JP2005106106A - 車両懸架装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 多様な機能を有する車両懸架装置を提供する。
【解決手段】 電磁サスペンション４は、バネ上−バネ下間の減衰力を発生するショックアブソーバ８０と、バネ下をバネ上に弾性支持するコイルスプリング２２と、ショックアブソーバ８０を車体に結合するアッパーサポート７０とを備える。回生用モータ２０が第１シャフト２４を回転させると、第１シャフト２４とボールねじナット２６が相対回転することにより、ロッド２８がアウターシェル３０に対して上下に摺動する。また、ボールねじ機構２３に設けられたロック機構４８をロックした状態で、回生用モータ２０を回転させると、回転力がロック機構４８を介してアウターシェル３０に伝達され、アウターシェル３０が回転する。すなわち、電磁サスペンション４は、軸方向と軸回りの力を制御可能である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両懸架装置に関し、特に、モータにより減衰力を発生させる電磁式のショックアブソーバを備えた車両懸架装置に関する。

車両懸架装置として、電気モータ式の電磁サスペンションが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された車両懸架装置では、相互に噛合する雄ねじ部材と雌ねじ部材とを、モータにより伸縮駆動することにより、バネ上−バネ下間の減衰力をアクティブに制御する。また、車輪から衝撃的な荷重が入力したときに、その荷重を吸収するために、モータ又はねじ部材の少なくとも一方が、コイルスプリングなどのバネにより車輪又は車体に弾性支持される。
特開平８−１９７９３１号公報 特開平１０−２４６２７３号公報

特許文献１に開示された車両懸架装置は、サスペンションのシリンダの軸方向の力、すなわち上下方向の力しか制御することができない。バネ上−バネ下間の減衰力を制御するためには、上下方向の力を制御できれば十分であるが、車両安定性や操縦性などをさらに向上させるために、多様な制御が可能な車両懸架装置の開発が求められる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸方向だけでなく軸回りの力を制御可能な車両懸架装置を提供することにある。

本発明のある態様は、車両懸架装置に関する。この車両懸架装置は、軸と、該軸方向の力を発生させる第１の力発生手段と、該軸回りの力を発生させる第２の力発生手段と、を備えることを特徴とする。この構成によれば、軸方向だけでなく軸回りの力を制御可能となり、たとえば、車輪の角度を制御するなど、機能の多様化を図ることができる。

前記第２の力発生手段はモータであり、前記軸回りの力は該モータの回転力であってもよい。これにより、簡易に軸回りの回転力を発生させることができる。

前記軸方向の力は車両のバネ上とバネ下との間の減衰力であり、前記軸回りの力は前記バネ上に対して前記バネ下を回転させる回転力であってもよい。これにより、バネ上−バネ下間の制御の多様化が図られ、車両安定性や操縦性などの向上に寄与することができる。

前記第１の力発生手段は、前記バネ上と前記バネ下との間の相対移動により回生電力を発生するものであり、該回生電力を前記第２の力発生手段の回転力の発生に利用してもよい。これにより、回生電力を有効に活用し、消費電力を低減させることができる。

前記軸方向の力を発生させる第３の力発生手段をさらに備えてもよい。これにより、軸方向の力を発生させる機構を冗長にすることができ、一方が故障などにより機能を失っても、他方で機能を発現することができる。

前記力発生手段は、前記バネ上側に固定されてもよい。これにより、各力発生手段に、バネ下からの大きな入力が伝わりにくくすることができ、耐久性及び信頼性を向上させることができる。

前記第１の力発生手段はモータであり、前記減衰力は該モータの回転力を直線運動に変換する変換機構を介して発生され、該モータの回転力を伝達する第１シャフトと、前記第２の力発生手段による回転力を伝達する第２シャフトとが同軸上に配置されてもよい。これにより、スペースを有効に活用し、省スペース化を図ることができる。

前記第１の力発生手段及び前記第２の力発生手段は、多重ロータモータにより構成されてもよい。これにより、力発生手段の構成を簡略化することができる。

前記第２の力発生手段は、前記第１の力発生手段が発生する力を利用して回転力を発生してもよい。これにより、第１の力発生手段が発生する力を有効に活用することができる。

前記第２の力発生手段は、前記第１の力発生手段が発生する力を伝達可能な状態と伝達不可能な状態の間で切替可能なクラッチ機構であってもよい。これにより、第１の力発生手段が発生する力を容易に利用することができる。

前記クラッチ機構を、前記伝達可能な状態としたときに発生する前記バネ上とバネ下との間の相対移動を低減する相対移動低減手段をさらに備えてもよい。これにより、クラッチ機構により軸回りの力を発生したときに、それに伴う車高の変化を低減することができる。

ブレーキ回生電力を、前記第１の力発生手段の力の発生及び前記第２の力発生手段の回転力の発生のうち少なくとも一方に利用してもよい。これにより、回生電力を有効に利用することができ、消費電力を低減することができる。

前記軸回りの回転力を、前記バネ下のトー角の制御に利用してもよい。これにより、車両安定性や操縦性などをさらに向上させることができる。また、車両懸架装置の機能を多様化することができる。

本発明によれば、多様な機能を有する車両懸架装置を提供することができる。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る車両１の構成を示す。車両１は、車体２と、左前輪である車輪３ａ、右前輪である車輪３ｂ、左後輪である車輪３ｃ及び右後輪である車輪３ｄ（以下、適宜「車輪３」と総称する）を備える。車輪３はホイールとゴムタイヤから構成される。車体２と車輪３は、車両１のバネ上とバネ下の間の減衰力をモータを用いて発生するアブソーバを備えた車両懸架装置の一例である電磁サスペンションを介して接続される。なお、電磁サスペンションのバネにより支えられる部材の位置を「バネ上」と呼び、バネにより支えられていない部材の位置を「バネ下」と呼ぶ。すなわち、バネ上は車体２側であり、バネ下は車輪３側である。この例では、車輪３ａが電磁サスペンション４ａに、車輪３ｂが電磁サスペンション４ｂに、車輪３ｃが電磁サスペンション４ｃに、車輪３ｄが電磁サスペンション４ｄにそれぞれ取り付けられる。以下、各電磁サスペンション４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを総称する場合には、「電磁サスペンション４」と呼ぶ。各電磁サスペンション４は、電子制御装置（以下、電子制御装置を「ＥＣＵ」と表記する）１０により独立に制御される。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えて構成される。

電磁サスペンション４のモータに流れる電流は、電流センサにより検出される。電磁サスペンション４ａに対して電流センサ５ａ、電磁サスペンション４ｂに対して電流センサ５ｂ、電磁サスペンション４ｃに対して電流センサ５ｃ、電磁サスペンション４ｄに対して電流センサ５ｄがそれぞれ設けられる。以下、電流センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄを総称する場合には「電流センサ５」と呼ぶ。各電流センサ５の検出結果は、ＥＣＵ１０に伝達される。なお電流センサ５による電流検出機能は、ＥＣＵ１０により実現されてもよい。

車両１には、車両の状態を検知するためのセンサ６が設けられている。センサ６は、たとえば、車輪速センサ、車速センサ、加速度センサ、車高センサ、操舵角センサ、ヨーレートセンサなどを含んでもよい。本実施の形態では、後述するように、センサ６により検出された各種の情報に基づいて、車輪３の角度が制御される。

電磁サスペンション４を車輪３ごとに設けることにより、ＥＣＵ１０が、各車輪３の状態に応じて電磁サスペンション４のモータに印加する電流をそれぞれ独立して制御することが可能となる。また、電磁サスペンション４を採用することで、応答性の優れた制御を実現できる。

図２は、電磁サスペンション４の構成を示す。電磁サスペンション４は、回生用モータ２０、第１シャフト２４、ボールねじナット２６、ロッド２８、アウターシェル３０、軸受３２、３４、３６、ダストシール３８及び回転角センサ４４を備えたショックアブソーバ８０と、バネ下をバネ上に弾性支持するコイルスプリング２２と、ショックアブソーバ８０を車体２に結合するアッパーサポート７０とを備える。後述するように、このショックアブソーバ８０は、回生用モータ２０の回生を利用して減衰力を発生させる電磁式ショックアブソーバとして機能する。

軸受３２はロッド２８内部において第１シャフト２４を回動可能に支持し、また軸受３４及び３６は、アウターシェル３０内部においてロッド２８を摺動可能に支持する。ダストシール３８は、アウターシェル３０内にゴミなどの異物が入り込むのを防止する。回転角センサ４４は、回生用モータ２０の回転量を検出する。回転角センサ４４の検出結果は、ＥＣＵ１０に伝達される。回転角センサ４４は、回生用モータ２０の外部に設けられてもよく、また回生用モータ２０の内部に設けられてもよい。この電磁サスペンション４は、第１取付部４０において車体２側の構成に取り付けられ、また第２取付部４６において車輪３側の構成に取り付けられる。コイルスプリング２２は、第１取付部４０近傍の車体面とスプリングシート４２の間に縮設され、予め所定の荷重を与えられる。

コイルスプリング２２は、車両１のバネ上部分の重量を支持し、また路面からの振動や衝撃が車輪３を通して車体２に伝わらないようにする。ショックアブソーバ８０は、コイルスプリング２２による車体２の上下振動を減衰させる。このショックアブソーバ８０は、回生用モータ２０を用いて車両１のバネ上とバネ下の間の減衰力を発生することができ、制御応答性に優れている。また、回生用モータ２０をバネ上に設置しているので、部品の信頼性に優れており、回生用モータ２０とＥＣＵ１０などを接続する配線の取り回しも容易である。

第１シャフト２４、ロッド２８及びアウターシェル３０は同軸に配置されている。アウターシェル３０には、雌ねじ部分を有するボールねじナット２６が内設される。ロッド２８には、雄ねじ部分を有する第１シャフト２４が内設される。第１シャフト２４は、ボールねじとして機能し、ボールねじナット２６に螺合した状態にある。回生用モータ２０は第１シャフト２４の一端を回動可能にセレーションで支持する。回生用モータ２０を駆動すると、第１シャフト２４がボールねじナット２６に対して相対回転し、回生用モータ２０に対してアウターシェル３０が下方に押し下げられ、又は上方に引き上げられる。なお、本実施の形態では、第１シャフト２４が車両のバネ上に、ボールねじナット２６が車両のバネ下に設けられる例について説明するが、逆に、第１シャフト２４が車両のバネ下に、ボールねじナット２６が車両のバネ上に設けられてもよい。

車両１が良路を走行している場合、ＥＣＵ１０はそれぞれの電磁サスペンション４の回生用モータ２０に印加する電流値を、例えば０Ａである基準電流値に設定する。路面に凹凸があって、車輪３が上下動する場合、ロッド２８とアウターシェル３０との相対運動によりコイルスプリング２２が伸縮する。このとき、第１シャフト２４がボールねじナット２６に対して相対回転することにより、回生用モータ２０が回転して発電機として作用し、このときに生じる抵抗力により減衰力が発生する。電流センサ５は、回生用モータ２０内部で電磁誘導により発生した電流を検出し、ＥＣＵ１０に伝達する。ＥＣＵ１０は、コイルスプリング２２の伸縮を抑制する方向の電流、すなわち電磁誘導により生じた電流とは逆向きの電流を回生用モータ２０に印加する。ＥＣＵ１０は、車体２の上下方向の加速度に応じて回生用モータ２０に印加する電流を設定し、減衰力を調整する。このように、本実施の形態のショックアブソーバ８０は、電磁式ショックアブソーバとして機能する。また、第１シャフト２４を回転させることにより、車体２を上下方向に変位させることができるので、本実施の形態のショックアブソーバ８０は、車体２の姿勢を制御するために利用することができる。

ショックアブソーバ８０は、アッパーサポート７０により車体２に結合される。アッパーサポート７０は、ゴムなどの弾性体により構成された振動吸収部材５０を含み、主に路面から入力される高周波の振動を吸収する。これにより、快適な乗り心地を実現することができる。

第１シャフト２４及びボールねじナット２６を含むボールねじ機構２３には、第１シャフト２４とボールねじナット２６の螺合状態を調節するためのロック機構４８が設けられる。ロック機構４８は、第１シャフト２４とボールねじナット２６が相対回転可能な状態と、相対回転不能な状態との間で切り替えを行う。ロック機構４８は、たとえば圧電体などで構成されてもよく、この場合、圧電体の電歪効果を利用して、電界により圧電体を変形させ、ボールねじ機構２３に横力を加えて第１シャフト２４とボールねじナット２６をロックしてもよい。

ロック機構４８を緩めて、第１シャフト２４とボールねじナット２６とを相対回転可能に螺合させると、上述したように、回生用モータ２０の回転力が、ボールねじ機構２３により上下の直線運動に変換されて、車両のバネ上とバネ下との間の減衰力となる。すなわち、回生用モータ２０は、第１シャフト２４の回転軸の軸方向の力を発生させる第１の力発生手段として機能し、ボールねじ機構２３は、回生用モータ２０の回転力を軸方向の直線運動に変換する変換機構として機能する。ロック機構４８をロックして、第１シャフト２４とボールねじナット２６とを相対回転不能に固定すると、回生用モータ２０の回転力がアウターシェル３０に伝達され、アウターシェル３０及びバネ下の部材が軸回りに回転する。すなわち、ロック機構４８は第２の力発生手段として機能し、第１の力発生手段である回生用モータ２０の回転力をアウターシェル３０に伝達可能な状態と伝達不可能な状態との間で切り替えを行い、伝達可能な状態においては、回生用モータ２０の回転力を利用して軸回りの力を発生させる。なお、バネ下を回転可能とするために、コイルスプリング２２は、車体２との接続部分又はスプリングシート４２において、又はそれら双方において、ベアリング機構などを介して接続される。

以下、回生用モータ２０及びロック機構４８により軸回りの回転力を発生して、アウターシェル３０を回転させることにより、車輪３の角度を制御する技術について説明する。従来、ステアリング機構を利用して車輪３の角度を制御することは可能であったが、この場合、左右の両輪を同時に同じ角度だけ回転させることしかできない。本実施の形態では、各車輪３に設けられた電磁サスペンション４を独立に制御することができるので、各車輪３の角度を個別に変更することが可能となる。これにより、より適切かつ高い精度で車輪３の角度を制御することができ、車両の安定性や操縦性能などを向上させることができる。また、車輪３のゴムタイヤの摩耗を低減し、寿命を向上させることができる。

図３（ａ）（ｂ）は、電磁サスペンション４により車輪３の角度を制御する様子を説明するための図である。図３（ａ）は、電磁サスペンション４及び車輪３を背面から見た図であり、図３（ｂ）は、電磁サスペンション４及び車輪３を上面から見た図である。電磁サスペンション４は、ナックル４９を介して車輪３に接続されており、電磁サスペンション４のアウターシェル３０を軸回りに回転させることにより、車輪３を左右に回転させることができる。

図４は、本実施の形態のサスペンションのリンク構造を示す。図４は、ストラット式サスペンションと呼ばれる構造を示しており、車輪３の角度を制御しやすいリンク構造となっている。その他、ダブルウィッシュボーン式サスペンションなどを用いてもよい。

図５は、車両１の旋回時に車輪３の角度を制御する例を説明するための図である。車両１が旋回したときに、車輪３がスリップして横滑りが発生した場合、図５に示すように、前輪３ａ及び３ｂを旋回方向と逆方向にステアすることによりスピンを防ぐことができる。

図６は、電磁サスペンション４により車輪３の角度を制御する手順の例を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１０は、車輪速センサ、操舵角センサ、ヨーレートセンサ、加速度センサなどのセンサ６により検出された、４輪の車輪速、操舵角、ヨーレート、横方向の加速度、前後方向の加速度などのセンサ値を取得し（Ｓ１０）、それらのセンサ値に基づいて、車体速度、車体の進行方向に対する横滑り角、横滑り角速度、目標ヨーレートなどを演算して、車両安定性を判定する（Ｓ１２）。ＥＣＵ１０は、車両安定性に問題がないと判定した場合は（Ｓ１２のＹ）、車輪３の角度の制御を行わない。ＥＣＵ１０は、車両の横滑り角及び横滑り角速度が大きく、車両が過度の横滑り傾向にある場合は、車両がオーバーステア傾向にあり不安定な状態にあると判定し（Ｓ１２のＮ）、スピンを回避するために、ロック機構４８によりボールねじ機構２３をロックし（Ｓ１４）、回生用モータ２０によりアウターシェル３０を回転させることにより、フロントの両輪３ａ及び３ｂを旋回方向と逆方向に回転させる（Ｓ１６）。車輪３の回転角は、横滑り角、横滑り各速度、車体速度、接地荷重、操舵角などに基づいて決定されてもよい。

図７は、車両１の旋回時に車輪３の角度を制御する別の例を説明するための図である。ここでは、車両１の旋回時に横滑りが発生したときに、スピンをより効果的に抑止するために、前輪３ａ及び３ｂだけでなく後輪３ｃ及び３ｄの角度も変更する例を説明する。図７に示すように、前輪は旋回方向と逆方向に回転させるが、このとき、外輪を内輪よりも大きく回転させる。また、後輪は旋回方向と同じ方向に回転させるが、このとき、外輪を内輪よりも大きく回転させる。本実施の形態では、各車輪３に接続された電磁サスペンション４を独立して制御することにより、各車輪３を個別に回転させることができるので、上述のような制御が可能となる。車輪３の接地荷重を取得し、接地荷重の大きい車輪３の切れ角を大きくしてもよい。これにより、より効果的にスピンを抑止することができる。一般には、旋回時には外輪側の接地荷重が大きくなるので、外輪の切れ角を大きくしてもよい。

図８は、車両１の旋回時に車輪３の角度を制御するさらに別の例を説明するための図である。図６のＳ１２において、ドライバの操舵意志を反映した目標ヨーレートに対して、ヨーレートセンサにより検出された実ヨーレートが小さい場合、ＥＣＵ１０は、車両がアンダーステア傾向にあると判定し、旋回しやすくするために、図８に示すように、前輪を旋回方向に回転させ、後輪を旋回方向と逆方向に回転させる。これにより、旋回性を向上させ、旋回半径を縮小することができる。このとき、内輪を外輪よりも大きく回転させることにより、より旋回性を向上させることができる。なお、車両がアンダーステア傾向にある場合だけでなく、たとえばレーンチェンジ時などにも、旋回性を向上させるために、上述のような制御を行ってもよい。車輪３の接地荷重を取得し、接地荷重の大きい車輪３の切れ角を大きくしてもよい。これにより、より効果的に旋回させることができる。一般には、旋回時には外輪側の接地荷重が大きくなるので、外輪の切れ角を大きくしてもよい。車輪３の回転角は、車体速度、接地荷重、操舵角などに基づいて決定されてもよい。

図９は、車両１の高速直進時に車輪３の角度を制御する例を説明するための図である。車両１の高速直進時には、車両安定性を向上させるために、前輪と後輪の一方又は双方をトーインにするのがよい。後輪のトーイン量を前輪のトーイン量よりも大きくしてもよい。また、図１０に示すように、車速が速くなるほど、トーイン側のトー角を大きくしてもよい。これにより、高速直進時の車両安定性を向上させることができる。トーイン量は、車両の重量、駆動方式、サスペンションの形式、外乱安定性などを考慮して決定されてもよい。

図１１は、電磁サスペンション４により車輪３の角度を制御する手順の別の例を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ１０は、車輪速センサ、操舵角センサ、ヨーレートセンサ、加速度センサなどのセンサ６により検出された、４輪の車輪速、操舵角、ヨーレート、横方向の加速度、前後方向の加速度などのセンサ値を取得し（Ｓ２０）、それらのセンサ値に基づいて、車体速度などを演算して、車両が高速直進中であるか否か判定する（Ｓ２２）。ＥＣＵ１０は、高速直進中ではないと判定した場合は（Ｓ２２のＮ）、車輪３のトーコントロールを行わない。ＥＣＵ１０は、高速直進中であると判定した場合は（Ｓ２２のＹ）、車両安定性を向上させるために、ロック機構４８によりボールねじ機構２３をロックし（Ｓ２４）、回生用モータ２０によりアウターシェル３０を回転させることにより、フロント及びリアの両輪をトーイン側に回転させる（Ｓ２６）。

本実施の形態の電磁サスペンション４は、回生用モータ２０の回転により、軸方向の駆動力だけでなく、軸回りの駆動力を得ることができるので、電磁サスペンション４による制御の幅を広げ、機能の多様化を図ることができる。また、その技術を利用して、電磁サスペンション４により車輪３を回転させることができるので、走行時の車両安定性や旋回性などを向上させることができる。また、タイヤの摩耗を低減し、寿命を延ばすことができる。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、ロック機構４８により、第１シャフト２４とボールねじナット２６とをロックすることにより、回生用モータ２０の回転力をアウターシェル３０に伝達して、車輪３を回転させる技術について説明した。この場合、第１シャフト２４とボールねじナット２６とをロックしている間は、バネ上とバネ下の間の上下運動が抑止されるので、路面から入力されるバネ下の振動が直接バネ上に伝達される。本実施の形態では、第１シャフト２４とボールねじナット２６とのロックの度合いを調節することにより、バネ上とバネ下の間での相対運動を許容して減衰力を発生しつつ、アウターシェル３０及び車輪３を回転させる技術を提案する。

図１２は、路面から入力される振動の状態に応じて、ロック機構４８のロックの度合いを調節する様子を説明するための図である。路面入力が小さい場合は、車輪３を回転させるためにロック機構４８がボールねじ機構２３を固定している間、路面入力が車体２に伝達されても乗り心地にはあまり影響がないと考えられるので、ロックの程度を堅くして、速やかに車輪３を回転させられるようにする。逆に、路面入力が大きい場合は、路面入力をコイルスプリング２２及びショックアブソーバ８０により適切に吸収して、快適な乗り心地を確保するために、ロックの程度を緩くして、第１シャフト２４とボールねじナット２６の相対回転を許容しつつ、アウターシェル３０にも回転力が伝達されるようにする。これにより、快適な乗り心地を実現しつつ、バネ下をバネ上に対して回転させることができ、たとえば第１の実施の形態で説明した車輪３の角度調節などを行うことができる。上述したロック機構４８のロックの調節は、ＥＣＵ１０により行われてもよく、この場合、ＥＣＵ１０は、ロック機構４８により回生用モータ２０の回転力をアウターシェル３０に伝達可能な状態としたときに発生するバネ上とバネ下との間の相対移動を低減する相対移動低減手段として機能する。

ロック機構４８のロックの度合いを適切に調節することにより、回生用モータ２０の回転力ではなく、路面から入力される振動に伴うバネ上−バネ下間の上下運動をボールねじ機構２３により回転力に変換し、その回転力によりバネ下を回転させることも可能である。たとえば、路面入力による振動や旋回時に車体にかかる荷重の変化などによりロッド２８とアウターシェル３０とが相対運動するとき、第１シャフト２４がボールねじナット２６に対して相対回転するが、この回転力をロック機構４８を介してアウターシェル３０に伝達することにより、アウターシェル３０及び車輪３を回転させることができる。

図１３は、車両１が左に旋回する様子を後方から見た模式図である。車両１が左に旋回するとき、外輪である右前輪３ｂに荷重がかかり、右前輪３ｂ側の電磁サスペンション４ｂでは、ロッド２８とアウターシェル３０とが縮む方向に相対運動する。逆に、内輪である左前輪３ａは相対的に荷重が小さくなり、左前輪３ａ側の電磁サスペンション４ａでは、ロッド２８とアウターシェル３０とが伸びる方向に相対運動する。このとき、電磁サスペンション４ａの第１シャフト２４と、電磁サスペンション４ｂの第１シャフト２４の回転方向を逆にしておくと、双方のロック機構４８を適度にロックしたとき、左前輪３ａと右前輪３ｂが同じ方向に回転する。たとえば、図８に示したように車輪３の角度を調整したい場合は、左側の電磁サスペンション４ａ及び４ｃでは、ロッド２８とアウターシェル３０が伸びる方向に相対運動するときに、車輪３が左へ回転するように第１シャフト２４の回転方向を定めておき、右側の電磁サスペンション４ｂ及び４ｄでは、ロッド２８とアウターシェル３０が伸びる方向に相対運動するときに、車輪３が右へ回転するように第１シャフト２４の回転方向を定めておけばよい。この構成によれば、車両１の旋回時に、ロック機構４８を適切に調節することにより、回生用モータ２０を駆動させなくても、図８に示したように車輪３の角度が調整され、旋回性を向上させることができる。これにより、消費電力を低減することができる。

また、この構成の車両１による走行中に、たとえば高速走行時などにフロント両輪に荷重がかかったとき、前輪側の電磁サスペンション４ａ及び電磁サスペンション４ｂの双方で、ロッド２８とアウターシェル３０とが縮む方向に相対運動する。このとき、双方のロック機構４８を適度にロックすると、左前輪３ａが右側に、右前輪３ｂが左側に回転する。これにより、回生用モータ２０を駆動させなくても、図９に示すように、フロント両輪がトーインとなった状態を実現することができ、車両安定性が向上する。もちろん、上記と逆の方向に車輪３を回転させる場合は、回生用モータ２０の回転力を利用してアウターシェル３０を回転させればよい。
（第３の実施の形態）
図１４は、第３の実施の形態に係る電磁サスペンション４の構成を示す。本実施の形態の電磁サスペンション４も、軸方向及び軸回りの力を発生させることができ、たとえば、第１の実施の形態で説明したように、軸方向の力を、バネ上−バネ下間の減衰力として、軸回りの力を、車輪３を回転させる駆動力として、それぞれ機能させることができる。本実施の形態の車両１の全体構成は図１と同様である。また、図１４に示した本実施の形態の電磁サスペンション４において、図２に示した第１の実施の形態の電磁サスペンション４と同様の構成には同一の符号を付している。

本実施の形態では、第１シャフト２４の回転軸の軸方向の力を発生する第１の力発生手段の例である回生用モータ２０に加えて、軸回りの力を発生させる第２の力発生手段の例であるアウターシェル回転用モータ２１を設ける。回生用モータ２０は、第１の実施の形態で説明したように、第１シャフト２４を回転させることにより、ショックアブソーバ８０の機能に寄与する。第１シャフト２４の内部には貫通孔が設けられており、その貫通孔の内部に、第２シャフト５２が第１シャフト２４と同軸に配置されている。第２シャフト５２の上端は、ベアリングにより回転可能に支持されるとともに、ギアを介してアウターシェル回転用モータ２１のロータに接続されている。第２シャフト５２の下端は、セレーション部５４においてアウターシェル３０にセレーションで支持されている。すなわち、アウターシェル回転用モータ２１は、第２シャフト５２を介してアウターシェル３０を回転させる機能を有する。このように、本実施の形態の電磁サスペンション４は、回生用モータ２０が第１シャフト２４を回転させて軸方向の力を発生させることができるとともに、アウターシェル回転用モータ２１が第２シャフト５２を回転させて軸回りの力を発生させることができ、しかも、それらの力を独立して制御することができる。

アウターシェル回転用モータ２１が第２シャフト５２を回転させることによりアウターシェル３０を回転させたとき、アウターシェル３０に固定されたボールねじナット２６が第１シャフト２４に対して相対回転するので、アウターシェル３０はロッド２８に対して相対的に上下に移動する。これにより、バネ下−バネ上間の距離が変わるので、車高が若干変化するが、この変化が問題になる場合は、回生用モータ２０により第１シャフト２４を回転させて車高を調整すればよい。

回生用モータ２０及びアウターシェル回転用モータ２１は、電磁サスペンション４を車体２に取り付けられる面よりも上方に設けられている。第２シャフト５２を、第１シャフト２４の内部に設けられた貫通孔の内部に同軸に配置しているので、アウターシェル回転用モータ２１もバネ上に搭載することが可能となっている。これにより、モータの信頼性を向上させることができるとともに、配線の取り回しが容易となる。回生用モータ２０を第２シャフト５２の回転に、アウターシェル回転用モータ２１を第１シャフト２４の回転に用いてもよく、この場合、ボールねじ機構２３とセレーション部５４とを入れ替えればよい。この点については、以降の実施の形態においても同様である。

バネ上−バネ下間の相対上下運動により回生用モータ２０にて発生した回生電力を、アウターシェル回転用モータ２１に供給するための電源系を設けてもよい。また、ハイブリッドシステムなどにおけるブレーキの回生電力を、アウターシェル回転用モータ２１に供給するための電源系を設けてもよい。これにより、回生電力を有効に利用し、消費電力を低減することができる。また、バッテリに十分な電力が蓄積されていない場合であっても、アウターシェル３０及び車輪３を回転させて、車輪３の角度制御などを行うことができる。この点については、以降の実施の形態においても同様である。
（第４の実施の形態）
図１５は、第４の実施の形態に係る電磁サスペンション４の構成を示す。本実施の形態の電磁サスペンション４も、軸方向及び軸回りの力を発生させることができる。図１５に示した本実施の形態の電磁サスペンション４において、図２に示した第１の実施の形態の電磁サスペンション４又は図１４に示した第３の実施の形態の電磁サスペンション４と同様の構成には同一の符号を付している。

本実施の形態では、第１シャフト２４の回転軸の軸方向の力を発生する第１の力発生手段の例である回生用モータ２０ａと、軸回りの力を発生させる第２の力発生手段の例であるアウターシェル回転用モータ２１に加えて、軸方向の力を発生する第３の力発生手段の例である第２の回生用モータ２０ｂを設ける。回生用モータ２０ａ、第２の回生用モータ２０ｂ及びアウターシェル回転用モータ２１は、遊星ギヤ５６により連結されている。回生用モータ２０ａは、第１シャフト２４を回転させることにより上下方向の減衰力を発生させ、ショックアブソーバ８０の機能に寄与する。アウターシェル回転用モータ２１は、アウターシェル３０を回転させる機能を有する。第２の回生用モータ２０ｂは、後述するように、回生用モータ２０ａと協調して、ショックアブソーバ８０の機能に寄与するとともに、回生用モータ２０ａの回転をアウターシェル回転用モータ２１へ伝達する機能を有する。

図１６は、回生用モータ２０ａ、第２の回生用モータ２０ｂ及びアウターシェル回転用モータ２１を連結する遊星ギヤ５６の構造を示す。遊星ギヤ５６のサンギヤ６２は回生用モータ２０ａに、プラネタリーキャリヤ６４は第２の回生用モータ２０ｂに、リングギヤ６８はアウターシェル回転用モータ２１に、それぞれ連結されている。それぞれのギヤには、ピニオンギヤ６６を介して回転が伝達されるようになっており、いずれか２つのギヤの回転数が定められると、所定の比により３つ目のギヤの回転数が決まる。

図１７は、回生入力時の３つのモータの動きを示す線図である。図１７において、縦軸は各モータの回転数を表すが、同時に、各モータにより駆動される部材の位置を表している。路面からの入力などにより、ロッド２８とアウターシェル３０が上下に相対運動すると、回生用モータ２０ａのロータが回転する。このとき、アウターシェル回転用モータ２１を固定しておくと、図１７に示したように、第２の回生用モータ２０ｂも回生用モータ２０ａの回転に伴って回転し、回生による減衰力を発生する。このように、本実施の形態では、回生用モータ２０ａと第２の回生用モータ２０ｂの双方が回生によるショックアブソーバの機能を発現し、モータの構成を冗長にすることができる。これにより、一方のモータが故障などにより機能を失った場合であっても、他方のモータによりショックアブソーバの機能を発現することができる。回生用モータ２０ａと第２の回生用モータ２０ｂの特性を異なるものとしてもよい。たとえば、一方のモータは小容量とすることにより、ロータの慣性力を小さくして、高周波の入力に対する応答性を向上させることができるとともに、他方のモータは大容量とすることにより、急激な大入力が発生したときに流れる大電流によるモータの破損を防ぐことができる。

図１８は、車高調整が行われた場合における、回生入力時の３つのモータの動きを示す線図である。回生用モータ２０ａを回転させて、第１シャフト２４とボールねじナット２６とを相対回転させることにより、ロッド２８とアウターシェル３０とを上下に相対移動させることができるので、車高を調整することができる。このとき、路面からの入力が発生すると、図１８に示したように、振動中心が図１７の場合と異なるが、回生用モータ２０ａと第２の回生用モータ２０ｂとが回転して、減衰力が発生する。

図１９は、アウターシェル３０が回転された場合における、回生入力時の３つのモータの動きを示す線図である。図１９では、アウターシェル回転用モータ２１によりアウターシェル３０を回転させているので、アウターシェル回転用モータ２１の回転位置が変わっている。このとき、路面からの入力が発生すると、振動位置が図１７の場合と異なるが、回生用モータ２０ａと第２の回生用モータ２０ｂとが回転して、減衰力が発生する。

図２０は、回生入力時に、回生用モータ２０ａの回転をアウターシェル回転用モータ２１に伝達する場合の３つのモータの動きを示す線図である。路面からの入力などにより、回生用モータ２０ａが回転したとき、第２の回生用モータ２０ｂを固定しておくと、図２０に示したように、回生用モータ２０ａの回転がアウターシェル回転用モータ２１に伝達されて、アウターシェル回転用モータ２１が回転する。これにより、アウターシェル回転用モータ２１に電力を供給しなくても、回生用モータ２０ａの回転力を利用してアウターシェル３０を回転させることができるので、消費電力を低減することができる。
（第５の実施の形態）
図２１は、第５の実施の形態に係る電磁サスペンション４の構成を示す。本実施の形態の電磁サスペンション４も、軸方向及び軸回りの力を発生させることができる。図２１に示した本実施の形態の電磁サスペンション４において、図１４に示した第３の実施の形態の電磁サスペンション４と同様の構成には同一の符号を付している。

本実施の形態では、軸回りの力を発生させる第２の力発生手段の例として、アウターシェル回転用モータ２１に代えて、回生用モータ２０ａの回転力を第２シャフト５２に伝達可能な状態と伝達不可能な状態に切り替えるクラッチ機構２５を備える。クラッチ機構２５は、回生用モータ２０の回転力を第２シャフト５２に伝達することにより、回生用モータ２０の回転力を利用してアウターシェル３０を回転させる。この場合、第１シャフト２４及び第２シャフト５２が同時に回転するので、アウターシェル３０を回転させるときに、同時に第１シャフト２４とボールねじナット２６とが相対回転し、車高が若干変わるが、後述するように、車高を変化させずにアウターシェル３０を回転させることも可能である。

図２２は、回生入力時の回生用モータ２０及び第２シャフト５２の回転の様子を示す線図である。路面からの入力などにより、ロッド２８とアウターシェル３０が上下に相対運動すると、回生用モータ２０のロータが回転する。このとき、クラッチ機構２５をリリースしておくと、回生用モータ２０の回転は第２シャフト５２に伝達されないので、第２シャフト５２は回転しない。

図２３及び図２４は、アウターシェル３０を回転させる方法を示す線図である。図２３に示すように、クラッチ機構２５をリリースした状態で回生用モータ２０を回転させると、第１シャフト２４のみが回転する。つづいて、図２４に示すように、クラッチ機構２５をロックした状態で回生用モータ２０を逆に回転させると、第１シャフト２４と第２シャフト５２が同時に回転して、アウターシェル３０が回転する。このとき、第１シャフト２４は図２３の場合と逆に回転されるので、車高が元に戻る。このように、クラッチ機構２５を固定して第２シャフト５２を回転させた後、クラッチ機構２５をリリースして第１シャフト２４のみを逆に回転させて元に戻すことを繰り返すことで、車高の変化を最小限にしつつ、アウターシェル３０を回転させることができる。上述した制御は、ＥＣＵ１０により行われてもよく、この場合、ＥＣＵ１０は、クラッチ機構２５により回生用モータ２０の回転力を第２シャフト５２に伝達可能な状態としたときに発生するバネ上とバネ下との間の相対移動を低減する相対移動低減手段として機能する。
（第６の実施の形態）
図２５は、第６の実施の形態に係る電磁サスペンション４の構成を示す。本実施の形態の電磁サスペンション４も、軸方向及び軸回りの力を発生させることができる。図２５に示した本実施の形態の電磁サスペンション４において、図１４に示した第３の実施の形態の電磁サスペンション４と同様の構成には同一の符号を付している。

本実施の形態では、軸方向の力を発生させる第１の力発生手段の例である回生用モータ２０と、軸回りの力を発生させる第２の力発生手段の例であるアウターシェル回転用モータ２１とが、複数のロータを有する多重ロータモータにより実現されている。多重ロータモータとして、たとえば、「複合電流駆動によるＨＥＶ用同軸モータの連成解析ツールの開発」、赤津観等、JMAG Useres Conference 2002、に記載された多重ロータモータの技術を利用可能である。本実施の形態の電磁サスペンション４の動作は、第３の実施の形態と同様である。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

第１の実施の形態に係る車両の構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る電磁サスペンションの構成を示す図である。 図３（ａ）（ｂ）は、電磁サスペンションにより車輪の角度を制御する様子を説明するための図である。 第１の実施の形態のサスペンションのリンク構造を示す図である。 車両の旋回時に車輪の角度を制御する例を説明するための図である。 電磁サスペンションにより車輪の角度を制御する手順の例を示すフローチャートである。 車両の旋回時に車輪の角度を制御する別の例を説明するための図である。 車両の旋回時に車輪の角度を制御するさらに別の例を説明するための図である。 車両の高速直進時に車輪の角度を制御する例を説明するための図である。 車両の高速直進時における車輪の角度制御において、車速に対する車輪のトーイン量の例を示す図である。 電磁サスペンションにより車輪の角度を制御する手順の別の例を示すフローチャートである。 路面から入力される振動の状態に応じて、ロック機構のロックの度合いを調節する様子を説明するための図である。 車両が左に旋回する様子を後方から見た模式図である。 第３の実施の形態に係る電磁サスペンションの構成を示す図である。 第４の実施の形態に係る電磁サスペンションの構成を示す図である。 回生用モータ、第２の回生用モータ及びアウターシェル回転用モータを連結する遊星ギヤの構造を示す図である。 回生入力時の３つのモータの動きを示す線図である。 車高調整が行われた場合における、回生入力時の３つのモータの動きを示す線図である。 アウターシェルが回転された場合における、回生入力時の３つのモータの動きを示す線図である。 回生入力時に、回生用モータの回転をアウターシェル回転用モータに伝達する場合の３つのモータの動きを示す線図である。 第５の実施の形態に係る電磁サスペンションの構成を示す図である。 回生入力時の回生用モータ及び第２シャフトの回転の様子を示す線図である。 アウターシェルを回転させる方法を示す線図である。 アウターシェルを回転させる方法を示す線図である。 第６の実施の形態に係る電磁サスペンションの構成を示す図である。

符号の説明

１ 車両、２ 車体、３ 車輪、４ 電磁サスペンション、５ 電流センサ、６ センサ、２０ 回生用モータ、２１ アウターシェル回転用モータ、２２ コイルスプリング、２３ ボールねじ機構、２４ 第１シャフト、２５ クラッチ機構、２６ ボールねじナット、２８ ロッド、３０ アウターシェル、４２ スプリングシート、４８ ロック機構、４９ ナックル、５０ 振動吸収部材、５２ 第２シャフト、５４ セレーション部、５６ 遊星ギヤ、７０ アッパーサポート、８０ ショックアブソーバ。

Claims (13)

1. 軸と、
   該軸方向の力を発生させる第１の力発生手段と、
   該軸回りの力を発生させる第２の力発生手段と、
   を備えることを特徴とする車両懸架装置。
2. 前記第２の力発生手段はモータであり、前記軸回りの力は該モータの回転力であることを特徴とする請求項１に記載の車両懸架装置。
3. 前記軸方向の力は車両のバネ上とバネ下との間の減衰力であり、前記軸回りの力は前記バネ上に対して前記バネ下を回転させる回転力であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両懸架装置。
4. 前記第１の力発生手段は、前記バネ上と前記バネ下との間の相対移動により回生電力を発生するものであり、該回生電力を前記第２の力発生手段の回転力の発生に利用することを特徴とする請求項３に記載の車両懸架装置。
5. 前記軸方向の力を発生させる第３の力発生手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両懸架装置。
6. 前記力発生手段は、前記バネ上側に固定されることを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の車両懸架装置。
7. 前記第１の力発生手段はモータであり、前記減衰力は該モータの回転力を直線運動に変換する変換機構を介して発生され、該モータの回転力を伝達する第１シャフトと、前記第２の力発生手段による回転力を伝達する第２シャフトとが同軸上に配置されたことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の車両懸架装置。
8. 前記第１の力発生手段及び前記第２の力発生手段は、多重ロータモータにより構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の車両懸架装置。
9. 前記第２の力発生手段は、前記第１の力発生手段が発生する力を利用して回転力を発生することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両懸架装置。
10. 前記第２の力発生手段は、前記第１の力発生手段が発生する力を伝達可能な状態と伝達不可能な状態の間で切替可能なクラッチ機構であることを特徴とする請求項９に記載の車両懸架装置。
11. 前記クラッチ機構を、前記伝達可能な状態としたときに発生する前記バネ上とバネ下との間の相対移動を低減する相対移動低減手段をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の車両懸架装置。
12. ブレーキ回生電力を、前記第１の力発生手段の力の発生及び前記第２の力発生手段の回転力の発生のうち少なくとも一方に利用することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の車両懸架装置。
13. 前記軸回りの回転力を、前記バネ下のトー角の制御に利用することを特徴とする請求項３から１２のいずれかに記載の車両懸架装置。

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