JP2009269483A - 減衰力可変ダンパの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 路面段差の通過時等における車両挙動の安定化や乗り心地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３ｒｌ，３ｒｒが路面段差を通過すると推定されることで、ステップＳ２８の判定がＹｅｓとなると、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ２９で後輪収斂時間Ｔｃが経過したか否かを判定する。現在時刻Ｔｐが後輪共振開始時刻Ｔｒｒに達した直後にはステップＳ２９の判定が当然にＮｏとなるため、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ３０で前輪制振目標値Ｄｓｖｆおよび後輪制振目標値Ｄｓｖｒを出力する。現在時刻Ｔｐが後輪共振開始時刻Ｔｒｒに達した後に後輪収斂時間Ｔｃが経過し、ステップＳ２９の判定がＹｅｓとなると、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ３１で前輪制振目標値Ｄｓｖｆおよび後輪制振目標値Ｄｓｖｒの出力を停止する。
【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、路面段差の通過時等における車両挙動の安定化や乗り心地の向上等を実現する技術に関する。

近年、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、車両が路面段差を通過する際や旋回走行を行う際においては、前後ダンパの減衰力を適宜高めることにより、ばね下共振領域におけるばね下の制振を行って車両挙動の乱れを抑制することができる（特許文献１参照）。
特開平６−２７７１２１号公報

しかしながら、特許文献１の方法を採った場合でも、前輪側ダンパのばね下制振制御と後輪側ダンパのばね下制振制御とが個別に行われるため、車両挙動の乱れを十分に抑制できない問題があった。例えば、車両が路面段差の存在する道路を走行する場合等においては、前輪側ダンパのばね下制振制御が前輪が路面段差を通過した時点で開始され、後輪側ダンパのばね下制振制御が後輪が路面段差を通過した時点で開始されるため、前輪側のばね下共振が始まってから後輪側のばね下共振が収斂するまでに比較的長時間を要することになる。また、車両挙動の乱れは後輪側のばね下共振が収斂するまで続くため、前輪が路面段差を通過した時点で前輪側のばね下制振制御を開始することは、前輪側ダンパの減衰力を高める時点を無駄に早くすることになり、乗り心地が悪化する期間が短くなり難くなる結果を招く。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、路面段差の通過時等における車両挙動の安定化や乗り心地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ものである。

第１の発明は、車体と各車輪との間に減衰力可変ダンパがそれぞれ介装された車両に搭載され、当該減衰力可変ダンパの制御に供される制御装置であって、前輪側のばね下運動状態量を検出する前輪ばね下運動検出手段と、前記前輪ばね下運動検出手段の検出結果に基づき、後輪側のばね下共振の開始時刻を予測する後輪共振開始時刻予測手段と、前記前輪ばね下運動検出手段の検出結果と前記後輪共振開始時刻予測手段の予測結果とに基づき、後輪側減衰力可変ダンパの目標減衰力を後輪目標減衰力として設定する後輪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、後輪のばね下共振の収斂に要する時間を予測または設定する後輪収斂時間設定手段と、前記後輪収斂時間設定手段の設定結果に基づき、前輪側のばね下共振と後輪側のばね下共振とがほぼ同時に収斂するように、前輪側減衰力可変ダンパの目標減衰力を前輪目標減衰力として設定する前輪目標減衰力設定手段とを更に備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば、路面段差を通過することによって前輪側にばね下共振が生じた場合、車両のホイールベースと車速とに基づいて後輪側にばね下共振が生じる時刻を予測し、後輪が路面段差を通過する時点でダンパの減衰力を高めることにより、車両挙動が乱れる期間を短縮することができる。また、第２の発明によれば、前輪側のばね下共振を後輪側のばね下共振とほぼ同時に収斂させるため、前輪側のばね下共振は急速に減衰させる必要がなくなり、前輪側ダンパの目標減衰力を比較的小さくして乗り心地の向上を図ることができる。

以下、本発明を４輪自動車に適用した実施形態について、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は実施形態に係るばね下制振制御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、左前輪３ｆｌ、右前輪３ｆｒ、左後輪３ｒｌ、右後輪３ｒｒ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：電子制御ユニット）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には、車速を検出する車速センサ９、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、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ１２等が車体１の適所に設置されるとともに、ダンパ４の変位を検出するストロークセンサ１３と、車体１における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（上下運動量検出手段）１４とが各車輪３ごとに設置されている。

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３のダンパ４や各センサ９〜１４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等が接続する入力インタフェース５１と、センサ９〜１２，１４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５２と、目標減衰力とストロークセンサ１３の検出結果とに応じて各ダンパ４（ＭＬＶコイル４０）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４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、スカイフック制御に供されるスカイフック制御部５６と、ロール制御に供されるロール制御部５７と、ピッチ制御に供されるやピッチ制御部５８と、ばね下制振制御に供されるばね下制振制御部５９とが収容されている。

＜ばね下制振制御部＞
図４に示すように、ばね下制振制御部５９は、ストロークセンサ１３からのストローク信号Ｓｓに基づいて前輪ばね下上下運動（前輪３ｆｌ，３ｆｒの上下運動）を検出する前輪ばね下運動検出部６１と、前輪ばね下運動検出部６１の検出結果と車速センサの検出結果とに基づいて後輪ばね下（後輪３ｒｌ，３ｒｒ）の共振開始時刻（後輪共振開始時刻Ｔｒｒ）を予測する後輪共振開始時刻予測部６２と、ばね下運動検出部６１の検出結果に基づいて後輪ばね下の共振の収斂に要する時間（後輪収斂時間Ｔｃ）を設定する後輪収斂時間設定部６３と、前輪ばね下運動検出部６１の検出結果と後輪共振開始時刻予測部６２の予測結果と後輪収斂時間設定部６３の設定結果とに基づいて前輪制振目標値Ｄｓｖｆを設定する前輪目標減衰力設定部６４と、前輪ばね下運動検出部６１の検出結果と後輪共振開始時刻予測部６２の予測結果と後輪収斂時間設定部６３の設定結果とに基づいて後輪制振目標値Ｄｓｖｒを設定する後輪目標減衰力設定部６５とを有している。

≪実施形態の作用≫
＜減衰力制御＞
自動車が走行を開始すると、減衰力制御装置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、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１４から得られた車体１の各加速度や、車速センサ９から入力した車速ｖ、操舵角センサ（図示せず）から入力した操舵速度、ストロークセンサ１３から入力したダンパ４のストローク信号Ｓｓ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を算出し、ステップＳ５で各ダンパ４のばね下制振目標値Ｄｓｖ（前輪制振目標値Ｄｓｖｆ，後輪制振目標値Ｄｓｖｒ）を算出する。

次に、減衰力制御装置５０は、ステップＳ６で、ストロークセンサ１３から入力したストローク信号Ｓｓに基づき算出した各ダンパ４のストローク速度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Ｓ７で４つの制御目標値Ｄｓｈ，Ｄｒ，Ｄｐ，Ｄｓｖのうち値が最も大きいもの（絶対値の最も大きい正の値）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Ｓ６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Ｓ８で３つの制御目標値Ｄｓｈ，Ｄｒ，Ｄｐ，Ｄｓｖのうち値が最も小さいもの（絶対値の最も大きい負の値）を目標減衰力Ｄｔｇｔに設定する。

ステップＳ７またはステップＳ８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Ｓ９で図６の目標電流マップから目標減衰力Ｄｔｇｔに対応する目標電流Ｉｔｇｔを検索／設定した後、ステップＳ１０で目標電流Ｉｔｇｔに基づき各ダンパ４のＭＬＶコイル４０に駆動電流を出力する。

＜ばね下制振制御＞
上述した減衰力制御と並行して、減衰力制御装置５０内のばね下制振制御部５９は、所定の処理インターバルをもって、図７のフローチャートにその手順を示すばね下制振制御を繰り返し実行する。ばね下制振制御を開始すると、ばね下制振制御部５９は、図７のステップＳ２１で初期値０のばね下制振フラグＦｓｖが１であるか否かを判定する。ステップＳ２１の初回の判定はＮｏとなるため、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ２２でストローク信号Ｓｓに基づいて前輪３ｆｌ，３ｆｒにばね下共振が生じているか否かを判定し、この判定がＮｏであれば何ら処理を行わずにスタートに戻る。なお、ステップＳ２２の判定は、例えば、前輪３ｆｌ，３ｆｒの上下振動周波数がばね下共振領域（例えば、１０〜１４Ｈｚ）にあるか否かによって行われる。

例えば、前輪３ｆｌ，３ｆｒが路面段差を通過してステップＳ２２の判定がＹｅｓになると、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ２３で、ストローク信号Ｓｓと車速ｖとに基づき、後輪共振開始時刻Ｔｒｒを予測する。この予測は、例えば、ストローク信号Ｓｓから得られた前輪ばね下の共振開始時刻に対し、ホイールベースＷＢを車速ｖで除した値（すなわち、前輪３ｆｌ，３ｆｒが段差を通過してから後輪３ｒｌ，３ｒｒが段差を通過するまでに要する時間）を加算することによって行われる。

次に、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ２４で、ストローク信号Ｓｓから得られた前輪ばね下共振の振幅等に基づき、図示しないマップや演算式を用いて後輪ばね下共振の収斂に要する時間（後輪収斂時間Ｔｃ）を設定する。ばね下制振制御部５９は、前輪ばね下共振の振幅が大きい場合には後輪収斂時間Ｔｃを長く設定し、ばね下共振の振幅が小さい場合には後輪収斂時間Ｔｃを短く設定する。なお、後輪収斂時間Ｔｃは、若干の余裕をもって設定されることが望ましい。

次に、ばね下制振制御部５９は、ストローク信号Ｓｓと後輪収斂時間Ｔｃとに基づき、ステップＳ２５で前輪制振目標値Ｄｓｖｆを設定し、ステップＳ２６で後輪制振目標値Ｄｓｖｒを設定した後、ステップＳ２７でばね下制振フラグＦｓｖを１としてスタートに戻る。なお、前輪制振目標値Ｄｓｖｆおよび後輪制振目標値Ｄｓｖｒは、図示しないばね下制振目標値設定マップを用いて行われ、前輪ばね下共振の振幅が大きいほど大きく設定され、後輪収斂時間Ｔｃが長いほど小さく設定される。

ステップＳ２１の次回の判定はＹｅｓとなるため、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ２８で現在時刻Ｔｐが後輪共振開始時刻Ｔｒｒに達したか否かを判定し、この判定がＮｏである間はスタートに戻って処理を繰り返す。なお、この時点では、ばね下制振制御が行われないが、ダンパ４のイニシャル減衰力（ＭＲＦが環状連通路３９を通過する際の機械的減衰力）が存在するため、前輪ばね下共振はある程度減衰される。

現在時刻Ｔｐが後輪共振開始時刻Ｔｒｒに達することで（すなわち、後輪３ｒｌ，３ｒｒが路面段差を通過する時刻となることで）、ステップＳ２８の判定がＹｅｓとなると、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ２９で後輪収斂時間Ｔｃが経過したか否かを判定する。現在時刻Ｔｐが後輪共振開始時刻Ｔｒｒに達した直後にはステップＳ２９の判定が当然にＮｏとなるため、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ３０で前輪制振目標値Ｄｓｖｆおよび後輪制振目標値Ｄｓｖｒを出力する。これにより、各ダンパ４の減衰力が同時に高められ、各車輪３ｆｌ〜３ｒｒのばね下共振が減衰され始める。

現在時刻Ｔｐが後輪共振開始時刻Ｔｒｒに達した後に後輪収斂時間Ｔｃが経過し、ステップＳ２９の判定がＹｅｓとなると、ばね下制振制御部５９は、ステップＳ３１で前輪制振目標値Ｄｓｖｆおよび後輪制振目標値Ｄｓｖｒの出力を停止し、ステップＳ３２でばね下制振フラグＦｓｖを０にリセットしてスタートに戻る。

本実施形態では、図８のグラフに示すように、後輪側のばね下制振が早期に開始／終了することによってばね下共振総期間（前輪側の共振が始まってから後輪側の共振が収斂するまでの期間）が短くなり、車両挙動の安定化が実現されることが判る。また、前輪３ｆｌ，３ｆｒ側のばね下共振を急速に減衰させる必要がなくなるため、前輪側ダンパ４ｆｌ，４ｆｒの減衰力を比較的小さく設定することにより、乗り心地も有意に向上させることができる。

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、上記実施形態では前輪側のばね下制振と後輪側のばね下制振とを同時刻に開始／終了するようにしたが、前輪側のばね下制振を後輪側のばね下制振より早期に開始するとともに、前輪側の目標減衰力を小さくするようにしてもよい。また、上記実施形態は、路面段差の通過時を例に説明したものであるが、本発明は旋回走行時におけるばね下制振制御に適用してもよく、その場合には、操舵センサやヨーレイトセンサ等の出力信号を用いて後輪共振開始時刻の予測等を行えばよい。その他、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、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば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。 実施形態に係るばね下制振制御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。 実施形態に係るばね下制振制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る前輪荷重および後輪荷重の変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 車体
３ 車輪
４ ダンパ
７ ＥＣＵ
５０ 減衰力制御装置
５９ ばね下制振制御部
６１ ばね下運動検出部（前輪ばね下運動検出手段）
６２ 後輪共振開始時刻予測部（後輪共振時刻予測手段）
６３ 後輪収斂時間設定部（後輪収斂時間設定手段）
６４ 前輪目標減衰力設定部（前輪目標減衰力設定手段）
６５ 後輪目標減衰力設定部（後輪目標減衰力設定手段）
Ｖ 自動車

Claims (2)

1. 車体と各車輪との間に減衰力可変ダンパがそれぞれ介装された車両に搭載され、当該減衰力可変ダンパの制御に供される制御装置であって、
   前輪側のばね下運動状態量を検出する前輪ばね下運動検出手段と、
   前記前輪ばね下運動検出手段の検出結果に基づき、後輪側のばね下共振の開始時刻を予測する後輪共振開始時刻予測手段と、
   前記前輪ばね下運動検出手段の検出結果と前記後輪共振開始時刻予測手段の予測結果とに基づき、後輪側減衰力可変ダンパの目標減衰力を後輪目標減衰力として設定する後輪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。
2. 後輪のばね下共振の収斂に要する時間を予測または設定する後輪収斂時間設定手段と、
   前記後輪収斂時間設定手段の設定結果に基づき、前輪側のばね下共振と後輪側のばね下共振とがほぼ同時に収斂するように、前輪側減衰力可変ダンパの目標減衰力を前輪目標減衰力として設定する前輪目標減衰力設定手段と
   を更に備えたことを特徴とする、請求項１に記載された減衰力可変ダンパの制御装置。

Images