用于车辆的悬架系统的制作方法

专利名称：用于车辆的悬架系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及安装在车辆上的悬架系统，并更具体而言，涉及包括用于在车辆的车体上安装诸如构成悬架设备的悬架缸之类的阻尼力产生装置的结构。
背景技术：
作为包括发挥减震器作用的电磁致动器的悬架系统，即所谓电磁悬架系统， 在例如专利文献1中描述了公知的一种。该电磁悬架系统具有能够基于天沟阻尼理论 (skyhook damper theory)来使簧上部分的振动有效地衰减的优点，并在车辆领域得到了积 极的研发。目前，已经提出了针对致动器控制的各种提案。在以下专利文献2中描述的 电磁悬架系统中，已经研发出用于补偿致动器的内部惯性力的控制。专利文献IWO 02/0800IAl专利文献2JP-A-2004-23782
发明内容
(A)本发明的概要例如，存在一种在电磁悬架系统中使用的电磁致动器。该电磁致动器包括 (A)簧上侧单元，其连接至簧上部分；(B)簧下侧单元，其连接至簧下部分，并随着所 述簧上部分和所述簧下部分彼此接近和远离的运动而相对于所述簧上侧单元运动；(C) 丝杠机构，其包括彼此螺纹配合的螺纹杆和螺母，所述螺纹杆和所述螺母中的一者设置 在所述簧上侧单元上，而所述螺纹杆和所述螺母中的另一者设置在所述簧下侧单元上， 使得所述螺纹杆和所述螺母随着所述所述簧上部分和所述簧下部分的相对运动而相对于 彼此旋转；以及(D)电磁电动机，其被配置为向所述螺纹杆和所述螺母中的一者施加对 于所述螺纹杆和所述螺母的相对旋转的力。该致动器被配置为基于所述电磁电动机的力 而产生致动器力，所述致动器力是对于所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动的 力。在一些情况下，该电磁悬架系统还包括例如具有特定结构的连接机构，以减轻 从簧下部分施加至致动器的震动或冲击。该连接机构包括支撑弹簧，所述支撑弹簧用于 允许所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的一者由所述簧上部分和所述簧下部分中与所 述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者连接的一者进行弹性支撑。所述连接机 构被配置为由于所述支撑弹簧的弹性力而将所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述 一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者连接，并且允许所述簧上侧单元和所 述簧下侧单元中的所述一者和所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动。 艮口，所述连接机构被配置为用于通过弹簧来浮动支撑所述簧上侧单元和所述簧下侧单元 中的所述一者。但是，在具有上述连接机构的电磁悬架系统中，由于簧上侧单元和簧下侧单元 中的所述一者的惯性力，并还由于其中簧上侧单元和簧下侧单元中的一者被弹性地支撑的结构，簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者发生振动。该振动会例如劣化车辆的驾 乘舒适性，并干扰车辆的转向稳定性。因此，通过抑制或限制该振动，可以提高电磁选 择系统的实用性。考虑到上述状况研发出了本发明。因此，本发明的目的是提高具有上 述连接机构的电磁悬架系统的实用性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于车辆的悬架系统，其中电磁电动机 的簧上侧单元和簧下侧单元中的一者由簧上部分和簧下部分中的一者弹性地支撑，并且 其被配置为在致动器的控制中执行用于使由于由簧上部分和簧下部分中的所述一者弹性 地支撑簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者的结构所引起的簧上侧单元和簧下侧单元 中的所述一者的振动衰减的控制。
在根据本发明的悬架系统中，可以有效地抑制簧上侧单元和簧下侧单元中的一 者的振动，从而可以提高车辆的驾乘舒适性和车辆的转向稳定性等。因此，本发明确保 在其中致动器由簧上部分和簧下部分中的一者通过弹簧支撑的悬架系统中提高实用性。
(B)本发明的模式
将说明被视为可通过权利要求进行保护的本发明(以下在合适处称为“可要求 权利的本发明”)的各种模式。本发明的每一种模式类似于所附权利要求进行标号，并 在合适情况下可从属于其他一种或多种模式。这是为了更方便地理解可要求权利的本发 明，并且应当理解，构成本发明的构成元件的组合并不限于以下描述的模式。换言之， 应当理解，可要求权利的本发明应当着眼于以下对各种模式以及优选实施例的说明来解 释。还应当理解，其中将一个或更多元件增加至以下任何一种模式或从以下任何一种模 式删除而得到的任意模式可以被视为可要求权利的本发明的一种模式。
以下模式(1)-(18)分别对应于权利要求1-18。
(1) 一种悬架系统，其用于车辆，并包括
电磁致动器，其包括(A)簧上侧单元，其连接至簧上部分；(B)簧下侧单 元，其连接至簧下部分，并随着所述簧上部分和所述簧下部分彼此接近和远离的相对运 动而相对于所述簧上侧单元运动；(C)丝杠机构，其包括彼此螺纹配合的螺纹杆和螺 母，所述螺纹杆和所述螺母中的一者被设置在所述簧上侧单元上，而所述螺纹杆和所述 螺母中的另一者被设置在所述簧下侧单元上，使得所述螺纹杆和所述螺母根据所述簧上 侧单元和所述簧下侧单元的相对运动而相对于彼此旋转；(D)电磁电动机，其被配置为 向所述螺纹杆和所述螺母中的一者施加对于所述螺纹杆和所述螺母的相对旋转的力，所 述致动器被配置为基于所述电磁电动机的所述力而产生致动器力，所述致动器力是对于 所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动的力；
连接机构，其包括支撑弹簧，所述支撑弹簧用于允许所述簧上侧单元和所述簧 下侧单元中的一者由所述簧上部分和所述簧下部分中与所述簧上侧单元和所述簧下侧单 元中的所述一者连接的一者进行弹性支撑，所述连接机构被配置为由于所述支撑弹簧的 弹性力而将所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下 部分中的所述一者彼此连接，并允许所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与 所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动；以及
控制器，其被配置为通过控制所述电磁电动机的工作来控制所述致动器的所述 致动器力，
其中，所述控制器包括簧上振动衰减控制部分，其被配置为执行簧上振动衰减控制，所述簧上振动衰减控制用于产生具有根据所述簧上部分的运动速度的大小的力作为所述致动器力的一个 分量，以使所述簧上部分的振动衰减；以及相对振动衰减控制部分，其被配置为执行相对振动衰减控制，所述相对振动衰 减控制用于产生具有根据以下量之一的大小的力作为所述致动器力的一个分量，以使由 所述支撑弹簧引起的所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者的振动衰减(a)所 述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动速度；以及(b)所述簧上侧单元和所述簧下 侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动速度。根据以上模式(1)的悬架系统具有上述结构，其中电磁致动器的簧上侧单元和 簧下侧单元中的一者由簧上部分和簧下部分中的一者弹性地支撑，并且悬架系统被配置 为在致动器的控制中执行用于使由于上述弹性支撑机构引起的簧上侧单元和簧下侧单元 中的所述一者的振动衰减。根据模式(1)，可以有效地抑制簧上侧单元和簧下侧单元中的 所述一者的振动，由此可以提高车辆的驾乘舒适性、车辆的转向稳定性等。即，在其中 致动器由簧上部分和簧下部分中的一者通过弹簧支撑的悬架系统中，提高了实用性。模式(1)中的“电磁致动器”在其结构方面并不受具体限制，而可以采用能够 发挥所谓电磁减震器作用的任意电磁致动器。可以采用具有公知结构的使用丝杠机构的 电磁致动器。“丝杠机构”可以被配置为使得螺纹杆和螺母中的任一者可旋转，切致动 器可以被配置为使得电磁电动机向螺纹杆和螺母中可旋转的一者施加旋转力。簧上侧单 元和簧下侧单元中的每一者均可以被构造为包括螺纹杆和螺母中的被设置于其上的一个 作为其构成元件。在以上模式(1)中，致动器的“所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的一者” 是由“所述簧上部分和所述簧下部分”中的一者借助于具有上述支撑弹簧的连接构件来 浮动地支撑的。简言之，此后将簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者称为“浮动单 元”，而此后将簧上侧单元和簧下侧单元中的另一者称为“固定单元”。此外，此后将 簧上部分和簧下部分中与浮动单元连接的一者称为“单元浮动支撑部分”，而此后将簧 上部分和簧下部分中与固定单元连接的另一者称为“单元固定部分”。控制器的“簧上振动阻尼控制部分”是其执行上述基于所谓天钩阻尼理论的 “簧上振动阻尼控制”的功能部分。具体而言，簧上振动衰减控制部分可以被配置为控
制电磁电动机，使得致动器力变为等于作为与要实现的胡克阻尼器(hookdamper)的阻尼 系数相对应的控制增益和簧上部分的移动速度(即，簧上部分的绝对速度(簧上绝对速 度))的乘积而获得的力。在执行簧上振动衰减控制以作为主要目标用于使处于簧上部分 的共振频率(簧上共振频率)及其附近频率的振动衰减，具体而言，车辆的驾乘舒适性变 得特别良好。浮动单元具有惯性质量并以浮动方式由单元浮动支撑部分借助于连接机构的支 撑弹簧进行弹性支撑。因此，浮动单元相对于单元浮动支撑部分进行振动。换言之， 发生浮动单元和单元浮动支撑部分的相对振动。宽泛而言，该振动可以被视为浮动单元 相对于单元固定部分的振动，即浮动单元和固定单元的相对振动。如果浮动单元的这种 振动传递至簧上部分，则车辆驾驶员将感觉到该振动，并且车辆的驾乘舒适性劣化。此外，作为簧下部分的振动而作用的振动引起车轮施加至地面的负荷的变化，并且车辆的 转向稳定性劣化。根据模式(1)的配置目的在于使由支撑弹簧引起的浮动单元的振动衰 减从而抑制这种现象。
在该致动器中，根据簧上侧单元和簧下侧单元的相对运动而旋转的旋转体由螺 纹杆和螺母中可旋转的一个、电磁电动机的转子、电动机的转轴等构成。因此，浮动单 元的上述惯性质量被解释为不仅包括针对浮动单元和单元浮动支撑部分的相对运动的惯 性质量(即狭义惯性质量)，而且还包括该旋转体的惯性矩，严格而言，通过将该惯性矩 转换为针对相对运动的惯性质量获得的转换质量。取决于致动器的结构，惯性矩的转换 质量大于狭义惯性质量。
控制器的用于使浮动单元的上述振动衰减的功能部分对应于“相对振动衰减控 制部分”。由相对振动衰减控制部分执行的“相对振动衰减部分”是用于通过使浮动单 元和单元浮动支撑部分的上述相对振动或者浮动单元和固定单元的相对振动衰减来使由 支撑弹簧引起的浮动单元的振动衰减的控制。换言之，执行基于如下理论模型的控制 其中具有合适阻尼系数的阻尼器被布置于浮动单元与单元浮动支撑部分之间或浮动单元 与固定单元之间。更具体而言，致动器可以被控制，以产生与要由阻尼器产生的里相对 应的力。即，相对振动衰减控制部分可以被配置为控制电磁电动机以产生致动器力，所 述致动器力是作为与阻尼器的阻尼系数相对应的控制增益与浮动单元和单元浮动支撑部 分的相对运动速度或浮动单元和固定单元的相对运动速度的乘积而获得的。
(2)根据模式(1)所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为 执行用于产生具有根据所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分 和所述簧下部分中的所述一者的相对运动速度的大小的力的控制，作为所述相对振动衰 减控制。
在以上模式O)中，通过使浮动单元和单元浮动支撑部分的相对振动衰减，来 使浮动单元的振动衰减。因为支撑弹簧被布置于浮动单元和单元浮动支撑部分之间，所 以根据模式( 可以有效地使由支撑弹簧引起的浮动单元的振动衰减。
(3)根据模式( 所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为 基于所述电磁电动机的转速以及所述簧上部分和所述簧下部分的相对运动速度，来产生 具有根据所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部 分中的所述一者的相对运动速度的大小的力。
以上模式C3)是用于使浮动单元和单元浮动支撑部分的相对振动衰减的更具体 模式。在以上模式(3)中，执行如下所述的控制该控制在不直接使用浮动单元和单元 浮动支撑部分的相对运动速度的情况下，通过利用浮动单元和固定单元的相对移动速度 以及单元浮动支撑部分和单元固定部分的相对运动速度，而间接地基于浮动单元和单元 浮动支撑部分的相对运动速度。
电磁电动机的旋转量对应于簧上侧单元和簧下侧单元的相对运动量。在电磁电 动机的控制中，通常检测其旋转量。同时，大部分电磁悬架系统包括用于测量簧上部分 与簧下部分之间的距离(此后在合适处称为“簧上-簧下距离”)的传感器，即行程传感 器。根据模式(3)，可以在不设置任何额外的传感器的情况下容易地执行相对振动衰减控 制。
(4)根据模式(1)所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为 执行用于产生具有根据所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动速度的大小的力的 控制，作为所述相对振动衰减控制。
在以上模式中，通过使浮动单元和固定单元的相对振动衰减来使浮动单元 的振动衰减。虽然支撑弹簧被布置于浮动单元与单元浮动支撑部分之间，但是由支撑弹 簧引起的浮动单元的振动可以被视为浮动单元和固定单元的相对振动。因此，可以根据 模式(4)容易地使浮动单元的振动衰减。
(5)根据模式(4)所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为 基于所述电磁电动机的转速，来产生具有根据所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对 运动速度的大小的力。
以上模式( 是用于使浮动单元和固定单元的相对振动衰减的更具体形式。如 以上所解释的，电磁电动机的旋转量通常在其控制中受到检测。根据模式(5)，可以在不 设置任何额外传感器的情况下通过简单地获得电磁电动机的转速来更容易地执行相对振 动衰减控制。
(6)根据模式(1)至(5)中任一项所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控 制部分被配置为执行用于抑制由所述连接机构的所述支撑弹簧引起的所述簧上侧单元和 所述簧下侧单元中的所述一者的共振现象的控制，作为所述相对振动衰减控制。
在惯性质量体由弹簧支撑的情况下，在具有基于惯性质量体的惯性质量和弹簧 的弹簧常数的自然频率的振动中发生共振现象。在发生共振现象的频率及其附近频率的 振动使车辆的上述驾乘舒适性和转向稳定性特别大程度地劣化。因此，期望抑制至少共 振现象。相反，通过抑制共振现象可以有效地提高车辆的驾乘舒适性和转向稳定性。 考虑到以上情况，在模式(6)中，相对振动衰减控制的目的针对抑制浮动单元的共振现 象。在模式(6)中，在以上解释的理论模型中的阻尼器的阻尼系数可以被设定为用于抑 制共振现象的合适值。换言之，相对振动衰减控制部分可以被配置为控制电磁电动机， 以产生致动器力，所述致动器力是作为与合适阻尼系数相对应的控制增益和浮动单元和 单元浮动支撑部分的相对运动速度或浮动单元和固定单元的相对运动速度的乘积而获得 的。
(7)根据模式(1)至(6)中任一项所述的悬架系统，其中，所述控制器还包括簧 下振动衰减控制部分，所述簧下振动衰减控制部分被配置为执行簧下振动衰减控制，所 述簧下振动衰减控制用于产生具有根据所述簧下部分的运动速度的大小的力作为所述致 动器力的一个分量，以使所述簧下部分的振动衰减。
在以上模式(7)中，除了作为致动器的基本控制的上述簧上振动衰减控制之 外，还可执行“簧下振动衰减控制”。应对簧下部分在簧下部分的共振频率(簧下共振 频率)及其附近频率的振动是尤其理想的。在簧下部分的振动向簧上部分的传递被抑制 的情况下，车辆的驾乘舒适性变得良好。此外，在簧下部分的振动被抑制的情况下，车 辆的转向稳定性得到提高。
(8)根据模式(1)至(7)中任一项所述的悬架系统，其中，所述控制器还包括车 体姿态改变抑制控制部分(20 ，所述车体姿态改变抑制控制部分被配置为执行车体姿态 改变抑制控制以抑制所述车辆的车体的纵倾和侧倾中的至少一者，所述车体姿态改变抑9制控制用于产生对作为侧倾和纵倾中的所述至少一者的原因而作用于所述车辆的所述车体的作用力的对抗力，作为所述致动器力的一个分量。在以上模式(8)中，悬架系统设置有例如抑制由于车辆的转弯导致的车体的侧 倾以及由于车辆的加速和减速导致的车体的纵倾的功能。在通过“车体姿态改变抑制控 制”抑制车体的侧倾和纵倾中的至少一者的情况下，车辆的驾乘舒适性变得更加良好。(9)根据模式⑴至⑶中任一项所述的悬架系统，其中，所述支撑弹簧被配置为使得作为所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的 所述一者的所述簧下侧单元由作为所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的所述簧 下部分支撑，其中，所述连接机构被配置为由于所述支撑弹簧的弹性力将所述簧下侧单元和 所述簧下部分连接，并且允许所述簧下侧单元和所述簧下部分的相对运动，并且其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为执行用于产生具有根据以下量之一 的大小的力以使所述簧下侧单元的相对振动衰减的控制，作为所述相对振动衰减控制 (a)所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动速度；以及(b)所述簧下侧单元和所述 簧下部分的相对运动速度。在以上模式(9)中，簧下侧单元发挥上述浮动单元的作用，而簧下部分发挥单 元浮动支撑部分的作用。根据模式(9)，连接机构被布置于簧下部分与致动器之间，由此 要从簧下部分向致动器施加的冲击，即要向电磁电动机施加的冲击可以通过连接机构得 到有效减弱。(10)根据模式(1)至(9)中任一项所述的悬架系统，还包括主弹簧(256)，所述 主弹簧被配置为由于其弹性力而将所述簧上部分和所述簧下部分连接。(11)根据模式(1)至(9)中任一项所述的悬架系统，还包括连接弹簧(46)，所 述连接弹簧被配置为由于其弹性力将以下两者连接(a)所述簧上侧单元和所述簧下侧单 元中的所述一者，以及(b)所述簧上部分和所述簧下部分中与所述簧上侧单元和所述簧 下侧单元中的另一者连接的另一者。在以上两种模式(10)和(11)中，添加如将簧上部分和簧下部分连接的弹簧的限 制，即，如所谓悬架弹簧的限制。在前者模式中，主弹簧发挥悬架弹簧的作用，并且连 接机构的支撑弹簧与主弹簧并联布置。在后者模式中，连接弹簧和支撑弹簧彼此串联布 置，并且两个弹彼此协同以发挥悬架弹簧的作用。后者模式可以被视为其中浮动单元还由簧上侧单元和簧下侧单元中的另一者通 过连接弹簧进行浮动支撑。即，在后者模式中，在连接弹簧的弹性力的影响下产生浮动 单元的上述振动。(12)根据权利要求(1)至(11)中任一项所述的悬架系统，还包括液压阻尼器，所述液压阻尼器被配置为产生对所述簧上部分和所述簧下部分的相对运动的对抗 力。(13)根据权利要求1至12中任一项所述的悬架系统，其中，所述连接机构包括 液压阻尼器(290)，所述液压阻尼器被配置为产生对所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中 的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动的对抗力。在以上两种模式(12)和(13)的每一者中，均额外地布置液压阻尼器。在前者模式中，液压阻尼器被布置在与布置传统液压减震器的位置相似的位置处。相反，在后 者模式中，液压阻尼器与上述支撑弹簧并联地布置。
因为簧上部分的振动能够通过执行上述簧上振动衰减控制而得到衰减，所以以 上两种模式中的各个液压阻尼器的功能可以进行修改以应对例如簧下部分的振动。因 此，各个阻尼器可以被配置为具有适于抑制簧下部分的振动向簧上部分的传递或者适于 抑制簧下部分的振动的阻尼系数。具体而言，在阻尼器用于应对具有处于簧下部分的共 振频率及其附近的频率的振动的情况下，可以有效地提高诸如车辆的骑乘舒适性和转向 稳定性之类的特征。处于前者形式的液压阻尼器即使在发生致动器失效时也可以产生对 于簧上部分和下部分的相对振动的特定衰减力。因此，在防失效安全性方面，前者模式 是占优的。
(14)根据模式(1)至(13)中任一项所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减 控制部分被配置为仅在所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者对于特定频率的 振动的强度分量高于阈值的情况下执行所述相对振动衰减控制。
(15)根据模式(14)所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置 为执行用于抑制由所述连接机构的所述支撑弹簧引起的所述簧上侧单元和所述簧下侧单 元中的所述一者的共振现象的控制，作为所述相对振动衰减控制，并且所述相对振动衰 减控制部分被配置为仅在对于所述共振现象中的共振频率作为所述特定频率的振动的强 度分量高于阈值的情况下执行所述相对振动衰减控制。
简言之，在以上两种模式(14)和(15)中，与浮动单元的振动频率相关地限制相 对振动衰减控制的执行。在相对振动衰减控制被配置为仅在浮动单元的处于特定频率范 围内的振动发生或者较显著的情况下执行，可以减轻与控制相关的负荷。例如，以上两 种模式中的一种配置对应于其中仅在车辆驾乘舒适性、车辆转向稳定性等遭受相对较大 的劣化效果的情况下执行相对振动衰减控制的配置。在后者模式中，相对振动衰减控制 的执行受到限制，使得主要用于使浮动单元在共振频率范围内的振动衰减来执行相对振 动衰减控制。即使在如该模式中所提及的仅在共振频率范围内的振动发生或较显著的情 况下执行相对振动衰减控制，也可以充分确保车辆驾乘舒适性和车辆转向稳定性。
其中浮动单元的振动的强度的特定频率分量变为高于阈值的情况可以根据特定 振动的幅值、速度等进行判断。更具体而言，可以例如针对浮动单元的绝对振动、浮动 单元和单元浮动支撑部分或单元固定部分的相对振动来进行判断。此外，可以基于簧上 部分和簧下部分的振动、簧上部分和簧下部分的相对振动、簧上侧单元和簧下侧单元的 相对振动等的每一个的强度(即振幅)、速度等进行判断。因此，这些各种振动中的任一 种可以被选择作为用于判断是否可以允许执行相对振动衰减控制的对象。可以基于被选 择作为用于判断是否允许执行相对振动衰减控制的对象的振动的强度的特定频率分量， 或者可以基于振动强度在包括该频率附近频率的合适频率范围内的分量，来判断浮动单 元的振动强度的特定频率分量是否高于阈值。例如，振动强度在特定频率范围内的分量 值可以首先通过连续地检测表征该振动的状态(例如浮动单元相对于单元浮动支撑部分 或固定单元的运动速度、电磁电动机的旋转速度、以及簧上侧单元和簧下侧单元的相对 运动速度)的参数，然后通过对检测结果进行滤波处理，而获得或推定得到。基于这样 获得或推定得到的值，可以判断是否允许执行相对振动衰减控制。
(16)根据模式(1)至(15)中任一项所述的悬架系统，还包括相对位移限制机构 (150； 314)，所述相对位移限制机构被配置为对所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的 所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者在其相对运动时的相对位移进行 限制。
例如，如果使浮动单元可相对于单元浮动支撑部分运动的运动范围较大，则连 接机构趋于尺寸增大。即，如沿着簧上部分和簧下部分连接的方向测量的连接机构的长 度增大，引起悬架系统的尺寸增大。同时，如果通过减小支撑弹簧的弹簧常数来增大运 动范围，则存在致动器力不能以合适的响应性作用于簧上部分和簧下部分的可能性。考 虑到以上情况，理想地将浮动单元的运动范围限制为一定范围。以上模式(16)是基于这 种需求。“相对位移限制机构”的结构不受具体限制。例如，可以通过设置止挡部以用 于借助浮动单元的一部分与止挡部的抵靠接触来禁止浮动单元的运动，来实现相对位移 限制机构。
(17)根据模式(16)所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制分被配置为 使得，对于在所述相对振动衰减控制中要由所述致动器产生的力设定的控制增益在所述 簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一 者在其相对运动时的相对位移的量超过阈值的情况下比在所述相对位移的量未超过所述 阈值的情况下更大。
(18)根据模式(16)或(17)所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分 被配置为使得，对于在所述相对振动衰减控制中要由所述致动器产生的力设定的控制增 益随着所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分 中的所述一者在其相对运动时的相对位移的量的增大而增大。
在设置上述相对位移限制机构的情况下，在浮动单元的运动范围的一个末端处 禁止浮动单元的运动。在相对位移限制机构包括上述止挡部的情况下，由于止挡部在运 动范围的一个端部处的动作而引起不小的冲击。如果驾驶员以振动的形式感受到该冲击 或者以冲击声音的形式察觉到该冲击时，驾乘舒适性会劣化。因此，设置相对位移限制 机构会带来不利的效果。
以上两种模式(17)和(18)用于减轻由于设置相对位置限制机构导致的不利效 果。前者模式包括如下配置其中，当浮动单元运动至运动范围的一个末端附近时，使 要在相对振动衰减控制中产生的致动器力较大，由此例如向浮动单元接运动范围的一个 末端的运动施加相对较大的抵抗力。根据该配置，防止浮动单元到达一个末端，或者可 以使到达时产生的上述冲击较小。后者模式可以被配置为使得，要在相对振动衰减控制 中产生的致动器力随着浮动单元接近运动范围的一个末端运动而增大，即，致动器力随 着浮动单元与运动范围的一个末端之间的距离的减小而增大。根据该配置，防止浮动单 元到达一个末端，或者可以使到达时产生的上述冲击较小。
以上两种模式可以结合。S卩，要在相对振动衰减控制中产生的致动器力可以在 浮动单元和单元浮动支撑部分的相对位移量超过阈值时增大，并且致动器力的增大程度 可以随着浮动单元接近运动范围的一个末端而逐渐增大。1

图1是示出根据第一实施例的用于车辆的悬架系统的整体结构的示意图。
图2是示出图1的悬架系统中为被设置用于后轮的悬架设备的正视图。
图3是示出构成图2的悬架设备的悬架弹簧、电磁致动器、以及液压阻尼器的剖 视图。
图4是图3所示的液压阻尼器的放大剖视图。
图5(a)至5(c)是每个均示出针对图2的悬架设备的振动模型的示意图。
图6是示出图2的悬架设备的振动传递特征的图线。
图7是示意性地示出如图3所示的电磁致动器的簧下侧单元的相对振动的强度在 特定频率范围内的分量的图线。
图8是示出用于使如图3所示的电磁致动器的簧下侧单元和簧下侧部分之间的相 对振动衰减的致动器里所用的校正增益的图线。
图9是用于控制如图3所示的电磁致动器的致动器控制程序的流程图。
图10是在图9的程序中执行的用于确定簧上振动衰减分量的子例程的流程图。
图11是在图9的程序中执行的用于确定姿态改变约束分量的子例程的流程图。
图12是在图9的程序中执行的用于确定第一相对振动衰减分量的子例程的流程 图。
图13是在图9的程序中执行的用于确定第二相对振动衰减分量的子例程的流程 图。
图14是示出图1的悬架系统的控制器的功能结构的框图。
图15是示出在根据第二实施例的悬架系统的悬架设备中采用的弹簧·致动器组 件的剖视图。
图16 (a)-16(b)是每个均示出针对根据第二实施例的悬架系统的悬架设备的振动 模型的示意图。
图17是用于控制如图15所示的弹簧·致动器组件的电磁致动器的致动器控制 程序的流程图。
图18是在图17的程序中执行的用于确定簧下振动衰减分量的子例程的流程图。
图19是示出图15的悬架系统的控制器的功能结构的框图。
具体实施方式
将参照附图来详细解释根据可要求权利的本发明的实施例。但是，应当理解， 可要求权利的本发明并不限于以下实施例的细节，而是可以用对于本领域的技术人员而 言可发生的各种修改及变化方案(如“本发明的模式”中所述的那些)来实施。
1.第一实施例
(A)悬架系统的结构
如图1所示，根据第一实施例的用于车辆的悬架系统包括四个被设置为分别对 应于四个车轮12 (即左前轮、右前轮、左后轮以及右后轮)的悬架设备20，以及总管悬架 设备20的控制的控制系统。四个悬架设备20中分别用于能够转向的两个前轮的两个悬 架设备在结构上除了能够使车轮转向的机构之外，与四个悬架设备20中分别用于不能转向的两个后轮的另两个悬架设备基本一致。因此，将集中于用于后轮的两个悬架设备20 中的一个解释悬架设备20的结构。
i)悬架设备的机构
如图2所示，每个悬架设备20是独立型的且是多连杆型的。悬架设备20包括 第一臂30、第二上臂32、第一下臂34、第二下臂36、以及束角控制臂38，每个臂均作为 悬架臂。五个臂30、32、34、36和38中的每个的一端以可旋转的方式连接至车辆的车 体，而其另一端以可旋转的方式连接至车轴支承40，车轴支承40以可旋转的方式保持四 个车轮12中的相应一个。由于五个臂30、32、34、36和38，车轴支承40可相对于车体 沿着基本恒定的汇集竖直地运动。
悬架设备20包括彼此串联布置的两个压缩盘簧46、48;电磁致动器50 ；以 及液压阻尼器52。两个压缩盘簧46、48彼此协同以发挥用于将簧上部分和簧下部分弹性 地连接的悬架弹簧的作用。致动器50发挥减震器的作用，并被布置在作为簧上部分的一 个构成元件的安装部分M与作为簧下部分的一个构成元件的第二下臂36之间。
)电磁致动器的结构
如图3所示，每个悬架设备20的致动器50包括外管60，以及装配在外管60中 以从外管60的上端部向上突伸出的内管62。如后文详细解释的，外管60经由连接机构 64连接至第二下臂36，连接机构64包括压缩盘簧48作为其构成元件，而内管62在其上 端部处连接至安装部分M。
外管60在其内壁表面上形成有沿着致动器50的轴线方向延伸的一对导引槽66， 而内管62具有安装至其下端部的一对键68。一对键68装配到一对导引槽66内，从而 允许外管60和内管62在不可相对于彼此旋转的情况下可沿着轴线方向相对于彼此移动。 挡灰密封70安装至外管60的上端部，以用于防止灰尘、泥浆等从外部进入。
致动器50包括中空外螺纹杆72、保持轴承并与螺纹杆72螺纹配合的螺母74、 以及电磁电动机76 (此后在合适处简称为“电动机76”)。
电动机76被固定地容纳在电动机壳体78内。电动机壳体78在其凸缘部分处固 定至安装部分M的上册，由此将电动机壳体78固定至安装部分M。外管60的具有凸缘 状形状的上端部固定至电动机壳体78的凸缘部分。根据该结构，外管60固定地连接至 安装部分讨。
作为电动机76的转轴的电动机轴80是中空轴，并一体化地连接至螺纹杆72的 上端部。即，螺纹杆72布置在内管62内以从电动机轴80延续地延伸，并接受到来自电 动机76的旋转力。圆筒形的支撑构件82被固定至外管60的内底部，使得螺纹杆72容 纳在圆筒支撑构件82内，并且螺母74固定至圆筒支撑构件82的上端部。螺纹杆72与 固定至圆筒支撑构件82的螺母74螺纹配合，并与螺母74协同构成丝杠机构84。
根据上述结构，致动器50具有簧上侧单元86，其包括内管62、电动机壳体 78、电动机76、螺纹杆72等；以及簧下侧单元88，其包括外管60、圆筒支撑构件82、 螺母74等。致动器50被配置为使得随着簧上部分和簧下部分的相对运动，簧上侧单 元86和簧下侧单元88相对于彼此运动，并且螺纹杆72和电动机76旋转。此外，致动 器50被配置为通过被施加至螺纹杆72的电动机76的旋转力，来产生致动器力，所述致 动器力是对于簧上侧单元86和簧下侧单元88的相对运动的力。14
iii)液压阻尼器的结构
每个悬架设备20的阻尼器52被构造为缸式装置，并被布置在致动器50与第二 下臂36之间。阻尼器52包括大体圆筒形的壳体90，壳体90在其下端处固定设置的连接 部分92处连接至第二下臂36。壳体90在其内部容纳工作流体。活塞94布置在壳体90 的内部，使得壳体90的内部被划分为两个流体室，即上流体室96和下流体室98。活塞 94可相对于壳体90滑动。
阻尼器52具有活塞杆100，活塞杆100在其下端处连接至活塞94，并延伸穿过 壳体90的盖部。活塞杆100延伸差穿过形成在外管60的底部出的开口，并还延伸穿过 螺纹杆72和电动机轴80，以在其上端处固定至电动机壳体78。
阻尼器52具有与双管式减震器类似的结构。将参照图4详细解释阻尼器52的 结构。如图4所示，阻尼器52的壳体90具有包括外圆筒构件102和内圆筒构件104的 双管结构，在外圆筒构件102与内圆筒构件104之间形成缓冲室106。在壳体90的内底 部附近，设置分隔壁108，并形成经由连通孔110与缓冲室106连通的辅助流体室112。
活塞94具有多个连通通道114、116(图4中示出了两个)，该连通通道被形成为 穿过内管62的厚度以沿着轴线方向延伸，并且上流体室96和下流体室98通过该连通通 道彼此连通。每个均由弹性材料形成的盘状阀构件118、120分别布置在活塞94的下表 面和上表面上。连通通道114的位于下流体室98—侧的开口被阀构件118关闭，而连通 通道116的位于上流体室96 —侧的开口被阀构件120关闭。
类似活塞94，分隔壁108具有多个连通通道122、124 (图4中示出了两个)，该 连通通道被形成为穿过分隔壁108的厚度，并且下流体室98和辅助流体室112通过该连 通通道彼此连通。每个均由弹性材料形成的盘状阀构件126、1 分别布置在分隔壁108 的下表面和上表面上。连通通道122的位于辅助流体室112 —侧的开口被阀构件1 关 闭，而连通通道124的位于下流体室98 —侧的开口被阀构件1 关闭。
在上述结构中，当活塞94在壳体90内向上移动时，上流体室96中的工作流体 的一部分通过连通通道114流入下流体室98，而缓冲室106中的工作流体的一部分通过连 通通道1 流入下流体室98。在此情况下，由于由工作流体引起的阀构件118、1 的偏 转所导致的工作液流入下流体室98，而对活塞94的向上移动施加抵抗。另一方面，当活 塞94在壳体90内向下移动时，下流体室98中的工作流体的一部分通过连通通道116流 入上流体室96，而缓冲室106中的工作流体的一部分通过基部122流入缓冲室106。在 此情况下，由于由工作流体引起的阀构件120、1 的偏转所导致的工作液流入下流体室 98，而对活塞94的向下移动施加抵抗。
根据上述结构，阻尼器52被配置为随着活塞94相对于壳体90的向上以及向下 移动而允许上流体室96与下流体室98之间的流体连通以及下流体室98与缓冲室106之 间的流体连通，并且阻尼器52被配置为包括用于对流体连通施加抵抗的流动抵抗施加机 构。即，阻尼器52被配置为产生抵抗簧上部分和簧下部分的相对运动的抵抗力，S卩，对 于该相对运动的阻尼力。
iv)悬架弹簧和连接机构的结构
具有凸缘状形状的下弹簧座140安装至壳体90的外周部分，并且具有凸缘状形 状的中间弹簧座142安装至外管60的外周部分。压缩盘簧48被布置在压缩状态下以夹置于下弹簧座140与中间弹簧座142之间。此外，上弹簧座146经由减振橡胶144安装 至安装部分M的下侧。压缩盘簧46被布置在压缩状态下以夹置于中间弹簧座142与上 弹簧座146之间。
根据上述结构，压缩盘簧46发挥用于将簧上部分和簧下侧单元88弹性地连接的 连接弹簧的作用，而压缩盘簧48发挥使得簧下侧单元88由簧下部分弹性地支撑的支撑弹 簧的作用。因此，压缩盘簧46和压缩盘簧48彼此协作以发挥用于将簧上部分和簧下部 分弹性地连接的悬架弹簧的作用。此外，压缩盘簧48是用于将簧下部分和簧下侧单元88 弹性地连接的连接机构64的一个构成元件。
换言之，在本悬架设备20中，致动器50的作为固定单元的簧上侧单元86被固 定地连接至作为单元固定部分的簧上部分，而致动器50的用作浮动单元的簧下侧单元88 由作为单元浮动支撑部分的簧下部分浮动地支撑。关于此，在本悬架设备20中，簧下侧 单元88还由簧上部分通过压缩盘簧48浮动地支撑。
连接机构64被配置为允许簧下侧单元88相对于簧下部分的运动。注意，簧下侧 单元88和簧下部分在其相对运动时的相对位移受到连接机构64的相对位移限制机构150 的限制。相对位移限制机构150由外管60的底部、阻尼器52的壳体90的上端部、安装 至外管60的底部的圆筒形的套筒152、安装至壳体90的外周部分的止挡环IM等构成。
更具体而言，当簧下侧单元88接近簧上部分运动时，外管60的底部经由衬垫橡 胶156与阻尼器52的壳体90的上端部进行接触，由此使簧下侧单元88接近簧下部分的 运动受到限制。另一方面，当簧下侧单元88离簧上部分运动时，套筒152的具有向内凸 缘状形状的下端部经由衬垫橡胶158与止挡环巧4进行接触，由此使簧下侧单元88远离 簧下部分的运动受到限制。
由相对位移限制机构150限制的相对运动的范围，S卩，允许簧下侧单元88相对 于簧下部分运动的范围(此后，在合适处称为“相对运动允许范围”)在图3中由AW 表示。同时，通过借助于未示出的弹跳(bound)止挡器和回弹(rebound)止挡器限制第二 下臂36的枢转运动的范围，来限制簧上部分和簧下部分彼此接近的运动以及簧上部分和 簧下部分彼此远离的运动(此后，在合适处称为“行程运动”)。因此，使上述相对运 动允许范围小于允许进行行程运动的行程范围。
V)控制系统的结构
如图1所示，根据本实施例的悬架系统具有电子控制单元170(此后，在合适处 简称为“ECU 170”)作为用于控制四个致动器50中每个的工作(即，用于控制各个致 动器50的致动器力)的控制器。ECU 170主要由配备有CPU、ROM、RAM等的计算机 构成。四个逆变器172连接至ECU 170，并且四个逆变器172每个均作为致动器50中的 相应一个的电动机76的驱动电路。每个逆变器172经由变压器174连接至电源176，并 连接至致动器50的电动机76。电动机76是DC无电刷电动机，并被配置为以恒定电压 驱动。通过控制流经电动机76的电流来执行对各个致动器50的致动器力的控制。通过 借助于脉宽调制(PWM)改变脉冲接通时间与脉冲关断时间的比率(占空比)来控制流经 电动机76的电流。各个电动机76的转角θ由相应的电动机转角传感器178检测，并且 逆变器172被配置为基于检测得到的电动机转角θ来控制相应的电动机76的工作。
上述四个电动机转角传感器178连接至ECU 170。以下元件也连接至ECU 170 用于检测转向车轮的操作角δ作为转向量的转向传感器180;用于检测在车体中实际产 生的实际横向加速度Gto的横向加速度传感器182 ；以及用于检测在车体中产生的纵向加 速度Gx的纵向加速度传感器184。以下元件也连接至ECU 170:被设置为与四个悬架设 备20分别对应的各个传感器，例如每个均用于检测作为簧上部分的竖直加速度的簧上加 速度Gu的簧上竖直加速度传感器186，每个均用于检测作为簧下部分的竖直加速度的簧 下加速度G^的簧下竖直加速度传感器188，以及每个均用于检测与簧上部分和簧下部分 之间的距离相对应的行程量S的行程传感器190。
作为用于制动系统的控制装置的制动电子控制单元192(此后在合适处简称为 “制动ECU 192”)也连接至ECU 170。被设置为分别与四个车轮相对应以用于检测相应车轮的转速的四个车轮速度传感器194连接至制动ECU 192。制动ECU 192具有基于 由各个车轮速度传感器194检测到的值来推定车辆的行驶速度ν(此后在合适处称为“车 速V” )的功能。
在根据本实施例的悬架系统的控制系统中，ECU 170基于从上述各个传感器发 送的信号来执行对各个致动器50的电动机76的工作的控制。控制系统设置有控制改变开 关196，以由车辆驾驶员操作来选择在将要解释的相对振动衰减控制中设定的两种控制中 期望的一种。控制改变开关196也连接至ECU 170。在ECU 170的计算机的ROM中， 存储了与将要解释的致动器50的控制相关的程序以及各种数据等。
(B)电磁致动器的控制
在根据本实施例的悬架系统中，通过控制各个致动器50来执行以下三种控制。 更具体而言，执行用于使簧上部分的振动衰减的簧上振动衰减控制；用于抑制车体的 纵倾和侧倾的车体姿态改变抑制控制；以及用于使由压缩盘簧46、48引起的簧下侧单元 88的振动衰减(即，用于使簧下侧单元88相对于簧下部分的振动(此后在合适处称为“簧下侧单元88的相对振动”)衰减)的控制。
i)簧上振动衰减控制
在图5(a)中示出了基于悬架设备20的实际设备构造得到的振动模型(此后称为 “实际设备模型”)。振动模型包括作为簧上部分的惯性质量的簧上质量Mu.作为簧下部分的惯性质量的簧下质量Ml、以及如下解释的作为针对致动器50的簧下侧单元88 的动作的惯性质量的中间质量M115在此模型中，在簧上质量Mu与簧下质量Ml之间布 置有与阻尼器52相对应的阻尼器，即具有阻尼系数C1的阻尼器C115此外，在簧上质量 Mu与中间质量M1之间以彼此并联的方式布置有与压缩盘簧46相对应的弹簧(即具有弹 簧常数Ii1的弹簧&)、以及与致动器50相对于的致动器A。此外，在中间质量M1与簧上 质量Mu之间布置有与压缩盘簧48相对应的弹簧，即具有弹簧常数1 的弹簧&。此外， 在簧下质量Ml与路面之间布置有与轮胎相对应的弹簧，即具有弹簧常数&的弹簧&。
在图5(b)和5(c)中示出了作为用于致动器50的控制的理论模型的控制模型。 在这些模型的每个中，簧上质量Mu通过具有阻尼系数Cs的天钩阻尼器Cs悬挂。艮口， 这些控制模型基于天钩阻尼理论。下文将解释如图5(b)所示的第一控制模型与如图(C) 所示的第二控制模型之间的区别。
对彼此独立的四个悬架设备20各自的致动器50执行簧上振动衰减控制。在簧 上振动衰减控制中，根据上述两种控制模型(每种控制模型中均布置有天钩阻尼器Cs)来17控制致动器50，使得在实际设备模型中要由致动器A产生的致动器力变为等于与在控制 模型中要有天钩阻尼器Cs产生的阻尼力相对应的力。更具体而言，首先基于由簧上竖直 加速度传感器186检测到的簧上部分的竖直加速度Gu(此后在合适处称为“簧上加速度 Gu")来计算作为簧上部分的运动速度(绝对速度)的簧上速度Vu,并控制电动机76的 工作以根据以下方程产生致动器力作为簧上振动衰减分量:Fu,即，所述致动器力具有根 据簧上速度Vu的大小
Fu = Cs ‘ Vu
阻尼系数Cs可以被视为控制增益并被设定为适于有效地使处于簧上共振频率及 其附近频率的振动衰减的值。在根据本实施例的悬架系统中，阻尼器52应对簧下部分的 共振现象。换言之，在上述实际设备模型和控制模型中阻尼器C1的阻尼系数C1,即阻尼 器52的阻尼系数，被设定为适于有效地使处于簧上共振频率及其附近频率的振动衰减的值。
)车体姿态改变抑制控制
在根据本实施例的悬架系统中，除了上述簧上振动衰减控制之外，还执行车体 姿态改变抑制控制，以试图减轻在车辆转弯时产生的车体的侧倾和在车辆加速和减速时 产生的车体的纵倾。在车体姿态改变抑制控制中，由致动器50产生抵抗侧倾矩(其是作 为车体侧倾的原因而作用在车体上的作用力)的对抗力和抵抗纵倾矩(其是作为车体侧倾 的原因而作用在车体上的作用力)的对抗力。
将针对车体的侧倾进行解释。根据上述的侧倾矩，对相对于转弯位于内侧的两 个悬架设备20各自的两个致动器50中的每个进行控制，以产生沿着使簧上部分和簧下部 分彼此接近的方向(此后在合适处称为“弹跳方向”)的致动器力，并对相对于转弯位于 外侧的两个悬架设备20各自的两个致动器50中的每个进行控制，以产生沿着使簧上部分 和簧下部分彼此远离的方向(此后在合适处称为“回弹方向”)的致动器力。每个致动 器力被产生为作为姿态改变抑制分量的一种的侧倾抑制分量:Fr。
更具体而言，基于⑴根据由转向传感器180检测得到的转向车轮的转向角δ 和由制动ECU 192获得的车速ν而推定得到的推定横向加速度GYe;以及( 由横向加速 度传感器182检测得到的实际横向加速度Gto，根据以下方程来确定要在控制中使用的横 向加速度Gy
Gy= α c · Gyc+α R .Gyc ( α c, α R ±曾益)
这样确定得到的横向加速度Gy是表征作用在车体上的侧倾矩的侧倾矩指标量。 根据以下方程基于横向加速度Gy来确定侧倾抑制分量&
Fr = β · Gy (β 控制增益)
将针对车体的纵倾进行解释。对于在车体的制动时产生的车体的点头，根据纵 倾矩，对位于车辆的前轮侧的两个悬架设备20各自的两个致动器50中的每个进行控制， 以产生沿着回弹方向的致动器力，并对位于车辆的后轮侧的两个悬架设备20各自的两个 致动器50中的每个进行控制，以产生沿着弹跳方向的致动器力。每个致动器力被产生为 作为姿态改变抑制分量的一种的纵倾抑制分量&。对于在车体的加速时产生的车体的后 蹲，根据纵倾矩，对位于车辆的后轮侧的两个悬架设备20各自的两个致动器50中的每个 进行控制，以产生沿着回弹方向的致动器力，并对位于车辆的前轮侧的两个悬架设备20各自的两个致动器50中的每个进行控制，以产生沿着弹跳方向的致动器力。每个致动器 力被产生为作为姿态改变抑制分量的一种的纵倾抑制分量:FP。
更具体而言，将由横向加速度传感器182检测到的纵向加速度Gx用作表征纵倾 矩的纵倾矩指标量，并且根据以下方程基于实际纵向加速度Gx来确定纵倾抑制分量Fp
Fp = Y · Gy (Y 控制增益)
iii)相对振动衰减控制
a)意义
致动器50的簧下侧单元88由簧下部分浮动地支撑。因此，作为浮动单元的簧 下侧单元88相对于作为单元浮动支撑部分的簧下部分发生振动。在簧下侧单元88相对 于簧下部分的振动，即簧下侧单元88的相对振动传递至簧上部分时，车辆驾驶员感觉到 该振动。因此，这样的振动引起车辆的驾乘舒适性的劣化。此外，该振动变为簧下部分 的振动，引起车轮给予地面的负荷的变化。在此情况下，车辆的转向稳定性劣化。因为 簧下侧单元88具有如图5的振动模型所示的本身固有的中间质量M1,所以相对于固有频 率发生共振现象。当在簧下侧单元88的相对振动中发生共振现象时，驾乘舒适性的劣化 和转向稳定性的劣化变得显著。
随着簧下侧单元88相对于簧上侧单元86的运动，螺纹杆72和电动机76旋转。 因此，在应对簧下侧单元88的振动时，在将电动机76的旋转部分和螺纹杆72视为一个 旋转体的情况下该旋转体的惯性矩的作用不应该被忽略。即，理想地，将通过把旋转体 的惯性矩转换为簧下侧单元88的上下运动中的惯性质量而获得的转换质量，作为簧下侧 单元88的惯性质量的一部分。因此，在如图5所示的振动模型中，将中间质量M1处理 为包含转换质量。
b)两种相对振动衰减控制
在根据本实施例的悬架系统中，执行相对振动衰减控制以应对上述簧下侧单元 88的相对振动。类似于簧上振动衰减控制，对彼此独立的四个悬架设备20各自的致动器 50执行相对振动衰减控制。在本悬架系统中，将两个互相不同的控制设定为相对振动衰 减控制，并且选择性地执行两种控制中的一种。
作为两种控制中的一种的第一相对振动衰减控制基于如图5(b)所示的第一控制 模型。在该控制模型中，在中间质量M1与簧下质量Ml之间布置有具有阻尼系数Cri的 相对振动衰减阻尼器Cri，作为用于使簧下侧单元88的相对振动衰减的阻尼器。在第一相 对振动衰减控制中，控制致动器50，使得在如图5(a)所示的实际设备模型中要由致动器 A产生的致动器力变为等于与要由阻尼器Cri产生的阻尼力相对应的力。更具体而言，基 于簧下侧单元88和簧下部分的相对运动速度V。控制电动机76的工作以产生根据以下 方程的致动器力作为相对振动衰减分量F1, S卩，所述致动器力具有根据相对移动速度Vm 的大小
F1 = Gri · Vil
更具体而言，首先基于由电动机转角传感器178检测到的电动机转角Θ，来计 算致动器长度L，作为簧上侧单元86和簧下侧单元88之间的相对运动位置。基于计算 得到的致动器长度L与由行程传感器190检测到的行程量S之间的差，计算致动器与簧 下部分之间的距离(L-S)(此后在合适处称为“致动器-簧下距离”)。随后，基于距离(L-S)的改变速率来计算簧下侧单元88和簧下部分的相对运动速度Vp基于计算得到 的相对运动速度V=，确定相对振动衰减分量朽。
作为两种控制中的另一种的第二振动衰减控制基于如图5(c)所示的第二控制模 型。在该控制模型中，在中间质量M1与簧上质量Mu之间布置有具有阻尼系数Cr2的相 对振动衰减阻尼器Cr2，作为用于使簧下侧单元88的相对振动衰减的阻尼器。在第二相 对振动衰减控制中，控制致动器50，使得在如图5(a)所示的实际设备模型中要由致动器 A产生的致动器力变为等于与要由阻尼器Cr2产生的阻尼力相对应的力。更具体而言， 基于簧下侧单元88和簧上侧单元86的相对运动速度Viu，控制电动机76的工作以产生根 据以下方程的致动器力作为相对振动衰减分量F1, S卩，所述致动器力具有根据相对移动 速度Viu的大小
F1 = Gr2 · Viu
更具体而言，首先基于由电动机转角传感器178检测到的电动机转角Θ，来计 算致动器长度L。基于计算得到的致动器长度L的改变速率来计算簧下侧单元88和簧上 侧单元86的相对运动速度Viu，并基于计算得到的相对运动速度Viu,确定相对振动衰减 分量朽。
通过由驾驶员对控制改变开关196的操作来选择性地执行第一和第二相对振动 衰减控制。可以通过两种控制中的任一种来有效地抑制簧下侧单元88的相对振动。注 意，在上述控制模型中的各个相对振动衰减阻尼器CR1、CR2的衰减系数CR1、CR2被设 定为适于有效地使其频率处于共振频率及其附近频率的簧下侧单元88的相对振动衰减的 值。此后，相对振动衰减阻尼器CR1、CR2和阻尼系数CR1、CR2分别在合适处统称为“相 对振动衰减阻尼器CR”和“阻尼系数CR”。
c)相对振动衰减控制的效果
图6是其中表征了从路面向簧下部分输入的振动被传递至簧上部分的强度的图 线。即，该图线相对于振动频率示出了振动传递特征。在该图线中，纵轴表示振动强 度，而横轴表示振动频率。图线中的虚线表示当未执行上述相对振动衰减控制时的特 征，而图线中的实线表示当执行上述相对振动衰减控制时的特征。
从图线清楚可见，在未执行相对振动衰减控制的情况下，对于具有约6HZ频率 的振动存在振动传递强度的峰值。即，在作为共振频率的频率情况下发生共振现象。共 振现象源自簧下侧单元88由簧下部分弹性地支撑的结构。相反，在执行相对振动衰减控 制的情况下，上述峰值不存在，并且有效地抑制或避免了簧下侧单元88的共振现象。因 此，其上安装有本悬架系统的车辆由于上述相对振动衰减控制而享有提高的驾乘舒适性 和转向稳定性。
d)用于执行相对振动衰减控制的条件
仅在其中簧下侧单元88的相对振动强度的特定频率分量高于阈值的情况下执行 相对振动衰减控制。如图7所示，共振频率范围△ fR被设定为包括共振频率fR和共振频 率&附近的频带(即，在本悬架系统中共振频率的士3HZ内的频带)，并且对共振频率 范围内的振动强度分量:[R(其是簧下侧单元88的相对振动在共振频率范围内的强度) 进行监视。(此后，在合适处将共振频率范围内的振动强度分量:Ir称为“共振频率范围 振动强度分量[/’。)在分量^超过阈值L的情况下，执行相对振动衰减控制。因为本悬架系统中的相对振动衰减控制主要目的在于抑制簧下侧单元的共振现象，所以相对振 动衰减控制被配置为基于共振频率范围内的相对振动的强度分量而执行。
更具体而言，在第一相对振动衰减控制中，簧下侧单元88和簧下部分的相对振 动是调节的直接对象，通过对簧下侧单元和簧下部分的相对运动速度Vm执行滤波处理， 来确定簧下侧单元88的相对振动在共振频率范围内的分量。基于确定得到的分量的 振幅值，确定共振频率范围振动强度分量:tR。
e)相对振动衰减分量的校正
如上所述，通过连接机构64允许簧下侧单元88相对于簧下部分的运动。但是， 相对运动被相对位移限制机构150限制为保持在相对运动允许范围AW内。因此，当在 簧下侧单元88的相对振动较强的情况下簧下侧单元88接近簧下部分运动时，存在外管60 的底部与阻尼器52的壳体90的上端部进行接触的较高可能性。另一方面，当簧下侧单元 88远离簧下部分运动时，存在安装至外管60的套筒152的向内凸缘状下端部与安装至壳 体90的止挡环IM进行接触的较高可能性。在一些情况下，这些接触伴随着冲击。在 驾驶员以振动的形式感受到该冲击或者以冲击声音的形式察觉到该冲击时，驾乘舒适性 劣化。因此，在本悬架系统中，对相对振动衰减分量F1进行校正以防止或减轻冲击。
图3示出了其中簧下侧单元88相对于簧下部分被置于中性位置的状态。该中 性位置被设定为车辆在平坦水平路面上保持静止时的位置。相对运动允许范围ΔW被设 定为使得在以中性位置为中心的情况下，沿着其中簧下侧单元88远离簧下部分运动的方 向的允许位移量和沿着其中簧下侧单元88接近簧下部分运动的方向的允许位移量彼此相 等。换言之，这些允许位移量均等于AW/2。
将相对振动衰减分量F1校正为在簧下侧单元88的距中性位置的相对位移量W超 过阈值Wci的情况下增大，阈值Wci被设定为小于允许位移量Δ W/2的值。S卩，当簧下 侧单元88运动至相对运动允许范围AW的各末端附近一定范围时，使相对振动衰减分量 F1增大以对向末端的进一步运动施加较大的抵抗。具体而言，根据以下方程确定在校正 之后的相对振动衰减分量Fia (此后在合适处称为“校正相对振动衰减分量Fd^ )
Fia = ε · F1 (ε 校正增益)
关于此，基于致动器与簧下部分之间的上述距离(L-S)来计算簧下侧单元88的 相对位移量W。
校正增益ε被设定为如图8所示，并作为对照图存储在ECU 170的ROM中。 在确定校正之后的相对振动衰减分量Fd^时，参考对照图，由此获得校正增益ε，其是根 据簧下侧单元88的相对位移量W的值。如图8清楚可见，在簧下侧单元88的相对位移 量W超过阈值W。之前，校正增益ε被设定为“1”。当相对位移量W超过阈值Wq 时，校正增益ε被设定为随着相对位移量W的增大而增大。
iv)控制的合成
上述簧上振动衰减控制、车体姿态改变抑制控制、以及相对振动衰减控制合成 地执行，并且簧上振动衰减控制中的簧上振动衰减分量:Fp车体姿态改变抑制控制中的 侧倾抑制分量&和纵倾抑制分量FP、以及相对振动衰减控制中的相对振动衰减分量F1(具 体而言，校正相对振动衰减分量Fia)以整合的方式进行处理。更具体而言，根据以下方 程将这些分量&、Fr、FP、Fd^相加，由此确定要由致动器50产生的合成致动器力F:21
F = Fu+FR+FP+FIA
在不执行相对振动衰减控制的情况下，使相对振动衰减分量F1等于“0”，由此 使校正之后的相对振动衰减分量Fd^也等于“0”。
其中将分量:Fu、Fr、FP、Fd^进行合成得到的致动器力是要由四个悬架设备20各 自的各个致动器50产生的致动器力。控制各个致动器50的电动机76的工作以产生致动 器力。更具体而言，基于要由各个致动器50产生的致动器力F确定各个致动器50的电 动机76的占空比D，并将如所确定的占空比D的命令发送至相应的逆变器172。各逆变 器172执行致动器50的电动机76的工作的控制。
ν)控制程序
执行各致动器50的控制，使得由ECU 170执行如图9的流程图所示的致动器控 制程序。在车辆的点火开关被置于接通状态的情况下，以较短的时间间隔(例如，从数 毫秒至数十毫秒)重复地执行该程序。当针对四个致动器50中的每个执行根据该程序的 处理时，对于四个致动器50全部均相似地执行该处理。因此，将针对一个致动器进行以 下解释。
在根据致动器控制程序的处理中，首先执行步骤Sl (在合适处省略“步骤”)， 以执行由图10的流程图表示的用于确定簧上振动衰减分量的子例程。随后，执行S2， 以执行由图11的流程图所示的用于确定姿态改变抑制分量的子例程。S2之后是S3，以 判定第一相对振动衰减控制和第二相对振动衰减控制中的哪一个被选择作为相对振动衰 减控制。在选择第一相对振动衰减控制的情况下，控制流程进行至S4，在S4，执行由图 12的流程图所示的用于确定第一相对振动衰减分量的子例程。另一方面，在选择第二相 对振动衰减控制的情况下，控制流程进行至S5，在S5，执行由图13的流程图所示的用于 确定第二相对振动衰减分量的子例程。
在上述子例程中，根据以上解释的技术，分别确定簧上振动衰减分量&、侧倾 抑制分量&和纵倾抑制分量FP、以及(通过对相对振动衰减分量F1进行校正获得的)校 正相对振动衰减分量Fia，其每个均作为致动器力的分量。
在已经确定了分量:Fu、Fr、FP、Fd^之后，执行S6，以将&、FR、FP、Fd^相加，由此确定合成致动器力F。随后，在S7，基于所确定的致动器力F将如占空比D的命令 发送至逆变器172。在完成了 S8中的处理之后，结束致动器控制程序的一次执行。通 过参照以上解释，可以容易地理解在构成致动器控制程序和子例程的各步骤中的处理， 并且省略其详细解释。
(C)控制器的功能结构
根据本实施例的悬架系统中的ECU 170发挥用于控制要由致动器50中的各个产 生的致动器力的控制器。ECU 170就其功能而言可以视为具有如图14所示的功能结构。
如图14所示，ECU 170包括用于确定致动器力的各个分量的三个分量确定部分 200、202、204。更具体而言，ECU 170包括用于确定簧上振动衰减分量&的簧上振 动衰减分量确定部分200 ；用于确定侧倾抑制分量&和纵倾抑制分量Fp的姿态改变抑制 分量确定部分202;以及用于确定相对振动衰减分量F1(严格而言，校正相对振动衰减分 量Fia)的相对振动衰减分量确定部分204。
更具体而言，簧上振动衰减分量确定部分200对应于ECU 170的执行致动器控22制程序的Sl中的处理(即，根据用于确定簧上振动衰减分量的子例程的处理)的部分。 姿态改变抑制分量确定部分202对应于ECU 170的执行幻中的处理(即，根据用于确定 姿态改变抑制分量的子例程的处理)的部分。相对振动衰减分量确定部分204对应于ECU 170的执行S3-S5中的处理(即，根据用于确定第一相对振动衰减分量的子例程和用于确 定第二相对振动衰减分量的子例程中通过控制改变开关196的操作而选择的一个的处理) 的部分。
ECU 170还包括致动器力确定部分206，作为执行S6中的处理的部分，S卩，作 为用于通过将分量:Fu、Fr、FP、Fn (Fia)合成来确定要由各致动器50产生的致动器力 F的部分。此外，ECU 170包括占空比命令部分208，作为执行S7中处理的部分，艮口， 作为用于基于致动器力F将如占空比D的命令发送至相应的致动器50的逆变器172的部 分。
根据上述功能结构，ECU 170可以被视为具有用于分别执行以下三种控制的三 个控制部分簧上振动衰减控制部分，其包括簧上振动衰减分量确定部分200并执行上 述簧上振动衰减控制；车体姿态改变抑制控制部分，其包括姿态改变抑制分量确定部分 202并执行上述车体姿态改变抑制控制；以及相对振动衰减控制部分，其包括相对振动 衰减分量确定部分204并执行上述相对振动衰减控制。
2.第二实施例
(A)悬架系统的结构
i)总体结构
类似于根据所示第一实施例的悬架系统，根据第二实施例的用于车辆的悬架系 统具有四个悬架设备。但是，第二实施例中的每个悬架设备在结构方面与根据第一实施 例的悬架设备20不同。
更具体而言，在根据第二实施例的每个悬架设备中，采用如图15所示的弹 簧·致动器组件250代替在第一实施例的悬架系统中采用的两个压缩盘簧46、48、致动 器50、阻尼器52、以及连接机构64。在弹簧·致动器组件250中，将簧上部分和簧下 部分弹性地链接的主弹簧(即悬架弹簧)和电磁致动器是一体化的。关于此，主弹簧是 作为流体弹簧的一种的利用空气压力的空气弹簧。
除了用于控制上述主弹簧的功能之外，根据第二实施例的悬架系统的控制系统 具有与根据第一实施例的悬架系统的控制系统相似的功能。换言之，用于控制电磁致动 器的结构与根据第一实施例的悬架系统中采用的控制系统基本相似。
因此，将集中于与根据第一实施例的悬架系统不同的部分进行对根据第二实施 例的悬架系统的结构的以下解释，并且在使用与第一实施例中使用的相同附图标记来标 识相应或相似的构成元件的情况下，尽量减少对这些元件的详细解释。
)弹簧·致动器组件250的结构和功能
如图15所示，弹簧·致动器组件250被布置在作为簧上部分的一个构成部件的 安装部分M与作为簧下部分的一个构成部件的第二下臂36之间。弹簧·致动器组件 250包括一体化的如下部件电磁致动器252，其用作电磁减震器；连接机构254，其用 于将电磁致动器252和第二下臂36连接；以及空气弹簧256。
a)致动器的结构
电磁致动器252包括滚珠丝杠机构沈6，其包括作为外螺纹部分的螺纹杆沈2 和作为内螺纹部分的螺母264，在螺纹杆262上形成有螺纹槽沈0，螺母264与螺纹杆262 进行螺纹配合；作为动力源的电磁电动机沈8(此后在合适处简称为“电动机沈8”)；以 及壳体270，其容纳滚珠丝杠机构266和电动机沈8。壳体270在其外周部分处连接至安 装部分M。作为DC无电刷电动机的电动机268具有中空电动机轴272，并且螺母264固 定至电动机轴272的下端部的内侧。S卩，电动机268被配置为将旋转力施加至螺母沈4。 螺纹杆262被布置为从电动机轴272的内部向下延伸，并与螺母264进行螺纹配合。在 本实施例的致动器252中，电动机转角传感器178布置在壳体270内以检测电动机轴272 的转角。
杆保持器274与螺母沈4同轴地固定在壳体270中。除了螺纹槽260之外，键 槽276形成在作为滚珠丝杠机构266的一个构成元件的螺纹杆262上，并且螺纹杆262和 杆保持器274进行键槽配合。通过借由包括螺纹杆262和杆保持器274所构成的滚珠键 槽机构278，螺纹杆262被配置为相对于壳体270不可旋转但可沿着轴线方向移动。
螺纹杆262从壳体270向下延伸。在螺纹杆沈2的下端部处，布置有弹簧支撑 构件观0，弹簧支撑构件280具有开口向下的杯状构造，并且致动器252在弹簧支撑构件 280处经由连接机构2M连接至第二下臂36。
在上述结构中，致动器252具有簧上侧单元观2，其固定地连接至簧上部分； 以及簧下侧单元观4，其经由连接机构邪4连接至簧下部分。簧上侧单元282包括壳体 270、电动机沈8、螺纹杆沈2、以及杆保持器274，而a284包括螺纹杆262和弹簧支撑构 件 280。
b)连接机构的结构
连接机构邪4包括液压阻尼器四0。阻尼器290具有与所示第一实施例中的阻尼 器52相似的结构。简言之，阻尼器290具有壳体四2，其具有双管结构并容纳工作流 体；以及活塞四4，其将壳体292的内圆筒构件的内部划分为两个流体室，并且其可滑动 地装配在内圆筒构件内。阻尼器290被配置为施加对随着活塞四4的移动而通过设置在 活塞294上的阀在壳体292中的两个流体室之间的工作流体的流动施加抵抗，并且阻尼器 290被配置为施加对通过设置在分隔壁296上的阀在缓冲室与下流体室之间的工作流体的 流动施加抵抗，即对工作流体通过形成在分隔壁四6的下部处的辅助流体室的流动施加 抵抗。
壳体292经由布置在其下端部处的衬垫298连接至第二下臂36。固定地连接至 螺纹杆沈2的下端部的活塞杆300延伸至壳体四2内，并且活塞294连接至活塞杆300的 下端。根据该结构，螺纹杆沈2，即簧下侧单元284经由阻尼器290连接至第二下臂36。
环形的下弹簧座302安装至阻尼器四0的壳体四2的外周部分。圆筒支撑构件 304固定至下弹簧座302，使得圆筒支撑构件304容纳壳体四2。向内凸缘状的上弹簧座 306设置在圆筒支撑构件304的上端部处。以上解释的弹簧支撑构件280在螺纹杆262与 阻尼器290之间的连接处固定于螺纹杆262和阻尼器四0。弹簧支撑构件280被容纳在圆 筒支撑构件304内，并在其中容纳壳体四2的上端部。在弹簧支撑构件观0的下端部附 近，设置向外凸缘状的中间弹簧座308。
压缩盘簧310以压缩状态布置在上弹簧座306与中间弹簧座308之间，而压缩盘簧312以压缩状态布置在中间弹簧座308与下弹簧座302之间。两个压缩盘簧310、312 彼此协同以发挥用于由于其弹性力而允许弹簧支撑构件观0 (即，簧下侧单元观4)由簧下 部分浮动地支撑的支撑弹簧的作用。
在上述结构中，连接机构邪4允许簧下侧单元观4相对于簧下部分的运动。簧下 侧单元观4和簧下部分在其相对运动时的相对位移受到相对位移限制机构314的限制，相 对位移限制机构314被包括在连接机构邪4中。更具体而言，在簧下侧单元观4和簧下部 分相对于彼此沿着彼此远离的方向运动的情况下，安装至活塞294的衬垫橡胶316与阻尼 器四0的壳体四2的内盖的下表面进行抵靠接触，由此限制彼此远离的相对运动。另一 方面，在簧下侧单元284和簧下部分相对于彼此沿着彼此接近的方向运动的情况下，安 装至弹簧支撑构件280的内部的衬垫橡胶318与壳体四2的外盖的上表面进行抵靠接触， 由此限制彼此接近的相对运动。即，通过包括壳体四2的内盖和外盖以及两个衬垫橡胶 316、318而构成相对位移限制机构314。如所示第一实施例中，相对运动的范围被相对 位移限制机构314限制为保持在如图15所示的相对运动允许范围Δ W内。
在悬架设备20中，对于簧上部分和簧下部分的行程运动的弹跳止挡机构和回弹 止挡机构设置在弹簧·致动器组件250中。通过设置在圆筒支撑构件304的上端处的止 挡板320与设置在簧上侧单元观2的壳体270上的衬垫橡胶322的抵靠接触，或者通过壳 体270的布置有杆保持器274的部分的下端表面与设置在弹簧支撑构件观0的上表面上 的橡胶衬垫324的抵靠接触，对簧上部分和簧下部分彼此接近的运动进行限制。另一方 面，通过止挡板320与设置在安装至壳体270的套筒326的下端处的内凸缘部处的衬垫橡 胶328的抵靠接触，对簧上部分和簧下部分彼此远离的运动进行限制。注意，上述相对 运动允许范围AW小于行程运动的允许范围。
c)空气弹簧的结构
空气弹簧256包括连接至安装部分M的室壳340 ；空气活塞缸342，其固定至 阻尼器四0的壳体四2，并由此连接至第二下臂36 ；以及隔膜344，其将室壳340和空气 活塞缸342连接。
室壳340具有盖部346，盖部346经由包括减振橡胶的弹簧支撑348连接至致动 器252的壳体270。盖部346经由包括减振橡胶的上支撑350连接至安装部分Μ。空气 活塞缸342在其下端部处固定至连接机构254的圆筒支撑构件304的外周部分，并在其中 容纳圆筒支撑构件304和安装至壳体270的套筒326。
隔膜344在其一端处固定至室壳340的下端部，并在其另一端处固定至空气活塞 缸342的上端部。室壳340、空气活塞缸342、以及隔膜344彼此协同以界定填充作为流 体的压缩空气的压力室352。
在上述结构中，空气弹簧256由于压缩空气的压力而弹性地支撑第二下臂36和 安装部分Μ，即簧上部分和簧下部分。假定上述压缩盘簧310、312构成一个弹簧，则使 这一个弹簧的弹簧常数大于空气弹簧256的弹簧常数。
d)弹簧·致动器组件250的功能
在悬架设备20中，作为固定单元的致动器252的簧上侧单元282被固定地连接 至作为单元固定部分的簧上部分，而作为浮动单元的簧下侧单元观4由作为单元浮动支 撑部分的簧下部分浮动地支撑。
当簧上部分和簧下部分彼此接近地运动时，簧上侧单元282和簧下侧单元284随 着簧上部分和簧下部分的行程运动而相对于彼此运动。由于该相对运动，螺母264与电 动机轴272 —起旋转，而螺纹杆262和螺母264相对于彼此沿着轴线方向移动。电动机 268被配置为将旋转力施加至螺母沈4。由于由电动机268施加的旋转力，致动器252产 生致动器力，所述致动器力作为对于簧上侧单元282和簧下侧单元284的相对运动的抵抗 力或者推进力。
致动器力经由连接机构邪4作用在簧上部分和簧下部分上。连接机构邪4具有其 中压缩盘簧310、312被夹置于簧下部分与簧下侧单元284之间的结构。S卩，在本悬架设 备20中，由于压缩盘簧310、312使簧下侧单元284受到簧下部分的浮动支撑。在此结 构中，致动器力以一些时间滞后或延迟作用在簧上部分和簧下部分上。考虑到此情况， 本弹簧·致动器组件250被配置为使得连接机构邪4具有布置在簧下部分与簧下侧单元 284之间的阻尼器四0，从而提高致动器力的响应性。
除了作为常规悬架弹簧的功能之外，空气弹簧256还具有通过允许空气流入或 排出压力室352来改变簧上部分与簧下部分之间的距离的功能。通过利用该功能，根据 本实施例的悬架系统被配置为改变并调节车体与路面之间的距离(即，车辆高度)。省略 与车辆高度的改变和调节相关的结构和控制的说明。
(B)电磁致动器的控制
在根据本实施例的悬架系统中，执行与根据所示第一实施例的悬架系统中执行 的簧上振动衰减控制和车体姿态改变抑制控制相似的控制。关于相对振动衰减控制，不 执行根据所示第一实施例的悬架系统中执行的第一相对振动衰减控制，而仅执行与第二 相对振动衰减控制相似的控制。除了这些控制之外，在根据本实施例的悬架系统中还执 行下属簧下振动衰减控制。在这些控制将按顺序在下文解释的同时，将尽量减少对与所 示第一实施例中相似的控制的解释。
i)簧上振动衰减控制
根据本实施例的悬架系统的悬架设备20的实际设备模型如图16(a)所示。如针 对所示第一实施例所解释的实际设备模型中那样，此振动模型包括簧上质量Mu、簧下 质量Mp以及中间质量Mp中间质量M1包括在将电动机沈8的旋转部分(例如电动机 轴27 和螺母264视为一个旋转体的情况下该旋转体的转换质量，更具体而言，通过把 旋转体的惯性矩转换为簧下侧单元观4的上下运动中的惯性质量而获得的转换质量。
作为在所示第一实施例中的实际设备模型，在本实施例中的实际设备模型包括 布置在簧上质量MU与中间质量间的与致动器252相对于的致动器A。此外，在簧 下质量Ml与路面之间布置有与轮胎相对应的弹簧，即具有弹簧常数&的弹簧&。
与所示第一实施例中的实际设备模型不同的是，本实施例中的实际设备模型在 簧上质量Mu与簧下质量Ml之间包括与空气弹簧256相对应的主弹簧，即具有弹簧常数 K4的弹簧K4。在中间质量M1与簧下质量Ml之间，布置有与由压缩盘簧310、312构成 的支撑弹簧相对应的弹簧，即具有弹簧常数K5的弹簧&。此外，与致动器252相对于的 阻尼器，即具有阻尼系数C2的阻尼器C2与弹簧Ii5并联布置。因为阻尼器C2用于如上 所述提高致动器力的响应性，所以阻尼系数C2被设定在为实现该目的的合适值。
作为用于致动器252的控制的理论模型的控制模型如图16(b)所示。如在所示第一实施例的控制模型中那样，在本实施例的控制模型中，簧上质量^^通过具有阻尼系 数Cs的天钩阻尼器Cs悬挂。
如在所示第一实施例中那样，对彼此独立的四个悬架设备20各自的致动器50 执行簧上振动衰减控制。控制电动机268的工作，使得相应的致动器252基于簧上速度 Vu,根据以下方程产生致动器力作为簧上振动衰减分量&
Fu = Cs ‘ Vu
簧上振动衰减控制的具体技术与所示第一实施例中的相似，并省略其详细解 释。
)簧下振动衰减控制
簧下振动衰减控制是基于所谓准地钩阻尼理论的，并对彼此独立的四个悬架设 备20各自的致动器252执行。在如图16(b)所示的控制模型中，簧下质量Ml由虚拟路 面线(地面线)经由具有阻尼系数Ce的阻尼器Ce。因为阻尼器Ce是基于准地钩阻尼理 论的阻尼器，所以此后在合适处将阻尼器Ce称为“地钩阻尼器Ce”。
在簧下振动阻尼控制中，控制致动器252，使得在实际设备模型中要由致动器A 产生的致动器力变为等于控制模型中要由地钩阻尼器Ce产生的阻尼力。更具体而言， 首先基于由簧下竖直加速度传感器188检测到的簧下部分的竖直加速度G^ (在合适处称为“簧下加速度GJ )来计算作为簧下部分的移动速度(绝对速度)的簧下速度Vy并控 制电动机268的工作以根据以下方程产生致动器力作为簧下振动衰减分量Fp S卩，所述 致动器力具有根据簧下速度\的大小
Fl = Cg · Vl
阻尼系数Ce可以被视为控制增益并被设定为适于有效地使处于簧下共振频率及 其附近频率的振动衰减的值。
iii)车体姿态改变抑制控制
车体姿态改变抑制控制用于抑制车体的侧倾和纵倾，并以与所示第一实施例相 似的方式执行。虽然未详细解释，但是基于前述横向加速度Gy根据以下方程来确定侧倾 抑制分量Fr:
Fr = β · Gy (β 控制增益)
基于实际纵向加速度GX根据以下方程确定纵倾抑制分量FP:
Fr= Y -Gx (Y 控制增益)
iv)相对振动衰减控制
在根据所示第一实施例的悬架系统的各个悬架设备20中，致动器252的簧下侧 单元284相对于簧下部分浮动地受到支撑。因此，作为浮动单元的簧下侧单元284相对 于作为单元浮动支撑部分的簧下部分振动。类似于第一实施例中的相对振动衰减控制， 在本实施例中的相对振动衰减控制的目的在于应对该相对振动。
在如图16(b)所示的控制模型中，在中间质量M1与簧上质量Mu之间布置有具 有阻尼系数Cr的相对振动衰减阻尼器CR，作为用于使簧下侧单元观4的相对振动衰减的 阻尼器。在本实施例中的相对振动衰减控制基于控制模型，并与第一实施例中的第二相 对振动衰减控制相似。在本实施例的相对振动衰减控制中，控制各个致动器252，使得在 实际设备模型中要由致动器A产生的致动器力变为等于与要由相对振动衰减阻尼器Cr产27生的阻尼力相等。
具体控制技术与所示第二相对振动衰减控制相似。S卩，控制电动机沈8的工 作，以产生根据以下方程的致动器力作为相对振动衰减分量F1, S卩，所述致动器力具有 根据簧下侧单元观4的相对移动速度Viu的大小
F1 = Gr · Viu
相对振动衰减阻尼器Cr的阻尼系数Cr可以被视为控制增益并被设定为适于有效 地使簧下侧单元观4的处于簧下共振频率及其附近频率的振动衰减的值。
根据与所示第一实施例的相对振动衰减控制相似的执行条件，在本实施例中的 相对振动衰减控制仅在其中簧上侧单元观2的相对振动的强度的特定频率分量高于阈值 的情况下执行。此外，为了防止或减轻由于设置相对位移限制机构314引起的冲击，如 第一实施例的控制那样校正相对振动衰减分量朽。如基于执行条件执行控制以及相对振 动衰减分量F1的校正的具体技术与第一实施例中的那些相似。
iv)控制的合成
上述簧上振动衰减控制、簧下振动衰减控制、车体姿态改变抑制控制、以及相 对振动衰减控制合成地执行，并且簧上振动衰减控制中的簧上振动衰减分量:Fp簧下振 动衰减控制中的簧下振动衰减分量Fp车体姿态改变抑制控制中的侧倾抑制分量&和纵 倾抑制分量FP、以及相对振动衰减控制中的相对振动衰减分量F1 (S卩，校正相对振动衰减 分量Fia)以整合的方式进行处理。更具体而言，根据以下方程将这些分量:Fp Fl, Fr、 FP、Fd^相加，由此确定要由致动器252产生的合成致动器力F:
F = Fu+Fl+Fr+Fp+Fia
如第一实施例中那样，基于要由各个致动器252产生的合成致动器力F确定各个 致动器252的电动机沈8的占空比D，并将如所确定的占空比D的命令发送至相应的逆 变器172。各逆变器172基于占空比D执行相应的致动器252的电动机268的工作的控 制。
ν)控制程序
执行各致动器252的控制，使得由ECU 170执行如图17的流程图所示的致动器 控制程序。与第一实施例中的致动器控制程序相似，本实施例中的程序在车辆的点火开 关被置于接通状态的情况下，以较短的时间间隔(例如，从数毫秒至数十毫秒)针对各致 动器252重复地执行。
在根据致动器控制程序的处理中，首先执行步骤S101，以执行由图10的流程图 表示的用于确定簧上振动衰减分量的子例程。随后，执行S102，以执行由图18的流程图 所示的用于确定簧下振动衰减分量的子例程。S102之后是S103，在S103，执行由图11 的流程图所示的用于确定姿态改变抑制分量的子例程。与第一实施例的悬架系统不同， 本实施例中的悬架系统被配置为仅一种作为相对振动衰减控制的控制。因此，在S103之 后，控制流程进行至S104，以根据本系统中设定的相对振动衰减控制来确定相对振动衰 减分量Fia。在S104，执行由图13的流程图所示的用于确定第二相对振动衰减分量的子 例程。
在根据上述子例程的处理中，根据以上解释的技术，分别确定簧上振动衰减分 量:F1^簧下振动衰减分量K、侧倾抑制分量&和纵倾抑制分量FP、以及(通过对相对振动衰减分量F1进行校正获得的)校正相对振动衰减分量Fia，其每个均作为致动器力的分量。在已经确定了分量Fu、Fl> Fr、FP、Fia之后，执行S105，以将Fu、Fl> FR、
FP、Fia相加，由此确定合成致动器力F。随后，在S106，基于所确定的致动器力F将如 占空比D的命令发送至逆变器172。在完成了 S106中的处理之后，结束致动器控制程序 的一次执行。如第一实施例中那样，通过参照以上解释，可以容易地理解在构成致动器 控制程序和子例程的各步骤中的处理，并且省略其详细解释。(C)控制器的功能结构根据本实施例的悬架系统中的ECU 170发挥用于控制要由致动器50中的各个产 生的致动器力的控制器。ECU 170就其功能而言可以视为具有如图19所示的功能结构。类似于第一实施例中的ECU 170，本实施例中的ECU 170包括簧上振动衰减 分量确定部分200、姿态改变抑制分量确定部分202、以及相对振动衰减分量确定部分 204。此外，ECU 170包括簧下振动衰减分量确定部分370，作为用于确定簧下振动衰减 分量h的功能部分。簧上振动衰减分量确定部分200、簧下振动衰减分量确定部分370、 姿态改变抑制分量确定部分202和相对振动衰减分量确定部分204分别对应于ECU 170的 执行SlOl中的处理、S102中的处理、S103中的处理、和S104中的处理的部分。类似于第一实施例中的ECU 170，本实施例中的ECU 170还包括致动器力确定 部分206，作为执行S6中的处理的部分，S卩，作为用于通过将分量Fu、Fl、Fr、FP、Fn (Fia)合成来确定要由各致动器252产生的致动器力F的部分。此外，ECU 170包括占空 比命令部分208，作为执行S106中处理的部分，S卩，作为用于基于致动器力F将如占空 比D的命令发送至相应的致动器252的逆变器172的部分。根据上述功能结构，本实施例中的ECU 170可以被视为具有用于分别执行以下 四种控制的四个控制部分簧上振动衰减控制部分，其包括簧上振动衰减分量确定部分 200并执行上述簧上振动衰减控制；簧下振动衰减控制部分，其包括簧下振动衰减分量 确定部分370并执行上述簧下振动衰减控制；车体姿态改变抑制控制部分，其包括姿态 改变抑制分量确定部分202并执行上述车体姿态改变抑制控制；以及相对振动衰减控制 部分，其包括相对振动衰减分量确定部分204并执行上述相对振动衰减控制。3.其他实施例所示第二实施例中的悬架系统被配置为仅执行第二相对振动衰减控制作为相对 振动衰减控制。第二实施例中的悬架系统可以被配置执行所示第一实施例中的悬架系 统中所采用的第一相对振动衰减控制，而非第二相对振动衰减控制。或者，第二实施例 中的悬架系统可以被配置为选择性地执行第一相对振动衰减控制和第二相对振动衰减控 制。另一方面，第一实施例中的悬架系统可以被配置为执行第一和第二相对振动衰减控 制中的仅一种。所示第一和第二实施例的悬架系统中的每个均被配置为仅在特定频率范围内的 振动强度分量增大到一定程度的情况下执行相对振动衰减控制。可以总是执行相对振动 衰减控制。此外，相对振动衰减控制可以被配置为不执行基于相对位移量W对相对振动 衰减分量F1的校正。虽然第一实施例的悬架系统被配置为不执行簧下振动衰减控制， 但是该悬架系统可以被配置为执行簧下振动衰减控制。相反，虽然第二实施例的悬架系统被配置为执行簧下振动衰减控制，但是该悬架系统可以被配置为不执行簧下振动衰减控制。所示第一和第二实施例的悬架系统中的每个均被配置为在车体姿态改变抑制控 制中抑制车体的侧倾和纵倾两者。各悬架系统可以被配置为仅抑制车体的侧倾和纵倾中 的一者。此外，各悬架系统可以被配置为不执行车体姿态改变抑制控制。第一实施例的悬架系统可以代替或附加于阻尼器52，设置有被配置为产生对簧 下部分和簧下部分的相对运动的抵抗力的液压阻尼器，即与第二实施例的悬架系统的阻 尼器290相似的阻尼器。相反，第二实施例的悬架系统可以代替或附加于阻尼器290， 设置有被配置为产生对簧下侧单元284和簧下部分的相对运动的抵抗力的液压阻尼器， 艮口，与第一实施例的悬架系统的阻尼器52相似的阻尼器。在第一和第二实施例的悬架系统中的每个中，簧下侧单元被构造为浮动单元。 根据可要求权利的本发明的悬架系统可以是其中将簧上侧单元构造为浮动单元的悬架系 统。
权利要求
1.一种悬架系统，其用于车辆，所述悬架系统包括电磁致动器，其包括(A)簧上侧单元，其连接至簧上部分；(B)簧下侧单元，其 连接至簧下部分，并随着所述簧上部分和所述簧下部分彼此接近和远离的相对运动而相 对于所述簧上侧单元运动；(C)丝杠机构，其包括彼此螺纹配合的螺纹杆和螺母，所述 螺纹杆和所述螺母中的一者被设置在所述簧上侧单元上，而所述螺纹杆和所述螺母中的 另一者被设置在所述簧下侧单元上，使得所述螺纹杆和所述螺母根据所述簧上侧单元和 所述簧下侧单元的相对运动而相对于彼此旋转；(D)电磁电动机，其被配置为向所述螺 纹杆和所述螺母中的一者施加对于所述螺纹杆和所述螺母的相对旋转的力，所述致动器 被配置为基于所述电磁电动机的所述力而产生致动器力，所述致动器力是对于所述簧上 侧单元和所述簧下侧单元的相对运动的力；连接机构，其包括支撑弹簧，所述支撑弹簧用于允许所述簧上侧单元和所述簧下侧 单元中的一者由所述簧上部分和所述簧下部分中与所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中 的所述一者连接的一者进行弹性支撑，所述连接机构被配置为由于所述支撑弹簧的弹性 力而将所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分 中的所述一者彼此连接，并允许所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述 簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动；以及控制器，其被配置为通过控制所述电磁电动机的工作来控制所述致动器的所述致动 器力，其中，所述控制器包括簧上振动衰减控制部分，其被配置为执行簧上振动衰减控制，所述簧上振动衰减 控制用于产生具有根据所述簧上部分的运动速度的大小的力作为所述致动器力的一个分 量，以使所述簧上部分的振动衰减；以及相对振动衰减控制部分，其被配置为执行相对振动衰减控制，所述相对振动衰减控 制用于产生具有根据以下量之一的大小的力作为所述致动器力的一个分量，以使由所述 支撑弹簧引起的所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者的振动衰减(a)所述簧 上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动速度；以及(b)所述簧上侧单元和所述簧下侧单 元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动速度。
2.根据权利要求1所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为执行 用于产生具有根据所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所 述簧下部分中的所述一者的相对运动速度的大小的力的控制，作为所述相对振动衰减控 制。
3.根据权利要求2所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为基于 所述电磁电动机的转速以及所述簧上部分和所述簧下部分的相对运动速度，来产生具有 根据所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中 的所述一者的相对运动速度的大小的力。
4.根据权利要求1所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为执 行用于产生具有根据所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动速度的大小的力的控 制，作为所述相对振动衰减控制。
5.根据权利要求4所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为基于所述电磁电动机的转速，来产生具有根据所述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动 速度的大小的力。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分 被配置为执行用于抑制由所述连接机构的所述支撑弹簧引起的所述簧上侧单元和所述簧 下侧单元中的所述一者的共振现象的控制，作为所述相对振动衰减控制。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的悬架系统，其中，所述控制器还包括簧下振动 衰减控制部分，所述簧下振动衰减控制部分被配置为执行簧下振动衰减控制，所述簧下 振动衰减控制用于产生具有根据所述簧下部分的运动速度的大小的力作为所述致动器力 的一个分量，以使所述簧下部分的振动衰减。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的悬架系统，其中，所述控制器还包括车体姿态 改变抑制控制部分，所述车体姿态改变抑制控制部分被配置为执行车体姿态改变抑制控 制以抑制所述车辆的车体的纵倾和侧倾中的至少一者，所述车体姿态改变抑制控制用于 产生对作为侧倾和纵倾中的所述至少一者的原因而作用于所述车辆的所述车体的作用力 的对抗力，作为所述致动器力的一个分量。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的悬架系统，其中，所述支撑弹簧被配置为使得作为所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述 一者的所述簧下侧单元由作为所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的所述簧下部 分支撑，其中，所述连接机构被配置为由于所述支撑弹簧的弹性力将所述簧下侧单元和所述 簧下部分连接，并且允许所述簧下侧单元和所述簧下部分的相对运动，并且其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为执行用于产生具有根据以下量之一的大 小的力以使所述簧下侧单元的相对振动衰减的控制，作为所述相对振动衰减控制(a)所 述簧上侧单元和所述簧下侧单元的相对运动速度；以及(b)所述簧下侧单元和所述簧下 部分的相对运动速度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的悬架系统，还包括主弹簧，所述主弹簧被配 置为由于其弹性力而将所述簧上部分和所述簧下部分连接。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的悬架系统，还包括连接弹簧，所述连接弹簧 被配置为由于其弹性力将以下两者连接(a)所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述 一者，以及(b)所述簧上部分和所述簧下部分中与所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中 的另一者连接的另一者。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的悬架系统，还包括液压阻尼器，所述液压阻 尼器被配置为产生对所述簧上部分和所述簧下部分的相对运动的对抗力。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的悬架系统，其中，所述连接机构包括液压阻 尼器，所述液压阻尼器被配置为产生对所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者 与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者的相对运动的对抗力。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部 分被配置为仅在所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者对于特定频率的振动的 强度分量高于阈值的情况下执行所述相对振动衰减控制。
15.根据权利要求14所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为执行用于抑制由所述连接机构的所述支撑弹簧引起的所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中 的所述一者的共振现象的控制，作为所述相对振动衰减控制，并且所述相对振动衰减控 制部分被配置为仅在对于所述共振现象中的共振频率作为所述特定频率的振动的强度分 量高于阈值的情况下执行所述相对振动衰减控制。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的悬架系统，还包括相对位移限制机构，所述 相对位移限制机构被配置为对所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧 上部分和所述簧下部分中的所述一者在其相对运动时的相对位移进行限制。
17.根据权利要求16所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配置为使 得，对于在所述相对振动衰减控制中要由所述致动器产生的力设定的控制增益在所述簧 上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的所述一者 在其相对运动时的相对位移的量超过阈值的情况下比在所述相对位移的量未超过所述阈 值的情况下更大。
18.根据权利要求16或17所述的悬架系统，其中，所述相对振动衰减控制部分被配 置为使得，对于在所述相对振动衰减控制中要由所述致动器产生的力设定的控制增益随 着所述簧上侧单元和所述簧下侧单元中的所述一者与所述簧上部分和所述簧下部分中的 所述一者在其相对运动时的相对位移的量的增大而增大。
全文摘要
一种悬架系统，其用于车辆，并包括电磁致动器，其包括(A)簧上侧单元，其连接至簧上部分；(B)簧下侧单元，其连接至簧下部分，并随着簧上部分和簧下部分彼此接近和远离的运动而相对于簧上侧单元运动；(C)丝杠机构；(D)电磁电动机，致动器被配置为产生致动器力；连接机构，其包括支撑弹簧，支撑弹簧用于允许簧上侧单元和簧下侧单元中的一者由簧上部分和簧下部分中与簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者连接的一者进行弹性支撑；以及控制器，其被配置为控制致动器的致动器力，其中，控制器包括簧上振动衰减控制部分，其被配置为执行簧上振动衰减控制，簧上振动衰减控制用于产生具有根据簧上部分的运动速度的大小的力作为致动器力的一个分量，以使簧上部分的振动衰减；以及相对振动衰减控制部分，其被配置为执行相对振动衰减控制，相对振动衰减控制用于产生具有根据以下量之一的大小的力作为致动器力的一个分量，以使由支撑弹簧引起的簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者的振动衰减(a)簧上侧单元和簧下侧单元的相对运动速度；以及(b)簧上侧单元和簧下侧单元中的所述一者与簧上部分和簧下部分中的所述一者的相对运动速度。
文档编号B60G17/06GK102026834SQ20098011752
公开日2011年4月20日 申请日期2009年5月8日 优先权日2008年5月15日
发明者井上博文, 近藤卓宏 申请人:丰田自动车株式会社, 萱场工业株式会社