JP7111729B2 - アクティブ防振装置 - Google Patents

Description

本開示はアクティブ防振装置 (active vibration isolation system) に関する。

アクティブ防振装置は、車両の座席と共に使用されて、車両のロール（横揺れ）や不快な動きを打ち消すことができる。

しかしながら、そのような装置の多くは、乗用車に用いるには大き過ぎるという問題があった。

以下で説明する全ての例及び特徴は、技術的に可能な如何なる方法でも組み合わせることができる。

一態様では、使用者により占有されるように適合された車両の座席のためのアクティブ防振装置は、前記車両の床の上方で前記座席を支持するアクティブ懸架装置であり、前記座席を垂直軸の方向に上下するように制御される少なくとも一つのアクチュエータを備えるアクティブ懸架装置と、前記車両に取り付けられ、前記垂直軸に沿った又は同垂直軸と平行する前記車両の高さ位置変化を検知する第１のセンサ装置と、前記垂直軸に沿った又は同垂直軸と平行する前記座席の並進位置を決定する第２のセンサ装置と、前記車両に前記垂直軸に沿った並進移動が生じた際に、前記第１及び第２のセンサ装置に応じて、前記使用者の頭部又は胴部の高さを制御するよう構成された前記座席の動きに働きかける制御信号を前記アクティブ懸架装置に送るコントローラと、を備えてなる。

実施形態は以下の特徴の一つ又はそれらの組合せを含んでいてもよい。前記アクティブ懸架装置は、座席を垂直軸の方向に上下するように及び水平軸回りの両方向に回転するように制御され得る少なくとも二つのアクチュエータを備えていてもよい。前記第１のセンサ装置は、車両の、前記水平軸回りの又は同水平軸と平行な回転位置の変化を検知することができる。前記第２のセンサ装置は、前記水平軸に対する座席の回転位置を決定するよう構成することができる。前記制御信号は、座席の動きを引き起こし、車両に前記水平軸回りの回転が生じた際に使用者の頭部又は胴部の横方向位置を制御するよう構成されている。該アクティブ防振装置は、さらに前記水平軸及び前記垂直軸に対する前記座席の中立位置を決定するよう構成された第３のセンサ装置を備え、かつ前記コントローラが該第３のセンサ装置に反応するものであってもよい。該第３のセンサ装置が出力状態を有し、かつ該第３のセンサ装置が、その出力状態を、前記垂直軸に対する座席の中間高さ位置で変えるよう構成することもできる。該第３のセンサ装置が、前記座席が前記中間高さ位置より上方にあるか下方にあるかについての知識を提供してもよい。前記コントローラは、前記第３のセンサ装置を使用して、前記座席が前記中立位置の何れかを通って動く毎に再較正をするように構成することもできる。前記第２のセンサ装置が相対センサであり、かつ前記第３のセンサ装置が１ビットセンサであってもよい。前記制御信号は、前記車両に前記水平軸回りの回転及び前記垂直軸に沿った並進が生じた際に、前記使用者の頭部又は胴部の横方向位置を維持するものであってもよい。

実施形態は以下の特徴の一つ又はそれらの組合せを含んでいてもよい。前記第１のセンサ装置は車両の床に設けることができる。前記第１のセンサ装置は、垂直軸加速度計及び水平軸ロールセンサを備えることが可能である。前記線形アクチュエータが、回転モータ、及び、該回転モータに連結され該回転モータの動きを直線運動に変換するアクチュエータを備えていてもよい。前記アクチュエータはボールねじ組立体を備えていてもよい。

他の態様では、使用者により占有されるように適合された車両の座席のためのアクティブ防振装置は、前記車両の床の上方で前記座席を支持するアクティブ懸架装置であり、前記座席を水平軸回りの両方向に回転するように制御され得る線形アクチュエータを備えるアクティブ懸架装置と、前記車両に取り付けられ、前記車両の前記水平軸回りの回転位置の変化を検知する第１のセンサ装置と、前記水平軸に対する前記座席の回転位置を決定するよう構成された第２のセンサ装置と、前記車両に前記水平軸回りの回転が生じた際に、前記第１及び第２のセンサ装置に応じて、前記使用者の頭部又は胴部の横方向位置を制御するよう構成された前記座席の動きに働きかける制御信号を前記アクティブ懸架装置に送るコントローラと、を備えてなる。

実施形態は以下の特徴の一つ又はそれらの組合せを含んでいてもよい。前記アクティブ防振装置は、前記水平軸に対する前記座席の中立位置を決定するように構成された第３のセンサ装置を備え、前記コントローラが該第３のセンサ装置に反応する構成とすることができる。前記第３のセンサ装置が出力状態を有し、かつ該第３のセンサ装置がその出力状態を、前記座席の前記水平軸に対する水平中間位置で変えるよう構成することができる。前記第３のセンサ装置が、前記座席が前記水平中間位置より左方にあるか右方にあるかについての知識を提供してもよい。前記コントローラは、前記第３のセンサ装置を使用して、前記座席が前記中立位置を通って動く毎に再較正をするように構成されていてもよい。前記第１のセンサ装置は前記車両の前記床に設けられていてもよい。前記線形アクチュエータが、回転モータ、及び、該回転モータに連結され該回転モータの動きを直線運動に変換するアクチュエータを備えていてもよい。前記アクチュエータがボールねじ組立体を備えていてもよい。

別の態様では、使用者により占有されるように適合された車両の座席のためのアクティブ防振装置は、前記車両の床の上方で前記座席を支持するアクティブ懸架装置であり、前記座席を垂直軸の方向に上下するように及び水平軸回りの両方向に回転するように制御され得る少なくとも二つの線形アクチュエータを備えるアクティブ懸架装置と、前記車両に取り付けられ、前記車両の前記水平軸回りの回転位置の変化及び前記垂直軸に沿った高さの変化を検知する第１のセンサ装置と、前記水平軸に対する前記座席の回転位置及び前記垂直軸に沿った並進位置を決定するよう構成された第２のセンサ装置と、前記車両に前記水平軸回りの回転及び前記垂直軸に沿った並進移動が生じた際に、前記第１及び第２のセンサ装置に応じて、前記使用者の頭部又は胴部の横方向位置及び高さを制御するよう構成された前記座席の動きに働きかける制御信号を前記アクティブ懸架装置に送るコントローラと、を備える。

実施形態は以下の特徴の一つ又はそれらの組合せを含んでいてもよい。該アクティブ防振装置は、前記水平軸及び前記垂直軸に対する前記座席の中立位置を決定するように構成された第３のセンサ装置を備え、前記コントローラが該第３のセンサ装置に反応するよう構成することができる。前記第３のセンサ装置が出力状態を有し、かつ該第３のセンサ装置がその出力状態を、前記座席の前記水平軸に対する水平中間位置及び前記垂直軸に対する中間高さ位置で変えるよう構成してもよい。前記第３のセンサ装置は、前記座席が前記中間高さ位置より上方にあるか下方にあるか、及び前記座席が前記水平中間位置より左方にあるか右方にあるかについての知識を提供することができる。前記コントローラは、前記第３のセンサ装置を使用して、前記座席が前記中立位置の何れかを通って動く毎に再較正をするように構成してもよい。前記第１のセンサ装置は前記車両の前記床に設けられていてもよい。前記線形アクチュエータの各々が、回転モータ、及び、該回転モータに連結され該回転モータの動きを直線運動に変換するアクチュエータを備えていてもよい。

また別の態様では、使用者により占有されるように適合された車両の座席のためのアクティブ防振装置は、前記車両の床の上方で前記座席を支持するアクティブ懸架装置であり、前記座席を垂直軸の方向に上下するように及び水平軸回りの両方向に回転するように制御され得る少なくとも二つの線形アクチュエータを備えるアクティブ懸架装置と、前記車両の座席と前記アクティブ懸架装置との間に位置した受動的隔離ステージであって、前記水平軸と平行する方向における前記座席と前記アクティブ懸架装置との相対移動を許容するよう構成された受動的隔離ステージと、前記車両に取り付けられ、前記車両の前記水平軸回りの回転位置の変化及び前記垂直軸に沿った高さの変化を検知する第１のセンサ装置と、前記水平軸に対する前記座席の回転位置及び前記垂直軸に沿った並進位置を決定するよう構成された第２のセンサ装置と、前記車両に前記水平軸回りの回転及び前記垂直軸に沿った並進移動が生じた際に、前記第１及び第２のセンサ装置に応じて、前記使用者の頭部又は胴部の横方向位置及び高さを制御するよう構成された前記座席の動きに働きかける制御信号を前記アクティブ懸架装置に送るコントローラと、を備えてなる。

実施形態は以下の特徴の一つ又はそれらの組合せを含んでいてもよい。前記受動的隔離ステージが、前記座席の水平方向における振動及び同座席の水平方向における過剰運動の少なくとも一つを緩和するための緩衝力を提供するダンパ組立体を備えていてもよい。前記受動的隔離ステージが、水平方向において前記座席の位置をロックするためのロック用組立体を備えていてもよい。

車両の座席に使用されるアクティブ防振装置の概略図である。 図１に示した装置の一例による機能ブロック図である。 図１に示した装置の他の例によるより詳細な機能ブロック図である。 アクティブ防振装置のためのアクティブ懸架装置を示す斜視図である。 図４に示すアクティブ懸架装置の上面図である。 図４に示すアクティブ懸架装置のアクチュエータを示す部分図である。 図４に示すアクティブ懸架装置のアクチュエータの一つの詳細図である。 アクティブ防振装置のための座席支持／空気バネ組立体を示す斜視図である。 図４に示したアクティブ懸架装置に取り付けられた、図８の座席支持／空気バネ組立体を示した図である。 図８に示した座席支持／空気バネ組立体を座席に取り付けられ状態で示す斜視図である。 アクティブ防振装置のための実証システムを示す斜視図である。 アクティブ防振装置のためのアクティブ懸架装置の他の例を示す上方からの斜視図である。 図１２に示すアクティブ懸架装置のために座席支持／空気バネ組立体の上方からの斜視図である。

アクティブ防振装置は、車両が上下動及びロールした際に座席のベースの高さを空間内で一定に維持するために、また、車両が上下動及びロールした際に使用者の胴部又は頭部を一定の横方向位置に維持するために使用することができる。これらの動作は、使用者の体重に関係なく、システムの制限内で達成可能である。さらに、システムの開ループ伝達関数は、座席に搭載される重量とはほとんど無関係であり、シンプルで堅牢な制御装置の設計が実現される。

図１に示すアクティブ防振装置１０は、車両の床１６に対する車両の座席１２の動きを（座席１２を支持する座席ベース１４を介して）制御するようになっている。アクティブ懸架装置２０は床１６の上方に座席ベース１４を支持する。アクティブ懸架装置２０は、座席ベース１４を垂直軸Ｚの方向に上下に移動させるようになっている。また、アクティブ懸架装置２０は、座席ベース１４を、水平な前方を向いた軸線Ｘ回りの両方向（左右）に回転させるようになっている。

アクティブ防振装置１０は、非限定的な一例では、車両が、軸Ｘと平行な又は一致する前方車両軸回りの回転（このような回転は車両の「ロール」としても知られる）を受けている間、座席１２に座っている人物の胴体／頭の横方向（左右）の位置を維持する目的で動作できる。この使用者の横方向位置制御は、「車両のための座席装置」と題する米国特許出願公開第２０１４／０３１６６６１号明細書にさらに記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。したがって、そのような使用者の横方向位置制御の目的については、本明細書ではさらに説明はしない。装置１０は他の方法で（他の制御アルゴリズムを用いて）動作可能である。例えば、装置１０は、他の所定の（予め計算された）方法で、（座席を介して）乗員を動かすよう、あるいは座席自体を動かすよう動作させることができる。

アクティブ懸架装置２０はまた、座席ベース１４を垂直（Ｚ）軸に平行に上下に移動させるよう構成されている。アクティブ防振装置１０は、１つの非限定的な例では、車両が路面を走行する際に車両の床１６が上下する間、座席ベース１４（したがって座席１２及び座席１２に座っている人）を空間の一定の高さに維持する目的で動作できる。横方向の位置決めに関して上述したように、座席の移動は、他の動き又は他の目的を達成するように設計することができる。

装置１０は、車両に取り付けられた（この非限定的な例では、車両の床１６に取り付けられた）センサ３０（１つ以上の物理的感知装置を含み得る）を備える。センサ３０は、単独で、又はコントローラ２２によって実行される操作と組み合わせて、軸Ｘ（又は軸Ｘに平行な軸）回りの車両の回転位置の変化、及びＺ軸に沿った（又はＺ軸に平行な）車両の高さ位置の変化を感知する絶対センサであることが好ましい。装置１０はまた、座席位置センサ３２（１つ以上の物理的感知装置を備え得る）を備え、該座席位置センサは、単独で、又はコントローラ２２と共に、軸Ｘ回り（又は軸Ｘに平行な軸回り）の車両に対する座席ロール位置と、軸Ｚに沿った（又は軸Ｚと平行な）、車両に対する座席の並進位置と、を決定する相対センサであることが好ましい。装置１０はまた、座席中立位置センサ３４（１つ以上の物理的感知装置を含み得る）を任意に備えることができる。この座席中立位置センサは、単独で、又はコントローラ２２と共に、「中立」座席Ｚ軸及びロール位置を決定する相対センサであることが好ましい。中立位置センサ３４は、座席のロール及びＺの中間位置で、その出力状態を変更することを可能なものとすることができる。したがって、中立位置センサはまた、座席が中間高さ位置の上又は下にあるか、及び座席が座席水平（すなわち、ロール中立）位置の左又は右にあるかについての知識も提供することができる。以下にさらに説明されるように、中立位置センサ３４はまた、座席がこれらの中立位置のいずれかを通って移動するたびに装置１０を再較正するために使用することができる。装置１０がセンサ３０及び３２を含むがセンサ３４を含まない場合、センサ３２は、実際の座席位置を報告するために使用され得るように絶対的に較正されたセンサであり得、該センサはまた、高さ及びロールの中立位置に対する座席位置に関する情報を提供する。

コントローラ２２は、センサ３０及び３２の出力（及びセンサ３４が使用されるときにはセンサ３４の出力）を受信し、それに応じて、装置１０に設計された特定のアクティブ座席位置制御アルゴリズムの結果を達成するように、適切な制御信号をアクティブ懸架装置２０に供給する。そのようなアルゴリズムの目的の非限定的な例は上に記載されている。１つの特定の非限定的な例は、車両が軸Ｘ回りに回転しかつ軸Ｚに沿って並進移動するときに、使用者の頭部／胴部の横方向位置及び使用者のＺ位置を（可能な限り最良に）維持することである。コントローラ及びアクティブ懸架装置のための電力は、通常、車両電気システムを介して、一般に１２Ｖで、装置１０の要件を満たすための適切な調整をされて、提供される。

アクティブ防振装置５０の機能ブロック図を図２に示す。装置５０は、この場合、アクティブ懸架装置２０ａが、座席位置サーボ４０及び力バイアス装置４６を含む点で、図１に示した装置１０とは異なる。力バイアス装置は、バネのような受動的懸架装置であるが、調節可能なバネ力を有する。力バイアス装置の１つの目的は、車両が停止している間に座席と使用者を公称中立位置に支持することである。それにより、アクティブ懸架装置を常時係合させる必要がなくなり、車両の動力が節約される。アクティブ懸架装置が作動しているときには、重量の大部分が力バイアス装置によって支えられているので、アクチュエータがそれほど多くの力を生み出す必要がなく、これによっても車両の動力は節約される。アクティブ車両座席制御のための力バイアス装置は当技術分野において公知であり、２０１２年１月１０日に発行された米国特許第８，０９５，２６８号明細書にさらに記載されており、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。したがって、力付勢装置４６の機能については、本明細書ではこれ以上説明しない。座席位置サーボ４０は、座席のロール位置及びＺ軸位置を制御するよう構成された高帯域幅位置サーボであり得る。サーボ４０は、所望の座席位置を維持するために必要な如何なる力でも（制限内で）作り出すことができる。本例では、位置サーボ４０は２つのアクチュエータ、すなわちアクチュエータ１（４２）及びアクチュエータ２（４４）を備える。アクチュエータ４２及び４４は、制御アルゴリズムの運動結果を達成するのに必要な方向に座席を動かすことのできるどのような設計あるいは構造のものとすることができる。この非限定的な例ではアクチュエータは線形アクチュエータであるが、代替的には、例えばアクチュエータは回転式アクチュエータであってもよい。

アクティブ防振装置６０のより詳細なブロック図が図３に示されている。この非限定的な例では、アクチュエータ４２ａ及び４４ａはそれぞれ、直接的又は間接的に座席ベース６２に機械的に連結されたロッカーアーム（７４、８４）を移動させるリニアアクチュエータ（７２、８２）を駆動する回転モータ（７０、８０）を備える。別々に制御される２つのアクチュエータを使用することにより、座席ベースの垂直位置とロール位置の両方を、したがって座席と該座席に座っている人の両方を制御することができる。これについてはさらに後述する。

位置エンコーダ７６及び８６は、モータ７０及び８０それぞれの回転位置を測定する相対センサである。コントローラ２２は、エンコーダのデータから、Ｚ及びロールの両方における車両に対する座席位置を計算するようにプログラムされている。中立位置センサ７８及び８８（使用時）は、各ロッカーアームの上死点（中立位置）にある１ビットホールセンサであることが好ましい。したがって、センサ７８及び８８は、それぞれのロッカーアームが中立位置を通過するたびに出力信号を生成する。これらのデータは、座席を移動させる方向を決定することに、さらには、Ｚ及びロールの両方で座席位置計算の精度を維持するためにシステムを実行中に較正するのに役立つ。図３はまた、力バイアス装置としての空気バネ９６の好ましい使用法を示し、空気バネも圧力源及び弁（図示せず）を使用する。代替案としては、以下でさらに説明されるように、１つ又は複数の捩じりバネ、又は、調整可能なバネ力を有する他のバネを使用することであろう。複数の力バイアス装置を使用することができ、また複数のタイプを使用することができる（例えば、空気バネと１つ又は複数の捩じりバネ）。

コントローラ２２は、車両ロールセンサ（レートジャイロスコープであってもよい）９０、車両Ｚ軸加速度計９２、位置エンコーダ７６及び８６、ならびに中立位置センサ７８及び８８から信号を受信する。回転変位信号と垂直変位信号を得るために、ジャイロ入力は積分され、加速度計入力は二重積分される。コントローラ２２は、そのすべての入力に応答して、回転モータ７０及び８０のための制御信号、ならびに空気バネ用バルブ９６への制御信号を出力する。これらの制御信号は、適切な制御アルゴリズムによって規定される使用者位置制御を達成するように設計される。上述の制御アルゴリズムの一例では、使用者の横方向及び垂直方向の位置が維持される。これを達成するために、座席ベース６２は、車両が上下動及びロールするときに、Ｚ位置を空間内に制限内で維持するように移動され、かつ、座席ベース６２もまた、車両が上下動しかつＸ軸と平行又は一致する前方車両軸回りにロールするときに、使用者の胴部又は頭部を一定の横方向位置に制限内で維持するように移動される。他の制御アルゴリズムを達成するために、異なる座席ベースの動きを命令することができる。

装置６０は、範囲内で、使用者の体重とは無関係にこれらの動きを達成する。装置６０は、バネ（例えば空気バネ又は捩じり棒バネ）が使用者の体重に合うようにバネ力を提供することができるので、使用者の体重とは無関係に静止座席高さを維持することができる。また、装置６０の動作は、座席上の使用者のバネ定数及び固有振動数とはほとんど無関係である。対照的に、米国特許出願公開第２００６／０２６１６４７号明細書に記載されているような既知のシステムは、累進バネ定数バネを使用することによって、使用者の体重に関係なく座席上の使用者の固有振動数を維持しようと試みる。バネのより大きなバネ定数の部分に到達するように、使用者が重くなる程バネが圧縮される。したがって、バネの静的圧縮は使用者の体重に左右され、静的座席の高さも使用者の体重に左右される。

前記コントローラ２２の動作もまた、使用者の体重とはほとんど無関係である。装置６０は、米国特許出願公開第２００６／０２６１６４７号明細書に記載されているシステムで使用されている力ソース (force source) ではなく位置ソース (position source) を用いる。力ソースでは、使用者の体重がシステムダイナミクスに大きく影響する。つまり、アクチュエータの動きの割合が増えると、システムダイナミクスの決定においてアクチュエータの移動質量自体がより重要になるが、システムダイナミクスに対する使用者の質量の重要性は小さくなる。対照的に、力センサではなく位置がソースとして使用される本装置６０では、アクチュエータの動きはペイロード（使用者の体重又はアクチュエータの移動質量の何れか）とはほとんど無関係であり、前記コントローラへの命令のみである。これにより、装置６０のコントロールがよりシンプルで堅牢となる。

装置６０はまた、車両が、該装置が達成することができるよりも大きいロール又はＺ軸動きを生じるであろう工程を経験するときに起こり得る不快な運動を最小にするように、移動範囲の最終領域を管理するように適合される。たとえば、車両が比較的高速で深い穴の上を走行している場合、車両の床は急速かつ大幅に下がる。装置６０は、座席を空間内の一定の高さに維持すべく、前記座席懸架装置を上方に延ばす。しかしながら、上方への移動は、座席懸架装置の構造によって本質的に制限される。下方への移動、左右のロールに関する制限についても同様である。座席を移動範囲の終点（Ｚ軸及びＸ軸の一方又は両方）にすばやく移動した場合に発生するおそれのある不快感を和らげるために、コントロール２２は、移動領域の最後が近づいてくると、座席懸架装置を「硬くする」又は「強化する」ようになっている。座席が移動範囲の終点に達するのを防ぐために、このような硬化は漸進的になる可能性がある。あるいは、該装置は、移動範囲の終点に到達することを可能とするが、範囲の終点に近づくにつれて座席の速度を遅くするようにしてもよい。装置６０は力源ではなく位置サーボを使用するので、そのような補剛は（加速度計信号から決定されるように）車両変位あたりの座席並進量を減少させることによって達成することができる。

アクティブ防振装置用のアクティブ懸架装置２０ｂの非限定的な一例の詳細を図４ないし図７に示す。アクチュエータ４２ａ及び４４ａは、前部９７、後部９８、及び側部９９及び１０３を有する箱形の支持フレーム９１によって定位置に保持されている。アクチュエータ４２ａ及び４４ａは線形アクチュエータである。これら線形アクチュエータは、リニアモータによって、あるいは後述するように、回転から線形への変換を駆動する回転モータによって、任意の方法で実現できる。回転から線形への変換装置は当技術分野において知られており、例えば、ボールねじ組立体、リードネジ又はウォームギアを含み得る。

アクチュエータ４２ａは回転モータ７０を備え、該回転モータの出力は、入力回転運動を出力直線運動に変換するボールねじ組立体７２ａに連結されている。ボールねじ組立体（図示せず）へのモータの連結は、歯付きベルト又はＶベルト又はチェーン、あるいは歯車列又は直接連結などの当技術分野で知られている他の任意の連結を用いて実現可能であり、この連結はガード８５によって保護されている。ボールねじ組立体７２ａの出力軸１１３はロッカーアーム７４ａに連結されている。 ボールねじ組立体の他端はフレーム９１に固定されている。ロッカーアーム７４ａは、（回転軸１８０を有する）バー１０２に固定された（回転軸１０１を有する）リンク１００を含む。リンク１０４、１０６はバー１０２に固定され、バー１０２から延出し、かつ遠位端１０５、１０７を有する。後述するように、座席は端部１０５、１０７に（間接的に）連結される。ロッカーアーム７４ａは直線入力運動を回転出力運動に変換する。

アクチュエータ４４ａは回転モータ８０を備え、該回転モータの出力は、入力回転運動を出力直線運動に変換するボールねじ組立体８２ａに連結されている。ボールねじ組立体へのモータの連結は、歯付きベルト、Ｖベルト、又はチェーン、あるいは歯車列又は直接連結などの当技術分野で知られている他の任意の連結を用いて実現可能であり、この連結はガード８３によって保護されている。ボールねじ組立体８２ａの出力軸１０９はロッカーアーム８４ａに連結されている。ボールねじ組立体の他端はフレーム９１に固定されている。ロッカーアーム８４ａは、（回転軸１８２を有する）バー１１２に固定された（回転軸１１１を有する）リンク１１０を有する。リンク１１４及び１１６はバー１１２に固定されかつバー１１２から延出している。ピボットリンク１１８、１２０は、リンク１１４、１１６の端部に枢動可能に連結されており、軸１３０を中心に回転するようになっている。後述するように、座席はリンク１１８、１２０の端部１１９、１２１に沿って（間接的に）連結される。ロッカーアーム８４ａは、線形入力運動を回転出力運動に変換する。

座席支持／空気バネ組立体１５０が、図８にはそれ自体で示され、また図９には、アクティブ懸架装置２０ｂに取り付けられて示されている。組立体１５０は剛性機械的座席支持体１６０を備え、該座席支持体自体は、中央部材１６２と座席支持交差部材１６４及び１６６とを備える。空気バネ１７０が部材１６２の底部に連結され、ロードスプレッダ１７２によって車両フロア（図示せず）上に支持されている。図９に示すように、部材１６６は、ローカーアーム７４ａが回転すると該部材１６６が円弧１９０に沿って移動するように、リンク端部１０５及び１０７に連結されている。部材１６４はリンク端部１１９及び１２１に連結されている。ロッカーアーム８４ａが回転すると、リンク１１６及び１１８は円弧１９２に沿って移動する。リンク端部１１９及び１２１は円弧１９４を中心に回転することができる。ピボットリンク１１８及び１２０は、ロッカーアームの端部の円弧運動を座席の上下動に変換するために必要である。

図１０は、座席Ｓの底部に取り付けられた座席支持／空気バネ組立体１５０を示している。部材１６４及び１６６は、アクティブ懸架装置２０ｂによって独立的に上下に動かすことができるので、座席はＸ軸回りに両方向に旋回すること、及びＺ軸に沿って上下に移動することができる（図１）。例えば、両方のアクチュエータを伸張させれば座席は上に移動し、一方を伸張しかつもう一方を退縮させると座席はロールする。片方のみ伸張した場合、座席の動きは部分的に並進かつ部分的にロールする。従って、該アクティブ防振装置は、車両がロールしながら上下に移動する間、使用者の頭部／胴部を固定された並進（左右）位置に維持し、かつ座席（従って使用者の頭部）を一定の高さに（双方、制限まで）維持するようにシート席を移動させることができる。

一実施形態では、力バイアス装置は、１つ又は複数の捩じりバネを用いることで部分的に又は完全に達成される。捩じりバネは捩じり棒で実現することができ、バー１０２及び／又はバー１１２内に取り付けることができる。そのようなトーションバーはロッカーアームの端部を介して座席に作用する。捩じりバネの力は、捩じり具合を変えることで調整可能である。

回転モータとボールねじ組立体とを線形アクチュエータとして組み合わせて用いる場合、モータは、高い運動比を有する小型の１２Ｖ電気モータとすることができる。この場合、小さな動力で少量のモータ出力トルクを生み出しながらも、ボールねじ組立体を介することで大きな力を出力することができる。ボールねじ組立体は、アクチュエータがその位置をしっかりと保持するように後進駆動不能な装置とすることができる。この構成により、かつモータとボールねじ組立体の水平方向の配置により、座席と車両の床の間に位置する該アクティブ懸架装置は、およそ約８～１０ｃｍの範囲の薄型となる。これは、乗用車のようなヘッドルームの小さい車両を含むあらゆる種類の車両に当該アクティブ防振装置を使用するのに役立つ。

図１１は、アクティブ防振装置のためのデモ用装置２１０の斜視図である。このデモ用装置は、上記のシステムのようなアクティブ防振装置によって実現可能な動きをデモンストレーションするように構成されている。該デモ用装置２１０は、一つの使用状況において、車両のロールを容易に模して発生させることができ、かつ、アクティブ懸架装置２０ｂのロールに対する応答を実際に示すことができる。車両のロールは、床の上に乗るようにアクティブ懸架装置２０ｂの下に連結されたロッカープラットフォーム２００を使用することによって疑似的に発生される。ロッカー部材２０２、２０４は湾曲した底面２０６、２０８を有する。交差部材２０５、２０７は剛性を維持するのに役立つ。このロッカープラットフォーム２００の構成により、座席Ｓは、横向きのロッキングチェアのように左右に動くことが可能となっている。移動は、例えば座席Ｓの片側を押すことによって所望の方法で達成することができる。アクティブ懸架装置が作動していれば、該装置は、座席が押された際、使用者の頭部又は胴体の横方向位置を維持しようとする動きを座席に引き起こす。別の使用状態では、揺動が始まった後に該アクティブ懸架装置をオンにすることができるので、使用者は、そのロールを感じ、その後にシステムが該ロールに反応することができる。さらに別の使用状況では、アクティブ懸架装置２０ｂは、横方向の揺動運動を開始させる座席の運動を引き起こす命令を受けることができる（「自己作動モード」）。この自己作動モードは、例えば自動車ショールーム内のデモンストレーションシステム又はトレードショーのフロアへの注目を集めるために、必要に応じて使用することができる。装置２１０は、ロッカープラットフォーム２００を準備し、かつ所望の動きがなされるようコントローラをプログラミングすることによって簡単に設置できる。適切な電源（例えば１２０Ｖから１２Ｖのアダプタ）が必要と場合もある。

図１２は、アクティブ懸架装置２０ｃの他の例の斜視図である。アクティブ懸架装置２０ｃは、受動的隔離ステージ３００を含む点で、図４に示したアクティブ懸架装置２０ｂとは異なる。いくつかの実装形態では、Ｚ方向及びロール方向の外乱が軽減されるとき、外乱の最も有意な残りの成分は前後方向又はＸ方向となる。該装置２０ｃに含まれる該受動的隔離ステージ３００は、これらの前後振動を軽減するように働く。該アクティブ懸架装置２０ｃに取り付けられた座席Ｓ（図１０）は、後述するように前後方向に沿って移動することができる。受動的隔離ステージ３００の両側（図１２では片側のみが見える）は、ロッカーアーム７４ａの両リンク１０４、１０６間と、ロッカーアーム８４ａの両リンク１１４、１１６間に取り付けられたシャフト３０２を備える（図４及び図６）。

２つの線形スリーブブッシュ３０４ａ、３０４ｂがシャフト３０２に沿って配置されており、前記隔離ステージ３００（及びそれに接続された座席Ｓ）がシャフト３０２の軸に沿って前後方向に移動することが可能となっている。バネ３０６ａ、３０６ｂが、剛性機械的座席支持体３６０の交差部材３６４、３６６（図１３を参照して以下により詳細に説明される）と、シャフト３０２に固定されたバネ締結具３０８ａ、３０８ｂとの間に取り付けられる。バネ３０６ａ及び３０６ｂは、自然状態では座席Ｓを前動作方向の移動範囲の中心に向かって付勢するための復元力を提供する。車両が前後方向の動きをすると、線形スリーブブッシュ３０４ａ、３０４ｂ及びバネ３０６ａ、３０６ｂは相対的な動きを吸収し、車両が前後方向に振動している間、座席Ｓを大きく静止させたままにする。

図１３は、図１２のアクティブ懸架装置用の座席支持／空気バネ組立体３５０の上面斜視図である。支持／空気バネ組立体３５０は、座席支持空気バネ組立体１５０（図８，図９）に対応しており、相違点は以下において説明される。組立体３５０は、図１２においてはアクティブ懸架装置２０ｃに取り付けられた状態で、また図１３にはそれ自体が示されている。組立体３５０は剛性機械的座席支持体３６０を備え、該座席支持体自体は、中央部材３６２と、座席支持交差部材３６４及び３６６とを備える。空気バネ３７０が部材３６２の底部に連結され、ピボット組立体３７２によって車両の床（図示せず）の上に支持される。前記ピボット組立体３７２は、組立体３５０（及び接続された座席Ｓ）が前後方向に動いた際に、空気バネ３７０の接続端部が横軸３７８回りに回転できるようにする。前記ピボット組立体３７２は、空気バネ３７０に接続された上部３７４と、車両の床（図示せず）によって支持された下部３７６とを備え、前後又はＸ方向に対して直角に延びる軸３７８回りの回転運動を可能にする。これにより空気バネ３７０は、組立体３５０（及び接続された座席Ｓ）が前後方向に移動した際、車両フロアによって支持されかつ回転可能に接続される。

いくつかの例では、ロックアウトブレード組立体４０２内のロックアウトブレード４００が、座席支持交差部材３６４及び３６６の一方又は両方に取り付けられる。使用者がロックアウトブレード４００を第１の位置に移動させると、ブレード組立体４０２は、隔離ステージ３００をシャフト３０２に沿った位置にロックし、それによって、座席Ｓがアクティブ懸架装置２０ｃに対して前後方向に移動するのを防止する。いくつかの例では、ロックアウトブレード４００は、シャフト３０２に沿って配置された複数の対応するスロット（図示せず）のうちの１つに係合する。それらスロットは、第１の位置にある間、ロックアウト４００を受けるような大きさ及び形状とされたものである。ロックアウトブレード４００が第２の位置に動かされると、ブレードはシャフト３０２内の対応するスロットから外れ、隔離ステージ３００を前後方向に動けるようにする。いくつかの例では、ロックアウトブレード４００は、バネ又は他の手段によって、ロックアウトブレード組立体４０２内で第１のロック位置に向かって付勢されている。ブレード４００が第２のロック解除位置に移動されると、使用者は、ロックアウトブレード組立体４０２の第１のロック位置への付勢力に打ち勝つ必要がある。いくつかの例では、ブレード組立体４０２は、ロックアウトブレード４００の動きを制御及び調整するための戻り止めを有する。

図１２を再び参照する。いくつかの例では、ダンパ組立体４１０は、隔離ステージ３００の一部として構成することができる。該隔離ステージは、例えば、恐らくは前後外乱の原因となる車両を加減速させる速度バンプが生じたときに、座席上部が車両に対して動くことを可能にする。初めに減速し、その後に加速するバンプにより速度が変化しても車両はより一定の前進速度を維持することができるので、運転者はこの外乱から隔離される。一般に、隔離ステージは、座席上部を機構に固定するが前後運動を可能にするベアリング装置を含む。隔離ステージはまた、一組のバネを備え、これらバネが、座席を名目上中心に保つためのセンタリング力を提供し、外乱が発生したときの運動の吸収に備える。ダンパ組立体４１０は、エネルギーを除去して過度の又は振動性の運動を防止又は阻止するための機構を提供する。減衰は油圧ダンパにより、あるいは当業者には明らかな他の方法で構成することができる。

ダンパが存在しない場合、座席は外乱の後に複数サイクル振動する可能性がある。前記ダンパはエネルギーを取り除き、動きをより急速に減衰させる（つまり、過度のオーバーシュートや不要な振動を発生することなく滑らかに移動中心に復帰する）。ダンパ組立体の一端は座席に連結されている。他端は、システムの車両側にある「静止した」もの、すなわち座席が車両に対して動いた場合にも座席とともに前後に動かないもの、に連結されている。

以上、いくつかの実装形態について説明した。しかしながら、本明細書に記載の発明の概念の範囲から逸脱することなく追加の変更を加えることができ、したがって、他の実施形態は特許請求の範囲の範囲内にあることが理解されよう。

１０ アクティブ防振装置
１４ 座席ベース
１６ 床
２０, ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ アクティブ懸架装置
２２ コントローラ
３２ 座席位置センサ
３４ 座席中立位置センサ
４０ 座席位置サーボ
４２（４２ａ），４４（４４ａ） アクチュエータ
５０ アクティブ防振装置
６０ アクティブ防振装置
６２ 座席ベース
７０，８０ 回転モータ
７２ａ ボールねじ組立体
７４ａ，８４ａ ロッカーアーム
７６，８６ 位置エンコーダ
７８，８８ 中立位置センサ
１１８，１２０ ピボットリンク
１１９，１２０ リンク部材
２００ ロッカープラットフォーム
２０２，２０４ ロッカー部材
３００ 受動的隔離ステージ
Ｓ 座席

Claims (18)

1. 使用者により占有されるように適合された車両の座席のためのアクティブ防振装置であって、
   前記車両の床の上方で前記座席を支持するアクティブ懸架装置であり、前記座席を水平軸回りの両方向に回転するように制御され得る線形アクチュエータを備えるアクティブ懸架装置と、
   前記車両の前記水平軸回りの回転位置の変化を検知するよう、かつ、前記水平軸に対する前記座席の回転位置を決定するよう構成された、一つまたは複数の感知装置と、
   前記水平軸に対する前記座席の中立位置を決定するよう構成されたセンサ装置であって、前記コントローラがさらに該センサ装置に反応するセンサ装置と、
   前記車両に前記水平軸回りの回転が生じた際に、前記一つまたは複数の感知装置に応じて、前記使用者の頭部又は胴部の横方向位置を制御するよう構成された前記座席の動きを引き起こす制御信号を前記アクティブ懸架装置に送るコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、さらに、前記座席が前記中立位置を通って動いたときに、前記一つまたは複数の感知装置の精度を維持すべく前記センサ装置を使用して前記一つまたは複数の感知装置を再較正するよう構成されてなるアクティブ防振装置。
2. 請求項１記載のアクティブ防振装置において、前記センサ装置が出力状態を有し、かつ該センサ装置がその出力状態を、前記座席の前記水平軸に対する水平中間位置で変えるよう構成されている、アクティブ防振装置。
3. 請求項１記載のアクティブ防振装置において、前記センサ装置が、前記座席が前記水平中間位置より左方にあるか右方にあるかについての知識を提供する、アクティブ防振装置。
4. 請求項１記載のアクティブ防振装置において、前記コントローラは、前記センサ装置を使用して、前記座席が前記中立位置を通って動く毎に再較正をするように構成されている、アクティブ防振装置。
5. 請求項１記載のアクティブ防振装置において、前記一つまたは複数の感知装置は、前記車両の前記床に設けられた感知装置を備えている、アクティブ防振装置。
6. 請求項１記載のアクティブ防振装置において、前記線形アクチュエータが、回転モータ、及び、該回転モータに連結され該回転モータの動きを直線運動に変換するアクチュエータを備える、アクティブ防振装置。
7. 請求項６記載のアクティブ防振装置において、前記アクチュエータがボールねじ組立体を備える、アクティブ防振装置。
8. 使用者により占有されるように適合された車両の座席のためのアクティブ防振装置であって、
   前記車両の床の上方で前記座席を支持するアクティブ懸架装置であり、前記座席を垂直軸の方向に上下するように制御される少なくとも一つのアクチュエータを備えるアクティブ懸架装置と、
   前記垂直軸に沿った又は同垂直軸と平行する前記車両の高さ位置変化を検知し、かつ、前記垂直軸に沿った又は同垂直軸と平行する前記座席の並進位置を決定する一つまたは複数の感知装置と、
   前記水平軸および垂直軸に対する前記座席の中立位置を決定するよう構成されたセンサ装置であって、前記コントローラがさらに該センサ装置に反応するセンサ装置と、
   前記車両に前記垂直軸に沿った並進移動が生じた際に、前記一つまたは複数の感知装置に応じて、前記使用者の頭部又は胴部の高さを制御するよう構成された前記座席の動きを引き起こす制御信号を前記アクティブ懸架装置に送るコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、さらに、前記座席が前記中立位置のいずれかを通って動いたときに、前記一つまたは複数の感知装置の精度を維持すべく前記センサ装置を使用して前記一つまたは複数の感知装置を再較正するよう構成されてなるアクティブ防振装置。
9. 請求項８記載のアクティブ防振装置において、
   前記アクティブ懸架装置が少なくとも二つのアクチュエータを備え、これらアクチュエータは、前記座席を前記垂直軸の方向に上方及び下方に動かし、かつ前記座席を水平軸回りの両方向に回転させるよう制御可能とされ、
   前記一つまたは複数の感知装置はさらに、前記水平軸回りの又は同水平軸と平行となる車両回転位置変化を検知するよう構成され、
   前記一つまたは複数の感知装置はさらに、前記座席の前記水平軸に対する回転位置を決定するよう構成され、
   前記車両が前記水平軸回りの回転を生じた際に、前記制御信号がさらに、前記使用者の頭部又は胴部の横方向位置を制御するよう構成された前記座席の動きを引き起こす、アクティブ防振装置。
10. 請求項９記載のアクティブ防振装置において、前記センサ装置が出力状態を有し、かつ該センサ装置がその出力状態を、前記座席の前記垂直軸に対する中間高さ位置で変えるよう構成されている、アクティブ防振装置。
11. 請求項９記載のアクティブ防振装置において、前記センサ装置が、前記座席が前記中間高さ位置より上方にあるか下方にあるかについての知識を提供する、アクティブ防振装置。
12. 請求項９記載のアクティブ防振装置において、前記コントローラは、前記センサ装置を使用して、前記座席が前記中立位置の何れかを通って動く毎に再較正をするように構成されてなる、アクティブ防振装置。
13. 請求項９記載のアクティブ防振装置において、前記一つまたは複数の感知装置が相対センサを備え、かつ前記一つまたは複数の感知装置が１ビットセンサを備える、アクティブ防振装置。
14. 請求項９記載のアクティブ防振装置において、前記制御信号は、前記車両に前記水平軸回りの回転及び前記垂直軸に沿った並進が生じた際に、前記使用者の頭部又は胴部の横方向位置を維持するように構成されている、アクティブ防振装置。
15. 請求項８記載のアクティブ防振装置において、前記一つまたは複数の感知装置は、前記車両の前記床に設けられた感知装置を備える、アクティブ防振装置。
16. 請求項１５記載のアクティブ防振装置において、前記一つまたは複数の感知装置が垂直軸加速度計及び水平軸ロールセンサを備える、アクティブ防振装置。
17. 請求項８記載のアクティブ防振装置において、前記アクチュエータの各々が、回転モータ、及び、該回転モータに連結され該回転モータの動きを直線運動に変換する線形アクチュエータを備える、アクティブ防振装置。
18. 請求項１７記載のアクティブ防振装置において、前記線形アクチュエータがボールねじ組立体を備える、アクティブ防振装置。

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