JP2006273316A - 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。
【解決手段】 本発明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、運転者のボタン操作に応じて、モード設定キー信号を印加するモード変更スイッチと、モード変更スイッチのモード設定キー信号に対応して、車両のサスペンション特性を示すための弁制御信号を出力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、空気バネのスプリングレートを、既設定された範囲通りに調節して、車両のサスペンション特性を強制設定する空気バネ容積調節部とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図４

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 Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ Ｓｕｓｐｅｎｔｉｏｎ 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）と車軸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に１対で全部で４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２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。尚、上記従来技術は文献公知発明に係るものではない。

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短所があった。

このような短所を解決するために、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。

また、従来の電子制御サスペンション制御技術は、ロール、ダイブ、スカットのような特定の車両モーションが発生したとき、センサ入力を通じて車両の状態を把握し、制御が必要なときにのみ制御を行わせることができるが、一定の時点ではなく、運転者が希望するときに継続して車両モーションを運転者の意図通りに変更することができない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。

また、運転者のモード変更操作に応じて、空気バネのスプリングレートを選択的に調節して、既設定された減衰力特性範囲に設定することにより、運転者の思い通りにサスペンション特性を強制反映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また他の目的とする。

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ダンパーと、前記ダンパーの外側に設けられるエアピストンと、前記エアピストンと結合され、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、前記ダンパーのピストンロッドの上端側と結合されるキャップと、前記キャップの外部に取り付けられ、前記ゴム管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、前記ゴム管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、運転者のボタン操作に応じて、モード設定キー信号を印加するモード変更スイッチと、モード変更スイッチのモード設定キー信号に対応して、車両のサスペンション特性を示すための弁制御信号を出力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、空気バネのスプリングレートを、既設定された範囲通りに調節して、車両のサスペンション特性を強制設定する空気バネ容積調節部とを備える。

本発明によると、運転者のモード変更操作信号に応じて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、応答性の速いバルブを用いて選択的に調節して、空気バネのスプリングレートを当該モードの減衰力特性範囲に調節するものであり、運転者にとって、エアサスペンションを取り付けた車両の急制動、急加速またはコーナリングの性格を、車両内でボタン操作のみで簡単に変更させることができるので、消費者の満足度を極大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の上端に気密に結合して、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。

この際、図３におけるエアサスペンションに適用される空気バネの構造は、ダンパー１０と、エアピストン１１と、ゴム管１２とが一体型となるものを例示しているが、必ずしもこのような構造に限定されるものではなく、エアピストン１１とゴム管１２が車体と車軸との間に設けられ、これと別途に、ダンパー１０が車体と車軸との間に設けられる分離型のものであってもよい。

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得るために、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に付加的に取り付けられるものである。あるいは、このような容積拡張器１６は、エアピストン１１の外部に付加的に取り付けられてもよい。

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、運転者のボタン操作に応じて、モード設定キー信号、たとえば、ハードモードまたはソフトモード設定キー信号を印加するモード変更スイッチ３２、モード設定キー信号に対応するモード、たとえば、ハードモードでのスプリングレート調節範囲がテーブル化されているモードテーブル３４、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、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、及び電子制御ユニット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。

また、電子制御ユニット３０は、モード変更スイッチ３２のモード設定キー信号に対応して、モードテーブル３４にテーブル化されたモード設定範囲通りに、車両のサスペンション特性を示すために、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いて、容積調節弁１７を開閉して、既設定された範囲通りに、スプリングレートを調節することにより、車両のサスペンション特性を強制設定する。

例えば、モード変更スイッチ３２からハードモード設定キー信号が印加されると、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いて、容積調節弁を閉としてスプリングレートを上げることにより、車両のサスペンション特性をハードモードに設定する。すなわち、このようなハードモードは、乗り心地よりはスポーツカーのような走行性能を主にするスポーツモードで車両のサスペンション特性を設定するためのものである。

これに対して、モード変更スイッチ３２からソフトモード設定キー信号が印加されると、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いて、容積調節弁を開としてスプリングレートを下げることにより、車両のサスペンション特性をソフトモードに設定する。すなわち、このようなソフトモードは、走行性能よりは乗り心地を重要視するノーマルモードで車両のサスペンション特性を設定するためのものである。

このように本発明は、運転者のモード変更操作に応じて、空気バネのスプリングレートを選択的に調節して、既設定された減衰力特性範囲に設定することにより、運転者の思い通りにサスペンション特性を強制反映することができるものである。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載の範囲内で、様々な変形が可能であることは言うまでもない。

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。

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
３２ モード変更スイッチ
３４ モードテーブル
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 (8)

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ダンパーと、
   前記ダンパーの外側に設けられるエアピストンと、
   前記エアピストンと結合され、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、前記ダンパーのピストンロッドの上端側と結合されるキャップと、
   前記キャップの外部に取り付けられ、前記ゴム管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、前記ゴム管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. 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ダンパーと、
   前記ダンパーと別途に、車体と車軸との間に設けられるエアピストンと、
   前記エアピストンと結合され、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、
   前記キャップの外部に取り付けられ、前記ゴム管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、前記ゴム管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。
3. 前記容積拡張器が、前記エアピストンの外部に取り付けられることを特徴とする請求項１または２に記載のエアサスペンション。
4. 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、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を有するエアサスペンションと、
   運転者のボタン操作に応じて、モード設定キー信号を印加するモード変更スイッチと、
   前記モード変更スイッチのモード設定キー信号に対応して、 前記車両のサスペンション特性を示すための弁制御信号を出力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し、前記弁制御信号に応じて前記容積調節弁を開閉して、前記空気バネのスプリングレートを、既設定された範囲通りに調節して、前記車両のサスペンション特性を強制設定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。
5. 前記弁制御信号が、前記モード変更スイッチからのハードモード設定キー信号に対応するハードモード特性制御信号であることを特徴とする請求項４に記載の電子制御サスペンション装置。
6. 前記ハードモード特性制御信号が、前記容積調節弁を閉にして前記空気バネのスプリングレートを上げることを特徴とする請求項５に記載の電子制御サスペンション装置。
7. 前記弁制御信号が、前記モード変更スイッチからのソフトモード設定キー信号に対応するソフトモード特性制御信号であることを特徴とする請求項４に記載の電子制御サスペンション装置。
8. 前記ソフトモード特性制御信号が、前記容積調節弁を開にして前記空気バネのスプリングレートを下げることを特徴とする請求項７に記載の電子制御サスペンション装置。

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