JP2011189774A - 車両用サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温始動時における電磁アクチュエータの摩擦力の影響を低減して乗り心地を向上する。
【解決手段】車両環境温度Ｔｘが閾値Ｔrefよりも低い場合には（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、電磁アクチュエータをステップ駆動して（Ｓ１６）、ステップ駆動する前後のモータ回転角度θｍ１，θｍ２から電気モータが回転した角度Δθを求める（Ｓ２１）。この回転角度Δθから電磁アクチュエータの摩擦力を計算する（Ｓ２２）。そして、電磁アクチュエータの目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を、摩擦力Ｆに応じた荷重分だけ電磁アクチュエータの作動方向に増加補正する。これにより、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊が適正値となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用サスペンション装置に係り、特に、電気モータにより推進力および減衰力を発生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。

車両用サスペンション装置は、車両のばね上部とばね下部とを弾性的に連結するサスペンションスプリングと、サスペンションスプリングと並列的に配設され、ばね上部−ばね下部間の相対移動に対する減衰力を発生するショックアブソーバを備える。減衰力の発生源として電気モータが用いられることがある。電気モータを力の発生源として用いた場合、電気モータの通電制御によって、ショックアブソーバは減衰力のみならず、サスペンションストロークを積極的に変化させるための推進力を発生する。こうしたショックアブソーバは、電磁式ショックアブソーバ、あるいは、電磁アクチュエータと呼ばれている。

特許文献１には、ボールねじとボールねじナットとを噛合させたボールねじ機構と、ボールねじ機構に連結される電気モータとを備えた電磁アクチュエータが提案されている。この電磁式アクチュエータでは、車両のばね上部とばね下部との接近動作または離間動作に伴うボールねじ機構の上下伸縮動作により電気モータを発電させ、その発電による抵抗力で減衰力を発生する。また、電源から電気モータへ通電してボールねじ機構を伸縮させて推進力を発生する。

特開２００７−２０３９３３号公報

しかしながら、こうした電磁アクチュエータにおいては、内部機構の摩擦抵抗の変化が生じる。例えば、車両が低温環境下において始動するときには、電磁アクチュエータの内部機構のグリースの粘度が高いため、摩擦抵抗が大きい状態となっている。従って、適切なアクチュエータ力をばね上部およびばね下部に伝達できなくなり、乗り心地や操縦安定性が低下するおそれがある。

本発明は、上記問題を解決するためになされるものであり、電磁アクチュエータにおいて摩擦変化が生じても適切なアクチュエータ力を発生できるようにして、乗り心地や操縦安定性の低下を抑制することを目的とする。

本発明の特徴は、車両のばね上部（ＳＵ）とばね下部（ＳＤ）とを弾性的に連結するサスペンションスプリング（５２）と、前記ばね上部と前記ばね下部との間に前記サスペンションスプリングと並列的に配設され、ばね上部とばね下部との間の相対移動に対する推進力および減衰力であるアクチュエータ力を発生する電気モータ３０を有する電磁アクチュエータ（２０）と、前記アクチュエータ力の目標値である目標アクチュエータ力（ｆ_act ^＊）を演算する目標アクチュエータ力演算手段（１００，Ｓ５３）と、前記目標アクチュエータ力演算手段により演算された目標アクチュエータ力に基づいて、前記電気モータを駆動制御する駆動制御手段（１００，７３，Ｓ６６）とを備えた車両用サスペンション装置において、車両の始動時に前記電気モータを予め設定した摩擦測定用駆動力で駆動し、そのときの前記電気モータの回転角度から前記電磁アクチュエータの摩擦力（Ｆ）を演算する摩擦力演算手段（１００，Ｓ１１〜Ｓ２２）と、前記摩擦力演算手段により演算された摩擦力に基づいて、前記目標アクチュエータ力を補正する目標アクチュエータ力補正手段（１００，Ｓ５５〜Ｓ６６）とを備えたことにある。

本発明においては、ばね上部とばね下部との間に、サスペンションスプリングと電磁アクチュエータとが並列的に配設される。電磁アクチュエータは、ばね上部とばね下部との間の相対移動に対する推進力および減衰力であるアクチュエータ力を発生して、ばね上部の振動を抑制する。例えば、電磁アクチュエータは、磁力によりモータ軸を回転させる電気モータと、モータ軸の回転運動とばね上部−ばね下部間の接近・離間運動とを相互に変換する動作変換機構とを備えて構成することができる。目標アクチュエータ力演算手段は、目標アクチュエータ力を演算する。例えば、ばね上速度、ばね下速度等の車両振動状態量を取得し、この車両振動状態量から車両の上下振動を抑制するための目標アクチュエータ力を演算する。そして、駆動制御手段は、演算された目標アクチュエータ力を電磁アクチュエータから発生するように電気モータを駆動制御する。

電磁アクチュエータが動作する場合、その内部機構に摩擦力が発生する。この摩擦力は、車両環境温度に応じて変化し、この摩擦力の変化が、ばね上部およびばね下部に伝達される荷重の変化を招いてしまう。そこで、本発明においては、摩擦力演算手段が、車両の始動時に電気モータを予め設定した摩擦測定用駆動力で駆動し、そのときの電気モータの回転角度から電磁アクチュエータの摩擦力を演算する。この場合、摩擦力演算手段は、電磁アクチュエータがステップ駆動するように、一定の摩擦測定用駆動力で電気モータを駆動するとよい。電気モータの回転位置は、電気モータから摩擦測定用駆動力を発生すると変化し、サスペンション装置に働く荷重（車両荷重、ばね荷重、アクチュエータ力、摩擦力など）がバランスした位置で安定する。従って、電気モータの回転した角度（回転位置の変化量）を検出することにより電磁アクチュエータの摩擦力を演算することができる。この場合、電気モータの回転角度は、摩擦力が大きくなるほど小さくなる。

そして、目標アクチュエータ力補正手段は、摩擦力演算手段により演算された摩擦力に基づいて、目標アクチュエータ力を補正する。従って、目標アクチュエータ力が電磁アクチュエータの摩擦力に応じた適正値に補正される。この結果、本発明によれば、摩擦力による乗り心地や操縦安定性の低下を抑制することができる。

本発明の他の特徴は、車両の始動が低温環境下において行われたものか否かを判定する温度判定手段（１００，Ｓ１１〜Ｓ１２）を備え、前記摩擦力演算手段および前記目標アクチュエータ力補正手段は、前記温度判定手段により車両の始動が低温環境下において行われたものと判定された場合に動作する（１００，Ｓ１３〜Ｓ１４，Ｓ５４）ことにある。

車両が低温環境下において始動するときには、電磁アクチュエータの内部機構のグリースの粘度が高いため摩擦力が大きい。従って、本発明においては、温度判定手段が、車両の始動が低温環境下において行われたものか否かを判定し、車両が低温環境下で始動したと判定された場合に、電磁アクチュエータの摩擦力の演算、および、目標アクチュエータ力の補正を行うようにしている。これにより、摩擦力演算手段および目標アクチュエータ力補正手段の処理を必要最小限に抑えて演算負担を軽くすることができる。

尚、温度判定手段は、例えば、車両の始動時において車両の環境温度を表す情報を取得し、その環境温度が予め設定した低温判定閾値未満の場合に、車両の始動が低温環境下において行われたものと判定すればよい。この車両の環境温度は、電磁アクチュエータの温度を推定できる部位の温度であればよく、例えば、外気温度などを採用することができる。

本発明の他の特徴は、前記目標アクチュエータ力補正手段は、車両の始動から所定期間の間だけ、前記目標アクチュエータ力を補正する（Ｓ５５〜Ｓ５７）ことにある。

電磁アクチュエータにおいては、車両の始動からある程度の時間が経過すると、内部機構のグリースの粘度が低下する。従って、電磁アクチュエータの摩擦力の変化は、車両の始動から所定期間の間だけと考えて良い。そこで、本発明においては、車両の始動から所定期間の間だけ、目標アクチュエータ力を補正する。従って、目標アクチュエータ力が一層適正なものとなる。尚、「所定期間」は、一定時間の経過を測定するものに限らず、例えば、電磁アクチュエータの始動時からのストローク回数をカウントして、そのカウント値が設定値に到達したときに、車両の始動から所定期間だけ経過したと判断することもできる。

本発明の他の特徴は、前記目標アクチュエータ力補正手段は、前記電気モータの回転速度が予め設定した閾値よりも小さくなる範囲においては、前記目標アクチュエータ力を補正する補正量を前記回転速度が小さいほど小さくなるように設定する（Ｓ５８〜Ｓ６１）ことにある。

電磁アクチュエータで発生する摩擦力は、電磁アクチュエータの運動方向と反対方向に働く。従って、目標アクチュエータ力の補正値は、電磁アクチュエータの運動方向と同じ方向の力を加えるような値に計算される。例えば、ばね上部とばね下部とが離れる伸び動作時には、伸び動作方向に働く補正値が計算され、ばね上部とばね下部とが接近する縮み動作時には、縮み動作方向に働く補正値が計算される。このため、電磁アクチュエータの運動方向が切り替わるとき、目標アクチュエータ力の補正値も方向が変わることになり、目標アクチュエータ力の補正値の変化が大きくなってしまう。

そこで、本発明においては、電気モータの回転速度が予め設定した閾値よりも小さくなる範囲においては、目標アクチュエータ力を補正する補正量を回転速度が小さいほど小さくなるように設定する。つまり、電磁アクチュエータの運動方向が切り替わる場合、その過程において、電気モータは、その回転速度が低下してゼロとなったのち反対方向に回転速度が増加する。従って、本発明によれば、目標アクチュエータ力の補正量は、電気モータの回転速度がゼロを通過するとき小さくなり、回転方向が反転した後に回転速度の増加にともなって増加するようになる。これにより、電磁アクチュエータの運動方向が反転するときのアクチュエータ力の急変動が抑制され、乗り心地をさらに向上させることができる。尚、この「電気モータの回転速度」は、回転方向を問わない大きさ、つまり、回転速度の絶対値を意味するものである。

なお、上記説明において、括弧内に示した符号は、発明の理解を助けるものであり、発明の各構成要件を前記符号によって規定される実施形態に限定させるものではない。

実施形態に係るサスペンション装置の概略システム構成図である。 実施形態に係るサスペンション本体の部分断面概略図である。 実施形態に係るサスペンション単輪モデル図である。 実施形態に係る摩擦力演算ルーチンを表すフローチャートである。 実施形態に係るアクチュエータ力制御ルーチンを表すフローチャートである。 実施形態に係る摩擦力補正係数マップを表すグラフである。 実施形態に係る補正荷重特性を表すグラフである。 摩擦力を補正しない場合の補正荷重特性を表すグラフである。

以下、本発明の一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説明する。図１は、本実施形態に係る電動アクティブサスペンション装置のシステム構成を表す。

この電動アクティブ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と、各サスペンション本体１０ＦＬ，１０ＦＲ，１０ＲＬ，１０ＲＲの作動を制御するサスペンション制御装置１００とを備えている。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という。また、サスペンション制御装置１００をサスペンションＥＣＵ１００と呼び、電動アクティブサスペンション装置をサスペンション装置と呼ぶ。

サスペンション本体１０は、図２に示すように、車輪Ｗを支持するロアアームＬＡと、車体Ｂの一部であるマウント部材ＨＡとの間に設けられる。このサスペンション本体１０は、ショックアブソーバとして機能する電磁アクチュエータ２０と、路面から受ける衝撃を吸収し乗り心地を高めるとともに車両の重量を弾性支持するばね装置５０と、液圧式ダンパ装置６０とを備える。このばね装置５０に支えられる側、つまり、車体Ｂ側の部材が、ばね上部ＳＵである。また、ばね装置５０を支持する側、つまり車輪Ｗ側の部材が、ばね下部ＳＤである。

電磁アクチュエータ２０は、電気モータ３０とボールねじ機構４０とを備える。電気モータ３０は、取り付け部材１１の上面に固定される。取り付け部材１１は、弾性部材からなるアッパーサポート部材１２を介して車体Ｂ側のマウント部材ＨＡに組み付けられる。電気モータ３０は、本実施形態においては、３相インバータにより駆動制御される３相ブラシレスＤＣモータが用いられる。ボールねじ機構４０は、電気モータ３０の出力軸（図示略）に連結しており、電気モータ３０の回転運動を直線運動に変換する動作変換機構としての機能を有する。

ボールねじ機構４０は、ねじ溝４１ａが形成されたボールねじ軸４１と、このボールねじ軸４１のねじ溝４１ａに螺合するボールねじナット４２とを備える。ボールねじ軸４１は、電気モータ３０の出力軸（図示略）に対して相対回転不能に連結されるとともに、アウタチューブ２１にベアリングＢｒを介して回転可能に支持される。アウタチューブ２１は、取り付け部材１１の下面に固定され、取り付け部材１１から下方向に延びてボールねじ軸４１の回りを所定の間隔をあけて覆っている。

ボールねじナット４２は、図示しない回り止め機構（例えば、スプライン嵌合）により、アウタチューブ２１に対して回転不能かつ軸方向（上下方向）に移動可能に組付けられている。これにより、このボールねじ機構４０においては、ボールねじ軸４１の回転運動がボールねじナット４２の軸方向の直線運動に変換され、逆に、ボールねじナット４２の軸方向の直線運動がボールねじ軸４１の回転運動に変換される。

ボールねじナット４２には、インナチューブ２２が一体的に連結される。インナチューブ２２は、アウタチューブ２１内に同軸状に配置され、ボールねじナット４２と一体となって上下動可能、つまり、アウタチューブ２１に対して上下方向に相対移動可能となっている。インナチューブ２２は、その下方側先端がアウタチューブ２１の外に露出するように設けられる。このインナチューブ２２の下方端には、液圧式ダンパ装置６０に対して力を付与する作動プレート２３が固着されている。

ばね装置５０は、図２に示すように、下端部に液圧式ダンパ装置６０が組付けられているカバーチューブ５１と、コイルばね５２とを備えている。コイルばね５２は、本発明のサスペンションスプルリングに相当するもので、カバーチューブ５１の外周面に設けられたばね受け５１ａと、取り付け部材１１との間に圧縮状態で介装される。カバーチューブ５１は、後述する液圧式ダンパ装置６０のシリンダ６３に固定され、アウタチューブ２１に対して軸方向に相対移動可能に設けられる。

液圧式ダンパ装置６０は、電磁アクチュエータ２０に直列的に連結するように、電磁アクチュエータ２０とばね下部ＳＤとの間に配設されている。液圧式ダンパ装置６０は、図２に示すように、作動プレート２３の下面とカバーチューブ５１の下壁の間に介装される支持スプリング６１と、作動プレート２３の軸方向移動に対して減衰力を付与するダンパ本体６２とを備えている。支持スプリング６１は、車両が荒れた路面などを走行する場合に生じる周波数の高い振動（例えば１０Ｈｚを超えるような高周波振動）を吸収するために設けられるものであり、ロアアームＬＡ（ばね下部ＳＤ）と電磁アクチュエータ２０とを弾性的に連結している。ダンパ本体６２は、液密式ダンパであり、ロアアームＬＡに固定された円筒状のシリンダ６３と、このシリンダ６３内で軸方向（上下方向）に摺動可能に組付けられたピストン６４と、このピストン６４に組付けられたピストンロッド６５とを備えている。

シリンダ６３は、ピストン６４により上室６３ａと下室６３ｂに区画され、上室６３ａおよび下室６３ｂ内に流体（例えば、油）が封入されている。ピストン６４は、ピストンバルブ６４ａを有しており、ピストンバルブ６４ａを通って流体が上室６３ａと下室６３ｂ間を移動することにより、ピストン６４に所定の抵抗力が付与される。ピストンロッド６５は、シリンダ６３の上壁から上方へ延びており、上端にて作動プレート２３と連結している。

以上のように構成されたサスペンション本体１０においては、バッテリ電源などからの電力供給により電磁アクチュエータ２０の電気モータ３０が回転すると、電気モータ３０の出力軸に連結したボールねじ軸４１が回転する。ボールねじ軸４１の回転によってボールねじナット４２が軸方向移動する。ボールねじナット４２の軸方向移動に伴い、このボールねじナット４２に連結されたインナチューブ２２，作動プレート２３，ピストンロッド６５，ピストン６４も軸方向移動する。このとき、シリンダ６３もピストン６４との間の相対移動をほとんど生じることなく軸方向移動する。これによりばね上部ＳＵとばね下部ＳＤとの間の相対距離が変化する。このようにして、電気モータ３０は、ばね上部ＳＵとばね下部ＳＤとの間の相対移動に対する推進力を発生する。この推進力は、例えば乗り心地が向上するように制御される。

また、例えば比較的低周波の外力（路面入力など）がサスペンション本体１０に加えられた場合、この外力によって電磁アクチュエータ２０のボールねじナット４２が軸方向に移動する。ボールねじナット４２の軸方向移動によってばね上部ＳＵとばね下部ＳＤが相対移動するとともにボールねじ軸４１が回転する。ボールねじ軸４１の回転により電気モータ３０が回される。このとき電気モータ３０は発電機として作用するので、電気モータ３０は、ばね上部ＳＵとばね下部ＳＤとの間の相対移動に対する抵抗力（減衰力）を発生する。これによりばね上部ＳＵとばね下部ＳＤとの間の相対振動が抑制される。なお、液圧式ダンパ装置６０のピストン６４とシリンダ６３は低周波の外力によっては相対移動しない。

また、２０Ｈｚ程度の高周波の路面入力がサスペンション本体１０に加えられた場合、液圧式ダンパ装置６０内にてシリンダ６３がピストン６４に対して相対移動する。これにより液圧式ダンパ装置６０にて減衰力が発生し、高周波振動はボールねじ機構４０側に伝達されずに液圧式ダンパ装置６０により抑制される。つまり、液圧式ダンパ装置６０は、高周波振動のフィルタとして機能する。

次に、本実施形態のサスペンション装置の電子制御システムについて説明する。サスペンション装置は、サスペンションＥＣＵ１００を備えている。サスペンションＥＣＵ１００には、図１に示すように、ばね下加速度センサ７１と、ばね上加速度センサ７２とが接続される。ばね下加速度センサ７１は、各サスペンション本体１０が取り付けられるロアアームＬＡなどのばね下部ＳＤに設けられており、そのばね下部ＳＤの上下方向に沿った加速度（ばね下加速度）Ｇ１を検出する。ばね上加速度センサ７２は、ばね上部ＳＵの各サスペンション本体１０が取り付けられている位置（各輪位置）に設けられており、ばね上部ＳＵの各輪位置における上下方向に沿った加速度（ばね上加速度）Ｇ２を検出する。

また、サスペンションＥＣＵ１００には、各電磁アクチュエータ２０の電気モータ３０を駆動するモータ駆動回路７３が接続される。モータ駆動回路７３は、３相インバータ回路で構成される。モータ駆動回路７３は、図示しないバッテリから駆動用電源（電源電圧Ｖbat）が供給されており、内部のスイッチング素子（図示略）のデューティ比を制御することにより、電気モータ３０のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に流れる電流量を調整する。サスペンションＥＣＵ１００は、このモータ駆動回路７３のゲート信号入力部に接続され、各スイッチング素子に対して、デューティ比を制御するＰＷＭ制御信号を出力して、電気モータ３０の通電量を制御する。

また、サスペンションＥＣＵ１００には、電気モータ３０の回転角度を検出する回転角センサ７４が接続される。この回転角センサ７４は、各電気モータ３０に設けられ、ロータ（図示略）の回転角度θｍを検出する。この回転角度θｍは、サスペンションＥＣＵ１００がモータ駆動回路７３の電圧位相を制御する必要から電気角の検出に利用されるが、本実施形態においては、後述する摩擦力の測定時においても利用される。

また、サスペンションＥＣＵには、温度センサ７５が接続される。この温度センサ７５は、電磁アクチュエータ２０の雰囲気温度を推定できる温度（例えば、車両の環境温度）を検出するものであればよく、本実施形態においては、エンジン給気温度を検出する既設の吸気温センサを利用する。尚、温度センサ７５は、各電磁アクチュエータ２０の雰囲気温度をそれぞれ検出するものであってもよい。以下、温度センサ７５により検出された温度を検出温度Ｔｘと呼ぶ。

サスペンションＥＣＵ１００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するマイクロコンピュータを主要構成としている。サスペンションＥＣＵ１００は、車両の良好な乗り心地性を得るために、ばね上部ＳＵとばね下部ＳＤとの間の相対移動に対する推進力および減衰力の目標値を演算する。本実施形態においてこれらの推進力や減衰力は、電磁アクチュエータ２０の電気モータ３０により発生される。電気モータ３０が発生する上記推進力および減衰力を、本明細書においてアクチュエータ力と呼ぶ。また、上記推進力および減衰力の目標値を、本明細書において目標アクチュエータ力と呼ぶ。サスペンションＥＣＵ１００は、演算した目標アクチュエータ力に対応するＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路７３に出力して、電気モータ３０を駆動制御する。

サスペンションＥＣＵ１００は、４輪に設けられた電磁アクチュエータ２０の電気モータ３０を独立して制御する。従って、各電磁アクチュエータ２０においては、電気モータ３０が出力するアクチュエータ力が独立して制御されて、車体Ｂおよび車輪Ｗの振動、つまり、ばね上部ＳＵの振動およびばね下部ＳＤの振動を減衰するための制御（振動抑制制御）が実行される。以下に説明するサスペンションＥＣＵ１００が行う制御については、１輪分の電磁アクチュエータ２０の電気モータ３０の制御に係るものであるが、サスペンションＥＣＵ１００は、4組の電気モータ３０の制御を独立して並行して実行する。

サスペンションＥＣＵ１００は、ばね上速度とばね下速度とに基づいて目標アクチュエータ力を演算するが、低温時においては、電磁アクチュエータ２０の摩擦力が大きいため、目標アクチュエータ力が最適な値とはならなくなる。この摩擦力は、主に、ボールねじ機構４０のグリースの粘性によるものである。低温時においては、グリースの粘性が高くなり、電磁アクチュエータ２０の摩擦力が増加する。従って、目標アクチュエータ力が不足し、ばね上部ＳＵおよびばね下部ＳＤに所望の荷重を伝達することができなくなる。そこで、本実施形態においては、車両が低温環境下で始動した場合に摩擦力を測定し、測定した摩擦力により目標アクチュエータ力を補正することで、ばね上部ＳＵおよびばね下部ＳＤに適正な荷重を伝達できるようにする。

図４は、サスペンションＥＣＵ１００が実行する摩擦力演算ルーチンを表すフローチャートである。この摩擦力演算ルーチンは、サスペンションＥＣＵ１００のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されており、車両の始動時、つまり、イグニッションスイッチ（図示略）がオンしたときに起動する。

本ルーチンが起動すると、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ１１において、温度センサ７５により検出された検出温度Ｔｘを読み込む。続いて、ステップＳ１２において、検出温度Ｔｘが、予め設定した低温判定用の閾値Ｔrefよりも低いか否かを判断する。

検出温度Ｔｘが閾値Ｔref以上であれば、グリースの粘度は低くなっており、電磁アクチュエータ２０の摩擦力の影響は少ない。サスペンションＥＣＵ１００は、こうした始動状況においては、ステップＳ１３において、フラグＦＬを「０」に設定して、摩擦力演算ルーチンを終了する。このフラグＦＬは、車両の始動が低温環境下において行われたものか否かを表すもので、「１」により低温始動を表し、「０」により常温始動を表す。

一方、検出温度Ｔｘが閾値Ｔrefよりも低い場合には、ステップＳ１４において、フラグＦＬを「１」に設定する。続いて、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ１５において、回転角センサ７４により検出される電気モータ３０の回転角度θｍを読み込み、その回転角度θｍを第１回転角度θｍ１として記憶する。この第１回転角度θｍ１は、車両始動時における電気モータ３０の回転角度（静止しているロータの回転位置）を表す。続いて、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ１６において、予め設定した摩擦測定用駆動力を電気モータ３０で発生させるための駆動指令をモータ駆動回路７３に出力する。この摩擦測定用駆動力は、電磁アクチュエータ２０が伸び方向にステップ駆動するように一定の駆動力とする。従って、サスペンションＥＣＵ１００は、一定のモータ出力が得られるＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路７３に出力する。本実施形態においては、摩擦測定用駆動力は、電磁アクチュエータ２０が伸び動作する方向に設定されているが、電磁アクチュエータ２０が縮み動作する方向に設定されていてもよい。こうして、電磁アクチュエータ２０は、電気モータ３０の回転により伸び動作し、上下方向の荷重がバランスしたところで安定する。

続いて、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ１７において、回転角センサ７４により検出される回転角度θｍを読み込み、回転角度θｍを時間で微分することにより電気モータ３０の回転速度ωを計算する。続いて、ステップＳ１８において、回転速度ωの大きさ｜ω｜が閾値ωref以下になったか否かを判断する。このステップＳ１７〜Ｓ１８は、電磁アクチュエータ２０の動作（電気モータ３０の回転）が収束して停止したか否かを判断するものである。従って、閾値ωrefはゼロ、あるいはゼロに近い小さな値に設定される。以下、回転速度ωの大きさ｜ω｜を、回転速度｜ω｜と表す。回転速度｜ω｜が閾値ωrefを超えているあいだは、ステップＳ１７〜Ｓ１８の処理を繰り返す。そして、回転速度｜ω｜が閾値ωref以下になると、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ１９において、回転角センサ７４により検出される回転角度θｍを読み込み、その回転角度θｍを第２回転角度θｍ２として記憶する。この第２回転角度θｍ２は、電気モータ３０を摩擦測定用駆動力で駆動して、電磁アクチュエータ２０が安定した後の電気モータ３０の回転角度（静止しているロータの回転位置）を表す。

続いて、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ２０において、摩擦測定用駆動力を電気モータ３０で発生させるための駆動指令を解除する。これにより、電気モータ３０への通電が停止され、電磁アクチュエータ２０が縮んで初期状態に戻る。続いて、ステップＳ２１において、摩擦測定用駆動力により電気モータ３０のロータが回転した回転角度Δθを計算する。回転角度Δθは、第２回転角度θｍ２から第１回転角度θｍ１を減算した値の絶対値（Δθ＝｜θｍ２−θｍ１｜）として計算する。

続いて、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ２２において、電磁アクチュエータ２０の摩擦力Ｆを計算する。ここで摩擦力Ｆの計算について、図３のサスペンションモデル図を用いて説明する。

図中において、モータ部材とは、電気モータ３０および電気モータ３０と一体的に連結された部材、例えば、ボールねじ軸４１、取り付け部材１１、アウタチューブ２１などの部材を表す。このモータ部材の質量をｍ_３とする。また、中間部材とは、モータ部材と液圧式ダンパ装置６０との間に介在する部材、例えば、ボールねじナット４２、インナチューブ２２、作動プレート２３などの部材を表す。この中間部材の質量をｍ_４とする。モータ部材とばね上部ＳＵとの間に介在するアッパーサポート部材１２のばね定数をＫ_ｂ、減衰係数をＣ_ｂとする。また、中間部材とばね下部ＳＤとの間に介在する液圧式ダンパ装置６０のばね定数（支持スプリングのばね定数）をＫ_ｓ、減衰係数（ダンパ本体の減衰係数）をＣ_ｓとする。また、ばね下部ＳＤとモータ部材との間に設けられたコイルばね５２のばね定数をＫ_ｃとする。また、ばね下部ＳＤの質量をｍ_１、ばね上部ＳＵの質量をｍ_２とする。また、タイヤのばね定数をＫ_ｔとする。

また、時間ｔをパラメータとしたばね下部ＳＤの基準位置からの上下変位量をｘ_１とし、時間ｔをパラメータとしたばね上部ＳＵの基準位置からの上下変位量をｘ_２とし、時間ｔをパラメータとしたモータ部材の基準位置からの上下変位量をｘ_３とし、時間ｔをパラメータとした中間部材の基準位置からの上下変位量をｘ_４とする。また、摩擦測定用駆動力で電気モータ３０をステップ駆動したときに電磁アクチュエータ２０が発生するアクチュエータ力をｆ_testとし、電磁アクチュエータ２０の摩擦力（摩擦分の荷重）をＦとする。

電磁アクチュエータ２０を伸ばす方向にステップ駆動したときの、ばね上部ＳＵ、モータ部材、中間部材、ばね下部ＳＤにおける運動方程式は、式（１）〜式（４）にて表される。

電磁アクチュエータ２０の伸長動作が停止すると、上記式（１）〜（４）における微分項がゼロになるため、運動方程式は式（５）〜式（８）にて表される。

式（５）〜式（７）よりｘ_１，ｘ_２を消去すると、次式（９）により摩擦力Ｆが計算される。

（ｘ_３−ｘ_４）の値は、電気モータ３０の回転角度Δθ（ｒａｄ）から次式（１０）にて計算することができる。

ここで、ｌは、ボールねじ機構４０のボールねじリード（ｍ）を表す。
従って、摩擦力Ｆは、次式（１１）により計算することができる。

サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ２２において、摩擦力Ｆを計算すると、摩擦力演算ルーチンを終了する。この摩擦力演算ルーチンで計算された摩擦力Ｆは、その後、車両の振動を抑制するための目標アクチュエータ力の計算に利用される。この摩擦力演算ルーチンでは、車両の始動が低温環境下においてなされた場合に、電磁アクチュエータ２０の摩擦力が計算され、車両の始動が低温環境下でない場合には、摩擦力の計算が行われない。

次に、サスペンションＥＣＵ１００が実行するアクチュエータ力制御ルーチンについて説明する。図５は、アクチュエータ力制御ルーチンを表すフローチャートである。アクチュエータ力制御ルーチンは、サスペンションＥＣＵ１００のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されており、摩擦力演算ルーチンが終了すると起動し、イグニッションスイッチがオフするまで、所定の短い周期で繰り返される。

アクチュエータ力制御ルーチンが起動すると、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ５１において、ばね下加速度センサ７１により検出されるばね下加速度Ｇ１、および、ばね上加速度センサ７２により検出されるばね上加速度Ｇ２を読み込む。続いて、ステップＳ５２において、ばね下加速度Ｇ１、ばね上加速度Ｇ２をそれぞれ時間で積分することにより、ばね下部ＳＤの上下方向の速度であるばね下速度Ｖ１、ばね上部ＳＵの上下方向の速度であるばね上速度Ｖ２を計算する。

続いて、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ５３において、車体Ｂおよび車輪Ｗの振動を減衰するための目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を演算する。本実施形態においては、スカイフックダンパ理論に基づく制御と、擬似的なグランドフック理論に基づく制御とを同時に達成するように、次式（１２）により目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を計算する。
ｆ_act ^＊＝Ｃ２・Ｖ２−Ｃ１・Ｖ１ ・・・（１２）
ここで、Ｃ２は、ばね上速度Ｖ２に係るゲインであり、Ｃ１は、ばね下速度Ｖ１に係るゲインである。

続いて、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ５４において、フラグＦＬが「１」であるか否か判断し、フラグＦＬが「０」である場合には、その処理をステップＳ６６に進めて、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊に対応した制御信号を出力する。つまり、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊に基づいて電気モータ３０の制御量（目標通電量と回転方向）を決定し、決定した制御量に応じたデューティ比となるＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路７３のスイッチング素子に出力する。これにより、電磁アクチュエータ２０から、車体Ｂおよび車輪Ｗの振動を減衰するための減衰力あるいは推進力が発生する。この場合、電気モータ３０で発生する逆起電圧と、バッテリの電源電圧とのバランスに応じて、バッテリから電気モータ３０に駆動電流が流れたり、電気モータ３０からバッテリに回生電流が流れたりする。

一方、ステップＳ５４においてフラグＦＬが「１」であると判断した場合には、サスペンションＥＣＵ１００は、その処理をステップＳ５５に進める。ステップＳ５５においては、タイマー値Ｔimを「１」だけインクリメントする。続いて、タイマー値Ｔimが予め設定した設定タイマー値Ｔmaxに到達したか否かを判断する。このタイマー値Ｔimは、その初期値が「０」に設定されている。アクチュエータ力制御ルーチンは、所定の短い周期で繰り返し実行されることから、このステップＳ５５，Ｓ５６の処理は、アクチュエータ力制御ルーチンがスタートしてから、設定タイマー値Ｔmaxに対応する設定時間だけ経過したか否かを判断する処理となる。アクチュエータ力制御ルーチンの開始当初においては、タイマー値Ｔimは設定タイマー値Ｔmaxに到達していないため、ステップＳ５６の判断は「Ｎｏ」となり、サスペンションＥＣＵ１００は、その処理をステップＳ５８に進める。

サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ５８において、回転角センサ７４により検出される回転角度θｍを読み込み、回転角度θｍを時間で微分することにより電気モータ３０の回転速度ωを計算する。続いて、ステップＳ５９において、回転速度｜ω｜が予め設定した基準回転速度ω０以下であるか否かを判断する。回転速度｜ω｜が基準回転速度ω０以下である場合には、ステップＳ６０において、図６に示すように、回転速度｜ω｜が小さいほど小さくなるように設定した補正係数Ａを計算する。一方、回転速度｜ω｜が基準回転速度ω０を超える場合には、ステップＳ６１において、補正係数Ａの値を「１」に設定する。このステップＳ６０，Ｓ６１により設定される補正係数を計算式で表せば次式（１３）、（１４）のようになる。
Ａ＝｜ω｜／ω０ （ω≦ω０） ・・・（１３）
Ａ＝１ （ω＞ω０） ・・・（１４）

続いて、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ６２において、摩擦力Ｆに係数Ａを乗じることにより補正荷重Δｆを計算する（Δｆ＝Ａ・Ｆ）。この摩擦力Ｆは、前述の摩擦力演算ルーチンにおいて計算した摩擦力Ｆである。従って、回転速度｜ω｜が基準回転速度ω０以下である場合には、回転速度｜ω｜が小さいほど小さくなる補正荷重Δｆが設定される。

続いて、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ６３において、電磁アクチュエータ２０の動作方向が伸び方向であるか否かを判断する。電磁アクチュエータ２０の動作方向は、ステップＳ５８で計算したモータ回転速度ωの方向（符号）により判断することができる。電磁アクチュエータ２０の動作方向が伸び方向である場合には、摩擦力Ｆによる抵抗荷重分が電磁アクチュエータ２０の縮み方向に働き、電磁アクチュエータ２０の動作方向が縮み方向である場合には、摩擦力Ｆによる抵抗荷重分が電磁アクチュエータ２０の伸び方向に働く。

そこで、サスペンションＥＣＵ１００は、電磁アクチュエータ２０の動作方向が伸び方向である場合には、ステップＳ６４において、摩擦力Ｆによる抵抗荷重分を補償するように、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を伸び方向に補正荷重Δｆだけ増加させる。電磁アクチュエータ２０においては、伸び方向に動作する力を正で表し、縮み方向に動作する力を負で表す。従って、ステップＳ６４では、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊に補正荷重Δｆをそのまま加算することで、最終的な目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を求める（ｆ_act ^＊←ｆ_act ^＊＋Δｆ）。

一方、電磁アクチュエータ２０の動作方向が縮み方向である場合には、ステップＳ６５において、摩擦力Ｆによる抵抗荷重分を補償するように、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を縮み方向に補正荷重Δｆだけ増加させる。この場合、縮み方向の力は負の値となるため、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊に補正荷重Δｆを減算することにより、最終的な目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を求める（ｆ_act ^＊←ｆ_act ^＊−Δｆ）。

従って、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊に加算される補正荷重Δｆは、図７に示すように、回転速度ωに応じた値となる。こうして、最終的な目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を算出すると、サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ６６において、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊に対応した制御信号を出力する。つまり、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊に基づいて電気モータ３０の制御量（目標通電量と回転方向）を決定し、決定した制御量に応じたデューティ比となるＰＷＭ制御信号をモータ駆動回路７３のスイッチング素子に出力する。

サスペンションＥＣＵ１００は、ステップＳ６６の処理を行うと、アクチュエータ力制御ルーチンを一旦終了する。そして、非常に短い周期にてアクチュエータ力制御ルーチンを繰り返す。こうした処理が繰り返されて、タイマー値Ｔimが設定タイマー値Ｔmaxに到達すると、つまり、車両の始動から設定時間経過すると、ステップＳ５６の判断が「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ５７において、フラグＦＬを「１」から「０」に変更して、その処理をステップＳ６６にまで進める。従って、それ以降は、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊の補正処理が行われないようになる。

以上説明した本実施形態のサスペンション装置によれば、車両始動時において車両環境温度を検出し、その検出温度Ｔｘが低温判定用の閾値Ｔrefより低い場合には、電磁アクチュエータ２０をステップ駆動して摩擦力Ｆを測定し、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を、摩擦力Ｆに応じた補正荷重Δｆだけ補正する。従って、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊が適切となり、摩擦力による乗り心地の低下、操縦安定性の低下を抑制することができる。

また、摩擦力Ｆの測定は、電気モータ３０を予め設定した摩擦測定用駆動力で駆動したときの電気モータ３０の回転角度から演算するため、簡単に行うことができる。

また、本実施形態においては、車両が低温環境下において始動する場合にのみ、摩擦力Ｆを測定し、その摩擦力Ｆに応じて目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を補正するため、摩擦力Ｆの検出を必要最小限に抑えることができ、サスペンションＥＣＵ１００の演算負担を軽くすることができる。また、車両の始動後においては、電磁アクチュエータ２０のグリースの粘度が低下していくため、車両の始動から所定時間経過するまでの間だけ、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊の補正を行う。このため、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊がいっそう適正なものとなる。

また、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を補正する補正荷重Δｆの計算にあたっては、電気モータ３０の回転速度｜ω｜が小さいほど補正荷重Δｆの大きさが小さくなるように補正荷重Δｆを計算しているため、電磁アクチュエータ２０の運動方向が反転するときのアクチュエータ力の急変動が抑制され、乗り心地をさらに向上させることができる。例えば、補正荷重Δｆを電気モータ３０の回転速度｜ω｜と関連づけずに電気アクチュエータの運動方向のみに基づいて設定した場合には、図８に示すように、電磁アクチュエータ２０の運動方向が反転した瞬間に補正荷重の符号が反転して、アクチュエータ力が急変動しやすい。これに対して、本実施形態においては、電気モータ３０の回転速度｜ω｜が小さいほど補正荷重Δｆの大きさを小さく設定するため、補正荷重Δｆは、図７に示すように、電磁アクチュエータ２０の運動方向が切り替わる手前で回転速度の低下とともに徐々に小さくなり、回転方向が反転した後に回転速度の増加とともに徐々に増加するようになる。従って、アクチュエータ力の急変動が抑制され、乗り心地が向上する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の態様を採用することができる。例えば、本実施形態においては、低温始動時においてのみ摩擦力Ｆを演算して、目標アクチュエータ力を補正するようにしているが、必ずしも、低温始動時にのみに行う必要はない。例えば、車両の環境温度に関わらず、車両の始動時に摩擦力Ｆを演算し、その摩擦力Ｆにより目標アクチュエータ力を補正するようにしてもよい。この場合、図４のステップＳ１１〜Ｓ１３を省略すればよい。

また、本実施形態においては、電気モータ３０の回転速度｜ω｜が小さいほど補正荷重Δｆの大きさを小さく設定するが、必ずしも、そのようにする必要はなく、図８に示すように、補正荷重Δｆを一定値にしてもよい。また、回転速度｜ω｜の変化に対して補正荷重Δｆをリニアに変化させる必要もなく、段階的に変化させるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、サスペンション本体１０に液圧式ダンパ装置６０を組み込んでいるが、液圧式ダンパ装置６０を設けない構成であってもよい。

また、本実施形態においては、ばね上速度Ｖ２とばね下速度Ｖ１とに基づいて、ばね上部ＳＵとばね下部ＳＤとの上下振動を抑制する目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を演算しているが、目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊は、こうしたものに限るものではない。例えば、車体Ｂの横加速度に基づいたロール抑制成分を加えたり、車体の前後加速度に基づいたピッチ抑制成分を加えたりすることもできる。また、液圧式ダンパ装置６０の伝達特性を考慮して目標アクチュエータ力ｆ_act ^＊を計算するようにしてもよい。

１０…サスペンション本体、２０…電磁アクチュエータ、３０…電気モータ、４０…ボールねじ機構、４１…ボールねじ軸、４２…ボールねじナット、５０…ばね装置、５２…コイルばね、６０…液圧式ダンパ装置、７１…ばね下加速度センサ、７２…ばね上加速度センサ、７３…モータ駆動回路、７４…回転角センサ、７５…温度センサ、１００…サスペンションＥＣＵ、Ｂ…車体、ｆ_act ^＊…目標アクチュエータ力、Δｆ…補正荷重、Ｆ…摩擦力、Ｇ１…ばね下加速度、Ｇ２…ばね上加速度、ＳＤ…ばね下部、ＳＵ…ばね上部、Ｖ１…ばね下速度、Ｖ２…ばね上速度、Ｔｘ…検出温度、θｍ…回転角度、ω…回転速度。

Claims (4)

1. 車両のばね上部とばね下部とを弾性的に連結するサスペンションスプリングと、
   前記ばね上部と前記ばね下部との間に前記サスペンションスプリングと並列的に配設され、ばね上部とばね下部との間の相対移動に対する推進力および減衰力であるアクチュエータ力を発生する電気モータを有する電磁アクチュエータと、
   前記アクチュエータ力の目標値である目標アクチュエータ力を演算する目標アクチュエータ力演算手段と、
   前記目標アクチュエータ力演算手段により演算された目標アクチュエータ力に基づいて、前記電気モータを駆動制御する駆動制御手段と
   を備えた車両用サスペンション装置において、
   車両の始動時に前記電気モータを予め設定した摩擦測定用駆動力で駆動し、そのときの前記電気モータの回転角度から前記電磁アクチュエータの摩擦力を演算する摩擦力演算手段と、
   前記摩擦力演算手段により演算された摩擦力に基づいて、前記目標アクチュエータ力を補正する目標アクチュエータ力補正手段と
   を備えた車両用サスペンション装置。
2. 車両の始動が低温環境下において行われたものか否かを判定する温度判定手段を備え、
   前記摩擦力演算手段および前記目標アクチュエータ力補正手段は、前記温度判定手段により車両の始動が低温環境下において行われたものと判定された場合に動作することを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション装置。
3. 前記目標アクチュエータ力補正手段は、車両の始動から所定期間の間だけ、前記目標アクチュエータ力を補正することを特徴とする請求項１または２記載の車両用サスペンション装置。
4. 前記目標アクチュエータ力補正手段は、前記電気モータの回転速度が予め設定した閾値よりも小さくなる範囲においては、前記目標アクチュエータ力を補正する補正量を前記回転速度が小さいほど小さくなるように設定することを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか一項記載の車両用サスペンション装置。

Images