JP2013072550A - 減衰力調整式緩衝器 - Google Patents

Abstract

【課題】減衰力調整式緩衝器において、減衰力の制御精度を高める。
【解決手段】作動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挿入し、ピストンの摺動によって生じる作動流体の流れを減衰力調整機構２４のパイロット型のメインバルブ４１，５０によって制御して減衰力を発生させる。ソレノイドアクチュエータ３８によりスプール６１を移動させてパイロット室４４、５３の内圧を変化させることより、減衰力を調整する。パイロット室４４、５３の背部にセンサ室７２、７３を設け、これらの室の隔壁７０，７１に歪センサ７４，７５を装着する。コントローラにより、歪センサ７４，７５が検出する隔壁７０，７１の歪に基づき、パイロット室４４，５３の圧力を演算し、パイロット室４５，５３の圧力に基づいてソレノイドアクチュエータ３８に制御電流を供給して減衰力を制御する。
【選択図】図２

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、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することにより、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。

例えば特許文献１に記載された油圧緩衝器では、減衰力発生機構であるメインディスクバルブの背部に背圧室（パイロット室）を形成し、流体の流れの一部を背圧室に導入し、メインディスクバルブに対して、背圧室の内圧を閉弁方向に作用させ、ソレノイドバルブ（パイロット弁）によって背圧室の内圧を調整することにより、メインディスクバルブの開弁を制御するようにしている。これにより、減衰力特性の調整の自由度を高めることができる。

特開２０００−１９３０１３号公報

一般的に減衰力調整式緩衝器では、減衰力調整用のソレノイドバルブとして、スプール弁等の流量制御弁、又は、ポペット弁等の圧力制御弁が使用されている。ソレノイドバルブとして流量制御弁を用いるものでは、通電電流によって作動流体の流路面積を変化させることにより減衰力を調整する。この場合、実際の減衰力は、ピストン速度に依存して変化するが、所定のピストン速度でピストンが動作していると仮定して流路面積を変化させている。しかし、車両走行中にピストン速度は時々刻々と変化するため、正確な減衰力制御を行うことは困難である。一方、ソレノイドバルブとして圧力制御弁を用いるものは、ピストン速度にかかわらず減衰力を直接制御することができ、減衰力の制御精度が高い。しかしながら、圧力制御弁の弁体には、車両走行中には、常時高い圧力が作用するため、高出力のソレノイドが必要であり、ソレノイドの大型化及び消費電力の増大が問題となる。

本発明は、正確な減衰力制御が可能な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、前記減衰力調整機構の減衰力を調整するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御するコントローラとを備えた減衰力調整式緩衝器において、
作動流体の圧力によって歪を生じる部分に歪検出手段を設け、前記コントローラは、前記歪検出手段の検出信号に基づき、前記アクチュエータを制御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、正確な減衰力制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る減衰力調整式緩衝器の縦断面図である。 図１に示す減衰力調整式緩衝器の減衰力調整機構を拡大して示す縦断面図である。 図２に示す減衰力調整機構の伸び側の減衰弁を拡大して示す縦断面図である。

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、シリンダ２の外側に外筒３が設けられた二重筒構造になっており、シリンダ２と外筒３との間にリザーバ４が形成されている。シリンダ２内には、ピストン５が摺動可能に嵌装されており、このピストン５によってシリンダ２内がシリンダ上室２ａとシリンダ下室２ｂの２室に画成されている。ピストン５には、ピストンロッド６の一端がナット７によって連結されており、ピストンロッド６の他端側は、シリンダ上室２ａを通り、シリンダ２および外筒３の上端部に装着されたロッドガイド８およびシール部材９に挿通されてシリンダ２の外部へ延出されている。シリンダ２の下端部には、シリンダ下室２ｂとリザーバ４とを区画するベースバルブ１０が設けられている。そして、シリンダ２内には油液が封入されており、リザーバ４内には油液およびガスが封入されている。

ピストン５には、シリンダ上下室２ａ，２ｂ間を連通させる油路１１，１２が設けられている。油路１１には、シリンダ下室２ｂ側からシリンダ上室２ａ側への油液の流通のみを許容する逆止弁１３が設けられている。油路１２には、シリンダ下室２ｂ側の油液の圧力が所定圧力に達したとき、開弁してこれをシリンダ上室２ａ側へリリーフするリリーフ弁１４が設けられている。また、ベースバルブ１０には、シリンダ下室２ｂとリザーバ４とを連通させる油路１５，１６が設けられている。油路１５には、リザーバ４側からシリンダ下室２ｂ側への油液の流通のみを許容する逆止弁１７が設けられている。油路１６には、シリンダ下室２ｂ側の油液の圧力が所定圧力に達したとき、開弁してこれをリザーバ４側へリリーフするリリーフ弁１８が設けられている。

シリンダ２の外周には、略円筒状の通路部材１９が嵌合されて、シリンダ２と通路部材１９との間に環状油路２０，２１が形成されている。環状油路２０は、シリンダ２の上端部付近の側壁に設けられた油路２２を介してシリンダ上室２ａに連通され、環状油路２１は、シリンダ２の下端部付近の側壁に設けられた油路２３を介してシリンダ下室２ｂに連通されている。外筒３の側面部には、減衰力調整機構２４が取付けられており、減衰力調整機構２４のケース２５に設けられた３つの接続ポート２６，２７，２８が、それぞれ接続管２９，３０，３１を介して環状油路２０，２１およびリザーバ４に接続されている。

減衰力調整機構２４について、主に図２及び図３を参照して説明する。
図２に示すように、減衰力調整機構２４は、スリーブ３２が挿通されてナット３３によって一体に結合された４つのバルブボディ３４，３５，３６，３７が、略有底円筒状のケース２４内に嵌合され、ケース２４の開口部に比例ソレノイドアクチュエータ３８（以下、アクチュエータ３８という）が取付けられて、ケース２４の内部がバルブボディ３４，３６によって、接続ポート２６，２７，２８にそれぞれ連通する３つの油室２４ａ，２４ｂ，２４ｃに区画されている。スリーブ３２は、アクチュエータ３８に螺着され、その内部にアクチュエータ３８の作動ロッド３９が挿入されている。

バルブボディ３４には、油室２４ａ，２４ｂ間を連通させる油路４０が設けられている。油路４０には、油室２４ａ側の油液の圧力を受けて開弁して、その開度に応じた減衰力を発生させるパイロット型減衰弁であるメインバルブ４１（ディスクバルブ）が設けられている。メインバルブ４１には、ディスク状の複数のシール部材４２が積層され、シール部材４２と、バルブボディ３５およびバルブボディ３５に外嵌された環状のシート部材４３によって、メインバルブ４１の背面側にパイロット室４４が形成されており、パイロット室４４の内圧がメインバルブ４１の閉弁方向に作用するようになっている。パイロット室４４は、シール部材４２に設けられた固定オリフィス４５を介して油路４０に連通され、また、スリーブ３２の側壁に設けられたポート４６に連通されている。スリーブ３２には、ポート４６とは軸方向に異なる位置に、油室２４ｂに連通するポート４７が設けられている。

バルブボディ３６には、油室２４ｂ，２４ｃ間を連通させる油路４８が設けられている。油路４８には、油室２４ｂ側の油液の圧力を受けて開弁して、その開度に応じた減衰力を発生させる上流側のサブバルブ４９（ディスクバルブ）および下流側のメインバルブ５０（ディスクバルブ）が設けられている。メインバルブ５０には、ディスク状の複数のシール部材５１が積層され、シール部材５１と、バルブボディ３７およびバルブボディ３７に外嵌された環状のシート部材５２によって、メインバルブ５０の背面側にパイロット室５３が形成されており、パイロット室５３の内圧がメインバルブ５０の閉弁方向に作用するようになっている。パイロット室５３は、シール部材５１に設けられた固定オリフィス５４を介して油路４８に連通され、また、スリーブ３２の側壁に設けられたポート５５に連通されている。スリーブ３２には、ポート５５とは軸方向に異なる位置に、油室２４ｃに連通するポート５６が設けられている。なお、サブバルブ４９の開弁圧力は、メインバルブ５０の開弁圧力よりも充分小さく設定されている。

スリーブ３２内には、ポート４６，４７およびポート５５，５６にそれぞれに対向する環状溝５９，６０を有するスプール６１が摺動可能に嵌装されている。スプール６１は、一端部が戻しバネ６２に当接され、他端部がアクチュエータ３８の作動ロッド３９に当接されており、アクチュエータ３８の推力に応じて戻しバネ６２のバネ力に抗して移動して、ポート４６，４７間およびポート５５，５６間の流路面積を調整するようになっている。

図３を参照して（図３には、伸び側のバルブボディ３５のみを示す）、バルブボディ３５，３７には、それぞれパイロット室４４，５３の背部に隔壁７０，７１を挟んでセンサ室７２，７３が形成されている。センサ室７２，７３の内部は、パイロット室４４，５３及びケース２５内の油室２４ｂ、２４ｃに対して完全にシールされて大気圧となっている。センサ室７２，７３内の隔壁７０，７１には、歪検出手段として歪センサ７４，７５が装着されている。歪センサ７４，７５は、パイロット室４４，５３と、センサ室７２，７３との差圧によって隔壁７０，７１に生じる歪を検出するように計測方向及び計測感度が設定されている。センサ室７２には、導管７６，７７の一端部が接続され、導管７６，７７の他端部は、ケース２５の側壁を貫通して外部に開口している。歪センサ７４，７５には、信号線７８，７９が接続され、信号線７８，７９は、導管７６，７７に挿通されて外部へ延出され、コントローラ（図示せず）に接続されている。

歪センサ７４、７５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。

次に、減衰力調整式緩衝器１の作動ついて説明する。ピストンロッド６の伸び行程時には、ピストン５の移動にともないピストン１５の油路１１の逆止弁１３が閉じてシリンダ上室２ａ側の油液が加圧され、メインバルブ４１の開弁前においては、油路２２、環状油路２０および接続管２９を通って減衰力調整機構２４の接続ポート２６へ流れ、さらに、油室２４ａ、油路４０、固定オリフィス４５、パイロット室４４、ポート４６、環状溝５９、ポート４７、油室２４ｂ、接続ポート２７、接続管３０、環状油路２１および油路２３を通ってシリンダ下室２ｂ側へ流れる。そして、シリンダ上室２ａ側の圧力がメインバルブ４１の開弁圧力に達すると、メインバルブ４１が開いて油液が油路４０から油室２４ｂへ直接流れる。このとき、ピストンロッド６がシリンダ２から退出した分の油液がリザーバ４からベースバルブ１０の油路１５の逆止弁１７を開いてシリンダ下室２ｂへ流れる。

これにより、伸び行程時には、ピストン速度が低く、メインバルブ４１の開弁前には、固定オリフィス４５およびスプール弁のポート４６，４７間の流路面積に応じてオリフィス特性の減衰力が発生し、ピストン速度が高まり、シリンダ上室２ａ側の圧力が上昇してメインバルブ４１が開くと、その開度に応じてバルブ特性の減衰力が発生する。そして、アクチュエータ３８によってスプール６１を移動させて、ポート４６，４７間の流路面積を調整することにより、オリフィス特性を直接調整するとともに、ポート４６，４７間の圧力損失によってパイロット室４４の圧力（メインバルブ４１の閉弁方向に作用する圧力）を変化させてバルブ特性を調整する。

ピストンロッド６の縮み行程時には、ピストン５の移動にともない、ピストン５の逆止弁１３が開いてシリンダ下室２ｂの油液が油路１１を通ってシリンダ上室２ａに直接流入することによってシリンダ上下室２ａ，２ｂがほぼ同圧力となるので、減衰力調整機構２４の接続ポート２６，２７間では油液の流れが生じない。そして、ピストンロッド６のシリンダ２への侵入にともなってベースバルブ１０の逆止弁１７が閉じ、ピストンロッド６が侵入した分、シリンダ２内の油液が加圧されて、メインバルブ４１の開弁前においては、シリンダ下室２ｂから、油路２３、環状油路２１および接続管３０を通って減衰力調整機構２４の接続ポート２７へ流れ、さらに、油室２４ｂ、油路４８、固定オリフィス５４、パイロット室５３、ポート５５、環状溝６０、ポート５６、油室２４ｃ、接続ポート２８および接続管３１を通ってリザーバ４へ流れる。そして、シリンダ上室２ａ側の圧力がメインバルブ４１の開弁圧力に達すると、メインバルブ４１が開いて油液が油路４８から油室２４ｃへ直接流れる。

これにより、縮み行程時には、ピストン速度が低く、メインバルブ５０の開弁前には、サブバルブ４９、固定オリフィス５４およびスプール弁のポート５５，５６間の流路面積に応じてオリフィス特性の減衰力が発生し、ピストン速度が高まり、シリンダ上室２ａ側の圧力が上昇してメインバルブ５０が開くと、その開度に応じてバルブ特性の減衰力が発生する。そして、アクチュエータ３８によってスプール６１を移動させて、ポート５５，５６間の流路面積を調整することにより、オリフィス特性を直接調整するとともに、ポート５５，５６間の圧力損失によってパイロット室４４の圧力（メインバルブ５０の閉弁方向に作用する圧力）を変化させてバルブ特性を調整する。

次にコントローラによる減衰力調整式緩衝器１の減衰力制御について説明する。
コントローラは、歪センサ７４，７５を含む各種センサによって検出した隔壁７０，７１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、バネ上加速度、バネ上バネ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、これらをスカイフック制御等のサスペンション制御理論に基づく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２４のアクチュエータ３８に制御電流を供給する。このとき、コントローラは、歪センサ７４，７５によって検出した検出信号に基づき、隔壁７０，７１の歪を検出し、隔壁７０，７１の歪から演算処理により、パイロット室４４，５３の圧力を求め、さらに、パイロット室４４，５３の圧力から減衰力調整式緩衝器１によって発生する減衰力を演算する。そして、減衰力調整式緩衝器１の減衰力が目標減衰力となるようにアクチュエータ３８への制御電流を決定する。

これにより、スプール６１によってポート４６，４７間及びポート４７，５６間の流路面積を調整する流量制御弁を用いていながら、歪センサ７４，７５によって検出したパイロット室４４，５３の圧力に基づき、実際の減衰力を演算して減衰力制御を実行することができるので、減衰力制御の精度を高めることができ、車両の操縦安定性及び乗心地を効果的に向上させることができる。

この場合、歪センサ７４７５，７５からの検出信号及び現在のアクチュエータ３８への供給電流からピストン速度を演算し、このピストン速度及び目標減衰力からアクチュエータ３８に供給すべき制御電流を決定するようにしてもよい。このとき、演算ピストン速度を、遅い、中間、速い等の複数段階に分け、この段階に応じて予め設定した減衰力と供給電流との関係を用いて制御を実行してもよい。これにより、あるピストン速度における減衰力と供給電流との関係を用いて制御していた従来の流量制御弁を用いたサスペンション制御システムに対して、ピストン速度を考慮することにより、減衰力制御の精度を高めることができ、高精度の操縦安定性、乗り心地及び姿勢の制御が可能となる。

更に、図２中に仮想線（二点鎖線）で示すように、アクチュエータ３８の作動ロッド３９に歪センサ８０を装着して、作動ロッド３９の歪を検出するようにしてもよい。これにより、作動ロッド３９の歪に基づき、アクチュエータ３８の推力を得ることができる。この場合、歪センサ８０の検出信号は、作動ロット３９の動きを妨げないように信号線８１、又は、無線通信によってコントローラに送信する。

歪センサ８０は、アクチュエータ３８の推力による作動ロッド３９の歪に加えて、油液の流れによってスプール６１に励起される高周波振動をスプール６１に連結された作動ロッド３９の歪の変動として検出する。アクチュエータ３８の推力による低周波成分にスプール６１の高周波振動成分が重畳された歪センサ８０の検出信号からフィルタ処理等によって各成分を抽出する。そして、低周波成分を用いた減衰力制御のためのアクチュエータ３８の推力制御に加えて、高周波成分を用いて、アクチュエータ３８の出力がスプール６１の高周波振動成分を打消すように、アクチュエータ３８への制御電流に高周波成分を重畳する。これにより、スプール６１の高周波振動を抑制することができ、車両の乗心地を向上させることができる。

なお、歪センサ７４、７５は、上記実施形態では、センサ室７２，７３内に取付けられているが、パイロット室４４、５３内に直接取付けるようにしてもよい。また、歪センサをシリンダ２の上部側及び下部側に設けて、これらの歪センサにより、シリンダ上下室２ａ、２ｂの内圧によるシリンダ２の歪を検出し、これによりピストン速度を演算して減衰力制御を行うことができる。また、シリンダ内の圧力の差分を減衰力として、フィードバック制御を行うこともできる。この場合、上部側の歪センサと下部側の歪センサの検出信号の差分を用いることで、曲げ力等のノイズをキャンセルすることが可能となる。このように、シリンダ上室２ａ又はシリンダ下室２ｂの圧力によって歪が生じる部位に歪センサを設けることにより、減衰力制御が可能となる。

上記実施形態では、一例として主減衰バルブの開弁特性を調整するパイロット圧を流量制御弁によって制御するパイロット型の減衰力調整式緩衝器について説明したが、本発明は、これに限らず、ピストン部等に主減衰バルブを設け、この主減衰バルブをバイパスする通路を設け、このバイパス通路の流路面積をアクチュエータにより調整する減衰力調整式緩衝器にも同様に適用することができる。

１…減衰力調整式緩衝器、２…シリンダ、５…ピストン、６…ピストンロッド、２４…減衰力調整機構、３８…ソレノイドアクチュエータ（アクチュエータ）、７４，７５…歪センサ（歪検出手段）

Claims (1)

1. 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、前記減衰力調整機構の減衰力を調整するアクチュエータと、前記アクチュエータを制御するコントローラとを備えた減衰力調整式緩衝器において、
   作動流体の圧力によって歪を生じる部分に歪検出手段を設け、前記コントローラは、前記歪検出手段の検出信号に基づき、前記アクチュエータを制御することを特徴とする減衰力調整式緩衝器。

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