WO2016024539A1 - サスペンション装置 - Google Patents

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WO2016024539A1
WO2016024539A1 PCT/JP2015/072489 JP2015072489W WO2016024539A1 WO 2016024539 A1 WO2016024539 A1 WO 2016024539A1 JP 2015072489 W JP2015072489 W JP 2015072489W WO 2016024539 A1 WO2016024539 A1 WO 2016024539A1
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side chamber
damper
balance
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栗田 典彦
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Kyb株式会社
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    • B62K25/08Axle suspensions for mounting axles resiliently on cycle frame or fork with telescopic fork, e.g. including auxiliary rocking arms for front wheel

Definitions

  • the present invention relates to a suspension device.
  • Examples of the suspension device interposed between the vehicle body and the wheel of the vehicle include an outer tube, an inner tube that is slidably inserted into the outer tube, and an inner tube and an outer tube.
  • a coil spring is interposed between the inner tube and the outer tube of the front fork.
  • the coil spring elastically supports the vehicle body as a suspension spring, and urges the front fork in the extending direction.
  • the suspension spring is an essential component for supporting the vehicle body.
  • JP2010-164167A has proposed a front fork that uses an air spring instead of a coil spring as a suspension spring in order to reduce the vehicle weight.
  • the air spring is formed by sealing a gas having a predetermined pressure in the air chamber, with a space formed by the inner tube and the outer tube as an air chamber.
  • the air spring exerts an urging force corresponding to the air pressure in the air chamber even when the front fork is extended most.
  • the suspension spring is a coil spring
  • the coil spring when the front fork is in the most extended state, the coil spring is placed in a natural length or a state close to it, so that it does not exert much elasticity.
  • the air spring since the air spring supports the weight of the vehicle body, the air pressure in the air chamber is set high, and exhibits a large elasticity in the extending direction even when the front fork is in the most extended state.
  • the front fork using the air spring as a suspension spring further includes a coil spring called a balance spring.
  • the balance spring is provided to cancel the elastic force of the air spring when the front fork is extended most. Specifically, the balance spring exerts a resilience against the resilience of the air spring within a predetermined stroke range from the state in which the front fork is most extended.
  • the provision of the balance spring can improve the riding comfort in the vehicle.
  • weight reduction is achieved by using an air spring as the suspension spring, the weight is increased by providing the balance spring, and thus the effect of weight reduction is reduced.
  • An object of the present invention is to provide a suspension device having a high weight reduction effect.
  • a damper having an extension side chamber and a compression side chamber, an air spring that exerts an elastic force in a direction in which the damper is extended, and a damper that adjusts the pressures of the extension side chamber and the compression side chamber independently.
  • a control unit that controls the force exerted by the suspension, and the control unit provides a suspension device that causes the damper to exert a balance force that opposes the elastic force of the air spring within a predetermined stroke range of the air spring.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a suspension device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the damper.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure in the control unit of the suspension device according to the embodiment of the present invention.
  • the suspension device 1 includes a damper D having an extension side chamber R1 and a compression side chamber R2, an air spring A that exerts a resilient force in a direction in which the damper D is extended, and an extension side chamber R1. And a control unit C that controls the force exerted by the damper D by independently adjusting the pressure in the compression side chamber R2.
  • the damper D is interposed between the sprung member B and the unsprung member W in the vehicle, and exhibits a damping force to suppress vibrations of the sprung member B and the unsprung member W.
  • the damper D includes a cylinder 11, a piston 12 that is slidably inserted into the cylinder 11, and a piston rod 13 that is movably inserted into the cylinder 11 and coupled to the piston 12.
  • the expansion side pressure control valve 16 that is an electromagnetic valve provided in the middle of the expansion side pressure control passage 14, the pressure side pressure control valve 17 that is an electromagnetic valve provided in the middle of the pressure side pressure control passage 15, and fluid are stored.
  • An extension side suction passage 18 that connects the reservoir R, the extension side chamber R1 and the reservoir R, a pressure side suction passage 19 that connects the compression side chamber R2 and the reservoir R, and an extension side suction passage 18 are provided in the middle.
  • An extension side check valve 20 that allows only the flow of fluid from the reservoir R to the extension side chamber R1, and a pressure side check that is provided in the middle of the pressure side suction passage 19 and allows only the flow of fluid from the reservoir R to the pressure side chamber R2.
  • a valve 21 an extension side control passage check valve 24 that is provided in the middle of the extension side pressure control passage 14 and allows only the flow of fluid from the extension side pressure control valve 16 toward the reservoir R, and a portion of the pressure side pressure control passage 15.
  • a pressure-side control passage check valve 25 that allows only the flow of fluid from the pressure-side pressure control valve 17 toward the reservoir R.
  • hydraulic oil, water, aqueous solution, and gas can be used as the fluid.
  • the pressure in the extension side chamber R1 compressed by the piston 12 rises, and the fluid moves from the extension side chamber R1 to the pressure side chamber R2 through the extension side pressure control valve 16,
  • the fluid corresponding to the volume of the piston rod 13 that retreats from 11 is supplied from the reservoir R to the pressure side chamber R2 through the pressure side check valve 21.
  • the pressure in the expansion side chamber R ⁇ b> 1 is controlled by the valve opening pressure of the expansion side pressure control valve 16.
  • the valve opening pressure of the expansion side pressure control valve 16 is adjusted by controlling the current supplied to the expansion side pressure control valve 16. Therefore, the damping force during the extension stroke of the damper D can be controlled by adjusting the valve opening pressure of the extension side pressure control valve 16.
  • the pressure in the pressure side chamber R2 compressed by the piston 12 rises, and the fluid moves from the pressure side chamber R2 to the expansion side chamber R1 through the pressure side pressure control valve 17, and the cylinder 11
  • the fluid corresponding to the volume of the piston rod 13 that enters is stored in the reservoir R.
  • the pressure in the pressure side chamber R ⁇ b> 2 is controlled by the valve opening pressure of the pressure side pressure control valve 17.
  • the valve opening pressure of the pressure side pressure control valve 17 is adjusted by controlling the current supplied to the pressure side pressure control valve 17. Therefore, the damping force during the contraction stroke of the damper D can be controlled by adjusting the valve opening pressure of the pressure side pressure control valve 17.
  • a cylindrical air piston 22 is provided on the outer periphery of the cylinder 11 of the damper D.
  • the upper end of the air piston 22 is closed, and a part of the extension side pressure control passage 14 is formed by a gap between the cylinder 11 and the air piston 22.
  • a cylindrical air chamber 23 into which an air piston 22 is slidably inserted is provided at the upper end of the piston rod 13 in FIG.
  • a space formed between the air chamber 23 and the air piston 22 is filled with a gas having a predetermined pressure when the damper D is most extended.
  • This space forms an air chamber G in the air spring A.
  • the air spring A is integrated with the damper D.
  • the air spring A always exerts a resilient force acting in a direction in which the damper D is extended, and biases the damper D.
  • the resilience of the air spring A also changes.
  • the circuit configuration of the above-described damper D is an example and is not limited to this. Any circuit configuration may be used as long as the pressure in the expansion side chamber R1 can be controlled by the expansion side pressure control valve 16 and the pressure in the pressure side chamber R2 can be controlled by the pressure side pressure control valve 17.
  • the control unit C includes an extension pressure sensor 2 that detects the pressure of the extension side chamber R1 of the damper D, a pressure side pressure sensor 3 that detects the pressure of the compression side chamber R2 of the damper D, Stroke sensor 4 for detecting the stroke displacement of damper D, acceleration sensor 5 for detecting the vertical acceleration of sprung member B, and extension side chamber R1 required for suppressing vibration of sprung member B of the vehicle
  • the vibration suppression pressure calculation unit 31 for obtaining the vibration suppression pressures Pse and Psc which are the pressures of the compression side chamber R2, and the extension side chamber required for causing the damper D to exert a balance force against the elastic force of the air spring
  • a R1 or balance pressure calculating unit 32 for obtaining the balance pressure Pb which is the pressure of the compression side chamber R2, the vibration suppression pressure Pse, the target pressure Psc and balance pressure Pb Tokara expansion side chamber R1 and the compression side chamber R2 Pe *
  • a target pressure calculating section 33 for obtaining the Pc *
  • the extension side pressure sensor 2 is provided closer to the extension side chamber R1 than the extension side pressure control valve 16 of the extension side pressure control passage 14, and detects the pressure in the extension side chamber R1.
  • the pressure side pressure sensor 3 is provided closer to the pressure side chamber R2 than the pressure side pressure control valve 17 of the pressure side pressure control passage 15, and detects the pressure in the pressure side chamber R2.
  • the installation locations of the extension side pressure sensor 2 and the compression side pressure sensor 3 are not limited to the above positions, and may be directly attached to the cylinder 11 to detect the pressures in the extension side chamber R1 and the compression side chamber R2.
  • the stroke sensor 4 is arranged in parallel with the damper D and interposed between the sprung member B and the unsprung member W, and detects the stroke displacement of the damper D.
  • the stroke sensor 4 may be integrated with the damper D.
  • the acceleration sensor 5 is attached to the sprung member B and detects the acceleration in the vertical direction of the sprung member B.
  • the vibration suppression pressure calculation unit 31 obtains vibration suppression pressures Pse and Psc, which are pressures in the extension side chamber R1 and the pressure side chamber R2, which are necessary for suppressing the vibration of the sprung member B of the vehicle. Specifically, skyhook control is applied to suppress the vibration of the sprung member B.
  • the vibration suppression pressure calculation unit 31 integrates the vertical acceleration of the sprung member B detected by the acceleration sensor 5 to obtain the vertical speed V of the sprung member B, and the skyhook damping coefficient Csky is added to this speed V. To obtain the damping force Fsky that the damper D should generate in order to suppress the vibration of the sprung member B. Further, the vibration suppression pressure calculation unit 31 obtains the vibration suppression pressures Pse and Psc from the damping force Fsky.
  • the pressure receiving area on the pressure side chamber R2 side of the piston 12 is Ac
  • the pressure required in the pressure side chamber R2 is the damping force / pressure receiving area ( ⁇ Fsky / Ac)
  • the extension side chamber The pressure of R1 becomes zero.
  • the vibration suppression pressure calculation unit 31 calculates the vibration suppression pressure in accordance with the skyhook control law, but may determine the vibration suppression pressure in accordance with a control law other than the skyhook control law.
  • the balance pressure calculation unit 32 obtains a balance pressure Pb that is a pressure in the extension side chamber R1 or the pressure side chamber R2 that is required to cause the damper D to exert a balance force Fb that opposes the elastic force of the air spring A.
  • the balance force Fb is a force that opposes the elastic force exerted in a predetermined stroke range from the state in which the air spring A is most extended, and the characteristic of the elastic force acting in the extension direction of the damper D is the stroke amount of the damper D. This is the force necessary to achieve a characteristic proportional to The balance force Fb is exhibited only in a predetermined stroke range from the state where the damper D is most extended.
  • the balance pressure calculation unit 32 is necessary to exert the balance force Fb in a stroke range in which the balance force Fb needs to be exhibited by the damper D according to the stroke of the damper D detected by the stroke sensor 4.
  • the balance pressures Pbe and Pbc are obtained, and the balance pressures Pbe and Pbc are set to 0 in the stroke range where the generation of the balance force Fb is unnecessary.
  • Fb Kb (Xb ⁇ )
  • the spring constant of the virtual balance spring Kb
  • the expansion / contraction length of the virtual balance spring Xb
  • the stroke displacement from the maximum extension of the damper D is Xs. Xs).
  • the relationship between the volume change of the air spring A accompanying the expansion and contraction of the damper D and the pressure inside the air spring A will be considered.
  • the internal pressure of the air spring A when the air spring A is extended to the maximum is Pa 0
  • the volume of the air spring A when the air spring A is extended to the maximum is V 0
  • the displacement area of the air piston 22 due to the expansion and contraction of the air spring A Is S 0
  • the pressure of the air spring A after the volume change is Pa 1
  • the stroke displacement from when the damper D is most extended is Xs
  • the internal pressure Pa 0 of the air spring A when the damper D is most expanded is expressed by the following equation (4) ).
  • the internal pressure Pa 0 of the air spring A is determined by the ideal spring constant Kr of the suspension spring, the expansion / contraction length Xb of the virtual balance spring, the volume V 0 of the air spring A, and the displacement area S 0 of the air piston 22. Is done.
  • Equation (5) the desired spring constant Kb of the virtual balance spring can be obtained from Equation (5) below.
  • the spring constant Kb of the virtual balance spring can be set in advance.
  • Fb 0.
  • the damper D When an external force is applied to the damper D in the direction in which the damper D is extended, the damper D outputs a reaction force that suppresses the extension by the pressure of the extension side chamber R1, and in such a case, the balance pressure Pb is increased. It is calculated
  • the virtual balance spring always exerts a force in a direction in which the damper D is contracted, and when an external force is applied to the damper D in a direction in which the damper D contracts, the damper D contracts with the pressure of the compression side chamber R2.
  • the reaction force that suppresses is output.
  • the balance pressure Pb is calculated
  • the target pressure calculation unit 33 obtains target pressures Pe * and Pc * for the extension side chamber R1 and the pressure side chamber R2 from the vibration suppression pressures Pse and Psc and the balance pressure Pb. Specifically, when the damper D is extended, the target pressure Pe * of the extension side chamber R1 is obtained by adding the balance pressure Pb obtained by the balance pressure calculation unit 32 to the vibration suppression pressure Pse. When the target pressure Pe * ⁇ 0, the target pressure Pe * is set to 0. When the damper D is extended, the pressure in the compression side chamber R2 cannot be reduced to 0 or less, so the target pressure Pc * is 0.
  • the balance pressure Pb obtained by the balance pressure calculation unit 32 is subtracted from the vibration suppression pressure Psc to obtain the target pressure Pc * of the pressure side chamber R2.
  • the target pressure Pc * is set to 0.
  • the pressure in the extension side chamber R1 is 0, so the target pressure Pe * is 0.
  • the expansion side deviation calculation unit 34 subtracts the pressure Pe detected by the expansion side pressure sensor 2 from the target pressure Pe * of the expansion side chamber R1 obtained by the target pressure calculation unit 33 to obtain the deviation ⁇ e, and then the expansion side compensation unit 35 Output to.
  • the extension side compensation unit 35 obtains a current command Ie * from the deviation ⁇ e obtained by the extension side deviation calculation unit 34. Specifically, the extension side compensation unit 35 obtains the current command Ie * by adding the result obtained by multiplying the deviation ⁇ e by the proportional gain and the result obtained by multiplying the value obtained by integrating the deviation ⁇ e by the integral gain. . That is, the extension side compensation unit 35 is a proportional-integral compensator that performs a proportional-integral operation on the deviation ⁇ e.
  • the extension-side compensation unit 35 may be a proportional-integral-derivative compensator that performs a differential operation in addition to the proportional-integral operation.
  • the pressure side deviation calculating unit 36 subtracts the pressure Pc detected by the pressure side pressure sensor 3 from the target pressure Pc * of the pressure side chamber R1 obtained by the target pressure calculating unit 33 to obtain the deviation ⁇ c, and inputs it to the pressure side compensating unit 37. To do.
  • the compression side compensation unit 37 obtains a current command Ic * from the deviation ⁇ c obtained by the compression side deviation calculation unit 36. Specifically, the compression side compensation unit 37 obtains the current command Ic * by adding the result obtained by multiplying the deviation ⁇ c by the proportional gain and the result obtained by multiplying the value obtained by integrating the deviation ⁇ c by the integral gain. That is, the compression side compensation unit 37 is also a proportional integration compensator that performs a proportional integration operation with respect to the deviation ⁇ c, similarly to the expansion side compensation unit 35.
  • the compression-side compensation unit 37 may be a proportional-integral-derivative compensator that performs a differential operation in addition to the proportional-integral operation.
  • the extension side driver 38 includes a PWM drive circuit and a current loop (not shown), detects the current flowing through the solenoid of the extension side pressure control valve 16, and feeds back the current in response to the current command Ie * . Is controlled so that the current flowing through the current becomes the current command Ie * .
  • the pressure side driver 39 includes a PWM drive circuit and a current loop (not shown), detects a current flowing through the solenoid of the pressure side pressure control valve 17, feeds back the current with respect to the current command Ic * , and flows through the solenoid. Control is performed so that the current is in accordance with the current command Ic * .
  • the control unit C takes in the vertical acceleration of the sprung member B detected by the acceleration sensor 5 and obtains the vertical velocity V of the sprung member B (step 101). Subsequently, the control unit C obtains vibration suppression pressures Pse and Psc from the obtained velocity V (step 102). Next, the control unit C takes in the stroke displacement Xs of the damper D detected by the stroke sensor 4 (step 103). Next, the control part C calculates
  • control unit C obtains the target pressures Pe * and Pc * of the extension side chamber R1 and the compression side chamber R2 from the vibration suppression pressures Pse and Psc and the balance pressure Pb, respectively (step 105).
  • control unit C obtains deviations ⁇ e and ⁇ c by subtracting the pressure Pe detected by the extension side pressure sensor 2 from the target pressures Pe * and Pc * (step 106).
  • controller C obtains current commands Ie * and Ic * from the deviations ⁇ e and ⁇ c (step 107).
  • the controller C supplies current to the solenoids of the expansion side pressure control valve 16 and the pressure side pressure control valve 17 in accordance with the current commands Ie * and Ic * (step 108).
  • the controller C controls the force exerted by the damper D by repeatedly executing the series of processes described above.
  • the flowchart shown in FIG. 3 shows an example of processing in the control unit C, and the processing of the control unit C is not limited to the processing shown in the flowchart.
  • control unit C determines from the pressures Pe and Pc, the stroke displacement Xs detected by the extension side pressure sensor 2, the pressure side pressure sensor 3, the stroke sensor 4 and the acceleration sensor 5, and the vertical acceleration of the sprung member B.
  • the current commands Ie * and Ic * are obtained, and the current commands Ie * and Ic * are output to the solenoids of the expansion side pressure control valve 16 and the pressure side pressure control valve 17, respectively.
  • an A / D converter for taking in signals output from the expansion side pressure sensor 2, the compression side pressure sensor 3, the stroke sensor 4 and the acceleration sensor 5, and necessary for executing the above control
  • a storage device such as a ROM (Read Only Memory) in which various programs are stored, an arithmetic device such as a CPU (Central Processing Unit) that executes processing based on the program, and a RAM (Random Access Memory) that provides a storage area to the CPU ) And other storage devices. Processing in each unit of the control unit C is realized by the CPU executing a program. Note that the control unit C may be integrated with a host control device.
  • the target pressures Pe * and Pc * of the extension side chamber R1 and the compression side chamber R2 are obtained from the vibration suppression pressures Pse and Psc and the balance pressure Pb. For this reason, in addition to the force required to suppress the vibration of the sprung member B, the damper D exerts a balance force Fb that counters the elastic force exerted by the air spring A in a predetermined stroke range. Can do.
  • the balance force Fb to be exerted by the balance spring can be virtually applied to the damper D without actually incorporating the balance spring that exerts a force against the air spring A into the damper D. It can be demonstrated.
  • the suspension device 1 of the present invention even when an air spring is used as the suspension spring, the riding comfort in the vehicle can be improved without using a balance spring, and the weight of the suspension device as a whole. Can be reduced, and a high weight reduction effect can be obtained.
  • the damper D includes a cylinder 11, a piston 12 that is slidably inserted into the cylinder 11 and divides the cylinder 11 into an extension side chamber R ⁇ b> 1 and a pressure side chamber R ⁇ b> 2, and is inserted into the cylinder 11 to the piston 12.
  • the piston rod 13 connected, the expansion side pressure control valve 16 which controls the pressure of the expansion side chamber R1, and the pressure side pressure control valve 17 which controls the pressure of the pressure side chamber R2 are provided.
  • the air spring A is formed by an air chamber 23 provided on the piston rod 13 and an air piston 22 provided on the cylinder 11.
  • the suspension device 1 has an air tube 23 as an outer tube and an air piston 22 as an inner tube that is slidably inserted into the outer tube, and the damper D is housed in the outer tube and the inner tube in an upright or inverted manner. It may be a fork.
  • the damper D is an inverted type, the air chamber constituting the air spring A is provided in the cylinder, and the air piston is provided in the piston rod.

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Abstract

 サスペンション装置1は、伸側室R1と圧側室R2とを有するダンパDと、ダンパDを伸長させる方向へ弾発力を発揮するエアばねAと、伸側室R1と圧側室R2の圧力を独立に調節してダンパDが発揮する力を制御する制御部Cと、を備える。制御部Cは、エアばねAの所定のストローク範囲でエアばねAの弾発力に対抗するバランス力FbをダンパDに発揮させる。

Description

サスペンション装置
 本発明は、サスペンション装置に関するものである。
 車両の車体と車輪との間に介装されるサスペンション装置としては、例えば、アウターチューブと、アウターチューブ内に摺動自在に挿入されるインナーチューブと、インナーチューブとアウターチューブとの間に設けられるダンパと、を備えたフロントフォークがある。
 フロントフォークのインナーチューブとアウターチューブとの間にはコイルばねが介装される。コイルばねは、懸架ばねとして車体を弾性支承しており、フロントフォークを伸長方向に付勢している。
 フロントフォークにおいて、懸架ばねは、車体を支承するために必須の構成部品である。しかしながら、近年、車両軽量化のために、懸架ばねとしてコイルばねの代わりにエアばねを用いたフロントフォークが、例えば、JP2010-164167Aによって提案されている。
 エアばねは、インナーチューブとアウターチューブとで形成される空間を気室として、気室に所定圧の気体を封入することで形成される。エアばねは、フロントフォークが最も伸長した状態でも気室内の気圧に応じた付勢力を発揮する。
 懸架ばねがコイルばねである場合、フロントフォークが最も伸長した状態では、コイルばねが自然長か或いはそれに近い状態におかれるので弾発力をあまり発揮しない。一方でエアばねは、車体重量を支承するため気室内の気圧は高く設定されており、フロントフォークが最も伸長した状態にあっても伸長方向へ大きな弾発力を発揮する。
 したがって、懸架ばねとしてコイルばねの代わりにエアばねを用いる場合、何ら対策を講じないと、車両搭乗者に、足回りが硬い印象を与えてしまう。このような印象は、車両の乗り心地の観点からは好ましくない。
 そのため、エアばねを懸架ばねとするフロントフォークは、バランスばねと称されるコイルばねをさらに備える。バランスばねは、フロントフォークが最も伸長した際のエアばねの弾発力を相殺するために設けられる。具体的には、フロントフォークが最も伸長した状態から所定のストローク範囲内において、バランスばねはエアばねの弾発力に対抗する弾発力を発揮する。
 このように、バランスばねが設けられることで、車両における乗り心地を改善することができる。しかしながら、懸架ばねをエアばねとしたことによって軽量化を図っても、バランスばねが設けられることで重量が増加するため、軽量化の効果が低減されてしまう。
 本発明は、重量軽減効果の高いサスペンション装置を提供することを目的とする。
 本発明のある態様によれば、伸側室と圧側室とを有するダンパと、ダンパを伸長させる方向へ弾発力を発揮するエアばねと、伸側室と圧側室の圧力を独立に調節してダンパが発揮する力を制御する制御部と、を備え、制御部は、エアばねの所定のストローク範囲でエアばねの弾発力に対抗するバランス力をダンパに発揮させるサスペンション装置が提供される。
図1は、本発明の実施形態に係るサスペンション装置の構成図である。 図2は、ダンパの回路構成図である。 図3は、本発明の実施形態に係るサスペンション装置の制御部における処理手順を示したフローチャートである。
 以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るサスペンション装置1について説明する。サスペンション装置1は、図1および図2に示すように、伸側室R1と圧側室R2とを有するダンパDと、ダンパDを伸長させる方向へ弾発力を発揮するエアばねAと、伸側室R1と圧側室R2の圧力を独立に調節してダンパDが発揮する力を制御する制御部Cと、を備える。
 ダンパDは、車両におけるばね上部材Bとばね下部材Wとの間に介装されており、減衰力を発揮してばね上部材Bとばね下部材Wの振動を抑制する。
 以下、各部について説明する。ダンパDは、図2に示すように、シリンダ11と、シリンダ11内に摺動自在に挿入されるピストン12と、シリンダ11内に移動自在に挿入されてピストン12に連結されるピストンロッド13と、シリンダ11内にピストン12によって区画されて流体が充填される伸側室R1および圧側室R2と、伸側室R1と圧側室R2とを連通する伸側圧力制御通路14および圧側圧力制御通路15と、伸側圧力制御通路14の途中に設けられた電磁弁である伸側圧力制御弁16と、圧側圧力制御通路15の途中に設けられた電磁弁である圧側圧力制御弁17と、流体を貯留するリザーバRと、伸側室R1とリザーバRとを連通する伸側吸込通路18と、圧側室R2とリザーバRとを連通する圧側吸込通路19と、伸側吸込通路18の途中に設けられてリザーバRから伸側室R1へ向かう流体の流れのみを許容する伸側チェック弁20と、圧側吸込通路19の途中に設けられてリザーバRから圧側室R2へ向かう流体の流れのみを許容する圧側チェック弁21と、伸側圧力制御通路14の途中に設けられて伸側圧力制御弁16からリザーバRへ向かう流体の流れのみを許容する伸側制御通路チェック弁24と、圧側圧力制御通路15の途中に設けられて圧側圧力制御弁17からリザーバRへ向かう流体の流れのみを許容する圧側制御通路チェック弁25と、を有する。なお、流体としては、作動油のほか、水、水溶液、気体を利用することができる。
 上記構成のダンパDが伸長行程にある時には、ピストン12によって圧縮される伸側室R1の圧力が上昇して、流体は、伸側室R1から伸側圧力制御弁16を通じて圧側室R2へ移動し、シリンダ11から退出するピストンロッド13の体積分の流体が圧側チェック弁21を通じてリザーバRから圧側室R2へ供給される。ここで、伸側室R1の圧力は、伸側圧力制御弁16の開弁圧に制御される。伸側圧力制御弁16の開弁圧は、伸側圧力制御弁16に供給される電流を制御することによって調節される。よって、伸側圧力制御弁16の開弁圧を調節することでダンパDの伸長行程時における減衰力を制御することができる。
 他方、ダンパDが収縮行程にある時には、ピストン12によって圧縮される圧側室R2の圧力が上昇して、流体は、圧側室R2から圧側圧力制御弁17を通じて伸側室R1へ移動するとともに、シリンダ11へ侵入するピストンロッド13の体積分の流体がリザーバRへ蓄えられる。ここで、圧側室R2の圧力は、圧側圧力制御弁17の開弁圧に制御される。圧側圧力制御弁17の開弁圧は、圧側圧力制御弁17に供給される電流を制御することによって調節される。よって、圧側圧力制御弁17の開弁圧を調節することでダンパDの収縮行程時における減衰力を制御することができる。
 また、ダンパDのシリンダ11の外周には、筒状のエアピストン22が設けられている。エアピストン22の上端は閉塞されており、シリンダ11とエアピストン22との間の隙間によって伸側圧力制御通路14の一部が形成されている。
 さらに、ピストンロッド13の図2における上端には、エアピストン22が摺動自在に挿入される筒状のエアチャンバ23が設けられる。エアチャンバ23とエアピストン22との間で形成される空間には、ダンパDが最も伸長した状態において所定圧を有する気体が充填されている。この空間は、エアばねAにおける気室Gを形成している。このように、エアばねAは、ダンパDに一体化されている。エアばねAは、常にダンパDを伸長させる方向へ作用する弾発力を発揮し、ダンパDを付勢している。ダンパDが伸縮することによって気室Gの容積が変化するとエアばねAの弾発力も変化する。
 上述のダンパDの回路構成は、一例であってこれに限定されるものではない。伸側圧力制御弁16によって伸側室R1の圧力の制御が可能であって、圧側圧力制御弁17によって圧側室R2の圧力の制御が可能であればどのような回路構成であってもよい。
 制御部Cは、図1および図2に示すように、ダンパDの伸側室R1の圧力を検知する伸側圧力センサ2と、ダンパDの圧側室R2の圧力を検知する圧側圧力センサ3と、ダンパDのストローク変位を検知するストロークセンサ4と、ばね上部材Bの上下方向の加速度を検知する加速度センサ5と、車両のばね上部材Bの振動を抑制するために必要とされる伸側室R1と圧側室R2の圧力である振動抑制圧力Pse,Pscを求める振動抑制圧力演算部31と、エアばねAの弾発力に対抗するバランス力をダンパDに発揮させるために必要とされる伸側室R1或いは圧側室R2の圧力であるバランス圧力Pbを求めるバランス圧力演算部32と、振動抑制圧力Pse,Pscとバランス圧力Pbとから伸側室R1と圧側室R2の目標圧力Pe*,Pc*を求める目標圧力演算部33と、伸側室R1の目標圧力Pe*と伸側圧力センサ2で検知した圧力Peとの偏差εeを求める伸側偏差演算部34と、伸側偏差演算部34で求めた偏差εeから電流指令Ie*を求める伸側補償部35と、圧側室R2の目標圧力Pc*と圧側圧力センサ3で検知した圧力Pcとの偏差εcを求める圧側偏差演算部36と、圧側偏差演算部36で求めた偏差εcから電流指令Ic*を求める圧側補償部37と、電流指令Ie*の入力を受けて伸側圧力制御弁16へ電流指令Ie*通りに電流を供給する伸側ドライバ38と、電流指令Ic*の入力を受けて圧側圧力制御弁17へ電流指令Ic*通りに電流を供給する圧側ドライバ39と、を有する。
 伸側圧力センサ2は、伸側圧力制御通路14の伸側圧力制御弁16よりも伸側室R1側に設けられ、伸側室R1の圧力を検知する。圧側圧力センサ3は、圧側圧力制御通路15の圧側圧力制御弁17よりも圧側室R2側に設けられ、圧側室R2の圧力を検知する。伸側圧力センサ2および圧側圧力センサ3の設置箇所は、上記位置に限定されず、シリンダ11に直接取り付けられて、伸側室R1および圧側室R2の圧力を検知してもよい。
 ストロークセンサ4は、ダンパDに並列されてばね上部材Bとばね下部材Wとの間に介装され、ダンパDのストローク変位を検知する。ストロークセンサ4は、ダンパDに一体化されてもよい。加速度センサ5は、ばね上部材Bに取付けられ、ばね上部材Bの上下方向の加速度を検知する。
 振動抑制圧力演算部31は、車両のばね上部材Bの振動を抑制するために必要とされる伸側室R1と圧側室R2の圧力である振動抑制圧力Pse,Pscを求める。具体的には、ばね上部材Bの振動を抑制するためにスカイフック制御が適用される。振動抑制圧力演算部31は、加速度センサ5で検知したばね上部材Bの上下方向の加速度を積分してばね上部材Bの上下方向の速度Vを得て、この速度Vにスカイフック減衰係数Cskyを乗じて、ばね上部材Bの振動を抑制するためにダンパDが発生すべき減衰力Fskyを求める。さらに、振動抑制圧力演算部31は、この減衰力Fskyから振動抑制圧力Pse,Pscを求める。ダンパDが伸長している場合、ピストン12の伸側室R1側の受圧面積をAeとすると、伸側室R1で必要となる圧力は減衰力/受圧面積(Fsky/Ae)となり、圧側室R2の圧力は0となる。よって、この場合、振動抑制圧力演算部31は、伸側室R1の振動抑制圧力PseをPse=Fsky/Aeを演算することによって求める。一方、ダンパDが収縮している場合、ピストン12の圧側室R2側の受圧面積をAcとすると、圧側室R2で必要となる圧力は減衰力/受圧面積(-Fsky/Ac)となり、伸側室R1の圧力は0となる。よって、この場合、振動抑制圧力演算部31は、圧側室R2の振動抑制圧力PscをPsc=-Fsky/Acを演算することによって求める。なお、振動抑制圧力演算部31では、スカイフック制御則に則り振動抑制圧力を求めているが、スカイフック制御則以外の他の制御則に則って振動抑制圧力を求めてもよい。
 バランス圧力演算部32は、エアばねAの弾発力に対抗するバランス力FbをダンパDに発揮させるために必要とされる伸側室R1或いは圧側室R2の圧力であるバランス圧力Pbを求める。バランス力Fbは、エアばねAが最も伸長した状態から所定のストローク範囲において発揮する弾発力に対抗する力であり、ダンパDの伸長方向へ作用する弾発力の特性をダンパDのストローク量に比例する特性とするために必要な力である。バランス力Fbは、ダンパDが最も伸長した状態から所定のストローク範囲でのみ発揮される。
 そのため、バランス圧力演算部32は、ストロークセンサ4で検知されるダンパDのストロークに応じて、バランス力FbをダンパDに発揮させる必要があるストローク範囲では、バランス力Fbを発揮させるのに必要なバランス圧力Pbe,Pbcを求め、バランス力Fbの発生が不要であるストローク範囲では、バランス圧力Pbe,Pbcを0とする。
 具体的には、バランス力Fbは、仮想バランスばねのばね定数をKbとし、仮想バランスばねの伸縮長をXbとし、ダンパDの最伸長からのストローク変位をXsとすると、Fb=Kb(Xb-Xs)となる。バランス力Fbが負の値となる場合は、仮想バランスばねが弾発力を発揮しないストローク範囲でダンパDが変位していることを示しているので、Fb=0とする。また、ダンパDが最も伸長した状態にある場合は、Fb=Kb・Xbとなり、バランス力Fbは最大となる。つまり、仮想バランスばねの伸縮長Xbは、バランス力FbをダンパDに発揮させたい所定のストローク範囲の長さに等しい。
 ここで、ダンパDの伸縮に伴うエアばねAの容積変化とエアばねAの内部の圧力との関係を考える。エアばねAが最も伸長した時のエアばねAの内部圧力をPa0、エアばねAが最も伸長した時のエアばねAの容積をV0、エアばねAの伸縮に伴うエアピストン22の押しのけ面積をS0とし、容積変化後のエアばねAの圧力をPa1とし、ダンパDが最も伸長したときからのストローク変位をXsとすると、Pa0・V0=Pa1・(V0-S0・Xs)が成り立つ。
 また、エアばねAが発生する弾発力と仮想バランスばねが発生する弾発力を加算した力がばね上部材Bを弾性支持する理想的な懸架ばねの力に等しくなるので、理想的な懸架ばねのばね定数をKrとして、エアばねAの内部の圧力がPa1であるときには、以下の式(1)が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 そして、式(1)にて、ストローク変位Xsが0のとき、つまり、ダンパDが最も伸長した状態にある際には、仮想バランスばねが一番縮んだ状態となり、Pa0・S0=Xb・Kbが成り立つ。
 式(1)にPa0・S0=Xb・Kbを代入すると、以下の式(2)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ここで、エアばねAの容積を大きくとれば、式(2)の左辺の第1項の分母のうち-S0・Xsを無視することができるので、近似的に式(3)を得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 式(3)に再び、Pa0・S0=Xb・Kbを代入して、Pa0について整理すると、ダンパDが最も伸長した時のエアばねAの内部圧力Pa0は、以下の式(4)のように示される。このように、エアばねAの内部圧力Pa0は、理想的な懸架ばねのばね定数Kr、仮想バランスばねの伸縮長Xb、エアばねAの容積V0、エアピストン22の押しのけ面積S0によって決定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 そして、式(4)を式(3)に代入すれば、仮想バランスばねの望ましいばね定数Kbを、以下の式(5)から求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 以上のように、仮想バランスばねのばね定数Kbはあらかじめ設定することができる。バランス圧力演算部32は、ばね定数Kbを利用して、Fb=Kb(Xb-Xs)を演算してバランス力Fbを求める。バランス力Fbが負の値となる場合は、Fb=0とされる。
 バランス圧力演算部32は、このようにしてバランス力Fbが求めた後、バランス力FbをダンパDに発揮させるために必要とされる伸側室R1或いは圧側室R2の圧力であるバランス圧力Pbを求める。具体的には、バランス圧力演算部32は、ダンパDが伸長している場合には、バランス力Fbと伸側室R1側のピストン12の受圧面積AeとからPb=Fb/Aeを演算して、バランス力Fbの発生に必要となる伸側室R1の圧力としてバランス圧力を求める。ダンパDに当該ダンパDを伸長させる方向に外力が作用している場合、ダンパDは伸側室R1の圧力で伸長を抑制する反力を出力するので、このような場合、バランス圧力Pbは、伸側室R1の圧力に加算する圧力として求められる。他方、バランス圧力演算部32は、ダンパDが収縮している場合には、バランス力Fbと圧側室R2側のピストン12の受圧面積AcとからPb=Fb/Acを演算して、バランス力Fbの発生に必要となる圧側室R2の圧力としてバランス圧力を求める。仮想バランスばねは、常に、ダンパDを収縮させる方向へ力を発揮し、また、ダンパDに当該ダンパDを収縮させる方向に外力が作用している場合、ダンパDは圧側室R2の圧力で収縮を抑制する反力を出力する。このため、このような場合、バランス圧力Pbは、圧側室R2の圧力を減じる圧力として求められる。
 目標圧力演算部33は、振動抑制圧力Pse,Pscとバランス圧力Pbとから伸側室R1と圧側室R2の目標圧力Pe*,Pc*を求める。具体的には、ダンパDが伸長している場合には、振動抑制圧力Pseにバランス圧力演算部32で求めたバランス圧力Pbを加算して伸側室R1の目標圧力Pe*を求める。なお、目標圧力Pe*<0の場合には、目標圧力Pe*を0とする。ダンパDが伸長している場合には、圧側室R2の圧力は0以下にはできないので、目標圧力Pc*は0となる。一方、ダンパDが収縮している場合には、振動抑制圧力Pscからバランス圧力演算部32で求めたバランス圧力Pbを減算して圧側室R2の目標圧力Pc*を求める。求められた目標圧力Pc*が0以下である場合、ダンパDは収縮を助長させる力を発揮することはできないので、目標圧力Pc*を0とする。また、ダンパDが収縮している場合には、伸側室R1の圧力は0であるので、目標圧力Pe*は0となる。
 伸側偏差演算部34は、目標圧力演算部33で求められた伸側室R1の目標圧力Pe*から伸側圧力センサ2で検知した圧力Peを差し引いて偏差εeを求めて、伸側補償部35へ出力する。
 伸側補償部35は、伸側偏差演算部34で求められた偏差εeから電流指令Ie*を求める。具体的には、伸側補償部35は、偏差εeに比例ゲインを乗じて得た結果と、偏差εeを積分した値に積分ゲインを乗じて得た結果を加算して電流指令Ie*を求める。つまり、伸側補償部35は、偏差εeに対して比例積分動作を行う比例積分補償器である。伸側補償部35は、比例積分動作だけではなく、これに加えて微分動作を行う比例積分微分補償器であってもよい。
 圧側偏差演算部36は、上記の目標圧力演算部33が求めた圧側室R1の目標圧力Pc*から圧側圧力センサ3で検知した圧力Pcを差し引いて偏差εcを求めて、圧側補償部37へ入力する。
 圧側補償部37は、圧側偏差演算部36で求められた偏差εcから電流指令Ic*を求める。具体的には、圧側補償部37は、偏差εcに比例ゲインを乗じて得た結果と、偏差εcを積分した値に積分ゲインを乗じて得た結果を加算して電流指令Ic*を求める。つまり、圧側補償部37も伸側補償部35と同様に、偏差εcに対して比例積分動作を行う比例積分補償器である。圧側補償部37は、比例積分動作だけではなく、これに加えて微分動作を行う比例積分微分補償器であってもよい。
 伸側ドライバ38は、図示はしないPWM駆動回路と電流ループとを備え、伸側圧力制御弁16のソレノイドに流れる電流を検知して、電流指令Ie*に対して当該電流をフィードバックして、ソレノイドに流れる電流が電流指令Ie*通りとなるように制御する。
 圧側ドライバ39は、図示はしないPWM駆動回路と電流ループとを備え、圧側圧力制御弁17のソレノイドに流れる電流を検知して、電流指令Ic*に対して当該電流をフィードバックして、ソレノイドに流れる電流が電流指令Ic*通りとなるように制御する。
 次に、制御部Cの処理を図3に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、制御部Cは、加速度センサ5で検知されたばね上部材Bの上下方向の加速度を取り込んで、ばね上部材Bの上下方向の速度Vを求める(ステップ101)。つづいて、制御部Cは、得られた速度Vから振動抑制圧力Pse,Pscを求める(ステップ102)。次に、制御部Cは、ストロークセンサ4で検知されるダンパDのストローク変位Xsを取り込む(ステップ103)。次に、制御部Cは、ストローク変位Xsからバランス圧力Pbを求める(ステップ104)。つづいて、制御部Cは、振動抑制圧力Pse,Pscとバランス圧力Pbとから伸側室R1と圧側室R2の目標圧力Pe*,Pc*をそれぞれ求める(ステップ105)。次に、制御部Cは、目標圧力Pe*,Pc*から伸側圧力センサ2で検知された圧力Peを差し引いて偏差εe、εcを求める(ステップ106)。制御部Cは、つづいて、偏差εe,εcから電流指令Ie*,Ic*を求める(ステップ107)。制御部Cは、伸側圧力制御弁16および圧側圧力制御弁17のソレノイドへ電流指令Ie*,Ic*通りに電流を供給する(ステップ108)。制御部Cは、上記した一連の処理を繰り返し実行することで、ダンパDが発揮する力を制御する。図3に示したフローチャートは、制御部Cにおける処理の一例を示したものであり、当該制御部Cの処理は、フローチャートに示される処理に限定されるものではない。
 このように、制御部Cは、伸側圧力センサ2、圧側圧力センサ3、ストロークセンサ4および加速度センサ5により検出された圧力Pe,Pc、ストローク変位Xsおよびばね上部材Bの上下方向の加速度から電流指令Ie*,Ic*を求め、電流指令Ie*,Ic*をそれぞれ伸側圧力制御弁16および圧側圧力制御弁17のソレノイドへ出力する。制御部Cのハードウェアとしては、伸側圧力センサ2、圧側圧力センサ3、ストロークセンサ4および加速度センサ5が出力する信号を取り込むためのA/D変換器と、上記制御を実行するために必要なプログラムが格納されるROM(Read Only Memory)等の記憶装置と、プログラムに基づいた処理を実行するCPU(Central Processing Unit)などの演算装置と、CPUに記憶領域を提供するRAM(Random Access Memory)等の記憶装置と、を備えた構成であればよい。制御部Cの各部における処理は、CPUがプログラムを実行することによって実現される。なお、制御部Cは、上位の制御装置に統合されてもよい。
 本発明におけるサスペンション装置1では、振動抑制圧力Pse,Pscとバランス圧力Pbとから伸側室R1と圧側室R2の目標圧力Pe*,Pc*が求められる。このため、ダンパDに、ばね上部材Bの振動を抑制するために必要となる力の他に、エアばねAが所定のストローク範囲で発揮する弾発力に対抗するバランス力Fbを発揮させることができる。
 つまり、本発明のサスペンション装置1によれば、エアばねAに対抗する力を発揮するバランスばねをダンパDに実際に組み込まなくとも、バランスばねが発揮すべきバランス力Fbを仮想的にダンパDに発揮させることができる。
 よって、本発明のサスペンション装置1によれば、懸架ばねにエアばねを用いた場合であっても、バランスばねを用いることなく、車両における乗り心地を向上させることができるとともに、サスペンション装置全体の重量を軽減させることができ、高い重量軽減効果を得ることができる。
 また、ばね上部材Bが沈み込む状況にあって、ダンパDが所定のストローク範囲で伸長している場合、すなわち、振動抑制圧力PseがPse<0であるが、バランス圧力Pbが大きな値となり、結果として目標圧力Pe*>0となる場合には、ばね上部材Bを突き上げる方向に作用するエアばねAの弾発力に対抗してダンパDにバランス力Fbを発揮させることができる。このため、ばね上部材Bが沈み込む状況にあって、ダンパDが伸長している状態においてもスカイフック制御が適用される。このようにスカイフック制御が適用可能な領域を広げることができる。
 さらに、ダンパDは、シリンダ11と、シリンダ11内に摺動自在に挿入されてシリンダ11内を伸側室R1と圧側室R2とに区画するピストン12と、シリンダ11内に挿入されてピストン12に連結されるピストンロッド13と、伸側室R1の圧力を制御する伸側圧力制御弁16と、圧側室R2の圧力を制御する圧側圧力制御弁17と、を備える。このように、伸側室R1と圧側室R2内の圧力を独立して制御することができるため、バランス力Fb容易に発揮させることができる。
 また、エアばねAは、ピストンロッド13に設けられたエアチャンバ23と、シリンダ11に設けられたエアピストン22と、で形成される。このように、エアばねAをダンパDに一体化することができるため、ダンパDの車両への搭載性を向上させることができる。サスペンション装置1は、エアチャンバ23をアウターチューブとし、エアピストン22をアウターチューブに摺動自在に挿入されるインナーチューブとして、アウターチューブおよびインナーチューブ内にダンパDを正立または倒立にして収容したフロントフォークであってもよい。ダンパDが倒立式である場合、エアばねAを構成するエアチャンバはシリンダに設けられ、エアピストンはピストンロッドに設けられる。
 以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
 本願は2014年8月11日に日本国特許庁に出願された特願2014-163399に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (5)

  1.  伸側室と圧側室とを有するダンパと、
     前記ダンパを伸長させる方向へ弾発力を発揮するエアばねと、
     前記伸側室と前記圧側室の圧力を独立に調節して前記ダンパが発揮する力を制御する制御部と、を備え、
     前記制御部は、前記エアばねの所定のストローク範囲で前記エアばねの弾発力に対抗するバランス力を前記ダンパに発揮させるサスペンション装置。
  2.  請求項1に記載のサスペンション装置であって、
     前記制御部は、前記エアばねのストローク変位とエアばねの最伸長時の初期圧力に基づいて前記バランス力を求めるサスペンション装置。
  3.  請求項2に記載のサスペンション装置であって、
     前記制御部は、前記バランス力を加味して前記伸側室および前記圧側室の目標圧力を求めるサスペンション装置。
  4.  請求項1に記載のサスペンション装置であって、
     前記ダンパは、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されて前記シリンダ内を前記伸側室と前記圧側室とに区画するピストンと、前記シリンダ内に挿入されて前記ピストンに連結されるピストンロッドと、前記伸側室の圧力を制御する伸側圧力制御弁と、前記圧側室の圧力を制御する圧側圧力制御弁と、を有するサスペンション装置。
  5.  請求項4に記載のサスペンション装置であって、
     前記エアばねは、前記ピストンロッドと前記シリンダの何れか一方に設けられたエアチャンバと、前記ピストンロッドと前記シリンダの他方に設けられたエアピストンと、により形成されるサスペンション装置。
PCT/JP2015/072489 2014-08-11 2015-08-07 サスペンション装置 WO2016024539A1 (ja)

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