパの伸縮速度が増加する領域と減少する領域とを容易に判別することができる。そして、各領域のそれぞれに互いに異なる制御ゲインを与えることにより、ばね上振動に影響を与えることなくばね下振動を低減することのできる減衰力の最適制御が可能となる。また、横加速度、前後加速度、並びに車速によって各車輪に作用する荷重の違いを判断できるので、これに応じて各車輪のダンパ毎に減衰係数を補正することにより、車両の運動状態に応じて減衰特性をより一層最適化することができる。従って、本発明により、高い乗り心地と操縦安定性とをより一層高いレベルで両立する上に多大な効果を奏することができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、４輪自動車の前後左右の各輪を車体に支持する自動車用懸架装置の基本的構成の一例を示している。この懸架装置１は、車輪２を支持したナックル３と、ナックル３を車体５に対して上下動可能に支持した上下のサスペンションアーム４Ｕ・４Ｌと、下サスペンションアーム４Ｌと車体５との間に並列に設けられた圧縮コイルばね６及び油圧ダンパ７とからなっている。

油圧ダンパ７は、例えばＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid：磁気粘性流体）を封入してなる可変減衰力ダンパが用いられている。このダンパ７は、ピストンに設けたＭＬＶ（Magnetizable Liquid Valve：磁気流体バルブ）に加える電流を制御することにより、ピストンが上下動してダンパ７が伸縮する際に、ピストンに設けたオリフィスを介してピストン上室とピストン下室との間を流動するＭＲＦの見かけ上の粘度を変化させ、これによって減衰力を連続的に変化させることができるものである（特許文献１を参照されたい）。

ダンパ７の減衰力は、例えば、横加速度センサ１１、前後加速度センサ１２、上下加速度センサ１３、ヨーレイトセンサ１４、ダンパストロークセンサ１５・・・等の各出力に基づいて、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１６に格納された演算器で制御目標値を算出し、そのときの車両挙動が最適となるように制御される。

次に本発明によるダンパストロークセンサ１５の出力を用いた減衰力制御について図２を参照して説明する。

ダンパストロークセンサ１５の出力からダンパの変位量が得られるので、平坦路を走行する際のダンパストロークセンサ１５の出力を、ハイパスフィルタからなるゼロ点合わせ回路２１を通過させることにより、ダンパの中立点を基準とした伸び側と縮み側との変位量を求める。そしてダンパの伸び側と縮み側との変位量を微分フィルタからなる速度演算回路２２に入力し、ダンパの伸び側と縮み側との変位速度を求める。

これらの変位量と変位速度とを乗算回路２３で乗算することにより、ベース減衰力目標値が得られるので、その出力（変位量×変位速度）にゲイン設定回路２４が設定した所定の減衰係数（ゲイン）を乗算し、且つ絶対値化回路２５で絶対値にすることにより、減衰力制御目標値とする。ここで減衰係数は、乗算回路２３の出力の正側を相対的に大きな値とし、負側を相対的に小さな値とした比例定数であり、減衰力制御目標値は、乗算回路２３の出力に比例した値となる。

次に車輪２と車体５との関係について、路面の凹凸を車輪２が通過する際の挙動を例にとり、図３および図４を参照して概念的に説明する。

路面の凸部３１に車輪２が乗り上げると、ばね６及びダンパ７は収縮方向に変位しつつ変位速度を高める。つまりダンパ７は縮みながら増速する。

車輪２が凸部３１の頂点に近づくに連れてばね６及びダンパ７の収縮方向変位量は最大値に近づき、且つばね６の圧縮反力が増大するので、ダンパ７の変位速度は低下する。つまりダンパ７は縮みながら減速する。そして車輪２が凸部３１の頂点に達したところでダンパ７の変位量が最大となり、且つダンパ７の変位速度はゼロになる（図４のａ点）。

車輪２が凸部３１の頂点を越えると、ばね６の反発力によってばね６及びダンパ７は伸張方向に変位しつつ変位速度を高める。つまりダンパ７は伸びながら増速する。そして車輪２が凸部３１を乗り越えて凹部３２に落ち込んだ場合、ダンパ変位の中立点を通過するところでダンパ７の変位速度はピークに達する（図４のｂ点）。

車輪２が凹部３２の底へ近づくに連れてばね６の伸張反力が増大するので、ダンパ７の変位速度は低下する。つまりダンパ７は伸びながら減速する。そして車輪２が凹部３２の底に到達したところでダンパ７の伸張変位量が最大となり、且つダンパ７の変位速度はゼロになる（図４のｃ点）。

車輪２が凹部３２の底を通過すると、ばね６及びダンパ７は収縮方向に変位しつつ変位速度を高める。つまりダンパ７は縮みながら増速する。

この変位量と変位速度とを乗算すると、その符号により、ダンパ７が減速しつつあるのか、増速しつつあるのかを判別することができるので（正側が減速、負側が増速）、変位量と変位速度との積の符号に応じて減衰係数を適切に変更することにより、車輪２が路面の凹凸を通過する時の突き上げ感の抑制作用並びにばね下質量のオーバーシュートの抑制作用を、車輪２の接地性を損なうことなく実現することができる。

より具体的に言うと、ダンパ７が縮みながら減速する時（変位量と変位速度の積の符号が正）は、減衰係数を高くしてダンパ７を硬くすることで車輪２のばたつきを抑制し、またダンパ７が伸びながら増速する時（変位量と変位速度の積の符号が負）は、減衰係数を低くしてダンパ７を柔らかくすることで接地性を確保する。そして、ダンパ７が伸びながら減速する時（変位量と変位速度の積の符号が正）は、減衰係数を高くしてダンパ７を硬くすることで車輪２のばたつきを抑制し、ダンパ７が縮みながら増速する時（変位量と変位速度の積の符号が負）は、減衰係数を低くしてダンパ７を柔らかくすることで路面のショックを車体５に伝えないようにする。

このようにして、車体５に対する突き上げ感が発生する可能性のある領域では減衰力の制御目標値を低くして乗り心地を高め、車輪２がオーバーシュートする可能性のある領域では減衰力の制御目標値を高くしてばたつき感を低減する制御が、変位量と変位速度との積を求めるだけで実行することができる。

次に、ダンパの減衰力の制御目標値を最終的に決定するゲイン設定回路２４におけるゲインの重み付け補正について説明する。

ゲイン設定回路２４は、車速に応じて減衰係数補正値を変化させる車速マップを保持している。この車速マップは、図５に示すように、車速に応じて補正値の増加率が３段階に変化しており、例えば時速１００kmまでの通常走行域は、車速の増大に対する補正値の増加率が緩慢であり、時速１００kmから時速２００kmまでの高速域は、車速の増大に対する補正値の増加率が急峻であり、時速２００kmを超える超高速域は、車速の増大に対する補正値の増加率がごく小さくなり、且つ頭打ちとなる特性が与えられている。

直進走行時は、４輪共に車速マップの補正値を適用する。これにより、時速１００km以下の通常走行域では、乗り心地を重視した低めの減衰係数に設定にされ（ダンパの効きが柔らかめになる）、高速域では、操縦安定性を重視した高めの減衰係数に設定される（ダンパの効きが堅めになる）。

また、ゲイン設定回路２４は、横加速度に応じて減衰係数補正値を変化させる第１の横加速度マップと第２の横加速度マップとを保持している。第１の横加速度マップは、図６に示すように、横加速度が高くなるに連れて補正値の増加率が徐々に低くなる特性が与えられており、第２の横加速度マップは、図７に示すように、横加速度が高くなるに連れて補正値の増加率が徐々に高くなる特性が与えられている。

旋回時は、第１、第２の両横加速度マップの補正値を適用し、横加速度が比較的低い低速旋回または小舵角の旋回時は、乗り心地を重視した低めの減衰係数に設定され、横加速度が比較的高い急速旋回または大舵角の旋回時は、操縦安定性を重視した高めの減衰係数に設定される。それと同時に、横加速度の影響によって輪重がより大きくなる旋回円外側ダンパの減衰係数が、旋回円内側ダンパのそれよりも高めに設定される。

更に、ゲイン設定回路２４は、前後加速度に応じて減衰係数補正値を変化させる第１の前後加速度マップと第２の前後加速度マップとを保持している。第１の前後加速度マップは、図８に示すように、前後加速度が高くなるに連れて補正値の増加率が徐々に低くなる特性が与えられており、第２の前後加速度マップは、図８に示すように、前後加速度が高くなるに連れて補正値の増加率が徐々に高くなる特性が与えられている。

制動時は、第１、第２の両前後加速度マップの補正値が適用され、減速時の重心移動によって輪重がより大きくなる前側ダンパの減衰係数が、後側ダンパのそれよりも高めに設定されると共に、減速度が比較的低い緩制動時は、乗り心地を重視した低めの減衰係数に設定にされ、減速度が比較的高い急制動時は、姿勢変化を抑制するために高めの減衰係数に設定される。

そして加速時は、第１、第２の両前後加速度マップの補正値を適用し、加速時の重心移動によって輪重がより大きくなる後側ダンパの減衰係数を、前側ダンパのそれよりも高めに設定すると共に、加速度が比較的低い緩加速時は、乗り心地を重視した低めの減衰係数に設定にし、加速度が比較的高い急加速時は、姿勢変化を抑制するために高めの減衰係数に設定する。

これらの減衰係数補正値マップを、例えば直進中の加減速あるいは旋回中の加減速など、運転状況の違いに応じて適宜に組み合わせて適用することにより、前後左右の各車輪のダンパの減衰力を個々に最適制御することができる。

なお、上述の補正値を適用するベース減衰力目標値は、絶対値化回路２３で絶対値化せずに、サチュレーション回路等によってマイナス側をカットした値を用いても良い。

本発明を適用するに当たり、減衰力の可変手段の構成は特に限定されるものではなく、例えばロータリーバルブなどによって機械式オリフィスの面積を切り替えるものでも実施可能である。また本発明の概念は、パッシブ制御の懸架装置に限らず、コイルばねとダンパとの機能を油圧アクチュエータに置き換えたアクティブ制御の懸架装置にも適用することができる。

本発明が適用される懸架装置の一輪の構成図である。 本発明による制御フロー図である。 本発明が適用される懸架装置のモデル図である。 本発明の作用を説明するための入出力線図である。 車速対応減衰係数補正値マップの特性線図である。 第１の横加速度対応減衰係数補正値マップの特性線図である。 第２の横加速度対応減衰係数補正値マップの特性線図である。 第１の前後加速度対応減衰係数補正値マップの特性線図である。 第２の前後加速度対応減衰係数補正値マップの特性線図である。

符号の説明

２ 車輪
５ 車体
７ ダンパ
１５ ストロークセンサ
１６ ＥＣＵ
２２ 速度演算回路
２３ 乗算回路
２４ ゲイン設定回路

Claims (4)

1. 車両の懸架装置に用いられるダンパの減衰力を制御するための可変減衰力ダンパの制御装置であって、
   車体と車輪との上下方向の相対変位量に関わる値の出力手段と、
   車体と車輪との上下方向の相対速度に関わる値の出力手段と、
   前記相対変位量に関わる値と前記相対速度に関わる値とを乗算する乗算手段とを有し、 前記乗算手段の出力に基づいて当該ダンパの減衰力制御目標値を設定することを特徴とする可変減衰力ダンパの制御装置。
2. 前記乗算手段の出力の符号を判別し、その符号に応じて前記減衰力制御目標値を変更するゲイン設定手段を有す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の制御装置。
3. 前記減衰力制御目標値は、前記乗算手段の出力に比例した値に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変減衰力ダンパの制御装置。
4. 車両の懸架装置に用いられるダンパの減衰力を制御するための可変減衰力ダンパの制御装置であって、
   車体と車輪との上下方向の相対変位量に関わる値の出力手段と、
   車体と車輪との上下方向の相対速度に関わる値の出力手段と、
   前記相対変位量に関わる値と前記相対速度に関わる値とを乗算する乗算手段と、
   前記乗算手段の出力に基づいて当該ダンパの減衰力制御目標値を設定する手段と、
   前記減衰力制御目標値を、横加速度、前後加速度、並びに車速に応じて補正するゲイン設定手段とを有することを特徴とする可変減衰力ダンパの制御装置。

Images