本發(fā)明涉及到能夠產(chǎn)生相當(dāng)于諸如懸架用線圈彈簧之類的線圈彈簧的反力的模擬線圈彈簧裝置。

背景技術(shù)：

麥福成支柱式懸架裝置作為車輛用懸架裝置的一例而聞名。麥福成支柱式懸架裝置內(nèi)包含線圈彈簧，和安裝在該線圈彈簧內(nèi)的支柱(阻尼器)。由于上述線圈彈簧的上方承受荷載所以彈簧受到壓縮，在上述線圈彈簧根據(jù)荷載大小成比例地被壓縮的同時，上述支架也會伸縮。

眾所周知，為了減少支架的折動抵抗，一般會以線圈彈簧的反力線位置為線圈彈簧中心，對麥福成支柱式懸架裝置進(jìn)行偏移操作。例如會把線圈彈簧安裝在上述支架摩擦最小的位置上。因此有必要知道線圈彈簧的反力線位置和支架折動抵抗之間的關(guān)系。不過在試制反力線位置參差不齊的多種類線圈彈簧之際，需要耗費極大的時間和經(jīng)費。所以有提案希望用模擬線圈彈簧裝置代替線圈彈簧。

例如知名的美國專利第7,606,690號(專利文獻(xiàn)1)所公開的模擬線圈彈簧裝置。另外2013年11月1日日本國彈簧學(xué)會(名古屋)發(fā)表的草案集第21頁－第24頁「對以通用彈簧為基礎(chǔ)的線圈彈簧反力線對車輛特性影響的調(diào)查」(非專利文獻(xiàn)1)，或者2014年4月8日美國(底特律)發(fā)表的sar2014「experimentalstudyontheeffectofcoilspringreactionforcevectoronsuspensioncharacteristics(非專利文獻(xiàn)2)中公開的改進(jìn)型模擬線圈彈簧裝置。這些模擬線圈彈簧裝置有包含6個液壓缸的斯圖爾特平臺型平行機構(gòu)。各液壓缸通過液壓驅(qū)動，可以模擬產(chǎn)生線圈彈簧的反力。

專利文獻(xiàn)1的模擬線圈彈簧裝置，使用各液壓缸上安裝的6個荷載傳感器檢測各液壓缸承載的反力。非專利文獻(xiàn)1和非專利文獻(xiàn)2上公開的模擬線圈彈簧裝置有外接荷載傳感器。使用該外接荷載傳感器檢測支架摩擦，即阻尼摩擦。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

【發(fā)明要解決的課題】

眾所周知，麥福成支柱式懸架裝置的下側(cè)彈簧座和上側(cè)彈簧座之間的線圈彈簧被壓縮的話，在下側(cè)座卷部和上側(cè)座卷部之間，旋轉(zhuǎn)方向的相對位置會根據(jù)壓縮量大小發(fā)生相應(yīng)變化。該相對位置的變化如果被摩擦所抑制，那懸架裝置中心銷軸系會產(chǎn)生力矩(中心銷力矩)。中心銷力矩是對車輛操作性能產(chǎn)生惡劣影響的要因。

上述中心銷力矩，會根據(jù)和中心銷軸以及支柱軸之間的幾何學(xué)位置關(guān)系產(chǎn)生相應(yīng)的變化。另外中心銷力矩有時也會受到反力線位置影響。因此做了使用模擬線圈彈簧裝置重現(xiàn)各種線圈彈簧的反力線位置和中心銷力矩的試驗。但是受到斯圖爾特平臺型平行機構(gòu)驅(qū)動單元的上端基材制約，該驅(qū)動單元的軸系產(chǎn)生扭矩時，驅(qū)動單元自身會發(fā)生扭曲。因此以前也考慮通過控制驅(qū)動單元產(chǎn)生的扭矩來產(chǎn)生相當(dāng)于中心銷的力矩。但是要高精度地檢測出相當(dāng)于真實懸架裝置的中心銷力矩也是困難的，有需要改進(jìn)的地方。

因此該發(fā)明，其目的在于提供可以比較正確評價支架式懸架裝置的線圈彈簧產(chǎn)生的中心銷力矩的模擬線圈彈簧裝置。

【解決課題的手段】

本發(fā)明的一個實施形態(tài)是，具備安裝在第1支架要素(例如外筒)上的下側(cè)彈簧座，和安裝在第2支架要素(比如棒)上的上側(cè)彈簧座，和上述下側(cè)彈簧座上安裝的第一配件部材，和上述上側(cè)彈簧座上安裝的第2配件部材，和上述上側(cè)彈簧座上方安裝的基材，和安裝在上述第1配件部材和上述第2配件部材之間進(jìn)行伸縮動作的驅(qū)動單元，和運行支持機構(gòu)，和第1內(nèi)部荷載傳感器，和第2內(nèi)部荷載傳感器。上述旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)安裝在上述基材和上述驅(qū)動單元之間，以上述上側(cè)彈簧座和上述驅(qū)動單元為軸系，對上述基材進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)的支持。上述第一內(nèi)部荷載傳感器，安裝在上述第1配件部材的內(nèi)部上述旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)和同軸上，有插入了上述第1支架要素的貫通孔，檢測出施加在上述下側(cè)彈簧座軸方向的力和軸系力矩。上述第2內(nèi)部荷載傳感器，安裝在上述第2配件部材的內(nèi)部上述旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)和同軸上，有插入了上述第2支架要素的貫通孔，檢測出施加在上述上側(cè)彈簧座軸方向的力和軸系力矩。

上述驅(qū)動單元的一例，由擁有在上述第1配件部材和上述第2配件部材之間交互改變傾斜度進(jìn)行安裝的6個液壓缸的斯圖爾特平臺型平行機構(gòu)組成。在本實施形態(tài)中，擁有上述下側(cè)彈簧座和上述第1內(nèi)部荷載傳感器之間安裝的第1座適配器，和安裝在上述上側(cè)彈簧座和上述第2內(nèi)部荷載傳感器之間的第2座適配器的話比較好。另外，上述第1內(nèi)部荷載傳感器形成擁有交互平行的上面和下面的環(huán)狀，而且，第2內(nèi)部荷載傳感器形成擁有交互平行的上面和下面的環(huán)狀，這些荷載傳感器安裝在上述旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)和同軸上。

上述第1配件部材的一例，擁有和上述第1內(nèi)部荷載傳感器相連的平面的第1圓板部，和從該第1圓板部延伸到下方的第1延出部，和從該第1延出部突出到外側(cè)的第1鍔部。上述第2配件部材的一例，擁有和上述第2內(nèi)部荷載傳感器相連的平面的第2圓板部，和從該第2圓板部延伸到下方的第2延出部，和從該第2延出部突出到外側(cè)的第2鍔部。具備檢測上述下側(cè)彈簧座和上述上側(cè)彈簧座在相對扭曲狀態(tài)下的中心銷軸系上產(chǎn)生的中心銷力矩的檢出方式的話比較好。

發(fā)明的效果

根據(jù)此實施形態(tài)，在可以正確重現(xiàn)相當(dāng)于支柱式懸架裝置的線圈彈簧的的反力線位置的同時，可以基于該驅(qū)動單元引起的軸系矩重現(xiàn)相當(dāng)于實際的懸架裝置的中心銷矩。

附圖說明

圖1是麥福成支柱式懸架裝置的斷面圖；

圖2是一種實施形態(tài)涉及的模擬線圈彈簧裝置的斜視圖；

圖3是圖2所示模擬線圈彈簧裝置的側(cè)面圖；

圖4是圖2所示模擬線圈彈簧裝置的底面圖；

圖5是沿圖4中f5-f5線的斷面圖；

圖6是顯示圖2所示模擬線圈彈簧裝置的概率的塊圖；

圖7是模式化顯示圖2所示模擬線圈彈簧裝置一部分的斜視圖。

具體實施方式

圖1顯示車輛用懸架的一個例子，是麥福成支柱式懸架裝置1，該懸架裝置1包含作為支柱2的緩沖裝置，和懸架用線圈彈簧3(下面略稱為線圈彈簧3)。支柱2包含作為第1支架要素的外筒4.。和作為第2支柱要素的桿5.桿5插入外筒4.插入外筒4的桿5的前端安裝了減衰力發(fā)生機構(gòu)。外筒4和桿5.可以互相朝軸l1(支柱軸)方向移動。

外筒4安裝有下側(cè)彈簧座10.外筒4的下端安裝有支架11.支架11安裝有關(guān)節(jié)部件12。關(guān)節(jié)部件12支持車輪軸。桿5的上端安裝了上側(cè)彈簧座15。上側(cè)彈簧座15和軀干部件16之間安裝有固定件絕緣體17。操作操控裝置時，支柱2依靠輸入關(guān)節(jié)部件12的操控裝置的操作力繞中心銷軸l2旋轉(zhuǎn)。線圈彈簧3在被壓縮狀態(tài)下安裝在下側(cè)彈簧座10和上側(cè)彈簧座15之間。

以下就1種實施形態(tài)涉及的模擬彈簧裝置20，參考圖2到圖7進(jìn)行說明。圖2是模擬彈簧裝置20的斜視圖。圖3是模擬彈簧裝置20的側(cè)面圖。圖4是模擬彈簧裝置20的底面圖。圖5是沿圖4中f5-f5線的斷面圖。

模擬線圈彈簧裝置20使用的支架2a(圖5所示)包含了作為第1支架要素的外筒4，和作為第2支柱要素的桿5a，和下側(cè)彈簧座10a，和支架11a，和上側(cè)彈簧座15a。下側(cè)彈簧座10a安裝于外筒4a。上側(cè)彈簧座15a位于下側(cè)彈簧座10a上方，安裝于桿5a的上端附近。桿5a可以針對外筒4a沿軸l1(支架軸)方向移動。

模擬彈簧裝置20包含了，第1配件部件21，和第2配件部件22.和第1座適配器27，和第2座適配器28，和斯圖爾特平臺型平行機構(gòu)構(gòu)成的驅(qū)動單元30，和第1內(nèi)部荷載傳感器41，和第2內(nèi)部荷載傳感器42，和基材部件45，和旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50等等。

第1的配件部件21固定在下側(cè)彈簧座10a上。第1配件部件21包含了安裝在下側(cè)彈簧座10a上方的第1圓板部21a，和第1圓板部21a下方延伸出的圓筒形第1延伸部21b，和第1延伸部21b下端朝外側(cè)突出的第1鍔部21c。也就是說第1配件部件21構(gòu)成了略帽形。在第1鍔部21c的圓周方向6處各自安裝了下側(cè)接頭連接部25。

第2配件部件22固定在上側(cè)彈簧座15a上。第2配件部件22包含了，安裝在上側(cè)彈簧座15a下方的第2圓板部22a，和從第2圓板部22a開始延伸到上方的圓筒形第2延伸部22b，和第2延伸部22b上端開始朝外側(cè)突出的第2鍔部22c。也就是說第2配件部件22構(gòu)成了逆帽形。在第2鍔部22c的圓周方向6處各自安裝了上側(cè)接頭連接部26。

下側(cè)彈簧座10a上安裝了第1座適配器27.第1座適配器27由例如鋁合金之類比鐵輕的輕合金構(gòu)成，包含了平坦的上面27a。第1座適配器27的下面27b呈和下側(cè)彈簧座10a相嵌合的形狀。

上側(cè)彈簧座15a下安裝了第2座適配器28.第2座適配器28也由例如鋁合金之類的輕合金構(gòu)成，包含了平坦的上面28a。第2座適配器28的上面28b呈和上側(cè)彈簧座進(jìn)行面接觸的形狀。第2座適配器28的下面28a和第1座適配器27的下面27b平行。

第1配件部件21的鍔部21c位于下側(cè)彈簧座10a的下方。第二配件部件22的鍔部22c位于上側(cè)彈簧座15a的上方。這些鍔部21c，22c之間安裝了液壓驅(qū)動伸縮動作的驅(qū)動單元30.驅(qū)動單元30的一例由斯圖爾特平臺型平行機構(gòu)構(gòu)成。

圖6是模擬線圈彈簧裝置20的構(gòu)成塊圖。圖7是模式化顯示模擬線圈彈簧組裝20的一部分的斜視圖。斯圖爾特平臺型平行機構(gòu)構(gòu)成的驅(qū)動單元30包含了6個液壓缸311～316。這些液壓缸311～316彼此相鄰，交互改變傾斜度進(jìn)行安裝，相對垂直線h(圖6所示)角度交互為+θ和－θ。

6個液壓缸311～316的構(gòu)造彼此相通，所以這里用第1液壓缸311進(jìn)行說明。液壓缸31包含了由液壓(例如油壓)驅(qū)動的活塞32，和移動活塞32到第1的方向的第1的液壓室33，和把活塞32移動到第2方向(收縮側(cè))的第2液壓室34。第1液壓室33和第2液壓室34，各自通過管道35.36連接到液壓供給裝置。

依靠液壓供給裝置3產(chǎn)生的液壓供給第1液壓室33或者第2液壓室34.可以使液壓缸311移動到伸展側(cè)或者收縮側(cè)。液壓缸311的下端由球接頭代表的自由接頭38，通過搖動自在的方式連接到第1配件部件21的接頭連接部25上。液壓缸311的上端由球接頭代表的自由接頭39，通過搖動自在的方式連接到第2配件部件22的接頭連接部26上。

第1配件部件21的圓板部21a和第1座適配器27之間安裝第1內(nèi)部荷載傳感器41。第1內(nèi)部荷載傳感器41內(nèi)置于第1配件部件21的內(nèi)部，安裝于下側(cè)彈簧座10a的上方。第1內(nèi)部荷載傳感器41包含了插入了外筒4a的貫通孔41a，和連接到第1圓板部21a的下面的平坦上面41b，和連接到第1座適配器27的上面27a的平坦下面41c，全體呈環(huán)狀。第1內(nèi)部座適配器41,固定在第1座適配器27上，其上面41b和下面41c和軸l1成直角。

第1內(nèi)部荷載傳感器41，和旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50同軸，也就是說內(nèi)部荷載傳感器41安裝時中心和軸l1保持一致。第1內(nèi)部荷載傳感器41檢測出作用于第1座適配器27的上面27a的軸力，和軸系矩。第1內(nèi)部荷載傳感器41可以和外筒4a，和下側(cè)彈簧座10a，和第1座適配器27，和第1配件部件21一起，繞軸系l1回動。

第2配件部件22的圓板部22a和第2座適配器28之間安裝了第2內(nèi)部荷載傳感器42。第2內(nèi)部荷載傳感器42內(nèi)置于第2配件部件22的內(nèi)部，安裝在上側(cè)彈簧座15a的下方。第2內(nèi)部荷載傳感器42，包含了插入了桿5a的貫通孔42a，和連接到第2圓板部22a上面的平坦下面42b，和連接到第2座適配器28的下面28a的平坦上面42c，全體呈環(huán)狀。第2內(nèi)部荷載傳感器42固定在第2座適配器28上，其下面42b和上面42c和軸l1成直角。

第2內(nèi)部荷載傳感器42，和第1內(nèi)部荷載傳感器41一樣，和旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50同軸，也就是說內(nèi)部荷載傳感器42安裝時中心和軸l1保持一致。第2內(nèi)部荷載傳感器42檢測出作用于第2座適配器28的上面28a的軸力，和軸系矩。第2內(nèi)部荷載傳感器42可以和上側(cè)彈簧座15a，和第2配件部件22，和第2座適配器28一起，繞軸系l1回動。上側(cè)彈簧座15a和基材部件45之間安裝了旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50.旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)可以針對基材部件45，支持驅(qū)動單元30繞軸系l1自由旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)的一例是球軸承，包含了下側(cè)環(huán)形部件51，和上側(cè)環(huán)形部件52，和這些環(huán)形部件51，52之間內(nèi)置的多個轉(zhuǎn)動部件53.下側(cè)環(huán)形部件51安裝在上側(cè)彈簧座15a的上面。上側(cè)環(huán)形部件52安裝在基材部件45的下面。

該模擬線圈彈簧裝置20作為檢測中心銷矩的檢測手段的一例，包含了推挽電路實驗機60(圖6所示)。推挽電路實驗機60包含了推挽拉桿61的線性驅(qū)動器62，和檢測施加在拉桿61上的軸力的荷載傳感器63.拉桿61連接在關(guān)節(jié)部件12上。對關(guān)節(jié)部件12上施加中心銷軸l2邊轉(zhuǎn)矩(中心銷矩)時，轉(zhuǎn)矩大小可以由實驗機60檢測。

以下就模擬線圈彈簧裝置20的作用進(jìn)行說明。

斯圖爾特平臺型平行機構(gòu)構(gòu)成的驅(qū)動單元30，通過合成圖7所示6個軸力，來形成6個自由度的任意力場。也就是說6個液壓缸311～316產(chǎn)生的力的矢量中，軸l1方向

的分量的合力相當(dāng)于線圈彈簧的反力。例如6個軸力p1～p6的合成值是正的話，會產(chǎn)生沿軸l1向上的力pz。

驅(qū)動單元30在下側(cè)彈簧座10a和上側(cè)彈簧座15a之間被壓縮，6個液壓缸311～316產(chǎn)生的力的矢量中，軸方向的力朝下側(cè)彈簧座10a施加。這種情況下，圖7的坐標(biāo)系上產(chǎn)生具有互相直交關(guān)系的3個軸力(px，py，pz)，和3個矩(mx，my，mz)。第1內(nèi)部荷載傳感器41檢測出施加于下側(cè)彈簧座10a的6分力(px，py，pz，mx，my，mz)，并輸入控制器70(如圖6所示)。另外，第2內(nèi)部荷載傳感器42檢測出施加于上側(cè)彈簧座15a的6分力，并輸入控制器70(如圖6所示)?；谶@些6分力算出反力中心位置(荷重軸)l3。

另外6個軸力p1～p6涉及到軸l1的矩的合，為軸l1邊矩mz。例如圖7上，3個液壓缸311，313，315產(chǎn)生的力(產(chǎn)生負(fù)mz的軸力)的合，比其他三個液壓缸312，314，316產(chǎn)生的力(產(chǎn)生負(fù)mz的軸力)的合大的話，則在驅(qū)動單元30的上端(上側(cè)彈簧座15a)上產(chǎn)生正值mz。也就是說6個液壓缸311～316產(chǎn)生的力的矢量的軸系分量是軸l1邊矩(mz)。受中心銷軸的6分力影響，也會產(chǎn)生中心銷軸l2邊矩(中心銷矩)。因此，可以一邊通過驅(qū)動單元30改變6分力，一邊測定中心銷軸l2邊矩。

可以使用本實施形態(tài)的模擬線圈彈簧裝置20進(jìn)行支架2a的性能試驗(例如支架2a的折動抵抗和中心銷矩的測定)。圖5和圖6顯示了荷重實驗機的一部分80。使用該荷重實驗機對模擬線圈彈簧裝置20施加一定的荷重。該荷重會導(dǎo)致下側(cè)彈簧座10a和上側(cè)彈簧座15a之間的距離縮小，產(chǎn)生垂直反力。在該垂直反力產(chǎn)生的狀態(tài)下，例如上下方向的支架在±5mm、0.5hz的頻率下使基材部件上下移動，依靠外部荷載傳感器81測定荷重?？梢允褂脺y得的荷重的磁滯的半值評價支架2a產(chǎn)生的摩擦力。

通過控制供給各液壓缸311～316液壓，在下側(cè)彈簧座10a和上側(cè)彈簧座15a之間產(chǎn)生軸l1邊矩(mz)，從而對應(yīng)軸l1和中心銷軸l2的幾何位置關(guān)系產(chǎn)生中心銷矩。驅(qū)動單元30依靠旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50支持。旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)的摩擦控制中心銷矩的大小。在下側(cè)彈簧座10a和上側(cè)彈簧座15a之間產(chǎn)生一定的垂直反力的狀態(tài)下，通過推挽實驗機60(圖6所示)檢測出中心銷矩。例如，通過線性驅(qū)動器62使關(guān)節(jié)部件12朝右以及朝左交互旋轉(zhuǎn)，用荷載傳感器63檢測出施加在桿61上的軸力。然后根據(jù)右旋時的軸力和左旋時的軸力的差算出中心銷矩。只是，也可以用其他檢測方法檢測出中心銷矩。

本實施形態(tài)的模擬線圈彈簧裝置20，包含了旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50和安裝在同軸上的第1內(nèi)部荷載傳感器41和第2內(nèi)部荷載傳感器42.而且斯圖爾特平臺型平行機構(gòu)構(gòu)成的驅(qū)動單元30可以依靠旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50來進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)。中心銷矩被旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50的摩擦所控制，如果驅(qū)動單元30受制于基材部件45的話，則很難重現(xiàn)相當(dāng)于懸架裝置的中心銷矩。本實施形態(tài)中，驅(qū)動單元30基于基材部件45，依靠旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50可以進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)，所以可以高精度檢測出相當(dāng)于實際的懸架裝置的中心銷矩。

本實施形態(tài)的模擬線圈彈簧裝置，可以依靠安裝在旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)50和同軸安裝的內(nèi)部荷載傳感器41,42來高精度地檢測出作用于下側(cè)彈簧座10a和上側(cè)彈簧座15a之間的軸力和軸邊矩。而且通過使用座適配器27,28可以使用相當(dāng)于實際的懸架裝置的彈簧座10a，15a。因此可以正確重現(xiàn)相當(dāng)于實際的線圈彈簧的反力線位置，而且，可以檢測出中心銷矩。

【產(chǎn)業(yè)上使用的可能性】

本發(fā)明的實施形態(tài)涉及的模擬線圈彈簧裝置，不局限于麥福成支柱式，總之有支柱的其他形式的懸架裝置也是可以適用的。驅(qū)動單元，也不局限于斯圖爾特平臺型平行機構(gòu)，總之可以使用依靠流體(液體或氣體)的壓力進(jìn)行伸縮動作的具有汽缸的驅(qū)動單元。作為驅(qū)動單元的其他的例子，可以使用包含球螺絲和伺服馬達(dá)的線性驅(qū)動器，或者使用差動變壓器式線性驅(qū)動器也可以。另外在實施本發(fā)明時，當(dāng)然也可以變形實施第1以及第2配件部件和第1以及第2內(nèi)部荷載傳感器，旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)，第1以及第2座適配器，中心銷矩檢測手段等等構(gòu)成和形狀和配置之類，組成模擬線圈彈簧的各個要素，不需多說。

【符號の說明】

2a---支架(緩沖裝置)，4a---外筒(第1支架要素)，5a---桿(第2支架要素)，10a---下側(cè)彈簧座，11a---支撐，15a---上側(cè)彈簧座，20---模擬線圈彈簧裝置，21---第1配件部件，21a---第1圓板部，21b---第1延伸部，21c---第1鍔部，22---第2配件部件，22a—第2圓板部，22b---第2延伸部，22c---第2鍔部，27---第1座適配器，27a---上面，27b---下面，28---第2座適配器，28a---下面，28b---上面，30---驅(qū)動單元，311～316…液壓缸，37---液壓供給裝置，41---第1內(nèi)部荷載傳感器，41a---貫通孔，42---第2內(nèi)部荷載傳感器，42a---貫通孔，45---基材部件，50---旋轉(zhuǎn)支持機構(gòu)，60---推挽實驗機，70—控制部。