JP2019209781A - 電磁サスペンション装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、道路勾配の緩急、車載重量の増減、車両が加減速・旋回走行中か否か等にかかわらず、良好な乗り心地を維持可能な電磁サスペンション装置を提供することを目的とする。
なお、以下に示す図面において、同一の部材又は相当する部材間には同一の参照符号を付するものとする。また、部材のサイズ及び形状は、説明の便宜のため、変形又は誇張して模式的に表す場合がある。
はじめに、本発明の参考例及び実施形態に係る電磁サスペンション装置11に共通の基本構成について、図1及び図2を参照して説明する。
図1は、本発明の参考例(前提技術)に係る電磁サスペンション装置11に共通の全体構成図である。図2は、電磁サスペンション装置11の一部を構成する電磁アクチュエータ13の部分断面図である。
本実施形態では、複数の電磁アクチュエータ13は、前輪(左前輪・右前輪)、及び後輪(左後輪・右後輪)を含む各車輪毎に、都合4つ配設されている。
電動モータ31は、ECU15が複数の電磁アクチュエータ13のそれぞれに電力供給線14を介して供給する駆動制御電力の大きさに応じて、その回転駆動が制御される。
このように、上向きの振動に係る外力に対抗する反力である減衰力(ストローク速度の向きと異なる方向の力)をボールねじ軸23に作用させることにより、車輪側から車体側へと伝えられようとする振動を減衰させる。
次に、電磁サスペンション装置11に備わるECU15の内部構成について、図3を参照して説明する。図3は、電磁サスペンション装置11に備わるECU15の内部構成図である。
こうした駆動力制御機能を実現するために、ECU15は、図3に示すように、情報取得部51と、ばね制御力算出部53と、駆動力演算部55と、駆動制御部57と、を備えて構成されている。
情報取得部51で取得した電磁アクチュエータ13のストローク位置に関する時系列情報は、ばね制御力算出部53及び駆動力演算部55にそれぞれ送られる。
次に、本発明の参考例に係る電磁サスペンション装置11に備わるECU15のばね制御力算出部53及び駆動力演算部55周辺のブロック構成について、図4A、図4Bを参照して説明する。図4Aは、本発明の参考例に係るばね制御力算出部53及び駆動力演算部55周辺のブロック構成図である。図4Bは、図4Aに示す駆動力演算部55に備わるばね制御力第1補正レシオマップ65の説明図である。
ただし、電磁アクチュエータ13のストローク中立位置を、車両10の積載重量等に応じて適宜シフトさせる構成を採用しても構わない。
ストローク位置が中立位置を含む中立領域CT1に存するケースでは、ばね制御力第1補正レシオLT11の値として固定値「−1」が設定される。
また、ストローク位置が中立領域CT1と伸び側及び縮み側終端領域CT3、CT3との間の中間領域CT2、CT2に存するケースでは、ばね制御力第1補正レシオLT12の値として、ストローク位置が中立側から伸び側終端又は縮み側終端の側に近づくに連れて線形に漸増するような可変値が設定される。
そして、ストローク位置が伸び側終端近傍にある伸び側終端領域CT3又は縮み側終端近傍にある縮み側終端領域CT3に存するケースでは、ばね制御力第1補正レシオLT13の値として固定値「0」が設定される。
なお、電磁アクチュエータ13のストローク範囲に対する中立領域CT1の幅、並びに、伸び側及び縮み側終端領域CT3の幅は、ばね部材のばね定数を小さくしようとする程度や、電磁アクチュエータ13がフルバンプ又はフルリバウンド状態に陥る事態を未然に抑止することを考慮して、実験やシミュレーション等を通じて適宜の値が設定される。
すなわち、ストローク位置が中立位置を含む中立領域CT1に存するケースでは、機械式のばね部材に係るばね力を弱めることは、ばね部材に係るばね定数を小さくすることと同義である。
機械式のばね部材に係るばね定数は、仮に電磁アクチュエータ13が失陥したとしても、ばね部材によって車両10の車体を確実に支持する要請に応えるために、比較的大きい値が予め設定されている。
そこで、ストローク位置が中立位置を含む中立領域CT1に存するケースでは、ばね部材に係るばね力を弱めるようにばね制御力第1補正レシオLT11の値をLT12、LT13と比べて絶対値の大きい負の値に設定している。これにより、ばね制御力が絶対値の大きい負の値に補正される(減衰力に対してばね制御力を減算することで目標駆動力を得る)ことにより、乗り心地の改善を図る。
すなわち、ストローク位置が伸び側又は縮み側終端領域CT3に存するケースでは、電磁アクチュエータ13がフルバンプ又はフルリバウンド状態に陥るおそれがある。
そこで、ストローク位置が伸び側又は縮み側終端領域CT3に存するケースでは、ストローク位置が中間領域CT2に存する場合に比べて、ばね部材に係るばね力を弱める度合いを緩和するようにばね制御力を補正する。
なお、「ばね部材に係るばね力を弱める度合いを緩和する」とは、ばね部材に係るばね力を弱める制御(以下、「ばね部材に係るばね力を弱める制御」を、「ばね力弱め制御」と省略する場合がある。)を行わない態様を含む。
すなわち、ストローク位置が伸び側又は縮み側終端領域CT3に存するケースでは、ばね力弱め制御を行わない。これにより、電磁アクチュエータ13がフルバンプ又はフルリバウンド状態に陥る事態を未然に抑止する共に、省電力の要求に応えることができる。
減衰力は、図4Aに示す例では、相対速度が大きくなるほど減衰力が大きくなる対数関数的な特性に設定されている。この特性は、従来用いられてきた油圧ダンパの特性にならっている。なお、相対速度がゼロの場合、それに対応する減衰力もゼロとなる。
本発明の参考例に係る駆動力演算部55は、情報取得部51で取得した相対速度、及び、減衰力マップ61の前記記憶内容を参照して、相対速度に対応する減衰力の基準値を算出する。こうして算出された減衰力の基準値は、加算部69に送られる。
次に、本発明の参考例に係る電磁サスペンション装置11の動作について、図5を参照して説明する。図5は、本発明の参考例に係る電磁サスペンション装置11の動作説明に供するフローチャート図である。
また、ばね制御力算出部53は、ステップS11で取得したストローク位置の情報、及び、ばね制御力第1補正レシオマップ65の記憶内容を参照して、ストローク位置に対応するばね制御力第1補正レシオの値を算出する。
さらに、ばね制御力算出部53の乗算部67は、ばね制御力の基準値に、ばね制御力第1補正レシオの値を乗算する。
前記したように、ばね制御力算出部53は、ばね制御力の基準値を、時々刻々と変化するストローク位置に相応しい値に補正する。こうして算出されたばね制御力の補正値は、駆動力演算部55の加算部69に送られる。
次いで、駆動力演算部55の加算部69は、前記のようにして相対速度に対応する減衰力の基準値に、ステップS13でばね制御力算出部53により算出したストローク位置に対応するばね制御力の補正値を加算することにより、減衰力及びばね制御力が統合された目標駆動力に基づく駆動力制御信号を生成する。
ここで、本発明の参考例に係るばね制御力算出部53は、ストローク位置が中立位置を含む中立領域CT1に存する際において、ストローク位置が非中立領域CT2,CT3に存する際と比べて、ばね制御力の補正値として絶対値の大きい負の値を算出する。これは、機械式のばね部材に係るばね力を弱める(ばね部材に係るばね定数を小さくする)ことと同義である。そのため、乗り心地を改善することができる。
次に、本発明の実施形態に係る電磁サスペンション装置11について、図6,図7を参照して説明する。
図6は、本発明の実施形態に係る電磁サスペンション装置11に備わるECU15のばね制御力算出部53及び駆動力演算部55周辺のブロック構成図である。図7は、本発明の実施形態に係る電磁サスペンション装置11の動作説明に供するフローチャート図である。
一般に、車両10の乗り心地の良し悪しを乗員が敏感に感じるのは、車両10の車体振動周波数が1Hz〜20Hz近辺の帯域である。そのため、かかる周波数帯域に属する路面入力が、乗員の感じる乗り心地の良し悪しを大きく左右する。
例えば1Hz以下の周波数帯域に属する車体振動周波数が生じる走行路は、車両10の乗員には、凹凸路ではなく勾配路であると感じられる。
ハイパスフィルタ71は、レゾルバ37で検出された電動モータ31の回転角に係る生データ(ストローク位置時系列情報)を入力し、当該入力した時系列情報のうち、所定のカットオフ周波数fcoを境界とする低周波帯域(f<fco)に属する情報のゲインを減衰させると共に、該低周波帯域と比べて高周波帯域(f>fco)に属する情報のゲインを減衰させることなくそのまま通過させた時系列情報を出力する処理を行う。
この処理により、生データ(ストローク位置時系列情報)に含まれる低周波成分(f<fco)は除去されるが、高周波成分(f>fco)は残る。その結果、生データ(ストローク位置時系列情報)に含まれる低周波成分(f<fco)に由来する前記した課題が解消される。
なお、所定のカットオフ周波数fcoについて、詳しくは後記する。
次に、本発明の実施形態に係る電磁サスペンション装置11の概略動作について、図7を参照して説明する。なお、実施形態に係る電磁サスペンション装置11の動作は、参考例に係る電磁サスペンション装置11の動作と重複する部分が多く存在する。そこで、両者間で共通する動作部分の記載を簡略化し、両者間で相違する動作部分に注目して説明することで、本発明の実施形態に係る電磁サスペンション装置11の動作説明に代えることとする。
また、ばね制御力算出部53は、ステップS21で取得したハイパスフィルタ処理後のストローク位置時系列情報に基づくストローク位置の情報、及び、ばね制御力第1補正レシオマップ65の記憶内容を参照して、ハイパスフィルタ処理後のストローク位置に対応するばね制御力第1補正レシオの値を算出する。
さらに、ばね制御力算出部53の乗算部67は、ばね制御力の基準値に、ばね制御力第1補正レシオの値を乗算する。
前記したように、ばね制御力算出部53は、ばね制御力の基準値を、時々刻々と変化するストローク位置に相応しい値に補正する。こうして算出されたばね制御力の補正値は、駆動力演算部55の加算部69に送られる。
次いで、駆動力演算部55の加算部69は、相対速度に対応する減衰力の基準値に、ステップS23でばね制御力算出部53により算出したハイパスフィルタ処理後の(低周波成分に由来する定常偏差が除去された)ストローク位置の観点で補正されたばね制御力の補正値を加算することにより、減衰力及びばね制御力が統合された目標駆動力に基づく駆動力制御信号を生成する。
次に、本発明の実施形態に係る電磁サスペンション装置11の詳細動作について、図8A〜図8C,図9A〜図9Cを参照して説明する。
図8Aは、平坦路を走行中の車両10に搭載された、本発明の実施形態に係る電磁サスペンション装置11の動作説明に供する説明図である。図8Bは、参考例に係る電磁サスペンション装置の動作説明に供する説明図である。図8Cは、実施形態に係る電磁サスペンション装置11の動作説明に供する説明図である。
図9Aは、登坂路及び降坂路が交互に連なる起伏路を走行中の車両10に搭載された、実施形態に係る電磁サスペンション装置11の動作説明に供する説明図である。図9Bは、参考例に係る電磁サスペンション装置の動作説明に供する説明図である。図9Cは、実施形態に係る電磁サスペンション装置11の動作説明に供する説明図である。
要するに、参考例に係る電磁サスペンション装置11では、図8B,図8Cに対比して示すように、実施形態に係る電磁サスペンション装置11と共通のリアサスペンションストローク値の経時特性を示す。
これは、リアサスペンションストローク実値に係る時系列情報には、ハイパスフィルタ71のカットオフ周波数fco未満の低周波成分(例えば次述の起伏路の、大きなうねりのある路面等で生じる)が含まれていないためである。
これは、起伏路でのリアサスペンションストローク実値に係る時系列情報には、当初、ハイパスフィルタ71のカットオフ周波数fco未満の低周波成分(定常偏差を生じさせる)が含まれていたが、同カットオフ周波数fco未満の低周波成分が、ハイパスフィルタ処理を通して除去されたためである。
そこで、ハイパスフィルタ71のカットオフ周波数fcoには、低周波数を呈する可変値を採る定常偏差の値を減らす(定常偏差の値がゼロになる場合を含む)ように、0.5〜3Hzの範囲に属する周波数の値が適宜設定される。
ちなみに、ハイパスフィルタ71は、電磁アクチュエータ13のストローク経時特性が、平坦路走行時の定常値に対して、所定の低周波数を呈する可変値を採る定常偏差分を重畳した特性を示す非定常状態にある際に、本来のハイパスフィルタ処理機能(定常偏差除去機能)が働く。
次に、本発明に係る電磁サスペンション装置11の作用効果について説明する。
第1の観点に基づく電磁サスペンション装置11は、車両10の車体と車輪の間に備わるばね部材に並設され、車体の振動減衰に係る駆動力を発生させる電磁アクチュエータ13と、電磁アクチュエータ13のストローク位置に関する時系列情報を取得する情報取得部51と、電磁アクチュエータ13の目標駆動力を算出すると共に、当該算出した目標駆動力を用いて電磁アクチュエータの駆動力制御を行うECU(駆動力制御部)15と、を備える。
そこで、第3の観点に基づく電磁サスペンション装置11は、第1第2の観点に基づく電磁サスペンション装置11であって、ハイパスフィルタ71のカットオフ周波数fcoには、0.5〜3Hzの範囲に属する周波数の値が設定される。
以上説明した複数の実施形態は、本発明の具現化の例を示したものである。したがって、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されることがあってはならない。本発明はその要旨またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形態で実施することができるからである。
具体的には、駆動制御部57は、四輪のそれぞれに備わる電磁アクチュエータ13の駆動制御を、各輪毎にそれぞれ独立して行ってもよい。
また、四輪のそれぞれに備わる電磁アクチュエータ13の駆動制御を、前輪側及び後輪側毎にそれぞれ独立して行ってもよいし、左輪側及び右輪側毎にそれぞれ独立して行ってもよい。
11 本発明の参考例及び実施形態に係る電磁サスペンション装置
13 電磁アクチュエータ
15 ECU(駆動力制御部)
51 情報取得部
53 ばね制御力算出部
55 駆動力演算部
57 駆動制御部
71 ハイパスフィルタ
Claims (3)
- 車両の車体と車輪の間に備わるばね部材に並設され、前記車体の振動減衰に係る駆動力を発生させる電磁アクチュエータと、
前記電磁アクチュエータのストローク位置に関する時系列情報を取得する情報取得部と、
前記電磁アクチュエータの目標駆動力を算出すると共に、当該算出した目標駆動力を用いて前記電磁アクチュエータの駆動力制御を行う駆動力制御部と、を備える電磁サスペンション装置であって、
前記情報取得部は、前記電磁アクチュエータのストローク位置に関する時系列情報のうち、所定の低周波帯域に属する情報を減衰させると共に、該低周波帯域と比べて高周波帯域に属する情報を通過させる処理後の時系列情報を、前記電磁アクチュエータのストローク位置に関する時系列情報として取得し、
前記駆動力制御部は、前記情報取得部で取得した前記処理後の時系列情報に基づく前記電磁アクチュエータのストローク位置が中立位置を含む中立領域に存する場合、前記ストローク位置が非中立領域に存する場合に比べて前記ばね部材に係るばね力を弱めるように前記目標駆動力の補正を行う
ことを特徴とする電磁サスペンション装置。 - 車両の車体と車輪の間に備わるばね部材に並設され、前記車体の振動減衰に係る駆動力を発生させる電磁アクチュエータと、
前記電磁アクチュエータのストローク位置に関する時系列情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部で取得したストローク位置に基づいて前記電磁アクチュエータに発生させるばね制御力を算出するばね制御力算出部と、
前記車体における前記ばね部材に対するばね上部材及びばね下部材間の相対速度の相関値を算出する相対速度相関値算出部と、
前記相対速度相関値算出部で算出された相対速度相関値、及び前記ばね制御力算出部で算出されたばね制御力に基づいて前記電磁アクチュエータの目標駆動力を算出すると共に、当該算出した目標駆動力を用いて前記電磁アクチュエータの駆動力制御を行う駆動力制御部と、を備える電磁サスペンション装置であって、
前記情報取得部は、前記電磁アクチュエータのストローク位置に関する時系列情報を入力し、当該入力した時系列情報のうち、所定のカットオフ周波数を境界とする低周波帯域に属する情報を減衰させると共に、該低周波帯域と比べて高周波帯域に属する情報を通過させた時系列情報を出力する処理を行うハイパスフィルタを備え、当該ハイパスフィルタで処理後の時系列情報を、前記電磁アクチュエータのストローク位置に関する時系列情報として取得し、
前記駆動力制御部は、前記情報取得部で取得した前記処理後の時系列情報に基づく前記電磁アクチュエータのストローク位置が中立位置を含む中立領域に存する場合、前記ストローク位置が非中立領域に存する場合に比べて前記ばね部材に係るばね力を弱めるように前記目標駆動力の補正を行う
ことを特徴とする電磁サスペンション装置。 - 請求項2に記載の電磁サスペンション装置であって、
前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数には、0.5〜3Hzの範囲に属する周波数の値が設定される
ことを特徴とする電磁サスペンション装置。
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