(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ばね上部に連結されるばね上部側ユニットと、ばね下部に連結されてばね上部とばね下部との接近離間動作に伴って前記ばね上部側ユニットと相対動作可能なばね下部側ユニットと、電磁モータとを有し、その電磁モータの力に依拠して前記ばね上部側ユニットと前記ばね下部側ユニットとの相対動作に対する力であるアクチュエータ力を発生させる電磁式のアクチュエータと、
前記ばね上部側ユニットと前記ばね下部側ユニットとの一方を、その一方が連結されるばね上部とばね下部との一方に弾性的に支持させるための支持スプリングを有し、それら一方どうしを連結する連結機構と、
前記アクチュエータが発生させるべきアクチュエータ力である目標アクチュエータ力を、定められた制御規則に従って決定する目標アクチュエータ力決定部を有し、その目標アクチュエータ力に基づいて前記アクチュエータが発生させるアクチュエータ力を制御する制御装置と
を備えた車両用サスペンションシステムであって、
前記目標アクチュエータ力決定部が、アクチュエータ力が入力された場合に前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方の前記ばね上部とばね下部との一方に対する変位量が出力される伝達関数である第１伝達関数と、その変位量が入力された場合にばね上部とばね下部との間に実際に作用する力である実作用力が出力される伝達関数である第２伝達関数とを利用し、前記アクチュエータおよび前記連結機構によってばね上部とばね下部との間に作用させるべき力である必要作用力と、前記ばね上部とばね下部との一方が変位することによって前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方がもつ慣性力とに基づいて、目標アクチュエータ力を決定するように構成された車両用サスペンションシステム。
【請求項２】
前記第１伝達関数と前記第２伝達関数の積である関数の逆数関数として、合成伝達関数が設定されており、
前記目標アクチュエータ力決定部が、前記合成伝達関数を利用して、その合成伝達関数に前記必要作用力を入力して得られる出力値と、前記慣性力とに基づいて、目標アクチュエータ力を決定するように構成された請求項１に記載の車両用サスペンションシステム。
【請求項３】
前記目標アクチュエータ力決定部が、前記合成伝達関数に前記必要作用力を入力して得られる出力値と目標アクチュエータ力との差分が前記慣性力に相当するというそれらの出力値と慣性力との関係に従って、目標アクチュエータ力を決定するように構成された請求項２に記載の車両用サスペンションシステム。
【請求項４】
前記連結機構が、
前記支持スプリングと並設され、前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方と前記ばね上部とばね下部との一方との相対動作に対する減衰力を発生させるとともに、それらの相対動作の方向によって減衰係数が異なる構造とされた液圧式のダンパを有し、
前記第１伝達関数および前記第２伝達関数が、前記ダンパの減衰係数に基づいて設定されており、
前記目標アクチュエータ力決定部が、前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方と前記ばね上部とばね下部との一方との相対動作の方向によって、利用する前記第１伝達関数および前記第２伝達関数を変更するように構成された請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の車両用サスペンションシステム。
【請求項５】
前記連結機構が、前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方としての前記ばね下部側ユニットと、前記ばね上部とばね下部との一方としてのばね下部とを連結し、前記支持スプリングが前記ばね下部側ユニットをばね下部に弾性的に支持させるように構成され、
前記目標アクチュエータ力決定部が、アクチュエータ力が入力された場合に前記ばね下部側ユニットのばね下部に対する変位量が出力される前記第１伝達関数と、その変位量が入力された場合にばね上部とばね下部との間に実際に作用する力である実作用力が出力される前記第２伝達関数とを利用し、前記必要作用力と、ばね下部が変位することによって前記ばね下部側ユニットがもつ前記慣性力とに基づいて、目標アクチュエータ力を決定するように構成された請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の車両用サスペンションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁式のアクチュエータを含んで構成されるサスペンションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、車両用サスペンションシステムとして、電磁モータの力に依拠してばね上部とばね下部とに対してそれらが接近・離間する方向の力を発生させる電磁式のアクチュエータを含んで構成されるいわゆる電磁式サスペンションシステムが検討されており、例えば、下記特許文献に記載のサスペンションシステムが存在する。この電磁式サスペンションシステムは、ばね上部とばね下部との相対移動に対する推進力をも発生させ得ることから、いわゆるスカイフック理論に基づく振動減衰特性を容易に実現できる等の利点を有し、高性能なサスペンションシステムとして期待されている。
【特許文献１】特開２００７−２０３９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献に記載のサスペンションシステムには、例えば、周波数の高い振動への対処等を目的として、電磁式のアクチュエータに対して直列的に、スプリングが設けられている。ところが、このような構成のシステムにおいて、アクチュエータがアクチュエータ力を発生させた場合、そのアクチュエータ力が、スプリングを介してばね上部とばね下部とに伝達されるため、例えば、伝達されることによる時間的な遅れ等に起因して、そのまま伝達されないという問題を抱える。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、アクチュエータおよび連結機構によってばね上部とばね下部との間に作用する力が適切化されたサスペンションシステムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明のサスペンションシステムは、アクチュエータの構成要素であるばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方とその一方が連結されるばね上部とばね下部との一方とを弾性的に連結する連結機構を含んで構成され、目標アクチュエータ力を、アクチュエータ力が入力された場合にばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方のばね上部とばね下部との一方に対する変位量が出力される伝達関数である第１伝達関数と、その変位量が入力された場合にばね上部とばね下部との間に実際に作用する力である実作用力が出力される伝達関数である第２伝達関数とを利用し、アクチュエータおよび連結機構によってばね上部とばね下部との間に作用させるべき力である必要作用力と、ばね上部とばね下部との一方が変位することによってばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方がもつ慣性力とに基づいて決定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のサスペンションシステムは、アクチュエータ力とその力が連結機構を介して伝達されてばね上部とばね下部との間に実際に作用する力との関係を考慮し、さらに、連結機構によってばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方が連結されるばね上部とばね下部との一方の変位による影響をも考慮して、アクチュエータに発生させるべき力が決定されるため、ばね上部とばね下部との間に作用させる力の適切化が図られることになる。
【発明の態様】
【０００６】
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、それらの発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から何某かの構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
【０００７】
なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当し、請求項１に（２）項の技術的特徴を付加したものが請求項２に、請求項２に（３）項の技術的特徴を付加したものが請求項３に、請求項１ないし請求項３のいずれかに（５）項ないし（７）項の技術的特徴を付加したものが請求項４に、請求項１ないし請求項４のいずれかに（４）項の技術的特徴を付加したものが請求項５に、それぞれ相当する。
【０００８】
（１）ばね上部に連結されるばね上部側ユニットと、ばね下部に連結されてばね上部とばね下部との接近離間動作に伴って前記ばね上部側ユニットと相対動作可能なばね下部側ユニットと、電磁モータとを有し、その電磁モータの力に依拠して前記ばね上部側ユニットと前記ばね下部側ユニットとの相対動作に対する力であるアクチュエータ力を発生させる電磁式のアクチュエータと、
前記ばね上部側ユニットと前記ばね下部側ユニットとの一方を、その一方が連結されるばね上部とばね下部との一方に弾性的に支持させるための支持スプリングを有し、それら一方どうしを連結する連結機構と、
前記アクチュエータが発生させるべきアクチュエータ力である目標アクチュエータ力を、定められた制御規則に従って決定する目標アクチュエータ力決定部を有し、その目標アクチュエータ力に基づいて前記アクチュエータが発生させるアクチュエータ力を制御する制御装置と
を備えた車両用サスペンションシステムであって、
前記目標アクチュエータ力決定部が、アクチュエータ力が入力された場合に前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方の前記ばね上部とばね下部との一方に対する変位量が出力される伝達関数である第１伝達関数と、その変位量が入力された場合にばね上部とばね下部との間に実際に作用する力である実作用力が出力される伝達関数である第２伝達関数とを利用し、前記アクチュエータおよび前記連結機構によってばね上部とばね下部との間に作用させるべき力である必要作用力と、前記ばね上部とばね下部との一方が変位することによって前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方がもつ慣性力とに基づいて、目標アクチュエータ力を決定するように構成された車両用サスペンションシステム。
【０００９】
電磁式のアクチュエータを有するサスペンションシステムにおいては、例えば、荒れた路面や連続的な凹凸のある路面を走行するような場合の高周波振動に対処すること等を目的として、アクチュエータに対してスプリングを直列的に設けたシステムが検討されており、本項に記載のシステムは、このように構成されたものを前提としている。サスペンションシステムがそのような構成とされた場合、アクチュエータが発生させるアクチュエータ力は、支持スプリングを介してばね上部とばね下部とに伝達されるため、そのまま伝達されず、ばね上部とばね下部とに実際に作用する力である実作用力とアクチュエータ力との間に差異が生じることになる。具体的には、例えば、支持スプリングを介して伝達されることによる時間的な遅れ等に起因して、アクチュエータ力の値と実作用力の値との間に差が生じる場合があるのである。そして、そのようなアクチュエータ力と実作用力との間の差異によって、車両に発生している振動を適切に減衰できない等の問題が生じることになる。
【００１０】
本項に記載の態様によれば、上記第１伝達関数および第２伝達関数を利用し，必要作用力に基づくことで、アクチュエータ力が連結機構を介してばね上部とばね下部とに伝達される際のアクチュエータ力の伝達特性を考慮して目標アクチュエータ力が決定されるため、ばね上部とばね下部との間に作用させる力の適切化を図ることが可能である。つまり、減衰力等のアクチュエータ力の適切化が図られることとなる。
【００１１】
本項に記載の「第１伝達関数」および「第２伝達関数」に基づけば、アクチュエータ力と実作用力との関係が分かることになる。つまり、そのアクチュエータ力と実作用力との関係を考慮すれば、実作用力が必要作用力となるように、アクチュエータに発生させるべき力を決定することが可能である。ところが、それら第１伝達関数および第２伝達関数は、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方のばね上部とばね下部との一方に対する動作のみを考慮して設定されたものである。実際には、ばね上部とばね下部との一方は常に変位しているため、そのばね上部とばね下部との一方の変位による影響を考慮することが望ましい。そのことに鑑み、本項の態様は、上記第１伝達関数および第２伝達関数を利用して必要作用力に基づくとともに、ばね上部とばね下部との一方が変位することによってばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方がもつことになる慣性力にも基づいて、目標アクチュエータ力を決定するように構成されている。したがって、本項の態様によれば、上記ばね上部とばね下部との一方の変位による影響をも考慮することによって、ばね上部とばね下部との間に作用する力をより適切化することができ、効果的な振動減衰等が可能となる。そのことにより、例えば、連結機構をアクチュエータに対して直列的に配設したことによる車両の乗り心地，車両の操縦性，安定性等の悪化を抑制あるいは防止することが可能である。
【００１２】
なお、第１伝達関数および第２伝達関数は、例えば、入力のラプラス変換に対する出力のラプラス変換の比で定義されるものであってもよく、あるいは、離散群上のラプラス変換と説明できるいわゆるｚ変換を用い、入力のｚ変換に対する出力のｚ変換の比で定義されるものであってもよい。本項に記載の「目標アクチュエータ力決定部」は、それにおける２つの伝達関数の演算を実行する部分の構成が特に限定されず、例えば、入力値に対して出力値を演算するための回路等の演算ユニットを含んで構成されるものであってもよく、その他の制御にも用いられるような汎用性のあるコンピュータ内に入力値に対して出力値を演算するためのプログラムが記憶され、そのプログラムの処理を実行する部分を含んで構成されるものであってもよい。
【００１３】
例えば、ばね上部とばね下部との一方の変位に伴ってばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方が変位していると考え、本項に記載の「慣性力」を、ばね上部とばね下部との一方の上下方向の加速度に応じた大きさの力と考えることができる。また、慣性力は、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方の実際の質量に応じた大きさの慣性力のみを意味するわけではない。例えば、アクチュエータが、回転型モータの回転動作と、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの相対動作とを相互に変換するねじ機構を含んで構成される場合に、そのアクチュエータの構成要素のうち２つのユニットの相対動作に伴って回転する部分の慣性モーメントを慣性質量に換算して、その慣性質量に応じた大きさの力も慣性力の一部とみなし、上記慣性力が決定されてもよいのである。つまり、本項の態様は、いわゆる等価慣性質量を用いて、慣性力が決定されてもよいのである。
【００１４】
本項の態様における「アクチュエータ」は、具体的な構成が特に限定されるものではなく、既に検討されている各種の電磁式のアクチュエータを広く採用することが可能である。アクチュエータが発生させる力は、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの相対動作に対する力であるが、この力は、相対動作に対する抵抗力のみならず、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとを積極的に相対動作させる力、つまり推進力や、外部からの入力に対してそれら２つのユニットを相対動作させないようにする力、つまり維持力も含まれる。アクチュエータが有する「電磁モータ」は、その型式等は特に限定されず、ブラシレスＤＣモータを始めとして種々の型式のモータを採用可能であり、また、動作に関して言えば、回転モータであっても、リニアモータであってもよい。
【００１５】
目標アクチュエータ力を決定するための上記「制御規則」は、例えば、振動減衰を目的とした制御に関する規則等が含まれる。具体的には、ばね上振動に対する減衰力を発生させるいわゆるスカイフックダンパ理論に基づいた制御を実行するための規則等である。また、その振動減衰制御のみならず、車両の旋回に起因する車体のロールを抑制するためのロール抑制制御，車両の加減速に起因する車体のピッチを抑制するためのピッチ抑制制御や、ばね上部とばね下部との距離を調整する制御、つまり、いわゆる車高調整制御等を並行して実行するような規則であってもよい。なお、そのように複数の制御を並行して実行するような制御規則である場合には、例えば、それら複数の制御の各々において発生させるべきアクチュエータ力の成分の和を必要作用力とし、その必要作用力，２つの伝達関数，および慣性力に基づいて、目標アクチュエータ力が決定されるような構成の態様とすることができる。
【００１６】
本項の態様における「連結機構」は、例えば、主として、周波数が比較的高い振動に態様することを目的として設けることが可能である。連結機構は、支持スプリングを主体として構成されたものであればよいが、その支持スプリングを設けたことにより生じる振動を減衰させる目的として、後に詳しく説明する液圧式ダンパを有するものとされてもよい。なお、支持スプリングには、どのような構造のものをも採用可能であるが、後に説明するように、連結機構が液圧式ダンパを有する場合には、例えば、コイルスプリングを採用し、シリンダ装置とされたダンパがコイルスプリングを貫通して（例えば、コイルスプリングの中に）配置されるように構成すれば、コンパクトなサスペンションシステムが実現する。
【００１７】
ちなみに、本明細書において「連結」という文言は、直接的に接続されることのみを意味するものではなく、何らかの部品，部材，ユニット等を介し、間接的に接続されることをも意味する。例えば、ばね上部側ユニット，ばね下部側ユニットがばね上部，ばね下部と連結されるとは、それらが直接的に連結される場合の他、それらの間にスプリング，液圧式ダンパ等を介して連結されるような場合も含まれる。
【００１８】
（２）前記第１伝達関数と前記第２伝達関数の積である関数の逆数関数として、合成伝達関数が設定されており、
前記目標アクチュエータ力決定部が、前記合成伝達関数を利用して、その合成伝達関数に前記必要作用力を入力して得られる出力値と、前記慣性力とに基づいて、目標アクチュエータ力を決定するように構成された(1)項に記載の車両用サスペンションシステム。
【００１９】
（３）前記目標アクチュエータ力決定部が、前記合成伝達関数に前記必要作用力を入力して得られる出力値と目標アクチュエータ力との差分が前記慣性力に相当するというそれらの出力値と慣性力との関係に従って、目標アクチュエータ力を決定するように構成された(2)項に記載の車両用サスペンションシステム。
【００２０】
上記２つの項に記載の態様は、目標アクチュエータ力を演算する手法を具体化した態様である。上記２つの項に記載の「合成伝達関数」は、実作用力が入力された場合にアクチュエータ力が出力される伝達関数である。つまり、その合成伝達関数に必要作用力を入力すれば、アクチュエータが発生させるべきアクチュエータ力が出力されることになる。ただし、その合成伝達関数から出力されたアクチュエータ力についての出力値は、先にも述べたように、ばね上部とばね下部との一方の変位による影響を考慮していないため、その合成伝達関数からの出力値を、慣性力に基づいて補正するような態様とすることができる。具体的には、後者の態様のように、慣性力の働く方向を考慮して、その慣性力を、合成伝達関数からの出力値に足す、あるいは、引くことで、目標アクチュエータ力を決定するような態様とすることが可能である。
【００２１】
（４）前記連結機構が、前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方としての前記ばね下部側ユニットと、前記ばね上部とばね下部との一方としてのばね下部とを連結し、前記支持スプリングが前記ばね下部側ユニットをばね下部に弾性的に支持させるように構成され、
前記目標アクチュエータ力決定部が、アクチュエータ力が入力された場合に前記ばね下部側ユニットのばね下部に対する変位量が出力される前記第１伝達関数と、その変位量が入力された場合にばね上部とばね下部との間に実際に作用する力である実作用力が出力される前記第２伝達関数とを利用し、前記必要作用力と、ばね下部が変位することによって前記ばね下部側ユニットがもつ前記慣性力とに基づいて、目標アクチュエータ力を決定するように構成された(1)項ないし(3)項のいずれか１つに記載の車両用サスペンションシステム。
【００２２】
本項に記載の態様によれば、ばね下部とアクチュエータのばね下部側ユニットとの間に連結機構が配設されるため、車輪から入力されてアクチュエータに伝達される衝撃の緩和やばね下共振のような高周波振動への対処が可能である。つまり、本項の態様によれば、電磁モータへ伝達される衝撃や高周波振動が効果的に抑制されるため、信頼性の高いサスペンションシステムが実現することになる。
【００２３】
例えば、車輪が路面の凸所や凹所を通過する場合を考える。そのような場合には、ばね下部が勢いよく動作させられ、ばね下部側ユニットも勢いよく動作させられることになるため、ばね下部側ユニットがもつ慣性力が比較的大きくなる状況が頻繁に起こり得ると考えられる。したがって、本項の態様によれば、ばね下部の変位によってばね下部側ユニットがもつ慣性力を考慮して目標アクチュエータ力が決定されるため、アクチュエータ力が、より適切化されることになる。
【００２４】
（５）前記連結機構が、
前記支持スプリングと並設され、前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方と前記ばね上部とばね下部との一方との相対動作に対する減衰力を発生させるダンパを有する(1)項ないし(4)項のいずれか１つに記載の車両用サスペンションシステム。
【００２５】
（６）前記第１伝達関数および前記第２伝達関数が、前記ダンパの減衰係数に基づいて設定されている(5)項に記載の車両用サスペンションシステム。
【００２６】
上記２つの項に記載の態様は、支持スプリングと並列的に液圧式ダンパが設けられた構成の連結機構を採用した態様である。「ダンパ」は、例えば、支持スプリングを補助する目的として、つまり、周波数の比較的高い振動を減衰させることを目的として設けることが可能である。したがって、上記２つの項の態様によれば、ばね下共振のような高周波振動をより効果的に減衰させることが可能となる。なお、ダンパは、その構造が特に限定されるものではないが、例えば、ハウジング，ピストン等を備えたシリンダ装置としての構造を有するものとすることが可能である。そして、連結機構がダンパを有する場合には、後者の態様のように、第１伝達関数および第２伝達関数は、ダンパの減衰係数を用いて設定されることになる。
【００２７】
（７）前記ダンパが、前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方と前記ばね上部とばね下部との一方との相対動作の方向によって減衰係数が異なる構造とされており、
前記目標アクチュエータ力決定部が、前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方と前記ばね上部とばね下部との一方との相対動作の方向によって、利用する前記第１伝達関数および前記第２伝達関数を変更するように構成された(6)項に記載の車両用サスペンションシステム。
【００２８】
本項の態様における「ダンパ」は、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方とばね上部とばね下部との一方とが接近する行程における減衰係数と、離間する行程における減衰係数とが異なる構造とされたものであり、例えば、車輪が路面の凸所を通過する場合の突き上げるような衝撃を効果的に緩和することを目的として、接近する行程における減衰係数を離間する行程における減衰係数に比較して小さくした構造とすることができる。連結機構がダンパを有する場合には、第１伝達関数および第２伝達関数は、ダンパの減衰係数を用いて設定されるため、本項の態様は、例えば、第１伝達関数および第２伝達関数が、接近する行程の減衰係数を用いて設定したものと、離間する行程の減衰係数を用いて設定したものとの間で選択的に変更される態様とすることが可能である。本項の態様によれば、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方とばね上部とばね下部との一方との相対動作の方向を推定し、その方向に応じて目標アクチュエータ力が決定されるため、ばね上部とばね下部との間に作用させる力を、より適切な大きさとすることが可能である。
【００２９】
（８）当該車両用サスペンションシステムが、ばね上部とばね下部との接近離間動作の動作量を検出する接近離間動作量センサと、前記電磁モータの動作量を検出するモータ動作量センサとを備え、
前記目標アクチュエータ力決定部が、前記接近離間動作量センサの検出値と前記モータ動作量センサの検出値とに基づいて、前記ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方と前記ばね上部とばね下部との一方との相対動作の方向を推定するように構成された(7)項に記載の車両用サスペンションシステム。
【００３０】
本項に記載の態様は、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方とばね上部とばね下部との一方との相対動作する方向の推定手法を具体化した態様である。アクチュエータは、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの相対動作とモータの動作とが相互に対応する構造であるため、モータ動作量センサの検出値からばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの相対動作量（以下、「ユニット相対動作量」という場合がある）を推定できる。したがって、接近離間動作量センサにより検出されたばね上部とばね下部との接近離間動作の動作量と、モータ動作量センサの検出値から推定されたユニット相対動作量と差の変化から、ダンパの伸縮方向を推定可能である。そして、それら接近離間動作量センサおよびモータ動作量センサは、サスペンションシステムによって行われるアクチュエータ等の通常の制御に必要とされるセンサであるため、本項の態様によれば、余計にセンサを設ける必要がなく、システムが複雑化することを防止することが可能である。
【実施例】
【００３１】
以下、請求可能発明の実施例およびその変形例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、請求可能発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。また、〔発明の態様〕の各項の説明に記載されている技術的事項を利用して、下記の実施例の変形例を構成することも可能である。
【００３２】
＜サスペンションシステムの構成＞
図１に、請求可能発明の実施例である車両用サスペンションシステム１０を模式的に示す。本サスペンションシステム１０は、前後左右の車輪１２の各々に対応する独立懸架式の４つのサスペンション装置を備えており、それらサスペンション装置の各々は、サスペンションスプリングとショックアブソーバとが一体化されたスプリング・アブソーバAssy２０を有している。車輪１２，スプリング・アブソーバAssy２０は総称であり、４つの車輪のいずれに対応するものであるかを明確にする必要のある場合には、図に示すように、車輪位置を示す添え字として、左前輪，右前輪，左後輪，右後輪の各々に対応するものにＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲを付す場合がある。
【００３３】
スプリング・アブソーバAssy２０は、図２に示すように、車輪１２を保持してばね下部の一部分を構成するサスペンションロアアーム２２と、車体に設けられてばね上部の一部分を構成するマウント部２４との間に、それらを連結するようにして配設されている。スプリング・アブソーバAssy２０は、大きくは、電磁式のアクチュエータ３０と、そのアクチュエータ３０とロアアーム２２とを連結するための連結機構３２と、サスペンションスプリングとしてのエアスプリング３４とに区分することができ、それらを構成要素として含んで構成されており、それらが一体化されたものとなっている。
【００３４】
アクチュエータ３０は、ねじ溝が形成された雄ねじ部としてのねじロッド４２と、ベアリングボールを保持してねじロッド４２と螺合する雌ねじ部としてのナット４４とを含んで構成されるボールねじ機構と、回転型の電磁モータ４６（以下、単に「モータ４６」という場合がある）と、そのモータ４６を収容するケーシング４８とを備えている。そのケーシング４８が、ねじロッド４２を回転可能に保持するとともに、外周部においてマウント部２４に連結されている。モータ４６は、中空とされたモータ軸５０を有しており、そのモータ軸５０には、それの内側を貫通して上端部においてねじロッド４２が固定されている。つまり、モータ４６は、ねじロッド４２に回転力を付与するものとなっている。
【００３５】
また、アクチュエータ３０は、上記ねじロッド４２を挿通させた状態で上端部がケーシング４８に固定されたアウタチューブ６０と、そのアウタチューブ６０に嵌め入れられてアウタチューブ６０の下端部から下方に突出する段付状のインナチューブ６２とを含んで構成されている。インナチューブ６２の上端部は径が大きくされており、その上端部の内側には、上記ナット４４が、ねじロッド４２と螺合させられた状態で保持されている。アウタチューブ６０には、その内壁面にアクチュエータ３０の軸線の延びる方向（以下、「軸線方向」という場合がある）に延びるようにして１対のガイド溝６４が設けられている。それらのガイド溝６４の各々には、インナチューブ６２の上端部に付設された１対のキー６６の各々が嵌まるようにされており、それらガイド溝６４およびキー６６によって、アウタチューブ６０とインナチューブ６２とが、相対回転不能な状態での軸線方向の相対移動が可能とされている。そして、インナチューブ６２は、それの下端部において連結機構３２に連結される。
【００３６】
連結機構３２は、液圧式のダンパ７０を有している。そのダンパ７０は、詳しい構造は省略するが、ツインチューブ式の液圧式ショックアブソーバに類似する構造のものである。そのダンパ７０は、作動液を収容するハウジング７２と、そのハウジング７２にそれの内部において液密かつ摺動可能に嵌合されたピストン７４と、そのピストン７４に下端部が連結されてハウジング７２の上方から延び出すピストンロッド７６とを含んで構成されている。ハウジング７２は、それの下端部に設けられたブシュ７８を介してロアアーム２２に連結され、ピストンロッド７６が、ハウジング７２の上方から延び出した上端部において、インナチューブ６２の下端部に連結される構造とされている。そのような構造により、インナチューブ６２は、ダンパ７０を介して、ロアアーム２２に連結されているのである。
【００３７】
ダンパ７０のハウジング７２には、それの外周部に環状の下部リテーナ９０が固定されて設けられている。その下部リテーナ９０には、インナチューブ６２，アウタチューブ６０の下部およびダンパ７０の上部を収容するカーバーチューブ９２が、それの下端部において固定されている。また、インナチューブ６２とピストンロッド７６との連結部には浮動部材９４が固定されている。その浮動部材９４は、それと下部リテーナ９０との間に配設された圧縮コイルスプリング９６と、浮動部材９４とカバーチューブ９２の内部に形成された環状の突出部９８（上部リテーナとして機能する）との間に配設された圧縮コイルスプリング１００とによって挟持されている。
【００３８】
エアスプリング３４は、マウント部２４に固定されたチャンバシェル１２０と、エアピストン筒として機能するカバーチューブ９２と、それらを接続するダイヤフラム１２４とを含んで構成されている。チャンバシェル１２０は、それの蓋部１２６が、防振ゴムを有するスプリングサポート１２８を介してアクチュエータ３０のケーシング４８に連結されている。また、蓋部１２６は、防振ゴムを有するアッパサポート１３０を介してマウント部２４に連結されている。ダイヤフラム１２４は、一端部がチャンバシェル１２０の下端部に固定され、他端部がカバーチューブ９２の上端部に固定されており、それらチャンバシェル１２０とカバーチューブ９２とダイヤフラム１２４とによって圧力室１３２が区画形成されている。その圧力室１３２には、流体としての圧縮エアが封入されている。このような構造から、エアスプリング３４の圧縮エアの圧力によって、ロアアーム２２とマウント部２４、つまり、車輪と車体とを相互に弾性的に支持しているのである。ちなみに、前述した圧縮コイルスプリング９６，１００を１つのばねと仮定した場合におけるばね定数が、エアスプリング３４のばね定数よりも大きく設定されている。
【００３９】
上述のような構造から、アクチュエータ３０は、ねじロッド４２，モータ４６，ケーシング４８，アウタチューブ６０等を含んでマウント部２４に連結されるばね上部側ユニットと、ナット４４，インナチューブ６２，浮動部材９４等を含んでロアアーム２２に連結されるばね下部側ユニットとを有する構造のものとなっている。また、アクチュエータ３０は、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとが、相対回転不能、かつ、ばね上部とばね上部との接近離間動作に伴って軸線方向に相対移動可能な構造とされている。そして、上記連結機構３２は、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの一方としてのばね下部側ユニットと、そのばね下部側ユニットと連結されるばね上部とばね下部との一方としてのばね下部との間に配設され、それらを連結するものとされており、２つの圧縮コイルスプリング９６，１００が、支持スプリングとして機能するものとなっている（以下、「支持スプリング９６，１００」という場合がある）。
【００４０】
アクチュエータ３０は、ばね上部とばね下部とが接近離間動作する場合に、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとが軸線方向に相対移動可能、つまり、ねじロッド４２とナット４４とが軸線方向に相対移動可能とされ、その相対移動に伴って、ねじロッド４２がナット４４に対して回転する。それによって、モータ軸５０も回転する。モータ４６は、ねじロッド４２に回転トルクを付与可能とされ、この回転トルクによって、ねじロッド４２とナット４４との相対回転に対して、その相対回転を阻止する方向の抵抗力を発生させることが可能である。この抵抗力を、ばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの相対移動に対する減衰力、ひいては、ばね上部とばね下部との接近離間動作に対する減衰力として作用させることで、アクチュエータ３０は、いわゆるショックアブソーバとして機能するものとなっている。また、アクチュエータ３０は、ばね上部とばね下部との相対動作に対する推進力をも発生させることが可能とされており、いわゆるスカイフックダンパ理論，擬似的なグランドフック理論等に基づく制御を実行することが可能とされている。さらに、モータ４６の回転トルクによって、ばね上部とばね下部との間の距離（以下、「ばね上ばね下間距離」という場合がある）を任意の距離に維持することが可能であり、車両旋回時の車体のロール，車両加減速時の車体のピッチ等を効果的に抑制することや、車両の高さいわゆる車高を調整すること等が可能とされている。
【００４１】
また、アクチュエータ３０のばね下部側ユニットとロアアーム２２とは、ダンパ７０，圧縮コイルスプリング９６，１００を含んで構成される連結機構３２によって連結されている。そのダンパ７０は、ばね下部側ユニットとばね下部との相対動作に対して減衰力を発生させるものであり、ばね下部側ユニットとばね下部と相対振動を効果的に減衰させることが可能である。なお、詳しい説明は省略するが、ダンパ７０は、それの減衰係数が、縮む行程と伸びる行程とで異なる構造とされている。具体的には、車輪が路面の凸所を通過する場合の突き上げるような衝撃を効果的に緩和することを目的として、縮む行程、つまり、ばね下部側ユニットとばね下部とが接近する場合の減衰係数Ｃcが、伸びる行程、つまり、ばね下部側ユニットとばね下部とが離間する場合の減衰係数Ｃtより小さく設定されている。
【００４２】
ちなみに、アクチュエータ３０の振動減衰機能に着目すれば、アクチュエータ３０は、５Ｈｚ以下の比較的周波数の低い振動に対しては動作が円滑に追従し、そのような低周波振動に対しては、効果的な振動減衰が可能である。しかし、１０Ｈｚを超えるような周波数の高い振動に対しては、自身の追従性から、効果的な振動減衰が難しい。本スプリング・アブソーバAssy２０では、上述した連結機構３２によって、アクチュエータ３０とロアアーム２２が連結されており、その連結機構３２によって、１０Ｈｚを超えるような高周波振動であっても、その高周波振動のばね下部からばね上部への伝達が、効果的に抑制されることになる。
【００４３】
サスペンションシステム１０は、図１に示すように、各スプリング・アブソーバAssy２０が有するエアスプリング３４に対して流体としてのエア（空気）を流入・流出させるための流体流入・流出装置、詳しく言えば、エアスプリング３４の圧力室１３２に接続されて、その圧力室１３２にエアを供給し、圧力室１３２からエアを排出するエア給排装置１６０を備えている。詳しい説明は省略するが、本サスペンションシステム１０は、エア給排装置１６０によって、各エアスプリング３４の圧力室１３２内のエア量を調整することが可能とされており、エア量の調整によって、各エアスプリング３４のばね長を変更し、各車輪１２についてのばね上ばね下間距離を変化させることが可能とされている。具体的に言えば、圧力室１３２のエア量を増加させてばね上ばね下間距離を増大させ、エア量を減少させてばね上ばね下間距離を減少させることが可能とされている。つまり、本システム１０は、いわゆる車高調整が可能とされているのである。
【００４４】
本サスペンションシステム１０は、制御装置としてのサスペンション電子制御ユニット２００（以下、「ＥＣＵ２００」という場合がある）によって、スプリング・アブソーバAssy２０の作動、つまり、アクチュエータ３０およびエアスプリング３４の制御が行われる。サスペンションＥＣＵ２００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を備えたコンピュータを主体として構成されたものである。そのサスペンションＥＣＵ２００には、エア給排装置１６０の駆動回路としてのドライバ２０２と、各アクチュエータ３０が有するモータ４６に対応して設けられて、そのモータ４６を制御する駆動回路としてのインバータ２０４とが接続されている。サスペンションＥＣＵ２００は、ドライバ２０２を制御することによってエアスプリング３４を制御し、４つのインバータ２０４を制御することによってアクチュエータ３０が発生させるアクチュエータ力を制御する。それらドライバ２０２およびインバータ２０４は、コンバータ［ＣＯＮＶ］２０６を介してバッテリ［ＢＡＴ］２０８に接続されており、エア給排装置１６０が有する各制御弁，ポンプモータ等、および、各アクチュエータ３０のモータ４６には、そのコンバータ２０６とバッテリ２０８とを含んで構成される電源から電力が供給される。また、インバータ２０４は、起電力によってモータ４６にて発電された電力を電源に回生可能な構造とされており、モータ４６は、供給電流に依存したモータ力だけでなく、起電力に依拠したモータ力を発生可能となっている。そして、インバータ２０４は、電源からの供給電流であるか、起電力によって生じる発電電流であるかに拘わらず、モータ４６を流れる電流、つまり、モータ４６の通電電流を調整して、モータ力を制御する構造とされている。なお、通電電流は、各インバータ２０４がＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によるパルスオン時間とパルスオフ時間との比（デューティ比）を変更することによって調整される。
【００４５】
車両には、イグニッションスイッチ［Ｉ／Ｇ］２２０，車両走行速度（以下、「車速」と略す場合がある）を検出するための車速センサ［ｖ］２２２，各車輪１２についてのばね上ばね下間距離を検出する接近離間動作量センサとしての４つのハイトセンサ［ｈ］２２４，車高変更指示のために運転者によって操作される車高変更スイッチ［ＨＳｗ］２２６，ステアリングホイールの操作角を検出するための操作角センサ［δ］２２８，車体に実際に発生する前後加速度である実前後加速度を検出する前後加速度センサ［Ｇｘ］２３０，車体に実際に発生する横加速度である実横加速度を検出する横加速度センサ［Ｇｙ］２３２，各車輪１２に対応する車体の各マウント部２４の縦加速度（上下加速度）を検出する４つのばね上縦加速度センサ［Ｇｚｓ］２３４，各車輪１２の縦加速度を検出する４つのばね下縦加速度センサ［Ｇｚｇ］２３６，アクセルスロットルの開度を検出するスロットルセンサ［Ｓｒ］２３８，ブレーキのマスタシリンダ圧を検出するブレーキ圧センサ［Ｂｒ］２４０，各モータ４６の回転角を検出するモータ動作量センサとしての４つのレゾルバ［θ］２４２等が設けられており、それらはＥＣＵ２００のコンピュータに接続されている。ＥＣＵ２００は、それらのスイッチ，センサからの信号に基づいて、スプリング・アブソーバAssy２０の作動の制御を行うものとされている。ちなみに、［ ］の文字は、上記スイッチ,センサ等を図面において表わす場合に用いる符号である。また、ＥＣＵ２００のコンピュータが備えるＲＯＭには、アクチュエータ３０の制御に関するプログラム，各種のデータ等が記憶されている。
【００４６】
＜サスペンションシステムの制御＞
本サスペンションシステム１０では、４つのスプリング・アブソーバAssy２０の各々を独立して制御することが可能となっている。それらスプリング・アブソーバAssy２０の各々において、アクチュエータ３０のアクチュエータ力が独立して制御されて、車体および車輪１２の振動、つまり、ばね上振動およびばね下振動を減衰するための制御（以下、「振動減衰制御」という場合がある）が実行される。また、車両の旋回に起因する車体のロールを抑制するための制御（以下、「ロール抑制制御」という場合がある），車両の加減速に起因する車体のピッチを抑制するための制御（以下、「ピッチ抑制制御」という場合がある）が実行される。まず、上記振動減衰制御，ロール抑制制御，ピッチ抑制制御ごとのアクチュエータ力の成分である振動減衰成分，ロール抑制成分，ピッチ抑制成分を合計して、ばね上部とばね下部との間に作用させるべき力である必要作用力が求められ、ばね上部とばね下部との間に実際に作用する力が必要作用力となるように、目標アクチュエータ力が決定される。そして、アクチュエータ３０がその目標アクチュエータ力を発生させるように制御されることで、上記振動減衰制御，ロール抑制制御，ピッチ抑制制御は、総合的に実行される。なお、以下の説明において、アクチュエータ力およびそれの成分は、ばね上部とばね下部とを離間させる方向（リバウンド方向）の力に対応するものが正の値，ばね上部とばね下部とを接近させる方向（バウンド方向）の力に対応するものが負の値となるものとして扱うこととする。
【００４７】
i）振動減衰制御
振動減衰制御では、車体および車輪１２の振動を減衰するためにその振動の速度に応じた大きさのアクチュエータ力を発生させるべく、アクチュエータ力の振動減衰成分ｆVが決定される。つまり、いわゆるスカイフックダンパ理論に基づいた制御と、擬似的なグランドフックダンパ理論に基づいた制御との両者を総合して行う制御である。具体的には、車体のマウント部２４に設けられたばね上縦加速度センサ２３４によって検出されるばね上縦加速度から得られる車体のマウント部２４の上下方向の動作速度、いわゆる、ばね上絶対速度Ｖｓと、ロアアーム２２に設けられたばね下縦加速度センサ２３６によって検出されるばね下縦加速度から得られる車輪１２の上下方向の動作速度、いわゆる、ばね下絶対速度Ｖｇとに基づいて、次式に従って、振動減衰成分ｆVが演算される。
ｆV＝Ｃｓ・Ｖｓ−Ｃｇ・Ｖｇ
ここで、Ｃｓは、車体のマウント部２４の上下方向の動作速度に応じた減衰力を発生させるためのゲインであり、Ｃｇは、車輪１２の上下方向の動作速度に応じた減衰力を発生させるためのゲインである。つまり、Ｃｓ，Ｃｇは、いわゆるばね上，ばね下絶対振動に対する減衰係数と考えることができる。
【００４８】
ii）ロール抑制制御
車両の旋回時においては、その旋回に起因するロールモーメントによって、旋回内輪側のばね上部とばね下部とが離間させられるとともに、旋回外輪側のばね上部とばね下部とが接近させられる。ロール抑制制御では、その旋回内輪側の離間および旋回外輪側の接近を抑制すべく、旋回内輪側のアクチュエータ３０にバウンド方向のアクチュエータ力を、旋回外輪側のアクチュエータ３０にリバウンド方向のアクチュエータ力を、それぞれ、ロール抑制力として発生させる。具体的に言えば、まず、車体が受けるロールモーメントを指標する横加速度として、ステアリングホイールの操舵角δと車速ｖとに基づいて推定された推定横加速度Ｇｙｃと、横加速度センサ２３２によって実測された実横加速度Ｇｙｒとに基づいて、制御に利用される横加速度である制御横加速度Ｇｙ*が、次式に従って決定される。
Ｇｙ*＝Ｋ1・Ｇｙｃ＋Ｋ2・Ｇｙｒ  （Ｋ1，Ｋ2：ゲイン）
そのように決定された制御横加速度Ｇｙ*に基づいて、ロール抑制成分ｆRが、次式に従って決定される。
ｆR＝Ｋ3・Ｇｙ*  （Ｋ3：ゲイン）
【００４９】
iii）ピッチ抑制制御
車体の制動時等の減速時において車体にノーズダイブが生じる場合には、そのノーズダイブを生じさせるピッチモーメントによって、前輪側のばね上部とばね下部とが接近させられるとともに、後輪側のばね上部とばね下部とが離間させられる。また、車体の加速時において車体にスクワットが生じる場合には、そのスクワットを生じさせるピッチモーメントによって、前輪側のばね上部とばね下部とが離間させられるとともに、後輪側のばね上部とばね下部とが接近させられる。ピッチ抑制制御では、それらの場合のばね上ばね下間距離の変動を抑制すべく、アクチュエータ力をピッチ抑制力として発生させる。具体的には、車体が受けるピッチモーメントを指標する前後加速度として、前後加速度センサ２３０によって実測された実前後加速度Ｇｘが採用され、その実前後加速度Ｇｘに基づいて、ピッチ抑制成分ｆPが、次式に従って決定される。
ｆP＝Ｋ4・Ｇｘ  （Ｋ4：ゲイン）
なお、ピッチ抑制制御は、スロットルセンサ２３８によって検出されるスロットルの開度、あるいは、ブレーキ圧センサ２４０によって検出されるマスタシリンダ圧が、設定された閾値を超えることをトリガとして実行される。
【００５０】
iv）必要作用力の決定
上述のようにして、アクチュエータ力の振動減衰成分ｆV，ロール抑制成分ｆR，ピッチ抑制成分ｆPが決定されると、それらに基づき、ばね上部とばね下部との間に作用させるべき力である必要作用力ｆNが、次式に従って決定される。
ｆN＝ｆV＋ｆR＋ｆP
次いで、その必要作用力ｆNに基づいて、アクチュエータ３０が発生させるべきアクチュエータ力である目標アクチュエータ力ｆ*が決定される。本サスペンションシステム１０は、アクチュエータ３０に対して、圧縮コイルスプリング９６，１００およびダンパ７０を有する連結機構３２が直列的に配設されているため、アクチュエータ力が、ばね上部とばね下部との間に連結機構３２を介して伝達されることになる。そこで、本システム１０においては、アクチュエータ力が連結機構３２を介してばね上部とばね下部とに伝達される際のスプリング・アブソーバAssy２０の伝達特性等を考慮して、目標アクチュエータ力ｆ*が決定されるようになっている。
【００５１】
v）伝達特性
以下に、上記スプリング・アブソーバAssy２０の伝達特性について詳しく説明する。図３は、スプリング・アブソーバAssy２０をモデル化した図である。時間ｔをパラメータとするアクチュエータ力をｆA(ｔ)とし、ばね下部側ユニットのばね下部に対する変位量をｘ(ｔ)とした場合において、ばね下部側ユニットに対する運動方程式は、次式によって表される。なお、変位ｘ(ｔ)は上方への変位を正としている。
ｍ・ｄ2ｘ(ｔ)／ｄｔ2＋Ｃ・ｄｘ(ｔ)／ｄｔ＋ｋ・ｘ(ｔ)＝−ｆA(ｔ)・・・(１)
ここで、ｍはばね下部側ユニットの慣性質量、Ｃはダンパ７０の減衰係数、ｋは２つの圧縮コイルスプリング９６，１００を１つのばねと仮定した場合のばね定数である。(１)式を、ラプラス演算子であるｓをパラメータとしてラプラス変換することで、次式が求まる。
Ｘ(ｓ)＝−１／（ｍ・ｓ2＋Ｃ・ｓ＋ｋ）・ＦA(ｓ)                 ・・・(２)
なお、Ｘ(ｓ)，ＦA(ｓ)は、それぞれｘ(ｔ)，ｆA(ｔ)をラプラス変換した関数である。つまり、Ｇ1(ｓ)＝−１／（ｍ・ｓ2＋Ｃ・ｓ＋ｋ）が、アクチュエータ力が入力された場合にばね下部側ユニットのばね下部に対する変位量が出力される伝達関数である第１伝達関数である。
【００５２】
また、ばね下部側ユニットのばね下部に対する変位量ｘ(ｔ)に対して、ばね下部に実際に作用する力である実作用力をｆｒ(ｔ)とした場合において、ばね下部に対する運動方程式は、次式によって表される。
ｆｒ(ｔ)＝−Ｃ・ｄｘ(ｔ)／ｄｔ−ｋ・ｘ(ｔ)                     ・・・(３)
この(３)式を、ラプラス変換した式が次式である。
Ｆｒ(ｓ)＝−（Ｃ・ｓ＋ｋ）・Ｘ(ｓ)                             ・・・(４)
なお、Ｆｒ(ｓ)は、ｆｒ(ｔ)をラプラス変換した関数である。つまり、Ｇ2(ｓ)＝−（Ｃ・ｓ＋ｋ）が、ばね下部側ユニットのばね下部に対する変位量が入力された場合に実作用力が出力される伝達関数である第２伝達関数である。そして、上記(４)式に(２)式を代入すれば、次式が得られる。
Ｆｒ(ｓ)＝｛（Ｃ・ｓ＋ｋ）／（ｍ・ｓ2＋Ｃ・ｓ＋ｋ）｝・ＦA(ｓ) ・・・(５)
そして、実用作用力ｆｒ(ｔ)が、必要作用力ｆNとなるように、アクチュエータ３０に発生させるべきアクチュエータ力ｆA(ｔ)を決定すればよいため、次式に従ってアクチュエータ力を算出すればよいことになる。
ＦA(ｓ)＝｛（ｍ・ｓ2＋Ｃ・ｓ＋ｋ）／（Ｃ・ｓ＋ｋ）｝・Ｆｒ(ｓ) ・・・(６)
【００５３】
vi）目標アクチュエータ力の決定
ただし、図３に示したモデルは、ばね下部が固定されたものであり、ばね下部に対するばね下部側ユニットの動作のみを考えたものである。実際には、スプリング・アブソーバAssy２０は、車輪からの入力により常に変位しているため、そのばね下部の変位による影響を考慮することが望ましい。そこで、ばね下部の絶対変位をｘ1(ｔ)とし、図４に示すような、ばね下部が変位しているスプリング・アブソーバAssy２０のモデルを考える。このモデルに従えば、ばね下部側ユニットは、ばね下縦加速度ｄｘ1(ｔ)／ｄｔに応じた大きさの慣性力をもつと考えることができる。したがって、そのばね下部側ユニットのばね下縦加速度に応じた大きさの慣性力ｍ・ｄｘ1(ｔ)／ｄｔを考慮して、目標アクチュエータ力ｆ*(t)をラプラス変換したＦ*(ｓ)は、次式で表される。
Ｆ*(ｓ)＝｛（ｍ・ｓ2＋Ｃ・ｓ＋ｋ）／（Ｃ・ｓ＋ｋ）｝・ＦN(ｓ)
−ｍ・ｓ2・Ｘ1(ｓ)                                   ・・・(７)
したがって、第１伝達関数と第２伝達関数との積である関数の逆数関数として設定された伝達関数である合成伝達関数Ｇ(ｓ)＝（ｍ・ｓ2＋Ｃ・ｓ＋ｋ）／（Ｃ・ｓ＋ｋ）に必要作用力を入力した場合のアクチュエータ力についての出力値と、ばね下部の変位によってばね下部側ユニットがもつ慣性力とに基づいて、目標アクチュエータ力が決定されるのである。
【００５４】
ちなみに、図４に示したモデルに従ったばね下部側ユニット，ばね下部に対する運動方程式は、それぞれ、次の(８)式，(９)式によって表される。
ｍ・ｄ2ｘ0(ｔ)／ｄｔ2＝−ｆA(ｔ)−Ｃ・｛ｄｘ0(ｔ)／ｄｔ−ｄｘ1(ｔ)／ｄｔ｝
−ｋ・｛ｘ0(ｔ)−ｘ1(ｔ)｝             ・・・(８)
ｆｒ(ｔ)＝−Ｃ・｛ｄｘ0(ｔ)／ｄｔ−ｄｘ1(ｔ)／ｄｔ｝
−ｋ・｛ｘ0(ｔ)−ｘ1(ｔ)｝                           ・・・(９)
それら(８)式，(９)式をラプラス変換した式が、次式の(１０)式，(１１)式である。
ｍ・ｓ2・Ｘ0(ｓ)＝−ＦA(ｓ)−Ｃ・ｓ・｛Ｘ0(ｓ)−Ｘ1(ｓ)｝
−ｋ・｛Ｘ0(ｓ)−Ｘ1(ｓ)｝                  ・・・(１０)
Ｆｒ(ｓ)＝−Ｃ・ｓ・｛Ｘ0(ｓ)−Ｘ1(ｓ)｝−ｋ・｛Ｘ0(ｓ)−Ｘ1(ｓ)｝
・・・(１１)
それら(１０)式，(１１)式を整理すると次式となる。
ＦA(ｓ)＝｛（ｍ・ｓ2＋Ｃ・ｓ＋ｋ）／（Ｃ・ｓ＋ｋ）｝・Ｆｒ(ｓ)
−ｍ・ｓ2・Ｘ1(ｓ)                                  ・・・(１２)
つまり、上記(７)式と同様の式が得られることになる。
【００５５】
上述したラプラス変換は、連続的な値、つまり、アナログデータを対象としたものである。しかし、合成伝達関数Ｇ(ｓ)に入力される必要作用力ｆNは、後に説明するように、プログラムの実行毎に決定されるものであり、プログラム実行間隔Ｔs毎の離散的な値である。そこで、上記の合成伝達関数Ｇ(ｓ)を、離散群上のラプラス変換と説明できるいわゆるｚ変換を用いて離散化した伝達関数Ｇ(ｚ)により演算されるようになっている。
【００５６】
そのｚ変換について、その一例を簡単に説明する。ある時刻ｔnにおけるデータをａ，サンプリング間隔をＴsとし、離散データの順番を表す演算子ｚを用いて、ａn+1＝ｚ・ａnと定義する。ここで、ｄａ(ｔn)／ｄｔを、離散的なデータを用いて近似すれば、次式のようになる。
ｄａ(ｔn)／ｄｔ＝（ａn−ａn-1）／Ｔs                          ・・・(１３)
上記の式をａn+1＝ｚ・ａnを用いて変形すれば、次式が得られる。
ｄａ(ｔn)／ｄｔ＝｛（１−ｚ-1）／Ｔs｝・ａn                   ・・・(１４)
また、ｄａ(ｔn)／ｄｔを、ラプラス変換すると、ｓ・Ａ（ｓ）となる。つまり、前記(７)式において、ラプラス演算子ｓを（１−ｚ-1）／Ｔsで置き換えるとともに、Ｆ*(ｓ)，ＦN(ｓ)をそれぞれ離散データであるｆ*，ｆNに変換することで、次式が得られるのである。
ｆ*＝Ｇ(ｚ)・ｆN−ｍ・Ｇｚｇ                                  ・・・(１５)
なお、ｓ2・Ｘ1(ｓ)は、ばね下縦加速度であるから、ばね下縦加速度センサ２３６によって検出されたばね下縦加速度Ｇｚｇに置き換えている。ちなみに、Ｇ(ｚ)は、今回の出力値を、今回の入力値と、過去の入力値および出力値を用いて、演算されるようになっている。以上のように、上記(１５)式に従った演算が行われ、目標アクチュエータ力ｆ*が決定されるのである。
【００５７】
また、ダンパ７０は、先に述べたように、伸縮方向によって減衰係数Ｃが異なる構造とされている。そこで、ばね下部側ユニットとばね下部とが相対動作する方向によって、上記第１伝達関数および第２伝達関数が変更されるようになっている。詳しく言えば、第１伝達関数および第２伝達関数において設定されているダンパ７０の減衰係数Ｃが、ばね下部側ユニットとばね下部とが接近する場合の減衰係数Ｃcと、ばね下部側ユニットとばね下部とが離間する場合の減衰係数Ｃtとの間で選択的に変更される。なお、ばね下部側ユニットとばね下部との間の変位は、ハイトセンサ２２４により検出されたばね上部とばね下部との接近離間動作量と、レゾルバ２４２の検出結果から推定されるばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの相対動作量との差であるため、それらハイトセンサ２２４とレゾルバ２４２との検出結果に基づいて、ばね下部側ユニットとばね下部との相対動作の方向が推定される。
【００５８】
上述のように決定された目標アクチュエータ力ｆ*を発生させるようにアクチュエータ３０が制御される。目標アクチュエータ力ｆ*を発生させるためのモータ４６の作動制御は、インバータ２０４によって行われる。詳しく言えば、上述のように決定された目標アクチュエータ力ｆ*に基づいて、目標となるデューティ比が決定され、そのデューティ比に基づいた指令がインバータ２０４に送信される。インバータ２０４は、その適切なデューティ比の下、インバータ２０４の備えるスイッチング素子の開閉が制御されて、目標アクチュエータ力ｆ*を発生させるようにモータ４６を駆動するのである。
【００５９】
vii）車高変更制御
ちなみに、本サスペンションシステム１０では、エアスプリング３４によって、路面の起伏が大きい道路の走行への対処等を目的として運転者の意思に基づいて車両の車高を変更する制御（以下、「車高変更制御」という場合がある）も実行される。その車高変更制御について簡単に説明する。車高変更制御は、運転者の意図に基づく車高変更スイッチ１６６の操作によって実現すべき設定車高である目標設定車高が変更された場合において、実行される。その目標設定車高の各々に応じて、各車輪１２についての目標となるばね上ばね下間距離が設定されており、ハイトセンサ２２４の検出値に基づいて、それぞれの車輪１２についてのばね上ばね下間距離が目標距離になるように、エア給排装置１４０の作動が制御され、各車輪１２のばね上ばね下間距離が目標設定車高に応じた距離に変更されるのである。さらに、この車高変更制御では、例えば、乗員数の変化，荷物の積載量の変化等による車高の変動に対処することを目的とした、いわゆるオートレベリングと呼ばれる制御も行われる。
【００６０】
＜制御プログラム＞
前述のようなアクチュエータ３０の制御は、図５にフローチャートを示すアクチュエータ制御プログラムが、イグニッションスイッチ２２０がＯＮ状態とされている間、短い時間間隔Ｔs（例えば、数ｍsec〜数十msec）をおいてＥＣＵ２００により繰り返し実行されることによって行われる。以下に、その制御のフローを、図に示すフローチャートを参照しつつ、簡単に説明する。なお、アクチュエータ制御プログラムは、４つの車輪１２にそれぞれ設けられたスプリング・アブソーバAssy２０のアクチュエータ３０の各々に対して実行される。以降の説明においては、説明の簡略化に配慮して、１つのアクチュエータ３０に対してのプログラムによる処理について説明する。
【００６１】
アクチュエータ制御プログラムにおいては、まず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略す、他のステップも同様である）〜Ｓ３において、先に説明したような手法で、振動減衰成分ｆV，ロール抑制成分ｆR，ピッチ抑制成分ｆPが決定される。そして、Ｓ４において、それらの成分ｆV，ｆR，ｆPが合計されて、ばね上部とばね下部との間に作用させるべき力である必要作用力ｆNが決定される。次いで、Ｓ５において、ばね下部側ユニットとばね下部との相対変位量ｘが、ハイトセンサ２２４の検出結果から得られるばね上部とばね下部との接近離間動作量と、レゾルバ２４２の検出結果から推定されるばね上部側ユニットとばね下部側ユニットとの相対動作量との差から求められる。そして、Ｓ６において、今回の相対変位量と前回の相対変位量とが比較され、ばね下部側ユニットとばね下部との相対動作の方向が推定され、それらが接近していると推定された場合には、Ｓ７においてダンパ７０の減衰係数ＣをＣcに設定し、離間していると推定された場合には、Ｓ８において減衰係数ＣをＣtに設定する。
【００６２】
続いて、Ｓ９において、先に説明した伝達関数Ｇ(ｓ)＝（ｍ・ｓ2＋Ｃ・ｓ＋ｋ）／（Ｃ・ｓ＋ｋ）に従った演算が行われ、入力値であるＳ４において決定された必要作用力ｆNに対して、アクチュエータ３０に発生させるべきアクチュエータ力ｆAが出力される。そして、Ｓ１０において、ばね下部の変位によってばね下部側ユニットがもつことになる慣性力ｍ・Ｇｚｇを考慮して、目標アクチュエータ力ｆ*（＝ｆA−ｍ・Ｇｚｇ）が決定される。次いで、Ｓ１１において、その目標アクチュエータ力ｆ*に基づいて、モータ４６の制御を行うためのデューティ比が決定され、そのデューティ比に基づいた指令がインバータ２０４に送信される。この処理により、各アクチュエータ３０のモータ４６の作動が制御されることで、各アクチュエータ３０は、必要とされるアクチュエータ力を発生させることになる。
【００６３】
＜制御装置の機能構成＞
上述したようなアクチュエータ３０の制御を実行するＥＣＵ２００は、それらの各種の処理を実行する各種の機能部を有していると考えることができる。詳しく言えば、図６に示すように、ＥＣＵ２００は、上記アクチュエータ制御プログラムにおけるＳ１〜Ｓ４に従った処理を実行して、必要作用力を決定する機能部、つまり、必要作用力決定部３００を有している。そして、この必要作用力決定部３００は、振動減衰成分ｆV決定する機能部として振動減衰制御部３０２を、ロール抑制成分ｆRを決定する機能部としてロール抑制制御部３０４を、ピッチ抑制成分ＦPを決定する機能部としてピッチ抑制制御部３０６を、それぞれ有している。また、ＥＣＵ２００は、上記必要作用力が入力されて第１伝達関数および第２伝達関数の積である関数の逆数関数として設定された合成伝達関数による演算を行う機能部として、伝達関数依拠演算部３０８を有しており、その伝達関数依拠演算部３０８は、プログラムのＳ５〜Ｓ９の処理を実行する部分が相当する。なお、その伝達関数依拠演算部３０８は、プログラムのＳ５〜Ｓ８の処理を実行し、ばね下部側ユニットとばね下部とが相対動作する方向に応じてダンパの減衰係数を切り換えることで第１伝達関数および第２伝達関数を変更する伝達関数変更部３１０を有するものとなっている。さらに、ＥＣＵ２００は、プログラムのＳ１０の処理を実行し、伝達関数依拠演算部３０８から出力されたアクチュエータ力についての出力値を、ばね下部の変位によってばね下部側ユニットがもつ慣性力に基づいて補正して、目標アクチュエータ力を決定する慣性力依拠補正部３１２を有している。そして、それら必要作用力決定部３００，伝達関数依拠演算部３０８，慣性力依拠補正部３１２を含んで目標アクチュエータ力決定部３１４が構成されている。ちなみに、ＥＣＵ２００は、エアスプリング３４によって車高変更を行う車高変更制御部３１６をも有している。
【００６４】
以上のように、本サスペンションシステム１０においては、目標アクチュエータ力が、アクチュエータ力が入力された場合にばね下部側ユニットのばね下部に対する変位量が出力される伝達関数である第１伝達関数と、その変位量が入力された場合にばね上部とばね下部との間に実際に作用する力である実作用力が出力される伝達関数である第２伝達関数とを利用し、アクチュエータ３０および連結機構３２によってばね上部とばね下部との間に作用させるべき力である必要作用力と、ばね下部が変位することによってばね下部側ユニットがもつ慣性力とに基づいて決定されることから、アクチュエータ力が連結機構３２を介してばね上部とばね下部とに作用する力が適切化されることになる。つまり、本システム１０によれば、連結機構をアクチュエータに対して直列的に配設したことによる車両の乗り心地，車両の操縦性，安定性等の悪化を防止することが可能である。
【００６５】
＜変形例＞
上記実施例のシステムにおいては、目標アクチュエータ力決定部が、図７(ａ)に示すように、第１伝達関数と第２伝達関数との積である関数の逆数関数として設定された合成伝達関数Ｇ(ｓ)に、必要作用力が入力されるように構成されていたが、図７(ｂ)に示す合成伝達関数Ｈ(ｓ)を用いて演算されるように構成されてもよい。合成伝達関数Ｈ(ｓ)は、上記実施例の伝達関数Ｇ(ｓ)に近似させた伝達関数であり、次式のように表される。
Ｈ(ｓ)＝Ｇ'(ｓ)／｛１＋Ｇ'(ｓ)・Ａ(ｓ)｝
ここで、Ｇ'(ｓ)，Ａ(ｓ)は、次式に示すような伝達関数である。
Ｇ'(ｓ)＝Ｐ＋Ｉ／ｓ＋Ｄ・ｓ
Ａ(ｓ)＝（Ｃ・ｓ＋ｋ）／（ｍ・ｓ2＋Ｃ・ｓ＋ｋ）
なお、Ｐ，Ｉ，Ｄは、それぞれ、比例ゲイン，積分ゲイン，微分ゲインであり、上記実施例の伝達関数Ｇ(ｓ)に近似するように、適切な値に設定されたものである。上記実施例の伝達関数Ｇ(ｓ)は、ｓに関して１次の関数であるのに対して、本変形例における伝達関数Ａ(ｓ)は、１／ｓの項を有する関数となっている。そのため、本変形例における伝達関数Ａ(ｓ)は、上記実施例の伝達関数Ｇ(ｓ)に比較して、安定した演算が可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】請求可能発明の実施例である車両用サスペンションシステムの全体構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すスプリング・アブソーバAssyを示す正面断面図である。
【図３】図２のスプリング・アブソーバAssyをモデル化した図である。
【図４】ばね下部の変位を考慮して図２のスプリング・アブソーバAssyをモデル化した図である。
【図５】図１に示すサスペンション電子制御ユニットによって実行されるアクチュエータ制御プログラムを表すフローチャートである。
【図６】図１に示すサスペンションシステムが有する制御装置の機能に関するブロック図である。
【図７】（ａ）が請求可能発明の実施例における目標アクチュエータ力決定部のブロック線図であり、（ｂ）が変形例における目標アクチュエータ力決定部のブロック線図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０：車両用サスペンションシステム    ２０：スプリング・アブソーバAssy    ２２：ロアアーム（ばね下部）    ２４：マウント部（ばね上部）    ３０：アクチュエータ    ３２：ダンパ    ３４：エアスプリング    ４２：ロッド（雄ねじ部）    ４４：ボールねじナット（雌ねじ部）    ４６：電磁モータ    ４８：ケーシング    ９０：下部リテーナ    ９８：リテーナ    ９６，１００：圧縮コイルスプリング    １６０：エア給排装置    ２００：サスペンション電子制御ユニット（ＥＣＵ，制御装置）    ２０４：インバータ    ２２４：ハイトセンサ（接近離間動作量センサ）    ２３４：ばね上縦加速度センサ    ２３６：ばね下縦加速度センサ    ２４２：レゾルバ（モータ動作量センサ）    ３００：必要作用力決定部    ３０２：振動減衰制御部    ３０４：ロール抑制制御部    ３０６：ピッチ抑制制御部    ３０８：伝達関数依拠演算部    ３１０：伝達関数変更部    ３１２：慣性力依拠補正部    ３１４：目標アクチュエータ力決定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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