JP2010241422A - アクティブサスペンションおよび適応性減衰構成 - Google Patents

アクティブサスペンションおよび適応性減衰構成 Download PDF

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Abstract

【課題】アクティブサスペンションおよび適応性減衰構成を提供する。
【解決手段】車両用サスペンションは、アクティブエアサスペンションシステムを適応性減衰システムと組み合わせて利用して、所望の乗り心地およびハンドリング出力を実現する。アクティブエアサスペンションおよび適応性減衰システムは、所望の出力を供給するために、互いに独立して動作することもできるし、または互いに連携して機能することもできる。
【選択図】図５

Description

本発明は、概略的には、適応性減衰と組み合わせて使用されるアクティブエアサスペンションシステムに関する。
エアサスペンションは空気ばねを利用して、例えば、乗り心地および車両性能などの出力特性を所望のものにする。１つの公知のアクティブエアサスペンションは、ピストンエアバッグが主エアバッグ用の転がり面を形成するように、ピストンエアバッグを囲んで取り付けられた主エアバックを含む空気ばねアセンブリを使用する。ピストンエアバッグの容積が変わることで、主エアバッグの有効ピストン面積が変わる。有効ピストン面積の比較的小さい変化により、空気ばねアセンブリのばね定数が変わる。ピストンエアバッグおよび主エアバッグ内の圧力は、補助的なタンクおよび関連するアクチュエータを必要とすることなくばね定数が無限に変化するように選択的に制御される。主エアバッグのより大きな容積に比較してピストンエアバッグの容積をより小さくすることで、圧力および容積を素速く変化させることができて、能動的なサスペンション制御が可能になる。
従来、アクティブエアサスペンションシステムでは、切り換え可能な空気ばね空間を通じてサスペンションのばね剛性を離散的に大きく変化させていた。上記の二重空気ばね構成を備えたアクティブエアサスペンションは、力およびばね定数調整装置である。
そのようなシステムの１つの課題は、スプリングアセンブリの固有周波数が能動制御中に変化することである。これらの変化する固有周波数に対処するために、改良した制御構成が必要である。
車両用サスペンションは、アクティブエアサスペンションシステムを適応性減衰システムと組み合わせて利用して、所望の乗り心地およびハンドリング出力を実現する。
一例では、アクティブエアサスペンションおよび適応性減衰システムは、互いに独立して動作する。制御装置は、アクティブエアサスペンションを制御するための制御信号を生成し、適応性減衰システムを制御するための別の制御信号を生成する。単一の制御装置を使用することもできるし、またはアクティブエアサスペンションおよび適応性減衰システムのそれぞれごとに、別の制御装置を使用することもできる。
別の例では、適応性減衰システムおよびアクティブエアサスペンションは、互いに連携して機能して、所望の出力を供給する。制御装置は、測定したまたは決定した適応性減衰システムの変化に応じて、アクティブエアサスペンションのばね特性を変えることができる。オプションとして、制御装置は、測定したまたは決定したアクティブエアサスペンションの変化に応じて、適応性減衰システムのダンパ特性を変えることができる。
別の例では、適応性減衰システムまたはアクティブエアサスペンションシステムの一方に特性の変化が生じた場合、制御装置は、適応性減衰システムおよびアクティブエアサスペンションの他方に通知信号を出す。次いで、適応性減衰システムまたはアクティブエアサスペンションは、通知信号に応じて、通知信号に関連付けられた所定のシステム特性に切り替わる。
本発明のこれらのおよび他の特徴は、下記の説明および図面から最も深く理解することができる。以下は簡単な説明である。
車両に搭載されたアクティブエアサスペンションの一例の概略側面図である。 図１のアクティブエアサスペンションで使用する空気ばねアセンブリの断面図である。 第１の位置にある空気ばねの断面図である。 第２の位置にある空気ばねの断面図である。 車両用の、空気ばねおよびダンパアセンブリを示す概略図である。
図１は、車両用のエアサスペンションシステム１０を示している。エアサスペンションシステム１０は通常、ブラケット１２、長手部材１４、空気ばねアセンブリ１６、ダンパ１８、および車軸アセンブリ２０を含む。エアサスペンションシステム１０は、（２２で概略的に示した）車両のフレームまたはシャーシに固定されている。長手部材１４は、例えば、サスペンションアームを含むことができ、車軸アセンブリ２０は、駆動車軸、非駆動車軸、トレーラ車軸などの任意のタイプの車軸を含むことができる。車軸アセンブリ２０は、横方向に離間したホイール（図示せず）間に延在する。当然のことながら、エアサスペンションシステム１０は、車軸の各横端部に長手部材１４、空気ばねアセンブリ１６、およびダンパ１８を含む。
図２を参照すると、空気ばねアセンブリ１６が断面で示されている。空気ばねアセンブリ１６は垂直中心軸Ａに沿って画定され、（概略的に示した）下側マウント２４、下側マウント２４に取り付けられたピストン構造体または支持体２６、ピストンエアバッグ２８、および主エアバッグ３０を含む。上側マウント３２は、主エアバッグ３０に取り付けられている。上側マウント３２および下側マウント２４は、長手部材１４とシャーシ２２との間で空気ばねアセンブリ１６用の取付具を形成している（図１を参照のこと）。
ピストン支持体２６は、軸Ａの周りに画定される円筒状部材である。ピストン支持体２６は、下側マウント２４で、例えば、ストラット、ショックアブソーバ、ダンパ、または他の同様の機構などの多数の異なる構造体に取り付けることができる。一例では、ピストン支持体２６は、溶接Ｗで下側マウント２４に取り付けられるが、他の取付方法を使用することもできる。ピストン支持体２６および下側マウント２４は、比較的剛性の高い部品である。
ピストンエアバッグ２８は可撓性の弾性部材であり、第１のバンド３６および第２のバンド３８によってピストン支持体２６に取り付けられている。第１のバンド３６は、ピストン支持体２６の下側端部に固定され、第２のバンド２８は、ピストン支持体２６の上側すなわち反対側の端部に固定されている。バンドが示されているが、当然のことながら、他の取付構造体および／または方法を使用して、ピストンエアバッグ２８をピストン支持体２６に固定することもできる。ピストンエアバッグ２８は、バンド３６、３８間およびピストンエアバッグ２８の内側面とピストン支持体２６の外側面との間で垂直方向に囲まれる第１の空間Ｖ１を画定する。
主エアバッグ３０は、第３のバンド４２によってピストンエアバッグ２８に取り付けられ、第３のバンド４２は、主エアバッグを第２のバンド２８と第３のバンド４２との間に配置した形で、第２のバンド３８に対して半径方向外側に離れて配置されている。言い換えると、主エアバッグ３０は、第３のバンド４２と第２のバンド３８との間に挟まれている。主エアバッグ３０は、第２の空間Ｖ２を画定する。当然のことながら、２つの空間Ｖ１、Ｖ２が図示した実施形態で開示されているが、必要に応じて、ばねアセンブリ１６内でさらなる空間を利用することもできる。さらに、これらの空間のいずれかを選択的に分割して、空間をさらに細かく変化させることができる。
（図２に概略的に示した）給気システム４０は、（概略的に示した）制御装置４６に呼応して、第１の供給管４４ａおよび第２の供給管４４ｂを通じて、それぞれ空間Ｖ１、Ｖ２に別々に空気を送る。制御装置４６は、能動サスペンション制御法を実施するサスペンション制御装置である。ピストン支持体２６を貫通するポート４８は、第１の空間Ｖ１に給気する。
ピストンエアバッグ２８は、主エアバッグ３０の反転用ピストン面として働く。言い換えると、主エアバッグ３０は、ピストンエアバッグ２８の容積が可変であることでもたらされる直径可変性を有するピストンアセンブリ上で、丸い転がり突出部Ｌを形成する。空気ばねアセンブリ１６には道路負荷入力がかかるので、主エアバッグ３０の丸い突出部Ｌは、ピストンエアバッグ２８の外側面に沿って動く。ピストンエアバッグ２８内の空間Ｖ１または圧力Ｐ１を変えることにより、ピストンエアバッグ２８の外径が変わる。ピストンエアバッグ２８の空間Ｖ１の変化により、主エアバッグ３０の有効ピストン面積が変わる。また、当然のことながら、主エアバッグ３０はピストンエアバッグ２８に圧力Ｐ２を加えて、平衡がとれた直径になるまでピストンエアバッグ２８の外径を縮めようとする。したがって、圧力Ｐ１の変化により、ピストンエアバッグ２８の半径方向のばね定数が変化し、主エアバックのばね定数に影響を及ぼす平衡状態の直径も変化する。
図３を参照すると、空間Ｖ１内の空気圧を上げることで、ピストンエアバッグ２８の直径が大きくなって、ばね定数および車高がより高くなる。すなわち、空間Ｖ１により、反転用ピストンが効果的により大きくなると、ピストンエアバッグ２８の直径が増大して、エアバッグアセンブリ１６が伸長する。空間Ｖ１がそれぞれ縮小するときにピストンエアバッグ２８内の圧力が下げられる場合、逆の結果が得られる（図４）。これにより、車高およびばね定数が低くなる。
反転面の直径が選択的に修正されると、空間Ｖ１の比較的小さな変化で、主エアバッグ３０のばね定数が変わる。空間Ｖ２内の圧力が維持される場合、空間Ｖ１内の圧力の変化により、ばね定数の変化と車高の変化が連動して起こる。あるいは、２つの空間Ｖ１、Ｖ２の容積を同時に変化させることで、圧縮率と反発度とを切り離すことができる。
空間Ｖ１、Ｖ２内の圧力を選択的に制御することによって、補助タンクおよび関連するアクチュエータなしに、ばね定数を無限に変化させることが可能である。空間Ｖ２と比べて空間Ｖ１の容積を相対的により小さくすることで、圧力および容積を素速く変化させることができ、それによって、能動的なサスペンション制御が可能になる。
図５に示す例では、各空気ばねアセンブリ１６は、１つのダンパ５０に連結されている。一例では、ダンパ５０は、電気制御式ショックアブソーバを含む。ダンパ５０の外側構造体は、空気ばねアセンブリ１６の下側マウント２４に取り付けられている。図５に示す車両５２の各ホイール、すなわちコーナに連結される、１つの空気ばねおよびダンパ結合体がある。
本車両用サスペンションは、アクティブエアサスペンションシステムを適応性減衰システムと組み合わせて使用して、所望の乗り心地およびハンドリング出力を実現する。一例では、アクティブエアサスペンションおよび適応性減衰システムは、６０、６２に示すように、互いに独立して動作する。制御装置４６は、アクティブエアサスペンションを制御するための制御信号６０を生成し、適応性減衰システムを制御するための別の制御信号６２を生成する。制御装置４６は単一の制御装置とすることができるし、またはアクティブエアサスペンションおよび適応性減衰システムのそれぞれごとに、別の制御装置を使用することもできる。
別の例では、適応性減衰システムおよびアクティブエアサスペンションは互いに連携して機能し、すなわち、互いに完全に一体となり、６４で示すように、所望の出力を供給する。制御装置４６は、測定したまたは決定した適応性減衰システムの変化に応じて、アクティブエアサスペンションのばね特性を変えることができる。オプションとして、制御装置４６は、測定したまたは決定したアクティブエアサスペンションの変化に応じて、適応性減衰システムのダンパ特性を変えることができる。
別の例では、適応性減衰システムまたはアクティブエアサスペンションシステムの一方に特性の変化が生じた場合、制御装置は、適応性減衰システムおよびアクティブエアサスペンションの他方に通知信号７０を出す。次いで、適応性減衰システムまたはアクティブエアサスペンションは、通知信号７０に応じて、通知信号に関連付けられた所定のシステム特性に切り替わる。
一例では、制御装置４６は、力およびばね定数可変の二重空気ばね構成をダンパ５０の適応性減衰と組み合わせて使用して、各空気ばねアセンブリの減衰係数を一定に維持する。
減衰係数は、ばね剛性に質量を乗じたものの平方根の２倍として定義される。
Figure 2010241422
 Ｃ−減衰係数
Ｋ−ばね剛性
Ｍ−ばね部以外の質量
アクティブエアサスペンションシステムでは、下記の公式に基づいてｋが変化する。
Figure 2010241422
 Ｋ＝ばね剛性
Figure 2010241422
 Ａｅ＝有効ピストン面積
Ｐｏ＝大気圧
Ｖ＝主ばね内の空気の体積
Ｐｇ＝ゲージ圧
Ｚ＝変位または高さ
適応性減衰システムに対して、制御装置４６は、サスペンションの速度状態、車両のロ−ル／ピッチ／ヒーブの速度状態、および／または能動的な空気ばね剛性変化に基づいて減衰係数を修正することができる。
一構成例では、車両の動作時に、制御装置４６は、ピストンエアバッグ２８および主エアバッグ３０のそれぞれに流出入する空気流を制御することにより、各空気ばねアセンブリ１６のばね力およびばね定数を能動的に制御し、これらを変える。これは、結果としてばね剛性を変える。それに応じて、制御装置４６は、減衰係数を能動的に変えるための制御信号を生成してばね剛性の変化に対処する。
例えば、制御装置４６は、ばね剛性の変動によって生じ得る所望しないホイールおよびボディの振動を減衰させるのに必要な実時間所要力を決定することで減衰係数を変える。各種センサを使用して振動を直接または半ば直接測定することができる。さらに、ばね剛性を間接的に決定することができる。主エアバッグおよびピストンエアバッグ内の圧力は、制御装置４６によって監視される既知の変量である。これらの圧力に基づき、制御装置４６は参照テーブルにアクセスしてばね剛性を決定する。
一例では、制御装置４６は、特定のばね特性が変化したと判断するたびに、相応して減衰係数を変えるための電気制御信号を生成する。オプションとして、制御装置４６は、減衰係数の変化に応じてばね剛性を変え、これを調整することもできる。
一体となっていない制御システムでは、アクティブエアサスペンションシステムおよび適応性減衰システムは、互いに独立して動作する。適応性減衰システムは、ばね定数の変化を認識することなく、サスペンション速度を吸収するように制御される。さらに、アクティブエアサスペンションシステムは、適応性減衰システム内の変化を認識することなく、所望のばね特性をもつように制御される。
本発明の好ましい実施形態が開示されたが、当業者ならば、特定の修正が本発明の範囲に包含されると分かるであろう。こうした理由から、本発明の真の範囲および内容を明らかにするために、添付の特許請求の範囲が検討されるべきである。
１０ エアサスペンションシステム
１２ ブラケット
１４ 長手部材
１６ 空気ばねアセンブリ
１８ ダンパ
２０ 車軸アセンブリ
２２ 車両フレーム
２４ 下側マウント
２６ ピストン支持体
２８ ピストンエアバッグ
３０ 主エアバッグ
３２ 上側マウント
３６ 第１のバンド
３８ 第２のバンド
４２ 第３のバンド
４０ 給気システム
４４ａ 第１の供給管
４４ｂ 第２の供給管
４６ 制御装置
４８ ポート
５０ ダンパ
５２ 車両
６０ 制御信号
６２ 制御信号
６４ 出力信号
７０ 通知信号
Ａ 垂直中心軸
Ｌ 丸い転がり突出部
Ｖ１ 第１の空間
Ｖ２ 第２の空間
Ｐ１ 圧力
Ｐ２ 圧力
Ｗ 溶接

Claims (17)

  1. アクティブエアサスペンションと、
    前記アクティブエアサスペンションとともに機能して、所望する車両の乗り心地およびハンドリング出力をもたらす適応性減衰システムと、
    を含む車両用サスペンション。
  2. 前記アクティブエアサスペンションは、ピストンエアバッグと、前記ピストンエアバッグを囲んで取り付けられた主エアバッグとを有する少なくとも１つの空気ばねアセンブリを含み、前記少なくとも１つの空気ばねアセンブリはばね特性を有し、前記適応性減衰システムは、前記少なくとも１つの空気ばねアセンブリに連結された少なくとも１つのダンパを含み、前記少なくとも１つのダンパは減衰特性を有する、請求項１に記載の車両用サスペンション。
  3. 前記減衰特性および前記ばね特性の少なくとも一方を能動的に変えるための電気制御信号を生成する制御装置を含む、請求項２に記載の車両用サスペンション。
  4. 前記減衰特性には減衰係数が含まれ、前記ばね特性にはばね剛性が含まれ、前記制御装置は、前記ばね剛性の変動によって生じた所望しない振動を減衰させるのに必要な力を決定することで前記減衰係数を変える、請求項３に記載の車両用サスペンション。
  5. 前記制御装置は、ホイールおよびボディの振動を測定及び監視することで所望しない振動を特定し、前記制御装置は、前記ピストンエアバッグおよび主エアバッグ内の既知の圧力と、ばね剛性を圧力レベルと関連付ける参照テーブルとに基づいて、変化するばね剛性を間接的に決定する、請求項４に記載の車両用サスペンション。
  6. 前記減衰特性には減衰係数が含まれ、前記ばね特性にはばね剛性が含まれ、前記制御装置は、所望の減衰係数を維持するために前記ばね剛性を変える、請求項３に記載の車両用サスペンション。
  7. 前記アクティブエアサスペンションおよび前記適応性減衰システムは互いに独立して動作する、請求項３に記載の車両用サスペンション。
  8. 前記制御装置は、前記ばね特性を変えるための１つの電気制御信号セットと、前記減衰特性を変えるための別の電気制御信号セットとを送出する、請求項７に記載の車両用サスペンション。
  9. 前記制御装置は、前記ばね特性の変化に応じて、前記適応性減衰システムに送られる通知信号を生成し、前記適応性減衰システムは、前記通知信号に応じて、所定の異なるゲインスケジュールに切り替わる、請求項３に記載の車両用サスペンション。
  10. 前記少なくとも１つのダンパは、電気制御式ショックアブソーバを含む、請求項３に記載の車両用サスペンション。
  11. 前記少なくとも１つのダンパは、前記少なくとも１つの空気ばねアセンブリと概ね同心である、請求項３に記載の車両用サスペンション。
  12. 車両用サスペンションを制御する方法であって、
    （ａ）ピストンエアバッグと、前記ピストンエアバッグを囲んで取り付けられた主エアバッグとを備え、ばね特性を有する少なくとも１つの空気ばねアセンブリを含むアクティブエアサスペンションを提供するステップと、
    （ｂ）前記少なくとも１つの空気ばねアセンブリに連結された少なくとも１つのダンパを備え、減衰特性を有する適応性減衰システムを、前記アクティブエアサスペンションと連携させるステップと、
    （ｃ）所望する車両の乗り心地およびハンドリング出力をもたらすために、前記減衰特性およびばね特性の少なくとも一方を能動的に変えるための電気制御信号を生成するステップと、
    を含む方法。
  13. 前記減衰特性には減衰係数が含まれ、前記ばね特性にはばね剛性が含まれ、前記ばね剛性の変動によって発生した所望しない振動を減衰させるのに必要な力を決定することで、前記減衰係数を変えることを含む、請求項１２に記載の方法。
  14. ホイールおよびボディの振動を測定及び監視することで所望しない振動を特定し、前記ピストンエアバッグおよび主エアバッグ内の既知の圧力と、ばね剛性を圧力レベルと関連付ける参照テーブルとに基づいて、変化するばね剛性を間接的に決定することを含む、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記減衰特性には減衰係数が含まれ、前記ばね特性にはばね剛性が含まれ、所望の減衰係数を維持するために前記ばね剛性を変えることを含む、請求項１２に記載の方法。
  16. 前記アクティブエアサスペンションおよび前記適応性減衰システムを互いに独立して動作させることを含む、請求項１２に記載の方法。
  17. 前記ばね特性の変化に応じて、前記適応性減衰システムに送られる通知信号を生成すること、及び、前記通知信号に応じて、前記適応性減衰システムを所定の異なるゲインスケジュールに切り替えることを含む、請求項１２に記載の方法。
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