JP4546308B2 - 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。

また車両が段差を乗り下げるときの乗り心地性能を改善するために、下向きの加速度が検出されたときにダンパーの減衰力の増大制御を禁止するものが、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７−２３７４２０号公報

ところで、周知のスカイフック制御が行われる車両が路面の段差を乗り超える場合、「発明を実施するための最良の形態」の欄で後から詳述するように、段差に乗り上げる場合と段差を乗り下げる場合とで乗員の感覚が異なるため、それら両方の場合でスカイフック制御のゲインを一律に設定すると、乗員が違和感を感じて乗り心地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、車両が段差を乗り越える場合の乗り心地性能を高め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バネ上速度およびゲインの積により設定する可変減衰力ダンパーの制御装置であって、路面の段差により生じるバネ上速度の絶対値が所定値以上であり且つそのバネ上速度が正のときには、前記ゲインをバネ上速度が負であるときの値よりも大きく設定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、ダンパーの減衰力の制御を、スカイフック制御によって行う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、本発明において、「バネ上速度が正」とはバネ上質量の変位が車体上向きである状態をいい、「バネ上速度が負」とはバネ上質量の変位が車体下向きである状態をいう。

請求項１の構成によれば、サスペンション装置のダンパーの減衰力をバネ上速度およびゲインの積により設定する際に、路面の段差により生じるバネ上速度の絶対値が所定値以上であり且つそのバネ上速度が正のときには、前記ゲインをバネ上速度が負であるときの値よりも大きく設定するので、段差の乗り上げ時にダンパーの減衰力を増加させてバネ上速度の増加を許容することで、乗員がシートから浮き上がるような違和感を解消して乗り心地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はサスペンションのモデルを示す図、図４はスカイフック制御の説明図、図５は車両が段差に乗り上げた状態および段差を乗り下げた状態を示す図、図６は車両が段差に乗り上げたときおよび段差を乗り下げたときのバネ上速度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およびダンパー変位センサＳｂで検出したダンパー変位等に基づいて、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。

次に、図３および図４に基づいて、車両の動揺を抑えて乗り心地を高めるためのスカイフック制御について説明する。

図３に示すサスペンション装置のモデルから明らかなように、路面にタイヤの仮想的なバネ１７を介してバネ下質量１８が接続され、バネ下質量１８にダンパー１４およびコイルバネ１５を介してバネ上質量１９が接続される。ダンパー１４の減衰力はコイル２８への通電により可変である。バネ上質量１９の変位Ｘ２の変化率ｄＸ２／ｄｔは、バネ上加速度センサＳａで検出したバネ上加速度の出力を積分したバネ上速度に相当する。またバネ上質量１９の変位Ｘ２およびバネ下質量１８の変位Ｘ１の差の変化率ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔは、ダンパー変位センサＳｂの出力を微分したダンパー速度に相当する。

ｄＸ２／ｄｔ×ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔ＞０
のとき、つまりバネ上速度とダンパー速度とが同方向（同符号）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る。一方、
ｄＸ２／ｄｔ×ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔ≦０
のとき、つまりバネ上速度とダンパー速度とが逆方向（逆符号）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。

従って、図４に示すように車輪Ｗが路面の突起を乗り越す場合を考えると、（１）に示すように車輪Ｗが突起の前半に沿って上昇する間は、車体１１が上向きに移動してバネ上速度（ｄＸ２／ｄｔ）が正値になり、ダンパー１４が圧縮されてダンパー速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが負値になるため、両者が逆符号となってダンパー１４は圧縮方向の減衰力を減少させるように制御される。

また（２）に示すように車輪Ｗが突起の頂点を乗り越した直後は、車体１１が慣性で依然として上向きに移動してバネ上速度（ｄＸ２／ｄｔ）が正値になり、車体１１の上昇によりダンパー１４が伸長されてダンパー速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが正値になるため、両者が同符号となってダンパー１４は伸長方向の減衰力を増加させるように制御される。

また（３）に示すように車輪Ｗが突起の後半に沿って下降する間は、車体１１が下向きに移動してバネ上速度（ｄＸ２／ｄｔ）が負値になり、車輪Ｗが車体１１よりも速く下降することによりダンパー１４が伸長されてダンパー速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが正値になるため、両者が逆符号となってダンパー１４は伸長方向の減衰力を減少させるように制御される。

また（４）に示すように車輪Ｗが突起を完全に乗り越した直後は、車体１１が慣性で依然として下向きに移動してバネ上速度（ｄＸ２／ｄｔ）が負値になり、車輪Ｗが下降を停止することによりダンパー１４が圧縮されてダンパー速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが負値になるため、両者が同符号となってダンパー１４は圧縮方向の減衰力を増加させるように制御される。

なお、上述したスカイフック制御を行う本発明の実施の形態において、ダンパー１４に発生させるべき目標減衰力は、バネ上速度とゲインとにより、
目標減衰力＝ゲイン×バネ上速度
で算出される。

ところで、図５の右側に示すように車両が路面の段差に乗り上げたとき、図４の（１）で説明したのと同じように、車体１１が上向きに移動してバネ上速度（ｄＸ２／ｄｔ）が正値になり、ダンパー１４が圧縮されてダンパー速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが負値になるため、両者が逆符号となってダンパー１４は圧縮方向の減衰力を減少させるように制御されるため、車体１１は上方への移動を抑制される。このとき、シートに着座した乗員は慣性で上方に移動しようとするが、車体１１は上方への移動を抑制されるため、乗員はシートから浮き上がるような感覚を受けて違和感を感じることが多い。

逆に図５の左側に示すように、車両が路面の段差を乗り下げたとき、図４の（３）で説明したのと同じように、車体１１が下向きに移動してバネ上速度（ｄＸ２／ｄｔ）が負値になり、車輪Ｗが車体１１よりも速く下降することによりダンパー１４が伸長されてダンパー速度ｄ（Ｘ２−Ｘ１）／ｄｔが正値になるため、両者が逆符号となってダンパー１４は伸長方向の減衰力を減少させるように制御されるため、車体１１は下方への移動を抑制される。このとき、シートに着座した乗員は慣性で下方に移動しようとするが、車体１１は下方への移動を抑制されるため、乗員はシートに押し付けられるような感覚を受けるが、段差に乗り上げた場合のシートから浮き上がるような感覚に比べて乗員は殆ど違和感を受けることはない。

尚、車両が段差に乗り上げたか段差を乗り下げたかは、図６に示すようにバネ上速度の符号により判定することができる。即ち、車両が段差に乗り上げると正のバネ上速度が検出され、車両が段差を乗り下げると負のバネ上速度が検出されるからである。

このように、車両が路面の段差に乗り上げた場合に、スカイフック制御により車体１１の上方への移動を強く抑制すると、かえって乗員に違和感を与えてしまう可能性があるため、このような場合にはスカイフック制御を弱めることが望ましい。

具体的には、車両が大きな段差に乗り上げて所定値以上のバネ上速度が検出されたとき、ダンパー１４の目標減衰力を算出する際に使用する前記ゲインを、通常時のゲイン（車両が段差を乗り下げたときのゲインを含む）に比べて増加方向に補正することで、ダンパー１４の減衰力を増加させる。車両が段差に乗り上げた瞬間の状況は図４の（１）と同じであり、このときダンパー１４はスカイフック制御により圧縮方向の減衰力を減少させるように制御されて車輪Ｗの突き上げが車体１１を押し上げないように作用するが、本実施例ではダンパー１４の減衰力が通常のスカイフック制御よりも増加方向に補正されて圧縮方向に変形し難くなるため、車輪Ｗの突き上げが車体１１を押し上げるように作用して車体１１の上方への移動量が増加することになる。その結果、慣性で上方に移動する乗員がシートから浮き上がるような感覚を受け難くなり、違和感を解消して乗り心地性能を高めることができる。

以上のように、路面の段差により生じるバネ上速度の絶対値が所定値以上であり且つそのバネ上速度が正のときには、前記ゲインをバネ上速度が負であるときの値よりも大きく設定するので、大きな段差の乗り上げ時にダンパー１４の減衰力を増加させてバネ上速度の増加を許容することで、乗員がシートから浮き上がるような違和感を解消して乗り心地を高めることができる。

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 サスペンションのモデルを示す図 スカイフック制御の説明図 車両が段差に乗り上げた状態および段差を乗り下げた状態を示す図 車両が段差に乗り上げたときおよび段差を乗り下げたときのバネ上速度を示すグラフ

１４ ダンパー
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）の減衰力をバネ上速度およびゲインの積により設定する可変減衰力ダンパーの制御装置であって、
   路面の段差により生じるバネ上速度の絶対値が所定値以上であり且つそのバネ上速度が正のときには、前記ゲインをバネ上速度が負であるときの値よりも大きく設定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. ダンパー（１４）の減衰力の制御を、スカイフック制御によって行うことを特徴とする、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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