(57)【要約】【課題】本発明は、導電性のばね（３）の収縮ストローク用の直線ストローク測定装置（１）及び測定方法並びにその種の直線ストローク測定装置（１）を備える、対応するばねユニット（２０）に関する。【解決手段】本発明によれば、ばね（３）がその端部にそれぞれ一つの電気的なコンタクト（３．１，３．２）を有しており、且つ、対応する電気的な線路（７．１，７．２）を介して測定インダクタンス（Ｌ）として測定回路（５）と電気的に接続されており、この測定回路（５）が、収縮ストロークによって惹起される測定インダクタンス（Ｌ）の変化を検出し、ばねストロークを求めるためにその変化を評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性のばね（３）の収縮ストローク用の直線ストローク測定装置（１，１Ａ，１Ｂ）において、
前記ばね（３）は、当該ばね（３）の端部にそれぞれ一つの電気的なコンタクト（３．１，３．２）を有しており、且つ、対応する電気的な線路（７．１，７．２）を介して測定インダクタンス（Ｌ）として測定回路（５）と電気的に接続されており、当該測定回路（５）は、前記収縮ストロークによって惹起される前記測定インダクタンス（Ｌ）の変化を検出し、当該変化を、ばねストロークを求めるために評価することを特徴とする、直線ストローク測定装置（１，１Ａ，１Ｂ）。
【請求項２】
前記測定回路（５）は、外部の容量（Ｃｐ，Ｃｓ）、及び／又は、評価及び制御ユニット（１０，１０Ａ，１０Ｂ）を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記評価及び制御ユニット（１０）は、ＤＣ−ＤＣ変換器を含んでおり、当該ＤＣ−ＤＣ変換器は、前記測定インダクタンス（Ｌ）の電気エネルギによって充電される外部の容量に掛かる測定電圧を測定し、
前記測定電圧は、前記測定インダクタンス（Ｌ）の実際の値を表す、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記評価及び制御ユニット（１０）は、基準インダクタンスを有しているブリッジ回路を含んでおり、前記測定インダクタンス（Ｌ）は、ブリッジ分岐のループに挿入されている、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記評価及び制御ユニット（１０）は、直流電圧を前記測定インダクタンス（Ｌ）に印加し、増加した電流を、増幅器を用いて前記測定インダクタンス（Ｌ）の前記実際の値を表す測定電圧に変換する、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記外部の容量（Ｃｐ，Ｃｓ）は、前記ばね（３）の前記測定インダクタンス（Ｌ）と共に、並列発振回路（５Ａ）又は直列発振回路（５Ｂ）を形成する、請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記評価及び制御ユニット（１０Ａ，１０Ｂ）は、対応する前記発振回路（５Ａ，５Ｂ）の共振周波数及び／又は共振抵抗及び／又は共振コンダクタンスを測定し、測定値から前記測定インダクタンス（Ｌ）を求める、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記評価及び制御ユニット（１０Ｂ）は、位相制御ループを含んでおり、当該位相制御ループを介して、励起された正弦波信号と、前記直列発振回路（５Ｂ）に掛かる電圧又は前記直列発振回路（５Ｂ）を流れる電流との位相関係を決定する、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
導電性のばね（３）及び直線ストローク測定装置（１，１Ａ，１Ｂ）を備えているばねユニット（２０）において、
前記直線ストローク測定装置（１，１Ａ，１Ｂ）は、少なくとも、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置である、ばねユニット（２０）。
【請求項１０】
導電性のばね（３）の収縮ストローク用の測定方法において、
前記ばね（３）の端部を電気的に接触させ且つ前記ばね（３）を測定インダクタンス（Ｌ）として使用して、前記収縮ストロークによって惹起される前記測定インダクタンス（Ｌ）の変化を検出し、当該変化を評価して、ばねストロークを求めることを特徴とする、測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項１の上位概念に記載されている、導電性のばねの収縮ストローク用の直線ストローク測定装置に関する。また、本発明の対象は、導電性のばねの収縮ストローク用の、その種の直線ストローク測定装置を備えているばねユニット及び測定方法でもある。
【背景技術】
【０００２】
従来技術より、テレスコピックサスペンションを介して緩衝されるシステムにおいて、例えばオートバイのサスペンションフォークにおいて直線ストロークを検出するための、外部に取り付けられている測定システムが公知である。この測定システムは、ポテンシオメータ及び滑り接触を用いて、サスペンションフォークの直線ストローク乃至没入深さを測定する。ここでの欠点として、一方では、測定システムが摩耗することが考えられ、また他方では、スライダチューブの外側では露出された状態にあることから、それによって汚れが生じ、従って、測定システムの信頼性が低下する虞があることが考えられる。
【０００３】
更に、従来技術からは、例えば自動車におけるホイール懸架及びホイール緩衝に使用されるマクファーソンストラットが公知である。このマクファーソンストラットでは、収縮の測定を、例えば比較的高価な圧力センサを用いることによって実施することができる。
【０００４】
独国特許発明第１０２００７０１７３０８号明細書（ＤＥ１０２００７０１７３０８Ｂ４）からは、直線ストロークセンサを備えているばねユニットが公知であり、このばねユニットは、二つの巻条間の距離の変化を求める。更に、全体の収縮ストロークが逆算される。使用される直線ストロークセンサは、第１の実施の形態では、「結合コイル」の原理を基礎としている。即ち、ばねにおけるターゲットは、二つのセンサコイル間の誘導結合を変化させる。第２の実施の形態では、ターゲットが共振式に実施されており、且つ、発振回路を含んでいる。しかしながら、誘導結合の測定は、実質的に同一のままである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許発明第１０２００７０１７３０８号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の開示
独立請求項１の特徴を備えている、導電性のばねの収縮ストローク用の直線ストローク測定装置、並びに、独立請求項９の特徴を備えている、対応するばねユニット、及び、独立請求項１０の特徴を備えている、収縮ストローク用の測定方法は、電気コイルとして作用するばねのインダクタンス自体が測定インダクタンスとして使用されるという利点を有している。収縮ストロークを特定するために、収縮時に変化する、ばねの測定インダクタンスが評価される。これによって、付加的なセンサシステムを要することなく、ばねの収縮ストロークの廉価な測定が実現される。
【０００７】
本発明の実施の形態は、ばねの圧縮乃至収縮によって生じるインダクタンス変化及び一定の容量を有している外部のコンデンサを用いて、ばねが測定インダクタンスを表す、対応する発振回路の共振周波数を介して、直接的に収縮ストロークを測定する。このことは、本発明の実施の形態が、有利には、ばね自体及び外部のコンデンサによって形成される、発振回路の共振周波数を求めて評価することを意味している。
【０００８】
本発明の実施の形態は、導電性のばねの収縮ストローク用の直線ストローク測定装置を提供する。この直線ストローク測定装置では、ばねがその端部に電気的なコンタクトを有しており、且つ、対応する電気的な線路を介して測定インダクタンスとして測定回路と電気的に接続されており、この測定回路が、収縮ストロークによって惹起される測定インダクタンスの変化を検出し、ばねストロークを求めるためにその変化を評価する。
【０００９】
更に、導電性のばね及びその種の直線ストローク測定装置を備えているばねユニットが提案される。導電性のばねの収縮ストローク用の、対応する測定方法は、ばねの端部を電気的に接触させ且つばねを測定インダクタンスとして使用して、収縮ストロークによって惹起される測定インダクタンスの変化を検出し、ばねストロークを求めるためにその変化を評価する。
【００１０】
従属請求項に記載されている措置及び発展形態によって、独立請求項１に記載されている、導電性のばねの収縮ストローク用の直線ストローク測定装置の有利な改善が実現される。
【００１１】
特に有利には、測定回路は、外部の容量及び／又は評価及び制御ユニットを有することができる。本発明において、評価及び制御ユニットとは、例えば検出された測定信号を処理乃至評価する電気装置、例えば制御装置であると解される。評価及び制御ユニットは、ハードウェア及び／又はソフトウェアによって形成することができる、少なくとも一つのインタフェースを有することができる。ハードウェアによって形成される場合には、インタフェースは、例えばいわゆるシステムＡＳＩＣの一部であってよく、このシステムＡＳＩＣは評価及び制御ユニットの種々の機能を含んでいる。しかしながら、インタフェースは固有の集積回路であってもよいし、少なくとも部分的に分離した構成部材から形成されていてもよい。ソフトウェアによって形成される場合には、インタフェースはソフトウェアモジュールであってよく、このソフトウェアモジュールは例えばマイクロコントローラにおいて別のソフトウェアモジュールと共に設けられている。機械可読担体、例えば半導体メモリ、ハードディスクメモリ又は光学メモリに記憶されており、且つ、プログラムが評価及び制御ユニットによって実行されると、評価を実施するために使用されるプログラムコード手段を備えているコンピュータプログラム製品も有利である。
【００１２】
直線ストローク測定装置の有利な構成においては、評価及び制御ユニットが、例えばＤＣ−ＤＣ変換器を含み得る。ＤＣ−ＤＣ変換器は、測定インダクタンスの電気エネルギによって充電することができる外部の容量に掛かる測定電圧を測定することができる。測定電圧は、測定インダクタンスの実際の値を表すことができる。付加的又は選択的に、評価及び制御ユニットは、基準インダクタンスを有しているブリッジ回路を含み得る。測定インダクタンスを、ブリッジ分岐のループに挿入することができる。
【００１３】
直線ストローク測定装置の別の有利な構成においては、評価及び制御ユニットが、直流電圧を測定インダクタンスに印加することができ、また、増加した電流を、増幅器を用いて測定インダクタンスの実際の値を表す測定電圧に変換することができる。
【００１４】
一つの別の態様においては、外部の容量がばねの測定インダクタンスと共に、並列発振回路又は直列発振回路を形成することができる。評価及び制御ユニットは、対応する発振回路の共振周波数及び／又は共振抵抗及び／又は共振コンダクタンスを測定することができ、測定値から測定インダクタンスを求めることができる。これによって、ばねの測定インダクタンスの非常に簡単且つ廉価な測定が実現される。更に、評価及び制御ユニットは、位相制御ループを含むことができ、この位相制御ループを介して、励起された正弦波信号と、直列発振回路に掛かる電圧乃至直列発振回路を流れる電流との位相関係を決定することができる。
【００１５】
本発明の複数の実施例が図面に示されている。以下の記述において、それらの実施例を詳細に説明する。図中、同一の参照番号は、同一乃至類似の機能を実施するコンポーネント乃至構成部材を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】導電性のばねの収縮ストローク用の、本発明に係る直線ストローク測定装置を備えている、ばねユニットの一つの実施例の概略図を示す。
【図２】図１に示したばねユニットのための導電性のばねの収縮ストローク用の、本発明に係る直線ストローク測定装置の一つの実施例の概略図を示す。
【図３】図１に示したばねユニットのための導電性のばねの収縮ストローク用の、本発明に係る直線ストローク測定装置の一つの別の実施例の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１乃至図３から見て取れるように、収縮ストローク用の直線ストローク測定装置１，１Ａ，１Ｂの図示されている実施例においては、対応する導電性のばね３が、その端部に電気的なコンタクト３．１，３．２を有しており、且つ、対応する電気的な線路７．１，７．２を介して、測定インダクタンスＬとして測定回路５，５Ａ，５Ｂと電気的に接続されている。測定回路５，５Ａ，５Ｂは、収縮ストロークによって惹起される測定インダクタンスＬの変化を検出し、ばねストロークを求めるためにこの変化を評価する。例示的に、ばね３は図示されている実施例においてはコイルばねとして実施されている。
【００１８】
図示されている実施例において、導電性のばね３は、原理上、コイルとして機能し、そのインダクタンスＬを、次式（１）に従って計算することができる。
Ｌ＝μ０＊（Ｎ２＊Ａ／ｌ）
ここで、μ0は透磁率を表し、Ｎは巻数を表し、Ａは断面の面積を表し、ｌはばね３乃至コイルの長さを表す。長さを除き、対応するばね３の収縮時には、総ての特性量はほぼ同じままであり、ばね３の圧縮乃至収縮によって、インダクタンスＬが増加する。典型的なばね寸法では、例えば収縮されていない状態の長さｌmax＝０．２ｍ、巻数Ｎ＝７及び直径ｄ＝０．１ｍでは、測定インダクタンスＬに関して数μＨの値が生じ、この値は、Ｃ＝５００ｐＦの値を有する外部のコンデンサ乃至外部の容量との接続時に、数ＭＨｚの共振周波数を生じさせることができる。感度、即ち、収縮ごとの周波数変化は、１００ｋＨｚ／ｃｍを上回り、従って、その周波数変化を容易に検出することができる。
【００１９】
更に図１から見て取れるように、マクファーソンストラットとして実施されているばねユニット２０は、二つの取り付け端部２２，２４を有している。両取り付け端部２２，２４には、それぞれ一つのプレートが配置されており、それらのプレート間に、コイルばねとして実施されている導電性のばね３が張架されている。取り付け端部２２，２４間の中央には、ピストン３２を備えている、長手方向において可変のショックアブソーバ３０が配置されている。ピストン３２は、軸方向においてスライド可能にシリンダ３４内に収容される。シリンダ３４内のピストン３２の軸方向の運動は、適当な措置によって減衰されている。上記において既に説明したように、ばね３は電気的なコイルとして機能し、収縮ストロークを表すコイルの実際のインダクタンス乃至測定インダクタンスＬが測定回路５，５Ａ，５Ｂによって測定される。図示されているばねユニット２０は、有利には、サスペンションストラットとして車両のシャシ領域に使用される。シャシの運動時にばね３の力に逆らってばねユニット２０が収縮し、それによって取り付け点２２，２４の相互的な直線運動が生じるように、ばねユニット２０はシャシ領域に取り付けられている。この運動が、ショックアブソーバ３０によって減衰される。本発明に係る直線ストローク測定装置１，１Ａ，１Ｂによって、対応するばね３の収縮ストロークが測定される。収縮ストロークに関する相応の情報を、車両のサスペンションを適応的に適合させるために使用することができる。図示されている実施例においては、各電気的な線路７．１，７．２が、ばね３のそれぞれの端部から引き出されている。任意選択肢として、二つの電気的な線路７．１，７．２を、ばね３の一方の端部から引き出すことができ、その場合には、線路７．１，７．２のうちの一方が、電気的なコンタクト３．１，３．２のうちの一方から、ばね３の中心を通って他方のばね端部へと案内される。
【００２０】
インダクタンスを測定するための多くの適当な方法が公知である。特に簡単な実施の形態は、付加的に取り付けることができる容量Ｃｐ，Ｃｓを備えている発振回路５Ａ，５Ｂに測定インダクタンスＬを接続し、対応する共振周波数を測定することによって得られる。
【００２１】
更に図２及び図３から見て取れるように、図示されている実施例においては、測定回路５が外部の容量Ｃｐ，Ｃｓと評価及び制御ユニット１０Ａ，１０Ｂとを、それぞれ一つずつ有している。ばね３乃至ばね３の測定インダクタンスＬは、対応する発振回路５Ａ，５Ｂにおける周波数決定素子として使用される。
【００２２】
更に図２から見て取れるように、図示されている第１の実施例においては、外部の容量Ｃｐが、ばね３の測定インダクタンスＬと共に、並列発振回路５Ａを形成している。評価及び制御ユニット１０Ａは、対応する発振回路５Ａの共振周波数及び／又は共振抵抗及び／又は共振コンダクタンスを測定し、測定値から、ばね３の実際の収縮ストロークを表す測定インダクタンスＬの実際値を求める。
【００２３】
更に図３から見て取れるように、図示されている第２の実施例においては、外部の容量Ｃｓが、ばね３の測定インダクタンスＬと共に、直列発振回路５Ｂを形成している。評価及び制御ユニット１０Ｂは、対応する発振回路５Ｂの共振周波数及び／又は共振抵抗及び／又は共振コンダクタンスを測定し、測定値から、ばね３の実際の収縮ストロークを表す測定インダクタンスＬの実際値を求める。更に、評価及び制御ユニット１０Ｂは、位相制御ループを含むことができ、この位相制御ループを介して、励起された正弦波信号と、直列発振回路５Ｂに掛かる電圧又は直列発振回路５Ｂを流れる電流との位相関係を決定することができる。
【００２４】
詳細には図示されていない代替的な実施の形態においては、評価及び制御ユニット１０がＤＣ−ＤＣ変換器を備え得る。ＤＣ−ＤＣ変換器は、測定インダクタンスＬの電気エネルギによって充電される外部の容量に掛かる測定電圧を測定する。ここで、測定電圧は、測定インダクタンスＬの実際の値を表す。別の選択的な形態として、評価及び制御ユニット１０は、基準インダクタンスを有しているブリッジ回路を含み得る。測定インダクタンスは、ブリッジ分岐のループに挿入されている。更に、評価及び制御ユニット１０は、直流電圧を測定インダクタンスＬに印加することができ、また、増加した電流を、増幅器を用いて測定インダクタンスＬの実際の値を表す測定電圧に変換することができる。
【００２５】
導電性のばね３の収縮ストロークを求めるための本発明に係る測定方法の実施の形態は、ばね３の端部３．１，３．２を電気的に接触させ且つばね３を測定インダクタンスＬとして使用して、収縮ストロークによって惹起される測定インダクタンスＬの変化を検出し、ばねストロークを求めるためにその変化を評価する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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