JP2010083152A - サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ばね上相対速度の絶対値が小さい領域であっても減衰係数が可変制御されるとともに、ダンパの減衰係数の制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて可変制御されるサスペンション装置を提供すること。
【解決手段】 ばね上速度ｖ_ｕとばね上相対速度Ｖとの積が正または０であるときに、下記式（１）に基づいて前記要求減衰係数を算出する。
【数１】

（ここで、Ｃは要求減衰係数、Ｃ_ｓはスカイフック減衰係数、ｖ_ｕはばね上速度、Ｖはばね上相対速度、Ｃ_０は予め設定された基準減衰係数である。）
【選択図】 図２

Description

本発明は、減衰係数が可変制御される減衰力発生手段を備えるサスペンション装置に関する。

車両のサスペンション装置は、一般にコイルスプリングおよびダンパを備えている。コイルスプリングは路面からの振動を吸収し、ダンパはこの振動を減衰する。

ダンパによる振動の減衰特性、具体的にはばね上相対速度（ばね下部材に対するばね上部材の振動の上下方向の相対速度）に対する減衰力の大きさを表す減衰係数が、車両の走行状況に応じて変更可能とされたサスペンション装置が知られている。特許文献１や特許文献２には、非線形Ｈ∞制御理論に従って減衰係数を可変制御したサスペンション装置が記載されている。非線形Ｈ∞制御理論に基づいて減衰係数を可変制御することにより、Ｆ−Ｖ特性（Ｆ：減衰力、Ｖ：ばね上相対速度）を表すリサージュ波形図上で、第一象限内および第三象限内に滑らかなリサージュ曲線が描かれる。このためダンパの減衰係数が制御可能な実用範囲内で理想的な減衰力制御が実現される。
特開２０００−１４８２０８号公報（第５図（Ａ）) 特開２００１−００１７３６号公報（第１４図（Ａ））

非線形Ｈ∞制御理論に従って減衰係数を可変制御した場合、上記特許文献に記載のＦ−Ｖリサージュ波形図からもわかるように、ばね上相対速度Ｖの絶対値が大きい領域では、ばね上相対速度Ｖに対する減衰力の制御幅（変化幅）が大きくなる。このため減衰力の制御性能が良好になり、広い範囲での減衰係数の可変制御が可能になる。しかし、非線形Ｈ∞制御理論では非線形重みによりリサージュ波形を調整しているために、ばね上相対速度Ｖの絶対値が小さい領域では減衰特性がほぼ線形になる。このような線形減衰である場合は、状況に応じて減衰力が変更されるような減衰係数の可変制御を行うことができない。ばね上相対速度Ｖの絶対値が小さい領域では、減衰力の大きさの違いによって乗り心地が大きく異なる。したがって、この領域において減衰特性が線形になってしまうと、乗り心地を良好にするための制御を十分に行うことができない。

また、ダンパの減衰係数の可変制御をスカイフック制御理論に基づいて行うサスペンション装置も提案されている。スカイフック制御理論に基づいて減衰係数を可変制御することにより、ばね上相対速度Ｖの絶対値が小さい領域であっても広い制御幅を持って減衰力が制御される。このため乗り心地を向上させることができる。

しかし、スカイフック制御理論に従って所望の減衰力を表す減衰係数である要求減衰係数を算出した場合に、ダンパの減衰係数の制御範囲を越えた要求減衰係数（たとえば負の減衰係数や極めて小さい（または極めて大きい）減衰係数）が算出されることもある。このためスカイフック制御理論が実用上の減衰制御に適用できる範囲がおのずと限られてしまうといった問題があった。

本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、ばね上相対速度の絶対値が小さい領域であっても減衰係数が可変制御されるとともに、ダンパの減衰係数の制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて可変制御されるサスペンション装置を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、車両のばね下部材とばね上部材との間に介装され、ばね下部材に対するばね上部材の振動を減衰するための減衰力を発生する減衰力発生手段と、前記減衰力発生手段の減衰係数を変更する減衰係数変更手段と、要求減衰係数を算出する要求減衰係数算出手段と、前記減衰力発生手段の減衰係数が前記要求減衰係数算出手段により算出された要求減衰係数となるように、前記減衰係数変更手段を制御する減衰係数制御手段と、を備えるサスペンション装置において、前記要求減衰係数算出手段が、スカイフック制御理論により計算された減衰係数と予め設定された基準減衰係数との和により前記要求減衰係数を算出することにある。

上記発明によれば、要求減衰係数算出手段によって、スカイフック制御理論により計算された減衰係数に予め設定された基準減衰係数を加えたものが要求減衰係数として算出される。つまり、スカイフック制御理論に従って求めた減衰係数が基準減衰係数により補正され、このように補正された減衰係数が要求減衰係数として算出される。したがって、基準減衰係数を適切な値に設定することによって、スカイフック制御理論をより現実の減衰力発生手段の減衰性能に即した形として適用することができる。これにより、より実現可能な減衰係数の範囲内で要求減衰係数が算出され、減衰係数発生手段の減衰係数の制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて減衰係数を可変制御することができる。また、本発明は、減衰係数を基準減衰係数により補正しているとはいえ、基本的な減衰制御理論はスカイフック制御理論であるため、ばね上相対速度が低速度の領域においても減衰係数が可変制御される。つまり、ばね上相対速度が低速度の領域においても、減衰力の制御幅に広がりを持たせることができる。このため低速度領域にて減衰係数の可変制御を行うことにより、乗り心地の向上を図ることができる。

上記減衰力発生手段は、ばね下部材に対するばね上部材の上下振動を減衰する機能、つまり、ばね下部材を介して路面から入力された上下振動を減衰する機能を有するものであり、サスペンション装置においては一般にダンパあるいはショックアブソーバと呼ばれるものである。

上記減衰係数変更手段は、減衰力発生手段の減衰係数、具体的には、ばね下部材に対するばね上部材の上下振動の速度（ばね上相対速度）に対する減衰力の大きさを表す係数を変更する。この減衰係数変更手段は、例えば減衰力発生手段としてのダンパ内部に粘性流体の流通路が形成されている場合において、この流通路の流路断面積の大きさを変更するバルブおよびこのバルブを作動させるモータなどのアクチュエータを備えた可変絞り機構等により構成することができる。

上記減衰係数算出手段は要求減衰係数を算出する。本発明では、要求減衰係数は、スカイフック制御理論により計算された減衰係数と予め設定された基準減衰係数との和により算出される。この減衰係数算出手段は、たとえば車両に搭載された減衰力制御用のマイクロコンピュータ（具体的にはマイクロコンピュータ中の要求減衰係数を算出する部分）により構成することができる。基準減衰係数は正の値であるのがよい。さらに、基準減衰係数は、減衰力発生手段および減衰係数変更手段により実現可能な最低の減衰係数またはその近傍の値（例えば９００Ｎ・ｓ／ｍ〜１１００Ｎ・ｓ／ｍ）に設定するのが好ましい。このように設定すれば、スカイフック制御理論に基づいて算出された減衰係数が０付近である場合でも、その減衰係数に基準減衰係数を加算することにより、要求減衰係数を減衰力発生手段により実現可能な減衰係数にすることができる。

上記減衰係数制御手段は、減衰力発生手段の減衰係数が要求減衰係数となるように、減衰係数変更手段を制御するものである。この減衰係数制御手段は、減衰係数変更手段の作動を制御する駆動回路や、減衰力制御用のマイクロコンピュータのうち駆動回路に制御信号を出力する部分により構成することができる。

また、本発明のサスペンション装置は、ばね上部材の上下方向の絶対速度をばね上速度として取得するばね上速度取得手段と、ばね下部材に対するばね上部材の上下方向の相対速度をばね上相対速度として取得するばね上相対速度取得手段と、をさらに備え、前記要求減衰係数算出手段は、前記ばね上速度取得手段により取得されたばね上速度と前記ばね上相対速度取得手段により取得されたばね上相対速度との積が正または０であるときに、下記式（１）に基づいて前記要求減衰係数を算出するものであるのがよい。

（ここで、Ｃは要求減衰係数、Ｃ_ｓはスカイフック減衰係数、ｖ_ｕはばね上速度、Ｖはばね上相対速度、Ｃ_０は予め設定された基準減衰係数である。）

これによれば、ばね上相対速度とばね上速度との積が正あるいは０である場合、つまり、ばね上相対速度とばね上速度とが同符号である場合、あるいは一方の速度が０である場合に上記式（１）により要求減衰係数が決定される。式（１）の右辺の第一項はスカイフック制御理論に従って算出される減衰係数を表し、右辺の第二項は基準減衰係数を表わす。要求減衰係数Ｃは、この第一項の値と第二項の値との和により算出される。したがって、第二項により表わされる基準減衰係数Ｃ_０を減衰力発生手段および減衰係数変更手段により実現可能な減衰係数に設定しておくことによって、第一項の値、すなわちスカイフック制御理論に従って算出される減衰係数が０または０近傍の非常に小さい値であっても、要求減衰係数は減衰力発生手段および減衰係数変更手段により制御可能な範囲内の減衰係数として算出される。これにより、減衰係数発生手段の減衰係数の実用制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて減衰係数を可変制御することができる。

上記ばね上速度取得手段は、ばね上部材の上下方向の絶対速度を取得するものであれば、どのようなものでもよい。たとえば、ばね上部材の上下方向の加速度を検出する加速度センサと、この加速度センサにより検出された上下方向の加速度を積分して上下方向の速度を算出する積分器とにより、ばね上速度取得手段を構成してもよい。また、ばね上部材の上下方向の変位を検出する変位検出センサと、この変位検出センサにより検出された変位を微分して上下方向の速度を算出する微分器とにより、ばね上速度取得手段を構成してもよい。また、直接ばね上部材の上下方向の速度を検出する速度センサによりばね上速度取得手段を構成してもよい。

上記ばね上相対速度取得手段は、ばね上部材のばね下部材に対する速度を取得するものであれば、どのようなものでもよい。たとえば、ばね上部材のばね下部材に対する変位を検出する変位検出センサ（ストロークセンサ）と、この変位検出センサにより検出された変位を微分してばね上相対速度を算出する微分器とにより、ばね上相対速度取得手段を構成してもよい。また、ばね上部材の上下方向の絶対速度を取得するばね上速度取得手段と、ばね下部材の上下方向の絶対速度を取得するばね下速度取得手段と、ばね上速度取得手段により取得されたばね上速度とばね下速度取得手段により取得されたばね下速度との差を計算し、その計算結果からばね上相対速度を算出するばね上相対速度算出手段により、ばね上相対速度取得手段を構成してもよい。

また、前記要求減衰係数算出手段は、前記ばね上速度取得手段により取得されたばね上速度と前記ばね上相対速度取得手段により取得されたばね上相対速度との積が負であるときに、下記式（２）に基づいて前記要求減衰係数を算出するものであるとよい。

上記発明によれば、ばね上相対速度とばね上速度との積が負である場合、つまり、ばね上相対速度とばね上速度とが異符号である場合に上記式（２）により要求減衰係数が決定される。上記式（２）によれば、要求減衰係数が基準減衰係数とされる。ここで、ばね上相対速度とばね上速度が異符号である場合にスカイフック制御理論にしたがって減衰係数を算出すると、算出される減衰係数は負の値となる。この場合には減衰力が０となるように制御することもあるが、実際の減衰力発生手段において減衰力を０とすること、すなわち減衰係数を０に設定することは不可能である。この場合に本発明では、要求減衰係数が基準減衰係数Ｃ_０とされる。したがって、基準減衰係数Ｃ_０を減衰力発生手段および減衰係数変更手段により実現可能な減衰係数に予め設定しておくことにより、要求減衰係数は減衰力発生手段および減衰係数変更手段により制御可能な範囲内の減衰係数として算出される。これにより、減衰係数発生手段の減衰係数の制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて、上下振動が減衰される。

また、本発明の他の特徴は、前記ばね上速度取得手段により取得されたばね上速度と前記ばね上相対速度取得手段により取得されたばね上相対速度との積が正または０であり、且つ前記ばね上相対速度の絶対値が予め設定された基準速度Ｖ_０未満であるときに、前記要求減衰係数算出手段が、下記式（３）に基づいて前記要求減衰係数を計算することにある。

先に述べたように、ばね上相対速度とばね上速度との積が正または０である場合は、要求減衰係数算出手段は基本的には上記式（１）式に基づいて要求減衰係数を算出する。式（１）の右辺の第一項の分母はばね上相対速度Ｖである。このため、Ｖが非常に小さい場合には算出される要求減衰係数が大きくなり、場合によっては減衰力発生手段および減衰係数変更手段により実現可能な減衰係数よりも大きくなってしまう。この点につき、本発明では、ばね上相対速度の絶対値が予め設定された基準速度Ｖ_０未満のときには、上記式（１）ではなく、上記式（３）に基づいて要求減衰係数が算出される。上記式（３）は、上記式（１）における右辺の第一項の分母をばね上相対速度ではなく、予め設定された基準速度Ｖ_０とした式である。つまり、上記（３）式によれば、ばね上相対速度の絶対値が基準速度Ｖ_０未満であるときは、式（１）におけるばね上相対速度を基準速度Ｖ_０であるとして要求減衰係数が計算される。このため、基準速度Ｖ_０を減衰力発生手段および減衰係数変更手段の性能に合わせた所望の値に設定しておくことにより、ＶがＶ_０未満の非常に小さい値である場合でも、式（３）により算出された要求減衰係数は実現可能な範囲内の減衰係数となる。これにより、減衰力発生手段の減衰係数の制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて減衰係数の可変制御を行うことができる。基準速度Ｖ_０は、式（３）により算出される要求減衰係数が制御可能な範囲となるような値に設定することができるが、例えば０．０５〜０．１５ｍ／ｓとすることができる。

なお、上記発明の趣旨から、ばね上相対速度Ｖが基準速度Ｖ_０未満である場合には、下記式（４）に基づいて要求減衰係数を計算することも考えられる。

上記式（４）により要求減衰係数を算出した場合でも、要求減衰係数を、減衰力発生手段および減衰係数変更手段により実現可能な範囲内の減衰係数に抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は、本実施形態のサスペンション装置の全体概略図である。このサスペンション装置１は、サスペンション機構ＳＰと電気制御装置ＥＬを備えている。

サスペンション機構ＳＰは、コイルスプリング１０とダンパ２０を備えている。コイルスプリング１０およびダンパ２０の一端（下端）は、ばね下部材ＬＡに接続され、他端（上端）はばね上部材ＨＡに接続されている。コイルスプリング１０は、路面からばね下部材ＬＡを介して伝達される振動を吸収する。ダンパ２０はコイルスプリング１０と並行に配置されており、上記振動を減衰する。なお、本実施形態において、ばね下部材ＬＡは、コイルスプリング１０およびダンパ２０と車輪との間に配設された連結部材であり、たとえば車輪に連結されたナックルや、一端がナックルに連結されたロアアーム等がばね下部材ＬＡに相当する。このロアアームにコイルスプリング１０やダンパ２０の一端が連結される。また、ばね上部材ＨＡは、コイルスプリング１０およびダンパ２０に支持される部材であり、車体もばね上部材ＨＡに含まれる。

ダンパ２０は、シリンダ２１と、ピストン２２と、ピストンロッド２３とを備える。シリンダ２１は内部にオイルなどの粘性流体が封入された筒状部材であり、その下端がばね下部材ＬＡであるロアアームに連結されている。ピストン２２はシリンダ２１内に配設され、シリンダ２１の内部空間を軸方向に移動可能に構成されている。ピストンロッド２３は棒状の部材であって、その一端がピストン２２に接続され、その接続端からシリンダ２１の軸方向に延設されてシリンダ２１の上端から外部に突き出ている。そして、他端がばね上部材ＨＡである車体に連結されている。

また、図に示されるように、シリンダ２１の内部に配設されたピストン２２によって、シリンダ２１の内部空間が上部空間２１ａと下部空間２１ｂとに分けられている。さらに、ピストン２２には、上部空間２１ａに面している上面２２ａと下部空間２１ｂに面している下面２２ｂとを連通する連通路２２ｃが内部に形成されている。

上記構造のダンパ２０において、車両走行中に路面凹凸などによってばね下部材ＬＡが上下に振動した場合に、この上下振動がばね下部材ＬＡからダンパ２０のシリンダ２１に伝達され、シリンダ２１も上下に振動する。ピストン２２はシリンダ２１内に配設されているから、このピストン２２はシリンダ２１の上下振動によって上下方向に相対変位する。この相対変位により連通路２２ｃ内を粘性流体が流通する。このときの粘性抵抗により振動に対する減衰力が発生する。この減衰力によって振動が減衰する。このように、本実施形態のダンパ２０は、車両のばね下部材ＬＡとばね上部材である車体との間に介装され、ばね下部材ＬＡに対するばね上部材ＨＡの振動を減衰するための減衰力を発生する減衰力発生手段に相当する。

また、サスペンション機構ＳＰは、可変絞り機構３０を備える。この可変絞り機構３０は、バルブ３１およびアクチュエータ３２を有する。バルブ３１はピストン２２に形成された連通路２２ｃに設けられており、公知の絞り機構によって、連通路２２ｃの少なくとも一部の流路断面積を変化させる。バルブ３１は、例えばピストン２２の上面２２ａ側から連通路２２ｃ内に進退可能に構成された円錐状のニードルバルブにより構成することができる。連通路２２ｃへのニードルバルブの進入長さを変化させることにより、流路断面積を変化させることができる。また、アクチュエータ３２はバルブ３１に接続されており、このアクチュエータ３２の駆動によってバルブ３１が作動する。アクチュエータ３２は、例えばバルブ３１が上記のようにニードルバルブである場合に、このニードルバルブを連通路２２ｃに進退駆動させるためのモータにより構成することができる。

アクチュエータ３２の駆動に伴うバルブ３１の作動によって連通路２２ｃの流路断面積の大きさが変更された場合、ダンパ２０により発生される減衰力の大きさを表す減衰係数も変更される。したがって、可変絞り機構３０（バルブ３１およびアクチュエータ３２）は、ダンパ２０の減衰係数を変更する減衰係数変更手段に相当する。

電気制御装置ＥＬは、マイクロコンピュータ４１と、ばね上加速度センサ４２と、ストロークセンサ４３と、積分器４４と、微分器４５と、駆動回路４６を備えて構成されている。ばね上加速度センサ４２は車体に組み付けられていて、絶対空間に対するばね上部材ＨＡの上下方向の加速度であるばね上加速度α_ｕを検出し、検出したばね上加速度α_ｕに応じた信号を出力する。ストロークセンサ４３は、車体とばね下部材ＬＡとの間に配設されており、ばね上部材ＨＡのばね下部材ＬＡに対する上下変位（ストローク変位）ｘを検出し、検出した変位ｘに応じた信号を出力する。なお、ばね上加速度センサ４２は上方向に向かう加速度を正の加速度として検出し、下方向に向かう加速度を負の加速度として検出する。

積分器４４は、ばね上加速度センサ４２から出力された信号を入力し、入力信号から得られるばね上加速度α_ｕを積分してばね上部材ＨＡの上下方向の絶対速度であるばね上速度ｖ_ｕを計算し、計算したばね上速度ｖ_ｕに応じた信号を出力する。積分器４４は、上方向に向かうばね上速度を正の速度として計算し、下方向に向かうばね上速度を負の速度として計算する。微分器４５は、ストロークセンサ４３から出力された信号を入力し、入力信号から得られる上下変位ｘを微分してばね下部材ＬＡに対するばね上部材の相対速度であるばね上相対速度Ｖ、すなわちピストン２２のシリンダ２１における相対速度を計算し、計算したばね上相対速度Ｖに応じた信号を出力する。微分器４５は、ばね上相対速度Ｖがばね上部材ＨＡとばね下部材ＬＡとの間隔を広げる方向に向かう速度、すなわちばね上部材ＨＡがばね下部材ＬＡに対して上方に相対移動する速度であるときに、その速度を正の速度として計算し、ばね上部材ＨＡとばね下部材ＬＡとの間隔を狭める方向に向かう速度、すなわちばね上部材ＨＡがばね下部材ＬＡに対して下方に相対移動する速度であるときに、その速度を負の速度として計算する。なお、ばね上相対速度Ｖは、ｖ_ｕ−ｖ_ｄにより表すこともできる（ｖ_ｄは、ばね下部材ＬＡの上下方向の絶対速度であって、上方向に向かう速度が正の速度、下方向に向かう速度が負の速度である）。

マイクロコンピュータ４１は、積分器４４、微分器４５および駆動回路４６に電気的に接続されている。そして、積分器４４および微分器４５から出力された信号を入力し、これらの信号を用いて要求減衰係数を算出する。したがって、このマイクロコンピュータ４１において要求減衰係数を計算する部分が、本発明の要求減衰係数計算手段に相当する。また、マイクロコンピュータ４１は、ダンパ２０の減衰係数が、計算した要求減衰係数となるようにバルブ３１を制御するための制御信号を駆動回路４６に出力する。駆動回路４６は、入力した制御信号に基づいてアクチュエータ３２を駆動制御する。この駆動制御によって、ダンパ２０の減衰係数が要求減衰係数となるようにバルブ３１の作動が制御される。したがって、マイクロコンピュータ４１において制御信号を計算して出力する部分および駆動回路４６は、算出された要求減衰係数に基づいて可変絞り機構３０を制御する減衰係数制御手段に相当する。

次に、上記のように構成された本実施形態のサスペンション装置１の作動について説明する。乗員がイグニッションキーを操作することによりイグニッションがＯＮとなると、マイクロコンピュータ４１は、図２の減衰力変更制御プログラムを所定の短時間ごとに繰り返し実行する。

この減衰力変更制御プログラムはステップ１００（以下、ステップ番号をＳと略記する。）にて開始され、Ｓ１０２にて、積分器４４から出力されるばね上速度ｖ_ｕと、微分器４５から出力されるばね上相対速度Ｖが入力される。次に、Ｓ１０４にて、ばね上相対速度Ｖとばね上速度ｖ_ｕとの積が０以上であるか、つまりＶ・ｖ_ｕが正または０であるか否かについて判定される。Ｖ・ｖ_ｕが正または０であると判定された場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）はＳ１０６に進む。Ｓ１０６では、Ｖの絶対値が基準速度Ｖ_０未満であるか否かについて判定される。基準速度Ｖ_０は予め所定の微低速に設定されており、たとえば０．１ｍ／ｓとすることができるが、好ましくは０．０５〜０．１５ｍ／ｓの範囲内で設定するとよい。

Ｖの絶対値が基準速度Ｖ_０以上であると判定された場合（Ｓ１０６：Ｎｏ）はＳ１０８に進み、下記の式（１）を用いて要求減衰係数Ｃが計算される。

式（１）において、Ｃ_ｓはスカイフック減衰係数であり、サスペンション装置がスカイフック制御理論に基づいて制御されるように予め設定されている値である。Ｃ_０は基準減衰係数である。この基準減衰係数Ｃ_０も予め設定されている。基準減衰係数Ｃ_０は減衰係数として小さな正の値であるのがよい。また、基準減衰係数Ｃ_０は、ダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な範囲内の減衰係数に設定されるとよい。より好ましくは、基準減衰係数Ｃ_０は、ダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な範囲内の減衰係数の下限値に設定されるとよい。Ｃ_０は、たとえば、１０００Ｎ・ｓ／ｍに設定することができるが、好ましくは９００〜１１００Ｎ・ｓ／ｍの範囲内で設定するとよい。

また、Ｓ１０４にてＶ・ｖ_ｕが０未満であると判定された場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、つまりＶ・ｖ_ｕが負である場合はＳ１１２に進み、下記の式（２）を用いて要求減衰係数Ｃが計算される。

また、Ｓ１０６にてＶの絶対値が基準速度Ｖ_０未満であると判定された場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）はＳ１１０に進み、下記の式（３）を用いて要求減衰係数Ｃが計算される。

Ｓ１０８，Ｓ１１０またはＳ１１２にて要求減衰係数Ｃが計算された後は、Ｓ１１４に進み、ダンパ２０の減衰係数が要求減衰係数Ｃとなるように、駆動回路４６に制御信号が出力される。これにより駆動回路４６からアクチュエータ３２に必要な電流が供給されてアクチュエータ３２が駆動される。アクチュエータ３２の駆動によって、ダンパ２０の減衰係数が、算出された要求減衰係数Ｃとなるようにバルブ３１が制御される。その後、Ｓ１１６に進み、このプログラムが終了される。

ここで、スカイフック制御理論に基づいたダンパの減衰力制御について説明する。図３は、ばね上部材ＨＡが地上のある点からスカイフックダンパＳＤにより吊り下げられた仮想のサスペンション装置のモデル（スカイフックモデル）を表わす図である。この仮想モデルにおいて、スカイフックダンパＳＤの減衰係数をＣ_ｓ、ばね上部材ＨＡの質量をＭ、ばね下部材ＬＡの質量をｍ、コイルスプリング１０の弾性係数をＫ、ばね上部材ＨＡの上下方向の変位量をｘ_ｕ、ばね下部材ＬＡの上下方向の変位量をｘ_ｄ（ｘ_ｕ，ｘ_ｄともに、基準位置からの上方変位を正の変位、下方変位を負の変位とする）とすると、このモデルの運動方程式は、下記式（５）により表わされる。

また、図４は、図１に示される実際のサスペンション装置１のモデルを表わす図である。このモデルにおいて、ダンパ２０の実減衰係数をＣとすると、運動方程式は下記式（６）により表わされる。

実際のサスペンション装置１をスカイフックモデルにより表わす場合には、上記式（５）と上記式（６）が共に成立するようにすればよい。この場合、式（５）の左辺と式（６）の左辺を等号でつなぎ、実減衰係数Ｃを求めると、下記式（７）のようになる。

ここで、ｖ_ｕはばね上速度、ｖ_ｄはばね下速度、Ｖはばね上相対速度である。

上記式（７）において、ばね上相対速度Ｖとばね上速度ｖ_ｕとの積が負である場合は、実減衰係数Ｃが負となる。実際のダンパ２０では減衰係数を負とすることができない。よって、上記式（７）は、ばね上相対速度Ｖとばね上速度ｖ_ｕとの積が正または０である場合にのみ用いるものとし、上記積が負である場合は、実減衰係数Ｃは下記の式（８）により計算される。

式（７）および式（８）に従って求めた実減衰係数Ｃを要求減衰係数として、ダンパ２０の減衰係数がこの要求減衰係数となるように可変絞り機構３０を制御することにより、スカイフック制御理論に基づいた減衰力制御が行われる。

図５は、上記式（７）および式（８）に従って要求減衰係数Ｃを定めた場合、すなわちスカイフック制御理論に従って要求減衰係数Ｃを求めた場合における、Ｆ−Ｖ（減衰力−ばね上相対速度）特性を表すリサージュ波形の概略図である。図において灰色に塗り潰した部分が、減衰力の制御領域である。図に示されるように、スカイフック制御理論に基づき減衰力を制御することにより、ばね上相対速度Ｖの絶対値が小さい領域においても減衰力の制御幅が広く、減衰係数が可変制御されることがわかる。

しかし、スカイフック制御理論に基づいて減衰力を制御した場合には、減衰係数の制御幅が広すぎるために、ダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な減衰係数の範囲内では制御しきれない場合も生ずる。たとえば、ばね上速度ｖ_ｕが０であるときに式（７）あるいは式（８）により要求減衰係数Ｃを計算すると、Ｃ＝０となる。したがって、減衰力Ｆ（＝Ｃ・Ｖ）も０となる。この場合、減衰力Ｆは図５においてＶ軸上に表わされる。減衰力Ｆが０となるようにダンパ２０の減衰係数を変更することはできない。また、Ｖ・ｖ_ｕが正である場合において、Ｖが非常に小さいときに式（７）に基づいて要求減衰係数Ｃを計算すると、計算された要求減衰係数Ｃが、ダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な減衰係数の範囲を越えた減衰係数となることもある。Ｖは式（７）の右辺の分母の値であるので、要求減衰係数Ｃが非常に大きくなる場合もあるからである。また、Ｖが非常に小さい場合は、Ｖのわずかな誤差がＣの計算結果に大きな影響を与える。つまり、Ｃの計算誤差が大きくなる。

このように、スカイフック制御理論により要求減衰係数Ｃを求めた場合、その要求減衰係数Ｃが、ダンパ２０および可変絞り機構３０により制御可能な減衰係数の範囲を越えた減衰係数である場合もある。この場合には要求減衰係数Ｃに沿ってダンパ２０の減衰係数を変更することができない。

これに対し、本実施形態のサスペンション装置１においては、上記式（１），（２）および（３）に従って要求減衰係数Ｃが算出される。このようにして要求減衰係数Ｃを算出することにより、スカイフック制御理論に基づいて要求減衰係数を算出した場合に起こり得る上記不具合が改善されている。

本実施形態にて要求減衰係数算出の際に用いられる上記式（１）は、ばね上相対速度Ｖの絶対値｜Ｖ｜がＶ_０以上の場合にスカイフック制御理論に基づいて導かれる式（７）に対応している。式（１）の右辺の第一項はスカイフック制御理論に従って算出される減衰係数、すなわち式（７）により算出される減衰係数により表わされ、式（１）の右辺の第二項は基準減衰係数Ｃ_０により表わされる。すなわち、式（１）によれば、要求減衰係数Ｃは、スカイフック制御理論に基づいて算出された減衰係数に基準減衰係数Ｃ_０を加算することにより求められる。従って、式（１）により算出される要求減衰係数Ｃは必ず基準減衰係数Ｃ_０よりも大きな値となる。これに対し、ばね上速度ｖ_ｕが０または０近傍の非常に小さな値である場合に式（７）により要求減衰係数Ｃを算出すると、要求減衰係数Ｃは０または０に近い小さな値となる。よって、基準減衰係数Ｃ_０を少なくともダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な減衰係数、例えば実現可能な最小の減衰係数に設定しておくことにより、算出される要求減衰係数Ｃが、ダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な減衰係数を下回ることはない。このため、ダンパ２０の減衰係数の制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて減衰係数の可変制御を行うことができる。

また、本実施形態にて要求減衰係数算出の際に用いられる上記式（２）は、スカイフック制御理論に基づいて導かれる式（８）に対応している。式（２）により算出される要求減衰係数は、基準減衰係数Ｃ_０に等しい。よって、上述のように基準減衰係数Ｃ_０を少なくともダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な減衰係数、例えば実現可能な最小の減衰係数に設定しておくことにより、式（２）により算出される要求減衰係数Ｃ（すなわち基準減衰係数Ｃ_０）は、ダンパ２０の可変制御範囲内の減衰係数となる。したがって、この場合においても、ダンパ２０の減衰係数の制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて、上下振動が減衰される。

また、本実施形態にて要求減衰係数算出の際に用いられる上記式（３）は、ばね上相対速度Ｖの絶対値｜Ｖ｜がＶ_０未満の場合にスカイフック制御理論に基づいて導かれる式（７）に対応している。この式（３）は式（１）に類似しているが、右辺の第一項の分母が式（１）のようにばね上相対速度Ｖではなく、基準速度Ｖ_０とされている。つまり、｜Ｖ｜がＶ_０未満の場合は、Ｖが一定値Ｖ_０であるとして要求減衰係数が計算される。したがって、Ｖが非常に小さい場合であってもその小ささの影響が要求減衰係数Ｃの計算から除外され、Ｖが非常に小さい値であることによって要求減衰係数Ｃの計算値が大きくなることはない。このため、Ｖ_０をダンパ２０および可変絞り機構３０の性能に合わせた所望の値に設定しておくことにより、｜Ｖ｜がＶ_０未満の非常に小さい値である場合でも、式（３）により算出された要求減衰係数Ｃが、ダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な範囲内の減衰係数となる。よって、ダンパ２０の減衰係数の制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて減衰係数の可変制御を行うことができる。

図６は、本実施形態に係る減衰力制御、すなわち上記式（１），（２）および（３）に従って要求減衰係数を定めた場合における、Ｆ−Ｖ特性を表すリサージュ波形の概略図である。図において灰色に塗り潰した部分が減衰力の制御領域である。図に示されるように、本実施形態に係る減衰力制御においても図５に示されるスカイフック制御理論に基づいた減衰力制御と同様に、ばね上相対速度Ｖの絶対値が小さい領域、たとえばＶの絶対値がＶ_０未満の領域において減衰力の制御幅が広く、減衰係数が可変制御されることがわかる。

また、図５と異なり、図６のリサージュ波形により表わされる減衰力の制御領域は、ダンパ２０および可変絞り機構３０により実現不可能な減衰係数により表わされる減衰制御領域を除外したリサージュ波形として描かれている。具体的には、要求減衰係数ＣがＣ_０よりも小さい減衰係数により制御される領域（領域Ａ）と、Ｖの絶対値がＶ_０未満である領域中であって要求減衰係数Ｃが上記式（３）により求められる値以上となる減衰係数により制御される領域（領域Ｂ）が、除外されている。したがって、ダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な減衰係数の範囲に見合った要求減衰係数に基づいて、減衰係数の可変制御を行うことができるのである。なお、上記式（１）により算出された要求減衰係数により減衰制御される範囲は図中の領域Ｃにより表わされている。また、上記式（２）により算出された要求減衰係数により減衰制御される部分は図中の直線Ｄにより、上記式（３）により算出された要求減衰係数により減衰制御される範囲は図中の領域Ｅにより表わされている。

以上のように、本実施形態のサスペンション装置１によれば、スカイフック制御理論をベースとして減衰力が制御されるため、ばね上相対速度Ｖが微低速の領域においても減衰力が所定の制御幅の範囲内で変化し得る。したがって、Ｖが微低速である場合にも状況に応じた減衰係数の可変制御を行うことができ、車両の乗り心地を良好にすることができる。また、本実施形態によれば、スカイフック制御理論に基づいて算出される減衰係数に基準減衰係数Ｃ_０を加えて要求減衰係数が算出されるので、要求減衰係数は最低でも基準減衰係数Ｃ_０となる。このためこの基準減衰係数Ｃ_０をダンパ２０および可変絞り機構３０による制御可能範囲内の減衰係数に設定することによって、要求減衰係数がダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な減衰係数を下回ることを防止することができる。よって、要求減衰係数が小さすぎるためのその要求減衰係数に見合った制御ができなくなるといった不具合が防止される。また、相対速度Ｖが小さい範囲、具体的には相対速度Ｖの絶対値が基準速度Ｖ_０よりも小さい範囲では、相対速度Ｖの値の代わりに基準速度Ｖ_０を用いて要求減衰係数Ｃが計算される。したがって、ダンパ２０および可変絞り機構３０の性能に合わせて基準速度Ｖ_０を設定することにより、Ｖの値にかかわらずに要求減衰係数がダンパ２０および可変絞り機構３０により実現可能な範囲内の減衰係数として算出される。よって、Ｖの値が極小であるがために要求減衰係数が大きくなって、その要求減衰係数に見合った制御ができなくなるといった不具合も防止される。すなわち、本実施形態のサスペンション装置１によれば、ダンパ２０の減衰係数の制御範囲に見合った要求減衰係数に基づいて、減衰係数の可変制御を行うことができる。

本実施形態に係るサスペンション装置の全体概略図である。 減衰力変更制御プログラムのフローチャートである。 スカイフックモデルを表す図である。 現実のサスペンション装置のモデルを表す図である。 スカイフック制御理論に基づいて要求減衰係数を定めた場合における、Ｆ−Ｖ特性を表すリサージュ波形の概略図である。 本実施形態により要求減衰係数を定めた場合における、Ｆ−Ｖ特性を表すリサージュ波形の概略図である。

符号の説明

１…サスペンション装置、１０…コイルスプリング、２０…ダンパ（減衰力発生手段）、２１…シリンダ、２１ａ…上部空間、２１ｂ…下部空間、２２…ピストン、２２ｃ…連通路、３０…可変絞り機構（減衰係数変更手段）、３１…バルブ、３２…アクチュエータ（減衰係数変更手段）、４１…マイクロコンピュータ（要求減衰係数算出手段、減衰係数制御手段）、４２…ばね上加速度センサ（ばね上速度取得手段）、４３…ストロークセンサ（ばね上相対速度取得手段）、４４…積分器（ばね上速度取得手段）、４５…微分器（ばね上相対速度取得手段）、４６…駆動回路（減衰係数制御手段）、ＳＰ…サスペンション機構、ＥＬ…電気制御装置、ＨＡ…ばね上部材、ＬＡ…ばね下部材、Ｃ…要求減衰係数、Ｃ_０…基準減衰係数、Ｖ…ばね上相対速度、ｖ_ｕ…ばね上速度、Ｖ_０…基準速度

Claims (4)

1. 車両のばね下部材とばね上部材との間に介装され、ばね下部材に対するばね上部材の振動を減衰するための減衰力を発生する減衰力発生手段と、前記減衰力発生手段の減衰係数を変更する減衰係数変更手段と、要求減衰係数を算出する要求減衰係数算出手段と、前記減衰力発生手段の減衰係数が前記要求減衰係数算出手段により算出された要求減衰係数となるように、前記減衰係数変更手段を制御する減衰係数制御手段と、を備えるサスペンション装置において、
   前記要求減衰係数算出手段は、スカイフック制御理論により計算された減衰係数と予め設定された基準減衰係数との和により前記要求減衰係数を算出することを特徴とする、サスペンション装置。
2. 請求項１に記載のサスペンション装置において、
   ばね上部材の上下方向の絶対速度をばね上速度として取得するばね上速度取得手段と、
   ばね下部材に対するばね上部材の上下方向の相対速度をばね上相対速度として取得するばね上相対速度取得手段と、を備え、
   前記要求減衰係数算出手段は、前記ばね上速度取得手段により取得されたばね上速度と前記ばね上相対速度取得手段により取得されたばね上相対速度との積が正または０であるときに、下記式（１）に基づいて前記要求減衰係数を算出することを特徴とする、サスペンション装置。
   

   

   （ここで、Ｃは要求減衰係数、Ｃ_ｓはスカイフック減衰係数、ｖ_ｕはばね上速度、Ｖはばね上相対速度、Ｃ_０は予め設定された基準減衰係数である。）
3. 請求項２に記載のサスペンション装置において、
   前記要求減衰係数算出手段は、前記ばね上速度取得手段により取得されたばね上速度と前記ばね上相対速度取得手段により取得されたばね上相対速度との積が負であるときに、下記式（２）に基づいて前記要求減衰係数を算出することを特徴とする、サスペンション装置。
   

   
4. 請求項２または３に記載のサスペンション装置において、
   前記ばね上速度取得手段により取得されたばね上速度と前記ばね上相対速度取得手段により取得されたばね上相対速度との積が正または０であり、且つ前記ばね上相対速度の絶対値が予め設定された基準速度Ｖ_０未満であるときには、前記要求減衰係数算出手段は、下記式（３）に基づいて前記要求減衰係数を計算することを特徴とする、サスペンション装置。
   

   

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