JP6250574B2 - Electromagnetic damper - Google Patents
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Description
本発明は、外部振動を電動機の出力軸に入力させ、前記電動機により前記外部振動に対する減衰力を発生させる電磁ダンパに関する。 The present invention relates to an electromagnetic damper in which external vibration is input to an output shaft of an electric motor and a damping force for the external vibration is generated by the electric motor.
特許文献1では、モータの電磁力を利用して減衰力を発生する緩衝器にあっても車両の乗り心地を向上することを目的としている([0007]、要約)。特許文献1の緩衝器Dは、車体Bと車軸との直線相対運動を回転運動に変換する運動変換機構Tと、運動変換機構Tにより変換された回転運動が伝達されるモータMとを備える。緩衝器Dでは、モータMが車体B側に固定されると共に、車体Bと車軸との間に運動変換機構Tが介装されてなり、バネ上側連結質量を軽量化して車軸側からの振動の入力を車体B側へ伝達する力を小さくする。これにより、車両における乗り心地を向上する(要約)。
モータMは、ロータ1の回転トルクを制御可能なように図示しない制御装置及び外部電源に接続されており、所望の減衰力を得られるよう調整される。加えて、モータMを積極的に駆動して緩衝器Dを緩衝器のみならずアクチュエータとして機能させる([0016])。
The motor M is connected to a control device (not shown) and an external power source so that the rotational torque of the
特許文献1の緩衝器D(電磁ダンパ)では、運動変換機構Tが、車体Bと車軸との直線相対運動を回転運動に変換する際及びモータMのロータ1が回転トルクを発生させる際等に慣性力(又は慣性モーメント)が発生する。この慣性力が比較的大きい構成では、緩衝器Dへの入力(例えば、路面からの入力)の加速度が大きい場合、慣性力が緩衝器Dのストロークの変化を阻害する。これに伴い、緩衝器Dによる振動減衰機能が十分に発揮されないこと(例えば、緩衝器Dを車両のサスペンション装置に利用した場合、車両の乗り心地の悪化)を招く可能性がある。
In the shock absorber D (electromagnetic damper) of
本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、振動減衰特性を向上することが可能な電磁ダンパを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an electromagnetic damper capable of improving vibration damping characteristics.
本発明に係る電磁ダンパは、外部振動を電動機の出力軸に入力させ、前記電動機において前記外部振動に対する減衰力を発生させるものであって、前記電動機の出力軸又は前記外部振動を前記電動機に伝達する伝達軸の捻りトルクを検出するトルク検出手段と、前記電動機を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記トルク検出手段により検出された前記捻りトルクを打ち消すように前記電動機を制御することを特徴とする。 An electromagnetic damper according to the present invention inputs external vibration to an output shaft of an electric motor and generates a damping force against the external vibration in the electric motor, and transmits the output shaft of the electric motor or the external vibration to the electric motor. Torque detecting means for detecting torsional torque of the transmission shaft and a control device for controlling the electric motor, wherein the control device controls the electric motor so as to cancel the torsional torque detected by the torque detecting means. It is characterized by that.
本発明によれば、電動機の出力軸又は外部振動を電動機に伝達する伝達軸の捻りトルクを打ち消すように電動機を制御する。捻りトルクは、慣性力等の外乱要因を含んでいる。このため、捻りトルクを抑制しながら電動機の動力を出力軸又は伝達軸に伝達することで、外乱要因の影響を低減し、電動機の動力の目標値をより確実に実現することが可能となる。その結果、電磁ダンパの振動減衰特性を向上すること(例えば、電磁ダンパが車両のサスペンション装置に設けられた場合、車両の乗り心地を向上すること)が可能となる。 According to the present invention, the motor is controlled so as to cancel the torsion torque of the transmission shaft that transmits the output shaft of the motor or external vibration to the motor. The torsion torque includes disturbance factors such as inertia force. For this reason, by transmitting the power of the motor to the output shaft or the transmission shaft while suppressing the torsional torque, it becomes possible to reduce the influence of disturbance factors and more reliably realize the target value of the power of the motor. As a result, it is possible to improve the vibration damping characteristics of the electromagnetic damper (for example, when the electromagnetic damper is provided in a vehicle suspension device, the riding comfort of the vehicle can be improved).
また、前記トルク検出手段が前記電動機の出力軸の捻りトルクを検出する構成では、電磁ダンパ全体の慣性に占める電動機(ロータ等)の慣性の割合が高い場合、電動機の慣性を打ち消し易くすることが可能となる。 Further, in the configuration in which the torque detection means detects the torsional torque of the output shaft of the electric motor, when the inertia ratio of the electric motor (rotor or the like) occupies the inertia of the entire electromagnetic damper, it is easy to cancel out the inertia of the electric motor. It becomes possible.
前記電磁ダンパは、前記伝達軸としてのねじ軸と、前記ねじ軸と螺合するナットとを備え、前記ねじ軸に対する前記ナットの直線運動を前記ねじ軸の回転運動に変換し、前記ねじ軸の回転運動を前記電動機の出力軸に伝達してもよい。 The electromagnetic damper includes a screw shaft as the transmission shaft and a nut screwed with the screw shaft, and converts the linear motion of the nut relative to the screw shaft into a rotational motion of the screw shaft. Rotational motion may be transmitted to the output shaft of the electric motor.
或いは、前記電磁ダンパは、前記伝達軸側に形成されたラックギアと、前記電動機の出力軸側に形成されたピニオンギアとを備え、前記伝達軸の直線運動を前記ラックギア及び前記ピニオンギアにより回転運動に変換し、前記ピニオンギアの回転運動を前記電動機の出力軸に伝達してもよい。 Alternatively, the electromagnetic damper includes a rack gear formed on the transmission shaft side and a pinion gear formed on the output shaft side of the electric motor, and the linear motion of the transmission shaft is rotated by the rack gear and the pinion gear. The rotational movement of the pinion gear may be transmitted to the output shaft of the electric motor.
或いは、前記電磁ダンパは、前記電動機の出力軸を中心として回転する回転アームを備え、前記トルク検出手段は、前記電動機の出力軸又は前記回転アームの前記捻りトルクを検出してもよい。 Alternatively, the electromagnetic damper may include a rotating arm that rotates about the output shaft of the electric motor, and the torque detecting means may detect the torsional torque of the output shaft of the electric motor or the rotating arm.
前記電磁ダンパは、車両のサスペンション装置に設けられてもよい。その場合、前記制御装置は、ステアリングの舵角又は舵角速度の増加に応じて、前記捻りトルクの打ち消し度合いを低減させてもよい。これにより、車両が例えばカーブ路を走行する場合、慣性力の影響を比較的残したままとし、電磁ダンパの減衰力を低減させることが可能となる。従って、乗り心地の向上を図ると共に操舵応答性又は操縦安定性も向上することが可能となる。 The electromagnetic damper may be provided in a vehicle suspension device. In that case, the control device may reduce the degree of cancellation of the twisting torque in accordance with an increase in the steering angle or the steering angular speed of the steering. As a result, when the vehicle travels, for example, on a curved road, the influence of inertial force remains relatively, and the damping force of the electromagnetic damper can be reduced. Therefore, it is possible to improve riding comfort and improve steering response or steering stability.
前記制御装置は、前記車両の車速の増加に応じて、前記捻りトルクの打ち消し度合いを低減させてもよい。これにより、車速が高くなるほど捻りトルクの打ち消し度合いを低減させるので、高車速領域での車両の安定性も確保することが可能となる。 The control device may reduce the degree of cancellation of the twisting torque in accordance with an increase in the vehicle speed of the vehicle. As a result, the degree of cancellation of the twisting torque is reduced as the vehicle speed increases, so that it is possible to ensure the stability of the vehicle in the high vehicle speed region.
前記制御装置は、前記電動機の基準制御量を算出する基準制御量算出部と、前記基準制御量を補正して補正制御量を算出する補正制御量算出部と、前記補正制御量に基づいて前記電動機を制御する電動機制御部とを備えてもよい。前記補正制御量算出部は、前記捻りトルクと前記基準制御量に対応するトルクとの差を前記基準制御量に反映して前記補正制御量を算出してもよい。これにより、捻りトルクに含まれる外乱要因を精度良く除外することが可能となる。 The control device includes a reference control amount calculation unit that calculates a reference control amount of the electric motor, a correction control amount calculation unit that corrects the reference control amount to calculate a correction control amount, and the correction control amount based on the correction control amount. You may provide the electric motor control part which controls an electric motor. The correction control amount calculation unit may calculate the correction control amount by reflecting a difference between the twisting torque and a torque corresponding to the reference control amount in the reference control amount. As a result, it is possible to accurately exclude the disturbance factor included in the twisting torque.
前記トルク検出手段は、例えば、磁歪式トルクセンサとすることができる。これにより、電動機の出力軸又は伝達軸における捻りトルクを高精度に検出することが可能となる。 The torque detection means can be, for example, a magnetostrictive torque sensor. Thereby, it becomes possible to detect the torsion torque in the output shaft or transmission shaft of the electric motor with high accuracy.
本発明によれば、電磁ダンパの振動減衰特性を向上することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve the vibration damping characteristics of the electromagnetic damper.
A.一実施形態
[A1.車両10の構成]
(A1−1.車両10の全体構成)
図1は、本発明の一実施形態に係る電磁ダンパ12(以下「ダンパ12」ともいう。)を搭載した車両10の一部を簡略的に示す図である。本実施形態のダンパ12は、車両10のサスペンション装置の一部を構成する。前記サスペンション装置には、ダンパ12に加えてばね(例えばコイルばね)が含まれる。さらに、車両10は、センサ類14及びバッテリ16を備える。なお、ダンパ12は、前輪(左前輪、右前輪)及び後輪(左後輪、右後輪)の両方に設ける。或いは、ダンパ12は、前輪のみ又は後輪のみに設けてもよい。
A. One Embodiment [A1. Configuration of Vehicle 10]
(A1-1. Overall configuration of vehicle 10)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a part of a
センサ類14には、トルクセンサ20、車速センサ22、舵角センサ24及び電流センサ26が含まれる。トルクセンサ20は、ダンパ12の一部(後述するモータ56の出力軸60)にかかる捻りトルクTd(以下「トルクTd」又は「検出トルクTd」ともいう。)を検出する。
The
本実施形態のトルクセンサ20としては、例えば、磁歪式トルクセンサを用いることができる。なお、トルクセンサ20がセンサ類14に含まれることを示しつつ、ダンパ12(特にダンパ本体30)におけるトルクセンサ20の位置を示すため、図1では、トルクセンサ20を2箇所に示しているが、両者は同一のものである。
As the
車速センサ22は、車両10の車速V[km/h]を検出する。舵角センサ24は、ステアリング28の舵角θst[°]を検出する。電流センサ26は、ダンパ12のモータ56の入出力電流(以下「モータ電流Imot」という。)[A]を検出する。なお、本実施形態のモータ56は、3相交流モータであるため、電流センサ26は、複数相(U相、V相、W相)の電流を検出し、これらの電流をdq変換した後のd軸電流(トルク成分)としてモータ電流Imotを算出する。
The
バッテリ16は、例えば、鉛蓄電池であるが、その他の電源又は蓄電装置(例えば、リチウムイオン電池、ジェネレータ、燃料電池又はキャパシタ)とすることも可能である。
The
(A1−2.ダンパ12)
(A1−2−1.ダンパ12の概要)
図1に示すように、ダンパ12は、ダンパ本体30と、インバータ32と、電子制御装置34(以下「ECU34」という。)とを有する。
(A1-2. Damper 12)
(A1-2-1. Overview of damper 12)
As shown in FIG. 1, the
(A1−2−2.ダンパ本体30)
(A1−2−2−1.ダンパ本体30の概要)
図1に示すように、ダンパ本体30は、連結部40、インナチューブ42及びナット44を、図示しない車輪側の部材として備える。また、ダンパ本体30は、アウタチューブ50、ねじ軸52、ベアリング54及びモータ56を、車体58側の部材として備える。
(A1-2-2. Damper body 30)
(A1-2-2-1. Outline of Damper Body 30)
As shown in FIG. 1, the damper
連結部40は、サスペンション装置のナックル(図示せず)に固定されることで、車輪に連結される。車輪側から連結部40に対して外部振動が入力され、連結部40に図1中、例えば上向きに(いわゆるダンプ方向に)推力が加わると、アウタチューブ50に対してインナチューブ42及びナット44が上昇し、ねじ軸52が回転する。この際、モータ56からねじ軸52に対して反力を発生させることにより、前記サスペンション装置の前記ばねの振動を減衰することが可能となる。
The connecting
ダンパ本体30の基本的構成としては、既存のもの(例えば、特許文献1参照)を用いることが可能である。
As a basic configuration of the damper
(A1−2−2−2.モータ56)
本実施形態のモータ56は、3相交流ブラシレス式であるが、これに限らない。モータ56の出力軸60は、カップリング62を介してねじ軸52に連結又は固定されている。モータ56は、ECU34からの指令に応じてバッテリ16から供給される電力に基づいてねじ軸52に動力(反力)を生成する。また、モータ56は、車輪側からねじ軸52に入力された力に基づき発電(回生)を行うことで生成した電力をバッテリ16に出力してもよい。
(A1-2-2-2. Motor 56)
The
(A1−2−3.インバータ32)
インバータ32は、3相フルブリッジ型の構成とされて、直流/交流変換を行い、直流を3相の交流に変換してモータ56に供給する。インバータ32は、回生動作に伴う交流/直流変換後の直流をバッテリ16に供給してもよい。
(A1-2-3. Inverter 32)
The
(A1−2−4.ECU34)
図1に示すように、ECU34は、入出力部70、演算部72及び記憶部74を有する。入出力部70は、センサ類14、インバータ32等との信号の入出力を行う。
(A1-2-4.ECU34)
As shown in FIG. 1, the
演算部72は、ダンパ12の各部を制御するものであり、基準制御量算出部80、補正制御量算出部82及びモータ制御部84を備える。本実施形態において、基準制御量算出部80、補正制御量算出部82及びモータ制御部84は、記憶部74に記憶された制御プログラムを実行することにより実現される。
The
基準制御量算出部80は、モータ56の基準制御量Urefを算出する。基準制御量Urefは、モータ56を制御する可変量の基準値(補正前の値)であり、本実施形態では、目標基準力Fref_tar[N]である。目標基準力Fref_tarは、モータ56に発生させる力の基準値である。
The reference control
補正制御量算出部82は、基準制御量Urefを補正して補正制御量Ucorを算出する。補正制御量Ucorは、慣性等の外乱要因を打ち消すために基準制御量Urefを補正したものであり、本実施形態では、目標モータ電流Imot_tarである。モータ制御部84は、補正制御量Ucorに基づいてインバータ32を介してモータ56を制御する。
The correction control
記憶部74は、演算部72で用いる制御プログラム等の各種のプログラムやデータを記憶する。
The
[A2.本実施形態における制御]
(A2−1.全体的な流れ)
図2は、本実施形態のECU34の制御の全体的な流れを示すフローチャートである。ステップS1において、ECU34の基準制御量算出部80は、基準制御量Urefを算出する。ステップS2において、ECU34の補正制御量算出部82は、補正制御量Ucorを算出する。ステップS3において、ECU34のモータ制御部84は、補正制御量Ucorに基づいてインバータ32を動作させてモータ56を制御する。
[A2. Control in this embodiment]
(A2-1. Overall flow)
FIG. 2 is a flowchart showing an overall flow of control of the
(A2−2.基準制御量Urefの算出)
上記の通り、基準制御量Urefは、モータ56を制御する可変量の基準値であり、本実施形態では、目標基準力Fref_tar[N]である。例えば、ECU34は、特開2004−237824号公報又は特開2009−078761号公報と同様の方法により基準制御量Urefを算出する。
(A2-2. Calculation of reference control amount Uref)
As described above, the reference control amount Uref is a variable reference value for controlling the
(A2−3.補正制御量Ucorの算出)
(A2−3−1.基本的な考え方)
本実施形態の補正制御量Ucorは、ダンパ本体30の慣性等の外乱要因を打ち消すために用いられる。本実施形態では、ダンパ本体30のうちモータ56のロータ(以下「モータロータ」ともいう。)(図示せず)における慣性が比較的大きい。このため、モータロータにおける慣性を打ち消すことで、モータ56の出力を基準制御量Uref(目標基準力Fref_tar)に近付け易くすることが可能となる。
(A2-3. Calculation of correction control amount Ucor)
(A2-3-1. Basic concept)
The correction control amount Ucor of the present embodiment is used to cancel disturbance factors such as inertia of the damper
(A2−3−2.具体的な処理)
(A2−3−2−1.概要)
図3は、本実施形態におけるモータ56を制御するための構成を、補正制御量Ucorの算出を中心として示すブロック図である。図3に示すように、ECU34の補正制御量算出部82は、目標モータ電流算出部100と、車速反映補正部102と、舵角反映補正部104とを有する。
(A2-3-2. Specific processing)
(A2-3-2-1. Overview)
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration for controlling the
(A2−3−2−2.目標モータ電流算出部100)
目標モータ電流算出部100(以下「算出部100」ともいう。)は、補正制御量Ucorとしての目標モータ電流Imot_tarを算出する。図3に示すように、算出部100は、第1電流変換器110と、トルク変換器112と、第1減算器114と、第2電流変換器116と、第2減算器118とを有する。
(A2-3-2-2. Target motor current calculation unit 100)
Target motor current calculation unit 100 (hereinafter also referred to as “
第1電流変換器110は、基準制御量Urefとしての目標基準力Fref_tar[N]を電流値(目標基準電流Iref_tar)[A]に変換する。トルク変換器112は、目標基準力Fref_tarをトルク値(目標基準トルクTref_tar)[Nm]に変換する。
The first
第1減算器114は、舵角反映補正部104から出力された第2補正トルクTc2と、トルク変換器112からの目標基準トルクTref_tarとの差ΔT1を算出する。第2電流変換器116は、第1減算器114で算出された差ΔT1[Nm]を電流値(F/B電流Ifb)[A]に変換する。第2減算器118は、第1電流変換器110からの目標基準電流Iref_tarと、第2電流変換器116からのF/B電流Ifbとの差を目標モータ電流Imot_tarとして算出し、モータ制御部84に出力する。
The
(A2−3−2−3.車速反映補正部102)
車速反映補正部102(以下「補正部102」ともいう。)は、トルクセンサ20が検出した検出トルクTdに対して車速Vを反映する。図3に示すように、補正部102は、車速−第1ゲインマップ120(以下「マップ120」ともいう。)と、第1レートリミット処理部122と、車速反映増幅器124(以下「第1増幅器124」ともいう。)とを有する。
(A2-3-2-2. Vehicle speed reflection correction unit 102)
The vehicle speed reflection correction unit 102 (hereinafter also referred to as “
図4は、本実施形態における車速−第1ゲインマップ120の内容の一例を示す図である。マップ120は、車速Vと第1ゲインG1との関係を記憶しており、車速センサ22からの車速Vに応じて第1ゲインG1を出力する。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the content of the vehicle speed-
第1ゲインG1は、外乱要因(特に慣性力)に対して車速Vに基づく重み付けを行うためのゲインである。図4に示すように、車速Vが0〜V1の間、車速Vの増加に応じて、第1ゲインG1は増加する。車速VがV1〜V2の間、第1ゲインG1は一定である。車速VがV2を超える場合、車速Vの増加に応じて、第1ゲインG1は減少する。なお、車速V1は、例えば、50〜120km/hのいずれかの値とすることができる。また、車速V2は、例えば、80〜180km/hのいずれかの値とすることができる。 The first gain G1 is a gain for performing weighting based on the vehicle speed V for disturbance factors (particularly inertial force). As shown in FIG. 4, the first gain G1 increases as the vehicle speed V increases while the vehicle speed V is between 0 and V1. While the vehicle speed V is between V1 and V2, the first gain G1 is constant. When the vehicle speed V exceeds V2, the first gain G1 decreases as the vehicle speed V increases. The vehicle speed V1 can be set to any value of 50 to 120 km / h, for example. The vehicle speed V2 can be set to any value of 80 to 180 km / h, for example.
第1ゲインG1は、第1増幅器124において検出トルクTdのゲインとして用いられる。このため、第1ゲインG1が増加すると、検出トルクTdは元の値に近いまま第1減算器114に出力されることとなる。
The first gain G1 is used as a gain of the detected torque Td in the
第1減算器114に出力される検出トルクTd(正確には、第2補正トルクTc2)が元の値に近いほど、第2減算器118で減算されるF/B電流Ifbの絶対値は大きくなり、目標モータ電流Imot_tarは小さくなる。一方、第1減算器114に出力される検出トルクTd(正確には、第2補正トルクTc2)が元の値よりも小さいほど、第2減算器118で減算されるF/B電流Ifbの絶対値は小さくなり、目標モータ電流Imot_tarは大きくなる。従って、第1ゲインG1を用いることで、車速Vが高くなると、検出トルクTdのフィードバックの程度を弱めることができる。
The absolute value of the F / B current Ifb subtracted by the
第1レートリミット処理部122は、マップ120からの第1ゲインG1の前回値と今回値との差の絶対値が、所定の閾値以上とならないように制限をかけて車速反映増幅器124に出力する。
The first rate
第1増幅器124は、第1レートリミット処理部122からの第1ゲインG1を、トルクセンサ20からの検出トルクTdに乗算して第1補正トルクTc1を算出して舵角反映補正部104に出力する。
The
(A2−3−2−4.舵角反映補正部104)
舵角反映補正部104(以下「補正部104」ともいう。)は、車速反映補正部102からの第1補正トルクTc1に対して舵角速度Vθstを反映する。車速反映補正部102と舵角反映補正部104の位置は反対にしてもよい。図3に示すように、補正部104は、舵角速度算出器130と、舵角速度−第2ゲインマップ132(以下「マップ132」ともいう。)と、第2レートリミット処理部134と、舵角速度反映増幅器136とを有する。
(A2-3-2-2. Steering angle reflection correction unit 104)
The steering angle reflection correction unit 104 (hereinafter also referred to as “
舵角速度算出器130(以下「算出器130」ともいう。)は、舵角θst[°]の時間微分値としての舵角速度Vθst[°/sec]を算出する。
The steering angular velocity calculator 130 (hereinafter also referred to as “
図5は、本実施形態における舵角速度−第2ゲインマップ132の内容の一例を示す図である。マップ132は、舵角速度Vθstと第2ゲインG2との関係を記憶しており、算出器130からの舵角速度Vθstに応じて第2ゲインG2を出力する。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the content of the steering angular velocity-
第2ゲインG2は、外乱要因(特に慣性力)に対して舵角θst又は舵角速度Vθstに基づく重み付けを行うためのゲインである。図5に示すように、舵角速度Vθstが0〜Vθ1の間、舵角速度Vθstの増加に応じて、第2ゲインG2は増加する。舵角速度VθstがVθ1を超える場合、第2ゲインG2は一定である。第2ゲインG2の作用は、第1ゲインG1と同様である。すなわち、第2ゲインG2を用いることで、舵角速度Vθstが高くなると、検出トルクTdのフィードバックの程度を弱めることができる。 The second gain G2 is a gain for weighting disturbance factors (particularly inertial force) based on the steering angle θst or the steering angular velocity Vθst. As shown in FIG. 5, when the steering angular velocity Vθst is 0 to Vθ1, the second gain G2 increases as the steering angular velocity Vθst increases. When the steering angular velocity Vθst exceeds Vθ1, the second gain G2 is constant. The operation of the second gain G2 is the same as that of the first gain G1. That is, by using the second gain G2, when the steering angular velocity Vθst increases, the degree of feedback of the detected torque Td can be weakened.
第2レートリミット処理部134は、マップ132からの第2ゲインG2の前回値と今回値との差の絶対値が、所定の閾値以上とならないように制限をかけて舵角速度反映増幅器136に出力する。舵角速度反映増幅器136は、第2レートリミット処理部134からの第2ゲインG2を、車速反映補正部102からの第1補正トルクTc1に乗算した第2補正トルクTc2を目標モータ電流算出部100の第1減算器114に出力する。
The second rate
(A2−4.モータ制御部84の制御)
モータ制御部84(以下「制御部84」ともいう。)は、補正制御量算出部82からの補正制御量Ucor(目標モータ電流Imot_tar)に基づいてインバータ32を介してモータ56を制御する。具体的には、制御部84は、目標モータ電流Imot_tarを実現するようにインバータ32のスイッチング素子(図示せず)のデューティ比を制御する。その際、制御部84は、電流センサ26が検出したモータ電流Imotを用いる。
(A2-4. Control of motor controller 84)
The motor control unit 84 (hereinafter also referred to as “
[A3.本実施形態における効果]
以上のような本実施形態によれば、モータ56(電動機)の出力軸60の捻りトルクTdを打ち消すようにモータ56を制御する(図2、図3)。捻りトルクTdは、慣性力等の外乱要因を含んでいる。このため、捻りトルクTdを抑制しながらモータ56の動力を出力軸60又はねじ軸52(伝達軸)に伝達することで、外乱要因の影響を低減し、モータ56の動力の目標値(目標基準力Fref_tar)をより確実に実現することが可能となる。その結果、電磁ダンパ12の振動減衰特性を向上すること(例えば、車両10の乗り心地を向上すること)が可能となる。
[A3. Effects in this embodiment]
According to the present embodiment as described above, the
また、トルクセンサ20(トルク検出手段)がモータ56の出力軸60の捻りトルクTdを検出する構成では、電磁ダンパ12全体の慣性に占めるモータ56(モータロータ等)の慣性の割合が高い場合、モータ56の慣性を打ち消し易くすることが可能となる。
In the configuration in which the torque sensor 20 (torque detection means) detects the twisting torque Td of the
本実施形態において、ECU34は、舵角速度Vθstの増加に応じて、捻りトルクTdのフィードバックの程度を弱める(図3及び図5)。換言すると、ECU34は、舵角速度Vθstの増加に応じて、捻りトルクTdの打ち消し度合いを低減させる。これにより、車両10が例えばカーブ路を走行する場合、慣性力の影響を比較的残したままとし、電磁ダンパ12の減衰力を低減させることが可能となる。従って、乗り心地の向上を図ると共に操舵応答性又は操縦安定性も向上することが可能となる。
In the present embodiment, the
すなわち、ダンパ12の動作に伴う慣性力は、ダンパ12のばね上又はばね下の加速度に比例することから、ばね上又はばね下の速度に比例する減衰力の発生よりも90度位相が進んでいる。本実施形態では、舵角速度Vθstの増加に応じて捻りトルクTdのフィードバックの程度を弱めるため、モータ56のトルクを比較的高い状態とし、過渡的に接地荷重を増加させ、車輪の姿勢を変化させ難くすることが可能となる。これにより、車輪の横力発生の位相遅れを少なくし、舵角θstに対する応答を早くすることが可能となるので、操舵応答性又は操縦安定性を向上させることができる。
That is, since the inertial force accompanying the operation of the
本実施形態において、ECU34は、車速Vの増加に応じて、捻りトルクTdのフィードバックの程度を弱める(図3及び図4)。換言すると、ECU34は、車速Vの増加に応じて、捻りトルクTdの打ち消し度合いを低減させる。これにより、車速Vが高くなるほど捻りトルクTdのフィードバックの程度を弱める(又は打ち消し度合いを低減させる)ので、舵角速度Vθstと同様の作用により、高車速領域での車両10の安定性も確保することが可能となる。
In the present embodiment, the
本実施形態において、ECU34は、モータ56(電動機)の基準制御量Urefとしての目標基準力Fref_tarを算出する基準制御量算出部80と、目標基準力Fref_tarを補正して補正制御量Ucorとしての目標モータ電流Imot_tarを算出する補正制御量算出部82と、目標モータ電流Imot_tarに基づいてモータ56を制御するモータ制御部84(電動機制御部)とを備える(図1及び図3)。補正制御量算出部82は、捻りトルクTdと目標基準力Fref_tarに対応するトルク(目標基準トルクTref_tar)との差ΔT1を目標基準力Fref_tarに反映して目標モータ電流Imot_tarを算出する(図2及び図3)。これにより、捻りトルクTdに含まれる外乱要因を精度良く除外することが可能となる。
In the present embodiment, the
本実施形態では、トルクセンサ20(トルク検出手段)として磁歪式トルクセンサを用いる(図1)。これにより、モータ56(電動機)の出力軸60の捻りトルクTdを高精度に検出することが可能となる。
In the present embodiment, a magnetostrictive torque sensor is used as the torque sensor 20 (torque detection means) (FIG. 1). As a result, the twist torque Td of the
B.変形例
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
B. Modifications It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various configurations can be adopted based on the description of the present specification. For example, the following configuration can be adopted.
[B1.適用対象]
上記実施形態では、電磁ダンパ12を車両10(特にサスペンション装置)に適用した例を説明した。しかしながら、例えば、捻りトルクTdを打ち消すようにモータ56を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、振動減衰性能を要するその他の装置(例えば、製造装置又はエレベータ)に電磁ダンパ12を適用することも可能である。
[B1. Applicable to]
In the above embodiment, the example in which the
[B2.電磁ダンパ12]
(B2−1.ダンパ本体30)
上記実施形態では、図1に示す構成のダンパ本体30を用いた(図1)。しかしながら、例えば、捻りトルクTdを打ち消すようにモータ56を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、モータ56を使ったアクチュエータを用いるものであれば、電磁油圧ハイブリッド式、ボールねじ式、ラック&ピニオン式、ダイレクト式(リニアモータ)等の構成を適用可能である。
[B2. Electromagnetic damper 12]
(B2-1. Damper body 30)
In the above embodiment, the damper
(B2−1−1.第1変形例)
図6は、本発明の第1変形例に係る電磁ダンパ12a(以下「ダンパ12a」ともいう。)を搭載した車両10Aの一部を簡略的に示す図である。上記実施形態(図1)と同様の構成要素については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。図6では、トルクセンサ20を除き、センサ類14の図示を省略している。
(B2-1-1. First Modification)
FIG. 6 is a diagram schematically showing a part of a
ダンパ12aは、ダンパ本体30aと、インバータ32と、電子制御装置34(ECU34)とを有する。ダンパ本体30aは、連結部40、アウタチューブ50、モータ56及び連結機構150を、図示しない車輪側の部材として備える。また、ダンパ本体30aは、インナチューブ42、ナット44及び接続部材152を、車体58側の部材として備える。
The
連結機構150は、モータ56の出力軸60とねじ軸52とをそれぞれが回転可能に連結する。連結機構150は、ハウジング160と、ベアリング162、164と、ねじ軸部側プーリ166と、無端ベルト168と、モータ側プーリ170と、ベアリング172とを有する。
The
ハウジング160は、ねじ軸部側保持部174と、モータ側保持部176とを有する。ねじ軸部側保持部174は、アウタチューブ50を固定支持すると共に、ベアリング162、164を介してねじ軸52を回転可能に支持する。モータ側保持部176は、ベアリング172を介してモータ56の出力軸60を回転可能に支持する。加えて、モータ側保持部176は、モータ56の側壁を固定支持する。
The
ねじ軸部側プーリ166は、ねじ軸52に固定されている。モータ側プーリ170は、モータ56の出力軸60に固定されている。
The screw shaft
車輪側から連結部40に対して外部振動が入力され、連結部40に図6中、例えば上向きに(いわゆるダンプ方向に)推力が加わると、インナチューブ42及びナット44に対してアウタチューブ50が上昇し、ねじ軸52が回転する。ねじ軸52の回転力は、ねじ軸部側プーリ166、無端ベルト168及びモータ側プーリ170を介してモータ56の出力軸60に伝達される。この際、モータ56からねじ軸52に対して反力を発生させることにより、サスペンション装置のばねの振動を減衰することが可能となる。
When external vibration is input to the connecting
(B2−1−2.第2変形例)
図7は、本発明の第2変形例に係る電磁ダンパ12b(以下「ダンパ12b」ともいう。)を搭載した車両10Bの一部を簡略的に示す図である。上記実施形態(図1)と同様の構成要素については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。図7では、トルクセンサ20を除き、センサ類14の図示を省略している。
(B2-1-2. Second Modification)
FIG. 7 is a diagram schematically showing a part of a
ダンパ12bは、ダンパ本体30bと、インバータ32と、電子制御装置34(ECU34)とを有する。ダンパ本体30bは、連結部40及びインナロッド200(ラック軸)を、図示しない車輪側の部材として備える。また、ダンパ本体30bは、アウタチューブ50a、ピニオン軸202及びモータ56を、車体58側の部材として備える。モータ56の出力軸60には、トルクセンサ20が設けられている。モータ56は、ハウジング204に固定されている。図1と図6の関係のように、車輪側の部材と車体58側の部材を反対にすることも可能である。
The
インナロッド200には、ラック歯212(ラックギア)が形成されている。また、ピニオン軸202には、ピニオン214(ピニオンギア)が形成されている。ラック歯212及びピニオン214によりラック・アンド・ピニオン機構210を構成する。ピニオン軸202は、モータ56の出力軸60に連結されている。
Rack teeth 212 (rack gear) are formed on the
車輪側から連結部40に対して外部振動が入力され、連結部40に図7中、例えば上向きに(いわゆるダンプ方向に)推力が加わると、インナロッド200がアウタチューブ50aに向かって変位し、ピニオン軸202が回転する。ピニオン軸202の回転力は、モータ56の出力軸60に伝達される。この際、モータ56からピニオン軸202に対して反力を発生させることにより、サスペンション装置のばねの振動を減衰することが可能となる。
When external vibration is input from the wheel side to the connecting
ダンパ本体30bの基本的構成としては、既存のもの(例えば、特開2009−150465号公報の図2参照)を用いることが可能である。
As a basic configuration of the damper
(B2−1−3.第3変形例)
図8は、本発明の第3変形例に係る電磁ダンパ12c(以下「ダンパ12c」ともいう。)を搭載した車両10Cの一部を簡略的に示す図である。上記実施形態(図1)と同様の構成要素については同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。図8では、トルクセンサ20を除き、センサ類14の図示を省略している。
(B2-1-3. Third Modification)
FIG. 8 is a diagram schematically showing a part of a vehicle 10C equipped with an
ダンパ12cは、ダンパ本体30cと、インバータ32と、電子制御装置34(ECU34)とを有する。ダンパ本体30cは、連結部40a及び回転アーム250(以下「アーム250」ともいう。)を、図示しない車輪側の部材として備える。また、ダンパ本体30cは、減速機252及びモータ56を、車体側の部材として備える。モータ56の出力軸60には、トルクセンサ20が設けられている。図1と図6の関係のように、車輪側の部材と車体58側の部材を反対にすることも可能である。
The
連結部40aは、サスペンション装置のナックル(図示せず)に固定されることで、車輪に連結される。車輪側から連結部40aに対して外部振動が入力され、連結部40aに図8中、例えば上向きに(いわゆるダンプ方向に)推力が加わると、回転軸Axを中心にアーム250が回転しようとする。この際、減速機252を介してモータ56から回転アーム250に対して反力を発生させることにより、前記サスペンション装置の前記ばねの振動を減衰することが可能となる。
The connecting
ダンパ本体30cの基本的構成としては、既存のもの(例えば、特開平02−227314号公報参照)を用いることが可能である。
As the basic configuration of the damper
(B2−2.モータ56)
上記実施形態では、モータ56として3相交流ブラシレス式モータを用いたが、例えば、捻りトルクTdを打ち消すようにモータ56を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、モータ56は、3相交流ブラシ式モータであってもよい。また、モータ56は、直流モータとすることも可能である。
(B2-2. Motor 56)
In the above-described embodiment, a three-phase AC brushless motor is used as the
(B2−3.トルクセンサ20)
上記実施形態では、トルクセンサ20は、モータ56の外部に配置された(図1、図6〜図8)。しかしながら、例えば、モータ56の動力を伝達する回転軸の捻りトルクTdを検出する観点からすれば、これに限らない。
(B2-3. Torque sensor 20)
In the above embodiment, the
図9は、トルクセンサ20の配置の変形例を示す図である。図9において破線で示すように、トルクセンサ20は、モータ56の内部に配置してもよい。なお、図9では、モータ56の外部に配置したトルクセンサ20を二点鎖線で示している。
FIG. 9 is a view showing a modification of the arrangement of the
上記実施形態では、トルクセンサ20は、モータ56の出力軸60に面して配置されて出力軸60(モータ56の動力を伝達する回転軸)における捻りトルクTdを検出した(図1、図6〜図9)。しかしながら、例えば、モータ56の動力を伝達する回転軸の捻りトルクTdを検出する観点からすれば、これに限らない。
In the above embodiment, the
例えば、トルクセンサ20は、ねじ軸52(図1、図6)、ピニオン軸202(図7)又は回転アーム250(図8)において捻りトルクTdを検出することも可能である。例えば、図6において、アウタチューブ50又はねじ軸部側保持部174のいずれかの部位にトルクセンサ20を配置してもよい。或いは、モータ56の出力軸60とねじ軸52との間に他の回転軸を介在させる場合、当該他の回転軸における捻りトルクTdを出力軸60又はねじ軸52の捻りトルクTdとして利用することも可能である。
For example, the
(B2−4.ECU34)
(B2−4−1.補正制御量算出部82)
上記実施形態では、補正制御量算出部82は、車速反映補正部102と舵角反映補正部104の両方を有していた(図3)。しかしながら、例えば、捻りトルクTdを打ち消すようにモータ56を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、補正制御量算出部82は、車速反映補正部102及び舵角反映補正部104の一方のみを有してもよい。或いは、補正制御量算出部82は、車速反映補正部102及び舵角反映補正部104の両方を備えないことも可能である。
(B2-4.ECU 34)
(B2-4-1. Correction Control Amount Calculation Unit 82)
In the embodiment described above, the correction control
上記実施形態において、舵角反映補正部104は、舵角速度Vθstに基づいて第2ゲインG2を調整した(図3及び図5)。しかしながら、例えば、車両10の横加速度に応じて捻りトルクTdを調整する観点からすれば、これに限らない。例えば、舵角速度Vθstの代わりに舵角θst自体を第2ゲインG2と関連付けてもよい。すなわち、舵角θst(絶対値)が大きくなるほど、第2ゲインG2を増加させてもよい。或いは、舵角反映補正部104は、図示しない横加速度センサで検出した横加速度(絶対値)が大きくなるほど、第2ゲインG2を増加させることも可能である。
In the above embodiment, the steering angle
上記実施形態において、補正制御量算出部82の第2減算器118は、目標基準電流Iref_tarとF/B電流Ifbとの差を目標モータ電流Imot_tarとして算出した(図3)。換言すると、補正制御量算出部82では、基準制御量Urefに対応するトルクと捻りトルクTdとの差ΔT1を、モータ56の電流値[A]を単位として基準制御量Urefに反映した。しかしながら、例えば、基準制御量Urefに対応するトルクと捻りトルクTdとの差を基準制御量Urefに反映する観点からすれば、これに限らず、その他の単位(例えば、トルク[Nm]又は力[N])を用いた計算を行うことも可能である。
In the above embodiment, the
(B2−4−2.その他)
上記実施形態において、ECU34は、デジタル回路で構成することを想定していたが(図1)、一部又は全部をアナログ回路で構成してもよい。
(B2-4-2. Others)
In the above embodiment, the
10、10A、10B、10C…車両
12、12a、12b、12c…電磁ダンパ
20…トルクセンサ(トルク検出手段) 28…ステアリング
30、30a、30b、30c…ダンパ本体(運動変換機構)
34…ECU(制御装置) 44…ナット
52…ねじ軸(伝達軸) 56…モータ(電動機)
60…モータの出力軸 80…基準制御量算出部
82…補正制御量算出部 84…モータ制御部(電動機制御部)
200…インナロッド(伝達軸) 212…ラック歯(ラックギア)
214…ピニオン(ピニオンギア) 250…回転アーム(伝達軸)
Fref_tar…目標基準力 Imot_tar…目標モータ電流
Td…捻りトルク Ucor…補正制御量
Uref…基準制御量 V…車速
Vθst…舵角速度 θst…舵角
ΔT1…差
DESCRIPTION OF
34 ... ECU (control device) 44 ...
60 ... Output shaft of
200 ... Inner rod (transmission shaft) 212 ... Rack teeth (rack gear)
214 ... Pinion (pinion gear) 250 ... Rotating arm (transmission shaft)
Fref_tar ... target reference force Imot_tar ... target motor current Td ... torsion torque Ucor ... correction control amount Uref ... reference control amount V ... vehicle speed V.theta.st ... steer angular velocity .theta.st ... steer angle .DELTA.T1 ... difference
Claims (7)
前記電動機の出力軸又は前記外部振動を前記電動機に伝達する伝達軸の捻りトルクを検出するトルク検出手段と、
前記電動機を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記トルク検出手段により検出された前記捻りトルクを打ち消すように前記電動機を制御し、
更に、前記制御装置は、
前記電動機の基準制御量を算出する基準制御量算出部と、
前記基準制御量を補正して補正制御量を算出する補正制御量算出部と、
前記補正制御量に基づいて前記電動機を制御する電動機制御部と
を備え、
前記補正制御量算出部は、前記捻りトルクと前記基準制御量に対応するトルクとの差を前記基準制御量に反映して前記補正制御量を算出する
ことを特徴とする電磁ダンパ。 An electromagnetic damper that inputs external vibration to an output shaft of an electric motor and generates a damping force against the external vibration in the electric motor,
Torque detecting means for detecting torsion torque of a transmission shaft for transmitting the output shaft of the motor or the external vibration to the motor;
A control device for controlling the electric motor;
With
The control device controls the electric motor to cancel the torsional torque detected by the torque detection means;
Furthermore, the control device comprises:
A reference control amount calculation unit for calculating a reference control amount of the electric motor;
A correction control amount calculation unit for correcting the reference control amount to calculate a correction control amount;
An electric motor control unit for controlling the electric motor based on the correction control amount,
The electromagnetic damper is characterized in that the correction control amount calculation unit calculates the correction control amount by reflecting a difference between the twisting torque and a torque corresponding to the reference control amount in the reference control amount.
前記電磁ダンパは、前記伝達軸としてのねじ軸と、前記ねじ軸と螺合するナットとを備え、
前記ねじ軸に対する前記ナットの直線運動を前記ねじ軸の回転運動に変換し、前記ねじ軸の回転運動を前記電動機の出力軸に伝達する
ことを特徴とする電磁ダンパ。 The electromagnetic damper according to claim 1,
The electromagnetic damper includes a screw shaft as the transmission shaft and a nut screwed with the screw shaft,
An electromagnetic damper, wherein the linear motion of the nut relative to the screw shaft is converted into a rotational motion of the screw shaft, and the rotational motion of the screw shaft is transmitted to the output shaft of the electric motor.
前記電磁ダンパは、前記伝達軸側に形成されたラックギアと、前記電動機の出力軸側に形成されたピニオンギアとを備え、
前記伝達軸の直線運動を前記ラックギア及び前記ピニオンギアにより回転運動に変換し、前記ピニオンギアの回転運動を前記電動機の出力軸に伝達する
ことを特徴とする電磁ダンパ。 The electromagnetic damper according to claim 1,
The electromagnetic damper includes a rack gear formed on the transmission shaft side, and a pinion gear formed on the output shaft side of the electric motor,
The electromagnetic damper, wherein the linear motion of the transmission shaft is converted into rotational motion by the rack gear and the pinion gear, and the rotational motion of the pinion gear is transmitted to the output shaft of the electric motor.
前記電動機の出力軸又は前記外部振動を前記電動機に伝達する伝達軸の捻りトルクを検出するトルク検出手段と、
前記電動機を制御する制御装置と、
前記電動機の出力軸を中心として回転する回転アームと
を備え、
前記制御装置は、前記トルク検出手段により検出された前記捻りトルクを打ち消すように前記電動機を制御し、
前記トルク検出手段は、前記電動機の出力軸又は前記回転アームの前記捻りトルクを検出する
ことを特徴とする電磁ダンパ。 An electromagnetic damper that inputs external vibration to an output shaft of an electric motor and generates a damping force against the external vibration in the electric motor,
Torque detecting means for detecting torsion torque of a transmission shaft for transmitting the output shaft of the motor or the external vibration to the motor;
A control device for controlling the electric motor;
A rotating arm that rotates about the output shaft of the electric motor,
The control device controls the electric motor to cancel the torsional torque detected by the torque detection means;
The electromagnetic damper, wherein the torque detection means detects the torsional torque of the output shaft of the electric motor or the rotary arm.
前記電動機の出力軸又は前記外部振動を前記電動機に伝達する伝達軸の捻りトルクを検出するトルク検出手段と、
前記電動機を制御する制御装置と
を備え、
前記電磁ダンパは、車両のサスペンション装置に設けられ、
前記制御装置は、
前記トルク検出手段により検出された前記捻りトルクを打ち消すように前記電動機を制御し、
ステアリングの舵角又は舵角速度の増加に応じて、前記捻りトルクの打ち消し度合いを低減させる
ことを特徴とする電磁ダンパ。 An electromagnetic damper that inputs external vibration to an output shaft of an electric motor and generates a damping force against the external vibration in the electric motor,
Torque detecting means for detecting torsion torque of a transmission shaft for transmitting the output shaft of the motor or the external vibration to the motor;
A control device for controlling the electric motor;
With
The electromagnetic damper is provided in a vehicle suspension device,
The controller is
Controlling the electric motor so as to cancel the twisting torque detected by the torque detecting means;
An electromagnetic damper, wherein the degree of cancellation of the twisting torque is reduced in accordance with an increase in steering angle or steering angular speed.
前記電動機の出力軸又は前記外部振動を前記電動機に伝達する伝達軸の捻りトルクを検出するトルク検出手段と、
前記電動機を制御する制御装置と
を備え、
前記電磁ダンパは、車両のサスペンション装置に設けられ、
前記制御装置は、
前記トルク検出手段により検出された前記捻りトルクを打ち消すように前記電動機を制御し、
前記車両の車速の増加に応じて、前記捻りトルクの打ち消し度合いを低減させる
ことを特徴とする電磁ダンパ。 An electromagnetic damper that inputs external vibration to an output shaft of an electric motor and generates a damping force against the external vibration in the electric motor,
Torque detecting means for detecting torsion torque of a transmission shaft for transmitting the output shaft of the motor or the external vibration to the motor;
A control device for controlling the electric motor;
With
The electromagnetic damper is provided in a vehicle suspension device,
The controller is
Controlling the electric motor so as to cancel the twisting torque detected by the torque detecting means;
The electromagnetic damper according to claim 1, wherein the degree of cancellation of the twisting torque is reduced according to an increase in a vehicle speed of the vehicle.
前記トルク検出手段は、磁歪式トルクセンサである
ことを特徴とする電磁ダンパ。 In the electromagnetic damper according to any one of claims 1 to 6 ,
The electromagnetic damper is characterized in that the torque detection means is a magnetostrictive torque sensor.
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