JP4648055B2 - 車両における可変減衰力ダンパーの制御装置 - Google Patents

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ーの減衰力を、制御手段により車両の運動状態に応じて可変制御する車両における可変減衰力ダンパーの制御装置に関する。

サスペンション装置用の可変減衰力ダンパーの粘性流体として、磁界の作用で粘性が変化する磁気粘性流体（ＭＲＦ： Magneto-Rheological Fluids ）を採用し、シリンダに摺動自在に嵌合するピストンに、その流体通路中の磁気粘性流体に磁界を作用させるためのコイルを設けたものが、下記特許文献１により公知である。この可変減衰力ダンパーによれば、コイルに通電して発生した磁界で流体通路中の磁気粘性流体の粘性を変化させることで、ダンパーの減衰力を任意に制御することができる。

また通常時は四輪のサスペンション装置のダンパーをスカイフック制御して乗り心地性能を高め、車体のロールレート、ヨーレートの微分値あるいは横加速度の微分値が閾値を超えた場合に、ダンパーの減衰力を増加させて操縦安定性能を高めるものが、下記特許文献２により公知である。
特開昭６０−１１３７１１号公報 特開平１１−１１５４４０号公報

ところで、横加速度センサで検出した横加速度に基づいてダンパーの目標減衰力を設定する場合、各サスペンション装置の位置と横加速度センサの位置とが離れていると、横加速度センサが出力する横加速度の値は各サスペンション装置の位置における横加速度と一致しなくなる。例えば、車両の重心位置に横加速度センサを設けた場合、横加速度センサは車両の旋回に伴う横加速度を検出するが、車両の重心位置まわりのヨーイングに伴う横加速度を検出しないので、各サスペンション装置のダンパーの目標減衰力を的確に設定することができなくなって操縦安定性能が低下する可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、サスペンション装置の位置における横加速度を的確に検出してダンパーの目標減衰力を精度良く設定できるようにす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、車体の所定位置に設けた単一の横加速度センサで横加速度を検出し、該検出した横加速度を時間微分して算出した横加速度微分値に基づいて、車両のサスペンション装置に設けられたダンパーの減衰力を決定する車両における可変減衰力ダンパーの制御装置であって、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサを備え、各サスペンション装置の位置に対応した前記横加速度微分値の補正値を、前記ヨーレートセンサで検出したヨーレートと、車両の重心位置から前輪および後輪迄の距離とに基づいてフロント側とリヤ側とで別々に演算すると共に、それら補正値と前記横加速度微分値とに基づいてフロント側およびリヤ側の各サスペンション装置の位置での補正済み横加速度微分値をそれぞれ算出し、該補正済み横加速度微分値に、車速センサから検出した車速をパラメータとしてフロント側とリヤ側とで別々に設定される横加速度ゲインを乗算して、これらの乗算値に基づいて各サスペンション装置のダンパーの減衰力を決定し、前記各横加速度ゲインは、フロント側のゲインの方がリヤ側のゲインよりも低車速で立ち上がるように設定されることを特徴とする車両における可変減衰力ダンパーの制御装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記各サスペンション装置の位置での補正済み横加速度微分値を、前記横加速度微分値と、前記ヨーレートセンサで検出したヨーレートの２階微分値に前記車両の重心位置から前輪あるいは後輪迄の距離を乗算した補正値との和によって算出することを特徴とする車両における可変減衰力ダンパーの制御装置ことを特徴とする車両における可変減衰力ダンパーの制御装置が提案される。

上記請求項１の構成によれば、横加速度微分値の位相は横加速度により発生する車両のローリングの位相よりも進んでいるので、横加速度微分値に基づいてダンパーの減衰力を決定することで、車両のローリングを応答性良く抑制することができる。

また、ヨーレートセンサで検出したヨーレートと、車両の重心位置から前輪および後輪迄の距離とに基づいて、各サスペンション装置の位置に対応した横加速度微分値の補正値をフロント側とリヤ側とで別々に演算すると共に、それら補正値と横加速度微分値とに基づいてフロント側およびリヤ側の各サスペンション装置の位置での補正済み横加速度微分値をそれぞれ算出するので、前輪の位置あるいは後輪の位置における横加速度微分値を正確に反映したダンパーの目標減衰力を設定することが可能になり、特に低速域での目標減衰力の立ち上がりを早めて車両の操縦安定性能を高めることができる。

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実施例に基づいて説明する。

図１〜図８は本発明の一実施例を示すもので、図１は車両のサスペンション装置の正面図、図２は可変減衰力ダンパーの拡大断面図、図３はダンパーの減衰力制御のフローチャート、図４はダンパー速度および目標減衰力から目標電流を検索するマップ、図５はダンパーの目標減衰力の算出回路のブロック図、図６は横加速度およびヨーレートから補正済み横加速度微分値を算出する原理の説明図、図７は車速から横加速度ゲインを検索するマップ、図８は横加速度微分値とフロント側およびリヤ側の補正済み横加速度微分値と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装置Ｓは、車体１１にナックル１２を上下動自在に支持するサスペンションアーム１３と、サスペンションアーム１３および車体１１を接続する可変減衰力のダンパー１４と、サスペンションアーム１３および車体１１を接続するコイルバネ１５とを備える。ダンパー１４の減衰力を制御する電子制御ユニットＵには、バネ上加速度を検出するバネ上加速度センサＳａからの信号と、ダンパー１４の変位（ストローク）を検出するダンパー変位センサＳｂ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Ｓｃからの信号と、車両のヨーレートを検出するヨーレートセンサＳｄからの信号と、車速を検出する車速センサＳｅからの信号とが入力される。

尚、車両のヨーイングの中心は車両の重心位置であると仮定しており、車両の重心位置から前輪のサスペンション装置Ｓ，Ｓまでの距離はＬｆであり、後輪のサスペンション装置Ｓ，Ｓまでの距離はＬｒである（図６参照）。

図２に示すように、ダンパー１４は、下端がサスペンションアーム１３に接続されたシリンダ２１と、シリンダ２１に摺動自在に嵌合するピストン２２と、ピストン２２から上方に延びてシリンダ２１の上壁を液密に貫通し、上端を車体に接続されたピストンロッド２３と、シリンダの下部に摺動自在に嵌合するフリーピストン２４とを備えており、シリンダ２１の内部にピストン２２により仕切られた上側の第１流体室２５および下側の第２流体室２６が区画されるとともに、フリーピストン２４の下部に圧縮ガスが封入されたガス室２７が区画される。

ピストン２２にはその上下面を連通させるように複数の流体通路２２ａ…が形成されており、これらの流体通路２２ａ…によって第１、第２流体室２５，２６が相互に連通する。第１、第２流体室２５，２６および流体通路２２ａ…に封入される磁気粘性流体は、オイルのような粘性流体に鉄粉のような磁性体微粒子を分散させたもので、磁界を加えると磁力線に沿って磁性体微粒子が整列することで粘性流体が流れ難くなり、見かけの粘性が増加する性質を有している。ピストン２２の内部にコイル２８が設けられており、電子制御ユニットＵによりコイル２８への通電が制御される。コイル２８に通電されると矢印で示すように磁束が発生し、流体通路２２ａ…を通過する磁束により磁気粘性流体の粘性が変化する。

ダンパー１４が収縮してシリンダ２１に対してピストン２２が下動すると、第１流体室２５の容積が増加して第２流体室２６の容積が減少するため、第２流体室２６の磁気粘性流体がピストン２２の流体通路２２ａ…を通過して第１流体室２５に流入し、逆にダンパー１４が伸長してシリンダ２１に対してピストン２２が上動すると、第２流体室２６の容積が増加して第１流体室２５の容積が減少するため、第１流体室２５の磁気粘性流体がピストン２２の流体通路２２ａ…を通過して第２流体室２６に流入し、その際に流体通路２２ａ…を通過する磁気粘性流体の粘性抵抗によりダンパー１４が減衰力を発生する。

このとき、コイル２８に通電して磁界を発生させると、ピストン２２の流体通路２２ａ…に存在する磁気粘性流体の見かけの粘性が増加して該流体通路２２ａを通過し難くなるため、ダンパー１４の減衰力が増加する。この減衰力の増加量は、コイル２８に供給する電流の大きさにより任意に制御することができる。

尚、ダンパー１４に衝撃的な圧縮荷重が加わって第２流体室２６の容積が減少するとき、ガス室２７を縮小させながらフリーピストン２４が下降することで衝撃を吸収する。またダンパー１４に衝撃的な引張荷重が加わって第２流体室２６の容積が増加するとき、ガス室２７を拡張させながらフリーピストン２４が上昇することで衝撃を吸収する。更に、ピストン２２が下降してシリンダ２１内に収納されるピストンロッド２３の容積が増加したとき、その容積の増加分を吸収するようにフリーピストン２４が下降する。

しかして、電子制御ユニットＵは、バネ上加速度センサＳａで検出したバネ上加速度、ダンパー変位センサＳｂで検出したダンパー変位、横加速度センサＳｃで検出した横加速度、ヨーレートセンサＳｄで検出したヨーレートおよび車速センサＳｅで検出した車速に基づいて、各車輪Ｗ…の合計４個のダンパー１４…の減衰力を個別に制御することで、路面の凹凸を乗り越える際の車両の動揺を抑えて乗り心地を高めるスカイフック制御のような乗り心地制御と、車両の旋回時のローリングや車両の急加速時や急減速時のピッチングを抑える操縦安定制御とを、車両の運転状態に応じて選択的に実行する。

図３には、車両の旋回時にダンパー１４…の減衰力を高めてローリングを抑制する操縦安定制御の作用を説明するフローチャートが示される。

先ずステップＳ１で横加速度センサＳｃにより検出した横加速度ＹＧと、ヨーレートセンサＳｄにより検出したヨーレートγと、車速センサＳｅにより検出した車速Ｖとに基づいてダンパー１４に発生させるべき目標減衰力Ｆｔを算出する。この目標減衰力Ｆｔの算出の詳細は、後から説明する。続くステップＳ２でダンパー変位センサＳｂにより検出したダンパー変位を時間微分してダンパー速度Ｖｐを算出する。続くステップＳ３で前記目標減衰力Ｆｔおよび前記ダンパー速度Ｖｐを図４のマップに適用して目標電流Ｉｔを検索する。そしてステップＳ４で前記目標電流Ｉｔをダンパー１４のコイルに供給して前記目標減衰力Ｆｔを発生させることで、車両のローリングを抑制して操縦安定性能を向上させる。

図４は目標減衰力Ｆｔおよびダンパー速度Ｖｐから目標電流Ｉｔを検索するマップであって、ダンパー速度Ｖｐが一定の場合には目標減衰力Ｆｔが増加するほど目標電流Ｉｔが増加し、また目標減衰力Ｆｔが一定の場合にはダンパー速度Ｖｐが増加するほど目標電流Ｉｔが減少する。例えば、目標減衰力ＦｔがＦｔ１の場合、ダンパー速度ＶｐがＶｐｔであれば目標電流はＩｔ５であるが、ダンパー速度ＶｐがＶｐｔ１に増加すると目標電流はＩｔ４に減少し、ダンパー速度ＶｐがＶｐｔ２に減少すると目標電流はＩｔ６に増加する。

次に、前記ステップＳ１で横加速度ＹＧ、ヨーレートγおよび車速Ｖからダンパー１４の目標減衰力Ｆｔを算出する過程を説明する。

図５に示すように、電子制御ユニットＵは、ローパスフィルタ３１、微分器３２、ローパスフィルタ３３、２階微分器３４、ヨーレートゲイン３５、加算器３６、横加速度ゲイン３７、車速マップ３８、符号判定器３９および押引きゲイン４０を備える。

横加速度センサＳｃで検出した横加速度ＹＧはローパスフィルタ３１を通過し、その際に操舵によらない通常走行中の横加速度が遮断される。ローパスフィルタ３１を通過した横加速度ＹＧは微分器３２により時間微分され、横加速度微分値ｄＹＧ／ｄｔが算出される。尚、横加速度ＹＧの微分器３２には前輪ＷＦＬ，ＷＦＲ用と後輪ＷＲＬ，ＷＲＲ用とがあり、横加速度微分値も前輪ＷＦＬ，ＷＦＲ用の値（ｄＹＧ／ｄｔ）_F と後輪ＷＲＬ，ＷＲＲ用の値（ｄＹＧ／ｄｔ）_R とが算出される。

一方、ヨーレートセンサＳｄで検出したヨーレートγはローパスフィルタ３３を通過し、その際に操舵によらない通常走行中のヨーレートが遮断される。ローパスフィルタ３３を通過したヨーレートγは２階微分器３４により２階時間微分され、ヨーレート２階微分値ｄ² γ／ｄｔ² が算出される。続いて、ヨーレート２階微分値ｄ² γ／ｄｔ² にヨーレートゲイン３５、つまり車両の重心位置から前輪ＷＦＬ，ＷＦＲのサスペンション装置Ｓ，Ｓまでの距離はＬｆ、あるいは後輪ＷＲＬ，ＷＲＲのサスペンション装置Ｓ，Ｓまでの距離はＬｒを乗算することで、車両のヨーイングに伴う前輪ＷＦＬ，ＷＦＲの位置での横加速度微分値の補正値ｄ² γ／ｄｔ² ×Ｌｆと、車両のヨーイングに伴う後輪ＷＲＬ，ＷＲＲの位置での横加速度微分値の補正値ｄ² γ／ｄｔ² ×Ｌｒとを算出する。

そしてフロント側の横加速度微分値（ｄＹＧ／ｄｔ）_F とフロント側の横加速度微分値の補正値ｄ² γ／ｄｔ² ×Ｌｆとを加算器３６で加算することで、フロント側の補正済み横加速度微分値を、
（ｄＹＧ／ｄｔ）_F ＋ｄ² γ／ｄｔ² ×Ｌｆ
として算出し、リヤ側の横加速度微分値（ｄＹＧ／ｄｔ）_R とリヤ側の横加速度微分値の補正値ｄ² γ／ｄｔ² ×Ｌｒとを加算器３６で加算することで、リヤ側の補正済み横加速度微分値を、
（ｄＹＧ／ｄｔ）_R ＋ｄ² γ／ｄｔ² ×Ｌｒ
として算出する。

図７は、車速センサＳｅで検出した車速Ｖをパラメータとする横加速度ゲインの車速マップ３８であって、この車速マップ３８から検索したフロント側およびリヤ側のゲインを前記フロント側の補正済み横加速度微分値および前記リヤ側の補正済み横加速度微分値に乗算する。更に、前記加算器３６の出力の符号を符号判定器３９で判定し、車両に作用する横加速度で収縮側となるダンパー１４と伸長側となるダンパー１４とによって異なる押引きゲイン４０を更に乗算したものを、フロント側およびリヤ側の目標減衰力Ｆｔとして出力する。

図８には、車両の重心位置での横加速度微分値ｄＹＧ／ｄｔが実線で、前輪ＷＦＬ，ＷＦＲの位置での補正済み横加速度微分値（ｄＹＧ／ｄｔ）_F ＋ｄ² γ／ｄｔ² ×Ｌｆが破線で、後輪ＷＲＬ，ＷＲＲの位置での補正済み横加速度微分値（ｄＹＧ／ｄｔ）_R ＋ｄ²
γ／ｄｔ² ×Ｌｒが鎖線で示される。

以上のように、ヨーレートセンサＳｄで検出したヨーレートγと、車両の重心位置から前輪ＷＦＬ，ＷＦＲおよび後輪ＷＲＬ，ＷＲＲ迄の距離Ｌｆ，Ｌｒとに基づいて、横加速度センサＳｃの補正値をフロント側とリヤ側とで別々に演算すると共に、それら補正値と横加速度センサＳｃで検出した横加速度ＹＧとに基づいてフロント側およびリヤ側の各サスペンション装置Ｓの位置での横加速度を算出し、この横加速度に基づいてダンパー１４の目標減衰力を設定するので、前輪ＷＦＬ，ＷＦＲの位置あるいは後輪ＷＲＬ，ＷＲＲの位置における横加速度を正確に反映したダンパー１４の目標減衰力を設定することが可能になり、特に低速域での目標減衰力の立ち上がりを早めて車両の操縦安定性能を高めることができる。しかも車両の横加速度をそのまま使用するのではなく、横加速度よりも位相が進んだ横加速度の時間微分値を用いて目標減衰力を設定するので、特に操舵初期におけるダンパー１４の減衰力の制御応答性を更に高めることができる。

尚、上述した操縦安定制御が行われていないときの乗り心地制御は周知のスカイフック制御であり、バネ上速度（上向きを正）とダンパー速度（伸長方向を正）とが同方向であるとき、ダンパー１４…は減衰力を増加させる方向に制御され、バネ上速度とダンパー速度とが逆方向であるとき、ダンパー１４…は減衰力を減少させる方向に制御される。バネ上速度はバネ上加速度センサＳａで検出したバネ上加速度を積分して得ることができ、ダンパー速度はダンパー変位センサＳｂで検出したダンパー変位を微分して得ることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、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。

また実施例ではダンパー１４…の減衰力を磁気粘性流体を用いて可変制御しているが、減衰力を可変制御する手法は任意である。

車両のサスペンション装置の正面図 可変減衰力ダンパーの拡大断面図 ダンパーの減衰力制御のフローチャート ダンパー速度および目標減衰力から目標電流を検索するマップ ダンパーの目標減衰力の算出回路のブロック図 横加速度およびヨーレートから補正済み横加速度微分値を算出する原理の説明図 車速から横加速度ゲインを検索するマップ 横加速度微分値とフロント側およびリヤ側の補正済み横加速度微分値とを示すグラフ

１４ ダンパー
Ｌｆ，Ｌｒ 車両の重心位置から前輪あるいは後輪迄の距離
Ｓ サスペンション装置
Ｓｃ 横加速度センサ
Ｓｄ ヨーレートセンサ
Ｖ 車速
ＹＧ 横加速度
ＷＦＬ，ＷＦＲ 前輪
ＷＲＬ，ＷＲＲ 後輪
γ ヨーレート

Claims (2)

1. 車体の所定位置に設けた単一の横加速度センサ（Ｓｃ）で横加速度（ＹＧ）を検出し、該検出した横加速度（ＹＧ）を時間微分して算出した横加速度微分値（ｄＹＧ／ｄｔ）に基づいて、車両のサスペンション装置（Ｓ）に設けられたダンパー（１４）の減衰力を決定する車両における可変減衰力ダンパーの制御装置であって、
   車両のヨーレート（γ）を検出するヨーレートセンサ（Ｓｄ）を備え、
   各サスペンション装置（Ｓ）の位置に対応した前記横加速度微分値（ｄＹＧ／ｄｔ）の補正値を、前記ヨーレートセンサ（Ｓｄ）で検出したヨーレート（γ）と、車両の重心位置から前輪（ＷＦＬ，ＷＦＲ）および後輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）迄の距離（Ｌｆ，Ｌｒ）とに基づいてフロント側とリヤ側とで別々に演算すると共に、それら補正値と前記横加速度微分値（ｄＹＧ／ｄｔ）とに基づいてフロント側およびリヤ側の各サスペンション装置（Ｓ）の位置での補正済み横加速度微分値をそれぞれ算出し、
   該補正済み横加速度微分値に、車速センサ（Ｓｃ）から検出した車速（Ｖ）をパラメータとしてフロント側とリヤ側とで別々に設定される横加速度ゲインを乗算して、これらの乗算値に基づいて各サスペンション装置（Ｓ）のダンパー（１４）の減衰力を決定し、
   前記各横加速度ゲインは、フロント側のゲインの方がリヤ側のゲインよりも低車速で立ち上がるように設定されることを特徴とする車両における可変減衰力ダンパーの制御装置。
2. 前記各サスペンション装置（Ｓ）の位置での補正済み横加速度微分値を、前記横加速度微分値（ｄＹＧ／ｄｔ）と、前記ヨーレートセンサ（Ｓｄ）で検出したヨーレート（γ）の２階微分値（ｄ² γ／ｄｔ²）に前記車両の重心位置から前輪（ＷＦＬ，ＷＦＲ）あるいは後輪（ＷＲＬ，ＷＲＲ）迄の距離（Ｌｆ，Ｌｒ）を乗算した補正値との和によって算出することを特徴とする、請求項１に記載の車両における可変減衰力ダンパーの制御装置。

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