(57)【要約】【課題】  構造が簡素で、かつエネルギー効率に優れたモータ組み込みサスペンション装置を提供する。【解決手段】  車体と車輪６３を回転自在に支持するハブ６４とを連結し、車体の上下運動を減衰させるサスペンション機構（バネ６１、ダンパー６２、アンダーアーム６５）と、車輪６３に駆動力を発生させるモータ７０と、車体に対しモータトルクの発生方向に応じて車体を上下させるモータ反力が作用するようにモータ７０と車体とを結合するダンパー６８と、を備える。【選択図】        図３
2006130986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と車輪を回転自在に支持する回転支持部とを連結し、車体の上下運動を減衰させるサスペンション機構と、
前記車輪に駆動力を発生させるモータと、
車体に対しモータトルクの発生方向に応じて車体を上下させるモータ反力が作用するようにモータと車体とを結合する結合部材と、
を備えることを特徴とするモータ組み込みサスペンション装置。
【請求項２】
請求項１に記載のモータ組み込みサスペンション装置において、
前記モータを、サスペンション機構のバネ下側に前記回転支持部材に対し車輪の回転軸周りに揺動自在に設け、
前記車輪を前進方向に回転させるようにモータが駆動されたとき、モータ自身が前記回転軸周りを上方側へ揺動し、前記結合部材が車体を上方へ押し上げるように設定したことを特徴とするモータ組み込みサスペンション装置。
【請求項３】
車両の左右車輪と車体とを連結するサスペンション装置として、請求項１または請求項２に記載のモータ組み込みサスペンション装置を用いたことを特徴とする電動車両。
【請求項４】
請求項３に記載の電動車両において、
車両の走行状態に応じて左右モータのモータトルクを制御するモータトルク制御手段を備えることを特徴とする電動車両。
【請求項５】
請求項４に記載の電動車両において、
前記モータトルク制御手段は、車両の旋回時、旋回外輪側となるモータのモータトルクを、旋回内輪側となるモータのモータトルクよりも大きくすることを特徴とする電動車両。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５に記載の電動車両において、
前記モータ組み込みサスペンション装置を装着した車輪を、車両の前後重心位置よりも後方側に配置したことを特徴とするモータ組み込みサスペンションを備えた車両。
【請求項７】
請求項６に記載の電動車両において、
前記モータトルク制御手段は、車両の加速駆動時、左右モータを駆動動作させることを特徴とする電動車両。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の電動車両において、
前記モータトルク制御手段は、車両の減速制動時、左右モータを回生動作させることを特徴とする電動車両。
【請求項９】
請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載の電動車両において、
前記モータ組み込みサスペンション装置を装着した車輪を、車両の前後重心位置よりも前方側に配置し、
前記モータトルク制御手段は、車両の加速駆動時、前輪モータトルクによる車体押し上げ量が後輪モータトルクによる車体押し上げ量よりも小さくなるように、前後輪の駆動力配分を行なうことを特徴とする電動車両。
【請求項１０】
請求項９に記載の電動車両において、
前記モータトルク制御手段は、車両の減速制動時、前輪モータトルクによる車体を押し下げ量が後輪モータトルクによる車体押し下げ量よりも小さくなるように、前後輪の回生トルク配分を行なうことを特徴とする電動車両。
【請求項１１】
請求項３ないし請求項１０のいずれか１項に記載の電動車両において、
車両の駆動力目標値を生成する駆動力目標値生成手段と、
前記駆動力目標値に対応するトルク指令値を生成するトルク指令値生成手段と、
前記トルク指令値に対し、進み補償を実施する進み補償手段と、
を備えることを特徴とする電動車両。
【請求項１２】
請求項３ないし請求項１１のいずれか１項に記載の電動車両において、
路面段差を検出する路面段差検出手段と、
検出された路面が凸であるとき、各モータへのトルク指令値を制動力側に補正し、検出された路面が凹であるとき、各モータへのトルク指令値を駆動力側に補正するトルク指令値補正手段と、
を備えることを特徴とする電動車両。
【請求項１３】
請求項１２に記載の電動車両において、
前記トルク指令値補正手段は、
検出された路面が凸であるとき、少なくとも１つのモータへのトルク指令値を制動力側に補正すると共に、他の少なくとも１つのモータへのトルク指令値を駆動力側に補正し、
検出された路面が凹であるとき、少なくとも１つのモータへのトルク指令値を駆動力側に補正すると共に、他の少なくとも１つのモータへのトルク指令値を制動力側に補正することを特徴とする電動車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のサスペンションストロークをアクティブに変化させるモータ組み込みサスペンション装置およびそれを備えた電動車両の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブサスペンション技術としては、加速度センサ、車高センサ等のセンサ信号に応じて、車体と車輪との間に設けたサスペンション内の油圧シリンダへ供給する油圧を調整することにより、乗員の乗り心地を高めると共に、悪路走破性を向上させるものが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】「自動車のサスペンション」：カヤバ工業株式会社著（山海堂）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術にあっては、油圧発生装置や油圧回路等が必要であり、車両の構造が複雑になる。また、車両重量の増加やエネルギー消費を伴うため、車両の走行効率を向上させにくいという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記従来技術が抱える問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、構造が簡素で、かつエネルギー効率に優れたモータ組み込みサスペンション装置およびそれを備えた電動車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、
車体と車輪を回転自在に支持する回転支持部とを連結し、車体の上下運動を減衰させるサスペンション機構と、
前記車輪に駆動力を発生させるモータと、
車体に対しモータトルクの発生方向に応じて車体を上下させるモータ反力が作用するようにモータと車体とを結合する結合部材と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、モータのトルク反力で車高を調整できるため、アクティブサスペンションのためにアクチュエータを車載する必要が無く、車両を簡素に構成できると共に、エネルギー効率に優れ、アクティブサスペンションと同様の効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の電動車両を実施するための最良の形態を、図面に示す実施例１〜３に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
［システムの全体構成］
図１は、実施例１の電動車両を示す全体システム図である。実施例１の電動車両は、図１に示すように、駆動力発生源としての電気モータ３RL，３RRを備えており、各々の電気モータ３RL，３RRの回転軸は、減速機４RL，４RRを介して、電動車両の後輪２RL，２RRに連結されている。ここで、２つの電気モータ３RL，３RRの出力特性および２つの減速機４RL，４RRの減速比、および、左右の２つの後輪２RL，２RRの半径はいずれも同じである。
【０００９】
前記電気モータ３RL，３RRは、いずれも永久磁石をロータに埋め込んだ三相同期モータである。リチウムイオンバッテリ６との電力授受を制御する駆動回路５RL，５RRが、それらの電気モータ３RL，３RRの力行および回生トルクを、統合コントローラ（モータトルク制御手段）３０から受信するトルク指令値tTRL(左後輪)，tTRR(右後輪)とそれぞれ一致するように調整する。そして、駆動回路５RL，５RRは、各々のモータ回転軸に取り付けられた図外の回転位置センサにより検出したモータ回転速度をそれぞれ統合コントローラ３０へ送信する。
【００１０】
前輪４２は、前輪４２の転舵回転軸４１に備え付けられており、詳細を図２に示す。前輪４２の転舵回転軸４１は、前輪４２の中空支持部４５の内側にあり、ベアリングを介して中空支持部４５に対して回転運動する。要素４４，４３および前輪４２は、いずれも転舵回転軸４１を中心として一体で回転するように支持されている。ここで、回転軸４１の中心を延長したときの地表面との交点Ｐと、タイヤの回転中心点４３の直下点Ｑとは、距離がζ（>０）となるよう構成しており、車両走行時には走行抵抗により、前輪４２の転舵回転軸４１の進む向きとタイヤの向きＡとが一致するようにタイヤが自然に転舵する、いわゆるキャスターの構造としている。前輪４２の中空支持部４５には、中空支持部４５が車両の前後左右方向に変形しにくいよう、車体前後方向と車体横方向にそれぞれ図外の支持軸があり車体と連結されている。また、中空支持部４５には、上下方向に対して図外のバネおよびダンパーが備えられており、前輪４２が路面から受ける上下方向の力を車体に伝えにくくしている。
【００１１】
また、前輪４２には、部位４４に図外の油圧システムによる摩擦ブレーキが備え付けられており、ドライバによるブレーキペダル２２の踏み込みに応じてブレーキ系の油圧が上昇し、油圧の上昇に応じて部位４４に固定されたブレーキパッドが、前輪４２と共に回転するディスクを挟み込むことで前輪４２を制動させる。前記後輪２RL，２RRにも図外の摩擦ブレーキが備え付けられており、前輪４２と同様に、ドライバによるブレーキペダル２２の踏み込みに応じて後輪２RL，２RRを制動させる。
【００１２】
［モータ組み込みサスペンション装置の構成］
次に、後輪２RL，２RRに装着された実施例１のモータ組み込みサスペンション装置を説明する。図３(a)は、右後輪２RRを車両前方から見た図、図３(b)は右後輪２RRを車両内側から見た図である。なお、左後輪２RLは右後輪２RRと同一形状であるため、左後輪２RLの構成のみ説明し、右後輪２RRの説明を省略する。
【００１３】
車輪６３はブレーキディスク６６（ブレーキパッドは不図示）および回転軸７５と連結され、これらは同一の速度で回転する。回転軸７５は図外のベアリングを介してハブ（回転支持部）６４に回転支持されている。ハブ６４は、アンダーアーム６５を介して車体に接続され、さらに部材７２およびバネ６１，ダンパー６２を介して車体に接続されている。バネ６１、ダンパー６２およびアンダーアーム６５により、車体の上下運動を減衰させるサスペンション機構が構成される。
【００１４】
回転軸７５は、ギア７１と連結されており、ギアは電動モータ（以下、モータ）７０の出力軸と固定ギア比で歯車が噛み合っている。さらに回転軸７５は回転支持部材６９を貫通し、ベアリングを介して支持されており、回転支持部材６９は、リンク７３および７４に支えられている。またモータ７０のケースとギア７１のケースとは一体に形成され、回転軸７５周りを回転する。モータ７０のケース上部は、ダンパー（結合部材）６８およびバネ６７を介して車体に接続されている。
【００１５】
すなわち、モータ７０は、サスペンション機構（バネ６１およびダンパー６２）のバネ下側にハブ６４に対し車輪６３の回転軸７５周りに揺動自在に設けられ、車輪６３を前進方向に回転させるようにモータ７０が駆動された場合、モータ７０自身が回転軸７５周りを上方側（図３(b)の右回り）へ揺動するように設定されている。一方、車輪６３を後進方向に回転させるようにモータ７０が駆動された場合には、モータ７０は回転軸７５周りを下方側（左回り）へ揺動することとなる。
【００１６】
図１に示した電動車両では、その前後重心位置は、後輪寄りになるように後輪２RL，２RRの前後位置に、電気モータ３RL，３RRやバッテリなどが配置されている。例えば、前輪荷重と後左右輪の和の輪荷重との比が、２：８となるように前後重心位置を設計しておく。
【００１７】
次に、統合コントローラ３０について説明する。
統合コントローラ３０には、アクセルペダルセンサ２３によって検出するアクセル開度信号と、ブレーキペダルセンサ２２によって検出するブレーキ踏力信号と、ステアリングホイール１１の回転軸に取り付けられた操舵角センサ２１によって検出するステアリングホイール１１の回転角信号と、ドライバによって操作されるシフトレバー２５の状態信号と、前輪４２の転舵回転軸４３に取り付けられた前輪回転センサ４９によって検出する前輪回転速度信号と、駆動回路５RL，５RRから受信する後輪モータ３RL，３RRの回転速度が入力される。シフトレバー２５のシフト位置としては、車両停止時のみ選択可能でパーキング時に使用する位置「Ｐ」、通常前進走行時に使用する位置「Ｄ」がある。
【００１８】
統合コントローラ３０は、これらの信号に基づいて後左輪モータ３RLへのトルク指令値tTRL、後右輪モータ３RRへのトルク指令値tTRRを演算し、各モータ３RL，３RRの駆動回路５RL，５RRに送信する。ここで、後左輪モータ３RLへのトルク指令値tTRL、後右輪モータ３RRへのトルク指令値tTRRは、いずれも単位はNmで、車両を前向きに加速させる向きを正とする。
【００１９】
次に、作用を説明する。
［モータトルクに応じた車高調整作用］
図３(b)において、車輪６３を前進方向に回転（図の左回り）させるようにモータ７０が駆動されると、モータ７０の反力トルクによりモータ７０は上方側（図の右回り）へ揺動する。これにより、モータ７０と一体に設けられたダンパー６８が上方に移動する。一方、車輪６３を後進方向に回転（図の右回り）させるようにモータ７０が駆動されると、モータ７０の反力トルクによりモータ７０は下方側（図の左回り）へ揺動する。これにより、ダンパー６８が下方へ移動する。
【００２０】
すなわち、モータ７０が車両を駆動する向き（前進する向き）にトルクを発生させると、モータ７０はギア７１を介して回転軸７５に駆動トルクを伝達すると共に、その反力で車体が上向きに押し上げられる。反対に、モータ７０が車両を制動する向き（後進する向き）にトルクを発生させると、モータ７０はギア７１を介して回転軸７５に制動トルクを伝達すると共に、その反力で車体が下向きに押し下げられる。
【００２１】
車体の押し上げ量および押し下げ量は、モータトルク、すなわちモータ７０に供給される電流値に比例して増加するが、ダンパー６８およびバネ６７の特性（バネ定数、減衰係数等）を変えることで、モータトルクに対する車体の上下移動量を、車両に応じた所望の特性に設定可能である。
【００２２】
［モード選択制御処理］
図４は実施例１の統合コントローラ３０にて実行されるモード選択制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、統合コントローラ３０は、マイクロコンピュータのほかにRAM／ROMなどの周辺部品を備えており、図４のフローチャートを一定時間毎、例えば5ms毎に実行する。
【００２３】
ステップS401では、各センサ信号や、駆動回路５RL，５RRからの受信信号をRAM変数に格納し、ステップS402へ移行する。具体的には、アクセル開度信号を変数APS（単位は%で、全開時を100%とする。）に格納し、ブレーキ踏力信号を変数BRK（単位はPa）に格納し、ステアリングホイール１１の回転角信号を変数δ（単位はradで、反時計回りを正とする。）に格納し、シフトレバー信号を変数SFTに格納する。また、前輪回転センサ４９からの回転速度信号は変数NFL（単位はrad/sで、車両が前進する向きを正とする。）に格納する。さらに、駆動回路５RL，５RRから受信する信号についても、それぞれのモータの回転速度を変数NRL，NRR（いずれも単位はrad/sで、車両が前進する向きを正とする。）に格納する。
【００２４】
ステップS402では、車両の速度V（単位はm/sで、車両が前進する向きを正とする）を次式で演算し、ステップS403へ移行する。
V＝(NFL*Rf＋NRL/GG*Rr＋NRR/GG*Rr)/3
ここで、Rfは前輪の半径、Rrは後輪の半径、GGは後輪の減速機の減速比である。
【００２５】
ステップS403では、シフトレバー位置がパーキング時に使用する位置「Ｐ」であるか否かを判定し、「Ｐ」の場合、ステップS404へ移行し、tTRL＝tTRR＝０として本ルーチンを終了する。そうでない場合にはステップS405へ移行し，後述のモードＤ時の演算ルーチンを実行し、本ルーチンを終了する。
【００２６】
［規範モデル応答を実現するコントローラの設計原理および演算形態について］
さて次に、ステップS405のモードＤ時の演算ルーチン（図５）において、後左輪モータ３RLへのトルク指令値tTRL、後右輪モータ３RRへのトルク指令値tTRRを演算する方法について説明するが、その演算処理を説明する前に、モードＤにおけるモータトルク指令値の演算原理および実現方法について説明する。
【００２７】
「自動車の運動と制御」（山海堂）には、前後輪を操舵する車両挙動の運動方程式が示されている。例えば、p194には前輪舵角δf[rad]と後輪舵角δr[rad]を操作量とし、車両のヨーレートγ[rad/s]および車体重心位置の車体すべり角β[rad]を状態量としたときの運動方程式が示されている。この運動方程式は、車速V[m/s]は一定(dV＝0)かつV≠0かつ滑り角(β[rad])は微少(|β|<<1、sinβ≒β、cosβ≒1)などの前提で導出している。
本運動方程式の考え方は、本発明の実施例１の電動車両にも拡張して適用できる。即ち、右輪の駆動力をu[N]、左輪の駆動力を−u[N] とする操作量を付加し、前輪を図２のキャスター形式とすることによる作用として、前輪で発生する横力がほぼ０として、運動方程式を次のように導出することができる。
【数１】
2006130986.tif 000003
【００２８】
ここで、Lrは後輪軸と重心との距離[m]、Ltは後輪のトレッドベース距離/2[m]、mは車重[kg]、Iγはヨー慣性モーメント[Nmss]である。また、Krは後輪タイヤコーナリングスティッフネス[N/rad]であり、後輪ステアリング剛性の影響によるステアリング角に対するコーナリングパワーの低下分も加味した値である。Vは車速[m/s]であり、γはヨーレート[rad/s]、βは車体重心位置の車体すべり角[rad]である。
【００２９】
この運動方程式は、微分演算子sを用いて次の形に書き換えられる。
β＝{Ｑ13(s)/Ｑden(s)}・ｕ
γ＝{Ｑ23(s)/Ｑden(s)}・ｕ  …(A3)
そして、Ｑ13(s)、Ｑ23(s)、Ｑden(s)は、いずれも車速Vの関数になっており、次の式で表される。
Ｑ13(s)＝−2Lt(mV2−2LrKr)
Ｑ23(s)＝2VLt(mVs＋2Kr)
Ｑden(s)＝mV2Iγs2＋2VKr(mLr2＋Iγ)s＋2mV2LrKr  …(A4)
【００３０】
実施例１においては、ステアリング操作量δに対するヨーレートγの応答が望ましい伝達特性（規範モデル）となるように、ステアリング操作量δから左右輪の駆動力差の指令値u*を演算するコントローラp1(s)を以下のように導くことができる。
【００３１】
いま、ステアリング操作量δに対するヨーレートγの望ましい伝達特性（規範モデル）をＧγδとおき、例えば次の特性とする。
Ｇγδ＝m2／(s2＋2wns＋wn2)  …(A5)
【００３２】
つまり、ステアリング操作量δに対するヨーレートγの望ましい応答を滑らかな２次応答特性(例えば、wn＝4π，m2＝wn2/4)に設定する。一方、ステアリング操作量δとヨーレートγとの関係は、次の関係にある。
γ＝（{Ｑ23(s)/Ｑden(s)}p1(s) δ  …(A6)
【００３３】
したがって、この伝達特性を望ましい伝達特性Ｇγδと一致させるという条件から、式(A7)が導かれ、
Ｇγδ＝m2／(s2＋2wns＋wn2)＝{Ｑ23(s)/Ｑden(s)}p1(s)      …(A7)
式(A4)の関係式を用いて，この連立方程式を解くことで、コントローラp1(s)は式(A8)のように導出できる。
p1(s)＝(m2/2Lt){mVIγs2＋2Kr(mLr2＋Iγ)s＋2mVLrKr}/{(mVs＋2Kr)(s2＋2wns＋wn2)}
…(A8)
【００３４】
このように、実施例１において、ステアリング操作量δに対する、ヨーレートγの応答が望ましい伝達特性（規範モデル）となるように、左右輪の駆動力差の指令値u*を演算するコントローラp1(s)を導くことができる。
【００３５】
次に、式(A8)のコントローラp1(s)の実現方法について説明する。p1(s)は次の(A9)式で書き直せるため、(A9)式の実現方法を説明する。b0,b1,b2は車速Vなどの関数である。  yx＝(b2s2＋b1s＋b0)/(s3＋a2s2＋a1s＋a0) ux  …(A9)
【００３６】
ここで、式(A9)は図６のように書き換えることができる。よって、所定時間ごとに（例えば、5ms毎に）、まず、図６中のa2,a1,a0,b0,b1,b2を車速Vに応じて逐次更新し，積分演算を例えばオイラー近似で行なうことでX3,X2,X1を更新した上で、最後にX3,X2,X1,b0,b1,b2から出力yｘを時々刻々と演算することで実現できる。
【００３７】
［モードＤ時の演算ルーチン］
図４のステップS405のモードＤ時の演算ルーチンでは、図５のフローチャートを実行する。
【００３８】
ステップS501では、車両の目標駆動力（駆動力目標値）tTDを演算する（駆動力目標値生成手段に相当）。演算は、予めROMに格納してあるマップMAP_tTD(V，APS)を表引きすることで行なう。マップMAP_tTD(V，APS)は、車速Vとアクセル開度APSを軸とした特性データであり、例えば図７のように設定しておく。
【００３９】
ステップS502〜S504では、ステアリングホイール回転角δおよび車速Vに応じて、後輪左右モータに発生させる駆動力差分の目標トルクtU[Nm]を演算する。演算は、上記設計原理を踏まえ、ステアリング操作量δに対するヨーレートγの応答が望ましい伝達特性（式(A5)に示す規範モデル）となるように演算する。
【００４０】
ステップS502では、ステップS402で演算した車速Vを用い、式（A8）について、式(A9)のa0,a1,a2に対応する値を次のように演算する。
a2＝ 2(Kr/m/V ＋ wn)
a1＝ wn(4Kr/m/V ＋ wn)
a0＝ 2Krwn2/m/V  …(B0)
mおよびKrは、車両設計値を用いる。また、以下車速Vの値は、演算内で０割を起こさないように最小値を小さい値（例えば0.01）に制限して演算する。
【００４１】
ステップS503では、ステップS402で演算した車速Vを用い、式（A8）について、式(A9)のb0,b1,b2に対応する値を次のように演算する。b2＝{m2/(2Lt)}・Ir
b1＝{m2/Lt}・Kr(mLr2＋Ir)/m/V
b0＝{m2/Lt}・LrKr  …(B1)
ここでm2は、ステアリングホイール回転角δに対するヨーレートの定常値が、例えば、δ/4となるように、
m2＝wn2/4
としておく。mおよびIrおよびLrおよびLtは車両設計値を用いる。
【００４２】
ステップS504では、前回のステップS504を実行した時のX3,X2,X1を用い、図６の積分演算をオイラー近似することでX3,X2,X1を更新する。図６中のuxはステアリングホイール回転角δであり、出力yxは目標左右駆動力差の変数tUに対応する。X3,X2,X1を更新した後は、それらの値とステップS503で求めたb0,b1,b2に応じ、図６に示す関係式から出力yxを演算しtUに代入する。
【００４３】
ステップS505では、目標駆動力tTDと目標左右駆動力差tUから、後輪へのトルク指令値tTRL，tTRRを次式で演算する（トルク指令値生成手段に相当）。
tTRL＝tTD*Rr/GG/2−tU*Rr/GG
tTRR＝tTD*Rr/GG/2＋tU*Rr/GG  …(B3)
【００４４】
ステップS506では、ステップS505求めたトルク指令値に対してそれぞれ次の伝達特性W1(s)のフィルタリング処理を行なうことで、進み補償を行なう（進み補償手段に相当）。
W1(s) ＝ (τ2s ＋ 1 ) / (τ1s ＋ 1 )
ここで進み補償となる条件として、τ2<τ1と設定しておく。例えば、τ1＝0.05，τ2＝0.1とする。
そしてステップS506の演算後、本ルーチンを終了する。
【００４５】
［従来のアクティブサスペンションの課題］
車両のサスペンションストロークをアクティブに変化させる技術としては、アクティブサスペンション技術があり、「自動車のサスペンション」（カヤバ工業株式会社編：山海堂）の8.3節には、その適用例が複数示されている。
【００４６】
これに示される油圧式アクティブサスペンション技術は、車体と車輪の間に位置するサスペンション内に油圧シリンダを有し、車両側の油圧源からの供給圧を制御バルブにより調整することで、油圧シリンダ内の油圧を調整し、サスペンションの特性を変更するものである。車両に備えられた各種センサ（加速度センサ、車高センサなど）の信号に応じて、油圧シリンダ内の油圧を調整することで、アンチロール制御（旋回時のロールを小さくする制御）、アンチダイブ制御（ブレーキ時にノーズダイブを小さくする制御）、バウンシング制御（路面入力による車体ゆれを小さくする制御）、車高調整機能などを実現し、乗員の乗り心地を高めると共に、悪路走破性を高める効果を実現している。
【００４７】
ところが、上記従来のアクティブサスペンションでは、アクティブサスペンション用のエネルギー発生源やエネルギー伝達回路として、油圧発生装置や油圧回路などが必要であり、車両の構造が複雑になるために製造コストがあがるといった課題や、車両重量の増加やエネルギー消費を伴うために車両の走行効率を向上させにくいという課題があった。
【００４８】
［モータ反力を利用したアクティブサスペンション作用］
これに対し、実施例１の電動車両では、後輪２RL，２RRにモータ組み込みサスペンションを備え、左右モータ３RL，３RRが車両を駆動する際、モータ反力により車両を持ち上げる構成としている。これにより、車両の加速駆動時にはモータトルクが後輪２RL，２RRを押し下げる向きに作用するため、左右モータ３RL，３RRの慣性により後輪２RL，２RRの輪荷重が増し、トラクション性能が向上する効果を実現できている。
【００４９】
また、旋回時には外輪の駆動力を内輪の駆動力より大きな値とするように左右モータ３RL，３RRのトルクを調整している（式(A8)においてp1(0)>０であることから、左旋回時に右の外輪の駆動力が大きくなる特徴を実現している）。したがって、外輪の駆動力により車両を持ち上げる力が、内輪の駆動力により車両を持ち上げる力よりも大きくなり、車両のロール運動を抑制することができる。なお、モータ組み込みサスペンション装置の設計パラメータによっては、逆ロールを実現することもできる。
【００５０】
さらに、加速駆動時には後輪２RL，２RRで駆動力を発生するため（式(B3)）、モータ反力により車両後端が持ち上げられ、車両のスクワット動作を抑制することができる。なお、設計パラメータによっては、ダイブ動作を実現することもできる。
【００５１】
さらに、ブレーキ踏み込みやアクセルオフ等の減速制動時には、後輪２RL，２RRで回生制動力を発生するため（図７の特性と式(B3)参照）、モータ反力により車両後端が押し下げられ、車両のダイブ動作を抑制することができる。この場合も、設計パラメータによっては、スクワット動作を実現することもできる。
【００５２】
また、実施例１では、モータ３RL，3RRにトルクを指令する際に進み補償を行なっている（ステップS506）。モータ３RL，3RRのトルクを変化させる際には、モータ３RL，3RRの位置がモータ反力により上下に変化するためにその分のエネルギーが駆動力として伝達されない課題があるが、進み補償によりそのエネルギー分を補償するようにしたため、より精度良く設定した目標駆動力tTDを実現することができる。
【００５３】
このように、実施例１の電動車両では、サスペンションのバネ定数や減衰係数によるサスペンション特性とは別に、ロールやピッチを抑えることができる。したがって、例えば、定速走行時のサスペンション特性を柔らかくしつつ、ロールやピッチを抑えることなども可能である。
【００５４】
次に、効果を説明する。
実施例１の電動車両にあっては、以下に列挙する効果が得られる。
【００５５】
(1) 車体と後輪２RL，２RRを回転自在に支持するハブ６４とを連結し、車体の上下運動を減衰させるサスペンション機構（バネ６１、ダンパー６２、アンダーアーム６５）と、後輪２RL，２RRに駆動力を発生させるモータ３RL，３RRと、車体に対しモータトルクの発生方向に応じて車体を上下させるモータ反力が作用するようにモータ３RL，3RRと車体とを結合するダンパー６８と、を備えるため、アクティブサスペンションのためにアクチュエータを車載する必要が無く、車両を簡素に構成できる。さらに、エネルギー効率に優れ、アクティブサスペンションと同様の効果が得られる。
【００５６】
(2) モータ３RL，３RRを、サスペンション機構のバネ下側にハブ６４に対し後輪２RL，２RRの回転軸７５周りに揺動自在に設け、後輪２RL，２RRを前進方向に回転させるようにモータ３RL，３RRが駆動されたとき、モータ自身が回転軸７５周りを上方側へ揺動し、ダンパー６８が車体を上方へ押し上げるように設定したため、車両の加速駆動時にはモータトルクが後輪２RL，２RRを押し下げる向きに作用し、モータ３RL，３RRの慣性により後輪２RL，２RRの輪荷重を増加させ、トラクション性能を高めることができる。
【００５７】
(3) 車両の左右後輪２RL，２RRと車体とを連結するサスペンション装置として、モータ組み込みサスペンション装置を用いたため、サスペンション機構のバネ定数や減衰係数によるサスペンション特性とは別に、ロール動作やピッチ動作をモータトルクに応じて制御することができる。
【００５８】
(4) 車両の走行状態に応じて左右モータ３RL，３RRのモータトルクを制御する統合コントローラ３０を備えるため、車両の加速駆動時や減速制動時において、走行状態に適した車体のロール動作やピッチ動作を実現できる。
【００５９】
(5) 統合コントローラ３０は、車両の旋回時、旋回外輪側となるモータトルクを、旋回内輪側となるモータトルクよりも大きくするため、旋回時における車両のロール運動を抑制でき、乗り心地の悪化を防止できる。
【００６０】
(6) モータ組み込みサスペンション装置を装着した後輪２RL，２RRを、車両の前後重心位置よりも後方側に配置したため、車両の加速駆動時および減速制動時における車両後端側の車高を自由に調節できる。
【００６１】
(7) 統合コントローラ３０は、車両の加速駆動時、左右モータ３RL，３RRを駆動動作させるため、車両後端が持ち上げられ、加速駆動時の重心後方移動に伴う車両のスクワット動作を抑制することができる。
【００６２】
(8) 統合コントローラ３０は、車両の減速制動時、左右モータ３RL，３RRを回生動作させるため、車両後端が押し下げられ、減速制動時の重心前方移動に伴う車両のダイブ動作を抑制することができる。
【００６３】
(9) 車両の目標駆動力tTDを生成する駆動力目標値生成手段（ステップS501）と、目標駆動力tTDに対応するトルク指令値tTRL，tTRRを生成するトルク指令値生成手段（ステップS505）と、トルク指令値tTRL，tTRRに対し、進み補償を実施するトルク補償手段（ステップS506）と、を備えるため、モータトルクが駆動力として後輪２RL，２RRへ伝達されないエネルギー分を、進み補償により補償することで、目標駆動力tTDを精度良く実現できる。
【実施例２】
【００６４】
まず、構成を説明する。
図８は、実施例２の４輪を別々の電気モータで駆動する電動車両の構成図である。なお、図１に示した実施例１の構成と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。
【００６５】
実施例２の電動車両は、駆動力発生源としての電気モータ３FL，３FR，３RL，３RRを備えており、各々のモータの回転軸は、減速機４FL，4FR，4RL，4RRを介して、電動車両の左右前輪２FL，２FRおよび左右後輪２RL，２RRに連結されている。４つのモータ３FL，３FR，３RL，３RRの出力特性、４つの減速機の減速比および４つの車輪の半径はいずれも同一に設定されている。そして各モータ３FL，３FR，３RL，３RRおよび減速機４FL，4FR，4RL，4RRは、図３(a)，(b)に示したサスペンションに組み込まれている。ここでサスペンションのバネ特性、ダンパー特性は全て同一であるものとする。
【００６６】
各モータ３FL，３FR，３RL，３RRは、いずれも永久磁石をロータに埋め込んだ三相同期モータである。リチウムイオンバッテリ６との電力授受を制御する駆動回路5FL，5FR，5RL，5RRが、それらのモータの力行および回生トルクを統合コントローラ３０から受信するトルク指令値tTFL(左前輪)，tTFR(右前輪)，tTRL(左後輪)，tTRR(右後輪)とそれぞれ一致するように調整する。
【００６７】
前輪２FL，２FRは、ドライバが操作するステアリングホイール１１の回転運動によりステアリングギア１４を介して機械的に操舵される。
【００６８】
統合コントローラ３０には、アクセルペダルセンサ２３によって検出するアクセル開度信号と、ブレーキペダルセンサ２２によって検出するブレーキ踏力信号と、ステアリンクホイール１１の回転軸に取り付けられた操舵角センサ２１によって検出するステアリンクホイール１１の回転角信号とが入力される。統合コントローラ３０は、これらの信号に基づいて各モータへのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを演算し、各モータ３FL，３FR，３RL，３RRの駆動回路5FL，5FR，5RL，5RRに送信する。また、各輪のサスペンション車体側には、上下の加速度を検出する加速度センサ（不図示）が備え付けられており、それぞれの加速度信号も統合コントローラ３０に入力されている。
なお、実施例２の本電動車両の前後重心位置は、前輪２FL，２FRと後輪２RL，２RRとのほぼ中央に位置するようにバッテリ６や各モータ３FL，３FR，３RL，３RRが配置されている。
【００６９】
統合コントローラ３０は、マイクロコンピュータのほかにRAM／ROMなどの周辺部品を備えており、各センサ信号に基づいて各モータへのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを演算するする処理を実行する。
【００７０】
次に、作用を説明する。
［トルク指令値演算制御処理］
図９は、統合コントローラ３０にて実行されるトルク指令値演算制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、この制御処理は、一定時間、例えば5ms毎に実行される。
【００７１】
まずステップS901では、センサ信号や駆動回路5FL，5FR，5RL，5RRからの受信信号をRAM変数に格納する。具体的には、アクセル開度信号を変数APS（単位は%。ただし全開時を100%とする）に格納し、ブレーキ踏力信号を変数BRK（単位はPa）に格納し、ステアリングホイール１１の回転角信号を変数STR（単位はradで、反時計回りを正とする。）に格納する。また、駆動回路5FL，5FR，5RL，5RRから受信する信号についても、それぞれのモータの回転速度を変数NFL，NFR，NRL，NRR（いずれも単位はrad/sで、車両が前進する向きを正とする。）に格納する。また、各車輪の上方車体に取り付けられた加速度センサ信号の信号を積算することで各車輪の位置の車体上下速度も演算し、変数VFL,VFR,VRL,VRRに格納する（下向きを正とする）。
【００７２】
ステップS902では、車両の速度V（単位はm/sで、車両が前進する向きを正とする。）を次式で演算する。
V ＝ (NFL/GG*R ＋ NFR/GG*R ＋ NRL/GG*R ＋ NRR/GG*R) /4
ここで、Rは車輪の半径、GGは減速機の減速比である。
【００７３】
ステップS903では、車両の目標駆動力tTDを演算する。演算は、予めROMに格納してあるマップMAP_tTD(V,APS)を表引きすることで行なう。マップMAP_tTD(V,APS)は、車速とアクセル開度を軸とした特性データであり、例えば実施例１と同様、図７のように設定しておく。
【００７４】
ステップS904では、目標左右駆動力差tUを演算する。演算は、予めROMに格納してあるマップMAP_tU(V,STR)を表引きすることで行なう。マップMAP_tU(V,STR)は、車速とステアリングホイール１１の回転角信号を軸とした特性データであり、例えば、ステアリングホイール１１の回転角信号STRの絶対値が大きいほど絶対値の大きな値に設定し、車速Vが高いほど絶対値の小さい値に設定する。また、ステアリングホイール１１の回転角信号STRが正のとき（左に操舵しているとき）に正の値となり、STRが負のとき（右に操舵しているとき）に負の値となるように設定する。このような構成とすることで、左右駆動力差による旋回アシストを実現できる。
【００７５】
ステップS905では、目標駆動力tTDと目標左右駆動力差tUから、４輪へのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを次式で演算する。
tTFL ＝ tTD*R/GG/6 − tU*R/GG/4
tTFR ＝ tTD*R/GG/6 ＋ tU*R/GG/4
tTRL ＝ tTD*R/GG/3 − tU*R/GG/4
tTRR ＝ tTD*R/GG/3 ＋ tU*R/GG/4
【００７６】
ステップS906では、ステップS905求めたトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRに対してそれぞれ次の伝達特性W1(s)のフィルタリング処理を行なうことで、進み補償を行なう。
W1(s) ＝ (τ2s ＋ 1 ) / (τ1s ＋ 1 )
ここで、進み補償となる条件として、τ2<τ1と設定しておく。例えば、τ1＝0.05，τ2＝0.1とする。
【００７７】
ステップS907では、路面からの凸凹外乱による車体の上下振動を抑制すべく、ステップS906求めたトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRに対し、まず、それぞれ各車輪の位置の車体上下速度VFL,VFR,VRL,VRR（下向きが正）を加速度センサからの信号により求め、（路面段差検出手段）車体上下速度VFL,VFR,VRL,VRRに応じた補正を行なう（トルク指令値補正手段に相当）。
tTFL＝tTFL＋K1・VFL
tTFR＝tTFR＋K1・VFR
tTRL＝tTRL＋K1・VRL
tTRR＝tTRR＋K1・VRR
【００７８】
ここで、K1は正の値であり、車体が上向きに動いているときにはモータトルクを小さくすることで車体へ下向きの力を発生させ、車体が下向きに動いているときにはモータトルクを大きくすることで車体へ上向きの力を発生させる。このような制御を行なうことで、車体の上下運動を抑制する効果を実現する。
【００７９】
さらにステップS907では、前式の補正により駆動力の総和が変化しないように、次の補正を続けて行なう。
tTFL＝tTFL−K1・(VFL＋VFR＋VRL＋VRR)/4
tTFR＝tTFR−K1・(VFL＋VFR＋VRL＋VRR)/4
tTRL＝tTRL−K1・(VFL＋VFR＋VRL＋VRR)/4
tTRR＝tTRR−K1・(VFL＋VFR＋VRL＋VRR)/4
【００８０】
ステップS908では、４輪へのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを各モータに対する駆動回路5FL，5FR，5RL，5RRに送信する。
【００８１】
［路面高変化時の上下振動抑制作用］
シミュレーション結果例を図１０に示す。図１０は、車両が直進状態から１秒後に旋回状態に移行するときの旋回外輪のシミュレーション結果である。時刻１秒から輪荷重が約1000N増大し、時刻５秒から6.5秒の間に３cmの段差を乗り上げる状況において、実施例２のモータ組み込みサスペンションを適用した電動車両（実線）と、適用しない従来車両（点線）との結果を示している。４段目は車体上下変位量を表している。
【００８２】
従来車両では、輪荷重の増加に伴い車体が下に変位していることを確認できる。また、段差を乗り上げる際に車体が上下に振動的に変位する様子も確認できる。
【００８３】
これに対し、実施例２のモータ組み込みサスペンション装置を適用した場合（実線）は、輪荷重の増加に伴い、点線とは逆に車体が上に変位していることを確認できる。つまり旋回時に外輪の車高が内輪より高くなる逆ロールを実現している。また、段差を乗り上げる際にも、従来車両と比較して車体の上下振動が抑制され、乗り心地を改善できることがわかる。
【００８４】
また、実施例２では、加速駆動時において後輪２RL，２RRで前輪２FL，２RRよりも大きな駆動力を発生させるため（ステップS905）、モータ反力により車両後端が持ち上げられ、車両のスクワット動作を抑制することができる。モータ組み込みサスペンションの設計パラメータによっては、ダイブ動作を実現することもできる。
【００８５】
さらに、アクセルオフで減速制動時には、後輪RL，２RRで前輪２FL，２RRよりも大きな回生制動力を発生させるため（ステップS905）、モータ反力により車両後端が押し下げられ、車両のダイブ動作を抑制することができる。モータ組み込みサスペンションの設計パラメータによっては、スクワット動作を実現することもできる。
【００８６】
また、路面の上下変化がある場合にその変化を車体の上下速度として検出し、路面が凸であるときにはモータへのトルク指令値を制動力側に補正し、凹であるときには駆動力側に補正するようにした（ステップS907）。これにより、路面の上下変化による車体上限運動を抑制できる。
【００８７】
さらには、路面の上下変化によるモータトルク補正分を、他のモータで再補正するようにしたため（ステップS907）、車両の目標駆動力を精度良く実現できる。これにより、ドライバによる車両の運転性をあげることができる。
【００８８】
次に、効果を説明する。
実施例２の電動車両にあっては、実施例１の効果(1)〜(9)に加え、以下に列挙する効果が得られる。
【００８９】
(10) モータ組み込みサスペンション装置を装着した前輪２FL，２FRを、車両の前後重心位置よりも前方側に配置し、統合コントローラ３０は、車両の加速駆動時、前輪モータトルクによる車体押し上げ量が後輪モータトルクによる車体押し上げ量よりも小さくなるように、前後輪の駆動力配分を行なう（ステップS905）ため、加速駆動時のスクワット動作を抑制できる。
【００９０】
(11) 統合コントローラ３０は、車両の減速制動時、前輪モータトルクによる車体を押し下げ量が後輪モータトルクによる車体押し下げ量よりも小さくなるように、前後輪の回生トルク配分を行なう（ステップS905）ため、減速制動時のダイブ動作を抑制できる。
【００９１】
(12) 路面段差を検出する路面段差検出手段と、検出された路面が凸であるとき、各モータ３FL，３FR，３RL，３RRへのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを制動力側に補正し、検出された路面が凹であるとき、各モータ３FL，３FR，３RL，３RRへのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを駆動力側に補正するトルク指令値補正手段（ステップS907）と、を備えるため、路面段差に伴う車体の上下動が抑制され、乗り心地の悪化を防止できる。
【００９２】
(13) トルク指令値補正手段は、検出された路面が凸であるとき、各モータ３FL，３FR，３RL，３RRへのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを制動力側に補正すると共に、各モータ３FL，３FR，３RL，３RRへのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを駆動力側に再補正し、検出された路面が凹であるとき、各モータ３FL，３FR，３RL，３RRへのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを駆動力側に補正すると共に、各モータ３FL，３FR，３RL，３RRへのトルク指令値tTFL，tTFR，tTRL，tTRRを制動力側に再補正する（ステップS907）ため、路面段差に伴う車体の上下動を抑制しつつ、車両の目標駆動力tTDを精度良く実現できる。
【実施例３】
【００９３】
まず、構成を説明する。
図１１(a)は、実施例３のモータ組み込みサスペンション装置の構造を示す右後輪を車両前方から見た図、図１１(b)は右後輪を車両内側から見た図である。
【００９４】
車輪６３は、ブレーキディスク６６（ブレーキパッドは不図示）および回転軸７５と連結されており同一の速度で回転する。回転軸７５はモータ７０の出力軸であり、ベアリングを介してハブ６４と部材６９に回転支持されている。ハブ６４は、アンダーアーム６５を介して車体に接続されており、また部材７２およびバネ６１、ダンパー６２を介して車体に接続されている。部材６９は、リンク７３および７４に支えられている。またモータ７０のケースは一体で、回転軸７５周りを回転するようになっており、モータ７０のケース側面部は、ダンパー６８およびバネ６７を介して車体に接続されている。
【００９５】
次に、作用を説明する。
［モータトルクに応じた車高調整作用］
図１１(b)において、車輪６３を前進方向に回転させるようにモータ７０が駆動されると、モータ７０は７５に駆動トルクを伝達すると共に、その反力でモータ７０のケースは上向きに押し上げられる。反対に、モータ７０が車両を制動する向きにトルクを発生させると、モータ７０は回転軸７５に制動トルクを伝達すると共に、その反力でモータ７０のケースは下向きに押し下げられる。
【００９６】
よって、実施例３のモータ組み込みサスペンション装置にあっては、実施例１の効果(1)，(2)と同様の効果が得られる。
【００９７】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、各実施例に限定されるものではなく、例えば、モータ組み込みサスペンション装置の構造は、モータがサスペンションのバネ下に設置され、かつ、車両の加速駆動時にモータの反力トルクで車体を上向きに変位させる機構であれば、実施例の構成に限定されない。
【００９８】
また、実施例１では、前輪を回転キャスターとしているが、ほかにも、電気モータで転舵角を調整できる、いわゆるステア・バイ・ワイヤーシステムとしても良い。その場合には、車輪の位置が進むべき向きに転舵角を調整するようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】実施例１の電動車両を示す全体システム図である。
【図２】実施例１の電動車両に適用された前輪を示す側面図および平面図である。
【図３】実施例１のモータ組み込みサスペンション装置の構造を示す図である。
【図４】実施例１の統合コントローラ３０にて実行されるモード選択制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】実施例１でのモードＤ時の演算ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】実施例１での演算方法を示す図である。
【図７】実施例１および実施例２でのモードＤ時の演算ルーチンにて使用する目標駆動力tTDのROMデータ特性図である。
【図８】実施例２の電動車両を示す全体システム図である。
【図９】統合コントローラ３０にて実行されるトルク指令値演算制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】実施例１の電動車両のシミュレーション結果例である。
【図１１】実施例３のモータ組み込みサスペンション装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１００】
２RL，２RR  後輪
３RL，３RR  電気モータ
８  ヨーレートセンサ
１１  ステアリングホイール
２１  操舵角センサ
２２  ブレーキペダルセンサ
２３  アクセルペダルセンサ
２４  加速度センサ
２５  シフトレバー
３０  統合コントローラ
４１FL，４１FR  転舵回転軸
４２FL，４２FR  前輪
４５FL，４５FR  中空支持部材
４９  前輪回転センサ
【図１】
2006130986.tif 000004
【図２】
2006130986.tif 000005
【図３】
2006130986.tif 000006
【図４】
2006130986.tif 000007
【図５】
2006130986.tif 000008
【図６】
2006130986.tif 000009
【図７】
2006130986.tif 000010
【図８】
2006130986.tif 000011
【図９】
2006130986.tif 000012
【図１０】
2006130986.tif 000013
【図１１】
2006130986.tif 000014