JP2005036943A

JP2005036943A - 車両懸架装置

Info

Publication number: JP2005036943A
Application number: JP2003276873A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Inoue; 博文井上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】電磁式アクチュエータのモータが断線等の不測の事態によって通電しなくなった場合にも、車両の走行安定性を維持できる車両懸架装置を提供する。
【解決手段】電磁サスペンション１０において、コイルスプリング２２は車両のバネ上を支持し、路面からの振動や衝撃が車体に伝わるのを抑制する。アブソーバ１２のボールねじ２４はボールねじナット２６に螺合する。モータ２０を駆動すると、ボールねじ２４がボールねじナット２６に対して相対回転してアウターシェル３０が上下動し、車両のバネ上とバネ下の間に減衰力が発生する。モータ２０が断線した場合、通電センサ１６は圧電体４４に電圧を印加して変形させる。圧電体４４の変形による押圧力はボールねじ２４に略垂直に加わり、ボールねじ２４とボールねじナット２６の軸が偏心し、ボールねじ２４の自由回転を規制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両懸架装置に関し、特にモータを用いたアブソーバを備える車両懸架装置に関する。

従来より、相互に噛合する雄ねじ部材と雌ねじ部材を有するねじ手段をモータで伸縮駆動する電磁式アクチュエータを車輪と車体の間に配置してなるアクティブサスペンション装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このアクティブサスペンション装置は、ショックアブソーバの機能を果たし、主ばねによる車体の上下振動を減衰させる。
特開平８−１９７９３１号公報

上記の従来の技術によると、モータが断線等の不測の事態によって通電しなくなった場合、主ばねによる車体の上下振動を減衰させることができず、車両の走行安定性が低下してしまう。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、不測の事態にも車両の走行安定性を維持できる車両懸架装置を提供することにある。

本発明のある態様は、車両懸架装置である。この装置は、バネ上部材とバネ下部材が螺合して回転直線運動変換手段を形成するとともに、前記回転直線運動変換手段の前記バネ上部材と前記バネ下部材の間にモータによって減衰力を発生させるアブソーバを有する。この装置は、前記モータによる前記減衰力の発生が不十分となった場合に、前記回転直線運動変換手段の自由作動を規制する規制手段を備える。回転直線運動変換手段は、モータからバネ上部材に加えられた回転力を、上下の直線運動に変換してバネ下部材に加えてもよい。

本態様によれば、不測の事態によりモータの動作が不十分となった場合であっても、回転直線運動変換手段の自由作動を規制してバネ上部材とバネ下部材の間の減衰力を得ることができ、車両の走行安定性を保つことができる。

前記規制手段は、前記バネ上部材と前記バネ下部材の軸を偏心させることにより前記回転直線運動変換手段の自由作動を規制してもよい。バネ上部材とバネ下部材の軸を偏心させる場合、バネ上部材に加えられる回転運動またはバネ下部材に加えられる直線運動が偏心の圧力により抑制されるので、回転直線運動変換手段の自由作動を容易に規制することができる。前記規制手段は、前記バネ上部材に対してその軸方向に略垂直の押圧力を付与することにより、前記バネ上部材と前記バネ下部材の軸を偏心させてもよい。規制手段は、略垂直の押圧力によってバネ上部材とバネ下部材の軸を容易に偏心させることができる。

前記規制手段は、前記バネ上部材の軸および前記バネ下部材の軸のうち一方を他方に対して相対的に傾斜させることにより前記回転直線運動変換手段の自由作動を規制してもよい。バネ上部材の軸およびバネ下部材の軸のうち一方を他方に対して相対的に傾斜させる場合、バネ上部材に加えられる回転運動またはバネ下部材に加えられる直線運動がバネ上部材とバネ下部材の間に生じる軸のこじりにより抑制されるので、回転直線運動変換手段の自由作動を容易に規制することができる。前記規制手段は、前記バネ上部材に対してその軸方向の押圧力をその軸から偏心した位置に付与することにより、前記バネ上部材の軸を前記バネ下部材の軸に対して相対的に傾斜させてもよい。規制手段は、軸方向の押圧力によってバネ上部材の軸を容易に傾斜させることができる。

前記規制手段は、圧電素子を作動させることによって前記押圧力を発生させてもよい。圧電素子によって押圧力を発生させる場合、簡易な構成および簡易な電気的制御により規制手段による押圧力を生むことができる。

当該車両懸架装置は、前記モータの通電状態を監視する監視手段をさらに備えてもよい。前記規制手段は、前記モータの通電状態が通電要求に満たないことが前記監視手段により検出された場合に、前記モータによる前記減衰力の発生が不十分と判断してもよい。モータの通電状態を監視するだけで、例えばモータへ通電する回路が断線等したような不測の事態を検出できる。

本発明によると、不測の事態にも車両の走行安定性を維持できる車両懸架装置を提供することができる。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る電磁サスペンションの構成を示す。電磁サスペンション１０は、車両のバネ上とバネ下の間の減衰力をモータ２０を用いて発生するアブソーバ１２を備え、この電磁サスペンション１０を介して車体と車輪が接続される。なお、コイルスプリング２２により支えられる車体側の部材を「バネ上」と呼び、コイルスプリング２２により支えられていない車輪側の部材を「バネ下」と呼ぶ。電磁サスペンション１０は、電子制御装置（以下、電子制御装置を「ＥＣＵ」と表記する）１４により制御される。ＥＣＵ１４は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えて構成される。電磁サスペンション１０のモータ２０に与えられる電流は、通電センサ１６により監視される。通電センサ１６の監視結果は、ＥＣＵ１４に伝達される。

本実施の形態においては、電磁サスペンション１０、通電センサ１６およびＥＣＵ１４が、車両懸架装置を構成する。電磁サスペンション１０を採用することで、エアサスペンションや油圧式ショックアブソーバを利用する場合よりも、応答性の優れた制御を実現できる。

電磁サスペンション１０は、アブソーバ１２とコイルスプリング２２を含む。アブソーバ１２は、モータ２０、ボールねじ２４、ボールねじナット２６、ロッド２８、アウターシェル３０、軸受３２、３４、３６、ダストシール３８、圧電体４４およびＣ字鋼材５４を備える。軸受３２はロッド２８内部においてボールねじ２４を回動可能に支持し、また軸受３４および３６は、アウターシェル３０内部においてロッド２８を摺動可能に支持する。ダストシール３８は、アウターシェル３０内にゴミなどの異物が入り込むのを防止する。

電磁サスペンション１０は、第１取付部４０において車体側の構成に取り付けられ、また第２取付部４６において車輪側の構成に取り付けられる。コイルスプリング２２は、第１取付部４０近傍の車体面とスプリングシート４２の間に縮設され、予め所定の荷重を与えられる。

コイルスプリング２２は車両のバネ上部分の重量を支持し、また路面からの振動や衝撃が車輪を通して車体に伝わるのを抑制する。アブソーバ１２は、コイルスプリング２２による車体の上下振動を減衰させる。このアブソーバ１２は、モータ２０を用いて車両のバネ上とバネ下の間に減衰力を発生させることができ、制御応答性に優れている。

ボールねじ２４、ロッド２８およびアウターシェル３０は同軸に配置されている。アウターシェル３０には、雌ねじ部分を有するボールねじナット２６が内設される。ボールねじ２４は雄ねじ部分を有し、ボールねじナット２６に螺合した状態にある。モータ２０はボールねじ２４の一端を回動可能にセレーションで支持する。モータ２０を駆動すると、ボールねじ２４がボールねじナット２６に対して相対回転し、モータ２０に対してアウターシェル３０が下方に押し下げられ、または上方に引き上げられる。

車両が良路を走行している場合、ＥＣＵ１４は電磁サスペンション１０のモータ２０に与える電流値を、例えば０Ａである基準電流値に設定する。路面に凹凸がある場合、ＥＣＵ１４は、車体に設けられる加速度センサによる検出結果から、車体の上下方向の加速度を測定する。車輪が上下動する場合、ロッド２８とアウターシェル３０との相対運動によりコイルスプリング２２が伸縮する。このとき、ボールねじ２４がボールねじナット２６に対して相対回転することにより、モータ２０が回転して発電機として作用し、このときに生じる抵抗力により減衰力が発生する。ＥＣＵ１４は、コイルスプリング２２の伸縮を抑制する方向の電流、すなわちモータ２０内部で電磁誘導により生じた電流とは逆向きの電流をモータ２０に与える。ＥＣＵ１４は、車体の上下方向の加速度に応じてモータ２０に与える電流を設定し、減衰力を調整する。

ここで、ＥＣＵ１４がモータ２０に電流を与えたときに、その与えた電流値が通電センサ１６によって検出されない場合、モータ２０の通電状態は通電要求を満たしていないので、通電センサ１６はモータ２０が断線したと判断する。モータ２０が断線すると、ボールねじ２４の回転に対するモータ２０の抵抗力が失われるので、ボールねじ２４は自由に回転してしまう。そこで、ＥＣＵ１４は圧電体４４の両端に電圧を印加して、ボールねじ２４のボールねじナット２６に対する相対回転を規制する。すなわち、圧電体４４は電圧が印加されると変形し、その変形による押圧力が、軸受３２の軸方向に対して略垂直に加わる。バネ上部材であるボールねじ２４の軸とバネ下部材であるボールねじナット２６の軸は偏心するので、圧電体４４の変形による押圧力がボールねじ２４の回転に対する抵抗力となる。これにより、ボールねじ２４の自由回転は規制され、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に減衰力が生じる。

図２は、ボールねじ２４、ロッド２８、軸受３２、圧電体４４の配置を電磁サスペンション１０の上方から見た模式的な断面で示す。ロッド２８は円筒部材であり、その断面は環状に形成される。ロッド２８の内側には、ロッド２８より直径が小さい略円筒型部材であるＣ字鋼材５４が嵌着される。Ｃ字鋼材５４の断面は、環状断面の一部に切欠が設けられたような円弧状またはＣ字状に形成される。Ｃ字鋼材５４の切欠部分には、円弧状の断面を有する圧電体４４が嵌着され、これらＣ字鋼材５４と圧電体４４とが一つの円筒形状を形成する。Ｃ字鋼材５４と圧電体４４とが形成する円筒形状の内側には、さらに直径が小さい円筒型部材である軸受３２が嵌着される。軸受３２の内側には、ボールねじ２４が摺動可能に貫装される。

圧電体４４は、軸受３２の外周に接する面と、ロッド２８の内周に接する面に、それぞれハーネス５０が接続される。圧電体４４の軸受３２側の面にはハーネス５０を介して電圧源４８の陰極が接続され、圧電体４４のロッド２８側の面にはハーネス５０を介して電圧源４８の陽極が接続される。電圧源４８から圧電体４４へ電圧が印加されると、圧電体４４は変形し、その変形による押圧力が押圧方向５２、すなわち軸受３２の外周面へ略垂直の方向に加わる。従って、ボールねじ２４の軸がボールねじナット２６の軸から偏心し、ボールねじ２４の回転が規制される。圧電体４４は、例えば電歪ポリマーで形成される。

図３は、圧電体４４によりボールねじ２４の回転を規制する過程を示すフローチャートである。通電センサ１６がモータ２０の断線を検出するまでは（Ｓ１０Ｎ）、電磁サスペンション１０は通常の動作を行い（Ｓ１２）、通電センサ１６がモータ２０の断線を検出すると（Ｓ１０Ｙ）、通電センサ１６の制御により圧電体４４に電圧が印加される（Ｓ１４）。圧電体４４は電圧の印加により変形し（Ｓ１６）、その変形による押圧力がボールねじ２４に加わり、ボールねじ２４とボールねじナット２６の軸がずれる（Ｓ１８）。ボールねじ２４とボールねじナット２６の軸のずれにより、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に減衰力が発生する（Ｓ２０）。以上の構成および動作により、モータ２０の断線等、不測の事態が生じた場合であっても、ボールねじ２４とボールねじナット２６の自由作動が規制され、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に減衰力が発生し、車両の走行安定性が維持される。
実施の形態２
本発明の実施の形態２における電磁サスペンション１０は、圧電体４４によるボールねじ２４に対する回転の規制方法が本発明の実施の形態１と異なる。すなわち、実施の形態１ではボールねじ２４に対して略垂直の方向に圧電体４４の押圧力を加えていたのに対し、実施の形態２では軸受３２の軸から外れた位置に対してその軸方向と略平行に圧電体４４の押圧力を加える。軸受３２およびボールねじ２４の軸方向をボールねじナット２６の軸方向に対して相対的に傾斜させるので、ボールねじ２４の回転が規制され、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に減衰力が生じる。

図４は、本発明の実施の形態２におけるボールねじ２４、ロッド２８、軸受３２、圧電体４４の配置を電磁サスペンション１０の側方から見た模式的な断面で示す。軸受３２の上面には、圧電体４４およびＣ字鋼材６２が嵌着されている。円筒鋼材６０は、本発明の実施の形態１における図１のＣ字鋼材５４に相当する。

図のように、本実施の形態２においては、圧電体４４の上面と下面に電圧源４８からハーネス５０を介して電圧が印加され、電圧源４８の陽極と接続された圧電体４４の上面から、電圧源４８の陰極と接続された圧電体４４の下面の方向に圧電体４４の変形による押圧力が加わる。圧電体４４による押圧力の押圧方向５２はボールねじ２４の軸方向に略平行であり、その圧電体４４による押圧力は軸受３２の軸心から外れた上面の一部に加わる。従って、軸受３２およびボールねじ２４の軸方向は、ボールねじナット２６の軸方向に対して相対的に傾斜し、ボールねじ２４の回転が規制されるので、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に減衰力が生じる。

図５は、本発明の実施の形態２におけるボールねじ２４、ロッド２８、軸受３２、圧電体４４の配置を電磁サスペンション１０の上方から見た模式的な断面で示す。円筒部材であるロッド２８の内側には、ロッド２８より直径が小さい円筒部材である円筒鋼材６０が嵌着される。円筒鋼材６０の内側には、さらに円筒鋼材６０より直径が小さいＣ字鋼材６２が、図示しない軸受３２の上面に嵌着される。Ｃ字鋼材６２の断面は、図の通り環状断面の一部に切欠が設けられたような円弧状またはＣ字状に形成される。Ｃ字鋼材６２の切欠部分には、円弧状の断面を有する圧電体４４が嵌着され、これらＣ字鋼材６２と圧電体４４とが一つの環状を形成する。Ｃ字鋼材６２と圧電体４４とが形成する環状の内側には、ボールねじ２４が摺動可能に貫装される。圧電体４４による押圧力の方向とその働きについては図３で説明した通りである。以上の構成により、モータ２０の断線等、不測の事態が生じた場合であっても、ボールねじ２４とボールねじナット２６の自由作動が規制され、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に減衰力が発生し、車両の走行安定性が維持される。
実施の形態３
本発明の実施の形態３における圧電体４４は、軸受３２に隣接する位置ではなく、ボールねじナット２６に隣接する位置に設けられている点で、本発明の実施の形態１、２と異なる。以下、実施の形態１、２との相違点を中心に説明する。

図６は、本発明の実施の形態３に係る電磁サスペンション１０の構成を示す。圧電体４４は、ボールねじナット２６とロッド２８の間隙に設けられており、環状部材であるボールねじナット２６の外周面と円筒部材であるロッド２８の内周面に当接している。圧電体４４に電圧を印加すると、ロッド２８からボールねじナット２６の方向、すなわち、ボールねじナット２６の軸方向に対して略垂直に圧電体４４の変形による押圧力が加わる。従って、ボールねじ２４とボールねじナット２６の軸が偏心し、ボールねじ２４の自由回転が規制されるので、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に減衰力が発生する。これにより、モータ２０の断線といった不測の事態にも車両の走行安定性が維持される。
実施の形態４
本発明の実施の形態４においては、ボールねじ２４の自由回転を規制する圧電体４４の他、ボールねじ２４の軸の傾きを検出する検出用圧電体をさらに備える点で本発明の実施の形態１と異なる。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図７は、本発明の実施の形態４におけるボールねじ２４、ロッド２８、軸受３２、圧電体４４の配置を電磁サスペンション１０の上方から見た模式的な断面で示す。圧電体４４の形状、位置、および機能は本発明の実施の形態１と同様である。Ｃ字鋼材５４は、断面が円弧形状である二つの部材で構成され、それぞれボールねじ２４の軸を中心に対称の位置に配置される。ボールねじ２４の軸を中心にして圧電体４４の対称の位置には、圧電体４４と同形状に形成された検出用圧電体５７が配置される。これらＣ字鋼材５４、圧電体４４、検出用圧電体５７は、軸受３２とロッド２８の間に嵌着された状態で一つの円筒形状を形成する。

検出用圧電体５７は、円筒部材である軸受３２の外周面と円筒部材であるロッド２８の内周面にそれぞれ当接し、検出用圧電体５７の軸受３２側の面とロッド２８側の面にそれぞれハーネス５６を介して電圧センサ５８の端子が接続される。電圧センサ５８は、ボールねじ２４の軸が傾いたときの押圧力が付与されることによって検出用圧電体５７の両端に生じた電圧を検出することにより、ボールねじ２４の傾きを計測する。電圧センサ５８による検出結果はＥＣＵ１４へ送られる。ＥＣＵ１４は、通常時、すなわちモータ２０に断線等が発生していない状況において、電圧センサ５８による検出結果に応じて、圧電体４４または電圧センサ５８に電流を与えてボールねじ２４の傾きを戻し、ボールねじ２４のねじ効率が下がらないように維持してもよい。以上の構成により、モータ２０の断線等、不測の事態が生じた場合であっても、ボールねじ２４とボールねじナット２６の自由作動が規制され、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に減衰力が発生し、車両の走行安定性が維持される。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。なお本発明はこの実施の形態に限定されることなく、その様々な変形例もまた本発明の態様として有効である。以下、変形例を説明する。

本発明の実施の形態１〜４においては、圧電体４４による押圧力によってボールねじ２４の回転を規制することにより、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に減衰力を発生させる構成とした。変形例においては、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に発生させるべき減衰力の大きさを算出し、その算出結果に応じて圧電体４４に印加する電圧を調整してもよい。例えば、モータ２０の回転角度や、車体に備え付けられているストロークセンサによる検出結果に基づいて、ボールねじ２４とボールねじナット２６の間に必要な減衰力を算出してもよい。この場合、車両の走行安定性をより良好に保つことができる。

本発明の実施の形態４においては、検出用圧電体５７を介してボールねじ２４の傾きを検出する構成としたが、変形例においては、圧電体４４を介してボールねじ２４の傾きを検出する構成としてもよい。圧電体４４を介してボールねじ２４の傾きを検出する場合、圧電体４４の電圧を一定に保持することにより、一つの圧電体４４でボールねじ２４の傾き検出とボールねじ２４の傾き補正を兼ねてもよい。

本発明の実施の形態１に係る電磁サスペンションの構成を示す図である。ボールねじ、ロッド、軸受、圧電体の配置を電磁サスペンションの上方から見た模式的な断面で示す図である。圧電体によりボールねじの回転を規制する過程を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２におけるボールねじ、ロッド、軸受、圧電体の配置を電磁サスペンションの側方から見た模式的な断面で示す図である。本発明の実施の形態２におけるボールねじ、ロッド、軸受、圧電体の配置を電磁サスペンションの上方から見た模式的な断面で示す図である。本発明の実施の形態３に係る電磁サスペンションの構成を示す図である。本発明の実施の形態４におけるボールねじ、ロッド、軸受、圧電体の配置を電磁サスペンションの上方から見た模式的な断面で示す図である。

符号の説明

１０電磁サスペンション、１２アブソーバ、１４ＥＣＵ、１６通電センサ、２０モータ、２２コイルスプリング、２４ボールねじ、２６ボールねじナット、２８ロッド、３０アウターシェル、３２軸受、３４軸受、３６軸受、４４圧電体、４８電圧源、５８電圧センサ。

Claims

バネ上部材とバネ下部材が螺合して回転直線運動変換手段を形成するとともに、前記回転直線運動変換手段の前記バネ上部材と前記バネ下部材の間にモータによって減衰力を発生させるアブソーバを有する車両懸架装置において、
前記モータによる前記減衰力の発生が不十分となった場合に、前記回転直線運動変換手段の自由作動を規制する規制手段を備えることを特徴とする車両懸架装置。
前記規制手段は、前記バネ上部材と前記バネ下部材の軸を偏心させることにより前記回転直線運動変換手段の自由作動を規制することを特徴とする請求項１に記載の車両懸架装置。
前記規制手段は、前記バネ上部材に対してその軸方向に略垂直の押圧力を付与することにより、前記バネ上部材と前記バネ下部材の軸を偏心させることを特徴とする請求項２に記載の車両懸架装置。
前記規制手段は、前記バネ上部材の軸および前記バネ下部材の軸のうち一方を他方に対して相対的に傾斜させることにより前記回転直線運動変換手段の自由作動を規制することを特徴とする請求項１に記載の車両懸架装置。
前記規制手段は、前記バネ上部材に対してその軸方向の押圧力をその軸から外れた位置に付与することにより、前記バネ上部材の軸を前記バネ下部材の軸に対して相対的に傾斜させることを特徴とする請求項４に記載の車両懸架装置。
前記規制手段は、圧電素子を作動させることによって前記押圧力を発生させることを特徴とする請求項３または５に記載の車両懸架装置。
前記モータの通電状態を監視する監視手段をさらに備え、
前記規制手段は、前記モータの通電状態が通電要求を満たさないことが前記監視手段により検出された場合に、前記モータによる前記減衰力の発生が不十分と判断することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の車両懸架装置。