JPH0242202A - ピストン位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、シリンダ装置において、シリンダ内部に配設
されたピストンの位置を検出するビストン位置検出装置
に関し、例えば、スタビライザのねじり力を調節するシ
リンダ装置のピストン位置検出に用いて有効である。

〔従来の技術〕

シリンダ装置におけるピストン位置検出の手段として、
従来、例えばポテンショメータ（可変抵抗器）をピスト
ンロッドに連動させて、電圧の変化からピストン位置を
検出する、あるいは実開昭６０−７７８０２号公報に示
されるように、ピストンロッドに発磁体を配設し、シリ
ンダの一部に設けた読取りヘッドによりピストン位置を
検出する等の手段が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ポテンショメータのような接触代のセン
サを用いた場合や、発磁体の読取りヘッドのようにセン
サ部に電気・電子回路を必要とする構成の場合、センサ
自体の構造が複雑になるとともに、例えば自動車のサス
ペンション装置など、温度変化や振動等の環境条件の厳
しい場所への適用は困難である。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、シリンダ
装置において、構造が簡素化され、かつ耐環境性に優れ
たピストン位置検出装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明によるピストン位置
検出装置はシリンダ内部に摺動自在に配設されたピスト
ンと、 前記ピストンと一体となって移動するとともに、第１、
第２の異なる透磁率を備えた部材から構成されるピスト
ンロッドと、 前記ピストンの摺動時に、前記ピストンロッドの前記第
１、第２の透磁率の部分が通過するように前記ピストン
ロッドの周囲に設けられて、所定の周期で変化する電気
信号が与えられる中空状のコイルと、 前記コイルのインダクタンスの変化を検出する検出手段
と、 前記検出手段によって検出される前記コイルのインダク
タンス変化から、前記ピストンの位置を演算する演算手
段とを備える構成とする。

〔発明の作用・効果〕

上記構成によれば、ピストンロッドの第１、第２の透磁
率を備えた部材が、コイル内を通過することによって、
コイルのインダクタンスが変化する。このコイルのイン
ダクタンスの変化を検出することによって、ピストンの
位置をもとめることができる。

このとき、検出手段としては、導線を巻いたコイルのみ
で構成できるため、本発明によるピストン位置検出装置
は温度変化、振動等の環境条件の厳しい場所でも使用す
ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、シリンダ装置１６は、シリンダボディ
２１内に摺動自在に配設されたピストン２２によっ゛て
、上室２５と下室２６とに分けられる。上室２５、下室
２６ではそれぞれ、上室ポート２３、下室ポート２４か
ら圧力流体の供給、排出が行われる。ピストン２２には
、ピストンロッド２７が固定され、さらに、シリンダボ
ディ２１の上部には、位置検出装置４３が設置されてい
る。

ピストンロッド２７は、第１の透磁率の部材としての非
磁性材（例えば５ＵＳ３０４）２７２と第２の透磁率の
部材としての磁性材（例えば５ＩＱＣ）２７１を摩擦圧
接などの方式により接合したものである。なお境界部２
７３の位置は、ピストンロッド２７をシリンダ装置１６
に組み込んだ時のビストンストローク（シリンダボディ
２１内で、ビス１−ン２２が動きうる範囲）の中間位置
になるように設計されている。

また位置検出装置４３は、第２図に示すように、樹脂製
のボビン４３１にエナメル線（銅線にエナメルの被覆を
施したもの）等を巻きつけてコイル４３２とし、さらに
ボビン４３１の外側を磁性材（例えば５ＩＯＣ）４３３
で被ったものから構成されている。この磁性材４３３は
、いわゆる外心と呼ばれるもので、コイル４３２が発生
する磁束を外部に漏らされず、ピストンロッド２７に集
中させるためのものである。

ここで、コイル４３２のインダクタンスを計測すると、
コイル４３２内を非磁性材２７２が貫く場合には非磁性
材２７２の透磁率が非常に小さいためインダクタンスが
小さくなり（最小値Ｌ　ｓｉア）、一方位性材２７１が
貫く場合には磁性材２７１の透磁率が大きいため、イン
ダクタンスは大きくなる（最大値り、、Ｘ）。また境界
部２７３がコイル４３２内にある場合には、コイル４３
２のインダクタンスは最小値Ｌ１８７と最大値し、□と
の間の値になる。すなわち第３図に示すようなインダク
タンス変化となる。

そこで、ビストンストロークの中間位置に相当するイン
ダクタンスＬ、、６をしきい値とする比較処理を行えば
、シリンダ装置１６のビストンストロークが磁性材２７
１側にあるのか非磁性材２７２側にあるのか、すなわち
中間位置から収縮側にあるのか伸長側にあるのかを区別
するスイッチとして利用できる。なお、インダクタンス
の変化は、主にピストンロッド２７の境界部２７３がコ
イル４３２内を通過するときに生じるので、コイル４３
２０幅（軸方向の長さ）を薄くすれば、精度良く中間位
置を検出することができるスイッチとなる。

以上、本発明を中間位置を検出するスイッチとして用い
る例について説明したが、次にアナログセンサとして用
いる例について説明する。

先に述べたように、コイル４３２内をピストンロッド２
７の境界部２７３が通過するときにコイル４３２のイン
ダクタンスは連続的に変化する。

そこでコイル４３２を幅の厚いものを用いれば、中間位
置付近でインダクタンスが徐々に変化し、この領域でア
ナログセンサとしての使用が可能となる。しかし、単に
幅の厚いコイル４３２を使用しただけでは、第４図に破
線（ｂ）で示すように、磁性材２７１がコイル４３２内
に侵入するに従ってインダクタンス変化が大きくなって
しまう。したがって、磁性材２７１側、非磁性材２７２
側での分解能が非線形となり、特に非磁性材２７２側で
十分な変化量が得られず、分解能が悪くなる。この不具
合を改善するためには、コイル４３２の磁束通過経路を
、コイル４３２の設置面を中心として非対称にしてやれ
ば良い。すなわちコイル４３２の上方と下方の磁束通過
経路の実効的な透磁率を変えてやれば良い。そのための
具体的方法として、第１図に示すように、コイルボビン
４３１の形状をボビンの厚み方向の中心に対して非対称
に形成し、コイル４３２が磁性材２７１側、ボビン４３
１の肉厚部が非磁性材２７２側となるようにボビン４３
１を設置する。これにより、磁性材２７１がコイル４３
２内に深く侵入しても、コイル４３２の磁束通路途中に
樹脂性のボビン４３１の肉厚部が存在するため、コイル
４３２のインダクタンスの変化が抑制される。したがっ
て、このときのピストンロッド２７のストロークとコイ
ル４３２のインダクタンスとの関係は、第４図に実線（
ａ）で示すように直線性が改善され、伸長側、収縮側と
も分解能に差が生じることがなくなる。

次に、上記のような構成を備えるシリンダ装置１６を用
いた車両用姿勢制御装置１について第５図に基づいて説
明する。

第５図において前輪側スタビライザ装置２では、左右前
輪６．１０がそれぞれ左右前輪ショックアブソーバ７、
」１および右左前輪サスペンションアーム８，１２によ
り車体９に支持されている。

さらに、前輪側スタビライザバー１３のトーション部は
、車体９にボルト等で固定された軸受１４゜１５により
車体９に回転自在に支持されている。

前輪側スタビライザバー１３の一端部１３ａは、連結距
離の調整が可能なシリンダ装置１６を介して右前輪ショ
ックアブソーバ１１のばね下部に結合されている。これ
により、前輪側スタビライザバー１３の一端部１３ａと
右前輪ショックアブソーバ１１のばね下部との間の連結
距離が、シリンダ装置１６の伸縮によって調整可能とな
る。前輪側スタビライザバー１３の他の端部１３ｂは、
リンクロッド１７を介して左前輪ショックアブソーバ７
のばね下部に結合されている。また、操舵機構１９は、
ステアリングホイール１８の操作に応じて左右前輪６．
１０の向きを変更するものである。

電子制御装置４は、第６図に示すようにＣＰＵ４　ａ、
ＲＯＭ４　ｂ、ＲＡＭ４　ｃ、データバス４ｆ。

入力部４ｄ、出力部４ｅから構成され、車両の走行速度
を検出する車速センサ４Ｌステアリングホイール１日の
操舵角度を検出する操舵角センサ４２、およびシリンダ
装置１６のピストン位置を検出する本発明による位置検
出装置４３からの信号に応じて、油圧装置３に制御信号
を出力する。

シリンダ装置１６は第６図に示すように、電子制御装置
４の制御信号に応じて油圧装置３から供給される圧油に
より作動する。

油圧装置３においては、エンジン３０により動力伝達機
構を介して駆動される油圧ポンプ３１が、リザーバタン
ク３４から作動油を吸入し、管路３３ａ、制御弁（４ポ
一ト３位置電磁弁）３２、管路３３ｃ、３３ｄを介して
シリンダ装置１６に圧油を供給する。制御弁３２は、電
子制御装置４からの制御信号に応じて、中立位置３２ａ
、伸長位置３２ｂ、収縮位置３２ｃの３位置及びそれら
の任意の中間位置に切り換えられる。

ここで位置検出装置４３によって、ピストン２２の位置
がどのように検出されるかを、第７図を用いて説明する
。

電子制御装置４の出力部４ｅに設けられたパルス電圧発
生器４ｇによって、周期的に変化する電圧幅Ｅのパルス
電圧が直列に接続されたインダクタンスＬのコイル４３
２と抵抗値Ｒの抵抗４ｈに与えられる。このときにコイ
ル４３２と抵抗４ｈに流れる電流をｉとすると、コイル
４３２の端子電圧ｖ、は であるから、 という微分方程式が得られる。これを解くとｉ＝（１−
ｅ−（＊　／　Ｌ　Ｉ　Ｌ　　）となり、抵抗４ｈの端
子電圧ｖ２は ｖｚ＝Ｒｉ＝Ｅ（１ｅ−”八＋１　） となる。この端子電圧ｖ２と予め定めた基準電圧Ｖ　ｒ
ｏｆとを比較器４１で比較すると、端子電圧ｖ２が大き
いとき、比較器４１の出力はＨｉとなり、端子電圧ｖ２
が小さいとき比較器４１の出力はＬｏｗとなる。この比
較器４１のパルス出力を、抵抗４にとコンデンサ４１か
らなるパルス幅→電圧変換回路４ｊによって、平均電圧
に変換する。ここで、コイル４３２のインダクタンスＬ
が小さいとき、比較器４１のパルス出力はＨｉの割合が
多くなり、インダクタンスＬが大きいときＬｏｗの割合
が多くなるため、パルス幅→電圧変換回路４ｊによって
変換された平均電圧の値がコイル４３２のインダクタン
スＬの値に対応することになる。

この平均電圧としきい値電圧Ｖｔｈとを比較器４Ｍで比
較するわけであるが、このしきい値電圧Ｖいはビストン
ストロークの中間位置に対応するように定められている
ため、比較器４Ｍの出力からビストンストロークが伸長
側にあるのか、それとも収縮側にあるのかを検出するこ
とができる。

次に、上記構成において基本的な作動、制御方法につい
て説明する。

まず、直進走行時について説明する。直進走行では、第
６図の制御弁３２は中立位置３２ａの状態に設定される
。このとき油圧ポンプ３１から吐出される圧油は、管路
３３ａ、制御弁３２、管路３３ｂを経てリザーバ３４に
戻る。一方、管路３３ｃ、３３ｄは制御弁３２によって
遮断されるため、シリンダ装置１６の上下室２５．２６
は油密状態に保たれ、ピストン２２はシリンダボディ２
１内で固定される。すなわちシリンダ装置１６は、リン
クロッド１７と同様に一種の剛体の働きをすることにな
り、スタビライザ１３はその固有の捩り剛性を発揮して
、車両の走行安定性を確保する。

つぎに旋回走行時について説明する。旋回走行時には、
車速と操舵角の大きさに応じてあらかじめ定めた関係に
従って、シリンダ装置１６の目標伸縮量を決める。その
目標伸縮量に応じてシリンダ装置１６を伸長または収縮
させるように、油圧装置３を駆動する。すなわちシリン
ダ装置１６を伸長させるときには、制御弁３２を伸長位
置３２ｂ側へ駆動するりニアソレノイドに通電する。こ
の時シリンダ装置１６の下室２６に管路３３ｄを介して
接続される制御弁３２のボートは直ちに全開となって、
ポンプ３１からの圧油を管路３３ａ、制御弁３２、管路
３３ｄを介してシリンダ装置１６の下室２６へ供給する
。一方シリンダ装置１６の上室に管路３３ｃを介して接
続される制御弁３２のボートは、通電電流が大きくなる
につれてその開口面積が増大するように作動する。この
ため、通電電流を制御することによって、管路３３ｃを
通って流出する油量が調節される。つまり、上室２５か
ら圧油の流出があってはじめてピストン２２が上室２５
側へ移動できるので、リニアソレノイドの通電電流を制
御することによってピストン２２の移動量を調節するこ
とかできる。しかも、通電電流の大きさと流出油量すな
わちピストンの移動量の関係は予め知ることができるの
で、電子制御袋Ｗ４は、出力する通電電流の大きさと通
電時間とからピストン２２の位置を予測計算できる。

この予測計算において、本発明によるピストン位置検出
装置４３を用いて、ピストン２２の予測位置を補正し、
その後ピストン２２の予測位置が目標位置に達したと判
断した時点でリニアソレノイドへの通電を終了する。こ
の時、制御弁３２は中立位置３２ａの状態に戻り、シリ
ンダ装置１６の上下室２５．２６は再び油密状態に保た
れ、ピストン２２は目標位置で固定される。このように
、油圧装置３はメータアウト油圧回路の構成をもつため
、微小油量から大油量までを正確に調節でき、確実にシ
リンダ装置１６を制御できる。

またシリンダ装置１６を収縮させるときには、制御弁３
２を収縮位置３２ｃ側へ駆動するりニアソレノイドに通
電する。この時シリンダ装置１６の上室２５に管路３３
ｃを介して接続される制御弁３２のボートは直ちに全開
となって、ポンプ３１からの圧油を管路３３ａ、制御弁
３２、管路３３Ｃを介してシリンダ装置１６の上室２５
へ供給する。一方シリンダ装置１６の下室２６に管路３
３ｄを介して接続される制御弁３２のボートは、通電電
流が大きくなるにつれてその開口面積が増大するように
作動する。このため、通電電流を制御することによって
、管路３３ｄを通って流出する油量が調節される。従っ
てシリンダ装置１６が伸長する場合と同様にピストン位
置が予測され、ピストン２２が目標位置に達したと判定
された時点で通電を終了し、ピストン２２が目標位置で
固定される。

なお、上記実施例においては、ピストンロッド２７とし
て第１図に示したように、磁性材２７１と非磁性材２７
２を軸方向に垂直な面でつなぎ合わせた構造としたが、
一般に透磁率の異なる２つ以上の部材を接続して、イン
ダクタンス変化が得られるものならどのような構造のも
のでも良い。

例えば、第８図（ａ）に示すように、接合する２つの部
材（磁性材と非磁性材）にそれぞれ凹凸のテーバ面を設
け、境界部が円錐になるようにすれば、インダクタンス
の変化が境界部付近で滑らかになるので、アナログセン
サとしての検出範囲を拡大することができる。

また、第８図（ｂ）に示すように２つの材料をネジで接
続する構成としても、上と同様にアナログセンサとして
の検出範囲を拡大できる。

また、第８図（Ｃ）に示すようにネジで接続する構成に
おいて、さらに２つの部材の間にその２種類の部材の中
間の透磁率を有する部材を挿入する構成とすることで、
よりいっそうの滑らかなインダクタンス変化を実現でき
るので、アナログセンサとしての検出範囲はさらに拡大
する。

以上は透磁率の異なる材料を接続することによる構成例
であるが、磁性材料１種類のみでも実効的に透磁率が異
なるようにピストンロッドを構成することが可能である
。

例えば、第９図（ａ）のように、磁性材料の長さの１／
２の領域まで穴を開けたものにすれば、穴のある部分と
ない部分で磁束分布に違いができ、コイルのインダクタ
ンスが変化する。

さらに第９図（ｂ）、　（Ｃ）のように段階的に穴の径
を変えたり、円錐形の穴を開けた構造とすれば、より広
い範囲のインダクタンス変化が得られる。

なお、本実施例においては、コイルのインダクタンス変
化を検出する手段としてコイルと直列に抵抗を接続し、
パルス電圧入力に対する出力応答の時定数を計測したが
、コンデンサを接続して共振周波数を計測しても良いし
、交流電圧入力に対する電流の位相差を計測しても良い
。

また、本実施例においてはピストンロンドの境界部がビ
ストンストロークの中間位置となるように設計されてい
るが、本発明をアナログセンサとして用いるときにはこ
の境界部の位置はピストンの摺動時に境界部がコイル内
を通過する位置であれば良い。

なお、本発明のピストン位置検出装置を備えるシリンダ
装置をショックアブソーバとして用いても良い。このと
きには、例えばピストンロンドの境界部の位置をビスト
ンストロークの中間位置とし、かつ中間位置から所定距
離の位置にコイルを配置する。そして、一定時間内にピ
ストンロンドの境界部が何回コイル内を通過したかを検
出することによって、車両の走行路面が良路であるのか
悪路であるのかを判定することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、ピストンの位置をコ
イルのインダクタンス変化から検出しているために、そ
の構造を簡素化することができ、さらに温度変化や振動
等の環境条件の厳しい場所における優れた耐環境性をも
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の全体の構成を示す構成図、
第２図（ａ）、　（ｂ）は第１図における位置検出装置
の構造を示す縦断面図と側面図、第３図及び第４図はビ
ストンストロークに対するコイルのインダクタンス変化
を表す特性図、第５図は車両用姿勢制御装置の全体の構
成を示す構成図、第６図は第５図におけるシリンダ装置
の制御を行なう電子制御装置と油圧回路の概要図、第７
図は第６図におけるピストン位置を検出するための回路
図、第８図及び第９図は第１図のピストンロンドの他の
実施例を説明する説明図である。 １６・・・シリンダ装置、２１・・・シリンダボディ。 ２２・・・ピストン、２５・・・上室、２６・・・下室
、２７・・・ピストンロンド、２７１・・・磁性材、２
７２・・・非磁性材、２７３・・・接合部、４３・・・
位置検出装置４３１・・・ボビン、４３２・・・コイル
。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　シリンダ内部に摺動自在に配設されたピストン
   と、 前記ピストンと一体となって移動するとともに、第１、
   第２の異なる透磁率を備えた部材から構成されるピスト
   ンロッドと、 前記ピストンの摺動時に、前記ピストンロッドの前記第
   １、第２の透磁率の部分が通過するように前記ピストン
   ロッドの周囲に設けられて、所定の周期で変化する電気
   信号が与えられる中空状のコイルと、 前記コイルのインダクタンスの変化を検出する検出手段
   と、 前記検出手段によって検出される前記コイルのインダク
   タンス変化から、前記ピストンの位置を演算する演算手
   段と、 を備えることを特徴とするピストン位置検出装置。
2. （２）　前記ピストンロッドを、透磁率が異なる少なく
   とも２種類の部材を接合して構成した請求項１記載のピ
   ストン位置検出装置。
3. （３）　一方の部材に凸部を設け、他方の部材に凹部を
   設けて前記ピストンロッドの境界部を形成し、前記ピス
   トンロッドの境界部の透磁率が徐々に変化することを特
   徴とする請求項１記載のピストン位置検出装置。
4. （４）　前記コイルの磁束通過経路を、前記コイルの設
   置面を中心として非対称とした請求項１記載のピストン
   位置検出装置。