(57)【要約】【課題】  デュアル空気ばね構成の連続力制御を提供する。【解決手段】  アクティブエアサスペンションシステムが、可変力およびレートのデュアル空気ばね構成を提供するために、ピストンエアバッグと、ピストンエアバッグの周囲に装着された主エアバッグとを有する空気ばねアセンブリを含む。エアサスペンションシステムは、システム内の圧力を閉ループで正確に制御するように構成される。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブエアサスペンションシステムであって、
ピストンエアバッグと、前記ピストンエアバッグの周囲に装着された主エアバッグとを含む少なくとも１つの空気ばねアセンブリと、
複数の車両特性を測定し、複数のセンサ信号を発生する複数のセンサと、
前記空気ばねアセンブリとの間で給気制御する弁アセンブリと、
前記センサ信号を入力として受信し、所望の車両挙動に対応する前記空気ばねアセンブリの適切なばね出力特性を決定するために、前記入力を分析し、前記ばね出力特性を達成するために、前記空気ばねアセンブリ内の圧力を修正するように出力信号を発生するコントローラと
を備えるアクティブエアサスペンションシステム。
【請求項２】
前記ばね出力特性が、所望のばねレート／力を備える、請求項１に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項３】
前記コントローラが、センサ信号を入力として連続的に受信し、システムの変化を特定するために入力を分析し、前記所望のばねレート／力を閉ループで維持するために、特定されたシステム変化に応答して前記空気ばねアセンブリ内の圧力を連続的にアクティブに調節する、請求項２に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項４】
前記コントローラが、前記ピストンエアバッグおよび前記主エアバッグとの間の空気流を制御するように前記弁アセンブリをアクティブ制御するために、電気制御信号を発生する、請求項３に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの空気ばねアセンブリが、１つの主エアバッグと、１つの関連するピストンエアバッグとを各々が有する複数の空気ばねアセンブリを備え、前記弁アセンブリが、各空気ばねアセンブリに対して別個の弁アセンブリを備え、前記コントローラが、前記所望のばねレート／力を閉ループで維持するために前記特定されたシステム変化に応答して、前記ピストンおよび主エアバッグの各々内の圧力をアクティブに調節する、請求項２に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項６】
前記コントローラが、すべての他のピストンおよび主エアバッグから独立して、各ピストンエアバッグおよび各主エアバッグとの間の給気を制御するように複数の制御信号を発生する、請求項５に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項７】
各空気ばねアセンブリに装着された少なくとも１つのダンパーを含み、前記コントローラが、減衰特性を調節するために、ダンパー制御信号を発生する、請求項５に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのダンパーが、電気制御緩衝器を備え、前記減衰特性が、減衰比を含む、請求項７に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項９】
前記入力が、ハンドル角度、ヨーレート、横方向の加速度、車輪速度、ブレーキペダルの作動、またはブレーキ圧力の少なくとも１つを含む、請求項３に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項１０】
前記入力が、ハンドル角度、ヨーレート、横方向の加速度、車輪速度、ブレーキペダルの作動、およびブレーキ圧力を含む、請求項３に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項１１】
前記コントローラが、各ピストンエアバッグおよび各主エアバッグとの間の空気流を個々に制御することによって、前記空気ばねアセンブリの各々のばね力およびばねレートを連続的に調節する、請求項３に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項１２】
エアサスペンションシステム内の空気流を制御する方法であって、
（ａ）ピストンエアバッグと、前記ピストンエアバッグの周囲に装着された主エアバッグとを含む少なくとも１つの空気ばねアセンブリを設け、前記ピストンエアバッグとの間の給気を制御する弁アセンブリを設けるステップと、
（ｂ）複数のセンサで複数の車両特性を測定し、前記複数のセンサから複数のセンサ信号を発生するステップと、
（ｃ）前記センサ信号を入力として受信し、所望の車両挙動に対応する前記空気ばねアセンブリに適切なばね出力特性を決定するために前記入力を分析し、前記ばね出力特性を達成するために、前記空気ばねアセンブリ内の圧力を修正するように出力信号を発生するステップと、を含む方法。
【請求項１３】
前記ばね出力特性が、所望のばねレート／力を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
センサからセンサ入力信号を連続的に受信し、システム変化を特定し、前記所望のばねレート力を閉ループに維持するために、特定されたシステム変化に応答して前記ピストンおよび主エアバッグの少なくとも１つ内の圧力をアクティブに調節するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記入力が、ハンドル角度、ヨーレート、横方向加速度、車輪速度、ブレーキペダルの作動、およびブレーキ圧力を含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、車両挙動を修正する目的で正規化された力要求を発生するために、複数の車両入力を利用する可変力およびレートのデュアル空気ばねを有するアクティブエアサスペンションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、アクティブエアサスペンションシステムは、切り換え可能な空気ばね体積によってサスペンションのばね剛性に総個別変化を生じさせるものであった。上述したデュアル空気ばね構成を有するアクティブエアサスペンションは、力およびばね剛性調節デバイスである。このようなシステムに関する１つの問題は、正確な方法でばね力をアクティブに制御および調節することが困難なことである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
可変力およびレートのデュアル空気ばねを有するアクティブエアサスペンションシステムが、複数の車両入力を分析し、ばね力を正確に変更および制御するために、出力制御信号を発生するように構成される。
【０００５】
１つの例において、アクティブエアサスペンションシステムは、可変力およびレートデュアル空気ばね構成を提供するために、ピストンエアバッグと、ピストンエアバッグの周囲に装着された主エアバッグとを有する空気ばねアセンブリを含む。エアサスペンションシステムは、全体的な所望の性能基準を達成するために、ピストンおよび主エアバッグ内の圧力を正確に制御するように構成される。
【０００６】
１つの例において、このシステムは、車両が動的操作状態にある場合の力制御デバイスである。車両が準静的状態にあると、システムは、ばねレート変化デバイスとして動作する。回転操作の実行やドライブオフ時などの車両が動的状況にある場合、車両を重量移動するには、対抗する力が重量移動の変化レートを修正して、車両特性を変化させる必要がある。対抗する力は、デバイスのアクティブ制御によって提供される。
【０００７】
１つの構成において、少なくとも１つの空気ばねアセンブリが、各々が１つの主エアバッグおよび１つの関連付けられたピストンエアバッグを有する複数の空気ばねアセンブリを備え、弁アセンブリは、各空気ばねアセンブリに対して別個の弁アセンブリを備え、少なくとも１つの圧力センサは、１つの圧力センサが各ピストンエアバックに関連付けられた複数の圧力センサを備える。コントローラは、関連するピストンエアバッグ内の特定の圧力変化を示す、圧力センサの各々から圧力入力信号を連続して受信する。次に、コントローラは、所望のばね剛性を閉ループで維持するために、圧力変化に応答してピストンエアバッグの各々内の圧力をアクティブに調節する。
【０００８】
１つの例において、コントローラは、他のすべてのピストンエアバッグから独立して、各ピストンエアバッグとの間での給気を制御するために、複数の制御信号を発生する。
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】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。
【図３】第１の位置にある空気ばねの断面図である。
【図４】第２の位置にある空気ばねの断面図である。
【図５】車両用の可変力およびレートのデュアル空気ばねを組み込んだシステム全体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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とを車軸の横方向の各端部に含むことを理解されたい。
【００１２】
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構造または支持体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。
【００１３】
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、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。ピストン支持体２６を通るポート４８は、空気を第１の体積Ｖ１内に供給する。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
図５に示す例において、各空気ばねアセンブリ１６は、１つのダンパー５０に関連付けられる。１つの例において、ダンパー５０は、電気制御緩衝器を備える。コントローラ４６は、例えば、所望の操縦性／快適レベルを達成するために、必要に応じて、減衰比などのダンパー特性を変更するために制御信号を発生する。ダンパー５０の外側構造は、空気ばねアセンブリ１６の下側マウント２４に取り付けられる。図５に示す車両５２の各車輪、すなわち、コーナーに関連付けられた１つの空気ばねおよびダンパーの組み合わせがある。コントローラ４６は、ばね剛性の変調をリアルタイム制御して、車両の操縦性および／または乗り心地を改善するために、ダンパーと組み合わせて可変力およびレートのデュアル空気ばね構成を使用するように構成される。
【００２２】
図５に示すように、コントローラ４６に伝達される車両５２への複数のドライバ入力６０がある。このような入力の例は、ハンドル角度入力、舵取り角度入力、舵取り車輪入力、スロットル入力、ブレーキペダルおよび圧力入力、送信モード選択などを含む。また、複数の車両入力６２が、コントローラ４６に伝達される。これらの入力の例は、車両ロール角、ロールレート、ヨーレート、さまざまな方向加速度、車輪速度などを含む。コントローラ４６はまた、空気ばねアセンブリ１６に関連付けられたさまざまな入力を受信しうる。これらの入力の例は、ダンパー入力、サスペンション位置（車高）、給気貯蔵圧力、エアバッグ２８、３０内の圧力、フロー弁動力学などを含む。これらの入力の各々が、直接測定され、または関連する入力データに基づいて推定され得るように、さまざまなセンサＳ１〜Ｓｎが、車両システムに組み込まれる。
【００２３】
コントローラ４６は、車両５２のさまざまな動力学を制御するために、これらの入力を用いる。例えば、コントローラ４６は、車両の横方向動力学（例えば、ロール角およびヨーレートなど）、縦方向動力学（例えば、ダイブおよびスクワットなど）、および垂直方向動力学（例えば、フラットライドの維持）を制御するために、これらの入力を用いる。これを達成するために、コントローラ４６は、各車輪に設置された可変力およびレートのデュアル空気ばねアセンブリ１６に伝達される制御信号６４を発生する。コントローラ４６は、これらの空気ばねアセンブリ１６の各々に対して所望のばね力を決定し、その後、所望のばね力を達成するために、空気ばねアセンブリ１６との間での空気流を制御する。各空気ばねアセンブリ１６で、所望のばね力が達成されると、各車輪で適切な車両挙動が得られる。
【００２４】
コントローラ４６はまた、例えば、参照テーブル、特定の車両応用データ、および過去の車両性能データなどのメモリに格納されるデータを利用しうる。コントローラは、各空気ばねアセンブリ１６に対して制御信号６４を決定および発生するために、ハンドル角度、舵取り角度、ヨーレート、横方向加速度、車輪速度、ブレーキペダルスイッチの作動、およびブレーキ圧力などの入力を利用する。コントローラ４６へのさまざまな入力は、閉フィードバックループ構成が設けられるように、連続して伝達される。コントローラ４６は、所望の車両挙動（操縦性／乗り心地レベル）を達成するために、適切なばねレート／力を決定するようにさまざまな入力を分析する。コントローラ４６は、主エアバッグ３０および／またはピストンエアバッグ２８内の圧力が、この所望のばねレート／力を達成するために調節される必要があるか否かを判定するために、さまざまな入力をさらに分析する。
【００２５】
膨張または収縮が要求されれば、コントローラ４６は、空気ばねアセンブリ１６に関連付けられた弁アセンブリ７０に伝達される制御信号８６を発生する。弁アセンブリ７０は、エアバッグを充填／膨張し、エアバッグを収縮／排気するための別々の弁を含みえ、または弁の組み合わせが使用されてもよい。弁アセンブリ７０は、所望のばね力／レートを提供するために必要とされる圧力を達成するために、必要に応じて開閉される。
【００２６】
この圧力が達成されると、コントローラ４６は、空気ばねアセンブリ１６内の圧力を閉ループで連続的に調節するために、さまざまなデータ入力を連続的に集約し分析する。コントローラ４６は、さらなる調節／補償が必要かどうか判定し、適切な弁アセンブリ７０に伝達される制御信号を発生する。
【００２７】
コントローラ４６が、全車両システムを制御する単一の車両コントローラを備えてもよく、または、コントローラ４６は、必要に応じて、さまざまなデータ入力および出力を転送および伝達するために連結されたいくつかのコントローラおよび制御モジュールから構成されてもよいことを理解されたい。さらに、当業者は、上述したようなステップを達成するために、ソフトウェアアルゴリズムを決定可能である。
【００２８】
アクティブエアサスペンションの閉ループ制御により、車両ピッチ、ヨー、およびロールの制御がより容易に維持可能かつ正確になる。このように、閉ループ構成により、システム精度を著しく高めるリアルタイム制御が得られる。これにより、車両の操縦性および乗り心地が改善される。
【００２９】
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。
【符号の説明】
【００３０】
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
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の供給導管
４４ｂ  第２の供給導管
４６  コントローラ
４８  ポート
４６  コントローラ
５０  ダンパー
５２  車両
６０  ドライバ入力
６２  車両入力
６４  制御信号
７０  弁アセンブリ
８６  制御信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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2010215225.tif 000009
2010215225.tif 000010
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