JP4329670B2 - Vehicle suspension system - Google Patents
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Description
本発明は、一般に車両懸架装置に関し、特に、回転モータで駆動される電磁サスペンションを備える車両懸架装置に関する。 The present invention generally relates to a vehicle suspension device, and more particularly to a vehicle suspension device including an electromagnetic suspension driven by a rotary motor.
車両の車高調整、姿勢制御、乗り心地の制御を行うことができるアクティブ電磁サスペンションが知られている。電磁サスペンションは、車両のバネ上部分の重量を支持し、また路面からの振動や衝撃が車輪を通して車体に伝わらないようにするコイルスプリングと、車両のバネ上とバネ下の減衰力をモータにより調整するショックアブソーバとを備える。 Active electromagnetic suspensions that can perform vehicle height adjustment, posture control, and ride comfort control are known. The electromagnetic suspension supports the weight of the sprung part of the vehicle and also adjusts the damping force on the spring and unsprung of the vehicle with a coil spring that prevents vibrations and shocks from the road surface from being transmitted to the vehicle body through the wheels. A shock absorber.
例えば、特許文献1には、電磁サスペンションのモータを上下摺動可能に保持し、その上下動を減衰するダンパを構成することで、衝撃的な入力に対してモータのロック現象を抑制するとともに、バネ上共振、バネ下共振の挙動を滑らかにするアクティブサスペンション装置が開示されている。また、特許文献2には、車輪と車体との間にダンパーおよび電磁アクチュエータを直列に配置し、車輪から車体に伝達される振動を抑制するサスペンションの制御装置が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1においては、モータと直列にバネ要素を配置しモータの上下方向をフローティング支持しているため、モータが上下に摺動する方向に長いスペースが必要となり、サスペンションストロークを確保しがたく車両の下部に実装することが困難な場合があり得る。 However, in Patent Document 1, since a spring element is arranged in series with the motor and the vertical direction of the motor is floatingly supported, a long space is required in the direction in which the motor slides up and down, and a suspension stroke is secured. It may be difficult to mount on the lower part of the vehicle.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、弾性手段と減衰手段を省スペースに設置することができる電磁サスペンションを備える車両懸架装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle suspension apparatus including an electromagnetic suspension capable of installing an elastic means and a damping means in a space-saving manner.
本発明のある態様は、車両懸架装置に関する。この装置は、直動部材とそれに螺合する回転部材からなり車両のバネ下からの直動方向の入力を回転方向の入力に変換する入力変換手段と、入力変換手段の回転部材と結合された出力軸を有する回転モータと、入力変換手段の直動部材と車両のバネ上とを結合し回転モータにより伸縮制御されて車両のバネ上とバネ下の間に減衰力を発生させる伸縮部材と、を有する減衰手段と、減衰手段と並列的に設けられバネ下を弾性支持する弾性手段と、を備える。そして、回転モータのステータが前記出力軸回りに回転可能に保持されていることを特徴とする。 One embodiment of the present invention relates to a vehicle suspension apparatus. This device is composed of a linear motion member and a rotational member screwed to the linear motion member, and is coupled to an input conversion means for converting linear motion input from the unsprung state of the vehicle into rotational direction input, and to the rotational member of the input conversion means. A rotary motor having an output shaft, a telescopic member that couples the linear motion member of the input conversion means and the vehicle spring, and is expanded and contracted by the rotary motor to generate a damping force between the vehicle spring and the unsprung; And a resilient means provided in parallel with the damping means and elastically supporting the unsprung portion. The stator of the rotary motor is held so as to be rotatable around the output shaft.
この態様によれば、モータの作動速度では追随できない衝撃的な荷重が入力された場合に、モータのステータが回転するように構成したので、モータの制御が追従できないような高周波入力があったときに、車両懸架装置のロックを防止することができる。 According to this aspect, when a shock load that cannot be followed at the motor operating speed is input, the motor stator is configured to rotate. Therefore, when there is a high-frequency input that the motor control cannot follow. In addition, the vehicle suspension device can be prevented from being locked.
なお、直動部材および回転部材とは、一例としてボールネジとボールネジナットである。実施の形態では、ボールネジナットがピストンに固定され直動するので、ボールネジナットが直動部材であり、ボールネジが回転部材に対応する。 Note that the linearly moving member and the rotating member are, for example, a ball screw and a ball screw nut. In the embodiment, since the ball screw nut is fixed to the piston and linearly moves, the ball screw nut is a linear member, and the ball screw corresponds to the rotating member.
車両懸架装置は、回転モータのステータの回転に対して逆方向に弾性力を生じさせる第2の弾性手段と、この第2の弾性手段の振動を減衰させる第2の減衰手段と、をさらに備えてもよい。これによって、モータの回転方向に弾性要素と減衰要素を設けたので、車両懸架装置の全高を抑えながら、高周波入力の振動減衰効果を持たせることができる。 The vehicle suspension device further includes second elastic means for generating an elastic force in a direction opposite to the rotation of the stator of the rotary motor, and second damping means for damping the vibration of the second elastic means. May be. Accordingly, since the elastic element and the damping element are provided in the rotation direction of the motor, it is possible to provide a vibration damping effect of high-frequency input while suppressing the overall height of the vehicle suspension device.
第2の減衰手段は、回転モータの全体を内包するように設けられたハウジングと、ハウジング内に充填された流体と、回転モータのステータの側面から流体内に突出するように設けられた固定板と、固定板に穿設されたオリフィスと、を有していてもよい。こうすれば、モータがハウジング内で浮動支持される状態になるのでモータのステータが回転しやすくなり、また、オリフィスによって減衰要素を実現することができる。 The second damping means includes a housing provided so as to enclose the entire rotary motor, a fluid filled in the housing, and a fixed plate provided so as to protrude into the fluid from the side surface of the stator of the rotary motor. And an orifice formed in the fixing plate. By doing so, the motor is floated and supported in the housing, so that the stator of the motor can be easily rotated, and the damping element can be realized by the orifice.
本発明による車両懸架装置によれば、電磁サスペンションのモータのステータを回転可能に構成したので、省スペースでありながら車両懸架装置のロックを防止することができる。 According to the vehicle suspension device of the present invention, the stator of the motor of the electromagnetic suspension is configured to be rotatable, so that the vehicle suspension device can be prevented from being locked while saving space.
図1は、本実施形態に係る車両懸架装置を備えた四輪の車両10の模式図である。なお、図1では、説明を簡単にするために車両懸架装置を平面的に表しているが、実際の車両においては、車両懸架装置の機能を発揮するために適切な空間配置で、例えばナックル、タイロッド、アッパーアーム、ロアアームなどの他の部品と既知の方法で組み合わせて構成される。
FIG. 1 is a schematic view of a four-
車両10の車体12と各車輪14の間には、図示しないコイルスプリングと、駆動部16および駆動部により伸縮される伸縮部18を直列に配置して構成された電磁サスペンション90とで構成される車両懸架装置が装着されている。コイルスプリングは、車輪14の衝撃が車体12に直接的に伝達されることを防止する。電磁サスペンション90は、モータの力制御により車両のバネ上とバネ下の間に減衰力を発生させる。なお、本明細書において、コイルスプリングにより支えられる部材の位置を「バネ上」と呼び、コイルスプリングにより支えられていない部材の位置を「バネ下」と呼ぶ。すなわち、バネ上は車体12側であり、バネ下は車輪14側である。
Between the
コイルスプリングと電磁サスペンション90とは、一体的に構成されることが省スペースの観点から好ましいが、別々に設けられていてもよい。電磁サスペンション90の詳細な構成については、図2を参照して後述する。
The coil spring and the
各車輪14の近傍には、車輪位置での車高を検出する車高センサ104がそれぞれ配置されている。この車高センサ104は、例えば、車軸と車体とを連結したリンクの変位を測定することで、車体12と車輪14との相対距離を検出するタイプのものである。車高センサ104の検出信号は、車体12に備えられる電子制御装置100(以下「ECU100」と表記する)に送られる。
A
また、各車輪毎に、バネ上とバネ下の相対的な上下変位速度であるストローク速度を求めるストロークセンサ106と、モータの回転量を検出する回転角センサ108が設けられる。ストロークセンサ106と回転角センサ108の検出信号は、ECU100に伝達される。
For each wheel, a
車体12には、車両の運動状態や各種装置の動作状態を検出するためのセンサ102が設置されている。このセンサ102は集合的に表されており、具体的には、車両の上下加速度、前後加速度、横加速度等の加速度を検出する加速度センサ、バッテリの残量を知るための電圧センサ、車両10の車速を検出する車速センサ、車両10の舵角を検出する舵角センサが含まれる。
The
ECU100は、各車輪の電磁サスペンション90の制御を実行する。ECU100は、電磁サスペンション90のモータに電力を供給する図示しないアンプと通信可能に接続されており、ストロークセンサを初めとする各種センサからの検出信号に基づいて、車両10の状態を判定し、車体を安定させるべく適切な減衰力を発揮するように電磁サスペンション90を制御する。
The ECU 100 executes control of the
図2は、電磁サスペンション90の駆動部16および伸縮部18の構造をより詳細に示す図である。本実施形態では、電磁サスペンション90とコイルスプリング54とは一体的に構成されている。
FIG. 2 is a diagram showing the structure of the
電磁サスペンション90の駆動源であるモータ22の出力軸36は、ボールネジ44と一体的に構成されている。出力軸36とボールネジ44とは、カップリングを介して同軸に結合されていてもよい。出力軸36は、ロッド42内部においてベアリング40によって回転可能に支持されている。
An
ボールネジ44、ロッド42、アウターシェル50およびピストン78は、同軸に配置されている。ボールネジ44は、ボール通路を内部に形成してなるボールネジナット46と、このボール通路内を循環する複数個のボール48を挟んでボールネジ機構を形成している。ボール48がボールネジ44およびボールネジナット46の間で転動接触することにより、直動運動と回転運動が相互に高効率で変換される。
The ball screw 44, the
ボールネジナット46は、ピストン78の上部と接続固定されており、ピストン78はアウターシェル50と同軸に接続されている。アウターシェル50は、ベアリング56および58によってロッド42の外周に対して摺動可能に支持されている。
The
モータ22が、図示しないバッテリから供給される電力によって出力軸36を回転させると、ボールネジ44がボールネジナット46に対して相対回転する。すると、ボールネジナット46にピストン78を介して接続されているアウターシェル50が、ロッド42に対して下方に押し下げられ、又は上方に引き上げられる。これによって、アウターシェル50はロッド42に対して伸縮移動可能となり、モータ22により制御される伸縮部材として機能する。
When the
なお、本実施形態では、ボールネジ44が車両のバネ上に、ボールネジナット46が車両のバネ下に設けられる例について説明するが、逆に、ボールネジ44が車両のバネ下に、ボールネジナット46が車両のバネ上に設けられてもよい。また、電磁サスペンション90の駆動部16は車体の内部に、伸縮部18は車体下部に突き出すようにして設置される。しかしながら、駆動部16も車体下部に突出するように設置されてもよい。
In this embodiment, an example in which the ball screw 44 is provided on the spring of the vehicle and the
アウターシェル50は、ロッド42との間に配置されたダストシール76を有している。ダストシール76は、アウターシェル50とロッド42の間をシールして、アウターシェル50内へのゴミなどの異物の侵入を防止している。
The
アウターシェル50の下部には、第2取り付け部60が設けられる。第2取り付け部60は、車輪14から延びる図示しないロアアームに取り付けられる箇所であり、車両懸架装置と車輪14とを連結する役割を果たす。
A
電磁サスペンション90は、以下のように作動する。モータ22に駆動電流が与えられると、アウターシェル50は能動的に伸縮作動して減衰力を発生させる。路面の凹凸などの外部入力によって車輪が上下動する場合、ロッド42とアウターシェル50との相対運動によりコイルスプリング54が伸縮する。これによって、ボールネジ44がボールネジナット46に対して相対回転すると、出力軸36が回転してモータ22は発電機として作用する。このときにモータ22に生じる抵抗力によっても減衰力を発生させることもできる。また、ECU100は、車体の上下方向の加速度に応じてモータ22に印加する電流を設定し、減衰力を調整する。このようにして、電磁サスペンション90は、所望の減衰力を発生させ、コイルスプリング54の上下振動を減衰させる。
The
また、外部入力のないときでも、ボールネジ44を回転させて、ロッド42に対するアウターシェル50の位置を変えることで、車体を上下方向に変位させることができるので、電磁サスペンション90は、車高調整にも利用することができる。
Even when there is no external input, by rotating the ball screw 44 and changing the position of the
第1取り付け部28は、車体12に取り付けられる箇所であり、サスペンション装置と車体12とを連結する役割を果たす。第1取り付け部28とロッド42の接続部分には、緩衝機能を持つ環状のストッパー82が設けられており、アウターシェル50の上端部と第1取り付け部28とが直接接触することを防止する。アウターシェル50の可動範囲は、ストッパー82とダストシール76とによって規定される。
The
アウターシェル50の外周部には、外周を取り囲むようにして設けられたスプリングシート52が設けられている。スプリングシート52と第1取り付け部28近傍の車体面との間には、コイルスプリング54が縮設され、予め所定の加重を与えられる。
A
コイルスプリング54は、車両10のバネ上部分の重量を支持し、その弾性力によって路面からの振動や衝撃が車輪14を通して車体12に伝わらないようにする。コイルスプリング54の弾性力による車体12の上下振動は、電磁サスペンション90で発生される減衰力により減衰される。
The
駆動部16のモータ22は、ハウジング20内に収容されている。モータ22は、例えばDCモータであり、外部から電力供給を受けるステータと、外周に永久磁石が貼付され出力軸36と結合されたロータ(図示せず)とを含む。モータ22のステータの外周は、ベアリング24、26によって、ハウジング20に対して回転可能に支持されている。ハウジング20内は潤滑油で満たされている。回転シール38は、ハウジング20内の潤滑油をロッド42内に侵入させず、かつ出力軸36が回転可能となるように出力軸36をシールしている。この構成によって、モータ22の全体、つまり、ロータとステータがともにハウジング20の内部で出力軸36の周りに回転可能になっている。
The
モータ22のステータ外周からは、オリフィス34が穿設された減衰板30が潤滑油に対して突出するように設けられる。減衰板30には、小型コイルスプリング32の一端が固定される。
From the outer periphery of the stator of the
図3は、図2のA−A断面図である。図示するように、複数枚(図3では4枚)の減衰板30がステータの周囲に等間隔に設けられ、それぞれがオリフィスを有する。ハウジング20にも、複数枚の止め板62が等間隔に設けられ、この止め板62と減衰板30の間がそれぞれ小型コイルスプリング32で接続される。止め板62は、モータ22のステータの回転可能な角度範囲を規定している。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. As shown in the figure, a plurality of (four in FIG. 3) damping
モータ22が回転すると、減衰板30に接続されている小型コイルスプリング32により、モータ22の回転に対して逆方向に弾性力が作用する。また、オリフィス34の穿たれた減衰板30が潤滑油の中を移動することにより、モータ22の回転に対して逆方向に減衰力も作用する。
When the
図4は、バネ上である車体12とバネ下である車輪14の相関関係を示す原理図である。図4において、減衰要素80は、図3で説明した減衰板30、オリフィス34およびハウジング20内の潤滑油の相互作用により発生する減衰力を集合的に表している。図示するように、小型コイルスプリング32と減衰要素80とが並列的に設けられ、さらにこれらの組は、電磁サスペンション90と直列的に設けられる。さらに、電磁サスペンション90と並列的に、コイルスプリング54が設けられる。
FIG. 4 is a principle diagram showing the correlation between the
この実施の形態では、車両懸架装置に伝えられる入力のうち、ECU100は、主に低周波成分を打ち消す減衰力を電磁サスペンション90において発生させるべく、モータ22を制御する。高周波成分の入力は、主に減衰要素80により減衰される。
In this embodiment, the
従来のアクティブサスペンション装置では、車輪が石に乗り上げたときのように車輪の上下方向に急激な変位があったとき、つまり路面からの高周波入力があったとき、上下方向の入力がボールネジ機構によって回転入力に変換されても、モータの制御が追従できないためにロータを回転させることができず、サスペンションがロック状態になって乗員に衝撃が伝わることがあった。この実施形態では、モータ22のステータが回転するように構成したので、制御が追従できないときには、モータ22のステータとロータがともに回転することになる。これによって、モータの制御が追従できないような高周波入力があった場合でもサスペンションがロックすることがない。
In a conventional active suspension device, when the wheel is suddenly displaced in the vertical direction, such as when the wheel rides on a stone, that is, when there is a high-frequency input from the road surface, the vertical input is rotated by the ball screw mechanism. Even if converted to the input, the rotor cannot be rotated because the control of the motor cannot follow, and the suspension is locked, and an impact is transmitted to the occupant. In this embodiment, since the stator of the
また、上記従来技術1のように、高周波領域の伝達を軽減するために直列にスプリングと減衰要素を配置すると、車両懸架装置の全高が大きくなってしまうが、本実施形態では、モータの回転方向に弾性要素と減衰要素を設けたので、車両懸架装置の全高を抑えながら、高周波入力の振動減衰効果を持たせることができる。これにより、車内空間の拡充が可能になるといった利点もある。 In addition, when the spring and the damping element are arranged in series in order to reduce transmission in the high frequency region as in the prior art 1, the overall height of the vehicle suspension increases, but in this embodiment, the rotational direction of the motor Since the elastic element and the damping element are provided in the vehicle, the vibration damping effect of the high frequency input can be provided while suppressing the overall height of the vehicle suspension device. Accordingly, there is an advantage that the interior space can be expanded.
なお、図示しないポンプを使用してハウジング20内の潤滑油を循環させて、モータ22の冷却をするように構成してもよい。
The
変形例1.
図5は、ハウジング20内で回転保持されたモータに対して弾性力を発揮させる第1の変形例を示す。図5では、伸縮部18の構造は上述の実施形態と同一であるので省略し、駆動部16の断面図のみを示している。この変形例では、減衰板30に小型コイルスプリングを固定する代わりに、ハウジング20の内周面に円筒状のゴム64を貼設する。そして、減衰板30の先端が、ゴム64の内周面を若干量押圧するような長さに設定する。この構成により、モータ22が回転すると、その回転を妨げるようにゴム64により弾性力が発生する。
Modification 1
FIG. 5 shows a first modification in which an elastic force is exerted on the motor that is rotated and held in the
上述の実施形態のように、止め板62と減衰板30の間を小型コイルスプリング32により接続すると、モータ22のステータの回転可能な角度範囲が制限されてしまうが、この変形例1によればステータは360度回転可能となる。
When the
変形例2.
図6は、ハウジング20内で回転保持されたモータに対して弾性力を発揮させる第2の変形例を示す。図6では、伸縮部18の構造は上述の実施形態と同一であるので省略し、駆動部16のみを示している。ハウジング20の蓋部の下面に、トーションバー72を設置する。トーションバー72の先端部の外周には歯車が形成され、モータ22のステータの上底部に設けた遊星歯車70と噛合している。この遊星歯車70は、モータ22の回転角度を減速してトーションバー72に伝達する。これによって、モータ22の回転に対し、トーションバー72のねじりで弾性力を発揮させることができる。
FIG. 6 shows a second modification in which an elastic force is exerted on the motor that is rotated and held in the
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on the embodiment. It should be understood by those skilled in the art that these embodiments are exemplifications, and that various modifications can be made to the combination of each component and each processing process, and such modifications are also within the scope of the present invention.
10 車両、 12 車体、 14 車輪、 16 駆動部、 18 伸縮部、 20 ハウジング、 22 モータ、 24、26 ベアリング、 30 減衰板、 32 小型コイルスプリング、 34 オリフィス、 36 出力軸、 42 ロッド、 44 ボールネジ、 46 ボールネジナット、 48 ボール、 50 アウターシェル、 52 スプリングシート、 54 コイルスプリング、 90 電磁サスペンション。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記減衰手段と並列的に設けられバネ下を弾性支持する弾性手段と、を備え、
前記回転モータのステータが前記出力軸回りに回転可能に保持されていることを特徴とする車両懸架装置。 An input conversion means that includes a linear motion member and a rotary member that is screwed to the linear motion member, and that converts an input in the linear motion direction from the unsprung portion of the vehicle into an input in the rotational direction; and an output shaft coupled to the rotary member of the input conversion means. A rotation motor having a linear motion member of the input conversion means and a spring on the vehicle, and an expansion / contraction member that is controlled by the rotation motor to generate a damping force between the spring on and under the spring. Having damping means;
Elastic means provided in parallel with the damping means and elastically supporting the unsprung portion,
A vehicle suspension device, wherein a stator of the rotary motor is held so as to be rotatable around the output shaft.
前記第2の弾性手段の振動を減衰させる第2の減衰手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の車両懸架装置。 Second elastic means for generating an elastic force in a direction opposite to the rotation of the stator of the rotary motor;
Second damping means for damping vibrations of the second elastic means;
The vehicle suspension device according to claim 1, further comprising:
前記回転モータの全体を内包するように設けられたハウジングと、
前記ハウジング内に充填された流体と、
前記回転モータのステータの側面から前記流体内に突出するように設けられた固定板と、
前記固定板に穿設されたオリフィスと、
を有することを特徴とする請求項2に記載の車両懸架装置。 The second damping means comprises:
A housing provided so as to contain the entirety of the rotary motor;
A fluid filled in the housing;
A fixing plate provided so as to protrude into the fluid from a side surface of the stator of the rotary motor;
An orifice drilled in the fixed plate;
The vehicle suspension apparatus according to claim 2, comprising:
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