JP6987026B2 - サスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のばね上，ばね下間に減衰力調整式緩衝器が介装されるサスペンション装置に関する。

特許文献１には、ばね下側の入力端から入力された振動の周波数（以下「入力周波数」）とその振動速度とに応じて、減衰力を切り換えるようにしたサスペンション装置（ショックアブソーバ制御システム）が開示されている。

特開平７−５４９０２号公報

ところで、緩衝器は、振幅が小さい領域（例えば「１ｍｍ以下」）において、制振に有効な減衰力の他、乗り心地に影響するばね性を示す力を生じる。このばね性を示す力は、入力条件（入力周波数および振幅）に依存した特性を示す。ここで、ばね性を示す力が入力条件に依存した特性を示すことは、ばね上固有振動数が入力条件に依存した特性を示すことと等値概念である。すなわち、ばね上固有振動数およびばね下固有振動数は、入力条件によって異なる。

一方、特許文献１に記載の従来のサスペンション装置は、各切換周波数（f₁ , f₂ , f₃ ）が規定値（固定値）である、換言すると、低周波数領域、中間周波数領域、高周波数領域、および高周波数領域を超える領域、の各周波数領域は、固定された領域である。このため、より適切な減衰力を選定するには、入力条件（入力周波数および振幅）に応じて各切換周波数を変化させる必要がある。

本発明の課題は、より適切な減衰力の選定を可能とするサスペンション装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のサスペンション装置は、車両のばね上とばね下との間の相対変位を検出する変位検出手段と、前記変位検出手段によって検出された相対変位の周波数を算出する入力周波数算出手段と、前記変位検出手段によって検出された相対変位と前記入力周波数算出手段によって算出された入力周波数とに基づき、ばね上固有振動数とばね下固有振動数とを推定する共振周波数推定手段と、前記共振周波数推定手段によって推定されたばね上固有振動数とばね下固有振動数とに基づき、発生させる減衰力を決定する減衰力決定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、より適切な減衰力が選定され、車両の乗り心地を向上させることができる。

本実施形態に係るサスペンション装置の概念図である。 本実施形態に係るサスペンション制御装置のブロック図である。 本実施形態の説明図であって、入力周波数を変化させたときの時刻(t_A) におけるばね上振幅の周波数特性、および時刻(t_B) におけるばね上振幅の周波数特性を示す図である。 図３に、低周波数領域、中間周波数領域、高周波数領域、および高周波数領域を超える周波数領域と、各周波数領域を定める第１基準周波数、第２基準周波数、および第３基準周波数とを示す図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
図１を参照すると、本実施形態に係るサスペンション装置は、ばね上１（車体），ばね下２（車輪）間に、懸架用コイルばね３および減衰力調整式緩衝器４（以下「緩衝器４」）が介装される。本実施形態における緩衝器４は、従来の減衰力調整機構と基本構造が同一である。よって、緩衝器４の基本構造に係る詳細な説明を省略する。

サスペンション装置は、ばね上１の変位を検出するばね上変位センサ５（変位検出手段）と、ばね下２の変位を検出するばね下変位センサ６（変位検出手段）と、ばね上変位センサ５の検出信号とばね下変位センサ６の検出信号とに基づきアクチュエータ７を制御するサスペンション制御装置１１と、を有する。アクチュエータ７は、緩衝器４の減衰力調整機構を駆動するもので、例えばソレノイドである。

図２を参照すると、サスペンション制御装置１１は、ばね上変位センサ５によって検出された時刻(t) におけるばね上１の変位Xb(t) と、ばね下変位センサ６によって検出された時刻(t) におけるばね下２の変位Xa(t) とに基づき、ばね上１，ばね下２間の時刻(t) における相対変位ΔX(t) 、いわゆる、ダンパストローク（緩衝器４のたわみ）を算出する相対変位検出部１２を有する。

なお、本実施形態では、ばね上変位センサ５およびばね下変位センサ６として、ばね上１およびばね下２の加速度を検出するばね上加速度センサおよびばね下加速度センサが用いられる。相対変位算出部１２では、ばね上加速度センサの検出値（ばね上加速度）を２階積分することにより、時刻(t) におけるばね上変位Xb(t) が算出され、ばね下加速度センサの検出値（ばね下加速度）を２階積分することにより、時刻(t) におけるばね下変位Xa(t) が算出される。

サスペンション制御装置１１は、ばね下変位センサ６の検出信号に基づき、ばね下２に入力された振動の入力周波数f(t) を算出する入力周波数算出部１３（入力周波数算出手段）を有する。また、サスペンション制御装置１１は、入力周波数算出部１３によって算出された入力周波数f(t) と、ばね上１，ばね下２間の時刻(t) における相対変位ΔX(t) とに基づき、時刻(t) におけるばね上固有振動数fb ( ΔX(t) , f(t) ) と、時刻(t) におけるばね下固有振動数fa ( ΔX(t) , f(t) ) とを算出（推定）する、共振周波数推定部１４（共振周波数推定手段）を有する。

共振周波数推定部１４は、記憶部（メモリ）に格納された固有振動数マップ１５に基づき、時刻(t) におけるばね上固有振動数fb ( ΔX(t) , f(t) ) 、および時刻(t) におけるばね下固有振動数fa ( ΔX(t) , f(t) ) を算出する。なお、固有振動数マップ１５（データ・マッピング・ファイル）は、試験データに基づき作成される。

サスペンション制御装置１１は、共振周波数推定部１４によって算出された時刻(t) におけるばね上固有振動数fb ( ΔX(t) , f(t) ) 、および時刻(t) におけるばね下固有振動数fa ( ΔX(t) , f(t) ) に基づき、緩衝器４が発生しなければならない減衰力を決定する減衰力決定部（減衰力決定手段）を有する。

減衰力決定部は、入力周波数算出部１３によって算出された入力周波数f(t) が、共振周波数推定部１４によって推定されたばね上固有振動数fb ( ΔX(t) , f(t) ) を含む低周波数領域L(t) と、共振周波数推定部１４によって推定されたばね下固有振動数fa ( ΔX(t) , f(t) ) を含む高周波数領域H(t) と、低周波数領域L(t) と高周波数領域H(t) との間に設けられる中間周波数領域M(t) と、高周波数領域H(t) を超える周波数領域S(t) と、のいずれかにあるかを判別する判別部１７（判別手段）を有する。

減衰力決定部は、低周波数領域L(t) 、中間周波数領域M(t) 、高周波数領域H(t) 、および高周波数領域H(t) を超える周波数領域S(t) 、の各周波数領域を定める上で基準となる各周波数、ここでは、第１基準周波数f1 ( ΔX(t) , f(t) ) 、第２基準周波数f2 ( ΔX(t) , f(t) ) 、および第３基準周波数f3 ( ΔX(t) , f(t) ) を決定する基準周波数決定部１８を有する。

減衰力決定部は、入力周波数算出部１３によって算出された入力周波数f(t) が、低周波数領域L(t) にあるとき高減衰力F_H を選定し、中間周波数領域M(t) にあるとき低減衰力F_L を選定し、高周波数領域H(t) にあるとき高減衰力F_Hを選定し、高周波数領域H(t) を超える周波数領域S(t) にあるとき低減衰力F_L を選定する、減衰力選定部１９（減衰力選定手段）を有する。

そして、減衰力決定部（減衰力決定手段）は、入力周波数算出部１３によって算出された入力周波数f(t) が、第１基準周波数f1 ( ΔX(t) , f(t) ) 以下であるとき、すなわち、
(1) f(t) ≦ f1 ( ΔX(t) , f(t) )
であるとき、低周波数領域L(t) にあると判別し、高減衰力F_Hを選定する。

また、減衰力決定部は、入力周波数f(t) が、第１基準周波数f1 ( ΔX(t) , f(t) ) より大きく、かつ第２基準周波数f2 ( ΔX(t) , f(t) ) 以下であるとき、すなわち、
(2) f1 ( ΔX(t) , f(t) ) ＜ f(t) ≦ f2 ( ΔX(t) , f(t) )
であるとき、中間周波数領域M(t) にあると判別し、低減衰力F_Lを選定する。

また、減衰力決定部は、入力周波数f(t) が、第２基準周波数f2 ( ΔX(t) , f(t) ) より大きく、かつ第３基準周波数f3 ( ΔX(t) , f(t) ) 以下であるとき、すなわち、
(3) f2 ( ΔX(t) , f(t) ) ＜ f(t) ≦ f3 ( ΔX(t) , f(t) )
であるとき、高周波数領域H(t) にあると判別し、高減衰力F_Hを選定する。

さらに、減衰力決定部は、入力周波数f(t) が、第３基準周波数f3 ( ΔX(t) , f(t) ) より大きいとき、すなわち、
(4) f3 ( ΔX(t) , f(t) ) ＜ f(t)
であるとき、高周波数領域H(t) を超える周波数領域S(t) にあると判別し、低減衰力F_L を選定する。

次に、図３、図４を参照して、第１基準周波数f1 ( ΔX(t) , f(t) ) 、すなわち、低周波数領域L(t) と中間周波数領域M(t) とを区切るときの境界となる周波数を決定するプロセスを説明する。ここで、図３、図４は、入力周波数f(t) を変化させたときの、時刻(t_A) および時刻(t_B) におけるばね上振幅の周波数特性を示す。

図３に示されるように、時刻(t_A) におけるばね上固有振動数をfb ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) 、時刻(t_B) におけるばね上固有振動数をfb ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) とする。
ただし、fb ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) ＜ fb ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) とする。

ここで、振動伝達率（ばね下２からばね上１へ振動が伝達される割合）を考慮すると、入力周波数f(t) とばね上固有振動数fb ( ΔX(t) , f(t) ) との比が、√2 よりも小さい領域、すなわち、
f(t) / fb ( ΔX(t) , f(t) ) ＜ √2
の領域では、減衰力を増加させることが、ばね上１を制振させる上で望ましい。

他方、入力周波数f(t) とばね上固有振動数fb ( ΔX(t) , f(t) ) との比が、√2 以上の領域、すなわち、
f(t) / fb ( ΔX(t) , f(t) ) ≧ √2
の領域では、減衰力を低下させて振動伝達を断つことが、ばね上１を制振させる上で望ましい。

よって、図４に示されるように、時刻(t_A) における第１基準周波数f1 ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) を√2・fb ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) に設定し、時刻(t_B) における第１基準周波数f1 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) を√2・fb ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) に設定する。すなわち、
f1 ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) = √2・fb ( ΔX(t_A) , f(t_A) )
f1 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) = √2・fb ( ΔX(t_B) , f(t_B) )
に設定される。

図４を参照すると、時刻(t_A) におけるばね上固有振動数fb ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) に対し、第１基準周波数f1 ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) を √2・fb ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) とし、かつ時刻(t_B) におけるばね上固有振動数fb ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) に対し、第１基準周波数f1 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) を √2・fb ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) とした。これにより、入力周波数がf1 ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) からf1 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) までの間の領域においては、時刻(t_A) では中間周波数領域M(t_A) にあると判別されるのに対し、時刻(t_B) では低周波数領域L(t_B) であると判別される。すなわち、本実施形態では、入力条件（入力周波数および振幅）が異なる、延いてはばね上固有振動数が異なる時刻(t_A) と時刻(t_B) とで、異なる減衰力が選定される。

なお、本実施形態では、時刻(t_A) における第３基準周波数f3 ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) および時刻(t_B) における第３基準周波数f3 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) は、時刻(t_A) におけるばね下固有振動数fa (ΔX(t_A) , f(t_A) ) と時刻(t_B) におけるばね下固有振動数fa (ΔX(t_B) , f(t_B) ) とのいずれかに、√2 を乗じた値に設定される。すなわち、
f3 ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) ＝ √2・fa (ΔX(t_A) , f(t_A) )
f3 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) ＝ √2・fa (ΔX(t_B) , f(t_B) )
f3 ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) ＝ f3 ( ΔX(t_B) , f(t_B) )
である。

また、本実施形態では、時刻(t_A) における第２基準周波数f2 ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) および時刻(t_B) における第２基準周波数f2 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) は、時刻(t_B) における第１基準周波数f1 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) と第３基準周波数f3 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) との中間点に設定される。すなわち、
f2 ( ΔX(t_A) , f(t_A) ) ＝ f2 ( ΔX(t_B) , f(t_B) )
＝（ f1 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) ＋ f3 ( ΔX(t_B) , f(t_B) ) ）/ 2
である。

ここで、従来のサスペンション制御装置では、低周波数領域、中間周波数領域、高周波数領域、および高周波数領域を超える領域、の各周波数領域が固定された領域であったため、当該固定された周波数領域に基づき、入力周波数に応じて減衰力を増減させても、期待するようなばね上の制振効果が得られないことがある。

そこで、本実施形態では、入力条件（入力周波数および振幅）、延いてはばね上固有振動数に応じて、低周波数領域L(t) 、中間周波数領域M(t) 、高周波数領域H(t) 、および高周波数領域H(t) を超える周波数領域S(t) 、の各周波数領域を変動させ、当該入力条件に対応させた周波数領域に基づき、緩衝器４が発生しなければならない減衰力を決定するようにしたので、より適切な減衰力を選定することが可能であり、車両の乗り心地を向上させることができる。

この実施形態では以下の効果を奏する。
本実施形態によれば、車両のばね上１とばね下２との間の相対変位を検出するばね上変位センサ５およびばね下変位センサ６（変位検出手段）と、ばね上変位センサ５およびばね下変位センサ６によって検出された相対変位の周波数を算出する入力周波数算出部１３（入力周波数算出手段）と、ばね上変位センサ５およびばね下変位センサ６によって検出された相対変位と入力周波数算出部１３によって算出された入力周波数とに基づき、ばね上固有振動数とばね下固有振動数とを推定する共振周波数推定部１４（共振周波数推定手段）と、共振周波数推定部１４によって推定されたばね上固有振動数とばね下固有振動数とに基づき、発生させる減衰力を決定する減衰力決定部（減衰力決定手段）と、を備えるので、変動するばね上固有振動数とばね下固有振動数に応じた適切な減衰力を選定することができる。

減衰力決定部は、入力周波数算出部１３によって算出された入力周波数が、共振周波数推定部１５によって推定されたばね上固有振動数を含む低周波数領域と、ばね下固有振動数を含む高周波数領域と、低周波数領域と高周波数領域との間に設けられる中間周波数領域と、高周波数領域を超える周波数領域と、のいずれかにあるかを判別する判別部１７（判別手段）と、入力周波数が低周波数領域にあるとき高減衰力を選定し、入力周波数が中間周波数領域にあるとき低減衰力を選定し、入力周波数が高周波数領域にあるとき高減衰力を選定し、入力周波数が高周波数領域を超える周波数領域にあるとき低減衰力を選定する減衰力選定部１９（減衰力選定手段）と、を備えるので、入力条件（入力周波数および振幅）に応じた適切な減衰力を選定することが可能であり、車両の乗り心地を向上させることができる。

１ ばね上、２ ばね下、５ ばね上変位センサ（変位検出手段）、６ ばね下変位センサ（変位検出手段）、１３ 入力周波数算出部（入力周波数算出手段）、１４ 共振周波数推定部（共振周波数推定手段）

Claims (2)

1. 車両のばね上とばね下との間の相対変位を検出する変位検出手段と、
   前記変位検出手段によって検出された相対変位の周波数を算出する入力周波数算出手段と、
   前記変位検出手段によって検出された相対変位と前記入力周波数算出手段によって算出された入力周波数とに基づき、ばね上固有振動数とばね下固有振動数とを推定する共振周波数推定手段と、
   前記共振周波数推定手段によって推定されたばね上固有振動数とばね下固有振動数とに基づき、発生させる減衰力を決定する減衰力決定手段と、
   を備えることを特徴とするサスペンション装置。
2. 前記減衰力決定手段は、
   前記入力周波数算出手段によって算出された入力周波数が、前記共振周波数推定手段によって推定されたばね上固有振動数を含む低周波数領域と、ばね下固有振動数を含む高周波数領域と、前記低周波数領域と前記高周波数領域との間に設けられる中間周波数領域と、前記高周波数領域を超える周波数領域と、のいずれかにあるかを判別する判別手段と、
   前記入力周波数が前記低周波数領域にあるとき高減衰力を選定し、前記入力周波数が前記中間周波数領域にあるとき低減衰力を選定し、前記入力周波数が前記高周波数領域にあるとき高減衰力を選定し、前記入力周波数が前記高周波数領域を超える周波数領域にあるとき低減衰力を選定する減衰力選定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。

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