JP4296110B2 - Active suspension - Google Patents
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Description
本発明は、アクティブサスペンションの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of an active suspension.
一般的に車両においては、車体側部材の振動を抑制するために車体側部材と車軸側部材との間にサスペンションを介装させており、効率よく振動を抑制する為に、種々の制御手法が提案されている。そして、古くから、スカイフック制御則等を利用したセミアクティブサスペンションが開発され、その制御手法も多岐にわたっている。しかしながら、セミアクティブサスペンションでは、振動の入力に対してパッシブな制御しか可能とならないため、振動を充分に抑制することができない場合がある。したがって、より効率よく振動を抑制可能なアクティブサスペンションの実用化が望まれており、このアクティブサスペンションは、車両の走行中に路面から入力される振動に対して、アクチュエータにより強制的に車体側部材に外力を与え車体側部材の振動を抑制する、すなわち、アクティブに振動を抑制することができるものである(たとえば、特許文献1,2参照)。
しかし、上記従来技術では、車両の車体側部材の振動を抑制する際に以下の問題がある。 However, the above-described prior art has the following problems when suppressing the vibration of the vehicle body side member of the vehicle.
すなわち、たとえば、4輪自動車に適用された場合、車両の車体側部材と車軸側部材との間の4箇所に介装されるが、車両の搭乗者の体重や人数、荷物の積み下ろしによって、車重が変化するとともに、各アクティブサスペンションで担持しているバネ上質量が変化するので、バネ上共振点が変化し、これを考慮しない従来のアクティブサスペンションにあっては、車体側部材の振動を充分に抑制することができない場合があると指摘される可能性がある。 That is, for example, when applied to a four-wheeled vehicle, the vehicle is interposed at four locations between the vehicle body side member and the axle side member of the vehicle. As the weight changes, the sprung mass carried by each active suspension also changes, so the sprung resonance point changes. It may be pointed out that there are cases where it cannot be suppressed.
そこで、本発明は上記不具合を改善する為のものであって、その目的とするところは、車体側部材の振動抑制効果の高いアクティブサスペンションを提供し、車両の乗り心地を向上することにある。 Therefore, the present invention is to improve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an active suspension having a high vibration suppressing effect on the vehicle body side member and to improve the riding comfort of the vehicle.
上記した目的を達成するため、第1の課題解決手段におけるサスペンション装置は、車両の各車体側部材と各車軸側部材との間に夫々介装され、発生する制御力を調整可能なアクティブサスペンションにおいて、車体側部材と車軸側部材の相対運動を回転運動に変換する運動変換機構と、上記回転運動が伝達されるモータとを備え、モータに生じる電磁力を車体側部材と車軸側部材との相対移動を抑制する制御力として利用するサスペンション装置を具備してなり、モータのトルクに対する車体側部材と車軸側部材の相対変位から車両各輪のサスペンション装置に並列される各輪における懸架バネのバネ定数を得て、当該各バネ定数と車体側部材と車軸側部材の相対変位から車両各輪のバネ上質量を求め、上記各バネ定数と各バネ上質量に基づいて、バネ上共振周波数および減衰率を変化させないように制御力を調整することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the suspension device according to the first problem solving means is an active suspension that is interposed between each vehicle body side member and each axle side member of the vehicle and can adjust the generated control force. A motion conversion mechanism that converts relative motion of the vehicle body side member and the axle side member into rotational motion, and a motor to which the rotational motion is transmitted, and the electromagnetic force generated in the motor is relative to the vehicle body side member and the axle side member. A suspension device used as a control force for suppressing movement is provided, and a spring constant of a suspension spring in each wheel parallel to the suspension device of each vehicle wheel based on a relative displacement of the vehicle body side member and the axle side member with respect to the torque of the motor To obtain the sprung mass of each vehicle wheel from the respective spring constants and the relative displacement between the vehicle body side member and the axle side member, and based on the spring constants and the sprung masses. There are, and adjusting the control force so as not to change the sprung resonance frequency and the damping factor.
第2の課題解決手段は、第1の課題解決手段において、各バネ上質量に基づいて、制御ゲイン算出用マップを参照し制御ゲインを設定し、車体側部材と車軸側部材の相対変位および相対速度および上記制御ゲインとに基づいて制御力を調整する。 The second problem-solving means is the first problem-solving means, in which the control gain is set with reference to the control gain calculation map based on each sprung mass, and the relative displacement and relative of the vehicle body side member and the axle side member are set. The control force is adjusted based on the speed and the control gain.
各請求項の発明によれば、本発明のサスペンション装置は減衰力を発生するだけでなくアクチュエータとしての機能を発揮することができ、従来のアクティブサスペンションのように、緩衝器の他にアクチュエータを搭載する必要がないばかりでなく、また、アクチュエータを駆動する油圧源等を搭載する必要もないので、サスペンション装置の車両への搭載性が向上するとともに、従来のアクティブサスペンションに比較して軽量にすることができる。 According to the invention of each claim, the suspension device of the present invention can not only generate a damping force but also function as an actuator, and an actuator is mounted in addition to a shock absorber like a conventional active suspension. In addition to eliminating the need to mount a hydraulic power source that drives the actuator, it is possible to improve the mountability of the suspension device on the vehicle and to reduce the weight compared to the conventional active suspension. Can do.
また、従来の油圧およびサスペンション装置では、上述のようにアクチュエータおよび油圧源の搭載が不可欠であり、既存車両に取付けること、いわゆる後付けが搭載スペースの関係上、不可能な場合があったが、本実施の形態のサスペンション装置にあっては、従来のサスペンション装置に比較して、スリムかつ省スペースであるので、既存の車両にも後付することが可能となる。 In addition, in the conventional hydraulic and suspension devices, it is indispensable to mount the actuator and the hydraulic power source as described above, and it may be impossible to attach to an existing vehicle, so-called retrofitting due to the mounting space. Since the suspension apparatus according to the embodiment is slim and space-saving as compared with the conventional suspension apparatus, it can be retrofitted to an existing vehicle.
さらに、車両各輪でのバネ上質量の変化に対応した車両各輪毎での車体側部材の振動を効果的に抑制することが可能となり、車両における乗り心地を向上することができる。 Furthermore, it becomes possible to effectively suppress the vibration of the vehicle body side member for each vehicle wheel corresponding to the change in the sprung mass in each vehicle wheel, and the riding comfort in the vehicle can be improved.
また、サスペンション装置の発生する減衰力は、モータの電磁力で発生されることから、油圧式の緩衝器のように、バルブ開度で決定されるものとは異なり、きめ細かに減衰係数を変化させることができるとともに、ECUで電流供給を行い絶えず発生電磁力を監視することで出力としての減衰力を監視することができ、狙った制御を行うことが可能である。 Also, since the damping force generated by the suspension device is generated by the electromagnetic force of the motor, unlike a hydraulic shock absorber, which is determined by the valve opening, the damping coefficient is changed finely. In addition, the current can be supplied by the ECU and the generated electromagnetic force can be constantly monitored, so that the damping force as an output can be monitored, and targeted control can be performed.
そして、サスペンション装置のアクチュエータ機能も電流供給により制御されるから、油圧式のアクチュエータに比較して制御遅れが少なく、この点でも狙った制御が実現可能となる。 Since the actuator function of the suspension device is also controlled by current supply, the control delay is less than that of the hydraulic actuator, and control aimed at this point can be realized.
加えて、単にセミアクティブサスペンションにて車両各輪のバネ上質量変化に基づいて制御ゲインを変化させるサスペンション装置では、バネ上共振周波数および減衰率が変化してしまい、特にバネ上質量が大きくなるとバネ上共振周波数が低くなり、振動を充分に減衰するまで長時間を要することとなるので、乗り心地が悪化する懸念があるが、本発明によれば、上記のようにバネ上共振周波数および減衰率を変化させないように制御可能であり、上記弊害を防止することができる。 In addition, in a suspension device that simply changes the control gain based on the sprung mass change of each vehicle wheel in a semi-active suspension, the sprung resonance frequency and the damping rate change, and particularly when the sprung mass increases, the spring above the resonance frequency is low, since it takes a long time until sufficiently damp vibrations, there is a concern that the ride comfort is deteriorated, according to the present invention, the sprung resonance frequency and the damping factor as described above Can be controlled so as not to change, and the above-described adverse effects can be prevented.
そして、車両各輪でのバネ上質量変化にかかわらず、振動の伝達関数を変化させないように制御することができ、車両各輪でのバネ上質量変化にかかわらず、車両の乗り心地を安定させることができるとともに、車両各輪でのバネ上質量変化にかかわらず、車両の運転者は常に同一の条件で運転することが可能となる。 The vibration transfer function can be controlled so as not to change regardless of the sprung mass change in each vehicle wheel, and the riding comfort of the vehicle is stabilized regardless of the sprung mass change in each vehicle wheel. In addition, the vehicle driver can always drive under the same conditions regardless of the sprung mass change in each vehicle wheel.
さらに、正確なバネ要素の各バネ定数を測定することが可能であり、正確なバネ定数に基づいて制御することができるので、従来のアクティブサスペンションに比較して振動を効率的に抑制でき、車両における乗り心地を向上することができ、また、正確なバネ要素のバネ定数の測定もモータへの通電によって行われるので車両のパワーソースを大きく消費する油圧源等を使用する必要がなく、経済的である。 Furthermore, it is possible to measure each spring constant of an accurate spring element and control based on the exact spring constant, so that vibration can be efficiently suppressed as compared with a conventional active suspension, and the vehicle In addition, it is possible to improve the ride comfort in the vehicle, and since the accurate measurement of the spring constant of the spring element is also performed by energizing the motor, there is no need to use a hydraulic power source that consumes a large amount of the power source of the vehicle. It is.
請求項2の発明によれば、各バネ上質量に基づいて、対応する制御ゲイン算出用マップ参照して制御ゲインを設定し、車体側部材と車軸側部材の相対変位および相対速度および上記制御ゲインとに基づいて制御力を調整するので、各バネ上質量が変化しても最適な振動抑制効果を得られる。
According to the invention of
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、本発明の一実施の形態におけるサスペンション装置の縦断面図である。図2は、アクティブサスペンションを車両に適用した状態を示す図である。図3は、制御ゲイン算出用マップを作成する手順を示すフローチャートである。図4は、制御ゲインを変更する処理手順を示すフローチャートである。図5は、他の実施の形態におけるサスペンション装置の縦断面図である。 The present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a suspension device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a state in which the active suspension is applied to a vehicle. FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for creating a control gain calculation map. FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure for changing the control gain. FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a suspension device according to another embodiment.
図1に示すように、本実施の形態におけるサスペンション装置は、基本的には、ボール螺子ナット4と、ボール螺子ナット4内に回転自在に螺合される螺子軸3とで構成される運動変換機構と、モータ1とで構成され、螺子軸3の上端がモータ1のシャフト1aに連結され、モータ1への電流供給によりモータ1の発生するトルクを調整し、螺子軸3にトルクを伝達し、このサスペンション装置が伸縮する時のボール螺子ナット4の図1中上下方向の直線運動を制御することが出来るものである。
As shown in FIG. 1, the suspension device according to the present embodiment basically has a motion conversion composed of a
以下、詳細な構造について説明する。モータ1は、有底筒状の外筒2内に内設され、モータ1のシャフト1aは、外筒2内にボールベアリング9,10,11を介して回転自在に挿入され、また、モータ1のシャフト1aは螺子軸3に連結されている。なお、図示するところでは、螺子軸3とシャフト1aとを別部材として、それぞれを連結しているが、螺子軸3とシャフト1aとが一体的に形成されてもよい。また、外筒2の図1中上端には、車両へこのサスペンション装置を取付ける為のブラケット20が設けられている。
The detailed structure will be described below. The
モータ1は、上記螺子軸3に連結されるシャフト1aと、シャフト1aの外周に取付けられた磁石7,7と、外筒2の内周であって上記磁石7,7と対向するように取付けたコア8と、コア8に嵌装したコイル6とで構成されるブラシレスモータであって、この場合、外筒2がモータ1のフレームとしての役割を果たしている。そして、モータ1の各電極(図示せず)は、図2に示すようにECU30に接続され、モータ1にECU30から電流を供給し、モータ1が電磁力に起因するトルクを発生できるようにしてあり、所望の制御力を得られるよう設定されている。また、このブラシレスモータには、回転子の位置検出手段としてホール素子Hが搭載され、このホール素子Hは、後述する駆動回路の回転ロジックに接続されるとともに、ECU30で回転子の回転運動の状況(回転角や角速度等)を把握することができるようになっている。なお、ホール素子Hに換えて磁気センサや光センサ等を搭載するとしてもよい。また、もともと位置検出手段を有しないモータ、たとえば、直流ブラシ付モータ等を使用する場合には、サスペンション装置の制御にあたり位置検出手段を設ける方が好ましい場合がある。これについては後述する。また、位置検出手段としてのホール素子を例に取れば、外部電源から当該素子に通電しておくことが必要であるが、ブラケット20側を車両の車体側に取付けるようにし、さらに、このブラケット20を中空としておけば、ブラケット20内を介して上記通電する為の電線(図示せず)を当該素子に接続して電流を供給でき、ブラケット20の図1中上端側から伸びる電線を外方の制御装置、制御回路に接続する際の取り回しも、容易となり、上記電線は車体内に収容されることとなるので、電線の損傷機会も減ずることが可能となる。また、外部電源を用いずとも、ボール螺子ナット4の回転により発電されるので、この誘導起電力によって発生される電流をホール素子に供給するか、一端外部のバッテリに蓄電しておいて、このバッテリから電流を供給するとしてもよい。ちなみに、この位置検出手段には常に通電してあり、後述するECU30等に接続しておくとことにより、車両の正確な車高を検出可能にしてある。なお、本実施の形態においては、コイル6を外筒2側に、磁石7,7をシャフト1a側に取付けているが、コイル6をシャフト1a側に、磁石7,7を外筒2
側に取付けるとしても良い。なお、本実施の形態においてはモータ1をブラシレスモータとしているが、電磁力発生源として使用可能であれば、様々なモータ、たとえば直流モータや交流モータ、誘導モータ等が使用可能である。
The
It may be attached to the side. In the present embodiment, the
シャフト1aに連結された螺子軸3は、その外周に螺子溝3aが設けられており、外筒2内に摺動自在に挿入された有底筒状の内筒5内に挿入され、さらに、この内筒5内に嵌着されたボール螺子ナット4内に回転自在に螺合されている。すなわち、この実施の形態においては、螺子軸3とボール螺子ナット4とで運動変換機構が構成され、ボール螺子ナット4と螺子軸3との軸方向の相対的な直線運動は、螺子軸3の回転運動に変換される。ここで、ボール螺子ナット4の構造は特に図示しないが、たとえば、ボール螺子ナット4の内周には、螺子軸3の螺旋状の螺子溝3aに符合するように螺旋状のボール保持部が設けられており、前記保持部に多数のボールが配在されてなり、ボール螺子ナット4の内部にはボールが循環可能なように前記螺旋状保持部の両端を連通する通路が設けられているものであって、螺子軸3を前記ボール螺子ナット4に螺合された場合に、螺子軸3の螺旋状の螺子溝3aにボール螺子ナット4のボールが嵌合し、螺子軸3の回転運動に伴いボール自体も螺子軸3の螺子溝3aとの摩擦力により回転するので、ラックアンドピニオン等の機構に比べ滑らかな動作が可能であるが、運動変換機構をラックアンドピニオンで構成して、ピニオンをモータ1のシャフト1aに連結するとしてもよい。
The
上述のように、ボール螺子ナット4には螺子軸3が螺子溝3aに沿って回転自在に螺合され、ボール螺子ナット4が螺子軸3に対し図1中上下方向の直線運動をすると、ボール螺子ナット4はたとえば車体もしくは車軸側に固定される内筒5により回転運動が規制されているので、螺子軸3は強制的に回転駆動される。すなわち、上記機構によりボール螺子ナット4の直線運動が螺子軸3の回転運動に変換されることとなる。また、ボール螺子ナット4が図1中下方に移動してサスペンション装置が最伸びきり状態となったときには、螺子軸3の図1中下端に設けたクッション部材15がボール螺子ナット4の図1中下端に当接して、螺子軸3がボール螺子ナット4から抜けてしまうことが防止されるとともに、最伸びきり時の衝撃を緩和し、最圧縮時には、螺子軸3が後述する内筒5の底部と当接することを防止して衝撃を緩和する。
As described above, the
なお、外筒2と内筒5との間にはダストシール(図示せず)が設けられ、これにより外筒2および内筒5で作られる空間に塵、埃や雨水等が侵入することが防止されている。ちなみに、外筒2内に内筒5が摺動自在に挿入されているが、外筒2と内筒5との間に環状の軸受を設けるとしてもよい。この場合には、外筒2の下端部内周が内筒5の外周面をかじってしまい外筒2と内筒5との間のシール性が劣化してしまう危険を防止できる。
A dust seal (not shown) is provided between the
また、外筒2内に内筒5が摺動自在に挿入されていることにより、内筒5およびボール螺子ナット4に対する螺子軸3の軸ぶれが防止されており、これにより、ボール螺子ナット4の一部のボール(図示せず)に集中して荷重がかかることを防止でき、ボールもしくは螺子軸3の螺子溝3aが損傷する事態を避けることが可能である。また、ボールもしくは螺子軸3の螺子溝3aの損傷を防止できるので、螺子軸3とボール螺子ナット4の回転若しくはサスペンション装置の伸縮方向への移動の各動作の円滑さを保つことができ、上記各動作の円滑を保てるので、サスペンション装置として機能も損なわれず、ひいては、サスペンション装置の故障を防止できる。
Further, since the
また、内筒5の図1中下端にはアイ型ブラケット21が設けられており、このアイ型ブラケット21と上述の外筒2の図1中上端に設けたブラケット20とを利用して、車両の車体と車軸との間にサスペンション装置を介装することができるようになっている。
Further, an eye bracket 21 is provided at the lower end of the
そして、上記のように構成されたサスペンション装置は、伸縮する、すなわち、外筒2に対し内筒5が図1中上下方向に移動すると、この内筒5に連結されたボール螺子ナット4も軸方向の直線運動をする、つまり図1中上下方向の直線運動をする。このボール螺子ナット4の直線運動は、ボール螺子ナット4と螺子軸3のボール螺子機構により、螺子軸3の回転運動に変換される。
The suspension device configured as described above expands and contracts, that is, when the
そして、螺子軸3が回転運動を呈すると、シャフト1aも回転する。すると、モータ1内のコイル6が磁石7,7の磁界を横ぎることとなり、コイル6には誘導起電力が発生し、モータ1は、上記誘導起電力に起因するシャフト1aの回転に抗するトルクを発生する。そして、このシャフト1aの回転に抗するトルクは、シャフト1aが螺子軸3に接続されているので、螺子軸3の回転を抑制し、ボール螺子ナット4の上記直線運動を抑制することとなる。なお、螺子軸3の回転に伴ってシャフト1aが回転することにより発生する誘導起電力に起因するコイル6に流れる電流と、モータ1が接続される後述のECU30から供給される電流との総和により電磁力を発生し、サスペンション装置はこの電磁力に見合った減衰力を発生することとなり、ECU30からの電流供給により、サスペンション装置の発生減衰力を調整することができるとともに、モータ1に供給される電流量の調整によりアクチュエータとしても使用可能となっている。
When the
したがって、上記のモータ1のシャフト1aの回転運動を抑制する作用は、ボール螺子ナット4の直線運動を抑制するように働くので、ボール螺子ナット4の直線運動を抑制する減衰力として作用し、振動エネルギを吸収緩和する。また、ここで、モータ1に供給される電流量を調整すれば、モータ1が発生するトルクは減衰力として作用するだけでなく、サスペンション装置の伸縮に対し、その伸縮を増長する方向の力としても利用でき、逆に、サスペンション装置を積極的に伸縮させることもでき、サスペンション装置の伸縮を自由にコントロールすることが可能である。
Therefore, the action of suppressing the rotational movement of the
以上、一連の動作により、サスペンション装置は減衰力を発生するだけでなくアクチュエータとしての機能を発揮することができる。したがって、従来のアクティブサスペンションのように、緩衝器の他にアクチュエータを搭載する必要がないばかりでなく、また、アクチュエータを駆動する油圧源等を搭載する必要もないので、サスペンション装置の車両への搭載性が向上するとともに、従来のアクティブサスペンションに比較して軽量にすることができる。 As described above, through a series of operations, the suspension device can not only generate a damping force but also function as an actuator. Therefore, unlike the conventional active suspension, it is not necessary to mount an actuator in addition to the shock absorber, and it is not necessary to mount a hydraulic power source or the like for driving the actuator. As well as improving the performance, the weight can be reduced compared to the conventional active suspension.
また、従来の油圧サスペンション装置では、上述のようにアクチュエータおよび油圧源の搭載が不可欠であり、既存車両に取付けること、いわゆる後付けが搭載スペースの関係上、不可能な場合があったが、本実施の形態のサスペンション装置にあっては、従来のサスペンション装置に比較して、スリムかつ省スペースであるので、既存の車両にも後付することが可能となる。 In addition, in the conventional hydraulic suspension device, it is indispensable to mount the actuator and the hydraulic power source as described above, and it may be impossible to attach to the existing vehicle, so-called retrofitting due to the mounting space. Since the suspension device of this form is slim and space-saving compared to the conventional suspension device, it can be retrofitted to an existing vehicle.
つづいて、このサスペンション装置を実際の車両に適用した状態について説明する。上記のように構成された各サスペンション装置D1,D2,D3,D4は、たとえば、4輪車であれば、図2に示したように、前後左右の4箇所の車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4との間に介装され、サスペンション装置D1,D2,D3,D4と並列して金属バネやエアバネ等の懸架バネK1、K2,K3,K4も介装される。なお、この場合には、サスペンション装置D1,D2,D3,D4の外筒2が車体側に内筒5が車軸側に取付けられている。
Next, a state in which this suspension device is applied to an actual vehicle will be described. Each suspension device D1, D2, D3, D4 configured as described above is, for example, a four-wheeled vehicle, as shown in FIG. , B4 and the axle side members S1, S2, S3, S4, and suspension springs K1, K2, K3, K4 such as metal springs and air springs in parallel with the suspension devices D1, D2, D3, D4 Intervened. In this case, the
そして、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4の各モータ1および各ホール素子Hは、サスペンション装置用のコントローラたるECU30に接続されている。このECU30は、サスペンション装置の制御に使用されるもので、ホール素子Hで検出されるホール電圧からなるモータ1のシャフト1aの回転位置から車両各輪のバネ上質量mを演算し、この演算結果に基づき制御ゲイン算出用マップを参照し2つの制御ゲインGc,Gkを決定し、さらに、各ホール素子Hで検出される各モータ1のシャフト1aの回転位置からそれぞれ車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の相対変位xを算出するとともに、各モータ1のシャフト1aの回転位置を微分して得られる角速度から車両各輪での車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の相対速度vを算出し、この制御ゲインGc,Gkと上記相対変位xおよび相対速度vに基づいて各サスペンション装置D1,D2,D3,D4に発生させる制御力Fを演算し、この制御力Fを発生する為に必要な電流を各サスペンション装置D1,D2,D3,D4のモータ1に供給することができるようになっている。なお、ECU30は、具体的には、ハードウェアとしては図示しないが、ホール素子Hが検出したホール電圧に基づいて制御力Fを演算し、前記制御力に見合った必要電流を各モータ1へ出力できるものであれば良く、具体的にはたとえば、前記各ホール素子Hが検出するホール電圧からなるシャフト1aの回転位置の信号を増幅するためのアンプと、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器と低周波及び高周波成分をカットするバンドパスフィルタと、CPU、ROM等の記憶装置、RAM、水晶発振子及びこれらを連絡するバスラインからなるコンピュータシステムとモータ1を駆動する駆動回路とから構成され、制御力の演算に使用される複数の制御ゲイン算出用マップおよび制御力の演算処理手順と制御信号出力手順は、プログラムとしてROMや他の記憶装置に予め格納させておくとする周知なシステムで良い。なお、ブラシレスモータとしてのモータ1の場合、駆動回路は、たとえば、電圧源に接続されるPWM回路と、PWM回路に接続されるベースドライブ回路と、ベースドライブ回路に接続されるトランジスタインバータと、ホール素子Hが接続される回転ロジック
とで構成される周知のものが使用可能であり、その他、そのモータの種類に応じて電流量を調整可能なものが使用できる。
Each
ここで、あらかじめECU30の記憶装置に格納される制御ゲイン算出用マップは、たとえば、図3に示す手順で作成される。
Here, the control gain calculation map stored in advance in the storage device of the
まず、ステップP1で基準となるサスペンション装置D1,D2,D3,D4の減衰係数Cおよび制御力Fを決定する。本サスペンション装置D1,D2,D3,D4では、夫々に搭載されているモータ1の電磁力を減衰力および制御力Fとして利用するため、各モータ1に供給される電流量によって減衰力および制御力Fを変化させることができるので、最初に車両に最適な減衰係数Cおよび制御力Fを決定するものである。具体的には、サスペンション装置D1,D2,D3,D4のモータ1にそれぞれ電流を供給し、サスペンション装置D1,D2,D3,D4を伸縮させ、ECU30側で出力している電流値から各モータ1のトルクを算出し、さらにこのトルクからサスペンション装置D1,D2,D3,D4の伸縮する方向の力を算出し、さらに、各ホール素子Hで検出されるシャフト1aの回転位置から、上記力に対して車体側部材B1,B2,B3,B4が懸架バネK1,K2,K3,K4で懸架されている状態を基準として、どれだけ車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4とが相対変位したかを算出する。そして、この相対変位と上記力とから夫々の懸架バネK1,K2,K3,K4の正確なバネ定数kを算出し、ECU30内の記憶装置に記憶する。なお、実際の車両のサスペンションには、バンプストッパ等のバネ要素も含まれるので、懸架バネK1,K2,K3,K4のみならずバンプストッパ等のバネ要素も含め、正確かつトータルな車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の相対変位xに対して非線系バネ定数kを得ることが可能となる。
First, in step P1, the damping coefficient C and the control force F of the suspension devices D1, D2, D3, D4 serving as a reference are determined. In the suspension devices D1, D2, D3, and D4, the electromagnetic force of the
つづいて、車両各輪での正確なバネ定数kを得た後に、ECU30は、各車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の相対変位xと得られたバネ定数kから車両各輪のバネ上質量mを算出し、このバネ上質量mを基準となるバネ上質量として記憶装置に記憶する。なお、車両各輪のバネ上質量mを算出する際には、車両の出荷時における車両各輪におけるバネ上質量を計測してその値をECU30に記憶させておき、その値に上記バネ定数kと相対変位xとから算出したバネ上質量変化量を加算して算出する。また、バネ上質量mの算出に当り、各モータ1に電流を供給して、車両に振動を与えて車体側部材B1,B2,B3,B4を自由振動させ、そのときの振動周波数とバネ定数kとからバネ上質量mを算出するとしてもよい。
Subsequently, after obtaining an accurate spring constant k for each vehicle wheel, the
そして、このバネ定数kと得られたバネ上質量mから、振動解析を行い各輪での車体側部材B1,B2,B3,B4の振動特性を得て、車両走行中に入力される可能性のある周波数領域の振動を抑制する最適なサスペンション装置D1,D2,D3,D4が発生すべき基準となる各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の減衰係数Cと基準となる各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御力Fの理論値を決定する。この減衰係数Cは、サスペンション装置D1,D2,D3,D4の伸縮速度、すなわち、車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の相対速度vに依存して変化するので、減衰係数Cと相対速度vとの関係は、別途、縦軸を減衰係数C、横軸を相対速度vとする減衰係数決定用に各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎にマップ化され、後述する車両走行中の制御でECU30が当該減衰係数決定用マップを参照できるように、ECU30の記憶装置に記憶される。また、制御力Fは、減衰係数Cと相対速度vを積算したものに、バネ定数kと車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の相対変位xを積算したものを加算して得られるものであり、F=C・v+k・x(式1)で算出される。ここで、車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の相対速度vはそれぞれのサスペンション装置D1,D2,D3,D4の圧縮する方向で正の値をとり、伸長する側で負の値をとるものとし、また、相対変位xについても、それぞれのサスペンション装置D1,D2,D3,D4の圧縮する方向で正の値をとり、伸長する側で負の値をとるものとされる。
Then, from this spring constant k and the obtained sprung mass m, vibration analysis is performed to obtain the vibration characteristics of the vehicle body side members B1, B2, B3, and B4 at each wheel, which may be input during vehicle travel The optimum suspension devices D1, D2, D3, and D4 for suppressing vibrations in a certain frequency region are the reference damping factors C for the suspension devices D1, D2, D3, and D4 and the reference suspension devices D1. , D2, D3, and D4, the theoretical value of the control force F is determined. This damping coefficient C depends on the expansion / contraction speed of the suspension devices D1, D2, D3, D4, that is, the relative speed v of the vehicle body side members B1, B2, B3, B4 and the axle side members S1, S2, S3, S4. Since it varies, the relationship between the damping coefficient C and the relative speed v is separately determined for each suspension device D1, D2, D3, D4 for determining the damping coefficient with the vertical axis representing the damping coefficient C and the horizontal axis representing the relative speed v. It is mapped and stored in the storage device of the
なお、ここで本実施の形態のサスペンション装置D1,D2,D3,D4にあっては、緩衝器としての機能とアクチュエータとしての機能を有しており、ここで言う減衰係数Cは、緩衝器として機能する部分についての減衰係数である。また、実際には、本実施の形態のサスペンション装置は、減衰係数Cと相対速度vとの積算による減衰力とアクチュエータとしての制御力Fを発生するが、この減衰力および制御力Fは、モータ1の電磁力により発生されるので、ECU30は、減衰力と制御力Fとの総和にて各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の発生すべき力を演算し、この力をモータ1のトルク定数と螺子軸3のリードと制御回路の抵抗とから上記力を発生するのに必要な電流を算出し、その電流を各サスペンション装置D1,D2,D3,D4の各モータ1に出力することとなる。
Here, the suspension devices D1, D2, D3, and D4 of the present embodiment have a function as a shock absorber and a function as an actuator, and the damping coefficient C referred to here is a shock absorber. Attenuation coefficient for the functioning part. In practice, the suspension device of the present embodiment generates a damping force obtained by integrating the damping coefficient C and the relative speed v and a control force F as an actuator. 1 is generated by the electromagnetic force of 1, the
そして、上記基準となる減衰係数Cと制御力Fを得た後に、ステップP2で、車両に重量物を積載したり、車両に搭乗者を乗車させた状態を想定し、車両各輪のバネ上質量mを変化させる。 Then, after obtaining the above-described reference damping coefficient C and control force F, in step P2, it is assumed that a heavy object is loaded on the vehicle or a passenger is on the vehicle. The mass m is changed.
つづいて、ステップP3で、その車両各輪毎のバネ上質量mにて車両の振動特性について振動解析を行い、その車両の車体側部材B1,B2,B3,B4の振動抑制が最適となる制御力Fを実現するように各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGcおよび制御ゲインGkを設定する。具体的には、車両走行中に入力される可能性のある周波数領域の振動を与えるシミュレーションを行い、振動抑制が最適となるように各サスペンション装置が発生すべき制御力と上記基準となる制御力とを比較して、そのときの制御力FがF=Gc・C・v+Gk・k・x(式2)の算式で導き出されるように制御ゲインGc,Gkを設定する。なお、基準となる制御力で振動抑制が充分達成できる場合、バネ上質量mが、基準のa倍になるのであれば、制御ゲインGc,Gkをaにすればよい。そうすることにより、振動の伝達関数は、バネ上質量mが基準のバネ上質量mのときの振動の伝達関数とa倍のときの伝達関数は全く同じとなるので、バネ上共振周波数および減衰率は変化せず、その振動も変化しないこととなるので、つまり、バネ上質量mに変化があっても常に基準となるバネ上質量mのときの振動と同じとなるので、常に車体側部材B1,B2,B3,B4の振動抑制が最適な状態とすることができる。ここで、車両各輪での車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の相対変位xは、懸架バネK1,K2,K3,K4で車体を懸架して釣り合いが取れている状態で常にゼロとなるようにされ、すなわち、バネ上重量mが変化した場合には、変化後の釣り合い状態で各相対変位xがゼロとなるように調整される。具体的には、車体のみが懸架バネK1,K2,K3,K4で懸架されて釣り合っている状態のときのモータ1のシャフト1aの回転位置を基準としてECU30に記憶させておき、さらに、ECU30は、後述する図4に示すバネ上質量mを検出するステップP14で、バネ上質量mが変化した時には、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎のその時のシャフト1aの回転位置をも記憶装置に記憶し、上記車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の各相対変位xを算出する際には、上記記憶した夫々のモータ1のシャフト1aの現在回転位置からバネ上質量m変化後の夫々のモータ1のシャフト1aの回転位置を
減算して、夫々のシャフト1aの回転角を算出し、夫々のシャフト1aの回転角と螺子軸3のリードを積算して算出する。したがって、本実施の形態においては、上記ECU30に記憶させる基準となる各サスペンション装置D1,D2,D3,D4の各モータ1のシャフト1aの回転位置は、バネ上質量mを算出するために使用される。
Subsequently, in step P3, vibration analysis is performed on the vibration characteristics of the vehicle using the sprung mass m for each wheel of the vehicle, and control for optimal vibration suppression of the vehicle body side members B1, B2, B3, B4 of the vehicle is performed. The control gain Gc and the control gain Gk for each suspension device D1, D2, D3, D4 are set so as to realize the force F. Specifically, a simulation is performed that gives vibrations in a frequency range that may be input while the vehicle is running, and the control force that each suspension device should generate and the control force that serves as the reference so that vibration suppression is optimal. And the control gains Gc and Gk are set so that the control force F at that time can be derived by the equation F = Gc · C · v + Gk · k · x (Equation 2). If vibration suppression can be sufficiently achieved with the reference control force, the control gains Gc and Gk may be set to a if the sprung mass m is a times the reference. By doing so, since the vibration transfer function is exactly the same when the sprung mass m is the reference sprung mass m and the transfer function when the sprung mass m is a times, the sprung resonance frequency and damping The rate does not change, and the vibration does not change. That is, even if there is a change in the sprung mass m, the vibration is always the same as the reference sprung mass m. Vibration suppression of B1, B2, B3, and B4 can be brought into an optimum state. Here, the relative displacement x of the vehicle body side members B1, B2, B3, B4 and the axle side members S1, S2, S3, S4 in each vehicle wheel is suspended by the suspension springs K1, K2, K3, K4. In the balanced state, it is always set to zero, that is, when the sprung weight m changes, the relative displacement x is adjusted to be zero in the changed balanced state. Specifically, the
なお、車両が坂道で停車している状態や車両に偏って重量物を積載したときには、車両が傾向いてしまうので、車両の傾きの状態をECU30が記憶している基準となる各モータ1のシャフト1aの回転位置と現在の各モータ1のシャフト1aの回転位置とを比較して、車両の傾きをECU30に演算させて、その傾きを加味して、車輌各輪のバネ上質量mを補正算出することで、車両各輪の正確なバネ上質量mを算出させるとすればよい。したがって、最初のステップP1では車両を平地に停車させて、基準となる各モータ1のシャフト1aの回転位置を計測しておくことが望ましい。
When the vehicle is stopped on a slope or when a heavy object is loaded on the vehicle, the vehicle tends to be inclined. Therefore, the shaft of each
そして、ステップP4では、車両に運転者が搭乗したうえで、ステップ3のバネ上質量mを維持したまま車両を走行させるか、車両を加振して、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎に上記式2で算出される制御力Fで振動が充分抑制されるか否かを搭乗者が判断し、充分でなければ、制御ゲインGcおよび制御ゲインGkの微調整を行い、最終的な各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkを設定する。
Then, in step P4, after the driver has boarded the vehicle, the vehicle is run while maintaining the sprung mass m in
さらに、ステップP5で、設定された各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkを制御ゲイン設定用マップに記載してECU30の記憶装置に記憶する。
Further, at step P5, the set control gains Gc and Gk for each of the suspension devices D1, D2, D3 and D4 are written in the control gain setting map and stored in the storage device of the
そして、このステップP2からステップP5までの作業を、バネ上質量mを変化させて繰り返し、最終的には、車両各輪毎のバネ上質量mに対する各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkを示すマップを作成する。すなわち、減衰係数Cに積算される制御ゲインGcは、バネ上質量mに対して変化する係数となり、制御ゲインGcの算出用マップは、縦軸を制御ゲインGc、横軸をバネ上質量mとして示されるマップとされ、バネ定数kに積算される制御ゲインGkも、また、バネ上質量mに対して変化する係数となり、縦軸を制御ゲインGk、横軸をバネ上質量mと示されるマップとなる。 Then, the operations from Step P2 to Step P5 are repeated by changing the sprung mass m, and finally, for each suspension device D1, D2, D3, D4 with respect to the sprung mass m for each vehicle wheel. A map showing the control gains Gc and Gk is created. That is, the control gain Gc integrated with the damping coefficient C is a coefficient that changes with respect to the sprung mass m, and the control gain Gc calculation map has the control gain Gc on the vertical axis and the sprung mass m on the horizontal axis. The control gain Gk integrated with the spring constant k is also a coefficient that changes with respect to the sprung mass m, and the vertical axis represents the control gain Gk and the horizontal axis represents the sprung mass m. It becomes.
なお、ECU30の記憶装置に格納される制御ゲイン算出用マップは、ECU30を使用して作成する必要はなく、サスペンション装置D1,D2,D3,D4にマップ作成用のコンピュータシステムを用いて作成するとしてもよいことはもちろんである。また、本実施の形態におけるサスペンション装置にあっては、懸架バネ等のサスペンションのバネ要素のバネ定数kを正確に把握することができるので、ECU30に振動解析プログラムと、その振動解析の結果から最適な制御力を算出するプログラムを記憶させて、これらプログラムを実行させるか、経年劣化等によるバネ定数kの変化に鑑み予め複数のバネ定数kに対応する減衰係数Cと制御力Fをマップ化しておいてECU30に参照させて減衰係数Cと制御力Fを決定させるとしておくことにより、懸架バネ等の経年劣化によるバネ定数変化をも加味した振動抑制が可能となる。
Note that the control gain calculation map stored in the storage device of the
また、ステップP1で理論的に基準となる減衰係数Cおよび基準となる制御力Fを算出するとしているが、ステップP2とステップP3との間に、運転者が搭乗した状態を基準として、運転者が揺れを感じる感覚によって基準となる減衰係数Cおよび基準となる制御力Fを微調整するステップを加えても良い。 Further, although the calculated control force F as a damping coefficient C and a reference to a theoretically criteria in step P1, between the steps P2 and step P3, based on the state of the driver on board, the driver A step of finely adjusting the reference attenuation coefficient C and the reference control force F may be added according to the sense of feeling the vibration.
つづいて、上記実施の形態の動作を、ECU30のCPUの処理手順の一例を示す図4に基づいて説明する。すなわち、図4の処理は、ステップP11のウエイト時間、例えば、10msec毎にタイマ割込処理として実行され、まず、ステップP12で、たとえば、車速センサで検出される車速がゼロであるか、または、エンジン始動中であるか、または、サイドブレーキがオン状態であるか、すなわち、車両が停車中か否かを判定し、車両が走行中であると判定された場合には、ステップ13に移行し、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkの変更をせずに割込処理を終了する。すなわち、この場合には、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkは、変更されず、ECU30は、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4に、設定済みの各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkにより上記式2で算出される各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の各制御力Fと、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の各減衰係数Cと車両各輪の車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の各相対速度vとを積算した各減衰力とを発生させるべくサスペンション装置D1,D2,D3,D4を制御する。逆に、車両が停車中であると判定された場合には、ステップP14に移行し、車両各輪のバネ上質量mを検出する。このとき、ECU30は、サスペンション装置D1,D2,D3,D4の各モータ1のシャフト1aは、車両各輪のバネ上質量mの変化に伴い上記基準のバネ上質量mが懸架バネK1,K2,K3,K4に負荷されている状態、すなわち、車両に搭乗者や荷物が積載されていない状態での各シャフト1aの回転位置から夫々車両各輪のバネ上質量m変化分だけ、回転するので、この現在の各シャフト1aの回転位置と上記車両に搭乗者や荷物が積載されていない状態での各シャフト1aの回転位置との差から各シャフト1aの回転角を算出し、この各回転角から車両各輪での車体側部材B1,B2,B3,B4のバネ上質量m変化に相当する各変位量を算出し、この各変位量と上記バネ要素の各バネ定数kとから各バネ上質量mを算出する。
Next, the operation of the above embodiment will be described based on FIG. 4 showing an example of the processing procedure of the CPU of the
そして、ステップP15に移行し、ECU30は、得られた車両各輪のバネ上質量mと上述の各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲイン算出用マップから制御ゲインGc,Gkを決定し、従前の各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkを決定された各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkに変更し、これを記憶装置に記憶して、割込処理を終了する。
Then, the process proceeds to Step P15, where the
この場合には、ECU30は、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4に、変更後の各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkにより上記式2で算出される各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御力Fと、減衰係数Cと相対速度vとを積算した各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の減衰力を発生させるべくサスペンション装置D1,D2,D3,D4を制御する。
In this case, the
以上のように各制御ゲインGc,Gkが決定されるが、つづいて、車両走行中のサスペンション装置の制御について説明する。車両走行中には、ECU30は、絶えず、サスペンション装置D1,D2,D3,D4の各ホール素子Hが検出する各シャフト1aの回転位置を把握し、停車時に上記ステップ14で車両各輪でのバネ上質量mを検出した状態での各シャフト1aの回転位置を基準として、車両各輪での車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の各相対変位xを算出する。また、ECU30は、得られた各相対変位xを微分して車両各輪での車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の各相対速度vを算出し、さらに、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の減衰係数Cは、上述のように各相対速度vに依存して変化するので、ECU30は各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の減衰係数決定用マップを参照し、各相対速度vに対応する各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の減衰係数Cを決定するとともに、この各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の減衰係数Cと夫々それに対応する各相対速度vとを積算して夫々サスペンション装置D1,D2,D3,D4が発生すべき減衰力を算出するとともに、上記の各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御ゲインGc,Gkおよび算出された各相対変位xおよび各相対速度vおよび決定された各減衰係数Cおよび予め計測された各バネ定数kを用いて上記式2の計算式で得られる各サスペンション装置D1,D2,D3,D4毎の制御力Fを演算する。
The control gains Gc and Gk are determined as described above. Next, the control of the suspension device while the vehicle is traveling will be described. While the vehicle is running, the
つづいて、ECU30は、上記算出された減衰力と制御力Fを加算し、夫々のサスペンション装置D1,D2,D3,D4が発生すべきトータルの力をサスペンション装置D1,D2,D3,D4毎に算出し、その算出結果に基づき、上記トータルの力を夫々のサスペンション装置D1,D2,D3,D4に発揮させるべく、各サスペンション装置D1,D2,D3,D4の各モータ1に供給する必要電流を算出する。ここで、本実施の形態のサスペンション装置D1,D2,D3,D4にあっては、サスペンション装置D1,D2,D3,D4に路面から振動が入力されると、螺子軸3が回転し、螺子軸3に連結されているモータ1のシャフト1aも回転する。すると、モータ1は、螺子軸3の回転に伴ってシャフト1aが回転することによりコイル6に誘導起電力が発生し、この誘導起電力に起因してコイル6に電流が流れるが、ECU30は、この誘導起電力に起因する電流を加味して必要電流がモータ1のコイル6に流れるように、夫々のサスペンション装置D1,D2,D3,D4の各モータ1に電流を供給する。
Subsequently, the
そして、この車両走行中の制御は、例えば、10msec毎に随時行われ、車両の車体側部材B1,B2,B3,B4の振動を抑制する。なお、上記したところでは、ECU30はモータ1に電流を供給して制御するとしているが、電圧を印加することにより制御してもよいことは無論である。
And control during this vehicle travel is performed at any time, for example every 10 msec, and suppresses vibration of vehicle body side members B1, B2, B3, and B4. In the above description, the
したがって、このアクティブサスペンションでは、車両各輪でのバネ上質量の変化に対応した車両各輪毎での車体側部材の振動を効果的に抑制することが可能となり、車両における乗り心地を向上することができる。 Therefore, this active suspension can effectively suppress the vibration of the vehicle body side member for each vehicle wheel corresponding to the change of the sprung mass in each vehicle wheel, and improve the riding comfort in the vehicle. Can do.
さらに、サスペンション装置の発生する減衰力は、モータの電磁力で発生されることから、油圧式の緩衝器のように、バルブ開度で決定されるものとは異なり、きめ細かに減衰係数を変化させることができるとともに、ECUで電流供給を行い絶えず、発生電磁力を監視することで出力としての減衰力を監視することができ、狙った制御を行うことが可能である。 Further, since the damping force generated by the suspension device is generated by the electromagnetic force of the motor, unlike the hydraulic shock absorber, which is determined by the valve opening, the damping coefficient is changed finely. In addition, it is possible to monitor the generated electromagnetic force continuously by supplying current with the ECU and to monitor the damping force as an output, and to perform targeted control.
そして、サスペンション装置のアクチュエータ機能も電流供給により制御されるから、油圧式のアクチュエータに比較して制御遅れが少なく、この点でも狙った制御が実現可能となる。 Since the actuator function of the suspension device is also controlled by current supply, the control delay is less than that of the hydraulic actuator, and control aimed at this point can be realized.
また、単にセミアクティブサスペンションにて車両各輪のバネ上質量変化に基づいて制御ゲインを変化させるサスペンション装置では、バネ上共振周波数が変化してしまい、特にバネ上質量が大きくなるとバネ上共振周波数が低くなり、振動を充分に減衰するまで長時間を要することとなるので、乗り心地が悪化する懸念があるが、本実施の形態では、上記のようにバネ上共振周波数を変化させないように制御可能であり、上記弊害を防止することができる。 Further, in a suspension device that simply changes the control gain based on a change in the sprung mass of each vehicle wheel by a semi-active suspension, the sprung resonance frequency changes, and particularly when the sprung mass increases, the sprung resonance frequency increases. low, since it takes a long time until sufficiently damp vibrations, there is a concern that the ride comfort is deteriorated, in this embodiment, the controllable so as not to change the sprung resonance frequency, as described above Thus, the above-described adverse effects can be prevented.
そして、車両各輪でのバネ上質量変化にかかわらず、振動の伝達関数を変化させないように制御することができ、車両各輪でのバネ上質量変化にかかわらず、車両の乗り心地を安定させることができるとともに、車両各輪でのバネ上質量変化にかかわらず、車両の運転者は常に同一の条件で運転することが可能となる。 The vibration transfer function can be controlled so as not to change regardless of the sprung mass change in each vehicle wheel, and the riding comfort of the vehicle is stabilized regardless of the sprung mass change in each vehicle wheel. In addition, the vehicle driver can always drive under the same conditions regardless of the sprung mass change in each vehicle wheel.
さらに、正確なバネ要素の各バネ定数を測定することが可能であり、正確なバネ定数に基づいて制御することができるので、従来のアクティブサスペンションに比較して振動を効率的に抑制でき、車両における乗り心地を向上することができ、また、正確なバネ要素のバネ定数の測定もモータへの通電によって行われるので車両のパワーソースを大きく消費する油圧源等を使用する必要がなく、経済的である。 Furthermore, it is possible to measure each spring constant of an accurate spring element and control based on the exact spring constant, so that vibration can be efficiently suppressed as compared with a conventional active suspension, and the vehicle In addition, it is possible to improve the ride comfort in the vehicle, and since the accurate measurement of the spring constant of the spring element is also performed by energizing the motor, there is no need to use a hydraulic power source that consumes a large amount of the power source of the vehicle. It is.
また、各バネ上質量に基づいて、対応する制御ゲイン算出用マップを参照して制御ゲインを設定し、車体側部材と車軸側部材の相対変位および相対速度および上記制御ゲインとに基づいて制御力を調整するので、各バネ上質量が変化しても最適な振動抑制効果を得られる。 Further, based on each sprung mass, a control gain is set with reference to the corresponding control gain calculation map, and the control force based on the relative displacement and relative speed between the vehicle body side member and the axle side member and the control gain. Therefore, even if the mass on each spring changes, the optimum vibration suppressing effect can be obtained.
上記実施の形態においては、ホール素子Hでシャフト1aの回転位置を検出することにより、相対変位x、相対速度v、バネ定数k、バネ上質量mを算出可能としていたが、ホール素子Hを使用する変わりに、上述のごとくに、磁気センサや光センサを使用してもよく、また、モータ1のシャフト1aの回転位置を検出することに換えて、車両各輪のバネ上質量mを検出する荷重センサと、サスペンション装置D1,D2,D3,D4夫々に車体側部材B1,B2,B3,B4と車軸側部材S1,S2,S3,S4の相対変位xを検出するストロークセンサを設けるとしてもよい。
In the above embodiment, the Hall element H can detect the rotational position of the
つづいて、上記実施の形態の変形例について説明する。上述したところにおいては、螺子軸3が回転運動をするとしているが、この変形例では、逆に、図5に示すように、サスペンション装置を螺子軸3の軸方向の直線運動をボール螺子ナット4の回転運動に変換して、このボール螺子ナット4の回転運動をモータ51のシャフト51aに伝達する構成とされている。この場合には、ボール螺子ナット4の外周に駆動側歯車62bを設け、この駆動側歯車62bに噛合する従動側歯車62aを設け、さらに、この従動側歯車62aをモータ51のシャフト51aに連結するとして、駆動側歯車62bと従動側歯車62aで構成される歯車機構を介してボール螺子ナット4の回転運動をモータ51のシャフト51aに伝達できるようにしておき、螺子軸3の直線運動をボール螺子ナット4の回転運動に変換し、上記回転運動をモータ51のシャフト51aに伝達可能とされ、上記モータ51に電磁力を発生させ、この電磁力に起因して発生するトルクを上記螺子軸3の直線運動を抑制する減衰力として利用してボール螺子ナット4と螺子軸3との軸方向の相対移動を抑制するとしている。なお、この変形例にあっても、ボール螺子ナット4にトルクを与えることによりアクチュエータとしても機能することができる。なお、上記実施の形態と同様に、モータ51は図示しないホール素子Hを備えており、シャフト51aの回転位置を検出できるようになっており、また、モータ51は上記ECU30に接続されている。
Next, a modification of the above embodiment will be described. In the above description, it is assumed that the
この変形例のサスペンション装置について、詳しく説明すると、螺子軸3には、その図5中下端にサスペンション装置が適用される箇所へ取付可能なように、アイ型ブラケット50が設けられている。そして、この螺子軸3は、ボール螺子ナット4内に回転自在に螺合されるとともに、外筒55内に挿入されている。
The suspension device of this modification will be described in detail. The
また、外筒55は有底筒状であって、その図5中上端には、サスペンション装置が適用される箇所へ取付可能なように図示しないブラケットが設けられている。したがって、このサスペンション装置を特に車両に適用する場合には、上記アイ型ブラケット50および図示しないブラケットを介して、車体と車軸との間にサスペンション装置を介装することが可能なようになっている。
The
そしてまた、外筒55の図5中下端は、中空なハウジング59に連結され、このハウジング59には、孔59a,59b,59cおよび穴59dが設けられ、外筒55は、ハウジング59の孔59a,59bと同心となるようにハウジング59に連結されている。さらに、ハウジング59の孔59a,59bの内周には、それぞれボールベアリング40,41が嵌合され、このボールベアリング40,41内には上記ボール螺子ナット4が嵌合している。したがって、ボール螺子ナット4はハウジング59に対して回転することができる。
5 is connected to a
また、ハウジング59の孔59cおよび穴59dにも、ボールベアリング42,43が設けられるとともに、このボールベアリング42,43内には、回転軸60が嵌合されている。さらに、このハウジング59には、孔59cと同芯となるように、筒65が結合されており、この筒65内には、モータ1と同様の構成のモータ51が固着ている。
上述のように、ボール螺子ナット4には螺子軸3が螺子溝3aに沿って回転自在に螺合され、螺子軸3がボール螺子ナット4に対し図5中上下方向の直線運動をすると、ボール螺子ナット4はハウジング59により図5中上下方向の移動が規制され、回転のみ許容されているので、ボール螺子ナット4は強制的に回転駆動される。すなわち、上記機構により螺子軸3の直線運動がボール螺子ナット4の回転運動に変換されることとなる。
As described above, when the
他方、歯車機構は、図5に示すように、上記回転軸60に外周に形成した従動歯車62aと、ボール螺子ナット4の外周に形成した駆動歯車62bとからなり、各歯車62a、62bの歯が、互いに噛み合うように水平に配置されてハウジング59内に回転自在に挿入されており、さらに、回転軸60は、モータ51のシャフト51aに連結されている。
On the other hand, as shown in FIG. 5, the gear mechanism includes a driven
なお、各歯車62a、62bは、たとえばインボリュート歯車等の周知の歯車を使用すればよく、本実施の形態では2つの歯車を使用しているが、3つ以上の歯車列を使用してもよい。
In addition, what is necessary is just to use well-known gears, such as an involute gear, for example, and each
上記のように各歯車62a、62bの軸心が横方向にオフセットされていることにより、各歯車62a、62bに結合したモータ51の軸心とボール螺子ナット4の軸心が横方向にずれており、その結果、モータ51は外筒65の外側においてボール螺子ナット4の側方に並行に配置される。
As described above, since the shaft centers of the
そして、上記の構成をとることにより、モータ51は、ボール螺子ナット4の側方に配置され、従来のサスペンション装置のようにモータ1を螺子軸3の上部に垂直に設ける必要が無く、言い換えればモータ51を外筒5と並行に配置したことにより、緩衝器に必要なストローク確保ができ、基本長も短くすることができる。すなわち、省スペース化を図ることができる。
By adopting the above configuration, the
なお、モータ51をボール螺子ナット4の側方近傍に配置しているが、上述のように歯車列を使用して、モータ51をボール螺子ナット4から離れた位置に配置することも可能である。したがって、たとえば、モータ51のみを車体内に配置するようにして雨水や泥、飛び石などによるモータ51の損傷を防止することができる。
In addition, although the
また、図示はしないが、ボール螺子ナット4の外周に磁石もしくはコイルの一方を取付け、ハウジング59に磁石もしくはコイルの他方を取付けることによりモータを構成するとしてもよい。この場合には、上記歯車機構を廃することができる。
Although not shown, the motor may be configured by attaching one of a magnet or a coil to the outer periphery of the
上記構成により、螺子軸3の図5中上下方向の直線運動によるボール螺子ナット4の回転運動は、駆動歯車62bと従動歯車62aとが互いに噛み合っているので、モータ51のシャフト51aに伝達されることとなり、その結果、モータ51が回転し、その電磁力に起因して発生するシャフト51aの回転に抗するトルクが歯車機構を介してボール螺子ナット4の回転を抑制する減衰力として作用する。
With the above configuration, the rotational movement of the
なお、上記したところでは、駆動歯車と従動歯車を水平配置してボール螺子ナット4の回転運動をモータ51に伝達しているが、各歯車を傘歯車として、ボール螺子ナット4に対するモータ51の取付角度を変化させることも可能である。この場合には、上記取付角度の調節が可能であるから、適用する車両の構造にあわせて、本発明にかかるサスペンション装置を取付けることが出来ることとなる。したがって、新造又は既存車両のレイアウトに左右されずにサスペンション装置を取付ることが可能である。また、傘歯車の種類は何でも良いが、はすば傘歯車等の円滑な伝動が可能であるものが好ましい。
In the above description, the driving gear and the driven gear are horizontally arranged to transmit the rotational motion of the
さらには、ボール螺子ナット4の回転運動をモータ51のシャフト51aに伝達するには、歯車機構以外に、摩擦車機構やベルト機構を使用してもよい。
Further, in order to transmit the rotational motion of the
このように構成されたサスペンション装置は、伸縮すると、螺子軸3が図5中上下に直線運動を呈することとなるが、この直線運動がボール螺子ナット4の回転運動に変換され、さらに、このボール螺子ナット4の回転運動は、歯車機構を介してシャフト51aに伝達される。したがって、モータ51の発生する電磁力に起因するシャフト51aの回転に抗するトルクは、ボール螺子ナット4の回転を抑制することとなり、このボール螺子ナット4の回転を抑制する作用が、螺子軸3の直線運動を抑制することとなるので、結果的に、ボール螺子ナット4と螺子軸3の軸方向の相対移動を抑制する減衰力として作用し、また、モータ51に電流を供給することによりサスペンション装置をアクチュエータとしても使用可能である。
When the suspension device configured in this manner expands and contracts, the
そして、上述のように構成される変形例にあっても、車両各輪のバネ上質量に基づく制御が可能であり、上記実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能である。 Even in the modified example configured as described above, control based on the sprung mass of each vehicle wheel is possible, and the same operational effects as in the above-described embodiment can be achieved.
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.
1,51 モータ
1a,51a シャフト
3 螺子軸
3a 螺子溝
4 ボール螺子ナット
30 コントローラたるECU
B1,B2,B3,B4 車体側部材
D1,D2,D3,D4 サスペンション装置
H ホール素子
K1,K2,K3,K4 懸架バネ
S1,S2,S3,S4 車軸側部材
DESCRIPTION OF
B1, B2, B3, B4 Car body side member D1, D2, D3, D4 Suspension device H Hall element K1, K2, K3, K4 Suspension spring S1, S2, S3, S4 Axle side member
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