JP2011251559A - ショックアブソーバ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁式ショックアブソーバの減速機の慣性の影響で乗り心地が悪化することを抑制する。
【解決手段】フィルタ処理部５１は、誘起電圧の周波数とゲインとの関係を設定した周波数ゲイン特性を記憶しており、周波数ゲイン特性を使って、電圧センサにより検出した実誘起電圧Ｖoutをフィルタ処理する。電圧比較部５３は、フィルタ処理部５１から出力されたフィルタ誘起電圧Ｖｘと三角波発生部５２から出力された三角波電圧Ｖｒとを比較し、フィルタ誘起電圧Ｖｘが三角波電圧Ｖｒより大きくなる期間においてハイレベル信号を出力する。ＰＷＭ制御信号出力部５４は、ハイレベル信号を入力している期間において、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオン状態とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、自動車等の車輪のショックアブソーバ装置に係り、特に、ばね上部とばね下部との接近・離間動作によりモータを発電させてばね上部とばね下部との接近・離間動作を減衰させる電磁式のショックアブソーバ装置に関する。

従来から、ばね上部とばね下部との接近・離間動作によりモータを回転させ、その回転によりモータで発生した誘導起電力を利用してばね上部とばね下部との接近・離間動作を減衰させる電磁式ショックアブソーバが特許文献１等にて知られている。この特許文献１に提案されたショックアブソーバ装置においては、ばね上部の絶対動作方向と、ばね上部がばね下部に対して動作する方向とが同じ向きであれば、モータの通電端子間を互いに導通させることによってモータに発電電流を流して減衰力を発生させ、ばね上部の振動を抑制する。また、ばね上部の絶対動作方向と、ばね上部がばね下部に対して動作する方向とが逆向きであれば、モータの通電端子間を開放させることによってモータに減衰力を発生させないようにする。

特開２００８−２７３３５６

こうした電磁式ショックアブソーバは、ばね上部とばね下部との接近・離間動作をモータの回転動作に変換する必要がある。この場合、現実的な減衰力特性を得るためには、例えば、ボールねじ機構などの減速機が必要となる。ところが、減速機の慣性の影響で、ばね下共振帯域の減衰力特性が悪化し、乗り心地悪化が懸念される。図８は、路面入力がばね上部に伝達される伝達特性を表す。図中において、太線は、減速機を備えた電磁式ショックアブソーバによる伝達特性を表し、細線は、一般的な油圧ダンパ式ショックアブソーバによる伝達特性を表す。また、それぞれ、実線が低減衰時（ソフト）の伝達特性であり、破線が高減衰時（ハード）の伝達特性である。この図から分かるように、電磁式ショックアブソーバでは、特に低減衰時（ソフト）において、周波数ｆｓより大きな範囲において減衰力特性が悪化している。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、減速機の慣性の影響で乗り心地が悪化することを抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、モータ（４０）と、ばね上部とばね下部との相対運動に伴って前記モータのロータを回転させる動作変換機構（３５）と、前記モータに発電電流を流すために前記モータの通電端子（ｔ１，ｔ２）間を電気的に接続する外部回路（１００）とを備え、前記ばね上部と前記ばね下部との相対運動に伴って前記モータに発電電流が流れることにより、前記ばね上部と前記ばね下部との相対運動を減衰させる減衰力を発生するショックアブソーバ装置において、前記外部回路に設けられ、デューティ比の調整により前記発電電流の大きさを可変するスイッチング素子（ＳＷ１，ＳＷ２）と、前記モータで発生する誘起電圧を表す実誘起電圧情報を取得する実誘起電圧取得手段（１０１）と、前記誘起電圧の周波数とゲインとの関係を表す周波数ゲイン特性が予め設定されており、前記実誘起電圧情報を前記周波数ゲイン特性でフィルタ処理することによりフィルタ処理後誘起電圧を表すフィルタ処理後誘起電圧情報に変換する誘起電圧フィルタ処理手段（５１）と、予め設定した周期で電圧値が変化する基準波電圧の大きさと前記フィルタ処理後誘起電圧の大きさとを比較し、前記フィルタ処理後誘起電圧が前記基準波電圧より大きくなる期間において、前記スイッチング素子をオン状態にするスイッチ制御手段（５２，５３，５４）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相対動作（接近動作および離間動作）が動作変換機構を介してモータのロータに伝達される。これにより、ロータが回され、モータは、誘起電圧（誘導起電力）を発生する。動作変換機構としては、例えば、ボールねじ機構等の減速機を採用することができる。ショックアブソーバ装置は、モータの通電端子間を電気的に接続する外部回路を備えている。従って、誘起電圧の発生に伴って、モータに発電電流が流れて、ばね上部とばね下部との相対運動に対して減衰力を発生することができる。

外部回路には、スイッチング素子が設けられている。従って、スイッチング素子のデューティ比を調整することにより、モータに流れる発電電流を可変することができる。これにより、ショックアブソーバ装置は、デューティ比を調整することによりばね上部とばね下部との相対運動を減衰させる減衰力を制御することができる。

ショックアブソーバ装置は、実誘起電圧取得手段と誘起電圧フィルタ処理手段とスイッチ制御手段とを備えている。実誘起電圧取得手段は、モータで発生する誘起電圧（実際の誘起電圧の電圧値：以下、実誘起電圧と呼ぶ）を表す実誘起電圧情報を取得する。この実誘起電圧情報は、アナログの電圧信号であってもよいし、電圧値を表すデジタル信号であってもよい。誘起電圧フィルタ処理手段は、誘起電圧の周波数とゲインとの関係を表す周波数ゲイン特性が予め設定されており、実誘起電圧情報を周波数ゲイン特性でフィルタ処理することによりフィルタ処理後誘起電圧を表すフィルタ処理後誘起電圧情報に変換し、そのフィルタ処理後誘起電圧情報をスイッチ制御手段に出力する。

周波数ゲイン特性は、誘起電圧の周波数成分の大きさを調整するゲインを誘起電圧の周波数に応じて設定したものである。周波数ゲイン特性は、例えば、伝達関数で設定されるものでもよいし、アナログ周波数フィルタ回路で設定されるものであってもよい。フィルタ処理後誘起電圧（電圧値）は、実誘起電圧をゲインで調整した値となる。例えば、特定の周波数帯域におけるゲインを低く設定しておくことで、フィルタ処理後誘起電圧は、その特定周波数帯域における電圧成分の大きさが他の周波数帯域に比べて小さくなる。逆に、特定の周波数帯域におけるゲインを大きく設定しておくことで、フィルタ処理後誘起電圧は、その特定周波数帯域における電圧成分の大きさが他の周波数帯域に比べて大きくなる。

スイッチ制御手段は、予め設定した周期で電圧値が変化する基準波電圧の大きさとフィルタ処理後誘起電圧の大きさとを比較する。そして、フィルタ処理後誘起電圧が基準波電圧より大きくなる期間において（その期間だけ）、スイッチング素子をオン状態にする。従って、フィルタ処理後誘起電圧が基準波電圧より大きくなる期間が長くなるほど、スイッチング素子のデューティ比（オンデューティ比）が大きくなり外部回路に流れる発電電流が大きくなる。これにより、ばね上部とばね下部との相対運動を減衰させる減衰力が大きくなる。逆に、フィルタ処理後誘起電圧が基準波電圧より大きくなる期間が短くなるほど、スイッチング素子のデューティ比が小さくなり外部回路に流れる発電電流が小さくなる。これにより、ばね上部とばね下部との相対運動を減衰させる減衰力が小さくなる。

このため、本発明によれば、周波数ゲイン特性を使って減衰力の周波数特性を任意に調整することが可能となり、適正な減衰力を発生させることができる。従って、特定の周波数帯域に表れる回転体（モータのロータや動作変換機構）の慣性の影響を低減することができる。この結果、慣性の影響で乗り心地が悪化することを抑制することができる。尚、基準波電圧は、アナログ回路にて電圧信号を生成してもよいし、基準波電圧を表すデジタル値をソフトウエアで生成するように構成してもよい。また、基準波電圧とフィルタ処理後誘起電圧との比較は、アナログ電圧信号を比較する構成でもよいし、デジタル値を比較する構成でもよい。

また、本発明の他の特徴は、前記周波数ゲイン特性は、ばね下共振周波数帯域のゲインが、他の周波数帯域のゲインよりも小さくなるように設定されていることにある。

モータのロータや動作変換機構の慣性の影響は、ばね下共振周波数帯域において表れやすい。そこで、本発明においては、ばね下共振周波数帯域のゲインが、他の周波数帯域のゲインよりも小さくなるように周波数ゲイン特性が設定されている。従って、フィルタ処理後誘起電圧は、実誘起電圧におけるばね下共振周波数帯域の電圧成分が他の周波数帯域に比べて減らされたものとなる。これにより、ばね下共振周波数帯域における減衰力が低下する。従って、ばね下部の上下運動がばね上部に伝達されにくくなり、乗り心地が向上する。尚、「他の周波数帯域」とは、ばね下共振周波数帯域の周囲の周波数帯域であって、減衰力に関係しないような周波数帯域を含めるものではない。

また、本発明の他の特徴は、前記周波数ゲイン特性は、ばね上共振周波数帯域のゲインが、他の周波数帯域のゲインよりも大きくなるように設定されていることにある。

ばね下部の上下運動がばね上部に伝達された場合には、ばね上部は、ばね上共振周波数帯域において振動しやすくなる。そこで、本発明においては、ばね上共振周波数帯域のゲインが、他の周波数帯域のゲインよりも大きくなるように周波数ゲイン特性が設定されている。従って、フィルタ処理後誘起電圧は、実誘起電圧におけるばね上共振周波数帯域の電圧成分が他の周波数帯域に比べて増幅されたものとなる。これにより、ばね上共振周波数帯域における減衰力が増加する。従って、ばね下部の上下運動がばね上部に伝達された場合であっても、大きな減衰力でばね上部の振動を良好に抑制することができる。この結果、乗り心地が向上する。尚、「他の周波数帯域」とは、ばね上共振周波数帯域の周囲の周波数帯域であって、減衰力に関係しないような周波数帯域を含めるものではない。

本発明の他の特徴は、前記基準波電圧は、電圧波形が三角波形状に設定された三角波基準電圧であることにある。

本発明によれば、スイッチング素子のオン／オフ状態を制御するＰＷＭ制御信号を適正かつ簡単に生成することができる。

尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、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。

本発明の実施形態に係るショックアブソーバ装置を含むサスペンション装置のシステム構成図である。 サスペンション本体の概略構成を表す断面図である。 外部回路の回路構成図である。 サスペンション装置のモデル図である。 ＥＣＵの減衰力制御処理を表す機能ブロック図である。 周波数ゲイン特性を表すグラフである。 三角波電圧とフィルタ誘起電圧を表すグラフと、電圧比較信号を表すグラフである。 伝達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ショックアブソーバ装置を含む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、同実施形態に係る車両用の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、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の作動を制御する電子制御ユニット５０とを備えている。以下、４組のサスペンション本体１０ＦＬ、１０ＦＲ、１０ＲＬ、１０ＲＲおよび車輪ＷＦＬ、ＷＦＲ、ＷＲＬ、ＷＲＲについては、特に前後左右を区別する場合を除いて、単にサスペンション本体１０および車輪Ｗと総称する。また、電子制御ユニット５０をＥＣＵ５０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との間に設けられ、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体Ｂの重量を弾性的に支持するサスペンションスプリングとしてのコイルスプリング２０と、コイルスプリング２０の上下振動に対して減衰力を発生させる電磁式ショックアブソーバ３０とを並列的に備えて構成される。以下、コイルスプリング２０の上部側、つまり車体Ｂ側を「ばね上部」と呼び、コイルスプリング２０の下部側、つまり車輪Ｗ側を「ばね下部」と呼ぶ。

電磁式ショックアブソーバ３０は、同軸状に配置されるアウタシリンダ３１およびインナシリンダ３２と、インナシリンダ３２の内側に設けられる減速機であるボールねじ機構３５と、ボールねじ機構３５の動作によりロータ（図示略）が回されて誘起電圧（誘導起電力）を発生する電動モータ４０（以下、単にモータ４０と呼ぶ）とを備える。本実施形態においては、モータ４０として、ブラシ付ＤＣモータが用いられる。

アウタシリンダ３１とインナシリンダ３２とは、同軸異径パイプで構成され、インナシリンダ３２の外周に軸方向へ摺動可能にアウタシリンダ３１が設けられる。図中、符号３３，３４は、アウタシリンダ３１内にインナシリンダ３２を摺動可能に支持する軸受である。

ボールねじ機構３５は、本発明の動作変換機構に相当するもので、モータ４０のロータと一体的に回転するボールねじ３６と、ボールねじ３６に形成された雄ねじ部分３７に螺合する雌ねじ部分３８を有するボールねじナット３９とからなる。ボールねじナット３９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。従って、このボールねじ機構３５においては、ボールねじナット３９の上下軸方向の直線運動がボールねじ３５の回転運動に変換され、逆に、ボールねじ３６の回転運動がボールねじナット３９の上下軸方向の直線運動に変換される。

ボールねじナット３９の下端は、アウタシリンダ３１の底面に固着されており、ボールねじ３６に対してアウタシリンダ３１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３６が回転してモータ４０を回転させる。このときモータ４０は、そのロータに設けた電磁コイル（図示略）が、ステータに設けた永久磁石（図示略）から発生する磁束を横切ることによって、電磁コイルに誘起電圧を発生させて発電機として働く。

インナシリンダ３２の上端は、取付プレート４１に固定される。この取付プレート４１は、モータ４０のモータケーシング４２に固定されるとともに、その中央に形成した貫通孔４３にボールねじ３６が挿通される。ボールねじ３６は、モータケーシング４２内においてモータ４０のロータと連結されるとともに、インナシリンダ３２内の軸受４４によって回転可能に支持される。

コイルスプリング２０は、アウタシリンダ３１の外周面に設けられた環状のリテーナ４５と、モータ４０の取付プレート４６との間に圧縮状態で介装される。このように構成されたサスペンション本体１０は、取付プレート４６の上面で弾性材料からなるアッパーサポート２６を介して車体Ｂに取り付けられる。

車両が走行中にばね下部（車輪Ｗ）が上下動する場合は、インナシリンダ３２に対してアウタシリンダ３１が軸方向に摺動してコイルスプリング２０が伸縮することにより、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支持する。このとき、ボールねじナット３９がボールねじ３６に対して上下動してボールねじ３６を回転させる。このため、モータ４０は、ロータが回転して電磁コイルに誘起電圧が発生し、後述する外部回路１００を介して発電電流が流れることによりロータの回転を止めようとする抵抗力が発生する。この抵抗力が電磁式ショックアブソーバ３０の減衰力として働く。減衰力の調整は、各電磁式ショックアブソーバ３０ごとに設けられた外部回路１００によりモータ４０の電磁コイルに流れる電流の大きさを調整することで可能となる。

次に、電磁式ショックアブソーバ３０の作動を制御する構成について説明する。電磁式ショックアブソーバ３０は、モータ４０の外部に設けられる外部回路１００を介してＥＣＵ５０により制御される。ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータを主要部として備え、外部回路１００のスイッチング制御により電磁式ショックアブソーバ３０のモータ４０に流れる電流量を調整して減衰力制御を実行する。この減衰力制御は、後述するが、各車輪位置の電磁式ショックアブソーバ３０ごとに、その電磁式ショックアブソーバ３０に対応する外部回路１００のスイッチング制御により独立して行われる。

次に、図３を用いて、外部回路１００について説明する。外部回路１００は、ばね上部（車体Ｂ）とばね下部（車輪Ｗ）との相対運動によりモータ４０のロータがボールねじ機構３５を介して回されたとき、モータ４０で発生した誘起電圧により、モータ４０の通電端子間（第１端子ｔ１と第２端子ｔ２との間）に発電電流が流れることを許容する回路である。図中において、Ｒｍはモータ４０の内部抵抗、Ｌｍはモータインダクタンスを表す。この図では、Ｒｍ，Ｌｍをモータ４０の表示記号Ｍの外に記載しているが、実際には、Ｒｍ，Ｌｍは、第１端子ｔ１と第２端子ｔ２との間に存在するものである。

外部回路１００は、モータ４０の第１端子ｔ１と第２端子ｔ２とを、ａ点とｂ点とにおいて電気的に結ぶ配線ａｂと、ｃ点とｄ点とにおいて電気的に結ぶ配線ｃｄとを備えている。尚、図中において、配線については、各点（ａ，ｂ，ｃ…）を結ぶ線であるため、その符号の表示を省略している。配線ａｂには、ａ点からｂ点に向かう方向の電流の流れを許容しｂ点からａ点に向かう方向の電流の流れを阻止する第１ダイオードＤ１と、ｂ点からａ点に向かう方向の電流の流れを許容しａ点からｂ点に向かう方向の電流の流れを阻止する第２ダイオードＤ２とが設けられている。配線ｃｄには、ｃ点側から順に、第１スイッチング素子ＳＷ１，第１抵抗器Ｒ１，第２抵抗器Ｒ２，第２スイッチング素子ＳＷ２が直列に設けられている。第１抵抗器Ｒ１，第２抵抗器Ｒ２は、減衰力を設定する電気抵抗器である。本実施形態においては、第１スイッチング素子ＳＷ１，第２スイッチング素子ＳＷ２としてＭＯＳ−ＦＥＴを使用するが他のスイッチング素子を使用することもできる。第１スイッチング素子ＳＷ１，第２スイッチング素子ＳＷ２は、それぞれゲートがＥＣＵ５０に接続され、ＥＣＵ５０からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号により設定されるデューティ比でオンオフ作動するように構成されている。尚、本明細書におけるデューティ比とは、オンデューティ比、つまり、パルス信号のオン時間とオフ時間とを足し合わせた時間に対するパルス信号のオン時間の比を表す。

また、第１端子ｔ１とａ点とは、配線ｔ１ａにより電気的に接続され、第２端子ｔ２とｂ点とは、配線ｔ２ｂにより電気的に接続されている。また、配線ａｂにおける第１ダイオードＤ１と第２ダイオードＤ２との間のｅ点と、配線ｃｄにおける第１抵抗器Ｒ１と第２抵抗器Ｒ２との間のｆ点とは、配線ｅｆにより電気的に接続されている。

また、外部回路１００には、第１端子ｔ１と第２端子ｔ２との電位差を検出する電圧センサ１０１が設けられる。電圧センサ１０１は、端子間電圧を表す電圧信号をＥＣＵ５０に出力する。ＥＣＵ５０は、この電圧センサ１０１で検出される端子間電圧を、モータ４０で発生した誘起電圧を表す実誘起電圧情報として取得する。以下、電圧センサ１０１で検出される電圧値を実誘起電圧Ｖoutと呼ぶ。

次に、外部回路１００の動作について説明する。モータ４０は、ばね上部とばね下部との相対運動によりボールねじ機構３５を介してロータが回されると、その回転方向に応じた向きに誘起電圧を発生する。例えば、ばね上部とばね下部とが接近して電磁式ショックアブソーバ３０が圧縮される圧縮動作時においては、モータ４０の第１端子ｔ１が高電位となり第２端子ｔ２が低電位となる。逆に、ばね上部とばね下部とが離れて電磁式ショックアブソーバ３０が伸ばされる伸長動作時においては、モータ４０の第２端子ｔ２が高電位となり第１端子ｔ１が低電位となる。

従って、電磁式ショックアブソーバ３０が圧縮される圧縮動作時においては、ｃ点、ｆ点、ｅ点、ｂ点を通って、第１端子ｔ１から第２端子ｔ２に発電電流が流れる第１接続路ｃｆｅｂが形成される。また、電磁式ショックアブソーバ３０が伸ばされる伸長動作時においては、ｄ点、ｆ点、ｅ点、ａ点を通って、第２端子ｔ２から第１端子ｔ１に発電電流が流れる第２接続路ｄｆｅａが形成される。つまり、電磁式ショックアブソーバ３０の圧縮動作と伸長動作とで発電電流の流れる回路が異なるように構成されている。この例では、第１抵抗器Ｒ１が、第１端子ｔ１から第２端子ｔ２に流れる発電電流に対する抵抗となり、第１スイッチング素子ＳＷ１が、第１端子ｔ１から第２端子ｔ２に流れる発電電流の大きさ（通電量）を調整する電流調整器として機能する。また、第２抵抗器Ｒ２が、第２端子ｔ２から第１端子ｔ１に流れる発電電流に対する抵抗となり、第２スイッチング素子ＳＷ２が、第２端子ｔ２から第１端子ｔ１に流れる発電電流の大きさ（通電量）を調整する電流調整器として機能する。

モータ４０の電磁コイルに発電電流が流れることにより、モータ４０に発電ブレーキが働き、これによりボールねじナット３９とボールねじ３６との相対回転を抑制する。つまり、ばね上部とばね下部との相対運動を抑制する減衰力が発生する。また、発電電流の大きさを調整することにより減衰力を調整することができる。従って、第１抵抗器Ｒ１の抵抗値と第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比にて圧縮動作に対する減衰力を設定でき、第２抵抗器Ｒ２の抵抗値と第２スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比にて伸長動作に対する減衰力を設定できる。これにより、電磁式ショックアブソーバ３０の圧縮動作方向と伸長動作方向とに対して、独立して減衰力を設定することができる。本実施形態においては、第１抵抗器Ｒ１の抵抗値は、第２抵抗器Ｒ２の抵抗値よりも大きくされており、基本的には、圧縮動作に対する減衰力が伸長動作に対する減衰力よりも小さくなるように設定されている。

また、このような減衰力の調整は、各輪ごとに電磁式ショックアブソーバ３０の外部回路１００のスイッチング制御により独立して行うことができるものである。

ここで、モータ４０に発生させる減衰力について説明する。図４は、本実施形態のサスペンション装置のモデルを表す。図中において、Ｍｕ：ばね上質量、Ｍｄ：ばね下質量、ｋ１：タイヤのばね定数、ｋ２：コイルスプリング２０のばね定数、Ｃ：モータ４０で発生する減衰力の減衰係数、ｘ０：路面位置、ｘ１：ばね下位置、ｘ２：ばね上位置、Ｊ：ボールねじ機構３５（モータ４０の回転部分を含む）の慣性モーメント、Ｒｍ：モータ内部抵抗、Ｒ：可変抵抗、Ｌｍ：インダクタンスである。

サスペンション装置の運動方程式は、次式（１），（２）にて表すことができる。

ここで、Ｌ：ボールねじ３６のリードである。
式（１）、（２）における右辺の第１項がボールねじ機構３５により発生した慣性力の項である。この項で表される慣性力により、図８に示すように、周波数ｆｓ以上の周波数帯で乗り心地の悪化が発生している。

次に、ボールねじ機構３５の慣性力の影響を考慮した減衰力制御について説明する。図５は、ＥＣＵ５０の実行する減衰力制御処理を表す機能ブロック図である。ＥＣＵ５０は、フィルタ処理部５１と、三角波発生部５２と、電圧比較部５３と、ＰＷＭ制御信号出力部５４とを備えている。

フィルタ処理部５１は、図６に示すように、誘起電圧の周波数とゲインとの関係を設定した周波数ゲイン特性を記憶している。周波数ゲイン特性は、誘起電圧の周波数成分を増減調整するためのゲインを誘起電圧の周波数に応じて設定したものである。この周波数ゲイン特性においては、ばね上共振周波数帯域ｆ１（例えば、１〜２Ｈｚ）に対しては、正のゲインが設定され、ばね下共振周波数帯域ｆ２（例えば、１０〜１５Ｈｚ）に対しては、負のゲインが設定される。また、それ以外の周波数帯域に対しては、ゼロのゲインが設定される。この周波数ゲイン特性では、ゲインがゼロの場合には入力値をそのまま出力し、ゲインが正の場合には入力値をゲインに応じた度合で増幅し、ゲインが負の場合に入力値をゲインに応じた度合で減少させるように設定する。

フィルタ処理部５１は、予め設定した周波数ゲイン特性を伝達関数Ｇ（ｓ）としてメモリ内に記憶している。伝達関数Ｇ（ｓ）は、例えば、汎用のシミュレーションソフトを使用して、図６の特性図の任意の点を複数プロットすることにより設定することができるが、設計者の手計算にて設定するようにてもよい。フィルタ処理部５１は、電圧センサ１０１により検出された実誘起電圧Ｖout（電圧信号）を入力し、その電圧値をＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換し、そのデジタル値で表される実誘起電圧Ｖoutに対して、伝達関数Ｇ（ｓ）を用いた演算によりフィルタ処理を行う。この場合、モータ４０で発生する誘起電圧は、モータ４０の回転方向（電磁式ショックアブソーバ３０の動作方向）に応じて正負が異なるため、フィルタ処理部５１は、電圧センサ１０１により検出される誘起電圧の大きさ（絶対値）を実誘起電圧Ｖoutとして取り扱う。フィルタ処理部５１は、実誘起電圧Ｖoutをフィルタ処理することにより得られた電圧値（デジタル値）をフィルタ処理後誘起電圧Ｖｘとして電圧比較部５３に出力する。以下、フィルタ処理後誘起電圧Ｖｘを、簡単にフィルタ誘起電圧Ｖｘと呼ぶ。

フィルタ処理部５１は、伝達関数Ｇ（ｓ）から求められる状態方程式を使って、フィルタ誘起電圧Ｖｘを計算する。尚、伝達関数Ｇ（ｓ）から状態方程式を求める方法は、周知であるが以下のようにすればよい。
伝達関数Ｇ（ｓ）が次式（３）で与えられる状態方程式モデルについて説明する。

ここでＹ（ｓ）は出力、Ｕ（ｓ）は入力を表す。
まず、次式（４）に示す変数Ｘ（ｓ）を定義する。

式（４）の分母を払って、逆ラプラス変換すると次式（５）を得る。

ここでｎ個の状態変数を次式（６）のように定義する。

これにより、次式（７）が得られる。

また、式（５）から、次式（８）を得る。

式（７）と式（８）をまとめてベクトルと行列を用いて、次式（９）の状態方程式を得る。

次に、式（３）、式（４）から、次式（１０）を得る。

逆ラプラス変換すると次式（１１）が得られる。

この式（１１）が状態方程式における出力方程式である。

フィルタ処理部５１により計算されたフィルタ誘起電圧Ｖｘは、ばね下共振周波数帯域ｆ２の電圧成分が低減され、かつ、ばね上共振周波数帯域ｆ１の電圧成分が増幅されたものとなる。モータ４０は、ばね上部とばね下部との相対運動のストローク速度に比例した誘起電圧を発生する。従って、フィルタ誘起電圧Ｖｘは、ばね上部とばね下部との相対運動において、ばね下共振周波数帯域ｆ２の振動成分により発生する誘起電圧が低減され、逆に、ばね上共振周波数帯域ｆ１の振動成分により発生する誘起電圧が増加されたものとなる。また、モータ４０で発生する減衰力はモータコイルに流れる発電電流に比例し、発電電流は誘起電圧に比例する。このため、仮に、モータ４０にフィルタ誘起電圧Ｖｘを発生させた場合には、実誘起電圧Ｖoutを発生させた場合に比べて、ばね下共振周波数帯域ｆ２の減衰力を低減させることができ、かつ、ばね上共振周波数帯域ｆ１の減衰力を増加させることができる。従って、上述した周波数ゲイン特性は、目標減衰力特性を設定するものとなる。

フィルタ処理部５１により演算されたフィルタ誘起電圧Ｖｘは、電圧比較部５３に出力される。電圧比較部５３には、このフィルタ誘起電圧Ｖｘと、三角波発生部５２から出力される三角波電圧Ｖｒとが入力される。

三角波発生部５２は、ＰＷＭ制御信号を生成するための基準信号である鋸歯状の信号波形を表す三角波信号を出力する。この三角波信号は、図７に示すように、横軸を時間、縦軸を電圧値としたグラフで電圧波形を表したとき、その電圧値Ｖｒが、一定の周期で鋸歯形状のように変化する信号である。三角波発生部５２は、三角波信号の電圧値Ｖｒを表すデジタル値を三角波信号として電圧比較部５３に出力する。以下、三角波信号の電圧値を三角波電圧Ｖｒと呼ぶ。

電圧比較部５３は、フィルタ処理部５１から出力されたフィルタ誘起電圧Ｖｘと、三角波発生部５２から出力された三角波電圧Ｖｒとを入力し、フィルタ誘起電圧Ｖｘと三角波電圧Ｖｒとの大きさを比較する。電圧比較部５３は、電圧判定信号として、図７に示すように、フィルタ誘起電圧Ｖｘが三角波電圧Ｖｒより大きいときにハイレベル信号を出力し、フィルタ誘起電圧Ｖｘが三角波電圧Ｖｒ以下のときにローレベル信号を出力する。

電圧比較部５３の出力する電圧判定信号は、ＰＷＭ制御信号出力部５４に出力される。ＰＷＭ制御信号出力部５４は、電圧調整回路を備え、入力した電圧判定信号を、外部回路１００のスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のオン／オフ状態を制御するためのＰＷＭ制御信号に変換する。この場合、ＰＷＭ制御信号出力部５４は、電圧判定信号がハイレベル信号のときにはスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオン状態にするオン信号を出力し、電圧判定信号がローレベル信号のときにはスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２をオフ状態にするオフ信号を出力する。つまり、ＰＷＭ制御信号出力部５４は、電圧判定信号の電圧レベルをゲート信号電圧レベルに変換したＰＷＭ制御信号を生成し、生成したＰＷＭ制御信号を２つのスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のゲートに同時に出力する。尚、図７において、「ＯＮ」と表示された期間が、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２にオン信号が出力される期間である。

スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２は、ＰＷＭ制御信号にしたがってオン／オフ状態が切り替えられる。この場合、電磁式ショックアブソーバ３０が圧縮動作しているときには、第１接続路ｃｆｅｂが発電電流の流れる回路となるため、第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比に応じた発電電流が流れ、電磁式ショックアブソーバ３０が伸長動作しているときには、第２接続路ｄｆｅａが発電電流の流れる回路となるため、第２スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比に応じた発電電流が流れる。

スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比は、フィルタ誘起電圧Ｖｘが三角波電圧Ｖｒより大きくなる期間が長くなるほど大きくなる。そして、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比が大きくなるほど、外部回路１００に流れる発電電流が大きくなり、ばね上部とばね下部との相対運動を減衰させる減衰力が大きくなる。

このスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比は、フィルタ処理部５１により実誘起電圧Ｖoutが周波数ゲイン特性で変換されたフィルタ誘起電圧Ｖｘに応じたものに設定される。このため、モータ４０に流れる発電電流は、その周波数成分が周波数ゲイン特性で調整されたものとなる。従って、周波数ゲイン特性（伝達関数Ｇ（ｓ））を、目標減衰力を設定する目標減衰力基準波として使用することで、減衰力の周波数特性を任意に調整することが可能となる。

モータ４０のロータやボールねじ機構３５の慣性の影響は、ばね下共振周波数帯域ｆ２において表れやすい。そこで、本実施形態においては、ばね下共振周波数帯域ｆ２のゲインが他の周波数帯域のゲインよりも小さくなるような周波数ゲイン特性を使って実誘起電圧をフィルタ処理する。これにより、ばね下共振周波数帯域の振動による誘起電圧成分が低減されたフィルタ誘起電圧信号が生成され、フィルタ誘起電圧Ｖｘと三角波電圧Ｖｒとの大小関係からスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比が設定される。従って、モータ４０に流れる発電電流のばね下共振周波数帯域成分が少なくなり、ばね下共振周波数帯域ｆ２の減衰力を低減させることができる。この結果、ばね下部の上下運動がばね上部に伝達されにくくなり、慣性の影響で乗り心地が悪化することを抑制することができる。

また、ばね下部の上下運動がばね上部に伝達された場合には、ばね上部は、ばね上共振周波数帯域において振動しやすくなる。そこで、本実施形態においては、ばね上共振周波数帯域ｆ１のゲインが他の周波数帯域のゲインよりも大きくなるような周波数ゲイン特性を使って実誘起電圧をフィルタ処理する。これにより、ばね上共振周波数帯域の振動による誘起電圧成分が増幅されたフィルタ誘起電圧信号が生成され、フィルタ誘起電圧Ｖｘと三角波電圧Ｖｒとの大小関係からスイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２のデューティ比が設定される。従って、モータ４０に流れる発電電流のばね上共振周波数帯域成分が多くなり、ばね上共振周波数帯域ｆ１の減衰力を増加させることができる。この結果、ばね下部の上下運動がばね上部に伝達された場合であっても、大きな減衰力でばね上部の振動を良好に抑制することができ、乗り心地を向上させることができる。

また、本実施形態においては、フィルタ誘起電圧Ｖｘと比較する基準波電圧として三角波電圧Ｖｒを用いているため、基準波電圧信号の生成が容易であり、また、ＰＷＭ制御信号を適正に生成することができる。

また、本実施形態においては、電磁式ショックアブソーバ３０の圧縮動作と伸長動作とで発電電流の流れる回路を別々に設けているため、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２に共通のＰＷＭ制御信号を出力しても、抵抗器Ｒ１，Ｒ２の抵抗値の調整により各動作に対して独立した減衰力を設定することができる。特に、本実施形態では、圧縮動作に対する減衰力が伸長動作に対する減衰力よりも小さくなるように設定されているため、適正な減衰力を発生させることができる。

また、本実施形態においては、電磁式ショックアブソーバ３０のモータ４０として単相のブラシ付モータを使用しているため、簡易なシステムで減衰力制御システムを構成することが可能となり低コスト化を図ることができる。

以上、本実施形態のショックアブソーバ装置を備えたサスペンション装置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。

例えば、本実施形態においては、フィルタ処理部５１，三角波発生部５２，電圧比較部５３の処理をマイクロコンピュータによる演算により実施する構成を採用しているが、全てアナログ回路にて実施するように構成してもよい。例えば、フィルタ処理部５１においては、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ等の周波数フィルタ回路を組み合わせて構成することもでる。この場合には、フィルタ処理部５１から出力される電圧信号（アナログ電圧信号）と、三角波発生部５２から出力される三角波電圧信号（アナログ電圧信号）とをアナログコンパレータ（電圧比較部５３）に入力し、その出力である判定信号をＰＷＭ制御信号出力部５４に入力するように構成すればよい。

また、本実施形態においては、電磁式ショックアブソーバ３０の圧縮動作と伸長動作とで発電電流の流れる回路を別々に設けているが、必ずしも別々にする必要はなく、モータ４０の第１端子ｔ１と第２端子ｔ２とを電気的に接続する１つの接続路を設け、その接続路にスイッチング素子と抵抗器とをそれぞれ１つ設ける構成であってもよい。

また、本実施形態においては、三角波電圧信号として鋸歯形状の電圧信号を用いているが、電圧波形が左右対称の山形状となる電圧信号など、他の形状の基準波電圧信号を採用することもできる。

尚、本実施形態における電磁式ショックアブソーバ３０と、ＥＣＵ５０と、外部回路１００と、電圧センサ１０１とからなる構成が本発明のショックアブソーバ装置に相当する。

１０…サスペンション本体、２０…コイルスプリング、３０…電磁式ショックアブソーバ、４０…モータ、５０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）、５１…フィルタ処理部、５２…三角波発生部、５３…電圧比較部、５４…ＰＷＭ制御信号出力部、１００…外部回路、１０１…電圧センサ、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２…抵抗器、ｔ１…第１端子、ｔ２…第２端子、Ｂ…車体（ばね上部）、Ｗ…車輪（ばね下部）、ｃｆｅｂ…第１接続路、ｄｆｅａ…第２接続路。

Claims (4)

1. モータと、ばね上部とばね下部との相対運動に伴って前記モータのロータを回転させる動作変換機構と、前記モータに発電電流を流すために前記モータの通電端子間を電気的に接続する外部回路とを備え、前記ばね上部と前記ばね下部との相対運動に伴って前記モータに発電電流が流れることにより、前記ばね上部と前記ばね下部との相対運動を減衰させる減衰力を発生するショックアブソーバ装置において、
   前記外部回路に設けられ、デューティ比の調整により前記発電電流の大きさを可変するスイッチング素子と、
   前記モータで発生する誘起電圧を表す実誘起電圧情報を取得する実誘起電圧取得手段と、
   前記誘起電圧の周波数とゲインとの関係を表す周波数ゲイン特性が予め設定されており、前記実誘起電圧情報を前記周波数ゲイン特性でフィルタ処理することによりフィルタ処理後誘起電圧を表すフィルタ処理後誘起電圧情報に変換する誘起電圧フィルタ処理手段と、
   予め設定した周期で電圧値が変化する基準波電圧の大きさと前記フィルタ処理後誘起電圧の大きさとを比較し、前記フィルタ処理後誘起電圧が前記基準波電圧より大きくなる期間において、前記スイッチング素子をオン状態にするスイッチ制御手段と
   を備えたことを特徴とするショックアブソーバ装置。
2. 前記周波数ゲイン特性は、ばね下共振周波数帯域のゲインが、他の周波数帯域のゲインよりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１記載のショックアブソーバ装置。
3. 前記周波数ゲイン特性は、ばね上共振周波数帯域のゲインが、他の周波数帯域のゲインよりも大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のショックアブソーバ装置。
4. 前記基準波電圧は、電圧波形が三角波形状に設定された三角波基準電圧であ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ショックアブソーバ装置。

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