JPH0615287B2

JPH0615287B2 - 懸架装置

Info

Publication number: JPH0615287B2
Application number: JP59197094A
Authority: JP
Inventors: 浩一前田
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-09-20
Filing date: 1984-09-20
Publication date: 1994-03-02
Anticipated expiration: 2009-03-02
Also published as: JPS6175008A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は懸架装置に関する。

（従来の技術）車軸と車体との間にあつて、その両者を結合して路面か
らの衝撃を吸収し、乗心地をよくするものとして懸架装
置があることは広く知られている。その懸架装置は、路
面からの衝撃を緩和するコイルスプリングと、そのコイ
ルスプリングの自由振動を抑制する緩衝器とから概略構
成されていて、緩衝器は、特にコイルスプリング自身が
減衰作用を有しないことから、そのコイルスプリングの
自由振動を抑制する手段として、懸架装置においては重
要な役目を果している。

（発明が解決するための問題点）しかしながら、懸架装置において緩衝器を併用すること
は、コイルスプリングのばね力の他緩衝器の減衰力が車
体に作用することになり、コイルスプリングだけの場合
に比べて、車体の上下加速度が増大することになつてい
た。

すなわち、路面からの入力による車体の上下加速度は、
コイルスプリングのばね力と緩衝器の減衰力との和を車
両質量で割ることにより導かれるが、コイルスプリング
において車体に作用するばね力は、コイルスプリングの
基準長に対する相対的な伸縮動によってその大きさと方
向（基準長より大きい場合は下方向、小さい場合は上方
向）が決定され、緩衝器において車体に作用する減衰力
は、ピストンロッドの最大長と最小長との間で該ピスト
ンロッドが伸縮動することにより、その大きさと方向
（伸長時は下方向、短縮時は上方向）が決定される。こ
のため、コイルスプリングのばね力と緩衝器の減衰力と
は、それぞれの独自の条件によりその方向と大きさとが
変化することになり、ばね力の作用方向と減衰力の作用
方向とが同一の場合や該両者が相反する場合が生じるこ
とになる。そして、車体に作用するばね力の作用方向と
減衰力の作用方向とが同一の場合（基準長より大きい伸
長時または基準長より小さい短縮時）には、ばね力と減
衰力との総和が大きくなり、車体の上下加速度は増大す
ることになる。

このため、その車体の上下加速度の増大により、乗員は
不快感を感じることとなつていた。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は
路面からの入力による車体へ作用する力を小さくするこ
とにより、車体の上下加速度の増大を防ぎ、車両の乗心
地を向上させることにある。

（問題点を解決するための手段）かかる目的を達成するために本発明にあっては、車両の
車軸と車体との間に設けられ、路面からの衝撃を吸収す
るスプリング手段と車体の振動を減衰する緩衝器とを備
えた懸架装置において、前記緩衝器の減衰力特性を伸び
側と縮み側とで各々少なくとも高低２段階の減衰力特性
を選択可能とし、さらに、前記車両の車体と車軸との間
隔が基準状態より大きい状態か小さい状態かを検出する
検出手段と、該検出手段の検出結果に基づき、前記車体
と車軸との間隔が基準状態より大きい状態のとき、前記
緩衝器の減衰力特性を伸び側が低減衰力で縮み側が高減
衰力の組合わせとし、前記車体と車軸との間隔が基準状
態より小さい状態のとき、前記緩衝器の減衰力特性を伸
び側が高減衰力で縮み側が低減衰力の組合わせとする制
御手段とを設けた構成としてある。

（作用）上述の構成により、車体と車軸との間隔が基準状態より
大きい場合、制御手段が緩衝器の減衰力特性を伸び側が
低減衰力で縮み側が高減衰力の組合せとするので、スプ
リング手段のばね力に抗して車体と車軸との間隔が大き
くなり基準状態から離れる際（車体に作用するばね力と
減衰力の方向とが同一）には緩衝器の伸長にともない低
減衰力が作用するため車体の上下加速度が小さくなり、
ばね力によって車体と車軸との間隔が小さくなり基準状
態の近づく際（車体に作用するばね力と減衰力の方向と
が異なる）には緩衝器の短縮にともない高減衰力が作用
するため車体の上下加速度の収束が促進される。また、
車体と車軸との間隔が基準状態より小さい場合、制御手
段が緩衝器の減衰力特性を伸び側が高減衰力で縮み側が
低減衰力の組合せとするので、スプリング手段のばね力
に抗して車体と車軸との間隔が小さくなり基準状態から
離れる際（車体に作用するばね力と減衰力の方向とが同
一）には緩衝器の短縮にともない低減衰力が作用するた
め車体の上下加速度が小さくなり、ばね力によって車体
と車軸との間隔が大きくなり基準状態に近づく際（車体
に作用するばね力と減衰力の方向とが異なる）には緩衝
器の伸長にともない高減衰力が作用するため車体の上下
加速度の収束が促進される。

（発明の効果）したがつて、本発明にあっては、車体の上下加速度が小
さくなるとともに、その収束が促進されるので、乗員に
不快感を与えることがなくなり、乗心地を向上させるこ
とができる。

（実施例）以下、本発明の実施例について説明する。

第１図〜第10図において、１は車両で、この車両１の車
体２と車軸３とは懸架装置４を介して連結されており、
車軸３には車輪５が連結されている。懸架装置４は各車
輪５毎に設けられており、第１図はその懸架装置４の一
つを示している。

懸架装置４は、スプリングとしてのコイルスプリング６
と、緩衝器としての油圧緩衝器７と、検出手段としての
変位センサ８と、から概略構成されている。コイルスプ
リング６は、その一端側内側が車軸３に設けられラバー
クツシヨン９に嵌合保持されており、コイルスプリング
６の他端側内側は、ラバークツシヨン９に対向する車体
２側に設けられたクツシヨン受け10に嵌合保持されてい
る。

油圧緩衝器７は第２図に詳細に示されている。

すなわち、シリンダ11内にはフリーピストン12が摺動可
能に嵌挿されており、シリンダ11内はフリーピストン12
によりガス室13と油室14の二室に画成されている。ガス
室13には高圧ガスが封入されており、油室14には油液が
封入されている。

油室14にはピストン15が摺動可能に嵌挿されており、油
室14はピストン15により下室R1と上室R2とに画成されて
いる。そのピストン15にはピストンロツド16が連結され
ており、このピストンロツド16は上室R2を通ってシリン
ダ11外へ延出している。

ピストン15には、下室R1と上室R2とを連通する第１の連
通路17と第２の連通路18とが設けられている。このピス
トン15の上部には、ピストンロツド16の短縮時に下室R1
の圧力が高くなつて下室R1と上室R2との圧力差がある値
になると、第１の連通路17を開く常閉の第１の減衰弁19
が取付けられ、他方、ピストン15の下部には、ピストン
ロツド16の伸長時に上室R2の圧力が高くなつて下室R1と
上室R2との圧力差がある値になると、第２の連通路18を
開く常閉の第２の減衰弁20が取付けられている。

ピストン15には、ピストンロツド16の軸心を挟んで相対
向する第３，第４の連通路21，22が形成されており、第
３，第４の連通路21，22はそれぞれ上室R2と下室R1とを
連通している。第３，第４の連通路21，22にはそれぞれ
チエツク弁23，24が設けられており、チエツク弁23は下
室R1から上室R2への油液の流れのみを許容し、チエツク
弁24は上室R2から下室R1への油液の流れのみを許容す
る。ピストン15内部には円板状の可動板25がピストンロ
ツド16の軸心を中心として回動可能に保持されており、
可動板25の板面は第３，第４の連通路21，22を横切って
いる。この可動板25には同心状に一対の長孔26，27が穿
設されており、この一対の長孔26，27は相対向してい
る。この各長孔26，27は可動板25の周回り方向に延びて
おり、その一方の長孔26は、第３図中、時計方向に向う
に従ってその開口面積が大きくなり、他方の長孔27は、
第３図中、時計方向に向うに従ってその開口面積が小さ
くなつている。各長孔26，27は、可動板25をその軸心を
中心として回動させることにより第３，第４の連通路2
1，22に臨むことが可能となつており、このときの減衰
力特性は第５図に示されている。これを具体的に説明す
れば、第３の連通路21に例えば長孔26のb1点を臨ませ、
第４の連通路22に長孔27のb2点を臨ませた場合には、第
５図中、B1及びB2で示すような立上がりの特性曲線を示
し（伸び側、縮み側共に中減衰力）、第３の連通路21に
長孔26のa1点を臨ませ、第４の連通路22に長孔27のa2点
を臨ませた場合には、特性曲線B1よりも急激な立上がり
の特性曲線A1と、特性曲線B2よりも緩やかな立上がりの
特性曲線A2とを示し（伸び側：低減衰力、縮み側：高減
衰力）、第３の連通路21に長孔26のc1点を臨ませ、第４
の連通路22に長孔27のc2点を臨ませた場合には、特性曲
線B1よりも緩やかな立上がりの特性曲線C1と、特性曲線
B2よりも急激な立上がりの特性曲線C2とを示す（伸び
側：高減衰力、縮み側：低減衰力）ことになる。そし
て、この初期の立上がりの各減衰力が所定値以上になる
と、第１，第２の減衰弁19，20が開弁し、油圧緩衝器７
は所定の各減衰力を示す。この第１，第２の減衰力19，
20の開弁時点は、それぞれ各特性曲線が折曲する点P1，
P2に相当する。

可動板25には、その軸心において操作ロツド28が連結さ
れており、この操作ロツド28は回動可能にピストンロツ
ド16をその軸心方向に貫通している。操作ロツド28には
アクチュエータ29が連結されており、このアクチュエー
タ29により操作ロツド28はその軸心を中心として適宜回
動可能となつている。

変位センサ８は車体２と車軸３との間に介装されてお
り、この変位センサ８は基準状態における車体２と車軸
３との間隔、すなわち、基準長Ｌに対する車軸３との間
隔の伸縮方向変位を検出する。基準長Ｌは、車両１を平
地に静置したときの、車体２と車軸３との間隔としても
よいし、車両１を、所定の路面において所定時間、走行
させ、そのときの、車体２と車軸３との間隔の平均値と
してもよい。

各懸架装置４における各変位センサ8a，8b，8c，8dと各
懸架装置４の各油圧緩衝器７における各アクチュエータ
29a ，29b ，29c ，29d とは、第４図に示すように制御
回路30を介して接続されている。制御回路30は各変位セ
ンサ8a〜8dからの検出信号に基き、対応する各アクチュ
エータ29a 〜29d を制御する機能を有する。すなわち、
制御回路30は変位センサ８（以下、各変位センサの一つ
と、その変位センサと対応するアクチュエータについて
説明する。）からの検出信号に基き、コイルスプリング
６のばね力Fsを、その大きさと方向について算出すると
共に、基準長Ｌに対する車体２と車軸３との間隔の時間
的伸縮変化、すなわちサスペンション速度（ピストン速
度）を算出し、次いで、このサスペンション速度により
次式に基き、油圧緩衝器７の減衰力Faを算出する。

Fa＝Ｋ×重力加速度×ピストン速度Ｋ＝係数（Kg・ｍ／sec²）そして、制御回路30は、ばね力Fsの作用方向と減衰力Fa
の作用方向とを比較する。ここで、ばね力Fsの車体に対
する作用基準長Ｌよりもコイルスプリング６の軸心方向
長さが短いときには、該コイルスプリング６の伸びる方
向（上方向）となり、基準長Ｌよりもコイルスプリング
６の軸心方向長さが長いときには、該コイルスプリング
６の縮む方向（下方向）となる。また、減衰力Faの作用
方向は、ピストンロツド16の伸長時にはピストンロツド
16の短縮方向（下方向）となり、ピストンロツド16の短
縮時にはピストンロツド16の伸長方向（上方向）とな
る。

制御回路30がばね力Fsの作用方向と減衰力Faの作用方向
とを比較して両者が同一であると判断した場合には、該
制御回路30はアクチュエータ29を作動させて可動板25を
回動させ、減衰力Faを生じないように所定の長孔26若し
くは27の所定位置を第３の連通路21若しくは第４の連通
路22に臨ませる。すなわち、車体２と車体３との間隔が
基準長Ｌより小さい場合、長孔26の点c₁を第３の連通路
21に臨ませて縮み側の減衰力を低減衰力とする。このと
き、長孔27の点c₂が第４の連通路22に臨むので伸び側の
減衰力は高減衰力となる。また、車体２と車体３との間
隔が基準長より大きい場合、長孔27のa₂を第４の連通路
22に臨ませて伸び側の減衰力を低減衰力とする。このと
き、長孔26の点a₁が第３の連通路21に臨むので縮み側の
減衰力は高減衰力となる。制御回路30がばね力Fsの作用
方向と減衰力Faの作用方向とを比較して両者が相反する
と判断した場合には、該制御回路30はアクチュエータ29
を作動させて可動板25を回動させ、減衰力Faの大きさを
ばね力Fsの大きさに等しくなるように所定の長孔26若し
くは27の所定位置を第３の連通路21若しくは第４の連通
路22に臨ませる。この詳細は後述する。

次に、第６図に示すように車両１が路面31上の凸部31a
を走行する場合を例にとつて上記構成の作用について説
明する。

計算にあたつては第７図に示すように懸架装置４をモデ
ル化することにより行ない、このモデルにおいて、車体質量Ｍ＝300 Kg コイルスプリング６のばね定数 k＝1207×重力加速度（Kgm／sec²m）とし、油圧緩衝器については減衰力Faが次の式で求めら
れる３つのタイプを用いた。

Fa＝Ka×重力加速度×ピストン速度 Ka＝−20 （Kgm／sec²） Fa＝Kb×重力加速度×ピストン速度 Kb＝−200 （Kgm／sec²） Fa＝Kc×重力加速度×ピストン速度 Kc＝−20〜−300 （Kgm／sec²）は、減衰力Faがほとんど零の場合であり、は、従来
の懸架装置の場合であり、は、本発明に係る懸架装置
の場合であつて減衰力Faのとり得る範囲を示している。

そして、車体２の上下加速度αは上記関係に基いて次の
式により求める。

α＝（Fa＋Fs）／Ｍこの結果については上記油圧緩衝器のタイプ，，
毎に第８図，第９図，第10図に示す。

以下、各図における４つの区間Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに基いて
説明する。

（Ｉ）区間Ａについて車両１が路面31の凸部31a に乗り上げると、コイルスプ
リング６も油圧緩衝器７も縮められることになり、第９
図においてはコイルスプリング６にばね力Fsが生じ、油
圧緩衝器７には減衰力Faが発生する。このとき、ばね力
Fsも減衰力Faも第７図中、上方に、向って作用するた
め、その総和に基いて車体２の上下加速度αが求められ
ることになり、第９図における車体２の上下加速度αは
第８図における車体２の上下加速度αよりも大きくな
る。

一方、第10図においては、コイルスプリング６と油圧緩
衝器７のピストンロツド16が縮み始めると、第３の連通
路21に長孔26のc1点が臨み、第４の連通路22には長孔27
のc2点が臨む。このため、油圧緩衝器7においては、ピ
ストンロツド16の短縮時に極めて減衰力Faが小さくなり
（第５図中、C1）、車体２の変動はほとんどばね力Fsに
よつて支配される。そのため、車体２の上下加速度αは
ばね力Fsに基いて定まることになり、その値は第８図の
場合と略等しくなる。

（II）区間Ｂについて車両１が区間Ａと区間Ｂとの境界に至ると、車体２と車
軸３との間隔が復元し始めることになり、コイルスプリ
ング６も油圧緩衝器７のピストンロツド16も伸ばされる
ことになる。このとき、コイルスプリング６が基準長Ｌ
よりも短くなつていることから、そのばね力Fsは、図
中、上方に向って作用しており、油圧緩衝器７において
はピストンロツド16が伸張するに伴いその減衰力Faは、
図中、下方に向って作用することになる。このように、
ばね力Fsと減衰力Faの方向が相反することから、第９
図，第10図の場合においてはばね力Faと減衰力Faとは互
いに打ち消し合おうとする。

しかし、第９図の場合には、ばね力Fsを完全に打ち消す
目的をもつて減衰力Faが設定されていないため、ばね力
Fsと減衰力Faとの総和は大きくなり、車体２の上下加速
度αしだいに大きくなる。

これに対して、第10図の場合には、すでに区間Ａのとき
において、第４の連通路22に長孔27のc2点が臨んでお
り、このときのピストンロツド16の伸張時には減衰力Fa
は極めて大きくなる（第５図中、C2）。この減衰力Faは
区間Ｂにおけるばね力Fsに略等しくなるように調整さ
れ、減衰力Faをばね力Fsに等しくするためにばね力Fsの
変化に対応して可動板25は、第３図中、時計方向に若干
回動する。このため、ばね力Fsと減衰力Faとの総和は、
それぞれの方向が相反することから略完全に打ち消し合
い、車体２の上下加速度αは略零になる。

（III）区間Ｃについて区間Ｂとの区間Ｃとの境界においては、車体２と車軸３
との間隔が基準長Ｌとなるが、区間Ｃに入ると、コイル
スプリング６も油圧緩衝器７のピストンロツド16も伸ば
されることになる。このとき、第９図の場合には、コイ
ルスプリング６が基準長Ｌよりも長くなつていることか
ら、そのばね力Fsは、図中、下方に向って作用してり、
油圧緩衝器７においてはピストンロツド16が伸張するこ
とから、その減衰力Faは、図中、下方に向って作用する
ことになる。このため、前記両者Fs及びFaの総和は大き
くなり、車体２の上下加速度αは、第８図の場合に比べ
て大きくなる。

これに対して第10図の場合には、コイルスプリング６と
油圧緩衝器７のピストンロツド16が伸び始めると、可動
板25が回動して第４の連通路22に長孔27のa2点が臨み、
第３の連通路21に長孔26のa1点が臨むことになる。この
ため、油圧緩衝器７においては、ピストンロツド16の伸
張時に極めて減衰力Faが小さくなり、（第５図中、A
2）、車体２の変動はほとんどばね力Fsによつて支配さ
れる。そのため、車体２の上下加速度αはばね力Fsに基
いて定まることになり、その値は、第８図の場合と略等
しくなり、且つ第９図の場合よりも小さくなる。

（IV）区間Ｄについて区間Ｃから区間Ｄに入ると、車体２と車軸３との間隔が
復元し始めることになり、コイルスプリング６も油圧緩
衝器７のピストンロツド16も縮むことになる。このと
き、コイルスプリング６が基準長Ｌよりも長くなつてい
ることから、そのばね力Fsは、図中、下方に向って作用
しており、油圧緩衝器７においてはピストンロツド16が
短縮するに伴い、その減衰力Faは、図中、上方に向って
作用することになる。このように、ばね力Fsと減衰力Fa
の方向が相反することから、第９図，第10図の場合にお
いてはばね力Fsと減衰力Faとは互いに打ち消し合おうと
する。

しかし、第９図の場合には、ばね力Fsを完全に打ち消す
目的をもつて減衰力Faが設定されていないため、ばね力
Fsと減衰力Faとの総和は大きくなり、車体２の上下加速
度αは大きくなる。

これに対して、第10図の場合には、すでに区間Ａのとき
において、第３の連通路21に長孔26のa1点が臨んでお
り、このときのピストンロツド16の短縮時には減衰力Fa
は極めて大きくなる（第５図中、A1）。この減衰力Faは
区間Ｄにおけるばね力Fsに略等しくなるように調整さ
れ、減衰力Faをばね力Fsに等しくするためにばね力Fsの
変化に対応して可動板25は、第３図中、反時計方向に若
干回動する。このため、ばね力Fsと減衰力Faとの総和
は、それぞれの方向が相反することから略完全に打ち消
し合い、車体２の上下加速度αは略零になる。

このように、区間Ａ〜Ｄを１サイクルとして車体２の上
下加速度αが極めて小さくされており、その上下加速度
αにより乗員が不快感を感じることはなくなる。

以上一実施例について説明したが本発明にあつては、次
のような態様を包含する。

長孔25，26に代えて、可動板25に、第３，第４の連通
路21，22に臨むことができる複数のオリフイスを設け、
その各オリフイス開口面積を異ならせ、そのオリフイス
を選択することにより減衰力Faを調整してもよい。

ばね力Fsを検出するために、コイルスプリング６の取
付け部やスプリング自身のひずみを検出してもよい。

ピストン速度（サスペンション速度）を検出するため
に、速度そのものを直接検出してもよい。

重錘の慣性力を利用した加速度センサを用いて、車体
２の上下加速度αを検出し、その検出状態に応じて油圧
緩衝器７の減衰力Faを制御するようなフィードバック制
御を行なってもよい。

油圧緩衝器７の取り付け部におけるひずみ等を検出し
て、車体２の上下加速度αを検出しても良い。

スプリングは、減衰作用を有するリーフスプリング、
エアスプリング等であつてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は車両に取付けた本発明に係る懸架装置を示す概
念図、第２図は本発明に係る油圧緩衝器を示す縦断面図、第３図は可動板を示す平面図、第４図は本発明に係る制御系統図、第５図は本発明に係る減衰力特性図、第６図は車両の走行状態を示す概略図、第７図はコイルスプリング、油圧緩衝器及び車体質量を
示す模式図、第８図はコイルスプリングに依存したときの減衰力特性
の場合における各特性を示す特性図、第９図はコイルスプリングと油圧緩衝器とを用いたとき
の、従来の減衰力特性の場合における各特性を示す特性
図、第10図は本発明の場合における各特性を示す特性図であ
る。１……車両、２……車体３……車軸、４……懸架装置６……コイルスプリング７……油圧緩衝器、８……変位センサ 30……制御回路、31……路面 Fa……減衰力、Fa……ばね力Ｌ……基準長

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の車軸と車体との間に設けられ、路面
からの衝撃を吸収するスプリング手段と車体の振動を減
衰する緩衝器とを備えた懸架装置において、前記緩衝器
の減衰力特性を伸び側と縮み側とで各々少なくとも高低
２段階の減衰力特性を選択可能とし、さらに、前記車両
の車体と車軸との間隔が基準状態より大きい状態が小さ
い状態かを検出する検出手段と、該検出手段の検出結果
に基づき、前記車体と車軸との間隔が基準状態より大き
い状態のとき、前記緩衝器の減衰力特性を伸び側が低減
衰力で縮み側が高減衰力の組合わせとし、前記車体と車
軸との間隔が基準状態より小さい状態のとき、前記緩衝
器の減衰力特性を伸び側が高減衰力で縮み側が低減衰力
の組合わせとする制御手段とを設けたことを特徴とする
懸架装置。