JP2016049783A - ダンパ及びダンパの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回生効率を向上すること及び減衰力の制御をより好適に行うことの少なくとも一方が可能なダンパ及びダンパの制御方法を提供する。
【解決手段】ダンパ２２の制御装置３６は、所定周波数の入力振動がばね下部材からダンパ本体３０に入力されたときにおける電磁モータ６６による回生効率が最大となるデューティ比又は回生効率が所定の効率閾値を上回る可変値又は固定値であるデューティ比を用いてスイッチング素子８０を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力振動のエネルギを回生するダンパ及びダンパの制御方法に関する。

非特許文献１には、昇圧チョッパのスイッチＳのデューティ比βをアクチュエータの速度に比例させて振動エネルギを回生するエネルギ回生ダンパが開示されている（第１頁の項目Ａ２）。スイッチＳは、パルス幅変調（ＰＷＭ）により駆動される。スイッチＳのデューティ比βは、アクチュエータの振動速度｜ｖ｜に比例して０から１まで変化させる。なお、非特許文献１のデューティ比βは、Ｔ_off／Ｔで定義され、スイッチング周期におけるスイッチＳのオフ時間の割合を示すオフデューティ比である。また、｜ｖ｜＞γｅ_b／ψではスイッチＳをＯＦＦにしておく。このため、デューティ比βは、次のように可変とされる（第３頁右欄〜第４頁左欄にかけての項目３）。

０≦｜ｖ｜≦γｅ_b／ψのとき、β＝ψ｜ｖ｜／γｅ_b
｜ｖ｜＞γｅ_b／ψのとき、β＝１

なお、γは、ＰＷＭスイッチング係数である（第４頁右欄第９行〜第１０行）。ｅ_bは、バッテリ電圧であり（第２頁左欄の項目２第４行）、回生電流ｉが回生回路に流れるか否かの境界値（不感帯の境界値）を意味する（第２頁右欄第１行〜第６行）。ψは、アクチュエータ係数である（第２頁左欄の項目２第５行〜第６行）。

金尚洙、岡田養二著「可変減衰エネルギ回生ダンパ」、日本機械学会、Ｎｏ．００−６、Dynamics and Design Conference 2000 ＣＤ−ＲＯＭ論文集、２０００年９月５日〜８日（東京）

上記のように、非特許文献１では、０≦｜ｖ｜≦γｅ_b／ψのとき、アクチュエータの振動速度｜ｖ｜に比例させてスイッチＳのデューティ比βを０から１の間で変化させる。この場合、減衰力を滑らかに変化させることは可能となるものの、非特許文献１では、回生効率について何ら検討されていない。

また、非特許文献１では、｜ｖ｜＞γｅ_b／ψのとき、デューティ比βを１に固定してスイッチＳをＯＦＦにする。この場合、回生効率が向上する一方、アクチュエータによる減衰力は、アクチュエータの性能にのみ依存することとなり、減衰力をより積極的に制御することは困難となる。

本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、回生効率を向上すること及び減衰力の制御をより好適に行うことの少なくとも一方が可能なダンパ及びダンパの制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係るダンパは、ばねと並列に設置されたダンパ本体と、前記ダンパ本体に入力される入力振動のエネルギを回生することで前記ばねに対する減衰力を発生させる電磁モータと、前記電磁モータと直列に接続されたキャパシタと、スイッチング素子及びリアクトルを備え、前記電磁モータの発電電圧を昇圧して前記キャパシタに出力する昇圧チョッパ回路と、前記スイッチング素子のデューティ比を制御する制御装置とを備えるものであって、前記制御装置は、所定周波数の入力振動がばね下部材から前記ダンパ本体に入力されたときにおける前記電磁モータによる回生効率が最大となる前記デューティ比又は前記回生効率が所定の効率閾値を上回る可変値若しくは固定値である前記デューティ比を用いて前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。

本発明によれば、電磁モータによる回生効率が最大となるデューティ比又は回生効率が所定の効率閾値を上回る可変値若しくは固定値であるデューティ比を用いてチョッパ回路のスイッチング素子を制御する。これにより、高い回生効率で昇圧チョッパ回路を作動させることが可能となる。

また、例えば、スイッチング素子をオフに固定して昇圧を行わない状態を発生し難いように電磁モータ等の仕様を設定した場合、回生効率を高く保ちつつ、デューティ比を可変とすることが可能となる。これにより、減衰力の制御をより好適に行うことが可能となる。

前記デューティ比がオンデューティ比である場合、前記制御装置は、前記オンデューティ比を０．５から０．７の間に設定してもよい。この場合、オフデューティ比を０．３から０．５の間に設定することと実質的に同義である。

前記制御装置は、前記所定周波数の前記入力振動が前記ばね下部材から前記ダンパ本体に入力されたときにおける前記電磁モータによる前記回生効率が前記所定の効率閾値を上回る範囲において前記デューティ比を可変としてもよい。これにより、回生効率を高く維持すると共に、電磁モータによる減衰力を可変とすることで、ダンパの減衰特性を柔軟に変化させることが可能となる。

前記電磁モータは整流子型単相交流モータとし、前記電磁モータと前記キャパシタの間にはダイオードを配置してもよい。これにより、ロータに鉄心を有する一般的な直流モータと比較して、整流子型単相交流モータは、慣性モーメントを大幅に減少させることができる。従って、例えば、本発明に係るダンパを車両のサスペンション装置に用いた場合、高周波の路面振動が発生した際の乗り心地の悪化を防止することが可能となる。

本発明に係るダンパの制御方法は、ばねと並列に設置されたダンパ本体と、前記ダンパ本体に入力される入力振動のエネルギを回生することで前記ばねに対する減衰力を発生させる電磁モータと、前記電磁モータと直列に接続されたキャパシタと、スイッチング素子及びリアクトルを備え、前記電磁モータの発電電圧を昇圧して前記キャパシタに出力する昇圧チョッパ回路と、前記スイッチング素子のデューティ比を制御する制御装置とを備えるダンパの制御方法であって、前記制御装置は、所定周波数の入力振動がばね下部材から前記ダンパ本体に入力されたときにおける前記電磁モータによる回生効率が最大となる前記デューティ比又は前記回生効率が所定の効率閾値を上回る可変値若しくは固定値である前記デューティ比を用いて前記スイッチング素子を制御することを特徴とする。

本発明によれば、回生効率を向上すること及び減衰力の制御をより好適に行うことの少なくとも一方が可能となる。

本発明の第１実施形態に係るダンパを有するサスペンション装置を搭載した車両の一部を簡略的に示す概略構成図である。 第１実施形態の前記サスペンション装置の動作を説明するための等価モデルを示す図である。 第１実施形態におけるスイッチング素子のデューティ比と、回生エネルギと、回生効率との関係の一例を示す図である。 第１実施形態において電子制御装置が前記スイッチング素子を制御するフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るダンパを有するサスペンション装置を搭載した車両の一部を簡略的に示す概略構成図である。 第２実施形態におけるスイッチング素子のデューティ比と、回生エネルギと、回生効率との関係の一例を示す図である。 第２実施形態及び比較例におけるばね上加速度の周波数と、ばね上加速度のパワースペクトル密度と、デューティ比との関係の一例を示す図である。 第２実施形態及び前記比較例におけるばね下加速度の周波数と、ばね下加速度のパワースペクトル密度と、デューティ比との関係の一例を示す図である。 第２実施形態において電子制御装置が前記スイッチング素子を制御するフローチャートである。 第２実施形態において、ばね上加速度、前後加速度（前後Ｇ）及びロール加速度（ロールＧ）に基づいてデューティ比を更新するフローチャート（図９のＳ１４の詳細）である。 変形例に係る電磁モータの構成を簡略的に示す断面図である。 第２実施形態の変形例におけるスイッチング素子のデューティ比と、回生エネルギと、回生効率との関係の一例を示す図である。

Ａ．第１実施形態
［Ａ１．車両１０の構成］
（Ａ１−１．車両１０の全体構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係るダンパ２２を有するサスペンション装置１２を搭載した車両１０の一部を簡略的に示す概略構成図である。サスペンション装置１２は、各車輪２４に対応するコイルばね２０及びダンパ２２と、車両１０の車速Ｖを検出する車速センサ２６とを有する。

（Ａ１−２．コイルばね２０）
コイルばね２０は、車体２８とスプリングシート４８との間に配置され、路面３００から車輪２４に入力される振動（路面振動）を吸収する。

（Ａ１−３．ダンパ２２）
（Ａ１−３−１．ダンパ２２の全体構成）
ダンパ２２は、コイルばね２０（又は車体２８）の変位を減衰させる。図１に示すように、ダンパ２２は、ダンパ本体３０と、油圧機構３２と、モータ回路３４と、電子制御装置３６（以下「ＥＣＵ３６」という。）とを備える。

（Ａ１−３−２．ダンパ本体３０）
ダンパ本体３０は、スプリングシート４８に加え、油圧シリンダ４０、ピストンヘッド４２、ピストンロッド４４及びピストンバルブ４６を備える。油圧シリンダ４０は、円筒状の部材であり、ピストンヘッド４２により、その内部が第１油圧室５０及び第２油圧室５２に区画される。第１油圧室５０及び第２油圧室５２には油が充填されている。ピストンロッド４４は、油圧シリンダ４０の内周面と略等しい直径のピストンヘッド４２をその一端に固定すると共に、他端が車体２８に固定されている。ピストンバルブ４６は、ピストンヘッド４２内に形成され、第１油圧室５０と第２油圧室５２とを連通させる。スプリングシート４８は、油圧シリンダ４０の外周に形成されてコイルばね２０の一端を支持する。

（Ａ１−３−３．油圧機構３２）
油圧機構３２は、ダンパ２２における油の流通を制御するものであり、油圧ポンプ６０と、油流路６２と、アキュムレータ６４と、電磁モータ６６（以下「モータ６６」ともいう。）とを備える。油流路６２内の油は、油圧ポンプ６０によりその流れの向き及び圧力が制御される。モータ６６は、ＥＣＵ３６からの指令に基づき油圧ポンプ６０を動作させる。第１実施形態のモータ６６は、直流（ＤＣ）式であるが、交流（ＡＣ）式としてもよい。

（Ａ１−３−４．モータ回路３４）
モータ回路３４は、モータ６６と電気的に連結された回路であり、キャパシタ７０（蓄電装置）と、昇圧チョッパ回路７２（以下「チョッパ回路７２」ともいう。）と、ダイオード７４とを備える。モータ６６とモータ回路３４を組み合わせることにより、モータ６６の逆起電力によりモータ反力Ｆｍｏｔ（換言すると、コイルばね２０に対する減衰力）を発生させることが可能となる。加えて、モータ６６による回生により発電を行うことができる。

キャパシタ７０は、電磁モータ６６の回生電力を充電し、図示しない電気機器に対して充電した電力を供給する。チョッパ回路７２は、モータ６６からの出力電圧（以下「モータ電圧Ｖｍｏｔ」という。）を昇圧してキャパシタ７０に出力するものであり、スイッチング素子８０、逆流防止ダイオード８２及びリアクトル８４を備える。スイッチング素子８０は、ＥＣＵ３６からの指令（駆動信号Ｓｄｒ）に応じてオンオフする。第１実施形態におけるスイッチング素子８０は、電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」という。）であるが、その他のスイッチング素子であってもよい。

モータ回路３４は、構成が簡素であるため、動作の信頼性が高い。

（Ａ１−３−５．ＥＣＵ３６）
図１に示すように、ＥＣＵ３６は、入出力部９０、演算部９２及び記憶部９４を有する。入出力部９０は、車速センサ２６、スイッチング素子８０等との信号の入出力を行う。

演算部９２は、ダンパ２２の各部を制御するものであり、デューティ比設定部１００（以下「ＤＵＴ設定部１００」という。）と、スイッチング素子制御部１０２（以下「ＳＷ制御部１０２」という。）とを備える。ＤＵＴ設定部１００及びＳＷ制御部１０２は、記憶部９４に記憶された制御プログラムを起動することにより実現される。

ＤＵＴ設定部１００は、スイッチング素子８０のデューティ比ＤＵＴを設定する。第１実施形態のＤＵＴ設定部１００は、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いる。このため、デューティ比ＤＵＴは、スイッチング周期Ｔｓｗ［ｓ］に占める駆動信号Ｓｄｒの出力時間の割合（いわゆるオンデューティ比）を意味する。ＳＷ制御部１０２は、ＤＵＴ設定部１００が設定したデューティ比ＤＵＴに基づいてスイッチング素子８０に対して駆動信号Ｓｄｒを出力する。

記憶部９４は、演算部９２で用いる制御プログラム等の各種のプログラムやデータを記憶する。

［Ａ２．第１実施形態における制御］
（Ａ２−１．前提）
図２は、本実施形態のサスペンション装置１２の動作を説明するための等価モデルを示す図である。図２における各種の値の内容は、下記の通りである。
ｘ₀：路面３００の上下方向変位量［ｍ］
ｘ₁：ばね下部材１１０の上下方向変位量［ｍ］
ｘ₂：ばね上部材１１２の上下方向変位量［ｍ］
Ｍ₁：ばね下部材１１０の質量［ｋｇ］
Ｍ₂：ばね上部材１１２の質量［ｋｇ］
ｋ₁：ばね下部材１１０のばね定数［Ｎ／ｍ］
ｋ₂：コイルばね２０のばね定数［Ｎ／ｍ］
Ｃ₂：ダンパ本体３０の減衰係数［Ｎ／ｍ／ｓ］
ｕ：電磁モータ６６の制御量

ばね下部材１１０としては、例えば、車輪２４及び油圧シリンダ４０が含まれる。ばね上部材１１２としては、例えば、車体２８、ピストンヘッド４２及びピストンロッド４４が含まれる。なお、第１実施形態におけるモータ６６の制御量ｕは、後述するデューティ比ＤＵＴで示すことができる。

（Ａ２−２．回生効率Ｅｒｅｇ）
本実施形態では、車両入力エネルギＰｉｎ［Ｗ］のうち回生エネルギＰｒｅｇ［Ｗ］が占める割合を示す回生効率Ｅｒｅｇ［％］を高く維持するようにスイッチング素子８０を制御する。車両入力エネルギＰｉｎは、車両１０に入るエネルギ（すなわち、入力振動のエネルギ）である。回生エネルギＰｒｅｇは、モータ６６が回生するエネルギであり、ここでは、キャパシタ７０に充電されるエネルギとして捉える。

車両入力エネルギＰｉｎ、回生エネルギＰｒｅｇ及び回生効率Ｅｒｅｇは、以下のように定義可能である。
Ｐｉｎ＝∫ｋ₁（ｘ₀−ｘ₁）ｘ₁’ｄｔ （１）
Ｐｒｅｇ＝Ｃ・Ｖｃ²／２ （２）
Ｅｒｅｇ＝Ｐｒｅｇ／Ｐｉｎ （３）

上記式（２）において、Ｃは、キャパシタ７０の容量であり、Ｖｃは、キャパシタ７０の開放端電圧である。

図３は、第１実施形態におけるスイッチング素子８０のデューティ比ＤＵＴと、回生エネルギＰｒｅｇと、回生効率Ｅｒｅｇとの関係の一例を示す図である。図３からわかるように、デューティ比ＤＵＴがＤＵＴｅｍａｘ（図３の例では、０．６２）であるとき、回生効率Ｅｒｅｇが最大となる。このため、第１実施形態では、一部の例外を除き、回生効率Ｅｒｅｇが最大となるデューティ比ＤＵＴ（以下「最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘ」という。）にデューティ比ＤＵＴを固定する。これにより、最も高い回生効率Ｅｒｅｇで回生エネルギＰｒｅｇを回収することが可能となる。なお、高い回生効率Ｅｒｅｇで回生エネルギＰｒｅｇを回収する観点からすれば、デューティ比ＤＵＴは、最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘの近傍値であってもよい。また、最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘは、実験値又はシミュレーション値のいずれを用いてもよい。

上記一部の例外には、例えば、昇圧動作を開始する際にデューティ比ＤＵＴをゼロから最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘまで増加させる場合と、昇圧動作を停止する際にデューティ比ＤＵＴを最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘからゼロまで減少させる場合とを含めることが可能である。但し、例えば、通常時において回生効率Ｅｒｅｇを高くする観点からすれば、デューティ比ＤＵＴを常に最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘ又はその近傍値で一定としてもよい。

（Ａ２−３．具体的な処理）
図４は、第１実施形態においてＥＣＵ３６がスイッチング素子８０を制御するフローチャートである。図４のステップＳ１〜Ｓ５は、ＥＣＵ３６のＤＵＴ設定部１００が実行する。ステップＳ６は、ＥＣＵ３６のＳＷ制御部１０２が実行する。

図４のステップＳ１において、ＥＣＵ３６は、車速センサ２６から車速Ｖを取得する。ステップＳ２において、ＥＣＵ３６は、車速Ｖが車速閾値ＴＨｖ（以下「閾値ＴＨｖ」ともいう。）を上回ったか否かを判定する。閾値ＴＨｖは、チョッパ回路７２による昇圧を開始するか否かを判定するための閾値であり、例えば、ゼロ又はその近傍値とすることができる。

車速Ｖが閾値ＴＨｖを上回っている場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ステップＳ３において、ＥＣＵ３６は、デューティ比ＤＵＴがデューティ比閾値ＴＨｄｕｔ１（以下「閾値ＴＨｄｕｔ１」ともいう。）未満であるか否かを判定する。閾値ＴＨｄｕｔ１は、デューティ比ＤＵＴが最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘに到達していないか否かを判定する閾値であり、例えば、最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘと等しい値にすることができる。

デューティ比ＤＵＴが閾値ＴＨｄｕｔ１未満である場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３６は、デューティ比ＤＵＴを増加させる。デューティ比ＤＵＴが閾値ＴＨｄｕｔ１未満でない場合（Ｓ３：ＮＯ）、デューティ比ＤＵＴが最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘに到達したと判定できる。この場合、ステップＳ４を経ずにステップＳ６に進む。

ステップＳ２に戻り、車速Ｖが閾値ＴＨｖを上回っていない場合（Ｓ２：ＮＯ）、ステップＳ５において、ＥＣＵ３６は、デューティ比ＤＵＴにゼロを設定する。但し、閾値ＴＨｖがゼロ以外の値であり且つ車両１０が減速中である場合、ＥＣＵ３６は、デューティ比ＤＵＴを徐々に低下させてもよい。

ステップＳ６において、ＥＣＵ３６は、デューティ比ＤＵＴに基づいて駆動信号Ｓｄｒを生成する。なお、デューティ比ＤＵＴがゼロである場合、ＥＣＵ３６は、駆動信号Ｓｄｒの出力を行わない。これにより、チョッパ回路７２は昇圧を停止することとなる。

［Ａ３．第１実施形態における効果］
以上のような第１実施形態によれば、電磁モータ６６による回生効率Ｅｒｅｇが相対的に高くなるデューティ比ＤＵＴ（最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘ）を用いてチョッパ回路７２のスイッチング素子８０を制御する（図４のＳ３、Ｓ４参照）。これにより、高い回生効率Ｅｒｅｇで昇圧チョッパ回路７２を作動させることが可能となる。

特に、第１実施形態では、ＥＣＵ３６（制御装置）は、デューティ比ＤＵＴを最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘに設定する。これにより、回生効率Ｅｒｅｇを最も高くした状態で回生を行うことが可能となる。

Ｂ．第２実施形態
［Ｂ１．車両１０Ａの構成］
図５は、本発明の第２実施形態に係るダンパ２２ａを有するサスペンション装置１２ａを搭載した車両１０Ａの一部を簡略的に示す概略構成図である。第１実施形態と同様の構成要素には、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。

サスペンション装置１２ａは、各車輪２４に対応するコイルばね２０及びダンパ２２ａと、車速センサ２６と、ばね下加速度センサ１５０と、ばね上加速度センサ１５２と、前後Ｇセンサ１５４と、ロールＧセンサ１５６とを有する。

ばね下加速度センサ１５０（以下「ばね下センサ１５０」ともいう。）は、コイルばね２０よりも車輪２４側（すなわち、ばね下）に配置されて、ばね下の上下方向Ｚ１、Ｚ２の加速度ｘ₁’’ （以下「ばね下加速度Ｘ₁’’」ともいう。）［ｍ／ｓ／ｓ］を検出して、ダンパ２２ａの電子制御装置３６ａ（以下「ＥＣＵ３６ａ」という。）に出力する。

ばね上加速度センサ１５２（以下「ばね上センサ１５２」ともいう。）は、コイルばね２０よりも車体２８側（すなわち、ばね上）に配置されて、ばね上の上下方向Ｚ１、Ｚ２の加速度Ｘ₂’’（以下「ばね上加速度Ｘ₂’’」ともいう。）［ｍ／ｓ／ｓ］を検出して、ＥＣＵ３６ａに出力する。前後Ｇセンサ１５４は、車両１０Ａの前後方向の加速度（以下「前後Ｇ」という。）を検出してＥＣＵ３６ａに出力する。ロールＧセンサ１５６は、車両１０Ａのロール方向の加速度（以下「ロールＧ」という。）を検出してＥＣＵ３６ａに出力する。

第２実施形態のＥＣＵ３６ａは、回生効率Ｅｒｅｇを高く保ちつつ、ばね上加速度Ｘ₂’’、前後Ｇ及びロールＧの影響を反映してスイッチング素子８０のデューティ比ＤＵＴを可変とする。

［Ｂ２．第２実施形態における制御］
（Ｂ２−１．回生効率）
図６は、第２実施形態におけるスイッチング素子８０のデューティ比ＤＵＴと、回生エネルギＰｒｅｇと、回生効率Ｅｒｅｇとの関係の一例を示す図である。第１実施形態では、回生効率Ｅｒｅｇが最大となる最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘにデューティ比ＤＵＴを固定した（但し、一部の例外を除く。図４のＳ３、Ｓ４）。これに対し、第２実施形態では、回生効率Ｅｒｅｇを高く保ちつつ、ばね上加速度Ｘ₂’’、前後Ｇ及びロールＧの影響を反映してスイッチング素子８０のデューティ比ＤＵＴを可変とする。

すなわち、第２実施形態では、回生効率Ｅｒｅｇが効率閾値ＴＨｅｒｅｇ（以下「閾値ＴＨｅｒｅｇ」ともいう。）以上となる範囲Ｒｅｈｉ（以下「高効率領域Ｒｅｈｉ」という。）においてデューティ比ＤＵＴを可変とする。換言すると、ＥＣＵ３６ａは、一部の例外を除き、デューティ比ＤＵＴが取り得る値を高効率領域Ｒｅｈｉ内に制限する。図６において、ＴＨｄｕｔ１は、高効率領域Ｒｅｈｉにおけるデューティ比ＤＵＴの下限値（閾値）を示し、ＴＨｄｕｔ２は、高効率領域Ｒｅｈｉにおけるデューティ比ＤＵＴの上限値を示す。第２実施形態の高効率領域Ｒｅｈｉは、デューティ比ＤＵＴの全範囲（０〜１）の半分を上回るが、図１２を用いて後述するようにより狭い領域に限定してもよい。

上記一部の例外には、例えば、昇圧動作を開始する際にデューティ比ＤＵＴをゼロから下限値ＴＨｄｕｔ１まで増加させる場合と、昇圧動作を停止する際にデューティ比ＤＵＴを現在値からゼロまで減少させる場合とを含めることが可能である。但し、例えば、通常時において回生効率Ｅｒｅｇを高くする観点からすれば、デューティ比ＤＵＴを常に高効率領域Ｒｅｈｉ内に制限してもよい。

（Ｂ２−２．デューティ比ＤＵＴと減衰特性との関係）
（Ｂ２−２−１．ばね上）
図７は、第２実施形態及び比較例におけるばね上加速度Ｘ₂’’の周波数ｆ２、ｆ２ｃ［ｒａｄ／ｓ］と、ばね上加速度Ｘ₂’’のパワースペクトル密度Ｄ２［（ｍ／ｓ²）²／（ｒａｄ／ｓ）］と、デューティ比ＤＵＴとの関係の一例を示す図である。図７の横軸に示す周波数ｆ２、ｆ２ｃの数値については、単位Ｈｚで理解し易くするため、いずれも実際の数値を「１／３．１４」倍していることに留意されたい（図８も同様である。）。また、ここにいう比較例は、昇圧チョッパ回路７２を有しないダンパを備えるサスペンション装置である。

図７の矢印２００で示すように、周波数ｆ２が比較的低い領域（例えば、３〜１２［ｒａｄ／ｓ］（＝Ｈｚ））では、デューティ比ＤＵＴが高くなるほど、パワースペクトル密度Ｄ２が低減する。当該領域には、ヒトが感知し易い周波数帯（３〜８Ｈｚ）が含まれる。一方、矢印２０２で示すように、周波数ｆ２が比較的高い領域（例えば、４０〜８０Ｈｚ）では、デューティ比ＤＵＴが高くなるほど、パワースペクトル密度Ｄ２が増加し易い傾向にある。

一般に、ばね上加速度Ｘ₂’’のパワースペクトル密度Ｄ２は、乗員の乗り心地に影響する。このため、ばね上加速度Ｘ₂’’におけるパワースペクトル密度Ｄ２を考慮してデューティ比ＤＵＴを変化させることが好ましい。そこで、第２実施形態では、ばね上加速度Ｘ₂’’を考慮してデューティ比ＤＵＴを設定する（詳細は、図９を参照して後述する。）。

（Ｂ２−２−２．ばね下）
図８は、第２実施形態及び比較例におけるばね下加速度Ｘ₁’’の周波数ｆ１、ｆ１ｃ［ｒａｄ／ｓ］と、ばね下加速度Ｘ₁’’のパワースペクトル密度Ｄ１［（ｍ／ｓ²）²／（ｒａｄ／ｓ）］と、デューティ比ＤＵＴとの関係の一例を示す図である。上記の通り、ここでの比較例は、昇圧チョッパ回路７２を有しないダンパを備えるサスペンション装置である。

図８の矢印２１０で示すように、特定の周波数ｆ１、ｆ１ｃの領域（例えば、５０〜９０Ｈｚ）では、デューティ比ＤＵＴが高くなるほど、パワースペクトル密度Ｄ１が低減する傾向にある。一般に、ばね下加速度Ｘ₁’’のパワースペクトル密度Ｄ１は、車両１０Ａの操縦安定性等に影響する。このため、ばね下加速度Ｘ₁’’におけるパワースペクトル密度Ｄ１を考慮してデューティ比ＤＵＴを変化させることが好ましい。第２実施形態では、主として、ばね上加速度Ｘ₂’’を考慮してデューティ比ＤＵＴを設定するが、ばね下加速度Ｘ₁’’を考慮してデューティ比ＤＵＴを設定することも可能である。

（Ｂ２−３．具体的な処理）
（Ｂ２−３−１．全体的な流れ）
図９は、第２実施形態においてＥＣＵ３６ａがスイッチング素子８０を制御するフローチャートである。図９のステップＳ１１〜Ｓ１６は、ＥＣＵ３６ａのＤＵＴ設定部１００が実行する。ステップＳ１７は、ＥＣＵ３６ａのＳＷ制御部１０２が実行する。

図９のステップＳ１１において、ＥＣＵ３６ａは、車速センサ２６から車速Ｖを、ばね上センサ１５２からばね上加速度Ｘ₂’’を、前後Ｇセンサ１５４から前後Ｇを、ロールＧセンサ１５６からロールＧを取得する。ステップＳ１２において、ＥＣＵ３６ａは、車速Ｖが車速閾値ＴＨｖを上回ったか否かを判定する。当該判定は、図４のステップＳ２と同様である。

車速Ｖが閾値ＴＨｖを上回っている場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３において、ＥＣＵ３６ａは、デューティ比ＤＵＴが高効率領域Ｒｅｈｉ（図６）内にあるか否かを判定する。

デューティ比ＤＵＴが高効率領域Ｒｅｈｉ内にある場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３６ａは、ばね上加速度Ｘ₂’’、前後Ｇ及びロールＧに基づいてデューティ比ＤＵＴを更新する（詳細は、図１０を参照して後述する。）。デューティ比ＤＵＴが高効率領域Ｒｅｈｉ内にない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、ＥＣＵ３６ａは、デューティ比ＤＵＴを増加させる。

ステップＳ１２に戻り、車速Ｖが閾値ＴＨｖを上回っていない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、ステップＳ１６において、ＥＣＵ３６ａは、デューティ比ＤＵＴにゼロを設定する。但し、閾値ＴＨｖがゼロ以外の値であり且つ車両１０Ａが減速中である場合、ＥＣＵ３６ａは、デューティ比ＤＵＴを徐々に低下させてもよい。

ステップＳ１７において、ＥＣＵ３６ａは、デューティ比ＤＵＴに基づいて駆動信号Ｓｄｒを生成する。なお、デューティ比ＤＵＴがゼロである場合、ＥＣＵ３６ａは、駆動信号Ｓｄｒの出力を行わない。これにより、チョッパ回路７２は昇圧を停止することとなる。

（Ｂ２−３−２．ばね上加速度Ｘ₂’’、前後Ｇ及びロールＧに基づくデューティ比ＤＵＴの更新（図９のＳ１４））
図１０は、第２実施形態において、ばね上加速度Ｘ₂’’、前後Ｇ及びロールＧに基づいてデューティ比ＤＵＴを更新するフローチャート（図９のＳ１４の詳細）である。ステップＳ２１において、ＥＣＵ３６ａは、ばね上加速度Ｘ₂’’に基づいて仮目標減衰力Ｆｄｔａｒ＿ｐを設定する。例えば、ばね上加速度Ｘ₂’’がゼロとなるように仮目標減衰力Ｆｄｔａｒ＿ｐを設定する。仮目標減衰力Ｆｄｔａｒ＿ｐは、モータ６６による減衰力Ｆｄの暫定的な目標値である。

続くステップＳ２２において、ＥＣＵ３６ａは、前後Ｇ及びロールＧに基づいて仮目標減衰力Ｆｄｔａｒ＿ｐを補正して目標減衰力Ｆｄｔａｒを算出する。すなわち、ＥＣＵ３６ａは、前後Ｇ又はロールＧの絶対値が大きくなるほど、仮目標減衰力Ｆｄｔａｒ＿ｐを増加させて目標減衰力Ｆｄｔａｒとする。ステップＳ２３において、ＥＣＵ３６ａは、目標減衰力Ｆｄｔａｒに基づいて新たなデューティ比ＤＵＴを設定する。

［Ｂ３．第２実施形態における効果］
上記のような第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて又はこれに代えて、以下の効果を奏することができる。

すなわち、第２実施形態によれば、電磁モータ６６による回生効率Ｅｒｅｇが効率閾値ＴＨｅｒｅｇを上回る高効率領域Ｒｅｈｉ（図６）を用いてチョッパ回路７２のスイッチング素子８０を制御する（図９のＳ１３、Ｓ１４）。これにより、高い回生効率Ｅｒｅｇで昇圧チョッパ回路７２を作動させることが可能となる。

また、第２実施形態によれば、スイッチング素子８０をオフに固定して昇圧を行わない状態を発生し難いように電磁モータ６６等の仕様を設定した場合、回生効率Ｅｒｅｇを高く保ちつつ、デューティ比ＤＵＴを可変とすることが可能となる。これにより、減衰力Ｆｄの制御をより好適に行うことが可能となる。

第２実施形態において、ＥＣＵ３６ａ（制御装置）は、所定周波数の入力振動がばね下部材１１０からダンパ本体３０に入力されたときにおける電磁モータ６６による回生効率Ｅｒｅｇが効率閾値ＴＨｅｒｅｇを上回る範囲（図６）においてデューティ比ＤＵＴを可変とする（図９のＳ１３、Ｓ１４）。これにより、回生効率Ｅｒｅｇを高く維持すると共に、電磁モータ６６による減衰力Ｆｄを可変とすることで、ダンパ２２ａの減衰特性を柔軟に変化させることが可能となる（図７及び図８参照）。

Ｃ．変形例
なお、本発明は、上記各実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。

［Ｃ１．適用対象］
上記各実施形態では、ダンパ２２、２２ａを車両１０、１０Ａに適用した例を説明した（図１、図５）。しかしながら、回生効率Ｅｒｅｇに基づくデューティ比ＤＵＴの制御の観点からすれば、その他の装置（例えば、船舶、飛行機又は製造装置）にダンパ２２、２２ａを適用することも可能である。

［Ｃ２．サスペンション装置１２、１２ａ］
（Ｃ２−１．コイルばね２０）
上記各実施形態では、路面振動（入力振動）を吸収するためのばねとしてコイルばね２０を用いた（図１、図５）。しかしながら、例えば、路面振動（入力振動）を吸収する観点からすれば、その他の種類のばね（例えば、板ばね）を用いることも可能である。

（Ｃ２−２．ダンパ２２、２２ａ）
上記各実施形態では、油圧機構３２を備えるダンパ２２、２２ａを用いた（図１、図５）。しかしながら、例えば、回生効率Ｅｒｅｇに基づくデューティ比ＤＵＴの制御の観点からすれば、これに限らない。例えば、ボールねじ式、ラック＆ピニオン式、ダイレクト式（リニアモータ）等の構成を適用可能である。

（Ｃ２−３．油圧機構３２）
上記各実施形態では、モータ６６による減衰力Ｆｄを、油を介して伝達した（図１、図５）。しかしながら、例えば、モータ６６による減衰力Ｆｄを伝達する観点からすれば、油以外の流体（例えば、エア）を用いることも可能である。

（Ｃ２−４．電磁モータ６６）
上記各実施形態では、電磁モータ６６は、直流式であった。しかしながら、例えば、回生効率Ｅｒｅｇに基づくデューティ比ＤＵＴの制御の観点からすれば、これに限らない。例えば、モータ６６は、交流式としてもよい。

図１１は、変形例に係る電磁モータ６６ａ（以下「モータ６６ａ」ともいう。）の構成を簡略的に示す断面図である。モータ６６ａは、整流子型単相交流モータである。図１１に示すように、モータ６６ａは、ロータ２２０とステータ２２２とを備える。ロータ２２０の回転軸２２４に形成された整流子２２６は、ステータ２２２のブラシ２２８に接している。本変形例では、整流子２２６とブラシ２２８はスリップリングとして構成される。

図１１に示すような電磁モータ６６ａを用いると共に、モータ６６ａとキャパシタ７０の間にはダイオード７４を配置した場合（例えば、図１参照）、次の効果を奏する。すなわち、ロータ２２０に鉄心を有する一般的な直流モータと比較して、整流子型単相交流モータは、慣性モーメントを大幅に減少させることができる。従って、例えば、図１１のモータ６６ａを備えるダンパ２２、２２ａを車両１０、１０Ａのサスペンション装置１２、１２ａに用いた場合、高周波の路面振動が発生した際の乗り心地の悪化を防止することが可能となる。

［Ｃ３．制御］
（Ｃ３−１．変調方式）
上記各実施形態では、ＥＣＵ３６、３６ａは、スイッチング素子８０をパルス幅変調（ＰＷＭ）で制御した。しかしながら、例えば、チョッパ回路７２の昇圧率を制御する観点からすれば、これに限らない。例えば、ＥＣＵ３６、３６ａは、パルス周波数変調（ＰＦＭ）を用いてスイッチング素子８０を制御してもよい。ＰＦＭを用いる場合、デューティ比ＤＵＴは、駆動信号Ｓｄｒのパルスの周波数に関連する。

（Ｃ３−２．高効率領域Ｒｅｈｉ）
第２実施形態の高効率領域Ｒｅｈｉは、デューティ比ＤＵＴの全範囲（０〜１）の半分を上回る広さであった（図６）。しかしながら、高効率領域Ｒｅｈｉをより重視する観点からすれば、高効率領域Ｒｅｈｉを図６の例よりも狭めることが可能である。

図１２は、第２実施形態の変形例におけるスイッチング素子８０のデューティ比ＤＵＴと、回生エネルギＰｒｅｇと、回生効率Ｅｒｅｇとの関係の一例を示す図である。図１２の例では、回生効率Ｅｒｅｇが効率閾値ＴＨｅｒｅｇ２（以下「閾値ＴＨｅｒｅｇ２」ともいう。）以上となる範囲（高効率領域Ｒｅｈｉ２）においてデューティ比ＤＵＴを可変とする。換言すると、ＥＣＵ３６ａは、一部の例外を除き、デューティ比ＤＵＴが取り得る値を高効率領域Ｒｅｈｉ２内に制限する。図１２において、ＴＨｄｕｔ１１は、高効率領域Ｒｅｈｉ２におけるデューティ比ＤＵＴの下限値を示し、ＴＨｄｕｔ１２は、高効率領域Ｒｅｈｉ２におけるデューティ比ＤＵＴの上限値を示す。図１２の高効率領域Ｒｅｈｉ２は、デューティ比ＤＵＴの全範囲（０〜１）の半分を下回る。より具体的には、高効率領域Ｒｅｈｉ２は、約０．５〜０．７の範囲であり、デューティ比ＤＵＴの全範囲（０〜１）の１／５を下回る。

第２実施形態のＥＣＵ３６ａは、ばね上加速度Ｘ₂’’、前後Ｇ及びロールＧに基づいて駆動信号Ｓｄｒを更新した（図９のＳ１４、図１０）。しかしながら、例えば、高効率領域Ｒｅｈｉ、Ｒｅｈｉ２内でデューティ比ＤＵＴを可変とする観点からすれば、これに限らない。例えば、ばね上加速度Ｘ₂’’、前後Ｇ及びロールＧのうち１つのみ又は２つのみを用いることも可能である。なお、ばね上加速度Ｘ₂’’を用いずに、前後Ｇ及びロールＧの少なくとも一方を用いる場合、前後Ｇ又はロールＧの絶対値の増加に応じてモータ６６、６６ａの減衰力Ｆｄを高めてもよい。或いは、ばね上加速度Ｘ₂’’、前後Ｇ及びロールＧのいずれか１つ又は複数に加えて若しくは代えて、その他の指標を用いることも可能である。そのような指標としては、例えば、ばね上速度Ｘ₂’、ばね下加速度Ｘ₁’’、ばね下速度Ｘ₁’又はヨーレートを用いることができる。

（Ｃ３−３．その他）
第１実施形態では、デューティ比ＤＵＴが最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘに到達するまでデューティ比ＤＵＴを徐々に増加させた（図４のＳ４）。しかしながら、例えば、最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘに焦点を当てた場合、デューティ比ＤＵＴをゼロから最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘに直接切り替えることも可能である。デューティ比ＤＵＴを最大効率デューティ比ＤＵＴｅｍａｘからゼロに移行する場合（図４のＳ５）も同様である。第２実施形態（図９のＳ１５、Ｓ１６）についても同様である。

１０、１０Ａ…車両 １２、１２ａ…サスペンション装置
２０…コイルばね（ばね） ２２、２２ａ…ダンパ
３０…ダンパ本体 ３６、３６ａ…ＥＣＵ（制御装置）
６６、６６ａ…電磁モータ ７０…キャパシタ
７２…昇圧チョッパ回路 ７４…ダイオード
８０…スイッチング素子 ８４…リアクトル
１１０…ばね下部材 １１２…ばね上部材
ＤＵＴ…デューティ比
ＤＵＴｅｍａｘ…最大効率デューティ比
Ｅｒｅｇ…回生効率 Ｆｄ…減衰力
Ｐｉｎ…車両入力エネルギ（入力振動のエネルギ）
Ｒｅｈｉ、Ｒｅｈｉ２…高効率領域
ＴＨｅｒｅｇ、ＴＨｅｒｅｇ２…効率閾値
Ｖｍｏｔ…モータ電圧（電磁モータの発電電圧）

Claims (5)

1. ばねと並列に設置されたダンパ本体と、
   前記ダンパ本体に入力される入力振動のエネルギを回生することで前記ばねに対する減衰力を発生させる電磁モータと、
   前記電磁モータと直列に接続されたキャパシタと、
   スイッチング素子及びリアクトルを備え、前記電磁モータの発電電圧を昇圧して前記キャパシタに出力する昇圧チョッパ回路と、
   前記スイッチング素子のデューティ比を制御する制御装置と
   を備えるダンパであって、
   前記制御装置は、所定周波数の入力振動がばね下部材から前記ダンパ本体に入力されたときにおける前記電磁モータによる回生効率が最大となる前記デューティ比又は前記回生効率が所定の効率閾値を上回る可変値若しくは固定値である前記デューティ比を用いて前記スイッチング素子を制御する
   ことを特徴とするダンパ。
2. 請求項１に記載のダンパにおいて、
   前記デューティ比は、オンデューティ比であり、
   前記制御装置は、前記オンデューティ比を０．５から０．７の間に設定する
   ことを特徴とするダンパ。
3. 請求項１又は２に記載のダンパにおいて、
   前記制御装置は、前記所定周波数の前記入力振動が前記ばね下部材から前記ダンパ本体に入力されたときにおける前記電磁モータによる前記回生効率が前記所定の効率閾値を上回る範囲において前記デューティ比を可変とする
   ことを特徴とするダンパ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のダンパにおいて、
   前記電磁モータは、整流子型単相交流モータであり、
   前記電磁モータと前記キャパシタの間にはダイオードが配置される
   ことを特徴とするダンパ。
5. ばねと並列に設置されたダンパ本体と、前記ダンパ本体に入力される入力振動のエネルギを回生することで前記ばねに対する減衰力を発生させる電磁モータと、前記電磁モータと直列に接続されたキャパシタと、スイッチング素子及びリアクトルを備え、前記電磁モータの発電電圧を昇圧して前記キャパシタに出力する昇圧チョッパ回路と、前記スイッチング素子のデューティ比を制御する制御装置とを備えるダンパの制御方法であって、
   前記制御装置は、所定周波数の入力振動がばね下部材から前記ダンパ本体に入力されたときにおける前記電磁モータによる回生効率が最大となる前記デューティ比又は前記回生効率が所定の効率閾値を上回る可変値若しくは固定値である前記デューティ比を用いて前記スイッチング素子を制御する
   ことを特徴とするダンパの制御方法。

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