JP2011025804A - Suspension device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車等の車輪のサスペンション装置、特に、バネ下部材とバネ上部材とに対して接近または離間する方向の力であるアクチュエータ力を発生させる電動モータを有する電磁アクチュエータを備えたサスペンション装置に関する。 The present invention relates to a suspension device for a wheel of an automobile or the like, and in particular, a suspension device including an electromagnetic actuator having an electric motor that generates an actuator force that is a force in a direction toward or away from an unsprung member and an unsprung member. About.
近年、車両の走行により発生する運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収(回生)し、この回生した電気エネルギーを蓄電手段に蓄電して有効に利用することが盛んに研究されている。 2. Description of the Related Art In recent years, active research has been conducted on converting and recovering (regenerating) kinetic energy generated by traveling of a vehicle into electric energy, and storing the regenerated electric energy in a power storage means for effective use.
例えば、下記特許文献1には、エンジンと電動モータとから得られる駆動力により走行するハイブリッド車両において、このハイブリッド車両が下り区間を走行する際に、回生エネルギーにより蓄電する蓄電手段の蓄電量の管理幅(SOC:State Of Charge)を通常走行時における管理幅よりも拡大し、より多くの回生エネルギーによる蓄電を行うことが示されている。そして、このように蓄電量の管理幅を拡大することにより、回生エネルギーによる蓄電量を増加させることができ、走行全体での効率向上を図るようになっている。 For example, in Patent Document 1 below, in a hybrid vehicle that travels with a driving force obtained from an engine and an electric motor, when the hybrid vehicle travels in a downward section, the amount of power stored in the power storage means that stores power by regenerative energy is disclosed. It has been shown that the width (SOC: State Of Charge) is larger than the management width during normal running and power storage is performed with more regenerative energy. And by expanding the management range of the amount of electricity stored in this way, the amount of electricity stored by regenerative energy can be increased, and the efficiency of the entire run is improved.
また、例えば、下記特許文献2には、電磁アクチュエータを備えた電磁サスペンション装置において、車載電源装置の電源供給能力に応じて電磁サスペンションによる減衰力を変更し、車載電源装置の電源電圧が基準電圧を下回る状況では、減衰力を低減させて電磁サスペンションの伸縮運動を盛んにさせ、電動モータによる発電量を増大させて回生効率を向上させることが示されている。これにより、車載電源装置の電源供給能力が低下した場合であっても、回生した電力を車載電源装置に蓄電することができるようになっている。 Further, for example, in Patent Document 2 below, in an electromagnetic suspension device provided with an electromagnetic actuator, the damping force by the electromagnetic suspension is changed according to the power supply capability of the in-vehicle power supply device, and the power supply voltage of the in-vehicle power supply device sets the reference voltage. In the situation below, it is shown that the damping force is reduced to increase the expansion and contraction motion of the electromagnetic suspension, and the amount of power generated by the electric motor is increased to improve the regeneration efficiency. Thereby, even if it is a case where the power supply capability of a vehicle-mounted power supply device falls, the regenerated electric power can be stored in a vehicle-mounted power supply device.
さらに、下記特許文献3には、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において、電源からモータへの電流が供給されているとき、d軸電流成分を電源の充電状態に基づいて増大させることにより、モータが発生させるアクチュエータ力を大きく変化させることなく電源の過充電を回避することが示されている。これにより、電源の充電が必要なときにはd軸電流成分を小さくしておき、電源が過充電となるときにはd軸電流成分を大きくすることにより、回生した電力を効率よく充電することができる。 Further, in Patent Document 3 below, in a suspension system including an electromagnetic actuator, when a current is supplied from a power source to a motor, the d-axis current component is increased based on the state of charge of the power source, thereby It has been shown that overcharging of the power supply can be avoided without significantly changing the actuator force generated by. Thus, the regenerated power can be efficiently charged by reducing the d-axis current component when the power source needs to be charged and increasing the d-axis current component when the power source is overcharged.
ところで、上記特許文献1〜3に記載された各装置においては、回生エネルギー、より具体的には、回生電力を蓄電して有効に利用することができるものの、回生電力を蓄電する回生効率の点で改善の余地がある。すなわち、上記特許文献1に記載されたハイブリッド車両においては、蓄電手段(具体的には、バッテリ)の保護の観点から、管理幅の変更回数が規制される。すなわち、このハイブリッド車両においては、変更回数が規制されるために管理幅を変更できない場合が存在し、この場合には、回生電力を蓄電することができない。また、上記特許文献2,3に記載されたサスペンション装置およびサスペンションシステムにおいては、車載電源装置(電源)がフル充電の場合には、回生電力を蓄電しない。特に、これらサスペンション装置およびサスペンションシステムにおいては、車両の走行に伴って、例えば、路面からの外力によって電磁サスペンションが伸縮する頻度が高く、すなわち、回生電力が得られる頻度が高く、車載電源装置(電源)の充電状態によっては、回生電力を無駄に消費する可能性が高くなる。 By the way, in each apparatus described in the said patent documents 1-3, although regenerative energy, more specifically, regenerative electric power can be stored and used effectively, the point of the regenerative efficiency which stores regenerative power is stored. There is room for improvement. That is, in the hybrid vehicle described in Patent Document 1, the number of changes in the management width is regulated from the viewpoint of protecting the power storage means (specifically, the battery). That is, in this hybrid vehicle, there are cases where the management width cannot be changed because the number of changes is restricted, and in this case, regenerative power cannot be stored. In the suspension devices and suspension systems described in Patent Documents 2 and 3, regenerative power is not stored when the on-vehicle power supply (power supply) is fully charged. In particular, in these suspension devices and suspension systems, for example, when the vehicle travels, the electromagnetic suspension frequently expands and contracts due to external force from the road surface, that is, the frequency at which regenerative power is obtained is high. ), There is a high possibility that the regenerative power is wasted.
この場合、例えば、上記特許文献1に記載されたハイブリッド車両のように、車載電源装置(電源)の蓄電の管理幅を変更することも考えられるが、上述したように、車載電源装置(電源)を保護する観点から変更回数が制限されるため、回生電力が得られる頻度の高いサスペンション装置やサスペンションシステムには馴染まない。したがって、特に電磁アクチュエータを備えたサスペンション装置においては、回生電力を効率よく蓄電して利用することが望まれる。 In this case, for example, it is conceivable to change the management range of the power storage of the in-vehicle power supply device (power supply) as in the hybrid vehicle described in Patent Document 1, but as described above, the in-vehicle power supply device (power supply) Since the number of changes is limited from the viewpoint of protecting the vehicle, it is not compatible with suspension devices and suspension systems that frequently generate regenerative power. Accordingly, it is desirable to efficiently store and use the regenerative electric power particularly in a suspension device including an electromagnetic actuator.
本発明は、上記した問題に対処するためになされたものであり、その目的は、電磁アクチュエータを適切に作動させてバネ下部材およびバネ上部材の挙動を制御するとともに電磁アクチュエータからの回生電力を効率よく蓄電するサスペンション装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to cope with the above-described problems, and an object of the present invention is to appropriately operate the electromagnetic actuator to control the behavior of the unsprung member and the sprung member, and to generate the regenerative power from the electromagnetic actuator. An object of the present invention is to provide a suspension device that efficiently stores electricity.
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、車両のバネ下部材とバネ上部材との間に配設されて、前記バネ下部材と前記バネ上部材とに対して接近または離間する方向の力であるアクチュエータ力を発生させる電動モータを有する電磁アクチュエータと、車両電源装置からの電源により前記電磁アクチュエータの前記電動モータを駆動させるモータ駆動回路と、前記モータ駆動回路を作動制御して前記電磁アクチュエータの前記電動モータによる前記アクチュエータ力を制御する制御装置とを備えたサスペンション装置において、前記車両電源装置を、主に前記モータ駆動回路に電源を供給する主電源装置と、前記主電源装置から供給される電源を変圧し、この変圧した電源をモータ駆動回路に供給する電源変圧手段と、前記電源変圧手段の出力により充電可能とされ、蓄電した電気エネルギーを放出して前記モータ駆動回路に電源を供給する副電源装置とから構成し、前記バネ下部材と前記バネ上部材との接近または離間に伴って前記電磁アクチュエータの前記電動モータにより発生する起電力に起因して前記モータ駆動回路を介して前記車両電源装置側に向かう回生電力の大きさを判定する回生電力判定手段と、前記回生電力判定手段によって前記回生電力が大きいと判定されたとき、前記電磁アクチュエータの前記電動モータの駆動制御に関連するゲインを変更するゲイン変更手段と、前記回生電力判定手段によって前記回生電力が大きいと判定されたとき、前記電源変圧手段に対して前記主電源装置から前記モータ駆動回路および前記副電源装置に供給される電源を降圧させる電源降圧制御手段とを備えたことにある。この場合、前記車両電源装置の副電源装置は、例えば、コンデンサまたは電気二重層コンデンサであるとよい。 In order to achieve the above object, a feature of the present invention is a direction that is arranged between an unsprung member and a sprung member of a vehicle and approaches or separates from the unsprung member and the sprung member. An electromagnetic actuator having an electric motor that generates an actuator force, a motor drive circuit for driving the electric motor of the electromagnetic actuator by a power source from a vehicle power supply device, and operating the motor drive circuit to control the electromagnetic In a suspension device comprising a control device for controlling the actuator force by the electric motor of an actuator, the vehicle power supply device is supplied from the main power supply device, and a main power supply device that mainly supplies power to the motor drive circuit Power transformation means for transforming the power source to be supplied and supplying the transformed power source to the motor drive circuit, and the power transformation means A sub-power supply device that is rechargeable by output and discharges the stored electrical energy and supplies power to the motor drive circuit, and the unsprung member and the unsprung member approach or separate from each other. Regenerative power determination means for determining the magnitude of regenerative power directed to the vehicle power supply device side via the motor drive circuit due to the electromotive force generated by the electric motor of the electromagnetic actuator, and the regenerative power determination means When it is determined that the regenerative power is large, the gain changing means for changing the gain related to the drive control of the electric motor of the electromagnetic actuator, and when the regenerative power determination means determines that the regenerative power is large, The power supplied from the main power supply to the motor drive circuit and the sub power supply is stepped down with respect to the power transformer. In that a power down control means for causing. In this case, the auxiliary power supply device of the vehicle power supply device may be a capacitor or an electric double layer capacitor, for example.
また、この場合、前記電源降圧制御手段は、例えば、前記電源変圧手段によって前記主電源装置から前記モータ駆動回路に供給される電源が降圧された状態で前記電磁アクチュエータの前記電動モータを駆動制御するために前記ゲイン変更手段によって前記ゲインが変更された後に、前記電源変圧手段に対して前記主電源装置から前記モータ駆動回路および前記副電源装置に供給される電源を降圧させるとよい。 In this case, for example, the power supply step-down control means controls the drive of the electric motor of the electromagnetic actuator in a state where the power supplied from the main power supply device to the motor drive circuit is stepped down by the power supply transformation means. For this purpose, after the gain is changed by the gain changing means, it is preferable to step down the power supplied from the main power supply device to the motor drive circuit and the sub power supply device with respect to the power supply transformation means.
また、この場合、さらに、前記バネ上部材の車両上下方向における上下加速度を検出するバネ上上下加速度検出手段と、前記バネ下部材の車両上下方向における上下加速度を検出するバネ下上下加速度検出手段とを備え、前記回生電力判定手段は、前記バネ上上下加速度検出手段によって検出された前記バネ上部材の上下加速度の大きさおよび前記バネ下上下加速度検出手段によって検出された前記バネ下部材の上下加速度の大きさのうちの少なくとも前記バネ下部材の上下加速度の大きさと予め設定された判定基準値とを比較し、前記バネ下部材の上下加速度の大きさが前記判定基準値よりも大きいときに、前記電磁アクチュエータの前記電動モータから前記モータ駆動回路を介して前記車両電源装置側に向かう回生電力が大きいと判定するとよい。 Further, in this case, the sprung vertical acceleration detecting means for detecting the vertical acceleration of the sprung member in the vehicle vertical direction, and the unsprung vertical acceleration detecting means for detecting the vertical acceleration of the unsprung member in the vehicle vertical direction; The regenerative power determination means includes a magnitude of the vertical acceleration of the sprung member detected by the sprung vertical acceleration detection means and a vertical acceleration of the unsprung member detected by the unsprung vertical acceleration detection means. When comparing at least the magnitude of the vertical acceleration of the unsprung member with a preset criterion value, and when the magnitude of the vertical acceleration of the unsprung member is greater than the criterion value, It is determined that the regenerative power from the electric motor of the electromagnetic actuator toward the vehicle power supply device via the motor drive circuit is large. When may.
また、この場合、さらに、前記電磁アクチュエータの前記電動モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段を備え、前記回生電力判定手段は、前記モータ回転速度検出手段によって検出された前記電動モータの回転速度の大きさと予め設定された判定基準値とを比較し、前記電動モータの回転速度の大きさが前記判定基準値よりも大きいときに、前記電磁アクチュエータの前記電動モータから前記モータ駆動回路を介して前記車両電源装置側に向かう回生電力が大きいと判定するとよい。 In this case, motor rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the electric motor of the electromagnetic actuator is further provided, and the regenerative power determination means rotates the electric motor detected by the motor rotation speed detection means. When the magnitude of the speed is compared with a preset criterion value, and the magnitude of the rotational speed of the electric motor is larger than the criterion value, the electric motor of the electromagnetic actuator passes through the motor drive circuit. Therefore, it may be determined that the regenerative power toward the vehicle power supply device side is large.
また、この場合、さらに、前記車両電源装置の前記電源変圧手段に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記回生電力判定手段は、前記電流検出手段によって検出された前記電源変圧手段に流れる電流の向きが前記主電源装置に向かう向きであるときに、前記電流検出手段によって検出された前記電源変圧手段に流れる電流の大きさと予め設定された判定基準値とを比較し、前記電源変圧手段に流れる電流の大きさが前記判定基準値よりも大きいときに、前記電磁アクチュエータの前記電動モータから前記モータ駆動回路を介して前記車両電源装置側に向かう回生電力が大きいと判定するとよい。 Further, in this case, further, a current detection means for detecting a current flowing through the power transformer means of the vehicle power supply device is provided, and the regenerative power determination means is a current flowing through the power transformer means detected by the current detection means. When the direction of the main power supply is directed to the main power supply device, the magnitude of the current flowing through the power transformer means detected by the current detector means is compared with a preset criterion value, and the power transformer means When the magnitude of the flowing current is larger than the determination reference value, it is preferable to determine that the regenerative power from the electric motor of the electromagnetic actuator toward the vehicle power supply device via the motor drive circuit is large.
さらに、前記ゲイン変更手段が変更する前記電磁アクチュエータの前記電動モータの駆動制御に関連するゲインは、例えば、PI制御における比例ゲインおよび積分ゲインと、前記電磁アクチュエータの前記電動モータに流れる電流成分のうちのd軸方向の電流成分を増減させるための弱め界磁ゲインであり、前記ゲイン変更手段は、前記回生電力判定手段によって前記回生電力が大きいと判定されたとき、少なくとも、前記弱め界磁ゲインを増加させて前記電動モータに流れるd軸方向の電流成分を増大させるとよい。 Furthermore, the gain related to the drive control of the electric motor of the electromagnetic actuator changed by the gain changing means is, for example, a proportional gain and an integral gain in PI control, and a current component flowing in the electric motor of the electromagnetic actuator Field gain for increasing / decreasing the current component in the d-axis direction, and when the regenerative power determining means determines that the regenerative power is large, the gain changing means at least reduces the field weakening gain. It is preferable to increase the current component in the d-axis direction flowing through the electric motor.
これらによれば、回生電力判定手段によって電磁アクチュエータの電動モータからモータ駆動回路を介して車両電源装置側に向かう回生電力が大きいと判定されたときには、電源降圧制御手段が主電源装置からモータ駆動回路および副電源装置(コンデンサ)に供給される電源を降圧させることにより、主電源装置から副電源装置(コンデンサ)に蓄電される電気エネルギーを低下させることができる。その結果、副電源装置(コンデンサ)に蓄電可能な電気エネルギー量を相対的に増大させることができ、電磁アクチュエータの電動モータからモータ駆動回路を介して車両電源装置側に向かう回生電力(電気エネルギー)すなわち車両電源装置側に向かう逆流電流を副電源装置(コンデンサ)に優先的に効率よく蓄電させることができる。そして、蓄電された回生電力(電気エネルギー)は放出されてモータ駆動回路に電源として供給されるため、、回収された回生電力を極めて有効に利用することができる。 According to these, when it is determined by the regenerative power determination means that the regenerative power going from the electric motor of the electromagnetic actuator to the vehicle power supply device side via the motor drive circuit is large, the power supply step-down control means is changed from the main power supply device to the motor drive circuit. The electric energy stored in the sub power supply device (capacitor) from the main power supply device can be reduced by lowering the power supplied to the sub power supply device (capacitor). As a result, the amount of electrical energy that can be stored in the sub power supply device (capacitor) can be relatively increased, and regenerative power (electric energy) traveling from the electric motor of the electromagnetic actuator to the vehicle power supply device side through the motor drive circuit. In other words, the backflow current toward the vehicle power supply device side can be preferentially stored in the sub power supply device (capacitor) with priority. Since the stored regenerative power (electric energy) is released and supplied to the motor drive circuit as a power source, the recovered regenerative power can be used very effectively.
また、余剰の回生電力(電気エネルギー)は、一般的に、ダイナミックブレーキ(D/B)などを設けて熱として消費されていたものの、副電源装置(コンデンサ)に効率よく蓄電して利用できるため、熱として消費される無駄な回生電力量を大幅に低減することができる。また、副電源装置(コンデンサ)により効率よく回生電力が蓄電されて利用されるため、ダイナミックブレーキ(D/B)などの体格を小さくすることができ、その結果、装置の小型化をも達成することができる。 In addition, surplus regenerative power (electrical energy) is generally consumed as heat by providing a dynamic brake (D / B), etc., but can be efficiently stored and used in a secondary power supply (capacitor). Thus, it is possible to significantly reduce the amount of wasted regenerative power consumed as heat. In addition, since the regenerative power is efficiently stored and used by the sub power supply device (capacitor), the size of the dynamic brake (D / B) and the like can be reduced, and as a result, downsizing of the device is also achieved. be able to.
一方で、主電源装置から供給される電源を降圧させた場合、電磁アクチュエータの電動モータを駆動させるための駆動電圧が低下することにより、電磁アクチュエータの電動モータの応答性の低下および制御範囲が減少することが懸念される。しかし、この点については、ゲイン変更手段が、電磁アクチュエータの電動モータの駆動制御に関連するゲイン、例えば、PI制御における比例ゲインおよび積分ゲインと、d軸方向の電流成分を増減させるための弱め界磁ゲインを変更することにより、電磁アクチュエータの電動モータの応答性の低下および制御範囲の減少を防止することができる。したがって、主電源装置からの電源を降圧させて駆動電圧を低下させた場合であっても、電磁アクチュエータの電動モータを適切に駆動させることができ、バネ下部材とバネ上部材とに対して接近または離間させる方向の適切なアクチュエータ力を発生させることができる。これにより、バネ下部材およびバネ上部材の挙動を適切に制御することができる。 On the other hand, when the power supplied from the main power supply device is stepped down, the drive voltage for driving the electric motor of the electromagnetic actuator is lowered, so that the response of the electric motor of the electromagnetic actuator is lowered and the control range is reduced. There is a concern to do. However, in this regard, the gain changing means is a weak field for increasing or decreasing the gain related to the drive control of the electric motor of the electromagnetic actuator, for example, the proportional gain and the integral gain in the PI control, and the current component in the d-axis direction. By changing the magnetic gain, it is possible to prevent the response of the electric motor of the electromagnetic actuator from decreasing and the control range from decreasing. Therefore, even when the drive voltage is lowered by reducing the power supply from the main power supply device, the electric motor of the electromagnetic actuator can be appropriately driven, and the unsprung member and the unsprung member are approached. Alternatively, an appropriate actuator force in the direction of separation can be generated. Thereby, the behavior of the unsprung member and the sprung member can be appropriately controlled.
以下、本発明の実施形態に係るサスペンション装置について、図面を用いて詳細に説明する。図1は、本実施形態に係るサスペンション装置のシステム構成を概略的に示している。このサスペンション装置は、図1に示すように、各車輪WFL,WFR,WRL,WRRと車体Bとの間にそれぞれ設けられる4組のサスペンション本体10FL,10FR,10RL,10RRを備えている。なお、各サスペンション本体10FL,10FR,10RL,10RRおよび各車輪WFL,WFR,WRL,WRRについてはその構成が同一であるため、以下の説明においては、単にサスペンション本体10および車輪Wともいう。
Hereinafter, a suspension device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the system configuration of the suspension device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the suspension device includes four sets of suspension bodies 10FL, 10FR, 10RL, 10RR provided between the wheels WFL, WFR, WRL, WRR and the vehicle body B, respectively. Note that the suspension bodies 10FL, 10FR, 10RL, and 10RR and the wheels WFL, WFR, WRL, and WRR have the same configuration, and therefore are simply referred to as the
サスペンション本体10は、図2に示すように、電磁的に制御されるショックアブソーバとしての電磁アクチュエータ20と、空気の弾性(圧縮性)を利用して路面から車輪Wを介して車体Bに伝達される振動を吸収して乗り心地を高めるエアバネ装置30とを備えている。電磁アクチュエータ20およびエアバネ装置30の一端(上端)はバネ上部材HAに接続され、電磁アクチュエータ20の他端(下端)はバネ下部材LAに接続されている。ここで、車輪Wに連結されたナックルや、一端がナックルに連結されたロアアームなどがバネ下部材LAに相当する。また、バネ上部材HAは、電磁アクチュエータ20およびエアバネ装置30によって支持される部材であり、車体Bもバネ上部材HAに含まれる。
As shown in FIG. 2, the
電磁アクチュエータ20は、同軸状に配置されるアウタシリンダ21およびインナシリンダ22とを備えている。アウタシリンダ21とインナシリンダ22とは、例えば、同軸異径パイプから形成されており、図2に示すように、アウタシリンダ21がインナシリンダ22の外周面上にて摺動可能に組み付けられている。そして、インナシリンダ22の内側には、ボールねじ機構23が収容されている。
The
ボールねじ機構23は、後述する電動モータ26の回転動作により回転するボールねじ24と、ボールねじ24に形成された雄ねじ部分24aに螺合する雌ねじ部分25aを有するボールねじナット25とからなる。ボールねじナット25は、図示しない回り止めにより、その回転運動ができないように規制されている。これにより、このボールねじ機構23においては、ボールねじ24の回転運動がボールねじナット25の上下軸方向の直線運動に変換され、逆に、ボールねじナット25の上下軸方向の直線運動がボールねじ24の回転運動に変換される。
The
また、ボールねじナット25の下端は、図2に示すように、アウタシリンダ21の底面に固着されており、電動モータ26の回転に伴ってボールねじ24が回転してボールねじナット25が上下動すると、アウタシリンダ21を下方に引き下げまたは上方に引き上げる。逆に、ボールねじ24に対してアウタシリンダ21を軸方向に相対移動させようとする外力が加わると、ボールねじ24が回転して電動モータ26を回転させる。ここで、電動モータ26は、例えば、三相DCブラシレスモータであり、外力によるボールねじ24の回転に伴って回転させられるとき、ロータに設けた永久磁石がステータに設けた電磁コイルCL1〜CL3(図3参照)を横切ることによって、電磁コイルCL1〜CL3に起電力(電気エネルギー)を発生させて発電機として働く。
Further, as shown in FIG. 2, the lower end of the
インナシリンダ22の上端は、取付プレート27に組み付けられている。この取付プレート27は、電動モータ26のモータケーシング26aに固着されるとともに、その中央に形成された貫通孔27aにボールねじ24が挿通される。ボールねじ24は、モータケーシング26a内でモータ軸と連結されるとともに、インナシリンダ22内の軸受28によって回転可能に支持される。
The upper end of the
エアバネ装置30は、電磁アクチュエータ20の外周上に設けられるものであり、モータケーシング26aの外周面を囲む円筒状の上部ケース31と、アウタシリンダ21の外周面を囲む下部ケース32と、両ケース31,32を気密状態で連結するゴムを主成分としたダイアフラム33とを備え、これらのケース31,32とダイアフラム33とによりアウタシリンダ21、インナシリンダ22およびモータケーシング26aの外周に空気室34を形成する。上部ケース31および下部ケース32は、それぞれモータケーシング26aおよびアウタシリンダ21の外周面に気密的に溶接固定されることで、空気室34を密閉状態にする。
The
また、上部ケース31には、空気室34内に空気を供給したり排気したりする給排口としての給排ポート35が設けられている。この給排ポート35には、図1に示すように、後述する給排装置50から高圧の空気流路となる給排気管51が接続され、給排ポート35からの給排気により空気室34内の空気圧が調整されるようになっている。そして、このように構成されるサスペンション本体10は、上部ケース31の上面で弾性材料からなるアッパーサポート36を介して車体Bに組み付けられる。
In addition, the
ここで、上記のように構成されるサスペンション本体10においては、車両の走行に伴って、バネ上部材とバネ下部材とが接近・離間する場合、電磁アクチュエータ20のアウタシリンダ21とインナシリンダ22とが軸線方向に相対移動する。このように、アウタシリンダ21とインナシリンダ22とが相対移動するときには、上述したように、ボールねじ24がボールねじナット25に対して回転することによって、ボールねじ24とボールねじナット25も軸線方向に相対移動する。そして、ボールねじ24には、電動モータ26から回転トルクが付与される。
Here, in the suspension
したがって、電動モータ26が発生する回転トルクを適切に変化させることによって、バネ上部材HAとバネ下部材LA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できる。これにより、この抵抗力をバネ上部材HAとバネ下部材LA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により、電磁アクチュエータ20は、ショックアブソーバとして機能するものとなる。すなわち、電磁アクチュエータ20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。また、一方で、電磁アクチュエータ20は、アクチュエータ力を、ストローク動作に対する推進力すなわち駆動力として付与する機能をも有している。
Therefore, by appropriately changing the rotational torque generated by the
これらの機能により、バネ上部材HAの動作に対してバネ上部材HAの絶対速度に比例する減衰力または駆動力を作用させる、所謂、スカイフックダンパ理論に基づく制御、および、バネ下部材LAの動作に対してバネ下部材LAの絶対速度に比例する減衰力または駆動力を作用させる擬似的なグランドフック理論に基づく制御を実行することが可能とされている。 With these functions, a control based on the so-called skyhook damper theory, in which a damping force or a driving force proportional to the absolute speed of the sprung member HA is applied to the operation of the sprung member HA, and the unsprung member LA It is possible to execute control based on a pseudo ground hook theory in which a damping force or a driving force proportional to the absolute speed of the unsprung member LA is applied to the operation.
さらに、電磁アクチュエータ20は、アクチュエータ力によって上下方向におけるバネ上部材HAとバネ下部材LAとの距離を積極的に変更し、また、バネ上部材HAとバネ下部材LAとの距離を所定の距離に維持する機能をも有している。この機能により、後述するように、バネ上部材HA(車体B)の上下方向における振動挙動(ヒーブ挙動)、旋回時におけるバネ上部材HA(車体B)のロール挙動、加減速時におけるバネ上部材HA(車体B)のピッチ挙動などを効果的に抑制したり、車両の車高を調整することなどが可能とされている。
Further, the
次に、各サスペンション本体10の作動を制御するサスペンション制御装置40について、図3を用いて説明する。
Next, the
サスペンション制御装置40は、電磁アクチュエータ20(より詳しくは電動モータ26)を駆動制御する電磁アクチュエータ制御装置41と、エアバネ装置30に対して高圧空気を給排制御して車両の車高を所定値に維持する車高調整制御装置42とを備えている。電磁アクチュエータ制御装置41および車高調整制御装置42は、それぞれ、CPU、ROM、RAM、タイマなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とし、各種プログラムを実行することにより、電磁アクチュエータ20およびエアバネ装置30を制御する。
The
また、サスペンション制御装置40は、バネ上上下加速度センサ43、バネ下上下加速度センサ44、モータ回転角センサ45および車高センサ46を備えている。バネ上上下加速度センサ43は、各車輪位置に対応して、例えば、アッパーサポート36近傍に組み付けられて、各車輪位置におけるバネ上部材HAの上下方向の加速度を検出し、この検出した上下方向の加速度(以下、バネ上上下加速度Ghという)に対応するバネ上上下加速度信号を出力する。バネ下上下加速度センサ44は、各車輪位置に対応して、例えば、ロアアーム近傍に組み付けられて、各車輪位置におけるバネ下部材LAの上下方向の加速度を検出し、この検出した上下方向の加速度(以下、バネ下上下加速度Glという)に対応するバネ下上下加速度信号を出力する。モータ回転角センサ45は、電動モータ26の回転角を検出し、この検出した回転角(以下、モータ回転角θという)に対応するモータ回転角信号を出力する。車高センサ46は、例えば、バネ下部材LAに対するバネ上部材HAの上下方向の相対位置を検出し、この相対位置に対応する車高信号を出力する。なお、本実施形態においては、バネ上上下加速度センサ43、バネ下上下加速度センサ44およびモータ回転角センサ45は電磁アクチュエータ制御装置41の入力側に接続され、車高センサ46は車高調整装置42の入力側に接続されている。
The
また、サスペンション制御装置40は、各電磁アクチュエータ20(より具体的には、電動モータ26)を駆動制御するモータ駆動回路47を備えている。モータ駆動回路47は、3相インバータ回路を構成するものであり、図3に示すように、スター結線(Y結線)された電動モータ26の電磁コイルCL1,CL2,CL3にそれぞれ対応したスイッチング素子SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32を有している。スイッチング素子SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32は、それぞれ、スイッチング素子SW11,SW21,SW31がHigh側(高電位側)、スイッチング素子SW12,SW22,SW32がLow側(低電位側)に対応するとともに電動モータ26の3つの相であるU相、V相、W相にそれぞれ対応し、例えば、MOSFETにより構成される。なお、モータ駆動回路47には、電動モータ26に流れる電流値を検出する電流センサが各相に設けられる。
The
そして、スイッチング素子SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32は、電磁アクチュエータ制御装置41からの信号により、オン・オフ制御される。したがって、このモータ駆動回路47においては、スイッチング素子SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32のパルス幅を制御(PWM制御)することにより、後述する電源装置60から電動モータ26への電源(通電量)や電動モータ26から電源装置60側に逆流して送られる起電力すなわち回生電力(電気エネルギー)の電流量を制御する。
The switching elements SW11, SW12, SW21, SW22, SW31, and SW32 are on / off controlled by a signal from the electromagnetic
給排装置50は、車高調整制御装置42により作動制御されるものであり、図示しないコンプレッサ等を備えて空気を圧縮して高圧空気をエアバネ装置30に供給するものである。そして、図1に示すように、一端が給排装置50に接続され、他端が給排ポート35を介してエアバネ装置30に接続される給排気管51には、流路を開閉する電磁弁52および流路内の圧力を検出する圧力センサ53が設けられている。これにより、車高調整制御装置42は、この給排装置50のコンプレッサや電磁弁52の作動を制御することにより、エアバネ装置30の空気室34内の圧力を調整して目標位置に車高を維持する。
The supply /
なお、車高調整制御装置42による具体的な車高調整機能については、本発明に直接関係しないため、以下に簡単に説明しておく。車高調整制御装置42による車高調整機能は、例えば、運転者の意図により車高(設定車高)が変更されたときに実現される。すなわち、目標となる設定車高に応じて、各車輪位置におけるバネ上部材HAとバネ下部材LA間の距離が設定されており、車高調整制御装置42は、車高センサ46および圧力センサ53の検出値に基づいて、それぞれの車輪位置においてバネ上部材HAとバネ下部材LA間の距離が目標距離となるように、給排装置50の作動を制御する。また、この車高調整機能には、例えば、乗員数の変化、荷物の積載量の変化などによる車高の変動に対処することを目的とした、所謂、オートレベリングと呼ばれる制御も含まれる。
Note that the specific vehicle height adjustment function by the vehicle height
電源装置60は、図3に示すようにモータ駆動回路47を介して電動モータ26に接続されるとともに、給排装置50に接続されて電源を供給するものであり、主電源装置としてのバッテリ61と、電源変圧手段としてのDC−DCコンバータ62と、副電源装置としてのコンデンサ63とからなる。バッテリ61は、通常時においてモータ駆動回路47(すなわち電動モータ26)や給排装置50に電源を供給するものであり、一方で、電動モータ26からの回生電力を蓄電するものである。DC−DCコンバータ62は、バッテリ61から供給される電源(電圧)を変圧(降圧または昇圧)し、電動モータ26からの回生電力(回生電圧)を変圧(昇圧または降圧)する。コンデンサ63は、インバータ62を介してバッテリ61から供給される電気エネルギー(電源)を蓄電(充電)してモータ駆動回路47(すなわち電動モータ26)に電源を供給するとともに、電動モータ26からの回生電力を蓄電するものである。
The
次に、電磁アクチュエータ制御装置41によって作動制御されるサスペンション本体10(より詳しくは、電磁アクチュエータ20)の作動について説明する。なお、サスペンション本体10の作動自体は、本発明に直接関係しないため、以下に簡単に説明しておく。
Next, the operation of the suspension body 10 (more specifically, the electromagnetic actuator 20) whose operation is controlled by the electromagnetic
電磁アクチュエータ制御装置41は、上述したヒーブ挙動、ロール挙動およびピッチ挙動を抑制するために、4つのサスペンション本体10(電磁アクチュエータ20)を独立して制御する。すなわち、電磁アクチュエータ制御装置41は、車両の走行に伴って発生する、ヒーブ挙動を抑制するために各電磁アクチュエータ20が発生すべきアクチュエータ力、ロール挙動を抑制するために各電磁アクチュエータ20が発生すべきアクチュエータ力およびピッチ挙動を抑制するために各電磁アクチュエータ20が発生すべきアクチュエータ力を合計して目標アクチュエータ力を決定する。そして、電磁アクチュエータ制御装置41は、各電磁アクチュエータ20が目標アクチュエータ力を発生するように、モータ駆動回路47を介して電動モータ26を駆動制御する。
The electromagnetic
なお、以下の説明においては、アクチュエータ力(後述の各成分)は、バネ上部材HAとバネ下部材LA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を正の値とし、バネ上部材HAとバネ下部材LAとを接近させる方向(バウンド方向)の力に対応するものを負の値とする。 In the following description, the actuator force (each component described later) has a positive value corresponding to the force in the direction in which the sprung member HA and the unsprung member LA are separated (rebound direction). The value corresponding to the force in the direction (bound direction) that causes the member HA and the unsprung member LA to approach each other is set to a negative value.
まず、ヒーブ挙動を抑制する制御から簡単に説明すると、この制御においては、上述したスカイフックダンパ理論および擬似的なグランドフック理論に基づいて、バネ上部材HA(車体B)およびバネ下部材LA(車輪W)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。具体的には、電磁アクチュエータ制御装置41は、バネ上部材HAに組み付けられたバネ上上下加速度センサ43からバネ上上下加速度信号を入力するとともに、バネ下上下加速度センサ44からバネ下上下加速度信号を入力する。
First, the control for suppressing the heave behavior will be briefly described. In this control, the sprung member HA (vehicle body B) and the unsprung member LA (based on the skyhook damper theory and the pseudo groundhook theory described above are used. In order to attenuate the vibration of the wheel W), an actuator force having a magnitude corresponding to the speed of the vibration is generated. Specifically, the electromagnetic
そして、電磁アクチュエータ制御装置41は、これら入力したバネ上上下加速度信号およびバネ下上下加速度信号によってそれぞれ表されるバネ上上下加速度Ghおよびバネ下上下加速度Glを積分して、バネ上部材HAの上下方向の動作速度(以下、バネ上速度Vsという)とバネ下部材LAの上下方向の動作速度(以下、バネ下速度Vgという)を算出する。これにより、電磁アクチュエータ制御装置41は、算出したバネ上速度Vsおよびバネ下速度Vgを用いた下記式1に従って、ヒーブ挙動を抑制するアクチュエータ力(以下、ヒーブ抑制成分Fvという)を算出する。
Fv=Cs・Vs−Cg・Vg …式1
ただし、前記式1中のCsは、バネ上部材HA(車体B)の上下方向の動作速度に応じたアクチュエータ力(減衰力または駆動力)を発生させるためのゲインであり、Cgは、バネ下部材LA(車輪W)の上下方向の動作速度に応じたアクチュエータ力(減衰力または駆動力)を発生させるためのゲインである。
Then, the electromagnetic
Fv = Cs ・ Vs−Cg ・ Vg… Formula 1
However, Cs in Formula 1 is a gain for generating an actuator force (a damping force or a driving force) according to the vertical movement speed of the sprung member HA (vehicle body B), and Cg is an unsprung portion. This is a gain for generating an actuator force (a damping force or a driving force) according to the vertical movement speed of the member LA (wheel W).
次に、ロール挙動を抑制する制御を説明する。この制御においては、車両の旋回に伴って発生するロールモーメントにより、旋回内輪側のバネ上部材HAとバネ下部材LAとが離間するとともに旋回外輪側のバネ上部材HAとバネ下部材LAとが接近する状態を抑制する大きさのアクチュエータ力を発生させる。すなわち、この制御においては、旋回内輪側の電磁アクチュエータ20にバウンド方向のアクチュエータ力を、旋回外輪側の電磁アクチュエータ20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。具体的には、電磁アクチュエータ制御装置41は、下記式2に従って、ロール挙動を抑制するアクチュエータ力(以下、ロール抑制成分Frという)を算出する。
Fr=Kr・Gy …式2
ただし、前記式2中のKrは、ロール挙動に対して予め設定されたゲインを表し、Gyは、例えば、旋回状態にある車両に発生する横方向の加速度を表す。
Next, control for suppressing roll behavior will be described. In this control, the sprung member HA on the turning inner ring side and the unsprung member LA are separated from each other by the roll moment generated as the vehicle turns, and the sprung member HA and unsprung member LA on the turning outer ring side are separated from each other. An actuator force having a magnitude that suppresses the approaching state is generated. That is, in this control, the actuator force in the bound direction is generated as the roll restraining force in the
Fr = Kr · Gy Equation 2
However, Kr in the formula 2 represents a gain set in advance for the roll behavior, and Gy represents, for example, a lateral acceleration generated in a vehicle in a turning state.
次に、ピッチ挙動を抑制する制御を説明する。この制御においては、車両の加減速時に発生するピッチモーメントにより、前輪側のバネ上部材HAとバネ下部材LAとが離間(または接近)するとともに後輪側のバネ上部材HAとバネ下部材LAとが接近(または離間)する状態を抑制する大きさのアクチュエータ力を発生させる。すなわち、この制御においては、前輪側の電磁アクチュエータ20にバウンド方向(またはリバウンド方向)のアクチュエータ力を、後輪側の電磁アクチュエータ20にリバウンド方向(またはバウンド方向)のアクチュエータ力を、それぞれ、ピッチ抑制力として発生させる。具体的には、電磁アクチュエータ制御装置41は、下記式3に従って、ピッチ挙動を抑制するアクチュエータ力(以下、ピッチ抑制成分Fpという)を算出する。
Fp=Kp・Gx …式3
ただし、前記式3中のKpは、ピッチ挙動に対して予め設定されたゲインを表し、Gxは、例えば、加減速状態にある車両に発生する前後方向の加速度を表す。
Next, control for suppressing the pitch behavior will be described. In this control, the sprung member HA on the front wheel side and the unsprung member LA are separated (or approached) by the pitch moment generated at the time of acceleration / deceleration of the vehicle, and the sprung member HA and the unsprung member LA on the rear wheel side. An actuator force having a magnitude that suppresses the state in which they approach (or separate) is generated. That is, in this control, the front wheel side
Fp = Kp · Gx Equation 3
However, Kp in the expression 3 represents a gain set in advance with respect to the pitch behavior, and Gx represents, for example, the acceleration in the front-rear direction generated in the vehicle in the acceleration / deceleration state.
このように、ヒーブ抑制成分Fv、ロール抑制成分Frおよびピッチ抑制成分Fpを算出すると、電磁アクチュエータ制御装置41は、これら各成分Fv,Fr,Fpを合計した制御目標値である目標アクチュエータ力Fa*を下記式4に従って算出する。
Fa*=Fv+Fr+Fp …式4
When the heave suppression component Fv, the roll suppression component Fr, and the pitch suppression component Fp are calculated in this way, the electromagnetic
Fa * = Fv + Fr + Fp Equation 4
そして、電磁アクチュエータ制御装置41は、目標アクチュエータ力Fa*を算出すると、各電磁アクチュエータ20が目標アクチュエータ力Fa*を発生するように、モータ駆動回路47を介して電動モータ26を、所謂、ベクトル制御法に従って駆動制御する。ベクトル制御法は、電動モータ26の三相における電流、電圧等を、電動モータ26のロータに設けた永久磁石によって生じる磁界の方向と平行な方向であるd軸方向の成分と、その磁界の方向に直交する方向であるq軸方向の成分との二相における値に変換して扱う制御法である。なお、ベクトル制御法自体は周知であるため、三相における電流、電圧等を二相に変換する点および二相における電流、電圧を三相に変換する点については、その詳細な説明を省略する。
When the electromagnetic
電磁アクチュエータ制御装置41は、モータ回転角センサ45から入力した現在の電動モータ26のモータ回転角θと次回の演算周期における電動モータ26の推定モータ回転角θ'を演算するとともに、入力したモータ回転角θを時間微分して電動モータ26の回転速度ωを演算する。そして、電磁アクチュエータ制御装置41は、モータ回転角センサ45から入力したモータ回転角θを用いて、現在電動モータ26に流れている実電流Iu,Iv,Iwを周知の変換行列に基づいてd軸とq軸の実電流Id,Iqに変換する。
The electromagnetic
次に、電磁アクチュエータ制御装置41は、前記式4に基づいて算出した目標アクチュエータ力Fa*に応じてd軸の目標電流Id*およびq軸の目標電流Iq*を演算する。なお、電動モータ26が三相ブラシレスDCモータである場合には、電動モータ26が発生するトルクは、電動モータ26のq軸の実電流Iqに比例する。したがって、後述する回生制御プログラムを実行するとき以外の通常時においては、電磁アクチュエータ制御装置41は、d軸の目標電流Id*を「0」とし、q軸の目標電流Iq*が目標アクチュエータ力Fa*に比例するように演算する。そして、電磁アクチュエータ制御装置41は、実電流Id,Iqと目標電流Id*,Iq*との差分を算出するとともに、実電流Id,Iqと目標電流Id*,Iq*とを一致させる(すなわち差分を「0」とする)ようにPI制御におけるPIゲイン(比例ゲインKhおよび積分ゲインKs)を決定して、d軸とq軸の目標電圧Vd*,Vq*を演算する。
Next, the electromagnetic
このように、d軸とq軸の目標電圧Vd*,Vq*を演算すると、電磁アクチュエータ制御装置41は、前記演算した電動モータ26の推定モータ回転角θ'に基づいて、目標電圧Vd*,Vq*を三相の目標電圧Vu*,Vv*,Vw*に変換する。そして、電磁アクチュエータ制御装置41は、この変換した三相の目標電圧Vu*,Vv*,Vw*に基づいて目標となるデューティー比Du*,Dv*,Dw*を決定し、このデューティー比Du*,Dv*,Dw*に対応する指令信号をモータ駆動回路47に出力する。モータ駆動回路47においては、出力された指令信号すなわちデューティー比Du*,Dv*,Dw*に基づき、スイッチング素子SW11,SW12,SW21,SW22,SW31,SW32の開閉をPWM方式で切り替え制御することによって三相の目標電圧Vu*,Vv*,Vw*を三相の交流電圧Iu,Iv,Iwに変換し、電磁アクチュエータ20(すなわち電動モータ26)に目標アクチュエータ力Fa*と一致するアクチュエータ力を発生させる。
When the target voltages Vd * and Vq * for the d-axis and the q-axis are calculated in this way, the electromagnetic
ところで、例えば、車両の走行時に路面から電磁アクチュエータ20に対してアウタシリンダ21とインナシリンダ22とを相対移動させようとする外力、すなわち、ボールねじ24に対してボールねじナット25を軸方向に相対移動させようとする外力が加わると、上述したように、ボールねじ24が回転して電動モータ26を回転させる。そして、この回転により、電動モータ26は、電磁コイルCL1〜CL3に起電力を発生させて発電機として働く。言い換えれば、電動モータ26が発電機として働くことによって回生電力が得られる。
By the way, for example, when the vehicle travels, an external force that moves the
このようにして得られる回生電力は、電源装置60におけるコンデンサ63に蓄電されるとともに、インバータ62によって昇圧(または降圧)されてバッテリ61に蓄電される。ところで、バッテリ61およびコンデンサ63においては、それぞれ、蓄電し得る容量が定められており、蓄電容量よりも大きな回生電力が得られる状況では、余剰の回生電力を、例えば、インバータ62に設けられたダイナミックブレーキ(D/B)によって熱として消費することが一般的に行われている。すなわち、従来においては、余剰の回生電力は、熱として無駄に消費されている。このため、電磁アクチュエータ制御装置41は、図4に示す回生制御プログラムを実行することにより、回生電力を効率よく蓄電するようにする。以下、このことを詳細に説明する。
The regenerative power obtained in this manner is stored in the
電磁アクチュエータ制御装置41は、図示しないイグニッションスイッチがオン状態とされると、回生制御プログラムの実行をステップS10にて開始する。続くステップS11にて、電磁アクチュエータ制御装置41は、電動モータ26から得られる回生電力Wが所定の判定基準値Woよりも大きくなる状況であるか否かを判定する。以下、この判定を具体的に説明する。
When an ignition switch (not shown) is turned on, the electromagnetic
電動モータ26が発電する回生電力Wが大きくなる状況は、ボールねじ24とボールねじナット25とが相対移動する量や頻度、具体的には、ボールねじ24が外力によって回転させられる量や頻度に依存する。すなわち、電動モータ26が発電する回生電力Wが大きくなる状況は、アウタシリンダ21とインナシリンダ22とが相対移動する量や頻度に依存する。このため、電磁アクチュエータ制御装置41は、路面から入力される外力によってアウタシリンダ21とインナシリンダ22との相対移動に関連する物理量として、バネ下上下加速度センサ44にによって検出されたバネ下上下加速度Glを採用し、このバネ下上下加速度Glの大きさ(絶対値)が予め設定された判定基準値Goの大きさ(絶対値)よりも大きいか否かを判定する。
The situation where the regenerative electric power W generated by the
すなわち、電磁アクチュエータ制御装置41は、図5に示すように、バネ下上下加速度センサ44から入力したバネ下上下加速度Glの大きさが判定基準値Goの大きさよりも大きければ、電動モータ26から得られる回生電力Wが所定の判定基準値Woよりも大きくなる状況であるため「Yes」と判定してステップS12に進む。一方、バネ下上下加速度Glの大きさが判定基準値Goの大きさ以下であれば、電磁アクチュエータ制御装置41は「No」と判定し、バネ下上下加速度Glの大きさが判定基準値Goの大きさよりも大きくなる状況、すなわち、回生電力Wが判定基準値Woよりも大きくなる状況まで、繰り返しステップS11の判定処理を実行する。
That is, as shown in FIG. 5, the electromagnetic
なお、ステップS11における判定処理においては、各輪位置にてバネ下上下加速度センサ44によって検出される4つのバネ下上下加速度Glのうち、特定の車輪位置のバネ下上下加速度Glを用いて判定したり、前輪側および後輪側のバネ下上下加速度Glのそれぞれの平均値を用いて判定したり、あるいは、4輪のバネ下上下加速度Glの平均値を用いて判定したりすることができる。
In the determination process in step S11, determination is made using the unsprung vertical acceleration Gl at a specific wheel position among the four unsprung vertical accelerations Gl detected by the unsprung
ステップS12においては、電磁アクチュエータ制御装置41は、電動モータ26の駆動制御に関連するゲインを変更する。以下、このゲイン変更処理を具体的に説明する。
In step S <b> 12, the electromagnetic
回生電力Wが大きい状況下では、後述するステップS13にて詳細に説明するように、効率よく電源装置60のコンデンサ63に回生電力を蓄電するために電動モータ26の駆動電圧を低下させる。一方、この場合、駆動電圧の低下に伴って、電磁アクチュエータ制御装置41による電動モータ26の駆動制御における応答性および発生トルクの減少により図6に示すように制御範囲が減少する。このため、電磁アクチュエータ制御装置41は、ステップS12にて、電動モータ26の駆動制御に関連するゲイン、詳しくは、q軸の実電流Iqおよびd軸の実電流Idと、q軸の目標電流Iq*およびd軸の目標電流Id*との差分に応じたPI制御におけるPIゲインと、d軸の目標電流Id*の大きさを変更する弱め界磁ゲインとを変更する。具体的に説明すると、電磁アクチュエータ制御装置41は、電動モータ26の応答性に関連するPIゲインのうち、例えば、比例ゲインKhおよび積分ゲインKsが大きくなるように変更する。また、電磁アクチュエータ制御装置41は、駆動電圧が低下した状態において電動モー26の制御範囲を増大ために、弱め界磁ゲインKyが大きくなるように変更する。
Under a situation where the regenerative power W is large, the drive voltage of the
ここで、弱め界磁ゲインKyの変更について説明する。一般的に、電動モータ26のような直流電動モータにおいては、モータ回転速度ωの増加に伴って逆起電力が大きくなり、モータ回転速度ωのそれ以上の増加が困難となる。このため、発生する逆起電力を減少させるために、磁界を発生させている界磁の力を弱めるすなわち通常時に「0」にしているd軸の目標電流Id*(すなわち、d軸の実電流Id)を増加させる。これにより、電動モータ26のモータ回転速度ωを増加させることができ、その結果、図6に示すように、制御範囲(ボールねじ24の回転に対する追従可能範囲)を増大させることができる。具体的には、図7に示すように、電動モータ26のモータ回転速度ωの変化に対して、モータ回転速度ωが所定の回転速度ωo以下で「0」に設定され、回転速度ωoよりも大きいときに一様に増大する弱め界磁ゲインKyを設定し、駆動電圧低下時におけるd軸の目標電流Id*を大きくして決定する。
Here, the change of the field weakening gain Ky will be described. In general, in a DC electric motor such as the
このように、電磁アクチュエータ制御装置41は、電動モータ26の駆動制御に関連するゲインを変更すると、ステップS13に進む。ステップS13においては、電磁アクチュエータ制御装置41は、電源装置60のDC−DCコンバータ62を介してバッテリ61から供給される駆動電圧を低下させる。
Thus, if the electromagnetic
すなわち、電磁アクチュエータ制御装置41は、バッテリ61から供給される電圧を、通常時の駆動電圧V1に比して低い駆動電圧V2となるように、DC−DCコンバータ62を制御する。これにより、DC−DCコンバータ62よりも下流側は駆動電圧V2までは低下する。ところで、電源装置60のコンデンサ63は、DC−DCコンバータ62を介してバッテリ61から供給される電源(電気エネルギー)を蓄電する。そして、コンデンサ63における蓄電可能な電気エネルギー量(電力量)は、理論上、コンデンサの容量をC、電極間の電圧をVとすると、CV2/2で表わされる。このため、バッテリ61から供給される駆動電圧が駆動電圧V1から駆動電圧V2まで低下した状態では、コンデンサ63には、図8に概念的に示すように、少なくともC(V1-V2)2/2分だけ蓄積可能な電気エネルギー量(電力量)の余裕が生じることになる。すなわち、通常時における駆動電圧V1を電力回生時に駆動電圧V2まで低下させることにより、コンデンサ63における蓄電可能な電気エネルギー量(電力量)が増加することになる。これにより、モータ駆動回路47を介して電動モータ26から供給される回生電力は、優先的にコンデンサ63に蓄電されることになる。言い換えれば、バッテリ61による回生電力の蓄電量は変化しないため、コンデンサ63による回生電力の蓄電量が相対的に増大して分担量が大きくなる。この場合、コンデンサ63の電気的な特性として、極めて小さな損失により電気エネルギー(回生電力)を蓄電することができるため、電気エネルギー(回生電力)を極めて効率よく蓄電することができる。そして、この電源装置60を形成するコンデンサ63に蓄電された電気エネルギー(回生電力)は、電動モータ26の駆動に際して速やかに供給されるため、電気エネルギー(回生電力)を極めて効率よく利用することができる。
That is, the electromagnetic
このように、ステップS13にて駆動電圧を駆動電圧V1から駆動電圧V2まで低下させると、電磁アクチュエータ制御装置42は、ふたたび、ステップS11に戻る。そして、電磁アクチュエータ制御装置41は、上述したように、ステップS11以降の各ステップ処理を繰り返し実行する。
As described above, when the drive voltage is decreased from the drive voltage V1 to the drive voltage V2 in step S13, the electromagnetic
以上の説明からも理解できるように、本実施形態によれば、電磁アクチュエータ制御装置41が電磁アクチュエータ20を作動させるための駆動電圧を低下させることにより、電源装置60を形成するコンデンサ63に優先的に回生電力を蓄電させて処理させることができる。その結果、例えば、DC−DCコンバータ62に設けられたダイナミックブレーキ(D/B)によって熱として消費される無駄な回生電力量(電気エネルギー量)を大幅に低減することができる。したがって、回収された回生電力を極めて有効に利用することができる。また、コンデンサ63により効率よく回生電力が蓄電されて利用されるため、ダイナミックブレーキ(D/B)の体格を小さくすることができ、その結果、装置の小型化をも達成することができる。
As can be understood from the above description, according to the present embodiment, the electromagnetic
一方で、電磁アクチュエータ20を作動させるための駆動電圧を低下させることにより、電磁アクチュエータ20を構成する電動モータ26の応答性の低下および制御範囲の減少が懸念される。しかし、この点については、電磁アクチュエータ制御装置41が、電動モータ26の駆動制御に関連するゲイン、すなわち、PIゲインの比例ゲインKhおよび積分ゲインKsと、弱め界磁ゲインKyを変更することにより、電動モータ26の応答性の低下および制御範囲の減少を防止することができる。したがって、駆動電圧を低下させた場合であっても、電磁アクチュエータ20を適切に作動させることができ、車両に発生するヒーブ挙動、ロール挙動、ピッチ挙動を適切に抑制することができる。
On the other hand, by reducing the drive voltage for operating the
本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。 The implementation of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、回生制御プログラムにおいて、電磁アクチュエータ制御装置41は、ステップS11の判定処理にて「Yes」と判定すると、ステップS12に進んでゲイン変更処理を実施した後、ステップS13にて駆動電圧を低下させるように実施した。この場合、ステップS12におけるゲイン変更処理とステップS13における駆動電圧低下処理とは電気的に瞬時に行われるものであるため、例えば、ステップS12とステップS13の順序を入れ替えて、駆動電圧低下処理を実行した後にゲイン変更処理を実行することも可能である。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
For example, in the above embodiment, in the regeneration control program, when the electromagnetic
また、上記実施形態においては、回生制御プログラムにおいて、電磁アクチュエータ制御装置41は、ステップS11の判定処理にて、物理量としてバネ下上下加速度センサ44によって検出されたバネ下上下加速度Glを用いるように実施した。すなわち、この場合には、外力の作用によるアウタシリンダ21とインナシリンダ22との相対移動、言い換えれば、外力の作用によるボールねじ24の回転に伴う電動モータ26の回転量や頻度を判定するために、バネ下上下加速度Glを用いるようにした。したがって、この場合には、バネ下上下加速度Glを用いることに代えて、バネ上上下加速度センサ43によって検出されたバネ上上下加速度Ghや、モータ回転角センサ45によって検出されたモータ回転角θの大きさ(絶対値)、あるいは、このモータ回転角θを時間微分したモータ回転速度ωの大きさ(絶対値)を物理量として採用し、これら物理量に対応して予め設定された判定基準値の大きさと比較して判定するように実施することも可能である。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
In the above-described embodiment, in the regeneration control program, the
また、上記実施形態においては、回生制御プログラムにおいて、電磁アクチュエータ制御装置41は、ステップS11の判定処理を実行することによって、回生電力Wが多く得られる状況であるか否かを判定するように実施した。この場合、図3に示す回路図において、直接的に回生電力Wの大きさを検出するために、例えば、DC−DCコンバータ62近傍に電流計(センサ)を設けて実施することも可能である。これにより、電動モータ26からモータ駆動回路47を介して得られる回生電力Wの大きさを直接検出することができ、この検出した回生電力Wの大きさや回生電力Wの所定時間内の平均値が予め設定された判定基準値Woよりも大きいときに、ステップS12以降の各ステップ処理を実行することができる。したがって、この場合においても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
In the above embodiment, in the regenerative control program, the electromagnetic
さらに、上記実施形態においては、電源装置60が副電源装置としてコンデンサ63を備えるように実施した。この場合、コンデンサ63と同様に回生電力を蓄電および放電できる素子や装置を用いて電源装置60を構成することができ、コンデンサ63に代えて、例えば、キャパシタ(電気二重層コンデンサ)などを採用して実施することも可能である。この場合であっても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
Furthermore, in the said embodiment, it implemented so that the
10…サスペンション本体、20…電磁アクチュエータ、26…電動モータ、40…サスペンション制御装置、41…電磁アクチュエータ制御装置、44…バネ下上下加速度センサ、45…モータ回転角センサ、47…モータ駆動回路、60…電源装置、61…バッテリ、62…DC−DCコンバータ、63…コンデンサ、HA…バネ上部材、LA…バネ下部材、B…車体
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記車両電源装置を、主に前記モータ駆動回路に電源を供給する主電源装置と、前記主電源装置から供給される電源を変圧し、この変圧した電源をモータ駆動回路に供給する電源変圧手段と、前記電源変圧手段の出力により充電可能とされ、蓄電した電気エネルギーを放出して前記モータ駆動回路に電源を供給する副電源装置とから構成し、
前記バネ下部材と前記バネ上部材との接近または離間に伴って前記電磁アクチュエータの前記電動モータにより発生する起電力に起因して前記モータ駆動回路を介して前記車両電源装置側に向かう回生電力の大きさを判定する回生電力判定手段と、
前記回生電力判定手段によって前記回生電力が大きいと判定されたとき、前記電磁アクチュエータの前記電動モータの駆動制御に関連するゲインを変更するゲイン変更手段と、
前記回生電力判定手段によって前記回生電力が大きいと判定されたとき、前記電源変圧手段に対して前記主電源装置から前記モータ駆動回路および前記副電源装置に供給される電源を降圧させる電源降圧制御手段とを備えたことを特徴とするサスペンション装置。 An electromagnetic having an electric motor that is disposed between an unsprung member and an unsprung member of a vehicle and generates an actuator force that is a force toward or away from the unsprung member and the unsprung member. An actuator, a motor drive circuit for driving the electric motor of the electromagnetic actuator by a power source from a vehicle power supply device, and a control device for controlling the actuator force by the electric motor of the electromagnetic actuator by controlling the operation of the motor drive circuit In a suspension device with
A main power supply that mainly supplies power to the motor drive circuit, and a power transformer that transforms the power supplied from the main power supply and supplies the transformed power to the motor drive circuit. A sub-power supply device that can be charged by the output of the power transformer means, and discharges the stored electrical energy to supply power to the motor drive circuit,
Due to the electromotive force generated by the electric motor of the electromagnetic actuator as the unsprung member and the sprung member approach or separate from each other, regenerative electric power directed toward the vehicle power supply device via the motor drive circuit is generated. Regenerative power determination means for determining the magnitude;
Gain changing means for changing a gain related to drive control of the electric motor of the electromagnetic actuator when the regenerative power determining means determines that the regenerative power is large;
When the regenerative power determination means determines that the regenerative power is large, power supply step-down control means for stepping down the power supplied from the main power supply device to the motor drive circuit and the sub power supply device to the power supply transformer means And a suspension device.
前記電源降圧制御手段は、
前記電源変圧手段によって前記主電源装置から前記モータ駆動回路に供給される電源が降圧された状態で前記電磁アクチュエータの前記電動モータを駆動制御するために前記ゲイン変更手段によって前記ゲインが変更された後に、前記電源変圧手段に対して前記主電源装置から前記モータ駆動回路および前記副電源装置に供給される電源を降圧させることを特徴とするサスペンション装置。 In the suspension device according to claim 1,
The power supply step-down control means includes
After the gain is changed by the gain changing means to drive and control the electric motor of the electromagnetic actuator in a state where the power supplied from the main power supply device to the motor drive circuit is stepped down by the power transformer means. A suspension device characterized in that the power supplied from the main power supply device to the motor drive circuit and the sub power supply device is stepped down with respect to the power transformation means.
前記バネ上部材の車両上下方向における上下加速度を検出するバネ上上下加速度検出手段と、
前記バネ下部材の車両上下方向における上下加速度を検出するバネ下上下加速度検出手段とを備え、
前記回生電力判定手段は、
前記バネ上上下加速度検出手段によって検出された前記バネ上部材の上下加速度の大きさおよび前記バネ下上下加速度検出手段によって検出された前記バネ下部材の上下加速度の大きさのうちの少なくとも前記バネ下部材の上下加速度の大きさと予め設定された判定基準値とを比較し、前記バネ下部材の上下加速度の大きさが前記判定基準値よりも大きいときに、前記電磁アクチュエータの前記電動モータから前記モータ駆動回路を介して前記車両電源装置側に向かう回生電力が大きいと判定することを特徴とするサスペンション装置。 The suspension device according to claim 1, further comprising:
A sprung vertical acceleration detecting means for detecting vertical acceleration in the vehicle vertical direction of the sprung member;
An unsprung vertical acceleration detecting means for detecting vertical acceleration in the vehicle vertical direction of the unsprung member,
The regenerative power determination means includes
At least the unsprung size of the magnitude of the vertical acceleration of the sprung member detected by the sprung vertical acceleration detecting means and the magnitude of the vertical acceleration of the unsprung member detected by the unsprung vertical acceleration detecting means. The magnitude of the vertical acceleration of the member is compared with a predetermined criterion value, and when the magnitude of the vertical acceleration of the unsprung member is larger than the criterion value, the motor from the electric motor of the electromagnetic actuator A suspension device, characterized in that it is determined that the regenerative electric power directed toward the vehicle power supply device via the drive circuit is large.
前記電磁アクチュエータの前記電動モータの回転速度を検出するモータ回転速度検出手段を備え、
前記回生電力判定手段は、
前記モータ回転速度検出手段によって検出された前記電動モータの回転速度の大きさと予め設定された判定基準値とを比較し、前記電動モータの回転速度の大きさが前記判定基準値よりも大きいときに、前記電磁アクチュエータの前記電動モータから前記モータ駆動回路を介して前記車両電源装置側に向かう回生電力が大きいと判定することを特徴とするサスペンション装置。 The suspension device according to claim 1, further comprising:
Motor rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the electric motor of the electromagnetic actuator;
The regenerative power determination means includes
When the magnitude of the rotational speed of the electric motor detected by the motor rotational speed detecting means is compared with a preset judgment reference value, and the magnitude of the rotational speed of the electric motor is larger than the judgment reference value The suspension device is characterized in that it is determined that a large amount of regenerative power is directed from the electric motor of the electromagnetic actuator toward the vehicle power supply device via the motor drive circuit.
前記車両電源装置の前記電源変圧手段に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記回生電力判定手段は、
前記電流検出手段によって検出された前記電源変圧手段に流れる電流の向きが前記主電源装置に向かう向きであるときに、前記電流検出手段によって検出された前記電源変圧手段に流れる電流の大きさと予め設定された判定基準値とを比較し、前記電源変圧手段に流れる電流の大きさが前記判定基準値よりも大きいときに、前記電磁アクチュエータの前記電動モータから前記モータ駆動回路を介して前記車両電源装置側に向かう回生電力が大きいと判定することを特徴とするサスペンション装置。 The suspension device according to claim 1, further comprising:
Current detecting means for detecting a current flowing through the power transformer means of the vehicle power supply device;
The regenerative power determination means includes
When the direction of the current flowing through the power transformer means detected by the current detector is the direction toward the main power supply device, the magnitude of the current flowing through the power transformer means detected by the current detector and a preset value are set. The vehicle power supply device from the electric motor of the electromagnetic actuator via the motor drive circuit when the magnitude of the current flowing through the power transformer is larger than the determination reference value. It is determined that the regenerative power toward the side is large.
前記ゲイン変更手段が変更する前記電磁アクチュエータの前記電動モータの駆動制御に関連するゲインは、
PI制御における比例ゲインおよび積分ゲインと、前記電磁アクチュエータの前記電動モータに流れる電流成分のうちのd軸方向の電流成分を増減させるための弱め界磁ゲインであり、
前記ゲイン変更手段は、
前記回生電力判定手段によって前記回生電力が大きいと判定されたとき、少なくとも、前記弱め界磁ゲインを増加させて前記電動モータに流れるd軸方向の電流成分を増大させることを特徴とするサスペンション装置。 In the suspension device according to claim 1,
The gain related to the drive control of the electric motor of the electromagnetic actuator changed by the gain changing means is:
A field weakening gain for increasing or decreasing a proportional gain and an integral gain in PI control, and a current component in the d-axis direction among current components flowing in the electric motor of the electromagnetic actuator;
The gain changing means includes
A suspension device characterized in that, when the regenerative power determination means determines that the regenerative power is large, at least the field weakening gain is increased to increase the d-axis direction current component flowing in the electric motor.
前記車両電源装置の副電源装置は、
コンデンサまたは電気二重層コンデンサであることを特徴とするサスペンション装置。 In the suspension device according to claim 1,
The auxiliary power device of the vehicle power device is
A suspension device characterized by being a capacitor or an electric double layer capacitor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009172926A JP2011025804A (en) | 2009-07-24 | 2009-07-24 | Suspension device |
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ID=43635081
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101796378B1 (en) * | 2016-04-05 | 2017-11-10 | 주식회사 만도 | Control apparatus of electronic active rolling stabilizer system |
-
2009
- 2009-07-24 JP JP2009172926A patent/JP2011025804A/en active Pending
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