(57)【要約】複数のワイヤレスセンサをその内部に埋設されるエラストマー体を有する空気ばねからデータを取得するためのセンサシステム。センサは、エラストマー体の閉塞を回避するのに十分小さいナノスケールからマイクロスケールの範囲の大きさのデバイスである。空気ばねは、その内部にセンサを埋設される内部補強されたエラストマー体部を有するばね壁部を含むことができる。空気ばねは、その内部にセンサを埋設される無補強のエラストマー体部を有するばね壁部を含むことができる。センサは、温度、圧力、側壁屈曲、応力、歪、およびその他のパラメータの１つまたは２つ以上に関連したデータを供給するように構成することができる。センサは、空気ばねの作動中にデータを検知するのに適しているＬＣＤセンサ、または導電性ポリマーセンサ、またはバイオポリマーセンサ、またはポリマーダイオード、またはこれらの組み合わせとすることができる。【選択図】なし
2013545047.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気ばねであって、
第１の端部部材と、
前記第１の端部部材から離間される第２の端部と、
前記第１および第２の端部部材の間で延びるばね壁部において、前記第１および第２の端部部材の間に配置される気体充填ばね気室を少なくとも部分的に画定する前記ばね壁部であって、エラストマー体を含む前記ばね壁部と、
前記ばね壁部の前記エラストマー体内に配置され、前記空気ばねの１つまたは２つ以上の物理的特性に関するワイヤレス信号データをそれぞれが提供可能な複数のマイクロスケールまたはそれ以下の大きさのセンサを含むセンサ層とを備え、前記センサが前記エラストマー体内の閉塞を回避するのに十分に小さい空気ばね。
【請求項２】
前記ばね壁部が無補強のばね壁部であって、エラストマーばね壁体を前記エラストマーばね壁体内に配置される前記センサ層とともに有する、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項３】
前記ばね壁部が、エラストマーの外層においてその内部に配置される前記センサ層を有する前記エラストマーの外層を含む内部補強されたばね壁体を含む、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項４】
前記ばね壁部が、外層内に埋設される前記センサ層を有するエラストマーの内層を含む内部補強されたばね壁体を含む、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項５】
前記ばね壁部が、内部補強構造とともにエラストマー材料を有するプライ層を含む内部補強されたばね壁体を含み、前記センサ層が、前記プライ層の前記エラストマー材料内に配置される、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項６】
前記ばね壁部が、ローリングローブにおいてその内部に配置される前記センサ層を有する前記ローリングローブを形成するエラストマー体を含む、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項７】
前記ばね壁部が、前記第１の端部部材に固定される第１の開口端部と、前記第２の端部部材に固定される第２の開口端部とを有するエラストマー体を含み、前記センサが前記エラストマー体内の前記開口端部のうちの少なくとも１つに配置される、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項８】
前記センサ層が、温度、応力、歪、剪断、振動、または化学変化を含む前記空気ばねの物理的特性のうちの少なくとも１つに関するデータを供給するように構成されるセンサを含む、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項９】
前記センサ層が、エラストマーまたはプラスチック基板上に導電性インクから形成される回路を有する、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項１０】
前記センサ層が、前記層に隣接するエラストマー材料が前記層を介して延びることができる開口部を有するセンサのメッシュを備える、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項１１】
前記センサ層が、厚さがセンサ１つ分であるセンサのアレイを備える、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項１２】
前記センサ層が、厚さがセンサ複数分であるセンサのアレイを備える、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項１３】
前記センサが、前記センサ層全体にわたって無作為に分布する、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項１４】
前記埋設されたセンサが、前記エラストマー体とともに硬化される、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項１５】
前記埋設されたセンサが、前記エラストマー体内において硬化される、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項１６】
前記センサが、ＬＣＤセンサ、導電性ポリマーセンサ、バイオポリマーセンサ、およびポリマーダイオードのうちの１つである、請求項１に記載の空気ばね。
【請求項１７】
空気ばねであって、
第１の端部部材と、
前記第１の端部部材から離間される第２の端部部材と、
前記第１および第２の端部部材の間で延びるばね壁部において、前記第１および第２の端部部材の間に配置される気体充填ばね気室を少なくとも部分的に画定する前記ばね壁部であって、エラストマー体を含む前記ばね壁部と、
前記空気ばねの少なくとも１つの物理的特性に関するデータを提供するワイヤレス信号を提供する複数のマイクロスケールまたはそれ以下の大きさのセンサとを備え、前記センサが前記エラストマー体内に埋設され、各センサがカーボンブラックと同様またはそれ以下のサイズを有し、そのことにより閉塞を回避するのに十分に小さい空気ばね。
【請求項１８】
前記センサが無作為に分布する、請求項１７に記載の空気ばね。
【請求項１９】
前記センサが、前記エラストマー内において、または前記エラストマー体とともに硬化される、請求項１８に記載の空気ばね。
【請求項２０】
前記センサが、ＬＣＤセンサ、導電性ポリマーセンサ、バイオポリマーセンサ、およびポリマーダイオードのうちの１つである、請求項１７に記載の空気ばね。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００９年７月１３日に出願された米国特許出願第１２／５０１，６３８号の一部継続出願であり、この米国特許出願は、２００６年４月２５日に出願された米国仮出願番号第６０／７９４６０５号の利益を主張する２００９年９月１日に発行された米国特許第７，５８１，４３９号の分割出願であり、それぞれの開示は参照によって本明細書に全体として援用される。
【０００２】
本例示的実施形態は、一体型のセンサシステムを有するエラストマー体を備える空気ばねに関する。本例示的実施形態は、マイクロ／ナノサイズの内蔵センサを有する空気ばねの物理的および工学的特性のモニタに関連して特定の用途を見出し、特に、車両用空気ばねに関して記載されている。しかしながら、本開示の内容は、その他の用途および環境にも適応でき、本明細書において図示され説明される特定の用途は、単に説明のためであると認められたい。例えば、本開示の内容は、運搬用車両の空気ばね、または産業機械に関係する高さ調整システムおよびアクチュエータ、またはその他の同様の機器、またはこれらの組み合わせにおいて使用され得る。
【背景技術】
【０００３】
ほどんどの型および種類の陸上車両は、車両のばね下質量（例えば、車軸または車輪係合部材）上の車両のばね上質量（例えば、車体または車台）を支持するサスペンションシステムが取り付けられていることがよく知られている。また、一部のサスペンションシステムでは、車両のばね上質量とばね下質量との間に動作可能に接続される空気ばね装置を含むこともよく知られている。一般的に、このような空気ばね装置は、２つの比較的硬い端部部材を含み、これらは、可撓性のばね壁部の対応する開口端部に密閉状態で接続されて、その間に少なくとも部分的にばね気室を形成する。
【０００４】
従来の気体荷重軸受装置のばね壁部は、動的動作中および空気ばね装置の使用中に曲がるように構成され、したがって、通常、可撓性のエラストマー材料から作られる。動作中、空気ばね装置は荷重をかけられて、対抗する力が端部部材に作用するようにする。当技術分野では、可撓性ばね壁部自体が荷重を支持するのではないことは、十分認識されている。そうではなく、ばね壁部によりガススプリング装置内に保持される加圧ガスが端部部材に作用し、それにより、端部部材に加えられる荷重を支持し得る力を提供する。
【０００５】
粘弾性材料材により実行される仕事の結果を、熱として失われた有効な仕事の指標として、温度、すなわち熱力学量によって示すことができる。空気ばねは、様々な負荷および内圧において、操業可能範囲内で繰り返される内力と外力およびその結果として生じる温度に耐えるように設計されている。エラストマー物品がこの操業可能範囲を越えた状況を被るとき、その物品の性能は低下し得る。例えば、一部の状況では、不適切に用いられている車両空気ばねは、使用中に過剰な剪断力（例えば、繰り返される周期的変形）を被るコンポーネントを含むことがあり得る。これらの内力は空気ばねの内部温度を上昇する熱を発生する。過熱した空気ばねは最終的に破損し、空気ばねの性能を損なうこともある。
【０００６】
今日の車両は、アクティブに管理されたサスペンションシステムおよびブレーキシステムも含む。これらのシステムは、空気ばねと路面との関係に関するデータを推定または推測する。車両製造業者は、測定可能なリアルタイムの工学データを空気ばねから取得し、これらのデータを用いて、車両の運転をアクティブに管理できるシステムを求めている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、例えば、応力および歪を含む力、温度、振動、空気ばねおよびそのコンポーネントの状態に関する有用な情報を与えるその他の条件など、空気ばねが被るパラメータを検出することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の内容に係る、エラストマーばね壁部を有する空気ばねの形態をしたエラストマー物品のデータを、ばね壁部内に配置された複数のセンサから取得するためのセンサシステムの１つの例が説明される。センサシステムは、データをワイヤレス通信によって取得する。センサは、物品内に埋設されるのに十分に小さいマイクロスケールまたはナノスケールのセンサである。このようなセンサは、エラストマー材料内の閉塞を回避するのに十分に小さいエラストマー材料と結合して構成することができる。
【０００９】
本開示の内容に係る１つの例では、ばね壁部内に埋設された複数のセンサを有するエラストマーばね壁部を有する空気ばねの形態をしたエラストマー物品を提供する。センサはマイクロスケールまたはナノスケールの大きさである。少なくとも複数のセンサは、リーダにワイヤレス信号を出力して、ばね壁部の物理的特性データまたは工学的状態データを供給するように構成される。ある構成では、ばね壁部のエラストマー材料の全体にわたって埋設される複数のセンサを設ける。別の構成では、ばね壁部内に組み込まれるセンサ層内にセンサを設ける。
【００１０】
さらなる構成において、本開示は、閾値に到達するとそれらの構成を変えるように構成される複数のセンサを有するエラストマーばね壁部を有する空気ばねを設ける。１つの例では、閾値は温度に基づく。他の閾値は、応力、歪および振動を含む。センサシステムは、センサ構成における変化を探すようにプログラムされるリーダを含むことができる。センサ構成における変化には、例えば、センサが起動すること、停止すること、伝送周波数を変更すること、または伝送間隔を変更することを含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るモニタシステムを例示しているブロック図である。
【図１Ａ】データをサスペンションシステムに供給するために、本発明のモニタシステムを組み込むアクティブサスペンションシステムを有する車両の図である。
【図２】埋設された複数のセンサを含むエラストマー体を備える無補強のばね壁部を有する空気ばねの断面図である。
【図３】埋設された複数のセンサを有する１つまたは２つ以上のエラストマー体を備える内部補強されたばね壁部を有する空気ばねの断面図である。
【図４】埋設された複数のセンサを有する１つまたは２つ以上のエラストマー体を有する内部補強された空気ばねのばね壁部の一部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本明細書中では、類似の参照符号は類似の部品を表す。図面は模式的あるいは図式的な記述であることを意図している。図面は原寸に比例しておらず、センサは原寸に比例しておらず、また、図面に選択された斜線は材料を限定することを目的としない。
【００１３】
図１および図１Ａを参照すると、ガススプリングとしても知られる空気ばね１００のためのリモートセンシングシステムは、概して参照符号１０で示されている。センシングシステム１０は、ベローズまたはフレキシブルスリーブとしても知られる空気ばね１００のエラストマーばね壁部１０２内に埋設された１つまたは２つ以上のワイヤレスセンサ１４を含む。これらは、特に、温度、圧力、空気圧、応力、歪、振動、化学変化を含むがこれらに限定されない様々なパラメータを検出するためのものである。センシングシステム１０は、空気ばねの圧力、温度、エラストマー体の完全性および屈曲特性を含むがこれらに限定されない空気ばねの特性または性質をモニタするのに有用なデータを取得する。膨張、合せの破損など、エラストマーばね壁部１０２の不均一性もまたモニタおよび発見の両方、またはいずれか一方が可能である。
【００１４】
ワイヤレスセンサ１４は、センサの遠隔に配置され、リーダまたはデータ取得回路としても知られるデータ収集装置１６に検出データを供給する。データ収集装置１６を、空気ばね１００の内部、空気ばね１００の上、車両の内部、車両の上に取り付けることもできるし、両者の遠隔にある検査装置内に取り付けることもできる。ワイヤレスセンサ１４は、データを、データ収集装置１６が読み出し可能な電磁センサ信号の形で、ワイヤレス方式で供給することによって、それらの間の物理的接続の必要を回避している。センサ１４と収集装置１６との間のワイヤレス通信は、参照符号２２で示され、センサを空気ばねに取り付ける際、あるいは、センサを空気ばね内に埋め込む際に、汎用性に優れる。
【００１５】
空気ばね１００は、図１Ａに示すように、車両３０において使用される車両用空気ばねとすることができる。車両３０は、アクティブサスペンションを含み、サスペンション・コントロールが、情報またはデータをリーダ１６またはプロセッサ２０から受信し、この情報をサスペンション用の制御計算の一部として用いるようにする。これらのデータおよび情報を長期間にわたって格納し、空気ばね１００の運転寿命の履歴を形成することができる。空気ばね履歴情報を用いて、将来の空気ばねの設計を修正することができる。
【００１６】
データ収集装置１６は検出データを電磁放射の形で、例えば、下記に詳述されているワイヤレスで受信するためのアンテナ１８を含むことができる。単一の収集装置１６、または複数の収集装置を用いて、ワイヤレスセンサ１４が検出するデータを収集できる。空気ばねからデータを収集し、そのデータを収集装置１６に中継するリレーメカニズムを用いることができる。複数のリレーを用いることができる。ある構成において、収集装置１６を車両によって担持する、または固定位置に配置するのと同時に、リレーを空気ばね内、または空気ばね近傍に配置することができる。
【００１７】
データプロセッサ２０は、データ収集装置１６に接続されて、検出データを処理し、モニタされた空気ばね特性に関する情報を統合できる。データプロセッサ２０は、専用プロセッサ、パーソナルコンピュータまたはラップトップのような従来のコンピュータ、またはワイヤレスセンサから得られた信号を収集および処理するためのその他の既知の電子装置を含むがこれに限定されない、コンピュータデバイスとすることができる。１つまたは２つ以上の収集装置１６を、１つまたは２つ以上の集中処理装置２０から離して配置することもできるし、集中処理装置２０に内蔵することもできる。
【００１８】
データ収集装置１６およびデータプロセッサ２０を車両３０上あるいは車両３０内に配置して、空気ばねまたは車両に関する検出データおよび処理決定を、必要な場合リアルタイムに供給することができる。あるいは、これらの装置１６および２０を含む検査装置は、このデータを空気ばねテスト中に供給するように構成され得る。
【００１９】
センサ１４は、ロッド、球体など様々な形状のＬＣＤセンサ、導電性ポリマーセンサ、またはバイオポリマーセンサなどの非シリコン系とすることができる。センサ１４は、データを低周波数で供給するという利点を有するポリマーダイオードとすることもできる。低周波数では、センサ出力がより厚い媒質を通って伝播することができるので、これらのタイプのセンサは、空気ばねの本体のエラストマー材料のより広範囲にわたって、例えば後述するように、空気ばねのフレキシブルスリーブ内のより深くに埋設しても、遠隔で検出できる有用なデータを供給することができる。ワイヤレスセンサ１４は、検出データを１つまたは２つ以上の適切な収集装置に供給する高周波識別（ＲＦＩＤ）装置とすることもできる。このようなＲＦＩＤ装置は、十分小さいサイズで製作されるので、多数のＲＦＩＤ装置を空気ばね１００に組み込むことができる。こうして、多数のＲＦＩＤ装置をエラストマーばね壁部１０２に組み込むことにより、空気ばねの広い領域からフィードバックを供給できる。
【００２０】
センサ１４がエラストマーばね壁部１０２に埋設されるとき、各センサ１４は埋設位置の閉塞になることを回避するのに十分に小さく、この例を以下にさらに詳述する。閉塞は、周囲のエラストマーと類似した物性を有さない、エラストマーに埋設される異物である。閉塞は、エラストマーの望ましくない性能に至る。センサ１４は、センサの特性およびセンサの周りの材料の特性に応じて閉塞になることを回避するために、マイクロスケールおよびナノスケールとすることができる。１つの例では、各センサは、２０ミクロン以下である。センサが配置される場所に応じて、個々のセンサのその他の寸法は、数十から数百平方ミリメートルの大きさから、カーボンブラックと同じくらい、さらには、顕微鏡のレンジまでサイズダウンした大きさにわたる範囲とすることができる。
【００２１】
ワイヤレスセンサ１４は、ＲＦＩＤタグで一般に知られているような、センサ１４の「識別」または「確認応答」以上の機能を含むことができる。ワイヤレスセンサ１４は、例えば、特に、温度、圧力、空気圧、応力、歪、振動、化学変化などのパラメータの抽出および測定の両方、またはいずれか一方が可能である。データ収集装置１６およびデータプロセッサ２０がこれらのデータを用いて、空気ばね１００に関する情報を生成することができる。データをリアルタイムに取得するとき、生成された情報を、車両のサスペンション用制御装置のフィードバックループの一部として用いることができる。
【００２２】
センサ１４を繰り返しサンプリングすることによって、各センサから放射される検出信号の相対強度を得て、空気ばねのばね壁部構造のマップを作成できる。このマップは、空気ばねが使用開始されたときに生成されて格納される空気ばねの初期マップと比較することができる。初期マップを、空気ばね内のＲＦＩＤチップに配置されている固有の空気ばね識別番号に関連させて格納する、あるいはセンサと共に格納することができる。マップの１つまたは２つ以上の領域からの信号強度またはデータの変化は、空気ばねのエラストマーばね壁部１０２の特定の位置の変化を示すことができる。これらの変化は、ばね気室１１０内、または、エラストマーばね壁部１０２自体の構造内のいずれかの温度変化、歪変化および圧力変化を含むことができる。空気ばねサスペンションシステムで使われるとき、この変化は、サスペンションセットアップを変更するのに用いることができる。
【００２３】
ワイヤレスセンサ１４は、電源および能動的なトランスミッタを含まないパッシブセンサとすることができる。パッシブセンサ１４を、データ収集装置に誘導結合することができる。センサ１４は、収集装置アンテナ１８から放射される電磁波を受信する１つまたは２つ以上のアンテナを形成している１つまたは２つ以上の導体素子１４を含む。この放射線は、センサを形成する電子素子に給電できる電気に変換され、センサは必要なデータを検出して、収集装置１６に送り返すことができる。
【００２４】
パッシブセンサ１４を、センサから反射され自由空間に放射される電力を用いる後方散乱結合によって、データ収集装置１６に結合することもできる。この電力のごく一部を、センサ１４から「後方の方向」に移動している収集装置のアンテナ１８によって取得し、方向性カップラを使用して分離し、データ収集装置の受信入力部分へ転送することができる。
【００２５】
空気ばね自体が発生するエネルギー源を含むその他のエネルギー源によって、センサ１４に給電することもできる。システムは、空気ばね、空気ばね取り付けアセンブリ、あるいはその他の関連部品が発生するエネルギーを捕捉したエネルギーを使用して、１つまたは２つ以上のセンサに電力を供給するための電気に変換する電源回路を含むことができる。例えば、撓曲する側壁からのエネルギーを電気エネルギーに変換する、シーメンステクノロジーまたはセイコーから入手できる、圧電回路、または、キネティック電源などのその他の既知の環境発電回路を用いて、センサに給電することができる。その他の環境発電装置は、ＥｎＯｃｅａｎ社が保有する特許公報に開示されている。この電気エネルギーは、センサが取得した検出データをデータ収集装置１６に送り返すのに用いられる、センサ１４に含まれる送信回路に給電することもできる。
【００２６】
このシステム１０は、収集装置１６が決定する搬送波周波数を使用することができる。異なる搬送波周波数を用いて、センサ１４、または、異なるクラスのセンサを識別できるので、各々は同時にデータを供給できる。同様に、様々な周知の変調技術を用いて、このような同時のデータ収集を可能にすることもできる。ワイヤレスセンサ１４は、集積電源回路を含むアクティブセンサとすることもできる。
【００２７】
検出された情報を収集装置１６に送信するのに使用される帯域幅は、キロヘルツから数百キロヘルツまでなどの低周波数、メガヘルツレンジの高周波数、数百メガヘルツの超高周波数、および、ギガヘルツレンジのマイクロ波周波数とすることができる。超広帯域通信技術を用いて、データをセンサ１４からリーダ１６まで送信することもできる。
【００２８】
図２は、ローリングローブ型空気ばねと呼ばれる例示的な空気ばね２００を示し、これは、第１または上部端部部材２０６と、第１の端部部材から離間されて対向する第２または下部端部部材２０８との間に配置されるエラストマー体２０３の形のエラストマー部分を有するばね壁部２０２を含む。ばね壁体２０３は、対向する第１および第２の開口端部２１１および２１２を含み、既知の方法で、第１の端部が第１の部材２０６に固定され、第２の端部が第２の部材２０８に固定される。ばね壁部２０２は、その内部、ならびに、上部および下部端部部材の間に配置されるばね気室２１０を少なくとも部分的に画定する。このローリングローブ型空気ばね２００の例では、これは限定するものとみなされるべきではないが、ばね壁体２０３は、ばね壁部内に配置される補強プライまたはその他の補強構造を含まないというように無補強である。しかしながら、ローリングローブ型空気ばね２００は、後述の図３に示す補強されたべローズ型空気ばねと同様の方法で、ばね壁体２０３内に、その１つまたは２つの層内に埋設されたセンサ１４と共に配置されるプライなど、１つまたは２つ以上の補強構造を有する補強されたローリングローブ型空気ばねであり得るということを認識されたい。
【００２９】
空気ばね２００は、例えば、関連する車両２０１の上部および下部構造形成コンポーネントＵＳＣおよびＬＳＣなどの対向する構造形成コンポーネントの間に配置される。この例では、空気ばね２００は長手軸ＡＸを有するとして示され、例えば、第１の端部部材は上部またはビードプレート２０６であり、これは、上部構造形成コンポーネントＵＳＣ上、または上部構造形成コンポーネントＵＳＣに沿った固定のために構成される。第１の端部部材２０６を、例えば、関連する構造形成コンポーネントのうちの１つ（例えば、上部構造形成コンポーネントＵＳＣ）における対応する取り付け孔ＨＬＳを貫通して延びる１つまたは２つ以上のねじ付取り付けスタッド２１２を用いることによるなどの任意の適切な方法で、構造形成コンポーネントに沿って固定することもできる。
【００３０】
この例では、例えば、第２の端部部材はピストン２０８であり、これは、第１の端部部材２０６から長手方向に離間され、下部構造形成コンポーネントＬＳＣ上、または下部構造形成コンポーネントＬＳＣに沿った固定のために構成される。同様に第２の端部部材は、任意の適切な方法で、構造形成コンポーネントに動作可能に接続される、または、構造形成コンポーネント上もしくは構造形成コンポーネントに沿って固定されることが認められる。
【００３１】
ピストン２０８は、ピストン体２０９を含み、例えば、これをエラストマーばね壁部２０２の下端部に固定するための下部ビードプレート２１６など、さらに任意で１つまたは２つ以上の追加のコンポーネントおよび要素の両方、またはいずれか一方を含むこともできるが、ピストンは様々な方法でばね壁部に固定され得ることを認識されたい。
【００３２】
空気ばね２００は、空気吸入口２１４を含んで、気体を気室２１０に供給する、または、そこから気体を排気して、気室内の気体の圧力を変化させることができる。
【００３３】
使用時には、ばね壁体２０３の一部分は、当業者にはよく理解されるように、例えばそこへ加えられる荷重条件の変化に起因するなどして空気ばねの全高が変化するとピストン２０８の外壁に沿って変位させられる、ローリングローブ２２０を形成する。その結果、ローリングローブ２２０は、動作中に力を受ける。こうして、２３０に示すように、センサ１４は、ローリングローブ２２０におけるエラストマー体２０３内に配置され、１つまたは２つ以上の応力、歪、温度およびエラストマーばね壁部２０２のこの部分の物理的完全性をモニタすることができる。
【００３４】
本開示に係る空気ばねの別の例示的実施形態は、図３において、概して参照符号３００で示されている。空気ばね３００は、対向する上部および下部構造形成コンポーネントＵＳＣおよびＬＳＣの間に配置されて示され、構造形成コンポーネントは、車両用空気ばねに対しては、車両の構造形成コンポーネント、または、車両用空気ばねではない空気ばねに対しては、例えば産業機械のコンポーネントなどのその他の構造形成コンポーネントであってもよい。空気ばね３００は、対向する第１および第２の端部部材３０４および３０５との間に延びるばね壁体３０３を有するばね壁部３０２を含み、その間に気体充填ばね気室３１０を画定する。対向する端部部材３０４および３０５は、任意の適切な方法で、それぞれ下部および上部構造形成コンポーネントＬＳＣおよびＵＳＣに沿って固定される。ばね壁部は、第１のばね部分３０６および第２のばね部分３０８を有するベローズ型のエラストマーの壁部３０２であり、対向する開口端部３１１および３１２を有するとして示され、これらの開口端部は、例えば圧着接続を用いることによるなどの適切な方法で、それぞれ端部部材３０４および３０５に沿って固定される。空気ばね２００は、空気吸入口３１４を含んで、気体を気室３１０に供給する、または、そこから気体を排気して、気室内の気体の圧力を変化させることができる。
【００３５】
端部部材３０４および３０５の間のほぼ中間の第１および第２のばね部分３０６および３０８の間でばね壁部３０２を取り囲むガードルフープ３１６を使用できる。ガードルフープ３１６は、１つまたは２つ以上の可撓性のばね壁部の部分と同じ材料から形成でき、また、ばね壁部３０２の周囲に円周方向へ巻かれ、その内部に形成されたワイヤを含むことができることが認められる。第１および第２のばね部分は、２つのべローズまたは段を有する空気ばねを形成する。しかしながら、追加のばね部分を任意で含んで、追加のべローズまたは段を形成することができることが認められる。
【００３６】
図３および図４に示すように、空気ばね３００は補強された空気ばねであり、これは、補強材料の１つまたは２つ以上のプライの形で内部補強を有し、補強材料は、ばね壁部３０２内に配置されて、前述の負荷を受けている加圧ガスによりそこに加えられる力に耐える。１つの例では、これは限定するものとみなされるべきではないが、補強された空気ばね３００は、内層３２０、外層３２２、ならびに内層と外層との間に配置される第１および第２のプライ３２４および３２６を有するばね壁部３０２を含む。内層３０２および外層は、エラストマー材料から形成される。第１および第２のプライ３２４および３２６は、エラストマー材料３２８を含み、これは、例えば、実質的に非弾性のフィラメント（例えば、繊維、より糸、ヤーン、糸）および織物のプライの両方、もしくはいずれか一方、または、これらから作られた材料のその他の切片であって、エラストマー材料３３２の層内に埋設されて、その膨張を制約もしくは制限するのを助けるその他の切片などの補強フィラメントまたはコードの形で、内部補強構造３３０を有する。典型的な「実質的に非弾性のフィラメント」は、綿糸、ナイロンひも、アラミド繊維、および鉄などの金属を含む。このような内部補強は、ばね壁部のエラストマー材料を強化するように作用し、それにより、ばね壁部の膨張を、設計内圧の下および負荷下における使用に関する動的圧力レベルの下の両方に制約するのを助ける。しかしながら、ベローズ型空気ばね３００は、ばね壁部３０２内に配置されるプライなどの補強構造を含まないというように無補強の空気ばねであり得るということを認識されたい。
【００３７】
マイクロスケールまたはナノスケールのセンサ１４は、製造工程中にそれらをエラストマー材料に加えることにより、空気ばね１００、２００、３００のエラストマー材料内、例えば、エラストマーばね壁部１０２、２０２、３０２内などに埋設され得る。１つの実施形態では、センサ１４を、エラストマーばね壁部の形成前のミキシングの最終工程中にエラストマー材料に加える。次に、これらのセンサ１４を、例えば図１に１０２で示される空気ばねの壁部のエラストマー材料全体にわたって無作為に分布させる。次に、センサを含んだ材料を用いて、空気ばねのばね壁部コンポーネントを成形する。
【００３８】
センサ１４は、ばね壁部１００、２００、３００内に埋設されたセンサ層１１６内に意図的にあるいは無作為に配置されてもよい。センサ層１１６は、アレイを形成することができる。センサアレイは、２次元アレイ１１８（厚さがセンサ１つ分で、幅および長さを有している）または３次元アレイ１２０（厚さがセンサ複数分で、長さおよび幅を有している）とすることができる。センサ層１１６は、エラストマーまたはプラスチック基板上に導電性インクを使用するプリント技術によって形成でき、空気ばね成形工程中に空気ばねのエラストマーばね壁部１０２、２０２、３０２に組み込まれる。独立または関連センサ１４の空気ばね回路を、このような基板上にプリントできる。さらに、導電性ポリマーは、これらの回路を作製するために、または空気ばね内のアンテナ構造もしくはセンサ要素のために使用することができる。
【００３９】
センサ層１１６は、連続的またはセンサ１４の分離したパッチの組合せとすることができる。層１１６は、関連するエラストマー材料の硬化ステップ中のダイレクトボンディングのように、隣接するエラストマー材料が層を介して互いに接触できる複数の開口部を有するセンサメッシュ１２２を画定してもよい。
【００４０】
図４は、内部補強され、その中に複数のセンサ１４を有するエラストマーばね壁体３０３を備えるばね壁部３０２を有する内部補強された空気ばね３００の例示的な構成を表す。これらの構成の例は、内層３２０、外層３２２、またはこれらの両方に埋設されたセンサ１４を含むことができる。その他の例では、１つまたは２つ以上のばね壁体プライ３２４、３２６のエラストマー材料３２８に埋設されたセンサ１０４を含む。その他の例では、内層３２０と隣接するプライ３２４との間の境界３３２内または境界３３２に埋設されたセンサを含む。その他の例では、外層３２２と隣接するプライ３２６との間の境界３３４内または境界３３４に埋設されたセンサを含む。その他の例では、プライ３２４と３２６との間の境界３３６内または境界３３６に埋設されたセンサを含む。センサ１４をエラストマー材料とともに、またはエラストマー材料内において硬化することにより、エラストマー材料内に埋設できる。センサ１０４をばね壁体２０３、３０３内の端部部材２１１、２１２、３１１、３１２への取り付け部付近の開口端部２１１、２１２、３１１、３１２にも埋設できる。
【００４１】
例えば、応力および歪センサ１４を用いて、ばね壁部１０２、２０２、３０２をモニタすることができる。図２に表す別の例では、温度センサ１４を用いて、温度をモニタすることができる。
【００４２】
センサ１４をばね壁部１０２、２０２、３０２内に配置するとき、ばね壁部内において生成される仕事およびエネルギーの両方、またはいずれか一方を、空気ばね１００、２００、３００の運転履歴を記録する方法でモニタすることができる。データ処理装置１１０は、このデータを使用して、これらの検出されたパラメータが空気ばねの好ましい運転条件を上回っていないかどうかを判定し、操作者にこのような指示を与えることができる。類似した空気ばねを制御試験装置上で走らせて、センサ１４からデータの許容範囲を決めることによって、好ましい運転条件を決定することができる。データ処理装置がこれらの許容範囲を用いて、空気ばねの状況をモニタすることができる。
【００４３】
１つの例示的な構成において、空気ばねは、閾値温度で作動する、あるいは停止するように構成されるセンサ１４を含む。例示的な閾値温度には摂氏１００度を含むことができるが、その他の閾値温度が使用されてもよいことを認識されたい。これらの特定のセンサ１４が配置される空気ばね２００のエラストマー材料の領域において、閾値温度は、望ましくない温度または望ましくない温度よりやや低い温度に対応するように設計されている。別の例示的な閾値温度は、摂氏マイナス４０度、または空気ばねのエラストマー材料の脆化点近傍のその他の温度であり得る。特定の温度は空気ばねの設計および空気ばねコンポーネントに依存する。システムがこのように構成されるとき、リーダが、これらのセンサ１４からの肯定応答信号の割合を突然失う（停止状態の場合）または取得する（作動状態の場合）場合、センサ１４を有する空気ばね２００の位置で閾値温度に達したことを示す。センサ１４がばね壁部１０２、２０２、３０２のコンポーネントに隣接した層に配置されるとき、システム１０は、その位置において閾値温度に達したことを示す。次に、ソフトウェアは、適当な指示を（ネットワーク通信を介して、車両のユーザ、車両の所有者、整備工場、または空気ばねの製造業者のいずれかに対して）生成することができる。１つの例は、複数のセンサを補強ベルト端部に隣接して配置することである。これらのセンサは、空気ばね損傷中に被る温度よりわずかに低い閾値温度で信号（または肯定応答）を供給するのを止めるように構成される。閾値温度に達し、センサが応答を送信するのを止めると、車両のユーザは、空気ばねを交換する、または空気ばねシステムを修理するよう警告を受けることができる。
【００４４】
別の構成では、センサが所定の許容範囲内の振動レベルを受けるとき、センサが１つの信号（読み出し可能な信号あるいは信号の欠如）を送信するように、センサを構成することができる。センサが一貫してこの範囲外の振動レベルを受ける場合、センサは異なる信号（異なる周波数、オン、またはオフ信号などの異なる読み出し可能な信号）を送信して、空気ばね本体内の振動レベルの変化を示す。
【００４５】
別の構成では、センサ１４は、通常の空気ばね動作温度の範囲で、１つの周波数（またはある周波数範囲）で送信するように構成される。センサが受ける温度がこの範囲外のとき、センサは空気ばね本体内の温度変化を示す、異なる周波数で送信する。
【００４６】
本明細書において、記載されている例示的実施形態は、好適実施形態を参照して記載されてきた。上述の詳細な説明を読み、理解すると、他者は修正および変更を想到し得ることは明らかである。添付の請求の範囲またはその均等の範囲内にある限り、例示的実施形態がこのような修正および変更の全てを含むものとして解釈されることを意図している。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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