JP2007161033A - ハイドロニューマチックサスペンション - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡便かつ安価な構成を採りながら、制御応答性に優れたハイドロニューマチックサスペンションを提供する。
【解決手段】 アクチュエータ８のピストン２４には圧力制御用ＭＬＶ２６が設けられており、この圧力制御用ＭＬＶ２６を介して上部液室２２内のＭＲＦが下部液室２３に常時流入する。緩衝用アキュムレータ１０の作動液室３４とアクチュエータ８の上部液室２２とを接続する連通パイプ９の管路には減衰力制御用ＭＬＶ３５が設けられており、この減衰力制御用ＭＬＶ３５によって連通パイプ９を通過するＭＲＦの流量が制御される。圧力制御用ＭＬＶ２６や減衰力制御用ＭＬＶ３５に電流が供給されると、ＭＲＦ中の強磁性微粒子４５が鎖状のクラスタを形成し、ＭＲＦの粘度が上昇して各車輪における地上高や減衰力が変化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アクティブサスペンションシステム等に好適なハイドロニューマチックサスペンションに関する。

近年、自動車用のサスペンションとして、スカイフック理論に基づくアクティブサスペンションシステムの開発が進められている（例えば、特許文献１〜３参照）。アクティブサスペンションシステムでは、各車輪における車体−路面間の距離（以下、地上高と記す）やダンパの減衰力を路面状況や車両の運動状態等に応じてリアルタイムに制御するため、車体の姿勢変化が抑制されて良好な乗り心地が得られると同時に、タイヤの路面追従性が良好となることで操縦安定性や駆動／制動性も向上する。

アクティブサスペンションシステムでは、各車輪の地上高制御等が容易であることから、ハイドロニューマチック方式を採用したものが一般的である。ハイドロニューマチック方式のアクティブサスペンションシステムは、サスペンションの変位や、車体の加速度（上下Ｇ、前後Ｇおよび横Ｇ）、車高等を検出する多数のセンサを始め、車体側部材と車輪側部材との間に介装される油圧アクチュエータ、油圧アクチュエータに接続されてばね／ダンパを構成する緩衝用アキュムレータ、油圧アクチュエータに圧油を供給する油圧ポンプ、油圧アクチュエータに対して圧油の給排を行う油圧バルブユニット等から構成されている。
特開２００４−１４９０４６号公報 特開平８−５８３４２号公報 特開平７−２７６９５０号公報

上述した従来のアクティブサスペンションシステムでは、油圧バルブユニットとして、多数の電磁比例圧力制御弁や複雑な制御回路等を備えたものが必要となるため、搭載された車両の重量や製造コストが増加することが避けられなかった。また、油圧バルブユニットとアクチュエータとは比較的長いオイルパイプで接続されるため、油圧バルブユニットが作動してから車体−路面間の距離やダンパの減衰力が変化するまでに微小なタイムラグが生じてしまい、制御応答性の面から改善が望まれていた。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、比較的簡便かつ安価な構成を採りながら、制御応答性に優れたハイドロニューマチックサスペンションを提供することを目的とする。

請求項１の発明に係るハイドロニューマチックサスペンションは、車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結されたシリンダチューブ、当該シリンダチューブを第１液室と第２液室とに画成するピストン、および当該車体側部材と当該車輪側部材とのどちらか他方を当該ピストンに連結するピストンロッドを有し、当該第１液室に作動液が給排されることによって当該車体側部材と当該車輪側部材とを接近または離反させるアクチュエータと、前記第１液室に連通路を介して接続された作動液室と、当該作動液室と隔壁によって区画された加圧ガス室とを有する緩衝用アキュムレータと、前記第１液室に作動液を供給する作動液供給手段とを備えたハイドロニューマチックサスペンションであって、前記作動液が磁気粘性流体であり、前記ピストンと前記シリンダチューブとの少なくとも一方には、前記磁気粘性流体を前記第１液室から前記第２液室へ流入させる流路が形成され、前記ピストンと前記シリンダチューブとの少なくとも一方には、前記流路を通過する前記磁気粘性流体に対して磁界を印可する第１の磁界印可手段が設けられたことを特徴とする。

また、請求項２の発明に係るハイドロニューマチックサスペンションは、請求項１に記載のハイドロニューマチックサスペンションにおいて、前記連通路を通過する前記磁気粘性流体に対して磁界を印可する第２の磁界印可手段が設けられたことを特徴とする。

また、請求項３の発明に係るハイドロニューマチックサスペンションは、請求項１または請求項２に記載のハイドロニューマチックサスペンションにおいて、前記車体側部材と前記車輪側部材との間に介装され、当該車体側部材と当該車輪側部材とを離反させる弾性部材を更に備えたことを特徴とする。

請求項１のハイドロニューマチックサスペンションによれば、第１の磁界印可手段によって印可する磁界を制御することにより、流路内を流通する磁気粘性流体の見かけ上の粘性（強磁性微粒子の凝集度）が瞬時に変化して磁気粘性流体の第１液室から第２液室への流入速度が増減するため、複雑かつ高価な油圧バルブユニットを用いることなく各車輪における地上高を高い制御応答性をもって制御できる。また、請求項２のハイドロニューマチックサスペンションによれば、第２の磁界印可手段によって印可する磁界を調整することにより、連通路内を流通する磁気粘性流体の粘性が瞬時に変化して磁気粘性流体の第１液室と作動液室との間の流動速度が増減するため、振動減衰力を高い制御応答性をもって制御できる。また、請求項３のハイドロニューマチックサスペンションによれば、例えば弾性部材によって車重を負担させることにより、作動液供給手段として吐出能力の比較的小さい油圧ポンプを採用できるようになる他、システムの失陥時における安全性の向上も実現できる。

以下、図面を参照して、本発明を４輪自動車用のアクティブサスペンションシステムに適用した一実施形態と、その一部変形例とを詳細に説明する。
図１は実施形態に係るアクティブサスペンションシステムの模式的構成図であり、図２は圧力制御用ＭＬＶ（Magnetizable Liquid Valve：磁気流体バルブ）の概略構造図であり、図３は減衰力制御用ＭＬＶの概略構造図である。また、図４は実施形態の一部変形例に係るアクティブサスペンションシステムの模式的構成図である。

〔実施形態〕
図１に示すアクティブサスペンションシステムは、ＭＲＦ（Magneto-Rheological Fluid：磁気粘性流体）を作動流体としている。本実施形態のＭＲＦは、分散媒である鉱物油中に真球状で微細（直径１０μｍ程度）な強磁性微粒子を分散させたものであり、外部から磁界が印可されることにより強磁性微粒子が凝集して鎖状のクラスタを形成し、これにより見かけ上の粘度（以下、単に粘度と記す）が上昇する。

《実施形態の構成》
図１に示すように、本実施形態のアクティブサスペンションシステムは、ＭＲＦを貯留するオイルパン１と、サクションパイプ２を介してオイルパン１内のＭＲＦを吸い込んでデリバリーパイプ３に吐出するエンジン駆動のオイルポンプ４と、デリバリーパイプ３の管路に設けられた調圧用アキュムレータ５と、デリバリーパイプ３の１つのブランチに接続されたフィードパイプ６と、フィードパイプ６からＭＲＦの供給を受けるアクチュエータ８と、連通パイプ（連通路）９を介してアクチュエータ８の上部に連結された緩衝用アキュムレータ１０と、アクチュエータ８の下部からオイルパン１にＭＲＦを還流させるリターンパイプ１１とを主要構成要素としている。なお、アクチュエータ８や緩衝用アキュムレータ１０は、各車輪ごとに同一構成のものがそれぞれ設けられているが、説明が煩雑になることを避けるため、図１には１つのホイールＷを支持するもののみを示す。

本実施形態の場合、デリバリーパイプ３とリターンパイプ１１とはリリーフパイプ１３により連結されており、デリバリーパイプ３の内圧が設定値以上となるとリリーフパイプ１３の管路に設けられたリリーフバルブ１４が開弁し、デリバリーパイプ３からリターンパイプ１１に余剰なＭＲＦが排出される。また、アクチュエータ８からデリバリーパイプ３側へのＭＲＦの逆流を防止すべく、デリバリーパイプ３とフィードパイプ７との間にはチェックバルブ１５が設けられている。そして、車室内（あるいは、エンジンルーム）には、後述する圧力制御用ＭＬＶ２６（第１の磁界印可手段）や減衰力制御用ＭＬＶ３５（第２の磁界印可手段）を制御するＥＣＵ１６が設置されている。

＜アクチュエータ＞
アクチュエータ８は、車体側部材（ホイールハウスアッパ等）Ｃに連結されたシリンダチューブ２１や、シリンダチューブ２１を上部液室（第１液室）２２と下部液室（第２液室）２３とに画成するピストン２４、ピストン２４と車輪側部材（サスペンションアームやナックル等）Ａとを連結するピストンロッド２５を備えている。ピストン２４には圧力制御用ＭＬＶ２６が設けられており、この圧力制御用ＭＬＶ２６を介して上部液室２２内のＭＲＦが下部液室２３に常時流入する。なお、車輪側部材Ａには、ホイールＷが回転自在に支持されている。

＜緩衝用アキュムレータ＞
緩衝用アキュムレータ１０は、ブラダ（弾性隔壁）３１によって金属ケース３２の内部を加圧ガス室３３と作動液室３４とに区画したブラダ型である。加圧ガス室３３には高圧窒素ガスが充填される一方、ブラダ３１を介して加圧された作動液室３４にはＭＲＦが充填されている。作動液室３４とアクチュエータ８の上部液室２２とは前述した連通パイプ９を介して連結されているため、ＭＲＦは、車輪側部材Ａの上下動に伴って作動液室３４と上部液室２２との間を移動する。また、連通パイプ９の管路には減衰力制御用ＭＬＶ３５が設けられており、この減衰力制御用ＭＬＶ３５によって連通パイプ９を通過するＭＲＦの流量が制御される。

＜圧力制御用ＭＬＶおよび減衰力制御用ＭＬＶ＞
図２に示すように、圧力制御用ＭＬＶ２６は、ピストン２４に穿設された連通孔（流路）４１と、ピストン２４に内装されて連通孔４１を囲繞するコイル４２とから構成されている。圧力制御用ＭＬＶ２６では、ＥＣＵ１６からコイル４２に電流が供給されると、連通孔４１を流通するＭＲＦにコイル４２から磁界が印可される。また、図３に示すように、減衰力制御用ＭＬＶ３５は、連通孔（連通路）４３と、連通孔４３を囲繞するコイル４４とを備えている。減衰力制御用ＭＬＶ３５では、ＥＣＵ１６からコイル４４に電流が供給されると、連通孔４３を流通するＭＲＦにコイル４４から磁界が印可される。

≪実施形態の作用≫
自動車のエンジンが始動されると、オイルパン１内のＭＲＦは、サクションパイプ２からオイルポンプ４に吸い込まれてデリバリーパイプ３側に吐出された後、デリバリーパイプ３に連結されたフィードパイプ６からアクチュエータ８の上部液室２２に流入する。この際、エンジン回転速度（すなわち、オイルポンプ４の回転速度）に応じてデリバリーパイプ３の内圧が変動するが、その圧力変動は調圧用アキュムレータ５によって吸収される。また、エンジン回転速度が高くなる急加速走行時等には、デリバリーパイプ３の内圧が設定値を超えてリリーフバルブ１４が開弁し、デリバリーパイプ３からリターンパイプ１１に余剰なＭＲＦが排出される。

一方、ＥＣＵ１６は、前後Ｇセンサ、横Ｇセンサ、および上下Ｇセンサから得られた車体の加速度や、車速センサから入力した車体速度、車輪速センサから得られた各車輪の回転速度等、種々の情報に基づき各車輪について目標地上高および目標減衰力を設定した後、圧力制御用ＭＬＶ２６のコイル４２と減衰力制御用ＭＬＶ３５のコイル４４とに対してそれぞれ電流を供給する。

圧力制御用ＭＬＶ２６においては、図２に示すように、コイル４２に電流が供給されることでＭＲＦ中の強磁性微粒子４５が磁界の方向に凝集して鎖状のクラスタを形成し、連通孔４１内でのＭＲＦの粘度が上昇する。これにより、アクチュエータ８では、ＭＲＦの上部液室２２から下部液室２３する際に所定の流入抵抗が生じ、上部液室２２の内圧Ｐ１が上昇する。そして、下部液室２３の内圧をＰ２、ピストン２４における上部液室２２側の受圧面積をＳ１、下部液室２３側の受圧面積をＳ２とすると、ピストン２４には次式で示す押下げ力Ｆが発生する。
Ｆ＝Ｐ１ｘＳ１−Ｐ２ｘＳ２
その結果、ピストン２４（すなわち、ピストンロッド２５）は、路面からの入力と押下げ力Ｆとが釣り合う位置に移動し、所定の地上高が確保される。

また、減衰力制御用ＭＬＶ３５においても、図３に示すように、コイル４４に電流が供給されることでＭＲＦ中の強磁性微粒子４５が鎖状のクラスタを形成し、圧力制御用ＭＬＶ２６の場合と同様に連通孔４３内での粘度が上昇する。路面の凹凸やうねり等によって車輪側部材Ａ（すなわち、ホイールＷ）が上下動すると、ＭＲＦが作動液室３４と上部液室２２との間を移動して緩衝（車体への衝撃入力の緩和）が行われるが、減衰力制御用ＭＬＶ３５の連通孔４３内でのＭＲＦの流動抵抗によって車体振動が減衰される。

＜圧力制御＞
ＥＣＵ１６は、路面状況や車両の運動状態によって車両の挙動変化を検知あるいは予測すると、その挙動変化に対応すべく、各ホイールＷにおける目標地上高を新たに算出して圧力制御用ＭＬＶ２６に供給する電流を増減させる。すると、連通孔４１内のＭＲＦでは、強磁性微粒子４５が形成するクラスタが瞬時に増減し、連通孔４１内を流通するＭＲＦの粘度が非常に高い制御応答性をもって変化する。その結果、ＭＲＦが上部液室２２から下部液室２３に流入する際の抵抗も瞬時に増減し、前述した押下げ力Ｆが増減することでバウンディングやローリング、ピッチング等が効果的に抑制される。また、ＥＣＵ１６は、運転者による車高調整スイッチの操作等に基づき、悪路走行時等における十分なロードクリアランスを確保させるべく、圧力制御用ＭＬＶ２６に供給する電流を増加させて各車輪の地上高を高くする。

＜減衰力制御＞
また、ＥＣＵ１６は、車両の挙動変化を検知あるいは予測すると、これらの挙動変化に対応すべく、各車輪の目標減衰力を新たに算出して減衰力制御用ＭＬＶ３５に供給する電流も増減させる。すると、連通孔４３内のＭＲＦでは、強磁性微粒子４５が形成するクラスタが瞬時に増減し、連通孔４３内を流通するＭＲＦの粘度が非常に高い制御応答性をもって変化する。その結果、ＭＲＦが作動液室３４と上部液室２２と移動する際の抵抗（すなわち、減衰力）も瞬時に増減し、高速走行時における最適なロードホールディングや悪路走行時における乗り心地の向上等が得られる。

以上述べたように、本実施形態のアクティブサスペンションシステムでは、作動流体であるＭＲＦに磁界を印可することで圧力制御や減衰力制御を行うようにしたため、複雑かつ高価な油圧バルブユニットを用いた従来装置に較べ、低コスト化や装置構成の簡素化等が図られると同時に、制御応答性の著しい向上も実現できた。

〔一部変形例〕
図４に示すように、一部変形例のアクティブサスペンションシステムは、上述した実施形態と略同様の構成を採っているが、アクチュエータ８と車輪側部材Ａとの間に圧縮コイルスプリング（弾性部材）４８が付加されている。圧縮コイルスプリング４８は車体の空車重量（いわゆる、１Ｇ）を支持するもので、エンジン（すなわち、オイルポンプ４）の停止時においても自動車の地上高が所定の値に維持される。一部変形例では、このような構造としたため、オイルポンプ４やアクチュエータ８、緩衝用アキュムレータ１０に吐出圧や体格の小さいものが採用でき、エンジンの動力損失や装置重量等を軽減することができた。また、エンジンの停止後に車高が低下することがないため、路面に段差がある場所での駐車等も容易となる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は４輪自動車のアクティブサスペンションシステムに本発明を適用したものであるが、２輪車や６輪以上の貨物車等にも適用できるし、通常のハイドロニューマチックサスペンション等にも適用できる。また、上記実施形態では緩衝用アキュムレータとしてプラダ型を採用したが、ピストン型やダイヤフラム型等も採用可能である。また、上記実施形態のアクチュエータではピストン側に連通孔や圧力制御用ＭＬＶを設けたが、これらの一方あるいは双方をシリンダチューブ側に形成してもよい。また、上記実施形態では作動液供給手段としてエンジン駆動のオイルポンプを用いたが、電動のオイルポンプを用いてもよく、その場合には調圧用アキュムレータを省略することが可能である。また、上記実施形態ではシリンダチューブの下方にピストンロッドが位置するアクチュエータを採用したが、シリンダチューブの上方にピストンロッドが位置するものを採用してもよい。その他、アクティブサスペンションシステムの具体的構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態に係るアクティブサスペンションシステムの模式的構成図である。 圧力制御用ＭＬＶの概略構造図である。 減衰力制御用ＭＬＶの概略構造図である。 一部変形例に係るアクティブサスペンションシステムの模式的構成図である。

符号の説明

４ オイルポンプ（作動液供給手段）
５ 調圧用アキュムレータ
８ アクチュエータ
９ 連通パイプ（連通路）
１０ 緩衝用アキュムレータ
１６ ＥＣＵ
２１ シリンダチューブ
２２ 上部液室（第１液室）
２３ 下部液室（第２液室）
２４ ピストン
２５ ピストンロッド
２６ 圧力制御用ＭＬＶ（第１の磁界印可手段）
３１ ブラダ（弾性隔壁）
３３ 加圧ガス室
３４ 作動液室
３５ 減衰力制御用ＭＬＶ（第２の磁界印可手段）
４１ 連通孔（流路）
４２ コイル
４３ 連通孔（連通路）
４４ コイル
４８ 圧縮コイルスプリング（弾性部材）
Ａ 車輪側部材
Ｃ 車体側部材
Ｗ ホイール

Claims (3)

1. 車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結されたシリンダチューブ、当該シリンダチューブを第１液室と第２液室とに画成するピストン、および当該車体側部材と当該車輪側部材とのどちらか他方を当該ピストンに連結するピストンロッドを有し、当該第１液室に作動液が給排されることによって当該車体側部材と当該車輪側部材とを接近または離反させるアクチュエータと、
   前記第１液室に連通路を介して接続された作動液室と、当該作動液室と隔壁によって区画された加圧ガス室とを有する緩衝用アキュムレータと、
   前記第１液室に作動液を供給する作動液供給手段と
   を備えたハイドロニューマチックサスペンションであって、
   前記作動液が磁気粘性流体であり、
   前記ピストンと前記シリンダチューブとの少なくとも一方には、前記磁気粘性流体を前記第１液室から前記第２液室へ流入させる流路が形成され、
   前記ピストンと前記シリンダチューブとの少なくとも一方には、前記流路を通過する前記磁気粘性流体に対して磁界を印可する第１の磁界印可手段が設けられたことを特徴とするハイドロニューマチックサスペンション。
2. 前記連通路を通過する前記磁気粘性流体に対して磁界を印可する第２の磁界印可手段が設けられたことを特徴とする、請求項１に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
3. 前記車体側部材と前記車輪側部材との間に介装され、当該車体側部材と当該車輪側部材とを離反させる弾性部材を更に備えたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のハイドロニューマチックサスペンション。

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