JP2004299559A

JP2004299559A - アクチュエータの制御方法及びその方法を用いたサスペンション装置

Info

Publication number: JP2004299559A
Application number: JP2003095329A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Uchiumi; 典之内海; Yusuke Akami; 裕介赤見
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28

Abstract

【課題】振動抑制を簡易に行ってコントローラの負担を少なくできるアクチュエータの制御方法及びその方法を用いたサスペンション装置を提供する。
【解決手段】電磁サスペンションユニット２は、リニアモータ８と、リニアモータ外筒を回転させる回転モータ９とを有する。車両に作用する振動はローパスフィルタ８５で低周波数信号及び高周波数信号に分離され、回転モータ９は低周波数信号により制御され、リニアモータ８は高周波数信号により制御される。回転モータ９の作動により、可動ばね受けがリニアモータ外筒の長手方向に変位し、コイルばねのばね力が変化し車高調整される。１つの電磁サスペンションユニット２に対して２つの駆動回路（例えばリニアモータドライバ５６及び回転モータドライバ６１）を用いて、振動抑制及び車高調整を良好に果たしており、駆動回路が少なくて済み、コントローラの負担を軽減することができる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の車体の振動抑制などを行うアクチュエータの制御方法及びその方法を用いたサスペンション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のサスペンション装置の一例として、特許文献１に示す電磁サスペンション装置がある。この電磁サスペンション装置は、車高制御用駆動回路、減衰力調整用駆動回路及びコイル用駆動回路を備え、各々別個に車高制御用のアクチュエータの制御、減衰力切り換え用のアクチュエータの制御及びコイルに対する通電制御を行うようにしている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−４７４０５号公報（段落「００２３」及び「００２４」、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、サスペンション装置では、振動抑制及び車高調整を良好に果すと共に、コントローラの負担を少なくすることが望まれている。
しかしながら、上述した電磁サスペンション装置では、振動抑制及び車高調整を行う上で、車高制御用のアクチュエータ、減衰力切り換え用のアクチュエータ及びコイルを用い、これに伴い対応する３つの駆動回路を有している。このため、コントローラの負担が大きくなり前記要望に応えられていないというのが実情である。また、駆動回路の数が多いことから、制御方法が複雑になっている。そして、制御方法が複雑になることに伴い、さらにコントローラの負担増加を招いている。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、振動抑制を簡易に行ってコントローラの負担を少なくできるアクチュエータの制御方法及びその方法を用いたサスペンション装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、複数個備えられ、振動対象物の振動を抑制するアクチュエータの制御方法であって、前記振動対象物の振動状態を検出する振動状態検出手段と、該振動状態検出手段からの出力信号を、高周波数信号と低周波数信号とに分離する周波数信号分離手段と、該周波数信号分離手段によって分離された、各々の周波数信号に対応した駆動信号を出力する複数の駆動信号出力手段と、を備え、一の駆動信号出力手段からの駆動信号によって一のアクチュエータを駆動し、他の駆動信号出力手段からの駆動信号によって他のアクチュエータを駆動することを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のアクチュエータの制御方法を実施して、車体の振動を抑制するサスペンション装置であって、高周波数信号に対応して、振動を減衰するアクチュエータを駆動し、低周波数信号に対応して、車高を調整するアクチュエータを駆動することを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載のサスペンション装置であって、振動を減衰するアクチュエータは、リニアモータであり、車高を調整するアクチュエータは、前記リニアモータに備えられる一対の相対変位部材のうち一方の相対変位部材側に設けられるスプリングシートを上下動させる回転モータであることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。この実施の形態のサスペンション装置１は、図１及び図２に示すように、４本の同等構造の電磁サスペンションユニット２を有している。４本の電磁サスペンションユニット２は、それぞれ、車両のフロント右側（ＦＲ）、フロント左側（ＦＬ）、リア右側（ＲＲ）及びリア左側（ＲＬ）において、車両の車体側３と車軸側４との間に設けられている。
【００１０】
電磁サスペンションユニット２は、シリンダ５と、該シリンダ５と相対変位可能なピストンロッド６とを有する油圧ダンパ（ショックアブソーバ）７と、リニアモータ８（振動を減衰し、抑制するためのアクチュエータ）と、回転モータ９（車高を調整するアクチュエータ）と、コイルばね１０とを組合せて構成されている。
【００１１】
油圧ダンパ７は、２重筒状の前記シリンダ５と、シリンダ５内に嵌挿されたピストン（図示省略）に取付けられた前記ピストンロッド６とを備えている。ピストンロッド６の先端部は車体側３の固定蓋１５に結合されている。シリンダ５におけるピストンロッド６と反対側の端部は車軸側４（ばね下部材）に連結されている。そして、油圧ダンパ７は、図示しない減衰力発生機構を有し、車体側３と車軸側４の相対変位に伴って生じるピストンとシリンダ５の相対変位によって減衰力を発生するようにしている。
【００１２】
シリンダ５には、有底筒状のブラケット１６が固着されている。ブラケット１６は、底部（以下、ブラケット底部という。）１７を備えた筒状をなし、ブラケット底部１７に形成された孔（符号省略）にシリンダ５を挿入させ、開口部が車体側３に向けられてシリンダ５に取付けられている。ブラケット１６には、コイルばね１０の下端部を支持するばね受け（以下、ブラケット側ばね受という。）１８が取付けられている。
【００１３】
リニアモータ８は、リニアモータ内筒（相対変位部材）２０及びリニアモータ外筒（相対変位部材）２１からなる２重円筒形をなしている。リニアモータ内筒２０は、シリンダ５に嵌合される略筒状のセンターヨーク２２と、センターヨーク２２の外周側に配置された永久磁石２３と、永久磁石２３を覆うようにしてセンターヨーク２２に取付けられたガイドパイプ２４と、センターヨーク２２に保持されピストンロッド６に挿通された環状部材２５と、から大略構成されている。
環状部材２５には、ドライメタル（以下、ピストンロッド側ドライメタルという。）２７が設けられており、ピストンロッド６を軸方向に無潤滑で摺動案内するようにしている。
【００１４】
リニアモータ外筒２１は、蓋部（以下、アウターヨーク蓋部という。）２９を有する筒状のアウターヨーク３０と、アウターヨーク３０の内側に設けられたコイル３１と、から大略構成されている。アウターヨーク３０の開口端部３２（図１下側）の内側には、リニアモータ内筒２０のガイドパイプ２４と摺動するドライメタル（以下、下側ドライメタルという。）３３が設けられている。アウターヨーク３０のアウターヨーク蓋部２９側の外周には雄ねじからなる送りねじ３４が形成されている。この送りねじ３４には、内側に雌ねじ３５が形成された略環状の可動ばね受け３６（スプリングシート）が螺合されており、前記ブラケット側ばね受１８と協働してコイルばね１０を支持している。コイル３１は、図示しないブラシを介して外部の電力供給回路（図示省略）に接続されている。
ここで、コイル３１への電力供給に際し、アウターヨーク３０の回転を許容するように、予め螺旋状に巻回して設けられたケーブル（図示せず）を介してコイル３１へ電力供給するようにしても良い。
前記リニアモータ８は、コイル３１への３相の電流の位相と大きさを制御することにより推力を発生する３相同期形モータとされている。リニアモータ８の制御は後述するコントローラ４０により行われる。
【００１５】
回転モータ９は、ハウジング４１と、ハウジング４１の内側に保持され、固定子巻線４２を備えた固定子４３と、固定子４３の内側に回転可能に配置され、永久磁石４４を備えた回転子４５と、を有し、３相同期形モータとなっている。回転モータ９のハウジング４１は、後述する回り止めケース４６及び前記固定蓋１５に取付けられ、車体側３に固定されている。
【００１６】
回転モータ９の回転子４５はアウターヨーク蓋部２９に結合されている。これにより、リニアモータ外筒２１は回り止めケース４６に対して回転運動可能となっている。また、リニアモータ内筒２０は後述するように回り止めケース４６に対して直線運動可能となっている。このようにリニアモータ外筒２１及びリニアモータ内筒２０は、相対的に回転運動及び直線運動が可能であり、リニアモータ８は２自由度モータになっている。
【００１７】
回り止めケース４６は、大径筒部４７及び小径筒部４８を連接した形状をなし、小径筒部４８の環状蓋部４９が回転モータ９のハウジング４１に固定されている。回り止めケース４６の大径筒部４７の内側には軸方向に延びる溝５０が周方向に複数状形成されている。この溝５０には、可動ばね受け３６の外周部に形成された複数本の長手状凸部５１が挿入され、可動ばね受け３６の回転を防止する一方、可動ばね受け３６を長手方向に案内している。そして、回転モータ９の回転子４５を回転させると、アウターヨーク３０が回転し可動ばね受け３６が軸方向に移動する。送りねじ３４には、逆作動性がなく、回転モータ９の回転力から直線運動に変換できるが、コイルばね１０による直動力からは回転運動にはできないようになっている。
【００１８】
アウターヨーク３０の開口端部３２の外周側に、筒状のカバー５２が摺動可能に装着されている。カバー５２は、一端部（図１上側）に内方に延びる爪（カバー爪）５３を有し、カバー爪５３がアウターヨーク３０の外周部に摺動可能となっている。カバー５２は、ブラケット底部１７との間に設けられたカバーばね５４により、ブラケット底部１７側に付勢されている。アウターヨーク３０の開口端部３２には、径方向外方に突出する爪（アウターヨーク爪）５５が固着されている。そして、リニアモータ外筒２１がリニアモータ８に対して伸び方向に移動し、全ストロークの１／２以上の位置に来るとカバー爪５３がアウターヨーク爪５５に引っかかり、カバー５２はリニアモータ外筒２１と共に移動する。このカバー５２があることによりリニアモータ外筒２１は外部に露出していないので、鉄粉などガイドパイプ２４の表面に付着することがない。
【００１９】
各リニアモータ８及び各回転モータ９には、図２に示すように、リニアモータドライバ５６，５７，５８，５９及び回転モータドライバ６１，６２，６３，６４を介してコントローラ４０が接続されている。コントローラ４０には、上下加速度センサ６５（振動状態検出手段）、ロールレートセンサ６６（振動状態検出手段）、ピッチングレートセンサ６７（振動状態検出手段）、各回転モータ９に取付けられた回転モータ回転角センサ６８，６９，７０，７１、各リニアモータ８に取付けられたリニアモータストロークセンサ７３，７４，７５，７６、及び上位コントローラ７７が接続されている。
【００２０】
コントローラ４０は、図３に示すように、前記各センサからの信号及び上位コントローラ７７の運転情報を入力して、車高情報、制御力指令を出力する車両運動制御器７８と、車両運動制御器７８からの車高情報及び上位コントローラ７７からの車高指令を入力し、サスペンション取付長さ変化指令を出力する車高調整制御器７９と、各サスペンション装置１に対応して設けられたサスペンション制御器８１，８２，８３，８４と、を備えている。サスペンション制御器８１，８２，８３，８４は、車高調整制御器７９からのサスペンション取付長さ変化指令及び車両運動制御器７８からの制御力指令に基づいて、ばね取付位置指令及び推力指令を算出し、ばね取付位置指令を対応する回転モータドライバ６１，６２，６３，６４に出力し、推力指令をリニアモータドライバ５６，５７，５８，５９に出力する。
回転モータドライバ６１，６２，６３，６４には、サスペンション制御器８１，８２，８３，８４からのばね取付位置指令に加えて、回転モータ回転角センサ６８，６９，７０，７１の検出信号が入力される。
リニアモータドライバ５６，５７，５８，５９には、サスペンション制御器８１，８２，８３，８４からの推力指令に加えて、リニアモータストロークセンサ７３，７４，７５，７６の検出信号が入力される。
【００２１】
サスペンション制御器８１，８２，８３，８４は、図４に示すように、車両運動制御器７８からの制御力指令の低周波数成分を通過させるローパスフィルタ（周波数信号分離手段）８５と、ローパスフィルタ８５からの出力にゲイン（１／ｋ）をかけるゲイン部８６と、車高調整制御器７９からのサスペンション取付長さ変化指令とゲイン部８６の出力とを加え合わせ、ばね取付位置指令として出力する加え合わせ部８７と、制御力指令からローパスフィルタ８５の出力（低周波数成分）を差し引いて得られたデータを推力指令として出力する減算部８８とを備えている。
前記ローパスフィルタ８５のカットオフ周波数は、車体のばね上固有振動数よりも低い値とされ、例えば０．５Ｈｚ程度とされている。ゲイン部８６のゲイン（１／ｋ）中のｋは、コイルばね１０のばね定数である。そして、ゲイン部８６の出力はローパスフィルタ８５の出力をこれと同一の力を与えるばねのたわみに変換したものである。
【００２２】
回転モータドライバ６１，６２，６３，６４はそれぞれ、前記ばね取付位置指令にゲイン（１／ｐ）をかけて角度指令（回転角度指令）を出力するゲイン部８９と、ゲイン部８９からの角度指令と回転角フィードバック信号の偏差を求める回転角偏差算出部９０と、回転角偏差算出部９０からの信号及び前記回転角フィードバック信号を加える回転角度制御器９１と、回転角度制御器９１からの信号を増幅するアンプ９２と、を備えて回転角度の位置制御系を構成し、アンプ９２の出力信号により回転モータ９に必要な電流が流されて回転モータ９を駆動するようにしている。ゲイン部８９のゲイン（１／ｐ）中のｐは送りねじ３４のピッチである。
【００２３】
リニアモータドライバ５６，５７，５８，５９はそれぞれ、推力指令にゲイン（１／ｋ_ｆ）をかけて電流指令を得るゲイン部９４と、電流指令及びストロークフィードバック信号を加える電流制御器９５と、電流制御器９５からの信号を増幅するアンプ９６と、を備えて電流制御系を構成し、アンプ９６の出力信号によりリニアモータ８に電流指令どおりの電流を供給させてリニアモータ８を駆動するようにしている。ゲイン部９４のゲイン（１／ｋ_ｆ）中のｋ_ｆは、リニアモータ８の推力定数である。
【００２４】
上述したように構成されたサスペンション装置１では、車両走行時に車体に作用する高周波数成分及び低周波数成分を含む振動が上下加速度センサ６５、ロールレートセンサ６６及びピッチングレートセンサ６７により検出され、前記高周波数成分及び低周波数成分を含む状態で制御力指令として車両運動制御器７８からサスペンション制御器８１，８２，８３，８４に送られる。サスペンション制御器８１，８２，８３，８４では、各ローパスフィルタ８５が前記低周波数成分を通過させる。
【００２５】
ローパスフィルタ８５を通過した低周波数成分は、ゲイン部８６で大きさを調整されて、車高調整制御器７９からのサスペンション取付長さ変化指令と加え合わせられて、ばね取付位置指令として加え合わせ部８７から回転モータドライバ６１，６２，６３，６４に出力される。そして、サスペンション制御器８１，８２，８３，８４からの低周波数成分を含むばね取付位置指令が回転モータドライバ６１，６２，６３，６４の各構成部材（ゲイン部８９、回転角偏差算出部９０、回転角度制御器９１及びアンプ９２）で上述したように信号処理されて、アンプ９２から回転モータ９側に出力される。この結果、回転モータ９の回転子４５ひいては可動ばね受け３６に螺合するアウターヨーク３０（リニアモータ外筒２１）は、低周波数成分の振動に応じて回転される。そして、アウターヨーク３０が回転することにより、可動ばね受け３６が上下動し、車高調整される。
【００２６】
すなわち、低周波数成分が、車高上昇が妥当であることを示す内容である場合には、アウターヨーク３０の一方向への回転により可動ばね受け３６は、アウターヨーク３０の開口端部３２側（図１下方）に移動されブラケット側ばね受１８との間隔が短くなり、これによりコイルばね１０は縮む。そして、コイルばね１０の反発力で可動ばね受け３６ひいてはリニアモータ外筒２１は図１上方に変位し、車高が上げられる。
【００２７】
また、低周波数成分が、車高下降が妥当であることを示す内容である場合には、アウターヨーク３０の前記一方向と反対方向への回転により可動ばね受け３６は、アウターヨーク３０のアウターヨーク蓋部２９側（図１上方）に移動されブラケット側ばね受１８との間隔が長くなり、これによりコイルばね１０は伸張する。そして、コイルばね１０のばね力が小さくなり可動ばね受け３６ひいてはリニアモータ外筒２１は図１下方に変位し、車高が下げられる。
【００２８】
一方、車両運動制御器７８からサスペンション制御器８１，８２，８３，８４に送られた、高周波数成分及び低周波数成分を含む制御力指令は、減算部８８に送られ、ローパスフィルタ８５の出力である低周波数成分が差し引かれ、高周波数成分が残される。そして、高周波数成分が残された状態のデータが推力指令として減算部８８からリニアモータドライバ５６，５７，５８，５９に出力される。
そして、サスペンション制御器８１，８２，８３，８４からの高周波数成分を含む推力指令がリニアモータドライバ５６，５７，５８，５９の各構成部材（ゲイン部９４、電流制御器９５及びアンプ９６）で上述したように信号処理されて、アンプ９６からリニアモータ８側に出力される。この結果、リニアモータ８は、高周波数成分の振動に応じてリニアモータ内筒２０及びリニアモータ外筒２１が相対的に上下作動される。このリニアモータ内筒２０及びリニアモータ外筒２１の上下作動により、高周波数成分の振動が抑制される。
【００２９】
上述したように構成したサスペンション装置１では、１つの電磁サスペンションユニット２に対して２つの駆動回路（例えばリニアモータドライバ５６及び回転モータドライバ６１）を用いて、振動抑制及び車高調整を良好に果たしている。このため、駆動回路が少なくて済み、コントローラ４０の負担を軽減することができる。さらに、上記駆動回路数の低減に伴い制御方法を簡素化でき、前記コントローラ４０の負担軽減をさらに進めることができる。
【００３０】
また、上記実施の形態では、リニアモータ外筒２１を回転するので、リニアモータ外筒２１とリニアモータ内筒２０との間に設けられた下側ドライメタル３３等の周方向の偏磨耗を解消することができる。このため、リニアモータ外筒２１及びリニアモータ内筒２０が軸方向にのみ相対的に移動する場合に生じるこじりの発生を回避することができ、リニアモータ外筒２１及びリニアモータ内筒２０の摺動変位をスムーズに行えるようになる。
【００３１】
また、電磁サスペンションユニット２は、車両に固定して用いられ、リニアモータ８は走行手前側から風を受けることになるが、コイル３１を有するリニアモータ外筒２１が回転することから、リニアモータ外筒２１は周方向にバランスよく風を受けることになる。これにより、リニアモータ外筒２１は良好な放熱性を確保することができ、リニアモータ８の効率向上を図ることができる。
【００３２】
なお、上記リニアモータ８及び回転モータ９は、車高調整を行うエアサスペンション及び減衰力調整機構と組合せて用いてもよいし、車高調整を行う油圧シリンダ及び減衰力調整機構と組合せて用いてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１記載の発明に係るアクチュエータの制御方法によれば、周波数信号分離手段により分離された振動対象物の振動状態の高周波数信号と低周波数信号にそれぞれ対応してアクチュエータを制御して、振動抑制及び車高調整を図ることが可能となり、これによりアクチュエータの駆動回路としては高周波数信号と低周波数信号にそれぞれ対応した回路に抑えることができ、制御方法の簡素化を図ることができる。
【００３４】
請求項２又は３に記載の発明に係るサスペンション装置によれば、高周波数信号に対応して、振動を減衰するアクチュエータを駆動し、低周波数信号に対応して、車高を調整するアクチュエータを駆動するので、駆動回路としては高周波数信号と低周波数信号にそれぞれ対応した回路に抑えることができ、装置の簡素化ひいては制御方法の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るサスペンション装置（図２）で用いる電磁サスペンションユニットを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るサスペンション装置を模式的に示す回路図である。
【図３】図２のコントローラ及びこのコントローラに接続される部材を示す回路図である。
【図４】図３のサスペンション制御器、回転モータドライバ及びリニアモータドライバを示す回路図である。
【符号の説明】
１サスペンション装置
２電磁サスペンションユニット
８リニアモータ（振動を減衰するアクチュエータ）
９回転モータ（車高を調整するアクチュエータ）
２０リニアモータ内筒（相対変位部材）
２１リニアモータ外筒（相対変位部材）
３６可動ばね受け（スプリングシート）
６５上下加速度センサ（振動状態検出手段）
６６ロールレートセンサ（振動状態検出手段）
６７ピッチングレートセンサ（振動状態検出手段）
８５ローパスフィルタ（周波数信号分離手段）

Claims

複数個備えられ、振動対象物の振動を抑制するアクチュエータの制御方法であって、
前記振動対象物の振動状態を検出する振動状態検出手段と、
該振動状態検出手段からの出力信号を、高周波数信号と低周波数信号とに分離する周波数信号分離手段と、
該周波数信号分離手段によって分離された、各々の周波数信号に対応した駆動信号を出力する複数の駆動信号出力手段と、を備え、
一の駆動信号出力手段からの駆動信号によって一のアクチュエータを駆動し、他の駆動信号出力手段からの駆動信号によって他のアクチュエータを駆動することを特徴とするアクチュエータの制御方法。
請求項１に記載のアクチュエータの制御方法を実施して、車体の振動を抑制するサスペンション装置であって、
高周波数信号に対応して、振動を減衰するアクチュエータを駆動し、
低周波数信号に対応して、車高を調整するアクチュエータを駆動することを特徴とするサスペンション装置。
請求項２に記載のサスペンション装置であって、
振動を減衰するアクチュエータは、リニアモータであり、
車高を調整するアクチュエータは、前記リニアモータに備えられる一対の相対変位部材のうち一方の相対変位部材側に設けられるスプリングシートを上下動させる回転モータであることを特徴とするサスペンション装置。