(57)【要約】【課題】  乗り心地に優れた車両を実現可能な車両懸架装置を提供する。【解決手段】  電磁サスペンション４は、バネ下をバネ上に弾性支持するコイルスプリング２２と、バネ上とバネ下の間で減衰力を発生するショックアブソーバ８０と、ショックアブソーバ８０を車体に結合するアッパーサポート７０を備える。ショックアブソーバ８０は、モータ２０によりボールねじ２４を回転させて、ロッド２８とアウターシェル３０とを上下に摺動させることにより、減衰力を制御する。ショックアブソーバ８０により吸収しきれない高周波の振動は、アッパーサポート７０の振動吸収手段５０により吸収する。振動吸収手段５０は、剛性が可変に構成されており、路面からの入力に応じて剛性が制御される。【選択図】  図２
2005096587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のバネ上とバネ下の間に配設されたアブソーバと、
前記アブソーバの制御に寄与するモータと、
前記アブソーバを前記バネ上に結合するアッパーサポートと、
前記バネ下の振動状況に応じて前記アッパーサポートの剛性を変更する剛性変更手段と、
を備えることを特徴とする車両懸架装置。
【請求項２】
前記剛性変更手段は、前記バネ下の所定のしきい値よりも高い周波数の振動が、所定のレベルを超えた場合に、前記剛性を低くすることを特徴とする請求項１に記載の車両懸架装置。
【請求項３】
前記剛性変更手段は、前記アッパーサポートの内部に設けられた圧電素子又はＭＲ流体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両懸架装置。
【請求項４】
前記剛性変更手段は、前記アブソーバの作動に伴う前記モータの回転による回生電力を利用して前記アッパーサポートの剛性を変更することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両懸架装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両懸架装置に関し、特に、車両のバネ上とバネ下の間に配設されたアブソーバをモータにより制御する車両懸架装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両懸架装置として、電気モータ式の電磁サスペンションが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された車両懸架装置では、相互に噛合する雄ねじ部材と雌ねじ部材とを、モータにより伸縮駆動することにより、バネ上−バネ下間の減衰力をアクティブに制御する。また、車輪から衝撃的な荷重が入力したときに、その荷重を吸収するために、モータ又はねじ部材の少なくとも一方が、コイルスプリングなどのバネにより車輪又は車体に弾性支持される。
【特許文献１】特開２００１−１８０２４４号公報
【特許文献２】特開平８−１９７９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の電磁サスペンションでは、モータの慣性力の影響などにより、高周波の振動が路面から入力されたときに、モータの駆動が追随できず、振動が車体に伝わって乗り心地に影響を与える場合がある。操縦安定性を確保しつつ乗り心地を改善する技術が求められる。
【０００４】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、乗り心地に優れた車両を実現可能な車両懸架装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のある態様は、車両懸架装置に関する。この車両懸架装置は、車両のバネ上とバネ下の間に配設されたアブソーバと、前記アブソーバの制御に寄与するモータと、前記アブソーバを前記バネ上に結合するアッパーサポートと、前記バネ下の振動状況に応じて前記アッパーサポートの剛性を変更する剛性変更手段と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
前記剛性変更手段は、前記バネ下の所定のしきい値よりも高い周波数の振動が、所定のレベルを超えた場合に、前記剛性を低くしてもよい。路面から入力される振動が、たとえば５Ｈｚ以上の高周波である場合に、剛性を低くして振動を吸収しやすくしてもよい。これにより、乗り心地を改善することができる。
【０００７】
前記剛性変更手段は、前記アッパーサポートの内部に設けられた圧電素子又はＭＲ流体であってもよい。電界の印加による圧電素子の伸縮、又は磁界の印加によるＭＲ流体の粘性の変化などを利用して、アッパーサポートの剛性を変更することが可能である。これにより、簡易に剛性変更手段を構成することができる。
【０００８】
前記剛性変更手段は、前記アブソーバの作動に伴う前記モータの回転による回生電力を利用して前記アッパーサポートの剛性を変更してもよい。これにより、消費電力を節減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、乗り心地に優れた車両を実現する技術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】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る車両１の構成を示す。車両１は、車体２と、左前輪である車輪３ａ、右前輪である車輪３ｂ、左後輪である車輪３ｃ及び右後輪である車輪３ｄ（以下、適宜「車輪３」と総称する）を備える。車輪３はホイールとゴムタイヤから構成される。車体２と車輪３は、車両１のバネ上とバネ下の減衰力をモータを用いて発生するアブソーバを備えた車両懸架装置の一例である電磁サスペンションを介して接続される。なお、電磁サスペンションのバネにより支えられる部材の位置を「バネ上」と呼び、バネにより支えられていない部材の位置を「バネ下」と呼ぶ。すなわち、バネ上は車体２側であり、バネ下は車輪３側である。この例では、車輪３ａが電磁サスペンション４ａに、車輪３ｂが電磁サスペンション４ｂに、車輪３ｃが電磁サスペンション４ｃに、車輪３ｄが電磁サスペンション４ｄにそれぞれ取り付けられる。以下、各電磁サスペンション４ａ、４ｂ、４ｃ及び４ｄを総称する場合には、「電磁サスペンション４」と呼ぶ。各電磁サスペンション４は、電子制御装置（以下、電子制御装置を「ＥＣＵ」と表記する）１０により独立に制御される。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えて構成される。
【００１１】
電磁サスペンション４のモータに流れる電流は、電流センサにより検出される。電磁サスペンション４ａに対して電流センサ５ａ、電磁サスペンション４ｂに対して電流センサ５ｂ、電磁サスペンション４ｃに対して電流センサ５ｃ、電磁サスペンション４ｄに対して電流センサ５ｄがそれぞれ設けられる。以下、電流センサ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄを総称する場合には「電流センサ５」と呼ぶ。各電流センサ５の検出結果は、ＥＣＵ１０に伝達される。なお電流センサ５による電流検出機能は、ＥＣＵ１０により実現されてもよい。
【００１２】
電磁サスペンション４を車輪３ごとに設けることにより、ＥＣＵ１０が、各車輪３の状態に応じて電磁サスペンション４のモータに印加する電流をそれぞれ独立して制御することが可能となる。また、電磁サスペンション４を採用することで、応答性の優れた制御を実現できる。
【００１３】
車両１のバネ上又はバネ下の上下方向の加速度を検知するために、加速度センサが設けられる。この例では、車輪３ａの近傍に加速度センサ６ａが、車輪３ｂの近傍に加速度センサ６ｂが、車輪３ｃの近傍に加速度センサ６ｃが、車輪３ｄの近傍に加速度センサ６ｄが、それぞれ設けられている。以下、加速度センサ６ａ、６ｂ、６ｃ及び６ｄを総称する場合には「加速度センサ６」と呼ぶ。加速度センサ６により検知された上下方向の加速度は、ＥＣＵ１０に伝達され、後述するように、アッパーサポートの剛性を制御するために用いられる。加速度センサ６は、バネ上に設けられてもよいし、バネ下に設けられてもよいし、双方に設けられてもよいが、本実施の形態では、路面から入力される振動に応じてアッパーサポートの剛性を制御するので、路面に近いバネ下に加速度センサ６を設けるのが好ましい。図１の例では、各車輪３ごとに加速度センサ６を設けているが、加速度センサ６は一個であってもよいし、複数個であってもよい。
【００１４】
図２は、電磁サスペンション４の構成を示す。電磁サスペンション４は、モータ２０、ボールねじ２４、ボールねじナット２６、ロッド２８、アウターシェル３０、軸受３２、３４、３６、ダストシール３８及び回転角センサ４４を備えたショックアブソーバ８０と、バネ下をバネ上に弾性支持するコイルスプリング２２と、ショックアブソーバ８０を車体２に結合するアッパーサポート７０とを備える。軸受３２はロッド２８内部においてボールねじ２４を回動可能に支持し、また軸受３４及び３６は、アウターシェル３０内部においてロッド２８を摺動可能に支持する。ダストシール３８は、アウターシェル３０内にゴミなどの異物が入り込むのを防止する。回転角センサ４４は、モータ２０の回転量を検出する。回転角センサ４４の検出結果は、ＥＣＵ１０に伝達される。回転角センサ４４は、モータ２０の外部に設けられてもよく、またモータ２０の内部に設けられてもよい。この電磁サスペンション４は、第１取付部４０において車体２側の構成に取り付けられ、また第２取付部４６において車輪３側の構成に取り付けられる。コイルスプリング２２は、第１取付部４０近傍の車体面とスプリングシート４２の間に縮設され、予め所定の荷重を与えられる。
【００１５】
コイルスプリング２２は、車両１のバネ上部分の重量を支持し、また路面からの振動や衝撃が車輪３を通して車体２に伝わらないようにする。ショックアブソーバ８０は、コイルスプリング２２による車体２の上下振動を減衰させる。このショックアブソーバ８０は、モータ２０を用いて車両１のバネ上とバネ下の間の減衰力を発生することができ、制御応答性に優れている。
【００１６】
ボールねじ２４、ロッド２８及びアウターシェル３０は同軸に配置されている。アウターシェル３０には、雌ねじ部分を有するボールねじナット２６が内設される。ボールねじ２４は雄ねじ部分を有し、ボールねじナット２６に螺合した状態にある。モータ２０はボールねじ２４の一端を回動可能にセレーションで支持する。モータ２０を駆動すると、ボールねじ２４がボールねじナット２６に対して相対回転し、モータ２０に対してアウターシェル３０が下方に押し下げられ、又は上方に引き上げられる。なお、本実施の形態では、ボールねじ２４が車両のバネ上に、ボールねじナット２６が車両のバネ下に設けられる例について説明するが、逆に、ボールねじ２４が車両のバネ下に、ボールねじナット２６が車両のバネ上に設けられてもよい。
【００１７】
車両１が良路を走行している場合、ＥＣＵ１０はそれぞれの電磁サスペンション４のモータ２０に印加する電流値を、例えば０Ａである基準電流値に設定する。路面に凹凸があって、車輪３が上下動する場合、ロッド２８とアウターシェル３０との相対運動によりコイルスプリング２２が伸縮する。このとき、ボールねじ２４がボールねじナット２６に対して相対回転することにより、モータ２０が回転して発電機として作用し、このときに生じる抵抗力により減衰力が発生する。電流センサ５は、モータ２０内部で電磁誘導により発生した電流を検出し、ＥＣＵ１０に伝達する。ＥＣＵ１０は、コイルスプリング２２の伸縮を抑制する方向の電流、すなわち電磁誘導により生じた電流とは逆向きの電流をモータ２０に印加する。ＥＣＵ１０は、車体２の上下方向の加速度に応じてモータ２０に印加する電流を設定し、減衰力を調整する。このように、本実施の形態のショックアブソーバ８０は、電磁式ショックアブソーバとして機能する。また、ボールねじ２４を回転させることにより、車体２を上下方向に変位させることができるので、本実施の形態のショックアブソーバ８０は、車体２の姿勢を制御するために利用することができる。
【００１８】
ショックアブソーバ８０は、モータ２０の回転により制御されるが、モータ２０のロータには慣性力が働くため、高周波の振動が路面から入力されたときに、制御が追随できず、車体２に振動が伝わって乗り心地が悪くなる場合がある。そのため、本実施の形態では、高周波の振動を吸収するために、ゴムなどの弾性体により構成された振動吸収手段５０を含むアッパーサポート７０を介してショックアブソーバ８０を車体２に結合する。振動吸収手段５０の剛性を高くすると、操縦安定性が増すが、路面の入力が車体２に伝わりやすい。逆に、振動吸収手段５０の剛性を低くすると、乗り心地が良くなるが、操縦安定性が悪くなる。このように、操縦安定性と乗り心地はトレードオフの関係にあり、振動吸収手段５０の剛性はそれらを考慮して決定する必要があるが、本実施の形態では、振動吸収手段５０の剛性を変更可能に構成し、路面から入力される振動の状況に応じて、その剛性を制御する。これにより、優れた操縦安定性と、快適な乗り心地の双方を実現することができる。
【００１９】
図３は、アッパーサポート７０の構成を示す。振動吸収手段５０の内部には、上下に剛性変更手段の一例である圧電素子５２ａ及び５２ｂが設けられている。圧電素子５２ａと５２ｂの間にはクリアランス５４が設けられている。電界を与えると、圧電素子５２ａ及び５２ｂが伸縮することにより、クリアランス５４の幅が増減する。これにより、アッパーサポート７０の剛性を変更することができる。具体的には、路面から入力される振動が高周波の場合は、その振動をアッパーサポート７０により吸収すべく、クリアランス５４の幅を広くすることによりアッパーサポート７０の剛性を低くする。これにより、快適な乗り心地を確保することができる。路面から入力される振動が低周波である場合は、ショックアブソーバ８０によりその振動を吸収させるとともに、クリアランス５４の幅を狭くすることによりアッパーサポート７０の剛性を高くする。これにより、操縦安定性を確保することができる。
【００２０】
図４は、本実施の形態の車両１の力学モデルを示す。ショックアブソーバ８０とアッパーサポート７０とは直列に接続されており、それらと並列に接続されたコイルスプリング２２とともに車体２の質量ｍ３を支える。アッパーサポート７０の振動吸収手段５０は、ばね定数が可変なばねと、粘性係数が可変な粘性減衰と見なすことができる。
【００２１】
図５は、本実施の形態の電磁サスペンション４においてアッパーサポート７０の剛性を変更する方法を示すフローチャートである。まず、加速度センサ６により路面から入力される振動を検知する（Ｓ１０）。加速度センサ６に代えて、電流センサ５により検知された電流により、又は回転角センサ４４により、ボールねじ２４の回転量を取得し、回転量からストローク量を算出し、ストローク量を２回時間微分することにより上下方向の加速度を算出してもよい。ＥＣＵ１０は、加速度センサ６から上下方向の加速度を取得すると、ハイパスフィルタにより、たとえば５Ｈｚ以上の高周波成分を抽出し（Ｓ１２）、高周波成分のレベルの大小に応じて、圧電素子に与える電界の大きさを制御して、アッパーサポート７０の剛性を変更する（Ｓ１４）。たとえば、５Ｈｚ以上の高周波成分の振幅が所定のしきい値よりも大きい場合は、剛性を低くして振動を吸収しやすくし、５Ｈｚ以上の高周波成分の振幅が所定のしきい値よりも小さい場合は、剛性を高くして操縦安定性を確保する。
（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態に係るアッパーサポート７０の構成を示す。本実施の形態では、アッパーサポート７０内に設けられたＭＲ流体（Magneto-Rheological Fluid）が剛性変更手段として機能する例について説明する。本実施の形態の車両１の全体構成及び電磁サスペンション４の構成は、図１及び図２に示した第１の実施の形態の車両１及び電磁サスペンション４と同様である。
【００２２】
アッパーサポート７０の振動吸収手段５０の内部には、ＭＲ流体５６が注入されている。路面から振動が入力されたときに、振動吸収手段５０が圧縮することを考慮して、ＭＲ流体は流路を満たすように注入されるのではなく、圧縮の余地を残すように空隙５８が設けられている。ＭＲ流体５６の内側に設けられたコイル６０に、ハーネス６２を介して電流を供給すると、ＭＲ流体５６の周囲に磁界が発生する。ＭＲ流体５６は、強磁性金属微粒子を、媒体となる液体中に高濃度で分散させたスラリーで、外部から磁場を印加すると、磁化された粒子同士が強く引きつけ合うことで高粘度になる性質を有している。そのため、コイル６０の周囲に発生した磁界により、ＭＲ流体５６の粘度が増し、アッパーサポート７０の剛性が高くなる。このように、コイル６０に供給する電流を調整することにより、アッパーサポート７０の剛性を調整することができる。アッパーサポート７０の剛性を変更する方法については、第１の実施の形態と同様である。
（第３の実施の形態）
本実施の形態では、モータ２０による回生電力を利用して、第１及び第２の実施の形態で説明したアッパーサポート７０の剛性の制御を行う。図７は、回生電力をアッパーサポート７０に供給する様子を模式的に示す。路面からの入力によるショックアブソーバ８０の作動に伴ってモータ２０が回転したときに、発生した逆起電力をキャパシタＣに蓄電する。アッパーサポート７０の剛性の制御が必要なときは、キャパシタＣからアッパーサポート７０に電流を供給する。これにより、回生電力を有効に利用して制御を行うことができ、車両１に設けられたバッテリなどの消費電力を低減することができる。
【００２３】
路面からの入力により回生電力が発生したときに、その電力を即座に、又は所定の時間間隔をおいてアッパーサポート７０に供給し、アッパーサポート７０の剛性を変更してもよい。これにより、ＥＣＵ１０などを介さずに自動的にアッパーサポート７０の剛性を変更することができるので、構成を簡略化することができる。
【００２４】
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施の形態に係る車両の構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る電磁サスペンションの構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係るアッパーサポートの構成を示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る車両の力学モデルを示す図である。
【図５】第１の実施の形態に係る電磁サスペンションにおいてアッパーサポートの剛性を変更する方法を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態に係るアッパーサポートの構成を示す図である。
【図７】回生電力をアッパーサポートに供給する様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  車両、２  車体、３  車輪、４  電磁サスペンション、５  電流センサ、６  加速度センサ、１０  ＥＣＵ、２０  モータ、２２  コイルスプリング、２４  ボールねじ、２６  ボールねじナット、２８  ロッド、３０  アウターシェル、５０  振動吸収手段、５２  圧電素子、５４  クリアランス、５６  ＭＲ流体、６０  コイル、７０  アッパーサポート、８０  ショックアブソーバ。
【図１】
2005096587.tif 000003
【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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