CN107250749A - 模拟线圈弹簧装置 - Google Patents

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Abstract

一种模拟线圈弹簧装置，包含了斯图尔特平台型平行机构构成的驱动单元(30)，和安装在第1配件部件(21)内的第1内部荷载传感器(41)，和安装在第2配件部件(22)内的第2内部荷载传感器(42)，和旋转支持机构(50)。驱动单元(30)依靠旋转支持机构的支持绕轴(L1)边自由旋转。第1内部荷载传感器(41)和旋转支持机构(50)同轴安装在第1座适配器(27)上，检测出作用于下侧弹簧座(10A)上的轴力和矩。第2内部荷载传感器(42)和旋转支持机构(50)同轴安装在第2座适配器(28)上，检测出作用于上侧弹簧座(15A)上的轴力和矩。

Description

模拟线圈弹簧装置
技术领域
本发明涉及到能够产生相当于诸如悬架用线圈弹簧之类的线圈弹簧的反力的模拟线圈弹簧装置。
背景技术
麦福成支柱式悬架装置作为车辆用悬架装置的一例而闻名。麦福成支柱式悬架装置内包含线圈弹簧，和安装在该线圈弹簧内的支柱(阻尼器)。由于上述线圈弹簧的上方承受荷载所以弹簧受到压缩，在上述线圈弹簧根据荷载大小成比例地被压缩的同时，上述支架也会伸缩。
众所周知，为了减少支架的折动抵抗，一般会以线圈弹簧的反力线位置为线圈弹簧中心，对麦福成支柱式悬架装置进行偏移操作。例如会把线圈弹簧安装在上述支架摩擦最小的位置上。因此有必要知道线圈弹簧的反力线位置和支架折动抵抗之间的关系。不过在试制反力线位置参差不齐的多种类线圈弹簧之际，需要耗费极大的时间和经费。所以有提案希望用模拟线圈弹簧装置代替线圈弹簧。
例如知名的美国专利第7,606,690号(专利文献1)所公开的模拟线圈弹簧装置。另外2013年11月1日日本国弹簧学会(名古屋)发表的草案集第21页－第24页「对以通用弹簧为基础的线圈弹簧反力线对车辆特性影响的调查」(非专利文献1)，或者2014年4月8日美国(底特律)发表的SAR2014「Experimental Study on the Effect of Coil SpringReaction Force Vector on Suspension Characteristics(非专利文献2)中公开的改进型模拟线圈弹簧装置。这些模拟线圈弹簧装置有包含6个液压缸的斯图尔特平台型平行机构。各液压缸通过液压驱动，可以模拟产生线圈弹簧的反力。
专利文献1的模拟线圈弹簧装置，使用各液压缸上安装的6个荷载传感器检测各液压缸承载的反力。非专利文献1和非专利文献2上公开的模拟线圈弹簧装置有外接荷载传感器。使用该外接荷载传感器检测支架摩擦，即阻尼摩擦。
发明内容
【发明要解决的课题】
众所周知，麦福成支柱式悬架装置的下侧弹簧座和上侧弹簧座之间的线圈弹簧被压缩的话，在下侧座卷部和上侧座卷部之间，旋转方向的相对位置会根据压缩量大小发生相应变化。该相对位置的变化如果被摩擦所抑制，那悬架装置中心销轴系会产生力矩(中心销力矩)。中心销力矩是对车辆操作性能产生恶劣影响的要因。
上述中心销力矩，会根据和中心销轴以及支柱轴之间的几何学位置关系产生相应的变化。另外中心销力矩有时也会受到反力线位置影响。因此做了使用模拟线圈弹簧装置重现各种线圈弹簧的反力线位置和中心销力矩的试验。但是受到斯图尔特平台型平行机构驱动单元的上端基材制约，该驱动单元的轴系产生扭矩时，驱动单元自身会发生扭曲。因此以前也考虑通过控制驱动单元产生的扭矩来产生相当于中心销的力矩。但是要高精度地检测出相当于真实悬架装置的中心销力矩也是困难的，有需要改进的地方。
因此该发明，其目的在于提供可以比较正确评价支架式悬架装置的线圈弹簧产生的中心销力矩的模拟线圈弹簧装置。
【解决课题的手段】
本发明的一个实施形态是，具备安装在第1支架要素(例如外筒)上的下侧弹簧座，和安装在第2支架要素(比如棒)上的上侧弹簧座，和上述下侧弹簧座上安装的第一配件部材，和上述上侧弹簧座上安装的第2配件部材，和上述上侧弹簧座上方安装的基材，和安装在上述第1配件部材和上述第2配件部材之间进行伸缩动作的驱动单元，和运行支持机构，和第1内部荷载传感器，和第2内部荷载传感器。上述旋转支持机构安装在上述基材和上述驱动单元之间，以上述上侧弹簧座和上述驱动单元为轴系，对上述基材进行自由旋转的支持。上述第一内部荷载传感器，安装在上述第1配件部材的内部上述旋转支持机构和同轴上，有***了上述第1支架要素的贯通孔，检测出施加在上述下侧弹簧座轴方向的力和轴系力矩。上述第2内部荷载传感器，安装在上述第2配件部材的内部上述旋转支持机构和同轴上，有***了上述第2支架要素的贯通孔，检测出施加在上述上侧弹簧座轴方向的力和轴系力矩。
上述驱动单元的一例，由拥有在上述第1配件部材和上述第2配件部材之间交互改变倾斜度进行安装的6个液压缸的斯图尔特平台型平行机构组成。在本实施形态中，拥有上述下侧弹簧座和上述第1内部荷载传感器之间安装的第1座适配器，和安装在上述上侧弹簧座和上述第2内部荷载传感器之间的第2座适配器的话比较好。另外，上述第1内部荷载传感器形成拥有交互平行的上面和下面的环状，而且，第2内部荷载传感器形成拥有交互平行的上面和下面的环状，这些荷载传感器安装在上述旋转支持机构和同轴上。
上述第1配件部材的一例，拥有和上述第1内部荷载传感器相连的平面的第1圆板部，和从该第1圆板部延伸到下方的第1延出部，和从该第1延出部突出到外侧的第1锷部。上述第2配件部材的一例，拥有和上述第2内部荷载传感器相连的平面的第2圆板部，和从该第2圆板部延伸到下方的第2延出部，和从该第2延出部突出到外侧的第2锷部。具备检测上述下侧弹簧座和上述上侧弹簧座在相对扭曲状态下的中心销轴系上产生的中心销力矩的检出方式的话比较好。
发明的效果
根据此实施形态，在可以正确重现相当于支柱式悬架装置的线圈弹簧的的反力线位置的同时，可以基于该驱动单元引起的轴系矩重现相当于实际的悬架装置的中心销矩。
附图说明
图1是麦福成支柱式悬架装置的断面图；
图2是一种实施形态涉及的模拟线圈弹簧装置的斜视图；
图3是图2所示模拟线圈弹簧装置的侧面图；
图4是图2所示模拟线圈弹簧装置的底面图；
图5是沿图4中F5-F5线的断面图；
图6是显示图2所示模拟线圈弹簧装置的概率的块图；
图7是模式化显示图2所示模拟线圈弹簧装置一部分的斜视图。
具体实施方式
图1显示车辆用悬架的一个例子，是麦福成支柱式悬架装置1，该悬架装置1包含作为支柱2的缓冲装置，和悬架用线圈弹簧3(下面略称为线圈弹簧3)。支柱2包含作为第1支架要素的外筒4.。和作为第2支柱要素的杆5.杆5***外筒4.***外筒4的杆5的前端安装了减衰力发生机构。外筒4和杆5.可以互相朝轴L1(支柱轴)方向移动。
外筒4安装有下侧弹簧座10.外筒4的下端安装有支架11.支架11安装有关节部件12。关节部件12支持车轮轴。杆5的上端安装了上侧弹簧座15。上侧弹簧座15和躯干部件16之间安装有固定件绝缘体17。操作操控装置时，支柱2依靠输入关节部件12的操控装置的操作力绕中心销轴L2旋转。线圈弹簧3在被压缩状态下安装在下侧弹簧座10和上侧弹簧座15之间。
以下就1种实施形态涉及的模拟弹簧装置20，参考图2到图7进行说明。图2是模拟弹簧装置20的斜视图。图3是模拟弹簧装置20的侧面图。图4是模拟弹簧装置20的底面图。图5是沿图4中F5-F5线的断面图。
模拟线圈弹簧装置20使用的支架2A(图5所示)包含了作为第1支架要素的外筒4，和作为第2支柱要素的杆5A，和下侧弹簧座10A，和支架11A，和上侧弹簧座15A。下侧弹簧座10A安装于外筒4A。上侧弹簧座15A位于下侧弹簧座10A上方，安装于杆5A的上端附近。杆5A可以针对外筒4A沿轴L1(支架轴)方向移动。
模拟弹簧装置20包含了，第1配件部件21，和第2配件部件22.和第1座适配器27，和第2座适配器28，和斯图尔特平台型平行机构构成的驱动单元30，和第1内部荷载传感器41，和第2内部荷载传感器42，和基材部件45，和旋转支持机构50等等。
第1的配件部件21固定在下侧弹簧座10A上。第1配件部件21包含了安装在下侧弹簧座10A上方的第1圆板部21a，和第1圆板部21a下方延伸出的圆筒形第1延伸部21b，和第1延伸部21b下端朝外侧突出的第1锷部21c。也就是说第1配件部件21构成了略帽形。在第1锷部21c的圆周方向6处各自安装了下侧接头连接部25。
第2配件部件22固定在上侧弹簧座15A上。第2配件部件22包含了，安装在上侧弹簧座15A下方的第2圆板部22a，和从第2圆板部22a开始延伸到上方的圆筒形第2延伸部22b，和第2延伸部22b上端开始朝外侧突出的第2锷部22c。也就是说第2配件部件22构成了逆帽形。在第2锷部22c的圆周方向6处各自安装了上侧接头连接部26。
下侧弹簧座10A上安装了第1座适配器27.第1座适配器27由例如铝合金之类比铁轻的轻合金构成，包含了平坦的上面27a。第1座适配器27的下面27b呈和下侧弹簧座10A相嵌合的形状。
上侧弹簧座15A下安装了第2座适配器28.第2座适配器28也由例如铝合金之类的轻合金构成，包含了平坦的上面28a。第2座适配器28的上面28b呈和上侧弹簧座进行面接触的形状。第2座适配器28的下面28a和第1座适配器27的下面27b平行。
第1配件部件21的锷部21c位于下侧弹簧座10A的下方。第二配件部件22的锷部22c位于上侧弹簧座15A的上方。这些锷部21c，22c之间安装了液压驱动伸缩动作的驱动单元30.驱动单元30的一例由斯图尔特平台型平行机构构成。
图6是模拟线圈弹簧装置20的构成块图。图7是模式化显示模拟线圈弹簧组装20的一部分的斜视图。斯图尔特平台型平行机构构成的驱动单元30包含了6个液压缸311～316。这些液压缸311～316彼此相邻，交互改变倾斜度进行安装，相对垂直线H(图6所示)角度交互为+θ和－θ。
6个液压缸311～316的构造彼此相通，所以这里用第1液压缸311进行说明。液压缸31包含了由液压(例如油压)驱动的活塞32，和移动活塞32到第1的方向的第1的液压室33，和把活塞32移动到第2方向(收缩侧)的第2液压室34。第1液压室33和第2液压室34，各自通过管道35.36连接到液压供给装置。
依靠液压供给装置3产生的液压供给第1液压室33或者第2液压室34.可以使液压缸311移动到伸展侧或者收缩侧。液压缸311的下端由球接头代表的自由接头38，通过摇动自在的方式连接到第1配件部件21的接头连接部25上。液压缸311的上端由球接头代表的自由接头39，通过摇动自在的方式连接到第2配件部件22的接头连接部26上。
第1配件部件21的圆板部21a和第1座适配器27之间安装第1内部荷载传感器41。第1内部荷载传感器41内置于第1配件部件21的内部，安装于下侧弹簧座10A的上方。第1内部荷载传感器41包含了***了外筒4A的贯通孔41a，和连接到第1圆板部21a的下面的平坦上面41b，和连接到第1座适配器27的上面27a的平坦下面41c，全体呈环状。第1内部座适配器41,固定在第1座适配器27上，其上面41b和下面41c和轴L1成直角。
第1内部荷载传感器41，和旋转支持机构50同轴，也就是说内部荷载传感器41安装时中心和轴L1保持一致。第1内部荷载传感器41检测出作用于第1座适配器27的上面27a的轴力，和轴系矩。第1内部荷载传感器41可以和外筒4A，和下侧弹簧座10A，和第1座适配器27，和第1配件部件21一起，绕轴系L1回动。
第2配件部件22的圆板部22a和第2座适配器28之间安装了第2内部荷载传感器42。第2内部荷载传感器42内置于第2配件部件22的内部，安装在上侧弹簧座15A的下方。第2内部荷载传感器42，包含了***了杆5A的贯通孔42a，和连接到第2圆板部22a上面的平坦下面42b，和连接到第2座适配器28的下面28a的平坦上面42c，全体呈环状。第2内部荷载传感器42固定在第2座适配器28上，其下面42b和上面42c和轴L1成直角。
第2内部荷载传感器42，和第1内部荷载传感器41一样，和旋转支持机构50同轴，也就是说内部荷载传感器42安装时中心和轴L1保持一致。第2内部荷载传感器42检测出作用于第2座适配器28的上面28a的轴力，和轴系矩。第2内部荷载传感器42可以和上侧弹簧座15A，和第2配件部件22，和第2座适配器28一起，绕轴系L1回动。上侧弹簧座15A和基材部件45之间安装了旋转支持机构50.旋转支持机构可以针对基材部件45，支持驱动单元30绕轴系L1自由旋转。旋转支持机构的一例是球轴承，包含了下侧环形部件51，和上侧环形部件52，和这些环形部件51，52之间内置的多个转动部件53.下侧环形部件51安装在上侧弹簧座15A的上面。上侧环形部件52安装在基材部件45的下面。
该模拟线圈弹簧装置20作为检测中心销矩的检测手段的一例，包含了推挽电路实验机60(图6所示)。推挽电路实验机60包含了推挽拉杆61的线性驱动器62，和检测施加在拉杆61上的轴力的荷载传感器63.拉杆61连接在关节部件12上。对关节部件12上施加中心销轴L2边转矩(中心销矩)时，转矩大小可以由实验机60检测。
以下就模拟线圈弹簧装置20的作用进行说明。
斯图尔特平台型平行机构构成的驱动单元30，通过合成图7所示6个轴力，来形成6个自由度的任意力场。也就是说6个液压缸311～316产生的力的矢量中，轴L1方向
的分量的合力相当于线圈弹簧的反力。例如6个轴力P1～P6的合成值是正的话，会产生沿轴L1向上的力PZ。
驱动单元30在下侧弹簧座10A和上侧弹簧座15A之间被压缩，6个液压缸311～316产生的力的矢量中，轴方向的力朝下侧弹簧座10A施加。这种情况下，图7的坐标系上产生具有互相直交关系的3个轴力(PX，PY，PZ)，和3个矩(MX，MY，MZ)。第1内部荷载传感器41检测出施加于下侧弹簧座10A的6分力(PX，PY，PZ，MX，MY，MZ)，并输入控制器70(如图6所示)。另外，第2内部荷载传感器42检测出施加于上侧弹簧座15A的6分力，并输入控制器70(如图6所示)。基于这些6分力算出反力中心位置(荷重轴)L3。
另外6个轴力P1～P6涉及到轴L1的矩的合，为轴L1边矩MZ。例如图7上，3个液压缸311，313，315产生的力(产生负MZ的轴力)的合，比其他三个液压缸312，314，316产生的力(产生负MZ的轴力)的合大的话，则在驱动单元30的上端(上侧弹簧座15A)上产生正值MZ。也就是说6个液压缸311～316产生的力的矢量的轴系分量是轴L1边矩(MZ)。受中心销轴的6分力影响，也会产生中心销轴L2边矩(中心销矩)。因此，可以一边通过驱动单元30改变6分力，一边测定中心销轴L2边矩。
可以使用本实施形态的模拟线圈弹簧装置20进行支架2A的性能试验(例如支架2A的折动抵抗和中心销矩的测定)。图5和图6显示了荷重实验机的一部分80。使用该荷重实验机对模拟线圈弹簧装置20施加一定的荷重。该荷重会导致下侧弹簧座10A和上侧弹簧座15A之间的距离缩小，产生垂直反力。在该垂直反力产生的状态下，例如上下方向的支架在±5mm、0.5HZ的频率下使基材部件上下移动，依靠外部荷载传感器81测定荷重。可以使用测得的荷重的磁滞的半值评价支架2A产生的摩擦力。
通过控制供给各液压缸311～316液压，在下侧弹簧座10A和上侧弹簧座15A之间产生轴L1边矩(MZ)，从而对应轴L1和中心销轴L2的几何位置关系产生中心销矩。驱动单元30依靠旋转支持机构50支持。旋转支持机构的摩擦控制中心销矩的大小。在下侧弹簧座10A和上侧弹簧座15A之间产生一定的垂直反力的状态下，通过推挽实验机60(图6所示)检测出中心销矩。例如，通过线性驱动器62使关节部件12朝右以及朝左交互旋转，用荷载传感器63检测出施加在杆61上的轴力。然后根据右旋时的轴力和左旋时的轴力的差算出中心销矩。只是，也可以用其他检测方法检测出中心销矩。
本实施形态的模拟线圈弹簧装置20，包含了旋转支持机构50和安装在同轴上的第1内部荷载传感器41和第2内部荷载传感器42.而且斯图尔特平台型平行机构构成的驱动单元30可以依靠旋转支持机构50来进行自由旋转。中心销矩被旋转支持机构50的摩擦所控制，如果驱动单元30受制于基材部件45的话，则很难重现相当于悬架装置的中心销矩。本实施形态中，驱动单元30基于基材部件45，依靠旋转支持机构50可以进行自由旋转，所以可以高精度检测出相当于实际的悬架装置的中心销矩。
本实施形态的模拟线圈弹簧装置，可以依靠安装在旋转支持机构50和同轴安装的内部荷载传感器41,42来高精度地检测出作用于下侧弹簧座10A和上侧弹簧座15A之间的轴力和轴边矩。而且通过使用座适配器27,28可以使用相当于实际的悬架装置的弹簧座10A，15A。因此可以正确重现相当于实际的线圈弹簧的反力线位置，而且，可以检测出中心销矩。
【产业上使用的可能性】
本发明的实施形态涉及的模拟线圈弹簧装置，不局限于麦福成支柱式，总之有支柱的其他形式的悬架装置也是可以适用的。驱动单元，也不局限于斯图尔特平台型平行机构，总之可以使用依靠流体(液体或气体)的压力进行伸缩动作的具有汽缸的驱动单元。作为驱动单元的其他的例子，可以使用包含球螺丝和伺服马达的线性驱动器，或者使用差动变压器式线性驱动器也可以。另外在实施本发明时，当然也可以变形实施第1以及第2配件部件和第1以及第2内部荷载传感器，旋转支持机构，第1以及第2座适配器，中心销矩检测手段等等构成和形状和配置之类，组成模拟线圈弹簧的各个要素，不需多说。
【符号の说明】
2A---支架(缓冲装置)，4A---外筒(第1支架要素)，5A---杆(第2支架要素)，10A---下侧弹簧座，11A---支撑，15A---上侧弹簧座，20---模拟线圈弹簧装置，21---第1配件部件，21a---第1圆板部，21b---第1延伸部，21c---第1锷部，22---第2配件部件，22a—第2圆板部，22b---第2延伸部，22c---第2锷部，27---第1座适配器，27a---上面，27b---下面，28---第2座适配器，28a---下面，28b---上面，30---驱动单元，311～316…液压缸，37---液压供给装置，41---第1内部荷载传感器，41a---贯通孔，42---第2内部荷载传感器，42a---贯通孔，45---基材部件，50---旋转支持机构，60---推挽实验机，70—控制部。

Claims (6)

1.一种安装在支架(2A)上的模拟线圈弹簧装置(20)，所述支架包含了在轴(L1)方向可以相对移动的第1支架要素(4A)和第2支架要素(5A)，其特征在于，所述模拟线圈弹簧装置(20)包括：
设置于所述第1支架要素(4A)上的下侧弹簧座(10A)，
安装在所述下侧弹簧座(10A)上方的上侧弹簧座(15A)，
安装在所述下侧弹簧座(10A)上的第1配件部件(21)，
安装在所述上侧弹簧座(15A)上的第2配件部件(22)，
安装在所述上侧弹簧座(15A)的上方的基材部件(45)，
安装在所述第1配件部件(21)和所述第2配件部件(22)之间并且能够进行伸缩动作的驱动单元(30)，
安装在所述基材部件(45)和所述驱动单元(30)之间的旋转支持机构(50)，所述旋转支持机构用于针对所述基材部件(45)支持所述上侧弹簧座(15A)和所述驱动单元(30)绕着所述轴(L1)自由旋转，
并且所述旋转支持机构(50)同轴安装在所述第1配件部件(21)内部的第1内部荷载传感器(41)，所述第1内部荷载传感器具备***了所述第1支架要素(4A)的贯通孔(41a)，并且所述第1内部荷载传感器用于检测出施加在所述下侧弹簧座(10A)上的轴方向的力和轴系矩的，以及
与所述旋转支持机构(50)同轴安装在所述第2配件部件(22)内部的第2内部荷载传感器(42)，所述第2内部荷载传感器具备***了所述第2支架要素(5A)的贯通孔(42a)，并且所述第2内部荷载传感器用于检测出施加在所述上侧弹簧座(15A)上的轴方向的力和轴系矩。
2.根据权利要求1所述的模拟线圈弹簧装置(20)，其特征在于，所述驱动单元(30)包括斯图尔特平台型平行机构，所述斯图尔特平台型平行机构具备安装在所述第1配件部件(21)和所述第2配件部件(22)之间的6个液压缸(311－316)，所述6个液压缸能够交互改变倾斜度。
3.根据权利要求2所述的模拟线圈弹簧装置(20)，其特征在于，具备安装在所述下侧弹簧座(10A)和所述第1内部荷载传感器(41)之间的第1座适配器(27)和安装在所述上侧弹簧座(15A)和所述第2内部荷载传感器(42)之间的第2座适配器。
4.根据权利要求3所述的模拟线圈弹簧装置(20)，其特征在于，所述第1内部荷载传感器(41)呈包含了互相平行的上面(41b)和下面(41c)的环状，而且所述第2内部传感器(42呈包含了互相平行的上面(42c)和下面(42b)的环状。
5.根据权利要求4所述的模拟线圈弹簧装置(20)，其特征在于，所述第1配件部件(21)具有第1圆板部(21a)，第1延伸部(21b)和第1锷部(21c)，其中所述第1圆板部具有与所述第1内部荷载传感器(41)的上面(41b)相连接的平坦面，所述第1延伸部从所述第1圆板部(21a)延伸至下方，所述第1锷部从所述第1延伸部(21b)向外侧突出，
所述第2配件部件(22)具有第2圆板部(22a)，第2延伸部(22b)和第2锷部(22c)，其中所述第2圆板部具有与所述第2内部荷载传感器(42)的下面(42b)相接的平坦面，所述第2延伸部从所述第2圆板部(22a)延伸至上方，所述第2锷部从所述第2延伸部(22b)向外侧突出。
6.根据权利要求1所述的模拟线圈弹簧装置(20)，其特征在于，具备了用于检测出所述下侧弹簧座(10A)和所述上侧弹簧座(15A)在相对扭曲的状态下中心销轴边产生的中心销矩的检测手段。
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