JP2009029368A - 車両用電動ダンパ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】車両用電動ダンパ装置は、車体に対する車輪の相対的な上下運動を回転運動に変換して電動モータ35L,35Rを回転させることにより上下運動を減衰させるようにし、また、車輪の上下運動を減衰させるための減衰力を電動モータが発生する。車両用電動ダンパ装置は、車輪が上下方向に変位する変位速度を算出する変位速度検出部と、変位速度に基づいて電動モータの目標駆動電流を設定する駆動電流設定部と、目標駆動電流に基づいて電動モータを駆動制御するモータ駆動部106L,106Rとを有している。
【選択図】図5
Description
ところが、電動モータには、ロータが回転したときの回転軸の摩擦抵抗など、種々の機械的な内部損失(機械損失、粘性抵抗とも言われている。)が発生する。内部損失による損失トルクのことを、粘性トルクと言う。また、電動モータには、電動モータ自体のロータの慣性による損失も発生する。慣性による損失トルクのことを、慣性トルクと言う。
車輪が上下方向に変位する変位速度に対して、電動モータの回転速度は、粘性トルクや慣性トルクの影響による遅れが大きい。この結果、誘導起電圧に起因する制動力が変動し、車両の乗り心地が低下する。このため、車輪の上下運動を最適に減衰させるには、少なくとも車輪の上下方向の変位速度に応じたモータ制御が必要である。
変位速度に基づいた目標駆動電流によって、電動モータを駆動させるので、電動モータは車輪の上下運動を減衰させるのに、モータの応答性を向上でき、最適な減衰力を発する。従って、車輪の上下運動を最適に減衰させて車両の乗り心地を向上させることができる。
しかも、電動モータをパルス幅変調信号によって駆動することにより、オン駆動信号またはオフ駆動信号だけを使って、オン駆動とオフ駆動との中間の抵抗状態を使用しないので、モータ駆動部は発熱がほとんどなく熱の影響を受けないので、正確な制御ができる。
変位速度と変位加速度に応じて、電動モータ自体の機械的な内部損失に相当する粘性トルクと、電動モータ自体のロータの慣性による損失に相当する慣性トルクが、変化する。これらの損失トルク(粘性トルクと慣性トルク)に応じて目標駆動電流の値を補正することができる。この補正された目標駆動電流によって、電動モータを駆動させるので、電動モータは車輪の上下運動に素早く応答して車両の振動を減衰させるのに最適な減衰力を発する。従って、車輪の上下運動をより一層最適に減衰させることができ、車両の乗り心地を一層向上させることができる。特に、荒れた路面などを車両が走行するときにおいて、電動モータの慣性トルクが大きくなる場合に効果が大きい。
図1は、本発明の車両用サスペンション装置を備えた車両を背面から見て、模式的に示している。車両10は、車体11に左右一対の車両用サスペンション装置20L,20Rを備えている。車体11は左右の上部にダンパハウジング11a,11aを有している。つまり、ダンパハウジング11a,11aは車体11の一部である。左右の車両用サスペンション装置20L,20Rは、車両10(自動車)のフロントサスペンション又はリヤサスペンションとして採用され、車体11に左右の車輪25L,25Rを懸架する。
これに対して、本発明では、円形断面のロッド32の外周面にラック51を有するので、ロッド32を収納する第1シリンダ41を小型にすることができる。
さらに、ロックガイド34は、ロッド32がピニオン軸53の長手方向へ移動することを規制しつつ、ロッド32をスライド可能に支持することができる。
コイルスプリング36は、第2シリンダ42と、第2シリンダ42から突出しているロッド32とを、囲むように配置されている。このコイルスプリング36は、第1ばね受け座71と第2ばね受け座72の間に介在することにより、シリンダ31とロッド32とを、軸方向へ且つ互いに離反する方向へ付勢する。
なお、右の変位量検出部80Rは、左の変位量検出部80Lと同じ構成なので、同一符号を付して説明を省略する。
ゲート駆動回路121は、制御回路113から出力インタフェース回路114を介して受けた制御信号に基づいてブリッジ回路122を駆動制御する。ブリッジ回路122は、左の電動モータ35Lに駆動電流を供給して駆動する。
左の電流検出部124Lは、ブリッジ回路122から左の電動モータ35Lへ供給される実際の駆動電流Id(実電流Id)を検出して制御部105へ発するものであり、例えば、ホール素子や抵抗から成る。
左上段の第1FET131のドレインと、右上段の第3FET133のドレインとは、互いに接続されるとともに、バッテリ101(図5参照)の正極に接続されている。
左下段の第2FET132のソースと、右下段の第4FET134のソースとは、互いに接続され、バッテリ101の負極に接続されるとともに、アースされている。
左上段の第1FET131のソースと、左下段の第2FET132のドレインとは、互いに接続されるとともに、左の電動モータ35Lの一方の端子に接続されている。
右上段の第3FET133のソースと、右下段の第4FET134のドレインとは、互いに接続されるとともに、左の電流検出部124Lを介して左の電動モータ35Lの他方の端子に接続されている。
なお、ブリッジ回路122の理解を容易にするために、図6には、4個の電界効果型トランジスタ131〜134にそれぞれ備えている回生用ダイオード135〜138を示した。つまり、第1FET131に第1回生用ダイオード135、第2FET132に第2回生用ダイオード136、第3FET133に第3回生用ダイオード137、第4FET134に第4回生用ダイオード138が、それぞれ接続されている。
次に、左の変位量検出部80Lが検出した変位量Stと、車速検出部104が検出した車速Vsと、左の電流検出部124Lが検出した実電流Idを読み込む(ステップST02)。
変位速度Svの値が正の場合には(Sv>0)、車輪25Lが下方向へ変位したと判断して、左の電動モータ35Lを正転制御した後に(ステップST07)、ステップST02へ戻って一連の制御を繰り返す。
変位速度Svの値が負の場合には(Sv<0)、車輪25Lが上方向へ変位したと判断して、左の電動モータ35Lを逆転制御した後に(ステップST08)、ステップST02へ戻って一連の制御を繰り返す。
先ず、モータ正転時の基準駆動電流マップに基づいて、変位速度Svに応じた基準駆動電流Iexを求める(ステップST11)。基準駆動電流Iexは、左の電動モータ35Lに供給する駆動電流の基準となる値である。
図10は、横軸を車速Vsとし、縦軸を車速補正係数Kvとして、車速Vsに応じた車速補正係数Kvを求める車速補正マップMvの説明図である。この車速補正マップMvは、例えば、次の特性を有した特性曲線によって示される。車速Vsが0から所定のVminまで増大する範囲において、車速補正係数Kvは0.1の一定値である。車速VsがVminを超えて所定のVmaxまで増大する範囲において、車速補正係数Kvは0.1から1.0まで比例して増大する。車速VsがVmaxを超えて増大する範囲において、車速補正係数Kvは1.0の一定値である。
先ず、ステップST16の次に、粘性補正電流I1に慣性補正電流I2を加算した値、つまり総補正電流「I1+I2」の値が、ステップST13で求めた基準駆動電流Iexよりも大きいか否かを判断する(ステップST17)。
この総補正電流「I1+I2」が基準駆動電流Iexよりも大きいと判断した場合には、電動モータ35Lによる負荷(減衰力)が、必要とされる負荷よりも大きい。この場合には、総補正電流「I1+I2」から基準駆動電流Iexを減算した値Imを、目標駆動電流Imとする(ステップST18)。つまり、Im=「(I1+I2)−Iex」である。このようにして、左の電動モータ35Lに供給する目標駆動電流Imを設定する。こうすることにより、粘性トルクと慣性トルクの過大な負荷分を考慮して目標駆動電流Imを設定することができる。
車輪25Lが大きくバウンドした場合などにおいて、車輪25Lが上下方向へ大きく変位し始めた時点では、車輪25Lの変位加速度αが急増する。しかし、車輪25Lの変位速度Svは増加途中にあり、まだ小さいままである。変位加速度αの急増に伴い、電動モータ35L自体の機械的な粘性トルクやロータの慣性による慣性トルクが大きいので、総補正電流「I1+I2」も急増する。一方、変位速度Svが小さいので、基準駆動電流Iexは極めて小さい。この結果、総補正電流「I1+I2」は基準駆動電流Iexを一時的に上回る。
第1FET131は、オフ信号(OFF)を受ける。
第2FET132は、制御用のパルス幅変調信号(PWM信号)を受ける。
第3FET133は、オン信号(ON)を受ける。
第4FET134は、オフ信号(OFF)を受ける。
つまり、第2FET132は、図11(a)に示す信号と図11(b)に示す信号とを交互に受ける。
第1FET131は、PWM信号を受ける。
第2FET132は、第1FET131とは反転した波形のPWM信号、またはオフ信号(OFF)を受ける。
第3FET133は、オン信号(ON)を受ける。
第4FET134は、オフ信号(OFF)を受ける。
つまり、4個のFET131〜134は、図11(c)に示す信号と図11(d)に示す信号とを交互に受ける。
図13は、横軸を変位速度Svとし、縦軸を基準駆動電流Iexとして、変位速度Svに応じた基準駆動電流Iexを求めるモータ逆転時の基準駆動電流マップMrの説明図である。このモータ逆転時の基準駆動電流マップMrは、電動ダンパ装置30Lが縮む場合(変位方向が上方向の場合)のマップであって、例えば、変位速度Sv=0のときに基準駆動電流Iex=0であり、Svが増大するにつれてIexも増大する特性を有した特性曲線によって示される。
以上の説明から明らかなように、図13に示すモータ逆転時の基準駆動電流マップMrは、上記図9に示すモータ正転時の基準駆動電流マップMnと特性が異なる。
図12に示すステップST113は、図8に示すステップST13と同じである。
図12に示すステップST114は、図8に示すステップST14と同じである。
図12に示すステップST115は、図8に示すステップST15と同じである。
図12に示すステップST116は、図8に示すステップST16と同じである。
図12に示すステップST117は、図8に示すステップST17と同じである。
図12に示すステップST118は、図8に示すステップST18と同じである。
図12に示すステップST120は、図8に示すステップST20と同じである。
図12に示すステップST121は、図8に示すステップST21と同様の構成であり、バッテリ101へ電力を回生する制御モード、いわゆる「回生モード」において、電動モータ35Lを回生制御する。その後、このモータ逆転制御ルーチンによる制御を終了する。
第1FET131は、オン信号(ON)を受ける。
第2FET132は、オフ信号(OFF)を受ける。
第3FET133は、オフ信号(OFF)を受ける。
第4FET134は、制御用のパルス幅変調信号(PWM信号)を受ける。
つまり、第4FET134は、図14(a)に示す信号と図14(b)に示す信号とを交互に受ける。
第1FET131は、オン信号(ON)を受ける。
第2FET132は、オフ信号(OFF)を受ける。
第3FET133は、PWM信号を受ける。
第4FET134は、第3FET133とは反転したPWM信号、またはオフ信号(OFF)を受ける。
つまり、4個のFET131〜134は、図14(c)に示す信号と図14(d)に示す信号とを交互に受ける。
電動モータ35Lが目標駆動電流Imで(図8参照)に応じて駆動トルクを発生したときは、次の作用をなす。この駆動トルクは、ラックアンドピニオン機構33及びロッド32を介して、車輪25Lの上下方向の変位を抑制するように働く。つまり、車輪25Lの上下方向の振動を、回転抑制トルクによって抑制する。このように、車体11に対する車輪25Lの相対的な上下運動を回転運動に変換して電動モータ35Lを回転させることにより、上下運動を減衰させることができる。
また、図7に示されるステップST06は、変位速度Svの値に基づいて、車輪25Lの変位方向が上下どちらであるかを判断する「変位方向判断部」を構成している。
また、図8に示されるステップST15と、図12に示されるステップST115は、変位速度Svの値から、車輪25Lの上下方向の変位加速度αを算出する「変位加速度演算部」を構成している。
また、図8に示されるステップST12とST13、及び、図12に示されるステップST112とST113は、基準駆動電流Iexの値を車速Vsに応じて補正する「車速対応電流補正部」を構成している。
ここで、図8に示されるステップST14〜ST16、及び、図12に示されるステップST114〜ST116は、電動モータ35L自体の機械的な内部損失やロータの慣性による負荷トルクに相当する補正電流I1,I2を求める「補正電流設定部」を構成している。
制御部105は、車輪25Lが上下方向に変位する変位量Stを変位量検出部80Lによって検出し、変位量Stの値から車輪25Lの上下方向の変位速度Svを変位速度検出部ST05によって求め、変位速度Svに基づき電動モータ35Lの目標駆動電流Im(目標回生電流Irを含む)を駆動電流設定部ST11,ST18,ST20,ST111,ST118,ST120によって設定し、目標駆動電流Imに基づきモータ駆動部106Lにより電動モータ35Lを駆動制御する。
電界効果型トランジスタによってブリッジ回路122を構成し、電界効果型トランジスタをパルス幅変調信号で駆動することにより、発熱が少ない効率の良い駆動ができ、しかも、電動モータ35Lのインダクタンスを交流電圧に変換できるので、電動モータ35Lの誘導起電圧が電源の電圧よりも十分に小さくても、電源101の電圧よりも高い交流電圧に変換でき、回生効率を高めることができる。
この場合に、モータ駆動部106L,106Rは制御部105から分離した構成である。このため、電動ダンパ装置30L,30Rの数量に合わせてモータ駆動部106L,106Rを設ければよい。このように、制御部105とモータ駆動部106L,106Rとを分離したので、各部の構成の簡素化、軽量化、高信頼化、低コスト化を図ることができる。
また、シリンダ31は、別部材から成る第1シリンダ41と第2シリンダ42との構成に限定されるものではなく、単一の部材によって構成されてもよい。
また、ロッド32の一端部32aは、車輪支持部材23に直接に取り付けられる構成の他に、アッパアーム21やロアアーム22等を介して、間接的に取り付けられる構成でもよい。
このため、スイングロッド82は、ロアアーム22に連結する構成に限定されるものではなく、例えば、アッパアーム21、車輪支持部材23または電動ダンパ装置30L、30Rに連結する構成であってもよい。
また、変位量検出部80L,80Rは、図4に示される可変抵抗式の構成に限定されるものではなく、例えば、ロータリエンコーダ式の構成や、電動モータ35L,35Rに発生する逆起電圧から求める構成であってもよい。この逆起電圧は、電動モータ35L,35Rの回転速度に比例する。この回転速度は、車輪25L,25Rの変位速度Svに比例する。このため、回転速度から変位速度Svを求めることができる。
また、変位量検出部80L,80Rは、電動モータ35L,35Rに設けられているレゾルバ(回転角検出手段)によって、回転角を求める構成であってもよい。この回転角から変位量Stを求めることができる。この場合には、新たな変位量検出部を設ける必要がないので、構成を単純化して、低コスト、高信頼性、軽量化を図ることができるとともに、検出精度が高い。
例えば、変位量Stによって変位方向を判断する場合には、図7に示すステップST06は、変位量Stが増大したときに車輪25Lが下方向へ変位したと判断し、変位量Stが減少したときに車輪25Lが上方向へ変位したと判断する。
また、電動モータ35L,35Rの回転方向によって、車輪25L,25Rの変位方向を判断することができる。
Claims (4)
- 車体に対する車輪の相対的な上下運動を回転運動に変換して電動モータを回転させることにより前記上下運動を減衰させるようにし、また、前記車輪の上下運動を減衰させるための減衰力を前記電動モータが発生するようにした車両用電動ダンパ装置であって、
前記車輪が上下方向に変位する変位速度を検出する変位速度検出部と、
前記変位速度に基づいて前記電動モータの目標駆動電流を設定する駆動電流設定部と、
前記目標駆動電流に基づいて前記電動モータをパルス幅変調信号で駆動制御するモータ駆動部とを、
有していることを特徴とした車両用電動ダンパ装置。 - 前記変位速度検出部は、前記車輪が上下方向に変位する変位量を検出する変位量検出部の値から算出し、
前記変位量と前記変位速度の少なくとも一方の値に基づいて、前記車輪の変位方向が上下どちらであるかを判断する変位方向判断部を備え、
前記駆動電流設定部は、前記変位方向が上方向の場合と下方向の場合とでは、前記目標駆動電流を異なる値に設定するように構成されていることを特徴とした請求項1記載の車両用電動ダンパ装置。 - 前記変位速度の値から、前記車輪の上下方向の変位加速度を算出する変位加速度演算部を備え、
前記駆動電流設定部は、前記変位速度と前記変位加速度の少なくとも一方に応じて、前記目標駆動電流の値を補正するように構成されていることを特徴とした請求項1又は請求項2記載の車両用電動ダンパ装置。 - 前記モータ駆動部は、少なくとも2個の電界効果型トランジスタで1組のアームを構成し、少なくとも2組のアームでブリッジ回路を構成し、前記電界効果型トランジスタを前記パルス幅変調信号で駆動し、少なくともモータ回生モードを有することを特徴とした請求項1記載の車両用電動ダンパ装置。
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