JP5752427B2

JP5752427B2 - 減衰力可変ダンパ

Info

Publication number: JP5752427B2
Application number: JP2011004355A
Authority: JP
Inventors: 良雄尾上
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: JP2012145171A

Description

本発明は、自動車のサスペンションに用いられる減衰力可変ダンパに係り、制御用電力の低減や制御性の向上等を実現する技術に関する。

サスペンションは、自動車の走行安定性を左右する重要な要素であり、車体に対して車輪を上下動自在に支持させるためのリンク（アームやロッド類）と、撓むことにより路面からの衝撃等を吸収するスプリングと、スプリングの振動を減衰させるダンパとを主要構成部材としている。自動車サスペンション用のダンパでは、作動油が充填された円筒状のシリンダとこのシリンダ内で摺動するピストンが先端に装着されたピストンロッドとを備え、ピストン（ピストンロッド）の作動に伴って作動油が複数の油室間を移動する複筒式や単筒式の筒型が一般的である。

筒型ダンパでは、ピストンに連通孔やバルブプレートを設け、作動油が油室間で移動する際に流動抵抗を与えて減衰力を得るものが一般的である。しかし、このようなダンパでは減衰特性が一定となることから、路面状態および走行状況に適した乗り心地や走行安定性を得ることができない。そこで、ピストンの上下面に磁性体を素材とする縮み側および伸び側のバルブプレートを設置するとともに、ピストン内に磁界を発生させる環状のコイルを埋設し、コイルへの通電量を増減することで磁界の強さを変化させ、これによってバルブプレートの開弁特性（すなわち、減衰力）を無段階に変化させる減衰力可変ダンパが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００６−３４２９５５号公報

特許文献１の減衰力可変ダンパでは、磁界によってバルブプレートの開弁特性を変化させる都合上、以下に述べるような問題を有していた。すなわち、コイルによる磁力はコイルとバルブプレートとの距離の２乗に反比例するため、バルブプレートが作動油の流体圧によって大きく開いた場合には、バルブプレートが閉じている場合に較べると、バルブプレートをピストン側に引き寄せるために非常に大きな磁力が必要となる。そのため、この減衰力可変ダンパでは、目標減衰力が一定であってもコイルに大きな電力を供給し続けなければならず、車載バッテリの容量を大きくする必要があるだけでなく、オルタネータの発電負荷が大きくなる（エンジンの駆動損失が多くなる）問題があった。また、バルブプレートが開いた状態ではコイルの磁力がバルブプレートに及びにくいため、減衰力制御を正確に行うことが難しく、減衰力の急増または急減によってサスペンションから振動や異音が発生する虞もあった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、制御用電力の低減や制御性の向上等を実現した減衰力可変ダンパを提供することを目的とする。

本発明に係る減衰力可変ダンパは、車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結され、その内部に作動油が封入された円筒状のシリンダと、前記シリンダ内を往復動し、当該シリンダ内をロッド側油室とピストン側油室とに区画するとともに、前記作動油を当該ロッド側油室と当該ピストン側油室との間で流通させる軸方向孔、および軸方向中間位置に形成されるとともに当該軸方向孔の側面に開口するバルブスロットを有する円柱状のピストンと、車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方に連結されるとともに、前記ピストンをその先端に保持したピストンロッドと、前記バルブスロットに移動自在に保持され、前記軸方向孔内に出没する弾性弁部、および当該弾性弁部に所定の間隙をもって対峙する閉鎖板部を有するバルブプレートと、前記バルブプレートを駆動するバルブプレート駆動手段とを有し、前記弾性弁部は、前記バルブプレートの移動に伴って前記軸方向孔内での突出量が変化し、前記バルブスロットにおける当該軸方向孔側の開口端によって片持ち支持された状態で前記作動油の流体圧によって開弁する。

また、本発明の第２の側面では、前記バルブプレートは、前記ピストンの軸心を回転中心として、前記バルブスロットに回転自在に保持される。

また、本発明の第３の側面では、前記弾性弁部は、前記ピストンの軸方向視で略円弧状を呈するとともに、基端が前記閉鎖板部に接続する。

また、本発明の第４の側面では、前記弾性弁部は、前記ロッド側油室から前記ピストン側油室に前記作動油が流入する際と、前記ピストン側油室から前記ロッド側油室に前記作動油が流入する際とで、その開弁抵抗が異なる。

本発明によれば、比較的簡易かつ安価な構成でありながら、バルブプレートの変位によって所望の減衰力を得ることができるため、制御用電力の低減や制御性の向上等を実現できる。また、バルブプレートがバルブスロットに回転自在に保持されたものでは、バルブプレート駆動手段として簡易な構造のものを採用できる。また、バルブプレートが金属板を素材とし、弾性弁部が、ピストンの軸方向視で略円弧状を呈するとともに、基端が前記閉鎖板部に接続するものでは、生産性の向上やコストの低減を実現することができる。また、作動油の流入方向によって弾性弁部の開弁抵抗が異なるものでは、ダンパの縮み側と伸び側とで減衰力を異ならせることができる。

実施形態に係る自動車用リヤサスペンションの斜視図である。実施形態に係る減衰力可変ダンパの縦断面図である。実施形態に係るピストンやピストンロッドの分解斜視図である。実施形態に係るピストンの下面図である。実施形態に係るバルブプレートの分解斜視図である。実施形態の作用を示す要部拡大縦断面図である。実施形態の作用を示す要部拡大縦断面図である。実施形態の作用を示す要部拡大縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を４輪自動車用の筒型減衰力可変ダンパに適用した一実施形態を詳細に説明する。

≪実施形態の構成≫
＜サスペンション＞
図１に示すように、本実施形態のリヤサスペンション１は、いわゆるＨ型トーションビーム式サスペンションであり、左右のトレーリングアーム２，３や、両トレーリングアーム２，３の中間部を連結するトーションビーム４、懸架ばねである左右一対のコイルスプリング５、左右一対のダンパ６等から構成されており、左右のリヤホイール７，８を懸架している。ダンパ６は、電気制御式の減衰力可変型ダンパであり、トランクルーム内等に設置された減衰力制御用のＥＣＵ９によってその減衰力が可変制御される。なお、左右のダンパ６は同一品であるため、その説明は左側のものについてのみ行う。

＜ダンパ＞
図２に示すように、本実施形態のダンパ６は、モノチューブ式（ド・カルボン式）であり、作動油が充填された円筒状のシリンダ１２と、シリンダ１２に対して軸方向に摺動するピストンロッド１３と、ピストンロッド１３の先端に装着されてシリンダ１２内をロッド側油室１４とピストン側油室１５とに区画するピストン１６と、シリンダ１２の下部に高圧ガス室１７を画成するフリーピストン１８と、ピストンロッド１３等への塵埃の付着を防ぐカバー１９と、フルバウンド時における緩衝を行うバンプストップ２０と、後述するバルブプレート３４の駆動に供される電動式のアクチュエータ２１とを主要構成要素としている。

シリンダ１２は、下端のアイピース１２ａに嵌挿されたボルト２２を介して、車輪側部材であるトレーリングアーム２の上面に連結されている。また、ピストンロッド１３は、上下一対のブッシュ２３とナット２４とを介して、その上部ねじ軸１３ａが車体側部材であるダンパベース（ホイールハウス上部）２５に連結されている。また、アクチュエータ２１は、ブラケット２６を介して上側のブッシュ２３の上部に固定されている。

＜減衰力調整機構＞
図３，図４に示すように、ピストン１６には、扇状断面を呈する一対の軸方向孔３１が１８０°間隔で穿設されるとともに、円形断面のバルブスロット３３が軸方向中央に形成されている。バルブスロット３３は、外周面に開口３３ａを有しており、この開口３３ａから円盤状のバルブプレート３４が挿入される。ピストンロッド１３は中空構造となっており、その中空部１３ｂにアクチュエータ２１の駆動力をバルブプレート３４に伝達するコントロールロッド３５が回転自在に保持されている。

バルブプレート３４は、円弧状を呈する一対の弾性弁部３４ａと、扇状を呈するとともに両弾性弁部３４ａの基端が連続する一対の閉鎖板部３４ｂと、両閉鎖板部３４ｂの外周端を連結する一対の連結弧部３４ｃと、コントロールロッド３５の駆動突起３５ａが嵌入する矩形孔３４ｄとを有している。図５に示すように、バルブプレート３４は、ばね鋼製の第１〜第３プレート４１〜４３によって構成されている。第１〜第３プレート４１〜４３は、組み付けを容易にすべくスポット溶接によって一体化されているが、接着やリベット等によって一体化されていてもよいし、必ずしも一体化されていなくてもよい。

第１〜第３プレート４１〜４３は、バルブプレート３４と同様に、一対の弾性弁部４１ａ〜４３ａと、一対の閉鎖板部４１ｂ〜４３ｂと、一対の連結弧部４１ｃ〜４３ｃと、矩形孔４１ｄ〜４３ｄとをそれぞれ有しているが、弾性弁部４１ａ〜４３ａ間でその先端と閉鎖板部４１ｂ〜４３ｂとの間隙Ｓ１〜Ｓ３がそれぞれ異なっている。すなわち、間隙Ｓ１は最も小さく、間隙Ｓ２が間隙Ｓ１よりも大きく、間隙Ｓ３が間隙Ｓ２よりも大きく設定されている。

≪実施形態の作用≫
自動車が走行を開始すると、ＥＣＵ９は、各種センサから入力した車体加速度（横加速度や上下加速度）、車体速度、操舵角等に基づき、自動車の運動状態を推定する。次に、ＥＣＵ９は、自動車の運動状態に応じてダンパ６の目標減衰力を設定した後、アクチュエータ２１に駆動電流を出力する。すると、アクチュエータ２１によってコントロールロッド３５が回転駆動され、コントロールロッド３５の下端に連結されたバルブプレート３４が回転する。

目標減衰力が中程度の場合、図６（ａ）に示すように、ＥＣＵ９は、軸方向孔３１内で弾性弁部３４ａの占有面積と閉鎖板部３４ｂの占有面積とが略同一となるように、バルブプレート３４の回転位相（すなわち、弾性弁部３４ａの突出量）を制御する。弾性弁部３４ａは、バルブスロット３３における軸方向孔３１側の開口端３３ｂによって片持ち支持され、ダンパ６の短縮時（バウンド時）においては、図６（ｂ）に示すように、作動油の流体圧によって第１プレート４１の弾性弁部４１ａのみが弾性変形し（すなわち、開弁し）、ピストン１６が比較的小さな抵抗を伴って下降する。また、ダンパ６の伸張時（リバウンド時）においては、図６（ｃ）に示すように、作動油の流体圧によって第１〜第３プレート４１〜４３の弾性弁部４１ａ〜４３ａの全てが弾性変形し、ピストン１６が比較的大きな抵抗を伴って上昇することにより、中程度の減衰力が生起される。

また、目標減衰力が高い場合、図７（ａ）に示すように、ＥＣＵ９は、軸方向孔３１内で弾性弁部３４ａの占有面積が閉鎖板部３４ｂの占有面積よりも少なくなるように、バルブプレート３４の回転位相を変化させる。すると、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、ダンパ６のバウンド時における弾性弁部４１ａの弾性変形と、リバウンド時における弾性弁部４１ａ〜４３ａの弾性変形とがともに生じにくくなり、高い減衰力が生起される。

一方、目標減衰力が低い場合、図８（ａ）に示すように、ＥＣＵ９は、軸方向孔３１内で弾性弁部３４ａの占有面積が閉鎖板部３４ｂの占有面積よりも大きくなるように、バルブプレート３４の回転位相を変化させる。すると、図８（ｂ），（ｃ）に示すように、ダンパ６のバウンド時における弾性弁部４１ａの弾性変形と、リバウンド時における弾性弁部４１ａ〜４３ａの弾性変形とがともに生じやすくなり、低い減衰力が生起される。

本実施形態では、このような構成を採ったことにより、前述した電磁力を用いる従来装置に較べ、制御に係る電力消費をごく少なく抑えながら、無段階の減衰力制御を高精度かつ安定的に実現することができた。また、目標減衰力が変化しないときにはアクチュエータ２１によるバルブプレート３４の駆動が行われないため、電力消費が更に低減されるとともに、バルブプレート３４やバルブスロット３３の摩耗等も抑えられることでダンパ６の耐久性が向上した。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限られるものではない。例えば、上記実施形態はリヤサスペンションに用いられる単筒式の減衰力可変ダンパに本発明を適用したものであるが、本発明は、フロントサスペンション用の減衰力可変ダンパや、複筒式の減衰力可変ダンパにも当然に適用可能である。また、上記実施形態では一体品のピストンにバルブスロットを形成するようにしたが、ピストンをアッパハーフとロワハーフとに２分割し、アッパハーフとロワハーフとの間にバルブプレートを挟持させるようにしてもよい。また、上記実施形態ではバルブプレートとして３枚のばね鋼板製のプレートからなるものを採用したが、バルブプレートは、４枚以上のプレートから構成するようにしてもよいし、１枚あるいは２枚のプレートから構成するようにしてもよい。更に、上記実施形態では弾性弁部と閉鎖板部とが一体のバルブプレートを回転駆動するようにしたが、閉鎖板部に弾性弁部がスポット溶接等によって接合されたバルブプレートを採用してもよいし、バルブプレートを直線的に駆動するものとしてもよい。その他、減衰力可変ダンパやバルブプレートの具体的構造や形状等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

２トレーリングアーム（車輪側部材）
６ダンパ（減衰力可変ダンパ）
１２シリンダ
１３ピストンロッド
１４ロッド側油室
１５ピストン側油室
１６ピストン
２１アクチュエータ（バルブプレート駆動手段）
２５ダンパベース（車体側部材）
３１軸方向孔
３３バルブスロット
３３ｂ開口端
３４バルブプレート
３４ａ弾性弁部
３４ｂ閉鎖板部
３５コントロールロッド
４１第１プレート
４２第２プレート
４３第３プレート

Claims

車体側部材と車輪側部材とのどちらか一方に連結され、その内部に作動油が封入された円筒状のシリンダと、
前記シリンダ内を往復動し、当該シリンダ内をロッド側油室とピストン側油室とに区画するとともに、前記作動油を当該ロッド側油室と当該ピストン側油室との間で流通させる軸方向孔、および軸方向中間位置に形成されるとともに当該軸方向孔の側面に開口するバルブスロットを有する円柱状のピストンと、
車体側部材と車輪側部材とのどちらか他方に連結されるとともに、前記ピストンをその先端に保持したピストンロッドと、
前記バルブスロットに移動自在に保持されるバルブプレートと、
前記バルブプレートを駆動するバルブプレート駆動手段と
を有し、
前記バルブプレートは、当該バルブプレートの移動方向に沿って延在する弾性弁部と、前記弾性弁部の遊端に対して移動方向に所定の間隙をもって対峙する閉鎖板部とを有し、
前記弾性弁部は、前記バルブスロットにおける当該軸方向孔側の開口端によって片持ち支持された状態で前記作動油の流体圧による弾性変形によって開弁し、前記バルブプレートの移動に伴って前記軸方向孔内での突出量を変化させ、当該突出量に応じた減衰力を発生させることを特徴とする減衰力可変ダンパ。
前記バルブプレートは、前記ピストンの軸心を回転中心として、前記バルブスロットに回転自在に保持されたことを特徴とする、請求項１に記載された減衰力可変ダンパ。
前記弾性弁部は、前記ピストンの軸方向視で略円弧状を呈するとともに、基端が前記閉鎖板部に接続することを特徴とする、請求項２に記載された減衰力可変ダンパ。
前記弾性弁部は、前記ロッド側油室から前記ピストン側油室に前記作動油が流入する際と、前記ピストン側油室から前記ロッド側油室に前記作動油が流入する際とで、その開弁抵抗が異なることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された減衰力可変ダンパ。