JP2017512694A - 高さ調節を伴う振動ダンパ - Google Patents

Abstract

【課題】シャシの高さと走行特性の最適化を達成すること。【解決手段】車両サスペンションスプリング５のためのスプリングサポート３を含むサスペンションシステム１であって、前記車両サスペンションスプリング５を支持するスプリングプレート７が、車両構造の高さ調整の目的で、その位置について圧力媒体供給部４７〜６３によって任意に調整可能である、前記サスペンションシステムにおいて、前記スプリングサポート３がハイドロニューマチックスプリング４５として構成されており、該ハイドロニューマチックスプリングの油圧体積が空圧式の貯蔵要素４３に対しても同様に調整可能であること。

Description

本発明は、高さ調節を伴う振動ダンパと、請求項１の上位概念による振動ダンパの動作のための方法とに関するものである。

自動車と比較して、自動二輪車においては、シャシ調整が着座位置にも影響を与えるという特徴がある。特に、短い脚の人間は、自動二輪車の停止状態において安全な態勢をとるために比較的深く着座する必要がある。最も簡単な可能性は、シートをこれに対応して深く調整するとともに、シャシを分離して考慮することにある。シートの機械的な調整性は、多くの場合非常に限定されている。

そのため、調整可能なシャシ構成要素が用いられる。すなわち、特許文献１から、圧縮コイルスプリングの構造形態の機械的なスプリングのために調整可能なスプリングプレートを用いることが知られている。このスプリングプレートは、減衰媒体の供給によって調整されることが可能なリングピストンと共に作用する。これにより、シートの高さが大幅に適合されることが可能である。例えば他の乗員と共に走行する場合に、負荷状況が変化すれば、追加的な圧力媒体を用いることで所望のシャシ高さと、これによりシート高さを調整することが可能であるものの、例えば振動率に関して走行特性が変化してしまう。なぜなら、車両スプリングがより強く付勢されるためである。

独国特許出願公開第４２３１６４１号明細書 米国特許第６１１９８３１号明細書

本発明の課題は、シャシの高さと走行特性の最適化を達成することにある。

上記課題は、本発明により、スプリングサポートがハイドロニューマチックスプリングとして構成されており、該ハイドロニューマチックスプリングの油圧体積が空圧式の貯蔵要素に対しても同様に調整可能であることによって解決される。

これにより、サスペンションシステムは、異なる部分機能のために用いられる２つの平行なサスペンション装置を備えている。静的なベース負荷の大部分は、調整可能なスプリングプレートによって担われている。ハイドロニューマチックサスペンションがサスペンションシステムによって支持されるべき負荷への適合を果たす。総バネ定数は、個々のバネ定数の合計により得られる。固有振動数の演算は、数式
ｆ＝√（Ｃ_{ｍｅｃｈ−Ｆｅｄｅｒ}＋Ｃ_{Ｈｙｄｒｏ−Ｆｅｄｅｒ}）／（ベース負荷＋追加負荷）
に従う。ここで、Ｃ_{ｍｅｃｈ−Ｆｅｄｅｒ}は、車両サスペンションスプリングが多少強く付勢されていても、一定の値である。

ベース負荷は、例えば車両質量＋１人（７５ｋｇ）と規定されている。

追加負荷は、正の値であるか、又は人間が例えばより軽い場合には負の値であり得る。

バネ定数Ｃ_{Ｈｙｄｒｏ−Ｆｅｄｅｒ}は、負荷に適合されることが可能である。これにより、方程式は分子及び分母において変数を含むため、固有振動数を狭い帯域幅に制限することが可能である。ハイドロニューマチックのものを有さないサスペンションシステムでは、固有周波数が大きく変化する。これにより、全体的に、システムの振動特性が大きく変化する。

構造原理の簡易な実現に関して、スプリングプレート調整のための圧力媒体と、ハイドロニューマチックスプリングの油圧媒体とが同一である。

別の拡張段階では、サスペンションシステムが、スプリングプレート調整のためにも、またハイドロニューマチックスプリングのための油圧媒体の供給のためにも、共通の圧力媒体ポンプを備えているように構成されている。これにより、構成要素を削減することが可能である。

従属請求項によれば、サスペンションシステムは、調整可能な装置への少なくとも２つの圧力媒体管路と、流出管路と、ポンプ管路とを備えており、全ての管路が切換弁装置によって作動可能である。管路接続部のこのような簡易な構造により、サスペンションシステムの全ての関連する状態を非常に容易に更新することが可能である。したがって、いわば静的な状態が存在し、ポンプ出力が不要であれば、例えばサスペンションシステム全体を遮断することが可能である。

切換弁装置が、少なくとも、２つの圧力媒体管路のために分離された複数の切換弁を備えているよう構成することも可能である。全ての圧力媒体配管が分離された複数の切換弁を備えていれば、スプリングサポートの機能的な各作動を再現することが可能であるとともに、このとき、比較的簡易な切換弁を用いることができる。

これに代えて、切換弁装置が切換弁ブロックで形成されることができるので、わずかな油圧接続結合部による簡易な取付が可能である。

有利な従属請求項によれば、リングシリンダとリザーバ容器の間の圧力媒体管路が、少なくとも流れ方向においてリザーバ容器へ作用する絞りを備えている。スプリングプレート調整は、できる限りわずかな油圧体積に関連すべきである。これにより、所望の高さ位置への迅速な適合が可能である。さらに、油圧システムのための構造空間要求はわずかな傾向にある。しかし、現在存在する高さ位置が下降されるべき場合には、油圧媒体の単純な流出により、不快に迅速な下降運動が生じてしまう。この作用は、上述の絞りにより抑制される。

簡易なセンサ技術に関して、スプリングプレートが走出ストッパに対して調整可能である。ストッパの接近時に圧力媒体ポンプにおける直接的な流れ上昇が生じる。この流れ上昇を信号として用いることが可能である。

好ましい実施形態では、軸方向に可動なスプリングプレートが段形状を備えており、該段形状が、スプリングサポートの相補的な段形状と共に圧力媒体で満たされたリングシリンダを形成している。スプリングプレートは、実際にはピストンと、リングシリンダの外側のシリンダとを形成している。

別の有利な実施形態においては、軸方向に可動な前記スプリングプレートが、リングシリンダを端部側でシールする、軸方向に離間した２つのリングシールを支持している。この場合にはスプリングサポートの面である外側ジャケット面は、内側ジャケット面よりも大幅に容易に高い精度及び表面精度で製造されることが可能である。内壁部においてスプリングプレート上を摺動するスプリングプレートは、少なくとも１つのリングシールのための付勢を果たす必要がある軸方向の支持面を備えている。

別の有利な実施形態では、サスペンションシステムが、調整可能なスプリングプレートの圧力媒体供給のための優先回路を備えている。運転者にとって、所望の高さ位置への迅速な到達は、一定の振動特性の達成よりも重要である。

サスペンションシステムの最適な再現のために、サスペンションシステムは、高さ位置の検出のために高さセンサを備えている。

サスペンションシステムのコンパクトな構造に関して、スプリングサポートが振動ダンパとして構成されている。

サスペンションシステムを最大限利用するために、振動ダンパが少なくとも１つの調整可能な減衰弁を備えている。さらに、振動運動時に高さ制御を補助するために、調整可能な減衰弁を利用することができ、減衰弁においては、目標とする高さ方向へ柔らかい減衰力調整がなされ、目標とする高さ方向とは逆方向には必要以上に硬い減衰力調整がなされる。

本発明によれば、更に、ハイドロニューマチックスプリングが一定の負荷において維持され、及び変化する走行状況がバネ定数に関して一定に維持されるように構成されている。

負荷が大きく変化しても、運転者にとって予測可能な走行特性が生じる。

以下の図面を参照した説明に基づいて本発明を詳細に説明する。

特に自動二輪車の後車軸のためのサスペンションシステムを示す図である。 切換弁ブロックを有する、図１の代替構成を示す図である。

図１には、特に自動二輪車の後車軸のためのサスペンションシステムである、車両用のサスペンションシステム１が示されている。サスペンションシステム１は、振動ダンパの構造形態でのスプリングサポート３を含んでいる。車両サスペンションスプリング５がリングピストン９を備えたスプリングプレート７上で支持されており、リングピストンは、リングシリンダ１１内で、スプリングサポート３の一部として不図示の車両構造の車高調整の目的でその位置について任意に調整可能である。このために、リングシリンダ１１は、少なくとも１つのポンプ１５及びリザーバ容器１７を含む圧力媒体供給部１３を備えている。車両サスペンションスプリング５のための第２のスプリングプレートは、ピストンロッド側に取り付けられているか、又は車両構造に直接取り付けられている。

スプリングサポート３はシリンダ１９を備えており、このシリンダ内では、ピストンロッド２１が軸方向に変位可能に案内されている。ピストンロッド２１にはピストン２３が固定されており、このピストンは、シリンダ１９をピストンロッド側の動作室２５とピストンロッドから離れた側の動作室２７に分割している。ピストン２３は、例えば特許文献２から知られているように、調整可能な減衰弁２９を備えている。スプリングサポート３はシリンダ１９に対して同心状に外側の容器３１を備えており、この外側の容器にはリングシリンダ１１が固定されており、このリングシリンダは、容器３１に対して独立したアセンブリであり、したがって外側シリンダ３３及び内側シリンダ３５を含んでいる。その結果、リングピストン９は、振動ダンパ３の容器３１上では摺動しない。リングシリンダ１１は、例えばリングピストン９の最大の走出位置を規定する止め輪によって形成された第１のストッパ３７を備えている。リングシリンダ１１の底部３９は、リングピストン９の最大の走入位置を規定している。

シリンダ１９と振動ダンパ３の容器３１の間には、走入又は走出するピストンロッド２１によって押しのけられる動作室２５；２７内の圧力媒体のためのリング状の補償室４１が配置されている。補償室４１内には、加圧ガス充填を伴う貯蔵要素４３が配置されている。この貯蔵要素４３は、圧力媒体で満たされた補償室４１と共に調整可能なハイドロニューマチックスプリング４５を形成しており、このハイドロニューマチックスプリングは、車両サスペンションスプリング５と機能的に並行して力をピストンロッド２１の走出方向へ作用させる。

振動ダンパは圧力媒体管路４７〜５３を介してポンプ１５及びリザーバ容器１７に結合されているため、スプリングプレート調整部９；１１も、ハイドロニューマチックスプリング４５も、共通の圧力媒体ポンプ１５を使用する。したがって、リングシリンダ１１内、動作室２５；２７内及び振動ダンパ１の補償室４１内の圧力は同一である。例えば、圧力媒体管路４１の接続部は、ピストンロッドから離れた側の動作室２７内に構成されている。これに代えて、補償室４１も考慮することが可能である。

圧力媒体管路４９；５１、リザーバ容器１７へのドレン管路４３及びポンプ管路４７は、例えば交点５５に接続されているとともに、それぞれ、開閉機能を満たす切換弁５７〜６３を備えている。サスペンションシステムは、調整可能なスプリングプレート７の圧力媒体供給のための優先回路を任意で備えることができる。この優先回路は、制御機器６５内のソフトウェア又は古典的な油圧回路によって解除されることが可能である。

サスペンションシステム１は、リングピストン９の位置検出のために、非常に単純なセンサを備えている。リングシリンダ１１の両ストッパ３７；３９は、基準点としての役割を担っているとともに、例えばポンプ駆動部１５におけるピーク電流によって検出されることが可能である。

ハイドロニューマチックスプリング４５について、高さ位置の検出のために例えば正確な測定に適した高さセンサ６７が用いられる。

車両あるいは自動二輪車、したがってサスペンションシステム１の始動時には、圧力媒体がリザーバ回路を介してリザーバ容器１７からリングシリンダ１１へ圧送される。これにより、第１のストッパ３７に到達するまで自動二輪車の構造部が上昇される。車両サスペンションスプリング５の設定及びスプリングプレート７の基本位置は、車両サスペンションスプリング５がベース負荷の本質的な割合を担うもののその全てを担わないように選択されている。これにより、走行動作のための所望の高さ位置を得るために、リングピストン９がスプリングプレート７と共に常に第１のストッパ３７において接触することが規定される。自動二輪車を支持するための部分的な受持ちはハイドロニューマチックスプリング４５が担う。リングシリンダ１１に対する圧力媒体供給は、切換弁４９を介して遮断されるとともに、ハイドロニューマチックスプリング４５の付勢のために完全に用いられることが可能である。これにより、所望の高さ位置に至るまでピストンロッド２１が更に走出する。実際の高さ位置は高さセンサ６７によって検出され、この高さセンサは、比較的単純に構成され得る。なぜなら、主に、変化する負荷において自動二輪車がその高さ位置について例えば停止状態、高速走行又はオフロード走行のような静的な車両状態へ再調整されるいわば静的な制御が行われるためである。

所望の高さ位置が得られると、圧力媒体供給全体が切換弁４７〜５３によって遮断されるので、サスペンションシステム１の動作に対して外力が不要である。ハイドロニューマチックスプリング４５のための圧送過程は、減衰力が、ピストンロッド走出運動のために、ピストンロッド走出運動時に最小化され、シリンダ１９内へのピストンロッド走入運動時には最大化されることで、調整可能な減衰弁２９を用いて行うことが可能である。これにより、油圧ポンプの作用を補助することができ、実際にはこのためのかなりのエネルギー消費が不要である。

例えば、所望の高さ位置が変化すると、リングシリンダ１１からのみ圧力媒体を迅速に排出することで、例えばオフロード走行から高速走行への新たな高さ位置が達成される。ハイドロニューマチックスプリング４５の設定は変化せずそのままである。高さ位置は変化するものの、振動特性は変化しない。なぜなら、サスペンションシステム１の固有振動数は変化せずそのままであるためである。

積載荷重が増大すると、ピストンロッド２１が沈み込み、高さセンサ６７によって目標となる高さ位置に対する差異が確認される。リングピストン９は引き続き第１のストッパ３７に接触している。高さ位置を達成するために、貯蔵部４３への予圧を高めるとともにピストンロッド２１に対するより大きな押出し力を得るよう圧力媒体がリザーバ容器１７から補償室４１へ圧送される。これにより、同時に固有振動数が再び目標となる量へ上昇される。

基本的には、ハイドロニューマチックスプリング４５を、変化する荷重に対しても、また変化する車両状況における高さの変化のためにも用いることも可能である。しかし、ハイドロニューマチックスプリング４５が一定の負荷において維持され、及び変化する走行状況がバネ定数に関して一定に維持されるように意図的に設定されている。リングシリンダ１１を介して高さの変更は、大幅により迅速になされる。なぜなら、ここでも寸法により、ハイドロニューマチックスプリング４５の予圧の変更のためよりも少ない圧力媒体しか変更のために用いる必要がないためである。

図２には、図１による変形形態と同一の機能原理に従うサスペンションシステム１の変更が示されている。構造上の差異は、リングシリンダ１１の形態にある。軸方向に可動なスプリングプレート７は、外側シリンダ３３を形成しているとともに、段形状を備えている。容器３１に固定された内側シリンダ３５は相補的な段形状を備えているため、スプリングプレート７の外側シリンダ３３及びスプリングサポートの内側シリンダ３５が圧力媒体で満たされたリングシリンダ１１を形成している。内側シリンダ３５は、その段部６９と共にリングシリンダ１１の底部３９を形成しており、この底部は、圧力室７１における圧力支持に寄与するものである。径方向内方へ向いた端部側における外側シリンダ３３あるいはスプリングプレート７の段部７３は、図１によるピストンの機能を担っている。容器３１における内側シリンダ３５の軸方向の支持は、容器３１の溝内に収容された止め輪７５を介して行われる。

内側シリンダは、その外側ジャケット面によって軸方向に離間したリングシール７７；７９のための摺動軌道を形成しており、スプリングプレート７あるいは外側シリンダ３３がこれらリングシールをリング溝内で支持しており、これらリングシールは、リングシリンダ１１を端部側でシールしている。外側シリンダ３３の段部７３における径方向の溝８１は、スプリングプレート７の端部側の段部７３が内側シリンダ３５の段部６９あるいは底部３９に接触するようになっているとしても、油圧媒体の流入をさせるものである。

図１に対する別の差異は、切換弁装置の形態にある。図１では、切換弁装置５７〜６３は、少なくとも、２つの圧力媒体管路のために分離された、この変形態様では各圧力媒体管路に対して分離された１つの切換弁である、切換弁を備えている。図２では、切換弁装置は、４つの接続部及び４つの切換位置を有する切換弁ブロック８３によって形成されている。

図示されている第１の切換位置では、ピストンロッドから離れた側の動作室２７がリザーバ容器１７に接続されており、リングシリンダ１１はリザーバ容器及びポンプに対して遮断されている。ハイドロニューマチックスプリング４５は、リザーバ容器１７の方向へ負荷軽減されることが可能である。走入するピストンロッド２１によって押しのけられる減衰媒体は、リザーバ容器１７へ直接流出する。

次の切換位置は、ハイドロニューマチックスプリング４５の予圧に寄与する。リングシリンダ１１あるいはスプリングプレート位置が遮断されている。リザーバ容器１７の接続部あるいは圧力媒体管路４９；５３の間の接続部も同様である。ポンプ１５が作動停止していれば、サスペンションシステム１全体が停止している。なぜなら、リングシリンダ１１がポンプ１５からも、またリザーバ容器１７からも分離されているとともに、ハイドロニューマチックスプリング４５又は振動ダンパからの逆流が切換弁ブロック８３とポンプ１５の間の併催された逆止弁８５により同様に遮断されるためである。この切換位置は、エネルギー消費を最小化するために、一定の負荷状況について意義深い。

第３の切換位置は高さ位置の低下のために設けられており、この第３の位置では、油圧媒体はリングシリンダ１１からリザーバ容器１７へ流出するようになっている。このとき、ハイドロニューマチックスプリング４５は遮断されているとともに、ポンプ１５による充填も遮断されている。この切換弁ブロック８３には絞り８７が配置されており、この絞りは、スプリングプレート７の過剰に迅速な低下を防止するものである。

第４の切換位置では、リングシリンダ１１がスプリングプレート７の調整のために油圧媒体で満たされるとともに、ハイドロニューマチックスプリング４５が遮断されている。両切換位置１及び２はハイドロニューマチックスプリング４５の作動に対応し、切換位置３及び４はリングシリンダ１１の作動に対応する。切換位置のグループ化された配置により、短い切換ストロークが可能である。

１ サスペンションシステム
３ スプリングサポート
５ 車両サスペンションスプリング
７ 第１のスプリングプレート
９ リングピストン
１１ リングシリンダ
１３ 圧力媒体供給部
１５ ポンプ
１７ リザーバ容器
１９ シリンダ
２１ ピストンロッド
２３ ピストン
２５ ピストンロッド側の動作室
２７ ピストンロッドから離れた側の動作室
２９ 調整可能な減衰弁
３１ 容器
３３ 外側シリンダ
３５ 内側シリンダ
３７ 第１のストッパ
３９ 底部
４１ 補償室
４３ 貯蔵要素
４５ ハイドロニューマチックスプリング
４７ ポンプ管路
４９ 圧力媒体管路
５１ 圧力媒体管路
５３ 流出管路
５５ 交点
５７ 切換弁
５９ 切換弁
６１ 切換弁
６３ 切換弁
６５ 制御機器
６７ 高さセンサ
６９ 段部
７１ 圧力室
７３ 端部側の段部
７５ 止め輪
７７；７９ リングシール
８１ 溝
８３ 切換弁ブロック
８５ 逆止弁
８７ 絞り

Claims (15)

1. 車両サスペンションスプリング（５）のためのスプリングサポート（３）を含むサスペンションシステム（１）であって、前記車両サスペンションスプリング（５）を支持するスプリングプレート（７）が、車両構造の高さ調整の目的で、その位置について圧力媒体供給部（４７〜６３）によって任意に調整可能である、前記サスペンションシステムにおいて、
   前記スプリングサポート（３）がハイドロニューマチックスプリング（４５）として構成されており、該ハイドロニューマチックスプリングの油圧体積が空圧式の貯蔵要素（４３）に対しても同様に調整可能であることを特徴とするサスペンションシステム。
2. 前記スプリングプレート調整（９；１１）のための圧力媒体と、前記ハイドロニューマチックスプリング（４５）の油圧媒体とが同一であることを特徴とする請求項１記載のサスペンションシステム。
3. 当該サスペンションシステムが、前記スプリングプレート調整（９；１１；４５〜６３）のためにも、また前記ハイドロニューマチックスプリング（４５）のための油圧媒体の供給のためにも、共通の圧力媒体ポンプ（１５）を備えていることを特徴とする請求項２記載のサスペンションシステム。
4. 当該サスペンションシステム（１）が、調整可能な装置（４９；５１）への少なくとも２つの圧力媒体管路と、流出管路（５３）と、ポンプ管路（４７）とを備えており、全ての管路（４７〜５３）が切換弁装置（５７〜６３；８３）によって作動可能であることを特徴とする請求項３記載のサスペンションシステム。
5. 前記切換弁装置（５７〜６３）が、少なくとも、２つの前記圧力媒体管路（４７〜５３）のために分離された複数の切換弁（５７〜６３）を備えていることを特徴とする請求項３記載のサスペンションシステム。
6. 前記切換弁装置が切換弁ブロック（８３）で形成されていることを特徴とする請求項３記載のサスペンションシステム。
7. リングシリンダ（１１）とリザーバ容器（１７）の間の前記圧力媒体管路（４９）が、少なくとも流れ方向において前記リザーバ容器（１７）へ作用する絞り（８７）を備えていることを特徴とする請求項３記載のサスペンションシステム。
8. 前記スプリングプレート（７）が走出ストッパ（３７）に対して調整可能であることを特徴とする請求項１記載のサスペンションシステム。
9. 軸方向に可動な前記スプリングプレート（７）が段形状（７３）を備えており、該段形状が、前記スプリングサポート（３）の相補的な段形状（６９）と共に圧力媒体で満たされたリングシリンダ（１１）を形成していることを特徴とする請求項１記載のサスペンションシステム。
10. 軸方向に可動な前記スプリングプレート（７）が、前記リングシリンダ（１１）を端部側でシールする、軸方向に離間した２つのリングシール（７７；７９）を支持していることを特徴とする請求項９記載のサスペンションシステム。
11. 当該サスペンションシステムが、調整可能な前記スプリングプレート（７）の圧力媒体供給のための優先回路を備えていることを特徴とする請求項３記載のサスペンションシステム。
12. 当該サスペンションシステム（１）が、高さ位置の検出のために高さセンサ（６７）を備えていることを特徴とする請求項１記載のサスペンションシステム。
13. 前記スプリングサポート（３）が振動ダンパとして構成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のサスペンションシステム。
14. 前記振動ダンパが少なくとも１つの調整可能な減衰弁（２９）を備えていることを特徴とする請求項１３記載のサスペンションシステム。
15. 請求項１に記載のサスペンションシステムの動作のための方法において、
    前記ハイドロニューマチックスプリング（４５）が一定の負荷において維持され、及び変化する走行状況がバネ定数に関して一定に維持されることを特徴とする方法。

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