JP5642136B2 - 二重空気ばね構成用の車高高さ制御 - Google Patents

Description

本発明は、概略的には、所望する車両の車高およびばね定数を必要に応じて能動的に調整し、これらを維持するように構成され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空気ばねを利用して、乗り心地などの出力特性を所望のものにし、一方で例えば車高および車両性能を維持する。１つの公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用の転がり面を形成するように、ピストンエアバッグを囲んで取り付けられた主エアバック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容積が変わることで、主エアバッグの有効ピストン面積が変わる。有効ピストン面積の比較的小さい変化により、空気ばねアセンブリのばね定数が変わる。ピストンエアバッグおよび主エアバッグ内の圧力は、ばね定数が無限に変化するように選択的に制御される。主エアバッグのより大きな容積に比較してピストンエアバッグの容積をより小さくすることで、圧力および容積を素速く変化させることができて、能動的なサスペンション制御が可能になる。

通常、車両の各コーナに１つの空気ばねが配置されており、空気ばねアセンブリ内の圧力を増減させて車両の車高を調整することができる。各コーナに複数のエアバッグがあるサスペンションシステムを装備した車両では、円滑かつ再現可能な態様で車両の車高を調整するのが困難である。主エアバッグの主要な機能は、各コーナで車両重量を支持し、車高を制御することである。ピストンエアバッグの主要な機能は、各コーナでばね定数または負荷を変えることである。ピストンエアバッグの容積または圧力が変わった結果として、相応して車高が変わる。これにより、１回の高さまたはばね定数変更要求時に、１回以上車両の方向が変わることがしばしばあり、その結果、車両が振動する。

したがって、方向が何回も変わることなく、車高が円滑に変えられる、二重空気ばね構成を備えたアクティブエアサスペンション用の車高制御を提供する必要がある。

エアサスペンションシステムは、所望する車両の車高を調整し、これを維持するように構成される。エアサスペンションシステムは、ピストンエアバッグと、ピストンエアバッグに隣接して取り付けられた主エアバッグとをそれぞれが含む複数の空気ばねアセンブリを有する。制御装置は、車高および圧力を含めた入力データを受け取り、所望の車高およびばね定数が得られるまで、主エアバッグおよびピストンエアバッグ内の圧力を調整する。

一例では、制御装置は、主エアバッグおよびピストンエアバッグに流出入する流量を互いに比較して変えることにより、システムハードウェアの違いに対処する。

一例では、所望の車高になると、制御装置は、所望の車高を維持するために、ピストンエアバッグまたは主エアバッグの少なくとも一方を膨張、収縮させる。制御装置が次の（異なる）車高変更要求を受け取ると、次いで、制御装置は、新たな車高になるまで、主エアバッグおよびピストンエアバッグの両方に流出入する流量を変える。

本発明のこれらのおよび他の特徴は、下記の説明および図面から最も深く理解することができる。以下は簡単な説明である。

車両に搭載されたアクティブエアサスペンションの一例の概略側面図である。 図１のアクティブエアサスペンションで使用す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。 車高を調整するために制御装置によって制御される前部空気ばねセットおよび後部空気ばねセットの概略平面図である。

図１は、車両用のエアサスペンションシステム１０を示している。エアサスペンションシステム１０は通常、ブラケット１２、長手部材１４、空気ばねアセンブリ１６、ダンパ１８、および車軸アセンブリ２０を含む。エアサスペンションシステム１０は、（２２で概略的に示した）車両のフレームまたはシャーシに固定されている。長手部材１４は、例えば、サスペンションアームを含むことができ、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含むことができる。車軸アセンブリ２０は、横方向に離間したホイール（図示せず）間に延在する。当然のことながら、エアサスペンションシステム１０は、車軸アセンブリ２０の各横端部に長手部材１４、空気ばねアセンブリ１６、およびダンパ１８を含む。

図２を参照すると、空気ばねアセンブリ１６が断面で示されている。空気ばねアセンブリ１６は垂直中心軸Ａに沿って画定され、（概略的に示した）下側マウント２４、下側マウント２４に取り付けられたピストン支持体２６、ピストンエアバッグ２８、および主エアバッグ３０を含む。上側マウント３２は、主エアバッグ３０に取り付けられている。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との間で空気ばねアセンブリ１６用の取付具を形成している（図１を参照のこと）。

ピストン支持体２６は、軸Ａの周りに画定される円筒状部材である。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、ショックアブソーバ、ダンパ、または他の同様の機構などの多数の異なる構造体に取り付けることができる。一例では、ピストン支持体２６は、溶接Ｗで下側マウント２４に取り付けられるが、他の取付方法を使用することもできる。ピストン支持体２６および下側マウント２４は、比較的剛性の高い部品である。

ピストンエアバッグ２８は可撓性の弾性部材であり、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に取り付けられている。第１のバンド３６は、ピストン支持体２６の下側端部に固定され、第２のバンド３８は、ピストン支持体２６の上側すなわち反対側の端部に固定されている。バンドが示されているが、当然のことながら、他の取付構造体および／または方法を使用して、ピストンエアバッグ２８をピストン支持体２６に固定することもできる。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の内側面とピストン支持体２６の外側面との間で垂直方向に囲まれる第１の空間Ｖ１を画定する。

主エアバッグ３０は、第３のバンド４２によってピストンエアバッグ２８に取り付けられ、第３のバンド４２は、主エアバッグ３０を第２のバンド３８と第３のバンド４２との間に配置した形で、第２のバンド３８に対して半径方向外側に離れて配置されている。言い換えると、主エアバッグ３０は、第３のバンド４２と第２のバンド３８との間に挟まれている。主エアバッグ３０は、第２の空間Ｖ２を画定する。当然のことながら、２つの空間Ｖ１、Ｖ２が図示した実施形態で開示されているが、必要に応じて、ばねアセンブリ１６内でさらなる空間を利用することもできる。さらに、これらの空間のいずれかを選択的に分割して、空間をさらに細かく変化させることができる。

（図２に概略的に示した）給気システム４０は、（概略的に示した）制御装置４６に呼応して、第１の供給管４４ａおよび第２の供給管４４ｂを通じて、それぞれ空間Ｖ１、Ｖ２に別々に空気を送る。制御装置４６は、能動サスペンション制御法を実施するサスペンション制御装置である。ピストン支持体２６を貫通するポート４８は、第１の空間Ｖ１に給気する。

ピストンエアバッグ２８は、主エアバッグ３０の反転用ピストン面として働く。言い換えると、主エアバッグ３０は、ピストンエアバッグ２８の容積が可変であることでもたらされる直径可変性を有するピストンアセンブリ上で、丸い転がり突出部Ｌを形成する。空気ばねアセンブリ１６には道路負荷入力がかかるので、主エアバッグ３０の丸い突出部Ｌは、ピストンエアバッグ２８の外側面に沿って動く。ピストンエアバッグ２８内の空間Ｖ１または圧力Ｐ１を変えることにより、ピストンエアバッグ２８の外径が変わる。ピストンエアバッグ２８の空間Ｖ１の変化により、主エアバッグ３０の有効ピストン面積が変わる。また、当然のことながら、主エアバッグ３０はピストンエアバッグ２８に圧力Ｐ２を加えて、平衡がとれた直径になるまでピストンエアバッグ２８の外径を縮めようとする。したがって、圧力Ｐ１の変化により、ピストンエアバッグ２８の半径方向のばね定数が変化し、主エアバックのばね定数に影響を及ぼす平衡状態の直径も変化する。

図３を参照すると、空間Ｖ１内の空気圧を上げることで、ピストンエアバッグ２８の直径が大きくなって、ばね定数および車高がより高くなる。すなわち、空間Ｖ１により、反転用ピストンが効果的により大きくなると、ピストンエアバッグ２８の直径が増大して、エアバッグアセンブリ１６が伸長する。空間Ｖ１がそれぞれ縮小するときにピストンエアバッグ２８内の圧力が下げられる場合、逆の結果が得られる（図４）。これにより、車高およびばね定数が低くなる。

反転面の直径が選択的に修正されると、空間Ｖ１の比較的小さな変化で、主エアバッグ３０のばね定数が変わる。空間Ｖ２内の圧力が維持される場合、空間Ｖ１内の圧力の変化により、ばね定数の変化と車高の変化が連動して起こる。あるいは、２つの空間Ｖ１、Ｖ２の容積を同時に変化させることで、圧縮率と反発度とを切り離すことができる。

空間Ｖ１、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に、ばね定数を無限に変化させることが可能である。空間Ｖ２と比べて空間Ｖ１の容積を相対的により小さくすることで、圧力および容積を素速く変化させることができ、それによって、能動的なサスペンション制御が可能になる。

ピストンエアバッグ２８はまた、車高をわずかに変化させる場合に素速い応答時間を実現する。図５に示すように、車両の各コーナに１つの空気ばねアセンブリが配置されている。ピストンエアバッグ２８の容積が主エアバッグ３０と比べて小さいので、単にピストンエアバッグ２８を膨張または収縮させて車高を素速く変えることができる。一方、アクティブサスペンションの動作中に、主エアバッグ３０およびピストンエアバッグ２８は、車両の荷重を受け入れ、ばね定数／負荷を変えるように能動的に制御されるので、所望の車高を維持するのは難しい。

図５は一例を示しており、第１の空気ばねアセンブリセット１６ａが前車軸５０に連結され、第２の空気ばねアセンブリセット１６ｂが後ろ車軸５２に連結されている。 各空気ばねアセンブリ１６ａ、１６ｂは、図２に示す空気ばねアセンブリ１６と同様に構成されている。

制御装置４６は、必要に応じて、振動がなく、素速くかつ円滑な態様で、車高およびばね定数を調整するように構成されている。制御装置４６はまた、システムに振動挙動を持ち込むことなく、選択された車高およびばね定数を維持するように構成されている。制御装置４６は、車高の変更中に円滑に移行させるために、主エアバッグ３０およびピストンエアバッグ２８の両方の変化の速度を定め、これを制御する。

第１に、システム全体のアーキテクチャを検討しなければならない。流れ制限構造を含むシステムアーキテクチャでは、例えば、様々なサブシステム間の相違、すなわち、主エアバッグ３０およびピストンエアバッグ２８内の様々に画定された空間の間の相違を考慮する。制御装置４６の目標は、各空間を満たし、排気する流量を既存のシステムハードウェア全体を通して可能な限り等しくすることである。

一方、車両要求と、ハードウェア自体に起因するシステム制限とは、これらの流量が等しくなるのを妨げるように作用する。その結果、制御装置４６は、これらのハードウェア上の違いに対処するように構成される。制御装置４６は、関連するすべてのシステムに起因して生じる車両の高さ変化の速度を決定することによりこれを行う。次いで、コンピュータで実行可能なプログラムによる、適切なタイミングおよび同期化と、車両での変化速度の計算と、制御による充填または排気の速度とを使用して、サブシステムに起因する高さの変化速度の違いを解決することができる。

一例では、車高センサ５６（図３〜４を参照のこと）を使用して、車両の各コーナの車高を連続的に監視及び測定する。図５に示すように、車高センサ５６は、各それぞれの空気ばねアセンブリの車高を直接監視するために、各空気ばねアセンブリ１６ａ、１６ｂに連結し、これに配置されている。センサ５６は、空気ばねアセンブリの全車高を監視することができる。次いで、これらの車高測定データは制御装置４６に送られる。

車高変更要求が制御装置４６に送られると、制御装置４６は、各コーナの、すなわち、各空気ばねアセンブリ１６ａ、１６ｂの現在の車高を決定し、次いで、選択された車高にするために、空気ばねアセンブリを膨張または収縮させる。制御装置４６は、振動することなく車高を変えるために、主エアバッグ３０および／またはピストンエアバッグ２８に流出入する流量を変える。一例では、制御装置４６は、所望の車高およびばね定数とするために、主エアバッグ３０とピストンエアバッグ２８の両方の膨張／収縮を同時に調整する。

主エアバッグ３０およびピストンエアバッグ２８の膨張および収縮は、バルブ構造体を含むシステムハードウェアによって行われる。一例では、各ピストンエアバッグ２８の膨張および収縮は、ピストンバルブアセンブリ５８を通じて制御され、一方、各主エアバッグ３０の膨張および収縮は、主バルブアセンブリ６０を通じて制御される。各主エアバッグ３０に対して１つの主バルブアセンブリ６０があり、各ピストンエアバッグ２８に対して１つのピストンバルブアセンブリ５８がある。これらのバルブアセンブリはそれぞれ、膨張および収縮を両方とも制御する単一のバルブを含むことができ、かつ／または膨張および収縮を制御するのに使用される複数のバルブを含むこともできる。

制御装置４６は、これらのバルブ構造体間のハードウェア上の相違を認識するように構成され、次いで、主エアバッグ３０およびピストンエアバッグ２８のそれぞれに対する適切な膨張および／または収縮の速度を決定する。例えば、主バルブアセンブリ６０およびピストンバルブアセンブリ５８は、互いに対して異なるオリフィス寸法を有することがあり、この異なるオリフィス寸法は、結果的に、バルブアセンブリの間の認識できるハードウェア上の相違となる。したがって、車高を円滑に変えるために、制御装置４６は、所望の車高になるまで、異なる流量で各エアバッグ空間を満たすことができる。一例では、制御装置は、選択された車高とするために、主エアバッグ３０およびピストンエアバッグ２８の両方を異なる流量で同時に調整する。

システム全体およびハードウェアの相違に対処することによって、サスペンションシステムは、振動挙動を持ち込むことなく、車高を迅速かつ円滑に変えることができる。また、各コーナで車高を連続的に監視することにより、制御装置４６は、主エアバッグ３０およびピストンエアバッグ２８内の制御される流量を調整して、選択された車高を維持することができる。一例では、選択された車高になると、選択された車高を維持するための能動的変化は、単にピストンエアバッグ２８の膨張／収縮だけでなされる。ピストンエアバッグは容積がより小さいために、ピストンエアバッグ２８を使用して、応答性が非常に高い態様で少しずつ変化させることができる。制御装置４６が次の（異なる）車高変更要求を受け取ると、次いで、制御装置４６は、新たな車高になるまで、主エアバッグ３０およびピストンエアバッグ２８の両方に流出入する流量を変える。

本発明の好ましい実施形態が開示されたが、当業者ならば、特定の修正が本発明の範囲に包含されると分かるであろう。こうした理由から、本発明の真の範囲および内容を明らかにするために、添付の特許請求の範囲が検討されるべきである。

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の空気ばねアセンブリセット
１６ｂ 第２の空気ばねアセンブリセット
１８ ダンパ
２０ 車軸アセンブリ
２２ 車両フレーム
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
３０ 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の供給管
４４ｂ 第２の供給管
４６ 制御装置
４８ ポート
５０ 前車軸
５２ 後ろ車軸
５６ 車高センサ
５８ ピストンバルブアセンブリ
６０ 主バルブアセンブリ

Claims (16)

1. ピストンエアバッグと、前記ピストンエアバッグに隣接して取り付けられた主エアバッグとをそれぞれが含み、初期設定の車高にそれぞれが設定された複数の空気ばねアセンブリと、
   前記主エアバッグおよび前記ピストンエアバッグのそれぞれに少なくとも１つが連結する複数のバルブアセンブリと、
   前記主エアバッグおよび前記ピストンエアバッグに関して流れ制限の相違を特定し、その後、特定された流れ制限の相違に基づいて得られる車両の高さ変化の速度を決定する制御装置であって、各空気ばねアセンブリを所望の車高およびばね定数に調整し且つ維持するように構成され、前記所望の車高およびばね定数にするために、前記得られる車両の高さ変化の速度に基づいて前記主エアバッグおよび前記ピストンエアバッグに流出入する流量を前記連結するバルブアセンブリで変えることにより、前記主エアバッグおよび前記ピストンエアバッグ内の圧力を能動的に変える制御装置と、
   を備え、
   前記所望の車高が得られると、前記所望の車高を維持するための能動的変化は、前記制御装置が専ら前記ピストンエアバッグを膨張または収縮させるための制御信号を生成することでなされ、
   次の車高変更が要求されると、前記制御装置は、前記次の車高変更が達成されるまで、前記ピストンエアバッグおよび前記主エアバッグの両方に対する流量を変えるエアサスペンションシステム。
2. 前記制御装置は、車両動作時に、各空気ばねアセンブリのばね力およびばね定数を、他のすべての空気ばねアセンブリから独立して能動的に変える、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
3. 前記制御装置は、各ピストンエアバッグおよび各主エアバッグに流出入する空気流を制御することにより、前記空気ばねアセンブリのそれぞれのばね力およびばね定数を連続的に調整する、請求項２に記載のエアサスペンションシステム。
4. 前記制御装置は、前記所望の車高およびばね定数に調整するために、共通の空気ばねアセンブリ内の前記主エアバッグおよび前記ピストンエアバッグの両方に流入する流量を同時に調整する、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
5. 前記制御装置は、前記共通の空気ばねアセンブリの前記主エアバッグに第１の流量を供給し、前記共通の空気ばねアセンブリの前記ピストンエアバッグに前記第１の流量とは異なる第２の流量を供給する、請求項４に記載のエアサスペンションシステム。
6. 車高を連続的に監視し、車高データを入力として前記制御装置に送る複数の車高センサを含み、前記制御装置は、前記所望の車高を、最後に受け取った入力と比較し、前記所望の車高を維持するために前記ピストンエアバッグ内の圧力を能動的に調整する、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
7. 前記所望の車高になった後、前記制御装置は、前記所望の車高を維持するために、前記ピストンエアバッグに流出入する流量を制御することで車高を調整する、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
8. エアサスペンションシステムの車高を調整する方法であって、
   （ａ）ピストンエアバッグと、前記ピストンエアバッグに隣接して取り付けられた主エアバッグとをそれぞれが含む複数の空気ばねアセンブリを提供するステップと、
   （ｂ）所望の車高を規定する車高変更要求を受け取るステップと、
   （ｃ）前記主エアバッグおよび前記ピストンエアバッグに関して流れ制限の相違を特定し、その後、特定された流れ制限の相違に基づいて得られる車両の高さ変化の速度を決定し、且つ、現在の車高を決定するステップと、
   （ｄ）前記所望の車高になるまで、前記得られる車両の高さ変化の速度に基づいて前記主エアバッグおよび前記ピストンエアバッグに流出入する流量を能動的に制御するステップと、
   （ｅ） 前記所望の車高が得られると、専ら前記ピストンエアバッグの膨張または収縮の速度を制御することにより前記所望の車高を維持するステップと、
   （ｆ） 新たな車高変更の要求を受け取ると、前記新たな車高変更が達成されるまで、前記ピストンエアバッグおよび前記主エアバッグの両方に関して流量を変えるステップと、を含む方法。
9. ステップ（ｄ）は、共通の空気ばねアセンブリ内の前記主エアバッグおよび前記ピストンエアバッグ内の圧力を同時に調整することを含む、請求項８に記載の方法。
10. ステップ（ｄ）は、前記ピストンエアバッグを第１の流量で膨張または収縮させ、前記主エアバッグを前記第１の流量とは異なる第２の流量で膨張または収縮させることを含む、請求項９に記載の方法。
11. 様々なサスペンション部品間のハードウェア上の相違を特定し、これらのハードウェア上の相違に対処するために、前記流量を修正することを含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記所望の車高になった後、前記所望の車高を維持するために、前記ピストンエアバッグに流出入する流量を調整することを含む、請求項８に記載の方法。
13. 前記主エアバッグのそれぞれは、それぞれの主エアバッグ容積を画定し、前記ピストンエアバッグのそれぞれは、それぞれのピストンエアバッグ容積を画定し、
    前記制御装置は、車高を変えるために、前記主エアバッグ容積の各々への流量が互いに等しく且つ前記ピストンエアバッグ容積の各々への流量が互いに等しいように、各容積を満たしたり空にしたりするために前記流量を能動的に制御する、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
14. 前記制御装置は、前記主エアバッグ容積間の相違および前記ピストンエアバッグ容積間の相違を特定し、それに応じて車高を変えるために流量を調整する、請求項１３に記載のエアサスペンションシステム。
15. ステップ（ｄ）は、ピストンバルブアセンブリと主バルブアセンブリとの間のハードウェア上の相違を特定すること、および、車高変更が達成されるように、各エアバッグ容積が一致した速度で満たされるよう前記流量を調整することを含む、請求項８に記載の方法。
16. ステップ（ｄ）は、主エアバッグ容積間の相違を特定すること、ピストンエアバッグ容積間の相違を特定すること、および、それに応じて車高を変えるために各エアバッグ容積が一致した速度で満たされるように流量を調整することを含む、請求項８に記載の方法。

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