(57)【要約】【課題】  インホイールモータ車両に特有の振動を解消したインホイールモータ車両用サスペンションシステムを提供する。【解決手段】  インホイールモータ装置１と車体２との間に介在したサスペンション３に、弾性支持機構１０およびショックアブソーバ１１を有する。弾性支持機構１０は弾性係数の変更が可能であり、ショックアブソーバ１１は減衰力の変更が可能である。モータ７の回転速度が、定められた共振周波数範囲に入るか否かを監視する共振監視手段２１を設ける。共振周波数範囲にモータ７の回転数が入ると判定された場合に、弾性支持機構１０に弾性係数を変更させる弾性係数制御手段２２、およびショックアブソーバ１１の減衰力を変更させる減衰力制御手段２３を設ける。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を支持する車輪用軸受、モータ、およびこのモータの回転を車輪用軸受に伝える減速機を有するインホイールモータ装置と車体との間に介在したサスペンションに、弾性支持機構およびショックアブソーバを有するサスペンションシステムであって、
前記弾性支持機構が駆動源によって弾性係数の変更が可能であり、
前記インホイールモータ装置のモータの回転速度を検出するセンサと、
このセンサで検出した前記モータの回転速度が、前記サスペンションの固有振動数と一致する範囲として定められた共振周波数範囲に入るか否かを監視する共振監視手段と、
この共振監視手段で前記共振周波数範囲にモータの回転数が入ると判定された場合に前記弾性支持機構の駆動源に弾性係数を変更させる指令を与える弾性係数制御手段と、
を設けたことを特徴とするインホイールモータ車両用サスペンションシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記共振監視手段は、前記共振周波数範囲として、モータロータの回転速度およびこの回転速度の整数倍の周波数範囲である回転速度同期周波数範囲と、モータロータのコギングトルクによって発生する電気的な振動に対応する周波数範囲であるコギングトルク対応周波数範囲とが設定され、前記回転速度同期周波数範囲およびコギングトルク対応周波数範囲のいずれかにモータの回転速度が入る場合に、前記共振周波数範囲に入ると判定するインホイールモータ車両用サスペンションシステム。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記ショックアブソーバが駆動源によって減衰力の変更が可能であり、前記共振監視手段で前記共振周波数範囲にモータの回転数が入ると判定された場合に前記ショックアブソーバの前記駆動源に減衰力を変更させる指令を与える減衰力制御手段を設けたインホイールモータ車両用サスペンションシステム。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記サスペンションが設けられた車両の車速の信号、角加速度の信号、ブレーキ信号、操舵角信号、ショックアブソーバのストローク位置の信号のいずれか一つまたは複数の信号から、定められた変更不許可条件に該当するか否かを判定し、この変更不可条件に該当する場合は前記弾性係数制御手段による制御を不許可とする走行状態対応不許可手段を設けたインホイールモータ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】
この発明は、インホイールモータ車両に特有の振動を解消したインホイールモータ車両用サスペンションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のサスペンションとして、乗り心地や走行性を改善するために、バネ定数や減衰力を可変とし、走行状況に応じて制御する電子制御サスペンションシステムが提案されている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】小西淳吉著、日産自動車発行、「電子制御エアサスペンションシステムの開発」，「日産技報２３号Ｐ１７、１９８７年１２月２５日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インホイールモータ装置は、その内部に高速回転するモータと、このモータの回転を減速させてホイールに伝達する減速機とを備えている。インホイールモータ装置は、１モータ形式の電気自動車のように、サスペンションを介して支持された車台上にモータを搭載した車両と異なり、サスペンション下にインホイールモータ装置があるため、モータの回転によって次の２種類の振動が生じ、車両にこの振動が伝わって搭乗者が不快に感じる可能性がある。
【０００５】
（１）モータロータのアンバランスに起因する機械的な振動
この振動は、モータロータの回転速度に同期する振動であり、回転速度の整数倍の振動である。上記の減速機を備えたインホイールモータ装置では、一般的には、車両走行速度が中速や高速で生じることになる。
（２）モータのコギングトルクによる電気的な振動
この振動は、モータロータの回転数×（磁極数とスロット数の最小公倍数）に同期する。この振動は、車両走行速度が、例えば車庫入れ時のような極低速のときに生じる。
【０００６】
上記の各振動は、サスペンションの固有振動数に一致するときに共振して大きくなり、搭乗者が不快に感じる程度の振動となる場合がある。従来のサスペンションシステムは、このようなインホイールモータ車両に特有の振動に対しては考慮されていない。
【０００７】
この発明の目的は、インホイールモータ車両に特有の振動を解消したインホイールモータ車両用サスペンションシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のインホイールモータ車両用サスペンションシステムは、車輪５を支持する車輪用軸受６、モータ７、およびこのモータ７の回転を車輪用軸受６に伝える減速機８を有するインホイールモータ装置１と車体２との間に介在したサスペンション３に、弾性支持機構１０およびショックアブソーバ１１を有するサスペンションシステムであって、
前記弾性支持機構１０が駆動源１０ａによって弾性係数の変更が可能であり、
前記インホイールモータ装置１のモータ７の回転速度を検出するセンサ１２と、
このセンサ１２で検出した前記モータ７の回転速度が、前記サスペンションの固有振動数と一致する範囲として定められた共振周波数範囲に入るか否かを監視する共振監視手段２１と、
この共振監視手段２１で前記共振周波数範囲にモータ７の回転数が入ると判定された場合に前記弾性支持機構１０の駆動源１０ａに弾性係数を変更させる指令を与える弾性係数制御手段２２と、
を設けたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によると、共振監視手段２１は、モータ７の回転速度が、前記サスペンション３の固有振動数と一致する範囲として定められた共振周波数範囲に入るか否かを監視する。共振監視手段２で共振周波数範囲にモータ７の回転数が入ると判定されると、弾性係数制御手段２２は、サスペンション３における弾性支持機構１０の駆動源１０ａに指令を与え、弾性係数を変更させる。モータ７の回転速度が、前記サスペンション３の固有振動数と一致すると共振が生じ、搭乗者が不快に感じる程度の大きな振動となることがあるが、サスペンション３の弾性係数を変更することで、共振を回避でき、搭乗者が感じる程度の大きな振動となることが回避される。
【００１０】
前記共振監視手段２１は、前記共振周波数範囲として、モータロータ７ｂの回転速度およびこの回転速度の整数倍の周波数範囲である回転速度同期周波数範囲と、モータロータ７ｂのコギングトルクによって発生する電気的な振動に対応する周波数範囲であるコギングトルク対応周波数範囲とが設定され、前記回転速度同期周波数範囲およびコギングトルク対応周波数範囲のいずれかにモータ７の回転速度が入る場合に、前記共振周波数範囲に入ると判定するようにしても良い。
これにより、モータロータ７ｂのアンバランスに起因する機械的な振動と、モータ７のコギングトルクによる電気的な振動のいずれに起因する振動に対しても共振を回避し、搭乗者が感じる程度の大きな振動となることを防止できる。
【００１１】
この発明において、前記ショックアブソーバ１１が駆動源１１ａによって減衰力の変更が可能であり、前記共振監視手段２１で前記共振周波数範囲にモータ７の回転数が入ると判定された場合に前記ショックアブソーバ１１の前記駆動源１１ａに減衰力を変更させる指令を与える減衰力制御手段２３を設けても良い。
ショックアブソーバ１１の減衰力は、大きい方が振動低減の観点からは好ましいが、減衰力が大きいと、走行の安定性が得難いことがある。上記のように、共振周波数範囲にモータ７の回転数が入ると判定された場合に、ショックアブソーバ１１の減衰力の変更、例えば減衰力の増大を行わせることで、常時はサスペンション３の減衰力を小さくして剛性を確保し、共振によって振動が生じたときだけ減衰力を大きくすることで、振動を低減させることができる。この発明では、共振するモータ回転速度となった場合に、上記のように弾性支持機構１０の弾性係数を変化させて共振を回避するが、十分に回避できない場合がある。このように共振が十分に回避できなかった場合に、ショックアブソーバ１１の減衰力の低下により、振動を吸収させ、搭乗者が感じる程度の振動となることを防止できる。
【００１２】
この発明において、前記サスペンション３が設けられた車両の車速の信号、角加速度の信号、ブレーキ信号、操舵角信号、ショックアブソーバ３のストローク位置の信号のいずれか一つまたは複数の信号から、定められた変更不許可条件に該当するか否かを判定し、この変更不可条件に該当する場合は前記弾性係数制御手段１０による制御を不許可とする走行状態対応不許可手段２４を設けても良い。前記角加速度は、車両に生じるローリング、ピッチング、ヨーイング等の角加速度である。
一定速度での直線時は、車両にロール等の加速度は発生していないため、弾性係数を変化させても車両姿勢が乱れることはない。しかし、コーナリング中にはロールやヨーイング等の様々の力がかかっているため、弾性係数を大きく変化させた場合に車両姿勢が乱れるだけでなく、コースアウト等の恐れも生じる。そのため、車速やブレーキ操作、操舵角などから車両の条件を検出し、例えば、ある値以上の速度や角加速度の場合には弾性係数変更の制御を行わないようにすることで、車両姿勢が乱れることを防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のインホイールモータ車両用サスペンションシステムは、車輪を支持する車輪用軸受、モータ、およびこのモータの回転を車輪用軸受に伝える減速機を有するインホイールモータ装置と車体との間に介在したサスペンションに、弾性支持機構およびショックアブソーバを有するサスペンションシステムであって、前記弾性支持機構が駆動源によって弾性係数の変更が可能であり、前記インホイールモータ装置のモータの回転速度を検出するセンサと、このセンサで検出した前記モータの回転速度が、前記サスペンションの固有振動数と一致する範囲として定められた共振周波数範囲に入るか否かを監視する共振監視手段と、この共振監視手段で前記共振周波数範囲にモータの回転数が入ると判定された場合に前記弾性支持機構の駆動源に弾性係数を変更させる指令を与える弾性係数制御手段とを設けたため、インホイールモータ車両に特有の、モータロータのアンバランスに起因する機械的な振動に対する共振で、搭乗者が不快に感じる程度の大きな振動を生じることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施形態に係るインホイールモータ車両用サスペンションシステムの概念構成を示すブロック図である。
【図２】同サスペンションシステムの動作の流れ図である。
【図３】インホイールモータ装置の一例の断面図である。
【図４】サスペンションの一例の正面図である。
【図５】弾性支持機構の一例の油圧回路図である。
【図６】ショックアブソーバの一例の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。このインホイールモータ車両用サスペンションシステムは、インホイールモータ装置１と車体２との間に介在したサスペンション３と、このサスペンション３の弾性係数および減衰率を制御するコントローラ４で構成される。
【００１６】
インホイールモータ装置１は、例えば図３に示すように、車輪５を支持する車輪用軸受６と、モータ７と、このモータ７の回転を車輪用軸受６の回転側軌道輪に伝える減速機８とを有する。車輪用軸受６は、固定側軌道輪となる外方部材３１と回転側軌道輪となる内方部材３２の間に複列に転動体３３を介在させたものであり、外方部材３１のフランジに車輪６のリムが取付けられる。減速機８は、サイクロイド型の減速機や、遊星型の減速機等であり、例えば１／１０以上の高減速比を有する。減速機８の回転は、車輪用軸受６の回転側軌道輪である内方部材３２に伝達される。モータ７は、例えば、３相の埋め込み磁石型同期モータ等からなり、ステータ７ａは円周方向に並ぶ複数のコイル巻線部で構成されるコイルを有する。前記コイル巻線部間であるスロットの個数が後述のスロット数である。モータ７のロータ７ｂは、円周方向に並ぶ複数の磁極を有する。モータ７には、そのロータ７ｂの回転速度を検出する回転速度センサ１２が設けられている。これらモータ７および減速機８のハウジングは、互いに一体の、または互いに一体に固定されたインホイールモータハウウジング１８を構成しており、車輪用軸受６の固定側軌道輪である外方部材３１と一体に結合されている。
【００１７】
図１において、サスペンション３は、インホイールモータ装置１を車体２に対して支持するアームやリンク機構等からなる支持部材９の他に、弾性支持機構１０およびショックアブソーバ１１を有する。サスペンション３の支持部材９は、任意の形式のもので良く、例えば、図４に示すように、上アーム９ａと下アーム９ｂとを、それぞれ車体２とインホイールモータ装置１のインホイールモータハウウジング１８とに結合したリンク機構とされる。弾性支持機構１０およびショックアブソーバ１１は、下アーム９ｂと車体２との間に設けられている。弾性支持機構１０とショックアブソーバ１１とは、図４に示すように互いに同心の内周部と外周部とに設けても良く、図１の模式図のように横並びに設けられていても良い。
【００１８】
弾性支持機構１０は、駆動源１０ａの駆動によって弾性係数の変更が可能なもの、すなわち電子的な制御で弾性係数の変更が可能なものである。弾性係数の変更を可能とした弾性支持機構１０の形式は、例えば、図５と共に後述するエアスプリング形式であっても、また図示は省略するが、非線型等のコイルばねを用い、このコイルばねを支える位置をばね支持部材の移動や交換により変更することで、弾性係数であるばね定数を変更するものであっても良い。
【００１９】
ショックアブソーバ１１は、駆動源１１ａによって減衰力の変更が可能なもの、すなわち電子的な制御で減衰力の変更が可能なものである。減衰力の変更を可能とする形式は、図６と共に後述する磁性流体を電磁石で制御することで減衰力を変更するものであっても、また流体の絞り流路の絞りの程度や流路を変更するもの等であっても良い。
【００２０】
コントローラ４は、例えばサスペンション３の制御専用のＥＣＵ（電気制御ユニット）等からなり、マイクロコンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路等によって構成される。コントローラ４は、図１の上部に拡大してブロック図で示すように、その機能達成手段として、共振監視手段２１、弾性係数制御手段２２、減衰力制御手段２３、および走行状態対応不許可手段２４が構成されている。
【００２１】
共振監視手段２１は、モータ７の回転速度センサ１２で検出された回転速度が、サスペンション３の固有振動数と一致する範囲として定められた共振周波数範囲に入るか否かを監視し、共振周波数範囲に入ったか否かの判定信号を出力する手段である。共振監視手段２１に定める共振周波数範囲は、回転速度同期周波数範囲とコギングトルク対応周波数範囲との２つの範囲があり、そのいずれかの範囲にモータ７の回転速度が入る場合に共振周波数範囲に入ったと判定する。
【００２２】
回転速度同期周波数範囲は、モータロータの回転速度およびこの回転速度の整数倍となる周波数を中心とし、これらの各周波数に近い範囲としてある程度の幅を任意に定めて持たせた範囲である。なお、この明細書で言う回転数は回転速度である。
コギングトルク対応周波数範囲は、モータロータのコギングトルクによって発生する電気的な振動に対応する周波数範囲であり、例えば、
（モータロータの回転数）×（磁極数とスロット数の最小公倍数）、
によって定まる周波数を中心とし、この周波数に近い範囲としてある程度の幅を任意に定めて持たせた範囲としても良い。
【００２３】
弾性係数制御手段２２は、共振監視手段２１で前記共振周波数範囲にモータ７の回転数が入ると判定された場合に、弾性支持機構１０の駆動源１０ａに弾性係数を変更させる指令を与える手段である。弾性係数の変更は、弾性係数を高くする変更であっても、低くする変更であっても良く、任意に定めておく。
【００２４】
減衰力制御手段２３は、共振監視手段２１で前記共振周波数範囲にモータ７の回転数が入ると判定された場合に、ショックアブソーバ１１の駆動源１１ａに減衰力を変更させる指令を与える手段である。減衰力の変更は、例えば減衰力の低下である。減衰力の変更の程度は、設計時等の適切な値を求めて任意に定めておく。
【００２５】
走行状態対応不許可手段２４は、前記サスペンション３が設けられた車両の車速の信号、角加速度の信号、ブレーキ信号、操舵角信号、ショックアブソーバ１１のストローク位置の信号のうちの、いずれか一つまたは複数の信号から、定められた変更不許可条件に該当するか否かを判定し、この変更不可条件に該当する場合は弾性係数制御手段１０による制御を不許可とする手段である。この実施形態では、走行状態対応不許可手段２４は、前記変更不可条件に該当する場合に、減衰力制御手段２３についても制御を不許可としている。
【００２６】
前記車速の信号、操舵角信号、角加速度の信号は、車両に設けられた車速センサ１５、操舵角センサ１６、および加速度センサ１７からそれぞれ得ている。ブレーキ信号は、ブレーキペダルの踏み込み量の検出用センサ、またはそのセンサ信号を取り込んで制御を行うＥＣＵ（図示せず）等から得る。ショックアブソーバ１１のストローク位置の信号は、ショックアブソーバ１１にセンサ（図示せず）を取付けておいてそのストローク量から信号を得る。
【００２７】
上記構成の動作を説明する。図２は、コントーラ４の処理の流れ図である。図１の共振監視手段２１は、モータ７の回転数を監視し（図２のステップＳ１）、定められた共振周波数範囲内であるか否かの判定を行う（Ｓ２）。共振周波数範囲から外れている場合は、回転数検出（Ｓ１）と共振周波数範囲内が否かの判定（Ｓ２）を繰り返しを行う。
判定ステップＳ２で、共振周波数範囲内であると判定された場合は、走行状態対応不許可手段２４により変更不許可条件に該当するか否かを判定し、該当する場合は、回転数の監視ステップＳ１に戻る。
【００２８】
変更不許可条件に該当しない場合は、弾性係数制御手段２２によって弾性支持機構１０の弾性係数を変更し（Ｓ４）、さらに減衰力制御手段２３によってショックアブソーバ１１の減衰力を変更する（Ｓ５）。この変更は、例えば減衰力を低下させる変更とする。
【００２９】
モータ７の回転速度が、前記サスペンション３の固有振動数と一致すると共振が生じ、搭乗者が不快に感じる程度の大きな振動となることがあるが、上記のようにサスペンション３の弾性係数を変更することで、共振を回避でき、搭乗者が感じる程度の大きな振動となることが回避される。
【００３０】
この場合に、前記共振監視手段２１は、前記共振周波数範囲として、モータロータ７ｂの回転速度およびこの回転速度の整数倍の周波数範囲である回転速度同期周波数範囲と、モータロータ７ｂのコギングトルクによって発生する電気的な振動に対応する周波数範囲であるコギングトルク対応周波数範囲とが設定してあり、前記回転速度同期周波数範囲およびコギングトルク対応周波数範囲のいずれかにモータ７の回転速度が入る場合に、前記共振周波数範囲に入ると判定する。
そのため、モータロータ７ｂのアンバランスに起因する機械的な振動と、モータ７のコギングトルクによる電気的な振動のいずれに起因する振動とのいずれに対しても共振を回避し、搭乗者が感じる程度の振動となることを防止できる。
【００３１】
前記共振周波数範囲にモータ７の回転数が入ると判定された場合に、上記の弾性支持機構１０の弾性係数の変更に加えて、ショックアブソーバ１１の減衰力を変更させる。そのため、次の利点が得られる。すなわち、ショックアブソーバ１１の減衰力は、大きい方が振動低減の観点からは好ましいが、減衰力が大きいと、走行の安定性が得難いことがある。上記のように、共振周波数範囲にモータ７の回転数が入ると判定された場合に、ショックアブソーバ１１の減衰力の変更、例えば減衰力の増大を行わせることで、常時はサスペンション３の減衰力を小さくして走行安定性を確保し、共振によって振動が生じたときだけ減衰力を大きくすることで、振動を低減させることができる。
上記のように、共振するモータ回転速度となった場合に、弾性支持機構１０の弾性係数を変化させて共振を回避するが、十分に回避できない場合がある。このように共振が十分に回避できなかった場合に、ショックアブソーバ１１の減衰力の低下により、振動を吸収させ、搭乗者が感じる程度の振動となることを防止できる。
【００３２】
また、走行状態対応不許可手段２４により、車速、角加速度、ブレーキ信号、操舵角信号、ショックアブソーバ３のストローク位置等のいずれかから、定められた変更不許可条件に該当するか否かを判定し、該当する場合は弾性係数の変更や減衰力の変更を不許可とする。そのため、次の利点が得られる。
すなわち、一定速度での直線時は、車両にロール等の加速度は発生していないため、ばね定数等の弾性係数を変化させても車両姿勢が乱れることはない。しかし、コーナリング中にはロールやヨーイング等の様々の力がかかっているため、弾性係数を大きく変化させた場合に車両姿勢が乱れるだけでなく、コースアウト等の恐れも生じる。そのため、車速やブレーキ操作、操舵角などから車両の条件を検出し、例えば、ある値以上の速度や角加速度の場合には弾性係数変更の制御を行わないようにすることで、車両姿勢が乱れることを防止できる。
【００３３】
図５は弾性係数制御手段２２の具体例を示す。この弾性係数制御手段２２は、エアスプリング１０Ａで構成される。シリンダ室５１内に一部が進退自在に挿入されたラム５２が、シリンダ室５１内の空気圧によって弾性的に支持される。モータ５３で駆動されるコンプレッサ５４で圧縮された空気は、サプライバルブ５５に導かれる。サプライバルブ５５をオンオフすることで、エアスプリング１０Ａ内の空気流入が調整され、車高調整が行われる。エアスプリング１０Ａには別置きのサブタンク５６が接続され、カットバルブ５７のオンオフでシリンダ室５１の容積を変えて、バネ定数が変化させられる。サブタンク５６を大きくすれば、バネ定数変化は大きくなる。上記モータ５３、コンプレッサ５４、およびカットバルブ５７が、図１の駆動源１０ａに該当する。バネ定数を変化させる場合は、カットバルブ５７のオンオフを切り換える。
【００３４】
図６はショックアブソーバ１１の具体例を示す。この例は磁性流体を用いる形式である。ラム６２の下端のピストン６３で仕切られたシリンダ６１の上下の油室６４，６５間に、絞り経路６６を介して作動油が出入りすることで、減衰力が得られる。作動油には、磁性体を混ぜた磁性流体が用いられ、ピストン６３内の電磁コイル６７を介して作動油に電荷をかけることで、作動油そのものの流動抵抗を変化させ、減衰力を変化させる。この場合は、電磁コイル６７が請求項で言う駆動源となる。
【符号の説明】
【００３５】
１…インホイールモータ装置
２…車体
３…サスペンション
４…コントローラ
５…車輪
６…車輪用軸受
７…モータ
８…減速機
１０…弾性支持機構
１０ａ…駆動源
１１…ショックアブソーバ
１１ａ…駆動源
２１…共振監視手段
２２…弾性係数制御手段
２３…減衰力制御手段
２４…走行状態対応不許可手段
【図１】
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【図２】
2013095309.tif 000004
【図３】
2013095309.tif 000005
【図４】
2013095309.tif 000006
【図５】
2013095309.tif 000007
【図６】
2013095309.tif 000008