JP5809578B2 - サスペンション装置 - Google Patents

Description

本発明は、緩衝器の伸縮に伴って発電するサスペンション装置に関する。

従来、この種のサスペンション装置にあっては、シリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されるピストンロッドとを備えた油圧緩衝器と、発電機とを備えているものがある。

具体的には、発電機は、ピストンロッドの外周に凹凸を設け、この凹凸に先端を対向するようにシリンダ内へ突出した磁性体コアと、磁性体コアの外周に巻回下コイルと、磁性体コアの基端に接触させた永久磁石とで構成されていて、ピストンロッドが軸方向へシリンダに対して往復動すると、磁性体コアに対して上記凹凸が軸方向へ移動するので磁性体コアとピストンロッドの距離が変化して、磁性体コア内の磁束密度が変化することで、コイルに誘導起電力が生じて発電するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

また、減衰力を可変にする緩衝器としては、たとえば、磁気粘性流体が充填された円筒状のシリンダチューブと、このシリンダチューブに対して軸方向に相対動するピストンロッドと、ピストンロッドの先端に装着されてシリンダチューブ内を上部油室と下部油室とに区画するピストンと、上部油室と下部油室とを連通する環状連通路と、環状連通路の内側に配設されたＭＬＶコイルとを備えた緩衝器が知られており、ＭＬＶコイルに電力を供給することで、磁気粘性流体の粘度をコントロールして減衰力を調整するものが知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平５−１２２９２１号公報 特開２００９−２３３７７号公報

上述した特許文献１のサスペンション装置は、油圧緩衝器の伸縮に伴って発電するだけであって、発電した電力を有効に活用することができず、減衰力を可変にすることもできない。

また、特許文献２の緩衝器では、減衰力調整を行うことはできるが、車両のバッテリから電力供給を受けるのみであり、バッテリからの電力供給が途絶えるような失陥時には、減衰力調整を行うことができず、車体の制振を充分に行うことができなくなってしまう。

さらに、一般的に、比例ソレノイドバルブを用いた減衰力調整を行う場合、比例ソレノイドバルブへ電力供給を全くできなくなる場合に当該バルブを通過する流体の流れに与える抵抗が最小となる設定では、失陥時に緩衝器が最低の減衰力しか発揮できなくなってしまうため、図３に示すように、正常時において減衰力を最も低くするときにも電力供給をし、電力供給が無い状態である程度の減衰力を出力可能なように設定されているため、緩衝器の減衰力を最低にした状態でも電力消費を余儀なくされていた。

そこで、上記本発明は、上記問題を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、失陥時にも制振に必要かつ充分な減衰力を発揮することができ、正常時にはバッテリの電力消費を低減することが可能なサスペンション装置を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、電力供給によって発生減衰力を可変にする減衰力調整装置を有する緩衝器と、上記減衰力調整装置へ電力供給するバッテリとを備えたサスペンション装置において、上記緩衝器の伸縮に伴って発電する発電機と、上記発電機を上記バッテリと上記減衰力調整装置に選択的に接続する第一スイッチとを備え、上記バッテリから上記減衰力調整装置へ電力供給不能となると、上記第一スイッチが上記発電機を上記減衰力調整装置へ接続して、上記発電機の発電によって上記減衰力調整装置へ電力供給を行うことを特徴とする。

電力供給不能となる失陥時には、発電機が減衰力調整装置に直接接続されて、発電機が発電した電力はすべて減衰力調整装置へ供給され、この電力供給によって、減衰力調整装置は供給される電圧に依存して緩衝器の発生する減衰力を調整する。緩衝器の伸縮速度が速くなればなるほど、発電機の発電量が増え、減衰力調整装置における流体の流れに与える抵抗が大きくなる。そのため、緩衝器は、伸縮速度に応じた減衰力を発揮することができる。

また、減衰力調整装置へ電力供給を全くできなくなる場合に、緩衝器の減衰機能が失われることもあって、従来の減衰力調整装置では、正常時において、減衰力を最も低くするときにも電力供給をし、電力供給が無い状態においてある程度の減衰力を出力可能なように設定されていたが、発電機の発電した電力によって減衰力調整装置へ電力供給されて緩衝器は充分な減衰力を発揮することができるので、正常時において減衰力を最低にする場合にバッテリの電力を消費することが無い。

以上により、本発明のサスペンション装置によれば、失陥時にも制振に必要かつ充分な減衰力を発揮することができ、正常時にはバッテリの電力消費を低減することが可能となる。

一実施の形態におけるサスペンション装置の構成図である。 一実施の形態のサスペンション装置における緩衝器の縦断面図である。 従来の比例ソレノイドドバルブの電流と減衰力との関係を示した図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、一実施の形態におけるサスペンション装置１は、電力供給によって発生減衰力を可変にする減衰力調整装置２を有する緩衝器Ｄと、減衰力調整装置２へ電力供給するバッテリ３と、緩衝器Ｄの伸縮に伴って発電する発電機４とを備え、バッテリ３から減衰力調整装置２へ電力供給不能となると発電機４の発電によって減衰力調整装置２へ電力供給を行うようになっている。

以下、サスペンション装置１の各部について詳細に説明する。緩衝器Ｄは、図２に示すように、シリンダ５と、シリンダ５に移動自在に挿入されるロッド６と、シリンダ５内に挿入されてロッド６の先端である図２中下端に設けたピストン７と、シリンダ５内にピストン７で区画した二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２と、ピストン７に設けられてこれら二つの作動室Ｒ１，Ｒ２同士を連通する通路８と、通路８を通過する流体の流れに抵抗を与える減衰力調整装置２とを備えて構成される流体圧緩衝器とされている。

そして、この緩衝器Ｄは、伸縮作動に応じて圧力室内に充填された流体が通路を通過する際に減衰力調整装置２にて抵抗を与えて当該伸縮作動を抑制する減衰力を発揮し、ばね上部材とばね下部材の相対移動を抑制するようになっている。なお、流体には、作動油のほか、水、水溶液、気体を利用することができる。流体が液体であって、この場合、緩衝器Ｄが片ロッド型であるので、緩衝器Ｄは、シリンダ内にピストンロッドが出入りする体積を補償するために気体室やリザーバを備えるが、流体が気体である場合、気体室やリザーバを備えずともよい。

また、緩衝器Ｄがリザーバを備えて伸長しても収縮してもシリンダ内からリザーバへ通じる通路を介して流体が排出されるユニフロー型に設定される場合、シリンダからリザーバへ通じる通路の途中に減衰力調整装置２を設けて、流体の流れに抵抗を与えて減衰力を発揮するようにしてもよい。

減衰力調整装置２は、たとえば、緩衝器Ｄの図示しない通路の流路面積を可変にする減衰バルブと、当該弁体を駆動して上記通路の流路面積を調節することができるソレノイドとで構成されるソレノイドバルブとされていて、当該ソレノイドへ与える電流量を調整することで上記通路の流路面積を調整でき、通路を流れる流体に与える抵抗を変化させて緩衝器Ｄが発生する減衰力を調整可能となっている。なお、減衰力調整装置２の上記した構成は、一例であって、たとえば、緩衝器Ｄが電気粘性流体や磁気粘性流体を圧力室内に充填している場合、上記通路に減衰弁の代わりに電界或いは磁界を作用させることができるコイルを組み込み、これを減衰力調整装置２としてもよい。いずれにせよ、減衰力調整装置２へ供給する電力を調整することで、通路８を流れる流体に与える抵抗を変化させて緩衝器Ｄの発生減衰力を可変にすることができるようになっている。

さらに、緩衝器Ｄは、この実施の形態の場合、シリンダ５の外周に設けたシリンダ側ばね受９と、ロッド６の図２中上端に設けたロッド側ばね受１０と、シリンダ側ばね受９とロッド側ばね受１０との間に介装される懸架ばね１１とを備えている。

そして、発電機４は、この実施の形態の場合、シリンダ側ばね受９と懸架ばね１１との間およびロッド側ばね受１０と懸架ばね１１との間の両方に介装した圧電素子２０を備え、緩衝器Ｄが伸縮して懸架ばね１１が圧電素子２０へ与える荷重が変化する際に発電するようになっている。このように発電機４を圧電素子２０とする場合、薄い圧電素子２０を使用可能であって、発電機４の設置スペースが小さく緩衝器Ｄの大型化や車両への搭載性の悪化を招くことがない。ただし、発電機４は、上記構成に限定されるものではなく、緩衝器Ｄが適用される車両のばね上部材とばね下部材との相対運動によって発電するものであってもよく、緩衝器Ｄとは別個に設けられるものであってもよい。したがって、たとえば、発電機は、磁石とコイルの組み合わせで、磁石とコイルの一方を緩衝器Ｄのロッド６か車両のばね上部材に設けるとともに磁石とコイルの他方を緩衝器Ｄのシリンダ５か車両のばね下部材に設けるようにして、磁石がコイルに対して相対移動することでコイルに誘導起電力を発生させて発電するものであってもよい。

また、発電機４は、上述のように緩衝器Ｄの伸縮に伴う荷重の変動によって交流発電することから、整流回路１２へ接続されており、発電によって生じた電流は整流されて、最終的には、バッテリ３或いは減衰力調整装置２へ供給されるようになっている。なお、整流回路１２は、全波整流回路を用いるとよいが、半波整流回路も使用できる。

より詳細には、この実施の形態の場合、発電機４で発電した電荷を一端蓄えるキャパシタ１３と、発電機４を上記キャパシタ１３と減衰力調整装置２へ選択的に接続する第一スイッチ１４と、キャパシタ１３とバッテリ３との間に設けた第二スイッチ１５と、キャパシタ１３と第一スイッチ１４との間に設けた昇圧回路１６と、減衰力調整装置２へ供給する電流量を制御装置１７の制御指令通りに調節するドライバ回路１８と、バッテリ３とドライバ回路１８との間に設けたフェールスイッチ１９とを備えている。

第一スイッチ１４は、たとえば、継電器等を用いればよく、外部からの信号の有無によって発電機４をキャパシタ１３と減衰力調整装置２のいずれか一方に接続するようになっており、信号の入力がある場合に発電機４をキャパシタ１３へ接続するようになっている。第一スイッチ１４が整流回路１２を通じて発電機４を減衰力調整装置２へ接続する場合、発電機４によって発電された電力は直接に減衰力調整装置２へ供給される。なお、減衰力調整装置２がソレノイドバルブであるか、電界や磁界を調節するコイルを備えていて、コイルに流れる電流によって緩衝器Ｄの減衰力を調整する場合、交流電流によっても、緩衝器Ｄの減衰力を調整可能であるから、整流回路１２で整流することなく、発電機４を直接に減衰力調整装置２へ接続するようにしてもよい。

また、この場合、第一スイッチ１４とキャパシタ１３との間には、昇圧回路１６を設けてあって、発電機４の発電電圧を昇圧してキャパシタ１３へ出力する。昇圧回路１６は、チョッパ回路等を用いればよいが、整流回路１２を設けない場合には、トランスを用いてもよい。なお、この実施の形態の場合、キャパシタ１３に蓄電する都合上、整流回路１２を設けない場合には、トランスの後に整流回路を設けるとよい。

第二スイッチ１５は、継電器やスイッチング素子等を用いることが可能であり、外部からの信号の有無によって開閉するようになっている。そして、第二スイッチ１５は、閉じた状態では、キャパシタ１３とバッテリ３とを接続し、開いた状態では、キャパシタ１３とバッテリ３との接続を断つようになっていて、信号の入力が無いとキャパシタ１３とバッテリ３との接続を断つようになっている。また、キャパシタ１３の電圧は図外の電圧監視装置によってモニタされており、バッテリ３を充電可能な電圧に達するとこの電圧監視装置から第二スイッチ１５へ信号が入力されてキャパシタ１３に蓄えられた電荷を放電させ、バッテリ３を充電できるようになっている。

減衰力調整装置２が上述のようにコイルを備えておりコイルに流れる電流によって緩衝器Ｄの減衰力を調整する場合、ドライバ回路１８は、たとえば、閉じた状態ではバッテリ３とコイルとを接続する一方、開いた状態でバッテリ３とコイルとの接続を断つスイッチング素子と、パルス発生器とを備えていて、パルス発生器からの信号の入力の有無でスイッチング素子を開閉してコイルの電流量を調節することができるようになっている。この場合、ドライバ回路１８は、制御装置１７から制御指令を受け取ると、制御指令に応じたデューティ比でスイッチング素子を閉動作させて、バッテリ３から減衰力調整装置２のコイルへ電力供給する。

制御装置１７は、緩衝器Ｄに出力させるべき減衰力目標値を求めるか、或いは、車両に搭載された図示しない上位の制御装置から減衰力目標値を得て、当該減衰力目標値通りの減衰力を緩衝器Ｄに出力させるべく、制御指令をドライバ回路１８へ出力するようになっている。

フェールスイッチ１９は、継電器やスイッチング素子等を用いることが可能であり、外部からの信号の有無によって開閉するようになっている。フェールスイッチ１９は、閉じた状態では、バッテリ３とドライバ回路１８を接続し、開いた状態では、バッテリ３とドライバ回路１８の接続を断つようになっている。そして、フェールスイッチ１９は、信号の入力が無いと開いてバッテリ３とドライバ回路１８との接続を断つことによって、バッテリ３と減衰力調整装置２との接続を断って当該減衰力調整装置２へ電力供給しないようになっている。このフェールスイッチ１９は、省略することができるが、これを設けることで、制御装置１７や上位の制御装置の失陥時に、発電機４のみならずバッテリ３からも減衰力調整装置２へ電力供給が行われてしまうことが無いようにすることができる。

つづいて、サスペンション装置１の作動について説明する。サスペンション装置１の各部、制御装置１７さらには上位の制御装置が正常に機能している場合、第一スイッチ１４、フェールスイッチ１９に信号が入力されていて、発電機４とキャパシタ１３とが接続され、バッテリ３とドライバ回路１８とが接続状態におかれる。そして、制御装置１７の制御指令通りにドライバ回路１８を通じてバッテリ３から減衰力調整装置２へ電力供給が行われて、緩衝器Ｄは制御指令通りに減衰力を発生する。また、緩衝器Ｄの伸縮に伴って発電機４が発電した電力は、キャパシタ１３に蓄えられ、キャパシタ１３は、バッテリ３を充電可能な程度に蓄電されると第二スイッチ１５が閉じて放電してバッテリ３を充電する。

他方、バッテリ３から減衰力調整装置２への電力供給を行えない状態が生じる場合、たとえば、制御装置１７さらには上位の制御装置が失陥して第一スイッチ１４、第二スイッチ１５およびフェールスイッチ１９への信号が停止したり、何らかの理由で第一スイッチ１４、第二スイッチ１５およびフェールスイッチ１９への信号が途絶えると、第一スイッチ１４は、発電機４を減衰力調整装置２へ接続し、第二スイッチ１５は開いてキャパシタ１３とバッテリ３との接続を断ち、フェールスイッチ１９も開いてバッテリ３とドライバ回路１８との接続を断つ。

このような失陥時には、発電機４が減衰力調整装置２に直接接続されて、発電機４が発電した電力はすべて減衰力調整装置２へ供給され、この電力供給によって、減衰力調整装置２は供給される電圧に依存して通路８を流れる流体に与える抵抗を変化させる。緩衝器Ｄの伸縮速度が速くなればなるほど、発電機４に作用する荷重変動が大きく発電機４の発電量が増え、減衰力調整装置２における流体の流れに与える抵抗が大きくなる。そのため、緩衝器Ｄは、伸縮速度に応じた減衰力を発揮することができる。

また、減衰力調整装置２へ電力供給を全くできなくなる場合に、通路８を通過する流体の流れに与える抵抗が小さくなると、失陥時に、緩衝器Ｄの減衰機能が失われることもあって、従来の減衰力調整装置２では、正常時において、減衰力を最も低くするときにも電力供給をし、電力供給が無い状態においてある程度の減衰力を出力可能なように設定されていたが、発電機４の発電した電力によって減衰力調整装置２へ電力供給されて緩衝器Ｄは充分な減衰力を発揮することができるので、正常時において減衰力を最低にする場合にバッテリ３の電力を消費することが無い。

したがって、本サスペンション装置によれば、失陥時にも制振に必要かつ充分な減衰力を発揮することができ、正常時にはバッテリの電力消費を低減することが可能となる。

また、減衰力を最低とする際に電力供給する場合、図３に示すように、当該減衰力を最低とする電流（たとえば、０．５Ａ）と電流上限（たとえば、１．５Ａ）との差が小さくなって減衰力調整幅が小さくなるが、本サスペンション装置にあっては、減衰力を最低とする電流を０Ａとすることができるから、電流上限との差が大きくなり、減衰力調整幅も大きくすることができるメリットがある。

さらに、このサスペンション装置１の場合、発電機４をバッテリ３と減衰力調整装置２に選択的に接続する第一スイッチ１４を備え、電力供給不能時に第一スイッチ１４が発電機４を減衰力調整装置２へ接続するので、正常時には発電機４の発電によってバッテリ３を充電しつつも、失陥時には、減衰力調整装置２へ通電して充分な減衰力を緩衝器Ｄに発揮させることができる。

さらに、この実施の形態の場合、発電機４が、シリンダ側ばね受９と懸架ばね１１との間およびロッド側ばね受１０と懸架ばね１１との間の両方に介装した圧電素子２０であるので、発電機４の緩衝器Ｄへの設置スペースが小さく緩衝器Ｄの大型化や車両への搭載性の悪化を招くことがない。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

１ サスペンション装置
２ 減衰力調整装置
３ バッテリ
４ 発電機
５ シリンダ
６ ロッド
９ シリンダ側ばね受
１０ ロッド側ばね受
１１ 懸架ばね
１３ キャパシタ
１４ 第一スイッチ
１９ フェールスイッチ
Ｄ 緩衝器

Claims (5)

1. 電力供給によって発生減衰力を可変にする減衰力調整装置を有する緩衝器と、上記減衰力調整装置へ電力供給するバッテリとを備えたサスペンション装置において、
   上記緩衝器の伸縮に伴って発電する発電機と、
   上記発電機を上記バッテリと上記減衰力調整装置に選択的に接続する第一スイッチとを備え、
   上記バッテリから上記減衰力調整装置へ電力供給不能となると、上記第一スイッチが上記発電機を上記減衰力調整装置へ接続して、上記発電機の発電によって上記減衰力調整装置へ電力供給を行う
   ことを特徴とするサスペンション装置。
2. 上記バッテリと上記減衰力調整装置との間にフェールスイッチを設け、上記バッテリから上記減衰力調整装置へ電力供給不能となると上記フェールスイッチを開いて上記バッテリと上記減衰力調整装置との接続を断つ
   ことを特徴とする請求項１に記載のサスペンション装置。
3. 上記減衰力調整装置は、電力供給によって、電気粘性流体或いは磁気粘性流体が充填される上記緩衝器内に設けた二つの作動室を連通する通路へ電界或いは磁界を与えるコイルを備えた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のサスペンション装置。
4. 上記減衰力調整装置は、電力供給によって、流体が充填される上記緩衝器内に設けた二つの作動室を連通する通路の流路面積を可変にするソレノイドバルブを備えた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のサスペンション装置。
5. 上記緩衝器は、シリンダと、上記シリンダに移動自在に挿入されるロッドと、上記シリンダの外周に設けたシリンダ側ばね受と、上記ロッドに設けたロッド側ばね受と、上記シリンダ側ばね受と上記ロッド側ばね受との間に介装される懸架ばねとを備え、
   上記発電機は、上記シリンダ側ばね受と上記懸架ばねとの間および上記ロッド側ばね受と上記懸架ばねとの間の一方または両方に介装した圧電素子である
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のサスペンション装置。

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