JP2006143202A - エアサスペンション及び電子制御サスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エアサスペンションを取り付けた車両に、横揺れが発生したとき、空気バネのスプリングレートを調節して、車両の動きを迅速かつ効率よく安定化することができる、電子制御サスペンション装置を提供する。
【解決手段】本発明によるエアサスペンションは、車体と車軸との間に設けられ、車両走行中、車軸が路面から受ける振動や衝撃を吸収するエアピストン１１と、エアピストンの上端に結合され、空気バネの役割をするゴム管１２と、ゴム管の上部に結合されるキャップ１４と、空気バネの圧力作用容積を広げるように、ゴム管の内部に連結された容積拡張器１６と、ゴム管の内部と容積拡張器との間の連結状態を開閉して、空気バネの圧力作用容積を決定する容積調節弁１７とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、エアサスペンションに関し、より詳しくは、エアサスペンションを取り付けた車両に横揺れが発生したとき、車両の動きを迅速かつ効率よく安定化することができるエアサスペンション及び電子制御サスペンション装置（ＥＣＳ；Electronically Controlled Suspension System）に関する。

一般に、車両のサスペンションは、路面からの衝撃を吸収して、快適な乗り心地、走行安定性、旋回特性を向上させるために設けられるものであり、このようなサスペンションのうち、バスのような大型車両に設けられるエアサスペンションがある。

エアサスペンションは、圧縮空気の弾性を用いる空気バネを使用するので、微細振動まで吸収すると共に、柔軟な弾性が得られ、乗り心地に優れ、圧縮空気圧を調節することにより、荷重に拘わらず、車高も一定に維持することができ、車両の高級化に応じるので、最近になっては、レジャー用車両にも適用されるなど、その使用が急増している。

図１は、従来技術によるエアサスペンション車両の空気供給ラインを示す構成図であり、車体（フレーム）とアクセルとの間に空気バネを設け、この空気バネが走行中に発生する振動を吸収可能にしている。

前輪１に１対、また後輪２の前後にそれぞれ１対で全部で６個の空気バネ３が設けられ、この空気バネ３は、連結管を介してエアタンク５から圧縮空気を供給されるようになり、また、連結管には、前輪用１個、後輪用２個のレベリングバルブ４が設けられ、空気バネ３中の空気量を調節可能になっている。これによって、車両の挙動（傾いた状態の復元、ダウン状態のアップ）が調節可能になっている。

一方、車両の旋回走行による横揺れの発生時は、図２に示すように、遠心力によって、旋回方向に対して外側へ車体が傾くロール現象が発生し、このようなロール現象は乗り心地と走行安定性の低下をもたらすので、これを防止するために傾いた側の空気バネには、レベリングバルブを介してエアタンクの圧縮空気を供給し、反対側の空気バネは、空気を外部に排出して車両が過渡に傾くことを防止している。

しかしながら、従来のエアサスペンションは、空圧機器の特性上、短時間に発生する横揺れに反応するほどの、迅速な応答性を有していないので、制御効果が小さく、横揺れの発生状況が終わって一般の走行状況に戻る場合も、左右の空気バネの圧力を迅速に等しくして、左右の均衡を取れるための所要時間が長く、却って車両の運動性能を阻害することもあるという問題点があった。

このような問題点を解決するために、左右の空気バネにそれぞれ給気及び排気を同時に行うことができる空圧回路と、制御回復時、空気バネの圧力を等しくするための空圧回路とを全て備える構成も考えられているが、これは、空圧回路が複雑となり、しかもエアサスペンションの費用が上昇するという問題点があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、エアサスペンションに適用される空気バネの圧力作用容積を調節して、空気バネのスプリングレートを調節することができるエアサスペンションを提供することを目的とする。

また、エアサスペンションを取り付けた車両に、横揺れが発生したとき、空気バネのスプリングレートを調節して、車両の動きを迅速かつ効率よく安定化することができる電子制御サスペンション装置を提供することを他の目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の一局面によるエアサスペンションは、車体と車軸との間に設けられ、車両走行中、車軸が路面から受ける振動や衝撃を吸収するエアピストンと、エアピストンの上端に結合され、空気バネの役割をするゴム管と、ゴム管の上部に結合されるキャップと、空気バネの圧力作用容積を広げるように、ゴム管の内部に連結された容積拡張器と、ゴム管の内部と容積拡張器との間の連結状態を開閉して、空気バネの圧力作用容積を決定する容積調節弁とを備える。

本発明の他の局面による電子制御サスペンション装置は、空気バネの圧力作用容積を広げるように、圧力作用空間に連結された容積拡張器、圧力作用空間と容積拡張器との間の連結状態を開閉する容積調節弁を有するエアサスペンションと、車両の操舵角速度と車速に基づくアンチロール制御ロジックによって、弁制御信号を生成する電子制御ユニットと、弁制御信号に応じて容積調節弁を開閉して空気バネの圧力作用容積を調節することにより、空気バネのスプリングレートを調節する空気バネ容積調節部とを備える。

本発明によると、エアサスペンションに適用される空気バネの圧力作用容積を、応答性が速いバルブを用いて調節して、空気バネのスプリングレートを調節し、また、エアサスペンションを取り付けた車両に、横揺れが発生したとき、空気バネのスプリングレートを調節して、車両の動きを迅速かつ効率よく安定化することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づいて詳しく説明する。この実施の形態を通じて、本発明の目的、特徴及び利点をよく理解すべきものである。しかし、本発明は、これらの実施の形態に制限されるものではない。

図３は、本発明によるエアサスペンションに適用される空気バネの構造を示す断面図である。この構造をみると、車体と車軸との間に設けられ、車両走行中、車軸が路面から受ける振動や衝撃を吸収して乗り心地を向上させる防振及び緩衝用装置であるダンパー１０と、ダンパー１０の外側に同軸で設けられる円筒状のエアピストン１１と、エアピストン１１の上端に結合して、空気バネの役割をするゴム管１２と、ゴム管１２の上部に気密に結合され、ダンパー１０のピストンロッド１３の上端側とジョイント結合されるキャップ１４と、空気供給手段（図示せず）から供給される圧縮空気をエアピストン１１に供給するエアポート（図示せず）と、キャップ１４に固定され、ピストンロッド１３の圧縮時、衝撃を吸収するゴムバンパー１５と、キャップ１４の外部に付加的に取り付けられ、空気バネの圧力作用容積を広げるように、ゴム管１２の内部に連結された容積拡張器１６と、ゴム管１２の内部と容積拡張器１６との間の連結状態を開閉して、空気バネの圧力作用容積を決定する容積調節弁１７とを備えている。

容積拡張器１６は、空気バネの固有振動数を、コイルスプリングよりも低い固有振動数として具現するために、空気バネの内部圧力容積を大きく拡張し、車両のエンジンルームのような狭い空間に取り付けても、干渉などの影響を受けないように、キャップ１４に附加的に取り付けられるものである。

このように構成された空気バネは、エアポート（図示せず）から入った圧縮空気がゴム管１２内に満杯され、車両の走行に応じて、ピストンロッド１３の引張と圧縮の反復運動を行うとき、ゴム管１２が上下移動する空気バネの機能をしながら、振動減衰作用をすることになる。

さらに、図１を参照して、空気バネのエアポート（図示せず）は、レベリングバルブ４を経て空気供給手段であるエアタンク５に連結され、車両に大きな荷重がかかり、ゴム管１２が圧縮されると、エアタンク５から圧縮空気が注入され、ゴム管１２が復元される。

また、図２に示すような、車両の旋回走行による横揺れの発生時、遠心力によって旋回方向に対して、外側方向に車体７が傾くロール現象の発生を防止するために、従来は、レベリングバルブ４を制御して、エアタンク５の圧縮空気を空気バネに給・排気する方法を用いていたが、本発明では、容積調節弁１７を開閉して、空気バネの圧力作用容積を調節することにより、空気バネのスプリングレートを調節する。すなわち、傾いた側の空気バネは、容積調節弁１７を瞬時閉鎖して、空気バネの圧力作用容積を減らすことにより、スプリングレートを高めることになり、反対側の空気バネには、容積調節弁１７を瞬時開放して、容積拡張器１６によって空気バネの圧力作用容積を拡張させることにより、スプリングレートを低めて、車両が過渡に傾くことを防止する。

このようなエアサスペンションを採用する電子制御サスペンション装置は、図４のブロック構成図のように具現することができる。その構成をみると、各車輪の上端車体に取り付けられ、車輪のそれぞれの挙動を測定する垂直加速度センサ２１、車速センサ２２、操舵角センサ２３、ブレーキセンサ２４、スロットル位置センサ２５、電子制御ユニット（ＥＣＳ ＥＣＵ）３０、電子制御ユニット３０の減衰力制御信号に基づいて、車体と各車軸との間に設けられたダンパーの減衰力を制御するダンパー駆動部４１と、電子制御ユニット３０の空気供給制御信号に基づいて、エアタンクの圧縮空気を、空気バネのゴム管の内部に給気または排気する空気供給調節部４２と、電子制御ユニット３０の弁制御信号に基づいて、空気バネの容積調節弁を開閉して、空気バネの圧力作用容積を調節することにより、空気バネのスプリングレートを調節する空気バネ容積調節部４３とで構成されている。

このように構成された電子制御サスペンション装置は、各種のセンサ２１〜２５からの情報に基づき、電子制御ユニット３０で生成された減衰力制御信号によって、ダンパー駆動部４１が、ダンパー１０の運動特性を実時間で可変させて、乗り心地及び走行安定性を向上させる。すなわち、ダンパー１０は、可変バルブがダンパー１０の側面に取り付けられた無段階可変ダンパーであり、可変バルブアセンブリの内部には、２個の減衰調節弁が設けられ、引張・圧縮行程時の減衰力を別途に制御することができる。

空気供給調節部４２は、電子制御ユニット３０が、各種のセンサ２１〜２５からの情報に基づき、空気供給信号を生成して提供すると、空気供給制御信号によって、エアポート（図示せず）から空気バネのゴム管１２の内部に圧縮空気を満杯させて、車両の走行に応じたピストンロッド１３の引張と圧縮の反復運動時、ゴム管１２が上下移動する空気バネの機能をして、振動減衰作用が得られる。さらに、車両に大きな荷重がかかり、ゴム管１２が圧縮されると、エアタンク５から圧縮空気を注入して、ゴム管１２を復元させる。

一方、電子制御ユニット３０は、乗り心地制御ロジックとアンチロール制御ロジックを行う制御アルゴリズムで具現されている。乗り心地制御ロジックは、車体が持ち上げられる引張行程時、ダンパー１０の引張用可変弁を通じて、減衰力モードをハード／ソフトに調節するのに対して、車体が下がる圧縮行程時、圧縮用可変弁を通じて、減衰力モードをソフト／ハードに調節して、スカイフック制御を行うことにより、車両運動を制御して乗り心地を向上させる。アンチロール制御ロジックは、車両の操舵操作時、ダンパー１０の減衰力を高めることにより、車両のロール運動を抑制するためのものであり、運転者の操舵入力を感知し、車体の挙動の過度領域を制御するため、操舵角センサ２３から信号を入力されて操舵角速度を検出し、この操舵角速度と、車速センサ２２からの車速とを考慮して、横加速度の変化量とロール値が検出されると、これに基づきダンパー１０の減衰力を調節する。

また、電子制御ユニット３０は、アンチロール制御ロジックによって、図２に示すような車両の旋回走行による横揺れが発生したと判断すると、遠心力によって、旋回方向に対して外側方向に車体７が傾くロール現象の発生を防止するために、容積調節弁１７の制御のための弁制御信号を出力する。

すると、空気バネ容積調節部４３は、電子制御ユニット３０の弁制御信号に基づき、傾いた側の空気バネは、容積調節弁１７を瞬時閉鎖して、空気バネの圧力作用容積を減らすことにより、スプリングレートを高めるのに対し、反対側の空気バネには、容積調節弁１７を瞬時開放して、容積拡張器１６によって空気バネの圧力作用容積を拡張させることにより、スプリングレートを低めて、車両が過渡に傾くことを防止する。

併せて、電子制御ユニット３０において、弁制御信号を出力する閾値を設定するにあたって、車速やその他の車両状態に応じて可変する値を有することができる。容積調節弁１７の開閉によって行われる空気バネのスプリングレート調節制御の終了時点は、以前使用された閾値よりも低めの値を有する他の閾値と比較して判断することにより、ヒステリシスによる頻繁な制御を防止することができる。

このような電子制御ユニット３０による容積調節弁１７の開閉過程についての理解を助けるために、図５を参照してその動作について説明する。

一定の距離を置いて並んでいる障害物を図５（Ａ）のように、正弦波形操舵で通過する滑降試験を挙げて説明すると、右弦操舵Ｒと左弦操舵Ｌの両方に対して、それぞれ上位閾値ＬＴ２、ＲＴ２と下位閾値ＬＴ１、ＲＴ１を決める。

図５（Ｂ）のように、操舵角センサ２３から得た操舵入力値が、左弦操舵の上位閾値ＬＴ２を超えると、前後右輪の容積調節弁１７を閉鎖する。容積調節弁１７が閉鎖すると、空気バネの内部の容積を減らし、同一のスクロークほど空気バネが圧縮され、以前容積調節弁１７を開放したときよりも、さらに大きい反力を有するようになる。すなわち、容積調節弁１７を閉鎖した場合、空気バネの剛性が高くなる。

操舵角センサ２３から得た操舵入力値が、左弦操舵の上位閾値ＬＴ２未満となったとき、再度容積調節弁１７を閉鎖すると、閾値付近において操舵入力が維持されるかまたは振動する値を有するとき、過渡に頻繁なバルブ制御を行うことになるので、これを防止すために、左弦操舵の下位閾値ＬＴ１が適用される。すなわち、操舵入力値が左弦操舵の上位閾値ＬＴ２未満であっても、継続して容積調節弁１７の閉鎖状態を維持し、操舵入力値が左弦操舵の下位閾値ＬＴ１未満となったとき、閉鎖していた容積調節弁１７を初めて開放することである。

これと同様に、操舵角センサ２３から得た操舵入力値が、右弦操舵の上位閾値ＲＴ２を超えると、前後左輪の容積調節弁１７を閉鎖する。容積調節弁１７が閉鎖すると、空気バネの内部の容積を減らし、同一のストロークほど空気バネが圧縮されて、以前容積調節弁１７を開放したときよりも、さらに大きい反力を有するようになる。すなわち、容積調節弁１７を閉鎖した場合、空気バネの剛性が高くなる。

操舵角センサ２３から得た操舵入力値が、右弦操舵の上位閾値ＲＴ２未満となったとき、再度容積調節弁１７を閉鎖すると、閾値付近において操舵入力が維持されるかまたは振動する値を有するとき、過渡に頻繁なバルブ制御を行うことになるので、これを防止するために、右弦操舵の下位閾値ＲＴ１が適用される。すなわち、操舵入力値が右弦操舵の上位閾値ＲＴ２未満であっても、継続して容積調節弁１７の閉鎖状態を維持し、操舵入力値が右弦操舵の下位閾値ＲＴ１未満となったとき、閉鎖していた容積調節弁１７を初めて開放することである。

もちろん、図５の説明では、電子制御ユニット３０の制御原理を説明するために、一例として、操舵角センサ２３から得た操舵入力値に基づく制御過程について説明したが、横方向加速度センサ値またはその他いずれのセンサ信号を用いても構わない。本発明は、ロール制御が必要であるとき、ある装置からの入力に基づいて、エアサスペンションの剛性を高めるものである。

上述では、本発明の一実施の形態に限定して説明したが、本発明の技術が当業者によって容易に変形実施される可能性は自明である。

一例として、図５（Ｂ）では、ロール制御が必要であるとき、左輪と右輪の容積調節弁のいずれか一方のバルブを開閉して、エアサスペンションの剛性を高める実施例について説明したが、一方の容積調節弁のみを開閉制御する場合は、却って、車両の不安定性をもたらす恐れがある。したがって、図５（Ｃ）のように、ロール制御が必要であるとき、左輪と右輪の全ての容積調節弁を開閉制御して、全ての車輪に対してエアサスペンションの剛性を高めて、車両の動きを安定化させることもできる。

このような変形実施例は、本発明の特許請求の範囲に記載の技術思想に包含されるべきである。

従来技術によるエアサスペンション車両の空気供給ラインを示す構成図である。 車両の旋回時におけるロール発生状態図である。 本発明によるエアサスペンションに適用される空気バネの構造を示す断面図である。 本発明による電子制御サスペンション装置の構成を示すブロック図である。 本発明による電子制御サスペンション装置において、電子制御ユニットから出力される弁制御信号の波形を示すタイミング図である。

符号の説明

１０ ダンパー
１１ エアピストン
１２ ゴム管
１３ ピストンロッド
１４ キャップ
１５ ゴムバンパー
１６ 容積拡張器
１７ 容積調節弁
２１ 垂直加速度センサ
２２ 車速センサ
２３ 操舵角センサ
３０ 電子制御ユニット
４１ ダンパー駆動部
４２ 空気供給調節部
４３ 空気バネ容積調節部

Claims (5)

1. 車体と車軸との間に設けられ、車両走行中、車軸が路面から受ける振動や衝撃を吸収するエアピストンと、
   前記エアピストンの上端に結合され、空気バネの役割をするゴム管と、
   前記ゴム管の上部に結合されるキャップと、
   前記空気バネの圧力作用容積を広げるように、前記ゴム管の内部に連結された容積拡張器と、
   前記ゴム管の内部と前記容積拡張器との間の連結状態を開閉して、前記空気バネの圧力作用容積を決定する容積調節弁とを備えることを特徴とするエアサスペンション。
2. 前記容積拡張器は、前記キャップの外部に取り付けられたことを特徴とする請求項１に記載のエアサスペンション。
3. 空気バネの圧力作用容積を広げるように、前記圧力作用空間に連結された容積拡張器と、
   前記圧力作用空間と前記容積拡張器との間の連結状態を開閉する容積調節弁とを有するエアサスペンションと、
   車両の操舵角速度と車速に基づくアンチロール制御ロジックによって、弁制御信号を生成する電子制御ユニットと、
   前記弁制御信号に応じて前記容積調節弁を開閉して前記空気バネの圧力作用容積を調節することにより、前記空気バネのスプリングレートを調節する空気バネ容積調節部とを備えることを特徴とする電子制御サスペンション装置。
4. 前記電子制御ユニットの前記弁制御信号を出力する閾値は、前記車速やその他の車両状態に応じて可変する値を有することを特徴とする請求項３に記載の電子制御サスペンション装置。
5. 前記電子制御ユニットによる前記空気バネのスプリングレート調節制御の終了時点は、以前使用された閾値よりも低い値を有する他の閾値と比較して判断することを特徴とする請求項３に記載の電子制御サスペンション装置。
   
   
   

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