JP2019172015A - エアサスペンションシステム、および、カメラ洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】 リニアコンプレッサにかかる圧力変動に対するストローク制御の追従性を向上し、圧力低下によるストローク増加を抑え、ピストンの衝突防止、及び、死容積低減による流量増加により、高信頼で高効率の車両のエアサスペンションシステムを提供することにある。【解決手段】 圧縮空気を給排して長さを調整するエアサスペンションと、ピストンがシリンダ内を往復運動して空気を圧縮するコンプレッサ本体と、前記ピストンを往復運動させるリニアモータと、前記エアサスペンションまたは前記コンプレッサ本体と接続され、圧縮空気を蓄えるタンクと、前記エアサスペンションまたは前記タンクを開閉する電磁弁と、該電磁弁の開閉状態に応じて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御するインバータと、を具備するエアサスペンションシステム。【選択図】図２

Description

本発明は、供給する圧縮空気量を制御することにより、車両の各部の動作を制御する圧縮空気システムに係り、特に、４輪自動車等の車両の車高を調整するエアサスペンションシステム、または、車載カメラのレンズ面を洗浄する洗浄液の吐出量を調整するカメラ洗浄システムに関する。

車両の車高を調整するエアサスペンションシステムとしては、圧縮空気を生成するコンプレッサの動力源として往復動式リニアモータを用いる構成をとっているものがある（特許文献１）。また、圧縮空気を利用して車載カメラのレンズ面を洗浄するカメラ洗浄システムも知られている（特許文献２）。

例えば、特許文献１の要約書には、「コンプレッサに差圧が存在する条件下での起動を容易にする」エアサスペンションシステムとして、「車体側と車輪側との間に介装され空気の給排に応じて車高調整を行う複数のエア室に、コンプレッサで圧縮した空気を供給するエアサスペンションシステムであって、コンプレッサは、ピストンに連結し、ピストンの移動方向に延びる可動子と、可動子をピストンの移動方向に往復動させる電機子と、を有する」ものが開示されている。

特開２０１７−６１２３５号公報 特許第６０９０３１８号公報

しかしながら、リニアモータを用いてコンプレッサのピストンを直動駆動させる特許文献１は、ピストンの上死点、下死点の位置が、リニアモータの駆動制御（可動子のストローク制御）によって決まる、所謂、フリーピストン構造であるため、コンプレッサの負荷が刻々変化するエアサスペンションシステムでは、負荷変動に追従したストローク制御が難しく、負荷の急変時には、ピストンとシリンダが衝突したり、吐出流量が低下したりする場合があった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、リニアコンプレッサの負荷が急変した場合であっても、それに即時追従するリニアモータ制御により、負荷低下時にはピストンとシリンダの衝突を防止し、負荷増加時には死容積を低減し吐出流量を増加させた、高信頼で高効率のエアサスペンションシステム、または、カメラ洗浄システムを提供することにある。

上述の課題を解決するため、本発明のエアサスペンションシステムは、圧縮空気を給排して長さを調整するエアサスペンションと、ピストンがシリンダ内を往復運動して空気を圧縮するコンプレッサ本体と、前記ピストンを往復運動させるリニアモータと、前記エアサスペンションまたは前記コンプレッサ本体と接続され、圧縮空気を蓄えるタンクと、前記エアサスペンションまたは前記タンクを開閉する電磁弁と、該電磁弁の開閉状態に応じて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御するインバータと、を具備する。

また、本発明のカメラ洗浄システムは、圧縮空気を給排して洗浄液を吐出するカメラ洗浄機と、ピストンがシリンダ内を往復運動して空気を圧縮するコンプレッサ本体と、前記ピストンを往復運動させるリニアモータと、前記エアサスペンションを開閉する電磁弁と、該電磁弁の開閉状態に応じて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御するインバータと、を具備する。

本発明によれば、リニアコンプレッサの運転条件に応じたリニアモータ制御によって、ピストンとシリンダの衝突を防止し、エアサスペンションシステムを静音化、高信頼化することができる。また、死容積を低減し吐出流量を増加させることで、高効率で高応答な車高調整が可能なエアサスペンションシステムを提供することができる。更に、運転者や上位システムの要求に合わせて高速駆動、省エネ運転、静音運転等のモード運転が可能となる車両のエアサスペンションシステムを提供することができる。

一般的な車両用エアサスペンションの構成図 実施例１のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例１のリニアコンプレッサ構成を示す断面図（側面） 実施例１のリニアコンプレッサ構成を示す断面図（正面） 実施例１のコンプレッサ本体の挙動の比較図 実施例１のエアサスペンション動作時におけるサスペンション、タンクの圧力の変化を示す図 実施例１のエアサスペンション動作時における吸込圧力、吐出圧力の変化を示す図 実施例１の制御ブロック図 実施例２のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例２の制御ブロック図 実施例３のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例４のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例５のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例６のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例７のエアサスペンションシステムの回路構成図 実施例８のカメラ洗浄システムの回路構成図

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、下記はあくまでも実施の例であり、発明の内容を下記具体的態様に限定することを意図する趣旨ではない。発明自体は、特許請求の範囲に記載された内容に即して種々の態様で実施することが可能である。

図１から図５を用いて、本発明の実施例１のエアサスペンションシステムを説明する。

図１は、前後左右輪にエアサスペンション２を装備した４輪自動車等の車両１０１の構成図である。以下では、このような車両１０１に適用する場合を例に挙げて、本実施例のエアサスペンションシステムを説明する。

図１に示すように、車両１０１のボディとなる車体１０２の下側には、左右前輪と左右後輪の合計４個の車輪１０３が設けられている。この車両１０１は、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１、リニアコンプレッサ３、および、空圧回路１００を備えており、これらを用いることで、運転者の指示に従い車両１０１の車高を上下動させることができる。

リニアコンプレッサ３は、吸い込んだ空気を圧縮して吐出するものであり、コンプレッサ本体３Ａとリニアモータ３Ｂを直線状に連結したものである。なお、車両１０１への搭載時には、コンプレッサ本体３Ａのピストンやリニアモータ３Ｂの可動子の振動方向が垂直方向となるようにリニアコンプレッサ３を取り付けるのが好ましい。

空圧回路１００は、圧縮空気を利用して車両１０１を上下動させる回路であり、車体１０２と車輪１０３の間に設けられた４個のエアサスペンション２と、圧縮空気を貯蔵するタンク５と、エアサスペンション２の空気通路を開閉するサスペンション制御弁１１等の電磁弁から構成されている。

ＥＣＵ１は、運転者の指令に基づきリニアコンプレッサ３や空圧回路１００を制御し、各々のエアサスペンション２に圧縮空気を適切に給排することにより、所望の高さとなるように車高調整するものである。

図２は、図１の車両１０１に搭載される、本実施例のエアサスペンションシステムの回路構成図であり、主に、ＥＣＵ１、リニアコンプレッサ３、空圧回路１００（エアサスペンション２、タンク５、サスペンション制御弁１１等の電磁弁）からなる。ここで、リニアコンプレッサ３は、空気を圧縮する部位であるコンプレッサ本体３Ａと、動力を供給する部位であるリニアモータ３Ｂと、電力を供給する部位であるインバータ３Ｃを有している。また、コンプレッサ本体３Ａには、吸込ポート３Ｄと吐出ポート３Ｅが接続されており、吸気フィルタ４と吸込ポート３Ｄを介して吸い込まれた外気は、コンプレッサ本体３Ａ内で圧縮された後、圧縮空気となって吐出ポート３Ｅから吐出される。

タンク５は、リニアコンプレッサ３で圧縮した空気を蓄えるものであり、リニアコンプレッサ３の吐出ポート３Ｅとタンク５は、２ポート２位置の電磁弁であるタンク開閉弁１２を介して接続されている。タンク５内に蓄えられた圧縮空気は、後述するサスペンション制御弁１１等を介して、エアサスペンション２に供給することができる。

エアドライヤ７は、リニアコンプレッサ３が吐出した圧縮空気に含まれる水分を除去し、乾燥させるものであり、例えば、内部にシリカゲル等の乾燥剤（図示せず）を充填したものである。従って、タンク５内には、エアドライヤ７を通過した、乾燥した圧縮空気が蓄えられ、エアサスペンション２にも、乾燥した圧縮空気が供給される。

給排切換弁１０は、エアサスペンション２への圧縮空気の供給と、エアサスペンション２からの圧縮空気の排出を選択的に切換える、３ポート２位置の電磁弁である。なお、この給排切換弁１０や後述する各電磁弁は、電磁弁開閉指示や電磁弁開閉状態を伝達するために、ＥＣＵ１と信号線で接続されているが、図２では、ＥＣＵ１と各電磁弁を結ぶ信号線の図示を省略している。

サスペンション制御弁１１は、エアサスペンション２と給排切換弁１０との間に設けられた、２ポート２位置の電磁弁であり、ＥＣＵ１の指示により、エアサスペンション２に対し圧縮空気の供給排出を行う通路の開閉を切換え、エアサスペンション２の伸縮可否を制御するものである。

タンク開閉弁１２は、２ポート２位置の電磁弁であり、リニアコンプレッサ３の吐出ポート３Ｅとタンク５を繋ぐ通路を開閉するものである。また、タンク戻り開閉弁１３は、２ポート２位置の電磁弁であり、リニアコンプレッサ３の吸込ポート３Ｄとタンク５を繋ぐ通路を開閉するものである。

圧力センサ１５は、給排切換弁１０とサスペンション制御弁１１の間に設けられ、周囲の圧力をセンシングするものである。例えば、サスペンション制御弁１１が開いているときには、開状態のエアサスペンション２内の圧力をセンシングする。一方、サスペンション制御弁１１が閉じており、給排切換弁１０がエアサスペンション２内の空気を排出する排出位置にあり、且つ、タンク戻り開閉弁１３が開のときには、タンク５内の圧力をセンシングする。

ＥＣＵ１は、エアサスペンションシステムの制御を行うコントローラであり、運転者の指示する車高となるように、各電磁弁やリニアコンプレッサ３を制御する。具体的には、ＥＣＵ１からの指令に基づき、給排切換弁１０、サスペンション制御弁１１、タンク開閉弁１２、タンク戻り開閉弁１３の各電磁弁の開閉動作を制御し、また、リニアコンプレッサ３の駆動のＯＮ／ＯＦＦを制御する。このとき、ＥＣＵ１は、圧力センサ１５のセンシング情報や、各電磁弁の開閉状態も踏まえて、リニアコンプレッサ３の制御を最適化している。

次に、リニアコンプレッサ３の詳細構造について、図３Ａ、図３Ｂの模式図を用いて説明する。

図３Ａは、リニアコンプレッサ３をｙｚ平面で切断した断面図であり、ここに示すように、リニアコンプレッサ３は、コンプレッサ本体３Ａとリニアモータ３Ｂを直線状に配置したものである。コンプレッサ本体３Ａは、シリンダ３３とその内部を摺動するピストン３４を有し、シリンダ３３の内面とピストン３４の端面によって圧縮室４２が形成される。この圧縮室４２は、吸気バルブ３１を介して吸込ポート３Ｄと連通し、排気バルブ３２を介して吐出ポート３Ｅと連通している。吸気バルブ３１は、吸込ポート３Ｄから圧縮室４２への一方向の流れのみを許容し、排気バルブ３２は、圧縮室４２から吐出ポート３Ｅへの一方向の流れのみを許容する。このような構成により、吸込ポート３Ｄから吸い込んだ空気を、圧縮室４２内で圧縮し、吐出ポート３Ｅへ吐出することができる。

また、図３Ｂは、リニアモータ３Ｂを、図３ＡのＡＡの位置で切断した断面図である。ここに示すように、リニアモータ３Ｂは、鉄心４１とコイル３７からなる固定子３９と、永久磁石３８を嵌め込んだ可動子３６などから構成される。鉄心４１は、断面を正面視したときの外形が長方形状であり、その内側に、上辺から下側に伸びる上磁極歯部４３Ａと、下辺から上側に伸びる下磁極歯部４３Ｂと、それらに挟まれた空隙４４を設けている。そして、上磁極歯部４３Ａと下磁極歯部４３Ｂの夫々にコイル３７が巻き付けられ、空隙４４に板状の可動子３６を配置することで、図３Ａのｚ方向に可動子３６が振動するリニアモータ３Ｂを構成している。なお、図３Ｂに示すように、上磁極歯部４３Ａと可動子３６の隙間４４ａ、および、下磁極歯部４３Ｂと可動子３６の隙間４４ｂを設けているため、可動子３６は固定子３９と接触することなく往復運動することができる。

図３Ａに示すように、固定子３９はｚ方向に長い形状であり、同じ構成をｚ方向に複数並べたものである（図３Ａの例では２つ）。また、可動子３６は、図示しないリニアガイド等により、固定子３９に対してｚ方向に移動可能に配置されたものであり、可動子３６の端部３６ａと固定子３９の端部３９ａは、ばね４０で接続されている。この構成により、可動子３６がばね４０の自然長よりも右側に移動したときには−ｚ方向にばね力が作用し、左側に移動したときには＋ｚ方向にばね力が作用する。

ここで、コイル３７は、電流が流れたときに、隣の鉄心４１に逆向きの磁束が発生するように結線されている。例えば、図３Ａの左側の鉄心４１に上向きの磁束４５ａが発生している瞬間には、右側の鉄心４１には下向きの磁束４５ｂが発生している。このような磁束を発生させると、固定子３９と可動子３６の間に反発力４６Ａや吸引力４６Ｂが発生し、可動子３６が所定の方向に移動する。このように、コイル３７に流れる電流の向きや大きさを適切に変化させることで、可動子３６に＋ｚ方向あるいは−ｚ方向の所望の力を発生させ、可動子３６に所望の往復運動を実行させることができる。

可動子３６の一端は、接続部３５を介してピストン３４に接続されているため、可動子３６と連動してピストン３４も往復運動し、圧縮室４２が拡大する過程では、吸込ポート３Ｄから空気が吸い込まれ、圧縮室４２が縮小する過程では、空気が圧縮された後、吐出ポート３Ｅから圧縮空気として吐出される。このようにして、リニアコンプレッサ３では、空気の吸込、圧縮および排出動作が可能となる。

次に、図３Ｃを用いて、本実施例によるリニアコンプレッサ３の最適制御について説明する。

まず、図３Ｃ（ａ）を用いて、本実施例の制御を適用しない場合を説明する。ここでは、リニアコンプレッサ３の負荷が急減した場合であってもピストン３４がシリンダ３３に衝突しないよう、可動子３６のストローク（振幅）を抑制している。従って、負荷が大きいときには、ピストン３４の死点がシリンダ３３のヘッドに十分に接近しないため、圧縮室４２の死容積４２ａが大きくなってしまい、圧縮空気を十分に吐出できない。このように、本実施例の制御を適用しない場合は、コンプレッサ本体３Ａの仕様に相応しい吐出流量、圧縮効率を確保できない状況が発生しうる。

これに対し、本実施例の制御では、ＥＣＵ１がリニアコンプレッサ３の負荷状態をリアルタイムに把握しているため、現在または将来の負荷状態を踏まえて可動子３６の往復運動制御を最適化し、負荷の大きさに拘わらず死容積４２ａをなるべく小さくできる。例えば、負荷が小さいときには、ピストン３４および可動子３６のストロークが大きくなるようにリニアモータ３Ｂを制御し（図３Ｃ（ｂ））、負荷が大きいときには、ピストン３４および可動子３６のストロークが小さく、かつ、それらの振幅中心位置がシリンダ３３のヘッダに所定距離δだけ近づくようにリニアモータ３Ｂを制御する（図３Ｃ（ｃ））。このような制御により、負荷状態に拘わらず、圧縮室４２内のほぼ全ての圧縮空気を吐出でき、コンプレッサ本体３Ａの仕様に相応しい吐出流量、圧縮効率を確保することができる。

本実施例のエアサスペンションシステムは、図３Ｃ（ｂ）、（ｃ）に例示した制御が適用されたリニアコンプレッサ３を利用するものであり、以下、その作動の詳細について図２等を参照しながら説明する。

まず、タンク５内に圧縮空気が充分に蓄えられていない場合には、給排切換弁１０を排出位置に保持し、サスペンション制御弁１１、タンク戻り開閉弁１３、および、排気通路開閉弁１９をそれぞれ閉位置に保持し、さらに、タンク開閉弁１２を開位置に保持した状態で、リニアコンプレッサ３を作動させる。

このとき、リニアコンプレッサ３の作動は、次のように行われる。リニアコンプレッサ３の作動前は、図３Ａに示すように、ピストン３４および可動子３６は、主に、ばね４０や圧縮室４２の空気圧による力と、さらに永久磁石３８によって発生する磁力によって定まる、力がつりあう中立位置にある。その後、ＥＣＵ１の指令により、可動子３６を＋ｚ方向に移動させる電流をコイル３７に供給すると、可動子３６と連結したピストン３４も＋ｚ方向に移動する。ピストン３４の＋ｚ方向への移動に伴い圧縮室４２が拡張すると、圧縮室４２の空気の圧力が低下し、吸込ポート３Ｄの圧力よりも圧縮室４２側の圧力が低下したときに吸気バルブ３１が開き、吸込ポート３Ｄから空気が圧縮室４２内に入る。このとき、排気バルブ３２は閉じた状態を保っている。可動子３６が＋ｚ方向へ移動するにつれ、ばね４０が圧縮され−ｚ方向のばね力が大きくなる。また、ＥＣＵ１は、可動子３６が＋ｚ方向に行くにつれ供給電流を徐々に小さくしていき、ある時点からは逆向きに電流を徐々に大きくしていく。そして、固定子３９が可動子３６に与える力の向きが−ｚ方向に変わり、−ｚ方向のばね力も十分に増加すると、ある時点から可動子３６の移動方向が−ｚ方向に反転する。これ以降は、吸気バルブ３１と排気バルブ３２が共に閉じられた状態で圧縮室４２が縮小するため、圧縮室４２内の空気が圧縮され圧力が上昇する。そして、圧縮室４２の圧力が吐出ポート３Ｅの圧力よりも高くなったときに排気バルブ３２が開き、吐出ポート３Ｅへ圧縮された空気が送りこまれる。可動子３６の共振周波数と合わせて正弦波状の電流をコイル３７に供給することで、可動子３６の振幅は徐々に大きくなり、圧縮室４２での空気圧縮の効率も徐々に高めることができる。可動子３６の共振周波数は、可動子３６の質量とばね４０のばね定数によって概ね決まる。この共振周波数で動作させると、少ないエネルギーで可動子３６の往復運動をさせることができるため、コイル３７に送る指令電圧はこの共振周波数となるような指令を送るとよい。

これにより、リニアコンプレッサ３は、吸気フィルタ４を通じて外気を吸込み、この外気を圧縮して吐出する。この圧縮空気は、エアドライヤ７によって乾燥された後、開位置に保持されたタンク開閉弁１２を介して、タンク５内に蓄えられる。そして、例えばタンク５内の圧力が一定の圧力に達するとリニアコンプレッサ３が停止し、タンク開閉弁１２を閉位置に切り替えることで、タンク５内に充分な圧縮空気を充填することができる。

車両１０１の車高を上げる場合には、リニアコンプレッサ３が停止した状態で、タンク戻り開閉弁１３を閉に保持すると共に、排気通路開閉弁１９を閉に保持する。この状態で、給排切換弁１０を供給側に切換えると共に、タンク開閉弁１２およびサスペンション制御弁１１を開にする。これにより、タンク５内の圧縮空気がエアサスペンション２に供給され、エアサスペンション２内の圧力が上昇し、車高が上昇し始める。この状態から所定の時間（０〜数秒）が経過した後、リニアコンプレッサ３を起動し、タンク５内の空気を吸い込み、エアサスペンション２へ圧縮空気を供給する。車両１０１の車高は、各輪に備え付けられた車高センサ（図示せず）により検知され、所定の車高に到達した後は、各輪のサスペンション制御弁１１を閉じ、最後は給排切換弁１０を排出側に切換えると共に、タンク開閉弁１２を閉じる。これにより、エアサスペンション２が封止されるので、エアサスペンション２は伸長状態を保ち、車高を所望の高さに上げた状態に保つことができる。

一方、車高を下げる場合には、給排切換弁１０を排出側に保持すると共に、排気通路開閉弁１９を閉に、タンク開閉弁１２を閉に保持する。この状態で、タンク戻り開閉弁１３を開に切換えると共に、サスペンション制御弁１１を開にする。これにより、エアサスペンション２内の圧縮空気がタンク５に移動し、タンク５内の圧力が上昇するとともに、車高が降下し始める。この状態から所定の時間（０〜数秒）が経過した後、リニアコンプレッサ３を起動し、エアサスペンション２内の空気を吸い込み、タンク５へ圧縮空気を供給する。この結果、エアサスペンション２内の空気が排出され、エアサスペンション２が縮小することにより、車高を下げることができる。車高の下げ動作が完了した後には、サスペンション制御弁１１を閉位置に切換え、リニアコンプレッサ３を停止し、タンク戻り開閉弁１３を閉じる。これにより、エアサスペンション２が封止されるので、エアサスペンション２は縮小状態を保ち、車高を所望の高さに下げた状態に保つことができる。

このように、本実施例によるエアサスペンションシステムの車高の下げ動作は、エアサスペンション２から排出された空気を、大気中に放出することなくリニアコンプレッサ３を利用してタンク５に蓄え、このタンク５に蓄えられた圧縮空気を車高の上げ動作時にエアサスペンション２に供給する閉回路を構成している。

一方、車高の上げ動作中にタンク５内の圧力が大気圧よりも低い場合、あるいは車高の下げ動作中にエアサスペンション２内の圧力が大気圧よりも低い場合には、吸気フィルタ４を通じてリニアコンプレッサ３に外気が吸込まれ、リニアコンプレッサ３で圧縮した外気を、エアドライヤ７で乾燥された後、エアサスペンション２あるいはタンク５に供給する。

また、タンク５内の圧力が所定の圧力（規定の最高圧力）より高くなった場合には、タンク５内の圧縮空気を排気通路から放出する。この場合は、給排切換弁１０を供給位置に、タンク開閉弁１２を閉位置に保持すると共に、タンク戻り開閉弁１３および排気通路開閉弁１９を開にする。これにより、タンク５から排出された空気が、タンク戻り開閉弁１３からエアドライヤ７を通過して排気通路開閉弁１９へと流れる。これにより、エアドライヤ７内に充填された乾燥剤から水分を除去することができ、乾燥剤を再生させることができる。

次に、図４Ａと図４Ｂを用いて、本実施例のエアサスペンションシステムの、車高の上下動作時の各所圧力の変化を説明する。図４Ａは、車高上下動時におけるエアサスペンション２とタンク５の圧力変化を示し、図４Ｂは、その時のリニアコンプレッサ３の吸込圧力と吐出圧力の変化を示す。ここで、本実施例のエアサスペンションシステムは、車両１０１の車高の上下動時に、前後のサスペンション制御弁１１を相補に開閉することで、前後交互に車高を上下させる構成となっている。

例えば、車高を上げるときには、まず、後輪側のサスペンション制御弁１１を開、前輪側のサスペンション制御弁１１を閉にし、タンク５内の圧縮空気を後輪側のエアサスペンション２に供給する。後輪側が所定量上昇したら、後輪側のサスペンション制御弁１１を閉じ、それと同時に前輪側のサスペンション制御弁１１を開にし、圧縮空気を前輪側のエアサスペンション２に供給して、前輪側を所定量上昇させる。これを交互に繰り返すことで、前輪側、後輪側の双方を徐々に運転者の指示する車高まで上昇させていく。

車高の上げ動作時に、タンク５の接続先となるエアサスペンション２を交互に切り替える場合、図４Ａの左図のように、タンク５の圧力が一貫して漸減するのに対し、エアサスペンション２の圧力に関しては、後輪側が上昇し前輪側が一定である期間と、前輪側が上昇し後輪側が一定である期間が交互する。その結果、図４Ｂの左図に示すように、リニアコンプレッサ３の吸込圧力がタンク５の圧力と連動して漸減するのに対し、エアサスペンション２と連通するリニアコンプレッサ３の吐出圧力は、圧縮空気の供給先の切り替えと連動して、瞬間的な上昇、下降を繰り返しながら、全体としては上昇していく。

また、車高を下げるときには、まず、前輪側のエアサスペンション２内の圧縮空気をタンク５に供給し、前輪側が所定量下降したら、後輪側のエアサスペンション２内の圧縮空気をタンク５に供給し、後輪側を所定量下降させる。これを交互に繰り返すことで、前輪側、後輪側の双方を徐々に運転者の指示する車高まで下降させていく。

車高の下げ動作時に、タンク５の接続元となるエアサスペンション２を交互に切り替える場合、図４Ａの右図のように、タンク５の圧力が一貫して漸増するのに対し、エアサスペンション２の圧力に関しては、前輪側が下降し後輪側が一定である期間と、後輪側が下降し前輪側が一定である期間が交互する。その結果、図４Ｂの右図に示すように、リニアコンプレッサ３の吐出圧力がタンク５の圧力と連動して漸増するのに対し、エアサスペンション２と連通するリニアコンプレッサ３の吸込圧力は、圧縮空気の供給元の切り替えと連動して、瞬間的な下降、上昇を繰り返しながら、全体としては下降していく。

このように、車両１０１の車高を前後交互に上下動させる場合、空圧回路１００の接続状態の変化と連動してリニアコンプレッサ３の負荷が急変するため、その負荷変動に伴いピストン３４のストロークも変化しうる。このため、負荷状態を反映させない従来の制御方法（図３Ｃ（ａ））では、負荷の急減時に、ピストン３４がシリンダ３３のヘッドに衝突したり、負荷の急増時に、ピストン３４のストロークが急減し吐出流量が減少したりする惧れがある。これに対し、負荷状態を反映させる本実施例の制御方法（図３Ｃ（ｂ）、（ｃ））によれば、負荷に応じてピストン３４のストロークや位置を調整できるので、負荷が急変しても適切な死容積４２ａを維持でき、ピストン３４とシリンダ３３の衝突や、吐出流量、圧縮効率の減少を回避することができる。

次に、図５を用いて、図３Ｃ（ｂ）、（ｃ）に例示した制御を実現するための、本実施例の制御ブロック図を説明する。ここに示すように、ＥＣＵ１は、空圧回路１００およびインバータ３Ｃと接続されており、空圧回路１００から圧力情報、車高情報が入力されるとともに、インバータ３Ｃに作動指令や推定負荷圧情報を出力する。なお、推定負荷圧情報は、空圧回路１００からの入力情報（圧力情報、車高情報）と、電磁弁の現在および将来の開閉状態に基づいてＥＣＵ１が予測した負荷圧情報（圧縮室圧力、吐出圧力、吸込圧力）である。

インバータ３Ｃは、電流演算部５２と電圧変換部５３を有している。電流演算部５２は、ＥＣＵ１から作動指令を受けるとともに、推定負荷圧情報も受け取り、それらに応じた電流値を演算して出力する。電圧変換部５３では、電流演算部５２から入力された電流値をもとに必要な電圧を生成し、リニアモータ３Ｂに供給する。この結果、リニアモータ３Ｂのコイル３７には、推定負荷圧情報に応じた電流が流れるため、空圧回路１００の状態に拘わらずコンプレッサ本体３Ａの死容積４２ａを適切に維持するようにリニアコンプレッサ３の圧縮動作が行われる。

ここで、ＥＵＣ１は、基本的には、コイル３７に流す電流の大きさで、可動子３６のストロークを制御するが、ストロークの大きさはピストン周りの圧力差によって変動するため、より正確なストローク量を推定するには、圧縮室４２内の圧力（あるいは、吐出圧力、吸込圧力）等を用いて推定する必要がある。したがって、ＥＣＵ１は自らが発する各電磁弁の作動指令に加え、モータ電流、モータ電圧、位置などのセンサ情報のひとつ、あるいは複数の組み合わせから、圧縮室４２内の圧力を推定する。これは、たとえば、負荷が増加することによる逆起電圧の検知などから推定を行うことができる。この圧力推定値を基に、電流演算部５２ではコイル３７に流す電流を変化させる構成とする。

このように、本実施例によれば、リニアコンプレッサ３の推定負荷を考慮して、リニアモータ３Ｂの駆動周波数や、ピストン３４の振幅中心位置やストロークを制御できるため、エアサスペンション２の前後切替時のように、リニアコンプレッサ３の負荷が急変する場合であっても、負荷変動に応じた適切な制御を行うことができるので、ピストン３４とシリンダ３３の衝突がなく、かつ、吐出流量の減少を抑制できる、高信頼で高効率のエアサスペンションシステムを実現することができる。

また、図２に示したように、給排切換弁１０とサスペンション制御弁１１の間に圧力センサ１５を設けている。この圧力センサ１５からの情報をＥＣＵ１内で圧力推定する際に利用することもできる。この位置に圧力センサ１５を設置した場合、リニアコンプレッサ３を起動する前は、給排切換弁１０の開閉状況によりタンク開閉弁１２またはタンク戻り開閉弁１３のどちらかを開にすることにより、タンク５内の圧力を測定することができ、リニアコンプレッサ３が起動した後はサスペンション制御弁１１の開閉状況により、弁の開いているエアサスペンション２内の圧力を測定することができる。すなわち、車高の上げ動作ではリニアコンプレッサ３の作動前の吸込圧力と、作動後の逐次の吐出圧力を測定できる。また、車高の下げ動作ではリニアコンプレッサ３の作動前の吐出圧力と、作動後の逐次の吸込圧力を測定できる。

図４Ｂでも示したように、車高の上げ動作時、下げ動作時のいずれにおいても、サスペンション制御弁１１に開閉によりリニアコンプレッサ３の作動時の圧力変動が発生する方の圧力は逐次測定し、また、変動の発生しないタンク５側の圧力は初期圧力からコンプレッサ作動中の圧力を推算することにより、圧力センサを１個のみを用いてリニアコンプレッサ３の吸込圧力、吐出圧力を知ることが可能となる。ＥＣＵ１ではこの圧力センサ１５からの情報を使用することにより、より正確にピストン周りの圧力を推定することができ、より適切なピストンストローク制御を行うことができる。

また、圧縮室４２内の圧力をセンサ等で直接計測し取り込む構成としてもよい。この圧縮室４２内の圧力を基に、電流演算部５２ではコイル３７に流す電流の大きさを変化させたり、また、電流の周波数を圧縮室内の圧力が高いほど高くするなど、周波数を変化させる構成とすることができる。

更に、各エアサスペンション２に設けた車高センサ（図示せず）からの情報をＥＣＵ１内での圧力推定に利用することもできる。この場合、あらかじめ測定した車高センサの出力とエアサスペンション２内の圧力の関係をデータとしてＥＣＵ１内に持っておくことにより、車高センサの出力からエアサスペンション２内の圧力を推定することができる。この時には、例えば圧力センサ１５はタンク５内の圧力を常時検出できるよう、タンク５とタンク開閉弁１２またはタンク戻り開閉弁１３のどちらかの間の位置に配置することにより、リニアコンプレッサ３作動時の吸込圧力、吐出圧力を逐次測定、推定し、より適切にピストンストローク制御を行うことができる。

以上で説明した本実施例の構成によれば、ＥＣＵ１は、空圧回路１００の状態に基づいてリニアコンプレッサ３の負荷を推定し、インバータ３Ｃは推定負荷に基づいた電圧をリニアモータ３Ｂに供給するため、空圧回路１００の状態に応じてリニアコンプレッサ３の制御を最適化することができる。この結果、空圧回路１００の状態が急変する場合であっても、ピストン３４とシリンダ３３が衝突したり、吐出流量が減少したりするのを回避でき、リニアコンプレッサ３の仕様に相応しい吐出流量や圧縮効率を確保することができる。

次に、図６、図７を用いて、本発明の実施例２のエアサスペンションシステムを説明する。なお、実施例１との共通点は重複説明を省略する。図６は、本実施例のエアサスペンションシステムの回路構成図であり、図７は、本実施例のエアサスペンションシステムの制御ブロック図である。

実施例１では、ＥＣＵ１で各電磁弁の開閉情報や圧力センサ１５の測定圧力等に基づいて推定負荷圧を演算し、これをインバータ３Ｃに送信することで、インバータ３Ｃは各電磁弁の開閉状態等に対応した電圧をリニアモータ３Ｂに供給していた。これに対し、図６に示す本実施例では、各電磁弁と圧力センサ１５をインバータ３Ｃに接続しておき、インバータ３Ｃが直接的に各電磁弁の開閉情報と圧力センサの圧力情報とを受け取ることで、インバータ３Ｃ自らが各電磁弁の開閉状態等に対応した電圧を求め、その電圧をリニアモータ３Ｂに供給できる構成となっている。

このため、図７に示すように、インバータ３Ｃの電流演算部５２は、ＥＣＵ１からリニアコンプレッサ３の作動指令を受けるとともに、空圧回路１００からも電磁弁開閉情報、圧力情報、車高情報等を受け取り、それらに応じた電流値を演算して出力する。電圧変換部５３では、電流演算部５２から入力された電流値をもとに必要な電圧を生成し、リニアモータ３Ｂに供給する。この結果、固定子３９のコイル３７に可動子３６を適切なストロークで往復させる電流が流れ、リニアコンプレッサ３の圧縮動作が行われる。

ストロークの大きさ決めるため、本実施例のインバータ３Ｃでは、各電磁弁の作動指令に加え、モータ電流、モータ電圧、位置などのセンサ情報のひとつ、あるいは複数の組み合わせからピストン３４周りの圧力を推定する。これは、たとえば、負荷が増加することによる逆起電圧の検知などから推定を行うことができる。この圧力推定値を基に、電流演算部５２ではコイル３７に流す電流を変化させる構成とする。また、給排切換弁１０、サスペンション制御弁１１、タンク開閉弁１２およびタンク戻り開閉弁１３の開閉情報と、圧力センサ１５を組み合わせたピストン周りの圧力の推定は実施例１と同様に行ってもよい。また、圧縮室内の圧力をセンサ等で計測し直接取り込む構成としても良く、更に、各サスペンションに設けた車高センサ（図示せず）からの情報をインバータ３Ｃ内での圧力推定に利用することもできる。

以上で説明した本実施例のエアサスペンションシステムによれば、ＥＣＵ１と空圧回路１００を結ぶ信号線を設けなくとも、インバータ３Ｃによって空圧回路１００の状況に応じたリニアコンプレッサ３の駆動制御を実現できるので、簡素な構成で実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、図８を用いて、本発明の実施例３のエアサスペンションシステムを説明する。なお、実施例１、実施例２との共通点は重複説明を省略する。

図８は、本実施例のエアサスペンションシステムの回路構成図であり、ここに示すように、二方弁を５個、三方弁を２個の合計７個の電磁弁を使用している。ここに示す空圧回路１００は、実施例１のタンク戻り開閉弁１３を省略する代わりに、三方弁であるタンク開閉弁１２を用いてタンク５とつながる配管を切替える回路である。

この空圧回路１００では、リニアコンプレッサ３からエアサスペンション２に圧縮空気を直接供給することができず、必ずタンク５を介して圧縮空気を供給しなければならないなど、実施例１に比べ制限もあるが、タンク戻り開閉弁１３を省略できるため、で実施例１と同様の効果が得られるエアサスペンションシステムをより低コストで提供することができる。

次に、図９を用いて、本発明の実施例４のエアサスペンションシステムを説明する。なお、上述した実施例との共通点は重複説明を省略する。

図９は、本実施例のエアサスペンションシステムの回路構成図であり、ここに示すように、二方弁を６個、三方弁を３個の合計９個の電磁弁を使用している。

本実施例は、タンク５内の圧縮空気を、リニアコンプレッサ３を介さずに直接エアサスペンション２へ供給できる回路構成となっている。このため、タンク５に十分に高圧な圧縮空気を蓄圧することで、タンク５からの供給空気のみで車高の上げ運転を行うことができる。また、タンク５から２つのエアサスペンション２へ圧縮空気を供すると同時に、リニアコンプレッサ３へも供給できる回路を有するため、もう２つのエアサスペンション２へはリニアコンプレッサ３からの圧縮空気を供給することもできる。このため、例えば前輪のエアサスペンションはタンク５から、また、後輪のエアサスペンションはリニアコンプレッサ３から圧縮空気を引き込む構成が可能となり、それぞれのエアサスペンションへの供給空気量が増えることから、より迅速な車高の上げ運転が可能となる。

次に、図１０を用いて、本発明の実施例５のエアサスペンションシステムを説明する。なお、上述した実施例との共通点は重複説明を省略する。図１１は、本実施例のエアサスペンションシステムの回路構成図であり、ここに示すように、タンク５および三方弁を使用せず、二方弁を５個使用している。

本実施例の空圧回路１００は、タンク５を省略した単純なオープン空圧回路であるため、車高の上げ運転時には、リニアコンプレッサ３を毎回作動させ、外気を吸込んでエアサスペンション２へ圧縮空気を供給する。また、車高の下げ運転時には、排気通路開閉弁１９を開にし、エアサスペンション２内の空気を空圧回路１００外へ毎回放出する。

空圧回路１００が図１０のようなオープン空圧回路であっても、図３Ｃ（ｂ）（ｃ）等で説明したリニアコンプレッサ３の制御方法を適用することで、実施例１と同様の効果を得ることができる。

次に、図１１を用いて、本発明の実施例６のエアサスペンションシステムを説明する。なお、上述した実施例との共通点は重複説明を省略する。図１１は、本実施例のエアサスペンションシステムの回路構成図であり、ここに示すように、三方弁を使用せず、二方弁を６個使用している。

本実施例は車高の上げ運転時には、まずタンク５内の圧縮空気をエアサスペンション２に供給し、不足する分をリニアコンプレッサ３にて外気を圧縮した圧縮空気で補う運転を行う。また、車高の下げ運転時はエアサスペンション２からタンク５に空気を供給し、均圧した後は排気通路開閉弁１９を開にすることでエアサスペンション２内の空気を空圧回路１００外に放出するオープン回路構成となっている。後述する単純なオープン回路構成に比べ、車高の上げ運転時の圧縮空気の供給の一部をタンク５から補うことができるで、実施例１と同様の効果を得つつ、より迅速な車高上げ運転を実現できる。

次に、図１２を用いて、本発明の実施例７のエアサスペンションシステムを説明する。なお、上述した実施例との共通点は重複説明を省略する。

本実施例のエアサスペンションシステムは、図２を用いて説明した実施例１の構成に、コンプレッサ本体３Ａの前後の圧力を測定する二つの圧力センサ１５を付加し、図１２に示す構成としたものである。実施例１では、各電磁弁の開閉状態に応じてリニアモータ３Ｂに供給する電力を変更したが、本実施例では、コンプレッサ本体３Ａの近傍に設けた圧力センサ１５で検出した圧力情報に基づいてリニアモータ３Ｂに供給する電力を変更する構成とした。

具体的には、コンプレッサ本体３Ａの前後の圧力センサ１５で観測された圧力の圧力差が急変した場合、あるいは、コンプレッサ本体３Ａの後の圧力センサ１５で観測された圧力が急変した場合に、リニアコンプレッサ３の負荷が急変したものと判断し、リニアモータ３Ｂに供給する電力を変更することで、ピストン３６の振幅を最適化できるようにした。

以上で説明した本実施例の構成によっても、実施例１と同等の効果を得ることができる。

次に、図１３を用いて、本発明の実施例８のカメラ洗浄システムを説明する。なお、上述した実施例との共通点は重複説明を省略する。

実施例１から実施例７では、本発明の圧縮空気システムの応用として、圧縮空気の供給量を制御することで、車両のエアサスペンション２の長さを個別に制御できるエアサスペンションシステムを説明した。これに対し、本実施例では、本発明の圧縮空気システムの他の応用として、圧縮空気の供給量を制御することで、車両のカメラ洗浄機６が噴射する洗浄液量を個別に制御できるカメラ洗浄システムを説明する。

図１３は、本実施例のカメラ洗浄システムの概略図である。本実施例の車両は、例えば前後左右に車載カメラを搭載しており、また、その各々の近傍にカメラ洗浄機６を搭載している。そして、図示しないＥＣＵ１の制御によって、カメラ洗浄機６への圧縮空気の供給量を個別に調整することで、各々の車載カメラのレンズ面に噴射する洗浄液量を適切に調整することができる。これにより、汚れが付きやすい前方の車載カメラを短い周期かつ大量の洗浄液で洗浄する一方、汚れが付きにくい公報の車載カメラは長い周期かつ少ない洗浄液で洗浄する等の個別洗浄を実現することができる。

ここで、カメラ洗浄機６は、具体的には、特許第６０９０３１８号公報に開示されるようなものであり、供給される圧縮空気量に応じて洗浄液を吐出し、車載カメラのレンズ面を洗浄するものである。本実施例では、圧縮空気の供給先がカメラ洗浄機６である点で、圧縮空気の供給先がエアサスペンション２である上述の実施例と相違するが、一つのリニアコンプレッサ３で生成した圧縮空気を複数の部位に供給する点では共通しており、その制御内容も同様であるので、本実施例では、上述の実施例と重複することになるリニアコンプレッサ３の具体的な制御方法は省略する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１ ＥＣＵ、
２ エアサスペンション、
３ リニアコンプレッサ、
３Ａ コンプレッサ本体、
３Ｂ リニアモータ、
３Ｃ インバータ、
３Ｄ 吸込ポート、
３Ｅ 吐出ポート、
４ 吸気フィルタ、
５ タンク、
６ カメラ洗浄機、
７ エアドライヤ、
１０ 給排切換弁、
１１ サスペンション制御弁、
１２ タンク開閉弁、
１３ タンク戻り開閉弁、
１５ 圧力センサ、
１９ 排気通路開閉弁、
３１ 吸気バルブ、
３２ 排気バルブ、
３３ シリンダ、
３４ ピストン、
３５ 接続部、
３６ 可動子、
３６ａ 端部、
３７ コイル、
３８ 永久磁石、
３９ 固定子、
３９ａ 端部、
４０ ばね、
４１ 鉄心、
４２ 圧縮室、
４２ａ 死容積、
４３Ａ 上磁極歯部、
４３Ｂ 下磁極歯部、
４４ 空隙、
４４ａ、４４ｂ 隙間、
４５ａ、４５ｂ 磁束、
４６Ａ 反発力、
４６Ｂ 吸引力、
５２ 電流演算部、
５３ 電圧変換部、
１００ 空圧回路、
１０１ 車両、
１０２ 車体、
１０３ 車輪

Claims (10)

1. 圧縮空気を給排して長さを調整するエアサスペンションと、
   ピストンがシリンダ内を往復運動して空気を圧縮するコンプレッサ本体と、
   前記ピストンを往復運動させるリニアモータと、
   前記エアサスペンションまたは前記コンプレッサ本体と接続され、圧縮空気を蓄えるタンクと、
   前記エアサスペンションまたは前記タンクを開閉する電磁弁と、
   該電磁弁の開閉状態に応じて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御するインバータと、
   を具備することを特徴とするエアサスペンションシステム。
2. 圧縮空気を給排して長さを調整するエアサスペンションと、
   ピストンがシリンダ内を往復運動して空気を圧縮するコンプレッサ本体と、
   該コンプレッサ本体の圧力情報を検出する圧力センサと、
   前記ピストンを往復運動させるリニアモータと、
   前記エアサスペンションまたは前記コンプレッサ本体と接続され、圧縮空気を蓄えるタンクと、
   前記エアサスペンションまたは前記タンクを開閉する電磁弁と、
   前記コンプレッサ本体の圧力情報に基づいて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御するインバータと、
   を具備することを特徴とするエアサスペンションシステム。
3. 圧縮空気を給排して長さを調整するエアサスペンションと、
   ピストンがシリンダ内を往復運動して空気を圧縮するコンプレッサ本体と、
   前記ピストンを往復運動させるリニアモータと、
   前記エアサスペンションを開閉する電磁弁と、
   該電磁弁の開閉状態に応じて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御するインバータと、
   を具備することを特徴とするエアサスペンションシステム。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載のエアサスペンションシステムにおいて、
   前記ピストンの位置制御とは、前記ピストンの振幅中心位置または振幅の調節であることを特徴とするエアサスペンションシステム。
5. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載のエアサスペンションシステムにおいて、
   前記エアサスペンションへの空気流入方向を切り替える給排切替弁、または、
   排気通路を開閉する排気通路開閉弁を更に有し、
   前記インバータは、前記給排切替弁または前記排気通路開閉弁の開閉状態に応じて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御することを特徴とするエアサスペンションシステム。
6. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載のエアサスペンションシステムにおいて、
   前記エアサスペンションシステムは、
   コンプレッサ本体の吸込側または吐出側の圧力を測定する圧力センサを更に有し、
   前記インバータは、前記圧力センサの測定結果に応じて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御することを特徴とするエアサスペンションシステム。
7. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載のエアサスペンションシステムにおいて、
   前記エアサスペンションは、車体と車輪の間に設置された車高を上下するものであり、
   前記インバータは、車高センサが測定した車高に応じて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御することを特徴とするエアサスペンションシステム。
8. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載のエアサスペンションシステムにおいて、
   前記エアサスペンションは、車体と前輪の間に設置された前輪側エアサスペンションと、前記車体と後輪の間に設置された後輪側エアサスペンションと、であり、
   前記インバータは、前記前輪側エアサスペンションへの圧縮空気供給時と、前記後輪側エアサスペンションへの圧縮空気供給時では、前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御することを特徴とするエアサスペンションシステム。
9. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載のエアサスペンションシステムにおいて、
   前記エアサスペンションは、車体と前輪の間に設置された前輪側エアサスペンションと、前記車体と後輪の間に設置された後輪側エアサスペンションと、であり、
   前記インバータは、前記前輪側エアサスペンションからの圧縮空気排気時と、前記後輪側エアサスペンションからの圧縮空気排気時では、前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御することを特徴とするエアサスペンションシステム。
10. 圧縮空気が給排されたときに洗浄液を噴射するカメラ洗浄機と、
    ピストンがシリンダ内を往復運動して空気を圧縮するコンプレッサ本体と、
    前記ピストンを往復運動させるリニアモータと、
    前記カメラ洗浄機に供給する圧縮空気量を調整する電磁弁と、
    該電磁弁の開閉状態に応じて前記リニアモータに供給する電力を変更し、前記ピストンを位置制御するインバータと、
    を具備することを特徴とするカメラ洗浄システム。

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