JP2009280171A - 減衰力発生装置およびサスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ビスカスカップリングを利用した減衰力発生装置を提供する。
【解決手段】減衰力発生装置１０において、ビスカスカップリング１００の出力軸６２に、モータ回路２００が連結される。モータ回路２００は、シャフト２０とケース体１２の相対回転を受けて減衰力を発生するＤＣモータ２１０を有する。可変抵抗器２１４は、ＤＣモータ２１０の端子に接続される。制御回路３００は、ＤＣモータ２１０の回転数に応じて、可変抵抗器２１４の抵抗値を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ビスカスカップリングを用いた減衰力発生装置、および減衰力発生装置を搭載した車両のサスペンション装置に関する。

従来、ロアアームに左右一対のロッドの外端部が連結され、一対のロッドの内端部間に減衰手段であるロールダンパが設けられたサスペンション装置を開示するものがある（特許文献１参照）。このロールダンパは、中空ケーシングと側板とにより空間を構成し、この空間内において、中空ケーシングの内周面に固着されたアウタープレートと、ロッドの外周面に固着されたインナープレートとが交互に重合され、空間内にシリコンオイルを封入することで、ビスカスカップリングを構成している。このビスカスカップリングにより、左右一対のロッドの相対回転を抑制して、ロールに起因した振動が減衰されるようになっている。ロッドとロールダンパとの間には、ロッドの回転速度を増大させてロールダンパに伝達する遊星歯車機構が設けられている。
特許２８０３８７０号公報

ビスカスカップリングを車両に搭載する場合、小型で大きな減衰力を発生できることが好ましい。ビスカスカップリングは、プレート間隔を狭くすることで大きな減衰力を発生させることができるが、ビスカスカップリングの構造上、プレート間隔を狭めるにも限界があるため、簡易な構造で減衰力を大きくできることが望まれる。また、ビスカスカップリングを構成する部品のガタや慣性などにより減衰力に変動が生じるのは、乗り心地に影響を与えるため、滑らかな減衰力特性を実現することが好ましい。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、減衰力を効果的に発生することのできる減衰力発生装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の減衰力発生装置は、複数の第１プレートが係合された第１伝達部材と、複数の第２プレートが係合された第２伝達部材とが相対回転することにより減衰力を発生するビスカスカップリングと、第１伝達部材と第２伝達部材の相対回転を受けて減衰力を発生するモータを有するモータ回路とを備える。

この態様によると、ビスカスカップリングの相対回転を受けて回転するモータを設けたことで、ビスカスカップリングが発生する減衰力に加えて、モータが減衰力を発生する減衰力発生装置を実現できる。

モータ回路は、モータの端子に接続される可変抵抗器を有してもよく、またモータ回路は、モータの回転数に応じて、可変抵抗器の抵抗値を制御する制御回路をさらに有してもよい。モータで発生する減衰力を可変抵抗器の抵抗値で調整することで、モータが発生する減衰力特性を変化させることができる。

制御回路は、モータの回転数が所定値を超えると、可変抵抗器の抵抗値を大きくしてもよい。これにより、減衰力発生装置における減衰力特性を好適に調整することが可能となる。

制御回路は、モータの回転により生じる電圧または電流をもとに、モータの回転数を検出してもよい。これにより、モータの回転数を簡易に測定することができる。

モータ回路は、モータの端子に電力を供給する電源と、電源からモータに供給する電力を制御する電源制御部とを有してもよい。電源制御部は、第１伝達部材と第２伝達部材の相対回転を受けてモータが回転する方向と同じ方向の回転力を与えるように、電源からモータに電力を供給させてもよい。これにより、減衰力発生装置で発生する減衰力の特性を調整することが可能となる。

電源制御部は、第１伝達部材と第２伝達部材の相対回転が始まるタイミングで、電源からモータに電力を供給させてもよい。また電源制御部は、第１伝達部材と第２伝達部材の相対回転の方向が反転するタイミングで、電源からモータに電力を供給させてもよい。相対回転の開始タイミングや、相対回転方向の反転タイミングでは、所望の減衰力特性が得られないことがあるため、このようなタイミングでモータに電力を供給することで、減衰力特性を改善することが可能となる。

減衰力発生装置は遊星歯車機構をさらに備えてもよい。モータ回路は、遊星歯車機構を介して第１伝達部材に連結されてもよい。また、減衰力発生装置は車両のサスペンション装置に搭載されてもよい。

本発明によれば、減衰力を効果的に発生する減衰力発生装置を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、本発明の実施の形態に係るサスペンション装置１の取付構造を示す。サスペンション装置１は、車輪３を回転可能に支持する支持部材６と、支持部材６を上下に揺動可能に支持するロアアーム４およびアッパアーム５を備える。車両本体２、ロアアーム４、アッパアーム５および支持部材６はリンク機構７を構成し、ロアアーム４およびアッパアーム５は、車両本体２に回転可能に取り付けられる。

実施の形態において、サスペンション装置１は、リンク機構７のジョイント部に減衰力発生装置１０を備えて構成される。実施の形態におけるリンク機構７は、４節リンク機構を構成しており、減衰力発生装置１０は、車両本体２とロアアーム４のジョイント部８ａ、車両本体２とアッパアーム５のジョイント部８ｂ、アッパアーム５と支持部材６のジョイント部８ｃ、ロアアーム４と支持部材６のジョイント部８ｄのいずれに設けられてもよい。図示の例では、減衰力発生装置１０が、車両本体２とロアアーム４のジョイント部８ａを構成している。以下、ジョイント部８ａ〜８ｄを総称する場合には、「ジョイント部８」と呼ぶ。

減衰力発生装置１０は、ケース体と、ケース体から突設されるシャフトを有するビスカスカップリングを含んで構成される。ケース体が１つのリンクに取り付けられ、またシャフトが当該リンクに隣接するリンクに取り付けられることで、隣り合う２つのリンクを相対回転可能に連結するジョイント部８が構成される。図１に示す例では、ケース体が車両本体２に固定され、またシャフトがロアアーム４に連結されることで、ロアアーム４の上下動に応じてシャフトとケース体とが相対回転し、減衰力を発生する。シャフトおよびケース体は、それぞれ連結される部材の動きを伝達する伝達部材として機能する。

なお以下の実施の形態において、リンク機構７の構造は例示であり、サスペンション装置１が他のマルチリンク機構を有してもよい。さらに、図１に示す例では減衰力発生装置１０がジョイント部８ａを構成しているが、他のジョイント部８ｂ、８ｃ、８ｄを構成してもよく、また複数の減衰力発生装置１０が複数のジョイント部８を構成してもよい。

図２は、実施の形態に係る減衰力発生装置１０の構成を示す。減衰力発生装置１０は、ジョイント部８を構成するビスカスカップリング１００と、ビスカスカップリング１００の出力軸６２に連結されるモータ回路２００とを備える。ビスカスカップリング１００は、ロアアーム４に連結されてロアアーム４の上下動に応じて回転するシャフト２０と、環状張出部１４において車両本体２に連結される円筒状のケース体１２を備える。ビスカスカップリング１００は、複数のインナープレート３０が係合された第１伝達部材と、複数のアウタープレート４０が係合された第２伝達部材とを有し、第１伝達部材および第２伝達部材が相対回転することにより減衰力を発生させる。図２に示す減衰力発生装置１０では、プレート支持体５８にインナープレート３０が係合され、ケース体１２にアウタープレート４０が係合される。なお、以下で説明するように、プレート支持体５８はシャフト２０とともに回転し、したがってプレート支持体５８およびシャフト２０を第１伝達部材と呼んでもよい。

なおシャフト２０が車両本体２に連結され、ケース体１２がロアアーム４に連結されてもよく、またシャフト２０およびケース体１２が、リンク機構７における他の隣り合うリンクに連結されてもよい。シャフト２０は、図示しない軸受により、ケース体１２に対して相対回転可能に支持される。

ケース体１２の内部には作動室１６が形成されて、シリコンオイルなどの粘性流体が充填され、作動室１６は、オイルシール２２ａ、２２ｂにより封止される。作動室１６には、シャフト２０に連結された遊星歯車機構１１０が設けられる。図３は、図２に示す減衰力発生装置１０のＡ−Ａ断面を示す。以下、図２および図３を参照して、遊星歯車機構１１０の構造を説明する。

遊星歯車機構１１０は、キャリア５０、連結軸５２、内歯車５４、遊星歯車５６および太陽歯車６０を有して構成される。この遊星歯車機構１１０は、プラネタリ型の機構であり、内歯車５４がケース体１２の内周面に対して固定される。内歯車５４の内側には太陽歯車６０が設けられ、複数の遊星歯車５６が、内歯車５４と太陽歯車６０のそれぞれと噛合して、両者の間に設けられる。キャリア５０は連結軸５２を有し、複数の遊星歯車５６を、軸受を介して円周方向等間隔に回転自在に支持する。これにより遊星歯車５６は、連結軸５２を中心に自転しながら、太陽歯車６０の周囲を公転する。キャリア５０は中心位置においてシャフト２０に連結されて、シャフト２０とともに回転する。キャリア５０に設けられた連結軸５２は、遊星歯車５６の軸受を経由して、プレート支持体５８に固着される。これによりプレート支持体５８は、シャフト２０と同一速度で回転可能となる。太陽歯車６０の中心には、モータ回路２００に連結される出力軸６２が設けられる。シャフト２０および出力軸６２は同軸上に形成される。

図４は、プレート支持体５８を示す。プレート支持体５８は、貫通口を有する円筒部材６４および円板部材６６を有して形成される。貫通口には、出力軸６２が挿通される。円板部材６６の裏面にはキャリア５０から延びる連結軸５２が固着される。また円筒部材６４の外周面に、複数枚のインナープレート３０が連結される。

ビスカスカップリング１００において、ケース体１２の内周面には、複数枚のアウタープレート４０が連結されている。複数枚のインナープレート３０と複数枚のアウタープレート４０は交互に所定の間隔をあけて配置される。

車輪３の挙動によりロアアーム４が上下動すると、シャフト２０が回転して、シャフト２０とケース体１２とが相対回転する。これにより、シャフト２０とともに回転するプレート支持体５８に連結されている複数枚のインナープレート３０と、ケース体１２に連結されている複数枚のアウタープレート４０とが差動回転し、その回転差に応じて粘性流体にせん断力が発生して、トルクが発生する。この発生トルクは、サスペンション装置１における減衰力の一部を構成する。

図５は、ビスカスカップリング１００による差動回転数と発生トルクとの関係を示す。図１に示すようにビスカスカップリング１００を備えた減衰力発生装置１０をサスペンション装置に組み込むと、差動回転数はサスペンションストローク速度、発生トルクは減衰力に対応する。

以下、ビスカスカップリング１００における発生トルクの計算式を示す。

Ｓｎ：プレート間隔（ピッチ）
Ｎ：流体粘度
ｅ：密度
ｒａ：プレート重なり領域の大径
ｒｉ：プレート重なり領域の小径
Δｎ：差動回転（相対回転）数
式１から示されるように、ビスカスカップリング１００では、インナープレート３０とアウタープレート４０の差動回転数に比例の関係でトルクが発生する。

図２にもどって、モータ回路２００は、出力軸６２に連結されたＤＣモータ２１０、ＤＣモータ２１０の端子間に接続される可変抵抗器２１４、端子間電圧を測定する電圧計２１６および可変抵抗器２１４に流れる電流を測定する電流計２１８を備える。電圧計２１６と電流計２１８は、両方が備えられてもよいが、一方のみが設けられていてもよい。またモータ回路２００は、可変抵抗器２１４の抵抗値を調整する制御回路３００を備える。

ＤＣモータ２１０のシャフトは、太陽歯車６０の中心から延出される出力軸６２に連結される。シャフト２０の回転が遊星歯車機構１１０を介して出力軸６２から出力されると、その回転出力はＤＣモータ２１０のシャフトに伝達される。これにより、ＤＣモータ２１０はトルクを発生する。減衰力発生装置１０において、この発生トルクは、減衰力に対応する。

図６は、モータ回路２００によるシャフト回転数と発生トルクとの関係を示す。逆起電圧によるＤＣモータ２１０の発生トルクは、回転数、モータに接続する抵抗の影響を受ける。以下、ＤＣモータ２１０における発生トルクの計算式を示す。

Ｒｍ：モータ内部抵抗（Ω）
Ｒｒ：外部抵抗（Ω）
Ｋ：トルク定数（ｍＮｍ／Ａ）
Ｎ：回転数（ｒｐｍ）
式２に示すように、外部抵抗である可変抵抗器２１４の抵抗値（Ｒｒ）を設定することで、図６に示す発生トルク特性における傾きを制御することが可能となる。すなわち、抵抗値を小さくすることで、モータシャフト回転数に対する発生トルクの上昇度を大きくでき、一方で、抵抗値を大きくすることで、モータシャフト回転数に対する発生トルクの上昇度を小さくできる。

図７は、サスペンションストローク速度と、減衰力発生装置１０の全体の発生減衰力との関係を示す。ライン７０で示される全体の減衰力は、ビスカスカップリング１００により発生される減衰力と、モータ回路２００により発生される減衰力とを含む。図７においては、範囲ａで示される減衰力がビスカスカップリング１００により発生され、範囲ｂで示される減衰力がモータ回路２００により発生されている。このように減衰力発生装置１０は、ビスカスカップリング１００およびモータ回路２００を備えることで、ビスカスカップリング１００による減衰力に加えて、モータ回路２００による減衰力を発生することができる。

一般に、車載部品に限らず、あらゆる部品に小型化の要請がある。部品の小型化を実現することで、部品を搭載する空間を有効利用することができ、また狭い空間に搭載することが可能となる。ビスカスカップリング１００においては、インナープレート３０とアウタープレート４０のプレート間隔を狭めることで、減衰力を大きくできるとともに小型化を実現することができるが、一方で、プレート間隔を狭くするには限界がある。そこで、ビスカスカップリング１００による減衰力に加えて、モータ回路２００も減衰力を生成することで、減衰力発生装置１０の全体としての減衰力を大きくすることが可能となる。

また通常、サスペンション性能には、ストローク速度に対して減衰力が比例の関係で発生することが要求される。しかしながら、大きいストローク速度に対しても比例の関係で減衰力が発生すると乗り心地が悪化する傾向にあり、またサスペンション装置に過大な負荷がかかることになる。そのため、減衰力発生装置１０は、ストローク速度が高くなったときに、発生トルクの上昇度を低下させることが好ましい。

図８は、サスペンションストローク速度と全体の発生減衰力との関係において、モータ回路２００が発生する減衰力特性に変化をもたせた例を示す。図８では、サスペンションストローク速度が所定値Ｒより小さい場合を低域側、Ｒ以上の場合を高域側として示している。図示のように、サスペンションストローク速度の低域側では図７に示す比例の関係を維持しながら、高域側では、可変抵抗器２１４の抵抗値を調整することで、ライン７２に示すようにその傾きを小さくするように設定されることが好ましい。サスペンションストローク速度が大きくなったときに、乗員が感じる減衰力の上昇度を小さくすることで、乗り心地の悪化を解消できる。また、図８に示す減衰力特性を実現すると、サスペンション装置に過度の負荷をかけなくてよいので、サスペンション装置の小型化にも貢献する。

なお減衰力発生装置１０の仕様として、サスペンションストローク速度に対して必要な要求減衰力の下限と上限が定められている。本実施例の減衰力発生装置１０によると、モータ回路２００が可変抵抗器２１４の抵抗値を調整することで、減衰力を可変に生成できる。そこで、減衰力発生装置１０の仕様を守るべく、ビスカスカップリング１００による発生減衰力は、要求減衰力の下限を超えないように設計し、以下で説明する制御回路３００が、要求減衰力の下限と上限の範囲内で、全体として所望の減衰力となるように可変抵抗器２１４の抵抗値を調整する。

以下、リニアな減衰力特性に変化点をもたせる制御について説明する。
図９は、制御回路３００の構成を示す。制御回路３００は、電圧監視部３０２、電流監視部３０４、回転数検出部３０６および抵抗器制御部３０８を備える。電圧監視部３０２は、電圧計２１６で測定される逆起電圧値を監視する。電流監視部３０４は、電流計２１８で測定される電流値を監視する。回転数検出部３０６は、ＤＣモータ２１０の回転数を検出する。検出した回転数は、抵抗器制御部３０８に供給される。

回転数検出部３０６は、電圧監視部３０２で監視している電圧値をもとに、ＤＣモータ２１０の回転数を検出してもよい。ＤＣモータ２１０で発生する電圧は、回転数に比例する。この比例関係を利用することで、回転数検出部３０６は、ＤＣモータ２１０の回転数を演算により導出することができる。

また回転数検出部３０６は、電流監視部３０４で監視している電流値をもとに、ＤＣモータ２１０の回転数を検出してもよい。ＤＣモータ２１０で発生する電流は、回転数に応じた交流波形をもつ。そのため、発生電流の変動周期を検出することで、回転数検出部３０６は、ＤＣモータ２１０の回転数を導出することができる。

このように回転数検出部３０６は、モータ回転数を検出することで、サスペンションストローク速度を算出することができる。また回転数検出部３０６は、電圧監視部３０２および／または電流監視部３０４の監視結果をもとにモータ回転数を検出することで、サスペンションストロークを検出するセンサなどの機器を不要にできる。これにより、車両システム全体のコストを低減できる。

抵抗器制御部３０８は、回転数検出部３０６で導出された回転数をもとに、可変抵抗器２１４の抵抗値を制御する。図８のライン７２で示す減衰力特性を実現する場合、サスペンションストローク速度がＲを超えると、抵抗器制御部３０８は、可変抵抗器２１４の抵抗値をｒ１から、より大きな値ｒ２に変化させる。なお、ＤＣモータ２１０の回転数とサスペンションストローク速度の相対的な関係は、遊星歯車機構１１０を構成する歯車の歯数に依存する。

以下、遊星歯車機構１１０による回転数およびトルクの伝達について説明する。内歯車５４の歯数をＺｒ、太陽歯車６０の歯数をＺｓとする。なおシャフト２０と出力軸６２の回転方向は同じである。

まず回転数について検討する。内歯車５４に対するキャリア５０の回転数を１とすると、内歯車５４に対する太陽歯車６０の回転数は、（１＋Ｚｒ／Ｚｓ）となる。したがって、キャリア５０と太陽歯車６０の回転数比は（１＋Ｚｒ／Ｚｓ）となり、太陽歯車６０の出力軸６２に連結されているＤＣモータ２１０は、キャリア５０に連結されているシャフト２０よりも高回転となる。

次にトルクについて検討する。内歯車５４に対するキャリア５０のトルクを１とすると、内歯車５４に対する太陽歯車６０のトルクは、（１／（１＋Ｚｒ／Ｚｓ））となる。したがって、キャリア５０と太陽歯車６０のトルク比は（１／（１＋Ｚｒ／Ｚｓ））となる。

減衰力発生装置１０が遊星歯車機構１１０を備えることで、シャフト２０よりも高回転で駆動される出力軸６２により、ＤＣモータ２１０は大きなトルクを発生することができる。また、ＤＣモータ２１０で発生したトルクは、ギア比分倍力されてシャフト２０に伝達される。このように、遊星歯車機構１１０を設けたことで、ＤＣモータ２１０は、小型のものであっても大きなトルク（減衰力）をシャフト２０に伝達することが可能となり、モータ回路２００を安価に構成できるだけでなく、減衰力発生装置全体の小型化も実現可能となる。また、ビスカスカップリング１００およびＤＣモータ２１０を同軸に配置することができるため、減衰力発生装置１０の動作時には横力の発生がなく、スムーズな動作を実現することができる。

抵抗器制御部３０８は、遊星歯車機構１１０におけるキャリア５０と太陽歯車６０の回転数比（１＋Ｚｒ／Ｚｓ）を用いて、回転数検出部３０６で導出された回転数からサスペンションストローク速度を算出する。この算出したサスペンションストローク速度が図８に示すＲを超えると、抵抗器制御部３０８は、可変抵抗器２１４の抵抗値ｒ１を、より大きな抵抗値ｒ２に変化させる。逆に、サスペンションストローク速度が下がり、Ｒを下回ると、抵抗器制御部３０８は、可変抵抗器２１４の抵抗値をｒ２からｒ１に戻す。なお、抵抗値の制御は、複数の基準となるサスペンションストローク速度に基づいて行われてもよい。たとえば、判定基準となるサスペンションストローク速度Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３（Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ３）を予め設定し、また抵抗値をｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４（ｒ１＜ｒ２＜ｒ３＜ｒ４）として用意する。

図１０は、サスペンションストローク速度の範囲と抵抗値との関係を記述した対応テーブルを示す。抵抗器制御部３０８は、この対応テーブルを保持する。抵抗器制御部３０８は、算出したサスペンションストローク速度をもとに、対応テーブルを参照して、設定するべき抵抗値を取得する。このように、可変抵抗器２１４の抵抗値を細かく制御することで、減衰力発生装置１０の所望の減衰力特性を実現することが可能となる。

以上は、可変抵抗器２１４の抵抗値がサスペンションストローク速度との関係で制御される場合であるが、抵抗値は、ＤＣモータ２１０の回転数との関係で直接制御されてもよい。その場合は、抵抗器制御部３０８が、モータ回転数の範囲と抵抗値との関係を記述した対応テーブルを保持し、その対応テーブルを参照して所望の抵抗値を取得する。

抵抗器制御部３０８は、対応テーブルから取得した抵抗値となるように可変抵抗器２１４を制御する。具体的に抵抗器制御部３０８は、可変抵抗器２１４の可動端子を移動させることで、抵抗値を設定する。これによりモータ回路２００は、サスペンションストローク速度に対する減衰力の上昇度を変化させることができ、乗員に心地のよいストローク動作を提供することが可能となる。

図１１は、実施の形態に係る減衰力発生装置の構成の変形例を示す。減衰力発生装置１０ａは、ビスカスカップリング１００と、ビスカスカップリング１００の出力軸６２に連結されるモータ回路２００ａとを備える。モータ回路２００ａは、図２に示すモータ回路２００と同様に、出力軸６２に連結されたＤＣモータ２１０、ＤＣモータ２１０の端子間に接続される可変抵抗器２１４、端子間電圧を測定する電圧計２１６および可変抵抗器２１４に流れる電流を測定する電流計２１８を備える。またモータ回路２００ａは、これらの構成に加えて、直流電源として構成される電源２２０と、制御回路３００ａとを備える。電源２２０は、制御回路３００ａにより制御されて、ＤＣモータ２１０に対して直流電圧を供給する。電源２２０は、ＤＣモータ２１０を正方向および逆方向に駆動するための直流電圧を供給するように構成されてよい。なお電源２２０は、図示されるようにＤＣモータ２１０および可変抵抗器２１４の間に直列に配置されてもよいが、並列に配置されてもよく、いずれにしてもＤＣモータ２１０に電力を供給できる位置に配置されていればよい。

図１２は、サスペンション装置１の動き始めに減衰力発生装置１０ａが発生するトルクの推移を説明するための図である。縦軸は、減衰力発生装置１０ａによる発生トルクを示し、横軸は、サスペンションストローク速度を示す。ライン７４は、サスペンション装置１が静止状態から動き始めるときの理想的なトルク特性を示す。理想的なトルク特性では、サスペンションストローク速度の上昇にともなって、リニアにトルクが上昇する。一方、ライン７６は、サスペンション装置１が静止状態から動き始めるときの実際のトルク特性を示す。実際のトルク特性では、サスペンション装置１が動き始めるときに、サスペンションストローク速度に比して、トルクがリニアな関係にならず、過剰に上昇する。

この過剰上昇の要因としては、たとえば減衰力発生装置１０の摩擦部位における静摩擦、オイルシール２２ｂによる出力軸６２の締め付け力、遊星歯車機構１１０における歯車のバックラッシュなどがあげられる。これらが回転に対する抵抗となり、サスペンション装置１が始動して、シャフト２０の回転が始まっても、シャフト２０は回転しにくい状態にある。そのため回転数はあがらないが、発生トルクが過剰に大きくなるという現象が発生する。減衰力発生装置１０における各部材が動き出した後は、過剰なトルクは解消されるが、このときのトルク変動が急激なために、乗り心地が悪化することがある。なお、静止状態から動き出した後は、動摩擦などの影響により、サスペンションストローク速度に対して、理想のトルク特性よりも若干大きなトルクが発生する。

図１３は、サスペンション装置１のサスペンションストロークの動作方向が反転するときに発生するトルクの推移を説明するための図である。図１３は、一例として、サスペンションストロークが縮んだ状態から伸びる方向に変化するときのトルクの推移を示す。ここでは図中の右上からストローク速度が徐々に減少して、最も収縮した状態でストローク速度が０となり、それから図中左下の方向（伸びる方向）にストローク速度が徐々に増加している様子が示されている。

ライン７８は、サスペンション装置１が収縮して、伸びるときの理想的なトルク特性を示す。サスペンションストロークが最も収縮した状態に近づくにつれて、サスペンションストローク速度は０に近づき、最も収縮した状態から伸びていくにつれて、縮み側とは反対方向のサスペンションストローク速度が大きくなっていく。理想的なトルク特性では、サスペンションストローク速度の変化にともなって、リニアにトルクが変化する。一方、ライン８０は、サスペンション装置１が収縮して伸びるときの実際のトルク特性を示す。実際のトルク特性では、サスペンション装置１のストロークが反転するときに、急激なトルク変動が発生する。

この要因としては、図１２に関連して説明したように、減衰力発生装置１０の摩擦部位における摩擦や、歯車のバックラッシュ、また各部の慣性力などがあげられる。そのため、サスペンションストロークの反転時には、ライン８０に示すように、発生トルクが急激に変化するようになる。

図１２、図１３に示すようなトルク特性を改善するべく、減衰力発生装置１０ａは、電源２２０からＤＣモータ２１０に供給する電力を制御することで、滑らかなトルク変化を実現する。

図１４は、制御回路３００ａの構成を示す。制御回路３００ａは、電圧監視部３０２、電流監視部３０４、回転数検出部３０６、状態判定部３１０および電源制御部３１２を備える。電圧監視部３０２は、電圧計２１６で測定される逆起電圧値を監視する。電流監視部３０４は、電流計２１８で測定される電流値を監視する。回転数検出部３０６は、ＤＣモータ２１０の回転数を検出する。検出した回転数は、状態判定部３１０に供給される。

状態判定部３１０は、回転数検出部３０６で導出された回転数を監視して、サスペンションストロークの状態を判定する。具体的に状態判定部３１０は、サスペンション装置１が動き始めの状態にあるか、またはサスペンション装置１の動きが反転する状態にあるかを判定する。

状態判定部３１０は、回転数が０を維持していた状態から所定の閾値を超えたときに、サスペンション装置１が動き始めたことを判定する。回転数が０を維持していた状態は、たとえば回転数が０の状態が数分などの所定時間続いたことにより判定されてもよい。また状態判定部３１０は、サスペンション装置１の動作中に、回転数が徐々に減少して０に近づいている場合に、サスペンションストロークの動作が反転する状態にあることを判定する。

サスペンション装置１が動き始めの状態にあることが判定されると、電源制御部３１２は、図１２のライン７６に示すトルク特性が滑らかになるように、電源２２０からＤＣモータ２１０に電力を供給させる。すなわち図１２のライン７６に示すトルク特性では、動き始めに静摩擦などの抵抗により回転数があがらず、大きなトルク変動が発生するが、このトルクの向きと逆方向のトルクを与えることで、急激なトルク変動を抑制することが可能となる。

図１５は、サスペンション装置１の動き始め時に発生するトルク特性を改善した例を示す。ライン８２は、動き始め時においてＤＣモータ２１０に電力を供給することで、ライン７６で示される過大なトルクが相殺された滑らかなトルク特性を示す。動き始め時においては、減衰力発生装置１０における各部材の静摩擦などにより、ＤＣモータ２１０が回転しにくい状態にある。そこで、電源制御部３１２は、シャフト２０とケース体１２の相対回転を受けてＤＣモータ２１０が回転する方向と同じ方向の回転力を与えるように、電源２２０からＤＣモータ２１０に電力を供給させて、ＤＣモータ２１０の回転をアシストする。これにより、ライン８２に示すような滑らかなトルク特性を実現できる。

電源制御部３１２は、状態判定部３１０で判定されたサスペンションストロークの状態によって、ＤＣモータ２１０に供給する電力を決定する。電源制御部３１２は、サスペンションストロークの状態と、それに応じてＤＣモータ２１０に供給する電力との関係を規定するテーブルを保持する。電力印加テーブルでは、サスペンションストロークの状態ごとに、印加する電力が時間との関係で定められる。

図１５に示すように、サスペンションストロークの動き始めにおいては、ライン７６に示す特性でトルクが変動することが予め知られている。ライン７６で示すトルク変動を滑らかにして、ライン８２で示すトルク特性とするためには、動き始めた瞬間からサスペンションストローク速度がＲ２となるまでの間に、電源制御部３１２が、出力軸６２とともに回転するＤＣモータ２１０の回転方向と同じ方向の回転力を発生する電力を電源２２０からＤＣモータ２１０に供給すればよい。電源制御部３１２は、たとえばＰＷＭ制御により、電源２２０からＤＣモータ２１０に供給する電力を設定してもよい。

具体的に電力印加テーブルでは、サスペンションストローク速度がＲ１となるまでの印加電力を次第に大きくし、それからサスペンションストローク速度がＲ２となるまでの印加電力を徐々に下げていくように、印加電力を設定する。電力印加テーブルでは、印加する電力が印加開始時刻からの時間との関係で予め定められており、電源制御部３１２は、サスペンションストロークが動き始めの状態にある場合には、電力印加テーブルで特定される印加特性にしたがって、フィードフォワード形式で電源２２０を制御して、ＤＣモータ２１０に電力を供給する。これにより電源制御部３１２は、減衰力発生装置１０ａで過剰に発生するトルクを相殺するトルクをＤＣモータ２１０で創出することができ、動き始め時の過大なトルク変動を抑制することが可能となる。なお、電力印加テーブルでは、印加する電力が、サスペンションストローク速度に対して定められていてもよく、この場合、電源制御部３１２は、ＤＣモータ２１０の回転数からサスペンションストローク速度を算出して、そのサスペンションストローク速度に応じた電力をフィードバック形式で電源２２０からＤＣモータ２１０に供給するように制御してもよい。

図１６は、サスペンション装置１のサスペンションストロークが縮んだ状態から伸びる方向に変化するときに発生するトルク特性を改善した例を示す。ライン８４は、サスペンションストロークの動きが反転するときに、ＤＣモータ２１０に電力を供給することで、ライン８０で示される急激なトルク変動を滑らかにしたトルク特性を示す。

図１６に示すように、サスペンションストロークの動きの反転時においては、ライン８０に示す特性でトルクが変動することが予め知られている。ライン８０で示すトルク変動を滑らかにして、ライン８４で示すトルク特性とするためには、サスペンションストロークが収縮して、サスペンションストローク速度が徐々に小さくなってＲ３となり、ストロークが反転して逆方向のサスペンションストローク速度がＲ４となるまでの間に、電源制御部３１２が、出力軸６２とともに回転するＤＣモータ２１０の回転方向とは同じ方向の回転力を発生する電力を電源２２０からＤＣモータ２１０に供給すればよい。

具体的に電力印加テーブルでは、収縮時のサスペンションストローク速度がＲ３になってから、ＤＣモータ２１０の回転方向と同じ方向の回転力を発生させる電力を印加し、サスペンションストロークが最も収縮したときに、電力の向きを反転して、それから逆方向のサスペンションストローク速度がＲ４となるまで、またＤＣモータ２１０の回転方向と同じ方向の回転力を発生させる電力を印加するように、印加電力を設定する。電力印加テーブルでは、印加する電力が印加開始時刻からの時間との関係で予め定められており、電源制御部３１２は、サスペンションストローク速度がＲ３となったときに、電力印加テーブルで特定される印加特性にしたがって、フィードフォワード形式で電源２２０を制御して、ＤＣモータ２１０に電力を供給する。これにより電源制御部３１２は、ストロークの反転時に生じる急激なトルク変動を相殺するトルクをＤＣモータ２１０で創出することができ、ストローク反転時の急激なトルク変動を抑制することが可能となる。

なお、サスペンションストロークの伸縮の周波数は、路面などの状態によって定められる。そこで電力印加テーブルでは、印加する電力が、サスペンションストローク速度に対して定められていてもよく、この場合、電源制御部３１２は、ＤＣモータ２１０の回転数からサスペンションストローク速度を算出して、そのサスペンションストローク速度に応じた電力をフィードバック形式で電源２２０からＤＣモータ２１０に供給するように制御してもよい。これにより、サスペンション装置１の動作状態に応じてＤＣモータ２１０の回転をアシストでき、快適な乗り心地を提供することが可能となる。

以上は、サスペンションストロークが収縮してから伸びるときの電力制御であるが、サスペンションストロークが伸びきってから収縮するときの電力制御についても同様である。電力印加テーブルは、それぞれの場合における電力印加特性を予め保持しておくことが好ましい。

本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施の形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

本発明の実施の形態に係るサスペンション装置の取付構造を示す図である。 実施の形態に係る減衰力発生装置の構成を示す図である。 図２に示す減衰力発生装置のＡ−Ａ断面を示す図である。 プレート支持体を示す図である。 ビスカスカップリングによる差動回転数と発生トルクとの関係を示す図である。 モータ回路によるシャフト回転数と発生トルクとの関係を示す図である。 サスペンションストローク速度と、減衰力発生装置の全体の発生減衰力との関係を示す図である。 サスペンションストローク速度と全体の発生減衰力との関係において、モータ回路が発生する減衰力特性に変化をもたせた例を示す図である。 制御回路の構成を示す図である。 サスペンションストローク速度の範囲と抵抗値との関係を記述した対応テーブルを示す図である。 実施の形態に係る減衰力発生装置の構成の変形例を示す図である。 サスペンション装置の動き始めに減衰力発生装置が発生するトルクの推移を説明するための図である。 サスペンション装置のサスペンションストロークの動作方向が反転するときに発生するトルクの推移を説明するための図である。 制御回路の構成を示す図である。 サスペンション装置の動き始め時に発生するトルク特性を改善した例を示す図である。 サスペンション装置のサスペンションストロークが縮んだ状態から伸びる方向に変化するときに発生するトルク特性を改善した例を示す図である。

符号の説明

１・・・サスペンション装置、７・・・リンク機構、８・・・ジョイント部、１０、１０ａ・・・減衰力発生装置、１２・・・ケース体、１６・・・作動室、２０・・・シャフト、２２・・・オイルシール、３０・・・インナープレート、４０・・・アウタープレート、５０・・・キャリア、５２・・・連結軸、５４・・・内歯車、５６・・・遊星歯車、５８・・・プレート支持体、６０・・・太陽歯車、６２・・・出力軸、６４・・・円筒部材、６６・・・円板部材、１００・・・ビスカスカップリング、１１０・・・遊星歯車機構、２００、２００ａ・・・モータ回路、２１０・・・ＤＣモータ、２１４・・・可変抵抗器、２１６・・・電圧計、２１８・・・電流計、２２０・・・電源、３００、３００ａ・・・制御回路、３０２・・・電圧監視部、３０４・・・電流監視部、３０６・・・回転数検出部、３０８・・・抵抗器制御部、３１０・・・状態判定部、３１２・・・電源制御部。

Claims (10)

1. 複数の第１プレートが係合された第１伝達部材と、複数の第２プレートが係合された第２伝達部材とが相対回転することにより減衰力を発生するビスカスカップリングと、
   前記第１伝達部材と前記第２伝達部材の相対回転を受けて減衰力を発生するモータを有するモータ回路と、
   を備えることを特徴とする減衰力発生装置。
2. 前記モータ回路は、
   前記モータの端子に接続される可変抵抗器を有することを特徴とする請求項１に記載の減衰力発生装置。
3. 前記モータ回路は、
   モータの回転数に応じて、前記可変抵抗器の抵抗値を制御する制御回路をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の減衰力発生装置。
4. 前記制御回路は、モータの回転数が所定値を超えると、前記可変抵抗器の抵抗値を大きくすることを特徴とする請求項３に記載の減衰力発生装置。
5. 前記制御回路は、モータの回転により生じる電圧または電流をもとに、モータの回転数を検出することを特徴とする請求項３または４に記載の減衰力発生装置。
6. 前記モータ回路は、
   前記モータの端子に電力を供給する電源と、
   前記電源から前記モータに供給する電力を制御する電源制御部とを有し、
   前記電源制御部は、前記第１伝達部材と前記第２伝達部材の相対回転を受けて前記モータが回転する方向と同じ方向の回転力を与えるように、前記電源から前記モータに電力を供給させることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の減衰力発生装置。
7. 前記電源制御部は、前記第１伝達部材と前記第２伝達部材の相対回転が始まるタイミングで、前記電源から前記モータに電力を供給させることを特徴とする請求項６に記載の減衰力発生装置。
8. 前記電源制御部は、前記第１伝達部材と前記第２伝達部材の相対回転の方向が反転するタイミングで、前記電源から前記モータに電力を供給させることを特徴とする請求項６に記載の減衰力発生装置。
9. 遊星歯車機構をさらに備え、
   前記モータ回路は、遊星歯車機構を介して前記第１伝達部材に連結されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の減衰力発生装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の減衰力発生装置を搭載した車両のサスペンション装置。

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