JP5492966B2 - アクティブエアサスペンション用の給気システム - Google Patents

Description

本発明は、概略的には、アクティブエアサスペンション用の給気システムおよび制御に関する。

エアサスペンションは空気ばねを利用して、例えば、乗り心地および車両性能などの出力特性を所望のものにする。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、補助タンクおよび関連するアクチュエータを何ら必要とすることなく、ばね定数を連続的に変化させ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。給気システムは、これらの容積変化を誘導し、制御するのに必要とされる。

給気システムを使用して、アクティブエアサスペンションシステムへの給気を制御する。アクティブ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を覆っ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。各ピストンエアバッグは、ピストン吸気バルブおよびピストン排気バルブを含む。各主エアバッグは、対応する主エアバッグに給気し、対応する主エアバッグから排気するように動作可能な制御バルブを含む。制御バルブと、ピストン吸気および排気バルブとは、互いに独立して動作するので、主エアバッグおよびピストンエアバッグの関連する容積を互いに独立して変えることができる。コンプレッサアセンブリは供給容器に給気し、この供給容器は、主エアバッグおよびピストンエアバッグに給気するのに使用される。

一例では、コンプレッサアセンブリは、吸気口と、圧縮空気から湿気を除去する乾燥器とを有する。ピストン排気バルブを通ってピストンエアバッグから排出された空気は、乾燥器を再生するのに使用される。コンプレッサが停止している、すなわち、供給容器に補給していないときに、排出空気は、乾燥器に送られて乾燥器を再生する。コンプレッサが作動している、すなわち、供給容器に補給しているときに、再生のために乾燥器を経由するルートで排出空気を送ることができない。バイパスが設けられ、排出空気は、コンプレッサが稼働しているときに、システムにそれ以上湿気が導入されないようにコンプレッサ入口に送られる。

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。 アクティブエアサスペンション用の給気システムを示す概略図である。 ピストン吸気バルブおよびピストン排気バルブの異なるオリフィス寸法を示す概略図である。 アクティブエアサスペンション用の給気システムを示す別の概略図である。

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。空気圧を空間Ｖ１、Ｖ２に個別に供給する給気システム４０が下記にさらに詳細に説明される。

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、ローリングローブ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のローブ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。

図５は、給気システム４０をより詳細に示している。給気システム４０は、吸気口５２と、吸気口５２を通って吸い込まれた空気から汚染物を除去するフィルタ５４と、モータ５８によって駆動されるコンプレッサのポンプ５６と、コンプレッサによって圧縮された空気から湿気を除去する乾燥器６０とを含む。次いで、この乾燥空気は、出口６２を通って、空気ばねアセンブリ１６に直接にかまたは空気供給容器６４にかのいずれかで送られる。コンプレッサアセンブリ５０の動作は、制御装置４６によって制御される。

コンプレッサアセンブリ５０はまた、バイパスバルブ６８ａを備えたバイパスループ６６を含む。バイパスバルブ６８ａは、乾燥器６０の下流に配置されている。バイパスループ６６の動作を下記にさらに詳細に説明する。コンプレッサアセンブリ５０はまた、必要な場合に排気するための排気バルブ７０と、乾燥器を分離する排気バルブ９５とを含む。コンプレッサアセンブリ５０はまた、図示した方向の空気流を制限する複数の一方向逆止バルブＣＶを含む。

各ピストンエアバッグ２８は、必要な場合に、ピストンエアバッグ２８を膨張させるのに使用されるピストン吸気バルブ７２に流体連通されている。ピストンエアバッグ２８は、必要な場合に、ピストンエアバッグ２８を収縮させるのに使用されるピストン排気バルブ７４にも流体連通されている。各ピストンエアバッグ２８はまた、対応するピストンバルブブロック７６を含む。各ピストンバルブブロック７６は、１つのピストン吸気バルブ７２および１つのピストン排気バルブ７４を含む。ピストンバルブブロック７６は離散したブロックであり、１つのピストンバルブブロック７６が、１つのピストンエアバッグ２８に対応する。ピストンバルブブロック７６は、反応時間を短くするために、それらの対応するピストンエアバッグ２８のすぐ隣りに配置される。ただし、ピストンバルブブロック７６は、さらに離れて取り付けることもできる。

アクティブシステムは、主要ボディ部の動作に十分速く反応する必要がある、つまり、反応時間が速くなければならない。ピストンエアバッグ２８への流れを調整するピストン吸気バルブ７２は、ピストンエアバッグ２８に近接して配置され、関連する流動管７８は、供給容器６４に直接配管接続されている。ピストン吸気バルブ７２は、ピストンエアバッグ２８内の圧力を正確に制御するために、２状態バルブまたは比例バルブのいずれかとすることができる。圧力センサ８０は、各ピストンエアバッグ２８に連結して、圧力の閉ループ制御を可能にする。

ピストン排気バルブ７４は、ピストン吸気バルブ７２とは別になっているので、異なるオリフィス寸法を使用して所望の流量を供給することができる。出口の流速は、周囲圧力まで圧力降下することで制限され、したがって、ピストン排気バルブ７４のオリフィスおよび関連する流動管７４ａは、それぞれの吸気流動管７２ａおよび吸気オリフィスよりも大きい寸法になっている（図６を参照のこと）。流れやすくするために、より大きい空気管を使用し、流動管の長さを補償するために、膨張チャンバを増設することもできる。一方、オリフィスを同じ寸法にすることもできる。

空気はピストン排気バルブ７４を通って排出され、排気管８２を経由してコンプレッサアセンブリ５０に送られる。ピストンエアバッグ２８からのこの排出空気は、空気乾燥器用媒体を再生するために、乾燥器６０を通って別のルートで戻る。再生は、システム内の湿度を低く保ってバルブのいずれかが凍結するのを回避するのに必要である。一方、給気システム４０は、適時にいつでも排気できることが必要である。コンプレッサアセンブリ５０が供給容器６４に補給しているときには、乾燥器６０は、圧縮空気の高圧力流を受けており、したがって、ピストン排気バルブ７４からの低圧力排気流を利用できない。

コンプレッサアセンブリ５０が、コンプレッサ「停止」状態にあるとき、すなわち、コンプレッサアセンブリ５０が供給容器６４に補給していないときに、「開放された」システム構成で、ピストン排気バルブ７４からの排出空気は乾燥器６０を通り抜け、乾燥剤である乾燥器用媒体を再生し、次いで、排気バルブ７０を通って排出される。コンプレッサアセンブリ５０が、コンプレッサ「作動」状態にあるとき、すなわち、コンプレッサアセンブリ５０が供給容器６４に補給しているときに、バイパスバルブ６８ａは、バイパスループ６６を通る排出空気をコンプレッサへの入口８４に向けるので、乾燥した排出空気は、湿気を乾燥器６０にさらに持ち込むことなく、コンプレッサアセンブリ５０を再循環する。これは、特定の瞬間だけではあるが、吸い込み空気を遮断することなく、「閉じたシステム」構成を再現する、またはこれに類似させる、すなわち、システムは、吸気口に遮断バルブを必要とすることなく、閉じたシステムとして瞬間的に動作できる。排気流は、コンプレッサアセンブリ５０への吸気流量が再循環空気を大幅に上回り、システム空気の、吸気流からの漏出が最小限となるように供給される。

各主エアバッグ３０は、制御バルブ８８と流体連通している。各制御バルブ８８は、主エアバッグ３０に流出入する空気流を制御する。制御バルブ８８は、標準エアサスペンションの一部とすることができる共通のバルブブロック９０内に配置される。共通バルブブロック９０は主供給管９２を含む。別の制御バルブ９４は、主供給管９２を介して供給容器６４に流出入する供給空気を制御する。制御バルブ８８はそれぞれ、主供給管９２の下流に配置されている。主エアバッグ３０が空気を充填されるときに、別の制御バルブ９４が開き、次いで、適切な制御バルブ８８が開いて、充填が必要な主エアバッグ３０に空気流を送る。オプションとして、制御バルブ８８を選択的に開くことができて、コンプレッサアセンブリ５０からの空気を主エアバッグ３０に直接送ることができる。制御バルブ８８を排気バルブ９５、７０とともに選択的に開いたときに、主エアバッグ３０の排気が起こる。容器６４内の圧力は圧力センサＡによって観測される。

図７は、制御装置４６からの余分な入出力要求を削除した代替方法の概略図である。バルブ６８ｂがバルブ６８ａに代わって配置され、乾燥器６０内の高圧空気でパイロット操作される。これにより、ピストン排出空気による再生のために乾燥器６０が利用できない場合に、バイパス回路が開く。バルブ６８ｂはまた、副次的に、パイロット流れが入口８４に戻っている間、高圧逃がしバルブとして機能する。様々な排気事象中に流れを方向づけるために、逆止バルブの増設が必要とされる。

上記の例は４つのコーナ、すなわち４ホイールのエアサスペンションシステムの概略図を示している。モジュール設計により、従来のシステムおよびアクティブシステムの両方を車台に取り付けることが可能になる。上記のように、コンプレッサは、供給容器に向かうかまたは空気ばねに直接向かうかのいずれかの高圧空気源となる。システムは、主エアバッグと容器との間で空気を送るのに、標準エアサスペンションシステムの中から共通バルブブロックを使用し、ピストンエアバッグと容器との間で空気を素速く送るのに、離散したピストンバルブブロックを使用する。当然のことながら、図は４つのコーナ構成を示しているが、システムを２コーナシステムまたはさらにホイールを備えたシステムに適用することもできる。

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
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 コンプレッサアセンブリ
５２ 吸気口
５４ フィルタ
５６ ポンプ
５８ モータ
６０ 乾燥器
６２ 出口
６４ 供給容器
６６ バイパスループ
６８ａ バイパスバルブ
６８ｂ バルブ
７０ 排気バルブ
７２ ピストン吸気バルブ
７２ａ 吸気流動管
７４ ピストン排気バルブ
７４ａ 流動管
７４ｂ 流動管
７６ ピストンバルブブロック
７８ 流動管
８０ 圧力センサ
８２ 排気管
８４ 入口
８８ 制御バルブ
９０ 共通バルブブロック
９２ 主供給管
９４ 制御バルブ
９５ 排気バルブ
ＣＶ 逆止バルブ
Ａ 圧力センサ
Ｖ１ 第１の空間
Ｖ２ 第２の空間
Ｐ１ 圧力
Ｐ２ 圧力

Claims (14)

1. アクティブエアサスペンション用の給気システムであって、
   ピストンエアバッグと、ローリングローブを有する主エアバッグとをそれぞれが有する複数の空気ばねアセンブリであって、前記主エアバッグは、前記ローリングローブが前記ピストンエアバッグの外面に沿って転がるように、前記ピストンエアバッグを囲んで取り付けられる、複数の空気ばねアセンブリと、
   各ピストンエアバッグ用のピストン吸気バルブと、
   各ピストンエアバッグ用のピストン排気バルブと、
   各主エアバッグ用の制御バルブと、
   前記ピストンエアバッグおよび前記主エアバッグに給気するための供給容器と、
   吸気口と、前記供給容器に給気するための出力部とを有するコンプレッサアセンブリとを含み、
   前記コンプレッサアセンブリは、前記出力部に乾燥空気を供給する乾燥器を有し、前記乾燥器は、第１のコンプレッサ状態下で、前記乾燥器を再生するために、前記ピストン排気バルブからの排出空気を受け取り、第２のコンプレッサ状態下で、前記ピストン排気バルブからの排出空気はコンプレッサ入口に供給される
   給気システム。
2. 前記制御バルブは、前記主エアバッグに給気し、前記主エアバッグから排気するように動作し、前記制御バルブは、前記吸気バルブとは別個に動作する、請求項１に記載の給気システム。
3. 各ピストン吸気バルブは、前記ピストンエアバッグのうちの対応する１つのすぐ隣りに配置され、各ピストン吸気バルブは、供給管を介して前記供給容器に直接接続される、請求項１に記載の給気システム。
4. 前記ピストン吸気バルブは、第１のオリフィス寸法を画定し、前記ピストン排気バルブは、前記第１のオリフィス寸法とは異なる第２のオリフィス寸法を画定する、請求項１に記載の給気システム。
5. 前記第２のオリフィス寸法は、前記第１のオリフィス寸法よりも大きい、請求項４に記載の給気システム。
6. 前記主エアバッグおよび前記ピストンエアバッグに給気するために、制御信号を前記コンプレッサアセンブリに送る制御装置を有し、前記制御信号は、前記吸気バルブによる前記ピストンエアバッグへの給気とは別個に、前記制御バルブによる前記主エアバッグへの給気を制御する、請求項１に記載の給気システム。
7. 前記第１のコンプレッサ状態は、コンプレッサ「停止」状態を含み、前記第２のコンプレッサ状態は、コンプレッサ「作動」状態を含む、請求項１に記載の給気システム。
8. アクティブエアサスペンション用の給気システムであって、
   ピストンエアバッグと、ローリングローブを有する主エアバッグとをそれぞれが有する複数の空気ばねアセンブリであって、前記主エアバッグは、前記ローリングローブが前記ピストンエアバッグの外面に沿って転がるように、前記ピストンエアバッグを囲んで取り付けられる、複数の空気ばねアセンブリと、
   各ピストンエアバッグ用のピストン吸気バルブと、
   各ピストンエアバッグ用のピストン排気バルブと、
   各主エアバッグ用の制御バルブと、
   前記ピストンエアバッグおよび前記主エアバッグに給気するための供給容器と、
   吸気口と、前記供給容器に給気するための出力部とを有するコンプレッサアセンブリとを含み、
   前記コンプレッサアセンブリは、乾燥器と、前記乾燥器の下流に配置されたバイパスバルブを備えたバイパスループとを含み、前記バイパスバルブは、前記コンプレッサアセンブリが前記供給容器に補給しているときに、前記ピストン排気バルブからの排出空気を、前記乾燥器の下流の位置から前記乾燥器の上流の位置に送る、請求項１に記載の給気システム。
9. 前記主エアバッグ用の前記制御バルブが共通バルブブロック内に支持された給気システムであって、離散した複数のピストンバルブブロックを含み、各ピストンバルブブロックは、１つのピストン排気バルブおよび１つのピストン吸気バルブを有する、請求項１に記載の給気システム。
10. 前記複数の空気ばねアセンブリは、４つの空気ばねアセンブリを含み、前記４つの空気ばねアセンブリはそれぞれ、４ホイール車両構成の１つのホイールに対応し、前記複数のピストンバルブブロックは、４つのピストンバルブブロックを含み、各ピストンバルブブロックは、４ホイール車両構成の１つのホイールに対応する、請求項９に記載の給気システム。
11. 前記共通バルブブロックは、前記コンプレッサアセンブリの前記出力部に流体連通された主供給管を含み、前記複数の制御バルブは５つの制御バルブを含み、前記５つの制御バルブの１つは、前記主供給管を介して前記供給容器に流出入する空気流を双方向に制御し、残りの前記制御バルブはそれぞれ、前記主供給管の下流に配置され、前記残りの制御バルブはそれぞれ、前記４つの空気ばねアセンブリの１つの主エアバッグに対応する、請求項１０に記載の給気システム。
12. アクティブエアサスペンションに給気する方法であって、
    （ａ）ピストンエアバッグと、ローリングローブを有する主エアバッグとをそれぞれが有する複数の空気ばねアセンブリであって、前記主エアバッグは、前記ローリングローブが前記ピストンエアバッグの外面に沿って転がるように、前記ピストンエアバッグを囲んで取り付けられる、複数の空気ばねアセンブリを提供するステップと、
    （ｂ）供給容器から前記ピストンエアバッグに給気するために、個々のピストン吸気バルブを各ピストンエアバッグに流体連通させるステップと、
    （ｃ）個々のピストン排気バルブを各ピストンエアバッグに流体連通させるステップと、
    （ｄ）前記ピストンエアバッグへの給気とは別個に、前記供給容器から前記主エアバッグに給気するために、個々の制御バルブを各主エアバッグに流体連通させるステップと、
    （ｅ）コンプレッサアセンブリを用いて圧縮空気を前記供給容器に供給するステップと、
    （ｆ）前記供給容器に供給される空気を乾燥器を用いて乾燥させるステップと、
    （ｇ）前記コンプレッサアセンブリが停止しているときに、前記ピストン排気バルブによって供給される排出空気を用いて前記乾燥器を再生するステップと
    を含む方法。
13. 前記コンプレッサアセンブリが作動しているときに、さらなる湿気を前記乾燥器に導入することなく、排出空気が前記乾燥器を通って再循環されるように、前記ピストン排気バルブからの排出空気を前記乾燥器の下流の位置から前記乾燥器の上流の位置に流動させて送ることを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記制御バルブ用の共通バルブブロックを設け、１つのピストン吸気バルブと１つのピストン排気バルブとをそれぞれが有する、離散した複数のピストンバルブブロックを設けることを含み、各ピストンバルブブロックを前記空気ばねアセンブリの１つのすぐ隣りに配置するステップを含む、請求項１２に記載の方法。

Images