JP4750335B2 - ハイドロニューマチックサスペンション - Google Patents

Description

【０００１】
Ｉ．利用分野
本発明は、特にオフロードを走行する自動車で使用されるハイドロニューマチックサスペンション、及びこのようなハイドロニューマチックサスペンションを制御する方法に関する。
【０００２】
オフロードを走行する車両の走行挙動は、一方では、たとえば積載物の重量や分布といった静的な条件によって左右されるとともに、他方では、たとえば走行速度、地面の起伏の大きさや頻度といった動的な要因にも左右される。
【０００３】
ハイドロニューマチックサスペンションの利点は、原則として、たとえば個々の流体ばねの内部のオイル容積を変えることにより、静的なまたは動的なあるいはその両方の要因に依存して個々の流体ばねの緩衝特性、結果的には、サスペンションシステム全体の緩衝特性を変えることができるという点にある。
【０００４】
ＩＩ．背景技術
この関連においては、多数のセンサを用いてこうした静的および動的なパラメータを継続的に検出し、複雑なコンピューティングを通じて、個々の流体ばねの最適の初期応力、つまりそのオイル容積部の大きさを設定するシステムがすでに公知である。
【０００５】
しかしこのシステムは製造にコストがかかり、特に電気コンポーネントや電子コンポーネントの数が多いために、たとえば軍事用などの厳しい条件で採用する場合、一方では高い程度に故障の危険性があるとともに、他方では、純粋に機構的な面からの復旧が不可能なのが通例であるために修理が容易でない。さらに、修理も簡単にできる簡素なハイドロニューマチックサスペンションシステムを実現するために、ドイツ特許公開公報ＤＥ１９５０５７１２より、積載状態に依存して、つまり静的要因に依存して、一定の補充容積によって個々の流体ばねの容積部を増やしたり減らしたりすることがすでに公知である。この場合には自動的な適合化は意図されておらず、補充容積の量を変えることもできない。またこれによっては、サスペンションシステムの動的要因への適合化も不可能である。
【０００６】
ＩＩＩ．発明の開示
ａ）技術的な課題
したがって本発明の課題は、簡単かつ低コストで修理が容易な構造にもかかわらず、静的要因と動的要因の両方を考慮することができ、しかも手動制御と自動制御がいずれも可能であるようなハイドロニューマチックサスペンションシステム、ならびにそのための制御方法を提供することである。
【０００７】
ｂ）課題の解決法
この課題は、請求項１および１６の特徴によって解決される。好適な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００８】
ここでは、車両の前側と後側にある、それぞれ互いに対応する２つの流体ばねの容積部が相互に連結されており、つまり、４輪車の場合にはたとえば車両の左前方と左後方の流体ばねが相互に連結されている。関連し合う両方の流体ばねの容積部に加えて、さらに適量調整シリンダの適量調整容積部が存在しており、これら３つの構成要素は、次の３通りの異なる切換位置をとることのできる負荷分配ユニットを介して、相互に接続されている：
− 両方の流体ばねの容積部が相互に接続され、適量調整シリンダとも接続される位置。
− 両方の流体ばねの容積部のみが相互に接続される位置。
− ３つのコンポーネントが相互に遮断され、つまり、個々の流体ばねが独立的にに作用する位置。
【０００９】
ここで適量調整シリンダの適量調整容積部は一定の容積をもつものではなく、算定されるべき量の適量容積が、必要に応じて適量調整シリンダによってシステムに、つまり関連し合う両流体ばねの接続された容積部に送られたり、あるいは適量調整シリンダによって取り出される。
【００１０】
以下においては、本発明は、関与する流体ばねのオイル容積部の容積変化、および適量調整シリンダの適量調整容積部の圧媒油の容積変化に基づいて説明される。
【００１１】
流体ばねのオイル容積部の変化は、流体ばねのスプリング特性曲線に沿って作動点を上方へ変位させ、つまり初期応力が高くなる方向へ変位させる。
【００１２】
しかしながらオイル容積部の変化に代えて、もしくはオイル容積部の変化の補完として、ガス容積部に変化を与えることも可能である。この場合、適量調整シリンダの適量調整容積部には、当然ながらガスが含まれることになる。
【００１３】
ただし、たとえば流体ばねのガス容積部の増大は、目下の作動点を維持しながら、スプリング特性曲線全体の上方への変位を引き起こす。
【００１４】
この点を除けば、車両で感じられる変化の影響に変わりはないので、原則として与えられている両方の可能性、つまりハイドロニューマチックサスペンションシステムの流体ばねのオイル容積部またはガス容積部あるいはその両方に対する調整介入は、十分に置換的に用いることができ、または相互に補完するように用いることができる。
【００１５】
上に挙げた負荷分配ユニットの３通りの切換位置の構成に追加して、両方の流体ばねの流体接続において、オーバーフローの種類に影響を与える補償回路が備えられ、両方の流体ばねへの適量調整シリンダの接続においても、同じくオーバーフローの種類挙動に影響を与える適量調整回路が備えられる。補償回路と適量調整回路は、センサや変換用制御デバイスないし調節デバイスを用いることなく、動的なパラメータに対するハイドロニューマチックサスペンションシステムの適合化をもたらす。
【００１６】
負荷分配ユニットは、たとえば、後側流体ばねから前側流体ばねへの迅速なオーバーフローを可能にするが、これと反対方向の流れは遮断し、スロットルを介してのみ迂回でき、戻り流を正方向流に比べて低速でしか流さない逆止弁を含んでいる。
【００１７】
適量調整回路も同一に構成されていてよく、その貫流方向は適量調整シリンダから流体ばねへとし、少なくとも１つの迂回不能なスロットルを含んでおり、それによって速すぎる追加流を防止し、あるいは流体ばねからの適量容積の流出を防止する。
【００１８】
上記に加えて、補償回路へのバイパスには、前側流体ばねと後側流体ばねないし適量調整シリンダの間にリリーフ弁が配置されていてよく、このリリーフ弁は、一方では前側流体ばねのための安全弁（前側流体ばねの圧力が高すぎるときにリリーフ弁が開く）としての役目をするとともに、他方では、適量調整シリンダからの適量容積を直接、つまり補償回路のスロットルを迂回しながら、前側流体ばねに流入させる役目をし、それによって前側流体ばね内により迅速に補充容積を受け入れさせることにより、前側流体ばねを後側流体ばねよりも迅速に「剛性化」する。
【００１９】
この両方の方策は、流体ばねが過負荷になると必ずと言ってよいほど最初に前車軸すなわち車両のステアリングに発生する損傷を回避するため、まず第１に前側流体ばねを迅速かつ十分に剛性化できるようにするものであり、後側流体ばねにおいてもある程度の時間的な遅延はあるものの剛性化が行われ、通常はこれで十分である。
【００２０】
以上より、次のような可能性が生まれることになる：
傾斜のない、ないし傾斜の少ない、平坦な地面ないし起伏の少ない地面での走行時：
ａ）車両に均等に積載されている場合：流体ばねは相互に遮断されている。積載荷重の大きさによっては、遮断の前に、まだ相互に接続されている流体ばねに所要の程度だけ適量調整された容積を入れている。
ｂ）不均等に積載されている場合：接続された流体ばねに適量容積を入れた後、適量調整シリンダへの接続を遮断して、両方の流体ばねだけが接続されたままにする。それにより、荷重の大きいほうの流体ばねで、荷重を受け止めるための作動点が高くなる。
【００２１】
中程度の傾斜での走行時：
場合により適量容積を入れた後、適量調整シリンダへの接続を遮断するが、各流体ばねは相互に接続されたままにしておき、それによって特に山道を下るとき、大きな荷重がかかる前車軸を動的荷重の発生時にそのつど迅速に剛性化する。
【００２２】
地面の起伏があるために動的荷重が中程度の頻度で発生する平らな面での走行、つまり走行速度が起伏の間隔に比べて速すぎないとき：
乗り心地を向上させるため、適量調整容積部は両方の流体ばねと流体接続されたままにしておき、それによって全体として利用可能な容積部を増やし、適量調整シリンダからの所定容積の補充流および戻り流が、速度に関して制限されながらではあるが常時行われることを可能にする。
【００２３】
地面の起伏による動的荷重の発生が、走行速度に関して高い頻度で発生するとき：
補償回路および適量調整回路にスロットルがあるため、発生する動的荷重を補償するのに必要な速度で、適量調整シリンダから両方の流体ばねへの所定容積の戻り流を行うのはもともと不可能である。それにもかかわらず適量調整シリンダと流体ばねとの間または各流体ばねの間あるいはそれらすべての接続は開放されたままであり、それによって少なくとも、第１の流体ばねで高すぎる圧力が発生した場合に、そこからの所定容積の迅速な戻りを可能にする。
【００２４】
さらに付言しておくと、静的要因とは車両の積載物を指しているだけではなく、たとえば特に流体ばねのガスの温度なども指しており、この温度は、外部気温によって、あるいは流体ばねが絶えず伸縮する際の摩擦によって非常に大きな変動を生じることがあるが、温度の上昇はガス容積部の増加と同じ作用をもたらし、つまりスプリング特性曲線のいっそう上方への変位、すなわち初期応力が高くなる方向への変位をもたらし、それに伴って同じような補償が必要になる。
【００２５】
ｃ）実施形態
本発明の実施形態について図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明によるサスペンションの各コンポーネントの原理的な回路を示している。
ここでは、走行方向２０で見て前側の流体ばね１ａおよび後側の流体ばね１ｂは、それぞれのガス容積部が、補償流路７を介して、記号でのみ図示している負荷分配ユニット２に接続されており、前側の流体ばね１ａは接続口Ａにつながれており、後側の流体ばね１ｂは接続口Ｂにつながれている。
【００２６】
負荷分配ユニット２は、さらに、本例では同じくガス容積部である適量調整シリンダ３の適量調整容積部９と接続された接続口Ｄを備えている。
【００２７】
適量調整シリンダ３の中には、ガスで充填された適量調整容積部９と、これに隣接する圧力室１５との間に適量調整ピストン１０がある。たとえば調節可能な制御弁６を介して作業圧１１と接続することができる圧力室１５に圧力を注入することで、圧力室１５の中の圧力を制御することができ、つまり増減させることができ、このことは適量調整ピストン１０の変位を引き起こし、それに伴って適量調整容積部９の一部を適量調整シリンダから押し出したり、あるいは適量調整シリンダへ戻したりする。
【００２８】
適量調整容積部９で生成している圧力は、これに配置され、相応の測定装置１４と接続された圧力センサ１３でチェックするのが好ましい。
【００２９】
流体ばね１ａ，１ｂは、周知のとおりガス容積部と、これに隣接するオイル容積部とを有しており、これらはダイヤフラムまたはピストンによって互いに遮断されており、オイル容積部に対するガス容積部の関係をガス容積部の範囲内で変えることができるが、たとえばガス容積部が圧縮される。
【００３０】
ガス容積部は、（図示しない）ホイールが取り付けられたピストンロッドによって負荷される。
【００３１】
ここで再度指摘しておくと、流体ばね１ａ，２ｂおよび適量調整シリンダ３のガス容積部の代わりに、これらの各々のオイル容積部が負荷分配ユニットに接続されていて、それによって相互のオイル容積部が接続できるようになっていてもよい。
【００３２】
図２は、負荷分配ユニット２の内部構造をブロック図で示している。流体ばね１ａ，１ｂのための両方の接続口ＡおよびＢは、補償回路４を介して相互に接続されている。この補償回路は一方に、接続口Ａに向かう方向つまり前側の流体ばね１ａに向かう方向への流れは許することができるが、その反対方向の流れは遮断する逆止弁２４を備えている。逆止弁２４と直列に、接続口ＡおよびＢの間の補償流路７にスロットル２１が配置されており、このスロットルは、両方向の流れを、このスロットル２１の開度に応じて制限している。
【００３３】
追加的に、逆止弁２４と並列に別のスロットル２２が配置されており、このスロットルの開口径は、逆止弁２４が遮断をしている、接続口Ａから接続口ＢないしＤの方向への流れだけを規定している。
【００３４】
接続口Ｂつまり後側の流体ばねに向かう補償流路７の分岐が、さらに適量調整回路５と接続されており、この適量調整回路は他方の側では適量調整シリンダ３のための接続口Ｄと接続されている。この適量調整回路５は、もっとも単純な場合には、適量調整シリンダ３に向かう方向と出ていく方向の両方で流速を制限するスロットル２３だけで構成される。
【００３５】
追加的に、この適量調整回路５と、接続口Ａと接続されている補償流路７の分路との間には、設定された圧力を越えると接続口Ａから分岐点８への貫流が可能になるようにリリーフバルブ２６が配置されている。この場合、分岐点８は、適量調整回路５の直前に配置されるとともに、接続口Ｂに付属している補償流路７の分路と接続されているので、流体はＢの方向へも、適量調整回路５を通って接続口Ｄへも流れることになる。
【００３６】
それに対し、好ましくは背圧に関して調整可能であるリリーフバルブ２６は、接続口Ａに向かう方向への流れは許さない。
【００３７】
つまりこのリリーフバルブ２６は、まず第１に、接続口Ａに接続された流体ばね１ａのガス容積部が高すぎる圧力になることに対する安全弁としての役目を果たす。
【００３８】
負荷分配ユニット２は、さらに、接続口Ｂに付属している補償流路７の分路と接続された充填接続口１２を備えている。
【００３９】
前述した各状況において、前側および後側の２つの流体ばね１ａ，１ｂは、補償回路２を介して相互に接続可能であるとともに、適量調整シリンダ３と接続可能である。
【００４０】
流体ばねないし車軸が相前後して２つ以上配置されている場合、それぞれ２つの連続する流体ばねが、前述した補償回路２によって相互に接続可能であってよい。この場合、それぞれの組の流体ばねを、別々の適量調整シリンダまたは共通の適量調整シリンダと前述のように接続可能としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体ばねの原理的な回路図
【図２】サスペンションの負荷分配ユニット２のブロック図
【符号の説明】
１ 流体ばね
２ 負荷分配ユニット
３ 適量調整シリンダ
４ 補償回路
５ 適量調整回路
６ 制御弁
７ 補償流路
８ 分岐点
９ 適量調整容積部
１０ 適量調整ピストン
１１ 作業圧
１２ 充填接続口
１３ 圧力センサ
１４ 検査装置
１５ 圧力室
２０ 走行方向
２１ スロットル
２３ スロットル
２４ 逆止弁
２６ リリーフバルブ

Claims (16)

1. 少なくとも１つの前側の流体ばね（１ａ）と少なくとも１つの後側の流体ばね（１ｂ）とを備える自動車のハイドロニューマチックサスペンションにおいて、これらの流体ばねは、
   負荷分配ユニット（２）を介して相互にも適量調整シリンダ（３）とも流体接続されており、前記負荷分配ユニット（２）は、
   ａ）前記流体ばね（１ａ，ｂ）の流体遮断と、
   ｂ）接続された両方の前記流体ばね（１ａ，ｂ）の相互間のみの流体接続と、
   ｃ）両方の前記流体ばね（１ａ，ｂ）と前記適量調整シリンダ（３）との相互の流体接続、
   という切換位置を少なくとも有しており、
   前記負荷分配ユニット（２）は、前記流体ばね（１ａ，ｂ）のための接続口（Ａ，Ｂ）の間の補償配管（７）に補償回路（４）を有しており、
   前記補償回路（４）はスロットル（２１）を有すると共に、前記後側の流体ばね（１ｂ）のための接続口（Ｂ）から前記前側の流体ばね（１ａ）のための接続口（Ａ）に向かう方向へ開放可能で前記スロットル（２１）と直列につながれた逆止弁（２４）を有しており、
   前記適量調整シリンダ（３）と接続されている前記負荷分配ユニット（２）の適量調整接続口（Ｄ）は、前記補償配管（７）の両方の分路と接続されており、すなわち前記補償回路（４）の両側に接続されており、
   適量調整回路（５）は、前記負荷分配ユニット（２）の適量調整接続口（Ｄ）と、前記補償配管（７）の分路への分岐部（８）との間に配置されており、
   前記補償回路（４）と前記適量調整回路（５）はいずれもセンサや、センサの信号を変換する電気的または電子的な制御部材あるいは調節部材を有していない、ハイドロニューマチックサスペンション。
2. 前記流体ばね（１ａ，１ｂ）のガス容積部を、前記適量調整シリンダ（３）のガス充填された容積部と接続させることが可能であることを特徴とする請求項１記載のハイドロニューマチックサスペンション。
3. 前記流体ばね（１ａ，ｂ）のオイル容積部を、前記適量調整シリンダ（３）のオイル充填された容積部と接続させることが可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
4. 前記補償回路（４）が、前記後側流体ばね（１ｂ）のための接続口（Ｂ）から前記前側流体ばね（１ａ）のための接続口（Ａ）へのオーバーフローのほうが、これと逆方向のオーバフローよりも迅速に行われるように構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
5. 前記補償回路（４）に、逆止弁（２４）に対するバイパスにある別のスロットル（２２）がつながれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
6. 前記負荷分配ユニット（２）の適量調整回路（５）が前記補償回路（４）と同一の構成を備えており、前記適量調整接続口（Ｄ）から補償配管（７）への逆止弁の開放方向を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
7. 前記適量調整回路（５）が１つのスロットル（２３）を含んでいることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
8. 前記適量調整回路（５）と、前車軸側の接続口（Ａ）と接続されている補償配管（７）の分路との間に、接続口（Ａ）の側の圧力が高すぎるときに適量調整接続口（Ｄ）と後車軸側の接続口（Ｂ）との間の分岐点（８）に排出をしながら開くことが可能なようにリリーフバルブ（２６）が配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
9. 前記適量調整接続口（Ｄ）が完全に遮断可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
10. 前記接続口（Ａ，Ｂ）が完全に遮断可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
11. 前記適量調整シリンダ（３）には、前記適量調整接続口（Ｄ）に接続されると共にガスで充填された適量調整容積部（９）と、適量調整ピストン（１０）を介して当該適量調整容積部（９）に隣接する圧力室（１５）とを設け、当該圧力室（１５）への圧力注入を、手動で、または車両制御部によって自動的に、あるいはその両方で行うことができることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のハイドロニューマチックサスペンション。
12. 相互に流体接続可能、かつ適量調整シリンダ（３）とも接続可能である複数の流体ばね（１ａ，ｂ）を備える自動車のサスペンションである請求項１〜１１のいずれか１項に記載のハイドロニューマチックサスペンションを制御する方法において、
    ａ）車両の動的影響が少ないときは、静的要因に依存して、流体が前記適量調整シリンダから両方の流体ばねに入り、その後で各前記流体ばねが互いに流体遮断され、
    ｂ）車両の動的影響が中程度のときは、静的要因に依存して、流体が前記適量調整シリンダからそれぞれの前記流体ばねに送られ、両方の前記流体ばねの間の接続と、前記適量調整シリンダとの接続はいずれも開かれたままであり、
    ｃ）車両の動的影響が大きいときは、流体が前記適量調整シリンダから両方の流体ばねに入り、各前記流体ばねと、前記適量調整シリンダに設けて前記適量調整接続口に接続される適量調整容積部との接続は開いたままであるが、両方の前記流体ばねの間、ないし各前記流体ばねと前記適量調整シリンダの間では迅速なオーバーフローが妨げられることを特徴とする方法。
13. 前記静的要因が車両の積載状態であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
14. 前記静的要因が流体ばね内のガスの温度であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記動的影響が前記流体ばねで直接検出され、それに依存して請求項１２の選択肢ａ，ｂ，ｃに記載のやり方が自動的に選択され、前記適量調整シリンダ（３）からの適量調整の量が選択されることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記動的影響が大きいとき、前記前側の流体ばね（１ａ）から、適量調整接続口（Ｄ）と後車軸側の接続口（Ｂ）との間の分岐点（８）に排出をしながら開くことが可能なリリーフバルブ（２６）の開放による前記後側の流体ばね（１ｂ）または前記適量調整シリンダ（３）あるいはその両方への迅速な還流が、補償回路（４）のスロットル（２１，２２）を通過することなく可能であることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。

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