JP2006273222A - 可変減衰力ダンパーの制御装置 - Google Patents

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

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。

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 ローパスフィルターの濾波特性を示すグラフ 目標電流の濾波前および濾波後の波形を示すグラフ

符号の説明

１４ ダンパー
Ｉｔ 制御量（目標電流）
Ｓ サスペンション装置

Claims (2)

1. 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。
2. 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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