JP2006273222A - 可変減衰力ダンパーの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 サスペンション装置のダンパーの減衰力を制御する制御量に乗る高周波ノイズの影響を、最も簡単な構成で除去する。
【解決手段】 サスペンション装置のダンパーの減衰力を調整する目標電流を、ダンパー変位を時間微分して求めたダンパー速度に基づいて決定すると、ダンパー速度を求める過程で高周波ノイズが乗るため、このダンパー速度を用いて決定した前記目標電流にも高周波ノイズが乗ってしまい、ダンパーの減衰力の切り換えが頻繁に行われて騒音の原因となる。しかしながら、サスペンション装置のバネ下共振領域の周波数を通過させるフィルターを用いて前記目標電流を濾波することで高周波ノイズの影響を除去し、ダンパーの減衰力の切り換えが頻繁に行われるのを防止して騒音を低減することができる。しかもダンパー速度から目標電流を求める際に乗った新たな高周波ノイズの影響も除去し、ダンパーの減衰力を精度良く制御することができる。
【選択図】 図6
【解決手段】 サスペンション装置のダンパーの減衰力を調整する目標電流を、ダンパー変位を時間微分して求めたダンパー速度に基づいて決定すると、ダンパー速度を求める過程で高周波ノイズが乗るため、このダンパー速度を用いて決定した前記目標電流にも高周波ノイズが乗ってしまい、ダンパーの減衰力の切り換えが頻繁に行われて騒音の原因となる。しかしながら、サスペンション装置のバネ下共振領域の周波数を通過させるフィルターを用いて前記目標電流を濾波することで高周波ノイズの影響を除去し、ダンパーの減衰力の切り換えが頻繁に行われるのを防止して騒音を低減することができる。しかもダンパー速度から目標電流を求める際に乗った新たな高周波ノイズの影響も除去し、ダンパーの減衰力を精度良く制御することができる。
【選択図】 図6
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。
またスカイフック制御を行うべく、ダンパー変位およびバネ上加速度センサの出力からバネ下速度を演算し、このバネ下速度にバネ下共振周波数領域の振動のみを通過させるフィルターを作用させた補正バネ下速度を用いてダンパーのバネ下要求減衰力を算出するものが、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8−268025号公報
ところで、ダンパー変位センサで検出したダンパー変位を微分フィルターを通過させて時間微分することでダンパー速度を算出し、このダンパー速度を用いてマップ検索によりダンパーに供給する目標電流を算出する場合、バネ下共振周波数領域までの制御を確実に行うべく位相遅れを最小限に抑えた微分フィルターを設計すると、出力されるダンパー速度にある程度の高周波ノイズが乗ることが避けられないため、ダンパーの目標電流にも高周波ノイズが乗ってしまう。従って、この目標電流でダンパーの減衰力を制御すると、高周波ノイズの影響でダンパーの減衰力の切り換えが頻繁に発生して騒音の原因となる問題がある。
そこで高周波ノイズが乗ったダンパー速度にローパスフィルターを作用させて高周波ノイズを除去した後に、そのダンパー速度から目標電流をマップ検索することが考えられるが、このようにするとマップ検索の際に新たに非線型性の高周波ノイズが乗ってしまうために、やはり目標電流の精度が低下してしまう問題がある。
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ダンパーの減衰力を制御する制御量に乗る高周波ノイズの影響を、最も簡単な構成で除去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調整する制御量を、ダンパー変位を時間微分して求めたダンパー速度に基づいて決定する可変減衰力ダンパーの制御装置であって、前記制御量を、サスペンション装置のバネ下共振領域の周波数を通過させるフィルターを用いて濾波することを特徴とす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、前記フィルターは、15Hz以下の周波数を通過させるローパスフィルターであることを特徴とする可変減衰力ダンパーの制御装置が提案される。
尚、実施例の目標電流Itは本発明の制御量に対応する。
上記構成によれば、車両のサスペンション装置に設けたダンパーの減衰力を調整する制御量を、ダンパー変位を時間微分して求めたダンパー速度に基づいて決定すると、ダンパー速度を求める過程で高周波ノイズが乗ることが避けられないため、このダンパー速度を用いて決定した前記制御量にも高周波ノイズが乗ってしまい、ダンパーの減衰力の切り換えが頻繁に行われて騒音の原因となる。しかしながら、サスペンション装置のバネ下共振領域の周波数、具体的には15Hz以下の周波数を通過させるフィルターを用いて前記制御量を濾波することで高周波ノイズの影響を除去し、ダンパーの減衰力の切り換えが頻繁に行われるのを防止して騒音を低減することができる。しかもダンパー速度から制御量を求める際に乗った新たな高周波ノイズの影響も除去し、ダンパーの減衰力を精度良く制御することができる。
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実施例に基づいて説明する。
図1〜図6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はローパスフィルターの濾波特性を示すグラフ、図6は目標電流の濾波前および濾波後の波形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、車速を検出する車速センサSdからの信号とが入力される。
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(あるいは車速センサSd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を時間微分して横加速度微分値dYG/dtを算出し、この横加速度微分値dYG/dtにゲインGainを乗算してダンパー14に発生させるべき目標減衰力Ftを算出する。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。
ところで、図4のマップの横軸のパラメータであるダンパー速度Vp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フィルターを通過させて時間微分したものに相当するが、バネ下共振領域までの制御を確実に行うべく位相遅れを最小限に抑えるように微分フィルターを設計すると、出力されるダンパー速度Vpにある程度の高周波ノイズが乗ることが避けられない。従来は、この高周波ノイズが乗ったダンパー速度Vpをローパスフィルターを通過させて高周波ノイズ成分を除去した後に、図4のマップから目標電流Itを検索していたが、本実施例では高周波ノイズが乗ったダンパー速度Vpをそのまま図4のマップに適用して目標電流Itを検索する。
図6の細線は上述のようにして得られた目標電流Itの波形を示すもので、ダンパー速度Vpの高周波ノイズの影響で目標電流Itにも高周波ノイズが乗っていることが分かる。そこで、高周波ノイズが乗った目標電流Itを図5に示すローパスフィルターを通過させ、サスペンションSのバネ下共振領域の共振周波数に相当する15Hz以下の振動波形のみを抽出する。図6における太線は前記ローパスフィルターを通過させた目標電流Itの波形を示すもので、高周波成分が除去されてバネ下共振領域の波形が抽出されていることが分かる。従って、この目標電流Itでダンパー14の減衰力を制御することで、車両のローリングを抑制する操縦安定制御を的確に行うことができ、しかも高周波ノイズによるダンパー14の減衰力の切換頻度の増加を抑制することで騒音の低減に寄与することができる。
またダンパー変位センサSbで検出したダンパー変位を微分フィルターを通過させてダンパー速度Vpを求める際に、ある程度のノイズを許容することができるので、位相遅れの少ない微分フィルターを用いてダンパー速度Vpの位相遅れを最小限に抑えることができる。更に目標電流Itを求める過程の最終段にローパスフィルターを配置したので、このローパスフィルターでマップ検索の際に発生したノイズをも除去することができる。
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。
例えば、実施例では横加速度センサScで検出した横加速度YGを時間微分した横加速度微分値dYG/dtに基づいて車両のローリングを抑制する操縦安定制御について説明したが、本発明は車速センサSdで検出した車速を2階時間微分した前後加速度微分値dXG/dtに基づいて車両のピッチングを抑制する操縦安定制御に対しても適用することができる。
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。
14 ダンパー
It 制御量(目標電流)
S サスペンション装置
It 制御量(目標電流)
S サスペンション装置
Claims (2)
- 車両のサスペンション装置(S)に設けられたダンパー(14)の減衰力を調整する制御量(It)を、ダンパー変位を時間微分して求めたダンパー速度(Vp)に基づいて決定する可変減衰力ダンパーの制御装置であって、
前記制御量(It)を、サスペンション装置(S)のバネ下共振領域の周波数を通過させるフィルターを用いて濾波することを特徴とする可変減衰力ダンパーの制御装置。 - 前記フィルターは、15Hz以下の周波数を通過させるローパスフィルターであることを特徴とする、請求項1に記載の可変減衰力ダンパーの制御装置。
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- 2005-03-30 JP JP2005098164A patent/JP2006273222A/ja active Pending
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