JP5143158B2 - クロス連結型可変ピストンエアサスペンション - Google Patents

Description

本発明は、一般に、クロス連結型の空気ばねアセンブリを備えた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、例えば、乗り心地や車両性能など、所望の出力特性を提供するために空気ばねを利用する。１つの既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に転がり面を提供するように、ピストンエアバッグの周囲に装着された主エアバッグ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体積が変化すると、主エアバッグの有効ピストン面積が変化する。有効ピストン面積の比較的小さな変化で、空気ばねアセンブリのばねレートが変化する。ピストンエアバッグおよび主エアバッグの圧力は、任意の補助タンクおよび関連するアクチュエータを必要とせずに、ばねレートの変動が無限になるように選択的に制御される。より大きな体積の主エアバッグに対してピストンエアバッグの体積が小さいと、圧力および体積が急速に変化して、アクティブサスペンションの制御が可能となる。

また、この調節可能なピストン構成により、有効ピストン面積を調節することによって、空気ばねアセンブリの負荷が変化する。車両がオフロードや道路条件が悪い場所を走行している場合、アーティキュレーションを高めるために、ロール剛性が最小限に抑えられなければならない。従来の空気ばねアセンブリが単一バッグ構成を有する場合、空気ばねをクロス連結することによってロール剛性を最小限に抑えることができるが、空気ばねの間に大きな空気量を移動させるために、より大きな直径のホースが必要になる。これは、パッケージングおよびコストの面から不利益である。

第１の空気ばねアセンブリが、第２の空気ばねアセンブリにパッシブ制御によって流動的にクロス連結される。このクロス連結による第１および第２の空気ばねアセンブリ間の空気流が、道路負荷入力によってのみ制御される。これにより、ロール剛性が低減し、アーティキュレーションが増すとともに、牽引力が高まる。

１つの例において、第１の空気ばねアセンブリは、第１のピストンエアバッグと、第１のピストンエアバッグが第１の主エアバッグに転がり面を提供するように、第１のピストンエアバッグの周囲に装着された第１の主エアバッグとを含む。第２の空気ばねアセンブリは、第２のピストンエアバッグと、第２のピストンエアバッグが第２の主エアバッグに転がり面を提供するように、第２のピストンエアバッグの周囲に装着された第２の主エアバッグとを含む。第１の流体接続が、第１の空気ばねアセンブリのエアバッグの一方を、第２の空気ばねアセンブリのエアバッグの一方に接続する。第２の流体接続が、第１の空気ばねのエアバッグの他方を、第２の空気ばねアセンブリのエアバッグの他方に接続する。

１つの例において、第１のピストンエアバッグは、第１の流体接続を用いて第２の主エアバッグに接続され、第２のピストンエアバッグは、第２の流体接続を用いて第１の主エアバッグに接続される。第１および第２の空気ばねアセンブリは、第１および第２の車輪のそれぞれに関連付けられる。第１の車輪が道路負荷入力を受けると、第１のピストンエアバッグが圧縮されて、空気が第１の流体接続を介して第２の主エアバッグに伝達される。これにより、第１の車輪でのアーティキュレーションが増し、第２の車輪での牽引力が高まる。第２の車輪で道路負荷入力を受けた場合、逆の流れが同じように起こり、空気が圧縮した第２のピストンエアバッグから流れ、第２の流体接続を介して第１の主エアバッグを膨張させる。

１つの例において、エアサスペンションは、第１のピストンエアバッグ、第１の主エアバッグ、第２のピストンエアバッグ、および第２の主エアバッグとの間での給気を独立して制御するアクティブ制御を含む。このアクティブ制御はまた、第１および第２の流体接続を通る空気流のパッシブ制御から独立したものである。１つの例において、第１および第２の流体接続を通る空気流のパッシブ制御は、アクティブコントロールがオフのときにのみ起こる。

本発明の上記および他の特徴は、以下の明細書および図面から最良に理解され、以下、図面について簡単に説明する。

車両に設置された状態のアクティブエアサスペンションの１つの例の側面全体図である。 図１のアクティブエアサスペンションで使用され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。 一対の横方向に間隔を空けて設けられた車輪に関連付けられたエアバッグアセンブリ間のクロス連結型パッシブ制御の略図である。

図１は、車両のエアサスペンションシステム１０を示す。エアサスペンションシステム１０は、一般に、ブラケット１２と、長手部材１４と、空気ばねアセンブリ１６と、ダンパー１８と、車軸アセンブリ２０とを含む。エアサスペンションシステム１０は、車両のフレームまたはシャーシ（２２で略図的に図示）に固定される。長手部材１４は、例えば、サスペンションアームを備えてもよく、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備えてもよい。車軸アセンブリ２０は、横方向に間隔を空けて設けられた車輪（図示せず）の間に延伸する。エアサスペンションシステム１０が、長手部材１４と、空気ばねアセンブリ１６と、ダンパー１８とを車軸アセンブリ２０の横方向の各端部に含むことを理解されたい。

図２を参照すると、空気ばねアセンブリ１６の断面が示されている。空気ばねアセンブリ１６は、中央垂直軸Ａに沿って画定され、下側マウント２４（略図的に図示）と、下側マウント２４に取り付けられたピストン支持体２６と、ピストンエアバッグ２８と、主エアバッグ３０とを含む。主エアバッグ３０には、上側マウント３２が取り付けられる。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（図１を参照）との間に空気ばねアセンブリ１６用のアタッチメントを提供する。

ピストン支持体２６は、軸Ａの周囲に画定された円筒状部材である。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、ショックダンパー、または他の同様の機構などの多数の異なる構造に取り付けられうる。１つの例において、ピストン支持体２６は、溶接部Ｗで下側マウント２４に取り付けられるが、他の取り付け方法も使用されうる。ピストン支持体２６および下側マウント２４は、比較的剛性のコンポーネントである。

ピストンエアバッグ２８は、可撓性のある弾性部材であり、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に取り付けられる。第１のバンド３６は、ピストン支持体２６の下端部で固定され、第２のバンド３８は、ピストン支持体２６の上端部すなわち反対側の端部で固定される。バンドが図示されているが、ピストンエアバッグ２８をピストン支持体２６に固定するために、他の取り付け構造および／または方法を使用してもよいことを理解されたい。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の内面とピストン支持体２６の外面との間で垂直方向に囲まれた第１の体積Ｖ１を画定する。

主エアバッグ３０は、第２のバンド３８に対して半径方向外向きに間隔を空けて設けられた第３のバンド４２によって、第２のバンド３８と第３のバンド４２との間に主エアバッグ３０を設置した状態で、ピストンエアバッグ２８に装着される。言い換えれば、主エアバッグ３０は、第３のバンド４２と第２のバンド３８との間に挟まれる。主エアバッグ３０は、第２の体積Ｖ２を画定する。例示した実施形態では、２つの体積Ｖ１およびＶ２が開示されているが、必要に応じて、ばねアセンブリ１６内にさらなる体積が利用されてもよいことを理解されたい。さらに、これらの体積の任意のものは、体積変化がさらに漸増するように選択的にセグメント化されてもよい。

給気システム４０（図２に略図的に図示）が、コントローラ４６（略図的に図示）に応答して、第１および第２の供給導管４４ａ、４４ｂをそれぞれ通して、体積Ｖ１、Ｖ２内に独立して空気を伝達する。コントローラ４６は、アクティブサスペンションの制御方法を提供するサスペンションコントローラである。ピストン構造２６を通るポート４８は、空気を第１の体積Ｖ１内に供給する。

ピストンエアバッグ２８は、主エアバッグ３０用のロールオフピストン表面として動作する。言い換えれば、主エアバッグ３０は、ピストンエアバッグ２８の可変体積によって提供される可変直径を有するピストンアセンブリを覆うローリングローブＬを提供する。空気ばねアセンブリ１６が、道路負荷入力を受けると、主エアバッグ３０のローブＬは、ピストンエアバッグ２８の外面に沿って転がる。ピストンエアバッグ２８内の体積Ｖ１または圧力Ｐ１を変化させることで、ピストンエアバッグ２８の外径が変化する。ピストンエアバッグ２８の体積Ｖ１が変化すると、主エアバッグ３０の有効ピストン面積が変化する。また、主エアバッグ３０は、平衡直径に達するまでピストンエアバッグ２８の外径を小さくしようとしながら、ピストンエアバッグ２８に対して圧力Ｐ２をかけることを理解されたい。したがって、圧力Ｐ１が変化すると、ピストンエアバッグ２８の半径方向のばねレートが変化し、主エアバッグばねレートにも影響する平衡直径が変化する。

図３を参照すると、体積Ｖ１内の空気圧を上げると、より大きなばねレートおよびより高い車高を得るようにピストンエアバッグ２８の直径が大きくなる。すなわち、ピストンエアバッグ２８の直径が大きくなると、体積Ｖ１がより大きなロールオフピストンを効率的に提供するため、エアバッグアセンブリ１６が拡張する。体積Ｖ１が減少するにつれてピストンエアバッグ２８内の圧力が下がると、反対の結果が得られる（図４）。これにより、車高とばねレートが低減する。

体積Ｖ１の変化が比較的小さいと、ロールオフ表面の直径が選択的に変更されるため、主エアバッグ３０のばねレートが変化する。体積Ｖ１内の圧力が変化すると、体積Ｖ２内の圧力が維持されている場合、車高の変化とともにばねレートが変化する。もう一つの方法として、圧縮率およびリバウンド率は、Ｖ１およびＶ２の両方の体積を同時に変化させることによって切り離されてもよい。

体積Ｖ１および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でも、ばねレートの変動が無限になる。体積Ｖ２に対して体積Ｖ１の体積を比較的小さくすると、急速な圧力および体積変化が生じて、アクティブサスペンションの制御が可能になる。

上述したように、この調節可能なピストン構成により、有効ピストン面積が調節されることで、空気ばねアセンブリの負荷が変化する。車両がオフロードや道路条件が悪い場所を走行している場合、アーティキュレーションおよび牽引力を高めるために、ロール剛性が最小限に抑えられなければならない。これは、図５に略図的に示すように、パッシブ制御構成で空気ばねアセンブリをクロス連結することによって達成される。

図５の例において、車軸ビーム５０が、軸Ａの周りを回転するために、第１の車輪５４を支持する第１の端部５２と、第２の車輪５８を支持する第２の端部５６とを含む。第１の空気ばねアセンブリ１６ａが、第１の車輪５４に関連付けられ、第２の空気ばねアセンブリ１６ｂが、第２の車輪５８に関連付けられる。空気ばねアセンブリ１６ａ、１６ｂが、フレームまたはシャーシ２２と車軸ビーム５０との間に支持されるように示されているが、空気ばねアセンブリ１６ａ、１６ｂは、図１に示すように、サスペンションアームまたは長手部材１４上に位置付けられてもよいことを理解されたい。

第１の空気ばねアセンブリ１６ａは、第１のピストンエアバッグ２８ａと、上述したように第１のピストンエアバッグ２８ａの周囲に装着された第１の主エアバッグ３０ａとを含む。同様に、第２の空気ばねアセンブリ１６ｂは、第２のピストンエアバッグ２８ｂと、第２の主エアバッグ３０ｂとを含む。空気ばねアセンブリ１６ａ、１６ｂは、上述した方法でアクティブ制御される。

第１のピストンエアバッグ２８ａは、第１の流体接続６０を用いて第２の主エアバッグ３０ｂに流体接続され、第２のピストンエアバッグ２８ｂは、第２の流体接続６２を用いて第１の主エアバッグ３０ａに接続される。１つの例において、第１の流体接続６０および第２の流体接続６２は、可撓性ホース部材を備えるが、他のタイプの接続が使用されてもよい。さらに、各流体接続部材が、適切な密封継手を用いて空気ばねアセンブリの関連するコンポーネントに接続されることを理解されたい。

でこぼこした地面のオフロード条件下での走行時、第１の車輪５４および第２の車輪５８は、岩、穴などで生じる著しい／厳しい道路負荷入力を受ける。第１の車輪５４が、図５に示すように岩Ｒの上を走行することによって生じる著しい道路負荷入力Ｌを受けると、第１のピストンエアバッグ２８ａは圧縮し、第２の主エアバッグ３０ｂを膨張させるように自動的に空気が伝達される。第１の流体接続６０が含まれることで、第１のピストンエアバッグ２８ａは、アーティキュレーションをさらに高めるために、ばね負荷／レートを著しく低減することによって圧縮可能である。また、第２の主エアバッグ３０ｂの膨張に伴い、ばね負荷／レートが増大することで、第２の車輪５８での牽引力が高められる。第２のピストンエアバッグ２８ｂから第１の主エアバッグ３０ａへの移送も同じ方法で起こる。さらに、エアサスペンションが、さらなる空気ばねアセンブリ対が第２の車軸に関連付けられた状態で４輪構成を含む場合、さらなる空気ばねアセンブリ対が、上述したものと同じ方法で互いにクロス連結されてもよい。

このようにして、第１の流体接続６０および第２の流体接続６２を前後に流れる空気流が、道路負荷入力によってのみ制御され、すなわち、エアサスペンションシステム内で空気流がパッシブ制御される。代わりに、流体接続６０、６２は、必要に応じてオン／オフに切り換えられ、スイッチまたはコントローラ４６により、必要に応じて弁がロール剛性を調節できる。

上述したように、空気ばねアセンブリはまた、第１の流体接続部材６０および第２の流体接続部材６２を流れる空気流から独立して動作するアクティブ制御システムの一部でありうる。１つの例において、第１の流体接続部材６０および第２の流体接続部材６２内の空気流は、アクティブシステムがオフのときにのみ流れる。しかしながら、図５に示すクロス連結型空気ばねはまた、上述したようにパッシブ制御のみを含む単純化された空気ばねアセンブリ構成の一部として使用されてもよい。さらに、一方のピストンエアバッグを反対の主エアバッグに連結するようなクロス連結が示されているが、対向するピストンエアバッグおよび／または対向する主エアバッグが互いに流体接続された構成などの他の構成が利用されてもよい。

本発明の好ましい実施形態が開示されたが、当業者であれば、ある修正が本発明の範囲内で行われてもよいことを認識されたい。この理由から、以下の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および内容を定めるために検討されるべきものである。

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
１６ａ 第１空気ばねアセンブリ
１６ｂ 第２空気ばねアセンブリ
１８ ダンパー
２０ 車軸アセンブリ
２２ シャーシ
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
２８ａ 第１ピストンエアバッグ
２８ｂ 第２ピストンエアバッグ
３０ 主エアバッグ
３０ａ 第１主エアバッグ
３０ｂ 第２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の供給導管
４４ｂ 第２の供給導管
４６ コントローラ
４８ ポート
５０ 車軸ビーム
５４ 第１の車輪
５８ 第２の車輪
６０ 第１の流体接続
６２ 第２の流体接続

Claims (17)

1. エアサスペンションシステムであって、
   第１のピストンエアバッグと、ローリングローブを有する第１の主エアバッグであって、前記第１の主エアバッグの前記ローリングローブが前記第１のピストンエアバッグの外面に沿って転がるように、前記第１のピストンエアバッグの周囲に装着された第１の主エアバッグとを含む第１の空気ばねアセンブリと、
   第２のピストンエアバッグと、ローリングローブを有する第２の主エアバッグであって、前記第２の主エアバッグの前記ローリングローブが前記第２のピストンエアバッグの外面に沿って転がるように、前記第２のピストンエアバッグの周囲に装着された第２の主エアバッグとを含む第２の空気ばねアセンブリと、
   前記第１の空気ばねアセンブリの前記第１のピストンエアバッグおよび前記第１の主エアバッグの一方を、前記第２の空気ばねアセンブリの前記第２のピストンエアバッグおよび前記第２の主エアバッグの一方に接続する第１の流体接続と、
   前記第１の空気ばねアセンブリの前記第１のピストンエアバッグおよび前記第１の主エアバッグの他方を、前記第２の空気ばねアセンブリの前記第２のピストンエアバッグおよび前記第２の主エアバッグの他方に接続する第２の流体接続と
   前記第１および第２の流体接続を通る空気流の単なるパッシブ制御から独立して、車高と前記第１および第２の空気ばねアセンブリのばねレートを連続的に調節するために、前記主エアバッグおよびピストンエアバッグへの給気をアクティブ制御するコントローラを有するアクティブ制御システムと、
   を備えるエアサスペンションシステム。
2. 前記第１の流体接続が、前記第１のピストンエアバッグを前記第２の主エアバッグに接続し、前記第２の流体接続が、前記第１の主エアバッグを前記第２のピストンエアバッグに接続する、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
3. 前記第１の空気ばねアセンブリが、第１の車輪に関連付けられ、前記第２の空気ばねアセンブリが、前記第１の車輪から横方向に間隔を空けて設けられた第２の車輪に関連付けられ、前記第１の車輪での道路負荷入力に応答して、前記第１の空気ばねアセンブリが圧縮すると、前記第１のピストンエアバッグから前記第１の流体接続を通って自動的に空気が流れて、前記第２の主エアバッグを膨張させる、請求項２に記載のエアサスペンションシステム。
4. 前記第２の車輪での別の道路負荷入力に応答して、前記第２の空気ばねアセンブリが圧縮すると、前記第２のピストンエアバッグから前記第２の流体接続を通って自動的に空気が流れて、前記第１の主エアバッグを膨張させる、請求項３に記載のエアサスペンションシステム。
5. 前記第１の車輪に結合された第１の端部と、前記第２の車輪に結合された第２の端部とを有する車軸部材を含む、請求項３に記載のエアサスペンションシステム。
6. 前記第１の流体接続および前記第２の流体接続が、クロス連結型パッシブ制御を備えるように協働し、前記第１の流体接続および前記第２の流体接続を流れる空気流が、道路負荷入力によってのみ制御される、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
7. 前記クロス連結型パッシブ制御を通る空気流から独立して、前記第１のピストンエアバッグ、前記第１の主エアバッグ、前記第２のピストンエアバッグ、および前記第２の主エアバッグとの間での給気をアクティブ制御するコントローラを含む、請求項６に記載のエアサスペンションシステム。
8. 前記第１の流体接続および前記第２の流体接続が、可撓性ホースを備える、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
9. エアサスペンションのロール剛性を制御する方法であって、前記エアサスペンションが、
   第１のピストンエアバッグと前記第１のピストンエアバッグの外面に沿って転がるローリングローブを有する第１の主エアバッグとを含む第１の空気ばねアセンブリと、
   第２のピストンエアバッグと前記第２のピストンエアバッグの外面に沿って転がるローリングローブを有する第２の主エアバッグとを含む第２の空気ばねアセンブリと
   を備え、前記方法が、
   （ａ）第１の流体接続を用いて、前記第１の空気ばねアセンブリの前記第１のピストンエアバッグおよび前記第１の主エアバッグの一方を、前記第２の空気ばねアセンブリの前記第２のピストンエアバッグおよび前記第２の主エアバッグの一方に流体接続するステップと、
   （ｂ）第２の流体接続を用いて、前記第１の空気ばねアセンブリの前記第１のピストンエアバッグおよび前記第１の主エアバッグの他方を、前記第２の空気ばねアセンブリの前記第２のピストンエアバッグおよび前記第２の主エアバッグの他方に流体接続するステップと、
   （ｃ）道路負荷入力にのみ応答して、前記第１および第２の流体接続を通る空気流をパッシブ制御するステップと
   （ｄ）前記第１および第２の流体接続を通る空気流の単なるパッシブ制御から独立して、車高とばねレートを連続的に調節するために、前記主エアバッグおよびピストンエアバッグへの給気をアクティブ制御するステップと、
   を含む方法。
10. ステップ（ａ）が、前記第１の流体接続を用いて、前記第１のピストンエアバッグを前記第２の主エアバッグに流体接続することを含み、ステップ（ｂ）が、前記第２の流体接続を用いて、前記第２のピストンエアバッグを前記第１の主エアバッグに流体接続することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 給気システムを前記第１の空気ばねアセンブリおよび前記第２の空気ばねアセンブリに流体接続するステップと、前記第１および第２の流体接続から独立して、前記第１および第２の空気ばねアセンブリへの給気をアクティブ制御するステップとを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第１のピストンエアバッグ、前記第１の主エアバッグ、前記第２のピストンエアバッグ、および前記第２の主エアバッグとの間で空気をアクティブ供給するためのコントローラを設けるステップを含む、請求項１１に記載の方法。
13. ステップ（ｃ）が、アクティブ制御がオフのときにのみ起こる、請求項１１に記載の方法。
14. 前記第１の主エアバッグの前記ローリングローブが前記第１のピストンエアバッグの前記外面に沿って転がるように、前記第１のピストンエアバッグの周囲に前記第１の主エアバッグを装着するステップと、
    前記第２の主エアバッグの前記ローリングローブが前記第２のピストンエアバッグの前記外面に沿って転がるように、前記第２のピストンエアバッグの周囲に前記第２の主エアバッグを装着するステップと
    を含む、請求項９に記載の方法。
15. 前記第１のピストンエアバッグを第１のピストンに装着するステップと、
    前記第１のピストンエアバッグが前記第１の主エアバッグの垂直方向下方にあり且つ前記第１の主エアバッグ用のロールオフピストン表面として動作するように、前記第１の主エアバッグの一方の端部を前記第１のピストンおよび第１のピストンエアバッグに装着し、前記第１の主エアバッグの反対側の端部を上側車両マウントに装着するステップと、
    前記第２のピストンエアバッグを第２のピストンに装着するステップと、
    前記第２のピストンエアバッグが前記第２の主エアバッグの垂直方向下方にあり且つ前記第２の主エアバッグ用のロールオフピストン表面として動作するように、前記第２の主エアバッグの一方の端部を前記第２のピストンおよび第２のピストンエアバッグに装着し、前記第２の主エアバッグの反対側の端部を上側車両マウントに装着するステップと、
    を含み、
    ステップ（ｂ）が、前記第１のピストンエアバッグを前記第２の主エアバッグに流体接続し、前記第２のピストンエアバッグを前記第１の主エアバッグに流体接続するステップを含む、請求項９に記載の方法。
16. 前記第１のピストンエアバッグが第１のピストンに装着され、前記第１のピストンエアバッグが前記第１の主エアバッグの垂直方向下方にあり且つ前記第１の主エアバッグ用のロールオフピストン表面として動作するように、前記第１の主エアバッグの一方の端部が前記第１のピストンおよび前記第１のピストンエアバッグに装着され、前記第１の主エアバッグの反対側の端部が上側車両マウントに装着され、
    前記第２のピストンエアバッグが第２のピストンに装着され、前記第２のピストンエアバッグが前記第２の主エアバッグの垂直方向下方にあり且つ前記第２の主エアバッグ用のロールオフピストン表面として動作するように、前記第２の主エアバッグの一方の端部が前記第２のピストンおよび前記第２のピストンエアバッグに装着され、前記第２の主エアバッグの反対側の端部が上側車両マウントに装着され、
    前記第１のピストンエアバッグが前記第２の主エアバッグに流体接続され、前記第２のピストンエアバッグが前記第１の主エアバッグに流体接続される、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
17. 前記第１および第２の流体接続を通る空気流のパッシブ制御が、前記アクティブ制御システムがオフのときにのみ起こる、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。

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