JP5752298B2 - 高周波成分と低周波成分の分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、高周波成分と低周波成分とが混在する回転入力を、高周波成分の回転出力と低周波成分の回転出力とに分離する高周波成分と低周波成分の分離装置に関する。

従来、複数の駆動タイヤを備えた車両であって、駆動タイヤ毎に駆動源が設けられた車両が知られている。このような車両においては、各々の駆動タイヤを独立して回転させ、路面状況に応じて駆動タイヤを駆動させることが可能である。
また、上記のような車両においては、路面からの振動を懸架装置（サスペンション装置）によって吸収することが一般的である。サスペンション装置には、受動的に振動を吸収するパッシブサスペンションが一般的であるが、能動的に振動を吸収する機構としてアクティブサスペンション装置が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、車両の走行状態を制御することを目的として、特許文献２には、駆動タイヤを駆動する駆動力の少なくとも１つの周波数領域を抽出し、駆動タイヤに振動を与えたりして、車両の走行状態を制御する制御方法が開示されている。

特開平１０−２５８６２８号公報 特許第４１４５８７１号公報

ところで、能動的にサスペンション装置で振動を吸収するためには、駆動タイヤを駆動させるための駆動装置とは別に駆動源を必要とするため、これが車両のコストを増大させる要因となっていた。
また、特許文献２に記載された方法は、電子制御により車体駆動力の１つの周波数領域の変動成分を抽出し、抽出された車体駆動力の変動成分に基づいて車両の走行状態を制御する方法であるが、装置が複雑化することによってコストが嵩むという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、より簡素な構成を用いて、高周波成分と低周波成分を含んだ回転入力を、低周波成分のみの回転出力と高周波成分のみの回転出力に分離することができる高周波成分と低周波成分の分離装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。

また、本発明の高周波成分と低周波成分の分離装置は、回転斜板と該回転斜板の回転により進退して作動油を排出させるピストンとを有する回転斜板式油圧ポンプと、前記回転斜板式油圧ポンプの吐出口に接続された圧力検出室と、該圧力検出室の排出口に接続されたオリフィスとからなる油圧ポンプ機構と、前記圧力検出室内の油圧を検出する圧力センサと、を備え、高周波成分と低周波成分とが混在する回転入力を低域通過ろ波器を介して低周波回転成分を分離すると共に、前記回転入力を前記回転斜板の回転軸に伝達し、前記回転斜板式油圧ポンプの吐出口から排出される作動油を前記圧力検出室及び前記オリフィスを介して排出し、前記圧力センサで前記圧力検出室内の油圧を検出し出力することで、前記回転入力を高周波成分のみを含んだ圧力信号に分離することを特徴とする。

この発明においては、高周波成分と低周波成分を含んだ回転入力を、低周波成分のみの回転出力と高周波成分のみの圧力信号に分離することができる。

また、本発明の高周波成分と低周波成分の分離装置においては、前記低域通過ろ波器は、入力軸と、出力軸と、前記入力軸及び前記出力軸の軸端にそれぞれ設けられ、前記入力軸と出力軸とを接続する接続板と、前記接続板間に介在する弾性部材とから構成されていることが好ましい。

この発明においては、簡素な構成によって、回転入力に含まれる高周波成分をカットすることができる。

この発明においては、より簡素な構成を用いて、高周波成分と低周波成分を含んだ回転入力を低周波成分のみの回転出力と高周波成分のみの回転出力に分離することができる。

本発明の第一参考例の車両の正面図である。 本発明の第一参考例の分離装置を示す模式図である。 車両のサスペンション装置の側面図である。 ローパスフィルター機構の構成を示す断面図である。 図４のＡ−Ａ線に沿う矢視図である。 本発明の実施形態の車両の正面図である。 本発明の実施形態の分離装置を示す模式図である。 油圧ポンプ機構の模式図である。 本発明の第二参考例の分離装置を示す模式図である。

（第一参考例）
以下、図面を参照し、本発明の第一参考例について説明する。
図１に示すように、分離装置１は、サスペンション装置３と駆動タイヤ４を有する車両５０に設けられるもので、車体５１の下方にサスペンション装置３を介して取り付けられている。また、分離装置１は、モータ２とサスペンション装置３の間、及びモータ２と駆動タイヤ４との間に配されており、モータ２の駆動力をサスペンション装置及び駆動タイヤ４に伝達する装置である。

モータ２は、出力軸２ａを所定の回転数で回転させることが可能な電気モータであり、出力軸２ａは低周波から高周波までの周波数成分を含んだ回転数で回転する。また、車両５０には図示しない制御装置が設けられている。

次に、分離装置１の詳細について説明する。
図２に示すように、分離装置１は、遊星歯車機構５と、モータ２の出力軸２ａに取り付けられ、回転出力（以下、回転ａと呼ぶ）を遊星歯車機構５のリング歯車８（内歯車とも呼ばれる）に伝達する第一歯車１０と、モータ２の出力軸２ａに取り付けられたローパスフィルター機構９と、ローパスフィルター機構９の出力軸９ｂに接続されたギアボックス２２と、ギアボックス２２の出力（回転ｃ１）を遊星歯車機構５の太陽歯車６に伝達する伝達歯車１１とから構成されている。
分離装置１は、モータ２の回転出力（回転ａ）を低周波成分のみの回転出力（回転ｃ２）と高周波成分のみの回転出力（回転ｂ１）に分離する装置である。

遊星歯車機構５は、太陽歯車６（サンギア等とも呼ばれる）と、一対の遊星歯車７，７（ピニオンギア等とも呼ばれる）と、遊星歯車７，７を支持しつつ公転運動を拾う遊星キャリア７ａ（プラネタリキャリア等とも呼ばれる）と、リング歯車８とから構成されている。モータ２と遊星歯車機構５とは、モータ２の出力軸２ａに取り付けられた第一歯車１０が、遊星歯車機構５のリング歯車８の外側に形成された歯に噛み合うことで接続されている。

さらに、モータ２の出力軸２ａはローパスフィルター機構９の入力軸９ａに接続されている。ローパスフィルター機構９の詳細については後述する。ローパスフィルター機構９の出力軸９ｂはギアボックス２２に接続されている。ギアボックス２２は、ローパスフィルター機構９からの出力を任意に減速又は増速した上で、第一出力軸２２ａ及び第二出力軸２２ｂより２つの出力（回転ｃ１、回転ｃ２）に分離する変速装置である。
２つの出力軸のうち、第二出力軸２２ｂには、駆動タイヤが接続されている。つまり、モータ２の駆動力は、ローパスフィルター機構９を介して低周波成分のみの回転出力が駆動タイヤ４に伝達される。

ギアボックス２２の第一出力軸２２ａには、伝達歯車１１を構成する入力歯車１１ａが取り付けられている。伝達歯車１１の出力歯車１１ｂは、入力歯車１１ａと同じ歯数構成であり、その中心軸は遊星歯車機構５を構成する太陽歯車６の入力軸６ａに接続されている。つまり、伝達歯車１１は１：１のギア比であり、モータ２の駆動力は、ローパスフィルター機構９及びギアボックス２２を介して遊星歯車機構５の太陽歯車６に伝達される。
遊星歯車機構５を構成する遊星歯車７の公転運動を拾う遊星キャリア７ａの中心軸７ｂは、サスペンション装置３に接続されている。

次に、遊星歯車機構５、第一歯車１０、及びギアボックス２２の歯数構成について説明する。これらの歯数構成は、第一歯車１０が回転駆動する一方、他の太陽歯車６、遊星キャリア７ａは従動するものとした場合、遊星キャリア７ａが静止する構成とされている。
例えば、上記した遊星歯車機構５において、リング歯車８の歯数を６０、太陽歯車６の歯数を３０、遊星歯車７，７の歯数を１５とした上で、第一歯車１０とギアボックス２２の歯数構成を適宜設定することにより、リング歯車８の回転数を８００ｒｐｍ、太陽歯車６の回転数を１，６００ｒｐｍとする。遊星歯車機構５を上記したような歯数構成としたことによって、遊星キャリア７ａの回転数は０ｒｐｍとなり静止する。

図３に示すように、サスペンション装置３は、中心軸７ｂを中心に回転可能に構成されたクランク板１２と、クランク板１２と車体５１とを接続するコネクティングロッド１３とを有するクランク機構を構成している。
クランク板１２の外周近傍にはコネクトピン１４が設けられていると共に、車体５１の側面下方にもコネクトピン１５が設けられている。これらコネクトピン１４，１５は、コネクティングロッド１３によって接続されている。これにより、クランク板１２を回動させることで、車体５１とクランク板１２との距離、つまり、車体５１と駆動タイヤ４との距離を変化させることができる。または、車体５１の上下運動に伴い、クランク板１２が回動する。

図４に示すように、ローパスフィルター機構９は、同一線上に設けられた入力軸９ａ及び出力軸９ｂと、互いに近接する入力軸９ａ及び出力軸９ｂの軸端に夫々設けられた第一接続板１６及び第二接続板１７と、第一接続板１６と第二接続板１７とを接続する複数のボルト１８及びナット１９から構成されている。

図５に示すように、第一接続板１６は、入力軸９ａと出力軸９ｂの軸方向から見て円形状である。第一接続板１６は、その中心部が入力軸９ａの軸端と一体にされている。同様に、第二接続板１７は、その中心部が出力軸９ｂの軸端と一体にされている。また、第一接続板１６，第二接続板１７には、表面と裏面を貫通するように、複数の取付孔２０が形成されている。取付孔２０は、第一接続板１６，第二接続板１７の外形をなす円の同心円上に、等間隔に穿設されている。各々の取付孔２０の内周面には、所定の厚さのゴムブッシュ２１が嵌め込まれており、ゴムブッシュ２１にはボルト１８の軸部が挿入されている。すなわち、ボルト１８の軸部と取付孔２０の内周面との間には、ゴムブッシュ２１が介在している。

次に、本参考例の分離装置１の作用について説明する。
モータ２の駆動力（以下、回転ａと呼ぶ）は、遊星歯車機構５のリング歯車８と太陽歯車６とに伝達される。
まず一方で、モータ２の駆動力（回転ａ）はローパスフィルター機構９の入力軸９ａに伝達され、第一接続板１６が、高周波成分と低周波成分を含んだ回転数で回転する。第一接続板１６が回転することによって、第二接続板１７が回転するが、ボルト１８の軸部と第一接続板１６，第二接続板１７との間にゴムブッシュ２１が介在していることによって、駆動力のうち高周波成分がカットされる。これにより、第二接続板１７及び出力軸９ｂには、モータ２の駆動力のうち低周波成分のみの駆動力が伝達される。
この低周波成分のみの駆動力は、出力軸９ｂに接続されたギアボックス２２によって分離され、一方の出力（回転ｃ２）は駆動タイヤ４に伝達される。他方の出力（回転ｃ１）は、伝達歯車１１を介して遊星歯車機構５の太陽歯車６に伝達される。

また他方で、モータ２の駆動力（回転ａ）は、第一歯車１０を介して、遊星歯車機構５のリング歯車８に伝達される。つまり、遊星歯車機構５のリング歯車８には、低周波成分と高周波成分を含んだ駆動力（回転ａ）が伝達され、太陽歯車６には、低周波成分のみを含んだ駆動力（回転ｃ１）が伝達される。
リング歯車８と太陽歯車６の回転により遊星歯車７が公転しつつ回転する。この回転を回転ｂ２と呼ぶ。遊星歯車７が回転ｂ２で回転するに伴い、遊星キャリア７ａは遊星歯車７の公転運動を拾って回転する。この回転数を回転ｂ１と呼ぶ。この回転ｂ１は、サスペンション装置３に伝達される。

ここで、遊星歯車機構５、第一歯車１０、及びギアボックス２２、及び伝達歯車１１の歯数構成は、第一歯車１０が回転駆動する一方、他の太陽歯車６、遊星キャリア７ａは従動するものとした場合、遊星キャリア７ａが静止する構成とされているため、モータ２からの駆動力が、高周波成分を有しておらず、低周波成分のみを有している場合、遊星キャリア７ａは回転しない。すなわち、サスペンション装置３には駆動力が伝達されない。

一方、モータ２の駆動力（回転ａ）が高周波成分を有している場合には、リング歯車８の回転数と、太陽歯車６の回転数は、高周波成分だけ異なる。これにより、遊星キャリア７ａは高周波成分のみを含んだ回転ｂ１で回転し、遊星キャリア７ａの中心軸７ｂと接続されたサスペンション装置３には、サスペンション装置３を駆動するための駆動力が伝達される。

上記参考例によれば、ローパスフィルター機構９及び遊星歯車機構５を用いて高周波成分と低周波成分を含んだモータ２の駆動力を、低周波成分のみの駆動力と高周波成分のみの駆動力に分離することができる。つまり、１つのモータ２を用いて、回転数の変動が少なく低周波成分となる駆動タイヤ４の駆動力と、回転数の変動が大きく高周波成分となるサスペンション装置３の駆動力を同時に得ることができる。このため、モータ２を走行用とサスペンション用とに複数必要とせず、小型化できる。また、サスペンション用として、走行用の駆動源を利用することで高い応答性能を得られる。

なお、伝達歯車１１のギア比は１：１に限ることはなく、モータ２の出力軸２ａが低周波成分のみを含む回転である場合に、遊星歯車機構５の遊星キャリア７ａが停止するように、分離装置１全体の歯数構成を設定すればよい。
また、ローパスフィルター機構９は、上述したような構成に限ることはなく、高周波成分と低周波成分が混在した回転のうち、高周波成分を伝達しないような機構であればどのような機構も採用することができる。例えば、トーションバーの両端を入力軸及び出力軸としてもよい。

（実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。この実施形態の分離装置において、モータ２の駆動力をサスペンション装置３と駆動タイヤ４に伝達する基本構造は、第一参考例と同様であるので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態の分離装置は、第一参考例の遊星歯車機構５の代替として、油圧ポンプ機構を採用していることを特徴としている。

図６に示すように、分離装置１Ｂは、サスペンション装置３Ｂと駆動タイヤ４を有する車両５０Ｂに設けられるものであり、モータ２の回転出力を低周波成分のみの回転出力と高周波成分のみの回転出力に分離する装置である。
図７に示すように、分離装置１Ｂは、モータ２の出力軸２ａに取り付けられた第二ギアボックス３５と、第二ギアボックスの第一出力軸３５ａに接続されたローパスフィルター機構９と、第二ギアボックスの第二出力軸３５ｂに接続された油圧ポンプ機構２３とから構成されている。第二ギアボックス３５は、モータ２からの出力を任意に減速又は増速した上で、第一出力軸３５ａ及び第二出力軸３５ｂより２つの出力に分離する変速装置である。

次に、油圧ポンプ機構２３の詳細を説明する。
油圧ポンプ機構２３は、回転斜板式油圧ポンプ２４と、回転斜板式油圧ポンプ２４の
吐出口３１に接続された圧力検出室３２と、圧力検出室３２とサスペンション装置３との間に介在するオリフィス２８と、サスペンション装置３と回転斜板式油圧ポンプ２４の吸込口３０との間に介在する圧力タンク２９とから構成され、これらの構成要素は、作動油で満たされた接続管３３で接続されている。また、圧力検出室３２の内部には、油圧を検出する圧力センサ３７が設置されている。

回転斜板式油圧ポンプ２４は、モータ２の出力軸２ａと接続され、回転軸２５ａと一体となった回転斜板２５と、回転斜板２５の斜面に対向して設置されたシリンダブロック２６と、シリンダブロック２６に形成された２つのシリンダ穴２６ａ，２６ａ内で往復運動可能に収容された一対のピストン２７，２７とを有している。
各々のシリンダ穴２６ａ，２６ａの回転斜板２５とは反対側の開口端部２６ｂ，２６ｂには、開口端部２６ｂ，２６ｂ同士が互いに接続されるように、コ字状のポンプ管３４が接続されている。

なお、開口端部２６ｂ，２６ｂとポンプ管３４とは、逆止弁３６を介して接続されている。逆止弁３６は、例えばボール弁と、ボール弁を所定のバネ力でシリンダブロック２６向きに付勢するスプリングとから構成されたものである。従って、スプリングのバネ力に抗ってボール弁を開弁させる程度に、シリンダ穴２６ａの内圧が高く、かつ、ポンプ管３４の内圧より高い場合に限って、ポンプ管３４とシリンダ穴２６ａは導通する。

回転斜板式油圧ポンプ２４の２つの吸込口３０,３０は、ポンプ管３４上の開口端部２６ｂ，２６ｂに近接した位置に設けられている。また、吐出口３１は、ポンプ管３４上の開口端部２６ｂ，２６ｂから最も離間した位置に設けられている。

圧力検出室３２は、吐出口３１とオリフィス２８との間に設けられ、作動油を一定容量保持可能に構成されている。オリフィス２８は、圧力検出室３２と油圧ポンプ機構２３の排出管２３ａを接続する円管に設けられており、円管の径をより小径となるように絞った部位である。円管の径に対するオリフィス２８の径の比（縮径比）は、モータ２の出力軸２ａの低周波成分とされる回転数に応じた値に適切に調整されている。

サスペンション装置３Ｂは、油圧シリンダを用いる構成であり、分離装置１Ｂの油圧ポンプ機構２３から出力される圧力信号によって駆動する。
圧力タンク２９は、サスペンション装置３Ｂから排出された作動油を回転斜板式油圧ポンプ２４に循環させるように、サスペンション装置３Ｂに接続されていると共に、吸込口３０，３０に接続されている。

次に、本実施形態の分離装置１Ｂの作用について説明する。
モータ２の駆動力（回転ａ）は、ローパスフィルター機構９を介して駆動タイヤ４に伝達される。この際、第一参考例と同様の作用によって、駆動タイヤにはモータ２の駆動力のうち低周波成分のみの駆動力（回転ｂ）が伝達され、駆動タイヤ４が駆動される。

また、モータ２の駆動力（回転ａ）は、第一歯車１０を介して、油圧ポンプ機構２３に伝達される。回転ａは、後述する油圧ポンプ機構２３の作用によって、圧力信号に変換される。サスペンション装置３Ｂはこの圧力信号によって駆動される。

次に、油圧ポンプ機構２３の作用について説明する。
モータ２の駆動力（回転ａ）は回転斜板２５の回転軸２５ａに伝達され、回転斜板２５が回転し、一対のピストン２７，２７が交互に後退することで、圧力検出室３２には、一対の吸込口３０，３０から供給される作動油が交互に供給される。
オリフィス２８の縮径比は、想定される低周波成分の油圧の入力に対しては、流入する作動油を適切に排出して、圧力検出室３２の内部の圧力が変動しないようにされている。
一方、想定される高周波成分の油圧の入力に対しては、流入する作動油が排出される圧力検出室３２の内部で圧力変動として検出されるように設定されている。この圧力は圧力信号として、油圧ポンプ機構２３の排出管２３ａから排出される。

上記実施形態によれば、ローパスフィルター機構９及び油圧ポンプ機構２３を用いて、高周波成分と低周波成分を含んだモータ２の駆動力を、低周波成分のみの駆動力と高周波成分のみの駆動力に分離することができる。
また、モータ２の回転運動を圧力信号に変換してサスペンション装置３Ｂを作動させるため、サスペンション装置３Ｂとして、油圧シリンダを採用することができる。

（第二参考例）
以下、図面を参照し、本発明の第二参考例について説明する。この参考例において、モータ２の駆動力をサスペンション装置３と駆動タイヤ４に伝達する基本構造は、第一参考例及び実施形態と同様であるので、同一部分に同一符号を付して説明は省略する。
本参考例の分離装置１Ｃは、遊星歯車機構５及び油圧ポンプ機構２３の両方を用いて、駆動力を分離することを特徴としている。

図９に示すように、本参考例の分離装置１Ｃは、図２に示す第一参考例の分離装置１の遊星歯車機構５の出力の後段階に、油圧ポンプ機構２３を設けた構成である。つまり、遊星歯車機構５の遊星キャリア７ａの中心軸７ｂが油圧ポンプ機構２３の回転軸２５ａ（図８参照）と接続されている。また、サスペンション装置３Ｃは、実施形態と同様に油圧シリンダである。

次に、本参考例の分離装置１Ｃの作用について説明する。
モータ２の駆動力（回転ａ）は、ローパスフィルター機構９を介して駆動タイヤ４に伝達される。この際、第一参考例と同様の作用によって、駆動タイヤにはモータ２の駆動力のうち低周波成分のみの駆動力（回転ｃ２）が伝達され、駆動タイヤ４が駆動される。

また、モータ２の駆動力（回転ａ）は、第一歯車１０を介して、遊星歯車機構５のリング歯車８に伝達される。一方、ローパスフィルター機構９からの出力は、伝達歯車１１を介して遊星歯車機構５の太陽歯車６に伝達され、第一参考例と同様の作用により、遊星キャリア７ａの中心軸７ｂは高周波成分のみを含んだ回転ｂ１で回転する。
中心軸７ｂが回転することによって、油圧ポンプ機構２３の回転斜板２５（図８参照）が回転し、実施形態と同様の作用によって、吐出口３１（図８参照）から圧力信号が排出され、サスペンション装置３Ｃが駆動される。

本参考例によれば、遊星歯車機構５からの高周波成分の出力の平均値が徐々に上昇するようなドリフト成分が含まれている場合においても、油圧ポンプ機構２３を介すことによってドリフト成分をカットすることができる。

なお、上記実施形態、及び参考例においては、分離装置１，１Ｂ，１Ｃを車両に適用したが、これに限ることはなく、高周波成分と低周波成分とが混在する駆動源を有する車両以外の対象にも適用可能である。

１：分離装置、５：遊星歯車機構、６：太陽歯車、７：遊星歯車、７ａ：遊星キャリア、８：リング歯車、９：ローパスフィルター機構（低域通過ろ波器）、９ａ：入力軸、９ｂ出力軸、１６：第一接続板（接続板）、１７：第二接続板（接続板）、２１：ゴムブッシュ（弾性部材）、２３：油圧ポンプ機構、２４：回転斜板式油圧ポンプ、２５：回転斜板、２５ａ：回転軸、２７：ピストン、２８：オリフィス、３１：吐出口、３２：圧力検出室、３２ａ：排出口、３７：圧力センサ

Claims (2)

1. 回転斜板と該回転斜板の回転により進退して作動油を排出させるピストンとを有する回転斜板式油圧ポンプと、前記回転斜板式油圧ポンプの吐出口に接続された圧力検出室と、該圧力検出室の排出口に接続されたオリフィスとからなる油圧ポンプ機構と、
   前記圧力検出室内の油圧を検出する圧力センサと、を備え、
   高周波成分と低周波成分とが混在する回転入力を低域通過ろ波器を介して低周波回転成分を分離すると共に、
   前記回転入力を前記回転斜板の回転軸に伝達し、前記回転斜板式油圧ポンプの吐出口から排出される作動油を前記圧力検出室及び前記オリフィスを介して排出し、前記圧力センサで前記圧力検出室内の油圧を検出し出力することで、前記回転入力を高周波成分のみを含んだ圧力信号に分離することを特徴とする高周波成分と低周波成分の分離装置。
2. 請求項１に記載の分離装置において、
   前記低域通過ろ波器は、前記回転入力が入力される入力軸と、分離された前記低周波成分を出力する出力軸と、前記入力軸及び前記出力軸の軸端にそれぞれ設けられ、前記入力軸と出力軸とを接続する接続板と、前記接続板間に介在する弾性部材とから構成されていることを特徴とする高周波成分と低周波成分の分離装置。

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