JP2013001139A - サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サスペンション装置の大型化を抑制しつつ電磁アクチュエータのフェイルセーフ機能を設ける。
【解決手段】 電磁アクチュエータ３０は、電動モータ３１とボールネジ機構３２とを備える。電動モータ３１は、円筒状のロータ３１０を備え、このロータ３１０はボールネジナット３２２に連結される。ボールネジナット３２２と螺合するボールネジ軸３２１は、ロータ３１０の中空部に隙間をあけて挿通される。ロータ３１０とボールネジ軸３２１との隙間には粘性油４０が封入される。バネ上部材とバネ下部材とが上下方向に相対運動すると、ロータ３１０とボールネジ軸３２１との間に封入された粘性油に粘性せん断力が発生し、この粘性せん断力が、バネ上部材とバネ下部材との相対運動を減衰させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両のサスペンション装置に係り、特に、バネ上部材とバネ下部材との間に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。

従来から、電磁アクチュエータを備えたサスペンション装置が知られている。電磁アクチュエータは、例えば、電動モータと、電動モータの出力軸に連結されバネ上部材とバネ下部材との相対移動により伸縮するボールネジ機構とを備えている。こうしたサスペンション装置では、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する減衰力だけでなく、電磁アクチュエータの通電制御によって、サスペンションストロークを積極的に変化させる推進力をも発生させることができる。

特許文献１には、電磁アクチュエータとバネ下部材との間に、液圧式ダンパを介装したサスペンション装置が提案されている。このサスペンション装置では、電磁アクチュエータに対して直列に液圧式ダンパを設けたことにより、路面から１０Ｈｚを超えるような高周波振動が入力した場合であっても、その高周波振動のバネ下部材からバネ上部材への伝達を効果的に抑制することができる。

特開２０１０−９１０３２５号公報

ところで、電磁アクチュエータがフェイルして電動モータがフリー状態（電動モータのコイルに電流を流すことができず外部入力によりロータが自由に回転できる状態）となった場合には、減衰力を発生させることができない。電磁アクチュエータに対して並列に液圧式ダンパを設ければ、電磁アクチュエータのフェイルに対処することができるが、その場合には、サスペンション装置自身が大型化してしまう。

また、特許文献１のサスペンション装置においては、電磁アクチュエータに対して液圧式ダンパを直列に設けているが、電磁アクチュエータがフェイルした場合には、この液圧式ダンパでは適切なフェイルセーフが得られない。つまり、特許文献１のサスペンション装置においては、電磁アクチュエータがフェイルした場合、高周波振動に対しては液圧式ダンパが働いてある程度の減衰力を発生させることができるものの、通常の低い周波数帯域の振動に対しては、液圧式ダンパのピストンとシリンダとが電磁アクチュエータのボールネジ軸と一体的に上下振動してしまうため、ピストンとシリンダとの相対運動が得られず減衰力を発生させることができない。従って、電磁アクチュエータに直列に設けた液圧式ダンパでは、電磁アクチュエータのフェイルに対して有効ではない。

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、サスペンション装置の大型化を抑制しつつ電磁アクチュエータのフェイルセーフ機能を設けることを目的とする。

上記課題を解決する本発明の特徴は、ネジ軸（３２１）と前記ネジ軸に螺合するナット（３２２）とを有し車両のバネ上部材とバネ下部材との間の上下方向の相対運動を前記ネジ軸と前記ナットとの間の相対回転運動に変換するネジ機構（３２）と、前記ネジ機構に連結され前記ネジ軸と前記ナットとの間の相対回転運動によりロータ（３１０）が回転する電動モータ（３１）とを有する電磁アクチュエータ（３０）を備え、前記電磁アクチュエータにより、前記バネ上部材と前記バネ下部材との間の上下方向の相対運動に対して減衰力を発生するサスペンション装置において、
前記ネジ軸の外周面を隙間をあけて覆う円筒体（３１２）を、前記ネジ軸と同軸状で、かつ、前記ナットに連結して配設するとともに、前記円筒体と前記ネジ軸との間の隙間に粘性油（４０）が封入される油封入室（４１）を形成することにより、前記ネジ軸と前記ナットとが相対回転運動したときに前記円筒体と前記ネジ軸との相対運動により発生する前記粘性油の粘性せん断力を減衰力として作用させることにある。

本発明のサスペンション装置は、電磁アクチュエータを備え、この電磁アクチュエータが、バネ上部材（車体）とバネ下部材（車輪）との間の上下方向の相対運動に対して減衰力を発生する。電磁アクチュエータは、ネジ機構と電動モータを有する。ネジ機構は、ネジ軸とネジ軸に螺合するナットとを有し車両のバネ上部材とバネ下部材との間の上下方向の相対運動をネジ軸とナットとの間の相対回転運動に変換する。電動モータは、ネジ機構に連結され、ネジ軸とナットとの間の相対回転運動によりロータが回転するように構成され、ロータの回転により発生する電磁力により減衰力を発生する。この場合、電動モータへの通電により、ロータを積極的に回転させて、減衰力だけでなく推進力を発生させるようにしてもよい。

ネジ軸の外周面には、ナットに連結された円筒体が配設される。円筒体は、ネジ軸と同軸状であって、ネジ軸の外周面を隙間をあけて覆うように設けられる。そして、円筒体とネジ軸との間の隙間に粘性油が封入される油封入室が形成される。円筒体はナットに連結されているため、車両のバネ上部材とバネ下部材とが上下方向に相対運動すると、円筒体とネジ軸とが相対回転運動する。これにより、円筒体とネジ軸との間に封入された粘性油に粘性せん断力が発生する。この粘性せん断力は、バネ上部材とバネ下部材との上下方向の相対運動を減衰させる減衰力として働く。従って、本発明においては、電磁アクチュエータと並列に粘性せん断力発生機構を備えた構成となっている。

電動モータがフェイルしてフリー状態になった場合には、電動モータで減衰力を発生させることができない。しかし、円筒体とネジ軸との間に封入された粘性油の粘性せん断力により減衰力を発生させることができる。この結果、本発明によれば、サスペンション装置の大型化を抑制しつつ電磁アクチュエータのフェイルセーフ機能を備えることができる。また、粘性油は、ネジ機構の潤滑剤としても作用するためネジ機構の耐久性が向上する。

本発明の他の特徴は、前記円筒体は、前記ナットに連結される前記電動モータのロータであることにある。

本発明においては、電動モータのロータが円筒状に形成されてナットに同軸状に連結され、このロータがネジ軸の外周面を隙間をあけて覆う円筒体となっている。つまり、本発明は、ネジ軸の外周面を隙間をあけて覆う電動モータの円筒状のロータを、ネジ軸と同軸状で、かつ、ナットに同軸状に連結して備えている。バネ上部材とバネ下部材とが上下方向に相対運動すると、これに伴ってネジ軸が軸線方向に移動してナットが回転し、これによりロータ（円筒体）が回転する。円筒状のロータとネジ軸との間の隙間には、粘性油が封入されているため、ロータの回転により粘性油に粘性せん断力が発生する。また、ネジ軸がロータに対して軸線方向に相対移動することによっても、粘性油に粘性せん断力が発生する。これにより、バネ上部材とバネ下部材との上下方向の相対運動を減衰させることができる。

この構成においては、電動モータのロータをネジ軸の外周面を覆う円筒体として兼用しているため、一層コンパクトに粘性せん断力発生機構を設けることができる。

本発明の他の特徴は、前記バネ上部材と前記バネ下部材との間の上下方向の相対運動を減衰させるために必要な必要作用力を演算する必要作用力演算手段（１４０）と、前記粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力を演算する粘性油減衰力演算手段（１３０）と、前記必要作用力演算手段により演算された必要作用力と、前記粘性油減衰力演算手段により演算された前記粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力とに基づいて、前記電動モータで発生させる目標モータ力を演算する目標モータ力演算手段（１５０）と、前記目標モータ力演算手段により演算された前記目標モータ力が発生するように前記モータの通電を制御するモータ制御手段（７０）とを備えたことにある。

本発明においては、必要作用力演算手段が、バネ上部材とバネ下部材との間の上下方向の相対運動を減衰させるために必要な必要作用力を演算し、粘性油減衰力演算手段が、粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力を演算する。そして、目標モータ力演算手段が、必要作用力演算手段により演算された必要作用力と、粘性油減衰力演算手段により演算された粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力とに基づいて、電動モータで発生させる目標モータ力を演算する。例えば、必要作用力から、粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力を減算した値、あるいは、その値に応じて設定される値を目標モータ力として演算する。モータ制御手段は、目標モータ力が発生するように電動モータの通電を制御する。これにより、バネ上部材とバネ下部材との間の上下方向の相対運動を適切に減衰させることができる。

本発明の他の特徴は、前記粘性油減衰力演算手段は、前記粘性油の温度が高くなるほど前記粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力が少なくなるように前記減衰力を演算することにある。

粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力は、粘性油の温度が高くなるほど低下する。そこで、本発明においては、粘性油減衰力演算手段は、粘性油の温度が高くなるほど粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力が少なくなるように減衰力を演算する。従って、粘性せん断力により発生する減衰力を適切に演算することができる。この場合、粘性油減衰力演算手段は、粘性油の温度を直接的にあるいは推定により検出する温度検出手段を備え、この温度検出手段により検出した粘性油の温度を用いて減衰力を補正するようにするとよい。

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、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。

本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。 サスペンション本体の部分断面概略図である。 サスペンションＥＣＵの制御処理を表す機能ブロック図である。 温度補正マップを表すグラフである。 減衰力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、本実施形態に係るサスペンション装置の概略システム構成図である。

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の作動を制御するサスペンション制御装置１００とを備える。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は、特に前後左右を区別する場合を除き、本明細書において単にサスペンション本体１０および車輪Ｗと総称される。

図２は、サスペンション本体１０の部分断面概略図である。図示するように、サスペンション本体１０は、エアバネ装置２０と、電磁アクチュエータ３０とを備える。エアバネ装置２０は、空気の弾性（圧縮性）を利用して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。このエアバネ装置２０に支えられる側、つまり車体Ｂ側の部材がバネ上部材であり、エアバネ装置２０を支持する側、つまり車輪Ｗ側の部材がバネ下部材である。したがって、エアバネ装置２０および電磁アクチュエータ３０は、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に並列に設けられる。

電磁アクチュエータ３０は、電動モータ３１とボールネジ機構３２とを備える。電動モータ３１は、ＤＣブラシレスモータであって、モータケーシング３１１と、円筒状の回転軸３１２と、永久磁石３１３と、極体３１４とを備える。モータケーシング３１１は電動モータ３１の外郭を構成するハウジングであり、図示上下方向に軸を持つ段付円筒形状とされる。回転軸３１２は、モータケーシング３１１と同軸状にモータケーシング３１１内に配設され、軸受３３１，３３２によりモータケーシング３１１に回転可能に支持される。この回転軸３１２の外周面に永久磁石３１３が固定される。回転軸３１２および永久磁石３１３により電動モータ３１のロータ３１０が構成される。永久磁石３１３に対向するように極体３１４（コアにコイルが巻回されたもの）が、モータケーシング３１１の内周面に固定される。極体３１４により電動モータ３１のステータが構成される。

ボールネジ機構３２は、ネジ溝３２１ａが形成されたボールネジ軸３２１と、このボールネジ軸３２１のネジ溝３２１ａに螺合するボールネジナット３２２とを備える。ボールネジナット３２２はモータケーシング３１１内に配設され、回転軸３１２の下端部分に同軸状に連結されるとともに、ボールベアリングを介して回転可能且つ軸線方向移動不能にモータケーシング３１１に支持される。したがって、回転軸３１２が回転すると、それに伴いボールネジナット３２２も回転する。

ボールネジ軸３２１は、モータケーシング３１１に同軸状に配置されており、モータケーシング３１１内にてボールネジナット３２２に螺合するとともに、その上方部分が回転軸３１２の内周側に隙間をあけて収納される。また、ボールネジ軸３２１の下方部分はモータケーシング３１１の下端面を突き抜けてさらに下方に延在する。ボールネジ軸３２１の下方先端には、連結軸３５０が接続される。連結軸３５０の下方先端には、バネ下部材のロアアームと連結するためのブラケット３５１が設けられる。

ボールネジナット３２２の下方には、スプラインナット３５が配設される。このスプラインナット３５はモータケーシング３１１の下方部位に配置固定される。スプラインナット３５にはスプラインが形成された貫通孔が設けられており、この貫通孔にボールネジ軸３２１が挿通される。なお、ボールネジ軸３２１のネジ溝３２１ａにはスプライン溝も同時に形成されている。したがってボールネジ軸３２１は、スプラインナット３５にスプライン嵌合し、回転不能かつ軸線方向移動可能にスプラインナット３５に支持される。モータケーシング３１１の最下方部分は有底円筒状に形成され、底部に穿設された貫通孔３１５をボールネジ軸３２１が貫通する。この貫通孔３１５の周囲には、ボールネジ軸３２１とモータケーシング３１１との隙間を塞ぐシール部材３１６が設けられる。尚、ボールネジ軸３２１は、後述するようにバネ上部材とバネ下部材との上下方向の相対運動により軸線方向にストローク移動するが、そのストローク移動範囲において、ネジ溝３２１ａの形成部がモータケーシング３１１の貫通孔３１５に達しないような位置関係に設定されている。

このように構成されるボールネジ機構３２においては、ボールネジ軸３２１の軸線方向の直線運動をボールネジナット３２２の回転運動、つまり、電動モータ３１のロータ３１０の回転運動に変換する機能と、電動モータ３１のロータ３１０の回転運動をボールネジ軸３２１の軸線方向の直線運動に変換する機能の双方を備えた変換機構として働く。

電動モータ３１の回転軸３１２の中空部には、ボールネジ軸３２１が回転軸３１２と同軸状に配置される。この状態において、ボールネジ軸３２１は、その外周面が回転軸３１２により所定の隙間をあけて覆われる。ボールネジ軸３２１は、ネジ溝３２１ａが形成されていない部分が回転軸３１２の先端よりも上方にまで延設される。回転軸３１２の上方先端開口は、ボールネジ軸３２１を挿通するリング状の閉止部材３１７により塞がれる。ボールネジ軸３２１は、そのストローク移動範囲において、ネジ溝３２１ａの形成部が閉止部材３１７の挿通孔３１７ａに達しないような位置関係に設定されている。また、閉止部材３１７には、ボールネジ軸３２１との隙間を塞ぐシール部材３１８が設けられる。

電動モータ３１の回転軸３１２の中空部には、粘性油４０が封入される。本実施形態においては、粘性油４０の封入される領域を密閉区画するために、ボールネジナット３２２に近い側における回転軸３１２の外周面とモータケーシング３１１の内周面との隙間を塞ぐシール部材３１９を設ける。これにより、３つのシール部材３１６，３１８，３１９により、粘性油４０の封入される領域が区画形成される。この例においては、主に、回転軸３１２の内周面とボールネジ軸３２１の外周面との間の隙間に油封入室４１が形成される。粘性油４０としては、粘度の高い油、例えば、シリコンオイルを使用するとよい。尚、粘性油４０は、回転軸３１２の上方先端開口の閉止部材３１７を外した状態で、その開口から回転軸３１２の内部に注入するようにすればよい。

モータケーシング３１１の外周には、温度センサ５０が設けられる。電動モータ３１の温度は、回転軸３１２内に封入された粘性油４０の温度と同等であると考えることができる。そこで、本実施形態においては、温度センサ５０により検出した電動モータ３１の温度を粘性油４０の温度とみなして粘性油４０の温度を推定できるように構成されている。

エアバネ装置２０は、第１筒部２１と、第１筒部２１の外周側に配置された第２筒部２２と、第２筒部２２の上端部分にその下端部分が接続され、その上端部分にてブラケット２５を介してモータケーシング３１１に接続された第３筒部２３と、袋状に形成されて内周部分が第１筒部２１の外周に連結され外周部分が第２筒部２２の内周に連結されたダイヤフラム２４とを備える。第１筒部２１の下端は、内側に曲げられて連結軸３５０に接続される。これにより、第１筒部２１と、第２筒部２２と、第３筒部２３と、ダイヤフラム２４とにより、エアチャンバ２６が区画形成される。エアチャンバ２６には、流体としての圧縮空気が封入されている。この圧縮空気の圧力によりバネ上部材が支持される。

また、第３筒部２３には、エアチャンバ２６内に空気を供給したりエアチャンバ２６内から空気を排出したりする給排口としてのノズル８０が設けられる。このノズル８０には、図示しない給排装置からの高圧空気流路となる給排気管が接続され、ノズル８０からの給排気によりエアチャンバ２６内の空気圧が調整されるようになっている。

第１筒部２１の上端外周には、上方に伸びた第４筒部２７が連結される。第４筒部２７の上端は、径外方に拡がった鍔状の中央ストッパ２８が設けられている。また、第２筒部２２の上端は、内側に曲げられてリング板状に形成されており、そのリング板面に弾性材からなるリバウンドストッパ２９ａが中央ストッパ２８の板面（下面）と向かい合うように固定して設けられている。また、ブラケット２５の下面には、弾性材からなるバウンドストッパ２９ｂが中央ストッパ２８の板面（上面）と向かい合うように固定して設けられている。

従って、バネ上部材とバネ下部材との相対移動は、中央ストッパ２８とリバウンドストッパ２９ａとの当接、および、中央ストッパ２８とバウンドストッパ２９ｂとの当接により規制される。この場合、バネ上部材とバネ下部材との離間距離は、中央ストッパ２８とリバウンドストッパ２９ａとが当接する位置において最大となり、中央ストッパ２８とバウンドストッパ２９ｂとが当接する位置において最小となる。

また、サスペンション本体１０は、車体Ｂに形成される孔部から電動モータ３１のモータケーシング３１１の上方部分が上部に突出するように配置され、且つそのような配置状態を保つように、アッパーサポート１２を介して車体Ｂに取り付けられている。アッパーサポート１２は樹脂部材１２ａとブラケット１２ｂとからなり、弾性的にサスペンション本体１０を車体Ｂに連結する。

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、路面入力などの外力が加えられた場合、その外力が連結軸３５０を介してボールネジ軸３２１に働く。これによりボールネジ軸３２１が、その軸線方向に移動し、ボールネジナット３２２が回転して、電動モータ３１のロータ３１０が回される。このとき電動モータ３１は、発電機として作用し、後述する３相インバータ７２を介して極体３１４のコイルに電流が流れて発電制動力を発生する。これにより、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する抵抗力（減衰力）が発生して、バネ上部材とバネ下部材との間の相対振動が抑制される。

また、電動モータ３１のロータ３１０が回されると、回転軸３１２とボールネジ軸３２１との間に封入されている粘性油４０に粘性せん断力が発生する。この粘性せん断力は、回転軸３１２とボールネジ軸３２１との相対回転運動を減衰させる減衰力として働く。尚、粘性せん断力は、回転軸３１２とボールネジ軸３２１とが軸線方向にも相対直線運動するため、その相対直性運動を減衰させる減衰力としても働く。従って、ボールネジ機構３２と、回転軸３１２とボールネジ軸３２１との間に封入されている粘性油とで粘性せん断力発生機構を構成している。この場合、バネ上部材とバネ下部材との間の相対運動を減衰させる減衰力は、電動モータ３１で発生する電磁力（発電制動力）と、粘性油４０で発生する粘性せん断力との合計となる。

また、車載バッテリ(図示略）から電動モータ３１に電力供給することにより電動モータ３１が回転すると、回転軸３１２に連結したボールネジナット３２２が回転する。ボールネジナット３２２の回転によってボールネジ軸３２１が軸線方向に移動する。これによりバネ上部材とバネ下部材との間の相対距離が変化する。このようにして、電動モータ３１は、バネ上部材とバネ下部材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。この場合においても、回転軸３１２とボールネジ軸３２１との間に封入されている粘性油４０に粘性せん断力が発生する。この粘性せん断力は、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動を減衰させるものとなる。従って、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する推進力は、電動モータ３１で発生する力から粘性油で発生する粘性せん断力を減算したものとなる。

次に、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１００について説明する。以下、サスペンション制御装置１００をサスペンションＥＣＵ１００と呼ぶ。サスペンションＥＣＵ１００は、図１に示すように、車体Ｂに搭載される。サスペンションＥＣＵ１００には、バネ上加速度センサ６１とバネ下加速度センサ６２と温度センサ５０とが接続される。バネ上加速度センサ６１は、バネ上部材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、バネ上部材の各輪位置における上下方向に沿った加速度（バネ上上下加速度）を検出し、バネ上上下加速度を表す検出信号Ｇ２を出力する。バネ下加速度センサ６２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などのバネ下部材に設けられており、そのバネ下部材の上下方向に沿った加速度（バネ下上下加速度）を検出し、バネ下上下加速度を表す検出信号Ｇ１を出力する。温度センサ５０は、電動モータ３１のモータケーシング３１１に設けられており、モータ温度を表す検出信号ｔを出力する。

サスペンションＥＣＵ１００は、マイクロコンピュータを主要部として備える。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、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する推進力または減衰力の目標値を演算する。尚、ここでは、「推進力または減衰力」と表現しているが、これは、電磁アクチュエータ３０が推進力と減衰力とを同時に発生するものではなく何れか一方を発生するから「または」と表現しているのであって、電磁アクチュエータ３０の発生する力は、振動の状態に応じて推進力になったり減衰力になったりするものである。電動モータ３１が発生する上記推進力または減衰力を、本明細書においてモータ力と呼ぶ。また、上記推進力または減衰力の目標値を、本明細書において目標モータ力と呼ぶ。

サスペンションＥＣＵ１００は、目標モータ力に対応する制御信号をモータドライブ制御装置（以下、モータＥＤＵと呼ぶ）７０に出力する。モータＥＤＵ７０は、各サスペンション本体１０ＦＬ，１０ＦＲ，１０ＲＬ，１０ＲＲの近傍に設けられ、サスペンションＥＣＵ１００とワイヤハーネスにて接続されており、サスペンションＥＣＵ１００から出力された制御信号を入力し、その制御信号に従って目標モータ力が発生するように電動モータ３１を駆動制御する。

図３は、サスペンションＥＣＵ１００におけるマイクロコンピュータが行う制御処理を表す機能ブロック図である。各機能部は、マイクロコンピュータのＲＯＭに記憶された制御プログラムを所定の演算周期で繰り返し実行することにより実現されるものである。サスペンションＥＣＵ１００は、バネ上減衰制御力演算部１１０と、バネ下減衰制御力演算部１２０と、粘性油減衰力演算部１３０と、必要作用力演算部１４０と、目標モータ力演算部１５０とを備えている。

バネ上減衰制御力演算部１１０は、バネ上ローパスフィルタ処理部１１１と、バネ上速度演算部１１２と、バネ上ゲイン乗算部１１３とから構成される。バネ上ローパスフィルタ処理部１１１は、バネ上加速度センサ６１の出力する検出信号Ｇ２を入力し、次式の伝達関数Ｈ（ｓ）によって表されるローパスフィルタを用いて、バネ上上下加速度を表す検出信号Ｇ２の高周波ノイズ成分をフィルタ処理して除去する。
Ｈ（ｓ）＝Ｋ・（１／（１＋ｓτ））
ここで、ｓはラプラス演算子であり、τはフィルタの時定数、Ｋは通過域のゲインである。

バネ上ローパスフィルタ処理部１１１は、フィルタ処理して得たバネ上上下加速度ｘ_２”をバネ上速度演算部１１２に出力する。バネ上速度演算部１１２は、バネ上上下加速度ｘ_２”を入力し、時間で積分することにより、バネ上部材の上下方向に沿った速度であるバネ上上下速度ｘ_２’を演算し、その演算結果をバネ上ゲイン乗算部１１３に出力する。バネ上ゲイン乗算部１１３は、バネ上上下速度ｘ_２’にバネ上ゲインＣ_２（減衰係数に相当する）を乗算することにより、バネ上部材の振動を減衰するように働くバネ上減衰制御力（Ｃ_２・ｘ_２’）を演算し、その演算結果を必要作用力演算部１４０に出力する。尚、ｘ_２は、バネ上部材の基準位置からの上下変位量を表す。

バネ下減衰制御力演算部１２０は、バネ下ローパスフィルタ処理部１２１と、バネ下速度演算部１２２と、バネ下ゲイン乗算部１２３とから構成される。バネ下ローパスフィルタ処理部１２１は、バネ下加速度センサ６２の出力する検出信号Ｇ１を入力し、伝達関数Ｈ（ｓ）によって表されるローパスフィルタを用いて、バネ下上下加速度を表す検出信号Ｇ１の高周波ノイズ成分をフィルタ処理して除去する。

バネ下ローパスフィルタ処理部１２１は、フィルタ処理して得たバネ下上下加速度ｘ_１”をバネ下速度演算部１２２に出力する。バネ下速度演算部１２２は、バネ下上下加速度ｘ_１”を入力し、時間で積分することにより、バネ下部材の上下方向に沿った速度であるバネ下上下速度ｘ_１’を演算し、その演算結果をバネ下ゲイン乗算部１２３に出力する。バネ下ゲイン乗算部１２３は、バネ下上下速度ｘ_１’にバネ下ゲインＣ_１（減衰係数に相当する）を乗算することにより、バネ下部材の振動を減衰するように働くバネ下減衰制御力（Ｃ_１・ｘ_１’）を演算し、その演算結果を必要作用力演算部１４０に出力する。尚、ｘ_１は、バネ下部材の基準位置からの上下変位量を表す。

必要作用力演算部１４０は、バネ上減衰制御力（Ｃ_２・ｘ_２’）とバネ下減衰制御力（Ｃ_１・ｘ_１’）とを入力し、バネ上部材とバネ下部材とのあいだに作用させるべき必要作用力ｆoutを次式により計算する。
ｆout＝Ｃ_２・ｘ_２’−Ｃ_１・ｘ_１’
この必要作用力ｆout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により、バネ上部材およびバネ下部材の振動を減衰させるために必要とされる力を計算したものである。必要作用力演算部１４０は、算出した必要作用力ｆoutを目標モータ力演算部１５０に出力する。

粘性油減衰力演算部１３０は、補正係数演算部１３１と減衰力演算部１３２とを備える。補正係数演算部１３１は、温度センサ５０により検出されるモータ温度を粘性油４０の温度ｔとみなして、油温度ｔに応じた補正係数Ｋｔを演算する。補正係数演算部１３１は、図４に示すような補正係数マップを記憶しており、この補正係数マップを参照して油温度ｔから補正係数Ｋｔを演算する。この補正係数マップは、粘性油４０の粘度の温度特性に基づいて設定されている。補正係数マップは、油温度ｔが高くなるにしたがって減少する補正係数Ｋｔを設定する特性を有する。この例では、補正係数Ｋｔは、油温度ｔが予め設定された基準温度ｔ０の時に「１」に設定され、油温度ｔが基準温度ｔ０よりも高くなるにしたがって「１」よりも減少し、油温度ｔが基準温度ｔ０よりも低くなるにしたがって「１」よりも増加する値に設定される。

減衰力演算部１３２は、バネ上速度演算部１１２で演算したバネ上上下速度ｘ_２’と、バネ下速度演算部１２２で演算したバネ下上下速度ｘ_１’と、補正係数演算部１３１で演算した補正係数Ｋｔを入力し、次式により、粘性せん断力発生機構の粘性油４０で発生する減衰力（以下、粘性油減衰力ｆoilと呼ぶ）を演算する。
ｆoil＝（ｘ_２’−ｘ_１’）・Ｃoil・Ｋｔ

（ｘ_２’−ｘ_１’）は、サスペンション装置のストローク速度に相当する。Ｃoilは、予め設定された粘性せん断力発生機構の減衰係数（油温度ｔが基準温度ｔ０となるときの減衰係数）である。粘性せん断力発生機構の減衰係数は、粘性油４０の粘度に比例する。また、粘性油４０の粘度は、その温度に応じて変化する。従って、上記式においては、減衰係数Ｃoilに補正係数Ｋｔを乗算することで、粘性油４０の温度に応じた減衰係数Ｃoil・Ｋｔを求め、その補正された減衰係数Ｃoil・Ｋｔにストローク速度（ｘ_２’−ｘ_１’）を乗算して粘性油減衰力ｆoilを求める。減衰力演算部１３２は、算出した粘性油減衰力ｆoilを目標モータ力演算部１５０に出力する。

目標モータ力演算部１５０は、必要作用力演算部１４０で演算した必要作用力ｆoutと、粘性油減衰力演算部１３０で演算した粘性油減衰力ｆoilとを入力し、必要作用力ｆoutから粘性油減衰力ｆoilを減算して目標モータ力ｆmotor^＊を求める。目標モータ力演算部１５０は、算出した目標モータ力ｆmotor^＊に対応する制御信号をモータＥＤＵ７０に出力する。尚、必要作用力ｆoutが推進力となる場合においては、粘性油減衰力ｆoilが推進力に対する抵抗となるため、目標モータ力ｆmotor^＊の大きさ（絶対値）は、必要作用力ｆoutの大きさ（絶対値）に粘性油減衰力ｆoilの大きさ（絶対値）を加算した値となる。

モータＥＤＵ７０は、ＰＷＭ制御信号出力部７１と３相インバータ７２とを備えている。ＰＷＭ制御信号出力部７１は、目標モータ力演算部１５０から出力された目標モータ力ｆmotor^＊に対応する制御信号に基づいてＰＷＭ制御信号を生成し、そのＰＷＭ制御信号を３相インバータ７２のスイッチング素子に出力する。このＰＷＭ制御信号は、目標モータ力ｆmotor^＊を電動モータ３１で発生するように３相インバータ７２の各スイッチング素子のデューティ比が設定された制御信号である。

３相インバータ７２には、図示しない車載バッテリから電源が供給されている。従って、３相インバータ７２のスイッチング素子のデューティ比が制御されることにより、目標モータ力ｆmotor^＊に応じた電流が車載バッテリから電動モータ３１に流れて、電動モータ３１が目標モータ力ｆmotor^＊を発生する。このとき電動モータ３１からの回生電流が目標通電量よりも多ければ、その差分だけ車載バッテリ側に回生電流が流れ、逆に、電動モータ３１からの回生電流が目標通電量よりも少なければ、その差分だけ車載バッテリから電動モータ３１に通電される。

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、回転軸３１２とボールネジ軸３２１との隙間に粘性油４０を封入した油封入室４１を設けたため、電磁アクチュエータ３０と並列に粘性せん断力発生機構を備えることができる。従って、電動モータ３１が断線等によりフェイルした場合であっても、粘性せん断力発生機構の作用により、バネ上部材とバネ下部材との間の相対運動に対して減衰力を発生させることができ、電磁アクチュエータ３０のフェイルセーフ機能を持たせることができる。

また、粘性せん断力発生機構は、電動モータ３１のロータ３１０を構成する回転軸３１２と、ボールネジ軸３２１との隙間に粘性油４０を封入して構成されるため、粘性せん断力を発生させるための特別な回転部材を設ける必要が無く、サスペンション装置の大型化を抑制することができる。また、ボールネジ軸３２１の外周面を覆うロータ３１０の内周面が、ボールネジ軸３２１の外周面に比べて広い面積となるため、ボールネジ軸３２１を回転させる構成に比べて大きな粘性せん断力を発生させることができる。

また、粘性油４０がボールネジ機構３２の潤滑剤として作用するため、ボールネジ機構３２の耐久性が向上する。

また、従来装置（特許文献１）においては、電磁アクチュエータに液圧式ダンパを直列に設けて路面から入力された高周波振動を吸収するが、本実施形態においては、そうした液圧式ダンパを設けなくても、粘性せん断力発生機構にて発生する粘性せん断力により高周波振動を減衰させることができる。従って、液圧式ダンパを設ける必要がなく、サスペンション装置を一層コンパクト化することができる。

また、目標モータ力ｆmotor^＊の計算するにあたっては、必要作用力ｆoutから粘性油減衰力ｆoilを減算するようにしているため、バネ上部材とバネ下部材との間の上下方向の相対運動を適切に減衰させることができる。また、粘性油減衰力ｆoilの計算にあたっては、温度センサ５０により検出したモータ温度を粘性油４０の温度とみなして、その検出温度が高くなるほど粘性油減衰力ｆoilが小さくなるように補正演算するため、粘性油４０の温度に応じた適切な粘性油減衰力ｆoilを演算することができる。

以上、本実施形態の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、バネ上部材とバネ下部材との間の相対運動に対する減衰力だけでなく推進力を発生させるアクティブ制御により車両の制振制御を行っているが、電動モータ３１の発電制動力のみを使ったパッシブ制御により減衰力を発生させる構成であってもよい。

パッシブ制御を行う場合、乗り心地を向上させるためには、図５に実線にて示すように、ストローク速度（バネ上部材とバネ下部材との間の相対速度）が中速以上となる範囲において、ストローク速度に対する減衰力の大きさを低減する（減衰係数を低減する）ような折れ線特性にするとよいが、粘性せん断力はストローク速度に比例するため、このような特性が得られない。そこで、電動モータ３１で発生させる減衰力と、粘性せん断力発生機構で発生する減衰力との和が、この折れ線に示すような特性になるように、電動モータ３１で発生させる減衰力を調整する、つまり、ストローク速度が所定値以上となる範囲において電磁アクチュエータ３０の減衰係数を低減するようにするとよい。これによれば、ゴツゴツ感を低減することができる。

また、本実施形態においては、車両の上下振動を抑制するように、バネ上減衰制御力とバネ下減衰制御力とに基づいて必要作用力ｆoutを演算しているが、例えば、車両姿勢変化を抑制するように働く制御量（ロール抑制制御量、ピッチ抑制制御量）を加味するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、電動モータ３１の温度を粘性油４０の温度とみなして粘性せん断力を計算しているが、粘性油４０の温度を直接的に検出するようにしてもよい。また、電動モータ３１に流れる電流を検出し、その電流の大きさから計算される発熱量に基づいて、粘性油４０の温度を推定する構成であってもよい。また、粘性油４０の温度に基づいて粘性せん断力発生機構の粘性油４０で発生する減衰力を補正しない構成であってもよい。

１０…サスペンション本体、２０…エアバネ装置、３０…電磁アクチュエータ、３１…電動モータ、３２…ボールネジ機構、３５…スプラインナット、４０…粘性油、４１…油封入室、５０…温度センサ、６１…バネ上加速度センサ、６２…バネ下加速度センサ、１００…サスペンション制御装置、１１０…バネ上減衰制御力演算部、１２０…バネ下減衰制御力演算部、１３０…粘性油減衰力演算部、１３１…補正係数演算部、１３２…減衰力演算部、１４０…必要作用力演算部、１５０…目標モータ力演算部、３１０…ロータ、３１１…モータケーシング、３１２…回転軸、３１３…永久磁石、３１４…極体、３１６，３１８，３１９…シール部材、３１７…閉止部材、３２１…ボールネジ軸、３２１ａ…ネジ溝、３２２…ボールネジナット。

Claims (4)

1. ネジ軸と前記ネジ軸に螺合するナットとを有し車両のバネ上部材とバネ下部材との間の上下方向の相対運動を前記ネジ軸と前記ナットとの間の相対回転運動に変換するネジ機構と、前記ネジ機構に連結され前記ネジ軸と前記ナットとの間の相対回転運動によりロータが回転する電動モータとを有する電磁アクチュエータを備え、前記電磁アクチュエータにより、前記バネ上部材と前記バネ下部材との間の上下方向の相対運動に対して減衰力を発生するサスペンション装置において、
   前記ネジ軸の外周面を隙間をあけて覆う円筒体を、前記ネジ軸と同軸状で、かつ、前記ナットに連結して配設するとともに、前記円筒体と前記ネジ軸との間の隙間に粘性油が封入される油封入室を形成することにより、前記ネジ軸と前記ナットとが相対回転運動したときに前記円筒体と前記ネジ軸との相対運動により発生する前記粘性油の粘性せん断力を減衰力として作用させることを特徴とするサスペンション装置。
2. 前記円筒体は、前記ナットに連結される前記電動モータのロータであることを特徴とする請求項１記載のサスペンション装置。
3. 前記バネ上部材と前記バネ下部材との間の上下方向の相対運動を減衰させるために必要な必要作用力を演算する必要作用力演算手段と、
   前記粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力を演算する粘性油減衰力演算手段と、
   前記必要作用力演算手段により演算された必要作用力と、前記粘性油減衰力演算手段により演算された前記粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力とに基づいて、前記電動モータで発生させる目標モータ力を演算する目標モータ力演算手段と、
   前記目標モータ力演算手段により演算された前記目標モータ力が発生するように前記モータの通電を制御するモータ制御手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１または２記載のサスペンション装置。
4. 前記粘性油減衰力演算手段は、前記粘性油の温度が高くなるほど前記粘性油の粘性せん断力により発生する減衰力が少なくなるように前記減衰力を演算することを特徴とする請求項３記載のサスペンション装置。

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