(57)【要約】【課題】二重空気ばね構成用の閉ループ圧力制御を提供する。【解決手段】アクティブエアサスペンションシステムは、ピストンエアバッグと、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グとを有して、力およびばね定数可変の二重空気ばね構成を形成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、ピストンエアバッグ内の圧力を閉ループの態様で正確に制御するように構成される。ピストン圧力を連続的に制御することにより、制御装置入力に応じてばね定数またはばね力を正確に増減させる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンエアバッグと、前記ピストンエアバックを囲んで取り付けられた主エアバッグとを有する少なくとも１つの空気ばねアセンブリと、
前記ピストンエアバック内の圧力を連続的に測定し、測定された圧力に対応する圧力信号を生成する少なくとも１つの圧力センサと、
前記ピストンエアバックに流出入する給気を制御するバルブアセンブリと、
前記圧力信号を入力として受け取り、この入力を少なくとも１つの所望のピストンエアバッグ特性と比較し、前記入力が前記所望のピストンエアバッグ特性とは異なる場合に、前記ピストンエアバッグ内の圧力を修正するための出力信号を生成する制御装置と、
を含むエアサスペンションシステム。
【請求項２】
前記所望のピストンエアバッグ特性には、所望のばね剛性をもたらす所望のピストンエアバッグ直径が含まれる、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】
前記制御装置は、前記ピストンエアバッグ内の圧力変化を示す、前記圧力センサからの圧力入力信号を連続的に受け取り、前記制御装置は、前記所望のばね剛性を維持するために、前記圧力変化に応じて、前記ピストンエアバッグ内の圧力を閉ループの態様で能動的に調整する、請求項２に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、前記バルブアセンブリを能動的に制御して、前記ピストンエアバッグに流出入する空気流を制御するための電気制御信号を生成する、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は、１つの主エアバッグと１つの連結されたピストン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を含み、前記バルブアセンブリは、各空気ばねアセンブリに対して１つの独立したバルブアセンブリを含み、前記少なくとも１つの圧力センサは、各ピストンエアバックに１つの圧力センサが連結される複数の圧力センサを含み、前記制御装置は、前記連結されたピストンエアバック内の特定の圧力変化を示す、前記圧力センサのそれぞれからの圧力入力信号を連続的に受け取り、前記制御装置は、前記所望のばね剛性を維持するために、前記圧力変化に応じて、前記ピストンエアバッグのそれぞれの内の圧力を閉ループの態様で能動的に調整する、請求項２に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項６】
前記制御装置は、各ピストンエアバッグに流出入する給気を他のすべてのピストンエアバッグから独立して制御するための複数の制御信号を生成する、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取り付けられた少なくとも１つのダンパを含む、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つのダンパは、電気制御式ショックアブソーバを含む、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】
前記独立したバルブアセンブリはそれぞれ、互いに独立し、互いに別々に制御される吸気バルブおよび排気バルブを含む、請求項５に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項１０】
前記制御装置は、各ピストンエアバックおよび各主エアバッグに流出入する空気流を個別に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して調整する、請求項５に記載のエアサスペンションシステム。
【請求項１１】
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クを囲んで取り付けら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提供し、かつ前記ピストンエアバックに流出入する給気を制御するバルブアセンブリを提供するステップと、
（ｂ）前記ピストンエアバッグ内の圧力を連続的に測定し、測定された圧力に対応する圧力信号を生成するステップと、
（ｃ）ステップ（ｂ）からの信号を入力として受け取り、この入力を少なくとも１つの所望のピストンエアバッグ特性と比較し、前記入力が前記所望のピストンエアバッグ特性とは異なる場合に、前記バルブアセンブリによって前記ピストンエアバッグ内の圧力を修正するための出力制御信号を生成するステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記所望のピストンエアバッグ特性には、所望のばね剛性をもたらす所望のピストンエアバッグ直径が含まれる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ピストンエアバッグ内の圧力変化を示す、圧力センサからの圧力入力信号を連続的に受け取り、前記所望のばね剛性を維持するために、前記圧力変化に応じて、前記ピストンエアバッグ内の圧力を閉ループの態様で能動的に調整することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの空気ばねアセンブリは、１つの主エアバッグと１つの連結されたピストン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を含み、前記バルブアセンブリは、各空気ばねアセンブリに対して１つの独立したバルブアセンブリを含む方法であって、各ピストンエアバックに１つの圧力センサが連結される複数の圧力センサを設けることを含み、前記連結されたピストンエアバック内の特定の圧力変化を示す、前記圧力センサのそれぞれからの圧力入力信号を連続的に受け取るステップと、各空気ばねアセンブリごとに前記所望のばね剛性を維持するために、前記圧力変化に応じて、前記ピストンエアバッグのそれぞれの内の圧力を閉ループの態様で能動的に調整するステップとを含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的には、閉ループの態様で圧力を正確に制御する、力およびばね定数可変の二重空気ばねを備えた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、ばね定数および車高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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の、力およびばね定数可変の二重空気ばね構成の場合、ピストンエアバッグに流出入する給気を制御するのが困難なことがある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
力およびばね定数可変の二重空気ばねを備えたアクティブエアサスペンションシステムは、閉ループの態様でピストン圧力を正確に制御する。
【０００５】
一例では、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囲んで取り付けられた主エアバッグとを有して、力およびばね定数可変の二重空気ばね構成を形成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、ピストンエアバッグ内の圧力を閉ループの態様で正確に制御するように構成される。
【０００６】
一例では、所望のピストンエアバッグ特性には、所望のばね剛性をもたらす所望のピストンエアバッグ直径が含まれる。少なくとも１つの圧力センサは、ピストンエアバッグ内の圧力を測定する。制御装置は、ピストンエアバッグ内の圧力変化を示す、圧力センサからの入力信号を連続的に受け取る。制御装置は、所望のばね剛性を維持するために、これらの圧力変化に応じて、ピストンエアバッグ内の圧力を閉ループの態様で能動的に調整する。
【０００７】
一例では、制御装置は、ピストンエアバッグに流出入する空気流を制御するために、バルブアセンブリを能動的に制御する電気制御信号を生成する。
【０００８】
一構成では、１つの主エアバッグと、１つの連結されたピストン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があり、バルブアセンブリは、各空気ばねアセンブリに対して１つの独立したバルブアセンブリを含み、また、複数の圧力センサがあり、各ピストンエアバッグに１つの圧力センサが連結される。制御装置は、連結されたピストンエアバッグ内の特定の圧力変化を示す、各圧力センサからの圧力入力信号を連続的に受け取る。次いで、制御装置は、所望のばね剛性を維持するために、圧力変化に応じて、各ピストンエアバッグ内の圧力を閉ループの態様で能動的に調整する。
【０００９】
一例では、制御装置は、各ピストンエアバッグに流出入する給気を他のすべてのピストンエアバッグから独立して制御するための複数の制御信号を生成する。
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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２】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。
【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、力およびばね定数可変の二重空気ばねを内蔵した全システムを示す概略図である。
【図６】閉ループのアクチュエータ制御構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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構造体または支持体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）。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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２８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。
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図５に示す例では、各空気ばねアセンブリ１６は、１つのダンパ５０に連結されている。一例では、ダンパ５０は、電気制御式ショックアブソーバを含む。ダンパ５０の外側構造体は、空気ばねアセンブリ１６の下側マウント２４に取り付けられている。図５に示す車両５２の各ホイール、すなわちコーナに連結される、１つの空気ばねおよびダンパ結合体がある。制御装置４６は、力およびばね定数可変の空気ばね構成をダンパと組み合わせて使用して、ばね剛性を調整するリアルタイム制御を行い、車両のハンドリングおよび／または乗り心地を改善するように構成されている。
【００２３】
図５に示すように、車両５２への複数の運転者入力６０があり、この運転者入力６０は制御装置４６に送られる。そのような入力の例には、ハンドル入力、スロットル入力、ブレーキ入力、変速機モード選択などがある。（車両の状態とすることができる）複数の車両入力６２も制御装置４６に送られる。これらの入力の例には、車両のロール角、ロールレート、ヨーレート、様々な方向の加速度などがある。制御装置４６は、空気ばねアセンブリ１６に関連する各種入力も受け取ることができる。これらの入力の例には、ダンパ入力、サスペンションの位置（車高）、給気容器圧力、エアバッグ２８、３０内の圧力、フローバルブの動的特性などがある。
【００２４】
制御装置４６はこれらの入力６０、６２を使用して、車両５２の様々な動的特性を制御する。例えば、制御装置４６は、これらの入力を使用して、（例えば、ロール角およびロール剛性などの）横方向の動的特性、（例えば、前傾および後傾などの）長手方向の動的特性、および（例えば、接地性のよい乗り心地の維持など）の垂直方向の動的特性を制御する。制御装置４６は、各車両ホイールに配置された、力およびばね定数可変の二重空気ばねアセンブリ１６に送られる制御信号６４を生成することで上記の制御を行う。制御装置４６は、これらの各空気ばねアセンブリ１６ごとの目標ばね力を決定し、次いで、空気ばねアセンブリ１６に流出入する空気流を制御して目標ばね力を引き出す。各空気ばねアセンブリ１６で目標ばね力が得られると、次いで、所望のコーナリング力６６を各ホイールに付与することができる。
【００２５】
図６は、アクチュエータ制御図の一例を示している。各ピストンエアバッグ２８は、関連する圧力センサ７０を含む。この圧力センサ７０は、ピストンエアバッグ２８内の圧力を連続的に監視及び測定し、この情報を圧力入力信号として制御装置４６に送る。制御装置４６はすべての入力を解読し、各空気ばねアセンブリ１６ごとの補償目標圧力７２を決定する。補償目標圧力７２は２つの主な態様を有する。
【００２６】
第１に、制御装置４６は、内部コーナ力コマンドを生成し、次いで、このコマンドは、様々な運転者および車両入力に基づいて、ピストン圧力７８に割り当てられる。第２に、制御装置４６は、例えば、サスペンション位置８０およびばね圧力８２などの他の入力を解析し、ピストン圧力補償テーブル８４を使用して、補償目標圧力をより正確に決定する。ピストン圧力補償テーブル８４は、（試験データから決めた）物理的設計に基づいており、ピストン圧力７８をより正確に制御するために使用される。次いで、ピストン圧力に対応する力７８とピストン圧力補償テーブル８４とを合わせて検討して、補償目標圧力７２を決める。次いで、制御装置４６は、この補償目標圧力７２に基づいて、様々なシステムの動的特性を補償し、許容誤差のチェックおよび信号処理のチェックを行って、ピストンエアバッグ２８を膨張させるかまたは収縮させる（排気する）かどうかを決める。
【００２７】
膨張または収縮が必要な場合、制御装置４６は、空気ばねアセンブリ１６に連結されるバルブアセンブリ８８に送られる制御信号８６を生成する。一例では、バルブアセンブリ８８は、ピストンエアバッグ２８を満たすまたは膨張させる少なくとも１つのバルブ８８ａと、ピストンエアバッグ２８を収縮させるまたは排気する別の独立したバルブ８８ｂとを含む。バルブアセンブリ８８は、主エアバッグ３０の膨張および収縮を制御するさらなるバルブを含むこともできる。バルブ８８ａ、８８ｂは必要に応じて開閉して、所望の補償目標圧力にする。
【００２８】
この補償目標圧力が得られると、次いで、圧力センサ７０が、ピストンエアバッグ２８からの圧力データを閉ループの態様で制御装置４６に連続的にフィードバックする。制御装置４６は、測定された圧力を目標圧力と比較し、次いで、さらなる調整／補償が必要かどうかを判断する。一例では、制御装置４６は、測定された圧力を使用してピストンエアバッグ２８の直径を決定する。所望のばね定数およびばね剛性となるように直径が設定されていない場合、次いで、制御装置は、必要に応じてピストンエアバッグ２８を膨張／収縮させて、所望の設定およびばね特性を実現することができる。制御装置４６は、他とは別個に各空気ばねアセンブリ１６に対してこれを行う。
【００２９】
当然のことながら、制御装置４６は、すべての車両システムを制御する単一の車両制御装置を含むことができるし、または制御装置４６は、互いに接続されて様々なデータ入力およびデータ出力を必要に応じて伝送し、交換する複数の制御装置および制御モジュールを含むこともできる。さらに、当業者ならば、上記のステップを行うソフトウェアアルゴリズムを確立することができるであろう。
【００３０】
ピストンエアバッグ圧力を閉ループ制御することにより、ばね定数可変の二重空気ばねのばね力を制御することが可能になる。測定したピストン圧力と目標としたピストン圧力とに基づき、必要に応じて、吸気バルブまたは排気バルブを制御装置の出力で作動させて、ピストンエアバッグに空気を供給するか、またはこれから空気を除去する。これは、結果として、ピストンエアバッグの膨張した直径を調整する。測定されたまたは推定されたばね変位および／または（主エアバッグおよび／またはピストンエアバッグ内の圧力などの）空気ばねの圧力をさらに考慮することにより、制御装置の正確さを高めることができる。本発明の、高さ制御と力およびばね定数可変の二重空気ばねとの組み合わせを一般的な自動車用途で実施すると、そのシステムは、ばね剛性の調整をリアルタイムに制御して、ハンドリングおよび／または乗り心地が改善される。
【００３１】
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。
【符号の説明】
【００３２】
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  ダンパ
５２  車両
６０  運転者入力
６２  車両入力
６４  制御装置
６６  コーナリング力
７０  圧力センサ
７２  補償目標圧力
７８  ピストン圧力に対応する力
８０  サスペンション位置
８２  ばね圧力
８４  ピストン圧力補償テーブル
８６  制御信号
８８  バルブアセンブリ
８８ａ  バルブ
８８ｂ  バルブ
Ａ  垂直中心軸
Ｌ  丸い転がり突出部
Ｖ１  第１の空間
Ｖ２  第２の空間
Ｐ１  圧力
Ｐ２  圧力
Ｗ  溶接
【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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【図６】
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【外国語明細書】
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