JP5598233B2 - 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係り、特に、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および減衰力を発生する電磁アクチュエータを備えたサスペンション装置に関する。

従来から、電磁アクチュエータを備えたサスペンション装置が知られている。このサスペンション装置では、電磁アクチュエータの通電制御によって、バネ上部材とバネ下部材との間の相対移動に対する減衰力だけでなく、サスペンションストロークを積極的に変化させる推進力をも発生させることができる。電磁アクチュエータは、例えば、電動モータと、電動モータの出力軸に連結されバネ上部材とバネ下部材との相対移動により伸縮するボールネジ機構とを備えている。従って、電動モータの通電量を制御することにより、上記減衰力および推進力を制御することができる。

特許文献１には、電磁アクチュエータとバネ下部材との間に、液圧式ダンパおよび圧縮バネからなる連結機構（以下、これらをまとめて直列サブアブソーバと呼ぶ）を介装したサスペンション装置が提案されている。このサスペンション装置では、直列サブアブソーバを設けたことにより、路面から１０Ｈｚを超えるような高周波振動が入力した場合であっても、その高周波振動のバネ下部材からバネ上部材への伝達を効果的に抑制することができる。

また、特許文献１のサスペンション装置では、バネ上部材とバネ下部材との間に、バネ上部材あるいはバネ下部材に固定されていない部材（中間部材と呼ぶ）が存在する。この中間部材としては、電動モータのロータ、ロータに連結されるボールネジ機構、ボールネジ機構に連結される液圧ダンパのピストンおよびピストンロッドなどが該当する。こうした中間部材は、電磁アクチュエータが伸縮したときに慣性力を発生し、その慣性力が車両の制振制御に悪影響を与える。

そこで、特許文献１のサスペンション装置では、中間部材の慣性力を考慮して、電磁アクチュエータの電動モータにより発生させる力の目標制御量を演算する。具体的には、バネ下部材とバネ上部材とを制振するためにバネ下部材とバネ上部材との間に作用させるべき力と、電動モータにより発生した力が直列サブアブソーバを介してバネ下部材に伝達される際における伝達特性（伝達関数）とに基づいて制振制御量を決定し、更に、その制振制御量に、バネ下部材の変位によって中間部材が持つことになる慣性力を補償する慣性補償制御量を加算することにより目標制御量を求める。

慣性補償制御量は、中間部材の質量にバネ下部材の上下加速度を乗じることにより算出される。このため、このサスペンション装置では、バネ下加速度センサを設け、バネ下上下加速度を検出する。

特開２００９−２５５８０５号公報

しかしながら、悪路走行時のように急激な路面変化が生じると、バネ下部材の上下運動が激しくなり、バネ下上下加速度に基づいて求められる慣性補償制御量の演算がバネ下上下加速度の変化に追従できなくなる。このため、慣性補償制御量に位相遅れが発生しやすい。

また、電磁アクチュエータによる制振制御は、フィードフォワード制御であるため、制御遅れが発生しても、それを補正することができない。これらの結果、慣性の影響を適切に補償することができず、乗り心地が低下する。また、位相遅れにより電動モータの動きが遅れて、直列サブアブソーバのストロークを規制するストッパ当たりの頻度が増すとともに、ストッパ当たりの衝撃の大きさも増加する。これに伴って、ボールネジ機構のボールネジに働く軸力が増加し、ボールネジ機構の信頼性が低下してしまう。このため、ボールネジの強度を増加させる必要が生じる。

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、悪路走行時であっても慣性の影響を良好に低減して乗り心地を向上させるとともに、サスペンション装置の信頼性を向上させることを目的とする。

上記課題を解決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たサスペンションバネ（２０）と並列に設けられ、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および減衰力を発生する電動モータ（３１）および減速機（３２）を有し、前記バネ上部材と前記バネ下部材とのいずれにも固定されていない中間部材を含んだ電磁アクチュエータ（３０）と、前記電磁アクチュエータと前記バネ下部材との間に配設され、前記電磁アクチュエータと直列に設けられる直列バネ（４０ｂ）と直列ダンパ（４０ａ）とを並列に備え、前記バネ上部材と前記バネ下部材とのいずれにも固定されていない中間部材を含んだ直列サブアブソーバ（４０）と、前記直列サブアブソーバの上下方向の運動に関連する物理量として、前記直列サブアブソーバの上下方向の変位量および変位速度を検出する直列サブアブソーバ運動量検出手段（６２，６３）と、前記直列サブアブソーバ運動量検出手段により検出した前記直列サブアブソーバの上下方向の変位量と前記直列バネのバネ定数との積と、前記直列サブアブソーバの上下方向の変位速度と前記直列ダンパの減衰係数との積との和を演算し、その演算結果を前記直列サブアブソーバで発生している実荷重として推定する実荷重演算手段（１２０）と、車両の上下方向の運動に関連する物理量を検出する上下運動量検出手段（６１，６２）と、前記上下運動量検出手段により検出した前記車両の上下方向の運動に関連する物理量に基づいて、前記直列サブアブソーバで発生させる目標荷重を演算する目標荷重演算手段（１１０）と、前記実荷重演算手段により演算した実荷重と前記目標荷重演算手段により演算した目標荷重との偏差を用いた前記実荷重を前記目標荷重に追従させるフィードバック演算式によりモータ制御量を演算し、その演算されたモータ制御量にて前記電磁アクチュエータの電動モータを駆動制御するフィードバック制御手段（１３０）とを備えることにより、前記電磁アクチュエータと前記直列サブアブソーバとに含まれる前記中間部材の慣性力を補償するための前記バネ下部材の上下加速度に基づく前記上下加速度に比例した慣性補償制御量の演算を行わずに、前記モータ制御量を演算することにある。

本発明においては、電動モータおよび減速機を有する電磁アクチュエータを備え、電動モータの通電を制御することにより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および減衰力を発生させる。この電磁アクチュエータとバネ下部材との間には、直列バネと直列ダンパとを並列に備えた直列サブアブソーバが配設される。このため、高周波の路面入力がバネ下部材に加えられた場合、直列サブアブソーバの直列バネが路面入力から受ける衝撃をやわらげるとともに、直列ダンパが減衰力を発生する。これにより路面入力の電磁アクチュエータ側への伝達を抑制する。従って、直列サブアブソーバは、高周波振動のフィルタとして機能する。

こうした構成においては、バネ上部材とバネ下部材との間に、バネ上部材とバネ下部材とのいずれにも固定されていない中間部材が存在するため、中間部材の慣性力が乗り心地を低下させてしまう。慣性力の影響を補償するためにバネ下部材の上下加速度に比例した慣性補償制御量を演算して目標制御量に加味すれば乗り心地を改善できるが、悪路走行時においては演算遅れが生じやすく、しかも、慣性補償はフィードフォワード制御のため、演算遅れを取り戻すことができない。

そこで本発明においては、慣性補償制御量を演算しなくても中間部材の慣性力が補償されるように、直列サブアブソーバで発生する実荷重が目標荷重と等しくなるようにフィードバック制御にて電磁アクチュエータの電動モータを駆動する構成を採用している。そのために、本発明では、直列サブアブソーバ運動量検出手段が、直列サブアブソーバの上下方向の運動に関連する物理量として、直列サブアブソーバの上下方向の変位量および変位速度（例えば、直列サブアブソーバのストローク量およびストローク速度）を検出し、実荷重演算手段が、直列サブアブソーバの上下方向の変位量と直列バネのバネ定数との積と、直列サブアブソーバの上下方向の変位速度と直列ダンパの減衰係数との積との和を演算し、その演算結果を直列サブアブソーバで発生している実荷重として推定する。

また、上下運動量検出手段が、車両の上下方向の運動に関連する物理量を検出する。つまり、車両の上下方向の振動状態を検出する。例えば、バネ上部材の上下速度、バネ下部材の上下速度、バネ上部材とバネ下部材との相対速度など、任意の車両の上下振動を表す物理量を検出する。そして、目標荷重演算手段が、車両の上下方向の運動に関連する物理量に基づいて、直列サブアブソーバで発生させる目標荷重を演算する。つまり、車両の上下方向の運動を制振するために設定する目標制御量を、直列サブアブソーバで発生させる目標荷重として演算する。

こうして、直列サブアブソーバで発生させる目標荷重と、直列サブアブソーバで発生している実荷重とが演算されると、フィードバック制御手段が、実荷重と目標荷重との偏差を用いた実荷重を目標荷重に追従させるフィードバック演算式によりモータ制御量を演算し、その演算されたモータ制御量にて電磁アクチュエータの電動モータを駆動制御する。これにより、直列サブアブソーバが目標荷重を発生するように、電磁アクチュエータの電動モータの通電が制御される。この結果、車両の上下方向の運動、つまり、上下振動が抑制される。この場合、バネ上部材とバネ下部材とのいずれにも固定されていない中間部材の慣性力を補償するためのバネ下部材の上下加速度に比例した慣性補償制御量の演算を行わずにモータ制御量が演算されるが、中間部材の慣性力が発生しても、その慣性力は、直列サブアブソーバの実荷重の一部として表れる（検出される）ため、フィードバック制御により慣性補償を行うことができる。

この結果、悪路走行時であっても中間部材の慣性の影響を良好に低減することができる。これにより、直列ダンパのストッパ当たりの頻度、および、ストッパ当たりの衝撃の大きさを低減することができ、直列サブアブソーバおよび電磁アクチュエータの信頼性をさらに向上させることができる。

尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件を前記符号によって規定される実施形態に限定させるものではない。

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。 サスペンション制御装置の機能ブロック図である。 サスペンション本体のモデル図である。

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１００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。図示するように、サスペンション本体１０は、エアバネ装置２０と、電磁アクチュエータ３０と、直列サブアブソーバ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，電磁アクチュエータ３０および直列サブアブソーバ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。

電磁アクチュエータ３０は、電動モータ３１とボールネジ機構３２とを備える。電動モータ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は電動モータ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により電動モータ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により電動モータ３１のステータが構成される。

ボールネジ機構３２は、電動モータ３１に連結しており、電動モータ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、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。

直列サブアブソーバ４０は、電磁アクチュエータ３０に直列的に連結するように、電磁アクチュエータ３０とバネ下部材との間に配設されている。直列サブアブソーバ４０は、液圧式ダンパ４０ａと、コイルスプリングユニット４０ｂとを並列に設けて構成される。

液圧式ダンパ４０ａ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４０ａは、ツインチューブ式のショックアブソーバであり、シリンダ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４０ａ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４０ａのシリンダ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を介して電磁アクチュエータ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４０ａが電磁アクチュエータ３０に直列的に接続される。

コイルスプリングユニット４０ｂは、液圧式ダンパ４０ａの外周に液圧式ダンパ４０ａと同軸状に設けられる。コイルスプリングユニット４０ｂは、第１圧縮コイルスプリング４９ａ、第２圧縮コイルスプリング４９ｂ、下部リテーナ４４ａ、上部リテーナ４４ｂ、中央リテーナ４４ｃを備えている。

下部リテーナ４４ａは、液圧式ダンパ４０ａの外筒４１１の外周部分に環状に設けられる。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４０ａのシリンダ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の下面側には、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圧縮コイルスプリング４９ａが、鍔部分４４ｃ３と上部リテーナ４４ｂとの間に第２圧縮コイルスプリング４９ｂが配設される。このようにして、コイルスプリングユニット４０ｂは、電磁アクチュエータ３０とバネ下部材との間に、液圧式ダンパ４０ａと並列に設けられる。

また、ピストンロッド４３の外周には、内筒４１２内において、径方向に延びたリング状の弾性材からなるロッド側下ストッパ４５が固定して設けられている。また、内筒４１２の上端には、弾性材からなるシリンダ側下ストッパ４６がロッド側下ストッパ４５に向かい合うように固定して設けられている。従って、ピストンロッド４３に対してシリンダ４１が下方向に相対移動したときに、ロッド側下ストッパ４５とシリンダ側下ストッパ４６とが当接して、それ以上の相対移動を規制する。

また、シリンダ側下ストッパ４６の上方には、シリンダ４１の上端に固定されたリング板状のシリンダ側上ストッパ４７が固定して設けられている。また、中央リテーナ４４ｃの内側には、弾性材からなるロッド側上ストッパ４８がシリンダ側上ストッパ４７と向かい合うように固定して設けられている。従って、ピストンロッド４３に対してシリンダ４１が上方向に相対移動したときに、ロッド側上ストッパ４８とシリンダ側上ストッパ４７とが当接して、それ以上の相対移動を規制する。

これにより、液圧式ダンパ４０ａは、上下方向のストローク移動が規制されている。以下、液圧式ダンパ４０ａにおいて、ロッド側下ストッパ４５とシリンダ側下ストッパ４６とが当接する状態、あるいは、ロッド側上ストッパ４８とシリンダ側上ストッパ４７とが当接する状態をストッパ当たりと呼ぶ。

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。

尚、エアバネ装置２０は、車高が目標車高に追従するように圧縮空気の供給量が制御されるものであるが、車高制御については本発明の特徴部分と直接関係するものではないため、本実施形態においては、その説明を省略する。

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動モータ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１２ａとブラケット１２ｂ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、車載バッテリ(図示略）からの電力供給により電磁アクチュエータ３０の電動モータ３１が回転すると、電動モータ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、シリンダ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、電動モータ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、この外力がシリンダ４１に働いて、シリンダ４１の運動がバルブピストン４２，ピストンロッド４３を介して電磁アクチュエータ３０のボールネジ軸３２１に伝達される。これにより、ボールネジ軸３２１が軸方向に移動し、ボールネジナット３２２が回転する。ボールネジナット３２２の回転により電動モータ３１が回される。このとき電動モータ３１は発電機として作用するので、電動モータ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４０ａのバルブピストン４２とシリンダ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、第１圧縮コイルスプリング４９ａと第２圧縮コイルスプリング４９ｂが伸縮してシリンダ４１がバルブピストン４２に対して相対移動する。これにより、バネ下部材の高周波振動は、シリンダ４１に伝達されるだけで、ほとんどボールネジ機構３２側に伝達されない。従って、直列サブアブソーバ４０は、高周波振動のフィルタとして機能する。

次に、サスペンション本体１０の作動を制御するサスペンション制御装置１００について説明する。以下、サスペンション制御装置１００をサスペンションＥＣＵ１００と呼ぶ。サスペンションＥＣＵ１００は、図１に示すように、車体Ｂに搭載される。サスペンションＥＣＵ１００には、バネ上加速度センサ６１と、ストロークセンサ６２と、モータ回転角センサ６３とが接続される。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）に設けられており、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（バネ上上下加速度）を検出し、バネ上上下加速度Ｇを表す検出信号を出力する。このバネ上加速度センサ６１は、車両の上下方向の運動に関連する物理量を検出する上下運動量検出手段の一つに相当する。

ストロークセンサ６２は、各輪位置におけるバネ上部材とバネ下部材との上下方向の変位量を検出し、その変位量であるサスペンションストロークＳＴを表す検出信号を出力する。このストロークセンサ６２は、車両の上下方向の運動に関連する物理量を検出する上下運動量検出手段の一つに相当する。

モータ回転角センサ６３は、電磁アクチュエータ３０の電動モータ３１のロータの回転角を検出し、その回転角であるモータ回転角を表す検出信号を出力する。このモータ回転角センサ６３は、予め決められたロータの回転位置を基準位置として、その基準位置からの回転角を検出するだけでなく、ボールネジ機構３２の進退方向における予め決められたストローク原点位置を中立位置として、その中立位置から現在ストローク位置までのロータの回転した回転数を回転方向に応じて加減算することにより、中立位置からの回転角を表す検出信号も出力する。モータ回転角センサ６３により検出されたロータの基準位置からの回転角θｍ１を表す信号は、後述するモータＥＤＵ７０に供給され、ボールネジ機構３２の中立位置から現在ストローク位置までのロータの回転した回転数を加味した回転角θｍ２を表す信号はサスペンションＥＣＵ１００に供給される。このモータ回転角センサ６３は、直列サブアブソーバの上下方向の運動に関連する物理量を検出する直列サブアブソーバ運動量検出手段の一つに相当する。

サスペンションＥＣＵ１００は、マイクロコンピュータを主要部として備える。サスペンションＥＣＵ１００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して推進力または減衰力を発生する電磁アクチュエータ３０（電動モータ３１）の制御量を演算する。尚、ここでは、「推進力または減衰力」と表現しているが、これは、電磁アクチュエータ３０が推進力と減衰力とを同時に発生するものではなく何れか一方を発生するから「または」と表現しているのであって、電磁アクチュエータ３０の発生する力は、振動の状態に応じて推進力になったり減衰力になったりするものである。本実施形態においてこれらの推進力または減衰力は、電磁アクチュエータ３０の電動モータ３１により発生される。以下、サスペンションＥＣＵ１００が演算により求めた電動モータ３１の制御量をモータ制御量ｆmotorと呼ぶ。

サスペンションＥＣＵ１００は、モータ制御量ｆmotorに対応する制御信号をモータドライブ制御装置（以下、モータＥＤＵと呼ぶ）７０に出力する。モータＥＤＵ７０は、各サスペンション本体１０ＦＬ，１０ＦＲ，１０ＲＬ，１０ＲＲの近傍に設けられ、サスペンションＥＣＵ１００とワイヤハーネスにて接続されており、サスペンションＥＣＵ１００から出力された制御信号を入力し、その制御信号に従って電動モータ３１を駆動制御する。モータＥＤＵ７０も、各種の演算処理を行うためのマイクロコンピュータを備えている。

図３は、サスペンションＥＣＵ１００におけるマイクロコンピュータが行う制御処理を表す機能ブロック図である。各機能部は、マイクロコンピュータのＲＯＭに記憶された制御プログラムを所定の演算周期で繰り返し実行することにより実現されるものである。サスペンションＥＣＵ１００は、目標荷重設定ブロック１１０と、実荷重検出ブロック１２０と、フィードバック制御ブロック１３０とを備えている。

ここで、各ブロックを説明する前に、サスペンション本体１０の運動状態を表すために必要なパラメータについて説明する。図４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、Ｃ_ｓは液圧式ダンパ４０ａの減衰係数、Ｋ_ｓはコイルスプリングユニット４０ｂの第１圧縮コイルスプリング４９ａと第２圧縮コイルスプリング４９ｂを一つのバネと仮定した場合のバネ定数である。ｘ_１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り、ｘ_２は時間ｔをパラメータとしたバネ上部材の基準位置からの上下変位量である。また、ｍ_３は、中間部材の質量（等価慣性質量）を表す。ｘ_３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。

中間部材とは、バネ上部材とバネ下部材との間に設けられバネ上部材にもバネ下部材にも固定されていない部材を表す。例えば、電動モータ３１のロータ（回転軸３１２，永久磁石３１３）、ボールネジ機構３２、液圧式ダンパ４０ａにおけるバルブピストン４２，ピストンロッド４３などが中間部材に相当する。中間部材には、バネ下部材の上下方向の変位に対して回転する部材（例えば、電動モータ３１のロータ、ボールネジ機構３２のボールネジナット３２２）が存在するため、その回転部材に関する質量は、回転部材の慣性モーメントを慣性質量に換算した値としている。

図３に示すように、目標荷重設定ブロック１１０は、バネ上速度演算部１１１と、ストローク速度演算部１１２と、バネ下速度演算部１１３と、目標荷重演算部１１４とから構成される。

バネ上速度演算部１１１は、バネ上加速度センサ６１の出力するバネ上上下加速度Ｇ（＝ｘ_２”）を表す検出信号を入力し、バネ上上下加速度Ｇ（＝ｘ_２”）を時間で積分することによりバネ上部材の上下方向の速度であるバネ上速度ｘ_２’を計算する。ストローク速度演算部１１２は、ストロークセンサ６２の出力するサスペンションストロークＳＴ（＝ｘ_２−ｘ_１）を表す検出信号を入力し、サスペンションストロークＳＴ（＝ｘ_２−ｘ_１）を時間で微分することによりストローク速度（ｘ_２’−ｘ_１’）を計算する。バネ下速度演算部１１３は、バネ上速度ｘ_２’からストローク速度（ｘ_２’−ｘ_１’）を減算することによりバネ下部材の上下方向の速度であるバネ下速度ｘ_１’を計算する。

目標荷重演算部１１４は、直列サブアブソーバ４０で発生させる目標荷重を演算する機能部であり、次式（１）により目標荷重ｆreqを計算する。
ｆreq＝Ｃ_２・ｘ_２’−Ｃ_１・ｘ_１’ ・・・（１）
ここで、Ｃ_２およびＣ_１は、予め設定されたゲインである。

この目標荷重ｆreqは、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により、バネ上部材およびバネ下部材の振動を減衰させるために必要とされる減衰力を計算したものであり、右辺第１項（Ｃ_２・ｘ_２’）が、バネ上部材の振動を減衰するように働くバネ上減衰制御力を表し、右辺第２項（Ｃ_１・ｘ_１’）が、バネ下部材の振動を減衰するように働くバネ下減衰制御力を表す。つまり、目標荷重ｆreqは、車両を制振するために必要とされる減衰力を、直列サブアブソーバ４０で発生させる荷重の目標値として設定したものである。

本実施形態においては、この目標荷重ｆreqを直列サブアブソーバ４０で発生するように電磁アクチュエータ３０を駆動制御することで、車両の上下振動を抑制する。

次に、実荷重検出ブロック１２０について説明する。実荷重検出ブロック１２０は、電磁アクチュエータストローク演算部１２１と、直列サブアブソーバストローク演算部１２２と、直列サブアブソーバストローク速度演算部１２３と、実荷重演算部１２４とから構成される。

電磁アクチュエータストローク演算部１２１は、モータ回転角センサ６３の出力するモータ回転角θｍ２を表す検出信号を入力し、モータ回転角θｍ２にボールネジ機構のネジリードＬを乗じることにより電磁アクチュエータ３０の中立位置からのストローク（ｘ_２−ｘ_３）を計算する。

直列サブアブソーバストローク演算部１２２は、ストロークセンサ６２の出力するサスペンションストロークＳＴ（＝ｘ_２−ｘ_１）と、電磁アクチュエータストローク演算部１２１により計算された電磁アクチュエータ３０のストローク（ｘ_２−ｘ_３）とを入力し、サスペンションストロークＳＴ（＝ｘ_２−ｘ_１）から電磁アクチュエータ３０のストローク（ｘ_２−ｘ_３）を減算することにより、直列サブアブソーバ４０のストローク（ｘ_３―ｘ_１）、つまり、中立位置からの変位量を計算する。

直列サブアブソーバストローク速度演算部１２３は、直列サブアブソーバストローク演算部１２２により計算された直列サブアブソーバ４０のストローク（ｘ_３―ｘ_１）を入力し、そのストローク（ｘ_３―ｘ_１）を時間で微分することにより、直列サブアブソーバ４０のストローク速度（ｘ_３’−ｘ_１’）、つまり、変位速度を計算する。

実荷重演算部１２４は、直列サブアブソーバ４０で発生した実際の荷重を演算により検出する機能部であり、直列サブアブソーバ４０のストローク（ｘ_３―ｘ_１）とストローク速度（ｘ_３’−ｘ_１’）とを入力して、次式（２）により実荷重ｆrealを計算する。
ｆreal＝Ｋ_ｓ（ｘ_３―ｘ_１）＋Ｃ_ｓ（ｘ_３’−ｘ_１’） ・・・（２）

目標荷重演算部１１４で計算された目標荷重ｆreqと、実荷重演算部１２４で計算された実荷重ｆrealとは、フィードバック制御ブロック１３０に供給される。フィードバック制御ブロック１３０は、偏差演算部１３１と、モータ制御量演算部１３２とから構成される。偏差演算部１３１は、目標荷重ｆreqから実荷重ｆrealを減算することにより偏差Δｆ（＝ｆreq−ｆreal）を求め、その偏差Δｆをモータ制御量演算部１３２に供給する。

モータ制御量演算部１３２は、その偏差Δｆを用いて実荷重ｆrealが目標荷重ｆreqに追従するようにフィードバック演算式を使ってモータ制御量ｆmotorを計算する。モータ制御量ｆmotorは、次式（３）により計算される。

ここで、Ｋ_Ｐは比例項のゲインであり、Ｋ_Ｉは積分項のゲインである。

モータ制御量演算部１３２は、（３）式に基づいて演算したモータ制御量ｆmotorに対応する制御信号をモータＥＤＵ７０に出力する。

モータＥＤＵ７０は、ＰＷＭ制御信号出力部７１と３相インバータ７２とを備えている。ＰＷＭ制御信号出力部７１は、モータ制御量演算部１３２から出力されたモータ制御量ｆmotorに対応する制御信号に基づいてＰＷＭ制御信号を生成し、そのＰＷＭ制御信号を３相インバータ７２のスイッチング素子に出力する。このＰＷＭ制御信号は、モータ制御量ｆmotorを電動モータ３１で発生するように３相インバータ７２の各スイッチング素子のデューティ比が設定された制御信号である。ＰＷＭ制御信号出力部７１は、モータ回転角センサ６３にて検出されたモータ回転角θｍ１を読み込み、モータ回転角θｍ１に同期したＰＷＭ制御信号を生成する。

３相インバータ７２には、図示しない車載バッテリから電源が供給されている。従って、３相インバータ７２のスイッチング素子のデューティ比が制御されることにより、モータ制御量ｆmotorに応じた電流が車載バッテリから電動モータ３１に流れて、電動モータ３１がモータ制御量ｆmotorに対応したトルクを発生する。このとき電動モータ３１からの回生電流が目標通電量よりも多ければ、その差分だけ車載バッテリ側に回生電流が流れ、逆に、電動モータ３１からの回生電流が目標通電量よりも少なければ、その差分だけ車載バッテリから電動モータ３１に通電される。この結果、直列サブアブソーバ４０で目標荷重ｆreqが発生するように電磁アクチュエータ３０が作動することになる。

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、車両の上下方向の運動を制振するために設定する目標制御量を、直列サブアブソーバ４０で発生させる目標荷重ｆreqとして設定する。そして、実際に直列サブアブソーバ４０で発生する実荷重ｆrealを演算により推定し、この実荷重ｆrealをフィードバックして、両者の偏差Δｆに基づいたフィードバック演算式によりモータ制御量ｆmotorを計算する。従って、中間部材の慣性力が発生しても、その慣性力は、直列サブアブソーバ４０の実荷重の一部として表れるため、フィードバック制御により慣性力の影響を直接検出して低減することができる。これにより、慣性補償も合わせた車両の制振制御を行うことができる。

特許文献１で提案された従来装置においては、中間部材の慣性力の影響を補償する慣性補償制御量の演算を行い、車両の制振制御量に慣性補償制御量を加算したモータ制御量でフィードフォワード制御している。このため、悪路走行時に、バネ下上下加速度に基づいて求められる慣性補償制御量の演算がバネ下上下加速度の変化に追従できなくなり、モータ制御量に位相遅れが生じていた。これに対して、本実施形態のサスペンション装置では、バネ下上下加速度に比例する慣性補償制御量を演算する必要が無いため、悪路走行時であってもモータ制御量の位相遅れが抑制される。また、位相遅れが発生しても、フィードバック制御により、適正に補正することができる。このため、位相遅れに対処するためにマイクロコンピュータの高スペック化を図る必要がなく低コストにて実施することができる。

また、本実施形態のサスペンション装置では、慣性補償制御量を演算するためにバネ下上下加速度を検出する必要がない。一般に、バネ下上下加速度は、バネ下部材に設けたバネ下加速度センサにより検出されるが、バネ下加速度センサの出力は、高周波ノイズを除去するためにローパスフィルタ処理を行った後に慣性補償制御量の演算に利用される。しかし、悪路走行時のように急激な路面変化が生じると、ローパスフィルタ処理されたバネ下上下加速度に位相遅れが生じてしまい、従来装置においては、慣性補償制御量の位相遅れを助長させていた。これに対して、本実施形態のサスペンション装置では、バネ下上下加速度を検出する必要もないため、ローパスフィルタ処理による制御量の位相遅れという問題が存在しない。

これらの結果、本実施形態のサスペンション装置によれば、中間部材の慣性力の影響を補償するように電磁アクチュエータ３０を駆動制御することができるため乗り心地が向上する。また、これに伴って、直列サブアブソーバ４０のストッパ当たりが抑制されるため、ボールネジ機構３２に加わる軸力を低減することができる。これにより、ボールネジ機構３２の強度を増加させなくても所望の耐久性能を確保することができ、高い信頼性を得ることができる。

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、車両の上下振動を抑制するように、バネ上減衰制御力とバネ下減衰制御力とに基づいて目標荷重ｆreqを演算しているが、何れか一方の減衰制御力に基づいて目標荷重ｆreqを演算してもよいし、車両姿勢変化を抑制するように働く制御量（ロール抑制制御量、ピッチ抑制制御量）を加味するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、モータ制御量ｆmotorを演算するにあたって、ＰＩ演算式を用いているが、偏差Δｆの微分項も含めたＰＩＤ演算式を用いるようにしてもよい。

１０…サスペンション本体、２０…エアバネ装置、３０…電磁アクチュエータ、３１…電動モータ、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…直列サブアブソーバ、４０ａ…液圧式ダンパ、４０ｂ…コイルスプリングユニット、４１…シリンダ、４２…バルブピストン、４３…ピストンロッド、６１…バネ上加速度センサ、６２…ストロークセンサ、６３…モータ回転角センサ、７０…モータＥＤＵ、７１…ＰＷＭ制御信号出力部、７２…３相インバータ、１００…サスペンションＥＣＵ、１１０…目標荷重設定ブロック、１１１…バネ上速度演算部、１１２…ストローク速度演算部、１１３…バネ下速度演算部、１１４…目標荷重演算部、１２０…実荷重検出ブロック、１２１…電磁アクチュエータストローク演算部、１２２…直列サブアブソーバストローク演算部、１２３…直列サブアブソーバストローク速度演算部、１２４…実荷重演算部、１３０…フィードバック制御ブロック、１３１…偏差演算部、１３２…モータ制御量演算部。

Claims (1)

1. 車両のバネ上部材とバネ下部材との間に配設されたサスペンションバネと並列に設けられ、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および減衰力を発生する電動モータおよび減速機を有し、前記バネ上部材と前記バネ下部材とのいずれにも固定されていない中間部材を含んだ電磁アクチュエータと、
   前記電磁アクチュエータと前記バネ下部材との間に配設され、前記電磁アクチュエータと直列に設けられる直列バネと直列ダンパとを並列に備え、前記バネ上部材と前記バネ下部材とのいずれにも固定されていない中間部材を含んだ直列サブアブソーバと、
   前記直列サブアブソーバの上下方向の運動に関連する物理量として、前記直列サブアブソーバの上下方向の変位量および変位速度を検出する直列サブアブソーバ運動量検出手段と、
   前記直列サブアブソーバ運動量検出手段により検出した前記直列サブアブソーバの上下方向の変位量と前記直列バネのバネ定数との積と、前記直列サブアブソーバの上下方向の変位速度と前記直列ダンパの減衰係数との積との和を演算し、その演算結果を前記直列サブアブソーバで発生している実荷重として推定する実荷重演算手段と、
   車両の上下方向の運動に関連する物理量を検出する上下運動量検出手段と、
   前記上下運動量検出手段により検出した前記車両の上下方向の運動に関連する物理量に基づいて、前記直列サブアブソーバで発生させる目標荷重を演算する目標荷重演算手段と、
   前記実荷重演算手段により演算した実荷重と前記目標荷重演算手段により演算した目標荷重との偏差を用いた前記実荷重を前記目標荷重に追従させるフィードバック演算式によりモータ制御量を演算し、その演算されたモータ制御量にて前記電磁アクチュエータの電動モータを駆動制御するフィードバック制御手段と
   を備えることにより、前記電磁アクチュエータと前記直列サブアブソーバとに含まれる前記中間部材の慣性力を補償するための前記バネ下部材の上下加速度に基づく前記上下加速度に比例した慣性補償制御量の演算を行わずに、前記モータ制御量を演算することを特徴とするサスペンション装置。

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