JP3618946B2

JP3618946B2 - 車両のサスペンション装置

Info

Publication number: JP3618946B2
Application number: JP03064497A
Authority: JP
Inventors: 善昭鈴木; 智小野沢
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 1997-02-14
Filing date: 1997-02-14
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2017-02-14
Also published as: JPH10227322A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石と電磁コイルの電磁力を利用してサスペンションユニットの上下運動を規制する車両のサスペンション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の磁石とコイルの電磁力を利用したサスペンション装置は、例えば特開平４−１９７８１７号公報において提案されている。図５は特開平４−１９７８１７号公報において提案されたサスペンション装置を示しており、このサスペンション装置は、車体側部材１と車輪側部材２からなるサスペンションユニットＳの車体側部材１にサスペンションユニットＳの半径方向に磁界を形成する磁石１ｆを設け、この磁石１ｆにより形成される磁界に交差するようにサスペンションユニットＳの車輪側部材２を配置するとともに、この部材２の小ストロークに対応する位置に大抵抗の第１コイル３ａと、この部材２の大ストロークに対応する位置に小抵抗の第２コイル３ｂ，３ｃを巻き付けるようにしている。
【０００３】
これによれば、微少な制御が必要な小ストローク時には小さな駆動力・減衰力を得ることができる。一方、大きな力が必要な大ストローク時には大きな駆動力・減衰力を得られるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平４−１９７８１７号公報において提案されたサスペンション装置にあっては、サスペンションユニットＳへの入力が大きくなると、各コイル３ａ，３ｂ，３ｃへの通電電流を増やす必要があり、電力の制御が難しくなるとともに、消費電力も増大するという問題を生じる。また、上記公報において提案されたサスペンション装置にあっては、サスペンションユニットＳへの大入力時には、サスペンションユニットＳのストローク量も大きくなるため、バウンドストッパ当たりやリバウンドストッパ当たりが生じることとなって、当該車両の乗り心地が悪くなるという問題も生じる。そして、このバウンドストッパ当たりやリバウンドストッパ当たりの衝撃力を緩和するようにするためには、各コイル３ａ，３ｂ，３ｃへの通電電流をさらに増大させる必要があるとともに、電力の制御も一層難しくなって、消費電力も更に増大するという問題を生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の問題に対処するため、車体のばね上部材として組付けられる車体側部材と該車体側部材に軸方向に相対移動可能に嵌挿して車体のばね下部材として組付けられる車輪側部材のいずれか一方の部材が有底円筒状の外側筒体の中心に円筒状の間隙を介して円柱状の内柱を一体に形成してなり、他方の部材が前記外側筒体の内部に前記内柱と同心的に嵌挿した有底円筒状の内側筒体として組付けられたサスペンションユニットにおいて、前記一方の部材を構成する前記内柱の外周面に筒状に形成した内側永久磁石を配置し、前記外側筒体の内周面に前記内側永久磁石の外周に対向して位置する筒状の外側永久磁石を配置して、前記円筒状の間隙に径方向の磁界を形成させ、前記他方の部材を構成する内側筒体に前記磁界に交差する向きに巻回した単一の電磁コイルを配設し、前記径方向の磁界の強さが前記両部材の相対移動のストローク中心より上方と下方に向かって強くなるように前記内側永久磁石と外側永久磁石を着磁して、前記電磁コイルに付与した所定電流の流れる方向を前記両部材の相対的な移動方向に応じて制御することにより前記径方向の磁界との電磁作用を変化させるようにしたことを特徴とする車両のサスペンション装置を提供するものである。
【０００６】
上記のように構成した本発明による車両のサスペンション装置においては、
前記内側筒体に前記磁界に交差する向きに巻回した単一の電磁コイルに所定の電流を付与してその流れる方向を前記両部材の相対的な移動方向に応じて制御することにより、車体側部材と車輪側部材の相対移動に抗する電磁力が発生して、サスペンションユニットのストロークを小さくすることができるようになるので、バウンドストッパ当たりやリバウンドストッパ当たりを防止することが可能になる。また、電磁コイルに流す電流の制御は相対移動方向に応じた電流の方向を制御するだけであるので、この種のサスペンション装置の制御が容易になるとともに、一定の電流を流すだけであるのでその消費電力も低減することが可能になって、低消費電力のサスペンション装置を得ることが可能になる。
【０００７】
また、上記の内側永久磁石と外側永久磁石の磁力を相対移動のストローク中心より上方と下方に向かって強くなるように着磁したことにより、電磁コイルに流れる電流が一定電流であっても、サスペンションユニットのストロークが大きくなるに伴い、内側永久磁石と外側永久磁石とで形成される磁界とコイルに流れる電流による相対移動方向に抗する電磁力が大きくなる。このため、サスペンションユニットへ加わる外力が大きくなってサスペンションユニットが大きくストロークしても、バウンドストッパ当たりやリバウンドストッパ当たりを防止することが可能になるとともに、バウンドストッパ当たりやリバウンドストッパ当たりを生じたとしてもその衝撃力を緩和することが可能になる。
【０００８】
本発明の実施にあたっては、上記の内側永久磁石と外側永久磁石の軸方向の長さを前記内側筒体と外側筒体の相対移動の最大ストローク長と等しくし、前記電磁コイルを前記内側筒体のストローク中心近傍に配設するとともに、同電磁コイルの軸心方向の長さを前記両筒体の相対移動の最大ストローク時に同電磁コイルが前記径方向の磁界内に位置する長さにすることが望ましい。
【０００９】
上記のように、内側永久磁石と外側永久磁石軸方向の長さを定めると共に電磁コイルの軸心方向の長さを定めた場合には、サスペンションユニットへ加わる外力が最大となってサスペンションユニットへ加わる外力が最大となってサスペンションユニットが大きくストロークしてバウンドストッパ当たりやリバウンドストッパ当たりを生じたとしてもその衝撃力を緩和することが可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は本実施形態の車両のサスペンション装置の概略構成を示す縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面を示す図である。このサスペンション装置は、ばね上部材としての車体（図示せず）とばね下部材としてのロアアーム（図示せず）との間に配設されるものであり、車体に組み付けられる車体側部材１０と、車輪に組み付けられる車輪側部材２０とを相対移動可能に組み付けたサスペンションユニットＳを備えている。
【００１１】
車体側部材１０は、円柱状の内柱１１と、この内柱１１の上部にて一体的連結されて同内柱１１の外周部に円筒状の間隙部ｇを介在して配設される有底円筒状の外筒１２とで構成され、その上端にて車体に固定した図示しないアッパサポートを介して車体に組み付けられている。アッパサポートは、ゴム等の弾性材料を内蔵しており、車体側部材１０の車体に対する傾きの若干の変化を許容する。この車体側部材１０の上端内周面には環状のゴム等の弾性材料よりなるバウンドストッパ１３を配設しており、当該車両がバウンドした場合に後述する車輪側部材２０との衝撃を弾性的に規制する。
【００１２】
円柱状の内柱１１の外周面には、環状の内側永久磁石１４を配設している。この内側永久磁石１４は、図２に示すように、内柱１１の軸方向に４分割された円弧状の磁石片１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄをスペーサ１４ｅを介して内柱１１の外周面に配設されている。そして、内側永久磁石１４の各磁石片１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの磁化方向は内柱１１の半径方向であって、その内方は一方の磁極（例えばＮ極）に、その外方は他方の磁極（例えばＳ極）になるように磁化されている。
【００１３】
また、外筒１２の内周面の内側永久磁石１４に対向する位置には、環状の外側永久磁石１５を配設している。この外側永久磁石１５も、図２に示すように、外筒１５の軸方向に４分割された円弧状の磁石片１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄをスペーサ１５ｅを介して外筒１２の内周面に配設されている。そして、外側永久磁石１５の磁化方向は外筒１２の半径方向であって、その内方は一方の磁極（例えばＮ極）に、その外方は他方の磁極（例えばＳ極）になるように磁化されている。
【００１４】
したがって、これらの両永久磁石１４，１５により空隙ｇ内に形成される磁界の方向は、外側永久磁石１５から内側永久磁石１４に向かう方向となる。なお、両永久磁石１４，１５の軸方向の長さは、車体側部材１０が車輪側部材２０に対して相対的に移動する距離の少なくとも半分の長さとなるように形成している。また、両永久磁石１４，１５の上端面には、それぞれ環状のゴム等の弾性材料よりなるリバウンドストッパ１６，１７を配設しており、当該車両がリバウンドした場合に後述する車輪側部材２０との衝撃を弾性的に規制する。
【００１５】
両永久磁石１４，１５の軸方向の磁力の強さは、図３に示すように、ストローク中心より上方に向かうに伴い強くなるように磁化しているとともに、ストローク中心より下方に向かうに伴い強くなるように磁化している。したがって、後述するコイル３０が両永久磁石１４，１５の最上部あるいは最下部に存在するときに、両永久磁石１４，１５とコイル３０との電磁力は最大になる。
【００１６】
一方、車輪側部材２０は、円筒部２１とフランジ部２２と底辺部２３とからなる有底円筒状に形成されており、底辺部２３の下端にて図示しないロアアームにブッシュを介して組み付けられている。円筒部２１は空隙ｇ内に挿入されており、この円筒部２１の中間部にはコイル３０が内柱１１の軸芯に同軸的に巻回されている。フランジ部２２の内側下面および外側下面には、それぞれ環状のゴム等の弾性材料よりなるリバウンドストッパ２４，２５を配設しており、当該車両がリバウンドした場合に上述した車体側部材１０との衝撃を弾性的に規制する。
【００１７】
円筒部２１の中間部に内柱１１の軸芯に同軸的に巻回されたコイル３０は、車体側部材１０が車輪側部材２０に対して相対的に移動しても両永久磁石１４，１５により形成される磁界内に常に存在するように配設されている。したがって、コイル３０の移動方向の長さは両永久磁石１４，１５の軸方向の長さより短くなるように形成されている。
【００１８】
図４はコイル３０への通電を制御するコイル駆動回路を示す図であって、このコイル駆動回路は４個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４で構成されている。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２はＰＮＰ型で構成され、トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４はＮＰＮ型で構成され、電源＋Ｖと接地間に直列接続されてトランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ３の接続点α点と、トランジスタＴｒ２とトランジスタＴｒ４の接続点β点との間にコイル３０の両端がそれぞれ接続されている。
【００１９】
ここで、トランジスタＴｒ１のベースＸ１とトランジスタＴｒ４のベースＸ４に制御電圧を付与して両トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４を同時にオンさせることにより、図示実線矢印方向に電流（以下、順方向電流という）が流れる。順方向電流（図２においては時計方向に流れる電流）が流れる場合、両永久磁石１４，１５により形成される磁界は外側永久磁石１５から内側永久磁石１４に向かう方向であるので、フレミングの左手の法則により、図１の下向きに電磁力が生じる。
【００２０】
一方、トランジスタＴｒ２のベースＸ２とトランジスタＴｒ３のベースＸ３に制御電圧を付与して両トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３を同時にオンさせることにより、図示点線矢印方向に電流（以下、逆方向電流という）が流れる。逆方向電流（図２においては反時計方向に流れる電流）が流れる場合、両永久磁石１４，１５により形成される磁界は外側永久磁石１５から内側永久磁石１４に向かう方向であるので、フレミングの左手の法則により、図１の上向きに電磁力が生じる。
【００２１】
なお、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４の各ベースＸ１〜Ｘ４に印加される制御電圧は図示しないマイクロコンピュータからなる制御回路から付与される。そして、この制御電圧は制御回路に接続された車高センサの検出値に基づいて制御回路から出力されるようになされている。
【００２２】
次に、上記のように構成したサスペンション装置の動作を説明する。まず、ストロークが小さい場合について説明する。ストロークが小さい場合は、図１のＡ−Ａ線で示すストローク中心（図３参照）近傍を上下動することとなるが、当該車両が小さくバウンドして車輪側部材２０が車体側部材１０に対して相対的に上方に移動すると、車高センサがこの上方への移動を検出すると制御回路に検出信号を出力する。
【００２３】
すると、制御回路はトランジスタＴｒ１のベースＸ１とトランジスタＴｒ４のベースＸ４に制御電圧を付与して両トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４を同時にオン動作させる。これによりコイル３０には順方向電流が流れ、両永久磁石１４，１５により形成される磁界との電磁作用により、コイル３０には下向きの力が作用することとなる。この場合の両永久磁石１４，１５により形成される磁界の強さ（磁力の強さ）は弱いため、この下向きの力は小さいがストローク方向に抗する力となる。
【００２４】
一方、当該車両が小さくリバウンドして車輪側部材２０が車体側部材１０に対して相対的に下方に移動すると、車高センサがこの下方への移動を検出すると制御回路に検出信号を出力する。すると、制御回路はトランジスタＴｒ２のベースＸ２とトランジスタＴｒ３のベースＸ３に制御電圧を付与して両トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３を同時にオン動作させる。これによりコイル３０には逆方向電流が流れ、両永久磁石１４，１５により形成される磁界との電磁作用により、コイル３０には上向きの力が作用することとなる。この場合の両永久磁石１４，１５により形成される磁界の強さ（磁力の強さ）は弱いため、この上向きの力は小さいがストローク方向に抗する力となる。
【００２５】
ここで、荒れた路面等を当該車両が走行した場合、路面からサスペンション装置への入力が大きくなり、当該車両が大きくバウンドしたりあるいは大きくリバウンドした場合について説明する。当該車両が大きくバウンドして、図３に示すように、車輪側部材２０が車体側部材１０に対して最上方に移動すると、車高センサがこの最上方（コイル３０の上端が両磁石１４、１５の最上端に一致する位置）への移動を検出すると制御回路に検出信号を出力する。
【００２６】
すると、制御回路はトランジスタＴｒ１のベースＸ１とトランジスタＴｒ４のベースＸ４に制御電圧を付与して両トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４を同時にオン動作させる。これによりコイル３０には順方向電流が流れ、両永久磁石１４，１５により形成される磁界との電磁作用により、コイル３０には下向きの力が作用することとなる。この場合の両永久磁石１４，１５により形成される磁界の強さ（磁力の強さ）は強いため、この下向きの力は大きく、大きなストロークに抗する大きな力となる。
【００２７】
また、当該車両が大きくリバウンドして車輪側部材２０が車体側部材１０に対して最下方に移動すると、車高センサがこの最下方（コイル３０の下端が両磁石１４、１５の最下端に一致する位置）への移動を検出すると制御回路に検出信号を出力する。すると、制御回路はトランジスタＴｒ２のベースＸ２とトランジスタＴｒ３のベースＸ３に制御電圧を付与して両トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３を同時にオン動作させる。これによりコイル３０には逆方向電流が流れ、両永久磁石１４，１５により形成される磁界との電磁作用により、コイル３０には上向きの力が作用することとなる。この場合の両永久磁石１４，１５により形成される磁界の強さ（磁力の強さ）は強いため、この上向きの力は大きく、大きなストロークに抗する大きな力となる。
【００２８】
このように、当該車両が大きくバウンドしたりあるいはリバウンドしても、バウンド方向あるいはリバウンド方向の両方向に対してストロークを抑える方向に反発力が生じるため、バウンドストッパ１３当たりあるいはリバウンドストッパ１６、１７および２４、２５当たりの両方の衝撃力を和らげることが可能になる。
【００２９】
上記説明からも理解できるとおり、上記実施形態によれば、内側永久磁石１４と外側永久磁石１５とで形成される磁界に交差する向きに巻回されたコイル３０に所定の方向の電流を流すことにより、サスペンションユニットＳの車体側部材１０と車輪側部材２０との相対移動方向に抗する電磁力が発生して、サスペンションユニットＳのストロークを小さくすることができるようになるので、バウンドストッパ１３当たりやリバウンドストッパ１６、１７および２４、２５当たりを防止することが可能になる。また、コイル３０に流す電流の制御は相対移動方向に応じた電流の方向を制御するだけであるので、この種のサスペンション装置の制御が容易になるとともに、一定の電流を流すだけであるのでその消費電力も低減することが可能になって、低消費電力のサスペンション装置を得ることが可能になる。
【００３０】
また、内側永久磁石１４および外側永久磁石１５の磁力を、図３に示すように、相対移動のストローク中心より上方および下方に向かうに伴って強くなるように着磁しているので、コイル３０に流れる電流が一定電流であっても、サスペンションユニットＳのストロークが大きくなるに伴い、内側永久磁石１４と外側永久磁石１５とで形成される磁界とコイル３０に流れる電流による電磁力が大きくなるため、サスペンションユニットＳへ加わる外力が大きくなってサスペンションユニットＳが大きくストロークしても、バウンドストッパ１３当たりやリバウンドストッパ１６、１７および２４、２５当たりを防止することが可能になるとともに、バウンドストッパ１３当たりやリバウンドストッパ１６、１７および２４、２５当たりを生じたとしてもその衝撃力を緩和することが可能になる。
【００３１】
なお、上記実施形態においては、車体側部材１０に内柱１１と外筒１２を設け、内柱１１の外表面に内側永久磁石１４を配置するとともに、外筒１２の内表面に外側永久磁石１５を配置する例について説明したが、内側永久磁石と外側永久磁石を車輪側部材に設け、コイルを車体側部材に設けるようにしてもよい。この場合、車体側部材と車輪側部材の構造を逆にして、車輪側部材に内柱と外筒を設けて、内柱の外表面に内側永久磁石を配置するとともに、外筒の内表面に外側永久磁石を配置し、車体側部材の円筒を設けてこの円筒の外表面にコイルを巻回するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るサスペンション装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【図３】移動位置に対する内側永久磁石および外側永久磁石の磁力の強さを示す図である。
【図４】コイルの駆動回路を示す図である。
【図５】従来の電磁サスペンション装置を示す図である。
【符号の説明】
Ｓ…サスペンションユニット、１０…車体側部材、１１…内柱、１２…外筒、１３…バウンドストッパ、１４…内側永久磁石、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…磁石片、１４ｅ…スペーサ、１５…外側永久磁石、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…磁石片、１５ｅ…スペーサ、１６，１７…リバウンドストッパ、２０…車輪側部材、２１…円筒部、２２…フランジ部、２３…底辺部、２４，２５…リバウンドストッパ、３０…コイル

Claims

車体のばね上部材として組付けられる車体側部材と該車体側部材に軸方向に相対移動可能に嵌挿して車体のばね下部材として組付けられる車輪側部材のいずれか一方の部材が有底円筒状の外側筒体の中心に円筒状の間隙を介して円柱状の内柱を一体に形成してなり、他方の部材が前記外側筒体の内部に前記内柱と同心的に嵌挿した有底円筒状の内側筒体として組付けられたサスペンションユニットにおいて、前記一方の部材を構成する前記内柱の外周面に筒状に形成した内側永久磁石を配置し、前記外側筒体の内周面に前記内側永久磁石の外周に対向して位置する筒状の外側永久磁石を配置して、前記円筒状の間隙に径方向の磁界を形成させ、前記他方の部材を構成する内側筒体に前記磁界に交差する向きに巻回した単一の電磁コイルを配設し、前記径方向の磁界の強さが前記両部材の相対移動のストローク中心より上方と下方に向かって強くなるように前記内側永久磁石と外側永久磁石を着磁して、前記電磁コイルに付与した所定電流の流れる方向を前記両部材の相対的な移動方向に応じて制御することにより前記径方向の磁界との電磁作用を変化させるようにしたことを特徴とする車両のサスペンション装置。
前記内側永久磁石と前記外側永久磁石の軸方向の長さを前記内側筒体と外側筒体の相対移動の最大ストローク長と等しくし、前記電磁コイルを前記内側筒体のストローク中心近傍に配設するとともに、同電磁コイルの軸心方向の長さを前記両筒体の相対移動の最大ストローク時に同電磁コイルが前記径方向の磁界内に位置する長さにしたことを特徴とする請求項１に記載した車両のサスペンション装置。