JP5702200B2 - 緩衝器の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、緩衝器が発生する減衰力を制御する制御装置に関するものである。

緩衝器が発生する減衰力の制御として、スカイフック制御が知られている。しかし、スカイフック制御では、ばね上振動を抑制することはできるが、ばね下振動は制御対象となっていないため、ばね下振動の制振は不十分であった。

ばね下振動を制振する従来技術として、特許文献１には、ばね上部材の上下方向の加速度を検出するばね上加速度検出手段と、ばね下部材の上下方向の加速度を検出するばね下加速度検出手段と、検出されたばね上部材及びばね下部材の各加速度に基づいてアクチュエータを制御して、検出されたばね上部材の加速度とばね上部材の質量の積と、検出されたばね下部材の加速度とばね下部材の質量の積との和が小さくなるような力をアクチュエータに発生させる制御手段とを備える車両用サスペンション装置の電気制御装置が開示されている。

特開平１１−４８７３８号公報

しかし、特許文献１に記載の電気制御装置は、ばね下加速度センサを必要とするものであり、制御装置及び制御方法が複雑である。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、スカイフック制御を利用して緩衝器が発生する減衰力を制御する制御装置において、簡便な方法でばね下振動を抑制することを目的とする。

本発明は、縮側減衰力と伸側減衰力とを可変制御する単一の減衰弁を有し、車両におけるばね上部材とばね下部材との間に介装される緩衝器の減衰力を制御する緩衝器の制御装置において、前記ばね上部材と前記ばね下部材との相対変位を検出するストローク検出器と、前記ばね上部材の上下方向の加速度を検出するばね上加速度検出器と、前記ストローク検出器の検出結果と前記ばね上加速度検出器の検出結果とに基づいて前記緩衝器が発生する減衰力をスカイフック制御する第１制御部と、車速を検出する車速検出器と、前記車速検出器にて検出された車速と前記ストローク検出器の検出結果から得られる前記緩衝器のストローク速度とに基づいて前記緩衝器が発生する減衰力を制御する第２制御部と、前記ストローク速度に基づいて前記ばね下部材の振動状態を判定する判定部と、前記緩衝器が発生する減衰力が前記第１制御部にて制御されている状態で、前記判定部にて前記ばね下部材の振動が予め定められた振動状態に達したと判定された場合には、前記緩衝器が発生する減衰力を前記第２制御部にて制御するように切り換える制御切換部と、を備え、前記減衰弁は、通電量によって前記緩衝器が発生する減衰力を調整するソレノイドを備え、前記第１制御部及び前記第２制御部は、前記ソレノイドに対して出力する指令値を調整することによって前記緩衝器が発生する減衰力を制御し、前記第２制御部による前記指令値は、前記ストローク速度の増加に伴って前記緩衝器が発生する減衰力が小さくなるように設定されることを特徴とする。

本発明によれば、ばね下部材の振動が予め定められた振動状態に達したと判定された場合には、緩衝器が発生する減衰力の制御は、第１制御部によるスカイフック制御から車速とストローク速度とに基づく第２制御部による制御に切り換えられるため、簡便な方法でばね下振動を抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る制御装置が適用される緩衝器の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る緩衝器の制御装置の概念図である。 本発明の実施の形態に係る緩衝器の制御装置のブロック図である。 第１制御部（スカイフック制御）のブロック図である。 コントローラによって実行される制御手順を示すフローチャートである。 ピストンロッドのストローク速度の時間変化の一例を示すグラフ図である。 第２制御部が減衰弁に出力する電流指令値の制御マップである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る緩衝器の制御装置１００について説明する。

まず、図１を参照して制御装置１００が適用される緩衝器１について説明する。

緩衝器１は、シリンダ５と、シリンダ５に軸方向に摺動自由に挿入されたピストン６と、ピストン６に連結され、シリンダ５から軸方向に突出するピストンロッド７と、シリンダ５を囲むインナチューブ１１と、インナチューブ１１を囲むアウタチューブ１３とを備える。

シリンダ５の内部はピストン６によって、ロッド側流体室８とピストン側流体室９とに画成される。これらの流体室８，９は作動油（作動流体）にて満たされる。ロッド側流体室８は、シリンダ５とインナチューブ１１との間に環状に画成された排出通路１０に、シリンダ５の先端に設けられた連通孔５ａを通じて連通する。インナチューブ１１とアウタチューブ１３との間の環状のスペースは、作動油をガスとともに貯留するリザーバ１２として用いられる。排出通路１０はリザーバ１２に減衰弁２を介して接続される。

ピストン側流体室９とリザーバ１２とは、シリンダ５の底部に設けられたチェック弁１４を介して連通する。チェック弁１４はリザーバ１２からピストン側流体室９への作動油の流れを許容する一方、逆向きの作動油の流れを阻止する。

ロッド側流体室８とピストン側流体室９とは、ピストン６に設けられたチェック弁１５を介して接続される。チェック弁１５はピストン側流体室９からロッド側流体室８への作動油の流れを許容する一方、逆向きの作動油の流れを阻止する。

以上のように、緩衝器１はピストン６のストローク方向によらず、作動油を常に一方向に循環させるいわゆるユニフロー型の緩衝器である。具体的には、緩衝器１が縮側ストロークを行なう場合には、ピストン側流体室９が縮小し、ロッド側流体室８が拡大する。これに伴い、ピストン側流体室９の作動油はチェック弁１５を通ってロッド側流体室８に流入する。ロッド側流体室８は拡大するが、ロッド側流体室８とピストン側流体室９の合計容積は、ピストン６の縮側ストロークに伴ってシリンダ５に侵入するピストンロッド７の侵入体積相当分減少する。シリンダ５のこの容積変動は、ロッド側流体室８の作動油の一部が排出通路１０と減衰弁２を通ってリザーバ１２に流出することによって補償される。この時、減衰弁２を通る作動油が縮側減衰力を発生させる。

緩衝器１が伸側ストロークを行なう場合には、ピストン側流体室９が拡大し、ロッド側流体室８が縮小する。これに伴い、リザーバ１２から作動油がチェック弁１４を通ってピストン側流体室９に流入し、ロッド側流体室８から排出通路１０と減衰弁２を通ってリザーバ１２に流出する。この時、減衰弁２を通る作動油が伸側減衰力を発生させる。

以上のように、緩衝器１は、ピストン６のストローク方向によらず、常にロッド側流体室８の作動油が減衰弁２を介してリザーバ１２に流出する際に減衰力を発生させる。ピストンロッド７の断面積をシリンダ５の断面積の半分に等しく設定することで、縮側減衰力と伸側減衰力とを等しくすることが可能となる。

減衰弁２は、排出通路１０とリザーバ１２とを接続する流路２０に配置され、緩衝器１が発生する減衰力を調整するものである。減衰弁２は、バルブハウジング２１に形成され流路２０の一部を構成するバルブ収容穴２２と、バルブ収容穴２２に摺動自在に挿入されたバルブ本体２３と、バルブハウジング２１に形成された環状のバルブシート２４と、バルブ本体２３にバルブシート２４に向けた推進力を付与するソレノイド２５と、バルブ本体２３をソレノイド２５の推力に抗して、つまりバルブ本体２３とバルブシート２４との間の流路断面積を拡大する方向に付勢するスプリング２６とを備える。

ソレノイド２５へ電流が供給されると、バルブ本体２３はスプリング２６の付勢力に抗してバルブシート２４に向けて変位する。こうしてバルブ本体２３とバルブシート２４との隙間が狭められると、排出通路１０からリザーバ１２へと流れる作動油に対して抵抗が付与され減衰力が発生する。発生する減衰力の大きさは、ソレノイド２５に供給される電流に依存する。つまり、ソレノイド２５に供給される電流値が大きいほど発生する減衰力は大きくなる。このように、緩衝器１は、減衰弁２のソレノイド２５に供給される電流に基づいて、発生する減衰力が可変制御されるものである。

図２に示すように、緩衝器１は車両におけるばね上部材３１とばね下部材３２との間に懸架ばね３３と並列に介装され、緩衝器１が発生する減衰力は制御装置１００によって制御される。具体的には、ばね上部材３１は車体であり、ばね下部材３２は車輪であり、緩衝器１は各車輪毎に設けられる。図２は１つの車輪に設けられる制御装置１００を示している。

制御装置１００は、車速を検出する車速検出器としての車速センサ３５と、ばね上部材３１とばね下部材３２との相対変位を検出するストローク検出器としてのストロークセンサ３６と、ばね上部材３１の上下方向の加速度を検出するばね上加速度検出器としてのばね上加速度センサ３７と、各センサ３５，３６，３７の検出結果に基づいて緩衝器１が発生する減衰力を制御するコントローラ４０とを備える。

ストロークセンサ３６は、ばね上部材３１とばね下部材３２との間に配置された車高センサであり、緩衝器１におけるシリンダ５に対するピストンロッド７の変位を検出する。

次に、図３を参照して、コントローラ４０について説明する。

コントローラ４０は、緩衝器１の減衰弁２の動作を制御するＣＰＵと、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラム、設定値、マップ等が記憶されたＲＯＭと、各センサ３５，３６，３７等の各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭとを備える。

コントローラ４０は、ストロークセンサ３６とばね上加速度センサ３７との検出結果に基づいて減衰弁２の動作を制御して緩衝器１が発生する減衰力をスカイフック制御する第１制御部４３と、ストロークセンサ３６と車速センサ３５との検出結果に基づいて減衰弁２の動作を制御して緩衝器１が発生する減衰力を制御する第２制御部４４と、ストロークセンサ３６の検出結果に基づいてばね下部材３２の振動状態を判定する判定部４１と、判定部４１にてばね下部材３２の振動が予め定められた振動状態に達したと判定された場合に、緩衝器１が発生する減衰力の制御を第１制御部４３による制御から第２制御部４４による制御に切り換える制御切換部４２とを備える。

緩衝器１が発生する減衰力は、通常は第１制御部４３によるスカイフック制御によって制御され、判定部４１が所定の条件を満たしたと判定した場合には、第２制御部４４によって制御される。

次に、図４を参照して、通常制御である第１制御部４３によるスカイフック制御について説明する。

第１制御部４３は、積分器５１と、乗算器５２と、微分器５３と、最低減衰力演算部５４と、加算器５５と、符号判定部５６と、電流変換部５７とを備える。

積分器５１は、ばね上加速度センサ３７が検出したばね上加速度Ａを積分してばね上部材３１の上下方向のばね上速度Ｖｕを演算する。乗算器５２は、ばね上速度Ｖｕにスカイフック減衰係数Ｃｓを乗算して減衰力目標値Ｆｃを演算する。微分器５３は、ストロークセンサ３６が検出したピストンロッド７の変位Ｘを微分してピストンロッド７のストローク速度Ｖｐを演算する。最低減衰力演算部５４は、ストローク速度Ｖｐに基づいて緩衝器１が当該ストローク速度Ｖｐで発生可能な最低減衰力Ｆｐを演算する。加算器５５は、減衰力目標値Ｆｃから最低減衰力Ｆｐを減算して偏差Ｆｄを演算する。符号判定部５６は、偏差Ｆｄとストローク速度Ｖｐの積の符号を判定し、符号が正である場合には偏差Ｆｄをそのまま可変減衰力Ｆｖとして出力し、符号が負である場合には可変減衰力Ｆｖを０として出力する。電流変換部５７は、符号判定部５６が出力する可変減衰力Ｆｖの値を、減衰弁２のソレノイド２５を駆動する駆動回路に与える電流指令値Ｉに変換する。

以上のように、第１制御部４３は、ばね上加速度センサ３７とストロークセンサ３６との検出結果に基づいて、減衰弁２のソレノイド２５に対して出力する電流指令値を調整して緩衝器１が発生する減衰力をスカイフック制御し、ばね上部材３１の振動を抑制する。

車両の通常運転時には、第１制御部４３によって緩衝器１が発生する減衰力が制御される。しかし、スカイフック制御は、ばね下部材３２の制振は制御対象となっていないため、ばね下部材３２の振動は第１制御部４３による制御では十分に制振できない。そこで、図３に示すように、ばね下部材３２の振動が予め定められた振動状態に達したと判定部４１が判定した場合には、第１制御部４３によるスカイフック制御を停止し、ばね下部材３２の振動を抑制するための第２制御部４４による制御に切り換えられる。

以下では、図５〜図７を参照して、第１制御部４３から第２制御部４４への切り換え制御、及び第２制御部４４による制御について説明する。

図５を参照して、コントローラ４０によって実行される制御手順を説明する。図５に示す制御手順は、第１制御部４３による通常制御が実行されている状態で行われる。

ステップ１では、ピストンロッド７のストローク速度が読み込まれる。ストローク速度は、ストロークセンサ３６にて検出されたピストンロッド７の変位を微分することによって演算される。

ステップ２では、ステップ１にて読み込まれたストローク速度に基づいて、ばね下部材３２の振動が予め定められた所定の振動状態に達しているか否かが判定される。つまり、ストローク速度に基づいてばね下部材３２の振動状態が判定される。この判定について、図６を参照して説明する。図６に示す実線は、ピストンロッド７のストローク速度（Ｖｐ）の変化を示すものであり、ステップ１にて読み込まれたものである。また、点線にて示すストローク速度Ｖｂ，−Ｖｂは、ばね下部材３２の振動状態を判定するための基準ストローク速度であり、予め定められた値である。

コントローラ４０の判定部４１（図３参照）は、ストローク速度が基準ストローク速度Ｖｂを超える状態が予め定められた所定時間ｔ継続した場合には、ばね下部材３２の振動が予め定められた所定の振動状態に達している、つまり、ばね下部材３２が共振モードに入りばたついていると判定してステップ３に進む。一方、ストローク速度が基準ストローク速度Ｖｂを超えた状態が所定時間ｔ未満である場合には、ステップ４に進み第１制御部４３による制御が継続される。例えば、図６に示す１つ目の山は、ストローク速度が基準ストローク速度Ｖｂを超えた状態が所定時間ｔ継続しているため、このようなストローク速度を検出した場合にはステップ３に進む。所定時間ｔは、例えば、１０〜２０ｍｓｅｃである。ここで、判定基準を、ストローク速度が基準ストローク速度Ｖｂを超えているという条件のみではなく、その状態が所定時間ｔ継続していることも条件としているのは、ストローク速度が基準ストローク速度Ｖｂを超えた状態が所定時間ｔ継続していない場合には、通常の第１制御部４３による制御によってばね下部材３２のばたつき振動が収束する可能性があるためである。このことから、所定時間ｔは、ばね下部材３２のばたつき振動が第１制御部４３による制御では収束不可能となる時間に設定すればよい。

ステップ３では、コントローラ４０の制御切換部４２（図３参照）によって、緩衝器１が発生する減衰力の制御が第１制御部４３による制御から第２制御部４４による制御へと切り換えられる。

以下で説明するステップ５〜７は、第２制御部４４にて実行される。

ステップ５では、ピストンロッド７のストローク速度及び車速が読み込まれる。ストローク速度はストロークセンサ３６にて検出されたピストンロッド７の変位を微分することによって演算され、車速は車速センサ３５にて検出される。

ステップ６では、ステップ５にて読み込まれたストローク速度と車速に基づいて、減衰弁２のソレノイド２５に対して出力する電流指令値を決定する。具体的には、ストローク速度、車速、及び電流指令値の３軸を有する３次元制御マップに基づいて電流指令値が決定される。図７（ａ）に示す制御マップは３次元制御マップをストローク速度の軸側から見た図であり、図７（ｂ）に示す制御マップは３次元制御マップを車速の軸側から見た図である。

図７（ａ）に示すように、電流指令値は、ストローク速度の増加に伴って小さくなるように設定される。つまり、ストローク速度の増加に伴って、緩衝器１が発生する減衰力が小さくなるように設定される。なお、図７（ａ）では、緩衝器１の伸側方向のストローク速度のみを示した。ばね下部材３２の振動は大きな減衰力を発生させれば抑制することができるが、車両の乗り心地は悪化してしまう。そこで、車両の乗り心地に悪影響を及ぼすことなく、ばね下部材３２の振動を抑制することを狙って、緩衝器１が発生する減衰力はストローク速度の増加に伴って小さくなるように設定される。

また、路面の状態が同じでも車速が異なれば、ばね下部材３２へ入力される速度や周波数が変化するため、車速に基づいても緩衝器１が発生する減衰力が制御される。具体的には、図７（ｂ）に示すように、電流指令値は、車速が所定速度、具体的には５０ｋｍ／ｈ程度で最大となるように設定される。つまり、車速が５０ｋｍ／ｈ程度で緩衝器１が発生する減衰力が最大となるように設定される。これは、ばね下部材３２の振動は車速が５０ｋｍ／ｈ程度の中速度域で最大となり、その前後の低速域及び高速域では低下する傾向があるためである。

ストローク速度、車速、及び電流指令値の３軸を有する３次元制御マップは、ばね下部材３２の振動抑制を対象とした車両の走行試験によって設定されるものである。また、３次元制御マップを用いて電流指令値を決定する代わりに、ストローク速度及び車速を変数とする数式を用いて電流指令値を演算するようにしてもよい。

ステップ７では、ステップ６にて決定した電流指令値を、減衰弁２のソレノイド２５に対して所定時間継続して出力する。これにより、緩衝器１は電流指令値に対応した減衰力を発生する。このように、第２制御部４４は、減衰弁２のソレノイド２５に対して出力する電流指令値を調整することによって緩衝器１が発生する減衰力を制御する。

その後、ステップ１に戻り、以上にて説明した手順を繰り返す。

以上の実施の形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

ばね下部材３２の振動が予め定められた振動状態に達したと判定された場合には、緩衝器１が発生する減衰力の制御は、第１制御部４３によるスカイフック制御から車速とストローク速度とに基づく第２制御部４４による制御に切り換えられる。第２制御部４４は、ばね下部材３２の上下方向の加速度を検出する加速度センサ等の新たなセンサを用いるものではなく、既に車載されているセンサを用いてばね下部材３２の振動を抑制するものであるため、簡便な方法でばね下部材３２の振動を抑制することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、緩衝器が発生する減衰力を制御する制御装置に適用することができる。

１００ 緩衝器の制御装置
１ 緩衝器
２ 減衰弁
５ シリンダ
６ ピストン
７ ピストンロッド
３１ ばね上部材
３２ ばね下部材
３３ 懸架ばね
３５ 車速センサ
３６ ストロークセンサ
３７ ばね上加速度センサ
４０ コントローラ
４１ 判定部
４２ 制御切換部
４３ 第１制御部
４４ 第２制御部

Claims (3)

1. 縮側減衰力と伸側減衰力とを可変制御する単一の減衰弁を有し、車両におけるばね上部材とばね下部材との間に介装される緩衝器の減衰力を制御する緩衝器の制御装置において、
   前記ばね上部材と前記ばね下部材との相対変位を検出するストローク検出器と、
   前記ばね上部材の上下方向の加速度を検出するばね上加速度検出器と、
   前記ストローク検出器の検出結果と前記ばね上加速度検出器の検出結果とに基づいて前記緩衝器が発生する減衰力をスカイフック制御する第１制御部と、
   車速を検出する車速検出器と、
   前記車速検出器にて検出された車速と前記ストローク検出器の検出結果から得られる前記緩衝器のストローク速度とに基づいて前記緩衝器が発生する減衰力を制御する第２制御部と、
   前記ストローク速度に基づいて前記ばね下部材の振動状態を判定する判定部と、
   前記緩衝器が発生する減衰力が前記第１制御部にて制御されている状態で、前記判定部にて前記ばね下部材の振動が予め定められた振動状態に達したと判定された場合には、前記緩衝器が発生する減衰力を前記第２制御部にて制御するように切り換える制御切換部と、を備え、
   前記減衰弁は、通電量によって前記緩衝器が発生する減衰力を調整するソレノイドを備え、
   前記第１制御部及び前記第２制御部は、前記ソレノイドに対して出力する指令値を調整することによって前記緩衝器が発生する減衰力を制御し、
   前記第２制御部による前記指令値は、前記ストローク速度の増加に伴って前記緩衝器が発生する減衰力が小さくなるように設定されることを特徴とする緩衝器の制御装置。
2. 前記判定部は、前記ストローク速度が予め定められた基準ストローク速度を超える状態が予め定められた所定時間継続した場合に、前記ばね下部材の振動が予め定められた前記振動状態に達したと判定することを特徴とする請求項１に記載の緩衝器の制御装置。
3. 前記第２制御部による前記指令値は、前記車速が所定速度以下では前記緩衝器が発生する減衰力が前記車速の増加に伴って増加し、前記車速が前記所定速度以上では前記緩衝器が発生する減衰力が前記車速の増加に伴って減少するように設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の緩衝器の制御装置。

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