JP4648126B2 - 車両用サスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪を車体に懸架するサスペンションのダンパの減衰力を制御する減衰力制御手段を備えた車両用サスペンション装置に関する。

可変減衰力ダンパを備えた車両がロール制御を行っているときに、空気バネのバネ定数を変更する電磁弁が故障した場合に、ダンパの減衰力を最大にして空気バネのバネ定数が低下したことによる車体の姿勢変化を穏やかにして操安性能を確保するものが、下記特許文献１により公知である。
特開平９−３９５３５号公報

しかしながら、上記従来のものは、可変減衰力ダンパが故障して減衰力が低減衰の状態で固定された場合に、減衰力とバネ定数とのバランスが崩れてしまい、車体のローリングが収り難くなる可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、可変減衰力ダンパが故障して減衰力の制御が不能になった場合に車両挙動の安定化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車輪を車体に懸架するサスペンションのダンパの減衰力を制御する減衰力制御手段と、サスペンションバネとして機能する、バネ定数が可変の空気バネと、この空気バネのバネ定数を調整するバネ定数調整手段とを備えた車両用サスペンション装置であって、減衰力制御手段への通電が遮断され、該減衰力制御手段によるダンパの減衰力の制御が不能となって該減衰力が低減衰の状態で固定されたときに、バネ定数調整手段は前記空気バネのバネ定数を減少させることを特徴とする車両用サスペンション装置が提案される。

尚，実施例のアクチュエータ５は本発明の減衰力制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、サスペンションのダンパの減衰力を制御する減衰力制御手段が故障して減衰力制御手段への通電が遮断され、ダンパが低減衰の状態に固定されて車体のロール剛性やピッチ剛性が低下した状態になっても、バネ定数調整手段で空気バネのバネ定数を減少させることで、ダンパの減衰力の低下と空気バネのバネ定数の低下とがバランスしてサスペンションの特性が良好に保たれるので、車両の安定性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の参考例に基づいて説明する。

図１〜図１０は本発明の参考例を示すもので、図１は車両のサスペンション装置の正面図、図２は図１の２部拡大断面図、図３はダンパの減衰力を変更するアクチュエータの制御系のブロック図、図４はサスペンションのモデルを示す図、図５はスカイフック制御の説明図、図６はロール姿勢制御の作用を示すフローチャート、図７はアクチュエータの目標電流を検索するマップを示す図、図８はレーンチェンジを行う際の横加速度および横加速度微分値を示すグラフ、図９はレーンチェンジを行う際の車両挙動を示す図、図１０はスカイフック制御における振動伝達率を示すグラフである。

図１に示すように、四輪の自動車の車輪Ｗを懸架するサスペンションＳは、車体１にナックル２を上下動自在に支持するサスペンションアーム３と、サスペンションアーム３および車体１を接続するように直列に配置されたダンパ４、アクチュエータ５およびダンパマウントラバー６と、サスペンションアーム３および車体１を接続するコイルバネ７とを備える。ダンパ４は、サスペンションアーム３に下端を支持したシリンダ８と、シリンダ８に摺動自在に嵌合するピストン９と、ピストン９から上方に延びるピストンロッド１０とから構成され、またアクチュエータ５は、ピストンロッド１０の上端およびダンパマウントラバー６の下端を接続するコア１１と、コア１１の外周を囲むように配置されたコイル１２とから構成される。ダンパ４は周知の油圧式のもので、オイルを満たしたシリンダ８の内部をピストン９が移動する際に、その移動速度に応じた荷重（減衰力）を発生する。

アクチュエータ５の作動を制御する第１電子制御ユニットＵ１には、バネ上加速度を検出するバネ上加速度センサ１３からの信号と、ダンパ４の変位（ストローク）を検出するダンパ変位センサ１４からの信号と、車両の横加速度を検出する横加速度センサ１５からの信号と、車両の前後加速度を検出する前後加速度センサ１６からの信号とが入力され、これらの信号に基づいて第１電子制御ユニットＵ１はアクチュエータ５に供給する電流を制御してダンパ４の減衰力を任意に変更することができる。

図２に示すように、ダンパ４の長さを伸縮させて車高を調整する車高調整手段３１は、ダンパ４のシリンダ８の下端外周に一体に設けた車高調整ピストン３２と、この車高調整ピストン３２およびシリンダ８の外周にシール部材３３，３４を介して摺動自在に嵌合する車高調整シリンダ３５と、この車高調整シリンダ３５およびシリンダ８間に区画された油室３６と、車高調整ピストン３２の内部に形成されて油室３６に連通する油孔３２ａと、オイルタンク３７から作動油を汲み上げるオイルポンプ３８と、オイルポンプ３８および油孔３２ａを結ぶ油路３９に配置されたチェック弁４０と、オイルタンク３７および油孔３２ａを結ぶ油路４１に配置された開閉弁４２とを備える。そして車高調整シリンダ３５の上端に一体に設けられたバネ座４３にコイルバネ７の下端が支持される。第１電子制御ユニットＵ１に接続された第２電子制御ユニットＵ２には、車高を複数段階に切り換える車高切換スイッチ４４と、オイルポンプ３８と、開閉弁４２とが接続される。

従って、車高切換スイッチ４４を車高増加側に操作すると、オイルポンプ３８が作動してオイルタンク３７の作動油がチェック弁４０を通過して油室３６に供給され、車高調整ピストン３２に対して車高調整シリンダ３５を押し上げることで、コイルスバネ７を圧縮する。その結果、コイルスバネ７の弾発力でシリンダ８からピストン９が押し出される方向に駆動され、ダンパ４が伸長して車高が増加する。一方、オイルポンプ３８を停止して開閉弁４２を開弁すると、車体重量で車高調整シリンダ３５が油室３６の作動油をオイルタンク３７に押し戻しながら下降し、ダンパ４が収縮して車高が減少する。

図３に示すように、第１電子制御ユニットＵ１は、スカイフック乗心地制御部Ｍ１と、ロール姿勢制御部Ｍ２と、ピッチ姿勢制御部Ｍ３と、目標電流算出部Ｍ４と、バネ下制御部Ｍ５とを備える。バネ上加速度センサ１３が出力するバネ上加速度は積分手段２１で積分されてバネ上上下速度となり、スカイフック乗心地制御部Ｍ１に入力される。ダンパ変位センサ１４が出力するダンパ変位はバネ下制御部Ｍ５に直接入力されるとともに、微分手段２２で微分されてダンパ速度となり、スカイフック乗心地制御部Ｍ１およびバネ下制御部Ｍ５に入力される。横加速度センサ１５が出力する横加速度は微分手段２３で微分されて横加速度微分値となり、ロール姿勢制御部Ｍ２に入力される。前後加速度センサ１６が出力する前後加速度は微分手段２４で微分されて前後加速度微分値となり、ピッチ姿勢制御部Ｍ３に入力される。

微分手段２２で算出したダンパ速度と、ロール姿勢制御部Ｍ２が出力するロール制御目標荷重（ロール制御を行うためにダンパ４に発生させるべき目標減衰力）と、ピッチ姿勢制御部Ｍ３が出力するピッチ制御目標荷重（ピッチ制御を行うためにダンパ４に発生させるべき目標減衰力）とが入力された目標電流算出部Ｍ４は、ダンパ４のアクチュエータ５に供給するロール制御電流およびピッチ制御電流を出力し、それらのロール制御電流およびピッチ制御電流は加算手段２５で加算されてロール／ピッチ制御電流となり、ハイセレクト手段２６に入力される。ロール／ピッチ制御電流に加えて、スカイフック乗心地制御部Ｍ１からのスカイフック制御電流（スカイフック制御を行うための目標電流）が入力されたハイセレクト手段２６は、ロール／ピッチ制御電流およびスカイフック制御電流のうちの何れか大きい方を出力する。そしてハイセレクト手段２６が出力するハイセレクト値と、バネ下制御部Ｍ５が出力するバネ下制御電流（バネ下制御を行うための目標電流）とが加算手段２７で加算され、その加算値に基づいてダンパ４のアクチュエータ５の作動が制御される。

次に、図４および図５に基づいて、スカイフック乗心地制御部Ｍ１の機能について説明する。

図４に示すサスペンションのモデルから明らかなように、路面にタイヤの仮想的なバネ１７を介してバネ下質量１８が接続され、バネ下質量１８にダンパ４、アクチュエータ５およびコイルバネ７を介してバネ上質量１９が接続される。ダンパ４の減衰力はアクチュエータ５により可変である。バネ上質量１９の変位Ｘ２の変化率ｄＸ２／ｄｔは、図３の積分手段２１が出力するバネ上上下速度に相当する。またバネ上質量１９の変位Ｘ２およびバネ下質量１８の変位Ｘ１の差の変化率ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔは、図３の微分手段２２が出力するダンパ速度に相当する。

ｄＸ２／ｄｔ×ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔ＞０
のとき、つまりバネ上上下速度とダンパ速度とが同方向（同符号）であるとき、ダンパ４のアクチュエータ５は減衰力を増加させる方向に制御される。一方、
ｄＸ２／ｄｔ×ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔ≦０
のとき、つまりバネ上上下速度とダンパ速度とが逆方向（逆符号）であるとき、ダンパ４のアクチュエータ５は減衰力を減少させる方向に制御される。

従って、図５に示すように車輪Ｗが路面の突起を乗り越す場合を考えると、（１）に示すように車輪Ｗが突起の前半に沿って上昇する間は、車体１が上向きに移動してバネ上上下速度（ｄＸ２／ｄｔ）が正値になり、ダンパ４が圧縮されてダンパ速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが負値になるため、両者が逆符号となってダンパ４のアクチュエータ５は圧縮方向の減衰力を減少させるように制御される。

また（２）に示すように車輪Ｗが突起の頂点を乗り越した直後は、車体１が慣性で依然として上向きに移動してバネ上上下速度（ｄＸ２／ｄｔ）が正値になり、車体１の上昇によりダンパ４が伸長されてダンパ速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが正値になるため、両者が同符号となってダンパ４のアクチュエータ５は伸長方向の減衰力を増加させるように制御される。

また（３）に示すように車輪Ｗが突起の後半に沿って下降する間は、車体１が下向きに移動してバネ上上下速度（ｄＸ２／ｄｔ）が負値になり、車輪Ｗが車体１よりも速く下降することによりダンパ４が伸長されてダンパ速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが正値になるため、両者が逆符号となってダンパ４のアクチュエータ５は伸長方向の減衰力を減少させるように制御される。

また（４）に示すように車輪Ｗが突起を完全に乗り越した直後は、車体１が慣性で依然として下向きに移動してバネ上上下速度（ｄＸ２／ｄｔ）が負値になり、車輪Ｗが下降を停止することによりダンパ４が圧縮されてダンパ速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが負値になるため、両者が同符号となってダンパ４のアクチュエータ５は圧縮方向の減衰力を増加させるように制御される。

このようなスカイフック制御を行って車両の乗心地を高める際に、図５の（２）および（４）に示すダンパ４のアクチュエータ５の減衰力を増加させる領域で、その減衰力、つまりスカイフック制御電流を（比例定数）×（バネ上上下速度）により算出することで、切替音の低減と違和感の低減とを実現することができる。

次に、ロール姿勢制御部Ｍ２および目標電流算出部Ｍ４の作用を図６〜図９に基づいて説明する。

図６のフローチャートのステップＳ１で、横加速度センサ１５により横加速度を検出し、ステップＳ２で横加速度を微分手段２３により微分して横加速度変化率を算出し、更にステップＳ３でロール姿勢制御部Ｍ２において（比例定数）×（横加速度微分値）によりロール制御目標荷重を算出する。続くステップＳ４でダンパ変位センサ１４によりダンパ変位を検出し、ステップＳ５でダンパ変位を微分手段２２により微分してダンパ速度を算出する。続くステップＳ６で、ロール制御目標荷重およびダンパ速度が入力される目標電流算出部Ｍ４が、図７に示すマップからロール制御電流を検索し、ステップＳ７で前記ロール制御電流を加算手段２５に出力する。

図７はロール制御目標荷重およびダンパ速度からロール制御電流を検索するマップを示している。基本的に縦軸のロール制御目標荷重に対してロール制御電流は比例関係にあるが、そのロール制御電流はダンパ速度により補正される。例えば、ロール制御目標荷重がＦｔであるとき、ダンパ速度がＶｐｔであれば、ロール制御電流はＩｔとなる。そしてダンパ速度がＶｐｔからＶｐｔ１に増加すると、ロール制御電流はＩｔからＩｔ１に減少し、逆にダンパ速度がＶｐｔからＶｐｔ２に減少すると、ロール制御電流はＩｔからＩｔ２に増加する。

図８は車両が左車線から右車線にレーンチェンジした際の横加速度と、それを微分した横加速度微分値とを示すもので、その時間軸上の（１）〜（５）は、図９に示すレーンチェンジする車両の挙動の（１）〜（５）に対応している。

横加速度がゼロである（１）、（３）、（５）では車体１はロールしておらず、右旋回中の（２）では車体１が遠心力で左側にロールし、左旋回中の（４）では車体１が遠心力で右側にロールするが、このときダンパ４にロール制御目標荷重Ｆｔを発生させることで、旋回方向外側への車体１のロールを抑制して車両の姿勢を安定させることができる。

その際に、車体１のロール角を制御すべくダンパ４のロール制御目標荷重Ｆｔを横加速度に基づいて決定すると、横加速度はロール角とほぼ同じ位相で変化するため、ダンパ４の減衰力の制御に遅れが生じる可能性がある。図８のグラフに注目すると、（２）において左向きの横加速度が最大となるタイミングに先立つａ点で横加速度微分値の絶対値が最大になり、（４）において右向きの横加速度が最大となるタイミングに先立つｂ点で横加速度微分値の絶対値が最大になっている。このように、横加速度が変化する位相に対して、横加速度微分値が変化する位相が先行していることに着目し、この横加速度微分値に比例したダンパ４のロール制御目標荷重Ｆｔを設定することで、ダンパ４の減衰力を時間遅れなく制御して車両の姿勢を更に安定させ、的確な姿勢制御と乗心地とを両立させることができる。

しかも目標電流算出部Ｍ４がロール制御目標荷重からロール制御電流をマップ検索する際にダンパ速度による補正を行うので、路面の凹凸からの大きな入力があった場合でも、適切なロール制御目標荷重を設定して乗心地の悪化を回避することができる。

上述したロール制御電流の算出と同様にして、車両の急加速時におけるノーズアップや急制動時におけるノーズダウンを抑制するために、ピッチ姿勢制御部Ｍ３は、前後加速度センサ１６で検出した前後加速度を微分手段２４で微分して得た前後加速度微分値からピッチ制御目標荷重を算出し、目標電流算出手部Ｍ４はピッチ制御目標荷重からピッチ制御電流をマップ検索する際に、ダンパ速度に基づいてピッチ制御電流を補正する。

しかして、目標電流算出手部Ｍ４が出力するロール制御電流およびピッチ制御電流は加算手段２５で加算され、その加算値であるロール／ピッチ制御電流はハイセレクト手段２６に入力され、そこでスカイフック制御電流と比較された結果、いずれか大きい方の電流が加算手段２７に出力される。そして加算手段２７において、バネ下制御部Ｍ５が出力するバネ下制御電流と加算され、その加算値に基づいてダンパ４のアクチュエータ５の減衰力が制御される。

このように、ロール／ピッチ制御電流およびスカイフック制御電流のうちの何れか大きい方がハイセレクト手段２６により選択されてアクチュエータ５に出力されるので、ハイセレクト手段２６がロール／ピッチ制御電流を選択している間にスカイフック制御電流が増加してロール／ピッチ制御電流を超えた瞬間に、ロール／ピッチ制御電流からスカイフック制御電流に切り換わり、逆にハイセレクト手段２６がスカイフック制御電流を選択している間にロール／ピッチ制御電流が増加してスカイフック制御電流を超えた瞬間に、スカイフック制御電流からロール／ピッチ制御電流からに切り換わることになる。何れの場合にも、その切換時にハイセレクト手段２６が出力するハイセレクト電流が不連続に急変することがないため、ダンパ４のアクチュエータ５の作動がドライバーに違和感を与えることが回避される。

ところで、図１０に示すように、上述したスカイフック制御では、制御ゲインを変更してもバネ上共振周波数である１Ｈｚ近傍の振動伝達率が変化するだけであり、バネ下共振周波数である１０Ｈｚ近傍の振動伝達率を制御できないという問題がある。

バネ下制御部Ｍ５はこの問題を解消するために設けられたもので、バネ下共振領域での振動を把握して制御する指標としてダンパ速度とダンパ変位との積に着目し、（比例定数）×（ダンパ速度）×（ダンパ変位）によりバネ下制御電流を算出し、このバネ下制御電流は加算手段２７においてハイセレクト手段２６が出力するハイセレクト電流に加算される。その結果、特にダンパ速度およびダンパ変位が大きい場合に、スカイフック制御とは独立して、１０Ｈｚ近傍のバネ下共振領域の振動を抑制することが可能になる。

さて、ダンパ４のアクチュエータ５や第１電子制御ユニットＵ１が故障して減衰力の制御が不能になると、一般的にアクチュエータ５への通電が遮断されることでダンパ４の減衰力は最も低い状態に固定されてしまい、車体のロール剛性やピッチ剛性が低下する。ダンパ４の減衰力の制御が不能になったことを報知する信号が第１電子制御ユニットＵ１から第２電子制御ユニットＵ２に入力されると、第２電子制御ユニットＵ２は車高切換スイッチ４４の操作とは無関係に開閉弁４２を開弁し、ダンパ４を収縮させて車高を最低車高まで低下させる。これにより、ダンパ４の減衰力が最も低い状態に固定されて車体のロール剛性やピッチ剛性が低下しても、車体の重心位置を低下させることで、重心位置が高いままの場合に比べて車両挙動の安定性を向上させることができる。

上述した参考例のサスペンションＳは懸架バネとしてコイルバネ７を備えているが、実施例のサスペンションＳは懸架バネとしてバネ定数が可変な空気バネを備えている。この実施例では、ダンパ４のアクチュエータ５や第１電子制御ユニットＵ１が故障して減衰力の制御が不能になると、第２電子制御ユニットＵ２からの指令でバネ定数調整手段が空気バネのバネ定数を低下させる方向に制御する。その結果、ダンパ４の減衰力の低下と空気バネのバネ定数の低下とがバランスしてサスペンションＳの特性が良好に保たれるので、例えばレーンチェンジ等を行う場合に、減衰力の大きさに対してバネ定数の大きさが過大になって車体のローリングが収束しないという状態を回避することができる。

以上、本発明の実施例及び参考例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、第１電子制御ユニットＵによるダンパ４の減衰力の制御は実施例のものに限定されず、任意の制御を行うことができる。

車両のサスペンション装置の正面図 図１の２部拡大断面図 ダンパの減衰力を変更するアクチュエータの制御系のブロック図 サスペンションのモデルを示す図 スカイフック制御の説明図 ロール姿勢制御の作用を示すフローチャート アクチュエータの目標電流を検索するマップを示す図 レーンチェンジを行う際の横加速度および横加速度微分値を示すグラフ レーンチェンジを行う際の車両挙動を示す図 スカイフック制御における振動伝達率を示すグラフ

１ 車体
４ ダンパ
５ アクチュエータ（減衰力制御手段）
３１ 車高調整手段
Ｓ サスペンション
Ｗ 車輪

Claims (1)

1. 車輪（Ｗ）を車体（１）に懸架するサスペンション（Ｓ）のダンパ（４）の減衰力を制御する減衰力制御手段（５）と、サスペンションバネとして機能する、バネ定数が可変の空気バネと、この空気バネのバネ定数を調整するバネ定数調整手段とを備えた車両用サスペンション装置であって、
   減衰力制御手段（５）への通電が遮断され、該減衰力制御手段（５）によるダンパ（４）の減衰力の制御が不能となって該減衰力が低減衰の状態で固定されたときに、バネ定数調整手段は前記空気バネのバネ定数を減少させることを特徴とする車両用サスペンション装置。

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