DE69730501T2

DE69730501T2 - Messvorrichtung

Info

Publication number: DE69730501T2
Application number: DE69730501T
Authority: DE
Inventors: Naoya Shimada-shi TAKAHASHI; Ohta-Ku Toshio Honma
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 2005-01-20
Anticipated expiration: 2017-06-05
Also published as: DE69730501D1; US6173615B1; WO1997049975A1; CA2258047A1; KR100287920B1; JPH109936A; EP0908708A4; KR20000016733A; EP0908708B1; EP0908708A1; CA2258047C; JP3433439B2

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine Messvorrichtung, insbesondere des Dehnungsmesstyps (strain gauge type), die in geeigneter Weise zum Messen eines geladenen Gewichts eines Lastkraftwagens oder von Ähnlichem verwendet wird.
Allgemeiner Stand der Technik
In letzter Zeit wurden Fahrzeuge, wie beispielsweise ein Lastkraftwagen, die mit schweren Gütern beladen gefahren werclen, als problemanfällig für das Verursachen eines Verkehrsunfalls angesehen, wie beispielsweise seitliches Überschlagen (lateral turning), und dass das Fahrzeug und die Fahrbahnoberfläche einem außerordentlich vorzeitigen Verschleiß unterliegen.
Eine Ursache dieser Probleme ist zu schweres Beladen, und um dieses zu schwere Beladen zu verhindern, wurde die vom Fahrzeug getragene Last, d.h. die auf das Fahrzeug wirkende Last, bisher gemessen.
Die vom Fahrzeug getragene Last wurde bisher gemessen, indem das zu messende Fahrzeug auf einer Plattformwaage positioniert wurde, die als Fuhrwerkswaage (truck weight scale) bezeichnet wird. Diese Einrichtung ist jedoch groß und erfordert einen erheblichen Einbauraum, und daher ist die Anzahl von Plattformwaagen, die installiert werden können, begrenzt, und viele Fahrzeuge können nicht gemessen werden, und außerdem sind die Einbaukosten hoch.
Daher wurde kürzlich eine Last-Messvorrichtung bereitgestellt, die auf dem Fahrzeug befestigt ist, um die Last zu messen.
Beispielsweise wird in der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei. 7-124860, die vom aktuellen Anmelder vorgeschlagen wurde, die Aufmerksamkeit auf die Tatsche gelenkt, dass ein Schäkel 34 bereitgestellt wird zwischen einem Ende einer Blattfeder 31, (deren anderes Ende durch eine gegabelte Stütze 33 (bracket) mit einem Untergestellrahmen (bed frame) 32 verbunden ist), und einer anderen Stütze 33, die mit dem Untergestellrahmen 32 verbunden ist, wie in 12 dargestellt, die eine perspektivische Ansicht ist, und eine die Belastung messende Messvorrichtung des Dehnungsmesstyps, wie beispielsweise eine Längungsmessvorrichtung (strain gauge type sensor), ist in einem Schäkelbolzen 5 befestigt, der den Schäkel 34 drehbar mit der Stütze 33 verbindet, und die Last wird auf der Basis der Summe von Werten berechnet, die durch die Vielzahl von Messvorrichtungen gemessen werden, die Rädern entsprechen.
13 ist eine Querschnittsansicht, welche die Anordnung der Messvorrichtung in dem Schäkelbolzen zeigt, und die aufnehmenden Abschnitte 5a und 5b sind jeweils in axialen Endabschnitten des Schäkelbolzens 5 ausgebildet, und die zwei aufnehmenden Abschnitte 5a und 5b stehen miteinander über eine Verbindungsöffnung 5c in dem Schäkelbolzen 5 in Verbindung.
In einem aufnehmenden Abschnitt 5a des Schäkelbolzens 5 wird die Messvorrichtung 7 in einer ersten Gehäusebaugruppe 9 aufgenommen, und in dem anderen aufnehmenden Abschnitt 5b des Schäkelbolzens 5 wird die Messvorrichtung 7 in einer zweiten Gehäusebaugruppe 11 aufgenommen.
Wie in 14 dargestellt, die eine Perspektivansicht ist, umfasst jede der herkömmlichen Messvorrichtungen 7, die jeweils in den zwei aufnehmenden Abschnitten 5a und 5b des Schäkelbolzens 5 aufgenommen werden, ein plattenähnliches Element 7a und eine Spule 7g, die als Messabschnitt dient.
Das plattenähnliche Element 7a besteht aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise Permalloy, und weist eine im Wesentlichen rechtwinklige, abgeflachte Form auf, wie in einer Draufsicht zu sehen ist, und umfasst einen Spulenabschnitt 7b, der an einem im Wesentlichen mittig liegenden Längsabschnitt (longitudinally-central position) davon angeordnet ist, und Befestigungsabschnitte 7c und 7c, die jeweils durch gegenüberliegende Endabschnitte davon definiert werden. Einkerbungen 7e von einer im Wesentlichen halbkreisförmigen Form zum Vermindern der Belastungen, die auf das plattenähnliche Element 7e wirken, werden jeweils in vier Abschnitten von einander gegenüberliegenden Ecken des plattenähnlichen Elements 7a ausgebildet, die voneinander in einer Breitenrichtung senkrecht zu der oben genannten Längsrichtung beabstandet sind, und diese vier Abschnitte sind jeweils an den Grenzen zwischen dem Spulenabschnitt 7b und den zwei Befestigungsabschnitten 7c und 7c angeordnet. Vier Durchgangsbohrungen 7f sind durch den Spulenabschnitt 7b ausgebildet, der durch die vier Einkerbungen 7e abgegrenzt wird, und sind voneinander in den Längs- und Breitenrichtungen beabstandet.
Die Spule 7g umfasst zwei Spulendrähte (magnet wire) 7h, die eine Kreuzspule bilden, und diese Spulendrähte 7h sind mit einem (nicht gezeigten) isolierenden Material überzogen, wie beispielsweise Emaillack.
Einer der zwei Spulendrähte 7h ist durch die zwei Durchgangsbohrungen 7f und 7f gewunden, die einander in der Längsrichtung gegenüberliegen, und seine gegenüberliegenden Endabschnitte erstrecken sich jeweils von den Durchgangsbohrungen 7f und 7f nach außen. Der andere Spulendraht 7h ist durch die zwei Durchgangsbohrungen 7f und 7f gewunden, die einander in der Breitenrichtung gegenüberliegen, und seine gegenüberliegenden Endabschnitte erstrecken sich jeweils von den Durchgangsbohrungen 7f und 7f nach außen.
Die Messvorrichtungen 7 dieser Konstruktion werden jeweils in der ersten Gehäusebaugruppe 9 und der zweiten Gehäusebaugruppe 11 aufgenommen, und in diesem Zustand werden diese Messvorrichtungen jeweils in den zwei aufnehmenden Abschnitten 5a und 5b des Schäkelbolzens 5 aufgenommen, normalerweise in einer solchen Haltung, (wie in 13 gezeigt), dass die Längsrichtung des plattenähnlichen Elements 7a in der Richtung der Achse des Schäkelbolzens 5 angeordnet ist, der sich in einer Richtung B einer Breite eines Fahrzeugs erstreckt, während die Breitenrichtung (widthwise direction) des plattenähnlichen Elements 7a in einer Richtung A einer Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist, und ein Befestigungsabschnitt 7c mit der Stütze 33 verbunden ist, während der andere Befestigungsabschnitt 7c mit dem Schäkel 34 verbunden ist.
In diesem Zustand sind die Windungsachse des Spulendrähts 7h, der durch die zwei Durchgangsbohrungen 7f und 7f gewunden ist, die einander in der Längsrichtung des plattenähnlichen Elements 7a gegenüberliegen, und die Windungsachse des Spulendrahts 7h, der durch die zwei Durchgangsbohrungen 7f und 7f gewunden ist, die einan der in der Breitenrichtung des plattenähnlichen Elements 7a gegenüberliegen, beide in einer Ebene angeordnet, welche die Längsrichtung und Breitenrichtung des plattenähnlichen Elements 7a umfasst, das heißt, in einer Ebene, welche die Richtung A der Höhe des Fahrzeugs und die Richtung B der Breite des Fahrzeugs umfasst.
Wenn in der Messvorrichtung 7 veranlasst wird, dass elektrischer Strom fließt, entweder zwischen den gegenüberliegenden Enden von einem Spulendraht 7h, der durch die zwei Durchgangsbohrungen 7f und 7f gewunden ist, die einander in der Längsrichtung des plattenähnlichen Elements 7a gegenüberliegen, oder zwischen den gegenüberliegenden Enden des Spulendrahts 7h, der durch die zwei Durchgangsbohrungen 7f und 7f gewunden ist, die einander in der Breitenrichtung des plattenähnlichen Elements 7a gegenüberliegen, wird ein Magnetfeld in dem plattenähnlichen Element 7a erzeugt, so daß induzierter Strom zwischen den gegenüberliegenden Enden des anderen Spulendrahts 7h fließt.
In diesem Zustand wird die Last auf das plattenähnliche Element 7a von dem Untergestellrahmen 32 über die Stütze 33, den Schäkel 34 und die gegenüberliegenden Enden des Schäkelbolzens 5 angewendet, und die Stütze 33 wird relativ zum Schäkel 34 in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs bewegt, so dass das plattenähnliche Element 7a in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs belastet wird und sich zu diesem Zeitpunkt die Richtung des Magnetfelds in dem plattenähnlichen Element 7a ändert, so dass sich der induzierte Strom, der zwischen den gegenüberliegenden Enden des anderen Spulendrahts 7h fließt, ändert.
Daher wird der Strom, der eine Größe aufweist, die der auf das plattenähnliche Element 7a wirkenden Last entspricht, als ein Ausgangssignal von den gegenüberliegenden Enden des anderen Spulendrahts 7h erhalten.
Im Übrigen werden die vorher genannten Probleme, dass das Fahrzeug einen Verkehrsunfall verursacht, wie beispielsweise seitliches Überschlagen, und dass das Fahrzeug und die Fahrbahnoberfläche einem außerordentlich vorzeitigen Verschleiß unterliegen, nicht immer durch zu schweres Beladen des Fahrzeugs verursacht, und diese Probleme können auch auftreten, wenn die Beschleunigung und die Abbremsung mit einem beträchtlichen geladenen Gewicht abrupt ausgeführt werden.
Daher ist es bei einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Lastkraftwagen, wünschenswert, eine Änderung der Last in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung C (siehe 12) des Fahrzeugs zu messen, so dass die Beschleunigung/Abbremsung zusammen mit der Last aufgenommen werden können.
Allerdings wird die oben genannte herkömmliche Messvorrichtung 7 ursprünglich für den Zweck bereitgestellt, nur die Last zu erfassen, d.h. das geladene Gewicht, das in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs wirkt, und wenn daher die Messvorrichtung in dem Schäkelbolzen 5 befestigt wird, erstrecken sich die Windungsachsen der zwei Spulendrähte 7h und 7h, welche die Spule 7g bilden, jeweils in die Richtung A der Höhe des Fahrzeugs und die Richtung B der Breite des Fahrzeugs, (welche die Richtung der Achse des Schäkelbolzens 5 ist), und daher können nur Änderungen der Last in der Richtung A der Höhe und der Richtung B der Fahrzeugbreite gemessen werden, und um eine Änderung der Last in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs zu messen, muss ein anderer Messgeber als die Messvorrichtungen 7 bereitgestellt werden.
Daher weist die herkömmliche Messvorrichtung 7 des Dehnungsmesstyps einen Nachteil auf, indem sie die auf ein Fahrzeug in zwei verschiedenen Richtungen wirkenden Änderungen einer Last nicht gleichzeitig erfassen kann.
Diese Erfindung wurde unter den oben genannten Umständen gemacht, und eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Messvorrichtung des Dehnungsmesstyps bereitzustellen, die in der Lage ist, selbst Änderungen einer Last auf einem Fahrzeug in zwei Richtungen gleichzeitig zu erfassen.
Offenbarung der Erfindung
Zum Erfüllen der oben genannten Aufgabe ist eine Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 1 definiert ist, eine Messvorrichtung für das Belastetwerden durch eine Last von außen und zum Ausgeben eines Signals, das einem Grad dieser Belastung entspricht, GEKENNZEICHNET durch die Bereitstellung eines Basiselements, umfassend erste und zweite Abschnitte und einen dritten Abschnitt, der die ersten und zweiten Abschnitte miteinander verbindet, wobei der dritte Abschnitt bei einer zum ersten Abschnitt relativen Bewegung des zweiten Abschnitts belastet wird, so dass eine Scherkraft, die in einer Richtung der relativen Bewegung wirkt, an dem dritten Abschnitt erzeugt wird; einen isolierenden Bereich, der an wenigstens einem Teil einer Oberfläche des dritten Abschnitts ausgebildet ist; und erste und zweite Sensoren, die jeweils an dem isolierenden Bereich ausgebildet sind; wobei jeder der ersten und zweiten Sensoren vier Widerstände aus einem elektrisch leitenden Material umfasst, die miteinander verbunden sind, um eine Brücke auszubilden, und wenn eine Spannung zwischen zwei von vier Verbindungsbereichen angelegt wird, die jeweils die dazugehörigen Widerstände miteinander verbinden, die auf einer diagonalen Leitung angeordnet sind, weicht eine Spannungsdifferenz, die sich zwischen den anderen zwei Verbindungsbereichen entwickelt, die auf der anderen diagonalen Leitung angeordnet sind, in Übereinstimmung mit der an dem dritten Abschnitt erzeugten Scherkraft ab; wobei der erste Sensor so auf dem isolierenden Bereich angeordnet ist, dass eine Leitung, welche die zwei Verbindungsbereiche auf der einen diagonalen Leitung miteinander verbindet, sich in einer Verbindungsrichtung der Verbindung der ersten und zweiten Abschnitte durch den dritten Abschnitt erstreckt; und wobei der zweite Sensor auf dem isolierenden Bereich so angeordnet ist, dass zwei von den vier Widerständen einander gegenüberliegen und in der Verbindungsrichtung voneinander beabstandet sind, während die anderen zwei Widerstände einander gegenüberliegen und voneinander beabstandet sind in einer zu der Verbindungsrichtung senkrechten Überschneidungsrichtung.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 2 definiert ist, ist das Basiselement zwischen ersten und zweiten Konstruktionsabschnitten eines Fahrzeugs angebracht, die relativ zueinander bewegt werden in einer Richtung einer Höhe des Fahrzeugs durch eine Last, die auf das Fahrzeug wirkt, und relativ zueinander beweglich sind in einer zum Fahrzeug senkrechten Richtung (vehicle-perpendicular direction), die zu der Richtung der Höhe des Fahrzeugs senkrecht ist, und einer der ersten und zweiten Abschnitte ist strukturell mit einem der ersten und zweiten Konstruktionsabschnitte verbunden, während der andere der ersten und zweiten Abschnitte strukturell mit dem anderen der ersten und zweiten Konstruktionsabschnitte verbunden ist, und die Überschneidungsrichtung in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 3 definiert ist, ist die Verbindungsrichtung in einer Richtung einer Breite des Fahrzeugs angeordnet.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 4 definiert ist, ist eine Abmessung des dritten Abschnitts in wenigstens einer von der Überschneidungsrichtung und einer zweiten Überschneidungsrichtung, die zu beiden, der Verbindungsrichtung und der Überschneidungsrichtung senkrecht ist, kleiner als jeder der ersten und zweiten Abschnitte.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 1 definiert ist, wird, wenn der erste Abschnitt des Basiselements relativ zum zweiten Abschnitt bewegt wird, so dass der dritte Abschnitt belastet wird, eine in einer Richtung dieser relativen Bewegung wirkende Scherkraft an dem dritten Abschnitt erzeugt. In diesem Fall, wenn die Bewegungsrichtung des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt in der Überschneidungsrichtung liegt, werden die gegenüberliegenden zwei Widerstände von den vier Widerständen des ersten Sensors auseinander gezogen (extended), und wenn die Bewegungsrichtung des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt senkrecht zu beiden der Überschneidungsrichtung und der Verbindungsrichtung ist, werden die zwei (einander in der Überschneidungsrichtung gegenüberliegenden) Widerstände von den vier Widerständen des zweiten Sensors auseinander gezogen. In jedem Fall verändert sich die Ausgabe von nur einem der ersten und zweiten Sensoren.
Wenn daher die Änderung der Last in Bezug auf das Basiselement in der Überschneidungsrichtung auftritt, und wenn die Änderung der Ladung in der Richtung auftritt, die senkrecht zu beiden der Überschneidungsrichtung und der Verbindungsrichtung ist, können diese Änderungen der Last in den zwei Richtungen gleichzeitig mit einer einzigen Vorrichtung erfasst werden.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 2 definiert ist, wird, wenn einer der ersten und zweiten Konstruktionsabschnitte des Fahrzeugs relativ zum anderen in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs bewegt wird, der erste Abschnitt des Basiselements relativ zu dem zweiten Abschnitt in einer der zwei Richtungen bewegt, das heißt, in der Überschneidungsrichtung, die senkrecht zu der Verbindungsrichtung angeordnet ist, und der Richtung, die senkrecht zu beiden der Überschneidungsrichtung und der Verbindungsrichtung ist. Daher kann in Bezug auf die Last, die auf das Fahr zeug wirkt, eine Änderung der Last in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs durch eine Veränderung der Ausgabe von einem der ersten und zweiten Sensoren erfasst werden.
Abgesehen davon wird, wenn einer der ersten und zweiten Konstruktionsabschnitte relativ zum anderen in einer zum Fahrzeug senkrechten Richtung bewegt wird wegen der Last, die auf das Fahrzeug wirkt. oder einer Veränderung des Fahrzustands des Fahrzeugs, der erste Abschnitt des Basiselements relativ zum zweiten Abschnitt in der anderen der zwei Richtungen bewegt, das heißt, der Überschneidungsrichtung und der Richtung, die zu beiden der Verbindungsrichtung und der Überschneidungsrichtung senkrecht ist. Daher kann in Bezug auf die Last, die auf das Fahrzeug wirkt, eine Änderung der Last in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung, die senkrecht zu der Richtung der Höhe des Fahrzeugs oder der Richtung der Breite des Fahrzeugs angeordnet ist, durch eine Veränderung der Ausgabe der anderen der ersten und zweiten Sensoren gleichzeitig erfasst werden.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 3 definiert ist, ist die Verbindungsrichtung in der Richtung der Breite des Fahrzeugs angeordnet, und in diesem Fall ist eine von der Überschneidungsrichtung und der Richtung, die zu beiden der Verbindungsrichtung und der Überschneidungsrichtung senkrecht ist, in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs angeordnet, während die andere in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs angeordnet ist. Daher wird eine Änderung der Last, die auf das Fahrzeug wirkt, von einem der ersten und zweiten Sensoren erfasst, und auch eine Änderung der Last in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs wird durch den anderen der ersten und zweiten Sensoren erfasst, und daher kann die Messung des geladenen Gewichts und die Messung der Beschleunigung und der Abbremsung des Fahrzeugs mit einer einzigen Vorrichtung gleichzeitig ausgeführt werden.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 4 definiert ist, wird, wenn der erste Abschnitt des Basiselements relativ zu dem zweiten Abschnitt in wenigstens einer der Überschneidungsrichtung und der zweiten Überschneidungsrichtung bewegt wird, die senkrecht zu beiden der Verbindungsrichtung und der Überschneidungsrichtung ist, zwangsweise (positively) eine Scherkraft erzeugt an dem dritten Abschnitt, dessen Abmessung in dieser Richtung kleiner ist als die der ersten und zweiten Abschnitte, und die Ausgabe, die der Änderung der Last in der Bewegungsrichtung des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt entspricht, kann von jedem der ersten und zweiten Sensoren mit einer guten Empfindlichkeit zugeführt (fed) werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Messvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine vergrößerte Draufsicht eines in 1 gezeigten Breitenrichtung-Lastsensors.
3 ist eine vergrößerte Draufsicht eines in 1 gezeigten Dickenrichtung-Lastsensors.
4 ist ein äquivalenter Schaltkreis des Breitenrichtung-Lastsensors von 2.
5 ist ein äquivalenter Schaltkreis des Dickenrichtung-Lastsensors von 3.
6 ist eine Ansicht, die einen verformten Zustand des Breitenrichtung-Lastsensors von 2 erläutert, der erhalten wird, wenn eine Last in einer Richtung einer Höhe eines Fahrzeugs geändert wird.
7 ist eine Ansicht, die einen verformten Zustand des Breitenrichtung-Lastsensors von 2 erläutert, der erhalten wird, wenn eine Last in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs geändert wird.
8 ist eine Ansicht, die einen verformten Zustand des Dickenrichtung-Lastsensors von 3 erläutert, der erhalten wird, wenn eine Last in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs geändert wird.
9 ist eine Ansicht, die einen verformten Zustand des Dickenrichtung-Lastsensors von 3 erläutert, der erhalten wird, wenn eine Last in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs geändert wird.
10 ist eine Ansicht, die einen verformten Zustand des Breitenrichtung-Lastsensors von 2 erläutert, der erhalten wird, wenn eine Last in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs geändert wird.
11 ist eine Ansicht, die einen verformten Zustand des Dickenrichtung-Lastsensors von 3 erläutert, der erhalten wird, wenn eine Last in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs geändert wird.
12 ist eine Einzelteil-Pespektivansicht, die einen Fahrzeugabschnitt eines großen Fahrzeugs zeigt, wie beispielsweise eines Lastkraftwagens, an dem eine Belastung messende Messvorrichtung, auf welche die vorliegende Erfindung angewendet wird, angebracht ist.
13 ist eine Querschnittsansicht, welche die Anordnung einer herkömmlichen Messvorrichtung in einem Schäkelbolzen darstellt, der in 12 gezeigt ist.
14 ist eine perspektivische Ansicht der herkömmlichen Messvorrichtung von 13.
Bester Ausführungsmodus für die Erfindung
Eine Messvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine perspektivische Ansicht der Messvorrichtung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine vergrößerte Draufsicht eines in 1 gezeigten Breitenrichtung-Lastsensors, 3 ist eine vergrößerte Draufsicht eines in 1 gezeigten Dickenrichtung-Lastsensors, 4 ist ein äquivalenter Schaltkreis des Breitenrichtung-Lastsensors von 2 und 5 ist ein äquivalenter Schaltkreis des Dickenrichtung-Lastsensors von 3.
Die mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete Messvorrichtung in 1 umfasst ein plattenähnliches Element 2 und zwei (Breitenrichtung – und Dickenrichtung-) Lastsensoren 3 und 4.
Das plattenähnliche Element 2, (das einem Basiselement entspricht), besteht aus einer Edelstahlplatte, die mit einem isolierenden Film beschichtet ist, (der nicht dargestellt ist und einem isolierenden Bereich entspricht), wie beispielsweise einem Siliziumoxid, und eine im Wesentlichen rechtwinklige, abgeflachte Form aufweist, wie in einer Draufsicht ersichtlich ist, und weist eine solche Größe auf, um in der ersten Gehäusebaugruppe 9 und der zweiten Gehäusebaugruppe 11 aufgenommen zu werden, die in 13 dargestellt sind.
Einkerbungen 2a mit einer im Wesentlichen trapezoiden Form werden jeweils in gegenüberliegenden Kanten des plattenähnlichen Elements 2 ausgebildet, die voneinander beabstandet sind in einer Breitenrichtung Y, (die einer Überschneidungsrichtung entspricht), die senkrecht zu einer Längsrichtung X ist, (die einer Verbindungsrichtung entspricht), wobei die Einkerbungen 2a auf einem im Wesentlichen mittigen Abschnitt des plattenähnlichen Elements angeordnet sind. Ein Sensorabschnitt 2b, (der einem dritten Abschnitt entspricht), wird durch den Abschnitt des plattenähnlichen Elements 2 ausgebildet, der zwischen diesen Einkerbungen 2a liegt, und zwei Befestigungsabschnitte 2c und 2d, (die jeweils ersten und zweiten Abschnitten entsprechen), werden jeweils von denjenigen Abschnitten des plattenähnlichen Elements 2 gebildet, die jeweils auf den gegenüberliegenden Seiten des Sensorabschnitts 2b in der Längsrichtung X angeordnet sind. Mit dieser Konstruktion ist eine Abmessung des Sensorabschnitts 2b in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 kleiner als diejenige der zwei Befestigungsabschnitte 2c und 2d.
Jeder der Breitenrichtung- und Dickenrichtung-Lastsensoren 3 und 4 besteht beispielsweise aus einem dünnen Film aus Polykristall-Silizium, und die zwei Lastsensoren sind an einer Seite des Sensorabschnitts 2b des plattenähnlichen Elements 2 befestigt und sind voneinander in der Längsrichtung X beabstandet.
Wie in 2 gezeigt, wird der Breitenrichtung-Lastsensor 3 aus einem Widerstandsabschnitt 3a und vier Endpunktabschnitten (terminal portion) 3f bis 3j gebildet.
Der Widerstandsabschnitt 3a umfasst vier schmale, längliche Widerstände 3b bis 3e von gleicher Länge, die miteinander an ihren Enden verbunden sind, um eine im Wesentli chen quadratische Form einzunehmen, wie in der Draufsicht ersichtlich ist. Zwei von vier Ecken des Widerstandsabschnitts 3a, die auf einer diagonalen Leitung angeordnet sind, sind voneinander in der Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 beabstandet, und die anderen beiden Ecken, die auf der anderen diagonalen Leitung liegen, sind voneinander in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 beabstandet, und die Widerstände 3b bis 3e werden so auseinander gezogen, dass sie die Längsrichtung X und die Breitenrichtung Y in einem Winkel von 45° überschneiden.
Die vier Endpunktabschnitte 3f bis 3j, (die jeweils Verbindungsbereichen entsprechen, (die in den Ansprüchen genannt sind), wobei sie jeweils die zugehörigen Widerstände miteinander verbinden), sind jeweils an den vier Ecken des Widerstandabschnitts 3a angeordnet, das heißt, an dem Verbindungsbereich, an dem die zwei benachbarten Widerstände 3b und 3c an ihren Enden miteinander verbunden sind, dem Verbindungsbereich, an dem die zwei Widerstände 3c und 3d an ihren Enden miteinander verbunden sind, dem Verbindungsbereich, an dem die zwei Widerstände 3d und 3e an ihren Enden miteinander verbunden sind und dem Verbindungsbereich, an dem die zwei Widerstände 3e und 3b an ihren Enden miteinander verbunden sind, und die vier Endpunktabschnitte jeweils mit den zwei Widerständen 3b und 3c, den zwei Widerständen 3c und 3d, den zwei Widerständen 3d und 3e und den zwei Widerständen 3e und 3b elektrisch verbunden sind.
Jeder der Endpunktabschnitte 3f bis 3j weist eine im Wesentlichen quadratische Form auf, wie in einer Draufsicht ersichtlich ist, und zwei gegenüberliegende Seiten jedes Endpunktabschnitts, die voneinander in der Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 beabstandet sind, werden in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 auseinander gezogen, und die anderen zwei gegenüberliegenden Seiten, die voneinander in der Breitenrichtung Y beabstandet sind, werden in der Längsrichtung X auseinander gezogen.
Der Breitenrichtung-Lastsensor 3 der oben genannten Konstruktion bildet eine Halbleiter-Widerstandsbrücke (semiconductor resistance bridge), in der, wenn eine Spannung V_cc1 von einer (in 4 dargestellten) Antriebsenergiequelle W1 angelegt wird zwischen dem Endpunktabschnitt 3f, der an dem Verbindungsbereich angeordnet ist, der die Widerstände 3b und 3c miteinander verbindet, und dem Endpunktabschnitt 3h, der von dem Endpunktabschnitt 3f in der Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 beabstandet ist und an dem Verbindungsbereich angeordnet ist, der die Widerstände 3d und 3e miteinander verbindet, eine Größe eine Signals S_out1 das ausgegeben wird zwischen dem Endpunktabschnitt 3g, der an dem Verbindungsbereich angeordnet ist, der die Widerstände 3c und 3d miteinander verbindet, und dem Endpunktabschnitt 3j, der von dem Endpunktabschnitt 3g in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 beabstandet ist und an dem Verbindungsbereich angeordnet ist, der die Widerstände 3e und 3b miteinander verbindet, in Übereinstimmung mit der Komponente der Last abweicht, (die auf die Messvorrichtung 1 wirkt), die in der Breitenrichtung Y angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform entsprechen die Endpunktabschnitte 3f und 3h jeweils den zwei Verbindungsbereichen, (die jeweils die zugehörigen zwei Widerstände miteinander verbinden), die auf einer in den Ansprüchen genannten diagonalen Leitung angeordnet sind, und die Endpunktabschnitte 3g und 3j entsprechen jeweils den zwei Verbindungsbereichen, (die jeweils die zugehörigen zwei Widerstände miteinander verbinden), die auf der anderen in den Ansprüchen genannten diagonalen Leitung angeordnet sind.
Wie in 3 gezeigt wird der Dickenrichtung-Lastsensor 4 von einem Widerstandsabschnitt 4a und vier Endpunktabschnitten 4f bis 4j gebildet.
Der Widerstandsabschnitt 4a umfasst vier schmale längliche Widerstände 4b bis 4e mit der gleichen Länge, die an ihren Enden miteinander verbunden sind, um eine im Wesentlichen quadratische Form anzunehmen, wie in einer Draufsicht ersichtlich ist. Wie in 1 gezeigt ist, werden die zwei gegenüberliegenden Widerstände 4b und 4d, die voneinander in der Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 beabstandet sind, in die Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 auseinander gezogen, und die anderen zwei gegenüberliegenden Widerstände 4c und 4e, die voneinander in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 beabstandet sind, werden in die Längsrichtung Y auseinander gezogen.
Die vier Endpunktabschnitte 4f bis 4j, (die jeweils (in den Ansprüchen genannten) Verbindungsbereichen entsprechen, die jeweils die zugehörigen Widerstände miteinander verbinden), sind jeweils an vier Ecken des Widerstandsabschnitts 4a angeordnet, das heißt, an dem Verbindungsbereich, an dem die zwei benachbarten Widerstände 4b und 4c an ihren Enden miteinander verbunden sind, dem Verbindungsbereich, an dem die zwei Widerstände 4c und 4d an ihren Enden miteinander verbunden sind, dem Verbindungsbereich, an dem die zwei Widerstände 4d und 4e an ihren Enden miteinander verbunden sind und dem Verbindungsbereich, an dem die zwei Widerstände 4e und 4b an ihren Enden miteinander verbunden sind, und die vier Endpunktabschnitte jeweils mit den zwei Widerständen 4b und 4c, den zwei Widerständen 4c und 4d, den zwei Widerständen 4d und 4e und den zwei Widerständen 4e und 4b elektrisch verbunden sind.
Jeder der Endpunktabschnitte 4f bis 4j weist eine im Wesentliche quadratische Form auf, wie in einer Draufsicht ersichtlich ist, und zwei gegenüberliegende Seiten jedes Endpunktabschnitts, die voneinander in der Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 beabstandet sind, werden in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 auseinander gezogen, und die anderen zwei gegenüberliegenden Seiten, die voneinander in der Breitenrichtung Y beabstandet sind, werden in der Längsrichtung X auseinander gezogen.
Der Dickenrichtung-Lastsensor 4 der oben genannten Konstruktion bildet eine Halbleiter-Widerstandsbrücke (ähnlich derjenigen des Breitenrichtung-Lastsensors 3), in der, wenn eine Spannung V_cc3 von einer (in 5 dargestellten) Antriebsenergiequelle W3 angelegt wird zwischen dem Endpunktabschnitt 4f, der an dem Verbindungsbereich angeordnet ist, der die Widerstände 4b und 4c miteinander verbindet, und dem Endpunktabschnitt 4h, der an dem Verbindungsbereich angeordnet ist, der die Widerstände 4d und 4e miteinander verbindet, eine Größe eine Signals S_out3, das ausgegeben wird zwischen dem Endpunktabschnitt 4g, der an dem Verbindungsbereich angeordnet ist, der die Widerstände 4c und 4d miteinander verbindet, und dem Endpunktabschnitt 4j, der an dem Verbindungsbereich angeordnet ist, der die Widerstände 4e und 4b miteinander verbindet, in Übereinstimmung mit derjenigen Komponente der Last abweicht, (die auf die Messvorrichtung 1 wirkt), die in einer Dickenrichtung Z (siehe 1) senkrecht zu der Längsrichtung X und der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 angeordnet ist.
In dieser Ausführungsform entsprechen die Endpunktabschnitte 4f und 4h jeweils den zwei Verbindungsbereichen, (die jeweils die zugehörigen zwei Widerstände miteinander verbinden), die auf einer in den Ansprüchen genannten diagonalen Leitung angeordnet sind, und die Endpunktabschnitte 4g und 4j entsprechen jeweils der zwei Verbindungsbereichen, (die jeweils die zugehörigen zwei Widerstände miteinander verbinden), die auf der anderen in den Ansprüchen genannten diagonalen Leitung angeordnet sind.
Die Messvorrichtung 1 dieser Konstruktion wird beispielsweise in jeder der ersten Gehäusebaugruppe 9 und der zweiten Gehäusebaugruppe 11 aufgenommen, wie dies vorher für die herkömmliche Messvorrichtung 7 von 13 beschrieben wurde, und in diesem Zustand werden diese Messvorrichtungen jeweils in den gegenüberliegenden Endabschnitten des Schäkelbolzens 5 in einer solchen Haltung aufgenommen, dass die Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 in der Richtung der Breite des Schäkelbolzens 5 angeordnet ist, der sich in eine Richtung B einer Breite eines Fahrzeugs erstreckt, während die Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 in einer Richtung A einer Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist, und ein Befestigungsabschnitt 2c mit der Stütze 33 verbunden ist, (die einem ersten Konstruktionsabschnitt entspricht), während der andere Befestigungsabschnitt 2d mit dem Schäkel 34 verbunden ist, (der einem zweiten Konstruktionsabschnitt entspricht).
Im Folgenden wird die Arbeitsweise der Messvorrichtung mit dieser Konstruktion beschrieben.
Wenn eines von der Stütze 33 und dem Schäkel 34, relativ zum anderen in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs bewegt wird durch eine auf das Fahrzeug wirkende Last oder Ähnliches, bewegt sich ein Befestigungsabschnitt 2c des plattenähnlichen Elements 2 der Messvorrichtung 1, der mit der Stütze 33 verbunden ist, relativ zu dem anderen Befestigungsabschnitt 2d, der mit dem Schäkel 34 verbunden ist, in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs durch den Schäkelbolzen 5 und die erste Gehäusebaugruppe 9 oder durch den Schäkelbolzen 5 und die zweite Gehäusebaugruppe 11, und daher bewegt sich der eine Befestigungsabschnitt 2c des plattenähnlichen Elements 2 relativ zu dem anderen Befestigungsabschnitt 2d in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2, der in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist, und eine Scherkraft, die in dieser Breitenrichtung Y wirkt, wird an dem Sensorabschnitt 2b erzeugt, dessen Abmessung in der Breitenrichtung Y kleiner ist als diejenige der Befestigungsabschnitte 2c und 2d, so dass dieser Sensorabschnitt 2b belastet wird.
Demzufolge wird eines von dem Paar von Widerständen 3b und 3d, das auf einer diagonalen Leitung angeordnet ist, und dem Paar von Widerständen 3c und 3e, das auf der anderen diagonalen Leitung angeordnet ist, um die gleiche Länge von seiner ursprünglichen Abmessung aus auseinander gezogen, und die Widerstandswerte R3b und R3d der entsprechenden Widerstände 3b und 3d (bzw. die Widerstandswerte R3c und R3e der Widerstände 3c und 3e) werden um den gleichen Wert von ihrem ursprünglichen Wert reduziert, und auch das andere Paar von Widerständen 3b und 3d und das Paar von Widerständen 3c und 3e wird um die gleiche Länge von ihrer ursprünglichen Abmessung aus zusammengezogen, und die Widerstandswerte R3c und R3e der entsprechenden Widerstände 3c und 3e (bzw. die Widerstandswerte R3b und R3d der Widerstände 3b und 3d) erhöhen sich um den gleichen Wert ausgehend von ihrem ursprünglichen Wert.
Demzufolge weichen eine Spannung V3g = V_cc1 × {R3c / (R3c + F3d)}, die am Endpunktabschnitt 3g auftritt, und eine Spannung V3j = V_cc1 × {R3b / (R3b + R3c)}, die am Endpunktabschnitt 3j auftritt, von ihren jeweiligen ursprünglichen Werten ab, und wenn die Widerstände 3b und 3d um die gleiche Länge auseinander gezogen werden, während die Widerstände 3c und 3e um die gleiche Länge zusammengezogen werden, wie in 6 dargestellt, reduziert sich die Spannung V3g, die am Endpunktabschnitt 3g auftritt, ausgehend vom ursprünglichen Wert, während die Spannung V3j, die am Endpunktabschnitt 3j auftritt, ausgehend vom ursprünglichen Wert zunimmt.
Im Gegensatz dazu, wenn die Widerstände 3c und 3e um die gleiche Länge auseinander gezogen werden, während die Widerstände 3b und 3d um die gleiche Länge zusammengezogen werden, wie in 7 dargestellt, erhöht sich eine Spannung V3g, die am Endpunktabschnitt 3g auftritt, ausgehend vom ursprünglichen Wert, während die Spannung V3j, die am Endpunktabschnitt 3j, ausgehend vom ursprünglichen Wert abnimmt, und in jedem Fall weicht die Spannungsdifferenz V3g – V3j zwischen den Endpunktabschnitten 3g und 3j von dem ursprünglichen Wert ab.
Andererseits, wenn in dem Dickenrichtung-Lastsensor 4 eine Scherkraft, die in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 wirkt, an dem Sensorabschnitt 2b erzeugt wird, so dass dieser Sensorabschnitt 2b belastet wird, wird dass Paar von Widerständen 4b und 4d, die einander in der Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 gegenüberliegen, und das Paar von Widerständen 4c und 4d, die einander in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 gegenüberliegen, ausgehend von ihrer ursprünglichen Länge um die gleiche Länge auseinander gezogen, wie in 8 und 9 dargestellt.
Daher nehmen die Widerstandswerte R4b, R4c, R4d und R4e der Widerstände 4b, 4c, 4d und 4e ausgehend von ihrem ursprünglichen Wert um den gleichen Wert ab, und daher weichen eine Spannung V4g = V_cc3 × {R4c / (R4c + R4d)}, die am Endpunktabschnitt 4g auftritt, und eine Spannung V4j = V_cc3 × {R4b / (R4b + R4e)}, die am Endpunktabschnitt 4j auftritt, nicht von ihren jeweiligen ursprünglichen Werten ab, und daher weicht die Spannungsdifferenz V4g – 44j zwischen den Endpunktabschnitten 4g und 4j nicht von dem ursprünglichen Wert ab.
Als nächstes, wenn eines von der Stütze 33 und dem Schäkel 34 durch die Beschleunigung und die Abbremsung des Fahrzeugs oder Ähnliches relativ zum anderen in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung C (siehe 13) des Fahrzeugs bewegt wird, bewegt sich ein Befestigungsabschnitt 2c des plattenähnlichen Elements 2 der Messvorrichtung 1, der mit der Stütze 33 verbunden ist, relativ zu dem anderen Befestigungsabschnitt 2d, der mit dem Schäkel 34 verbunden ist, in einer Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs durch den Schäkelbolzen 5 und die erste Gehäusebaugruppe 9, oder durch den Schäkelbolzen 5 und die zweite Gehäusebaugruppe 11, und daher bewegt sich der eine Befestigungsabschnitt 2c des plattenähnlichen Elements 2 relativ zu dem anderen Befestigungsabschnitt 2d in die Richtung A der Höhe des Fahrzeugs und auch in die Dickenrichtung Z, (die einer zweiten Überschneidungsrichtung entspricht), die senkrecht zu der Längsrichtung X und der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 verläuft, und eine Scherkraft, die in dieser Dickenrichtung Z wirkt, wird an dem Sensorabschnitt 2b des plattenähnlichen Elements 2 erzeugt, so dass dieser Sensorabschnitt 2b belastet wird.
Demzufolge wird in dem Breitenrichtung-Lastsensor 3 das Paar von Widerständen 3b und 3d, das auf einer diagonalen Leitung angeordnet ist, und das Paar von Widerständen 3c und 3e, das auf der anderen diagonalen Leitung angeordnet ist, ausgehend von ihrer ursprünglichen Abmessung um die gleiche Länge auseinander gezogen, wie in 10 dargestellt.
Daher nehmen die Widerstandswerte R3b, R3c, R3d und R3e der Widerstände 3b, 3c, 3d und 3e um den gleichen Wert von ihrem ursprünglichen Wert ab, und daher weichen die Spannung V3g, die an dem Endpunktabschnitt 3g auftritt, und die Spannung V3j, die an dem Endpunktabschnitt 3j auftritt, nicht von ihren jeweiligen ursprünglichen Werten ab, und die Spannungsdifferenz V3g – V3j zwischen den Endpunktabschnitten 3g und 3j weicht nicht von dem ursprünglichen Wert ab.
Wenn andererseits in dem Breitenrichtung-Lastsensor 4 die in der Dickenrichtung Z des plattenähnlichen Elements 2 wirkende Scherkraft am Sensorabschnitt 2b erzeugt wird, so dass dieser Sensorabschnitt 2b belastet wird, wird das Paar von Widerständen 4b und 4d, die sich in der Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 gegenüberliegen, nicht von deren ursprünglichen Maßen abweichen, doch das Paar von Widerständen 4c und 4e, die einander in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 gegenüberliegen, wird ausgehend von deren ursprünglichen Maß um die gleiche Länge auseinander gezogen, wie in 11 dargestellt, und daher weichen die Widerstandswerte R4b und R4d der Widerstände 4b und 4d nicht von ihren jeweiligen ursprünglichen Werten ab, doch weichen die Widerstandswerte R4c und R4e der Widerstände 4c und 4e von ihren jeweiligen ursprünglichen Werten ab.
Daher erhöht sich die Spannung V4g, die am Endpunktabschnitt 4g auftritt, ausgehend von dem ursprünglichen Wert, wogegen die Spannung V4j, die an dem Endpunktabschnitt 4j auftritt, nicht von dem ursprünglichen Wert abweicht, und daher weicht die Spannungsdifferenz V4g – V4j zwischen den Endpunktabschnitten 4g und 4j von dem ursprünglichen Wert ab.
Wenn daher eines von der Stütze 33 und dem Schäkel 34 relativ zueinander in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs bewegt wird durch eine Last, die auf das Fahrzeug wirkt, oder Ähnliches, weicht die Ausgabe des Breitenrichtung-Lastsensors 3 von dem ursprünglichen Wert ab, wogegen die Ausgabe des Dickenrichtung-Lastsensors 4 nicht von dem ursprünglichen Wert abweicht. Wenn andererseits eines von der Stütze 33 und dem Schäkel 34 relativ zueinander in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs bewegt wird durch die Beschleunigung und die Abbremsung des Fahrzeugs oder Ähnliches, weicht die Ausgabe des Breitenrichtung-Lastsensors 3 nicht von dem ur sprünglichen Wert ab, wogegen die Ausgabe des Dickenrichtung-Lastsensors 4 von dem ursprünglichen Wert abweicht.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung deutlich wird, entsprechen in dieser Ausführungsform die Richtung B der Breite des Fahrzeugs und die Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs der in den Ansprüchen genannten "senkrechten Richtung".
Wie oben beschrieben, wird in dieser Ausführungsform die Messvorrichtung 1, die so ausgelegt ist, dass sie in dem Schäkelbolzen 5 aufgenommen wird, der die Stütze 33 und den Schäkel 34 miteinander verbindet, auf den die Last des Fahrzeugs wirkt, durch die Befestigungsabschnitte 2c und 2d, die jeweils durch die gegenüberliegenden Endabschnitte des plattenähnlichen Elements 2 definiert werden, dessen Oberfläche mit einem isolierenden Firm in der Längsrichtung X beschichtet ist, und den Sensorabschnitt 2b ausgebildet, der die zwei Befestigungsabschnitte 2c und 2d miteinander verbindet, und die Abmessung des Sensorabschnitts 2b in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 ist kleiner als die von jedem der Befestigungsabschnitte 2c und 2d, und die Stütze 33 und der Schäkel 34 sind durch den Schäkelbolzen 5 miteinander verbunden, und in diesem Zustand ist ein Befestigungsabschnitt 2c an der Seite der Stütze 33 angeordnet, während der andere Befestigungsabschnitt 2d an der Seite des Schäkels 34 angeordnet ist, und die Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 ist in der Richtung der Achse des Schäkelbolzens 5 angeordnet, das heißt, in der Richtung B der Breite des Fahrzeugs, und die Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 ist in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs angeordnet, und die Richtung Z der Dicke des plattenähnlichen Elements 2 ist in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs angeordnet.
In dieser Ausführungsform sind die Breitenrichtung- und Dickenrichtung-Lastsensoren 3 und 4 auf dem Sensorabschnitt 2 befestigt und sind voneinander in der Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 beabstandet, und der Breitenrichtung-Lastsensor 3 umfasst den Widerstandsabschnitt 3a, einschließlich der vier Widerstände 3b bis 3e, die sich in der Längsrichtung X und der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 in einem 45°-Winkel überschneiden und miteinander verbunden sind, um eine im Wesentlichen quadratische Form anzunehmen, und die vier Endpunktabschnitte 3f bis 3j sind jeweils an den Verbindungsbereichen angeordnet, wobei jeder die zugehörigen von den Widerständen 3b bis 3e miteinander verbindet, und der Dickenrichtung-Lastsensor 4 umfasst den Widerstandsabschnitt 4a, einschließlich der Widerstände 4b und 4d, (die einander in der Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 gegenüberliegen), und der Widerstände 4c und 4e, (die einander in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 gegenüberliegen), die miteinander verbunden sind, um eine im Wesentlichen quadratische Form anzunehmen, und die vier Endpunktabschnitte 4f bis 4j sind die jeweils an den Verbindungsbereichen angeordnet, die jeweils die zugehörigen von den Widerständen 4b bis 4e miteinander verbinden, und die Spannung _Vcc1, V_cc3 wird von der Antriebsenergiequelle W1, W3 zwischen den zwei Endpunktabschnitten 3f und 3h, 4f und 4h angelegt, die auf einer diagonalen Leitung jedes der Breitenrichtung- und Dickenrichtung-Lastsensoren 3 und 4 angeordnet sind.
Wenn daher die Stütze 33 und der Schäkel 34 relativ zueinander in die Richtung A der Höhe des Fahrzeugs bewegt werden durch eine Last, die auf das Fahrzeug wirkt, oder Ähnliches, weicht die Spannungsdifferenz V3g-V3j zwischen den Endpunktabschnitten 3g und 3j des Breitenrichtung-Lastsensors 3 von dem ursprünglichen Wert ab, und die Spannungsdifferenz V4g-V4j weicht daher zwischen den Endpunktabschnitten 4g und 4j des Dickenrichtung-Sensors 4 nicht von dem ursprünglichen Wert ab. Wenn andererseits die Stütze 33 und der Schäkel 34 relativ zueinander bewegt werden in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs durch die Beschleunigung und die Abbremsung des Fahrzeugs oder Ähnliches, weicht die Spannungsdifferenz V3g-V3j zwischen den Endpunktabschnitten 3g und 3j des Breitenrichtung-Lastsensors 3 nicht von dem ursprünglichen Wert ab, und daher weicht die Spannungsdifferenz V4g-V4j zwischen den Endpunktabschnitten 4g und 4j des Dickenrichtung-Sensors 4 von dem ursprünglichen Wert ab.
Daher können auf der Basis der Spannungsdifferenz V3g – V3j, (welche die Ausgabe des Breitenrichtung-Lastsensors 3 ist), zwischen den Endpunktabschnitten 3g und 3j und der Spannungsdifferenz V4g – V4j, (welche die Ausgabe des Dickenrichtung-Lastsensors 4 ist), zwischen den Endpunktabschnitten 4g und 4j, eine Änderung der Last in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs, die zum Messen des geladenen Gewichts des Fahrzeugs notwendig ist, und eine Änderung der Last in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs, die zum Messen der Beschleunigung und der Abbremsung des Fahrzeugs notwendig ist, beide gleichzeitig durch die einzelne Messvorrichtung 1 erfasst werden, ohne Bedarf an zusätzlichem Installationsraum, und diese Messvorrichtung weist die gleiche Größe auf wie diejenige der herkömmlichen Messvorrichtung 7, wie in 14 dargestellt ist, die nur eine Änderung der Last in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs erfassen kann.
In dieser Ausführungsform kann die Abmessung des Sensorabschnitts 2b in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 gleich derjenigen der zwei Befestigungsabschnitte 2c und 2d sein, aber wenn die Abmessung des Sensorabschnitts 2b in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 kleiner ist als diejenige der zwei Befestigungsabschnitte 2c und 2d, wie in dieser Ausführungsform, kann die Scherkraft, die in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 wirkt, das in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist, leicht an dem Sensorabschnitt 2b erzeugt werden, wenn die Stütze 33 und der Schäkel 34 relativ zueinander in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs bewegt werden, und demzufolge kann eine Änderung der Last in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs durch den Breitenrichtung-Lastsensor 3 mit einer erhöhten Empfindlichkeit erfasst werden.
Daher kann zusätzlich zur Abmessung des Sensorabschnitts in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2, oder an Stelle dieser Abmessung des Sensorabschnitts in der Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2, die Abmessung des Sensorabschnitts 2b in der Richtung Z der Dicke des plattenähnlichen Elements 2 kleiner gemacht werden als diejenige der zwei Befestigungsabschnitte 2c und 2d, so dass eine Scherkraft, die in der Dickenrichtung Z des plattenähnlichen Elements 2 wirkt, das in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs angeordnet ist, leicht an dem Sensorabschnitt 2b der Messvorrichtung 1 erzeugt werden kann, die in dem Schäkelbolzen 5 befestigt ist.
Obwohl der Sensorabschnitt 2b durch denjenigen Abschnitt des plattenähnlichen Elements 2 ausgebildet ist, der zwischen den Einkerbungen 2a liegt, kann der Sensorabschnitt 2b in dieser Ausführungsform diejenigen Abschnitte des plattenähnlichen Elements 2 umfassen, die sich jeweils von den Einkerbungen 2a zu den gegenüberliegenden Enden des plattenähnlichen Elements 2 in der Längsrichtung X erstrecken, das heißt, denjenigen Abschnitten der Befestigungsabschnitte 2c und 2d, die in der Nähe der Einkerbungen 2a dieser Ausführung angeordnet sind, falls, wenn die Stütze 33 und der Schäkel 34 sich relativ zueinander bewegen, wobei die Messvorrichtung 1 in dem Schäkelbolzen 5 befestigt ist, eine Scherkraft in der Richtung dieser relativen Bewegung erzeugt wird.
Des Weiteren ist in dieser Ausführung, um nicht nur eine Änderung der Last in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs, sondern auch eine Änderung der Last in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs zu erfassen, die Messvorrichtung 1 so angeordnet, dass die Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 in der Richtung B der Breite des Fahrzeugs angeordnet ist, während die Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist. Um jedoch eine Änderung der Last in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs und eine Änderung der Last in der Richtung B der Breite des Fahrzeugs zu erfassen, kann die Messvorrichtung 1 so angeordnet werden, dass die Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs angeordnet ist, während die Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist.
Damit eine Änderung der Last in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs durch die Ausgabe des Dickenrichtung-Lastsensors 4 erfasst werden kann, und damit eine Änderung der Last in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs durch die Ausgabe des Breitenrichtung-Lastsensors 3 erfasst werden kann, kann die Messvorrichtung 1 in ähnlicher Weise so angeordnet werden, dass die Längsrichtung X des plattenähnlichen Elements 2 in der Richtung B der Breite des Fahrzeugs angeordnet ist, und die Dickenrichtung Z des plattenähnlichen Elements 2 in der Richtung A der Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist, und die Breitenrichtung Y des plattenähnlichen Elements 2 in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung C des Fahrzeugs angeordnet ist.
Obwohl die Breitenrichtung- und Dickenrichtung-Lastsensoren 3 und 4 in dieser Ausführungsform beide auf einer Seite des Sensorabschnitts 2b des plattenähnlichen Elements 2 befestigt sind, können die Breitenrichtung- und Dickenrichtung-Lastsensoren 3 und 4 jeweils getrennt auf den gegenüberliegenden Seiten des Sensorabschnitts 2b befestigt werden.
Obwohl das plattenähnliche Element 2 in dieser Ausführungsform mit dem isolierenden Film, der aus Siliziumoxid oder Ähnlichem besteht, über seine gesamte Oberfläche beschichtet ist, kann nur der Sensorabschnitt 2b, der die Breitenrichtung- und Dickenrichtung-Lastsensoren 3 und 4 aufweist, mit diesem isolierenden Film beschichtet sein.
Diese Ausführung wurde unter beispielhafter Verwendung der Konstruktion beschrieben, wobei die Messvorrichtung in dem Schäkelbolzen 5 befestigt ist, der die Stütze 33 und den Schäkel 34 des Fahrzeugs miteinander so verbindet, dass eine Änderung der Last erfasst wird, die auf das Fahrzeug wirkt. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auf eine große Bandbreite von Messvorrichtungen des Typs angewendet werden, der so auf einem Bereich mit Lasteinwirkung (load-acting region) befestigt ist, dass Änderungen einer Last in zwei Richtungen erfasst werden.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, ist die Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 1 definiert ist, die Messvorrichtung für das Belastetwerden durch eine Last von außen und zum Ausgeben eines Signals, das einem Grad dieser Belastung entspricht, wobei die Messvorrichtung Folgendes umfasst: das Basiselement, einschließlich der ersten und zweiten Abschnitte und des dritten Abschnitts, der die ersten und zweiten Abschnitte miteinander verbindet, wobei der dritte Abschnitt bei einer zum ersten Abschnitt relativen Bewegung des zweiten Abschnitts belastet wird, so dass eine Scherkraft, die in einer Richtung der relativen Bewegung wirkt, an dem dritten Abschnitt erzeugt wird; einen isolierenden Bereich, der an wenigstens einem Teil einer Oberfläche des dritten Abschnitts ausgebildet ist; und die ersten und zweiten Sensoren, die jeweils an dem isolierenden Bereich ausgebildet sind; wobei jeder der ersten und zweiten Sensoren vier Widerstände aus einem elektrisch leitenden Material umfasst, die miteinander verbunden sind, um eine Brücke auszubilden, und wenn eine Spannung zwischen zwei von vier Verbindungsbereichen angelegt wird, die jeweils die dazugehörigen Widerstände miteinander verbinden, die auf einer diagonalen Leitung angeordnet sind, weicht ein Spannungsabfall, der sich zwischen den anderen zwei Verbindungsbereichen entwickelt, die auf der anderen diagonalen Leitung angeordnet sind, in Übereinstimmung mit der an dem dritten Abschnitt erzeugten Scherkraft ab; wobei der erste Sensor so auf dem isolierenden Bereich angeordnet ist, dass eine Leitung, welche die zwei Verbin dungsbereiche auf der einen diagonalen Leitung miteinander verbindet, sich in der Verbindungsrichtung der Verbindung der ersten und zweiten Abschnitte durch den dritten Abschnitt erstreckt; und wobei der zweite Sensor auf dem isolierenden Bereich so angeordnet ist, dass zwei der vier Widerstände einander gegenüberliegen und in der Verbindungsrichtung voneinander beabstandet sind, während die anderen zwei Widerstände einander gegenüberliegen und voneinander beabstandet sind in einer zu der Verbindungsrichtung senkrechten Überschneidungsrichtung.
Wenn daher der erste Abschnitt des Basiselements relativ zu dem zweiten Abschnitt bewegt wird, so dass der dritte Abschnitt belastet wird, wird eine Scherkraft, die in einer Richtung dieser relativen Bewegung wirkt, an dem dritten Abschnitt erzeugt. Wenn in diesem Fall die Bewegungsrichtung des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt in der Überschneidungsrichtung verläuft, werden die zwei sich gegenüberliegenden Widerstände von den vier Widerständen des ersten Sensors auseinander gezogen, und wenn die Bewegungsrichtung des ersten Abschnitts relativ zu dem zweiten Abschnitt senkrecht zu beiden der Überschneidungsrichtung und der Verbindungsrichtung, verläuft, werden die zwei Widerstände, (die einander in der Überschneidungsrichtung gegenüberliegen) von den vier Widerständen des zweiten Sensors auseinander gezogen. In jedem Fall verändert sich die Ausgabe von einem der ersten und zweiten Sensoren.
Wenn daher die Änderung der Last in der Überschneidungsrichtung in Bezug auf das Basiselement auftritt, und wenn die Änderung der Last in der Richtung auftritt, die zu beiden der Überschneidungsrichtung und der Verbindungsrichtung senkrecht ist, können diese Änderungen der Last in den zwei Richtungen mit einer einzigen Vorrichtung gleichzeitig erfasst werden.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 2 definiert ist, ist das Basiselement zwischen den ersten und zweiten Konstruktionsabschnitten angebracht, die relativ zueinander in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs durch eine auf das Fahrzeug wirkende Last bewegt werden und relativ zueinander beweglich sind in der zum Fahrzeug senkrechten Richtung, die zu der Richtung der Höhe des Fahrzeugs senkrecht ist, und einer der ersten und zweiten Abschnitte ist strukturell mit einem der ersten und zweiten Konstruktionsabschnitte verbunden, während der andere der ersten und zweiten Abschnitte strukturell mit dem anderen der ersten und zweiten Konstruktionsabschnitte verbunden ist, und die Überschneidungsrichtung ist in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs angeordnet.
Wenn daher einer der ersten und zweiten Konstruktionsabschnitte des Fahrzeugs relativ zu dem anderen bewegt wird in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs durch die Last, die auf das Fahrzeug wirkt, wird der erste Abschnitt des Basiselements relativ zu dem zweiten Abschnitt in einer der zwei Richtungen bewegt, das heißt, der Überschneidungsrichtung, die senkrecht zur Verbindungsrichtung angeordnet ist, und der Richtung, die senkrecht zu beiden der Verbindungsrichtung und der Überschneidungsrichtung verläuft. Daher kann in Bezug auf die Last, die auf das Fahrzeug wirkt, eine Änderung der Last in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs durch eine Änderung der Ausgabe von einem der ersten und zweiten Sensoren erfasst werden.
Wenn, abgesehen davon, einer der ersten und zweiten Konstruktionsabschnitte relativ zu dem anderen in der zum Fahrzeug senkrechten Richtung bewegt wird durch die Last, die auf das Fahrzeug wirkt, oder durch eine Änderung des Fahrzustands des Fahrzeugs, wird der erste Abschnitt des Basiselements relativ zu dem zweiten Abschnitt in der anderen der zwei Richtungen bewegt, das heißt, der Überschneidungsrichtung und der Richtung, die zu beiden der Verbindungsrichtung und der Überschneidungsrichtung senkrecht verläuft. Daher kann in Bezug auf die Last, die auf das Fahrzeug wirkt, eine Änderung der Last in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung, die senkrecht zu der Richtung der Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist, oder der Richtung der Breite des Fahrzeugs, durch eine Änderung der Ausgabe des anderen der ersten und zweiten Sensoren gleichzeitig erfasst werden.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 3 definiert ist, ist die Verbindungsrichtung in der Richtung der Breite des Fahrzeugs angeordnet, und in diesem Fall ist eine von der Überschneidungsrichtung und der Richtung, die senkrecht zu beiden der Verbindungsrichtung und der Überschneidungsrichtung ist, in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs angeordnet, während die andere in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs angeordnet ist. Daher wird eine Änderung der Last, die auf das Fahrzeug wirkt, von einem der ersten und zweiten Sensoren erfasst, und auch eine Änderung der Last in der Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeugs wird durch den an deren der ersten und zweiten Sensoren erfasst, und daher kann die Messung des geladenen Gewichts und die Messung der Beschleunigung und der Abbremsung des Fahrzeugs mit einer einzigen Vorrichtung gleichzeitig ausgeführt werden.
In der Messvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die in Anspruch 4 definiert ist, ist die Abmessung des dritten Abschnitts in einer von der Überschneidungsrichtung und der zweiten Überschneidungsrichtung, die zu beiden der Verbindungsrichtung und der Überschneidungsrichtung senkrecht ist, kleiner ist als jede der ersten und zweiten Abschnitte.
Wenn daher der erste Abschnitt des Basiselement relativ zu dem zweiten Abschnitt in wenigstens einer von der Überschneidungsrichtung und der zweiten Überschneidungsrichtung bewegt wird, die zu beiden der Verbindungsrichtung und der Überschneidungsrichtung senkrecht verläuft, wird zwangsweise eine Scherkraft erzeugt an dem dritten Abschnitt, dessen Abmessung in dieser Richtung kleiner ist als diejenige der ersten und zweiten Abschnitte, und die Ausgabe, die der Änderung der Last in der Bewegungsrichtung des ersten Abschnitts relativ zum zweiten Abschnitt entspricht, kann von jedem der ersten und zweiten Sensoren mit einer guten Empfindlichkeit zugeführt werden.

Claims

Messvorrichtung (1) für das Belastetwerden durch eine Last von außen und zum Ausgeben eines Signals, das einem Grad dieser Belastung entspricht, gekennzeichnet durch die Bereitstellung von: einem Basiselement (2), umfassend erste und zweite Teile und ein drittes Teil, das die ersten und zweiten Teile untereinander verbindet, wobei das dritte Teil bei einer zum ersten Teil relativen Bewegung des zweiten Teils belastet wird, so dass eine Scherkraft, die in einer Richtung der relativen Bewegung wirkt, an dem dritten Teil erzeugt wird; einem isolierenden Bereich, der an wenigstens einem Teil einer Oberfläche des dritten Teils ausgebildet ist; und ersten und zweiten Sensoren (3, 4), die jeweils an dem isolierenden Bereich ausgebildet sind; wobei jeder der ersten und zweiten Sensoren (3, 4) vier Widerstände (3b – 3c; 4b – 4c) aus einem elektrisch leitenden Material umfasst, die verbunden sind, um eine Brücke auszubilden, und wenn eine Spannung zwischen zwei von vier Verbindungsbereichen (3f, 3g, 3h, 3j; 3f, 4g, 4h, 4j) angelegt wird, die jeweils die dazugehörigen Widerstände untereinander verbinden, die auf einer diagonalen Leitung angeordnet sind, schwankt ein Spannungsabfall, der sich zwischen den anderen zwei Verbindungsbereichen entwickelt, die auf der anderen diagonalen Leitung angeordnet sind, in Übereinstimmung mit der an dem dritten Teil erzeugten Scherkraft; wobei der erste Sensor (3) so auf dem isolierenden Bereich angeordnet ist, dass eine Leitung, welche die Verbindungsbereiche auf der einen diagonalen Leitung untereinander verbindet, sich in einer untereinander verbindenden Verbindungsrichtung der ersten und zweiten Teile durch das dritten Teil erstreckt; und wobei der zweite Sensor (4) auf dem isolierenden Bereich so angeordnet ist, dass zwei der vier Widerstände (4b – 4c) einander gegenüberliegen und in der Verbindungsrichtung voneinander beabstandet sind, während die anderen zwei Widerstände einander gegenüberliegen und voneinander beabstandet sind in einer sich überschneidenden, zu der Verbindungsrichtung senkrechten Richtung.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Basiselement (2) zwischen ersten und zweiten Konstruktionsteilen eines Fahrzeugs angebracht ist, die relativ zueinander in einer Richtung einer Höhe des Fahrzeugs durch eine auf das Fahrzeug wirkende Last bewegt werden, und relativ zueinander beweglich sind in einer zum Fahrzeug senkrechten Richtung, die zu der Richtung der Höhe des Fahrzeugs senkrecht ist, und eines der ersten und zweiten Teile strukturell mit einem der ersten und zweiten Konstruktionsteile verbunden ist, während das andere der ersten und zweiten Teile strukturell mit dem anderen der ersten und zweiten Konstruktionsteile verbunden ist, und die sich überschneidende Richtung in der Richtung der Höhe des Fahrzeugs angeordnet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Verbindungsrichtung in einer Richtung einer Breite des Fahrzeugs angeordnet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei eine Abmessung des dritten Teils in einer der sich überschneidenden Richtung und einer zweiten sich überschneidenden Richtung, die zu beiden, der Verbindungsrichtung und der sich überschneidenden Richtung senkrecht ist, kleiner ist als jedes der ersten und zweiten Teile.