JP2002350254A - タイヤと道路との間の接触力を測定するための車輪軸受 - Google Patents

タイヤと道路との間の接触力を測定するための車輪軸受

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ペーテル・ニープリング
Roland Langer
ローランド・ランゲル
Rainer Breitenbach
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 すべての走行状態において、制動過程におい
ても、道路と車両のタイヤとの間に作用する力が検出さ
れる。現在作用する力についてのこれらの情報は、制動
過程の最適化のため、走行運転制御システムにより利用
される。このため車輪軸受に作用する力を測定する。付
加的にキヤリパの担体６に設けられるセンサ３により、
現在作用する制動力が持続的に求められる。制動されな
い走行の際、センサ２の測定結果から、道路とタイヤと
の間に作用する力が直接推論される。制動過程におい
て、制動円板の支持力が車輪軸受において測定される力
から計算されて、道路とタイヤとの間に現在作用する力
を得ることができる。 【発明の効果】センサを静止する部材に設けることがで
き、両方のセンサを空間的に近接して配置することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車輪軸受の静止し
ている環に現在作用する力の測定を介して車道と車両の
タイヤとの間に作用する力を推論することができる車輪
軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近の車両の安全性及び乗り心地を一層
改善するため、車両における走行運転用電子制御システ
ムは、現在の走行状況についてますます多くの情報を必
要としている。機関、変速機の現在のデータ及び個々の
車輪の回転数に加えて将来は、個々のタイヤに作用する
現在の力および力の方向（車輪接地力）も、走行運転の
制御に一緒に利用されるようにする。これらの力を検出
するため、種々の解決の試みがある。即ちタイヤにおけ
る力を測定するか又はリムと受入れフランジとの間に測
定アダプタを挿入する（ドイツ連邦共和国特許出願公開
第１９６２７３８５号明細書又は測定輪″Ｖｅｌｏｓ″
による複数の軸線方向走行運転負荷の検出″Ａ． Ｒｕ
ｐｐ，Ｗ Ｄｉｅｆｅｎｂａｃｈ，Ｖ．Ｇｒｕｂｉｓｉ
ｃ，ＡＴＺＡｕｔｏｍｏｂｉｌｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ
Ｚｅｉｔｕｎｇ ９６（１９９４）″．これらの解決の
試みはすべて、力が回転している部分から伝達されねば
ならないという問題を持っている。そのため遠隔データ
伝送装置の使用又は滑り接触子の使用のように、付加的
な費用が必要である。
【０００３】車輪接地力を検出するため、この場合特に
車輪軸受が用いられる。なぜならば、車輪軸受は、タイ
ヤに作用するすべての力を車両の枠に伝達するからであ
る。
【０００４】欧州特許第０４３２１２２号明細書に示さ
れている車輪軸受装置では、静止している環の種々の個
所にセンサが設けられている。車輪軸受の静止している
環において測定される力から、直進走行の際又は曲線走
行の際、タイヤに作用する力を求めることができる。こ
の測定装置の問題は、多くの測定個所にもかかわらず、
車両の制動機が操作される瞬間に生じる。実験の結果、
制動の際車輪接地力をもはや精確に求めることができな
いことがわかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の基礎になって
いる課題は、制動過程においても車輪接地力を求めるこ
とができる車両の車輪軸受用測定装置を提供することで
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題の解決は、請求
項１の特徴によって行われる。
【０００７】タイヤと路面との間に作用する力は、反作
用力を介して車輪軸受で間接に測定される。このため車
輪軸受の静止している環にセンサ（例えばひずみ計、薄
層ひずみ計）が設けられ、これらのセンサにより車輪軸
受の静止している環における反作用力（応力変化）を求
めることができる。制動なしの走行の際、これらの負荷
から直接車輪接地力を求めることができる。しかし制動
過程の際車輪軸受における反作用力は、円板制動機を介
して導入される力により、車輪接地力をもはや精確に求
めることができないほど、強い影響を受ける。制動過程
の際現在作用する力の位置及び大きさを知ることにより
はじめて、車輪軸受の静止している環においてセンサに
より検出される全部の力から、路面とタイヤとの間の力
及び現在の摩擦係数を推論することができる（請求項１
の特徴部分）。
【０００８】フランジ結合されるキヤリパの懸架点又は
担体における力の永続的な測定により、制動過程におけ
る制動力の重心の空間的位置を継続的に求めることがで
きる（制動力の重心−制動円板又は制動ライニングにお
ける制動力のベクトルの計算による作用点）。制動力の
重心の位置は、導入される制動力、現在の摩擦係数、及
び制動ライニングと円板制動機との間の接触状態に関係
する。従って制動力の現在の重心は、制動過程において
も運転時間にわたっても移動することができる。車輪軸
受において測定される力を制動力の影響だけ減少した
後、それから生じる車輪接地力により、従来技術におけ
るより一層よく制動過程を実施することができる。
【０００９】欧州特許第０４３２１２２号明細書及びす
べての測定輪に対する本発明の測定装置の別の驚くべき
利点は、接線方向に車輪力が導入される際、この測定装
置により、制動力及び路面からの影響を計算により区別
できることである。車両が軟らかい路床（雪、砂利、軟
らかい地面、たまり水）上を走行すると、タイヤの前
に、押しのけねばならない材料集積が生じる。この押し
のけは、制動力と同じ効果を持つ接線力をタイヤに生ぜ
しめる。現在の制動力の検出により、これらの水平に作
用する力を、制動力と路面からタイヤに作用する力とに
明白に分割することができる。この利点は一層重要であ
る。なぜならば、リムの範囲又はタイヤの範囲で測定を
行うすべての測定システムは、これらの力を区別できな
いからである。軟らかい路床における制動過程は、この
可能性によって最適化される。
【００１０】更に駆動される車輪による制動過程におい
て、制動円板に作用する力と、動力伝達系統を介して導
入される従動力（又は従動トルク）とを、区別すること
ができる。この区別は、クラツチが踏まれない制動の際
（即ちエンジンブレーキの際）、これらの車輪を最適に
制動できるために必要である。動力伝達系統の従動力に
おける力と制動力のこの区別は、リム又はタイヤにおい
て測定するすべてのシステムにおいて不可能である。
【００１１】請求項５による配置の利点は、すべてのセ
ンサが静止している部材に設けられていることである。
これは、センサ製造及び取付けの際特別な利点を持って
いる。従って種々の部材においてケーブルを通すという
問題はなくなる。
【００１２】
【実施例】図１は、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びトルク
Ｍｘ，Ｍｙ，Ｍｚを持つタイヤを示している。本発明に
よる測定システムの役割は、タイヤ７と道路との間に作
用するこれらの力又はトルクを検出することである。
【００１３】図２には、制動の際の車輪が示されてい
る。力の矢印による図示を煩雑にしないようにするた
め、直進走行を基礎にした。曲線走行の際における公知
の車輪接地力ＦｙＲは図示されない。この概略図におい
て、タイヤ７、制動円板８、キヤリパ４（又は制動ライ
ニング）、及び車輪軸受１の静止している外環１ａにあ
るキヤリパの取付け部６が示されている。制動力Ｆｔａ
ｎＢは、車輪軸受１の内環１ｂに結合されてタイヤを制
動する制動円板に作用する。測定装置のセンサ２は、静
止している環部分１ａに設けられている。センサ３はキ
ヤリパ担体における力を検出して、制動力の現在の作用
点５（重心）及び制動力ＦｔａｎＢの大きさを決定す
る。車輪の運動方向はｖで示されている。制動力Ｆｔａ
ｎＢ及びＦｘＲ１は、制動力の現在の重心に対するタイ
ヤのてこ比によって生じる。力ＦｔａｎＢ及びＦｘＲ１
は、車輪軸受の内環と外環との間に支持される。そこで
これらの力は、ＦｔａｎＬ及びＦｘＬ１の形の反作用力
を生じる。タイヤ７と路面１０との間の重量力Ｆｚ
Ｒは、車輪軸受１に力ＦｚＬを生じる。
【００１４】従って車輪軸受の内環１ｂと静止している
外環１ａとの間には、制動される直進走行の際常に３つ
の力成分（ＦｘＬ１，ＦｚＬ，ＦｔａｎＬ）が作用す
る。
【００１５】Ｍｙ（ＦｔａｎＢ）又はＭｙ（ＦｘＲ１）
は、制動の際作用するトルクである。
【００１６】図３の（ａ）には、車輪軸受１の内環１ｂ
と外環１ａとの間に作用する力が幾何学的に加算され
て、センサ２を介して測定される合成軸受力ＦｒｅｓＬ
を求める。車輪接地力（ＦｘＬ１，ＦｚＬ）を求めるた
め、測定される軸受力ＦｒｅｓＬから制動力ＦｔａｎＬ
の影響が算出される。タイヤと路面との間の現在の摩擦
係数は比ＦｘＬ１及びＦｚＬを介して求められる。他の
すべての詳細において図３の（ａ）は図２に相当してい
る。
【００１７】図３の（ｂ）には、キヤリパ４ａの配置が
合成軸受ＦｒｅｓＬへの原則的な影響を持っていること
が示されている。図３の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ
同じ車輪接地力９で示されている。この図から、キヤリ
パ４ａ従って重心５ａの位置が測定結果ＦｒｅｓＬにど
んな影響を及ぼすかが明らかになる。
【００１８】図４の（ａ）及び（ｂ）には、制動重心５
ｂ，５ｃが制動過程において制動ライニング４内で移動
できるという問題が示されている。制動力ＦｔａｎＢの
重心に応じて、車輪軸受１における合成力ＦｒｅｓＬの
異なる値が生じる。制動過程において現在作用する車輪
接地力（ＦｘＬ１，ＦｚＬ）に達するため、合成軸受力
ＦｒｅｓＬから、（担体６にあるセンサ３を介して測定
される）制動力ＦｔａｎＬの現在の影響を持続的に計算
せねばならない。
【００１９】図５の（ａ）及び（ｂ）には、タイヤにお
ける公知の測定輪及び測定方法に対する驚くべき利点が
示されている。図５の（ａ）には、タイヤが軟らかい路
床中を動く時、問題点が示されている。この軟らかい路
床はタイヤ接地力の移動を生じる。軟らかい路床では、
この路床を押しのけるために、力ＦｘＲ２を生じなけれ
ばならない。この力ＦｘＲ２は車輪軸受に対応する力Ｆ
ｘＬ２を生じる。この図には、制動介入なしの力の状態
が示されている。測定される制動力（ＦｔａｎＢ＝０）
の評価は、水平力が外部からタイヤへ作用し、制動力に
よっては生じないことを明らかにする。担体６及びセン
サ３は、わかり易くするためこの図には示してない。
【００２０】図５の（ｂ）には図５の（ａ）からの状況
が示され、今や軟らかい路床１１上で制動が行われる。
タイヤ７へ水平に作用する力は、この図では、２つの力
ベクトル力ＦｘＲ２及び力ＦｘＲ１により示されてい
る。ＦｘＲ２は軟らかい路床１１によりタイヤへ作用す
る力に相当し、力ＦｘＲ１は制動機により水平方向に生
じる力に相当している。残りの力の矢印は、前記の図の
表示に一致している。制動力ＦｔａｎＢ及びてこ腕を介
して制動力に比例する力ＦｘＲ１を精確に知ることによ
って、合成軸受力ＦｒｅｓＬを計算で力ＦｔａｎＬ及び
ＦｘＲ１だけ減少することができる。それにより現在作
用する車輪接地力のすべての大きさがわかる。公知の測
定輪及びアダプタのシステムでは、タイヤへ接線方向に
作用する力のこの分離は不可能である。なぜならば、こ
のシステムは制動力を知ることができないからである。
センサ２，３を車輪軸受１の静止している環１ａ及びキ
ヤリパ４の担体６に本発明により設けることによって、
極端な走行状態においても、タイヤと路面との間の精確
な力状態を求めることができる。
【００２１】図６には車輪軸受１が示され、その外輪１
ａのハウジング１ｄに２つの担体６ａが統合されて、キ
ヤリパを受入れている。キヤリパ、制動ライニング及び
制動円板はこの図には示していない。リム又は制動円板
を受入れるフランジ１３は、内輪１ｂに結合されてい
る。制動力を測定するセンサ３は、担体６ａの両方の腕
に設けられている。外輪１ａのハウジング１ｄには、力
を測定するセンサ２ａが取付けられている。
【００２２】図７及び８には、キヤリパを設けられた車
輪軸受装置が示されている。図７には、回転するフラン
ジ部分１３及び静止している外輪１ａを持つ車輪軸受装
置が示されている。外輪１ａにはセンサ２ｂが設けられ
ている。この図では、車両の曲線走行の際傾倒力も測定
できるようにするため、センサ２ｂは２つの面に設けら
れている。静止している外輪１ａのフランジ１ｅには、
揺動軸受（揺動軸受は図９に示されている）を受入れる
ための取付け穴１４、及びキヤリパ担体６を受入れるた
めの別個の穴１５が示されている。穴１５のところに
は、フランジ範囲１ｅにあるセンサ３ａが設けられ、こ
れらのセンサ３ａにより制動力及び制動重心が測定され
る。センサ２ｂ，３ａの空間的近さにより、取扱い及び
組立ての際利点が生じる。なぜならば、すべてのセンサ
２ｂ，３ａは静止している部分に設けられているからで
ある。
【００２３】図８は、担体６を介して取付けられるキヤ
リパ１８を持つ図７の構成を示している。この図では、
斜視図のためセンサ２ｂ，３ａは見えない。穴１５を介
してキヤリパ１８がキヤリパ担体６により取付けられて
いる。穴１４を介して車輪軸受装置が揺動軸受に結合さ
れている。制動力及び重心を求めるためキヤリパ１８の
担体６へのセンサ３ｂの配置を、別の変形例が示してい
る。
【００２４】図９には、揺動軸受１６が示されている。
車輪軸受は揺動軸受の穴１７にはまり、穴１９を介して
取付けられている。この図では、車輪軸受は示されてい
ない。この図ではキヤリパ１８はその担体を揺動軸受１
６に取付けられている。重心で制動力を求めるセンサ３
ｃは図示されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】原理的に求めるべき力及びトルクを示す。
【図２】制動過程において制動円板を車輪軸受と路面と
の間に生じる力の状態を示す。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は制動過程においてキヤリパ
の位置が作用する車輪軸受の力へ及ぼす影響を示す。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は制動過程において制動ライ
ニング内における制動重心の位置の移動によって生じる
車輪軸受への影響を示す。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は軟らかい路床における制動
過程において車輪軸受に作用する力の状態を示す。
【図６】静止している環に統合されてキヤリパ及びセン
サを受入れる担体を持つ車輪軸受を示す。
【図７】車輪軸受の静止している環にあるキヤリパの担
体及びセンサを受入れる付加的な取付け装置を持つ車輪
軸受を示す。
【図８】車輪軸受の静止している環にあるキヤリパの担
体及びセンサを受入れる付加的な取付け装置を持つ車輪
軸受を示す。
【図９】揺動軸受に取付けられるキヤリパ担体及びセン
サを持つ車輪軸受を示す。
【符号の説明】
１ 車輪軸受 １ａ 静止している軸受環 １ｄ ハウジング ２，２ａ センサ ３，３ａ，３ｂ，３ｃ センサ １８ キヤリパ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ローランド・ヴエルプ ドイツ連邦共和国リードバツハ・フンプレ ヒツハウゼン64 (72)発明者 ペーテル・ニープリング ドイツ連邦共和国バート・キツヒンゲン・ ヤーンシユトラーセ２ (72)発明者 ローランド・ランゲル ドイツ連邦共和国シユヴアインフエルト・ ゲーテシユトラーセ５ (72)発明者 ライネル・ブライテンバツハ ドイツ連邦共和国ゴツホスハイム・ヤーン シユトラーセ７ Ｆターム(参考） 2F051 AA01 BA07 3J101 AA01 BA56 BA77 FA21 FA41 GA03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車輪軸受装置（１）がセンサ（２，２
    ａ）を持ち、静止している軸受環（１ａ）又はそのハウ
    ジング（１ｄ）にセンサ（２，２ａ）が設けられて、車
    輪軸受（１）の回転する環部分と静止している環部分と
    の間の力（ＦｒｅｓＬ）を検出するものにおいて、制動
    過程においてキヤリパ（１８）に作用する力（Ｆｔａｎ
    Ｂ）を測定するために、少なくとも１つの別のセンサ
    （３，３ａ，３ｂ，３ｃ）が静止している軸受環（１
    ａ）とキヤリパ（１８）との間に設けられていることを
    特徴とする、車輪軸受装置。
  2. 【請求項２】 キヤリパ（１８）と車輪軸受（１）との
    間で２つのキヤリパ担体（６，６ａ）に、制動力（Ｆｔ
    ａｎＢ）及び制動力の重心（５，５ａ，５ｂ，５ｃ）を
    測定するため、少なくともそれぞれ１つのセンサ（３，
    ３ａ，３ｂ，３ｃ）が取付けられていることを特徴とす
    る、請求項１に記載の車輪軸受。
  3. 【請求項３】 静止している軸受環（１ａ）又はそのハ
    ウジング（１ｄ）にフランジ（１ｅ）が設けられ、キヤ
    リパ（１８）のキヤリパ担体（６）が、フランジ（１
    ｅ）の開口（１５）に取付けられていることを特徴とす
    る、請求項１に記載の車輪軸受。
  4. 【請求項４】 静止している軸受環（１ａ）又はそのハ
    ウジング（１ｄ）にフランジ（１ｅ）が設けられ、キヤ
    リパ（１８）のキヤリパ担体（６）が、揺動軸受（１
    ６）を取付けるため開口（１４）に対してずれている開
    口（１５）に取付けられていることを特徴とする、請求
    項１に記載の車輪軸受。
  5. 【請求項５】 制動力（ＦｔａｎＢ）及び制動力の重心
    （５，５ａ，５ｂ，５ｃ）を測定するため、フランジ
    （１ｅ）にある開口（１５）の所に少なくともそれぞれ
    １つのセンサ（３ａ）が設けられていることを特徴とす
    る、請求項１又は３又は４に記載の車輪軸受。
  6. 【請求項６】 車輪軸受（１）の静止している環（１
    ａ）において測定される力（ＦｒｅｓＬ）及び求められ
    た制動力（ＦｔａｎＢ）が、短い間隔で又は連続的に、
    互いに関係づけられて、力（ＦｒｅｓＬ）から、制動力
    （ＦｔａｎＢ）の影響（ＦｔａｎＬ）が算出されて、こ
    うして合成される車輪接地力（ＦｘＲ，ＦｙＲ，Ｆ
    ｚＲ）により制動力を制御するか、又はこの情報を他の
    車両制御システムに利用可能にすることを特徴とする、
    センサ（２，２ａ，３ａ，３ｂ，３ｃ）の結果の評価方
    法。
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