JP2011016389A

JP2011016389A - 減衰力可変ダンパの制御装置

Info

Publication number: JP2011016389A
Application number: JP2009160623A
Authority: JP
Inventors: Takashi Furuichi; 崇古市; Toshimitsu Kachi; 利充加地
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】ダンパ自体が引き起こすばね下共振を避けて乗り心地への悪影響を抑制する。
【解決手段】判定補正部５４において、周波数判定部６２がメモリ６１に記憶されている過去０．５秒間の分量の目標電流値データを読み出し、該データのＦＦＴ処理を行い、電流補正部６３が周波数判定部６２から入力されるＦＦＴ処理データを予め設定されている閾値Ｓと比較してばね下共振周波数付近の出力となるか否かを判定する。電流補正部６３は、閾値Ｓを超えていた場合、予め備えている目標電流Ｉｔｇｔの複数の候補から、ばね下共振周波数を避けるために設定される出力不可能範囲を避け、出力可能範囲に入る目標電流Ｉｔｇｔを選択して出力インタフェース５５を介して各ダンパ４のＭＬＶコイルへ目標電流Ｉｔｇｔを出力する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両のサスペンション装置に設けられたダンパの減衰力を、制御手段により可変制御する減衰力可変ダンパの制御装置に関する。

近年、自動車のサスペンションに用いられる筒型ダンパでは、乗り心地の向上を図るべく、減衰力を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。減衰力可変ダンパの減衰力制御機構としては、モータやソレノイド等を用いてオリフィスの流路面積を増減させる機械制御式のものが一般的であったが、磁性流体や磁気粘性流体を作動液とし、磁気流体バルブ（コイル）に印加する電流を増減させる電流制御式のものが出現している。

電流制御式の減衰力可変ダンパ（以下、単にダンパと記す）を装着した自動車では、その走行状態に応じてダンパの制御電流を可変制御して減衰力を適宜増減させることにより、乗り心地の向上を実現している。例えば、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、この際、車体の過大なロールを抑制すべく、横加速度の微分値に応じて制御電流を増大させることでダンパの減衰力を高めている。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に移動（振動）するが、その振動の伝達抑制と減衰とを行うべく、ダンパが短縮方向にストロークする際には制御電流を減少させて減衰力を低め、ダンパが伸張方向にストロークする際には制御電流を増大させて減衰力を高めている。

ところで、従来の可変ダンパ制御では、ダンパ出力荷重がばね下共振点（ばね下共振周波数）付近になった際、振動を吸収するどころか、ばね下共振を誘発してしまうことがあった。
そこで、ダンパがばね下共振を起こしているか否かを判定し、この判定でばね下共振を起こしている場合、減衰力可変ダンパの目標電流を所定の遅延時間をもって遅らせる遅延処理を行った後、目標電流に応じた駆動電流を各ダンパに出力する減衰力可変ダンパの制御装置が特許文献１に開示されている。

ダンパがばね下共振を起こしていると、目標電流に対する実電流の遅れが非常に大きくなり、目標減衰力と実減衰力とが大きく異なってくる。そこで、特許文献１では、減衰力制御が円滑に行われないことからくる乗り心地の悪化を抑制するため、ダンパがばね下共振を起こしている場合には、目標電流を所定の遅延時間をもって遅らせる遅延処理を行っている。

特開２００８−２３８９２３号公報

しかしながら、この特許文献１の処理では、ダンパのばね下共振がロールやピッチなどの姿勢制御に用いられる目標減衰力演算の判定基準として用いられているに過ぎず、ダンパ自体が引き起こすばね下共振自体の解消は図られていなかった。
図１１は、ダンパにばね下共振周波数付近の減衰力を加えない場合のシミュレーションを行った結果を示す図である。電流がゼロアンペアに対して発生減衰力が定常状態としてほぼ横ばいであり、そのときのばね下速度が緩やかに記録されている。

図１２は、ダンパにばね下共振周波数付近の減衰力を加えた場合のシミュレーションを行った結果を示す図である。電流の１アンペア周期に対する減衰力が発生し（発生減衰力）、そのときにばね下の振動の発生が記録されている。すなわち、図１１に示すばね下速度の記録に対して図１２のばね下速度は、よりばね下の振動が誘発されている。
従って、ダンパが目標減衰力を出力するため、駆動電流等の出力値が経過的にばね下共振周波数付近で出力されると、ばね下が共振して暴れることにより車輪の接地性が悪化し、乗り心地に悪影響を与えるという問題があった。

本発明は、前記した従来の課題を解決するもので、ダンパ自体が引き起こすばね下共振を避けて乗り心地への悪影響を抑制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。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、車体と車輪との間に配置されたダンパの減衰力を可変制御する減衰力可変ダンパの制御装置であって、前記車体の運動状態、あるいは路面の状態に応じて目標減衰力を設定する減衰力設定手段と、前記減衰力設定手段の設定結果と前記減衰力可変ダンパのストローク速度とに基づいて、前記減衰力可変ダンパに出力する目標電流を生成する目標電流生成手段と、前記目標電流生成手段により生成された目標電流を用いて、前記減衰力可変ダンパが引き起こすばね下共振周波数前後の出力となるか否かを判定する周波数判定手段と、前記周波数判定手段による判定に応じて、前記目標電流生成手段により生成される目標電流を補正する電流補正手段とを備えることを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、減衰力可変ダンパが引き起こすバネ下共振周波数前後の出力を避けるように目標電流を出力することができるので、減衰力可変ダンパの減衰力制御によりばね下共振が発生するのを抑制し、車輪の接地性を確保して乗り心地を向上させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明の構成に加えて、さらに、前記周波数判定手段は、所定時間内の目標電流の出力値に基づいて周波数成分を取得し、該周波数成分のうち前記バネ下共振周波数前後の値が所定の閾値を超えた際、前記減衰力可変ダンパが引き起こすばね下共振周波数前後の出力となると判定することを特徴とする。
請求項２に記載の発明によれば、減衰力可変ダンパが引き起こすばね下共振周波数前後の出力になるか否かを容易に判定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明の構成に加えて、さらに、前記電流補正手段は、前記周波数判定手段がばね下共振周波数前後の出力となると判定した際、前記目標電流生成手段により生成される目標電流を前記ばね下共振周波数を避ける範囲に補正することを特徴とする。
請求項３に記載の発明によれば、減衰力可変ダンパが引き起こすバネ下共振周波数前後の出力となる目標電流の範囲を予測することができ、該目標電流の範囲を避けた値を出力するように補正し、該減衰力可変ダンパの減衰力制御によるばね下共振が発生するのを抑制することができる。

本発明は、ダンパ自体が引き起こすばね下共振を避けて乗り心地への悪影響を抑制した減衰力可変ダンパの制御装置を提供することができる。

実施形態に係る減衰力可変ダンパの制御装置を適用した４輪車両の概略構成図である。減衰力可変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。実施形態に係る判定補正部の概略構成を示す図である。目標減衰力の設定処理を説明するためのフローチャートである。目標減衰力に対応する電流値の関係を示す図である。判定補正動作を説明するためのフローチャートである。メモリに記憶される過去０．５秒の目標電流データの例を示す図である。ＦＦＴ処理データの例を示す図である。出力可能範囲と出力不可能範囲を説明するための図である。ダンパにばね下共振周波数付近の減衰力を加えない場合のシミュレーション結果を示す図である。ダンパにばね下共振周波数付近の減衰力を加えた場合のシミュレーションを結果を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る減衰力可変ダンパの制御装置を図を参照しながら詳細に説明する。
図１は、実施形態に係る減衰力可変ダンパの制御装置を適用した４輪車両の概略構成図であり、図２は、減衰力可変ダンパの縦断面図である。

＜実施形態の構成＞
まず、図１を参照して、本実施形態に係る減衰力可変ダンパの制御装置を適用した４輪車両の概略構成を説明する。
説明に当たり、４個の車輪やそれらに対して配置された装置や部材（タイヤやサスペンション装置等）や、後記する図２、図３、図４における４個の車輪それぞれに対して設けられた機能構成部や、目標電流等の信号については、それぞれの装置、部材、機能構成部を示す数字の符号や、目標電流等の信号を示す英文字符号の後に、左前輪を示す符号ｆｌ、右前輪を示す符号ｆｒ、左後輪を示す符号ｒｌ、右後輪を示す符号ｒｒをそのまま付すか、添え字として付して、例えば、車輪３ｆｌ，３ｆｒ，３ｒｌ，３ｒｒと記載するとともに、総称する場合には、それらの符号を外して、例えば、車輪３と記載する。

図１に示すように車両１００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。
車両１００には、車体１に搭載された各ダンパ４の減衰力を統括制御する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、車両１００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のストローク速度Ｓｓを検出するストロークセンサ１３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（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に対して軸方向に相対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。
図２に示すように、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に磁界が印加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＞
図３は、ＥＣＵ７に内装されるダンパ制御装置５０の概略構成を示す図である。ダンパ制御装置５０は、前記した各センサ９〜１４等が接続され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Ｄｔｇｔを設定する減衰力設定部５２と、設定された目標減衰力Ｄｔｇｔとストローク速度Ｓｓとに応じて各ダンパ４（ＭＬＶコイル４０）への目標電流Ｉｔｇｔを生成する目標電流生成部５３と、生成された目標電流Ｉｔｇｔの０．５秒間の分量のデータから周波数を判定して補正する判定補正部５４と、判定補正部５４からの目標電流Ｉｔｇｔを各ダンパ４に出力する出力インタフェース５５とを備えている。
なお、本実施形態の減衰力設定部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と、ロール制御に供されるロール制御部５８と、ピッチ制御に供されるピッチ制御部５９とが収容されている。

＜判定補正部＞
図４は、判定補正部５４の概略構成を示す図である。
判定補正部５４は、目標電流生成部５３から入力される目標電流Ｉｔｇｔの過去０．５秒間のデータを記憶するメモリ６１と、メモリ６１に記憶された０．５秒間の分量のデータを高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）処理（以下、ＦＦＴ処理と記す）を行って周波数を判定する周波数判定部６２と、周波数判定部６２の判定結果に応じて目標電流Ｉｔｇｔを補正する電流補正部６３とを各車輪３ごとに備えている。

＜目標減衰力設定処理＞
次に、このような構成において目標減衰力の設定処理について図５のフローチャートを参照して説明する。
車両１００が走行を開始すると、ダンパ制御装置５０では、減衰力設定部５２が、所定の処理インターバル（例えば、２ｍｓ）をもって目標減衰力設定処理を実行する。
減衰力設定部５２は、目標減衰力設定処理を開始した際、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から入力された車速、操舵角センサ（図示せず）から入力された操舵速度等に基づいて車両１００の運動状態を判定する（Ｓ１）。

続いて減衰力設定部５２は、車両１００の運動状態に基づき、各ダンパ４のスカイフック制御目標値Ｄｓｈを算出し（Ｓ２）、各ダンパ４のロール制御目標値Ｄｒを算出し（Ｓ３）、各ダンパ４のピッチ制御目標値Ｄｐを算出する（Ｓ４）。
続いて減衰力設定部５２は、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する（Ｓ５）。

この判定で正の値であった場合（ダンパ４が伸び側に作動している場合、Ｓ５：Ｙｅｓ）、減衰力設定部５２は、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に設定し（Ｓ６）、目標電流生成部５３に目標減衰力Ｄｔｇｔを出力する（Ｓ７）。
また、ステップＳ５の判定が正の値でなかった場合（ダンパ４が縮み側に作動している場合、Ｓ５：Ｎｏ）、減衰力設定部５２は、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に設定し（Ｓ８）、目標電流生成部５３に目標減衰力Ｄｔｇｔを出力する（Ｓ７）。

＜目標電流設定処理＞
図６は、目標減衰力とストローク速度とに対応する電流値の関係（目標電流マップ）を示す図である。縦軸は減衰力（Ｎ）を示し、中央から上方向がダンパの伸び側であり、中央から下方向がダンパの縮み側である。横軸はストローク速度（ｍ／ｓ）を示し、中央から右方向がダンパの伸び側であり、中央から左方向にダンパの縮み側である。すなわち、ステップＳ５の判定で正の値であれば、ダンパ４が伸び側に作動している場合であるので図６の右上１／４面に示す電流値を参照して目標減衰力とストローク速度とに対応して目標電流として生成される。また、ステップＳ５の判定で正の値でなければ、ダンパ４が縮み側に作動している場合であるので図６の左下１／４面に示す電流値を参照して目標減衰力とストローク速度とに対応して目標電流として生成される。
目標電流生成部５３は、図６に示す目標電流マップを参照して、減衰力設定部５２から入力される目標減衰力Ｄｔｇｔと、ストロークセンサ１３から入力されるストローク速度Ｓｓとに対応する目標電流Ｉｔｇｔを生成して判定補正部５４へ出力する（図３参照）。

＜判定補正処理＞
次に、判定補正部５４の判定補正動作について図７のフローチャートを参照して説明する。
判定補正部５４は、メモリ６１に目標電流生成部５３から入力される目標電流Ｉｔｇｔの０．５秒間の分量のデータ（目標電流値）を記憶する（Ｓ１１）。
図８は、メモリ６１に記憶された過去０．５秒間の目標電流値データの例を示すものである。縦軸は電流値を示し、横軸は時間を示している。

周波数判定部６２は、メモリ６１から過去０．５秒間の分量の目標電流値データを読み出し、該データの高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ処理）を行う（Ｓ１２）。
図９は、ＦＦＴ処理を行ったあとのＦＦＴ処理データの例を示すものである。縦軸はゲインであり、横軸は周波数（応答）を示している。

続いて周波数判定部６２は、前記ＦＦＴ処理データを予め設定されている閾値Ｓ（図９上の右側の斜め太線）と比較し、ばね下共振周波数付近の出力となるか否かを判定する（Ｓ１３）。なお、閾値Ｓは、予め、ばね下共振周波数付近の出力となる周波数とゲインに基づいて設定されている。
図９では、１２Ｈｚ付近で閾値Ｓを超えている状態を示している。

ステップＳ１３において閾値Ｓを超えていた場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、周波数判定部６２は、ばね下共振周波数付近の出力となる旨を示す第１の信号を電流補正部６３に出力する。
電流補正部６３は、前記第１の信号を受け取った際、目標値電流生成部５３から入力される目標電流Ｉｔｇｔを補正（選択）する。具体的に電流補正部６３は、ばね下共振周波数を避けるために予め備えている目標電流Ｉｔｇｔの複数の候補から目標電流Ｉｔｇｔを選択し（Ｓ１４）、該選択した目標電流Ｉｔｇｔを出力インタフェース５５を介して各ダンパ４のＭＬＶコイル４０へ出力する（Ｓ１５）。

図１０は、判定補正部５４の周波数判定部６２がＦＦＴ処理を実行した時間ｔにおいて、図９に示す閾値Ｓを超えていた場合に出力不可能範囲Ｂ、出力可能範囲Ａ及び出力可能範囲Ｃを示す図である。すなわち、電流補正部６３は、出力可能範囲Ａまたは出力可能範囲Ｃに入るように目標電流Ｉｔｇｔを補正（選択）する。

また、ステップＳ１３において閾値Ｓを超えていない場合（Ｓ１３：Ｎｏ）、周波数判定部６２は、ばね下共振周波数付近の出力とならない旨を示す第２の信号を電流補正部６３に出力する（Ｓ１７）。
電流補正部６３は、前記第２の信号を受け取った際、目標値電流生成部５３から入力される目標電流Ｉｔｇｔを出力インタフェース５５を介して各ダンパ４のＭＬＶコイル４０へ出力する（Ｓ１６）。

本実施形態によれば、ダンパ自体が引き起こすばね下共振を避けて減衰力を制御することができるので乗り心地への悪影響を抑制することができる。
なお、前記実施形態では、車体側のセンサで制御を行っていたが、各ダンパのばね下に路面センサ（ストロークセンサ等）を設け、この路面センサからの出力に基づいてダンパのばね下共振を避ける制御を行うようにしても良い。

また、前記実施形態では、目標電流を用いたが、演算により算出される目標減衰力の値を用いてダンパのばね下共振を避ける制御を行うようにしても良い。
また、減衰力可変ダンパの減衰力調整のために入力される電力値を用いてダンパのばね下共振を避ける制御を行うようにしても良い。
なお、前記実施形態では、過去０．５秒間の目標電流値データを用いたが、過去０．５秒間に限らず、要は周波数の判定を行うことができれば良い。

１車体
３車輪
４減衰力可変ダンパ
７ＥＣＵ
１３ストロークセンサ
５０ダンパ制御装置
５２減衰力設定部（減衰力設定手段）
５３目標電流生成部（目標電流生成手段）
５４判定補正部
６１メモリ
６２周波数判定部（周波数判定手段）
６３電流補正部（電流補正手段）
１００車両

Claims

車体と車輪との間に配置されたダンパの減衰力を可変制御する減衰力可変ダンパの制御装置であって、
前記車体の運動状態、あるいは路面の状態に応じて目標減衰力を設定する減衰力設定手段と、
前記減衰力設定手段の設定結果と前記減衰力可変ダンパのストローク速度とに基づいて、前記減衰力可変ダンパに出力する目標電流を生成する目標電流生成手段と、
前記目標電流生成手段により生成された目標電流を用いて、前記減衰力可変ダンパが引き起こすばね下共振周波数前後の出力となるか否かを判定する周波数判定手段と、
前記周波数判定手段による判定に応じて、前記目標電流生成手段により生成される目標電流を補正する電流補正手段と、
を備えることを特徴とする減衰力可変ダンパの制御装置。
前記周波数判定手段は、所定時間内の目標電流の出力値に基づいて周波数成分を取得し、該周波数成分のうち前記バネ下共振周波数前後の値が所定の閾値を超えた際、前記減衰力可変ダンパが引き起こすばね下共振周波数前後の出力となると判定することを特徴とする請求項１に記載の減衰力可変ダンパの制御装置。
前記電流補正手段は、前記周波数判定手段がばね下共振周波数前後の出力となると判定した際、前記目標電流生成手段により生成される目標電流を前記ばね下共振周波数を避ける範囲に補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の減衰力可変ダンパの制御装置。