JP6278995B2 - 電磁ダンパシステム - Google Patents

Description

本発明は、振動減衰力を発生させる電磁ダンパを備えた電磁ダンパシステムに関する。

近年、車両の乗り心地性を向上させるために、アクティブに振動減衰力を制御可能な電磁ダンパの研究・開発が進められている。例えば、特許文献１では、ばね上とばね下とに推力を発生させてばね上とばね下との相対運動を制御する推力発生装置（電磁ダンパ）と、公知の油圧ダンパとを並列に接続したダンパシステムが開示されている。

一般的に、電磁ダンパに要求される目標振動減衰力（ばね下振動の制御）は、ダンパストロークからばね上とばね下との相対速度を算出し、この算出された相対速度に基づいて目標振動減衰力が決定される。

特開２０１０−２５３９８９号公報

ところで、モータの回転駆動力によって振動減衰力を発生させる電磁ダンパは、モータのレスポンスが良好であるため、低周波から高周波まで幅広い周波数帯域で振動減衰力を発生させることが可能である。しかしながら、モータの性質上、高周波領域（例えば、５０Ｈｚ以上の振動）においてモータの作動音が発生する。

このモータの作動音の発生により、車両の商品性が低下するおそれがある。そこで、電磁ダンパと油圧ダンパとを併有するシステムでは、高周波領域において電磁ダンパの目標振動減衰力にフィルタ処理を施す等の対策がなされている。

ダンパシステムの小型化を達成するために電磁ダンパのみを用いたシステムでは、高周波領域における電磁ダンパの目標振動減衰力にフィルタ処理を行うことで、モータの作動音の影響を抑制することができる。しかしながら、電磁ダンパのみを用いたシステムでは、振動の入力速度が速い入力に対して振動減衰力の発生が間に合わず、車両の乗り心地を低下させるおそれがある。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、入力速度が速い振動が入力された場合であっても、車両の乗り心地を向上させることが可能な電磁ダンパシステムを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、電動機の駆動力によって振動減衰力を発生させる電磁ダンパと、車両のばね上とばね下との相対速度を検出する相対速度検出手段と、前記相対速度検出手段により検出された相対速度に対し、ばね下共振周波数域のゲイン特性を大きくすると共に、その他の周波数域のゲイン特性を小さくするフィルタ処理を行うフィルタ手段と、前記フィルタ手段を通過した相対速度に基づいて、前記電磁ダンパで発生する目標振動減衰力を決定する目標振動減衰力決定手段と、を備え、前記相対速度検出手段によって検出された相対速度が所定値以上の場合、前記フィルタ手段に用いられるフィルタのゲイン特性を高周波域で大きくなるように変更したことを特徴とする。

また、本発明は、電動機の駆動力によって振動減衰力を発生させる電磁ダンパと、車両のばね上とばね下との相対速度を検出する相対速度検出手段と、前記相対速度検出手段によって検出された相対速度に基づいて、前記電磁ダンパで発生する目標振動減衰力を決定する目標振動減衰力決定手段と、前記目標振動減衰力決定手段によって決定された目標振動減衰力に対し、ばね下共振周波数域のゲイン特性を大きくすると共に、その他の周波数域のゲイン特性を小さくするフィルタ処理を行うフィルタ手段と、を備え、前記相対速度検出手段によって検出された相対速度が所定値以上の場合、前記フィルタ手段に用いられるフィルタのゲイン特性を高周波域で大きくなるように変更したことを特徴とする。

本発明によれば、油圧ダンパを備えることがなく電磁ダンパのみを備えたダンパシステムであっても、相対速度が低い場合には、フィルタ処理を介して電磁ダンパの電動機の作動音を抑制することができると共に、相対速度が高い所定値以上の場合には、変更された大きなゲインによって高周波域における時間遅れを抑制することができる。

これにより、本発明では、例えば、路面の段差による単突入力に対して、電磁ダンパによる振動減衰力を遅滞なく立ち上げることができる。この結果、本発明では、単突入力のような入力速度が速い振動が入力された場合であっても、この入力速度が速い振動を電磁ダンパで減衰させることで、車両の乗り心地を向上させることができる。

本発明では、入力速度が速い振動が入力された場合であっても、車両の乗り心地を向上させることが可能な電磁ダンパシステムを得ることができる。

本発明の実施形態に係る電磁ダンパシステムを車両に搭載した状態の概略構成図である。 図１に示す電磁ダンパの一部断面構造図である。 電磁ダンパシステムの構成ブロック図である。 本実施形態において、ストローク量から目標振動減衰力を求める制御内容を示す説明図である。 本実施形態において、ストローク量から目標振動減衰力を求める制御の流れを示すフローチャートである。 単突入力の説明に供される説明図である。 変形例において、ストローク量から目標振動減衰力を求める制御の流れを示すフローチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、遅れ防止フィルタの変形例を示す説明図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電磁ダンパシステムを車両に搭載した状態の概略構成図、図２は、図１に示す電磁ダンパの一部断面構造図、図３は、電磁ダンパシステムの構成ブロック図である。

図１に示されるように、車両に搭載された本実施形態に係る電磁ダンパシステム１０は、複数の電磁ダンパ１２と、電子制御装置（以下、ＥＣＵ１４という）１４とを備えて構成されている。なお、本実施形態において、電磁ダンパ１２は、前輪（左前輪、右前輪）及び後輪（左後輪、右後輪）の両方で４つ配置されているが、これに限定されるものではなく、例えば、前輪（左前輪、右前輪）のみ、又は、後輪（左後輪、右後輪）のみにそれぞれ配置してもよい。

なお、図１中において、太実線は、ＥＣＵ１４から電磁ダンパ１２を駆動する電動モータ（後記する）に対して出力されるモータ制御信号を示し、破線は、電磁ダンパ１２のストローク量を検出するレゾルバ（後記する）からＥＣＵ１４に対して出力されるストローク量検出信号を示している。

各電磁ダンパ１２は、この実施形態ではそれぞれ同一構造からなり、サスペンション側部材と車体側部材との間で倒立した状態で組み付けられている。図２に示されるように、電磁ダンパ１２は、ダンパハウジング１６と、ダンパハウジング１６と同軸に連結されるアウタチューブ１８と、ベアリング２０を介してアウタチューブ１８内に回転可能に軸支されるボールねじ軸２２と、ボールねじ軸２２のねじ溝に沿って転動する複数のボール２４とを有する。

さらに、電磁ダンパ１２は、複数のボール２４を介してボールねじ軸２２に係合し、ボールねじ軸２２の回転運動を直線運動に変換するナット２６と、ナット２６に連結されてナット２６と一体的にアウタチューブ１８の軸方向に沿って変位するインナチューブ２８と、アウタチューブ１８の外部に並設された電動モータ（電動機）３０と、電動モータ３０のモータ軸３０ａ及びボールねじ軸２２に装着された一組のプーリ３２にそれぞれ懸架され、電動モータ３０の回転駆動力をボールねじ軸２２に伝達するベルト３４とを備えている。

電動モータ３０の内部には、電動モータ３０の回転量を検出するレゾルバ（相対速度検出手段）３６が収納されている。レゾルバ３６で検出された電動モータ３０の回転量は、ストローク量検出信号としてＥＣＵ１４に入力される（図３参照）。また、電動モータ３０は、ＥＣＵ１４から出力される制御信号に対応して回転駆動が制御される。なお、本実施形態では、電動モータ３０のモータ軸３０ａとボールねじ軸２２とを略平行に配置することで、電磁ダンパ１２の上下方向の寸法を短縮しているが、モータ軸３０ａとボールねじ軸２２とを同軸に配置してカップリングするようにしてもよい。

インナチューブ２８の上端部２８ａは、図示しない車体側部材に連結固定されている。ダンパハウジング１６の下端部には、図示しないサスペンション側部材（例えば、ロアアーム、ナックル等）と連結固定される連結部３８が設けられている。

例えば、車両の車輪側から連結部３８に対して振動が入力された場合、連結部３８に対して上向きの推力が付与されると、アウタチューブ１８に対してインナチューブ２８及びナット２６が一体的に下降し、ボールねじ軸２２が回転しようとする。その際、図示しない電源を介して付勢された電動モータ３０の回転駆動力を、ベルト３４を介してボールねじ軸２２に伝達し、ボールねじ軸２２に対して反力を発生させることにより、車輪側から車体側への振動を減衰することができる。

図３に示されるように、ＥＣＵ１４は、ストローク量算出部４０と、相対速度算出部４２と、相対速度比較判定部４４と、目標振動減衰力設定部４６と、モータ駆動部４８とを有する。

ストローク量算出部４０は、レゾルバ３６から出力されたストローク量検出信号（電動モータ３０の回転速度）に基づいて電磁ダンパ１２のストローク量を演算する。

相対速度算出部４２は、ストローク量算出部４０で演算されたストローク量を時間微分して、車両のばね上とばね下との相対速度を演算する。

相対速度比較判定部４４は、相対速度算出部４２で演算された相対速度と、予め図示しない記憶手段に記憶された所定値とを比較し、相対速度が所定値以上か否かを判定する。
相対速度比較判定部４４は、相対速度が所定値以上か否かに対応して、後記する通常のフィルタ５０と遅れ防止フィルタ６０とのいずれか一方を選択する。

目標振動減衰力設定部４６は、図示しない記憶手段に記憶され、ストローク速度と荷重との関係特性に関するマップに基づいて、目標振動減衰力を設定する。

モータ駆動部４８は、電動モータ３０を駆動するいわゆるドライバとして機能するものであり、制御信号（電気信号）によって電動モータ３０を制御することで、目標振動減衰力設定部４６で設定された目標振動減衰力とすることができる。

本実施形態に係る電磁ダンパシステム１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

図４は、本実施形態において、ストローク量から目標振動減衰力を求める制御内容を示す説明図、図５は、本実施形態において、ストローク量から目標振動減衰力を求める制御の流れを示すフローチャート、図６は、単突入力の説明に供される説明図である。

図４において、フィルタ手段として機能するフィルタは、ゲイン特性がそれぞれ異なる２つのフィルタ（通常のフィルタ５０と遅れ防止フィルタ６０）が用いられる。通常のフィルタ５０は、帯域通過フィルタであり、ばね下共振周波数域（ｆ）のゲインＧを大きくすると共に、ばね下共振周波数域（ｆ）を除いたその他の周波数域のゲインＧを小さくするフィルタ処理を行う。一方、遅れ防止フィルタ６０は、通常のフィルタ５０と比較して、高周波域でのゲインＧが大きくなるように設定されている。

なお、本実施形態では、図３に示されるように、通常のフィルタ５０及び遅れ防止フィルタ５０を、ＥＣＵ１４と別体からなるアナログ式のフィルタで構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、通常のフィルタ５０及び遅れ防止フィルタ５０を、ＥＣＵ１４内に設けられたディジタル等価回路で構成し、図示しないソフトウェアによっていずれか一方を選択可能としてもよい。

先ず、レゾルバ３６により電動モータ３０の回転量（回転速度）を検出し（ステップＳ１）、レゾルバ３６で検出されたストローク量検出信号がＥＣＵ１４に入力される。ＥＣＵ１４のストローク量算出部４０は、電動モータ３０の回転量に基づいて電磁ダンパ１２のストローク量（図４参照）を演算する（ステップＳ２）。続いて、相対速度算出部４２は、ストローク量算出部４０で演算されたストローク量を時間微分して、車両のばね上とばね下の相対速度（図４参照）を算出し（ステップＳ３）、その相対速度を相対速度比較判定部４６に出力する。

相対速度比較判定部４６は、相対速度算出部４２で演算された相対速度と、予め図示しない記憶手段に記憶された所定値とを比較し、相対速度が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ４）。相対速度が所定値未満の場合（相対速度＜所定値）、相対速度比較判定部４６は、通常のフィルタ５０を選択し（ステップＳ５）、ばね下共振周波数域（ｆ）のみのゲインＧを増大させる。一方、相対速度が所定値以上の場合（相対速度≧所定値）、相対速度比較判定部４６は、遅れ防止フィルタ６０を選択し（ステップＳ６）、通常のフィルタ５０と比較して、高周波域におけるゲインを増大させる。

通常のフィルタ５０又は遅れ防止フィルタ６０のいずれか一方によるフィルタ処理が終了した後、さらに、目標振動減衰力設定部４６は、図示しない記憶手段に記憶されたストローク速度と荷重との関係特性に関するマップ８０（図４参照）に基づいて、目標振動減衰力を設定して制御を終了する。

相対速度が所定値以上となり遅れ防止フィルタ６０が選択される場合（相対速度≧所定値）としては、例えば、図６に示されるように、走行する車両の右前輪ＦＲが路面７０の段差７２に当接し、電磁ダンパ１２に対して略上向きの衝撃荷重（推力）が付与される単突入力が考えられる。

本実施形態に係る電磁ダンパシステム１０は、従来技術のような油圧ダンパを備えることがなく電磁ダンパ１２のみを備えている。この電磁ダンパシステム１０では、相対速度が低い場合、選択された通常のフィルタ５０によるフィルタ処理を介して電磁ダンパ１２の電動モータ３０の作動音を抑制することができると共に、相対速度が高い所定値以上の場合、選択された遅れ防止フィルタ６０の変更された大きなゲインＧによって高周波域におけるゲインＧを増大させることができる。

これにより、本実施形態では、図６に示されるような路面７０の段差７２による単突入力に対して、電磁ダンパ１２による振動減衰力を遅滞なく立ち上げることができる。この結果、本実施形態では、単突入力のような入力速度が速い振動が入力された場合であっても、この入力速度が速い振動を電磁ダンパ１２で減衰させることで、車両の乗り心地を向上させることができる。

図７は、変形例において、ストローク量から目標振動減衰力を求める制御の流れを示すフローチャートである。なお、変形例では、図５に示すフローチャートのステップＳ１〜ステップＳ４までの各ステップと共通しているため、異なるステップＳ５ａ及びステップＳ６ａについてのみ説明する。

変形例では、フィルタ手段として機能するディジタル式のフィルタをＥＣＵ内に設け、このフィルタのゲイン特性を、通常のフィルタ特性と遅れ防止フィルタ特性との間で、図示しないソフトウェアを用いて互いに変更している点で相違している。通常のフィルタ特性は、図４に示される通常のフィルタ５０のゲイン特性と同じであり、遅れ防止フィルタ特性は、図４に示される遅れ防止フィルタ６０のゲイン特性と同じである。

変形例において、相対速度が所定値未満の場合（相対速度＜所定値）、相対速度比較判定部４６は、通常のフィルタ特性を選択し（ステップＳ５ａ）、ばね下共振周波数域（ｆ）のみのゲインＧを増大させる。一方、相対速度が所定値以上の場合（相対速度≧所定値）、相対速度比較判定部４６は、遅れ防止フィルタ特性を選択し（ステップＳ６ａ）、通常のフィルタ特性と比較して、高周波域におけるゲインＧを増大させる。

図８（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、遅れ防止フィルタの変形例を示す説明図である。
図４に示される本実施形態では、遅れ防止フィルタを単一のゲイン特性を有する単一のフィルタで示しているが、例えば、図８に示されるように、複数の遅れ防止フィルタ６０ａ、６０ｂを選択的に用いるようにしてもよい。

所定値以上である相対速度の大小に対応してそれぞれ高周波域におけるゲインＧの増大量を可変するようにしている。例えば、相対速度が所定値以上であっても、その相対速度が比較的に小さい場合、ゲインＧの増大量が比較的小さい遅れ防止フィルタ６０ａ（図８（ａ）参照）を選択する。その相対速度が比較的に大きい場合、ゲインＧの増大量が比較的大きい遅れ防止フィルタ６０ｂ（図８（ｂ）参照）を選択する。また、相対速度が所定値以上の場合、ゲインＧの増大量が比較的小さい遅れ防止フィルタ６０ａと、ゲインＧの増大量が比較的大きい遅れ防止フィルタ６０ｂとを、徐々に切り換えて遅れ防止フィルタのゲインＧを変更してもよい。

さらに、遅れ防止フィルタに代替して、通常のフィルタ５０をバイパスさせて用いてもよい。また、遅れ防止フィルタに代替して、ばね下共振周波数域（ｆ）のゲインＧが１（Ｇ＝１）であるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いてもよい。

さらにまた、図４では、車両のばね上とばね下の相対速度を算出した後にフィルタ（通常のフィルタ５０、遅れ防止フィルタ６０）を選択するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、図４に示されるフィルタ５０、６０とマップ８０との位置を入れ替えて、ストローク速度と荷重との関係特性に関するマップ８０で目標振動減衰力を設定した後、相対速度に対応したフィルタ（通常のフィルタ５０、遅れ防止フィルタ６０）を選択してフィルタ処理を行うようにしてもよい。

１０ 電磁ダンパシステム
１２ 電磁ダンパ
１４ 電子制御装置（ＥＣＵ）
３０ 電動モータ（電動機）
３６ レゾルバ（相対速度検出手段）
５０ 通常のフィルタ（フィルタ手段）
６０ 遅れ防止フィルタ（フィルタ手段）
８０ マップ（目標振動減衰力決定手段）

Claims (2)

1. 電動機の駆動力によって振動減衰力を発生させる電磁ダンパと、
   車両のばね上とばね下との相対速度を検出する相対速度検出手段と、
   前記相対速度検出手段により検出された相対速度に対し、ばね下共振周波数域のゲイン特性を大きくすると共に、その他の周波数域のゲイン特性を小さくするフィルタ処理を行うフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段を通過した相対速度に基づいて、前記電磁ダンパで発生する目標振動減衰力を決定する目標振動減衰力決定手段と、
   を備え、
   前記相対速度検出手段によって検出された相対速度が所定値以上の場合、前記フィルタ手段に用いられるフィルタのゲイン特性を高周波域で大きくなるように変更したことを特徴とする電磁ダンパシステム。
2. 電動機の駆動力によって振動減衰力を発生させる電磁ダンパと、
   車両のばね上とばね下との相対速度を検出する相対速度検出手段と、
   前記相対速度検出手段によって検出された相対速度に基づいて、前記電磁ダンパで発生する目標振動減衰力を決定する目標振動減衰力決定手段と、
   前記目標振動減衰力決定手段によって決定された目標振動減衰力に対し、ばね下共振周波数域のゲイン特性を大きくすると共に、その他の周波数域のゲイン特性を小さくするフィルタ処理を行うフィルタ手段と、
   を備え、
   前記相対速度検出手段によって検出された相対速度が所定値以上の場合、前記フィルタ手段に用いられるフィルタのゲイン特性を高周波域で大きくなるように変更したことを特徴とする電磁ダンパシステム。

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