JP2011126405A

JP2011126405A - セミアクティブサスペンション

Info

Publication number: JP2011126405A
Application number: JP2009286092A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Ishikawa; 貴章石川
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2011-06-30

Abstract

【課題】本発明は走行時に発生する路面振動の振動エネルギに着目し、この振動エネルギの再利用を図ることでコストを抑え、燃費の向上を図ったセミアクティブサスペンションを提供することを目的とする。
【解決手段】リーフスプリング上に装着され、路面からの振動加速度を検出する加速度センサと、フレームとアクスルとの間に装着された減衰力可変型ショックアブソーバと、前記加速度センサからの検出信号と前記減衰力可変型ショックアブソーバに組み込まれた減衰力センサからの減衰力信号を受信して、前記減衰力可変型ショックアブソーバのアクチュエータに指令を送出する制御手段とを備えたセミアクティブサスペンションに於て、複数のリーフスプリング間に圧電素子を挟み込み、路面振動による圧電素子の変形で生じた電力を前記アクチュエータに供給すると共に、前記加速度センサを圧電素子で構成し、該圧電素子で路面からの振動加速度をセンシングして前記制御手段に送出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はセミアクティブサスペンションに係り、詳しくは走行時の路面振動の振動エネルギに着目したセミアクティブサスペンションに関する。

従来、大型トラックやトラクタ等のサスペンションにはリーフスプリングを用いた構造のものが多く、例えばリヤの車軸を二軸とした後二軸車に使用されるサスペンションとしてトラニオン式サスペンションが広く知られている。

周知のようにトラニオン式サスペンションは、トラニオンブラケットによってフレームに固定されたトラニオンシャフトと、該トラニオンシャフト上にスプリングシートを介してＵボルトによって取り付けられた複数のリーフスプリングを備えている。

そして、リーフスプリングは後前軸と後後軸のアクスル上にコンタクトシートを介して支持されており、これによって荷重を支えている。

また、リーフスプリングはコンタクトシートに接しているだけであるため、通常、複数本のトルクロッドをトラニオンブラケットとアクスルのブラケットとの間に連結してアクスルの位置決めを行い、且つこれらのトルクロッドで駆動力と制動力の反力を受けてフレームに伝えるようになっている。

更に、昨今、この種のリーフスプリングを用いたサスペンションに於て、加速度センサと減衰力可変型ショックアブソーバを用いて荷台振動、乗り心地の向上を図ったセミアクティブサスペンションが知られている。

このセミアクティブサスペンションは、リーフスプリング上に装着され、路面からの振動加速度を検出する加速度センサと、フレームとアクスルとの間に装着された減衰力可変型ショックアブソーバと、加速度センサからの検出信号と減衰力可変型ショックアブソーバに組み込まれた減衰力センサからの減衰力信号を受信して、減衰力可変型ショックアブソーバのアクチュエータに指令を送出する制御手段とを備え、制御手段は、減衰力可変型ショックアブソーバの最適な減衰力を制御することで、従来のリーフスプリングを用いた従来のサスペンションに比し更なる荷台振動、乗り心地の向上を図ったものである。

ところで、リーフスプリングを用いたこの種のサスペンションは走行時に多くの振動エネルギが発生するが、この振動エネルギは再利用されることなく浪費されているのが実情で、前記セミアクティブサスペンションに於ても、振動エネルギが再利用されることなく浪費されている。

また、特許文献１には、路面から車輪を介して入力された荷重変動のエネルギを有効利用できる車両用サスペンション装置として、コイルスプリング上部のアッパスプリングシートとダンパハウジングとの間、及びコイルスプリングの下部とロアスプリングシートとの間に圧電素子を装着し、路面から入力された荷重変動により圧電素子に生じた電力を取り出して、これをバッテリに充電するサスペンション装置が開示されている。

特開２００５−１６２０８２号公報

しかし乍ら、コイルスプリングを利用した特許文献１のサスペンション装置は、既述したようにコイルスプリングの上部と下部の２箇所に圧電素子を装着したに過ぎず、而も、大きい振動が多く発生するリーフスプリングに比し、コイルスプリングを用いたサスペンションは振動幅が小さく、また、圧電素子に対する接触面積が小さいこともあって十分な電力を得ることができないのが実情である。

一方、既述した従来のセミアクティブサスペンションは、加速度センサを新たに使用することで部品点数が増加してコストが高くついてしまう欠点がある。

また、減衰力可変型ショックアブソーバは、一般的にアクチュエータによりコントロールロッドを介してロータリーバルブを回転させてバイパス通路を開閉する構造となっているが、アクチュエータの駆動は車両に搭載したバッテリを電源としているため、結果的に燃費悪化に繋がってしまう不具合が指摘されていた。

本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、リーフスプリングを用いたサスペンションの荷台振動、乗り心地の向上を図るセミアクティブサスペンションに改良を加え、走行時に発生する路面振動の振動エネルギに着目し、この振動エネルギの再利用を図ることでコストを抑え、燃費の向上を図ったセミアクティブサスペンションを提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、リーフスプリング上に装着され、路面からの振動加速度を検出する加速度センサと、フレームとアクスルとの間に装着された減衰力可変型ショックアブソーバと、前記加速度センサからの検出信号と前記減衰力可変型ショックアブソーバに組み込まれた減衰力センサからの減衰力信号を受信して、前記減衰力可変型ショックアブソーバのアクチュエータに指令を送出する制御手段とを備えたセミアクティブサスペンションに於て、複数の前記リーフスプリング間に圧電素子を挟み込み、路面振動による圧電素子の変形で生じた電力を前記アクチュエータに供給すると共に、前記加速度センサを前記圧電素子で構成し、該圧電素子で路面からの振動加速度をセンシングして前記制御手段に送出することを特徴とする。

そして、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のセミアクティブサスペンションに於て、前記圧電素子は、発電ブロックと加速度センサブロックが一体とされた一つの圧電素子ユニットからなり、前記発電ブロックが前記減衰力可変型ショックアブソーバに接続され、前記加速度センサブロックが前記制御手段に接続されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、圧電素子を複数のリーフスプリング９の間に挟み込むことで、路面振動の上下力を受けて圧電素子が夫々変形して発電、加速度センシングの両方が可能となる。

この結果、従来利用されることなく浪費されていたリーフスプリング間に発生する大きな振動エネルギの再利用を図ることで、所謂自己発電型セミアクティブサスペンションとしてアクチュエータを車載のバッテリを使用することなく駆動でき、燃費の向上に繋がる。

而も、リーフスプリング９間に多くの圧電素子を設置でき、圧電素子に対する接触面積も広いため、大きな発電量が得られる利点を有する。

また、セミアクティブサスペンションに必要なバネ上の加速度測定に、発電効果も持った圧電素子を用いることで、従来の如き特別な加速度センサが必要なくなり、この結果、部品点数が少なくなってコストの削減が図れる利点を有する。

そして、請求項２に係る発明によれば、圧電素子ユニットは、発電ブロックと加速度センサブロックが一体とされた一つのユニット体であるため、取付作業性に優れた利点を有する。

請求項１及び請求項２に係るセミアクティブサスペンションを後二軸車のトラニオン式サスペンションに適用した一実施形態の側面図である。図１のセミアクティブサスペンションの全体斜視図である。リーフスプリングの側面図である。リーフスプリングの平面図である。圧電素子ユニットの全体斜視図である。セミアクティブサスペンションのシステム概略図である。請求項１及び請求項２に係るセミアクティブサスペンションをフロントサスペンションに適用した一実施形態の全体斜視図である。リーフスプリングの側面図である。セミアクティブサスペンションのシステム概略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、請求項１及び請求項２に係る発明を後二軸車のトラニオン式サスペンションに適用した一実施形態を示し、図に於て、１はトラニオンブラケット３によってフレーム５に固定されたトラニオンシャフトで、該トラニオンシャフト１上にスプリングシート７を介して複数のリーフスプリング９がＵボルト１１によって取り付けられている。

リーフスプリング９は後前軸と後後軸のアクスル１３、１５上にコンタクトシート１７、１９を介して支持されており、これによって荷重を支えている。

また、リーフスプリング９はコンタクトシート１７、１９に接しているだけであるため、複数本のトルクロッド２１をアクスル１３、１５のブラケット２３、２５に連結してアクスル１３、１５の位置決めを行い、且つこれらのトルクロッド２１で駆動力と制動力の反力を受けてフレーム５に伝えるようになっている。

そして、後前軸と後後軸のブラケット２３、２５とフレーム５との間に、夫々、従来周知の減衰力可変型ショックアブソーバ（以下、「ショックアブソーバ」という）２７、２９が装着されている。

尚、図１は本実施形態に係るセミアクティブサスペンションＳ１の左側面図を示しており、図２に示すようにフレーム５の右側にも、後前軸と後後軸のアクスルのブラケットとフレーム５との間に同じくショックアブソーバ３１、３３が装着されている。

従来と同様、これらのショックアブソーバ２７、２９、３１、３３は、上部に取り付くアクチュエータ３５でシリンダ３７内部のコントロールロッドを介してロータリーバルブを回転させてバイパス通路を開閉する構造となっており、バイパス通路を閉じると、シリンダ３７内のオイルはピストンに設けたハード減衰力を決定するピストンバルブのみを流れ、最もハードな減衰力となる。

一方、バイパス通路を全開にすると、シリンダ３７内のオイルはソフトの減衰力を決定するバイパスバルブのみを通って流れ、最もソフトな減衰力となる。

そして、バイパス通路の開度を中間状態にすると、その度合いに応じてピストンバルブとバイパスバルブを流れる流量比が変化して、ハードとソフトの中間の減衰力特性が得られるようになっている。

而して、本実施形態に係るセミアクティブサスペンションＳ１は、上述の如き従来と同様の構成に加え、図１乃至図４に示すように複数のリーフスプリング９の両端の間に、夫々、圧電素子を用いた圧電素子ユニット３９を挟み込んで接着したことを特徴とする。

図５に示すように圧電素子ユニット３９は、発電部（発電ブロック）３９ａとセンサ部（加速度センサブロック）３９ｂが一体とされた一つのユニット体で、発電部３９ａは周知の圧電素子４１を上下から板材等で挟持した構造となっている。

一方、センサ部３９ｂは、圧電素子４３を路面振動の上下方向の加速度、即ち、振動加速度（入力）を検出する加速度センサとして利用したもので、外部から加えられた振動を圧電効果により電圧に変換することで振動を電気的に検出する。

このように圧電素子４１、４３を備えた圧電素子ユニット３９を複数のリーフスプリング９の端部の間に挟み込むことで、路面振動の上下力を受けて圧電素子４１、４３が夫々変形することで、発電、加速度センシングの両方が可能である。

そして、図５及び図６に示すように各圧電素子ユニット３９の発電部３９ａは、夫々、線材４５を介して各々の近傍に配置されたショックアブソーバ２７、２９、３１、３３のアクチュエータ３５に接続されており、路面振動による圧電素子４１の変形で生じた電力が各アクチュエータ３５に供給されてこれらの動力源となっている。

一方、図５及び図６に示すように各圧電素子ユニット３９のセンサ部３９ｂは、夫々、線材４５を介してＥＣＵ（制御手段）４７に接続されており、既述したように圧電素子４３でセンシングした路面からの振動加速度を電気的に検出してＥＣＵ４７に送出している。

また、従来と同様、ショックアブソーバ２７、２９、３１、３３内には減衰力センサ（図示せず）が組み込まれており、ＥＣＵ４７はこの減衰力センサからの減衰力信号と、前記センサ部３９ｂからの振動加速度の検出信号とを受信して、ショックアブソーバ２７、２９、３１、３３による最適な減衰力となるように夫々のアクチュエータ３５に指令を送出して、ショックアブソーバ２７、２９、３１、３３内のロータリーバルブを回転させるようになっている。

本実施形態に係るセミアクティブサスペンションＳ１はこのように構成されており、リーフスプリング９が使用された構造上、車両の走行に伴い多くの振動エネルギが発生するが、路面振動の上下力が圧電素子ユニット３９に加わり、路面からの振動入力により発電部３９ａ内の圧電素子４１が変形して発電を行い、この電力が各アクチュエータ３５に供給されてこれらの動力源となる。

また、路面振動の上下力が圧電素子ユニット３９に加わることで、センサ部３９ｂの圧電素子４３が路面からの振動加速度をセンシングしてＥＣＵ４７に送出する。

そして、ショックアブソーバ２７、２９、３１、３３内の減衰力センサからＥＣＵ４７に減衰力信号が送出されており、ＥＣＵ４７はセンサ部３９ｂからの振動加速度とこの減衰力信号を基に、ショックアブソーバ２７、２９、３１、３３による最適な減衰力となるように夫々のアクチュエータ３５に指令を送出し、アクチュエータ３５はこの指令に従いショックアブソーバ２７、２９、３１、３３内のロータリーバルブを回転させ、既述したようにアクチュエータ３５は発電部３９ａから供給された電力で駆動する。

このように、圧電素子４１、４３を備えた圧電素子ユニット３９を複数のリーフスプリング９の端部の間に挟み込むことで、路面振動の上下力を受けて圧電素子４１、４３が夫々変形して発電、加速度センシングの両方が可能となる。

この結果、本実施形態によれば、従来利用されることなく浪費されていたリーフスプリング間に発生する大きな振動エネルギの再利用を図ることで、所謂自己発電型セミアクティブサスペンションとしてアクチュエータ３５を車載のバッテリを使用することなく駆動でき、燃費の向上に繋がる。

而も、特許文献１の従来例に比しリーフスプリング９間に多くの圧電素子ユニット３９を設置でき、圧電素子４１、４３に対する接触面積も広いため、斯かる従来例に比し大きな発電量が得られる利点を有する。

また、セミアクティブサスペンションに必要なバネ上の加速度測定に、発電効果も持った圧電素子ユニット３９を用いることで、従来の如き特別な加速度センサが必要なくなり、この結果、部品点数が少なくなってコストの削減が図れる利点を有する。

而も、圧電素子ユニット３９は、発電部３９ａとセンサ部３９ｂが一体とされた一つのユニット体であるため、取付作業性に優れた利点を有する。

図７及び図８は請求項１及び請求項２に係る発明をフロントサスペンションに適用した一実施形態を示し、以下、本実施形態を図面を基に説明するが、図１の実施形態と同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略する。

図示するように複数のリーフスプリング９のうち、最上段のリーフスプリング９の車両前側に形成された目玉部４９が、フレーム５に取り付くブラケット５１にピンで結合され、他端側に形成された目玉部５３がシャックル５５を介してフレーム５側に取り付けられている。そして、図８に示すように総てのリーフスプリング９が、センターボルト５７と２つのＵボルト５９によって取り付けられている。

また、図７に示すように従来と同様、左右のアクスルに取り付くスタビライザ６１とフレーム５との間にショックアブソーバ２７、３１が装着されているが、図８に示すように本実施形態は、センターボルト５７とＵボルト１１を挟んでその前後の複数のリーフスプリング９間に前記圧電素子ユニット３９を挟み込んだことを特徴としている。

そして、前記実施形態と同様、図９に示すように各圧電素子ユニット３９の発電部３９ａは、夫々、線材４５を介して各々の近傍に配置されたショックアブソーバ２７、３１のアクチュエータ３５に接続されており、路面振動による圧電素子４１の変形で生じた電力が各アクチュエータ３５に供給されてこれらの動力源となっている。

また、各圧電素子ユニット３９のセンサ部３９ｂは、夫々、線材４５を介してＥＣＵ４７-1に接続されており、圧電素子４３でセンシングした路面からの振動加速度を電気的に検出してＥＣＵ４７-1に送出している。更に、ショックアブソーバ２７、３１内部の減衰力センサから減衰力信号がＥＣＵ４７-1に送出されており、前記実施形態と同様、ＥＣＵ４７-1はこの減衰力センサからの減衰力信号とセンサ部３９ｂからの振動加速度の検出信号とを受信して、ショックアブソーバ２７、３１による最適な減衰力となるように夫々のアクチュエータ３５に指令を送出して、ショックアブソーバ２７、３１内のロータリーバルブを回転させるようになっている。

本実施形態に係るセミアクティブサスペンションＳ２はこのように構成されており、リーフスプリング９が使用された構造上、車両の走行に伴い多くの振動エネルギが発生するが、路面振動の上下力が圧電素子ユニット３９に加わり、路面からの振動入力により発電部３９ａ内の圧電素子４１が変形して発電を行い、この電力が各アクチュエータ３５に供給されてこれらの動力源となる。

また、路面振動の上下力が圧電素子ユニット３９に加わることで、センサ部３９ｂの圧電素子４３が路面からの振動加速度をセンシングしてＥＣＵ４７-1に送出する。

そして、ショックアブソーバ２７、３１内の減衰力センサからＥＣＵ４７-1に減衰力信号が送出されており、ＥＣＵ４７-1はセンサ部３９ｂからの振動加速度とこの減衰力信号を基に、ショックアブソーバ２７、３１による最適な減衰力となるように夫々のアクチュエータ３５に指令を送出し、アクチュエータ３５はこの指令に従いショックアブソーバ２７、３１内のロータリーバルブを回転させ、既述したようにアクチュエータ３５は発電部３９ａから供給された電力で駆動する。

このように、圧電素子４１、４３を備えた圧電素子ユニット３９を複数のリーフスプリング９の端部の間に挟み込むことで、本実施形態に於ても、路面振動の上下力を受けて圧電素子４１、４３が夫々変形して発電、加速度センシングの両方が可能となる。

この結果、本実施形態によっても、従来利用されることなく浪費されていたリーフスプリング間に発生する大きな振動エネルギの再利用を図ることで、所謂自己発電型セミアクティブサスペンションとしてアクチュエータ３５を車載のバッテリを使用することなく駆動でき、燃費の向上に繋がる。

尚、例えば図１の実施形態に於て、左右の後前軸と後後軸の複数のリーフスプリング９間に挟み込んだ圧電素子ユニット３９に代え、左右の後前軸と後後軸の複数のリーフスプリング９間に夫々一つの圧電素子ユニット３９を挟み込み、その他は発電部３９ａのみの圧電素子４１を挟み込んで、所謂加速度センサを左右の後前軸と後後軸とに夫々１つとしてもよい。

而して、この実施形態によっても、前記実施形態と同様、所期の目的を達成することが可能である。

１トラニオンシャフト
３トラニオンブラケット
５フレーム
７スプリングシート
９リーフスプリング
１３、１５アクスル
１７、１９コンタクトシート
２１トルクロッド
２７、２９、３１、３３ショックアブソーバ
３５アクチュエータ
３７シリンダ
３９圧電素子ユニット
３９ａ発電部
３９ｂセンサ部
４１、４３圧電素子
４７ＥＣＵ
４９、５３目玉部
５５シャックル
５７センターボルト
Ｓ１、Ｓ２セミアクティブサスペンション

Claims

リーフスプリング上に装着され、路面からの振動加速度を検出する加速度センサと、
フレームとアクスルとの間に装着された減衰力可変型ショックアブソーバと、
前記加速度センサからの検出信号と前記減衰力可変型ショックアブソーバに組み込まれた減衰力センサからの減衰力信号を受信して、前記減衰力可変型ショックアブソーバのアクチュエータに指令を送出する制御手段とを備えたセミアクティブサスペンションに於て、
複数の前記リーフスプリング間に圧電素子を挟み込み、路面振動による圧電素子の変形で生じた電力を前記アクチュエータに供給すると共に、
前記加速度センサを前記圧電素子で構成し、該圧電素子で路面からの振動加速度をセンシングして前記制御手段に送出することを特徴とするセミアクティブサスペンション。
前記圧電素子は、発電ブロックと加速度センサブロックが一体とされた一つの圧電素子ユニットからなり、前記発電ブロックが前記減衰力可変型ショックアブソーバに接続され、前記加速度センサブロックが前記制御手段に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のセミアクティブサスペンション。