しかしながら、ブラシ付モータの発電により減衰力を発生させる電磁式ショックアブソーバにおいては、ブラシ付モータの回転が急停止したときに、ブラシ部(ブラシと整流子とが摺動接触する部分)で大きな火花が発生しやすく、この火花によりブラシの寿命を低下させるおそれがある。これは、ブラシ付モータが高速回転している状態から急停止すると、モータコイルのインダクタンスの影響で、モータコイルに貯まった電気エネルギーにより大電流がブラシ部に流れるからである。
こうした状況は、岩石がごろごろしているようなガレ場などの極悪路を車両がゆっくり走行しているとき発生しやすい。例えば、タイヤが極悪路の凹部に落ちるとき、サスペンションスプリングにより電磁式ショックアブソーバは、速い伸長動作をする。そして、タイヤが凹部の底面に達すると、突然、路面(凹部の底面)から電磁式ショックアブソーバに突き上げが入る。この場合、ばね上部の重量が大きいため、電磁式ショックアブソーバにおいては、急激に伸長動作が停止して圧縮動作に移る。このとき、ブラシ付モータに大きな電流が流れてブラシ部に大きな火花が発生しやすい。従って、極悪路を走行しているときには、こうした現象が繰り返されてブラシの寿命を低下させるおそれがある。
本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、ブラシ付モータの回転が急停止したときにブラシ部に発生する大きな火花によりブラシの寿命が低下しないようにす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の接近・離間動作によりロータが回されるブラシ付モータを備え、前記ロータが回されることにより前記ブラシ付モータに発電電流が流れて、前記ばね上部と前記ばね下部との接近・離間動作に対して減衰力を発生させる電磁式ショックアブソーバと、前記ブラシ付モータの外部に設けられ、前記ブラシ付モータの2つの通電端子のうちの一方である第1端子から他方である第2端子への電流の流れが許容されるとともに前記第2端子から前記第1端子への電流の流れが禁止される第1接続路と、前記第2端子から前記第1端子への電流の流れが許容されるとともに前記第1端子から前記第2端子への電流の流れが禁止される第2接続路とを別々に有するとともに、前記第1接続路に設けられる第1スイッチング素子と、前記第2接続路に設けられる第2スイッチング素子とを有し、前記ばね上部と前記ばね下部との接近動作時に前記第1接続路に発電電流が流れ、前記ばね上部と前記ばね下部との離間動作時に前記第2接続路に発電電流が流れる外部回路と、前記ばね上部と前記ばね下部との離間動作が急激に止められることを予測する急変動作予測手段と、前記急変動作予測手段により前記ばね上部と前記ばね下部との離間動作が急激に止められることが予測される場合、前記第2スイッチング素子をオフ状態にして第2接続路を遮断して前記ブラシ付モータに発電電流が流れることを禁止して前記ブラシ付モータのブラシ部で火花が発生しないようにする通電禁止手段とを備えたことにある。
本発明においては、電磁式ショックアブソーバは、ブラシ付モータを備え、ばね上部とばね下部との接近・離間動作(接近動作および離間動作)によりブラシ付モータのロータが回されて誘導起電力を発生する。従って、ブラシ付モータの通電端子間を相互に接続することで発電電流がブラシ付モータに流れて、ばね上部とばね下部との接近・離間動作に対して減衰力を発生させることができる。この発電電流を流すために、ブラシ付モータの外部に外部回路が設けられている。外部回路は、ばね上部とばね下部との接近動作時にブラシ付モータの第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接続路とを別々に備えている。
ブラシ付モータを使用した構成においては、ばね上部とばね下部との離間動作(電磁ショックアブソーバの伸長動作)が急激に止められると、その瞬間に、モータコイルのインダクタンスの影響で大きな電流が外部回路を介してモータコイルに流れ、ブラシ部(ブラシと整流子とが摺動接触する部分)に大きな火花が発生しやすい。そこで、本発明においては、急変動作予測手段が、ばね上部とばね下部との離間動作が急激に止められることを事前に予測する。そして、ばね上部とばね下部との離間動作が急激に止められることが予測される場合、通電禁止手段が、第2接続路を遮断してブラシ付モータに発電電流が流れることを禁止する。このため、ばね上部とばね下部との離間動作が急激に止められても、ブラシ部に火花が発生しないため、ブラシの寿命低下を抑制することができる。
尚、外部回路は、例えば、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端子から他方である第2端子への電流の流れが許容されるとともに第2端子から第1端子への電流の流れが禁止される第1接続路と、第2端子から第1端子への電流の流れが許容されるとともに第1端子から第2端子への電流の流れが禁止される第2接続路と、第1接続路に設けられる第1スイッチング素子と、第2接続路に設けられる第2スイッチング素子とを有し、ばね上部とばね下部との接近動作時に第1接続路に発電電流が流ればね上部とばね下部との離間動作時に第2接続路に発電電流が流れるように構成するとよい。この場合、通電禁止手段は、第2スイッチング素子をオフ状態にして第2接続路を遮断するとよい。また、第1スイッチング素子と第2スイッチング素子とを制御して発電電流の大きさ調整する減衰力制御手段を設けた場合には、ばね上部とばね下部の接近動作時と離間動作時とにおける減衰力を別々に制御することが容易となる。
また、本発明の他の特徴は、前記ばね上部と前記ばね下部との接近・離間動作速度を検出するストローク速度検出手段と、前記ばね上部の上下の移動方向を検出するばね上移動方向検出手段とを備え、前記急変動作予測手段は、前記ストローク速度検出手段により検出される接近・離間動作速度と前記ばね上移動方向検出手段により検出される前記ばね上部の上下の移動方向に基づいて、前記ばね上部と前記ばね下部とが予め設定した基準速度より速い速度で離間動作し、かつ、前記ばね上部が下方向に移動している場合に、前記ばね上部と前記ばね下部との離間動作が急激に止められると予測することにある。
本発明においては、ストローク速度検出手段が、ばね上部とばね下部との接近・離間動作速度、つまり、ばね上部とばね下部との上下方向の相対位置が変化するストローク速度を検出し、ばね上移動方向検出手段が、ばね上部の上下の移動方向を検出する。そして、急変動作予測手段が、ストローク速度とばね上部の上下の移動方向とに基づいて、ばね上部とばね下部とが予め設定した基準速度より速い速度で離間動作し(電磁式ショックアブソーバが基準速度より速い速度で伸長動作し)、かつ、ばね上部(車体)が下方向に移動している場合に、ばね上部とばね下部との離間動作が急激に止められると予測する。例えば、車両がガレ場等の極悪路をゆっくり走行している場合に、タイヤが凹部に落ちるとき、こうした条件が成立する。この場合には、タイヤが凹部の底面に達したときに、路面(凹部の底面)から電磁式ショックアブソーバに突き上げが入るとともに、下方向に移動するばね上部の質量により電磁式ショックアブソーバの伸長動作(離間動作)が急停止する。このとき、ブラシ付モータに大電流が流れてブラシ部で大きな火花が発生しやすいが、本発明では、事前に、ばね上部とばね下部との離間動作が急激に止められることを予測できるため、通電禁止手段によりブラシ部で火花が発生しないようにすることができる。
尚、タイヤが凸部を乗り上げる場合は、電磁式ショックアブソーバが圧縮動作(ばね上部とばね下部とが接近動作)するが、ばね上部(車体)も一緒に上方向に移動するため、電磁式ショックアブソーバの動作が急激に停止することはほとんどない。従って、火花発生防止のために、発電電流を遮断する必要性は少ない。
また、本発明の他の特徴は、前記急変動作予測手段により前記ばね上部と前記ばね下部との離間動作が急激に止められることが予測される場合、前記第1スイッチング素子をオフ状態にして前記第1接続路を遮断して、前記ばね上部と前記ばね下部とが離間動作から接近動作に転じた後に前記接近動作により前記ブラシ付モータに発電電流が流れることを禁止する接近動作時通電禁止手段を備えたことにある。
ばね上部とばね下部との離間動作が急激に止められると、今度は、その動作方向が反転して、ばね上部とばね下部とが接近する方向に動作する。つまり、電磁式ショックアブソーバが伸長動作から圧縮動作に移行する。この場合、接近動作速度が速いため、ブラシ付モータにおいては大きな発電電流が流れる。このため、ブラシ部で大きな火花が発生しやすい。そこで、本発明においては、接近動作時通電禁止手段が、ばね上部とばね下部との離間動作が急激に止められることが予測される場合、第1接続路を遮断して、ばね上部とばね下部とが離間動作から接近動作に転じた後に接近動作によりブラシ付モータに発電電流が流れることを禁止する。従って、ばね上部とばね下部とが速い速度で接近動作してもブラシ付モータに発電電流が流れないため、ブラシ部で火花が発生しない。これにより、さらにブラシの寿命低下を抑制することができる。
また、本発明の他の特徴は、車両が極悪路を走行しているか否かを判定する極悪路走行判定手段を備え、前記急変動作予測手段は、前記極悪路走行判定手段により車両が極悪路を走行していると判定されている状況において作動することにある。
この場合、運転者が極悪路走行中であることを入力する入力スイッチを備え、前記極悪路走行判定手段は、前記入力スイッチの設定に基づいて車両が極悪路を走行しているか否かを判定するとよい。また、高速ギヤと低速ギヤとに選択可能なトランスファのギヤ選択情報を取得するトランスファ情報取得手段を備え、前記極悪路走行判定手段は、前記トランスファのギヤ選択情報に基づいて、低速ギヤが選択されているときに、車両が極悪路を走行していると判定するとよい。
ばね上部とばね下部との離間動作が急激に止められて、ブラシ部で大きな火花が発生する状況は、車両が極悪路を走行しているときに多い。そこで、本発明においては、極悪路走行判定手段が、車両が極悪路を走行しているか否かを判定し、車両が極悪路を走行していると判定された場合に、急変動作予測手段が作動する。従って、通常の走行中においては、電磁式ショックアブソーバの急変動作を予測する必要がないため、演算処理負担が軽くなる。特に、入力スイッチやトランスファのギヤ選択情報に基づけば、車両が極悪路を走行しているか否かを簡単に判定することができる。尚、トランスファは、トランスミッションの出力側に設けられ、運転者のレバー操作により高速ギヤと低速ギヤとに選択可能な副変速機である。トランスファは、一般に四輪駆動車に設けられており、通常の走行時においては高速ギヤが選択され、ガレ場等の極悪路走行時においては、高い駆動力を得るために低速ギヤが選択される。従って、トランスファが低速ギヤに設定されている場合には、車両が極悪路を走行しているとみなすことができる。
以下、本発明の一実施形態に係るショックアブソーバ装置を含む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。また、電子制御ユニット50をECU50と呼ぶ。
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Bとの間に設けられ、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Bの重量を弾性的に支持するサスペンションスプリングとしてのコイルスプリング20と、コイルスプリング20の上下振動に対して減衰力を発生させ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、コイルスプリング20の上部側、つまり車体B側を「ばね上部」と呼び、コイルスプリング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。
コイルスプリング20は、アウタシリンダ31の外周面に設けられた環状のリテーナ45と、モータ40の取付プレート46との間に圧縮状態で介装される。このように構成されたサスペンション本体10は、取付プレート46の上面で弾性材料からなるアッパーサポート26を介して車体Bに取り付けられる。
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コイルスプリング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、電磁式ショックアブソーバ30の作動を制御する構成について説明する。電磁式ショックアブソーバ30は、モータ40の外部に設けられる外部回路100を介してECU50により制御される。ECU50は、マイクロコンピュータを主要部として備え、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制御を実行する。この減衰力制御は、後述するが、各車輪W位置の電磁式ショックアブソーバ30ごとに、その電磁式ショックアブソーバ30に対応する外部回路100のスイッチング制御により独立して行われる。
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と、ばね上部の上下方向の加速度(ばね上加速度Gu)を各車輪Wの位置においてそれぞれ検出するばね上加速度センサ62とを接続している。また、ECU50には、極悪路走行中であるという情報を運転者が入力する入力スイッチ63を接続している。この入力スイッチ63は、その操作部に、極悪路走行中であることを表すマークや文字等が表示されている。ECU50は、入力スイッチ63がオン状態であれば、車両が極悪路を走行していると判断し、オフ状態であれば車両が極悪路を走行していないと判断する。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。
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B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、Lはモータインダクタンスを表す。この図では、Rm,L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,L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に接続され、ECU50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上下方向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、電磁式ショックアブソーバ30により発生させる減衰力の制御について説明する。図4は、ECU50が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、ECU50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。
本減衰力制御ルーチンが起動すると、ECU50は、ステップS11において、フラグFが「0」に設定されているか否かを判断する。フラグFは、後述するフラグ設定ルーチン(図5)により設定されるもので、電磁式ショックアブソーバ30が速い伸長動作から急激に止められて圧縮動作に移行すると予測されたときに「1」に設定される。つまり、電磁式ショックアブソーバ30のモータ40に大電流が流れてブラシ部で大きな火花が発生する可能性があると予測されたときに「1」に設定される。そして、大電流により火花の発生する可能性が少なくなると「0」に戻される。尚、電磁式ショックアブソーバ30伸長動作は、本発明におけるばね上部とばね下部との離間動作に相当し、電磁式ショックアブソーバ30圧縮動作は、本発明におけるばね上部とばね下部との接近動作に相当する。
フラグFが「0」の場合には、ステップS12からの通常の減衰力制御が行われる。ECU50は、ステップS12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を読み込む。続いて、ステップS13において、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、ステップS14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(S14:Yes)には、ステップS15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(S14:No)には、ステップS16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、目標減衰係数C1は、目標減衰係数C2よりも小さく設定されている。
続いて、ECU50は、ステップS17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*と比例関係を有するため予め設定した比例定数を目標減衰力F*に乗じることで算出される。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、ECU50は、ステップS18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S19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、ECU50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、オフ、つまり、デューティ比を0%に固定しておけばよいが、必ずしもオフにしておく必要はない。
ECU50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。
ECU50は、ステップS11において、フラグFが「1」に設定されていると判断した場合には、その処理をステップS20に進め、第1スイッチング素子SW1と第2スイッチング素子SW2とをオフ状態、つまり、デューティ比を0%に設定する。従って、フラグFが「1」に設定されている期間においては、外部回路100を介してモータ40に発電電流が流れることが禁止される。後述するように、フラグFが「1」に設定されているときは、モータ40に急激に大電流が流れる状況であり、上述した電流フィードバック制御を行っても、目標電流i*よりも大きな電流が流れてしまいブラシ部で大きな火花が発生しやすい。そこで、本実施形態においては、そうした状況になることを事前に予測し、前もってスイッチング素子SW1,SW2をオフにしておくことでブラシの火花による劣化(摩耗等)を抑制する。尚、後述するが、第1スイッチング素子SW1をオフする理由は、電磁式ショックアブソーバ30が伸長動作から圧縮動作に移行した後に、その速い圧縮動作により大きな電流が流れてブラシ部で大きな火花が発生しないようにするためである。また、第2スイッチング素子SW2をオフする理由は、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急停止したときに、モータコイルのインダクタンスの影響で大きな電流が流れてブラシ部で大きな火花が発生しないようにするためである。
次に、フラグFの設定処理について説明する。図5は、ECU50が実行するフラグ設定ルーチンを表すフローチャートである。このフラグ設定ルーチンは、ECU50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。フラグ設定ルーチンは、減衰力制御ルーチンが実施されているあいだ、減衰力制御ルーチンと並行して、所定の短い周期で繰り返し実行される。
本フラグ設定ルーチンが起動すると、ECU50は、ステップS31において、フラグFが「0」に設定されているか否かを判断する。フラグFは、フラグ設定ルーチンの起動時においては、「0」に設定されている。従って、ここでは、「Yes」と判断して、その処理をステップS32に進める。ECU50は、ステップS32において、入力スイッチ63の設定を読み込む。続いて、ステップS33において、入力スイッチ63の設定に基づいて、車両が極悪路を走行しているか否かを判断する。入力スイッチがオン状態に設定されている場合には極悪路を走行していると判断し、入力スイッチがオフ状態に設定されている場合には極悪路を走行していないと判断する。入力スイッチがオフ状態であれば、フラグ設定ルーチンを一旦終了する。
フラグ設定ルーチンは、所定の短い周期で繰り返される。従って、上述したステップS31〜S33の処理が繰り返される。そして、入力スイッチ63がオン操作されると、車両が極悪路を走行していると判断して、ECU50は、ステップS34において、ストロークセンサ61により検出されるストロークSを読み込み、ステップS35において、ストロークSを時間で微分してストローク速度Vsを計算する。続いて、ステップS36において、ストローク速度Vsの方向(符号)と大きさに基づいて、電磁式ショックアブソーバ30が伸長動作をしており、かつ、そのストローク速度Vsの大きさが第1基準速度Vs1よりも大きいか否かを判断する。ここでは、ストローク速度Vsは、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正の値で表され、電磁式ショックアブソーバ30が圧縮動作している場合に負の値で表されるものとする。第1基準速度Vs1は、伸長動作方向の設定速度であるため正の値をとる。従って、ステップS36においては、Vs>Vs1の関係が成立する場合に「Yes」と判断され、そうでない場合に「No」と判断される。
ECU50は、電磁式ショックアブソーバ30の動作方向が圧縮方向である場合、あるいは、動作方向が伸長方向ではあるがストローク速度Vsの大きさが第1基準速度Vs1以下である場合には(S36:No)、フラグ設定ルーチンを一旦終了する。一方、電磁式ショックアブソーバ30の動作方向が伸長方向であり、かつ、ストローク速度Vsの大きさが第1基準速度Vs1より大きい場合には、続くステップS37において、ばね上加速度センサ62により検出されるばね上加速度Guを読み込む。続いて、ステップS38において、ばね上加速度Guを時間で積分してばね上速度Vuを計算する。ばね上速度Vuは、ばね上部(車体B)が上下方向に移動する速度(絶対速度)であり、ここでは、ばね上部が上方向に移動する速度を正の値で表され、ばね上部が下方向に移動する速度を負の値で表されるものとする。続いて、ECU50は、ステップS39において、ばね上速度Vuが負の値であるか否かを判断する。つまり、ばね上部が下方向に移動しているか否かを判断する。
ECU50は、ステップS39において、「Yes」と判断した場合には、ステップS40において、フラグFを「1」に設定する。つまり、電磁式ショックアブソーバ30が第1基準速度Vs1より大きなストローク速度で伸長動作しており、かつ、ばね上部が下方向に移動していると判断した場合に、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められると事前に予測してフラグFを「1」に設定する。例えば、図6に示すように、タイヤTがガレ場等の極悪路の凹部Pに落ちるときに上述した条件(S36,S39)が満たされる。こうした状況においては、タイヤTが凹部Pの底面に当たると、路面から電磁式ショックアブソーバ30に突き上げが入るとともに、下方向に移動する車体B(ばね上部)の質量により電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急停止し圧縮動作に移行する。このとき、モータ40に大電流が流れてブラシ部で大きな火花が発生しやすい。そこで、ECU50は、電磁式ショックアブソーバ30に大きな突き上げが入る前に、こうした状況を予測し、フラグFを「1」に設定する。
ECU50は、ステップS39において、「No」と判断した場合には、ステップS41において、電磁式ショックアブソーバ30の伸長方向のストローク速度Vsが第2基準速度Vs2よりも大きいか否かを判断する。この第2基準速度Vs2は、第1基準速度Vs1よりも大きな値に設定されている。ECU50は、ステップS41において、「Yes」、つまり、電磁式ショックアブソーバ30の伸長方向のストローク速度Vsが第2基準速度Vs2よりも大きいと判断した場合は、ステップS40において、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められると事前に予測してフラグFを「1」に設定する。一方、ステップS41において、「No」と判断した場合には、フラグ設定ルーチンを一旦終了する。
ECU50は、ステップS40においてフラグFを「1」に設定するとフラグ設定ルーチンを一旦終了する。その後、フラグ設定ルーチンは、所定の周期で繰り返されるが、フラグFが「1」に設定された後は、ステップS31の判断が「No」となるため、ステップS42からの処理が行われることになる。このステップS42からの処理は、フラグFを「0」にリセットするための処理である。
ECU50は、ステップS42において、ストロークセンサ61により検出されるストロークSを読み込み、ステップS43において、ストロークSを時間で微分してストローク速度Vsを計算する。続いて、ステップS44において、ストローク速度Vsの方向(符号)に基づいて、電磁式ショックアブソーバ30が圧縮動作しているか否かを判断する。圧縮動作していない場合(S44:No)は、フラグ設定ルーチンを一旦終了する。フラグFが「1」に設定された時点においては、電磁式ショックアブソーバ30は伸長動作しているため、このステップS42〜S44の処理は、電磁式ショックアブソーバ30が伸長動作から圧縮動作に移行するまで待機する処理となる。
電磁式ショックアブソーバ30が伸長動作から圧縮動作に移行すると、ステップS44の判断は「Yes」となる。この場合、ECU50は、ステップS45において、ストローク速度Vsに基づいて、電磁式ショックアブソーバ30の圧縮方向のストローク速度の大きさ|Vs|が減少しているか否かを判断し、増速中であればフラグ設定ルーチンを一旦終了する。電磁式ショックアブソーバ30が圧縮動作に移行した直後においては、ストローク速度の大きさ|Vs|は増加していくが途中から減速する。従って、ECU50は、ステップS42〜S45の処理を繰り返すことにより、圧縮方向のストローク速度の大きさ|Vs|が減少するまで待機する。そして、圧縮方向のストローク速度の大きさ|Vs|が減少した場合には、続くステップS46において、ストローク速度の大きさ|Vs|がフラグリセット用の設定速度Vs0(>0)よりも小さいか否かを判断し、|Vs|が設定速度Vs0以上であれば、フラグ設定ルーチンを一旦終了する。従って、ECU50は、ステップS42〜S46の処理を繰り返すことにより、電磁式ショックアブソーバ30の圧縮方向のストローク速度の大きさ|Vs|が設定速度Vs0よりも小さくなるまで待機する。尚、ストローク速度Vsの大きさの比較は、収縮方向のストローク速度Vsが負の値で表されるため、その絶対値|Vs|を用いて行う。
ECU50は、ステップS46において、圧縮方向のストローク速度の大きさ|Vs|が設定速度Vs0よりも小さくなったと判断すると、ステップS47においてフラグFを「0」にリセットしてフラグ設定ルーチンを一旦終了する。
電磁式ショックアブソーバ30が速い伸長動作から圧縮動作に急激に移行した場合、圧縮動作の速度も非常に速い。このため、圧縮動作時に第1接続路cfebに大きな発電電流が流れてしまい、ブラシ部で大きな火花が発生しブラシの寿命を低下させてしまう。そこで、本フラグ設定ルーチンにおいては、電磁式ショックアブソーバ30が伸長動作から圧縮動作に移行した後は、そのストローク速度の大きさ|Vs|が設定速度Vs0よりも小さくなるまで待って、フラグFをリセットする。こうしてフラグFがリセットされると、次回からは、ステップS32からの処理により、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められることの予測処理が再開される。
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、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。また、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められることが予測される場合には、第2スイッチング素子SW2をオフにして第2接続路dfeaを遮断するため、伸長動作に伴う発電電流が流れなくなり、電磁式ショックアブソーバ30が急激に止められてもブラシ部で火花が発生しない。このため、ブラシの寿命低下を抑制することができる。また、電磁式ショックアブソーバ30が伸長動作から圧縮動作に移行した後であっても、圧縮方向のストローク速度の大きさ|Vs|が設定速度Vs0より小さくならないあいだは、第1スイッチング素子SW1がオフ状態に維持される。このため、速い圧縮動作による大きな発電電流がモータ40に流れないため、ブラシ部で火花が発生せず、ブラシの寿命低下を抑制することができる。尚、モータ40に流れる発電電流は、ステップS19の電流フィードバック制御により制御できるが、電磁式ショックアブソーバ30の急激な伸縮動作の変化に対しては、制御が追従できず適正値に保つことが難しい。そこで、本実施形態においては、適正なタイミングでスイッチング素子SW1,SW2をオフ状態に維持することで、確実にブラシを火花から保護する。
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が伸長動作しており、そのストローク速度Vsが第1基準速度Vs1より大きく、かつ、ばね下部が下方向に移動しているときに、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められると予測する。また、ばね下部が下方向に移動していなくても、ストローク速度Vsが第2基準速度Vs2より大きい場合には、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められると予測する。従って、上記予測を適切に行うことができる。このため、確実に第2接続路dfeaを遮断してブラシ部で大きな火花が発生しないようにすることができる。
また、本実施形態においては、車両が極悪路を走行していることを運転者が入力スイッチ63を使って設定した場合にのみ、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められることを予測する処理を行うようにしている。従って、通常の走行中においては、電磁式ショックアブソーバ30の急変動作を予測する必要がないため、ECU50の演算処理負担が軽くなる。
次に、実施形態の変形例について説明する。上述したフラグ設定ルーチンにおいては、入力スイッチ63がオンされているときに車両が極悪路を走行していると判断するが(S32〜S33)、この変形例においては、トランスファ(図示略)のギヤ選択情報に基づいて、車両が極悪路を走行しているか否かを判断する。トランスファは、トランスミッションの出力側に設けられ、運転者のレバー操作により高速ギヤと低速ギヤとに選択可能な副変速機である。トランスファは、一般に四輪駆動車に設けられており、通常の走行時においては高速ギヤが選択され、ガレ場等の極悪路走行時においては、高い駆動力を得るために低速ギヤが選択される。
この変形例においては、フラグ設定ルーチンのステップS32において、入力スイッチ63の読み込み処理に代えて、トランスファのギヤ選択情報の取得処理を行う。トランスファのギヤ選択情報は、CAN通信線を介してトランスミッション制御装置(図示略)から取得する。そして、ECU50は、ステップS33において、トランスファにて選択されているギヤが低速ギヤの場合に、「Yes」、つまり、車両が極悪路を走行していると判定する。
この変形例によれば、トランスファのギヤの設定に基づいて、車両が極悪路を走行しているか否かを自動判定するため、特別な操作スイッチを設ける必要が無く、また、トランスファの選択操作とは別に運転者がスイッチ操作を行う必要がない。従って、運転席の操作パネルが複雑にならず、操作性が低下することもない。
以上、本実施形態のショックアブソーバ装置を備えた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、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められることが予測される場合には、フラグFを「1」に設定して第1スイッチング素子SW1と第2スイッチング素子SW2とをオフにし、電磁式ショックアブソーバ30が圧縮動作に移行した後もストローク速度の大きさ|Vs|が設定速度Vs0を下回るまでその状態を維持しているが、第2スイッチング素子SW2に関しては、圧縮動作に移行した後は、第2接続路dfeaに発電電流が流れないため、必ずしもオフにしておく必要はない。また、第1スイッチング素子SW1に関しては、電磁式ショックアブソーバ30が伸長動作しているときには第1接続路cfebに発電電流が流れないため、フラグFが「1」に設定されたとき、必ずしも第2スイッチング素子SW2と同時にオフにする必要はなく、圧縮動作に移行したときにオフ状態となっていればよい。
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の伸長動作が急激に止められることが予測される場合、その後の圧縮動作時においても発電電流が流れることを禁止しているが、必ずしも圧縮動作時において発電電流が流れないようにする必要はない。つまり、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められたときにのみモータ40に大電流が流れないようにする構成であってもよい。この場合、ステップS20においては、第2スイッチング素子SW2のみをオフにすればよい。また、第2スイッチング素子SW2のオフ状態を維持する期間は、任意に設定することができる。例えば、電磁式ショックアブソーバ30が伸長動作から圧縮動作に移行するまでの間は、第2スイッチング素子SW2をオフ状態にして第2接続路dfeaを遮断し、モータ40に発電電流が流れることを禁止するとよい。
また、本実施形態においては、ステップS41において、ばね下部が下方向に移動していなくても、ストローク速度Vsが第2基準速度Vs2より大きい場合に、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められると予測するが、必ずしもこの条件を含める必要はなく、ステップS41を省略した構成であってもよい。
また、本実施形態においては、車両が極悪路を走行していると判定(推定)した場合に、電磁式ショックアブソーバ30の伸長動作が急激に止められることを予測する処理を行うが、車両が極悪路を走行しているか否かを判定する処理を省略した構成、つまり、フラグ設定ルーチンのステップS32,S33を省略した構成であってもよい。
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に電力供給してモータ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、電磁式ショックアブソーバ30伸長動作時と圧縮動作時とで目標減衰係数を変えているが、同一の目標減衰係数を用いても良い。また、目標減衰係数は、例えば、スカイフックダンパ理論に基づいて設定するなど、任意に設定できるものである。
尚、本実施形態におけるサスペンション装置からコイルスプリング20を除いた構成が本発明のショックアブソーバ装置に相当する。また、本実施形態のフラグ設定ルーチンにおいてステップS34〜ステップS40の処理を行うECU50の機能部が本発明の急変動作予測手段に相当する。また、本実施形態の減衰力制御ルーチンにおけるステップS20で第2スイッチング素子SW2をオフにするECU50の機能部が本発明の通電禁止手段に相当する。また、本実施形態の減衰力制御ルーチンにおけるステップS20で第1スイッチング素子SW1をオフにするECU50の機能部が本発明の接近動作時通電禁止手段に相当する。また、本実施形態のフラグ設定ルーチンにおいてステップS32,S33の処理を行うECU50の機能部が本発明の極悪路走行判定手段に相当する。また、変形例のフラグ設定ルーチンにおけるステップS32でトランスファのギヤ選択情報の取得処理を行うECU50の機能部が本発明のトランスファ情報取得手段に相当する。