JP4664759B2 - ストロークセンサの異常判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、前輪および後輪の車体に対する上下方向のストロークをそれぞれ検出する前後のストロークセンサの異常を判定するストロークセンサの異常判定装置に関する。

駆動輪および従動輪の速度差に基づいてトラクションコントロールを行う際に、各車輪のストローク差に基づいてトラクションコントロールの制御値を補正することで、車両の走行時における安定性および操縦性を向上させるとともに乗り心地を改善するものにおいて、各車輪のストローク差が基準値を超えた場合にシステムの異常を判定するものが、下記特許文献１により公知である。
特開平５−２７０３００号公報

ところで、各車輪のストローク差は車両の積載荷重の偏りによって大きく変化するため、単に各車輪のストローク差が基準値を超えた場合にシステムの異常を判定するだけでは精度の高い判定を行うことは困難である。しかも車両の走行中に各車輪のストロークは個別に増減するため、各車輪のストローク差に基づいて異常を判定することは一層難しくなる。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車両の積載荷重の偏りに関わりなく、また車両が走行中であってもストロークセンサの異常を確実に判定できるようにす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、前輪および後輪の車体に対する上下方向のストロークをそれぞれ検出する前後のストロークセンサの異常を判定するストロークセンサの異常判定装置において、車両の左右方向で同じ側の前後輪に対応する前後のストロークセンサの出力をそれぞれ所定時間に亘って積分する積分手段と、前記積分手段で積分した、前記同じ側の前後輪に対応する前後のストロークセンサの出力の積分値の偏差を算出する偏差算出手段と、偏差算出手段で算出した偏差が閾値以上のときに異常を判定する異常判定手段とを備えたことを特徴とするストロークセンサの異常判定装置が提案される。

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、前記同じ側の前後輪に対応する前後のストロークセンサの出力を それぞれハイパスフィルタを通過させてから積分することを特徴とするストロークセンサの異常判定装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、異常判定手段は、車両が直進走行状態にあるときに異常を判定することを特徴とするストロークセンサの異常判定装置が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１ないし請求項３の何れかの構成に加えて、前輪および後輪の位置におけるバネ上加速度をそれぞれ検出するバネ上加速度センサと、バネ上加速度センサの出力から前輪および後輪のストローク状態を推定するストローク状態推定手段と、異常判定手段が異常を判定したときに、前後のストロークセンサの出力とストローク状態推定手段の出力とを比較することで、異常が発生したストロークセンサを特定するストロークセンサ特定手段とを備えたことを特徴とするストロークセンサの異常判定装置が提案される。

尚、実施例のバネ下速度推定手段Ｍ７は本発明のストローク状態推定手段に対応する。

請求項１の構成によれば、車両の左右方向で同じ側の前後輪に対応する前後のストロークセンサの出力を積分手段がそれぞれ所定時間に亘って積分し、偏差算出手段が積分手段で積分した前記同じ側の前後輪に対応する前後のストロークセンサの出力の積分値の偏差を算出し、異常判定手段が偏差算出手段で算出した偏差が閾値以上のときにストロークセンサの異常を判定するので、車両の積載荷重が偏っていても、また車両が走行中であって車輪のストロークが変化していても、ストロークセンサの異常を確実に判定することができる。

請求項２の構成によれば、車両の左右方向で同じ側の前後輪に対応する前後のストロークセンサの出力を、それぞれハイパスフィルタを通過させてから積分するので、周波数の低いバネ上のピッチ共振成分やロール共振成分をカットすることができる。

請求項３の構成によれば、車両が直進走行状態にあるとき、つまり前輪および後輪が路面の同じ位置を通過するときの前後のストロークセンサの出力の積分値の偏差を算出し、この偏差に基づいて異常判定手段が異常を判定するので、異常判定の精度を高めることができる。

請求項４の構成によれば、前後のバネ上加速度センサでそれぞれ検出した前輪および後輪の位置におけるバネ上加速度に基づいてストローク状態推定手段が前輪および後輪のストローク状態を推定し、異常判定手段が異常を判定したときに、前後のストロークセンサの出力とストローク状態推定手段の出力とを比較することで、ストロークセンサ特定手段が前後のストロークセンサのうちの何れに異常が発生したか特定することができる。

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はストロークセンサの異常判定装置のブロック図、図６はバネ下速度推定手段のブロック図である。

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ＳａＦ，ＳａＲからの信号と、ダンパー１４のストロークを検出するストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲからの信号と、車速を検出する車速センサＳｃからの信号と、ヨーレートを検出するヨーレートセンサＳｄからの信号とが入力される。

尚、バネ上加速度センサＳａＦ，ＳａＲおよびストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲの添え字「Ｆ」は前輪のセンサを示し、添え字「Ｒ」は後輪のセンサを示している。

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ＳａＦ，ＳａＲで検出したバネ上加速度、ストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲで検出したダンパー１４のストローク、車速センサＳｃで検出した車速およびヨーレートセンサＳｄで検出したヨーレート等に基づいて、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とともに、ストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲの異常を判定する。

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ＳａＦ，ＳａＲ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、ストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲ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。

次に、電子制御ユニットＵ内のストロークセンサ異常判定装置Ｕａの構成および作用を説明する。

図５に示すように、ストロークセンサ異常判定装置Ｕａは、ハイパスフィルタＭ１と、積分手段Ｍ２と、偏差算出手段Ｍ３と、異常判定手段Ｍ４と、直進走行状態判定手段Ｍ５と、ハイパスフィルタＭ６と、バネ下速度推定手段Ｍ７と、微分手段Ｍ８と、ストロークセンサ特定手段Ｍ９とを備える。尚、ストロークセンサ異常判定装置Ｕａは左側の前輪および後輪（あるいは右側の前輪および後輪）をペアとして、その車両の左右方向で同じ側の前輪および後輪のダンパー１４，１４に設けられたストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲの異常を判定する。

前後のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲの出力をハイパスフィルタＭ１を通過させ、例えば周波数が３Ｈｚ以下のバネ上のピッチ共振成分やロール共振成分をカットする。積分手段Ｍ２は、ハイパスフィルタＭ１を通過した前後のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲの出力をそれぞれ別個に積分する。その積分は所定時間（例えば５秒）毎にリセットされ、過去４回の積分値が逐次更新されながら記憶される。偏差算出手段Ｍ３は、同時に算出された前側のストロークセンサＳｂＦの出力の積分値と後側のストロークセンサＳｂＲの出力の積分値との偏差を算出する。異常判定手段はＭ４は、前記偏差が予め設定した閾値以上になった場合にカウンタをインクリメントする。

但し、異常判定手段はＭ４による上記カウンタのインクリメントは、車両が直進走行状態にあることを条件として行われ、車両が旋回状態にある場合には、前記偏差が予め設定した閾値以上になってもカウンタはインクリメントされない。即ち、直進走行状態判定手段Ｍ５は、車速センサＳｃで検出した車速が２５ｋｍ／ｈ以上であるか、あるいはヨーレートセンサＳｄで検出したヨーレートが０．０５ｒａｄ／ｓ以下である場合に、車両が直進走行状態にあると見なし、カウンタのインクリメントを許可する。その理由は、車速が２５ｋｍ／ｈ未満の状態や、ヨーレートが０．０５ｒａｄ／ｓを越える状態では、前輪および後輪が路面の同じ位置を通過しない可能性が高いので、前後のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲが正常であっても、それらの出力の積分値の偏差が閾値以上になる場合があるからである。

しかして、異常判定手段Ｍ４は、前後のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲの出力の積分値の偏差が所定回数（実施例では４回）続けて閾値以上になった場合に、前後のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲの少なくとも一方に異常が発生したと判定する。

図６はバネ下速度推定手段Ｍ７のブロック図であって、図中のゲインＡ，Ｋ，Ｃａ，Ｃは、それぞれ数１〜数４に示される。

数１〜数４における各パラメータは図３に示されており、ｍ１はバネ下質量、ｍ２はバネ上質量、Ｋａはタイヤの仮想的なバネ１７のバネ定数、Ｋｂはコイルバネ１５のバネ定数、Ｃｂはダンパー１４の減衰係数である。

このようにして、ハイパスフィルタＭ６を通過した前後のバネ上加速度をバネ下速度推定手段Ｍ７で処理することで、前後の推定バネ下速度を得ることができる。

前後のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲのどちらが異常になったかは、次のようにして判定することができる。即ち、バネ下速度推定手段Ｍ７で推定した前後の推定バネ下速度と、ハイパスフィルタＭ１の出力を微分手段Ｍ８で微分して求めた前後の実バネ下速度とをストロークセンサ特定手段Ｍ９において比較し、それらが一致した方のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲが正常であり、不一致になった方のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲが異常であると判定することができる。

以上のように、前後のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲの出力をそれぞれ所定時間に亘って積分した積分値の偏差を算出し、その偏差が閾値以上のときに何れか一方のストロークセンサＳｂＦ，ＳｂＲが異常であると判定するので、車両の積載荷重が偏っていても、また車両が走行中であって車輪のストロークが変化していても確実に異常を判定することができる。

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。

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 ストロークセンサの異常判定装置のブロック図 バネ下速度推定手段のブロック図

ＳａＦ バネ上加速度センサ
ＳａＲ バネ上加速度センサ
ＳｂＦ ストロークセンサ
ＳｂＲ ストロークセンサ
Ｍ１ ハイパスフィルタ
Ｍ２ 積分手段
Ｍ３ 偏差算出手段
Ｍ４ 異常判定手段
Ｍ７ バネ下速度推定手段（ストローク状態推定手段）
Ｍ９ ストロークセンサ特定手段

Claims (4)

1. 前輪および後輪の車体に対する上下方向のストロークをそれぞれ検出する前後のストロークセンサ（ＳｂＦ，ＳｂＲ）の異常を判定するストロークセンサの異常判定装置において、
   車両の左右方向で同じ側の前後輪に対応する前後のストロークセンサ（ＳｂＦ，ＳｂＲ）の出力をそれぞれ所定時間に亘って積分する積分手段（Ｍ２）と、
   前記積分手段（Ｍ２）で積分した、前記同じ側の前後輪に対応する前後のストロークセンサ（ＳｂＦ，ＳｂＲ）の出力の積分値の偏差を算出する偏差算出手段（Ｍ３）と、
   偏差算出手段（Ｍ３）で算出した偏差が閾値以上のときに異常を判定する異常判定手段（Ｍ４）と、
   を備えたことを特徴とするストロークセンサの異常判定装置。
2. 前記同じ側の前後輪に対応する前後のストロークセンサ（ＳｂＦ，ＳｂＲ）の出力を、それぞれハイパスフィルタ（Ｍ１）を通過させてから積分することを特徴とする、請求項１に記載のストロークセンサの異常判定装置。
3. 異常判定手段（Ｍ４）は、車両が直進走行状態にあるときに異常を判定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のストロークセンサの異常判定装置。
4. 前輪および後輪の位置におけるバネ上加速度をそれぞれ検出するバネ上加速度センサ（ＳａＦ，ＳａＲ）と、
   バネ上加速度センサ（ＳａＦ，ＳａＲ）の出力から前輪および後輪のストローク状態を推定するストローク状態推定手段（Ｍ７）と、
   異常判定手段（Ｍ４）が異常を判定したときに、前後のストロークセンサ（ＳｂＦ，ＳｂＲ）の出力とストローク状態推定手段（Ｍ７）の出力とを比較することで、異常が発生したストロークセンサ（ＳｂＦ，ＳｂＲ）を特定するストロークセンサ特定手段（Ｍ９）と、
   を備えたことを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れかに記載のストロークセンサの異常判定装置。

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