JP7142824B1 - 車両用アクティブサスペンション装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来のアクティブサスペンションは、車高制御の油圧用に、油圧ポンプ、複雑な油圧配管が必要で、コストアップと油圧ポンプを駆動するエネルギ消費の問題があり、従来の減衰力を制御するセミアクティブサスペンションは、減衰力を制御する特殊な構造の制御機構が必要である。【解決手段】ショックアブソーバのロッドの伸縮による油量変動を吸収するアキュムレータを分離し、ショックアブソーバの上に電磁弁を備えた連結カバを介してアクチュエータおよび/またはアキュムレータを連結し、前記連結カバを油圧マニホールドブロックとして全ての油圧回路を集約形成して管状の油圧配管を不要とし、各車軸で油圧回路を簡素な構造に完結する。作用は、走行中の振動により伸縮するショックアブソーバのロッドの伸縮で発生する油圧を利用するので、油圧ポンプもその駆動エネルギ消費も不要である。【選択図】 図1

Description

本発明は、自動車等の車両のショックアブソーバの上に連結カバを備え、車高制御用アクチュエータの油圧動力源をショックアブソーバとする、アクティブサスペンション装置及び、ショックアブソーバの減衰力を電磁弁で制御するパッシブ要素のセミアクティブサスペンション装置に関する。
ばねとショックアブソーバで構成されるサスペンションは自動車の各車軸に設けられ、地面の凹凸などからの衝撃、加減速、コーナリングなどにより変動する各車軸に掛かる車重や慣性力等の作用力をばねが受け止め、作用力の変動等により発生する振動をショックアブソーバで減衰する。
振動を減衰するショックアブソーバは、弁が付いたピストンがロッドによりシリンダ内を往復動し、この時の動圧抵抗により衝撃エネルギを熱エネルギに変換する。
ショックアブソーバのシリンダ構造には、二重シリンダの間に設けたリザーバ室を有する複筒式と、フリーピストンにより分離されたガス室(高圧窒素ガス)を有する単筒式とがある。
ショックアブソーバ本体にピストンのロッドが沈み込み、ロッドの体積膨張分だけの作動油は、アキュムレータである前記リザーバ室またはガス室の圧縮ガスが収縮する。
本発明は、アクチュエータによる車高制御を行うフルアクティブサスペンションと、時々刻々と変化する路面からの入力に対してリアルタイムに減衰力 を制御する、セミアクティブサスペンションである。
自転車やオートバイは、カーブ走行時に発生する横方向に働く遠心力に釣り合わせるために、旋回内側に車体を傾けて遠心力と重力の合力に適応する体勢が可能である。
体勢を傾けられない、自動車や船(タンカー等を除く)等は、接触面である地面あるいは海面より重心が上にあるので、カーブ走行時に遠心力により体勢が旋回外側に傾くので、本来好ましい旋回内側とは逆の方向に体勢が傾くので、乗員の姿勢の維持が困難になり、乗り物酔い等の不都合が生ずる。
これらの問題点を解決するために、自動車では車高調整を油圧で制御するアクティブサスペンションがあるが、油圧ポンプ、電磁弁、油圧配管等の油圧機器と電気制御が必要となるので、コストアップの問題と、油圧ポンプを駆動するエネルギ消費の問題がある。
具体的には、多くのアクティブサスペンションは、油圧ポンプで発生した油圧を電磁弁で制御することにより、油圧シリンダをアクチュエータとして車高制御を行うので、油圧ポンプが1基の場合は、各車軸まで吐出用と戻り用の複雑で長い油圧配管が必要となる。
また、各車軸に油圧ポンプを設ける場合は、電気配線を伴う4基の油圧ポンプが必要となるので、両者とも、油圧ポンプと複雑な油圧配管等によるコストアップの問題がある。
更に、車高制御の油圧は、制御中は常に作り続けなくてはならず、油圧ポンプを回すモータ等の動力源と、車重により増減するが油圧ポンプを回す数kW程度のエネルギ消費を伴い、特に小型車には燃費を悪化させる大きな問題となる。
従って、現状ではアクティブサスペンションは、一部の高級車に搭載されている程度で、小型車には搭載されない。
アクティブサスペンションの従来技術として、電気-油圧弁2による油圧シリンダ4、ピストン5への油圧制御によりレベル制御を行い、油圧­-空気圧蓄圧器28を介した油圧圧力の制御により、管状フランジ8と動作室シリンダハウジング9の緩衝支柱の高さを変更する能動振動減衰方法及び装置(特許文献1)がある。
管状フランジ8と動作室シリンダハウジング9の緩衝支柱の高さを油圧で変更するので、油圧ポンプと油圧配管が必要で、コストアップの問題点と油圧ポンプの駆動のエネルギ消費の問題点がある。
インナシリンダ2と、これに摺動可能に嵌合しこれと共働して第一及び第二の油室8、10を郭定するピストン6と、第一の油室8に第一の管路30を介して連通する第一の副油室20と第一の副油室20に第一のフリーピストン18を介して隣接する第一のガス室22とからなる流体ばね室と、第一の油室8に第二の管路32を介して連通接続する第二の副油室28と第二の副油室28に第二のフリーピストン24を介して隣接する第二のガス室26とからなるリザーバ室と、第二の管路32の途中に配置されモータ36により駆動される油圧ポンプ34を含むアクティブサスペンションユニットが車輌の各車輪に独立に設けられるよう構成されるアクティブサスペンションユニット(特許文献2)がある。
油圧ポンプは対応する一つの油圧シリンダに対してのみ送油するので四つのシリンダに対して送油する従来のポンプに比して低キャパシティにて効率的に作動する。又、配管が単純で短いので送油の際の油の圧損が小さいが、油圧ユニット(油圧ポンプ34とモータ36)が4組必要であり、コストアップの問題点と油圧ポンプの駆動のエネルギ消費の問題点がある。
ドライバDRの出力により油圧ポンプPを介して伸縮制御される油圧シリンダ100を上下室A,Bに区画された複動型に構成し、同じくドライバの出力により吐出方向と起動と停止を制御される油圧ポンプを正逆転両用型として構成し、上記制御弁を油圧シリンダの上下室からタンクTへの還流通路中に設けた一対の電磁比例圧力制御弁7,8で構成し、上記ドライバと、油圧ポンプと、油圧シリンダと、電磁比例圧力制御弁とを各車輪に独立して配設し、上記電磁比例圧力制御弁は油圧シリンダの上下室の圧力を制御して当該油圧シリンダの伸縮を抑制する制御力を発生させ、更に上記ドライバの出力により制御された油圧ポンプからの吐出油を、チェック弁3,4を介して前記油圧シリンダの上下室のいずれか一方に選択的に供給して車両の姿勢を制御するアクティブサスペンションの制御装置(特許文献3)がある。
長い油圧配管をなくし、しかも必要に応じて間欠的に制御力調整及び姿勢制御を行い、動力損失を低減するアクティブサスペンションの制御装置であるが、正逆転両用型の油圧ポンプと電動機が4組必要であり、コストアップの問題点と油圧ポンプの駆動のエネルギ消費の問題点がある。
サスペンションストラットのピストンロッドに油圧アクチュエータを取り付け、この油圧アクチュエータを、パワーステアリング装置のコントロールバルブと接続し、運転者のステアリングホイール操作によるパワーステアリング装置のコントロールバルブの動作に伴って動作するようにし、車両の旋回時に搭乗者のロール感を向上させる前下がりモードのロール挙動を十分な応答性を確保しつつ安価に構成することができ、しかも燃費への影響の無いサスペンション装置(特許文献4)がある。
自動車の挙動には、ローリング、ピッチング、ヨーイングがあり、ハンドル操作に連動するのでコーナリング時のローリングには対応できるが、ピッチング、ヨーイングには対応が困難であり、各車軸の油圧アクチュエータへの往復2本の油圧配管が必要となり、コストアップの問題点がある。
車体のローリング等を低減させるためにショックアブソーバの弾性特性を固めに設定すると、微小変位時の動ばね特性(動的弾性特性)が強すぎるため、車輪から車体への振動伝達の吸収が悪くなるので乗り心地が悪くなる問題点がある。このため、このアクティブサスペンションは、車輪と車体の間に、伸縮を弾性的に許容するオリフィスを備えた減衰力可変式ダンパにより、この伸縮時の弾性を変更するアクティブサスペンション(特許文献5)がある。
減衰力可変式ダンパは、コントローラから出された制御信号により、回転可能な開閉板のオリフィス開度を制御するので、複雑な回転機構が必要で、減衰力の制御構造が異なる。
特開昭54-55913号公報 特開平6-72126号広報 特開2000-264034号広報 特開2003-220814号広報 実全平01-098713号公報
従来のアクティブサスペンションは、車高制御を各車軸の油圧アクチェータで行うために油圧ポンプと複雑な油圧配管が必要であり、運転中は油圧ポンプを駆動するエネルギ消費の問題がある。油圧ポンプが一基の場合は、長い往復の油圧配管が必要であり、油圧ポンプを各車軸に設ける場合は、油圧配管は短くなるが複数の油圧ポンプが必要であり、両者ともコストアップ、複雑な油圧配管等の問題がある。
従来のセミアクティブサスペンションは、減衰力を制御する複雑な構造が必要で、信頼性とコストアップの問題がある。
請求項1は、ショックアブソーバ2とばね13で構成するサスペンション1をアクチュエータ4(例えば、油圧シリンダ)で車高を制御する出力手段を各車軸に設けたアクティブサスペンションにおいて、前記ショックアブソーバ2のロッド23の往復動による油量調整のアキュムレータ3を分離し、前記ショックアブソーバ2と前記アクチュエータ4を連結する連結カバ16と、前記アキュムレータ3に連通するアキュムレータ連通管56と、前記ショックアブソーバ2と逆止弁52、53を介して順方向と逆方向に連通するショックアブソーバ連通管57と、前記アクチュエータ4に連通するアクチュエータ連通管55と、前記すべての連通管を開閉制御する電磁弁51(例えば、4ポート3位置方向制御弁)とで構成する出力手段を各車軸に設け、前記アクティブサスペンション1の制御装置6にて前記電磁弁51を制御して、前記各車軸の車高を制御する車両用アクティブサスペンション装置である。
請求項2は、前記電磁弁51を前記連結カバ16に設置し、前記ショックアブソーバ連通管57と、前記アクチュエータ連通管55と、前記アキュムレータ連通管56とを前記連結カバ16の内部に形成する請求項1に記載の車両用アクティブサスペンション装置である。
請求項3は、各車軸の車高を昇降させる前記電磁弁51の両方のコイル(D)、(U)を並列に配線し、前記配線に設けたダイオード517により、前記配線の一方に正圧を印加した場合には、一方のコイルのみが作動し、前記配線の他方に正圧を印加した場合には、他方のコイルのみが作動する回路とし、前記配線に印加する電圧の正圧と負圧を切換えて前記電磁弁51を制御する請求項1または2に記載の車両用アクティブサスペンション装置である。
請求項4は、各車軸の前記アクティブサスペンション1の前記電磁弁51の、車高上昇用のコイル(U)の励磁時に、前記ばね13の伸長時は励磁を停止し、車高下降用のコイル(Ⅾ)の励磁時に、前記ばね13の圧縮時は励磁を停止する請求項1~3に記載の車両用アクティブサスペンション装置である。
請求項5は、ショックアブソーバP2とばねP13で構成するサスペンションの減衰力を変化させるセミアクティブサスペンションP1において、前記ショックアブソーバP2のロッドP23の往復動による油量調整のアキュムレータP3を分離し、前記ショックアブソーバP2の上に設けた前記アキュムレータP3を連結する連結カバP16と、前記ショックアブソーバP2と前記アキュムレータP3に連通するアキュムレータ連通管P56と、前記ショックアブソーバP2の上部と下部を、直接または逆止弁を介して連通するバイパスP58、P59と、前記バイパスP58、P59を開閉制御および/または流量制御する電磁弁P51と、で構成するセミアクティブサスペンションP1を各車軸に設け、前記セミアクティブサスペンションP1の制御装置P6にて前記電磁弁P51を制御し、前記ショックアブソーバP2の減衰力を制御する車両用アクティブサスペンション装置である。
請求項1は、ショックアブソーバ2とばね13で構成するサスペンション1をアクチュエータ4(例えば、油圧シリンダ)で車高を制御する出力手段を各車軸に設けたアクティブサスペンションにおいて、前記ショックアブソーバ2のロッド23の往復動による油量調整のアキュムレータ3を分離し、前記ショックアブソーバ2と前記アクチュエータ4を連結する連結カバ16と、前記アキュムレータ3に連通するアキュムレータ連通管56と、前記ショックアブソーバ2と逆止弁52、53を介して順方向と逆方向に連通するショックアブソーバ連通管57と、前記アクチュエータ4に連通するアクチュエータ連通管55と、前記すべての連通管を開閉制御する電磁弁51(例えば、4ポート3位置方向制御弁)とで構成する出力手段を各車軸に設け、前記アクティブサスペンション1の制御装置6にて前記電磁弁51を制御して、前記各車軸の車高を制御する車両用アクティブサスペンション装置である。
本発明により、車高上昇時にショックアブソーバ2を往復動油圧ポンプとして利用するので油圧ポンプと、油圧ポンプの回転駆動装置が不要となり、油圧回路が各車軸で独立しているので長い油圧配管も不要となるコストダウン効果とメンテナンス性の向上効果と、油圧ポンプを駆動するエネルギ消費の問題が解消される。
請求項2は、前記電磁弁51を前記連結カバ16に設置し、前記ショックアブソーバ連通管57と、前記アクチュエータ連通管55と、前記アキュムレータ連通管56とを前記連結カバ16の内部に形成する請求項1に記載の車両用アクティブサスペンション装置である。
前記連結カバを油圧マニホールドブロックとして、油圧制御装置5のすべての油圧回路を集約形成するので、油圧配管が一切不要となるコストダウン効果とメンテナンス性向上の効果がある。
請求項3は、各車軸の車高を昇降させる前記電磁弁51の両方のコイル(D)、(U)を並列に配線し、前記配線に設けたダイオード517により、前記配線の一方に正圧を印加した場合には、一方のコイルのみが作動し、前記配線の他方に正圧を印加した場合には、他方のコイルのみが作動する回路とし、前記配線に印加する電圧の正圧と負圧を切換えて前記電磁弁51を制御する請求項1または2に記載の車両用アクティブサスペンション装置である。
アクティブサスペンションは、アクチュエータとショックアブソーバのロッドが揺動可能な連結部にて車体に連結されるので導通が不安定であり、各ロッドはオイルシール等の密封要素により絶縁されるので、ボディアースの場合は、可動ケーブルによるアーシングと前記電磁弁の両方のコイルの正圧配線2本が必要となるので、合計3本の可撓性ケーブルが必要であるが、本発明により2本の可撓性ケーブルとなり、コストダウン効果がある。
請求項4は、各車軸の前記アクティブサスペンション1の前記電磁弁51の、車高上昇用のコイル(U)の励磁時に、前記ばね13の伸長時は励磁を停止し、車高下降用のコイル(Ⅾ)の励磁時に、前記ばね13の圧縮時は励磁を停止する請求項1~3に記載の車両用アクティブサスペンション装置である。
前記電磁弁の励磁時間が減少するので、電力消費量を削減できる経済効果がある。
請求項5は、ショックアブソーバP2とばねP13で構成するサスペンションの減衰力を変化させるセミアクティブサスペンションP1において、前記ショックアブソーバP2のロッドP23の往復動による油量調整のアキュムレータP3を分離し、前記ショックアブソーバP2の上に前記アキュムレータP3を連結する連結カバP16と、前記ショックアブソーバP2と前記アキュムレータP3に連通するアキュムレータ連通管P56と、前記ショックアブソーバP2の上部と下部を、直接または逆止弁を介して連通するバイパスP58、P59と、前記バイパスP58、P59を開閉制御および/または流量制御する電磁弁P51と、で構成するセミアクティブサスペンションP1を各車軸に設け、前記セミアクティブサスペンションP1の制御装置P6にて前記電磁弁P51を制御し、前記ショックアブソーバP2の減衰力を制御する車両用アクティブサスペンション装置である。
前記電磁弁P51以外に可動部を持たない簡素な構造で、ショックアブソーバP2の減衰力を制御できるので、信頼性が高く低コストにできる効果がある。
本発明の請求項1のアクティブサスペンションを、単輪モデルとして示す図である。 図1のアクティブサスペンションの概略構成図である。 図2のアクティブサスペンションの、油圧制御装置による車高制御(シフト変位)の説明図である。 図3のアクティブサスペンションの車高制御時の、ばね変位とシフトの説明図である。 実施例1の、本発明のアクティブサスペンションの情報処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 前記実施例1の、右カーブ走行時の車高制御の説明図である。 実施例2の、本発明の請求項2対応の概略断面図である。 前記実施例2の油圧制御装置5sの、連結カバ16sと電磁弁51sの水平断面図である。 図2の油圧制御装置の、電磁弁を分割した場合の概略構成図である。 実施例3の、図9の油圧回路の一例を示す油圧制御装置の水平断面図である。 実施例4の、図10の電磁弁を上下に配置した一例を示す油圧制御装置の水平断面図である。 前記実施例4の、アクティブサスペンションの概略断面図である。 実施例5の、アクチュエータを連結カバの下に配置したアクティブサスペンションの概略断面図である。 本発明のアクティブサスペンションの、実施形態の一例を示す概略構成図である。 本発明のアクティブサスペンションの、制御装置の概略構成図である。 請求項3対応の、出力手段の一例を示す制御装置の概略構成図である。 請求項4対応のアクティブサスペンションの、ばね変位と電磁弁の電圧印加タイミングの説明図である。 実施例6の、請求項4対応の情報処理ルーチンのフローチャートの一例である。 本発明の請求項5のセミアクティブサスペンションを、単輪モデルとして示す図である。 図19のセミアクティブサスペンションの一例を示す、事例Aと事例Bの概略構成図である。 図19のセミアクティブサスペンションの一例を示す、事例Cと事例Dの概略構成図である。 実施例7の、図20(A)の事例Aの一例を示す概略断面図である。 実施例8の、前記実施例7のバイパスチューブを中央に配置した一例を示す概略断面図である。 本発明の請求項1(図1)と請求項5(図19)に対応したアクティブサスペンションを、単輪モデルとして示す図である。 図24のアクティブサスペンションの一例を示す、概略構成図である。 実施例9の、図25のアクティブサスペンションの一例を示す、概略断面図である。 前記実施例9の油圧制御装置の水平断面図である。 実施例10の、前記実施例9(図26)とは別の一例を示す、アクティブサスペンションの概略断面図である。 本発明の請求項1と請求項5に対応したアクティブサスペンションの、実施形態の一例を示す概略構成図である。 実施例11の、図29のアクティブサスペンションの、情報処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
前記図面(図1~29)に従って、本発明の車両用アクティブサスペンション装置の内容と実施例を、以下に説明する。
本発明の請求項1対応の車両用アクティブサスペンションを、単軸モデルを図1に、概略構成図を図2に示し、走行中に伸縮するショックアブソーバを往復動油圧ポンプとして作用させるので油圧ポンプが不要となり、各車軸の油圧回路が独立しているので、長い油圧配管も不要である。
油圧回路の作用を電磁弁51の切換えにより行い、油圧制御の作用は、車高制御の停止時を図2にて、車高制御の昇降時を図3にて説明する。
電磁弁51の切換えによる具体的な油圧の挙動を、車高のシフトとばね変位の関係を図4で説明し、本発明のアクティブサスペンションの情報処理ルーチンの一例を示すフローチャートを図5に示し、シフト制御の一例として、右カーブ走行時の各要素の作動説明図を図6に示す。
本発明の請求項2対応として、連結カバ16aを油圧マニホールドブロックとして、すべての油圧回路を前記連結カバの内部に集約形成し、油圧配管が一切不要となるアクティブサスペンションの概略断面図を図7に示し、図7の油圧制御装置の水平断面図を図8に示す。
本発明のアクティブサスペンションの、電磁弁の配置の自由度を高くするために、油圧制御装置の電磁弁を2分割した油圧回路図を図9に示し、図9の油圧回路の一例である電磁弁を連結カバの両側に配置した油圧制御装置(実施例3)の水平断面図を図10に示し、更に、油圧制御装置の断面積をコンパクトにするために電磁弁を上下に配置した油圧制御装置の水平断面図を図11に、そのアクティブサスペンションの概略断面図を図12に示す。
アクチュエータの配置を連結カバの下にして、車体連結部上11の設置自由度を大きくしたアクティブサスペンションの概略断面図を図13に示す。
本発明のアクティブサスペンションの実施形態を示す概略構成図を図14に示し、その制御装置6の概略構成図を図15に示す。
本発明の請求項3対応として、図15の電磁弁の両方のコイルの配線を、ボディアースが困難であるので、並列配線にした概略構成図を図16に示す。
本発明の請求項4対応として、アクティブサスペンションの車高上昇用のコイル(U)の励磁時に前記ばねの伸長時は励磁を停止し、車高下降用のコイル(Ⅾ)の励磁時に前記ばねの圧縮時は励磁を停止する省電力制御の説明図を図17に示し、その省電力制御の実施例6として、前記実施例1の情報処理ルーチン(図5)への追加フローチャートの一例を図18に示す。
請求項1とは別発明であるが、ショックアブソーバの上に設けた連通カバという技術的特徴を持つ、本発明の請求項5対応の減衰力を変化させるセミアクティブサスペンションP1を単輪モデルとして図19に示す。
油圧回路構成の事例として、ショックアブソーバの減衰力を4段階に制御する事例Aと、減衰力を無段階に制御する事例Bの概略構成図を図20に、上昇下降時に選択的に減衰力を可変する事例Cと、本発明の請求項1対応に対応できる事例Ⅾの概略構成図を図21に示し、実施例7として、前記事例A(図20)の一例であるセミアクティブサスペンションP1aの概略断面図を図22に示す。
本発明の車高制御を行う請求項1と減衰力を制御する請求項5に対応したアクティブサスペンションAP1の単輪モデルを図24に示し、その一例であるアクティブサスペンションAP1wの概略構成図を図25に示し、その一例の概略断面図を実施例9として図26に示し、その油圧制御装置の水平断面図を図27に示す。
実施例9とは別の一例として、アクチュエータの配置を連結カバの下にして、車体連結部上11の設置自由度を大きくした、実施例10のアクティブサスペンションの概略断面図を図28に示す。
一般的なFF車に対応する実施形態の一例として、軸荷重が大きい前輪を本発明の請求項1と請求項5に対応したアクティブサスペンションとし、同乗者数等により軸荷重が大きく変化する後輪を本発明の請求項5対応としたモデルの概略構成図を図29に、その制御サブルーチンの一例を、実施例11として図30に示す。
図1は、本発明の請求項1のアクティブサスペンションを、単輪モデルとして示す図である。
ショックアブソーバ2とばね13で構成するサスペンションを、アクチュエータ4で車高を制御する出力手段を各車軸に設けたアクティブサスペンション1において、前記ショックアブソーバ2のロッド23の往復動による油量調整のアキュムレータ3を分離し、前記ショックアブソーバ2と前記アクチュエータ4を連結する連結カバ16と、前記アキュムレータ3に連通するアキュムレータ連通管56と、前記ショックアブソーバ2と逆止弁52、53を介して順方向と逆方向に連通するショックアブソーバ連通管57と、前記アクチュエータ4に連通するアクチュエータ連通管55と、前記すべての連通管を開閉制御する電磁弁51(例えば、4ポート3位置方向制御弁)と、で構成する出力手段を各車軸に設け、前記アクティブサスペンション1の図示しない制御装置6にて前記電磁弁51を制御して、前記各車軸の車高を制御することを特徴とする車両用アクティブサスペンション装置である。
図1の単軸モデルから分かるように、連結カバ16から下の構成は通常のサスペンションであり、それに直列にアクチュエータ4が構成されているので、アクチュエータ4には車軸に掛かる車重や慣性力等による作用力Fとその反力である-Fが作用反作用として働いている。
本図の油圧制御装置5に示すように、電磁弁51のコイルが励磁されていない場合は、従来技術と同様に、走行中は作用力Fの変動によりばね13が伸縮し、この振動をショックアブソーバ2のロッド23の往復動に伴う制動力で減衰する。
前記ロッド23の往復動により発生するショックアブソーバ2の作動油の増減は、逆止弁52、53を備えたショックアブソーバ連通管57、電磁弁51、アキュムレータ連通管56を介してアキュムレータ3の空気室の増減にて吸収される。
電磁弁51の切換えにより、車高の上昇(U)と車高の下降(Ⅾ)が可能であり、この車高制御の油圧動力源は、車高の下降(Ⅾ)時は、車軸に掛かる車重等の前記作用力Fによりアクチュエータ4のシリンダ41の作動油が、アキュムレータ3の内圧以上に加圧されるので、図3(1)の油圧回路によりアクチュエータ4の作動油をアキュムレータ3に流出し、車高の上昇(U)時は、ショックアブソーバ2が図3(2)の油圧回路により往復動油圧ポンプとして機能する。この車高の上昇(U)時は、静的にはアクチュエータ4の作動油はショックアブソーバ2に連通するので、本図に示すように、パスカルの原理により、ショックアブソーバ2のロッド23の断面積(As)とアクチュエータ4のシリンダ41の断面積(Aa)に応じた作用力(F)と((As/Aa)F)が発生し、このアクティブサスペンション1の作用(車高制御時のシフトとばね変位の関係)は、図4で説明する。
このように、本発明のアクティブサスペンションは、ショックアブソーバをあたかも往復動油圧ポンプとして利用するので、従来技術の油圧ポンプとその回転駆動装置が不要となり、油圧回路が本図に示すように各車軸で独立して完結するので、従来技術のように長い油圧配管が不要となるのでコストダウンとメンテナンス性向上の効果と、油圧ポンプを回すエネルギ消費が不要となる。
図2は、図1のアクティブサスペンションの概略構成図である。
油圧制御装置5を備えたアクティブサスペンション1を各車軸に設け、ショックアブソーバ2とアクチュエータ4を連結カバ16で連結し、電磁弁51の切換えにより、アクチュエータ4のロッド43が伸縮して各車軸の車高調整を行い、車高のシフト量はシフトセンサ71で測定する。
図2は車高制御の停止時で、電磁弁51のコイルに電圧が印加されていないので、ショックアブソーバ2のロッド23は、車軸連結部12を介して、車が走行中の地面の凹凸などからの衝撃や、加速、減速、コーナリングなどの慣性力を受けて、ばね13の変位が発生し、ショックアブソーバ2のロッド23がピストン22に設けた絞り弁24で圧縮された作動油は絞り弁24から噴出し、この時の動圧抵抗により衝撃エネルギを熱エネルギに変換するので作動油の温度は上昇する。
ショックアブソーバ2のロッド23がシリンダ21に沈み込み、ロッド23の往復動によるシリンダ21の作動油の増減は、ショックアブソーバ連通管57、電磁弁51、アキュムレータ連通管56を介してアキュムレータ3が吸収する。
油圧回路図の実線の矢印は、ばね13を圧縮し、ばね変位が(-)方向に変位するときの作動油の移動方向であり、油圧回路の破線の矢印は、ばね13が伸長し、ばね変位が(+)方向に変位するときの作動油の移動方向を示す。
ばね変位、シフト変位、共に(+)方向は車高が上昇する方向で、(-)方向は車高が下降する方向である。
電磁弁51(4ポート3位置方向制御弁)の油圧回路の切換えによる車高制御の詳細は図3にて説明する。
図3は、図2のアクティブサスペンション1の、油圧制御装置5による車高制御(シフト変位)の説明図である。
上図(1)は、車高制御の4ポート3位置方向制御弁である電磁弁51の下降コイル(D)を励磁して車高下降中の油圧回路図で、下図(2)は、前記電磁弁51の上昇コイル(U)を励磁して車高上昇中の油圧回路図である。
図2と同様に、油圧回路図の実線の矢印は、ばね13を圧縮し、ばね変位が(-)方向に変位するときの作動油の移動方向であり、油圧回路の破線の矢印は、ばね13が伸長し、ばね変位が(+)方向に変位するときの作動油の移動方向を示す。
本図の上図(1)は、図示しない制御装置6からの出力により、電磁弁51のコイル(D)を励磁して油圧回路を車高制御の下降制御に切換えている。
アクチュエータ4のシリンダ41の作動油の圧力は前記作用力Fにより変動するが、単筒式でないアキュムレータ3の内圧より通常は高いので、実線と破線の矢印で示すように、アクチュエータ4の作動油は、アクチュエータ連通管55、電磁弁51、ショックアブソーバ連通管57の逆止弁53と逆止弁52、電磁弁51、アキュムレータ連通管56を経由して連続的にアキュムレータ3に移動するので、アクチュエータ4の作動油が減少することにより、シフト変位の(-)方向に移動して車高は連続的に下降する。
前記下降中は、ショックアブソーバ2のロッド23のシリンダ21への押し込み時は、ばね13が圧縮され、ばね変位が(-)方向に変位するので、ショックアブソーバ2の作動油の加圧により送り出された作動油は、ショックアブソーバ連通管57の逆止弁52、電磁弁51、アキュムレータ連通管56を経由してアキュムレータ3に送られるので、この車高の下降に寄与しない作動油が共通の油路を通過するので、車高制御の下降速度は少し低下する。
ショックアブソーバ2のシリンダ21からロッド23の伸長時は、ばね13が伸長し、ばね変位が(+)方向に変位するので、ショックアブソーバ2のロッド23のシリンダ21からの引き抜きによる作動油の減量分は、前記アクチュエータ4から送られ、アクチュエータ連通管55、電磁弁51、ショックアブソーバ連通管57の逆止弁53、を通った前記作動油の一部が充当されるので、アクチュエータ4からの作動油の流出が促進され、車高制御の下降速度は少し上昇する。このように、ショックアブソーバ2のロッド23の伸縮により下降速度が多少は変化するが、車高は連続下降するので、自車の停車中を含む任意のタイミングで下降可能である。
本図の下図(2)は、図示しない制御装置6からの出力により、電磁弁51の上昇コイル(U)を励磁して油圧回路を車高制御の上昇制御に切換えている。
ばね13の圧縮時は、ばね変位が(-)方向に変位するので、ショックアブソーバ2のロッド23のシリンダ21への押し込みによる作動油の加圧により送り出された作動油は、図の実線矢印で示すように、ショックアブソーバ連通管57の逆止弁52、電磁弁51、アクチュエータ連通管55を経由してアクチュエータ4に送られるので、ばね13の圧縮時は、車高が上昇する。
ばね13の伸長時は、ばね変位が(+)方向に変位するので、ショックアブソーバ2のロッド23のシリンダ21からの引き抜きによる作動油の減圧により、図の破線矢印に示すように、アキュムレータ3から、アキュムレータ連通管56、電磁弁51、ショックアブソーバ連通管57の逆止弁53、を経由して作動油が補充されるので、ばね13の伸長時は、上昇は停止し。車高は保持される。
従って、アクティブサスペンション1は、路面からの振動等によるショックアブソーバ2のロッド23の往復動により作動油を加圧して車高を上昇させるので、伸縮するショックアブソーバ2が、あたかも往復動油圧ポンプのように作用し、車高制御は間欠的に上昇する。
図4は、図3のアクティブサスペンション1の車高制御時の、ばね変位とシフトの説明図である。
上図の概略構成図の油圧回路図はシフト停止時(図2と同じ)であり、中央の(D)の車高下降時の油圧回路図は、図3(1)と同じであるので省略し、右端の(U)の車高上昇時の油圧回路図は、図3(2)と同じであるので省略している。
車高制御の中央値およびシフト端にアクチュエータ4を示し、各油圧回路の矢印は、実線が、ばね13の圧縮時で、破線が、ばね13の伸長時の作動油の移動方向である。
下図のタイムチャートの各項目は上から、シフト位置、ばね変位、電磁弁51の各コイル(下降(D)、上昇(U))の電圧の印加状態を示し、横軸は時間軸である。
下図のタイムチャートに示すように、走行中は時間軸に沿って、路面からの時々刻々と変化する入力等により、ばね13が伸縮してばね変位が発生する。具体的には、路面の凹凸、タイヤを含む車軸等に起因する周期的な振動、片勾配(カント)等の路面の状態、更に、カーブでの遠心力等による慣性力によるローリング、ピッチング、ヨーイングにより、振幅や周期が異なる様々な振動が発生し、ショックアブソーバ2のばね13に変位が発生する。
前記振動を減衰するためにピストン22に設けた絞り弁で変位を抑制する。
図1と同様に、上図の概略構成図のハッチングAaは、アクチュエータ4のシリンダ41の断面積で、ハッチングAsは、ショックアブソーバ2のロッド23の断面積である。
下図のタイムチャートの車高下降時(D1)では、図示しない制御装置6の出力により、電磁弁51のコイル(D)に電圧を印加して電磁弁51を下降(D)に切換え、図3(1)で説明したように、各車軸に掛かる車重等の作用力によりアクチュエータ4のシリンダ41の内力は、アキュムレータ3の内圧より通常は高いので、アクチュエータ4の作動油は連続的にアキュムレータ3に移動し、アクチュエータ4の作動油が減少することによりシフト変位は(-)方向に移動し、車高は連続的に下降する。
図3(1)で説明したように、車高の下降中に、ショックアブソーバ2のロッド23のシリンダ21への押し込み時は、下降速度は少し減少し、ショックアブソーバ2のシリンダ21からロッド23の伸長時は、下降速度は少し増大しながら連続的に車高は下降する。
車高が目標値に達したら、シフトセンサ71の入力情報により電磁弁51のコイル(D)への電圧の印加を停止して車高の下降を停止する。
下図のタイムチャートの時間軸の車高上昇時(U1)では、図示しない制御装置6の出力により、電磁弁51のコイル(U)に電圧を印加して電磁弁51を切換え、図3の(2)で説明したように、ばね13の圧縮時は、ばね変位が(-)方向に変位するので、ショックアブソーバ2のロッド23の、シリンダ21への押し込みにより送り出された作動油は、アクチュエータ4に送られるので、ばね13の圧縮時は、車高が上昇する。
下図の(U1)に示すように、ばね13の圧縮時は、前記作動油のみが作用するので、ばね変位(Ss1)によるシフト量(Sa1)は、ばね変位(Ss1)の(As/Aa)倍である。
ばね13の伸長時は、ばね変位が(+)方向に変位するので、ショックアブソーバ2のロッド23のシリンダ21からの引き抜きによる作動油の減圧には、アキュムレータ3から、作動油が補充されるので、このばね13の伸長時には、車高は保持され上昇は停止する。従って、ショックアブソーバ2のロッド23の往復動による作動油の加圧により、車高を間欠的に上昇させるので、ショックアブソーバ2が、あたかも往復動油圧ポンプのように作用する。
ショックアブソーバ2のロッド23の断面積(As)が、アクチュエータ4のシリンダ41の断面積(Aa)より小さいことが必要条件であり、面積比(As/Aa)が大きいと車高の上昇量が小さくなり、面積比(As/Aa)が小さいとショックアブソーバ2のロッド23の作用力((As/Aa)×F)が大きくなり、ばね13の圧縮時の減衰機能を阻害させるので、面積比(As/Aa)は、本発明のアクティブサスペンションの性能を左右する重要な設計要素である。
車高の上昇は、ロッド23の伸縮サイクル毎に間欠的に行うので、ショックアブソーバ2の減衰力が強過ぎる過制動であると、本発明のアクティブサスペンションは十分な性能が発揮できないので、臨界制動より減衰振動気味に設定するのが望ましい。
車高の上昇時は、ロッド23にアクチェータ2の内圧が作用して過剰な制動力となる場合は、本発明の請求項5との組み合わせにより制動力を制御することもできる。
図5は、実施例1の、本発明のアクティブサスペンションの情報処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
図14に示す本発明のアクティブサスペンションの制御装置6にて、入力手段である走行状態判定センサ7、外部環境判定センサ8の入力情報を基に、出力手段である各車軸のアクティブサスペンション1の電磁弁51を制御する。
具体的には、図15に示す入力手段の走行状態判定センサ7の車速センサ74等の入力情報により、自車が走行状態であるかを判断する(ステップS010)。
ここで、走行中でないと判断した場合は、全車軸のアクティブサスペンションの電磁弁51を励磁せず、RETURNに進む(ステップS110)。
一方、走行中であると判断した場合は、各車軸のアクティブサスペンションのシフトセンサ71にてシフト変位を測定し、現状の車高状態を確認する(ステップS020)。
次に、走行状態判定センサ7の車速センサ74、操舵角センサ75、加速度センサ76や、外部環境判定センサ8の車載カメラ81、LIDAR82、ミリ波レーダ83等の入力情報により、現状から予想される、道路状況と運転状況の判定を行う(ステップS030)。
この道路状況と運転状況の判定により、自車に予想される走行状況を解析し、それに対応した各車軸のアクティブサスペンションの、ロール、ピッチ、ヨー等に最適なシフト変位量(目標値)を算出する(ステップS040)。
具体的には、車速センサ74、加速度センサ76にて現状の速度と各加速度を測定し、アクセル開度センサや車速センサ74にて車速動向を予想し、操舵角センサ75、車載カメラ81、LIDAR82、ミリ波レーダ83および地図情報等により今後の道路の曲率半径等を予想して遠心力等を試算する。更に、車載カメラ81等の外部環境判定センサ8にて道路状況(傾斜や片勾配(カント)等)を予想し、各車軸のアクティブサスペンションの最適なシフト変位量(目標値)を算出する。
ステップS020の各車軸のアクティブサスペンションのシフトセンサ71にて測定したシフト変位(現状値)と、ステップS040にて算出した各車軸のアクティブサスペンションの目標値を比較する(ステップS050)。
ここで、各車軸のアクティブサスペンションのシフト変位の(現状値)と(目標値)の差異が、規定値(誤差レベル等)以下であるかを判断する(ステップS060)。
ここで、各車軸のアクティブサスペンションのシフト変位の(現状値)と(目標値)の差異が、規定値(誤差レベル等)以下である場合は、当該車軸のアクティブサスペンションの電磁弁51を励磁せず(ステップS0100)、RETURNに進む。
一方、各車軸のアクティブサスペンションのシフト変位の(現状値)と(目標値)の差異が、規定値(誤差レベル等)以上であると、各車軸のアクティブサスペンションのシフト変位の(現状値)と(目標値)の比較が、(目標値>現状値)の場合は、当該車軸のアクティブサスペンションの電磁弁51のコイル(U)を励磁し(ステップS080)、RETURNに進む(ステップS070)。
一方、各車軸のアクティブサスペンションのシフト変位の(現状値)と(目標値)の比較が、(目標値<現状値)の場合は、当該車軸のアクティブサスペンションの電磁弁51のコイル(D)を励磁し(ステップS090)、RETURNに進む。
以上の情報処理ルーチンに従って、各車軸の車高制御を行う。
図5のフローチャートは、自車の運転中にアクティブサスペンションの制御装置6にて繰り返し実行される。
図6は、前記実施例1の、右カーブ走行時の車高制御の説明図である。
図6の上図は、自車10が右カーブを走行時の模式平面図であり、各放射状の自車10の背面図は、カーブの入り口(C1)、カーブの途中(C2)、カーブの出口(C3)に於ける、本発明のアクティブサスペンションのシフト制御が、OFFの場合とONの場合で、矢印のように車高制御ONにより自車の姿勢が改善する。
図6の下図は、右カーブ走行時の、図14に示す概略構成図の前輪右側の車軸(1FR)を、図15に示す前記制御装置6がシフト制御する各要素の作動状況を示すタイムチャートである。
各要素の項目は、上から、シフト位置、ばね変位、電磁弁51の上昇コイル(U)と下降コイル(D)の電圧の印加状態、ハンドル操作の操舵角センサ75、遠心力等の横加速度センサの測定値である
まず、上図の左下の直線の道路からカーブに侵入する直前に、曲がろうとする右方向にハンドル操作が開始され、操舵角センサ75のタイムチャートで低位設定角(TL)を超えると、前記図5のフローチャートの情報処理ルーチンにより車軸(1FR)のシフト変位の目標値Sh1を横加速度センサの測定値等により試算し、シフトの測定値と比較し、目標値<測定値であるので、車軸(1FR)の電磁弁51のコイル(D)を励磁し、車軸(1FR)の車高の下降制御を開始する。
図4で説明したように、アクチュエータ4の作動油は、電磁弁51、アキュムレータ連通管56等を経由して連続的にアキュムレータ3に移動するので、アクチュエータ4の作動油が減少することにより、シフト変位の(-)方向に移動して車高は連続的に下降する。
ただし、図4で説明したように、車高の下降制御は、ショックアブソーバ2のロッド23の伸長時はばね13が伸長し、車高制御の下降速度は少し上昇し、ショックアブソーバ2のロッド23の押し込み時はばね13が圧縮され、ばね変位が(-)方向に変位するので、ショックアブソーバ2の作動油の加圧により送り出された作動油はアキュムレータ3に送られるので、車高の下降に寄与しない作動油が共通の油路を通過するので、車高制御の下降速度は少し低下するので下降速度は、ばね13の変位により変動する。
次に、操舵角センサ75のタイムチャートで高位設定角(Th)を超えると、シフト変位の目標値Sh2を試算し、シフト変位の測定値と比較し、目標値<測定値であるので、車軸(1FR)の電磁弁51のコイル(D)の励磁を継続し、車軸(1FR)の車高の下降制御を継続する。
シフト変位の目標値Sh2を試算後、シフトの測定値が目標値に達すると、電磁弁51のコイル(D)の励磁を停止して、車高の下降を停止する。
操舵角センサ75のタイムチャートで、シフト変位の目標値Sh2を試算後、所定時間(t)秒毎に目標値Sh3を試算し、車高制御を前記手順で継続する。
模式平面図の、カーブの途中(C2)以降は、図4で説明したように、ショックアブソーバ2のロッド23のシリンダ21への押し込みによる作動油の加圧により、ばね13の圧縮時に車高が上昇し、ばね13の伸長時は車高が保持されるので間欠的に上昇する。
車高の下降と上昇で油圧の作動原理は異なるが、車高制御のアルゴリズムは前記車高下降時と同じであるので、説明を省略する。
図6は車高制御の説明を容易にするために、所定時間(t)は長くし、減衰制御を弱めて減衰振動に近い制動として説明している。
加速度センサ76により横加速度を測定できない場合は、カーブの半径を予想して車速センサ74により遠心力を試算する等の方法がある。
横加速度のタイムチャートとシフト変位のタイムチャートは、本来同期しているのが望ましい。実施例1の本図では、シフト変位が遅れて制御されるが、地図情報の活用や、車載カメラ81等の外部環境判定センサ8により、道路のカーブ形状等の進路情報や片勾配等の路面状態を予想して、より正確な目標値にて制制御するのが望ましいので、本発明のアクティブサスペンションは、自動運転との親和性が重要である。
図7は、実施例2の、本発明の請求項2対応の概略断面図である。
図7の右図は、本発明のアクティブサスペンション1sの縦断面図で、左下図は連結カバ16sの水平断面図と油圧制御装置5sの油圧回路図である。
図7は請求項1に対応し、ショックアブソーバ2sとばね13sで構成するサスペンションをアクチュエータ4sで車高を制御する出力手段を各車軸に設けたアクティブサスペンション1sにおいて、前記ショックアブソーバ2sのロッド23sの往復動による油量調整のアキュムレータ3sを分離し、前記ショックアブソーバ2sと前記アクチュエータ4sを連結する連結カバ16sと、前記アキュムレータ3sに連通するアキュムレータ連通管56sと、前記ショックアブソーバ2sと逆止弁52s、53sを介して順方向と逆方向に連通するショックアブソーバ連通管57sと、前記アクチュエータ4sに連通するアクチュエータ連通管55sと、前記すべての連通管を開閉制御する電磁弁51s(4ポート3位置方向制御弁)と、で構成する出力手段を各車軸に設け、前記アクティブサスペンション1sの図示しない制御装置6にて前記電磁弁51sを制御して、前記各車軸の車高を制御する車両用アクティブサスペンション装置である。
更に、図7の右図と左下図の連結カバ16sは請求項2に対応し、前記電磁弁51sを前記連結カバ16sに設置し、前記ショックアブソーバ連通管57sと、前記アクチュエータ連通管55sと、前記アキュムレータ連通管56sとを前記連結カバ16sの内部に形成する前記請求項1に記載の車両用アクティブサスペンション1sである。
左下図は、前記連結カバ16sを油圧マニホールドブロックとして、すべての油圧回路であるすべての連通管(55s、56s、57s)を集約形成することで、車軸毎に独立した車両用アクティブサスペンション装置の油圧配管が完結するので、油圧ホース等の油圧配管が一切不要となる。
連結カバ16sを油圧マニホールドブロックとする油圧通路の詳細は図8で説明する。
図7のアクティブサスペンション1sのアキュムレータ3sは、従来と同様のショックアブソーバ2sのロッド23sの往復動に伴う作動油増減の調整と、アクチュエータ4sのシフト制御に伴う作動油の待避調整も行うので、作動油の容量は従来のショックアブソーバのアキュムレータより大きくなる。
アクチュエータ4sのシリンダ41sとアキュムレータシリンダ31とで形成する複筒式のアキュムレータ3sのリング状のフリーピストン32は、アクティブサスペンション1sが垂直に近い設置状態の場合は省略することもできる。
作動油の温度上昇は、主にショックアブソーバ2sで発生し、昇温した作動油の多くはアキュムレータ3sとの間を頻繁に往復するので、作動油の放熱性は良好である。
電磁弁51sの図示しない電源用可撓性ケーブルは、車体連結部上11sと連結カバ16sとの間に設けたケーブルベア(登録商標)181を介して図示しない制御装置6に接続する。
このケーブルベア(登録商標)181の剛性が高い場合は、昇降する連結カバ16sを含むアクティブサスペンション本体の回り止めを兼ねることもできる。
図8は、前記実施例2の油圧制御装置5sの、連結カバ16sと電磁弁51sの水平断面図である。
図8は、前記連結カバ16sを油圧マニホールドブロックとして、すべての油圧回路であるアクチュエータ連通管55s、アキュムレータ連通管56s、ショックアブソーバ連通管57sを集約形成しているので、連結カバ16s以外の油圧配管が一切不要となり、電磁弁51sを前記連結カバ16sに直接取り付けることにより電磁弁51sのサブプレートも不要である。
本図に示すように、電磁弁51sに連通する前記連通管(55s、56s、57s)の垂直方向の連通管は、図7に示すように前記連結カバ16sの下のショックアブソーバ2sにショックアブソーバ連通管57sは連通し、それ以外のアクチュエータ連通管55s、アキュムレータ連通管56sは、それぞれ連結カバ16sの上方にあるアクチュエータ4sと、アキュムレータ3sに連通する。
逆止弁52sと逆止弁53sは、ショックアブソーバ連通管57sの通路開口部に設けることにより、コンパクトな油圧回路が形成できる。
電磁弁51sのスプール511と並行に、一列に並んだ各連通管の開口部を、交互に上下にずらすことにより千鳥配列にすると、開口部の干渉を回避できるので各連通管の開口部を更に大口径にすることにより、各連通管の管路抵抗を更に小さくすることもできる。
電磁弁51sの作用は、図示しない制御装置6からコイル513(U)、またはコイル513(D)に出力信号として電圧が印加されると、励磁により可動鉄心514がコイル側に吸引されて、スプール511をスライドさせることにより、各連通管の開閉制御を行うことにより、図3に示した油圧回路の切換えが行われ、図4に示す車高制御を行う。
電磁弁51sはスプール式の直動式であるが、他の形式の電磁弁であってもよい。
図9は、図2の油圧制御装置の、電磁弁51を分割した場合の概略構成図である。
図2の本発明のアクティブサスペンション1の概略構成図の4ポート3位置方向制御弁の電磁弁51を、2台の3ポート2位置方向制御弁の電磁弁(51wU、51wD)に置き換えて、電磁弁の小型化とレイアウトの自由度が高められる。
本図の油圧回路の作用は、両方の電磁弁(51wU、51wD)がOFFの時は、ショックアブソーバ2とアキュムレータ3が連通する図2と同じ油圧回路となり、車高は保持される。電磁弁51wUのコイルを励磁すると、図3の(2)と同じ油圧回路となるので車高が上昇し、電磁弁51wDのコイルを励磁すると、図3の(1)と同じ油圧回路となるので、車高が下降する。電磁弁(51wU、51wD)は、3位置が2位置となるので、電磁弁は2個になるが、電磁弁のスプールが短くなり、コイルが2個から一個になるので小型になり、レイアウトの自由度が高くなる。
図10は、実施例3の、図9の油圧回路の一例を示す油圧制御装置5waの水平断面図である。
本図は、連結カバ16waの左右に、点対象に設けた電磁弁51wUaと電磁弁51wDaを配置し、各電磁弁の連通管(55wU、56wU、57wU)と連通管(55wD、56wD、57wD)も逆止弁(52wU、53wD)も同様に点対象に配置されている。
前記電磁弁51wUaの連通管(55wU、56wU、57wU)の配置と配管は、図8の電磁弁51sの上側の逆止弁(52s)を含む連通管(55s、56s、57s)と同じ配置であり、同様に点対象である連通管(55wD、56wD、57wD)は、図8の電磁弁51sの下側の逆止弁(53s)を含む連通管55s、56s、57s)と同じ配置である。
本図の水平断面図から分かるように、水平断面図の上下方向の寸法を図8より圧縮できるので、アクティブサスペンション1waの配置の自由度を高くできる。
油圧制御装置5waの作用は図8の電磁弁51sと同じであるので、説明を省略する。
図11は、実施例4の、図10の電磁弁を上下に配置した一例を示す油圧制御装置5wbの水平断面図である。
上段である本図の上図(U)に、前記実施例3(図10)の電磁弁51wUaと各連通管(55wU、56wU、57wU)と逆止弁53wUを連結カバ16wbに設け、下段である本図の下図(L)に、前記実施例3(図10)の電磁弁51wDaと各連通管(55wD、56wD、57wD)と逆止弁52wDをシリンダ軸に対して180度回転し、電磁弁51wDbとして配置した油圧制御装置5wbである。
連結カバ16bは上下に長くなるが、アクティブサスペンション1wbの周辺凸部が水平断面図の左側の電磁弁側の一面となり、車軸への取り付け自由度を実施例3より高くできる。
電磁弁(51wUb、51wDb)の前記各連通管および逆止弁(52wUb、53wDb)の配置と作用は実施例3と同じである。
図12は、前記実施例4の、アクティブサスペンション1wbの概略断面図である。
図12の左右の図面は、前記実施例4の油圧制御装置5wbを備えたアクティブサスペンション1wbの縦断面図である。
各要素である、ショックアブソーバ2wb、アキュムレータ3wb、アクチュエータ4wbの構造と作用は、実施例2(図7)と同じであるので、説明を省略する。
油圧制御装置5wbの断面(U-U)は、図11の上図(U)、右図の断面(D-D)は、図11の上図(U)の水平断面部である。
アクティブサスペンション1wbのばね13wの上端には、剛性のスプリングシートとの間に振動絶縁を行うためのインシュレータ141wを設け、下端には、車体連結部下12wとの間にベアリング14を介することにより、ばね13wの伸縮によるねじれ応力を開放できるが、インシュレータ141wの損耗劣化が発生しない場合は、ベアリング14は省くこともできる。
車体連結部上11wに設けたガイド支柱183と、上カバ15wに設けたガイド184は、車高制御による昇降時の回り止め機構であり、ガイド支柱183の内側に可撓性ケーブル19を配置することができる。これらの回り止め機構、給電方法等は、参考としての一例を示すものである。
油圧制御装置5wbの油圧回路の説明は、図11と重複するので省略する。
図13は、実施例5の、アクチュエータ4wfを連結カバ16wfの下に配置したアクティブサスペンション1wfの概略断面図である。
本図は、リング状のアクチュエータ4wfを連結カバ16wfの下のショックアブソーバ2wfの外側に設け、ばね13wfを昇降させるので、電磁弁(51wUf、51wDf)が昇降しないので、前記実施例のように、回り止め機構、可動ケーブル等が不要となる。
ショックアブソーバ2wfは昇降しないので、アクチュエータ4wfのストローク相当分のストロークが長くなるが、車体連結部上11wfを連結カバ16wfに設けることにより、車体連結部上(11wf)と、車体連結部下(12wf)間のスパンを短くできるので、構造をコンパクトにできる。
図1で説明したように、車高の上昇(U)時は、静的にはアクチュエータ4wfの作動油はショックアブソーバ2wfに連通するので、本図に示すように、パスカルの原理により、ショックアブソーバ2wfのロッド23wfの断面積(Asf)とアクチュエータ4wfのシリンダ41wfのリング状の断面積(Aaf)に応じた作用力(F)と((Asf/Aaf)F)が発生する。このアクティブサスペンション1wfの作用(車高制御時のシフトとばね変位の関係)は、図4と同じである。
車体連結部上11wfの連結構造は、本図のようなピン構造でも、トラニオン式でもよい。
図14は、本発明のアクティブサスペンション1の、実施形態の一例を示す概略構成図である。
本図は、車両9の水平断面図に設けた、各車軸のアクティブサスペンション(1FL、1FR、1RL、1RR)と、制御装置6の概略構成図である。
車両9は図面の上の矢印が進行方向で、図の上側の車軸(1FL、1FR)が前輪で、下側の車軸(1RL、1RR)が後輪で、それぞれ左右対称(左側:L、右側:R)に配置されている。
各車軸のアクティブサスペンション(1FL、1FR、1RL、1RR)は、図2等に示す構成と同等で、それぞれショックアブソーバ2、アキュムレータ3、アクチュエータ4、油圧制御装置5と、シフトセンサ71からなる。
本図の中央部の制御装置6の入力部は、入力部(62~64)、出力部65と、それらを制御する制御部61から成り、入力部(62~64)には、各車軸のシフトセンサ71からの入力と、その他センサ信号(7、8)である走行状態判定センサ7と外部環境判定センサ8からの入力が入力され、制御部61にて入出力を基に状況を分析、判断し、演算処理された結果を出力として出力部65に指令し、出力部65は各車軸のアクティブサスペンション(1FL、1FR、1RL、1RR)の各電磁弁51のコイルに出力として電圧を印加する。
制御装置6の概略構成は、図15にて説明する。
図15は、本発明のアクティブサスペンション1の、制御装置6の概略構成図である。
本図は、図14に示す本発明のアクティブサスペンション1の制御装置6と、入力手段である、走行状態判定センサ7と、外部環境判定センサ8、および出力手段であるアクティブサスペンション(1FL、1FR、1RL、1RR)で構成される。
制御装置6は、制御部61と、走行状態判定部62、外部環境判定部63、車両姿勢判定部64からなる入力部と、出力部である駆動部65で構成される。
入力部の走行状態判定部62は、入力手段の走行状態判定センサ7である、車速センサ74、操舵角センサ75、加速度センサ76等の入力を制御部61に入力し、外部環境判定部63は、入力手段の外部環境判定部センサ8である、車載カメラ81、LIDAR82、ミリ波レーダ83等の入力を制御部61に入力し、車両姿勢判定部64は、各車軸に設けた出力手段であるアクティブサスペンション(1FL、1FR、1RL、1RR)に設けたシフトセンサ71の入力を制御部61に入力する。
制御部61は、前記入力部からの入力等を基に、出力部である駆動部65に信号を出力し、各車軸の出力手段であるアクティブサスペンション(1FL、1FR、1RL、1RR)の各電磁弁51の上昇コイル(U)または下降コイル(D)に電圧を出力して車高制御を行う。
図16は、請求項3対応の、出力手段の一例を示す制御装置6cの概略構成図である。
図15の概略構成図の各車軸に設けた出力手段であるアクティブサスペンション1の電磁弁51の回路と、制御装置6cの出力部の駆動部65を、本図のように変更する。
各車軸の前記電磁弁51の両方のコイル((U)、(D))を並列に配線し、前記配線に設けたダイオード517により、前記配線の一方に正圧を印加した場合には、一方のコイルのみが作動し、前記配線の他方に正圧を印加した場合には、他方のコイルのみが作動する回路とし、前記配線に印加する電圧の正圧と負圧を制御装置6cの出力部の駆動部65(FL、FR、RL、RR)のスイッチ651を切り替えて前記電磁弁51を制御する請求項1または2に記載の車両用アクティブサスペンション装置である。
自車の電気回路は、本来はボディアースとして、正圧側のみの配線も可能であるが、アクティブサスペンション1では、上下に設けた揺動可能な車体連結部上11、車体連結部下12にて取り付けられ、それぞれアクチュエータと、ショックアブソーバの各ロッドまではボヂィアースは有効であるが、Оリング等の油圧の密封要素により各シリンダを介して連結カバ16までボディアースはつながらず、ばね13は、防振材であるゴム、シリコーン、ナイロンなど、弾性や塑性のある材料のインシュレータ141により、ボディアースが確保できないので、強制アースを設ける必要がある。この場合は、各コイルの2本の指令線と強制アースの3本の配線が必要となる。
本図のように、制御装置6cの駆動部65のスイッチ651の切り替えにより、各車軸に配置された電磁弁51の2個のコイルへの配線が最小本数の2本で済むので、低コストで信頼性が向上する。
駆動部65のスイッチ651は理解が容易な有接点回路で図示しているが、無接点回路で構成するのが望ましい。
図17は、請求項4対応のアクティブサスペンション1FRの、ばね変位と電磁弁の電圧印加タイミングの説明図である。
本図の上図は説明に使用するアクティブサスペンション1FRの概略構成図で、油圧制御装置5の油圧回路図はシフト停止時である。
下図のタイムチャートの各項目は上から、シフト位置、ばね変位、電磁弁51の各コイル(下降(D)、上昇(U))の電圧の印加状態を示し、横軸は時間軸である。
シフトとばね変位の挙動は、図4で説明しているので省略する。
下図のタイムチャートに示すように、請求項4対応として、各車軸の前記アクティブサスペンション1FRの電磁弁51の、車高下降用のコイル(Ⅾ)の励磁時(D2)に、前記ばね13の圧縮時は励磁を停止し、車高上昇用のコイル(U)の励磁時(U2)に、前記ばね13の伸長時は励磁を停止する、請求項1~3に記載の請求項の車両用アクティブサスペンション装置である。
電磁弁51のコイル(U)、(D)のタイムチャートから分かるように、車高の下降時(D2)では、電磁弁51のコイル(D)の励磁は、設定時間(ΔtD)より短時間のばね13の圧縮時は、励磁を継続し、同様に、電磁弁51のコイル(U)の励磁は、設定時間(ΔtU)より短時間のばね13の圧縮時は、励磁を継続する。このように、車高の昇降中の各設定時間(ΔtU、ΔtD)より短い時間では、省電力の効果が小さいので励磁を継続して機器への起電力の負担を軽減する。
図18は、実施例6の、請求項4対応の情報処理ルーチンのフローチャートの一例である。
本図は、本発明の請求項1対応のアクティブサスペンションの情報処理ルーチン(図5)に、請求項4対応の制御を追加する情報処理ルーチンの一例である。
本図は、図5のステップS070以降に、太線部の情報処理ルーチン(ステップS071~S074)を挿入することにより、ステップS070で車高制御が上昇か下降かを判断し、それぞれの場合の励磁を停止するばね13の変位状態であるかをステップ(S072、S074)で判断し、ばね13の変位の半周期が各設定時間(ΔtU、ΔtD)より長い場合は、ステップ(S100)にて、当該車軸の電磁弁51のコイルの励磁を停止する。従って、前記図17で説明したように、請求項4対応として、各車軸の前記アクティブサスペンション1FRの電磁弁51の、車高上昇用のコイル(U)の励磁時に、前記ばね13の伸長時は励磁を停止し、車高下降用のコイル(Ⅾ)の励磁時に、前記ばね13の圧縮時は励磁を停止する省電力制御ができる。
図19は、本発明の請求項5のセミアクティブサスペンションを、単輪モデルとして示す図である。
請求項1対応(図1)の車高制御を行うフルアクティブサスペンション1とは異なり、本図は、請求項5対応のショックアブソーバの衝撃吸収力や衝撃を受けた後の反発力のパッシブ要素パラメータを制御するセミアクティブサスペンションP1である。
ショックアブソーバP2と、ばねP13で構成するサスペンションの減衰力を変化させるセミアクティブサスペンションP1において、前記ショックアブソーバP2のロッドP23の往復動による油量調整のアキュムレータP3を分離し、前記ショックアブソーバP2の上に設けたアキュムレータP3を連結する連結カバP16と、前記ショックアブソーバP2と前記アキュムレータP3に連通するアキュムレータ連通管P56と、前記ショックアブソーバP2の上部と下部を、直接または逆止弁P52(P53)を介して連通するバイパス上P58と、バイパス下P59と、前記バイパスを開閉制御および/または流量制御する電磁弁P51と、で構成するセミアクティブサスペンションP1を各車軸に設け、前記セミアクティブサスペンションP1の図示しない制御装置P5にて前記電磁弁P51を制御し、前記ショックアブソーバP2の減衰力を制御する車両用アクティブサスペンション装置である。
簡単な電磁弁P51による制御であり、電磁弁P51を連結カバP16に取り付け、連結カバP16をマニホールドブロックとすることにより、油圧配管を連結カバP16に内蔵できるので、特殊で複雑な機構が不要な簡素な構造にできる。
電磁弁P51の油圧回路の機能、作用は、図20、図21で説明する。
本図の単軸モデルから分かるように、アキュムレータP3を分離し、連結カバP16を設ける構成は、図1の請求項1対応と共通しているので、両方の機能、作用が必要な場合は、実施例9(図26)のように一体化が可能であり、更に実施例10(図28)のように、可撓性ケーブルが不要で、設置の自由度を向上させることもできる。
図20は、図19のセミアクティブサスペンションの一例を示す、事例Aと事例Bの概略構成図である。
本図の上図(A)は、電磁弁の配置の自由度を高くするために、図19の電磁弁P51を、電磁弁P51a1と電磁弁P51a2に2分割したもので、図のように電磁弁を励磁しない場合は通常のサスペンションである。
電磁弁P51a1を励磁した場合は、逆止弁P52aにより、バイパス上P58aからバイパス下P59aにのみ、絞り弁P54cにより流量制御された作動油が流れるので、ばねP13の圧縮時にショックアブソーバP2のピストンの絞り弁による衝撃吸収力を弱める作用があり、結果的に車高が少しではあるが下降する作用もある。
この作用は、後述する請求項1と請求項5に対応した実施例8(図26)や、実施例10(図28)において、図1で説明した、車高の上昇時に、パスカルの原理により、ショックアブソーバ2のロッド23の断面積(As)とアクチュエータ4のシリンダ41の断面積(Aa)に応じた作用力((As/Aa)F)が発生する問題を解消する効果がある。
電磁弁P51a2を励磁した場合は、ショックアブソーバ2の圧縮時と伸長時の減衰力を弱める効果があるので、乗員数等により軸荷重が小さい場合や、作動油の温度が極端に低い場合等に対応できる。
本図の下図(B)は、電磁弁P51bを電磁比例弁として、無段階にショックアブソーバ2の減衰力を制御することができる。コントローラとアンプが必要であるが、簡素な構造で、減衰力の無段階制御ができる。
図21は、図19のセミアクティブサスペンションの一例を示す、事例Cと事例Dの概略構成図である。
本図の上図(C)は、図20(A)の逆止弁P52aを省略した構成で、電磁弁P51c1側の絞り弁P54eと、電磁弁P51c2側の絞り弁P54fの絞り弁の特性に差をつけ、電磁弁を励磁しない場合と、どちらか一方の電磁弁を励磁する場合と、両方の電磁弁を励磁する場合の、4段階の減衰力の制御が簡素な構成でできる。
本図の下図(D)は、図20(A)の電磁弁51a2のバイパス上P58aにP52aとは逆の方向の逆止弁P53Dを設けた油圧制御装置P5Dである。
電磁弁P51D1を励磁した場合は、逆止弁P52Dにより、絞り弁P54gにより流量制御された作動油が、バイパス上P58Dからバイパス下P59Dにのみ流れるので、ばねP13の圧縮時にショックアブソーバP2のピストンの絞り弁による衝撃吸収力を弱める作用があり、結果的に車高が少しではあるが下降する効果がある。
同様に、P51D2を励磁した場合は、逆止弁P53Dにより、絞り弁P54hにより流量制御された作動油が、バイパス下P59Dからバイパス上P58Dにのみ流れるので、ばねP13の伸長時にショックアブソーバP2の絞り弁による衝撃吸収力を弱める作用があり、結果的に車高が少しではあるが上昇する効果がある。
また、電磁弁P51D1と電磁弁P51D2を励磁すると、ショックアブソーバP2の減衰力を低減できる。
下図(D)の油圧制御装置P5Dは、更に、請求項1と請求項5に対応した実施例8(図26)または、実施例10(図28)においては、電磁弁P51D1を励磁した場合は、前記作用が、図1で説明したように、車高の上昇時に発生する、ショックアブソーバ2のロッド23の断面積(As)とアクチュエータ4のシリンダ41の断面積(Aa)に応じた作用力((As/Aa)F)を相殺する効果がある。
以上、図19のセミアクティブサスペンションの一例を示す、事例A~Dの4種類の概略構成図を説明したが、図中の車体連結部上11は、図示しない連結カバP16に設けるトラニオン式でもよく、電磁弁は、安定した油圧源がないので、パイロット式は不適であるので直動式が望ましく、油圧の一次側、二次側が入れ替わるのでポペット式も好ましくない。
図22は、実施例7の、図20(A)の事例Aの一例を示す概略断面図である。
本図は、電磁弁の配置の自由度を高くするために、請求項5対応の図19の電磁弁P51を、電磁弁P51a1と電磁弁P51a2に2分割した図20(A)の一例を示す概略断面図である。
本図は、ショックアブソーバP2とばねP13で構成するサスペンションの減衰力を制御するセミアクティブサスペンションP1aにおいて、前記ショックアブソーバP2のロッドP23の往復動による油量調整のアキュムレータP3を分離し、前記ショックアブソーバP2の上に設けた前記アキュムレータP3を連結する連結カバP16と、前記ショックアブソーバP2と前記アキュムレータP3に連通するアキュムレータ連通管P56と、前記ショックアブソーバP2のシリンダP21の上部と下部を連通するバイパスである、逆止弁P52aを介して連通するバイパス上P58aと、絞り弁P54c、P54Dを介して連通するバイパス下P59aと、前記バイパスを開閉制御および/または流量制御する電磁弁P51a1、P51a2と、で構成するセミアクティブサスペンションP1aを各車軸に設け、前記セミアクティブサスペンションP1aの図示しない制御装置P6にて前記電磁弁(P51a1、P51a2)を制御し、前記ショックアブソーバP2の減衰力を制御する車両用アクティブサスペンション装置の概略断面図である。
図20(A)では、上部の車体連結部上P11をクレビス形で表示しているが、本図では、トラニオン形も選択肢として表示している。
作用は、図20の説明と重複するので省略する。
図23は、実施例8の、前記実施例7のバイパスチューブを中央に変更した一例を示す概略断面図である。
前記実施例7のショックアブソーバP2の外周に設けたバイパスチューブP28を、本図は、中央に設け、ショックアブソーバP2bのロッド23bに設けた油室に挿入するので、ショックアブソーバP2bの設置制約が緩和されるが、バイパス下P59aの配置が連結カバ16bの中央に限定されるので、油圧回路の配置の自由度が低くなる。
実施例7(図22)では、ばねP13の内径と、ショックアブソーバP2の外径との空間にバイパスチューブP28を設けるので、ショックアブソーバP2の外径の制約となるが、本図のようにバイパスチューブP28bを中央に設けると、ショックアブソーバP2bの有効径が大きくできるので、強い減衰力が発揮できる、コンパクトなセミアクティブサスペンションP1bとなる。
図24は、本発明の請求項1(図1)と請求項5(図19)に対応したアクティブサスペンションAP1を、単輪モデルとして示す図である。
本図は、図1に示す、本発明の請求項1のアクティブサスペンション1に、図19に示す本発明の請求項5のセミアクティブサスペンションP1の油圧制御装置P5の油圧回路を合体したアクティブサスペンションAP1を単輪モデルとして示す図である。
図から分かるように、独立した油圧回路である本発明の請求項1対応の油圧制御装置5と、本発明の請求項5対応の油圧制御装置P5は、互いに干渉することなく、それぞれの油圧回路の構成を維持している。
本図の作用は、アクチュエータ4による車高制御を電磁弁51で油圧回路を切換えて車高の昇降を制御し、ショックアブソーバP2の減衰力の制御を電磁弁P51で制御する。この減衰力の制御は、バイパス下P59に設けた絞り弁P54bによるショックアブソーバP2の減衰力の低減と、車高制御の上昇時と同期することにより、車高の上昇時に発生する作用力を逆止弁P52と絞り弁P54aにより相殺することができる。
本図の構成の説明は、本発明の請求項1対応(図1)の構成と作用(図24)の説明および、本発明の請求項5対応(図19)の油圧制御装置P5の構成と作用(図19)の説明と重複するので省略する。
図25は、図24のアクティブサスペンションの一例を示す、概略構成図である。
本図は、図24のアクティブサスペンションAP1の油圧制御装置5の電磁弁51と、セミアクティブサスペンションの油圧制御装置P5の電磁弁P51を、配置の自由度を高めるためにそれぞれ2分割している。
本図の油圧制御装置5wの油圧回路は図9と、油圧制御装置P5aの油圧回路は図20(A)と同じ油圧回路であるである。
本図の基本的な説明は、本発明の請求項1対応(図1)と、本発明の請求項5対応(図19)と重複するので省略する。また、(図1)の電磁弁の分割例である(図24)と、(図19)の電磁弁の分割例である(図20(A))の機能と作用の説明と重複するので説明を省略する。
本図から分かるように、それぞれの機能を生かしたアクティブサスペンションAP1wは、車高を制御する油圧制御装置5wと、減衰力を制御する油圧制御装置P5aの油圧回路は構造的には互いに干渉しない。
本図のアクティブサスペンションAP1wは、電磁弁51wUと電磁弁51wDにより車高を昇降制御でき、電磁弁P51a2によりショックアブソーバP2の減衰力を絞り弁P54Dのバイパス効果により低減することができ、電磁弁P51a1により、図1で説明した油圧制御装置5wの車高上昇時の車重によるショックアブソーバP2のロッド23に働く前記作用力(As/Aa)Fと、ショックアブソーバP2の絞り弁24の減衰力がばね13の圧縮時に合成する過制動の問題を解消する。この場合、電磁弁51wUと電磁弁P51a1のコイルを並列に接続して同期させることも、制御プログラムにて同期と非同期を適時選択することもできる。
本図は、図20(A)のセミアクティブサスペンションの事例Aと組み合わせているが、他の事例B、C、Dと組み合わせることもできる。
26は、実施例8の、図25のアクティブサスペンションの一例を示す概略断面図である。
本図は、本発明の請求項1(図1)と請求項5(図19)に対応した図24に示すアクティブサスペンションAP1の単軸モデルを、図25に示す電磁弁を2分割した概略構成図のアクティブサスペンションAP1wの、一例を示すアクティブサスペンションAP1wtの概略断面図である。
本図の各構成要素は、車高を制御する油圧制御装置5wtで、連結カバ16tの上部に設けたアキュムレータ3tとアクチュエータ4tを制御し、構造は実施例2(図7)と同じである。油圧制御装置P5tで減衰力を制御する、連結カバ16tの下部に設けたショックアブソーバP2tの構造は、実施例7(図22)と同じである。各油圧制御装置(5wt、P5t)のそれぞれ2個ずつ上下に配置している電磁弁は、実施例4(図11,12)と同じ配置である。
実施例2(図7)では、給電と回り止め用のケーブルベア(登録商標)181を連結カバ16sに設けているが、本図は、アーム上186、アーム下187からなるコンパクトなリンク機構である。
連結カバ16Ptには、アクティブサスペンションAP1wtの油圧制御装置5wtとセミアクティブサスペンションの油圧制御装置P5tの油圧回路である各連通管を、連結カバ16tを油圧マニホールドブロックとして集約形成しているので、管状の油圧配管が不要であり、本図から分かるように、各車軸にて油圧回路を簡素な構造で完結したアクティブサスペンションAP1wtとなる。
これらの油圧回路の概要は、本図の断面(PU-PU)と断面(PD-PD)の断面図である、図27にて説明する。
各構成要素、作用等の説明は、各引用図面の説明と重複するので省略する。
図27は、前記実施例8(図26)の油圧制御装置の水平断面図である。
図26に示すアクティブサスペンションAP1wtの油圧制御装置5wtとセミアクティブサスペンションの油圧制御装置P5tの、本図の上図(PU)は、上部水平断面(PU-PU)であり、本図の下図(PL)は、下部水平断面(PL-PL)の水平断面図である。
図26から分かるように、各断面図の左側はアクティブサスペンションAP1wtの油圧制御装置5wtであり、各断面図の右側は、セミアクティブサスペンションの油圧制御装置P5tの断面図であり、各油圧制御装置(5wt、P5t)は、上下2段に電磁弁を配置している。
本図の各断面図(PU)、(PL)の、左側のアクティブサスペンションの油圧制御装置5wtは、実施例4(図11)の断面図と同じであり、油圧回路の作用等の説明は省略する。同様に、本図の各断面図(PU)、(PL)の、右側のセミアクティブサスペンションの油圧制御装置P5tは、実施例7(図22)の電磁弁を上下2段に配置したもので、油圧回路は図20(A)に示す事例A と同じである。
本図が示すように、連結カバP16tを油圧マニホールドブロックとして、アクティブサスペンションAP1wtの油圧制御装置5wtと、セミアクティブサスペンションの油圧制御装置P5tの油圧回路である各連通管を集約形成しているので、従来の管状の油圧配管が不要であり、各車軸にて油圧回路を簡素な構造で完結したアクティブサスペンションAP1wtとなる。
このように、実施例8は、車高制御を行うアクティブサスペンションと、ショックアブソーバの減衰力を制御するセミアクティブサスペンションの機能を持った、簡素でコンパクトな構造のアクティブサスペンションAP1wtである。
図28は、実施例10の、前記実施例9(図26)とは別の一例を示す、アクティブサスペンションAP1wgの概略断面図である。
本図は、本発明の請求項1(図1)と請求項5(図19)に対応した図24に示すアクティブサスペンションAP1の単軸モデルを、図25に示す電磁弁を2分割した概略構成図のアクティブサスペンションAP1wの、前記実施例9とは別の一例を示すアクティブサスペンションAP1wgの概略断面図である。
本図の各構成要素は、油圧制御装置5wgで制御される、連結カバ16gの上部にアキュムレータ3wg、連結カバ16gの下部のショックアブソーバP2gと、その外周に設けたアクチュエータ4wgは、実施例5(図13)と同じ構造である。
油圧制御装置P5gで制御される、連結カバ16gの下部に設けたショックアブソーバP2gは、実施例8(図23)と同じ構造で、電磁弁は、2個ずつ上下に配置している。
本図のアクチュエータ4wgによる車高制御では、ばねP13gのみが昇降するので、アクティブサスペンションAP1wgの連結カバ16gは、昇降も回転もしない。
従って、本図では、連結カバ16gに設けるトラニオン式の車体連結部上11g(または、クレビス形のP11g)により、前記実施例8(図26)の給電と回り止め用の、アーム上186、アーム下187からなるリンク機構と、電磁弁の可撓性ケーブルが不要となり、アクティブサスペンションAP1wgの全長を短くできるので、各車軸への設置の自由度が高くなる。
図29は、本発明の請求項1と請求項5に対応したアクティブサスペンションの、実施形態の一例を示す概略構成図である。
本図は、FF車(フロントエンジン/フロントドライブ)の車両P9の概略構成図で、図面の上の矢印が進行方向で、前輪を本発明の請求項1と請求項5に対応した、車高制御と減衰力の制御ができるフルアクティブサスペンション(1FLk、1FRk)、後輪を本発明の請求項5に対応した、減衰力の制御ができるセミアクティブサスペンション(P1RL、P1RR)で、各車軸は左右対称である。
FF車は、車体の前部にあるエンジンで前輪を駆動し、駆動輪と操舵輪が同一で、かつボンネット部分で完結するため、室内が広く作れるので、コンパクトカーからミニバンまで広く採用され、現在の主流となっている駆動方式である。
全ての車軸を、前輪と同様の車高制御と減衰力の制御ができるアクティブサスペンションとすることもできるが、制御が複雑になりコストアップとなる。
FF車は、一般的に前後の重量配分は60:40前後が多く、前輪の軸荷重が大きいので、前輪の車高制御だけでも左右、および前後の車高の制御がある程度可能である。
後輪は、空車時は前輪より軸荷重が小さいが、変動要素である積み荷や乗員等の積載荷重の影響が、重心から車軸までの距離が短いので前輪より大きく変化するので、減衰力の制御が重要である。
これらの、FF車の特性とコストパフォーマンスを考慮した概略構成図の一例が、本図(図29)である。
各フルアクティブサスペンション(1FLk、1FRk)と、セミアクティブサスペンション(P1RL、P1RR)は、各実施例に示した様々な構成の組み合わせが可能である。
前輪のアクティブサスペンション(1FLk、1FRk)として、実施例8に示したアクティブサスペンションAP1wtがあり、更に、アクチュエータ4wgを連通カバ16gの下に設けて車体連通部上11の配置を選択できるコンパクトな実施例10がある。
後輪のセミアクティブサスペンション(P1RL、P1RR)として、図21下図に示す事例(D)の油圧制御装置P5Dは、電磁弁P51D1と電磁弁P51D2を励磁すると、1段階の減衰力の制御ができ、更に、電磁弁P51D1を励磁して少しではあるが車高の下降制御、電磁弁P51D2を励磁して少しではあるが車高の上昇制御ができるので、車両P9の前輪による姿勢制御を補完することができる。
各車軸のアクティブサスペンション(1FLk、1FRk、P1RL、P1RR)は、図2、図20、図21等に示す構成と同等で、それぞれショックアブソーバ2、アキュムレータ3、アクチュエータ4、油圧制御装置5と、シフトセンサ71および/または車軸変位センサ72からなる。
本図の中央部の制御装置6kは、入力部(62k~64k)、出力部65kと、それらを制御する制御部61kからなり、入力部(62k~64k)には、各車軸のシフトセンサ71および車軸変位センサ72からの入力と、その他センサ信号(7k、8k)である走行状態判定センサ7kと外部環境判定センサ8kからの入力信号が入力され、制御部61kにて各入出力信号を基に状況を分析、判断して、出力部65kにて出力信号を出力する。
出力部65kは各車軸のアクティブサスペンション(1FLk、1FRk、P1RL、P1RR)の各電磁弁51と各電磁弁P51のコイルに出力として電圧を印加する。
図30は、実施例11の、図29のアクティブサスペンションの、情報処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。
図29に示す本発明のアクティブサスペンションの制御装置6kにて、入力手段である走行状態判定センサ7k、外部環境判定センサ8k等の入力情報を基に、出力手段である各車軸のアクティブサスペンションの電磁弁51、電磁弁P51を制御装置6kで制御する。
具体的には、入力手段の走行状態判定センサ7kの車速センサ等の入力情報により、自車が走行状態であるかを判断する(ステップS510)。
ここで、走行中でないと判断した場合は、全車軸のアクティブサスペンションの電磁弁51kと電磁弁P51を励磁せず、RETURNに進む(ステップS610)。
一方、走行中であると判断した場合は、各車軸のアクティブサスペンションのシフトセンサ71、車軸変位センサ72、加速度センサ等の入力にて、シフト変位、車軸変位、加速度等を測定し、現状の自車の加速度と、各車軸のシフト位置、ばね変位、を測定する(ステップS520)。
前記シフトセンサ71と加速度センサの入力情報により、自車の姿勢と運転状況に適応しているかが分かる。前輪は、シフトセンサ71と車軸変位センサ72より、後輪は、シフトセンサ71の入力情報から、各車軸のばね13kの圧縮寸法を算出し、各車軸のばね定数との積により、その瞬間における各車軸にかかる軸荷重が試算できる。これらの平均値により、乗員、積載物を含む自車の総重量が分かり、慣性等による各車軸へ分配率が刻々と変化するが、それらを斟酌することにより、車体、乗員、積載物の各重心位置を試算する(S530)。
走行状態判定センサ7kの車速センサ、操舵角センサ、加速度センサや、外部環境判定センサ8kの車載カメラ、LIDAR、ミリ波レーダ等の入力情報により、現状、及び今後予想される道路状況と、運転状況の予想を行う(ステップS540)。
この道路状況と運転状況の予想を基に、自車に予想される加速度等を予想し、それに対応した各車軸のアクティブサスペンションの、ロール、ピッチ、ヨー等に最適なシフト変位量(目標値)と、減衰制御の目標値を試算する(ステップS550)。
具体的には、加速度センサにて現状の各加速度を測定し、アクセル開度センサや車速センサ、操舵角センサにて運転状況を判断し、車載カメラ、LIDAR、ミリ波レーダおよび地図情報等により、進行方向の道路状況(カーブ半径、前後の傾斜、片勾配(カント)等)を予想し、遠心力等の加速度を試算し、各車軸のアクティブサスペンションの最適なシフト変位量(目標値)を算出する。
ステップS520での各車軸のアクティブサスペンションのシフトセンサ71にて測定したシフト変位、車軸変位の現状測定値と、ステップS550にて算出した各車軸のアクティブサスペンションの各目標値を比較する(S560)。
ここで、各車軸の前記目標値と現状測定値に、有意差があるか判断し、どの車軸にも有意差がないと判断した場合は、RETURNに進む。
一方、各車軸の前記目標値と現状測定値に、有意差があると判断した場合は、まず前輪に有意差があるかを判断する(S570)。
ここで、前輪に有意差が無いと判断した場合は、ステップS590に進む。
一方、前輪に有意差があると判断した場合は、前輪の車高制御の電磁弁51kと減衰制御の電磁弁P51を前記目標値に近付けるように制御(S580)し、ステップS590に進む。
次に、後輪の各目標値と現状測定値に有意差があるかを判断する(S590)。
ここで、後輪に前記有意差があると判断した場合は、減衰制御や車高制御支援の電磁弁P51を前記目標値に近付けるように制御(S600)し、RETURNに進む。
具体的には、後輪のセミアクティブサスペンション(P1RL、P1RR)として、図21下図に示す事例(D)の油圧制御装置P5Dは、電磁弁P51D1と電磁弁P51D2を同時に励磁すると、1段階の減衰力の制御ができ、更に、電磁弁P51D1を励磁して少しではあるが車高の下降、電磁弁P51D2を励磁して少しではあるが車高の上昇ができるので、車両P9の姿勢制御力を補完することができる。
一方、後輪に前記有意差が無いと判断した場合は、RETURNに進む。
図30に示すフローチャートは、自車の運転中にアクティブサスペンションのサブルーチンとして繰り返し実行される。
以上、本発明の説明の実施例等は、本発明の一例を示すもので本発明を制約するものではなく、当業者により変更および改良ができる。
本発明のアクティブサスペンションは、電磁弁を設けた連結カバを油圧マニホールドブロックとし、車高制御はショックアブソーバの油圧作用を利用するので油圧ポンプとその駆動エネルギが不要である。本発明のセミアクティブサスペンションは、減衰力の制御を簡素な構造にできるので安価で信頼性が高い。両発明は連結カバの共有にて小型に合体できるので設置自由度が高く、自動車等の車両に使用できる。
1 アクティブサスペンション
1FL 1FR 前輪アクティブサスペンション
1RL 1RR 後輪アクティブサスペンション
2 ショックアブソーバ
3 アキュムレータ
4 アクチュエータ
5 油圧制御装置
6 アクティブサスペンションECU
7 走行状態判定センサ
8 外部環境判定センサ
9 車両
10 自車
11 車体連結部上
12 車体連結部下
13 ばね
14 ベアリング
15 上カバ
16 連結カバ
17 下ロッドカバ
18 ガイド
19 可撓性ケーブル
20 (ショックアブソーバ)
21 シリンダ
22 ピストン
23 ロッド
24 絞り弁
25 油室
30 (アキュムレータ)
31 アキュムレータシリンダ
32 フリーピストン
34 ガス室
35 油室
40 (アクチュエータ)
41 シリンダ
42 ピストン
43 ロッド
44 ガス室
45 油室
50 (油圧制御部)
51 電磁弁
52 逆止弁(吐出用)
53 逆止弁(流入用)
54 絞り弁
55 アクチュエータ連通管
56 アキュムレータ連通管
57 ショックアブソーバ連通管
59 電磁弁
60 (アクティブサスペンション制御装置)
61 車両姿勢制御部
62 走行状態判定部
63 外部環境判定部
64 車両姿勢判定部
65 駆動部
70 (走行状態判定センサ)
71 シフトセンサ
72 車輪変位センサ
73 運転モード
74 車速センサ
75 操舵角センサ
76 加速度センサ
80 (外部環境判定センサ)
81 車載カメラ
82 LIDAR
83 ミリ波レーダ
90 (車両)
91 車体
92 車輪
92FL 92FR 前輪
92RL 92RR 後輪
141 インシュレータ
181 ケーブルベア(登録商標)
183 ガイド支柱
184 ガイド
186 アーム上
187 アーム下
511 スプール
512 ばね
513 コイル
514 可動鉄心
517 ダイオード
651 スイッチ
P1 セミアクティブサスペンション
P2 ショックアブソーバ
P3 アキュムレータ
P5 油圧制御装置
P6 制御装置
P15 上カバ
P16 連結カバ
P17 下ロッドカバ
P21 シリンダ
P22 ピストン
P23 ロッド
P24 絞り弁
P26 連通孔
P25 油室
P26 連通孔
P27 バイパスチューブ
P28 バイパス油室
P31 アキュムレータシリンダ
P32 フリーピストン
P34 ガス室
P35 油室
P51 電磁弁
P511 スプール
P512 ばね
P513 コイル
P514 可動鉄心
P517 ダイオード
P52 逆止弁(上部吐出用)
P53 逆止弁(上部流入用)
P54 絞り弁
P58 バイパス上
P59 バイパス下

Claims (5)

  1. ショックアブソーバとばねで構成するサスペンションをアクチュエータ(例えば、油圧シリンダ)で車高を制御する出力手段を各車軸に設けたアクティブサスペンションにおいて、
    前記ショックアブソーバのロッドの往復動による油量調整のアキュムレータを分離し、
    前記ショックアブソーバと前記アクチュエータを連結する連結カバと、
    前記アキュムレータと電磁弁に連通するアキュムレータ連通管と、
    前記ショックアブソーバと電磁弁に逆止弁を介して順方向と逆方向に連通するショックアブソーバ連通管と、
    前記アクチュエータと電磁弁に連通するアクチュエータ連通管と、
    前記すべての連通管を開閉制御する前記電磁弁とで構成する出力手段を各車軸に設け、前記アクティブサスペンションの制御装置にて前記電磁弁を制御して、前記各車軸の車高を制御することを特徴とする車両用アクティブサスペンション装置。
  2. 前記電磁弁を前記連結カバに設置し、前記ショックアブソーバ連通管と、前記アクチュエータ連通管と、前記アキュムレータ連通管とを前記連結カバの内部に形成することを特徴とする請求項1に記載の車両用アクティブサスペンション装置。
  3. 各車軸の前記電磁弁の両方のコイル(またはピエゾ素子)を並列に配線し、前記配線に設けたダイオードにより、前記配線の一方に正圧を印加した場合には、一方のコイルのみが作動し、前記配線の他方に正圧を印加した場合には、他方のコイルのみが作動する回路とし、前記配線に印加する電圧の正圧と負圧を切り替えて前記電磁弁を制御することを特徴とする請求項1または2に記載の車両用アクティブサスペンション装置。
  4. 各車軸の前記アクティブサスペンションの前記電磁弁の、車高上昇用のコイル(U)の励磁時に、前記ばねの伸長時は励磁を停止し、車高下降用のコイル(D)の励磁時に、前記ばねの圧縮時は励磁を停止することを特徴とする請求項1または2に記載の車両用アクティブサスペンション装置。
  5. ショックアブソーバとばねで構成するサスペンションの減衰力を変化させるセミアクティブサスペンションにおいて、
    前記ショックアブソーバのロッドの往復動による油量調整のアキュムレータを分離し、
    前記ショックアブソーバの上に設けた前記アキュムレータを連結する連結カバと、
    前記ショックアブソーバと前記アキュムレータに連通するアキュムレータ連通管と、
    前記ショックアブソーバの上部と下部を、直接または逆止弁を介して連通するバイパスと、
    前記バイパスを開閉制御および/または流量制御する電磁弁と、で構成し、
    前記電磁弁を前記連結カバに設置し、前記アキュムレータ連通管と、前記バイパスの上部を、前記連結カバの内部に形成したセミアクティブサスペンションを各車軸に設け、前記セミアクティブサスペンションの制御装置にて前記電磁弁を制御し、前記ショックアブソーバの減衰力を制御することを特徴とする車両用セミアクティブサスペンション装置。
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