JP2515199B2 - 弾性支持装置 - Google Patents

弾性支持装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，ばね上質量例えば車体
とばね下質量例えば車輪又は車体との間に設けられる空
気圧又は液圧−空気圧ばね要素が，押しのけ装置のよう
に構成されて，それぞれのばね行程に応じて容積の可変
な室と容積の一定な室とを持ち，ばね要素の行程位置に
関係して制御可能な弁装置により，容積の一定な室が容
積の可変な室に接続可能であるか又は容積の可変な室か
ら遮断可能である，特に自動車用の弾性支持装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】自動車用のこのような支持装置はドイツ
連邦共和国特許出願公告第１０２１７３２号明細書から
公知である。ここでは車体と車軸との間に設けられる空
気圧ベローが，車体に設けられる第１の空気圧室に常に
接続され，この第１の空気圧室が，回転滑り弁により制
御可能な導菅を介して，車体側に設けられる第２の空気
圧室に接続されている。弁を操作するレバーと車軸との
間に設けられているリンク機構により回転滑り弁が制御
される。車体に対して車軸が比較的強く接近又は離隔す
る位置に達すると，リンク機構により回転滑り弁が完全
に閉じられる結果，第２の空気圧室が第１の空気圧室か
ら遮断され，それに応じて減少する空気圧容積だけが車
体と車軸との間に作用する。こうして著しく漸増的な弾
性性能が得られる。
【０００３】機能的に類似な支持装置がドイツ連邦共和
国特許出願公開第２２００３５６号明細書から公知であ
る。ここでは，車軸が車体に対する中間位置から接近方
向又は離隔方向に充分大きくずれると，車軸と車体との
間に設けられる空気圧ベローが，車体側に設けられる空
気圧室から遮断される。その際車体に対して動く車軸が
付加的に空気圧弁を操作して，車軸が車体へ極端に接近
すると，車体側空気圧室が空気圧源から付加的な空気圧
媒体を供給され，また車軸が車体に対して比較的大きく
離隔方向に動かされると，空気圧ベローから空気圧媒体
が排出される。車軸の極端な接近運動の際こうして得ら
れる空気圧室の圧力上昇，又は極端な離隔運動の際行わ
れる空気圧ベローの圧力低下により，空気圧ベローと空
気圧室との間にあつてこれらの動作状態で閉じられる弁
装置が，空気圧室と空気圧ベローとの圧力差のため開か
れる。このために逆止弁のような弁装置の閉鎖機構が設
けられている。
【０００４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第２２００
３５６号明細書から公知の装置により，一層強く漸増的
な弾性性能が得られる。
【０００５】欧州特許出願公開第０１６６７０２号明細
書から公知の別の支持装置では，ばね要素がそれぞれ２
つの室を持つ純空気圧装置として構成され、その一方の
室はそれぞれのばね行程に応じて容積を変化し，他方の
室の容積は一定である。ここでも両方の室の間に弁装置
が設けられているので，弁装置が開かれると，支持装置
は比較的小さいばね定数で動作し，即ちばね要素の圧縮
段階（ばね行程のため両方の室の全容積が減少する）で
は，支持力は比較的徐々に増大し，引張り段階（ばね行
程のため両方の室の全容積が増大する）では，支持力は
比較的徐々に減少する。その理由は，ばね行程において
生ずる両方の室の容積変化と両方の室の全容積との比が
比較的小さい値を持っているからである。これに反し弁
装置が閉じられると，比較的大きいばね定数が生じ，即
ち支持力が圧縮段階において比較的強く増大し，引張り
段階では適当に強く減少する。その理由は，両方の室の
接続が遮断されると，一方の室の空気圧媒体のみがばね
性能を決定し，ばね行程における容積変化とこの室の容
積との比が比較的大きい値をとるからである。
【０００６】こうして弁装置の切換えにより，硬い弾性
と軟らかい弾性との間で切換えを行うことができる。こ
の切換えは，欧州特許出願公開第０１６６７０２号明細
書によれば，弾性支持装置を持つ車両の横加速度に特に
関係してパラメータ制御で行われる。
【０００７】場合によつては欧州特許出願公開第０１６
６７０２号明細書によれば，空気圧装置の両方の室が弁
装置の閉鎖状態で絞り又は絞り弁を介して接続されたま
まであり，充分な圧力差が作用すると，両方の室の間で
空気圧媒体の交換が行われる。こうして一方ではばね行
程の効果的な減衰が行われ，他方では両方の室の間にあ
る弁装置の開閉の際空気圧装置のばね定数があまり著し
く変化しない。
【０００８】類似の自動車用弾性支持装置がドイツ連邦
共和国特許出願公開第３２３３１６０号明細書から公知
である。ここでも車輪と車体との間のばね要素として，
それぞれ２つの室を持つ空気圧装置が設けられ，一方の
室はばね行程に応じて容積を変化し，他方の室の容積は
一定である。
【０００９】両方の室の間にあつて通常は開放位置をと
る弁装置は，車軸毎にに制御されて，車軸に付属する空
気圧装置の空気圧の間に大きい圧力差が生ずると，閉鎖
位置への切換えが行われるようにしている。こうして車
両における従来の横スラビライザによるのと類似な効果
が得られ，車体の横揺れ運動が大きいばね定数で阻止さ
れる。
【００１０】なお空気圧ばね装置のために，ばね行程に
おいて容積の可変な室に容積の一定な室を付属させ，こ
れら両方の室の間に任意に操作可能な切換え弁を設け
て，２つの異なるばね定数の間で切換えを行うことは，
例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３５０４２１７
号明細書から公知である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】さて本発明の課題は，
最初にあげた種類の支持装置を改良して，望ましくない
共振振動特に自動車におけるいわゆる車体共振振動数を
持つ車体の振動を強力に阻止することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】最初にあげた種類の装置
において，この課題を解決するため本発明によれば，ば
ね上質量とばね下質量との間に設けられる行程センサの
信号からそれぞれの行程位置のほかに行程速度又は行程
方向も求める計算機援助制御回路により，弁装置が行程
方向反転毎に開放位置と閉鎖位置との間で切換え可能で
ある。
【００１３】こうして本発明にとつて特有なことは，行
程方向反転の際弁装置が切換え可能であることによつ
て，運動方向反転の際ばね要素の支持力を非常に強く変
化できることである。その結果，支持力の変化が振動運
動に対して逆位相で行われるので，それぞれの振動を特
に著しく阻止することができる。
【００１４】例えば運動方向の反転点に達する前空気圧
ばね要素の圧縮段階において弁装置が閉じられ，運動方
向の反転の際即ち引張り段階の開始の際再び開かれる
と，反転点に達する前に支持力が強く増大し，続いて弁
装置の切換えの際支持力の著しい減少が行われる。その
理由は，ばね要素の容積の可変な室における空気圧が弁
装置の閉じられる圧縮段階で強く上昇し，その際両方の
室の間に大きい圧力差が生ずるからである。さて次の引
張り段階の始めに弁装置が開かれると，高い圧力を受け
ている容積の可変な室から空気圧媒体が比較的低い圧力
を受けている容積の一定な室へ移行し，即ち互いに逆の
運動方向の間の反転時期でも，支持力の著しい減少が行
われる。
【００１５】引張り段階と圧縮段階との間の反転点に達
する前の空気圧ばね要素の引張り段階において弁装置が
閉じられ，運動方向の反転後即ち圧縮段階開始の際弁装
置が開かれと，同様なことが逆の符号で行われる。この
場合引張り段階の最終時期の間弁装置が閉じられるた
め，容積の可変な室内の空気圧が強く低下し，容積の一
定な室内の圧力に対して著しい不足圧力が生ずる。さて
運動方向反転の際弁装置が開かれると，容積の一定な室
から空気圧媒体が比較的に不足圧力を受けている容積の
一定な室へ流れ，即ち引張り段階の最終時期に強く減少
する支持力は，運動方向の間の反転時期においても著し
く増大する。
【００１６】こうして車道に対する車体の運動を特に効
果的阻止することができる。特にいわゆる車体共振振動
数を持つ車体の振動が特に効果的に制御されかつ減衰さ
れる。
【００１７】車道の凹凸のため実際上継続的に生ずる車
輪の比較的高振動数の接近−離隔運動は，場合によつて
は車道に対する単体の高さ位置を変化するのに利用され
る。
【００１８】例えば車輪の所で車体の地上高を大きくし
ようとすれば，付属するばね装置の容積の可変な室と容
積の一定な室との間の接続が遮断状態にされ，車体に対
するそれぞれの車軸の下方運動の際容積の一定な室に対
して不足圧力が容積の可変な室に生ずる時にのみ，接続
が行われる。車軸の次の上方運動の際，又は次の上方運
動前における車輪運動の反転点通過の際，接続が再び遮
断される。こうして，容積の一定な室の圧力が低下し
て，ばね要素の引張り段階においてばね行程のため容積
の一定な室の変化する圧力が容積の一定な室の圧力値を
もはや下回らなくなるまで，容積の可変な室に空気圧媒
体を送ることができる。
【００１９】同様に車体の地上高を小さくすることがで
きる。この場合車体に対する車輪の上方運動の際即ち圧
縮段階において，容積の一定な室に対して容積の可変な
室に超過圧力が生ずると，容積の一定な室と容積の可変
な室との接続が行われる。車輪の次の下方運動の際即ち
引張り段階において，この接続が断たれる。こうして車
輪運動の圧縮段階において容積の可変な室に生ずる圧力
ピークが容積の一定な室の圧力をもはや超過しなくなる
まで，容積の一定な室へ圧力を送ることができる。
【００２０】本発明の特別な利点は，自動車の場合例え
ば凹凸のある車道表面に生ずるような比較的高い振動数
の励振に対してばね上質量（自動車の場合車体）を振動
に関して遮断する位置への弁装置の切換えが充分維持さ
れることである。弁装置の切換えによるばね定数の変化
は，主として低い振動数の振動に，即ち自動車の場合比
較的緩慢な車体振動に，影響を及ぼす。
【００２１】それ以外の利点及び好ましい特徴は，図面
に示される本発明の実施例の以下の説明から明らかにな
る。
【００２２】
【実施例】図１によれば，下側の一部のみを断面で概略
的に示してある車体１は，１つだけを概略的に示してあ
る車軸２上に，ばね要素としての空気ばね装置３により
原理的に公知のように支持されている。
【００２３】空気ばね装置３は押しのけ装置のように構
成されて，車軸側に設けられる押しのけピストン４を持
ち，車体側に設けられるハウジング５へばね行程に応じ
て没入する。ハウジング５はピストン４に沿つて撓むベ
ロー６によりピストン４の側を密閉されている。
【００２４】ピストン４の行程位置又は車体１と車軸２
との間の間隔に応じて，ハウジング５内に形成される室
７は変化する容積を持つ。
【００２５】室７は２つの導管８及び９を介して容積の
一定な室１０に接続されている。導菅８及び９を制御す
る逆止弁１１及び１２は比例弁１３及び１４に対してそ
れぞれ直列に設けられ，これらの比例弁は完全な開放と
完全な閉鎖との間で段階的に制御されて，対応する逆止
弁１１及び１２により可能となる流れ方向において，両
方の室７及び１０の絞られた接続を可能にする。
【００２６】逆止弁１１及び１２は互いに逆向きに設け
られ，即ち比例弁１３が開かれる場合，室１０に対して
充分な超過圧力が室７に存在する時にのみ，逆止弁１１
が開くことができる。一方比例弁１４が開かれる場合，
室７に対して充分な超過圧力が室１０に存在する時にの
み，逆止弁１２が開く。
【００２７】場合によつては逆止弁１１及び１２が不同
に構成されることがあるので，例えば室７と１０との間
の比較的小さい圧力差で逆止弁１１が開き，逆止弁１２
を開くため室７と１０との間に大きい圧力差が存在せね
ばならない。
【００２８】比例弁１３及び１４の制御は計算機で援助
される制御回路１５により行われ，この制御回路の出力
端が比例弁１３及び１４の操作機構を駆動する。制御回
路１５の入力端は，車輪の所で車体１と車軸２との間に
設けられる行程センサ１６に接続され，この行程センサ
の信号が車軸２又は隣接する車輪と車体１との間のそれ
ぞれの間隔を表わす。制御回路１５に付属する計算機
は，行程センサ１６の信号から，それぞれの行程位置の
ほかに行程速度又は行程方向を求めることができる。更
に計算機は，行程センサの信号から車体１の振動の振動
数を計算することができる。
【００２９】更に室７及び１０の圧力を検出する圧力セ
ンサ１７及び１８に，制御回路１５の別の入力端を接続
することができる。
【００３０】図１に示す装置は次のように動作する。例
えば車体１が特に車体共振振動数の範囲で望ましくない
運動を行うと，空気ばね装置３の圧縮段階において，即
ち車体１に対する押しのけピストン４の上方運動の際，
比例弁１３が閉じられる。その結果車体１に対するピス
トン４の増大する上方運動と共に，室７内に強く上昇す
る圧力が現れる。なぜならは，比例弁１３が閉じられ，
場合によつては比例弁１４が開かれていても，導菅９が
逆止弁１２により遮断されるので，圧縮段階において室
７が室１０に対して閉じられているからである。さて車
体１に対する車輪又はピストン４の上方運動が反転点に
達すると，比例弁１３が開かれるので，室７から室１０
へのある程度の圧力逃しが行われ，即ち空気ばね装置３
の先行する圧縮段階において室１０に対する室７の遮断
のため室７で行われた強い圧力上昇は，著しく減少され
る。これにより空気ばね装置３の戻し力が著しく減少す
る。
【００３１】これでも車体１の望ましくない運動をなく
すのに充分でないと，空気ばね装置３の引張り段階中比
例弁１４は閉じられたままで，引張り段階と圧縮段階と
の間の反転点に達する際開かれるようにすることができ
る。場合によつては比例弁１３が開かれたままでも，遅
くとも室７と１０との間に圧力平衡が生ずるか又は室１
０に対して室７に僅かな不足圧力が生ずる時に，逆止弁
１１により導菅８が閉じられので，引張り段階の引続く
経過において，今や室１０に対して遮断される室７に著
しい不足圧力が現れ，即引張り段階において空気ばね装
置３の支持力が強く減少する。引張り段階と圧縮段階と
の間の反転点で開く比例弁１４のため，圧縮段階の始め
に空気圧媒体が室１０から室７へ流れるので，引張り段
階と圧縮段階との間の反転点を通過する際，空気ばね装
置３の支持力が著しく増大される。
【００３２】こうして空気ばね装置３の支持力が車体運
動に対して逆位相で変化して，車体運動を特に効果的に
阻止する。
【００３３】こうして車体運動をなくすため，大きい行
程運動では，引張り段階から圧縮段階へ移行する際容積
の可変な室７に著しい圧力上昇が生じ，圧縮段階から引
張り段階へ移行する際容積の可変な室に著しい圧力低下
が生ずるので，支持力は車体運動に対してそれぞれ逆位
相に変化される。
【００３４】場合によつては車体の地上高の変化も行う
ことができる。このために，走行中実際上常に生ずる車
輪の比較的高い振動数のばね運動を利用し，しかも車体
１が車道に対して行程運動又は望ましくない行程運動を
行わない時にも，利用することができる。
【００３５】地上高を増大するため，空気ばね装置３の
引張り段階において比例弁１４が開かれるので，引張り
段階における室７の容積変化のため，室１０から室７へ
の圧力勾配が現れると，空気圧媒体が室１０から室７へ
流れる。次の圧縮段階において，今や閉じる逆止弁１２
により，また比例弁１３が閉じられたままであることに
より，室１０への空気圧媒体の戻りが阻止される。こう
して空気ばね装置３の引張り段階において生ずる室７内
の圧力低下が，室１０から室７への圧力勾配を生ずるの
にもはや充分でなくなるまで，空気圧媒体を室１０から
室７へ送ることができる。
【００３６】車体１のレベル低下を行うため，比例弁１
３が開かれ，（少なくとも空気ばね装置３の引張り段階
中）比例弁１４が閉じられたままである。こうして空気
ばね装置３の圧縮段階中，室７の容積減少のため室１０
に対して充分な不足圧力が室７に生ずると，空気圧媒体
が室７から室１０へ送られる。次の引張り段階における
空気圧媒体の戻りは，閉じる逆止弁１１及び閉じられる
比例弁１４によつて阻止される。
【００３７】上述した制御過程の特徴は，車体１に対す
るピストン４の運動の反転点において室７と１０との接
続の切換えが行われて，以前に行われていた接続を断つ
か，又は以前に断たれていた接続を行うことである。
【００３８】本発明の特別な利点は，比例弁１３及び１
４の操作機構の所要電力が極めて少ないので，これらの
弁１３及び１４を実際上電力なしに制御できることであ
る。
【００３９】室７及び１０にある圧力センサ１７及び１
８は，まず弁１３及び１４の開放の際その絞り作用を室
７と１０のそれぞれの圧力差に関係して最適に設定する
のに用いられる。更にこれらの圧力センサ１７及び１８
により，逆止弁１１及び１２に対してそれぞれ直列にな
つている比例弁１３及び１４が開かれる時，逆止弁１１
及び１２が正しく動作するか否かが検査される。
【００４０】図２に示す実施例は，図１による構造とは
大体次の点において相違している。即ち室７と１０との
間に１つの導管１９のみが設けられ，この導管を制御す
る比例弁２０が室７と１０を互いに完全に遮断するか，
又は絞るか又は殆ど絞ることなしに互いに接続する。
【００４１】室７と１０との間の圧力差に関係して比例
弁２０が制御されると，図２の装置により，図１の装置
におけるのと原理的に同じ動作を行うことができる。図
１に示した実施例の上述した動作の際，室７と１０との
間で空気圧媒体を交換する場合，図２に示す実施例の比
例弁２０を開かねばならない。図１による実施例におい
て，逆止弁１１及び１２の１つによるか，又はそれぞれ
付属する比例弁１３又は１４の閉鎖により，室７と１０
との間で空気圧媒体の交換が阻止されると，図２による
実施例では比例弁２０は閉じられねばならない。
【００４２】逆止弁１１及び１２は通常非常に少ない慣
性で動作するので，図１による実施例では，比較的緩慢
に制御可能な比例弁１３及び１４を使用することができ
る。
【００４３】図２による実施例では，比例弁２０を急速
に切換え制御できるようにする。
【００４４】図示した実施例とは異なり，場合によつて
は液圧−空気圧ばね装置も設けることができる。この装
置は，図１及び２に示した純空気ばね装置３とは，大体
次の点でのみ相違している。即ち押しのけピストン４
は，ベロー６に液圧的に接続されている液圧押しのけ装
置の一部として設けられているので，室７の容積は押し
のけピストン４の行程運動に応じて増大又は減少され
る。原理的には作用について変るところがない。しかし
押しのけピストン４の行程運動の際このピストン４によ
り生ずる流れを絞りを通して導いて，ピストン４の運動
の付加的な液圧減衰を行うことができる。
【００４５】なお室７と１０との間に能動ポンプ装置を
設けて，場合によつては室７と１０との間の圧力勾配を
大きくするか，又は室７と１０との間の圧力差が小さい
場合この圧力勾配を特に速く減少するか，又はその逆に
することができる。
【００４６】ポンプを駆動するために電力が必要であ
る。しかし室７と１０との間で比較的僅かな空気圧媒体
を移動させることによつて，室７と１０との間の圧力差
が著しく変化するので，所要電力は比較的僅かである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による支持装置の第１実施例の構成図で
ある。
【図２】第２実施例の構成図である。
【符号の説明】
１ ばね上質量（車体） ２ ばね下質量（車軸又は車輪） ３ ばね要素（空気ばね装置） ４ 押しのけピストン ７ 容積の可変な室 １０ 容積の一定な室 １１〜１４；２０ 弁装置（逆止弁及び比例弁） １５ 制御回路 １６ 行程センサ

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ばね上質量例えば車体とばね下質量例え
    ば車輪又は車体との間に設けられる空気圧又は液圧−空
    気圧ばね要素が，押しのけ装置のように構成されて，そ
    れぞれのばね行程に応じて容積の可変な室と容積の一定
    な室とを持ち，ばね要素の行程位置に関係して制御可能
    な弁装置により，容積の一定な室が容積の可変な室に接
    続可能であるか又は容積の可変な室から遮断可能である
    ものにおいて，ばね上質量（１）とばね下質量（２）と
    の間に設けられる行程センサ（１６）の信号からそれぞ
    れの行程位置のほかに行程速度又は行程方向も求める計
    算機援助制御回路（１５）により，弁装置（１１〜１
    ４；２０）が行程方向反転毎に開放位置と閉鎖位置との
    間で切換え可能であることを特徴とする，弾性支持装
    置。
  2. 【請求項２】 弁装置（１１〜１４；２０）の閉鎖状態
    で，両方の室の絞られる接続が行われ，絞り抵抗がばね
    要素の引張り段階と圧縮段階とで異なる大きさに設定可
    能であることを特徴とする，請求項１に記載の支持装
    置。
  3. 【請求項３】 ばね上質量又は車体（１）の望ましくな
    い運動をなくすため，弁装置（１１〜１４；２０）が圧
    縮段階で閉じられるか，又は容積の一定な室（１０）か
    ら容積の可変な室（７）の方への流れのみを可能にする
    ように切換えられ，弁装置（１１〜１４；２０）が圧縮
    段階と引張り段階との間の反転点で開かれるか，又は容
    積の可変な室（７）から容積の一定な室（１０）の方へ
    の流れを可能にする状態に切換えられることを特徴とす
    る，請求項１又は２に記載の支持装置。
  4. 【請求項４】 ばね上質量又は車体（１）の望ましくな
    い運動をなくすため，弁装置（１１〜１４；２０）が引
    張り段階で閉じられか，又は容積の可変な室（７）から
    容積の一定な室（１０）の方への流れのみを可能にする
    ように切換えられ，弁装置（１１〜１４；２０）が引張
    り段階と圧縮段階との間の反転点で開かれるか，又は容
    積の一定な室（１０）から容積の可変な室（７）への流
    れを可能にする状態に切換えられることを特徴とする，
    請求項１ないし３の１つに記載の支持装置。
  5. 【請求項５】 容積の可変な室（７）の平均容積又は車
    体（１）の平均地上高を増大するため，容積の可変な室
    （７）に対して容積の一定な室（１０）内の圧力が高い
    場合，弁装置（１１〜１４；２０）が引張り段階におい
    て開かれ，引張り段階と圧縮段階との間の反転点におい
    て閉じられることを特徴とする，請求項１ないし４の１
    つに記載の支持装置。
  6. 【請求項６】 容積の可変な室（７）の平均容積又は車
    体（１）の平均地上高を減少するため，容積の一定な室
    （１０）に対して容積の可変な室（７）内の圧力が高い
    場合，弁装置（１１〜１４；２０）か圧縮段階において
    開かれ，圧縮段階と引張り段階との間の反転点において
    閉じられることを特徴とする，請求項１ないし４の１つ
    に記載の支持装置。
  7. 【請求項７】 弁装置が，互いに逆の方向に開く２つの
    逆止弁（１１，１２）と，これらの逆止弁に対してそれ
    ぞれ直列な比例弁（１３，１４）とを含み，これらの比
    例弁が閉じられる状態と開かれる状態との間で切換え制
    御可能であることを特徴とする，請求項１ないし６の１
    つに記載の支持装置。
  8. 【請求項８】 弁装置が制御可能な比例弁（２０）によ
    り形成され，この比例弁が比較的絞られない開放位置と
    完全に又は強く絞られる閉鎖位置との間で切換え制御さ
    れることを特徴とする，請求項１ないし７の１つに記載
    の支持装置。
  9. 【請求項９】 容積の可変な室（７）と容積の一定な室
    （１０）との間に，これら両方の室（７，１０）の間で
    空気圧媒体を移動させるポンプが設けられていることを
    特徴とする，請求項１ないし８の１つに記載の支持装
    置。
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