JP3656447B2

JP3656447B2 - エアサスペンション装置

Info

Publication number: JP3656447B2
Application number: JP6145799A
Authority: JP
Inventors: 敏行鈴木; 清隆小池
Original assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Current assignee: Mitsubishi Fuso Truck and Bus Corp
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2005-06-08
Anticipated expiration: 2019-03-09
Also published as: JP2000255238A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレームの車幅方向中心に対し左右非対称に配置された左右一対のエアスプリングを用いてアクスルを支持するエアサスペンション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トラック（車両）では、快適な乗り心地を得るために、エアスプリングを用いて、フロントアクスルを懸架させるエアサスペンション装置を採用することが行なわれている。このエアサスペンション装置には、フレームの左右両側のサイドフレームと、同フレームに搭載されたエンジンの下側を車幅方向に沿いに配設されたフロントアクスルの車幅方向両側との間に左右一対のエアスプリングを介装する構造が用いられる。
【０００３】
こうしたエアサスペンション装置を採用したトラックでは、エアスプリングを活用して、積載荷重の増減に関わらず、車体地上高を一定（所定）高さに保たせることが行なわれている。
【０００４】
同エアサスペンション装置には、各エアスプリングに、フレームの高さ変化にしたがい独立して左右エアスプリングの給排を行わせるレベリングバルブ（給気弁と排気弁、両弁を中点となる所定フレーム高さを境に切換えるレバーを有して構成されるもの）を取り付け、これら各レベリングバルブに、圧力供給源としてのエアタンクを接続した構造が用いられる。この左右エアスプリング毎の独立した２系統のエア給排系により、荷の積載によりエアスプリングが縮み、フレームを含む車体が沈下すると、レベリングバルブのレバーから伝わる変位で同レベリングバルブに内蔵の給気弁が開き、エアタンクからの高圧エアを各エアスプリングへ導いて、エアの増加により、エアスプリングの縮んだ量だけ車体を持ち上げる。また荷重が減少してエアスプリングが伸び、フレームを含む車体が上昇すると、レベリングバルブのレバーから伝わる変位で同レベリングバルブに内蔵の排気弁が開き、エアスプリングのエアが大気開放部から大気へ放出され、エアスプリングが伸びた量だけ車体を下降させて、一定の車体地上高に保たれるようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近時、こうしたレベリング機能をもつエアサスペンション装置が、トラックのフロントサスペンションに採用することが考えられている。
【０００６】
ところで、フレームのフロントアクスルが配置されるフロント部分は、走行用のエンジン、同エンジンの補機、ステアリング装置を構成する機器、その他装置の機器など、多くの機器が配置されるので、エアサスペンション装置の各エアスプリングは、これら機器を避けて、フロントアクスルとフレームとの間に取り付けなければならない。
【０００７】
このため、フロントにエアサスペンション装置を採用する際には、機器との干渉を避ける都合上、各エアスプリングの取り付けが、フレームの車幅方向中心に対して左右対称となる配置でなく、左右非対称、具体的には一方のエアスプリングがフレームの車幅方向中心から遠い位置に配置され、他方のエアスプリングがフレームの車幅方向中心から近い位置に配置されることがある。
【０００８】
ところが、こうしたエアスプリングの配置だと、フレームに作用する荷重は、距離の近い方のエアスプリングに多くの荷重が分担され、距離の遠い方のエアスプリングに少ない荷重が分担されるので、左右で各エアスプリングの内圧が異なってしまう。
【０００９】
これでは、同一構造（受圧面積を含む他の構造が同一）のエアスプリングを用いているのに、左右のエアスプリングのばね定数が異なってしまい、トラックの挙動が不安定になりやすい。特にレベリング機能で車体地上高を一定に保つエアサスペンション装置は、荷重の増加に伴い各エアスプリングの内圧の差が大きくなるので、積車時は不安定さが増し、トラックの操縦安定性や乗り心地に多くの影響を与えやすく、この点の改善が望まれている。
【００１０】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、左右非対称にエアスプリングを設置したときにおいて、良好な操縦安定性、良好な乗り心地をもたらすよう、レベリング機能を用いて、一定の車体地上高で車体を支えることができるエアサスペンション装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載したレベリング機能をもつエアサスペンション装置は、フレームの車幅方向中心に対して左右非対称にそれぞれ配置される左右一対のエアスプリングを、受圧面積が同一で、かつ内容積がフレームの車幅方向中心からの距離の比率にしたがって異ならせる構成とし、各エアスプリングのばね定数が均等化されるようにした。
【００１２】
これにより、たとえ分担荷重の違いにより、かなり各エアスプリングの内圧が異なるようなときでも、左右エアスプリングを左右対称に配置したときと同様、積車時、左右エアスプリングで安定して車体を支えることができ、良好な操縦安定性、良好な乗り心地を得ることができる。
【００１３】
しかも、エアスプリングが左右非対称に配置された場合、左右独立したエア給排系を変更するなどの複雑な構造を用いずに、左右のエアスプリングのばね定数が均等に設定できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図２に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【００１５】
図１は、例えばトラック（車両）の前輪Ｐを懸架するエアサスペンション装置を示していて、図中１はトラックのフレームである。フレーム１は、車両前後方向に延びる一対のサイドフレーム２を有するラダー形に形成してある。
【００１６】
このフレーム１の前部（フロント側）には、左右のサイドフレーム２間に収まるようにしてエンジン３が搭載されている。またエンジン３が搭載されたフレーム１の下方には、フロントアクスル４（車軸）が、エンジン３の下側およびサイドレール２の下側で、車幅方向沿いに挿通されている。そして、各サイドレール２から車幅方向に張り出たフロントアクスル４の各端部に、ナックル（図示しない）を介して、前輪Ｐが連結される。
【００１７】
こうしたフレーム１とフロントアクスル４の間に、フレーム１に取り付くエンジン３、同エンジン３の補機（図示しない）、同ステアリング装置を構成する機器（図示しない）、その他装置の機器（図示しない）など多くの機器を避けて、一対のエアスプリング５が取り付けある。つまり、各エアスプリング５は、こうした各種機器と干渉しない配置位置を得るために、フレーム１の車幅方向中心に対して、左右非対称に取り付けてある。
【００１８】
各エアスプリング５の取り付けには、サイドレール２の下側と対応するフロントアクスル４の各上面部のうち、エアスプリング５が取り付くフレーム１の車幅方向中心に対して左右非対称となる地点にそれぞれシート取付座（図示しない）を形成し、これら各シート取付座に、スプリングシート部材６をボルトで締結しておき、同スプリングシート部材６で形成されるスプリングシート６ａにエアスプリング５の下端部を固定し、エアスプリング５の上端部を同スプリング５の直上のサイドレール部分に取付けたブラケット１１に固定した構造が用いてある。
【００１９】
ここで、エアスプリング５には、いずれも図２中の右側にあるように例えば内部にサージタンク室８ａを有するピストン８を下側に配置し、このピストン８の上側を覆うようにダイヤフラム９を組み合せた構造が用いてある。そして、ダイヤフラム９の上部に取り付けた所定の大きさをもつエンドプレート１０が、例えばボルトを用いてブラケット１１に固定され、ピストン８の下部が例えばボルトを用いてスプリングシート６ａに固定されている。つまり、エアスプリング５の弾性力、すなわちダイヤフラム９およびピストン８内のエア圧で、上下方向から加わる荷重を支えるようにしている。なお、各スプリングシート部材６とその直上のサイドレール部分との間にはショックアブソーバ７が取付けられていて、エアスプリング５の振動を減衰する構造にしてある。
【００２０】
また各スプリングシート部材６とエンジン前方のサイドフレーム部分の下面に取り付けた各ブラケット１３との間には、コ字形のトーションビーム１４、スイングアーム１５を用いたパラレルリンク機構１６が組み付けられていて、同リンク機構１６でフロントアクスル４を位置決めている。
【００２１】
一方、各エアスプリング５には、エアスプリング５毎、一対のレベリング制御用エア給排系１７，１８が接続してある。エア給排系１７，１８は、いずれも例えばスイングアーム上方のサイドフレーム部分に取り付けてあるレベリングバルブ１９を用いたエア回路２０（主に片側が図示）で形成されている。
【００２２】
すなわち、レベリングバルブ１９は、いずれも給気弁と排気弁（いずれも図示しない）を内蔵した本体部２１と、両弁（給気弁と排気弁）を切換える回動自在なレバー２２（図１中において本体部２１の正面に回動自在に支持されているレバー部材よりなる）とを有して構成される。このレバー２２が、中継軸２３ａ、レバー部材２３ｂを介して、下側にあるスプリングシート部材６に回動自在に連結され、両弁（給気弁と排気弁）を、中点となる所定フレーム高さを境とした車体地上高の変化にしたがい切換えられるようにしてある。本体部２１は、圧力供給源となるエアタンク（図示しない）につながるタンク孔部２４、エアスプリング５につながるスプリング孔部２５、大気に開放する大気開放部（図示しない）を有していて、荷の積載によりエアスプリング５が縮みフレーム１を含む車体が沈下すると、レバー２２から伝わる変位で、内蔵の給気弁が開くようにしてある。これにより、エアタンクからの高圧エアが、タンク孔部２４、スプリング孔部２５を通じて、エアスプリング５内へ導かれ、エアの増加により、エアスプリング５の縮んだ量だけ車体を持ち上げる。また荷重が減少してエアスプリング５が伸びフレーム１を含む車体が上昇すると、レバー２２から伝わる変位で本体部２１に内蔵の排気弁が開くようにしてある。これにより、スプリング孔部２５、大気開放部（図示しない）を通じて、エアスプリング５内のエアが大気に放出され、エアスプリングが伸びた量だけ車体を下降させる。
【００２３】
こうした左右独立したエア回路２０で行なわれる各エアスプリング５のエアの給排動作により、積載荷重の増減（積車、空車）に関わらず、車体地上高を一定（所定）高さに保たせるようにしてある。なお、２６は、レベリングバルブ１９のスプリング孔部２５とエアスプリング５との間をつなぐ配管部材を示す。
【００２４】
そして、受圧面積が同一な一対のエアスプリング５の構造を流用して、エアスプリング５が左右非対称に配置されることによるばね定数の差異を是正するようにしている。
【００２５】
具体的には、図２に示されるように左右一対のエアスプリング５の内部容積を非対称の比率で変化（交差した斜線部分が相当）させて、左右エアスプリング５のばね定数を均等にさせている。
【００２６】
ここで、ばね定数を均等する手法について説明すれば、左右のエアスプリング５にはつぎのような関係がある。
【００２７】
まず、フレーム５の車幅方向中心（重心位置Ｇ）から左右の各エアスプリング５までの距離、具体的には左側のエアスプリング５までの距離をＬ１とし、右側のエアスプリング５までの距離をＬ２としたとき、フレーム１から加わる荷重Ｗが左側のエアスプリング５に分担される荷重Ｗ１は、
Ｗ１＝Ｗ＊（Ｌ２／Ｌ１＋Ｌ２）で表され、
右側のエアスプリング５に分担される荷重は、
Ｗ２＝Ｗ＊（Ｌ１／Ｌ１＋Ｌ２）で表される。
【００２８】
また左側のエアスプリング５の内圧Ｐ１、右側のエアスプリング５の内圧Ｐ２は、Ｐ１＝Ｗ１／Ａ、Ｐ２＝Ｗ１／Ａ（但し、Ａは有効面積（受圧面積に相当するもので、左右共、同一）で表される。
【００２９】
これらから、左側のエアスプリング５のばね定数Ｋ１、右側のエアスプリング５のばね定数Ｋ２を求めれば、
Ｋ１＝ｎＡ²＊（Ｐ１＋１）＊１／Ｖ１＊１／１０
Ｋ２＝ｎＡ²＊（Ｐ２＋１）＊１／Ｖ２＊１／１０（但し、ｎはポリトロープ指数）で表される。
【００３０】
この与式を整理して、左右のエアスプリング５のばね定数が等しい（Ｋ１＝Ｋ２）条件を表せば、Ｖ１／Ｖ２＝（Ｐ１＋１）／（Ｐ２＋２）となり、エアスプリング５のばね定数は、圧力に比例し、内容積で反比例する関係にあることがわかる。
【００３１】
ここで、各エアスプリング５の有効面積Ａは同一であるから、左右非対称に配置されたエアスプリング５のばね定数を等しくさせるためには、フレーム１の車幅方向中心からの距離の比率に応じてエアスプリング５の内容積を変えればよいことになる。
【００３２】
そこで、図２に示される左右のエアスプリング５のうち、例えば左右非対称の配置により内圧が低くなる側のエアスプリング５のピストン８内に、例えば仕切板で形成されるセパレータ２７を取り付けて、図２中の交差した斜線部分で示されるようにピストン８内の内容積、すなわちピストン容積を減少させ、上式を満足するよう、すなわちばね定数Ｋ１，Ｋ２が等しくなるように左側のエアスプリング５の内容積を減じてある。特にばね定数Ｋ１，Ｋ２は、空車から積車のうちのある領域、例えば操縦安定性、乗り心地が損われやすい積車時において、左右エアスプリング５のばね定数Ｋ１，Ｋ２が等しくなるように設定してある。
【００３３】
この左右スプリング５のオフセット量の比率に応じてピストン容積を小さくする構造によって、左右非対称に配置されたエアスプリング５のばね定数Ｋ１，Ｋ２を均等にさせている。
【００３４】
このようにエアスプリング５のばね定数Ｋ１，Ｋ２を均等化すると、左右非対称のエアスプリング５のばね定数Ｋ１，Ｋ２は、ほぼ等しく保たれるようになる。
【００３５】
したがって、各エアスプリング５が分担する分担荷重に違いから、かなり各エアスプリング５の内圧に違いが生じるときでも、左右エアスプリング５を左右対称に配置したときと同様、レベリング機能を用いて、積車時、フレーム１を含む車体を左右エアスプリング５で安定して支えることができ、良好な操縦安定性、良好な乗り心地をもたらすことができる。
【００３６】
しかも、エアスプリング５の内容積を変える構造だと、左右独立したエア給排系１７，１８を変更するなどの複雑な構造を用いずに、簡単に左右エアスプリング５のばね定数Ｋ１，Ｋ２を均等に定めることができる。
【００３７】
なお、一実施形態では、フレーム１の車幅方向中心から遠い距離に設置されたエアスプリング５の内容積をオフセット量の比率にしたがい小さくした例を挙げたが、反対にフレーム１の車幅方向中心から近い距離に設置されたエアスプリング５の内容積をオフセット量の比率にしたがい大きくして、左右非対称に配置されたエアスプリング５のばね定数Ｋ１，Ｋ２を均等にしてもよい。
【００３８】
また一実施形態では、トラックのフロントサスペンションに本発明を適用した例を挙げたが、これに限らず、エアスプリングの左右非対称の取り付けが余儀なくされる車両のエアサスペンション装置であれば適用してもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、左右非対称に配置されたエアスプリングのばね定数を均等に保つことができ、分担荷重の違いにより、かなり各エアスプリングの内圧が異なるようなときでも、左右エアスプリングを左右対称に配置したときと同様、レベリング機能を用いて、積車時、左右エアスプリングで安定して車体を支えることができ、良好な操縦安定性、良好な乗り心地を得ることができる。
【００４０】
しかも、エアスプリングの内容積を同エアスプリングのオフセット量の比率にしたがって異ならせる構造なので、左右独立したエア給排系を変更するなどの複雑な構造を用いずに、簡単に左右エアスプリングのばね定数を均等に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエアサスペンション装置を説明するための斜視図。
【図２】同装置の左右非対称に配置された左右エアスプリングのばね定数を均等にする構造を説明するための図。
【符号の説明】
１…フレーム
２…サイドフレーム
３…エンジン
４…フロントアクスル（アクスル）
５…エアスプリング
６…スプリングシート部材
８ａ…サージタンク室
８…ピストン
９…ダイヤフラム
１７，１８…一対のエア給排系
１９…レベリングバルブ。

Claims

フレームと同フレームの下側を車幅方向に沿って挿通するアクスルとの間に前記フレームの車幅方向中心に対して左右非対称にそれぞれ介装された左右一対のエアスプリングと、
前記各エアスプリングにそれぞれ接続され、前記フレームが所定の高さを保つように前記フレーム高の変化にしたがって前記エアスプリング内のエアを給排する左右独立したエア給排系とを有し、
前記左右一対のエアスプリングが、受圧面積が同一で、かつ内容積が前記フレームの車幅方向中心からの距離の比率にしたがって異ならせて構成されることを特徴とするエアサスペンション装置。