JP2009040171A - 減衰力可変ダンパの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 乗り心地と操縦安定性との両立を実現した減衰力可変ダンパの制御装置を提供する。
【解決手段】 ダンパ制御装置５０は、ステップＳ２２で自動車Ｖが不整路を走行中であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであった場合、ステップＳ２３で第１ローパスフィルタ６２（出力信号Ｉｔｇｔ１）を選択してスタートに戻る。ステップＳ２２の判定がＮｏであった場合、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ２４で、減衰力設定部５２からの入力情報に基づき、ロール制御やピッチ制御が現在行われているか否かを判定し、この判定がＮｏであれば、ステップＳ２３で第１ローパスフィルタ６２を選択してスタートに戻る。ステップＳ２４の判定がＮｏであった場合、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ２５で第２ローパスフィルタ６３（出力信号Ｉｔｇｔ２）を選択してスタートに戻る。
【選択図】 図７

Description

本発明は、電流制御式の減衰力可変ダンパを制御する制御装置に係り、詳しくは乗り心地と操縦安定性との両立を実現する技術に関する。
近年、自動車用サスペンションを構成する筒型ダンパとして、操縦安定性と乗り心地とを高い次元で両立させるべく、自動車の運動状態等に応じて減衰力を可変制御できる減衰力可変型のもの（減衰力可変ダンパ）が種々開発されている。減衰力可変ダンパとしては、オリフィス面積を変化させるロータリバルブをピストンに設け、このロータリバルブをアクチュエータによって回転駆動する機械式のものが主流であったが、構成の簡素化や制御応答性の向上等を実現すべく、作動油に磁気粘性流体（Magneto-Rheological Fluid：以下、ＭＲＦと記す）を用い、ピストンに設けられた磁気流体バルブ（Magnetizable Liquid Valve：以下、ＭＬＶと記す）によってＭＲＦの粘度を制御するもの（以下、ＭＲＦ式減衰力可変ダンパと記す）が出現している（特許文献１参照）。
一般に、ＭＲＦ式減衰力可変ダンパを制御するダンパ制御装置では、目標減衰力設定手段が車体の横加速度や前後加速度等に応じて各車輪ごとの目標減衰力を設定した後、目標電流設定手段が目標減衰力とダンパのストローク速度とに応じて各ＭＬＶに対する目標電流を設定している。通常、横加速度や前後加速度、ダンパのストローク速度等は車体や懸架装置に配置された各種センサ（横Ｇセンサや前後Ｇセンサ、ストロークセンサ等）によって検出されるが、これらセンサの検出信号には種々の高周波ノイズが重畳される。そのため、所定のカットオフ周波数を有するローパスフィルタを用い、センサの検出信号や目標電流から高周波ノイズを除去（減衰）することで制御信頼性の向上を図っている（特許文献２，３参照）。
特開２００６−２７３２２３号公報 特開平７−２５２５７号公報 特開平６−２７８６３８号公報
特許文献２，３のローパスフィルタは一定の応答性をもって検出信号から高周波成分を除去するが、そのことに起因して以下に述べる問題が生じていた。例えば、自動車が不整路を屈曲走行する際、ストロークセンサの検出信号は、図１１（ａ）に示すように、ばね上共振周波数付近で振動しながらその方向が正負の間で反転することがある。このとき、ローパスフィルタの応答性が低く設定されていると、図１１（ｂ）に示すように、ダンパの減衰力発生方向が変化する際に減衰力（すなわち、目標電流）がオーバシュートし、乗り心地が悪化してしまう虞があった。一方、自動車が平坦路を定常円旋回走行する際、ストロークセンサの検出信号は、図１２（ａ）に示すように、略０に近い値で推移するが、横Ｇセンサやストロークセンサ自体で発生する高周波ノイズがときおり混入する。このとき、ローパスフィルタの応答性が高く設定されていると、図１２（ｂ）に示すように、高周波ノイズに起因する減衰力の低下量が大きくなり、車体の円滑な姿勢制御が行われなくなる虞があった。
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、乗り心地と操縦安定性との両立を実現した減衰力可変ダンパの制御装置を提供することを目的とする。
請求項１の発明は、車両に搭載され、車体の懸架に供される電流制御式の減衰力可変ダンパを制御する制御装置であって、前記車体の運動状態を検出する運動状態検出手段と、前記車両が走行する路面状態を判定する路面状態判定手段と、前記運動状態検出手段の検出結果に基づき、前記減衰力可変ダンパの目標減衰力を設定する目標減衰力設定手段と、前記目標減衰力設定手段の設定結果と前記減衰力可変式ダンパのストローク速度とに基づき、当該減衰力可変式ダンパに対する目標電流を設定する目標電流設定手段と、前記目標電流の高周波成分をカットオフする第１ローパスフィルタと、前記第１ローパスフィルタとは異なる応答特性をもって、前記目標電流の高周波成分をカットオフする第２ローパスフィルタと、前記運動状態検出手段の検出結果と前記路面状態判定手段の判定結果との少なくとも一方に基づき、前記第１ローパスフィルタと前記第２ローパスフィルタとのどちらか一方を選択するローパスフィルタ選択手段とを備えたことを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載された減衰力可変ダンパの制御装置において、前記路面状態判定手段は、前記減衰力可変ダンパの作動状態と前記車体の上下運動状態との少なくとも一方に基づき前記路面状態を判定することを特徴とする。
請求項１の発明によれば、例えば、不整路走行時にローパスフィルタ選択手段が第１ローパスフィルタを選択することにより、ダンパの減衰力発生方向が変化する際の減衰力のオーバシュートが抑制されて乗り心地の悪化が起こり難くなり、平坦路を定常円旋回走行時にローパスフィルタ選択手段が第２ローパスフィルタを選択することにより、高周波ノイズに起因する減衰力の低下量が抑制され、車体の円滑な姿勢制御が阻害され難くなる。また、請求項２の発明によれば、既設のストロークセンサや上下Ｇセンサを用いて路面状態を検出できるため、装置コストの上昇を抑制できる。
以下、図面を参照して、本発明を４輪乗用車に適用した実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態に係る４輪自動車の概略構成図であり、図２は実施形態に係るダンパの縦断面図であり、図３は実施形態に係るダンパ制御装置の概略構成を示すブロック図であり、図４は実施形態に係る目標電流生成部の概略構成を示すブロック図である。
≪実施形態の構成≫
＜自動車の概略構成＞
先ず、図１を参照して、実施形態に係る自動車の概略構成について説明する。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤやサスペンション等については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば、車輪３ｆｌ（左前）、車輪３ｆｒ（右前）、車輪３ｒｌ（左後）、車輪３ｒｒ（右後）と記すとともに、総称する場合には、例えば、車輪３と記す。
図１に示すように、自動車（車両）Ｖはタイヤ２が装着された４つの車輪３を備えており、これら各車輪３がサスペンションアームや、スプリング、ＭＲＦ式減衰力可変ダンパ（以下、単にダンパと記す）４等からなるサスペンション５によって車体１に懸架されている。自動車Ｖには、サスペンションシステムの制御主体であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）７や、ＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）８が設置されている。また、自動車Ｖは、車速を検出する車速センサ９や、横加速度を検出する横Ｇセンサ１０、前後加速度を検出する前後Ｇセンサ１１等の他、ダンパ４の変位を検出するストロークセンサ１２と、ホイールハウス付近の上下加速度を検出する上下Ｇセンサ１３とを各車輪３ごとに備えている。
ＥＣＵ７は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して各車輪のダンパ４や各センサ９〜１３と接続されている。
＜ダンパの構造＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ４は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、ＭＲＦが充填された円筒状のシリンダチューブ２１と、このシリンダチューブ２１に対して軸方向に摺動するピストンロッド２２と、ピストンロッド２２の先端に装着されてシリンダチューブ２１内を上部油室２４と下部油室２５とに区画するピストン２６と、シリンダチューブ２１の下部に高圧ガス室２７を画成するフリーピストン２８と、ピストンロッド２２等への塵埃の付着を防ぐカバー２９と、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ３０とを主要構成要素としている。
シリンダチューブ２１は、下端のアイピース２１ａに嵌挿されたボルト３１を介して、車輪側部材であるトレーリングアーム３５の上面に連結されている。また、ピストンロッド２２は、上下一対のブッシュ３６とナット３７とを介して、その上端のスタッド２２ａが車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）３８に連結されている。
ピストン２６には、上部油室２４と下部油室２５とを連通する環状連通路３９と、環状連通路３９の内側に配設されたＭＬＶコイル４０とが設けられている。ＥＣＵ７からＭＬＶコイル４０に電流が供給されると、環状連通路３９を流通するＭＲＦに磁界が印可されて強磁性微粒子が鎖状のクラスタを形成し、環状連通路３９内を通過するＭＲＦの見かけ上の粘度が上昇する。
＜ダンパ制御装置の概略構成＞
ＥＣＵ７には、図３にその概略構成を示すダンパ制御装置５０が内装されている。ダンパ制御装置５０は、上述した各センサ１０〜１３等が接続する入力インタフェース５１と、センサ１０，１１，１３等から入力した検出信号に基づき各ダンパ４の目標減衰力を設定する減衰力設定部（目標減衰力設定手段）５２と、ストロークセンサ１２の検出結果に基づいて減衰力設定部５２から入力した３つの目標減衰力のうち１つを選択する目標減衰力選択部５３と、目標減衰力選択部５３で選択された目標減衰力やストロークセンサ１２の検出結果等に応じて各ダンパ４（ＭＬＶコイル４０）に対する目標電流を生成する目標電流生成部５４と、目標電流生成部５４により生成された電流を各ダンパ４に出力する出力インタフェース５５とから構成されている。なお、減衰力設定部５２には、スカイフック制御に供されるスカイフック制御部５７や、ロール制御に供されるロール制御部５８、ピッチ制御に供されるピッチ制御部５９等が収容されている。
＜目標電流生成部＞
図４に示すように、目標電流生成部５４は、目標減衰力選択部５３から入力した目標減衰力Ｄｔｇｔとストロークセンサ１２から入力したストローク速度Ｓｓとに基づいて基本目標電流Ｉｂａｓｅを設定する基本目標電流設定部６１と、基本目標電流設定部６１から入力した基本目標電流Ｉｂａｓｅを所定の応答特性をもって処理する第１ローパスフィルタ６２と、基本目標電流設定部６１から入力した基本目標電流Ｉｂａｓｅを第１ローパスフィルタ６２より低い応答特性をもって処理する第２ローパスフィルタ６３と、ストロークセンサ１２から入力したストローク速度Ｓｓに基づいて走行路面の状態を判定する路面状態判定部６４と、減衰力設定部５２からの入力信号と路面状態判定部６４から入力した判定結果に基づいて第１ローパスフィルタ６２の出力と第２ローパスフィルタ６３の出力とのどちらか一方を選択する目標電流選択部６５とを各車輪３ごとに備えている。
≪実施形態の作用≫
＜減衰力制御＞
自動車が走行を開始すると、ダンパ制御装置５０は、所定の処理インターバル（例えば、２ｍｓ）をもって、図５のフローチャートにその手順を示す減衰力制御を実行する。減衰力制御を開始すると、ダンパ制御装置５０は、図５のステップＳ１で、横Ｇセンサ１０、前後Ｇセンサ１１および上下Ｇセンサ１３から得られた車体１の各加速度や、車速センサ（図示せず）から入力した車体速度、操舵角センサ（図示せず）から入力した操舵速度等に基づき自動車Ｖの運動状態を判定する。次に、ダンパ制御装置５０は、自動車Ｖの運動状態に基づき、ステップＳ２で各ダンパ４のスカイフック制御目標値Ｄｓｈを算出し、ステップＳ３で各ダンパ４のロール制御目標値Ｄｒを算出し、ステップＳ４で各ダンパ４のピッチ制御目標値Ｄｐを算出する。
次に、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ５で各ダンパ４のストローク速度Ｓｓが正の値であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであった場合（すなわち、ダンパ４が伸び側に作動している場合）、ステップＳ６で３つの制御目標値Ｄｓｈ，Ｄｒ，Ｄｐのうち値が最も大きいものを目標減衰力Ｄｔｇｔに設定する。また、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ５の判定がＮｏであった場合（すなわち、ダンパ４が縮み側に作動している場合）、ステップＳ７で３つの制御目標値Ｄｓｈ，Ｄｒ，Ｄｐのうち値が最も小さいものを目標減衰力Ｄｔｇｔに設定する。
ステップＳ６またはステップＳ７で目標減衰力Ｄｔｇｔを設定すると、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ８で図６の目標電流マップから目標電流Ｉｔｇｔを検索／設定する。次に、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ９でローパスフィルタ（第１ローパスフィルタ６２または第２ローパスフィルタ６３）により目標電流Ｉｔｇｔの高周波成分を処理した後、ステップＳ１０で目標電流Ｉｔｇｔに応じた駆動電流を出力する。
＜目標電流選択制御＞
ダンパ制御装置５０は、上述した減衰力制御と並行するかたちで、図７のフローチャートにその手順を示す目標電流選択制御を実行する。目標電流選択処理を開始すると、ダンパ制御装置５０は、先ず図７のステップＳ２１で、ストローク速度Ｓｓから得られるダンパ４の振動周波数に基づき、現在走行している路面の状態を推定する。例えば、図８に示すように、ダンパ４のストローク速度Ｓｓが０に近い正負の閾値（図８中に破線で示す）のどちらか一方を越えた場合、他方を越える時点までの経過時間ｔ１を算出し、この経過時間ｔ１を２倍した値の逆数としてダンパ４の振動周波数を求める。そして、ダンパ４のストローク速度Ｓｓが最後に閾値を越えた時点から、ばね上共振周波数の半周期ｔ２を経過する間にストローク速度Ｓｓが閾値を越えたときには、ばね上共振周波数以上での振動が続いている（不整路である）と推定し、ばね上共振周波数の半周期ｔ２を経過してもストローク速度Ｓｓが閾値を越えないときには、ダンパ４のばね上共振周波数以上での振動が収まった（不整路から平坦路に変わった）と推定する。
次に、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ２２で自動車Ｖが不整路を走行中であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであった場合、ステップＳ２３で第１ローパスフィルタ６２（出力信号Ｉｔｇｔ１）を選択してスタートに戻る。これにより、自動車Ｖが不整路を屈曲走行し、図９（ａ）に示すように、ストローク速度Ｓｓがばね上共振周波数付近で振動しながらその方向が正負の間で反転しても、第１ローパスフィルタ６２の応答性が高いために、図９（ｂ）に実線で示すように、ダンパの減衰力発生方向が変化する際の減衰力（すなわち、目標電流）のオーバシュートが抑制されて乗り心地の悪化が起こり難くなる。なお、図９（ｂ）において、従来装置での減衰力の変化を破線で示す。
一方、ステップＳ２２の判定がＮｏであった場合、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ２４で、減衰力設定部５２からの入力情報に基づき、ロール制御やピッチ制御が現在行われているか否かを判定し、この判定がＮｏであれば、ステップＳ２３で第１ローパスフィルタ６２を選択してスタートに戻る。これにより、自動車Ｖが直進走行中に路面の微少な凹凸を通過しても、第１ローパスフィルタ６２の応答性が高いために、ダンパ４の減衰力が迅速に変化して乗り心地の悪化が起こり難くなる。
また、ステップＳ２４の判定がＮｏであった場合、ダンパ制御装置５０は、ステップＳ２５で第２ローパスフィルタ６３（出力信号Ｉｔｇｔ２）を選択してスタートに戻る。これにより、自動車Ｖが平坦路を定常円旋回走行している際に、図１０（ａ）に示すようにストローク速度Ｓｓに高周波ノイズが混入しても、第２ローパスフィルタ６３の応答性が低いために、図１０（ｂ）に実線で示すように、高周波ノイズに起因する減衰力の低下が抑制され、車体の円滑な姿勢制御が阻害され難くなる。なお、図１０（ｂ）において、従来装置での減衰力の変化を破線で示す。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は本発明をＭＲＦ式減衰力可変ダンパに適用したものであるが、磁性流体を用いた減衰力可変ダンパや、機械式の減衰力可変ダンパに適用してもよい。また、上記実施形態では、走行路面の状態をストローク速度に基づき推定するようにしたが、車体の上下加速度や車輪の上下加速度、車体の前後加速度周期や横加速度周期等に基づいて推定するようにしてもよい。また、上記実施形態では、目標電流選択部が第１ローパスフィルタからの出力信号と第２ローパスフィルタからの出力信号とのどちらかを選択するようにしたが、基本目標電流を第１ローパスフィルタと第２ローパスフィルタとのどちらかによって処理させるようにしてもよい。その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば、ダンパ制御装置の具体的構成や制御の具体的手順等についても適宜変更可能である。
実施形態に係る４輪自動車の概略構成図である。 実施形態に係るダンパの縦断面図である。 実施形態に係るダンパ制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る目標電流生成部の概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る減衰力制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る目標電流マップである。 実施形態に係る目標電流選択制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る走行時におけるストローク速度の変化を示すグラフである。 実施形態に係る不整路走行時のストローク速度と減衰力との変化を示すグラフである。 実施形態に係る平坦路走行時のストローク速度と減衰力との変化を示すグラフである。 従来装置に係る不整路走行時のストローク速度と減衰力との変化を示すグラフである。 従来装置に係る平坦路走行時のストローク速度と減衰力との変化を示すグラフである。
符号の説明
１ 車体
２ タイヤ
３ 車輪
４ ダンパ（減衰力可変ダンパ）
５ サスペンション
７ ＥＣＵ
９ 車速センサ
１０ 横Ｇセンサ（運動状態検出手段）
１１ 前後Ｇセンサ（運動状態検出手段）
１２ ストロークセンサ（運動状態検出手段）
１３ 上下Ｇセンサ（運動状態検出手段）
５０ ダンパ制御装置
５２ 減衰力設定部
５３ 目標減衰力選択部
５４ 目標電流生成部
６１ 基本目標電流設定部
６２ 第１ローパスフィルタ
６３ 第２ローパスフィルタ
６４ 路面状態判定部（路面状態判定手段）
６５ 目標電流選択部（ローパスフィルタ選択手段）
Ｖ 自動車（車両）

Claims (2)

  1. 車両に搭載され、車体の懸架に供される電流制御式の減衰力可変ダンパを制御する制御装置であって、
    前記車体の運動状態を検出する運動状態検出手段と、
    前記車両が走行する路面状態を判定する路面状態判定手段と、
    前記運動状態検出手段の検出結果に基づき、前記減衰力可変ダンパの目標減衰力を設定する目標減衰力設定手段と、
    前記目標減衰力設定手段の設定結果と前記減衰力可変式ダンパのストローク速度とに基づき、当該減衰力可変式ダンパに対する目標電流を設定する目標電流設定手段と、
    前記目標電流の高周波成分をカットオフする第１ローパスフィルタと、
    前記第１ローパスフィルタとは異なる応答特性をもって、前記目標電流の高周波成分をカットオフする第２ローパスフィルタと、
    前記運動状態検出手段の検出結果と前記路面状態判定手段の判定結果との少なくとも一方に基づき、前記第１ローパスフィルタと前記第２ローパスフィルタとのどちらか一方を選択するローパスフィルタ選択手段と
    を備えたことを特徴とする減衰力可変ダンパの制御装置。
  2. 前記路面状態判定手段は、前記減衰力可変ダンパの作動状態と前記車体の上下運動状態との少なくとも一方に基づき前記路面状態を判定することを特徴とする、請求項１に記載された減衰力可変ダンパの制御装置。
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