JP2012111357A - 車両のサスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エアバネ装置と、アクティブ制御を行う電磁アクチュエータとを備えたサスペンション装置において、実車高ｈと目標車高ｈ^＊とのずれを小さくして、乗り心地の低下を抑制する。
【解決手段】 車高偏差演算部１２１は、目標車高ｈ^＊から実車高ｈを減算することで車高偏差Δｈｏを演算する。ローパスフィルタ処理部１２２は、車高偏差Δｈｏに含まれる高周波ノイズ成分を除去した車高偏差Δｈを演算する。モータ力補正量演算部１２３は、車高偏差Δｈに車高補償ゲインＫｈを乗じることによりモータ力補正量Δｆｈを演算する。目標モータ力補正演算部１２４は、目標モータ力演算部１１６から出力された目標モータ力ｆmotor^＊に、モータ力補正量演算部１２３から出力されたモータ力補正量Δｆｈを加算して、最終的な目標モータ力ｆmotor^＊を求める。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両のサスペンション装置に係り、特に、エアバネ装置と、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と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電磁サスペンション装置が知られている。この電磁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。

また、こうした電磁サスペンションにおいて、例えば、特許文献１に提案されているように、サスペンションバネとしてエアバネ装置を備えたものも知られている。エアバネ装置においては、エア給排装置により圧縮空気の供給および排出が可能となっており、車高センサにより検出した実車高が目標車高に維持されるように、エア給排装置を駆動制御する。

特開２０１０−９１０３２号公報

しかしながら、エアバネ装置による車高調整制御は、車両の直進時において、実車高と目標車高とのずれをゆっくりと補正するものである。一方、電磁アクチュエータは、車高調整制御とは関係なく、車両の走行中において非常に高速に乗り心地制御を実施する。こうした乗り心地制御は、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推進力も発生させる、いわゆるアクティブ制御であるため、エアバネ装置による車高調整制御が並行して行われていても実車高が目標車高からずれてしまう。これにより、サスペンションのストロークを規制するストッパ間のクリアランスが当初の狙いから外れてしまい、路面からの入力によ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により良好な乗り心地性能を維持することが困難となる。

本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、エアバネ装置とアクティブ制御を行う電磁アクチュエータとを備えたサスペンション装置において、実車高と目標車高とのずれを小さくして、乗り心地の低下を抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、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、気体の圧力によって前記バネ上部材を前記バネ下部材に弾性的に支持するとともに、気体が流入・流出させられることによって上下方向における前記バネ上部材と前記バネ下部材との離間距離を変更可能なエアバネ装置（２０）と、車高を検出する車高検出手段（６３）と、前記車高検出手段により検出された車高が目標車高になるように、前記エアバネ装置における気体の流入・流出を制御する車高制御手段（１５０）と、前記エアバネ装置に並列に設けられ、モータの電磁力により前記バネ上部材と前記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（３０）と、前記バネ上部材の上下振動を減衰させるように前記電磁アクチュエータの目標制御量（ｆmotor^＊）を演算し、演算した目標制御量にしたがって前記電磁アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御手段（１１０）とを備えた車両のサスペンション装置において、
前記車高検出手段により検出された車高と前記目標車高との偏差に基づいて、前記偏差が大きいほど大きく設定される前記電磁アクチュエータの目標制御量の補正量を演算する補正量演算手段（１２１，１２２，１２３）と、前記補正量演算手段により演算された補正量に基づいて、前記車高が前記目標車高に近づく方向に前記目標制御量を補正する制御量補正手段（１２４）とを備えたことにある。

本発明においては、バネ上部材（車体）がエアバネ装置によりバネ下部材（車輪）に弾性的に支持される。このエアバネ装置は、エア室を備え、エア室に気体が流入・流出させられることによって上下方向におけるバネ上部材とバネ下部材との離間距離が変更可能となっている。車高制御装置は、車高検出手段により検出された車高（以下、実車高と呼ぶ）が目標車高となるようにエアバネ装置における気体の流入・流出を制御する。

このエアバネ装置と並列に電磁アクチュエータが設けられている。電磁アクチュエータは、モータの電磁力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する。アクチュエータ制御手段は、バネ上部材の上下振動を減衰させるように電磁アクチュエータの目標制御量を演算し、演算した目標制御量にしたがって電磁アクチュエータを駆動制御する。例えば、アクチュエータ制御手段は、バネ上部材の運動量を検出する運動量検出手段を備え、バネ上運動量に基づいてバネ上部材の上下振動を減衰させる目標制御量を演算する構成や、バネ上部材の運動量とバネ下部材の運動量とを検出する運動量検出手段を備え、バネ上運動量とバネ下運動量とに基づいて、バネ上部材の上下振動とバネ下部材の上下振動とを減衰させる目標制御量を演算する構成など種々の構成を採用することができる。

このようにアクチュエータ制御手段により電磁アクチュエータを駆動制御した場合には、バネ上部材とバネ下部材との間の相対運動がアクティブに行われるため、それに伴ってバネ上部材とバネ下部材との離間距離に相当する車高も変化する。このため、車高制御手段が、実車高が目標車高になるようにエアバネ装置における気体の流入・流出を制御しても、実車高が目標車高から外れてしまう。これは、エアバネ装置における気体の流入・流出による車高調整は、電磁アクチュエータによるバネ上部材とバネ下部材との間の相対運動に比べてはるかに遅いからである。

そこで、本発明においては、補正量演算手段と制御量補正手段とを備えて、その課題を解決する。補正量制御手段は、実車高と目標車高との偏差に基づいて、偏差が大きいほど大きく設定される電磁アクチュエータの目標制御量の補正量を演算する。そして、制御量補正手段が、補正量演算手段により演算された補正量に基づいて、実車高が目標車高に近づく方向に目標制御量を補正する。例えば、実車高が目標車高に対して低い場合には、バネ上部材とバネ下部材との離間距離を伸ばす方向に働く補正量を目標制御量に加算し、実車高が目標車高に対して高い場合には、バネ上部材とバネ下部材との離間距離を縮める方向に働く補正量を目標制御量に加算する。また、この補正量は、実車高と目標車高との偏差（実車高と目標車高との差の絶対値）が大きいほど大きく設定される。

この結果、本発明によれば、実車高と目標車高とのずれを小さくすることができる。これにより、ストッパ当たりによる衝撃が低減され、乗り心地が向上する。

本発明の他の特徴は、前記アクチュエータ制御手段は、操縦安定制御用の制御量（ｆro，ｆpi）を含めて前記電磁アクチュエータの目標制御量を演算するものであり、前記制御量補正手段は、前記アクチュエータ制御手段により操縦安定制御が行われている場合には、前記目標制御量を補正しないことにある。

本発明によれば、操縦安定制御が行われている場合には、目標制御量が補正されないため、操縦安定制御を適切に実施することができ、安全性を維持することができる。

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。

本発明の実施形態に係るサスペンション装置のシステム構成図である。 サスペンション本体の概略構成を表す断面図である。 アクチュエータ制御部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車両の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、本実施形態に係る車両のサスペンション装置のシステム構成を概略的に示している。

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。電磁アクチュエータ３０は、エアバネ装置２０の上下振動に対して減衰力だけでなく推進力をも発生させるもので、バネ下部材とバネ上部材との間にエアバネ装置２０と並列に設けられる。

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の上端部には、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、径方向に伸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。

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、空気室２６が区画形成される。空気室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。

また、第３筒部２３には、空気室２６内に空気を供給したり空気室２６内から空気を排出したりする給排口としてのノズル８８が設けられる。このノズル８８には、図１に示すように給排装置８０からの高圧空気流路となる給排気管８１が接続され、ノズル８８からの給排気により空気室２６内の空気圧が調整されるようになっている。

第１筒部２１の上端外周には、上方に伸びた第４筒部２７が連結される。第４筒部２７の上端は、径外方に拡がった鍔状の中央ストッパ２８が設けられている。また、第２筒部２２の上端は、内側に曲げられてリング板状に形成されており、そのリング板面に弾性材からなるリバウンドストッパ２９ａが中央ストッパ２８の板面（下面）と向かい合うように固定して設けられている。また、ブラケット２５の下面には、弾性材からなるバウンドストッパ２９ｂが中央ストッパ２８の板面（上面）と向かい合うように固定して設けられている。

従って、バネ上部材とバネ下部材との相対移動は、中央ストッパ２８とリバウンドストッパ２９ａとの当接、および、中央ストッパ２８とバウンドストッパ２９ｂとの当接により規制される。この場合、バネ上部材とバネ下部材との離間距離は、中央ストッパ２８とリバウンドストッパ２９ａとが当接する位置において最大となり、中央ストッパ２８とバウンドストッパ２９ｂとが当接する位置において最小となる。以下、バネ上部材とバネ下部材との相対移動により、中央ストッパ２８がリバウンドストッパ２９ａに当接すること、および、中央ストッパ２８がバウンドストッパ２９ｂに当接することをストッパ当たりと呼ぶ。

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。このボールネジナット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、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。このボールネジナット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。尚、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の作動を制御する構成について説明する。サスペンション装置は、図１に示すように、サスペンション電子制御ユニット（以下、サスペンションＥＣＵと呼ぶ）１００と、サスペンションＥＣＵ１００からの指令により作動するモータドライブ制御装置（以下、モータＥＤＵと呼ぶ）５０および給排装置８０を備えている。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、その機能に着目すると、車両の上下振動を抑制するための４輪分の電磁アクチュエータ３０の制御量を演算するアクチュエータ制御部１１０と、給排装置８０の制御により４輪分のエアバネ装置２０に供給される空気量を調整するエアバネ制御部１５０とに大別される。

サスペンションＥＣＵ１００には、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）にそれぞれ設けられたバネ上加速度センサ６１、バネ下加速度センサ６２、車高センサ６３が接続されている。バネ上加速度センサ６１は、バネ上部材に設けられており、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Ｇ２を表す検出信号を出力する。バネ下加速度センサ６２は、ロアアームなどのバネ下部材に設けられており、そのバネ下部材の上下方向に沿った加速度（バネ下上下加速度）を検出し、バネ下上下加速度Ｇ１を表す検出信号を出力する。車高センサ６３は、バネ上部材とバネ下部材との上下方向の離間距離を車高に対応する値として検出し、車高ｈを表す検出信号を出力する。

また、サスペンションＥＣＵ１００には、前後加速度センサ６４、横加速度センサ６５、車高変更スイッチ６６が接続されている。前後加速度センサ６４は、車体に発生する前後加速度を検出し、前後加速度Ｇfrを表す検出信号を出力する。横加速度センサ６５は、車体に発生する横加速度を検出し、横加速度Ｇｙを表す検出信号を出力する。車高変更スイッチ６６は、運転者の操作によって設定された目標車高ｈ^＊を表す設定信号を出力する。

給排装置８０は、図１に示すように、ポンプ８５と、ポンプ８５を駆動するポンプモータ８６と、給気と排気とを切り換える電磁式の切替弁８７とを備えている。切替弁８７は、２位置切替弁であって、第１位置においては、ポンプ８５の高圧側（吐出側）と主給排気管８２とを連通するとともにポンプ８５の低圧側（吸入側）と低圧配管８３とを連通し、第２位置においては、ポンプ８５の高圧側と低圧配管８３とを連通するとともにポンプ８５の低圧側と主給排気管８２とを連通する。主給排気管８２は、途中で４本に分岐し、この分岐した給排気管８１が各エアバネ装置２０のノズル８８に接続されている。また、給排気管８１にはそれぞれ電磁式の開閉弁８４（常閉弁）が設けられている。低圧配管８３の先端側は、フィルタ（図示略）を介して大気開放されている。

この給排装置８０は、サスペンションＥＣＵ１００のエアバネ制御部１５０により制御される。エアバネ制御部１５０は、給排装置８０を駆動するための駆動回路（図示略）を備えており、車高センサ６３により検出した車高ｈ（以下、実車高ｈと呼ぶ）と、車高変更スイッチ６６により設定された目標車高ｈ^＊とを比較し、実車高ｈが目標車高ｈ^＊よりも低い場合には、切替弁８７を第１位置にした状態でポンプモータ８６を駆動するとともに各開閉弁８４を開弁する。これにより、圧縮エアがエアバネ装置２０の空気室２６に供給され車高が上がっていく。エアバネ制御部１５０は、４輪ごとに車高センサ６３により実車高ｈを検出し、実車高ｈが目標車高ｈ^＊と等しくなると、その車輪Ｗに対応する開閉弁８４を閉弁する。そして、４輪の実車高ｈが全て目標車高ｈ^＊に達するとポンプモータ８６の作動を停止する。

また、実車高ｈが目標車高ｈ^＊よりも高い場合には、切替弁８７を第２位置にした状態でポンプモータ８６を駆動するとともに各開閉弁８４を開弁する。これにより、エアバネ装置２０の空気室２６内の空気がポンプ８５により吸引されて排出され車高が下がっていく。エアバネ制御部１５０は、４輪ごとに車高センサ６３により実車高ｈを検出し、実車高ｈが目標車高ｈ^＊と等しくなると、その車輪Ｗに対応する開閉弁８４を閉弁する。そして、４輪の実車高ｈが全て目標車高ｈ^＊に達するとポンプモータ８６の作動を停止する。

尚、エアバネ制御部１５０による車高維持制御は、直進走行時において行われる。また、エアバネ制御部１５０は、目標車高ｈ^＊を中心とした所定幅の車高適正範囲を設定し、実車高ｈが車高適正範囲から外れたときに、実車高ｈが目標車高ｈ^＊から外れたと判断して、給排装置８０の作動を開始して車高を調整する。

モータＥＤＵ５０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目標モータ力が発生するように電動モータ３１を駆動制御する。モータＥＤＵ５０は、図３に示すように、モータ駆動回路である３相インバータ５１と、ＰＷＭ制御信号出力回路５２とを備えている。ＰＷＭ制御信号出力回路５２は、サスペンションＥＣＵ１００から出力された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５１のスイッチング素子に出力する。

３相インバータ５１には、車載バッテリ（図示略）から電源が供給されている。従って、３相インバータ５１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、目標モータ力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が目標モータ力を発生する。また、３相インバータ５１は、電動モータ３１で発生した誘導起電力を車載バッテリに回生可能に構成されており、電動モータ３１から車載バッテリに流れる回生電流も、３相インバータ５１のスイッチング素子のデューティ比制御により調整可能となっている。

次に、サスペンションＥＣＵ１００におけるアクチュエータ制御部１１０の行う処理について説明する。図３は、アクチュエータ制御部１１０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。アクチュエータ制御部１１０は、振動減衰制御力演算部１１１と、ロール抑制制御力演算部１１２と、ピッチ抑制制御力演算部１１３と、必要作用力演算部１１４と、慣性力演算部１１５と、目標モータ力演算部１１６と、車高ずれ補償部１２０とを備えている。

振動減衰制御力演算部１１１は、バネ上加速度センサ６１の出力する検出信号を入力し、バネ上上下加速度Ｇ２を時間で積分することにより、バネ上部材の上下方向に沿った速度であるバネ上上下速度ｘ_２’を演算し、このバネ上上下速度ｘ_２’に予め設定されたバネ上ゲインＣ_２（減衰係数に相当する）を乗算することにより、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（Ｃ_２・ｘ_２’）を演算する。また、バネ下加速度センサ６２の出力する検出信号を入力し、バネ下上下加速度Ｇ１を時間で積分することにより、バネ下部材の上下方向に沿った速度であるバネ下上下速度ｘ_１’を演算し、このバネ下上下速度ｘ_１’に予め設定されたバネ下ゲインＣ_１（減衰係数に相当する）を乗算することにより、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（Ｃ_１・ｘ_１’）を演算する。振動減衰制御力演算部１１１は、次式に示すように、バネ下減衰制御力（Ｃ_１・ｘ_１’）からバネ上減衰制御力（Ｃ_２・ｘ_２’）を減算して振動減衰制御力ｆｖを演算する。
ｆｖ＝Ｃ_１・ｘ_１’−Ｃ_２・ｘ_２’

この振動減衰制御力ｆｖ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力を計算したものである。振動減衰制御力演算部１１１は、算出した振動減衰制御力ｆｖを必要作用力演算部１１４に出力する。この場合、振動減衰制御力ｆｖは、電磁アクチュエータ３０を伸長させる方向に働く力を正の値で、電磁アクチュエータ３０を収縮させる方向に働く力を負の値で表される。尚、上記演算に当たっては、バネ上加速度センサ６１およびバネ下加速度センサ６２の出力する検出信号に対してローパスフィルタ処理を行って高周波成分を除去するようにするとよい。

ロール抑制制御力演算部１１２は、横加速度センサ６５の出力する検出信号を入力し、次式に示すように、横加速度Ｇｙに予め設定されたロールゲインＫroを乗算することによりロール抑制制御力ｆroを算出し、算出したロール抑制制御力ｆroを必要作用力演算部１１４に出力する。
ｆro＝Ｋro・Ｇｙ

車両の旋回時においては、ロールモーメントによって旋回内輪側のバネ上部材とバネ下部材との相対距離が拡がり、旋回外輪側のバネ上部材とバネ下部材との相対距離が縮まる。そこで、ロール抑制制御力演算部１１２は、旋回内輪側のバネ上部材とバネ下部材との相対距離の拡がりを抑制し、旋回外輪側のバネ上部材とバネ下部材との相対距離の縮まりを抑制するように電磁アクチュエータ３０に発生させる力を上記式のように演算する。従って、旋回内輪側の電磁アクチュエータ３０で発生させるロール抑制制御力ｆroと、旋回外輪側の電磁アクチュエータ３０で発生させるロール抑制制御力ｆroとは、その方向（正負）が逆となる。尚、車体に発生する横加速度は、操舵角と車速とに基づいて推定するようにしてもよい。

ピッチ抑制制御力演算部１１３は、前後加速度センサ６４の出力する検出信号を入力し、次式に示すように、前後加速度Ｇfrに予め設定されたピッチゲインＫpiを乗算することによりピッチ抑制制御力ｆpiを算出し、算出したピッチ抑制制御力ｆpiを必要作用力演算部１１４に出力する。
ｆpi＝Ｋpi・Ｇfr

車体の制動によりノーズダイブを生じる場合には、前輪側のバネ上部材とバネ下部材との相対距離が縮まり、後輪側のバネ上部材とバネ下部材との相対距離が拡がる。また、車体の加速によりスクワットを生じる場合には、前輪側のバネ上部材とバネ下部材との相対距離が拡がり、後輪側のバネ上部材とバネ下部材との相対距離が縮まる。そこで、ピッチ抑制制御力演算部１１３は、ノーズダイブ時あるいはスクワット時におけるバネ上部材とバネ下部材との相対距離の変化を抑制するように電磁アクチュエータ３０に発生させる力を上記式のように演算する。従って、前輪側の電磁アクチュエータ３０で発生させるピッチ抑制制御力ｆpiと、後輪側の電磁アクチュエータ３０で発生させるピッチ抑制制御力ｆpiとは、その方向（正負）が逆となる。

必要作用力演算部１１４は、振動減衰制御力演算部１１１から出力された振動減衰制御力ｆｖと、ロール抑制制御力演算部１１２から出力されたロール抑制制御力ｆroと、ピッチ抑制制御力演算部１１３から出力されたピッチ抑制制御力ｆpiを、次式に示すように加算することで、バネ上部材とバネ下部材とのあいだに作用させるべき必要作用力である必要作用力ｆoutを算出する。
ｆout＝ｆｖ＋ｆro＋ｆpi
必要作用力演算部１１４は、算出した必要作用力ｆoutを目標モータ力演算部１１６に出力する。尚、ロール抑制制御力ｆroとピッチ抑制制御力ｆpiは、良好な操縦安定性を確保するために加えられる操縦安定制御用の制御量に相当する。

慣性力演算部１１５は、バネ下上下加速度Ｇ１（ここではｘ_１”と表す）に中間部材の質量ｍ_３（等価慣性質量）を乗じた値を慣性力（ｍ_３・ｘ_１”）として演算する。ここで、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する。

慣性力演算部１１５は、演算した慣性力（ｍ_３・ｘ_１”）を目標モータ力演算部１１６に出力する。

目標モータ力演算部１１６は、必要作用力演算部１１４から出力された必要作用力ｆoutと、慣性力演算部１１５から出力された慣性力（ｍ_３・ｘ_１”）とを入力し、それらに基づいて目標モータ力ｆmotor^＊を演算する。

本実施形態において、目標モータ力ｆmotor^＊は、必要作用力ｆoutと、必要作用力ｆoutが直列サブアブソーバ４０および中間部材を介してバネ下部材に伝達される場合における力の伝達特性を表す伝達関数である直列伝達補償用伝達関数と、中間部材の慣性力（ｍ_３・ｘ_１”）とに基づいて演算される。

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、ｆmotorは時間ｔをパラメータとするモータ力、ｆ_ｒは時間ｔをパラメータとしたバネ下部材に実際に作用する力（バネ下実作用力）、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、Ｃ_ｓは液圧式ダンパ４０ａの減衰係数、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。

中間部材の運動方程式は、下記の（１）式により表される。

（１）式をラプラス変換することにより（２）式が得られる。

（２）式において、Ｘ_３(s)，Ｘ_１(s)，Ｆmotor(s)は、それぞれｘ_３，ｘ_１，ｆmotorをラプラス変換した関数である。またsはラプラス演算子である。

また、バネ下部材の運動方程式は、下記の（３）式により表される。

（３）式をラプラス変換することにより（４）式が得られる。

（４）式において、Ｆ_ｒ(s)はｆ_ｒをラプラス変換した関数である。

（４）式を変形すると（５）式が得られ、さらに（５）式から、（６）式および（７）式が導かれる。

（６）式および（７）式を（２）式に代入することにより、（８）式が得られる。

目標モータ力ｆmotor^＊は、バネ下実作用力ｆ_ｒが必要作用力ｆoutになるように決定されるモータ力である。したがって、目標モータ力ｆmotor^＊は、（８）式のＦ_ｒ(s)にＦout (s)を代入した（９）式に基づいて求めることができる。

（９）式において、Ｆmotor(s)*は目標モータ力ｆmotor^＊をラプラス変換した関数、Ｆout(s)は必要作用力ｆoutをラプラス変換した関数である。（９）式の右辺第１項は、モータ力が中間部材および直列サブアブソーバ４０を介してバネ下部材に伝達される場合における力の伝達率を考慮した項（直列伝達補償項）であり、必要作用力Ｆout(s)に係る伝達関数は、モータ力が中間部材および直列サブアブソーバ４０を介してバネ下部材に伝達される場合における力の伝達特性を表す伝達関数（直列伝達補償用伝達関数）である。また、（９）式の右辺第２項は、中間部材の慣性力を考慮した項（慣性補償項）である。

目標モータ力演算部は、（９）式に基づいて演算した目標モータ力ｆmotor^＊を車高ずれ補償部１２０に出力する。

このように演算された目標モータ力ｆmotor^＊を使って電磁アクチュエータ３０を駆動制御した場合には、バネ上部材とバネ下部材との間の相対運動がアクティブに行われるため、それに伴ってバネ上部材とバネ下部材との離間距離に相当する車高も変化する。このため、エアバネ制御部１５０が、実車高ｈが目標車高ｈ^＊になるようにエアバネ装置２０における気体の流入・流出を制御しても、実車高ｈが目標車高ｈ^＊から外れてしまう。これは、給排装置８０による気体の流入・流出による車高調整は、電磁アクチュエータ３０によるバネ上部材とバネ下部材との間の相対運動に比べてはるかに遅いからである。これにより、中央ストッパ２８がリバウンドストッパ２９ａあるいはバウンドストッパ２９ｂに当接しやすくなり、ストッパ当たりの衝撃により良好な乗り心地性能を維持することが困難となるおそれがある。また、実車高ｈが目標車高ｈ^＊から外れやすいため、給排装置８０による車高調整の頻度がいたずらに増加してしまう。

こうした課題を解決するために、本実施形態においては、車高ずれ補償部１２０を備えている。車高ずれ補償部１２０は、車高偏差演算部１２１と、ローパスフィルタ処理部１２２と、モータ力補正量演算部１２３と、目標モータ力補正演算部１２４とから構成されている。車高ずれ補償部１２０は、操縦安定制御（良好な操縦安定性を確保する制御）が行われているか否かを判断し、操縦安定制御が行われてない場合に作動し、操縦安定制御が行われている場合には作動しない。例えば、車高ずれ補償部１２０は、ロール抑制制御力演算部１１２で算出されたロール抑制制御力ｆroと、ピッチ抑制制御力演算部１１３で算出されたピッチ抑制制御力ｆpiとを入力し、ロール抑制制御力ｆroが基準値以下となり、かつ、ピッチ抑制制御力ｆpiが基準値以下となる場合において、操縦安定制御が行われてないと判定して作動する。

車高偏差演算部１２１は、車高変更スイッチ６６により設定されている目標車高ｈ^＊と、車高センサ６３により検出される実車高ｈとを入力し、次式のように、目標車高ｈ^＊から実車高ｈを減算することで車高偏差Δｈｏを演算して、演算結果をローパスフィルタ処理部１２２に出力する。
Δｈｏ＝（ｈ^＊−ｈ）

ローパスフィルタ処理部１２２は、車高偏差Δｈｏを入力し、ローパスフィルタを用いて車高偏差Δｈｏに含まれる高周波ノイズ成分を除去して、ノイズ成分の除去された車高偏差Δｈをモータ力補正量演算部１２３に出力する。ローパスフィルタ処理部１２２におけるカットオフ周波数は、振動減衰制御における制御周波数帯よりも十分に低い周波数に設定される（例えば、０．０１Ｈｚ）。

モータ力補正量演算部１２３は、次式のように、車高偏差Δｈに予め設定された車高補償ゲインＫｈを乗じることによりモータ力補正量Δｆｈを算出し、算出したモータ力補正量Δｆｈを目標モータ力補正演算部１２４に出力する。この場合、車高補償ゲインＫｈは、バネ定数に相当するものとなる。モータ力補正量Δｆｈの大きさ(絶対値）は、車高偏差Δｈの大きさ(絶対値）が大きいほど大きく設定される。
Δｆｈ＝Ｋｈ・Δｈ

目標モータ力補正演算部１２４は、目標モータ力演算部１１６から出力された目標モータ力ｆmotor^＊と、モータ力補正量演算部１２３から出力されたモータ力補正量Δｆｈとを入力し、次式に示すように、目標モータ力ｆmotor^＊にモータ力補正量Δｆｈを加算した値を、新たな目標モータ力ｆmotor^＊に置き換える。つまり、目標モータ力ｆmotor^＊をモータ力補正量Δｆｈだけ加算補正した値を、最終的な目標モータ力ｆmotor^＊として設定する。
ｆmotor^＊＝ｆmotor^＊＋Δｆｈ

この場合、モータ力補正量Δｆｈは、車高偏差Δｈが正の値をとる場合（実車高ｈが目標車高ｈ^＊に対して低い）には、電磁アクチュエータ３０を伸長させる方向に働く力となり、車高偏差Δｈが負の値をとる場合（実車高ｈが目標車高ｈ^＊に対して高い）には、電磁アクチュエータ３０を収縮させる方向に働く力となる。

目標モータ力補正演算部１２４は、最終的な目標モータ力ｆmotor^＊を算出すると、算出した目標モータ力ｆmotor^＊に対応する制御信号をモータＥＤＵ５０に出力する。これにより、モータＥＤＵ５０においては、３相インバータ５１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、目標モータ力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が目標モータ力ｆmotor^＊を発生する。

尚、操縦安定制御が行われている場合においては、目標モータ力補正演算部１２４は、目標モータ力演算部１１６から出力された目標モータ力ｆmotor^＊を補正することなく、そのまま最終的な目標モータ力ｆmotor^＊として設定する。

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、車高偏差Δｈに基づいて、実車高ｈが目標車高ｈ^＊に近づく方向に働くモータ力補正量Δｆｈを演算し、このモータ力補正量Δｆｈで目標モータ力ｆmotor^＊を補正する。従って、電磁アクチュエータ３０がアクティブに振動減衰制御を行っても、それによる車高ずれを抑制することができる。この結果、サスペンション本体１０のストッパ当たりによる衝撃が低減されて乗り心地が向上する。また、実車高ｈが目標車高ｈ^＊から外れにくいため、給排装置８０による車高調整の頻度を低減することができる。更に、操縦安定制御時においては、車高ずれ補償部１２０を作動させないため、操縦安定制御を邪魔することが無く安全性を維持することができる。

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、直列サブアブソーバ４０を電磁アクチュエータ３０と直列に設けているが、必ずしも、直列サブアブソーバ４０を設ける必要はない。また、目標モータ力ｆmotor^＊の演算方法に関しても、少なくともバネ上部材の振動を抑制するものであれば良く、バネ下減衰制御力、ロール抑制制御力、ピッチ抑制制御力等を加味しないものであってもよい。

また、本実施形態では、電動モータ３１の回転運動をボールネジ機構３２によりボールネジ軸３２１の軸方向運動に変換させる構成を採用しているが、リニアソレノイドタイプの直動型モータを用いた電磁アクチュエータを採用することもできる。

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、５０…モータＥＤＵ、５１…３相インバータ、５２…ＰＷＭ制御信号出力回路、６１…バネ上加速度センサ、６２…バネ下加速度センサ、６３…車高センサ、６４…前後加速度センサ、６５…横加速度センサ、６６…車高変更スイッチ、８０…給排装置、１００…サスペンションＥＣＵ、１１０…アクチュエータ制御部、１１１…振動減衰制御力演算部、１１２…ロール抑制制御力演算部、１１３…ピッチ抑制制御力演算部、１１４…必要作用力演算部、１１５…慣性力演算部、１１６…目標モータ力演算部、１２０…車高ずれ補償部、１２１…車高偏差演算部、１２２…ローパスフィルタ処理部、１２３…モータ力補正量演算部、１２４…目標モータ力補正演算部、１５０…エアバネ制御部。

Claims (2)

1. 車両のバネ上部材とバネ下部材との間に配設され、気体の圧力によって前記バネ上部材を前記バネ下部材に弾性的に支持するとともに、気体が流入・流出させられることによって上下方向における前記バネ上部材と前記バネ下部材との離間距離を変更可能なエアバネ装置と、
   車高を検出する車高検出手段と、
   前記車高検出手段により検出された車高が目標車高になるように、前記エアバネ装置における気体の流入・流出を制御する車高制御手段と、
   前記エアバネ装置に並列に設けられ、モータの電磁力により前記バネ上部材と前記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と、
   前記バネ上部材の上下振動を減衰させるように前記電磁アクチュエータの目標制御量を演算し、演算した目標制御量にしたがって前記電磁アクチュエータを駆動制御するアクチュエータ制御手段と
   を備えた車両のサスペンション装置において、
   前記車高検出手段により検出された車高と前記目標車高との偏差に基づいて、前記偏差が大きいほど大きく設定される前記電磁アクチュエータの目標制御量の補正量を演算する補正量演算手段と、
   前記補正量演算手段により演算された補正量に基づいて、前記車高が前記目標車高に近づく方向に前記目標制御量を補正する制御量補正手段と
   を備えたことを特徴とする車両のサスペンション装置。
2. 前記アクチュエータ制御手段は、操縦安定制御用の制御量を含めて前記電磁アクチュエータの目標制御量を演算するものであり、
   前記制御量補正手段は、前記アクチュエータ制御手段により操縦安定制御が行われている場合には、前記目標制御量を補正しないことを特徴とする請求項１記載の車両のサスペンション装置。

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