JP4478848B2

JP4478848B2 - 減衰力調整式油圧緩衝器

Info

Publication number: JP4478848B2
Application number: JP2000196908A
Authority: JP
Inventors: 明法来栖; 隆根津
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2010-06-09
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2002013582A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鉄道車両等の制振装置及び懸架装置等に装着される減衰力調整式油圧緩衝器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鉄道車両においては、車輪が装着された台車に対して、車体をばね手段によって左右方向に弾性的に支持し、車体と台車との間に油圧緩衝器を装着して、軌道の振れに追従する台車の振動をばね手段及び油圧緩衝器によって吸収することにより、車体の横揺れを抑制して乗り心地を向上させるようにした横揺れ制振装置を備えたものがある。
【０００３】
このような横揺れ制振装置としては、各種センサによって車体の横加速度、台車と車体との相対速度等を検出し、これらに基づいて、コントローラによって油圧緩衝器の減衰力をリアルタイム制御することにより、車体の横揺れを効果的に抑制するようにした、いわゆるセミアクティブダンパ制御を行なうものが知られている。
【０００４】
このようなセミアクティブダンパ制御を行なう場合、油圧緩衝器のピストンロッドの伸び側および縮み側の減衰力を一方が大(ハード)で他方が小(ソフト)または一方が小(ソフト)で他方が大(ハード)となるいわゆる反転特性を有する減衰力調整式油圧緩衝器が適していることが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の反転特性を有する減衰力調整式油圧緩衝器では、次のような問題があった。一般的に、横揺れ制振装置においては、コントローラ等の故障によって油圧緩衝器の減衰力が調整不能となった場合(フェイル時)、車体の姿勢をできるだけ安定させるため、油圧緩衝器の減衰力がハード側に固定されることが望ましい(フェイルセーフ)。ところが、反転特性を有する減衰力調整式油圧緩衝器では、コントローラ等の故障によって、アクチュエータへの通電が絶たれた場合、減衰力調整弁の弁体が戻しばね等の付勢力によって一方へ変位するため、伸び側または縮み側の一方がハードで他方がソフトの状態で固定されることになる。この状態では、車体が振動によってソフト側へ変位する傾向が生じるため、車体の安定化の観点から問題がある。
【０００６】
そこで、フェイル時に油圧緩衝器の伸び側及び縮み側の油路を閉じるフェイルセーフ弁を設けて、フェイル時には伸び側及び縮み側の減衰力特性をともにハード側に固定するようにした減衰力調整式油圧緩衝器が提案されている(特開平7-269627号公報等参照)。しかしながら、上記公報記載のものでは、フェイルセーフ弁を別途設ける必要があり、構造が複雑になるとともに、伸び側及び縮み側の減衰力がハード側に固定されるため、乗り心地が非常に悪くなるという問題を生じる。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、スプールを用いた反転特性の減衰力調整式油圧緩衝器において、フェイル時に伸び側及び縮み側の減衰力を所望の値に固定することができる減衰力調整式油圧緩衝器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1の発明は、油液が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、一端が前記ピストンに連結され、他端が前記シリンダの外部へ延出されたピストンロッドと、前記シリンダに連通されて前記ピストンロッドの伸び行程時に油液を流通させる伸び側油路及び縮み行程時に油液を流通させる縮み側油路と、該伸び側油路及び縮み側油路の流路面積を調整するスプール弁と、該スプール弁のスプールを駆動するアクチュエータとを備え、前記スプール弁が前記伸び側及び縮み側油路の流路面積の一方が大のとき他方を小とし、一方が小のとき他方を大とする減衰力調整式油圧緩衝器において、
前記スプール弁は、前記アクチュエータの推力が失われたとき、前記スプールを一側に移動させるばね手段と、前記伸び側及び縮み側油路のうち、前記スプールが一側に移動した際に、流路面積が小となる一方の油路をバイパスし、前記スプールが一側に移動した際に開くバイパス通路とを設けたことを特徴とする。
このように構成したことにより、アクチュエータの推力が失われた場合、ばね手段によってスプールが一側へ移動し、前記伸び側及び縮み側油路のうち、流路面積が小となる一方の油路をバイパス通路でバイパスすることによって、所望の減衰力を得る。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1及び図2に示すように、本実施形態の減衰力調整式油圧緩衝器1は、油圧緩衝器本体2及び減衰力発生機構3から構成されている。油圧緩衝器本体2の油液が封入されたシリンダ4内には、ピストン5が摺動可能に嵌装されて、このピストン5によってシリンダ4内がシリンダ上室4aとシリンダ下室4bの2室に画成されている。ピストン5には、ピストンロッド6の一端が連結されており、ピストンロッド6は、シリンダ上室4aを通ってその他端側がシリンダ4の外部へ延出されている。シリンダ下室4bには、シリンダ4の底部に設けられたベースバルブ7を介して油液およびガスが封入されたリザーバ8が接続されている。
【００１１】
ピストン5には、シリンダ上下室4a，4b間を連通させる油路9およびこの油路9のシリンダ下室4b側からシリンダ上室4a側への油液の流通のみを許容する逆止弁10が設けられている。また、ベースバルブ7には、シリンダ下室4bとリザーバ8とを連通させる油路11およびこの油路11のリザーバ8側からシリンダ下室4b側への油液の流通のみを許容する逆止弁12が設けられている。
【００１２】
減衰力調整機構３のケース13には、上室ポート14(伸び側油路)、下室ポート15(縮み側油路)、リザーバポート16及びバイパスポート17(バイパス通路)の4つのポートが設けられている。上室ポート14、下室ポート15及びリザーバポート16は、それぞれシリンダ上室4a、シリンダ下室4b及びリザーバ8に接続され、バイパスポート17は、逆止弁18を介してシリンダ下室4bに接続されている。逆止弁18は、バイパスポート17側からシリンダ下室4b側への油液の流通のみを許容する。ケース13内には、上室ポート14から下室ポート15への油液の流動を制御して減衰力発生させる伸び側減衰弁19および下室ポート15からリザーバポート16への油液の流動を制御して減衰力を発生させる縮み側減衰弁20が設けられている。
【００１３】
伸び側減衰弁19は、パイロット型圧力制御弁であり、メインバルブ21(ディスクバルブ)と、内圧をメインバルブ21の閉弁方向に作用させるパイロット室22と、メインバルブ21の上流側とパイロット室22とを常時連通させる固定オリフィス23と、パイロット室22から下室ポート15への油液の流量を調整するスプール弁24とから構成されている。そして、スプール弁24のスリーブ25内に摺動可能に嵌装されたスプール26の移動によって、スリーブ25に設けられたポート27、28間の流路面積を変化させることにより、オリフィス特性（減衰力がピストン速度の２乗にほぼ比例する）を直接調整するとともに、パイロット室22の内圧を変化させてメインバルブ21によるバルブ特性（減衰力がピストン速度にほぼ比例する）を調整できるようになっている。
【００１４】
縮み側減衰弁20は、パイロット型圧力制御弁であり、メインバルブ29(ディスクバルブ)と、内圧をメインバルブ29の閉弁方向に作用させるパイロット室30と、メインバルブ29の上流側とパイロット室30とを常時連通する固定オリフィス31と、パイロット室30からリザーバポート16への油液の流量を調整する上記伸び側と共用のスプール弁24とから構成されている。そして、スプール弁24のスプール26の移動によって、スリーブ27に設けられたポート32、33間の流路面積を変化させることにより、オリフィス特性を直接調整するとともに、パイロット室30の内圧を変化させてメインバルブ29によるバルブ特性を調整できるようになっている。
【００１５】
伸び側および縮み側減衰弁19、20に共用のスプール弁24は、通常、スプール26を図中右方へ移動させたとき、ランド34がポート27を閉じてポート27、28間の流路面積を絞るとともに、ランド35がポート33を開いてポート32、33間の流路面積を広げる、すなわち、伸び側減衰弁19の減衰力をハード側、縮み側減衰弁20の減衰力をソフト側に調整する。反対に、スプール26を図中左方へ移動させたとき、ランド35がポート33を閉じてポート32、33間の流路面積を絞るとともに、ランド34がポート27を開いてポート27、28間の流路面積を広げる、すなわち、伸び側減衰弁19の減衰力をソフト側、縮み側減衰弁20の減衰力をハード側に調整する。また、スプール26をこれらの中間位置としたとき、ランド34、35がポート27、28間及びポート32、33間を共に開く、すなわち、伸び側および縮み側減衰弁19、20の減衰力を共にソフト側に調整するように各ポートおよびランドが配置されている。
【００１６】
図２に示すように、スプール26が最も右方まで変位して、その一端部がストッパ36に当接した状態では、ランド34がポート27を閉鎖するとともに、スプール26の他端部に形成されたランド37が、ポート27を開いて溝38を介してスリーブ25の先端部内の油室39に連通させる。スリーブ25の先端部は、バイパスポート17に嵌合され、油室39がバイパスポート17に連通されている。また、ランド35は、ポート33を完全に開いているが、ランド35に対向するランド40がポート32を所定量閉じてポート32、33間の流路面積を絞る。このとき、ポート27及びポート32の流路面積はハード側とソフト側の中間となり、すなわち、伸び側及び縮み側減衰弁19、20の減衰力がともにミディアム(中庸)となる。
【００１７】
スプール26は、その一端部に比例ソレノイドアクチュエータ41(アクチュエータ)の作動ロッド42が当接され、他端部にスリーブ25の先端部に取付けられたばね受け43との間に介装された圧縮ばね44(ばね手段)が当接されている。そして、スプール26は、通常、ばね44によって図中右方へ付勢されており、比例ソレノイドアクチュエータ41の作動ロッド42の推力によって、ばね44の付勢力に抗して左方へ移動させて、ランド34、35によってポート27、28間及びポート32、33間の流路面積を調整することにより、伸び側及び縮み側減衰弁19、20の減衰力を調整し、比例ソレノイドアクチュエータ41の推力が失われたとき、ばね44の付勢力によって右方へ移動して、ストッパ36に当接する。なお、スプール26には、スリーブ25内の両端部の室を互いに連通させる連通路45設けられており、スプール26がスリーブ25内を円滑に移動できるようになっている。
【００１８】
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
減衰力調整式油圧緩衝器1の通常の作動について説明する。
ピストンロッド６の伸び行程時には、ピストン５の移動にともない、ピストン５の逆止弁10が閉じてシリンダ上室4a側の油液が加圧され、上室ポート14、伸び側減衰弁19及び下室ポート15を通ってシリンダ下室4bへ流れる。これにより、伸び側減衰弁19のメインバルブ21開弁前（ピストン速度の低速域）には、固定オリフィス23およびスプール弁24のポート27、28間の流路面積によってオリフィス特性の減衰力が発生し、メインバルブ21の開弁後（ピストン速度の高速域）には、その開度に応じてバルブ特性の減衰力が発生する。なお、ピストンロッド６がシリンダ４内から退出した分の油液がリザーバ８からベースバルブ７の逆止弁12を開いてシリンダ下室4bに流入する。
【００１９】
ピストンロッドの縮み行程時には、ピストン５の移動にともない、ピストン５の逆止弁10が開いてシリンダ下室4bの油液が油路９を通ってシリンダ上室4aに直接流入することによってシリンダ上下室4a、4bがほぼ同圧力となるので、減衰力調整機構３の上室ポート14と下室ポート15との間では油液の流れが生じない。一方、ピストンロッド６のシリンダ４内への侵入にともなってベースバルブ７の逆止弁12が閉じ、ピストンロッド６が侵入した分、シリンダ４内の油液が加圧されて、シリンダ下室4bから下室ポート15、縮み側減衰弁20及びリザーバポート16を通ってリザーバ８へ流れる。これにより、縮み側減衰弁20のメインバルブ29の開弁前（ピストン速度の低速域）には、固定オリフィス33およびスプール弁24のポート32、33間の流路面積によってオリフィス特性の減衰力が発生し、メインバルブ29の開弁後（ピストン速度の高速域）には、その開度に応じてバルブ特性の減衰力が発生する。
【００２０】
そして、比例ソレノイドアクチュエータ41によって通電電流に応じてスプール弁24のスプール26をばね44の付勢力に抗して移動させて、伸び側のポート27、28間および縮み側のポート32、33間の流路面積を調整することにより、伸び側および縮み側のオリフィス特性を直接調整するとともに、パイロット室22、30の内圧を変化させてメインバルブ21，29の開弁特性（バルブ特性）を調整することができる。このとき、スプール26を図中左方に移動させると、伸び側がソフト側、縮み側がハード側に調整され、右方に移動させると、伸び側がハード側、縮み側がソフト側に調整され、また、これらの中間位置とすると、伸び側および縮み側共にソフト側に調整される。
【００２１】
次に、コントローラの故障等によって比例ソレノイドアクチュエータ41の推力が失われた場合(フェイル時)の減衰力調整式油圧緩衝器1の作動について説明する。
比例ソレノイドアクチュエータ41の推力が失われると、図2に示すように、スプール26は、ばね44の付勢力によって図中右方へ移動してストッパ36に当接する。このよう状態では、ピストンロッド6の伸び行程時には、伸び側減衰弁19を流通する油液は、ランド37によって中庸に絞られたポート27を通り、溝38、油室39及びバイパスポート17を流れ、逆止弁18を開いてシリンダ下室4bへ流入する。また、縮み行程時には、伸び側減衰弁20を流通する油液は、ランド40によって中庸に絞られたポート32を通り、ポート33及びリザーバポート16を流れてリザーバ8へ流入する。
【００２２】
これにより、伸び側及び縮み側減衰弁19、20による減衰力は、ポート27、32の流路面積に応じて、共にミディアム特性に調整されることなる。このようにして、フェイル時には、伸び側及び縮み側の減衰力特性をミディアム等、任意の特性にに固定することができ、車体の安定性および良好な乗り心地を確保することができる。この場合、単一のスプール弁24によって、通常時及びフェイル時の減衰力特性を得ることができ、別途、フェイルセーフ弁等を設ける必要がないので、構造が簡単で、小型化及び製造コストの低減を図ることができる。減衰力調整式油圧緩衝器1のスプール26の位置(すなわち、比例ソレノイドアクチュエータ41への通電電流)と減衰力との関係を図3に示す。
【００２３】
なお、上記実施形態では、一例として、伸び側及び縮み側減衰弁としてパイロット型圧力制御弁を使用するものについて説明しているが、本発明は、これに限らず、スプール弁によって伸び側及び縮み側の減衰力を調整するものであれば、他の形式の減衰弁を使用する減衰力調整式油圧緩衝器にも同様に適用することができる。また、本実施形態では、一例として、減衰力発生機構がシリンダの外部に設けられたものについて説明しているが、本発明は、これに限らず、減衰力発生機構がピストン部に設けられたものにも同様に適用することができる。
【００２４】
上記実施形態では、プッシュ型ソレノイドを使用した例を示したが、プル型ソレノイドを用いてもよい。この場合、ソレノイドの非通電時に、スプールは、ソレノイドから離れる側に移動することになり、通路構成は、図2のものに対して上下が反対の構成となる。また、本発明の減衰力調整式油圧緩衝器は、自動車のサスペンションに用いることもできる。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1に係る減衰力調整式油圧緩衝器によれば、アクチュエータの推力が失われた場合、ばね手段によってスプールが一側へ移動し、前記伸び側及び縮み側油路のうち、流路面積が小となる一方の油路をバイパス通路でバイパスすることによって、所望の減衰力を得ることができる。その結果、コントローラの故障等によってアクチュエータの推力が失われたフェイル時には、所望の減衰力に固定することができ、車体の安定性および良好な乗り心地を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る減衰力調整式油圧緩衝器の構成を示す概略図である。
【図２】図1の装置の減衰力発生機構を拡大して示す縦断面図である。
【図３】図1の減衰力調整式油圧緩衝器の減衰力特性を示す図である。
【符号の説明】
1 減衰力調整式油圧緩衝器
4 シリンダ
5 ピストン
6 ピストンロッド
14 上室ポート(伸び側油路)
15 下室ポート(縮み側油路)
17 バイパスポート(バイパス通路)
24 スプール弁
41 比例ソレノイドアクチュエータ(アクチュエータ)
44 ばね(ばね手段)

Claims

油液が封入されたシリンダと、該シリンダ内に摺動可能に嵌装されたピストンと、一端が前記ピストンに連結され、他端が前記シリンダの外部へ延出されたピストンロッドと、前記シリンダに連通されて前記ピストンロッドの伸び行程時に油液を流通させる伸び側油路及び縮み行程時に油液を流通させる縮み側油路と、該伸び側油路及び縮み側油路の流路面積を調整するスプール弁と、該スプール弁のスプールを駆動するアクチュエータとを備え、前記スプール弁が前記伸び側及び縮み側油路の流路面積の一方が大のとき他方を小とし、一方が小のとき他方を大とする減衰力調整式油圧緩衝器において、
前記スプール弁は、前記アクチュエータの推力が失われたとき、前記スプールを一側に移動させるばね手段と、前記伸び側及び縮み側油路のうち、前記スプールが一側に移動した際に、流路面積が小となる一方の油路をバイパスし、前記スプールが一側に移動した際に開くバイパス通路とを設けたことを特徴とする減衰力調整式油圧緩衝器。