JP4329670B2 - 車両懸架装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に車両懸架装置に関し、特に、回転モータで駆動される電磁サスペンションを備える車両懸架装置に関する。

車両の車高調整、姿勢制御、乗り心地の制御を行うことができるアクティブ電磁サスペンションが知られている。電磁サスペンションは、車両のバネ上部分の重量を支持し、また路面からの振動や衝撃が車輪を通して車体に伝わらないようにするコイルスプリングと、車両のバネ上とバネ下の減衰力をモータにより調整するショックアブソーバとを備える。

例えば、特許文献１には、電磁サスペンションのモータを上下摺動可能に保持し、その上下動を減衰するダンパを構成することで、衝撃的な入力に対してモータのロック現象を抑制するとともに、バネ上共振、バネ下共振の挙動を滑らかにするアクティブサスペンション装置が開示されている。また、特許文献２には、車輪と車体との間にダンパーおよび電磁アクチュエータを直列に配置し、車輪から車体に伝達される振動を抑制するサスペンションの制御装置が開示されている。
特開平８−１９７９３１号公報 特開２０００−５２７３８号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、モータと直列にバネ要素を配置しモータの上下方向をフローティング支持しているため、モータが上下に摺動する方向に長いスペースが必要となり、サスペンションストロークを確保しがたく車両の下部に実装することが困難な場合があり得る。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、弾性手段と減衰手段を省スペースに設置することができる電磁サスペンションを備える車両懸架装置を提供することにある。

本発明のある態様は、車両懸架装置に関する。この装置は、直動部材とそれに螺合する回転部材からなり車両のバネ下からの直動方向の入力を回転方向の入力に変換する入力変換手段と、入力変換手段の回転部材と結合された出力軸を有する回転モータと、入力変換手段の直動部材と車両のバネ上とを結合し回転モータにより伸縮制御されて車両のバネ上とバネ下の間に減衰力を発生させる伸縮部材と、を有する減衰手段と、減衰手段と並列的に設けられバネ下を弾性支持する弾性手段と、を備える。そして、回転モータのステータが前記出力軸回りに回転可能に保持されていることを特徴とする。

この態様によれば、モータの作動速度では追随できない衝撃的な荷重が入力された場合に、モータのステータが回転するように構成したので、モータの制御が追従できないような高周波入力があったときに、車両懸架装置のロックを防止することができる。

なお、直動部材および回転部材とは、一例としてボールネジとボールネジナットである。実施の形態では、ボールネジナットがピストンに固定され直動するので、ボールネジナットが直動部材であり、ボールネジが回転部材に対応する。

車両懸架装置は、回転モータのステータの回転に対して逆方向に弾性力を生じさせる第２の弾性手段と、この第２の弾性手段の振動を減衰させる第２の減衰手段と、をさらに備えてもよい。これによって、モータの回転方向に弾性要素と減衰要素を設けたので、車両懸架装置の全高を抑えながら、高周波入力の振動減衰効果を持たせることができる。

第２の減衰手段は、回転モータの全体を内包するように設けられたハウジングと、ハウジング内に充填された流体と、回転モータのステータの側面から流体内に突出するように設けられた固定板と、固定板に穿設されたオリフィスと、を有していてもよい。こうすれば、モータがハウジング内で浮動支持される状態になるのでモータのステータが回転しやすくなり、また、オリフィスによって減衰要素を実現することができる。

本発明による車両懸架装置によれば、電磁サスペンションのモータのステータを回転可能に構成したので、省スペースでありながら車両懸架装置のロックを防止することができる。

図１は、本実施形態に係る車両懸架装置を備えた四輪の車両１０の模式図である。なお、図１では、説明を簡単にするために車両懸架装置を平面的に表しているが、実際の車両においては、車両懸架装置の機能を発揮するために適切な空間配置で、例えばナックル、タイロッド、アッパーアーム、ロアアームなどの他の部品と既知の方法で組み合わせて構成される。

車両１０の車体１２と各車輪１４の間には、図示しないコイルスプリングと、駆動部１６および駆動部により伸縮される伸縮部１８を直列に配置して構成された電磁サスペンション９０とで構成される車両懸架装置が装着されている。コイルスプリングは、車輪１４の衝撃が車体１２に直接的に伝達されることを防止する。電磁サスペンション９０は、モータの力制御により車両のバネ上とバネ下の間に減衰力を発生させる。なお、本明細書において、コイルスプリングにより支えられる部材の位置を「バネ上」と呼び、コイルスプリングにより支えられていない部材の位置を「バネ下」と呼ぶ。すなわち、バネ上は車体１２側であり、バネ下は車輪１４側である。

コイルスプリングと電磁サスペンション９０とは、一体的に構成されることが省スペースの観点から好ましいが、別々に設けられていてもよい。電磁サスペンション９０の詳細な構成については、図２を参照して後述する。

各車輪１４の近傍には、車輪位置での車高を検出する車高センサ１０４がそれぞれ配置されている。この車高センサ１０４は、例えば、車軸と車体とを連結したリンクの変位を測定することで、車体１２と車輪１４との相対距離を検出するタイプのものである。車高センサ１０４の検出信号は、車体１２に備えられる電子制御装置１００（以下「ＥＣＵ１００」と表記する）に送られる。

また、各車輪毎に、バネ上とバネ下の相対的な上下変位速度であるストローク速度を求めるストロークセンサ１０６と、モータの回転量を検出する回転角センサ１０８が設けられる。ストロークセンサ１０６と回転角センサ１０８の検出信号は、ＥＣＵ１００に伝達される。

車体１２には、車両の運動状態や各種装置の動作状態を検出するためのセンサ１０２が設置されている。このセンサ１０２は集合的に表されており、具体的には、車両の上下加速度、前後加速度、横加速度等の加速度を検出する加速度センサ、バッテリの残量を知るための電圧センサ、車両１０の車速を検出する車速センサ、車両１０の舵角を検出する舵角センサが含まれる。

ＥＣＵ１００は、各車輪の電磁サスペンション９０の制御を実行する。ＥＣＵ１００は、電磁サスペンション９０のモータに電力を供給する図示しないアンプと通信可能に接続されており、ストロークセンサを初めとする各種センサからの検出信号に基づいて、車両１０の状態を判定し、車体を安定させるべく適切な減衰力を発揮するように電磁サスペンション９０を制御する。

図２は、電磁サスペンション９０の駆動部１６および伸縮部１８の構造をより詳細に示す図である。本実施形態では、電磁サスペンション９０とコイルスプリング５４とは一体的に構成されている。

電磁サスペンション９０の駆動源であるモータ２２の出力軸３６は、ボールネジ４４と一体的に構成されている。出力軸３６とボールネジ４４とは、カップリングを介して同軸に結合されていてもよい。出力軸３６は、ロッド４２内部においてベアリング４０によって回転可能に支持されている。

ボールネジ４４、ロッド４２、アウターシェル５０およびピストン７８は、同軸に配置されている。ボールネジ４４は、ボール通路を内部に形成してなるボールネジナット４６と、このボール通路内を循環する複数個のボール４８を挟んでボールネジ機構を形成している。ボール４８がボールネジ４４およびボールネジナット４６の間で転動接触することにより、直動運動と回転運動が相互に高効率で変換される。

ボールネジナット４６は、ピストン７８の上部と接続固定されており、ピストン７８はアウターシェル５０と同軸に接続されている。アウターシェル５０は、ベアリング５６および５８によってロッド４２の外周に対して摺動可能に支持されている。

モータ２２が、図示しないバッテリから供給される電力によって出力軸３６を回転させると、ボールネジ４４がボールネジナット４６に対して相対回転する。すると、ボールネジナット４６にピストン７８を介して接続されているアウターシェル５０が、ロッド４２に対して下方に押し下げられ、又は上方に引き上げられる。これによって、アウターシェル５０はロッド４２に対して伸縮移動可能となり、モータ２２により制御される伸縮部材として機能する。

なお、本実施形態では、ボールネジ４４が車両のバネ上に、ボールネジナット４６が車両のバネ下に設けられる例について説明するが、逆に、ボールネジ４４が車両のバネ下に、ボールネジナット４６が車両のバネ上に設けられてもよい。また、電磁サスペンション９０の駆動部１６は車体の内部に、伸縮部１８は車体下部に突き出すようにして設置される。しかしながら、駆動部１６も車体下部に突出するように設置されてもよい。

アウターシェル５０は、ロッド４２との間に配置されたダストシール７６を有している。ダストシール７６は、アウターシェル５０とロッド４２の間をシールして、アウターシェル５０内へのゴミなどの異物の侵入を防止している。

アウターシェル５０の下部には、第２取り付け部６０が設けられる。第２取り付け部６０は、車輪１４から延びる図示しないロアアームに取り付けられる箇所であり、車両懸架装置と車輪１４とを連結する役割を果たす。

電磁サスペンション９０は、以下のように作動する。モータ２２に駆動電流が与えられると、アウターシェル５０は能動的に伸縮作動して減衰力を発生させる。路面の凹凸などの外部入力によって車輪が上下動する場合、ロッド４２とアウターシェル５０との相対運動によりコイルスプリング５４が伸縮する。これによって、ボールネジ４４がボールネジナット４６に対して相対回転すると、出力軸３６が回転してモータ２２は発電機として作用する。このときにモータ２２に生じる抵抗力によっても減衰力を発生させることもできる。また、ＥＣＵ１００は、車体の上下方向の加速度に応じてモータ２２に印加する電流を設定し、減衰力を調整する。このようにして、電磁サスペンション９０は、所望の減衰力を発生させ、コイルスプリング５４の上下振動を減衰させる。

また、外部入力のないときでも、ボールネジ４４を回転させて、ロッド４２に対するアウターシェル５０の位置を変えることで、車体を上下方向に変位させることができるので、電磁サスペンション９０は、車高調整にも利用することができる。

第１取り付け部２８は、車体１２に取り付けられる箇所であり、サスペンション装置と車体１２とを連結する役割を果たす。第１取り付け部２８とロッド４２の接続部分には、緩衝機能を持つ環状のストッパー８２が設けられており、アウターシェル５０の上端部と第１取り付け部２８とが直接接触することを防止する。アウターシェル５０の可動範囲は、ストッパー８２とダストシール７６とによって規定される。

アウターシェル５０の外周部には、外周を取り囲むようにして設けられたスプリングシート５２が設けられている。スプリングシート５２と第１取り付け部２８近傍の車体面との間には、コイルスプリング５４が縮設され、予め所定の加重を与えられる。

コイルスプリング５４は、車両１０のバネ上部分の重量を支持し、その弾性力によって路面からの振動や衝撃が車輪１４を通して車体１２に伝わらないようにする。コイルスプリング５４の弾性力による車体１２の上下振動は、電磁サスペンション９０で発生される減衰力により減衰される。

駆動部１６のモータ２２は、ハウジング２０内に収容されている。モータ２２は、例えばＤＣモータであり、外部から電力供給を受けるステータと、外周に永久磁石が貼付され出力軸３６と結合されたロータ（図示せず）とを含む。モータ２２のステータの外周は、ベアリング２４、２６によって、ハウジング２０に対して回転可能に支持されている。ハウジング２０内は潤滑油で満たされている。回転シール３８は、ハウジング２０内の潤滑油をロッド４２内に侵入させず、かつ出力軸３６が回転可能となるように出力軸３６をシールしている。この構成によって、モータ２２の全体、つまり、ロータとステータがともにハウジング２０の内部で出力軸３６の周りに回転可能になっている。

モータ２２のステータ外周からは、オリフィス３４が穿設された減衰板３０が潤滑油に対して突出するように設けられる。減衰板３０には、小型コイルスプリング３２の一端が固定される。

図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図示するように、複数枚（図３では４枚）の減衰板３０がステータの周囲に等間隔に設けられ、それぞれがオリフィスを有する。ハウジング２０にも、複数枚の止め板６２が等間隔に設けられ、この止め板６２と減衰板３０の間がそれぞれ小型コイルスプリング３２で接続される。止め板６２は、モータ２２のステータの回転可能な角度範囲を規定している。

モータ２２が回転すると、減衰板３０に接続されている小型コイルスプリング３２により、モータ２２の回転に対して逆方向に弾性力が作用する。また、オリフィス３４の穿たれた減衰板３０が潤滑油の中を移動することにより、モータ２２の回転に対して逆方向に減衰力も作用する。

図４は、バネ上である車体１２とバネ下である車輪１４の相関関係を示す原理図である。図４において、減衰要素８０は、図３で説明した減衰板３０、オリフィス３４およびハウジング２０内の潤滑油の相互作用により発生する減衰力を集合的に表している。図示するように、小型コイルスプリング３２と減衰要素８０とが並列的に設けられ、さらにこれらの組は、電磁サスペンション９０と直列的に設けられる。さらに、電磁サスペンション９０と並列的に、コイルスプリング５４が設けられる。

この実施の形態では、車両懸架装置に伝えられる入力のうち、ＥＣＵ１００は、主に低周波成分を打ち消す減衰力を電磁サスペンション９０において発生させるべく、モータ２２を制御する。高周波成分の入力は、主に減衰要素８０により減衰される。

従来のアクティブサスペンション装置では、車輪が石に乗り上げたときのように車輪の上下方向に急激な変位があったとき、つまり路面からの高周波入力があったとき、上下方向の入力がボールネジ機構によって回転入力に変換されても、モータの制御が追従できないためにロータを回転させることができず、サスペンションがロック状態になって乗員に衝撃が伝わることがあった。この実施形態では、モータ２２のステータが回転するように構成したので、制御が追従できないときには、モータ２２のステータとロータがともに回転することになる。これによって、モータの制御が追従できないような高周波入力があった場合でもサスペンションがロックすることがない。

また、上記従来技術１のように、高周波領域の伝達を軽減するために直列にスプリングと減衰要素を配置すると、車両懸架装置の全高が大きくなってしまうが、本実施形態では、モータの回転方向に弾性要素と減衰要素を設けたので、車両懸架装置の全高を抑えながら、高周波入力の振動減衰効果を持たせることができる。これにより、車内空間の拡充が可能になるといった利点もある。

なお、図示しないポンプを使用してハウジング２０内の潤滑油を循環させて、モータ２２の冷却をするように構成してもよい。

変形例１．
図５は、ハウジング２０内で回転保持されたモータに対して弾性力を発揮させる第１の変形例を示す。図５では、伸縮部１８の構造は上述の実施形態と同一であるので省略し、駆動部１６の断面図のみを示している。この変形例では、減衰板３０に小型コイルスプリングを固定する代わりに、ハウジング２０の内周面に円筒状のゴム６４を貼設する。そして、減衰板３０の先端が、ゴム６４の内周面を若干量押圧するような長さに設定する。この構成により、モータ２２が回転すると、その回転を妨げるようにゴム６４により弾性力が発生する。

上述の実施形態のように、止め板６２と減衰板３０の間を小型コイルスプリング３２により接続すると、モータ２２のステータの回転可能な角度範囲が制限されてしまうが、この変形例１によればステータは３６０度回転可能となる。

変形例２．
図６は、ハウジング２０内で回転保持されたモータに対して弾性力を発揮させる第２の変形例を示す。図６では、伸縮部１８の構造は上述の実施形態と同一であるので省略し、駆動部１６のみを示している。ハウジング２０の蓋部の下面に、トーションバー７２を設置する。トーションバー７２の先端部の外周には歯車が形成され、モータ２２のステータの上底部に設けた遊星歯車７０と噛合している。この遊星歯車７０は、モータ２２の回転角度を減速してトーションバー７２に伝達する。これによって、モータ２２の回転に対し、トーションバー７２のねじりで弾性力を発揮させることができる。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

本実施形態に係る車両懸架装置を備えた四輪の車両の模式図である。 電磁サスペンションの構造をより詳細に示す図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 バネ上とバネ下の相関関係を示す原理図である。 変形例１における駆動部の断面図である。 変形例２における駆動部の正面図である。

符号の説明

１０ 車両、 １２ 車体、 １４ 車輪、 １６ 駆動部、 １８ 伸縮部、 ２０ ハウジング、 ２２ モータ、 ２４、２６ ベアリング、 ３０ 減衰板、 ３２ 小型コイルスプリング、 ３４ オリフィス、 ３６ 出力軸、 ４２ ロッド、 ４４ ボールネジ、 ４６ ボールネジナット、 ４８ ボール、 ５０ アウターシェル、 ５２ スプリングシート、 ５４ コイルスプリング、 ９０ 電磁サスペンション。

Claims (3)

1. 直動部材とそれに螺合する回転部材からなり車両のバネ下からの直動方向の入力を回転方向の入力に変換する入力変換手段と、前記入力変換手段の回転部材と結合された出力軸を有する回転モータと、前記入力変換手段の直動部材と車両のバネ上とを結合し前記回転モータにより伸縮制御されて車両のバネ上とバネ下の間に減衰力を発生させる伸縮部材と、を有する減衰手段と、
   前記減衰手段と並列的に設けられバネ下を弾性支持する弾性手段と、を備え、
   前記回転モータのステータが前記出力軸回りに回転可能に保持されていることを特徴とする車両懸架装置。
2. 前記回転モータのステータの回転に対して逆方向に弾性力を生じさせる第２の弾性手段と、
   前記第２の弾性手段の振動を減衰させる第２の減衰手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の車両懸架装置。
3. 前記第２の減衰手段が、
   前記回転モータの全体を内包するように設けられたハウジングと、
   前記ハウジング内に充填された流体と、
   前記回転モータのステータの側面から前記流体内に突出するように設けられた固定板と、
   前記固定板に穿設されたオリフィスと、
   を有することを特徴とする請求項２に記載の車両懸架装置。

Images