JP3069408B2 - 高さセンサ及び空気ばね - Google Patents

高さセンサ及び空気ばね

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JP3069408B2 JP3200453A JP20045391A JP3069408B2 JP 3069408 B2 JP3069408 B2 JP 3069408B2 JP 3200453 A JP3200453 A JP 3200453A JP 20045391 A JP20045391 A JP 20045391A JP 3069408 B2 JP3069408 B2 JP 3069408B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高さセンサ及び空気ばね
に係り、特に、自動車その他の車両の高さを光学的に検
出する車高センサ等の高さセンサ及びこの高さセンサを
内蔵した空気ばねに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年においては、自動車における乗り心
地と操縦性能という相反する性能を両立的に改善するた
めに、従来のコイルスプリングや板ばねに替えて、空気
ばねを装着した車両が増加している。
【０００３】空気ばねを装着した車両では、懸架装置ま
たは空気ばね内部に車高センサを装着し、その検出車高
値に従って車高を常に一定に保つ車高制御が行われてい
る。これにより、乗車人員や積み荷の多少の影響を受け
ず、常に車体姿勢を一定に保つ事ができ、乗り心地や操
縦性の両立的向上が可能になる。
【０００４】車高制御に用いられているセンサは、多く
は光エンコーダ式や磁気エンコーダ式センサを、車体と
懸架装置のばね下部材との間に取り付けたものが実用化
されている。また、一部に磁気式エンコーダを空気ばね
に内蔵したものがある。
【０００５】トラック、バス等の大型車両では、車高の
変化を機械リンクで検出し、空気ばねの空気を車高に応
じて給気・排気可能に構成した機械式のコントロールバ
ルブが、主に用いられている。
【０００６】実用化されている多くは、空気ばねに内蔵
できず外付けされている。このため、路面からはね上げ
られる石や、泥、水などからセンサを防護するため、堅
牢なケーシングを必要としている。また、車への取付
や、調整に多くの工数を必要としている。
【０００７】これらの問題を解決するために、空気ばね
に内蔵可能な、磁気式センサ、超音波式センサ、光反射
式センサなどが提案されている。
【０００８】しかし、磁気式センサは、空気ばねの構造
によっては、サスペンションのストロークが制限され、
超音波センサは、コストが高いといった問題がある。ま
た、多くの光反射式センサは、これらの問題が少ない反
面、光反射板が汚れ、光反射率が大きく変化した場合
に、測定結果が変化し精度が確保できないといった問題
を抱えている。
【０００９】この問題を解決するために、特開昭６４−
７９６８５号公報には、発光面積が異なる２種類の光源
をもち、それぞれから発光され、反射板で反射してきた
光を受光し、それを分離して比較することで、反射率の
変化の影響を取り除き被検出物までの距離を測定する方
法が開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術では面発光素子を使うことから、センサの受発光部の
寸法が大きくなり、取り付け可能な空気ばねが制限され
ること、コストが高いこと、その固有の特性から、サス
ペンションストロークに対応した距離では、精度よく測
定することが困難である等の問題がある。
【００１１】本発明は上記問題点を解決すべく成された
もので、汚れ等によって受光素子出力が影響されない低
コストの光反射式高さセンサ及びこの高さセンサを備え
た空気ばねを提供することを目的とする。
【００１２】
【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の発明は、被測定面から異る距離離れた位置
に配置されて交互に発光される一対の発光素子と、前記
発光素子から発光されて被測定面で反射された光を受光
すると共に受光量に応じた信号を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力された信号を対数変換する対数変
換回路と、前記対数変換回路出力の直流成分を除去する
フィルタと、前記フィルタ出力を整流する整流回路と、
を含んで構成したものである。
【００１３】請求項２の発明は、ばね上側部材及びばね
下側部材の一方に反射板が取付けられ、ばね上側部材及
びばね下側部材の他方に発光素子と該発光素子から発光
されて反射板で反射された光を受光すると共に受光量に
応じた信号を出力する受光素子とが取付けられた空気ば
ねにおいて、前記発光素子を前記反射板から異る距離離
れた位置に取付けられて交互に発光される一対の発光素
子で構成すると共に前記受光素子から出力された信号を
対数変換する対数変換回路と、前記対数変換回路出力の
直流成分を除去するフィルタと、前記フィルタ出力を整
流する整流回路とを設けたことを特徴とする。
【００１４】請求項３の発明は、被測定面から異る距離
離れた位置に配置されて交互に発光される一対の発光素
子と、前記発光素子から発光されて被測定面で反射され
た光を受光すると共に受光量に応じた信号を出力する受
光素子と、前記受光素子から出力された信号を対数変換
する対数変換回路と、前記一対の発光素子の発光に対応
して前記対数変換回路出力を各々ホールドする一対のホ
ールド回路と、前記ホールド回路にホールドされたホー
ルド値の差を演算する引算回路と、を含んで構成したも
のである。
【００１５】そして、請求項４の発明は、ばね上側部材
及びばね下側部材の一方に反射板が取付けられ、ばね上
側部材及びばね下側部材の他方に発光素子と該発光素子
から発光されて反射板で反射された光を受光すると共に
受光量に応じた信号を出力する受光素子とが取付けられ
た空気ばねにおいて、前記発光素子を前記反射板から異
る距離離れた位置に取付けられて交互に発光される一対
の発光素子で構成すると共に前記受光素子から出力され
た信号を対数変換する対数変換回路と、前記一対の発光
素子の発光に対応して前記対数変換回路を各々ホールド
する一対のホールド回路と、前記ホールド回路にホール
ドされたホールド値の差を演算する引算回路とを設けた
ことを特徴とする。
【００１６】
【作用】以下本発明の作用を説明する。図１に示すよう
に、本発明の高さセンサは、第１の発光素子１０及び第
２の発光素子１２から成る一対の発光素子を備えてい
る。第１の発光素子１０及び第２の発光素子１２は被測
定面１４から異る距離離れた位置に配置されており、各
々交互に発光される。第１の発光素子１０の被測定面１
４からの高さをＸ、第１の発光素子１０と第２の発光素
子１２との間隔をＸ 0 、第１の発光素子１０の光度をＣ
１，第２の発光素子１２の光度をＣ２、被測定面１４の
反射率をＲとすると、第１の発光素子１０を発光させた
ときの受光素子１６の出力Ｅ１は（１）式のようにな
る。また、第２の発光素子１２を発光させたときの受光
素子１６出力Ｅ２は（２）式に示すようになる。
【００１７】
【数１】
【００１８】
【数２】 ここで、出力Ｅ１と出力Ｅ２との比をとると（３）式に
示すようになり、出力の比Ｅ１／Ｅ２は被測定面１４の
反射率Ｒの影響を受けなくなる。
【００１９】
【数３】 したがって、被測定面１４の反射率Ｒが汚れによって変
化し、出力Ｅ１、Ｅ２が図２に示すように低下した場合
であっても、出力の比Ｅ１／Ｅ２を用いることによって
被測定面１４の汚れによる影響を防止することができ
る。そこで本発明では、対数変換回路、フィルタ及び整
流回路を備えた信号処理回路１８を設け、第１の発光素
子１０、第２の発光素子１２を交互に発光させ、被測定
面１４で反射された光を受光すると共に受光量に応じた
信号を出力する受光素子１６から出力される信号を対数
変換回路によって対数変換する。対数変換回路出力は、
フィルタによって直流成分、すなわち発光素子の発光周
波数未満の信号成分が除去される。残った交流成分のピ
ークからピークまでの値は、第１の発光素子１０を発光
させたときに受光素子１６から出力された信号の対数変
換値から第２の発光素子１２を発光させたときに受光素
子１６から出力された信号の対数変換値を減算した値、
即ち第１の発光素子１０を発光させたときに受光素子１
６から出力される信号と第２の発光素子１２を発光させ
たときに受光素子１６から出力される信号との比に対応
する。したがって、このフィルタ出力を整流することに
よって第１の発光素子１０から被測定面１４までの高さ
ｘに対応する信号を得ることができる。
【００２０】請求項１の発明によれば、汚れに影響され
ることなく高さを検出することができると共に、発光素
子・受光素子の構成および信号処理回路の構成を簡単に
することができるため、小型で低コストなセンサが実現
できる。
【００２１】請求項２の空気ばねには、請求項１の高さ
センサが設けられている。すなわち、空気ばねのばね上
側部材及びばね下側部材の一方には反射板が取り付けら
れ、ばね上側部材及びばね下側部材の他方には発光素子
とこの発光素子から発光されて反射板で反射された光を
受光すると共に受光量に応じた信号を出力する受光素子
とが取付けられている。この発光素子は、請求項１で説
明したように、反射板から異る距離離れた位置に取り付
けられて交互に発光される一対の発光素子で構成されて
いる。受光素子から出力された信号は対数変換回路によ
って対数変換され、フィルタによって直流成分が除去さ
れた後整流回路によって整流される。したがって、請求
項２の発明によれば、汚れに影響されない低コストの高
さセンサを備えた空気ばねを提供することができる。
【００２２】請求項３の発明は、請求項１の発明のフィ
ルタ及び整流回路に代えて、一対の発光素子の発光に対
応して対数変換回路出力を各々ホールドする一対のホー
ルド回路と、ホールド回路にホールドされたホールド値
の差を演算する引算回路とを設けたものである。この発
明によれば、請求項１の発明と同様にホールド回路と引
算回路とによって受光素子出力を対数変換した対値の差
が求められ、これによって汚れに影響されることなく高
さを検出することができると共に、発光素子・受光素子
の構成および信号処理回路の構成を簡単にすることがで
きるため、小型で低コストなセンサが実現できる。
【００２３】請求項４の発明は請求項３の高さセンサを
空気ばねに設けたものである。この発明によれば、請求
項２の発明と同様に反射板等の汚れによって影響されな
い高さセンサを備えた低コストの空気ばねを提供するこ
とができる。
【００２４】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を詳細に
説明する。本実施例は本発明の高さセンサを車高センサ
として用い、この車高センサを空気ばねに内蔵させたも
のである。
【００２５】図３に示すように、車体２０と振動受け側
の板ばね２１との間には空気ばね２４が設けられてい
る。この空気ばね２４の近傍にはショックアブソーバ２
２が設けられている。空気ばね２４には車高センサ３４
が内蔵されており、この車高センサ３４は車高を制御す
る制御回路３８に接続されている。
【００２６】図４に示すように、空気ばね２４は、略円
筒状のゴムスリーブ２８を備えている。ゴムスリーブ２
８の一端部は、ばね上側部材であるエンドキャップ２６
の周囲にかしめられている。ゴムスリーブ２８の他端側
には、ゴムスリーブ２８内に進入可能なピストン３０が
設けられており、ゴムスリーブ２８の他端部はばね下側
部材である押え金具３２によってピストン３０に取り付
けられている。これによって、ゴムスリーブ２８内に密
閉された空間が形成されている。またエンドキャップ２
６にはゴムスリーブ２８内の空気圧を調節するための導
管２５がエンドキャップ２６を貫通して設けられてい
る。エンドキャップ２６の裏面には車高センサ３４が取
り付けられている。この車高センサ３４は、ケース内に
収納された第１の発光素子、第２の発光素子、受光素
子、発光コントロール回路及び受光信号処理回路で構成
されている。また、押え金具３２の車高センサ３４と対
向する位置には反射板３６が取り付けられている。この
空気ばねによれば、車高センサ３４で検出された車高に
基づいて空気ばね内の空気圧を調節することにより車高
やばね定数を調節することができる。なお、車高センサ
３４と反射板３６の取付位置を逆にしてもよい。
【００２７】図５に示すように、第１の発光素子１０、
第２の発光素子１２の各々にはドライブ回路４０、ドラ
イブ回路４２が接続されている。ドライブ回路４０、ド
ライブ回路４２にはセンサが要求される測定周期から計
算された時分割駆動周波数で発振する発振器４４が接続
されている。このため、第１の発光素子１０、第２の発
光素子１２は発振器４４によってドライブ回路４０、ド
ライブ回路４２を介して時分割駆動周波数で交互に発光
される。このドライブ回路４０、４２及び発振器４４は
発光コントロール回路を構成する。
【００２８】受光素子１６は、対数変換器４６、発振器
４４の時分割駆動周波数未満のカットオフ周波数を有す
るハイパスフィルタ４８を介して全波整流回路５０に接
続されている。対数変換器４６、ハイパスフィルタ４８
及び全波整流回路５０は受光信号処理回路を構成する。
【００２９】以下本実施例の動作を説明する。発振器４
４は、ドライブ回路４０、ドライブ回路４２を介して第
１の発光素子１０、第２の発光素子１２を交互に発光さ
せる。第１の発光素子１０、第２の発光素子１２から発
光された光は反射板３６で反射されて受光素子１６に受
光される。受光素子１６は受光量に応じたレベルの信号
を出力し、この信号は対数変換器４６によって対数変換
される。図６の曲線Ａは対数変換器４６の出力波形を示
すものである。対数変換器４６出力はハイパスフィルタ
４８によって発振器４４の時分割駆動周波数未満の成
分、すなわち直流成分が除去され、図６の曲線Ｂに示す
ように交流成分のみになる。この交流成分のピークから
ピークまでの値（振幅の２倍）は、第１の発光素子１０
出力と第２の発光素子１２出力との比Ｅ１／Ｅ２の対数
になる。全波整流回路５０は、ハイパスフィルタ４８出
力を全波整流し、直流に変換する。したがって、この全
波整流回路５０出力は車高センサ３４から反射板３６ま
での高さ、即ち車高を表すことになる。
【００３０】本実施例によれば、発光コントロール回路
及び受光信号処理回路をアナログ回路によりシンプルに
構成したことにより、センサと一体に組み込むことが可
能となる。このため、メンテナンス性が向上し、小スペ
ース化を図ることができ、取り付け行程の削減を行うこ
とができる。なお、受光信号処理回路は、制御回路３８
内に設けてもよい。
【００３１】次に第１実施例の変形例を図７を参照して
説明する。この変形例は、全波整流回路５０に代えて半
波整流回路５２及びローパスフィルタ５４を設けたもの
である。この変形例によれば、ハイパスフィルタ４８出
力は半波整流回路５２によって半波整流され、ローパス
フィルタ５４によって平滑化され第１実施例と同様の車
高信号が得られる。
【００３２】次に図８を参照して本発明の第２実施例を
説明する。本実施例は第１実施例のハイパスフィルタ４
８、全波整流回路５０に代えてサンプルホールド回路と
引算回路とを用いたものである。対数変換器４６は第１
のサンプルホールド回路５８、第２のサンプルホールド
回路６０に接続されている。第１のサンプルホールド回
路５８、第２のサンプルホールド回路６０は引算回路６
２に接続されている。また発振器４４は第１の発光素子
１０、第２の発光素子１２を交互に発光させるのに同期
して第１のサンプルホールド回路５８、第２のサンプル
ホールド回路６０で信号がホールドされるように制御す
る。
【００３３】以下本実施例の作用を説明する。発振器４
４は、第１の発光素子１０、第２の発光素子１２を交互
に発光させるのに同期して第１のサンプルホールド回路
５８、第２のサンプルホールド回路６０に第１の発光素
子１０を発光したときに対数変換器４６から出力される
信号、第２の発光素子１２を発光させたときに対数変換
器４６から出力される信号が各々ホールドされるように
制御する。第１のサンプルホールド回路５８、第２のサ
ンプルホールド回路６０出力は図９のＣ、Ｂに示すよう
になる。引算回路６２は第１のサンプルホールド回路５
８出力と第２のサンプルホールド回路６０出力との差を
演算し、図９に示す信号Ｅを出力する。この信号Ｅは第
１実施例と同様に車高を表している。
【００３４】上記では本発明の高さセンサを車高センサ
として用いた例について説明したが、本発明の高さセン
サは、車両用バックセンサ、レベルセンサ、工作機械の
位置センサ等として利用することもできる。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように請求項１、請求項３
の発明によれば、反射面等の汚れに影響されることなく
低コストで高さを検出することができる高さセンサを提
供することができる。
【００３６】また請求項２、４の発明によれば、反射面
等の汚れに影響されない低コストの高さセンサを備えた
空気ばねを提供することができる。この空気ばねを車両
用に使用することで、センサが外部からの石はね、泥、
水などから防護されるため故障の少ない信頼性の高い空
気ばねシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明するための概略図である。
【図２】発光素子出力と高さとの関係を示す線図であ
る。
【図３】空気ばねを車両に取り付けた状態を示す概略図
である。
【図４】空気ばねの断面図である。
【図５】第１実施例の高さセンサのブロック図である。
【図６】図５の各部の波形を示す線図である。
【図７】第１実施例の変形例を示すブロック図である。
【図８】第２実施例を示すブロック図である。
【図９】図８の各部の波形を示す線図である。
【符号の説明】
２０ 車体 ３４ 車高センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−145218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−79685（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−156636（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−25311（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60G 17/00 B60G 17/015 F16F 9/32

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被測定面から異る距離離れた位置に配置
    されて交互に発光される一対の発光素子と、 前記発光素子から発光されて被測定面で反射された光を
    受光すると共に受光量に応じた信号を出力する受光素子
    と、 前記受光素子から出力された信号を対数変換する対数変
    換回路と、 前記対数変換回路出力の直流成分を除去するフィルタ
    と、 前記フィルタ出力を整流する整流回路と、 を含む高さセンサ。
  2. 【請求項２】 ばね上側部材及びばね下側部材の一方に
    反射板が取付けられ、ばね上側部材及びばね下側部材の
    他方に発光素子と該発光素子から発光されて反射板で反
    射された光を受光すると共に受光量に応じた信号を出力
    する受光素子とが取付けられた空気ばねにおいて、前記
    発光素子を前記反射板から異る距離離れた位置に取付け
    られて交互に発光される一対の発光素子で構成すると共
    に、前記受光素子から出力された信号を対数変換する対
    数変換回路と、前記対数変換回路出力の直流成分を除去
    するフィルタと、前記フィルタ出力を整流する整流回路
    とを設けたことを特徴とする空気ばね。
  3. 【請求項３】 被測定面から異る距離離れた位置に配置
    されて交互に発光される一対の発光素子と、 前記発光素子から発光されて被測定面で反射された光を
    受光すると共に受光量に応じた信号を出力する受光素子
    と、 前記受光素子から出力された信号を対数変換する対数変
    換回路と、 前記一対の発光素子の発光に対応して前記対数変換回路
    出力を各々ホールドする一対のホールド回路と、 前記ホールド回路にホールドされたホールド値の差を演
    算する引算回路と、 を含む高さセンサ。
  4. 【請求項４】 ばね上側部材及びばね下側部材の一方に
    反射板が取付けられ、ばね上側部材及びばね下側部材の
    他方に発光素子と該発光素子から発光されて反射板で反
    射された光を受光すると共に受光量に応じた信号を出力
    する受光素子とが取付けられた空気ばねにおいて、前記
    発光素子を前記反射板から異る距離離れた位置に取付け
    られて交互に発光される一対の発光素子で構成すると共
    に、前記受光素子から出力された信号を対数変換する対
    数変換回路と、前記一対の発光素子の発光に対応して前
    記対数変換回路出力を各々ホールドする一対のホールド
    回路と、前記ホールド回路にホールドされたホールド値
    の差を演算する引算回路とを設けたことを特徴とする空
    気ばね。
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