JPWO2016129649A1 - 模擬コイルばね装置と、その制御方法 - Google Patents

Abstract

模擬コイルばね装置(20)は、下側ばね座(10A)に配置される第１のアタッチメント部材(21)と、上側ばね座(15A)に配置される第２のアタッチメント部材(22)と、スチュワートプラットフォーム形パラレル機構からなるアクチュエータユニット(30)と、液圧供給装置(37)と、ねじれ検出機構(40A)と、制御部(70)とを備えている。ねじれ検出機構(40A)は、例えばＬＶＤＴ（linear variable differential transformer)等の変位計(401−406)によって構成される。変位計(401−406)は、それぞれ前記各液圧シリンダ(311−316)に設けられ、前記各液圧シリンダ(311−316)の基準長さからの変位量を検出する。検出された変位量に基いて、制御部(70)は、第１のアタッチメント部材(21)と第２のアタッチメント部材(22)との間の相対的なねじれ角度を算出する。

Description

この発明は、例えば懸架用コイルばね等のコイルばねに相当する反力を生じることができる模擬コイルばね装置と、その制御方法に関する。

車両用懸架装置の一例として、マクファーソンストラットタイプの懸架装置が知られている。マクファーソンストラットタイプの懸架装置は、コイルばねと、該コイルばねの内側に配置されたストラット（ショックアブソーバ）とを有している。前記コイルばねの上方から加わる荷重によってコイルばねが圧縮され、荷重の大きさに応じて前記コイルばねが伸縮するとともに、前記ストラットも伸縮する。

マクファーソンストラットタイプの懸架装置において、ストラットの摺動抵抗を小さくするために、コイルばねの反力線位置をコイルばねの中心からオフセットさせることが知られている。例えば前記ストラットの摩擦が最小となる位置にコイルばねの反力線位置が設定される。このためコイルばねの反力線位置とストラットの摺動抵抗との関係を知る必要がある。しかし反力線位置が異なる多くの種類のコイルばねを試作するには、多大な時間と経費が必要である。そこでコイルばねを用いる代りに、模擬コイルばね装置を用いることが提案された。

例えば米国特許第７，６０６，６９０号（特許文献１）に開示されている模擬コイルばね装置が知られている。また２０１３年１１月１日に日本国ばね学会（名古屋）で発表された予稿集第２１頁−第２４頁「ユニバーサルスプリングによるコイルばね反力線が車両特性へ及ぼす影響調査」（非特許文献１）、あるいは２０１４年４月８日に米国（デトロイト）で発表されたＳＡＥ２０１４「Experimental Study on the Effect of Coil Spring Reaction Force Vector on Suspension Characteristics（非特許文献２）に、改良された模擬コイルばね装置が開示されている。これらの模擬コイルばね装置は、６つの液圧シリンダを有するスチュワートプラットフォーム形パラレル機構を有している。各液圧シリンダを液圧によって動作させることにより、コイルばねに相当する反力を生じさせることができる。

マクファーソンストラットタイプの懸架装置において、下側のばね座と上側のばね座との間でコイルばねが圧縮されると、圧縮量の大きさに応じて、下側の座巻部と上側の座巻部との間で、ねじれ（回転方向の相対位置変化）が生じることが知られている。前記上側のばね座と車体側のマウント部との間にはアッパーベアリングが配置されているが、アッパーベアリングは、ある程度の摩擦（回転抵抗）を有している。よって、コイルばねが圧縮されると、前記アッパーベアリングの摩擦によって、下側の座巻部と上側の座巻部との間に、回転方向のモーメントが生じる。このモーメントが、キングピンモーメント（キングピン軸まわりのモーメント）を発生させる。キングピンモーメントは、車両の操向性能に悪影響を与える要因となる。キングピンモーメントは、キングピン軸とストラット軸との幾何学的な位置関係に応じて変化する。またキングピンモーメントは、反力線位置に左右されることもある。

本発明者達が考えた模擬コイルばね装置は、液圧によって駆動されるアクチュエータユニット（例えばスチュワートプラットフォーム形パラレル機構）を備えている。この模擬コイルばね装置にセットされるストラットは、第１のストラット要素（例えば外筒）と、第２のストラット要素（例えばロッド）を有している。模擬コイルばね装置の上端は、実際の車体のマウント部と同様に、ベース部材によって支持されている。ベース部材と上側のばね座との間にはベアリングが配置されている。

キングピンモーメントを計測する際には、例えばプッシュ・プル試験機によって、前記第１のストラット要素に、キングピン軸まわりのトルクを与えている。このトルクは、前記アクチュエータユニットを介して、上側ばね座に伝達される。このため前記ベアリングの摩擦がゼロであれば、上側ばね座は下側ばね座と同じ量だけ回転する。しかし実際には、前記ベアリングに摩擦が存在するため、前記上側ばね座の回転が抵抗を受ける。これにより、前記アクチュエータユニットがねじれてしまい、反力線位置も変化してしまうため、キングピンモーメントを精度良く測定することができないという問題が生じた。

従ってこの発明は、キングピンモーメントを正確に測定することが可能な模擬コイルばね装置と、その制御方法を提供することにある。

本発明の１つの実施形態は、下側ばね座と上側ばね座とを有するストラットに設ける模擬コイルばね装置であって、前記下側ばね座に配置される第１のアタッチメント部材と、前記上側ばね座に配置される第２のアタッチメント部材と、前記第１のアタッチメント部材と前記第２のアタッチメント部材との間に配置され伸縮動作するアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットを制御する制御部と、ねじれ検出機構とを具備している。前記ねじれ検出機構は、前記第１のアタッチメント部材と前記第２のアタッチメント部材との間に生じるねじれ角度を検出する。

前記アクチュエータユニットの一例は、前記第１のアタッチメント部材と前記第２のアタッチメント部材との間に交互に傾きを変えて配置された６つの液圧シリンダを有するスチュワートプラットフォーム形パラレル機構からなる。前記ねじれ検出機構の一例は、前記各液圧シリンダに設けられ、前記各液圧シリンダの基準長さからの変位量をそれぞれ検出する変位計によって構成されている。

また前記変位計がそれぞれプランジャを備えたＬＶＤＴであり、かつ、本実施形態の模擬コイルばね装置は、前記各プランジャと平行に配置されて該プランジャの直線運動を案内するガイドロッドに備えていてもよい。また本実施形態の模擬コイルばね装置は、前記下側ばね座に加わる軸方向の力と軸まわりのモーメントを検出する第１の内部ロードセルと、前記上側ばね座に加わる軸方向の力と軸まわりのモーメントを検出する第２の内部ロードセルとをさらに備えている。

本実施形態の模擬コイルばね装置によれば、前記下側ばね座と上側ばね座との相対的なねじれ角度が、前記ねじれ検出機構によって検出される。このねじれ角度は、ベース部材と前記上側ばね座との間に配置されている回転支持機構の摩擦に左右される。１つの実施形態の模擬コイルばね装置の前記制御部は、例えば、前記ねじれ検出機構によって前記ねじれ角度が検出された状態において、そのねじれ角度に応じて反力線位置を補正する。あるいは、例えば、前記ねじれ角度がゼロとなる方向に前記アクチュエータユニットをコントロールする。本実施形態の模擬コイルばね装置によれば、キングピンモーメントを正確に検出することができる。

図１は、マクファーソンストラットタイプの懸架装置の断面図である。 図２は、１つの実施形態に係る模擬コイルばね装置の斜視図である。 図３は、図２に示された模擬コイルばね装置の側面図である。 図４は、図２に示された模擬コイルばね装置の底面図である。 図５は、図４中のＦ５−Ｆ５線に沿う断面図である。 図６は、図２に示された模擬コイルばね装置の構成の概略を示すブロック図である。 図７は、図２に示された模擬コイルばね装置の一部を模式的に示す斜視図である。 図８は、プッシュ・プル試験機の制御の一部を示すフローチャートである。 図９は、図２に示された模擬コイルばね装置の制御の一例を示すフローチャートである。 図１０は、図２に示された模擬コイルばね装置の制御の他の例を示すフローチャートである。

図１は、車両に使用される懸架装置の一例であるマクファーソンストラットタイプの懸架装置１を示している。この懸架装置１は、ストラット２としてのショックアブソーバと、懸架用コイルばね３（これ以降は単にコイルばね３と称す）とを含んでいる。ストラット２は、第１のストラット要素としての外筒４と、第２のストラット要素としてのロッド５とを含んでいる。ロッド５は外筒４に挿入されている。外筒４に挿入されたロッド５の先端に減衰力発生機構が設けられている。外筒４とロッド５とは、互いに軸Ｌ_１（ストラット軸）方向に移動することができる。

外筒４に下側ばね座１０が設けられている。外筒４の下端にブラケット１１が設けられている。ブラケット１１にナックル部材１２が取付けられている。ナックル部材１２によって車輪軸が支持される。ロッド５の上端に、上側ばね座１５が設けられている。上側ばね座１５とボデー部材１６との間にマウントインシュレータ１７が設けられている。ステアリング操作がなされると、ナックル部材１２に入力するステアリング操作力により、ストラット２がキングピン軸Ｌ_２まわりに旋回する。コイルばね３は、下側ばね座１０と上側ばね座１５との間に圧縮された状態で設けられている。

以下に１つの実施形態に係る模擬コイルばね装置２０について、図２から図１０を参照して説明する。図２は模擬コイルばね装置２０の斜視図である。図３は模擬コイルばね装置２０の側面図である。図４は模擬コイルばね装置２０の底面図である。図５は、図４中のＦ５−Ｆ５線に沿う断面図である。

模擬コイルばね装置２０に使用されるストラット２Ａ（図５に示す）は、第１のストラット要素としての外筒４Ａと、第２のストラット要素としてのロッド５Ａと、下側ばね座１０Ａと、ブラケット１１Ａと、上側ばね座１５Ａとを含んでいる。下側ばね座１０Ａは、外筒４Ａに取付けられている。上側ばね座１５Ａは、下側ばね座１０Ａの上方において、ロッド５Ａの上端付近に配置されている。ロッド５Ａは、外筒４Ａに対して軸Ｌ_１（ストラット軸）方向に移動することができる。

模擬コイルばね装置２０は、第１のアタッチメント部材２１と、第２のアタッチメント部材２２と、第１のシートアダプタ２７と、第２のシートアダプタ２８と、スチュワートプラットフォーム形パラレル機構からなるアクチュエータユニット３０と、液圧供給装置３７と、ねじれ検出機構４０Ａと、第１の内部ロードセル４１と、第２の内部ロードセル４２と、ベース部材４５と、回転支持機構５０と、制御部７０などを含んでいる。アクチュエータユニット３０は、回転支持機構５０によって、ストラット軸まわりに回転可能に支持されている。回転支持機構５０の摩擦はキングピンモーメントを左右する。

後に詳しく説明するように、ねじれ検出機構４０Ａによって検出されたねじれ角度に関する信号が、制御部７０に入力される。制御部７０は、液圧供給装置３７をコントロールする。液圧供給装置３７は、コントロールされた液圧をアクチュエータユニット３０に供給する。

第１のアタッチメント部材２１は、下側ばね座１０Ａに固定されている。第１のアタッチメント部材２１は、下側ばね座１０Ａの上方に配置された第１の円板部２１ａと、第１の円板部２１ａから下方に延びる円筒形の第１の延出部２１ｂと、第１の延出部２１ｂの下端から外側に突き出る第１の鍔部２１ｃとを有している。すなわち第１のアタッチメント部材２１は、略ハット形をなしている。第１の鍔部２１ｃの円周方向の６箇所に、それぞれ下側のジョイント接続部２５が設けられている。

第２のアタッチメント部材２２は、上側ばね座１５Ａに固定されている。第２のアタッチメント部材２２は、上側ばね座１５Ａの下方に配置された第２の円板部２２ａと、第２の円板部２２ａから上方に延びる円筒形の第２の延出部２２ｂと、第２の延出部２２ｂの上端から外側に突き出る第２の鍔部２２ｃとを有している。すなわち第２のアタッチメント部材２２は、逆ハット形をなしている。第２の鍔部２２ｃの円周方向の６箇所に、それぞれ上側のジョイント接続部２６が設けられている。

下側ばね座１０Ａの上に第１のシートアダプタ２７が配置されている。第１のシートアダプタ２７は、例えばアルミニウム合金等のように鉄よりも軽い軽合金からなり、平坦な上面２７ａを有している。第１のシートアダプタ２７の下面２７ｂは、下側ばね座１０Ａと嵌合する形状である。

上側ばね座１５Ａの下に第２のシートアダプタ２８が配置されている。第２のシートアダプタ２８も、例えばアルミニウム合金等の軽合金からなり、平坦な下面２８ａを有している。第２のシートアダプタ２８の上面２８ｂは、上側ばね座１５Ａと面接触する形状である。第２のシートアダプタ２８の下面２８ａは、第１のシートアダプタ２７の下面２７ｂと平行である。

第１のアタッチメント部材２１の鍔部２１ｃは、下側ばね座１０Ａの下方に位置している。第２のアタッチメント部材２２の鍔部２２ｃは、上側ばね座１５Ａの上方に位置している。これら鍔部２１ｃ，２２ｃ間に、液圧によって伸縮動作をなすアクチュエータユニット３０が配置されている。アクチュエータユニット３０の一例は、スチュワートプラットフォーム形パラレル機構からなる。

図６は、模擬コイルばね装置２０の構成を示すブロック図である。図７は、模擬コイルばね装置２０の一部を模式的に示す斜視図である。スチュワートプラットフォーム形パラレル機構からなるアクチュエータユニット３０は、６つの液圧シリンダ３１_１〜３１_６を有している。これら液圧シリンダ３１_１〜３１_６は、隣り合う液圧シリンダ同士で、垂直線Ｈ（図６に示す）に対する角度が交互に＋θと−θとなるように、交互に傾きを変えて配置されている。

６つの液圧シリンダ３１_１〜３１_６の構造は互いに共通であるため、ここでは第１の液圧シリンダ３１_１を代表して説明する。液圧シリンダ３１_１は、液圧（例えば油圧）によって駆動されるピストンロッド３２と、ピストンロッド３２を第１の方向（伸び側）に移動させる第１の液圧室３３と、ピストンロッド３２を第２の方向（縮み側）に移動させる第２の液圧室３４とを有している。第１の液圧室３３と第２の液圧室３４とは、それぞれホース３５，３６を介して液圧供給装置３７に接続されている。

液圧供給装置３７が発生する液圧を第１の液圧室３３または第２の液圧室３４に供給することにより、液圧シリンダ３１_１を伸び側および縮み側に移動させることができる。液圧シリンダ３１_１の下端は、ボールジョイントに代表される自在継手３８によって、第１のアタッチメント部材２１のジョイント接続部２５に揺動自在に接続されている。液圧シリンダ３１_１の上端は、ボールジョイントに代表される自在継手３９によって、第２のアタッチメント部材２２のジョイント接続部２６に揺動自在に接続されている。

各液圧シリンダ３１_１〜３１_６に、それぞれ直線変位計４０_１〜４０_６が設けられている。これら変位計４０_１〜４０_６によって、ねじれ検出機構４０Ａが構成されている。各変位計４０_１〜４０_６の構造は互いに共通であるため、ここでは第１の液圧シリンダ３１_１に設けられた第１の変位計４０_１を代表して説明する。

変位計４０_１の一例は、プランジャ５４を有するＬＶＤＴ（linear variable differential transformer）である。この変位計４０_１は、液圧シリンダ３１_１の基準長さ（ピストンロッド３２の基準位置）からの直線変位を検出する。変位計４０_１の他の例として、例えば光学的リニアエンコーダや、磁気的リニアスケールなどの直線変位計が採用されてもよい。あるいはこれら以外の検出原理による直線変位計が採用されてもよい。

変位計４０_１は、取付板５５によって液圧シリンダ３１_１に平行に配置されている。変位計４０_１のプランジャ５４は、連結部材５６によって液圧シリンダ３１_１のピストンロッド３２の先端に接続されている。取付板５５に、ガイドロッド５７が挿入されている。ガイドロッド５７は連結部材５６によってプランジャ５４に接続されている。ピストンロッド３２と、プランジャ５４と、ガイドロッド５７とは、互いに平行関係を保った状態において、液圧シリンダ３１_１の軸線方向に移動する。ガイドロッド５７は、ピストンロッド３２とプランジャ５４の直線運動を案内する。なお、他の変位計４０_２〜４０_６も第１の変位計４０_１と共通の構成であるため、図２〜図５では互いに共通の部分に共通の符号が付されている。

下側ばね座１０Ａと上側ばね座１５Ａとの間にねじれが生じると、ねじれ角度に応じて各液圧シリンダ３１_１〜３１_６が伸縮する。例えば第１のアタッチメント部材２１に対して第２のアタッチメント部材２２が第１の方向にねじれると、第１，第３，第５の液圧シリンダ３１_１，３１_３，３１_５が伸び、第２，第４，第６の液圧シリンダ３１_２，３１_４，３１_６が縮む。これとは逆に、第１のアタッチメント部材２１に対して第２のアタッチメント部材２２が第２の方向にねじれると、第１，第３，第５の液圧シリンダ３１_１，３１_３，３１_５が縮み、第２，第４，第６の液圧シリンダ３１_２，３１_４，３１_６が伸びる。このため各液圧シリンダ３１_１〜３１_６の長さの変化を変位計４０_１〜４０_６によって検出することにより、下側ばね座１０Ａと上側ばね座１５Ａとの間に生じたねじれの大きさ、すなわち第１のアタッチメント部材２１と第２のアタッチメント部材２２との間に生じたねじれ角度を求めることができる。

第１のアタッチメント部材２１と第２のアタッチメント部材２２とが互いに平行な場合には、６つの変位計４０₁〜４０_６のうち少なくとも１つの出力（変位量）に基いて、ねじれ角度を検出してもよい。第１のアタッチメント部材２１と第２のアタッチメント部材２２とが互いに平行でない場合には、全ての変位計４０₁〜４０_６の出力に基いてねじれ角度を検出するとよい。

第１のアタッチメント部材２１の円板部２１ａと第１のシートアダプタ２７との間に、第１の内部ロードセル４１が配置されている。第１の内部ロードセル４１は、第１のアタッチメント部材２１の内部に収容され、下側ばね座１０Ａの上方に配置されている。第１の内部ロードセル４１は、外筒４Ａが挿入される貫通孔４１ａと、第１の円板部２１ａの下面に接する平らな上面４１ｂと、第１のシートアダプタ２７の上面２７ａに接する平らな下面４１ｃとを有し、全体としてリング形状をなしている。第１の内部ロードセル４１は、その上面４１ｂと下面４１ｃとが軸Ｌ_１と直角となるように、第１のシートアダプタ２７に固定されている。

第１の内部ロードセル４１は、回転支持機構５０と同軸、すなわち内部ロードセル４１の中心が軸Ｌ_１と一致するよう配置されている。第１の内部ロードセル４１は、第１のシートアダプタ２７の上面２７ａに作用する軸力と、軸まわりのモーメントを検出する。第１の内部ロードセル４１は、外筒４Ａと、下側ばね座１０Ａと、第１のシートアダプタ２７と、第１のアタッチメント部材２１と共に、軸Ｌ_１まわりに回動することができる。

第２のアタッチメント部材２２の円板部２２ａと第２のシートアダプタ２８との間に、第２の内部ロードセル４２が配置されている。第２の内部ロードセル４２は、第２のアタッチメント部材２２の内部に収容され、上側ばね座１５Ａの下方に配置されている。第２の内部ロードセル４２は、ロッド５Ａが挿入される貫通孔４２ａと、第２の円板部２２ａの上面に接する平らな下面４２ｂと、第２のシートアダプタ２８の下面２８ａに接する平らな上面４２ｃとを有し、全体としてリング形状をなしている。第２の内部ロードセル４２は、その下面４２ｂと上面４２ｃとが軸Ｌ_１と直角となるように、第２のシートアダプタ２８に固定されている。

第２の内部ロードセル４２は、第１の内部ロードセル４１と同様に、回転支持機構５０と同軸、すなわち内部ロードセル４２の中心が軸Ｌ_１と一致するよう配置されている。第２の内部ロードセル４２は、第２のシートアダプタ２８の下面２８ａに作用する軸力と、軸まわりのモーメントを検出する。第２の内部ロードセル４２は、上側ばね座１５Ａと、第２のアタッチメント部材２２と、第２のシートアダプタ２８と共に、軸Ｌ_１まわりに回転することができる。

上側ばね座１５Ａとベース部材４５との間に、回転支持機構５０が配置されている。回転支持機構５０は、ベース部材４５に対して、アクチュエータユニット３０を軸Ｌ_１まわりに回転自在に支持している。回転支持機構５０の一例はボールベアリングであり、下側のリング部材５１と、上側のリング部材５２と、これらリング部材５１，５２間に収容された複数の転動部材５３とを有している。下側のリング部材５１は、上側ばね座１５Ａの上面に配置されている。上側のリング部材５２は、ベース部材４５の下面に配置されている。

プッシュ・プル試験機６０（図６に示す）は、キングピンモーメントを検出する検出手段の一例である。プッシュ・プル試験機６０は、タイロッド６１を押し（プッシュ）引き（プル）するリニアアクチュエータ６２と、タイロッド６１に加わる軸力（タイロッド軸力）を計測するロードセル６３とを備えている。タイロッド６１はナックル部材１２に接続されている。

以下に、模擬コイルばね装置２０の作用について説明する。
スチュワートプラットフォーム形パラレル機構からなるアクチュエータユニット３０は、図７に示す６つの軸力Ｐ_１〜Ｐ_６を合成することで、６自由度の任意な力の場を形成する。すなわち、６つの液圧シリンダ３１_１〜３１_６が発生する力のベクトルのうち、軸Ｌ_１方向の成分の合力が、コイルばねに相当する反力となる。例えば６つの軸力Ｐ_１〜Ｐ_６を合成した値が正であれば、軸Ｌ_１に沿う上向きの力Ｐ_Ｚが発生する。

下側ばね座１０Ａと上側ばね座１５Ａと間でアクチュエータユニット３０が圧縮されると、６つの液圧シリンダ３１_１〜３１_６が発生する力のベクトルのうち、軸方向の力が下側ばね座１０Ａに加わる。この場合、図７中の座標系において互いに直交関係にある３つの軸力（Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙ，Ｐ_Ｚ）と、３つのモーメント（Ｍ_Ｘ，Ｍ_Ｙ，Ｍ_Ｚ）が発生する。下側ばね座１０Ａに加わる６分力（Ｐ_Ｘ，Ｐ_Ｙ，Ｐ_Ｚ，Ｍ_Ｘ，Ｍ_Ｙ，Ｍ_Ｚ）が第１の内部ロードセル４１によって検出され、制御部７０（図６に示す）に入力される。また上側ばね座１５Ａに加わる６分力が第２の内部ロードセル４２によって検出され、制御部７０に入力される。これら６分力に基いて、反力中心位置（荷重軸）Ｌ_３が算出される。

また６つの軸力Ｐ_１〜Ｐ_６が軸Ｌ_１まわりに及ぼすモーメントの合計が、軸Ｌ_１まわりのモーメントＭｚとなる。例えば図７において、３つの液圧シリンダ３１_１，３１_３，３１_５が発生する力（正のＭｚを発生させる軸力）の合計が、他の３つの液圧シリンダ３１_２，３１_４，３１_６が発生する力（負のＭｚを発生させる軸力）の合計よりも大きければ、アクチュエータユニット３０の上端（上側ばね座１５Ａ）に正の値のＭｚが発生する。すなわち、６つの液圧シリンダ３１_１〜３１_６が発生する力のベクトルの軸まわりの成分が、軸Ｌ_１まわりのモーメント（Ｍｚ）である。キングピン軸Ｌ_２においても６分力の影響により、キングピン軸Ｌ_２まわりのモーメント（キングピンモーメント）が発生する。

本実施形態の模擬コイルばね装置２０を用いてストラット２Ａの性能試験（例えばストラット２Ａの摺動抵抗やキングピンモーメントの測定）を行なうことができる。図５と図６に荷重試験機の一部８０が示されている。この荷重試験機によって模擬コイルばね装置２０に所定の荷重を加える。この荷重によって、下側ばね座１０Ａと上側ばね座１５Ａとの間の距離が小さくなるため、垂直反力が発生する。この垂直反力が発生している状態で、例えば上下方向のストロークが±５ｍｍ、０．５Ｈｚの波形でベース部材４５を上下させ、外部ロードセル８１によって荷重を測定する。ストラット２Ａに生じる摩擦力は、測定された荷重のヒステリシスの半分の値で評価することができる。

下側ばね座１０Ａと上側ばね座１５Ａとの間に所定の垂直反力を生じさせた状態において、プッシュ・プル試験機６０（図６に示す）によってキングピンモーメントが検出される。例えば、リニアアクチュエータ６２によってナックル部材１２を第１の方向および第２の方向に交互に旋回させ、タイロッド６１に加わる軸力がロードセル６３によって検出される。そしてナックル部材１２を第１の方向に旋回させる際の軸力と、第２の方向に旋回させる際の軸力との差に基いて、キングピンモーメントが算出される。

図８は、プッシュ・プル試験機６０を用いてキングピンモーメント（ＫＰＭ）を求める手順の一例を示すフローチャートである。図８中のステップＳ１において、カウンタ値（ｎ）がゼロに設定される。ステップＳ２では、リニアアクチュエータ６２によって、ナックル部材１２がプッシュ方向（第１の方向）に駆動される。ステップＳ３において、タイロッド６１に加わる軸力（タイロッド軸力）がロードセル６３によって検出される。ステップＳ４では、リニアアクチュエータ６２がプッシュ側のストロークエンドに達したか否かが判定され、“ＹＥＳ”であればステップＳ５に移る。テップＳ４において“ＮＯ”であれば、ステップＳ２に戻り、プッシュ方向の駆動が続行される。

ステップＳ５では、リニアアクチュエータ６２によって、ナックル部材１２がプル方向（第２の方向）に駆動される。ステップＳ６において、タイロッド６１に加わる軸力（タイロッド軸力）がロードセル６３によって検出される。ステップＳ７では、リニアアクチュエータ６２がプル側のストロークエンドに達したか否かが判定され、“ＹＥＳ”であればステップＳ８に移る。ステップＳ７において“ＮＯ”であれば、ステップＳ５に戻り、プル方向の駆動が続行される。

ステップＳ８では、カウンタ値（ｎ）が所定数に達したか否かが判定される。ステップＳ８において“ＮＯ”であれば、カウンタ値（ｎ）に１を加えたのちステップＳ２に戻る。ステップＳ８において“ＹＥＳ”であればステップＳ１０に移る。ステップＳ１０では、プッシュ方向の前記タイロッド軸力と、プル方向の前記タイロッド軸力との差に基いて、キングピンモーメント（ＫＰＭ）が算出される。

このようにプッシュ・プル試験機６０によって模擬コイルばね装置２０にキングピン軸まわりのトルクが与えられている間、下側ばね座１０Ａと上側ばね座１５Ａとの相対的なねじれ角度が、ねじれ検出機構４０Ａによって、リアルタイムで検出される。例えば図９に示すステップＳ１１（ＦＬＰの補正）において、ねじれ角度に基いて、反力中心線（ＦＬＰ）の位置が座標変換によって補正される。この補正されたＦＬＰに基いて、より正確なキングピンモーメントを求めることができる。

あるいは図１０に示すように、ステップＳ１２（ねじれ角度の制御）において、ねじれ角度がゼロとなる方向に、液圧シリンダ３１_１〜３１_６の液圧がコントロールされる。すなわち液圧供給装置３７は、変位計４０_１〜４０_６の出力に基いて、ねじれ角度がゼロとなるように、各液圧シリンダ３１_１〜３１_６の液圧をコントロールする。なお、図９に示すステップＳ１１（ＦＬＰの補正）と、図１０に示すステップＳ１２（ねじれ角度の制御）が組合わされてもよい。

以上説明したように本実施形態の模擬コイルばね装置２０の制御方法は、キングピンモーメントを測定するための下記の工程を含んでいる。
（１）第１のストラット要素（外筒４Ａ）に第１の方向（プッシュ側）のトルクを与える、
（２）第１のアタッチメント部材２１と第２のアタッチメント部材２２との間に生じたねじれ角度を、ねじれ検出機構４０Ａによって検出する、
（３）第１の方向（プッシュ側）のタイロッド軸力を検出する、
（４）第１のストラット要素（外筒４Ａ）に第２の方向（プル側）のトルクを与える、
（５）第１のアタッチメント部材２１と第２のアタッチメント部材２２との間に生じたねじれ角度を、ねじれ検出機構４０Ａによって検出する、
（６）第２の方向（プル側）のタイロッド軸力を検出する、
（７）前記ねじれ角度に基いて反力線位置を補正、あるいは液圧シリンダをコントロールする、
（８）前記タイロッド軸力に基いて、キングピンモーメント（ＫＰＭ）を算出する。

本発明の実施形態に係る模擬コイルばね装置は、マクファーソンストラットタイプに限ることなく、要するにストラットを有する他の形式の懸架装置にも適用することができる。アクチュエータユニットは、スチュワートプラットフォーム形パラレル機構に限るものではなく、要するに流体（液体やガス）の圧力によって伸縮動作するシリンダを有するアクチュエータユニットを採用することができる。アクチュエータユニットの他の例として、ボールねじとサーボモータを有するリニアアクチュエータが採用されてもよいし、あるいは差動変圧器タイプのリニアアクチュエータが採用されてもよい。これら以外のアクチュエータユニットが採用されてもよい。また本発明を実施するに当たり、第１および第２のアタッチメント、ねじれ検出機構などの構成や形状および配置など、模擬コイルばね装置を構成する各要素を種々に変形して実施できることは言うまでもない。

２Ａ…ストラット（ショックアブソーバ）、１０Ａ…下側ばね座、１５Ａ…上側ばね座、２０…模擬コイルばね装置、２１…第１のアタッチメント部材、２２…第２のアタッチメント部材、２７…第１のシートアダプタ、２８…第２のシートアダプタ、３０…アクチュエータユニット、３１_１〜３１_６…液圧シリンダ、３７…液圧供給装置、４０Ａ…ねじれ検出機構、４０_１〜４０_６…変位計、４１…第１の内部ロードセル、４２…第２の内部ロードセル、５４…プランジャ、５７…ガイドロッド、７０…制御部。

Claims (8)

1. 下側ばね座(10A)と上側ばね座(15A)とを有するストラット(2A)に設ける模擬コイルばね装置(20)であって、
   前記下側ばね座(10A)に配置される第１のアタッチメント部材(21)と、
   前記上側ばね座(15A)に配置される第２のアタッチメント部材(22)と、
   前記第１のアタッチメント部材(21)と前記第２のアタッチメント部材(22)との間に配置され、伸縮動作するアクチュエータユニット(30)と、
   前記アクチュエータユニット(30)を制御する制御部(70)と、
   前記第１のアタッチメント部材(21)と前記第２のアタッチメント部材(22)との間に生じるねじれ角度を検出するねじれ検出機構(40A)と、
   を具備した模擬コイルばね装置(20)。
2. 請求項１に記載の模擬コイルばね装置(20)において、
   前記アクチュエータユニット(30)が、前記第１のアタッチメント部材(21)と前記第２のアタッチメント部材(22)との間に交互に傾きを変えて配置された６つの液圧シリンダ(31₁−31₆)を有するスチュワートプラットフォーム形パラレル機構からなる模擬コイルばね装置(20)。
3. 請求項１に記載の模擬コイルばね装置(20)において、
   前記制御部(70)は、前記ねじれ検出機構(40A)によって前記ねじれ角度が検出されると、該ねじれ角度に基いて反力線位置を補正する模擬コイルばね装置(20)。
4. 請求項１に記載の模擬コイルばね装置(20)において、
   前記制御部(70)は、前記ねじれ検出機構(40A)によって前記ねじれ角度が検出されると、該ねじれ角度がゼロとなるよう前記アクチュエータユニット(30)をコントロールする模擬コイルばね装置(20)。
5. 請求項２に記載の模擬コイルばね装置(20)において、
   前記ねじれ検出機構(40A)は、
   前記各液圧シリンダ(31₁−31₆)に設けられ、前記各液圧シリンダ(31₁−31₆)の基準長さからの変位量をそれぞれ検出する変位計(40₁−40₆)を備えた模擬コイルばね装置(20)。
6. 請求項５に記載の模擬コイルばね装置(20)において、
   前記変位計(40₁−40₆)がそれぞれプランジャ(54)を備えたＬＶＤＴであり、かつ、前記各プランジャ(54)と平行に配置されて該プランジャ(54)の直線運動を案内するガイドロッド(57)に備えた模擬コイルばね装置(20)。
7. 請求項１に記載の模擬コイルばね装置(20)において、
   前記下側ばね座(10A)に加わる軸方向の力と軸まわりのモーメントを検出する第１の内部ロードセル(41)と、前記上側ばね座(15A)に加わる軸方向の力と軸まわりのモーメントを検出する第２の内部ロードセル(42)とをさらに備えた模擬コイルばね装置(20)。
8. 模擬コイルばね装置(20)のための制御方法であって、
   前記模擬コイルばね装置(20)が、
   下側ばね座(10A)に配置された第１のアタッチメント部材(21)と上側ばね座(15A)に配置された第２のアタッチメント部材(22)との間に配置された液圧シリンダ(31₁−31₆)を有するアクチュエータユニット(30)と、
   前記液圧シリンダ(31₁−31₆)に液圧を供給する液圧供給装置(37)とを含み、
   該制御方法は、
   前記第２のアタッチメント部材(22)に対して前記第１のアタッチメント部材(21)にキングピン軸まわりのトルクを与えること、
   前記第１のアタッチメント部材(21)と前記第２のアタッチメント部材(22)との間に生じたねじれ角度を検出すること、
   検出された前記ねじれ角度に基いて、反力線位置を補正するかまたは前記液圧シリンダ(31₁−31₆)をコントロールすること、
   を具備した模擬コイルばね装置(20)の制御方法。

Images