JP5488832B2 - サスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のサスペンション装置に関する。本発明は特に、モータを有し、モータが回転することにより伸縮して車両のバネ上部材とバネ下部材との間の間隔を変化させるアクチュエータと、このアクチュエータに取り付けられ、車両のバネ下部材の上下方向速度の高周波成分に対する減衰力を発生するダンパ装置と、を備える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（車体側の部材）とバネ下部材（車輪側の部材）との間に配設される。このサスペンション装置の一つとしてアクティブサスペンション装置が知られている。アクティブサスペンション装置は、バネ上部材とバネ下部材との間に配設されたアクチュエータを備える。アクチュエータが伸縮することによりバネ上部材とバネ下部材との間の間隔（上下間隔）が変化させられる。

アクチュエータを伸縮させるためのモータを備える電動アクティブサスペンション装置も知られている。このサスペンション装置によれば、モータが回転することによりアクチュエータが伸縮して車両のバネ上部材とバネ下部材との間の上下間隔が変化させられる。

モータを用いた電動アクティブサスペンション装置を作動させる場合、モータの出力の演算に一定の時間を費やしたり、ローパスフィルタの影響で作動に遅れが生じる。このためバネ下部材（路面）の高周波振動に対するモータの追従性が低下する。モータの追従性の低下を補うため、アクチュエータに、バネ下部材の上下方向速度の高周波成分（バネ下部材の高周波振動）に対する減衰力を発生するダンパ装置を取り付けたサスペンション装置も知られている。

特許文献１は、モータを有し、モータが回転することにより伸縮して車両のバネ上部材とバネ下部材との間の間隔を変化させるアクチュエータと、アクチュエータに取り付けられたダンパ装置とを備えたサスペンション装置を開示する。このサスペンション装置は、モータ（２８）と、モータ（２８）の回転駆動により伸縮するピストンロッド（２６）と、ピストンロッド（２６）の先端に取り付けられるピストン（２２）と、ピストン（２２）により内部が上室（２１ａ）と下室（２１ｂ）とに区画されるシリンダ（２０）とを備える。モータ（２８）とピストンロッド（２６）によりアクチュエータが構成され、ピストン（２２）およびシリンダ（２０）によりアクチュエータに取り付けられたダンパ装置が構成される。アクチュエータが伸縮することにより、バネ上部材とバネ下部材との間の上下間隔が変化させられる。また、ダンパ装置によりバネ下部材の上下方向速度の高周波成分（バネ下部材の高周波振動）に対する減衰力が発生し、この減衰力によりバネ下部材の上下方向速度の高周波成分が減衰（除去）される。

特開２００１−１８０２４４号公報

特許文献１に記載のサスペンション装置によれば、バネ下部材の上下方向速度の高周波成分により表わされるバネ下部材の高周波振動は、ダンパ装置を介してアクチュエータに伝達される。アクチュエータ（モータ）の慣性質量が大きければ、伝達された高周波振動によりアクチュエータが動かされることはない（モータが回されることはない）。しかし、実際にはアクチュエータ（モータ）の慣性質量は小さいので、伝達された高周波振動によってアクチュエータが動かされ、アクチュエータが高周波で振動してしまう。また、アクチュエータに取り付けられたダンパ装置は、アクチュエータがバネ下部材の高周波振動に対して静止状態であるときに限り、バネ下部材の上下方向速度の高周波成分に対する所望の減衰力を発生するように設計されている。このため高周波振動によってアクチュエータが動かされている場合は所望の減衰力を発生することはできない。

本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に設けられたアクチュエータおよびこのアクチュエータに取り付けられたダンパ装置を有するサスペンション装置において、バネ下部材の高周波振動入力時にダンパ装置がバネ下部材の上下方向速度の高周波成分に対する所望の減衰力を発生するように構成された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、モータ（３１）を有するとともに前記モータが回転することにより伸縮してバネ上部材とバネ下部材との間の間隔を変化させるアクチュエータ（３０）と、前記アクチュエータとバネ下部材との間に取り付けられるダンパ装置（４０）と、前記アクチュエータの作動速度を取得する作動速度取得部（５１）と、前記作動速度取得部により取得された前記アクチュエータの作動速度に基づいて、前記アクチュエータの作動速度の高周波成分に対する減衰力（ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}）を演算する減衰力演算部（５２４，５２５）と、前記モータが前記減衰力演算部により演算された減衰力を発生するように、前記モータが出力すべき目標制御力を演算する目標制御力演算部（５２６）と、を備え、前記目標制御力演算部により演算された目標制御力に基づいて前記モータを制御する。

本発明のサスペンション装置によれば、減衰力演算部により、アクチュエータの作動速度の高周波成分に対する減衰力が演算される。また、目標制御力演算部により、モータが減衰力演算部により演算された減衰力を発生するように、モータが出力すべき目標制御力が演算される。そして、目標制御力演算部により演算された目標制御力に基づいてモータが制御される。モータが発生する上記減衰力により、バネ下部材の高周波振動がダンパ装置を介してアクチュエータに伝達されることにより生じるアクチュエータの高周波振動が抑えられる。このためバネ下部材の高周波振動入力時にアクチュエータがその高周波振動に対して静止する。したがって、ダンパ装置は、バネ下部材の上下方向速度の高周波成分に対する所望の減衰力を発生することができる。

上記発明において、「前記アクチュエータの作動速度の高周波成分」は、アクチュエータを伸縮作動させるために回転するモータを制御により追従させることができる最大周波数以上の周波数成分を含むものであるのがよい。

前記ダンパ装置は、バネ下部材の上下方向速度の高周波成分（高周波振動）に対する減衰力を発生するものであれば、どのようなものでもよい。例えば流体粘性を利用したダンパ装置（オイルダンパなど）でも良い。また、ダンパ装置は、アクティブサスペンション装置に用いられる一般的なモータを制御によって追従させることができる最大周波数以上の振動に対する減衰力を発生するのがよい。

前記作動速度取得部は、アクチュエータの作動速度を表す物理量を取得するように構成されていればよい。例えば、作動速度取得部は、アクチュエータの伸縮速度を取得してもよいし、あるいは、アクチュエータの伸縮に伴って回転するモータの回転角速度を取得してもよい。また、作動速度取得部は、アクチュエータの作動速度を表す物理量を検出してもよいし、演算により求めてもよい。

前記減衰力演算部は、前記作動速度取得部により取得された前記アクチュエータの作動速度の高周波成分、または、前記作動速度取得部により取得された前記アクチュエータの作動速度に対する減衰力の高周波成分を抽出するハイパスフィルタ（５２５）を備えるのがよい。

この場合、前記減衰力演算部は、前記作動速度取得部により取得された作動速度に基づいて、例えば作動速度に予め設定された減衰ゲインを乗じることにより、その作動速度に対する減衰力を演算し、演算した減衰力をハイパスフィルタ処理することにより、前記アクチュエータの作動速度の高周波成分に対する減衰力を演算してもよい。あるいは、前記減衰力演算部は、前記作動速度をハイパスフィルタ処理することにより作動速度の高周波成分を抽出し、抽出した作動速度の高周波成分に基づいて、例えば作動速度の高周波成分に予め設定された減衰ゲインを乗じることにより、その作動速度の高周波成分に対する減衰力を演算してもよい。

前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記モータを制御によって追従させることができる最大周波数またはそれ以下の周波数として予め定められた周波数であるのがよい。これによれば、ハイパスフィルタのカットオフ周波数を最大周波数またはそれ以下の周波数に設定することにより、設定周波数以下の周波数成分がハイパスフィルタによりカットされる。設定周波数以下の周波数成分に対してモータは追従することができるので、斯かる周波数成分の振動は、モータを制御することでアクチュエータにより吸収させることができる。一方、設定周波数以上の周波数成分はハイパスフィルタに抽出され、抽出された周波数成分に対する減衰力（トルク）がモータに発生させられる。斯かる発生トルクにより、バネ下部材の高周波振動によりモータが動かされることが防止される。

ハイパスフィルタにより抽出される高周波成分や、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は具体的に限定される必要はないが、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、好ましくは５Ｈｚ〜８Ｈｚであるのがよい。カットオフ周波数を上記範囲内の周波数に設定することにより、アクティブサスペンション装置に用いられるモータが追従できない周波数の振動に対してアクチュエータを静止させることができる。

また、本発明のサスペンション装置は、バネ上部材の上下方向速度に基づいて、バネ上部材の振動を抑えるように前記モータにより出力されるべき制御力であるバネ上制御力を演算するバネ上制御力演算部（５２１）と、バネ下部材の上下方向速度に基づいて、バネ下部材の振動を抑えるように前記モータにより出力されるべき制御力であるバネ下制御力を演算するバネ下制御力演算部（５２２）とをさらに備えるのがよい。そして、目標制御力演算部（５２６）は、前記バネ上制御力演算部により演算されたバネ上制御力（ｆ_ｂ）と、前記バネ下制御力演算部により演算されたバネ下制御力（ｆ_ｗ）と、前記減衰力演算部により演算された減衰力（ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}）とに基づいて、前記モータが出力すべき目標制御力を演算するものであるとよい。

これによれば、バネ上制御力によってバネ上部材の振動が抑えられ、バネ下制御力によりバネ下部材の振動が抑えられる。このため車両の乗り心地がより向上する。加えて、減衰力演算部により演算された減衰力をモータが出力することによりアクチュエータがバネ下部材の高周波振動により動かされることが防止される。

この場合、本発明のサスペンション装置は、前記バネ下制御力演算部により演算されたバネ下制御力（ｆ_ｗ）の低〜中周波成分（ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}）を抽出するローパスフィルタ（５２３）をさらに備えるのがよい。そして、前記目標制御力演算部は、前記バネ上制御力演算部により演算されたバネ上制御力（ｆ_ｂ）と、前記ローパスフィルタに抽出されたバネ下制御力の低〜中周波成分（ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}）と、減衰力演算部により演算されたアクチュエータの作動速度の高周波成分に対する減衰力（ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}）との総和により、前記モータが出力すべき目標制御力（ｆ）を演算するものであるとよい。さらにこの場合、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数とハイパスフィルタのカットオフ周波数は等しい周波数であるのがよい。

これによれば、バネ下制御力の低〜中周波成分の抽出に用いられるローパスフィルタのカットオフ周波数と、アクチュエータの作動速度の高周波成分に対する減衰力を演算する際に用いられるハイパスフィルタのカットオフ周波数とを一致させることにより、バネ下制御力の低〜中周波成分によるモータの制御と、アクチュエータの作動速度の高周波成分に対する減衰力によるモータの制御との干渉を避けることができる。さらに、カットオフ周波数以下の周波数の振動はモータがバネ下制御力を発生することにより吸収され、カットオフ周波数以上の周波数の振動に対してモータが減衰力を発生することによりその振動でアクチュエータが動かされることが防止される。

本実施形態に係るサスペンション装置の概略図である。 サスペション本体の概略断面図である。 バネ上部材と、バネ下部材と、これらの部材間に介装されたサスペンション本体とにより構成される振動モデルを表す図である。 サスペンションＥＣＵの機能構成を示すブロック図である。 制御力演算部の機能構成を示すブロック図である。 ローパスフィルタの周波数特性を表す図である。 ハイパスフィルタの周波数特性を表す図である。 従来のアクティブサスペンション装置にバネ下部材の高周波振動が入力された場合における、ストローク速度Ｖ_ｓの変化と、モータの回転角速度Ｖ_ｍの変化と、ストローク速度Ｖ_ｓに対する理想的な減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊の変化と、実際にダンパ装置により発生される減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ＿ａｃｔ}の変化とを、時間軸を一致させて示すグラフである。 本実施形態のアクティブサスペンション装置にバネ下部材の高周波振動が入力された場合における、ストローク速度Ｖ_ｓの変化と、モータの回転角速度Ｖ_ｍの変化と、ストローク速度Ｖ_ｓに対する理想的な減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊の変化と、実際に液圧ダンパ装置により発生される減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ＿ａｃｔ}の変化とを、時間軸を一致させて示すグラフである。

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、４組のサスペンション本体１０ＦＬ，１０ＦＲ，１０ＲＬ，１０ＲＲと、サスペンションＥＣＵ５０とを備える。４組のサスペンション本体１０ＦＬ，１０ＦＲ，１０ＲＬ，１０ＲＲ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。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、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。

図２は、サスペンション本体１０の概略断面図である。このサスペンション本体１０は、エアばね装置２０と、アクチュエータ３０と、液圧ダンパ装置４０とを有する。

アクチュエータ３０は、モータ３１と、ボールネジ機構３５とを備える。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はモータ３１の外郭を構成するハウジングである。回転軸３１２はモータケーシング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（コアにコイルが巻回されたもの）３１４が、モータケーシング３１１の内壁に固定される。極体３１４によりモータ３１のステータが構成される。

また、モータケーシング３１１内に回転角センサ３１５が設けられる。この回転角センサ３１５は、モータ３１の回転角φ_ｍを検出する。

ボールネジ機構３５は、モータ３１に連結しており、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３５は、ネジ溝３５１ａが形成されたボールネジ軸３５１と、このボールネジ軸３５１のネジ溝３５１ａに螺合するボールネジナット３５２とを備える。ボールネジナット３５２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３５２も回転する。

ボールネジ軸３５１は、図に示されるように、モータケーシング３１１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３５２を螺合するとともに、その上方部分にて回転軸３１２の内周側に挿入される。また、ボールネジ軸３５１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３５２の図示下方にスプラインナット３６が配設される。このスプラインナット３６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３６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３５１が挿通される。なお、ボールネジ軸３５１のネジ溝３５１ａ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３５１はスプラインナット３６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３６に支持される。

このような構成のアクチュエータ３０において、モータ３１が回転すると、その回転運動がボールネジ機構３５により直線運動に変換される。このためアクチュエータ３０は伸縮する。アクチュエータ３０が伸縮することにより、バネ上部材とバネ下部材との間の間隔（上下間隔）が変化させられる。

液圧ダンパ装置４０は、内部に作動液（例えば作動油）が封入されたシリンダ４１と、シリンダ４１の内部に配設されシリンダ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によってシリンダ４１の内部が上室と下室とに区画される。シリンダ４１の下端はブッシュを介してロアアームなどの車輪側の部材ＬＡに連結される。

また、シリンダ４１内にピストンロッド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３５１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て液圧ダンパ装置４０のシリンダ４１内に挿入される。このような構成からわかるように、液圧ダンパ装置４０は、アクチュエータ３０の下方に取り付けられる。

シリンダ４１の外周に環状の下部リテーナ４４ａが気密的に取り付けられる。下部リテーナ４４ａの外周には第１筒部２１が気密的に連結される。第１筒部２１は、下部リテーナ４４ａに連結された部分からシリンダ４１を覆うように図において上方に伸びる。第１筒部２１の上端部に径内方に屈曲したフランジ部が形成され、このフランジ部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３５１とピストンロッド４３との連結部分に中央リテーナ４４ｃが取り付けられる。中央リテーナ４４ｃは、ボールネジ軸３５１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と、円板状の部分の外周から下方に伸びた円筒状の部分と、円筒状の部分から径外方に伸びた環状の鍔部分とを備える。このような形状の中央リテーナ４４ｃの鍔部分と下部リテーナ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。

このような構成の液圧ダンパ装置４０は、バネ下部材の上下方向速度の高周波成分（例えば８Ｈｚ以上）に対する減衰力を発生するように設計されている。つまり、高周波振動が路面から入力されてバネ下部材が高周波振動したときに、シリンダ４１がバルブピストン４２に対して相対移動する。この相対移動により発生する減衰力により高周波振動が減衰される。

エアばね装置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気密的に接続され、その上端部分にてブラケット２５を介して気密的にモータケーシング３１１に接続された第３筒部２３と、展開形状がリング状をなし、内周部分が第１筒部２１の外周に気密的に連結され外周部分が第２筒部２２の内周に気密的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により、外部との連通が遮断された空間Ｓが形成される。

エアばね装置２０、アクチュエータ３０および液圧ダンパ装置４０を含むサスペンション本体１０は、その上部位置にてアッパーサポート１２を介して車体Ｂに釣り下げられるように弾性的に連結される。したがってサスペンション本体１０は、その下部位置にて車輪側の部材ＬＡに支持されるとともに、その上部位置にて車体Ｂに取り付けられる。

エアばね装置２０内の空間Ｓ内には流体としての圧縮空気が封入される。エアばね装置２０内の圧縮空気の圧力により車体側の部材が弾性的に保持される。エアばね装置２０により保持される車体側の部材がバネ上部材であり、エアばね部材を保持する車輪側の部材がバネ下部材である。図からわかるようにアクチュエータ３０はバネ上部材とバネ下部材との間に配設される。また、液圧ダンパ装置４０はアクチュエータ３０とバネ下部材との間に取り付けられる。

図３は、バネ上部材と、バネ下部材と、これらの部材間に介装されたサスペンション本体１０とにより構成される振動モデルを表す図である。図に示すように、バネ上部材（車体など）とバネ下部材（車輪やロアアームなど）との間に、エアばね装置２０と、アクチュエータ３０と、液圧ダンパ装置４０が介装されている。図において、バネ上部材の質量がＭで、バネ下部材の質量がｍで表わされる。液圧ダンパ装置４０の減衰係数がＣ_ｓにより、バネ定数がＫ_ｓにより表わされる。また、中間部材は、バネ上部材とバネ下部材との間に介装されている物（例えばモータ３１やボールネジ機構３５等）を表す。

図１に示すように、車両には、バネ上加速度センサ６１とストロークセンサ６２が取り付けられている。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近傍位置に配設されていて、その位置におけるバネ上部材の上下方向加速度（バネ上加速度）α_ｂをそれぞれ検出する。ストロークセンサ６２は各サスペンション本体の近傍に取り付けられていて、各サスペンション本体１０のストローク変位量（バネ上部材とバネ下部材との間の間隔の変化量）ｘ_ｓをそれぞれ検出する。各バネ上加速度センサ６１および各ストロークセンサ６２はサスペンションＥＣＵ５０に電気的に接続されており、各センサからの検出情報はサスペンションＥＣＵ５０に入力される。

また、車両には、各サスペンション本体１０ごとに駆動回路１００が設けられる。駆動回路１００はサスペンションＥＣＵ５０に電気的に接続される。駆動回路１００はインバータなどにより構成され、サスペンションＥＣＵ５０から入力される信号に基づいて、対応するサスペンション本体１０のモータ３１に駆動電流を供給する。

サスペンションＥＣＵ５０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを備えるマイクロコンピュータにより構成され、各サスペンション本体１０のモータ３１を制御する。図４は、サスペンションＥＣＵ５０の機能構成を示すブロック図である。図４に示すように、サスペンションＥＣＵ５０は、状態量演算部５１および制御力演算部５２を備える。

状態量演算部５１は、バネ上加速度センサ６１から各バネ上加速度α_ｂ［ｍ／ｓ^２］を、ストロークセンサ６２から各ストローク変位量ｘ_ｓ［ｍ］を、回転角センサ３１５から各モータ３１の回転角φ_ｍ［ｒａｄ］を、それぞれ入力する。状態量演算部５１は、入力したバネ上加速度α_ｂを時間積分することにより、バネ上部材の上下方向速度（バネ上速度）Ｖ_ｂ［ｍ／ｓ］を演算し、演算したバネ上速度Ｖ_ｂを制御力演算部５２に出力する。また、状態量演算部５１は、入力したストローク変位量ｘ_ｓを時間微分することにより、サスペンション本体１０のストローク速度（バネ上部材とバネ下部材との間の間隔の変化速度）Ｖ_ｓ［ｍ／ｓ］を演算し、さらに、バネ上速度Ｖ_ｂとストローク速度Ｖ_ｓとの差（Ｖ_ｂ−Ｖ_ｓ）から、バネ下部材の上下方向速度（バネ下速度）Ｖ_ｗ［ｍ／ｓ］を演算する。そして、演算したバネ下速度Ｖ_ｗを制御力演算部５２に出力する。また、状態量演算部５１は、演算したバネ下速度Ｖ_ｗを時間微分することによりバネ下部材の上下方向加速度（バネ下加速度）α_ｗ［ｍ／ｓ^２］を演算し、演算したバネ下加速度α_ｗを制御力演算部５２に出力する。さらに、状態量演算部５１は、入力した回転角φ_ｍを時間微分することによりモータ３１の回転角速度Ｖ_ｍ［ｒａｄ／ｓ］を演算し、演算したモータ３１の回転角速度Ｖ_ｍを制御力演算部５２に出力する。なお、バネ下加速度α_ｗを取得するにあたり、車両の各バネ下部材にバネ下加速度センサを取り付けておき、そのバネ下加速度センサの検出信号からバネ下加速度α_ｗを取得してもよい。

制御力演算部５２は、入力したバネ上速度Ｖ_ｂ、バネ下速度Ｖ_ｗ、バネ下加速度α_ｗ、回転角速度Ｖ_ｍに基づいて、入力した各物理量に対応するサスペンション本体１０のモータ３１が出力すべき目標制御力ｆを演算する。そして、そのモータ３１が目標制御力ｆを出力するように、そのモータ３１に対応する駆動回路１００に駆動制御信号を出力する。これによりモータ３１が目標制御力ｆに基づいて制御される。

図５は、制御力演算部５２の機能構成を示すブロック図である。図５に示すように、制御力演算部５２は、バネ上スカイフック制御力演算部５２１と、バネ下スカイフック制御力演算部５２２と、ローパスフィルタ部５２３と、モータ減衰力演算部５２４と、ハイパスフィルタ部５２５と、目標制御力演算部５２６とを備える。

バネ上スカイフック制御力演算部５２１は、バネ上速度Ｖ_ｂを入力するとともに、入力したバネ上速度Ｖ_ｂに予め設定されているバネ上スカイフックゲインＣ_ｂを乗じることにより、バネ上スカイフック制御力ｆ_ｂを演算する。モータ３１がバネ上スカイフック制御力ｆ_ｂを出力することにより、バネ上部材の上下振動が抑えられる。なお、バネ上部材の質量は大きいのでバネ上スカイフック制御力ｆ_ｂの振動周波数は低い。したがって、バネ上スカイフック制御力演算部５２１からは、図中のグラフ（ａ）に示すように、低周波の制御力ｆ_ｂが出力される。

バネ下スカイフック制御力演算部５２２は、バネ下速度Ｖ_ｗおよびバネ下加速度α_ｗを入力するとともに、入力したバネ下速度Ｖ_ｗおよびバネ下加速度α_ｗに基づいて、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗを演算する。モータ３１がバネ下スカイフック制御力ｆ_ｗを出力することにより、バネ下部材の上下振動が抑えられる。この場合において、バネ下スカイフック制御力演算部５２２は、中間部材の慣性の影響および伝達特性を考慮して、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗを演算する。本実施形態では、下記（１）式に基づいて、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗが演算される。

上記（１）式において、Ｆ_ｗ（ｓ）はバネ下スカイフック制御力ｆ_ｗのラプラス変換、Ｉ_ｄは中間部材の等価慣性質量、Ｃ_ｓは液圧ダンパ装置４０の減衰係数（図３参照）、Ｋ_ｓは液圧ダンパ装置４０のバネ定数（図３参照）、Ｃ_ｗは予め設定されているバネ下スカイフックゲイン、Ｖ_ｗ（ｓ）はバネ下速度Ｖ_ｗのラプラス変換、α_ｗ（ｓ）はバネ下加速度のラプラス変換、ｓはラプラス演算子である。この式の具体的な導出方法は、本発明と関連性が薄いので、省略する。

バネ下スカイフック制御力演算部５２２は、（１）式に基づいて演算したバネ下スカイフック制御力ｆ_ｗをローパスフィルタ部５２３に出力する。

ローパスフィルタ部５２３は、入力したバネ下スカイフック制御力ｆ_ｗをローパスフィルタ処理する。本実施形態では、一次遅れ要素（１／（Ｔ_ｗｓ＋１）：Ｔ_ｗはフィルタ時定数）により表わされるローパスフィルタを用いるが、この限りでない。図６は、ローパスフィルタ部５２３で用いられるローパスフィルタの周波数特性を表す図である。図に示すように、ローパスフィルタのカットオフ周波数は、本実施形態では８Ｈｚである。したがって、ローパスフィルタ部５２３に入力されたバネ下スカイフック制御力ｆ_ｗのうち８Ｈｚ以上の周波数成分がカットされる。換言すれば、ローパスフィルタ部５２３から、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗのうち８Ｈｚ以下の周波数成分（低〜中周波成分）ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}が出力される。

なお、バネ下部材の質量は小さいので、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗの周波数は比較的高い。しかし、ローパスフィルタ部５２３により８Ｈｚ以上の周波数成分がカットされている。したがって、ローパスフィルタ部５２３からは、図５のグラフ（ｂ）に示すように、中周波の制御力ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}が出力される。

モータ減衰力演算部５２４は、回転角速度Ｖ_ｍを入力する。また、モータ減衰力演算部５２４は、入力した回転角速度Ｖ_ｍに予め設定されているモータ減衰ゲインＣ_ｍを乗じることにより、モータ減衰力ｆ_ｍを演算する。このモータ減衰力ｆ_ｍは、モータ３１の回転を妨げる方向に働く力である。モータ減衰力演算部５２４は演算したモータ減衰力ｆ_ｍをハイパスフィルタ部５２５に出力する。

ハイパスフィルタ部５２５は、入力したモータ減衰力ｆ_ｍをハイパスフィルタ処理する。本実施形態では、ハイパスフィルタの伝達関数が、Ｔ_ｍｓ／（Ｔ_ｍｓ＋１）（Ｔ_ｍはフィルタ時定数）により表わされるが、この限りでない。図７は、ハイパスフィルタ部５２５で用いられるハイパスフィルタの周波数特性を表す図である。図に示すように、ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、本実施形態では８Ｈｚである。したがって、ハイパスフィルタ部５２５に入力されたモータ減衰力ｆ_ｍのうち８Ｈｚ以下の周波数成分がカットされる。換言すれば、ハイパスフィルタ部５２５からモータ減衰力ｆ_ｍのうち８Ｈｚ以上の周波数成分（高周波成分）ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}が出力される。ハイパスフィルタ部５２５から出力される制御力は図５のグラフ（ｃ）に示すように、高周波である。

このように、本実施形態では、モータ減衰力演算部５２４およびハイパスフィルタ部５２５にて、モータ３１の回転角速度Ｖ_ｍ（アクチュエータ３０の作動速度）に基づいて、回転角速度Ｖ_ｍの高周波成分（例えば８Ｈｚ以上）に対する減衰力（回転角速度Ｖ_ｍに対するモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}）が演算される。

目標制御力演算部５２６は、バネ上スカイフック制御力ｆ_ｂと、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗの低〜中周波成分ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}と、モータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}を入力する。そして、入力したこれらの制御力を加算することにより、モータ３１が出力すべき目標制御力ｆを演算する。そして、演算した目標制御力ｆに対応する駆動信号を、対応する駆動回路１００に出力する。駆動回路１００は駆動信号に基づいて対応するモータ３１に駆動電流を供給する。このようにして、目標制御力ｆに基づいてモータ３１が制御される。ここで、目標制御力ｆの中にモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}が含まれている。したがって、モータ３１は、このモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}を発生するように制御される。モータ３１がモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}を発生することにより、モータ３１が高周波で回されることが妨げられる。従来のアクティブサスペンション装置では、このようなモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}が発生しない。

図８は、モータを有するアクチュエータとアクチュエータに取り付けられたダンパ装置とを備える従来のアクティブサスペンション装置にバネ下部材の高周波振動が入力された場合における、ストローク速度Ｖ_ｓの変化（図８（ａ））と、モータ３１の回転角速度Ｖ_ｍの変化（図８（ｂ））と、ストローク速度Ｖ_ｓに対する理想的な減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊（＝Ｃ×Ｖ_ｓ）の変化（図８（ｃ））と、実際にダンパ装置により発生される減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ＿ａｃｔ}の変化（図８（ｄ））とを、時間軸を一致させて示すグラフである。図において横軸が時間であり、縦軸が対応する物理量である。

バネ下部材の高周波振動がサスペンション本体に入力された場合、アクチュエータとバネ下部材との間に配置されたダンパ装置が高周波振動する。したがって、図８（ａ）に示すストローク速度Ｖ_ｓの変化はダンパ装置の振動成分を表す。また、バネ下部材の高周波振動はダンパ装置を介してアクチュエータにも伝達される。アクチュエータの慣性質量が大きければ、伝達された高周波振動によりアクチュエータが動かされることはない。しかし、アクチュエータの慣性質量は一般的に小さいため、伝達された高周波振動によってアクチュエータも動かされ、アクチュエータが高周波振動する。したがって、図８（ｂ）に示すように、バネ下部材の高周波振動が入力されているときにモータが回される（モータの回転角速度Ｖ_ｍが大きく変化する）。

また、ダンパ装置は、理想的にはバネ下部材の上下方向速度の高周波成分に対する減衰力、すなわちバネ下部材の高周波振動に対する減衰力を発生する。この理想的な減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊はダンパ装置の伸縮速度（図８（ａ）に示すストローク速度Ｖ_ｓ）に減衰ゲインを乗じることにより求められる。したがって、図８（ｃ）に示す理想的な減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊の変化波形は図８（ａ）に示すストローク速度Ｖ_ｓの変化波形にほとんど等しい。ダンパ装置に図８（ｃ）に示すような減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊を発生させることにより、バネ下部材の高周波振動が抑えられる。

しかし、ダンパ装置に図８（ｃ）に示すような減衰力を発生させるためには、バネ下部材の高周波振動入力時にその高周波振動に対してアクチュエータが静止していなければならない。この点につき、従来のサスペンション装置においては上述したように、バネ下部材の高周波振動によってアクチュエータが動かされる（モータの回転角速度Ｖ_ｍが大きく変化する）。このため実際にダンパ装置により発生される減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ＿ａｃｔ}の変化波形（図８（ｄ））は理想的な減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊の変化波形（図８（ｃ））と異なる。実際に発生する減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ＿ａｃｔ}が理想的な減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊と異なる場合、ダンパ装置によりバネ下部材の高周波振動を十分に抑えることができず、乗り心地の悪化を招く。

図９は、本実施形態のアクティブサスペンション装置にバネ下部材の高周波振動が入力された場合における、ストローク速度Ｖ_ｓの変化（図９（ａ））と、モータ３１の回転角速度Ｖ_ｍの変化（図９（ｂ））と、ストローク速度Ｖ_ｓに対する理想的な減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊の変化（図９（ｃ））と、実際に液圧ダンパ装置４０により発生される減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ＿ａｃｔ}の変化（図９（ｄ））とを、時間軸を一致させて示すグラフである。図において横軸が時間であり、縦軸が対応する物理量である。

図９（ａ）に示すようにバネ下部材の高周波振動が入力されてストローク速度Ｖ_ｓが変化した場合、その高周波振動が液圧ダンパ装置４０を介してアクチュエータ３０に伝達されてモータ３１が回されようとする。このとき本実施形態によれば、モータ３１は、モータ３１の回転角速度Ｖ_ｍの高周波成分に対する減衰力（すなわちモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分）ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}を発生する。このモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}によって、バネ下部材の高周波振動によりアクチュエータ３０が動かされることが抑えられる。したがって、図９（ｂ）に示すように、バネ下部材の高周波振動が入力されているときでもアクチュエータ３０はほとんど動かされない（モータ３１がほとんど回されない）。このため液圧ダンパ装置４０により実際に発生される減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ＿ａｃｔ}の変化波形（図９（ｄ））と理想的な減衰力ｆ_{＿ｄａｍｐ}＊の変化波形はほぼ一致する。つまり、液圧ダンパ装置４０に所望の減衰力を発生させることができる。故に、本実施形態によれば、液圧ダンパ装置４０によりバネ下部材の高周波振動を十分に抑えることができるのである。

以上のように、本実施形態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、モータ３１を有するとともにモータ３１が回転することにより伸縮してバネ上部材とバネ下部材との間の間隔を変化させるアクチュエータ３０と、アクチュエータ３０とバネ下部材との間に取り付けられ、バネ下速度Ｖ_ｗの高周波成分に対する減衰力を発生する液圧ダンパ装置４０と、モータ３１の回転角速度Ｖ_ｍ（アクチュエータ３０の作動速度）を取得する状態量演算部５１と、状態量演算部５１により取得された回転角速度Ｖ_ｍに基づいて、回転角速度Ｖ_ｍの高周波成分（例えば８Ｈｚ以上）に対する減衰力（モータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分）ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}を演算する減衰力演算部（モータ減衰力演算部５２４およびハイパスフィルタ部５２５）と、モータ３１が減衰力ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}を発生するように、モータ３１が出力すべき目標制御力ｆを演算する目標制御力演算部５２６と、を備え、目標制御力演算部５２６により演算された目標制御力ｆに基づいてモータ３１を制御する。

モータ３１が発生するモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}により、バネ下部材の高周波振動が液圧ダンパ装置４０を介してアクチュエータ３０に伝達されることにより生じるアクチュエータ３０の動きが抑えられ、高周波振動入力時にアクチュエータ３０がその高周波振動に対して静止する。したがって、液圧ダンパ装置４０にその高周波振動に対する所望の減衰力を発生させることができる。

また、本実施形態によれば、モータ３１の回転角速度Ｖ_ｍに基づいて、モータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}がフィードバック制御される。つまりモータ３１は、バネ下部材の高周波振動により回されて初めてモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}を発生する。このようなフィードバック制御により、バネ下部材の高周波振動に応じて適切なモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}をモータ３１に発生させることができる。

また、本実施形態のサスペンション装置によれば、バネ上速度Ｖ_ｂに基づいて、バネ上部材の振動を抑えるようにモータ３１により出力されるべき制御力であるバネ上スカイフック制御力ｆ_ｂが演算され、バネ下速度Ｖ_ｗに基づいて、バネ下部材の振動を抑えるように前記モータにより出力されるべき制御力であるバネ下スカイフック制御力ｆ_ｗが演算される。そして、演算されたバネ上スカイフック制御力ｆ_ｂと、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗの低〜中周波成分ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}と、モータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}の総和により目標制御力ｆが求められ、求められた目標制御力ｆに基づいてモータ３１が制御される。バネ上スカイフック制御力ｆ_ｂによってバネ上部材の振動が抑えられ、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗの低〜中周波成分ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}によりバネ下部材の振動が抑えられるので車両の乗り心地がより向上する。加えて、モータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}によりモータ３１がバネ下部材の高周波振動により動かされることが防止される。

また、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗの低〜中周波成分ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}の抽出に用いられるローパスフィルタのカットオフ周波数（８Ｈｚ）と、モータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}の抽出に用いられるハイパスフィルタのカットオフ周波数（８Ｈｚ）とを一致させることにより、バネ下スカイフック制御力ｆ_ｗの低〜中周波成分ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}によるモータ３１の制御とモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}によるモータ３１の制御との干渉を避けることができる。

以上の本発明の実施形態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べきものではない。例えば、上記実施形態では、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタのカットオフ周波数が８Ｈｚである例を示したが、カットオフ周波数は、モータが制御により追従することができる最大周波数または最大周波数以下の周波数として予め設定された周波数であれば、それ以外の周波数でもよい。また、上記実施形態では、モータ３１の回転角速度Ｖ_ｍに基づいて演算されたモータ減衰力ｆ_ｍをハイパスフィルタ処理してモータ減衰力ｆ_ｍの高周波成分ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}を抽出する例を示したが、モータ３１の回転角速度Ｖ_ｍをハイパスフィルタ処理して抽出した回転角速度の高周波成分Ｖ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}に対する減衰力ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}を演算してもよい。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、３０…アクチュエータ、３１…モータ、４０…液圧ダンパ装置、５０…サスペンションＥＣＵ、４１…シリンダ、４２…バルブピストン、５１…状態量演算部、５２…制御力演算部、５２１…バネ上スカイフック制御力演算部、５２２…バネ下スカイフック制御力演算部、５２３…ローパスフィルタ部、５２４…モータ減衰力演算部、５２５…ハイパスフィルタ部、５２６…目標制御力演算部、６１…バネ上加速度センサ、６２…ストロークセンサ、１００…駆動回路、３１５…回転角センサ、ｆ…目標制御力、ｆ_ｂ…バネ上スカイフック制御力、ｆ_ｍ…モータ減衰力、ｆ_{ｍ＿ｆｉｌｔ}…モータ減衰力の高周波成分、ｆ_ｗ…バネ下スカイフック制御力、ｆ_{ｗ＿ｆｉｌｔ}…バネ下スカイフック制御力の低〜中周波成分、Ｖ_ｍ…回転角速度

Claims (3)

1. 車両のバネ上部材とバネ下部材との間に配設され、モータを有するとともに前記モータが回転することにより伸縮してバネ上部材とバネ下部材との間の間隔を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータとバネ下部材との間に取り付けられるダンパ装置とを備えるサスペンション装置において、
   前記アクチュエータの作動速度を取得する作動速度取得部と、
   前記作動速度取得部により取得された前記アクチュエータの作動速度に基づいて、前記アクチュエータの作動速度の高周波成分に対する減衰力を演算する減衰力演算部と、
   前記モータが前記減衰力演算部により演算された減衰力を発生するように、前記モータが出力すべき目標制御力を演算する目標制御力演算部と、を備え、
   前記目標制御力演算部により演算された目標制御力に基づいて前記モータを制御する、サスペンション装置
2. 請求項１に記載のサスペンション装置において、
   前記減衰力演算部は、前記作動速度取得部により取得された前記アクチュエータの作動速度の高周波成分、または、前記作動速度取得部により取得された前記アクチュエータの作動速度に対する減衰力の高周波成分を抽出するハイパスフィルタを備える、サスペンション装置。
3. 請求項２に記載のサスペンション装置において、
   前記ハイパスフィルタのカットオフ周波数は、前記モータを制御によって追従させることができる最大周波数または前記最大周波数以下の周波数として予め定められた周波数である、サスペンション装置。

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