JP2011235743A - 車両用発電サスペンションダンパ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両のロール共振周波数付近でもオイルダンパと同程度以上のダンパ性能を発揮するとともに走行路面の凹凸に対しては必要以上にダンパが硬くならないダンパ性能が制御される車両用発電サスペンションダンパ装置を得る。
【解決手段】車両用発電サスペンションダンパ装置は、路面の凸凹に伴う車輪の振動を車体に伝えないように振動を緩衝する車両用発電サスペンションダンパ装置において、Ｄｕｔｙ比１００％で動作されるとき車両のロール共振周波数付近でオイルダンパと同程度以上にサスペンション軸を伝搬する振動を緩衝する発電機と、上記発電機をＤｕｔｙ比が０％から１００％の間で動作させる発電回生制御装置と、を備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車における操縦安定性と乗り心地を両立する自動車のサスペンションにおけるダンパ装置であり、特に発電機によりエネルギ回収を出来る発電サスペンションダンパ装置に関するものである。

自動車の燃費向上技術開発の一環として、サスペンションダンパを従来のオイルダンパから電磁モータに置き換えるとともに電流検出器を用いて走行路面の荒さを判定し、その判定結果に基づいて電磁モータを発電機として活用してダンパ作用を与えるモードと、電磁モータをモータとして給電してダンパ作用を与えるモードを切り替えることにより、走行中の車両振動の一部を電気エネルギとして回収する方式が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２７４５７５号公報

上述の従来の技術では、走行路面が荒い場合に発生する概ね１０Ｈｚ以上の車体振動エネルギの回収を狙いとしているため、必要以上にダンパ定数を大きくして乗り心地を低下させないよう、電磁モータでの発電量を小さく設計している。アクティブサスペンションのように乗り心地と操縦安定性向上の両立をするために、操縦安定性に関わる車両のロール共振周波数である概ね１Ｈｚ付近では、電磁モータに給電しモータとして作用させている。そのため、エネルギ回収の観点では望ましくない。
また、走行路面の荒さを判定することにより、発電／給電の制御切り替えを行っており、誤判定の可能性があり、その際運転者に違和感を与える可能性がある。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、車両のロール共振周波数付近でもオイルダンパと同程度以上のダンパ性能を発揮するとともに走行路面の凹凸に対しては必要以上にダンパが硬くならないダンパ性能が制御される車両用発電サスペンションダンパ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る車両用発電サスペンションダンパ装置は、路面の凸凹に伴う車輪の振動を車体に伝えないように振動を緩衝する車両用発電サスペンションダンパ装置において、Ｄｕｔｙ比１００％で動作されるとき車両のロール共振周波数付近でオイルダンパと同程度以上にサスペンション軸を伝搬する振動を緩衝する発電機と、上記発電機をＤｕｔｙ比が０％から１００％の間で動作させる発電回生制御装置と、を備える。

この発明に係る車両用発電サスペンションダンパ装置は、発電機に誘起された逆起電力をバッテリに回生することにより車両のロール共振周波数付近の姿勢変動をオイルダンパと同程度以上のダンパ性能で抑制することができるとともに、走行路面の凹凸が荒い場合に車体に発生する概ね１０Ｈｚの振動に対しては、必要以上にダンパが硬くなり乗り心地を低下させないように、発電機のＤｕｔｙ比を小さくして逆起電力を低下させる構成としたので、発電機に給電して回収エネルギを小さくすること無く、操縦安定性向上と乗り心地向上を両立できる。

この発明の実施の形態１に係る車両用発電サスペンションダンパ装置の構造図である。 この発明の実施の形態１に係る発電回生制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る発電回生制御装置の動作を示すフローチャートである。 Ｄｕｔｙ比変更器でＤｕｔｙ比を変更するときに使用する逆起電圧信号の絶対値の平均値とＤｕｔｙ比との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係る車両用発電サスペンションダンパ装置の構造図である。 この発明の実施の形態２に係る発電回生制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る発電回生制御装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の車両用発電サスペンションダンパ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両用発電サスペンションダンパ装置の構造を示す図である。
この発明の実施の形態１に係る車両用発電サスペンションダンパ装置は、図示しないサスペンションバネの伸縮方向に配されたサスペンション軸１と結合したボールねじ２、ボールねじ２が図示した矢印方向に動くと図示しないロータが回転し逆起電力を発生する発電機３、発電機３に発生した逆起電力をバッテリ５に回生する発電回生制御装置４、及び、発電機３に発生された逆起電力の電圧を検出する逆起電圧検出器８を備える。
発電機３の外殻は図示しない固定具により回転しないよう固定されており、ロータのみが回転する。
また、発電機３は、ＯＮ−Ｄｕｔｙ１００％でＰＷＭ制御されると、オイルダンパと同程度以上のダンパ性能を発揮する。

また、この発明の実施の形態１に係る車両用発電サスペンションダンパ装置は、発電機３に直列にオイルダンパ６が連結されており、発電機３または発電回生制御装置４が故障した場合にもオイルダンパ６が作動して操縦安定性が失われないような構成となっている。
逆起電圧の検出は、例えばブラシ付電動パワーステアリングなどで頻繁に用いられる公知の手法を適用すればよい。

図２は、この発明の実施の形態１に係る発電回生制御装置４の制御の構成を示すブロック図である。
発電回生制御装置４は、逆起電圧検出器８から出力される逆起電圧信号から高周波成分を除去するローパスフィルタ１１、高周波成分が除去された逆起電圧信号の絶対値を演算する絶対値演算器１２、絶対値演算器１２から出力される逆起電圧信号を平均化して平均値を算出する平均値演算器１３、平均値演算器１３から出力される逆起電圧信号の平均値に対応して、発電機３をＯＮするＯＮタイムとＯＦＦするＯＦＦタイムとの比（以下、Ｄｕｔｙ比と称す）を変更するＤｕｔｙ比変更器１４、及び、Ｄｕｔｙ比変更器１４から出力されるＤｕｔｙ比を用いてＰＷＭ制御する回生回路１５を備える。
ローパスフィルタ１１の折点周波数は、車両のロール共振周波数以上且つサスペンションの共振周波数以下とする

Ｄｕｔｙ比変更器１４は、平均値演算器１３から出力される逆起電圧信号の絶対値の平均値が入力されるので、この逆起電圧信号の絶対値の平均値に対応するＤｕｔｙ比を出力する。このＤｕｔｙ比は、回生回路１５に入力され、回生回路１５はこのＤｕｔｙ比をＯＮ−ＤｕｔｙとしてＰＷＭ制御を行う。

次に、図３のフローチャートを用いて、発電回生制御装置の動作の説明を行う。
まず、ステップＳ１０１において、検出された逆起電圧信号を取込みメモリに記憶する。
次に、ステップＳ１０２において、逆起電圧信号の所定の周波数以上の信号を除去するローパスフィルタ演算を行いメモリに記憶する。
次に、ステップＳ１０３において、ローパスフィルタ演算により算出された逆起電圧信号の内マイナスの成分の信号をプラスに変換する絶対値演算を行いメモリに記憶する。
次に、ステップＳ１０４において、絶対値演算により算出された逆起電圧信号の絶対値を平均化して平均値を算出する平均値演算を行いメモリに記憶する。この平均値演算は、直近の３秒程度の平均とするものであれば、移動平均処理しても、近似的に時定数が３秒より十分長いフィルタで平均値を求めても良い。
次に、ステップＳ１０５において、平均値演算により算出された逆起電圧信号の平均値に対応させて、発電機３をＯＮするＯＮタイムとＯＦＦするＯＦＦタイムとのＤｕｔｙ比を算出し、そのＤｕｔｙ比を回生回路１５に出力する。
ここで、ローパスフィルタ１１の時定数は、車両のロール共振周波数とサスペンションの共振周波数の中間の値に設定される。

Ｄｕｔｙ比変更器１４は、図４に示すように、逆起電圧信号の平均値が０のときにはＤｕｔｙ比を０％とし、平均値が所定の閾値のときにはＤｕｔｙ比を１００％とし、平均値が０を超え、所定の閾値以下のときには平均値に比例するＤｕｔｙ比を算出する。平均値が閾値を超えるときには発電機３が発生した逆起電力をすべてバッテリ５に回生するように、Ｄｕｔｙ比を１００％に維持する。

自動車のサスペンションダンパは、車両のロール方向の安定性を高め、車両の操縦安定性を確保するようにサスペンション軸１の移動速度に比例した抵抗力を発生するよう、両者の比であるダンパ定数を高めに設定するが、高くしすぎると、サスペンションの共振周波数付近で路面の凹凸が車体に伝わりやすくなり乗り心地が低下する。
ところが、この発明の実施の形態１に係る車両用発電サスペンションダンパ装置においては、サスペンション軸１の移動速度が大きいときにＤｕｔｙ比を１００％にすることにより発電機３が大きな逆起電力を発生し、その逆起電力全てを回生するので、従来のオイルダンパと同程度以上のダンパ性能を発揮するように設定されたことと同等であり、従って従来のオイルダンパと同程度以上の車両の操縦安定性を確保できる。

また、逆起電圧信号の周波数は発電機３の回転周波数に比例するのでサスペンション軸１の移動周波数と比例する。そして、逆起電圧信号に含まれる走行路面の凹凸が荒いときに発生する概ね１０Ｈｚの成分がローパスフィルタ１１により除去されるので、逆起電圧の平均値が小さくなり、Ｄｕｔｙ比が０％近くで良く、乗り心地を低下させることが無く、効果的に車両の振動エネルギを電力エネルギとして回収できる。
また、走行路面の凹凸を検知して、発電または給電の制御切り替えを行っていないので、誤判定により運転者に違和感を与えることが無い。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係る車両用発電サスペンションダンパ装置の構造を示す図である。
この発明の実施の形態２に係る車両用発電サスペンションダンパ装置は、図示しないサスペンションバネの伸縮方向に配されたサスペンション軸１と結合したボールねじ２、ボールねじ２が図示した矢印方向に動くと図示しないロータが回転し逆起電力を発生する発電機３、発電機３に発生した逆起電力をバッテリ５に回生する発電回生制御装置４Ｂ、及び、サスペンション軸１のストロークを検出するストローク検出器７を備える。
発電機３の外殻は図示しない固定具により回転しないよう固定されており、ロータのみが回転する。

なお、この発明の実施の形態２に係る車両用発電サスペンションダンパ装置は、発電機３のみでダンパ機能を果たしているが、発電機３に直列にオイルダンパ６を連結しても良い。そうすることにより、発電機３または発電回生制御装置４Ｂが故障した場合にもオイルダンパ６が作動して操縦安定性が失われないようなにすることができる。

図６は、この発明の実施の形態２に係る発電回生制御装置４Ｂの制御の構成を示すブロック図である。
発電回生制御装置４Ｂは、サスペンション軸１の検出されたストロークの信号から高周波成分を除去するローパスフィルタ２１、高周波成分が除去されたストロークの信号の絶対値を演算する絶対値演算器２２、絶対値演算器２２から出力されたストロークの信号の絶対値を平均化して平均値を算出する平均値演算器２３、平均値演算器２３から出力された平均値に対応して、発電機３をＯＮするＯＮタイムとＯＦＦするＯＦＦタイムとの比（以下、Ｄｕｔｙ比と称す）を変更するＤｕｔｙ比変更器２４、及び、Ｄｕｔｙ比変更器２４から出力されるＤｕｔｙ比を用いてＰＷＭ制御する回生回路２５を備える。

次に、図７のフローチャートを用いて、発電回生制御装置４Ｂの動作の説明を行う。
まず、ステップＳ２０１において、検出されたストローク信号を取込みメモリに記憶する。
次に、ステップＳ２０２において、ストローク信号の所定の周波数以上の成分を除去するローパスフィルタ演算を行いメモリに記憶する。
次に、ステップＳ２０３において、ローパスフィルタ演算により算出されたストローク信号の内マイナス成分をプラスに変換する絶対値演算を行いメモリに記憶する。
次に、ステップＳ２０４において、絶対値演算により算出されたストローク信号の絶対値を平均化して平均値を算出する平均値演算を行いメモリに記憶する。この平均値演算は、直近の３秒程度の平均とするものであれば、移動平均処理しても、近似的に時定数が３秒より十分長いフィルタで平均値を求めても良い。
次に、ステップＳ２０５において、平均値演算により算出されたストローク信号の絶対値の平均値に対応させて、発電機３をＯＮするＯＮタイムとＯＦＦするＯＦＦタイムとのＤｕｔｙ比を算出し、そのＤｕｔｙ比を回生回路１５に出力する。
なお、本実施の形態２でも、ローパスフィルタ２１の時定数は、実施の形態１と同様に定める。

この発明の実施の形態２に係る車両用発電サスペンションダンパ装置は、サスペンション軸１のストロークを検出するストローク検出器７が備えられているので、サスペンション軸１の動きを高分解能で的確に検出することができるとともに、ストロークの平均値に対応するＤｕｔｙ比で発電機３を制御するので、サスペンション軸１の移動速度が大きいときにＤｕｔｙ比を１００％にすることにより発電機３が大きな逆起電力を発生し、従来のオイルダンパと同程度以上のダンパ性能を発揮するように設定されたことと同等であり、従って従来のオイルダンパと同程度以上の車両の操縦安定性を確保できる。
なお、サスペンション軸１のストロークを検出するストローク検出器の代わりに、発電機３にレゾルバなどの回転角検出器を用いても同様の効果を奏する。

１ サスペンション軸、２ ボールねじ、３ 発電機、４、４Ｂ 発電回生制御装置、５ バッテリ、６ オイルダンパ、７ ストローク検出器、８ 逆起電圧検出器、１１、２１ ローパスフィルタ、１２、２２ 絶対値演算器、１３、２３ 平均値演算器、１４、２４ Ｄｕｔｙ比変更器、１５、２５ 回生回路。

Claims (4)

1. 路面の凸凹に伴う車輪の振動を車体に伝えないように振動を緩衝する車両用発電サスペンションダンパ装置において、
   Ｄｕｔｙ比１００％で動作されるとき車両のロール共振周波数付近でオイルダンパと同程度以上にサスペンション軸を伝搬する振動を緩衝する発電機と、
   上記発電機をＤｕｔｙ比が０％から１００％の間で動作させる発電回生制御装置と、
   を備えることを特徴とする車両用発電サスペンションダンパ装置。
2. 上記発電機は、誘起する逆起電力の電圧を検出する逆起電圧検出手段が設けられ、
   上記発電回生制御装置は、
   上記逆起電圧検出手段からの逆起電圧信号の高周波成分を除去するローパスフィルタと、
   上記ローパスフィルタからの逆起電圧信号の絶対値を演算する絶対値演算手段と、
   上記逆起電圧信号の絶対値を平均化して平均値を算出する平均値演算手段と、
   上記逆起電圧信号の絶対値の平均値に対応するＤｕｔｙ比を求めるＤｕｔｙ比変更手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用発電サスペンションダンパ装置。
3. 上記サスペンション軸のストロークを検出するストローク検出手段を備え、
   上記発電回生制御装置は、
   上記ストローク検出手段からのストローク信号の高周波成分を除去するローパスフィルタと、
   上記ローパスフィルタからのストローク信号の絶対値を演算する絶対値演算手段と、
   上記ストローク信号の絶対値を平均化して平均値を算出する平均値演算手段と、
   上記ストローク信号の絶対値の平均値に対応するＤｕｔｙ比を求めるＤｕｔｙ比変更手段と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の車両用発電サスペンションダンパ装置。
4. 上記ローパスフィルタの折点周波数は、車両のロール共振周波数以上且つサスペンションの共振周波数以下とすることを特徴とする請求項２または３に記載の車両用発電サスペンションダンパ装置。

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