JP2009137342A - 減衰力可変ダンパの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 既設の上下加速度センサ等を用いて荷重の変化に対応した減衰力制御を実現できる減衰力可変ダンパの制御装置を提供する。
【解決手段】 スカイフックゲイン設定処理を開始すると、スカイフックゲイン設定部５８は、図８のステップＳ１１で、ストロークセンサ１４から入力したストローク速度Ｓｓに基づき、オブザーバ６３によって車体１のばね上加速度推定値Ｇｌｅを算出する。次に、スカイフックゲイン設定部５８は、ステップＳ１２でばね上加速度推定値Ｇｌｅと上下Ｇセンサ１３から入力したばね上速度加速度検出値Ｇｌｄとを比較した後、ステップＳ１３でその比較結果に基づいてダンパ６の荷重変化を推定する。しかる後、スカイフックゲイン設定部５８は、図示しないマップあるいは演算式等を用いて、ダンパ６の荷重変化に応じたスカイフックゲインＧｓｈを求める。
【選択図】 図８

Description

本発明は、減衰力可変ダンパの制御装置に係り、詳しくは、荷重の変化に対応した減衰力制御を既設の上下加速度センサ等を用いて実現する技術に関する。

近年、自動車のサスペンションに用いられる筒型ダンパでは、乗り心地や操縦安定性の向上を図るべく、減衰力の可変制御が可能な減衰力可変型のものが種々開発されている。減衰力可変ダンパ（以下、単にダンパと記す）を装着した車両では、車両の走行状態に応じてダンパの減衰力を可変制御することによって操縦安定性や乗り心地の向上が図られている。例えば、車両の旋回走行時には横方向運動に伴う慣性力（横加速度）によって車体が左右方向にロールするが、この際における車体の過大なロールを抑制すべく、横加速度の微分値に応じてダンパの目標減衰力を高める制御（ロール制御）を行っている。また、直進走行時には路面の凹凸によって車輪が上下に移動するが、車輪の上下動の車体への伝達抑制（車体制振）と乗り心地の向上とを図るべく、ばね上速度に応じて目標減衰力を高める制御（スカイフック制御）を行っている（特許文献１参照）。

一方、自動車では、搭乗者の人数や積載物の有無等によって各車輪のダンパに作用する荷重が変化するため、上述したオブザーバを採用する場合にはその変化に応じて制御ゲインの設定を変更することが望ましい。従来の減衰力制御装置では、荷重の変化を制御情報として得るにあたり、車体とダンパとの間にロードセルを介装させて直接的に検出する方法（特許文献２参照）や、セルフポンピングダンパの内圧を検出してその検出結果から推定する方法（特許文献３参照）が公知となっている。
特開２００６−６９５２７号公報 特許第２８９０７９０号公報 特許第３１５２０９４号公報

しかしながら、特許文献２の方法では、高価なロードセルを各車輪に設置することで部品点数の増加や製造コストの上昇がもたらされる他、長期にわたる運転に対応する耐久性を確保することも難しかった。また、特許文献３の方法は、セルフポンピングダンパを備えた自動車では実現可能であるが、通常の筒型ダンパを備えた自動車には適用することができなかった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、既設の上下加速度センサ等を用いて荷重の変化に対応した減衰力制御を実現できる減衰力可変ダンパの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、第１の発明は、車体と車輪との相対振動の減衰に供される減衰力可変ダンパの制御装置であって、前記減衰力可変ダンパの状態量を検出する状態量検出手段と、前記状態量検出手段の検出結果に基づき、前記車輪におけるばね上加速度推定値を算出するばね上加速度推定手段と、前記車輪におけるばね上速度加速度をばね上速度加速度検出値として検出するばね上加速度検出手段と、前記ばね上速度加速度推定値と前記ばね上速度加速度検出値とを比較することにより、前記減衰力可変ダンパに作用する荷重の変化を推定する荷重変化推定手段と、前記荷重変化推定手段の推定結果に基づき、前記減衰力可変ダンパの制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段とを備えたことを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば、既設の上下加速度センサの出力とオブザーバの出力との比較に基づいて車両の荷重変化を推定することで、ロードセル等の新設による部品点数の増加や製造コストの上昇を生じさせることなく、荷重の変化に対応した減衰力制御を実現できる。

以下、本発明を４輪自動車に適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は実施形態に係る４輪自動車の概略構成図であり、図２は実施形態に係るダンパの縦断面図であり、図３は実施形態に係る減衰力制御装置の概略構成を示すブロック図であり、図４は実施形態に係るスカイフック演算制御部の要部構成を示すブロック図であり、図５は実施形態に係るスカイフックゲイン設定部の要部構成を示すブロック図である。

≪実施形態の構成≫
＜自動車の概略構成＞
先ず、図１を参照して、実施形態に係る自動車の概略構成について説明する。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対して配置された部材、すなわち、タイヤやサスペンション等については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して、例えば、車輪３ｆｌ（左前）、車輪３ｆｒ（右前）、車輪３ｒｌ（左後）、車輪３ｒｒ（右後）と記すとともに、総称する場合には、例えば、車輪３と記す。

図１に示すように、自動車（車両）Ｖの車体１にはタイヤ２が装着された車輪３が前後左右に設置されており、これら各車輪３がサスペンションアーム４や、スプリング５、減衰力可変式ダンパ（以下、単にダンパと記す）６等からなるサスペンション７によって車体１に懸架されている。自動車Ｖには、各種の制御に供されるＥＣＵ（Electronic Control Unit）８の他、車速センサ９や横Ｇセンサ１０、前後Ｇセンサ１１、ヨーレイトセンサ１２等が車体１の適所に設置されている。また、自動車Ｖには、上下Ｇセンサ（ばね上加速度検出手段）１３と、ストロークセンサ（状態量検出手段）１４とが各車輪３ｆｌ〜３ｒｒごとに設置されている。

ＥＣＵ８は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して、各車輪３のダンパ６や各センサ９〜１４と接続されている。

＜ダンパ＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ６は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、ＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid：磁気粘性流体）が充填された円筒状のシリンダ２２と、このシリンダ２２に対して軸方向に摺動するピストンロッド２３と、ピストンロッド２３の先端に装着されてシリンダ２２内を上部油室２４と下部油室２５とに区画するピストン２６と、シリンダ２２の下部に高圧ガス室２７を画成するフリーピストン２８と、ピストンロッド２３等への塵埃の付着を防ぐカバー２９と、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ３０とを主要構成要素としている。

シリンダ２２は、下端のアイピース２２ａに嵌挿されたボルト３１を介して、車輪側部材であるサスペンションアーム４の上面に連結されている。また、ピストンロッド２３は、上下一対のラバーブッシュ３２とナット３３とを介して、その上端のスタッド２３ａが車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）３４に連結されている。

ピストン２６には、上部油室２４と下部油室２５とを連通する連通路４１と、この連通路４１の内側に位置するＭＬＶコイル４２とが設けられている。ＥＣＵ８からＭＬＶコイル４２に電流が供給されると、連通路４１を流通するＭＲＦに磁界が印可されて強磁性微粒子が鎖状のクラスタを形成する。これにより、連通路４１を通過するＭＲＦの見かけ上の粘度（以下、単に粘度と記す）が上昇し、ダンパ６の減衰力が増大する。

＜減衰力制御装置の概略構成＞
図３に示すように、ＥＣＵ８には、ダンパ６の制御を行う減衰力制御装置５０が内装されている。減衰力制御装置５０は、上述した各センサ９〜１４が接続する入力インタフェース５１と、各センサ９〜１３の検出信号から得られたロールモーメントやピッチモーメント、ばね上速度等に基づき各ダンパ６の目標減衰力を設定する減衰力設定部５２と、減衰力設定部５２から入力した目標減衰力とストロークセンサ１４から入力したストローク速度Ｓｓとに応じて各ダンパ６（ＭＬＶコイル４２）への駆動電流を生成する駆動電流生成部５３と、駆動電流生成部５３が生成した駆動電流を各ダンパ６に出力する出力インタフェース５４とから構成されている。なお、減衰力設定部５２には、スカイフック制御に供されるスカイフック演算制御部５５や、ロール制御に供されるロール演算制御部５６、ピッチ制御に供されるピッチ演算制御部５７、スカイフック制御に用いられるスカイフックゲインＧｓｈを設定するスカイフックゲイン設定部５８等が収容されている。

＜スカイフック演算制御部＞
図４にその概略構成を示すように、スカイフック演算制御部５５は、車速センサ９から入力した車速信号ｖ、上下Ｇセンサ１３から入力した上下加速度信号Ｇｌ（ばね上速度加速度検出値Ｇｌｄ）に基づいてスカイフック制御ベース値（減衰力ベース値）Ｄｓｂを設定するスカイフック制御ベース値設定部６１と、スカイフックゲイン設定部５８で設定されたスカイフックゲインＧｓｈをスカイフック制御ベース値Ｄｓｂに乗じてスカイフック制御目標値Ｄｓｈを算出するスカイフック制御目標値算出部６２とを各車輪３ごとに備えている。

＜スカイフックゲイン設定部＞
図５にその概略構成を示すように、スカイフックゲイン設定部５８は、ストロークセンサ１４から入力したストローク速度Ｓｓに基づき車体１のばね上加速度推定値Ｇｌｅを算出するオブザーバ６３と、ばね上加速度推定値Ｇｌｅと上下Ｇセンサ１３から入力したばね上速度加速度検出値Ｇｌｄとを比較してダンパ６の荷重変化を推定する荷重変化推定部（荷重変化推定手段）６４と、荷重変化推定部６４の推定結果に基づいてスカイフックゲインＧｓｈを設定する制御ゲイン設定部（制御ゲイン設定手段）６５を備えている。本実施形態のオブザーバ６３は、いわゆる１輪振動モデルであり、標準車重の状態でのばね上加速度推定値Ｇｌｅを算出する。

≪実施形態の作用≫
＜減衰力制御＞
自動車が走行を開始すると、減衰力制御装置５０は、所定の処理インターバル（例えば、１０ｍｓ）をもって、図６のフローチャートにその手順を示す減衰力制御を実行する。減衰力制御を開始すると、減衰力制御装置５０は、図６のステップＳ１で、横Ｇセンサ１０、前後Ｇセンサ１１、および上下Ｇセンサ１３から得られた車体１の加速度や、車速センサ（図示せず）から入力した車体速度、操舵角センサ（図示せず）から入力した操舵速度等に基づき自動車Ｖの運動状態（各車輪におけるばね上速度等）を判定する。次に、減衰力制御装置５０は、自動車Ｖの運動状態に基づき、ステップＳ２で各ダンパ６のスカイフック制御目標値Ｄｓｈを算出し、ステップＳ３で各ダンパ６のロール制御目標値Ｄｒを算出し、ステップＳ４で各ダンパ６のピッチ制御目標値Ｄｐを算出する。

次に、減衰力制御装置５０は、ステップＳ５で各ダンパ６のストローク速度Ｓｓが正の値であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであった場合（すなわち、ダンパ６が伸び側に作動している場合）、ステップＳ６で３つの制御目標値Ｄｓｈ，Ｄｒ，Ｄｐのうち値が最も大きいものを目標減衰力Ｄｔｇｔに設定する。また、減衰力制御装置５０は、ステップＳ５の判定がＮｏであった場合（すなわち、ダンパ６が縮み側に作動している場合）、ステップＳ７で３つの制御目標値Ｄｓｈ，Ｄｒ，Ｄｐのうち値が最も小さいものを目標減衰力に設定する。

ステップＳ６またはステップＳ７で目標減衰力Ｄｔｇｔを設定すると、減衰力制御装置５０は、ステップＳ８で図７の目標電流マップから目標電流を検索／設定する。次に、減衰力制御装置５０は、ステップＳ８で設定された目標電流に基づき、ステップＳ９で各ダンパ６のＭＬＶコイル４０に駆動電流を出力する。

＜スカイフックゲインの設定＞
上述した減衰力制御と並行して、減衰力制御装置５０内のスカイフックゲイン設定部５８は、所定の処理インターバルをもって、図８のフローチャートにその手順を示すスカイフックゲイン設定処理を行う。スカイフックゲイン設定処理を開始すると、スカイフックゲイン設定部５８は、図８のステップＳ１１で、ストロークセンサ１４から入力したストローク速度Ｓｓに基づき、オブザーバ６３によって車体１のばね上加速度推定値Ｇｌｅを算出する。次に、スカイフックゲイン設定部５８は、ステップＳ１２でばね上加速度推定値Ｇｌｅと上下Ｇセンサ１３から入力したばね上速度加速度検出値Ｇｌｄとを比較した後、ステップＳ１３でその比較結果に基づいてダンパ６の荷重変化を推定する。しかる後、スカイフックゲイン設定部５８は、ステップＳ１４で、図示しないマップあるいは演算式等を用いて、ダンパ６の荷重変化に応じたスカイフックゲインＧｓｈを求める。これにより、減衰力制御においては、ダンパ６の荷重に応じた最適な目標減衰力が設定されるようになり、操縦安定性や乗り心地の向上が実現される。

本実施形態では、このように、減衰力制御に用いる既設の上下Ｇセンサ１３およびストロークセンサ１４の検出結果からダンパ６の荷重変化を推定するようにしたため、車体とダンパとの間にロードセルを介装させる従来の方法に較べ、部品点数の低減や製造コストの抑制を図ることができる他、長期にわたる運転に対応する耐久性を確保することも可能となる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、スカイフック制御に上下Ｇセンサの出力を用い、オブザーバの出力を荷重変化の推定に用いるようにしたが、オブザーバの出力をスカイフック制御にも用い、上下Ｇセンサの出力を荷重変化の推定に用いるようにしてもよい。また、上記実施形態では、ばね上加速度検出手段として上下Ｇセンサを用いたが、例えば、ストロークセンサの検出結果に基づいてばね上加速度を推定するようにしてもよい。その他、制御装置の具体的構成や制御の具体的手順等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係る４輪自動車の概略構成図である。 実施形態に係るダンパの縦断面図である。 実施形態に係る減衰力制御装置の概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係るスカイフック演算制御部の要部構成を示すブロック図である。 実施形態に係るスカイフックゲイン設定部の要部構成を示すブロック図である。 実施形態に係る減衰力制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る駆動電流マップである。 実施形態に係るスカイフックゲイン設定処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車体
３ 車輪
６ ダンパ
７ サスペンション
１３ 上下Ｇセンサ（ばね上加速度検出手段）
１４ ストロークセンサ（状態量検出手段）
５０ 減衰力制御装置
５８ スカイフックゲイン設定部
６３ オブザーバ（ばね上加速度推定手段）
６４ 荷重変化推定部（荷重変化推定手段）
６５ 制御ゲイン設定部（制御ゲイン設定手段）
Ｖ 自動車

Claims (1)

1. 車体と車輪との相対振動の減衰に供される減衰力可変ダンパの制御装置であって、
   前記減衰力可変ダンパの状態量を検出する状態量検出手段と、
   前記状態量検出手段の検出結果に基づき、前記車輪におけるばね上加速度推定値を算出するばね上加速度推定手段と、
   前記車輪におけるばね上速度加速度をばね上速度加速度検出値として検出するばね上加速度検出手段と、
   前記ばね上速度加速度推定値と前記ばね上速度加速度検出値とを比較することにより、前記減衰力可変ダンパに作用する荷重の変化を推定する荷重変化推定手段と、
   前記荷重変化推定手段の推定結果に基づき、前記減衰力可変ダンパの制御ゲインを設定する制御ゲイン設定手段と
   を備えたことを特徴とする減衰力可変ダンパの制御装置。

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