DE112010005559T5

DE112010005559T5 - Aufhängungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112010005559T5
Application number: DE201011005559
Authority: DE
Inventors: Atsushi Ogawa; Taisuke Hayashi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2030-05-12
Also published as: WO2011142039A1; CN102883899B; CN102883899A; JP5376053B2; US20130060422A1; US8843274B2; DE112010005559B4; JPWO2011142039A1

Abstract

Eine Aufhängungsvorrichtung 1 enthält einen elektrischen Stoßdämpfer 30, der einen Motor 40 und einen Kugelumlaufspindelmechanismus 35 aufweist, eine elektrische Schaltung 101, eine Invertierungsverstärkungsschaltung 120 und einen Trägheitskompensationskondensator Cp. Die elektrische Schaltung 101 verbindet zwei Elektrizitätsversorgungsanschlüsse des Motors 40 miteinander. Die Invertierungsverstärkungsschaltung 120 ist mit der elektrischen Schaltung 101 verbunden. Der Trägheitskompensationskondensator Cp ist mit dem Ausgangsanschluss O der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 verbunden. Als Ergebnis einer Bewegung eines Annäherns oder Voneinanderentfernens zwischen gefederten und ungefederten Elementen fließt nicht nur ein erzeugter Strom, sondern ebenfalls ein Trägheitsentsprechungsstrom Im, der eine Trägheitskraft eines Drehkörpers wie beispielsweise der Kugelumlaufspindelwelle 36 und des Rotors des Motors 40 repräsentiert, durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 101. Ein Strom Ip, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom Im aufweist, fließt durch den Trägheitskompensationskondensator Cp. Dieser gegenphasige Strom Ip löscht den Trägheitsentsprechungsstrom Im aus.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufhängungsvorrichtung eines Fahrzeugs. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Aufhängungsvorrichtung, die einen Stoßdämpfer aufweist, der eine Dämpfungskraft durch die Verwendung eines Motormoments, das von einem Motor erzeugt wird, erzeugt.
STAND DER TECHNIK
Allgemein enthält eine Aufhängungsvorrichtung eines Fahrzeugs einen Stoßdämpfer und ein Federelement, die zwischen gefederten und ungefederten Elementen des Fahrzeugs angeordnet sind. Das Federelement erzeugt eine elastische Kraft, und der Stoßdämpfer erzeugt eine Dämpfungskraft. Die Dämpfungskraft dämpft Vibrationen zwischen dem gefederten Element (einem Element, das an der Fahrzeugkarosserie montiert ist) und dem ungefederten Element (einem Element, das an dem Rad montiert ist), die dadurch verursacht werden, dass sich das gefederte Element und das ungefederte Element aufeinander zu und voneinander weg bewegen.
Es ist ein Stoßdämpfer bekannt, bei dem ein Motor verwendet wird. Der Motor dieses Stoßdämpfers enthält einen Stator, der mit dem gefederten oder dem ungefederten Element verbunden ist, und einen Rotor, der sich in Bezug auf den Stator dreht. Dieser Stoßdämpfer kann einen Bewegungswandlungsmechanismus aufweisen, der die Bewegungen des Annäherns und des Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen in eine Drehbewegung umwandelt und die resultierende Drehbewegung an den Rotor überträgt.
Gemäß diesem Stoßdämpfer wird, wenn sich die gefederten und ungefederten Elemente annähern und voneinander entfernen, der Rotor des Motors veranlasst, sich beispielsweise über den oben beschriebenen Bewegungswandlungsmechanismus in Bezug auf den Stator zu drehen. Es wird eine induktive elektromotorische Kraft (gegenelektromotorische Kraft) als Ergebnis der Drehung des Rotors erzeugt. Ein induzierter Strom (erzeugter Strom) fließt durch den Motor als Ergebnis der Erzeugung der induktiven elektromotorischen Kraft. Als Ergebnis des erzeugten Stroms, der durch den Motor fließt, wird ein Motormoment erzeugt, das in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors wirkt. Ein derartiges Motormoment wird als die Dämpfungskraft verwendet.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift (kokai) Nr. 2009-257486 beschreibt ein Vibrationssystem, das ein Hauptvibrationssystem und ein diesem hinzugefügtes Zusatzvibrationssystem enthält, wobei das Hauptvibrationssystem und das Zusatzvibrationssystem in einer Richtung vibrieren, in der sie sich aufeinander zu und voneinander weg bewegen. Das Zusatzvibrationssystem enthält einen Motor und einen Kugelumlaufspindelmechanismus (Bewegungswandlungsmechanismus). Außerdem ist eine RLC-Serienschaltung mit dem Motor verbunden, um zu bewirken, dass der erzeugte Strom durch den Motor fließt. Unter Verwendung der RLC-Serienschaltung werden die Trägheitskraft, eine Viskositätskraft und eine elastische Kraft dieses Vibrationssystems repräsentiert.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
19 ist ein Verstärkungsdiagramm, das Übertragungseigenschaften bzw. -kennlinien der Übertragung einer Vibration auf ein gefedertes Element zeigt, die von einer Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, eingegeben wird (gefederte Vibrationsübertragungskennlinie bzw. -eigenschaft). 20 ist ein vergrößertes Diagramm eines Abschnitts P der 19. In diesen Diagrammen repräsentiert eine Kurve A die gefederte Vibrationsübertragungskennlinie in dem Fall, in dem ein Stoßdämpfer verwendet wird, der einen Motor aufweist (im Folgenden wird ein derartiger Stoßdämpfer als ein elektrischer Stoßdämpfer bezeichnet). Eine Kurve B repräsentiert die gefederte Vibrationsübertragungskennlinie in dem Fall, in dem ein herkömmlicher Stoßdämpfer, der eine Fluidviskosität verwendet, verwendet wird (im Folgenden wird ein derartiger Stoßdämpfer als ein herkömmlicher Stoßdämpfer bezeichnet).
Diese Diagramme zeigen, dass bei oder in der Nähe einer gefederten Resonanzfrequenz (bei oder in der Nähe von 1 Hz) im Wesentlichen dieselbe gefederte Vibrationsübertragungskennlinie sowohl für den Fall, in dem der elektrische Stoßdämpfer verwendet wird (Kurve A), als auch in dem Fall, in dem der herkömmliche Stoßdämpfer verwendet wird (Kurve B), erhalten wird. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich bei oder in der Nähe einer ungefederten Resonanzfrequenz (bei oder in der Nähe von 10 Hz) die gefederte Vibrationsübertragungskennlinie, die in dem Fall erhalten wird, in dem der elektrische Stoßdämpfer verwendet wird (Kurve A), von derjenigen in dem Fall, in dem der herkömmliche Stoßdämpfer verwendet wird (Kurve B). Bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz ist das Übertragungsvermögen der Vibration auf das gefederte Element (Verstärkung) in dem Fall, in dem der elektrische Stoßdämpfer verwendet wird, größer als in dem Fall, in dem der herkömmliche Stoßdämpfer verwendet wird. Wenn das Übertragungsvermögen der Vibration auf das gefederte Element groß ist, wird die Vibration, die von der Straßenoberfläche eingegeben wird, in einem größeren Ausmaß auf das gefederte Element übertragen. Dieses bedeutet, dass die Verwendung eines elektrischen Stoßdämpfers die Dämpfungskrafteigenschaft in dem ungefederten Resonanzfrequenzband verschlechtert, wodurch sich die Fahrqualität des Fahrzeugs verschlechtert.
Die Bewegungsgleichungen eines Vibrationssystems, das durch ein gefedertes Element, ein ungefedertes Element sowie einen herkömmlichen Stoßdämpfer und ein Federelement, die zwischen den beiden Elementen angeordnet sind, ausgebildet wird, werden durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt.
In den Gleichungen (1) und (2) ist M_u die Masse des gefederten Elements, K_s ist die Federkonstante des Federelements, C_o ist ein Dämpfungskoeffizient, K_t ist die Elastizitätskonstante eines Reifens, Z_u ist die vertikale Verschiebung des gefederten Elements, Z_u' ist die vertikale Geschwindigkeit des gefederten Elements, Z_u'' ist die vertikale Beschleunigung des gefederten Elements, Z_w ist die vertikale Verschiebung des ungefederten Elements, Z_w' ist die vertikale Geschwindigkeit des ungefederten Elements, Z_w'' ist die vertikale Beschleunigung des ungefederten Elements und Z_r ist die vertikale Verschiebung der Straßenoberfläche.
Die Bewegungsgleichungen eines Vibrationssystems, das durch ein gefedertes Element, ein ungefedertes Element sowie einen elektrischen Stoßdämpfer und ein Federelement, die zwischen den beiden Elementen angeordnet sind, ausgebildet ist, werden durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt.
In den Gleichungen (3) und (4) ist J das Trägheitsmoment eines Drehkörpers (beispielsweise des Rotors eines Motors), der in dem elektrischen Stoßdämpfer enthalten ist und sich als Ergebnis der Bewegungen des Annäherns und des Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen dreht. [2π/N] ist das Verhältnis (Geschwindigkeitsverringerungsverhältnis) zwischen dem Betrag der Ausdehnung/Kontraktion des elektrischen Stoßdämpfers und dem Betrag der Drehung (Drehwinkel) des Drehkörpers. In dem Fall beispielsweise, in dem der elektrische Stoßdämpfer einen Kugelumlaufspindelmechanismus als einen Bewegungswandlungsmechanismus enthält, entspricht N der Ganghöhe der Kugelumlaufspindelbälle. Der erste Ausdruck jeweils auf der rechten Seite der Gleichungen (3) und (4) repräsentiert jeweils die Trägheitskraft des Drehkörpers.
Wie aus dem Vergleich zwischen den Gleichungen (1) und (3) sowie zwischen den Gleichungen (2) und (4) ersichtlich ist, unterscheiden sich die Bewegungsgleichungen des Vibrationssystems, das einen elektrischen Stoßdämpfer enthält, von denjenigen des Vibrationssystems, das einen herkömmlichen Stoßdämpfer enthält, nur darin, dass die Bewegungsgleichungen des Vibrationssystems, das einen elektrischen Stoßdämpfer enthält, Ausdrücke für die Trägheit des Drehkörpers enthalten. Das heißt, in dem Fall, in dem ein elektrischer Stoßdämpfer verwendet wird, verschlechtert sich die Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz als Ergebnis des Einflusses der Trägheitskraft des Drehkörpers auf die Dämpfungskraft, wie es in den 19 und 20 gezeigt ist. Da die Masse des Drehkörpers nahe bei derjenigen des ungefederten Elements liegt, ist der Einfluss der Masse des Drehkörpers auf Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz groß, was die Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz denkbar verschlechtert.
Die vorliegende Erfindung entstand, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist ihre Aufgabe, eine Aufhängungsvorrichtung zu schaffen, bei der ein elektrischer Stoßdämpfer verwendet wird und die eine verbesserte gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz aufweist.
Eine Aufhängungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Stoßdämpfer, der einen Motor, der einen Stator aufweist, der mit einem gefederten oder einem ungefederten Element des Fahrzeugs gekoppelt ist, und einen Rotor enthält, der in Bezug auf den Stator drehbar ist, wobei aufgrund einer induktiven elektromotorischen Kraft, die erzeugt wird, wenn der Rotor als Ergebnis von Bewegungen eines Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen gedreht wird, ein induzierter Strom durch den Motor fließt, wodurch eine Dämpfungskraft erzeugt wird; eine elektrische Schaltung, die eine elektrische Verbindung zwischen zwei Elektrizitätsversorgungsanschlüssen des Motors erstellt; und einen elektrischen Eigenschaftseinstellteil, der eine elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung einstellt bzw. anpasst, um eine Trägheit zu verringern, die einem Strom entspricht, der ein Strom ist, der durch den Motor fließt, und eine Trägheitskraft eines Drehkörpers repräsentiert, der zumindest den Rotor enthält und sich als Ergebnis der Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen dreht.
Gemäß der Aufhängungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung bewirkt diese Bewegung des Annäherns und Voneinanderentfernens, dass sich der Rotor in Bezug auf den Stator dreht, wenn sich das gefederte Element und das ungefederte Element aneinander annähern und voneinander entfernen. Wenn sich der Rotor in Bezug auf den Stator dreht, wird eine induktive elektromotorische Kraft (gegenelektromotorische Kraft) aufgrund einer elektromagnetischen Induktion erzeugt: Aufgrund der induktiven elektromotorischen Kraft fließt ein induzierter Strom (erzeugter Strom) durch den Motor (durch die Spulen des Motors). Dieser erzeugte Strom fließt in die elektrische Schaltung, die die beiden Elektrizitätsversorgungsanschlüsse des Motors miteinander verbindet. Als Ergebnis dessen, dass der erzeugte Strom durch den Motor und die elektrische Schaltung fließt, wird ein Motormoment erzeugt, das in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Drehrichtung des Rotors wirkt. Dieses Motormoment dient als eine Dämpfungskraft gegen Vibrationen zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element, die als Ergebnis der Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element erzeugt werden. Die Vibrationen werden durch die Dämpfungskraft gedämpft.
Der Stoßdämpfer der vorliegenden Erfindung weist einen Drehkörper wie beispielsweise den Rotor des Motors auf, der sich als Ergebnis der Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element dreht. Zusätzlich zu dem induzierten Strom (erzeugter Strom), der zu einer Erzeugung der Dämpfungskraft beiträgt, fließt ein Strom (Trägheitsentsprechungsstrom), der die Trägheitskraft des Drehkörpers elektrisch repräsentiert, durch den Motor und die elektrische Schaltung. Die Phase des Trägheitsentsprechungsstroms unterscheidet sich von derjenigen des induzierten Stroms (erzeugter Strom). Dementsprechend beeinflusst die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom repräsentiert wird, nachteilig die Dämpfungskraft, und demzufolge verschlechtert sich die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz.
Diesbezüglich stellt der elektrische Eigenschaftseinstellteil der vorliegenden Erfindung die elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung derart ein, dass sich der Trägheitsentsprechungsstrom verringert. Daher wird der Trägheitsentsprechungsstrom verringert oder ausgelöscht. Als Ergebnis dessen, dass der Trägheitsentsprechungsstrom verringert oder ausgelöscht wird, wird der Einfluss der Trägheitskraft auf die Dämpfungskraft verringert oder beseitigt. Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Der Trägheitsentsprechungsstrom wird durch einen Strom repräsentiert, der durch einen Trägheitsentsprechungskondensator fließt, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung geschaltet ist und eine Kapazität aufweist, die der Trägheit (Trägheitsmoment) des Drehkörpers entspricht. Dementsprechend wird durch Verringern des Stroms, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator fließt, durch den elektrischen Eigenschaftseinstellteil die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Vorzugsweise weist der elektrische Eigenschaftseinstellteil auf: eine Invertierungsverstärkungsschaltung, die einen Operationsverstärker, einen Eingangswiderstand und einen Rückkopplungswiderstand enthält, wobei der Operationsverstärker einen nicht invertierenden Eingangsanschluss, der mit einem Elektrizitätsversorgungsanschluss des Motors verbunden ist, einen invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem anderen Elektrizitätsversorgungsanschluss des Motors verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss aufweist; und einen Trägheitskompensationskondensator, der mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist.
Die Invertierungsverstärkungsschaltung ist eine Verstärkungsschaltung, die ein Ausgangssignal ausgibt, das eine Gegenphase (eine Phasenverschiebung von 180°) in Bezug auf das Eingangssignal aufweist. In dem Fall, in dem der nicht invertierende Eingangsanschluss der Invertierungsverstärkungsschaltung mit einem Elektrizitätsversorgungsanschluss des Motors verbunden ist und der invertierende Elektrizitätsversorgungsanschluss mit dem anderen Elektrizitätsversorgungsanschluss des Motors verbunden ist, wird die induktive elektromotorische Kraft (gegenelektromotorische Kraft), die von dem Motor erzeugt wird, zwischen den Eingangsanschlüssen der Invertierungsverstärkungsschaltung angelegt. Daher wird eine Spannung, die eine Gegenphase zu der induktiven elektromotorischen Kraft aufweist, an die Ausgangsanschlussseite angelegt.
Außerdem ist ein Trägheitskompensationskondensator mit dem Ausgangsanschluss der Invertierungsverstärkungsschaltung verbunden. Daher fließt ein Strom, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom aufweist, durch den Trägheitskompensationskondensator aufgrund dessen, dass die Spannung an die Ausgangsanschlussseite angelegt wird (Spannung, die eine Gegenphase zu der induktiven elektromotorischen Kraft aufweist). Das heißt, der Strom, der durch den Trägheitskompensationskondensator fließt, ist ein Strom, der eine Gegenphase zu dem Strom aufweist, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator fließt, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung geschaltet ist. Da der Strom mit der Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom durch den Trägheitskompensationskondensator fließt, wird der Trägheitsentsprechungsstrom verringert. Als Ergebnis der Verringerung des Trägheitsentsprechungsstroms wird der Einfluss der Trägheitskraft auf die Dämpfungskraft verringert. Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Vorzugsweise werden der Verstärkungsfaktor der Invertierungsverstärkungsschaltung und die Kapazität des Trägheitskompensationskondensators derart bestimmt, dass der Trägheitsentsprechungsstrom durch den Strom, der durch den Trägheitskompensationskondensator fließt, verringert werden kann. Vorzugsweise werden der Verstärkungsfaktor der Invertierungsverstärkungsschaltung und die Kapazität des Trägheitskompensationskondensators derart bestimmt, dass der Strom, der durch den Trägheitskompensationskondensator fließt, im Wesentlichen gleich dem Trägheitsentsprechungsstrom wird.
Weiter vorzugsweise wird der Verstärkungsfaktor der Invertierungsverstärkungsschaltung auf 1 eingestellt, und der Trägheitskompensationskondensator weist eine Kapazität auf, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht. Insbesondere wird die Kapazität des Trägheitskompensationskondensators vorzugsweise auf einen Wert (J/K_m ²) eingestellt, der durch Teilen des Trägheitsmoments J des Drehkörpers durch das Quadrat der Drehmomentkonstante K_m des Motors erhalten wird. Da der Verstärkungsfaktor und die Kapazität auf diese Weise bestimmt werden, fließt ein Strom, der dieselbe Größe und eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom aufweist, durch den Trägheitskompensationskondensator. Da ein Strom, der die gleiche Größe wie der Trägheitsentsprechungsstrom und eine Gegenphase zu diesem aufweist, durch den Trägheitskompensationskondensator fließt, wird der Trägheitsentsprechungsstrom ausgelöscht. Als Ergebnis dessen, dass der Trägheitsentsprechungsstrom ausgelöscht wird, wird der Einfluss der Trägheitskraft auf die Dämpfungskraft beseitigt. Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert. Da der Strom, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom aufweist, automatisch durch die Invertierungsverstärkungsschaltung erzeugt wird, wird außerdem ein Rechenprozess, der von einem Mikrocomputer durchgeführt wird, nicht benötigt, um den Einfluss der Trägheit zu beseitigen. Daher kann durch Verwenden der vorliegenden Erfindung für einen elektrischen Stoßdämpfer, der keine Steuerung, die von einem Mikrocomputer durchgeführt wird, benötigt, eine Aufhängungsvorrichtung geschaffen werden, die einen kostengünstigen und hochleistungsfähigen elektrischen Stoßdämpfer enthält.
Der Strom, der durch den Trägheitskompensationskondensator fließt, kann der elektrischen Schaltung zugeführt werden. Außerdem ist der Trägheitskompensationskondensator vorzugsweise im Wesentlichen zwischen den Ausgangsanschluss und den nicht invertierenden Eingangsanschluss oder den einen Elektrizitätsversorgungsanschluss des Motors geschaltet. Wie es in einer später beschriebenen Ausführungsform gezeigt ist, können ein Verbindungspfad, der mit dem Trägheitskompensationskondensator verbunden ist, und ein Verbindungspfad, der den nicht invertierenden Eingangsanschluss der Invertierungsverstärkungsschaltung und die elektrische Schaltung miteinander verbindet, dasselbe Potenzial aufweisen.
Das Merkmal einer anderen Aufhängungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der elektrische Eigenschaftseinstellteil die elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung derart einstellt, dass eine Antiresonanzfrequenz einer parallelen Resonanzschaltung, die durch die elektrische Schaltung und einen Trägheitsentsprechungskondensator ausgebildet wird, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung geschaltet ist und eine Kapazität aufweist, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht, mit einer vorbestimmten Frequenz übereinstimmt, die gleich oder nahe bei einer ungefederten Resonanzfrequenz ist.
Wie es oben beschrieben wurde, wird die Trägheitskraft des Drehkörpers durch den Trägheitsentsprechungsstrom elektrisch repräsentiert, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator fließt, der parallel zu der elektrischen Schaltung geschaltet ist und eine Kapazität aufweist, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht. Daher kann eine parallele Resonanzschaltung durch die elektrische Schaltung und den Trägheitsentsprechungskondensator ausgebildet werden, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung geschaltet ist. In der vorliegenden Erfindung wird die elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung derart eingestellt, dass die Antiresonanzfrequenz der parallelen Resonanzschaltung mit einer vorbestimmten Frequenz übereinstimmt, die gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist. In dem Fall, in dem die Antiresonanzfrequenz die ungefederte Resonanzfrequenz ist, erhöht sich die Impedanz der elektrischen Schaltung für Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband. Wenn sich die Impedanz der elektrischen Schaltung erhöht, verringern sich der Trägheitsentsprechungsstrom und der induzierte Strom (erzeugte Strom), der zu der Erzeugung der Dämpfungskraft. beiträgt, die durch den Motor und die elektrische Schaltung fließen. Daher wird die Dämpfungskraft für Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband verringert. Da die Dämpfungskraft für Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband verringert wird, werden Vibrationen, die von der Straßenoberfläche eingegeben werden, durch Prellbewegungen nur des ungefederten Elements absorbiert. Daher wird eine Übertragung der Vibrationen auf das gefederte Element unterdrückt. Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Vorzugsweise ist ein externer Widerstand, dessen Widerstandswert variabel ist, mit der elektrischen Schaltung verbunden; und der elektrische Eigenschaftseinstellteil weist auf: einen Solldämpfungskraftrechenabschnitt, der eine Solldämpfungskraft berechnet, die ein Sollwert der Dämpfungskraft ist, die von dem Stoßdämpfer erzeugt wird,; einen Bedarfswiderstandswertrechenabschnitt, der auf der Grundlage der Solldämpfungskraft einen benötigten Widerstandswert berechnet, der ein externer Widerstandswert ist, der von der elektrischen Schaltung benötigt wird, um zu bewirken, dass der Stoßdämpfer die Solldämpfungskraft erzeugt; und einen Widerstandswertkorrekturabschnitt, der den Widerstandswert des externen Widerstands derart korrigiert, dass der Widerstandswert des externen Widerstands eine kombinierte Impedanz aus dem benötigten Widerstandswert und einer benötigten Induktivität repräsentiert, die im Voraus als eine externe Induktivität bestimmt wird, die von der elektrischen Schaltung benötigt wird, um zu bewirken, dass die Antiresonanzfrequenz mit der vorbestimmten Frequenz, die gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist, übereinstimmt.
Die Dämpfungskraft, die von dem Stoßdämpfer erzeugt wird, hängt von dem Widerstandswert des Widerstands, der mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, ab. In der vorliegenden Erfindung wird eine Solldämpfungskraft, die ein Sollwert der Dämpfungskraft ist, auf der Grundlage der Skyhook-Theorie oder Ähnlichem erhalten, und ein externer Widerstandswert (benötigter Widerstandswert), den die elektrische Schaltung benötigt, um zu bewirken, dass der Stoßdämpfer die Solldämpfungskraft erzeugt, wird auf der Grundlage der Solldämpfungskraft erhalten. Außerdem wird eine externe Induktivität (benötigte Induktivität), die die elektrische Schaltung benötigt, um zu bewirken, dass die Antiresonanzfrequenz der parallelen Resonanzschaltung, die durch die elektrische Schaltung und den Trägheitsentsprechungskondensator ausgebildet wird, mit der vorbestimmten Frequenz, die gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist, übereinstimmt, im Voraus erhalten.
Dann wird der Widerstandswert des externen Widerstands derart korrigiert (variabel gesteuert), dass der Widerstandswert des externen Widerstands, der mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, die kombinierte Impedanz aus dem benötigten Widerstandswert und der benötigten Induktivität repräsentiert. Daher ist es nicht notwendig, eine. Spule (Induktor) zum Erzielen der benötigten Induktivität mit der elektrischen Schaltung zu verbinden.
In dem Fall, in dem der Widerstandswert des externen Widerstands wie oben beschrieben korrigiert wird, erzeugt der Stoßdämpfer die Solldämpfungskraft gegen beispielsweise Vibrationen bei oder in der Nähe der gefederten Resonanzfrequenz, wodurch die Vibrationen schnell gedämpft werden. Außerdem wird für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz die Dämpfungskraft verringert, da sich die Impedanz der elektrischen Schaltung aufgrund der Antiresonanz erhöht. Da die Dämpfungskraft verringert wird, werden Vibrationen, die von der Straßenoberfläche eingegeben werden, durch Prellbewegungen nur des ungefederten Elements absorbiert. Daher wird eine Übertragung der Vibrationen auf das gefederte Element unterdrückt. Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
In der vorliegenden Beschreibung kann der „externe Widerstand, dessen Widerstandswert variabel ist”, ein beliebiger externer Widerstand sein, solange der externe Widerstand derart aufgebaut ist, dass der Strom, der durch diesen fließt, geändert werden kann. Der Ausdruck „externer Widerstand, dessen Widerstandswert variabel ist”, meint nicht nur einen variablen Widerstand, dessen Widerstandswert selbst geändert werden kann, sondern ebenfalls eine Schaltung, die einen festen Widerstand und einen Schaltelement enthält und derart aufgebaut ist, dass der Strom, der durch den festen Widerstand fließt, durch Steuern eines Öffnens/Schließens (d. h. einer Tastverhältnissteuerung) des Schaltelements geändert wird.
Das Merkmal einer weiteren Aufhängungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der elektrische Eigenschaftseinstellteil aufweist: einen Trägheitsentsprechungsstromrechenabschnitt, der den Trägheitsentsprechungsstrom auf der Grundlage der induktiven elektromotorischen Kraft und einer Kapazität, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht, berechnet; und eine Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung, die der elektrischen Schaltung einen Trägheitskompensationsstrom zuführt, der eine Strom mit einer Gegenphase zu dem berechneten Trägheitsentsprechungsstrom ist.
Ein Trägheitskompensationsstrom, der ein Strom mit einer Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom ist, wird der elektrischen Schaltung durch die Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung zugeführt. Da der Trägheitskompensationsstrom durch die elektrische Schaltung fließt, wird der Trägheitsentsprechungsstrom verringert oder ausgelöscht. Als Ergebnis dessen, dass der Trägheitsentsprechungsstrom verringert oder ausgelöscht wird, wird der Einfluss der Trägheitskraft auf die Dämpfungskraft beseitigt. Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Eine weitere Aufhängungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist auf: ein erstes Element, das eine erste Impedanz aufweist; ein zweites Element, das eine zweite Impedanz aufweist; und eine Verbindungszustandswechselvorrichtung, die selektiv das erste Element oder das zweite Element mit der elektrischen Schaltung verbindet. Die erste Impedanz wird im Voraus derart eingestellt, dass eine Vibration des gefederten Elements durch eine Dämpfungskraft, die erzeugt wird, wenn das erste Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, unterdrückt wird. Die zweite Impedanz wird im Voraus derart eingestellt, dass, wenn das zweite Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, die Impedanz der elektrischen Schaltung kleiner als eine Impedanz wird, die durch eine Kapazität repräsentiert wird, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht. Der elektrische Eigenschaftseinstellteil steuert einen Betrieb der Verbindungszustandswechselvorrichtung derart, dass das erste Element mit der elektrischen Schaltung in dem Fall verbunden wird, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom kleiner als ein normaler Strom ist, der der induzierte Strom ist, der durch die elektrische Schaltung fließt, wenn das erste Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, und das zweite Element mit der elektrischen Schaltung in dem Fall verbunden wird, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der normale Strom ist.
In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom kleiner als ein normaler Strom ist, der der induzierte Strom (erzeugte Strom) ist, der durch die elektrische Schaltung fließt, wenn das erste Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, ist der Einfluss der Trägheitskraft des Drehkörpers auf die Dämpfungskraft klein. Daher ist die Notwendigkeit, den Einfluss der Trägheitskraft zu beseitigen, gering. In einem derartigen Fall wird das erste Element, das eine erste Impedanz aufweist, mit der elektrischen Schaltung verbunden. Somit werden Vibrationen des gefederten Elements wirksam unterdrückt. Im Gegensatz dazu ist in dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der normale Strom ist, der Einfluss der Trägheitskraft des Drehkörpers auf die Dämpfungskraft groß. Auch in dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der normale Strom ist, wird sehr wahrscheinlich eine Vibration bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz auf den Stoßdämpfer eingegeben. Diese Tatsachen zeigen, dass sich in dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der normale Strom ist, die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband verschlechtert. In einem derartigen Fall wird erfindungsgemäß das zweite Element, das eine zweite Impedanz aufweist, mit der elektrischen Schaltung verbunden. Die zweite Impedanz wird im Voraus derart eingestellt, dass, wenn das zweite Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, die Impedanz der elektrischen Schaltung kleiner als eine Impedanz wird, die durch eine Kapazität repräsentiert wird, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht, das heißt, die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators. Somit fließt ein großer induzierter Strom zu der Seite des zweiten Elements, wodurch der Trägheitsentsprechungsstrom relativ verringert wird. Da sich der Trägheitsentsprechungsstrom relativ verringert, wird der Einfluss der Trägheitskraft auf die Dämpfungskraft verringert. Demzufolge wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Die oben beschriebene Impedanz der elektrischen Schaltung meint die Gesamtimpedanz, die nicht nur die Impedanz eines Elements, das extern mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, sondern auch die interne Impedanz des Motors wie beispielsweise die Induktivität des Motors und den Innenwiderstand des Motors enthält.
Die zweite Impedanz kann eine Impedanz sein, die von der elektrischen Schaltung benötigt wird, um derart betrieben zu werden, dass, wenn das zweite Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, eine Antiresonanzfrequenz einer parallelen Resonanzschaltung, die durch die elektrische Schaltung und einen Trägheitsentsprechungskondensator ausgebildet wird, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung geschaltet ist und eine Kapazität aufweist, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht, mit einer vorbestimmten Frequenz übereinstimmt, die gleich oder nahe bei einer ungefederten Resonanzfrequenz ist. Mittels dieser Konfiguration stimmt die Antiresonanzfrequenz der parallelen Resonanzschaltung, die durch die elektrische Schaltung und den Trägheitsentsprechungskondensator ausgebildet wird, mit einer vorbestimmten Frequenz überein, die gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist, wenn das zweite Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist. In dem Fall, in dem die Antiresonanzfrequenz die ungefederte Resonanzfrequenz ist, erhöht sich die Impedanz der elektrischen Schaltung für Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband. Wenn sich die Impedanz der elektrischen Schaltung erhöht, verringern sich der Trägheitsentsprechungsstrom und der induzierte Strom (erzeugte Strom), der zu der Dämpfungskraft beiträgt, die durch den Motor und die elektrische Schaltung fließen. Daher wird die Dämpfungskraft gegen die Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband verringert. Da die Dämpfungskraft gegen Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband wie oben beschrieben verringert wird, werden Vibrationen, die von der Straßenoberfläche eingegeben werden, alleine durch Prellbewegungen des ungefederten Elements absorbiert. Daher wird eine Übertragung der Vibrationen auf das gefederte Element unterdrückt. Dementsprechend wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Eine weitere Aufhängungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung weist auf: einen externen Widerstand, der mit der elektrischen Schaltung verbunden ist; einen Schalter, der betrieben werden kann, um die elektrische Schaltung zu öffnen und zu schließen; und einen Tastverhältnissteuerabschnitt zum Steuern eines Tastverhältnisses des Schalters. Der elektrische Eigenschaftseinstellteil ist derart aufgebaut, dass, wenn der Trägheitsentsprechungsstrom kleiner als der induzierte Strom ist, der elektrische Eigenschaftseinstellteil das Tastverhältnis des Schalters auf 100% einstellt, und, wenn der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der induzierte Strom ist, der elektrische Eigenschaftseinstellteil das Tastverhältnis des Schalters auf ein vorbestimmtes Tastverhältnis derart einstellt, dass die Dämpfungskraft, die von dem Stoßdämpfer erzeugt wird, gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Dämpfungskraft wird.
In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom kleiner als der induzierte Strom (erzeugte Strom) ist, der zu einer Erzeugung der Dämpfungskraft beiträgt, kann eine gewünschte Dämpfungskraft durch Einstellen des Tastverhältnisses des Schalters auf 100% erzeugt werden. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der induzierte Strom ist, das Tastverhältnis des Schalters auf ein vorbestimmtes niedriges Tastverhältnis (beispielsweise 50%) derart eingestellt, dass die Dämpfungskraft, die von dem Stoßdämpfer erzeugt wird, gleich oder kleiner als eine vorbestimmte niedrige Dämpfungskraft wird. In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der induzierte Strom ist, wird sehr wahrscheinlich eine Vibration bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz auf den Stoßdämpfer eingegeben. Das heißt, gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Tastverhältnis des Schalters verringert, wenn eine Vibration bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz auf den Stoßdämpfer eingegeben wird. Somit wird der Strom, der durch den Motor und die elektrische Schaltung fließt, verringert. Als Ergebnis wird die Dämpfungskraft verringert. Da die Dämpfungskraft verringert wird, prellt nur das ungefederte Element bei Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz, wodurch eine Übertragung der Vibrationen auf das gefederte Element unterdrückt wird. Daher wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Gesamtansicht einer Aufhängungsvorrichtung 1 für ein Fahrzeug, die allen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist.
2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel eines Aufhängungshauptkörpers zeigt.
3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel der Innenstruktur eines Motors zeigt.
4 ist ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Dämpfungskraftsteuerroutine zeigt, die von einer Aufhängungs-ECU gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt wird.
6 ist ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Schaltung, das eine Modifikation der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Schaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Dämpfungskraftsteuerroutine zeigt, die von der Aufhängungs-ECU gemäß der zweiten Ausführungsform ausgeführt wird.
9 ist ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Schaltung gemäß einer dritten Ausführungsform.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung zeigt.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Trägheitskompensationsstromsteuerroutine zeigt, die von der Aufhängungs-ECU gemäß der dritten Ausführungsform ausgeführt wird.
12 ist eine Grafik zum Vergleichen der gefederten Vibrationsübertragungseigenschaft einer Aufhängungsvorrichtung, die einen elektrischen Stoßdämpfer enthält, der mit dem Verfahren gemäß der dritten Ausführungsform gesteuert wird, und der gefederten Vibrationsübertragungseigenschaft einer Aufhängungsvorrichtung, die einen herkömmlichen Stoßdämpfer enthält.
13 ist ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Schaltung gemäß einer vierten Ausführungsform.
14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Schaltsteuerroutine zeigt, die von der Aufhängungs-ECU gemäß der vierten Ausführungsform ausgeführt wird.
15 ist eine Grafik zum Vergleichen der Frequenzeigenschaft der Impedanz eines Trägheitsentsprechungskondensators Cm mit der Frequenzeigenschaft der Impedanz der elektrischen Schaltung gemäß der vierten Ausführungsform, mit der ein erstes Element verbunden ist.
16 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Schaltung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
17 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Schaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
18 ist ein Programm, das ein Beispiel einer Tastverhältnissteuerroutine zeigt, die von der Aufhängungs-ECU gemäß der sechsten Ausführungsform ausgeführt wird.
19 ist ein Verstärkungsdiagramm, das Übertragungseigenschaften bzw. -kennlinien der Übertragung einer Vibration, die auf ein Fahrzeug von einer Straßenoberfläche, auf der das Fahrzeug fährt, eingegeben wird, auf ein gefedertes Element zeigt.
20 ist ein vergrößertes Diagramm eines Abschnitts P der 19.
MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine schematische Ansicht einer Fahrzeugaufhängungsvorrichtung 1, die sämtlichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemeinsam ist. Die Aufhängungsvorrichtung 1 enthält vier Aufhängungshauptkörper 10FL, 10FR, 10RL und 10RR und eine Aufhängungs-ECU 50. Die vier Aufhängungshauptkörper 10FL, 10FR, 10RL und 10RR sind zwischen der Karosserie B des Fahrzeugs und den jeweiligen Rädern WFL, WFR, WRL und WRR vorgesehen. In der folgenden Beschreibung werden die vier Aufhängungshauptkörper 10FL, 10FR, 10RL und 10RR vereinfacht gemeinsam als Aufhängungshauptkörper 10 bezeichnet, und die Räder WFL, WFR, WRL und WRR werden vereinfacht gemeinsam als Rad W bezeichnet, mit der Ausnahme des Falls, in dem die Orte (vorne links, vorne rechts, hinten links und hinten rechts) der Aufhängungshauptkörper oder der Räder voneinander unterschieden werden müssen.
2 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel des Aufhängungshauptkörpers 10 zeigt. Der Aufhängungshauptkörper 10 enthält eine Schraubenfeder 20 und einen elektrischen Stoßdämpfer 30, die parallel zueinander angeordnet sind. Die Schraubenfeder 20 ist zwischen einem unteren Arm LA, der mit dem Rad W verbunden ist, und der Fahrzeugkarosserie B vorgesehen. Ein Element auf der oberen Seite der Schraubenfeder 20, das heißt, auf der Seite in Richtung der Fahrzeugkarosserie B, wird als ein „gefedertes Element” bezeichnet, und eine Element auf der unteren Seite der Schraubenfeder 20, das heißt, auf der Seite in Richtung des Rads W, wird als ein „ungefedertes Element” bezeichnet.
Der elektrische Stoßdämpfer 30 enthält einen Außenzylinder 31, einen Innenzylinder 32, einen Kugelumlaufspindelmechanismus 35 (Bewegungswandlungsmechanismus) und einen Motor 40.
Wie es in 2 gezeigt ist, nimmt der Außenzylinder 31 die Form eines Zylinders mit einem Boden an und ist mit dem unteren Arm LA (der Seite des ungefederten Elements) über einen unteren Bodenwandabschnitt verbunden. Der Innenzylinder 32 ist koaxial innerhalb des Außenzylinders 31 angeordnet. Der Innenzylinder 32 wird von Lagern 33 und 34 getragen, die an dem Innenumfang des Außenzylinders 31 derart angebracht sind, dass der Innenzylinder 32 in der axialen Richtung des Außenzylinders 31 beweglich ist.
Der Kugelumlaufspindelmechanismus 35 ist innerhalb des Innenzylinders 32 vorgesehen. Der Kugelumlaufspindelmechanismus 35 enthält eine Kugelumlaufspindelwelle 36 und eine Kugelumlaufspindelnut 39. Die Kugelumlaufspindelwelle 36 ist koaxial innerhalb des Innenzylinders 32 angeordnet. Die Kugelumlaufspindelnut 39 weist einen weiblichen Gewindeabschnitt 38 auf, der sich in Eingriff mit einem männlichen Gewindeabschnitt 37 befindet, der an der Kugelumlaufspindelwelle 36 ausgebildet ist. Das untere Ende der Kugelumlaufspindelnut 39 ist an einer Nutträgerröhre 31a, die sich von der Bodenwand des Außenzylinders 31 aufwärts erstreckt, fixiert. Wie es anhand einer derartigen Verbindungsstruktur ersichtlich ist, sind der Kugelumlaufspindelmechanismus 35 und der Außenzylinder 31 mit der Seite des ungefederten Elements (der Seite des unteren Arms LA) verbunden. Die Drehbewegung der Kugelumlaufspindelnut 39 wird durch einen nicht dargestellten Drehverhinderungsmechanismus eingeschränkt. Daher bewegt sich die Kugelumlaufspindelnut 39 geradlinig in der axialen Richtung der Kugelumlaufspindelwelle 36 als Ergebnis der Bewegung des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element. Diese geradlinige Bewegung wird in die Drehbewegung der Kugelumlaufspindelwelle 36 umgewandelt. Umgekehrt wird, wenn sich die Kugelumlaufspindelwelle 36 dreht, deren Drehbewegung in die geradlinige Bewegung der Kugelumlaufspindelnut 39 umgewandelt.
Das obere Ende des Innenzylinders 32 ist an einer Befestigungsplatte 41 angebracht. Die Befestigungsplatte 41 ist an dem Boden eines Motorgehäuses 404, in dem der Rotor und der Stator des Motors 40 untergebracht sind, fixiert. Die Befestigungsplatte 41 weist in ihrer Mitte ein Durchgangsloch 43 auf, und die Kugelumlaufspindelwelle 36 erstreckt sich durch das Durchgangsloch 43. Die Kugelumlaufspindelwelle 36 ist mit dem Rotor des Motors 40 innerhalb des Motorgehäuses 404 verbunden und wird drehbar von einem Lager 44 getragen, das innerhalb des Innenzylinders 32 angeordnet ist.
3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel der Innenstruktur des Motors 40 zeigt. Der Motor 40 weist eine hohle zylindrische Motorwelle 401 auf. Mehrere Polkörper (mit einer Spule umwickelte Kerne) 402 sind auf dem Umfang entlang der Außenumfangsfläche der Motorwelle 401 angeordnet und daran fixiert. Die Motorwelle 401 und die Polkörper 402 bilden den Rotor des Motors 40. Gepaarte Permanentmagnete 403, die jeweils einen Nordpol und einen Südpol aufweisen, sind an der Innenfläche des Motorgehäuses 404 derart fixiert, dass die Permanentmagnete 403 den Polkörpern 402 gegenüberliegen. Die Permanentmagnete 403 und das Motorgehäuse 404 bilden den Stator des Motors 40. Der Motor 40 ist ein Gleichstrombürstenmotor, der mehrere Kommutatoren 405, die an der Motorwelle 401 fixiert sind, und Bürsten 406, die an dem Motorgehäuse 404 derart fixiert sind, dass sie sich in gleitendem Kontakt mit den Kommutatoren 405 befinden, enthält.
Ein oberer Abschnitt der Kugelumlaufspindelwelle 36 ist in den hohlen Raum der Motorwelle 401 eingeführt. Das obere Ende der Kugelumlaufspindelwelle 36 und das obere Ende der Motorwelle 401 sind derart miteinander verbunden, dass sich die Motorwelle 401 einheitlich mit der Kugelumlaufspindelwelle 36 drehen kann. Außerdem ist ein Drehwinkelsensor 63 innerhalb des Motorgehäuses 404 vorgesehen. Der Drehwinkelsensor 63 erfasst den Drehwinkel der Motorwelle 401 (d. h. den Drehwinkel des Rotors).
Wie es in 2 gezeigt ist, ist ein Befestigungsausleger 46 mit dem Motorgehäuse 404 verbunden. Ein oberer Träger 26, der aus einem elastischen Material ausgebildet und mit der Fahrzeugkarosserie B verbunden ist, ist an der oberen Fläche des Befestigungsauslegers 46 befestigt. Wie es anhand einer derartigen Verbindungsstruktur ersichtlich ist, sind der Stator (das Motorgehäuse 404 und die Permanentmagnete 403) des Motors 40 und der Innenzylinder 32 über den oberen Träger 26 mit der Seite des gefederten Elements verbunden. Die Schraubenfeder 20 ist zwischen einer ringförmigen Aufnahme 45, die auf der Außenumfangsfläche des Außenzylinders 31 vorgesehen ist, und dem Befestigungsausleger 46 angeordnet.
In dem Aufhängungshauptkörper 10, der die oben beschriebene Struktur aufweist, bewegt sich der Außenzylinder 31 axial in Bezug auf den Innenzylinder 32, wenn sich das Rad W (ungefedertes Element) und die Fahrzeugkarosserie B (gefedertes Element) aneinander annähern oder voneinander entfernen. Als Ergebnis der relativen axialen Bewegung des Außenzylinders 31 ziehen sich die Schraubenfeder 20 und der elektrische Stoßdämpfer 30 zusammen oder dehnen sich aus. Mittels Ausdehnung oder Kontraktion (Kompression) der Schraubenfeder 20 wird ein Stoß, den das gefederte Element von der Straßenoberfläche aufnimmt, absorbiert. Außerdem bewegt sich die Kugelumlaufspindelnut 39 als Ergebnis der Ausdehnung oder der Kontraktion (Kompression) des elektrischen Stoßdämpfers 30 in der axialen Richtung der Kugelumlaufspindelwelle 36. Die relative axiale Bewegung der Kugelumlaufspindelnut 39 bewirkt, dass sich die Kugelumlaufspindelwelle 36 dreht. Die Drehbewegung der Kugelumlaufspindelwelle 36 wird auf die Motorwelle 401 übertragen, wodurch der Rotor (die Motorwelle 401 und die Polkörper 402) des Motors 40 in Bezug auf den Stator (die Permanentmagnete 403 und das Motorgehäuse 404) gedreht wird.
Wenn der Motor 40 (Rotor) gedreht wird, kreuzen die Polkörper 402 des Rotors die Magnetflüsse, die von den Permanentmagneten 403 des Stators erzeugt werden, wodurch eine induktive elektromotorische Kraft (gegenelektromotorische Kraft) erzeugt wird. Als Ergebnis der Erzeugung der induktiven elektromotorischen Kraft fließt ein induzierter Strom (erzeugter Strom) durch die Polkörper (Spulen) 402 des Motors 40. Dieser erzeugte Strom bewirkt, dass der Motor 40 ein Motormoment erzeugt, das in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors, d. h. in einer Richtung zum Stoppen der Drehung des Rotors, wirkt. Ein derartiges Motormoment wirkt auf das gefederte Element und das ungefederte Element als eine Dämpfungskraft gegen Vibrationen zwischen dem gefederten und dem ungefederten Element, die durch Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten und dem ungefederten Element verursacht werden. Die Vibrationen werden durch die Dämpfungskraft gedämpft.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist die Aufhängungs-ECU 50 auf der Seite der Fahrzeugkarosserie B vorgesehen. Die Aufhängungs-ECU 50 steuert die Dämpfungskraft, die von einem jeweiligen elektrischen Stoßdämpfer 30 erzeugt wird, und führt eine Steuerung durch, die notwendig ist, um die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft der Aufhängungsvorrichtung zu verbessern. Man beachte, dass in dem Fall, in dem diese Steuerungen nicht benötigt werden, die Aufhängungs-ECU 50 nicht vorgesehen sein muss.
Federbeschleunigungssensoren 61, Hubsensoren 62 und Drehwinkelsensoren 63 sind mit der Aufhängungs-ECU 50 verbunden. Jeder Federbeschleunigungssensor 61 ist an dem gefederten Element in der Nähe einer Position, bei der der entsprechende Aufhängungshauptkörper (10FL, 10FR, 10RL oder 10RR) befestigt ist (das heißt, in der Nähe jedes Rads), befestigt und erfasst eine Beschleunigung (gefederte Beschleunigung) G_B, die in dieser Position auf das gefederte Element in der vertikalen Richtung wirkt. Der Hubsensor 62 ist in der Nähe eines jeweiligen elektrischen Stoßdämpfers 30 befestigt und erfasst die Größe der Ausdehnung und der Kontraktion (Hubverschiebung) X des elektrischen Stoßdämpfers 30 in Bezug auf eine Bezugsposition.
Außerdem weist die Aufhängungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform elektrische Schaltungen 100 auf, die jeweils mit einem Motor 40 eines entsprechenden elektrischen Stoßdämpfers 30 elektrisch verbunden sind.
a. Erste Ausführungsform
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrisch Schaltung 101 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese elektrische Schaltung 101 verbindet zwei Elektrizitätsversorgungsanschlüsse (einen ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 und einen zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2) des Motors 40 extern elektrisch miteinander. Wenn der Rotor des Motors 40 über den Kugelumlaufspindelmechanismus 35 aufgrund einer Vibration zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element gedreht wird, wird eine induktive elektromotorische Kraft (gegenelektromotorische Kraft) von dem Motor 40 erzeugt, wodurch ein induzierter Strom (erzeugter Strom) durch die elektrische Schaltung 101 fließt. In 4 repräsentiert R_m einen Innenwiderstand des Motors 40, und L_m repräsentiert eine Motorinduktivität. Der Innenwiderstand R_m und die Motorinduktivität L_m sind aus Vereinfachungsgründen außerhalb des Motors 40 darstellt.
Die elektrische Schaltung 101 enthält einen ersten Verbindungspfad H1, der mit dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 elektrisch verbunden ist, und einen zweiten Verbindungspfad H2, der mit dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 elektrisch verbunden ist. Außerdem enthält die elektrische Schaltung 101 einen dritten Verbindungspfad H3, der eine Verbindung zwischen einem Punkt „a” auf dem ersten Verbindungspfad H1 und einem Punkt „b” auf dem zweiten Verbindungspfad H2 erstellt, und einen vierten Verbindungspfad H4, der eine Verbindung zwischen einem Punkt „c” auf dem ersten Verbindungspfad H1 und einem Punkt „d” auf dem zweiten Verbindungspfad H2 erstellt. Außerdem enthält die elektrische Schaltung 101 einen fünften Verbindungspfad H5, der eine Verbindung zwischen einem Punkt „e” auf dem dritten Verbindungspfad H3 und einem Punkt „f” auf dem vierten Verbindungspfad H4 erstellt.
Eine erste Diode D1 und eine zweite Diode D2 sind in dem dritten Verbindungspfad H3 vorgesehen. Die erste Diode D1 ist zwischen den Punkten „b” und „e” vorgesehen, und die zweite Diode D2 ist zwischen den Punkten „a” und „e” vorgesehen. Die erste Diode D1 erlaubt einen Stromfluss von dem Punkt „e” zu dem Punkt „b” und verhindert einen Stromfluss von dem Punkt „b” zu dem Punkt „e”. Die zweite Diode D2 erlaubt einen Stromfluss von dem Punkt „e” zu dem Punkt „a” und verhindert einen Stromfluss von dem Punkt „a” zu dem Punkt „e”.
Ein erstes Schaltelement SW1, ein erster Widerstand R1, ein zweiter Widerstand R2 und ein zweites Schaltelement SW2 sind in dem vierten Verbindungspfad H4 in dieser Reihenfolge (das heißt, von dem Punkt „c” zu dem Punkt „d”) vorgesehen. Der erste Widerstand R1 ist ein fester Widerstand, der einen Widerstandswert R1 aufweist, und der zweite Widerstand R2 ist ein fester Widerstand, der einen Widerstandswert R2 aufweist. Das erste Schaltelement SW1 und das zweite Schaltelement SW2 dienen zum Öffnen und Schließen der elektrischen Schaltung 101. In der vorliegenden Ausführungsform werden MOSFETs als das erste Schaltelement SW1 und das zweite Schaltelement SW2 verwendet, es können jedoch andere Arten von Schaltelementen verwendet werden.
Die Gateanschlüsse des ersten Schaltelements SW1 und des zweiten Schaltelements SW2 sind mit der Aufhängungs-ECU 50 verbunden. Somit werden das erste Schaltelement SW1 und das zweite Schaltelement SW2 jeweils entsprechend dem Tastverhältnis, das durch ein entsprechendes PWM-Steuersignal (Pulsbreitenmodulationssteuersignal) eingestellt wird, das von der Aufhängungs-ECU 50 ausgegeben wird, betrieben. Man beachte, dass in der vorliegenden Beschreibung „Tastverhältnis” ein Einschaltverhältnis meint, das heißt, das Verhältnis der Zeitdauer, während derer ein Pulssignal auf dem EIN-Pegel gehalten wird, zu der Summe aus der Zeitdauer, während derer das Pulssignal auf dem EIN-Pegel gehalten wird, und der Zeitdauer, während derer das Pulssignal auf dem AUS-Pegel gehalten wird. Das erste Schaltelement SW1 wird tastverhältnisgesteuert, um die Größe des Stroms, der von dem Punkt „c” zu dem Punkt „f” auf dem vierten Verbindungspfad H4 fließt, zu steuern. Das zweite Schaltelement SW2 wird tastverhältnisgesteuert, um die Größe des Stroms, der von dem Punkt „d” zu dem Punkt „f” auf dem vierten Verbindungspfad H4 fließt, zu steuern.
Ein sechster Verbindungspfad H6 ist mit einem Punkt „g”, der zwischen dem ersten Schaltelement SW1 und dem ersten Widerstand R1 in dem vierten Verbindungspfad H4 angeordnet ist, verbunden. Ein siebter Verbindungspfad H7 ist mit einem Punkt „h”, der zwischen dem zweiten Schaltelement SW2 und dem zweiten Widerstand R2 in dem vierten Verbindungspfad H4 angeordnet ist, verbunden. Der sechste Verbindungspfad H6 und der siebte Verbindungspfad H7 verbinden sich an einem Punkt „i”. Eine dritte Diode D3 ist in dem sechsten Verbindungspfad H6 vorgesehen. Die dritte Diode D3 ermöglicht einen Stromfluss von dem Punkt „g” zu dem Punkt „i” und verhindert einen Stromfluss von dem Punkt „i” zu dem Punkt „g”. Eine vierte Diode D4 ist in dem siebten Verbindungspfad H7 vorgesehen. Die vierte Diode D4 ermöglicht einen Stromfluss von dem Punkt „h” zu dem Punkt „i” und verhindert einen Stromfluss von dem Punkt „i” zu dem Punkt „h”.
Außerdem ist ein achter Verbindungspfad H8 mit dem Punkt „i” verbunden. Die positive Elektrode j einer Energiespeichervorrichtung 110 wie beispielsweise einer Fahrzeugbatterie ist mit dem achten Verbindungspfad H8 verbunden. Außerdem ist ein neunter Verbindungspfad H9 mit dem Punkt „f” verbunden. Der neunte Verbindungspfad H9 ist eine Erdungsleitung. Die negative Elektrode k der Energiespeichervorrichtung 110 ist mit dem neunten Verbindungspfad H9 verbunden. Man beachte, dass verschiedene elektrische Lasten, die in dem Fahrzeug vorgesehen sind, mit der Energiespeichervorrichtung 110 verbunden sind.
Im Folgenden wird beschrieben, wie der erzeugte Strom innerhalb der elektrischen Schaltung 101 fließt. In dem Fall, in dem sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt oder zusammenzieht und der Rotor des Motors 40 in Bezug auf den Stator als Ergebnis der Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element gedreht wird, wird eine induktive elektromotorische Kraft (gegenelektromotorische Kraft) erzeugt. Die Richtung der induktiven elektromotorischen Kraft ändert sich in Abhängigkeit davon, ob sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt oder zusammenzieht (kontrahiert). In dem Fall beispielsweise, in dem sich das gefederte Element und das ungefederte Element annähern, wodurch der elektrische Stoßdämpfer 30 komprimiert wird und sich der Rotor des Motors 40 in einer Richtung dreht, nimmt der erste Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 ein hohes Potenzial an, und der zweite Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 nimmt ein niedriges Potenzial an. Im Gegensatz dazu nimmt in dem Fall, in dem sich das gefederte Element und das ungefederte Element voneinander entfernen, wodurch sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt und der Rotor des Motors 40 in der entgegengesetzten Richtung dreht, der zweite Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 ein hohes Potenzial an, und der erste Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 nimmt ein niedriges Potenzial an.
Wenn dementsprechend der elektrische Stoßdämpfer 30 komprimiert wird, fließt der erzeugte Strom von dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 zu dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2, während er durch die Punkte „c”, „f”, „e” und „b” in der elektrischen Schaltung 101 in dieser Reihenfolge fließt. Das heißt, der erzeugte Strom fließt durch einen ersten elektrischen Pfad „cfeb”, der die Punkte „c”, „f”, „e” und „b” verbindet. Wenn sich im Gegensatz dazu der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt, fließt der erzeugte Strom von dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 zu dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1, während er durch die Punkte „d”, „f”, „e” und „a” in der elektrischen Schaltung 101 in dieser Reihenfolge fließt. Das heißt, der erzeugte Strom fließt durch einen zweiten elektrischen Pfad „dfea”, der die Punkte „d”, „f”, „e” und „a” verbindet. Wie es oben beschrieben wurde, fließt der erzeugte Strom in Abhängigkeit davon, ob sich der elektrische Stoßdämpfer 30 zusammenzieht oder ausdehnt, durch einen anderen Pfad innerhalb der elektrischen Schaltung 101. Als Ergebnis dessen, dass der erzeugte Strom durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 101 fließt, wird ein Motormoment erzeugt, das in der Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors des Motors wirkt. Dieses Motormoment wirkt als eine Dämpfungskraft gegen Vibrationen, die durch die Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederte Element verursacht werden.
Die Größe des erzeugten Stroms, der durch den ersten elektrischen Pfad „cfeb” fließt, wird mittels Tastverhältnissteuerung des ersten Schaltelements SW1 eingestellt. Die Größe des erzeugten Stroms, der durch den zweiten elektrischen Pfad „dfea” fließt, wird durch Tastverhältnissteuerung des zweiten Schaltelements SW2 eingestellt. Die Größe des erzeugten Stroms repräsentiert die Größe der Dämpfungskraft. Durch die Verwendung der elektrischen Schaltung 101 kann die Dämpfungskraft gegen die Kontraktionsbewegung des elektrischen Stoßdämpfers 30 getrennt von der Dämpfungskraft gegen dessen Ausdehnungsbewegung gesteuert werden.
Ein Amperemeter A ist in dem fünften Verbindungspfad H5 vorgesehen. Dieses Amperemeter A misst einen tatsächlichen Strom i_x, der durch den ersten elektrischen Pfad „cfeb” oder den zweiten elektrischen Pfad „dfea” fließt, und gibt das Signal, das den gemessenen tatsächlichen Strom i_x repräsentiert, an die Aufhängungs-ECU 50 aus.
In dem Fall, in dem die induktive elektromotorische Kraft, die von dem Motor 40 erzeugt wird, die Ausgangsspannung (Energiespeicherspannung) der Energiespeichervorrichtung 110 überschreitet, wird ein Teil der elektrischen Energie, die von dem Motor 40 erzeugt wird, für die Energiespeichervorrichtung 110 regeneriert. Wenn beispielsweise der elektrische Stoßdämpfer 30 komprimiert wird, teilt sich der erzeugte Strom an dem Punkt „g” in zwei Ströme auf. Einer dieser Ströme fließt durch den ersten elektrischen Pfad „cfeb”, und der andere Strom fließt durch den sechsten Verbindungspfad H6 und den achten Verbindungspfad H8. Die Energiespeichervorrichtung 110 wird durch den erzeugten Strom, der durch den sechsten Verbindungspfad H6 und den achten Verbindungspfad H8 fließt, geladen. Wenn sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt, wird außerdem der erzeugte Strom an dem Punkt „h” in zwei Ströme aufgeteilt. Einer dieser Ströme fließt durch den zweiten elektrischen Pfad „dfea”, und der andere Strom fließt durch den siebten Verbindungspfad H7 und den achten Verbindungspfad H8. Die Energiespeichervorrichtung 110 wird durch den erzeugten Strom, der durch den siebten Verbindungspfad H7 und den achten Verbindungspfad H8 fließt, geladen.
In der vorliegenden Ausführungsform drehen sich der Rotor des Motors 40 und die Kugelumlaufspindelwelle 36 des Kugelumlaufspindelmechanismus 35, wenn sich der elektrische Stoßdämpfer 30 als Ergebnis einer Bewegung des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element ausdehnt oder zusammenzieht. Im Folgenden werden der Rotor und die Kugelumlaufspindelwelle gemeinsam als ein Drehkörper bezeichnet. Zusätzlich zu dem erzeugten Strom, der zu der Dämpfungskraft beiträgt, fließt ein Strom (Trägheitsentsprechungsstrom), der die Trägheitskraft des Drehkörpers elektrisch repräsentiert, durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 101. Die Phase des Trägheitsentsprechungsstroms unterscheidet sich von derjenigen des erzeugten Stroms, der zu der Erzeugung der Dämpfungskraft beiträgt. Die mechanische Trägheitskraft des Drehkörpers wird durch den Strom elektrisch repräsentiert, der durch einen Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung 101 geschaltet ist und eine Kapazität C_m aufweist, die der Trägheit (Trägheitsmoment) des Drehkörpers entspricht. Insbesondere wird die Kapazität C_m des Trägheitsentsprechungskondensators Cm durch einen Wert (J/K_m ²) repräsentiert, der durch Teilen des Trägheitsmoments J des Drehkörpers durch das Quadrat der Motordrehmomentkonstante K_m des Motors 40 erhalten wird. Es muss nicht gesagt werden, dass dieser Trägheitsentsprechungskondensator Cm tatsächlich nicht mit der elektrischen Schaltung 101 verbunden ist.
Außerdem ist, wie es in 4 gezeigt ist, ein Verbindungspfad 11 mit dem Punkt „a” in der elektrischen Schaltung 101 verbunden, und ein Verbindungspfad L2 ist mit dem Punkt „b” verbunden. Eine Invertierungsverstärkungsschaltung 120, die einen Operationsverstärker (OP) enthält, ist durch die Verbindungspfade L1 und L2 mit der elektrischen Schaltung 101 verbunden.
Die Invertierungsverstärkungsschaltung 120 enthält den Operationsverstärker OP, der einen invertierenden Eingangsanschluss (–), der mit dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 durch den Verbindungspfad L1 verbunden ist, einen nicht invertierenden Eingangsanschluss (+), der mit dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 durch den Verbindungspfad 12 verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss O aufweist, einen Eingangswiderstand R_in und einen Rückkopplungswiderstand R_f. Der Eingangswiderstand R_in ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss (–) verbunden. Der Rückkopplungswiderstand R_f ist zwischen dem Ausgangsanschluss O und dem invertierenden Eingangsanschluss (–) vorgesehen. Die Ausgangsspannung V_out der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 weist eine Gegenphase zu der Eingangsspannung V_in auf. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Widerstandswert R_in des Eingangswiderstands Rin derselbe wie der Widerstandswert R_f des Rückkopplungswiderstands Rf. Dementsprechend ist der Spannungsverstärkungsfaktor (R_f/R_in) gleich 1. Da die Eingangsspannung V_in dieselbe wie die von dem Motor 40 erzeugte induktive elektromotorische Kraft V ist, wird eine Spannung, die dieselbe Größe wie die induktive elektromotorische Kraft V und eine Gegenphase zu dieser aufweist, von dem Ausgangsanschluss O der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 ausgegeben.
Ein Trägheitskompensationskondensator Cp ist mit dem Ausgangsanschluss O verbunden. Die Kapazität des Trägheitskompensationskondensators Cp ist dieselbe wie die Kapazität (J/K_m ²) des Trägheitsentsprechungskondensators Cm. Außerdem ist ein Verbindungspfad 13 mit dem Trägheitskompensationskondensator Cp verbunden. Der Verbindungspfad 13 und der Verbindungspfad 12 sind (mit der Fahrzeugkarosserie) geerdet. Dementsprechend nehmen der Verbindungspfad 13 und der Verbindungspfad 12 dasselbe Potenzial an und sind im Wesentlichen miteinander verbunden.
Durch die Verwendung der Schaltung, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, steuert die Aufhängungs-ECU 50 die Dämpfungskraft, die von dem elektrischen Stoßdämpfer 30 erzeugt wird, auf der Grundlage einer Steuerungstheorie hinsichtlich der Fahrqualität, beispielsweise der Skyhook-Theorie. 5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Dämpfungskraftsteuerroutine zeigt, die von der Aufhängungs-ECU 50 ausgeführt wird. Die Dämpfungskraftsteuerroutine der 5 ist als ein Steuerprogramm in dem ROM der Aufhängungs-ECU 50 gespeichert. Durch Ausführen dieser Dämpfungskraftsteuerroutine steuert die Aufhängungs-ECU 50 separat die Dämpfungskräfte, die von den jeweiligen elektrischen Stoßdämpfern 30 erzeugt werden.
Beim Start der Dämpfungskraftsteuerroutine empfängt die Aufhängungs-ECU 50 in Schritt 10 (im Folgenden wird „Schritt” mit „S” abgekürzt) zunächst ein Signal, das eine Federbeschleunigung G_b repräsentiert, die von einem jeweiligen Federbeschleunigungssensor 61 erfasst wird, und ein Signal, das eine Hubverschiebung X_s repräsentiert, die von einem jeweiligen Hubsensor 62 erfasst wird. In dem anschließenden Schritt S11 berechnet die Aufhängungs-ECU 50 eine Federgeschwindigkeit V_b durch Integrieren der Federbeschleunigung G_b und berechnet separat eine Hubgeschwindigkeit V_s durch Ableiten der Hubverschiebung X_s. Die Federgeschwindigkeit V_b ist die Geschwindigkeit einer vertikalen Bewegung des gefederten Elements. Die Hubgeschwindigkeit V_s ist die Geschwindigkeit eines Ausdehnens und Zusammenziehens (Kompression) des elektrischen Stoßdämpfers 30. Die Federgeschwindigkeit V_b wird beispielsweise derart berechnet, dass sie einen positiven Wert annimmt, wenn sich das gefederte Element aufwärts bewegt, und einen negativen Wert annimmt, wenn sich das gefederte Element abwärts bewegt. Andererseits wird die Hubgeschwindigkeit V_s derart berechnet, dass sie einen positiven Wert annimmt, wenn sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt, und einen negativen Wert annimmt, wenn sich der elektrische Stoßdämpfer 30 zusammenzieht. Anschließend bestimmt die Aufhängungs-ECU 50 in S12, ob das Produkt aus der Hubgeschwindigkeit V_s und der Federgeschwindigkeit V_b einen positiven Wert annimmt.
In dem Fall, in dem in S12 bestimmt wird, dass das Produkt einen positiven Wert annimmt (S12: Ja), schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S13, um eine Solldämpfungskraft F* entsprechend der folgenden Gleichung (5) zu berechnen. F* = C_s·V_b (5)
In der Gleichung (5) ist C_s ein vorbestimmter Dämpfungskoeffizient (Skyhook-Dämpfungskoeffizient).
In dem Fall, in dem in S12 bestimmt wird, dass das Produkt keinen positiven Wert annimmt (S12: Nein), schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S14, um die Solldämpfungskraft F* entsprechend der folgenden Gleichung (6) zu berechnen. F* = F_min (6)
In der obigen Gleichung (6) ist F_min die minimale Dämpfungskraft (beispielsweise 0) des elektrischen Stoßdämpfers 30.
Nach der Berechnung der Solldämpfungskraft F* in S13 oder S14 schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S15, um einen Sollwert (Sollstrom) i* des Stroms zu berechnen, der durch die elektrische Schaltung 101 fließen muss, um zu bewirken, dass der elektrische Stoßdämpfer 30 die Solldämpfungskraft F* erzeugt. Der Sollstrom i* kann durch Teilen des Ergebnisses der Umwandlung der Solldämpfungskraft F* in ein Motormoment durch die Motordrehmomentkonstante K_m erhalten werden.
Anschließend schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S16, um den tatsächlichen Strom i_x, der von dem Amperemeter A erfasst wird, zu empfangen. In dem anschließenden Schritt S17 bestimmt die Aufhängungs-ECU 50 auf der Grundlage der Polarität der Hubgeschwindigkeit V_s, ob sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt oder zusammenzieht. Wenn sich der elektrische Stoßdämpfer zusammenzieht (S17: Ja), schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S18, um ein PWM-Steuersignal an das erste Schaltelement SW1 derart auszugeben, dass der tatsächliche Strom i_x gleich dem Sollstrom i* wird. In diesem Fall gibt die Aufhängungs-ECU 50 beispielsweise das PWM-Steuersignal aus, um die Abweichung Δi (= i* – i_x) des tatsächlichen Stroms i_x von dem Sollstrom i* zu verringern. Wenn sich somit der elektrische Stoßdämpfer 30 zusammenzieht, das heißt, wenn sich das gefederte Element und das ungefederte Element aneinander annähern, wird das erste Schaltelement SW1 derart tastverhältnisgesteuert, dass der elektrische Stoßdämpfer 30 die Solldämpfungskraft F* erzeugt. Wenn sich der Stoßdämpfer 30 ausdehnt (S17: Nein), schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S19, um ein PWM-Steuersignal an das zweite Schaltelement SW2 derart auszugeben, dass der tatsächliche Strom I_x gleich dem Sollstrom i* wird. Wenn sich somit der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt, das heißt, wenn sich das gefederte Element und das ungefederte Element voneinander entfernen, wird das zweite Schaltelement SW2 derart tastverhältnisgesteuert, dass der elektrische Stoßdämpfer 30 die Solldämpfungskraft F* erzeugt. Man beachte, dass, wenn die Solldämpfungskraft F* gleich F_min ist, das erste Schaltelement SW1 oder das zweite Schaltelement SW2 derart tastverhältnisgesteuert wird, dass das Tastverhältnis gleich 0% wird.
Anschließend beendet die Aufhängungs-ECU 50 die derzeitige Ausführung dieser Routine. Durch wiederholte Durchführung der oben beschriebenen Steuerung bewirkt die Aufhängungs-ECU 50, dass der elektrische Stoßdämpfer 30 die Solldämpfungskraft F* erzeugt.
Wenn sich der elektrische Stoßdämpfer 30 als Ergebnis einer Bewegung des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederte Element ausdehnt oder zusammenzieht, wird eine Trägheitskraft erzeugt. Wie es zuvor erwähnt wurde, enthält der elektrische Stoßdämpfer 30 der vorliegenden Ausführungsform eine Kugelumlaufspindelwelle 36 und den Rotor des Motors 40, die sich mit der Ausdehnung und dem Zusammenziehen des elektrischen Stoßdämpfers 30 drehen und gemeinsam als ein Drehkörper dienen. Der erzeugte Strom, der zu der Dämpfungskraft beiträgt, und der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der die Trägheitskraft des Drehkörpers elektrisch repräsentiert, fließen durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 101. Da sich die Phase des Trägheitsentsprechungsstroms I_m von der derjenigen des erzeugten Stroms unterscheidet, übt die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, einen nachteiligen Einfluss auf die Dämpfungskraft aus. Demzufolge verschlechtert sich, wie es zuvor erwähnt wurde, die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz.
Der Trägheitsentsprechungsstrom I_m wird durch den Strom repräsentiert, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung 101 geschaltet ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, durch Verbinden der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 mit der elektrischen Schaltung 101 und durch Verbinden des Trägheitskompensationskondensators Cp mit dem Ausgangsanschluss O der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 ausgelöscht.
Der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, wird durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt. I_m = C_m dV / dt (7)
In der Gleichung (7) ist C_m die Kapazität (= J/K_m ²) des Trägheitsentsprechungskondensators Cm und V ist die induktive elektromotorische Kraft.
Die Spannung V_in, die an die Eingangsseite der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 angelegt wird, ist gleich der induktiven elektromotorischen Kraft V. Die Spannung V_out, die von der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 ausgegeben wird, ist eine Spannung –V, die eine Gegenphase zu der induktiven elektromotorischen Kraft aufweist. Dementsprechend wird der Strom I_p, der durch den Trägheitskompensationskondensator Cp fließt, durch die folgende Gleichung (8) ausgedrückt. I_p = –C_p dV / dt (8)
In der Gleichung (8) ist C_p die Kapazität des Trägheitskompensationskondensators Cp.
Die Größe (J/K_m ²) der Kapazität C_p des Trägheitskompensationskondensators Cp entspricht der Trägheit des Drehkörpers. Diese Kapazität C_p ist dieselbe wie die Kapazität C_m des Trägheitsentsprechungskondensators Cm. Daher ist, wie es anhand der Gleichungen (7) und (8) ersichtlich ist, der Strom I_p, der durch den Trägheitskompensationskondensators Cp fließt, ein Strom –I_m, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt.
Der Verbindungspfad 13, mit dem der Trägheitskompensationskondensator Cp verbunden ist, und der Verbindungspfad 12, der mit dem Punkt „b” in der elektrischen Schaltung 101 verbunden ist, nehmen dasselbe Potenzial an und sind im Wesentlichen miteinander verbunden. Dementsprechend wird der Strom I_p, der durch den Trägheitskompensationskondensator Cp fließt, durch den Verbindungspfad 13 und den Verbindungspfad 12 zu der elektrischen Schaltung 101 geleitet. Der Strom I_p, der durch die elektrische Schaltung 101 fließt, löscht den Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, aus. Als Ergebnis der Auslöschung des Trägheitsentsprechungsstroms I_m wird der Einfluss der Trägheitskraft auf die Dämpfungskraft beseitigt. Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
(Modifikation)
6 ist ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Schaltung 107 gemäß einer Modifikation der vorliegenden Ausführungsform. Die Konfiguration der elektrischen Schaltung 107 ist dieselbe wie diejenige der elektrischen Schaltung 101, die in 4 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass die ersten und zweiten Schaltelemente SW1 und SW2, das Amperemeter A und die Schaltung zum Laden der Ladevorrichtung 110 aus der elektrischen Schaltung 101 weggelassen sind. Dementsprechend wird die Beschreibung der elektrischen Schaltung 107 durch Bezugnahme auf die Beschreibung des betreffenden Abschnitts der elektrischen Schaltung 101 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform weggelassen. Da die Dämpfungskraft des elektrischen Stoßdämpfers 30 nicht gesteuert wird, wenn diese elektrische Schaltung 107 verwendet wird, werden die Aufhängungs-ECU und die Sensoren nicht benötigt.
Die Invertierungsverstärkungsschaltung 120 ist mit der elektrischen Schaltung 107 verbunden. Die Konfiguration der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 und die Konfiguration der Verbindung zwischen der elektrischen Schaltung 107 und der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 sind dieselben wie die Konfiguration der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 und die Konfiguration der Verbindung zwischen der elektrischen Schaltung 101 und der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform. Dementsprechend werden die Beschreibungen dieser Konfigurationen durch Bezugnahme auf die Beschreibung der Konfiguration der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 und die Beschreibung der Konfiguration der Verbindung zwischen der elektrischen Schaltung 101 und der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 der oben beschriebenen ersten Ausführungsform weggelassen.
Der Trägheitskompensationskondensator Cp ist mit dem Ausgangsanschluss O der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 verbunden. Der Trägheitskompensationskondensator Cp weist eine Kapazität (J/K_m ²) auf, die der Trägheit (Trägheitsmoment) des Drehkörpers (der Kugelumlaufspindelwelle 36 oder des Rotors des Motors 40), der sich mit der Ausdehnung und dem Zusammenziehen (Kompression) des elektrischen Stoßdämpfers 30 dreht, entspricht.
Der Verbindungspfad 13 ist mit dem Trägheitskompensationskondensator Cp verbunden. Der Verbindungspfad 13 und der Verbindungspfad 12, der eine Verbindung zwischen dem Punkt „b” in der elektrischen Schaltung 107 und dem nicht invertierenden Eingangsanschluss (+) der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 erstellt, nehmen dasselbe Potenzial an und sind im Wesentlichen miteinander verbunden.
Bei einer derartigen Konfiguration nimmt beispielsweise in dem Fall, in dem sich das gefederte Element und das ungefederte Element aneinander annähern, wodurch der elektrische Stoßdämpfer 30 komprimiert wird und sich der Rotor des Motors 40 in einer Richtung dreht, der erste Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 ein hohes Potenzial an und dessen zweiter Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 nimmt ein niedriges Potenzial an. Im Gegensatz dazu nimmt in dem Fall, in dem sich das gefederte Element und das ungefederte Element voneinander entfernen, wodurch sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt und der Rotor des Motors 30 in der entgegengesetzten Richtung dreht, der zweite Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 ein hohes Potenzial an und dessen erster Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 nimmt ein niedriges Potenzial an.
Wenn dementsprechend der elektrische Stoßdämpfer 30 komprimiert wird, fließt der erzeugte Strom von dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 zu dessen zweitem Elektrizitätsversorgungsanschluss t2, während er durch die Punkte „c”, „f”, „e” und „b” in der elektrischen Schaltung 107 in dieser Reihenfolge fließt. Das heißt, der erzeugte Strom fließt durch den ersten elektrischen Pfad „cfeb”, der die Punkte „c”, „f”, „e” und „b” verbindet. Wenn im Gegensatz dazu der elektrische Stoßdämpfer 30 ausgedehnt wird, fließt der erzeugte Strom von dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 zu dessen erstem Elektrizitätsversorgungsanschluss t1, während er durch die Punkte „d”, „f”, „e” und „a” in der elektrischen Schaltung 107 in dieser Reihenfolge fließt. Das heißt, der erzeugte Strom fließt durch den zweiten elektrischen Pfad „dfea”, der die Punkte „d”, „f”, „e” und „a” verbindet. Wie es oben beschrieben wurde, fließt der erzeugte Strom in Abhängigkeit davon, ob der elektrische Stoßdämpfer 30 komprimiert oder ausgedehnt wird, durch einen anderen Pfad innerhalb der elektrischen Schaltung 107. Als Ergebnis dessen, dass der erzeugte Strom durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 107 fließt, wird ein Motormoment erzeugt, das in der Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors des Motors 40 wirkt. Dieses Motormoment wirkt als eine Dämpfungskraft gegen Vibrationen zwischen den gefederten und ungefederten Elementen, die durch die Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen verursacht werden.
Wenn der erzeugte Strom als Ergebnis der Komprimierung des elektrischen Stoßdämpfers 30 durch den ersten elektrischen Pfad „cfeb” fließt, wird eine Dämpfungskraft erzeugt, die auf der Grundlage des Widerstandswerts R1 des ersten Widerstands R1 bestimmt wird. Wenn andererseits der erzeugte Strom als Ergebnis der Ausdehnung des elektrischen Stoßdämpfers 30 durch den zweiten elektrischen Pfad „dfea” fließt, wird eine Dämpfungskraft erzeugt, die auf der Grundlage des Widerstandswerts R2 des zweiten Widerstands R2 bestimmt wird.
Wenn sich der elektrische Stoßdämpfer 30 als Ergebnis einer Bewegung des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederte Element ausdehnt oder zusammenzieht (komprimiert), wird eine Trägheitskraft erzeugt. Der elektrische Stoßdämpfer 30 gemäß dieser Modifikation enthält ebenfalls einen Drehkörper (die Kugelumlaufspindelwelle 36 und den Rotor des Motors 40), der sich mit dessen Ausdehnung und Kontraktion dreht. Der erzeugte Strom, der zu der Dämpfungskraft beiträgt, und der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der die Trägheitskraft des Drehkörpers elektrisch repräsentiert, fließen durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 107. Da sich die Phase des Trägheitsentsprechungsstroms I_m von derjenigen des erzeugten Stroms unterscheidet, übt die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom im repräsentiert wird, einen nachteiligen Einfluss auf die Dämpfungskraft aus. Demzufolge verschlechtert sich die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen innerhalb eines Frequenzbereichs bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz.
Der Trägheitsentsprechungsstrom I_m wird durch einen Strom repräsentiert, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung 107 geschaltet ist und dessen Kapazität (J/K_m ²) der Trägheit des Drehkörpers entspricht. In diesem Beispiel fließt wie in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Strom I_p, der dieselbe Größe und eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, durch den Trägheitskompensationskondensator Cp, der mit dem Ausgangsanschluss O der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 verbunden ist. Da der elektrischen Schaltung 107 dieser Strom I_p zugeführt wird, wird der Trägheitsentsprechungsstrom I_m ausgelöscht. Als Ergebnis der Auslöschung des Trägheitsentsprechungsstroms I_m wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen innerhalb eines Frequenzbandes bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Wie es gemäß der ersten Ausführungsform und der Modifikation beschrieben wurde, ist die Invertierungsverstärkungsschaltung 120, die einen Verstärkungsfaktor von 1 aufweist, mit der elektrischen Schaltung 101 (107) verbunden, und der Trägheitskompensationskondensator Cp, dessen Kapazität der Trägheit des Drehkörpers entspricht, ist mit dem Ausgangsanschluss O der Invertierungsverstärkungsschaltung 120 verbunden. Somit wird automatisch ein Strom, der dieselbe Größe und eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, erzeugt. Dieser Strom wird der elektrischen Schaltung 101 (107) zugeführt, wodurch der Trägheitsentsprechungsstrom I_m ausgelöscht wird. Dementsprechend kann der Einfluss der Trägheit beseitigt werden, ohne eine spezielle Steuerung unter Verwendung einer ECU etc. durchzuführen.
Außerdem kann durch Anwenden einer Technologie zum Auslöschen des Trägheitsentsprechungsstroms I_m, die gemäß der ersten Ausführungsform und der Modifikation beschrieben wurde, für einen einfachen elektrischen Stoßdämpfer, dessen Dämpfungskraft unter Verwendung einer ECU etc. nicht gesteuert wird, eine Aufhängungsvorrichtung geschaffen werden, die einen hochleistungsfähigen elektrischen Stoßdämpfer aufweist, der kostengünstig ist und eine Dämpfungskraft frei von dem Einfluss einer Trägheit erzeugen kann.
b. Zweite Ausführungsform
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform wird der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, durch den gegenphasigen Strom I_p, der durch die Invertierungsverstärkungsschaltung 120 erzeugt wird, ausgelöscht, wodurch die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert wird. Gemäß der im Folgenden beschriebenen zweiten Ausführungsform wird bewirkt, dass die Antiresonanzfrequenz einer parallelen Resonanzschaltung, die durch einen Trägheitsentsprechungskondensator Cm und eine elektrische Schaltung ausgebildet wird, mit einer Frequenz übereinstimmt, die gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist, wodurch die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert wird.
7 zeigt eine elektrische Schaltung 102 _, gemäß der zweiten Ausführungsform. Die elektrische Schaltung 102 ähnelt der elektrischen Schaltung 101 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Invertierungsverstärkungsschaltung 120, der Trägheitskompensationskondensator Cp etc., die gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, sind jedoch nicht mit der elektrischen Schaltung 102 verbunden. Unter den Komponenten der elektrischen Schaltung 102 sind diejenigen Komponenten, die dieselben wie in der elektrischen Schaltung 101 sind, mit denselben Bezugszeichen wie in der elektrischen Schaltung 101 bezeichnet, und deren spezielle Beschreibungen sind dementsprechend weggelassen.
Ein erster variabler Widerstand VR1 ist zwischen Punkten „c” und „f” auf einem Verbindungspfad H4 der elektrischen Schaltung 102 vorgesehen. Der erste variable Widerstand VR1 enthält ein erstes Schaltelement SW1 und einen ersten Widerstand R1, der einen festen Widerstandswert R1 aufweist. Außerdem ist ein zweiter variabler Widerstand VR2 zwischen Punkten „d” und „f” auf dem Verbindungspfad H4 vorgesehen. Der zweite variable Widerstand VR2 enthält ein zweites Schaltelement SW2 und einen zweiten Widerstand R2, der einen festen Widerstandswert R2 aufweist.
Der erste variable Widerstand VR1 ist derart aufgebaut, dass der Scheinwiderstand durch Einstellen der Größe des Stroms, der durch den ersten Widerstand R1 fließt, durch Steuerung des Schaltbetriebs des ersten Schaltelements SW1 geändert werden kann. Der zweite variable Widerstand VR2 ist derart aufgebaut, dass der Scheinwiderstand durch Einstellen der Größe des Stroms, der durch den zweiten Widerstand R2 fließt, durch Steuerung des Schaltbetriebs des zweiten Schaltelements SW2 geändert werden kann. Das heißt, es sind externe Widerstände (variable Widerstände), die ihre Widerstandswerte ändern können, mit der elektrischen Schaltung 102 verbunden. Das erste Schaltelement SW1 und das zweite Schaltelement SW2 werden durch die Aufhängungs-ECU 50 gesteuert.
Der erzeugte Strom fließt durch die elektrische Schaltung 102 als Ergebnis dessen, dass eine induktive elektromotorische Kraft von dem Motor 40 erzeugt wird. Da der Fluss des erzeugten Stroms in die elektrische Schaltung 102 derselbe wie derjenige des erzeugten Stroms in die elektrische Schaltung 101 der ersten Ausführungsform ist, wird dessen Beschreibung weggelassen.
Als Ergebnis dessen, dass der erzeugte Strom durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 102 fließt, wird ein Motormoment erzeugt, das in der Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors des Motors 40 wirkt. Ein derartiges Motormoment wirkt als eine Dämpfungskraft gegen Vibrationen zwischen den gefederten und ungefederten Elementen, die durch Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen verursacht werden. Die Dämpfungskraft wird durch Steuern des ersten Schaltelements SW1 und des zweiten Schaltelements SW2 mittels der Aufhängungs-ECU 50 gesteuert.
Der elektrische Stoßdämpfer 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält ebenfalls einen Drehkörper (die Kugelumlaufspindelwelle 36 und den Rotor des Motors 40), der sich mit dessen Ausdehnung und Kontraktion (Kompression) dreht. Der erzeugte Strom, der zu einer Erzeugung der Dämpfungskraft beiträgt, und der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der die Trägheitskraft des Drehkörpers repräsentiert, fließen durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 102. Die Trägheitskraft des Drehkörpers, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, übt einen nachteiligen Einfluss auf die Dämpfungskraft aus. Demzufolge verschlechtert sich die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz.
Der Trägheitsentsprechungsstrom I_m wird durch einen Strom repräsentiert, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung 102 geschaltet ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Antiresonanzfrequenz der parallelen Resonanzschaltung, die aus der elektrischen Schaltung 102 und dem Trägheitsentsprechungskondensator Cm besteht, auf eine Frequenz eingestellt, die gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist. Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der gefederten Resonanzfrequenz verbessert.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Dämpfungskraftsteuerroutine zeigt, die von der Aufhängungs-ECU 50 ausgeführt wird. Beim Start dieser Dämpfungskraftsteuerroutine berechnet die Aufhängungs-ECU 50 zunächst in S20 die Solldämpfungskraft F* auf der Grundlage einer gewünschten Steuertheorie. In diesem Fall kann die Aufhängungs-ECU 50 die Solldämpfungskraft F* auf der Grundlage der Skyhook-Theorie, die gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, berechnen. Alternativ kann die Aufhängungs-ECU die Solldämpfungskraft F* auf der Grundlage der nichtlinearen Unendlichkeitstheorie berechnen.
Anschließend schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S21, um einen benötigten Widerstandswert R, d. h. einen externen Widerstandswert, der benötigt wird, um zu bewirken, dass der elektrische Stoßdämpfer 30 die Solldämpfungskraft F* erzeugt, zu berechnen. Das Verfahren zum Berechnen des benötigten Widerstandswerts R wird unten beschrieben.
Wenn die Solldämpfungskraft F* von dem elektrischen Stoßdämpfer 30 erzeugt wird, kann die Solldämpfungskraft F* durch die folgende Gleichung (9) unter Verwendung der Impedanz der elektrischen Schaltung 102 ausgedrückt werden.
In der Gleichung (9) ist F*(s) die Solldämpfungskraft im Frequenzbereich, V_s(s) ist die Hubgeschwindigkeit im Frequenzbereich, K_m ist die Motordrehmomentkonstante [V/(rad/s)], N ist die Ganghöhe [m/Umdrehung] der Kugelumlaufspindelwelle 36, R ist der externe Widerstandswert [Ω] der elektrischen Schaltung 102, R_m ist der Innenwiderstandswert [Ω] des Motors 40, L ist die Induktivität [H] der elektrischen Schaltung 102 und s der Laplace-Operator.
Außerdem ist, wie es in 7 gezeigt ist, ein Trägheitsentsprechungskondensator Cm imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung 102 geschaltet. Dementsprechend können die elektrische Schaltung 102 und der Trägheitsentsprechungskondensator Cm eine parallele Resonanzschaltung bilden. Die Antiresonanzfrequenz f_h der parallelen Resonanzschaltung wird durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt.
In der Gleichung (10) ist L die Induktivität der elektrischen Schaltung 102. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Antiresonanzfrequenz auf eine Frequenz (Sollfrequenz) f_w eingestellt, die gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist. Vorzugsweise wird die Sollfrequenz f_w beispielsweise auf eine Frequenz zwischen 5 Hz und 15 Hz eingestellt. Wenn die Induktivität, die die elektrische Schaltung 102 aufweisen muss, um zu bewirken, dass die Antiresonanzfrequenz f_h mit der Sollfrequenz f_w übereinstimmt, durch L_h repräsentiert wird, gilt die folgende Gleichung (11).
In der Gleichung (11) ist L_m die Motorinduktivität. Die benötigte Induktivität L_h kann anhand der Gleichung (11) berechnet werden. Diese benötigte Induktivität L_h wird im Voraus berechnet.
Das Ersetzen der Summe (L_h + L_m) der benötigten Induktivität L_h, die anhand der Gleichung (11) berechnet wird, und der Motorinduktivität L_m für die Induktivität L der Gleichung (9) ergibt die folgende Gleichung (12).
Die Anwendung des Endwerttheorems auf die Gleichung (12) ergibt die Gleichung (13).
Wenn die Hubgeschwindigkeit V_s(t) im Zeitbereich durch eine Sprungantwort ausgedrückt wird, ist V_s(s) gleich 1/s. Dementsprechend kann die Gleichung (13) in die Gleichung (14) umgeschrieben werden.
Die Solldämpfungskraft F* wird in die linke Seite der Gleichung (14) eingesetzt, wodurch der benötigte Widerstandswert R auf der Grundlage der Solldämpfungskraft F* berechnet wird.
Anschließend schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S22, um einen korrigierten Widerstandswert R' zu berechnen. Der korrigierte Widerstandswert R' wird derart eingestellt, dass dieser die kombinierte Impedanz, die durch Kombinieren des benötigten Widerstandswerts R und der benötigten Induktivität L_h erhalten wird, oder eine Impedanz in der Nähe davon repräsentiert. Das Verfahren zum Berechnen des korrigierten Widerstandswerts R' wird unten beschrieben.
Die Beziehung zwischen der Solldämpfungskraft F* und der Impedanz der elektrischen Schaltung 102 wird durch die obige Gleichung (12) ausgedrückt. Tatsächlich ist jedoch keine Spule (Induktor), die eine benötigte Induktivitätskomponente L_h aufweist, mit der elektrischen Schaltung 102 verbunden. Im Hinblick dessen wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung 102 eingestellt, als ob der erzeugte Strom durch die elektrische Schaltung 102 fließt, mit der eine Spule verbunden ist, die die benötigte Induktivitätskomponente L_h aufweist. Das heißt, die elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung 102 wird derart eingestellt, dass eine Antiresonanz bei der Sollfrequenz f_w auftritt. In diesem Fall stellt die Aufhängungs-ECU 50 die elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung 102 durch Korrigieren des Scheinwiderstands des ersten variablen Widerstands VR1 oder des zweiten variablen Widerstands VR2 ein. Wenn der korrigierte Widerstandswert durch R' repräsentiert wird, wird die Solldämpfungskraft F* durch die folgende Gleichung (15) ausgedrückt.
Die folgende Gleichung (16) wird aus den Gleichungen (12) und (15) hergeleitet. R' = L_hs + R (16)
Wie es anhand der Gleichung (16) ersichtlich ist, repräsentiert der korrigierte Widerstandswert R' die kombinierte Impedanz (der benötigte Widerstandswert R plus die benötigte Induktivität L_h). In S22 berechnet die Aufhängungs-ECU 50 den korrigierten Widerstandswert R' derart, dass die Gleichung (16) erfüllt ist. Das heißt, die Aufhängungs-ECU 50 korrigiert (steuert variabel) die Widerstandswerte des ersten variablen Widerstands VR1 und des zweiten variablen Widerstands VR2 derart, dass die kombinierte Impedanz (der benötigte Widerstandswert R plus die benötigte Induktivität L_h) durch den Widerstandswert des ersten variablen Widerstands VR2 oder des zweiten variablen Widerstands VR2 repräsentiert wird.
In diesem Fall berechnet die Aufhängungs-ECU 50 beispielsweise den korrigierten Widerstandswert R' wie unten beschrieben.
Die Gleichung (12) kann in die folgende Gleichung (17) umgeschrieben werden. F*(s) = G(s)V_s(s) (17)
Die Übertragungsfunktion G(s), die in der Gleichung (17) enthalten ist, kann durch die folgende Gleichung (18) ausgedrückt werden.
Außerdem kann die Gleichung (15) in die folgende Gleichung (19) umgeschrieben werden. F*(s) = G₁(s)V_s(s) (19)
Die Übertragungsfunktion G₁(s), die in der Gleichung (19) enthalten ist, kann durch die folgende Gleichung (20) ausgedrückt werden.
Die Aufhängungs-ECU 50 speichert die Vektorortskurve der Übertragungsfunktion G(s) und die Vektorortskurven mehrerer Übertragungsfunktionen G₁(S), die durch Ändern des korrigierten Widerstandswerts R' erhalten werden. Die Aufhängungs-ECU 50 berechnet eine Winkelfrequenz ω aus der Frequenz der Vibration des elektrischen Stoßdämpfers 30, die derzeitig empfangen wird, und berechnet die Abstände zwischen einer Position auf der komplexen Ebene entsprechend dem Wert der Übertragungsfunktion G(s) bei der Winkelfrequenz ω und Positionen auf der komplexen Ebene entsprechend den Werten der Übertragungsfunktionen G₁(s) bei der Winkelfrequenz. Anschließend extrahiert die Aufhängungs-ECU 50 eine Übertragungsfunktion G₁(s), die verwendet wurde, als der kürzeste Abstand berechnet wurde. Die Aufhängungs-ECU 50 speichert den Widerstandswert, der in der extrahierten Übertragungsfunktion G₁(s) verwendet wird, als den korrigierten Widerstandswert R'. Somit wird der korrigierte Widerstandswert R' berechnet.
Anschließend schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S23, um auf der Grundlage der Polarität der Hubgeschwindigkeit V_s zu bestimmen, ob sich der elektrische Stoßdämpfer 30 zusammenzieht. Wenn sich der elektrische Stoßdämpfer 30 zusammenzieht (S23: Ja), schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S24, um eine Steueranweisung an das erste Schaltelement SW1 derart auszugeben, dass der Scheinwiderstand des ersten variablen Widerstands VR1 gleich dem korrigierten Widerstandswert R' wird. Wenn beispielsweise der korrigierte Widerstandswert R' gleich der Hälfte des Widerstandswerts R1 des ersten Widerstands R1 ist, gibt die Aufhängungs-ECU 50 eine Steueranweisung an das erste Schaltelement SW1 derart aus, dass sich das erste Schaltelement SW1 mit einem Tastverhältnis von 50% öffnet und schließt. Wenn sich der Stoßdämpfer 30 ausdehnt (S23: Nein), schreitet die Aufhängungs-ECU 50 zu S25, um eine Steueranweisung an das zweite Schaltelement SW2 derart auszugeben, dass der Scheinwiderstand des zweiten variablen Widerstands VR2 gleich dem korrigierten Widerstandswert R' wird. In S22, S24 und S25 werden die Widerstandswerte des ersten variablen Widerstands VR1 und des zweiten variablen Widerstands VR2 derart gesteuert, dass die kombinierte Impedanz (der benötigte Widerstandswert R plus die benötigte Induktivität L_h) durch den Scheinwiderstand des ersten variablen Widerstands VR1 oder des zweiten variablen Widerstands VR2 repräsentiert wird. Nach der Ausgabe der Steueranweisung in S24 oder S25 beendet die Aufhängungs-ECU 50 die derzeitige Ausführung dieser Routine.
Durch wiederholte Ausführung der oben beschriebenen Dämpfungskraftsteuerroutine werden die Scheinwiderstände des ersten variablen Widerstands VR und des zweiten variablen Widerstands VR2 derart gesteuert, dass der Scheinwiderstand dieser Widerstände jeweils die kombinierte Impedanz (der benötigte Widerstandswert R plus die benötige Induktivität L_h) repräsentiert. Somit wird die Antiresonanzfrequenz einer parallelen Resonanzschaltung, die aus der elektrischen Schaltung 102 und dem Trägheitsentsprechungskondensator Cm besteht, auf die ungefederte Resonanzfrequenz oder eine Frequenz in deren Nähe eingestellt.
Dementsprechend tritt in dem Fall, in dem die Frequenz einer Vibration, die zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element verursacht wird, gleich oder nahe bei der gefederten Resonanzfrequenz ist, keine Antiresonanz zwischen der elektrischen Schaltung 102 und dem Trägheitsentsprechungskondensator Cm auf, wodurch es dem elektrischen Stoßdämpfer 30 ermöglicht wird, die Solldämpfungskraft zu erzeugen. Demzufolge wird die oben beschriebene Vibration unmittelbar gedämpft.
In dem Fall, in dem die Frequenz der Vibration, die zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element verursacht wird, gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist, tritt eine Antiresonanz zwischen der elektrischen Schaltung 102 und dem Trägheitsentsprechungskondensator Cm auf. Als Ergebnis des Auftretens der Antiresonanz erhöht sich die Schaltungsimpedanz, und es wird für den Strom schwierig, durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 102 zu fließen. Somit verringern sich der Trägheitsentsprechungsstrom I_m und der erzeugte Strom, der zu einer Erzeugung der Dämpfungskraft beiträgt. Mit der Verringerung der Ströme, die durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 102 fließen, verringert sich außerdem die Dämpfungskraft, die von dem elektrischen Stoßdämpfer 30 erzeugt wird. Das heißt, die Dämpfungskraft gegen Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband verringert sich. Mit der Verringerung der Dämpfungskraft gegen Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband werden die Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband durch Prellbewegungen nur des ungefederten Elements absorbiert. Als Ergebnis der Absorption der Vibrationen durch Prellbewegungen des ungefederten Elements wird eine Übertragung der Vibrationen auf das gefederte Element unterdrückt.
Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft (das Vibrationsübertragungsvermögen auf das gefederte Element) für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
c. Dritte Ausführungsform
9 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Schaltung 103 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie es in 9 gezeigt ist, enthält die elektrische Schaltung 103 einen Hauptverbindungspfad H, der den ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 und den zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 miteinander verbindet. Ein externer Widerstand R, der einen spezifizierten Widerstandswert aufweist, ist in dem Hauptverbindungspfad H vorgesehen. Man beachte, dass L_m in 9 die Motorinduktivität repräsentiert und R_m den Innenwiderstand des Motors 40 repräsentiert. Außerdem ist ein Trägheitsentsprechungskondensator Cm imaginär parallel zu dieser elektrischen Schaltung 103 geschaltet.
Eine Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 ist mit der elektrischen Schaltung 103 verbunden. Die Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 führt der elektrischen Schaltung 103 einen Strom zu, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, der durch die elektrische Schaltung 103 fließt. Die Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 enthält einen ersten Anschluss 301 und einen zweiten Anschluss 302. Der erste Anschluss 301 ist durch den ersten Verbindungspfad L1 mit einem Punkt „A” auf dem Hauptverbindungspfad H elektrisch verbunden. Der zweite Anschluss 302 ist durch den zweiten Verbindungspfad L2 mit einem Punkt „B” auf dem Hauptverbindungspfad H elektrisch verbunden. Der Punkt „A” ist zwischen dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 und dem externen Widerstand R angeordnet, und der Punkt „B” ist zwischen dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 und dem externen Widerstand R angeordnet.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 zeigt. Die Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 enthält eine Gleichstromenergieversorgung V1, einen Verbindungspfad P auf der Seite der positiven Elektrode, der mit der positiven Elektrode der Gleichstromenergieversorgung V1 verbunden ist, einen Verbindungspfad N auf der Seite der negativen Elektrode, der mit der negativen Elektrode der Gleichstromenergieversorgung V1 verbunden ist, einen Transistorschalter TR, einen festen Widerstand R_p und ein Amperemeter CA, die in dem Verbindungspfad P auf der Seite der positiven Elektrode vorgesehen sind, und eine Pfadwechselvorrichtung 303.
Die Pfadwechselvorrichtung 303 enthält einen ersten Schalter SW1 und einen zweiten Schalter SW2. Jeder Schalter enthält einen Eingangsanschluss (Anschluss a), zwei Ausgangsanschlüsse (Anschluss b und Anschluss c) und einen beweglichen Kontakt. Der bewegliche Kontakt wird bewegt, um denjenigen Ausgangsanschluss, der mit dem Eingangsanschluss zu verbinden ist, auszuwählen.
Der Verbindungspfad P auf der Seite der positiven Elektrode ist mit dem Anschluss a des ersten Schalters SW1 verbunden, und der Verbindungspfad N auf der Seite der negativen Elektrode ist mit dem Anschluss a des zweiten Schalters SW2 verbunden. Außerdem sind der Anschluss b des ersten Schalters SW1 und der Anschluss c des zweiten Schalters SW2 mit dem ersten Anschluss 301 der Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 verbunden. Der Anschluss c des ersten Schalters SW1 und der Anschluss b des zweiten Schalters SW2 sind mit dem zweiten Anschluss 302 der Träg heitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 verbunden.
Der Transistorschalter TR und die Pfadwechselvorrichtung 303 werden von der Aufhängungs-ECU 50 gesteuert. Insbesondere steuert die Aufhängungs-ECU 50 den Transistorschalter TR, um die Größe des Stroms, der der elektrischen Schaltung 103 von der Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 zugeführt wird, zu ändern. Außerdem steuert die Aufhängungs-ECU 50 den Wechselzustand der Pfadwechselvorrichtung 303, um die Fließrichtung des Stroms, der der elektrischen Schaltung 103 von der Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 zugeführt wird, zu ändern. Durch Ändern der Größe und der Richtung des Stromflusses kann die Aufhängungs-ECU 50 der elektrischen Schaltung 103 einen Strom zuführen, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist.
Wenn eine induktive elektromotorische Kraft von dem Motor 40 erzeugt wird, fließt der erzeugte Strom durch die elektrische Schaltung 103. Im Folgenden wird beschrieben, wie der erzeugte Strom durch die elektrische Schaltung 103 fließt. In dem Fall, in dem sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt oder zusammenzieht und der Rotor des Motors 40 in Bezug auf den Stator als Ergebnis einer Bewegung des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element gedreht wird, wird eine induktive elektromotorische Kraft (gegenelektromotorische Kraft) erzeugt. Die Richtung der induktiven elektromotorischen Kraft ändert sich in Abhängigkeit davon, ob sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt oder komprimiert. In dem Fall beispielsweise, in dem sich das gefederte Element und das ungefederte Element annähern, wodurch der elektrische Stoßdämpfer 30 komprimiert wird, nimmt der erste Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 ein hohes Potenzial an, und der zweite Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 nimmt ein niedriges Potenzial an. Im Gegensatz dazu nimmt in dem Fall, in dem sich das gefederte Element und das ungefederte Element voneinander entfernen, wodurch sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt, der zweite Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 ein hohes Potential an, und der erste Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 nimmt ein niedriges Potenzial an.
Dementsprechend fließt in dem Fall, in dem der elektrische Stoßdämpfer 30 komprimiert wird, der erzeugte Strom von dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 zu dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2, während er durch den Hauptverbindungspfad H fließt. Im Gegensatz dazu fließt in dem Fall, in dem der elektrische Stoßdämpfer 30 ausgedehnt wird, der erzeugte Strom von dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 zu dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1, während er durch den Hauptverbindungspfad H fließt. Das heißt, in Abhängigkeit davon, ob der elektrische Stoßdämpfer komprimiert oder ausgedehnt wird, ändert sich die Richtung, in der der erzeugte Strom durch die elektrische Schaltung 103 fließt.
Als Ergebnis dessen, dass der erzeugte Strom durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 103 fließt, wird ein Motormoment erzeugt, das in der Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors des Motors 40 wirkt. Dieses Motormoment wirkt als eine Dämpfungskraft gegen Vibrationen, die während der Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element verursacht werden.
Der elektrische Stoßdämpfer 30 der vorliegenden Ausführungsform enthält ebenfalls einen Drehkörper (die Kugelumlaufspindelwelle 36 und den Rotor des Motors 40), der sich mit dessen Ausdehnung und Kontraktion dreht. Der erzeugte Strom, der zu der Dämpfungskraft beiträgt, und der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der die Trägheitskraft des Drehkörpers repräsentiert, fließen durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 103. Die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, übt einen nachteiligen Einfluss auf die Dämpfungskraft aus. Demzufolge verschlechtert sich die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz.
Der Trägheitsentsprechungsstrom I_m wird durch einen Strom repräsentiert, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung 103 geschaltet ist. In der vorliegenden Ausführungsform wird der Trägheitsentsprechungsstrom I_m berechnet, und ein Trägheitskompensationsstrom I_p, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, wird der elektrischen Schaltung 103 von der Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 zugeführt, wodurch der Trägheitsentsprechungsstrom I_m ausgelöscht wird.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Trägheitskompensationsstromsteuerroutine zeigt, die von der Aufhängungs-ECU 50 ausgeführt wird, um der elektrischen Schaltung 103 den Trägheitskompensationsstrom I_p von der Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 zuzuführen.
Beim Start der Trägheitskompensationsstromsteuerroutine empfängt die Aufhängungs-ECU 50 in S30 der 11 zunächst einen Drehwinkel θ des Motors 40 (Rotor) von dem Drehwinkelsensor 63. Anschließend differenziert die Aufhängungs-ECU 50 den empfangenen Motordrehwinkel θ nach der Zeit, um die Motordrehwinkelgeschwindigkeit ω zu berechnen (S31). Anschließend multipliziert die Aufhängungs-ECU 50 die Motordrehwinkelgeschwindigkeit ω mit einer Motordrehmomentkonstante K_m, um eine induktive elektromotorische Kraft (gegenelektromotorische Kraft) V zu berechnen (S32). Anschließend differenziert die Aufhängungs-ECU 50 die induktive elektromotorische Kraft V nach der Zeit und multipliziert den differenzierten Wert mit der Kapazität C_m des Trägheitsentsprechungskondensators Cm, um den Trägheitsentsprechungsstrom I_m zu berechnen, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt (S33).
Anschließend empfängt die Aufhängungs-ECU 50 den tatsächlichen Strom i, der von dem Amperemeter CA erfasst wird (S34). Anschließend steuert die Aufhängungs-ECU 50 den Transistorschalter TR und die Pfadwechselvorrichtung 303 derart, dass der tatsächliche Strom i mit einem Strom –I_m übereinstimmt, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist (S35).
In diesem Fall bestimmt die Aufhängungs-ECU 50 beispielsweise das Tastverhältnis des Transistorschalters TR derart, dass die Größe des tatsächlichen Stroms i, der von dem Amperemeter CA erfasst wird, gleich derjenigen des Trägheitsentsprechungsstroms I_m wird, und steuert den Transistorschalter TR auf der Grundlage des bestimmten Tastverhältnisses. Außerdem gibt die Aufhängungs-ECU 50 beispielsweise in dem Fall, in dem der berechnete Trägheitsentsprechungsstrom I_m in der Richtung fließt, die durch den Pfeil in 9 angegeben ist, eine Steueranweisung an die Pfadwechselvorrichtung 303 derart aus, dass die Anschlüsse a und c des ersten Schalters SW1 der Pfadwechselvorrichtung 303 miteinander verbunden werden und die Anschlüsse a und c des zweiten Schalters SW2 ebenfalls miteinander verbunden werden. Somit wird der Trägheitskompensationsstrom I_p, der dieselbe Größe wie der Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, von dem zweiten Anschluss 302 der Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 dem Punkt B der elektrischen Schaltung 103 durch den Verbindungspfad 12 zugeführt. Die Fließrichtung des zugeführten Stroms ist entgegengesetzt zu derjenigen des Trägheitsentsprechungsstroms I_m. Außerdem gibt die Aufhängungs-ECU 50 in dem Fall, in dem der berechnete Trägheitsentsprechungsstrom I_m in der Richtung entgegengesetzt zu der Richtung, die durch den Pfeil in 9 angegeben ist, fließt, eine Steueranweisung an die Pfadwechselvorrichtung 303 derart aus, dass die Anschlüsse a und b des ersten Schalters SW1 der Pfadwechselvorrichtung 303 miteinander verbunden werden und die Anschlüsse a und b des zweiten Schalters SW2 ebenfalls miteinander verbunden werden. Somit wird der Trägheitskompensationsstrom I_p, der dieselbe Größe wie der Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, von dem ersten Anschluss 301 der Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 dem Punkt A der elektrischen Schaltung 103 durch den Verbindungspfad L1 zugeführt. Die Fließrichtung des zugeführten Stroms ist entgegengesetzt zu der Fließrichtung des Trägheitsentsprechungsstroms I_m. Das heißt, die Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 führt einen Strom, der stets dieselbe Größe und eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, der elektrischen Schaltung 103 zu.
Nach der Steuerung des Transistorschalters TR und der Pfadwechselvorrichtung 303 in S35 beendet die Aufhängungs-ECU 50 die derzeitige Ausführung dieser Routine.
Durch wiederholte Ausführung der Trägheitskompensationsstromsteuerroutine mittels der Aufhängungs-ECU 50 wird der Trägheitskompensationsstrom I_p, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, konstant der elektrischen Schaltung 103 zugeführt. Der zugeführte Trägheitskompensationsstrom I_p löscht den Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 103 fließt, aus. Als Ergebnis der Auslöschung des Trägheitsentsprechungsstroms I_m wird der Einfluss der Trägheitskraft des Drehkörpers auf die Dämpfungskraft beseitigt. Somit wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
12 ist eine Grafik, die die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bzw. -kennlinie der Aufhängungsvorrichtung, die den elektrischen Stoßdämpfer 30 enthält, mit dem die elektrische Schaltung 103 der vorliegenden Ausführungsform verbunden ist, und die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bzw. -kennlinie einer Aufhängungsvorrichtung, die einen herkömmlichen Stoßdämpfer enthält, zeigt. In 12 zeigt die Kurve A eine Verstärkungslinie, die die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft der Aufhängungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform repräsentiert. Die Kurve B zeigt eine Verstärkungslinie, die die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft der Aufhängungsvorrichtung, die den herkömmlichen Stoßdämpfer enthält, repräsentiert. Wie es aus der 12 ersichtlich ist, weisen die Kurven A und B nahezu dieselbe gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft in sämtlichen Frequenzbändern auf. Dieses zeigt, dass die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft der Aufhängungsvorrichtung der vorliegenden Ausführungsform insbesondere für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz durch Beseitigen des Einflusses der Trägheit des Drehkörpers verbessert wurde.
d. Vierte Ausführungsform
Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 13 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Schaltung 104 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie es in 13 gezeigt ist, enthält die elektrische Schaltung 104 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen ersten Verbindungspfad H1, der mit dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 verbunden ist, und einen zweiten Verbindungspfad H2, der mit dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 verbunden ist. Ein erster Verzweigungspfad B1 und ein zweiter Verzweigungspfad B2 sind mit dem ersten Verbindungspfad H1 verbunden. Ein erstes Element E1, das eine Impedanz Z1 (eine erste Impedanz) aufweist, ist in dem ersten Verzweigungspfad B1 vorgesehen. Ein zweites Element E2, das eine Impedanz Z2 (eine zweite Impedanz) aufweist, ist in dem zweiten Verzweigungspfad B2 vorgesehen. Außerdem ist ein Schalter SW (Verbindungszustandswechselvorrichtung) mit dem zweiten Verbindungspfad H2 verbunden. Der Schalter SW enthält drei Anschlüsse (Anschluss a, Anschluss b und Anschluss c) und ein bewegliches Teil. Der Anschluss a ist mit dem zweiten Verbindungspfad H2 verbunden. Der Anschluss b ist mit dem ersten Verzweigungspfad B1 verbunden, und der Anschluss c ist mit dem zweiten Verzweigungspfad B2 verbunden. Das bewegliche Teil verbindet selektiv den Anschluss a mit entweder dem Anschluss b oder dem Anschluss c. Daher verbindet der Schalter SW selektiv entweder das erste Element E1 oder das zweite Element E2 mit der elektrischen Schaltung 104. Der Betrieb des Schalters SW wird von der Aufhängungs-ECU 50 gesteuert.
Außerdem ist ein Trägheitsentsprechungskondensator Cm imaginär parallel zu dieser elektrischen Schaltung 104 geschaltet. Der Trägheitsentsprechungskondensator Cm weist eine Kapazität (J/K_m ²) auf, die der Trägheitskraft (Trägheitsmoment) des Drehkörpers (der Kugelumlaufspindelwelle 36 und des Rotors des Motors 40), der sich mit der Ausdehnung und der Kontraktion des elektrischen Stoßdämpfers 30 dreht, entspricht. Man beachte, dass in 13 L_m die Motorinduktivität repräsentiert und R_m den Innenwiderstand des Motors 40 repräsentiert.
In dem Fall, in dem eine induktive elektromotorische Kraft von dem Motor 40 erzeugt wird, fließt der erzeugte Strom durch die elektrische Schaltung 104. Wenn das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 104 verbunden ist, fließt der erzeugte Strom durch das erste Element E1. Die Impedanz Z1 des ersten Elements E1 wird im Voraus derart eingestellt, dass die Vibration des gefederten Elements wirksam durch die Dämpfungskraft gedämpft wird, die als Ergebnis dessen erzeugt wird, dass der erzeugte Strom durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 104 fließt, wenn das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 104 verbunden ist. Wenn das zweite Element E2 mit der elektrischen Schaltung 104 verbunden ist, fließt der erzeugte Strom durch das zweite Element E2. Die Impedanz Z2 des zweiten Elements E2 wird im Voraus derart eingestellt, dass die Impedanz (einschließlich der Motorinduktivität L_m und des Innenwiderstands R_m) der elektrischen Schaltung 104, mit der das zweite Element E2 verbunden ist, kleiner als die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm wird.
Im Folgenden wird beschrieben, wie der erzeugte Strom durch die elektrische Schaltung 104 fließt. Eine induktive elektromotorische Kraft (gegenelektromotorische Kraft) wird erzeugt, wenn sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt oder zusammenzieht und der Rotor des Motors 40 als Ergebnis der Bewegung des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten Element und dem ungefederte Element gedreht wird. Die Richtung der induktiven elektromotorischen Kraft ändert sich in Abhängigkeit davon, ob sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt oder zusammenzieht. In dem Fall beispielsweise, in dem sich das gefederte Element und das ungefederte Element annähern, wodurch sich der elektrische Stoßdämpfer 30 zusammenzieht und der Rotor des Motors 40 in einer Richtung gedreht wird, nimmt der erste Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 ein hohes Potenzial an und der zweite Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 nimmt ein niedriges Potenzial an. Im Gegensatz dazu nimmt in dem Fall, in dem sich das gefederte Element und das ungefederte Element voneinander entfernen, wodurch sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt und der Rotor des Motors 40 in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird, der zweite Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 ein hohes Potenzial an und der erste Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 nimmt ein niedriges Potenzial an.
Dementsprechend fließt in dem Fall, in dem der elektrische Stoßdämpfer 30 komprimiert wird, der erzeugte Strom von dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 des Motors 40 in Richtung des zweiten Elektrizitätsversorgungsanschlusses t2, während er durch den ersten Verbindungspfad H1, das erste Element E1 oder das zweite Element E2 und den zweiten Verbindungspfad H2 fließt. Im Gegensatz dazu fließt in dem Fall, in dem sich der elektrische Stoßdämpfer 30 ausdehnt, der erzeugte Strom von dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 in Richtung des ersten Elektrizitätsversorgungsanschlusses t1, während er durch den zweiten Verbindungspfad H2, das erste Element E1 oder das zweite Element E2 und den ersten Verbindungspfad H1 fließt. Das heißt, in Abhängigkeit davon, ob sich der elektrische Stoßdämpfer 30 zusammenzieht oder ausdehnt, ändert sich die Richtung, in der der erzeugte Strom durch die elektrische Schaltung 104 fließt.
Als Ergebnis dessen, dass der erzeugte Strom durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 104 fließt, wird ein Motormoment erzeugt, das in der Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors des Motors 40 wirkt. Dieses Motormoment wirkt als eine Dämpfungskraft gegen die Vibrationen zwischen den gefederten und ungefederten Elementen, die durch Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen verursacht werden.
Der elektrische Stoßdämpfer 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält ebenfalls einen Drehkörper (die Kugelumlaufspindelwelle 36 und den Rotor des Motors 40), der sich mit der Ausdehnung und der Kontraktion (Kompression) des elektrischen Stoßdämpfers 30 dreht. Dementsprechend fließen der erzeugte Strom, der zu einer Erzeugung der Dämpfungskraft beiträgt, und der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der die Trägheitskraft des Drehkörpers repräsentiert, durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 104. Die Trägheitskraft des Drehkörpers, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, übt einen nachteiligen Einfluss auf die Dämpfungskraft aus. Demzufolge verschlechtert sich die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz.
Der Trägheitsentsprechungsstrom I_m wird durch einen Strom repräsentiert, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung 104 geschaltet ist. In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Aufhängungs-ECU 50 den Trägheitsentsprechungsstrom I_m und den erzeugten Strom (normaler Strom) I_a, der durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 104 fließt, wenn das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 104 verbunden ist, und steuert den Betrieb des Schalters SW auf der Grundlage der Größenbeziehung zwischen dem berechneten Trägheitsentsprechungsstrom I_m und dem normalen Strom I_a, wodurch der Einfluss des Trägheitsentsprechungsstroms I_m auf den erzeugten Strom, der zu der Erzeugung der Dämpfungskraft beiträgt, verringert wird. Durch eine derartige Steuerung des Betriebs des Schalters SW wird der Trägheitsentsprechungsstrom I_m verringert.
14 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Schaltsteuerroutine zeigt, die von der Aufhängungs-ECU 50 ausgeführt wird, um den Betrieb des Schalters SW zu steuern. Beim Start der Schaltsteuerroutine empfängt die Aufhängungs-ECU 50 zunächst den Drehwinkel θ des Motors 40 (Rotor) von dem Drehwinkelsensor 63 (S40). Anschließend differenziert die Aufhängungs-ECU 50 den empfangenen Motordrehwinkel θ nach der Zeit, um die Motordrehwinkelgeschwindigkeit ω zu berechnen (S41). Anschließend multipliziert die Aufhängungs-ECU 50 die Motordrehwinkelgeschwindigkeit ω mit einer Motordrehmomentkonstante K_m, um eine induktive elektromotorische Kraft V zu berechnen (S42). Anschließend differenziert die Aufhängungs-ECU 50 die induktive elektromotorische Kraft V nach der Zeit und multipliziert den differenzierten Wert mit der Kapazität C_m des Trägheitsentsprechungskondensators Cm, um den Trägheitsentsprechungsstrom I_m zu berechnen, der durch den imaginären Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt (S43).
Anschließend berechnet die Aufhängungs-ECU 50 den normalen Strom I_a, d. h. den erzeugten Strom, der durch den Motor 40 und die, elektrische Schaltung 104 fließt, wenn das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 104 verbunden ist (S44). Die Impedanz der elektrischen Schaltung 104 wird durch die Impedanz Z1 des ersten Elements E1, die Induktivität L_m und den Innenwiderstand R_m des Motors 40 repräsentiert. Wenn die Induktivitätskomponente und die Widerstandskomponente der Impedanz der elektrischen Schaltung 104 jeweils durch L und R repräsentiert werden, wird die induktive elektromotorische Kraft V durch die folgende Gleichung (21) ausgedrückt.
Die Durchführung einer Laplace-Transformation der Gleichung (21) ergibt die folgende Gleichung (22).
Die Gleichung (22) zeigt, dass eine Übertragungsfunktion G(s) die Beziehung zwischen der induktiven elektromotorischen Kraft V, die als Eingang der Funktion dient, und dem normalen Strom I_a, der als der Ausgang der Funktion dient, repräsentiert. Die Übertragungsfunktion G(s) ist eine Übertragungsfunktion mit Verzögerung erster Ordnung. Die Übertragungsfunktion mit Verzögerung erster Ordnung repräsentiert einen Tiefpassfilter. Dementsprechend kann der normale Strom I_a auf der Grundlage der Gleichung (22) beispielsweise durch Eingeben der induktiven elektromotorischen Kraft V in einen Tiefpassfilter erhalten werden, der die Übertragungsfunktion G(s) der Gleichung (22) repräsentiert.
Anschließend bestimmt die Aufhängungs-ECU 50, ob der Trägheitsentsprechungsstrom I_m gleich oder größer als der normale Strom I_a ist (S45). In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der normale Strom I_a ist (S45: Nein), gibt die Aufhängungs-ECU 50 ein Steuersignal an den Schalter SW derart aus, dass die Anschlüsse a und b des Schalters SW miteinander verbunden werden (S47). Danach beendet die Aufhängungs-ECU 50 die derzeitige Ausführung dieser Routine. In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m gleich oder größer als der normale Strom I_a ist (S45: Ja), gibt die Aufhängungs-ECU 50 ein Steuersignal an den Schalter SW derart aus, dass die Anschlüsse a und c des Schalters SW miteinander verbunden werden (S46). Danach beendet die Aufhängungs-ECU 50 die derzeitige Ausführung dieser Routine.
Durch wiederholte Ausführung der oben beschriebenen Schaltsteuerung wird das erste Element EL1 mit der elektrischen Schaltung 104 in dem Fall verbunden, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der normale Strom I_a ist. Im Gegensatz dazu wird in dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der normale Strom I_a ist, das zweite Element EL2 mit der elektrischen Schaltung 104 verbunden.
15 ist eine Grafik, die die Frequenzeigenschaft bzw. Frequenzkennlinie der Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm und die Frequenzeigenschaft bzw. Frequenzkennlinie der Impedanz der elektrischen Schaltung 104, mit der das erste Element EL1 verbunden ist, zeigt. In 15 zeigt eine Kurve A die Frequenzkennlinie der Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm, und eine Kurve B zeigt die Frequenzkennlinie der Impedanz der elektrischen Schaltung 104. Man beachte, dass ein fester Widerstand, dessen Widerstandswert R ist, als das erste Element EL1 verwendet wird.
Die Impedanz des Trägheitskondensators Cm, die durch die Kurve A gezeigt ist, wird durch (1/ωC_m)) repräsentiert. ω ist die Winkelfrequenz (= 2πf) der Vibration. Die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm ist umgekehrt proportional zu der Frequenz f. Das heißt, diese Impedanz verringert sich, wenn sich die Frequenz f erhöht. Die Impedanz der elektrischen Schaltung 104, die durch die Kurve B angegeben ist, wird durch (ωL_m + (R + R_m)) repräsentiert. Die Impedanz der elektrischen Schaltung 104 ist proportional zu der Frequenz f. Das heißt, diese Impedanz erhöht sich mit der Frequenz f. Dementsprechend ist die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm größer als die Impedanz der elektrischen Schaltung 104, wenn die Frequenz f niedrig ist. Die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm ist jedoch kleiner als die Impedanz der elektrischen Schaltung 104, wenn die Frequenz f hoch ist.
Wie es in 15 gezeigt ist, kehrt sich in der vorliegenden Ausführungsform das Größenverhältnis zwischen der Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm und der Impedanz der elektrischen Schaltung 104 bei einer Frequenz von etwa 7 Hz um. Dementsprechend ist in einem Vibrationsfrequenzband bei oder in der Nähe der gefederten Resonanzfrequenz (um 1 Hz) die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm größer als die Impedanz der elektrischen Schaltung 104. Andererseits ist in einem Vibrationsfrequenzband bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz (um 10 Hz) die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm kleiner als die Impedanz der elektrischen Schaltung 104.
In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der normale Strom I_a ist, ist die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm größer als die Impedanz der elektrischen Schaltung 104. Außerdem besteht in demselben Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der normale Strom I_a ist, da die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, nur einen geringen nachteiligen Einfluss auf die Dämpfungskraft, die durch den normalen Strom I_a repräsentiert wird, ausübt, keine Notwendigkeit, einen derartigen nachteiligen Einfluss zu verringern. Andererseits wird, wie es in 15 gezeigt ist, in dem Fall, in dem die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm größer als die Impedanz der elektrischen Schaltung 104 ist, die Frequenz der Vibration, die in den elektrischen Stoßdämpfer 30 eingegeben wird, als bei oder in der Nähe der gefederten Resonanzfrequenz liegend betrachtet. Wie es aus Obigem ersichtlich ist, wird in dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der normale Strom I_a ist, sehr wahrscheinlich eine Vibration bei oder in der Nähe der gefederten Resonanzfrequenz in den elektrischen Stoßdämpfer 30 eingegeben. In einem derartigen Fall kann angenommen werden, dass keine Notwendigkeit besteht, einen nachteiligen Einfluss zu verringern, der durch die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, auf die Dämpfungskraft ausgeübt wird.
In einem derartigen Fall wird in der vorliegenden Ausführungsform das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 104 verbunden. Wie es zuvor erwähnt wurde, wird die Impedanz Z1 des ersten Elements E1 im Voraus derart eingestellt, dass die Vibration des gefederten Elements wirksam durch die Dämpfungskraft gedämpft wird, die als Ergebnis dessen erzeugt wird, dass der erzeugte Strom durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 104 fließt, wenn das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 104 verbunden ist. Wenn dementsprechend eine Vibration bei oder in der Nähe der gefederten Resonanzfrequenz eingegeben wird, erzeugt der elektrische Stoßdämpfer 30 eine gewünschte Dämpfungskraft, wodurch die Vibration des gefederten Elements schnell gedämpft wird.
In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der normale Strom I_a ist, ist die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm kleiner als die Impedanz der elektrischen Schaltung 104. Außerdem besteht in demselben Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der normale Strom I_a ist, da die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, einen großen nachteiligen Einfluss auf die Dämpfungskraft ausübt, die durch den normalen Strom I_a repräsentiert wird, eine starke Notwendigkeit, den nachteiligen Einfluss zu verringern. Außerdem wird in dem Fall, in dem die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm kleiner als die Impedanz der elektrischen Schaltung 104 ist, wie es in 15 gezeigt ist, die Frequenz der Vibration, die in den elektrischen Stoßdämpfer 30 eingegeben wird, als bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz liegend betrachtet. Wie es aus Obigem ersichtlich ist, wird in dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der normale Strom I_a ist, sehr wahrscheinlich eine Vibration bei oder in der Nähe der gefederten Resonanzfrequenz in den elektrischen Stoßdämpfer 30 eingegeben. In einem derartigen Fall kann angenommen werden, dass ein wesentlicher Bedarf besteht, einen nachteiligen Einfluss, der durch die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, auf die Dämpfungskraft ausgeübt wird, zu verringern.
In einem derartigen Fall wird in der vorliegenden Ausführungsform das zweite Element E2 mit der elektrischen Schaltung 104 verbunden. Wie es zuvor erwähnt wurde, wird die Impedanz Z2 des zweiten Elements E2 im Voraus derart eingestellt, dass die Impedanz der elektrischen Schaltung 104, mit der das zweite Element E2 verbunden ist, kleiner als die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm ist. Wenn dementsprechend eine Vibration bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz eingegeben wird, wird die Impedanz der elektrischen Schaltung 104 verringert. Somit fließt ein großer normaler Strom I_a durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 104, und der Trägheitsentsprechungsstrom I_m verringert sich relativ. Da sich der Trägheitsentsprechungsstrom I_m relativ verringert, wird der nachteilige Einfluss, der durch die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, auf die Dämpfungskraft, die durch den normalen Strom I_a repräsentiert wird, ausgeübt wird, verringert. Demzufolge wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
e. Fünfte Ausführungsform
16 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Schaltung 105 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese elektrische Schaltung 105 ist grundlegend dieselbe wie die elektrische Schaltung 104 gemäß der vierten Ausführungsform mit der Ausnahme der Konfiguration eines zweiten Elements E2. Dementsprechend wird im Folgenden nur die Konfiguration des zweiten Elements E2 beschrieben, und die Beschreibung der anderen Konfigurationen wird weggelassen.
Das zweite Element E2 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Spule, die eine Induktivitätskomponente L aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Induktivität L der Spule, die das zweite Element E2 bildet, derart bestimmt, dass die Antiresonanzfrequenz einer parallelen Resonanzschaltung, die durch die elektrische Schaltung 105 und den Trägheitsentsprechungskondensator Cm ausgebildet wird, wenn das zweite Element E2 mit der elektrischen Schaltung 105 verbunden ist, mit einer Sollfrequenz f_w übereinstimmt, die im Voraus als gleich oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz bestimmt wird.
Wenn sich der Rotor des Motors 40 als Ergebnis der Bewegung des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen dreht, wird eine induktive elektromotorische Kraft in dem Motor 40 erzeugt, und der erzeugte Strom fließt durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 105. Als Ergebnis dessen, dass der erzeugte Strom fließt, wird ein Motormoment erzeugt, das in der Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors des Motors 40 wirkt. Dieses Motormoment wirkt als eine Dämpfungskraft gegen die Vibrationen zwischen den gefederten und ungefederten Elementen, die durch die Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen verursacht werden. Da der Fluss des erzeugten Stroms in der elektrischen Schaltung 105 derselbe wie derjenige des erzeugten Stroms in der elektrischen Schaltung 104 gemäß der vierten Ausführungsform ist, wird dessen Beschreibung hier weggelassen.
Der elektrische Stoßdämpfer 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält ebenfalls einen Drehkörper (die Kugelumlaufspindelwelle 36 und den Rotor des Motors 40), der sich mit der Ausdehnung und der Kontraktion (Kompression) des elektrischen Stoßdämpfers 30 dreht. Dementsprechend fließen der erzeugte Strom, der zu einer Erzeugung der Dämpfungskraft beiträgt, und der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der die Trägheitskraft des Drehkörpers repräsentiert, durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 105. Die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, übt einen nachteiligen Einfluss auf die Dämpfungskraft aus. Demzufolge verschlechtert sich die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz.
In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Aufhängungs-ECU 50 den Trägheitsentsprechungsstrom I_m und den erzeugten Strom (normaler Strom) I_a, der durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 105 fließt, wenn das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 105 verbunden ist, und steuert den Betrieb des Schalters SW auf der Grundlage der Größenbeziehung zwischen dem berechneten Trägheitsentsprechungsstrom I_m und dem normalen Strom I_a, wodurch die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert wird.
Die Steuerroutine, die von der Aufhängungs-ECU 50 ausgeführt wird, um den Betrieb des Schalters SW zu steuern, ist dieselbe wie die Schaltsteuerroutine, die in 13 gezeigt ist. Im Folgenden wird diese Routine kurz beschrieben. Die Aufhängungs-ECU 50 berechnet die induktive elektromotorische Kraft V, die von dem Motor 40 erzeugt wird, berechnet den Trägheitsentsprechungsstrom I_m auf der Grundlage der induktiven elektromotorischen Kraft V und berechnet den normalen Strom I_a, der durch die elektrische Schaltung 105, mit der das erste Element E1 verbunden ist, fließt. Die Aufhängungs-ECU 50 vergleicht den Trägheitsentsprechungsstrom I_m mit dem normalen Strom I_a. In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der normale Strom I_a ist, gibt die Aufhängungs-ECU 50 ein Steuersignal an den Schalter SW derart aus, dass der Anschluss a und der Anschluss b des Schalters SW miteinander verbunden werden. In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m gleich oder größer als der normale Strom I_a ist, gibt die Aufhängungs-ECU 50 ein Steuersignal an den Schalter SW derart aus, dass die Anschlüsse a und c des Schalters SW miteinander verbunden werden.
In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der normale Strom I_a ist, wird sehr wahrscheinlich eine Vibration bei oder in der Nähe der gefederten Resonanzfrequenz in den elektrischen Stoßdämpfer 30 eingegeben. In einem derartigen Fall kann angenommen werden, dass keine Notwendigkeit besteht, einen nachteiligen Einfluss zu verringern, der durch die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, auf die Dämpfungskraft ausgeübt wird. In diesem Fall wird in der vorliegenden Ausführungsform das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 105 verbunden. Die Impedanz Z1 des ersten Elements E1 wird im Voraus derart eingestellt, dass die Vibration des gefederten Elements wirksam durch die Dämpfungskraft gedämpft wird, die als Ergebnis dessen erzeugt wird, dass der erzeugte Strom durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 105 fließt, wenn das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 105 verbunden ist. Wenn dementsprechend eine Vibration bei oder in der Nähe der gefederten Resonanzfrequenz eingegeben wird, erzeugt der elektrische Stoßdämpfer 30 eine gewünschte Dämpfungskraft, wodurch die Vibration des gefederten Elements schnell gedämpft wird.
In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der normale Strom I_a ist, wird sehr wahrscheinlich eine Vibration bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz in den elektrischen Stoßdämpfer 30 eingegeben. In einem derartigen Fall kann angenommen werden, dass eine starke Notwendigkeit besteht, einen nachteiligen Einfluss zu verringern, der durch die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, auf die Dämpfungskraft ausgeübt wird. In diesem Fall wird in der vorliegenden Ausführungsform das zweite Element E2 mit der elektrischen Schaltung 105 verbunden. Wie es zuvor erwähnt wurde, ist das zweite Element E2 eine Spule, die eine Induktivitätskomponente L aufweist, die derart bestimmt wird, dass die Antiresonanzfrequenz einer parallelen Resonanzschaltung, die durch die elektrische Schaltung 105 und den Trägheitsentsprechungskondensator Cm ausgebildet wird, wenn das zweite Element E2 mit der elektrischen Schaltung 105 verbunden ist, mit einer vorbestimmten Frequenz übereinstimmt, die gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist. Dementsprechend tritt in dem Fall, in dem eine Vibration bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz eingegeben wird, eine Antiresonanz zwischen der elektrischen Schaltung 105 und dem Trägheitsentsprechungskondensator Cm auf. Als Ergebnis des Auftretens der Antiresonanz erhöht sich die Schaltungsimpedanz bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz, und es wird für den Strom schwierig, durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 105 zu fließen. Somit verringern sich der Trägheitsentsprechungsstrom I_m und der normale Strom I_a. Mit der Verringerung des normalen Stroms I_a, der durch die elektrische Schaltung 105 fließt, verringert sich ebenfalls die Dämpfungskraft, die von dem elektrischen Stoßdämpfer 30 erzeugt wird. Das heißt, es verringert sich die Dämpfungskraft gegen die Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband. Mit der Verringerung der Dämpfungskraft gegen die Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband werden die Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband durch Prellbewegungen nur des ungefederten Elements absorbiert. Als Ergebnis der Absorption der Vibrationen durch Prellbewegungen des ungefederten Elements wird eine Übertragung der Vibrationen auf das gefederte Element unterdrückt. Somit wird das gefederte Vibrationsübertragungsvermögen (Übertragungseigenschaft) bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
f. Sechste Ausführungsform
17 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Schaltung 106 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die elektrische Schaltung 106 enthält einen Hauptverbindungspfad H, der den ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 und den zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 des Motors 40 miteinander verbindet. Ein externer Widerstand R und ein Schalter SW, der die elektrische Schaltung 106 öffnet/schließt, sind mit dem Hauptverbindungspfad H verbunden. Dieser Schalter SW wird von der Aufhängungs-ECU 50 tastverhältnisgesteuert. Man beachte, dass in 17 L_m die Motorinduktivität repräsentiert und R_m den Innenwiderstand des Motors 40 repräsentiert. Außerdem ist ein Trägheitsentsprechungskondensator Cm imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung 106 geschaltet.
Wenn sich der Rotor des Motors 40 als Ergebnis der Bewegung des Annäherns oder Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen dreht, wird eine induktive elektromotorische Kraft in dem Motor 40 erzeugt, und der erzeugte Strom fließt durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 106. Als Ergebnis des Fließens des erzeugten Stroms wird ein Motormoment erzeugt, das in der Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors des Motors 40 wirkt. Dieses Motormoment wirkt als eine Dämpfungskraft gegen die Vibrationen zwischen den gefederten und ungefederten Elementen, die durch die Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen verursacht werden. Da der Fluss des erzeugten Stroms in der elektrischen Schaltung 106 derselbe wie derjenige des erzeugten Stroms gemäß der dritten Ausführungsform ist, wird dessen Beschreibung hier weggelassen.
Der elektrische Stoßdämpfer 30 der vorliegenden Ausführungsform enthält ebenfalls einen Drehkörper (die Kugelumlaufspindelwelle 36 und den Rotor des Motors 40), der sich mit dessen Ausdehnung und Kontraktion (Kompression) dreht. Dementsprechend fließen der erzeugte Strom, der zu einer Erzeugung der Dämpfungskraft beiträgt, und der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der die Trägheitskraft des Drehkörpers repräsentiert, durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 106. Die Trägheitskraft, die durch den Trägheitsentsprechungsstrom I_m repräsentiert wird, übt einen nachteiligen Einfluss auf die Dämpfungskraft aus. Demzufolge verschlechtert sich die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz.
In der vorliegenden Ausführungsform berechnet die Aufhängungs-ECU 50 den Trägheitsentsprechungsstrom I_m und den erzeugten Strom I_a und steuert das Tastverhältnis des Schalters SW auf der Grundlage der Größenbeziehung zwischen dem berechneten Trägheitsentsprechungsstrom I_m und dem erzeugten Strom I_a, wodurch die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert wird.
18 ist ein Diagramm, das ein Beispiel der Tastverhältnissteuerroutine zeigt, die von der Aufhängungs-ECU 50 ausgeführt wird. Beim Start der Tastverhältnissteuerroutine empfängt die Aufhängungs-ECU 50 zunächst den Drehwinkel θ des Motors 40 (Rotor) von dem Drehwinkelsensor 63 (S60). Anschließend differenziert die Aufhängungs-ECU 50 den empfangenen Motordrehwinkel θ nach der Zeit, um die Motordrehwinkelgeschwindigkeit ω zu berechnen (S61). Anschließend multipliziert die Aufhängungs-ECU 50 die Motordrehwinkelgeschwindigkeit ω mit einer Motordrehmomentkonstante K_m, um eine induktive elektromotorische Kraft V zu berechnen (S62). Anschließend differenziert die Aufhängungs-ECU 50 die induktive elektromotorische Kraft V nach der Zeit und multipliziert den differenzierten Wert mit der Kapazität C_m des Trägheitsentsprechungskondensators Cm, um den Trägheitsentsprechungsstrom I_m zu berechnen, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt (S63).
Anschließend berechnet die Aufhängungs-ECU 50 den erzeugten Strom I_a, der durch die elektrische Schaltung 106 fließt, unter Verwendung desselben Verfahrens wie dasjenige, das verwendet wird, um den normalen Strom I_a gemäß der vierten Ausführungsform zu berechnen (S64). Anschließend bestimmt die Aufhängungs-ECU 50, ob der Trägheitsentsprechungsstrom I_m gleich oder größer als der erzeugte Strom I_a ist (S65). In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der erzeugte Strom I_a ist (S65: Nein), stellt die Aufhängungs-ECU 50 das Tastverhältnis a des Schalters SW auf 100% ein und gibt eine Steueranweisung an den Schalter SW derart aus, dass der Schalter SW mit dem eingestellten Tastverhältnis a betrieben wird (S67). Danach beendet die Aufhängungs-ECU 50 die derzeitige Ausführung dieser Routine. In dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m gleich oder größer als der erzeugte Strom I_a ist (S65: Ja), stellt die Aufhängungs-ECU 50 das Tastverhältnis a des Schalters SW auf beispielsweise 50% ein und gibt eine Steueranweisung an den Schalter SW derart aus, dass der Schalter SW mit dem eingestellten Tastverhältnis a betrieben wird (S66). Danach beendet die Aufhängungs-ECU 50 die derzeitige Ausführung dieser Routine.
In der vorliegenden Ausführungsform werden, wenn der Trägheitsentsprechungsstrom I_m gleich oder größer als der erzeugte Strom I_a ist, der Trägheitsentsprechungsstrom und der erzeugte Strom, die durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 106 fließen, durch Verringern des Tastverhältnisses des Schalters SW verringert. Wenn sich der erzeugte Strom verringert, verringert sich ebenfalls die Dämpfungskraft. Wenn der Trägheitsentsprechungsstrom I_m gleich oder größer als der erzeugte Strom I_a ist, wird vermutlich eine Vibration bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz eingegeben. Dementsprechend verringert sich die Dämpfungskraft gegen die Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz. Mit der Verringerung der Dämpfungskraft gegen die Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband werden die Vibrationen in dem ungefederten Resonanzfrequenzband durch Prellbewegungen nur des ungefederten Elements absorbiert. Als Ergebnis der Absorption der Vibrationen durch Prellbewegungen des ungefederten Elements wird eine Übertragung der Vibrationen auf das gefederte Element unterdrückt. Somit wird das gefederte Vibrationsübertragungsvermögen bei oder in der Nähe ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Oben wurden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In jeder Ausführungsform ist die Aufhängungsvorrichtung, die eine Dämpfungskraft unter Verwendung des elektrischen Stoßdämpfers 30 erzeugt, mit einer Einrichtung zum Beseitigen oder Verringern des Einflusses der Trägheitskraft des Drehkörpers, der in dem elektrischen Stoßdämpfer 30 enthalten ist, auf die Dämpfungskraft versehen. Insbesondere stellt jede Ausführungsform eine Aufhängungsvorrichtung 1 bereit, die einen elektrischen Eigenschaftseinstellteil enthält, der die elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung 100 einstellt, um den Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 100, die mit dem Motor 40 verbunden ist, fließt, zu verringern.
In der ersten Ausführungsform enthält der elektrische Eigenschaftseinstellteil die Invertierungsverstärkungsschaltung 120 und den Trägheitskompensationskondensator Cp. Die Invertierungsverstärkungsschaltung 120 enthält den Operationsverstarker OP, der den nicht invertierenden Eingangsanschluss (+), der mit dem zweiten Elektrizitätsversorgungsanschluss t2 (einer der beiden Elektrizitätsversorgungsanschlüsse des Motors 40) verbunden ist, den invertierenden Eingangsanschluss (–), der mit dem ersten Elektrizitätsversorgungsanschluss t1 (dem anderen Elektrizitätsversorgungsanschluss des Motors 40) verbunden ist, und den Ausgangsanschluss O aufweist, den Eingangswiderstand R_in und den Rückkopplungswiderstand R_f. Der Trägheitskompensationskondensator Cp ist mit dem Ausgangsanschluss O des Operationsverstärkers OP verbunden. Gemäß dieser Konfiguration fließt ein Strom, der eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, durch den Trägheitskompensationskondensator Cp. Dieser gegenphasige Strom, der der elektrischen Schaltung 101 zugeführt wird, verringert den Trägheitsentsprechungsstrom I_m oder löscht diesen aus. Als Ergebnis wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
In der zweiten Ausführungsform sind die externen Widerstände VR1 und VR2, die ihren Widerstand ändern können, mit der elektrischen Schaltung 102 verbunden, und der elektrische Eigenschaftseinstellteil enthält einen Solldämpfungskraftrechenabschnitt (S20), der die Solldämpfungskraft, die der Sollwert der Dämpfungskraft ist, die von dem elektrischen Stoßdämpfer 30 erzeugt wird, auf der Grundlage des Bewegungszustands des Fahrzeugs berechnet, einen Bedarfswiderstandswertrechenabschnitt (S21), der auf der Grundlage der berechneten Solldämpfungskraft einen benötigten Widerstandswert R berechnet, der der externe Widerstandswert ist, der von der elektrischen Schaltung 102 benötigt wird, um zu bewirken, dass der elektrische Stoßdämpfer 30 die Solldämpfungskraft erzeugt, und einen Widerstandswertkorrekturabschnitt (S22, S24 und S25), der die Widerstandswerte der externen Widerstände VR1 und VR2 derart korrigiert, dass die kombinierte Impedanz aus dem benötigten Widerstandswert R und der benötigten Induktivität L_h durch den Widerstandswert des externen Widerstands VR1 oder VR2 repräsentiert wird. Die benötigte Induktivität L_h, wird im Voraus als eine externe Induktivität berechnet, die die elektrische Schaltung 102 aufweisen muss, so dass die Antiresonanzfrequenz der parallelen Resonanzschaltung, die durch die elektrische Schaltung 102 und den imaginären Trägheitsentsprechungskondensator Cm ausgebildet wird, der parallel zu der elektrischen Schaltung 102 geschaltet ist, mit einer vorbestimmten Frequenz übereinstimmt, die gleich der ungefederten Resonanzfrequenz oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist. Gemäß dieser Konfiguration tritt in dem Fall, in dem die Vibrationsfrequenz bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz liegt, eine Antiresonanz in der parallelen Resonanzschaltung auf, die aus der elektrischen Schaltung 102 und dem Trägheitsentsprechungskondensator Cm besteht. Als Ergebnis des Auftretens der Antiresonanz wird es für den Strom schwierig, durch die elektrische Schaltung 102 zu fließen. Somit verringern sich der Trägheitsentsprechungsstrom I_m und der erzeugte Strom, der zu der Dämpfungskraft beiträgt. Demzufolge wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft für Vibrationen bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
In der dritten Ausführungsform enthält der elektrische Eigenschaftseinstellteil einen Trägheitsentsprechungsstromrechenabschnitt (S33), der den Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, auf der Grundlage der induktiven elektromotorischen Kraft und der Kapazität des Trägheitsentsprechungskondensators Cm berechnet, und die Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung 300 zum Zuführen des Trägheitskompensationsstroms I_p, der dieselbe Größe und eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, zu der elektrischen Schaltung 103. Gemäß dieser Konfiguration wird ein Strom, der dieselbe Größe und eine Gegenphase zu dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m aufweist, der elektrischen Schaltung 103 zugeführt. Der zugeführte gegenphasige Strom verringert den Trägheitsentsprechungsstrom I_m oder löscht diesen aus. Demzufolge wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
In der vierten und fünften Ausführungsform steuert der elektrische Eigenschaftseinstellteil den Betrieb der Verbindungszustandswechselvorrichtung SW auf der Grundlage der Größenbeziehung zwischen dem Trägheitsentsprechungsstrom I_m und dem normalen Strom I_a (das heißt, dem erzeugten Strom, der durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 104 (105) fließt, wenn das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 104 (105) verbunden ist)). Insbesondere bestehen die vierte und fünfte Ausführungsform aus einer Konfiguration, bei der der elektrische Eigenschaftseinstellteil den Betrieb der Verbindungszustandswechselvorrichtung SW derart steuert, dass das erste Element E1 mit der elektrischen Schaltung 104 (105) verbunden wird, wenn der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der normale Strom I_a ist, und das zweite Element E2 mit der elektrischen Schaltung 104 (105) verbunden wird, wenn der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der normale Strom I_a ist.
Gemäß der vierten Ausführungsform wird das zweite Element E2 mit der elektrischen Schaltung 104 in dem Fall verbunden, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der normale Strom I_a ist, wodurch die Impedanz der elektrischen Schaltung 104 kleiner als die Impedanz des Trägheitsentsprechungskondensators Cm wird. Somit wird der Trägheitsentsprechungsstrom I_m, der durch den Trägheitsentsprechungskondensator Cm fließt, verringert. Demzufolge wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Gemäß der fünften Ausführungsform wird das zweite Element E2 mit der elektrischen Schaltung 105 in dem Fall verbunden, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der normale Strom I_a ist, wodurch in dem Fall, in dem die Vibrationsfrequenz bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz liegt, eine Antiresonanz in der parallelen Resonanzschaltung auftritt, die durch die elektrische Schaltung 105 und den Trägheitsentsprechungskondensator Cm ausgebildet wird. Als Ergebnis des Auftretens der Antiresonanz wird es für den Strom schwierig, durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 105 zu fließen. Demzufolge wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
In der sechsten Ausführungsform stellt der elektrische Eigenschaftseinstellteil das Tastverhältnis des Schalters SW auf 100% in dem Fall ein, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m kleiner als der erzeugte Strom I_a ist, und stellt das Tastverhältnis des Schalters SW auf ein vorbestimmtes Tastverhältnis in dem Fall ein, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der erzeugte Strom I_a ist, so dass die Dämpfungskraft, die von dem elektrischen Stoßdämpfer 30 erzeugt wird, gleich oder kleiner als die vorbestimmte Dämpfungskraft wird. Gemäß dieser Konfiguration wird in dem Fall, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom I_m größer als der normale Strom I_a ist, das Tastverhältnis des Schalters SW gesteuert, um den Strom, der durch den Motor 40 und die elektrische Schaltung 106 fließt, zu verringern. Demzufolge wird die gefederte Vibrationsübertragungseigenschaft bei oder in der Nähe der ungefederten Resonanzfrequenz verbessert.
Die vorliegende Erfindung sollte nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt verstanden werden. Der Stoßdämpfer, der in den oben beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, enthält beispielsweise einen Motor und einen Kugelumlaufspindelmechanismus (Bewegungswandlungsmechanismus). Ein derartiger zweckgebundener Bewegungswandlungsmechanismus ist jedoch nicht notwendigerweise notwendig. Der elektrische Stoßdämpfer, der keinen Bewegungswandlungsmechanismus benötigt, kann beispielsweise eine elektrische Stabilisierungsvorrichtung sein. Die elektrische Stabilisierungsvorrichtung weist eine Funktion zum Unterdrücken einer Rollbewegung des Fahrzeugs unter Verwendung einer Kraft, die von einem Motor erzeugt wird, auf. Ein Rollen des Fahrzeugs tritt als Ergebnis der Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen auf. Das heißt, die elektrische Stabilisierungsvorrichtung kann als ein elektrischer Stoßdämpfer betrachtet werden, der eine Rollvibration unterdrückt, die durch die Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen verursacht wird. Die Rollbewegung des Fahrzeugs wird direkt über eine Stabilisierungsstange als eine Drehbewegung auf den Rotor des Motors der elektrischen Stabilisierungsvorrichtung übertragen. Dementsprechend benötigt der elektrische Stoßdämpfer keinen zweckgebundenen Bewegungswandlungsmechanismus zum Umwandeln von Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen den gefederten und ungefederten Elementen in eine Drehbewegung des Motors. Die vorliegende Erfindung kann für elektrische Stoßdämpfer verwendet werden, die keinen derartigen Bewegungswandlungsmechanismus aufweisen. Wie es oben erwähnt wurde, kann die vorliegende Erfindung auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009-257486 [0005]

Claims

Aufhängungsvorrichtung für ein Fahrzeug, die aufweist: einen Stoßdämpfer, der einen Motor enthält, der einen Stator, der mit einem gefederten oder ungefederten Element des Fahrzeugs gekoppelt ist, und einen Rotor, der in Bezug auf den Stator drehbar ist, aufweist, wobei aufgrund einer induktiven elektromotorischen Kraft, die erzeugt wird, wenn der Rotor als Ergebnis von Bewegungen eines Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten und ungefederten Element gedreht wird, ein Induktionsstrom durch den Motor fließt, wodurch eine Dämpfungskraft erzeugt wird; eine elektrische Schaltung, die eine elektrische Verbindung zwischen zwei Elektrizitätsversorgungsanschlüssen des Motors erstellt; und einen elektrischen Eigenschaftseinstellteil, der eine elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung einstellt, um einen Trägheitsentsprechungsstrom zu verringern, der ein Strom ist, der durch den Motor fließt und eine Trägheitskraft eines Drehkörpers repräsentiert, der zumindest den Rotor enthält und sich als Ergebnis der Bewegungen des Annäherns und Voneinanderentfernens zwischen dem gefederten und ungefederten Element dreht.
Aufhängungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der elektrische Eigenschaftseinstellteil aufweist: eine Invertierungsverstärkungsschaltung, die einen Operationsverstärker, einen Eingangswiderstand und einen Rückkopplungswiderstand enthält, wobei der Operationsverstärker einen nicht invertierenden Eingangsanschluss, der mit einem der Elektrizitätsversorgungsanschlüsse des Motors verbunden ist, einen invertierenden Eingangsanschluss, der mit dem anderen der Elektrizitätsversorgungsanschlüsse des Motors verbunden ist, und einen Ausgangsanschluss aufweist; und wobei ein Trägheitskompensationskondensator mit dem Ausgangsanschluss verbunden ist.
Aufhängungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Invertierungsverstärkungsschaltung einen Verstärkungsfaktor von 1 aufweist; und der Trägheitskompensationskondensator eine Kapazität aufweist, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht.
Aufhängungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der elektrische Eigenschaftseinstellteil die elektrische Eigenschaft der elektrischen Schaltung derart einstellt, dass eine Antiresonanzfrequenz einer parallelen Resonanzschaltung, die durch die elektrische Schaltung und einen Trägheitsentsprechungskondensator, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung geschaltet ist und eine Kapazität aufweist, die der Trägheitskraft des Drehkörpers entspricht, ausgebildet wird, mit einer vorbestimmten Frequenz übereinstimmt, die gleich oder nahe bei einer ungefederten Resonanzfrequenz ist.
Aufhängungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein externer Widerstand, dessen Widerstandswert variabel ist, mit der elektrischen Schaltung verbunden ist; und der elektrische Eigenschaftseinstellteil aufweist: einen Solldämpfungskraftrechenabschnitt, der eine Solldämpfungskraft berechnet, die ein Sollwert der Dämpfungskraft ist, die von dem Stoßdämpfer erzeugt wird; einen Bedarfswiderstandswertrechenabschnitt, der auf der Grundlage der Solldämpfungskraft einen benötigten Widerstandswert berechnet, der ein externer Widerstandswert ist, der von der elektrischen Schaltung benötigt wird, um zu bewirken, dass der Stoßdämpfer die Solldämpfungskraft erzeugt; und einen Widerstandswertkorrekturabschnitt, der den Widerstandswert des externen Widerstands derart korrigiert, dass der Widerstandswert des externen Widerstands eine kombinierte Impedanz aus dem benötigten Widerstandswert und einer benötigten Induktivität repräsentiert, die im Voraus als eine externe Induktivität bestimmt wird, die von der elektrischen Schaltung benötigt wird, um zu bewirken, dass die Antiresonanzfrequenz mit der vorbestimmten Frequenz übereinstimmt, die gleich oder nahe bei der ungefederten Resonanzfrequenz ist.
Aufhängungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der elektrische Eigenschaftseinstellteil aufweist: einen Trägheitsentsprechungsstromrechenabschnitt, der den Trägheitsentsprechungsstrom auf der Grundlage der induktiven elektromotorischen Kraft und einer Kapazität, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht, berechnet; und eine Trägheitskompensationsstromzufuhrvorrichtung, die der elektrischen Schaltung einen Trägheitskompensationsstrom zuführt, der ein Strom ist, der eine Gegenphase zu dem berechneten Trägheitsentsprechungsstrom aufweist.
Aufhängungsvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: ein erstes Element, das eine erste Impedanz aufweist; ein zweites Element, das eine zweite Impedanz aufweist; und eine Verbindungszustandswechselvorrichtung, die selektiv das erste Element oder das zweite Element mit der elektrischen Schaltung verbindet, wobei die erste Impedanz im Voraus derart eingestellt wird, dass eine Vibration des gefederten Elements durch eine Dämpfungskraft unterdrückt wird, die erzeugt wird, wenn das erste Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, die zweite Impedanz im Voraus derart eingestellt wird, dass, wenn das zweite Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, die Impedanz der elektrischen Schaltung kleiner als eine Impedanz wird, die durch eine Kapazität repräsentiert wird, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht, und der elektrische Eigenschaftseinstellteil einen Betrieb der Verbindungszustandswechselvorrichtung derart steuert, dass das erste Element mit der elektrischen Schaltung in dem Fall verbunden wird, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom kleiner als ein normaler Strom ist, der ein Induktionsstrom ist, der durch die elektrische Schaltung fließt, wenn das erste Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, und das zweite Element mit der elektrischen Schaltung in dem Fall verbunden wird, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der normale Strom ist.
Aufhängungsvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: ein erstes Element, das eine erste Impedanz aufweist; ein zweites Element, das eine zweite Impedanz aufweist; und eine Verbindungszustandswechselvorrichtung, die selektiv das erste Element oder das zweite Element mit der elektrischen Schaltung verbindet, wobei die erste Impedanz im Voraus derart eingestellt wird, dass eine Vibration des gefederten Elements durch eine Dämpfungskraft unterdrückt wird, die erzeugt wird, wenn das erste Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, die zweite Impedanz eine Impedanz ist, die von der elektrischen Schaltung benötigt wird, um derart betrieben zu werden, dass, wenn das zweite Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, eine Antiresonanzfrequenz einer parallelen Resonanzschaltung, die durch die elektrische Schaltung und einen Trägheitsentsprechungskondensator ausgebildet wird, der imaginär parallel zu der elektrischen Schaltung geschaltet ist und eine Kapazität aufweist, die der Trägheit des Drehkörpers entspricht, mit einer vorbestimmten Frequenz übereinstimmt, die gleich oder nahe bei einer ungefederten Resonanzfrequenz ist, und der elektrische Eigenschaftseinstellteil einen Betrieb der Verbindungszustandswechselvorrichtung derart steuert, dass das erste Element mit der elektrischen Schaltung in dem Fall verbunden wird, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom kleiner als ein normaler Strom ist, der ein Induktionsstrom ist, der durch die elektrische Schaltung fließt, wenn das erste Element mit der elektrischen Schaltung verbunden ist, und das zweite Element mit der elektrischen Schaltung in dem Fall verbunden wird, in dem der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der normale Strom ist.
Aufhängungsvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem aufweist: einen externen Widerstand, der mit der elektrischen Schaltung verbunden ist; einen Schalter, der betrieben werden kann, um die elektrische Schaltung zu öffnen und zu schließen, und einen Tastverhältnissteuerabschnitt zum Steuern eines Tastverhältnisses des Schalters, wobei der elektrische Eigenschaftseinstellteil derart ausgelegt ist, dass, wenn der Trägheitsentsprechungsstrom kleiner als der Induktionsstrom ist, der elektrische Eigenschaftseinstellteil das Tastverhältnis des Schalters auf 100% einstellt, und, wenn der Trägheitsentsprechungsstrom größer als der Induktionsstrom ist, der elektrische Eigenschaftseinstellteil das Tastverhältnis des Schalters auf ein vorbestimmtes Tastverhältnis derart einstellt, dass die Dämpfungskraft, die von dem Stoßdämpfer erzeugt wird, gleich oder kleiner als eine vorbestimmte Dämpfungskraft wird.