JP2011504852A - アクティブロール安定化アセンブリおよびそれを備える車両サスペンション - Google Patents

Abstract

本発明は、車両用のアクティブロール安定化（ＡＲＳ）アセンブリ（１）と、ＡＲＳアセンブリを備えるサスペンション装置に関する。アセンブリは、トーションバー（３）と、トーションバーのねじれ角を調整するアクチュエータ（１０）とを備える。ＡＲＳアセンブリは、追加のトーションバー（５）をさらに備える。追加のトーションバーは、第１の調整可能なトーションバーのねじれ軸と実質的に平行に延在するねじれ軸を有するように構成されている。

Description

本発明はＡＲＳ（アクティブロール安定化）アセンブリに関する。

このようなＡＲＳアセンブリは、例えばＥＰ１１７５３０７に開示されている。これらのアセンブリは、揺れる（sprung）車体が長手軸回りに回転するロール動作を低減するために、車両サスペンションペンに適用される。このようなロール動作は、例えば急カーブの走行中に発生することがある。既知のＡＲＳアセンブリは、通常、サスペンション装置の左側と右側とを接続するトーションバーを備えている。トーションバーは、２つのバー部分に分割され、これらは油圧回転アクチュエータによって、ねじれ軸回りに回転可能に互いに接続されている。アクチュエータは、タンク，供給管路，リターン管路，ポンプ手段、およびアクチュエータへの流量および／または圧力を制御するための１つ以上の制御弁を備える油圧回路に連結されている。この圧力は所望の反ロールモーメントに変換され、揺れる車体に作用している外部からのロールモーメントを打ち消すことが可能である。

この既知のＡＲＳアセンブリの問題点は、故障モード、すなわち油圧流体の供給が中断した場合の動的挙動である。油圧流体の中断は、例えば、電源異常、制御回路の異常、または車両の静止状態（ポンプ手段は通常、車両の燃焼モータによって駆動されるため）によって引き起こされることがある。この問題を解決するため、既知のＡＲＳアセンブリには、故障時にアクチュエータのリターン管路を遮断して、アクチュエータの位置を固定するように構成されたフェイルセーフバルブが設けられている。残念ながら、このようなフェイルセーフバルブは、流体がアクチュエータから漏れ出ることを防止できず、ＡＲＳアセンブリのロールモーメントを徐々に低下させてしまう。これは、とくに、サスペンション装置の硬さが比較的低く、および／または揺れる車体の重心が比較的高い位置にある場合に問題となる。これらの例では、ロールモーメントの減少および／またはアクティブロール制御機能がないことによって、大きなロール角が発生し、車両が安全走行できないほど不安定となってしまう可能性がある。

本発明の目的は、上述した問題を克服することである。このため、本発明によるアセンブリは、第１の調整可能なトーションバーのねじれ軸と実質的に平行に延在するねじれ軸を有する追加のトーションバーが設けられていることを特徴とする。

追加のトーションバーによって、ＡＲＳアセンブリのロール剛性を残しておくことができる。この、残余のロール剛性は、揺れる車体のロール運動を安定限界内に保ち、故障モードにおいても車両の安全な運転を継続できるようにするものである。第１の調整可能なトーションバーは、例えば油圧回転アクチュエータが組み込まれたトーションバーとしてもよい。

本発明の有利な態様によると、追加のトーションバーは、開断面、例えばＣ形状の断面を有する。このような開断面によって、追加トーションバーは、比較的低いねじり剛性と、比較的高い曲げ剛性をもつことができる。その結果、許容可能な乗り心地を確保するのに十分な低さでありながら、揺れる車体を安定化するというアセンブリの第２の機能に寄与するほど柔軟になることのない、最適なロール剛性を残しながら、ＡＲＳアセンブリの総合的なねじり剛性に寄与することができる。後者の機能は、安定化機能が、例えばアセンブリがトラックキャビンのサスペンションに用いられる場合等、揺れる車体の上下動の案内に用いられる場合に、とくに適している。さらに、対応するねじれ偶力の増加、およびこれに伴って、残余の剛性について後に発生する回転によるエネルギー消費を最小限とすることができ、また、同時に、故障モード、すなわちアクチュエータへの油圧供給が中断した状態でも安全なロール挙動を保証できる。

本発明のさらなる有利な態様によると、ＡＲＳシステムを安定した強固な構造とし、調整可能なトーションバーが、曲げ負荷および／または曲げ変形を受けないように保護するように、追加のトーションバーを、外部の曲げ負荷の大部分を吸収するように構成することができる。したがって、調整可能なトーションバーのねじり剛性が低くなるように設計してもよい。これは、ＡＲＳアセンブリによって動的に制御されておらず、主に上記ねじり剛性に依存した、頻度の高い、通常の乗り心地に効果的である。

また、調整可能なトーションバーに、曲げ負荷、およびこれに付随する曲げ変形がないと、回転アクチュエータをより自由に配置することができる。例えば、曲げ変形と応力があったとすると、アクチュエータにとってはこれらが高くなりすぎる位置にも、配置することができる。さらに、アクチュエータをバー部分に直接、すなわち、曲げ負荷および／または軸荷重を吸収するための中間的なベアリング等を用いることなく、固定することができる。これによって、アセンブリの複雑さ、製造とメンテナンスのコストが低減し、アセンブリの耐久性と寿命が向上する。

本発明のさらに別の有利な態様によると、開断面を有する追加バーを、少なくとも部分的に調整可能なトーションバーの周りに延在させることができる。したがって、アセンブリ全体の寸法を小さくすることができ、狭いスペースにも適用することができる。さらに、このような構成とすることにより、アセンブリに追加の軸方向応力が作用することを防止する。追加の軸方向応力は、調整可能なトーションバーと追加のバーの軸がアセンブリのねじれ回転軸と一致しない場合に、両方のバーに発生することがある。

本発明はさらに、本発明によるＡＲＳアセンブリが設けられた車両サスペンションに関する。サスペンションは、車両の車輪を懸架する一次サスペンションとしても、あるいは、車体の別の部分、例えばトラックのキャビンを懸架する二次サスペンションとしてもよい。後者の場合では、本発明によるＡＲＳアセンブリは、上述した効果に対してさらにいくつかの効果を奏することができる。例えば、追加のトーションバーは、上述したように、キャビンの上下動の案内を補助することができる。さらに、アセンブリによって、車両モータに到達する際に必要となる、キャビンの傾動を容易にすることができる。また、上述したように、非制御モードにおいて十分なロール安定性を確保するためのロール剛性が残されているので、サスペンション部材の水平化を、従来のシンプルなレベリング手段によって実現することができる。

本発明によるＡＲＳアセンブリおよびＡＲＳアセンブリを備えた車両サスペンションのさらなる有利な実施の形態は、従属する請求項に記載されている。

本発明を説明するために、添付の図面を参照して、以下に実施の形態を説明する。

図１は、本発明によるＡＲＳアセンブリの上面図を概略的に示す。 図２は、本発明によるＡＲＳアセンブリの別の実施の形態を示しており、開断面を有する第２のトーションバーが設けられている。 図３は、図２のＡＲＳアセンブリの断面を示す。 図４は、本発明によるＡＲＳアセンブリの別の実施の形態を示しており、第２のトーションバーが少なくとも部分的に第１のトーションバーを取り囲んでいる。 図５は、図４の実施の形態の断面を示す。 図６は、ＡＲＳアセンブリに回転アクチュエータを取り付ける場合に可能な一例をさらに詳細に示している。 図７は、本発明によるＡＲＳアセンブリをキャビンのサスペンションに適用したトラックを概略的に示す。

図１は、本発明によるＡＲＳアセンブリの第１の実施の形態を概略的に示す。アセンブリは、調整可能な（adjustable）トーションバー３と、追加のトーションバー５とを備える。調整可能なトーションバー３は、実質的にロッド、もしくはチューブ形状の中央部６と、使用時に車両サスペンション装置の左右端に回転可能に接続される２つのアーム７、８とを備える。これは、例えば図７に示すように、車両の車輪を懸架する一次サスペンションＡとしても、あるいは、車体の別の部分、例えばトラックのキャビン２０を懸架する二次サスペンションＢとしてもよい。トーションバーは、ボールジョイント(不図示）によって、例えばキャビン２０等の車体部分に連結してもよい。これらのボールジョイントは、トーションバーの配列のずれおよび／または変形に適応するように方向付けることができ、これにより、使用時に各部材に過剰な摩擦力および／または変形応力をかけることなく、トーションバーをスムーズに回転させることができる。

本発明の別の実施の形態(不図示）においては、調整可能なトーションバー３を、例えばトラックのキャビン２０等の車体部分にドロップリンクを介して接続してもよい。ドロップリンクの一端は、ボールジョイントを介してバー３に接続され、他端はボールジョイントを介してキャビン２０に接続されることが望ましい。トーションバーをキャビン２０等の車体部分に直接接続するための特定の位置が車体にない場合に、ドロップリンクを設けてもよい。さらに、トーションバーの車体部分への接続部、例えばトーションバーと自動車の前輪との接続部が、上下動とは異なる方向への運動を受ける場合に、ドロップリンクを利用することもできる。

調整可能なトーションバー３は、さらに、トーションバー３を、ねじれ軸Ｔ_１周りに互いに相対的に回転可能な２つの部分Ｓ_１、Ｓ_２に分割する回転アクチュエータ１０を備える。図示の実施の形態では、回転アクチュエータ１０は、中央部６と一方のアーム、ここでは右アーム８、との交差点に配置されている。アクチュエータ１０とこれらの部分との接続部を、図６にさらに詳細に示し、以下に説明する。利用可能なスペースに応じて、トーションバー３を異なる位置、すなわち中央部６の中間辺りで、部分Ｓ_１，Ｓ_２に分けることができる。この場合、これに応じて回転アクチュエータ１０の位置を移動する。

回転アクチュエータは、油圧回路（不図示）によって駆動される。油圧回路は、油圧タンク、タンクをアクチュエータに接続する供給管路とリターン管路、タンクとアクチュエータの間で油圧流体を循環させるポンプ手段、１つ以上の弁、およびアクチュエータへの流量および／または圧力をある制御方針に従って制御する制御論理回路を備える。

図示の実施の形態において追加のトーションバー５は、調整可能なトーションバー３のねじれ軸Ｔ_１と実質的に平行になるように延在するねじれ軸Ｔ_２を有し、調整可能なトーションバー３のアーム７，８間に取り付けられたロッドまたはチューブ形状の部材を備える。

ＡＲＳアセンブリ１は以下の通り作動する。使用時に、例えばカーブを走行するときなど、車両は外部からロールモーメント（図１の軸Ｒの周り）を受ける。このロールモーメントの回転方向に応じて、左側または右側のサスペンションの負荷が増加し、反対側の負荷が減少する。この外部ロールモーメントは、例えば、懸架されている車体の左右方向の運動（変位、速度または加速度）を計測することによって計測できる。ここで、回転アクチュエータ１０は、ねじり軸Ｔ_１周りの回転角（distinct rotation angle）でセグメントＳ_１、Ｓ_２を回転させる。これにより、調整可能なトーションバー５が車両サスペンションに対してカウンターモーメント（軸Ｒ周りに、外部ロールモーメントと反対方向）を作用させる。制御方針によっては、このカウンターモーメントの大きさを、例えば外部ロールモーメントの大きさと実質的に一致するように制御し、懸架されている車体部分を実質的に水平に、すなわち路面と平行に維持するようにしてもよい。あるいは、懸架されている車体部分を車両のシャシーに対して実質的に平行に保つようにカウンターモーメントを制御してもよい。例えば、車両のドライバの要求に応じて、さらに他の制御方針も可能である。

アクチュエータを駆動する油圧回路の故障の場合に、周知のフェイルセーフバルブによってアクチュエータから、およびアクチュエータへの供給を遮断してもよい。安全弁に付き物の漏れ、および／または回転アクチュエータの内部漏れによって、調整可能なトーションバーに蓄積されたねじりモーメントの大きさは、流体がアクチュエータから徐々に漏出するにつれて、低下する。そこで、追加トーションバー５が、とくにロール方向（軸Ｒ周り）に十分な剛性を残し、車両が安全に走行できるようにする。

図２，３に、本発明によるＡＲＳアセンブリの別の実施の形態を示す。図１と同様の部材には、同様の数字を１００番代とした参照符号を付している。この実施の形態は、追加トーションバー１０５が開断面、とくに図３からよくわかるようにＣ形状の断面を有するチューブ部材として構成されている点が、図１に示した実施の形態と異なっている。

このような開断面によって、追加トーションバー１０５は、比較的低いねじり剛性と、比較的高い曲げ剛性とをもつ。なお、少なくともねじれ軸に実質的に直交するように延在する面内における、比較的大きな曲げ剛性は、従来の受動的なトーションバーアセンブリで得られていた曲げ剛性と同様であってもよい。しかし、当該追加のトーションバーは、同時に、比較的低いねじり剛性をもつことができる。これは、車両一次サスペンションおよび／または車両二次サスペンションに一般的に用いられている従来の受動的なトーションバーアセンブリのねじり剛性の２０％未満のねじり剛性にできることを意味する。したがって、この追加のトーションバー１０５がＡＲＳアセンブリ１０１の総合的なねじり剛性に寄与する度合が低くなる。これは、アクチュエータが部分Ｓ_１，Ｓ_２を回転するのに必要な追加の力が小さくて済み、エネルギー消費を低くできることを意味する。さらに、でこぼこな道路を走行する場合に、許容可能な程度に良好な乗り心地とすることができる。追加トーションバー１０５のねじり剛性は、アクティブシステムが停止した場合（例えば故障時）に、適切なロール安定性を確保できる程度の剛性を残しておけるように選択することができる。

図４，５に、図２，３の実施の形態のさらなる詳細を示す。同様の部材には、同様の参照符号を付している。本実施の形態において、追加トーションバー１０５は、図２，３に示したのと同様の開断面を有しており、同様の利点を有する。ただし、本実施の形態は、図２，３に示した実施の形態とは、トーションバー１０５が調整可能なトーションバー１０３の中央部１０６を囲むように配置されている点が異なる。このように構成されたアセンブリ１０１は非常にコンパクトである。さらに、両方のバー１０３、１０５のねじれ軸Ｔ_１，Ｔ_２が実質的に一致するので、バー１０３，１０５および回転アクチュエータ１１０の負荷分布が有益なものとなる。すなわち、対称的な分布となるので、トーションバーの中心線とアセンブリ全体のねじれ回転軸の中心線との間のオフセットによって追加の応力を受けることがない。

すべての実施の形態において、追加トーションバー５；１０５はさらに通常の動作の間（すなわち油圧回路が適切に機能する場合）にも、種々の効果を奏する。第１に、追加トーションバー５；１０５は、調整可能なトーションバー３；１０３とともに比較的剛性のある構造を形成するので、水平面における曲げを防止することができる。水平面とは、車両シャシーフレームに対して実質的に平行に延在する平面と定義してもよい。この比較的剛性のある構造は、外部からの曲げ負荷に耐え、アセンブリ１；１０１、とくに中央部６；１０６とアーム７，８；１０７，１０８の間の変形を最小とすることができる。したがって、変形を吸収するためのベアリング等を必要とすることなく、回転アクチュエータ１０；１１０を、適切な部分Ｓ_１、Ｓ_２に直接、固定することができる。これにより、アセンブリ１；１０１をそれほど複雑でなく、それほど高価でもなく、しかしより強固にすることができる。

また、本発明によるＡＲＳアセンブリ１；１０１をキャビン２０（図７参照）用の二次サスペンションＢに適用した場合、キャビン２０の傾動を容易にし、キャビンの下に配置されている部材、例えば車両エンジンに到達しやすくできる。通常、これはモーターが停止し、油圧回路が遮断しているときに行われる。したがって、調整可能なトーションバー３；１０３のねじり剛性はほぼゼロとなり、ほとんど安定性がなくなる。スペースが制限されているため、キャビン２０を傾動する手段は、通常、キャビンの一方側、すなわち左側または右側でキャビンと係合する。調整可能なトーションバー３；１０３のねじり剛性が実際的にゼロであることから、このような傾動構成ではキャビン２０の一方側のみが持ち上げられることになる。これを防止するため、調整可能なトーションバー３；１０３の部分Ｓ_１，Ｓ_２は、特別な固定手段により回転しないように固定されなければならない。本発明によると、追加トーションバー５；１０５によって、このような特別な固定手段を省略することができる。追加トーションバー５；１０５は、キャビン２０を傾動させるのに十分な剛性を提供することができる。

本発明の別の実施の形態によると、調整可能なトーションバーは、シャフトに類似した特性をもつ非常に硬い棒体としてもよい。このようなトーションバーの利点は、油圧アクチュエータを駆動させるために必要な油圧流体、例えば油の量が比較的少ないことである。比較的硬い棒体は、アクチュエータに作用する圧力によるねじり変形を最小限しか受けないため、当該アクチュエータの所望の圧力に到達するための、および／または所望の圧力を維持するための油圧流体の量が制限される。換言すると、硬いトーションバーを用いると、アクチュエータを所望の圧力とするためにアクチュエータに供給する油圧流体の量は、それほど硬くないトーションバーを用いた場合にアクチュエータを所望の圧力とするためにアクチュエータに供給することが必要な油圧流体の量よりも少ない。

図６は、本発明による調整可能なトーションバー３；１０３の２つの部分Ｓ_１，Ｓ_２、とくにアーム８；１０８および中央部の間に取り付けられた回転アクチュエータ１０；１１０の一例の詳細を示す。回転アクチュエータ１０；１１０は、例えば溶接またはボルトによってアーム８；１０８に固定接続された据付の（静止した）ハウス１２を備える。アクチュエータ１０；１１０はさらに、本実施の形態においてはスプライン結合部１５によって中央部６；１０６に接続された回転部１４を備える。他の接続方法ももちろん可能である。スプライン結合部１５は、圧力源（不図示）に接続可能なチャンバ１６内に到達している。チャンバ１６内の圧力を増加させることによって、アクチュエータ１０；１１０が軸方向に変位する。これにより、例えば修理、交換、またはメンテナンスのためにアクチュエータ１０，１１０を中央部６，１０６から簡単に取り外すことができる。

図６はさらに、アクチュエータ１０；１１０が上述したようにベアリングなしでどのようにアーム８；１０８に取り付けられているか、およびＡＲＳアセンブリ１；１０１を、アーム７，８；１０７，１０８に設けられたブラケット１８を介してをどのように車両サスペンションのサスペンション部材に接続することができるかを示している。

図７は、二次サスペンションＢを介してシャシー２２に懸架されるキャビン２０を有するトラック２５を示す。二次サスペンションはキャビン２０の前方に２つ、後方に２つの４つのサスペンション部材を有している。本発明によるＡＲＳアセンブリ１；１０１は、前サスペンション部材の間に設けられている。調整可能なトーションバー３；１０３によって、キャビン２０のロール動作を適切に抑制することができる。さらに、ＡＲＳアセンブリ１；１０１によって、上述したようにキャビン２０を容易に傾動させることができる。アセンブリ１；１０１は、さらに、キャビンの上下動を案内し、車両シャシーフレームに対して水平面にキャビンを支持する。後者の機能は、主に、追加トーションバー５；１０５によって実現することができる。この追加トーションバーは、アセンブリの総合的なねじり剛性を大きく増加することなく、上記水平および上下方向において適切な曲げ剛性を有するように構成することができる。したがって、トーションバー３；１０３の、とくに中央部６；１０６は、ねじり剛性が低くなるように再設計できる。キャビン２０の通常（high frequent）の乗り心地は、主に調整可能なトーションバー３；１０３のねじり剛性によって決定するので、ねじり剛性を低くすることは有効である。頻度が低い場合（low frequent）の乗り心地は、油圧アクチュエータによって動的に制御できる。

また、追加トーションバー５；１０５およびそれ自体の剛性により、各バネ部材にレベリング装置が必要となる複雑な構成とする代わりに、バネ部材を比較的シンプルな従来のレベリング装置によって水平化することができる。

本発明は図面を用いて説明した上記実施の形態に限定されるものではない。図示し、説明した実施の形態の（部分的な）組み合わせもまた、本明細書に組み込まれ、本発明の範囲内に含まれると理解されるべきである。さらに、特許請求の範囲に記載されるように、多くの変形例もまた、本発明の範囲内であると理解されるべきである。

Claims (16)

1. 車両用のアクティブロール安定化（ＡＲＳ）アセンブリであって、
   トーションバーと、前記トーションバーのねじれ角を調整するアクチュエータとを備え、
   前記第１の調整可能なトーションバーのねじれ軸と実質的に平行に延在するねじれ軸を有する追加のトーションバーが設けられていることを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
2. 請求項１に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
   前記追加のトーションバーは、少なくとも前記ねじれ軸に実質的に直交するように延在する面において比較的大きな曲げ剛性をもつことを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
3. 請求項１または請求項２に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
   前記追加のトーションバーは固定のねじり剛性をもつことを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
   前記追加のトーションバーは、車両一次サスペンションおよび／または車両二次サスペンションに一般的に用いられている従来の受動的なトーションバーアセンブリのねじり剛性の２０％未満の比較的低いねじり剛性をもつことを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
   前記追加のトーションバーはチューブ形状であることを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
   前記追加のトーションバーは、開断面、例えばＣ形状の断面を有することを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
   前記トーションバーの前記ねじれ軸と、前記追加のトーションバーの前記ねじれ軸とは、実質的に一致することを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
   前記追加のトーションバーは、少なくとも部分的に前記調整可能なトーションバーを囲んでいることを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
   前記調整可能なトーションバーは、中央部と、前記中央部を車両サスペンションの両サイドの間で接続する２つのアームとを備え、
   前記追加のトーションバーは、前記２つのアームの間に延在することを特徴とすることを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
10. 請求項９に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
    前記回転アクチュエータは、前記中央部と前記アームの一方との間に配置されていることを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
    前記回転アクチュエータの静止部は、前記調整可能なトーションバーの前記部分の一方に直接、すなわち中間ベアリング等を設けることなく、固定されていることを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
12. 請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリにおいて、
    前記回転アクチュエータの回転部は、スプライン結合部を介して、前記調整可能なトーションバーの前記部分の一方に固定され、
    前記スプライン結合部は、外部の圧力源に接続するチャンバ内に到達し、前記回転アクチュエータの前記回転部を、圧力によって前記部分から取り外し可能とすることを特徴とするＡＲＳアセンブリ。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリが設けられた車両サスペンションであって、
    前記車両サスペンションは、車両の車輪を懸架するための一次サスペンションであることを特徴とする車両サスペンション。
14. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のＡＲＳアセンブリが設けられた車両サスペンションであって、
    前記車両サスペンションは、車体部分、例えばキャビンを懸架するための二次サスペンションであることを特徴とする車両サスペンション。
15. 請求項１４に記載の車両サスペンションにおいて、
    前記ＡＲＳアセンブリは、前記車体部分の左右運動を計測する計測手段と、当該計測結果および制御方針に基づいて、前記回転アクチュエータを制御するための制御論理回路とを備え、前記制御方針は、例えば、前記車体部分を水平に、すなわち路面に平行に保つように、または、前記車体部分を前記車体部分が懸架されるシャシーに平行に保つように、構成されていることを特徴とする車両サスペンション。
16. 請求項１４または請求項１５に記載の車両サスペンションにおいて、
    前記トーションバーは、ボールジョイントによって、前記車体部分、例えばキャビンに連結されることを特徴とする車両サスペンション。

Images