JP2017019321A - サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で小型の回転駆動源を用いた場合であっても、回転駆動源に対して過大な回転数及び負荷が入力されることを回避すること。
【解決手段】車輪Ｗを車体に懸架するサスペンションアーム１２と、機械式のダンパ１４と、ダンパ１４と並列に配置され、モータ２４の回転駆動力によって減衰力を発生させる電磁ダンパ２２とを備え、電磁ダンパ２２は、クラッチ機構２６を有し、クラッチ機構２６は、サスペンションアーム１２の変位速度が予め設定された所定値を超えるときにクラッチ開放状態となるように設けた。また、このクラッチ機構２６としては、逆遠心クラッチで構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の車輪に配置されるサスペンション装置に関する。

近年、乗り心地性能や運動性能を向上させるため、ダンパの減衰力を可変させる機構を有する車両が開発されている。例えば、特許文献１には、減衰力可変機構としてモータ及び駆動アームを用いたアクティブサスペンション装置が開示されている。

このアクティブサスペンション装置では、モータの出力軸に設けた駆動アームを、リンクを介してサスペンションアーム（ロアアーム）に接続する構成が採用されている。

特許第４６１６１６１号公報

ところで、特許文献１のように、モータの回転駆動力によって駆動アームを揺動させることでダンパの減衰力を可変させる構成を採用した場合、大きな減衰力を発生させるためには、モータを大型化させるか、又は、減速機を介してモータの回転速度を増加させる必要がある。

しかしながら、モータを大型化した場合、サスペンション装置自体も大型化し、また、モータの回転速度を増加させた場合、高速回転に対応した高価なモータが必要となり、製造コストが高騰する。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、安価で小型の回転駆動源を用いた場合であっても、回転駆動源に対して過大な回転数及び負荷が入力されることを回避することが可能なサスペンション装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、車両の車輪に配置されるサスペンション装置であって、前記車輪を車体に懸架するサスペンションアームと、機械式ダンパと、前記機械式ダンパと並列に配置され、回転駆動源の回転駆動力によって減衰力を発生させる電磁ダンパと、を備え、前記電磁ダンパは、クラッチ機構を有し、前記クラッチ機構は、前記サスペンションアームの変位速度が所定値を超えるときにクラッチ開放状態となることを特徴とする。

本発明によれば、機械式ダンパと電磁ダンパとが並列に配置され、機械式ダンパによる減衰力と電磁ダンパによる減衰力とが合算された大きな減衰力を発生させることができる。また、本発明では、例えば、車輪から大きな荷重が入力されてサスペンションアームの変位速度が予め設定された所定値（所定の変位速度）を超える場合、クラッチ機構がクラッチ接続状態からクラッチ開放状態に切り換わる。この結果、本発明では、高速回転に対応していない安価で小型の回転駆動源を用いた場合であっても、回転駆動源に対して過大な回転数及び負荷が入力されることを回避することができる。

さらに、本発明では、電磁ダンパと機械式ダンパとを併用しているため、クラッチ機構がクラッチ開放状態となった場合であっても、機械式ダンパの減衰力が作用して、急激な減衰力抜けを防止することができる。

また、本発明は、前記クラッチ機構が、半クラッチ状態とする半クラッチ機能を有し、前記半クラッチ状態を経由して前記クラッチ開放状態となることを特徴とする。

本発明によれば、クラッチ開放状態となる前に半クラッチ状態を経由することで、減衰力の変動が緩やかとなり、減衰力変動時の違和感を抑制することができる。

さらに、本発明は、前記クラッチ機構が、逆遠心クラッチであることを特徴とする。

逆遠心クラッチでは、通常の遠心クラッチと反対に、サスペンションアーム側に接続される入力軸の低速回転時にクラッチ機構がクラッチ接続状態となり、入力軸から出力軸に対して回転力（回転運動）が伝達される。一方、入力軸の高速回転時には、クラッチ機構がクラッチ接続状態からクラッチ開放状態に切り換わり、入力軸からの回転力（回転運動）が出力軸（回転駆動源側）に対して伝達されることがない。本発明によれば、クラッチ機構として逆遠心クラッチを用いることで、クラッチ機構を制御するための電力が不要となり、省エネルギを達成することができる。

本発明では、安価で小型の回転駆動源を用いた場合であっても、回転駆動源に対して過大な回転数及び負荷が入力されることを回避することが可能なサスペンション装置を得ることができる。

本発明の実施形態に係るサスペンション装置の斜視模式図である。 電磁ダンパのブロック構成図である。 （ａ）は、逆遠心クラッチのクラッチ接続状態を示す模式断面図、（ｂ）は、逆遠心クラッチのクラッチ開放状態を示す模式断面図である。 モータの回転速度と減衰力との関係を示す特性図である。 （ａ）は、（ｄ）のポイントＡにおけるサスペンションアームの変位速度と減衰力との関係を示す特性図、（ｂ）は、（ｄ）のポイントＢにおける減速された出力軸の回転速度とトルクとの関係を示す特性図、（ｃ）は、（ｄ）のポイントＣにおけるモータの回転速度とトルクとの関係を示す特性図、（ｄ）は、電磁ダンパにおける各ポイントを示すブロック図である。 変形例に係るサスペンション装置のブロック構成図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係るサスペンション装置の斜視模式図、図２は、図１に示す電磁ダンパのブロック構成図である。なお、図１中において、「前後」は、車両前後方向、「左右」は、左右方向（車幅方向）、「上下」は、鉛直上下方向をそれぞれ示している。

図１に示されるように、サスペンション装置１０は、車輪Ｗを図示しない車体に懸架するサスペンションアーム１２と、下端がサスペンションアーム１２に連結されて車輪Ｗの上下動を緩衝するダンパ１４と、サスペンションアーム１２と車体との間に介装されて車輪Ｗから付与される荷重（衝撃）を吸収するスプリング１６と、左右車輪Ｗ、Ｗの上下動を相互に連動させて車体のローリングを抑制するスタビライザ１８とを備えて構成されている。

なお、図１中では、例えば、ロアアームやアッパアーム等の具体的なサスペンションアーム機構の図示を省略している。また、スタビライザ１８は、車両前方側の中央部が車体に固定されていると共に、車両後方側の両端部が、それぞれ図示しないナックルに連結されている。

ダンパ１４は、例えば、油圧式ダンパやエア式ダンパ等の機械式ダンパによって構成されている。このダンパ１４は、オリフィスを有するオイル通路タイプと、バルブを有するピストンタイプの両者が含まれる。

さらに、サスペンション装置１０は、駆動アーム２０と、ダンパ１４と並列に配置され後記するモータ２４の回転駆動力によって減衰力を発生させる電磁ダンパ２２とを備える。駆動アーム２０及び電磁弁ダンパ２２は、左右車輪Ｗ毎にそれぞれ独立して配置されている。

駆動アーム２０は、平面視して略Ｌ字状に屈曲して形成されている。駆動アーム２０の車両後方端部は、サスペンションアーム１２に連結されている。また、駆動アーム２０の車幅内側端部は、電磁ダンパ２２の後記するクラッチ機構２６に連結されている。この駆動アーム２０は、後記するモータ２４の回転駆動力を介して、サスペンションアーム１２を上下方向に揺動変位させて減衰力を付与するものである。なお、図１において、点Ｐは、駆動アーム２０の揺動支点を示している。

図２は、電磁ダンパのブロック構成図である。
電磁ダンパ２２は、車幅方向内側に配置されるモータ（回転駆動源）２４と、車幅方向外側に配置されるクラッチ機構２６と、モータ２４とクラッチ機構２６の間に介装される減速機構２８とから構成されている。モータ２４、クラッチ機構２６、及び、減速機構２８は、一体的に組み付けられて構成されている。また、モータ２４は、後記するように、高速回転に対応していない安価で小型のモータによって構成されている。

クラッチ機構２６と駆動アーム２０との間には、回転軸を回動自在に軸支するベアリング３０が配置されている。モータ２４には、モータ２４の回転駆動を制御する制御回路３２が電気的に接続されている。電磁ダンパ２２は、例えば、図示しないブラケットを介して車体に固定されている。モータ２４は、制御回路３２から出力される信号に基づいて短絡（閉回路を構成）、及び／又は、開放状態に制御可能に設けられ、駆動アーム２０の回転運動に対してパッシブに使用されることによって減衰力を発生させる構造としている。

減速機構２８は、図示しない複数の遊星歯車機構を有する。この遊星歯車機構は、例えば、図示しないサンギヤ、リングギヤ、プラネタリギヤ、プラネタリキャリア等によって構成されている。減速機構２８は、クラッチ機構２６を介して駆動アーム２０から入力された回転運動を減速させて出力側のモータ２４のモータ軸に対して出力するものである。

クラッチ機構２６は、減速機構２８によって減速された駆動アーム２０の回転運動を出力側に接続されたモータ２４のモータ軸に伝達するクラッチ接続状態と、モータ２４のモータ軸に対する駆動アーム２０の回転運動の伝達が阻止されるクラッチ開放状態とを有し、このクラッチ接続状態とクラッチ開放状態とが相互に切り換え可能に設けられている。

なお、本実施形態では、クラッチ機構２６として逆遠心クラッチ３４を用いて以下説明しているが、これに限定されるものではなく、サスペンションアーム１２の変位速度が予め設定された所定値を超えたとき、クラッチ接続状態からクラッチ開放状態に切り換わるクラッチ機構であればよく、例えば、クラッチ接続状態とクラッチ開放状態とを切換可能な電磁クラッチ等を用いてもよい。

図３（ａ）は、逆遠心クラッチのクラッチ接続状態を示す模式断面図、図３（ｂ）は、逆遠心クラッチのクラッチ開放状態を示す模式断面図である。

この逆遠心クラッチ３４は、所定距離離間し且つ同軸状に対向して配置される入力軸３６及び出力軸３８と、有底円筒状からなり入力軸３６に連結されて入力軸３６と一体的に回転するドラム４０と、入力軸３６と対向する出力軸３８の先端に連結されて出力軸３８と一体的に回転するクラッチインナ４２と、周方向に沿って複数個に分割構成され、ばね力によってクラッチインナ４２と接触してその摩擦力によってクラッチインナ４２と共に回転可能に設けられたクラッチシュー４４と、クラッチシュー４４をクラッチインナ４２に向かって付勢するスプリング４６とから構成されている。入力軸３６は、ベアリング３０を介して駆動アーム２０側に接続されている。出力軸３８は、減速機構２８を介してモータ２４側に接続されている。

図３（ａ）に示されるように、駆動アーム２０を介して入力されるサスペンションアーム１２の変位速度が所定値以下であるとき、つまり入力軸３６の回転速度が低速回転状態にある場合、スプリング４６で付勢されたクラッチシュー４４とクラッチインナ４２とが摩擦力を介して接触し、駆動アーム２０からの回転力が入力軸３６及び出力軸３８を介してモータ２４側に伝達されるクラッチ接続状態となる。

一方、図３（ｂ）に示されるように、駆動アーム２０を介して入力されるサスペンションアーム１２の変位速度が所定値を超えるとき、つまり入力軸３６の回転速度が低速回転から増大して高速回転状態にある場合、クラッチシュー４４は、その遠心力によって、スプリング４６のばね力に抗して半径外方向に変位し、クラッチインナ４２から離間する。この結果、入力軸３６から出力軸３８に対し、駆動アーム２０からの回転力が伝達されないクラッチ開放状態（クラッチ切断状態）となる。

本実施形態に係るサスペンション装置１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。

本実施形態では、機械式のダンパ１４と電磁ダンパ２２とを並列に配置することで、ダンパ１４による減衰力と電磁ダンパ２２による減衰力とが合算された大きな減衰力を発生させることができる。また、本実施形態では、例えば、車輪Ｗから大きな荷重が入力されてサスペンションアーム１２の変位速度が所定値を超える場合、クラッチ機構２６（逆遠心クラッチ３４）がクラッチ接続状態からクラッチ開放状態に切り換わる。

この結果、本実施形態では、高速回転に対応していない安価で小型のモータ２４を用いた場合であっても、モータ２４に対して過大な回転数及び負荷が入力されることを回避することができる。

さらに、本実施形態では、電磁ダンパ２２と機械式のダンパ１４とを併用しているため、クラッチ機構２６（逆遠心クラッチ３４）がクラッチ開放状態となった場合であっても、機械式のダンパ１４の減衰力が作用して、急激な減衰力抜けを防止することができる。

図４は、モータの回転速度と減衰力との関係を示す特性図である。
図４において、破線は、比較例に係るクラッチ機構を用いた場合を示し、実線は、本実施形態を示している。比較例では、クラッチが切れてクラッチ開放状態となったとき、減衰力が急減して急激なトルク変動が発生する。これに対して本実施形態では、クラッチ開放状態となった場合であっても、電磁ダンパ２２に対して機械式のダンパ１４が並列に配置されているため、急激な減衰力抜けを防止して緩やかなトルク変動とすることができる。

さらにまた、本実施形態では、逆遠心クラッチ３４を用いることで、通常の遠心クラッチと反対に、駆動アーム２０側に接続される入力軸３６の低速回転時に逆遠心クラッチ３４がクラッチ接続状態となり、入力軸３６から出力軸３８に対して駆動アーム２０の回転力が伝達される。

一方、駆動アーム２０側に接続される入力軸３６の高速回転時には、逆遠心クラッチ３４がクラッチ接続状態からクラッチ開放状態に切り換わり、入力軸３６からの駆動アーム２０の回転力が出力軸３８に対して伝達されることが阻止される。本実施形態では、クラッチ機構２６として逆遠心クラッチ３４を用いることで、クラッチ機構２６を制御するための電力が不要となり、省エネルギを達成することができる。

なお、クラッチ機構２６としては、逆遠心クラッチ３４に代替して、例えば、摩擦式の乾燥単板式クラッチを用い、図示しないプレッシャプレートとクラッチディスクとの間を半クラッチ状態とする半クラッチ機能を有するようにしてもよい。クラッチ開放状態となる前に半クラッチ状態を経由することで、減衰力の変動がより緩やかとなり、減衰力変動時の違和感を抑制することができる。

次に、クラッチ機構２６の必要性について説明する。
一般的に、低速の減衰力可変を小型のモータで行う場合、減速機構を設ける必要があり、減速比が高いほどモータを小型化することができる。しかしながら、減速機構の減速比が高くなると、路面から高速の入力荷重が付与されるとモータの回転速度がモータ自体の定格回転速度を超える可能性が高くなる。これにより、小型のモータを高い減速比を有する減速機構で使用する場合、モータの回転駆動力の伝達を断続するクラッチ機構が必要となる。さらに、種々のクラッチ機構の中でも、電磁ダンパとして使用するためには、サスペンションアームの変位速度に対して減衰力の変化が急激となることがないクラッチ機構を選択する必要がある。このような考慮に基づいて、本実施形態では、クラッチ機構２６として逆遠心クラッチ３４が採用されている。

次に、本実施形態において、各ポイントにおけるトルク等の特性について説明する。
図５（ａ）は、図５（ｄ）のポイントＡにおけるサスペンションアームの変位速度と減衰力との関係を示す特性図、図５（ｂ）は、図５（ｄ）のポイントＢにおける減速された出力軸の回転速度とトルクとの関係を示す特性図、図５（ｃ）は、図５（ｄ）のポイントＣにおけるモータの回転速度とトルクとの関係を示す特性図、図５（ｄ）は、電磁ダンパにおける各ポイントを示すブロック図である。

電磁ダンパ２２において、ポイントＡは、駆動アーム２０とサスペンションアーム１２との接続点、ポイントＢは、クラッチ機構２６と減速機構２８との接続点、ポイントＣは、減速機構２８とモータ２４との接続点をそれぞれ示している。

図５（ａ）及び図５（ｃ）に示されるように、電磁ダンパ２２では、モータ２４の回転速度が定格回転速度に到達するまで、サスペンションアーム１２に対して所定の減衰力が付与される。本実施形態では、クラッチ機構２６（逆遠心クラッチ３４）を設けることで、サスペンションアーム１２の変位速度が所定値を超えるときにクラッチ機構２６がクラッチ接続状態からクラッチ開放状態に切り換わり、クラッチ機構２６による切断領域（図５（ｂ）参照）を設けることができる。

このように、本実施形態では、クラッチ機構２６（逆遠心クラッチ３４）を設けることで、モータ２４が定格回転速度を超えることが回避され（モータ２４の回り過ぎを防止）、モータ２４を好適に保護することができる。

また、本実施形態では、小型で軽量のモータ２４を使用することができるため、ばね下重量を軽減することができる。さらに、本実施形態では、電磁ダンパ２２をダンパ１４と別個独立の構成としているため、電磁ダンパ２２を車体に対して簡便に取り付けることができる。

さらにまた、本実施形態では、従来から使用されているダンパ１４をそのまま利用して、さらに、電磁ダンパ２２を追加配置することで、従来の車体構造を利用してレイアウトの自由度を向上させることができる。さらにまた、機械式のダンパ１４で発生する減衰力の値と電磁ダンパ２２で発生する減衰力の値とを適宜設定することで、例えば、四輪駆動車、前輪駆動車、後輪駆動車等の種々の車両に対応したて所望の減衰力を得ることができる。

さらにまた、本実施形態において、モータ２４は、制御回路３２から出力される信号に基づいて短絡（閉回路を構成）、及び／又は、開放状態に制御可能に設けられ、駆動アーム２０の回転運動に対してパッシブに使用されることによって減衰力を発生させるようにしている。しかしながら、本実施形態は、これに限定されるものではなく、制御回路３２から駆動パルスを出力することで、アクティブダンパとして使用してもよい。

なお、本実施形態では、減速機構２８がモータ２４とクラッチ機構２６との間に介装される構成を採用しているが、例えば、図６の変形例に係るサスペンション装置１０ａに示されるように、減速機構２８とモータ２４との間にクラッチ機構２６を配置するようにしてもよい。

１０、１０ａ サスペンション装置
１２ サスペンションアーム
１４ ダンパ（機械式ダンパ）
２０ 駆動アーム
２２ 電磁ダンパ
２４ モータ（回転駆動源）
２６ クラッチ機構
３４ 逆遠心クラッチ
Ｗ 車輪

Claims (3)

1. 車両の車輪に配置されるサスペンション装置であって、
   前記車輪を車体に懸架するサスペンションアームと、
   機械式ダンパと、
   前記機械式ダンパと並列に配置され、回転駆動源の回転駆動力によって減衰力を発生させる電磁ダンパと、
   を備え、
   前記電磁ダンパは、クラッチ機構を有し、
   前記クラッチ機構は、前記サスペンションアームの変位速度が所定値を超えるときにクラッチ開放状態となることを特徴とするサスペンション装置。
2. 請求項１記載のサスペンション装置において、
   前記クラッチ機構は、半クラッチ状態とする半クラッチ機能を有し、
   前記半クラッチ状態を経由して前記クラッチ開放状態となることを特徴とするサスペンション装置。
3. 請求項１又は請求項２記載のサスペンション装置において、
   前記クラッチ機構は、逆遠心クラッチであることを特徴とするサスペンション装置。

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