JP2010052488A - サスペンション制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な乗り心地を確保することができるサスペンション制御装置を提供する。
【解決手段】自動車２に搭載されるサスペンション制御装置１のコントローラ１０は、指令電流Is及び実電流IkがIk＝tanh（Is）とされる双曲線正接関数で表現される関係となるように設定された指令電流・実電流変換マップを用いて指令電流Isを実電流Ikに変換する変換回路１５を有している。車体３の挙動に基づいて電流値換算部１４から出力される指令電流Isが、指令電流通常範囲内の値から指令電流通常範囲外の値（指令電流通常範囲を超える値）に変化した場合にも、実電流Ikが滑らかに供給電流所定値（限界値）に近づくので、減衰力が急激な変化を招くことなく滑らかに変化し、これに伴いばね上加速度応答が滑らかに抑制され、ひいては良好な乗心地を確保できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車、鉄道車両等の車両に用いられるサスペンション制御装置に関する。

従来の自動車のサスペンション制御装置の一例として、特許文献1に示されるサスペンション制御装置がある。特許文献１に示されるサスペンション制御装置は、ばね上部材とばね下部材との間に介装されてばね上部材のばね下部材に対する振動に対して減衰力を発生するとともに減衰係数を調整可能な減衰力調整式ショックアブソーバを制御するためのサスペンション制御装置であって、ばね上部材又はばね下部材の上下方向の挙動を検出する上下挙動検出手段と、該上下挙動検出手段により検出された前記上下方向の挙動を用いて指令電流を生成する指令電流生成手段と、前記指令電流に基づいて供給電流を生成する供給電流出力部とを備えている。そして、供給電流を減衰力調整式ショックアブソーバ（直接的にはこれに内蔵されたアクチュエータ）に供給することによりその減衰係数を調整し、減衰力調整式ショックアブソーバが発生する減衰力を制御する。減衰力調整式ショックアブソーバ（アクチュエータ）の性能上、供給電流に上限及び下限（以下、それぞれ上限供給電流、下限供給電流という。）が定められる場合がある。この場合、供給電流出力部では、指令電流の値が、予め定められた電流範囲（以下、指令電流通常範囲という。）内にある場合は、指令電流と同等の値とした供給電流を生成し、指令電流の値が指令電流通常範囲外にある場合は、上限供給電流または下限供給電流を生成し、これを出力する。
特開２００６−３２７４３４号公報

ところで、上述した従来技術では、指令電流の値が指令電流通常範囲内の値である場合には、指令電流と同等の値とされた供給電流が生成される一方、指令電流の値が指令電流通常範囲を超える値である場合には、一定値である上限、下限供給電流が出力される。
このため、ばね上部材又はばね下部材の上下方向の挙動によって、指令電流が指令電流通常範囲内の値から指令電流通常範囲外の値（指令電流通常範囲を超える値）に変化したり、又は指令電流通常範囲外の値から指令電流通常範囲内の値に変化したりする場合には、減衰力が急激に変化して加速度応答が悪化し、ひいては乗り心地の悪化を招くことが起こり得た。

本発明は、減衰力調整式ショックアブソーバを制御することによって良好な乗り心地を確保することができるサスペンション制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、ばね上部材とばね下部材との間に介装され、供給電流に応じて前記ばね上部材の前記ばね下部材に対する振動に対して減衰力を発生するとともに減衰係数を調整可能な減衰力調整式の緩衝器を制御するためのサスペンション制御装置であって、前記ばね上部材又は前記ばね下部材の上下方向の挙動を検出する上下挙動検出手段と、該上下挙動検出手段により検出された前記上下方向の挙動に応じて振動を抑制するような目標減衰係数を決定する目標減衰係数決定手段と、該目標減衰係数決定手段により決定された前記目標減衰係数から前記供給電流に対応する指令電流を決定する指令電流決定手段と、上限及び下限供給電流を超えないように前記指令電流を前記供給電流に変換して前記緩衝器に出力する供給電流出力手段とからなるサスペンション制御装置において、前記供給電流出力手段は、前記指令電流及び前記供給電流が同等値であることを示す特性線分と前記供給電流所定値を示す特性線分との交点で定まる指令電流所定値以下の範囲に予め設定される指令電流通常範囲に前記指令電流がある場合には、前記指令電流及び前記供給電流を同等値とし、前記指令電流が前記指令電流通常範囲を超えて前記指令電流所定値に近づくに従い、前記供給電流が徐々に前記供給電流所定値に近い値となるように、前記指令電流・供給電流の変換を行うことを特徴とする。

本発明によれば、良好な乗り心地を確保することができる。

以下、本発明の一実施形態に係るサスペンション制御装置を図1〜図３に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係るサスペンション制御装置を模式的に示す図である。図２は、図１のサスペンション制御装置が採用するコントローラをセミアクティブダンパ及び車体と共に模式的に示すブロック図である。図３は、図２のコントローラで用いられる指令電流・実電流変換マップを示す図である。

図１において、本実施形態に係るサスペンション制御装置１を搭載する自動車２を構成する車体３（ばね上部材）と４個（図には一つのみを示す。）の車輪４側〔ばね下部材（車軸のセミアクティブダンパ取付けブラケット等）〕との間には、ばね５と、減衰特性を調整可能なセミアクティブダンパ６（減衰力調整式の緩衝器）と、が並列に介装されており、これらが車体３を支持している。セミアクティブダンパ６内には移動可能にピストン７が収納され、ピストン７に連結したピストンロッド８が車体３に保持され、セミアクティブダンパ６が車輪４側〔ショックアブソーバ取付けブラケット等〕に保持されている。

車体３には、車体３の絶対座標系に対する上下方向の加速度〔以下、便宜上、ばね上加速度という。〕αｕを検出するばね上加速度センサ９ｕ（上下挙動検出手段）が取り付けられている。ばね上加速度センサ９ｕが検出したばね上加速度は、コントローラ１０に供給される。

１１はアクチュエータであり、後述する実電流Ikの入力を受け、その大きさに応じて作動量が変化する。そして、セミアクティブダンパ６はアクチュエータ１１の作動量に応じてその減衰係数が変化するように構成されているので、実電流Ik及びピストン速度に応じた減衰力を発生する。本実施形態では、実電流Ikが供給電流に相当する。
ばね上加速度センサ９ｕ及びアクチュエータ１１には、コントローラ１０が接続されている。

コントローラ１０は、図２に示すように、制御器１３（目標減衰係数決定手段）と、電流値換算部１４（指令電流決定手段）と、変換回路１５（指令電流決定手段、供給電流出力手段）と、を備えている。
制御器１３は、ばね上加速度センサ９ｕが検出した車体３のばね上加速度αｕ（車体信号）の入力を受け、ばね上加速度αｕ（車体信号）に基づいてばね上加速度αｕが示す車体の挙動を抑制させる減衰力（以下、目標減衰力という。）を発生させるための目標減衰係数を決定し、当該目標減衰係数の決定により、前記目標減衰力を示す信号（目標減衰力信号）を出力する。
電流値換算部１４は、予め目標減衰力及び指令電流の対応関係を示す目標減衰力-指令電流マップを記憶し、制御器１３が出力する目標減衰力信号に対応した指令電流Isを出力する。

変換回路１５は、図３に示すように、指令電流Is及び実電流Ik（供給電流）の対応関係を示すマップ（指令電流・実電流変換マップ）を有している。変換回路１５は、後述する上限及び下限供給電流を超えないように、指令電流・実電流変換マップを用いて、電流値換算部１４からの指令電流Isを実電流Ik（供給電流）に変換し（補正し）、得られた実電流Ikをセミアクティブダンパ６のアクチュエータ１１（緩衝器）に供給（出力）する。
セミアクティブダンパ６（アクチュエータ１１）には、その性能上、図３に示すように、供給電流Ik（供給電流）に対して線分ｔ１、ｔ２で示される前記上限及び下限供給電流（以下、上側、下側供給電流所定値ともいう。）が定められ、調整限界とされている。
指令電流・実電流変換マップは、指令電流Is及び実電流Ikが、Ik＝tanh（Is）とされる双曲線正接関数で表現される特性を示す関係となるように設定されている。

前記指令電流通常範囲は、次のように設定されている。すなわち、図３に示すように、指令電流Is及び実電流Ikが同等値であることを示す線分ｔ０と前記上限及び下限供給電流（上側、下側供給電流所定値）を示す線分ｔ１、ｔ２との両交点における指令電流Isを指令電流所定値（図３右側、左側の指令電流所定値を便宜上、大側、小側指令電流所定値という。）とし、大側、小側指令電流所定値の夫々に比して一定値だけ小、大となる値（図３右側、左側の値を夫々ｗ１、ｗ２とする。）を設定し、値ｗ１、ｗ２を両境界値として定まる範囲を指令電流通常範囲としている。指令電流が値ｗ２よりも小さい範囲は本発明の変化率増大範囲を構成し、指令電流に対する供給電流の変化率（グラフの接線の傾き）が徐々に大きくなっている。同様に指令電流が値ｗ１よりも大きい範囲は本発明の変化率増大範囲を構成し、指令電流に対する供給電流の変化率（グラフの接線の傾き）が徐々に小さくなっている。
そして、変換回路１５は、指令電流Isが指令電流通常範囲にある場合には、指令電流Is及び実電流Ikを同等値とし、指令電流Isが指令電流通常範囲を超えて大きくあるいは小さくなるに従い、実電流Ikが徐々に供給電流所定値（上側、下側供給電流所定値）に近い値となるように〔電流Ikが上限及び下限供給電流（上側、下側供給電流所定値）を超えないように〕された実電流Ikを求めて、これをセミアクティブダンパ６に出力する。

上述したように構成されたサスペンション制御装置１では、車体の挙動（ばね上加速度αｕ）ひいては目標減衰力に基づいて電流値換算部１４から出力される指令電流Isが、指令電流通常範囲内の値から指令電流通常範囲外の値（指令電流通常範囲を超える値）に変化した場合にも、実電流Ikが滑らかに供給電流所定値（限界値）に近づくので、減衰力が急激な変化を招くことなく滑らかに変化し、これに伴いばね上加速度応答が滑らかに抑制される。
また、指令電流が上述したように指令電流通常範囲内の値から指令電流通常範囲外の値に変化する場合のみならず、指令電流通常範囲外の値から指令電流通常範囲内の値に変化する場合にも、実電流Ikが滑らかに変化するので、減衰力が急激な変化を招くことなく滑らかに変化し、これに伴いばね上加速度応答が滑らかに抑制される。
さらに、ばね上加速度応答が滑らかに抑制されることにより、ばね上ジャークが低減され、乗心地が改善される。
また、小さい減衰力で制振できるため、セミアクティブダンパにかかる負荷が小さくなる。

本願発明者等は、本発明の一実施形態に係るサスペンション制御装置１（以下、適宜、実施形態１ともいう。）及び従来のサスペンション制御装置の一例を対象にして、夫々の制御装置を搭載した各車両がうねり路を走行したときの各種状態変化を計測した。この計測により、本実施形態１によれば、減衰力の急激な変化発生を抑制し、ひいては良好な乗り心地を確保することができることを確認することができた。以下、この計測結果などについて、図４〜図１６に基づいて、説明する。

図４は、本実施形態１との比較対象に用いた従来のサスペンション制御装置の一例（以下、代表従来技術という。）１Ｊを説明するために、当該代表従来技術１Ｊが採用するコントローラ１０Ｊをセミアクティブダンパ６及び車体３と共に図２に対応して示したブロック図である。図５は、代表従来技術１Ｊ〔図４に示すコントローラ１０Ｊを備えたサスペンション制御装置〕が発生する指令電流Isを示す図である。図６は、代表従来技術１Ｊにおける目標減衰力（破線）及び実減衰力（実線）を示す図である。図７は、代表従来技術１Ｊ及びパッシブダンパによるピストン速度を示す図である。図８は、代表従来技術１Ｊ及びパッシブダンパによるばね上加速度を示す図である。ここで、パッシブダンパとは、減衰力制御を伴わないダンパをいい、あるピストン速度に対するパッシブダンパの減衰力は一通りに定まる。

図９は、図１のサスペンション制御装置１が発生する指令電流を示す図である。図１０は、図１のサスペンション制御装置１の作用を説明するための目標減衰力及び実減衰力を示す図である。図１１は、図１のサスペンション制御装置１によるピストン速度（実線）を、パッシブダンパによるピストン速度（破線）と対比して示す図である。図１２は、図１のサスペンション制御装置１によるばね上加速度（実線）を、パッシブダンパによるピストン速度（破線）と対比して示す図である。
図１３は、図４で示される代表従来技術１ＪによるＦ−Ｖ（減衰力‐ピストン速度）特性を示す図である。図１４は、図１のサスペンション制御装置１によるＦ−Ｖ（減衰力‐ピストン速度）特性を示す図である。図１５は、図１３及び図１４を重ね合わせ、代表従来技術１ＪのＦ−Ｖ特性（図１３）を破線で示した図である。
図１６は、図１５におけるピストン速度0.15近辺部分の拡大図である。

代表従来技術１Ｊ（サスペンション制御装置１Ｊ）は、図４に示すように、本実施形態に係るサスペンション制御装置１が採用する変換回路１５と異なる変換回路１５Ｊを採用している。ここでは、変換回路１５Ｊを含んで構成されるコントローラについて、本実施形態に係るサスペンション制御装置１が採用するコントローラ１０と異なる符号１０Ｊを用いて説明する。

コントローラ１０Ｊが備える変換回路１５Ｊは、指令電流Is及び実電流Ikjの対応関係を示すマップ（指令電流・実電流変換マップ）を有している。変換回路１５は、指令電流・実電流変換マップを用いて電流値換算部１４からの指令電流Isを実電流Ikjに変換し、得られた実電流Ikjをセミアクティブダンパ６のアクチュエータ１１に供給する。
変換回路１５Ｊは、指令電流Isの値が予め定められる指令電流通常範囲内の値である場合には、指令電流Isと同等の値とされた実電流Ikjが生成される一方、指令電流Isの値が指令電流通常範囲を超える値である場合には、セミアクティブダンパ６の調整限界に基づいて予め定められる限界電流（以下、図４の上側、下側に対応して、上限、下限実電流Ikju，Ikjbという。）を出力する。

上記代表従来技術１Ｊを対象にして計測された実電流（上限、下限実電流Ikju，Ikjbを含む実電流Ikj）、目標減衰力及び実減衰力、ピストン速度、ばね上加速度を、夫々図５〜図８に示す。図６において、目標減衰力を破線で示し、実減衰力を実線で示している。図７において、制御時のピストン速度を実線で示し、パッシブダンパによるピストン速度を破線で示している。図８において、制御時のばね上加速度を実線で示し、パッシブダンパによるばね上加速度を破線で示している。
上記代表従来技術１Ｊを対象にした計測では、図５に示されるように、実電流Ikjが一定の値、換言すれば飽和した状態になったと言える値（上限、下限実電流Ikju，Ikjb）となり、急激にその値が変化することになる。そして、このような実電流Ikjに対して、実減衰力及びピストン速度は、図６及び図７に示すように、高周波で変化する応答特性を示し、これに伴い、ばね上加速度が、図８に示すように、大きな振幅で高周波で変化する特性を示すことになる。
また、上述したようにピストン速度が高周波の特性（激しく振動する特性）を示すことに伴って、指令電流Isひいては実電流Ikjも、図５においてパルス状の波形の左肩に見られるような大きな変化が生じ、これを起因として、実減衰力、ピストン速度、ひいては、ばね上加速度の応答特性の悪化を招いている。

図５〜図８（代表従来技術１Ｊ）に対応して、図９〜図１２に、本実施形態１を対象にして計測された実電流Ik、目標減衰力及び実減衰力、ピストン速度、ばね上加速度を示す。図１０において、目標減衰力を破線で示し、実減衰力を実線で示している。図１１において、制御時のピストン速度を実線で示している。図１２において、制御時のばね上加速度を実線で示している。

本実施形態１を対象にした計測では、図９に示されるように（特にパルス状の波形の左肩）、実電流Ikが滑らかに変化することにより、図１０及び図１１に示すように、実減衰力及びピストン速度が滑らかな応答特性を示す。そして、このように実減衰力及びピストン速度が滑らかな応答特性を示すことに伴い、図１２を図８と対比して明らかなように、ばね上加速度の振動が抑制され（制振され）、ばね上加速度が滑らかな特性を示す、換言すれば、ばね上ジャーク（ばね上加速度の時間変化率）が低減されることになる。すなわち、本実施形態に係るサスペンション制御装置１によれば、指令電流が指令電流通常範囲内、外で変化しても良好な乗心地を確保することができる。

本実施形態１及び代表従来技術１Ｊを対象にした計測において、Ｆ−Ｖ（減衰力‐ピストン速度）特性を求め、その計測結果を上述したように、図１３〜図１５に示している。図１３〜図１５において、各Ｆ−Ｖ特性を示す線分が囲む面積はセミアクティブダンパ６において熱エネルギーに変換される運動エネルギー、ひいてはセミアクティブダンパ６における減衰エネルギーに相当するものである。
図１５に、代表従来技術１ＪによるＦ−Ｖ特性（図１３）及び本実施形態１によるＦ−Ｖ特性（図１４）を重ね合わせて示している。この図１５に示されるように、本実施形態１によれば、代表従来技術１Ｊに比して、Ｆ−Ｖ特性を示す線分が囲む面積が小さく、セミアクティブダンパにおける減衰エネルギーが少なく、セミアクティブダンパ６にかかる負荷が小さくなっている。このようにセミアクティブダンパ６にかかる負荷が小さくて、上述したように良好に制振できるので、セミアクティブダンパ６の耐久性を向上させることができる。

また、上述したように、図１５におけるピストン速度0.15近辺部分を図１６に拡大して示している。図１５では代表従来技術１Ｊ（点線）及び本実施形態１（実線）のＦ−Ｖ特性の線分におけるピストン速度0からの立上りの部分が重なっているように見えるが、図１６の拡大図で示されるように、本実施形態１（実線）の減衰力が、代表従来技術１Ｊの減衰力に比して小さくなるというように、代表従来技術１Ｊ（点線）及び本実施形態１（実線）で差があるものになっている。

上記実施形態１では、指令電流Is及び実電流Ikが、Ik＝tanh（Is）とされる双曲線正接関数で表現される関係となっており、この対応関係を利用して指令電流・供給電流の変換を行う場合を例にしたが、本発明はこれに限られず、指令電流が指令電流通常範囲にある場合には、指令電流及び供給電流を同等値とし、指令電流が指令電流通常範囲を超えて大きく又は小さくなるに従い、供給電流が徐々に供給電流所定値に近い値となるように、指令電流・供給電流の変換を行うように構成すればよい。
また、上記実施形態では、上下挙動検出手段としてばね上加速度センサ９ｕを用いた場合を例にしたが、これに代えて、車輪４側の絶対座標系に対する上下方向の加速度を検出するばね下加速度センサを用いてもよいし、ばね上加速度センサ及びばね下加速度センサを上下挙動検出手段として用いてもよい。

本発明の一実施形態に係るサスペンション制御装置を模式的に示す図である。 図１のサスペンション制御装置が採用するコントローラをセミアクティブダンパ及び車体と共に模式的に示すブロック図である。 図２のコントローラで用いられる指令電流・実電流変換マップを示す図である。 従来のサスペンション制御装置の一例（以下、代表従来技術という。）を説明するために、当該代表従来技術のコントローラをセミアクティブダンパ及び車体と共に図２に対応して示したブロック図である。 代表従来技術〔図４に示すコントローラを備えたサスペンション制御装置〕が発生する指令電流を示す図である。 代表従来技術における目標減衰力（破線）及び実減衰力（実線）を示す図である。 代表従来技術によるピストン速度（実線）を、パッシブダンパによるピストン速度（破線）と対比して示す図である。 代表従来技術によるばね上加速度（実線）を、パッシブダンパによるばね上加速度（破線）と対比して示す図である。 図１のサスペンション制御装置が発生する指令電流を示す図である。 図１のサスペンション制御装置の作用を説明するための目標減衰力及び実減衰力を示す図である。 図１のサスペンション制御装置によるピストン速度（実線）を、パッシブダンパによるピストン速度（破線）と対比して示す図である。 図１のサスペンション制御装置によるばね上加速度（実線）を、パッシブダンパによるばね上加速度（破線）と対比して示す図である。 図４で示される代表従来技術によるＦ−Ｖ（減衰力‐ピストン速度）特性を示す図である。 図１のサスペンション制御装置によるＦ−Ｖ特性を示す図である。 図１３及び図１４を重ね合わせ、代表従来技術を破線で示した図である。 図１５におけるピストン速度0.15近辺部分の拡大図である。

符号の説明

１…サスペンション制御装置、６…セミアクティブダンパ（減衰力調整式の緩衝器）、９ｕ…ばね上加速度センサ（上下挙動検出手段）、１３…制御器（目標減衰係数決定手段）、１４…電流値換算部（指令電流決定手段）、１５…変換回路（指令電流決定手段、供給電流出力手段）。

Claims (3)

1. ばね上部材とばね下部材との間に介装され、供給電流に応じて前記ばね上部材の前記ばね下部材に対する振動に対して減衰力を発生するとともに減衰係数を調整可能な減衰力調整式の緩衝器を制御するためのサスペンション制御装置であって、前記ばね上部材又は前記ばね下部材の上下方向の挙動を検出する上下挙動検出手段と、該上下挙動検出手段により検出された前記上下方向の挙動に応じて振動を抑制するような目標減衰係数を決定する目標減衰係数決定手段と、該目標減衰係数決定手段により決定された前記目標減衰係数から前記供給電流に対応する指令電流を決定する指令電流決定手段と、上限及び下限供給電流を超えないように前記指令電流を前記供給電流に変換して前記緩衝器に出力する供給電流出力手段とからなるサスペンション制御装置において、
   前記供給電流出力手段は、前記指令電流及び前記供給電流が同等値であることを示す特性線分と前記供給電流所定値を示す特性線分との交点で定まる指令電流所定値以下の範囲に予め設定される指令電流通常範囲に前記指令電流がある場合には、前記指令電流及び前記供給電流を同等値とし、前記指令電流が前記指令電流通常範囲を超えて前記指令電流所定値に近づくに従い、前記供給電流が徐々に前記供給電流所定値に近い値となるように、前記指令電流・供給電流の変換を行うことを特徴とするサスペンション制御装置。
2. 請求項１に記載のサスペンション制御装置において、前記指令電流をIs、前記供給電流をIkとすると、前記指令電流及び前記供給電流は、Ik＝tanh（Is）とされる双曲線正接関数で表現される関係であることを特徴とするサスペンション制御装置。
3. ばね上部材とばね下部材との間に介装され、供給電流に応じて前記ばね上部材の前記ばね下部材に対する振動に対して減衰力を発生するとともに減衰係数を調整可能な減衰力調整式の緩衝器を制御するためのサスペンション制御装置であって、前記ばね上部材又は前記ばね下部材の上下方向の挙動を検出する上下挙動検出手段と、該上下挙動検出手段により検出された前記上下方向の挙動に応じて振動を抑制するような目標減衰係数を決定する目標減衰係数決定手段と、該目標減衰係数決定手段により決定された前記目標減衰係数から前記供給電流に対応する指令電流を決定する指令電流決定手段と、上限及び下限供給電流を超えないように前記指令電流を前記供給電流に変換して前記緩衝器に出力する供給電流出力手段とからなるサスペンション制御装置において、
   前記供給電流出力手段は、その出力特性が、前記指令電流に対する前記供給電流の変化率が徐々に大きくなる変化率増大範囲と、前記変化率がほぼ一定である指令電流通常範囲と、前記変化率が徐々に小さくなる変化率減少範囲とからなることを特徴とするサスペンション制御装置。

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