JP2003104025A

JP2003104025A - 電磁サスペンション装置

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Publication number: JP2003104025A
Application number: JP2001301168A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Akami; 裕介赤見; Noriyuki Uchiumi; 典之内海; Hiroshi Chikuma; 寛筑間
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】消費電力の抑制を図ることができる電磁サス
ペンション装置を提供する。【解決手段】位置センサの検出信号に基づくサスペン
ション速度、変位により関数補正処理部８０の関数が補
正され、これによりサスペンションユニット２の制御力
（推進力又は減衰力）が調整される。制御力発生領域の
調整をサスペンション速度、変位に応じて行えることか
ら、制御力−ストローク速度特性が一律である従来技術
に比して、制御力の発生を精度高くかつ広範囲に果たす
ことができる。さらに、制御力の発生を走行状態に応じ
て発生できることから、回生領域の範囲を広げることが
可能であり、これにより消費電力の低減を容易に実行で
きる。さらに、車両全体の消費電力を一定値以下に抑制
することを容易に行え、バッテリ上がり、動力ケーブル
の発熱を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁力による振動
抑制用アクチュエータ、ダンパに係り、特に、自動車、
二輪車などに用いて好適な電磁サスペンション装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電磁サスペンション装置の一例と
して、油圧ダンパのオリフィス等の減衰力発生機構に代
えて、回転型モータ及びこの回転型モータのロータの回
転動を直線動に変換する直動―回転動変換機構を用いた
り、あるいは直動型モータを用いた電磁サスペンション
装置がある。この電磁サスペンション装置は、通電する
ことにより可動部を変位させ、モータを本来のモータ
（アクチュエータ）としてアクティブに動作させる一
方、モータを発電機として使用することにより(パッシ
ブに)減衰力を発生させるようにしている。

【０００３】前記モータを発電機として使用する場合、
モータ（発電機）に発生する抵抗力、すなわち減衰力
は、コイルに流れる電流の大きさに比例するので、減衰
力を可変とするためには、コイルに流れる電流の大きさ
を調整すればよい。コイルに流れる電流を調整するに
は、回路内に可変抵抗を設けたり、回路をオン、オフ
（ＯＮ／ＯＦＦ）するスイッチを設け、スイッチのオ
ン、オフ時間比を制御することなどで容易に実現でき
る。

【０００４】そのため、電磁サスペンション装置の減衰
力をストローク速度やストローク位置に応じて可変制御
したり、制御対象の振動を抑制するようにリアルタイム
に可変制御する、いわゆるセミアクティブダンパとして
構成することは比較的容易である。また、このようにセ
ミアクティブダンパとして構成する（発電機として使用
する）場合、電磁サスペンション装置に電気エネルギー
を与える必要はなく、消費電力を非常に低く抑えること
ができる。

【０００５】また、電磁サスペンション装置に電気エネ
ルギーを与えてモータとして使用すれば、容易に任意の
力を発生させることができるため、力を加えて減衰力を
大きくしたり、任意の推進力を発生させてアクティブサ
スペンションとして動作させ、振動抑制効果を高めるこ
とが可能であり、このようにして振動抑制効果を高める
方法も提案されている。前記電磁サスペンション装置で
モータとしては直流モータや同期モータが用いられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記電磁サ
スペンション装置のモータとして用いられる直流モータ
や同期モータは、その推力がコイルに流れる電流の大き
さで決まる。このため、制御効果を高めるために大きな
推力を発生しようとする場合、コイルに流す電流を大き
くしなければならず、ひいては消費電力の増加を招くこ
とになる。また、コイルに流れる電流が大きくなるとコ
イルの電気抵抗によるコイル発熱が大きくなる。一方、
前記電磁サスペンション装置では、減衰力及び推進力
（制御力）を発生する場合、予め定めた特性によって制
御するが、この特性は例えば走行状態に対応して一律の
ものとされている。このため、前記消費電力の低減化を
容易には行えないというのが実情である。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、消費電力の抑制を図ることができる電磁サスペンシ
ョン装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
車両の車体側と車輪側の一方側に磁石部材を設け、他方
側にコイル部材を設け、前記コイル部材への通電駆動に
より前記磁石部材との間に生じる電磁力によって推進力
を得、前記コイル部材と前記磁石部材との相対的変位に
より生じる起電力によって減衰力を得るサスペンション
ユニットと、前記車両の走行状態により前記サスペンシ
ョンユニットへの通電を制御する制御手段とからなる電
磁サスペンション装置において、前記車両の車速を検出
する車速検出手段と、該車速検出手段により検出された
車速が所定値以上のとき、所定値未満のときより消費電
力が少なくなるように前記制御量を補正する補正手段と
を備えたことを特徴とする。また、請求項２の発明は、
車両の姿勢変化を検出する姿勢状態検出手段を設け、車
体の姿勢の変化が所定以上となる場合に、前記補正手段
による補正を小さくする、または、中止することを特徴
とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態に係る電磁
サスペンション装置を図１〜図１６に基づいて説明す
る。

【００１０】図１及び図２において、電磁サスペンショ
ン装置１は自動車に用いられるものであり、各車輪側部
材と車体との間に介装される４本のサスペンションユニ
ットを有している。右前輪側部材、左前輪側部材、右後
輪側部材及び左後輪側部材にそれぞれ対応するサスペン
ションユニットを、右前輪側、左前輪側、右後輪側及び
左後輪側サスペンションユニット２ＦＲ，２ＦＬ，２Ｒ
Ｒ，２ＲＬという。右前輪側、左前輪側、右後輪側及び
左後輪側サスペンションユニット２ＦＲ，２ＦＬ，２Ｒ
Ｒ，２ＲＬには、それぞれ３相同期形のモータ（それぞ
れ、右前輪側、左前輪側、右後輪側及び左後輪側モータ
３ＦＲ，３ＦＬ，３ＲＲ，３ＲＬという。）が備えられ
ている。右前輪側、左前輪側、右後輪側及び左後輪側サ
スペンションユニット２ＦＲ，２ＦＬ，２ＲＲ，２ＲＬ
は同等構成を成しており、以下、適宜サスペンションユ
ニット２と総称する。また、右前輪側、左前輪側、右後
輪側及び左後輪側モータ３ＦＲ，３ＦＬ，３ＲＲ，３Ｒ
Ｌについても同様に、適宜モータ３と総称する。

【００１１】右前輪側、左前輪側、右後輪側及び左後輪
側モータ３ＦＲ，３ＦＬ，３ＲＲ，３ＲＬにはそれぞれ
ドライバ(それぞれ、右前輪側、左前輪側、右後輪側及
び左後輪側ドライバ４ＦＲ，４ＦＬ，４ＲＲ，４ＲＬと
いう。)が接続されており、モータ３を駆動するように
している。右前輪側、左前輪側、右後輪側及び左後輪側
ドライバ４ＦＲ，４ＦＬ，４ＲＲ，４ＲＬは同等構成を
成しており、以下、適宜ドライバ４と総称する。ドライ
バ４は、各車輪に対応するサスペンションタワー部に設
けられている。ドライバ４にはＤＣ３６Ｖのモータ用電
源５が接続されている。

【００１２】ドライバ４には、シリアル通信バス６を介
して制御装置７（制御力発生領域調整手段）が接続され
ており、制御装置７からドライバ４への動作指令や、ド
ライバ４から制御装置７への各種フィードバックなどは
全てシリアル通信〔例えばＣＡＮ（Controller Area Ne
twork）仕様に準拠したシリアル通信〕によって行われ
るようにしている。シリアル通信のプロトコルは、制御
装置７からの「コマンド」とドライバ４からの「レスポ
ンス」がセットになったもので、一定間隔（例えば５ｍ
ｓ）〔制御装置７の制御周期〕毎に常に「コマンド」と
「レスポンス」が授受される。

【００１３】また、例えば制御装置７からドライバ４へ
の「コマンド」が一定時間（例えば２０ｍｓ）以上送信
されない、あるいはドライバ４から制御装置７への「レ
スポンス」が一定時間（例えば２０ｍｓ）以上送信され
ない、といった場合は、制御装置７又はドライバ４はシ
ステム異常と判断し、「モータ用電源５の切断」、「エ
ラー表示」などの異常処理を行う。シリアル通信バス６
には、ＡＢＳ（Anti-lock Break System）制御装置８及
びＶＤＣ（Vehicle Dynamics Control）制御装置９が接
続されている。ＡＢＳ制御装置８及びＶＤＣ制御装置９
は、車両の走行安定性を確保するようにしたものであ
る。本電磁サスペンション装置１、ＡＢＳ制御装置８及
びＶＤＣ制御装置９は協調して動作することができるよ
うになっている。

【００１４】制御装置７は、モータ３への通電ひいては
サスペンションユニット２による推進力発生制御を行う
と共に、モータ３の起電力発生（発電機としての使用）
による減衰力発生制御を行うようにしている。制御装置
７には、車体の上下振動を検出する３個の上下加速度セ
ンサ（以下、第１、第２、第３上下加速度センサとい
う。）１０，１１，１２、ロールレートセンサ７５、ピ
ッチレートセンサ７６、車輪速センサ１３、ハンドル角
センサ１４、ブレーキセンサ１５及びＤＣ１２Ｖの電源
（以下、１２Ｖ電源という。）１６が接続されている。
制御装置７には更に、システム診断などに用いる外部通
信機器１７が接続されている。第１上下加速度センサ１
０は右前輪のサスペンションタワー部に設けられ、第２
上下加速度センサ１１は左前輪のサスペンションタワー
部に設けられ、第３上下加速度センサ１２は後部トラン
ク部に設けられている。

【００１５】サスペンションユニット２は、図２に示す
ように、車両の車体側に保持される外筒部材２０（一対
の長手状部材のうち一方）と、外筒部材２０に相対変位
可能に一端側が挿嵌され他端側が車両の車軸側に保持さ
れるロッド２１（一対の長手状部材のうち他方）とを備
えている。外筒部材２０とロッド２１との間になるよう
にして、外筒部材２０の内側には複数のコイル２２（コ
イル部材）が軸方向に所定長さにわたって設けられ、ロ
ッド２１の外側には永久磁石（磁石部材）２３が軸方向
に所定長さにわたって設けられている。

【００１６】コイル２２とロッド２１（永久磁石２３）
との間になるようにして、コイル２２の内側に筒状の案
内部材（以下、第１案内部材という。）２４が設けら
れ、ロッド２１の一端部には第１案内部材２４に摺動す
る摺動部（以下、第１摺動部という。）２５が設けられ
ている。外筒部材２０の開口端には環状の案内部材（以
下、第２案内部材という。）２６が装着されている。第
２案内部材２６の内側には、ロッド２１に摺動してその
動きを案内する摺動部（以下、第２摺動部という。）２
７が設けられている。ロッド２１は、第１摺動部２５及
び第２摺動部２７によって外筒部材２０に対して摺動可
能に支持されている。

【００１７】前記コイル２２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相が軸
方向に交互に並んだ構成になっている。永久磁石２３
は、Ｎ極、Ｓ極が軸方向に交互に並んだ構成になってい
る。コイル２２に通電するとコイル２２と永久磁石２３
との間に軸方向の推力が発生し外筒部材２０とロッド２
１は相対変位（ストローク）する。推力の向きはコイル
２２の通電方向に基づいて定まる。本実施の形態では、
コイル２２、永久磁石２３及びコイル２２、永久磁石２
３を支持する部材などから前記モータ３が構成されてい
る。また、外筒部材２０及びロッド２１ひいてはコイル
２２及び永久磁石２３が相対変位すると、コイル２２に
は起電力が生じ、モータ３は発電機の作用をなすように
なっている。サスペンションユニット２のモータ３には
位置センサ（車両動作状態検出手段）３０〔図４参照〕
が設けられており、コイル２２及び永久磁石２３ひいて
は外筒部材２０とロッド２１の相対変位（ストローク）
を検出すると共に、外筒部材２０とロッド２１の相対速
度（サスペンションユニット２のストローク速度）を得
られるようになっている。

【００１８】制御装置７は、図３に示すように、本電磁
サスペンション装置１の制御プログラムや定数などの固
定的なデータを記憶するＲＯＭ３１と、前記制御プログ
ラムを実行し、本電磁サスペンション装置１全体の制御
を司るＣＰＵ３２と、ＣＰＵ３２の演算結果等を一時的
に記憶するＲＡＭ３３と、サンプリング時間等を生成す
るタイマ３４とを備えている。制御装置７は、さらに、
第１、第２、第３上下加速度センサ１０，１１，１２か
らのアナログ信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３５
と、車輪速センサ１３、ハンドル角センサ１４及びブレ
ーキセンサ１５からの信号を処理するセンサｉ／ｏイン
タフェース（センサｉ／ｏｉ／ｆ）３６と、ドライバ
４などとのシリアル通信用のＣＡＮインターフェース３
７と、１２Ｖ電源１６をＣＰＵ３２などが必要とする５
Ｖ、３．３Ｖなどの電圧に変換するＤＣ／ＤＣ電源ユニ
ット３８と、外部通信機器１７に対して信号を授受する
外部通信機器インターフェース３９とを備えている。

【００１９】本電磁サスペンション装置１では、車両の
挙動状態のうち車体の上下振動については上述したよう
に第１、第２、第３上下加速度センサ１０，１１，１２
が検出する。車体のロール、ピッチング量については、
ロールレートセンサ７５、ピッチレートセンサ７６によ
って検出する。サスペンションユニット２の速度及び変
位については位置センサ３０の検出信号に基づいて把握
できるようにしている。さらに、車両の走行状態（車
速）は車輪速センサ１３が検出する。また、車両の挙動
状態の検出は、第１、第２、第３上下加速度センサ１
０，１１，１２、ロールレートセンサ７５、ピッチレー
トセンサ７６及び位置センサ３０に限らず、車輪速セン
サ１３、ハンドル角センサ１４、ブレーキセンサ１５に
よっても行うようにしている。

【００２０】制御装置７は、第１、第２、第３上下加速
度センサ１０，１１，１２、位置センサ３０、車輪速セ
ンサ１３、ハンドル角センサ１４、ブレーキセンサ１５
からの信号に基づいて、車両の振動、姿勢の変化や不安
定な車両挙動を抑制するように、また、車速や運転者の
ハンドル、アクセル、ブレーキ操作に対して車両がより
安定するように各輪のサスペンションユニット２の制御
量を決定し、ドライバ４に対してモータ３の駆動信号を
送るようにしている。

【００２１】ドライバ４は、図４に示すように、モータ
駆動用制御プログラムや定数などの固定的なデータを記
憶するＲＯＭ（以下、ドライバＲＯＭという。）４０
と、前記モータ駆動用制御プログラムを実行し、制御装
置７との通信制御を行うと共にドライバ４の制御を司る
ＣＰＵ（以下、ドライバＣＰＵという。）４１〔消費電
力検出手段〕と、ドライバＣＰＵ４１の演算結果等を一
時的に記憶するＲＡＭ（以下、ドライバＲＡＭとい
う。）４２と、車両及び運転者などに固有とされ、書き
換え可能なパラメータ等を記憶するＦＬＡＳＨメモリ４
３と、サンプリング時間等を生成するタイマ（以下、ド
ライバタイマという。）４４とを備えている。

【００２２】ドライバ４は、さらに、モータ３駆動用の
ＰＷＭ信号生成器４５と、電気的絶縁を行うフォトカプ
ラ４６と、モータ用電源５（ＤＣ３６Ｖ）にＤＣバス４
７を介して接続され、モータ用電源５からの電流をモー
タ３の駆動に使用するように３相電流に変換しこの電流
をモータ接続線４８を介してモータ３に出力するＩＧＢ
Ｔ４９と、ＩＧＢＴ４９のゲートを駆動するゲートドラ
イバ５０と、前記モータ接続線４８に設けられモータ３
の駆動電流を検出する電流検出器５１と、モータ３の駆
動電圧を検出する電圧検出器５２と、モータ接続線４８
の出力側に設けられるラインフィルタ５３と、電流検出
器５１及び電圧検出器５２からのアナログ信号をＡ／Ｄ
変換するＡ／Ｄ変換器（以下、ドライバＡ／Ｄ変換器と
いう。）５４と、前記位置センサ３０からの信号をディ
ジタル信号に変換してドライバＣＰＵ４１に入力する位
置センサインターフェース（位置センサｉ／ｆ）５５と
を備えている。

【００２３】ドライバ４には、さらに、ＤＣバス４７の
電圧を監視する過電圧検出器５６と、ＩＧＢＴ４９の過
熱を検出する過熱検出器５７と、制御装置７とのシリア
ル通信インターフェースであるＣＡＮｉ／ｆ（以下、ド
ライバＣＡＮインターフェースという。）５８と、モー
タ用電源５をドライバＣＰＵ４１など他の部材の動作に
必要な５Ｖ、１２Ｖなどの電圧に変換するＤＣ／ＤＣ電
源ユニット（以下、ドライバＤＣ／ＤＣ電源ユニットと
いう。）５９とが備えられている。

【００２４】ドライバ４は、シリアル通信バス６を介
し、制御装置７から「サーボＯＮ」などの制御コマンド
及び実際にモータ３を駆動させる制御量等を受け取る
と、サンプリング時間（ドライバ４の制御周期）毎に位
置センサ３０の信号からモータ３内のＵ相、Ｖ相、Ｗ相
コイル２２と永久磁石２３の作る磁気回路との間の位相
角（電気角）、モータ３の動作速度、電流検出器５１、
電圧検出器５２の信号からコイル２２の電流値、電圧値
を取得し、制御装置７からのモータ駆動指令通りのモー
タ動作となるようにＰＷＭ信号生成器４５を調節する。
前記ドライバ４の制御周期は、制御装置７の制御周期
（例えば５ｍｓ）よりも十分早く、例えば２５０μｓに
設定されている。

【００２５】この電磁サスペンション装置１では、車体
の上下振動に伴いロッド２１及び外筒部材２０が相対的
に変位すれば、コイル２２には起電力が発生する。すな
わち、モータ３は発電機として作用し、コイル２２に電
流が流れるようにＩＧＢＴ４９のスイッチングを調節す
ることにより、サスペンションユニット２（モータ３）
はロッド２１及び外筒部材２０の相対速度に応じた抵抗
力、すなわち減衰力を発生することになる。また、ロッ
ド２１と外筒部材２０との相対的な位置関係（電気
角）、ひいては車体の上下振動状態に応じて、コイル２
２に電流を流せば、モータ３は本来のモータ（アクチュ
エータ）として作用し、サスペンションユニット２は振
動抑制効果を向上できるようにしている。

【００２６】本実施の形態では、位置センサ３０（車両
動作状態検出手段）の検出結果に応じてサスペンション
ユニット２の制御力−ストローク速度特性の補正（調
整）、ひいては制御力（推進力又は減衰力）の発生領域
を補正（調整）するようにしている。前記車両動作状態
検出手段としては位置センサ３０に限らず第１、第２、
第３上下加速度センサ１０，１１，１２、ロールレート
センサ７５、ピッチレートセンサ７６、車輪速センサ１
３、ハンドル角センサ１４、ブレーキセンサ１５を用い
るようにしてもよい。前記制御力−ストローク速度特性
の補正を含む制御装置７の制御について、（ｉ）制御装
置の制御内容、（ｉｉ）ゲイン行列補正方法、（ｉｉ
ｉ）制御力−ストローク速度特性の補正〔制御力−スト
ローク速度特性線図上でのモータ制御力の制限処理〕に
項分けして以下に説明する。なお、制御装置７の制御内
容などを説明するために用いる信号及びその記号を表形
式で図５に示す。

【００２７】（ｉ）制御装置の制御内容制御装置７の機能について図６の制御ブロック図で模式
的に示す。制御装置７は、図６に示すように、車体など
に設けられた第１、第２、第３上下加速度センサ１０，
１１，１２、ロールレートセンサ７５、ピッチレートセ
ンサ７６、車輪速センサ１３、ハンドル角センサ１４、
及びブレーキセンサ１５の各出力信号のうち、図８の行
ベクトル（２）で示される上下加速度、ロールレート及
びピッチレートを、信号合せ部７７に入力し、図８の行
ベクトル（３）で示される車輪速センサ出力、ハンドル
角センサ出力、ブレーキセンサ出力を、増幅部７８に送
りゲインの補正などに用いるようにしている。また、位
置センサ３０の出力信号により得られるサスペンション
（サスペンションユニット）速度信号、変位信号を信号
合せ部７７に入力し、前記上下加速度、ロールレート及
びピッチレートと共にフィードバック信号としてフィー
ドバック信号処理部７９に入力すると共に、関数補正処
理部８０に入力し、制御力発生領域の調整（補正）を行
うようにしている。フィードバック信号処理部７９は目
標値とフィードバック信号との差分信号を求め、この差
分信号を増幅部７８を介して関数補正処理部８０に入力
する。関数補正処理部８０は、増幅部７８を介して送ら
れた信号を補正関数に基づいて処理してモータ３に対す
る制御信号を得、この制御信号に基づいてモータ３を制
御する。前記第１、第２、第３上下加速度センサ１０，
１１，１２、ロールレートセンサ７５、ピッチレートセ
ンサ７６、車輪速センサ１３、ハンドル角センサ１４、
及びブレーキセンサ１５の各出力信号は、行ベクトルを
用いて表すと図７の式（１）に示すようになる。

【００２８】前記サスペンション速度信号，変位信号
は、各輪のサスペンションユニット２の変位、速度であ
り、行ベクトルで示すと図９の式（４）のようになる。
信号合せ部７７で加え合わせにより得られ増幅部７８に
送られる信号〔式（２）及び式（４）を合せた信号〕に
ついて行ベクトルで示すと図１０の式（５）のようにな
る。

【００２９】制御系の目標値は、車両の振動や姿勢変化
を例えばゼロとするようにすると、１１行のゼロベクト
ルとなり、制御出力が図１１の式（６）であるとする
と、制御則は図１２の式（７）に示すようになる。

【００３０】（ｉｉ）ゲイン行列補正方法式（７）中、ｋは４行１１列のゲイン行列であり、車両
の緒元から決定される定数行列である。ゲイン行列は、
上述した増幅部７８で車輪速センサ出力、ハンドル角セ
ンサ出力、ブレーキセンサ出力信号〔式（３）〕により
補正されるが、このゲイン行列補正処理について、図１
３に基づいて説明する。

【００３１】まず、車速検出手段としての車輪速センサ
１３の出力信号（車輪速）、姿勢状態検出手段としての
ハンドル角センサ１４の出力信号（ハンドル角）及び姿
勢状態検出手段としてのブレーキセンサ１５の出力信号
（ブレーキ量）を取り込む(ステップＳ１)。次に、ステ
ップＳ１で取り込んだ車輪速が既定値よりも大きいか否
かを判定する(ステップＳ２)。ステップＳ２でＹｅｓ
（車輪速が既定値よりも大きい）と判定すると、サスペ
ンションユニット２のストローク速度、変位に関するゲ
インを車輪速及び既定値の差分〔（車輪速）−（既定
値）〕に応じて低下させる(ステップＳ３)。これは、車
速が高い高速道路などを走行した場合（ただし直線走行
時）は，路面状況が良いので、サスペンションストロー
クは短く，振動は高周波域にシフトする。このような場
合，サスペンションが発生しなければならない力（減衰
力）は小さくても良いので、制御力のゲインを低下させ
ても乗り心地について問題はなく、消費電力も少なくな
り、かえって、積極的に電力回生できる領域になる。

【００３２】次に、ステップＳ１で取り込んだハンドル
角が既定値よりも大きいか否かを判定する(ステップＳ
４)。ステップＳ４でＹｅｓ（ハンドル角が既定値より
も大きい）と判定すると、ロールと左右のサスペンショ
ンユニット２の変位に関するゲインをハンドル角及び既
定値の差分〔（ハンドル角）−（既定値）〕に応じて増
加させる(ステップＳ５)。これは、高速でハンドルを動
かし姿勢変化が生じるような場合は、減衰力を小さくし
すぎると姿勢変化を生じ操縦安定性が損なわれる。そこ
で、高速であっても姿勢変化を生じるような場合は、ゲ
インを低化させる量を減らすか、または、ゲイン低化を
中止することにより、充分な減衰効果を得て、操縦安定
性を高める。

【００３３】次に、ステップＳ１で取り込んだブレーキ
量が既定値よりも大きいか否かを判定する(ステップＳ
６)。ステップＳ６でＹｅｓ（ブレーキ量が既定値より
も大きい）と判定すると、ピッチングと前後のサスペン
ションユニット２変位に関するゲインをブレーキ量及び
既定値の差分〔（ブレーキ量）−（既定値）〕に応じて
増加させる(ステップＳ７)。これも上記と同様で、高速
でブレーキを踏み、姿勢変化が生じるような場合は、減
衰力を小さくしすぎると姿勢変化を生じ操縦安定性が損
なわれる。そこで、高速であっても姿勢変化を生じるよ
うな場合は、ゲインを低下させる量を減らすか、また
は、ゲイン低化を中止することにより、充分な減衰効果
を得て、操縦安定性を高める。

【００３４】図６の処理を行うことにより上下方向の制
御のみならず、車輪速、ロール、ピッチングに対する制
御を行えるようにしていると共に、図１３のゲイン行列
補正処理を行うことにより、車輪速、ロール、ピッチン
グに対する制御が良好なものになるようにしている。前
記増幅部７８からの信号が関数補正処理部８０に入力さ
れ、前記増幅部７８からの信号に応じた制御出力がモー
タ３の駆動部に入力されて所望の制御力を発生する。そ
して、増幅部７８からの信号が車輪速、ロール、ピッチ
ング（走行状態、挙動状態）に応じて上述したように補
正処理（図１３ゲイン行列補正処理）されることによ
り、前記制御力も補正される、すなわちサスペンション
ユニット２が得る制御力（推進力又は減衰力）が調整
（補正）されることになる。また、関数補正処理部８０
は上述したように、位置センサ３０の検出信号に基づく
サスペンション速度、変位により関数が補正され、これ
によりサスペンションユニット２の制御力（推進力又は
減衰力）発生領域が調整（補正）されることになる。上
記サスペンションユニット２の制御力の調整（補正）処
理について説明する。

【００３５】（ｉｉｉ）制御力−ストローク速度特性の
補正〔制御力−ストローク速度特性線図上でのモータ３制御
力の制限処理〕まず、サスペンションユニット２の制御
力−ストローク速度特性について、図１４に基づいて説
明する。サスペンションユニット２（モータ３）の制御
力ｕ及びストローク速度ｖの対応関係は、ストローク速
度を横軸にとり、制御力を縦軸にとると、図１４に示す
ようになる。図１４の第１、第３象限がサスペンション
ユニット２（モータ３）が本来のモータ（アクチュエー
タ）として動作する領域であり、第２、第４象限が粘性
減衰を生じるダンパ領域である。第２、第４象限（ダン
パ領域）の一部ではサスペンションユニット２（モータ
３）が発電機として動作し、車体の振動エネルギーが回
生可能な領域となり、その他では、電力を供給し減衰力
を増加させている。

【００３６】サスペンションユニット２（モータ３）が
発生する制御力の最大の値（最大制御力）ｕ_maxは、モ
ータ３に供給可能な最大電流値で決定される。また、回
生可能な領域は、第２、第４象限を通る直線（図１５参
照。以下、回生領域決定直線という。）〔ここでは、ｕ
＝−ｃ₂ｖとする。〕により定まる。そして、回生領域
は回生領域決定直線の傾き係数ｃ₂で決定される。この
傾き係数ｃ₂はモータ３固有の値である逆起電圧定数
（単位:Ｖ／ｍ／ｓ）で決定される。図１５において、
第２，第４象限のうち，モータが単に発電機として動作
し回生できる領域は縦線ハッチング域であり、斜め線ハ
ッチング域はコイルに回生電流がより流れるようにドラ
イバ側で電流を付勢し，減衰力を高めた領域である。縦
線ハッチング域内であれば，付加エネルギーゼロで減衰
力を調整可能である。

【００３７】また、第１、第３象限におけるモータ３の
動作領域は、第１、第３象限を通る直線（図１５参照。
以下、モータ３領域動作範囲決定直線という。）〔ここ
では、ｕ＝−ｃ₃ｖとする。〕により定まる。そして、
モータ領域動作範囲はモータ領域動作範囲決定直線の傾
き係数ｃ₃で決定される。この傾き係数ｃ₃はモータ３固
有の値である逆起電圧定数（単位:Ｖ／ｍ／ｓ）で決定
される。

【００３８】モータ３が発生する制御力の補正（制限）
ひいてはサスペンションユニットの制御力発生領域の補
正（制限）を行うには、下記の（イ）、（ロ）、（ハ）
を行うことで対処できる。（イ）最大制御力ｕ_maxを引き下げる。（ロ）ダンパ領域（第２、第４象限）での動作領域を制
限する。（ハ）モータ領域（第１、第３象限）での動作領域を制
限する。すなわち、図１５において、サスペンションとして仕事
をする動作範囲であるハッチングされた領域全てを狭め
ることである。

【００３９】前記（イ）、（ロ）、（ハ）の対処方法は
以下のようにして実現可能である。（イ）の場合（最大
制御力ｕ_maxを引き下げる。）は、電流値に対するリミ
ッタの調整値を低くして、モータ３に供給する最大電流
値を下げることで実現可能である。つまり、図１５のう
ち、最大制御力ｕ_max（最大制御力−ｕ_max）に対応する
線分（イ１）を原点方向に引き寄せることにより実現さ
れる。

【００４０】前記最大制御力−ｕ_maxのマイナス符号は
サスペンションユニット２の伸びに対する抑える方向の
制御力（いわば伸びハードとする力）を示す。また、最
大制御力ｕ_maxの＋（−マイナス符号がないこと）はサ
スペンションユニット２の縮みに対する伸び方向の制御
力（いわば縮みハードとする力）を示す。

【００４１】線分（イ１）の原点方向への引き寄せなど
の調整は、制御力ｕが正の値の場合、ｕ＝ｕ₁ （ｖ≦０、第２象限）ｕ＝ｕ₁−ｃ_eｖ（ｖ＞０、第１象限）制御力ｕが負の値の場合、ｕ＝−ｕ₁ （ｖ≦０、第４象限）ｕ＝−ｕ₁−ｃ_eｖ（ｖ＞０、第３象限）ただし、ｕ₁:リミッタ後の電流ｃ_e:モータ３の粘性減衰係数ｖ:ストローク速度で表されるから、電流値ｕ₁はＩＧＢＴ４９のスイッチ
ングを調整することでモータ制御力の調整ひいてはサス
ペンションユニット２の減衰力発生領域の調整が可能で
ある。

【００４２】（ロ）の場合〔ダンパ領域（第２、第４象
限）での動作領域を制限する。〕は、制御力ｕが、ｕ＝−ｃ₂ｖただし、ｃ₂: ダンパ領域の最大減衰係数で表されるから、ｃ₂（ダンパ領域の最大減衰係数）
〔傾き〕を調整（変更）することでモータ制御力の調整
ひいてはサスペンションユニット２の減衰力発生領域の
調整が可能である。なお、ｃ₂（モータ領域の最大減衰
係数）はＩＧＢＴ４９のスイッチングを調整することに
より調整できる。

【００４３】（ハ）の場合〔モータ領域（第１、第３象
限）での動作領域を制限する。〕は、制御力ｕが、ｕ＝ｃ₃ｖただし、ｃ₃: モータ領域の最大減衰係数で表されるから、ｃ₃（モータ領域の最大減衰係数）
〔傾き〕を調整（変更）することでモータ制御力の調整
が可能である。

【００４４】図１５に基づいて説明したモータ制御力の
調整（モータ３の駆動状態及び回生状態の調整）、すな
わちモータ３の制御力−ストローク速度特性線図上での
モータ制御力の調整（制限）ひいてはサスペンションユ
ニット２の減衰力発生領域の調整は、関数補正処理部８
０が行うが、この関数補正処理部８０（制御装置７）に
よる調整方法を、図１６に基づいて説明する。

【００４５】まず、位置センサ３０の検出信号により得
られるサスペンションユニット２の変位、速度を読み込
む(ステップＳ１１)。次に、制御力、変位などから制御
モードを決定する(ステップＳ１２)。次に、前記ステッ
プＳ１１で読み込んだサスペンションユニット２の変
位、速度に応じて最大制御力を抑制する〔前記（イ）の
実行〕か否かを判定する(ステップＳ１３)。ステップＳ
１３でＹｅｓ（最大制御力を抑制する）と判定した場
合、ｕ₁＜ｕ_m _axとなるように設定する(ステップＳ１
４)。ステップＳ１３でＮｏ（最大制御力を抑制しな
い）と判定した場合、ｕ₁＝ｕ_maxとなるように設定する
(ステップＳ１５)。

【００４６】ステップＳ１４又はステップＳ１５に続い
て、前記ステップＳ１１で読み込んだサスペンションユ
ニット２の変位、速度に応じて電力回生が必要であるか
否かを判定する(ステップＳ１６)。ステップＳ１６でＹ
ｅｓ（電力回生が必要である）と判定した場合、ｃ₂＝
ｃ_eとなるように設定する(ステップＳ１７)。ステップ
Ｓ１６でＮｏ（電力回生が必要でない）と判定した場
合、最大減衰係数がｃ₂＞ｃ_eとなるように設定する(ス
テップＳ１８)。

【００４７】ステップＳ１８に続いて、アクティブ制御
が必要であるか否かを判定する(ステップＳ１９)。ステ
ップＳ１９でＹｅｓ（アクティブ制御が必要である）と
判定した場合、ｃ₃＞０の範囲でアクティブ領域を設定
する(ステップＳ２０)。ステップＳ１９でＮｏ（アクテ
ィブ制御が必要でない）と判定した場合、又はステップ
Ｓ１７の処理が終了した場合、ｃ₃＝０とする(ステップ
Ｓ２１)。

【００４８】ステップＳ２０又はＳ２１に続いて、制御
力が制限範囲を超えるか否かを判定する(ステップＳ２
２)。ステップＳ２２でＹｅｓ（制御力が制限範囲を超
える）と判定すると、制御力が制限内に入るように変更
して(ステップＳ２３)、当該サンプリング周期の処理を
終了する。ステップＳ２２でＮｏ（制御力が制限範囲を
超えていない）と判定すると、前記ステップＳ２３を飛
ばして当該サンプリング周期の処理を終了する。

【００４９】上述した実施の形態では、位置センサ３０
の検出信号に基づくサスペンション速度、変位（走行状
態、挙動状態）により関数が補正され、これによりサス
ペンションユニット２の制御力（推進力又は減衰力）が
調整（補正）されることになる。このため、制御力発生
領域の調整（補正）をサスペンション速度、変位状態に
応じて行えることから、例えば走行状態に対応して制御
力−ストローク速度特性が一律のものとなっている従来
技術に比して、制御力の発生を、精度高くかつ広範囲に
果たすことができる。さらに、制御力の発生を走行状態
に応じて発生できることから、回生領域の範囲を広げる
ことが可能であり、これにより消費電力の低減を容易に
実行できる。さらに、（１）車両全体の消費電力を一定
値以下に抑制することを容易に行え、（２）バッテリ
（モータ用電源）上がり、動力ケーブルの発熱を防止で
きる。

【００５０】さらに、非常時以外の際にモータ３のコイ
ル２２の温度を一定値以下に抑制することができるた
め、以下の作用、効果を奏する。（３）コイル２２の膨張が抑制され、コイル２２−永久
磁石２３間のギャップを小さくすることができ、モータ
３の推力を向上できる。（４）永久磁石２３の周囲温度の上昇を抑制できるた
め、永久磁石２３の熱によって減磁する虞が少なくな
る。（５）モータ３（サスペンションユニット２）の発熱が
抑えられるので、シール類、油脂類の耐久性を向上させ
ることができる。（６）モータ３（サスペンションユニット２）の熱膨
張、収縮の程度が小さくなり、膨張、収縮の繰り返しに
よる疲労を抑制できるため、装置の耐久性が向上する。

【００５１】本実施の形態では車輪速、ロール、ピッチ
ング（走行状態、車両状態）に応じて上述したように補
正処理（図１３ゲイン行列補正処理）されることによ
り、前記制御力も補正される、すなわちサスペンション
ユニット２が得る制御力（推進力又は減衰力）が調整
（補正）されることになる。

【００５２】本実施の形態では、サスペンションユニッ
ト２が円筒形リニアモータ構造である場合を例にした
が、これに代えて、図１７に示すサスペンションユニッ
ト２Ａを用いてもよい。また、回転モータを用いたもの
であっても良い。図１７に示すサスペンションユニット
２Ａは、外筒部材２０Ａと、外筒部材２０Ａに一端側が
挿入され他端側が外筒部材２０Ａから突出する筒状のロ
ッド２１Ａと、ロッド２１Ａの一端側に固定されたボー
ルナット６５と、ボールナット６５に螺合し、ベアリン
グ６６を介して外筒部材２０Ａに回動可能に支持された
ボールねじ６７とを備えている。サスペンションユニッ
ト２Ａは、さらに、ボールねじ６７と同軸のシャフト６
８に固定された永久磁石２３Ａと、外筒部材２０Ａに固
定されたコイル２２Ａと、コイル２２Ａ内に設けられた
図示しないコア材とを備えている。外筒部材２０Ａの開
口端には、環状の案内部材６９が装着され、案内部材６
９の内側にはロッド２１Ａに摺動してこのロッド２１Ａ
を案内する摺動部７０が設けられている。

【００５３】このサスペンションユニット２Ａでは、コ
イル２２Ａへの通電によりコイル２２Ａと永久磁石２３
Ａとの間に電磁力を発生し、永久磁石２３Ａ（シャフト
６８）ひいてはボールねじ６７が回転し、これによりボ
ールナット６５を介してロッド２１Ａが外筒部材２０Ａ
に対して軸方向に相対変位し、推進力を発生し、振動抑
制効果を向上できるまた、車体の上下振動に伴いロッド
２１Ａ及び外筒部材２０Ａが軸方向に相対的に変位すれ
ば、軸方向の動きがボールナット６５及びボールねじ６
７により回転運動に変換され、永久磁石２３Ａ（シャフ
ト６８）が回転しコイル２２Ａに起電力が発生し、ロッ
ド２１Ａ及び外筒部材２０Ａの相対速度に応じた抵抗
力、すなわち減衰力を発生することになる。なお、上記
実施の形態では、高速時にゲインを補正しているが、こ
れに限らず、高速では、制御を中止するようにしてもよ
い。

【００５４】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、車速検出
手段により検出された車速が所定値以上のとき、所定値
未満のときより消費電力が少なくなるように前記制御量
を補正する補正手段とを備えたことにより、路面からの
大きな入力のない高速走行中には、乗り心地等を殆ど犠
牲にせずに制御量を減らし消費電力を下げることがで
き、バッテリ（モータ用電源）上がり、動力ケーブルの
発熱を防止できる。また、請求項２の発明によれば、高
速であっても、車両の姿勢変化を所定以上となる場合に
は、制御量を請求項１のときと比べて増やすことによ
り、操縦安定性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る電磁サスペンショ
ン装置を模式的に示す図である。

【図２】図１のサスペンションユニットを示す断面図で
ある。

【図３】図１の制御装置を模式的に示すブロック図であ
る。

【図４】図１のドライバを模式的に示すブロック図であ
る。

【図５】図１の電磁サスペンション装置のサスペンショ
ン制御に用いる信号の一部とその記号を表形式で示す図
である。

【図６】制御装置７の制御内容を模式的に示すブロック
図である。

【図７】センサ出力である行ベクトル式（１）を示す図
である。

【図８】センサ出力である行ベクトル式（２）、（３）
を示す図である。

【図９】フィードバック信号である行ベクトル式（４）
を示す図である。

【図１０】フィードバック信号である行ベクトル式
（５）を示す図である。

【図１１】制御信号の行ベクトル式（６）を示す図であ
る。

【図１２】制御装置７の制御則を表す式（７）を示す図
である。

【図１３】ゲイン行列補正処理特性を示す図である。

【図１４】制御力−ストローク速度特性を示す図であ
る。

【図１５】制御力−ストローク速度特性線図上での制御
力の制限を示すための図である。

【図１６】図１５の処理内容を示すフローチャートであ
る。

【図１７】図２のサスペンションユニットに代る他のサ
スペンションユニットを示す断面図である。

【符号の説明】

１電磁サスペンション装置２サスペンションユニット３モータ７制御装置１３車輪速センサ（車速検出手段）１４ハンドル角センサ（姿勢状態検出手段）１５ブレーキセンサ（姿勢状態検出手段）２２コイル（コイル部材）２３永久磁石（磁石部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者筑間寛神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内Ｆターム(参考） 3D001 AA02 AA18 BA01 DA17 EA07 EA08 EA22 EA34 EA42 EB26 ED02 ED21 3D014 DD02 DE22 3J048 AA02 AB08 AB11 AC08 BE09 CB19 DA03 EA15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の車体側と車輪側の一方側に磁石部
材を設け、他方側にコイル部材を設け、前記コイル部材
への通電駆動により前記磁石部材との間に生じる電磁力
によって推進力を得、前記コイル部材と前記磁石部材と
の相対的変位により生じる起電力によって減衰力を得る
サスペンションユニットと、前記車両の走行状態により
前記サスペンションユニットへの通電を制御する制御手
段とからなる電磁サスペンション装置において、前記車両の車速を検出する車速検出手段と、該車速検出手段により検出された車速が所定値以上のと
き、所定値未満のときより消費電力が少なくなるように
前記制御量を補正する補正手段とを備えたことを特徴と
する電磁サスペンション装置。
【請求項２】車両の姿勢変化を検出する姿勢状態検出手
段を設け、車体の姿勢の変化が所定以上となる場合に、
前記補正手段による補正を小さくする、または、中止す
ることを特徴とする請求項１記載の電磁サスペンション
装置。