JP2008128340A - 車両用ショックアブソーバ及びその設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンロッドの重心を偏らせることにより、ピストンロッドの共振周波数を変更し、路面から入力するロードノイズ等を低減し、ボデーへ伝達するロードノイズ等の入力を低減する車両用ショックアブソーバ及びその設計方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、ピストンロッド１１、１１ａを備えた車両用ショックアブソーバ１０であって、
前記ピストンロッドの重心位置を偏らせることにより、前記ピストンロッドの共振周波数を変更したことを特徴とする車両用ショックアブソーバ。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両用サスペンション装置に用いられる、車両用ショックアブソーバに関する。

従来から、ピストンロッドの上部に可動マスを設け、可動マスの上下方向の振動を、中空のロッド部内に満たされた油を介してピストン部を共振させ、車両のボデーの振動を抑制するようにした車両用ショックアブソーバの技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−５２１９号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、車両の上下方向の振動を抑える点については考慮されているが、路面からの入力により発音するロードノイズ等、路面からの入力をボデーに伝えるサスペンションの伝達特性低減の考慮はなされていない。

そこで、本発明は、ピストンロッドの重心を偏らせることにより、ピストンロッドの共振周波数を変更し、路面から入力するロードノイズ等を低減し、ボデーへ伝達するロードノイズ等の入力を低減する車両用ショックアブソーバ及びその設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１の発明に係る車両用ショックアブソーバは、ピストンロッドを備えた車両用ショックアブソーバであって、
前記ピストンロッドの重心位置を偏らせることにより、前記ピストンロッドの共振周波数を変更したことを特徴とする。これにより、車両用ショックアブソーバにおいて、余分なダンパー等を使用することなく、ピストンロッドの重心位置を偏らせるだけで、路面からのロードノイズ等の入力がボデーに伝達するのを低減させることができる。

第２の発明は、第１の発明に係る車両用ショックアブソーバにおいて、
前記ピストンロッドに部分的に中空箇所を設けることにより、前記ピストンロッドの重心位置を偏らせたことを特徴とする。これにより、容易にピストンロッドの共振周波数を変更することができ、ショックアブソーバからボデーへの入力を低減することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明に係る車両用ショックアブソーバにおいて、
前記ピストンロッドにマスを付加することにより、前記ピストンロッドの重心位置を偏らせたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用ショックアブソーバ。これにより、ピストンロッドに加工を施すことなく重心位置を変更することができる。

第４の発明は、第１〜３の発明に係る車両用ショックアブソーバにおいて、
前記ピストンロッドの共振周波数は、１００Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下に変更したことを特徴とする。これにより、共振周波数を下げてロードノイズが問題となってくる周波数に合わせることができ、車輪からのロードノイズの入力を、ショックアブソーバにて低減することができる。

第５の発明に係る車両用ショックアブソーバの設計方法は、ピストンロッドを備えた車両用ショックアブソーバの設計方法であって、
前記ピストンロッドの重心位置を偏らせることにより、前記ピストンロッドの慣性モーメントを変化させ、前記ピストンロッドの共振周波数を変更することを特徴とする。これにより、ピストンロッドの重心位置を偏らせることにより、ピストンロッドの共振周波数を低下させるショックアブソーバの設計を容易かつ定量的に行うことができる。

本発明によれば、ロードノイズ等の車輪からの入力を、車両用ショックアブソーバで低減でき、サスペンションからボデーに伝達するロードノイズ等の入力を低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本実施例に係る車両用ショックアブソーバを用いたサスペンション装置７０を示した斜視図である。サスペンション装置７０は、ストラット式のフロントサスペンションを示している。

サスペンション装置７０は、本実施例に係るショックアブソーバ１０と、コイルスプリング２０と、アッパーサポート３０と、ロワーアーム４０と、サスペンションメンバー５０と、スピンドル６０とを含む。

コイルスプリング２０は、バネ鋼線を巻いたもので、車両の上下運動に対して、適当な柔らかさを有する弾性要素である。

ショックアブソーバ１０は、コイルスプリング２０に対して、適度な振動減衰要素として働く。ショックアブソーバ１０は、ホイール位置決めのための支柱（ストラット）として利用されるとともに、ストラットの上部がアッパーサポート３０を介して車両のボデー（図示せず）に固定される。ストラットの下部は、スピンドル６０に剛体結合される。従って、本実施例に係るショックアブソーバ１０は、車輪からスピンドル６０を介して伝わったロードノイズ等の入力を低減し、そのボデーへの伝達を低減する役割を果たす。

スピンドル６０は、ロワーアーム４０の先端に、ボールジョイント（図示せず）を介して取り付けられてよい。サスペンションメンバー５０は、ボデーにクッションを介して取り付けられ、室内への騒音及び振動の低減が図られてよい。

このように、本実施例に係るショックアブソーバ１０は、ストラット式のサスペンション装置７０に好適に適用され、車両の上下動に対してショックを吸収するコイルスプリング２０の伸縮を速やかに減衰させて、車体を安定させる通常のショックアブソーバ１０の役割を果たすとともに、ロードノイズ等の車輪からの入力を低減する役割も果たす。

図２は、従来技術のショックアブソーバ１０ｂを示した正面断面図であり、車両の前面から見たときの断面図を示している。ショックアブソーバ１０ｂは、ピストンロッド１１ｂと、ケース１２と、オイルシール１３と、ピストン１４とから構成される。

ピストンロッド１１ｂは、上端がケース１２の外部にあり、外部からオイルシール１３を貫いて下端はケース１２内にある。ピストンロッド１１ｂの上端は、車両のボデー（図示せず）に取り付けられて固定される。ピストンロッド１１ｂの下端には、ピストン１４が固定されている。この構成において、ピストンロッド１１ｂは、オイルシール１３とピストン１４の支持剛性でケース１２に支えられていることになる。

ケース１２の下端は、車輪のスピンドル６０（図１参照）に固定されている。ケース１２の内部には、オイルが満たされ、ピストン１４に設けられたオイルバルブ（図示せず）の開閉により、ピストン１４が上下するようになっている。このピストンバルブの開閉により、上下方向のショックを吸収する減衰制御を行う。

一方、車両の正面から見て左右側の動き、即ち車輪が左右に傾くような方向の入力が車輪からあったときには、車輪の振動に伴い、ケース１２の下端が左右に傾いて振動する。そして、ピストンロッド１１ｂにもその振動が伝わり、その振動がピストンロッド１１ｂの上端からボデーにも伝達し、ボデーの振幅が大きくなってロードノイズの音が大きくなるという現象が生じてしまう。

図３は、本実施例に係るショックアブソーバ１０の原理を説明するための模式図である。図２と同様に、車両の前面から見た場合の正面断面図を示している。図３において、ピストンロッド１１がケース１２の外部に設けられ、支持ばね１６及び１７によりピストンロッド１１がケース１２に弾性的に支持されている。図３のような構成であれば、ピストンロッド１１とケース１２の動曲げ剛性は下がり、ケース１２に力が働いて左右に傾いて振動したときでも、振動は支持ばね１６、１７で吸収され、ピストンロッド１１の変位は小さくなり、ボデーへの入力は低減される。

従って、ロードノイズ等の入力がボデーへ伝達するのを低減させるためには、このような構成を実現すればよい。そのための１つの方法としては、図２で説明したように、ピストンロッド１１ｂはオイルシール１３とピストン１４で剛性支持されているので、これらのバネ定数をコントロールするという考え方がある。しかしながら、オイルシール１３及びピストン１４は、その剛性値を管理しているような部品ではないので、これらのバネ定数を制御するのは難しい。

そこで、別の提案として、このような折れるモードを、ロードノイズが問題となってくる１００Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下程度の周波数で起こすようにすればよく、そのためには、ピストンロッド１１の共振周波数を、高い周波数から変更して下げてやればよい。図３においては、理解の容易のためにピストンロッド１１とケース１２を別体にして、支持ばね１６、１７で接続支持して大きな動きをするように図示されているが、実際の１００〜２００Ｈｚの領域では、ピストンロッド１１の変位量は極めて小さく、目に見えない程度なので、図３のような折れる動作を行わせることが可能となる。ピストンロッド１１の左右方向の共振周波数を、４００Ｈｚ〜５００Ｈｚ程度の高い周波数から、１００Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下程度に下げて変更するためには、その原理の詳細は後述するが、ピストンロッド１１の重心位置を偏らせて下方にずらし、慣性モーメントを大きくすればよい。重心位置を下げるための具体的な方法には、ピストンロッド１１の部分的な中空化又はピストンロッド１１にマス等の重りを付加することが考えられ、以下、これらの説明を行う。

図４は、ピストンロッド１１の一部を中空化した、本実施例に係るショックアブソーバ１０の実施の態様の一例である。図４において、本実施例に係るショックアブソーバ１０は、ピストンロッド１１と、ケース１２と、ピストン１４と、オイルシール１３とを含む。

図４において、ピストンロッド１１が、真中よりやや下の部分まで部分的に中空化され、中空化されていない下部が重く、中空化された上部が軽い構成となっている。このように構成することにより、ピストンロッド１１の下部を上部より重くし、ピストンロッド１１の重心を下げることができる。

ピストンロッド１１の中空化は、ピストンロッド１１の重心を下げることが目的なので、中空の孔は、その空洞直径は均一に加工されることが好ましい。また、ピストンロッド１１の中空化した箇所の強度が保てる限り、肉厚は薄くして加工した方が、重心移動の効果は大きくなる。従って、重心を大きく移動させたい場合は、中空の孔の直径を大きくする方が好ましい。

なお、他の構成要素については、今までの説明と同様であり、同一の参照符号を付しているので、その説明を省略する。

本実施例により、ダンパ等の付加部材を用いることなく、ピストンロッド１１の形状にのみ加工を加えた簡素な構成でピストンロッド１１の重心位置を偏らせ、共振周波数を下げる変更を行うことができる。

図５は、本実施例に係るショックアブソーバ１０ａの、図４とは異なる態様の例を示した図である。図５において、本実施例に係るショックアブソーバ１０ａは、ピストンロッド１１ａと、ケース１２と、ピストン１４と、オイルシール１３とを含む。

図５において、ピストンロッド１１ａは中空化されていないが、ピルトンロッド１１ａの下部又はピストン１４の上部に、マス１５が付加されている。マス１５は、適度な質量を有する重りであり、これをピストンロッド１１ａの下部又はピストン１４の上部に付加して設けることにより、ピストンロッド１１ａには加工を加えることなく、ピストンロッド１１ａの重心を下げて、ピストンロッド１１ａの共振周波数を下げて変更することが可能となる。

なお、マス１５の材質は、弾性体、樹脂、金属等、いずれの材質も適用可能である。所望の質量を得ることができ、ピストンロッド１１ａ又はピストン１４に取り付け可能な材質であれば、用途に応じて任意の材質を好適に適用できる。

図５の他の構成要素については、今までの説明と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。

図６は、図５に示した本実施例に係るショックアブソーバ１０の変形例である。図５とは、ピストンロッド１１ａの下部又はピストン１４の上部にマス１５を設けただけでなく、更にピストン１４の下部にマス１５ａを追加して設けた点で異なっている。マス１５で追加質量が不足する場合には、ピストン１４の下部に更にマス１５ａを取り付けて質量を大きくし、重心の位置を更に下げることができる。

このように、図５又は図６に示した実施例によれば、ピストンロッド１１ａに加工を施すことなく、マス１５、１５ａの追加により容易にピストンロッド１１ａの重心位置を下げ、共振周波数を変更して低下させることができる。

図７は、図４乃至図６とは異なる態様の本実施例に係るショックアブソーバ１０ｃを示した図である。図７において、本実施例に係るショックアブソーバ１０ｃは、ピストンロッド１１と、ケース１２と、ピストン１４と、オイルシール１３と、マス１５とを含む。

図７において、本実施例に係るショックアブソーバ１０ｃは、図４で説明した中空ピストンロッド１１と、図５で説明したマス１５の双方を用いて、ピストンロッド１１の重心位置を偏らせて下げている。このように、中空化したピストンロッド１１によるピストンロッド１１自体の重心位置の移動と、マス１５のピストンロッド１１又はピストン１４への付加による重心位置の移動の効果を合わせることにより、より大きく重心位置を移動させることができる。このように、重心位置を大きく変更したい場合には、本実施例のように、中空化したピストンロッド１１とマス１５を組み合わせて適用してよい。

なお、図４乃至図７においては、ピストンロッド１１、１１ａの重心位置を下げる場合についてのみ説明したが、重心位置を上げた方がよい場合にも適用してよい。そのような場合には、中空ピストンロッド１１の中空はピストンロッド１１の下部に設けられ、また、マス１５、１５ａはピストンロッド１１ａの上部に設けられることになる。ピストンロッド１１、１１ａの共振周波数を下げたいのではなく、上げたい場合には、このようにして本実施例を適用することも可能である。

次に、図８乃至図１０を用いて、本実施例に係る中空ピストンロッド１１及びマス１５、１５ａの付加によるピストンロッド１１、１１ａの共振周波数低減の考え方について説明する。

図８は、ピストンロッド１１ａの挙動について説明するための図である。図８において、ピストンロッド１１ａの上部が、支持ばね１８で支えられており、ピストンロッド１１ｂが左右に揺動している場合を考える。

この場合において、ピストンロッド１１ａの共振周波数ｆは、支持ばね１６ｃのバネ定数をＫ、ピストンロッド１１ａの左右方向の慣性モーメントをＩとすると、

と表される。この式において、バネ定数Ｋを変更せずに、共振周波数ｆを下げるためには、分母の慣性モーメントＩを大きくする必要がある。図４乃至図７において説明した、ピストンロッド１１の部分的中空化及びピストンロッド１１ａへのマス１５、１５ａの付加により重心位置を偏らせることは、慣性モーメントＩを増大させる効果がある。以下、図９及び図１０を用いて、その具体的な説明を行う。

図９は、均一断面のピストンロッド１１ａと中空断面のピストンロッド１１の正面断面を示した図である。図９において、ピストンロッド１１、１１ｂの上下方向に座標を設け、回転中心を原点０．０とし、上端を−１．０、下端を３．０とした目盛を設けてある。また、均一断面のピストンロッド１１ａと中空ピストンロッド１１は同一質量である。更に、均一断面のピストンロッド１１ａの断面積は１．０であり、中空断面のピストンロッド１１の断面積は、中空部分が０．６７、中空でない部分が２．０である。

この場合において、均一断面のピストンロッド１１ｂの慣性モーメントＩｕは、

となる。また、中空ピストンロッド１１の慣性モーメントＩｈは、

となる。

従って、中空断面のピストンロッド１１のロッド共振周波数ｆｈは、均一断面のピストンロッド１１ｂの共振周波数ｆｕに比べて、

に低下させることができる。

このように、ピストンロッド１１を中空断面に構成し、重心位置を下げることにより、ピストンロッド１１の慣性モーメントＩｈを上げ、共振周波数を下げる方向に変更することができる。

次に、マス１５を付加して慣性モーメントを増大させる方法について説明する。

図１０は、ピストンロッド１１ａの下端にマス１５を付加した場合の説明図である。図１０において、図９と同様に上下方向に座標が設けられ、ピストンロッド１１ａの上端から下端まで、−１．０から３．０まで座標が振られ、慣性モーメント発生の回転中心が原点に設定されている。ピストンロッド１１ａの下端に、質量１のマスを付加した場合の慣性モーメントの増加分ΔＩｍは、
ΔＩｍ＝１×３．０^２＝９．０
となる。従って、全体の慣性モーメントＩｍは、図９で求めた均一断面のピストンロッド１１ｂの慣性モーメントＩｕを加えて、
Ｉｍ＝Ｉｕ＋ΔＩｍ＝９．３３＋９．０＝１８．３３
となる。これより、マス１５を付加したときのピストンロッド１１ａの共振周波数ｆｍは、均一断面のピストンロッド１１ｂの共振周波数ｆｕに比べて、

に低下させることができる。

このように、ピストンロッド１１ａの下部にマス１５を付加することにより、重心の位置を下げ、慣性モーメントＩｍを大きくすることにより、ピストンロッド１１ａの共振周波数を下げる方向に変更できる。

図８乃至図１０において説明したように、ピストンロッド１１、１１ａの重心の位置を下げ、その慣性モーメントを上げ、ピストンロッド１１、１１ａの共振周波数を低下させる考え方は、車両用ショックアブソーバ１０、１０ａ、１０ｃの設計方法に適用できる。本設計方法により、ピストンロッド１１、１１ａの重心位置に着目し、具体的にその慣性モーメントを計算することにより、共振周波数をどの程度低下させることができるのかを算出でき、実際の数値ベースでの設計に役立てることができる。

また、重心位置を下げるために、ピストンロッド１１を中空化させたり、ピストンロッド１１ａにマスを付加したりする手段を適用することにより、慣性モーメントの変化を容易に計算できるので、実際の設計方法に容易に適用することができる。

なお、本実施例では、ピストンロッド１１、１１ａの重心の位置を下げ、慣性モーメントを大きくして、その共振周波数を低下させる設計方法を例に挙げて説明したが、逆に共振周波数を上げたいような場面であれば、重心の位置を上げることで同様の考え方を用いた設計方法を適用してよいことは言うまでもない。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本実施例に係る車両用ショックアブソーバを用いたサスペンション装置６０を示した斜視図である。 従来技術のショックアブソーバ１０ｂを示した正面断面図である。 本実施例に係るショックアブソーバ１０の原理を説明するための図である。 ピストンロッド１１の一部を中空化した、本実施例に係るショックアブソーバ１０の実施の態様の一例である。 本実施例に係るショックアブソーバ１０ａの、図４とは異なる態様の例を示した図である。 図５に示した本実施例に係るショックアブソーバ１０の変形例である。 図４乃至図６とは異なる態様の本実施例に係るショックアブソーバ１０ｃを示した図である。 ピストンロッド１１ａの挙動について説明するための図である。 均一断面のピストンロッド１１ａと中空断面のピストンロッド１１の正面断面を示した図である。 ピストンロッド１１ａの下端にマス１５を付加した場合の説明図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ ショックアブソーバ
１１、１１ａ、１１ｂ ピストンロッド
１２ ケース
１３ オイルシール
１４ ピストン
１５、１５ａ マス
１６、１７、１８ 支持ばね
２０ コイルスプリング
３０ アッパーサポート
４０ ロワーアーム
５０ サスペンションメンバー
６０ スピンドル
７０ サスペンション装置

Claims (5)

1. ピストンロッドを備えた車両用ショックアブソーバであって、
   前記ピストンロッドの重心位置を偏らせることにより、前記ピストンロッドの共振周波数を変更したことを特徴とする車両用ショックアブソーバ。
2. 前記ピストンロッドに部分的に中空箇所を設けることにより、前記ピストンロッドの重心位置を偏らせたことを特徴とする請求項１に記載の車両用ショックアブソーバ。
3. 前記ピストンロッドにマスを付加することにより、前記ピストンロッドの重心位置を偏らせたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用ショックアブソーバ。
4. 前記ピストンロッドの共振周波数は、１００Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下に変更したことを特徴とする請求項１乃至３に記載の車両用ショックアブソーバ。
5. ピストンロッドを備えた車両用ショックアブソーバの設計方法であって、
   前記ピストンロッドの重心位置を偏らせることにより、前記ピストンロッドの慣性モーメントを変化させ、前記ピストンロッドの共振周波数を変更することを特徴とする、車両用ショックアブソーバの設計方法。

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