JP2005145156A - サスペンションの制振機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 ばね下振動を抑制して、乗り心地を向上させることを可能としたサスペンションの制振機構を提供する。
【解決手段】 シャーシスプリングとして機能する第１のトーションバー３６にジョイントバー３８、第２のトーションバー４１を挟んで電動モータ５が取り付けられている。電動モータ５は、回転子５１を保持する円筒５０の一端が、ジョイントバー３８から遠い側で第２のトーションバー４１に接続される。また、固定子５２が保持されるケース５３は、第２のトーションバー４１の他端とともに、ジョイントバー３８に接続されている。そして、制御ＥＣＵ６は、回転子５１の回転速度に応じて、これを減衰させるよう電動モータ５に付与する電流を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明はサスペンションの制振機構に関し、特に、トーションバーを利用したサスペンションにおいて、電動モータを利用してばね下の制振を行うサスペンションの制振機構に関する。

自動車のサスペンションは、走行中に路面から受ける衝撃や振動を車体に直接伝えないようにして車体や積荷の損傷を防ぐとともに乗り心地を向上させる装置であり、車輪に付与される駆動力、制動力を車体に的確に伝達するとともに、車両の運動性を維持する役目も果たしている。特許文献１〜３は、このようなサスペンション装置における制振性を向上させる技術を開示している。

特許文献１の技術は、電気モータを用いたショックアブソーバーを利用して能動的な振動の減衰を行おうとするものである。特許文献２の技術は、電気的に制御される減衰機構を内蔵したダンパと、電気的に制御されるバネ要素とを直列的に設けている。また、特許文献３の技術は、ダンパと電磁アクチュエータとを直列配置することでばね下の制振を行おうとしている。
特開平２−１２０１１３号公報 特開平８−３００９２８号公報 特開２０００−５２７３８号公報

ところで、このように電動モータを用いた電磁アブソーバをばね下に配置した場合、モータの慣性モーメントの影響によって等価的なばね下質量が増大してしまう。この結果、ばね下振動数が低下し、減衰量の低下を招いて、ばね上の振動が増大してしまい、乗り心地が悪化してしまうおそれがある。

そこで本発明は、ばね下振動を抑制して、乗り心地を向上させることを可能としたサスペンションの制振機構を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るサスペンションの制振機構は、シャーシスプリングとしてトーションバーを用いたサスペンションの制振機構であって、（１）シャーシスプリングとして機能する第１のトーションバーの車輪接続側の延長上でこの第１のトーションバーに接続されている第２のトーションバーと、（２）この第２のトーションバーの第１のトーションバーとの接続側と逆の端部にその回転軸が連結されている電動モータと、（３）電動モータの回転量を制御する制御装置と、を備えている。そして、この電動モータの固定子側は、第２のトーションバーの第１のトーションバーとの接続側、あるいは、車両本体に接続されている。

本発明によれば、トーションバー式のサスペンションにおいて、シャーシスプリングとして機能する第１のトーションバーの延長上に別のトーションバー（第２のトーションバー）を介して制振用の電動モータを配置する。この電動モータは回転軸が第２のトーションバーに取り付けられ、固定子側、つまり外側の構造体が第１のトーションバー側、または、車両本体に取り付けられる。ばね下に振動が発生すると、第１のトーションバーに捻じれが発生する。この捩れは第２のトーションバーにも捩れを生じさせる。制御装置は、電動モータを駆動させて回転軸の位置を固定子に対して変更する。これにより、第２のトーションバーの捩れの減衰量を調整する。

本発明によれば、電動モータにより第２のトーションバーの捩れの減衰特性を制御する。この電動モータの慣性モーメントは、ばね下質量を増大させるのではなく、車体側の付加質量として機能する。このため、ばね下質量を増大させることなく制振力を発生させることができ、乗り心地が向上する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係るサスペンションの制振機構を搭載した車両のサスペンション（第１の実施形態）部分を示す斜視図である。このサスペンション３は、車輪１と車体２間に配置されるものであり、ここでは、前輪の場合を例に説明している。車輪１の回転中心は、ナックルスピンドル３０によって支持されており、このナックルスピンドル３０の両端は、上下にそれぞれ配置される弓状のアッパーアーム３１、ロワーアーム３２の各中心部に接続固定されている。ロワーアーム３２と車体２を接続しているショックアブソーバー３３は、ロワーアーム３２の略中心部から上方の車体中心方向に向かう方向に中心軸が配置される。左右のロワーアーム３２の後方側端部は、スタビライザー３４によって接続されている。なお、前方には、操舵機構３５が接続されている。アッパーアーム３１の後方側端部からは、第１のトーションバー３６が後方にのびており、アンカーブラケット３７によって車体２に接続されている。アッパーアーム３１の前方側端部には、制振機構４が取り付けられている。

この制振機構４は、第１のトーションバー３６に一端が接続され、アッパーアーム３１によって支持されているジョイントバー３８の他端に接続されている。制振機構３８は、第２のトーションバー４１と、制振用の電動モータ５から構成される。電動モータ５は、コイルからなる回転子５１と、磁石からなる固定子５２を備えている。回転子５１は、第２のトーションバー４１を覆う同軸上の円筒５０の外周面上に配置されている。ジョイントバー３８と固定子５２を固定している電動モータ５のケース５３とは、ジョイントバー３８と第２のトーションバー４１の一端との接続側で固定されている。第２のトーションバー４１の他端には、円筒５０の一端が固定されているが、円筒５０の他端は、固定されておらず、第２のトーションバー４１と円筒５０およびその円周面上の回転子５１とは、捩動可能に構成されている。また、円筒５０は、ケース５３内で回転可能に配置されている。この電動モータ５は、制御ＥＣＵ６に接続されている。制御ＥＣＵ６は、電動モータ５に付与する電流を電動モータ５の回転速度に応じて所定の減衰力となるよう制御する。

このサスペンションを搭載した車両の振動学的モデルを図３（ａ）に、電磁アブソーバのない従来の車両の振動学的モデルを図３（ｂ）に、電磁アブソーバを備えた従来の車両の振動学的モデルを図３（ｃ）にそれぞれ示す。

ここで、Ｍは質量、ｋはばね係数、ｃは、減衰係数、ｘは変位量であって、添字のsが車体（ばね上）、ｕがバネ下（車輪）、０が地表面、ｔがタイヤ、ｄがモータをそれぞれ表している。

従来の車両モデル（図３（ｂ）参照。以下、従来例１と呼ぶ。）では、振動モデルの運動方程式は下記の式により表せる。

電磁アブソーバを備えた従来の車両（図３（ｃ）参照。以下、従来例２と呼ぶ。）では、電磁アブソーバの慣性モーメントが付加質量として車輪質量とともにばね下質量として機能する。このため、振動モデルの運動方程式は下記のようになる。

これに対して、本実施形態のサスペンションを備えた車両においては、第２のトーションバー４１と電動モータ５が車輪の制振力の反力を受ける。具体的には、トーションバーが制振用のバネとして機能し、電動モータ５は、減衰用のダンパーとして機能するとともに、電動モータ５の慣性モーメントは、ばね上の質量として付加される。つまり、全体がダイナミックダンパとして機能する（図３（ａ）参照）。このため、制振力の反力が直接、車体に作用することがなく、車体に不要な振動が付加されることがない。上述したように、電動モータ５の慣性モーメントは、車輪の付加質量としてばね下に存在するのではなく、ばね上において独立した付加質量として機能することになるから、この振動モデルの方程式は下記のようになる。

以上の運動方程式の計算結果の一例を図４に示す。電磁アブソーバを配置した従来例２では、従来例１に比べて高周波成分のばね上加速度は減少しているが、ばね下共振点付近（５〜２０Hz）では、むしろばね上加速度が増大しており、乗り心地を悪化させてしまう。これに対して、本実施形態のサスペンションを採用した場合、このばね下共振点付近の周波数帯におけるばね上加速度を抑制し、比較的フラットな特性とすることができる。したがって、制振効果が高く、乗り心地が向上する。

次に、本発明に係るサスペンションの制振機構の第２の実施形態について説明する。この実施形態は、制振機構３８における電動モータ５の取り付け方が第１の実施形態と相違する。

図５に示されるように、この実施形態では、ジョイントバー３８に接続されているのは、第２のトーションバー４１のみであり、電動モータ５のケース５３は、ジョイントバー３８には、直接接続されず、その回転子５１（実際には、それを固定している円筒５０）が第２のトーションバー４１を間に挟んで間接的に接続されるのみである。電動モータ５のケース５３は、車体２に直接、または、固定部材を介して接続されている。さらに、回転子の回転数を検出する回転数センサ５５が配置されている。

このサスペンションを搭載した車両の振動学的モデルを図６に示す。この実施形態においても、第２のトーションバー４１がスプリングとして機能し、電動モータ５の回転子５１は減衰ダンパーとして機能する。ここで、電動モータ５は、アッパーアーム３１と車輪の間に配置されているから、この制振機構のモデルは、スプリング、慣性質量、ダンパーを直列につないで、車輪と車体の間に配置したものとなり、慣性質量は、ばね上に配置されることになる。このため、第１の実施形態と同様に、ばね下の質量を増加させることなく、また、制振力の反力を直接車体に作用させることがないため、車体に不要な振動が付加されることがない。

この振動モデルの方程式は下記の通りになる。

この運動方程式の計算結果の一例を図７に示す。ここでは、図４の場合と同様に、従来例１と、従来例２の計算結果を合わせて示している。本実施形態においても、ばね下共振点付近の周波数帯（５〜２０Hz）におけるばね上加速度を抑制し、比較的フラットな特性とすることができることが確認された。したがって、この場合も、制振効果を高めることができ、乗り心地が向上する。

ここでは、アッパーアーム側にトーションバーを接続する構成としたが、例えば、ロワーアーム側にトーションバーを接続するなど他の構成をとることも可能である。また、電動モータは、回転子側を磁石とし、固定子側にコイルを配置する構成とするなど、適宜変更が可能である。

本発明に係る制振機構を含むサスペンションの第１の実施形態を示す斜視図である。 図１の装置の制振機構部分を示す概略構成図である。 図１の装置を搭載した車両と、従来のサスペンションを搭載した車両それぞれの振動学的モデルを示す図である。 図４のモデルによる計算結果を示す図である。 本発明に係る制振機構の第２の実施形態を示す概略構成図である。 図５の装置をサスペンションに搭載した車両の振動学的モデルを示す図である。 図６のモデルによる計算結果を示す図である。

符号の説明

１…車輪、２…車体、３…サスペンション、４…制振機構、５…電動モータ、６…制御ＥＣＵ、３０…ナックルスピンドル、３１…アッパーアーム、３２…ロワーアーム、３３…ショックアブソーバー、３４…スタビライザー、３５…操舵機構、３６…第１のトーションバー、３７…アンカーブラケット、３８…ジョイントバー、３８…制振機構、４１…第２のトーションバー、５０…円筒、５１…回転子、５２…固定子、５３…ケース、５５…回転数センサ。

Claims (2)

1. シャーシスプリングとしてトーションバーを用いたサスペンションの制振機構であって、
   シャーシスプリングとして機能する第１のトーションバーの車輪接続側の延長上で該第１のトーションバーに接続されている第２のトーションバーと、
   前記第２のトーションバーの前記第１のトーションバーとの接続側と逆の端部にその回転軸が連結され、固定子側が前記第２のトーションバーの前記第１のトーションバーとの接続側に接続されている電動モータと、
   前記電動モータの回転量を制御する制御装置と、
   を備えていることを特徴とするサスペンションの制振機構。
2. シャーシスプリングとしてトーションバーを用いたサスペンションの制振機構であって、
   シャーシスプリングとして機能する第１のトーションバーの車輪接続側の延長上で該第１のトーションバーに接続されている第２のトーションバーと、
   前記第２のトーションバーの前記第１のトーションバーとの接続側と逆の端部にその回転軸が連結され、固定子側が車両本体に接続されている電動モータと、
   前記電動モータの回転量を制御する制御装置と、
   を備えていることを特徴とするサスペンションの制振機構。

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