JP2015080948A - エアサスペンション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従前の空気ばね装置に装着される電磁切換弁を必要とすることなく、小型の切換弁で迅速にばね定数を切り換え得るエアサスペンション装置を提供する。【解決手段】空気ばね装置５に、容積不変部ＮＣ及び容積変動部ＶＣ間を開閉してばね定数を切り換える空気圧駆動の切換弁７を装着する。そして、空気ばね装置に供給する空気を圧縮して吐出する空気圧供給源３と、この吐出側を切換弁の各々に連通接続する空気圧流路４と、この空気圧流路を開閉する駆動電磁開閉弁８を備え、制御装置９によって駆動電磁開閉弁の開閉制御を行うと共に空気圧供給源の駆動制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、エアサスペンション装置に関し、特に、車両の各車輪に装着し空気室を有する空気ばね装置を備え、該空気ばね装置のばね定数を切り換えるエアサスペンション装置に係る。

上記のエアサスペンション装置に関連し、例えば下記の特許文献１には「大きい空気貯蔵容器や長い導管の配管を必要とせず、従って搭載スペース上の制約を受けることなく容易に且能率よく車輌に組付けることができると共に、車輌の重量や空気給排時の圧損を低減し、各エアスプリング装置に対する空気の給排効率を実質的に同一にすることができるようにすること」を目的とし（特許文献１の段落〔０００６〕に記載）、「空気貯蔵室を郭定すると共にローリングダイヤフラムと共働してエアスプリング室を郭定する支持部材を含むエアスプリング装置と、少くとも前記空気貯蔵室内の空気を前記エアスプリング室に対し送給するコンプレッサとを有し、各輪に対応して設けられたエアサスペンション装置」が提案されている（同段落〔０００７に記載〕）。そして、「前記コンプレッサと前記空気貯蔵室及び前記エアスプリング室との間には前記コンプレッサによる空気の送給方向を切換える切換弁が設けられる」旨記載されている（同段落〔０００９〕に記載）。

上記切換弁は、例えばソレノイド駆動式のスプール弁で、上記支持部材の外側に取り付けられ、これにピエゾアクチュエータが取り付けられている（同段落〔００２６〕に記載）。また、上記切換弁に関連し、下記の特許文献２の第３図及び第４図には電磁ソレノイド弁が開示され、下記の特許文献３の図９には圧力平衡式電磁弁が開示されているが、何れも空気ばね装置のハウジング内に収容されている。

特開平７−１６７１８９号公報 実公平８−６５７３号公報 独国ＤＥ１００２５７５３号公報

上記特許文献１乃至３に記載のエアサスペンション装置に搭載される空気ばね装置においては、何れも電磁切換弁が装着され、大型且つ重量増となるので、搭載スペースの確保とコストアップ対策が要求される。尚、上記特許文献１に記載の空気ばね装置には、更にピエゾアクチュエータが装着されるので、一層大型となる。

そこで、本発明は、車両の各車輪に装着し空気室を有する空気ばね装置を備え、該空気ばね装置のばね定数を切り換えるエアサスペンション装置において、従前の空気ばね装置に装着される電磁切換弁を必要とすることなく、小型の切換弁で迅速にばね定数を切り換え得るエアサスペンション装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、車両の各車輪に装着し空気室を有する空気ばね装置を備え、該空気ばね装置のばね定数を切り換えるエアサスペンション装置において、前記空気ばね装置の各空気室が容積不変部及び容積変動部を有し、前記空気ばね装置に装着され、前記各空気室の容積不変部及び容積変動部間を開閉して前記ばね定数を切り換える空気圧駆動の切換弁と、前記空気ばね装置に供給する空気を圧縮して吐出する空気圧供給源と、該空気圧供給源の吐出側を前記切換弁の各々に連通接続する空気圧流路と、該空気圧流路を開閉する駆動電磁開閉弁と、該駆動電磁開閉弁の開閉制御を行うと共に前記空気圧供給源の駆動制御を行う制御装置とを備えることとしたものである。

上記のエアサスペンション装置において、前記空気圧流路に介装し前記空気圧流路内の空気圧を検出する圧力センサを備え、該圧力センサの検出結果に応じて前記制御装置が前記駆動電磁開閉弁を開閉制御するように構成するとよい。

また、上記のエアサスペンション装置において、前記切換弁は、開口座部を有する第１のケースと、前記開口座部に着座する底部を有するカップ状のピストンと、該ピストンのスカート部を囲繞し当該ピストンを気密的摺動自在に支持する環状凹部を有すると共に、当該ピストン内と連通する開口部を有し、前記ピストンの底部を介して反対側で前記開口座部に連通する連通路を形成するように前記第１のケースに接合する第２のケースとを備え、前記連通路を前記容積不変部及び前記容積変動部の一方に連通すると共に前記開口座部を前記容積不変部及び前記容積変動部の他方に連通し、前記ピストンの前記開口座部に対する離座及び着座に応じて前記容積不変部及び容積変動部間を開閉するように構成するとよい。更に、前記ピストンの底部を前記開口座部から離座する方向に付勢する付勢部材を備えたものとするとよい。前記付勢部材としては、前記ピストンと前記第１のケースとの間に介装する圧縮コイルばねを用いるとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明のエアサスペンション装置においては、空気ばね装置の各空気室が容積不変部及び容積変動部を有し、空気ばね装置に装着され、各空気室の容積不変部及び容積変動部間を開閉してばね定数を切り換える空気圧駆動の切換弁と、空気ばね装置に供給する空気を圧縮して吐出する空気圧供給源と、該空気圧供給源の吐出側を切換弁の各々に連通接続する空気圧流路と、該空気圧流路を開閉する駆動電磁開閉弁の開閉制御を行うと共に空気圧供給源の駆動制御を行い、各車輪に装着した空気ばね装置を制御する制御装置とを備えているので、空気ばね装置に装着される小型の切換弁で迅速にばね定数を切り換えることができる。特に、空気圧駆動の切換弁は電磁駆動部がなく小型に形成することができ、上記の駆動電磁開閉弁は空気ばね装置から離隔した位置に配置することができるので、従前の空気ばね装置の各々に装着される大型の電磁弁を必要とせず、空気ばね装置全体としての小型軽量化が可能であり、車両への搭載スペースも低減される。また、駆動電磁開閉弁は空気圧流路に一個設けるだけでよく、各空気ばね装置に電磁弁を設ける必要はないので安価な装置とすることができる。

上記のエアサスペンション装置において、空気圧流路に介装した圧力センサの検出結果に応じて駆動電磁開閉弁を開閉制御するように構成すれば、空気ばね装置から離隔した位置に駆動電磁開閉弁を配置することができ、これによって切換弁を適切に開閉することができるので、簡単且つ安価な装置とすることができる。

また、上記のエアサスペンション装置において、上記の切換弁は、開口座部を有する第１のケースと、開口座部に着座する底部を有するカップ状のピストンと、該ピストンのスカート部を囲繞し当該ピストンを気密的摺動自在に支持する環状凹部を有すると共に、当該ピストン内と連通する開口部を有し、ピストンの底部を介して反対側で開口座部に連通する連通路を形成するように第１のケースに接合する第２のケースとを備えたものとし、連通路を容積不変部及び容積変動部の一方に連通すると共に開口座部を容積不変部及び容積変動部の他方に連通し、開口座部に対するピストンの離座及び着座に応じて容積不変部及び容積変動部間を開閉するように構成すれば、切換弁に対する軸方向の小型化が可能となるので、空気ばね装置全体として一層の小型軽量化が可能となる。更に、ピストンの底部を開口座部から離座する方向に付勢する付勢部材を備えたものとすれば、常開状態を確保することができ、付勢部材を圧縮コイルばねで構成すれば、組付容易で安価な装置とすることができる。

本発明の一実施形態に係るエアサスペンション装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に供する空気ばね装置の標準車高状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に供する空気ばね装置のフルバウンド状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に供する切換弁の正面図である。 本発明の一実施形態に供する切換弁の平面図である。 図５のＡ−Ａ線断面を示し、開位置の切換弁の状態を示す断面図である。 図５のＡ−Ａ線断面を示し、閉位置の切換弁の状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に供する切換弁の他の態様を示す断面図である。 本発明の一実施形態に供する切換弁の更に他の態様を示す断面図である。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。本発明の一実施形態に係るエアサスペンション装置の全体構成を図１に示す。本実施形態のエアサスペンション装置は、車両の四つの車輪（右側前輪をＦＲ、左側前輪をＦＬ、右側後輪をＲＲ、左側後輪をＲＬで示し、図１では各車輪の支持部のみを表す）に夫々、空気室ＡＣを有する空気ばね装置（代表して５で表す）が配設されている。各空気室ＡＣは容積不変部ＮＣ及び容積変動部ＶＣを有し、両者間には切換弁７が配設されており、後述するように、容積不変部ＮＣと容積変動部ＶＣとの間を開閉してばね定数を切り換えるように構成されている。

そして、各空気ばね装置５の各容積不変部ＮＣは給排流路２によって空気圧供給源３に連通接続されており、給排流路２には、夫々各容積不変部ＮＣへの空気の給排を制御する各輪電磁開閉弁（代表して６で表す）が介装されている。また、各切換弁７が空気圧供給源３の吐出側に連通接続される空気圧流路４には、駆動電磁開閉弁８が介装されている。本実施形態においては、図１に示すように、駆動電磁開閉弁８並びに各輪電磁開閉弁６は常閉の電磁開閉弁であり、排気電磁弁３４も常閉の電磁開閉弁であるが、排気電磁弁３４の閉位置ではリリーフ弁が構成されている。尚、空気圧供給源３は、モータ３１によってコンプレッサ３２が駆動されると、加圧（圧縮）空気が吐出され、ドライヤ３３を介して空気ばね装置５に供給されるように構成されている。また、ドライヤ３３の構成は一般的なドライヤと同様、容器内に可逆性乾燥剤（図示せず）が収容されており、コンプレッサ３２によって吸い込まれた空気内に含有する水分が乾燥剤に吸着され、乾燥した空気がドライヤ３３を介して排気電磁弁３４から外部に放出されるときに乾燥剤が再生されるように構成されている。

本実施形態の空気ばね装置５は、図２に示すように構成されている。即ち、ショックアブソーバ５０の外筒に底部が接合されるカップ状の内筒５１の開口部と、車体（図示せず）に固定されるカップ状の外筒５２の開口部に、ダイアフラム５３の両開口端が緊締部材（代表してＴＢで表す）によって固定されている。外筒５２内は隔壁５４によって分割され、ショックアブソーバ５０のロッド５０ａの上端部が弾性支持部材５７を介して外筒５２の底部に支持されている。而して、外筒５２及び隔壁５４に囲繞された空間が容積不変部ＮＣとされ、内筒５１、外筒５２、ダイアフラム５３及び隔壁５４に囲繞された空間が容積変動部ＶＣとされる。尚、内筒５１にはバンプストッパ５８が設けられており、フルバウンド時にはショックアブソーバ５０の外筒の上端がバンプストッパ５８に当接し、図３に示す状態となる。そして、上記の隔壁５４に切換弁７が配設され、容積不変部ＮＣと容積変動部ＶＣとの間が連通又は遮断されるように構成されている。

本実施形態の切換弁７は、図４乃至図６に示すように、第１のケース７１と第２のケース７２が接合されて成るハウジング内に、ピストン７３が内蔵されている。第１のケース７１は開口座部７１ａと開口部７１ｂを有する筒体で、外側にフランジ部７１ｃが設けられている。第２のケース７２は、カップ状のピストン７３のスカート部７３ａを囲繞しピストン７３を気密的摺動自在に支持する環状凹部７２ａを有すると共に、ピストン７３内と連通する開口部７２ｂを有する筒体で、その外側に設けられたフランジ部７２ｃが第１のケース７１のフランジ部７１ｃに接合されると、開口座部７１ａに連通する連通路７４が形成される。そして、ピストン７３は、その底部７３ｂが開口座部７１ａに着座し得るように配置されている。更に、ピストン７３と第１のケース７１との間には付勢部材として圧縮コイルばね７５が介装されており、この圧縮コイルばね７５によってピストン７３の底部７３ｂが開口座部７１ａから離座する方向に付勢されている。尚、ＯＲはシール部材のＯリングを示す。

上記切換弁７の第１のケース７１が、図２に示す空気ばね装置５の隔壁５４の開口支持部５４ａに固定されると、連通路７４が容積不変部ＮＣに連通すると共に、開口部７１ｂが容積変動部ＶＣに連通する状態で切換弁７が隔壁５４に保持される。あるいは、連通路７４が容積変動部ＶＣに連通すると共に、開口部７１ｂが容積不変部ＮＣに連通する状態で切換弁７が隔壁５４に保持される構成としてもよい。而して、開口座部７１ａに対するピストン７３の底部７３ｂの離座又は着座に応じて容積不変部ＮＣ及び容積変動部ＶＣ間が開閉（連通又は遮断）される。尚、図６は連通状態の切換弁７を示し、白抜矢印は容積不変部ＮＣと容積変動部ＶＣとの間の空気の流れを示す。

上記の駆動電磁開閉弁８、各輪電磁開閉弁６並びに排気電磁弁３４は、後述するように制御装置９によって切換制御されると共に、制御装置９によって空気圧供給源３（モータ３１）が駆動制御され、各車輪の空気ばね装置５が制御される。本実施形態の制御装置９は、マイクロコンピュータ（図示せず）によって構成され、ＲＯＭ（図示せず）が各種制御に対応したプログラムを記憶し、ＣＰＵ（図示せず）にて当該プログラムを実行し、ＲＡＭ（図示せず）が当該プログラムの実行に必要な変数データを一時的に記憶する電子制御ユニットＥＣＵを有し、空気ばね装置５のばね定数を切り換えるマニュアルスイッチＳＷ等の検出信号及び圧力センサＰの検出信号に応じて、駆動電磁開閉弁８が切換制御されると共に、空気圧供給源３及び排気電磁弁３４の駆動制御が行なわれる。また、例えば車両の乗員（運転者を含む。以下同様）による車高減少（降下）指令及び車高増加（上昇）指令を行うための車高センサＨＳの検出信号に応じて、各輪電磁開閉弁６が切換制御されると共に、空気圧供給源３及び排気電磁弁３４の駆動制御が行なわれる。

上記の構成になるエアサスペンション装置における空気ばね装置５のばね定数の切換作動を説明すると、常態では駆動電磁開閉弁８並びに各輪電磁開閉弁６は閉位置にあり、コンプレッサ３２は非作動状態（停止状態）に維持されている。このとき、空気圧流路４内に残存圧力がなければ切換弁７は図６に示す開位置にあり、容積不変部ＮＣと容積変動部ＶＣとの間が連通している。この状態で、例えばマニュアルスイッチＳＷの操作に応じて電子制御ユニットＥＣＵにてばね定数を大とする（硬くする）指令が検出されると、コンプレッサ３２が駆動されると共に、駆動電磁開閉弁８が開位置とされ、コンプレッサ３２から吐出される圧縮空気が切換弁７に供給される。即ち、第２のケース７２の開口部７２ｂを介してピストン７３内に圧縮空気が供給され、ピストン７３は圧縮コイルばね７５の付勢力に抗して図６の下方に移動し、図７に示すようにピストン７３の底部７３ｂが開口座部７１ａに着座する。これにより、連通路７４が閉塞され、容積不変部ＮＣと容積変動部ＶＣとの間の連通が遮断され、ばね定数は、有効受圧面積の二乗、空気圧及びポリトロープ指数の積が容積変動部ＶＣのみの容積によって除算される値となるので、容積不変部ＮＣ及び容積変動部ＶＣの合計容積によって除算される値に比し、相対的に大となる（硬くなる）。

一方、空気ばね装置５のばね定数を小とする（柔らかくする）指令が検出されると、コンプレッサ３２が停止され、排気電磁弁３４が開位置とされると共に駆動電磁開閉弁８が開位置とされ、切換弁７のピストン７３内の圧縮空気が排気電磁弁３４を介して外部（大気）に排出される。そして、圧力センサＰの検出値が大気圧近傍になると駆動電磁開閉弁８及び排気電磁弁３４は閉位置に戻される。この結果、ピストン７３は圧縮コイルばね７５の付勢力によって図６の状態に戻され、ピストン７３の底部７３ｂが開口座部７１ａから離座する。これにより、容積不変部ＮＣと容積変動部ＶＣとの間が連通し、ばね定数は上記の積が容積不変部ＮＣ及び容積変動部ＶＣの合計容積によって除算される値となるので、容積変動部ＶＣのみによって除算される値に比し、相対的に小となる（柔らかくなる）。

而して、本実施形態においては、空気ばね装置５内に小型の切換弁７が収容されており、これによってばね定数を迅速に切り換えることができる。特に、上記の駆動電磁開閉弁８は、空気圧駆動の切換弁７とは別に、空気ばね装置５から離隔した位置に配置することができ、従前の空気ばね装置の各々に装着される大型の電磁弁を必要としないので、空気ばね装置全体としての小型軽量化が可能であり、車両への搭載スペースも低減される。また、空気圧流路４に介装された圧力センサＰの検出結果に応じて一個の駆動電磁開閉弁８を開閉制御するように構成されているので、簡単且つ安価な装置とすることができる。

尚、上記のエアサスペンション装置による車高調整作動を説明すると、常態では各輪電磁開閉弁６は閉位置にあり、コンプレッサ３２は非作動状態（停止状態）に維持されている。この状態（車両も停止状態）で、乗降性向上や荷役作業性向上のための車高調整時に、車高センサＨＳの検出信号等に応じて、電子制御ユニットＥＣＵにて車高増加（上昇）指令が検出されると、コンプレッサ３２が駆動されると共に、各輪電磁開閉弁６が開位置とされ、コンプレッサ３２から吐出される圧縮空気がドライヤ３３を介して各空気室ＡＣ内に供給され、各容積変動部ＶＣの容量が拡張して車高が増加（上昇）する。そして、目標の車高値に到達すると、各輪電磁開閉弁６が閉位置とされると共に、コンプレッサ３２が停止される。

一方、車高減少（降下）指令が検出されると、コンプレッサ３２が停止され、排気電磁弁３４が開位置とされると共に各輪電磁開閉弁６が開位置とされ、各空気室ＡＣ内の乾燥した圧縮空気がドライヤ３３を通過することになり、ドライヤ３３内の乾燥剤に含有する水分が排出空気と共に、排気電磁弁３４を介して外部（大気）に排出される。この結果、ドライヤ４内の乾燥剤が再生されると共に、各容積変動部ＶＣの容量が縮小して車高が減少（降下）する。そして、目標の車高値に到達すると、各輪電磁開閉弁６が閉位置とされると共に、コンプレッサ３２が停止される。

上記の実施形態に供される切換弁７においては、圧縮コイルばね７５は必須ではなく、切換弁７を図８に示すように構成することができる。即ち、ピストン７３に付与される圧力関係に鑑みると、常時はピストン７３の底部７３ｂの上下に付与される圧力差によって図８に示す開位置となり、容積不変部ＮＣと容積変動部ＶＣとの間が連通している。この状態でコンプレッサ３２から吐出される圧縮空気が切換弁７に供給されると、第２のケース７２の開口部７２ｂを介してピストン７３内に圧縮空気が供給され、ピストン７３の底部７３ｂが開口座部７１ａに着座する。そして、圧力センサＰの検出値が大気圧近傍になって駆動電磁開閉弁８及び排気電磁弁３４が閉位置に戻されると、ピストン７３の底部７３ｂの上下に付与される圧力差によって図８の状態に戻され、ピストン７３の底部７３ｂが開口座部７１ａから離座した状態となる。尚、エアサスペンション装置の態様によっては、図６に示す圧縮コイルばね７５がピストン７３に対して図６とは逆方向に配置される切換弁も用いられる。即ち、図示は省略するが、図６におけるピストン７３と第２のケース７１との間に圧縮コイルばね７５が介装され、この圧縮コイルばね７５によってピストン７３の底部７３ｂが開口座部７１ａに着座する方向に付勢されるように構成するものである。

図９は空気圧駆動の切換弁の更に他の態様を示すもので、切換弁７００は、第１のケース７１０と第２のケース７２０が接合されて成るハウジング内に、弁体７３０が内蔵されている。更に、弁体７３０と第１のケース７１０との間には圧縮コイルばね７５０が介装されている。而して、圧縮コイルばね７５０の付勢力によって弁体７３０が開口座部７１０ａから離座する方向に付勢され、常時は開口７１０ｂと連通路７４０が連通するように構成されている。尚、図９の各部材の番号は、夫々に対応する図６の部材の番号末尾に０を追加したものであるが、弁体７３０はピストン７３とは相違しており、第２のケース７２０には環状凹部７２ａ及び開口部７２ｂに対応する部分は存在しない。而して、切換弁７００は、前述の切換弁７に比し軸方向寸法が大となるものの、従前の前述のばね定数切り換え用の電磁弁に比し数段小型で安価に形成することができる。尚、上記の切換弁７００においても、図８に示す態様と同様、圧縮コイルばね７５０を除去した構成とすることができる。

２ 給排流路
３ 空気圧供給源
４ 空気圧流路
５ 空気ばね装置
６ 各輪電磁開閉弁
７ 切換弁
８ 駆動電磁開閉弁
９ 制御装置
ＡＣ 空気室
ＮＣ 容積不変部
ＶＣ 容積変動部

Claims (5)

1. 車両の各車輪に装着し空気室を有する空気ばね装置を備え、該空気ばね装置のばね定数を切り換えるエアサスペンション装置において、前記空気ばね装置の各空気室が容積不変部及び容積変動部を有し、前記空気ばね装置に装着され、前記各空気室の容積不変部及び容積変動部間を開閉して前記ばね定数を切り換える空気圧駆動の切換弁と、前記空気ばね装置に供給する空気を圧縮して吐出する空気圧供給源と、該空気圧供給源の吐出側を前記切換弁の各々に連通接続する空気圧流路と、該空気圧流路を開閉する駆動電磁開閉弁と、該駆動電磁開閉弁の開閉制御を行うと共に前記空気圧供給源の駆動制御を行う制御装置とを備えたことを特徴とするエアサスペンション装置。
2. 前記空気圧流路に介装し前記空気圧流路内の空気圧を検出する圧力センサを備え、該圧力センサの検出結果に応じて前記制御装置が前記駆動電磁開閉弁を開閉制御することを特徴とする請求項１記載のエアサスペンション装置。
3. 前記切換弁は、開口座部を有する第１のケースと、前記開口座部に着座する底部を有するカップ状のピストンと、該ピストンのスカート部を囲繞し当該ピストンを気密的摺動自在に支持する環状凹部を有すると共に、当該ピストン内と連通する開口部を有し、前記ピストンの底部を介して反対側で前記開口座部に連通する連通路を形成するように前記第１のケースに接合する第２のケースとを備え、前記連通路を前記容積不変部及び前記容積変動部の一方に連通すると共に前記開口座部を前記容積不変部及び前記容積変動部の他方に連通し、前記開口座部に対する前記ピストンの離座及び着座に応じて前記容積不変部及び容積変動部間を開閉することを特徴とする請求項１又は２記載のエアサスペンション装置。
4. 前記ピストンの底部を前記開口座部から離座する方向に付勢する付勢部材を備えたことを特徴とする請求項３記載のエアサスペンション装置。
5. 前記付勢部材は、前記ピストンと前記第１のケースとの間に介装する圧縮コイルばねであることを特徴とする請求項４記載のエアサスペンション装置。

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