JP4125197B2 - 車両懸架装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両懸架装置に関し、特にモータを用いたアブソーバを備える車両懸架装置に関する。

車両が雪道のような摩擦係数の小さい路面に入ったとき、エアサスペンションの空気を制御して、駆動輪側の荷重を増大させ且つ従動輪側の荷重を減少させることで、車両の駆動力を増加させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また車両懸架技術として、モータとボールねじを備えた電磁式アブソーバを提案するものがある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平２−１１４０９号公報 特開平８−１９７９３１号公報

特許文献１に開示されるように、摩擦係数の小さい路面において、エアサスペンションを利用して車両の駆動力を増加させるのは、空気による制御応答性がよくないため車両の荷重移動に時間がかかり、また全体の制御システムが複雑となる。さらに、各車輪のサスペンションを独立に制御することができないため、各車輪の状態に応じた適切な制御が困難となる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、各車輪の状態に応じて接地荷重を調整し、スタックを効率よく回避することのできる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様は、モータを用いて接地荷重を変更可能なアブソーバを複数の車輪に備える車両懸架装置に関する。この態様の車両懸架装置は、複数の車輪のうち少なくとも１輪にスリップが発生した場合に、スリップが発生した車輪以外の車輪の接地荷重を大きくするように、モータの駆動を行うモータ駆動手段を備える。モータ駆動手段は、モータを所定時間駆動して、スリップが発生した車輪の接地荷重を、他の車輪に分散させるものであってよい。アブソーバは、モータおよびボールねじを備えて構成されてもよい。このアブソーバは、車両走行中、モータおよびボールねじを用いて車両のバネ上とバネ下間の減衰力を発生する電磁式のショックアブソーバとして機能するものであってよい。

この態様の車両懸架装置によると、車両のいずれかの車輪にスリップが発生した場合に、スリップの発生していない各車輪のアブソーバに独立に設けたモータを用いて、各車輪の接地荷重を応答性よく大きくすることができるため、簡易な制御システムでスタックを回避することが可能となる。また、車両の走行中に電磁サスペンションのショックアブソーバとして機能する構造を、スタックを回避するための構成として効率よく利用することが可能となる。またスリップが発生した車輪の接地荷重を他の車輪に所定時間分散させることで、他の車輪による車両の駆動力を増加し、効率よくスタックを回避することが可能となる。

モータ駆動手段は、モータを所定時間だけ駆動した後、当該駆動を停止して、スリップが発生した車輪に荷重をかけてもよい。スリップの発生していない車輪の接地荷重を大きくすることにより車輪のスリップ状態を解消し、また車輪の接地荷重制御を瞬時に停止して、各輪の接地荷重を通常の状態に復帰させることにより、車両の安定走行を速やかに実現することが可能となる。

モータ駆動手段は、他の駆動輪の接地荷重が大きくなるように、スリップが発生した車輪の接地荷重を、他の駆動輪に分散させてもよい。

本発明によると、電磁サスペンションのモータを利用して、車両のスタックを効率よく回避することのできる車両懸架装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る車両１の構成を示す。車両１は車体２と、左前輪である車輪３ａ、右前輪である車輪３ｂ、左後輪である車輪３ｃおよび右後輪である車輪３ｄ（以下、適宜「車輪３」と総称する）を備える。車輪３はホイールとゴムタイヤから構成される。車体２と車輪３は、車両１のバネ上とバネ下間の減衰力をモータを用いて発生するアブソーバを備えた電磁サスペンションを介して接続される。なお、電磁サスペンションのコイルスプリングにより支えられる部材の位置を「バネ上」と呼び、コイルスプリングにより支えられていない部材の位置を「バネ下」と呼ぶ。すなわち、バネ上は車体２側であり、バネ下は車輪３側である。この例では、車輪３ａが電磁サスペンション４ａに、車輪３ｂが電磁サスペンション４ｂに、車輪３ｃが電磁サスペンション４ｃに、車輪３ｄが電磁サスペンション４ｄにそれぞれ取り付けられる。以下、各電磁サスペンション４ａ、４ｂ、４ｃおよび４ｄを総称する場合には、「電磁サスペンション４」と呼ぶ。各電磁サスペンション４は、電子制御装置（以下、電子制御装置を「ＥＣＵ」と表記する）１０により独立に制御される。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えて構成される。

電磁サスペンション４のモータに流れる電流は、電流センサにより検出される。電磁サスペンション４ａに対して電流センサ５ａ、電磁サスペンション４ｂに対して電流センサ５ｂ、電磁サスペンション４ｃに対して電流センサ５ｃ、電磁サスペンション４ｄに対して電流センサ５ｄがそれぞれ設けられる。また、車輪３の回転速度は車輪速センサにより検出される。車輪３ａに対して車輪速センサ６ａ、車輪３ｂに対して車輪速センサ６ｂ、車輪３ｃに対して車輪速センサ６ｃ、車輪３ｄに対して車輪速センサ６ｄがそれぞれ設けられる。以下、電流センサ５ａ、５ｂ、５ｃおよび５ｄを総称する場合には「電流センサ５」と呼び、車輪速センサ６ａ、６ｂ、６ｃおよび６ｄを総称する場合には「車輪速センサ６」と呼ぶ。各電流センサ５および各車輪速センサ６の検出結果は、ＥＣＵ１０に伝達される。なお電流センサ５による電流検出機能は、ＥＣＵ１０により実現されてもよい。

本実施の形態の車両１において、電磁サスペンション４、電流センサ５、車輪速センサ６およびＥＣＵ１０が、各車輪３の状態に応じて接地荷重を変更することのできる車両懸架装置を構成する。電磁サスペンション４を車輪３ごとに設けることにより、ＥＣＵ１０が、各車輪３の状態に応じて電磁サスペンション４のモータに印加する電流をそれぞれ独立して制御することが可能となる。また電磁サスペンション４を採用することで、エアサスペンションや油圧式ショックアブソーバを利用する場合よりも、応答性の優れた制御を実現できる。

図２は、電磁サスペンション４の構成を示す。電磁サスペンション４は、モータ２０、コイルスプリング２２、ボールねじ２４、ボールねじナット２６、ロッド２８、アウターシェル３０、軸受３２、３４、３６、ダストシール３８および回転角センサ４４を備える。軸受３２はロッド２８内部においてボールねじ２４を回動可能に支持し、また軸受３４および３６は、アウターシェル３０内部においてロッド２８を摺動可能に支持する。ダストシール３８は、アウターシェル３０内にゴミなどの異物が入り込むのを防止する。回転角センサ４４はモータ２０の回転量を検出し、回転角センサ４４の検出結果は、ＥＣＵ１０に伝達される。回転角センサ４４は、モータ２０の外部に設けられてもよく、またモータ２０の内部に設けられてもよい。この電磁サスペンション４は、第１取付部４０において車体２側の構成に取り付けられ、また第２取付部４６において車輪３側の構成に取り付けられる。コイルスプリング２２は、第１取付部４０近傍の車体面とスプリングシート４２の間に縮設され、予め所定の荷重を与えられる。

コイルスプリング２２は車両１のバネ上部分の重量を支持し、また路面からの振動や衝撃が車輪３を通して車体２に伝わらないようにする。モータ２０およびボールねじ２４はショックアブソーバの構成として機能し、コイルスプリング２２による車体２の上下振動を減衰させる。このショックアブソーバは、モータ２０を用いて車両１のバネ上とバネ下間の減衰力を発生することができ、制御応答性に優れている。

ボールねじ２４、ロッド２８およびアウターシェル３０は同軸に配置されている。アウターシェル３０には、雌ねじ部分を有するボールねじナット２６が内設される。ボールねじ２４は雄ねじ部分を有し、ボールねじナット２６に螺合した状態にある。モータ２０はボールねじ２４の一端を回動可能にセレーションで支持する。モータ２０を駆動すると、ボールねじ２４がボールねじナット２６に対して相対回転し、モータ２０に対してアウターシェル３０が下方に押し下げられ、又は上方に引き上げられる。

車両１が良路を走行している場合、ＥＣＵ１０はそれぞれの電磁サスペンション４のモータ２０に印加する電流値を、例えば０Ａである基準電流値に設定する。路面に凹凸がある場合、ＥＣＵ１０は、車体２に設けられる加速度センサ（図示せず）による検出結果から、車体２の上下方向の加速度を測定する。車輪３が上下動する場合、ロッド２８とアウターシェル３０との相対運動によりコイルスプリング２２が伸縮する。このとき、ボールねじ２４がボールねじナット２６に対して相対回転することにより、モータ２０が回転して発電機として作用し、このときに生じる抵抗力により減衰力が発生する。電流センサ５は、モータ２０内部で電磁誘導により発生した電流を検出し、ＥＣＵ１０に伝達する。ＥＣＵ１０は、コイルスプリング２２の伸縮を抑制する方向の電流、すなわち電磁誘導により生じた電流とは逆向きの電流をモータ２０に印加する。ＥＣＵ１０はモータ駆動手段として機能して、車体２の上下方向の加速度に応じてモータ２０に印加する電流を設定し、減衰力を調整する。

本実施の形態による車両懸架装置は、モータ２０の駆動により減衰力を調整可能なショックアブソーバを、車輪３の接地荷重を変更するために利用する。ＥＣＵ１０は、各モータ２０への印加電流を制御することにより、各車輪３の接地荷重を独立に変更できる。この車両懸架装置は、車両１が雪道などの悪路走行中に少なくとも１つの車輪３にスリップが発生した場合に、残りの車輪３の接地荷重を瞬間的に大きくすることにより車両１の駆動力を大きくして、スタックを応答性よく回避することができる。

まずＥＣＵ１０は、各車輪速センサ６の検出結果から、車輪３のスリップを判定する。ＥＣＵ１０は、それぞれの駆動輪の回転速度を車輪速センサ６から受け取る。ある駆動輪の回転速度が他の駆動輪の回転速度よりも所定値を超えて大きくなった場合、ＥＣＵ１０は、回転速度の大きい車輪３がスリップしていることを判定する。例えば、車輪速センサ６の検出結果から、他の駆動輪は回転していないにも関わらず、１つの駆動輪が回転したことが判明した場合、ＥＣＵ１０は、その駆動輪にスリップが発生し、車両１がスタックし得る状況にあることを判定する。

車輪３のスリップを検出すると、ＥＣＵ１０は、スリップした駆動輪以外の車輪３を接地面に押し付けるように、対応する電磁サスペンション４のモータ２０を駆動して、スリップした駆動輪以外の車輪３の接地荷重を大きくする。これにより、スリップが発生した車輪３の接地荷重を他の車輪３に分散させる。他の車輪３の全てが駆動輪である場合は、これらの車輪３の全ての接地荷重が大きくなるようにそれぞれのモータ２０を駆動してもよく、また他の車輪３の１つのみが駆動輪である場合は、その車輪３の接地荷重が大きくなるように、対応する電磁サスペンション４のモータ２０を駆動してもよい。

スリップ車輪の接地荷重を、他の車輪３の接地荷重に分散させることにより、他の車輪３による路面のグリップ力、つまりは車両１全体の駆動力を高めることが可能となる。モータ２０の駆動は、例えば10m秒、20m秒などの所定の微小時間だけ行う。他の車輪３の接地荷重を瞬間的に大きくすることによって車両１を駆動し、すぐにモータ２０の駆動を停止して、スリップしていた車輪に荷重をかけ、車両１の駆動力を高める。これによりスタックを回避するとともに、安定した走行を実現することができる。

図３（ａ）は、スリップ車輪における接地荷重の時間変動を示す。時間Ｔ_１でスリップが発生し始めると、その瞬間にＥＣＵ１０が、他の車輪３を路面に押し付ける向きにそれぞれのモータ２０を駆動して、スリップ車輪における接地荷重を他の車輪３に分散する。これにより、時間Ｔ_１の直後、スリップ車輪の接地荷重が急激に小さくなる。時間Ｔ_２でスリップが解消すると、スリップ車輪にも荷重がかかるようになり、安定した走行状態を実現する。

図３（ｂ）は、スリップ車輪以外の他の車輪３における接地荷重の時間変動を示す。時間Ｔ_１で、ある車輪にスリップが発生し始めると、ＥＣＵ１０が、他の車輪３のモータ２０を駆動して、スリップ車輪における接地荷重を他の車輪３に分散する。これにより時間Ｔ_１以後の接地荷重が急激に大きくなる。時間Ｔ_２でスリップが解消すると、スリップ車輪にも荷重がかかるようになり、安定した走行状態を実現する。

図４は、各車輪３において変動する接地荷重の関係を示す。スリップ発生前においては、車輪３ａの接地荷重がＦＡ、車輪３ｂの接地荷重がＦＢ、車輪３ｃの接地荷重がＦＣ、車輪３ｄの接地荷重がＦＤとして設定される。各電磁サスペンション４のモータ２０が接地荷重や走行条件に応じた減衰力を発生するように、ＥＣＵ１０は、印加する電流をそれぞれ独立に制御している。

右前輪である車輪３ｂにスリップが発生した場合を想定する。このとき、車輪３ｂの接地荷重は（ＦＢ−ΔＦＢ）と小さくなる。なお、ＦＢ＞ΔＦＢである。車輪３ａの接地荷重は（ＦＡ＋ΔＦＡ）、車輪３ｃの接地荷重は（ＦＣ＋ΔＦＣ）、車輪３ｄの接地荷重は（ＦＤ＋ΔＦＤ）となる。ΔＦＢは、ΔＦＡ、ΔＦＣおよびΔＦＤの和に等しい。

本実施の形態にかかる車両懸架装置において、ＥＣＵ１０は、スリップした車輪３ｂの接地荷重が０になる前、例えばスリップした瞬間に、他の３つの車輪３の電磁サスペンション４ａ、４ｃおよび４ｄのモータ２０を駆動して、車輪３の荷重制御を行う。これにより、荷重制御時、車輪３ｂの接地荷重を０とし、その分の荷重を瞬時に他の３つの車輪３に分散することができる。車輪３ａの接地荷重は（ＦＡ＋ΔＦＡ’）、車輪３ｃの接地荷重は（ＦＣ＋ΔＦＣ’）、車輪３ｄの接地荷重は（ＦＤ＋ΔＦＤ’）となる。ΔＦＡ’、ΔＦＣ’およびΔＦＤ’の和は、ＦＢに等しい。スリップが発生して、車両１の駆動力への貢献度が低くなった車輪３ｂの接地荷重を、他の車輪３の接地荷重に回すことにより、車両１の駆動力を上げることができ、スタックを効果的に回避することが可能となる。

図５は、スリップ車輪以外の他の車輪３のモータ２０に印加する電流の時間変動を示す。時間Ｔ_１で、ある車輪にスリップが発生し始めると、ＥＣＵ１０が、微少時間（ΔＴ）の間、他の車輪３のモータ２０にパルス的な電流を印加して、スリップ車輪における接地荷重を瞬間的に他の車輪３に分散する。ΔＴの経過後、接地荷重の増分に対応する電流が印加され、時間Ｔ_２でスリップが解消すると、各車輪３の接地荷重は元に戻り、印加電流は基準電流値である０Ａとなる。

図６は、本実施の形態の車両懸架装置により車両１のスタック回避を実現するフローチャートである。まずＥＣＵ１０が、少なくとも１つの車輪３にスリップが発生しているか否かを判定する（Ｓ１０）。スリップが発生している場合（Ｓ１０のＹ）、他の車輪３を接地面に対して押し付ける方向に、対応する電磁サスペンション４のモータ２０を微小時間駆動する（Ｓ１２）。これにより、スリップ車輪以外の車輪３の接地荷重を瞬間的に大きくして（Ｓ１４）、車両１の駆動力を増加し、スタックを回避するとともに、車両１の安定走行を実現する（Ｓ１６）。なお、スリップが発生していない場合は（Ｓ１０のＮ）、Ｓ１２以降のステップは実行しない。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施の形態に限定されることなく、そのさまざまな変形例もまた、本発明の態様として有効である。例えば、スリップ車輪以外の車輪３の接地荷重を大きくするために、スリップ車輪以外の車輪３を接地面に押し付ける方向にモータ２０を制御することとしたが、別の例では、スリップ車輪を接地面から引っ込める方向に、スリップ車輪の電磁サスペンション４のモータ２０を制御してもよい。

実施の形態に係る車両の構成を示す図である。 電磁サスペンションの構成を示す図である。 （ａ）は、スリップ車輪における接地荷重の時間変動を示す図であり、（ｂ）は、スリップ車輪以外の車輪における接地荷重の時間変動を示す図である。 各車輪において変動する接地荷重の関係を示す図である。 スリップ車輪以外の車輪のモータに印加する電流の時間変動を示す図である。 スタック回避を実現するフローチャートである。

符号の説明

１・・・車両、２・・・車体、３・・・車輪、４・・・電磁サスペンション、５・・・電流センサ、６・・・車輪速センサ、１０・・・ＥＣＵ、２０・・・モータ、２２・・・コイルスプリング、２４・・・ボールねじ、２６・・・ボールねじナット、２８・・・ロッド、３０・・・アウターシェル、３２、３４、３６・・・軸受、３８・・・ダストシール、４０・・・第１取付部、４２・・・スプリングシート、４４・・・回転角センサ、４６・・・第２取付部。

Claims (4)

1. モータを用いて接地荷重を変更可能なアブソーバを複数の車輪に備える車両懸架装置において、前記複数の車輪のうち少なくとも１輪にスリップが発生した場合に、スリップが発生した車輪以外の車輪の接地荷重を大きくするように、前記モータの駆動を行うモータ駆動手段を備え、
   前記モータ駆動手段は、前記モータを所定時間駆動して、スリップが発生した車輪の接地荷重を、他の車輪に分散させることを特徴とする車両懸架装置。
2. 前記モータ駆動手段は、前記モータを所定時間だけ駆動した後、当該駆動を停止して、スリップが発生した車輪に荷重をかけることを特徴とする請求項１に記載の車両懸架装置。
3. 前記モータ駆動手段は、他の駆動輪の接地荷重が大きくなるように、スリップが発生した車輪の接地荷重を、他の駆動輪に分散させることを特徴とする請求項１または２に記載の車両懸架装置。
4. 車両走行中、前記アブソーバは前記モータを用いて車両のバネ上とバネ下間の減衰力を発生するものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両懸架装置。

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