JP2007536157A - シャーシ用の閉じた空気供給設備における空気量制御方法 - Google Patents

Abstract

閉じた空気供給設備における空気量制御を簡単化するために、空気ばね（３，４）の一定の動きから、平均的な制御速度を算出して、最適な制御速度と比較することを提案する。この場合、この制御速度の比較から、圧縮空気量の不足又は過剰を決定する。平均的な制御速度を算出するために、三つの異なる可能性を提示する。

Description

この発明は、請求項１の上位概念にもとづく方法に関する。そのような空気供給設備は、例えば、自動車の水準制御に採用される。

そのような空気供給設備は、特許文献１により周知である。この空気供給設備は、その図１によると、基本的に一つの空気供給ユニットと車両構造を支えるための複数の空気ばねとから構成される。この空気供給ユニットには、主にコンプレッサーと空気室が有る。この場合、コンプレッサーは、その吸気側を大気と、排気側を空気乾燥機及び第一の２／２方向制御弁を介して空気室と繋がっている。そのため、コンプレッサーは、空気室に外気からの新鮮な空気を供給する。コンプレッサーの吸気側は、第二の２／２方向制御弁を介して空気ばねと接続されている。そのため、コンプレッサーは、第一の２／２方向制御弁を介して、空気ばねからの圧縮空気を空気室に戻す。また、コンプレッサーは、吸気側が第三の２／２方向制御弁を介して空気室と、排気側が第四の２／２方向制御弁を介して空気ばねと繋がっている。このようにして、圧縮空気が、空気室から空気ばねに送られる。

空気ばねは、互いに平行に配置されており、その場合各空気ばねは、２／２方向制御弁に対応しており、すべての２／２方向制御弁ユニットは、マニホルドを介して空気供給ユニットと接続されている。方向制御弁ユニットに共通のマニホルドには、一つの圧力センサーが有る。

そのような閉じた空気供給設備は、予め規定された性能範囲内で動作しており、圧縮空気量が漏れにより失われることによって、その範囲の限界をしばしば下回るか、或いは圧縮空気量が温度の上昇により増大することによって、その限界をしばしば上回ることがある。そのことは、車両の水準制御において、圧縮空気量が少なすぎる場合には車両構造の持ち上げが遅くなり、圧縮空気量が多すぎる場合には車両構造の降下が遅くなるという影響を及ぼすこととなる。

従って、この性能範囲を許容限界内に保持するためには、空気供給設備において、常に十分な圧縮空気量が存在しなければならない。そのために、圧力センサーを用いて、空気ばね及び空気室内の圧力を絶えず測定して、その圧力から、圧縮空気量の超過又は追加の必要性を計算している。超過している場合には、空気供給設備から一定の圧縮空気量を排出し、圧縮空気量が不足している場合には、空気室に新鮮な空気を充填する。

この前記の方法は、技術的な要件を満たしている。しかしながら、設備的な負担が比較的大きい。即ち、相応に配線した圧力センサーを用いる必要がある。それには、追加費用がかかる。更に、そのように配線した圧力センサーは、車両技術的には通常存在せず、従って空気供給設備を実現する際に妥協することとなる大きな設備空間が必要である。このことは、コストを上昇させることともなる。

特許文献２により、別の空気量制御方法が知られており、その方法では、空気量を制御する際に、瞬間的な荷重の入力を排除しており、そのため、漏れ又は温度変動により設計した空気量範囲からずれた場合にのみ空気量制御を行っている。

この場合、空気室及び空気ばね内の瞬間的な圧縮空気量を検出しており、圧力センサーを用いて圧力を測定して、空気室の周知の容積及び空気ばねの行程を測定することにより検出した容積と乗算している。このようにして検出した空気供給設備の圧縮空気量は、設計時に設定した荷重状況に関して最適な圧縮空気量と比較される。検出した圧縮空気量が、最小限必要な圧縮空気量より少ない場合には、一定の圧縮空気量を充填し、最大限許容される圧縮空気量より多い場合には、一定の圧縮空気量を排出しなければならない。周知の制御速度と圧縮空気量の特性曲線から、充填又は排出に必要な時間を算出し、この時間間隔に対して、空気供給設備の相応の弁又はコンプレッサーを作動させている。

この方法も、圧力センサーの存在を必要としており、既に述べたすべての欠点を有する。その結果、この方法は、充填又は排出に必要な時間を算出するために、常に実際の容積量を計算しなければならないので、ソフトウェア技術に関して比較的負担がかかる。
欧州特許公開第１２４３４４７号明細書 ドイツ特許第１０１２２５６７号明細書

以上のことから、この発明の課題は、前記の形式の閉じた空気供給設備における空気量制御方法を簡単化することである。

この課題は、請求項１に挙げた特徴によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項２〜６に明らかにされている。この新しい方法は、前述した従来技術の欠点を取り除く。この場合、この新しい方法の特別な利点は、圧縮空気量の不足又は過剰を検出するための負担のかかる圧力測定がもはや不要であり、制御して持ち上げる及び／又は下降させるプロセスの間の行程及び／又はそのために必要な時間だけを測定すれば良いということである。そのような行程又は時間の測定は、比較的簡単で、一般的に技術設備構造に属する手段により実現可能である。このことにより、空気供給設備の技術設備構造が簡単化されるとともに、それに必要なコストが低減される。例えば、空気ばねの動きに関して、行程を予め規定しておけば、この技術設備的な負担が一層低減される。その場合には、時間だけを測定すれば良い。

この新しい空気量制御方法は、当然のことながら、別の空気供給設備に対しても使用することができる。

この新しい方法について、複数の実施例にもとづき詳しく説明する。

図１に図示されている通り、空気供給設備は、基本的に駆動ユニット１、逆止め弁２、少なくとも二つの空気ばね３，４及び空気室５から構成される。

駆動ユニットの中核部分は、電気モーターによって駆動され、一方の側を吸気弁７を介して大気と繋がっているコンプレッサー６である。コンプレッサー６の排気側は、圧力蓄積用配管８を介して空気室５と接続されている。この圧力蓄積用配管８内には、空気乾燥機９、空気室５の方向に対して開いた絞り弁１０及び排気側の第一の２／２方向制御弁１１が有る。更に、コンプレッサー６は、吸気側において、吸気側の第一の２／２方向制御弁１２を介して空気室５と繋がっている。また、コンプレッサー６は、排気側において、圧力消費用配管１３を経由して、一方の側をドレン弁１４を介して大気と、他方の側を排気側の第二の２／２方向制御弁１５と逆止め弁の組合せ２を介して空気ばね３，４と接続されている。また、コンプレッサー６は、吸気側において、吸気側の第二の２／２方向制御弁１６と逆止め弁の組合せ２を介して空気ばね３，４と繋がっている。逆止め弁の組合せ２は、空気ばね３，４の動く方向に依存して、コンプレッサー６の排気側又は吸気側と接続するように構成されている。

空気室５に大気からの新鮮な空気を充填するためには、吸気側の両方の２／２方向制御弁１２，１６、排気側の２／２方向制御弁１５及びドレン弁１４を閉じるとともに、排気側の第一の２／２方向制御弁１１を開く。コンプレッサー６は、吸気弁７を介して大気からの新鮮な空気を吸い込んで、それを空気乾燥機９、開いた絞り弁１０及び開いた排気側の第一の２／２方向制御弁１１を介して空気室５に供給する。空気室５からの圧縮された空気を空気ばね３，４に充填するためには、排気側の第一の２／２方向制御弁１１、吸気側の第二の２／２方向制御弁１６及びドレン弁１４を閉じる。それに対して、コンプレッサー６の吸気側の第一の２／２方向制御弁１２と排気側の第二の２／２方向制御弁１５を開くと、その結果コンプレッサー６が、空気室５からの空気を吸い込んで、それを圧力消費用配管１３と逆止め弁の組合せ２を介して空気ばね３，４に供給する。

不必要な乾いた圧縮空気を空気ばね３，４から空気室５に戻すためには、吸気側の第一の２／２方向制御弁１２、排気側の第二の２／２方向制御弁１５及びドレン弁１４を閉じるとともに、吸気側の第二の２／２方向制御弁１６と排気側の第一の２／２方向制御弁１１を開く。こうすることによって、空気ばね３，４からの空気は、逆止め弁の組合せ２、コンプレッサー６及び排気側の第一の２／２方向制御弁１１を介して空気室５に達する。空気室５からの不必要な乾いた圧縮空気によって乾燥機１０を再生させるために、吸気側の両方の２／２方向制御弁１２，１６及び排気側の第二の２／２方向制御弁１５を閉じるとともに、排気側の第一の２／２方向制御弁１１とドレン弁１４を開く。こうすることによって、空気室５からの空気が、充填方向とは逆に、圧力蓄積用配管８、絞られた絞り弁１０、空気乾燥機９、圧力消費用配管１６及びドレン弁１４を介して大気に送られる。

これらのすべての機能を保証するためには、空気供給設備において、空気量許容範囲内で、設計時に設定した車両荷重の状況に関して十分な圧縮空気量が存在することが必要である。

設計時に設定した圧縮空気量を下回って空気量許容範囲外となった場合、空気供給設備に必要な圧縮空気量を充填しなければならない。それに対して、設計時に設定した圧縮空気量を上回って空気量許容範囲外となった場合、一定の圧縮空気量を空気供給設備から排出する。両方の場合において、荷重のかかっている車両構造を許容される速度で持ち上げるか、或いは下降させることが実現される。

この閉じた空気供給設備での空気量を制御するための新しい方法を第一の実施例により示す。

この場合、先ずは、設計時の荷重において、空気室５及び空気ばね３，４の圧力の大きさが等しくなり、空気室５と空気ばね３，４を繋いだ場合に空気ばね３，４の移動が起こらないような空気供給設備の圧縮空気量を決める。

設計時に設定した状況における圧縮空気量許容範囲からの圧縮空気量の偏差を検出するために、吸気側と排気側のすべての２／２方向制御弁１１，１２，１５，１６を開く一方、ドレン弁１４を閉じたままとする。こうすることによって、空気ばね３，４と空気室５は、互いに接続されて、両方向への空気量の交換を起こすことができる。空気ばね３，４への荷重状況に従って、空気ばね３，４は、図２に示した通り標準的な高さ水準ＮＮ以下に縮まるか、図３に示した通り標準的な高さ水準ＮＮ以上に伸びるか、或いは変化しないままとなる。この場合、空気ばね３，４の移動方向は、第一にその時々の荷重状況が、設計時に設定した状況よりも大きいか、或いは小さいか、及び／又はその時々の圧縮空気量が、設計時に設定した状況に関して最適な圧縮空気量よりも小さいか、或いは大きいかに関する情報を与える。

縮んだ空気ばね３，４は、図２の通り、それに続いて直ちにコンプレッサー６を用いて再び標準的な高さ水準ＮＮに制御して持ち上げられ、その場合元に戻る行程ｓ₁ とそのために必要な時間ｔ₁ を測定する。それらから、平均的な制御して持ち上げる速度を計算して、空気供給設備の制御部に保存されている制御して持ち上げる目標速度と比較する。平均的な制御して持ち上げる速度が、空気量許容範囲の最小限の圧縮空気量に関する制御して持ち上げる速度よりも小さい場合、空気供給設備の圧縮空気量が小さすぎることとなる。２／２方向制御弁１１，１２，１４，１５，１６を相応に切り換えることによって、一定の時間に渡って、空気室への新鮮な空気の充填を行う。

伸びた空気ばね３，４は、図３の通り、それに続いて直ちに再び標準的な高さ水準ＮＮに制御して下降させられ、その場合元に戻る行程ｓ₂ とそのために必要な時間ｔ₂ を測定する。それらから、平均的な制御して下降させる速度を計算して、空気供給設備の制御部に保存されている制御して下降させる目標速度と比較する。平均的な制御して下降させる速度が、空気量許容範囲の最大限の圧縮空気量に関する制御して下降させる速度よりも大きい場合、空気供給設備の圧縮空気量が大きすぎることとなり、空気室５から一定の圧縮空気量を排出しなければならない。２／２方向制御弁１１と１４を相応に切り換えることによって、一定の時間に渡って、過剰な圧縮空気を乾燥機９を介して空気室５から排出する。こうすることによって、空気供給設備は、再び設計時に設定した状況に関する圧縮空気量許容範囲内の圧縮空気量を保有することとなる。

空気ばね３，４の水準位置が変化しないままである場合、荷重と圧縮空気量が設計時に設定した状況と一致している。

新しい方法にもとづく閉じた空気供給設備における空気量の制御は、第二の実施例でも実現可能である。

そのために、先ずは、経験的な手法により、空気室５内の異なる圧力において、無荷重、最大荷重及び設計時荷重での標準的な高さ水準ＮＮから予め決めた行程に渡って制御して持ち上げる速度を検出して、グラフに表す。そのようなグラフを図４に図示する。一定の許容される空気量の偏差により、許容される最小限の空気室の圧力ｐ_s,min と最大限の空気室の圧力ｐ_s,max が決まる。これらの限界圧力は、グラフに記入されている。

動作中の空気供給設備の圧縮空気量を制御するために、その時々の荷重状況において、予め決めた行程に渡っての一定の制御した持ち上げを行う。この場合、それに必要な時間を測定して、一定の行程とそれに必要な時間から、その時々の平均的な制御して持ち上げる速度を算出する。この制御して持ち上げる速度は、図４によるグラフを用いて、無荷重、設計時荷重及び最大荷重に関する三つの荷重特性曲線のすべてと比較される。

算出した制御して持ち上げる速度が、最大荷重と無荷重に関する荷重特性曲線内に有る場合、空気供給設備には十分な圧縮空気量が存在する。

それに対して、算出した制御して持ち上げる速度が、空気室の圧力ｐ_s,min において、最大荷重時の特性曲線を下回る場合、空気供給設備の圧縮空気量は低すぎることとなる。一定の時間に渡って、コンプレッサーと相応の２／２方向制御弁を作動させて、大気から空気室５に空気を充填する。

それと反対のことが成り立ち、算出した制御して持ち上げる速度が、空気室の圧力ｐ_s,max において、無荷重時の特性曲線を上回る場合、空気供給設備の圧縮空気量は高すぎることとなる。一定の時間に渡って、相応の２／２方向制御弁を作動させて、空気室５から周囲環境に空気を排出する。

こうすることによって、空気供給設備は、再び設計時に設定した状況に関する圧縮空気量許容範囲内に有る圧縮空気量を保有することとなる。

この新しい方法にもとづく閉じた空気供給設備における空気量の制御は、第三の実施例によっても実行することができる。この実施例は、空気室５の圧力が空気ばね３，４の圧力よりも低い場合に使用される。

先ずは、空気供給設備内において、閉じた制御空間を選定し、その空間には、コンプレッサー６のクランク室と空気乾燥機９が最も良く適している。この制御空間を一定の圧力水準に設定する。即ち、２／２方向制御弁１４を用いて、この制御空間を大気と繋げて、その結果制御空間内に大気圧に生じるようにするのが有利である。その次に、一定の時間に渡って、２／２方向制御弁１６を開いて、その結果圧力が平衡するまで、圧力の高い空気ばね３，４から圧力の低い制御空間に圧縮空気が流れるようにする。その後、車両軸が再びＮＮ初期位置に戻るまで、空気供給設備を再び制御して持ち上げる。この場合、空気ばね３，４の元に戻る行程とそれに必要な時間を測定する。この行程と測定時間から、平均的な制御して持ち上げる速度を算出する。シミュレーション又は測定から、荷重状況に応じて、特徴的な速度範囲ｖ_min ≦ｖ≦ｖ_max が得られる。

ここで、算出した制御して持ち上げる速度を、許容される持ち上げる速度と比較する。算出した制御して持ち上げる速度が、許容される制御して持ち上げる速度内ｖ_min ≦ｖ≦ｖ_max に有る場合、十分な圧縮空気量が存在する。

算出した制御して持ち上げる速度が、許容される制御して持ち上げる速度ｖ_min を下回る場合には、空気供給設備の圧縮空気量は少なすぎることとなる。一定の時間に渡って、コンプレッサー６と相応の２／２方向制御弁を作動させて、周囲環境からの空気を空気室５に充填する。それと反対のことが成り立ち、算出した制御して持ち上げる速度が、許容される制御して持ち上げる速度ｖ_max を上回る場合、空気供給設備の圧縮空気量は高すぎることとなる。一定の時間に渡って、再び相応の２／２方向制御弁を作動させて、空気室５から周囲環境に空気を排出する。

こうすることによって、空気供給設備は、再び設計時に設定した状況に関する圧縮空気量許容範囲内に有る圧縮空気量を保有することとなる。

閉じた空気供給設備の接続図 空気ばねを縮める場合の空気ばねの行程／時間挙動に関するグラフ 空気ばねを伸ばす場合の図２によるグラフ 空気室の圧力及び荷重状況に依存する制御して持ち上げる速度のグラフ

符号の説明

１ 駆動ユニット
２ 逆止め弁の組合せ
３ 空気ばね
４ 空気ばね
５ 空気室
６ コンプレッサー
７ 吸気弁
８ 圧力蓄積用配管
９ 空気乾燥機
１０ 絞り弁
１１ 排気側の第一の２／２方向制御弁
１２ 吸気側の第一の２／２方向制御弁
１３ 圧力消費用配管
１４ ドレン弁
１５ 排気側の第二の２／２方向制御弁
１６ 吸気側の第二の２／２方向制御弁

Claims (6)

1. シャーシ用の閉じた空気供給設備における空気量を制御する方法であって、
   空気供給設備の設計時に設定した状況に関して必要な圧縮空気量の不足又は過剰を検出して、一定の時間に渡って、空気供給設備を充填するか、或いは空気供給設備から排出する方法において、
   空気ばね（３，４）の一定の動きから、平均的な制御速度を算出して、最適な制御速度と比較し、この制御速度の比較から、圧縮空気量の不足又は過剰を決定することを特徴とする方法。
2. 当該の平均的な制御速度を算出するために、空気ばね（３，４）と空気室（５）の間において圧力の平衡を作り出し、その次に、その状態において縮んでいる、或いは伸びている空気ばね（３，４）を一定の高さ水準に制御して持ち上げるか、或いは下降させ、この制御して持ち上げる、或いは下降させるプロセスの間に元に戻る行程とそのために必要な時間を測定することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 当該の平均的な制御速度を算出するために、空気ばね（３，４）を一定の高さ水準に制御して持ち上げて、この制御して持ち上げるプロセスの間に必要な行程とそのために必要な時間を測定するとともに、当該の最適な制御速度を、最大荷重時の特性曲線、設計時荷重の特性曲線及び無荷重時の特性曲線から形成される制御速度範囲から構成し、その場合すべての特性曲線が、最小限の空気室の圧力ｐ_s,min と最大限の空気室の圧力ｐ_s,max によって限定されており、最大荷重時の特性曲線の最小限の空気室の圧力ｐ_s,min と無荷重時の特性曲線の最大限の空気室の圧力ｐ_s,max が比較の判定基準としての役割を果たすことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 当該の平均的な制御速度を算出するために、空気ばね（３，４）と閉じた制御空間の間において一定の圧力での圧力の平衡を作り出し、その次に、その状態において縮んでいる空気ばね（３，４）を一定の高さ水準に制御して持ち上げ、この制御して持ち上げるプロセスの間に元に戻る行程とそのために必要な時間を測定するとともに、当該の最適な制御速度を、荷重に依存してシミュレーションした、或いは測定した速度範囲ｖ_min ≦ｖ≦ｖ_max から取得し、最小限の制御して持ち上げる速度ｖ_min と最大限の制御して持ち上げる速度ｖ_max が比較の判定基準としての役割を果たすことを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 当該の閉じた制御空間として、コンプレッサー（６）のクランク室と空気乾燥機（９）を選定するとともに、制御空間内の圧力を大気と等しくすることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 空気ばね（３，４）を一定の高さ水準に制御して持ち上げる、或いは下降させるために、空気ばね（３，４）の行程を予め規定して、そのために必要な時間だけを測定するか、或いはその時間を予め規定して、空気ばね（３，４）の元に戻る行程だけを測定することを特徴とする請求項２から４までのいずれか一つに記載の方法。

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