JP5267428B2

JP5267428B2 - サスペンション装置

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Publication number: JP5267428B2
Application number: JP2009255780A
Authority: JP
Inventors: 崇史黒河内
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-11-09
Also published as: JP2011098683A

Description

本発明は、車両のサスペンション装置に係り、特に、電気モータにより推進力または減衰力を発生するいわゆる電磁式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関する。

車両のサスペンション装置は、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に配設され、バネ上部材−バネ下部材間の相対移動に対する減衰力を発生するショックアブソーバ装置を備える。

減衰力の発生源として電気モータが用いられることがある。電気モータを力の発生源として用いた場合、電気モータの通電制御によって、ショックアブソーバ装置は減衰力のみならず、サスペンションストロークを積極的に変化させるための推進力を発生する。

特許文献１には、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に配設され、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する推進力または減衰力であるモータ力を発生する電気モータ（電磁モータ）を有する第１ショックアブソーバ装置と、内部に作動液が封入されたハウジングを有するとともに第１ショックアブソーバ装置とバネ下部材との間に配設され、作動液の粘性に基づいて減衰力を発生する第２ショックアブソーバ装置とを備えるサスペンション装置が記載されている。このサスペンション装置においては第１ショックアブソーバ装置と第２ショックアブソーバ装置が直列的に接続される。そして、第１ショックアブソーバ装置の電気モータにより発生されるモータ力の目標値（目標モータ力）が、バネ下部材に作用させるべき力であるバネ下制振制御力（必要作用力）と、電気モータにより発生されたモータ力が第２ショックアブソーバ装置を介してバネ下部材に伝達される際における伝達特性を表す伝達関数である直列伝達補償用伝達関数とに基づいて決定される。

特開２００８−１９５２７０号公報

上記直列伝達補償用伝達関数は、第２ショックアブソーバ装置のバネ定数や減衰係数に依存する。バネ定数は温度にそれほど影響されないが、減衰係数は第２ショックアブソーバ装置の内部に封入された作動液の温度により変化する。つまり、直列伝達補償用伝達関数は、第２ショックアブソーバ装置の減衰係数の温度特性に依存する。ところが、上記特許文献１に記載のサスペンション装置は、目標モータ力を算出する際に第２ショックアブソーバ装置の減衰係数の温度特性を考慮していない。このため、実際の減衰係数が設定された減衰係数とは大きく異なる温度環境下にあっては正確な目標モータ力が計算されない。その結果、所望の力がバネ下側に伝達されずに乗り心地が悪化する。また、減衰係数の温度特性が考慮されていないことによって、本来必要な目標モータ力よりも過剰な力が要求された場合、無駄な消費電力が発生するとともに、発熱などの問題が生じる。さらに、高温時に過剰な目標モータ力が要求された場合は電気モータの熱負荷が増大し、熱により電気モータおよびその周辺のハード部品に弊害が及ぶ。

本発明は、上記問題を解決するためになされるものであり、電気モータを有する第１ショックアブソーバ装置と、第１ショックアブソーバ装置とバネ下部材との間に配設され、作動液の粘性に基づいて減衰力を発生する第２ショックアブソーバ装置とを備えるサスペンション装置であって、温度条件に応じて最適な目標モータ力を出力するサスペンション装置を提供することを目的とする。

本発明の特徴は、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に配設され、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する推進力または減衰力であるモータ力を発生する電気モータを有する第１ショックアブソーバ装置と、内部に作動液が封入されたハウジングを有するとともに、前記第１ショックアブソーバ装置とバネ下部材との間に配設され、前記作動液の粘性に基づいて減衰力を発生する第２ショックアブソーバ装置と、前記第２ショックアブソーバ装置の前記ハウジング内に封入された作動液の温度に基づいて、前記第２ショックアブソーバ装置の減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、前記減衰係数算出手段により算出される減衰係数に基づいて、前記モータ力の目標値である目標モータ力を演算する目標モータ力演算手段と、前記目標モータ力演算手段により演算された目標モータ力に基づいて、前記電気モータを駆動制御する駆動制御手段と、を備えるサスペンション装置とすることにある。

本発明によれば、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に第１ショックアブソーバ装置と第２ショックアブソーバ装置が直列的に接続される。また、第１ショックアブソーバ装置の電気モータが発生すべき目標モータ力は、第２ショックアブソーバ装置のハウジング内に封入された作動液の温度に基づいて算出された減衰係数に基づいて演算される。つまり、目標モータ力を演算する際に、第２ショックアブソーバ装置の減衰係数の温度特性が考慮される。このため、様々な作動液の温度条件に応じて正確な目標モータ力が演算されるので、作動液の温度に起因する乗り心地の悪化は抑えられる。また、過剰な目標モータ力が要求されることが防止されるため、無駄な消費電力の発生が抑えられるとともに、過剰な目標モータ力による電気モータおよびその周辺のハード部品への熱害の影響を低減することができる。

上記第１ショックアブソーバ装置は、電気モータと、この電気モータの回転運動を直線運動に変換する変換機構（ボールネジ機構など）とを備えているのがよい。また、電気モータはバネ上部材側に取り付けられているのがよい。また、第２ショックアブソーバ装置は、内部に作動液が封入されたハウジングおよびハウジング内に配設されたピストンを有するとともに、ピストンまたはハウジングのいずれか一方が第１ショックアブソーバ装置（特に変換機構）に直列的に接続され、いずれか他方がバネ下部材に連結しているものであるのがよい。そして、ピストンがハウジング内を相対移動することにより、作動液の粘性に基づく減衰力を発生するものであるのがよい。

また、前記減衰係数算出手段は、前記作動液の温度が高くなるほど前記減衰係数が小さくなるように、前記減衰係数を算出するものであるのがよい。一般的に作動液の温度が高くなるほど液体の粘性が低くなるので減衰係数が小さくなる。よって、このような温度特性に基づいて算出された減衰係数に基づいて、より正確な目標モータ力を演算することができる。

また、前記減衰係数算出手段は、前記作動液の温度と前記第２ショックアブソーバ装置の減衰係数との相関関係を表したマップに基づいて、前記減衰係数を算出するものであるのがよい。作動液の温度と減衰係数との関係を予めマップ化しておき、そのマップから減衰係数を算出することにより、演算処理の簡素化を図ることができる。

また、前記目標モータ力演算手段は、バネ下部材に作用させるべき力であるバネ下制振制御力と、前記モータ力が前記第２ショックアブソーバ装置を介してバネ下部材に伝達される場合における力の伝達特性を表す伝達関数である直列伝達補償用伝達関数とに基づいて、前記目標モータ力を演算するものである。上述したように、直列伝達補償用伝達関数は、第２ショックアブソーバ装置のバネ定数や減衰係数に依存する。したがって第２ショックアブソーバ装置の減衰係数の温度特性を考慮することは、直列伝達補償用伝達関数の温度特性を考慮することと等しい。本発明によれば、温度特性が考慮された直列伝達補償用伝達関数を用いることにより、より正確な目標モータ力を演算することができる。

この場合、目標モータ力演算手段は、バネ下制振制御力および直列伝達補償伝達関数に加え、バネ上部材とバネ下部材との間に介在する中間部材の慣性力に基づいて、前記目標モータ力を演算するものであるのがよい。これによれば、モータ力のバネ下部材への伝達特性および中間部材の慣性力が考慮された非常に精度の高い目標モータ力を演算することができる。

本実施形態に係るサスペンション装置のシステム構成の概略図である。サスペンション本体の部分断面概略図である。電気モータの制御構成を表すブロック図である。サスペンション制御装置の内部構成を機能ごとに表した図である。バネ下制振制御力演算ルーチンを表すフローチャートである。減衰力決定ルーチンを表すフローチャートである。液温−減衰係数マップの一例である。目標モータ力演算ルーチンを表すフローチャートである。サスペンション本体のモデル図である。直列伝達補償用伝達関数のＢｏｄｅ線図である。目標モータ力に対応する制御信号がサスペンション制御装置から出力されるまでのステップを表したフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る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、本実施形態に係るサスペンション装置のシステム構成の概略図である。

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の作動を制御するサスペンション制御装置５０とを備える。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は、特に前後左右を区別する場合を除き、本明細書において単にサスペンション本体１０および車輪Ｗと総称される。

図２は、サスペンション本体１０の部分断面概略図である。図２に示されるように、サスペンション本体１０は、エアバネ装置２０と、電磁式ショックアブソーバ装置（第１ショックアブソーバ装置）３０と、液圧式ダンパ装置（第２ショックアブソーバ装置）４０とを備える。エアバネ装置２０は、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両の重量を弾性支持する。このエアバネ装置２０に支えられる側、つまり車体Ｂ側の部材がバネ上部材であり、エアバネ装置２０を支持する側、つまり車輪Ｗ側の部材がバネ下部材である。したがって、エアバネ装置２０，電磁式ショックアブソーバ装置３０および液圧式ダンパ装置４０は、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に設けられる。

電磁式ショックアブソーバ装置３０は、電気モータ３１とボールネジ機構３２とを備える。電気モータ３１は、モータケーシング３１１と、中空状の回転軸３１２と、永久磁石３１３と、極体３１４とを備える。モータケーシング３１１は電気モータ３１の外郭を構成するハウジングであり、図示上下方向に軸を持つ段付円筒形状とされる。回転軸３１２は、モータケーシング３１１と同軸的にモータケーシング３１１内に配設され、軸受３３１，３３２によりモータケーシング３１１に回転可能に支持される。この回転軸３１２の外周面に永久磁石３１３が固定される。回転軸３１２および永久磁石３１３により電気モータ３１のロータが構成される。永久磁石３１３に対向するように極体３１４（コアにコイルが巻回されたもの）が、モータケーシング３１１の内周面に固定される。極体３１４により電気モータ３１のステータが構成される。

ボールネジ機構３２は、電気モータ３１に連結しており、電気モータ３１の回転運動を直線運動に変換する変換機構としての機能を有する。ボールネジ機構３２は、ネジ溝３２１ａが形成されたボールネジ軸３２１と、このボールネジ軸３２１のネジ溝３２１ａに螺合するボールネジナット３２２とを備える。ボールネジナット３２２はモータケーシング３１１内に配設され、回転軸３１２の下端部分に接続されるとともに、ボールベアリングを介して回転可能且つ軸方向移動不能にモータケーシング３１１に支持される。したがって、回転軸３１２が回転すると、それに伴いボールネジナット３２２も回転する。

ボールネジ軸３２１は、図に示されるように、モータケーシング３１１に同軸的に配置されており、モータケーシング３１１内にてボールネジナット３２２を螺合するとともに、その上方部分が回転軸３１２の内周側に挿入される。また、ボールネジ軸３２１の下方部分はモータケーシング３１１の下端面を突き抜けてさらに下方に延在する。

ボールネジナット３２２の図示下方にスプラインナット３５が配設される。このスプラインナット３５はモータケーシング３１１の最下方部位に配置固定される。スプラインナット３５にはスプラインが形成された貫通孔が設けられており、この貫通孔にボールネジ軸３２１が挿通される。なお、ボールネジ軸３２１のネジ溝３２１ａにはスプライン溝も同時に形成されている。したがってボールネジ軸３２１はスプラインナット３５にスプライン嵌合し、回転不能かつ軸方向移動可能にスプラインナット３５に支持される。

液圧式ダンパ装置４０は、電磁式ショックアブソーバ装置３０に直列的に連結するように、電磁式ショックアブソーバ装置３０とバネ下部材との間に配設されている。この液圧式ダンパ装置４０は、内部に作動液（例えば作動油）が封入されたハウジング４１と、ハウジング４１の内部に配設されハウジング４１内で相対移動するバルブピストン４２とを備える。バルブピストン４２によってハウジング４１の内部が上室と下室とに区画される。ハウジング４１の下端はブッシュを介してバネ下部材であるロアアームに連結される。

本実施形態において液圧式ダンパ装置４０は、ツインチューブ式のショックアブソーバ装置であり、ハウジング４１が同軸配置された外筒４１１および内筒４１２を有する。外筒４１１と内筒４１２の間の空間によりリザーバ室が形成される。バルブピストン４２は内筒４１２内に配設される。バルブピストン４２が内筒４１２内を軸方向に移動するときに上室と下室との間を作動液が流通することにより、上記移動に対し、作動液の粘性に依存した抵抗力（減衰力）が発生する。また、内筒４１２の下方端にはベースバルブ４１３が取り付けられ、このベースバルブ４１３を介して下室とリザーバ室が連通する。バルブピストン４２の移動に伴って作動液が下室とリザーバ室との間を流通することにより、上記移動に対し、作動液の粘性に依存した抵抗力（減衰力）が発生する。つまり、液圧式ダンパ装置４０は、作動液の粘性に基づいて減衰力を発生する。

また、内筒４１２内にはピストンロッド４３が挿入される。ピストンロッド４３はその下端にてバルブピストン４２に連結される。ピストンロッド４３は、その上端にてボールネジ軸３２１の下端に連結され、その連結部分から図において下方に伸び、液圧式ダンパ装置４０のハウジング４１の上面側から内筒４１２内に挿入される。よって、バルブピストン４２はピストンロッド４３を介して電磁式ショックアブソーバ装置３０のボールネジ軸３２１に連結される。このようにして、液圧式ダンパ装置４０が電磁式ショックアブソーバ装置３０に直列的に接続される。

また、図に示されるように、内筒４１２内には温度センサ４５が取り付けられている。この温度センサ４５は内筒４１２内に封入された作動液の温度（液温）を検出し、その検出信号を出力する。

液圧式ダンパ装置４０の外筒４１１の外周部分に環状の下部リテーナ４４ａが設けられる。下部リテーナ４４ａの外周には第１筒部２１が連結される。第１筒部２１は、下部リテーナ４４ａに連結された部分から液圧式ダンパ装置４０のハウジング４１を覆うように図において上方に伸びている。第１筒部２１の上端部に径内方に屈曲したフランジ部２１１が形成される。フランジ部２１１の下面側に環状の上部リテーナ４４ｂが設けられる。

また、ボールネジ軸３２１とピストンロッド４３との連結部分には中央リテーナ４４ｃが取り付けられる。中央リテーナ４４ｃは、ボールネジ軸３２１とピストンロッド４３との連結部分から水平方向に放射状に伸びた円板状の部分４４ｃ１と、円板状の部分４４ｃ１の外周から下方に伸びた円筒状の部分４４ｃ２と、円筒状の部分４４ｃ２から径外方に伸びた環状の鍔部分４４ｃ３とを備える。このような形状の中央リテーナ４４ｃの鍔部分４４ｃ３と下部リテーナ４４ａとの間に第１コイルスプリング４６ａが、鍔部分４４ｃ３と上部リテーナ４４ｂとの間に第２コイルスプリング４６ｂが配設される。

エアバネ装置２０は、上述の第１筒部２１と、第１筒部２１の外周側に配置された第２筒部２２と、第２筒部２２の上端部分にその下端部分が接続され、その上端部分にてブラケット２５を介してモータケーシング３１１に接続された第３筒部２３と、袋状に形成されて内周部分が第１筒部２１の外周に連結され外周部分が第２筒部２２の内周に連結されたダイヤフラム２４とを備える。第１筒部２１と、第２筒部２２と、第３筒部２３と、ダイヤフラム２４とにより、圧力室２６が区画形成される。圧力室２６には流体としての圧縮空気が封入されている。この圧縮空気の圧力によりバネ上部材が支持される。

また、サスペンション本体１０は、車体Ｂに形成される孔部から電気モータ３１のモータケーシング３１１の上方部分が上部に突出するように配置され、且つそのような配置状態を保つように、アッパーサポート１２を介して車体Ｂに取り付けられている。アッパーサポート１２は樹脂部材１２１とブラケット１２２とからなり、弾性的にサスペンション本体１０を車体Ｂに連結する。

以上のように構成されたサスペンション本体１０においては、バッテリ電源などからの電力供給により電磁式ショックアブソーバ装置３０の電気モータ３１が回転すると、電気モータ３１の回転軸３１２に連結したボールネジナット３２２が回転する。ボールネジナット３２２の回転によってボールネジ軸３２１が軸方向移動する。ボールネジ軸３２１の軸方向移動に伴い、このボールネジ軸３２１に連結されたピストンロッド４３および、ピストンロッド４３に連結されたバルブピストン４２も軸方向移動する。このとき、ハウジング４１もバルブピストン４２との間の相対移動をほとんど生じることなく軸方向移動する。これによりバネ上部材とバネ下部材との間の相対距離が変化する。このようにして、電気モータ３１は、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する推進力を発生する。この推進力は、例えば乗り心地が向上するように制御される。

また、例えば比較的低周波の外力（路面入力など）がサスペンション本体１０に加えられた場合、この外力によって電磁式ショックアブソーバ装置３０のボールネジ軸３２１が軸方向に移動する。ボールネジ軸３２１の軸方向移動によってバネ上部材とバネ下部材が相対移動するとともにボールネジナット３２２が回転する。ボールネジナット３２２の回転により電気モータ３１が回される。このとき電気モータ３１は発電機として作用するので、電気モータ３１は、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する抵抗力（減衰力）を発生する。これによりバネ上部材とバネ下部材との間の相対振動が抑制される。なお、液圧式ダンパ装置４０のバルブピストン４２とハウジング４１は低周波の外力によっては相対移動しない。

また、２０Ｈｚ程度の高周波の路面入力がサスペンション本体１０に加えられた場合、液圧式ダンパ装置４０内にてハウジング４１がバルブピストン４２に対して相対移動する。これにより液圧式ダンパ装置４０にて減衰力が発生し、高周波振動はボールネジ機構３２側に伝達されずに液圧式ダンパ装置４０により抑制される。つまり、液圧式ダンパ装置４０は、高周波振動のフィルタとして機能する。

図１に示されるように、サスペンション制御装置５０は車体Ｂに搭載される。サスペンション制御装置５０には、バネ上加速度センサ６１と、バネ下加速度センサ６２と、各液圧式ダンパ装置４０の内筒４１２内に取り付けられた温度センサ４５が接続される。バネ上加速度センサ６１は、バネ上部材の各サスペンション本体１０が取り付けられている位置（各輪位置）に載置されており、バネ上部材の各輪位置における上下方向に沿った加速度（バネ上加速度）x₂"を検出する。バネ下加速度センサ６２は、各サスペンション本体１０が取り付けられるロアアームなどのバネ下部材に載置されており、そのバネ下部材の上下方向に沿った加速度（バネ下加速度）x₁"を検出する。

サスペンション制御装置５０はマイクロコンピュータを主要構成とする。サスペンション制御装置５０は、車両の良好な乗り心地性を得るために、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する推進力または減衰力の目標値を演算する。本実施形態においてこれらの推進力または減衰力は、電磁式ショックアブソーバ装置３０の電気モータ３１により発生される。電気モータ３１が発生する上記推進力または減衰力を、本明細書においてモータ力と呼ぶ。また、上記推進力または減衰力の目標値を、本明細書において目標モータ力と呼ぶ。また、サスペンション制御装置５０は、演算した目標モータ力に対応する制御信号を駆動回路７０に出力する。駆動回路７０は、入力された制御信号に基づいて電気モータ３１を駆動制御する。

図３は、サスペンション制御装置５０および駆動回路７０による電気モータ３１の制御構成を表すブロック図である。図に示されるように、サスペンション制御装置５０は、駆動回路７０を介して電気モータ３１の駆動を制御する。駆動回路７０は３相インバータ回路を構成し、電気モータ３１（本実施形態では３相ブラシレスモータが用いられる）の３相電磁コイルＣＬ１，ＣＬ２，ＣＬ３にそれぞれ対応したスイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ２１，ＳＷ２２，ＳＷ３１，ＳＷ３２を有する。これらのスイッチング素子は、サスペンション制御装置５０からの制御信号に基づきデューティ制御される（ＰＷＭ制御）。これによりバッテリから電気モータ３１への通電量や電気モータ３１からバッテリ側へ送られる回生電力の電流量が制御される。

図４は、サスペンション制御装置５０の内部構成を機能ごとに表した図である。図に示されるように、サスペンション制御装置５０は、バネ下制振制御力演算部５１と、減衰係数決定部５２と、目標モータ力演算部５３とを有する。バネ下制振制御力演算部５１は、バネ上加速度センサ６１からバネ上加速度x₂"を、バネ下加速度センサ６２からバネ下加速度x₁"を入力するとともに、これらのセンサ入力値に基づいて、乗り心地を良好にするためにバネ下部材に作用させるべき力であるバネ下制振制御力f_outを演算する。減衰係数決定部５２は、温度センサ４５が検出した液温Tを入力するとともに、この液温Tに基づいて、液圧式ダンパ装置４０の減衰係数C_sを決定する。目標モータ力演算部５３は、バネ下制振制御力f_outおよび減衰係数C_sを入力し、これらの入力値に基づいて、電気モータ３１が出力すべきモータ力f_motorの目標値である目標モータ力f_motor*を演算する。そして、演算した目標モータ力f_motor*に対応する制御信号を駆動回路７０に出力する。

図５は、バネ下制振制御力演算部５１が実行するバネ下制振制御力演算ルーチンを表すフローチャート、図６は減衰係数決定部５２が実行する減衰係数決定ルーチンを表すフローチャート、図８は目標モータ力演算部５３が実行する目標モータ力演算ルーチンを表すフローチャートである。いずれのルーチンも、サスペンション制御装置５０の記憶素子内に制御プログラムとして記憶されている。これらのルーチンは、図示しないイグニッションスイッチのオン操作により起動し、所定の短い周期で繰り返し実行される。

バネ下制振制御力演算ルーチンが起動すると、まず、バネ下制振制御力演算部５１は図５のステップ１０１（以下、ステップ番号をＳと略記する）にて、各バネ上加速度センサ６１からバネ上加速度x₂"を読み込む。次いで、Ｓ１０２にて、各バネ下加速度センサ６２からバネ下加速度x₁"を読み込む。続いて、Ｓ１０３にて、バネ上加速度x₂"を積分することにより、バネ上部材の上下方向に沿った速度であるバネ上速度x₂'を演算し、さらに、Ｓ１０４にて、バネ下加速度x₁"を積分することにより、バネ下部材の上下方向に沿った速度であるバネ下速度x₁'を演算する。

その後、バネ下制振制御力演算部５１はＳ１０５に進み、バネ下制振制御力f_outを演算する。バネ下制振制御力f_outは、例えばバネ上部材およびバネ下部材の振動を減衰するように、バネ上速度とバネ下速度に基づいて演算される。つまり、いわゆるスカイフックダンパ理論に基づく制御と、擬似的なグランドフック理論に基づく制御との両者を同時に達成するように、バネ下制振制御力f_outが演算される。具体的には、Ｓ１０３およびＳ１０４にて演算されたバネ上速度x₂'とバネ下速度x₁'とに基づいて、次式に従ってバネ下制振制御力f_outが演算される。
f_out=C₂x₂'-C₁x₁'
上式において、C₂はバネ上速度x₂'に係るゲインであり、C₁はバネ下速度x₁'に係るゲインである。

Ｓ１０５にてバネ下制振制御力f_outを演算した後、バネ下制振制御力演算部５１はＳ１０６に進み、演算したバネ下制振制御力f_outを出力する。その後、このルーチンを一旦終了する。

また、減衰係数決定ルーチンが起動すると、まず、減衰係数決定部５２は図６のＳ２０１にて、温度センサ４５が検出した液温Tを読み込む。次いで、Ｓ２０２にて、液温−減衰係数マップから、液圧式ダンパ装置４０の減衰係数C_sを決定する。

図７は、液温−減衰係数マップの一例である。このマップは、液圧式ダンパ装置４０のシリンダ４１内に封入された作動液の温度（液温）Tと、液圧式ダンパ装置４０の減衰係数C_sとの相関関係を表すマップである。このマップによれば、液温Tと減衰係数C_sは、液温Tが上昇するにつれてその液温に対応する減衰係数C_sの値が小さくなるという相関関係を持つ。Ｓ２０２においては、このような減衰係数の温度特性を表す液温−減衰係数マップに基づき、液温Tに対応する減衰係数が抽出される。抽出された減衰係数が、液圧式ダンパ装置４０の減衰係数C_sに決定される。

Ｓ２０２にて減衰係数C_sを決定した後は、減衰係数決定部５２はＳ２０３に進み、減衰係数C_sを出力する。その後、このルーチンを一旦終了する。減衰係数決定部５２が、本発明における減衰係数算出手段に相当する。

また、目標モータ力演算ルーチンが起動すると、まず、目標モータ力演算部５３は、図８のＳ３０１にて、バネ下制振制御力f_outを読み込む。次いで、Ｓ３０２にて、液温Tに対応した液圧式ダンパ装置４０の減衰係数C_sを読み込む。続いて、Ｓ３０３にて、読み込んだバネ下制振制御力f_outおよび減衰係数C_sに基づいて、目標モータ力f_motor*を演算する。

本実施形態において、目標モータ力f_motor*は、バネ下制振制御力f_outと、モータ力f_motorが液圧式ダンパ装置４０および中間部材を介してバネ下部材に伝達される場合における力の伝達特性を表す伝達関数である直列伝達補償用伝達関数と、中間部材の慣性力とに基づいて演算される。ここで、中間部材とは、ボールネジ機構３２などのバネ上部材と液圧式ダンパ装置４０との間に介在する部材である。これらの影響を考慮することにより、より正確な目標モータ力f_motor*が算出される。

図９は、本実施形態におけるサスペンション本体１０のモデル図である。図において、f_motorは時間tをパラメータとするモータ力、f_rは時間tをパラメータとしたバネ下部材に実際に作用する力（バネ下実作用力）、K_sは液圧式ダンパ装置４０の第１コイルスプリング４６ａと第２コイルスプリング４６ｂを一つのバネと過程した場合のバネ定数、C_sは液圧式ダンパ装置４０の減衰係数、x₁は時間tをパラメータとしたバネ下部材の基準位置からの上下変位量である。また、m₄+I_dは、中間部材の質量（等価慣性質量）を表す。中間部材は上述のようにバネ上部材と液圧式ダンパ装置４０との間に介在する部材であり、主に電磁式ショックアブソーバ装置３０を構成する電気モータ３１やボールネジ機構３２などがこの中間部材に相当する。I_dは、中間部材のうち回転する部分の質量を表す。具体的には、I_dは、電気モータ３１のロータを構成する部分およびこのロータを構成する部分の回転に伴い回転する部分の質量である。m₄は、中間部材のうち電気モータ３１の回転により上下動する部分の質量を表す。具体的には、ボールネジ機構３２のボールネジ軸３２１や、ボールネジ軸３２１の上下動に伴い上下動する部分の質量である。x₄は、時間tをパラメータとした中間部材の基準位置からの上下変位量を表す。

中間部材の運動方程式は、下記の（１）式により表される。

（１）式をラプラス変換することにより（２）式が得られる。

（２）式において、X₄(s)，X₁(s)，F_motor(s)は、それぞれx₄，x₁，f_motorをラプラス変換した関数である。またsはラプラス演算子である。

また、バネ下部材の運動方程式は、下記の（３）式により表される。

（３）式をラプラス変換することにより（４）式が得られる。

（４）式において、F_r(s)はf_rをラプラス変換した関数である。

（４）式を変形すると（５）式が得られ、さらに（５）式から、（６）式および（７）式が導かれる。

（６）式および（７）式を（２）式に代入することにより、（８）式が得られる。

目標モータ力f_motor*は、バネ下実作用力f_rがバネ下制振制御力f_outになるように決定されるモータ力である。したがって、目標モータ力f_motor*は、（８）式のF_r(s)にF_out(s)を代入した（９）式に基づいて求めることができる。

（９）式において、F_motor*(s)は目標モータ力f_motor*をラプラス変換した関数、F_out(s)はバネ下制振制御力f_outをラプラス変換した関数である。（９）式の右辺第１項は、モータ力が中間部材および液圧式ダンパ装置４０を介してバネ下部材に伝達される場合における力の伝達率を考慮した項（直列伝達補償項）であり、第２項は、中間部材の慣性力を考慮した項（慣性質量補償項）である。

（９）式の右辺第１項のバネ下制振制御力F_out(s)に係る伝達関数は、モータ力が中間部材および液圧式ダンパ装置４０を介してバネ下部材に伝達される場合における力の伝達特性を表す伝達関数（直列伝達補償用伝達関数）である。この直列伝達補償用伝達関数には、液圧式ダンパ装置４０の減衰係数C_sが含まれている。本実施形態においては、この減衰係数に、Ｓ３０２にて読み込んだ減衰係数C_sが代入される。読み込んだ減衰係数C_sは上述したように液温−減衰係数マップに基づいて抽出された減衰係数である。したがって、（９）式に示される直列伝達補償用伝達関数は、減衰係数C_sの温度特性が考慮された伝達関数である。

Ｓ３０３にて、（９）式に基づいて目標モータ力f_motor*を演算した後は、目標モータ力演算部５３は、Ｓ３０４に進み、目標モータ力f_motor*に対応する制御信号を出力する。具体的には、目標モータ力演算部５３は、目標モータ力f_motor*に基づいて制御量（電気モータ３１の目標通電量と回転方向）を決定し、決定した制御量に応じたデューティ比で駆動回路７０のスイッチング素子が開閉するように、各駆動回路７０の各スイッチング素子に制御信号を出力する。これにより各スイッチング素子が指定されたデューティ比に従って開閉する。このとき電気モータ３１からの回生電流が目標通電量よりも多ければ、その差分だけバッテリ側に回生電流が流れる。逆に、電気モータ３１からの回生電流が目標通電量よりも少なければ、その差分だけバッテリから電気モータ３１に通電される。かくして、各電磁式ショックアブソーバ装置３０の電気モータ３１が駆動制御される。目標モータ力演算部５３が本発明の目標モータ力演算手段に、駆動回路７０が本発明の駆動制御手段に相当する。

図１１は、本実施形態において、目標モータ力f_motor*に対応する制御信号がサスペンション制御装置５０から出力されるまでのステップをまとめたフローチャートである。この図に示されるように、本実施形態においては、まず液圧式ダンパ装置４０の作動液の温度Tが検出され（Ｓ１）、次いで、液温−減衰係数マップを参照して減衰係数C_sが決定される（Ｓ２）。その後、決定された減衰係数C_sが（９）式中の直列伝達補償用伝達関数に代入され（Ｓ３）、さらに（９）式に基づいて目標モータ力f_motor*が計算される（Ｓ４）。そして、計算された目標モータ力f_motor*に対応する制御信号が出力される（Ｓ５）。

本実施形態によれば、目標モータ力f_motor*は、上述したように（９）式に基づいて演算される。（９）式の右辺第１項に示される直列伝達補償用伝達関数には液圧式ダンパ装置４０の減衰係数C_sが含まれている。この減衰係数C_sは、液温Tと減衰係数C_sとの相関関係を表した液温−減衰係数マップ（図７）を参照することにより算出される。液温−減衰係数マップによれば、減衰係数C_sは、液温Tが上昇するにつれて小さくなるという温度特性を持つ。したがって、液温Tが異なれば減衰係数C_sも変化し、ひいては直列伝達補償用伝達関数の大きさ（ゲイン）も変化する。これらのことから、本実施形態において、目標モータ力f_motor*は液圧式ダンパ装置４０の減衰係数C_sの温度特性を考慮して算出されていることがわかる。

図１０は、直列伝達補償用伝達関数のＢｏｄｅ線図である。この図のゲイン線図からわかるように、液圧式ダンパ装置４０の減衰係数が大きい（すなわち減衰力が大きい）ほど、直列伝達補償用伝達関数も大きいことがわかる。つまり液温Tが低い（＝減衰係数が大きい）ほど、直列伝達補償用伝達関数が大きくなり、液温Tが高い（＝減衰係数が小さい）ほど、直列伝達補償用伝達関数が小さくなることがわかる。

従来においては、液圧式ダンパ装置４０の減衰係数はある一定の値に設定されており、その温度特性は考慮されていない。そのため、例えば減衰係数C_sが大きい値に設定（固定）されている場合、液温Tが上昇することにより実際の減衰係数が小さくなった場合であっても、大きい値に固定された減衰係数を用いて直列伝達補償用伝達関数が計算される。この場合、計算された直列伝達補償用伝達関数は、真の伝達特性を表す伝達関数よりも大きい。よって、そのように計算された直列伝達補償用伝達関数を用いて算出される目標モータ力は、本来必要な力よりも大きい。また、例えば減衰係数C_sが小さい値に設定（固定）されている場合、液温Tが下降することにより実際の減衰係数が大きくなった場合であっても、小さい値に固定された減衰係数を用いて直列伝達補償用伝達関数が計算される。この場合、計算された直列伝達補償用伝達関数は、真の伝達特性を表す伝達関数よりも小さい。よって、そのように計算された直列伝達補償用伝達関数を用いて算出される目標モータ力は、本来必要な力よりも小さい。

このように従来においては、減衰係数が固定されているために、作動液の温度によっては演算される目標モータ力が本来必要な力と大きく異なる場合が起こり得る。そのような目標モータ力が出力された場合には所望の力がバネ下側に伝達されず、ひいては乗り心地が悪化する。また、本来必要な目標モータ力よりも大きな力が出力された場合、無駄な消費電力が発生するとともに、発熱などの問題が生じ、熱により電気モータおよびその周辺のハード部品に弊害が及ぶ。また、本来必要な目標モータ力よりも小さな力が出力された場合、十分に振動を制振することができない。

これに対して本実施形態のサスペンション装置においては上述したように、液温−減衰係数マップを参照することにより、液温Tに対応する減衰係数が選ばれ、選ばれた減衰係数を用いて直列伝達補償用伝達関数が計算される。つまり真の伝達関数に近づくように伝達関数が温度補正される。そして、そのように計算された直列伝達補償用伝達関数を用いて目標モータ力f_motor*が演算される。したがって、作動液の温度に応じて適切な目標モータ力f_motor*が演算されるために、作動液の温度がどのような温度であっても、その温度に起因した乗り心地の悪化は抑えられる。また、過剰な目標モータ力が要求されることが防止されるため、無駄な消費電力の発生が抑えられるとともに、過剰な目標モータ力による電気モータおよびその周辺のハード部品への熱害の影響を低減することができる。

また、液温−減衰係数マップを参照することにより、その液温に対応した減衰係数を簡単に算出することができる。したがって、演算処理の簡素化を図ることができる。

また、目標モータ力は、（９）式からわかるように、バネ下制振制御力f_outおよび直列伝達補償用伝達関数（右辺第１項）と、バネ上部材とバネ下部材との間に介在する中間部材の慣性力（右辺第２項）に基づいて演算される。このため、モータ力のバネ下部材への伝達特性および中間部材の慣性力が考慮された非常に精度の高い目標モータ力を得ることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記実施形態においては、作動液の温度を温度センサにより検出しているが、作動液の温度は推定してもよい。また、液温−減衰係数マップに代えて、液温と減衰係数との相関関係を表す関数に基づいて減衰係数を計算してもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１０…サスペンション本体、２０…エアバネ装置、３０…電磁式ショックアブソーバ装置（第１ショックアブソーバ装置）、３１…電気モータ、３１１…モータケーシング、３１２…回転軸、３１３…永久磁石、３１４…極体、３２…ボールネジ機構、３２１…ボールネジ軸、３２２…ボールネジナット、４０…液圧式ダンパ装置（第２ショックアブソーバ装置）、４１…ハウジング、４２…バルブピストン、４３…ピストンロッド、４５…温度センサ、５０…サスペンション制御装置、５１…バネ下制振制御力演算部、５２…減衰係数決定部（減衰係数算出手段）、５３…目標モータ力演算部（目標モータ力演算手段）、６１…バネ上加速度センサ、６２…バネ下加速度センサ、７０…駆動回路（駆動制御手段）、f_motor*…目標モータ力、f_out…バネ下制振制御力、f_r…バネ下実作用力

Claims

車両のバネ上部材とバネ下部材との間に配設され、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する推進力または減衰力であるモータ力を発生する電気モータを有する第１ショックアブソーバ装置と、
内部に作動液が封入されたハウジングを有するとともに、前記第１ショックアブソーバ装置とバネ下部材との間に配設され、前記作動液の粘性に基づいて減衰力を発生する第２ショックアブソーバ装置と、
前記第２ショックアブソーバ装置の前記ハウジング内に封入された作動液の温度に基づいて、前記第２ショックアブソーバ装置の減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、
前記減衰係数算出手段により算出される減衰係数に基づいて、前記モータ力の目標値である目標モータ力を演算する目標モータ力演算手段と、
前記目標モータ力演算手段により演算された目標モータ力に基づいて、前記電気モータを駆動制御する駆動制御手段と、を備え、
前記目標モータ力演算手段は、バネ下部材に作用させるべき力であるバネ下制振制御力と、前記モータ力が前記第２ショックアブソーバ装置を介してバネ下部材に伝達される場合における力の伝達特性を表す伝達関数である直列伝達補償用伝達関数とに基づいて、前記目標モータ力を演算することを特徴とする、サスペンション装置。
請求項１に記載のサスペンション装置において、
前記減衰係数算出手段は、前記作動液の温度が高くなるほど前記減衰係数が小さくなるように、前記減衰係数を算出することを特徴とする、サスペンション装置。
請求項１または２に記載のサスペンション装置において、
前記減衰係数算出手段は、前記作動液の温度と前記第２ショックアブソーバ装置の減衰係数との相関関係を表したマップに基づいて、前記減衰係数を算出することを特徴とする、サスペンション装置。