JP5207067B2 - 可変剛性スタビライザ装置 - Google Patents

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Description

本発明は可変剛性スタビライザ装置に関するものである。
車両のコーナリング時のロールを抑制するために、スタビライザバーが装備される場合がある。一般にそのスタビライザバーは、車両の左右方向に延びるトーションバーと、トーションバーの各端部とそれぞれ屈曲部を介して接続された一対のアームとを有している。
また、スタビライザバーのねじり剛性を可変する機能を有するスタビライザ装置が提案されている(特許文献1、特許文献2、特許文献3を参照)。
特許文献1,2では、トーションバーと同軸に設けられた電動モータを含むアクチュエータによって、トーションバーにトルクを与えて、スタビライザバーのねじり剛性を変更している。
特許文献3では、車両の横方向に延在する一対のトーションバー部分の一方の内端に電動機が固定され、その電動機の回転軸にウォームが取り付けられ、他方のトーションバー部分の内端に、上記ウォームと噛み合うウォームホイールが取り付けられている。電動機によってウォーム、ウォームホイールを介してトーションバーにトルクを与えて、スタビライザバーのねじり剛性を変更している。
また、特許文献4では、トーションバーと同軸に設けられたベーンモータを含む油圧アクチュエータによって、トーションバーにトルクを与えて、スタビライザバーのねじり剛性を変更している。
特開2005−225300号公報 特開2006−151262号公報 特開2005−88722号公報 特開平9−188120号公報
しかしながら、特許文献1,2では、ねじり剛性を変更するために、電動モータを含むアクチュエータに多大なトルクが要求される。したがって、アクチュエータが大型化し、ひいては、車両でのスタビライザ装置のレイアウトが困難となる。
特許文献3では、電動機がスタビライザー剛性をアクティブに増減制御するときに、電動機に多大なトルクが要求される。したがって、電動機が大型化し、ひいては車両でのスタビライザ装置のレイアウトが困難となる。
一方、特許文献4では、複雑な油圧回路、減圧バルブ、チェックバルブ等を設ける必要があり、構造が複雑で高価である。
本発明の目的は、安価で構造が簡単な可変剛性スタビライザ装置を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の態様は、車体のロールを抑制するために左右の車輪支持部材間を連結するスタビライザバーと、一対のアクチュエータと、を備え、上記スタビライザバーは、上記車体によって支持され車両の左右方向に延びるトーションバーと、そのトーションバーの一対の端部にそれぞれ屈曲部を介して接続され、それぞれ対応する車輪支持部材の変位に応じて曲げ変形する一対のアームと、を含み、各上記アームは曲げ剛性可変部を含み、その曲げ剛性可変部は、対応するアームの軸線の回りに回転可能であり且つその回転位置に応じて対応するアームの曲げ剛性を変更可能であり、各上記アクチュエータは、対応するアームの曲げ剛性可変部を上記対応するアームの軸線の回りに回転駆動することにより、上記対応するアームの曲げ剛性可変部の回転位置を調整可能であり、各上記アクチュエータが、電動モータと、電動モータの回転を減速して曲げ剛性可変部にトルクを伝達する伝動機構とを含み、上記伝動機構が、駆動ギヤと、その駆動ギヤと噛み合い且つ曲げ剛性可変部と同行回転可能な従動ギヤとを含み、各上記アームが、対応する曲げ剛性可変部の一端を軸受機構を介して回転可能に支持する支持部を含み、各曲げ剛性可変部の上記一端に、同行回転可能に上記従動ギヤが設けられ、各曲げ剛性可変部の他端に、対応する車輪支持部材に連結されたリンク部材に連結するための連結部が設けられ、上記軸受機構は、一対の玉軸受と一対の針状ころ軸受とを含み、上記一対の針状ころ軸受の間に、上記一対の玉軸受が配置され、上記一対の玉軸受の間に、上記従動ギヤが配置されている可変剛性スタビライザ装置を提供する(請求項1)。
本態様では、スタビライザバーのアームに設けられた曲げ剛性可変部を、アクチュエータによって、アームの軸線の回りに回転させて、その回転位置を変更する。これにより、アームの曲げ剛性を変更することができ、その結果、当該アームに屈曲部を介して接続されたトーションバーのねじり負荷を変更することができる。これにより、スタビライザバー全体のねじり剛性を所望に調整することができ、ひいては車体のロール剛性を所望に調整することができる。
また、曲げ剛性可変部はねじり負荷をほとんど受けないので、アクチュエータとしては、単に曲げ剛性可変部を回転させるだけのトルクを発生すればよく、したがって、アクチュエータとして、小型で簡単な構造を用いることができる。
具体的には、上記曲げ剛性可変部の断面は、当該曲げ剛性可変部の回転位置に応じて曲げの断面係数が異なるように形成されており、上記アクチュエータによって曲げ剛性可変部の回転位置が調整されることにより、スタビライザバー全体のねじり剛性が変更されるようにしてある。
また、各上記玉軸受はアンギュラ玉軸受を含む場合がある(請求項2)。
また、上記従動ギヤから駆動ギヤへの伝達効率が0または負に設定されている場合がある(請求項3)。
また、上記駆動ギヤがウォームを含み、上記従動ギヤがウォームホイールを含む場合がある(請求項4)。
また、上記ウォームホイールからウォームへの伝達効率をηとし、ウォームの進み角をγとし、摩擦角をρとし、摩擦係数をμとしたときに、下記の式(1)、(2)および(3)が成立する場合がある(請求項5)。
η=tan(γ−ρ)/tanγ…(1)
γ≦ρ…(2)
ρ=tan-1(μ)…(3)
また、上記従動ギヤとしてセクタギヤが用いられる場合がある(請求項6)。
また、上記支持部と電動モータのモータハウジングとが一体に形成されている場合がある(請求項7)
本発明の一参考形態の可変剛性スタビライザ装置の模式的分解斜視図である。 スタビライザバーのアームの曲げ剛性可変部の断面図であり、曲げ剛性可変部が高剛性のときを示している。 スタビライザバーのアームの曲げ剛性可変部の断面図であり、曲げ剛性可変部が低剛性のときを示している。 可変剛性スタビライザ装置の要部の断面図である。 曲げ剛性可変部の部分断面側面図である。 可変剛性スタビライザ装置の要部の模式的斜視図であり、曲げ剛性可変部が高剛性のときを示している。 可変剛性スタビライザ装置の要部の模式的斜視図であり、曲げ剛性可変部が低剛性のときを示している。 車輪のストロークとスタビライザバーの発生荷重との関係を示すグラフ図である。 本発明の実施の形態の可変剛性スタビライザ装置の要部の斜視図である。 図7の可変剛性スタビライザ装置の要部の断面図である。 図8のVIIII −VIIII 線に沿う断面図である。
発明の実施の形態
本発明の好ましい実施の形態の添付図面を参照しつつ説明する。
図1は本発明の一参考形態のスタビライザ装置の概略斜視図である。図1を参照して、本スタビライザ装置1は、スタビライザバー2と、スタビライザバー2のねじり剛性を可変するためのアクチュエータ3とを備えている。
スタビライザバー2は、その軸長方向を車両の左右方向X1に沿わせて配置されたトーションバー4と、そのトーションバー4の各端部4a,4bとそれぞれ対応する屈曲部5を介して直交状に接続された一対のアーム6とを備えている。一対のアーム6は車両の前後方向Y1に延びている。
トーションバー4は、取付ブラケット7を介して車体8に、当該トーションバー4の軸線の回りに回転可能に支持されている。図示していないが、トーションバー4はブッシュを介して取付ブラケット7に支持されている。
各アーム6の一端6aは、対応する屈曲部5に連なり、また、各アーム6の他端6bは、対応する車輪(図示せず)のストロークに応じて上下動するリンク部材9の一端9aに、球面継手10を介して接続されている。リンク部材9の他端9bは、車輪を支持する車輪支持部材としてのサスペンションアーム11に取り付けられている。これにより、対応する車輪(ないし車輪支持部材)のストロークに応じて、各アーム6の他端6aが上下動されるようになっている。
スタビライザバー2は、車体のロールを抑制するために左右の車輪支持部材としてのサスペンションアーム11間を連結している。
各アーム6は、その一端6aから所定長さで延びるベース部12と、ベース部12と同軸上に設けられ、アーム6の軸線C1の回りに回転可能な曲げ剛性可変部13とを有している。
曲げ剛性可変部13の主要断面は、図2Aおよび図2Bに示すように、当該曲げ剛性可変部13の回転位置に応じて曲げの断面係数が異なるように形成されている。具体的には、矩形の断面とされている。
参考形態の特徴とするところは、上記のアクチュエータ3によって、曲げ剛性可変部13を上記軸線C1の回りに回転駆動することにより、曲げ剛性可変部13の回転位置を調整し、その結果、スタビライザバー2全体のねじり剛性を変更するようにした点にある。
具体的には、図3に示すように、ベース部12の一端に筒状の支持部14が形成されている。その支持部14の内周に保持された一対の軸受15によって、曲げ剛性可変部13の一端13aが回転可能に支持されている。また、アクチュエータ3は、電動モータ16と、その電動モータ16の回転を減速して曲げ剛性可変部13にトルクを伝達する伝動機構としてのウォームギヤ機構17とを備えている。
上記ウォームギヤ機構17は、駆動ギヤとしてのウォーム18と、そのウォーム18と噛み合い且つ曲げ剛性可変部13と同行回転可能な従動ギヤとしてのウォームホイール19とを備えている。実際には、上記従動ギヤとしてのウォームホイール19は、図4に示すように、周方向の一部に歯を形成したセクタギヤとして構成されている。
再び、図3を参照して、セクタギヤからなるウォームホイール19は、曲げ剛性可変部13の一端13aに設けられ、上記一対の軸受15,15間に配置されている。また、電動モータ16のモータハウジング16aが、上記支持部14と一体に形成されている。具体的には、支持部14とモータハウジング16aは、単一の材料(例えばアルミニウム鋳造品)で一体に形成されていてもよいし、別部材が一体に取り付けられていてもよい。
参考形態によれば、スタビライザバー2のアーム6に設けられた曲げ剛性可変部13を、電動モータ16およびウォームギヤ機構17を含むアクチュエータ3によって、アーム6の軸線C1の回りに回転させて、その回転位置を変更する。
具体的には、図5A、図2Aに示すように、曲げ剛性可変部13を縦長の断面になるような回転位置(90度に相当)に変位させることにより、スタビライザバー2全体の荷重特性として、図6に90度として示された概ねリニアな荷重特性を得ることができる。
また、図5B、図2Bに示すように、曲げ剛性可変部13を横長の断面になるような回転位置(0度に相当)に変位させることにより、スタビライザバー2全体の荷重特性として、図6に0度として示された概ねリニアな荷重特性を得ることができる。
すなわち、アーム6の曲げ剛性の変更を通じて、当該アーム6に屈曲部5を介して接続されたトーションバー4のねじり負荷を変更することができる。これにより、スタビライザバー2全体のねじり剛性を所望に調整することができ、ひいては車体8のロール剛性を所望に調整することができる。
また、曲げ剛性可変部13は、ねじり負荷をほとんど受けないので、アクチュエータ3としては、単に曲げ剛性可変部13を回転させるだけのトルクを発生すればよく、したがって、アクチュエータ3として、小型で簡単な構造を用いることができる。
すなわち、上記アクチュエータ3として、発生トルクの小さい小型の電動モータ16を用いることができる。また、アクチュエータ3として、電動モータ16の回転を減速して曲げ剛性可変部13にトルクを伝達するようにしているので、電動モータ16に要求される発生トルクをより一層小さくでき、電動モータ16として小型で安価なものを用いることができる。したがって、電動モータ16のレイアウトの自由度が高い。
また、伝動機構として、ウォームギヤ機構17を用いており、そのウォームギヤ機構17の逆入力効率が低いので、車輪側からの逆入力によって、ウォーム18が回転することがない。したがって、曲げ剛性可変部13の調整された回転位置を維持するために、別途にブレーキ機構を設ける必要がない。
特に、上記ウォームホイール19からウォーム18への伝達効率をηとし、ウォームの進み角をγとし、摩擦角をρとし、摩擦係数をμとしたときに、下記の式(1)、(2)および(3)が成立することが好ましい。
η=tan(γ−ρ)/tanγ …(1)
γ≦ρ …(2)
ρ=tan-1(μ) …(3)
これにより、ウォームホイール19からウォーム18への伝達効率ηがゼロまたは負の値をとるため、車輪側からの逆入力によって、ウォーム18が回転することを確実に防止することができる。すなわち、曲げ剛性可変部13が調整後の回転位置に自律的にロックされる。したがって、曲げ剛性可変部13を調整された回転位置に維持するために、電動モータ16に常にトルクを発生させたり、別途にブレーキ機構を設けたりする必要がない。
さらに、上記曲げ剛性可変部13の断面係数の変更には、曲げ剛性可変部13を上記軸線C1の回りに多くとも90度回転させればよい。したがって、減速ギヤとしてのウォームホイール19に、周方向の一部にのみ歯を配したセクタギヤの適用が可能であり、これにより、スタビライザ装置1の小型化を達成することができる。
また、曲げ剛性可変部13の一端13aが、アーム6のベース部12に設けられた支持部14に軸受15を介して回転可能に支持され、また、曲げ剛性可変部13の他端13bが、球面継手10を介してリンク部材9に支持され、また、曲げ剛性可変部13の上記一端13aに減速ギヤとしてのウォームホイール19を同行回転可能に形成している。したがって、曲げ剛性可変部13を非常にスムーズに回転させることができ、電動モータ16の負荷軽減に寄与することができる。
また、支持部14と電動モータ16のモータハウジング16aとが一体に形成されているので、この点からも、スタビライザ装置1の小型化に寄与することができる。
また、上記の電動モータ16の制御としては、例えば、所定以上の車速が検出され、且つ車体の所定以上のロール角が検出されたときに、図2Aおよび図5Aに示す回転位置に曲げ剛性可変部13を変位させて、スタビライザを高剛性にするようにする。上記のロール角は、左右のサスペンションのストロークセンサの検出値の比較に基づいて検出してもよいし、また、横Gセンサにより検出された横Gによって代用することもできる。
電動モータ16として、ステップモータを用いることができる。また、アクチュエータ3として、ソレノイドを用いることができる。また、電動モータ16の動力をワイヤからなる伝動機構を介して、曲げ剛性可変部13に伝達するようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、曲げ剛性可変部13の回転角度を0度、90°の2段階で調整したが、これに限らず、上記の0度から90度の間で、0度、90度を含む多段階で調整するようにしてもよい。例えば、通常時は、回転角度45度の状態とし、要求に応じて0度、90度に変更するようにしてもよい。
また、回転角度を0度から90度の間で任意の角度に連続的に調整するようにしてもよい。また、上記の回転角度の最大値は、90度よりも大きい角度であってもよいし、90度よりも小さい角度であってもよい。
また、図7〜図9は本発明の実施の形態を示している。本実施の形態において、図1〜図6の参考形態と同じ構成については、図に同一符号を付して、その説明を省略してある。図7を参照して、スタビライザバー2のアーム6は、ベース部120と、ベース部120と同軸上に設けられ、アーム6の軸線C1の回りに回転可能な曲げ剛性可変部130とを有している。曲げ剛性可変部130の主要断面は、図2Aおよび図2Bに示される曲げ剛性可変部13の主要断面と同じである。
アクチュエータ3の電動モータ160によって、曲げ剛性可変部130を上記軸線C1の回りに回転駆動することにより、曲げ剛性可変部130の回転位置が調整され、その結果、スタビライザーバー2全体のねじり剛性が変更される。
ベース部120の一端は、支持部140と軸線C1の回りに同行回転可能に連結されている。また、支持部140によって、曲げ剛性可変部130の一端130aが回転可能に支持されている。曲げ剛性可変部130の他端130bには、リンク部材9の一端9aに連結された球面継手10の連結軸10aを連結するための連結部としての連結孔130cが設けられている。
図7および図8を参照して、支持部140は、伝動機構としてのウォームギヤ機構170を収容した第1のハウジング141と、第2のハウジング142と、第3のハウジング143とを有している。第2のハウジング142および第3のハウジング143は、第1のハウジング141の両側に取り付けられている。第1のハウジング141には、電動モータ160のモータハウジング160aが固定されている。
第2のハウジング142は筒状をなし、一端142aおよび他端142bを有している。第2のハウジング142の一端142aには、ベース部120の一端120aを挿入するための嵌合筒144が形成されている。嵌合筒144には、軸方向に延びる少なくとも1つのスリット145が形成されている。また、嵌合筒144の外周には、雄ねじ146が形成され、その雄ねじ146に、締め付けナット147の雌ねじ148が嵌め合わされている。
嵌合筒144の端部の外周には、先細り状のテーパ部149が形成され、締め付けナット147の内周のテーパ部150と嵌め合わされている。締め付けナット147を締め込むと、両テーパ部149,150の働きで、嵌合筒144が縮径される。これにより、嵌合筒144によってベース部120の一端120aが締め付けられて、ベース部120の一端120aと第2のハウジング142とが連結されるようになっている。
第2のハウジング142の他端142bは、第1のハウジング141の第1の側壁141aの固定孔151に挿入され、固定されている。
第3のハウジング143は筒状をなし、一端143aおよび他端143bを有している。第3のハウジング143の他端143bは、第1のハウジング141の第2の側壁141bの固定孔152に挿入され、固定されている。
曲げ剛性可変部130の一端130aは、支持部140の第1、第2および第3のハウジング141,142,143内に挿入されている。
第1のハウジング141には、伝動機構としてのウォームギヤ機構170が収容されている。ウォームギヤ機構170は、駆動ギヤとしてのウォーム180と、ウォーム180と噛み合い且つ曲げ剛性可変部130と同行回転可能な従動ギヤとしてのウォームホイール190とを備えている。
図9を参照して、ウォーム180の一対の端部181,182は、それぞれ、軸受183,184を介して、第1のハウジング141によって回転可能に支持されている。軸受183,184としては、例えば玉軸受等の転がり軸受が用いられる。ウォーム180の端部181は、電動モータ160の回転軸161に同行回転可能に連結されている。
第1のハウジング141において、ウォーム180を収容するための収容孔185の端部は、プラグ186により閉塞されている。プラグ186は、ロックナット187によって、緩み止めされている。
図8および図9を参照して、ウォームホイール190は環状をなしており、曲げ剛性可変部130の一端130aの周囲を取り囲んでいる。ウォームホイール190および曲げ剛性可変部130は、キー191を介して、同行回転可能に連結されている。
図8を参照して、曲げ剛性可変部130の一端130aは、軸受機構50を介して支持部140によって回転可能に支持されている。軸受機構50は、一対の玉軸受51,52と、一対の針状ころ軸受53,54とを備えている。各玉軸受51,52としては、図8に示されるようなアンギュラ玉軸受が用いられることが好ましい。
一対の玉軸受51,52の間に、ウォームホイール190が配置されている。一対の針状ころ軸受53,54の間に、一対の玉軸受51,52が配置されている。
玉軸受51は、第2のハウジング142の他端142bの内周に嵌合され、保持されている。玉軸受52は、第3のハウジング143の他端143bの内周に嵌合され、保持されている。
針状ころ軸受53は、曲げ剛性可変部130の一端130aに同行回転可能に嵌合されたスリーブ192と第2のハウジング142の内周との間に介在している。また、針状ころ軸受54は、第3のハウジング143の内周と曲げ剛性可変部130との間に介在している。
輪側から曲げ剛性可変部130の他端130bに、負荷が入力されると、支持部140には、多大なラジアル負荷が発生する。一方、支持部140にかかるスラスト負荷は小さい。
車輪側から曲げ剛性可変部130の他端130bに、図8に示すように負荷F1が入力されたときに、針状ころ軸受54に負荷F2が働き、針状ころ軸受53に負荷F3が働く。例えば、負荷F1が2000Nである場合に、針状ころ軸受54に働く負荷F2は10000N以上である。
これに対して、針状ころ軸受53,54であれば、このような多大なラジアル負荷に十分耐え得る負荷容量を有している。特に、針状ころ軸受53,54は、長尺の曲げ剛性可変部130の長手方向に延びており、その長手方向にはスペース的に余裕があるので、針状ころの長さを十分に長く確保でき、その結果、負荷容量を大きくすることができる。
また、針状ころ軸受53,54はラジアル方向の配置スペースを小さくすることができる。一方、針状ころ軸受53,54はスラスト負荷は受けない。玉軸受51,52は、ラジアル負荷およびスラスト負荷の双方を受けるが、その負荷は小さい。したがって、小型の玉軸受51,52を用いることができる。
このように、一対の玉軸受51,52と一対の針状ころ軸受53,54を組み合わせて用いることにより、小型で高い剛性の可変剛性スタビライザ装置1を実現することができる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態のウォームギヤ機構に代えて、ハイポイドギヤ機構を用いてもよい。この場合にも、ハイポイドギヤ機構の従動ギヤから駆動ギヤ側への伝達効率をゼロまたは負にできるので、車輪側からの逆入力によってアームが回転することを確実に防止することができる。
以上、本発明を具体的な態様により詳細に説明したが、上記の内容を理解した当業者は、その変更、改変及び均等物を容易に考えられるであろう。したがって、本発明は請求の範囲とその均等の範囲とするべきである。
本出願は2006年10月3日に日本国特許庁に提出された特願2006−272096号に対応しており、この出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。

Claims (7)

  1. 車体のロールを抑制するために左右の車輪支持部材間を連結するスタビライザバーと、一対のアクチュエータと、を備え、
    上記スタビライザバーは、上記車体によって支持され車両の左右方向に延びるトーションバーと、そのトーションバーの一対の端部にそれぞれ屈曲部を介して接続され、それぞれ対応する車輪支持部材の変位に応じて曲げ変形する一対のアームと、を含み、
    各上記アームは曲げ剛性可変部を含み、その曲げ剛性可変部は、対応するアームの軸線の回りに回転可能であり且つその回転位置に応じて対応するアームの曲げ剛性を変更可能であり、
    各上記アクチュエータは、対応するアームの曲げ剛性可変部を上記対応するアームの軸線の回りに回転駆動することにより、上記対応するアームの曲げ剛性可変部の回転位置を調整可能であり、
    各上記アクチュエータが、電動モータと、電動モータの回転を減速して曲げ剛性可変部にトルクを伝達する伝動機構とを含み、
    上記伝動機構が、駆動ギヤと、その駆動ギヤと噛み合い且つ曲げ剛性可変部と同行回転可能な従動ギヤとを含み、
    各上記アームが、対応する曲げ剛性可変部の一端を軸受機構を介して回転可能に支持する支持部を含み、
    各曲げ剛性可変部の上記一端に、同行回転可能に上記従動ギヤが設けられ、
    各曲げ剛性可変部の他端に、対応する車輪支持部材に連結されたリンク部材に連結するための連結部が設けられ、
    上記軸受機構は、一対の玉軸受と一対の針状ころ軸受とを含み、
    上記一対の針状ころ軸受の間に、上記一対の玉軸受が配置され、
    上記一対の玉軸受の間に、上記従動ギヤが配置されている可変剛性スタビライザ装置。
  2. 各上記玉軸受はアンギュラ玉軸受を含む、請求の範囲第1項に記載の可変剛性スタビライザ装置。
  3. 上記従動ギヤから駆動ギヤへの伝達効率が0または負に設定されている、請求の範囲第1項または第2項に記載の可変剛性スタビライザ装置。
  4. 上記駆動ギヤがウォームを含み、上記従動ギヤがウォームホイールを含む、請求の範囲第1項または第2項に記載の可変剛性スタビライザ装置。
  5. 上記ウォームホイールからウォームへの伝達効率をηとし、ウォームの進み角をγとし、摩擦角をρとし、摩擦係数をμとしたときに、下記の式(1)、(2)および(3)が成立する、請求の範囲第4項に記載の可変剛性スタビライザ装置。
    η=tan(γ−ρ)/tanγ…(1)
    γ≦ρ…(2)
    ρ=tan-1(μ)…(3)
  6. 上記従動ギヤとしてセクタギヤが用いられる、請求の範囲第1項または第2項に記載の可変剛性スタビライザ装置。
  7. 上記支持部と電動モータのモータハウジングとが一体に形成されている、請求の範囲第1または第2項に記載の可変剛性スタビライザ装置。
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