JP7161958B2

JP7161958B2 - サスペンション装置及びその制御方法

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Publication number: JP7161958B2
Application number: JP2019032812A
Authority: JP
Inventors: 智弘岡田; 竜一須賀; 基裕平尾
Original assignee: Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2019-02-26
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2039-02-26
Also published as: JP2020132122A

Description

本発明は、自動車等の車両に設けられるサスペンション装置及びその制御方法に関する。

特許文献１には、作動流体として電気粘性流体（ERF: Electric Rheological Fluid）を用いたシリンダ装置、いわゆる、ＥＲＦダンパが開示されている。

国際公開第２０１７／０３８５７７号公報

ＥＲＦダンパを備えたサスペンション装置では、減衰力をソフト特性からハード特性へ切り替えるとき、電気粘性流体に印加させる電圧値を、例えば、０ボルトから数キロボルトへ変化させる。ここで、印加電圧の時系列波形と減衰力の時系列波形とを重ねると、印加電圧が目標とする減衰力を発生させる電圧値（以下「目標電圧値」という。）に達した時点と、ＥＲＦダンパが目標とする減衰力を発生した時点との間には、数十ミリ秒のタイムラグがある。このタイムラグにより減衰力に応答遅れが生じ、車両の乗り心地や操縦安定性が悪化するおそれがある。

本発明は、ＥＲＦダンパの減衰力の応答性を向上させたサスペンション装置及びその制御方法を提供することを課題とする。

本発明のサスペンション装置は、電気粘性流体に印加させる電圧値に応じた減衰力を発生するサスペンション装置であって、車両が走行可能状態又は走行状態であるとき、前記電気粘性流体に、０ボルトよりも大きい一定のベースライン電圧値を印加させると共に、減衰力を変化させるとき、前記電気粘性流体に、目標とする減衰力を発生させる目標電圧値よりも大きい電圧値を印加させ、その後、前記目標電圧値を印加させることを特徴とする。
本発明のサスペンション装置の制御方法は、電気粘性流体に印加させる電圧値に応じた減衰力を発生するサスペンション装置の制御方法であって、車両が走行可能状態又は走行状態であるとき、前記電気粘性流体に、０ボルトよりも大きい一定のベースライン電圧値を印加させ、減衰力を変化させるとき、前記電気粘性流体に、目標とする減衰力を発生させる目標電圧値よりも大きい電圧値を印加させ、その後、前記目標電圧値を印加させることを特徴とする。

本発明によれば、サスペンション装置におけるＥＲＦダンパの減衰力の応答性を向上させることができる。

本実施形態におけるサスペンション装置の概念図である。本実施形態におけるサスペンション制御のブロック図である。本実施形態におけるサスペンション制御の説明図であって、オーバーシュート制御モード時における印加電圧の時系列波形を示す図である。本実施形態におけるサスペンション制御の説明図であって、ベースラインオフセット制御モード時における印加電圧の時系列波形を示す図である。本実施形態におけるサスペンション制御の説明図であって、オーバーシュート制御モードとベースラインオフセット制御モードとを組み合わせた制御モード時における印加電圧の時系列波形を示す図である。本実施形態におけるサスペンション制御の説明図であって、走行モードがスポーツモードからエコモードへ切り替えられるときの、印加電圧の時系列波形を示す図である。従来のサスペンション制御の説明図であって、印加電圧の時系列波形と減衰力の時系列波形とを重ねて示す図である。本実施形態のサスペンション制御の説明図であって、オーバーシュート制御モード時における印加電圧の時系列波形と減衰力の時系列波形とを重ねて示す図である。本実施形態のサスペンション制御の説明図であって、ベースラインオフセット制御モード時における印加電圧の時系列波形と減衰力の時系列波形とを重ねて示す図である。

本発明の一実施形態を添付した図を参照して説明する。
ここでは、４輪自動車のサスペンション装置１を例示する。図１に、当該サスペンション装置１の概念図を示す。なお、図１は、４輪のうち、１つの車輪３に対応するサスペンション装置１を示す。また、当該サスペンション装置１におけるＥＲＦダンパ５の基本構造は、例えば、国際公開第２０１７／０３８５７７号公報に開示されたシリンダ装置と同一である。よって、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、ＥＲＦダンパ５の詳細な説明を省略する。

図１を参照すると、サスペンション装置１は、車体２と車輪３との間に介装される懸架ばね４及びＥＲＦダンパ５を有する。なお、車輪３には、タイヤ３Ａが装着されている。ＥＲＦダンパ５は、電気粘性流体を作動流体として用いる減衰力調整式流体緩衝器である。電気粘性流体（ERF）は、例えばシリコンオイル等からなる基油と、該基油中に分散させた微粒子とにより構成され、印加される電圧に応じて粘度（流通抵抗）が変化する。コントローラ２１（ECU: Electronic Control Unit）は、電気粘性流体に印加させる電圧値を制御し、ＥＲＦダンパ５が発生する減衰力をソフト特性からハード特性まで連続的或いは段階的に変化させる。

バッテリ６の正極は、昇圧回路を備えた高電圧ドライバ７を介して、ＥＲＦダンパ５の正極側の電極である中間筒（図示省略）に接続される。他方、バッテリ６の負極（グランド）は、高電圧ドライバ７を介して、ＥＲＦダンパ５の内筒（図示省略）に接続される。高電圧ドライバ７は、バッテリ６から出力された直流電圧（Batt電圧）を、コントローラ２１から出力された高電圧指令に基づき昇圧させてＥＲＦダンパ５へ出力（高電圧出力）する。また、高電圧ドライバ７は、バッテリ６から出力された電圧値（Batt電圧）を監視し、当該電圧値のモニタ信号をBatt電圧モニタの値としてコントローラ２１へ出力する。

サスペンション装置１は、車両の走行状態を検出する走行状態検出部１１を有する。コントローラ２１は、電気粘性流体に印加させる電圧値を、走行状態検出部１１の検出結果に基づき制御する。コントローラ２１は、走行状態検出部１１の検出結果を用いて高電圧指令演算を実行し、高電圧ドライバ７へ出力する高電圧指令を算出する。高電圧ドライバ７は、コントローラ２１から出力された高電圧指令に基づき、ＥＲＦダンパ５へ高電圧を出力する。これにより、ＥＲＦダンパ５の中間筒と内筒との間の流路を流通する電気粘性流体に、高電圧ドライバ７の出力（高電圧出力）に応じた電圧（電圧値）が印加される。これにより、電気粘性流体の粘度（性状）が、中間筒と内筒との電位差（電位の勾配）に応じて変化する。その結果、ＥＲＦダンパ５は、電気粘性流体に印加された電圧値に応じた減衰力を発生する。

なお、走行状態検出部１１は、前後、左右、ヨーの位置、速度、加速度を検出するセンサやアクセル、ブレーキ、ステアリング等の、運転者の操作量を検出するセンサや、カメラ、レーダー、ＧＰＳ等の外界センサ等の、車両の走行状態が検出できるものでればよい。また、走行状態検出部１１は、サスペンション専用に設けてもよく、車両のＣＡＮ（Controller Area Network)から入手してもよい。さらに、走行状態検出部１１は、走行モード（例えば「エコモード」と「スポーツモード」との二択。）がどのモードに設定されているかを検出する。

図２に、当該サスペンション装置１におけるダンパ制御のブロック図を示す。
図２に示されるように、コントローラ２１は、制御モード選択部２２と制御指令部２３とを有する。本実施形態において、制御モード選択部２２は、オーバーシュート制御モードと、ベースラインオフセット制御モードとの基本制御モードを有する。制御モード選択部２２は、走行状態検出部１１の検出結果に基づき制御モードを選択する。制御指令部２３は、制御モード選択部２２にて選択された制御モードに応じて制御指令値（高電圧指令）を演算し、当該演算結果を高電圧ドライバ７へ出力する。

図３乃至図５は、オーバーシュート制御モード、ベースラインオフセット制御モード、及びオーバーシュート制御モードとベースラインオフセット制御モードとを組み合わせた制御モードの各制御モードにおける、電気粘性流体に印加させる電圧値の時系列波形、換言すると、制御指令部２３から出力される制御指令値の時系列波形を示す。なお、縦軸の電圧値の単位は「キロボルト」、横軸の時間の単位は「ミリ秒」である。

オーバーシュート制御モードでは、コントローラ２１は、ＥＲＦダンパ５に発生させる減衰力を変化させるとき、電気粘性流体に、目標とする減衰力を発生させる目標電圧値V2よりも大きいオーバーシュート電圧値V3を印加させ、その後、目標電圧値V2を印加させる。図３を参照すると、オーバーシュート制御モードでは、コントローラ２１は、時間T0から時間T1までの間（以下「時間T0－T1」という。）、電気粘性流体に電圧値V0を印加する。なお、本実施形態における電圧値V0は「０ボルト」である。換言すると、オーバーシュート制御モードにおけるベースライン電圧値は「０ボルト」である。印加電圧が電圧値V0（ベースライン電圧値）のとき、ＥＲＦダンパ５はソフト特性の減衰力を発生する。

コントローラ２１は、時間T1で、減衰力をソフト特性からハード特性へ変化させるとき、電気粘性流体にオーバーシュート電圧値V3を印加させる。コントローラ２１は、時間T1からT2までの間（以下「時間T1－T2」という。）、印加電圧をオーバーシュート電圧値V3に維持し、時間T2で、印加電圧をオーバーシュート電圧値V3から目標電圧値V2へ降下させ、その後、印加電圧を目標電圧値V2に維持する。

ここで、オーバーシュート電圧値V3は、電気粘性流体に印加させたときに、ＥＲＦダンパ５の減衰力がオーバーシュートの傾向を示す電圧値である。また、時間T1－T2は、電気粘性流体にオーバーシュート電圧値V3を印加させたとき、ＥＲＦダンパ５の減衰力が実際にオーバーシュートしない程度の時間（例えば「数ミリ秒」。）に設定される。すなわち、本実施形態におけるオーバーシュート電圧値V3は、ＥＲＦダンパ５の減衰力をオーバーシュートさせることを目的に電気粘性流体に印加させるものではなく、ＥＲＦダンパ５の減衰力の応答性を向上させるため、目標電圧値V2に先行して電気粘性流体に印加させるものである。

ベースラインオフセット制御モードでは、コントローラ２１は、車両が走行可能状態又は走行状態であると判断したとき、電気粘性流体に、一定のオフセット電圧値V1を印加させる。図４を参照すると、ベースラインオフセット制御モードでは、コントローラ２１は、時間T0で、走行状態検出部１１の検出結果に基づき車両が走行可能状態又は走行状態であることを検知すると、電気粘性流体にオフセット電圧値V1を印加させる。コントローラ２１は、車両が走行可能状態又は走行状態である間、印加電圧をオフセット電圧値V1に維持する。コントローラ２１は、時間T1で、ＥＲＦダンパ５の減衰力を変化させるとき、印加電圧をオフセット電圧値V1から目標電圧値V2へ上昇させ、その後、印加電圧を目標電圧値V2に維持する。

ここで、電気粘性流体は、基油中に分散させた微粒子中の原子やイオンが印加電圧により微粒子中での位置が変位し微粒子に分極が生じることにより電気粘性効果が発現する。この原子やイオンが移動し分極が発現するメカニズムのために印加電圧を０ボルトから漸増させると、ある電圧値で性状が大きく変化する。換言すると、ＥＲＦダンパ５は、電気粘性流体に印加させる電圧値を０ボルトから漸増させると、減衰力に大きな変化がない電圧値の領域があるが、印加電圧がある電圧値に達すると、減衰力が急速に立ち上がる。そこで、ベースラインオフセット制御モードでは、オフセット電圧値V1を、電気粘性流体の性状が大きく変化する電圧値よりも小さく、当該電気粘性流体の性状が大きく変化する電圧値に近い値に設定する。なお、印加電圧がオフセット電圧値V1のとき、ＥＲＦダンパ５はソフト特性の減衰力を発生する。

ベースラインオフセット制御モードでは、電気粘性流体に、予め、オフセット電圧値V1を印加させることで、電気粘性流体に目標電圧値V2（V2>V1）を印加させたときに、ＥＲＦダンパ５の減衰力を迅速に立ち上げることができ、延いてはＥＲＦダンパ５の減衰力の応答性を向上させることができる。

オーバーシュート制御モードとベースラインオフセット制御モードとを組み合わせた制御モードでは、コントローラ２１は、車両が走行可能状態又は走行状態であるとき、電気粘性流体に一定のオフセット電圧値V1を印加させるか、又は、ＥＲＦダンパ５に発生させる減衰力を変化させるとき、電気粘性流体に、目標とする減衰力を発生させる目標電圧値V2よりも大きいオーバーシュート電圧値V3を印加させ、その後、目標電圧値V2を印加させる。

図５を参照すると、オーバーシュート制御モードとベースラインオフセット制御モードとを組み合わせた制御モードでは、コントローラ２１は、時間T0で、走行状態検出部１１の検出結果に基づき車両が走行可能状態又は走行状態であることを検知すると、電気粘性流体にオフセット電圧値V1を印加させる。コントローラ２１は、時間T1で、減衰力をソフト特性からハード特性へ変化させるとき、電気粘性流体にオーバーシュート電圧値V3を印加させる。コントローラ２１は、時間T1－T2の間、印加電圧をオーバーシュート電圧値V3に維持し、時間T2で、印加電圧をオーバーシュート電圧値V3から目標電圧値V2へ降下させ、印加電圧を目標電圧値V2に維持する。

次に、図６を参照して、サスペンション装置１の走行モードをスポーツモードからエコモードへ切り替えるときのコントローラ２１の制御を説明する。なお、走行モードは、例えば、車室内に設けられたセレクタを運転者が操作することで切り替えてもよいし、走行状態検出部１１の検出結果に基づきコントローラ２１が自動で切り替えるようにしてもよい。

まず、車両が走行可能状態又は走行状態であって、ＥＲＦダンパ５の減衰力特性がソフト特性であるとき、時間T0で、走行モードがエコモードからスポーツモードへ切り替えられると、コントローラ２１は、電気粘性流体にオフセット電圧値V1を印加させる。コントローラ２１は、時間T1で、減衰力をソフト特性からハード特性へ変化させるとき、電気粘性流体にオーバーシュート電圧値V3を印加させる。コントローラ２１は、時間T1－T2の間、印加電圧をオーバーシュート電圧値V3に維持し、時間T2で、印加電圧をオーバーシュート電圧値V3から目標電圧値V2へ降下させ、印加電圧をV2に維持する。印加電圧が目標電圧値V2のとき、ＥＲＦダンパ５はハード特性の減衰力を発生する。

その後、走行モードがスポーツモードからエコモードへ切り替えられ、時間T3で、減衰力をハード特性からソフト特性へ変化させるとき、コントローラ２１は、電気粘性流体に電圧値V0（ベースライン電圧値）を印加させる。ここで、エコモードにおけるベースライン電圧値V0は０ボルトである。コントローラ２１は、時間T4で、減衰力をソフト特性からハード特性へ変化させるとき、電気粘性流体にオーバーシュート電圧値V3を印加させる。コントローラ２１は、T4－T5の間、電圧値をオーバーシュート電圧値V3に維持し、時間T5で、印加電圧をオーバーシュート電圧値V3から目標電圧値V2へ降下させ、印加電圧を目標電圧値V2に維持する。

このように、本実施形態では、走行モードがスポーツモードからエコモードへ切り替えられると、コントローラ２１の制御モードが、オーバーシュート制御モードとベースラインオフセット制御モードとを組み合わせた制御モードから、オーバーシュート制御モードへ切り替えられる。逆に、走行モードがエコモードからスポーツモードへ切り替えられると、コントローラ２１の制御モードが、オーバーシュート制御モードから、オーバーシュート制御モードとベースラインオフセット制御モードとを組み合わせた制御モードへ切り替えられる。

従来のサスペンション制御では、減衰力をソフト特性からハード特性へ切り替えたときの、ＥＲＦダンパにおける減衰力の応答遅れ、すなわち、電気粘性流体に目標電圧値を印加させてからＥＲＦダンパが目標減衰力を発生するまでのタイムラグの解消が課題であった。ここで、図７は、従来のサスペンション制御における印加電圧の時系列波形と減衰力の時系列波形とを重ねて示すものである。図７を参照すると、従来のサスペンション制御では、電気粘性流体に目標電圧値V2を印加させてからＥＲＦダンパが目標減衰力を発生するまでに、数十ミリ秒のタイムラグTLがあり、ＥＲＦダンパの減衰力の応答遅れにより、車両の乗り心地や操安性が悪化するおそれがある。

これに対し、本実施形態では、減衰力をソフト特性からハード特性へ変化させるとき、電気粘性流体に、目標電圧値V2よりも大きいオーバーシュート電圧値V3（図３参照）を印加させ、印加電圧をオーバーシュート電圧値V3に一定時間維持した後、目標電圧値V2を印加させるオーバーシュート制御モードを設けた。オーバーシュート制御モードでは、図８に示されるように、電気粘性流体に目標電圧値V2を印加させてからＥＲＦダンパ５が目標減衰力を発生するまでのタイムラグTLを、数ミリ秒に縮めることが可能である。本実施形態によれば、オーバーシュート制御を行うことで、ＥＲＦダンパ５の減衰力の応答遅れを解消することができ、延いては車両の操安性を向上させることができる。

また、本実施形態では、車両が走行可能状態又は走行状態であるとき、電気粘性流体に、一定のオフセット電圧値V1（図４参照）を印加させ、減衰力をソフト特性からハード特性へ変化させるとき、電気粘性流体に、目標電圧値V2を印加させるベースラインオフセット制御モードを設けた。ベースラインオフセット制御モードでは、図９に示されるように、電気粘性流体に目標電圧値V2を印加させてからＥＲＦダンパ５が目標減衰力を発生するまでのタイムラグTLを、数ミリ秒に縮めることが可能である。本実施形態によれば、ベースラインオフセット制御を行うことで、ＥＲＦダンパ５の減衰力の応答遅れを解消することができ、延いては車両の操安性を向上させることができる。

また、本実施形態では、オーバーシュート制御モードとベースライン制御モードとを組み合わせたサスペンション制御を行うことにより、制御モードを、走行性能を高めた制御モード（スポーツモード）と省エネ性能を高めた制御モード（エコモード）とに切り替えることができる。

１サスペンション装置、５ＥＲＦダンパ、２１コントローラ

Claims

電気粘性流体に印加させる電圧値に応じた減衰力を発生するサスペンション装置であって、
車両が走行可能状態又は走行状態であるとき、前記電気粘性流体に、０ボルトよりも大きい一定のベースライン電圧値を印加させると共に、減衰力を変化させるとき、前記電気粘性流体に、目標とする減衰力を発生させる目標電圧値よりも大きい電圧値を印加させ、その後、前記目標電圧値を印加させることを特徴とするサスペンション装置。
電気粘性流体に印加させる電圧値に応じた減衰力を発生するサスペンション装置の制御方法であって、
車両が走行可能状態又は走行状態であるとき、前記電気粘性流体に、０ボルトよりも大きい一定のベースライン電圧値を印加させ、
減衰力を変化させるとき、前記電気粘性流体に、目標とする減衰力を発生させる目標電圧値よりも大きい電圧値を印加させ、その後、前記目標電圧値を印加させることを特徴とするサスペンション装置の制御方法。
電気粘性流体に印加させる電圧値に応じた減衰力を発生するサスペンション装置の制御方法であって、
車両が走行可能状態又は走行状態であるとき、前記電気粘性流体に、一定のベースライン電圧値を印加させるか、又は、減衰力を変化させるとき、前記電気粘性流体に、目標とする減衰力を発生させる目標電圧値よりも大きい電圧値を印加させ、その後、前記目標電圧値を印加させるか、を切り替えることを特徴とするサスペンション装置の制御方法。
電気粘性流体に印加させる電圧値に応じた減衰力を発生するサスペンション装置であって、
車両が走行可能状態又は走行状態であるとき、前記電気粘性流体に、０ボルトよりも大きい一定のベースライン電圧値を印加させることを特徴とするサスペンション装置。