JP2011112057A - ショックアブソーバ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 バネ下共振周波数帯域の振動伝達特性が改善された電気式ショックアブソーバ装置を提供すること。
【解決手段】 バネ上部材に連結された筒状部材３１にブッシュ３４を介して電気モータ３３が吊り下げられ、ブッシュ３４および電気モータ３３によりダイナミックダンパが構成される。このため、このダイナミックダンパの共振周波数がバネ下共振周波数に近づくようにブッシュ３４の弾性定数ｋや電気モータ３３の重量を調整することにより、バネ上部材へのバネ下共振周波数付近の振動伝達特性が改善される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に設けられるショックアブソーバ装置に係り、特に、電気モータにより発生される抵抗力（減衰力）によりバネ上部材とバネ下部材との間の相対な振動を減衰する電気式ショックアブソーバ装置に関する。

電気モータを有する電気式ショックアブソーバ装置が知られている。電気式ショックアブソーバ装置は、車両のバネ上部材（車体側）とバネ下部材（車輪側）との間にサスペンションスプリングと並列的に配置され、バネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動（すなわちサスペンションスプリングの振動）を電気モータによって発生される抵抗力によって減衰する。電気式ショックアブソーバ装置の電気モータは、バネ上部材とバネ下部材との接近・離間動作に伴う上記相対的な振動に応じてその振動の方向に沿って軸方向移動する軸部材の往復移動を受けて回転する。この回転により電気モータに誘導起電力が発生し、誘導起電力によってその回転を妨げる方向に発電電流が流れる。よって、発電電流が流れた場合に電気モータはその回転に対する抵抗力を発生する。斯かる抵抗力が減衰力として軸部材に作用することにより上記振動が減衰する。減衰力は発電電流の大きさに比例するので、発電電流をデューティ制御により調整することで減衰力を制御することができる。

特許文献１は、ラックアンドピニオン機構により車輪の上下動を電気モータの回転に変換する変換機構を有する電気式ショックアブソーバ装置を開示している。この電気式ショックアブソーバ装置の減衰力は、車体に対する車輪の上下動位置を検出するストロークセンサの検出信号に基づいてモータ駆動部のブリッジ回路を流れる電流をＰＷＭ制御することにより制御される。

特開２００９−１１３６２４号公報

電気式ショックアブソーバ装置は、現実的な減衰力特性を得るために、バネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動を回転運動に変換する変換装置（減速器）を備える。ところが、このような変換装置および電気モータを有する電気式ショックアブソーバ装置により車両の乗り心地が向上するように上記振動に対する減衰力を制御した場合、変換装置および電気モータの慣性の影響によりバネ下共振周波数帯域の振動に対する乗り心地が悪化する。図７は、路面入力振動のバネ上部材への振動伝達特性を表すグラフである。図中において、太線は、変換装置および電気モータを備える電気式ショックアブソーバ装置を用いた場合における振動伝達特性を表し、細線は、一般的な油圧ダンパ式ショックアブソーバ装置を用いた場合における振動伝達特性を表す。また、それぞれ、実線が低減衰時（ソフト）の振動伝達特性であり、破線が高減衰時（ハード）の振動伝達特性である。図に示されるように、変換装置および電気モータを有する電気式ショックアブソーバ装置を用いた場合、特に低減衰時（ソフト）にて、バネ下共振周波数付近（１０Ｈｚ付近）の振動伝達率が高い。このことから、電気式ショックアブソーバ装置を用いた場合には、バネ下共振周波数付近の振動に対する乗り心地が悪化することがわかる。

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、特定の周波数帯域の振動伝達特性、特にバネ下共振周波数帯域の振動伝達特性が改善された電気式ショックアブソーバ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設けられ、バネ上部材とバネ下部材との間に生じる相対的な振動を減衰するショックアブソーバ装置において、バネ上部材に連結され、バネ上部材とバネ下部材との間に配設されたバネ上側部材と、バネ下部材に連結されるとともに前記振動の方向に沿ってバネ下部材から前記バネ上側部材に向かって延設された軸部材と、前記軸部材に連結されるとともに、前記振動により前記軸部材が前記バネ上側部材に対して往復移動したときに、その往復移動によって、前記軸部材の軸方向回りに回転するように、前記バネ上側部材に回転可能且つ軸方向移動不能に支持された回転部材とを有する変換装置と、前記回転部材の回転軸方向に移動可能に前記回転部材に連結され、前記回転部材から回転駆動力が伝達されることにより、前記回転部材の軸方向回りに回転するロータを有するとともに、前記回転部材から前記ロータに伝達された回転駆動力に対する抵抗力を発生する電気モータと、前記バネ上側部材と前記電気モータとの間に介在され、前記電気モータが前記バネ上側部材に吊り下げられるように、前記電気モータを弾性支持する弾性部材と、を備えたショックアブソーバ装置とすることにある。

上記発明によれば、路面入力などによってバネ上部材とバネ下部材との間に相対的な振動が発生した場合、つまりサスペンションスプリングが振動した場合、その振動に伴って、変換装置の軸部材がバネ上側部材に対して軸方向い往復移動する。すると、変換装置の回転部材は軸部材の往復移動によって、軸部材の軸方向回りに回転する。このようにして上記振動が回転部材の回転運動に変換される。また、回転部材の回転駆動力は電気モータのロータに伝達され、このロータが回転する。電気モータは、ロータの回転により誘導起電力を発生する。この誘導起電力により電気モータ内に発電電流が流れる。この発電電流はロータの回転を妨げる方向に流れる。つまり発電電流が流れることにより、電気モータは回転に対する抵抗力を発生する。この抵抗力が減衰力としてロータおよび変換装置を経由してバネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動動作に作用する。これにより、バネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動が減衰する。

また、電気モータは、バネ上部材に連結されたバネ上側部材に吊り下げられるように弾性部材によって弾性支持され、弾性部材を介してバネ上側部材にぶら下がっている。また、電気モータのロータは回転部材の回転軸方向に移動可能に回転部材に連結されている。したがって、電気モータは、ロータの移動可能な方向、すなわち回転部材の回転軸方向に移動可能である。ここで、ロータの移動方向は回転部材の回転平面に直交するから、ロータは回転部材の回転駆動に干渉することなく移動することができる。つまり、ロータは回転部材から回転駆動力を受けて回転しつつ、その回転軸方向に移動することができる。

このような構成であるため、電気モータは、バネ上部材とバネ下部材との間に生じる相対的な振動とは独立して、上記振動と同一の方向に振動することができる。すなわち、電気モータの重量および弾性部材の弾性力により独立した振動系が構成される。この振動系は、電気モータの減衰力およびサスペンションスプリングの弾性力により表される主の振動系に対する副振動系を構成する。言い換えれば、電気モータと弾性部材とによりダイナミックダンパが構成される。このダイナミックダンパは、主の振動系とは無関係にバネ上部材に対して振動する。

バネ上部材にダイナミックダンパが接続されている場合、ダイナミックダンパの共振周波数（固有振動数）付近におけるバネ上部材の振動が制振される。具体的には、その共振周波数付近におけるバネ上部材の振動によりダイナミックダンパが共振し、ダイナミックダンパが振動することによりバネ上部材の振動が収まる。したがって、電気モータおよび弾性部材により構成されるダイナミックダンパの共振周波数がバネ上部材の抑えたい特定の振動周波数帯域に近づくように、ダイナミックダンパを構成することにより、その特定の振動周波数帯域におけるバネ上部材への振動伝達特性が改善される。

また、電気モータの常識的な重量は、車体などにより構成されるバネ上部材の重量よりも、むしろロアアームなどにより構成されるバネ下部材の重量に近い。従って、電気モータおよび弾性部材により構成されるダイナミックダンパの共振周波数をバネ下共振周波数に容易に近づけることができる。これにより、バネ下共振周波数付近の振動伝達特性が改善される。また、電気モータの重量がダイナミックダンパのウエイト（おもり）であるので、別のウエイトを設ける必要がない。これによりウエイトの費用を削減できる。

前記バネ上側部材は、バネ上部材に連結されるとともに内部に前記電気モータを収容する内部空間が形成された筒状部材を有し、前記電気モータが、前記振動の方向に移動可能であり、且つその移動可能な方向の軸回りに回転不能となるように、前記筒状部材の内部空間に配設されているものであるのがよい。この場合、前記電気モータおよび前記筒状部材のいずれか一方に、前記振動の方向に沿ってキー溝が形成され、いずれか他方に、前記キー溝に嵌り合う突部が形成されているものであるのがよい。

これによれば、電気モータは、筒状部材の内部空間内にてバネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動の方向に振動することができる。したがって、電気モータおよび弾性部材により構成されるダイナミックダンパの機能を損なうことなく、電気モータを筒状部材内に配設することができる。また、電気モータが、例えばキー溝と突部との嵌め合いによりその移動方向の軸回りに回転不能であるように筒状部材内に配設されているので、電気モータが発生する抵抗力に対する反力により電気モータが筒状部材内で回転することを阻止することができる。

また、前記ロータは、スプライン嵌合により、前記回転部材に一体的に同軸回転可能且つ軸方向移動可能に連結されているとよい。これによれば、スプライン嵌合により、回転部材の回転駆動力が確実にロータに伝達される。また、電気モータが振動した場合にロータも振動するが、その振動は、ロータと回転部材とのスプライン嵌合により許容される。これにより電気モータと弾性部材は、確実にダイナミックダンパとしての機能を果たすことができる。

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１０の部分断面概略図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 外部回路の回路図である。 本実施形態のサスペンション本体の振動モデルを表す図である。 路面入力振動のバネ上部材への振動伝達特性を表すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る電気式ショックアブソーバ装置を備え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の減衰力を制御するサスペンションＥＣＵ５０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について、特に前後左右を区別する場合を除き、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、コイルスプリング（サスペンションスプリング）２０および電気式ショックアブソーバ装置３０を備える。コイルスプリング２０は、車輪Ｗに連結されるロアアームＬＡと車体Ｂとの間に設けられ、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体Ｂを弾性的に支持する。コイルスプリング２０の上部側、つまり車体Ｂ側の部材を「バネ上部材」と呼び、コイルスプリング２０の下部側、つまり車輪Ｗ側の部材を「バネ下部材」と呼ぶ。したがって、コイルスプリング２０および電気式ショックアブソーバ装置３０は、車両のバネ上部材とバネ下部材との間に並列的に設けられる。電気式ショックアブソーバ装置３０は、バネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動、すなわちコイルスプリング２０の上下振動を減衰する。本実施形態において、この相対的な振動の方向は、図において矢印で示す上下方向である。

電気式ショックアブソーバ装置３０は、筒状部材３１と、ボールネジ機構３２と、電気モータ３３と、ブッシュ３４とを備える。筒状部材３１は車体ＢとロアアームＬＡとの間に設けられる。筒状部材３１は段付円筒形状をなし、その上面に形成されたフランジ状の部分にてボルトなどによって車体Ｂに固定される。この筒状部材３１には、電気モータ３３を収容するための略円柱状の内部空間が形成される。筒状部材３１が本発明のバネ上側部材に相当する。

ボールネジ機構３２は、ボールネジ軸３２１とボールネジナット３２２とを備える。ボールネジ軸３２１は図示上下方向に沿って棒状に形成され、その下端部にて連結ロッド３６の上端部に連結される。連結ロッド３６の下端部はバネ下部材であるロアアームＬＡに連結される。したがって、ボールネジ軸３２１は、連結ロッド３６を介してバネ下部材に連結され、上下方向に沿って、バネ下部材から筒状部材３１に向かって延設される。ボールネジ軸３２１の上方部位は筒状部材３１内に進入する。また、ボールネジ軸３２１の外周にはネジ溝３２１ａが形成される。

ボールネジナット３２２はボールベアリングを介してボールネジ軸３２１の軸回りに回転可能且つ軸方向移動不能に筒状部材３１に支持される。このボールネジナット３２２はボールネジ軸３２１のネジ溝３２１ａに螺合される。これにより、ボールネジナット３２２は、ボールネジ軸３２１が筒状部材３１に対して軸方向に往復移動したときに、その往復移動によって回転するように、ボールネジ軸３２１に組み付けられる。

電気モータ３３は上述のように筒状部材３１の内部空間内に配設される。電気モータ３３は、モータケーシング３３１と、中空状の回転筒３３２と、極体（コアにコイルが巻回されたもの）３３３と、永久磁石３３４とを備える。モータケーシング３３１は電気モータ３３の外郭を構成するハウジングであり、図に示されるように釣り鐘状に形成され、下面側が開口している。回転筒３３２はモータケーシング３３１内に配設され、軸受３７１，３７２を介して回転可能且つ軸方向に移動不能にモータケーシング３３１に支持される。この回転筒３３２の外周面に極体３３３が固定される。回転筒３３２および極体３３３が本発明のロータに相当する。このロータの回転周面、具体的には極体３３３のコアの外周面に対向するように、永久磁石３３４がモータケーシング３３１の内周面に固定される。

また図からわかるように、ボールネジナット３２２の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は筒状部材３１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。なお、ボールネジ軸３２１の上方部位は、回転筒３３２内に進入している。

連結ロッド３６の外周にはリテーナ２１が固設されている。このリテーナ２１によりコイルスプリング２０の下端側が支持される。コイルスプリング２０の上端側は車体Ｂの図示下面に取り付けられたリテーナ２２に支持される。

ブッシュ３４は、筒状部材３１と電気モータ３３との間に設けられる。このブッシュ３４により、電気モータ３３が筒状部材３１の内部空間内にて筒状部材３１に吊り下げられるように弾性支持される。

また、図２に示されるように、ボールネジナット３２２の上面に円筒部材３８が同軸的に連結される。この円筒部材３８はボールネジナット３２２の図示上面から上方に延設され、ボールネジ軸３２１と回転筒３３２との間に配設される。

図３は図２のＡ−Ａ断面図である。図３に示されるように、円筒部材３８の外周には雄スプライン３８ａが形成される。一方、回転筒３３２の内周には、上記雄スプライン３８ａに嵌合する雌スプライン３３２ａが形成される。このスプライン嵌合により、回転筒３３２は、円筒部材３８を介してボールネジナット３２２に一体的に同軸回転可能且つ軸方向（図２の上下方向）に移動可能に連結される。

図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。図４に示されるように、筒状部材３１の内周壁部には、複数（本実施形態では３個）の突部３１ａが形成される。各突部３１ａは、筒状部材３１の周方向に等間隔に設けられる。一方、モータケーシング３３１の外周壁部には、上記突部３１ａに嵌り合うような幅を持つキー溝３３１ａが形成される。キー溝３３１ａの個数は突部３１ａの個数と同一（本実施形態では３個）である。各キー溝３３１ａはモータケーシング３３１の周方向に等間隔に設けられる。また各キー溝３３１ａは、電気モータ３３内のロータを構成する回転筒３３２の軸方向、すなわち図２の上下方向に沿って形成される。そして、各突部３１ａが各キー溝３３１ａに嵌め込まれるように、筒状部材３１とモータケーシング３３１が組み付けられる。キー溝３３１ａと突部３１ａとの嵌め合いによって、電気モータ３３は、キー溝３３１ａの形成方向（図２の上下方向）に移動可能であり、その移動可能な方向の軸回りに回転不能となるように、筒状部材３１の内部空間に配設される。

このような構成の電気式ショックアブソーバ装置３０において、車両の走行中に路面の凹凸などによって車輪Ｗ（バネ下部材側）が車体Ｂ（バネ上部材側）に対して上下動した場合、コイルスプリング２０が伸縮する。コイルスプリング２０の伸縮により、路面からバネ上部材が受ける衝撃が吸収されて乗り心地が高められる。

また、コイルスプリング２０の伸縮に伴い、バネ下部材がバネ上部材に対して、あるいはバネ上部材がバネ下部材に対して、図２の上下方向に相対的に振動する。この相対的な振動に伴い、バネ下部材に連結されたボールネジ軸３２１が筒状部材３１に対して軸方向に往復移動する。ボールネジ軸３２１には、筒状部材３１に回転可能且つ軸方向移動不能に支持されたボールネジナット３２２が螺合されているので、ボールネジ軸３２１の上記往復移動によって、ボールネジナット３２２がボールネジ軸３２１の軸回りに回転する。このようにして、バネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動が、ボールネジナット３２２の回転運動に変換される。

また、ボールネジナット３２２の回転に伴いボールネジナット３２２の上部に取り付けられた円筒部材３８も回転する。円筒部材３８の回転駆動力はスプライン嵌合により回転筒３３２に伝達される。このため回転筒３３２が回転する。回転筒３３２の回転に伴い、この回転筒３３２に連結された極体３３３も回転する。

電気モータ３３のロータ（回転筒３３２および極体３３３）が回転した場合、電気モータ３３の極体３３３に設けられたコイルが永久磁石３３４から発生する磁束を横切ることによって、誘導起電力が発生する。誘導起電力により、後述する外部回路１００を介して発電電流が電気モータ３３のコイルに流れる。この発電電流は、ロータの回転を妨げる方向に流れる。つまり発電電流が流れることにより、電気モータ３３はロータの回転に対する抵抗力を発生する。この抵抗力が減衰力としてバネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動動作に作用する。これによりバネ上−バネ下間相対振動が減衰する。

電気モータ３３により発生される減衰力の大きさは発電電流量に依存する。発電電流量はサスペンションＥＣＵ５０により調整される。図１に示されるように、サスペンションＥＣＵ５０は車体Ｂに搭載されている。サスペンションＥＣＵ５０には、バネ上加速度センサ６１およびストロークセンサ６２が接続される。バネ上加速度センサ６１は、バネ上部材のうち各サスペンション本体１０ＦＬ，１０ＦＲ，１０ＲＬ，１０ＲＲが取り付けられている部分の近傍位置に配置されており、その位置におけるバネ上部材の上下方向に沿った加速度（バネ上加速度）を検知する。ストロークセンサ６２は、各サスペンション本体１０ＦＬ，１０ＦＲ，１０ＲＬ，１０ＲＲの近傍に配置されており、各電気式ショックアブソーバ装置３０のストローク変位量、具体的にはボールネジ軸３２１の基準位置からのストローク変位量を検知する。この変位量は、各サスペンション本体１０が取り付けられている位置におけるバネ上部材とバネ下部材との間の基準距離からの変位量（バネ上−バネ下間相対変位量）にほぼ等しい。

また、サスペンションＥＣＵ５０は、各電気式ショックアブソーバ装置３０毎に設けられた外部回路１００に電気的に接続される。各電気式ショックアブソーバ装置３０の電気モータ３３により発生される減衰力は、各外部回路１００を介してサスペンションＥＣＵ５０により制御される。各外部回路１００は、車載バッテリなどの蓄電装置１１０に電気的に接続される。

サスペンションＥＣＵ５０はマイクロコンピュータを主要部として備える。そして、外部回路１００にスイッチング制御指令を出力することにより電気モータ３３に流れる発電電流量を調整し、電気式ショックアブソーバ装置３０の減衰力を制御する。各外部回路１００のスイッチング制御は各々独立に行われる。

図５は、外部回路１００の回路図である。図中において、Ｒｍは電気モータ３３の内部抵抗、Ｌはモータインダクタンスを表す。これらは図において電気モータ３３の表示記号の外に表されている。外部回路１００は、バネ上−バネ下間の相対振動により電気モータ３３のロータがボールネジ機構３２を介して回されたとき、電気モータ３３で発生した誘導起電力により電気モータ３３の端子間（第１端子ｔ１と第２端子ｔ２との間）に発電電流が流れることを許容する回路である。また、外部回路１００は、電気モータ３３の誘導起電力（誘起電圧）が大きいときには、発電電流の一部を蓄電装置１１０に流して蓄電装置１１０を充電する回路でもある。

外部回路１００は、電気モータ３３の第１端子ｔ１に電気的に接続された配線Ｌ１と、電気モータ３３の第２端子ｔ２に電気的に接続された配線Ｌ２と、配線Ｌ１上のａ点と配線Ｌ２上のｂ点とを結ぶ配線ａｂと、配線Ｌ１上のｃ点と配線Ｌ２上のｄ点とを結ぶ配線ｃｄとを備える。

配線ａｂには第１ダイオードＤ１および第２ダイオードＤ２が設けられる。第１ダイオードＤ１はｂ点と配線ａｂの中間点であるｅ点との間に、第２ダイオードはａ点とｅ点との間に設けられる。第１ダイオードＤ１は、ｅ点からｂ点に向かう方向に流れる電流を許容しｂ点からｅ点に向かう方向に流れる電流を阻止する。第２ダイオードＤ２は、ｅ点からａ点に向かう方向に流れる電流を許容しａ点からｅ点に向かう方向に流れる電流を阻止する。

配線ｃｄには、ｃ点側から順に、第１スイッチング素子ＳＷ１，第１抵抗器Ｒ１，第２抵抗器Ｒ２，第２スイッチング素子ＳＷ２が設けられる。第１抵抗器Ｒ１，第２抵抗器Ｒ２は減衰力を設定する固定抵抗器である。第１スイッチング素子ＳＷ１，第２スイッチング素子ＳＷ２は、発電電流の大きさを調整する調整器である。第１スイッチング素子ＳＷ１および第２スイッチング素子ＳＷ２として、本実施形態においてはＭＯＳ−ＦＥＴが用いられるが、他のスイッチング素子を使用することもできる。第１スイッチング素子ＳＷ１，第２スイッチング素子ＳＷ２は、そのゲートにてサスペンションＥＣＵ５０に接続されており、サスペンションＥＣＵ５０からのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御信号により設定されるデューティ比および周期にしたがってオンオフ作動する。なお、デューティ比とは、オンディーティ比、つまり、パルス信号のオン時間とオフ時間とを足し合わせた時間に対するパルス信号のオン時間の比である。

配線ａｂと配線ｃｄは、配線ａｂ上のｅ点と配線ｃｄ上のｆ点とを結ぶ配線ｅｆにより接続される。ｆ点は、配線ｃｄのうち第１抵抗器Ｒ１が取り付けられている位置と第２抵抗器Ｒ２が取り付けられている位置との間に位置する。したがって配線ｃｆ上には第１スイッチング素子ＳＷ１と第１抵抗器Ｒ１が、配線ｄｆ上には第２スイッチング素子ＳＷ２と第２抵抗器Ｒ２が取り付けられる。配線ｅｆには電流センサ１１１が設けられる。電流センサ１１１は、電気モータ３３に流れる発電電流を検知して、通電方向を示す情報を含めた測定値（実電流値）ｉ_ｘを表す信号をサスペンションＥＣＵ５０に出力する。

配線ｃｆのうち第１スイッチング素子ＳＷ１が取り付けられている位置と第１抵抗器Ｒ１が取り付けられている位置との間のｇ点からは、配線ｇｉが分岐している。また、配線ｄｆのうち第２スイッチング素子ＳＷ２が取り付けられている位置と第２抵抗器Ｒ２が取り付けられている位置との間のｈ点からは、配線ｈｉが分岐している。配線ｇｉと配線ｈｉはｉ点にて合流する。ｉ点は、蓄電装置１１０の正極ｊと配線ｉｊにより電気的に接続される。また、ｆ点と蓄電装置１１０の負極ｋはグランドラインｋｆにより接続される。なお、蓄電装置１１０には車両内に設けられた各種の電気負荷が接続される。

配線ｇｉには、ｇ点からｉ点に向かう方向に流れる電流を許容しｉ点からｇ点に向かう方向に流れる電流を阻止する第３ダイオードＤ３が設けられる。配線ｈｉには、ｈ点からｉ点に向かう方向に流れる電流を許容しｉ点からｈ点に向かう方向に流れる電流を阻止する第４ダイオードＤ４が設けられる。これらのダイオードＤ３，Ｄ４により、外部回路１００から蓄電装置１１０への充電が許容され、蓄電装置１１０から外部回路１００への放電が阻止される。

次に、外部回路１００の動作について説明する。バネ上−バネ下間の相対振動によりボールネジ機構３２を介して電気モータ３３のロータが回されたとき、電気モータ３３はロータの回転方向に応じた向きに誘導起電力を発生する。例えば、バネ下部材とバネ上部材が接近して電気式ショックアブソーバ装置３０が圧縮される圧縮動作時に、電気モータ３３の第１端子ｔ１が高電位となり第２端子ｔ２が低電位となる。逆に、バネ下部材とバネ上部材が離れて電気式ショックアブソーバ装置３０が伸ばされる伸張動作時に、電気モータ３３の第２端子ｔ２が高電位となり第１端子ｔ１が低電位となる。

したがって、圧縮動作時には、ｃ点，ｆ点，ｅ点，ｂ点を通って第１端子ｔ１から第２端子ｔ２に発電電流が流れる第１接続回路ｃｆｅｂが形成される。また伸張動作時には、ｄ点，ｆ点，ｅ点，ａ点を通って第２端子ｔ２から第１端子ｔ１に発電電流が流れる第２接続回路ｄｆｅａが形成される。つまり、電気式ショックアブソーバ装置３０の圧縮動作と伸張動作とで発電電流の流れる回路が異なる。この例では、配線ｃｆに設けられた第１抵抗器Ｒ１が第１接続回路ｃｆｅｂを流れる発電電流に対する抵抗であり、配線ｄｆに設けられた第２抵抗器Ｒ２が第２接続回路ｄｆｅａを流れる発電電流に対する抵抗である。また、配線ｃｆ上に設けられた第１スイッチング素子ＳＷ１が第１接続回路ｃｆｅｂに流れる発電電流の大きさ（通電量）を調整する電流調整器であり、配線ｄｆ上に設けられた第２スイッチング素子ＳＷ２が第２接続回路ｄｆｅａに流れる発電電流の大きさ（通電量）を調整する電流調整器である。

第１接続回路ｃｆｅｂまたは第２接続回路ｄｆｅａを通る発電電流は電気モータ３３にも流れる。電気モータ３３内における発電電流の方向は、その発電電流が流れる原因となった電気モータ３３の回転（詳しくはロータの回転）を妨げる方向である。つまり、発電電流が電気モータ３３に流れることにより、電気モータ３３に発電ブレーキが作用する。この発電ブレーキにより、電気モータ３３の回転力に対する抵抗力が発生する。この抵抗力が減衰力としてボールネジ機構３２を介してバネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動動作に作用し、バネ上部材とバネ下部材との間の相対的な振動が減衰される。

電気式ショックアブソーバ装置３０の圧縮動作に対する減衰力は、第１抵抗器Ｒ１の抵抗値と第１スイッチング素子ＳＷ１のデューティ比によって第１接続回路ｃｆｅｂを通って電気モータ３３に流れる発電電流の大きさを調整することにより制御される。一方、伸張動作に対する減衰力は、第２抵抗器Ｒ２の抵抗値と第２スイッチング素子ＳＷ２のデューティ比によって第２接続回路ｄｆｅａを通って電気モータ３３に流れる発電電流の大きさを調整することにより制御される。なお、各電気式ショックアブソーバ装置３０の減衰力の制御は、各外部回路１００のスイッチング制御を行うことにより各々独立して行われる。

電気モータ３３で発生する誘導起電力は、モータ回転速度が大きいほど大きい。そして、誘導起電力（誘起電圧）が蓄電装置１１０の出力電圧（蓄電電圧）を越えると、電気モータ３３で発電された電力の一部が蓄電装置１１０に回生される。例えば、電気式ショックアブソーバ装置３０の圧縮動作時に第１接続回路ｃｆｅｂを流れる発電電流が配線ｃｆ上のｇ点で２方向に分流し、一方はそのまま第１接続回路ｃｆｅｂを流れ、他方は配線ｇｉを流れる。そして、配線ｇｉを流れた発電電流により蓄電装置１１０が充電される。また、電気式ショックアブソーバ装置３０の伸張動作時に第２接続回路ｄｆｅａを流れる発電電流が配線ｄｆ上のｈ点で２方向に分流し、一方はそのまま第２接続回路ｄｆｅａを流れ、他方は配線ｈｉを流れる。そして、配線ｈｉを流れた発電電流により蓄電装置１１０が充電される。

外部回路１００のスイッチング制御は、サスペンションＥＣＵ５０による制御指令に基づいてなされる。サスペンションＥＣＵ５０は、例えば車両の乗り心地が向上するような制御力を目標減衰力として算出し、電気式ショックアブソーバ装置３０の電気モータ３３がその目標減衰力を発生するように、外部回路１００の各スイッチング素子をデューティ制御する。目標減衰力は、例えば周知のスカイフックダンパ理論などに基づいて算出することができる。この場合、サスペンションＥＣＵ５０は、バネ上加速度センサ６１により検知されたバネ上加速度を積分することによりバネ上速度を演算し、ストロークセンサ６２により検知されたストローク変位量を微分することにより、バネ上部材に対するバネ下部材の上下方向に沿った相対速度（バネ上−バネ下間相対速度）を演算する。そして、演算したバネ上速度およびバネ上−バネ下間相対速度に基づいて、目標減衰力を算出する。制御の詳細については省略する。

ボールネジ機構のような変換装置および電気モータを備える電気式ショックアブソーバ装置は、上述のように変換装置と電気モータの慣性の影響によって、バネ下共振周波数帯域の振動伝達率が高い。したがって、バネ下共振周波数帯域の振動が入力された場合、上述のスカイフック制御のような乗り心地制御を実行していても、バネ上部材が振動して乗り心地が悪化するおそれがある。これに対し、本実施形態においては、電気モータ３３とブッシュ３４がダイナミックダンパとして振る舞うため、バネ下共振周波数帯域の乗り心地が改善される。

本実施形態の電気モータ３３は、ブッシュ３４によって筒状部材３１に吊り下げられるように弾性支持されている。つまり電気モータ３３はブッシュ３４を介して筒状部材３１にぶら下がっている。また、電気モータ３３のロータ（回転筒３３２）は、スプライン嵌合により円筒部材３８を介してボールネジナット３２２に一体回転可能且つその回転軸方向に移動可能に連結されている。したがって、電気モータ３３は、ロータの移動可能な方向、すなわちボールネジナット３２２の回転軸方向に移動可能である。また、電気モータ３３がこの方向に移動するとき、モータケーシング３３１のキー溝３３１ａ内を筒状部材３１の突部３１ａがスライドすることにより上記移動が許容される。

ここで、電気モータ３３が移動する方向であるボールネジナット３２２の回転軸方向、はボールネジナット３２２の回転平面に直交するので、電気モータ３３がこの方向に移動した場合にその移動がボールネジナット３２２の回転駆動に干渉しない。つまり電気モータ３３はボールネジナット３２２から回転駆動力を受けて回転しつつ、その回転軸方向に移動することができる。このような構成であるため、電気モータ３３は、バネ上部材とバネ下部材との間に生じる相対的な振動とは独立して、上記振動と同一の方向（図２の上下方向）に振動することができる。このため、電気モータ３３の重量およびブッシュ３４の弾性力により独立した振動系が構成される。

図６は、本実施形態のサスペンション本体１０の振動モデルを表す図である。図において、コイルスプリング２０のバネ定数がＫにより、電気式ショックアブソーバ装置３０の減衰力がｆにより、ブッシュ３４の弾性定数がｋにより、電気モータ３３の重量がｍにより表される。図に示されるように、電気モータ３３の重量ｍがウエイトであり、弾性係数がｋである振動系が、コイルスプリング２０の弾性力および電気式ショックアブソーバ装置３０の減衰力ｆにより表される振動系とは別に、バネ上部材に取り付けられている。すなわち、電気モータの質量ｍおよびブッシュ３４の弾性力により表される振動系は、コイルスプリング２０の弾性力および電気式ショックアブソーバ装置３０の減衰力ｆにより表される主の振動系に対する副振動系である。言い換えれば、電気モータ３３とブッシュ３４により、いわゆるダイナミックダンパが構成される。ダインミックダンパは、上記主の振動系とは無関係に振動する。

電気モータ３３とブッシュ３４により構成されるダイナミックダンパの共振周波数Ｆは、（１／２π）（ｋ／ｍ）^１／２である。したがって、電気モータ３３の重量ｍおよび／またはブッシュ３４の弾性定数ｋを調整することにより、ダイナミックダンパの共振周波数を調整することができる。

また、電気モータ３３の常識的な重量は、車体などにより構成されるバネ上部材の重量よりも、むしろロアアームなどにより構成されるバネ下部材の重量に近い。つまり、本実施形態におけるダイナミックダンパの共振周波数はバネ下共振周波数に近い。したがって、バネ上部材がバネ下共振周波数付近の振動数で振動している場合、ダイナミックダンパはその振動を受けることにより共振する。ダイナミックダンパが共振する結果、バネ上部材の振動が抑制される。このようにして、バネ下共振周波数付近の振動伝達特性が改善されるのである。

以上のように、本実施形態の電気式ショックアブソーバ装置３０によれば、バネ上部材に連結された筒状部材３１にブッシュ３４を介して電気モータ３３が吊り下げられ、ブッシュ３４および電気モータ３３によりダイナミックダンパが構成される。このため、このダイナミックダンパの共振周波数がバネ下共振周波数に近づくようにブッシュ３４の弾性定数ｋや電気モータ３３の重量を調整することにより、バネ上部材へのバネ下共振周波数付近の振動伝達特性が改善される。

また、電気モータ３３のモータケーシング３３１にキー溝３３１ａが、筒状部材３１に突部３１ａがそれぞれ形成され、これらのキー溝３３１ａと突部３１ａが嵌り合うようにして、電気モータ３３が筒状部材３１の内部空間に配設されている。そして、電気モータ３３が振動したときに、キー溝３３１ａ内を突部３１ａがスライドすることにより、電気モータ３３の筒状部材３１の内部空間内での振動が許容される。したがって、電気モータ３３およびブッシュ３４により構成されるダイナミックダンパの機能を損なうことなく、電気モータ３３が筒状部材３１内部に配設される。また、電気モータ３３が減衰力を発生した場合、電気モータ３３はその減衰力に対する反力を受け、反力により電気モータ３３がロータの回転軸回りに回転しようとする。しかし、この回転は、上記キー溝３３１ａと突部３１ａとの嵌め合いにより阻止される。

以上、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、電気モータ３３の重量およびブッシュ３４の弾性係数を適宜選択することにより、バネ下共振周波数帯域の振動のみならず、任意の特定周波数帯域の振動のバネ上部材への伝達特性を改善することができる。また、弾性部材として、ブッシュ３４以外に、バネなどを用いることができる。また、上記実施形態においては、回転筒３３２が円筒部材３８を介してボールネジナット３２２に回転可能且つ軸方向移動可能に連結されているが、ボールネジナット３２２にスプラインを形成することにより、回転筒３３２を直接ボールネジナット３２２に連結してもよい。また、本発明はアクティブサスペンションに用いられる電磁式のショックアブソーバにも適用できる。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…コイルスプリング（サスペンションスプリング）、３０…電気式ショックアブソーバ装置、３１…筒状部材（バネ上側部材）、３１ａ…突部、３２…ボールネジ機構（変換装置）、３２１…ボールネジ軸（軸部材）、３２１ａ…ネジ溝、３２２…ボールネジナット（回転部材）、３３…電気モータ、３３１…モータケーシング、３３１ａ…キー溝、３３２…回転筒（ロータ）、３３２ａ…雌スプライン、３３３…極体（ロータ）、３３４…永久磁石、３４…ブッシュ（弾性部材）、３５…スプラインナット、３６…連結ロッド、３７１，３７２…軸受、３８…円筒部材、３８ａ…雄スプライン、６１…バネ上加速度センサ、６２…ストロークセンサ、１００…外部回路、１１０…蓄電装置、１１１…電流センサ

Claims (4)

1. 車両のバネ上部材とバネ下部材との間に設けられ、バネ上部材とバネ下部材との間に生じる相対的な振動を減衰するショックアブソーバ装置において、
   バネ上部材に連結され、バネ上部材とバネ下部材との間に配設されたバネ上側部材と、
   バネ下部材に連結されるとともに前記振動の方向に沿ってバネ下部材から前記バネ上側部材に向かって延設された軸部材と、前記軸部材に連結されるとともに、前記振動により前記軸部材が前記バネ上側部材に対して往復移動したときに、その往復移動によって、前記軸部材の軸方向回りに回転するように、前記バネ上側部材に回転可能且つ軸方向移動不能に支持された回転部材とを有する変換装置と、
   前記回転部材の回転軸方向に移動可能に前記回転部材に連結され、前記回転部材から回転駆動力が伝達されることにより、前記回転部材の軸方向回りに回転するロータを有するとともに、前記回転部材から前記ロータに伝達された回転駆動力に対する抵抗力を発生する電気モータと、
   前記バネ上側部材と前記電気モータとの間に介在され、前記電気モータが前記バネ上側部材に吊り下げられるように、前記電気モータを弾性支持する弾性部材と、
   を備えたショックアブソーバ装置。
2. 請求項１に記載のショックアブソーバ装置において、
   前記バネ上側部材は、バネ上部材に連結されるとともに内部に前記電気モータを収容する内部空間が形成された筒状部材を有し、
   前記電気モータが、前記振動の方向に移動可能であり、且つその移動可能な方向の軸回りに回転不能となるように、前記筒状部材の内部空間に配設されていることを特徴とする、ショックアブソーバ装置。
3. 請求項２に記載のショックアブソーバ装置において、
   前記電気モータおよび前記筒状部材のいずれか一方に、前記振動の方向に沿ってキー溝が形成され、いずれか他方に、前記キー溝に嵌り合う突部が形成されていることを特徴とする、ショックアブソーバ装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のショックアブソーバ装置において、
   前記ロータは、スプライン嵌合により、前記回転部材に一体的に同軸回転可能且つ軸方向移動可能に連結されていることを特徴とする、ショックアブソーバ装置。

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