JP2008155756A - 車両用サスペンションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ばね上部とばね下部との相対動作に対して電磁モータの力に依拠する力を作用させる電磁式のアクチュエータを備えたサスペンションシステムの実用性を向上させる。
【解決手段】(a)ばね上速度とばね下速度との少なくとも一方に基づいてアクチュエータ力を制御する第１制御（Ｓ６）と、(b)アクチュエータ力の発生を専ら電磁モータによる発電を伴うものとすべく、ばね上部とばね下部との相対動作に対してその相対動作の速度に応じた特定の大きさの抵抗力となるアクチュエータ力を発生させる第２制御（Ｓ１１）とを、切換可能に構成する。本システムによれば、良好な振動減衰特性が要求される場合に第１制御を実行させて、それ以外の場合には、第２制御によって電磁モータにより発電された電流を電源へ常に回生してアクチュエータによる消費電力を低減することが可能である。
【選択図】図６

Description

本発明は、ばね上部とばね下部との相対動作に対して電磁モータの力に依拠する力を作用させる電磁式のアクチュエータを含んで構成されるサスペンションシステムに関する。

近年では、車両用サスペンションシステムとして、油圧式のアブソーバを備えたコンベンショナルなサスペンションシステムに代え、例えば、下記特許文献に記載されているような、ばね上部とばね下部との相対動作に対して電磁モータの力に依拠する抵抗力を発生させることで、ショックアブソーバとして機能する電磁式のアクチュエータを備えたサスペンションシステム、いわゆる電磁式サスペンションシステムが検討されている。そのようなサスペンションシステムは、電磁モータの力を制御することで抵抗力の大きさを適切に制御可能とされ、いわゆるスカイフック理論に基づくサスペンション特性を容易に実現できる等の利点から、高性能なサスペンションシステムとして期待されている。
特開２００３−１０４０２５号公報 特開２００６−１１７２１０号公報

電磁式アクチュエータは、上述のように振動減衰のためにショックアブソーバとして機能させることから、走行中において常時作動させられる。そのため、電磁式アクチュエータによるシステムの電力消費は、電磁式サスペンションシステムの抱える重大な問題となっている。上記特許文献１に記載されているシステムでは、高速で走行している場合に、アクチュエータに発生させる力を低下させて消費電力を減少させることで、上記の問題に対処している。このように、何らかの対処手段によって、電磁式アクチュエータによる消費電力を低減することにより、電磁式アクチュエータを備えたサスペンションシステムの実用性を向上させ得るのである。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、電磁式アクチュエータを備えたサスペンションシステムの実用性を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の車両用サスペンションシステムは、電磁式のアクチュエータが有する電磁モータにより発電された電流を回生可能な構造とされた駆動回路を制御することによって、アクチュエータが発生させるアクチュエータ力を制御する制御装置が、(a)ばね上速度とばね下速度との少なくとも一方に基づいてアクチュエータ力を制御する第１制御と、(b)アクチュエータ力の発生を専ら電磁モータによる発電を伴うものとすべく、ばね上部とばね下部との相対動作に対してその相対動作の速度に応じた特定の大きさの抵抗力となるアクチュエータ力を発生させる第２制御とを、切換可能に構成されたことを特徴とする。

本発明のサスペンションシステムは、例えば、良好な振動減衰特性が要求される場合に第１制御を実行させて、それ以外の場合には、第２制御によって電磁モータにより発電された電流を電源へ常に回生してアクチュエータによる消費電力を低減することが可能である。したがって、そのような２つの制御を切換可能に構成された本発明のシステムによれば、実用性の高いサスペンションシステムが構築されることになる。

発明の態様

以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の項において、（１）項ないし（５）項の各々が、請求項１ないし請求項５の各々に相当する。

（１）ばね上部とばね下部との間に配設され、動力源としての電磁モータを有し、ばね上部とばね下部との相対動作に応じて動作するとともにその相対動作に対する抵抗力および推進力となるアクチュエータ力を発生させることで、ショックアブソーバとして機能する電磁式のアクチュエータと、
前記電磁モータと電源との間に配設され、その電磁モータを駆動するとともに、起電力に依拠して電磁モータによって発電された電流を電源に回生可能な構造とされた駆動回路と、
その駆動回路を制御することによって、前記アクチュエータ力を制御する制御装置と
を備えた車両用サスペンションシステムであって、
前記制御装置が、(a)ばね上速度とばね下速度との少なくとも一方に基づいて前記アクチュエータ力を制御する第１制御と、(b)前記アクチュエータ力の発生を専ら前記電磁モータによる発電を伴うものとすべく、ばね上部とばね下部との相対動作に対してその相対動作の速度に応じた特定の大きさの抵抗力となる前記アクチュエータ力を発生させる第２制御とを、切換可能に構成されたことを特徴とする車両用サスペンションシステム。

本項に記載の態様における「第１制御」には、例えば、ばね上速度に基づいてばね上振動に対する減衰力を発生させるいわゆるスカイフック理論に基づいた制御，ばね下速度に基づいてばね下振動に対する減衰力を発生させるいわゆるグランドフック理論に基づいた制御，それらの両者を実行する制御を採用可能である。したがって、第１制御においては、電磁モータが電源からの電力を受けて抵抗力を発生させる状態だけでなく、場合によっては、ばね上部とばね下部との相対動作と同じ方向の力、すなわち、推進力を発生させる状態にもなり得る。つまり、第１制御によって、優れた振動抑制効果が得られることになる。それに対して、第１制御では、アクチュエータ力が抵抗力だけでなく推進力とされることもあるため、その第１制御において消費される電力量は多くなってしまうという問題もある。

本項の態様は、上記のような実情に鑑みてなされたものであり、制御装置が、電磁モータが発生させる起電力に依拠したアクチュエータ力を発生させるべく、アクチュエータ力を、ばね上部とばね下部との相対動作（ばね上部とばね下部との一方の他方に対するストローク動作と考えることもできるため、以下、「ストローク動作」と呼ぶ場合がある）の速度に応じた特定の大きさの抵抗力となるように制御する第２制御を実行可能とされて、その第２制御と上記第１制御とを切り換えることが可能とされている。つまり、本項の態様は、平たく言えば、専らアクチュエータ力を抵抗力として発生させるパッシブ制御（第２制御）と、アクチュエータ力を抵抗力だけでなく場合によって推進力としても発生させるアクティブ制御（第１制御）とを切換可能な態様と考えることもできる。本項の態様によれば、例えば、良好な振動減衰特性が要求される場合に第１制御を実行させて、それ以外の場合には、第２制御の実行により電磁モータによって発電された電流を電源に回生して、アクチュエータによる消費電力を低減することが可能である。

一般的に、電動モータが電源からの電力を受けて力を発生させる状態となるか、電動モータが発電しつつ力を発生させる状態となるかは、電動モータの動作速度と電動モータの力との関係、つまり、ストローク動作の速度とアクチュエータ力との関係によって定まる。本項における「第２制御」には、例えば、電磁モータの動作速度と電磁モータの力とを関係づける減衰係数を固定して、専ら起電力に依拠したアクチュエータ力を発生させるような制御を採用することが可能である。なお、システムの省電力化を考慮すれば、できるだけ電源に回生される電流が大きくなるようにアクチュエータ力が制御されることが望ましい。

本項の態様における「電磁式のアクチュエータ」は、それの具体的な構造が限定されるものではなく、また、機能に関しても特に限定されず、ショックアブソーバとしての機能の他に、例えば、車両の旋回，加減速等に起因する車体のロール，ピッチ等の抑制を目的として車体の姿勢を制御する機能等を有するものを採用可能である。そのアクチュエータの動力源である「電磁モータ」は、その形式等は特に限定されず、ブラシレスＤＣモータを始めとして種々の形式のモータを採用可能であり、また、動作に関して言えば、回転モータであっても、リニアモータであってもよい。その電磁モータを駆動させるための「駆動回路」は、例えば、いわゆるインバータ等を採用することができる。インバータは、例えば、スイッチング素子の作動によってモータを駆動する構造のものであればよく、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を実行可能な構造のものを採用することが望ましい。

（２）前記制御装置が、車両の走行速度が比較的高い場合に前記第１制御を実行し、比較的低い場合に前記第２制御を実行するように構成された(1)項に記載の車両用サスペンションシステム。

車両の走行速度が高くなるほど、路面入力によって車両に生じる振動は大きくなるため、走行速度が高い場合には、良好な振動減衰効果が得られる状態とすることが望ましい。つまり、本項の態様によれば、第１制御と第２制御との切換を効果的に行うことが可能である。本項の態様は、例えば、走行速度に閾値を設け、その閾値を境に第１制御と第２制御とを切り換えるような態様を採用可能である。

（３）前記制御装置が、車体の挙動が比較的大きい場合に前記第１制御を実行し、比較的小さい場合に前記第２制御を実行するように構成された(1)項または(2)項に記載の車両用サスペンションシステム。

一般的に、路面が粗い道路や起伏が大きい道路を走行している場合，急ブレーキや急加速時，急カーブのコーナリング時等は、車体の挙動は比較的大きくなる。ちなみに、車輪の振動が車体に伝わって生じる車体の振動も、車体の挙動に含まれる。そして、車体の挙動が大きくなる場合には、良好な振動減衰効果が得られる状態とすることが望ましい。つまり、本項の態様によれば、第１制御と第２制御との切換を効果的に行うことが可能である。なお、本項の態様には、例えば、車体の挙動の大きさを指標するパラメータ、具体的には、車体に発生する加速度である縦加速度（ばね上加速度），前後加速度，横加速度や、ばね下加速度等に基づいて車体の挙動の大きさを判断あるいは推定し、第１制御と第２制御とを切り換えるような態様を採用可能である。なお、その場合、現時点におけるパラメータの値から車体の挙動の大きさが判断されてもよく、現時点から遡った設定時間内におけるパラメータの値の変化の具合から現時点における車体の挙動の大きさが推定されてもよい。

（４）前記第２制御が、電源に回生される電流がもっとも大きくなる大きさの抵抗力となる前記アクチュエータ力を発生させる制御である(1)項ないし(3)項のいずれかに記載の車両用サスペンションシステム。

（５）前記第２制御が、前記電磁モータの通電端子間を短絡させた場合において発生する抵抗力の１／２の大きさの抵抗力となる前記アクチュエータ力を発生させる制御である(1)項ないし(4)項のいずれかに記載の車両用サスペンションシステム。

上記２つの項に記載の態様のように、発生させるアクチュエータ力の大きさを特定すれば、回生される電流を、もっとも大きくすることが可能であり、上記２つの項に記載の態様によれば、効率的に電流を回生することが可能である。なお、後者の態様は、前者の態様の一態様であると考えることもできる。

（６）前記第１制御が、少なくともばね上速度に基づいて前記アクチュエータ力を制御する制御である(1)項ないし(5)項のいずれかに記載の車両用サスペンションシステム。

上記のアクチュエータは、ばね上振動に対しては充分な減衰力を発生させることが可能であるため、本項の態様のように、少なくともばね上速度に基づいてアクチュエータ力が制御されることが望ましい。

（７）前記制御装置が、車体のロールとピッチとの少なくとも一方を抑制するための姿勢制御力として前記アクチュエータ力を発生させる車体姿勢制御を実行可能とされた(1)項ないし(6)項のいずれかに記載の車両用サスペンションシステム。

本項の態様は、アクチュエータによって、例えば、車両旋回時，車両加減速時に生じる車体の傾斜を抑制することを可能とする態様である。本項の態様によれば、例えば、車速，操舵角，車体に発生する横加速度，前後加速度等に応じてアクティブな車体の姿勢制御が実行可能となる。なお、本項の態様は、車体姿勢制御が第１制御とのみ総合的に実行され、第２制御が実行される場合には実行されない態様であってもよく、車体姿勢制御が第１制御，第２制御とは別に常に実行される態様であってもよい。ただし、車体姿勢制御は、専ら電源から電力の供給を受けて力を発生させる制御であることを考慮すれば、前者の態様のように、第２制御が実行される場合には、車体姿勢制御が実行されない方が望ましい。

（８）前記アクチュエータが、ばね上部とばね下部との一方に設けられた雄ねじ部と、その雄ねじ部と螺合する雌ねじとを有し、前記電磁モータがそれら雄ねじ部と雌ねじ部との相対回転に応じて回転し、その相対回転に対する抵抗力および推進力を発生させる構造とされた(1)項ないし(7)項のいずれかに記載の車両用サスペンションシステム。

本項に記載の態様は、アクチュエータを、いわゆるねじ機構を採用したものに限定した態様である。この態様では、電磁モータに回転モータを採用した場合において、そのモータの回転力を、ストローク動作に対する減衰力に容易に変換することが可能となる。なお、本項の態様においては、ばね上部，ばね下部のいずれに雄ねじ部を設け、いずれに雌ねじ部を設けるかは、任意である。さらに、雄ねじ部を回転不能とし、雌ねじ部を回転可能とするような構成としてもよく、逆に、雌ねじ部を回転不能とし、雄ねじ部を回転可能とするような構成としてもよい。

以下、請求可能発明の実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。

≪サスペンションシステムの構成≫
図１に、請求可能発明の実施例である車両用サスペンションシステム１０を模式的に示す。本サスペンションシステム１０は、前後左右の車輪１２の各々に対応する独立懸架式の４つのサスペンション装置を備えており、それらサスペンション装置の各々は、サスペンションスプリングとショックアブソーバとが一体化されたスプリング・アブソーバAssy２０を有している。車輪１２，スプリング・アブソーバAssy２０は総称であり、４つの車輪のいずれに対応するものであるかを明確にする必要のある場合には、図に示すように、車輪位置を示す添え字として、左前輪，右前輪，左後輪，右後輪の各々に対応するものにＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲを付す場合がある。

スプリング・アブソーバAssy２０は、図２に示すように、車輪１２を保持してばね下部の一部分を構成するサスペンションロアアーム２２と、車体に設けられてばね上部の一部分を構成するマウント部２４との間に、それらを連結するようにして配設された電磁式のアクチュエータ２６と、それと並列的に設けられたサスペンションスプリングとしてのエアスプリング２８とを備えている。

アクチュエータ２６は、アウタチューブ３０と、そのアウタチューブ３０に嵌入してアウタチューブ３０の上端部から上方に突出するインナチューブ３２とを含んで構成されている。アウタチューブ３０は、それの下端部に設けられた取付部材３４を介してロアアーム２２に連結され、一方、インナチューブ３２は、それの上端部に形成されたフランジ部３６においてマウント部２４に連結されている。アウタチューブ３０には、その内壁面にアクチュエータ２６の軸線の延びる方向（以下、「軸線方向」という場合がある）に延びるようにして１対のガイド溝３８が設けられるとともに、それらのガイド溝３８の各々には、インナチューブ３２の下端部に付設された１対のキー４０の各々が嵌まるようにされており、それらガイド溝３８およびキー４０によって、アウタチューブ３０とインナチューブ３２とが、相対回転不能、軸線方向に相対移動可能とされている。ちなみに、アウタチューブ３０の上端部には、シール４２が付設されており、後に説明する圧力室４４からのエアの漏れが防止されている。

また、アクチュエータ２６は、ねじ溝が形成された雄ねじ部としてのねじロッド５０と、ベアリングボールを保持してそのねじロッド５０と螺合する雌ねじ部としてのナット５２とを含んで構成されたボールねじ機構と、動力源としての電磁モータ５４（以下、単に「モータ５４」という場合がある）とを備えている。モータ５４はモータケース５６に固定して収容されるとともに、そのモータケース５６の鍔部がマウント部２４の上面側に固定されており、モータケース５６の鍔部にインナチューブ３２のフランジ部３６が固定されていることで、インナチューブ３２は、モータケース５６を介してマウント部２４に連結されている。モータ５４の回転軸であるモータ軸５８は、ねじロッド５０の上端部と一体的に接続されている。つまり、ねじロッド５０は、モータ軸５８を延長する状態でインナチューブ３２内に配設され、モータ５４によって回転させられる。一方、ナット５２は、ねじロッド５０と螺合させられた状態で、アウタチューブ３０の内底部に付設されたナット支持筒６０の上端部に固定支持されている。

エアスプリング２８は、マウント部２４に固定されたハウジング７０と、アクチュエータ２６のアウタチューブ３０に固定されたエアピストン７２と、それらを接続するダイヤフラム７４とを備えている。ハウジング７０は、概して有蓋円筒状をなし、蓋部７６に形成された穴にアクチュエータ２６のインナチューブ３２を貫通させた状態で、蓋部７６の上面側においてマウント部２４の下面側に固定されている。エアピストン７２は、概して円筒状をなし、アウタチューブ３０を嵌入させた状態で、アウタチューブ３０の上部に固定されている。それらハウジング７０とエアピストン７２とは、ダイヤフラム７４によって気密性を保ったまま接続されており、それらハウジング７０とエアピストン７２とダイヤフラム７４とによって圧力室４４が形成されている。その圧力室４４には、流体としての圧縮エアが封入されている。このような構造から、エアスプリング２８は、その圧縮エアの圧力によって、ロアアーム２２とマウント部２４、つまり、車輪１２と車体とを相互に弾性的に支持しているのである。

上述のような構造から、ばね上部とばね下部とが接近・離間する場合、アウタチューブ３０とインナチューブ３２とは、軸線方向に相対移動が可能とされている。その相対移動に伴って、ねじロッド５０とナット５２とが軸線方向に相対移動するとともに、ねじロッド５０がナット５２に対して回転する。モータ５４は、ねじロッド５０に回転トルクを付与可能とされ、この回転トルクによって、ばね上部とばね下部との相対動作（ストローク動作）に対して、そのストローク動作を阻止する抵抗力を発生させることが可能とされている。この抵抗力をばね上部とばね下部とのストローク動作に対する減衰力として作用させることで、アクチュエータ２６は、いわゆるアブソーバ（「ダンパ」と呼ぶこともできる）として機能するものとなっている。言い換えれば、アクチュエータ２６は、自身が発生させる軸線方向の力であるアクチュエータ力によって、ストローク動作に対して減衰力を付与する機能を有しているのである。また、アクチュエータ２６は、アクチュエータ力を、ストローク動作に対する推進力つまり駆動力として作用させる機能をも有している。この機能により、ばね上絶対速度に比例する減衰力を作用させるスカイフック制御を実行することが可能とされている。さらに、アクチュエータ２６は、アクチュエータ力によって上下方向におけるばね上部とばね下部との距離（以下、「ばね上ばね下間距離」という場合がある）を積極的に変更し、また、ばね上ばね下間距離を所定の距離に維持する機能をも有している。この機能によって、旋回時の車体のロール，加速・減速時の車体のピッチ等を効果的に抑制すること、車両の車高を調整すること等が可能とされているのである。

サスペンションシステム１０は、各スプリング・アブソーバAssy２０が有するエアスプリング２８に対して流体としてのエア（空気）を流入・流出させるための流体流入・流出装置、詳しく言えば、エアスプリング２８の圧力室４４に接続されて、その圧力室４４にエアを供給し、圧力室４４からエアを排出するエア給排装置８０を備えている。詳しい説明は省略するが、本サスペンションシステム１０は、エア給排装置８０によって、各エアスプリング２８の圧力室４４内のエア量を調整することが可能とされており、エア量の調整によって、各エアスプリング２８のばね長を変更し、各車輪１２についてのばね上ばね下間距離を変化させることが可能とされている。具体的に言えば、圧力室４４のエア量を増加させてばね上ばね下間距離を増大させ、エア量を減少させてばね上ばね下間距離を減少させることが可能とされている。

本サスペンションシステム１０は、サスペンション電子制御ユニット（ＥＣＵ）１４０によって、スプリング・アブソーバAssy２０の作動、つまり、アクチュエータ２６およびエアスプリング２８の制御が行われる。詳しくは、アクチュエータ２６のモータ５４およびエア給排装置８０の作動の制御が行われる。ＥＣＵ１４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータを主体として構成されたコントローラ１４２と、エア給排装置８０の駆動回路としてのドライバ１４４と、各アクチュエータ２６が有するモータ５４に対応する駆動回路としてのインバータ１４６とを有している。それらドライバ１４４およびインバータ１４６は、コンバータ１４８を介してバッテリ１５０に接続されており、エア給排装置８０が有する各制御弁，ポンプモータ等、および、各アクチュエータ２６のモータ５４には、そのコンバータ１４８とバッテリ１５０とを含んで構成される電源から電力が供給される。なお、モータ５４は定電圧駆動されることから、モータ５４への供給電力量は、供給電流量を変更することによって変更される。

車両には、イグニッションスイッチ［Ｉ／Ｇ］１６０，車両走行速度（以下、「車速」と略す場合がある）を検出するための車速センサ［ｖ］１６２，各車輪１２についてのばね上ばね下間距離を検出する４つのストロークセンサ［Ｓｔ］１６４，車高変更指示のために運転者によって操作される車高変更スイッチ［ＨＳｗ］１６６，ステアリングホイールの操作角を検出するための操作角センサ［δ］１７０，車体に実際に発生する前後加速度である実前後加速度を検出する前後加速度センサ［Ｇｘ］１７２，車体に実際に発生する横加速度である実横加速度を検出する横加速度センサ［Ｇｙ］１７４，各車輪１２に対応する車体の各マウント部２４の縦加速度（上下加速度）を検出する４つの縦加速度センサ［Ｇｚ_U］１７６，各車輪１２の縦加速度を検出する４つの縦加速度センサ［Ｇｚ_L］１７８，アクセルスロットルの開度を検出するスロットルセンサ［Ｓｒ］１８０，ブレーキのマスタシリンダ圧を検出するブレーキ圧センサ［Ｂｒ］１８２，モータ５４のロータの回転角を検出するレゾルバ［θ］１８４等が設けられており、それらはコントローラ１４２に接続されている。ＥＣＵ１４０は、それらのスイッチ，センサからの信号に基づいて、スプリング・アブソーバAssy２０の作動の制御を行うものとされている。ちなみに、［ ］の文字は、上記スイッチ,センサ等を図面において表わす場合に用いる符号である。また、コントローラ１４２のコンピュータが備えるＲＯＭには、後に説明するところのアクチュエータ２６の制御に関するプログラム，各種のデータ等が記憶されている。

≪インバータ等の構成≫
図３に示すように、各アクチュエータ２６のモータ５４は、コイルがスター結線（Ｙ結線）された３相ブラシレスＤＣモータであり、上述したようにインバータ１４６によって制御駆動される。そのインバータ１４６は、図に示すような一般的なものであり、high側（高電位側），low側（低電位側）のそれぞれに対応し、かつ、モータ５４の３つの相であるＵ相，Ｖ相，Ｗ相のそれぞれに対応する６つのスイッチング素子ＨＵＳ，ＨＶＳ，ＨＷＳ，ＬＵＳ，ＬＶＳ，ＬＷＳを備えている。また、ＥＣＵ１４０のコントローラ１４２は、モータ５４に設けられたレゾルバ１８４によりモータ回転角（電気角）を判断し、そのモータ回転角に基づいてスイッチング素子を開閉作動させる。インバータ１４６は、いわゆる正弦波駆動によってモータ５４を駆動するのであり、モータ５４の３つの相の各々に流れる電流量が、それぞれが正弦波状に変化し、その位相差が電気角で１２０°ずつ異なるように、インバータ１４６が制御される。そして、インバータ１４６は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によってモータ５４に通電するようにされており、パルスオン時間とパルスオフ時間との比（デューティ比）を変更することで、モータ５４を流れる電流量（通電電流量）を変更して、モータ５４が発生させる回転トルクの大きさを変更する。詳しくは、デューティ比が大きくされることで、通電電流量が大きくされて、モータ５４の発生する回転トルクは大きくされ、逆に、デューティ比が小さくされることで、通電電流量が小さくされて、モータ５４の発生する回転トルクは小さくされる。

モータ５４が発生する回転トルクの方向は、モータ５４が実際に回転している方向と同じ方向である場合もあり、また、逆の場合もある。モータ５４が発生する回転トルクの方向とモータ５４の回転方向が逆となる場合、つまり、アクチュエータ２６が、アクチュエータ力をストローク動作に対する抵抗力として作用させている場合には、モータ５４の発生させる力は、必ずしも、電源から供給される電力（電流）に依存したものとはならない。詳しく言えば、モータ５４が外部からの力によって回転させられることで、そのモータ５４に起電力が生じ、モータ５４は、その起電力に依存したモータ力を発生させる場合、つまり、アクチュエータ２６が起電力に依存したアクチュエータ力を発生させる場合もある。

図４に、モータ５４の回転速度ωとモータ５４が発生させる回転トルクＴｑとの関係を概念的に示す。すなわち、ストローク動作の速度であるストローク速度Ｖ_Stと、ストローク動作に対して発生可能な力Ｆ_M（回転トルクＴｑと考えてもよい）との関係を示すものと考えることもできる。この図における領域（ａ）が、モータ５４の回転トルクの方向と回転方向が同じ方向となる領域であり、領域（ｂ）および領域（ｃ）が、モータ５４の回転トルクの方向と回転方向が逆となる領域である。領域（ｂ）と領域（ｃ）とを区画する線は、モータ５４の各相の通電端子間を短絡させた場合の特性線、すなわち、いわゆる短絡制動させた場合に得られるモータ５４の回転速度ωと回転トルクＴｑとの関係を示す短絡特性線である。回転速度に対してモータ５４が発生させる回転トルクがその短絡特性線における回転トルクより小さい領域（ｃ）が、モータ５４が発電機として機能し、モータ５４が起電力に依存した抵抗力となる回転トルクを発生させる領域、いわゆる“回生制動領域”である。ちなみに、領域（ｂ）は、モータ５４がバッテリ１５０から電流の供給を受けて抵抗力となるトルクを発生させる領域、いわゆる“逆転制動領域”であり、領域（ａ）は、モータ５４がバッテリ１５０から電流の供給を受けて駆動力となるトルクを発生させる領域、いわゆる“力行領域”である。

なお、インバータ１４６は、起電力よって発電された電流をバッテリ１５０に回生可能な構造とされている。つまり、モータ５４の回転速度ωとモータ５４が発生する回転トルクＴｑとの関係が上記領域（ｃ）となる場合に、起電力に依拠した発電電流が回生されるのである。また、モータ５４が発生する回転トルクとモータ５４の回転方向が逆となる場合においては、前述したスイッチング素子のＰＷＭ制御は、起電力によってモータ５４の各コイルに流れる電流量を制御するものとなっており、デューティ比を変更することで、モータ５４が発生する回転トルクの大きさが変更されることになる。すなわち、インバータ１４６は、電源からの供給電流であるか、あるいは、起電力によって生じる発電電流であるかに拘わらず、モータ５４のコイルを流れる電流、つまり、モータ５４の通電電流を制御して、モータ力を制御する構造とされているのである。

≪サスペンションシステムの基本的な制御≫
本サスペンションシステム１０では、４つのスプリング・アブソーバAssy２０の各々を独立して制御することが可能となっている。それらスプリング・アブソーバAssy２０の各々において、アクチュエータ２６のアクチュエータ力が独立して制御されて、車体および車輪１２の振動、つまり、ばね上振動およびばね下振動を減衰するための制御（以下、「振動減衰制御」という場合がある）が実行される。また、車両の旋回に起因する車体のロールを抑制するための制御（以下、「ロール抑制制御」という場合がある），車両の加減速に起因する車体のピッチを抑制するための制御（以下、「ピッチ抑制制御」という場合がある）が実行される。上記振動減衰制御，ロール抑制制御，ピッチ抑制制御は、各制御ごとのアクチュエータ力の成分である振動減衰成分，ロール抑制成分，ピッチ抑制成分を合計して目標アクチュエータ力が決定され、アクチュエータ２６がその目標アクチュエータ力を発生させるように制御されることで、総合的に実行される。なお、以下の説明において、アクチュエータ力およびそれの成分は、ばね上部とばね下部とを離間させる方向（リバウンド方向）の力に対応するものが正の値，ばね上部とばね下部とを接近させる方向（バウンド方向）の力に対応するものが負の値となるものとして扱うこととする。

また、本サスペンションシステム１０では、エアスプリング２８によって、悪路走行への対処等を目的として運転者の意思に基づいて車両の車高を変更する制御（以下、「車高変更制御」という場合がある）が実行される。その車高変更制御について簡単に説明する。車高変更制御は、運転者の意図に基づく車高変更スイッチ１６６の操作によって実現すべき設定車高である目標設定車高が変更された場合において、実行される。その目標設定車高の各々に応じて、各車輪１２についての目標となるばね上ばね下間距離が設定されており、ストロークセンサ１６４の検出値に基づいて、それぞれの車輪１２についてのばね上ばね下間距離が目標距離になるように、エア給排装置８０の作動が制御され、各車輪１２のばね上ばね下間距離が目標設定車高に応じた距離に変更されるのである。さらに、この車高変更制御では、例えば、乗員数の変化，荷物の積載量の変化等による車高の変動に対処することを目的とした、いわゆるオートレベリングと呼ばれる制御も行われる。

i）振動減衰制御
振動減衰制御では、車体および車輪１２の振動を減衰するためにその振動の速度に応じた大きさのアクチュエータ力を発生させるべく、アクチュエータ力の振動減衰成分Ｆ_Vが決定される。つまり、いわゆるスカイフック理論に基づいた制御と、いわゆるグランドフック理論に基づいて制御との両者を行う制御である。具体的には、車体のマウント部２４に設けられた縦加速度センサ１７６によって検出される縦加速度から計算される車体のマウント部２４の上下方向の動作速度、いわゆる、ばね上速度Ｖ_Uと、ロアアーム２２に設けられた縦加速度センサ１７８によって検出される縦加速度から計算される車輪１２の上下方向の動作速度、いわゆる、ばね下速度Ｖ_Lとに基づいて、次式に従って、振動減衰成分Ｆ_Vが演算される。
Ｆ_V＝Ｃ_U・Ｖ_U−Ｃ_L・Ｖ_L
ここで、Ｃ_Uは、車体のマウント部２４の上下方向の動作速度に応じた減衰力を発生させるためのゲインであり、Ｃ_Lは、車輪１２の上下方向の動作速度に応じた減衰力を発生させるためのゲインである。つまり、Ｃ_U，Ｃ_Lは、いわゆるばね上，ばね下絶対振動に対する減衰係数と考えることができる。

ii）ロール抑制制御
車両の旋回時においては、その旋回に起因するロールモーメントによって、旋回内輪側のばね上部とばね下部とが離間させられるとともに、旋回外輪側のばね上部とばね下部とが接近させられる。ロール抑制制御では、その旋回内輪側の離間および旋回外輪側の接近を抑制すべく、旋回内輪側のアクチュエータ２６にバウンド方向のアクチュエータ力を、旋回外輪側のアクチュエータ２６にリバウンド方向のアクチュエータ力を、それぞれ、ロール抑制力として発生させる。具体的に言えば、まず、車体が受けるロールモーメントを指標する横加速度として、ステアリングホイールの操舵角δと車速ｖとに基づいて推定された推定横加速度Ｇｙｃと、横加速度センサ１７４によって実測された実横加速度Ｇｙｒとに基づいて、制御に利用される横加速度である制御横加速度Ｇｙ^*が、次式に従って決定される。
Ｇｙ^*＝Ｋ₁・Ｇｙｃ＋Ｋ₂・Ｇｙｒ （Ｋ₁，Ｋ₂：ゲイン）
そのように決定された制御横加速度Ｇｙ^*に基づいて、ロール抑制力成分Ｆ_Rが、次式に従って決定される。
Ｆ_R＝Ｋ₃・Ｇｙ^* （Ｋ₃：ゲイン）

iii）ピッチ抑制制御
車体の制動時等、減速時に発生する車体のノーズダイブに対しては、そのノーズダイブを生じさせるピッチモーメントによって、前輪側のばね上部とばね下部とが接近させられるとともに、後輪側のばね上部とばね下部とが離間させられる。また、車体の加速時に発生する車体のスクワットに対しては、そのスクワットを生じさせるピッチモーメントによって、前輪側のばね上部とばね下部とが離間させられるとともに、後輪側のばね上部とばね下部とが接近させられる。ピッチ抑制制御では、それらの場合の接近・離間距離を抑制すべく、アクチュエータ力をピッチ抑制力として発生させる。具体的には、車体が受けるピッチモーメントを指標する前後加速度として、前後加速度センサ１７２によって実測された実前後加速度Ｇｘが採用され、その実前後加速度Ｇｘに基づいて、ピッチ抑制力成分Ｆ_Pが、次式に従って決定される。
Ｆ_P＝Ｋ₄・Ｇｘ （Ｋ₄：ゲイン）
なお、ピッチ抑制制御は、スロットルセンサ１８０によって検出されるスロットルの開度、あるいは、ブレーキ圧センサ１８２によって検出されるマスタシリンダ圧が、設定された閾値を超えることをトリガとして実行される。

iv）目標アクチュエータ力とモータの作動制御
アクチュエータ２６の制御は、それが発生させるべきアクチュエータ力である目標アクチュエータ力に基づいて行われる。詳しく言えば、上述のようにして、アクチュエータ力の振動減衰成分Ｆ_V，ロール抑制成分Ｆ_R，ピッチ抑制成分Ｆ_Pが決定されると、それらに基づき、次式に従って目標となるアクチュエータ力Ｆ^*が決定される。
Ｆ^*＝Ｆ_V＋Ｆ_R＋Ｆ_P
そして、上述のように決定された目標アクチュエータ力Ｆ^*に基づいて、目標となるデューティ比が決定され、そのデューティ比に基づいた指令がインバータ１４６に送信される。インバータ１４６は、その適切なデューティ比の下、目標アクチュエータ力を発生させるようにモータ５４を駆動する。

≪特定抵抗力制御≫
上述したように、本サスペンションシステム１０では、通常、ばね上部，ばね下部の上下方向の速度に比例した減衰力を発生させる第１制御としての上記振動減衰制御と、専らバッテリ１５０からの電力供給を受けて力を発生させる車体姿勢制御との総合的な制御、つまり、アクティブ制御が実行されており、アクチュエータ２６によって消費される電力量は多くなる。そこで、本システム１０においては、上記アクティブ制御は、良好な減衰振動特性が要求される場合に実行され、それ以外の場合には、専らモータ５４によって発電された電流がバッテリ１５０に回生されるように、ストローク速度Ｖ_Stに応じた特定の大きさの抵抗力となるアクチュエータ力を発生させる特定抵抗力制御が実行されるようになっている。つまり、特定抵抗力制御は、上記第１制御としての振動減衰制御とは異なる振動減衰制御である第２制御である。

例えば、車両の走行速度が高くなるほど、路面入力に対する車両に生じる振動は大きくなるため、走行速度が高い場合には、上記アクティブ制御が実行されることが望ましい。また、例えば、路面が粗い道路や起伏が大きい道路を走行している場合，急ブレーキや急加速時，急カーブのコーナリング時等は、車体の挙動は比較的大きくなる。そのような車体の挙動が大きくなる場合にも、上記アクティブ制御が実行されることが望ましい。本システム１０では、車速センサ１６２によって検出された車速ｖが閾値ｖ₁以下である場合に、特定抵抗力制御が実行される。また、車速ｖが閾値ｖ₁以下であっても、車体の挙動が比較的大きくなることが推定される場合には、アクティブ制御が実行される。詳しくは、車両に作用する加速度、つまり、マウント部２４に設けられた縦加速度センサ１７６によって検出される縦加速度Ｇｚ_U，ロアアーム２２に設けられた縦加速度センサ１７８によって検出される縦加速度Ｇｚ_L，前後加速度センサ１７２によって検出された前後加速度Ｇｘ，横加速度センサ１７４によって実測された実横加速度Ｇｙｒのいずれかが、それぞれの閾値であるＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄以上となった場合に、アクティブ制御が実行され、それ以外の場合に、特定抵抗力制御が実行される。

特定抵抗力制御が実行される場合には、先に説明したように、アクチュエータ力がストローク速度Ｖ_Stに応じた特定の大きさの抵抗力となるように、詳しくは、ストローク速度Ｖ_Stに対して回生される電流量がもっとも大きくなるような大きさの抵抗力となるように制御される。具体的には、特定抵抗力制御においては、目標アクチュエータ力Ｆ^*が次式に従って決定されるのである。
Ｆ^*＝−（Ｃ／２）・Ｖ_St
なお、後に詳しく説明するが、Ｃはモータ５４の通電端子間を短絡させた場合における減衰係数である。そして、この決定された目標アクチュエータ力Ｆ^*に基づいて、目標となるデューティ比が決定され、そのデューティ比に基づいた指令がインバータ１４６に送信される。インバータ１４６は、その適切なデューティ比とすることで、発電電流をバッテリ１５０に回生しつつ、抵抗力を発生させるようにモータ５４を駆動するのである。

以下に、その特定抵抗力制御における目標アクチュエータ力の決定が、上記の式によって行われることについて詳しく説明する。図５に、本サスペンションシステム１０の等価回路図を示す。まず、アクチュエータ２６が、目標となるアクチュエータ力Ｆを発生させる際に必要な電力、つまり、回路内の抵抗によって消費されるエネルギである消費エネルギＥを考える。その消費エネルギＥは、電源電圧ｅとモータ５４を流れる通電電流ｉとの積であるから、それら通電電流ｉ，電源電圧ｅを順に求める。

モータ５４の回転トルクＴｑは通電電流ｉに比例するため次式によってによって表される。
Ｔｑ＝Ｋ_T・ｉ （Ｋ_T：モータ定数）
その回転トルクＴｑとアクチュエータ力Ｆとの関係は、ねじロッド５０のリードをＬとすると、次式よって表される。
Ｆ＝（２π／Ｌ）・Ｔｑ
それらの２つの式から通電電流ｉは次式で表されることになる。
ｉ＝Ｆ／ψ （ψ＝Ｋ_T・２π／Ｌ） ・・・（１）

また、モータ５４の回転速度ωの場合、回路内の抵抗をＲとすると、電源電圧ｅと通電電流ｉとは次式のような関係が成り立つ。
ｉ＝（ｅ−Ｋ_T・ω）／Ｒ
また、回転速度ωとストローク速度Ｖ_Stとの関係は、次式によって表される。
Ｖ_St＝（Ｌ／２π）・ω
それらの２つの式から電源電圧ｅは次式で表されることになる。
ｅ＝Ｒ・ｉ＋ψ・Ｖ_St
そして、この式に（１）式を代入すると次式が得られる。
ｅ＝Ｆ・（Ｒ／ψ）＋ψ・Ｖ_St ・・・（２）

したがって、消費エネルギＥは、Ｅ＝ｅ・ｉであるため、（１）式，（２）式から次式によって表されることになる。
Ｅ＝Ｆ²・（Ｒ／ψ²）＋Ｆ・Ｖ_St ・・・（３）
ここで、モータ５４の通電端子間を短絡させた場合を考える。その場合、消費エネルギＥ＝０となるため、（３）式から短絡時のアクチュエータ力Ｆ_Sが、次式のように得られることになる。
Ｆ_S＝−（ψ²／Ｒ）・Ｖ_St
アクチュエータ力は、ストローク速度に比例する（ダンパ特性）ことから、上記の式におけるψ²／Ｒは、短絡時におけるモータ５４の減衰係数Ｃであるといえる。そして、そのＣ＝ψ²／Ｒおよびダンパ特性Ｆ＝−Ｃｄ・Ｖ_St（Ｃｄ：減衰係数）を（３）式に代入すれば、次式となる。
Ｅ＝（Ｃｄ²−Ｃ・Ｃｄ）・Ｖ_St ²／Ｃ ・・・（４）
したがって、Ｃｄ＜Ｃの場合に消費エネルギＥが負の値となり、モータ５４によって発電された電流が回生されることを表している。そして、Ｃｄ＝Ｃ／２の場合に消費エネルギＥが最小、つまり、回生される電流量がもっとも大きくなるのである。以上ことから、システムの省電力化という観点から、特定抵抗力制御における目標アクチュエータ力Ｆ^*は、式Ｆ^*＝−（Ｃ／２）・Ｖ_Stによって決定されるのである。

以上のように、本サスペンションシステム１０は、(a)ばね上速度とばね下速度とに基づいてアクチュエータ力を制御する第１制御としての振動減衰制御と、(b)アクチュエータ力の発生を専らモータ５４による発電を伴うものとすべく、ばね上部とばね下部との相対動作に対してその相対動作の速度に応じた特定の大きさの抵抗力となるアクチュエータ力を発生させる第２制御としての特定抵抗力制御とを、切換可能に構成されている。なお、その特定抵抗力制御においては、アクチュエータ力が、モータ５４の各相の通電端子間を短絡させた場合に得られる抵抗力の１／２の大きさとなる抵抗力として発生させられ、回生される電流量がもっとも大きくされている。つまり、本サスペンションシステム１０は、この特定抵抗力制御が実行されることによって、効率的に発電電流を回生して、システム１０の電力消費を抑制することが可能とされているのである。

≪アクチュエータの制御フロー≫
上述のようなアクチュエータ２６の制御は、図６にフローチャートを示すアクチュエータ制御プログラムが、イグニッションスイッチ１６０がＯＮ状態とされている間、短い時間間隔（例えば、数ｍsec〜数十msec）をおいてコントローラ１４２により繰り返し実行されることによって行われる。以下に、その制御のフローを、図に示すフローチャートを参照しつつ、簡単に説明する。なお、アクチュエータ制御プログラムは、４つの車輪１２にそれぞれ設けられたスプリング・アブソーバAssy２０のアクチュエータ２６の各々に対して実行される。以降の説明においては、説明の簡略化に配慮して、１つのアクチュエータ２６に対しての本プログラムによる処理について説明する。

本プログラムにおいては、まず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略す、他のステップも同様である）およびＳ２において、車速ｖによって、アクティブ制御，特定抵抗力制御のいずれを実行するかが判定される。車速ｖが閾速度ｖ₁より速い場合には、アクティブ制御が実行される。つまり、Ｓ６〜Ｓ９において、先に説明したような手法で、振動減衰成分Ｆ_Vと、ロール抑制成分Ｆ_Rと、ピッチ抑制成分Ｆ_Pとが決定され、それらを足し合わせて、目標アクチュエータ力Ｆ^*が決定される。また、車速ｖ＝０、つまり、停車している場合および、車速ｖが閾速度ｖ₁以下で走行している場合には、Ｓ１０以下の特定抵抗力制御が実行される。ただし、車速ｖが閾速度ｖ₁以下で走行している場合には、Ｓ３〜Ｓ５において、車体の挙動が比較的大きいか否かが、車両に作用している加速度Ｇｚ_U，Ｇｚ_L，Ｇｘ，実横加速度Ｇｙｒの各々がそれぞれの閾値であるＧ₁，Ｇ₂，Ｇ₃，Ｇ₄以上であるか否かによって判定され、車体の挙動が大きいと判定された場合には、Ｓ６以下のアクティブ制御が実行される。なお、特定抵抗力制御において用いられるストローク速度Ｖ_Stは、Ｓ１０において、ストロークセンサ１６４による前回の本プログラム実行時における検出値と、今回の検出値との差をもって算定される。

以上のように決定されたモータ５４の目標アクチュエータ力Ｆ^*に基づいてデューティ比が決定され、そのデューティ比に応じた制御信号が、インバータ１４６に送信される。以上の一連の処理の後、アクチュエータ制御プログラムの１回の実行が終了する。

≪変形例≫
上述した実施例のサスペンションシステムにおいては、サスペンションスプリングとしてエアスプリング２８が採用されていたが、コイルスプリングを採用してもよい。また、第２制御は、バッテリ１５０の充電量（残量）に応じて実行されるか否かが決定されるように、つまり、充電量が比較的少ない場合にのみ実行されるようにしてもよい。さらに、上記実施例における第２制御では、車体の挙動の大きさが縦加速度，前後加速度，横加速度に基づいて判断されていたが、縦加速度のみに基づいて判断されてもよい。その第２制御においては、現時点での加速度の値から車体の挙動の大きさが判断されていたが、現時点から遡った設定時間内における加速度の変化の具合から現時点での車体の挙動の大きさが推定されてもよい。なお、上記実施例における第２制御においては、第２制御が実行される場合に車体姿勢制御が実行されないようにされていたが、車体姿勢制御は、第１制御であるか第２制御であるかに関係なく実行されるようにされてもよい。

請求可能発明の実施例である車両用サスペンションシステムの全体構成を示す模式図である。 図１に示すスプリング・アブソーバAssyを示す正面断面図である。 図２のアクチュエータが備える電磁モータの制御を行う駆動回路等の回路図である。 図２のアクチュエータが備える電磁モータの回転速度と回転トルクとの関係を示す図である。 請求可能発明の実施例である車両用サスペンションシステムの等価回路図である。 図１に示すサスペンション電子制御ユニットによって実行されるアクチュエータ制御プログラムを表すフローチャートである。

符号の説明

１０：車両用サスペンションシステム ２０：スプリング・アブソーバAssy ２２：ロアアーム（ばね下部） ２４：マウント部（ばね上部） ２６：アクチュエータ ２８：エアスプリング ５０：ねじロッド（雄ねじ部） ５２：ナット（雌ねじ部） ５４：電磁モータ ８０：エア給排装置 １４０：サスペンション電子制御ユニット（制御装置） １４６：インバータ（駆動回路） １４８：コンバータ １５０：バッテリ

Claims (5)

1. ばね上部とばね下部との間に配設され、動力源としての電磁モータを有し、ばね上部とばね下部との相対動作に応じて動作するとともにその相対動作に対する抵抗力および推進力となるアクチュエータ力を発生させることで、ショックアブソーバとして機能する電磁式のアクチュエータと、
   前記電磁モータと電源との間に配設され、その電磁モータを駆動するとともに、起電力に依拠して電磁モータによって発電された電流を電源に回生可能な構造とされた駆動回路と、
   その駆動回路を制御することによって、前記アクチュエータ力を制御する制御装置と
   を備えた車両用サスペンションシステムであって、
   前記制御装置が、(a)ばね上速度とばね下速度との少なくとも一方に基づいて前記アクチュエータ力を制御する第１制御と、(b)前記アクチュエータ力の発生を専ら前記電磁モータによる発電を伴うものとすべく、ばね上部とばね下部との相対動作に対してその相対動作の速度に応じた特定の大きさの抵抗力となる前記アクチュエータ力を発生させる第２制御とを、切換可能に構成されたことを特徴とする車両用サスペンションシステム。
2. 前記制御装置が、車両の走行速度が比較的高い場合に前記第１制御を実行し、比較的低い場合に前記第２制御を実行するように構成された請求項１に記載の車両用サスペンションシステム。
3. 前記制御装置が、車体の挙動が比較的大きい場合に前記第１制御を実行し、比較的小さい場合に前記第２制御を実行するように構成された請求項１または請求項２に記載の車両用サスペンションシステム。
4. 前記第２制御が、電源に回生される電流がもっとも大きくなる大きさの抵抗力となる前記アクチュエータ力を発生させる制御である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の車両用サスペンションシステム。
5. 前記第２制御が、前記電磁モータの通電端子間を短絡させた場合において発生する抵抗力の１／２の大きさの抵抗力となる前記アクチュエータ力を発生させる制御である請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の車両用サスペンションシステム。

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