JP2009040141A - 可変減衰力ダンパの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＲＦ（磁気粘性流体）を用いた可変減衰力ダンパにおいて、ダンパの伸びと縮みが切り替わる際に、ＭＬＶ（磁気流体バルブ）を構成するコイルに流れる電流を速やかに立ち下げることができるようにする。
【解決手段】コイル４０ａに対する電源からの給電を断続するハイサイドスイッチ４１と、このハイサイドスイッチのオンオフにより減衰力を制御するＣＰＵ４２とを有する可変減衰力ダンパの制御装置において、目標電流の低下に応じて実電流を低減するためにハイサイドスイッチをオフとする電流低減制御時にコイルのインダクタンス特性により流れる電流のエネルギーを消費するエネルギー吸収回路４４を設ける。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁気粘性流体を用いた可変減衰力ダンパの磁気流体バルブを構成するコイルに対する電源からの給電をスイッチ手段により断続してダンパの減衰力を制御する可変減衰力ダンパの制御装置に関するものである。

近年、自動車用サスペンションを構成する筒型ダンパとして、操縦安定性と乗り心地とを高い次元で両立させるべく、自動車の運動状態に応じて減衰力を可変制御する減衰力可変型のものが種々開発されている。

この可変減衰力ダンパの減衰力制御機構としては、従来、モータやソレノイド等を用いてオリフィスの流路面積を増減させる機械制御式のものが一般的であったが、構成の簡素化や制御応答性の向上等を実現すべく、作動液に磁気粘性流体（Magneto-Rheological Fluid：以下、ＭＲＦと記す）を用い、ピストンに設けられた磁気流体バルブ（Magnetizable Liquid Valve：以下、ＭＬＶと記す）を構成するコイルに印可する電流の増減によってＭＲＦの見かけ上の粘度を変化させることで減衰力を制御するものが出現している（特許文献１参照）。
特開２００６−７７７８９号公報

前記のＭＲＦ式の可変減衰力ダンパの制御にあたっては、ダンパ制御装置内のＣＰＵにおいて、車体に発生する横加速度や前後加速度などの車体の運動状態を示す情報に基づいて目標減衰力が設定された後、この目標減衰力と、ダンパの伸縮量を検出するストロークセンサの検出値から求められるストローク速度とから、図１０に示す目標電流マップを参照して目標電流が設定され、この目標電流に実電流が近づくようにフィードバック制御が行われる。

また、このＭＲＦ式の可変減衰力ダンパの制御では、本件出願人が先に提案した制御システム（特願２００６−２４５７７９）でも説明したように、ＭＬＶを構成するコイルに対する電源からの給電を断続するスイッチ素子を設け、このスイッチ素子のオンオフによりコイルに流れる電流量を制御し、具体的には、ＣＰＵから出力されるＰＷＭ（Pulse Width Modultion、パルス幅変調）信号に応じて所定の周期でスイッチ素子がオンオフを繰り返すようにしている。

しかるに、図１０の目標電流マップに示されるように、ダンパの伸びと縮みが切り替わる際、例えば伸びを抑える力を発生している状況においてストローク速度が伸びる（プラス符号）側から縮む（マイナス符号）側へ変化する際に、目標電流が急に低下するため、これに応じてコイルの実電流も速やかに立ち下げる必要があるが、従来の回路では電流低減に時間を要するため、減衰力を十分に低下させることができず、荒れた路面を走行する際や段差の乗り越え時などにおける乗り心地の悪化を招くという不都合があった。

一方、コイルに流れる電流をスイッチで強制的に遮断することも考えられるが、この場合、電流の急激な変化に応じてダンパの取付点付近での応力が急変化して異音が発生するという問題が生じることから望ましくない。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、ＭＲＦを用いた可変減衰力ダンパにおいて、ダンパの伸びと縮みが切り替わる際に、ＭＬＶを構成するコイルに流れる電流を速やかに立ち下げることができるように構成された可変減衰力ダンパの制御装置を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、磁気粘性流体を用いた可変減衰力ダンパ（４）の磁気流体バルブ（４０）を構成するコイル（４０ａ）に対する電源からの給電を断続するスイッチ手段（ハイサイドスイッチ４１）と、このスイッチ手段のオンオフにより当該可変減衰力ダンパの減衰力を制御する制御手段（ＣＰＵ４２）とを有する可変減衰力ダンパの制御装置において、前記コイルの目標電流の低下に応じて実電流を低減するために前記スイッチ手段をオフとする電流低減制御時に前記コイルのインダクタンス特性により流れる電流のエネルギーを消費するエネルギー吸収手段（エネルギー吸収回路４４）が設けられたものとした。

これによると、コイルのインダクタンス特性により流れる電流のエネルギーがエネルギー吸収手段で消費されるため、電流低減制御時に電流低減に要する時間を短縮することができ、ダンパの伸びと縮みが切り替わる際に減衰力を速やかに消失させて乗り心地が悪化することを避けることができる。

この場合、コイルの目標電流は、車体の運動状態に関する状態量（例えば横加速度や前後加速度など）に基づいて設定された目標減衰力と、ダンパの伸縮状態に関する状態量（例えばストローク速度）とから求められる。

前記制御装置においては、請求項２に示すとおり、前記エネルギー吸収手段が、電流のエネルギーを消費する電気素子（５１・５２・５４・５５・６１〜６４）と、この電気素子に対して並列に設けられたバイパススイッチ手段（５３・６５）とを有し、前記制御手段が、電流低減制御時に前記バイパススイッチ手段をオフとするように制御する構成とすることができる。

これによると、所要の大きさの減衰力を得るためにスイッチ手段をオンオフする通常制御時に、バイパススイッチ手段をオフとすることで、コイルに流れる回生電流が電気素子に流れることを防止して、エネルギー吸収回路での発熱を抑制することができる。

前記電気素子としては、ダイオードや抵抗が好適であり、そのいずれか一方のみ、あるいは双方を組み合わせて用いると良い。

前記制御装置においては、請求項３に示すとおり、前記コイルの一端が、当該可変減衰力ダンパ内で接地された構成とすることができる。

このようにコイルの一端がダンパ内で接地された構成では、コイルに流れる電流を急速に低減する一般的な手法を採用することができない。例えばＨブリッジ回路を用いてコイルの電源側と接地側とを切り替える手法では、その切り替えにより電源側のラインが接地側に短絡してしまうことから採用することができない。

これに対して、前記の構成の制御装置では、コイルの一端がダンパ内で接地された構成においても、コイルに流れる電流を速やかに立ち下げることができる。

前記制御装置においては、請求項４に示すとおり、前記スイッチ手段のオフ時に前記コイルに回生電流を流すために前記コイルの電源側と接地側とを接続するバイパスライン上に設けられたフライホイールダイオード（４３）を有し、前記エネルギー吸収手段が、前記フライホイールダイオードに対して直列に接続された状態で前記バイパスライン上に設けられた構成とすることができる。

このように本発明によれば、コイルのインダクタンス特性により流れる電流のエネルギーがエネルギー吸収手段で消費されるため、電流低減制御時に電流低減に要する時間を短縮することができ、ダンパの伸びと縮みが切り替わる際に減衰力を速やかに消失させて乗り心地が悪化することを避けることができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明が適用される４輪自動車の概略構成を示す模式図である。ここで、４つ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）と記す一方、総称する場合には、例えば、車輪３と記す。

この自動車（車両）Ｖは、タイヤ２が装着された４つの車輪３を備えており、これら各車輪３がサスペンションアームや、スプリング、ダンパ４等からなるサスペンション５によって車体１に懸架されている。自動車Ｖには、サスペンションシステムの制御主体であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）７や、ＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）８が設置されている。

また、自動車Ｖには、車速を検出する車速センサ９、横加速度を検出する横Ｇセンサ１０、前後加速度を検出する前後Ｇセンサ１１、ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ１２等が車体１の適所に設置されるとともに、ダンパ４の伸縮量を検出するストロークセンサ１３と、ホイールハウス付近の上下加速度を検出する上下Ｇセンサ１４とが各車輪３ごとに設置されている。

ダンパ４は、ＭＲＦを作動流体とする減衰力可変型ダンパであり、ＥＣＵ７によってその減衰力が可変制御される。ＥＣＵ７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（ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して各車輪３のダンパ４や各センサ９〜１４と接続されている。

図２は、図１に示したダンパ４の縦断面図である。このダンパ４は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、ＭＲＦが充填された円筒状のシリンダチューブ２１と、このシリンダチューブ２１に対して軸方向に相対動するピストンロッド２２と、ピストンロッド２２の先端に装着されてシリンダチューブ２１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、シリンダチューブ２１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２２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。

シリンダチューブ２１は、下端のアイピース２１ａに嵌挿されたボルト３１を介して、車輪側部材であるトレーリングアーム３５の上面に連結されている。また、ピストンロッド２２は、上下一対のブッシュ３６とナット３７とを介して、その上端のスタッド２２ａが車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）３８に連結されている。

図３は、図２に示したダンパの作動原理を説明する模式図である。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３９と、この連通路３９に沿って配置されたＭＬＶ（Magnetizable Liquid Valve：磁気流体バルブ）４０を構成するコイル４０ａとが設けられている。ＥＣＵ７からコイル４０ａに電流が供給されると、連通路３９を通過するＭＲＦに磁界（図３中に矢印で磁束を示す）が印可されて強磁性微粒子が鎖状のクラスタを形成し、連通路３９内を通過するＭＲＦの見かけ上の粘度が上昇する。

図４は、図１に示したダンパ４の制御に係る要部を示す構成図である。ＥＣＵ７に設けられるダンパ制御回路は、ハイサイドスイッチ（スイッチ手段）４１と、ＣＰＵ（制御手段）４２と、フライホイールダイオード４３と、エネルギー吸収回路（エネルギー吸収手段）４４とを備えている。

ハイサイドスイッチ４１は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのスイッチ素子からなり、コイル４０ａに対する電源からの給電を断続するものであり、ＣＰＵ４２から出力されるＰＷＭ信号に応じて所定の周期（例えば５０μＳ）でオンオフを繰り返しながらコイル４０ａに流れる電流を増減してダンパ４の減衰力を調整する。

ＣＰＵ４２では、横Ｇセンサ１０で検出される横加速度や前後Ｇセンサ１１で検出される前後加速度などの車体の運動状態を示す情報に基づいて各ダンパ４の目標減衰力が設定され、この目標減衰力と、ストロークセンサ１３の検出値から求められるストローク速度とから、図１０に示す目標電流マップを参照して目標電流が設定され、この目標電流に実電流が近づくようにフィードバック制御される。

フライホイールダイオード４３は、ハイサイドスイッチ４１のオフ時にコイル４０ａに回生電流を流すために、コイル４０ａの電源側のラインＬ１と接地側のラインＬ２とを接続するバイパスラインＬ３上に設けられている。またエネルギー吸収回路４４は、フライホイールダイオード４３に直列に接続された状態でバイパスラインＬ３上に設けられている。

図５は、図４に示したエネルギー吸収回路の具体例を示す構成図である。図５（Ａ）に示す例では、エネルギー吸収回路４４が、エネルギーを消費する電気素子として、互いに直列に接続されたダイオード５１及び抵抗５２と、このダイオード５１及び抵抗５２に対して並列に設けられたバイパススイッチ５３とで構成されている。

バイパススイッチ５３は、ＣＰＵ４２からの駆動信号でオンオフされ、所要の大きさの減衰力を得るために所定周期でハイサイドスイッチをオンオフする通常制御時には、オンのままで、ダイオード５１及び抵抗５２に電流が流れないが、目標電流の急低下に応じて実電流を低減するためにハイサイドスイッチ４１をオフとする電流低減制御時には、ハイサイドスイッチ４１と共にバイパススイッチ５３もオフとなり、ダイオード５１及び抵抗５２に電流が流れる。

図５（Ｂ）・（Ｃ）に示す例では、図５（Ａ）の例でのダイオード（一般整流ダイオード）５１の代わりにツェナーダイオード５４及びバリスタ５５がそれぞれ設けられている。

図６は、図４に示したエネルギー吸収回路４４の別の例を示す構成図である。図７は、図６に示したエネルギー吸収回路４４の動作要領を説明する表である。ここでは、第１の組のダイオード６１及び抵抗６２と第２の組のダイオード６３及び抵抗６４とが直列に接続され、これら２組のダイオード６１・６３及び抵抗６２・６４に対してバイパススイッチ６５が並列に接続され、また第２の組のダイオード６３及び抵抗６４に対してエネルギー吸収量可変スイッチ６６が並列に接続されている。

このエネルギー吸収回路４４では、図７に示すように、バイパススイッチ６５をオンとすることでエネルギー吸収量が０となり、またバイパススイッチ６５をオフとし、且つエネルギー吸収量可変スイッチ６６をオンとすると、エネルギー吸収量が小となり、またバイパススイッチ６５をオフとし、且つエネルギー吸収量可変スイッチ６６をオフとすると、エネルギー吸収量が大となり、エネルギー吸収量を２段階に制御することができる。

図８は、図４に示したダンパ制御回路における電流の状況を示す構成図である。図９は、図４に示したコイル４０ａに流れる電流の変化状況を示すグラフである。

所要の大きさの減衰力を発生させるために設定された目標電流に向けて実電流を増加するためにハイサイドスイッチ４１をオンとする電流増加制御時には、図８（Ａ）に示すように、電源からの電流が、コイル４０ａを通って接地側に流れ、このとき、エネルギー吸収回路４４を経由せずに電流が流れるため、所要の電流値に到達するのに要する時間は従来と同じである。

一方、ストローク速度の変化に伴い目標電流が急に低下したのに応じて実電流を低減するためにハイサイドスイッチ４１をオフとする電流低減制御時には、図８（Ｂ）に示すように、エネルギー吸収回路４４を経由して電流が流れ、このときエネルギー吸収回路４４内のバイパススイッチもオフとなるため、エネルギー吸収回路４４内のダイオード及び抵抗でエネルギーが消費されて、コイル４０ａの実電流を速やかに立ち下げることができる。

なお、所要の大きさの減衰力を得るために所定周期でハイサイドスイッチ４１をオンオフする通常制御時には、エネルギー吸収回路４４内のバイパススイッチはオンのままであり、コイル４０ａに流れる回生電流がエネルギー吸収回路４４内のダイオード及び抵抗に流れることがないため、エネルギー吸収回路４４での発熱を抑制することができる。

本発明が適用される４輪自動車の概略構成を示す模式図である。 図１に示したダンパの縦断面図である。 図２に示したダンパの作動原理を説明する模式図である。 図１に示したダンパの制御に係る要部を示す構成図である。 図４に示したエネルギー吸収回路の具体例を示す構成図である。 図４に示したエネルギー吸収回路の別の例を示す構成図である。 図６に示したエネルギー吸収回路の動作要領を説明する表である。 図４に示したダンパ制御回路における電流の状況を示す構成図である。 図４に示したコイルに流れる電流の変化状況を示すグラフである。 ダンパ制御で用いられる目標電流マップである。

符号の説明

４ ダンパ
７ ＥＣＵ
４０ ＭＬＶ
４０ａ コイル
４１ ハイサイドスイッチ（スイッチ手段）
４２ ＣＰＵ（制御手段）
４３ フライホイールダイオード
４４ エネルギー吸収回路（エネルギー吸収手段）
５１・６１・６３ ダイオード
５２・６２・６４ 抵抗
５３・６５ バイパススイッチ
５４ ツェナーダイオード
５５ バリスタ
６６ エネルギー吸収量可変スイッチ

Claims (4)

1. 磁気粘性流体を用いた可変減衰力ダンパの磁気流体バルブを構成するコイルに対する電源からの給電を断続するスイッチ手段と、このスイッチ手段のオンオフにより当該可変減衰力ダンパの減衰力を制御する制御手段とを有する可変減衰力ダンパの制御装置であって、
   前記コイルの目標電流の低下に応じて実電流を低減するために前記スイッチ手段をオフとする電流低減制御時に前記コイルのインダクタンス特性により流れる電流のエネルギーを消費するエネルギー吸収手段が設けられたことを特徴とする可変減衰力ダンパの制御装置。
2. 前記エネルギー吸収手段が、電流のエネルギーを消費する電気素子と、この電気素子に対して並列に設けられたバイパススイッチ手段とを有し、前記制御手段が、電流低減制御時に前記バイパススイッチ手段をオフとするように制御することを特徴とする請求項１に記載の可変減衰力ダンパの制御装置。
3. 前記コイルの一端が、当該可変減衰力ダンパ内で接地されたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２に記載の可変減衰力ダンパの制御装置。
4. 前記スイッチ手段のオフ時に前記コイルに回生電流を流すために前記コイルの電源側と接地側とを接続するバイパスライン上に設けられたフライホイールダイオードを有し、前記エネルギー吸収手段が、前記フライホイールダイオードに対して直列に接続された状態で前記バイパスライン上に設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の可変減衰力ダンパの制御装置。

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