JPH03189223A - 自動車用サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、振動遮断性を向上させると共に、小形化及
びコストダウンを実現した自動車用サスペンション装置
に関し、特に電力を有効に利用できる自動車用サスペン
ション装置に関するものである。

し従来の技術］ 第３図は従来の自動車用サスペンション装置の要部を示
す側面図である。

図において、（１）は自動車の車体、く２）は車体（１
）に軸支された車軸、（３）は車軸（２）に固定された
タイヤ、（４）はタイヤ（３）が接する路面である。

（５）は車体（１）の振動を抑制するショックアブソー
バであり、車体（１）と車軸（２）との間に設けられて
いる。ショックアブソーバ（５）は流体を充填したオイ
ルダンパ等からなっている。（６）はショックアブソー
バ（５）のスライド部と車体（１）との間に挿入された
コイルバネである。このように、従来の自動車用サスペ
ンション装置は、車軸（２）をバネ下部材として、ショ
ックアブソーバ（５）及びコイルバネ（６）を組み合わ
せた構成となっている。

次に、車体（１）の振動応答性を示す第４図の特性図を
参照しながら、第３図に示した従来の自動車用サスペン
ション装置の動作について説明する。

走行中の路面（４）に凹凸があった場合、タイヤ（３）
及び車軸（２）は上下に振動し、この振動はショックア
ブソーバ（５）及びコイルバネ（６）を介して車体（１
）に伝達される。このとき、路面（４）の凹凸による振
動周波数ｆに対する車体（１）の振動の応答特性は、例
えば第４図のようになる。

第４図において、縦軸は車体（１）の路面（４）に対す
る振幅比Ｒであり、横軸は路面（４）即ちタイヤ（３）
側の振動周波数でである。破線、実線及び−点鎖線はシ
ョックアブソーバ（５）の減衰力を変化させたときの特
性曲線であり、破線は減衰力が小さい場合、実線は中間
の場合、−点鎖線は大きい場合を示す。又＝ｆ、はバネ
上即ち車体（１）側の共振周波数、ｆ２はバネ下即ちタ
イヤ（３）側の共振周波数、Ａは人間の不快感帯域であ
る。

第４図から、ショックアブソー／く（５）の減衰力に関
して、以下の（Ｉ）及び（１１）のことが明らかとなる
。

（＋）減衰力が小さい場合は、破線のように不快感帯域
Ａでの応答性が低下するが、車体（１）の共振周波数ｆ
、での振幅が大きい。従って、路面（４）上の突起など
の障害物に乗り上げた場合、振動が収束せずに不安定で
あるため、乗り心地が悪くなる。

（ＩＩ）減衰力が大きい場合は、共振周波数ｆ、及びｆ
２のような共振点がほとんどなくなり、振動の収束性も
良くなるが、不快感帯域Ａでの応答性が増加するため、
やはり乗り心地が悪くなってしまう。

従って２乗り心地及び安定性の両面から妥協して、減衰
力は、実線のように、（１）及び（ＩＩ）の中間に設定
されている。

次に、コイルバネ（６）の強さについて考慮する。

例えば、ブレーキや加速によるピッチングモーメント分
力、並びに、旋回によるローリングモーメント分力は、
車体（１）に対する作用力となるが、これに対抗して車
体（１）の姿勢角を一定に保つためには、コイルバネ（
６）をある程度硬く（バネ係数ｋを大きく）する必要が
ある。しかし、バネ係数ｋを大きくすると、車体（１）
側の共振周波数ｆｌがシフトして不快感帯域Ａに近づく
ため乗り心地が悪くなる。

この乗り心地の問題を解決するには、コイルバネ（６）
のバネ係数ｋを低減すると共に、ショックアブソーバ（
５）の減衰力が第４図における最低線をたどるように設
定し、 振動周波数ｆく不快感帯域Ａ−減衰力大振動周波数ｆ−
不快感帯域Ａ−減衰力小振動周波数ｆ〉不快感帯域Ａ−
減衰力中とする必要がある。しかし、このように振動周
波数ｆに領域に応じて減衰力を変化させることは、油圧
を利用したショックアブソーバ（５）の特性上困難であ
る。

又、コイルバネ（６）の強度を下げた場合には、車体（
１）の姿勢を安定化するための別の対策を用意する必要
がある。このため、例えば、コイルバネ（６）に代えて
公知のエアスプリング等を用い、吸排気によってバネ係
数ｋを制御することが考えられるが、応答性が悪いとい
う問題点がある。

更に、ショックアブソーバ（５）を油圧アクチュエータ
に置き換えて油圧アクチュエータに弾性体を並列に設け
、車体（１）の位置を目標車高に追従させながら、バネ
下部材即ち車軸（２）からの振動に対してはコイルバネ
（６）の復元力を打ち消すように油圧アクチュエータの
推力を制御する手法も考えられる。しかし、油圧アクチ
ュエータの場合、空気アクチュエータより応答性は優れ
ているものの、液体の非圧縮性のために振動が直接伝達
してしまうので、制御の高速性が要求されるという問題
点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の自動車用サスペンション装置は以上のように、シ
ョックアブソーバ（５）とコイルバネ〈６）の組み合わ
せにより構成されているので、配管等の設備が大形化し
てコストアップにつながるうえ、振動遮断性が悪く、乗
り心地が悪いという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、振動遮断性を向上させると共に小形化及びコ
ストダウンを実現し、且つ電力の有効利用が可能な自動
車用サスペンション装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る自動車用サスペンション装置は、リニア
モータと弾性体とを並設し、リニアモータ及び弾性体の
各一端を支持するバネ下部材と、リニアモータ及び弾性
体の各他端に支持されたバネ上部材と、リニアモータの
バネ下部材側又はバネ上部材側の少なくとも一方に設け
られた変位検出手段と、変位検出手段からの変位信号に
基づいてリニアモータの駆動力を決定する制御部と、制
御部からの制御信号に基づいてリニアモータを駆動する
可逆チョッパ回路とを備えたものである。

［作用］ この発明においては、変位信号の振動周波数に基づいて
リニアモータの駆動力を制御し、不快感振動を遮断する
と共に、リニアモータの制動時には、可逆チョッパ回路
内で回生制動して電源を充電し、電力を有効に利用する
。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図はこの発明の一実施例を一部図式的に示すブロック図
であり、（１）、（３）、（４）及び（６）は前述と同
様のものである。

（１０）は弾性体即ちコイルバネ（６）に並設されたボ
イスコイル形のリニアモータであり、スライド方向に着
磁された永久磁石（１１）と、永久磁石（１１）に対向
してスライドするコイル（１２）とから構成されている
。コイルバネ（６）は永久磁石（１１）とコイル（１２
）との間に圧縮されて挿入されている。

永久磁石（１１）の一端はタイヤ（３）側に同定された
バネ下部材（３ａ）に支持されており、コイル（１２）
の一端は車体（１）側に固定されたバネ上部材（１ａ）
に支持されている。又、バネ下部材（３ａ）と共にタイ
ヤ（３）側に固定されたリンクの一端（１ｂ）は車体（
１〉側に同定されている。

（２１）及び（２２）は変位検出手段となる加速度セン
サであり、リニアモータ（１０）のバネ下部材側即ち永
久磁石（１１）の一端と、バネ上部材側即ちコイル（１
２）の一端とにそれぞれ取り付けられている。ここでは
、加速度センサ（２１）及び（２２）をリニアモータ（
１０）の両側に設けたが、一方のみに設けてもよい （３１）は加速度センサ（２１）からの変位信号Ｌ１に
基づいて車体（１）の振動周波数ｆ１を検出する周波数
弁別器、（３２）は加速度センサ（２１）及び（２２）
からの変位信号Ｌ１及びＬ２を速度に相当する変位信号
り、′及びＬ２′に変換する積分器、（３３）は振動周
波数ｆ１、変位信号Ｌ１′及びＬ２′に基づいてリニア
モータ（１０）の駆動力を決定する制御部、（３４）は
制御部（３３）からの制御信号Ｃに基づいてリニアモー
タ（１０）に対する供給電流ｉを決定する電流制御器、
（３５）は電流制御器（３４）からの制御波形信号Ｗを
反転する反転器、（３６）は三角波Ｔを発生する三角波
発生器、（３７）は三角波Ｔと制御波形信号Ｗとを比較
してＰＷＭ信号Ｐｌを出力する比較器、（３８，）はＰ
ＷＭ信号Ｐ１を増幅して一対のパルス信号Ｐ、１及びＰ
１□を出力するアンプ、（３９）は三角波Ｔと反転され
た制御波形信号Ｗ′とを比較してＰＷＭ信号信号全２力
する比較器、（４ｏ）はＰＷＭ信号Ｐ、を増幅して一対
のパルス信号Ｐ２１及びＰ２２を出力するアンプである
。

（４１）は各パルス信号ｐＨ、ＰＩ３、Ｐ２１及びＰ、
。

に基づいてリニアモータ駆動用の供給電流ｊを出力する
可逆チョッパ回路であり、電源（４２）と、電源（４２
）の両端間に接続されたブリッジ回路（４３）とから構
成されている。ブリッジ回路り４３）は、電源（４２）
に対して順特性に直列に挿入された二対のトランジスタ
Ｔ、１及びＴＲ２並びにＴ、３及びＴＰ４と、各トラン
ジスタＴＲ１〜ＴＲ４の両端間に逆特性に接続されたダ
イオードＤ１〜Ｄ４とがら構成されている。

次に、第１図に示したこの発明の一実施例の動作につい
て説明する。

まず、加速度センサ（２１）及び（２２）は、リニアモ
−タ（１０）のバネ北部材（ｌａ）ｒｔｓ及びバネ下部
材（３ａ）側の加速度を、それぞれ変位信号Ｌ１及びＬ
２として出力する。

周波数弁別器（３１）は、変位信号Ｌ１に基づいて車体
〈１）の振動周波数ｆ１を弁別し、これを制御部（３３
）に入力する。又、積分Ｈ（３２）は、変位信号り及び
Ｌ２を積分して、速度に相当する変位信号り及びＬ２′
に変換し、これらを制御部（３３）に入力する。

制御部（３３）は、振動周波数ｆ１、変位信号Ｌｌ′及
びＬ２′に基ついて制御信号Ｃを出力し、電流制御器（
３４）は、制御信号Ｃに基づいて制御波形信号Ｗを生成
する。制御波形信号Ｗは、一方では比較器（３７）にお
いて三角波Ｔと比較され、他方では、反転器（３５）で
反転された後、比較器（３９）において三角波Ｔと比較
される。そして、ＰＷＭ信号信号及１Ｐ２となり、アン
プ（３８）及び（４０）により増幅された後、可逆チョ
ッパ回路（４１）に入力される。

可逆チョッパ回路（４１）内のブリッジ回路（４３）は
、アンプ（３８）及び（４０）からのパルス信号Ｐ１１
〜Ｐ２２でトランジスタＴｌ１１〜Ｔ、４がオンオフ制
御される。

これにより、リニアモータ（１０）内のコイル（１２）
に対して所要の供給電流ｉを与えることができる。

例えば、車両が走行する路面（４）の凹凸が多い場合、
タイヤ（３）から伝達される車体（１）の振動周波数ｆ
１が高いため、リニアモータ（１０）は振動遮断モード
となり、可逆チョッパ回路（４１）からの供給電流ｉは
一定である。

このとき、リニアモータ（１０）は推カ一定に制御され
ており、路面（４）からバネ下部材（３ａ）に対して所
定周波数以上の高周波数の振動が伝達されても、車体（
１）には伝達されない。これにより、車体（１）は、高
周波数の振動に対して全く追従せず、絶対車高が一定と
なるように安定に支持される。

又、リニアモータ（１０）が制動される場合、可逆チョ
ッパ回路（４１）は回生モードとなり、ダイオードＤ１
〜Ｄ４を介して、供給電流ｉの印加モードとは逆に回生
電流が流れ、電源（４２）が充電される。又、電流印加
モードから回生モードに移行する際の過渡状態において
、各トランジスタＴ、１〜Ｔ、１４と各ダイオードＤ１
〜Ｄ４との間で閉ループが形成され、還流モードが出現
する。

次に、路面（４）のうねり等により車軸（２）に低周波
数の振動が伝達された場合を想定する。

このとき、制御部（３３）は、振動周波数ｆｌ、変位信
号し１′及びＬ　２　′に基づいてリニアモータ（１０
）の駆動力に相当する制御信号Ｃを出力し、可逆チョッ
パ回路（４１）は、リニアモータ（１０）に対する供給
電流ｉを決定する。この結果、リニアモータ（１０）は
、うねり振動に対する追従モードとなり、車体（１）は
、うねりに対して共振しないように安定に支持される。

一般に、リニアモータ（１０）は、空間的な電磁気作用
によって推力を発生し、この推力がスライド位置に依存
しないので、バネ下部材（３ａ）及びバネ上部材〈１ａ
）の変位量によって支持力が変動することはない。従っ
て、高周波数振動に対して全く伝達が行われないという
特性を持つと共に、推力が供給電流ｉの切換えによって
制御されるため、応答性が極めて良く、車体（１）の追
従制御及び絶対車高一定制御の両方が可能となる。この
結果、車体〈１）に対して、高周波数の振動遮断性が極
めて優れた、絶対車高安定能力の高い自動車用サスペン
ション装置を実現することができる。又、車高追従モー
ドにより、姿勢制御性に優れた自動車用サスペンション
装置を実現することができる。更に、車体（１）の質量
の大半はコイルバネ（６）が支持しているので、リニア
モータ（１０〉の消費電力は著しく節減される。

このように、バネ下部材（３ａ）から伝達される種々の
振動に対してリニアモータ（１０）の推力を独立に制御
することにより、車体（１）が高周波数振動に対しては
不感性を有し且つ低周波数振動に対しては追従性を有す
るので、人間の不快感帯域の振動が車体（１）に伝達さ
れることはない。

尚、上記実施例では、可逆チョッパ回路（４１）内のブ
リッジ回路（４３）を４つのトランジスタＴＲ１〜ＴＰ
４で構成したが、第２図のように、２つのトランジスタ
７．１及びＴＲ２で構成してもよい。この場合、２つの
電源（４２ａ）及び（４２ｂ）が必要となるが、トラン
ジスタ及びダイオードがそれぞれ２つずつで済むため、
更にコストダウンさせることができる。

又、リニアモータ（１０）がボイスコイル形の場合を示
したが、他のリニアモータ、例えば、多相−次巻線に対
向する導体を有する誘導モータであってもよい。

更に、変位検出手段として加速度センサ（２１）及び（
２２）を用いたが、例えば、位置センサや速度センサ等
の他の変位検出手段を用いてもよい。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、リニアモータと弾性体
とを並設し、リニアモータ及び弾性体の各一端を支持す
るバネ下部材と、リニアモータ及び弾性体の各他端に支
持された車体と、リニアモータのバネ下部材側又はバネ
上部材側の少なくとも一方に設けられた変位検出手段と
、変位検出手段からの変位信号に基づいてリニアモータ
の駆動力を決定する制御部と、制御部からの制御信号に
基づいてリニアモータを駆動する可逆チョッパ回路とを
備えたので、振動遮断性を向トさせると共に、小形化及
びコストダウンを実現し、更に電力を有効に利用した自
動車用サスペンション装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を一部図式的に示すブロッ
ク図、第２図はこの発明の他の実施例による可逆チョッ
パ回路を示す回路図、第３図は従来の自動車用サスペン
ション装置の要部を示す側面図、第４図は第３図の装置
による振動応答性を示す特性図である。 （１）・・・車体　　　　　　（１ａ）・・・バネ上部
材（３ａ）・・・バネ下部材 （６）・・・コイルバネ（弾性体） （１０）・・・リニアモータ （２１）、（２２）・・・加速度センサ（変位検出手段
）（３３）・・・制御部 （４１）・・・可逆チョッパ回路 り、、Ｌ２・・・変位信号　　　Ｃ・・・制御信号ｉ・
・・供給電流 尚、図中−同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 リニアモータ及びこのリニアモータに並列に設けられた
   弾性体と、 前記リニアモータ及び前記弾性体の各一端を支持するバ
   ネ下部材と、 前記リニアモータ及び前記弾性体の各他端に支持された
   バネ上部材と、 前記リニアモータの前記バネ下部材側又は前記バネ上部
   材側の少なくとも一方に設けられた変位検出手段と、 この変位検出手段からの変位信号に基づいて前記リニア
   モータの駆動力を決定する制御部と、この制御部からの
   制御信号に基づいて前記リニアモータを駆動する可逆チ
   ョッパ回路と、 を備えた自動車用サスペンション装置。