JP2013071522A

JP2013071522A - 減衰力調整式緩衝器

Info

Publication number: JP2013071522A
Application number: JP2011210672A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kamiyama; 勝神山; Aya Mizukoshi; 綾水越
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-22

Abstract

【課題】減衰力調整式緩衝器において、ピストンロッドに作用する横力を考慮して正確な減衰力制御を行なうことができるようにする。
【解決手段】コントローラＣにより、各種センサの検出信号に基づき、車両の走行状態に応じて減衰力調整式緩衝器１の減衰力調整機構６のソレノイド７に制御電流を供給して、減衰力をリアルタイム制御することにより、車両の操縦安定性及び乗心地を向上させる。減衰力調整式緩衝器１のピストンロッド５に歪センサ１９を装着する。コントローラＣにより、歪センサ１９の検出信号に基づき、ピストンロッド５に作用する横力を演算し、この横力によって生じるピストロッドとロッドガイドとの間の摩擦力に基づき、ソレノイド７への制御電流を補正することにより、正確な減衰力制御を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、減衰力特性を調整可能な減衰力調整式緩衝器に関するものである。

自動車等の車両のサスペンション装置に装着される緩衝器は、一般的に、流体が封入されたシリンダ内にピストンロッドが連結されたピストンを摺動可能に挿入し、ピストンロッドのストロークに対して、シリンダ内のピストンの摺動によって生じる流体の流れをオリフィス、ディスクバルブ等からなる減衰力発生機構によって制御して減衰力を発生させるようになっている。また、例えば特許文献１に記載されているように、ソレノイドバルブを用いて減衰力発生機構の流路を開閉し、あるいは、減衰弁の開弁特性を変化させることにより、ソレノイドへの通電電流によって減衰力特性を調整可能とした減衰力調整式緩衝器がある。

そして、各種センサによって検出した車両車速、車両加速度、ステアリング操舵角度、車両ブレーキの作動、ばね上加速度、ばね上ばね下間の相対変位及び相対速度等の車両走行状態を表すパラメータをコントローラによって所定の論理規則に従って処理し、車両走行状態に応じて、各車輪の減衰力調整式緩衝器のソレノイドに制御電流を供給して減衰力をリアルタイム制御することにより、操縦安定性及び乗り心地を向上させることができる。

特開２０１１−１３２９９５号公報

車両のサスペンション装置においては、走行中に、旋回中のコーナリングフォース、路面の凹凸による路面入力により、緩衝器のピストンロッドには、軸方向すなわちストローク方向だけでなく、横力すなわち軸方向に垂直の荷重がかかる。特に、緩衝器がサスペンション装置の強度部材を兼ねるストラット形式のサスペンション構造の場合、ピストンロッドに大きな横力が作用することになる。

ピストンロッドに横力が作用すると、シリンダに装着されてピストンロッドを案内するロッドガイドにピストンロッドが押付けられることにより、ピストンロッドのストロークに対する摩擦力が増大して緩衝器が発生する減衰力が増大することになる。このため、コントローラによる制御電流に基づく減衰力に対して、横力によって摩擦力が増大した分だけ大きな減衰力が発生することになり、正確な減衰力制御を行なうことが困難になる。

本発明は、ピストンロッドに作用する横力を考慮して正確な減衰力制御を行なうことができる減衰力調整式緩衝器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されたピストンロッドと、前記シリンダに装着されて前記ピストンロッドを挿通させて摺動可能に案内するロッドガイドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって生じる作動流体の流れを制御して減衰力を発生させ、その減衰力を調整可能とした減衰力調整機構と、車両の走行状態に応じて前記減衰力調整機構を制御する制御手段とを備えた減衰力調整式緩衝器において、
前記ピストンロッドには、該ピストンロッドの歪を検出する歪検出手段が設けられ、前記制御手段は、前記歪検出手段の検出信号に基づき、前記ピストンロッドに作用する横力を演算し、この横力によって生じる前記ピストンロッドと前記ロッドガイドとの間に摩擦力に基づき、前記減衰力調整機構への制御信号を補正することを特徴とする。

本発明に係る減衰力調整式緩衝器によれば、ピストンロッドに作用する横力を考慮して正確な減衰力制御を行なうことができる。

本発明の一実施形態に係る減衰力調整式緩衝器を一部破断して示す側面図である。本発明の一実施形態に係る制御内容を示す制御ブロック図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る減衰力調整式緩衝器１は、車両のサスペンション装置のリンクメンバ（強度部材）の一部として利用されるストラット形式の緩衝器であり、ストラットマウント２及びサスペンションスプリング３が一体的に組込まれている

減衰力調整式緩衝器１は、筒型の油圧緩衝器であり、作動流体として油液が封入されたシリンダを含むシリンダ部４と、シリンダ内に摺動可能に挿入されたピストン（図示せず）と、一端がピストンに連結され、他端がシリンダ部４の外部へ延出されたピストンロッド５と、ピストンの摺動によって油液が流通する油路（図示せず）とを備え、この油路の油液の流れを制御するオリフィス、ディスクバルブを備えた減衰力調整機構６がシリンダ部４の下部側面に取付けられている。ピストンロッド５は、シリンダ部４に装着された無給油ブッシュを内周側に有するロッドガイドによって案内されている。減衰力調整機構４は、ソレノイドアクチュエータ７（以下、ソレノイド７という）を有しており、ソレノイド７への通電電流によって油液の流通抵抗を変化させることによって減衰力を変化させるようになっている。ソレノイド７は、信号線７Ａを介して車載の制御手段であるコントローラＣに接続されている。

減衰力調整式緩衝器１のシリンダ部４の下端部には、車軸を支持するナックルに連結するためのブラケット８が取付けられている。また、シリンダ部４の側面部外周には、圧縮コイルばねであるサスペンションスプリング３の下端部を受ける環状のバネ受９が取付けられている。

ストラットマウント２は、ピストンロッド５及びサスペンションスプリング３を車体に支持するための部材であり、ピストンロッド５に連結される有底円筒状の内側ブラケット１０と、内側ブラケット１０の下部にブッシュ１１を介して取付けられてサスペンションスプリング３の上端部を受ける環状のバネ受１２と、車体側に連結される環状の外側ブラケット１３と、内側ブラケット１０及びブッシュ１１と外側ブラケット１３との間に介装されるマウントラバー１４とを備えている。

内側ブラケット１０及びブッシュ１１は、これらに挿通されたピストンロッド５の先端部に座付ナット１５を螺着することによって、ピストンロッド５に固定されている。外側ブラケット１３は、その外周部に取付けられた複数のボルト１６によって車体側に固定される。バネ受１２の下部には、ピストンロッド５が挿通されてシリンダ部４の端面に当接可能なバンプストッパ１７が取付けられている。バネ受１２には、バンプストッパ１７及びシリンダ部４から突出したピストンロッド５を覆う蛇腹状のダストカバー１８が取付けられている。

ピストンロッド５の先端部に螺着された座付ナット１５には、その締付けによりピストンロッド５に固定される座部１５Ａに歪センサ１９が装着されている。歪センサ１９は、横力の作用によってピストンロッド５に生じる歪を座付ナット１５を介して検出するように計測方向及び計測感度が設定されたものである。歪センサ１９は、信号線１９Ａを介して車載のコントローラＣに接続されている。歪センサ１９としては、金属薄膜による通常の歪ゲージを用いることができるが、ここでは、半導体歪ゲージを用いることが望ましい。

従来から知られている通常の歪ゲージは、Ｃｕ−Ｎｉ系合金やＮｉ−Ｃｒ系合金の金属薄膜の配線パターンを可撓性のあるポリイミドやエポキシ樹脂フィルムで覆った構造である。歪ゲージは、被測定物に接着剤で接着して使用し、金属薄膜が歪を受けて変形した時の抵抗変化から歪量を算出するものである。また、金属薄膜の歪ゲージでは、抵抗変化が小さいため、得られる電気信号を増幅する必要があり、そのため外部のアンプが必要となる。

これに対して、半導体歪ゲージは、検知部が金属薄膜ではなく、シリコン等の半導体に不純物をドープして形成した半導体ピエゾ抵抗を利用したものである。半導体歪ゲージは、歪に対する抵抗変化率が金属薄膜を用いた従前の歪ゲージの数十倍と大きく、微小な歪、例えば、１με程度の歪を測定することが可能である。また、半導体歪ゲージは抵抗変化が大きいため、得られた電気信号を外部のアンプを用いずに使用することもでき、また、半導体歪ゲージの数ミリ角のチップにアンプ回路や温度センサ及び温度補償回路等を作りこむことも可能である。さらには、無線回路等を設けて、被接触でデータを取り出すことも可能である。

この半導体歪ゲージは、被測定物に接着剤や金属接合により固定することも可能であり、また、半導体歪ゲージを金属板に接着し、スポット溶接により固定することも可能である。

本実施形態においては、半導体歪ゲージを用いることにより、通常の金属薄膜による歪ゲージを用いた場合に比して、歪量の測定精度を高め、また、取付スペースを小さくすることができるので、半導体歪ゲージを用いることが望ましいが、必要な測定精度及び取付スペースが得られれば、通常の歪ゲージを用いてもよい。

コントローラＣは、歪センサ１９を含む各種センサによって検出したピストンロッド５の歪、車両車速、車両加速度、ステアリング操舵角度、車両ブレーキの作動、ばね上加速度、ばね上ばね下間の相対変位及び相対速度等の車両走行状態を表す検出信号を受信し、これらを所定の論理規則に従って処理し、車両走行状態に応じて各車輪の減衰力調整式緩衝器１に対して目標減衰力を演算し、その減衰力調整機構６のソレノイド７に制御電流を供給する。

このとき、以下のようにして、歪センサ１９からの検出信号に基づき、ピストンロッド５に作用する横力を演算し、更に、横力によってピストンロッド５がロッドガイドに押圧されることにより、ピストンロッド５のストロークに対して作用する摩擦力を演算し、この摩擦力の作用下で減衰力調整式油圧緩衝器１が実際に発生する減衰力が目標減衰力となるようにソレノイド７への制御電流を補正する。

（減衰力制御）
図２に示すように、ばね上上下加速度センサ２０で検出された上下加速度Ａは、積分器２１で積分され、ばね上上下速度Ｖが出力される。２２の演算器でばね上上下速度Ｖから目標減衰力Ｆｙを求める。
歪センサ１９で検出された検出信号Ｈに基づき、ピストンロッド５の歪を検出し、26の演算処理により、ピストンロッド５に作用する横力を演算し、ピストンロッド５に作用する横力からピストンロッド５のストロークに対して作用するロッドガイドの摩擦力Ｆｘを演算する。このとき、例えば、ピストンロッド５に作用する横力と、ピストンロッド５のストロークに対して作用する摩擦力Ｆｘとの関係を表すマップあるいはテーブルを予め作成し、このマップあるいはテーブルを用いて摩擦力Ｆｘを得ることができる。

次に２３では、目標減衰力Ｆｙから横力による摩擦力Ｆｘを減じて減衰力調整機構６によって減衰力調整式緩衝器１が発生すべき減衰力Ｆｚ（＝Ｆｙ−Ｆｘ）を演算し、ソレノイド７への電流供給回路７Ａに出力する。
そして、電流供給回路７Ａは、減衰力Ｆｚとなるようにソレノイド７に制御電流を供給する。これにより、ピストンロッド５に作用する横力の影響を考慮して車両の走行状態に応じて減衰力調整式緩衝器１により適切な減衰力を発生させることができ、車両の操縦安定性及び乗心地を効果的に高めることができる。

（耐久性向上制御）
歪センサ１９によって検出したピストンロッド５に作用する横力がロッドガイドに損傷を与える可能性のある所定値以上のとき、車両走行状態によらず、減衰力調整機構６によって、減衰力調整式緩衝器１が発生すべき減衰力Ｆｚを大きくしてピストンロッド５をストロークし難くする。これにより、摩擦力の増大によるロッドガイドの損傷を防止して耐久性を高めることができる。

ピストンロッド５を車体に結合するためのナットを座付ナット１５とし、その座部１５Ａに歪センサ１９を一体的に装着することにより、歪センサ１９の装着を容易にし、また、信号線１９Ａを取出すためのスペースを確保することができる。

なお、上記実施形態において、減衰力調整機構は、シリンダ部の側部に限らず、ピストン部等、他の部位に配置してもよい。また、上記実施形態では、本発明の減衰力調整式緩衝器を一例としてストラット形式の緩衝器に適用した場合について説明しているが、本発明は、これに限らず、ピストンロッドを有する筒型の緩衝であれば、他の形式のサスペンション装置に装着されるものにも同様に適用することができる。
また、上記実施形態では、歪センサ１９を座部１５Ａに設けた例を示したが、ピストンロッドの横力を計測できる位置であれば、例えば、バンプストッパ１７の内側のピストンロッド５の表面に設けても良い。
また、上記実施形態においては、目標減衰力Ｆｙから横力による摩擦力Ｆｘを減じて減衰力Ｆｚを演算するものを示したが、これに限らず、ピストンロッドの歪が大きくなった際に減衰力調整機構により発生する減衰力が小さくなるように制御信号を補正すればよく、例えば上記実施形態より劣るが、横方向の歪が所定値より大きくなったときに、制御電流にゲインを掛けて、制御量を絞るような二段階の制御にしてもよい。

１…減衰力調整式緩衝器、４…シリンダ部（シリンダ）、５…ピストンロッド、６…減衰力調整機構、１９…歪センサ、Ｃ…コントローラ（制御手段）

Claims

作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されたピストンロッドと、前記シリンダに装着されて前記ピストンロッドを挿通させて摺動可能に案内するロッドガイドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって生じる作動流体の流れを制御して減衰力を発生させ、その減衰力を調整可能とした減衰力調整機構と、車両の走行状態に応じて前記減衰力調整機構を制御する制御手段とを備えた減衰力調整式緩衝器において、
前記ピストンロッドには、該ピストンロッドの横方向の歪を検出する歪検出手段が設けられ、前記制御手段は、前記歪検出手段の検出信号に基づき、歪が大きくなった際に前記減衰力調整機構により発生する減衰力が小さくなるように前記減衰力調整機構への制御信号を補正することを特徴とする減衰力調整式緩衝器。
作動流体が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に挿入されたピストンと、前記ピストンに連結されたピストンロッドと、前記シリンダに装着されて前記ピストンロッドを挿通させて摺動可能に案内するロッドガイドと、前記シリンダ内の前記ピストンの摺動によって生じる作動流体の流れを制御して減衰力を発生させ、その減衰力を調整可能とした減衰力調整機構と、車両の走行状態に応じて前記減衰力調整機構を制御する制御手段とを備えた減衰力調整式緩衝器において、
前記ピストンロッドには、該ピストンロッドの歪を検出する歪検出手段が設けられ、前記制御手段は、前記歪検出手段の検出信号に基づき、前記ピストンロッドに作用する横力を演算し、この横力によって生じる前記ピストンロッドと前記ロッドガイドとの間の摩擦力に基づき、前記減衰力調整機構への制御信号を補正することを特徴とする減衰力調整式緩衝器。