JP2014083969A - サスペンション制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】適正に振動を抑制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。
【解決手段】サスペンション制御装置1は、車両のバネ上部材5とバネ下部材6とを接続するサスペンション装置2と、サスペンション装置2のストロークの方向に沿った摩擦力を調節可能であるアクチュエータ3と、サスペンション装置2のストロークの方向に沿ったバネ上部材5の速度方向と、サスペンション装置2のストローク速度方向とに基づいて、アクチュエータ3を制御し、サスペンション装置2のストロークの方向に沿った摩擦力を調節する際に、バネ上部材5の速度を累乗した値とサスペンション装置2のストローク速度を累乗した値とに基づいた要求摩擦力となるように当該摩擦力の大きさを調節する制御装置4とを備えることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、サスペンション制御装置に関する。
車両に搭載される従来のサスペンション制御装置として、例えば、特許文献1には、シリンダ内周面に摺接するピストンを一端に取り付けたピストンロッドの他端を、シリンダ側に設けたロッドガイド及びオイルシールを介して外部に導出した油圧緩衝器が開示されている。この油圧緩衝器は、ロッドガイドとオイルシールとの間の空間にブッシュが設けられており、ピストン速度が微低速の時に、このブッシュによってピストンロッドとの間に一定のフリクションが発生するようにしている。
特開平10−141415号公報
ところで、上述の特許文献1に記載の車両の油圧緩衝器は、上記の構成により悪路走行の際の大きな振動の後に発生する微細な振動の抑制を図っているが、例えば、振動抑制の点で更なる改善の余地がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、適正に振動を抑制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。
上記目的を達成するために、本発明に係るサスペンション制御装置は、車両のバネ上部材とバネ下部材とを接続するサスペンション装置と、前記サスペンション装置のストロークの方向に沿った摩擦力を調節可能であるアクチュエータと、前記サスペンション装置のストロークの方向に沿った前記バネ上部材の速度方向と、前記サスペンション装置のストローク速度方向とに基づいて、前記アクチュエータを制御し、前記サスペンション装置のストロークの方向に沿った摩擦力を調節する際に、前記バネ上部材の速度を累乗した値と前記サスペンション装置のストローク速度を累乗した値とに基づいた要求摩擦力となるように当該摩擦力の大きさを調節する制御装置とを備えることを特徴とする。
また、上記サスペンション制御装置では、前記バネ上部材の速度を累乗した値と前記サスペンション装置のストローク速度を累乗した値とは、前記バネ上部材の速度の累乗の指数が前記サスペンション装置のストローク速度の累乗の指数より大きいものとすることができる。
また、上記サスペンション制御装置では、前記制御装置は、予め設定される所定の高周波数成分を除去した前記バネ上部材の速度、及び、前記サスペンション装置のストローク速度に基づいて、前記要求摩擦力を設定するものとすることができる。
また、上記サスペンション制御装置では、前記制御装置は、前記バネ上部材の速度方向と前記サスペンション装置のストローク速度方向とが同じ方向である場合、前記バネ上部材の速度方向と前記サスペンション装置のストローク速度方向とが異なる方向である場合と比較して、前記要求摩擦力を大きくするものとすることができる。
本発明に係るサスペンション制御装置は、適正に振動を抑制することができる、という効果を奏する。
図1は、実施形態に係るサスペンション制御装置の概略構成を表す概略構成図である。 図2は、実施形態に係るサスペンション制御装置における摩擦力制御の制御ロジックを説明する模式図である。 図3は、実施形態に係るサスペンション制御装置による要求摩擦力設定制御の一例を説明するフローチャートである。 図4は、実施形態に係るサスペンション制御装置による摩擦力制御の一例を説明するフローチャートである。 図5は、バネ上速度及びストローク速度の時間応答の一例を表す線図である。 図6は、実施形態に係るサスペンション制御装置の動作の一例を示す線図である。 図7は、比較例に係るサスペンション制御装置の動作の一例を示す線図である。 図8は、実施形態に係るサスペンション制御装置と比較例に係るサスペンション制御装との動作の一例を比較する線図である。 図9は、実施形態に係るサスペンション制御装置において摩擦力制御がなされる場合のバネ上振動の一例を示す線図である。 図10は、実施形態に係るサスペンション制御装置において摩擦力制御がなされる場合のバネ上振動の一例を示す線図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
[実施形態]
図1は、実施形態に係るサスペンション制御装置の概略構成を表す概略構成図である。図2は、実施形態に係るサスペンション制御装置における摩擦力制御の制御ロジックを説明する模式図である。図3は、実施形態に係るサスペンション制御装置による要求摩擦力設定制御の一例を説明するフローチャートである。図4は、実施形態に係るサスペンション制御装置による摩擦力制御の一例を説明するフローチャートである。図5は、バネ上速度及びストローク速度の時間応答の一例を表す線図である。図6は、実施形態に係るサスペンション制御装置の動作の一例を示す線図である。図7は、比較例に係るサスペンション制御装置の動作の一例を示す線図である。図8は、実施形態に係るサスペンション制御装置と比較例に係るサスペンション制御装置との動作の一例を比較する線図である。図9、図10は、実施形態に係るサスペンション制御装置において摩擦力制御がなされる場合のバネ上振動の一例を示す線図である。
なお、図1は、実施形態に係る制振制御系の単輪モデルを表している。図1に示す単輪モデルは、サスペンション装置を含む車両の運動モデルである。図1中、「cs」は、後述の減衰機構8の減衰係数を表している。「Fc」は、後述の摺動部9におけるサスペンション摩擦力を表している。「ks」は、後述のバネ機構7のバネ係数を表している。「kt」は、車輪50の剛性(バネ定数)を表している。「mb」は、後述のバネ上部材5の質量(以下、「バネ上質量」という場合がある。)を表している。「mw」は、後述のバネ下部材6の質量(以下、「バネ下質量」という場合がある。)を表している。「xb」は、後述のバネ上部材5の変位(以下、「バネ上変位」という場合がある。 )を表している。「xw」は、後述のバネ下部材6の変位(以下、「バネ下変位」という場合がある。 )を表している。「xr」は、路面Rの変位(以下、「路面変位」という場合がある。 )を表している。ここで、変位とは、それぞれの基準位置に対する車両上下方向の変位であり、例えば鉛直方向における変位とすることができる。なお、後述するサスペンション装置2の軸方向の移動量を変位としてもよい。
図1に示す本実施形態に係るサスペンション制御装置1は、サスペンション装置2が車両の4つの車輪50に対応してそれぞれに設けられ、各車輪50を車両の車体に支持するものである。サスペンション制御装置1は、サスペンション装置2と、アクチュエータ3と、制御装置としてのECU4とを備える。サスペンション制御装置1は、サスペンション装置2、アクチュエータ3が4つの車輪50に対応してそれぞれ1つずつ設けられ、ECU4が4つの車輪50に対して共通で1つ設けられる。以下では、4つの車輪50のうちの1つについて説明する。
サスペンション装置2は、車両のバネ上部材5とバネ下部材6との間に設けられ、バネ上部材5とバネ下部材6とを接続するものである。バネ上部材5は、サスペンション装置2によって支持される部材であり、車体を含むものである。バネ下部材6は、サスペンション装置2よりも車輪50側に配置された部材であり、車輪50に連結されたナックルや、ナックルに連結されたロアアーム等を含むものである。
サスペンション装置2は、バネ機構7、及び、減衰機構8を有する。バネ機構7と減衰機構8とは、並列的に設けられている。
バネ機構7は、バネ上部材5とバネ下部材6とを接続し、バネ上部材5とバネ下部材6との相対変位に応じたバネ力を発生させ、そのバネ力をバネ上部材5およびバネ下部材6に作用させる。バネ機構7は、例えば、後述の減衰機構8のピストンロッド8c等に装着されるコイルスプリング7a、あるいは、エアサスペンション機構(不図示)等によって上記バネ力を発生させる。バネ上部材5とバネ下部材6との相対変位とは、バネ上部材5とバネ下部材6とがサスペンション装置2のストロークの方向(以下、「サスペンションストローク方向」という場合がある。)において接近あるいは離間する方向の相対変位である。なおここでは、サスペンションストローク方向は、鉛直方向に沿った方向であるものとして図示しているが、鉛直方向に対して所定の傾斜を有していてもよい。また、バネ機構7は、バネ係数ks、すなわち、バネ力を可変に制御可能な構成であってもよい。
減衰機構8は、バネ上部材5とバネ下部材6とを接続し、バネ上部材5とバネ下部材6との相対運動を減衰させる減衰力を発生させる。バネ上部材5とバネ下部材6との相対運動とは、バネ上部材5とバネ下部材6とがサスペンションストローク方向において接近あるいは離間する方向の相対運動である。減衰機構8は、この相対運動におけるバネ上部材5とバネ下部材6との相対速度に応じた減衰力を発生させることで相対運動を減衰させる。減衰機構8としては、例えば、ショックアブソーバが用いられる。ショックアブソーバは、例えば、バネ上部材5あるいはバネ下部材6の一方に接続され、差動流体が封入されたシリンダ8aと、他方に接続され、シリンダ8a内を往復動するピストン部8bを有するピストンロッド8cとを備えるものを用いることができる。サスペンション装置2は、このシリンダ8aとピストンロッド8cとが相対変位することでストロークし、バネ上部材5とバネ下部材6とが相対変位する。言い換えれば、サスペンションストローク方向は、シリンダ8aとピストンロッド8cとの相対変位に沿った方向であり、典型的には、バネ上部材5とバネ下部材6との相対変位に沿った方向である。なお、減衰機構8は、減衰係数cs、すなわち、減衰力を可変に制御可能な構成であってもよい。この場合、減衰機構8としては、例えば、減衰係数csを可変に制御可能なショックアブソーバが用いられる。減衰係数csを可変に制御する手段は、例えば、ピストン部の8bロータリーバルブを回転させることでピストン上室と下室とを連通する油路の流路面積を可変とする装置とすることができる。なお、減衰機構8は、これには限定されず、他の構成の減衰機構が用いられてもよいし、減衰係数csを可変に制御可能でないものであってもよい。
アクチュエータ3は、サスペンション装置2のストローク方向に沿った摩擦力(以下、「サスペンション摩擦力」という場合がある。)Fcを調節可能なものである。
ここで、サスペンション摩擦力Fcは、サスペンション装置2の摺動部9に作用する摩擦力である。サスペンション装置2の摺動部9は、サスペンション装置2においてストロークに伴って摺動する部位であり、例えば、減衰機構8(ショックアブソーバ)のピストンロッド8cとシリンダ8aとの摺動部位、ピストンロッド8cとシリンダ8aとの間に設けられるシール部材の摺動部位等を含んでもよい。つまり、サスペンション摩擦力Fcは、サスペンション装置2のストロークに伴ってこれらの摺動部9にてストローク方向に沿って発生する摩擦力である。
アクチュエータ3は、摺動部9に生じるサスペンション摩擦力Fcを可変に制御可能な構成である。アクチュエータ3としては、例えば、圧電素子等によって摺動部9をなす上記シール部材の締め付け力を可変とする装置、ピストンロッド8cとシリンダ8aとの摺動部9において、ピストンロッド8c又はシリンダ8aの一方を他方に押し付ける押付力を可変とする装置等、種々の装置を用いることができる。なお、アクチュエータ3は、これには限定されず、他の構成でサスペンション摩擦力Fcを調節可能な装置であってもよい。
ECU4は、アクチュエータ3を制御し、サスペンション摩擦力Fcを調節するものである。ここでは、ECU4は、サスペンション制御装置1を搭載する車両の各部を制御するものである。ECU4は、CPU、ROM、RAM及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。ECU4は、例えば、バネ上加速度検出手段としてのバネ上Gセンサ10、バネ下加速度検出手段としてのバネ下Gセンサ11、操舵角度検出手段としての操舵角度センサ12等の種々のセンサやサスペンション制御装置1を搭載する車両の各部が電気的に接続される。バネ上Gセンサ10は、バネ上部材5に配置されている。バネ上Gセンサ10は、バネ上部材5の鉛直方向、典型的には、サスペンションストローク方向の加速度(以下、「バネ上加速度」という場合がある。)を検出することができる。バネ下Gセンサ11は、バネ下部材6に配置されている。バネ下Gセンサ11は、バネ下部材6の鉛直方向、典型的には、サスペンションストローク方向の加速度(以下、「バネ下加速度」という場合がある。)を検出することができる。操舵角度センサ12は、サスペンション制御装置1を搭載する車両の操舵角度、ここでは、ステアリングホイールの操作量であるハンドル操舵角度を検出する。ECU4は、種々のセンサから検出結果に対応した電気信号(検出信号)が入力され、入力された検出結果に応じてサスペンション制御装置1を搭載する車両の各部に駆動信号を出力しその駆動を制御する。
ここで、車両が路面Rの凹凸が相対的に少ない良路を走行する際など、サスペンション装置2のストロークの速度(以下、「ストローク速度」という場合がある。)が微低速入力である微低速度領域を例として、減衰機構(ショックアブソーバ)8の発生力について説明する。なお、サスペンション装置2のストローク速度とは、サスペンション装置2の伸縮速度(シリンダ8aとピストンロッド8cとの相対変位の速度)に相当する。また、微低速度領域とは、例えば、ストローク速度の絶対値が0m/sより大きく0.002m/s未満の速度領域である。ここでは、一例として、0.2mm、1.5Hz程度の微振幅加振(0.002m/s未満の微低速)の場合の減衰機構8の発生力(トータル軸力)を説明する。
この場合、サスペンション装置2は、上下振動に伴い摺動部9にて摩擦が生じる。そして、上記のように構成されるサスペンション装置2の減衰機構8の発生力は、ストローク速度が微低速度領域である場合、サスペンション摩擦力Fcをなすクーロン摩擦力、及び、弾性(粘弾性)摩擦力がメインであり、減衰機構8の微低速減衰力の影響がほとんどない。ここで、クーロン摩擦力は、典型的には、摺動部9における静摩擦であり、弾性(粘弾性)摩擦力は、典型的には、摺動部9の上記シール部材等におけるストローク開始時の動摩擦である。
そして、サスペンション制御装置1では、上記のようなストローク速度の微低速度領域において、サスペンション装置2に作用する路面入力の周波数とサスペンション摩擦力Fcとの関係に応じた乗り心地性能に関し、下記のような背反があるという知見が得られた。すなわち、サスペンション制御装置1は、例えば、サスペンション装置2に作用する中周波数領域の路面入力(以下、「中周波数加振」という場合がある。)に対する乗り心地性能を向上すべく、摺動部9に生じるサスペンション摩擦力Fcを相対的に小さな摩擦力とした場合、低周波数領域の路面入力(以下、「低周波数加振」という場合がある。)に対する乗り心地性能が悪化し、いわゆる、「フワ感」を感じさせる傾向にある。一方、サスペンション制御装置1は、例えば、低周波数加振に対する乗り心地性能を向上すべく、摺動部9に生じるサスペンション摩擦力Fcを相対的に大きな摩擦力とした場合、中周波数加振に対する乗り心地性能が悪化し、いわゆる、「ゴツ感」を感じさせる傾向にある。このため、サスペンション制御装置1は、単にサスペンション摩擦力Fcを相対的に大きくしておく、あるいは、単にサスペンション摩擦力Fcを相対的に小さくしておいても、低周波数加振に対する乗り心地性能と、中周波数加振に対する乗り心地性能とを両立できないおそれがある。なお、上記において低周波数領域とは、例えば、0Hzより大きく1.5Hz未満の領域である。一方、中周波数領域とは、例えば1.5Hz以上8Hz以下の領域である。
そこで、本実施形態のサスペンション制御装置1は、ECU4がサスペンション装置2の状態に応じてアクチュエータ3を制御しサスペンション摩擦力Fcを調節する摩擦力制御を実行することで、低周波数加振に対する乗り心地性能と中周波数加振に対する乗り心地性能とを両立し、適正にバネ上振動を抑制することができるようにしている。
具体的には、ECU4は、サスペンションストローク方向に沿ったバネ上部材5の速度方向(以下、「バネ上速度方向」という場合がある。)と、サスペンション装置2のストローク速度方向とに基づいて、アクチュエータ3を制御しサスペンション摩擦力Fcを調節する摩擦力制御を実行する。これにより、ECU4は、サスペンション装置2の状態に応じて減衰機構(ショックアブソーバ)8のフリクション特性を変更する。
ここで、バネ上速度方向とは、バネ上部材5の速度ベクトルの向きであり、典型的には、鉛直方向上向き(+(正))、もしくは、鉛直方向下向き(−(負))である。ストローク速度方向とは、サスペンション装置2のストローク速度(伸縮速度)ベクトルの向きであり、典型的には、鉛直方向上向き(伸び方向、+(正))、もしくは、鉛直方向下向き(縮み方向、−(負))である。
本実施形態のECU4は、典型的には、ストローク速度が微低速度領域である車両の良路直進走行時に摩擦力制御を実行する。ここでは、ECU4は、サスペンション装置2のストローク速度が予め設定される所定速度以下である微低速度領域であり、かつ、車両の操舵角度が予め設定される所定角度以下である場合に、摩擦力制御を実行する。これにより、ECU4は、ストローク速度が微低速度領域である場合の車両性能を向上させる。
ここでは、ECU4は、例えば、下記のようにして、サスペンション装置2のストローク速度を演算することができる。なお、以下の説明では、記号「'」は1回微分を表し、記号「''」は2回微分を表す。ECU4は、バネ上Gセンサ10、バネ下Gセンサ11が検出するバネ上加速度xb''、バネ下加速度xw''に基づいて、バネ上加速度xb''、バネ下加速度xw''を積分しバネ上速度xb'、バネ下速度xw'を演算する。そして、ECU4は、演算したバネ上速度xb'、バネ下速度xw'に基づいて、バネ上速度xb'とバネ下速度xw'との差分、すなわち、バネ上部材5とバネ下部材6との相対速度(xb'−xw')を演算し、これをサスペンション装置2のストローク速度(伸縮速度)とする。なお、ECU4は、これに限らず、例えば、サスペンション装置2のストローク変位(伸縮量)を検出するセンサの検出結果に基づいて、当該ストローク変位を微分することでストローク速度を演算するようにしてもよい。また、ECU4は、操舵角度センサ12が検出するハンドル操舵角度に基づき、車両の操舵角度を取得することができる。さらに、上記所定速度は、例えば、実車評価等に基づいて、サスペンション装置2のストロークの特性等に応じて予め設定される。上記所定速度は、ストローク速度が微低速度領域であると判定することができる速度に設定され、典型的には、0m/sより大きく0.002m/s未満の速度、例えば、0.015m/s程度に設定される。また、上記所定角度は、例えば、実車評価等に基づき、車両の直進性能や操舵特性等に応じて予め設定される。上記所定角度は、車両が直進走行しているものと判定することができる角度に設定され、例えば 、±5°程度に設定される。
そして、上記のようなサスペンション装置2は、低周波数加振(第1周波数加振)の場合には、比較的にゆっくりとした長い周期での加振であることから、バネ上速度方向とストローク速度方向とが同じ方向になる傾向にあるという知見が得られた。一方、サスペンション装置2は、低周波数加振よりも高い中周波数加振(第2周波数加振)の場合には、比較的にはやい短い周期での加振であることから、バネ上速度方向とストローク速度方向とが異なる方向になる傾向にあるという知見が得られた。
上記を踏まえて、ECU4は、摩擦力制御において、アクチュエータ3を制御し、バネ上速度方向とストローク速度方向とが同じ方向である場合、バネ上速度方向とストローク速度方向とが異なる方向(逆方向)である場合と比較して、サスペンション摩擦力Fcを大きくする。つまり、ECU4は、バネ上速度方向とストローク速度方向とが同じ方向である場合、言い換えれば、低周波数加振であると推定できる場合に、サスペンション摩擦力Fcを相対的に大きくする。一方、ECU4は、バネ上速度方向とストローク速度方向とが異なる方向である場合、言い換えれば、中周波数加振であると推定できる場合に、サスペンション摩擦力Fcを相対的に小さくする。
ここでは、適正にバネ上振動を抑制するために図2に示すようなオンオフ制御ロジックを設計し、これに基づいてECU4が摩擦力制御を行う。なお、図2は、バネ下部材6等の図示を省略し、サスペンション装置2を模式的に図示してある。
すなわち、ECU4は、低周波数加振に対する乗り心地性能が要求される(B)、及び、(D)のような速度方向関係のとき、すなわち、バネ上速度方向とストローク速度方向とが同じ方向である場合にサスペンション摩擦力Fcを相対的に大きくする。この場合、(B)の状態は、バネ上速度方向が上向き(+)、ストローク速度方向が伸び方向(+)であり、ECU4は、図2中黒矢印で示すように、アクチュエータ3を制御し、相対的に大きなサスペンション摩擦力Fcを下向きに作用させる。(D)の状態は、バネ上速度方向が下向き(−)、ストローク速度方向が縮み方向(−)であり、ECU4は、図2中黒矢印で示すように、アクチュエータ3を制御し、相対的に大きなサスペンション摩擦力Fcを上向きに作用させる。
一方、ECU4は、中周波数加振に対する乗り心地性能が要求される(A)、及び、(C)のような速度方向関係のとき、すなわち、バネ上速度方向とストローク速度方向とが異なる方向(逆方向)である場合にサスペンション摩擦力Fcを相対的に小さくする。この場合、(A)の状態は、バネ上速度方向が上向き(+)、ストローク速度方向が縮み方向(−)であり、ECU4は、図2中黒矢印で示すように、アクチュエータ3を制御し、相対的に小さなサスペンション摩擦力Fcを上向きに作用させる。(C)の状態は、バネ上速度方向が下向き(−)、ストローク速度方向が伸び方向(+)であり、ECU4は、図2中黒矢印で示すように、アクチュエータ3を制御し、相対的に小さなサスペンション摩擦力Fcを下向きに作用させる。
そして、本実施形態のECU4は、バネ上速度方向とストローク速度方向とに基づいて、アクチュエータ3を制御し、サスペンション摩擦力Fcを調節する際に、バネ上速度を累乗した値とストローク速度を累乗した値とに基づいた要求摩擦力となるように当該サスペンション摩擦力Fcの大きさを調節する。これにより、サスペンション制御装置1は、例えば、サスペンション摩擦力Fcの切り替えの瞬間にバネ上加速度やバネ上加加速度(バネ上躍度、バネ上ジャーク)が大きく変化することを抑制し衝撃や異音が発生することを抑制することで、より適正な振動の抑制を図っている。
ここで、上記要求摩擦力は、アクチュエータ3を制御しサスペンション摩擦力Fcを調節する摩擦力制御において、アクチュエータ3に要求される摩擦力である。ECU4は、この要求摩擦力に基づいて、サスペンション摩擦力Fcが当該要求摩擦力に収束するようにアクチュエータ3を制御する。
ECU4は、典型的には、サスペンション摩擦力Fcの切り替え時の当該摩擦力の非連続性を踏まえて連続的な発生力を出力できるように要求摩擦力を設定する。ECU4は、例えば、システムの状態量をフィードバックして、サスペンション摩擦力Fcの要求摩擦力を当該状態量の関数とすることで、連続的な発生力を出力できるようにする。また、ECU4は、例えば、制御条件を関数にして、切り替えの瞬間にサスペンション摩擦力Fcが0から変化して連続性を有するようにする。
具体的には、ECU4は、バネ上速度とストローク速度とを組み合わせて要求摩擦力を設定する。ECU4は、バネ上速度を累乗した値とストローク速度を累乗した値とに基づいて要求摩擦力を設定する。つまりここでは、要求摩擦力は、バネ上速度のm次とストローク速度のn次との関数とする。
ここで、例えば、上記摩擦力制御における摩擦力制御値最大値fcmax及び摩擦力制御値最小値fcminは、例えば、下記の数式(1)、(2)によって表すことができる。摩擦力制御値最大値fcmaxは、上記摩擦力制御におけるサスペンション摩擦力Fcの絶対値の最大値である。摩擦力制御値最小値fcminは、上記摩擦力制御におけるサスペンション摩擦力Fcの絶対値の最小値である。下記の数式(1)、(2)において、「a」、「b」は、それぞれ任意に決定される係数であり、係数aが係数bより大きくなるように設定される(a>b)。摩擦力制御値最大値fcmax及び摩擦力制御値最小値fcminは、この「a」、「b」を調整することにより、任意の大きさに調整することができる。一例として、ECU4は、例えば、数式(1)、(2)において、a=20×10、b=0とする。また、「m」は、バネ上速度の累乗の指数(べき数)、「n」は、ストローク速度の累乗の指数(べき数)であり、それぞれ自然数である(m≧1、n≧1)。
そしてここでは、ECU4は、例えば、バネ上速度xb'とストローク速度(xb'−xw')との積を演算してこれを摩擦力選択判定値(以下、「判定値」という場合がある。)とし、この判定値が閾値、ここでは「0」以上であるか否かに基づいて、高摩擦力と低摩擦力とのいずれかを選択する。ECU4は、例えば、下記の数式(3)を用いて、バネ上速度xb'とストローク速度(xb'−xw')との積である判定値xb'・(xb'−xw')に基づいて、摩擦力制御値Fcconを設定する。この摩擦力制御値Fcconは、アクチュエータ3を制御してサスペンション摩擦力Fcを制御する際の制御値であり、上述の要求摩擦力に相当する。数式(3)において、摩擦力制御値Fcconは、バネ上速度xb'とバネ下速度xw'との大小関係に応じて摩擦力方向が定まる。また、数式(3)において、係数a以降の部分、係数b以降の部分が本実施形態における要求摩擦力関数に相当する。
上記数式(3)に示す制御条件(制御ロジック)に基づいて、ECU4は、判定値xb'・(xb'−xw')が正の値である場合(xb'・(xb'−xw')≧0)、バネ上速度方向とストローク速度方向とが同じ方向であることを表すことから、摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconを相対的に大きな値に設定する。すなわちこの場合、ECU4は、例えば、摩擦力制御値Fcconを上述の摩擦力制御値最大値fcmaxに応じた値とする。一方、ECU4は、判定値xb'・(xb'−xw')が負の値である場合(xb'・(xb'−xw')<0)、バネ上速度方向とストローク速度方向とが異なる方向であることを表すことから、摩擦力制御値Fcconを相対的に小さな値に設定する。すなわちこの場合、ECU4は、例えば、摩擦力制御値Fcconを上述の摩擦力制御値最小値fcminに応じた値とする。
つまり、ECU4は、数式(3)にしたがって摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconを設定することで、バネ上速度方向とストローク速度方向とが同じ方向である場合に、バネ上速度方向とストローク速度方向とが異なる方向である場合と比較して、要求摩擦力を大きくすることができる。そしてこのとき、ECU4は、バネ上速度を累乗した値とストローク速度を累乗した値とに基づいて要求摩擦力を設定することができる。
そして、ECU4は、上記のようにして設定した摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconに基づいて、アクチュエータ3を制御し、実際にサスペンション摩擦力Fcを調節する。この結果、ECU4は、バネ上速度方向とストローク速度方向とが同じ方向であり、低周波数加振に対する乗り心地性能が要求される場合に、摩擦力制御値Fcconを摩擦力制御値最大値fcmaxに応じた値としてアクチュエータ3を制御することで、実際に作用するサスペンション摩擦力Fcを相対的に大きくすることができる。一方、ECU4は、バネ上速度方向とストローク速度方向とが異なる方向であり、中周波数加振に対する乗り心地性能が要求される場合に、摩擦力制御値Fcconを摩擦力制御値最小値fcminに応じた値としてアクチュエータ3を制御することで、実際に作用するサスペンション摩擦力Fcを相対的に小さくすることができる。
したがって、上記のように構成されるサスペンション制御装置1は、サスペンション装置2の状態に応じてアクチュエータ3を制御しサスペンション摩擦力Fcを調節する摩擦力制御を実行することで、低周波数加振に対するバネ上振動を抑制することができると共に、中周波数加振に対するバネ上振動もバランスよく抑制することができる。つまり、サスペンション制御装置1は、例えば、低周波数性能が要求される場合としてバネ上速度方向とストローク速度方向とが同じ方向である場合にストロークの方向に沿った摩擦力を相対的に大きくし、中周波数性能が要求される場合としてバネ上速度方向とストローク速度方向とが異なる方向である場合にストロークの方向に沿った摩擦力を相対的に小さくすることができる。この結果、サスペンション制御装置1は、低周波数加振による「フワ感」と中周波数加振による「ゴツ感」とを共に抑制することができ、低周波数加振に対する乗り心地性能と中周波数加振に対する乗り心地性能とを両立し、背反しうる低周波数性能と中周波数性能との車両性能を適切に両立することができ、適正にバネ上振動を抑制することができる。
そしてこのとき、サスペンション制御装置1は、バネ上速度を累乗した値とストローク速度を累乗した値とに基づいて摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconを設定し、これに基づいてサスペンション摩擦力Fcの大きさを調節する。この結果、サスペンション制御装置1は、上記のように低周波数加振時と中周波数加振時とで、摩擦力制御値Fcconを切り替えて実際に作用するサスペンション摩擦力Fcを切り替える際に、要求摩擦力に連続性を持たせることができ、制御切り替え時にバネ上加速度やバネ上加加速度が急変することを抑制することができる。すなわち、サスペンション制御装置1は、サスペンション摩擦力Fcの切り替えの瞬間において、サスペンション摩擦力Fcの増加の変化量、減少の変化量が相対的に小さくなるので、切り替え時にバネ上加速度やバネ上加加速度が大きく変化することを抑制することができる。
なお、上述した数式(1)から(3)において、バネ上速度を累乗した値とストローク速度を累乗した値とは、バネ上速度の累乗の指数mがストローク速度の累乗の指数nより大きいことが好ましい。つまり、ECU4は、数式(1)から(3)において、m>nを満たすように、バネ上速度の累乗の指数mとストローク速度の累乗の指数nとを設定することが好ましい。ECU4は、バネ上速度の累乗の指数mをストローク速度の累乗の指数nより大きくして摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconを設定する。一例として、ECU4は、例えば、数式(1)から(3)において、m=2、n=1とする。これにより、サスペンション制御装置1は、バネ上速度を累乗した値として高次数の値を用い、ストローク速度を累乗した値として低次数の値を用いることで、バネ上共振領域(例えば、低周波;1Hz前後)における要求摩擦力を相対的に大きくすることができる。この結果、サスペンション制御装置1は、バネ上共振領域近傍の低周波数領域の振動抑制性能をさらに向上することができる。
また、ECU4は、上記のようにして摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconを設定する場合、予め設定される所定の高周波数成分を除去したバネ上速度、及び、ストローク速度に基づいて摩擦力制御値Fcconを設定することが好ましい。ここでは、ECU4は、バネ上速度に応じた信号とストローク速度に応じた信号に対して、所定のカットオフ周波数(設定周波数)より低い帯域のみを通過させるローパスフィルタによってローパスフィルタ処理を施し、当該ローパスフィルタ処理後のバネ上速度に応じた信号とストローク速度に応じた信号とに基づいて摩擦力制御値Fcconを演算する。この場合、ローパスフィルタ処理における所定のカットオフ周波数、言い換えれば、上記所定の高周波数成分は、例えば、1.5Hz以上の周波数領域に設定される。これにより、サスペンション制御装置1は、バネ上共振領域より高周波数領域(例えば、10〜40Hz前後)における要求摩擦力を相対的に小さくすることができる。この結果、サスペンション制御装置1は、当該高周波数領域近傍の振動抑制性能をさらに向上することができる。
次に、図3、図4のフローチャートを参照してECU4による要求摩擦力設定制御、摩擦力制御の一例を説明する。なお、これらの制御ルーチンは、数msないし数十ms毎の制御周期で繰り返し実行される。
ここでは、ECU4は、ストローク速度が所定速度以下である微低速度領域であり、かつ、車両の操舵角度が予め設定される所定角度以下である場合に、以下で説明するような摩擦力制御を実行するものとして説明する。これにより、サスペンション制御装置1は、摩擦力制御を実行するタイミングを、低周波数加振に対する乗り心地性能と中周波数加振に対する乗り心地性能との両立が要求される車両の良路直進走行時等に限定することができ、それ以外の場合には摩擦力を固定しておくことができるので、より効率的にバネ上振動を抑制することができる。なお、ECU4は、これに限らず、良路直進走行時以外の場合に摩擦力制御を実行するようにしてもよい。つまり、ECU4は、サスペンション装置2のストローク速度が予め設定される所定速度以下である微低速度領域であり、かつ、車両の操舵角度が予め設定される所定角度以下である場合以外にも摩擦力制御を実行するようにしてもよい。
まず、図3を参照して要求摩擦力設定制御について説明する。
ECU4は、バネ上速度xb'、ストローク速度(xb'−xw')を演算する(ステップST1)。ECU4は、例えば、バネ上Gセンサ10による検出結果に基づいて、バネ上加速度xb''を積分し、当該バネ上加速度xb''の積分結果に基づいて、バネ上速度xb'を演算する。また、ECU4は、例えば、バネ下Gセンサ11による検出結果に基づいて、バネ下加速度xw''を積分しバネ下速度xw'を演算すると共に、上記で演算したバネ上速度xb'と当該バネ下速度xw'とに基づいて、ストローク速度(xb'−xw')を演算する。なお、ECU4は、サスペンション装置2のストローク変位を検出するセンサの検出結果に基づき、当該ストローク変位を微分することでストローク速度を演算するようにしてもよい。
次に、ECU4は、ステップST1で演算したバネ上速度xb'、ストローク速度(xb'−xw')に対してローパスフィルタ処理を施す(ステップST2)。ECU4は、例えば、上記所定のカットオフ周波数より低い帯域のみを通過させるローパスフィルタLPF1によってバネ上速度xb'に対してローパスフィルタ処理を施す。同様に、ECU4は、例えば、上記所定のカットオフ周波数より低い帯域のみを通過させるローパスフィルタLPF2によってストローク速度(xb'−xw')に対してローパスフィルタ処理を施す。
次に、ECU4は、ステップST2にてローパスフィルタ処理を施したバネ上速度xb'のm次の累乗と、同様にローパスフィルタ処理を施したストローク速度(xb'−xw')のn次の累乗との積を演算する(ステップST3)。このとき、ECU4は、m>nを満たすように、バネ上速度の累乗の指数mとストローク速度の累乗の指数nとを設定する。
次に、ECU4は、ステップST3で演算したバネ上速度xb'のm次の累乗とストローク速度(xb'−xw')のn次の累乗との積に基づいて、上述の数式(3)における要求摩擦力関数を設定し(ステップST4)、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。なお、ECU4は、ステップST1にてストローク変位を微分してストローク速度を演算した場合には、所定の符号関数に基づいてストローク方向に応じた符号を付与して、要求摩擦力の関数を設定するようにすればよい。
次に、図4を参照して要求摩擦力設定制御について説明する。
ECU4は、バネ上速度xb'と、ストローク速度(xb'−xw')との積を演算し、これを判定値xb'・(xb'−xw')とする(ステップST101)。ECU4は、例えば、図3で説明したステップST1で演算したバネ上速度xb'とストローク速度(xb'−xw')とを用いて当該積を演算してもよいし、バネ上速度xb'と、ストローク速度(xb'−xw')を新たに演算して当該積を演算してもよい。
そして、ECU4は、ステップST101で演算した判定値xb'・(xb'−xw')が0(閾値)以上であるか否かを判定する(ステップST102)。
ECU4は、判定値xb'・(xb'−xw')が0以上であると判定した場合(ステップST102:Yes)、図3のステップST4で設定した要求摩擦力関数を用いた数式(3)に基づいて、高摩擦力を要求し、摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconを摩擦力制御値最大値fcmaxに応じた値に設定する(ステップST103)。
そして、ECU4は、ステップST103で設定した摩擦力制御値Fccon(ここでは、摩擦力制御値最大値fcmaxに応じた値)に基づいて、アクチュエータ3を制御し、実際に作用するサスペンション摩擦力Fcを相対的に大きくし(ステップST104)、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
一方、ECU4は、ステップST101で演算した判定値xb'・(xb'−xw')が0より小さいと判定した場合(ステップST102:No)、図3のステップST4で設定した要求摩擦力関数を用いた数式(3)に基づいて、低摩擦力を要求し、摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconを摩擦力制御値最小値fcminに応じた値に設定する(ステップST105)。
そして、ECU4は、ステップST105で設定した摩擦力制御値Fccon(ここでは、摩擦力制御値最小値fcminに応じた値)に基づいて、アクチュエータ3を制御し、実際に作用するサスペンション摩擦力Fcを相対的に小さくし(ステップST104)、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
図5は、上記のように構成されるサスペンション制御装置1が搭載された車両におけるバネ上速度及びストローク速度の時間応答の一例を表す線図である。図5は、横軸を時間軸、縦軸をバネ上速度、ストローク速度としている。サスペンション制御装置1は、ECU4がバネ上速度の累乗の指数mをストローク速度の累乗の指数nより大きくして摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconを設定することで、図5中に囲み線Aで示すようなバネ上共振領域において、要求摩擦力を相対的に大きくすることができる。さらに、サスペンション制御装置1は、ECU4が予め設定される所定の高周波数成分を除去したバネ上速度、及び、ストローク速度に基づいて摩擦力制御値Fcconを設定することで、図5中に囲み線Bで示すような高周波数領域において、要求摩擦力を相対的に小さくすることができる。
そして、図6は、上記のように構成されるサスペンション制御装置1の動作シミュレーションの一例を示す線図であり、図7は、比較例に係るサスペンション制御装置の動作シミュレーションの一例を示す線図である。図6、図7は、横軸を時間軸、縦軸をバネ上速度、ストローク速度、サスペンション摩擦力Fc0、サスペンション摩擦力Fc、バネ上加速度、バネ上加加速度としており、ストローク速度(xb'−xw')が0.015m/s程度である微低速入力でのシミュレーション結果の一例を表している。図6に示す本実施形態のサスペンション制御装置1は、数式(1)から(3)において、a=20×10、b=0、m=2、n=1としたものとしている。図7に示す比較例に係るサスペンション制御装置は、数式(1)から(3)において、バネ上速度を累乗した値とストローク速度を累乗した値とを用いずに、fcmax=20N、fcmin=0としたものとしている。また、サスペンション摩擦力Fc0は、fcmax・sgn(xb'−xw')に相当し、サスペンション摩擦力Fcは、数式(3)を用いた摩擦力制御値(要求摩擦力)Fcconに応じて実際に発生するサスペンション摩擦力に相当する。また、図8は、実施形態に係るサスペンション制御装置1と比較例に係るサスペンション制御装とを比較しやすくするため、バネ上加速度、バネ上加加速度の目盛りの単位を合わせて左右に対比して配置した模式図である。図8は、向って右側に実施形態に係るサスペンション制御装置1のバネ上加速度、バネ上加加速度を配置し、向って左側に比較例に係るサスペンション制御装置のバネ上加速度、バネ上加加速度を配置している。
本実施形態のサスペンション制御装置1は、図6、図7、図8の対比からも明らかなように、比較例に係るサスペンション制御装置と比較して、低周波数加振時と中周波数加振時とで、摩擦力制御値Fcconを切り替えて実際に作用するサスペンション摩擦力Fcを切り替える際に、バネ上加速度やバネ上加加速度が急変することを抑制することができる。これにより、本実施形態のサスペンション制御装置1は、当該切り替えの際に、比較例に係るサスペンション制御装置と比較して、バネ上加速度がほぼ連続的に変化するようになり、また、バネ上加加速度のピークもほぼ無くなるようになる。
図9、図10は、上記のように構成されるサスペンション制御装置1において摩擦力制御がなされる場合のバネ上振動の一例を示す線図である。図9、図10は、横軸を加振周波数、縦軸をバネ上加加速度/加速度としており、上記と同様のシミュレーション結果の一例を表している。図10は、図9の囲み線Cの領域を拡大したものである。図9、図10中、線L1は、本実施形態のサスペンション制御装置1において上述の摩擦力制御が行われる場合を表している。線L2は、上述した比較例のサスペンション制御装置において上述の摩擦力制御が行われる場合を表している。線L3は、さらに別の比較例に係るサスペンション制御装置においてサスペンション摩擦力Fcを相対的に小さな値(例えば、Fc=0N)に固定した場合を表している。
本実施形態のサスペンション制御装置1は、図9、図10の線L1からも明らかなように、バネ上速度を累乗した値とストローク速度を累乗した値とに応じた要求摩擦力に基づいてサスペンション装置2の状態に応じてアクチュエータ3を制御しサスペンション摩擦力Fcを調節する摩擦力制御を実行することから、線L2、線L3と比較して、ほぼ全ての周波数領域でバネ上振動をバランスよく抑制することができる。
以上で説明した実施形態に係るサスペンション制御装置1によれば、サスペンション装置2と、アクチュエータ3と、ECU4とを備える。サスペンション装置2は、車両のバネ上部材5とバネ下部材6とを接続する。アクチュエータ3は、サスペンション装置2のストロークの方向に沿った摩擦力を調節可能である。ECU4は、サスペンション装置2のストロークの方向に沿ったバネ上部材5の速度方向と、サスペンション装置2のストローク速度方向とに基づいて、アクチュエータ3を制御し、サスペンション装置2のストロークの方向に沿った摩擦力を調節する際に、バネ上部材5の速度を累乗した値とサスペンション装置2のストローク速度を累乗した値とに基づいた要求摩擦力となるように当該摩擦力の大きさを調節する。
したがって、サスペンション制御装置1は、例えば、低周波数性能が要求される場合としてバネ上速度方向とストローク速度方向とが同じ方向である場合にストロークの方向に沿った摩擦力を相対的に大きくし、中周波数性能が要求される場合としてバネ上速度方向とストローク速度方向とが異なる方向である場合にストロークの方向に沿った摩擦力を相対的に小さくすることができる。この結果、サスペンション制御装置1は、低周波数加振に対する乗り心地性能と中周波数加振に対する乗り心地性能とを両立し、背反しうる低周波数性能と中周波数性能との車両性能を適切に両立することができる。このとき、サスペンション制御装置1は、バネ上速度を累乗した値とストローク速度を累乗した値とに応じた要求摩擦力に基づいてストロークの方向に沿った摩擦力を調節することから、当該摩擦力の切り替え時にバネ上加速度やバネ上加加速度が大きく変化することを抑制することができる。この結果、サスペンション制御装置1は、衝撃や異音が発生することを抑制することができ、より適正に振動を抑制することができる。
なお、上述した本発明の実施形態に係るサスペンション制御装置は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。
以上の説明では、制御装置は、ECU4によって兼用されるものとして説明したがこれに限らない。例えば、制御装置は、ECU4とは別個に構成され、相互に検出信号や駆動信号、制御指令等の情報の授受を行う構成であってもよい。
1 サスペンション制御装置
2 サスペンション装置
3 アクチュエータ
4 ECU(制御装置)
5 バネ上部材
6 バネ下部材
7 バネ機構
7a コイルスプリング
8 減衰機構
8a シリンダ
8b ピストン部
8c ピストンロッド
9 摺動部
10 バネ上Gセンサ
11 バネ下Gセンサ
12 操舵角度センサ
50 車輪

Claims (4)

  1. 車両のバネ上部材とバネ下部材とを接続するサスペンション装置と、
    前記サスペンション装置のストロークの方向に沿った摩擦力を調節可能であるアクチュエータと、
    前記サスペンション装置のストロークの方向に沿った前記バネ上部材の速度方向と、前記サスペンション装置のストローク速度方向とに基づいて、前記アクチュエータを制御し、前記サスペンション装置のストロークの方向に沿った摩擦力を調節する際に、前記バネ上部材の速度を累乗した値と前記サスペンション装置のストローク速度を累乗した値とに基づいた要求摩擦力となるように当該摩擦力の大きさを調節する制御装置とを備えることを特徴とする、
    サスペンション制御装置。
  2. 前記バネ上部材の速度を累乗した値と前記サスペンション装置のストローク速度を累乗した値とは、前記バネ上部材の速度の累乗の指数が前記サスペンション装置のストローク速度の累乗の指数より大きい、
    請求項1に記載のサスペンション制御装置。
  3. 前記制御装置は、予め設定される所定の高周波数成分を除去した前記バネ上部材の速度、及び、前記サスペンション装置のストローク速度に基づいて、前記要求摩擦力を設定する、
    請求項1又は請求項2に記載のサスペンション制御装置。
  4. 前記制御装置は、前記バネ上部材の速度方向と前記サスペンション装置のストローク速度方向とが同じ方向である場合、前記バネ上部材の速度方向と前記サスペンション装置のストローク速度方向とが異なる方向である場合と比較して、前記要求摩擦力を大きくする、
    請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のサスペンション制御装置。
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