JP3452362B2 - 液体ばね車両用サスペンション装置及び関連の制御装置 - Google Patents

液体ばね車両用サスペンション装置及び関連の制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】 背景技術 本発明は、車両用サスペンション装置に、好適な実施
態様では特に、車両の動作中に、液体ばね及び車両の動
作パラメータの感知された変化に応じて、各液体ばねの
ばね及び減衰特性がコンピュータで調節される液体ばね
車両用サスペンション装置に関するものである。
従来、車両用サスペンション装置の従来型油圧緩衝器
及び外部コイルばねのアセンブリに代えて、液体ばねと
して知られているもっと小型の装置を用いる様々な提案
が行われている。液体ばねは基本的に、圧縮性液体を入
れた内部室を設けている円筒形ハウジングと、室内に往
復動可能に配置されたピストンと、室の内外へ軸方向に
移動可能で、ピストンに固定されており、長手方向外側
部分がハウジング端部の一方から突出しているロッド構
造体とを有している。液体ばねは車両フレームと対応の
ホィール支持構造体との間に連結されて、ホィールとフ
レームとの間の相対的な垂直方向変位によって生じる液
体ばねのロッド構造体とハウジングとの間の相対的な軸
方向移動に応じて、液体ばね内の圧縮性液体がサスペン
ション装置にばね力と減衰力の両方を発生させる。車両
用サスペンション装置に組み込まれた液体ばねの全体構
造及び作用のさらに詳細な説明は、「車両サスペンショ
ン装置用の流体サスペンションばね及びダンパ」と題す
る米国特許出願番号第941,289号に記載されており、こ
れは参考として本説明に含まれる。
液体ばねのばね力と減衰力の両方またはいずれか一方
を、車両の停止時に調整し直すまでは車両の動作中ほぼ
一定である設定値に選択的に調節する様々な機構が提案
されている。このため、これらの実質的に固定したばね
力及び減衰力特性は、車両の動作中に出合うしばしば広
範囲の道路状態及び車両動作入力（例えばステアリング
入力、制動力、車両速度等）を処理することができる所
定の簡易設定値を表すにすぎない。
道路状態及び車両動作入力の両方、またはそれらの組
み合わせの変化を補償するため、車両の動作中に液体ば
ねのばね力及び減衰力特性を自動的に調節する液体ばね
車両用サスペンション装置を提供することが望まれてい
ることはわかるであろう。従って、本発明の目的は、そ
のような装置を提供することである。
発明の概要 好適な実施態様に従って本発明の原理によれば、車両
の動作中に液体ばね及び車両の動作パラメータのいずれ
か一方または両方の感知された変化に応じて、各液体ば
ねのばね力及び減衰力特性が継続的にコンピュータ調節
される改良型液体ばね車両用サスペンション装置が提供
されている。
各液体ばねは、円筒形の室を備えたハウジングを有し
ており、この室内にピストンが往復動可能に配置され
て、その室を軸方向にバウンスサブ室とリバウンドサブ
室とに分割している。ピストンに同軸的に固定されて、
ハウジングに密封状で摺動可能に支持されてそのハウジ
ングに対して相対的に室の内外へ軸方向移動するよう
に、細長い中空ロッド構造体が設けられている。その長
手方向外側部分はハウジングの外へ突出している。バウ
ンス室及びリバウンド室内及びロッド構造体内に適当な
圧縮性液体が入っている。ハウジング内においてバウン
ス室とリバウンド室を相互連結する減衰バイパス通路
が、内部ロッド室と、ピストンのリバウンド室側のすぐ
近くの位置でロッド構造体に半径方向に貫設された第１
の対の流体移送ポートと、ピストンのバウンス室のすぐ
近くの位置でロッド構造体に貫設された第２の対の半径
方向の流体移送ポートとによって形成されている。第１
及び第２回転弁手段が、ロッド室内に配置されており、
選択的かつ独立的に動作して、それぞれ第１及び第２ロ
ッドポート対を流れる圧縮性流体の量を調節することが
できる。
液体ばねの各々は、その長手方向外側ロッド構造部分
が車体フレームに固定され、そのシリンダが対応するホ
ィール構造体に固定されて、ホィール構造体がフレーム
に対して垂直方向に移動することによって、ロッド構造
体とハウジングとの間に相対軸方向変位が発生し、圧縮
性液体が、垂直方向のホィール変位に対して抵抗するば
ね及び減衰力を加える。第１、第２及び第３制御手段が
設けられており、それぞれ第１及び第２弁手段を選択的
かつ独立的に動作させることによって、第１及び第２ロ
ッドポート対を流れる圧縮性流体の量を調節し、圧縮性
液体の有効体積を選択的に変化させ、圧縮性液体の圧力
を選択的に変化させることができる。
ハウジング室内のピストンの相対軸方向位置を表す第
１信号、リバウンドサブ室内の圧縮性液体圧力を表す第
２信号、バウンスサブ室内の圧縮性液体圧力を表す第３
信号、及びロッド構造体室内の圧縮性液体圧力を表す第
４信号を含む液体ばね動作パラメータ信号を発生する手
段が設けられている。また、走行車両の前方の道路形
状、車両へのステアリング入力の方向及び大きさ、車両
の速度、及び車両に加えられている制動力を表す信号を
代表例として含む車両動作パラメータ信号を発生する手
段が設けられている。
コンピュータ手段は、液体ばね動作パラメータ信号及
び車両動作パラメータ信号を受け取って、それに応じた
出力信号を発生し、それらの出力信号によって、車両の
動作中に各液体ばねのばね特性及び減衰特性を自動的に
調節できるように第１、第２及び第３制御手段を動作さ
せることができる。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の原理を具現化するコンピュータ制
御形の液体ばね車両用サスペンション装置の一部を概略
的に示す部分断面図である。
第２図は、第１図の２−２線に沿った装置の液体ばね
部分を通る拡大断面図である。
好適な実施形態の詳細な説明 本発明の原理を具現化した改良型液体ばね車両用サス
ペンション装置10の一部が、第１図に概略的に示されて
おり、これは代表例として車両の各ホィールの位置にほ
ぼ垂直の双ロッド端部形液体ばね12を組み込んでいる。
後述するようにして、液体ばね12はその上端部で車両フ
レーム14に、下端部で対応のホィールの支持構造体（図
示せず）に連結されて、それの対応のホィール位置に必
要なサスペンション装置のばね力及び減衰力を与えるこ
とができる。やはり後述するように、液体ばね12は、選
択された車両及び液体ばね動作パラメータの感知された
変化に応じてばねの主要動作特徴を継続的かつ自動的に
調節するコンピュータ16を利用した独特の方法で制御さ
れる。
液体ばね12には、上端部20及び下端部22を備えた細長
いほぼ垂直の管状ハウジング18が設けられている。適当
な取り付けブラケット24がハウジング下端部22に固定さ
れて、ホィール支持構造体（図示せず）に連結されてい
る。上側環状グランド部材26がハウジング上端部20にね
じ込まれ、環状の中間グランド部材28がハウジング内部
の垂直方向中間部分に配置されており、また円筒形プラ
グ部材30が下側ハウジング端部22にねじ込まれ、それに
小さい中央通気通路32が軸方向に貫設されている。ハウ
ジング内部のグランド28とプラグ30との間に、細長い円
筒形スペーサスリーブ34が軸方向に配置されている。
グランド部材26、28とプラグ30とによって、圧縮性液
体が入った上部室36と、通気式の下側ロッド移動室38と
がハウジング内部に形成されている。環状ピストン40が
上部室36内を垂直方向に往復動可能に設けられて、上部
室を上側の「リバウンド」室36aと、下側の「バウン
ス」室36bとに分割している。後述する目的のため、一
対の小さい側壁ポート42及び44がハウジング18に形成さ
れて、それぞれ上側及び下側のグランド部材26、28付近
で室36a、36bに通じている。細長い中空の円筒形ロッド
構造体46が、環状ピストン40に同軸的に固定されてお
り、ピストン40の上端面から上向きに延びている上ロッ
ド部分48と、ピストン40の下端面から下向きに延びてい
る小径の下ロッド部分50とを備えている。ロッド構造体
46の閉鎖上端部54及び閉鎖下端部56間に、圧縮性液体を
充填した円筒形の内部室52が延びていて、ピストン40の
中央開口を通っている。
上ロッド部分48は、上側グランド部材26内の適当なシ
ール構造体58内に摺動可能状態で密封状に支持されてお
り、下側ロッド部分50は、中間グランド部材28内のシー
ル構造体60内に同様に支持されている。ロッド部分48の
上端部分は上方に延び出して、弾性バウンスパッド部材
62と、剛性のバウンスリテーナ部材64と、車体フレーム
14とを貫通している。そのような上ロッド端部分は、上
ロッド端部にロックナット66をねじ付けてフレーム14に
当接させることによって、フレーム14に保持固定され
る。
車両が停止状態にある時、それの重量の、図示の液体
ばね12に対応したホィール構造体で支持される部分は、
下向きの軸方向力を上ロッド部分48に加えて、それをさ
らに室36内へ押し込もうとする一方、同時に小径のロッ
ド部分50が下向きに中間グランド部材28を通って通気室
38内へ進んで、同時に下ロッド部分50を室36から出す。
このようにロッド構造体が降下することによって、上下
ロッド部分48、50の外径の違いのために室36内の圧縮性
液体の体積が漸減する。この体積減少が、次に圧縮性液
体の圧力を増大させて、これによって、下側シール60の
直径が上側シール58の直径よりも小さいことからピスト
ン及びロッド構造体に加えられる正味の上向き力が漸増
する。ピストン及びロッド構造体に加わるこの正味の上
向きの流体圧力が、対応のホィール構造体で支持される
車両重量部分に等しい時、ピストン40はハウジング室36
内で垂直方向平衡点、すなわち一般的に車両の停止時
か、ほぼ平坦な地面を走行中の車両の「ライド高さ」を
定める点にある。
さらなる上向きの「バウンス」力がホィール構造体に
加えられた時、ハウジング18はさらにロッド構造体46に
沿って上方へ移動して、大径のロッド部分48がさらに室
36内に挿入される一方、同時に小径のロッド部分50が室
36から出て、圧縮性液体の圧力及びピストン40に加わえ
られる正味の上向き圧力が漸増する。ホィール構造体の
上向き力が減少した時、例えばホィール構造体がそれの
ホィール行程全体のうちの「リバウンド」部分で下方へ
移動する時、ハウジング18内の内部流体圧力の作用によ
って、ハウジングがロッド構造体46に対して押し下げら
れる。このように、ロッドの移動に対応した圧縮性流体
の圧力変化が、液体ばね12にそれの全体的なサスペンシ
ョン作用のうちの「ばね」部分を与える。
ばねの全体的なサスペンション作用のうちの「減衰」
作用は、本発明では、ハウジング18がピストン40に対し
て上方へ移動する時、圧縮性液体がバウンス室36bから
ロッド室52を通ってピストン40を越えてリバウンド室36
aに流入するバイパス流を制御可能に許可し、またハウ
ジング18がピストン40に対して下方へ移動る時、圧縮性
液体がリバウンド室36aからロッド室52を通ってピスト
ンを越えてバウンス室36bに流入するバイパス流を制御
可能に許可することによって達成される。そのような減
衰バイパス流は、代表例として、ピストン40のすぐ上方
で上ロッド部分48に貫設された一対の直径方向に向き合
った半径方向のポート70と、ピストン40のすぐ下方で下
ロッド部分50に貫設された一対の直径方向に向き合った
半径方向のポート72とによって与えられる。
ロッドポート70、72を通る内向き及び外向きの流れ
は、ロッド構造体46の内部に同軸的に摺動可能に配置さ
れて、それぞれロッドポート70、72の内側端部を覆う一
対の円筒形回転弁部材74、76によって選択的に制御する
ことができる。下側弁部材76には、一対の直径方向に向
き合わせて円周上に配置された、断面がほぼ涙形の流量
調節通路（第２図を参照）が軸方向に貫設されている。
弁部材76をロッド構造体46に対して回転させることによ
って、弁部材通路78がロッドポート72に対して整合及び
不整合位置へ移動して、それによってバウンス室36bと
ロッド室52との間を流れる圧縮性液体の量を調節するこ
とができる。同様にして、上側回転弁部材74には、軸方
向に延びた円周方向流量調節通路80が設けられて、弁部
材74が適当に回転した時、これらがロッドポート70に対
して整合及び不整合位置へ移動して、それによってバウ
ンス室36bとロッド室52との間を流れる圧縮性液体を選
択的に調節することができる。
下側弁部材76は、ロッド室52内を上方に延び、上ロッ
ド端部54から外へ突出している細長い動作シャフト82に
固定されて、それによって回転させることができる。シ
ャフト82の上端部は、小型制御ハウジング86内に配置さ
れた高速回転アクチュエータ84に固定されており、制御
ハウジング86は、上ロッド端部54に取り付けられた同様
な制御ハウジング88の上端部に固定されている。中空の
管状制御ロッド90がロッド82を摺動可能に包囲してお
り、やはりロッド82を摺動可能に包囲している弁部材74
にその下端部で固定されている。外側ロッド90の上端部
は、ハウジング88内に配置された高速回転アクチュエー
タ92に動作固定されている。回転アクチュエータ84及び
92を適当に動作させることによって、ロッド82及び90
が、従って弁部材76及び74がそれぞれロッド構造体46内
で選択的かつ独立的に回転して、ロッドポート70及び72
をいずれかの半径方向に流れる圧縮性液体を所望程度に
選択的かつ独立的に調節することができる。必要に応じ
て、アクチュエータ84及び92を上ロッド部分48の内部に
配置することもできる。
圧縮性液体充填ロッド室52及びロッドポート70、72と
組み合わせて弁74、76を用いることによって、液体ばね
12のバウンス及びリバウンド減衰特性を非常に広い調節
範囲内で（弁制御ロッド82、90の一方または両方を回転
させることによって）選択的かつ独立的に、また非常に
迅速に変化させることができる。例えば、弁74、76の両
方をロッドポート70、72に対して最大開放位置へ回転さ
せた場合、ハウジング18がいずれかの垂直方向に移動し
た時のピストン40に対する減衰力の大きさが最小にな
る、すなわちロッドポート70及び72、弁通路78及び80、
及びロッド室52によって形成されたピストンバイパス通
路が最小制限設定になる。減衰スペクトルの他端部で、
弁74、76の両方が対応のロッドポート70及び78を締め切
る位置へ回転した時、得られるバウンス及びリバウンド
減衰力が最大になる。
これらの両極端の間にほぼ無数の相対弁位置があり、
また同数の使用可能なバウンス及びリバウンド減衰力設
定値がある。上記ピストンバイパス通路が弁74及び76に
よって可変制限されるだけでなく、ロッド室52もリバウ
ンド及びバウンス室36a及び36bのいずれか一方または両
方に対して選択的に連通または遮断されることによっ
て、ロッド室の圧縮性液体をバウンス及びリバウンド室
のいずれか一方または両方に対してほぼ瞬間的に加減す
ることによって、液体ばね12の減衰特性をさらに変更す
ることができる。これによって、ロッド室の圧縮性液体
を利用して、例えばハウジング18が一方の垂直方向へ変
位する時に圧縮エネルギを蓄積し、ハウジングが他方の
垂直方向へ変位する時に蓄積圧縮エネルギを放出するこ
とができる。
液体ばね12に連結したさらなる制御部材として、光電
位置センサ94と、ばね率調節機構96と、圧縮レギュレー
タ機構98とがあり、これらはそれぞれ第１図に概略的に
示されている。位置センサ94は、バウンスリテーナ部材
64に固着されて、ハウジング18の上端部に移動可能に担
持された位置表示タブ102上へ光ビーム100を照射するこ
とができる。ビーム100はタブ102からセンサ94へ反射し
て戻り、それによってセンサ94は端部102までの垂直距
離を瞬時に感知することができる。もちろん、そのよう
な距離は、ハウジング18の上端部とバウンスパッド62と
の間の距離や、圧縮性液体充填室36の両端部に対するピ
ストン40の位置に直接的に相関している。センサ94及び
それに対応したタブ102は、必要に応じて液体ばねのロ
ッド及びハウジング部分の様々な別の相対移動可能な部
分に取り付けることもできる。
ばね率調節機構96には、選択的に伸縮可能で、ロッド
部分48の上端部に半径方向に貫設された側壁移送ポート
106に接続された導管104を介してロッド室52に連通して
いる内部圧縮性液体充填室（図示せず）が設けられてい
る。機構96内の内部室を伸張させることによって、液体
ばね12の有効全体圧縮性液体体積が増加する一方、その
室の収縮によって有効圧縮性液体体積が減少する。
圧力レギュレータ機構98は、ばね率調節機構96と同様
な構造にすることができ、導管107及びロッド側壁ポー
ト108を介してロッド室52に連通している、選択的に伸
縮可能な内部圧縮性液体充填室を備えている。機構98の
内部室を選択的に伸縮させることによって、液体ばねハ
ウジング及びロッド室36及び52内の圧縮性流体の圧力を
選択的に変化させることができる。
車両の動作中に液体ばね12の動作を独自の方法で制御
するため、それぞれ液体ばね自体の動作特徴に関連した
制御入力信号110、112、114、116、118及び120が、液体
ばね12からコンピュータ16へ送られる。位置センサ94か
ら適当に伝達された入力信号110は、前述したように、
ハウジング18の上端部と弾性バウンスパッド62との間の
距離を表し、従ってグランド部材26及び28によって定め
られた室36の両端部に対するピストン40の軸方向位置を
表している。入力信号112及び114は、それぞれ上側及び
下側弁部材74及び76のそれぞれの対応ロッドポート70及
び72に対する回転位置を表している。入力信号116、118
及び120は、ロッドポート121、及び前述のハウジングポ
ート42及び44に接続された適当な導管を介してコンピュ
ータへ送られる圧力信号であり、それぞれロッド室52、
リバウンドサブ室36a及びバウンスサブ室36b内の圧縮性
液体圧力を表している。
液体ばね自体の選択動作パラメータを表す入力信号11
0〜120に加えて、それぞれ車両の代表的な動作パラメー
タを表す入力信号122、124、126及び128が適当にコンピ
ュータ16へ送られる。信号122は車両の前方の道路形状
を表し、信号124は車両へのステアリング入力の程度及
び方向を表し、信号126は車両速度を表し、信号128は車
両に加えられている制動力を表している。
出力信号130を用いてばね率調節機構96を動作させる
ことによって、液体ばね構造体内の圧縮性液体の有効体
積を選択的に増減させることができ、出力信号132及び1
34を用いて、それぞれ減衰弁74及び76を回転させる高速
回転アクチュエータ84及び92を動作させることができ、
出力信号136を用いて圧力レギュレータ機構98を動作さ
せることによって、液体ばね内の圧縮性液体圧力を選択
的に変化させることができる。
このように、液体ばね12（もちろん、他の車両ホィー
ルに連結された液体ばねも同じである）のばね力特性及
びバウンス及びリバウンド減衰特性の両方が継続的に監
視されて、車両動作パラメータ及び液体ばね自体の位置
及び圧力動作パラメータの両方の変化に応じて自動的に
変化する。例えば、前述したようにリバウンド及びバウ
ンスサブ室36a及び36b内の液体圧力やピストン40のハウ
ジング室36内における垂直位置を継続的に感知すること
によって、コンピュータ16は、いずれの瞬間にも、ピス
トンの相対移動方向、その速度、ハウジングに対する加
速度を計算して、それに応じて出力信号130〜136の１つ
または複数を変化させることによって、ホイール構造体
のバウンスまたはリバウンド行程中に有効ピストン速度
及び加速度の両方またはいずれか一方をほぼ瞬時に調節
することができる。
このため、第１図に概略的に示されている制御装置を
好都合に利用して、液体ばね12のばね及び減衰特性を継
続的かつ自動的に調節することによって、走行車両があ
る瞬間において道路状態及びドライバの制御入力のどの
ような組み合わせに出合うかには実質的に関係なく、そ
れのサスペンション性能をほぼ最適化することができる
ことがわかるであろう。
概略的に示されているサスペンション装置10は例示に
すぎず、必要に応じて様々な変更を加えることができる
ことに注意されたい。例えば、液体ばね12は、双ロッド
端部形として図示されているが、単ロッド端部形にする
こともでき、車体フレームとホィール構造体との間に様
々な代替方法及び向きに相互接続することができる。ハ
ウジング及びピストン位置の感知は、ピストン40を越え
る可変減衰バイパス流と共に、様々な代替方法によって
行うことができる。さらに、体積及び圧力調節機構96、
98は別のやり方で構成及び制御することができ、液体ば
ねの数及び形式や、車両動作パラメータ入力信号も特定
のサスペンション用例に合わせて変化させることができ
る。
上記詳細は、例示のために一例として挙げただけであ
り、発明の精神及び範囲は添付の請求項のみによって制
限させることを理解されたい。
フロントページの続き (72)発明者 デービス，レオ・ダブリュ アメリカ合衆国 75248 テキサス州・ ダラス・ウェストグローブ ドライブ・ 16518 (56)参考文献 特開 昭63−159119（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−112443（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−58133（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−11410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−29410（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−85210（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60G 11/26 B60G 17/015

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】フレームと、ホイール構造体と、車両動作
    パラメータを表す信号を発生する手段とを備えた車両に
    使用するサスペンション装置であって、 前記フレームと前記ホイール構造体との間に介在された
    液体ばね手段を有しており、その液体ばね手段は、 第１体積の圧縮性液体を入れた室を備えているハウジン
    グと、 前記室内に往復動可能に配置されて、ハウジングをバウ
    ンスサブ室及びリバウンドサブ室に分割しているピスト
    ン手段と、 前記ハウジングによって保持されてハウジングに対して
    相対的に前記室の内外へ移動できるようにした、前記ピ
    ストン手段に固定されたロッド手段と、 第２体積の圧縮性液体と、 前記第２体積の圧縮性液体の可変の量を、前記ピストン
    手段の両側に配置された第１及び第２ポート手段の夫々
    を介して、前記バウンスサブ室及びリバウンドサブ室
    に、選択的に且つ独立的に連通させ、または、連通させ
    ない、前記夫々のポート手段に対向して設けられる２つ
    の弁手段とを備えており、 前記液体ばね手段は、前記圧縮性液体を用いてばね力及
    び減衰力を加えることによって、前記フレームと前記ホ
    イール構造体との間の相対垂直方向変位を静的及び反動
    的の両方で制御することができ、前記液体ばね手段は、
    液体の体積及び圧力に応じたばね特性及び前記ピストン
    を迂回する液体の流量に応じた減衰特性を備えており、
    さらに、 車両の動作中に動作パラメータを表す前記信号の少なく
    とも１つの感知された変化に応じて前記体積、圧力また
    は液体流量のうちの少なくとも１つを変化させることに
    よって前記ばね特性及び減衰特性の少なくとも一方を変
    化させる制御手段を有していることを特徴とするサスペ
    ンション装置。
  2. 【請求項２】前記制御手段はコンピュータ手段を有して
    いることを特徴とする、請求項１記載のサスペンション
    装置。
  3. 【請求項３】前記コンピュータ手段はデジタルであるこ
    とを特徴とする、請求項２記載のサスペンション装置。
  4. 【請求項４】前記制御手段はアナログであることを特徴
    とする、請求項２記載のサスペンション装置。
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