JP2008247261A - サスペンション制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セミアクティブダンパ制御を実行するサスペンション制御装置において、シンプルな構造で制御精度を高める。
【解決手段】バネ上加速度センサ６によって検出した車体２のバネ上加速度に基づいて、コントローラ８によって目標減衰力Ｆを演算し、アクチュエータ７に制御電流Ｉを供給して減衰力調整式油圧緩衝器５の減衰力を調整して車体２の制振制御を行う。コントローラ８は、バネ上加速度に基づいてバネ上、バネ下間の最大相対速度Ｖを演算し、この最大相対速度Ｖ及び目標減衰力Ｆから、減衰力調整式油圧緩衝器５の減衰力−ピストン速度−電流マップを用いて制御電流Ｉを決定する。これにより、コントローラ８の処理負荷を小さくすると共に制御精度を高めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行状態に応じてショックアブソーバの減衰力を調整することによって車体の制振を行う自動車等の車両のサスペンション制御装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に記載されているように、走行状態に応じてショックアブソーバの減衰力を調整することよって車体の制振を行ういわゆるセミアクティブダンパ制御型のサスペンション制御装置が知られている。上記特許文献１に記載されたサスペンション制御装置は、車両のバネ上、バネ下間に介装された減衰力調整式油圧緩衝器（ショックアブソーバ）と、その減衰力を切換えるアクチュエータと、車体の上下加速度を検出するバネ上加速度センサと、バネ上加速度センサの検出に基づいてアクチュエータに制御信号を供給するコントローラとを備えている。そして、コントローラは、いわゆるスカイフック理論に基づいて、バネ上加速度センサによって検出した車体のバネ上加速度から目標減衰力を演算して、制御電流をアクチュエータに供給することによって減衰力調整式油圧緩衝器の減衰力を目標減衰力に切換える。このようにして、走行状態に応じて減衰力調整式油圧緩衝器の減衰力を切換えることによって車体の制振を行うことができ、乗り心地及び操縦安定性を向上させることができる。
特開２００２−２９３１２１号公報

上述のスカイフック理論に基づいて制振制御を実行する場合、減衰力調整式油圧緩衝器の車体に対する加振状態、制振状態を判断するため、バネ上加速度（速度）に加えてバネ下加速度（速度）を監視する必要がある。また、一般的に減衰力調整式油圧緩衝器の減衰力は、そのピストン速度（バネ上、バネ下間の相対速度）に依存するため、実際の減衰力を目標減衰力に正確に調整するためには、ピストン速度を監視する必要がある。

バネ下加速度及び減衰力調整式油圧緩衝器のピストン速度（バネ上、バネ下間の相対速度）は、バネ下に加速度センサを設けることにより、あるいは、バネ上、バネ下間にストロークセンサを設けることによって直接的に検出することができる。しかしながら、自動車のサスペンション装置のバネ下は、走行による激しい振動、風雨、雪、氷、泥、埃、飛び石等による過酷な状況に曝されるため、損傷を受け易く、信頼性を確保することが困難である。また、４輪のバネ下に加速度センサを設けたり、あるいは、ストロークセンサを設けたりすると、センサ数の増加によってコントローラの処理負荷が増大すると共にコストもかかる。

一方、バネ下加速度（速度）は、周知の方法、例えば、振動系の運動方程式等を用いて、バネ上加速度等の情報から演算、推定することができる。そこで、上記特許文献１に記載されたものでは、車体に設けたバネ上加速度センサによって検出したバネ上加速度に基づいて目標減衰力を演算し、減衰力調整式油圧緩衝器に関して予め設定された一定のピストン速度おける目標減衰力と制御電流との関係を表す減衰力−電流マップを用いてアクチュエータへの制御電流を決定し、更に、バネ上加速度等に基づいて推定したピストン速度を監視してピストン速度に応じて制御電流値を補正することにより、バネ下の加速度センサ及びバネ上、バネ下間のストロークセンサを設けることなく車体の制振制御を行っている。これにより、制御システムをシンプルにして、コントローラの処理負荷を軽減し、信頼性を高めると共にコストの低減を図っている。

しかしながら、上述のように一定のピストン速度における減衰力−電流マップによって制御電流を決定した場合、油圧緩衝器ではピストン速度（バネ上、バネ下間の相対速度）に依存して実際の減衰力が変化するため、正確な減衰力制御を行うことができない。また、バネ上加速度に基づいてバネ上、バネ下間の相対速度をリアルタイムに演算、推定する場合、時々刻々と変化する多数のパラメータを調整、処理する必要があり、コントローラの処理負荷が増大すると共に、誤差も多くなるため、演算精度が低下する虞がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、シンプルな構造で制御精度を高めることができるサスペンション制御装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両のバネ上、バネ下間に介装され、減衰力を調整可能なショックアブソーバと、車両のバネ上加速度を検出するバネ上加速度検出手段と、前記バネ上加速度に基づいて前記ショックアブソーバに制御信号を供給して減衰力を調整して車体の制振制御を実行するコントローラとを備えたサスペンション制御装置において、
前記コントローラは、前記バネ上加速度に基づいてバネ上、バネ下間の最大相対速度を演算する最大相対速度演算手段と、前記ショックアブソーバに関する減衰力とバネ上、バネ下間の相対速度と制御信号との相互関係を表すマップ手段とを備え、前記バネ上加速度に基づいて演算した前記ショックアブソーバの目標減衰力と前記最大相対速度とから、前記マップ手段を用いて、前記ショックアブソーバに供給する制御信号を決定することを特徴とする。
請求項２の発明に係るサスペンション制御装置は、上記請求項１の構成において、前記最大相対速度演算手段が、前記バネ上加速度から求められるバネ上絶対速度及び該バネ上絶対速度を積分して求められるバネ上変位から前記バネ上絶対速度の最大値を演算するバネ上最大絶対速度演算手段と、演算されるバネ上最大絶対速度に基づいてバネ上、バネ下間の最大相対速度を演算する相対速度最大値演算手段とを備えていることを特徴とする。
請求項３の発明に係るサスペンション制御装置は、上記請求項２の構成において、前記バネ上最大絶対速度演算手段が、前記バネ上絶対速度の自乗値と、前記バネ上変位に前記バネ上絶対速度の角振動数を乗じたものの自乗値との和の正の平方根を演算して前記バネ上最大絶対速度を求めることを特徴とする。
請求項４の発明に係るサスペンション制御装置は、上記請求項２の構成において、前記バネ上最大絶対速度演算手段が、前記バネ上絶対速度の絶対値と、前記バネ上変位に前記バネ上絶対速度の角振動数を乗じたものの絶対値との和を√２で除算して前記バネ上最大絶対速度を求めることを特徴とする。

請求項１の発明に係るサスペンション制御装置によれば、コントローラの最大相対速度演算部は、バネ上、バネ下間相対速度の最大値を演算するので、演算量が少なく、処理負荷が小さい。また、必要なパラメータが少なくてすみ、パラメータの調整が容易であり、その結果として、最大相対速度の演算精度を高めることができる。また、ショックアブソーバに関する減衰力とバネ上、バネ下間の相対速度と制御信号との相互関係を表すマップ手段を用いて制御信号を決定するので、目標減衰力に対して、バネ上、バネ下間の相対速度に応じて適切な制御信号を決定することができ、減衰力制御の精度を高めることができる。
請求項２の発明に係るサスペンション制御装置によれば、バネ上最大絶対速度演算手段によってバネ上加速度からバネ上絶対速度の最大値を演算することができ、このバネ上絶対速度の最大値から相対速度最大値演算手段によってバネ上、バネ下間の最大相対速度を演算することができる。
請求項３の発明に係るサスペンション制御装置によれば、バネ上最大絶対速度演算手段によって、バネ上絶対速度、バネ上変位及びバネ上絶対速度の角振動数からバネ上最大絶対速度を演算することができる。
請求項４の発明に係るサスペンション制御装置によれば、バネ上最大絶対速度を近似的に演算することにより、コントローラの負荷を軽減することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本実施形態に係る自動車のサスペンション制御装置の概略構成を図１に示す。図１に示すように、サスペンション制御装置１は、車体２と各車輪３（１輪のみ図示する）との間に懸架バネ４及び減衰力調整式油圧緩衝器５（ショックアブソーバ、以下、油圧緩衝器５という）が並列に介装され、車体２には、その上下方向の加速度（バネ上加速度）を検出するバネ上加速度センサ６が設けられており、また、少なくともバネ上加速度センサ６の検出信号を含む当該車両の走行状態を表すパラメータを入力して油圧緩衝器５のアクチュエータ７に制御信号を供給するコントローラ８が設けられている。

油圧緩衝器５は、油液が封入されたシリンダ内に、ピストンロッドが連結されたピストンが摺動可能に嵌装され、ピストンロッドの伸縮に対して、シリンダ内のピストンの摺動によって生じる油液の流れをオリフィス及びディスクバルブ等からなる減衰力発生機構で制御して減衰力を発生させる。また、その減衰力を調整する減衰力調整機構及び減衰力調整機構を作動させるアクチュエータ７を備えている。そして、ピストン速度に応じた減衰力を発生させ、アクチュエータ７への制御電流に応じて減衰力を調整することができる。油圧緩衝器５の減衰力、ピストン速度及びアクチュエータ７への制御電流の相互の関係を表す減衰力−ピストン速度−電流マップＭ（マップ手段）を図４に示す。

なお、油圧緩衝器５は、図４に示すような特性を有するものであれば他の形式のショックアブソーバでもよい。また、油圧緩衝器５として、ピストンロッドの伸び側と縮み側とで反対の減衰力特性すなわち、伸び側がハードで縮み側がソフト、及び、伸び側がソフトで縮み側がハードという組合せを設定可能なものを用いてもよい。この場合、後述のようにコントローラ８によってスカイフック理論に基づいて、減衰力を演算する際、バネ下の上下速度を監視してバネ上、バネ下間が加振状態又は制振状態のいずれであるかを判定する必要がなくなり、コントローラ８の処理負荷を低減することができる。

図２に示すように、コントローラ８は、マイクロプロセッサベースの制御回路であり、積分回路９、減衰力演算部１０、最大相対速度演算部１１（最大相対速度演算手段）及び制御電流演算部１２を備えている。積分回路９は、バネ上加速度センサ６によって検出した車体２（バネ上）の上下加速度を積分することによってバネ上絶対速度Ａを演算する（ここで、バネ上絶対速度とは、空間の１点を基準としたときのバネ上の上下方向の速度をいう。）。減衰力演算部１０は、積分回路９によって演算したバネ上絶対速度Ａから目標減衰力Ｆを演算するものであり、例えば上述のスカイフック理論に基づいて目標減衰力Ｆを演算する。

最大相対速度演算部１１は、図３に示すように、コントローラ８の積分回路９によって演算したバネ上絶対速度Ａをさらに積分してバネ上変位を演算する積分回路１３と、積分回路１３によって演算したバネ上変位に角振動数ωを乗じてバネ上絶対速度Ｂ（元のバネ上絶対速度Ａに対して振幅が同じで位相が９０°（π／２）だけ異なる）を演算する乗算回路１４と、バネ上絶対速度Ａ及びバネ上絶対速度Ｂからバネ上最大絶対速度（１周期中の絶対速度の最大値）を演算するバネ上最大絶対速度演算部１５（バネ上最大絶対速度演算手段）と、バネ上最大絶対速度演算部１５によって演算したバネ上最大絶対速度に基づいて、バネ上、バネ下間の最大相対速度Ｖ（１周期中の相対速度の最大値）を演算する相対速度最大値演算部１６（相対速度最大値演算手段）とを備えている。なお、角振動数ωは、ω＝２πｆであるが、ここで、バネ上絶対速度の周波数ｆは、実際にカウントしてもよいが、車体２（バネ上質量ｍ）及び懸架バネ４（バネ定数ｋ）からなる１自由度振動系の固有振動数として求めることもできる。

バネ上最大絶対速度演算部１５では、バネ上絶対速度Ａとバネ上絶対速度Ｂから√（Ａ^２＋Ｂ^２）を演算してバネ上最大絶対速度を求める。このとき、（｜Ａ｜＋｜Ｂ｜）／√２を演算することによって近似的にバネ上最大絶対速度を求めることもできる。これにより、コントローラ８の処理負荷を軽減することができる。

相対速度最大値演算部１６では、次のようにして、バネ上最大絶対速度演算部１５によって演算したバネ上最大絶対速度から、バネ上、バネ下間の最大相対速度Ｖを演算する。簡単のため、油圧緩衝器５の減衰力を無視して、車体２（バネ上質量ｍ）及び懸架バネ４（バネ定数ｋ）からなる１自由度振動系を想定し、バネ上加速度ｘ´´、バネ上、バネ下間の相対変位（ｘ_０−ｘ）とすると、次の（１）式（運動方程式）の関係が成立つ。
ｍｘ´´＝ｋ（ｘ_０−ｘ） … （１）
振動を正弦波振動とすると、ｘ´´＝ωｘ´、ｘ´＝ωｘであるから、（１）式から次の（２）式を導くことができる。
｜ｘ_０´−ｘ´｜＝｜ｘ´｜ｍω^２／ｋ … （２）

そして、（２）式より、バネ上最大絶対速度演算部１５で演算したバネ上最大絶対速度（ｘ´の最大値）から最大相対速度Ｖ（バネ上、バネ下間の相対速度（ｘ_０´−ｘ´）の最大値）を求める。ここで、上記同様、角振動数ωは、ω＝２πｆであり、バネ上絶対速度の周波数ｆは、実際にカウントしてもよいが、車体２（バネ上質量ｍ）及び懸架バネ４（バネ定数ｋ）からなる１自由度振動系の固有振動数として求めることもできる。

また、バネ上、バネ下間の最大相対速度Ｖは、次のようにして演算することもできる。簡単のため、懸架バネ４のバネ力を無視して、車体２（バネ上質量ｍ）及び油圧緩衝器５（減衰係数ｃ）からなる１自由度振動系を想定すると、次の（３）式（運動方程式）の関係が成立つ。
ｍｘ´´＝ｃ（ｘ_０−ｘ） … （３）
振動を正弦波振動とすると、ｘ´´＝ωｘ´、ｘ´＝ωｘであるから、（３）式から次の（４）式を導くことができる。
｜ｘ_０´−ｘ´｜＝｜ｘ´｜ｍω／ｃ … （４）
又は
｜ｘ_０´−ｘ´｜＝｜ｘ´｜ｍω／２ζ√ｍｋ … （４）´
ただし、減衰比ζ＝ｃ／２√ｍｋである。

そして、（４）式（又は（４）´式）より、バネ上最大速度演算部１５で演算したバネ上最大絶対速度（ｘ´の最大値）から最大相対速度Ｖ（バネ上、バネ下間の相対速度（ｘ_０´−ｘ´）の最大値）を求める。

このとき、最大相対速度Ｖは、懸架バネ４のバネ力の影響が大きいバネ上の固有振動数（例えば１Ｈｚ程度）の近傍では上記（２）式によって求め、また、油圧緩衝器５の減衰力の影響の大きいバネ下の固有振動数（例えば１０Ｈｚ程度）の近傍では、（４）式（又は（４）´式）によって求めるとよい。

制御電流演算部１２は、図４に示す油圧緩衝器５の減衰力、ピストン速度及びアクチュエータ７への制御電流の相互の関係を表す減衰力−ピストン速度−電流マップＭが予め記憶されており、この減衰力−ピストン速度−電流マップＭを用いて、減衰力演算部１０によって演算した目標減衰力Ｆ及び最大相対速度推定部１１によって演算したバネ上、バネ下間の最大相対速度Ｖ（油圧緩衝器５のピストン速度）から、油圧緩衝器４によって目標減衰力Ｆを発生させるためにアクチュエータ７に供給すべき制御電流Ｉ（制御信号）を決定する。

以上のようにして、コントローラ８は、バネ上加速度センサ６によって検出した車体２の上下加速度（バネ上加速度）から、油圧緩衝器５のアクチュエータ７に供給すべき制御電流Ｉを演算し、その制御電流Ｉをアクチュエータ７に供給して油圧緩衝器５の減衰力を制御する。

次に、コントローラ８による油圧緩衝器５の減衰力制御のフローについて図５を参照して説明する。
図５を参照して、コントローラ８に電流が投入されると、ステップＳ１で制御システムの初期化を実行してステップ２へ進む。ステップ２では、制御周期の経過を判断し、制御周期が経過したとき、ステップＳ３へ進む。ステップ３では、前制御周期にて演算した制御量（制御電流Ｉ）をアクチュエータ７に供給して油圧緩衝器５の減衰力を切換えて、ステップＳ４へ進む。ステップＳ４では、その他の出力ポート（図示せず）から必要な信号を出力してステップＳ５へ進む。ステップＳ５では、バネ上加速度センサ６を含む各種センサからの検出信号を入力してステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、上述の演算処理によってバネ上加速度から制御電流Ｉを演算してルーチンを終了する。

このようにして、バネ下の加速度センサ及びバネ上、バネ下間のストロークセンサを設けることなく、バネ上加速度センサ６の検出したバネ上加速度に基づいて、油圧緩衝器５の減衰力を目標減衰力Ｆに切換えて車体の制振制御を実行する。これにより、損傷を受けやすいバネ下の加速度センサが不要となり、センサ数が少なくてすみ、信頼性を高め、コントローラ８の処理負荷を減少させ、また、製造コストを低減することができる。

このとき、コントローラ８の最大相対速度演算部１１は、バネ上、バネ下間の相対速度の最大値Ｖのみを演算し、リアルタイムに全ての相対速度を演算するわけではないので、演算量が少なくてすみ、コントローラ８の処理負荷が小さくてすむ。また、必要なパラメータが少なくてすみ、パラメータの調整が容易であり、その結果として、最大相対速度Ｖの演算、推定精度を高めることができる。

油圧緩衝器５について減衰力、ピストン速度及びアクチュエータ７への制御電流の相互の関係を表す減衰力−ピストン速度−電流マップＭを用いて制御電流Ｉを決定するので、目標減衰力Ｆに対して、バネ上、バネ下間の相対速度（ピストン速度）に応じて適切な制御電流Ｉを決定することができ、減衰力制御の精度を高めることができる。

本発明の一実施形態に係るサスペンション制御装置の概略構成を示す回路図である。 図１に示すサスペンション制御装置のコントローラの概略構成を示すブロック図である。 図３に示すコントローラの最大相対速度推定部の概略構成を示すブロック図である。 図１に示すサスペンション制御装置の減衰力調整式油圧緩衝器の減衰力−ピストン速度−電流マップのグラフ図である。 図２に示すコントローラによる制御のメインルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ サスペンション制御装置、２ 車体（バネ上）、３ 車輪（バネ下）、５ 減衰力調整式油圧緩衝器（ショックアブソーバ）、６ バネ上加速度センサ、８ コントローラ、１１ 最大相対速度演算部（最大相対速度演算手段）、Ｍ 減衰力−ピストン速度−電流マップ（マップ手段）

Claims (4)

1. 車両のバネ上、バネ下間に介装され、減衰力を調整可能なショックアブソーバと、車両のバネ上加速度を検出するバネ上加速度検出手段と、前記バネ上加速度に基づいて前記ショックアブソーバに制御信号を供給して減衰力を調整して車体の制振制御を実行するコントローラとを備えたサスペンション制御装置において、
   前記コントローラは、前記バネ上加速度に基づいてバネ上、バネ下間の最大相対速度を演算する最大相対速度演算手段と、前記ショックアブソーバに関する減衰力とバネ上、バネ下間の相対速度と制御信号との相互関係を表すマップ手段とを備え、前記バネ上加速度に基づいて演算した前記ショックアブソーバの目標減衰力と前記最大相対速度とから、前記マップ手段を用いて、前記ショックアブソーバに供給する制御信号を決定することを特徴とするサスペンション制御装置。
2. 前記最大相対速度演算手段が、前記バネ上加速度から求められるバネ上絶対速度及び該バネ上絶対速度を積分して求められるバネ上変位から前記バネ上絶対速度の最大値を演算するバネ上最大絶対速度演算手段と、演算されるバネ上最大絶対速度に基づいてバネ上、バネ下間の最大相対速度を演算する相対速度最大値演算手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のサスペンション制御装置。
3. 前記バネ上最大絶対速度演算手段が、前記バネ上絶対速度の自乗値と、前記バネ上変位に前記バネ上絶対速度の角振動数を乗じたものの自乗値との和の正の平方根を演算して前記バネ上最大絶対速度を求めることを特徴とする請求項２に記載のサスペンション制御装置。
4. 前記バネ上最大絶対速度演算手段が、前記バネ上絶対速度の絶対値と、前記バネ上変位に前記バネ上絶対速度の角振動数を乗じたものの絶対値との和を√２で除算して前記バネ上最大絶対速度を求めることを特徴とする請求項２に記載のサスペンション制御装置。

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