JPH06227225A - 水晶圧電素子を使つた懸架装置の構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 路面または軌条等の凹凸により車輪に加わる動的な負荷
の大きさと方向を水晶圧電素子により検出し、油圧また
は空圧を作動させるようにし、従来の機械式スプリング
に換わる車両用懸架装置構造に係わるものである。 【構 成】 負荷の大きさと方向を水晶圧電素子に現れ
る電荷の量によって計測し、その入力に対応する大きさ
の力を逆方向に作用させるようにしたサーボ機構で油圧
または空圧を制御して懸架装置を作動させ、路面または
軌条等の凹凸による車体の揺れを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】陸上を走行する車両の車体と車輪
の間に本案による懸架装置を取り付けることにより、路
面または軌条の凹凸による車輪の上下動を車体に伝え
ず、また発進、加速、減速、停止または曲路走行の際や
荷重の偏り等による車体の重心の移動による傾きも懸架
装置の衝程の範囲内で修正できるため車体の姿勢を一定
の状態に保つことができる。

【０００２】

【従来の技術】主として路面または鉄道の軌条上を走行
する車両は、回転する車輪と車体の間にらせん状スプリ
ングまたは板状スプリング等の機械的なタワミを利用し
た緩衝機構を有する懸架装置または支持装置を介して路
面または軌条の凹凸による衝撃ないし揺れを吸収するよ
うになっている。さらに機械式スプリングの反発力を収
斂させる目的で通常油圧式緩衝機（ショック・アブソー
バ）を併用している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】機械式スプリングによ
る緩衝機構は入力に対する応答が遅く追従性が悪いため
路面の凹凸による車輪の振動を車体に伝えやすい。また
機械式スプリンング自体は形状が大きく重量も重いため
特に乗用自動車等に使用すると空間の有効な利用の妨げ
になり、車体重量が増加するという欠陥を伴う。更に入
力帯域が極めて狭いため加える荷重に対しスプリングの
タワミ量が変化し特性も変化する。 換言すれば荷重に
よりタワミ量が変化するため乗り心地が変わったり、車
体自身の姿勢の変化が大きくなる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】車両の懸架装置に機械式
スプリングを使用すると応答が遅く追従性が悪い、形状
が大きく重量が重い、入力帯域が狭い等の課題が付きま
とう。本案は水晶圧電素子をセンサに使い車輪が路面ま
たは軌条の凹凸によって受ける力の方向と大きさを検出
し、これらの情報をマイクロ・コンピュータで演算処理
し入力した力の方向と逆の方向に同等の大きさの力を出
力するよう油圧または空圧を制御するサーボ機構により
懸架装置を機能させるものである。水晶圧電素子は入力
に対する応答が早く、形状は極めて小さく、入力帯は１
０^３以上が可能でしかもその範囲以上にわたって直線的
に応答することを特徴としている力センサで、このセン
サを車体と車輪によって構成される懸架装置に取り付け
路面または軌条から直接力を受けるか、または懸架装置
を作動させる油圧または空圧機構の系の中に取り付けて
車輪に作用する力の方向と大きさを検出するものであ
る。

【０００５】

【作 用】図１は水晶の圧電効果について説明してい
る。図中で座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚ、は水晶の結晶学上の軸
で、Ｚ軸は光学軸、Ｘ軸は電気軸である。いまＸ軸方向
に機械的負荷Ｆが加わると水晶の表面に電荷Ｑが現れ
る。図２はディスク状に作られた水晶素子２枚が電荷を
集める電極を挟んでアセンブリされた状態を示した断面
図である。即ち２枚の水晶ディスク１、２と電極３、本
案による機械的な構成を取り付ける車体の一部４、そし
てこれらをアセンブリすると同時に予圧Ｆを与えるボル
ト５とナット６、予圧が２枚の水晶ディスクに均等に与
えられるようにしたバックアップ用のワッシャ７で構成
される。２枚の水晶ディスク１、２は＋電荷が発生する
面が電極３を挟んで向かい合うよう組み付けられる。こ
の目的は水晶素子自身が良好な絶縁体であることを利用
してディスクの両面に発生する電荷Ｑ＋、電荷Ｑ−を損
失なく取り出すことができ、さらに２枚の水晶ディスク
を同時に作動させることにより電荷感度を２倍にするた
めである。２枚の水晶ディスク１、２をアセンブリする
際に組み付けボルト５とナット６により与えられる予圧
Ｆは機械的な構成全体にかかる負荷より大きくする必要
がある。この理由は路面または軌条の凹凸が車輸を介し
て伝達される際の入力の方向を判別するためである。図
２で車輪が凸の状態になった時、２枚の水晶ディスク
１、２には予圧Ｆに対しさらに＋Ｆの力が、車輪が凹の
状態になった時２枚の水晶ディスク１、２には予圧Ｆに
対し−Ｆの力が加わる。即ち力の加わる方向により水晶
ディスク１、２に現れる電荷の量は予圧Ｆを基準に、＋
Ｆでは＋に、−Ｆでは−になるため力の方向ならびに大
きさを同時に検出できるのである。水晶圧電素子の物性
は非常に固く従って共振周波数も高い。この特性は加わ
る力または圧力の変化に対する応答の早さを意味してい
る。懸架装置の系全体の剛性や共振周波数を考慮に入れ
なければ水晶圧電素子自体は ４０μｓ程度の圧力ピー
クにも応答するので例えば陸上を２００Ｋｍ／ｈで走行
する車両の１ｍｓ間の速度（走行する距離）は約５６ｍ
ｍでしかないことを考えれば十分な応答速度をもつもの
といえる。

【０００６】

【実施例】図３は本案によるシステムの構成を示してい
る。図２の説明に加え説明すると最初に水晶ディスク
１、２に入力された力の大きさと方向は水晶ディスク面
に電荷の形で発生する。発生した電荷は電極３で集電
し、チャージ・アンプ８で電気信号に変換されたのち演
算器９に読み込まれ、演算器９は信号を解析し油圧また
は空圧の方向、圧力、流量を演算する。演算器９からの
指令を受けた制御器１０は制御信号にして圧力制御弁１
１、流量制御弁１２、方向制御弁 １３ で油圧または
空圧の圧力、流量と流れの方向を制御し複胴シリンダ１
４、に送り機械的作動に変えるサーボ機構である。１５
は油圧または空圧ポンプである。図３のシステムの構成
においては車輪が路面または軌条の凹を越えるときは水
晶ディスク１、２には予圧Ｆに対し−Ｆの力が加わる。
この情報により演算器８は制御器１０に対し＋Ｆの力を
加えるよう指示し、制御器１０は圧力制御弁１１、と流
量制御弁１２、方向制御弁１３を指示に従って制御す
る。凸面を通過する際は逆の制御がおこなわれる。

【０００７】

【発明の効果】

１．機械式スプリングに比較し入力に対する応答が早い
ため車体の揺れを減少できる。 ２．荷重のかたより、重心の移動による車体の姿勢の修
正ができる。 ３．車高の上下調整が容易である。 ４．機械式スプリングに比較し、より形状が小さく、軽
量なのでスペースの有効利用と車体総重量の低減が期待
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】水晶圧電素子に力が作用し、変形した場合の力
の方向と電荷の発生状態を示している。

【図２】本発明における水晶圧電素子の配置と組込みの
状態を示す。

【図３】水晶圧電素子に作用する力の方向と大きさを解
析し、作用した力の方向に対し逆の方向に同じ大きさの
力を作用させようとするサーボ・システムの系統図。

【符合の説明】

１ 水晶圧電素子（ディスク型） Ｘ 水晶の結晶学
上の軸 ２ 水晶圧電素子（ディスク型） Ｙ 水晶の結晶学
上の軸 ３ 電 極 Ｚ 水晶の結晶学
上の軸 ４ 車体の一部 Ｆ ２枚の水晶素
子に与える予圧力 ５ ボルト ＋Ｆ ある方向から
加わる力 ６ ナット −Ｆ 逆方向から加
わる力 ７ バックアップ用ワッシャ Ｑ 水晶の表面に
発生する電荷 ８ チャージ・アンプ ＋Ｑ 発生した＋電
荷 ９ 演 算 器 −Ｑ 発生した−電
荷 １０ 制 御 器 Ｍ ポンプ駆動
モータ １１ 圧力制御弁 １２ 流量制御弁 １３ 方向制御弁 １４ 複胴シリンダ １５ 油圧または空圧ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 力を加えると表面に電荷が発生し、その
   電荷の量は加えられた力の大きさと比例関係にある特性
   を持つ水晶素子を、車両の懸架装置または支持装置の直
   接‘力’が作用する点に組み込み路面または軌条面等の
   凹凸を検知し、その情報によって油圧または空圧機構を
   制御して懸架装置または支持装置で支持された車体部分
   が凹凸を通過の際に揺り動かされることなく常に一定の
   状態に保つことができるようにしたサーボ機構をもつ懸
   架装置の構造。
2. 【請求項２】 請求項１による水晶素子を直接力が作用
   する点に取り付けず、油圧または空圧機構の系に組み込
   み路面または軌条面等の凹凸によって受ける力の作用を
   油圧または空圧の系の圧力の増減で検知し、その情報に
   より油圧または空圧機構を制御するようにした懸架装置
   の構造。