CN103492201B

CN103492201B - 车辆悬挂器***

Info

Publication number: CN103492201B
Application number: CN201180070359.0A
Authority: CN
Inventors: 小野幸彦; 山本健次郎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2031-04-27
Also published as: JPWO2012147174A1; US9193243B2; CN103492201A; WO2012147174A1; EP2703196A1; JP5829268B2; US20140049012A1; EP2703196A4

Abstract

本发明实现一种能够搭载在个人移动车那样的车辆上的小型、消耗电力小的悬挂器。为此，本发明中，在具备与车身和被安装在车轮上的轴连接的悬挂器、具备根据车辆的倾斜角度信息，使悬挂器的悬架位置上下的输出的执行器和作用于执行器，支撑车辆重量的自重支撑机构的车辆悬挂器***中，自重支撑机构由安装在执行器上的弹簧、执行器和与前述悬挂器和执行器连接的连杆机构构成。

Description

车辆悬挂器***

技术领域

本发明涉及车辆悬挂器***，涉及适合用于在将车轮连接于为通过车轮在凹凸路面上稳定地行驶的车身框架上而移动的移动机构，尤其是小型车辆的移动机构的车辆悬挂器***。

背景技术

作为针对车辆吸收行驶路面的凹凸、歪斜，稳定地行驶的技术，例如已知下述的专利文献1记载的技术。

专利文献1公开了由可伸缩的缸将各车轮从车身悬吊，根据车身的歪斜适当地控制缸的行程的移动机构。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-109644号公报

在个人移动车（1人或2人乘坐的小型车辆）等车辆中，重要的是提高即使路面存在凹凸、阶梯差，也抑制振动·摆动，将车身保持为水平等乘坐舒适性。

为此，在将车轮连接在车身框架上而移动的移动机构之间，有必要吸收来自路面凹凸的外部干扰，即使是倾斜路面，也将车身框架保持为水平，稳定地行驶。路面的凹凸的冲击可以通过以往的由弹簧和减振器构成的悬挂器吸收，但是，在行驶在倾斜路面的情况下，车身框架向斜面下侧歪斜，不能将车身框架保持为水平。另外，在个人移动车等的前后或左右的车轮的间隔小的情况下，由于转弯中的离心力、路面的凹凸、路面的歪斜等外部干扰，悬挂器的沉降量向前后左右的任意一方都大幅歪斜，跌倒的可能性高，有损稳定性。

为此，近年，开发了使用执行器主动地吸收振动或将车身保持为水平的技术。例如，根据专利文献1公开的方法，由传感器检测车身的俯仰角和滚动角，通过驱动安装在车身的四转角的悬架装置的执行器，将车身控制为水平。然而，在该专利文献1记载的方法中，即使正在行驶在平坦路上，也必须总是产生执行器的驱动力，消耗电力大，机构大型化，存在难以搭载在个人移动车等小型的车辆上这样的问题点。

本发明是为了解决上述问题点而做出的发明，其目的是提供一种能够实现能够搭载在个人移动车那样的车辆上的小型、消耗电力小的悬挂器的车辆悬挂器***。

发明内容

本发明的车辆悬挂器***具备与车身和被安装在车轮上的轴连接的悬挂器、具备根据车辆的倾斜角度信息，使悬挂器的悬架位置上下的输出的执行器和作用于执行器，支撑车辆重量的自重支撑机构。

自重支撑机构由安装在执行器上的弹簧、执行器和与悬挂器和执行器连接的连杆机构构成。

控制装置根据来自被搭载在车身框架的检测车辆的相对于重力方向的倾斜角度、倾斜角速度的倾斜传感器的信息，向执行器输出控制指令值，控制执行器，以便相对于执行器，使车辆依从目标倾斜角度、目标倾斜角速度。

在本发明中，具有由于此时自重支撑机构支撑车辆的自重，所以，执行器相对于悬挂器的输出小也可完成这样的优点。

因此，根据本申请的结构，在车辆悬挂器***中，可以使执行器的输出、尺寸小型化。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够实现能够搭载在个人移动车那样的车辆上的小型、消耗电力小的悬挂器的车辆悬挂器***。

附图说明

图1是表示使用了有关本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的车辆的结构的立体图。

图2是表示使用了有关本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的车辆的结构的侧视图（从Y方向看的图）。

图3是表示使用了有关本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的车辆的结构的正视图（从X方向看的图）。

图4是对本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的动作进行说明的图。

图5是对仅通过与执行器并列地具备的弹簧实现自重支撑机构的情况下的动作进行说明的图。

图6是表示作为基于第一实施方式的自重支撑机构，将弹簧和连杆机构组合的机构的图。

图7是图示了有关本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的控制模块和控制的流程的关系的图。

图8是表示有关本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的控制动作的流程图。

图9是表示作为基于第二实施方式的自重支撑机构，将弹簧和连杆机构组合的机构的图。

图10是表示作为基于第三实施方式的自重支撑机构，将弹簧和连杆机构组合的机构的图。

具体实施方式

下面，使用图1至图10，说明有关本发明的各实施方式。

[实施方式1]

下面，使用图1至图8，说明有关本发明的第一实施方式。

首先，使用图1至图3，说明有关本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的概要。

图1是表示使用有关本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的车辆的结构的立体图。

在本实施方式中，作为使用车辆悬挂器***的车辆，采用以由用户搭乘并操作的搭乘型移动支援机器人为例进行说明。

如图1所示，本发明的车辆悬挂器***1在车身2的四转角仅在俯仰方向可转动地具备4根摇臂11FL、11FR、11RL、11RR，在各自的摇臂11FL、11FR、11RL、11RR的长边方向前端具备车轮13FL、13FR、13RL、13RR。

在摇臂11FL、11FR、11RL、11RR的长边方向的中间具有俯仰方向的自由度地连接悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR，悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR的长边方向相反端与可在上下方向伸缩的线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR连接。

另外，线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR的相反端具有俯仰方向的自由度地与车身2连接。再有，在线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR具备自重支撑机构15FL、15FR、15RL、15RR，以便支撑车辆的重量。

这里，将车身2的行进方向的轴系称为滚动方向，将与行进方向轴呈直角，与水平面平行的轴系称为俯仰方向，以后，在没有特别标记的情况下，使用该名称。线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR可在长边方向伸缩，内置动力源（例如，马达）、减速机和角度检测器（旋转编码器或者电位器）或位置检测器（线性编码器），驱动所连接的零件。

另外，车身2中的悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR的悬架位置相对于车身2的俯仰·滚动的自由度的轴线，成为大致对称的关系。

另外，虽未图示出，但在车身2搭载倾斜传感器101，检测车身2的相对于重力方向的倾斜角度、角速度。

若从Y方向观察使用了有关本实施方式的车辆悬挂器***的车辆，则表示在图2。

这里，悬挂器12FL和12FR、12RL和12RR由于构成要素分别相等，构造相对于在移动支援机器人的重心100通过的X-Z平面对称，所以，下面对悬挂器12FL、12RL进行说明。

悬挂器12FL、12RL分别具有俯仰方向的自由度地被连接在使车轮13FL、13RL和车身2相连的摇臂11FL、11RL的中间，12FL、12RL的长边方向相反端与具备自重支撑机构15FL、15RL的线性执行器14FL、14RL连接。再有，线性执行器14FL、14RL的相反端具有俯仰方向的自由度地被悬吊在车身2上。

这里，线性执行器14FL、14RL能够在伸缩方向输出力，据此，使悬挂器12FL和12RL伸缩，能够控制车身2的俯仰方向的姿势。

另外，若从X方向观察使用了有关本实施方式的车辆悬挂器***的车辆，则表示在图3。

由于车辆悬挂器***1的构造相对于在移动支援机器人的重心100通过的Y-Z平面对称，所以，下面对悬挂器12FL、12FR进行说明。

悬挂器12FL、12FR分别具有滚动方向的自由度地与使车轮13FL、13FR和车身2相连的摇臂11FL、11FR的中间连接，12FL、12FR的长边方向相反端与具备自重支撑机构15FL、15FR的线性执行器连接。再有，线性执行器14FL、14FR的相反端具有滚动方向的自由度地被悬吊在车身2上。

这里，线性执行器14FL、14FR能够在伸缩方向输出力，据此，使悬挂器12FL和12RL伸缩，控制车身2的滚动方向的姿势。

接着，使用图4以及图5，对本实施方式的车辆悬挂器***的动作进行说明。

图5是对仅通过与执行器并列地具备的弹簧，实现自重支撑机构的情况下的动作进行说明的图。

图4（a）是表示车辆悬挂器***的各个部位受到的力的图，图4（b）～图4（c）是表示时刻t的各自的力的关系的曲线图。

在悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR从路面受到的力F相对于时刻t像图4（d）那样变化时，只要像如图4（b）那样，通过由自重支撑机构15FL、15FR、15RL、15RR产生支撑车辆的重量的力，在执行器14FL、14FR、14RL、14RR输出图4（c）那样的车辆的姿势稳定化所必要的力F_A即可。为此，与没有自重支撑机构15FL、15FR、15RL、15RR的情况相比，能够大幅减小执行器14FL、14FR、14RL、14RR马达输出。

然而，若欲仅通过与执行器并列地具备的弹簧，实现自重支撑机构，则产生下面那样的问题。

图5（a）是表示车辆悬挂器***的各个部位受到的力的图，图5（b）～图5（c）是表示位置Z的各自的力的关系的曲线图。

即、若像图5（a）那样，仅通过与执行器并列地具备的弹簧，实现自重支撑机构，则伴随着线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR的伸缩，弹簧输出的力Fp像图5（b）那样变化，线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR产生的力F_A必须像图5（c）那样，多余地输出弹簧产生的力Fp和支撑车辆载荷的力的差量。

为此，在本实施方式中，如图6所示，通过作为自重支撑机构，将弹簧和连杆机构组合了的机构实现悬挂器***。

如图6所示，车辆悬挂器***1在车身2的四转角仅可在俯仰方向转动地具备4根摇臂11FL、11FR、11RL、11RR，在各自的摇臂11FL、11FR、11RL、11RR的长边方向前端具备车轮13FL、13FR、13RL、13RR。而且，在摇臂11FL、11FR、11RL、11RR的长边方向的中间具有俯仰方向的自由度地连接悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR，悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR的长边方向相反端具有俯仰方向的自由度地被悬吊在连杆16FL、16FR、16RL、16RR的前端。

另外，在连杆16FL、16FR、16RL、16RR的长边方向的中间具有俯仰方向的自由度地连接支撑连杆17FL、17FR、17RL、17RR，支撑连杆17FL、17FR、17RL、17RR的相反端具有俯仰方向的自由度地与车身2连接（未图示出）。

另一方面，连杆16FL、16FR、16RL、16RR的相对于车轮的长边方向相反端具有俯仰方向的自由度地与可在车身2的前后方向驱动的线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR连接。

而且，线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR与弹簧18FL、18FR、18RL、18RR的前端连接，在导向器27FL、27FR、27RL、27RR上滑动。另外，弹簧18FL、18FR、18RL、18RR的相反端与车身2连接（未图示出）。

这里，通过调整弹簧18FL、18FR、18RL、18RR的弹簧常数和连杆机构的各连杆长，能够不依赖线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR的伸缩，而将与车辆载荷相当的力向悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR传递，作为原理，能够实现图4（a）所示的车辆悬挂器***。

根据发明者计量的结果，通过该机构，在为一人乘坐的移动支援机器人的情况下，能够使马达的输出为大致1/5。

另外，本实施方式的车辆悬挂器***与后面说明的第二实施方式、第三实施方式的车辆悬挂器***相比，在能够小型化以及执行器的部分没有与悬挂器一起运动等方面优异。

接着，使用图7以及图8，对有关本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的控制进行说明。

图7是图示了有关本发明的第一实施方式的车辆悬挂器***的控制模块和控制流程的关系的图。

图1的车辆悬挂器***1若在行驶在具有凹凸的路面、倾斜的路面或受到转弯中的离心力，则由悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR吸收移动支援机器人的上下方向的振动，但是，在前后的悬挂器12FL和12RL、12FR和12RR、左右的悬挂器12FL和12FR、12RL和12RR的沉降量不同的情况下，车辆悬挂器***1的车身2向沉降大的一侧歪斜，通过其复原力，产生前后左右的俯仰·滚动摇晃。如图7所示，倾斜传感器101被搭载在车身2（图1中未图示出），检测车身2的相对于重力方向的倾斜角度、角速度，搭载在车身2上的控制装置102（图1中未图示出）以倾斜传感器101检测的信息为基础，适当地控制执行器14FL、14FR、14RL、14RR，使车身2的歪斜和角速度与目标值一致。

该演算处理在每个规定采样时间ΔT执行，首先，读入来自倾斜传感器101的车身俯仰·滚动角度θ^p、θ^r以及车身俯仰·滚动角速度ω^p、ω^r（S210）。接着，将预先给出的车身俯仰·滚动目标角度θ^p _rec _-c、θ^r _rec-c和车身俯仰·滚动角度θ^p、θ^r的差量乘以规定的控制增益K^p _p、K^r _p的数以及预先给出的车身俯仰·滚动目标角速度ω^p _rec-c、ω^r _rec _-c和车身俯仰·滚动角速度ω^p、ω^r的差量乘以规定的控制增益K^p _Ｄ、K^r _Ｄ的数相加，算出控制扭矩N^p、N^r（S211）。最后，控制装置102输出实现控制扭矩N^p、N^r的线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR的控制力F_FL、F_FR、F_RL、F_RR（S212）。

如上所述，根据本实施方式的车辆悬挂器***，搭载在车身2上的倾斜检测构件检测相对于重力方向的倾斜角度、角速度，向车身的执行器输入根据车身的歪斜和角速度求出的规定的控制量，据此，能够减轻车身的俯仰·滚动摇晃，可以进行稳定地行驶。另外，相对于超过了执行器的响应性能的高频的摇晃，通过由弹簧和减振器吸收，能够稳定。

[实施方式2]

下面，使用图9，说明有关本发明的第二实施方式的车辆悬挂器***的结构。

在本实施方式中，如图9所示，车轮13FL、13FR、13RL、13RR、摇臂11FL、11FR、11RL、11RR、悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR、连杆19FL、19FR、19RL、19RR的构造与第一实施方式相同。

但是，在本实施方式中，在连杆19FL、19FR、19RL、19RR的长边方向的中间没有连接支撑连杆。

而且，在19FL、19FR、19RL、19RR的长边方向的前端具有俯仰方向的自由度地连接框架20FL、20FR、20RL、20RR。

线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR可移动地被埋入框架20FL、20FR、20RL、20RR之中，并且线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR由弹簧21FL、21FR、21RL、21RR连接在框架20FL、20FR、20RL、20RR的相反端。

在本实施方式中，通过调整弹簧21FL、21FR、21RL、21RR的弹簧常数和连杆机构的各连杆长，能够不依赖线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR的伸缩，而将与车辆载荷相当的力向悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR传递，作为原理，能够实现第一实施方式的图4（a）所示的车辆悬挂器***。

[实施方式3]

下面，使用图10，说明有关本发明的第三实施方式的车辆悬挂器***的结构。

在本实施方式中，如图10所示，车轮13FL、13FR、13RL、13RR、摇臂11FL、11FR、11RL、11RR、悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR、连杆22FL、22FR、22RL、22RR的构造与第一实施方式以及第二实施方式相同。

但是，在本实施方式中，在连杆22FL、22FR、22RL、22RR的长边方向的中间没有连接支撑连杆。

而且，在22FL、22FR、22RL、22RR的长边方向的前端连接着金属线23FL、23FR、23RL、23RR。

金属线23FL、23FR、23RL、23RR经滑轮25FL、25FR、25RL、25RR与线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR连接，并且，金属线23FL、23FR、23RL、23RR的相反端与弹簧24FL、24FR、24RL、24RR连接。

线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR通过使导向器26FL、26FR、26RL、26RR滑动来调整金属线23FL、23FR、23RL、23RR的长度，改变连杆22FL、22FR、22RL、22RR的角度，调节向悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR传递的力。

在本实施方式中，通过调整弹簧24FL、24FR、24RL、24RR的弹簧常数和连杆机构的各连杆长，能够不依赖线性执行器14FL、14FR、14RL、14RR的伸缩，而将与车辆载荷相当的力向悬挂器12FL、12FR、12RL、12RR传递，作为原理，能够实现第一实施方式的图4（a）所示的车辆悬挂器***。

符号说明

1：车辆悬挂器***；2：车身框架；11FL、11FR、11RL、11RR：摇臂（F：前方（Fore）、R：后方（Rear）、L：左方（Left）、R：右方（Right））；12FL、12FR、12RL、12RR：悬挂器；13FL、13FR、13RL、13RR：车轮；14FL、14FR、14RL、14RR：执行器；15FL、15FR、15RL、15RR：自重支撑机构；16FL、16FR、16RL、16RR：连杆；17FL、17FR、17RL、17RR：支撑连杆；18FL、18FR、18RL、18RR：弹簧；21FL、21FR、21RL、21RR：弹簧；24FL、24FR、24RL、24RR：弹簧；19FL、19FR、19RL、19RR：连杆；22FL、22FR、22RL、22RR：连杆；20FL、20FR、20RL、20RR：框架；26FL、26FR、26RL、26RR：导向器；27FL、27FR、27RL、27RR：导向器；23FL、23FR、23RL、23RR：金属线；25FL、25FR、25RL、25RR：滑轮；100：移动机构的重心。

Claims

1.一种车辆悬挂器***，是由车轮支撑车身，通过驱动前述车轮来移动的车辆的车辆悬挂器***，其特征在于，具备

与前述车身和被安装在前述车轮上的轴连接的悬挂器、

具备根据前述车辆的倾斜角度信息，使前述悬挂器的悬架位置上下的输出的线性执行器和

作用于前述线性执行器，支撑车辆重量的自重支撑机构，

前述自重支撑机构由安装在前述线性执行器上的弹簧、前述线性执行器和与前述悬挂器和前述线性执行器连接的连杆机构构成，

上述悬挂器的一端连接于上述连杆机构且另一端经由摇臂连接于被安装在前述车轮上的轴。

2.如权利要求1所述的车辆悬挂器***，其特征在于，还具有与前述连杆机构的中间和车身的一端连接的支撑连杆，

前述线性执行器在与重力方向正交的导向器上移动。

3.如权利要求1所述的车辆悬挂器***，其特征在于，前述线性执行器可移动地被埋入框架，前述弹簧被安装在前述框架的一端和前述线性执行器上。

4.如权利要求1所述的车辆悬挂器***，其特征在于，前述连杆机构的一端和前述线性执行器由金属线连接，

前述线性执行器和前述弹簧由前述金属线的另一方连接，

前述线性执行器通过移动导向器，经与前述金属线连接的前述连杆机构作用于前述悬挂器。