JP2005112155A

JP2005112155A - サスペンション装置

Info

Publication number: JP2005112155A
Application number: JP2003348950A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Sasada; 義幸笹田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-10-08
Filing date: 2003-10-08
Publication date: 2005-04-28
Also published as: EP1522431A3; US20050110226A1; EP1522431A2

Abstract

【課題】サスペンションの挙動を低コストで精度良く検知することができ、また高い流体圧力でも信頼性が高いサスペンション装置を提供する。
【解決手段】バネ上構造体が支持されるピストンロッド7と、ばね下構造体が支持されるインナシリンダ10,アウタシリンダ11とを有し、前記ピストンロッド7と前記両シリンダ10,11は所定のバネ定数とダンパ定数に応じた挙動を行うサスペンション装置において、前記ピストンロッド7またはインナシリンダ10のいずれか一方にミリ波電波レーダセンサ13を設置し、他方には反射面19を構成し、反射時間を計測することにより前記ピストンロッド7と前記インナシリンダ10の相対挙動を演算処理する。ミリ波電波レーダセンサ13と混合器51はＭＭＩＣで構成し、ＭＭＩＣと信号処理回路は一つのセラミックスパッケージに搭載する。
【選択図】図２

Description

本発明は、サスペンション装置にかかり、特に、車両の車体側の構造体と車輪側の構造体との相対挙動を計測又は制御するサスペンション装置に関する。

バネ上構造体とバネ下構造体との相対挙動を計測するサスペンション装置の公知例としては、バネ上，バネ下構造体の相対挙動を測定する車両挙動測定装置が特開平１１−
７２１３２号公報に記載されている。

バネ上構造体と所定の関係をもって移動する一端とバネ下構造体と所定の関係をもって移動する他端との一方に対し相対的に固定配置され、他方またはこれと所定の関係をもって移動する部分に対して超音波を送信し、さらに超音波を受信し受信信号に変換する送受波器と、超音波の送信制御を行う送信回路と、送信された超音波が他方またはこれと所定の関係をもって移動する部分にて反射した反射波を、受信信号から検出する検出回路と、送信した超音波とその反射波とに基づき、バネ上，バネ下構造体の相対挙動を算出する挙動算出手段とを有するものである。

また、別の公知例として、特公平７−１０６４２号公報には、ドップラー流体速度センサを備えるショック・アブソーバが記載されている。

自動車のばね上部分及びばね下部分を接続する液圧アクチュエータであって、この液圧アクチュエータ内を流動する振動減衰流体の速度の変化に応答してサスペンションのパラメータを選択的に変化させ得る液圧アクチュエータにして、振動減衰流体を貯蔵し得る作動チャンバを形成する第１のシリンダと、第１のシリンダ内に配置され、作動チャンバの第１及び第２の部分を画成するピストンと、液圧アクチュエータ内の振動減衰流体の流れを定量供給する弁手段と、弁手段の流体通路を通って流動する振動減衰流体を経て伝播する音波を放出させかつ受信する変換器手段と、第１の変換器手段を励起させ、第１の変換器手段をして音波を放出させ得るようにする手段と、変換器手段により放出された音波と受信された音波との周波数の変化を測定すると共に、該変化に応答して出力を発生させる測定手段と、測定手段からの出力に応答して弁手段を通って流動する振動減衰流体の速度を計算する手段とを有するものである。

特開平１１−７２１３２号公報

特公平７−１０６４２号公報

しかし、特開平１１−７２１３２号公報に記載のバネ上，バネ下構造体の相対挙動を測定する車両挙動測定装置、及び特公平７−１０６４２号公報に記載のドップラー流体速度センサを備えるショック・アブソーバは、超音波を用いているため、送信部と受信部が別体となり、サスペンション内部に設置する程の大きさにすることは困難であった。

さらに、信号処理部を別体としてサスペンションの外部に設置する必要があり、構成が複雑になり、コスト的にも安価にできないという問題があった。

また、信号処理する前の超音波センサからの微弱な信号をサスペンション内部から外部まで信号線によって引き出すことになり、ノイズの処理が課題となる。

また、駆動信号の周波数ｆ０，受信信号の検出周波数ｆｒおよび媒体中の音速Ｃから次式に基づきバネ上とバネ下の相対速度Ｖを算出することができるが、
Ｖ＝（ｆｒ−ｆ０）・Ｃ／（ｆｒ＋ｆ０） …（１）
超音波はサスペンション内の流体を媒体として送受信されるので、媒体の流れ，温度，圧力により音速Ｃが変わり、結果として相対速度Ｖの誤差が大きくなってしまうという課題がある。

また、これらを解決するために、温度センサ，圧力センサにより補正することも検討されているが、構造的にも、コスト的にも問題があった。

また、サスペンション内の流体は高圧となるが、実施例にて高耐圧構造の実現は困難であるという問題があった。

上記課題を解決するために、本発明は、車両の車体と接続するバネ上構造体と車輪と接続するバネ下構造体で、バネ上構造体はロッドで支持され、バネ下構造体はシリンダで支持され、ロッドとシリンダは所定のバネ定数とダンパ定数で規定された挙動を行うサスペンション装置であって、ロッドもしくはシリンダに設けられ、その対向するロッドもしくはシリンダに電波を送信波として送信する送信器と、送信波の送信器と対向するロッドもしくはシリンダからの反射波を受信波として受信する受信器と送信波と受信波の信号からロッドとシリンダの相対挙動を計算する信号処理回路とを有することを特徴としている。

本発明によれば、サスペンションの挙動を低コストで精度よく検知することができ、また、圧力による信頼性が高いサスペンション装置を提供することができる。

本発明は、車両の車体と接続されるバネ上構造体と、車輪と接続されるバネ下構造体と、バネ上構造体が支持されるロッドと、バネ下構造体が指示されるシリンダと、ロッドと前記シリンダは所定のバネ定数とダンパ定数に応じた挙動を行うサスペンション装置に対して、ロッド又はシリンダに設けられ、その対向するロッド又はシリンダに送信波を送信する送信器と、送信器と対向するロッド又はシリンダからの反射波を受信波として受信する受信器と、送信波と受信波からロッド及びシリンダの相対挙動を演算処理する信号処理回路とを有することを特徴とする。

この送信波又は受信波はミリ波帯域の周波数で変調されている。

さらに、送信波の周波数と受信波の周波数との周波数差を出力する混合器と、混合器の出力値をフーリエ変換し、ロッドとシリンダの相対挙動を演算処理する信号処理回路とを有する。

また、信号処理回路は、送信波をパルス信号として送信する送信器と、送信波を送信してから反射波を受信波として受信するまでの時間を計測し、ロッドとシリンダの相対挙動を演算処理することを特徴とする。

さらに、送信器と対向する面は、角錐型あるいは円形の窪み形状である。

少なくとも前記送信器，前記受信器及び前記混合器は、ＭＭＩＣで構成され、ＭＭＩＣと信号処理回路は１つのパッケージに搭載される。

パッケージはパッケージを支持するハウジングを介して、ロッド又はシリンダに固定される。

パッケージは、また、ハウジングを介して、ロッド又はシリンダに溶接、ネジ又はボルト−ナットで固定されることも可能である。

パッケージはセラミックスあるいは樹脂のケースとカバーで構成され、カバーには、誘電体レンズが形成されている。

この誘電体レンズは、ロッド又はシリンダの中央部又は中心に配置される。

さらに、バネ上構造体とバネ下構造体とのロッド軸方向の相対位置を検出する位置センサを有し、位置センサの位置情報に基づき、ロッドとシリンダの相対挙動の演算処理された結果を補正することが可能である。また、この検出される相対位置は、複数である。

また、本発明は、車両の車体と接続するバネ上構造体と、車輪と接続するバネ下構造体と、前記バネ上構造体が支持されるロッドと、前記バネ下構造体が支持されるシリンダと、前記ロッドと前記シリンダは所定のバネ定数とダンパ定数で規定される挙動を行うサスペンション装置であって、ロッドとシリンダの相対挙動を検出するセンサと、検出された相対挙動に関する情報に基づいて車輪状態を推測する車輪状況推定装置とを有する。

センサは、加速度センサ，リニアセンサ，レーダセンサである。

車輪状態は、車輪の空気圧又は車輪の取り付け状態の少なくとも１つであって、車輪状況推定装置は少なくとも１つの状態を推定する。

以下、本発明のサスペンション装置についての一実施例を図１〜図９に基づいて説明する。図１において、車体１と接続するバネ上構造体と車輪と接続するバネ下構造体で、バネ上構造体とバネ下構造体との間にはサスペンション装置２が各車輪３に装着されている。

図２において、サスペンション装置２について説明する。インナーシリンダ１０内は、オイル１４で満たされており、ピストン１２により上室９と下室１５に分割されている。ピストン１２は、ロッド７に接続されており、ロッド７はロッドガイド５を介して車体に接続される。

ロッド７が鉛直下に移動すると、下室１５のオイルは連通路１６と縮み側バルブ２１を通って、インナーシリンダ１０とアウターシリンダ１１の間にあるリザーバ室８及び上室９に移動し、ロッド７が鉛直上に移動すると、上室９のオイルは、上部キャップ６にある連通路と伸び側バルブ２０を通って、リザーバ室８及び下室１５に移動する。この時上部キャップ６にある連通路は、オイルのみを通し、リザーバ室の窒素２２は通らない。

アウターシリンダ１１は上部キャップ６と下部キャップ１７でオイルを封止しており、下部キャップ１７に設けられる結合部１８を介し車輪に接続される。

ロッド７の車体に接続される側と反対の部分には、電波レーダセンサ１３が取り付けられる。

図３に電波レーダセンサ１３がサスペンションの挙動を検知するまでのフローを示す。電波レーダセンサ１３はサスペンションの挙動を検知するＲＦモジュール２７と、他の信号処理を行うプロセッサー２４により構成される。それぞれの項目について図４乃至図８を用いて説明する。

図４にサスペンション挙動検知手段であるＲＦモジュール２７の構成を示す。図４(１)では、発振器５０からの信号を増幅器５２により増幅し、送受信アンテナ５５により送信し、インナーシリンダ１０によって反射した反射波を受信する。受信信号は低雑音増幅器５４により増幅され混合器５１により発振器５０からの信号と混合されＩＦ
（Intermedeate Frequency）信号５３を得る。ここでは増幅器５２および低雑音増幅器
５４を電波レーダセンサとして使用した構成を示しているが、ＩＦ信号５３の信号強度が十分大きければ増幅器５２も低雑音増幅器５４も必要ない。図４（２）では、増幅器５２および低雑音増幅器５４を省略し、さらに発振器と混合器をひとつの発振器＋混合器５６として送受信アンテナ５５と接続した実施例を示している。機能としては、図４（１）と図４（２）では変わらない。

次に、図５乃至図６により周波数検出手段について説明する。図４（１），図４（２）における電波レーダセンサ１３のＩＦ信号５３は車両が停止しているときは、サスペンションが振動しないので、電波レーダセンサ１３とインナーシリンダ１０の相対距離はほとんどかわらず、電波レーダセンサ１３から出力される信号強度は、図５（１）のようになる。車両が走行状態にある時は、サスペンションが振動するので、電波レーダセンサ１３とインナーシリンダ１０の相対距離が変化して、電波レーダセンサ１３から出力される信号強度は、図６（１）のようになる。このＩＦ信号５３をHigh Pass Filterに通してＡＤ変換を行った後、高速フーリエ変換を行うと図５（１）は図５（２）に図６（１）は図６（２）のように周波数と信号強度の関係が導き出される。周波数の低いところで信号強度が大きくなっているのは、周波数帯域に依存する、所謂１／ｆノイズであり、図６（２）に示されるピーク２５は電波レーダセンサ１３とインナーシリンダ１０との相対的な挙動つまりサスペンションの挙動を示している。

図７，図８により図６（２）におけるピーク２５の検出手段について説明する。ピーク２５の検出のためにはノイズとの分離が必要条件となってくる。ピーク２５はノイズより大きいので、まずノイズの検出方法について図７により説明する。ピーク２５を含む周波数スペクトラムは時間おきに更新されるが、ピーク２５以外のスペクトラムは時間依存性が小さく、また変化するとしても連続的な時定数の大きな変化であるので、時間における移動平均を行えば、ノイズ２６が検出される。従って、このノイズ２６より十分たかい信号におけるＡ部をピーク２５として検出する。検出方法は図８においてＰ（ｉ−１）＜
Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ）＞Ｐ（ｉ＋１）（ｉ＝１，２，３…）が成立するＰ（ｉ）をピーク
２５とする。

速度・位置演算手段について説明する。図８にて検出されたピーク２５の周波数は、電波レーダセンサ１３とインナーシリンダ１０の相対速度に基づく、ドップラー周波数であるので、送信信号の周波数ｆ１，受信信号の検出周波数ｆｒ１およびオイル中の電波の速度Ｃ１から次式に基づき電波レーダセンサ１３とインナーシリンダ１０の相対速度、つまりバネ上とバネ下の相対速度Ｖ１を算出することができる。

Ｖ１＝（ｆｒ１−ｆ１）・Ｃ１／（ｆｒ１＋ｆ１） …（２）
また、速度Ｖ１を積分することにより電波レーダセンサ１３の位置、即ちピストン１２の位置についても算出できる。

この時、電波の速度は媒体の誘電率によって決まり、誘電率は媒体の流れや温度，圧力によっての変動は小さいので、電波の速度の変動も小さく式（２）により算出されるバネ上とバネ下の相対速度の誤差も小さいので、超音波レーダに比較して有利である。

ここでは、送信波と受信波の周波数に基づき、サスペンションの挙動を計算したが、送信波をパルスとして送信し、送信波を送信してから反射波を受信波として受信するまでの時間を計測し、電波の速度とから電波レーダセンサ１３の位置、即ちピストン１２の位置について算出することもできる。また、位置を微分することにより速度についても算出できる。この時、上記と同じく、電波の速度の変動が小さいのでバネ上とバネ下の相対速度の誤差も超音波レーダに比較して小さく有利である。

また、図２において、インナーシリンダ１０の電波レーダセンサ１３と相対する面で電波を反射する面を略３角錐１９とすると、電波レーダセンサ１３から送信される電波の反射係数が安定するので、通常の平板よりも電波レーダの設置状態，サスペンションの挙動によらず安定したサスペンション挙動の検知を行うことができるので有利である。ここでは、略三角錐としているが、角錐形状もしくは、円形状であっても同じ効果をえることができる。

また、ここでは、電波レーダセンサ１３をロッド７に装着することとしたが、インナーシリンダ１０に装着して、ロッド７の挙動を検出しても同じ効果を得ることができる。

次に電波レーダセンサ１３の実装について図９を用いて説明する。

図４で示される電波レーダセンサ１３のＲＦモジュール２７を構成するＭＭＩＣ
（Microwave Monolithic Integrated Circuit)１０５とプロセッサー２４がセラミックスパッケージ１０２に搭載され、ＭＭＩＣ１０５のアンテナ部分がパッケージ１０２の略中心に配置される。誘電体レンズ１０６を有するセラミックスカバー１０７は誘電体レンズ
１０６の軸とアンテナの電波送信軸が一致する位置にてパッケージ１０２にロウ材等により接合される。ＭＭＩＣ１０５とプロセッサー２４はＡｕワイヤ１０４でボンディングされ、プロセッサー２４への電源ライン及びプロセッサー２４からの信号ラインはパッケージ１０２を貫通するピン１１２及びロッド７内の中空部１０１に配置されるケーブル100により導通を得る。ケーブル１００は図２のコネクタ４に接続している。ＭＭＩＣは分布定数回路を形成しており、周波数に反比例してＭＭＩＣは小さくなるので、ミリ波帯の高周波とするとＭＭＩＣのコストを低減することができ、優れている。

パッケージ１０２はハウジング１０９にＯリング１０８を介してかしめられる。ハウジング１０９にはネジ部１１１を設けており、パッキン１１０を介してロッド７に締結される。

この時、サスペンションオイル内でもＭＭＩＣ１０５，プロセッサー２４の気密を得ることができると共に、高耐圧構造であり、かつロッド７は通常ピストン１２を固定するためのネジが作成されており、これを利用して電波レーダセンサ１３を装着するので取付けが非常に簡単で、また、アンテナが略中心にあるので、ネジの締結具合による電波の送受信状態に影響はなく、量産性にすぐれている。

また、ハウジング１０９とロッド７との結合は、ネジでなく、溶接であってもネジと同じく、気密の確保ができ、高耐圧で、ロッド７への取付け性もよく、溶接状態による電波の送受信状態への影響も小さいのですぐれている。

また、図２において、バネ上構造物とバネ下構造物とのロッド軸方向における位置関係を少なくとも１点検出する位置センサ２３を備え、前記位置センサ２３の位置情報に基づき、前記電波レーダセンサ１３のプロセッサー２４におけるピストン１２の位置情報の計算結果を補正することにより、正確な位置情報の計測と、電波レーダセンサ１３の自己診断が行えるので非常に優れた構成といえる。

また、前記ロッド７とインナーシリンダ１０との相対挙動情報に基づき、車輪の空気圧状態および車輪取りつけ状態を推測する車輪状況推定手段を設けると、車輪のバースト状態や、車輪取りつけ不良，車輪バランス不良等を検知することができ優れている。

また、上記ロッド７とインナーシリンダ１０との相対挙動情報は電波レーダセンサでなく、加速度を検出する加速度センサをばね下に装着しても、ロッド７とインナーシリンダ１０の位置情報を検出するリニアセンサを設けても、さらに、電波レーダセンサでなく、超音波，光レーダセンサを設けても得る事ができる。

本発明によれば、サスペンション装置の挙動を正確に検出できることで、その検出結果をサスペンションの制御に適用することが可能となり、自動車を含む車両の乗り心地の向上，安全を実現する制御への寄与を高めることが可能となる。

車両に取り付けられたサスペンション装置を示す図。本発明の実施例であるサスペンション装置を示す図。本発明のシステムのフローを示す図。本発明のＲＦモジュールの実施例を示す図。車両停止時のサスペンション装置のＩＦ信号強度を示す図及び該信号強度をフーリエ変換した図。車両走行時のサスペンション装置のＩＦ信号強度を示す図及び該信号強度をフーリエ変換した図。ノイズの検出方法を示す図。ピークの検出方法を示す図。電波レーダセンサの断面を示す図及び電波レーダセンサのＸ−Ｘ断面を示す図。

符号の説明

１…車体、２…サスペンション装置、３…車輪、４…コネクタ、５…ロッドガイド、６…上部キャップ、７…ロッド、８…リザーバ室、９…上室、１０…インナーシリンダ、
１１…アウターシリンダ、１２…ピストン、１３…電波レーダセンサ、１４…オイル、
１５…下室、１６…連通路、１７…下部キャップ、１８…結合部、１９…３角錐、２０…伸び側バルブ、２１…縮み側バルブ、２２…窒素、２３…位置センサ、２４…プロセッサー、２５…ピーク、２６…ノイズ、２７…ＲＦモジュール、５０…発振器、５１…混合器、５２…増幅器、５３…ＩＦ信号、５４…低雑音増幅器、５５…送受信アンテナ、５６…発振器＋混合器、１００…ケーブル、１０１…中空部、１０２…パッケージ、１０４…
Ａｕワイヤ、１０５…ＭＭＩＣ、１０６…誘電体レンズ、１０７…カバー、１０８…Ｏリング、１０９…ハウジング、１１０…パッキン、１１１…ネジ部、１１２…ピン。

Claims

車両の車体と接続されるバネ上構造体と、車輪と接続されるバネ下構造体と、前記バネ上構造体が支持されるロッドと、前記バネ下構造体が指示されるシリンダと、前記ロッドと前記シリンダは所定のバネ定数とダンパ定数に応じた挙動を行うサスペンション装置であって、
前記ロッド又は前記シリンダに設けられ、その対向するロッド又はシリンダに送信波を送信する送信器と、前記送信器と対向するロッド又はシリンダからの反射波を受信波として受信する受信器と、前記送信波と前記受信波から前記ロッド及び前記シリンダの相対挙動を演算処理する信号処理回路とを有することを特徴とするサスペンション装置。
請求項１において、
前記送信波又は前記受信波はミリ波帯域の周波数で変調されていることを特徴とするサスペンション装置。
請求項１において、
前記送信波の周波数と前記受信波の周波数との周波数差を出力する混合器と、前記混合器の出力値をフーリエ変換し、前記ロッドと前記シリンダの相対挙動を演算処理する信号処理回路とを有することを特徴とするサスペンション装置。
請求項１において、
前記送信波をパルス信号として送信する送信器と、前記送信波を送信してから反射波を受信波として受信するまでの時間を計測し、前記ロッドと前記シリンダの相対挙動を演算処理する信号処理回路とを有することを特徴とするサスペンション装置。
請求項１において、
前記送信器と対向する面は、角錐型あるいは円形の窪み形状であることを特徴とするサスペンション装置。
請求項３において、
少なくとも前記送信器，前記受信器及び前記混合器は、ＭＭＩＣで構成され、前記MMICと前記信号処理回路は１つのパッケージに搭載され、前記パッケージは前記パッケージを支持するハウジングを介して、前記ロッド又は前記シリンダに固定されることを特徴としたサスペンション装置。
請求項６において、
前記パッケージは前記ハウジングを介して、前記ロッド又は前記シリンダに溶接で固定されることを特徴としたサスペンション装置。
請求項６において、
前記パッケージは前記ハウジングを介して、前記ロッド又は前記シリンダにネジ又はボルト−ナットで固定されることを特徴としたサスペンション装置。
請求項６において、
前記パッケージはセラミックスあるいは樹脂のケースとカバーで構成され、前記カバーには、誘電体レンズが形成されていることを特徴としたサスペンション装置。
請求項９において、
前記誘電体レンズは、前記ロッド又は前記シリンダの中央部又は中心に配置されることを特徴としたサスペンション装置。
請求項１において、
さらに、前記バネ上構造体と前記バネ下構造体とのロッド軸方向の相対位置を検出する位置センサを有し、前記位置センサの位置情報に基づき、前記信号処理回路における前記ロッドと前記シリンダの相対挙動の計測値を補正することを特徴とするサスペンション装置。
請求項１１において、
前記検出される相対位置は、複数であることを特徴とするサスペンション装置。
車両の車体と接続するバネ上構造体と、車輪と接続するバネ下構造体と、前記バネ上構造体が支持されるロッドと、前記バネ下構造体が支持されるシリンダと、前記ロッドと前記シリンダは所定のバネ定数とダンパ定数で規定される挙動を行うサスペンション装置であって、
前記ロッドと前記シリンダの相対挙動を検出するセンサと、検出された前記相対挙動に関する情報に基づいて前記車輪状態を推測する車輪状況推定装置とを有することを特徴とするサスペンション装置。
請求項１３において、
前記センサは、加速度センサ，リニアセンサ，レーダセンサであることを特徴とするサスペンション装置。
請求項１３において、
前記車輪状態は、前記車輪の空気圧又は前記車輪の取り付け状態の少なくとも１つを推定することを特徴とするサスペンション装置。