JP2009257497A - 減衰力可変ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストや電力消費の低減等を実現減衰力可変ダンパを提供する。
【解決手段】 ダンパ６は、作動油が充填された円筒状のシリンダ１２と、シリンダ１２に対して軸方向に摺動するタービンロッド１３と、タービンロッド１３の先端に装着されてシリンダ１２内を上部液室１４と下部液室１５とに区画する軸流タービン１６と、シリンダ１２の上端に設置されたモータ・ジェネレータユニット１９とを有している。軸流タービン１６は、タービンロッド１３の下端に固着／一体化され、その外周側に右に捻れた複数のタービンブレード２６を備えている。したがって、軸流タービン１６が右回転すると下部液室１５の作動油が上部液室１４に導入され、軸流タービン１６が左回転すると上部液室１４の作動油が下部液室１５に導入される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、減衰力が電気的に可変制御される減衰力可変ダンパに係り、詳しくは、製造コストや電力消費の低減等を実現する技術に関する。

近年、自動車のサスペンションに用いられる筒型ダンパでは、乗り心地や操縦安定性の向上を図るべく、減衰力の可変制御が可能な減衰力可変ダンパが種々開発されている。減衰力可変ダンパとしては、オリフィス面積を変化させるロータリバルブをピストンに設け、このロータリバルブをアクチュエータによって回転駆動して減衰力を可変制御する機械式のものの他、磁性流体を作動流体として用い、ピストンと一体に形成された電磁コイルによって磁性流体の粘度（すなわち、減衰力）を可変制御するものも出現している（特許文献２参照）。
特開昭６２−１８７７５号公報

上述した特許文献１の減衰力可変ダンパは、構成の簡素化や応答性の向上等を図ることができる反面、以下に述べるいくつかの問題を有していた。例えば、磁性流体は、界面活性剤で覆われた強磁性微粒子（マグネタイトやフェライト等）をベース液（イソパラフィンやパーフルオロポリエーテル等）中に均一かつ高密度に分散させたものであるが、非常に高価であることから減衰力可変ダンパの製造コストも高くなってしまう。また、減衰力の制御（すなわち、電磁コイルへの通電）に大きな電力が消費されるため、車載バッテリに容量の大きなもの（大型かつ大重量のもの）が必要となるとともに、エンジンにおいてもオルタネータの駆動負荷が増大して燃費の悪化がもたらされる。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、製造コストや電力消費の低減等を実現減衰力可変ダンパを提供することを目的とする。

第１の発明は、流体が充填されるとともに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と、前記シリンダを一側液室と他側液室とに区画するとともに、当該シリンダ内を軸方向に移動可能な軸流タービンと、前記車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方に前記軸流タービンに連結するタービンロッドと、前記軸流タービンを回転駆動するタービン駆動手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係る減衰力可変ダンパにおいて、前記軸流タービンは、前記タービンロッドを介して前記タービン駆動手段に連結されたことを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明に係る減衰力可変ダンパにおいて、前記タービン駆動手段は、電気モータを含むとともに、前記タービンロッドの回転エネルギを電気エネルギに変換する発電手段を兼ねたことを特徴とする。

第１の発明によれば、例えば、タービン駆動手段によって軸流タービンを一方向に回転させると、例えば一側液室から他側液室への流体が導入が行われ、他側液室の容積を圧縮させる方向の外力が加わった場合においても、その外力への抗力（減衰力）が増大する。また、軸流タービンを回転させないと、一側液室と他側液室との間での流体が導入が行われず、一側液室や他側液室の容積を圧縮させる方向の外力への抗力（減衰力）が減少する。また、第２の発明によれば、軸流タービンとタービンロッドとの間にタービン駆動手段を設置する必要がなくなり、減衰力可変ダンパの設計や製造が容易となる。また、第３の発明によれば、減衰力が要求されない状況において、減衰力可変ダンパの伸縮動に伴う軸流タービンの回転力を充電用の電気エネルギとすることができ、車載バッテリの小型軽量化やエンジンにおけるオルタネータ駆動負荷の低減等を図ることができる。

以下、図面を参照して、本発明を４輪自動車のリヤサスペンション用減衰力可変ダンパに適用した一実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態に係るリヤサスペンションの斜視図であり、図２は実施形態に係るダンパの縦断面図であり、図３は図２中のIII部拡大図であり、図４は実施形態に係るピストンの分解斜視図である。

《実施形態の構成》
図１に示すように、本実施形態のリヤサスペンション１は、いわゆるＨ型トーションビーム式サスペンションであり、左右のトレーリングアーム２，３や、両トレーリングアーム２，３の中間部を連結するトーションビーム４、懸架ばねである左右一対のコイルスプリング５、左右一対のダンパ６等から構成されており、左右のリヤホイール７，８を懸架している。ダンパ６は、軸流タービン内蔵型の減衰力可変型ダンパであり、トランクルーム内等に設置されたダンパＥＣＵ９と電流制御ユニット１０とによってその減衰力が可変制御される。

＜ダンパ＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ６は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、作動油が充填された円筒状のシリンダ１２と、このシリンダ１２に対して軸方向に摺動するタービンロッド１３と、タービンロッド１３の先端に装着されてシリンダ１２内を上部液室（一側液室）１４と下部液室（他側液室）１５とに区画する軸流タービン１６と、シリンダ１２の下部に高圧ガス室１７を画成するフリーピストン１８と、シリンダ１２の上端に設置されたモータ・ジェネレータユニット（タービン駆動手段）１９と、タービンロッド１３に対して相対回転自在かつ同軸に配置された上部スタッド２０と、タービンロッド１３等への塵埃の付着を防ぐカバー２１と、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ２２とを主要構成要素としている。

シリンダ１２は、下端のアイピース１２ａに嵌挿されたボルト３１を介して、車輪側部材であるトレーリングアーム２の上面に連結されている。また、上部スタッド２０は、一対のブッシュ３２とナット３３とを介して、車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）３４に連結されている。

＜軸流タービン＞
軸流タービン１６は、タービンロッド１３の下端に固着／一体化され、その外周側に右に捻れた複数のタービンブレード２６を備えている。したがって、軸流タービン１６が右回転すると下部液室１５の作動油が上部液室１４に導入され、軸流タービン１６が左回転すると上部液室１４の作動油が下部液室１５に導入される。

＜モータ・ジェネレータユニット＞
モータ・ジェネレータユニット１９は、上下分割式のハウジング４０と、ハウジング４０内に保持された比較的大径の（歯数が多い）タービンギヤ４１と、ハウジング４０内に収容されたモータ・ジェネレータ４２と、モータ・ジェネレータ４２のシャフト４３に一体化された比較的小径の（歯数が少ない）モータギヤ４４と、ハウジング４０にその外輪が保持された上下一対のベアリング４５とを有している。タービンギヤ４１は、タービンロッド１３に一体的に連結されるとともに、ベアリング４５を介してハウジング４０に回転自在に支持されている。モータギヤ４４は、タービンギヤ４１に噛み合っており、モータ・ジェネレータ４２の駆動力を減速してタービンギヤ４１（すなわち、タービンロッド１３）に伝達する。

＜電流制御ユニット＞
電流制御ユニット１０は、昇圧回路やＰＷＭ回路、スイッチ素子等から構成され、車載バッテリ２３とモータ・ジェネレータ４２との間に介装されている。電流制御ユニット１０は、ダンパＥＣＵ９から入力した制御信号によって制御され、車載バッテリ２３からモータ・ジェネレータ４２に駆動電流を供給する、あるいは、モータ・ジェネレータ４２の発生電流を車載バッテリ２３に供給する。

《実施形態の作用》
自動車が走行を開始すると、ダンパＥＣＵ９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に基づき、各車輪についてダンパ６の目標減衰力を設定して電流制御ユニット１０に制御指令を出力する。

例えば、高速旋回走行時等には、自動車の車体に大きな横加速度が作用する。そこで、ダンパＥＣＵ９は、各ダンパ６の減衰力を高めて旋回外側へのロールを抑制すべく、電流制御ユニット１０を介して、車載バッテリ２３からの電流をモータ・ジェネレータ４２に供給する。この際、旋回内側のダンパ６については、図３（ａ）に示すように、下部液室１５内の作動油を上部液室１４側に導入させるように、軸流タービン１６を所定速度で右回転させる。これにより、上部液室１４の圧力が上昇してダンパ６が伸び難くなり（すなわち、伸び側の減衰力が発生し）、車体の旋回内側における浮き上がりが抑制される。また、旋回外側のダンパ６については、図３（ｂ）に示すように、上部液室１４内の作動油を下部液室１５側に導入させるように、軸流タービン１６を所定速度で左回転させる。これにより、下部液室１５内の圧力が上昇してダンパ６が縮み難くなり（すなわち、縮み側の減衰力が発生し）、車体の旋回外側における沈み込みが抑制される。

一方、自動車が平坦路を走行する際等において、ダンパＥＣＵ９は、ダンパ６の減衰力を発生させず（すなわち、車載バッテリ２３からの電流をモータ・ジェネレータ４２に供給せず）、モータ・ジェネレータ４２から車載バッテリ２３に電力が供給されるように電流制御ユニット１０に制御指令を出力する。

小さな凹凸が存在する路面を自動車が走行すると、ダンパ６は短いストロークをもって伸縮する。ダンパ６が伸縮すると、図４（ａ），（ｂ）に示すように、シリンダ１２に対して上下に相対動する軸流タービン１６は作動油によって回転させられ、タービンギヤ４１の歯数がモータギヤ４４の歯数より多いため、モータ・ジェネレータ４２は左右どちらかの回転方向に比較的高速で回転する。すると、モータ・ジェネレータ４２は発電機として働いて電力を発生し、その電力が車載バッテリ２３に供給される（車載バッテリ２３が充電される）。これにより、車載バッテリ２３が比較的小容量のものであっても、ダンパ６による電力消費が緩和されてバッテリの放電が起こり難くなる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明はこの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輪自動車のリヤサスペンションを構成する減衰力可変式ダンパに本発明を適用したものであるが、本発明は、フロントサスペンション用の減衰力可変式ダンパにも適用できるし、２輪自動車等の減衰力可変ダンパ等にも適用可能である。また、上記実施形態では、タービン駆動手段として、シリンダの外部にモータ・ジェネレータを設けたが、タービンロッドと軸流タービンとの間にモータ・ジェネレータを介装させるような構成を採ってもよい。その他、軸流タービン等の具体的形状やダンパの具体的構成、電流制御の具体的方法等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るリヤサスペンションの斜視図である。 実施形態に係るダンパの縦断面図である。 実施形態に係るダンパの減衰力発生時における作動を示す説明図である。 実施形態に係るダンパの発電時における作動を示す説明図である。

符号の説明

２ トレーリングアーム（車輪側部材）
６ ダンパ
１２ シリンダ
１３ ピストンロッド
１４ 上部液室（一側液室）
１５ 下部液室（他側液室）
１６ 軸流タービン
１９ モータ・ジェネレータユニット（タービン駆動手段）
３４ ダンパベース（車体側部材）

Claims (3)

1. 流体が充填されるとともに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と、
   前記シリンダを一側液室と他側液室とに区画するとともに、当該シリンダ内を軸方向に移動可能な軸流タービンと、
   前記車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方に前記軸流タービンに連結するタービンロッドと、
   前記軸流タービンを回転駆動するタービン駆動手段と
   を備えたことを特徴とする減衰力可変ダンパ。
2. 前記軸流タービンは、前記タービンロッドを介して前記タービン駆動手段に連結されたことを特徴とする、請求項１に記載された減衰力可変ダンパ。
3. 前記タービン駆動手段は、電気モータを含むとともに、前記タービンロッドの回転エネルギを電気エネルギに変換する発電手段を兼ねたことを特徴とする、請求項２に記載された減衰力可変ダンパ。

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