JP6353898B2 - 動的に調節可能なサスペンション装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は概してサスペンションシステム（懸架装置、ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）に関し、より詳細には動的に調節可能なサスペンション装置に関する。

発明の背景
道路を走行する車両（特に自動車）は、１つの基本的な要件を満たさなければならない。すなわち、最良の取り扱い性で搭乗者（ｐａｓｓｅｎｇｅｒ）に快適な乗り心地を提供することである。快適な乗り心地は衝撃を吸収するために車両に提供されている懸架システムにほぼ依存する。概してサスペンションシステムは、ダンパー（減衰器）を備えたコイルスプリング（ｃｏｉｌ ｓｐｒｉｎｇ、コイルばね）の様々な配置（ａｒｒａｎｇｅ、機構）を含んでいる。全ての懸架のコイルスプリングは地上を走行する車両のタイプに基づいて選択される。平坦ではない道路上を走行するように設計されているオフロード車両においては、コイルスプリングの剛性（ｋ）は高く、一方、道路面が平坦である主要道路の条件においてはコイルスプリングの剛性（ｋ）は低い。言い換えると、オフロード車両のために設計されたサスペンションは頑丈でなければならず、道路を走行する車両のサスペンションは滑らかな乗り心地を与えるものでなければならない。

しかしながら、この配置は、提供されたサスペンションのタイプに応じて、一定の状態の地形に車両の使用を限定する。不規則な道路面では、主要道路仕様のサスペンションは、サスペンションのコイルスプリングの剛性（ｋ）が低いので、搭乗者が要求するように、その不規則な道路面からの衝撃を十分に吸収することによって快適性を提供することができないであろう。同様に、主要道路条件では、オフロード車両用に設計されているサスペンションは、サスペンションの剛性が高いので、搭乗者にセダンの快適性を提供することができないであろう。

従来技術は、動的に調節が可能な車両用サスペンション装置を提供しない。従って、車両が走行する地形に合わせて乗り手（ｒｉｄｅｒ）に最大限の快適性を提供するよう、車両の走行中にリアルタイムで自動調節するサスペンション装置の需要が存在する。さらに、コイルスプリングサスペンションタイプのための動的に調節可能なシステムの需要が存在する。それぞれの搭乗者が要求する車両快適性レベルは異なるであろう。よって、ユーザが自身の要求に合わせてサスペンションシステムによって提供される快適性のレベルを設定することができるサスペンションシステムの需要が存在する。

発明の概要
本発明は、少なくとも１つのバネ定数（ｓｐｒｉｎｇ ｒａｔｅ,ばね特性）を有する１以上のスプリング（バネ）を含んだ動的に調節可能な車両サスペンション装置を提供する。これら１以上のスププリングは予め設定された形態に配置されている。このサスペンションはさらに動的に調節可能なダンパーを含んでいる。この動的に調節可能なダンパーは、この動的に調節可能なダンパーの開口径を変えてリアルタイムで減衰係数を動的に変えるように、この動的に調節可能なダンパーに結合された回転可能なノブ（ｋｎｏｂ、取っ手）と、この動的に調節可能なサスペンション装置が活用されているときにリアルタイムで減衰係数を調節するようにそのノブを回転させる手段と、リアルタイムで、それら１以上のスプリングの完全延出状態（ｆｕｌｌｙ ｅｌｏｎｇａｔｄ ｓｔａｔｅ）と完全圧縮状態（ｆｕｌｌｙ ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｓｔａｔｅ）との間でスプリングの１以上の位置を特定することで、それら１以上のスプリングの圧縮状態を特定する手段とを含んでいる。この減衰係数は、それら１以上のスプリングの圧縮性に対応するものであり、それら１以上のスプリングおよび動的に調節可能なダンパーは協調的に（ｉｎ ｔａｎｄｅｍ、縦列で）機能して最良のサスペンション機能を提供し、それら１以上のスプリングと動的に調節可能なダンパーの両方は、全ての時点において臨界的（ｃｒｉｔｉｃａｌｌｙ、決定的）に減衰される。

本発明の一実施態様においては、動的に調節可能な車両サスペンション装置を有した車両には、地表面状態、車両の使用年数、サスペンションの使用年数、車両の有効搭載量（ｐａｙｌｏａｄ）、等々の１つに適するよう、動的に調節可能なサスペンション装置のサスペンション性能を調節するためのユーザーインターフェースも提供されている。

本発明は、限定されないが、たとえば車両、ロボット、および衝撃の吸収を必要とする作業台等で活用されるサスペンション装置の動的調節を可能にする。本発明は、車両が走行する地形の状態に従ってサスペンション装置のリアルタイムの動的調節を可能にする。この動的調節とは、限定されないが、たとえば道路状態、地形、車両状態、および車両の有効搭載量といったサスペンションシステムに影響を及ぼす要因に応じて、車両の走行時にサスペンション装置を調整し、搭乗者に対して様々な程度の快適性を提供することである。

添付図面の簡単な説明
図１は、一実施形態による、非線形な剛性の複数の直列コイルスプリングを採用したショックアブソーバ（緩衝装置）の概略図である。 図２は、より小さい道路の反動時のショックアブソーバの反応を示す概略図である。 図３は、より大きい道路の反動時のショックアブソーバの反応を示す概略図である。 図４Ａは、本発明によって開示されたショックアブソーバにおける剛性曲線の試験結果を示すグラフである。 図４Ｂは、従来のショックアブソーバにおける剛性曲線の試験結果を示すグラフである。 図５は、本発明の一実施態様における前方左側車軸のパワースペクトル密度曲線である。 図６は、本発明の一実施態様における前方左側シャーシのパワースペクトル密度曲線である。 図７Ａは、一実施形態による、完全延出位置と完全圧縮位置の２つの位置における電子的に調節可能な車両サスペンション装置の様々なスプリングの配置を図示する。 図７Ｂは、一実施形態による、完全延出位置と完全圧縮位置の２つの位置における電子的に調節可能な車両サスペンション装置の様々なスプリングの配置を図示する。 図８Ａは、一実施形態による、完全延出位置と完全圧縮位置の２つの位置における動的に調節可能な車両サスペンション装置の様々なスプリングのハイブリッド配置を図示する。 図８Ｂは、一実施形態による、完全延出位置と完全圧縮位置の２つの位置における動的に調節可能な車両サスペンション装置の様々なスプリングのハイブリッド配置を図示する。

発明の詳細な説明
本発明は、限定されないが、たとえば様々な車両タイプ、ロボット、およびショックアブソーバシステムあるいは地面からの隔離を必要とする作業台並びに機械類のようなものに導入される（ｄｅｐｌｏｙ）複数のコイルスプリングと動的に調節可能なダンパーとを有する動的に調節可能なサスペンション装置を開示する。複数のコイルスプリングと動的に調節可能なダンパーとは連動して機能し、リアルタイムで最良のサスペンションを提供する。類似または異なるバネ定数を有する複数のコイルスプリングが所定の形態にて配置され、動的に調節可能な減衰係数と共に非線形のバネ定数（ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｐｒｉｎｇ ｒａｔｅ）を提供し、最良化されたサスペンションと快適性を車両の搭乗者に提供する。最も重要な点は、限定されないが、道路状況、地表面の状態、車両の状態、および車両の荷重などの要因に応じて、車両の走行中にサスペンション装置がリアルタイムで自動的に調節されることである。あるいは、ドライバーが車両の走行中にリアルタイムでサスペンション装置を調節でき、サスペンション装置によって提供される快適性の程度の要求に合わせることができる。動的に調節可能なサスペンション装置は、限定されないが、オフロード状況および主要道路事情のような様々なタイプの道路表面状態において様々なサスペンションの快適性を提供するように調節が可能である。コイルスプリングの組み合わせは、変化に富んだ道路形態での衝撃を吸収するように様々な剛性を提供し、あらゆるタイプの地形においてスムーズな乗り心地を提供する。

従来のショックアブソーバにおいては、コイルスプリングの剛性は、ショックアブソーバが使用される予定の車両のタイプに基づいて設計されている。すなわち、もしコイルスプリングを採用するショックアブソーバが主要道路用に設計されているものであるなら、その剛性（ｋ）は小さい。一方、もしコイルスプリングを採用するショックアブソーバがオフロード用のものであるなら、その剛性（ｋ）は大きい。ショックアブソーバが使用される車両のタイプに基づいて、剛性（ｋ）は大きいか小さく設計されるので、固定された剛性と固定された減衰係数のコイルスプリングを採用するショックアブソーバは動的に調節することができない。これでは均質ではない地形の道路には不向きである。

本明細書を通して、「コイルスプリングの剛性」および「バネ定数」とは、本発明の趣旨においては互換可能に使用されている。「動的に調節可能なダンパー」とは、車両の走行中に、その減衰係数が、測定されたコイルスプリングの圧縮量に基づいて、または乗り手により要求される快適性の程度に基づいて動的に変化するダンパーのことである。

図１は、本発明の一実施形態による、直列に（ｉｎ ｓｅｒｉｅｓ、連続して）配置された可変の剛性を有する複数のコイルスプリングを採用した動的に調節可能なサスペンション装置の概略図である。図１で示すように、ショックアブソーバ１００は３体のコイルスプリング（１０２、１０４、１０６）の組み合わせを採用している。直列に連結して配置されているこれら３体のスプリングは同一のコイル径を有しているが、異なる断面の線径（ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ｗｉｒｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）を有しており、可変（ｖａｒｉａｂｌｅ、非線形）の剛性／バネ定数を提供する。例えば、それらスプリングコイルは、それら変動する線径によってＫ１（１０２）（最も軟い）からＫ３（１０６）（最も硬い）まで変化する剛性を有している。例えば、ショックアブソーバ１００を採用する車両が小さな凸凹に遭遇すると、低い剛性を有したコイルスプリング１０２は凸凹からの衝撃をまず吸収し、残りのコイルスプリング１０４と１０６は剛性リンクとして機能する。さらに、車両が大きな凸凹に遭遇すると、コイルスプリング１０２は完全に圧縮され、荷重は、次に高い剛性を有したコイルスプリング１０４に徐々に移動する。最終的に、コイルスプリング１０２と１０４が完全に圧縮された状況では、荷重はコイルスプリング１０６に移動し、コイルスプリング１０６は圧縮されて、その大きな凸凹からの衝撃を吸収する。直列に配置されている３体のスプリングの圧縮の量に基づいて、車両の走行中に、調節可能なダンパーの減衰係数が動的に調節され、スプリングとダンパーの両方が常時、臨界的に減衰され、乗り手に対する最大の快適性が提供される。よって、動的に調節可能なダンパーと組み合わされた直列に配置されたコイルスプリングを備えたサスペンション装置は、全てのタイプの地形においてさらにスムーズな乗り心地を効果的に提供する。直列に配置された３体のスプリングの活用は単なる例示であり、必要に応じて、可変な剛性を備えた任意の数のスプリングが直列に連結されて使用できる。あるいは、ドライバーは車両の走行中にリアルタイムでダンパーの減衰係数を調節でき、サスペンション装置によって提供される快適性の程度を自身の要求に合わせることができる。

代替的な実施形態においては、直列に配置されたスプリングは、可変の剛性／バネ定数を提供するために、異なるコイル径を有するが、断面の線径は同一である。必要に応じて、可変なコイル径を有する任意の数のそのようなスプリングを直列に使用することができる。

一実施形態においては、それらスプリングは、不活状態（ｉｎａｃｔｉｖｅ）であるスプリングのコイル同士が溶接によって接合され、溶接端部１０８が形成される。しかしながら、スプリングを接合する従来の様々な他の手段、例えば、限定されないが、溶接、ハンダ付け、熔融結合、等々の技術が、本発明の範囲から逸脱せずに使用することが可能である。

代替的な実施形態では、それらスプリングは、スリーブによって、またはアダプタによって、または任意の知られた他の類似した方法によって結合されることが可能である。

従来のサスペンションシステムとの比較で本発明の実効性を導き出すために比較研究が実施された。実験中に、ダンパーのエネルギー減衰要求度が記録され、分析された。２つの対象物に対する実験中に得られたさらにより大きな道路の反動（ｒｅａｃｔｉｏｎ、反応、跳ね返り）のためにダンパーによって要求される低いエネルギー減衰に関わるデータは以下の通りである。

（Ａ）従来の現代（Ｈｙｕｎｄａｉ）ｉ１０（登録商標）スプリング：
バネ剛性−２０Ｎ／ｍｍ−Ｋ
自由（弛緩）長−３５０ｍｍ
たわみの最大値−１７５ｍｍ−ｘ
力の最大値（最大作用力）−３５００Ｎ＝Ｋｘ
保存エネルギーの最大値−３０６２５０Ｎｍｍ＝１／２Ｋｘ^２

（Ｂ）本発明で開示されたスプリング
バネ剛性−１７、２０および３５Ｎ／ｍｍ−Ｋ_１、Ｋ_２およびＫ_３
自由長−それぞれ１００、１５０および１００ｍｍ
たわみの最大値−それぞれ５０、７５および５０ｍｍ−ｘ_１、ｘ_２およびｘ_３
力の最大値−４１００Ｎ＝Ｋ_１ｘ_１＋Ｋ_２ｘ_２＋Ｋ_３ｘ_３
保存エネルギーの最大値−１２１２５０Ｎｍｍ＝１／２（Ｋ_１ｘ_１ ^２＋Ｋ_２ｘ_２ ^２＋Ｋ_３ｘ_３ ^２）

ここで、
ｘ＝従来のスプリングの変形（ｍｍ）
ｘ_１＝スプリング１００の変形（ｍｍ）
ｘ_２＝スプリング２００の変形（ｍｍ）
ｘ_３＝スプリング３００の変形（ｍｍ）
Ｋ＝従来スプリングの剛性（Ｎ／ｍｍ）（２０Ｎ／ｍｍ）
Ｋ_１＝スプリング１００の剛性（Ｎ／ｍｍ）（１７Ｎ／ｍｍ）
Ｋ_２＝スプリング２００の剛性（Ｎ／ｍｍ）（２０Ｎ／ｍｍ）
Ｋ_３＝スプリング３００の剛性（Ｎ／ｍｍ）（３０Ｎ／ｍｍ）
全てのたわみの最大値（ｍａｘｉｍｕｍ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）に対して、５０％の自由長が考察された。

上述の比較で、スプリングに蓄積されるエネルギーがダンパーによって減衰される必要があるエネルギーである。本発明のスプリング剛性の選択で、本発明のスプリングに蓄積されるエネルギーは従来のスプリングに蓄積されるエネルギーよりも大幅に少なく、そこでは力の最大値の上昇はたわみ量の最大値に対応している。

図２はさらに、軟性で小さな道路の反動に対する作動時のスプリングコイルの概略図である。本発明により開示されるスプリングコイルは相対的に軟性の荷重（ｓｏｆｔｅｒ ｌｏａｄ）で反応を開始する。図２に示すように、荷重レベル（Ｌ１）は、適用される荷重に比例する曲線を有する基線（ｂａｓｅ ｌｉｎｅ）によって表わされている。点線はスプリングのコイルを示しており、それら点間の色と距離はそれらの圧縮レベルを示す。すなわち、赤色はコイルが最大限に圧縮されている状態を示し、緑色は非圧縮状態を示し、黄色はコイルが荷重を受けているが未だ完全には圧縮されていない状態を示す。図示のごとく、本発明によって開示されているサスペンション装置の閾値（Ｔ１）は、低荷重での従来装置の閾値（Ｔ２）よりも相対的に小さい。このことは、測定されたスプリングの圧縮量に基づいて減衰係数を調節する動的に調節可能なダンパーと共に、可変な剛性のコイルスプリングを含んだ本発明のサスペンション装置が、少ない荷重時に従来のサスペンション装置よりも良好に反応し、さらに向上した快適性を提供することを説明している。

図３は、さらに大きな道路衝撃におけるショックアブソーバによる反応を表わす概略図である。図３に示すように、荷重レベル（Ｌ２）は適用される荷重に比例する曲線を有した基線によって表わされている。点線はスプリングのコイルを示しており、それら点間の色と距離はそれらの圧縮レベルを示している。すなわち、赤色はコイルが最大限に圧縮された状態を示し、緑色は非圧縮状態を示し、黄色はコイルが荷重を受けているが未だ完全には圧縮されていない状態を示す。図３に示すような重荷重試験の比較研究により、本発明が開示するサスペンション装置のショックアブソーバは、さらに大きな荷重時においても有効性（ａｃｔｉｖｅ、活性）を保つ。従って、「異なるバネ定数の受動スプリング（ｐａｓｓｉｖｅ ｓｐｒｉｎｇ）」は動的に調節可能なダンパーと共に、従来のスプリングとは異なり、さらに小さな荷重と、さらに大きな荷重の両方で良好な反応を発揮する、さらに拡大したサスペンション範囲を提供する。

図４Ａは、本発明によって開示されたショックアブソーバの剛性曲線の試験結果を表わすグラフである。図４Ａに示すように、グラフは実験データに基づいた静的な力（ｘ軸）と変位（ｙ軸）で作成されている。異なる勾配は、新しい勾配のバネ定数によって、異なるバネ定数（すなわち、Ｋ_１、Ｋ_２およびＫ_３）を有する同じスプリングにより低剛性および高剛性の両方の達成が可能であることを明示的に証明している。たわみは８００Ｎで開始する。よって、柔らかい道路の反動時によりスムーズな乗り心地を提供する。さらに、それは３３００Ｎを超える値に対しても設計でき、よって、激しい道路の反動においてもスムーズな乗り心地を提供するように設計できる。すなわち、本発明の動的に調節可能なダンパーで、スプリングサスペンションを全てのタイプの地形または任意タイプの車両での採用に適するようにすることができる。

図４Ｂは従来のショックアブソーバの剛性曲線の試験結果を表わすグラフである。図２Ｂに示すように、グラフは実験データに基づいて静的な力（ｘ軸）と変位（ｙ軸）で作成されている。グラフは、初期のたわみ（ｉｎｉｔｉａｌ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）における限定範囲の最小作用力と、スプリングが吸収できる最大作用力を示す。従来スプリングの変形は１７００Ｎになって開始するだけであり、それ以下のレベルは本体に直接的に伝わる。さらに、従来スプリングは３３００Ｎの最大荷重に対処できるが、そのレベル以上は本体に伝わる。よって、従来のショックアブソーバは所与の時点における限定範囲の荷重のみに対処する性能を有していた。

図４Ａと図４Ｂは本発明で開示されたスプリングコイルと従来のスプリングの試験結果を示す。前者は８００Ｎで反応を開始し、後者は１７００Ｎでようやく反応を示す。従って、開示されているサスペンション装置は、より柔らかい道路の反動とよりかたい道路の反動の両方において優れた衝撃吸収性能を提供する。

複数の直列スプリングのサスペンションを有した動的に調節可能な車両サスペンション装置は、最大荷重および最少荷重の任意の現実的な値用に設計できることは重要な点である。最も重要なことは、剛性の調節は、サスペンション装置／製品の大きなコスト上昇要因にはならず、サスペンションシステムに対する大きな改良も不要なことである。

図５は、本発明の一側面における前方左側車軸のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）曲線を表わす。グラフは前方左側車軸のパワースペクトル密度を示し、本発明で開示されているスプリングコイルで伝達されるエネルギーは従来の場合よりも大幅に少ない（５８％）。従来のスプリングと本発明のスプリングコイルのパワースペクトル密度曲線は、本発明の場合の車軸に伝達される最大エネルギーが従来のスプリングのものより大幅に少ないことを示す。

図６は、本発明の一側面における前方左側シャーシのパワースペクトル密度（ＰＳＤ）曲線を表わす。これは、前方左側シャーシのパワースペクトル密度を示し、ピーク時に伝達されるエネルギーは従来よりも６３％少ないことを示している。よって、グラフの値は、直列に連結されたスプリングコイルを備えた複数の直列スプリングコイルのサスペンションを有した車両サスペンション装置は、シャーシへ伝達されるエネルギーが減少した大きなサスペンション範囲を有する。

スプリングは、限定されないが、たとえば地形または車両タイプによる必要性といった複数の要因に応じて設定される形態に配置される。一実施形態においては、設定形態は、異なるバネ定数を有したスプリングが連結されて１体のスプリングを形成し、最良のサスペンションを提供するために、動的に調節可能な減衰係数と共に可変バネ定数を提供するように、直列に連結された１以上のスプリングの配置を含んでいる。

代替的な実施形態においては、予め設定された構成は、可変なバネ定数を提供するために可変（調整可能）な断面の径を有した１本のスプリングだけを含んでいる。１本のスプリングの圧縮量に基づいて、車両の走行中に調節可能なダンパーの減衰係数は動的に調節され、スプリングとダンパーの両方が常時臨界的に減衰され、乗り手に最大の快適性を提供する。よって、動的に調節可能なダンパーと共に１本のスプリングを備えたサスペンション装置は、あらゆるタイプの地形でスムーズな乗り心地を効果的に提供する。あるいは、サスペンション装置によって提供される快適度の要求に応じて、ドライバーは車両の走行中にリアルタイムでダンパーの減衰係数を調節できる。

さらに別の実施形態において、設定形態は、互いに並列である、異なるバネ定数を有した一以上のスプリングの配置を含んでいる。ここでは、より小さいバネ定数を有するスプリングが、相対的に高いバネ定数を有する１以上の他のスプリングが圧縮される前に圧縮される。並列に配置されたスプリングの圧縮量に基づいて、調節可能なダンパーの減衰係数は車両の走行中に動的に調節され、スプリングとダンパーの両方が常時臨界的に減衰され、最大の快適性を乗り手に提供する。よって、動的に調節可能なダンパーと共に、並列に配置されたスプリングを備えたサスペンション装置は、全てのタイプの地形においてスムーズな乗り心地を効果的に提供する。あるいは、ドライバーは、サスペンション装置により提供される快適程度を自身の要求に合わせるために、車両の走行中にリアルタイムでダンパーの減衰係数を調節できる。

さらに別の実施形態では、予め設定された構成は、直列及び／又は並列に配列された１以上のスプリングの配置の組み合わせを有するハイブリッド方式（ｈｙｂｒｉｄ ｍａｎｎｅｒ,異種混合方式）の１以上のスプリングの配置を含む。ハイブリッドな構成（ｈｙｂｒｉｄ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）に配置されたスプリングの圧縮量に基づいて、調節可能なダンパーの減衰係数は車両の走行中に動的に調節され、スプリングとダンパーの両方が常時臨界的に減衰され、最大の快適性を乗り手に提供する。よって、動的に調節可能なダンパーと共にハイブリッド方式のスプリング構成を備えたサスペンション装置は、全てのタイプの地形でスムーズな乗り心地を効果的に提供する。あるいは、ドライバーはサスペンション装置によって提供される快適度を自身の要求に合わせるために、車両の走行中に、リアルタイムでダンパーの減衰係数を調節できる。

本発明の調節可能な車両のサスペンション装置は、ショックアブソーバとして、またはフォーク（ｆｏｒｋ）として、限定されないが、たとえば任意の種類の車両、トラック、オフロード車両、キャンピングカー、リフト、およびモータバイクといったスプリングの使用が関与する任意の機械システムに有利に適用できる。

複数のスプリングによるサスペンションは車両内で純粋に機械式システムとして活用できる。あるいは、複数のスプリングのサスペンションシステムは電子システムを介して制御することもでき、そこでは、異なるダンパーが、車両タイプ、スプリングの剛性、地形、等々に基づいて制御論理により作動される。

図７Ａと図７Ｂは、一実施形態による、電子システムを介して制御される、完全延出状態と完全圧縮状態である２つの位置における動的に調節可能なサスペンション装置の直列の種々なスプリングの配置を図示する。動的に調節可能なダンパー７１６は、サスペンション効率を改善し、向上した快適性を提供するため、本発明のスプリングサスペンションと共に使用される。図７Ａと図７Ｂで示すように、サスペンション装置は可変な剛性（調整可能な剛性）を有するスプリングのセット（７１０、７１２、７１４）を有する。スプリング７１０の剛性は最少であり、スプリング７１４の剛性は最大である。スプリング７１２はスプリング７１０とスプリング７１４の中間の剛性を有する。剛性の変動は異なるコイル径、異なる線径または異なる材料のスプリングの選択によって達成される。しかしながら、好適には、剛性の変動は異なるコイル径または異なる線径のスプリングのいずれかを選択することで達成される。異なる剛性／バネ定数を有するスプリングの数は地形または車両タイプに合わせて変動するであろう。

調節可能なダンパー７１６は、その最上部に取り付けられた回転ノブ７０４を有する。このノブの回転で開口部の径が変動し、その変動によって減衰係数が変動する。本発明はノブを回転させる手段、すなわちアクチュエータ７０２を提供する。ノブを回転させるために、従来から知られている任意の他の手段を使用することができる。それら実施形態の１つにおいては、モータがノブを電子的に作動させる。代替的な実施形態では、その作動はダンパーのピストンの移動の機能として、すなわち、ショックアブソーバの動作を活用してノブを回転させる機械的連結（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｌｉｎｋ）を使用しても実行することができる。

さらに、動的に調節可能なダンパーには、完全延出状態と完全圧縮状態との間で、１以上の位置を特定することによって、様々に設定されている形態に配置された１以上のスプリングの圧縮量を測定する手段が提供されている。ダンパーの減衰係数は、車両の走行時に、様々な設定形態に配置された１以上のスプリングのスプリング圧縮量に基づいて動的に調節される。よって、リアルタイムに入力として受領されるスプリング圧縮の全状況において、サスペンション装置は自動的にかつ動的に調節される。従って、動的な調節は車両の走行時に連続的に実行される。よって、１以上のスプリングと動的に調節可能なダンパーは同調して機能し、乗り手に最大の快適性を提供する最良化されたサスペンションを提供する。これで、衝撃吸収の質および旅行者／乗り手の快適性の観点で相乗効果が提供される。あるいは、ドライバーは、サスペンション装置によって提供される快適性のレベルの要求に応じて、車両の走行時にリアルタイムでダンパーの減衰係数を調節できる。

一実施形態では、１以上の位置の特定によって、それら１以上のスプリングの圧縮を特定することは、サスペンション装置の最上部と底部にそれぞれ取り付けられた超音波送信機（ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）とレシーバのセットの提供によって達成される。超音波送信機７０６とレシーバ７０８はダンパー７１６の様々な位置を特定する。すなわち、完全に延出したダンパーと完全に圧縮されたダンパーの位置とそれらの間の位置を特定する。あるいは、スプリング圧縮量を測定できる任意の距離センサが使用できる。スプリング圧縮量を測定するのに、従来の知られている他の類似した手段を使用することもできる。

ダンパーの位置に基づいて、アクチュエータ７０２はノブ７０４を回し、望まれる減衰係数を達成する。減衰係数はダンパー７１６が完全に延出したときに（図７Ａ）最小であり、完全に圧縮されたときに（図７ｂ）最大である。動的に調節可能なダンパー７１６とスプリングサスペンションの組み合わせは、軟性の荷重が作用するときに最小剛性のスプリング７１０が最初に変形し、減衰係数も対応的に小さい。圧縮が継続すると、（直列に配置された）さらに大きな剛性のスプリング７１２と７１４が機能を開始し、減衰係数も増加する。本発明は両方、すなわち、１以上のスプリングと動的に調節可能なダンパーとを、全ての時点で好適に減衰させ、最大の快適性を搭乗者に提供する。あるいは、ドライバーは、車両の走行時にリアルタイムで、サスペンション装置によって提供される快適度の必要に応じてダンパーの減衰係数を調節できる。

市販の既存の調節可能なダンパーは、車両が車庫内に存在するとき、または静止状態にあるときにダンパーの調節を提供するが、動的には制御できない。既存のアクティブサスペンションシステムは、車両が走行中に、リアルタイムで動的に調節可能なコイルスプリングベースのサスペンションシステムを提供しない。さらに、既存のシステムは、車両の走行中に、スプリングとダンパーの両方が臨界的に減衰されるサスペンションを提供しない。既存のスプリングに基づくサスペンションシステムでは、車両の走行中に、減衰係数は動的に調節できないため、設定された減衰係数によってスプリングは減衰が過剰になるか、減衰が過少になる。従って、乗り手に提供される快適性レベルは最善ではない。一方、本発明の動的に調節可能なサスペンション装置では、車両の走行中にリアルタイムでダンパーは自動的に調整され、関与するスプリングを減衰し、乗り手に最大レベルの快適性を提供する。よって、協調して機能する本発明のスプリングの形態と調節可能なダンパーによって、車両のサスペンションは、道路状態、地形、車両タイプ、等々のといった複数の要因に応じて搭乗者に大きな快適性を提供するように、車両の走行中にリアルタイムで調節が可能である。

さらに、乗り手による車両サスペンション装置の動的な調節のために、ダッシュボード上に制御手段が提供できる。ダッシュボードには、本発明のサスペンションによって提供される快適性の程度を調節するために、ドライバーによって運転中に調節される１以上の回転ノブまたはスイッチまたはボタンまたはそれらの組み合わせが提供される。例えば、まさに音量調節ノブのごとく、車両のサスペンション機能が最良化されるよう、ドライバーは自身が快適と感じるまでノブを手動調節する。ユーザによるノブの回転はダンパーの減衰係数を変動させ、ユーザの快適性の要求に従って、様々な形態に配置されているスプリングの最良減衰を確実にする。よって、ユーザはノブを回転させることで、快適性レベルの要求に合わせ、最大レベルの快適性を乗り手に提供するようにダンパーの減衰係数を設定する。

代替的な実施形態では、タッチスクリーンを備えたデジタルのユーザーインターフェースが提供され、ドライバーは、限定されないが、車両タイプ、道路のタイプ、地形、車両の使用年数、サスペンションの使用年数、車両の有効搭載量等々を入力できる。様々な入力パラメータは、異なる入力値のために設定された最良サスペンション性能を提供するように活用される。ＥＣＵはこれら入力信号を読み取り、これら入力パラメータに応じてコントロールロジックが車両のサスペンションシステムを調整し、異なるスプリング位置において減衰係数を最良化する。よって、本発明のサスペンションシステムは、最大レベルの快適性を走行時全般にわたって搭乗者に提供する。

図８Ａと図８Ｂは、本発明の一実施形態による、電子システムを介して制御される、完全延出位置と完全収縮位置である２つの両端位置における動的に調節可能な車両サスペンション装置の様々なスプリングのハイブリッドな配置（ｈｙｂｒｉｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を図示する。このハイブリッドな配置は、直列形態および並列形態の組み合わせに配置されたスプリングのセットを含み、スプリングサスペンション構造の効率をさらに向上させることで大きな快適性を提供する。

スプリング８０２とスプリング８０４は互いに対して直列に配置されており、スプリングの初期の圧縮中に道路衝撃への反応を提供する。スプリング８０６とスプリング８０８は互いに並列に配置されており、同時にスプリング８０２とスプリング８０４にも並列に配置されている。管体８１０と管体８１２は軟鋼製の中空で同心の円筒であり、ショックアブソーバが完全な圧縮状態にあるとき、管体８１０が管体８１２の内部に完全に収まるようにスプリングのガイドとして機能する。管体８１０はスプリング８０８のためのガイドとして機能し、一方、管体８１２はスプリング８０６のガイドとして機能する。動的に調節可能なダンパーの配置は図７Ａと図７Ｂに示す実施形態のものと類似する。

ショックアブソーバの初期動作中、直列に組み合わされたスプリング８０２とスプリング８０４のみが有効な状態であり、より小さな道路の反動に対する優れた反応を提供する。ショックアブソーバがさらに圧縮されると、スプリング８０６は底端部の支持部に当接し、スプリング８０２と８０４と並列になる。スプリング８０６は並列であり、さらに大きな剛性を提供するので、その組み合わせはさらにより大きな道路の反動に対処できる。さらに圧縮されると、スプリング８０８は上端部の支持部に当接する。そして効力を生じる状態となり、スプリング８０２、スプリング８０４およびスプリング８０６が平行になる。これで、１体のショックアブソーバにおけるハイブリッドに組み合わされたスプリングは、さらに柔らかい道路の反動および大幅に大きくなった道路の反動に対処できる。図８Ｂで図示するように完全圧縮状態では、管体８１０は管体８１２内に完全に収容される。スプリング８０８のコイル径は最小であり、スプリング８０６はさらに大きなコイル径を有する。スプリング８０２とスプリング８０４は同じである最大コイル径を有する。ハイブリッドな構成で配置されたスプリングの圧縮量に基づいて、調節可能なダンパーの減衰係数は車両の走行中に動的に調節され、スプリングとダンパーの両方が、乗り手に対して最大の快適性を提供するように臨界的に減衰される。よって、動的に調節可能なダンパーと共にハイブリッドな構成で配置されたスプリングを備えたサスペンション装置は、あらゆるタイプの地形においてスムーズな乗り心地を提供する。あるいは、ドライバーは、サスペンション装置によって提供される快適度の要求に従って、車両の走行中にリアルタイムでダンパーの減衰係数を調節できる。

設計されている対象の車両および道路のタイプによっては、使用される複数のスプリングのコイル径または断面の線径は同じあっても異なっていても良い。例えば、乗用車においては、有効搭載量は車両重量ほどには大きくない。よって、必要なサスペンション範囲はさほど広くない。従って、同じ線径のスプリングだけを使用することが可能である。有効搭載量が車両重量よりも大幅に大きな商用車の場合には、必要なサスペンション範囲は非常に広い。よって、向上したサスペンションを達成するためには異なる断面積のワイヤが使用される。

標準材料で製造されたスプリングが使用できる。しかしながら、要求される機械的特性に合致した任意の別な従来の材料も使用が可能である。

以上説明したように、本発明はサスペンション範囲が要求される任意の適用形態で効果的に使用することができる。乗用車以外でも、空車重量と有効搭載量に大きな相違が存在する軽量商用車において使用できる。限定されないが、大型車両、軍用車両、オフロード車両、等々の様々なタイプの車両のサスペンションシステムのために使用することができる。また、効果的なサスペンションが必要とされる自動化産業においても使用することができる。サスペンション寸法を大きく変えることなく大きなサスペンション範囲を達成するために前述のシステムあるいはそれらの任意の組み合わせが使用できるためコスト効果が高い。

サスペンションは汎用的に必要とされるため、本発明は自動車への適用に限定されず、任意の他の適用形態も可能である。特に、全ての地形における隔離が必要とされる条件、すなわち、軍隊、ロボット産業、等々において使用することが可能である。

本発明の特定の実施形態を詳細に説明してきたが、当業者であれば、開示された全体的な教示内容に照らして、それらの細部に様々な修正および変更を加えることが可能であることを理解するであろう。例えば、複数の直列スプリングの実施形態には、任意の数のスプリングが直列で配置でき、ハイブリッドな配置の実施形態では、任意の数のスプリングを直列に配置して任意の数のスプリングを並列に配置することができ、直列およびハイブリッドなスプリング構造の両方においては、コイル径あるいは線径を変えることができ、あるいは両方の組み合わせが使用できる、等々である。上述に関して、サイズ、材料、形状、形態、機能および運用手法、構成および使用に関して様々な別態様が適用可能であり、それら別態様は当業技術者には明白であり、自明である。図面に示された態様および記載された態様に対して均等関係にある全ての態様は本発明に包含されている。本発明の実施形態の説明に使用された例は一切本発明の適用をそれらの例に限定するものではない。

Claims (14)

1. 動的に調節可能なサスペンション装置であって、
   可変のバネ定数を有する単一のスプリング、又は異なるバネ乗数を有する複数のスプリングであって、予め設定された形態である、直列、並列、又はハイブリッド方式の構成で配置されている、前記単一又は複数のスプリングと、
   動的に調節可能なダンパーと、
   を備えており、当該調節可能なダンパーは、
   前記調節可能なダンパーに結合された回転ノブであって、前記動的に調節可能なダンパーの開口部の径を変更してリアルタイムで動的に減衰係数を変更するために前記ダンパーに結合された回転ノブと、
   前記動的に調節可能なサスペンション装置の使用時に、リアルタイムで減衰係数を調節するように前記回転ノブを回転させる手段と、
   リアルタイムで完全延出位置と完全圧縮位置の間の一以上の位置を特定することで前記単一又は複数のスプリングの圧縮を特定する手段と、
   を備えており、
   前記減衰係数は、前記単一又は複数のスプリングの圧縮に対応しており、よって、前記単一又は複数のスプリングと前記動的に調節可能なダンパーとは協調して機能して最良のサスペンション状態を提供し、
   使用時に、前記ダンパーの減衰係数は、前記単一又は複数のスプリング全体の圧縮量に基づいて動的に調節されることを特徴とする動的に調節可能なサスペンション装置。
2. 前記動的に調節可能なサスペンション装置は、車両に導入され、その減衰係数はリアルタイムで調節され、前記単一又は複数のスプリングと前記動的に調節可能なダンパーとは、前記車両の走行中に全ての時点で臨界的に減衰されることを特徴とする請求項１記載の動的に調節可能なサスペンション装置。
3. 前記単一又は複数のスプリングの異なるバネ定数は、コイル径および線径の少なくとも一方を異ならせることによって達成されることを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション装置。
4. 前記予め設定された形態は、直列の前記単一又は複数のスプリングの配置を含んでおり、異なるバネ定数を有するスプリングが結合されることで単体のスプリングが形成されており、最良のサスペンション状態を提供するために動的に調節される減衰係数と共に可変なバネ定数を提供していることを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション装置。
5. 前記予め設定された形態は、異なるバネ定数を有する並列の前記単一又は複数のスプリングの配置を含んでおり、最良のサスペンション状態を提供するために、動的に調節される減衰係数と共に相対的に小さいバネ定数を有するスプリングが相対的に大きなバネ定数を有する一以上の他のスプリングに先立って圧縮されることを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション装置。
6. 前記予め設定された形態は、最良のサスペンション状態を提供するために、動的に調節される減衰係数との組み合わせを有する直列及び／又は並列の前記単一又は複数のスプリングの組み合わせを有するハイブリッド方式の前記単一又は複数のスプリングの配置を含んでいることを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション装置。
7. 前記予め設定された形態は、最良のサスペンション状態を提供するために、動的に調節される減衰係数と共に可変のバネ定数を提供する可変の線径を有する単体のスプリングの配置を含んでいることを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション装置。
8. 前記回転ノブを回転させる手段が、モータまたはショックアブソーバの動作を使用する少なくとも一つの機械的連結であることを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション装置。
9. 圧縮を特定する前記手段が、前記サスペンション装置の最上部と底部にそれぞれ取り付けられた超音波送信機とレシーバのセットであることを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション装置。
10. 圧縮を特定する前記手段が、距離センサであることを特徴とする請求項１記載の車両用サスペンション装置。
11. 車両の走行中に、地形、有効搭載量、および車両のタイプのうちの一つに合わせて前記動的に調節可能なサスペンション装置のサスペンション機能を調節するためのユーザーインターフェースをさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の動的に調節可能なサスペンション装置。
12. 前記ユーザーインターフェースが手動操作インターフェースであり、車両の走行中に前記サスペンション装置を調節するための一以上の回転ノブ、スイッチ、およびボタンのうちの少なくとも一つを備えていることを特徴とする請求項１１記載の動的に調節可能なサスペンション装置。
13. 前記ユーザーインターフェースがデジタルインターフェースであり、車両のタイプ、道路のタイプ、地形、車両の使用年数、サスペンションの使用年数、および車両の有効搭載量のうちの少なくとも一つに関連するデータをユーザに入力させるタッチスクリーンを備えたディスプレイを備えていることを特徴とする請求項１１記載の動的に調節可能なサスペンション装置。
14. 前記デジタルインターフェースは、車両のタイプ、道路のタイプ、地形、車両の使用年数、サスペンションの使用年数、および車両の有効搭載量のうちの少なくとも１つに関連する予め設定された状態をユーザに選択させることを特徴とする請求項１３記載の動的に調節可能なサスペンション装置。