JP7381650B2 - コンパクトで高速かつ強力な油圧アクチュエータのノイズ制御システムおよび方法 - Google Patents
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Description
パワーを貯蔵、変換、および/または移送するために流体を利用する油圧システムは、大規模化学プラントから自動車まで、様々な産業および用途にわたって利用されている。油圧システムは、一般に、例えば、ポンプ、弁、様々なリザーバ、タンク、または流体チャンバ、フィルタ、膜、負荷材料等など、様々な構成要素を含む。油圧システムの各構成要素は、様々な直径および形状のパイプ、チューブ、ニップル、ホース、チャネル、その他などの流れ結合要素によって接続されてもよい。特に、1つまたは複数の油圧アクチュエータを組み込んだ油圧システムが、自動車用途を含む様々な用途で使用するために研究されてきた。
発明者らは、油圧システムの実際の使用は、最大許容ノイズ仕様、スペースの制約、パワーまたは力の要求、および応答時間要件など、いくつかの用途依存の考慮事項によって左右され得ることを認識している。多くの場合、これらの考慮事項はトレードオフを呈し得る。例えば、吸音材などの構成要素を追加することは、音響ノイズを軽減するのに役立ち得るが、システムに嵩を増しおよび/または応答時間を増加させる可能性があり、それによりスペースが非常に限られおよび/または非常に速い応答時間が望まれる特定の用途を排除する。したがって、本発明者らは、例えば自動車のサスペンション用途での使用を可能にする十分な応答時間およびコンパクトさを有する一方でノイズを制限する働きをする油圧構成要素の配置を有する油圧システムに対する技術的必要性を認識した。
本明細書に開示されているのは、1つまたは複数の油圧アクチュエータを利用する様々な方法およびシステムである。そのような油圧システムは、例えば理想的にはコンパクトなパッケージング、速い応答時間、および低ノイズ動作を要求する自動車のアクティブサスペンションシステムにおいて利用されてきた。本発明者らは、一体型油圧システムにおける油圧構成要素の相対配置のわずかな変化でさえも、システム全体の動作特性(例えば、ノイズ、応答時間)およびパッケージング要件に重大な影響を及ぼす可能性があることを発見した。本明細書では、コンパクトなパッケージング、速い応答時間、および低ノイズ動作の組み合わせが達成され得るように、油圧構成要素および油圧システムにおける前記油圧構成要素の特定の配置に関して多くの発見が記載されている。これらの発見は、例えば、油圧システム内の異なる部分に配置された様々な種類のアキュムレータの組み込み、ならびに例えば油圧システムの相対インピーダンス、イナータンス、および/または様々な流路の長さの正確な調整を含む。
記載を明確にするために、本明細書の様々な概略図および略図における流体通路は、近似的なモデリングおよび設計のためにそれから流体イナータンスを合理的に予測することができる所与の長さおよび断面を有する単純な流路として時に表される。さらに、本明細書に記載の様々な油圧システムを評価する際に、油圧システムの様々な流路は、個々の慣性要素とコンプライアンス要素との相互接続された組み合わせとして扱われてもよい。例えば、図19aの単純な油圧システムは、コンプライアンス要素が斜めのハッチングマークで描かれ、慣性要素が水平のハッチングマークで描かれている図23に示すような要素の組み合わせと考えることができる。さらに、当業者によって理解され得るように、慣性要素は、質量および関連する圧力領域によって記載され得、コンプライアント要素は、体積および関連する剛性によって記載され得る。本明細書に記載された様々な追加の実施形態を記載する図23に示された理論モデルに対する修正は、既知の流体力学的原理と経験的試験との組み合わせに基づいてもよい。
Claims (27)
- 圧縮チャンバおよび伸長チャンバを少なくとも部分的に画定するアクチュエータハウジングを備える油圧アクチュエータと
ポンプと、
第1の障壁によって、第1の閉じ込めチャンバと、第1の作動チャンバとに分割される第1の内部容積を画定する伸長側アキュムレータハウジングを備える伸長側アキュムレータと
を備え、
前記第1の作動チャンバは、第1のイナータンスを有する伸長側第1流路によって前記ポンプに流体的に結合され、
前記第1の作動チャンバは、第2のイナータンスを有する伸長側第2流路によって前記伸長チャンバに流体的に結合され、
前記第1のイナータンスは前記第2のイナータンスよりも少なくとも5倍であり、
前記伸長側第1流路が第1の長さを有し、前記伸長側第2流路が第2の長さを有し、前記第1の長さは前記第2の長さよりも長い(例えば、少なくとも2倍、少なくとも5倍、50倍以下)、
油圧装置。 - 圧縮チャンバおよび伸長チャンバを少なくとも部分的に画定するアクチュエータハウジングを備える油圧アクチュエータと
ポンプと、
第1の障壁によって、第1の閉じ込めチャンバと、第1の作動チャンバとに分割される第1の内部容積を画定する伸長側アキュムレータハウジングを備える伸長側アキュムレータと
を備え、
前記第1の作動チャンバは、第1のイナータンスを有する伸長側第1流路によって前記ポンプに流体的に結合され、
前記第1の作動チャンバは、第2のイナータンスを有する伸長側第2流路によって前記伸長チャンバに流体的に結合され、
前記第1のイナータンスは前記第2のイナータンスの少なくとも5倍であり、
前記伸長側第1流路が第1の断面積を有する第1の部分を含み、前記伸長側第2流路が第2の断面積を有する第2の部分を含み、ここで、
前記第2の断面積は前記第1の断面積よりも大きい(例えば、少なくとも2倍、少なくとも5倍、および/または100倍未満)、
油圧装置。 - 第1の伝達関数の第1のTFmagが、第1の周波数において第1の大域的最大値および第1の局所的最大値の少なくとも一方を有し、第2の伝達関数の第2のTFmagが、第2の周波数において第2の大域的最大値および第2の局所的最大値の少なくとも一方を有し、ここで、
前記第1の伝達関数は第1の地点における圧力と第2の地点における圧力との間の第1の関係を表し、
前記第2の伝達関数は前記第2の地点における圧力と第3の地点における圧力との間の第2の関係を表し、
前記第1の地点は前記ポンプ、前記ポンプのポート、および前記伸長側第1流路のうちの1つに位置し、
前記第2の地点は前記伸長側アキュムレータの前記第1の内部容積内に位置し、
前記第3の地点は前記アクチュエータの前記伸長チャンバ内に位置する、
請求項1または2に記載の油圧装置。 - 第1の伝達関数の第1のTFphが第1の周波数で±90°に等しく、第2の伝達関数の第2のTFphが第2の周波数で±90°に等しく、ここで、
前記第1の伝達関数は第1の地点における圧力と第2の地点における圧力との間の第1の関係を表し、
前記第2の伝達関数は前記第2の地点における圧力と第3の地点における圧力との間の第2の関係を表し、
前記第1の地点は、前記ポンプ、前記ポンプのポート、および前記伸長側第1流路のうちの1つに位置し、
前記第2の地点は前記伸長側アキュムレータの前記第1の内部容積内(例えば、前記第1の作動チャンバの内部)に位置し、
前記第3の地点は前記アクチュエータの前記伸長チャンバ内に位置する、
請求項1または2に記載の油圧装置。 - 前記第2の周波数が前記第1の周波数よりも高い、請求項3または4に記載の油圧装置。
- 前記第2の周波数が前記第1の周波数の少なくとも5倍または少なくとも20倍に等しい、請求項5に記載の油圧装置。
- 前記第2の周波数が前記第1の周波数よりも100倍未満高い、請求項6に記載の油圧装置。
- 前記第1の周波数が第1の下限より高くおよび第1の上限より低く、前記第1の下限は0Hz、2Hz、5Hz、または10Hzのうちの1つであり、前記第1の上限は100Hz、80Hz、60Hz、50Hz、30Hz、20Hz、または15Hzのうちの1つである、請求項3ないし7のいずれか一項に記載の油圧装置。
- 前記第2の周波数が第2の下限よりも高くおよび第2の上限よりも低く、前記第2の下限は100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、または500Hzのうちの1つであり、前記第2の上限は800Hz、1000Hz、または1500Hzのうちの1つである、請求項3ないし7のいずれか一項に記載の油圧装置。
- 前記ポンプが伸長流路によって前記アクチュエータの前記伸長チャンバに流体的に結合される、請求項1ないし9のいずれか一項に記載の油圧装置。
- 前記伸長側第2流路が伸長流路の長さ未満である第2の長さを有する、請求項10に記載の油圧装置。
- 前記伸長側第1流路が前記伸長流路の前記長さ未満である第1の長さを有する、請求項10に記載の油圧装置。
- 前記第1の長さと前記第2の長さの合計が前記伸長流路の前記長さ未満である、請求項11または12に記載の油圧装置。
- 前記伸長側アキュムレータが、
前記伸長側アキュムレータハウジングを貫通する第1の開口と、
前記伸長側アキュムレータハウジングを貫通する第2の開口と、
前記第1の開口を前記第2の開口に流体的に結合する内部流路であって、前記第1の作動チャンバ内に完全に含まれる内部流路とを備え、
前記伸長流路が前記内部流路の少なくとも一部または全部を含む、
請求項10ないし13のいずれか一項に記載の油圧装置。 - 前記伸長側アキュムレータが、
第1のチューブを備え、前記第1のチューブは、
第1のチューブ壁を備え、前記第1のチューブ壁は、
第1の外面と、
第1のボアを画定する第1の内面とを備え、前記第1の外面の少なくとも第1の部分は前記伸長側アキュムレータの前記第1の作動チャンバ内の流体にさらされる、
請求項1ないし14のいずれか一項に記載の油圧装置。 - 前記伸長側アキュムレータが、
第2のチューブを備え、前記第2のチューブは、
第2のチューブ壁を備え、前記第2のチューブ壁は、
第2の外面と、
第2のボアを画定する第2の内面とを備え、前記第2の外面の少なくとも第2の部分は前記伸長側アキュムレータの前記第1の作動チャンバ内の流体にさらされる、
請求項15に記載の油圧装置。 - 前記第2のボアの第2の断面積が、前記第1のボアの第1の断面積よりも大きい(例えば、少なくとも2倍、少なくとも5倍、および/または100倍未満)、請求項16に記載の油圧装置。
- 前記伸長側アキュムレータが2型アキュムレータである、請求項1ないし17のいずれか一項に記載の油圧装置。
- 前記ポンプを前記伸長チャンバに流体的に結合する伸長流路と、
第2の障壁(例えば可動障壁)によって、第2の閉じ込めチャンバ(例えば、圧縮性流体(例えばガス)を含有するチャンバ)と、第2の作動チャンバとに分割される第2の内部容積を画定する伸長側アキュムレータハウジングを備える伸長側アキュムレータと
をさらに備え、
前記第2の作動チャンバが、伸長側第1流路を介して前記ポンプに流体的に結合され、
前記第2の作動チャンバが、伸長側第2流路を介して前記伸長チャンバに流体的に結合される、
請求項1ないし18のいずれか一項に記載の油圧装置。 - 前記伸長側アキュムレータが第2の剛性を有し、前記伸長側アキュムレータが第1の剛性を有し、前記第2の剛性は前記第1の剛性よりも高い、請求項19に記載の油圧装置。
- 前記伸長側アキュムレータが、前記第2の作動チャンバを前記伸長流路に流体的に結合する円筒形首部をさらに備える、請求項19または20に記載の油圧装置。
- 前記第2の障壁が、前記作動チャンバ内の流体にさらされる第1の表面を備え、前記首部の断面積が前記第1の表面の表面積より小さい、請求項21に記載の油圧装置。
- 前記伸長側第1流路が第3の長さを有し、前記伸長側第2流路が第4の長さを有し、前記第3の長さは前記第4の長さ未満である、請求項21または22に記載の油圧装置。
- 前記伸長側アキュムレータが2型アキュムレータである、請求項19に記載の油圧装置。
- 前記伸長側第1流路が第3の長さを有し、前記伸長側第2流路が第4の長さを有し、前記第3の長さは前記第4の長さより長い、請求項24に記載の油圧装置。
- 前記第1の内部容積が前記第2の内部容積よりも大きい、請求項19に記載の油圧装置。
- 第3の伝達関数の第3のTFmagが、第3の周波数において大域的最大値および局所的最大値の少なくとも一方を有し、ここで、
前記第3の圧力/圧力伝達関数が第4の地点の圧力と第5の地点の圧力との間の第3の関係を表し、
前記第4の地点は前記ポンプおよび前記伸長側第1流路のうちの1つに位置し、
前記第5の地点は前記第2の内部容積内(例えば、前記第2の作動チャンバの内部または前記第2の閉じ込めチャンバの内部)に位置する、
請求項19に記載の油圧装置。
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