JP2009179088A

JP2009179088A - 減衰力可変ダンパの制御装置

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Publication number: JP2009179088A
Application number: JP2008017608A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 貴史加藤; Toshimitsu Kachi; 利充加地
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2028-01-29
Also published as: JP5144289B2

Abstract

【課題】旋回走行時における操縦安定性の向上等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】後輪減衰力補正部は、ステップＳ２１で、アクセルセンサから入力したアクセルポジションＰａに基づいてアクセルペダルの踏込速度Ｓａを算出した後、ステップＳ２２で、この踏込速度Ｓａに基づき減衰力補正ベース値ＤＣｂを算出する。ステップＳ２３で、ヨーレイトセンサから入力したヨーレイトγと、操舵角センサから入力した操舵角δと、車速センサから入力した車速ｖとに基づき走行路面の摩擦係数μを推定した後、摩擦係数μに基づきμゲインＧμを設定する。ステップＳ２５で、車速センサから入力した車速ｖに基づき車速ゲインＧｖを設定する。ステップＳ２６で、減衰力補正ベース値ＤＣｂに対してμゲインＧμおよび車速ゲインＧｖを乗じることによって減衰力補正値ＤＣを算出する。
【選択図】図７

Description

本発明は、減衰力可変ダンパの制御装置に係り、詳しくは、旋回走行時における操縦安定性の向上等を実現する技術に関する。

ＦＲ（フロントエンジン・リヤドライブ）等の後輪駆動レイアウトが採用された自動車では、旋回走行時に運転者がアクセルペダルを踏み込んで駆動力を増大させてゆくと、タイヤの横力と駆動力との合力が摩擦円を逸脱した時点で後輪が滑り始め、車体には旋回内側に向かうヨーレートが発生する。この際、運転者は、車体のオーバステア状態を抑制するため、旋回外側に向けて操舵する（すなわち、カウンタステア操作を行う）ことが多い。これにより、車体には旋回外側に向かうヨーレートが生起され、上述した旋回内側に向かうヨーレートが打ち消されて車体のスピンが防止される。また、摩擦係数が低い降雨路や氷雪路等（以下、低μ路と記す）では、乾燥した舗装路等に較べてタイヤの摩擦円が小さくなることから、旋回走行時に急激なアクセルペダル操作が行われると容易にオーバステア状態に陥る。この問題を解消するものとしては、ＴＢＷ（Throttle Ｂy Wire：スロットルバイワイヤシステム）によってスロットル開度を小さくする方法や、ＶＳＡ（Vehicle Stability Assist:車両挙動安定化制御システム）によって旋回外側のホイールを制動する方法が公知となっている。

一方、自動車のサスペンションに用いられる筒型ダンパとして、乗り心地や操縦安定性の向上を図るべく、減衰力を段階的あるいは無段階に可変制御できる減衰力可変型のものが種々開発されている。減衰力可変ダンパ（以下、単にダンパと記す）を装着した車両では、車両の走行状態に応じてダンパの減衰力を可変制御することにより、操縦安定性や乗り心地の向上を図ることが可能となる。例えば、車両の旋回走行時には横方向運動に伴う慣性力（横加速度）によって車体が左右方向にロールするが、横加速度の微分値に応じてダンパの目標減衰力を高くすることにより、車体の過大なロールを抑制できる。また、小さな凹凸が連続するような不整路を走行する際には車輪が短い周期で上下動するが、ダンパのストローク速度に応じてダンパの目標減衰力を低くすることにより、車輪の上下動が車体へ伝達されることを抑制できる（特許文献１参照）。
特開２００６−６９５２７号公報

従来の自動車では、運転者がカウンタステア操作を行っても、旋回走行時におけるオーバステア状態が効果的に抑制されないことがあった。すなわち、カウンタステア操作が行われても、サスペンション（スプリングおよびダンパ）の剛性が低い場合には車体がロールしてしまい、旋回外側に向かうヨーレートが生起され難くなるのである。このような問題を解消する方法として、カウンタステア操作を行いやすくすべくステアリングレシオ（操舵ゲイン）を大きくすることが考えられるが、その場合には高車速域でのヨーゲインが大きくなり過ぎて操縦が難しくなる。また、サスペンションのスプリングにばねレートの高いものを用いたり、ダンパの減衰力を高めたりすることが考えられるが、これらはいずれも乗り心地の悪化をもたらすために採用することが難しかった。

また、高速旋回走行時に運転者がアクセルペダルを踏み込むと、旋回内側に向かう大きなヨーレイトが生起されてオーバステア状態が発生しやすくなる。そして、このようなオーバステア状態を抑制すべくダンパの減衰力を低めた場合、中低速旋回走行時におけるアクセルペダルの踏み込みによる姿勢制御が行い難くなる。また一方、低μ路を旋回走行する際のオーバステア状態をＴＢＷやＶＳＡによって抑制する前述の方法には、運転者の加速意志に反して車両が減速されてしまうことから、操縦フィーリングが悪くなるという問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、旋回走行時における操縦安定性の向上等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。

第１の発明は、車体と車輪との間に減衰力可変ダンパが介装された車両に搭載され、当該減衰力可変ダンパの減衰力制御に供される制御装置であって、前記車体の運動状態に基づいて目標減衰力ベース値を設定するベース値設定手段と、前記車両が旋回走行状態にあるか否かを判定する旋回判定手段と、前記旋回判定手段によって前記車両が旋回状態にあると判定された場合、前記車両の運転操作状態と走行状態と走行環境との少なくとも１つに応じて前記目標減衰力ベース値を補正することによって駆動輪側の目標減衰力を設定する目標減衰力設定手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係る減衰力可変ダンパの制御装置において、運転者によるアクセルペダルの踏込状態量を検出する踏込状態量検出手段を更に備え、前記目標減衰力設定手段は、前記踏込状態量検出手段の検出結果に応じて前記目標減衰力ベース値を増加させることで前記目標減衰力を設定することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る減衰力可変ダンパの制御装置において、前記車両の車速を検出する車速検出手段を更に備え、前記目標減衰力設定手段は、車速検出手段の検出結果に応じて前記目標減衰力ベース値を減少させることで前記目標減衰力を設定することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１〜第３のいずれか１つの発明に係る減衰力可変ダンパの制御装置において、走行路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を更に備え、前記目標減衰力設定手段は、摩擦係数推定手段の推定結果に応じて前記目標減衰力ベース値を減少させることで前記目標減衰力を設定することを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば、旋回走行時にオーバステア状態が起きやすい状況が生じると、目標減衰力設定手段は、状況に応じて目標減衰力を増加あるいは減少させるため、旋回外側に向かうヨーレイトが生じやすくなったり、旋回内側に向かうヨーレイトを生じ難くなったりすることでオーバステア状態が抑制される。また、第２の発明によれば、旋回走行時に運転者がアクセルペダルを踏み込むと、アクセルペダルの踏込量や踏込速度に応じて目標減衰力ベース値を増加させることで目標減衰力が設定されるため、旋回外側に向かうヨーレイトがカウンタステア操作によって生じやすくなり（すなわち、ヨーレイト感度が高くなり）、オーバステア状態が起き難くなる。また、第３の発明によれば、高速旋回走行時においては、車速に応じて目標減衰力ベース値を減少させることで目標減衰力が設定されるため、運転者がアクセルペダルを踏み込んで駆動力を増大させても旋回内側に向かうヨーレイトが生じ難くなり（すなわち、ヨーレイト感度が低くなり）、オーバステア状態が起き難くなる。また、第４の発明によれば、低μ路における旋回走行時においては、走行路面の摩擦係数に応じて目標減衰力ベース値を減少させることで目標減衰力が設定されるため、運転者がアクセルペダルを踏み込んで駆動力を増大させても旋回内側に向かうヨーレイトが生じ難くなり、オーバステア状態が起き難くなる。

以下、本発明をＦＲレイアウトの４輪自動車に適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。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は実施形態に係る減衰力制御装置の概略構成を示すブロック図であり、図４は実施形態に係る後輪減衰力補正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応してする部材（タイヤやサスペンション等）については、それぞれ符号（数字）に前後左右を示す添字を付して、車輪３ｆｌ（左前）、車輪３ｆｒ（右前）、車輪３ｒｌ（左後）、車輪３ｒｒ（右後）等と記すとともに、総称する場合には添字の無い符号を用いて車輪３等と記す。

図１に示すように、自動車（車両）Ｖの車体１にはタイヤ２が装着された車輪３が前後左右に設置されており、各車輪３がサスペンションアーム４や、スプリング５、減衰力可変式ダンパ（以下、単にダンパと記す）６等からなるサスペンション７によって車体１にそれぞれ懸架されている。自動車Ｖには、各種の制御に供されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）８の他、車速センサ（車速検出手段）９や横Ｇセンサ１０、前後Ｇセンサ１１、ヨーレイトセンサ１２等が車体１の適所に設置されている。また、自動車Ｖには、車体１の上下加速度を検出する上下Ｇセンサ１３と、ダンパ６のストローク位置を検出するストロークセンサ１４とが各車輪３ｆｌ〜３ｒｒごとに設置されている。

自動車Ｖには、図示しないラックやピニオンからなるステアリングギヤ２１と、ステアリングホイール２２が後端に取り付けられたステアリングシャフト２３と、ステアリングシャフト２３に操舵アシスト力を与えるＥＰＳモータ２４とを主要構成要素とするＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）２５が装着されるとともに、ステアリングシャフト２３の近傍にはステアリングホイール２２の操舵角を検出する操舵角センサ（操舵角検出手段）２６が取り付けられている。また、自動車Ｖの運転席下部には、アクセルペダル２７の踏み込み量（アクセルポジション）を検出するアクセルセンサ２８（踏込状態量検出手段）が設置されている。

ＥＣＵ８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３のダンパ６や各センサ９〜１４，２６，２８と接続されている。

＜ダンパ＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ６は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、ＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid：磁気粘性流体）が充填された円筒状のシリンダ３２と、このシリンダ３２に対して軸方向に摺動するピストンロッド３３と、ピストンロッド３３の先端に装着されてシリンダ３２内を上部油室３４と下部油室３５とに区画するピストン３６と、シリンダ３２の下部に高圧ガス室３７を画成するフリーピストン３８と、ピストンロッド３３等への塵埃の付着等を防ぐカバー３９と、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ４０とを主要構成要素としている。

シリンダ３２は、下端のアイピース３２ａに嵌挿されたボルト４１を介して、車輪側部材であるサスペンションアーム４の上面に連結されている。また、ピストンロッド３３は、上下一対のラバーブッシュ４２とナット４３とを介して、その上端のスタッド３３ａが車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）４４に連結されている。

ピストン３６には、上部油室３４と下部油室３５とを連通する連通路４５と、この連通路４５の内側に位置するＭＬＶコイル４６とが設けられている。ＥＣＵ８からＭＬＶコイル４６に電流が供給されると、連通路４５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する。これにより、連通路４５を通過するＭＲＦの見かけ上の粘度（以下、単に粘度と記す）が上昇し、ダンパ６の減衰力が増大する。

＜減衰力制御装置の概略構成＞
図３に示すように、ＥＣＵ８には、ダンパ６の制御を行う減衰力制御装置５０が内装されている。減衰力制御装置５０は、上述した各センサ９〜１４，２６，２８が接続する入力インタフェース５１と、各センサ９〜１４，２６，２８の検出信号から得られたロールモーメントやピッチモーメント、ばね上速度等に基づき各ダンパ６の目標減衰力を設定する減衰力設定部５２と、減衰力設定部５２から入力した目標減衰力とストロークセンサ１４から入力したストローク速度Ｓｓとに応じて各ダンパ６（ＭＬＶコイル４６）への駆動電流を生成する駆動電流生成部５３と、駆動電流生成部５３が生成した駆動電流を各ダンパ６に出力する出力インタフェース５４とから構成されている。

減衰力設定部５２には、スカイフック制御ベース値Ｄｂｓｈを算出するスカイフックベース値演算部５５や、ロール制御ベース値Ｄｂｒを算出するロールベース値演算部５６、ピッチ制御ベース値Ｄｂｐを算出するピッチベース値演算部５７、自動車Ｖが旋回走行状態にあるか否かを判定する旋回判定部５８、旋回走行時に後輪側の目標減衰力ベース値Ｄｂｔｇｔを補正して目標減衰力Ｄｔｇｔを設定する後輪減衰力補正部５９（目標減衰力設定手段）が収容されている。なお、ロールベース値演算部５６は、横Ｇセンサ１０から入力した横加速度Ｇｙの微分値と、ヨーレイトセンサ１２から入力したヨーレイトγの２階微分値とに基づき、ロール制御ベース値Ｄｂｒを設定する。また、旋回判定部５８は、横加速度Ｇｙやヨーレイトγに基づいて、自動車Ｖが旋回走行中であるか否かを判定する。

＜後輪減衰力補正部＞
図４に示すように、後輪減衰力補正部５９は、減衰力補正部６１と、位相補償部６２と、補正ベース値算出部６３と、補正値設定部６４と、路面μ推定部６５（摩擦係数推定手段）と、μゲイン設定部６６と、車速ゲイン設定部６７とから構成されている。

位相補償部６２は、アクセルセンサ２８から入力したアクセルポジションＰａの時間位相（アクセルペダル２７が踏み込まれてから後輪駆動力が発生するまでの時間遅れ）を補償する。また、補正ベース値算出部６３は、位相補償されたアクセルポジションＰａを２階微分することによってアクセルペダル２７の踏込速度Ｓａを得た後、これに所定の係数を乗じること等によって減衰力補正ベース値ＤＣｂを算出する。路面μ推定部６５は、ヨーレイトγや操舵角δ、車速ｖ等に基づき、走行路面の摩擦係数μを推定する。また、μゲイン設定部６６は摩擦係数μに応じてμゲインＧμを設定し、車速ゲイン設定部６７は車速ｖに応じて車速ゲインＧｖを設定する。

一方、補正値設定部６４は、減衰力補正ベース値ＤＣｂに対してμゲインＧμおよび車速ゲインＧｖを乗じることにより、減衰力補正値ＤＣを設定する。また、減衰力補正部６１は、目標減衰力ベース値Ｄｂｔｇｔに減衰力補正値ＤＣを加算することによって目標減衰力Ｄｔｇｔを設定する。

≪実施形態の作用≫
＜減衰力制御＞
自動車Ｖが走行を開始すると、減衰力制御装置５０は、所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）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、減衰力制御装置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）から入力した車速、操舵角センサ２６から入力した操舵角δ等に基づき自動車Ｖの運動状態を判定する。次に、減衰力制御装置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６のスカイフック制御ベース値Ｄｂｓｈを算出し、ステップＳ３で各ダンパ６のロール制御ベース値Ｄｂｒを算出し、ステップＳ４で各ダンパ６のピッチ制御ベース値Ｄｂｐを算出する。

次に、減衰力制御装置５０は、ステップＳ５で各ダンパ６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６が伸び側に作動している場合）、ステップＳ６で３つの減衰力制御ベース値Ｄｂｓｈ，Ｄｂｒ，Ｄｂｐ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、減衰力制御装置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６が縮み側に作動している場合）、ステップＳ７で３つの減衰力ベース値Ｄｂｓｈ，Ｄｂｒ，Ｄｂｐのうち値が最も小さいものを目標減衰力ベース値Ｄｂｔｇｔに設定する。

ステップＳ６またはステップＳ７で目標減衰力ベース値Ｄｂｔｇｔを設定すると、減衰力制御装置５０は、ステップＳ８で横加速度Ｇｙやヨーレイトγに基づいて自動車Ｖが旋回走行中であるか否かを判定する。そして、減衰力制御装置５０は、ステップＳ８の判定がＮｏであればステップＳ９で目標減衰力ベース値Ｄｂｔｇｔをそのまま目標減衰力Ｄｔｇｔと設定し、ＹｅｓであればステップＳ１０で後述する後輪減衰力補正処理を行って目標減衰力Ｄｔｇｔを設定する。ステップＳ９またはステップＳ１０で目標減衰力Ｄｔｇｔを設定すると、減衰力制御装置５０は、ステップＳ１１で図６の目標電流マップから目標減衰力Ｄｔｇｔおよびストローク速度Ｓｓに応じた目標電流Ｉｔｇｔを検索／設定した後、ステップＳ１２で各ダンパ６のＭＬＶコイル４６に駆動電流を出力する。

＜後輪減衰力補正処理＞
自動車Ｖが旋回走行に移行して減衰力制御でのステップＳ８の判定がＹｅｓになると、減衰力制御装置５０内の後輪減衰力補正部５９は、図７のフローチャートにその手順を示す後輪減衰力補正処理を行う。後輪減衰力補正処理を開始すると、後輪減衰力補正部５９は、図７のステップＳ２１で、アクセルセンサ２８から入力したアクセルポジションＰａに基づいてアクセルペダル２７の踏込速度Ｓａを算出した後、ステップＳ２２で、この踏込速度Ｓａに基づき減衰力補正ベース値ＤＣｂを算出する。

次に、後輪減衰力補正部５９は、ステップＳ２３で、ヨーレイトセンサ１２から入力したヨーレイトγと、操舵角センサ２６から入力した操舵角δと、車速センサ９から入力した車速ｖとに基づき、車両モデル等を用いて走行路面の摩擦係数μを推定した後、ステップＳ２４で、図８に示す摩擦係数−μゲインマップから摩擦係数μに応じたμゲインＧμ（１より小さい値）を検索・設定する。次に、後輪減衰力補正部５９は、ステップＳ２５で、車速センサ９から入力した車速ｖに基づき、図９に示す車速−車速ゲインマップから車速ｖに応じた車速ゲインＧｖ（１より小さい値）を設定する。

次に、後輪減衰力補正部５９は、ステップＳ２６で、減衰力補正ベース値ＤＣｂに対してμゲインＧμおよび車速ゲインＧｖを乗じることによって減衰力補正値ＤＣを算出する。しかる後、後輪減衰力補正部５９は、ステップＳ２７で、目標減衰力ベース値Ｄｂｔｇｔに減衰力補正値ＤＣを加算することにより、目標減衰力Ｄｔｇｔを設定・出力して後輪減衰力補正処理を終了する。

本実施形態では、このような構成を採ったことにより、運転者がアクセルペダル２７を急激に踏み込んだような場合にはダンパ６の目標減衰力Ｄｔｇｔが高くなり、カウンタステア操作によって旋回外側に向かうヨーレイトが直ちに生起されることで、オーバステア状態の効果的な抑制が実現される。また、高速旋回走行時にはダンパ６の目標減衰力Ｄｔｇｔが低くなり、運転者がアクセルペダルを踏み込んで駆動力を増大させても旋回内側に向かうヨーレイトが生じ難くなり、オーバステア状態が起き難くなる。また、低μ路における旋回走行時にはダンパ６の目標減衰力Ｄｔｇｔが低くなり、運転者がアクセルペダルを踏み込んで駆動力を増大させても旋回内側に向かうヨーレイトが生じ難くなり、やはりオーバステア状態が起き難くなる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記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、ＦＲレイアウトの自動車に本発明を適用したものであるが、ＦＦレイアウトや４ＷＤ（４輪駆動）の自動車にも当然に適用可能である。また、上記実施形態では、アクセルペダルの踏込速度に応じて目標減衰力を増加させるようにしたが、踏込量に応じて目標減衰力を増加させるにようしてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、自動車や制御装置の具体的構成、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。実施形態に係る減衰力制御装置の概略構成を示すブロック図である。実施形態に係る後輪減衰力補正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。実施形態に係る後輪減衰力補正処理の手順を示すフローチャートである。実施形態に係る摩擦係数−μゲインマップである。実施形態に係る車速−車速ゲインマップである。

符号の説明

１車体
３車輪
６ダンパ
８ＥＣＵ
９車速センサ（車速検出手段）
１０横Ｇセンサ
１２ヨーレイトセンサ
２６操舵角センサ
２８アクセルセンサ（踏込状態量検出手段）
５０減衰力制御装置
５６ロールベース値演算部（ベース値設定手段）
５８旋回判定部（旋回判定手段）
５９後輪減衰力補正部（目標減衰力設定手段）
６１減衰力補正部
６３補正ベース値算出部
６４補正値設定部
６５路面μ推定部（摩擦係数推定手段）
６６ μゲイン設定部
６７車速ゲイン設定部
Ｖ自動車

Claims

車体と車輪との間に減衰力可変ダンパが介装された車両に搭載され、当該減衰力可変ダンパの減衰力制御に供される制御装置であって、
前記車体の運動状態に基づいて目標減衰力ベース値を設定するベース値設定手段と、
前記車両が旋回走行状態にあるか否かを判定する旋回判定手段と、
前記旋回判定手段によって前記車両が旋回状態にあると判定された場合、前記車両の運転操作状態と走行状態と走行環境との少なくとも１つに応じて前記目標減衰力ベース値を補正することによって駆動輪側の目標減衰力を設定する目標減衰力設定手段と
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。
運転者によるアクセルペダルの踏込状態量を検出する踏込状態量検出手段を更に備え、
前記目標減衰力設定手段は、前記踏込状態量検出手段の検出結果に応じて前記目標減衰力ベース値を増加させることで前記目標減衰力を設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。
前記車両の車速を検出する車速検出手段を更に備え、
前記目標減衰力設定手段は、車速検出手段の検出結果に応じて前記目標減衰力ベース値を減少させることで前記目標減衰力を設定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載された減衰力可変ダンパの制御装置。
走行路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段を更に備え、
前記目標減衰力設定手段は、摩擦係数推定手段の推定結果に応じて前記目標減衰力ベース値を減少させることで前記目標減衰力を設定することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載された減衰力可変ダンパの制御装置。