(57)【要約】【課題】本発明は、導電性のばね（１０）を備えている、テレスコピックばねユニット（１）の収縮ストローク（ｘ）用の直線ストローク測定装置（２０）と、その種の直線ストローク測定装置（２０）を備えているテレスコピックばねユニット（１）に関する。【解決手段】本発明によれば、ばね（１０）が、ばね（１０）の実効長さに依存する測定インダクタンス（Ｌ）を形成しており、端部にそれぞれ一つの電気的なコンタクト（１２，１４）を有しており、且つ、対応する電気的な接続部を介して、測定容量（Ｃ）と、評価及び制御ユニット（２２）とに接続されており、測定インダクタンス（Ｌ）が、測定容量（Ｃ）と共に、電気的なＬＣ発振回路（２４）を形成しており、ＬＣ発振回路（２４）の共振周波数を評価及び制御ユニット（２２）が測定する。共振周波数は、収縮ストローク（ｘ）の関数として表される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性のばね（１０）を備えているテレスコピックばねユニット（１）の収縮ストローク（ｘ）用の直線ストローク測定装置（２０）において、
前記ばね（１０）は、当該ばね（１０）の実効長さ（ｌ）に依存する測定インダクタンス（Ｌ）を形成しており、
前記ばね（１０）は、当該ばね（１０）の端部にそれぞれ一つの電気的なコンタクト（１２，１４）を有しており、且つ、対応する電気的な接続部を介して、測定容量（Ｃ）と、評価及び制御ユニット（２２）とに接続されており、
前記測定インダクタンス（Ｌ）は、前記測定容量（Ｃ）と共に、電気的なＬＣ発振回路（２４）を形成しており、当該ＬＣ発振回路（２４）の共振周波数（ｆ）を前記評価及び制御ユニット（２２）が測定し、
前記共振周波数（ｆ）は、前記収縮ストローク（ｘ）の関数として表される、ことを特徴とする、直線ストローク測定装置（２０）。
【請求項２】
前記評価及び制御ユニット（２２）は、前記ＬＣ発振回路（２４）の前記測定された共振周波数（ｆ）に基づき、実際の収縮ストローク（ｘ）を算出する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記テレスコピックばねユニット（１）のコンポーネントは、前記電気的な接続部及び／又は前記測定容量（Ｃ）を形成している、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
収縮ストローク（ｘ）用の直線ストローク測定装置（２０）と、スタンションチューブ（３）と、スライダチューブ（５）と、支持管（７）と、前記スタンションチューブ（３）内に配置されており且つ前記スタンションチューブ（３）と前記支持管（７）との間に張架されている導電性のばね（１０）と、を備えているテレスコピックばねユニット（１）であって、
前記スタンションチューブ（３）は、前記支持管（７）及び前記スライダチューブ（５）に関して、軸方向に可動に支承されており、且つ、収縮時には、前記ばね（１０）の力に逆らって前記スライダチューブ（５）内に没入して前記ばね（１０）を圧縮する、テレスコピックばねユニット（１）において、
前記直線ストローク測定装置（２０）は、少なくとも、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置である、テレスコピックばねユニット（１）。
【請求項５】
相互に対向している前記スライダチューブ（５）の表面と前記スタンションチューブ（３）の表面との間に測定容量（Ｃ）が形成されており、当該測定容量（Ｃ）は、前記スライダチューブ（５）内の前記スタンションチューブ（３）の没入深さ（Ｔ）に依存している、請求項４に記載のテレスコピックばねユニット。
【請求項６】
前記支持管（７）は、導電性であり、且つ、前記スライダチューブ（５）における電気絶縁性の貫通部（５．２）を介して案内されている、請求項４又は５に記載のテレスコピックばねユニット。
【請求項７】
前記スライダチューブ（５）は、導電性であり、
前記スライダチューブ（５）及び前記スタンションチューブ（３）の前記表面は、シールリング（９）を介して相互に電気的に絶縁されている、請求項４乃至６のいずれか一項に記載のテレスコピックばねユニット。
【請求項８】
前記スタンションチューブ（３）及び前記支持管（７）は、相互に電気的に絶縁されている、請求項４乃至７のいずれか一項に記載のテレスコピックばねユニット。
【請求項９】
前記ばね（１０）は、第１の電気的なコンタクト（１２）を介して、前記スタンションチューブ（３）と導電的に接続されており、且つ、第２の電気的なコンタクト（１４）を介して、前記支持管（７）と導電的に接続されている、請求項４乃至８のいずれか一項に記載のテレスコピックばねユニット。
【請求項１０】
前記評価及び制御ユニット（２２）は、第１のコンタクトエレメント（５．１）を介して、前記スライダチューブ（５）と導電的に接続されており、且つ、第２のコンタクトエレメント（７．１）を介して、前記支持管（７）と導電的に接続されている、請求項９に記載のテレスコピックばねユニット。
【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、テレスコピックばねユニット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、独立請求項４の上位概念に記載されている、対応するテレスコピックばねユニットでもある。
【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、テレスコピックばねユニットの収縮ストローク用の直線ストローク測定装置、及び、独立請求項４の特徴を備えている、対応するテレスコピックばねユニットは、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測定容量を用いて、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、ばね自体及び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、導電性のばねを備えているテレスコピックばねユニット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。ばねは、ばねの実効長さに依存する測定インダクタンスを形成する。ばねは、その端部にそれぞれ一つの電気的なコンタクトを有しており、且つ、対応する電気的な接続部を介して、測定容量と、評価及び制御ユニットとに接続されている。測定インダクタンスは、測定容量と共に、電気的なＬＣ発振回路を形成し、そのＬＣ発振回路の共振周波数を評価及び制御ユニットが測定する。共振周波数は、収縮ストロークの関数として表される。
【０００９】
更に、収縮ストローク用のその種の直線ストローク測定装置と、スタンションチューブと、スライダチューブと、支持管と、スタンションチューブ内に配置されており且つスタンションチューブと支持管との間に張架されている導電性のばねと、を備えているテレスコピックばねユニットが提案される。スタンションチューブは、支持管及びスライダチューブに関して、軸方向に可動に支承されており、収縮時には、ばねの力に逆らってスライダチューブ内に没入してばねを圧縮する。
【００１０】
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。
【００１１】
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、テレスコピックばねユニット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形態、並びに、独立請求項４に記載されている、テレスコピックばねユニットの有利な改善形態が実現される。
【００１２】
特に有利には、評価及び制御ユニットは、ＬＣ発振回路の測定された共振周波数に基づき、実際の収縮ストロークを算出することができる。
【００１３】
直線ストローク測定装置の有利な構成においては、テレスコピックばねユニットのコンポーネントが、電気的な接続部及び／又は測定容量を形成することができる。これによって、有利には、共振周波数の測定及び直線ストロークの算出を行うための、評価及び制御ユニットの電子的なコンポーネントを除き、付加的なコンポーネントは必要とされない。
【００１４】
直線ストローク測定装置の実施の形態を、直接的に、テレスコピックばねユニットに組み込むことができるので、有利には、直線ストローク測定装置のコンポーネントが汚れること及び／又は損傷することは起こり得ない、及び／又は、直線ストローク測定装置のコンポーネントの盗難も生じ得ない。更に、信頼性が非常に高い点で優れている、摩耗のない廉価な直線ストローク測定装置を提供することができる。
【００１５】
テレスコピックばねユニットの有利な構成においては、相互に対向しているスライダチューブの表面とスタンションチューブの表面との間に測定容量を形成することができ、また、その測定容量を、スライダチューブ内のスタンションチューブの没入深さに依存させることができる。支持管を導電性に構成することができ、また、スタンションチューブにおける電気絶縁性の貫通部を介して案内することができる。更に、スライダチューブを導電性に構成することができ、その場合には、スライダチューブの表面と、スタンションチューブの表面とを、シールリングを介して相互に電気的に絶縁させることができる。更に、スタンションチューブ及び支持管を相互に電気的に絶縁させることができる。
【００１６】
テレスコピックばねユニットの別の有利な構成においては、ばねを、第１の電気的なコンタクトを介して、スタンションチューブと導電的に接続することができ、且つ、第２の電気的なコンタクトを介して、支持管と導電的に接続することができる。更に、評価及び制御ユニットを、第１のコンタクトエレメントを介して、スライダチューブと導電的に接続することができ、且つ、第２のコンタクトエレメントを介して、支持管と導電的に接続することができる。
【００１７】
本発明の一つの実施例を図面に示し、下記において詳細に説明する。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】
【００１８】
【図１】テレスコピックばねユニット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、負荷が掛けられていない位置でのテレスコピックばねユニットの一つの実施例の概略図を示す。
【図２】収縮された位置での、図１に示したテレスコピックばねユニットの概略図を示す。
【図３】直線ストローク測定装置の電気的なコンタクト及び代替回路素子を備えている、図１に示したテレスコピックばねユニットの概略図を示す。
【図４】収縮ストロークに依存する、図１乃至図３に示した直線ストローク測定装置の測定インダクタンスの特性曲線を示す。
【図５】収縮ストロークに依存する、図１乃至図３に示した直線ストローク測定装置の測定容量の特性曲線を示す。
【図６】収縮ストロークに依存する、図１乃至図３に示した直線ストローク測定装置の共振周波数の特性曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
発明の実施の形態
図１乃至図３から見て取れるように、本発明に係るテレスコピックばねユニット１の図示されている実施例は、収縮ストロークｘ用の直線ストローク測定装置２０と、スタンションチューブ３と、スライダチューブ５と、支持管７と、導電性のばね１０とを含んでいる。導電性のばね１０は、スタンションチューブ３内に配置されており、且つ、スタンションチューブ３と支持管７との間に張架されている。スタンションチューブ３は、支持管７及びスライダチューブ５に関して軸方向に可動に支承されている。スタンションチューブ３は、収縮時にばね１０の力に逆らってスライダチューブ５内に没入してばね１０を圧縮する。このことは、スタンションチューブ２が、収縮時にはスライダチューブ５内により深く没入することを意味している。
【００２０】
テレスコピックばねユニット１の収縮ストロークｘ用の直線ストローク測定装置２０は、測定インダクタンスＬを形成する導電性のばね１０を含んでいる。測定インダクタンスＬは、ばね１０の実効長さｌに依存する。ばね１０は、端部にそれぞれ一つの電気的なコンタクト１２，１４を有しており、対応する電気的な接続部を介して測定容量Ｃ並びに評価及び制御ユニット２２に接続されている。ここで、測定インダクタンスＬは、測定容量Ｃと共に、電気的なＬＣ発振回路２４を形成し、そのＬＣ発振回路２４の共振周波数ｆを評価及び制御ユニット２２が測定する。共振周波数ｆは、収縮ストロークｘの関数として表される。図示されている実施例において、評価及び制御ユニット２２は、ＬＣ発振回路２４の測定された共振周波数ｆに基づき、実際の収縮ストロークｘを算出する。
【００２１】
図示されている実施例において、導電性のばね１０は原理上、コイルとして機能し、その測定インダクタンスＬを、次式（１）に従い算出することができる。
【数１】
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【００２２】
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１０乃至コイルの実効長さを表す。長さｌを除き、対応するばね１０の収縮時には、総ての特性量はほぼ同じままであり、ばね１０の圧縮乃至収縮によって、測定インダクタンスＬが増加する。更に図１から見て取れるように、テレスコピックばねユニット１に負荷が掛けられていない状態においては、ばね１０が値０の収縮ストロークｘと第１の実効長さｌ１を有している。図２に示されている、テレスコピックばねユニット１が部分的に収縮された状態においては、ばね１０が第１の実効長さｌ１よりも短い第２の実効長さｌ２を有している。典型的なばね寸法では、収縮されていない状態の第１の実効長さｌ１の値は、例えば約２００ｍｍである。巻数Ｎの値は例えば１０であり、また、ばね１０の直径ｄの値は例えば約２０ｍｍである。これによって、テレスコピックばねユニット１に負荷が掛けられていない状態における測定インダクタンスＬについては、例えば、図４から見て取れるように、約０．１３μＨの値が生じる。
【００２３】
図１乃至図３から更に見て取れるように、図示されている実施例においては、テレスコピックばねユニット１のコンポーネントが、電気的な接続部及び測定容量Ｃを形成している。即ち、相互に対向しているスライダチューブ５の表面とスタンションチューブ３の表面との間の円筒形コンデンサの形態で測定容量Ｃが生じる。円筒形コンデンサの測定容量Ｃは、スライダチューブ５内のスタンションチューブ３の没入深さＴに依存しており、また、次式（２）に従って計算される。収縮時に円筒形コンデンサの実効面積が拡大するので、測定容量Ｃも増大する。
【数２】
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【００２４】
ここで、ε0は透磁率を表し、εrは相対誘電率を表し、ｒaはスライダチューブ５の内側半径を表し、ｒiはスタンションチューブ３の外側半径を表し、またＴはスライダチューブ５内のスタンションチューブ３の実効没入深さを表す。没入深さＴを除き、テレスコピックばねユニット１の収縮時には、総ての特性量がほぼ同じままであり、テレスコピックばねユニット１の収縮によって、測定容量Ｃが増大する。
【００２５】
更に図１から見て取れるように、テレスコピックばねユニット１に負荷が掛けられていない状態においては、第１の実効没入深さＴ１が生じており、また、図２に示されている部分的に収縮された状態では、第１の実効没入深さＴ１よりも大きい第２の実効没入深さＴ２が生じる。テレスコピックばねユニット１の典型的な寸法では、テレスコピックばねユニット１が収縮されていない状態の第１の実効没入深さＴ１の値は、例えば５０ｍｍである。スタンションチューブ３の外側半径ｒiの値は、例えば１０ｍｍであり、また、スライダチューブ５の内側半径ｒaの値は、例えば約１２ｍｍである。これによって、テレスコピックばねユニット１に負荷が掛けられていない状態における測定容量Ｃについては、例えば、図５から見て取れるように、約０．６ｎＦの値が生じる。
【００２６】
更に図３から見て取れるように、測定インダクタンスＬ及び測定容量Ｃは共に、共振周波数ｆを有している電気的なＬＣ発振回路２４を形成し、この共振周波数ｆは、次式（３）に従って計算される。
【数３】
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【００２７】
収縮ストロークｘが大きくなるに連れ、測定インダクタンスＬ及び測定容量Ｃが増加することによって、図６から見て取れるように、数１００ｋＨｚ／ｃｍの共振周波数ｆの減少と共に高い感度が得られる。
【００２８】
図示されている実施例において、ばね１０の表面には絶縁層が設けられており、この絶縁層を例えばラッカ及び／又は粉末コーティングによって被着させることができる。ばね１０は、一方の端部において第１の電気的なコンタクト１２を介して、スタンションチューブ３と導電的に接続されている。また、ばねは、他方の端部において第２のコンタクト１４を介して、支持管７と導電的に接続されている。支持管７は導電性であり、且つ、スタンションチューブ３内を案内される。従って、支持管７は、スタンションチューブ３の内壁に接触する壁に、電気絶縁層７．２を有している。更に、支持管７は、スライダチューブ５における電気絶縁性の貫通部５．２を介して外部へと案内されている。スライダチューブ５も同様に導電性である。スライダチューブ５及びスタンションチューブ３の相互に対向している表面は、シールリング９を介して相互に電気的に絶縁されている。評価及び制御ユニット２２は、第１のコンタクトエレメント５．１を介して、スライダチューブ５と導電的に接続されており、且つ、第２のコンタクトエレメント７．１を介して、支持管７と導電的に接続されている。
【００２９】
本発明の実施の形態によって、対応する共振周波数の測定を介して、テレスコピックばねユニットの収縮ストロークを特定することができる。共振周波数から、算術アルゴリズムを用いて収縮ストロークを計算することができる。有利には、共振周波数の測定及び収縮ストロークの算出を行うための電子的なコンポーネントを除き、付加的なコンポーネントは必要とされない。
【００３０】
本発明の実施例を、例えば、テレスコピックサスペンションのテレスコピックばねユニットに直接的に組み込むことができ、また、例えばオートバイ、自転車等のフォークに使用することができる。実際の収縮ストロークに関する情報を、例えば、アダプティブシャシのために、又は、フォーク剛性の調整に使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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