JP2005081912A

JP2005081912A - 車両用サスペンションシステム

Info

Publication number: JP2005081912A
Application number: JP2003314181A
Authority: JP
Inventors: Kouichi Tomita; 晃市富田; Kazumichi Sugiyama; 和徹杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-09-05
Filing date: 2003-09-05
Publication date: 2005-03-31

Abstract

【課題】車両用サスペンションシステムにおいて、ばね下部材にマスダンパやダイナミックダンパ等の振動系を設けなくても、設けた場合と同様の効果が得られるようにする。
【解決手段】車両用サスペンションシステムにおける実ショックアブソーバ１４の減衰係数がモデル６０に基づいて決定される。モデル６０は、仮想ばね下部材１０ｍに設けられ、固有振動数が実ばね下部材１０の共振周波数とほぼ同じ大きさである仮想振動系６２を含むものである。したがって、モデル６０に基づけば、実ばね下部材１０の共振周波数近傍での振動を抑制することができ、車輪の接地性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モデルに基づいて減衰力を制御する車両用サスペンションシステムに関するものである。

特許文献１には、車両のばね下部材とばね上部材との間に設けられた減衰力発生装置と、ばね下部材に設けられたマスダンパとを備えた車両用サスペンションシステムが記載されている。ばね下部材に設けられたマスダンパの固有振動数はばね下部材の共振周波数とほぼ同じ大きさのものとされるため、ばね下部材の共振周波数での振動を抑制し、車輪の接地性を向上させることができる。また、ばね上部材の振動を抑制することができ、乗り心地を向上させることができる。
特許第２５０３２５８号公報

しかし、ばね下部材にマスダンパを設ける場合には、スペースや重量等の問題があり、困難であった。そこで、本発明の課題は、車両用サスペンションシステムにおいて、ばね下部材にマスダンパやダイナミックダンパ等の振動系を実際に設けなくても、ばね下部材に振動系を設けた場合と同様の効果を奏するようにすることにある。この課題は、車両用サスペンションシステムを下記各態様の構成のものとすることによって解決される。
各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも本発明の理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合わせが以下の各項に記載のものに限定されると解釈されるべきではない。また、一つの項に複数の事項が記載されている場合、それら複数の事項を常に一緒に採用しなければならないわけではない。一部の事項のみを選択して採用することも可能なのである。

以下の各項のうち、(1)項が請求項１に対応し、(2)項が請求項２に対応し、(4)項が請求項３に対応する。

（１）車両の実ばね下部材と実ばね上部材との間に設けられた可変の減衰力を発生させる実減衰力発生装置と、
その実減衰力発生装置により発生させられる前記可変の減衰力を制御する減衰力制御装置であって、前記減衰力の目標値を、仮想ばね下部材に設けられた仮想振動系を備えたモデルに基づいて決定する減衰力決定部を含む減衰力制御装置と
を含む車両用サスペンションシステム。
本項に記載の車両用サスペンションシステムにおいては、車両に設けられた実減衰力発生装置によって発生させられる減衰力がモデルに基づいて制御される。モデルは、仮想ばね下部材に設けられた仮想振動系を備えたものであるため、車両において、実ばね下部材に実際に振動系を設けなくても、振動系を設けた場合と同様の効果を得ることができる。
（２）前記モデルが、前記仮想振動系の固有振動数と車両の実ばね下部材の実際の共振周波数との差の絶対値が設定値以下であるものとされ、前記減衰力決定部が、少なくとも、前記モデルの前記仮想振動系の振動に関する物理量に基づいて前記減衰力の目標値を決定するものである(1)項に記載の車両用サスペンションシステム。
仮想振動系は、それの固有振動数が、車両の実ばね下部材の共振周波数（比較的高い周波数）とほぼ同じであるものである。したがって、仮想振動系を備えたモデルに基づけば、実ばね下部材の共振周波数近傍での振動を抑制し、車輪の接地性を向上させることができる。また、その周波数での実ばね上部材の振動を抑制することができ、乗り心地の向上を図ることができる。
（３）前記仮想振動系が、仮想マスと、その仮想マスと仮想ばね下部材との間に設けられた仮想スプリングと仮想ショックアブソーバとの少なくとも一方とを含む(1)項または(2)項に記載の車両用サスペンションシステム。
仮想振動系は、仮想スプリングと仮想ショックアブソーバとの少なくとも一方を含む。仮想振動系は、少なくとも仮想スプリングを含むものとすることが望ましく、仮想スプリングを含むか、仮想スプリングと仮想ショックアブソーバとの両方を含むかのいずれかとすることが望ましい。
（４）前記モデルが、前記仮想ばね下部材と仮想ばね上部材との間に設けられ、減衰特性が予め決められた設定特性である仮想減衰力発生装置を備え、前記減衰力決定部が、さらに、その仮想減衰力発生装置の前記設定特性に基づいて前記減衰力の目標値を決定するものである(2)項または(3)項に記載の車両用サスペンションシステム。
仮想減衰力発生装置の減衰特性の設定特性（例えば、減衰係数で表すことができる）は、例えば、実ばね上部材の共振周波数（比較的低い周波数）での振動を抑制し得る特性とすることができる。設定特性は、例えば、減衰係数が大きい特性（換言すれば、硬い特性と称することができる）とすることができる。
したがって、モデルに基づけば、実ばね上部材の共振周波数での振動を抑制することが可能となる。
（５）前記モデルが、前記仮想ばね下部材と仮想ばね上部材との間に設けられた仮想スプリングを含む(1)項ないし(4)項のいずれか１つに記載の車両用サスペンションシステム。
本項に記載のモデルは、仮想ばね下部材と仮想ばね上部材との間に設けられた仮想スプリングを含むものとすることができる。

本発明の一実施形態である車両のサスペンションシステムを図１に示す。図において１０は実ばね下部材であり、１２は実ばね上部材である。実ばね下部材１０と実ばね上部材１２との間には、実減衰力発生装置としての実ショックアブソーバ１４と実スプリング１６とが並列に設けられる。実ショックアブソーバ１４は、発生する減衰力の減衰特性が可変なものであり、減衰特性調整アクチュエータ１８を含む。２０は、タイヤを弾性体とみなした場合のスプリングであり、ばね下部材１０と路面との間に位置する。
減衰特性調整アクチュエータ１８は、本実施形態においては、減衰特性としての減衰係数を調整可能なものであり、実ショックアブソーバ１４のピストンに設けられたオリフィスの流路面積を調整可能なバルブを作動させる電動モータを含む。電動モータの制御により、オリフィスの流路面積が制御され、減衰係数が制御される。減衰係数は、連続的に制御されるものであっても段階的に制御されるものであってもよい。

サスペンションＥＣＵ３０は、コンピュータを主体とするものであり、減衰特性決定部４０，記憶部４２，入出力部４４等を含み、入出力部４４には、ばね下加速度センサ５０，ばね上加速度センサ５２，車高センサ５４等が接続されるとともに、上述の減衰特性調整アクチュエータ１８が接続される。
ばね下加速度センサ５０，ばね上加速度センサ５２等は、それぞれ、実ばね下部材１０，実ばね上部材１２の加速度を検出するものであり、車高センサ５４は、実ばね上部材１２の実ばね下部材１０に対する相対高さを検出するものである。なお、ばね上加速度センサ５２，ばね下加速度センサ５０，車高センサ５４のうちの２つを備え、これら２つのセンサによる検出値に基づいて他の１つのセンサによる検出値が推定されるようにすることもできる。
減衰特性決定部４０によって、ばね下加速度センサ５０，ばね上加速度センサ５２，車高センサ５４等の出力値と、後述するモデル６０とに基づいて、ショックアブソーバ１４の減衰係数の目標値（減衰係数が段階的に制御される場合には目標段数に対応する）が決定され、その目標値が実現されるように、減衰特性調整アクチュエータ１８が制御される。

減衰係数の目標値は減衰特性決定部４０においてモデル６０に基づいて決定される。
モデル６０は、仮想ばね下部材１０ｍと仮想ばね上部材１２ｍとの間に互いに並列に設けられた仮想ショックアブソーバ１４ｍおよび仮想スプリング１６ｍと、仮想ばね下部材１０ｍに設けられた仮想振動系６２とを含む。仮想振動系６２は、いわゆるダイナミックダンパであり、仮想マス６４，仮想ばね下部材１０ｍと仮想マス６４との間に設けられた仮想スプリング６６，仮想減衰力発生装置としての仮想ショックアブソーバ６８を含む。この仮想振動系６２の固有振動数は仮想ばね下部材１０ｍの共振振動数とほぼ同じ大きさとされる。仮想マス６４の重量、仮想スプリング６６の弾性係数、仮想ショックアブソーバ６８の減衰係数等が、仮想ばね下部材１０ｍの共振周波数とほぼ同じになるように設計されるのである。
また、仮想ショックアブソーバ１４ｍの減衰係数は、比較的大きい値（換言すれば、硬い特性を有する値であり、例えば、実ショックアブソーバ１４の減衰係数の制御範囲の上限の値としたり、実ばね上部材１２の振動を抑制可能な標準値としたりすることができる）とされる。

次に、実際の車両用サスペンションとモデル６０とで、それぞれ、運動方程式を考える。
実際の車両用サスペンションシステムにおいて、実ばね上部材１２について、図２の式（１）が成立し、実ばね下部材１０について式（２）が成立する。式（１）、（２）において、ｘｂ、ｘｗ、ｘ０は、それぞれ、実ばね上部材１２の変位、実ばね下部材１０の変位、路面の変位であり、Ｍｂ、Ｍｗは、それぞれ、実ばね上部材１２，実ばね下部材１０の重量である。また、Ｋｓ、Ｋｔは、それぞれ、実スプリング１６，実スプリング２０のばね定数であり、Ｃｓは、実ショックアブソーバ１４の減衰係数である。
モデル６０において、仮想ばね上部材１２ｍについて式（３）が成立し、仮想ばね下部材１０ｍについて式（４）が成立し、仮想振動系６２について式（５）が成立する。

これら式（３）〜（５）において、Ｍｖ、Ｋｖ、Ｃｖ、ｘｖは、それぞれ、仮想振動系６４における仮想マス６４の重量、仮想スプリング６６のばね定数、仮想ショックアブソーバ６８の減衰係数、仮想マス６４の変位である。
式（３）、（４）において、減衰係数Ｃｂは、仮想ショックアブソーバ１４ｍの減衰特性である。また、モデル６０において、仮想ばね上部材１２ｍ、仮想ばね下部材１０ｍの重量は、実ばね上部材１２，実ばね下部材１０の重量と同じとされ、仮想スプリング１６ｍのばね定数は実スプリング１６のばね定数と同じ大きさとされる。
実際の車両用サスペンションシステムにおける運動方程式とモデル６０における運動方程式とが等価であるとした場合に、式（２）、（４）から式（６）が得られる。車両のサスペンションシステムにおける実ショックアブソーバ１４の減衰係数の目標値が、モデル６０に基づいて、すなわち、式（６）に従って決定される。

式（６）に示すように、実ショックアブソーバ１４の減衰係数の目標値は、仮想振動系６２の振動特性を表す値であるばね定数Ｋｖ、減衰特性Ｃｖと、仮想ショックアブソーバ１４ｍの減衰特性Ｃｂと、実ばね下部材１０，実ばね上部材１２，仮想マス６４の変位、変位の微分値等に基づいて決まることがわかる。また、仮想マス６４の変位、変位の微分値は、式（７）に基づいて取得することができる。仮想マス６４の変位、変位の微分値と実ばね下部材１０の変位等との関係を表す伝達関数が求められ、双一次変換により離散化した式を用いることによりディジタル処理が可能となり、実ばね下部材１０の変位等の離散化した値に基づいて仮想マス６４の変位、変位の微分値等を取得することができるのである。また、式（８）を用いれば、式（６）において必要なパラメータの値を求めることができる。
式（６）において、ばね下部材１０の変位ｘｗ、それの微分値は、それぞれ、ばね下加速度センサ５０の出力値を積分等（２階積分、１階積分）することによって求めることができ、ばね上部材１２とばね下部材１０との相対変位の微分値は、車高センサ５４の出力信号を微分することによって求めることができる。

サスペンションＥＣＵ３０の記憶部には、上記モデル６０，図３のフローチャートで表される減衰特性制御プログラムが記憶されており、予め定められた設定時間毎に実行される。
ステップ１（以下、Ｓ１と略称する。他のステップについても同様とする）において、各センサによる出力信号が読み込まれ、Ｓ２において、実際の車両の状態量が取得される。具体的には、車両の振動を表す状態量が取得されるのであり、実ばね下部材１０の変位、変位の微分値、実ばね上部材１２の実ばね下部材１０に対する相対高さの微分値等が取得されるのである。Ｓ３において、モデル６０の仮想振動系６２の振動の状態が取得される。具体的には、仮想マス６４の変位等が、上述の式（７）、（８）に基づいて取得される。Ｓ４において、式（６）に基づいて実ショックアブソーバ１４の減衰係数の目標値が決定される。そして、実際の減衰係数が目標値になるように、減衰特性調整アクチュエータ１８が制御される。

このように、本実施形態においては、モデル６０において、仮想ばね下部材１０ｍに、それの固有振動数が実ばね下部材１０の共振周波数とほぼ同じである仮想振動系６２が設けられるため、実ばね下部材１０にダイナミックダンパやマスダンパ等の振動系が設けられていなくても、振動系を設けた場合と同様の効果を奏することができる。
例えば、仮想振動系６２により実ばね下部材１０の共振振動数（比較的高い周波数）の振動を抑制することができ、車輪の接地性を向上させることができる。また、実ばね上部材１２の上述の実ばね下部材１０の共振周波数での振動を抑制することができ、乗り心地を抑制することができる。
さらに、モデル６０において、仮想ばね下部材１０ｍと仮想ばね上部材１２ｍとの間に減衰係数が大きい仮想ショックアブソーバ１４ｍが設けられるため、実ばね上部材１２の共振周波数（比較的低い周波数）での振動を抑制することができる。
このように、本実施形態におけるモデル６０に基づいて車両用サスペンションシステムの実ショックアブソーバ１４の減衰係数の制御が行われれば、車両の実ばね下部材１０が共振周波数で振動する場合も実ばね上部材１２が共振周波数で振動する場合にも、それの振動を良好に抑制することができる。

なお、モデル６０の構成はこれに限らない。例えば、仮想振動系６２において仮想ショックアブソーバ６８を設けることは不可欠ではない。また、仮想ばね下部材１０ｍと仮想ばね上部材１２ｍとの間に仮想ショックアブソーバ１４ｍを設けることも不可欠ではない。
さらに、実ショックアブソーバ１４の減衰係数は連続的に可変なものであっても段階的に可変なものであってもいずれでもよい等本発明は、前記〔発明が解決しようとする課題、課題解決手段および効果〕に記載の態様の他、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。

本発明の一実施形態である車両用サスペンションシステムを概略的に示す図である。上記車両用サスペンションシステム、モデルそれぞれにおける運動方程式を示す図である。上記サスペンションＥＣＵの記憶部に記憶された減衰特性決定プログラムを表すフローチャートである。

符号の説明

１４：実ショックアブソーバ、１４ｍ：仮想ショックアブソーバ、１８：減衰特性調整アクチュエータ、３０：サスペンションＥＣＵ、４０：減衰特性決定部、４２：記憶部、６０：モデル、６２：仮想振動系

Claims

車両の実ばね下部材と実ばね上部材との間に設けられた可変の減衰力を発生させる実減衰力発生装置と、
その実減衰力発生装置により発生させられる前記可変の減衰力を制御する減衰力制御装置であって、前記減衰力の目標値を、仮想ばね下部材に設けられた仮想振動系を備えたモデルに基づいて決定する減衰力決定部を含む減衰力制御装置と
を含む車両用サスペンションシステム。
前記モデルが、前記仮想振動系の固有振動数と車両の実ばね下部材の実際の共振周波数との差の絶対値が設定値以下であるものとされ、前記減衰力決定部が、少なくとも、前記モデルの前記仮想振動系の振動に関する物理量に基づいて前記減衰力の目標値を決定するものである請求項１に記載の車両用サスペンションシステム。
前記モデルが、前記仮想ばね下部材と仮想ばね上部材との間に設けられ、減衰特性が予め決められた設定特性である仮想減衰力発生装置を備え、前記減衰力決定部が、さらに、その仮想減衰力発生装置の前記設定特性に基づいて前記減衰力の目標値を決定するものである請求項２に記載の車両用サスペンションシステム。