(57)【要約】車両フレームと車輪（５０２）との間に配置された液体ばね（５１０）を有する振動制御装置。液体ばね（５１０）は圧縮性流体を使用して、フレームと車輪（５０２）との間の相対変位に応じて振動制御装置内にばね力および／または減衰力をシームレスに発生する。圧縮性液体の第２の体積（５１８）が、流体通路（５２０）によって液体ばね（５１０）に連結される。弁（５２２）が、流体通路（５２０）に結合され、第２の体積（５１８）を液体ばね（５１０）と連通させるように選択的に使える。制御器（５４０）が、弁（５２２）に電気的に結合され、車両センサ（５５０、５５２、５５４）からの信号に応答して弁（５２２）を制御するための制御信号を発する。
2005507062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構造部材と第２の構造部材とを有する構造体用の振動制御装置であって：
第１の構造部材と第２の構造部材との間に作動可能に間挿される液体ばねであって、第１の構造部材と第２の構造部材との間の相対変位に応じてばね力を発生するために圧縮性液体を用いる液体ばねと；
第２の室内の圧縮性液体の第２の体積であって、流体通路によって液体ばねに取り外し可能に連結される第２の体積と；
第２の体積を液体ばねと連通させるように選択的に使える、前記流体通路に結合された弁と；
前記弁を制御するための制御信号を発する、前記弁に電気的に結合された制御器と；を備える振動制御装置において、
制御器が前記制御信号を変えて、液体ばね内の圧縮性液体の圧力、体積、および流速から構成されるグループの少なくとも１つを変化させる振動制御装置。
【請求項２】
構造体が車両であり、第１の構造部材がフレームであり、また第２の構造部材が車輪である、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項３】
構造体が建物であり、第１の構造部材が支持支柱であり、また第２の構造部材が基礎である、請求項１に記載の振動制御装置。
【請求項４】
制御信号が周期とパルス幅とを含み、また制御器がパルス幅を変えることにより制御信号を変えて、周期の一部の間で弁を開閉する、請求項２に記載の振動制御装置。
【請求項５】
制御信号が比例信号を含み、また制御器が比例信号を変えて、弁を第１の位置から第２の位置に移動させる、請求項２に記載の振動制御装置。
【請求項６】
車輪に対するフレームの位置を示す信号を生成する、制御器に電気的に結合された高さセンサと；
車両の速度を示す信号を生成する、制御器に電気的に結合された速度センサと；
車両のステアリングホイール位置を示す信号を生成する、制御器に電気的に結合されたステアリング位置センサと；から成るグループの少なくとも１つをさらに具備する請求項４に記載の振動制御装置において、
制御器が、高さセンサ、速度センサ、およびステアリングホイール位置センサから成るグループの少なくとも１つからの信号に応答して制御信号のパルス幅を変える、請求項４に記載の振動制御装置。
【請求項７】
制御器が、高さセンサ信号、速度センサ信号、およびステアリングホイール位置信号に応答して制御信号のパルス幅を変える、請求項６に記載の振動制御装置。
【請求項８】
車両によって経験される加速度を示す信号を生成する、制御器に電気的に結合された加速度計をさらに具備する請求項６に記載の振動制御装置において、
制御器が、高さセンサ信号、速度センサ信号、ステアリングホイール位置信号、および加速度計信号から成るグループの少なくとも１つに応答して制御信号のパルス幅を変える、請求項６に記載の振動制御装置。
【請求項９】
車両に対するブレーキの作動を示す信号を生成する、制御器に電気的に結合されたブレーキセンサをさらに具備する請求項６に記載の振動制御装置において、
制御器が、高さセンサ信号、速度センサ信号、ステアリングホイール位置信号、およびブレーキセンサ信号から成るグループの少なくとも１つに応答して制御信号のパルス幅を変える、請求項６に記載の振動制御装置。
【請求項１０】
制御器が、高さセンサ信号、速度センサ信号、ステアリングホイール位置信号、およびブレーキセンサ信号に応答して制御信号のパルス幅を変える、請求項９に記載の振動制御装置。
【請求項１１】
所望のサスペンション性能を示す信号を生成する、制御器に電気的に結合されたモード選択スイッチをさらに具備し、
制御器が前記選択スイッチの信号に応答してパルス幅をさらに変える、請求項６に記載の振動制御装置。
【請求項１２】
前記選択スイッチが、さらに３つの設定、すなわち第１の剛性および減衰特性を有する第１の設定、第２の剛性および減衰特性を有する第２の設定、および第３の剛性および減衰特性を有する第３の設定を含む、請求項１１に記載の振動制御装置。
【請求項１３】
制御器が、高さセンサ信号、速度センサ信号、ステアリングホイール位置信号、およびモード選択スイッチ信号に応答してパルス幅を変える、請求項１１に記載の振動制御装置。
【請求項１４】
少なくとも１つの追加車輪構造体および追加液体ばねであって、フレームと追加車輪構造体との間の相対変位に応じてサスペンション装置内にばね力および減衰力の両方を発生させるための少なくとも１つの追加車輪構造体および追加液体ばねと；
前記少なくとも１つの追加車輪に対するフレームの位置の信号を生成する少なくとも１つの追加高さセンサと；をさらに具備する請求項１３に記載の振動制御装置において、
制御器が、高さセンサ信号、速度センサ信号、ステアリングホイール位置信号、およびモード選択スイッチ信号と、少なくとも１つの追加高さセンサ信号とに応答してパルス幅を変える、請求項１３に記載の振動制御装置。
【請求項１５】
３つの追加車輪構造体と；
フレームと３つの追加車輪構造体との間の相対変位に応じてサスペンション装置内にばね力および減衰力の両方を発生させるための３つの追加液体ばねと；
３つの追加車輪に対するフレームの位置の信号を生成する３つの追加高さセンサと；をさらに具備する請求項１３に記載の振動制御装置において、
制御器が、高さセンサ信号、速度センサ信号、ステアリングホイール位置信号、およびモード選択スイッチ信号と、３つの追加高さセンサ信号とに応答してパルス幅を変える、請求項１３に記載の振動制御装置。
【請求項１６】
制御信号が約１秒の周期を有し、また周期の任意の部分の間弁を作動させるためにパルス幅が変調される、請求項４に記載の振動制御装置。
【請求項１７】
高さセンサが液体ばねの内部にある、請求項６に記載の振動制御装置。
【請求項１８】
圧縮性液体の第２の体積を液体ばねと連通させるために選択的に使える弁を有する流体通路によって圧縮性液体の第２の体積に結合された液体ばねを制御するための方法であって：
少なくとも１つのセンサから信号を受信するステップと；
少なくとも１つのセンサから受信された信号に基づいて、弁を第１の状態から第２の状態に変えるように働く制御信号を生成するステップと；
生成された制御信号を弁に送るステップと；を含む液体ばねを制御するための方法。
【請求項１９】
少なくとも１つのセンサから信号を受信するステップが、複数の高さセンサ、速度センサ、およびステアリングホイール位置センサから成るグループの少なくとも１つから信号を受信するステップをさらに含む、請求項１８に記載の液体ばねを制御するための方法。
【請求項２０】
圧縮性液体の第２の体積を液体ばねと連通させるために選択的に使える弁を有する流体通路によって圧縮性液体の第２の体積に結合された液体ばねを制御するための方法であって：
複数の高さセンサ、速度センサ、およびステアリングホイール位置センサから成るグループの少なくとも１つから信号を受信するステップと；
ロール、ピッチ、ワープ、およびヒーブから成るグループの少なくとも１つを計算するステップと；
ロール、ピッチ、ワープ、およびヒーブから成るグループの少なくとも１つを選択するステップと；
ロール、ピッチ、ワープ、およびヒーブから成るグループの選択された少なくとも１つに基づいて、弁を第１の状態から第２の状態に変えるように働く制御信号を生成するステップと；
生成された制御信号を弁に送るステップと；を含む液体ばねを制御するための方法。
【請求項２１】
選択スイッチから信号を受信するステップと；
選択スイッチからの信号に基づいて、ロール、ピッチ、ワープ、およびヒーブから成るグループの計算された少なくとも１つを修正するステップと；をさらに含む、請求項２０に記載の液体ばねを制御するための方法。
【請求項２２】
信号を受信するステップおよび制御信号を生成するステップが１秒当たり少なくとも約１回行われる、請求項２０に記載の液体ばねを制御するための方法。
【請求項２３】
ブレーキセンサから信号を受信するステップと；
ブレーキセンサから受信された信号に基づいて、ピッチ、ロール、ワープ、およびヒーブから成るグループの少なくとも１つをさらに計算するステップと；をさらに含む、請求項２０に記載の液体ばねを制御するための方法。
【請求項２４】
加速度計から信号を受信するステップと；
加速度計から受信された信号に基づいて、ピッチ、ロール、ワープ、およびヒーブから成るグループの少なくとも１つをさらに計算するステップと；をさらに含む、請求項２０に記載の液体ばねを制御するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動制御装置、より詳しくは、制御弁を用いて、液体ばね振動制御装置の剛性および減衰をシームレスに制御するための装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
振動は、様々な環境において有害な力である。振動は、空調ユニット内の回転コンプレッサによってまたは車両内のエンジンによって発生されるように周期的であり得る。周期振動は、特定の振動数および振幅によって特徴づけられる。他方、不規則振動は、支配的な振動数および支配的な振幅を有しない。代わりに、平均振幅および共通の振動数を決定するために、振動を量的に分析しなければならない。減衰は、振動の振幅が一様に減少するプロセスである。減衰時、振動系のエネルギは摩擦または熱として散逸されるか、あるいは音として伝達される。減衰のプロセスは、任意の複数の形態をとることができ、１つ以上の形態が存在することが多い。
【０００３】
液体ばねは、圧縮性液体を利用して減衰力を提供することができる。液体ばねは、圧縮性液体を有する内部室を有する円筒状ハウジングと、室内に往復動可能に配置されたピストンと、ピストンに固定されかつハウジング端部の一方の外側方向に突出する長手方向外側部分を有する、室の内外に軸方向に移動可能なロッド構造体とを具備することができる。液体ばねが車両フレームと関連車輪支持構造体との間に使用される場合、液体ばね内の圧縮性液体は、車輪とフレームとの間の相対変位によって生じる、液体ばねのロッド構造体とハウジングとの間の相対的な軸方向移動に応じてサスペンション装置に剛性および減衰力の両方を発生させる。
【発明の開示】
【０００４】
液体ばねは剛性または減衰力を提供するが、状態の変化に応じて液体ばねの剛性量または減衰量を変化させる方法の必要性が存在する。
【０００５】
模範的な実施態様における本発明は、第１の構造部材と第２の構造部材とを有する構造体用の振動制御装置である。一実施態様による振動制御装置は、第１の構造部材と第２の構造部材との間の相対変位に応じてばね力を発生するための圧縮性液体を用いて第１の構造部材と第２の構造部材との間に作動可能に間挿される液体ばねを有する。本発明は、状態の変化に応じて振動制御装置の剛性を変化させる装置および方法を可能にする。
【０００６】
一実施態様における本発明は、フレームと車輪構造体とを有する車両に使用するためのサスペンション用の用途である。本装置は、フレームと車輪構造体との間に作動可能に間挿される液体ばねを有する。液体ばねは、圧縮性液体を使用して、フレームと車輪との間の相対変位に応じてサスペンション装置内にばね力を発生する。第２の体積の圧縮性液体が第２の室内に格納される。第２の体積は、流体通路によって液体ばねに取り外し可能に連結される。弁が流体通路に結合される。弁は、第２の体積を液体ばねと連通させるように選択的に使える。制御器が、弁に電気的に結合され、周期とパルス幅とを有する制御信号を発して弁を制御する。制御器は制御信号のパルス幅を変えて、周期の一部の間で弁を開閉する。
【０００７】
本発明の一実施態様では、高さセンサが制御器に電気的に結合される。高さセンサは、車輪に対するフレームの位置を示す信号を生成する。速度センサが、制御器に電気的に結合される。速度センサは、車両の速度を示す信号を生成する。ステアリング位置センサが、制御器に電気的に結合される。ステアリング位置センサは、車両のステアリングホイール位置を示す信号を生成する。制御器は、高さセンサ信号、速度センサ信号、およびステアリングホイール位置信号から成るグループの少なくとも１つに応答して制御信号のパルス幅を変える。
【０００８】
追加の実施態様では、加速度計が制御器に電気的に結合される。加速度計は、車両によって経験される加速度を示す信号を生成する。制御器はまた、加速度計信号に応答して制御信号のパルス幅を変えることが可能である。なお他の実施態様では、ブレーキセンサが制御器に電気的に結合される。ブレーキセンサは、車両に対するブレーキの適用を示す信号を生成する。制御器はまた、ブレーキセンサ信号に応答して制御信号のパルス幅を変えることが可能である。
【０００９】
追加の実施態様では、モード選択スイッチが制御器に電気的に結合される。モード選択スイッチは、所望のサスペンション性能を示す信号を生成する。一実施態様では、選択スイッチは、のりごこちと操縦性を変化させる３つの設定の選択を可能にする。制御器は、モード選択スイッチ信号に応答してパルス幅をさらに変えることが可能である。
【００１０】
本発明の一実施態様では、サスペンション装置は、複数の車輪を有する車両用である。車輪の各々は少なくとも１つの液体ばねを有する。各車輪はまた、関連の高さセンサを有する。制御器は、特定の車輪の高さセンサ信号、速度センサ信号、ステアリングホイール位置信号、およびモード選択スイッチ信号に応答して各車輪のパルス幅を変える、典型的な実施態様では、車両は、４つの車輪、４つの液体ばね、および４つの高さセンサを有する。
【００１１】
一実施態様では、制御信号は約１秒の周期を有し、またパルス幅は変調されて、周期の任意の部分の間弁を作動させることが可能である。
【００１２】
本発明のより完全な理解のため、また本発明のさらなる詳細および利点について、ここで次の詳細な説明への参照が添付図と結びつけて行われる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１に、本発明の原理を具体化する、参照符号２００で全体的に示される調整可能な液体ばね装置の部分断面図が概略的に示されている。液体ばね２００は、略垂直に方向付けられたシングルロッドエンドタイプの液体ばねを具備する。本発明はまた、米国特許出願第９２７、７９５号に記述されかつ本明細書に引用することをもって援用されるダブルロッドエンドタイプ液体ばねの使用を包含する。液体ばね２００は、その上端部装着ブラケット２０２で車両フレーム（図示せず）に、下端部装着ブラケット２０４でその関連車輪の支持構造体（図示せず）に連結され、その関連車輪位置に必要なサスペンション装置のばね力および減衰力を与えるように動作する。
【００１４】
液体ばね２００は、上端部２２０と下端部２２２とを有する略垂直に方向付けられた細長い管状ハウジング２１８を含む。上側環状グランド部材２２６はハウジング上端部２２０にねじ込まれ、また下側環状グランド部材２３０は下側ハウジング端部２２２に溶接されるかまたは螺着される。
【００１５】
グランド部材２２６と２３０は、圧縮性液体を収容する室２３６をハウジング２１８内部に形成する。環状ピストン２４０は室２３６内で垂直に往復動可能であり、室２３６を上側の「リバウンド」室２３６ａと下側の「跳ね上り」室２３６ｂとに分割する。中空の細長い円筒状ロッド構造体２４６は、下端部で環状ピストン２４０に同軸に固定され、上端部で上側装着ブラケット２０２に同軸に固定される。ロッド構造体２４６は、その上端部２５７からその下端部２５６に延在しかつ環状ピストン２４０内の中央開口部を通過する円筒状の内部室２５３を有する。内部室２５３は、ロッド構造体２４６の重量を減少させ、その製造を単純化し、また以下に記述するように、一体型位置センサの組み込みを可能にする。
【００１６】
ロッド構造体２４６は、関連技術で公知のような上側グランド部材２２６の適切なシール構造体２５８内に摺動可能かつ密封可能に保持される。ロッド構造体２４６の上側端部部分は、ロッド構造体２４６が室２３６内に完全に延長されるときにバウンスパッド空洞２６３に当接する弾性跳ね上りバンパ２６２を通して上方に延長される。
【００１７】
静止状態の車両では、液体ばね２００と関連する車輪構造体によって支えられた車両重量の一部は、下向きの軸方向力をロッド構造体２４６に加え、ロッド構造体２４６をさらに室２３６内に押し込む傾向を有する。ロッド構造体２４６がこのように下方に移動することによって、漸次延長するロッド構造体２４６によって占められる空間の増大のため室２３６内の圧縮性液体の体積が漸減される。次に、この体積減少は、圧縮性液体の圧力を増大させ、これによって、ロッド構造体２４６およびピストン２４０に対して漸増する正味の上向き力を作用させる。この力は、ロッド構造体２４６を室２３６から外へ押し戻そうとする。ロッド構造体２４６およびピストン２４０に対するこの正味の上向きの流体圧力が、その関連車輪構造体によって支えられる車両重量の一部と等しい場合、ピストン２４０は、ハウジング室２３６内の垂直方向平衡点、すなわち、車両が静止しているかあるいは基本的に平坦な地面を走行しているときに車両の「車高」を一般的提案として確立する点にある。
【００１８】
追加の上向きの「跳ね上り」力が車輪構造体に加えられると、ハウジング２１８は、ロッド構造体２４６を室２３６内にさらに挿入させる様態で、ロッド構造体２４６に沿ってさらに上方に移動され、これによって圧縮性液体の圧力、及びロッド構造体２４６とピストン４０とに対する正味の上向き圧力を漸増させる。車輪構造体の上向き力が減少すると、例えば車輪構造体がその車輪行程全体の「リバウンド」部分によって下方に移動すると、ハウジング２１８内の圧縮性流体の内部圧力は、ロッド構造体２４６に対しハウジングを下方に駆動するように作用する。このようにして、ロッドの移動に応じた圧縮性流体の圧力変化が、液体ばね２００に、そのサスペンション作用全体の内の「ばね」部分を与える。エネルギは、跳ね上り時に圧縮性液体内に蓄積され、リバウンド時に圧縮性液体から解放される。
【００１９】
液体ばね２００のサスペンション作用全体の内の「減衰」部分は、本発明では、ハウジング２１８がピストン２４０に対して上方に変位されるときに縮性液体がピストン２４０を横切るかまたはその周りを迂回して跳ね上り室２３６ｂからリバウンド室２３６ａに流入することを許容し、またハウジング２１８がピストン２４０に対して下方に変位されるときに圧縮性液体がピストン２４０を横切るかまたはその周りを迂回してリバウンド室２３６ａから跳ね上り室２３６ｂに流入することを許容することによって達成される。このような減衰バイパス流は、代表的に、低速および中速の円板の変位および高速通過によって提供される。また、調整可能な減衰は、主制御器の制御下で低速（段階１）流が変化されることを可能にするソレノイドを作動させることによって達成することができる。このようなバイパス流について、図４と図５を参照して以下により詳細に説明する。
【００２０】
室２３６と流体連通する連結部２５０が設けられる。連結部２５０は、圧縮性流体の二次外部体積（図１に図示せず）が室２３６内の圧縮性流体と流体連通をして選択的に配置されることを可能にする。図２を参照して以下に説明するように、これによって、液体ばね２００は、二次体積が室２３６の体積に連結されているかどうかに応じて、２つの異なるばね定数を示すことができる。本発明のこの特徴のより完全な説明について、図３を参照して以下に記述する。
【００２１】
液体ばね車両サスペンション装置では、室２３６内へのロッド構造体２４６の相対的な伸長量を知ることが望ましい場合がある。図１の液体ばね２００は、液体ばね２００内に内部位置センサを備えることによって、従来技術の位置センサの有効性を制限してきた周囲の障害から位置センサを分離する。金属製の円筒状ロッド位置センサ２５２は、非金属ナット２５５によって下グランド部材２３０に固定的に取り付けられる。円筒状ロッド２５２の上端部は、金属製のロッド構造体２４６の内部の中空の中に延在し、したがって、ロッド構造体２４６内への位置センサ２５２の伸長量に比例した静電容量を生成する。位置センサ２５２は室２３６に対して固定されるので、ロッド構造体２４６の内部に延在する円筒状ロッド２５２の部分は、室２３６内へのロッド構造体２４６の伸長量に直接に比例する。位置センサ２５２の頂部のナイロンスペーサ（図示せず）（または他の便利な方法）は、位置センサ２５２をロッド構造体２４６から絶縁するために使用される。センサ２５２とロッド構造体２４６との間の空間は圧縮性液体で充填され、前記圧縮性液体は誘電体として機能する。
【００２２】
センサ２５２とロッド構造体２４６との間に形成される容量は、次式によって計算することができる。
Ｃ＝８．５＊ＥＲ＊［（（ｂ／ａ）＋１）／（（ｂ／ａ−１）］
ここで、Ｃはピコファラド／フィートの容量であり、ＥＲは、液体ばねを充填するために使用される圧縮性流体の誘電定数（空気に対する）であり、（ｂ／ａ）は、キャパシタの内側および外側プレート（それぞれ２５２と２４６）の半径の比率である。したがって、部材２５２と２４６との間の容量の線形変化が生じ、これは、室２３６内へのロッド構造体２４６の伸長量に比例することを理解することができる。位置センサ２５２はアセンブリの本体から電気的に絶縁され、また液体ばね２００の外側に運ばれるワイヤ２６５に結合されるので、位置センサ２５２とロッド構造体２４６との間の容量を測定することによって、それらの相対位置を外部で測定することが可能である。
【００２３】
位置センサ２５２とロッド構造体２４６の直径が均一であるならば、跳ね上りとリバウンド中の容量の変化は、直線的であり、したがってロッド構造体２４６と室２３６との相対位置を決定するために利用される。さらに、容量の変化率を監視することによって、車輪構造体の位置に加えて、車輪構造体の移動方向、速度および加速度を決定することが可能である。このような情報を制御装置（例えば図３の装置）で利用して、この情報に基づいて車両サスペンションの設定を変えることができる。
【００２４】
図２を次に参照すると、図１の液体ばね装置２００の合計室体積、およびそれに連結された他の任意の体積（図３を参照して以下に説明するような）に対するばね定数の変化の詳細を示したグラフが示されている。図２に記入された曲線は、一定温度および一連のロッド径に関する２．５４ｃｍ（１ｉｎ）のロッド移動における実験的な測定によって決定される。したがって、ロッド２４６直径が大きくなると、任意の所与の室２３６体積に対するばね定数が大きくなる。圧縮性液体ばね定数曲線に折れ曲がりがあるという事実は、液体室２３６の有効体積の変化のみによって、任意の所与の液体ばね装置２００についての広範囲のばね定数が設定されることを可能にする。
【００２５】
この点を示すために、液体ばね２００のロッド２４６の外径は２．０６ｃｍ（１３／１６ｉｎ）であると仮定する。したがって、液体ばねのばね定数は、室２３６の体積に応じて曲線４００のどこかに位置する。８１９ｃｍ３（５０ｉｎ３）を囲むように、室２３６の体積が設計されると仮定する。この場合、ばね定数は、２．０６ｃｍ（１３／１６ｉｎ）のロッド２４６の直径に関し、１２７ｃｍ（５０ｉｎ）の室２３６の体積が１２６１Ｎ／ｃｍ（７２０ｌｂｓ／ｉｎ）のばね定数に対応する点Ａに位置するであろう。このばね定数は、液体ばね２００が支持する車両の実質的に硬いかまたはしっかりしたのりごこちを提供する。このようなばね定数は、例えばコーナリング時に優れた車両操縦性を提供するが、多くの乗員は、隆起部および他の道路面の凹凸を走行するときに、このような剛さが不快であると感じる。次に、２４５８ｃｍ３（１５０ｉｎ３）を囲むように、室２３６の体積が設計されると仮定する。この場合、ばね定数は、４２０Ｎ／ｃｍ（２４０ｌｂｓ／ｉｎ）のばね定数に対応する点Ｂに位置するであろう。このばね定数は、液体ばね２００が支持する車両の実質的に柔らかいかまたはしなやかなのりごこちを提供する。このようなばね定数は、隆起部および他の道路面の凹凸の衝撃を吸収するので、直線を走行する車両に適切であるが、非常に優れたコーナリング支持を提供しないで、旋回中に車体を過度にロールさせる。過去において、設計者は、車両のサスペンション設定として、高いばね定数（例えば点Ａ）または低いばね定数（例えば点Ｂ）を選択するように強制されてきており、前記車両のサスペンション設定は乗員の快適さと車両操縦性との間の妥協を必要とするものである。しかし、本発明の液体ばね２００により、ばね定数は、車両の適切な操縦性ならびに乗員の快適さのために、望まれるとおり点ＡとＢの間で変動することが可能である。
【００２６】
ばね定数の変更は、液体ばねの機能を利用して、ソレノイドスタビライザー弁（図３参照）の開放により液体ばねの室２３６の体積を圧縮性液体の第２の体積（図３参照）に結合することによって達成される。圧縮性液体の第２の体積は、液体ばね２００から遠くに配置してもよい。室２３６の体積がＶ１であり、また第２の体積がＶ２である場合、ソレノイドスタビライザー弁の開放によりＶ１とＶ２が結合され、有効に液体ばね室体積をＶ１から（Ｖ１＋Ｖ２）に増加させて、ばね定数を点Ａから点Ｂに切り替える（Ｖ１＝８１９ｃｍ３（５０ｉｎ３）およびＶ２＝１６３８ｃｍ３（１００ｉｎ３）とを仮定して）。ソレノイドスタビライザー弁が閉鎖されて、Ｖ２をＶ１から分離するならば、ばね定数は点Ａに即座に戻る。
【００２７】
任意の特定の液体ばねのばね定数の選択は、点ＡとＢのような２つの設定のみに限定されない。液体ばね室２３６の体積は、サイズが変化した複数の外部体積に選択的に結合することが可能である。次に、ばね定数は、各々の異なる外部体積について異なる値に調整し得る。例えば、８１９ｃｍ３（５０ｉｎ３）の室２３６の体積と、１６３８ｃｍ３（１００ｉｎ３）の第２の体積とを有する上述の液体ばね２００は、第３の体積Ｖ３＝４１０ｃｍ３（２５ｉｎ３）が他のソレノイド弁を通して室２３６の体積に結合可能であるように設計されてよい。これにより、Ｖ１とＶ３が結合されるとき、ばね定数を点Ｃ、または８７６Ｎ／ｃｍ（５００ｌｂｓ／ｉｎ）に設定することが可能になる。今や、液体ばね２００は、関連ソレノイド弁の適切な開放または閉鎖によって、３つのばね定数Ａ、ＢまたはＣ（それぞれ、４２０Ｎ／ｃｍ（２４０ｌｂｓ／ｉｎ）、８７６Ｎ／ｃｍ（５００ｌｂｓ／ｉｎ）または１２６１Ｎ／ｃｍ（７２０ｌｂｓ／ｉｎ））のいずれか一つのばね定数に調整することが可能である。両方のソレノイド弁を同時に開放することによって、Ｖ１、Ｖ２およびＶ３を共に同時に結合することも可能である。
【００２８】
所望の最大のばね定数に対応する室２３６の体積を有するように、液体ばね２００を設計することは望ましいことであるが、必ずしも必要ではないことを指摘する。これにより、可能な限り小さな室２３６の体積（所望の最大のばね定数に対応する）を用いて液体ばねの構成が可能になり、比較的コンパクトかつ軽量の液体ばねが得られ、一方、より低いばね定数に結びつくより大きな重い体積は、相互連結管路を介して遠くに配置することが可能である。液体ばねの小型化の進行は液体ばねの車両内における装着を容易にし、その重量の低減は車両のばね下重量を低減する。室２３６の体積と外部体積との間で連通するのは主に圧力波であるので、外部体積を遠くに配置することに不都合はない。
【００２９】
次に図３を参照すると、参照符号５００で全体的に示された本発明の液体ばね車両サスペンション装置の概略図が示されている。車両は、左前輪５０２、右前輪５０４、左後輪５０６および右後輪５０８によって概略的に示されている。サスペンション装置は、左前ばね５１０、右前ばね５１２、左後バネ５１４および右後バネ５１６の４つの液体ばねを含む。各車輪５０２−５０８と各ばね５１０−５１６との間の連結が概略的に示されている。実際には、各液体ばねは、車両のフレームとそれぞれの車輪支持構造体との間に結合される。
【００３０】
左前ばね５１０は、管路５２０、ソレノイドスタビライザー弁５２２および管路５２３を介して、二次体積５１８に流体連通して結合される。右前ばね５１２は、管路５２６、ソレノイドスタビライザー弁５７８および管路５２９を介して、二次体積５２４に流体連通して結合される。左後ばね５１４は、管路５３２、ソレノイドスタビライザー弁５３４および二股管路５３５を介して、二次体積５３０に流体連通して結合される。右後ばね５１６も二次体積５３０に流体連通して結合されるが、連結は管路５３６、ソレノイドスタビライザー弁５３８および二股管路５３５を介して行われる。各液体ばね５１０−５１６への二次体積の連結は、上端２５７（図１参照）を介して行われる。
【００３１】
車両サスペンション装置５００は、装置内の余剰流体を収集して、貯蔵するための流体リザーバ５５６を収容する。この余剰流体は、アキュムレータ５６０を所定の圧力にチャージするためにポンプ／モータ５５８によって利用可能である。流体は、管路５６２と逆止弁５６４とを介してアキュムレータ５６０にポンプ供給される。アキュムレータ５６０内の加圧流体は、二股管路５６６、ソレノイド充填弁５６８および管路５７０を通して二次体積５１８に供給され得る。同様に、アキュムレータ５６０内の加圧流体は、二股管路５６６、ソレノイド充填弁５７２および管路５７４を通して二次体積５２４に供給され得る。さらに、アキュムレータ５６０内の加圧流体は、管路５７６、ソレノイド充填弁５２８および管路５８０を通して二次体積５３０に供給され得る。
【００３２】
余剰流体を、二次体積５１８、５２４および５３０から移動させて、リザーバ５５６内に蓄積し得る。このため、二次体積５１８は、管路５２３と５８２、ソレノイドドレイン弁５８４および三股管路５８６を介してリザーバ５５６に結合される。同様に、二次体積５２４は、管路５２９と５８８、ソレノイドドレイン弁５９０および三股管路５８６を介してリザーバ５５６に結合される。さらに、二次体積５３０は、管路５３５と５９２、ソレノイドドレイン弁５９４および三股管路５８６を介してリザーバ５５６に結合される。
【００３３】
ソレノイド弁５２２、５２８、５３４、５３８、５６８、５７２、５７８、５８４、５９０および５９４は、主制御器５４０からの電気信号によって作動される。主制御器５４０は好ましくはデジタルマイクロプロセッサであるが、アナログ制御器を備えてもよい。
【００３４】
主制御器５４０は、左前部高さセンサ５４２、右前部高さセンサ５４４、左後部高さセンサ５４６および右後部高さセンサ５４８から入力信号を受信する。高さセンサ５４２−５４８は、室２３６内へのロッド構造体２４６の相対変位に対応する車両フレームと車輪支持アセンブリとの間の相対変位を表す電気信号を生成することに使用できる。主制御器５４０は、車両ブレーキ装置が作動されたことを示す電気信号を生成するブレーキ圧力センサ５５０と、車両の速度を示す電気信号を生成する車両速度センサ５５２とから追加の入力信号を受信する。さらに、主制御器５４０は、センサ５５４から車両の旋回運動を示す電気信号を受信する。センサ５５４は、加速度計、あるいは車両の運動方向に対し横方向の力を感知する「ｇ」センサであるか、あるいは、好ましくは、センサ５５４は、車両のステアリングホイールが回されたときを示す。後者のセンサ方法が好ましいが、この理由は、車両の実際の横方向運動の前に、主制御器に情報を与えることができるからである。主制御器５４０は、センサ５４２−５５４によって供給される情報を用いて、以下に詳述するように車両サスペンション装置５００の特性を変える。
【００３５】
図２を参照して上に記述したように、二次体積５１８、５２４または５３０をそれぞれの液体ばね５１０−５１６に結合または切り離すために、ソレノイドスタビライザー弁５２２、５７８、５３４または５３８の開放または閉鎖によって各液体ばね５１０−５１６のばね定数を変えることが可能である。例えば、各液体ばね５１０−５１６が、８１９ｃｍ３（５０ｉｎ３）の室２３６の体積を有するように構成されると仮定する。図２を参照すると、２．０６ｃｍ（１３／１６ｉｎ）のロッド２４６の外径では、各液体ばね５１０−５１６のばね定数は１２６１Ｎ／ｃｍ（７２０ｌｂｓ／ｉｎ）になることが理解される。これは、図２のグラフの点Ａに対応する。例えば、二次体積５１８が１６３８ｃｍ３（１００ｉｎ３）の圧縮性流体を含むと仮定する。ばね５１０がソレノイドスタビライザー弁５２２の開放によって二次体積５１８と流体連通して結合される場合、ばね定数は、ほぼ瞬時に４２０Ｎ／ｃｍ（２４０ｌｂｓ／ｉｎ）に変わる。これは、図２のグラフの点Ｂに対応する。ソレノイドスタビライザー弁５２２の開放および閉鎖によって、左前ばね５１０のばね定数は、１２６１〜４２０Ｎ／ｃｍ（７２０〜２４０ｌｂｓ／ｉｎ）に変えられる。右前ばね５１２のばね定数の同様の調整は、ソレノイドスタビライザー弁５７８の開閉によって行い得る。
【００３６】
後部サスペンションの液体ばねユニット５１４と５１６は、同様に、ソレノイドスタビライザー弁を使用することによって個々の二次体積への結合または切り離しが可能である。代わりに、図３に示されるように、後部液体ばね５１４と５１６は、ソレノイドスタビライザー弁５３４によって液体ばね５１４に、かつソレノイドスタビライザー弁５３８によって液体ばね５１６に結合可能である単一の二次体積５３０を共有してもよい。単一の二次体積５３０を使用することにより、後部液体ばね５１４と５１６のために３つの別個のばね定数の設定が可能になる。例えば、液体ばね５１４と５１６が各々８１９ｃｍ３（５０ｉｎ３）の室２３６の体積を有し、また二次体積５３０が１６３８ｃｍ３（１００ｉｎ３）の体積を有すると仮定する。後輪の１つ（例えば、左後輪５０６）のみが変位させられる状態において、ソレノイドスタビライザー弁５３４と５３８が開口したままであると仮定すると、液体ばね５１４の有効体積は、液体ばね５１４の室２３６の体積と二次体積５３０と液体ばね５１６の室２３６の体積との組み合わせ、あるいは３２７７ｃｍ３（２００ｉｎ３）に等しい。両方の後輪が等しく変位させられている状態では、液体ばね５１４と５１６は二次体積５３０を等しく共有し、１６３８ｃｍ３（１００ｉｎ３）の各液体ばね５１４と５１６の有効体積が得られる。したがって、液体ばね５１４と５１６は、それらの相対変位に応じて、８１９〜３２７７ｃｍ３（５０〜２００ｉｎ３）の範囲の有効体積を有することが可能である（ソレノイドスタビライザー弁の開放を仮定して）。
【００３７】
両方のソレノイドスタビライザー弁５３４と５３８が閉鎖された状態では、各液体ばね５１４と５１６は８１９ｃｍ３（５０ｉｎ３）の有効体積を有する。ソレノイドスタビライザー弁５３４が開放し、ソレノイドスタビライザー弁５３８が閉鎖されるならば、液体ばね５１４は２４５８ｃｍ３（１５０ｉｎ３）の有効体積を有し、一方、液体ばね５１６は８１９ｃｍ３（５０ｉｎ３）の有効体積を有する。これらの異なる有効体積は異なるばね定数に転換されるので（図２参照）、単一の二次体積５３０は、後部液体ばね５１４と５１６のばね定数の大きなフレキシビリティを可能にする。また、二次体積５３０の共有は、車両が平坦面にないときにソレノイド充填弁５２８が走行高さプロセスの平均化を可能にするために（３点水平化）、位置センサ２５２のデータがセンサ５４６と５４８との間で共有されることを可能にする。
【００３８】
車両のサスペンション特性のいくつかの変化は、センサ５４２−５５４によって主制御器５４０に供給される入力データに基づき前記主制御器によって行うことが可能である。例えば、直線で走行している車両がそのコースから向きを変えるとき、車両を元の直線コースに維持しようと試みる車両質量の慣性は、車体が旋回方向の反対側の車両側面（「外側」として示された）により多くの下向きの力を加えることを引き起こすモーメント力を発生する。車両外側の液体ばねにこの増大した下向きの力が加えられ、旋回中に大部分の自動車およびトラックによって示されるよく知られた「車体ロール」をもたらす。旋回操作中により大きな車両安定性を提供するために、この車体ロールを可能な限り除去することが望ましい。明らかに、車両外側のばね定数が「より堅い」と、それだけ小さいサスペンション装置５００の車体ロールが可能になる。しかし、このようなより高いばね定数は、高いばね定数設定により凸凹の道路面からの衝撃を円滑に吸収する能力に欠けるため、真っ直ぐな走行の間に受容し難いことがしばしば確認されている。
【００３９】
本発明の車両サスペンション装置５００は、次のようにこの問題を解決する。通常の直線状の走行中、ソフトなのりごこち（すなわち小さなばね定数）が望まれる場合、主制御器は、ソレノイドスタビライザー弁５２２、５７８、５３４および５３８を開位置に維持し、これによって、液体ばね５１０−５１６の流体室の有効体積を増加させる。上記の例を継続するために、各液体ばねは、図２の点Ｂで作動するように設定され、ソフトなのりごこちのための小さなばね定数を提供する。車両のドライバが旋回を始めるためにステアリングホイールを回すとき、センサ５５４は、これを示す信号を主制御器５４０に送る。センサ５５４は、ある予め規定された「不感帯」（これは、車輪を実際に旋回する際に極めて僅かな効果しか及ぼさないその中心位置の周辺のステアリングホイール行程の領域である）内のステアリングホイール行程中に、信号を生成しないことが好ましい。例えば、左折が実行されているという信号をセンサ５５４から受信すると、主制御器５４０はソレノイドスタビライザー弁５７８と５３８を閉鎖し、これによって、液体ばね５１２と５１６の圧縮性液体の有効体積を減少させる。これにより、液体ばねのばね定数５１２と５１６は、図２の点Ａに増大され、これによって、車両の外側により硬いサスペンション設定が付与され、車体ロール量を減少させる。
【００４０】
センサ５５４が、ステアリングホイールがその中心位置に戻ったことを示したとき、主制御器５４０はソレノイドスタビライザー弁５７８と５３８を開放し、これによって、液体ばね５１０と５１６のばね定数が図２のグラフの点Ｂに戻される。好ましい実施態様では、主制御器５４０は、車両速度が４．８ｋｍ／ｈ（３ｍｐｈ）未満であるとき、あるいは車両が後方に移動しているとき上述のロール制御を実施しない。この理由は、そのときには、感知可能な車体ロールを引き起こす程に大きな慣性モーメントが車両に生じないからである。
【００４１】
バスとトラックのような大きな側面輪郭の表面領域を有する車両のために、追加の形態のロール制御を含むことが可能である。このような車両は、それらの大きな側面輪郭の表面領域に作用する風の効果によって発生される大きな転倒力を受ける。この風によって引き起こされた力は、上述のコーナリングシナリオと同一の効果を車両のサスペンションに発生させるので、本発明のロール制御機能は、これらの風誘発効果に対抗する際に等しく有効である。唯一の差は、車体がその重心の周りで傾いていることを主制御器５４０に信号で知らせる追加のセンサ（図示せず）が必要なことである。これが起きた場合、主制御器５４０は、適切なソレノイドスタビライザー弁を閉鎖して、上に記述した順序と同様に、車両の適切な側の液体ばねのばね定数を増大させることが可能である。転倒を誘発する力は車両速度と関係しないので、車両が移動している速度または方向にかかわらず、この転倒防止制御を能動状態に維持することがさらに望ましいかもしれない。
【００４２】
上述の本発明の車両サスペンション装置５００のロール制御は、車両スタビライザバーによって伝統的に実行されてきた機能を提供し、これによって車両スタビライザバーの省略を可能にする。スタビライザバーはいくつかの重大な欠点を有するので、これは本発明の重要な利点である。第１に、スタビライザバーは捻れ力を加えることによって車両の片側の車体ロールに対処し、これは、旋回中に車両の車輪の内側に上向きの力を加える効果を有する。この捻れ力は、車体ロールの制限に加えて車両の車輪の内側を持ち上げ、望ましくない。本発明の車両サスペンション装置５００には、この望ましくない副次的作用はない。さらに、従来のスタビライザバーは、硬質のゴムブッシングによって車輪支持体を車両フレームに連結する。この構成は、車両の乗員室への高レベルの道路ノイズの伝達を可能にする。本発明の車両サスペンション装置５００を使用することにより、スタビライザバーが除かれ、したがって、関連するノイズの伝達経路が除かれる。最後に、スタビライザバーは伝統的に鋼で作られる。本発明の車両サスペンション装置５００を使用することにより、スタビライザバーが除かれ、したがって、それらの重量が除かれる。
【００４３】
本発明の車両サスペンション装置の２つの重要な特徴は、ポンプ５５８およびアキュムレータ５６０を包含することによって可能となる。第１の特徴は、図２に示したような比較的一定のばね定数曲線の維持である。それら曲線は、液体ばね内の圧縮性液体の一定の温度を前提としている。しかし、車両サスペンション環境において、液体ばねの圧縮性液体を一定温度に維持することは必ずしも実行可能ではない。圧縮性液体の体積は温度に比例するので、圧縮性液体の圧力を変えることによって、液体の温度変化に対処することが可能である。したがって、温度変化は、リザーバ５５６、ポンプ／モータ５５８およびアキュムレータ５６０の装置で制御される。ポンプ／モータ５５８は、ブレーキ圧力センサ５５０からの入力およびアキュムレータ５６０内の圧縮性液体の圧力を用いて主制御器５４０によって制御される。アキュムレータ５６０は、ポンプ／モータ５５８を使用することなく、ソレノイド充填弁が開放されるときに充填供給を行うように寸法決めされる。ポンプ／モータ５５８は、アキュムレータ５６０をチャージするためにのみ使用される。一実施態様では、ポンプ／モータ５５８は、車両のブレーキが作動されたことをブレーキ圧力センサ５５０が示す間にのみ使用される。これによって、ブレーキ時を除いて、ポンプ／モータ５５８が車両からエネルギを引き出すことが防止される。圧縮性液体の周囲温度特性は、ソレノイド充填弁５６８、５７２および５２８、ソレノイドドレイン弁５８４、５９０および５９４、ポンプ／モータ５５８とアキュムレータ５６０を用いて緩和される。温度による圧縮性液体の圧力変化は車両走行高さの変化をもたらし、これは走行高さセンサ５４２−５４８によって感知される。主制御器５４０は、高さセンサ５４２−５４８からの入力に応答して、選択されたソレノイド充填弁またはドレイン弁を開放または閉鎖する。
【００４４】
ポンプ５５８およびアキュムレータ５６０によって提供される第２の重要な利点は、車両を自動的に水平にする車両サスペンション装置５００の機能である。各高さセンサ５４２−５４８は、それぞれの車輪支持構造体に対する車両のそれぞれのコーナの高さを示す個々の信号を主制御器５４０に送る。好ましい実施態様では、各高さセンサ５４２−５４８は、各高さセンサが主制御器５４０に何の信号も出力しないゼロ中心位置を有する。ゼロ中心位置は車体の所望の位置に対応する。したがって、各高さセンサ５４２−５４８は、それぞれのコーナにおける車体がゼロ中心位置の上方または下方にあるかどうかを主制御器５４０に通信できる。
【００４５】
一実施態様では、主制御器５４０は３点水平化を実行し、２つの後輪は独立して水平化されない。例えば、高さセンサ５４２が、車両の左前部コーナがゼロ中心位置の上方にあることを示した場合、主制御器５４０はソレノイドドレイン弁５８４を開放し、これによって、二次体積５１８からリザーバ５５６に圧縮性流体を解放する。二次体積が液体ばねに結合されるときにのみ、水平化が行われる。高さセンサ５４２が、車両の左前部コーナがゼロ中心位置にあることを示した場合、ソレノイドドレイン弁５８４が閉鎖される。同様に、高さセンサ５４２が、車両の左前部コーナがゼロ中心位置の下方にあることを示した場合、主制御器５４０はソレノイド充填弁５６８を開放し、これによって、アキュムレータ５６０から二次体積５１８に圧縮性流体を加える。高さセンサ５４２が、車両の左前部コーナがゼロ中心位置にあることを示した場合、ソレノイド充填弁５６８が閉鎖される。同一の手順が車両の右前部コーナについて使用される。ソレノイドドレイン弁５９４とソレノイド充填弁５２８を用いて、車両の両方の後輪が共に水平化される。ソレノイドドレイン弁５９４および／またはソレノイド充填弁５２８への制御信号は、両方の後部高さセンサ５４６と５４８の出力を電気的に平均した後に、主制御器５４０によって供給される。この技術を用いて、車両の姿勢が左前部高さセンサ５４２および右前部高さセンサ５４４によって確立され、また後部高さセンサ５４６と５４８により、平らでない（すなわち非平坦）表面の水平化を可能にする妥協的な高さが提供される。
【００４６】
各後輪のために別個の二次体積、ソレノイドスタビライザー弁、ソレノイドドレイン弁およびソレノイド充填弁を用意することによって、４点水平化装置を本発明に容易に実装し得ることが、当業者によって理解されるであろう。
【００４７】
本発明の一実施態様では、上述の水平化制御手順に２つの制約がある。第１の制約は、車両が前方に移動していなければならないことである。このことは、乗員が車両に入るかまたは出る際に車両が水平化を試みることを妨げる。さらに、このことは、車両のドアが開いているときに車両の水平化を妨げ、ドアが例えば縁石と接触する点まで車両を下げる可能性を排除する。自動的な水平化特徴の第２の制約は、アキュムレータ５６０の圧力が少なくとも２３４４２ｋＰａ（３４００ｐｓｉ）でない限り、車両が水平化しないことである。これによって、アキュムレータ５６０が、関連ソレノイド充填弁が開放されるときに二次体積をチャージする程度に十分な圧力を有することが保証される。
【００４８】
好ましい実施態様では、ポンプ５５８は、車両のブレーキが作動され、かつ速度が３．２ｋｍ／ｈ（２ｍｐｈ）を超えている間にだけ、アキュムレータ５６０をチャージするように作動される。これにより、米国政府の企業平均燃料節約（ＣＡＦＥ）標準によって測定されるような車両の燃料節約に影響を及ぼすことなく、アキュムレータのチャージが可能になる。本発明のこの非常に重要な利点により、ＣＡＦＥ測定に影響を及ぼすことなく、サスペンション装置５００を車両に組み込むことが可能になる。
【００４９】
本発明による他の実施態様では、車両サスペンション装置５００は、乗員がいない間に水平化制御を自動的に実施できる。この実施態様では、主制御器５４０は、大部分の車両に既にあるセンサからの入力を利用して、車両のドアが開閉した時点を感知する。さらなる条件は、イグニッションを停止しなければならないことであり、これも、本技術分野で公知の簡単な回路によって都合よく感知される。これらの２つの状態の発生から所定の時間が経過した後、主制御器５４０が「目覚め」、高さセンサ５４２−５４８の各々からの出力を分析する。圧縮性液体に固有である体積対温度の変化のため、サスペンション装置５００内の圧縮性液体は、装置５００が最後に車両を水平化してから車両の垂下さもなければ非水平化を引き起こすことがある。このような場合、主制御器は、車両を再水平化するために適切な充填およびドレインソレノイド弁（上述のような）を作動させる。主制御器は、この水平化手順を再実行するために、所定の間隔（例えば、３０分毎）で「目覚める」。このようにして、車両は、長時間の間駐車されるが（例えば、空港の駐車施設で）、所有者が最終的に戻るときに水平化される。この自動的な水平化特徴の制限は、装置５００をチャージする程度に十分な圧力がアキュムレータ５６０内にある場合に、水平化が行われることである。言い換えれば、主制御器５４０は、この水平化を達成するためにポンプ／モータ５５８を作動しない。
【００５０】
主制御器５４０によって行われるいくつかの決定は、一実施態様では、車両速度センサ５５２からの入力に基づく。上述のように、車両の水平化は、すべての前進速度で作動される。車両ロール制御は、４．８〜１２９ｋｍ／ｈ（３〜８０ｍｐｈ）の前進速度で作動される。１２９ｋｍ／ｈ（８０ｍｐｈ）を超える前進速度では、すべてのソレノイドスタビライザー弁５２２、５７８、５３４および５３８が閉鎖され、これによって、４つのすべての車輪の高いばね定数を維持する。車両速度に基づく上記の制限は設計上の選択項目であり、また本発明はまた、添付の特許請求の範囲の範囲内にある他の速度制限を含むことが、当業者によって理解されるであろう。
【００５１】
本発明の車両サスペンション装置５００はまた、車両制動中にアンチダイブの特徴を提供できる。ブレーキ圧力センサ５５０から信号を受信すると、主制御器５４０はソレノイドスタビライザー弁５２２と５７８を閉鎖し、これによって、両方の前輪のばね定数を増大させる。ばね定数のこの増大は、車両の前部が「ダイブ」するか、あるいは制動中の前部サスペンション構成要素に対する下向きの力の増大の故に前方に傾斜することを防止する。同様に、急激な加速中に後部液体ばねのばね定数を増大する「アンチスクワット」特徴を提供することが可能である。
【００５２】
本発明の車両サスペンション装置５００の他の重要な利点は、従来技術のサスペンション装置と比較して車輪と乗員室との間の極めて優れたノイズ減衰を提供することである。これは、液体ばねが、従来のサスペンションの鋼製ばねと鋼製スタビライザバーに置き換わるという事実に起因する。鋼の密度は、鋼を非常に優れた音の伝導体とし、またこれらの鋼製部材による車輪支持構造体と乗員室との連結は、タイヤの転がり抵抗によって発生される道路ノイズならびにタイヤと隆起部または穴との間の衝突を伝達する点で効力がある。液体ばねサスペンション装置５００では、車輪支持構造体は、各液体ばね内の圧縮性液体によって乗員室から絶縁される。この液体の圧縮性は、この液体を極めて非効率的な音および振動の伝達体とする。この結果、乗員室は、タイヤによって発生される道路ノイズの大部分から極めて十分に絶縁される。
【００５３】
液体ばねサスペンション装置５００のなお重要な他の利点は、従来のストラット、ショックアブゾーバ、コイルスプリングおよびスタビライザバーを比較的コンパクトな液体ばねで置き換えることが、車両カウル高さの実質的な低減を可能にすることである。これは、所望の抗力レベル係数または美的理由のために、より低い前部または後部車体高さを必要とする設計実施のために、はるかに大きな自由を車体設計者に与える。
【００５４】
かくして、操作車両が所与の時点に遭遇する道路状態とドライバ制御入力との組み合わせが何であるかに本質的に関係なくそれらのサスペンション性能を一般に最適化するために、図３に概略的に示した制御器が、液体ばね５１０−５１６のばね力特性を連続的かつ自動的に調整するために好都合に利用されることが理解できる。
【００５５】
次に図４を参照すると、車輪構造体行程の跳ね上り部分の間における調整可能および調整不可能な減衰機構の働きを示した図１の液体ばね２００の部分の拡大図が示されている。跳ね上りの間に、ピストン２４０およびロッド構造体２４６はハウジング２１８に対して下方に移動し、これによって跳ね上り室２３６ｂの体積を減少させる。液体ばね２００の減衰は、ピストン２４０を通したおよび／またはその周りの圧縮性液体の流動によって提供される。この圧縮性液体の流れは、跳ね上り力の大きさに応じて２つの段階で生じる。段階１の液体流は、少なくとも１つの通路２７０を通ることによりピストン２４０を通して生じ、前記通路２７０は、跳ね上り室２３６ｂをリバウンド室２３６ａに流体連通させる。ピストン２４０の任意の下方移動の間に、圧縮性液体は室２３６ｂから通路２７０を通って室２３６ａに流れ、これによって、液体ばね２００の減衰が提供される。追加の段階１の液体流は、通路２７４を通る流体流を可変に絞るように働くソレノイドフロー弁２７２によって供給され、このような絞りは完全開から完全閉まで可変である。ソレノイドフロー弁２７２によって加えられる通路２７４の絞りの量は、主制御器５４０からの信号によって制御される。ソレノイドフロー弁２７２が跳ね上り行程中に少なくとも部分的に開放している場合は常に、段階１の減衰流は、室２３６ｂと２３６ａを結合する通路２７４に生じる。ソレノイドフロー弁２７２によって通路２７４を通る流量を変える機能は、液体ばね２００の減衰特性の調整可能性を提供する。
【００５６】
ピストン２４０内の少なくとも１つの別の開口部が、段階２の圧縮性液体流のために設けられる。段階２の流れは、ピストン２４０のある押し退け力のときに生じ、該押し退け力は、段階１の流れのときの押し退け力よりも大きい（段階１の流れは段階２の流れの開始後に継続していることが、当業者によって理解されるであろう）。通路２７６は二重の可撓性膜２７８／２８０によって覆われ、前記二重の可撓性膜２７８／２８０は、段階１の間に室２３６ｂから室２３６ａへの流体流を妨げる。膜２７８／２８０は、膜２７８を曲げる程度の強さの所定のあるレベルのピストン２４０の下向きの力が発生されるまで、通路２７６への開口部を覆い、これによって、室２３６ｂから、通路２７６を通して、室２３６ａ内への流体流を可能にする。
【００５７】
次に図５を参照すると、ピストン２４０がリバウンド行程中にハウジング２１８に対して今度は上方に移動していること以外、液体ばね２００の同一の部分が拡大図で示されている。ピストン２４０のこの上方移動により、リバウンド室２３６ａ内に圧力増加が生じ、これによって、通路２７０を通した段階１の圧縮性液体の流れが直ちに開始される。追加の段階１の流れは、ソレノイドフロー弁２７２によって課せられる流れの絞りに応じて通路２７４を通して生じる。段階１の流れの間、膜２７８／２８０は下方に押圧され、通路２７６を閉鎖する。段階２の流れは、膜２７８の開口部２８２を通して流れる圧縮性流体の力を受けて膜２８０を下方に曲げさせる程度に、ピストン２４０の上方変位が十分に大きいときに始まる。これが生じると、段階２の流れは、圧縮性液体が室２３６ａから、開口部２８２と通路２７６とを通って、室２３６ｂ内に入ることを可能にする。跳ね上りとリバウンド行程の両方において、２つの段階の流体流と通路２７４を通した調整可能な流体流との組み合わせにより、液体ばね２００のためにほぼ線形の減衰特性の設計が可能になる。
【００５８】
概略的に示したサスペンション装置５００は代表的なものにすぎず、望むなら様々な方法で修正し得ることを指摘したい。例えば、シングルロッドエンドタイプとして示した液体ばね５１０−５１６はまた、ダブルロッドエンドタイプであり得、また様々な代替の様態および配向で車両フレームと車輪構造体との間で相互連結可能である。ハウジング２１８およびロッド構造体２４６の位置の感知は、ピストン２４０を横切る減衰バイパス流と同様に、様々な代替の様態で達成可能である。例えば、位置センサロッド２５２は、真空蒸着金属被膜を有するプラスチックから製造可能である。さらに、体積調整機構は異なるように構築されて制御されることが可能であり、また１つ以上の二次体積を各液体ばね５１０−５１６に使用し得る。さらに、主制御器５４０への入力信号の数とタイプは、特定のサスペンション用途に適合するように変え得る。
【００５９】
次に図６を参照すると、本発明のさらなる実施態様が全体的に参照符号６００で示されている。液体ばね６００は、文字通りに「２つの」体積を有することなく、本発明の同一の可変のばね定数効果を達成する。本明細書に説明した以前の実施態様と同じように、装置６００は、圧縮性流体Ｖ１の第１の体積を画定して収容する液体ばね室６０２を有する。体積Ｖ１は、室６０２内の長手方向の移動のために、ピストンロッド６０６に結合されたピストン６０４によって跳ね上り室とリバウンド室とに分割される。二次体積Ｖ２は、第２の室６０８によって画定されて収容される。体積Ｖ１とＶ２は、絶えず開放しているオリフィスである流体通路６１０を介して結合される。したがって、文字通り、体積Ｖ１とＶ２は単一の体積である。しかし、以下に記述するように、流体通路またはオリフィス６１０は、液体ばね６００に可変のばね定数を提供するために必要とされる目的のために、Ｖ１とＶ２が別々の体積として振る舞うように設計可能である。体積Ｖ１とＶ２は、第２の通路またはオリフィス６１２によってさらに結合される。通路６１２は、ケーブル６１６を介してサスペンション装置の制御器（図示せず）により制御されるソレノイド弁６１４によって選択的に開放または閉鎖することが可能である。通路６１２は、ソレノイド弁６１４が開放されたときに、体積Ｖ１とＶ２の間の実質的に急速な圧力均等化を可能にする程度に十分に大きい（あるいは十分に小さい流体抵抗を有する）。
【００６０】
液体ばね６００によって支持された車両の操縦特性は、液体ばね６００のばね定数によって部分的に決定される。ばね定数は、体積Ｖ１とＶ２内に収容された圧縮性流体の圧縮性によって決定される。例えば、商標名ダウ・コーニング２００フルイド（Dow Corning 200 Fluid）として販売されている流体は、図７に示した圧縮特性を示す。このような流体は、次の関係式に従って、ある規定された流体体積の百分率圧縮（ｃｒ％）による圧力変化を発現する特性を有する：
相対圧力（ｐｓｉ）＝（９３．６＊（ｃｒ％）2＋（７３２．７＊ｃｒ％）−６０．９）
ピストン６０４の行程中、百分率圧縮は図７のグラフの右に移動して、体積Ｖ１内の圧力増大を引き起こす。この圧力増大はロッド６０６に作用し、ロッドの移動に比例する力の増大、言い換えれば、ばね定数を生み出す。ロッドの動作中、液体ばね６００の状態は図７のグラフのロッドの位置によって決定される。
【００６１】
重要な動作特性は、ばね定数を変えることによって液体ばね６００で達成される。言い換えれば、装置制御器は、最新の状態を踏まえた最も望ましいことに応じて、高いばね定数または低いばね定数を生み出せる。ばね定数のこの変化は、圧縮性流体の有効体積を変えることによって達成される。流体体積の減少は、図８のグラフに示されるようにロッド６０６の移動（行程）に対する百分率圧縮の利得を増大させる。かくして、体積の減少は百分率圧縮利得を増大させ、これによって相対圧力利得が増大され、任意の所与の行程に関する液体ばね６００からの力の出力の増大をもたらす。言い換えれば、体積の減少はばね定数を増大させ、体積の増加はばね定数を低下させる。
【００６２】
図６に示したような典型的な液体ばねに関し、液体ばね６００の動作圧力は１３７９０〜２０６８４ｋＰａ（２０００〜３０００ｐｓｉ）の範囲にあるであろう。例えば：
ロッド６０６の直径：          １．９１ｃｍ（０．７５ｉｎ）
ロッド６０６の面積：          ２．８４ｃｍ2（０．４４ｉｎ2）
液体ばね６００に対する荷重：  ４４４８Ｎ（１０００ｌｂ）
液体ばね６００の圧力：        ４４４８Ｎ／２．８４ｃｍ2＝１５６６２ｋＰａ（１０００ｌｂ／０．４４ｉｎ2＝２２７２ｐｓｉ）。
これは、典型的な自動車の静止状態に関するものである。旋回（ロール）操作中の同一ストラットの場合には、液体ばね６００に対する負荷がロール中の重量移動により増大し、液体ばね６００の圧力は、２０６８４〜２７５８０ｋＰａ（３０００〜４０００ｐｓｉ）の範囲に増加するであろう。これは、次のように理解することができる：
重量移動による負荷増加：  ２６６９Ｎ（６００ポンド）
液体ばねに対する合計負荷：７１１７Ｎ（１６００ポンド）
液体ばね６００の圧力：    ７１１７Ｎ／２．８３９ｃｍ2＝２５０６９ｋＰａ（１６００ポンド／０．４４ｉｎ2＝３６３６ｐｓｉ）。
この例では、圧力増加は約９６５３ｋＰａ（１４００ｐｓｉ）である。増加は、典型的に６８９５〜１３７９０ｋＰａ（１０００〜２０００ｐｓｉ）の範囲にある。旋回操作中には、より大きなロール抵抗、したがってより大きなばね定数が求められる。より大きなばね定数を達成するため、より小さな体積を有する必要がある。したがって、制御器は弁６１４を閉鎖し、Ｖ１をＶ２から有効に分離し、より小さな体積Ｖ１内で９６５３ｋＰａ（１４００ｐｓｉ）の全圧力上昇が生じるようにする。Ｖ１とＶ２の間にかくして９６５３ｋＰａ（１４００ｐｓｉ）の圧力差がある。液体ばね６００が、より小さな有効体積の流体によるばね定数の増加を示し続けるために、ロール操縦の持続時間の間、Ｖ１とＶ２の間のこの圧力差は維持されなければならない。通路６１０を通した流体流のため、２つの体積の間の圧力の等化が許容されるならば、液体ばねの有効体積は、Ｖ１＋Ｖ２のようになり、ばね定数の低下が生じる。体積Ｖ１とＶ２の分離を維持する好ましい方法は、本発明の他の実施態様について上に詳述したように、２つの体積の間に流体通路の完全な閉鎖部を有することであることが、当業者によって理解されるであろう。しかし、２つの体積の間に連続的に開放する連結部を有してもまだ液体ばね６００内の可変ばね定数を示す程度に十分に長く圧力差を維持することが可能である。
【００６３】
先に説明した例を踏まえて、体積Ｖ１とＶ２の間の弁６１４と常時管路６１０は、旋回操作を実行する時間期間をとおして体積間の必要な圧力差を維持できなければならないことが明らかである。旋回操作が終わると、制御器は弁６１４を開放して、圧力を迅速に等化する。この効果を達成するため、常時管路６１０は、流体流に対し高い抵抗性を示さなければならない。常時管路６１０の必要な抵抗を計算する簡単な方法は、リーカンパニー液体流れ計算（Lee Company Liquid Flow Calculation）（ページＭ−９、Lee Technical Hydraulic Handbook、１９８９年、The Lee Company, Westbrook CT）を使用することである。この計算は次の通りである：
Ｌ＝（２０）（Ｖ／Ｉ）（Ｈ／Ｓ）
ここで、
Ｌ＝流体流抵抗（Ｌｏｈｍｓ）
Ｈ＝圧力差（ｐｓｉ）
Ｉ＝流体流量（ｇｐｍ）
Ｓ＝液体の比重
Ｖ＝粘度補償係数（ｐ．Ｍ−１１）
単純化の前提として、計算は一定の負荷、したがって一定の圧力差のときに必要な抵抗について行うことができる。これは、安定した一定の旋回半径の車両によって近似される。この場合、常時管路６１０を通したすべての流れは行程の増加をもたらす。行程の増加量は、次の関係式を用いて計算される：
ロッド速度（流量）／（ロッド面積）
ロッド速度（ｉｎ／秒）＝［Ｉ／（ロッド面積）］＊［２３０／６０］
上記の２つの関係は、２つの未知の変数（流量と抵抗）を含む２つの式である。流量について下の方程式を解くこと、この関係式を方程式に代入してロッド速度について解を与えることが、以下の関係式を与える：
ロッド速度（ｉｎ／秒）＝（２０）＊（２３１／６０）＊［Ｖ／（ロッド面積）（Ｌ）］＊［（Ｈ／Ｓ）］
この式は、２１ｍｍのロッド径を前提として、図９のグラフのデータを計算するために使用された。最善の操縦性安定性のため、ロッド６０６の移動は０．６４ｃｍ（０．２５ｉｎ）以下に維持されるべきである。このことは、５秒の最大旋回時間を前提とすると、行程速度は０．１２７ｃｍ（０．０５ｉｎ）／秒）以下であるべきことを意味する。したがって、図６の常時管路６１０は、８００００Ｌｏｈｍｓに近い流体抵抗を有するべきである。このような抵抗は、小さな直径のオリフィスを使用して、あるいはある種の渦または乱流を流体に導入して、容易に達成することが可能である。リーカンパニー（The Lee Company）のカタログには、このような性能を提供できる多くのこのようなレストリクタ装置が含まれている。
【００６４】
図６の実施態様の代わりの装置が図１０に概略的に示され、参照符号１０００で概ね示される。液体ばね１０００は円筒状本体１００２によって画定された室を含む。この室は、固定バルクヘッド１０２０によって２つの体積Ｖ１とＶ２に分割される。体積Ｖ１は、ロッド１００６に結合されるピストン１００４によって跳ね上り室とリバウンド室とにさらに分割される。固定バルクヘッド１０２０は、常時開放オリフィス１０１０と、装置制御器（図示せず）の制御下にある可変弁１０１４を収容する。図１０の構造は図６の構造と同様であり、常時管路６１０に適用される設計パラメータが、常時開オリフィス１０１０にも適用される。
【００６５】
図１を参照して上述したように、中空ストラットロッド２４６とセンサロッド２５２との間の容量は、ストラットロッド２４６内へのセンサロッド２５２の伸長量に従って変化する。測定された容量は、車両の走行高さに相関させることができる。しかし、はるかに広い意味では、容量型位置検出器１１００が、センサロッド２５２によって摺動可能に係合される中空ロッド構造体２４６によって形成されることができる。図１１と図１２は、自動車用の走行高さセンサを含む任意の用途に適切であるこのような位置検出器を示している。センサロッド２５２は、誘電体によって中空ロッド２４６から分離され、各々がキャパシタの対向プレートのように作用する。位置検出器は、ロッド２５２、２４６にそれぞれ取り付けられる第１および第２の装着ブラケット２９４、２９６によって２つの表面の間に装着することができる。ロッドの間のクリアランスは、非導電性材料から製造されなければならないシール２９０によって維持される。典型的にはナイロンの絶縁体２５４がロッド２５２を装着ブラケット２９６から絶縁する。
【００６６】
この容量を測定するために、回路が形成される。アース線２９２は中空ロッド２４６に結合され、一方、第２の導線２６５はセンサロッド２５２に結合される。ロッド間に印加される電圧はロッドの伸長量を示す信号を供給する。発振回路２９９がロッドと並列に配置される。発振器回路は３つの端子、すなわちアース端子２９９ａと、Ｖoscillator端子２９９ｂと、Ｖ+端子２９９ｃとを有する。ロッドの容量が、発振回路２９９の出力周波数、すなわち、端子Ｖoscillator２９９ｂおよびアース２９９ａの間の電位の発振周波数を支配する。
【００６７】
センサロッド２５２がロッド構造体２４６の中に延びるとき、容量が増加し、発振周波数の減少を引き起こす。逆に、センサロッド２５２がロッド構造体２４６から移動されるとき、容量は減少し、発振周波数の増加を引き起こす。したがって、室２３６内のロッド構造体２４６の相対伸長量は、発振回路の周波数の関数として決定することができる。言い換えれば、減少する周波数は跳ね上り状態を示し、増加する周波数はリバウンド状態を示す。再び、この容量型位置センサは、車輪構造体の位置を決定するために、自動車サスペンションに使用するために便利であるが、長さ、線速度、または線加速度を感知する必要がある任意の用途に使用することができる。
【００６８】
図１３、図１４および図１５は、振動を制御する本発明の方法の一般的な実施態様を示している。方法１３００は、振動源１３０２と、絶縁すべき負荷１３０４との間に液体ばね１３０６を配置することを含む。本方法は、任意の負荷サスペンションまたは振動絶縁問題に容易に適用できる。上述の液体ばね装置は、非常に広範な範囲のばね定数（空気ばね技術よりも数桁大きい）を提供することができ、能動装置よりも低いエネルギ消費量およびコストと結合して、様々な非車両サスペンション用途に利益をもたらすことができる。振動源は、一般に、時間の関数として様々な振動振幅を示すグラフ１３０２ａによって特徴づけることができる。液体ばねは、グラフ１３０４ａに示されるように、これらの振動の衝撃を減衰することができる。振動の振幅が大幅に減少されることに注意されたい。これは、１）振動源からの負荷の機械的絶縁によって、および／または２）振動入力の特性にしたがって装置バネ定数の適合によって達成される。液体ばねは、様々な接続部によって振動源と、絶縁された負荷との間に取り付けることができる。ピン接続部１３０８、１３１０が示されている。ピン接続部は、振動源と、絶縁された負荷との間のある量の水平並進運動を可能にする。
【００６９】
液体ばねの使用は、いくつかの用途では大きな利点であり得る。例えば、地震は、多くの種類の建物、橋、高架道路、およびトンネルのような構造物を破壊する。これらの例の各々では、第１の構造部材と第２の構造部材との間に液体ばねを配置することができる。例えば、高架道路は、支柱を支持するためのパッド（典型的に注入コンクリート）を使用し、この場合、梁は隣接する支柱の間に跨る。地震の間、振動は、支柱または梁の構造的一体性を打ち負かす動的荷重を発生する。液体ばねをパッドと支柱との間に配置することができる。代わりに、液体ばねを支柱と梁との間に配置することができる。下層の土壌が適切であるならば、液体ばねを地面とパッドとの間に配置できることも考えられる。液体ばねは、様々な構造部材の間の振動伝達を最小にする。受動装置は、あるレベルの保護を提供する。能動装置は、損傷の危険性を低減させるために、実際に振動を感知し、最善のばね定数および減衰を決定することができる。実質的に任意の種類の構造体に、このような装置が使用できることが理解されなければならない。例えば、建物では、液体ばねを建物基礎と構造部材との間に配置可能である。代わりに、液体ばねをフロアの間に配置できる。液体ばねは、任意の角度に、垂直に、または水平に配置することができる。
【００７０】
図１４は、２つのばね定数を有する装置の典型的な振動入力／出力の応答特性を例示している。トレースは、凸凹の表面を走行する車両のサスペンションを記述する数学モデルにより生み出された。液体ばねのばね定数は、複数の変数、すなわち圧縮性流体を含む室の断面積、圧縮性流体の圧力、流体の特定の組成によって制御できる。
【００７１】
第１のばね定数と第２のばね定数との間で切換可能な装置を考案することができる。２つのばね定数の装置には、トレース１４０２によって示された入力を与えた。入力は、ある範囲の周波数にわたって様々な振幅の振動を提供した。「低い定数の」応答特性１４０４は、約１．２Ｈｚより大きいと大幅に改善され、その周波数より小さいと程々に劣っている。「高い定数の」応答特性１４０６は、１．５Ｈｚより小さい周波数値において「低い定数」に較べて利点を示している。振動のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）は、ｙ軸に沿ってｍ2／Ｈｚで読み取られる。ＰＳＤは、周波数の関数としての運動におけるエネルギの測定単位である。グラフは、サスペンション装置が低い定数と高い定数とを有することから利点を得るという原理を示している。
【００７２】
図１５は、２つの定数の装置応答利得１５００を示している。利得は出力／入力として定義される。やはり、「低い定数の」応答特性１５０２が、１．２Ｈｚよりも高い周波数で大幅に改善される。入力周波数特性は、必ずしも予測できないか、あるいは狭い範囲に限定できないので、ばね定数を変えることによって装置応答を動的に調整する機能は、装置利得の低減を可能にする。例えば、１．２Ｈｚより低い入力では、「高い定数」の設定１５０４は、出力応答を低減するように選択することができ、一方、より高い周波数入力では、「低い定数」の設定を使用することができる。調整は、センサの振動数の決定に応答して第２の体積を第１の体積に連結することによって行われる。
【００７３】
図１６と図１７は、車両キャビンと車両フレームとの間に適用される能動振動制御装置を示している。本装置は、任意の負荷サスペンションまたは振動絶縁問題に容易に適用できる。図示した方法は、適応二体積装置１６００である。本装置は、トラックのコーナリング中の運転台ロールを低減するために、アンチロール制御を提供する。１対の液体ばね１６０２が、トラックフレーム１６０４と車両運転台１６０６との間に結合される。液体ばねはまた、トラック加速中の運転台のスクワットを低減するためのアンチスクワット制御を行う。液体ばねは、ハイウェイにおけるドライバの疲労を低減するために、ソフトな「ハイウェイ」走行設定を生み出すために使用することができる。液体ばねはまた、トラックヤード内の運転台のホイップ（whip）およびジャーク（jerk）を低減するために硬い「構内仕事場」走行設定を提供するように調整することができる。同様に、ばねは、低速度の負荷下のフレームの捩れの際に運転台の跳ね上りを低減するために、「フレームが痛めつけられている」間に抗跳ね上り制御を行うことができる。
【００７４】
図１７は、運転台マウント装置１６００をより詳細に示している。１対の液体ばね１６０２は、運転台１６０６とフレーム（図示せず）との間に装着される。補助体積１６０８は、弁付き管路１６１０によって各液体ばねに連結される。１組の弁１６１２は、アンチロール（スタビライザ）機能のために管路１６１０に間挿される。第２の組の弁１６１４が、第２の体積１６０８とリザーバ１６１６との間に設けられる。弁１６１４は、第２の体積への流体充填および第２の体積からの流体吐き出し機能を可能にする。圧縮性液体を吐き出す機能は、運転台を水平化する機能を提供し、また温度変化による液体圧力の変化の補償を可能にする。
【００７５】
油圧パワー供給部は、ポンプ１６１８、アキュムレータ１６２０、および流体リザーバ１６１６を備えることができる。油圧パワー供給部は、運転台水平化のための油圧パワーを供給する。流れは、充填弁１６２２によって制御される。制御器１６２４は、様々な弁および油圧ポンプ用の出力制御信号を生成するために、センサ入力からの情報を処理する。上述のように、液体ばね１６０２を制御して、ある制御器によって決定されるような入力に応答して弁を開放または閉鎖することにより、ばね定数、減衰（本図に図示せず）および水平化制御を変更できる。装置が建物内の振動を制御するために使用される場合、建物自体の電源が、パワー供給部として機能し得る。任意の適切な電源を使用することができる。
【００７６】
図１８と図１９は、車両キャビンと車両フレームとの間に適用される受動振動制御装置を示している。この最小限の装置は、基本的な液体ばねの改良された減衰および振動絶縁に温度補償と水平化特徴とを付与する。装置の主構成要素は液体ばねストラット１８０２である。ストラット１８０２は、運転台１８０６の後部中心に配置することができる。油圧リニアアクチュエータユニット１８１０は、運転台の水平化および温度補償を行う。制御器１８０８は、センサ入力からの情報を処理し、油圧リニアアクチュエータユニット用の出力制御信号を生成する。この方法は、第１の構造の油圧パワー供給部の機能、充填および減衰弁の機能を達成するために、油圧リニアアクチュエータユニットを組み込む。
【００７７】
図２０と図２１は、振動制御に使用するためのピストンのない液体ばねを示している。ピストンのない液体ばねは、一般に円筒状である外部ハウジング２００２を有する。第１の体積の圧縮性の流体２００４は、ラム２００８によってこのハウジング内に捕捉される。補助体積２００６は、管路２００７によって第１の体積と連結される。ラムの底部の周りのシール２０１４は、ラムの周りの流体２００４の移動を防止する。同様に、シール２０１０はハウジング２００２の頂部の周りに配置される。ラムは、連結手段２０１２によって振動源または絶縁される負荷に取り付けることができる。ハウジングは、連結手段２０１６によって振動源の他方または絶縁される負荷の他方に取り付けることができる。
【００７８】
ストラット２０００は、減衰要素がないことを除いて、すべての点で上述の液体ばねのように機能する。したがって、減衰は、別個の、在来の、あるいは適応性のあるショックアブソーバ２０１８から獲得しなければならない。代わりに、図２１は、同様のピストンのない液体ばねを示しているが、当該ばねはトーショナルダンパ２１１８に結合される。やはり、受動装置は、ばねとして機能するがダンパとしては機能しない。
【００７９】
様々な制御スキームを使用して、上述の様々な振動制御装置を制御することが可能である。一例として、制御器からの制御信号のパルス幅変調を使用して、状態の変化に応答するためにサスペンション装置の特性を変えることが可能である。振動制御のために、また２輪、３輪、および４輪自動車を含む異なる多くの種類の車両の１つ以上の車輪のサスペンションを制御するために、パルス幅変調を利用する制御器が使用可能である。例えば、建物、橋、高架道路、およびトンネル内の振動を制御するために、パルス幅変調を利用する制御器が使用可能である。
【００８０】
次に、本発明の模範的な実施態様として、４輪自動車における液体ばね装置の使用について記述する。このような実施態様では、各車輪の剛性および減衰の両方を制御するために、各車輪における単一ソレノイド作動弁のパルス幅変調（ＰＷＭ）が利用される。しかし、１つの車輪当たり様々な種類および数の弁のように、本発明に従って異なる制御スキームを使用し得ることが理解されるべきである。さらに、剛性のみが制御されるか、あるいは剛性が１つ以上の弁で制御されて減衰が１つ以上の追加の弁で独立して制御されてよい。
【００８１】
図２２は、車体２２００、および３次元座標系２２０２に沿って車体が直面する力の種類を示している。車両は、図２２に示されているようなロール、ピッチ、ワープおよびヒーブを含む運動モードを経験し得る。ロールは、文字ｐで示されているようなＸ軸の周りの回転である。ピッチは、文字ｑで示されているようなＹ軸の周りの回転である。ワープは、文字ｒで示されているようなＺ軸の周りの回転に比例する。ヒーブは、Ｚ軸に沿った運動である。
【００８２】
車体２２００は、右前輪２２０４、左前輪２２０６、左後輪２２０８、および右後輪２２１０の上方に、右前部液体ばね／ダンパアセンブリ２２１２、左前部液体ばね／ダンパアセンブリ２２１４、左後部液体ばね／ダンパアセンブリ２２１６、および右後部液体ばね／ダンパアセンブリ２２１８によって懸架され、液体ばね／ダンパアセンブリは、図示した軸に沿ったまたは軸を中心とする望ましくない運動または振動を防止するように機能する。各ばね／ダンパ２２１２、２２１４、２２１６および２２１８から各車輪２２０４、２２０６、２２０８および２２１０への連結部は、概略的に示されている。実際には、各液体ばねは、車両フレームとそれぞれの車輪支持構造体との間に結合される。
【００８３】
図２３は、本発明の実施態様による能動液体ばね車両サスペンション装置の概略図である。図２３に示されるように、右前ばね／ダンパ２２１２は、第１の管路２３０４、ソレノイドスタビライザー弁２３０６、および第２の管路２３０８を介して、二次体積２３０２と流体連通して結合される。左前ばね／ダンパ２２１４は、第１の管路２３１２、ソレノイドスタビライザー弁２３１４、および第２の管路２３１６を介して、二次体積２３１０と流体連通して結合される。左後ばね／ダンパ２２１６は、第１の管路２３２０、ソレノイドスタビライザー弁２３２２、および第２の管路２３２４を介して、二次体積２３１８と流体連通して結合される。右後ばね／ダンパ２２１８は、第１の管路２３２８、ソレノイドスタビライザー弁２３３０、および第２の管路２３３２を介して、二次体積２３２６と流体連通して結合される。
【００８４】
一実施態様では、ソレノイドスタビライザー弁２３０６、２３１４、２３２２および２３３０は、電気信号２３３４、２３３６、２３３８および２３４０それぞれによって作動されるポペット弁である。電気信号２３３４、２３３６、２３３８および２３４０は、主制御器２３５０から発する。主制御器２３５０は、好ましくはデジタルマイクロプロセッサであるが、アナログ制御器でもよい。メモリ２３５２は、主制御器に電気的に結合される（図２４参照）。本発明のこの模範的な実施態様は、単一の主制御器を使用して弁のすべてを制御することを意図しているが、他の構造が等しく十分に機能することが当業者には明白であろう。例えば、ソレノイドスタビライザー弁２３０６、２３１４、２３２２および２３３０の各々は、別個のマイクロプロセッサまたはアナログ制御器によって制御可能である。
【００８５】
主制御器２３５０は、上に説明した液体ばねまたはサスペンション装置の実施態様のいずれかのものと関連して記述されたセンサ、あるいは以下に示す図２４と関連して説明されるセンサの１つ以上のセンサから入力信号を受信する。
【００８６】
図２４に示されるように、主制御器２３５０は、一実施態様において、複数のセンサ入力と複数の制御出力とに結合される。この模範的な実施態様では、主制御器は、４つの高さセンサ２４０２、２４０４、２４０６および２４０８に電気的に結合される。４つの高さセンサは、上の図１に関して記述したような室２３６内へのロッド構造体２４６の相対変位に対応する車両フレームと各車輪支持アセンブリとの間の相対変位を表す電気信号を生成する。一実施態様では、高さセンサ２４０２、２４０４、２４０６および２４０８は、図１に関して上述した位置センサ２５２と同様の方法で動作する。
【００８７】
主制御器２３５０は、車両ブレーキ装置が作動されたことを示す電気信号を生成するブレーキ圧力センサ２４１０に電気的に結合される。主制御器２３５０は、車両の速度を示す電気信号を生成する車両速度センサ２４１２に電気的に結合される。さらに、主制御器２３５０は、車両の旋回運動を示す電気信号を生成するステアリングホイール位置センサ２４１４に電気的に結合される。主制御器はまた、車両の運動方向に対し横方向の力を感知する加速度計２４１６、または「ｇ」センサに電気的に結合される。加速度計２４１６は、図２２に示したようなＸ軸およびＹ軸によって形成された平面内の車両速度の変化を示す電気信号を生成する。
【００８８】
一実施態様では、主制御器は、ユーザモード選択スイッチ２４１８に電気的に結合される。ユーザは、ユーザモード選択スイッチ２４１８を介して異なるユーザモードを選択することによって、サスペンション装置の特性を変えることができる。追加の実施態様では、追加のセンサが、車両バッテリの充電量を監視するためのバッテリセンサと、車両のモータがターンオンされていたかどうかを感知するためのイグニッションセンサとを含んで主制御器２３５０に電気的に結合される。サスペンション設定を最適化するために主制御器に電気的に結合されたセンサによって、他の車両および環境因子を監視可能であることが理解されるであろう。
【００８９】
図２４に示されるように、主制御器は、右前部弁２３０６、左前部弁２３１４、左後部弁２３２２および右後部弁２３３０に電気的に結合される。理解されるように、主制御器２３５０を追加のスイッチおよびインジケータに結合可能である。
【００９０】
図２３に示されるように、制御信号２３３４、２３３６、２３３８および２３４０は、ソレノイド弁２３０６、２３１４、２３２２または２３３０の１つを作動するために使用される。制御信号２３３４、２３３６、２３３８および２３４０は、ソレノイド弁２３０６、２３１４、２３２２または２３３０の１つを作動する程度に十分な最大振幅を有する電気信号を含む。図２５は、パルス幅変調（「ＰＷＭ」）を介したソレノイド制御弁２３０６、２３１４、２３２２または２３３０の１つの作動と、弁が閉鎖され、引き続き再び開放されるときの液体ばね２２１２、２２１４、２２１６または２２１８の１つにおける対応する圧力変化との間の関係を示している。
【００９１】
一例として、次の説明は、理論上、ソレノイド弁および制御信号を利用するが、弁２３０６、２３１４、２３２２または２３３０に適用される場合、同様の制御信号２３３４、２３３６、２３３８および２３４０が、同様の結果を生成することが当業者には明らかであろう。
【００９２】
図２５に示されるように、弁は、電気制御信号２５００に応答して完全開状態と完全閉状態の間で移行する。図２５の制御信号は、第１の区間２５０４の間に第１の状態２５０２にある。制御信号は、第１の状態２５０２から第２の状態２５０６に移行し、第２の区間２５０８の間に第２の状態２５０６に留まる。
【００９３】
弁がその移行状態をとおして移動するために必要な時間は、弁を非作動にするのに十分に電気制御信号２５００が初期状態２５０２から第２の状態２５０６に移行するために必要な時間、あるいは第２の状態２５０６から第１の状態２５０２に移行して戻るために必要な時間よりも一般的にはるかに大きい。図２５に示されるように、弁の移行時間未満またはそれにほぼ等しい持続時間を有する電気制御信号２５００の第１および第２の区間２５０４と２５０８は、弁がその開状態と閉状態との間で部分的に移行するとき、弁２２０３を通る流体流量を変化させる。
【００９４】
典型的に、１０〜約５０ミリ秒の移行時間のような短い移行時間を有する弁が使用されるが、この理由は、移行時間がより速いと、それだけ正確に流量を変え得るからである。典型的に、ポペットまたはスプールオンオフ（バング型）弁が使用される。このような弁は、Ｗａｎｄｆｌｕｈ、Ｓｔｅｒｌｉｎｇ、およびＰａｒｋｅｒによって製造される。代替実施態様では、圧縮性液体の流れを調整するために比例信号と共にポペットまたはスプール比例弁が使用される。適切な比例弁は、同様にＷａｎｄｆｌｕｈ、Ｓｔｅｒｌｉｎｇ、およびＰａｒｋｅｒによって製造される。
【００９５】
図２５に示した実施態様では、弁開閉の周期があまりにも短い場合、弁は、完全開位置または完全閉位置における定常状態に達しない。したがって、弁を通る流体流量は、その最小可能流量またはその最大可能流量のいずれにも達しない。長時間で平均すると、変動する流体流量は、図２５の上方のグラフに一般に示されるように、最小達成可能流量と最大達成可能流量との間に含まれる正味流量に近づき、かくして、剛性および減衰の設定レベルをシームレスに生成する。以下に説明するように、減衰は、流量を変えるための弁状態の短時間の区間変化によって達成される。
【００９６】
図２５に示した実施態様では、弁は、電流が弁に通じていないときに開き、電流が弁に通じているときに閉鎖される。したがって、オン時間の間にソレノイドが作動されるとき、弁が閉鎖される。剛性は、最小と最大との間の任意の流体流量に近づくために、時間を周期に分割することによって、次に、各周期の弁が開放していなければならない長さを決定することによって制御可能に変えられる。周期の長さと、弁が開放している周期の部分とは、所望の所定の車両特性に基づいてまた検出された状態に基づいて、主制御器２３５０によって決定される。
【００９７】
図２５ａは、流体流量に対する比例弁の弁移行の効果を示している。図２５ａの制御信号２５５０は、第１の区間２５５４の間に第１の状態２５５２にある。制御信号２５５０は、第１の状態２５５２から第２の状態２５５６に移行し、第２の区間２５５８の間に第２の状態２５５６に留まる。制御信号２５５０は、第３の区間２５６２の間に第２の状態２５５６から第３の状態２５６０に移行する。
【００９８】
かくして、弁を通した流体流量は、複数の異なる流量で制御可能である。長時間にわたる弁の異なる位置、および各位置の下での異なる流量を平均することによって、変動する流体流量は、最小達成可能流量と最大達成可能流量との間に含まれる正味流量に近づき、かくして、剛性および減衰の１組のレベルを生成する。
【００９９】
したがって、パルス幅変調は、液体ばね内の流体の体積、圧力または流量を変化させるオンオフ型弁の動作を制御するために使用される。弁の状態は、制御信号２５００の制御下でオンまたはオフにあるが、弁内部の流体の実際の状態は、流体または弁ポペットの慣性のため、オンまたはオフ状態に対応しない可能性がある。さらに、より長い時間期間にわたる正味の流体特性は、ある中間の特性に調整することができるが、正確な時点における弁の状態はオンまたはオフであると考えられる。
【０１００】
図２５ａに示した代替実施態様では、比例弁が使用される。この実施態様では、流量は、弁への比例制御信号を変えることによって変えられる。弁は、流体流を比例的様態で変えるように制御信号を解釈する。図２５ａに示した実施態様では、弁は、電流が第１の状態２５５２にあるときに第１の位置に開き、電流が第２の状態２５５６にあるときに第２の位置に開き、また電流が第３の状態２５６０にあるときに第３の位置に開く。オンオフ弁と同様に、流体内および弁内になお慣性効果があるので、弁の内部の流体の状態は、オンまたはオフ状態または制御信号と結びついたある比例的流量に対応しない可能性がある。
【０１０１】
一実施態様では、剛性は、所望の圧力又は体積又は正味の流体流量に最も近い位置に弁を開放するように比例信号を変えることによって、最小と最大との間の任意の圧力又は体積又は正味の流体流量に近づくように制御可能に変えられる。比例信号に対する変更は、所定かつ所望の車両特性に基づいてまた検出された状態に基づいて、主制御器２３５０によって決定される。より長い時間期間にわたる正味の流体特性は、オンオフ型弁の場合よりも直接的に、ある比例的特性に調整可能である。
【０１０２】
図２６は、弁への制御信号がどのように決定されるかの概略を示している。最初に、主制御器２３５０は、すべての利用可能なセンサからの車体の動的応答を評価する（ボックス２６００）。車体の動的応答は、全体としての車両に対する環境の効果である。センサからの情報を利用して、主制御器２３５０は剛性指令を計算する（ボックス２６０２）。主制御器２３５０は、車輪高さセンサ２４０４、２４０６、２４０８および２４１０から自動車サスペンションの動的応答を評価する（ボックス２６０４）。自動車サスペンションの動的応答は、所与の車輪に対する環境の効果である。車輪高さセンサからの情報を利用して、主制御器２３５０は減衰指令を計算する（ボックス２６０６）。主制御器は、剛性指令と減衰指令とを使用して、制御指令を形成する（ボックス２６０８）。
【０１０３】
図２７は、本発明の実施態様による剛性に対応する制御信号を決定するためのプロセスをより詳細に示している。主制御器２３５０はセンサにポーリングをして、毎秒何回も弁と通信する。主制御器２３５０は、４つの高さセンサ２４０２、２４０４、２４０６および２４０８、ブレーキ圧力センサ２４１０、車両速度センサ２４１２、ステアリングセンサ２４１４、加速度計２４１６、およびユーザモードスイッチ２４１８の少なくとも１つから入力データを受信する（ボックス２７００）。主制御器２３５０は、センサから獲得された情報を使用して、ロール（ボックス２７０２）、ピッチ（ボックス２７０４）、およびワープ（ボックス２７０６）のモードパワーを計算する。モードパワーは、車両に付与されたエネルギを測定する一つの方法である。当業者によって認識されるように、変位、速度および加速度の測定のような、車両に付与されたエネルギを測定する他の方法を使用し得る。
【０１０４】
一実施態様では、センサのあるものから獲得された情報は、速度、加速度およびパワーを計算するために、質量および時間間隔のような車両の既知の量を考慮して数学的に修正された変位情報である。他の実施態様では、ある時間間隔にわたって感知された値の変化を計算するために、２つ以上の異なる時間で感知された値を比較することによって、情報がセンサから収集される。
【０１０５】
主制御器２３５０がロール、ピッチおよびワープの各々のモードパワーを計算すると、一実施態様の主制御器２３５０は、剛性指令を設定するために最大のモードパワーを選択する（ボックス２７０８）。例えば、車両が道路内の大きな隆起部にぶつかった場合、ピッチのモードパワーは最大である可能性があり、剛性指令を生成するためにピッチのモードパワーを利用し得る。代替実施態様では、剛性指令を設定するために、最大のモードパワーに追加したモードパワーあるいは最大のモードパワー以外のモードパワーが選択される。なお他の実施態様では、剛性指令を設定する際に、複数のモードパワーが考慮される。模範的な実施態様では、生成された剛性指令が、各特定の車輪について計算される。
【０１０６】
本発明の一実施態様では、全体としての車両が１秒の周期で振動する傾向を有するので、剛性を設定するための周期は１秒である。剛性は、パルス幅変調を用いて１秒の周期の部分の間、各弁を開閉することによって設定される。
【０１０７】
主制御器は、ユーザによって供給される性能目標と関連して選択されたモードパワーを使用して、剛性指令を獲得する（ボックス２７１０）。一実施態様では、利用可能な性能モードに基づいた数値でテーブルがメモリ２３５２に記憶される。ユーザの性能目標は、製造業者によって、あるいはユーザによってユーザモードスイッチ２４１８で予め選択される。模範的な実施態様では、ユーザは、比較的高い剛性を有するスポーツモード、スポーツモードほど硬くないノーマルモード、並びにノーマルおよびスポーツモードと比較して比較的低い剛性を有する快適モードから選択する。
【０１０８】
模範的な実施態様では、主制御器は、リアルタイムで走る車両のモデルを使ってプログラミングされる。主制御器のすべてのクロックサイクルにおいて、モデルは、見積もられた位置と車両に作用する力とを規定する。モデルは、性能目標を達成するために必要な剛性を指示する。したがって、感知されたモードパワーに基づいて、制御器は、選択された性能目標を維持するために必要な剛性を予測し、また必要な剛性を生成するためにパルス幅を調整する。
【０１０９】
一実施態様では、選択されたモードパワーが、速度センサによって感知されるような車両の速度と関連して、パルス幅の変化を計算するために使用される。この理由は、性能モードが、異なる速度において異なる剛性要求を有することがあるからである。調整を保証する程十分にモードパワーが大きいかどうかを決定するために、オフセットテーブルが形成される。オフセットテーブルは、特定の速度と特定の性能モードとに対応する特定のパワー量で設定される。オフセットテーブル内の異なるオフセット数および速度数を単純化するために、実際の測定速度に最も近いオフセットテーブル内の２つの速度に基づいてオフセットを生成するために補間法が利用される。
【０１１０】
センサ入力から計算されたパワーが、車両速度に関するオフセットテーブルに挙げられた（または補間された）オフセットパワーより大であるならば、計算されたモードパワーを調整するために、パルス幅が修正される。パルス幅の修正の程度を決定するために、利得テーブルが生成される。利得テーブルは、特定の性能モードに関する特定の速度において特定の利得量で設定される。利得テーブル内の異なる利得数および速度数を単純化するために、補間法が利用されて、実際の測定速度に最も近い利得テーブル内の２つの速度に基づいて利得を生成する。オフセットテーブル内のパワー量（または補間されたパワー量）は、正味のパワーを計算するために、選択されたモードパワーから差し引かれる。正味のパワーは、修正パワーを計算するために、利得テーブルから選択した（または補間した）利得によって乗算される。修正パワーには、特定の修正パワーをパルス幅変調の特定の変化に相関させるパルス幅計算関数が施される。一実施態様では、特定の修正パワーに関するパルス幅変調の変化を有するテーブルは、パルス幅の変化を計算するために補間法と共に使用される。
【０１１１】
模範的な実施態様では、主制御器は、フィードバックループとして機能して、次のクロックサイクルの間に生成される剛性指令の効果を知るためにチェックを行う。生成された剛性指令の効果に応じて、主制御器は、効果を高めるか又は低下させるために剛性指令を変える。
【０１１２】
本発明の追加の実施態様では、剛性指令は、他の感知されたパラメータに基づいて計算される。一実施態様では、剛性指令を計算するために、ブレーキセンサ２４１０からの情報が使用される。上に説明したように、車両の前部が沈むことを防止するために、制動中に剛性を増すことが時々望ましい。
【０１１３】
図２８は、本発明の一実施態様による、減衰に対応する制御信号を決定するためのプロセスをより詳細に示している。減衰は、剛性を制御するために主制御器２３５０によって使用される周期よりも短い時間の部分の間で制御バルブを開閉することによって達成される。主制御器２３５０はセンサにポーリングをして、毎秒何回も弁と通信する。主制御器２３５０は、４つの高さセンサ２４０２、２４０４、２４０６および２４０８の少なくとも１つから入力データを受信する（ボックス２８００）。一実施態様では、センサは、センサが最後に質問されてから特定の車輪が自動車のフレームに対して上方または下方に移動した量に関する情報を知らせる。各車輪が所定の時間間隔をとおして移動する量に応じて、各車輪のために入力パワーが計算される（ボックス２８０２）。代替実施態様では、センサは、上向きまたは下向きの力を感知する。感知された力は、加速度、速度およびパワーを獲得するために、質量および時間のような他の既知の値を考慮して数学的に変換される。
【０１１４】
車輪の入力パワーが計算されると、入力パワーは、ユーザの性能目標に基づく要因によって修正される（ボックス２８０４）。一実施態様では、修正は、剛性について上に説明した技術と同様の方法で行われる。ユーザの性能目標に基づいて入力パワーが修正されると、各ホイールに生じるパワーは、事前設定パワー最大値と比較される（ボックス２８０６）。減衰は、剛性と反対の方向で制御信号に影響を及ぼす。したがって、事前設定パワー最大値は、不安定性に通じるおそれのある急加速中にまたは鋭角的なコーナリング中に劇的に剛性を低下させることによって、減衰が車両運転者を危険にさらすほど極端にならないように、予め決定される。一実施態様では、パワー最大値は、速度センサ２４１２によって感知された速度、加速度計２４１６によって感知された加速度、およびステアリングホイール位置センサ２４１４によって感知されたステアリングホイール位置の少なくとも１つに応じて、メモリ２３５２のテーブルに記憶される。テーブルは、主制御器２３５０に電気的に結合されたメモリ２３５２に記憶される。
【０１１５】
車輪の発生パワーが事前設定パワー最大値を超えるならば、いかなる減衰も指令されない（ボックス２８０８）。パワーがパワー最大値に等しいか、あるいはそれよりも低いならば、パワー入力が事前設定弁限界範囲と比較される（ボックス２８１０）。事前設定弁限界範囲は、弁が１つの状態から他の状態に移行するために必要な時間に左右される。減衰指令の期間が弁限界範囲の外にあるならば、弁には、減衰を実施する時間はない。パワー入力が事前設定弁限界範囲の外にあるならば、いかなる減衰も指令されない（ボックス２８１２）。パワーが事前設定弁最大限界に等しいか、あるいはそれよりも低いならば、パワー入力は、減衰指令を設定するために使用される（ボックス２８１４）。本発明の一実施態様では、減衰を設定するための周期は１０分の１秒であり、また減衰は、１秒間の１０分の１の部分の間、各弁を開閉することによって設定される。
【０１１６】
ばね定数指令を生成するために、本発明の一実施態様によれば、主制御器は、減衰指令および剛性指令に対してＮＡＮＤ論理機能を行う。結果として得られるばね定数指令が図２９と図３０に示されている。図２９に示されるように、剛性指令が送られないことを意味するゼロに剛性指令が等しいとき、弁は、通常、第１の時間区間２９００に示されるように開放のままである。しかし、減衰指令が送られると、減衰指令は、論理ＮＡＮＤ機能を使用することなく直接送られる。この適用は、当該の弁を作動させる指令信号をもたらし、第２の時間区間２９０２に見られるように弁を閉鎖する。第２の時間区間２９０２は、減衰指令で使用されるより短い期間に対応する。減衰指令の期間に続いて、指令信号は、第３の時間区間２９０４に見られるようにゼロに戻る。弁のこの変更は、流量を変えて減衰を生み出す。
【０１１７】
図３０は、剛性を高めるために時間区間の部分の間に弁を閉鎖する剛性指令が存在し、かつ減衰指令が存在するときに生成される指令信号を示したグラフである。剛性指令は、ソレノイドを作動する指令信号を引き起こし、弁が非作動である第１の時間区間３０００から弁が作動している第２の時間区間３００２への変化に見られるように弁を閉鎖する。予め確立された剛性時間区間の間のある時点で、減衰指令は、減衰指令がない場合で第２の時間区間に見られるように弁が作動のままであったとしても第３の時間区間３００４に示されるように指令信号をゼロに戻して弁を非作動にする。
【０１１８】
図３１に示した本発明の代替実施態様では、剛性指令および減衰指令は、単一の制御バルブのパルス幅変調を修正するために互いに競合しない。むしろ、剛性指令および減衰指令の各々は、別々の弁を制御する。すなわち、剛性指令は、剛性弁を制御し、減衰指令は減衰弁を制御する。本発明の一実施態様では、制御バルブ２３０６、２３１４、２３２２および２３３０は、剛性弁として機能する。
【０１１９】
模範的な実施態様では、各減衰弁は、図１に関して上述したソレノイドフローバルブ２７２と同様である。ソレノイドフローバルブ２７２は、流体が通路２７４を通って液体ばねの２つの室２３６ｂと２３６ａとの間を通過して、減衰を生み出すことを可能にする。主制御器は、右前部減衰弁３１００、左前部減衰弁３１０２、左後部減衰弁３１０４、および右後部減衰弁３１０６を制御する。減衰弁は、上述の減衰指令に基づいて制御される。
【０１２０】
上述したような振動制御装置は、強くすることおよび／または遮断によって、建物、橋、高架道路、およびトンネルの地震による損傷を軽減するために使用することが可能である。液体ばねは、基礎部材と保護すべき構造体の残部の１つ以上の支持支柱との間に配置し得る。これらの構造体の振動制御装置は、地面の運動を検出するためのセンサを利用するであろう。センサからの信号は、車両について上述した装置と同様の方法で制御信号を生成するために使用されるであろう。制御信号は、剛性および／または減衰を調整するように１つ以上の弁を変化させるであろう。地震の緩和に使用されるようなこの装置の１つの利点は、剛性を構造体の固有振動数において変化させて、厳しい構造的損害を防止する能力である。
【０１２１】
本発明の好ましい実施態様について、前述の詳細な説明に記述しかつ添付図に例示してきたが、本発明は開示した実施態様に限定されず、本発明の精神から逸脱することなく、部分および要素の多数の再配置、修正および置換をなし得ることが理解されるであろう。したがって、本発明は、このような部分の再配置、修正および置換を包含するように意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の原理を具体化する調整可能な液体ばね装置の概略部分断面図である。
【図２】図１の液体ばね装置の室体積対ばね定数の変化を示したグラフであり、ロッド径の効果をパラメータとして示されている。
【図３】液体ばね車両サスペンション装置の概略図である。
【図４】跳ね上り時の圧縮性流体の流れを示した図１の装置の概略部分断面図である。
【図５】リバウンド時の圧縮性流体の流れを示した図１の装置の概略部分断面図である。
【図６】２つの体積のばね装置の代替実施態様を示す図である。
【図７】模範的な圧縮性液体の圧縮特性を示したグラフである。
【図８】圧縮利得に対する流体体積の減少の効果を示したグラフである。
【図９】行程速度とオリフィス抵抗との間の関係を示した他のグラフである。
【図１０】図６に示した実施態様の概略図である。
【図１１】位置検出器の部分断面図である。
【図１２】位置検出器の概略図である。
【図１３】第１の質量と第２の質量との間に装着された本発明の振動制御装置の一般的な実施態様を示す図である。
【図１４】振動制御装置の実験的な試験データのグラフである。
【図１５】振動制御装置の実験的な試験データのグラフである。
【図１６】車両キャビンと車両フレームとの間に適用される能動振動制御装置を示す図である。
【図１７】車両キャビンと車両フレームとの間に適用される能動振動制御装置を示す図である。
【図１８】車両キャビンと車両フレームとの間に適用される受動振動制御装置を示す図である。
【図１９】車両キャビンと車両フレームとの間に適用される受動振動制御装置を示す図である。
【図２０】振動制御に使用するためのピストンのない液体ばねを示す図である。
【図２１】振動制御に使用するためのピストンのない液体ばねを示す図である。
【図２２】車両が経験し得る運動の種類を示した概略図である。
【図２３】本発明の実施態様による４輪自動車用のサスペンションおよび制御装置の概略図である。
【図２４】本発明の実施態様による能動サスペンション制御器の入力と出力とを示した概略図である。
【図２５】流体流量に対するパルス幅変調の効果を示したグラフである。
【図２５ａ】流体流量に対する比例弁の位置変化の効果を示したグラフである。
【図２６】弁に送られる流量指令を本発明の実施態様に従って計算する手順を示したフローチャートである。
【図２７】本発明の実施態様による剛性指令の計算を詳しく示したフローチャートである。
【図２８】本発明の実施態様による減衰指令の計算を詳しく示したフローチャートである。
【図２９】本発明の実施態様に従ってゼロの剛性指令と減衰指令とを組み合わせたときの信号の変化を示したグラフである。
【図３０】本発明の実施態様に従って、非ゼロの剛性指令と減衰指令とを組み合わせたときの信号の変化を示したグラフである。
【図３１】本発明の代替実施態様による能動サスペンション制御器の入力と出力とを示した概略図である。
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２５ａ】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2005507062.tif 000101
【国際調査報告】
2005507062.tif 000102
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