(57)【要約】車両の一角のばね下質量とばね上質量との間に従来の方法で配向され、全体の合成ばね定数ＫTを提供するように直列に配置された第１の所定の定数Ｋ1のトーションバーばね及び第２の所定の定数Ｋ2のコイルばねを備えるプッシュロッド作動式の内向きばね構造を備える、選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。ロックアウトアクチュエータが、コイルばねと平行に配置され、ロックアウトアクチュエータが第１のロック解除モードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数が級数方程式１／ＫT＝１／Ｋ1＋１／Ｋ2によって定義され、ロックアウトアクチュエータが第２のロックモードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数がＫT＝Ｋ1によって定義されるように実質的に高くなり、この結果として低い定数で最適な乗り心地の設定と高い定数で最適なハンドリングの設定の両方を選択的に提供するように、第１モードではコイルばねが自由に動くことを可能にし且つ第２モードではコイルばねの動きを防止するように構成される。
2019501067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステムであって、
車両の一角のばね下質量とばね上質量との間に従来の方法で配向され、全体の合成ばね定数ＫTを提供するように直列に配置された第１の所定の定数Ｋ1のトーションバーばね及び第２の所定の定数Ｋ2のコイルばねを備えるプッシュロッド作動式の内向きばね構造と、
前記コイルばねと並列に配置され、第１のモードでは前記コイルばねが自由に移動することを可能にし、第２のモードでは前記コイルばねの動きを防止するように構成されたロックアウトアクチュエータと
を備え、
前記ロックアウトアクチュエータが第１のロック解除モードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数が級数方程式１／ＫT＝１／Ｋ1＋１／Ｋ2によって定義され、前記ロックアウトアクチュエータが第２のロックモードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数がＫT＝Ｋ1で定義されるように実質的に高くなり、この結果として低い定数で最適な乗り心地の設定と高い定数で最適なハンドリングの設定の両方を選択的に提供する、選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。
【請求項２】
前記ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために前記油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備える、請求項１に記載の選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。
【請求項３】
前記ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために前記油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備え、更に、前記油圧回路は、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトを規定することができるように、前記油圧アクチュエータに電力を供給して前記コイルばねを所定の位置に駆動するように構成される、請求項１に記載の選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。
【請求項４】
前記ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために前記油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備え、更に、前記油圧回路は、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトが１／Ｋ1＋１／Ｋ2のばね定数モードでよりも相対的に低いことができるように、前記油圧アクチュエータに電力を供給して前記コイルばねを所定の位置に駆動するように構成される、請求項１に記載の選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用のサスペンションシステムに関し、具体的には、２つの異なる動作モードを提供するサスペンションシステムに関する。乗り心地の最適化と道路車両のハンドリング能力の最適化との間でなされなければならない固有の妥協を克服するために、本発明は、一次ロードばねの定数を最適なハンドリングの設定と最適な乗り心地の設定との間で切り替えることができるデュアルモードサスペンションシステムを提供する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１月８日に出願された米国仮出願第６２／２７６，４９９号に対する優先権を主張するものであり、上記仮出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００３】
車両サスペンションは、自動車に先行しており、当初は乗員を路面外乱から切り離すために馬車に導入された。車両サスペンションの基本的な前提は、車両全体及びその乗員ではなく、車両の車輪が独立して隆起の上を移動するのを可能にすることである。この装置は、以下の大きな利益をもたらす。
ａ）乗員がもはや路面外乱の影響を直接受けないので、業界が「乗り心地」と呼ぶものが大幅に向上する。
ｂ）車輪を路面外乱の上で移動させることに関連するエネルギーは、車両全体を持ち上げるために必要とされるエネルギーよりもはるかに小さいので、かなりの省エネルギーが実現される。
ｃ）車両の全体的な質量が路面外乱の周りに落とされないので、速度が増加するにつれて車両のステアリング制御が著しく向上する。
【０００４】
車両のサスペンションは、様々に構成することができるが、一般に、エネルギー貯蔵媒体（通常はある種のばね）を介して、「ばね上質量」と呼ばれる主車体を「ばね下質量」と呼ばれるホイールシステムから切り離すように配置される。ばねは、ハブ、ブレーキ及び運動制御リンク機構を含むホイールシステムが、路面外乱に応答して主車体に対して移動することができるようにエネルギーを蓄える。外乱を通過すると、ばねはその貯蔵エネルギーを放出してホイールシステムを元の状態に戻す。ばねは、その変位に比例して力を生成するが、エネルギーを消散しない。残念なことに、エネルギー貯蔵要素だけで構成されたサスペンションシステムは、単純なばね質量系の物理学でよく知られている制御されていない振動応答を示す。何らかの形の減衰がなければ、乱れたばね質量系は外力が加えられない限り振動し続ける。車両サスペンションシステムでは、これらの沈静力は、何らかの形態の減衰装置によって、最も一般的には速度に比例する力を生成する油圧ベースの構成要素によって、通常は生成される。このようにして、ダンパーはばね運動の両方向において抵抗力を提供し、その結果ばねをそのままの位置でゼロ速度に落ち着かせる。ダンパーは、車体を支えることができないため、厳密には二次サスペンション部品であり、この主要機能を提供するのはばねであることに留意することが重要である。
【０００５】
車両の動的応答の限界に近づくにつれて、運動制御リンク機構及びエネルギー貯蔵及び減衰部品を含むサスペンションシステムは、最適性能レベルに到達する際の制約要因となる。路面外乱からの高レベルの乗員分離性を提供するために、ばね及びダンパーが比較的柔らかく調整されると、ばね上質量は、運転者のステアリング、加速及び制動の要求によって生ずる横方向及び縦方向の力に応答して過度に動く傾向がある。これらの要求は一般に「ハンドリング応答」と呼ばれるものをもたらし、一方、乗員分離性の質は「乗り心地応答」と呼ばれる。
【０００６】
４つの車輪コーナーのそれぞれでばね定数（スプリングレート）と減衰係数を変更することにより、車両横断対が通常は正確に一致するが、車両の乗り心地及びハンドリング性能を最適化することができる。一般に、単位変位当たりの力で測定した硬いばね定数は、安定した乗り心地及び優れた車体制御をもたらし、一方、柔らかいばね定数は柔らかい乗り心地を与えるが、制御性は低い。減衰係数は、それらの関連するばね定数に通常は直接同調される。残念なことに、低いばね定数で最適の乗り心地応答が生じ、高いばね定数で最適なハンドリング応答が生じる。この結果、歴史的に、車両は乗り心地及びハンドリング応答を妥協するように調整されてきた。
【０００７】
可変レジームを導入することにより、妥協の少ない車両のサスペンションチューニングを提供する試みが数多く行われてきた。ハロウェルの特許文献１は、板ばねの有効長さを変更する調節可能な装置を用いて可変のばね定数とライドハイト（最低地上高）の両方を提供する方法を記載しているので、このタイプの可変サスペンションへの早期のアプローチを示している。これによって、最適なサスペンションの設定は、重負荷又は軽負荷のばね上質量の状態に適合するように選択されることができる。特許文献１（１９６０年）の時点では、板ばねは道路車両の負荷車軸上の一般的なエネルギー貯蔵媒体であったが、車両サスペンションが現在より普及しているコイルばね及びねじりばねを採用するにつれて、適応性のある定数の変更も徐々に発展した。
【０００８】
ライッターの特許文献２は、固定された車両サスペンション支柱装置内のコイルばねの自由長を手作業で調節する方法を記載している。一般に、コイルばねの自由長を短くするとその定数が増大し、逆に長くすると定数が低くなると理解される。特許文献２に記載されたスペーシング要素は、一端を協働する収容溝内に選択的に閉じ込めてロック装置で保持することによって、コイルばねの有効長さを調節することを可能にする。このようにして、ばね自由長を手作業で短くし、その定数を増大させ、車両のライドハイトを低くすることができる。逆に、自由長を長くすることで、その定数を低くし、車両のライドハイトを増大させることができる。
【０００９】
車両の重負荷時には、ばね／質量システムの固有振動数を比較的一定に保つことができるので、軽負荷時に対してより高いばね定数を有することが好ましいことが一般に認識されている。固有振動数は、乗員が実際に感じる物理的入力であり、ω＝√ｋ／ｍと表される。ここで、ｋはばね剛性又はばね定数、ｍは質量である。質量が増加した場合、同じ固有振動数を維持し、乗員への外乱入力を同様に保つためには、ばね定数も比例して増大させる必要がある。実際にはばねの変位によって物理的に実現される所定の負荷で交差位置を有する２つのばね定数を最終的に提供する多数の非線形ばね装置が考えられた。ショイブラインらの特許文献３は、負荷が増加又は減少するにつれて固有振動数が変更されるように、所定の変位で定数の変化をもたらすコイルばねを組み込んだ車両サスペンションシステムを記載している。同様に、クレメンツらの特許文献４は、所定の力を超えるまでトーションバーの回転に対する弾性抵抗を提供するコイルばね付勢部材と直列の一次トーションバー要素を利用することによりデュアルレートサスペンション特性を達成する代替方法を提供する。クヌートらの特許文献５は、特許文献４と同様のトーションバー及びコイルばね装置を記載しているが、トーションバーは、加圧ロッドによって作動される主ばね上質量の内側に配置されている。エッシェルマンの特許文献６及びムーンの特許文献７に記載されているように、トーションバー要素が互いに直列に同軸に配置されたパッシブデュアルレートサスペンションシステムも使用されている。ホルトの特許文献８は、ばね駆動カムの２つの異なる角度の面を使用するカム作動装置を利用することによりデュアルレートサスペンションを提供する更なるアプローチを記載している。特許文献８は、デュアルレートの変化を能動的に制御できるようにアクチュエータを使用して車輪の移動とばね駆動カムとの間の関係を変更することによって適応性のある側面を追加する。
【００１０】
多重モードの適応性のある完全にアクティブなサスペンションシステムが実施されているが、その大部分はショックアブソーバの電子バルブ制御に過ぎない。前述したように、ダンパーは二次サスペンション部品であり、柔らかいばね定数と硬いばね定数との間の選択と、その結果生じる固有振動数の相対的な変化とを真に提供しない。ハフナーらの特許文献９は、輪荷重を連続的に監視し、車体のレベル及び／又はショックアブソーバの減衰特性を調整する適応型サスペンションシステムを請求している。このシステムは洗練された適応性のあるアプローチであるが、この場合も先と同様に実際のばね定数、ひいてはばね上質量の固有振動数を制御しない。モリーナの特許文献１０は、空気ばねと流体クッションショックアブソーバとを接続する空気圧装置を組み込み、異なる２つのばね定数及びライド周波数をもたらす高圧回路と低圧回路を提供する自動車用の適応型サスペンションシステムを記載している。これは選択的デュアルモードサスペンションシステムの最終目標であるが、空気ばねの使用は、その重量、複雑さ、線形定数応答のフックの法則を達成することの難しさ、及び金属製エネルギー貯蔵装置に対する信頼性の低さのために高性能車両には望ましくない。シスラーの特許文献１１は同様に、調節可能に加圧することができるゴム製スリーブチャンバーを使用することによってライドハイトとばね定数の両方の調節を提供する空気ばねを記載している。したがって、空気ばねは、低い高さでは相対的に低いばね定数を提供し、高い高さでは相対的に高いばね定数を提供するように適合される。前述の空気ばねに関する欠点に加えて、特許文献１１の構成は、高いライドハイトにおいて低いばね定数であり、低いライドハイトにおいて高いばね定数である、高性能車両において要求されるものとは反対の関係を提供する。
【００１１】
他の多くの適応型の手動式デュアルレートサスペンションシステムが当技術分野において記載されているが、コイルばね、板ばね又はねじりばねのような金属製エネルギー貯蔵装置を使用して性能車両の要求される特性を提供することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第３０８３０３４号明細書
【特許文献２】米国特許第５７２２６４５号明細書
【特許文献３】米国特許第３７７３３４６号明細書
【特許文献４】米国特許第６３５７７７１号明細書
【特許文献５】米国特許第７５４９６５８号明細書
【特許文献６】米国特許第６９４５５２２号明細書
【特許文献７】米国特許第５６８７９６０号明細書
【特許文献８】米国特許第５８３９７４２号明細書
【特許文献９】米国特許第４９１３４５７号明細書
【特許文献１０】米国特許第５７２５２３９号明細書
【特許文献１１】米国特許第６９２３４３４号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
１つの例示的な実施形態では、選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステムが、車両の一角のばね下質量とばね上質量との間に従来の方法で配向され、全体の合成ばね定数ＫTを提供するように直列に配置された第１の所定の定数Ｋ1のトーションバーばね及び第２の所定の定数Ｋ2のコイルばねを備えるプッシュロッド作動式の内向きばね構造を備える。ロックアウトアクチュエータが、コイルばねと平行に配置され、ロックアウトアクチュエータが第１のロック解除モードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数が級数方程式１／ＫT＝１／Ｋ1＋１／Ｋ2によって定義され、ロックアウトアクチュエータが第２のロックモードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数がＫT＝Ｋ1によって定義されるように実質的に高くなり、この結果として低い定数で最適な乗り心地の設定と高い定数で最適なハンドリングの設定の両方を選択的に提供するように、第１モードではコイルばねが自由に動くことを可能にし且つ第２モードではコイルばねの動きを防止するように構成される。
【００１４】
上記のいずれかの更なる実施形態では、ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備える。
【００１５】
上記のいずれかの更なる実施形態では、ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備え、更に、油圧回路は、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトを規定することができるように、油圧アクチュエータに電力を供給してコイルばねを所定の位置に駆動するように構成される。
【００１６】
上記のいずれかの更なる実施形態では、ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備え、更に、油圧回路は、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトが１／Ｋ1＋１／Ｋ2のばね定数モードでよりも相対的に低いことができるように、油圧アクチュエータに電力を供給してコイルばねを所定の位置に駆動するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本開示は、添付の図面に関連して考慮された場合に以下の詳細な説明を参照することによって更に理解することができる。
【図１】車両の一角における１つの開示されたサスペンションの実施形態の概略図である。
【図２】図１に示すサスペンションに用いられる油圧ロックアウトアクチュエータの拡大斜視図である。
【図３】図２に示す油圧ロックアウトアクチュエータの断面図である。
【図４】図１に示すサスペンションと共に使用される油圧制御回路の１つの例示的な実施形態の概略図である。
【図５】所望のハンドリングの設定を提供するべく所望のより低いライドハイトを提供するために使用される油圧制御回路の１つの例示的な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記の段落、請求項、又は以下の説明及び図面の実施形態、実施例及び代替物は、それらの様々な態様又はそれぞれの個々の特徴のいずれかを含み、独立して又は任意の組み合わせで採用することができる。一実施形態に関連して説明した特徴は、そのような特徴が不適合でない限り、すべての実施形態に適用可能である。
【００１９】
したがって、従来技術の適応型サスペンションシステム、より具体的にはデュアルレートばねを使用する適応型サスペンションシステムの欠点を考慮して、ライドハイト又は車両負荷とは無関係に２つの異なる動作モード間でばね定数及びライドハイトを切り替えることを可能にする、完全自動の選択可能な装置を提供することが有利である。このタイプのアプローチは、相対的に高い固有振動数及び低いライドハイトによって特徴付けられる最適な車両ハンドリングの設定と、相対的に低い固有振動数及び高いライドハイトによって特徴付けられる最適な乗り心地の設定とのいずれかを選択する方法を提供する。
【００２０】
本発明は、線形定数応答のフックの法則に従う２つのばねが直列に配置されたときに個々のばねのいずれよりも低い線形定数を有する単一のフックのばねとして作用する機構の簡単な原理を利用する。端と端を接続して直列に配置された定数Ｋ1とＫ2の２つのばねは、以下の一次方程式で表される総ばね定数ＫTを返す。
１／ＫT＝１／Ｋ1＋１／Ｋ2                    （式１）
【００２１】
本発明の主要な実施形態では、車両の一角のエネルギー貯蔵媒体は、直列に配置され且つばね下質量とばね上質量との間に従来の方法で配向された第１の所定の定数Ｋ1のトーションバーばね及び第２の所定の定数Ｋ2のコイルばねを備える。このようにして、第１の動作モードでは、サスペンションの全体のばね定数は、級数方程式によって記載されるようにＫTである。指令によりＫ2の定数をロックアウトすることができ、そのためサスペンション全体のばね定数がＫ1になるように、ロック機能を有する油圧アクチュエータもコイルばねと並列に含まれる。また、油圧アクチュエータは、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトを規定することができるように、コイルばねを所定の位置に駆動するために通電することができる。
【００２２】
図１は、運動制御用の従来のダブルウィッシュボーンサスペンションと内向きプッシュロッド作動式のエネルギー貯蔵媒体とを使用する車両の一角に設置された本発明の主要な実施形態を示す。トーションバーばね１０が、プッシュロッド１００とロッカー１０１の装置によって従来の方法で作動される。トーションバーばね１０は、ロッカー１０１の回転中心から駆動され、プッシュロッド１００は、そのロッカー１０１への取り付けと反対側の端部でサスペンションスピンドル１０７に接続される。ホイール１０５、タイヤ１０６、ブレーキアセンブリ１０８及びスピンドル１０７は、車両のばね下コーナーを構成し、ばね下コーナーは、ばね下コーナーの動きを所定の機能的に望ましい運動経路に沿った単一の自由度に制限するように構成された一連の運動制御リンク１１０、１１１、１１２及び１１３を介して車両構造体に取り付けられる。ばね下コーナーがその運動経路を通って移動すると、ばね下コーナーは、プッシュロッド１００を介してロッカー１０１を回転させ、トーションバーばね１０にトルクを誘起する。従来のショックアブソーバのようなダンパー１３が、ばね下コーナーの動きを減衰させるために、トーションバーばね１０の長手方向軸線から離れた位置で、車両支持構造体とロッカー１０１との間に接続される。所望によりダンパー１３を異なる形態でシステムに組み込むことができることを理解されたい。
【００２３】
第１の動作モードでは、ロッカー１０１の回転運動は、コイルばね１１が作動アーム１２を介してトーションバーばね１０の遠位端の回転運動によって移動するように直列に配置されたトーションバーばね１０とコイルばね１１との組み合わせで、ひずみエネルギーを貯蔵又は放出する。コイルばね１１は、接地ジョイント１６を介して作動アーム１２に対して反対側の端部で車両構造体に固定される。この第１の動作モードでは、車両のばね下コーナーに作用する合成ばね定数Ｋsrは、以下の方程式によって定義される。
１／Ｋsr＝１／Ｋtb＋１／Ｋcs                    （式２）
【００２４】
ここで、Ｋtbはトーションバーばね１０のばね定数であり、Ｋcsはコイルばね１１のばね定数である。この方程式は、個々のばね定数のいずれよりも小さい合成ばね定数（Ｋsr）を返すので、低い固有振動数により最適な乗り心地の設定を提供する。
【００２５】
第２の動作モードでは、コイルばね１１と同軸に構成された油圧ロックアウトアクチュエータ１５が、ソリッドリンクとして動作し且つコイルばね１１の圧縮を防止するように作動される。これによって、ロッカー１０１の回転運動は、トーションバーばね１０の遠位端が動作中のロックアウトアクチュエータ１５を介して車両構造体に固定されているので、トーションバーばね１０のみにひずみエネルギーを貯蔵又は放出する。この第２の動作モードでは、車両のばね下コーナーに作用するばね定数Ｋsrは、以下のように定義される。
Ｋsr＝Ｋtb                    （式３）
【００２６】
この第２の動作モードでは、車両のばね下コーナーに作用するばね定数は、第１の動作モードに比べて実質的に増大し、それにより固有振動数が増大し、最適なハンドリングの設定を提供する。
【００２７】
油圧ロックアウトアクチュエータ１５は、図２に更に詳細に示されており、本体２２と、シャフト２０と、シャフトクレビス２１と、接地ジョイント１６と、上部ばね板２４と、下部ばね取り付け座２７と、油圧マニホールドキャップ２６とを含む。図３に最も良く示されるように、シャフト２０と上部ばね板２４との間にサークリップ２３が設けられる。接地ジョイント１６は、ボルト又は類似の留め具によって車両構造体に取り付けられ、シャフトクレビス２１は、作動アーム１２の外側の点に回転可能に取り付けられる。コイルばね１１は、ロックアウトアクチュエータ１５のシャフト２０及び本体２２の周りに同軸に配置され、一端が下部ばね取り付け座２７によって支持され、他端が上部ばね板２４によって予荷重を掛けて保持される。油圧ロックアウトアクチュエータ１５のシャフト２０が、円筒穴２９内で移動するように適合された円筒状ピストン２５にどのように堅固に取り付けられるかの更なる詳細を図３に示す。このようにして、円筒穴２９は、適切な油圧流体で満たされた２つの可変作動容積３０、３５に分割される。油圧マニホールドキャップ２６は、上部油圧容積３０と第１外部ポート３２及び下部油圧容積３５と第２外部ポート３６との間に油圧経路３１を提供するように内部に配置される。
【００２８】
第１の動作モードでは、２つの外部ポート３２及び３６が互いに直接接続され、したがって油圧流体が２つの油圧容積３０及び３５の間を自由に流れることが可能になる。このように、円筒状ピストン２５が円筒穴２９内を自由に移動することができるので、コイルばね１１の動きは妨げられず、トーションバーばね１０と直列に作用することができる。
【００２９】
第２の動作モードでは、２つの外部ポート３２及び３６が互いに遮断され、したがって油圧流体が２つの油圧容積３０及び３５の間を流れるのを妨げられる。このように、円筒状ピストン２５が円筒穴２９内を移動することができないので、コイルばね１１がロックされ、その結果、トーションバーばね１０のみが、サスペンション運動によって与えられるエネルギーを蓄えることができる。
【００３０】
油圧ロックアウトアクチュエータ１５の２つの外部ポート３２、３６の間の接続を開閉するのに使用される油圧制御回路の概略図を図４に示す。第１の外部ポート３２と第２の外部ポート３６との間には、２ポート２位置の電気的に操作される油圧バルブ４０が、それぞれ油圧ライン３３及び３７を介して接続される。油圧バルブ４０は、油圧ライン３３、３７が妨害物なしで直接接続されるように通常は開放されるように構成される。この構成では、油圧流体は２つの油圧容積３０、３５の間を自由に流れることができる。このようにして、円筒状ピストン２５は、円筒穴２９内を自由に移動することができる。
【００３１】
適切な電気信号が油圧バルブ４０に与えられると、油圧バルブ４０は閉鎖（又は遮断）位置に切り替えられ、油圧流体は２つの油圧ライン３３、３７、したがって油圧容積３０、３５の間を流れるのを妨げられる。このモードでは、円筒状ピストン２５は円筒穴２９内を移動することができない。また、実際の動作のために、油圧ロックアウトアクチュエータ１５に入るシャフト２０によって移動させられる油圧流体が収容される容積を提供するために、油圧ライン３３内の油圧回路に補償器５０が導入される。補償器５０は、油圧貯蔵容積５１と、浮動ピストン５３と、加圧ガス容積５２とからなり、油圧バルブ４０がその通常の開放位置にある場合、シャフト２０が油圧ロックアウトアクチュエータ１５に入るとき、シャフト２０によって移動させられた油圧流体が油圧貯蔵容積５１に入れられるように構成される。油圧バルブ４０がその通常の開放位置にある場合、シャフト２０が油圧ロックアウトアクチュエータ１５を出るとき、収容容積５１内の油圧流体は、加圧ガス容積５２によって油圧ロックアウトアクチュエータ１５に押し戻される。油圧バルブ４０が電気的に信号を受けて閉じると、ピストン２５は、コイルばね１１を打ち負かすのに必要な内向きの動きからロックされる。
【００３２】
このようにして、コイルばね１１を選択的にロックアウトすることができるので、ライドハイト又は車両負荷とは無関係に、車両のコーナーに作用する全体のばね定数Ｋsrは、２つの異なる動作モードの間で能動的に切り替えられる。この装置は、相対的に高い固有振動数によって特徴付けられる最適なハンドリングの設定と、相対的に低い固有振動数によって特徴付けられる最適な乗り心地の設定とのいずれかを選択する方法を提供する。４輪車両の実際の適用の問題として、一致したライドハイトを維持するために４つの関連する油圧バルブ４０を協調的な方法でその閉鎖（又は遮断）位置に切り替えることができるように、各サスペンションコーナーの４つのロックアウトアクチュエータ１５のそれぞれに位置センサーを実装することができる。
【００３３】
本発明の更なる実施形態では、車両の４つのコーナーのすべてが車両の乗り心地及びハンドリング条件に適合し且つ最適化されたライドハイトにあることが保証されるように、油圧ロックアウトアクチュエータ１５の円筒状ピストン２５に所定の位置で動力を供給することを可能にする、ポンプ又はアキュムレーターのような油圧源が導入される。
【００３４】
図１を参照すると、第１の動作モードで、コイルばね１１とトーションバーばね１０が直列に作用するとき、車両のコーナーのライドハイトは、そのコーナーの質量と全体の合成した一連のばね定数とによって決定される。ライドハイトの初期設定は、通常、プッシュロッド１００をねじ山付きスリーブ又は同様の構成によって伸長及び収縮することによって調節される。油圧ロックアウトアクチュエータ１５が作動され、コイルばね１１がロックアウトされると、コーナーの質量は同じままであるが、全体のばね定数が実質的に増大するので、追加介入なしで、平均ライドハイトは必然的に増大する。増大した固有振動数と低下したライドハイトが優れた組み合わせを提供するので、この増大したライドハイトは、最適なハンドリングを達成するために望まれるものとは反対である。図５は、最適なハンドリングの設定を提供するためにコイルばね１１がロックアウトされ且つ固有振動数が増大したときに理想的な所定の低下したライドハイトを提供する油圧回路の概略図を示す。２ポート２位置の電気的に操作される油圧バルブ４０が、それぞれ油圧ライン３３及び３７を介して油圧ロックアウトアクチュエータ１５の第１の外部ポート３２と第２の外部ポート３６との間に接続される。油圧バルブ４０は、油圧ライン３３、３７が妨害物なしで直接接続されるように通常は開放されるように構成される。この構成では、油圧流体は２つの油圧容積３０、３５の間を自由に流れることができる。このようにして、円筒状ピストン２５は、円筒穴２９内を自由に移動することができる。前述のように、実際の動作のために、油圧ロックアウトアクチュエータ１５に入るシャフト２０によって移動させられる油圧流体が収容される容積を提供するために、油圧ライン３７内の油圧回路に補償器５０が導入される。また、貯蔵器６３から低圧の油圧流体を引き出し、油圧ライン３８に供給する油圧ポンプ６２又は類似の圧力源が設けられる。第２の２ポート２位置の電気的に操作される油圧バルブ６０が、油圧ライン３８と３３との間に接続される。油圧バルブ６０は、油圧ポンプ６２によって生成された圧力が油圧ライン３３に入るのを通常は阻止するように通常は閉鎖されるように構成される。油圧ライン３７と貯蔵器６３との間には、第３の２ポート２位置の電気的に操作される油圧バルブ６１が接続される。油圧バルブ６１は、油圧ライン３７が貯蔵器から通常は遮断されるように通常は閉鎖されるように構成される。油圧ライン３７及び油圧容積３５及び５１において所定の最小圧力を維持するために、油圧バルブ６１と貯蔵器６３との間に自己操作式の圧力逃がし弁２００が更に導入される。適切な電気信号が油圧バルブ４０、６０、６１に同時に与えられると、それらは全て状態を変化させ、油圧バルブ４０は閉鎖（又は遮断）位置に切り替えられ、油圧流体は２つの油圧ライン３３、３７、したがって油圧容積３０及び３５の間を流れるのを妨げられる。また、油圧バルブ６０は開放位置に切り替わり、高圧の油圧流体は油圧ライン３３を通って油圧容積３０に直接流れることが可能になり、油圧バルブ６１も開放位置に切り替わり、容積３５内の油圧流体は油圧ライン３７及び圧力逃がし弁２００を通って貯蔵器６３に流れることが可能になる。圧力逃がし弁２００は、油圧バルブ６１が開放位置に切り替わるときに補償器５０がその油圧貯蔵容積５１を排出するのを防ぐ油圧ライン３７内の圧力を維持するように構成される。このようにして、円筒状ピストン２５は、車両サスペンション荷重によって生成される圧力よりも著しく高くなるように規定された圧力によって、油圧ロックアウトアクチュエータ１５の円筒穴２９内で完全に収縮した位置に駆動される。コイルばね１１がロックアウトされる第２の動作モードにおいて車両の適切なライドハイトに合うように油圧ロックアウトアクチュエータ１５の伸縮位置を適合させることができるように、調節可能な止め具３９が更に設けられる。
【００３５】
このようにして、コイルばね１１を選択的にロックアウトすることができ、したがって、車両のコーナーに作用する全体のばね定数Ｋsrは、無関係に予め定められたライドハイトで、２つの異なる動作モードの間で能動的に切り替えられる。この装置は、相対的に高い固有振動数及び低いライドハイトによって特徴付けられる最適なハンドリングの設定と、相対的に低い固有振動数及び高いライドハイトにより特徴付けられる最適な乗り心地の設定とのいずれかを選択する方法を提供する。記載された油圧駆動のシステムはまた、車両のバランスを崩さないように、４つのコーナーの全てがそれらの適切なライドハイトを所定の速度及びタイミングで適切に達成することを保証する。
【００３６】
また、ダンパー１３は、従来の方法でロッカー１０１によって作動されるように簡単に配置することができる。ダンパーは、車両のコーナーに作用する全体的なばね定数Ｋsrを２つのモード間で能動的に切り替え、減衰特性を選択された固有振動数に適切に適合させることができるように、当該技術分野で知られるように適応性を有するように構成することもできる。
【００３７】
特定のシステム構成が例示された実施形態で開示されているが、他の構成が本開示によって利益を得ることを理解すべきである。例えば、コイルばね１１の代わりに第２のトーションバーを使用して、２つのトーションバーの間にロックアウトアクチュエータを配置するように、記載した車両サスペンションシステムを変更することができる。ロックアウトアクチュエータは、上述の油圧装置の代わりに電気機械であることができる。様々な実施例が図に示される特定の構成要素を有するが、本発明の実施形態はこれらの特定の組み合わせに限定されない。例示的な実施形態が開示されているが、当業者は、一部の変更が請求項の範囲内に入ることを認識するであろう。そのため、以下の特許請求の範囲を検討してその真の範囲と内容を決定する必要がある。
【００３８】
図示された実施形態では、特定の構成要素の配置が開示されているが、他の配置が本開示によって利益を得ることも理解すべきである。特定のステップシーケンスが示され、記載され、特許請求されているが、ステップは、他に示されない限り、任意の順序で実行され、分離され、又は組み合わされることができ、それでもなお本発明によって利益を得ることを理解すべきである。
【００３９】
様々な実施例が図に示される特定の構成要素を有するが、本発明の実施形態はこれらの特定の組み合わせに限定されない。１つの実施例の構成要素又は特徴の一部を、他の実施例の特徴又は構成要素と組み合わせて使用することが可能である。
【００４０】
例示的な実施形態が開示されているが、当業者は、一部の変更が特許請求の範囲内に入ることを認識するであろう。そのため、以下の特許請求の範囲を検討してその真の範囲と内容を決定する必要がある。
【図１】
2019501067.tif 000003
【図２】
2019501067.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019501067.tif 000006
【図５】
2019501067.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成30年8月20日(2018.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用のサスペンションシステムに関し、具体的には、２つの異なる動作モードを提供するサスペンションシステムに関する。乗り心地の最適化と道路車両のハンドリング能力の最適化との間でなされなければならない固有の妥協を克服するために、本発明は、一次ロードばねの定数を最適なハンドリングの設定と最適な乗り心地の設定との間で切り替えることができるデュアルモードサスペンションシステムを提供する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１月８日に出願された米国仮出願第６２／２７６，４９９号に対する優先権を主張するものであり、上記仮出願はその全体が参照により本明細書に組み込まれるものとする。
【０００３】
車両サスペンションは、自動車に先行しており、当初は乗員を路面外乱から切り離すために馬車に導入された。車両サスペンションの基本的な前提は、車両全体及びその乗員ではなく、車両の車輪が独立して隆起の上を移動するのを可能にすることである。この装置は、以下の大きな利益をもたらす。
ａ）乗員がもはや路面外乱の影響を直接受けないので、業界が「乗り心地」と呼ぶものが大幅に向上する。
ｂ）車輪を路面外乱の上で移動させることに関連するエネルギーは、車両全体を持ち上げるために必要とされるエネルギーよりもはるかに小さいので、かなりの省エネルギーが実現される。
ｃ）車両の全体的な質量が路面外乱の周りに落とされないので、速度が増加するにつれて車両のステアリング制御が著しく向上する。
【０００４】
車両のサスペンションは、様々に構成することができるが、一般に、エネルギー貯蔵媒体（通常はある種のばね）を介して、「ばね上質量」と呼ばれる主車体を「ばね下質量」と呼ばれるホイールシステムから切り離すように配置される。ばねは、ハブ、ブレーキ及び運動制御リンク機構を含むホイールシステムが、路面外乱に応答して主車体に対して移動することができるようにエネルギーを蓄える。外乱を通過すると、ばねはその貯蔵エネルギーを放出してホイールシステムを元の状態に戻す。ばねは、その変位に比例して力を生成するが、エネルギーを消散しない。残念なことに、エネルギー貯蔵要素だけで構成されたサスペンションシステムは、単純なばね質量系の物理学でよく知られている制御されていない振動応答を示す。何らかの形の減衰がなければ、乱れたばね質量系は外力が加えられない限り振動し続ける。車両サスペンションシステムでは、これらの沈静力は、何らかの形態の減衰装置によって、最も一般的には速度に比例する力を生成する油圧ベースの構成要素によって、通常は生成される。このようにして、ダンパーはばね運動の両方向において抵抗力を提供し、その結果ばねをそのままの位置でゼロ速度に落ち着かせる。ダンパーは、車体を支えることができないため、厳密には二次サスペンション部品であり、この主要機能を提供するのはばねであることに留意することが重要である。
【０００５】
車両の動的応答の限界に近づくにつれて、運動制御リンク機構及びエネルギー貯蔵及び減衰部品を含むサスペンションシステムは、最適性能レベルに到達する際の制約要因となる。路面外乱からの高レベルの乗員分離性を提供するために、ばね及びダンパーが比較的柔らかく調整されると、ばね上質量は、運転者のステアリング、加速及び制動の要求によって生ずる横方向及び縦方向の力に応答して過度に動く傾向がある。これらの要求は一般に「ハンドリング応答」と呼ばれるものをもたらし、一方、乗員分離性の質は「乗り心地応答」と呼ばれる。
【０００６】
４つの車輪コーナーのそれぞれでばね定数（スプリングレート）と減衰係数を変更することにより、車両横断対が通常は正確に一致するが、車両の乗り心地及びハンドリング性能を最適化することができる。一般に、単位変位当たりの力で測定した硬いばね定数は、安定した乗り心地及び優れた車体制御をもたらし、一方、柔らかいばね定数は柔らかい乗り心地を与えるが、制御性は低い。減衰係数は、それらの関連するばね定数に通常は直接同調される。残念なことに、低いばね定数で最適の乗り心地応答が生じ、高いばね定数で最適なハンドリング応答が生じる。この結果、歴史的に、車両は乗り心地及びハンドリング応答を妥協するように調整されてきた。
【０００７】
可変レジームを導入することにより、妥協の少ない車両のサスペンションチューニングを提供する試みが数多く行われてきた。ハロウェルの特許文献１は、板ばねの有効長さを変更する調節可能な装置を用いて可変のばね定数とライドハイト（最低地上高）の両方を提供する方法を記載しているので、このタイプの可変サスペンションへの早期のアプローチを示している。これによって、最適なサスペンションの設定は、重負荷又は軽負荷のばね上質量の状態に適合するように選択されることができる。特許文献１（１９６０年）の時点では、板ばねは道路車両の負荷車軸上の一般的なエネルギー貯蔵媒体であったが、車両サスペンションが現在より普及しているコイルばね及びねじりばねを採用するにつれて、適応性のある定数の変更も徐々に発展した。
【０００８】
ライッターの特許文献２は、固定された車両サスペンション支柱装置内のコイルばねの自由長を手作業で調節する方法を記載している。一般に、コイルばねの自由長を短くするとその定数が増大し、逆に長くすると定数が低くなると理解される。特許文献２に記載されたスペーシング要素は、一端を協働する収容溝内に選択的に閉じ込めてロック装置で保持することによって、コイルばねの有効長さを調節することを可能にする。このようにして、ばね自由長を手作業で短くし、その定数を増大させ、車両のライドハイトを低くすることができる。逆に、自由長を長くすることで、その定数を低くし、車両のライドハイトを増大させることができる。
【０００９】
車両の重負荷時には、ばね／質量システムの固有振動数を比較的一定に保つことができるので、軽負荷時に対してより高いばね定数を有することが好ましいことが一般に認識されている。固有振動数は、乗員が実際に感じる物理的入力であり、ω＝√ｋ／ｍと表される。ここで、ｋはばね剛性又はばね定数、ｍは質量である。質量が増加した場合、同じ固有振動数を維持し、乗員への外乱入力を同様に保つためには、ばね定数も比例して増大させる必要がある。実際にはばねの変位によって物理的に実現される所定の負荷で交差位置を有する２つのばね定数を最終的に提供する多数の非線形ばね装置が考えられた。ショイブラインらの特許文献３は、負荷が増加又は減少するにつれて固有振動数が変更されるように、所定の変位で定数の変化をもたらすコイルばねを組み込んだ車両サスペンションシステムを記載している。同様に、クレメンツらの特許文献４は、所定の力を超えるまでトーションバーの回転に対する弾性抵抗を提供するコイルばね付勢部材と直列の一次トーションバー要素を利用することによりデュアルレートサスペンション特性を達成する代替方法を提供する。クヌートらの特許文献５は、特許文献４と同様のトーションバー及びコイルばね装置を記載しているが、トーションバーは、加圧ロッドによって作動される主ばね上質量の内側に配置されている。コイルばねは、距離スリーブ若しくは正方形又は長方形の形状コイルばねを使用してロックアウトすることができるが、ロックアウトは道路状況に応じて瞬間的でしかない。ばね定数のオペレーター制御がないので、システムは受動的である。ライドハイトの設定又は変更は、コイルばねの係合又はロックアウトによって意図されていない。エッシェルマンの特許文献６及びムーンの特許文献７に記載されているように、トーションバー要素が互いに直列に同軸に配置されたパッシブデュアルレートサスペンションシステムも使用されている。ホルトの特許文献８は、ばね駆動カムの２つの異なる角度の面を使用するカム作動装置を利用することによりデュアルレートサスペンションを提供する更なるアプローチを記載している。特許文献８は、デュアルレートの変化を能動的に制御できるようにアクチュエータを使用して車輪の移動とばね駆動カムとの間の関係を変更することによって適応性のある側面を追加する。
【００１０】
多重モードの適応性のある完全にアクティブなサスペンションシステムが実施されているが、その大部分はショックアブソーバの電子バルブ制御に過ぎない。前述したように、ダンパーは二次サスペンション部品であり、柔らかいばね定数と硬いばね定数との間の選択と、その結果生じる固有振動数の相対的な変化とを真に提供しない。ハフナーらの特許文献９は、輪荷重を連続的に監視し、車体のレベル及び／又はショックアブソーバの減衰特性を調整する適応型サスペンションシステムを請求している。このシステムは洗練された適応性のあるアプローチであるが、この場合も先と同様に実際のばね定数、ひいてはばね上質量の固有振動数を制御しない。モリーナの特許文献１０は、空気ばねと流体クッションショックアブソーバとを接続する空気圧装置を組み込み、異なる２つのばね定数及びライド周波数をもたらす高圧回路と低圧回路を提供する自動車用の適応型サスペンションシステムを記載している。これは選択的デュアルモードサスペンションシステムの最終目標であるが、空気ばねの使用は、その重量、複雑さ、線形定数応答のフックの法則を達成することの難しさ、及び金属製エネルギー貯蔵装置に対する信頼性の低さのために高性能車両には望ましくない。シスラーの特許文献１１は同様に、調節可能に加圧することができるゴム製スリーブチャンバーを使用することによってライドハイトとばね定数の両方の調節を提供する空気ばねを記載している。したがって、空気ばねは、低い高さでは相対的に低いばね定数を提供し、高い高さでは相対的に高いばね定数を提供するように適合される。前述の空気ばねに関する欠点に加えて、特許文献１１の構成は、高いライドハイトにおいて低いばね定数であり、低いライドハイトにおいて高いばね定数である、高性能車両において要求されるものとは反対の関係を提供する。
【００１１】
同様に、クラウスの特許文献１２は、運転条件に応じて高いか低いライドハイトではなく、レーシングカー用の安定したライドハイトを維持する手段を提供する。これは、コイルばねと平行な空気圧シリンダー及びピストンと共に、トーションバーとコイルばねを直列に使用して行う。得られる総サスペンション剛性は、１／Ｋ総＝１／Ｋトーションバー＋１／（Ｋコイルばね＋Ｋ空気シリンダー f(P、d)）で表すことができる。この構成は、急激に変化する燃料の重量にもかかわらず、レース中に均一な道路の保持及び運転特性を維持する。さもなければ、急激に変化する燃料の重量は、ライドハイトの変化に伴ってこれらの特性を変えるであろう。変化する燃料の重量を相殺するために、システムは、空気圧シリンダー内の高圧がコイルばねを効果的に負荷軽減することから始まる。これにより、最高の車両質量支持サスペンションばね力と総サスペンション剛性が生成され、フルタンクで適切なライドハイトで車両が支持される。この状態であっても、コイルばねは、シリンダー内の空気を十分に圧縮し且つそれに応じてコイルばねと係合する高サスペンション入力に応答して空気ばねと共に係合することができる。燃料が枯渇すると、空気シリンダー内の圧力が徐々に減少し、空気ばねの定数を変化させ、徐々に係合するコイルばねであっても、コイルばねと空気シリンダーの複合剛性が低下する。これにより、サスペンションを同程度に撓ませるのに必要な質量がより少ないことから、車両がその減少した重量で適切なライドハイトに維持される。圧力の減少は、シリンダー内の空気圧のドライバー制御下で段階的に起こるか、或いは、例えばライドハイト又は燃料レベルを測定するセンサーからの信号に応答してシリンダー内の空気圧を自動的に制御することによって連続的に起こることがある。これにより、給油停車の間のレース中に先と同様に段階的又は連続的に絶えず減少する全体的なばね定数が提供される。燃料タンクが最終的に補充されると、プロセスが繰り返される。したがって、全体的なばね定数は、レーシングカーが運転されている間、単一のライドハイトを維持するために利用可能な変動の範囲にわたって絶えず変化する。
【００１２】
他の多くの適応型の手動式デュアルレートサスペンションシステムが当技術分野において記載されているが、コイルばね、板ばね又はねじりばねのような金属製エネルギー貯蔵装置を使用して性能車両の要求される特性を提供することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第３０８３０３４号明細書
【特許文献２】米国特許第５７２２６４５号明細書
【特許文献３】米国特許第３７７３３４６号明細書
【特許文献４】米国特許第６３５７７７１号明細書
【特許文献５】米国特許第７５４９６５８号明細書
【特許文献６】米国特許第６９４５５２２号明細書
【特許文献７】米国特許第５６８７９６０号明細書
【特許文献８】米国特許第５８３９７４２号明細書
【特許文献９】米国特許第４９１３４５７号明細書
【特許文献１０】米国特許第５７２５２３９号明細書
【特許文献１１】米国特許第６９２３４３４号明細書
【特許文献１２】仏国特許発明第１１５３７９７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
１つの例示的な実施形態では、選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステムが、車両の一角のばね下質量とばね上質量との間に従来の方法で配向され、全体の合成ばね定数ＫTを提供するように直列に配置された第１の所定の定数Ｋ1のトーションバーばね及び第２の所定の定数Ｋ2のコイルばねを備えるプッシュロッド作動式の内向きばね構造を備える。ロックアウトアクチュエータが、コイルばねと平行に配置され、ロックアウトアクチュエータが第１のロック解除モードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数が級数方程式１／ＫT＝１／Ｋ1＋１／Ｋ2によって定義され、ロックアウトアクチュエータが第２のロックモードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数がＫT＝Ｋ1によって定義されるように実質的に高くなり、この結果として低い定数で最適な乗り心地の設定と高い定数で最適なハンドリングの設定の両方を選択的に提供するように、第１モードではコイルばねが自由に動くことを可能にし且つ第２モードではコイルばねの動きを防止するように構成される。
【００１５】
上記のいずれかの更なる実施形態では、ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備える。
【００１６】
上記のいずれかの更なる実施形態では、ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備え、更に、油圧回路は、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトを規定することができるように、油圧アクチュエータに電力を供給してコイルばねを所定の位置に駆動するように構成される。
【００１７】
上記のいずれかの更なる実施形態では、ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備え、更に、油圧回路は、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトが１／Ｋ1＋１／Ｋ2のばね定数モードでよりも相対的に低いことができるように、油圧アクチュエータに電力を供給してコイルばねを所定の位置に駆動するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本開示は、添付の図面に関連して考慮された場合に以下の詳細な説明を参照することによって更に理解することができる。
【図１】車両の一角における１つの開示されたサスペンションの実施形態の概略図である。
【図２】図１に示すサスペンションに用いられる油圧ロックアウトアクチュエータの拡大斜視図である。
【図３】図２に示す油圧ロックアウトアクチュエータの断面図である。
【図４】図１に示すサスペンションと共に使用される油圧制御回路の１つの例示的な実施形態の概略図である。
【図５】所望のハンドリングの設定を提供するべく所望のより低いライドハイトを提供するために使用される油圧制御回路の１つの例示的な実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
上記の段落、請求項、又は以下の説明及び図面の実施形態、実施例及び代替物は、それらの様々な態様又はそれぞれの個々の特徴のいずれかを含み、独立して又は任意の組み合わせで採用することができる。一実施形態に関連して説明した特徴は、そのような特徴が不適合でない限り、すべての実施形態に適用可能である。
【００２０】
したがって、従来技術の適応型サスペンションシステム、より具体的にはデュアルレートばねを使用する適応型サスペンションシステムの欠点を考慮して、ライドハイト又は車両負荷とは無関係に２つの異なる動作モード間でばね定数及びライドハイトを切り替えることを可能にする、完全自動の選択可能な装置を提供することが有利である。このタイプのアプローチは、相対的に高い固有振動数及び低いライドハイトによって特徴付けられる最適な車両ハンドリングの設定と、相対的に低い固有振動数及び高いライドハイトによって特徴付けられる最適な乗り心地の設定とのいずれかを選択する方法を提供する。
【００２１】
本発明は、線形定数応答のフックの法則に従う２つのばねが直列に配置されたときに個々のばねのいずれよりも低い線形定数を有する単一のフックのばねとして作用する機構の簡単な原理を利用する。端と端を接続して直列に配置された定数Ｋ1とＫ2の２つのばねは、以下の一次方程式で表される総ばね定数ＫTを返す。
１／ＫT＝１／Ｋ1＋１／Ｋ2                    （式１）
【００２２】
本発明の主要な実施形態では、車両の一角のエネルギー貯蔵媒体は、直列に配置され且つばね下質量とばね上質量との間に従来の方法で配向された第１の所定の定数Ｋ1のトーションバーばね及び第２の所定の定数Ｋ2のコイルばねを備える。このようにして、第１の動作モードでは、サスペンションの全体のばね定数は、級数方程式によって記載されるようにＫTである。指令によりＫ2の定数をロックアウトすることができ、そのためサスペンション全体のばね定数がＫ1になるように、ロック機能を有する油圧アクチュエータもコイルばねと並列に含まれる。また、油圧アクチュエータは、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトを規定することができるように、コイルばねを所定の位置に駆動するために通電することができる。
【００２３】
図１は、運動制御用の従来のダブルウィッシュボーンサスペンションと内向きプッシュロッド作動式のエネルギー貯蔵媒体とを使用する車両の一角に設置された本発明の主要な実施形態を示す。トーションバーばね１０が、プッシュロッド１００とロッカー１０１の装置によって従来の方法で作動される。トーションバーばね１０は、ロッカー１０１の回転中心から駆動され、プッシュロッド１００は、そのロッカー１０１への取り付けと反対側の端部でサスペンションスピンドル１０７に接続される。ホイール１０５、タイヤ１０６、ブレーキアセンブリ１０８及びスピンドル１０７は、車両のばね下コーナーを構成し、ばね下コーナーは、ばね下コーナーの動きを所定の機能的に望ましい運動経路に沿った単一の自由度に制限するように構成された一連の運動制御リンク１１０、１１１、１１２及び１１３を介して車両構造体に取り付けられる。ばね下コーナーがその運動経路を通って移動すると、ばね下コーナーは、プッシュロッド１００を介してロッカー１０１を回転させ、トーションバーばね１０にトルクを誘起する。従来のショックアブソーバのようなダンパー１３が、ばね下コーナーの動きを減衰させるために、トーションバーばね１０の長手方向軸線から離れた位置で、車両支持構造体とロッカー１０１との間に接続される。所望によりダンパー１３を異なる形態でシステムに組み込むことができることを理解されたい。
【００２４】
第１の動作モードでは、ロッカー１０１の回転運動は、コイルばね１１が作動アーム１２を介してトーションバーばね１０の遠位端の回転運動によって移動するように直列に配置されたトーションバーばね１０とコイルばね１１との組み合わせで、ひずみエネルギーを貯蔵又は放出する。コイルばね１１は、接地ジョイント１６を介して作動アーム１２に対して反対側の端部で車両構造体に固定される。この第１の動作モードでは、車両のばね下コーナーに作用する合成ばね定数Ｋsrは、以下の方程式によって定義される。
１／Ｋsr＝１／Ｋtb＋１／Ｋcs                    （式２）
【００２５】
ここで、Ｋtbはトーションバーばね１０のばね定数であり、Ｋcsはコイルばね１１のばね定数である。この方程式は、個々のばね定数のいずれよりも小さい合成ばね定数（Ｋsr）を返すので、低い固有振動数により最適な乗り心地の設定を提供する。
【００２６】
第２の動作モードでは、コイルばね１１と同軸に構成された油圧ロックアウトアクチュエータ１５が、ソリッドリンクとして動作し且つコイルばね１１の圧縮を防止するように作動される。これによって、ロッカー１０１の回転運動は、トーションバーばね１０の遠位端が動作中のロックアウトアクチュエータ１５を介して車両構造体に固定されているので、トーションバーばね１０のみにひずみエネルギーを貯蔵又は放出する。この第２の動作モードでは、車両のばね下コーナーに作用するばね定数Ｋsrは、以下のように定義される。
Ｋsr＝Ｋtb                    （式３）
【００２７】
この第２の動作モードでは、車両のばね下コーナーに作用するばね定数は、第１の動作モードに比べて実質的に増大し、それにより固有振動数が増大し、最適なハンドリングの設定を提供する。
【００２８】
油圧ロックアウトアクチュエータ１５は、図２に更に詳細に示されており、本体２２と、シャフト２０と、シャフトクレビス２１と、接地ジョイント１６と、上部ばね板２４と、下部ばね取り付け座２７と、油圧マニホールドキャップ２６とを含む。図３に最も良く示されるように、シャフト２０と上部ばね板２４との間にサークリップ２３が設けられる。接地ジョイント１６は、ボルト又は類似の留め具によって車両構造体に取り付けられ、シャフトクレビス２１は、作動アーム１２の外側の点に回転可能に取り付けられる。コイルばね１１は、ロックアウトアクチュエータ１５のシャフト２０及び本体２２の周りに同軸に配置され、一端が下部ばね取り付け座２７によって支持され、他端が上部ばね板２４によって予荷重を掛けて保持される。油圧ロックアウトアクチュエータ１５のシャフト２０が、円筒穴２９内で移動するように適合された円筒状ピストン２５にどのように堅固に取り付けられるかの更なる詳細を図３に示す。このようにして、円筒穴２９は、適切な油圧流体で満たされた２つの可変作動容積３０、３５に分割される。油圧マニホールドキャップ２６は、上部油圧容積３０と第１外部ポート３２及び下部油圧容積３５と第２外部ポート３６との間に油圧経路３１を提供するように内部に配置される。
【００２９】
第１の動作モードでは、２つの外部ポート３２及び３６が互いに直接接続され、したがって油圧流体が２つの油圧容積３０及び３５の間を自由に流れることが可能になる。このように、円筒状ピストン２５が円筒穴２９内を自由に移動することができるので、コイルばね１１の動きは妨げられず、トーションバーばね１０と直列に作用することができる。
【００３０】
第２の動作モードでは、２つの外部ポート３２及び３６が互いに遮断され、したがって油圧流体が２つの油圧容積３０及び３５の間を流れるのを妨げられる。このように、円筒状ピストン２５が円筒穴２９内を移動することができないので、コイルばね１１がロックされ、その結果、トーションバーばね１０のみが、サスペンション運動によって与えられるエネルギーを蓄えることができる。
【００３１】
油圧ロックアウトアクチュエータ１５の２つの外部ポート３２、３６の間の接続を開閉するのに使用される油圧制御回路の概略図を図４に示す。第１の外部ポート３２と第２の外部ポート３６との間には、２ポート２位置の電気的に操作される油圧バルブ４０が、それぞれ油圧ライン３３及び３７を介して接続される。油圧バルブ４０は、油圧ライン３３、３７が妨害物なしで直接接続されるように通常は開放されるように構成される。この構成では、油圧流体は２つの油圧容積３０、３５の間を自由に流れることができる。このようにして、円筒状ピストン２５は、円筒穴２９内を自由に移動することができる。
【００３２】
適切な電気信号が油圧バルブ４０に与えられると、油圧バルブ４０は閉鎖（又は遮断）位置に切り替えられ、油圧流体は２つの油圧ライン３３、３７、したがって油圧容積３０、３５の間を流れるのを妨げられる。このモードでは、円筒状ピストン２５は円筒穴２９内を移動することができない。また、実際の動作のために、油圧ロックアウトアクチュエータ１５に入るシャフト２０によって移動させられる油圧流体が収容される容積を提供するために、油圧ライン３３内の油圧回路に補償器５０が導入される。補償器５０は、油圧貯蔵容積５１と、浮動ピストン５３と、加圧ガス容積５２とからなり、油圧バルブ４０がその通常の開放位置にある場合、シャフト２０が油圧ロックアウトアクチュエータ１５に入るとき、シャフト２０によって移動させられた油圧流体が油圧貯蔵容積５１に入れられるように構成される。油圧バルブ４０がその通常の開放位置にある場合、シャフト２０が油圧ロックアウトアクチュエータ１５を出るとき、収容容積５１内の油圧流体は、加圧ガス容積５２によって油圧ロックアウトアクチュエータ１５に押し戻される。油圧バルブ４０が電気的に信号を受けて閉じると、ピストン２５は、コイルばね１１を打ち負かすのに必要な内向きの動きからロックされる。
【００３３】
このようにして、コイルばね１１を選択的にロックアウトすることができるので、ライドハイト又は車両負荷とは無関係に、車両のコーナーに作用する全体のばね定数Ｋsrは、２つの異なる動作モードの間で能動的に切り替えられる。この装置は、相対的に高い固有振動数によって特徴付けられる最適なハンドリングの設定と、相対的に低い固有振動数によって特徴付けられる最適な乗り心地の設定とのいずれかを選択する方法を提供する。４輪車両の実際の適用の問題として、一致したライドハイトを維持するために４つの関連する油圧バルブ４０を協調的な方法でその閉鎖（又は遮断）位置に切り替えることができるように、各サスペンションコーナーの４つのロックアウトアクチュエータ１５のそれぞれに位置センサーを実装することができる。
【００３４】
本発明の更なる実施形態では、車両の４つのコーナーのすべてが車両の乗り心地及びハンドリング条件に適合し且つ最適化されたライドハイトにあることが保証されるように、油圧ロックアウトアクチュエータ１５の円筒状ピストン２５に所定の位置で動力を供給することを可能にする、ポンプ又はアキュムレーターのような油圧源が導入される。
【００３５】
図１を参照すると、第１の動作モードで、コイルばね１１とトーションバーばね１０が直列に作用するとき、車両のコーナーのライドハイトは、そのコーナーの質量と全体の合成した一連のばね定数とによって決定される。ライドハイトの初期設定は、通常、プッシュロッド１００をねじ山付きスリーブ又は同様の構成によって伸長及び収縮することによって調節される。油圧ロックアウトアクチュエータ１５が作動され、コイルばね１１がロックアウトされると、コーナーの質量は同じままであるが、全体のばね定数が実質的に増大するので、追加介入なしで、平均ライドハイトは必然的に増大する。増大した固有振動数と低下したライドハイトが優れた組み合わせを提供するので、この増大したライドハイトは、最適なハンドリングを達成するために望まれるものとは反対である。図５は、最適なハンドリングの設定を提供するためにコイルばね１１がロックアウトされ且つ固有振動数が増大したときに理想的な所定の低下したライドハイトを提供する油圧回路の概略図を示す。２ポート２位置の電気的に操作される油圧バルブ４０が、それぞれ油圧ライン３３及び３７を介して油圧ロックアウトアクチュエータ１５の第１の外部ポート３２と第２の外部ポート３６との間に接続される。油圧バルブ４０は、油圧ライン３３、３７が妨害物なしで直接接続されるように通常は開放されるように構成される。この構成では、油圧流体は２つの油圧容積３０、３５の間を自由に流れることができる。このようにして、円筒状ピストン２５は、円筒穴２９内を自由に移動することができる。前述のように、実際の動作のために、油圧ロックアウトアクチュエータ１５に入るシャフト２０によって移動させられる油圧流体が収容される容積を提供するために、油圧ライン３７内の油圧回路に補償器５０が導入される。また、貯蔵器６３から低圧の油圧流体を引き出し、油圧ライン３８に供給する油圧ポンプ６２又は類似の圧力源が設けられる。第２の２ポート２位置の電気的に操作される油圧バルブ６０が、油圧ライン３８と３３との間に接続される。油圧バルブ６０は、油圧ポンプ６２によって生成された圧力が油圧ライン３３に入るのを通常は阻止するように通常は閉鎖されるように構成される。油圧ライン３７と貯蔵器６３との間には、第３の２ポート２位置の電気的に操作される油圧バルブ６１が接続される。油圧バルブ６１は、油圧ライン３７が貯蔵器から通常は遮断されるように通常は閉鎖されるように構成される。油圧ライン３７及び油圧容積３５及び５１において所定の最小圧力を維持するために、油圧バルブ６１と貯蔵器６３との間に自己操作式の圧力逃がし弁２００が更に導入される。適切な電気信号が油圧バルブ４０、６０、６１に同時に与えられると、それらは全て状態を変化させ、油圧バルブ４０は閉鎖（又は遮断）位置に切り替えられ、油圧流体は２つの油圧ライン３３、３７、したがって油圧容積３０及び３５の間を流れるのを妨げられる。また、油圧バルブ６０は開放位置に切り替わり、高圧の油圧流体は油圧ライン３３を通って油圧容積３０に直接流れることが可能になり、油圧バルブ６１も開放位置に切り替わり、容積３５内の油圧流体は油圧ライン３７及び圧力逃がし弁２００を通って貯蔵器６３に流れることが可能になる。圧力逃がし弁２００は、油圧バルブ６１が開放位置に切り替わるときに補償器５０がその油圧貯蔵容積５１を排出するのを防ぐ油圧ライン３７内の圧力を維持するように構成される。このようにして、円筒状ピストン２５は、車両サスペンション荷重によって生成される圧力よりも著しく高くなるように規定された圧力によって、油圧ロックアウトアクチュエータ１５の円筒穴２９内で完全に収縮した位置に駆動される。コイルばね１１がロックアウトされる第２の動作モードにおいて車両の適切なライドハイトに合うように油圧ロックアウトアクチュエータ１５の伸縮位置を適合させることができるように、調節可能な止め具３９が更に設けられる。
【００３６】
このようにして、コイルばね１１を選択的にロックアウトすることができ、したがって、車両のコーナーに作用する全体のばね定数Ｋsrは、無関係に予め定められたライドハイトで、２つの異なる動作モードの間で能動的に切り替えられる。この装置は、相対的に高い固有振動数及び低いライドハイトによって特徴付けられる最適なハンドリングの設定と、相対的に低い固有振動数及び高いライドハイトにより特徴付けられる最適な乗り心地の設定とのいずれかを選択する方法を提供する。記載された油圧駆動のシステムはまた、車両のバランスを崩さないように、４つのコーナーの全てがそれらの適切なライドハイトを所定の速度及びタイミングで適切に達成することを保証する。
【００３７】
また、ダンパー１３は、従来の方法でロッカー１０１によって作動されるように簡単に配置することができる。ダンパーは、車両のコーナーに作用する全体的なばね定数Ｋsrを２つのモード間で能動的に切り替え、減衰特性を選択された固有振動数に適切に適合させることができるように、当該技術分野で知られるように適応性を有するように構成することもできる。
【００３８】
特定のシステム構成が例示された実施形態で開示されているが、他の構成が本開示によって利益を得ることを理解すべきである。例えば、コイルばね１１の代わりに第２のトーションバーを使用して、２つのトーションバーの間にロックアウトアクチュエータを配置するように、記載した車両サスペンションシステムを変更することができる。ロックアウトアクチュエータは、上述の油圧装置の代わりに電気機械であることができる。様々な実施例が図に示される特定の構成要素を有するが、本発明の実施形態はこれらの特定の組み合わせに限定されない。例示的な実施形態が開示されているが、当業者は、一部の変更が請求項の範囲内に入ることを認識するであろう。そのため、以下の特許請求の範囲を検討してその真の範囲と内容を決定する必要がある。
【００３９】
図示された実施形態では、特定の構成要素の配置が開示されているが、他の配置が本開示によって利益を得ることも理解すべきである。特定のステップシーケンスが示され、記載され、特許請求されているが、ステップは、他に示されない限り、任意の順序で実行され、分離され、又は組み合わされることができ、それでもなお本発明によって利益を得ることを理解すべきである。
【００４０】
様々な実施例が図に示される特定の構成要素を有するが、本発明の実施形態はこれらの特定の組み合わせに限定されない。１つの実施例の構成要素又は特徴の一部を、他の実施例の特徴又は構成要素と組み合わせて使用することが可能である。
【００４１】
例示的な実施形態が開示されているが、当業者は、一部の変更が特許請求の範囲内に入ることを認識するであろう。そのため、以下の特許請求の範囲を検討してその真の範囲と内容を決定する必要がある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステムであって、
車両の一角のばね下質量とばね上質量との間に従来の方法で配向され、全体の合成ばね定数ＫTを提供するように直列に配置された第１の所定の定数Ｋ1のトーションバーばね及び第２の所定の定数Ｋ2のコイルばねを備えるプッシュロッド作動式の内向きばね構造と、
前記コイルばねと並列に配置され、第１のモードでは前記コイルばねが自由に移動することを可能にし、第２のモードでは前記コイルばねの動きを防止するように構成されたロックアウトアクチュエータと
を備え、
前記ロックアウトアクチュエータが第１のロック解除モードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数が級数方程式１／ＫT＝１／Ｋ1＋１／Ｋ2によって定義され、前記ロックアウトアクチュエータが第２のロックモードにあるとき、車両全体のサスペンションばね定数がＫT＝Ｋ1で定義されるように実質的に高くなり、この結果として低い定数で最適な乗り心地の設定と高い定数で最適なハンドリングの設定の両方を選択的に且つ代替的に提供する、選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。
【請求項２】
前記ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために前記油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備える、請求項１に記載の選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。
【請求項３】
前記ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために前記油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備え、更に、前記油圧回路は、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトを１／Ｋ1＋１／Ｋ2のばね定数モードでの車両のライドハイトと異なるように規定することができるように、前記油圧アクチュエータに電力を供給して前記コイルばねを所定の位置に駆動するように構成される、請求項１に記載の選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。
【請求項４】
前記ロックアウトアクチュエータは、油圧シリンダーと、第１のロック解除モードと第２のロックモードを提供するために前記油圧シリンダー内の２つの容積間の接続を選択的に開閉する油圧回路とを備え、更に、前記油圧回路は、Ｋ1のばね定数モードでの車両のライドハイトが１／Ｋ1＋１／Ｋ2のばね定数モードでよりも相対的に低いことができるように、前記油圧アクチュエータに電力を供給して前記コイルばねを所定の位置に駆動するように構成される、請求項１に記載の選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。
【請求項５】
前記コイルばねは、ライドハイトを相対的に低くするように前記所定の位置で完全に圧縮される、請求項４に記載の選択的に切り替え可能なデュアルレート車両サスペンションシステム。
【国際調査報告】
2019501067.tif 000008
2019501067.tif 000009