(57)【要約】      （修正有）【課題】  電磁アクチュエータを用いた車両用アクティブサスペンションにおいて、アクチュエータ駆動回路の異常時にもアクチュエータで減衰力を発生可能とする。【解決手段】  異常時にアクチュエータ駆動回路５４でのスイッチング作動を停止させ、アクチュエータ１２の各相コイルを多相整流器７８を経てスイッチ７９に接続する。アクチュエータ各相コイルの逆起電力がスイッチ７９に供給され、該スイッチ７９の開閉をデューティー制御することで所定の減衰力を発生させる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクチュエータを有する車両用サスペンションにおいて、前記アクチュエータの運動によって給電され、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を発生するクランプ回路を備えたシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記アクチュエータは、コイル・アセンブリを有し、前記クランプ回路は、前記コイル・アセンブリを電気的に接続するスイッチを含むシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、前記コイル・アセンブリは、多相コイル集合体であり、前記スイッチは、１つ以上のコイル端部を電気的に接続し、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させる、システム。
【請求項４】
請求項２記載のシステムにおいて、前記スイッチはシリコン・デバイスであるシステム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムにおいて、前記クランプ回路は整流器を含み、前記スイッチは単一の単方向スイッチであるシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、前記アクチュエータは、電機子と固定子とを含み、前記電機子が前記アクチュエータ内において前記固定子に対して相対的に移動する結果として、前記アクチュエータの運動が逆起電力（ＥＭＦ）を発生し、該逆ＥＭＦが前記クランプ回路に給電する、システム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、前記逆ＥＭＦは補助回路によって昇圧されるシステム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムにおいて、前記補助回路は、約０．５ボルトの入力電圧で動作可能な、バイポーラ・ロイヤー発振器を備えているシステム。
【請求項９】
請求項１記載のシステムにおいて、前記クランプ回路は、車両の起動および停止時にイネーブルされるシステム。
【請求項１０】
請求項１記載のシステムにおいて、前記クランプ回路は、障害が検出されたときイネーブルされるシステム。
【請求項１１】
請求項１記載のシステムにおいて、前記クランプ回路はパルス状に駆動され、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させるシステム。
【請求項１２】
アクチュエータを有する車両用サスペンション・システムにおいて、前記アクチュエータのために、電力スイッチング・デバイスによって提供されるアクティブ・クランプ機能と、
前記アクチュエータの運動によって給電されるクランプ回路と、
を備えたシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記アクチュエータは多相コイル集合体を有し、前記クランプ回路は、１つ以上のコイル端部を電気的に接続し、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させるスイッチを含むシステム。
【請求項１４】
請求項１３記載のシステムにおいて、前記スイッチはシリコン・デバイスであるシステム。
【請求項１５】
請求項１４記載のシステムにおいて、前記クランプ回路は整流器を含み、前記スイッチは単一の単方向スイッチであるシステム。
【請求項１６】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記クランプ回路は車両の起動および停止時にイネーブルされるシステム。
【請求項１７】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記クランプ回路は、障害が検出されたときにイネーブルされるシステム。
【請求項１８】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記クランプ回路はパルス状に駆動され、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させるシステム。
【請求項１９】
車両用サスペンション・システムであって、
アクチュエータ制御信号を生成するように適応された電子コントローラと、
外部電源から電力を受け、前記電子コントローラによって生成されるアクチュエータ制御信号に応答して、制御された力を生成するように適応されたアクチュエータであって、該アクチュエータ自体の運動によって当該アクチュエータ内で発生された電力によって動作開始可能であり、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を発生するクランプ回路を有する、アクチュエータと、
を備えたシステム。
【請求項２０】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記アクチュエータはコイル・アセンブリを有し、前記クランプ回路は、前記コイル・アセンブリを電気的に接続するスイッチを含むシステム。
【請求項２１】
請求項２０記載のシステムにおいて、前記コイル・アセンブリは、多相コイル集合体であり、前記スイッチは、１つ以上のコイル端部を電気的に接続し、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させる、システム。
【請求項２２】
請求項２０記載のシステムにおいて、前記アクチュエータの運動が起電力（ＥＭＦ）を発生し、該起電力を受けるように適応された前記スイッチを動作させ、巻線間で電気的接続を維持するようにしたシステム。
【請求項２３】
請求項２０記載のシステムにおいて、前記スイッチはシリコン・デバイスであるシステム。
【請求項２４】
請求項２３記載のシステムにおいて、前記クランプ回路は整流器を含み、前記スイッチは単一の単方向スイッチであるシステム。
【請求項２５】
請求項１９記載のシステムにおいて、前記クランプ回路はパルス状に駆動され、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させるシステム。
【請求項２６】
アクチュエータを有する車両用サスペンションにおいて、アクチュエータの運動によって、該アクチュエータの受動ダンピング特性を発生することを含む方法。
【請求項２７】
請求項２６記載の方法において、前記アクチュエータは、コイル・アセンブリを有し、前記クランプ回路は、前記コイル・アセンブリを電気的に接続するスイッチを含む方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、前記コイル・アセンブリは、多相コイル集合体であり、前記スイッチは、１つ以上のコイル端部を電気的に接続し、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させる方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法において、前記スイッチはシリコン・デバイスである方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法において、前記クランプ回路は整流器を含み、前記スイッチは単一の単方向スイッチである方法。
【請求項３１】
請求項２６記載の方法において、前記アクチュエータは電機子と固定子とを含み、前記電機子が前記アクチュエータ内において前記固定子に対して相対的に移動する結果として、前記アクチュエータの運動が逆起電力（ＥＭＦ）を発生し、該逆ＥＭＦが前記クランプ回路に給電する、方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の方法において、前記逆ＥＭＦは補助回路によって昇圧される方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、前記補助回路は、約０．５ボルトの入力電圧で動作可能なバイポーラ・ロイヤー発振器を備えている方法。
【請求項３４】
請求項２６記載の方法において、前記クランプ回路は、車両の起動および停止時にイネーブルされる方法。
【請求項３５】
請求項２６記載の方法において、前記クランプ回路は、障害が検出されたときに、イネーブルされる方法。
【請求項３６】
請求項２６記載の方法において、前記アクチュエータは、電力用電子モジュールによって給電され、更に前記アクチュエータに対しアクティブ・クランプを行う方法。
【請求項３７】
請求項３６記載の方法において、前記アクティブ・クランプおよび前記クランプ回路は、障害が検出されたとき、または車両停止中に、同時にイネーブルされる方法。
【請求項３８】
請求項３６記載の方法において、車両の起動時に、順次前記アクティブ・クランプをイネーブルし、前記クランプ回路をディスエーブルする方法。
【請求項３９】
請求項３６記載の方法において、障害から正常動作モードに再度切り換わるときに、前記クランプ回路および前記アクティブ・クランプは順次ディスエーブルされる方法。
【請求項４０】
請求項３６記載の方法において、前記電力用電子モジュールにクランプ回路ステータス信号が供給され、前記クランプ回路がイネーブルされているときに、前記電力用電子モジュールがスイッチングするのを禁止する方法。
【請求項４１】
請求項２６記載の方法において、前記クランプ回路はパルス状に駆動され、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させる方法。
【請求項４２】
アクチュエータを有する車両用サスペンション・システムにおいて、電力スイッチング・デバイスによって前記アクチュエータのために設けられるアクティブ・クランプ機能と、
電源によって給電されるクランプ回路と、
を備えたシステム。
【請求項４３】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記アクチュエータはコイル・アセンブリを含み、前記クランプ回路は、１つ以上のコイル端部を電気的に接続し、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させるスイッチを備えているシステム。
【請求項４４】
請求項４３記載のシステムにおいて、前記電源はバッテリであるシステム。
【請求項４５】
請求項４３記載のシステムにおいて、前記電源は値が大きいコンデンサであるシステム。
【請求項４６】
請求項４２記載のシステムにおいて、前記クランプ回路はパルス状に駆動され、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させるシステム。
【請求項４７】
クランプ回路を含むアクチュエータを備え、前記クランプ回路は、前記アクチュエータの運動によって給電され、前記アクチュエータのコイル・アセンブリをクランプするシステム。
【請求項４８】
請求項４７記載のシステムにおいて、前記クランプ回路は、前記コイル・アセンブリを電気的に接続するスイッチを含むシステム。
【請求項４９】
請求項４８記載のシステムにおいて、前記コイル・アセンブリは、多相コイル集合体であり、前記スイッチは、１つ以上のコイルを電気的に接続し、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させるシステム。
【請求項５０】
請求項４７記載のシステムにおいて、前記クランプ回路はパルス状に駆動され、前記アクチュエータの受動ダンピング特性を変化させるシステム。
【請求項５１】
請求項４８記載のシステムにおいて、前記スイッチはシリコン・デバイスであるシステム。
【請求項５２】
請求項５１記載のシステムにおいて、前記クランプ回路は整流器を含み、前記スイッチは単一の単方向スイッチであるシステム。
【請求項５３】
請求項４７記載のシステムにおいて、前記アクチュエータは電機子と固定子とを含み、前記電機子が前記アクチュエータ内において前記固定子に対して相対的に移動する結果として、前記アクチュエータの運動が逆起電力（ＥＭＦ）を発生し、該逆ＥＭＦが前記クランプ回路に給電する、システム。
【請求項５４】
請求項５３記載のシステムにおいて、前記逆ＥＭＦは補助回路によって昇圧されるシステム。
【請求項５５】
請求項４７記載のシステムにおいて、前記アクチュエータ・モータはリニア・モータであるシステム。
【請求項５６】
請求項４７記載のシステムにおいて、前記アクチュエータ・モータはロータリ・モータであるシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用アクティブ・サスペンション(active vehicle suspension)のフェールセーフ動作に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両のサスペンションは、車体の重量を支持したり、ハンドル操作の間方向性制御を行ったり、そして乗員を道路の凹凸から隔離して快適な乗り心地を確保するというような、多くの重要な機能を行う。電気式システムまたは油圧作動システムのようなアクティブ・サスペンション・システムは、車両の本体とその車輪構造体との間に力および運動を発生し、車両の乗車品質を制御する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、車両用アクティブ・サスペンションにおいてフェールセーフ機能を実現するシステムおよび方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、本発明は、アクチュエータを有する車両用サスペンションにおいて、アクチュエータの運動によって給電され、アクチュエータの受動ダンピング（減衰）特性を発生するクランプ回路を備えているシステムを特徴とする。
【０００５】
１つ以上の以下の特徴も含むことができる。クランプ回路は、アクチュエータ・コイル・アセンブリ（集合体）を電気的に接続するスイッチを含むことができる。アクチュエータ・コイル・アセンブリは、多相コイル集合体（アセンブリ）とすることができ、スイッチは１つ以上のコイル端を電気的に接続し、アクチュエータの受動減衰特性を変化させる。スイッチは、シリコン・デバイスとすることができ、クランプ回路は、整流器を含むことができ、スイッチは、単一の単方向スイッチとすることができる。アクチュエータ内において電機子が固定子に対して相対的に移動する結果として、アクチュエータの運動が逆起電力（ＥＭＦ：electromotive force）を発生し、逆ＥＭＦがクランプ回路に給電する。逆ＥＭＦを、補助回路によってブースト（昇圧）することができる。補助回路は、約０．５ボルトの入力電圧で動作可能な、バイポーラ・ロイヤー（Royer）発振器を含むことができる。
【０００６】
種々の実施形態では、クランプ回路は、車両の起動や停止時、および／または障害が検出されたときに、イネーブルすることができる。アクチュエータの受動減衰特性は、クランプ回路をパルス状に駆動することによっても、変化させることができる。
【０００７】
別の態様では、本発明は、アクチュエータを有する車両用サスペンション・システムにおいて、アクチュエータのために、電力切換（スイッチング）デバイスによって設けられる能動クランプ機能と、アクチュエータの運動によって給電されるクランプ回路とを含むシステムを特徴とする。
【０００８】
１つ以上の以下の特徴も含むことができる。アクチュエータ・コイル・アセンブリは、多相コイル集合体とすることができ、スイッチは１つ以上のコイル端を電気的に接続し、アクチュエータの受動減衰特性を変化させる。スイッチは、シリコン・デバイスとすることができ、クランプ回路は、整流器を含むことができ、スイッチは、単独の単方向スイッチとすることができる。クランプ回路は、車両の起動や停止時、および／または障害が検出されたときにイネーブルすることができる。アクチュエータの受動減衰特性は、クランプ回路をパルス状に駆動することによっても、変化させることができる。
【０００９】
別の態様では、本発明は、アクチュエータ制御信号を生成するように適応されている電子コントローラと、外部電源から電力を受け、電子コントローラが生成するアクチュエータ制御信号に応答して、制御した力を生成するように適応されているアクチュエータであって、アクチュエータ自体の運動によって当該アクチュエータ内で発生した電力によって動作開始（連動）可能であり、アクチュエータの受動減衰特性を発生するクランプ回路を有する、アクチュエータとを含む車両用サスペンション・システムを特徴とする。
【００１０】
１つ以上の以下の特徴も含むことができる。クランプ回路は、アクチュエータ・コイル・アセンブリを電気的に接続するスイッチを含むことができる。アクチュエータ・コイル・アセンブリは、多相コイル集合体であり、スイッチは、１つ以上のコイル端部を電気的に接続し、アクチュエータの受動減衰特性を変化させることができる。アクチュエータの運動が起電力（ＥＭＦ）を発生し、起電力を受けるように構成されているスイッチを動作させ、巻線間で電気的接続を維持することができる。スイッチはシリコン・デバイスとすることができ、クランプ回路は整流器を含むことができ、スイッチは単一の単方向スイッチとすることができる。アクチュエータの受動減衰特性は、クランプ回路をパルス状に駆動することによっても、変化させることができる。
【００１１】
別の態様では、本発明は、アクチュエータを有する車両用サスペンションにおいて、アクチュエータの移動によって、アクチュエータの受動減衰特性を発生するステップから成る方法を特徴とする。
【００１２】
１つ以上の以下の特徴も含むことができる。クランプ回路は、アクチュエータ・コイル・アセンブリを電気的に接続するスイッチを含むことができる。アクチュエータ・コイル・アセンブリは、多相コイル集合体とすることができ、スイッチは、１つ以上のコイル端部を電気的に接続し、アクチュエータの受動減衰特性を変化させる。スイッチはシリコン・デバイスとすることができ、クランプ回路は、整流器を含むことができ、スイッチは単一の単方向スイッチとすることができる。電機子がアクチュエータ内において固定子に対して相対的に移動する結果として、アクチュエータの運動が逆起電力（ＥＭＦ）を発生することができ、逆ＥＭＦがクランプ回路に給電する。逆ＥＭＦを、補助回路によって昇圧することができる。補助回路は、約０．５ボルトの入力電圧で動作可能な、バイポーラ・ロイヤー発振器を含むことができる。クランプ回路は、車両の起動や停止時、および／または障害が検出されたときに、イネーブルすることができる。アクチュエータは、電力用電子モジュールによって給電することができ、電力用電子モジュールは更にアクチュエータにアクティブ・クランプを設ける。アクティブ・クランプおよびクランプ回路は、障害が検出されたとき、または車両停止時に、同時にイネーブルすることができる。車両の起動時に、順次アクティブ・クランプをイネーブルし、クランプ回路をディスエーブル（動作不能）することができる。障害から正常動作モードに再度切り換えるときに、クランプ回路およびアクティブ・クランプを順次ディスエーブルすることができる。電力用電子モジュールにクランプ回路ステータス信号を供給し、クランプ回路がイネーブルしているときには、電力用電子モジュールが切り替わるのを禁止することができる。クランプ回路をパルス状に駆動することによっても、アクチュエータの受動減衰特性を変化させることができる。
【００１３】
別の態様では、本発明は、アクチュエータを有する車両用サスペンション・システムにおいて、電力スイッチング（切換）デバイスによってアクチュエータのために設けられるアクティブ・クランプ機能と、電源によって給電されるクランプ回路とを含むシステムを特徴とする。
【００１４】
１つ以上の以下の特徴も含むことができる。アクチュエータ・コイル・アセンブリは、多相コイル構造体とすることができ、クランプ回路は、アクチュエータの１つ以上のコイル端部を電気的に接続し、アクチュエータの受動減衰特性を変化させるスイッチを含むことができる。電源はバッテリとすることができる。電源は、値が大きいコンデンサとすることができる。アクチュエータの受動減衰特性は、クランプ回路をパルス状に駆動することによっても、変化させることができる。
【００１５】
別の態様では、本発明は、アクチュエータを有するシステムにおいて、アクチュエータの移動によって給電され、アクチュエータのコイル構造体をクランプするクランプ回路を特徴とする。
【００１６】
１つ以上の以下の特徴も含むことができる。クランプ回路は、アクチュエータ・コイル構造体を電気的に接続するスイッチを含むことができる。アクチュエータ・コイル構造体は、多相コイル構造体とすることができ、スイッチは、１つ以上のコイル端部を電気的に接続し、アクチュエータの受動減衰特性を変化させる。アクチュエータの受動減衰特性は、クランプ回路をパルス状に駆動することによっても、変化させることができる。スイッチはシリコン・デバイスとすることができ、クランプ回路は整流器を含むことができ、スイッチは単独の単方向スイッチとすることができる。電機子がアクチュエータ内において固定子に対して相対的に移動する結果として、アクチュエータの運動が逆起電力（ＥＭＦ）を発生することができ、逆ＥＭＦがクランプ回路に給電する。逆ＥＭＦを、補助回路によって昇圧することことができる。アクチュエータ・モータはリニア・モータまたはロータリ・モータとすることができる。
【００１７】
本発明は、１つ以上の以下の利点を含むことができる。
車両用サスペンション・システムは、リニアまたはロータリ・モータ・アクチュエータを有し、電力を失ったときに、車両本体に対する車輪構造体の運動の受動減衰を所望レベルで発生する。アクチュエータは、その受動減衰特性が、正常状態下における効率的なサスペンション動作のために選択された他のパッシブ・サスペンション構成部品と調和して動作するように構成されており、車両を整備することができるまで、安全な運転および比較的快適な乗り心地が得られる。
【００１８】
車両用サスペンション・システムは、アクチュエータ自体によって発生した電力を用いて回路を活性化し、所望の受動減衰特性を得ている。
本システムは、車両用サスペンション・システムにロバストな障害モードを設け、機械的および電気的成分パラメータをしかるべく選択することによって、従来の機械的サスペンションの受動的応答を合理的にシミュレートするように、必要に応じて調整することができる。
【００１９】
アクチュエータ負荷および運動によって発生する逆起電力（ＥＭＦ）からの電力のような、アクチュエータ自体内において発生した電力を用いることによって所望の受動減衰特性を維持することの結果、停止モードが安定し、正常動作中に能動的に開放状態に保持しなければならない常時閉鎖型スイッチの必要性を回避することによって、システム全体の効率が向上する。
【００２０】
自己クランプ、制御、停止モードでは、アクチュエータは、バッテリやコンデンサのような外部電源からの電力を全く必要としない。
本発明の１つ以上の実施形態の詳細について、添付図面を参照して以下に説明する。本発明のその他の特徴、目的、および利点は、明細書および図面、ならびに特許請求の範囲から明確になるであろう。
【００２１】
種々の図面における同様の参照番号は、同様の要素を示すものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に示すように、例示のシステム１０は、車両用アクティブ・サスペンションのアクチュエータ１２を含む。アクチュエータ１２は、固定子１６に対して移動可能な電機子１４を含む。電機子１４は、永久磁石を含むことができ、固定子１６は多相コイル（図示せず）を含むことができる。電流によって固定子１６のコイルを励起することによって、電気エネルギが機械的作用に変換される。コイルの各々への電流を適切に制御することによって、アクチュエータ１２は所望の変動を力に生じさせることができる。この例では、リニア電磁モータ構成を利用しているが、ロータリ・モータまたは可動コイル設計のような他の形式のモータ構成も適用可能であることは言うまでもない。また、この例では、三相コイル構造体を想定しているが、他の数および配列のコイルも適用可能であることも言うまでもない。本発明は、例示の車両用アクティブ・サスペンション・システムに限定されるのではなく、従来の車両用パッシブ・サスペンション・システムや、ロボットのようなアクチュエータを内蔵したあらゆるシステムのような、他の用途にも適用可能である。
【００２３】
固定子１６は、上部キャップ（トップ・キャップ：top cap)１８の一端に取り付けることができる。トップ・キャップ１８は、内部空洞を規定する金属製ハウジングである。更に、トップ・キャップ１８は車両本体２０に固定され、一方電機子（アーマチャ）１４は車輪（ホイール）構造体２２に固定されて、トップ・キャップ１８の内部空洞全域を移動する。空間設計の考慮にしたがって、電機子の運動が電子回路に干渉しないように、アクチュエータ１２を制御する電子回路は、トップ・キャップ１８の内側に配置することができる。制御電子回路は、アクチュエータ１２の外部に実装することもできる。
【００２４】
アクチュエータ１２には種々の可能な実施態様があり、リニア電磁モータ用には、米国特許第５，５７４，４４５号(Maresca et al.)に記載されたもの等がある。その内容は、ここで引用したことにより、全体が本願にも援用されることとする。
【００２５】
図２に示すように、アクチュエータ１２の通常動作の間、スイッチング・パワー・エレクトロニクス（電力電子機器）５４は、固定子１６のコイル内の電流を制御して、車両本体２０と車輪構造体２２との間に所望の力を発生する。固定子１６のコイルは、複数の相に編成されており、各相は、ソリッドステート・ハーフ（半）ブリッジ・スイッチによって駆動することができる。
【００２６】
単一相モータは、２つの端部を備えたコイル即ち巻線構造体がある。多相モータのコイル、即ち、巻線構造体には多数の端部がある。電磁アクチュエータのコイル端部の一部または全部を接続またはクランプすることによって、コイル構造体を電気的に互いに接続またはクランプすると、減衰（ダンピング）力が発生する。即ち、電機子１４内の磁石が固定子１６内のコイルに対して移動すると、逆起電力（ＥＭＦ）が発生する。コイルをクランプすることによって、この逆ＥＭＦは、コイルの抵抗内に散逸し、減衰力が得られる。発生する減衰力は、固定子１６および電機子１４の相対的速度に関係する。その結果、クランプしたアクチュエータは、従来のショック・アブソーバと同様に、減衰力を発生する。
【００２７】
固定子１６のコイルをクランプする１つの態様は、電力用電子回路５４がスイッチングを停止し、そのハーフ・ブリッジの一部または全部に、それらの下側または上側スイッチのいずれかを一定状態に維持するように指令することである。これには、コイル・リードの全てを互いに接続する効果がある。電力用電子回路５４がこのモードで動作するとき、これをアクティブ・クランピングと呼ぶ。
【００２８】
快適な乗り心地を車両の乗員に提供するために力を発生することに加えて、アクチュエータ１２が発生する力は、車両の総運動を減衰させ、更に、過剰な車輪の振動を減衰させることによって、安全性の機能にも役立つ。電力用電子回路５４が故障した場合、または起動および遮断の間、これらの安全性に関する力を発生し続けなければならない。これらの状況では、アクティブ・クランピングを得るためには、電力用電子回路５４に依存できないので、別個のフェールセーフ・クランプ回路７７も固定子１６のコイルに接続する。
【００２９】
フェールセーフ・クランピング機能を設けるには数種類の方法がある。機械的リレーを用いて、コイルのリードを物理的に接続することができる。しかし、機械的リレーは、車両用サスペンション・システムにおいて生ずる振動や過熱を受けると、故障しやすい。したがって、ソリッドステート「リレー」による解決手段の方が、機械的な解決手段よりも信頼性が高くなる。
【００３０】
フェールセーフ・クランプ回路７７はフェールセーフ機能を設けるので、「リレー」は常時閉鎖（クローズ）しているように機能することが望ましい。言い換えると、デフォルトでは（即ち、電力を供給しない場合）、フェールセーフ・クランプ回路７７は、コイルがクランプされ、減衰が行われるように動作するのがよい。常時閉鎖するソリッドステート・デバイスの一例に、デプリーション・モード（depletion-mode）接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）がある。ＪＦＥＴのような、常時閉鎖型ソリッドステート・デバイスは、通例、定格が低電流（即ち、数百ミリアンペア）、低電圧（即ち、数十ボルト）、および低電力（即ち、数ワット）である。電磁アクチュエータを内蔵する車両用サスペンション・システムは、大電力を必要とするのが通例である。したがって、常時閉鎖型ソリッドステート・デバイスの解決手段は用いることができない。
【００３１】
別の設計代替案は、常時開放（オープン）型ソリッドステート解決手段を用いることである。常時開放型デバイスの例には、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のようなエンハンスメント・モード・デバイス、バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）、およびシリコン制御整流器（ＳＣＲ）が含まれる。フェールセーフ・クランピング機能を動作させるには、電力を供給して、これらの種類のデバイスをイネーブル（動作可能）しなければならない。ＭＯＳＦＥＴおよびＩＧＢＴは双方とも、オンに切り換えてこれらをオンに保持するために要する電力は、非常に小さくてよいので、これらは相応しい選択肢である。ＩＧＢＴを用いたフェールセーフ・クランプ回路７７について説明したが、他の常時開放型デバイスも使用可能であることは言うまでもない。
【００３２】
電機子１４が固定子１６に対して移動すると、固定子１６のコイルに正電流および負電流双方が発生することができる。その結果、ソリッドステート・スイッチは、双方向の電流を許容しなければならない。殆どのソリッドステート・スイッチは、単方向であるか、または双方向モードでオンにするのが難しい。したがって、フェールセーフ・クランプ回路７７は、多相全波整流ブリッジ７８を含み、複数の相の双方向電圧および電流を、単独の単方向電圧および電流に変換する(steer)。こうして、１つの単方向スイッチ７９のみを用いるようにする。
【００３３】
フェールセーフ・クランピング機能を設けるためには、回路７７は、閉鎖することによって、常時開放型スイッチ７９をイネーブルする電力を供給しなければならない。この電力は、バッテリまたはコンデンサのような蓄積デバイスによって供給することができる。しかしながら、蓄積デバイスを利用する解決手段は、蓄積デバイスが故障した場合に、故障する虞れがある。
【００３４】
常時開放型スイッチ７９をイネーブルする電力を供給する別の態様は、逆ＥＭＦに伴う電力を用いることである。電機子１４が固定子１６に対して移動していない場合、減衰力を供給する必要はなく、常時開放型スイッチ７９は開放したままでいることができる。しかしながら、電機子１４が固定子１６に対して移動し始めると、スイッチ７９を閉鎖しなければならない。
【００３５】
図３に示すように、回路１００は、スイッチ７９をイネーブルし逆ＥＭＦを受けるように構成したフェールセーフ・クランプ回路の一例を実施する。３つのコイルが、三相全波整流器１０２を介して接続されている。三相構成を一例として示すが、他の数の相およびコイル配列もクランプできることは言うまでもない。整流器１０２は、BACKEMF＿HIGHおよびBACKEMF＿LOWで示す２つの出力を発生する。この例で用いる常時開放型スイッチは、ＩＧＢＴ１２４である。ＩＧＢＴゲートをオンにすると（即ち、５から１５ボルトの電圧がIGBT＿GATEに現れる）、ＩＧＢＴ１２４は、全波整流器１０２の２つの出力と一緒に短絡させる。これによって、コイルを事実上クランプし、所望の減衰機能が得られる。ＩＧＢＴ１２４がイネーブルし、アクチュエータ・コイル構造体がクランプされているとき、ＩＧＢＴ１２４間の電圧（即ち、全波整流器の出力に対応するBACKEMF＿HIGHからBACKEMF＿LOWを減じた電圧）は約１ボルトとなる。
【００３６】
減衰量は、ＩＧＢＴ１２４と整流器１０２の出力との間に固定または可変抵抗器（図示せず）のいずれかを接続することによって制御することができる。また、減衰量は、多相コイル構造体を有するアクチュエータに対して、コイル即ち巻線の部分集合のみを電気的に接続することによっても、制御することができる。更に、減衰量の制御は、スイッチ７９をパルス状にオンおよびオフすることによっても行うことができる。スイッチ７９をパルス状に切り換えることによって、減衰量は、ゼロとある最大量との間で動的に変化させることができる。パルス状にスイッチ７９を切り換える一例は、固定周波数においてIGBT＿GATE信号をパルス幅変調し、デューティ・サイクルを０と１００％との間で変化させることである。
【００３７】
固定子１６および電機子１４の相対的運動によって発生する逆ＥＭＦは、ＩＧＢＴ１２４をイネーブルする電圧を発生するために用いることができる。最初に電機子１４が移動を開始すると、ある小さな逆ＥＭＦ電圧が発生する。ＩＧＢＴ１２４は、ゲート電圧が少なくとも５ボルトに達するまでは、完全にイネーブルされないので、ゲートを駆動する前に逆ＥＭＦ電圧を昇圧する。ＩＧＢＴのゲートをイネーブルするには少なくとも５ボルトが必要となるため、そしてイネーブルしたＩＧＢＴは約１ボルトの電圧を感知するため、５対１を大幅に超過する昇圧比が望ましい。実際には、ＩＧＢＴゲートを非常に低いレベルの逆ＥＭＦでイネーブルできるようにするために、遥かに高い昇圧比が望ましい。
【００３８】
電圧を昇圧する１つの方法は、変圧器を用いることである。２０ヘルツ（逆ＥＭＦの優勢周波数成分に対応する）未満で作用する透磁コア変圧器(permeable core transformer)は、大型でどちらかと言えば非実用的である。代わりに、ロイヤー発振回路(Royer oscillator circuit)１０４を用いる。発振器１０４は、逆ＥＭＦが約０．５ボルトに達したときに動作し始め、数キロヘルツ程度の周波数で発振する。発振器１０４の出力は、次に、高周波ステップアップ（逓昇）変圧器１０６に通過する。例示の回路では、６０の昇圧比が得られる（９００対１５の巻線比を用いる）。変換器１０６の出力を整流し、回路１０８に蓄積する。次いで、回路１０８の出力を用いて、ＩＧＢＴ１２４のゲートを駆動する。ロイヤー発振回路１０４を用いることによって、ＩＧＢＴ１２４をイネーブルし、固定子１６のコイルをクランプするには、約０．５ボルトの逆ＥＭＦのみがあれば済む。一旦ＩＧＢＴ１２４がイネーブルしたなら、回路１０８内の容量が、電機子１４を遮断した後であっても、ＩＧＢＴ１２４をイネーブルした状態に保持する。コイルをクランプするために外部電力は必要ない。逆ＥＭＦのみを用いてＩＧＢＴ１２４をイネーブルする。
【００３９】
フェールセーフ・クランプ回路１００はフェールセーフ機能を設けるので、そのデフォルト状態では、イネーブルされている（即ち、モータ・リードをクランプする）、したがって、システムの起動時には、電力用電子回路５４がコイルの制御を行う準備ができる前に、いずれかの逆ＥＭＦが自動的にコイル端部をクランプさせる。電力用電子回路５４は、最初に、アクティブ・クランピング・モードに入り、次いで、CLAMP＿DISABLE信号９０を用いてフェールセーフ・クランプ回路７７に通信し、クランプ回路１００をディスエーブルする。次いで、一旦フェールセーフ・クランプ回路１００が、信号CLAMPDISABLESTAT９１を用いて、ディスエーブルする要求を承認したなら、電力用電子回路５４は切換（スイッチング）を開始する。この状態では、電力用電子回路５４は、コイルに流れ込む電流を制御することができ、その結果、電子コントローラによって、アクチュエータ１２が発生する力を制御することができる。この状態を、アクチュエータ１２の「正常動作モード」と考える。システム遮断の際、電力用電子回路５４は、アクティブ・クランピング・モードに入り、次いでCLAMP＿DISABLE信号９０の状態を変化させることによって、フェールセーフ・クランプ回路１００にイネーブルするように信号を送出する。フェールセーフ・クランプ回路１００およびアクティブ・クランピング・モードは、冗長機能を設けるので、これら双方は同時にイネーブルすることができる。最終的に外部電力がシステムから除去されると、電力用電子回路５４は完全にコイルの制御を解除するが、フェールセーフ・クランプ回路１００は、十分な逆ＥＭＦが発生しているときにはいつでも、動作しコイルの端部をクランプし続ける。
【００４０】
電力用電子回路５４は、一連の内部診断チェックを有することができ、障害を検出したときにはいつでもフェールセーフ・クランプ回路１００をイネーブルすることができる。電力用電子回路５４の障害は、電圧範囲外状態、電力スイッチの故障、温度制限超過／未満、電子コントローラとの通信中断、および過電流検出を含むことができる。電力用電子回路５４がスイッチングを行っている間（即ち、アクチュエータ１２の「正常動作モード」中）に障害が発生した場合、電力用電子回路５４は、CLAMP＿DISABLE信号９０の状態を変化させることによって、フェールセーフ・クランプ回路１００をイネーブルするように信号を送出する。同時に、電力用電子回路５４は、スイッチングを停止し、アクティブ・クランピング・モードを用いて、冗長減衰機能を実行しようとすることができる。
【００４１】
電力用電子回路５４からのCLAMP＿DISABLE信号９０は、フォトアイソレータ１１０を用いて、フェールセーフ・クランプ回路１００をディスエーブルするために用いられる。次いで、この動作は、CLAMPDISABLESTAT信号９１を用いて、回路１１２によって肯定応答（アクノリッジ）される。フェールセーフ・クランプ回路のステータスを電力用電子回路５４と共有することによって、電力用電子回路５４とフェールセーフ・クランプ回路１００との間のケーブル切断に対して、システムを保護する。ケーブル切断が発生した場合、電力用電子回路５４は、スイッチングを停止し、フェールセーフ・クランプ回路１００が動作開始する。これによって、フェールセーフ・クランプ回路１００がイネーブルされているときには、電力用電子回路５４は決してそのハーフ・ブリッジを切り換えないことを確保する。フェールセーフ・クランプ回路１００およびアクティブ・クランプは、障害から正常動作モードに切り替わったときに、順次ディスエーブルされる。
【００４２】
回路１１４は、CLAMP＿DISABLE信号９０がアサートされているときはいつでも、ロイヤー発振回路１０４の動作を禁止し、回路１０４を高スイッチング電圧を受けるのを防止する。
【００４３】
別の例では、フェールセーフ・クランプ回路１００は、例えば、値が大きなコンデンサまたはバッテリのような、他の電源によって給電することができる。
図４は、値が大きなコンデンサによって給電するフェールセーフ・クランプ回路２００を示し、BACKEMF＿HIGHおよびBACKEMF＿LOWで示す２つの出力を有する三相全波整流器１０２と、常時開放型シリコン・スイッチＩＧＢＴ１２４とを含む。値が大きいコンデンサ２１２が、蓄積要素として用いられている。その出力は、更に、ＩＧＢＴ１２４のゲートを駆動するために利用される。車両が正常に動作している間、単独電源２１０がコンデンサ２１２を充電し続ける。図３におけるように、オプトアイソレータ１１０を用いて、フェールセーフ・クランプ回路２００をディスエーブルする。
【００４４】
図５は、バッテリ２５２によって給電するフェールセーフ・クランプ回路３００を示す。バッテリ２５２を蓄積要素として用い、その出力は、ＩＧＢＴ１２４のゲートを駆動するために利用される。バッテリ２５２は、一次セルまたは二次セルのいずれでも可能であり、車両が正常に動作している間、単独電源２５０がバッテリ２５２を充電し続けることができる。オプトアイソレータ１１０を用いて、フェールセーフ・クランプ回路３００をディスエーブルする。
【００４５】
以上、特定的な実施形態に関して、本発明を説明した。他の実施形態も、特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、車両用アクティブ・サスペンション・システムのブロック図である。
【図２】図２は、システムのブロック図である。
【図３】図３は、逆ＥＭＦによって給電されるフェールセーフ・クランプ回路を示す図である。
【図４】図４は、値の大きなコンデンサによって給電されるフェールセーフ・クランプ回路を示す図である。
【図５】図５は、バッテリによって給電されるフェールセーフ・クランプ回路を示す図である。
【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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【外国語明細書】
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