JP5224066B2 - 車両のサスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁力によりばね上部とばね下部との相対的な上下運動を減衰させる電磁式ショックアブソーバを備えた車両のサスペンション装置に関する。

従来から、ばね上部とばね下部との相対的な上下運動によりロータが回される電動モータを備え、ロータが回されることにより発生した電磁力により、ばね上部とばね下部との相対的な上下運動を減衰させる電磁式ショックアブソーバを備えたサスペンション装置が知られている。こうした電動モータとして、ブラシ付モータを使用したサスペンション装置も特許文献１において提案されている。

特開２００９−１１３６２４

しかしながら、ブラシ付モータを使用する場合は、ブラシと整流子との擦れによるブラシ部（ブラシおよび整流子）の摩耗が問題となる。特に、ブラシ付モータを電磁式ショックアブソーバに使用した場合には、特定の整流子の摩耗が進んでしまう事がある。その理由は、サスペンションばねにより車高が決まるため、車両停止時においてはブラシと整流子とが同じモータ回転角度で接触しやすいからである。この場合、乗員の乗降時の振動やエンジンの振動等が電磁式ショックアブソーバに伝達されると、ブラシ付モータは、この回転角度を中心にして所定の角度範囲で正逆回転する。従って、この角度範囲では、他の角度範囲に比べてブラシと整流子との擦れる頻度が高くなる。このため特定の整流子に摩耗が集中してしまい、ブラシ部の耐久性が低下する。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、電磁式ショックアブソーバに使用するブラシ付モータのブラシ部の耐久性を向上させ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、ばね上部とばね下部とを弾性的に連結するサスペンションばねと、前記サスペンションばねと並列的に配設されるとともに、ばね上部とばね下部との相対的な上下運動により電磁力を発生するブラシ付モータを有し、前記電磁力により前記ばね上部と前記ばね下部との相対的な上下運動を減衰させる電磁式ショックアブソーバと、前記ばね上部と前記ばね下部との離間距離を変更して車高を目標車高に調整する車高調整装置とを備えた車両のサスペンション装置において、
車両が停止しているときに前記ブラシ付モータの回転角度を繰り返しサンプリングし、サンプリングした回転角度に関連する角度情報を蓄積する回転角度サンプリング手段と、
前記回転角度サンプリング手段により蓄積された角度情報に基づいて、サンプリングされた回転角度の度数分布が平均化するように前記目標車高を変更する車高変更手段とを備えたことにある。

本発明のサスペンション装置は、ブラシ付モータを有する電磁式ショックアブソーバを備えている。この電磁式ショックアブソーバは、ばね上部とばね下部との相対的な上下運動によりブラシ付モータのロータが回されて電磁力を発生し、この電磁力によりばね上部とばね下部との相対的な上下運動を減衰させる。例えば、ブラシ付モータの通電端子間を電気抵抗素子を介して相互に接続する外部回路を設け、ばね上部とばね下部との相対的な上下運動によりブラシ付モータのロータが回されたときに発生する誘導起電力（逆起電力）でモータコイルに発電電流を流して発電ブレーキにより減衰力を発生させる。

車両が停止しているとき、つまり、車速がゼロのときには、車高が目標車高に維持される。このため、車両停止時においては、ブラシ付モータの回転角度（ロータのステータに対する回転角度位置）が毎回同じような角度となりやすく、ブラシと接触する整流子が特定のものに片寄る。このとき、乗員の乗降による振動やエンジンの振動等が電磁式ショックアブソーバに伝達されると、ブラシ付モータは、その回転角度を中心として正逆回転する。このため、ブラシと擦れあう頻度が特定の整流子において高くなり、その整流子の摩耗が進んでしまい、結果的にブラシ部の耐久性が低下する。

そこで、本発明においては、回転角度サンプリング手段が、車両が停止しているときにブラシ付モータの回転角度を繰り返しサンプリングし、サンプリングした回転角度に関連する角度情報を蓄積する。この角度情報は、サンプリングした回転角度を表す情報であってもよいし、回転角度から導き出される情報であってもよい。そして、車高変更手段が、回転角度サンプリング手段により蓄積された角度情報に基づいて、サンプリングされた回転角度の度数分布が平均化するように目標車高を変更する。これにより、車高調整装置が、変更された目標車高に基づいて、ばね上部とばね下部との離間距離を変更する。従って、ブラシ付モータの各整流子におけるブラシとの接触頻度が平均化され、特定の整流子の摩耗が進むことがない。この結果、ブラシ部の耐久性を向上させることができる。尚、「回転角度の度数分布が平均化するように、目標車高を変更する」とは、回転角度の度数分布が特定の回転角度に集中することが低減されるように目標車高を変更することであって、必ずしも度数分布が均一になる必要はない。

また、本発明の他の特徴は、前記車高変更手段は、予め設定した許容範囲内において前記目標車高を変更することにある。

目標車高を変更する場合、その変更量が大きいと車高が本来の目標車高から大きく外れてしまう。そこで、本発明においては、目標車高の変更を予め設定した許容範囲内に制限している。このため、車高を適正範囲に維持することができる。

また、本発明の他の特徴は、前記回転角度サンプリング手段は、設定車高に対応する前記ブラシ付モータの基準回転角度と前記サンプリングした回転角度との角度差を前記角度情報として蓄積し、前記車高変更手段は、前記角度差の度数分布が平均化するように前記目標車高を変更することにある。

本発明においては、設定車高に対応するブラシ付モータの基準回転角度とサンプリングした回転角度との角度差を角度情報として蓄積する。設定車高とは、予め設定される車高であって、例えば、運転者により選択された車高、あるいは、選択不能に設定されている車高等を意味する。車高調整装置により車高が目標車高に調整された場合、この角度差は、目標車高に応じた特定の角度に集中する。従って、角度差の度数分布が平均化するように目標車高を変更することで、サンプリングされた回転角度の度数分布が平均化される。これにより、特定の整流子の摩耗が進んでしまうといった不具合が低減され、ブラシ部の耐久性を向上させることができる。この場合、例えば、度数の高い角度差領域が度数の低い角度差領域にシフトするように（「度数の低い角度差領域が度数の高い角度差領域にシフトするよう」にと実質同一）目標車高を変更するとよい。また、度数の高い角度差領域をシフトさせるシフト量を目標車高の変更許容範囲に相当する角度範囲内で設定するとよい。

尚、例えば、電磁式ショックアブソーバは、ばね上部とばね下部との相対的な上下運動によりブラシ付モータに発電電流が流れるようにブラシ付モータの２つの通電端子のうちの一方である第１端子と他方である第２端子とを接続する外部回路と、外部回路に流れる電流を制御してばね上部とばね下部との相対的な上下運動を減衰させる減衰力を制御する減衰力制御手段とを備えると簡単な構成にて減衰力を制御することができる。この場合、外部回路は、ばね上部とばね下部との接近動作時に第１端子から第２端子へ発電電流が流れる第１接続路と、ばね上部とばね下部との離間動作時に第２端子から第１端子へ発電電流が流れる第２接続路と、第１接続路に流れる発電電流を調整する第１電流調整器と、第２接続路に流れる発電電流を調整する第２電流調整器とを備え、減衰力制御手段は、第１電流調整器と第２電流調整器との作動を制御して減衰力を制御するとよい。これによれば、ばね上部とばね下部との接近動作時と離間動作時とで独立して減衰力を簡単に制御することができる。

本発明の実施形態に係る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。 減衰力制御ルーチンを表すフローチャートである。 目標車高変更制御ルーチンを表すフローチャートである。 ブラシと整流子との位置関係を表す模式図である。 ブラシと整流子との位置関係を表す模式図である。 角度差βの度数分布を表すグラフである。 目標車高を変更した後の仮想度数分布を合成したグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る車両の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Ａ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。

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Ａとの間に設けられ、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体Ａの重量を弾性的に支持するサスペンションばねとしてのエアばね装置２０と、エアばね装置２０の上下振動に対して減衰力を発生させるショックアブソーバとして機能す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、エアばね装置２０の上部側、つまり車体Ａ側を「ばね上部」と呼び、エアばね装置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、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、電磁コイルに誘導起電力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。

エアばね装置２０は、電磁式ショックアブソーバ３０の外周に設けられるもので、モータケーシング４２の外周を囲む円筒状の上部ケース２１と、アウタシリンダ３１の外周面を囲む下部ケース２２と、両ケース２１，２２を気密状態で連結するゴムを主成分としたダイアフラム２３とを備え、これらのケース２１，２２とダイアフラム２３とによりアウタシリンダ３１、インナシリンダ３２、モータケーシング４２の外周に空気室２４を形成する。上部ケース２１および下部ケース２２は、それぞれモータケーシング４２およびアウタシリンダ３１の外周面に気密的に溶接固定されることで、空気室２４を密閉状態にする。

上部ケース２１には、この空気室２４内に空気を供給したり空気室２４内から空気を排出したりする給排口としてのノズル２５が設けられる。このノズル２５には、図１に示すように、給排装置８０からの高圧空気流路となる給排気管８１が接続され、ノズル２５からの給排気により空気室２４内の空気圧が調整されるようになっている。

車両が走行中にばね下部（車輪Ｗ側）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エアばね装置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導起電力が発生し、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、サスペンション本体１０の作動を制御する構成について説明する。サスペンション装置は、外部回路１００と給排装置８０の作動を制御する電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）５０を備えている。ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータを主要部として備え、その機能に着目すると、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を制御するアブソーバ制御部５１と、給排装置８０の制御によりエアばね装置２０に供給される空気量を調整して車高を制御するエアばね制御部５２とに大別される。アブソーバ制御部５１は、モータ４０の回転角度に関連する情報等を記憶する不揮発性メモリ５１ａを備えている。

ＥＣＵ５０には、ばね上部とばね下部との上下方向の離間距離（以下、ストロークＳと呼ぶ）を各車輪Ｗの位置においてそれぞれ検出するストロークセンサ６１が接続されている。また、ＥＣＵ５０には、各電磁式ショックアブソーバ３０のモータ４０の回転角度を検出する回転角センサ６２が接続されている。この回転角センサ６２は、各モータ４０のロータの回転角度（回転角度位置）を表す信号を出力するもので、例えば、エンコーダやレゾルバ等を使用することができる。以下、回転角センサ６２により検出されたモータ４０のロータの回転角度を、モータ回転角度θｍと呼ぶ。また、ＥＣＵ５０は、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信システムと接続され、ＣＡＮ通信線を介して車両の各種情報を取得できるようになっている。本実施形態においては、ＥＣＵ５０は、ＣＡＮ通信線を介して車速Ｖｘを表す情報を取得する。

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Ａ側）とばね下部（車輪Ｗ側）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で発生した誘導起電力により、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り、また、モータ４０の誘導起電力（誘起電圧）が大きいときには、発電電流の一部を蓄電装置１１０に流して蓄電装置１１０充電する回路でもある。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、減衰力を設定する固定抵抗器である。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のアブソーバ制御部５１に接続され、アブソーバ制御部５１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により電気的に連結され、第２端子ｔ２とｂ点とは、配線ｔ２ｂにより電気的に連結されている。配線ｔ１ａには、電流センサ１１１が設けられている。電流センサ１１１は、モータ４０に流れる電流を検出して、通電方向を示す情報を含めた測定値ｉｘを表す検出信号をＥＣＵ５０のアブソーバ制御部５１に出力する。

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により電気的に連結されている。第１スイッチング素子ＳＷ１と第１抵抗器Ｒ１との接続点となるｇ点には、車載電源バッテリとして設けられた蓄電装置１１０への充電路となる第１充電路ｇｉが分岐して設けられる。また、第２スイッチング素子ＳＷ２と第２抵抗器Ｒ２との接続点となるｈ点には、蓄電装置１１０への充電路となる第２充電路ｈｉが分岐して設けられる。第１充電路ｇｉと第２充電路ｈｉとは、ｉ点と蓄電装置１１０の正極ｊとを結ぶ主充電路ｉｊにｉ点で接続されている。また、ｆ点と蓄電装置１１０の負極ｋとはグランドラインｋｆにより接続されている。尚、蓄電装置１１０には、車両内に設けられた各種の電気負荷が接続されている。

第１充電路ｇｉには、ｇ点からｉ点に向かう方向の電流の流れを許容しｉ点からｇ点に向かう方向の電流の流れを阻止する第３ダイオードＤ３が設けられる。また、第２充電路ｈｉには、ｈ点からｉ点に向かう方向の電流の流れを許容しｉ点からｈ点に向かう方向の電流の流れを阻止する第４ダイオードＤ４が設けられる。つまり、外部回路１００から蓄電装置１１０への充電を許容し、蓄電装置１１０から外部回路１００への放電を阻止するように充電回路が構成されている。

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導起電力を発生する。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。つまり、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。

また、モータ４０で発生する誘導起電力は、モータ回転速度が大きくなるほど大きくなる。そして、誘導起電力（誘起電圧）が蓄電装置１１０の出力電圧（蓄電電圧）を越えると、モータ４０で発電された電力の一部が蓄電装置１１０に回生される。例えば、電磁式ショックアブソーバ３０の圧縮動作時であれば、発電電流がｇ点で２方向に分流し、一方は、そのまま第１接続路ｃｆｅｂを流れ、他方は、第１充電路ｇｉに流れる。従って、第１充電路ｇｉに流れた発電電流により蓄電装置１１０が充電される。また、電磁式ショックアブソーバ３０の伸長動作時であれば、発電電流がｈ点で２方向に分流し、一方は、そのまま第２接続路ｄｆｅａを流れ、他方は、第２充電路ｈｉに流れる。従って、第２充電路ｈｉに流れた発電電流により蓄電装置１１０が充電される。

次に、エアばね装置２０により車高調整を行う構成について説明する。エアばね装置２０は、図１に示すように、給排装置８０からの高圧空気流路となる給排気管８１が接続され、給排装置８０の作動により空気室２４内の空気圧が調整されることにより、車輪Ｗと車体Ａとの離間距離を調整する。これにより、車高が調整される。

給排装置８０は、ポンプ８５と、ポンプ８５を駆動するポンプモータ８６と、給気と排気とを切り換える電磁式の切替弁８７とを備えている。切替弁８７は、２位置切替弁であって、第１位置においては、ポンプ８５の高圧側（吐出側）と主給排気管８２とを連通するとともにポンプ８５の低圧側（吸入側）と低圧配管８３とを連通し、第２位置においては、ポンプ８５の高圧側と低圧配管８３とを連通するとともにポンプ８５の低圧側と主給排気管８２とを連通する。主給排気管８２は、途中で４本に分岐し、この分岐した給排気管８１が各エアばね装置２０のノズル２５に接続されている。また、給排気管８１にはそれぞれ電磁式の開閉弁８４（常閉弁）が設けられている。低圧配管８３の先端側は、フィルタ（図示略）を介して大気開放されている。

この給排装置８０は、ＥＣＵ５０のエアばね制御部５２により制御される。エアばね制御部５２は、給排装置８０を駆動するための駆動回路（図示略）を備えており、ストロークセンサ６１により検出されるストロークＳに基づいて、駆動回路を制御してポンプモータ８６、切替弁８７、開閉弁８４を駆動する。本実施形態のサスペンション装置においては、運転者の操作によって車高を変更するための車高変更スイッチ９０が設けられており、設定車高を運転者の好みに応じて選択できるようになっている。そして、エアばね制御部５２は、車高変更スイッチ９０により設定された車高に基づいて給排装置８０を駆動制御する。車高は、ストロークセンサ６１により検出されるストロークＳに対応した値となるため、以下、ストロークセンサ６１により検出されるストロークＳから求められた車高を実車高と呼ぶ。また、車高変更スイッチ９０により設定された車高を設定車高と呼び、エアばね制御部５２により制御される車高の目標値を目標車高と呼ぶ。目標車高は、後述する目標車高変更制御ルーチンにより、設定車高の近傍範囲内において変更される。尚、目標車高の初期値は、設定車高に設定される。

エアばね制御部５２は、ストロークセンサ６１により検出した実車高と目標車高とを比較し、実車高が目標車高よりも低い場合には、切替弁８７を第１位置にした状態でポンプモータ８６を駆動するとともに各開閉弁８４を開弁する。これにより、圧縮エアがエアばね装置２０の空気室２４に供給され車高が上がっていく。エアばね制御部５２は、４輪ごとにストロークセンサ６１により実車高を検出し、実車高が目標車高になると、その車輪Ｗに対応する開閉弁８４を閉弁する。そして、４輪の実車高が全て目標車高に達するとポンプモータ８６の作動を停止する。

また、実車高が目標車高よりも高い場合には、切替弁８７を第２位置にした状態でポンプモータ８６を駆動するとともに各開閉弁８４を開弁する。これにより、エアばね装置２０の空気室２４内の空気がポンプ８５により吸引されて排出され車高が下がっていく。エアばね制御部５２は、４輪ごとにストロークセンサ６１により実車高を検出し、実車高が目標車高になると、その車輪Ｗに対応する開閉弁８４を閉弁する。そして、４輪の実車高が全て目標車高に達するとポンプモータ８６の作動を停止する。尚、こうしたエアばね装置５２により車高調整制御は、予め設定されている禁止条件が成立しているときには実行されないようになっている。

次に、ＥＣＵ５０のアブソーバ制御部５１が行う減衰力制御処理について説明する。図４は、アブソーバ制御部５１の実行する減衰力制御ルーチンを表すフローチャートである。この減衰力制御ルーチンは、アブソーバ制御部５１のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されており、各輪の電磁式ショックアブソーバ３０ごとに独立して実行される。減衰力制御ルーチンは、イグニッションスイッチがオンされてからオフされるまでの間、所定の短い周期で繰り返し実行される。

減衰力制御ルーチンが起動すると、アブソーバ制御部５１は、ステップＳ１１において、ストロークセンサ６１により検出されるばね上部とばね下部との上下方向の離間距離であるストロークＳを読み込み、そのストロークＳを時間で微分処理してストローク速度Ｖｓを計算する。このとき、バンドパスフィルタ処理を行ってストローク速度信号からバネ上共振周波数域成分（例えば、０．１Ｈｚ〜３．０Ｈｚ）を抽出してストローク速度Ｖｓを求めるとよい。

続いて、アブソーバ制御部５１は、ステップＳ１２において、ストローク速度Ｖｓの方向（符号）から、電磁式ショックアブソーバ３０が圧縮動作している状態か否かを判断する。電磁式ショックアブソーバ３０が圧縮動作している場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１３において、目標減衰力Ｆ＊をＦ＊＝Ｃ１・Ｖｓとして計算し、電磁式ショックアブソーバ３０が伸長動作している場合には、ステップＳ１４において、目標減衰力Ｆ＊をＦ＊＝Ｃ２・Ｖｓとして計算する。このＣ１，Ｃ２は、目標減衰係数であって、圧縮動作に対する減衰力を伸長動作に対する減衰力よりも小さくするために、減衰係数Ｃ１は、減衰係数Ｃ２よりも小さく設定されている。

続いて、アブソーバ制御部５１は、ステップＳ１５において、目標減衰力Ｆ＊が得られるための発電電流値である目標電流ｉ＊を計算する。目標電流ｉ＊は、目標減衰力Ｆ＊をトルクに換算し、その値をモータトルク定数で除算することにより求められる。尚、目標電流ｉ＊は、電磁式ショックアブソーバ３０の伸縮動作を妨げる方向に発電電流を流して減衰力を発生させるものであるため、その通電方向は、電磁式ショックアブソーバ３０の動作方向に応じて異なる。つまり、電磁式ショックアブソーバ３０の圧縮動作時であれば、第１端子ｔ１から第１接続路ｃｆｅｂを通って第２端子ｔ２に流れる向きとなり、電磁式ショックアブソーバ３０の伸長動作時であれば、第２端子ｔ２から第２接続路ｄｆｅａを通って第１端子ｔ１に流れる向きとなる。

続いて、アブソーバ制御部５１は、ステップＳ１６において、電流センサ１１１により検出される実電流ｉｘを読み込む。次に、ステップＳ１７において、目標電流ｉ＊と実電流ｉｘの偏差Δｉ（＝ｉ＊−ｉｘ）に基づくフィードバック制御（例えば、ＰＩＤ制御）により、実電流ｉｘが目標電流ｉ＊と等しくなるように、第１スイッチング素子ＳＷ１あるいは第２スイッチング素子ＳＷ２にＰＷＭ制御信号を送ってデューティ比を調整する。この場合、アブソーバ制御部５１は、電磁式ショックアブソーバ３０の圧縮動作時であれば第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比を調整することにより、電磁式ショックアブソーバ３０の伸長動作時であれば第２スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比を調整することにより、モータ４０に流れる発電電流が目標電流ｉ＊と等しくなるように制御する。尚、デューティ比を調整しない側のスイッチング素子（圧縮動作時であれば第２スイッチング素子ＳＷ２，伸長動作時であれば第１スイッチング素子ＳＷ１）については、デューティ比を例えば０％に固定しておけばよい。

アブソーバ制御部５１は、こうした減衰力制御ルーチンを所定の短い周期で繰り返す。従って、電磁式ショックアブソーバ３０の圧縮方向と伸長方向とでそれぞれ適した特性の減衰力を発生させることができる。

ところで、減衰力発生用のモータ４０としてブラシ付モータを使用する場合、ブラシ部（ブラシと整流子）において、特定の整流子が集中して摩耗してしまうおそれがある。これは、サスペンションばね（本実施形態においては、エアばね装置２０）により車高が決まるため、車両停止時においてブラシと整流子とが同じモータ回転角度で接触しやすく、乗員の乗降による振動やエンジンの振動等が電磁式ショックアブソーバ３０に伝達されると、モータ４０がその回転角度を中心として正逆回転するため、ブラシと擦れあう頻度が特定の整流子において高くなるからである。

例えば、図６に示すように、車高が設定車高となっているときのモータ４０の回転角度（回転位置）を基準回転角度θｍ０とすると、上記の振動等により、その基準回転角度θｍ０を中心とした所定角度±αの範囲（αは振幅により変化する）において、ロータＲｏが正逆回転する。このため、モータ４０の回転角度が基準回転角度θｍ０となっているときにブラシＢｒに接触する整流子Ｃｏ、および、その整流子Ｃｏに所定角度範囲内（±α）で隣接する整流子ＣｏがブラシＢｒと擦れ合う頻度が高くなる。尚、図６においては、モータ４０の回転角度を、ロータＲｏの設定ポイントＰｒと回転中心Ｏとを結ぶ回転基準線ＲＬが、ステータの設定ポイントＰｓと回転中心Ｏとを結ぶ固定基準線ＳＬに対してなす角度として説明している。図６に示す例では、基準回転角度θｍ０は９０°となる。

そこで、本実施形態においては、車両が停止しているときの、モータ４０の回転角度をサンプリングし、そのサンプリングした回転角度の度数分布が平均化するように、つまり、ブラシと擦れ合う整流子が特定の整流子に集中しないように目標車高を設定車高から変更する。

図５は、アブソーバ制御部５１の実行する目標車高変更制御ルーチンを表すフローチャートである。この目標車高変更制御ルーチンは、アブソーバ制御部５１のＲＯＭ内に制御プログラムとして記憶されており、各輪の電磁式ショックアブソーバ３０ごとに独立して実行される。目標車高変更制御ルーチンは、上述した減衰力制御ルーチンと並行して、イグニッションスイッチがオンされてからオフされるまでの間、所定の短い周期で繰り返し実行される。

目標車高変更制御ルーチンが起動すると、アブソーバ制御部５１は、ステップＳ２０において、ＣＡＮ通信線を介して車速Ｖｘを読み込む。続いて、車速Ｖｘがゼロか否か、つまり、車両が停止しているか否かを判断する。車両が停止していない場合には、目標車高変更制御ルーチンを一旦終了する。目標車高変更制御ルーチンは、所定の短い周期で繰り返される。従って、車両が停止するまで待機することになる。ステップＳ２１において、車両が停止したことが検出されると、アブソーバ制御部５１は、ステップＳ２２において、モータ回転角度θｍをサンプリングするタイミングか否かを判断する。モータ回転角度θｍをサンプリングするタイミングは、予め、所定時間ごとに行うように設定されている。本実施形態においては、車両の停止を検出してから１分おきにモータ回転角度θｍをサンプリングするように設定されている。本実施形態では、車両の停止を検出して所定時間経過したときを初回のサンプリングタイミングとするが、車両の停止を検出した時点を初回のサンプリングタイミングとしてもよい。

ステップＳ２１において、最初に「Ｙｅｓ」と判断された場合には、車両の停止直後であり、車両停止から所定時間（例えば、１分）経過していないため、まだモータ回転角度θｍのサンプリングタイミングではない。この場合には、目標車高変更制御ルーチンを一旦終了する。こうした処理が繰り返され、車両の停止状態が所定時間継続したことが確認されると、モータ回転角度θｍのサンプリングタイミングとなる（Ｓ２２：Ｙｅｓ）。この場合、アブソーバ制御部５１は、ステップＳ２３において、カウント値Ｔが予め設定した設定値Ｔmaxに達したか否かを判断する。このカウント値Ｔは、モータ回転角度θｍのサンプリング回数を表し、不揮発性メモリ５１ａに記憶されている。従って、このステップＳ２３においては、不揮発性メモリ５１ａからカウント値Ｔを読み込んで判断する。尚、カウント値Ｔの初期値は「０」である。

アブソーバ制御部５１は、カウント値Ｔが設定値Ｔmaxに達していない場合（Ｓ２３：Ｎｏ）は、ステップＳ２４において、回転角センサ６２により検出されるモータ回転角度θｍを読み込む。続いて、ステップＳ２５において、図７に示すように、設定車高に対応する基準モータ回転角度θｍ０と回転角センサ６２により検出されたモータ回転角度θｍとの角度差β（＝θｍ−θｍ０）を算出し、その算出した角度差βを不揮発性メモリ５１ａに記憶する。

この処理を実行するにあたって、アブソーバ制御部５１は、エアばね制御部５２から、現在の設定車高を表す情報を取得し、その設定車高に対応するモータ回転角度である基準モータ回転角度θｍ０を設定する。車高とモータ回転角度とは１対１の関係を有するため、設定車高に対応するモータ回転角度は一義的に決まる。アブソーバ制御部５１は、車高変更スイッチ９０により設定可能な設定車高と、その設定車高に対応するモータ回転角度との関係を表す関連付けデータを予めＲＯＭ等に記憶しており、その関連付けデータを参照して、現在の設定車高に対応する基準モータ回転角度θｍ０を求める。尚、アブソーバ制御部５１は、後述するように、エアばね制御部５２に対して目標車高の変更指令を出力するが、この時点においては、まだ目標車高の変更指定を出力していないため、エアばね制御部５２は、設定車高を目標車高として車高制御している。

アブソーバ制御部５１は、ステップＳ２５において角度差βを算出して不揮発性メモリ５１ａに記憶すると、続くステップＳ２６において、カウント値Ｔを「１」だけインクリメントして、インクリメントした値を新たなカウント値Ｔとして不揮発性メモリ５１ａに記憶更新する。そして、目標車高変更制御ルーチンを一旦終了する。

こうした目標車高変更制御ルーチンが繰り返し実行されると、車両が停止しているあいだ、所定の周期でモータ回転角度θｍが読み込まれ、設定車高に対応する基準モータ回転角度θｍ０とモータ回転角度θｍとの角度差βが不揮発性メモリ５１ａに記憶される。従って、不揮発性メモリ５１ａには、角度差βの情報（角度情報）が蓄積されていく。図８は、不揮発性メモリ５１ａに記憶された角度差βの度数分布例を表す。図中、横軸は角度差βを表し、縦軸は角度差βごとの検出回数つまり度数を表す。

尚、角度差βの情報（角度情報）を不揮発性メモリ５１ａに蓄積するにあたっては、角度差βを検出（計算）するたびにその角度差βを記憶蓄積してもよいし、角度差βを検出（計算）するたびに角度差βごとの検出回数を更新記憶するようにしてもよい。要するに、角度差βの度数分布が得られる角度情報であれば、どのような形態で角度情報を蓄積してもよい。

アブソーバ制御部５１は、こうした処理を繰り返し、カウント値Ｔが設定値Ｔmaxに到達すると（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、つまり、不揮発性メモリ５１ａに蓄積された角度差βのデータ数が設定値Ｔmaxに到達すると、その処理をステップＳ２７に進める。アブソーバ制御部５１は、このステップＳ２７において、角度差βの度数分布を作成し、この度数分布が平均化するように、つまり、角度差βの度数分布が特定の角度に集中することが低減されるように、目標車高の変更量ΔＨを計算する。目標車高を変更すれば、その変更量ΔＨに対応したモータ回転角度だけ度数分布がシフトする。従って、度数の高い領域が度数の低い領域に移動するように目標車高を変更すれば、角度差βの度数分布が特定の角度に集中することが低減される。

本実施形態においては、図９に示すように、角度差βの蓄積情報により得られた度数分布Ｚ１（図８）に基づいて、この度数分布Ｚ１を角度差βの軸方向に沿ってシフトさせた仮想度数分布Ｚ２を設定し、この仮想度数分布Ｚ２と度数分布Ｚ１との重なり（図の度数分布Ｚ１，Ｚ２の領域の重なり面積）が最小となるシフト量Δθｍ（仮想度数分布Ｚ２を度数分布Ｚ１からシフトさせる角度）を算出し、このシフト量Δθｍを車高に換算して車高変更量ΔＨを求める。これは、目標車高を車高変更量ΔＨだけ変更した場合、角度差βの度数分布が現時点の度数分布Ｚ１に対してシフト量Δθｍだけシフトしたものと予想されるため、この予想される度数分布を仮想度数分布Ｚ２として、この仮想度数分布Ｚ２と度数分布Ｚ１との重なりを最小にすることで、角度差βの度数分布を最適に平均化することができるからである。

シフト量Δθｍは、車高変更量ΔＨに対応するものであるため、シフト量Δθｍの大きさ（絶対値）を大きくすればするほど、目標車高が設定車高からずれてしまう。そこで、本実施形態においては、設定車高に対して許容される目標車高の変更幅が決められており、この車高許容範囲に対応したシフト量Δθｍの許容範囲が予め設定されている（図９参照）。この例では、設定車高に対応する基準モータ回転角度θｍ０に対して、プラス側とマイナス側に同じ値だけの許容値を設定した許容範囲が設定される。従って、ステップＳ２７においては、この許容範囲内においてシフト量Δθｍが算出されることになる。

アブソーバ制御部５１は、ステップＳ２７において、車高変更量ΔＨを算出すると、続くステップＳ２８において、エアばね制御部５２に対して、車高変更量ΔＨを指示する車高変更指令を出力する。これにより、エアばね制御部５２は、目標車高を車高変更量ΔＨだけ変更する。従って、ブラシと擦れ合う整流子が特定のものに集中しなくなる。続いて、アブソーバ制御部５１は、ステップＳ２９において、不揮発性メモリ５１ａに記憶されているカウント値Ｔをゼロクリアして、目標車高変更制御ルーチンを一旦終了する。

こうして目標車高変更制御ルーチンが繰り返されることで、角度差βのデータが不揮発性メモリ５１ａに蓄積されていく。そして、角度差βのデータ数（カウント値Ｔ）が所定数（Ｔmax）だけ増加するたびに、角度差βの度数分布に基づいて、その度数分布が平均化するように、シフト量Δθｍを計算し、そのシフト量Δθｍに対応する車高変更量ΔＨをエアばね制御部５２に指令する。

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、ブラシ付モータを使った低コストの電磁式ショックアブソーバ３０を用いて、圧縮動作と伸長動作とで独立した特性にて減衰力制御を行うことができる。従って、低コストにて良好な減衰制御を行うことができる。また、車両が停止しているときにモータ回転角度θｍを繰り返しサンプリングし、基準モータ回転角度θｍ０とモータ回転角度θｍとの角度差βを角度情報として蓄積し、角度差βの度数分布が平均化するように目標車高を変更する。これにより、モータ４０の各整流子におけるブラシとの接触頻度が平均化される。この結果、モータ４０のブラシ部の耐久性を向上させることができる。また、目標車高を変更するに際しては、予め設定した許容範囲内において行うように制限しているため、車高を適正範囲に維持することができる。

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、モータ回転角度θｍの度数分布を平均化する構成として、角度差βの度数分布が平均化するように目標車高を変更する構成を採用しているが、角度差βを算出せずに、モータ回転角度θｍを表す情報を蓄積し、モータ回転角度θｍの度数分布が平均化するように目標車高を変更する構成であってもよい。モータ回転角度θｍを表す情報を蓄積するにあたっては、サンプリングしたモータ回転角度θｍを記憶蓄積してもよいし、モータ回転角度θｍごとのサンプリング回数を更新記憶してもよい。

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は、モータ４０の発電により減衰力を発生するものであるが、大きな減衰力を必要とする場合、あるいは、減衰力とは反対方向の力である推進力を必要とする場合に、電源装置（例えば、蓄電装置１１０）からモータ４０に電源供給してモータ４０の駆動力により減衰力あるいは推進力を発生させる構成を加えたものであってもよい。また、本実施形態においては、モータ４０で発電した電力を車載電源バッテリに回生する構成であるが、各外部回路１００内に蓄電装置を設け、発電電力で蓄電装置に充電するとともに、蓄電装置に蓄電された電力を利用してモータ４０を駆動するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、ストローク速度Ｖｓに基づいて目標減衰力Ｆ＊を設定しているが、例えば、スカイフックダンパ理論を用いるなど、目標減衰力Ｆ＊の設定にあたっては種々の方式を採用することができる。

１０…サスペンション本体、２０…エアばね装置、３０…電磁式ショックアブソーバ、４０…モータ（ブラシ付モータ）、５０…ＥＣＵ、５１…アブソーバ制御部、５１ａ…不揮発性メモリ、５２…エアばね制御部、６１…ストロークセンサ、６２…回転角センサ、８０…給排装置、９０…車高変更スイッチ、１００…外部回路、１１０…蓄電装置、１１１…電流センサ、Ｂｒ…ブラシ、Ｃｏ…整流子、ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチング素子、Ｒ１，Ｒ２…抵抗器、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…ダイオード、ｔ１，ｔ２…端子、Ａ…車体、Ｗ…車輪。

Claims (3)

1. ばね上部とばね下部とを弾性的に連結するサスペンションばねと、
   前記サスペンションばねと並列的に配設されるとともに、ばね上部とばね下部との相対的な上下運動により電磁力を発生するブラシ付モータを有し、前記電磁力により前記ばね上部と前記ばね下部との相対的な上下運動を減衰させる電磁式ショックアブソーバと、
   前記ばね上部と前記ばね下部との離間距離を変更して車高を目標車高に調整する車高調整装置と
   を備えた車両のサスペンション装置において、
   車両が停止しているときに前記ブラシ付モータの回転角度を繰り返しサンプリングし、サンプリングした回転角度に関連する角度情報を蓄積する回転角度サンプリング手段と、
   前記回転角度サンプリング手段により蓄積された角度情報に基づいて、サンプリングされた回転角度の度数分布が平均化するように前記目標車高を変更する車高変更手段と
   を備えたことを特徴とする車両のサスペンション装置。
2. 前記車高変更手段は、予め設定した許容範囲内において前記目標車高を変更することを特徴とする請求項１記載の車両のサスペンション装置。
3. 前記回転角度サンプリング手段は、設定車高に対応する前記ブラシ付モータの基準回転角度と前記サンプリングした回転角度との角度差を前記角度情報として蓄積し、
   前記車高変更手段は、前記角度差の度数分布が平均化するように前記目標車高を変更することを特徴とする請求項２記載の車両のサスペンション装置。

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