DE102017124649B4

DE102017124649B4 - Fahrzeugfederungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102017124649B4
Application number: DE102017124649.5A
Authority: DE
Inventors: Yanqing Liu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2022-08-25
Anticipated expiration: 2037-10-24
Also published as: DE102017124649A1; CN108081890B; US20180141400A1; JP2018083484A; CN108081890A; US10377202B2; JP6733517B2

Abstract

Fahrzeugfederungsvorrichtung, welche auf ein Fahrzeug (100) mit einem Sitz (42) angewendet wird, dessen Sitzoberflächenverschiebungsbetrag mit Bezug auf einen Einheitsveränderungsbetrag einer Sitzlast, die einer auf eine Sitzoberfläche des Sitzes (42) aufgebrachten Last entspricht, abnimmt, wenn die Sitzlast zunimmt, und welche eine Federvorrichtung (30) umfasst, die zwischen einem gefederten Element (40) und einem ungefederten Element (50) des Fahrzeugs (10) eingefügt ist und das gefederte Element (40) mit Bezug auf das ungefederte Element (50) elastisch trägt, wobeiin einem Fall, in welchem ein Referenz-Hubbetrag als ein Hubbetrag der Federvorrichtung (30) definiert ist, wenn ein Insasse (HM) auf dem Sitz (42) sitzt, und der Hubbetrag definiert ist, um in einer positiven Richtung zuzunehmen, wenn die Federvorrichtung (30) in einer Kontraktionsrichtung stärker verschoben wird,die Federvorrichtung (30) derart konfiguriert ist, dass diese die Eigenschaften besitzt, dass eine Federkonstante der Federvorrichtung (30), wenn der Hubbetrag größer als der Referenz-Hubbetrag ist, kleiner oder gleich einer Federkonstanten der Federvorrichtung ist, wenn der Hubbetrag kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist;wobei die Federvorrichtung (30) aufweist:eine erste Spiralfeder (31), die zwischen dem gefederten Element (40) und dem ungefederten Element (50) angeordnet ist und eine Federkonstante aufweist, die gleich einem ersten Wert (k1) ist; undeine zweite Spiralfeder (32), die zwischen dem gefederten Element (40) und dem ungefederten Element (50) angeordnet ist und eine Federkonstante aufweist, die gleich einem zweiten Wert (k2) ist, wobeidie erste Spiralfeder (31) derart angeordnet ist, dass diese durch das gefederte Element (40) und das ungefederte Element (50) stets komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dassdie zweite Spiralfeder (32) in einer solchen Art und Weise angeordnet ist, dass die zweite Spiralfeder (32) durch das gefederte Element (40) und das ungefederte Element (50) komprimiert wird, wenn der Hubbetrag kleiner als ein Schwellen-Hubbetrag ist, und die zweite Spiralfeder (32) durch das gefederte Element (40) und das ungefederte Element (50) weder komprimiert noch expandiert wird, wenn der Hubbetrag größer als der Schwellen-Hubbetrag ist, unddie Federvorrichtung (30) die Eigenschaft besitzt, dass:die Federkonstante der Federvorrichtung (30) auf dem ersten Wert (k1) gehalten wird, wenn der Hubbetrag größer oder gleich einem Hubbetrag ist, der um einen vorbestimmten positiven Betrag größer als der Referenz-Hubbetrag ist;die Federkonstante der Federvorrichtung (30) auf einer Summe (k1+k2) aus dem ersten Wert (k1) und dem zweiten Wert (k2) gehalten wird, wenn der Hubbetrag kleiner oder gleich dem Hubbetrag ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist; unddie Federkonstante der Federvorrichtung (30), die gleich dem ersten Wert (k1) ist, wenn der Hubbetrag größer oder gleich dem Hubbetrag ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag größer als der Referenz-Hubbetrag ist, kleiner ist als die Federkonstante der Federvorrichtung (30), die gleich der Summe (k1+k2) ist, wenn der Hubbetrag kleiner oder gleich dem Hubbetrag ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federungsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Sitz, dessen Sitzoberfläche mit Bezug auf eine auf die Sitzoberfläche aufgebrachte Last nichtlinear verschoben wird, wobei die Sitzoberfläche einer oberen Fläche eines Sitzabschnitts (Sitz) entspricht, auf welchem ein Insasse des Fahrzeugs sitzt gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Herkömmlich ist eine Federungsvorrichtung bekannt, bei welcher ein Hubbetrag (Y) mit Bezug auf eine Eingangslast (X) linear variiert (das heißt, Y = k · X, wobei K einer Konstanten entspricht). Das heißt, die „Charakteristik einer Eingangslast auf einen Hub“ der herkömmlichen Federungsvorrichtung (nachfolgend als die „herkömmliche Vorrichtung“ bezeichnet) in einem Fall, in welchem ein tatsächlicher Hubbetrag kleiner als ein „Hubbetrag mit Bezug auf eine vorbestimmte Eingangslast“ ist, ist gleich dieser in einem Fall, in welchem der tatsächlich Hubbetrag größer als der „Hubbetrag mit Bezug auf die vorbestimmte Eingangslast“ ist (beispielsweise Bezug auf die japanische Patentveröffentlichung (kokai) mit der Nummer JP 2013-116641 A ).
Darüber hinaus offenbart die DE 40 14 466 A1 , dass bei hydropneumatischen Fahrzeugfederungen die Härte der Federung sehr stark von der Belastung abhängt. Bei hoher Beladung ist die Fahrzeugfederung hart und bei kleiner Beladung relativ weich. Zusätzlich ist die Fahrzeugfederung des kurvenäußeren Rades härter als des kurveninneren Rades. Das Schwenken der Härte der Fahrzeugfederung ist sehr unangenehm und kann zu gefährlichen Fahrzuständen führen. Bei der vorgeschlagenen Fahrzeugfederung wird mit Hilfe einer Zusatzkraft für eine Vergleichmäßigung der Härte der Fahrzeugfederung gesorgt. Die Zusatzkraft wirkt in gleicher Richtung wie die Belastungskraft des Fahrzeugaufbaus. Die Fahrzeugfederung ist vorzugsweise für Kraftfahrzeuge geeignet.
Zudem beschreibt die DE 10 2012 001 535 A1 eine Federdämpfervorrichtung eines Kraftfahrzeugs mit einer Luftfeder zum Übertragen einer Federkraft zwischen einer Karosserie und einem Rad des Kraftfahrzeugs, einem der Luftfeder mechanisch parallel geschalteten hydraulischen Aktor zum Übertragen einer hydraulischen Stellkraft zwischen der Karosserie und dem Rad des Kraftfahrzeugs, einer dem hydraulischen Aktor hydraulisch vorgeschalteten hydraulischen Energiequelle zum Bereitstellen einer für die hydraulische Stellkraft erforderlichen hydraulischen Hilfsenergie. Um ein verbessertes Zeitverhalten der Federdämpfervorrichtung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Luftfeder ein aktiv steuerbar variables, wirksames Luftvolumen aufweist.
Kurzfassung der Erfindung
Ein Verschiebungsbetrag (nachfolgend ebenso als ein „Auslenkungsbetrag“ bezeichnet) einer Sitzoberfläche (eine obere Fläche eines Sitzabschnitts) eines Sitzes eines Fahrzeugs wird größer, wenn eine auf die Sitzoberfläche aufgebrachte Last (nachfolgend als eine „Sitzlast“ bezeichnet) größer wird. Insbesondere weist der bei einem Fahrzeug angewendete Sitz im Allgemeinen eine Charakteristik/Eigenschaft auf, dass „ein Verhältnis (ein Wert gemäß einer Neigung der Kurve C1) eines Veränderungsbetrags des Auslenkungsbetrags der Sitzoberfläche zu einem Einheitsveränderungsbetrag der Sitzlast“ kleiner wird, wenn die Sitzlast größer wird, wie durch eine Kurve C1 in 14 angegeben ist.
Bei dem in 14 gezeigten Beispiel ist eine Größe dp des Veränderungsbetrags des Auslenkungsbetrags der Sitzoberfläche, wenn die Sitzlast ausgehend von einer Basislast 5A um eine Einheitslast A zunimmt, beispielsweise kleiner als eine Größe dm des Veränderungsbetrags des Auslenkungsbetrags der Sitzoberfläche, wenn die Sitzlast ausgehend von der Basislast 5A um die Einheitslast A abnimmt (dp < dm). Mit anderen Worten, der Sitz kann als ein Typ einer Federvorrichtung mit einer „Federkonstanten“ betrachtet werden, die größer wird, wenn der Auslenkungsbetrag größer wird.
Indessen spürt ein Insasse eine Vibration bzw. Schwingung über die Sitzoberfläche. Reifen, die Federungsvorrichtung und der Sitz sind zwischen einer Straßenoberfläche und der Sitzoberfläche eingefügt. Daher ist es hinsichtlich eines Fahrverhaltens des Fahrzeugs notwendig, nicht nur die Eigenschaften der Reifen und der Federungsvorrichtung des Fahrzeugs zu berücksichtigen, sondern ebenso die Eigenschaften des Sitzes. Die herkömmliche Vorrichtung wurde jedoch nicht unter Berücksichtigung der Eigenschaft bzw. Charakteristik des Sitzes gestaltet.
Die vorliegende Erfindung erfolgte, um das vorstehend erwähnte Problem zu lösen. Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere darin, eine Fahrzeugfederungsvorrichtung bereitzustellen, welche ein Fahrverhalten des Fahrzeugs durch Berücksichtigung der Charakteristik des Sitzes weiter verbessern kann.
Die vorstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs gelöst.
Eine Fahrzeugfederungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung (nachfolgend ebenso als eine „Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung“ bezeichnet) wird auf ein Fahrzeug (100) mit einem Sitz (42) angewendet. Ein Verschiebungsbetrag einer Sitzoberfläche des Sitzes mit Bezug auf einen Einheitsveränderungsbetrag einer Sitzlast, welche einer auf die Sitzoberfläche des Sitzes eingegebenen Last entspricht, nimmt ab, wenn die Sitzlast zunimmt. Die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung weist eine Federvorrichtung (30; 300) auf, welche zwischen einem gefederten Element (40) und einem ungefederten Element (50) des Fahrzeugs eingefügt ist. Die Federvorrichtung trägt das gefederte Element mit Bezug auf das ungefederte Element elastisch.
Um die Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben, ist ein Referenz-Hubbetrag als ein Hubbetrag der Federvorrichtung definiert, wenn ein Insasse auf dem Sitz sitzt, und der Hubbetrag ist definiert, um in einer positiven Richtung zuzunehmen, wenn die Federvorrichtung in einer Kontraktionsrichtung stärker verschoben wird.
Gemäß den vorstehenden Definitionen besitzt die Federvorrichtung Charakteristika/Merkmale, welche die nachstehend beschriebenen Bedingungen A und B erfüllen.
[Bedingung A] Eine Federkonstante (k2c), wenn der Hubbetrag größer als der Referenz-Hubbetrag ist, ist kleiner oder gleich der Federkonstanten (k2e), wenn der Hubbetrag kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist (das heißt, k2c ≤ k2e), und
[Bedingung B] Eine Federkonstante der Federvorrichtung, wenn der Hubbetrag größer oder gleich einem Hubbetrag ist, der um einen vorbestimmten positiven Betrag (α) größer als der Referenz-Hubbetrag ist, ist kleiner als eine Federkonstante der Federvorrichtung, wenn der Hubbetrag kleiner oder gleich einem Hubbetrag ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag (α) kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist.
Nachfolgend wird ein Betrieb der Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung eines Beispiels der Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die horizontale Achse der in den 15A bis 15C gezeigten Diagramme gibt den Hubbetrag zs der Federvorrichtung an. Die vertikale Achse gibt die Federkraft Fss der Federvorrichtung an. In jedem dieser Diagramme ist eine „Beziehung zwischen dem Hubbetrag und der Federkraft“ des Beispiels der Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Die Neigungen von „geraden Linien S1 und S2“, welche diese Beziehung zeigen, stellen die Federkonstante der Federvorrichtung dar.
Wie in 15A gezeigt, ist der Referenz-Hubbetrag gemäß der Federvorrichtung dieses Beispiels ein Hubbetrag zs0, wenn ein Gewicht eines Insassen einem Normalgewicht entspricht. Die Federkonstante dieser Federvorrichtung verändert sich in Abhängigkeit davon, ob der Hubbetrag zs größer als der Referenz-Hubbetrag zs0 ist. Insbesondere wenn der Hubbetrag zs größer als der Referenz-Hubbetrag zs0 ist (wenn die Federvorrichtung auf einer Kontraktionsseite verschoben ist), wie durch die gerade Linie S1 angegeben, entspricht die Federkonstante einem „relativ kleinen Wert k2c“. Wenn der Hubbetrag zs kleiner als der Referenz-Hubbetrag zs0 ist (wenn die Federvorrichtung auf einer Expansionsseite verschoben ist), wie durch die gerade Linie S2 angegeben, entspricht die Federkonstante einem „relativ großen Wert k2e“. Die Federvorrichtung erfüllt die vorstehend erwähnte [Bedingung A], da der Wert k2c kleiner ist als der Wert k2e (das heißt, k2c < k2e).
Wie ferner aus 15A ersichtlich ist, entspricht die Federkonstante, wenn der Hubbetrag zs größer oder gleich einem Hubbetrag (zs0 + α) ist, der um einen vorbestimmten positiven Betrag (α) größer als der Referenz-Hubbetrag zs0 ist, dem Wert k2c (Bezug auf einen Bereich R11). Die Federkonstante, wenn der Hubbetrag zs kleiner oder gleich einem Hubbetrag (zs0 - α) ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag (α) kleiner als der Referenz-Hubbetrag zs0 ist, entspricht dem Wert k2e (Bezug auf einen Bereich R12). Daher erfüllt diese Federvorrichtung die vorstehend erwähnte [Bedingung B].
15B zeigt die „Beziehung zwischen dem Hubbetrag und der Federkraft“, wenn das Gewicht des Insassen leichter als das Normalgewicht ist. In diesem Fall entspricht der Referenz-Hubbetrag einem Hubbetrag zs1, welcher kleiner ist als der Hubbetrag zs0. Aus dieser Figur wird klar, dass die Federkonstante „dem Wert k2e oder dem Wert k2c“ entspricht, wenn der Hubbetrag zs größer ist als der Referenz-Hubbetrag zs1 (wenn die Federvorrichtung auf der Kontraktionsseite verschoben ist). Wenn der Hubbetrag zs kleiner als der Referenz-Hubbetrag zs1 ist (wenn die Federvorrichtung auf der Expansionsseite verschoben ist), entspricht die Federkonstante „dem Wert k2e“. Daher erfüllt diese Federvorrichtung die vorstehend erwähnte [Bedingung A].
Wie aus 15B ferner ersichtlich ist, entspricht die Federkonstante k2c, wenn der Hubbetrag zs größer oder gleich dem Hubbetrag (zs1 + α) ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag (α) größer als der Referenz-Hubbetrag zs1 ist (Bezug auf einen Bereich R21). Die Federkonstante entspricht k2e, wenn der Hubbetrag zs kleiner oder gleich dem Hubbetrag (zs1 - α) ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag (α) kleiner als der Referenz-Hubbetrag zs1 ist (Bezug auf einen Bereich R22). Daher erfüllt diese Federvorrichtung die vorstehend erwähnte [Bedingung B].
15C zeigt die „Beziehung zwischen dem Hubbetrag und der Federkraft“, wenn das Gewicht des Insassen schwerer ist als das Normalgewicht. In diesem Fall entspricht der Referenz-Hubbetrag einem Hubbetrag zs2, welcher größer als der Hubbetrag zs0 ist. Aus dieser Figur ist ersichtlich, dass die Federkonstante „dem Wert k2c“ entspricht, wenn der Hubbetrag zs größer als der Referenz-Hubbetrag zs2 ist (wenn die Federvorrichtung auf der Kontraktionsseite verschoben ist). Wenn der Hubbetrag zs kleiner als der Referenz-Hubbetrag zs2 ist (wenn die Federvorrichtung auf der Expansionsseite verschoben ist), entspricht die Federkonstante „dem Wert k2c oder dem Wert k2e“. Daher erfüllt diese Federvorrichtung die vorstehend erwähnte [Bedingung A].
Wie aus 15C ersichtlich ist, entspricht die Federkonstante ferner k2c, wenn der Hubbetrag zs größer oder gleich dem Hubbetrag (zs2 + α) ist, welcher um den vorbestimmten positiven Betrag (α) größer als der Referenz-Hubbetrag zs2 ist (Bezug auf einen Bereich R31). Die Federkonstante entspricht k2e, wenn der Hubbetrag zs kleiner oder gleich dem Hubbetrag (zs2 - α) ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag (α) kleiner als der Referenz-Hubbetrag zs2 ist (Bezug auf einen Bereich R32). Daher erfüllt diese Federvorrichtung die vorstehend erwähnte [Bedingung B].
Wenn die Federvorrichtung mit der „Federkonstanten“, welche sich wie vorstehend beschrieben verändert, für ein Fahrzeug verwendet wird, wurde gezeigt, dass das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert ist, wie später unter Verwendung der Verstärkung einer „Übertragungscharakteristik, welche darstellt, wie eine Schwingung aufgrund einer Unebenheit der Straßenoberfläche auf den Insassen übertragen wird“, beschrieben ist.
Dieser Grund kann wie folgt abgeschätzt werden, obwohl der Grund nicht vollständig klar ist. Gemäß der Vorrichtung der vorliegenden Offenbarung ist die Federkonstante, wenn der Hubbetrag der Federvorrichtung einem Wert entspricht, der in gewissem Ausmaß auf der Kontraktionsseite liegt, kleiner als die Federkonstante, wenn der Hubbetrag der Federvorrichtung einem Wert entspricht, der in gewissem Ausmaß auf der Expansionsseite liegt. Andererseits wird die Federkonstante des Sitzes im Allgemeinen größer, wenn sich die Federvorrichtung stärker kontrahiert, wie durch unterbrochene Linien B1 und B2 angegeben ist, welche geraden Näherungslinien entsprechen, die in 14 gezeigt sind, da der Verschiebungsbetrag (Auslenkungsbetrag) der Sitzoberfläche des Sitzes in vielen Fällen größer wird, wenn sich die Federvorrichtung stärker kontrahiert. Folglich nähert sich die Gesamtfedercharakteristik „der Federungsvorrichtung und des Sitzes“, welche das Fahrverhalten für den Insassen beeinflusst, stärker an eine lineare Charakteristik an. Folglich ist das Fahrverhalten verbessert. Es ist anzumerken, dass die Federkonstantencharakteristik des Reifens im Allgemeinen linear ist und die Federkonstante des Reifens um etwa eine Größenordnung größer ist als die Federkonstante des Sitzes und die Federkonstante der Federungsvorrichtung. Daher wird berücksichtigt, dass der Einfluss der Federcharakteristik des Reifens auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs gering ist.
Bei der Fahrzeugfederungsvorrichtung gemäß einem erläuternden Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist die Federvorrichtung auf: eine zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element angeordnete erste Feder (31); und eine zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element angeordnete zweite Feder (32).
Ferner ist die erste Feder derart angeordnet, dass diese durch das gefederte Element und das ungefederte Element stets komprimiert ist.
Die zweite Feder ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass die zweite Feder durch das gefederte Element und das ungefederte Element komprimiert ist, wenn der Hubbetrag kleiner als ein Schwellen-Hubbetrag ist, und die zweite Feder ist durch das gefederte Element und das ungefederte Element weder komprimiert noch expandiert, wenn der Hubbetrag größer als der Schwellen-Hubbetrag ist.
Gemäß diesem Aspekt ist die erste Feder zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element komprimiert, wenn der Hubbetrag kleiner als der Schwellen-Hubbetrag ist, so dass eine Federkraft der ersten Feder erzeugt wird. Ferner wird in diesem Fall die Federkraft der zweiten Feder erzeugt, da die zweite Feder zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element komprimiert ist. Daher ist die Federkonstante der Federvorrichtung in diesem Fall gleich einer Summe (k1 + k2) einer Federkonstanten (k1) der ersten Feder und einer Federkonstanten (k2) der zweiten Feder.
Wenn der Hubbetrag andererseits größer als der Schwellen-Hubbetrag ist, ist die erste Feder zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element komprimiert, so dass die Federkraft der ersten Feder erzeugt wird. In diesem Fall wird die Federkraft der zweiten Feder jedoch nicht erzeugt, da die zweite Feder zwischen dem gefederten Element und dem ungefederten Element weder komprimiert noch expandiert ist. Daher ist die Federkonstante der Federvorrichtung in diesem Fall gleich der Federkonstanten (k1) der ersten Feder.
Folglich entspricht dieser Aspekt einer „Federungsvorrichtung mit einem hervorragenden Fahrverhalten“, welche die vorstehend erwähnte [Bedingung A] und [Bedingung B] durch eine einfache Konfiguration unter Verwendung der ersten Feder und der zweiten Feder erfüllt.
Bei einer Fahrzeugfederungsvorrichtung gemäß einem weiteren erläuternden Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist die Federvorrichtung auf:

eine Luftfeder mit einer Hauptkammer (jede aus 211 bis 214) und einer Nebenkammer (jede aus 211s bis 214s), welche über einen Verbindungsdurchlass (PB) mit der Hauptkammer in Verbindung steht,
ein Umschaltventil (jedes aus 219R, 219L, 220R, 220L), welches in dem Verbindungsdurchlass eingefügt ist und einen Zustand des Verbindungsdurchlasses zwischen einem Verbindungszustand und einem Sperrzustand umschalten kann, und
einen Steuerungsabschnitt (250), welcher das Umschaltventil auf den Verbindungszustand einstellt, wenn der Hubbetrag größer als der Schwellen-Hubbetrag ist (Schritt 1320), und das Umschaltventil auf den Sperrzustand einstellt, wenn der Hubbetrag kleiner als der Schwellen-Hubbetrag ist (Schritt 1330).

Gemäß diesem Aspekt ist das Umschaltventil auf den Verbindungszustand eingestellt, wenn der Hubbetrag größer als der Schwellen-Hubbetrag ist. Daher nimmt ein Volumen eines Abschnitts, welcher als eine Luftfeder dienen kann, zu, da die Hauptkammer mit der Nebenkammer in Verbindung steht. Folglich wird die Federkonstante kleiner als eine Federkonstante, wenn die Hauptkammer und die Nebenkammer nicht miteinander in Verbindung stehen. Wenn der Hubbetrag im Gegensatz dazu kleiner als der Schwellen-Hubbetrag ist, ist das Umschaltventil auf den Sperrzustand eingestellt. Daher nimmt das Volumen des Abschnitts, welcher als die Luftfeder dienen kann, ab, da die Hauptkammer von der Nebenkammer getrennt ist. Folglich wird die Federkonstante größer als die Federkonstante, wenn die Hauptkammer mit der Nebenkammer in Verbindung steht.
Folglich entspricht auch dieser Aspekt einer „Federungsvorrichtung mit einem hervorragenden Fahrverhalten“, welche die vorstehend erwähnte [Bedingung A] und [Bedingung B] erfüllt.
In der vorstehend angegebenen Beschreibung sind Namen und/oder Bezugszeichen, welche bei nachstehend beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, in Klammern eingeschlossen und diese sind Elementen der Erfindung gemäß der Ausführungsform zugewiesen, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Die jeweiligen Elemente der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht auf die durch die Bezugszeichen definierte Ausführungsform beschränkt. Weitere Aufgaben, weitere Merkmale und zugehörige Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus einer Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche unter Bezugnahme auf die folgenden Abbildungen anzugeben ist, auf einfache Art und Weise ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Abbildung zum Darstellen eines Fahrzeugs, auf welches eine Fahrzeugfederungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
2 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Mittelachse zum Darstellen einer Fahrzeugfederungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 umfasst (A) bis (C) und zeigt Querschnittsansichten zum Erläutern eines Betriebs der in 2 dargestellten Federungsvorrichtung.
4A ist ein Diagramm zum Zeigen einer Beziehung zwischen einer Federverschiebung und einer durch einen Sitz erzeugten Federkraft.
4B ist ein Diagramm zum Zeigen einer Beziehung zwischen einer Federverschiebung und einer durch eine Federungsvorrichtung erzeugten Federkraft.
5 ist eine Abbildung zum Erläutern eines Modells eines einzelnen Rades mit drei Freiheitsgraden des in 1 dargestellten Fahrzeugs.
6 ist ein Diagramm, welches eine Übertragungscharakteristik einer Insassenbeschleunigung mit Bezug auf eine Straßenoberflächengeschwindigkeit zeigt, die basierend auf dem in 5 dargestellten Modell berechnet wird.
7A und 7B sind Diagramme, welche eine Übertragungscharakteristik einer Insassenbeschleunigung mit Bezug auf eine Straßenoberflächengeschwindigkeit zeigen, welche basierend auf dem in 5 dargestellten Modell berechnet wird.
8 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Mittelachse zum Darstellen einer Fahrzeugfederungsvorrichtung gemäß einem modifizierten Beispiel einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9 umfasst (A) bis (C) und zeigt Querschnittsansichten zum Erläutern eines Betriebs der in 8 dargestellten Federungsvorrichtung.
10 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Mittelachse zum Darstellen einer Fahrzeugfederungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
11 umfasst (A) bis (C) und zeigt Querschnittsansichten zum Erläutern eines Betriebs der in 10 dargestellten Federungsvorrichtung.
12 ist eine schematische Abbildung zum Darstellen einer Fahrzeugfederungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Flussdiagramm zum Darstellen einer „Federkonstantenveränderungsroutine“, welche durch eine CPU einer in 12 dargestellten Luftfederungs-ECU ausgeführt wird.
14 ist ein Diagramm zum Zeigen einer Beziehung zwischen einer Last eines Sitzes und einem Auslenkungsbetrag.
15A bis 15 C sind Diagramme zum Zeigen einer Beziehung zwischen einer Federkraft und einem Hubbetrag einer Federvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen
<Erste Ausführungsform>
Eine Fahrzeugfederungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auf ein in 1 dargestelltes Fahrzeug 10 angewendet. Das Fahrzeug 10 umfasst Federungsvorrichtungen 20, ein gefedertes Element 40 und ungefederte Elemente 50. Das gefederte Element 40 umfasst einen Fahrzeugkörper 41, Sitze 42, auf welchen Insassen HM des Fahrzeugs sitzen, und Befestigung- bzw. Lagerabschnitte 43. Jedes der ungefederten Elemente 50 umfasst ein Rad WH.
Wie in 2 dargestellt ist, umfasst jede der Federungsvorrichtungen 20 einen oberen Halter 21, einen unteren Halter 22, ein Zylindergehäuse 23, eine Kolbenstange 24, ein Innenrohr 25, einen Kolben 26, eine ringförmige Platte 27, ein Basis- bzw. Bodenventil 28 und eine Federvorrichtung 30.
Der obere Halter 21 entspricht einem Element mit einer Scheibengestalt und dieser ist an dem Lagerabschnitt 43 des gefederten Elements 40 fixiert. Der untere Halter 22 entspricht einem Element mit einer ringförmigen Gestalt. Das Zylindergehäuse 23 entspricht einem zylindrischen Element mit einem Bodenabschnitt. Der untere Halter 22 ist auf der radial äußeren Seite des Zylindergehäuses 23 an dem Zylindergehäuse 23 fixiert. Die oberen und unteren Oberflächen des unteren Halters 22 sind parallel zu einer Ebene senkrecht zu einer Achse des Zylindergehäuses 23.
Die Kolbenstange 24 entspricht einem Element mit einer zylindrischen Gestalt, und diese ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass eine Achse der Kolbenstange 24 mit einer Achse des oberen Halters 21 zusammenfällt. Eines der Enden der Kolbenstange 24 ist an dem oberen Halter 21 fixiert. Ein Teil einschließlich des anderen Endes der Kolbenstange 24 ist in das Zylindergehäuse 23 eingefügt.
Das Innenrohr 25 ist innerhalb des Zylindergehäuses 23 angeordnet. Das Innenrohr 25 entspricht einem Element mit einer zylindrischen Gestalt, und dieses ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass eine Achse des Innenrohrs 25 mit einer Achse des Zylindergehäuses 23 zusammenfällt. Der Außendurchmesser des Innenrohrs 25 ist kleiner als der Innendurchmesser des Zylindergehäuses 23. Das obere Ende des Innenrohrs 25 steht mit einer oberen Innenwandfläche des Zylindergehäuses 23 in Kontakt und ist daran fixiert. Das untere Ende des Innenrohrs 25 ist von einer Boden-Innenwandfläche 23c des Zylindergehäuses 23 in der axialen Richtung getrennt. Das Innere des Innenrohrs 25 ist mit einem Arbeitsfluid WA (beispielsweise Öl) befüllt.
Der Kolben 26 entspricht einem Element mit einer Scheibengestalt, und dieser ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass eine Achse des Kolbens 26 mit der Achse der Kolbenstange 24 zusammenfällt. Der Kolben 26 ist an dem anderen Ende der Kolbenstange 24, welches in das Zylindergehäuse 23 eingefügt ist, (das heißt, in dem Innenrohr 25) fixiert. Der Außendurchmesser des Kolbens 26 ist gleich dem Innendurchmesser des Innenrohrs 25 und die Außenumfangsfläche des Kolbens 26 steht mit der Innenumfangsfläche des Innenrohrs 25 in Kontakt. Entsprechend geleitet der Kolben 26 entlang der Innenumfangsfläche des Innenrohrs 25, wenn sich der Kolben 26 in der axialen Richtung bewegt (der vertikalen Richtung nach oben und nach unten). Der Kolben 26 trennt eine in dem Innenrohr 25 ausgebildete Fluidkammer in eine obere Fluidkammer R1 und eine untere Fluidkammer R2. Der Kolben 26 gleitet entlang der vertikalen Richtung zwischen der oberen Fluidkammer R1 und der unteren Fluidkammer R2. Der Kolben 26 umfasst eine Blende zum Vorsehen eines Widerstands gegen die Strömung des Arbeitsfluids WA zwischen der oberen Fluidkammer R1 und der unteren Fluidkammer R2, wenn sich der Kolben 26 nach oben und nach unten bewegt, um als ein Kolbenventil zum Erzeugen einer Dämpfungskraft zu dienen. Nachfolgend ist der Kolben 26 ebenso als das „Kolbenventil 26“ bezeichnet.
Die ringförmige Platte 27 entspricht einem Element mit einer ringförmigen Gestalt, und diese ist bei einer vorbestimmten Position im Inneren des Innenrohrs 25 an der Kolbenstange 24 fixiert. Die obere Fläche und die untere Fläche der ringförmigen Platte 27 sind parallel zu der Ebene senkrecht zu der Achse der Kolbenstange 24. Der Außendurchmesser der ringförmigen Platte 27 ist kleiner als der Innendurchmesser des Innenrohrs 25.
Durch das Zylindergehäuse 23 und das Innenrohr 25 ist eine Reservoirkammer R3 gebildet. Die Reservoirkammer R3 ist mit dem Arbeitsfluid WA und Luft mit atmosphärischem Druck gefüllt. An der Innenumfangsfläche des unteren Endes des Innenrohrs 25 ist ein Bodenventil 28 fixiert.
Das Bodenventil 28 umfasst eine Blende zum Vorsehen eines Widerstands gegen die Strömung des Arbeitsfluids WA zwischen der unteren Fluidkammer R2 und der Reservoirkammer R3, wenn sich der Kolben 26 nach oben und nach unten bewegt, um eine Dämpfungskraft zu erzeugen.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist durch das Zylindergehäuse 23, das Innenrohr 25, den Kolben 26, das Öl in der Fluidkammer OR, das Arbeitsfluid WA in dem Reservoir RS und dergleichen ein Stoßdämpfer gebildet, welcher die Dämpfungskraft erzeugen kann.
Die Federvorrichtung 30 umfasst eine erste Spiralfeder 31, eine zweite Spiralfeder 32 und eine dritte Spiralfeder 33. 2 zeigt einen Zustand der Federvorrichtung 30, wenn ein Insasse (eine Person) HM mit einem Standard- bzw. Normalgewicht auf dem Sitz 42 sitzt und das Fahrzeug 10 stationär auf der horizontalen Ebene verbleibt. Nachfolgend ist dieser Zustand ebenso als ein „neutraler Zustand“ bezeichnet. Die Definition dieses neutralen Zustands ist ebenso auf die später beschriebenen weiteren Federvorrichtungen anwendbar. Darüber hinaus ist eine Länge der Federvorrichtung 30 (ein Abstand bzw. eine Strecke zwischen dem oberen Halter 21 und dem unteren Halter 22) in dem neutralen Zustand ebenso als eine „Referenzlänge“ bezeichnet. Die Federvorrichtung 30 in dem „neutralen Zustand“ wird als nächstes beschrieben.
Die erste Spiralfeder 31 ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass eine Achse der ersten Spiralfeder 31 mit der Achse des oberen Halters 21 zusammenfällt. Der Innendurchmesser der ersten Spiralfeder 31 ist größer als der Außendurchmesser des Zylindergehäuses 23. Die erste Spiralfeder 31 ist derart eingerichtet/angeordnet, dass diese zwischen dem oberen Halter 21 und dem unteren Halter 22 konstant vertikal komprimiert ist (in der Achsenrichtung).
Der Zustand des „konstanten Komprimierens“ steht für einen Zustand, in welchem die Feder zwischen der unteren Fläche 21a und der oberen Fläche 22a auch in einem Zustand (nachfolgend ebenso als ein „vollständig ausgefederter Zustand“ bezeichnet) komprimiert ist, in welchem ein Abstand zwischen der unteren Fläche 21a des oberen Halters 21 und der oberen Fläche 22a des unteren Halters 22 maximal wird. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen der unteren Fläche 21a und der oberen Fläche 22a in dem vollständig ausgefederten Zustand ist kürzer als eine natürliche bzw. normale Länge bzw. Ausgangslänge der ersten Spiralfeder 31. Das heißt, die erste Spiralfeder 31 ist in einem beweglichen Bereich der Federungsvorrichtung 20 konstant/stets komprimiert.
Die zweite Spiralfeder 32 ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass eine Achse der zweiten Spiralfeder 32 mit der Achse der ringförmigen Platte 27 zusammenfällt. Der Außendurchmesser der zweiten Spiralfeder 32 ist kleiner als der Innendurchmesser des Innenrohrs 25. Eines der Enden der zweiten Spiralfeder 32 ist an der oberen Fläche 27a der ringförmigen Platte 27 fixiert. Das andere Ende der zweiten Spiralfeder 32 steht mit der oberen Innenwandfläche 23a des Zylindergehäuses 23 in einer solchen Art und Weise in Kontakt, dass die zweite Spiralfeder 32 komprimiert ist. Mit anderen Worten, in dem in 2 gezeigten neutralen Zustand ist ein Abstand zwischen der oberen Fläche 27a der ringförmigen Platte 27 und der oberen Innenwandfläche 23a des Zylindergehäuses 23 gleich einer Ausgangslänge der zweiten Spiralfeder 32. Das heißt, die „vorbestimmte Position“, bei welcher die ringförmige Platte 27 fixiert ist, steht für die Position mit dem Abstand zwischen der oberen Fläche 27a der ringförmigen Platte 27 und der oberen Innenwandfläche 23a des Zylindergehäuses 23, welcher in dem neutralen Zustand gleich der Ausgangslänge der zweiten Spiralfeder 23 ist.
Die dritte Spiralfeder 33 ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass eine Achse der dritten Spiralfeder 33 mit der Achse des oberen Halters 21 zusammenfällt. Der Außendurchmesser der dritten Spiralfeder 33 ist kleiner als irgendein Durchmesser aus dem Innendurchmesser der ersten Spiralfeder 31 und dem Innendurchmesser des Zylindergehäuses 23. Eines der Enden der dritten Spiralfeder 33 ist an der unteren Fläche 21a des oberen Halters 21 fixiert. Das andere Ende der dritten Spiralfeder 33 ist von einer oberen Außenwandfläche 23b des Zylindergehäuses 23 axial getrennt. Daher ist die Länge der dritten Spiralfeder 33 gleich einer Ausgangslänge der Spiralfeder 33 in diesem Zustand, so dass die dritte Spiralfeder 33 nicht als eine Feder arbeitet (dient). Die dritte Spiralfeder 33 dient als ein Begrenzungsanschlag bzw. Einfederungsanschlag bzw. -puffer, um zu verhindern, dass die obere Außenwandfläche 23b zu der Zeit einer vollständigen Einfederung mit dem unteren Abschnitt des oberen Halters 21 in Kontakt kommt.
Der untere Abschnitt des Zylindergehäuses 23 ist an einem unteren Arm 52 des ungefederten Elements 50 fixiert. Das heißt, es kann gesagt werden, dass die Federungsvorrichtung 20 zwischen dem gefederten Element 40 und dem ungefederten Element 50 angeordnet ist und die Federvorrichtung 30 aufweist, welche das gefederte Element 40 mit Bezug auf das ungefederte Element 50 elastisch trägt.
Der Betrieb der Federungsvorrichtung 20 wird nachfolgend mit Bezug auf 3 einschließlich (A) bis (C) beschrieben. (A) von 3 zeigt einen Zustand der Federvorrichtung 30, wenn die Länge der Federvorrichtung 30 der Referenzlänge entspricht (das heißt, wenn sich die Federvorrichtung 30 in dem neutralen Zustand befindet). (B) von 3 zeigt einen Zustand der Federvorrichtung 30, wenn die Länge der Federvorrichtung 30 kürzer als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung 30 im Vergleich zu dem neutralen Zustand kontrahiert ist, das heißt, wenn sich die Federvorrichtung 30 in einem Einfederungszustand befindet). (C) von 3 zeigt einen Zustand der Federvorrichtung 30, wenn die Länge der Federvorrichtung 30 länger als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung 30 im Vergleich zu dem neutralen Zustand expandiert bzw. ausgedehnt ist, das heißt, wenn sich die Federvorrichtung 30 in einem Ausfederungszustand befindet). Es ist anzumerken, dass auf die Beschreibung eines Zustands einer vollständigen Einfederung, wenn die dritte Spiralfeder 33 als der Begrenzungsanschlag dient, verzichtet wird.
Nachfolgend entspricht die Federkonstante der ersten Spiralfeder 31 ks1, die Federkonstante der zweiten Spiralfeder 32 entspricht ks2 und die Federkonstante der dritten Spiralfeder 33 entspricht ks3.
Wenn sich die Federungsvorrichtung 20 in dem in (B) von 3 gezeigten Zustand befindet, wird der Abstand zwischen dem oberen Halter 21 und dem unteren Halter 22 kürzer als die Referenzlänge der Federvorrichtung 30. Daher ist die erste Spiralfeder 31 im Vergleich zu dem Fall, in welchem sich diese in dem neutralen Zustand befindet, weiter komprimiert. Da sich die an der Kolbenstange 24 fixierte ringförmige Platte 27 in diesem Fall in dem Zylindergehäuse 23 relativ nach unten bewegt, wird der Abstand zwischen dem oberen Abschnitt (obere Innenwandfläche 23a) des Zylindergehäuses 23 und der ringförmigen Platte 27 (obere Fläche 27a der ringförmigen Platte 27) länger.
Folglich entfernt sich die zweite Spiralfeder 32 in der axialen Richtung der zweiten Spiralfeder 32 von der oberen Innenwandfläche 23a. Daher arbeitet (dient) die zweite Spiralfeder 32 nicht als eine Feder, wenn die Länge der Federvorrichtung 30 kürzer als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung 30 im Vergleich zu dem neutralen Zustand kontrahiert bzw. zusammengedrückt ist). Daher ist die Federkonstante k2c der Federvorrichtung 30 in diesem Zustand gleich der Federkonstanten ks1 der ersten Spiralfeder 31.
Wenn sich die Federungsvorrichtung 20 im Gegensatz dazu in dem in (C) von 3 gezeigten Zustand befindet, ist der Abstand zwischen dem oberen Halter 21 und dem unteren Halter 22 länger als die Referenzlänge der Federvorrichtung 30. Daher ist die Länge der ersten Spiralfeder 31 länger als die Länge der ersten Spiralfeder 31 in dem neutralen Zustand, obwohl sich die erste Spiralfeder 31 in dem komprimierten Zustand befindet. Mit anderen Worten, die Länge der ersten Spiralfeder 31 nähert sich weiter der natürlichen Länge an. Da sich die an der Kolbenstange 24 fixierte ringförmige Platte 27 in diesem Fall dem oberen Abschnitt des Zylindergehäuses 23 relativ annähert, wird der Abstand zwischen dem oberen Abschnitt des Zylindergehäuses 23 (obere Innenwandfläche 23a) und der ringförmigen Platte 27 (obere Fläche 27a der ringförmigen Platte 27) kürzer.
Folglich ist die zweite Spiralfeder 32 zwischen der oberen Innenwandfläche 23a und der oberen Fläche 27a der ringförmigen Platte 27 komprimiert. Das heißt, wenn die Länge der Federvorrichtung 30 länger als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung 30 relativ zu dem neutralen Zustand expandiert ist), wirkt (dient) die zweite Spiralfeder 32 als eine Feder. Daher ist die Federkonstante k2e der Federvorrichtung 30 in diesem Fall gleich der Summe (= ks1 + ks2) der Federkonstanten ks1 der ersten Spiralfeder 31 und der Federkonstanten ks2 der zweiten Spiralfeder 32.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Federkonstante der Federvorrichtung 30 in Abhängigkeit davon, ob die Länge der Federvorrichtung 30 länger als die Referenzlänge ist oder nicht, zwischen der Federkonstanten k2c (= ks1) in dem Einfederungszustand und der Federkonstanten k2e (= ks1 + ks2) in dem Ausfederungszustand umgeschaltet bzw. gewechselt.
4A zeigt die Beziehung zwischen dem Verschiebungsbetrag zs ausgehend von der Referenzlänge der Federvorrichtung 30 und der Federkraft Fss der Federvorrichtung 30. Der Verschiebungsbetrag zs in 4A entspricht einem positiven Wert, wenn die Länge der Federvorrichtung 30 kürzer als die Referenzlänge ist (Einfederungszustand), und diese entspricht einem negativen Wert, wenn die Länge der Federvorrichtung 30 länger als die Referenzlänge ist (Ausfederungszustand). Wie aus 4A ersichtlich ist, besitzt die Federvorrichtung 30 in einem Zustand, in welchem die Länge der Federvorrichtung 30 kürzer als die Referenzlänge ist, die Federkonstante k2c (eine Neigung der geraden Linie S1), und die Federvorrichtung 30 besitzt in einem Fall, in welchem die Länge der Federvorrichtung 30 länger als die Referenzlänge ist, die Federkonstante k2e (eine Neigung der geraden Linie S2). Das heißt, die gerade Linie S1 ist durch den Ausdruck Fss = k2c ·zs dargestellt und die gerade Linie S2 ist durch den Ausdruck Fss = k2e ·zs dargestellt.
Dabei zeigt 4B eine Beziehung zwischen einem Verschiebungsbetrag zs ausgehend von einem Referenz-Auslenkungsbetrag und einer Federkraft Fcs des Sitzabschnitts des Sitzes 42, wobei der Referenz-Auslenkungsbetrag dem Verschiebungsbetrag (das heißt, dem Auslenkungsbetrag) der Sitzoberfläche (der oberen Fläche des Sitzabschnitts) des Sitzes 42 entspricht, wenn ein Insasse (eine Person) HM mit dem Normalgewicht auf dem Sitz 42 sitzt. Der in 4B gezeigte Auslenkungsbetrag zst entspricht einem positiven Wert, wenn der Verschiebungsbetrag der Sitzoberfläche größer als der Referenz-Auslenkungsbetrag ist, und dieser entspricht einem negativen Wert, wenn der Verschiebungsbetrag der Sitzoberfläche kleiner als der Referenz-Auslenkungsbetrag ist. Wie aus 4B ersichtlich ist, kann der Sitzabschnitt des Sitzes 42 als eine Federvorrichtung mit einer Charakteristik betrachtet werden, dass die Federvorrichtung eine Federkonstante k3c (eine Neigung der geraden Linie S3) besitzt, wenn der Verschiebungsbetrag zst der Sitzoberfläche einem positiven Wert entspricht, und eine Federkonstante k3e (eine Neigung der geraden Linie S4) besitzt, wenn der Verschiebungsbetrag zst der Sitzoberfläche einem negativen Wert entspricht. Das heißt, die gerade Linie S3 ist durch den Ausdruck Fcs = k3c ·zst dargestellt und die gerade Linie S4 ist durch den Ausdruck Fcs = k3c ·zst dargestellt. Die Federkonstante k3c ist größer als die Federkonstante k3e (k3c > k3e). Dies wurde bereits mit Bezug auf 14 beschrieben.
Wenn die Länge der Federvorrichtung 30 kürzer als die Referenzlänge ist (in dem Einfederungszustand), wird der Verschiebungsbetrag der Sitzoberfläche als ein positiver Wert betrachtet, da der Sitzabschnitt des Sitzes 42 ebenso stark auslenkt. Wenn die Länge der Federvorrichtung 30 im Gegensatz dazu länger als die Referenzlänge ist (in dem Ausfederungszustand), wird der Verschiebungsbetrag der Sitzoberfläche als ein negativer Wert betrachtet, da der Auslenkungsgrad des Sitzabschnitts des Sitzes 42 kleiner wird. Mit Blick auf das Vorstehende kann gesagt werden, dass die Charakteristik der Federkonstante der Federvorrichtung 30 und die Charakteristik der Federkonstante des Sitzes 42 eine „entgegengesetzte (umgekehrte) Beziehung“ zueinander aufweisen, in Abhängigkeit davon, ob die Länge der Federvorrichtung 30 länger als die Referenzlänge ist.
Als nächstes wird der Effekt der Federungsvorrichtung 20 mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben. Zunächst wird ein in 5 gezeigtes Modell eines einzelnen Rades mit drei Freiheitsgraden erörtert, um die durch den Insassen HM auf dem Sitz 42 des Fahrzeuges 10 aufgenommene Schwingung zu analysieren.
Die in 5 gezeigten Symbole sind die Folgenden.

x0: vertikale Straßenoberflächenverschiebungseingabe [mm],
x1: vertikale Verschiebung des ungefederten Elements [mm],
x2: vertikale Verschiebung des gefederten Elements (Ventilkörper und Sitz) [mm],
x3: vertikale Verschiebung des Insassen [mm],
m1: Masse des ungefederten Elements [kg],
m2: Masse des gefederten Elements (Fahrzeugkörper und Sitz) [kg],
m3: Insassenmasse [kg],
k1: Federkonstante des Reifens [N/mm],
k2: Federkonstante der Federvorrichtung [N/mm],
k3: Federkonstante des Sitzes [N/mm],
c1: Dämpfungskoeffizient des Reifens [Ns/m],
c2: Dämpfungskoeffizient des Stoßdämpfers [Ns/m],
c3: Dämpfungsvorrichtung des Sitzes [Ns/m].

Unter der Annahme, dass die ungefederte Verschiebung gleich z_w ist und die gefederte Verschiebung gleich z_b ist, gilt Folgendes.
Wenn z_w - z_b = 0, befindet sich die Federvorrichtung 30 in dem neutralen Zustand (Referenzlänge).
Wenn z_w - z_b> 0, befindet sich die Federvorrichtung 30 in dem kontrahierten Zustand ausgehend von der Referenzlänge.
Wenn z_w - z_b < 0, befindet sich die Federvorrichtung 30 in dem ausgedehnten Zustand ausgehend von der Referenzlänge.
Wenn $z_{w}^{\cdot} - z_{b}^{\cdot} > 0,$
befindet sich die erste Vorrichtung 20 in einer Kontraktion.
Wenn $z_{w}^{\cdot} - z_{b}^{\cdot} < 0,$
befindet sich die erste Vorrichtung 20 in einer Expansion. $k 2 = {\begin{matrix} k 2 a & (z_{w} - z_{b} > 0) \\ k 2 b & (z_{w} - z_{b} \leq 0) \end{matrix}$
$k 3 = {\begin{matrix} k 3 a & (z_{w} - z_{b} > 0) \\ k 3 b & (z_{w} - z_{b} \leq 0) \end{matrix}$
$c 2 = {\begin{matrix} c 2 a & (z_{w}^{\cdot} - z_{b}^{\cdot} > 0) \\ c 2 b & (z_{w}^{\cdot} - z_{b}^{\cdot} \leq 0) \end{matrix}$
$c 3 = {\begin{matrix} c 3 a & (z_{w}^{\cdot} - z_{b}^{\cdot} > 0) \\ c 3 b & (z_{w}^{\cdot} - z_{b}^{\cdot} \leq 0) \end{matrix}$
Die Bewegungsgleichung des vorstehenden Modells ist durch die folgenden Gleichungen (1) bis (6) ausgedrückt. Dabei wird ein Einfluss der Schwingung (Straßenoberflächenschwingung), welche der Insasse von der Straßenoberfläche aufnimmt, aus der Übertragungscharakteristik G3 mit der Straßenoberflächengeschwindigkeit v0 (Differenzierung erster Ordnung der vertikalen Straßenoberflächenverschiebung x0) [m/s] als Eingang und der Insassenbeschleunigung a3 (Differenzierung zweiter Ordnung der vertikalen Verschiebung des Insassen x3) [m/s²] als der Ausgang erfasst. $m_{3} {\ddot{x}}_{3} = f_{3}$
$m_{2} {\ddot{x}}_{2} = - f_{3} + f_{2}$
$m_{1} {\ddot{x}}_{1} = - f_{2} + f_{1}$
$f_{3} = k_{3} (x_{2} - x_{3}) + c_{3} ({\dot{x}}_{2} - {\dot{x}}_{3})$
$f_{2} = k_{2} (x_{1} - x_{2}) + c_{3} ({\dot{x}}_{1} - {\dot{x}}_{2})$
$f_{1} = k_{1} (x_{0} - x_{1}) + c_{3} ({\dot{x}}_{0} - {\dot{x}}_{1})$
Daher wird die Frequenzcharakteristik der Übertragungscharakteristik G3 basierend auf den Bewegungsgleichungen der Gleichungen (1) bis (6) unter den beiden Bedingungen berechnet, welche entsprechend in den folgenden Tabellen 1 und 2 gezeigt sind. Ein Beispiel der berechneten Frequenzcharakteristik der Übertragungscharakteristik G3 ist in 6 gezeigt.
(Bedingung 1)

[Tabelle 1]

SYMBOL	EINHEIT	EINFEDERN	AUSFEDERN	KONTRAKTION	AUSDEHNUNG
m1	kg	50	←	←	←
m2	kg	400	←	←	←
m3	kg	50	←	←	←
k1	N/mm	300	300	-	-
k2	N/mm	10	50	-	-
k3	N/mm	40	20	-	-
c1	Ns/m	-	-	100	100
c2	Ns/m	-	-	1000	2000
c3	Ns/m	-	-	2000	1000

Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist bei der Bedingung 1 die Federkonstante k3 der Federvorrichtung 30 in dem Einfederungszustand auf 20 [N/mm] eingestellt und diese ist in dem Ausfederungszustand auf 40 [N/mm] eingestellt. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Federkonstante ksc der Federungsvorrichtung 20 in dem Einfederungszustand gleich der Federkonstanten ks1 der ersten Spiralfeder 31. Andererseits ist die Federkonstante kse der Federungsvorrichtung 20 in dem Ausfederungszustand gleich der Summe (ksl + ks2) der Federkonstanten ks1 der ersten Spiralfeder 31 und der Federkonstanten ks2 der zweiten Spiralfeder 32. Daher entsprechen die in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen dem Fall, in welchem der Wert der Federkonstanten ks1 der ersten Spiralfeder 31 gleich 20 [N/m] ist und der Wert der Federkonstanten ks2 der zweiten Spiralfeder 32 gleich 20 [N/mm] ist.
(Bedingung 2)

[Tabelle 2]

SYMBOL	EINHEIT	EINFEDERN	AUSFEDERN	KONTRAKTION	AUSDEHNUNG
m1	kg	50	←	←	←
m2	kg	400	←	←	←
m3	kg	50	←	←	←
k1	N/mm	300	300	-	-
k2	N/mm	30	30	-	-
k3	N/mm	40	20	-	-
c1	Ns/m	-	-	100	100
c2	Ns/m	-	-	1000	2000
c3	Ns/m	-	-	2000	1000

Die in Tabelle 2 gezeigte Bedingung 2 entspricht einer Bedingung zum Berechnen der Charakteristika der herkömmlichen Federungsvorrichtung, welcher als der Vergleich der Federungsvorrichtung 20 dient. Wenn das Fahrzeug unter der Bedingung 1 fährt, ist der Zeitdurchschnittswert der Federkonstanten k2 der zweiten Spiralfeder 32, welche den Einfederungszustand und den Ausfederungszustand wiederholt, annähernd gleich 30 [N/mm]. Daher ist die Federkonstante k2 der Federvorrichtung 30 bei der Bedingung 2 sowohl in dem Einfederungszustand als auch dem Ausfederungszustand auf 30 [N/mm] eingestellt. Folglich sind sie Federkonstante k2 der Bedingung 1 und die Federkonstante k2 der Bedingung 2 äquivalent, und daher wird ein durch die Differenz der Federkonstante hervorgerufener Einfluss auf die Simulation beseitigt.
Die in 6 gezeigte durchgehende Linie gibt die Frequenzcharakteristik der Übertragungscharakteristikverstärkung G31 basierend auf der Bedingung 1 an, welche der Übertragungscharakteristikverstärkung mit der Straßenoberflächengeschwindigkeit v0 [m/s] als Eingang und der Insassenbeschleunigung a3 [m/s²] als der Ausgang entspricht. Die unterbrochene Linie in 6 gibt die Frequenzcharakteristik der Übertragungscharakteristikverstärkung G32 basierend auf der Bedingung 2 an, welche der Übertragungscharakteristikverstärkung mit der Straßenoberflächengeschwindigkeit v0 [m/s] als Eingang und der Insassenbeschleunigung a3 [m/s²] als der Ausgang entspricht.
Wie aus 6 ersichtlich ist, ist die Übertragungscharakteristikverstärkung G31 in dem Niedrigfrequenzbereich (ein Resonanzbereich des gefederten Elements) zwischen etwa 1 und 2 Hz kleiner als die Übertragungscharakteristikverstärkung G32. Insbesondere ist die Spitzenfrequenz der Übertragungscharakteristikverstärkung G31 im Wesentlichen gleich der Spitzenfrequenz der Übertragungscharakteristikverstärkung G32, die Größe der Spitze der Übertragungscharakteristikverstärkung G31 ist jedoch kleiner als die Größe der Spitze der Übertragungscharakteristikverstärkung G32. Das heißt, die Verstärkung (Schwingungsamplitude) der Federungsvorrichtung 20 (Bedingung 1) ist in dem Resonanzbereich des gefederten Elements geringer als die Verstärkung der herkömmlichen Vorrichtung (Bedingung 2). Entsprechend gibt das in 6 gezeigte Ergebnis an, dass die auf den Insassen HM übertragene Straßenoberflächenschwingung durch Verändern der Konfiguration der Federungsvorrichtung von der herkömmlichen Vorrichtung hin zu der Federungsvorrichtung 20 reduziert wird.
Die in 6 gezeigte Simulation wird ausgeführt, wenn das Gewicht des Insassen HM dem Normalgewicht (50 kgf) entspricht. Wenn das Gewicht des Insassen HM dem Normalgewicht (50 kgf) entspricht, ist die Länge der zweiten Spiralfeder 32 gleich der natürlichen Länge bzw. Ausgangslänge. Entsprechend betrifft das in 6 gezeigte Simulationsergebnis die Federungsvorrichtung 20 mit der Federvorrichtung 30, dessen oberes Ende der zweiten Spiralfeder 32 gegen die obere Innenwandfläche 23a des Zylindergehäuses 23 stößt, wenn die Sitzlast durch den Insassen HM gleich 50 kgf ist.
In der Realität unterscheidet sich das Gewicht des Insassen HM jedoch in den meisten Fällen von dem Normalgewicht. Das heißt, die Sitzlast durch den Insassen HM ist nicht immer 50 kgf. Daher wurden ähnliche Simulationen zu dem Vorstehenden für einen Fall ausgeführt, bei welchem die Sitzlast durch den Insassen HM 30 kgf betrug (m3 = 30 kg), und für einen Fall, bei welchem die Sitzlast durch den Insassen HM 80 kgf betrug (m3 = 80 kg). Die durchgehende Linie in 7A gibt das Simulationsergebnis in dem Fall an, in welchem die Sitzlast gleich 30 kgf ist. Die durchgehende Linie in 7B gibt das Simulationsergebnis in dem Fall an, in welchem die Sitzlast gleich 80 kgf ist. In den 7A und 7B geben die unterbrochenen Linien in ähnlicher Art und Weise zu 6 das Simulationsergebnis der Vorrichtung (der herkömmlichen Vorrichtung) an, deren Federkonstante der zweiten Spiralfeder 32 über den gesamten Hubbereich konstant bleibt.
Wie aus den 7A und 7B ersichtlich ist, ist die auf den Insassen HM übertragene Straßenoberflächenschwingung in ähnlicher Art und Weise zu dem Fall, dessen Ergebnis in 6 gezeigt ist, reduziert, wenn die Federungsvorrichtung 20 verwendet wird, im Vergleich zu der herkömmlichen Vorrichtung sowohl in dem Fall, in welchem die Sitzlast gleich 30 kgf ist, als auch in dem Fall, in welchem die Sitzlast 80 kgf ist. Das heißt, es ist ersichtlich, dass die Spitze der Übertragungscharakteristikverstärkung des Resonanzfrequenzbereichs (etwa 1 bis 2 Hz) des gefederten Elements der Federungsvorrichtung 20 niedriger ist als diese der herkömmlichen Vorrichtung. Daher kann die Federungsvorrichtung 20 die auf den Insassen HM übertragene Straßenoberflächenschwingung ungeachtet des Gewichts des Insassen HM reduzieren.
Hier ist ein durch Subtrahieren der Länge der Federvorrichtung 30 von der vorbestimmte Referenzlänge erhaltener Wert als ein Hubbetrag der Federvorrichtung 30 definiert, und ein Hubbetrag der Federvorrichtung 30 in einem „Fall, in welchem der Insasse HM mit einem beliebigen Gewicht auf dem Sitz 42 sitzt und sich das Fahrzeug 10 stationär auf der horizontalen Ebene befindet“, ist als ein Referenz-Hubbetrag definiert. In diesem Fall nimmt der Hubbetrag in der positiven Richtung zu, wenn die Federvorrichtung 30 kürzer wird. Gemäß den Definitionen besitzt die Federungsvorrichtung 20 die durch die geraden Linien S1 und S2, welche in den 15A bis zu 15C gezeigt sind, dargestellten Eigenschaften. Aus den 15A bis 15C kann festgestellt werden, dass die Federungsvorrichtung 20 einer Vorrichtung entspricht, welche die folgende [Bedingung A] und [Bedingung B] erfüllt. Zu beachten ist, dass 15A die Charakteristika zeigt, wenn das Gewicht des Insassen HM dem Normalgewicht entspricht. In diesem Fall entspricht der Referenz-Hubbetrag einem Wert zs0. 15B zeigt die Charakteristika, wenn das Gewicht des Insassen HM leichter als das Normalgewicht ist. In diesem Fall entspricht der Referenz-Hubbetrag einem Wert zs1, welcher kleiner als der Wert zs0 ist. 15C zeigt die Charakteristika, wenn das Gewicht des Insassen HM schwerer als das Normalgewicht ist. In diesem Fall entspricht der Referenz-Hubbetrag einem Wert zs2, welcher größer als der Wert zs0 ist.
(Bedingung a) Die Federkonstante KL, wenn der Hubbetrag zs größer als der Referenz-Hubbetrag ist, ist kleiner oder gleich der Federkonstanten KS, wenn der Hubbetrag zs kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist.
(Bedingung b) Die Federkonstante (k2c = ks1), wenn der Hubbetrag zs größer oder gleich dem Hubbetrag ist, der um einen vorbestimmten positiven Betrag (α) größer als der Referenz-Hubbetrag ist, ist kleiner als die Federkonstante (k2e = ks1 + ks2), wenn der Hubbetrag zs kleiner oder gleich dem Hubbetrag ist, welcher um den vorbestimmten positiven Betrag (α) kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist.
Die Federungsvorrichtung 20 umfasst insbesondere eine erste Feder (erste Spiralfeder) 31, welche zwischen dem gefederten Element 40 und dem ungefederten Element 50 stets komprimiert ist. Die Federungsvorrichtung 20 umfasst ferner eine zweite Feder (zweite Spiralfeder) 32, welche „zwischen dem gefederten Element 40 und dem ungefederten Element 50 komprimiert“ ist, wenn der Hubbetrag kleiner als ein vorbestimmter Schwellen-Hubbetrag ist (beispielsweise der Referenz-Hubbetrag zs0, wenn die Länge der Federvorrichtung 30 der Referenzlänge entspricht), und diese ist „zwischen dem gefederten Element 40 und dem ungefederten Element 50 weder kontrahiert noch expandiert“, um nicht als eine Feder zu wirken, wenn der Hubbetrag größer als der vorbestimmte Schwellen-Hubbetrag ist.
Folglich kann die Federungsvorrichtung 20 die von der Straßenoberfläche auf den Insassen übertragene Straßenoberflächenschwingung unter Berücksichtigung der Federcharakteristika des Sitzes 42 reduzieren. Folglich kann die Federungsvorrichtung 20 das Fahrverhalten des Fahrzeugs 10 verbessern.
<Modifikation der ersten Ausführungsform>
Eine Federungsvorrichtung 20A für ein Fahrzeug gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Die Federungsvorrichtung 20A unterscheidet sich von der Federungsvorrichtung 20 dahingehend, dass die zweite Spiralfeder 32 außerhalb des Zylindergehäuses 23 vorgesehen/angeordnet ist. Daher wird hauptsächlich dieser Unterschied beschrieben.
Wie in 8 gezeigt ist, umfasst die Federungsvorrichtung 20A einen oberen Halter 21, einen unteren Halter 22, ein Zylindergehäuse 23, einen Flanschabschnitt 23f, eine Kolbenstange 24, einen Kolben 26, eine ringförmige Platte 27, eine Klammer 29 und eine Federvorrichtung 30A.
Die Klammer 29 besitzt einen zylindrischen Abschnitt 29a und einen ringförmigen Abschnitt 29b. Der zylindrische Abschnitt 29a besitzt eine zylindrische Gestalt. Der Innendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 29a ist größer als der Außendurchmesser des Zylindergehäuses 23 (tatsächlich der Außendurchmesser des vorstehend beschriebenen Flanschabschnitts 23f). Der Außendurchmesser des zylindrischen Abschnitts 29a ist kleiner als der Innendurchmesser der ersten Spiralfeder 31. Der ringförmige Abschnitt 29b ist mit dem zylindrischen Abschnitt 29a integriert und entspricht einem Abschnitt, welcher ausgehend von dem unteren Ende des zylindrischen Abschnitts 29a radial nach innen vorsteht. Der Durchmesser des radialen inneren Endes des ringförmigen Abschnitts 29b ist größer als der Außendurchmesser des Zylindergehäuses 23. Der ringförmige Abschnitt 29b bildet eine obere Fläche und eine untere Fläche, welche parallel zu einer Oberfläche senkrecht zu der Achse des zylindrischen Abschnitts 29a sind. Die Klammer 29 ist angeordnet, so dass die Achse des zylindrischen Abschnitts 29a und die Achse des oberen Halters 21 zusammenfallen. Das obere Ende der Klammer 29 (das heißt, das obere Ende des zylindrischen Abschnitts 29a) ist an der unteren Fläche 21a des oberen Halters 21 fixiert. Das untere Ende der Klammer 29 (das heißt, die untere Fläche des ringförmigen Abschnitts 29b) ist von dem unteren Halter 22 in der axialen Richtung getrennt.
Ein Einfederungsanschlag 35 mit einer ringförmigen Gestalt ist an der unteren Fläche 29c des ringförmigen Abschnitts 29b der Klammer 29 fixiert. Der Einfederungsanschlag 35 verhindert, dass der ringförmige Abschnitt 29b der Klammer 29 in dem Einfederungszustand mit dem unteren Halter 22 in Kontakt kommt.
Der Flanschabschnitt 23f besitzt eine ringförmige Gestalt und ist mit dem Zylindergehäuse 23 integriert. Der Flanschabschnitt 23f erstreckt sich in der radialen Richtung des Zylindergehäuses 23 bei dem oberen Ende des Zylindergehäuses 23 nach außen. Der Außendurchmesser des Flanschabschnitts 23f ist geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Klammer 29. Die obere Fläche und die untere Fläche des Flanschabschnitts 23f sind parallel zu der Ebene senkrecht zu der Achse des Zylindergehäuses 23.
Die Federvorrichtung 30A umfasst eine erste Spiralfeder 31, eine zweite Spiralfeder 32A und eine dritte Spiralfeder 33. Sowohl die erste Spiralfeder 31 als auch die dritte Spiralfeder 33 besitzen die vorstehend beschriebene Konfiguration.
Die zweite Spiralfeder 32A ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass die Achse der zweiten Spiralfeder 32A und die Achse der Klammer 29 zusammenfallen. Der Innendurchmesser der zweiten Spiralfeder 32A ist größer als der Außendurchmesser des Zylindergehäuses 23. Der Außendurchmesser der zweiten Spiralfeder 32A ist kleiner als der Außendurchmesser des Flanschabschnitts 23f. Das eine Ende (unteres Ende) der zweiten Spiralfeder 32A ist an der oberen Fläche 29d des ringförmigen Abschnitts 29b fixiert. Das andere Ende (oberes Ende) der zweiten Spiralfeder 32A stößt gegen die untere Fläche 23g des Flanschabschnitts 23f, wenn sich die Federvorrichtung 30A in dem neutralen Zustand befindet. Die zweite Spiralfeder 32A ist nicht komprimiert, wenn sich die Federvorrichtung 30A in dem neutralen Zustand befindet. Mit anderen Worten, in dem in 8 gezeigten neutralen Zustand ist der Abstand bzw. die Strecke zwischen der oberen Fläche 29d des ringförmigen Abschnitts 29b und der unteren Fläche 23g des Flanschabschnitts 23f gleich der natürlichen Länge bzw. Ausgangslänge der zweiten Spiralfeder 32A.
Nachfolgend wird der Betrieb der Federungsvorrichtung 20A mit Bezug auf 9 einschließlich (A) bis (C) beschrieben. (A) von 9 zeigt den Zustand der Federvorrichtung 30A, wenn die Länge der Federvorrichtung 30A gleich der Referenzlänge ist (das heißt, wenn sich die Federvorrichtung 30A in dem neutralen Zustand befindet). (B) von 9 zeigt den Zustand der Federvorrichtung 30A, wenn die Länge der Federvorrichtung 30A kürzer als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung mit Bezug auf den Fall, in welchem sich die Federvorrichtung in dem neutralen Zustand befindet, weiter kontrahiert ist, das heißt, wenn sich diese in dem Einfederungszustand befindet). (C) von 9 zeigt den Zustand der Federvorrichtung 30A, wenn die Länge der Federvorrichtung 30A länger als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung mit Bezug auf den Fall, in welchem sich die Federvorrichtung in dem neutralen Zustand befindet, weiter expandiert ist, das heißt, wenn sich diese in dem Ausfederungszustand befindet). Es ist anzumerken, dass auf die Beschreibung des Zustands zu der Zeit der vollständigen Einfederung, bei welcher die dritte Spiralfeder 33 als ein Einfederungsanschlag dient, im Folgenden verzichtet ist.
Nachfolgend ist die Federkonstante der ersten Spiralfeder 31 gleich ks1, die Federkonstante der zweiten Spiralfeder 32A entspricht ks2A und die Federkonstante der dritten Spiralfeder 33 entspricht ks3.
Wenn sich die Federungsvorrichtung 20A in dem in (B) von 9 gezeigten Zustand befindet, ist der Abstand zwischen dem oberen Halter 21 und dem unteren Halter 22 kürzer als die Referenzlänge der Federvorrichtung 30A. Daher ist die erste Spiralfeder 31 im Vergleich zu dem Fall, in welchem sich die Federvorrichtung in dem neutralen Zustand befindet, weiter komprimiert. Da sich die an dem oberen Halter 21 fixierte Klammer 29 in diesem Fall mit Bezug auf das Zylindergehäuse 23 relativ nach unten bewegt, wird der Abstand zwischen dem bei dem oberen Abschnitt des Zylindergehäuses 23 ausgebildeten Flanschabschnitt 23f und dem ringförmigen Abschnitt 29b der Klammer 29 länger.
Folglich ist die zweite Spiralfeder 32A von der unteren Fläche 23g des Flanschabschnitts 23f in der axialen Richtung getrennt bzw. entfernt. Daher arbeitet (dient) die zweite Spiralfeder 32A nicht als eine Feder, wenn die Länge der Federvorrichtung 30A kürzer als die Referenzlänge ist (wenn die Federvorrichtung 30A mit Bezug auf den Fall, in welchem sich die Federvorrichtung in dem neutralen Zustand befindet, weiter kontrahiert ist). Daher ist die Federkonstante k2cA der Federvorrichtung 30A in diesem Fall gleich der Federkonstanten ks1 der ersten Spiralfeder 31.
Wenn sich die Federungsvorrichtung 20A andererseits in dem in (C) von 9 gezeigten Zustand befindet, ist der Abstand zwischen dem oberen Halter 21 und dem unteren Halter 22 länger als die Referenzlänge der Federvorrichtung 30A. Daher ist die Länge der ersten Spiralfeder 31 länger als die Länge der ersten Spiralfeder 31 in dem neutralen Zustand, obwohl sich die erste Spiralfeder 31 in dem komprimierten Zustand befindet. Mit anderen Worten, die Länge der ersten Spiralfeder 31 nähert sich weiter der Ausgangslänge der ersten Spiralfeder 31 an. Da sich die Klammer 29 in diesem Fall dem oberen Abschnitt des Zylindergehäuses 23 relativ annähert, wird der Abstand zwischen dem Flanschabschnitt 23f und dem ringförmigen Abschnitt 29b der Klammer 29 kleiner.
Folglich wird die zweite Spiralfeder 32A zwischen der unteren Fläche 23g des Flanschabschnitts 23f und dem ringförmigen Abschnitt 29b komprimiert. Das heißt, die Federkonstante k2eA, wenn die Länge der Federvorrichtung 30A länger als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung 30A mit Bezug auf den Fall, in welchem sich die Federvorrichtung in dem neutralen Zustand befindet, weiter expandiert ist), ist gleich der Summe (ksl + ks2A) der Federkonstanten ks1 der ersten Spiralfeder 31 und der Federkonstanten ks2A der zweiten Spiralfeder 32A.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Federkonstante der Federvorrichtung 30A in Abhängigkeit davon, ob die Länge der Federvorrichtung 30A länger als die Referenzlänge ist, zwischen der Federkonstanten k2cA (= ks1) in dem Einfederungszustand und der Federkonstanten k2eA (= ks1 + ks2A) in dem Ausfederungszustand umgeschaltet bzw. gewechselt.
Daher entspricht die Federvorrichtung 30A einer Vorrichtung, welche die vorstehende (Bedingung a) und (Bedingung b) in ähnlicher Art und Weise zu der Federvorrichtung 30 erfüllt. Daher kann die Federungsvorrichtung 20A einen ähnlichen Betrieb erhalten und den Effekt erreichen, welcher ähnlichen zu diesem der Federungsvorrichtung 20 ist.
<Zweite Ausführungsform>
Nachfolgend wird eine Federungsvorrichtung 20B für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Federungsvorrichtung 20B unterscheidet sich von der Federungsvorrichtung 20 lediglich dahingehend, dass die dritte Spiralfeder der Federungsvorrichtung 20 gegen das Zylindergehäuse 23 stößt, wenn sich die Federvorrichtung 30 in dem neutralen Zustand befindet. Daher wird nachstehend hauptsächlich dieser Unterschied beschrieben.
Wie in 10 gezeigt ist, umfasst die Federungsvorrichtung 20B einen oberen Halter 21, einen unteren Halter 22, ein Zylindergehäuse 23, eine Kolbenstange 24, ein Innenrohr 25, einen Kolben 26, eine ringförmige Platte 27, ein Bodenventil 28 und eine Federvorrichtung 30B.
Die Federvorrichtung 30B umfasst eine erste Spiralfeder 31, eine zweite Spiralfeder 32 und eine dritte Spiralfeder 33A. Sowohl die erste Spiralfeder 31 als auch die zweite Spiralfeder 32 weisen die vorstehend beschriebene Konfiguration auf.
Die dritte Spiralfeder 33A ist in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass eine Achse der dritten Spiralfeder 33A und die Achse des oberen Halters 21 zusammenfallen. Der Außendurchmesser der dritten Spiralfeder 33A ist kleiner als der Innendurchmesser der ersten Spiralfeder 31. Ein Ende (oberes Ende) der dritten Spiralfeder 33A ist an der unteren Fläche 21a des oberen Halters 21 fixiert. Die dritte Spiralfeder 33A ist nicht komprimiert, wenn sich die Federvorrichtung 30B in dem neutralen Zustand befindet. Daher stößt das andere Ende (unteres Ende) der dritten Spiralfeder 33A gegen die obere Außenwandfläche 23b des Zylindergehäuses 23, wenn sich die Federvorrichtung 30B in dem neutralen Zustand befindet. Mit anderen Worten, in dem in 10 gezeigten neutralen Zustand ist der Abstand zwischen der unteren Fläche 21a des oberen Halters 21 und der oberen Außenwandfläche 23b des Zylindergehäuses 23 gleich der Ausgangslänge der dritten Spiralfeder 33A.
Nachfolgend wird der Betrieb der Federungsvorrichtung 20B mit Bezug auf 11 einschließlich (A) bis (C) beschrieben. (A) von 11 zeigt einen Zustand der Federvorrichtung 30B, wenn die Länge der Federvorrichtung 30B gleich einer Referenzlänge ist (das heißt, wenn sich die Federvorrichtung 30B in dem neutralen Zustand befindet). (B) von 11 zeigt einen Zustand der Federvorrichtung 30B, wenn die Länge der Federvorrichtung 30B kürzer als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung mit Bezug auf den Fall, in welchem sich die Federvorrichtung 30B in dem neutralen Zustand befindet, weiter kontrahiert ist, das heißt, wenn sich die Federvorrichtung 30B in dem Einfederungszustand befindet). (C) von 11 zeigt einen Zustand der Federvorrichtung 30B, wenn die Länge der Federvorrichtung 30B länger als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung 30B mit Bezug auf den Fall, in welchem sich die Federvorrichtung 30B in dem neutralen Zustand befindet, weiter expandiert ist, das heißt, wenn sich die Federvorrichtung 30B in dem Ausfederungszustand befindet).
Nachfolgend entspricht die Federkonstante der ersten Spiralfeder 31 ks1, die Federkonstante der zweiten Spiralfeder 32 entspricht ks2 und die Federkonstante der dritten Spiralfeder 33A entspricht ks3A.
Wenn sich die Federungsvorrichtung 20B in dem in (B) von 11 gezeigten Zustand befindet, ist die erste Spiralfeder 31 weiter komprimiert, die zweite Spiralfeder 32 ist von der oberen Innenwandfläche 23a in der axialen Richtung entfernt und die dritte Spiralfeder 33A ist zwischen dem oberen Halter 21 und dem Zylindergehäuse 23 axial komprimiert.
Das heißt, wenn die Länge der Federvorrichtung 30B kürzer als die Referenzlänge ist (das heißt, wenn die Federvorrichtung 30B mit Bezug auf den Fall, in welchem sich die Federvorrichtung 30B in dem neutralen Zustand befindet, weiter kontrahiert ist), wirken/dienen sowohl die erste Spiralfeder 31 als auch die dritte Spiralfeder 33A als Federn und die zweite Spiralfeder 32 wirkt/dient nicht als eine Feder. Daher ist die Federkonstante k2cB der Federvorrichtung 30B in diesem Fall gleich der Summe (ksl + ks3A) der Federkonstanten ks1 der ersten Spiralfeder 31 und der Federkonstanten ks3A der dritten Spiralfeder 33A.
Wenn sich die Federungsvorrichtung 20B andererseits in dem in (C) von 11 gezeigten Zustand befindet, ist der Abstand zwischen dem oberen Halter 21 und dem unteren Halter 22 länger als die Referenzlänge der Federvorrichtung 30B. Daher ist die Länge der ersten Spiralfeder 31 länger als die Länge der ersten Spiralfeder 31 in dem neutralen Zustand, obwohl sich die erste Spiralfeder 31 in dem komprimierten Zustand befindet. Mit anderen Worten, die Länge der ersten Spiralfeder 31 nähert sich weiter der Ausgangslänge der ersten Spiralfeder 31 an. Da sich die an der Kolbenstange 24 fixierte ringförmige Platte 27 in diesem Fall dem oberen Abschnitt des Zylindergehäuses 23 relativ annähert, wird der Abstand zwischen dem oberen Abschnitt des Zylindergehäuses 23 und der ringförmigen Platte 27 kürzer. Folglich wird die zweite Spiralfeder 32 zwischen der oberen Innenwandfläche 23a und der ringförmigen Platte 27 komprimiert.
Ferner wird in diesem Fall der Abstand zwischen dem oberen Halter 21 und der Außenwandfläche 23b des Zylindergehäuses 23 länger. Entsprechend wird die dritte Spiralfeder 33A in der axialen Richtung von der oberen Außenwandfläche 23b getrennt.
Das heißt, wenn die Länge der Federvorrichtung 30B länger als die Referenzlänge ist, wirken/dienen sowohl die erste Spiralfeder 31 als auch die zweite Spiralfeder 32 als eine Feder, die Federkonstante k2eB der Federvorrichtung 30B ist gleich der Summe (ksl + ks2) der Federkonstanten ks1 der ersten Spiralfeder 31 und der Federkonstanten ks2 der zweiten Spiralfeder 32.
Dabei sind die Federkonstante ks2 der zweiten Spiralfeder 32 und die Federkonstante ks3A der dritten Spiralfeder 33A derart eingestellt, dass diese die Beziehung erfüllen, dass die Federkonstante ks2 der zweiten Spiralfeder 32 größer als die Federkonstante ks3A der dritten Spiralfeder 33A ist (ks3A < ks2). Folglich kann die Federkonstante k2cB (= ks1 + ks3A) kleiner gemacht werden als die Federkonstante k2eB (= ks1 + ks2) in dem Ausfederungszustand.
Wie vorstehend beschrieben ist, wird die Federkonstante der Federvorrichtung 30B in Abhängigkeit davon, ob die Länge der Federvorrichtung 30B länger als die Referenzlänge ist, zwischen der Federkonstanten k2cB in dem Einfederungszustand und der Federkonstanten k2eB (> k2cB) in dem Ausfederungszustand umgeschaltet bzw. gewechselt.
Daher entspricht die Federvorrichtung 30B einer Vorrichtung, welche in ähnlicher Art und Weise zu der Federvorrichtung 30 die vorstehende (Bedingung a) und (Bedingung b) erfüllt. Daher kann die Federungsvorrichtung 20B in ähnlicher Art und Weise zu der Federungsvorrichtung 20 arbeiten, um ähnliche Effekte wie die Effekte der Federungsvorrichtung 20 zu erreichen.
<Dritte Ausführungsform>
Nachfolgend wird eine Federungsvorrichtung 200 für ein Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Federungsvorrichtung 200 unterscheidet sich von der Federungsvorrichtung 20 lediglich dahingehend, dass die Federvorrichtung 30 einer Luftfeder entspricht.
(Konfiguration)
Wie in 12 gezeigt ist, umfasst die Federungsvorrichtung 200 ein Luftfederungsstellglied 210, eine Luftfederung 230, einen Fahrzeughöhensensor 240 und eine Luftfederungs-ECU 250. Die Federungsvorrichtung 200 entspricht einer so genannten „Luftfederungsvorrichtung“.
Die Luftfederungs-ECU 250 ist mit dem Luftfederungsstellglied 210 elektrisch verbunden. Die Luftfederung 230 hängt entsprechend das vordere rechte, vordere linke, hintere rechte und hintere linke Rad des Fahrzeugs auf. Das Luftfederungsstellglied 210 ist mit jeder Luftfederung 230 verbunden.
Die Luftfederung 230 umfasst insbesondere eine vordere rechte Federung 231, eine vordere linke Federung 232, eine hintere rechte Federung 233 und eine hintere linke Federung 234.
Die vordere rechte Federung 231 umfasst eine Luftfeder (nachfolgend ebenso als eine „Hauptkammer“ bezeichnet) 211 mit einer Membran, eine Nebenkammer 211s und einen Stoßdämpfer 231a.
Der Stoßdämpfer 231a weist eine Kolbenstange und einen Zylinder auf, welcher Öl einschließt. Wenn sich die Kolbenstange expandiert oder kontrahiert, erzeugt der Stoßdämpfer 231a durch einen Widerstand, welcher hervorgerufen wird, wenn sich das Öl im Inneren des Zylinders bewegt, eine Dämpfungskraft.
Da jede der vorderen linken Federung 232, der hinteren rechten Federung 233 und der hinteren linken Federung 234 im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die vordere rechte Federung 231 besitzt, ist auf die Beschreibung davon verzichtet. Wenn diese lediglich mit Bezugszeichen beschrieben werden, welche bei den Abbildungen hinzugefügt sind, entspricht jedes aus 212, 213 und 214 einer Hauptkammer entsprechend 211, jedes aus 212s, 213s und 214s entspricht einer Nebenkammer entsprechend 211s und jedes aus 232a, 233a und 234a entspricht einem Stoßdämpfer entsprechend 231a.
Das Luftfederungsstellglied 210 umfasst einen Motor 215a, einen Kompressor 215b, ein Sperrventil 215c, ein vorderes Höhenanpassungsventil 216, ein hinteres Höhenanpassungsventil 217, ein Auslassventil 218, ein vorderes Kammervolumenveränderungsventil 219 und ein hinteres Kammervolumenveränderungsventil 220 (und Lufttrockner 225).
Der Motor 215a treibt den Kompressor 215b an. Der Motor 215a wird durch die Luftfederungs-ECU 250 gesteuert. Der Kompressor 215b verdichtet die Luft, um die verdichtete Luft hin zu einer Luftleitung PA zu führen, wenn dieser im Ansprechen auf eine Anweisung von der Luftfederungs-ECU 250 angetrieben wird. Das Sperrventil 215c ermöglicht lediglich die Strömung der Luft ausgehend von dem Kompressor 215b hin zu der Luftleitung PA und blockiert die Strömung der Luft in der entgegengesetzten Richtung.
Das vordere Fahrzeughöhenanpassungsventil 216 umfasst ein vorderes rechtes Steuerungsventil 216R und ein vorderes linkes Steuerungsventil 216L. Das vordere rechte Steuerungsventil 216R entspricht einem Zweipositions-Magnetventil, welches eine Position aus der Verbindungsposition und der Sperrposition auswählt. Wenn sich das vordere rechte Steuerungsventil 216R in der Verbindungsposition befindet, stehen die Luftleitung PA, die Luftleitungen PFr und die Hauptkammer 211 (und die Nebenkammer 211s) miteinander in Verbindung. Wenn sich das vordere rechte Steuerungsventil 216R andererseits in der Sperrposition befindet, sind die Luftleitung PFr und die Hauptkammer 211 von der Luftleitung PA getrennt. Das vordere rechte Steuerungsventil 216R wird durch die Luftfederungs-ECU 250 gesteuert. Da das vordere linke Steuerungsventil 216L die gleiche Struktur und Funktion wie das vordere rechte Steuerungsventil 216R aufweist, wird auf die Beschreibung des Ventils 216L verzichtet.
Das hintere Fahrzeughöhenanpassungsventil 217 umfasst ein hinteres rechtes Steuerungsventil 217R und ein hinteres linkes Steuerungsventil 217L. Da das hintere rechte Steuerungsventil 217R die gleiche Struktur und Funktion wie das vordere rechte Steuerungsventil 216R aufweist, wird auf die Beschreibung des Ventils 217R verzichtet. Da das hintere linke Steuerungsventil 217L die gleiche Struktur und Funktion wie das hintere rechte Steuerungsventil 217R besitzt, wird auf die Beschreibung des Ventils 217L verzichtet.
Das Auslassventil 218 entspricht einem Zweipositions-Magnetventil, welches irgendeine Position aus der Verbindungsposition und der Sperrposition auswählt. Wenn sich das Auslassventil 218 in der Verbindungsposition befindet, ist die Luftleitung PA hin zu der Atmosphäre geöffnet. Wenn sich das Auslassventil 218 andererseits in der Sperrposition befindet, ist die Luftleitung PA nicht hin zu der Atmosphäre geöffnet. Das Auslassventil 218 wird durch die Luftfederungs-ECU 250 gesteuert.
Das vordere Kammervolumenveränderungsventil 219 umfasst ein vorderes rechtes Kammervolumenveränderungsventil 219R und ein vorderes linkes Kammervolumenveränderungsventil 219L. Das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R entspricht einem Zweipositions-Magnetventil, welches irgendeine Position aus der Verbindungsposition und der Sperrposition auswählt. Das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R ist in einen Verbindungsdurchlass PB eingefügt, welcher zwischen der Hauptkammer 211 und der Nebenkammer 211s eine Verbindung vorsieht. Wenn sich das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R in der Verbindungsposition befindet, stehen die Hauptkammer 211 und die Nebenkammer 211s miteinander in Verbindung. Wenn sich das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R andererseits in der Sperrposition befindet, ist die Hauptkammer 211 von der Nebenkammer 211s getrennt. Da das vordere linke Kammervolumenveränderungsventil 219L die gleiche Struktur und Funktion wie das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R aufweist, wird auf die Beschreibung des Ventils 219L verzichtet.
Das hintere Kammervolumenveränderungsventil 220 umfasst ein hinteres rechtes Kammervolumenveränderungsventil 220R und ein hinteres linkes Kammervolumenveränderungsventil 220L. Da das hintere rechte Kammervolumenveränderungsventil 220R die gleiche Struktur und Funktion wie das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R aufweist, wird auf die Beschreibung des Ventils 220R verzichtet. Da das hintere linke Kammervolumenveränderungsventil 220L die gleiche Struktur und Funktion wie das hintere rechte Kammervolumenveränderungsventil 220R aufweist, wird auf die Beschreibung des Ventils 220L verzichtet.
Der Lufttrockner 225 hält die Feuchtigkeit im Inneren des Luftfederungsstellglieds 210 auf einem Wert aufrecht, der kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.
Die Luftfederungs-ECU 250 ist mit dem Fahrzeughöhensensor 240 elektrisch verbunden. Der Fahrzeughöhensensor 240 umfasst einen vorderen rechten Fahrzeughöhensensor 241, einen vorderen linken Fahrzeughöhensensor 242, einen hinteren rechten Fahrzeughöhensensor 243 und einen hinteren linken Fahrzeughöhensensor 244.
Der vordere rechte Fahrzeughöhensensor 241 misst den Abstand bzw. die Strecke X zwischen der oberen Fläche des unteren Arms 52, an welchem die Bodenfläche des Stoßdämpfers 231a fixiert ist, und der unteren Fläche des Lagerabschnitts 43 des Fahrzeugkörpers 41, an welchem die nicht dargestellte obere Platte der Luftfederung 231 fixiert ist. Die Strecke X ist nachfolgend als „Strecke X zwischen zwei Punkten“ bezeichnet. Der vordere rechte Fahrzeughöhensensor 241 misst die Strecke X zwischen zwei Punkten beispielsweise unter Verwendung einer Laserreflexion.
Das heißt, der vordere rechte Fahrzeughöhensensor 241 erfasst die Strecke zwischen dem gefederten Element 40 und dem ungefederten Element 50. Die Beziehung zwischen der Strecke X zwischen zwei Punkten und dem vorstehend erwähnten Hubbetrag ist wie folgt. Falls die Strecke X zwischen zwei Punkten beispielsweise gleich X0 ist, wenn der Hubbetrag der Federvorrichtung 300 dem Referenz-Hubbetrag entspricht, ist die Strecke X zwischen zwei Punkten als X0 - X1 ausgedrückt, wenn sich die Federvorrichtung 300 ausgehend von dem Referenz-Hubbetrag um X1 kontrahiert bzw. zusammenzieht. Da der vordere linke Fahrzeughöhensensor 242 die gleiche Struktur und Funktion wie der vordere rechte Fahrzeughöhensensor 241 aufweist, wird auf die Beschreibung des Sensors 242 verzichtet. Da der hintere rechte Fahrzeughöhensensor 243 die gleiche Struktur und Funktion wie der vordere rechte Fahrzeughöhensensor 241 aufweist, wird auf die Beschreibung des Sensors 243 verzichtet. Da der hintere linke Fahrzeughöhensensor 244 die gleiche Struktur und Funktion wie der hintere rechte Fahrzeughöhensensor 243 aufweist, wird auf die Beschreibung des Sensors 244 verzichtet.
Wenn die durch den Fahrzeughöhensensor 240 erfasste Strecke X zwischen zwei Punkten kleiner oder gleich dem Referenzwert Xth ist (welcher gleich der Strecke X zwischen zwei Punkten ist, wenn der Hubbetrag dem „Schwellen-Hubbetrag“ entspricht), bestimmt die Luftfederungs-ECU 250, dass sich die Luftfederung 230 in dem Einfederungszustand befindet (das heißt, einen Zustand, in welchem die Luftfederung 230 kontrahiert ist). Wenn die durch den Fahrzeughöhensensor 240 erfasste Strecke X zwischen zwei Punkten andererseits größer als der Referenzwert Xth ist, bestimmt die Luftfederungs-ECU 250, dass sich die Luftfederung 230 in dem Ausfederungszustand befindet (das heißt, ein Zustand, in welchem die Luftfederung 230 expandiert ist).
Jede der Hauptkammer 211 bis 214 ist ebenso als ein „Hauptraum“ bezeichnet. Jede der Nebenkammern 211s bis 214s ist ebenso als ein „Nebenraum“ bezeichnet. Jede der Kombinationen der Hauptkammer 211 und der Nebenkammer 211s, der Hauptkammer 212 und der Nebenkammer 212s, der Hauptkammer 213 und der Nebenkammer 213s, der Hauptkammer 214 und der Nebenkammer 214s ist ebenso als eine „Luftfeder“ bezeichnet.
Jedes Ventil aus dem vorderen rechten Kammervolumenveränderungsventil 219R, dem vorderen linken Kammervolumenveränderungsventil 219 L, dem hinteren rechten Kammervolumenveränderungsventil 220R und dem hinteren linken Kammervolumenveränderungsventil 220L ist ebenso als ein „Umschaltventil“ bezeichnet. Darüber hinaus sind die Luftfeder und das Luftfederungsstellglied 210 ebenso als die „Federvorrichtung 300“ bezeichnet.
Wenn die durch den Fahrzeughöhensensor 240 erfasste Strecke X zwischen zwei Punkten kleiner oder gleich dem Referenzwert Xth ist, kann festgestellt werden, dass sich die Federvorrichtung 300 verformt, so dass „das Volumen Vm der Hauptkammer 211 ausgehend von dem Volumen Vmc, welches einem Volumen der Hauptkammer 211 entspricht, wenn die Strecke X zwischen zwei Punkten gleich dem Referenzwert Xth ist, abnimmt“. Wenn die durch den Fahrzeughöhensensor 240 erfasste Strecke X zwischen zwei Punkten andererseits größer als der Referenzwert Xth ist, kann festgestellt werden, dass die Federvorrichtung 300 verformt wird, so dass „das Volumen Vm der Hauptkammer 211 ausgehend von dem Volumen Vmc zunimmt“.
Folglich bestimmt die Luftfederungs-ECU 250, dass sich die Federvorrichtung 300 in dem Einfederungszustand befindet, wenn sich die Federvorrichtung 300 verformt, so dass das Volumen Vm der Hauptkammer 211 ausgehend von dem Volumen Vmc abnimmt. Andererseits bestimmt die Luftfederungs-ECU 250, dass sich die Federvorrichtung 300 in dem Ausfederungszustand befindet, wenn sich die Federvorrichtung 300 verformt, so dass das Volumen Vm der Hauptkammer 211 ausgehend von dem Volumen Vmc zunimmt.
Wenn sich die Federvorrichtung 300 in einer Richtung verformt, so dass das Volumen Vm der Hauptkammer 211 mit Bezug auf einen vorbestimmten Schwellen-Hubbetrag abnimmt, das heißt, wenn der Hubbetrag größer als der Schwellen-Hubbetrag ist, stellt die Luftfederungs-ECU 250 das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R (Umschaltventil) auf den Verbindungszustand ein. Folglich stehen die Hauptkammer 211 und die Nebenkammer 211s miteinander in Verbindung, so dass das Volumen der gesamten Luftfeder zunimmt. In diesem Fall entspricht das Volumen der gesamten Luftfeder der Summe des Volumens Vm der Hauptkammer 211 und des Volumens Vs der Nebenkammer 211s.
Wenn sich die Federvorrichtung 300 andererseits verformt, so dass das Volumen Vm der Hauptkammer 211 mit Bezug auf den vorbestimmten Schwellen-Hubbetrag zunimmt, das heißt, wenn der Hubbetrag kleiner als der Schwellen-Hubbetrag ist, stellt die Luftfederungs-ECU 250 das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R (Umschaltventil) auf den Sperrzustand ein. Das heißt, die Luftfederungs-ECU 250 trennt die Hauptkammer 211 von der Nebenkammer 211s. Folglich wird das Volumen der gesamten Luftfeder gleich dem Volumen Vm der Hauptkammer 211.
Indessen kann die Federkonstante kas der Federungsvorrichtung 200 wie bei der allgemeinen Luftfederungsvorrichtung durch die nachfolgende Gleichung erhalten werden. $k a s = n \cdot P \cdot A^{2}$
In der vorstehenden Gleichung stellt n einen Polytropenindex dar, P stellt einen Luftdruck dar, A stellt eine effektive Druckaufnahmefläche der Hauptkammer dar und V stellt ein Volumen der Luftkammer dar. Es wird ein Fall betrachtet, in welchem sich die Federungsvorrichtung 200 in dem Einfederungszustand befindet und die Hauptkammer 211 und die Nebenkammer 211s miteinander verbunden sind (sich das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R in der Verbindungsposition befindet). In diesem Fall ist das Volumen V der Luftkammer gleich der Summe (Vm + Vs) aus dem Volumen Vm der Hauptkammer 211 und dem Volumen Vs der Nebenkammer 211s. Andererseits ist das Volumen V der Luftkammer in dem Fall, in welchem sich die Federungsvorrichtung 200 in dem Ausfederungszustand befindet und die Hauptkammer 211 und die Nebenkammer 211s voneinander getrennt sind (sich das vordere rechte Kammervolumenveränderungsventil 219R in der Sperrposition befindet), gleich dem Volumen Vm der Hauptkammer 211.
Unter der Annahme, dass die Federkonstante, wenn die Hauptkammer 211 und die Nebenkammer 211s miteinander verbunden sind, gleich kas1 ist, und die Federkonstante, wenn die Hauptkammer 211 und die Nebenkammer 211s voneinander getrennt sind, gleich kas2 ist, wird die Konstante kas1 daher kleiner als die Konstante kas2. Auf diese Art und Weise kann die Federungsvorrichtung 200 die Federkonstante der Federvorrichtung 300 dazwischen verändern, wenn sich diese in dem Einfederungszustand befindet und wenn sich diese in dem Ausfederungszustand befindet.
(Tatsächlicher Betrieb)
Nun ist eine Beschreibung eines tatsächlichen Betriebs der Federungsvorrichtung 200 mit Bezug auf 13 angegeben. Die CPU der Luftfederungs-ECU 250 ist derart konfiguriert, dass diese eine als ein Flussdiagramm von 13 dargestellte Federkonstanten-Veränderungsroutine zu jeder Zeit ausführt, wenn eine vorbestimmte Zeit verstreicht. Daher startet die CPU die Verarbeitung ausgehend von Schritt 1300 zu einer vorbestimmten Zeit und schreitet zu Schritt 1310 voran, um zu bestimmen, ob die Strecke X zwischen zwei Punkten kleiner oder gleich dem Referenzwert Xth ist.
Wenn die Strecke X zwischen zwei Punkten kleiner oder gleich dem Referenzwert Xth ist, bestimmt die CPU bei Schritt 1310 „Ja“, um zu Schritt 1320 voran zu schreiten, bei welchem die CPU das vordere Kammervolumenveränderungsventil 219 und das hintere Kammervolumenveränderungsventil 220 auf die Verbindungspositionen einstellt. Danach schreitet die CPU zu Schritt 1395 voran, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Wenn die Strecke X zwischen zwei Punkten andererseits größer als der Referenzwert Xth ist, bestimmt die CPU bei Schritt 1310 „Nein“, um zu Schritt 1330 voran zu schreiten, bei welchem die CPU das vordere Kammervolumenveränderungsventil 219 und das hintere Kammervolumenveränderungsventil 220 auf die Sperrpositionen einstellt. Danach schreitet die CPU zu Schritt 1395 voran, um die vorliegende Routine vorläufig zu beenden.
Wie vorstehend beschrieben ist, stellt die Federungsvorrichtung 200 das vordere Kammervolumenveränderungsventil 219 und das hintere Kammervolumenveränderungsventil 220 (Wechselventile) auf den Verbindungszustand ein, wenn der Hubbetrag der Federvorrichtung 300 größer als der Schwellen-Hubbetrag ist. Wenn der Hubbetrag der Federvorrichtung 300 kleiner als der Schwellen-Hubbetrag ist, stellt die Federungsvorrichtung 200 das vordere Kammervolumenveränderungsventil 219 und das hintere Kammervolumenveränderungsventil 220 (Wechselventile) auf den Sperrzustand ein. Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, kann die Federungsvorrichtung 200 einen Betrieb und Effekt erhalten, welche ähnlich zu diesen sind, welche die Federungsvorrichtung 20, die Federungsvorrichtung 20A und die Federungsvorrichtung 20B erhält.
<Modifikationsbeispiel>
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend erwähnte Ausführungsform beschränkt und es können verschiedenartig modifizierte Beispiele in dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung angewendet werden, wie nachstehend beschrieben ist.
Bei der Federungsvorrichtung 20 ist das obere Ende der zweiten Spiralfeder 32 nicht fixiert und die untere Seite der zweiten Spiralfeder 32 ist an der oberen Fläche 27 der ringförmigen Platte 27 fixiert. Die zweite Spiralfeder 32 kann jedoch in einer solchen Art und Weise konfiguriert sein, dass ein Ende der zweiten Spiralfeder 32 fixiert ist und das andere Ende der zweiten Spiralfeder 32 nicht fixiert ist. Beispielsweise kann ein Ende (das obere Ende) der zweiten Spiralfeder 32 an der oberen Innenwandfläche 23a fixiert sein und das andere Ende (das untere Ende) der zweiten Spiralfeder 32 kann gegen die obere Fläche 27a der ringförmigen Platte 27 stoßen.
Bei der Federungsvorrichtung 20 ist das obere Ende der dritten Spiralfeder 33 an der unteren Fläche 21a des oberen Halters 21 fixiert und das untere Ende der dritten Spiralfeder 33 ist nicht fixiert. Die dritte Spiralfeder 33 kann jedoch in einer solchen Art und Weise konfiguriert sein, dass ein Ende der dritten Spiralfeder 33 fixiert ist und das andere Ende der dritten Spiralfeder 33 nicht fixiert ist. Beispielsweise kann ein Ende (das untere Ende) der dritten Spiralfeder 33 an der oberen Außenwandfläche 23b des Zylindergehäuses 23 fixiert sein.
Bei der Federungsvorrichtung 20A ist das obere Ende der zweiten Spiralfeder 32A nicht fixiert und das untere Ende der zweiten Spiralfeder 32A ist an der oberen Fläche 29d des ringförmigen Abschnitts 29b fixiert. Die zweite Spiralfeder 32A kann jedoch derart konfiguriert sein, dass ein Ende der zweiten Spiralfeder 32A fixiert ist und das andere Ende der zweiten Spiralfeder 32A nicht fixiert ist. Beispielsweise kann ein Ende (das obere Ende) der zweiten Spiralfeder 32A an der unteren Fläche 23g des Flanschabschnitts 23f fixiert sein und das andere Ende (das untere Ende) der zweiten Spiralfeder 32A kann gegen die obere Fläche 29d des ringförmigen Abschnitts 29b stoßen.
Bei der Federungsvorrichtung 20B ist das obere Ende der dritten Spiralfeder 33A an der unteren Fläche 21a des oberen Halters 21 fixiert und das untere Ende der dritten Spiralfeder 33A ist nicht fixiert. Die dritte Spiralfeder 33A kann jedoch in einer solchen Art und Weise konfiguriert sein, dass ein Ende der dritten Spiralfeder 33A fixiert ist und das andere Ende der dritten Spiralfeder 33A nicht fixiert ist. Beispielsweise kann ein Ende (das untere Ende) der dritten Spiralfeder 33A an der oberen Außenwandfläche 23b des Zylindergehäuses 23 fixiert sein und das andere Ende (das obere Ende) der dritten Spiralfeder 33A kann gegen die untere Fläche 21a des oberen Halters 21 stoßen.

Claims

Fahrzeugfederungsvorrichtung, welche auf ein Fahrzeug (100) mit einem Sitz (42) angewendet wird, dessen Sitzoberflächenverschiebungsbetrag mit Bezug auf einen Einheitsveränderungsbetrag einer Sitzlast, die einer auf eine Sitzoberfläche des Sitzes (42) aufgebrachten Last entspricht, abnimmt, wenn die Sitzlast zunimmt, und welche eine Federvorrichtung (30) umfasst, die zwischen einem gefederten Element (40) und einem ungefederten Element (50) des Fahrzeugs (10) eingefügt ist und das gefederte Element (40) mit Bezug auf das ungefederte Element (50) elastisch trägt, wobei in einem Fall, in welchem ein Referenz-Hubbetrag als ein Hubbetrag der Federvorrichtung (30) definiert ist, wenn ein Insasse (HM) auf dem Sitz (42) sitzt, und der Hubbetrag definiert ist, um in einer positiven Richtung zuzunehmen, wenn die Federvorrichtung (30) in einer Kontraktionsrichtung stärker verschoben wird, die Federvorrichtung (30) derart konfiguriert ist, dass diese die Eigenschaften besitzt, dass eine Federkonstante der Federvorrichtung (30), wenn der Hubbetrag größer als der Referenz-Hubbetrag ist, kleiner oder gleich einer Federkonstanten der Federvorrichtung ist, wenn der Hubbetrag kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist; wobei die Federvorrichtung (30) aufweist: eine erste Spiralfeder (31), die zwischen dem gefederten Element (40) und dem ungefederten Element (50) angeordnet ist und eine Federkonstante aufweist, die gleich einem ersten Wert (k1) ist; und eine zweite Spiralfeder (32), die zwischen dem gefederten Element (40) und dem ungefederten Element (50) angeordnet ist und eine Federkonstante aufweist, die gleich einem zweiten Wert (k2) ist, wobei die erste Spiralfeder (31) derart angeordnet ist, dass diese durch das gefederte Element (40) und das ungefederte Element (50) stets komprimiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spiralfeder (32) in einer solchen Art und Weise angeordnet ist, dass die zweite Spiralfeder (32) durch das gefederte Element (40) und das ungefederte Element (50) komprimiert wird, wenn der Hubbetrag kleiner als ein Schwellen-Hubbetrag ist, und die zweite Spiralfeder (32) durch das gefederte Element (40) und das ungefederte Element (50) weder komprimiert noch expandiert wird, wenn der Hubbetrag größer als der Schwellen-Hubbetrag ist, und die Federvorrichtung (30) die Eigenschaft besitzt, dass: die Federkonstante der Federvorrichtung (30) auf dem ersten Wert (k1) gehalten wird, wenn der Hubbetrag größer oder gleich einem Hubbetrag ist, der um einen vorbestimmten positiven Betrag größer als der Referenz-Hubbetrag ist; die Federkonstante der Federvorrichtung (30) auf einer Summe (k1+k2) aus dem ersten Wert (k1) und dem zweiten Wert (k2) gehalten wird, wenn der Hubbetrag kleiner oder gleich dem Hubbetrag ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist; und die Federkonstante der Federvorrichtung (30), die gleich dem ersten Wert (k1) ist, wenn der Hubbetrag größer oder gleich dem Hubbetrag ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag größer als der Referenz-Hubbetrag ist, kleiner ist als die Federkonstante der Federvorrichtung (30), die gleich der Summe (k1+k2) ist, wenn der Hubbetrag kleiner oder gleich dem Hubbetrag ist, der um den vorbestimmten positiven Betrag kleiner als der Referenz-Hubbetrag ist.