JP2006510859A - 振動減衰要素の支持支承 - Google Patents

Abstract

本発明は、油圧シリンダー（１）を備える振動低減要素の支持支承に関するもので、前記支持支承（７）は油圧シリンダー（１）に流体連結されている。場合によっては、油圧シリンダーは、油圧媒体用の溢流管（４）によって、気体バネ蓄圧器（２）に接続される。流体的な連結が、支持支承（７）の機能すなわち荷重の支持及び長さの補償の分離を可能にする。支持支承（７）のバネ定数（ＣＬ）は大幅に低減され得る。

Description

本発明は、請求項1の前文に基づく振動減衰要素の支持支承に関する。

油空圧式のスプリングダンパー装置においては、通例のスプリングとダンパーの構成が油圧シリンダーに置き換えられる。気体バネ蓄圧器が、スプリング効果の機能と運転荷重を支持する機能とを果たし、減衰作用は、油圧シリンダーと気体バネ蓄圧器との間の溢流管における絞りによってもたらされる。このような設計のダンパー装置が、例えば、ドイツの特許出願公開公報である特許文献１から知られる。

このような油空圧式のスプリングダンパー構成は、原理的には、従来のスプリングダンパー装置の機能を完全に果たし得る可能性があり、しかも、取り付けスペースに関する要求度の点では、従来のスプリングダンパー装置の場合よりもいくらか有利である。この油空圧式のスプリングダンパー構成については、それが、油圧を油圧シリンダーの作動空間に供給したりそれから放出したりすることによって、自動車における車体の動きまたは車輪の動きの能動減衰の実施を可能にするきわめて簡単な方法を提供するという点も好ましい。

しかし、この構成の基本的問題点は、油圧シリンダーにおける油圧アクチュエータの不可避の摩擦である。乗用車に用いる場合、支持すべき運転荷重のために、１００〜２００Ｎ未満のシリンダー摩擦値を達成することは事実上不可能である。しかし、これは快適性に不利な影響を及ぼす。

快適性を改善するために、図１に示すような柔軟性のある頭部支承を使用することが知られている。しかし、自由な可動空間が、基礎荷重及び要求される寿命から大幅に狭められており、その結果、１０００Ｎ／ｍｍ未満の支承の剛性値を実現することは実際的に不可能である。

独国特許出願公開第 １９９ ３２ ８６８号明細書

本発明の目的は、振動減衰要素の支持支承、特に自動車の運転における快適性を増進する油空圧式のスプリングダンパー装置の明細を規定することにある。

この目的は、特許請求項1の特徴を備えた支持支承によって実現される。

本発明は、簡素な設計の能動サスペンション装置で、特に油空圧式装置に基づく高度の快適性を備えた能動サスペンション装置を可能にする。それは、油空圧式装置の中心的な問題である油圧シリンダーにおける摩擦の妨害的な影響を本質的に除去できるか、あるいは少なくとも大幅に低減し得るからである。

本発明に基づく支持支承を頭部支承として使用すると、力伝達部品そのものの妨害的な特性を回避するかまたは減退させることができる。

さらなる利点及び有利な形態を別の請求項と本明細書とにおいて明らかにすることができる。

以下に、本発明を図面に関連付けてより詳細に説明する。

図１は公知の油空圧式スプリングダンパー装置を示す。油空圧式スプリングダンパー装置は、その全体で振動減衰させる要素として、油圧シリンダー１の内部で上下に可動なピストン６を備えた油圧シリンダー１を有している。気体バネ蓄圧器２がスプリング効果の機能と運転荷重を支持する機能とを果たす。この気体バネ蓄圧器２は溢流管４を介して油圧シリンダー１に連結されており、この溢流管４を通して、油圧シリンダー１と気体バネ蓄圧器２との間で油圧媒体を交換することができる。減衰作用は、油圧シリンダー１及び気体バネ蓄圧器２の間の溢流管４における絞り５によって作り出される。バネ定数Ｃ_Ｌを有する支持支承３が車体構造の端部に取り付けられる。

車両が距離Ｘｅだけスプリングダンパー装置の撓みを受ける場合、ピストン６に力Ｆが作用し、ピストン６は、その力の作用する方向に距離Ｘｚだけ上方に押し上げられる。一方、油圧シリンダー１はΔＸだけ変位する。支持すべき運転荷重、例えば車両荷重のために、油圧シリンダー１とピストン６の不可避の摩擦が快適性の損失をもたらす。これを補償する１つの可能性は、支持支承７のバネ定数Ｃ_Ｌを下げることである。しかし、この場合も、形状に関する設計裁量余地が、車両の減衰の場合における高い基礎荷重と既存の要求寿命とから大幅に狭められている。このため、略Ｃ_Ｌ＝１０００Ｎ／ｍｍ以下の値を有するバネ定数Ｃ_Ｌを実現することは事実上不可能である。

図２は、従来の油空圧式スプリングダンパー装置の撓みを正弦波形状に生起させた場合の摩擦力の影響を示す。このスプリングダンパー装置は、支持支承のバネ定数が略Ｃ_Ｌ＝１２００Ｎ／ｍｍであり、ピストンの摩擦力が１５０Ｎである。図３では、関係するスプリングダンパーの力の変化（ｄＦ＿Ｚｙｌ［Ｎ］）が、スプリング部分（ｄＦ＿ｅｌａｓｔ）との比較において示されている。ピストン６の動きが反転すると、２００〜４００Ｎの力の急変を生起することがあり、これは、特にスプリングダンパー装置の撓みが低い場合、快適性を減殺するきわめて妨害的な影響を有していることが明らかである。ピストンの力は、特に動きの反転があった場合、ピストン６の摩擦力の２倍に及び事実上突然変化する。このケースの頭部支承の場合、支持支承７の柔軟さはあまりにも小さいので、摩擦に起因するこの力の変化を効果的に平滑化したり、取り除いたりすることはできない。

本発明に基づく解決策の原理は図４に要約される。ただ１つの支持支承７が詳細として表現されており、他の構成（図示なし）は図１の装置とほとんど一致している。この場合、スプリングダンパー装置はスプリング減衰要素として提供される。支持支承７は、定められた油圧特性、弾性特性、及び場合によっては減衰特性を有しており、油圧シリンダー１（この図には図示なし）に流体連結されている。支持支承７の本体は、定められた硬さの特性を備えていることが望ましい。

油圧作用面積Ａ_Ｌが、支持支承７と油圧シリンダー１との間に設けられる。支持支承７はバネ定数Ｃ_Ｌのハウジング１０を有している。ハウジング１０には油圧媒体を完全に充満しておくことが望ましい。ハウジング１０の内部には圧力ｐが作用している。支持支承７は中空シリンダー１の作動空間に流体連結されているので、ｐはまたその作動空間の圧力でもある。

支持支承７と油圧シリンダー１とが流体連結されていることは、支持支承７の本来の機能、すなわち荷重の支持と長さの補償とを分離することができることを意味している。存在する油圧媒体が荷重の支持に用いられる。従って、与えられた油圧作用面積において、支持支承７が、あらゆる必要かつ通常の負荷を支持する機能を確実に達成することが可能になる。長さの補償、すなわち支持支承７の縦方向の柔軟性は、この場合、ゴム部品または鋼製のバネ部品によって実現することができる。基礎荷重が取り除かれているので、調整範囲が形状の制限によって限定されることはほとんどない。従って、本発明に基づく支持支承のバネ定数は、図１による従来型の支持支承７の場合よりも著しく低くすることができる。例えば、一般的に少なくともＣ_Ｌ＝１０００Ｎ／ｍｍである従来型の支持支承におけるこれまでの限界値は、およそ５０Ｎ／ｍｍ、好ましくは約２５Ｎ／ｍｍの値まで低下させることができる。

油圧シリンダー１及び支持支承７の間の作用面積Ａ_Ｌは、油圧シリンダー１及び／又は支持支承７が変位する際に本質的に一定であることが好ましい。このようにすると、快適性において顕著な改善を実現することができる。しかし、油圧作用面積がたとえ変動するとしても、周知の装置に比べて、少なくとも１つの改善は認めることができる。本質的に一定の油圧作用面積Ａ_Ｌ、すなわち面積の点で中立点にある作用面積は、油圧シリンダー１における摩擦を「取り除く」ための利用可能な十分の変位行程を作り出すために望ましいのである。

例えば、スプリングダンパー装置の圧縮中に支持支承７がΔＸの変位を受けたとすると、支持支承７は、バネ定数Ｃ_Ｌと、支持支承７上の油圧作用面積Ａ_Ｌに作用する反対向きの油圧力とによる反作用を受ける。すなわち、次式：

の、変位ΔＸに対抗する支持力Ｋを受ける。

支持支承７内の限定された空間のために、同時に、次式：

の油圧媒体の移送容積流量SLが、油圧作用面積Ａ_Ｌを通過して油圧シリンダーに流入することが必要である。

油圧作用面積Ａ_Ｌを油圧シリンダーの有効油圧作用面積に略合わせることが特に望ましい。さらに、同時に、支持支承の機械的バネ定数Ｃ_Ｌを比較的小さくすることが望ましい。これらの手段は、支持支承７に対して、ピストン６の摩擦力における変化をいわば「取り除く」ことを可能にする。

油圧媒体は油圧シリンダー１から気体バネ蓄圧器２（図示なし）に流出することができる。支持支承７は気体バネ蓄圧器２と流体的に並列に配置するのが望ましい。

図５は本発明に従った第１の好ましい構成を示す。支持支承７は楕円体の本体として形成されている。その他の点では、この構成は図１の基本的な概略と大部分一致している。支持支承７は、油圧シリンダー１の軸上に、その油圧シリンダー１の縦方向の延長方向に配置されている。支持支承７は、油空圧式スプリングダンパーの頭部支承を形成している。この構成を能動装置として作動させることも可能であり、追加する油圧媒体をこの構成の中に送り込んだり、それから抜き出したりする油圧ポンプ（図示なし）を用いることができる。

図６は本発明に従った第２の好ましい構成を示す。この場合は、楕円体の本体の代わりに、波形ベローズが支持支承７として用いられている。この構成は、この場合、ピストン６の動きの間、あるいはスプリングダンパー装置の圧縮又は伸張の動きの間、油圧作用面積Ａ_Ｌが面積の点で中立のままであるという特別な利点を有している。ハウジングの材料としてはゴム状弾性部材を使用することができる。さらに好ましい、また特に耐腐食性の代替材料は金属ベローズである。

図７及び８は、図１に基づく従来型の装置に対する図２及び３に比べて、明らかな改善を示している。

図７においては、油空圧式スプリングダンパー装置の撓みを正弦波励振させた場合の摩擦力の影響が示されている。このスプリングダンパー装置は、本発明に関わる支持支承７のバネ定数が略Ｃ_Ｌ＝２５Ｎ／ｍｍであり、ピストンの摩擦力が１５０Ｎである。図８は、関係するスプリングダンパーの力の変化（ｄＦ＿Ｚｙｌ［Ｎ］）をバネ要素部分（ｄＦ＿ｅｌａｓｔ）との比較において示している。ピストン６の動きが反転しても、力の急変が実際上全く生じていないことが明らかに看取される。動きが反転した場合、図７に基づく力の変化は連続的で、反対の動きになだらかに移行している。

図８の時間／力の変化の形の結果は調和的で滑らかであり、従来型の装置に比較して、快適性に対する弊害を避け得ることを示している。

図９は、前記の図７及び８に関連する油圧シリンダー１の変位値Ｘｚ、支持支承７の変位値ΔＸ、及びスプリングダンパー装置の撓みＸｅを示す。本発明に従って油圧シリンダー１に流体連結されている支持支承７が、この作動の場合は、スプリングダンパー装置の撓みの多くの部分を担っている。本来の油圧シリンダーの変位値Ｘｚへの移行は調和的かつ平滑に行われている。摩擦力のレベルに関する不確実性は実際上何の役割も果たしておらず、摩擦力における変動は、シリンダーが用いられる時点を単に若干移動させるだけであろう。しかし、これは動きが反転した場合の連続的な移行を乱すものではない。

図１０は、本発明に基づく支持支承７のさらに好ましい形態を示す。支持支承７の形態については、支持支承７の軸方向の剛性をできるだけ小さくすることが特に目的に適っており、同時に、スプリングダンパー装置の圧縮または伸張の間、油圧作用面積Ａ_Ｌが全く変化しないかごく僅かしか変化しないようにすることが適切である。このため、支持支承７は、少なくともある面積はゴム状弾性部材から形成されるハウジング１０を備えることができる。このハウジング１０は、油圧シリンダー１及び力吸収手段９に直接取り付けることが好ましい。このため、ハウジング１０を油圧シリンダー１のハウジングに直接安全装着する留め具リング１１を備えてもよい。さらに、ハウジング１０を力吸収手段９に固定する相応の安全装着手段１２、例えば留め具リングを設けることもできる。油圧シリンダー１には、開口絞り８を備えるとよい。開口絞り８の開口が油圧作用面積Ａ_Ｌを形成する。

力吸収手段９は、支承点１３を利用して、例えば自動車の車体に接合される。

ハウジング１０は、実際の支承要素となるゴムのシリンダーから構成するのが望ましい。ゴム自体が、支持支承７のｈ方向における縦方向の柔軟性を生じさせる。好ましい圧縮強度と、ｂ方向における十分な半径方向の剛性は、ゴムのシリンダー内または表面に接線方向あるいは少なくともほとんど接線方向の補強繊維によって作り出すことができる。十分に好ましい形態にすると、ゴムのシリンダー自体も支持支承７の横方向ガイドの役割を果たすことができる。もし、比較的高い横方向の力が伝動されたり、横方向のガイドの精度について比較的厳しい要求が課せられたりする場合は、縦方向の相応のガイド手段を導入することができる。

図１１に支持支承７の１つの好ましい形態が示されている。この構成は本質的に図１０の構成に合致しているが、それに加えて、ハウジング１０内にロッド１４が配置され、油圧シリンダーの軸方向に向けられて、油圧シリンダーの中に突き出すことができるようになっている。圧縮側のストッパー１５及び／又は伸張側のストッパー１６をロッド１４に具備してもよい。これによって、支持支承７の最大圧縮量及び／又は伸張量を制限もしくは調節することができる。

さらに好ましい支持支承７の形態が図１２に示される。支持支承７の横方向の変位を制限または防止する縦方向のガイド手段１８がロッド１４に設けられている。縦方向のガイド手段１７はロッドを同芯に取り囲むシリンダーでもよい。底部側でこのシリンダーは開口絞りの方向に拡大しており、その部分にリングを有していることが望ましい。開口絞り８には、その断面積が全体として油圧作用面積Ａ_Ｌを形成するような溢流開口が適宜設けられる。ガイド手段１８は、力吸収手段９に当接している支持支承１４の側に取り付けることもできる。

油圧シリンダー１に流体連結される支持支承の他の形態も、当然考えることができる。

本発明は、本発明に基づく支持支承７が、負荷するべき高い静荷重から流体的に解放されているという事実によって規定される。これによって「柔軟な」構造、例えばゴム状弾性部材の使用が可能になる。

もし、支持支承７が油圧シリンダー１の頭部支承を形成すれば、特段に有利である。支持支承７の全体の剛性を次のように構成することが特に望ましい。すなわち、スプリングダンパー装置が荷重を受けるとき、その荷重が油圧シリンダー１とピストン６の静止摩擦力を超えるまで、支持支承７が分担し、変位し得るように該部のバネ定数、ストッパーを構成する。このようにすると、支持支承７がその変位限界に達する前に、ピストン６が摩擦固定された位置からまた確実に離れることができるようになる。必要な剛性は、支持支承７またはハウジング１０の弾性材料の特性のみによっても、あるいはまた、油圧作用面積Ａ_Ｌを、スプリングダンパー装置の撓みの行程に対して補充的にまたは代替方式として変化させることによっても、具備させることができる。全体剛性を上記の条件に従って構成してしまえば、上記のいずれでも同等に機能する。

柔軟性のある頭部支承を備えた従来型の油空圧式スプリングダンパー装置を示す図である。 １５０Ｎの摩擦力の影響の下で正弦波励振された場合の、変位／スプリングダンパー装置の撓みの関数としての力の変化を示すグラフである。 図２に従って正弦波励振された場合のスプリングダンパーの力の変化を示すグラフである。 好ましい油圧式支持支承の基本図である。 第１の好ましい支持支承を備えた好ましい油空圧式スプリングダンパー装置の基本図である。 第２の好ましい支持支承を備えた好ましい油空圧式スプリングダンパー装置の基本図である。 本発明に基づく構成において、１５０Ｎの摩擦力の影響の下で正弦波励振された場合の、変位／スプリングダンパー装置の撓みの関数としての力の変化を示すグラフである。 図７に従って正弦波励振された場合のスプリングダンパーの力の変化を示すグラフである。 図７及び８に基づく頭部支承またはシリンダーの変位値を示すグラフである。 支持支承の好ましい形態の基本図である。 伸張側のストッパーと圧縮側のストッパーとを具備した支持支承のさらに好ましい形態の基本図である。 縦方向のガイド手段を具備した支持支承のさらに好ましい形態の基本図である。

Claims (17)

1. 振動減衰要素の支持支承であって、前記振動減衰要素が油圧シリンダー（１）を備えている支持支承において、
   前記支持支承（７）が前記油圧シリンダー（１）に流体連結されていることを特徴とする支持支承。
2. 前記油圧シリンダーが、油圧媒体用の溢流管（４）を介して、気体バネ蓄圧器（２）に接続されていることを特徴とする請求項１記載の支持支承。
3. 前記支持支承（７）が前記気体バネ蓄圧器（２）と流体的に並列に配置されていることを特徴とする請求項２記載の支持支承。
4. 前記油圧シリンダー（１）と前記支持支承（７）との間に油圧作用面積（Ａ_Ｌ）が設けられ、前記面積は、前記油圧シリンダー（１）及び／又は前記支持支承（７）が変位しても本質的に一定のままであることを特徴とする請求項１記載の支持支承。
5. 前記油圧作用面積（Ａ_Ｌ）が前記油圧シリンダー（１）の有効作動面積に略等しいことを特徴とする請求項４記載の支持支承。
6. 前記支持支承（７）が油圧媒体を充満されたハウジング（１０）によって形成されていることを特徴とする請求項１記載の支持支承。
7. 前記ハウジング（１０）と連結点（１３）との間に分離力吸収手段（９）が配置されていることを特徴とする請求項６記載の支持支承。
8. 前記ハウジング（１０）が、少なくともある範囲の面積、波形ベローズによって形成されていることを特徴とする請求項６あるいは７記載の支持支承。
9. 前記ハウジング（１０）が、少なくともある範囲の面積、ゴム状弾性部材のシリンダーによって形成されていることを特徴とする請求項６または７記載の支持支承。
10. 前記ハウジング（１０）が前記油圧シリンダー（１）に直接接続されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の支持支承。
11. 前記支持支承（７）が伸張側のストッパー（１６）及び／又は圧縮側のストッパー（１５）を有していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の支持支承。
12. 前記支持支承（７）が縦方向のガイド（１７）を有していることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載の支持支承。
13. 前記油圧シリンダー（１）と前記支持支承（７）との間に開口絞り（８）が配置されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項記載の支持支承。
14. 前記支持支承（７）の全体剛性が、スプリングダンパー装置の圧縮または伸張が生じる際に、前記支持支承（７）における力の変化が前記油圧シリンダー（１）の摩擦力よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項記載の支持支承。
15. 前記支持支承（７）の機械的なバネ定数（Ｃ_Ｌ）が５０Ｎ／ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一項記載の支持支承。
16. 前記支持支承（７）が前記油圧シリンダー（１）の頭部支承を形成していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項記載の支持支承。
17. 前記支持支承（７）が油空圧式スプリングダンパーの頭部支承であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一項記載の支持支承。
    

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