JP5272626B2 - ストロークセンサ - Google Patents

Description

本発明は、自動車のサスペンションストロークを検出するストロークセンサに関するものである。

従来より、車両の姿勢に基づいてヘッドライトの光軸を自動調整するようにしたオートレベリングシステムが知られている。このようなオートレベリングシステムでは車両のフロントサスペンション装置やリヤサスペンション装置にサスペンションのストローク量を検出するストロークセンサ（或いはハイトセンサともいう）を設け、このストロークセンサで得られる情報に基づいて車両姿勢を判定し、光軸の傾きを制御している。

ここで、図４を用いて従来のストロークセンサについて説明する。なお、図４はリジッド式リヤサスペンション装置に対するストロークセンサの取り付け例を説明する図であって、リヤサスペンション装置の左輪側を後方から見た模式的な斜視図である。
図中において符号１００はリヤサスペンション装置、１０１は車体側のボディ部材としてのクロスメンバ、１０２はクロスメンバ１０１に揺動自在に取り付けられるラテラルロッドを示している。

ラテラルロッド１０２は、図示するように左右方向（車幅方向）に延在し、右端（図示省略）がリヤアクスルアッセンブリ１０３に揺動自在に取り付けられている。また、このリヤアクスルアッセンブリ１０３には左右それぞれにロワアーム１０４が取り付けられ、このロワアーム１０４の先端がゴムブッシュ等を介して車体に揺動自在に取り付けられている。

ところで、リヤサスペンション１００が作動してホイールストロークが生じると、ラテラルロッド１０２とクロスメンバ１０１との角度が変化する。したがって、この角度を検出することでサスペンション１００のストロークを知ることができる。
そこで、この角度を検出するストロークセンサ（ハイトセンサ）１１０が設けられている。ここで、上述したクロスメンバ１０１は、ラテラルロッド１０２の取り付け部１０５から真っ直ぐ上方に伸びる第１メンバ１０６と取り付け部１０５から右斜め上方に延びる第２メンバ１０７とから構成されており、この第２メンバ１０７とラテラルロッド１０２との間に、リヤサスペンション１００のストローク量を検出するストロークセンサ（ハイトセンサ）１１０が取り付けられている。

上述したようにストロークセンサ１００は、具体的にはラテラルロッド１０２とクロスメンバ１０１とがなす角度を検出するものであって、検出された角度情報はストロークセンサ１１０に接続されたＥＣＵ（図示省略）に入力されるようになっている。そして、ＥＣＵでは、入力された角度情報からサスペンションストロークを求めるようになっている。

以下、ストロークセンサ１１０の構成について説明すると、ストロークセンサ１１０は、車体側ブラケット１１１，センサ側ブラケット１１２，センサ本体１１３，アーム側ブラケット１１４，レバー１１５，アーム１１６，ボルト１１７及びナット１１８から構成されている。ここで、センサ本体１１３はセンサ側ブラケット１１４に固定されており、このブラケット１１４がクロスメンバ１０１に溶着された車体側ブラケット１１１にボルト１１７により固定される。

また、センサ本体１１３の中心軸１１３ａにはレバー１１５の一端部が固定されるとともに、上記レバーの１１５の他端部にはアーム１１６の一端部が相対回転可能に取り付けられている。また、上記アーム１１６の他端部にはボールジョイント１１９が揺動可能に形成されており、このボールジョイント１１９がアーム側ブラケット１１４にナット１１８により取り付けられる。なお、アーム側ブラケット１１４はラテラルロッド１０２に溶着されている。

このような構成により、リヤサスペンション１００がストロークしてラテラルロッド１０２が変位すると、レバー１１５及びアーム１１６からなるリンク機構によりこの変位に応じてセンサ本体１１３の回転軸１１３ａが回転して、センサ本体１１３でその位相に応じた電圧が出力される。そして、この電圧を図示しないＥＣＵで読み取り、ストローク量が検出される。

なお、このようなストロークセンサは、ヘッドライトのオートレベリングシステムではフロントサスペンション側に１個、リヤサスペンション側に１個の計２個設けられるのが一般的である。また、前後左右輪の各ショックアブソーバに対する姿勢制御に用いる場合には４輪に対応して４個設けられるのが一般的である。
また、このようなストロークセンサ以外にも、例えば下記特許文献１にはショックアブソーバ内蔵型のストロークセンサに関する技術が開示されている。
特開平０７−０４０７２６号公報

しかしながら、従来の技術では、ストロークセンサ１１０を設けるために、車体側ブラケット１１１，センサ側ブラケット１１２，センサ本体１１３，アーム側ブラケット１１４，レバー１１５，アーム１１６，ボルト１１７及びナット１１８が必要となり、構成部品も多く組み付けコストが高いという課題がある。また、同じ型式の車両であっても、グレードによってオートレベリングシステム有りの仕様の車両と、無しの仕様の車両が混在する場合がある。このような場合であっても部品統合や部品管理の面から車体側ブラケット１１１やアーム側ブラケット１１４はオートレベリングシステム無しの車両にも取り付けられており、いわゆる付け捨てとなる場合がある。このため、オートレベリングシステム無しの車両に対してはコスト増や重量増を招くことになるという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成として部品点数を低減するとともに、ストロークセンサが不要な車両に対して不要な部品の付け捨てを回避できるようにした、ストロークセンサを提供することを目的とする。

このため、本発明のストロークセンサは、コイルスプリングを有する自動車用サスペンション装置のストローク量を検出するストロークセンサであって、該コイルスプリングの反発力を受けるスプリングシートの撓み量に基づいて該ストローク量を検出し、該スプリングシートに対して固定される薄板状の基材が設けられ、該基材に歪を検出する歪検出部材が固定されていて、該スプリングシートは、コイルスプリングの上方に配設されるアッパスプリングシートであり、該サスペンション装置は、該コイルスプリングの内側にストラットが配設されるとともに、転舵にともないストラットが回転する前輪側のストラット式サスペンション装置であって、該ストラットの上端部には該車体と該ストラット軸の回転を許容するためのベアリングが配設され、該基材は、該ベアリングと該アッパスプリングシートとの間に狭持され、該アッパスプリングシートと平行な第１の面と、該ベアリングと該アッパスプリングシートとの間に狭持される第２の面と、該第１の面と該第２の面とを滑らかに接続する第３の面とを備え、該第１の面は、該アッパスプリングシートに固定され、該第３の面に該歪検出部材が固定されることを特徴としている。

本発明のストロークセンサによれば、スプリングシートの撓み量に基づいてストローク量を検出するので、センサを取り付けるためのブラケット類やボルトナットが必要なくなり、部品点数を低減することができる。また、部品点数を低減することにより、部品管理のコストを低減することができる。
また、スプリングシートに対して薄板状の基材を固定し、この基材に歪検出部材を固定することにより、ストロークセンサが不要な車両に対して部品の付け捨てをなくすことができ、コスト低減を図ることができる。

また、アッパスプリングシートに適用することにより組み付け性を確保することができる。また、歪検出部材を固定する基材を、ベアリングとアッパスプリングシートとの間に狭持することにより、やはり組み付け性を確保することができる。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係るストロークセンサについて説明すると、図１はその要部構成を示す模式的断面図であって図３のＡ部を拡大して示す図、図２は図１のＢ部を拡大して示す図、図３は本発明が適用されるサスペンションの全体構成を示す模式的断面図である。
さて、本実施形態に係るストロークセンサは、例えば図３に示すようなストラット式サスペンションに適用される。なお、本発明はコイルスプリングの反力を受けるスプリングシートを有するサスペンションであればダブルウィッシュボーン式やマルチリンク式等の種々のサスペンション形式に適用可能であって、ストラット式サスペンションに限定されるものではない。

図３に示すように、ストラット式サスペンション装置では、車輪（ホイール）１にベアリングを介してナックル２が連結されており、このナックル２がロワリンク３やストラット４を介して車体７に連結支持されている。
ここで、ナックル２はロワアーム２Ａとアッパアーム２Ｂとを有し、ロワリンク３は、ナックル２のロワアーム２Ａと車体７とを連結している。また、ストラット４は、緩衝装置としてのショックアブソーバ５をそなえ、このショックアブソーバ５のピストンロッド５ｂの先端がボディ７に取り付けられ、ショックアブソーバ５のシリンダ（外筒）５ａの下端部分がナックル２のアッパアーム２Ｂに連結されている。

また、ショックアブソーバ５のシリンダチューブ５ａの外周にはロワスプリングシート１１が固着されるとともに、ショックアブソーバ５の上端部にはアッパスプリングシート８が配設されており、これらのスプリングシート８，１１の間にコイルスプリング６が装備されている。
一方、図１に示すように、ピストンロッド５ｂの上端外周にはインナプレート１２が固設され、また、このインナプレート１２はその周囲がストラットインシュレータ１０で覆われている。また、このストラットインシュレータ１０の外周には、ロワブラケット１６及びアッパブラケット１７で形成されるストラット取り付けブラケット１３が設けられており、ストラットインシュレータ１０は、これらロワブラケット１６及びアッパブラケット１７に加硫接着等により固着されている。

ストラット取り付けブラケット１３にはスタッドボルト１３ａが溶着されており、このボルト１３ａとナット１３ｂとを用いてブラケット１３が車体７に取り付けられるようになっている。
また、ロワブラケット１６の下方には、ベアリング（滑り軸受）９を介してアッパスプリングシート８が配設されている。なお、本実施形態ではベアリング９として、樹脂で形成された樹脂ベアリングが適用されている。この樹脂ベアリング９は、図２に示すように、アッパシート９ａと、ロワシート９ｂと、これらアッパシート９ａとロワシート９ｂとの間に設けられた摺動部材９ｃとを備えており、アッパシート９ａがロワブラケット１６に当接するようになっている。

また、コイルスプリング６の上端はアッパスプリングシート８にラバーシート１４を介して接しており、また、図示はしないがコイルスプリング６の下端はやはりラバーシートを介してロワスプリングシート１１に接している。これにより、コイルスプリング６の反力は、上下のスプリングシート８，１１に入力されるようになっている。
なお、図１中符号１５は、ピストンロッド５ｂの上端部に設けられてショックアブソーバ５の収縮を弾性的に規制するバンプラバーである。

次に、本発明の要部構成について説明すると、図１に示すように、樹脂ベアリング９のロワシート９ｂとアッパスプリングシート８との間にはプレート（基材）２１が介装されている。ここで、このプレート２１は薄い板金で形成された皿状の部材であって、アッパスプリングシート８と平行な第１の面２１ａと、樹脂ベアリング９のロワシート９ｂとアッパスプリングシート８との間に狭持される第２の面２１ｂと、第１の面２１ａと第２の面２１ｂとを滑らかに接続する第３の面２１ｃとを備えており、第１の面２１ａはアッパスプリングシート８に対して、例えばボルト等により固定されている。なお、第２の面２１ｂとアッパスプリングシート８との間は特に固定されていないが、この部位を固着しても良い。

そして、このプレート２１のうち、第３の面２１ｃには、歪素子（歪検出部材）２２が固着されている。なお、本実施形態においては、サスペンションの左右両輪側にそれぞれ歪素子２２が設けられている。ここで、歪素子２２は歪が生じると歪の大きさに応じて出力電圧が変化する素子であって、この歪素子２２からの情報に基づいてストローク量が検出されるようになっている。

すなわち、図１に示すように、アッパスプリングシート８は、サスペンションがストロークしたときにスプリング反力を受けて微少に撓むことになる（Ｃ部参照）が、このときの撓み量は、アッパスプリングシート８がコイルスプリング６から受ける力Ｆに比例している。また、アッパスプリングシート８がコイルスプリング６から受ける力Ｆは、バネの縮んだ長さＸ、バネ定数ｋを用いるとフックの法則より下式で表せる。

Ｆ＝ｋＸ
また、バネの縮んだ長さＸ≒サスペンションストローク量である。したがって、アッパスプリングシート８の撓み量がわかれば、コイルスプリング６から受ける力Fがわかり、さらにバネ定数ｋで除算することでストローク量を検出することができる。
また、この歪素子２２には図示しないＥＣＵが接続されており、このＥＣＵによりストローク量が判定又は検出されるようになっている。なお、ＥＣＵでは、上述のようにバネ定数からストローク量を算出しても良いが、本実施形態では、プレート２１に固着された歪素子２２で得られる歪（電圧）と、実際のサスペンションのストロークとの関係を実験等により予め求めておき、ＥＣＵにこの結果がマップ化されて記憶されている。そして、ＥＣＵでは実際に歪素子２２で得られた電圧値に対して上記のマップを参照して、サスペンションストロークを判定するようにしている。

さて、歪素子２２をプレート２１に固着せずに、この歪素子２２をアッパスプリングシート８の撓みが生じる部位に直接貼着することも考えられるが、本実施形態では、車両の仕様（グレード）によりストロークセンサの有無が生じることを考慮してあえて別体のプレート２１を設け、このプレート２１に歪素子２２を貼着してサブアッセンブリ化している。

つまり、直接アッパスプリングシート８に歪素子２２を設けると、ストロークセンサを不要とする車種が存在する場合には、歪素子２２付きのアッパスプリングシートと、無しのアッパスプリングシートとを２種類用意しなければならず部品点数が増大してしまう。
そこで、本実施形態では、アッパスプリングシート８に対応した形状のプレート２１を設け、アッパスプリングシート８に重合する面２１ａをアッパスプリングシート８に固定することにより、アッパスプリングシート８が撓みに応じてプレート２１を撓ませて、この撓み（歪み）からストローク量を検出するようにしているのである。

ところで、コイルスプリング６の圧縮時に生じる撓みは、具体的にはアッパスプリングシート８を上方に向けて曲げ変形させるような力であり、特に図１に破線で示すＣ部のような段部において顕著に撓みが発生する。つまり、この段部が撓み（歪）を最も高い精度で検出できる部位である。そこで、本実施形態では、この段部に対応する位置である第３の面２１ｃに歪素子２２を貼着しているのである。

なお、図１では歪素子２２は略１８０°位相のずれた位置に２つ設けられているが、歪素子は１個だけでも良いし、３個以上設けても良い。
本発明の一実施形態に係るストロークセンサは上述のように構成されているので、ストロークセンサが不要の車両には、上記プレート２１と歪素子２２とからなるサブアッセンブリを用いずにサスペンションを組み、ストロークセンサが必要な車両にのみ上記サブアッセンブリを樹脂ベアリングとアッパスプリングシート８との間に挟んでサスペンションが組み込まれる。したがって、ストロークセンサの有無で部品管理が煩雑なるのを回避することができるとともに、従来のようにいわゆる付け捨てとなるような部品も生じない。

また、従来のストロークセンサで用いていたブラケット類やボルト，ナット類を不要とすることができ部品点数及び組み付け工数を大幅に低減できる。また、本実施形態に係るストロークセンサは、左右輪及び前後輪で共用化が可能であり、さらには、コイルスプリングからの反力を受けるスプリングシートを有する車両に対して全車共用可能である。したがって、従来のように車種ごとにレイアウト検討したり部品設計したりする必要がなくなるので、このような観点からも大幅にコスト低減を図ることができる。

また、アッパ及びロワのスプリングシート８，１１のうち、本実施形態ではアッパスプリングシート８に適用しているが、このようにアッパスプリングシート８に適用することにより、プレート２１をアッパスプリングシート８とベアリング９との間に狭持することができるので、サスペンション装置の組み付け性に与える影響もほとんどないという利点がある。また、従来の技術と比較した場合には、プレート２１と歪素子２２とを一体化したサブアッセンブリを加えるだけなので、組み付け性が大幅に向上する。

また、ストロークセンサを小型化できるのでレイアウト効率を高めることができる。このため、車両の設計段階でのレイアウト検討等を不要とすることができるという利点もある。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上述以外にも種々の変形が可能である。

例えば、本実施形態の変形例として、樹脂ベアリング９のロワシート９ｂとプレート２１を一体化しても良い。この場合プレート２１はロワシート９ｂと同様に樹脂製となるが、スプリングシート８の撓み量は僅かであるので、樹脂製のプレート２１であっても十分な耐久性を確保することができる。また、このように構成した場合は、ストロークセンサの有無によって樹脂ベアリングの部品が異なるため、部品点数の低減を図ることはできないが、重量をさらに低減することができる。

また、このような変形例以外にも種々変更が可能である。例えば、本実施形態ではアッパスプリングシート８に歪素子を設けた場合について説明したが、同様にロワスプリングシート１１に歪素子２２を設け、ロワスプリングシート１１の撓みからサスペンションストロークを検出するようにしてもよい。また、上述ではフロントサスペンションに本発明を適用した場合について説明したが、本発明をリヤサスペンションに適用してもよい。歪検出部材としては歪素子以外にも歪ゲージを適用しても良い。

また、ベアリングを金属で形成しても良いし、また、上述の変形例のように金属製ベアリングの場合にも、ロワシートとプレートとを一体化しても良い。また、グレードを問わず全車両にストロークセンサが搭載されるような車両であれば、プレート２１を設けることなくアッパシート８に直接歪素子２２を貼着してもよい。
さらには、ストロークセンサをどのような制御に用いるかについては何ら限定されず、ヘッドライトの光軸を自動調整するようにしたオートレベリングシステムに適用しても良いし、車両の姿勢をアクティブに制御するようなシステムに適用しても良い。

また、本発明をリヤサスペンション装置に適用する場合や、フロントサスペンション装置であってもダブルウィッシュボーンやマルチリンク式サスペンションのように、転舵してもストラット（ショックアブソーバ）が回転しないサスペンション装置に適用する場合にはベアリング（樹脂ベアリング）は省略可能である。

本発明の一実施形態に係るストロークセンサの要部構成を示す模式的断面図であって、図３のＡ部を拡大して示す図である。 本発明の一実施形態に係るストロークセンサの要部構成を示す模式的断面図であって、図１のＢ部を拡大して示す図である。 本発明の一実施形態に係るストロークセンサが適用されるサスペンションの全体構成を示す模式的断面図である。 従来技術の一例について説明する図である。

符号の説明

３ ストラット
６ コイルスプリング
７ 車体
８ アッパスプリングシート（スプリングシート）
９ 樹脂ベアリング（ベアリング）
１１ ロアスプリングシート（スプリングシート）
２１ プレート（基材）
２２ 歪素子（歪検出部材）

Claims (1)

1. コイルスプリングを有する自動車用サスペンション装置のストローク量を検出するストロークセンサであって、
   該コイルスプリングの反発力を受けるスプリングシートの撓み量に基づいて該ストローク量を検出し、
   該スプリングシートに対して固定される薄板状の基材が設けられ、該基材に歪を検出する歪検出部材が固定されていて、
   該スプリングシートは、コイルスプリングの上方に配設されるアッパスプリングシートであり、
   該サスペンション装置は、該コイルスプリングの内側にストラットが配設されるとともに、転舵にともないストラットが回転する前輪側のストラット式サスペンション装置であって、
   該ストラットの上端部には該車体と該ストラット軸の回転を許容するためのベアリングが配設され、
   該基材は、該ベアリングと該アッパスプリングシートとの間に狭持され、該アッパスプリングシートと平行な第１の面と、該ベアリングと該アッパスプリングシートとの間に狭持される第２の面と、該第１の面と該第２の面とを滑らかに接続する第３の面とを備え、
   該第１の面は、該アッパスプリングシートに固定され、
   該第３の面に該歪検出部材が固定される
   ことを特徴とする、ストロークセンサ。

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