(57)【要約】【課題】脱調の解消中に乗員が感じる乗り心地の違和感を最小限に抑制し、かつ、短時間で脱調の解消が完了する電子制御式サスペンション装置等を提供すること。【解決手段】流路２９により２室が連通したショックアブソーバ２０と、流路２９の実行流路面積を調整する絞り弁２８と、絞り弁を駆動する電気モータ１５と、電気モータの回転範囲を規制する一対の回転規制手段３１，３２と、車体１６の上下方向の運動状態を検出するセンサ１１，１２と、車体１６の上下方向の変動を抑制するショックアブソーバの減衰力を算出する減衰力算出手段１１と、を有し、減衰力に対応する電機モータの指示前回転位置への回転量を該電機モータに出力して、オープンループ制御する電子制御式サスペンション装置１００において、指示前回転位置が、回転範囲の上限又は下限に相当するものである場合、指示前回転位置まで回転する回転量に追加回転量を加えて電機モータに出力する。【選択図】図５
2010064582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路により２室が連通したショックアブソーバと、
前記流路の実行流路面積を調整する絞り弁と、
前記絞り弁を駆動する電気モータと、
前記電気モータの回転範囲を規制する一対の回転規制手段と、
車体の上下方向の運動状態を検出するセンサと、
車体の上下方向の変動を抑制する前記ショックアブソーバの減衰力を算出する減衰力算出手段と、を有し、
前記減衰力に対応する前記電機モータの指示前回転位置への回転量を該電機モータに出力して、オープンループ制御する電子制御式サスペンション装置において、  
前記指示前回転位置が、前記回転範囲の上限又は下限に相当するものである場合、前記指示前回転位置まで回転する回転量に追加回転量を加えて前記電機モータに出力する、
ことを特徴とする電子制御式サスペンション装置。
【請求項２】
前記追加回転量は、
脱調により生じた前記指示前回転位置と実際の回転位置のずれに対応した回転量以上である、
ことを特徴とする請求項１記載の電子制御式サスペンション装置。
【請求項３】
流路により２室が連通したショックアブソーバと、
前記流路の実行流路面積を調整する絞り弁と、
前記絞り弁を駆動する電気モータと、
前記電気モータの回転範囲を規制する一対の回転規制手段と、
車体の上下方向の運動状態を検出するセンサと、
車体の上下方向の変動を抑制する前記ショックアブソーバの減衰力を算出する減衰力算出手段と、を有し、
前記減衰力に対応する前記電機モータの指示前回転位置への回転量を該電機モータに出力して、オープンループ制御する電子制御式サスペンション装置の脱調修正方法において、  
前記指示前回転位置が、前記回転範囲の上限又は下限に相当するものである場合、前記指示前回転位置まで回転する回転量に追加回転量を加えて前記電機モータに出力する、
ことを特徴とする電子制御式サスペンション装置の脱調修正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減衰力が可変な電子制御式サスペンション装置に関し、特に、指令値の減衰力と実際の減衰力の脱調を修正可能な電子制御式サスペンション装置及び脱調修正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
減衰力が可変な電子制御式サスペンションは、ばね上部材とばね下部材の車両上下方向における相対変位の方向、及び、相対速度の方向が一致する場合には加振方向にあるとして減衰力を低減し、一致しない場合には制振方向にあるとして減衰力を増加するなど、走行状況に応じて減衰力を可変に制御する。
【０００３】
減衰力を可変にするため、ショックアブソーバの絞り弁の開度をアクチュエータにより制御して作動油が絞り弁を通過する速度を調整する構造を用いることが多い。このため、マイコン等により所望の減衰力となるようにアクチュエータを駆動するが、フィードバック制御でなくオープン制御が用いられると、指示した減衰力と実際の減衰力が一致しない脱調と呼ばれる状態に陥る。いったん脱調すると、以後は指示する減衰力と実際の減衰力がずれた状態が継続するため、乗り心地が悪化してしまう。
【０００４】
そこで、脱調を未然に防止したり脱調を解消する技術が考えられている（例えば、特許文献１、２参照。）。特許文献１には、推定されたショックアブソーバのピストン速度が所定値以上の場合、脱調状態となるおそれがあると判定し、ステップモータを原点となるストッパに当接するまで回転させる脱調の解消方法が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、所定時間経過した場合や減衰力の変更を所定回数以上行った場合に、ステップモータを制振又は加振それぞれの基準位置となるストッパに当接するまで回転させる脱調の解消方法が記載されている。
【特許文献１】特開平７−１８６６５８号公報
【特許文献２】特開平５−３８９１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１又は２記載の脱調の解消方法では、脱調の解消動作中はストッパに当接するまでアクチュエータが駆動されるので乗り心地や操作安定性に違和感が生じるという問題がある。また、いったん、ストッパに当接してから所望の減衰力が得られる位置まで再度ステップモータを回転駆動するので、解消動作に時間がかかるという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、脱調の解消中に乗員が感じる乗り心地の違和感を最小限に抑制し、かつ、短時間で脱調の解消が完了する電子制御式サスペンション装置及び脱調修正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題に鑑み、本発明は、流路により２室が連通したショックアブソーバと、流路の実行流路面積を調整する絞り弁と、絞り弁を駆動する電気モータと、電気モータの回転範囲を規制する一対の回転規制手段と、車体の上下方向の運動状態を検出するセンサと、車体の上下方向の変動を抑制するショックアブソーバの減衰力を算出する減衰力算出手段と、を有し、減衰力に対応する電機モータの指示前回転位置への回転量を該電機モータに出力して、オープンループ制御する電子制御式サスペンション装置において、指示前回転位置が、回転範囲の上限又は下限に相当するものである場合、指示前回転位置まで回転する回転量に追加回転量を加えて前記電機モータに出力する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
脱調の解消中に乗員が感じる乗り心地の違和感を最小限に抑制し、かつ、短時間で脱調の解消が完了する電子制御式サスペンション装置及び脱調修正方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
本実施形態の電子制御式サスペンション装置１００は、脱調状態か否かを特に判定することなく（判定してもよい）、減衰力の指令値が所定値になると、脱調しているか否かに関わりなく、脱調の解消動作を実行する（以下、イニシャライズという）。以下では、サスペンションＥＣＵ１４（electronic  control  unit）が指示する減衰力の制御値を指令段といい、ステップモータ１５の実際の制御位置（回転位置）を実制御段という。
【００１１】
具体的には、指令段が最低段又は最高段である場合、最低段又は最高段までステップモータ１５を回転させる以上の回転量をステップモータ１５に指示する。このイニシャライズにより、それまで脱調しているか否かに関わらず実制御段が必ず最低段又は最高段に一致するので、指令段と実制御段が一致することになり、脱調が解消される。
【００１２】
指令段が最低段又は最高段である場合、実制御段も最低段又は最高段と一致するか近い状態にあると考えてよいので、イニシャライズによる乗り心地の変化を最低限に抑制できる。また、実制御段は最低段又は最高段に近く、最低段又は最高段が指令段になるので、極めて短時間でイニシャライズを完了することができる。
【００１３】
図１は、電子制御式サスペンション装置１００のブロック図の一例を示す。ショックアブソーバ２０の減衰力は、サスペンションＥＣＵ１４により制御され、ＥＣＵにはＣＡＮ（Controller  Area  Network）などの車載ＬＡＮや専用線を介してバネ上加速度センサ１１、相対変位センサ１２、車速センサ１３、及び、ステップモータ１５が接続されている。また、図示右側は、バネ下部材である車輪１９とバネ上部材である車体１６の力学構造を模式的に示したもので、ダンパ１８とバネ１７がショックアブソーバ２０を表す。
【００１４】
サスペンションＥＣＵ１４は、ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＮＶＲＡＭ、入出力インターフェイス及びＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）等を備えたコンピュータを実体とする。例えばＲＯＭには、予め脱調をイニシャライズするためのプログラムが記憶されており、ＲＡＭには直前に指示した指令段が記憶されている。
【００１５】
サスペンションＥＣＵ１４は、ＡＳＩＣ等のハードウェア回路又はＣＰＵがプログラムを実行することで実現される減衰力算出部４１、指令段決定部４２、判定部４３、及び、回転量追加部４４を有する。
【００１６】
サスペンションＥＣＵ１４の減衰力算出部４１は、例えばスカイフック理論に基づき、車体１６の上下方向の加速度及び車体１６と車輪１９の相対速度から減衰力を算出する。バネ上加速度センサ１１は、各車輪１９ごとに設けられておりそれぞれ車体１６の上下方向の加速度を検出する。相対変位センサ１２は、各車輪１９ごとに、車体１６と車輪１９との相対変位量を検出する、例えばバネ１７の伸長量を検出するセンサである。車速センサ１３は、各輪の回転速度を検出してそれから車両の車速を出力するセンサである。
【００１７】
バネ上加速度センサ１１の出力値は、積分回路により積分され車体１６の上下方向の速度Ｖｚが検出可能になっており、また、相対変位センサ１２の出力値は微分回路により微分され、車体１６と車輪１９の相対速度Ｖが得られるようになっている。
【００１８】
スカイフック理論について簡単に説明する。図２は、スカイフック理論を適用したショックアブソーバ２０の力学モデルを模式的に説明する図の一例である。空中に固定したスカイフックダンパ１８’を仮想して、仮想の減衰力をスカイフックダンパ１８’にて発生させることを仮定する。
【００１９】
バネ上部材（車体１６）とバネ下部材（車輪１９）の相対速度をＶ，相対変位量をＬとすれば、図１の実際の力学モデルでは、車体１６の運動方程式は次式で現すことができる。ただし、ｍは、車体１６の質量、ａは車体１６の上下方向の加速度、Ｃはダンパ１８による減衰係数であり、ｆはバネ１７のばね定数である。
ｍ・ａ＝−Ｃ・Ｖ−ｆ・Ｌ
一方、図２に示す仮想のスカイフックダンパ１８’を備えたショックアブソーバ２０においては、車体１６の運動方程式は次式で現すことができる。ただし、Ｃｓは仮想のスカイフックダンパ１８’の減衰係数である。
ｍ・ａ＝−Ｃｓ・ＶZ−ｆ・Ｌ
両式から、
Ｃ  ＝  −Ｃｓ・Ｖｚ／Ｖ＝−Ｃｓ・Ｖｚ／(Ｖｚ−Ｖｘ)
となる。Ｖｘは車輪１９の上下方向の速度である。
【００２０】
したがって、スカイフックされたショックアブソーバ２０の減衰係数Ｃｓを適宜決定することで、実際のショックアブソーバ２０による減衰力Ｃを制御することと等価となる。減衰力算出部４１は、車体１６の上下方向の加速度等の上下方向の運動状態、車両の旋回操作などの車両の状態に応じて、スカイフックされた車体１６の変位量等が最小になる右辺のＣｓを推定する。そして、バネ上加速度センサ１１により車体１６の上下方向の速度ＶZを、相対変位センサ１２により相対速度(ＶZ−ＶX)を、検出して、実際のショックアブソーバ２０の減衰力Ｃを算出する。
【００２１】
スカイフック理論により、図１の実際のダンパ１８をソフト状態（加振状態）に固定した場合に１〜２Ｈｚの車体１６の共振周波数付近にて、車体１６の上下加速度が大きくなること、また実際のダンパ１８をハード状態（制振状態）に固定した場合に４〜８Ｈｚのゴツゴツ感領域にて車体１６の上下加速度が大きくなることを低減できる。
【００２２】
図３はショックアブソーバ２０の断面図の一例を示す。ショックアブソーバ２０は、シリンダ２１にピストン２７が摺動可能に嵌合されて構成されている。ピストン２７によってシリンダ２１内の油室がシリンダ上室とシリンダ下室とに仕切られており、これら両室間における作動油の流通はピストン２７等に形成された狭い流路２９により許されている。
【００２３】
ピストン２７からはロッド２２が同心軸に延出している。本実施形態のショックアブソーバ２０は、流路２９の実効流路面積が絞り弁２８により変化させられることによって減衰力が変化する。絞り弁２８の開度の調整は、ステップモータ１５の回転運動が直進運動を変化させられることで実現される。
【００２４】
本実施形態では絞り弁２８にスプール弁が適用されており、流路２９の途中に配置されたスプール弁は、ハウジングとして機能するロッド２２の一部にスプール２６が摺動可能に嵌合されて構成されている。スプール２６は、その軸方向の位置に応じて、流路２９の実行流路面積を変化させる。
【００２５】
スプール弁は回転軸シャフト３３を介して軸方向のステップモータ１５と連結されている。ステップモータ１５は、ロータ２４とステータ３４とを有し、ロータ２４には永久磁石（不図示）、ステータ３４には電磁石２５がそれぞれ固定されて構成されている。電磁石２５にパルス信号を供給することで決まって角度だけロータ２４を回転させることができる。ロータ２４を上方平面から見て、右回転するとロータ２４が下方向に移動し、左方向に回転するとロータ２４は上方向に移動する。
【００２６】
ロータ２４が回転すると、運動変換機構２３により回転運動がスプール２６の直線運動に変換される。点線で示した運動変換機構２３は、ボールねじ機構として実装されており、ロータ２４と共に回転するめねじ部材（不図示）と、これに複数のボールを介して螺合されたおねじ部材（不図示）とを有し、おねじ部材を回転阻止状態で軸方向摺動可能に支持することで、めねじ部材の回転運動をおねじ部材の直線運動に変換するように構成されている。したがって、ロータ２４の回転によりスプール２６が軸方向に移動するので、流路２９の実行流路面積を制御することができる。
【００２７】
そして、本実施形態のショックアブソーバ２０は、固定ストッパ３１と固定ストッパ３１に当接する係止部材３２とを備えている。図４は、固定ストッパ３１と係止部材３２の平面図の一例を示す。固定ストッパ３１は、回転軸シャフト３３と同心円の平面に、リング状の円周部と、円周部から半径方向に延設された１対の扇形状の凸部３１ａ、３１ｂを有する。
【００２８】
また、係止部材３２は回転軸シャフト３３の半径方向に突出して固定されている。したがって、係止部材３２はロータ２４と一体に回転する。なお、係止部材３２の径方向の長さは、固定ストッパ３１の扇形状の凸部３１ａ、３１ｂの先端から回転軸シャフト３３の表面までの間隔、よりも長い。
【００２９】
固定ストッパ３１と係止部材３２は、ロータ２４の回転方向の最小回転位置と最大回転位置を共働して定めるものであり、係止部材３２と固定ストッパ３１の凸部３１ａが当接するとロータ２４はその最小回転位置で停止する。同様に、ロータ２４が最小回転位置から回転し、係止部材３２と固定ストッパ３１の凸部３１ｂと当接すると、ロータ２４はその最大回転位置で停止する。
【００３０】
最小回転位置では、スプール２６が最も開いた位置（上方向）にあるので、ショックアブソーバ２０の減衰力は最小となる。脱調していない場合、最小回転位置におけるステップモータ１５の指令段は最低段である「１」である。一方、最大回転位置では、スプール２６が最も流路２９を狭めた位置（下方向）にあるので、ショックアブソーバ２０の減衰力は最大となる。脱調していない場合、最大回転位置におけるステップモータ１５の指令段は最高段である「１０」である。すなわち、このショックアブソーバ２０は１０段階に減衰力を制御できる。
【００３１】
図１の指令段決定部４２は、減衰力に対応する指令段を１〜１０の範囲で決定する。１〜１０の指令段に基づき回転量をステップモータ１５に指示すると、ステップモータ１５は指令された回転量だけロータ２４を回転させる。しかしながら、作動油の粘度が高い場合や、流路２９を通過する作動油の流速が速い場合など、ロータ２４の回転に対し作動油が大きな回転抵抗を示すと、指令段と実制御段が一致しない脱調状態となる。オープン制御では、実制御段をフィードバックせず、直前の指令段からの目標の指令段までの差分の回転量を指示するので、一度、脱調すると脱調状態が解消される可能性は低い。
【００３２】
図５（ａ）は、脱調状態を模式的に説明する図である。図では、時間［秒］を横軸に、指令段（点線）と実制御段（実線）を縦軸に示した。時刻Ｔ１まで指令段と実制御段は一致している。なお、サスペンションＥＣＵ１４がオープン制御によりステップモータ１５を制御する場合、指令段と実制御段が一致するか否かは不明であるが、減衰力の算出過程で推定する車両の状態と、センサの検出値から脱調を推測することもできる。
【００３３】
そして、時刻Ｔ１で脱調が発生すると以降はその状態が継続されている。図では、指令段よりも実制御段が大きいので、算出された最適な減衰力よりも実際の減衰力が高い状態となっている。すなわち、乗り心地が悪化した状態が継続してしまうことになる。
【００３４】
そこで、本実施形態の電子制御式サスペンション装置１００は、指令段が最低段の時、最小回転位置に到達するよりも多くロータ２４が回転するようにステップモータ１５に回転量を指示する。また、同様に、指令段が最高段の時、最大回転位置に到達するよりも多くロータ２４が回転するようにステップモータ１５に回転量を指示する。換言すると、指令段が最低段の場合、直前の指令段と最低段までの差分の回転角度に、所定の回転角を追加してステップモータ１５を回転させ、指令段が最高段の場合、直前の指令段と最高段までの差分の回転角度に、所定の回転角を追加してステップモータ１５を回転させる。
【００３５】
図５（ｂ）は、脱調状態の解消を模式的に説明する図の一例である。図５（ａ）と同様に時刻Ｔ１で脱調が発生している。その後、時刻Ｔ２まで指令段と実制御段が異なった状態が継続するが、時刻Ｔ２で指令段が最低段となる。図１の判定部４３はこれを検知して、回転量追加部４４は、最小回転位置に到達するよりも大きくロータ２４が回転するように、ステップモータ１５に指示する回転量を追加する。例えば、時刻Ｔ２の指令段が３であるのに対し実制御段が６の場合、従来であれば「３−１＝２」段分の回転指示をロータ２４に要求するが、図５（ａ）に示すように、これでは実制御段は「６−２＝４」段までしか到達しない。
【００３６】
本実施形態のサスペンションＥＣＵ１４は、指令段が３の状態で最低段を指令段とする場合、「３−１＝２」段分＋追加段数αの回転指示をステップモータ１５に要求する。
【００３７】
追加段数αは、「実制御段と指令段の差分」以上であればよいが、実制御段は不明であるので、脱調して生じうる「実制御段と指令段の差分の最大値」となる。したがって、指令段が１０段ある場合、追加段数αを「１０−１＝９」段とすることで、実制御段と指令段がどれだけずれていても、脱調を解消することができる。
【００３８】
過分な追加段数は、係止部材３２と固定ストッパ３１が当接した後も回転力を印可するため発熱をもたらしたり、大きな当接音の発生を生じさせるおそれがある。そこで、追加段数αを、最後に指令段をイニシャライズしてからの経過時間の関数により決定してもよい。経過時間が長いほど、脱調する可能性及び実制御段と指令段の差が大きくなると考えられるので、時間に比例して大きくなるように追加段数αを定める。
追加段数α＝ｃ・ｔ    ｃ：一定の係数  ｔ：時間
また、指令段の変更回数が多いほど、脱調する可能性及び実制御段と指令段の差が大きくなると考えられるので、最後にイニシャライズしてからの指令段の変更回数に比例して大きくなるように追加段数αを定めてもよい。
追加段数α＝ｄ・ｎ    ｄ：一定の係数  ｎ：変更回数
また、脱調は上記のように作動油の粘度や流路２９の流速に依存する場合があるので、定数ｃ、ｄを作動油の粘度や一度の変更段の関数にしてもよい。
追加段数α＝ｃ（粘度）・ｔ  
追加段数α＝ｄ（一度の変更段）・ｎ
ｃ（粘度）はｃが粘度の関数であることを、ｄ（一度の変更段）はｄが一度の変更段の関数であることをそれぞれ示す。
【００３９】
図６は、サスペンションＥＣＵ１４が脱調をイニシャライズする手順を示すフローチャート図の一例である。図６のフローチャート図はイグニッションオンによりスタートし、以後は所定のサイクル時間毎に繰り返し実行される。
【００４０】
まず、減衰力算出部４１は、バネ上加速度センサ１１からバネ上加速度を、相対変位センサ１２から車体１６と車輪１９の相対変位量を読み出す（Ｓ１０）。そして、減衰力算出部４１は、これらの検出値、検出値の微分値や積分値、指令段の減衰力を用いて、車体１６の状態を推定する（Ｓ２０）。
【００４１】
そして、減衰力算出部４１は、推定された車体１６の状態から例えばスカイフック理論を用いて好ましい減衰係数Ｃｓを算出し、これと車体１６の上下方向の速度Ｖｚ及び相対変位速度Ｖから実際のショックアブソーバ２０の減衰力（減衰係数Ｃ）を決定する（Ｓ３０）。指令段決定部４２は、この減衰力に対応した指令段を決定する。
【００４２】
ついで、判定部４３は、指令段が最低段「１」か否か又は最高段「１０」か否かを判定する（Ｓ４０）。最低段でなく、最高段でもない場合（Ｓ４０のＮｏ）、決定した指令段がそのまま指令段となる（Ｓ５０）。サスペンションＥＣＵ１４は、直前の指令段から目標の指令段からまでの差分に応じて、ステップモータ１５の回転量（回転角）を演算する（Ｓ７０）。
【００４３】
一方、指令段が最低段又は最高段の場合（Ｓ４０のＹｅｓ）、回転量追加部４４は、現在の指令段と最低段又は最高段までの差分に、追加段数αを加える（Ｓ６０）。
【００４４】
そして、サスペンションＥＣＵ１４は、現在の指令段から最低段又は最高段までの差分に、追加段数αを加えた段数に応じて、ステップモータ１５の回転量（回転角）を演算する（Ｓ７０）。これにより、現在の回転位置から最小回転位置まで、又は、最大回転位置までよりも大きく回転する制御信号をステップモータ１５に指示できる。
【００４５】
サスペンションＥＣＵ１４は、ステップＳ７０で算出されたステップモータ１５の回転量をステップモータ１５に指示するので（Ｓ８０）、ステップモータ１５が回転し（Ｓ９０）、減衰力を変化させることができる（Ｓ１００）。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態の電子制御式サスペンション装置１００は、指令段が最低段又は最高段の時に脱調をイニシャライズすることで、イニシャライズによる乗り心地の変化を最低限に抑制し、かつ、極めて短時間でイニシャライズを完了することができる。また、ハードウェアの追加はほとんど必要なく、ソフトウェア上のロジックの追加も最小限でよいのでコスト増を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】電子制御式サスペンション装置のブロック図の一例である。
【図２】スカイフック理論を適用したショックアブソーバの力学モデルを模式的に説明する図の一例である。
【図３】ショックアブソーバの断面図の一例である。
【図４】固定ストッパと係止部材の平面図の一例である。
【図５】脱調状態を模式的に説明する図、脱調状態の解消を模式的に説明する図のそれぞれ一例である。
【図６】サスペンションＥＣＵが脱調をイニシャライズする手順を示すフローチャート図の一例である。
【符号の説明】
【００４８】
１１    バネ上加速度センサ
１４    サスペンションＥＣＵ
１５    ステップモータ
１６    車体（バネ上部材）
１９    車輪（バネ下部材）
２０    ショックアブソーバ
２２    ロッド
２４    ロータ
２７    ピストン
２８    絞り弁
３１    固定ストッパ
３２    係止部材
１００  電子制御式サスペンション装置
【図１】
2010064582.tif 000003
【図２】
2010064582.tif 000004
【図３】
2010064582.tif 000005
【図４】
2010064582.tif 000006
【図５】
2010064582.tif 000007
【図６】
2010064582.tif 000008