JP5620223B2

JP5620223B2 - 操縦性能可変装置

Info

Publication number: JP5620223B2
Application number: JP2010237925A
Authority: JP
Inventors: 知幸羽根田; 正木　信男; 信男正木; 耕太郎山田
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: JP2012091538A

Description

本発明は、車両の操縦性能可変装置に関し、特に、サスペンションにおけるダンパーの動作速度に依存することなく、ダンパーの動作を変化させて車両の操縦性能を向上させることを可能とする操縦性能可変装置に関する。

従来、車両のサスペンションは、車体を支持するスプリングと、スプリングの振動を減衰させるためのダンパーとを組み合わせて構成される。ダンパーは、作動流体としてのオイルが封入されるダンパーケースと、オイルを上下に流通させるオリフィスを備え、シリンダに沿って移動するピストンと、ピストンに取り付けられたダンパーロッドと、シリンダ内に封入されるオイルの漏れを防止するためにシリンダとダンパーロッドとの間をシールするオイルシールとにより構成されている。そして、上記サスペンションでは、ピストンがシリンダに沿って上下に移動するときに、ピストンのオリフィスにオイルを流通させることによりピストンの移動に抵抗を生じさせ、スプリングの振動を減衰するように構成される。
ところが、シリンダに対してピストンの動作速度が遅いときには（微低速域）、オイルシールとダンパーロッドとの間に生じる摩擦力が大きいため、ダンパーが滑らかに動作せず、操縦性の悪さや乗り心地の快適性を損なう要因の一つとなっている。
このような問題を解決するため、特許文献には、オイルシールとダンパーロッドとの関係において、ダンパーロッドに対するオイルシールの締め付けを可能とする高分子アクチュエータを設け、高分子アクチュエータの作動によってオイルシールによるダンパーロッドの締め付け力を制御し、オイルシールとダンパーロッドとの間の摩擦特性をダンパーロッドの動作速度に応じて可変とし、操縦安定性能及び乗り心地を改良するダンパー装置が開示されている。

しかしながら、特許文献に係るダンパー装置によれば、オイルシールとダンパーロッドとの間の摩擦力を力学的に制御することによって、微低速域でのダンパーの動作性能を向上させているが、オイルシール自体の構造が複雑化するため、高分子アクチュエータや高分子アクチュエータを制御する制御装置に故障が生じた場合、車両の操縦性に影響を及ぼし、操縦安定性能や乗り心地を悪化させる要因となってしまう虞がある。

特開２００９−１６８０４７号公報

本発明は、上記課題を解決するため、車両のサスペンションを構成するダンパーの動作速度が微低速であっても、ダンパーが滑らかに動作するように簡便な装置構成によって車両の操縦性能及び乗り心地を向上させることを可能にする操縦性能可変装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための構成として、車両に装着されるダンパーのフリクションを変化させて車両の操縦の安定性能を可変する操縦性能可変装置であって、ダンパーと電気的に導通する車両の一部に電気ノイズを印加する電気ノイズ印加手段と、電気ノイズ印加手段による電気ノイズの印加回数を計数する印加回数計数手段とを備え、印加回数計数手段が、電気ノイズの印加回数を表示する表示手段を備えた構成とした。
本構成によれば、電気ノイズ印加手段によってダンパーと電気的に導通する車両の一部に電気ノイズを印加することにより、ダンパーのフリクションを変化させて、車両の操縦安定性能を可変にすることができる。
また、ダンパーのフリクションは、操縦性能可変装置の電気ノイズ印加手段から印加される電気ノイズの印加回数によって変化するため、印加回数計数手段により印加回数を計数することにより、ダンパーのフリクションの状態を確認することができるとともに、ドライバーの好みに応じて選択することができるようになる。なお、ダンパーのフリクションは、印加回数が奇数回か偶数回かによって変化する。
また、ダンパーに印加された印加回数が視認できるので、車両を運転するドライバーが状況に応じてダンパーのフリクションの設定を変化させることができる。
また、他の構成として、上記操縦性能可変装置が、車両のエンジンの起動を検出する検出手段を備え、検出手段がエンジンの起動を検出したときに、印加回数計数手段が計数した印加回数をゼロにリセットする構成とした。
本構成によれば、上記構成から生じる効果に加え、印加回数計数手段が計数した印加回数をリセットすることによりエンジン起動時毎の車両の状態を同じ状態にすることができる。

本発明に係る操縦性能可変装置の概略構成図。ダンパーの分解図。ダンパーケースとピストンバルブとの間に生じる影響を調べるための試験装置の概念図。ダンパーを加振する加振試験の概念図及び加振試験の結果を示すグラフ。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

図１は、操縦性能可変装置１の概略構成図を示す。以下、図１を用いて操縦性能可変装置１について説明する。
操縦性能可変装置１は、演算手段としてのＣＰＵ，記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ及び通信手段としてのインターフェイス等を含むいわゆるコンピュータであって、ＲＯＭ内に格納されたプログラムに基づいて動作する。操縦性能可変装置１は、車両に搭載され、制御ユニット２と、表示操作ユニット３とにより構成される。
制御ユニット２は、エンジン起動検出手段１１と、表示リセット手段１２と、電気ノイズ印加手段１３と、印加回数計数手段１４とを備える。
エンジン起動検出手段１１は、車両のエンジン起動時に、例えばスタータモータに出力されるイグニッション信号に基づいてエンジンの起動を検出する。
表示リセット手段１２は、エンジン起動検出手段１１により検出されたイグニッション信号に基づいて後述の印加回数計数手段１４と表示手段１５とにリセット信号を出力し、印加回数計数手段１４の計数する印加回数と、表示手段１５に表示される印加回数をゼロにリセットする。
電気ノイズ印加手段１３は、例えば、パルスジェネレータによって構成され、パルスジェネレータの生成するパルス電圧を車両のダンパー３０に対して出力する。パルスジェネレータとは、任意の波形の電圧を生成することが可能な電圧発生器であって、予め設定された波形の電圧を出力する。パルスジェネレータは、例えば、パルス幅１００μｓｅｃ．，電圧１０ｍＶのパルス電圧を操作手段１６の１回の操作毎にパルス１つ分出力する。パルス電圧のパルスは、上記に限らず、パルス幅及び電圧を適宜設定すれば良い。なお、パルス電圧は、電気ノイズのような複数の周波数成分で構成されるパルス状の電圧でも良い。また、電気ノイズ印加手段１３は、パルスジェネレータに限らずパルス電圧、又は、電気ノイズのような複数の周波数成分を含むパルス状の電圧を印加可能な装置であれば良い。
印加回数計数手段１４は、電気ノイズ印加手段１３によって出力されるパルス電圧を検出し、電気ノイズ印加手段１３から出力されたパルス電圧の出力回数を記憶する。

表示操作ユニット３は、表示手段１５と操作手段１６とにより構成され、例えば、ドライバーの視認可能な位置及び操作可能な範囲に配設される。
表示手段１５は、印加回数計数手段１４と接続され、印加回数計数手段１４の電気ノイズの印加回数を表示する。表示手段１５は、数字を表示可能な例えば７セグＬＥＤなどの表示装置によって構成される。なお、表示手段１５による印加回数の表示方法は、数字を表示することに限らず、パルス電圧の印加回数が奇数回又は偶数回によって色別された光を点灯させるように構成しても良い。
操作手段１６は、例えば、プッシュスイッチにより構成され、電気ノイズ印加手段１３と接続される。ドライバーがスイッチを１回操作することにより、電気ノイズ印加手段１３に対してパルス電圧の印加信号を出力する。
また、操縦性能可変装置１には、車両に搭載されるバッテリーと接続される電源入力端子２１と、電気ノイズ印加手段１３から出力されるパルス電圧を出力するパルス電圧出力端子２２とを備える。電源入力端子２１に入力された電圧は、制御ユニット２及び表示操作ユニット３の各手段に対して供給される。パルス電圧出力端子２２は、プラス端子とマイナス端子とを備え、各端子から個別に延長する導線２２Ａ，２２Ｂが、車両のサスペンションを構成するダンパー３０に接続される。

ダンパー３０は、ダンパーケース３１と、ダンパーケース３１に対して伸縮するダンパーロッド３２とにより構成される。なお、ダンパー３０の例としては、単筒式、複筒式等が挙げられ、いずれの形式であっても良い。
ダンパーケース３１には、パルス電圧出力端子２２のマイナス端子から延長する導線２２Ｂが接続され、ダンパーロッド３２には、パルス電圧出力端子２２のプラス端子から延長する導線２２Ａが接続される。
具体的には、マイナス端子から延長する導線２２Ｂをダンパーケース３１の外周面に環状リング２３を用いて固定し、マイナス端子とダンパーケース３１とが導線２２Ｂによって電気的に導通可能に接続する。
また、プラス端子から延長する導線２２Ａの先端に環状端子２４を嵌着し、ダンパーロッド３２の先端側外周面に形成されたネジ部３２ａに環状端子２４を介挿したのちにナット２５によりサスペンションを構成する部品と共締めする。

以下、操縦性能可変装置１の操作方法について説明する。
車両に乗ったドライバーが、エンジンを起動するためのイグニッションキーを操作して、キーをオンの位置まで回転させると操縦性能可変装置１は起動状態となる。そして、イグニッションキーをさらに回転させてエンジンスタートの位置まで操作するとスターターに対してイグニッション信号が出力され、エンジンが起動する。イグニッション信号は、エンジン起動検出手段１１により検出され、イグニッション信号の検出を表示リセット手段１２に出力する。表示リセット手段１２は、印加回数計数手段１４と表示手段１５とにリセット信号を出力して印加回数計数手段１４の記憶する印加回数をゼロにリセットし、表示手段１５の表示をゼロにリセットする。
エンジンを起動した状態で、ドライバーが操作手段１６の印加ボタンを一度操作すると、電気ノイズ印加手段１３は、パルス電圧を導線２２Ａ，２２Ｂを介してダンパー３０に印加する。電気ノイズ印加手段１３からパルス電圧が出力されると電圧印加信号が印加回数計数手段１４に出力され、印加回数計数手段１４は、印加回数“１”を記憶する。そして、印加回数計数手段１５は、記憶した印加回数“１”を表示手段１５に出力して印加回数“１”を表示させる。
上記操作によって、ダンパー３０の動作における微低速域での摺動抵抗が緩和されることにより、ダンパー３０の動作を滑らかにして操縦性能を向上させることができる。

また、上記状態で、ドライバーが再び操作手段１６の印加ボタンを一度操作して、ダンパー３０にパルス電圧を印加すると、電圧印加信号が印加回数計数手段１４に出力され、印加回数計数手段１４は、印加回数“２”を記憶する。そして、印加回数計数手段１４は、記憶した印加回数“２”を表示手段１５に出力して印加回数“２”を表示させる。よって、ダンパー３０の微低速域での摺動抵抗は、エンジン起動直後の状態となる。即ち、ダンパー３０の初期動作に硬さが生じ、ダンパー３０の初期の減衰抵抗が増加した状態となる。

そして、車両を停止してエンジンを停止したのちに、再び走行するためにエンジンを起動すると、エンジンの起動にともなって出力されたイグニッション信号がエンジン起動検出手段１１によって検出され、表示リセット手段１２によって印加回数計数手段１４と表示手段１５とにリセット信号が出力され、印加回数計数手段１４の記憶する印加回数と、表示手段１５の印加回数の表示とが“ゼロ”にリセットされる。

つまり、エンジン起動時に毎回、印加回数計数手段１４が記憶する印加回数をリセットするとともに表示手段１５の印加回数の表示をリセットすることにより、エンジン起動後の印加回数に“ゼロ”が表示されるので、ドライバーは、表示回数を確認することで走行状況に応じて電気ノイズ印加手段１３からパルス電圧をダンパー３０に印加して操縦性能を変化させることができる。

以下、本発明の操縦性能可変装置１によりダンパー３０にパルス電圧を印加することでダンパー３０のフリクションが変化することを検証した実験結果について説明する。
まず、ダンパーケース３１とダンパーロッド３２とにどのような電圧を印加すれば、操縦性能に変化を与えることができるかについて調べた。具体的には、任意の波形の電圧を出力することのできるパルスジェネレータ５５（図３参照）から延長する２本の電圧供給線をダンパーケース３１とダンパーロッド３２とに接続して異なる波形の電圧をダンパーケース３１とダンパーロッド３２とに印加して操縦安定性能試験を行った。例えば、印加する電圧の波形は、ＳＩＮ波、パルス波等の周期的に変化する波形の波長や振幅を変化させて、その波形を半波長分にしたものである。その結果、パルス電圧を印加すると操縦性能に変化が得られることが分かった。これは、１つの周波数成分からなるＳＩＮ波形の電圧と、複数の任意の周波数成分からなる電気ノイズのようなパルス波形の電圧との性質の差と考えられる。

次に、ダンパー３０にパルス電圧を印加することにより、ダンパー３０のどの要素に対して影響を与えているのかを調べるため、ダンパー３０単体での電圧印加試験を行った。
図２は、試験車両のダンパー３０の分解図である。まず、ダンパー３０を構成する要素について説明する。
ダンパー３０は、いわゆるツインチューブと呼ばれる形式のダンパーであって、一方開口の有底円筒体のダンパーケース３１内に、円柱状のベースバルブ３３、円筒状の内筒３４の順に底部から配設される。内筒３４には、一端に円柱状のピストンバルブ３５を備えるダンパーロッド３２が内挿される。つまり、内筒３４の内周面はピストンバルブ３５のシリンダである。内筒３４の内周面と摺動するピストンバルブ３５の外周面にはフッ素系樹脂加工が施されている。ダンパーロッド３２には、ダンパーロッド３２の摺動を支持する円環状のロッドガイド３７と、ダンパーケース３１内に封入されるダンパーオイルの飛散を防止する円環状のオイルシール３８とが介挿される。ロッドガイド３７及びオイルシール３８の外周面は、ダンパーケース３１の内周面に嵌挿される。そして、ダンパーケース３１の開口に環状の押さえリング３９が嵌挿される。上記構成において、ダンパーケース３１，ダンパーロッド３２，ベースバルブ３３，内筒３４，ピストンバルブ３５は鉄を主成分とする金属製である。また、ロッドガイド３７はアルミニウムを主成分とする金属製である。

よって、ダンパー３０の部品のうち、可動し、互いに影響を及ぼす部品の組合せは、内筒３４とピストンバルブ３５、ダンパーロッド３２とオイルシール３８、ダンパーロッド３２とロッドガイド３７の３つである。即ち、パルス電圧が印加されることにより操縦性能に影響を受ける部品は、内筒３４とピストンバルブ３５、ダンパーロッド３２とオイルシール３８、ダンパーロッド３２とロッドガイド３７の組合せのいずれかである。

そこで、パルス電圧を印加することでダンパーケース３１とピストンバルブ３５との間に生じる影響を調べるため、ダンパーケース３１とピストンバルブ３５との電気的な関係について調べた。図３は、ダンパーケース３１とピストンバルブ３５との影響を調べるため、単筒式のダンパーの一部をモデル化した試験装置の概略図である。
鉄を主成分とする素材によりダンパーケース３１、ピストンバルブ３５、ダンパーロッド３２を構成し、ピストンバルブ３５の外周面にダンパーケース３１の内周面と摺接するピストンリング４１を配設する。ピストンリング４１は、フッ素系樹脂を断面Ｃ字状に成型したものである。ダンパーケース３１とピストンバルブ３５とは、ピストンリング４１によって電気的に絶縁状態となる。また、ダンパーケース３１の内部には、ダンパーオイル４２が満たされる。そして、ダンパーケース３１とダンパーロッド３２とを外部に対して電気的に絶縁した状態で保持し、ダンパーロッド３２をダンパーケース３１に対して摺動させることで各構成部品の電荷の帯電状態をクーロンメータ４３で測定した。クーロンメータ４３は、物体に帯電した電荷を測定する計測器である。

まず、ダンパーロッド３２を上下に動かしてピストンバルブ３５をダンパーケース３１に対して摺動させることにより、ダンパーケース３１の内周面にはマイナス電荷が蓄積し、ダンパーケース３１の内周面と摺接するピストンリング４１の外周面にはプラス電荷が蓄積することがクーロンメータ４３により測定された。そして、ピストンリング４１は、ピストンリング４１の外周面にプラス電荷が集められたことにより、ピストンリング４１の内周面にマイナス電荷が集められて分極状態となる。また、ダンパーロッド３２及びピストンバルブ３５にはマイナス電荷が帯電する。この状態で、ダンパーロッド３２側にパルスジェネレータ５５のプラスの電極を接続し、ダンパーケース３１にマイナスの電極を接続してパルス電圧を印加したが、各部の電荷の関係に変化は見られなかった。
よって、ダンパーロッド３２とダンパーケース３１との間にパルス電圧を印加することにより影響を受ける組合せは、ダンパーロッド３２とオイルシール３８との間、又は、ダンパーロッド３２とロッドガイド３７との間であることが分かった。

次に、パルス電圧を印加することでダンパーロッド３２とオイルシール３８との間に生じる影響を調べるため、ダンパーロッド３２と摺動するオイルシール３８のゴム部分の素材について調べるとオイルシール３８のゴム部分はニトリルゴム（ＮＢＲ）製であった。そこで、ニトリルゴム単体に対してパルス電圧を印加したときの摩擦とパルス電圧を印加しないときの摩擦とを測定し、比較した結果、パルス電圧を印加することにより摩擦が低下することが分かった。
つまり、ダンパーロッド３２とダンパーケース３１との間にパルス電圧を印加することによって、ダンパーロッド３２とオイルシール３８との摩擦が低下することが確認された。

次に、パルス電圧を印加することでダンパーロッド３２とロッドガイド３７との間に生じる影響を考えると、ダンパーロッド３２は鉄を主成分とする金属製、ロッドガイド３７はアルミニウムを主成分とする金属製である。つまりダンパーロッド３２とロッドガイド３７とは電気的に常に導通状態であるから、パルス電圧の印加の有無に関わらず電気的な状態に変化はない。
以上から、ダンパー３０のダンパーケース３１とダンパーロッド３２との間にパルス電圧を印加することで、ダンパーロッド３２とオイルシール３８との間の摩擦が減少することが確認された。即ち、ダンパーロッド３２とオイルシール３８との間の摩擦が減少することによって、ダンパー３０の動作速度が微低速であっても滑らかに動作して操縦性能に変化を与えることが確認できた。

次に、ダンパー３０にパルス電圧を印加することによりダンパー３０の作動にどの程度の効果が得られるかについて調べるため、ダンパー３０を加振試験装置に単体配置して加振試験を行った。
図４（ａ）は、ダンパー３０を加振する加振試験の概念図を示し、図４（ｂ）は、加振試験装置にダンパー３０を配置して加振したときのダンパー３０の摺動力と、ダンパー３０に電圧を印加する印加回数との関係を示したグラフである。
加振試験装置は、予め振幅及び周期が設定された波形に従ってダンパー３０を繰り返し伸縮させて、ダンパーロッド３２にかかる摺動力を測定する装置である。ダンパー３０は、加振試験装置の下側固定部５１に絶縁体５３を介してダンパーケース３１を電気的に絶縁状態で固定し、加振試験装置の上側固定部５２に絶縁体５３を介してダンパーロッド３２を電気的に絶縁状態で固定する。また、ダンパー３０には、パルス電圧を印加するパルスジェネレータ５５が接続される。ダンパーロッド３２にはパルスジェネレータ５５から延長するプラス電極が接続され、ダンパーケース３１にはパルスジェネレータ５５から延長するマイナス電極が接続される。摺動力の測定は、電圧の印加回数０回から４回までの各回毎に行った。

図４（ｂ）に示すように、ダンパーロッド３２に作用する摺動力は、パルス電圧の印加回数によって変化することが確認された。具体的には、電圧の印加回数が１回，３回の奇数回でほぼ同一の摺動力となり、０回，２回，４回の偶数回でほぼ同一の摺動力となった。また、印加回数が１回，３回の奇数回のときの摺動力と、０回，２回，４回の偶数回のときの摺動力とでは、偶数回の摺動力が奇数回の摺動力よりも５％〜１０％小さくなることが確認された。つまり、パルス電圧の印加回数が奇数回のときよりも偶数回のときに摺動力が小さくなる結果が得られた。なお、印加回数０回は、車両に装着されるダンパー３０のエンジン起動後の状態に相当する。
よって、ダンパーロッド３２とダンパーケース３１との間にパルス電圧を印加するとともに、印加回数を制御することで摺動力が変化することが確認された。

よって、本発明の操縦性能可変装置１を車両に搭載し、車両に設けられたダンパー３０のダンパーロッド３２とダンパーケース３１とにパルス電圧を印加することによりダンパー３０の微低速域からの初期動作を円滑にして車両の操縦性能を変化させることができる。また、ダンパー３０のパルス電圧の印加回数によって操縦性能を変化させることができるので、ダンパー３０の初期動作を向上させたり、ダンパー３０の初期動作を硬くしたりして、車両の走行する状況やドライバーの好みに応じて操縦性能を可変とすることができる。
以上説明したように、本発明の操縦性能可変装置１を車両に搭載することで、タイヤやダンパーを含むサスペンションを構成する部品の構造や特性の変更を行うことなく、運転者の意思によって操縦性能を向上させることができる。また、本発明の操縦性能可変装置１を作動させても車両における他の性能を悪化させることはなく、操縦性能とともに乗り心地を向上させることができる。
なお、車両に搭載される操縦性能可変装置は、上記構成に限らず、適宜設計すれば良い。また、操縦性能可変装置１から延長する導線２２Ａ，２２Ｂをダンパー３０のダンパーケース３１とダンパーロッド３２とに直接接続するように説明したが、車両におけるダンパーロッド３２と電気的に導通する部品やダンパーロッド３２と電気的に導通する部品を介して間接的にダンパーケース３１とダンパーロッド３２とにパルス電圧を印加するようにしても良い。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能である。

１操縦性能可変装置、２制御ユニット、３表示操作ユニット、
１１エンジン起動検出手段、１２表示リセット手段、１３電気ノイズ印加手段、
１４印加回数計数手段、１５表示手段、１６操作手段、２１電源入力端子、
２２パルス電圧出力端子、２２Ａ，２２Ｂ導線、２３環状リング、
２４環状端子、２５ナット、３０ダンパー、３１ダンパーケース、
３２ダンパーロッド、３３ベースバルブ、３４内筒、３５ピストンバルブ、
３７ロッドガイド、３８オイルシール、３９押さえリング、
４１ピストンリング、４２ダンパーオイル、４３クーロンメータ、
５５パルスジェネレータ。

Claims

車両に装着されるダンパーのフリクションを変化させて車両の操縦の安定性能を可変する操縦性能可変装置であって、
前記ダンパーと電気的に導通する車両の一部に電気ノイズを印加する電気ノイズ印加手段と、
前記電気ノイズ印加手段による電気ノイズの印加回数を計数する印加回数計数手段と、
を備え、
前記印加回数計数手段が、前記電気ノイズの印加回数を表示する表示手段を備えたことを特徴とする操縦性能可変装置。
車両に装着されるダンパーのフリクションを変化させて車両の操縦の安定性能を可変する操縦性能可変装置であって、
前記ダンパーと電気的に導通する車両の一部に電気ノイズを印加する電気ノイズ印加手段と、
前記電気ノイズ印加手段による電気ノイズの印加回数を計数する印加回数計数手段と、
前記車両のエンジンの起動を検出する検出手段と、
を備え、
前記印加回数計数手段は、前記電気ノイズの印加回数を表示する表示手段を備え、
前記検出手段がエンジンの起動を検出したときに、前記印加回数計数手段が計数した印加回数をゼロにリセットすることを特徴とする操縦性能可変装置。