JP2005106596A

JP2005106596A - 車輪荷重検出装置

Info

Publication number: JP2005106596A
Application number: JP2003339751A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sakamoto; 賢志坂本
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構が設けられている車両において、強度を低下させずに、車輪荷重を精度よく求めることができる車輪荷重検出装置を提供する。
【解決手段】ストラット5に取り付けられた少なくとも１つの応力センサ11,12と、応力センサ11,12の出力から車輪2が受ける荷重を求める処理手段とを備えている。応力センサ11,12は、ストラット5の周方向に等間隔で４つ設けられており、左右の応力センサ11から左右方向の車輪荷重が検出され、前後の応力センサ12から前後方向の車輪荷重が検出される。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の車輪荷重を検出する装置に関し、特に、マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構が設けられている車両における車輪荷重検出装置に関する。

自動車においては、その制御を行うために種々の情報が必要であることから、車体側に固定される車体側部材、車輪が取り付けられる車輪側部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニットに、センサ装置を設けることが提案されている。例えば、特許文献１には、車体側部材の内端面に環状の支持部材を取り付け、この環状支持部材に歪みセンサを貼り付けたセンサ付きハブユニットが開示されている。

また、特許文献２には、車両の車軸（ナックル）に孔を設け、これに応力検出センサを埋設した車輪作用力測定装置が開示されている。
特開平３−２０９０１６号公報特開平８−１５２３７０号公報

近年、自動車の制御手段として、ＡＢＳ制御（アンチロックブレーキシステム）に加えて、発進時や加速時に駆動輪をスピンさせない駆動力制御やコーナリング時の横滑りを抑制するブレーキ力制御などが実施されているが、より精度のよい制御を行うために、これらの制御に有効に使用できるデータの検出が重要となっている。

このような実情に鑑み、本願発明者は、車輪荷重を精度よく測定して、車両制御の向上を図るという課題を創出した。

しかしながら、上記特許文献１のセンサ付きハブユニットでは、環状支持部材の歪みを測定するものであるので、この歪みから車輪荷重を求める場合に、誤差が大きくなり、歪みセンサの測定値から精度よく車輪荷重を得ることができないという問題があった。また、マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構が設けられている車両の場合、横荷重を懸架機構で受ける割合が多く、ハブユニット自体に生じる物理変化（変位や歪み）が小さいため、さらに精度が低くなるという問題もあった。

特許文献２のものでは、車軸に孔を設けることから、加工のための手間の増加や加工による車軸の強度低下などの問題があった。

いずれにしろ、従来の検出装置では、車輪懸架機構がマクファーソンストラット形式であるかダブルウイッシュボーン形式であるかについては、全く考慮されていなかった。

この発明の目的は、マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構に着目し、これを有する車両において、強度を低下させずに、車輪荷重を精度よく求めることができる車輪荷重検出装置を提供することにある。

この発明による車輪荷重検出装置は、マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構が設けられている車両の車輪荷重を検出する装置であって、ストラットに取り付けられた少なくとも１つの応力センサと、応力センサの出力から車輪が受ける荷重を求める処理手段とを備えていることを特徴とするものである。

マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構は、車輪を回転可能に支持するハブユニットと、ハブユニットを転舵可能に支持するナックルと、外端部がナックルの下部に支持されかつ内端部が車体に支持されているロアアームと、ショックアブソーバを内蔵し下端部がナックルの上部に支持され上端部が車体に支持されているストラットとを有しており、応力センサは、円筒状のストラットの下端部に取り付けられる。

応力センサとしては、圧電素子（ピエゾ素子）、ＳＩセンサ（応力インピーダンスセンサ）、薄膜圧力センサなどの比較的安価な接触式高感度センサが適している。圧電素子は、圧縮されると印加圧力に比例した電圧が発生する特性を有する物質を利用したもので、圧電素子としては、プラスチック製（圧電効果を有するＰＶＤＦから作られたもの）やチタン酸ジルコン酸鉛などの結晶質セラミック製などのものが例示される。ＳＩセンサは、アモルファス磁性ワイヤに高周波電流を通電すると、表皮効果により外部印加張力に対してワイヤ両端電圧が敏感に変化することを利用したもので、歪み当たりの電圧変化率であるゲージ率は、約１２００で、半導体歪みゲージのゲージ率の６倍以上に達する。薄膜圧力センサは、アルミニウム箔表面に形成した高Ｃ軸配向性窒化アルミニウム（ＡＩＮ）の薄膜の圧電性を圧力検出の原理に用いたフレキシブルな圧力センサである。

応力センサは、ストラットの軸方向応力を検知するようにストラットに取り付けられる。これにより、車輪荷重の増減に応じて変化する応力（歪み）を検知することができ、この歪みが荷重に換算される。応力センサは、少なくとも１つ設けられればよいが、２つ以上とすることが好ましい。１つの応力センサを使用する場合には、応力センサは、例えば、ストラットの左右面のどちらかに設けられる。２つの応力センサを使用する場合には、一方の応力センサは、ストラットの左右面のどちらかに設けられ、他方の応力センサは、ストラットの前後面のどちらかに設けられることがあり、また、一方の応力センサは、ストラットの左面に設けられ、他方の応力センサは、ストラットの右面に設けられることがあり、さらにまた、一方の応力センサは、ストラットの前面に設けられ、他方の応力センサは、ストラットの後面に設けられることがある。

なお、この明細書において、車の進行方向を前、この逆方向を後といい、左右は、進行方向に向かっていうものとする。したがって、例えば、右輪では、左面が車両内側に、右面が車両外側になる。

応力センサは、ストラットの周方向に等間隔で４つ設けられていることが好ましい。すなわち、応力センサは、ストラットの左右面および前後面のそれぞれに設けられることが好ましい。

ストラットの左右面に設けられたセンサによって、車両旋回時の左右方向の車輪荷重の大きさが求められ、ストラットの前後面に設けられたセンサによって、制動時および加速時の進行方向から受ける前後方向の車輪荷重の大きさが求められる。上下方向の荷重については、センサ１個のみあるいは４個の出力合計のいずれからでも求めることができる。左右方向の車輪荷重を検知するセンサは、ストラットの左右面のいずれか一方に１つ設けられるだけでもよいが、左右面の両方に１つずつ設けると、左右方向の荷重が作用した際には、一方に引張り応力、他方に圧縮応力が掛かることから、これらの出力値の差動を求めることにより、応力センサが１つの場合に比べて、信号の検出精度が向上する。同様に、前後方向の車輪荷重を検知するセンサは、ストラットの前後面のいずれか一方に１つ設けられるだけでもよいが、前後面の両方に１つずつ設けると、前後方向の荷重が作用した際には、一方に引張り応力、他方に圧縮応力が掛かることから、これらの出力値の差動を求めることにより、応力センサが１つの場合に比べて、信号の検出精度が向上する。したがって、応力センサをストラットの周方向に等間隔で４つ設けることにより、精度よく、しかも、車輪荷重の全方向（上下、左右および前後方向）検知が可能となる。

こうして得られた車輪荷重は、ＡＢＳ制御におけるスリップ率の代替えデータとして使用されるほか、駆動力制御やブレーキ力制御などにおいて使用され、車両制御の精度向上に資することができる。

この発明の車輪荷重検出装置によると、ストラットに生じる応力が応力センサによって検知される。マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構は、車輪の荷重を支持する部分として横荷重も負担するようになされており、得られた応力は、車輪（タイヤ）が受ける荷重と相関が高く、この応力を使用することにより、車輪荷重を精度よく検出することができる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明の車輪荷重検出装置の１実施形態を示している。以下の説明において、左右および上下は、図の左右および上下をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。

この車輪荷重検出装置は、マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構が設けられている車両の車輪荷重を検出する装置であって、ストラット(5)に取り付けられた少なくとも１つの応力センサ(11)(12)と、応力センサ(11)(12)の出力から車輪が受ける荷重を求める処理手段（図示略）とを備えている。

マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構は、車輪を回転可能に支持するハブユニット(2)と、ハブユニット(2)を転舵可能に支持するナックル(3)と、外端部がナックル(3)の下部に回動可能に支持されかつ内端部が車体（図示略）に回動可能に支持されているロアアーム(4)と、ショックアブソーバを内蔵し下端部がナックル(3)の上部に支持され上端部が車体に支持されているサスペンション部材であるストラット(5)と、ストラット(5)に巻装されたコイルばね(6)とを有している。

応力センサ(11)(12)は、ストラット(5)の下端部に設けられており、ストラット(5)の左右面に設けられた垂直方向および左右方向荷重検出用の応力センサＡ(11)および応力センサＢ(11)と、ストラット(5)の前後面に設けられた垂直方向および前後方向荷重検出用の応力センサＣ(12)および応力センサＤ（図には現れず）との２組計４つからなる。センサＡ(11)およびセンサＢ(11)によって車両旋回時の左右方向荷重の大きさが求められ、センサＣ(12)およびセンサＤによって、制動時および加速時の進行方向から受ける前後方向荷重の大きさが求められる。

各応力センサ(11)(12)の出力値と荷重値との関係は、ロアアームなど車輪懸架機構の構造に依存するが、相関性は高いので、応力センサ(11)(12)の出力値から上下方向荷重、左右方向荷重および前後方向荷重を求める式を予め求めておき、この式が処理手段に蓄えられる。例えば、図に矢印で示す方向の左右方向荷重がかかると、右にあるセンサＡ(11)に引張り応力、左にあるセンサＢ(11)に圧縮応力がかかり、（センサＡ(11)の出力−センサＢ(11)の出力）＝左右方向荷重によるサスペンション部材(5)の曲げ歪みとなり、処理手段では、センサＡ(11)とセンサＢ(11)の出力値の差動で精度よく左右方向荷重を求めることができる。同様にして、センサＣ(12)およびセンサＤ(12)については、（センサＣ(12)の出力−センサＤ(12)の出力）＝前後方向荷重によるサスペンション部材(5)の曲げ歪みとなり、制動時および加速時の進行方向より受ける前後方向荷重を求めることができる。また、上下方向荷重については、４個のセンサ(11)(12)のうちの１個のみあるいは４個の出力合計のいずれからでも求めることができる。左右方向荷重および前後方向荷重については、出力の作動を求めることにより、センサ毎の温度変化による出力変化も打ち消される。上下方向荷重の温度変化による出力変化については、影響は小さいものであり、必要に応じて補正すればよい。こうして、４輪すべての車輪荷重（上下方向荷重、左右方向荷重および前後方向荷重）を検知することができる。

なお、センサＡ(11)およびセンサＢ(11)によって得られた左右方向の車輪荷重からは、キングピンの角度の変化を検知することもでき、センサＣ(12)およびセンサＤによって得られた前後方向の車輪荷重からは、キャスター角度の変化も検知することもできる。

この発明による車輪荷重検出装置の１実施形態を示す正面図である。

符号の説明

(5) ストラット
(11) 垂直方向および左右方向荷重検出用応力センサ
(12) 垂直方向および前後方向荷重検出用応力センサ

Claims

マクファーソンストラット形式の車輪懸架機構が設けられている車両の車輪荷重を検出する装置であって、ストラットに取り付けられた少なくとも１つの応力センサと、応力センサの出力から車輪が受ける荷重を求める処理手段とを備えていることを特徴とする車輪荷重検出装置。
応力センサは、ストラットの周方向に等間隔で４つ設けられている請求項１の車輪荷重検出装置。