JP2005241470A - タイヤ作用力検出装置及びタイヤ作用力検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸方向の強度を確保しつつ、センサ出力からの演算のみでトルクと接地反力（上下力）を求めることを可能とするタイヤ作用力検出装置とそのタイヤ作用力検出方法を提供する。
【解決手段】 回転体４には車軸側連結部２と車輪側連結部３とが回転中心に対して、同心をなす円周方向に均等に４分割する位置に交互に配置されるとともに、車軸側連結部２と車輪側連結部３との間は弾性変形可能な部材で構成された領域であり、これら４領域Ａ，Ｂの中間位置にはセラミック製荷重センサ５が設けられており、これら４つの前記荷重センサ５からなる荷重センサ群からの検出値のみから前記タイヤ作用力を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は車両におけるタイヤに作用する力を検出する技術に関する。

近年、アンチロックブレーキシステム（いわゆるＡＢＳ）、もしくは、トラクションコントロールシステムの制御のために、タイヤに作用する接地反力を検出するタイヤ作用力検出装置が提案されている。これにより、タイヤのスリップ率を検出して路面摩擦係数を演算することを可能としている。従来、こうしたスリップ率などの演算は、特許文献１にも示されているように、タイヤに作用するトルクと、タイヤの回転数等の検出値を用いてなされている。

特開２００３−１４５６３号公報

ところが、従来のタイヤ作用力検出装置は、タイヤに作用するトルクの検出に関しては問題ないが、接地反力（上下力）を車輪速センサなどのタイヤの相対回転角度から得られるタイヤ回転速度を用いて演算しているため、演算部に負荷がかかる。このようなタイヤ回転速度に追従する演算を行うには、高速なプロセッサが必要であり、コストの高いものになっていた。また、検出部は一定以上の面積を必要とし、体格を小さくすることも困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、検出部の小型化を可能とし、かつ軸方向の強度を確保しつつ、センサ出力からの演算のみでトルクと接地反力（上下力）を求めることを可能とするタイヤ作用力検出装置とそのタイヤ作用力検出方法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および発明の効果

上記課題を解決するために、本発明のタイヤ作用力検出装置は、車軸周りに回転する車輪に装着されるタイヤへのタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、前記車軸と前記車輪との間で、前記車軸周りにおいて前記車輪と一体回転可能な回転体を有し、前記回転体は、前記車軸と連結する車軸側連結部と、前記車輪と連結する車輪側連結部とを備えるとともに、前記車軸周りの所定の回転方向において、前記車軸側連結部と第１荷重センサと前記車輪側連結部とがこの順で配置され、前記車輪側連結部と第２荷重センサと前記車軸側連結部とがこの順で配置されており、これら２つの荷重センサからなる荷重センサ対を少なくとも１対以上備え、前記車軸側連結部と前記車輪側連結部とが前記第１荷重センサまたは前記第２荷重センサを挟む領域は、前記車軸周りに弾性変形可能な弾性変形領域として構成され、前記車軸側連結部または前記車輪側連結部から、前記回転体に前記軸線周りの回転トルクが伝達されると、前記車軸側連結部と前記車輪側連結部とがそれらの両連結部に挟まれる前記弾性変形領域を弾性変形せしめようとし、前記弾性変形領域にある前記第１荷重センサおよび第２荷重センサは、その一方には圧縮方向の荷重が、他方には引張り方向の荷重が加えられることで、これらの荷重を検出し、その両検出値を用いることによって前記タイヤ作用力を検出することを特徴とする。

これにより、２つの荷重センサが検出する荷重と、例えば回転体の回転角度とを用いることで、車両上下方向に働くタイヤへの作用力、すなわち接地反力を演算によって得ることが可能となる。

本発明のタイヤ作用力検出装置は、前記荷重センサが、ジルコ二アと、圧力抵抗効果を有するＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３（０≦ｘ≦１）とを主材料として構成されることを特徴とするものであっても良い。これにより、荷重センサは耐熱性を有するとともに、高い剛性を備える。従って、温度による劣化を生じ難く、また高荷重にも耐えられるためセンサ部を小さく構成することができる。また、荷重センサが高剛性を有するため、荷重センサが備えられる回転部材の弾性変形領域も、荷重センサより剛性が低くさえあれば、ある程度高い剛性の部材を用いることができる。従って、軸方向の強度を確保することができるとともに、回転体全体を高剛性体とすることができ、該回転体を一構造体として機構内に配置することが可能となる。

本発明のタイヤ作用力検出装置は、前記荷重センサ対を２対備え、そのうち一方の荷重センサ対が有する前記第１荷重センサを第３荷重センサとし、前記第２荷重センサを第４荷重センサとするとともに、前記第１荷重センサ、前記第２荷重センサ、前記第３荷重センサおよび前記第４荷重センサは、前記回転体の前記回転中心を中心とする円周上にこの順で備えられ、かつこれら４つの荷重センサは、前記円周を９０度ごとに分割した４領域にそれぞれ１つずつ備えられ、これら４つの前記荷重センサからなる荷重センサ群を少なくとも１群以上備えることで、該荷重センサ群からの検出値のみから前記タイヤ作用力を検出することを可能とするものであっても良い。これにより、タイヤの回転角を検出することなく、４つの荷重センサによる検出荷重のみによって、タイヤ作用力を検出することが可能となる。

本発明のタイヤ作用力検出装置は、前記荷重センサ群をなす前記第１荷重センサ、前記第２荷重センサ、前記第３荷重センサ、および前記第４荷重センサが、前記円周上で９０度おきに備えられるとともに、前記第１荷重センサが検出する前記回転方向の荷重をＦ１、前記第２荷重センサが検出する前記回転方向とは逆方向の検出荷重をＦ２、前記第３荷重センサが検出する前記回転方向の荷重をＦ３、前記第４荷重センサが検出する前記回転方向とは逆方向の検出荷重をＦ４とし、さらに、前記回転体の回転中心から前記荷重センサ群の個々荷重センサまでの距離をＲｓ、前記タイヤの半径をＲｔとし、回転トルクＴを以下に示す式（１）によって、
Ｔ＝｛（Ｆ１＋Ｆ３）−（Ｆ２＋Ｆ４）｝×Ｒｓ ・・・（１）
と表すことができ、この回転トルクＴを含む以下の式（２）によって、タイヤ作用力Ｆｃｓを演算する演算手段を用いて、前記タイヤ作用力を検出することを特徴とするものであっても良い。
Ｆｃｓ＝｛（Ｆ１−Ｆ３）^２＋（Ｆ２−Ｆ４）^２−（Ｔ／Ｒｔ）^２｝^１／２ ・・・（２）式（２）を用いることで、４つの荷重センサによる検出荷重のみによって、タイヤ作用力を効率的に演算することが可能となる。

また、本発明のタイヤ作用力検出方法は、請求項４に記載の式（２）を用いて前記タイヤ作用力を検出することを特徴とする。この式を用いることで、タイヤ作用力を効率的に検出することが可能となる。

以下、本発明のタイヤ作用力検出装置を図面を用いて説明する。図１は、本発明のタイヤ作用力検出装置の一実施形態であり、その全体構成を概略的に示した図である。タイヤ作用力検出装置１は、本実施形態においては円形状の回転部材（回転体）４からなり、円形状の中心部を該回転部材４の回転中心として構成されている。回転部材４には連結部２，３が回転部材の回転中心に対する円周方向に、均等に４分割する位置に配置されている。このとき、連結部２，３は、ドライブシャフト側連結部（車軸側連結部）２と、ホイール側連結部（車輪側連結部）３とからなり、これらが交互に配置されている。

ドライブシャフト側連結部（車軸側連結部）２とホイール側連結部（車輪側連結部）３との間の領域Ａ，Ｂは、弾性変形可能に構成された弾性変形領域である。図１におけるＡ領域は、図の時計回り方向において、ドライブシャフト側連結部２とホイール側連結部４とがこの順に並んでいる領域の、両連結部２，４の間の領域であり、Ｂ領域は、図の時計回り方向において、ホイール側連結部４とドライブシャフト側連結部２とがこの順に並んでいる領域の、両連結部２，４の間の領域である。このＡ領域には第１荷重センサ５ａ，第３荷重センサ５ｃとが備えられ、Ｂ領域には第２荷重センサ５ｂと第４荷重センサ５ｄとが備えられている。これらの４つの荷重センサ５は、ＡまたはＢ領域の円周方向において、ドライブシャフト側連結部２とホイール側連結部４との中間位置に備えられている。このように、回転体４の回転中心に対して、両連結部２，４と４つの荷重センサ５とが対称に配置されていることで、回転体および荷重センサに生じるそれぞれの弾性変形量が、その回転方向で相殺されるように構成されている。

図２は、図１のタイヤ作用力検出装置の車輪への組付けを示す図である。本発明のタイヤ作用力検出装置１は、複数の車輪を備えた車両に搭載されて使用されるものであり、図の車輪３０は、ホイール２２の外周にゴム製のタイヤ２３を装着して構成されている。この車輪３０のホイール２２は、ドライブシャフト（車軸）１０に対して同軸をなし、かつ一体的に回転可能とする保持部材２０と連結している。保持部材２０には、上記回転部材４が、ホイール側連結部４を介して、ドライブシャフト（車軸）１０に対して同軸をなし、かつ一体回転可能に連結されている。さらにその回転部材４は、ドライブシャフト連結部２を介してドライブシャフト（車軸）１０と連結されている。この保持部材には、例えばハブ等を用いることができる。

図３には、図１および図２の回転部材４と、ドライブシャフト１０、保持部材２０との組付けが示されている。保持部材２０には、４本のホイール取付ボルト２１が備えられており、ホイール２２に対して同軸にかつ着脱可能に装着されている。また、保持部材２０には上記回転部材４に形成された２つのホイール側連結部３とを嵌合固定するための２つの開口部４３が設けられている。またドライブシャフト１０の回転部材４側の端部は、回転部材４と対面するような円形形状をなし、その円形部には、上記回転部材４に形成された２つのドライブシャフト側連結部２とを嵌合固定するための２つの開口部４２が設けられている。これにより、ホイール２３を備える車輪３０、保持部材２０、検出部をなす回転部材１、ドライブシャフト１０とは、ドライブシャフトの長軸を回転軸線として共有し、４者は一体回転可能に連結している。

ここで、本発明のタイヤ作用力検出装置１に用いる荷重センサ５について説明を行う。本発明のタイヤ作用力検出装置１に用いる荷重センサ５には、例えば、セラミックスを主材料とする荷重センサ素子を用いることができる。これによって、荷重センサは、非常に高剛性を有するため、非常に小型で搭載性の良い荷重センサ部を形成することができる。また、これに伴い、回転部材４の弾性変形領域Ａ，Ｂも、荷重センサ部よりは剛性を低く形成するものの、ある程度高い剛性を有するように形成することが可能となり、回転部材４全体の剛性を高めることが可能となる。これにより、あらゆる方向からの力に対して耐性を有する剛性体としてセンサ部を構成することができ、本発明のように、荷重検出部を備えた回転部材を一構造体として備えることが可能となる。

この場合、電気絶縁性を有するセラミック材料をマトリックスとし、これに圧力抵抗効果を有する粒子を電気的に連続になるように分散させて構成される感圧体と、これらを覆う絶縁体とで構成することができる。上記感圧体を構成する圧力抵抗効果材料としては、ペロブスカイト構造の（Ｌｎ_1-xＭａ_x）_1-yＭｂＯ_3-z（ここに０＜ｘ≦０．５，０≦ｙ≦０．２，０≦ｚ≦０．６，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），層状ペロブスカイト構造の（Ｌｎ_2-uＭａ_1+u）_1-vＭｂ₂Ｏ_7-w（ここに０＜ｕ≦１．０，０≦ｖ≦０．２，０≦ｗ≦１．０，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），Ｓｉ及びこれらに微量の添加元素を加えた物質のいずれか１種以上よりなる材料を用いることができる。また，上記マトリックス材料としては，ジルコニア（ＺｒＯ₂），Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＳｉＯ₂，３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃，ＣｅＯ₂，Ｌａ₂Ｏ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄等を用いることができる。本実施形態においては、常温で高強度を有し、かつ破壊靭性が高いジルコニア（ＺｒＯ₂）を用いるものとする。ジルコニアは、耐熱性にも優れるため、センサ内で温度変化を生じにくく、温度変化による検出誤差を生じにくい。本発明の車輪のハブ等の配置機構は加熱部に当たるため、ジルコニアを採用は好適である。なお、感圧体の構造および形成材料に関する記載については、上記特許文献１ならびに特開２００１−２４２０１９、特開２００２−１４５６６４等に既に述べられているため、ここでの詳説は控えることとする。

また、この場合、感圧体を覆う絶縁体も、感圧体と同様にセラミックスを主材料として用いることが有効である。ジルコニア（ＺｒＯ₂）をはじめ、Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＳｉＯ₂，３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃，ＣｅＯ₂，Ｌａ₂Ｏ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄等を用いることも可能である。なお、本実施形態において、絶縁体は感圧体と同じジルコニア（ＺｒＯ₂）又は電気的連続性を持たない範囲で圧力抵抗材料を加えたジルコニア（ＺｒＯ₂）を用いるものとする。

上記のような構成をなす素子では、荷重の印加による圧力が加えられと、その圧力に基づいてオーム抵抗が変化するため、そのオーム抵抗の変化に基づいて荷重を検出することができる。

次いで、図４を用いて回転部材４に備えられた荷重センサ５による荷重検出について説明を行う。回転部材４には、ドライブシャフト１０からドライブシャフト側連結部２から図の時計回りの駆動用トルクＴｈが伝達され、回転軸周りに回転力を与えている。また、ホイール側連結部３からは、車輪３０のタイヤ２３に加えられた車両上下方向の接地反力（タイヤ作用力）Ｆｓが加えられるとともに、車輪３０の回転駆動に伴う車両前後方向の駆動反力Ｆｒが加えられている。荷重センサ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄはこれらの力に基く回転力によって円周方向に加えられる荷重Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を検出する。

このとき、ドライブシャフト側連結部２から駆動トルクＴｈが、ホイール側連結部３から接地反力Ｆｓおよび駆動反力Ｆｒが加えられると、回転部材４には図の時計回りの方向に回転トルクが加えられる。このとき、Ａ領域には、ドライブシャフト側連結部２とホイール側連結部３とが円周方向において接近する力が作用して、円周方向に圧縮されて弾性変形が生じ、第１および第３荷重センサ５ａ，５ｃに圧縮荷重が加えられる。また、Ｂ領域には、ドライブシャフト側連結部２とホイール側連結部３とが円周方向に離間する力が作用して、円周方向に引張られて弾性変形が生じ、第２および第４荷重センサ５ｂ，５ｄには引張り荷重が加えられる。逆に、図における時計回りとは逆方向の回転トルクが加えられると、今度はＡ領域には円周方向に対して引張り方向の弾性変形が生じ、第１および第３荷重センサ５ａ，５ｃには引張り荷重が加えられ、Ｂ領域には円周方向に対して圧縮方向の弾性変形が生じ、第２および第４荷重センサ５ｂ，５ｄには圧縮荷重が加えられる。この場合、４つの荷重センサには、予め予荷重が加えられていることで、圧縮および引張りの双方向の荷重検出が可能となっている。

このように本実施形態では、上記のセラミック製の４つの荷重センサを、円周方向に対して９０度間隔に配置し、これらの荷重センサからなる荷重センサ群を形成することにより、荷重センサからの検出値のみでタイヤ作用力（接地反力）を検出可能とすることを特徴としている。以下、そのタイヤ作用力（接地反力）の検出方法について、図４を用いて説明を行う。

第１荷重センサ５ａが図４の上下方向に対してθ（回転角）だけ回転した位置にある場合、第１荷重センサ５ａの検出荷重Ｆ１（θ）には、駆動トルクＴｈ（図４の時計回り方向を正とする）に基づく荷重Ｆ１ｔと、接地反力Ｆｓの上下方向成分であるＦ１ｓ（θ）と、駆動反力Ｆｒの上下方向成分Ｆ１ｒ（θ）とが加えられるため、加えられる荷重は以下の式（３）のように表すことができる。
Ｆ１（θ）＝Ｆ１ｔ＋Ｆ１ｓ（θ）＋Ｆ１ｒ（θ） ・・・（３）
また同様に、第２荷重センサ５ｂの検出荷重Ｆ２（θ）、第３荷重センサ５ｃの検出荷重Ｆ３（θ）、および第４荷重センサ５ｄの検出荷重Ｆ４（θ）は、第ｎ荷重センサ（ｎ＝２〜４）に加えられる駆動トルクＴｈに基づく荷重をＦｎｔ、接地反力Ｆｓの上下方向成分をＦｎｓ（θ）と、駆動反力Ｆｒの上下方向成分をＦｎｒ（θ）とすると以下の式（４）〜（６）で表せる。
Ｆ２（θ）＝Ｆ２ｔ＋Ｆ２ｓ（θ）＋Ｆ２ｒ（θ） ・・・（４）
Ｆ３（θ）＝Ｆ３ｔ＋Ｆ３ｓ（θ）＋Ｆ３ｒ（θ） ・・・（５）
Ｆ４（θ）＝Ｆ４ｔ＋Ｆ４ｓ（θ）＋Ｆ４ｒ（θ） ・・・（６）
なお、第１と第３荷重センサの荷重検出方向は、円周に対して時計回りの方向、第２、および第４荷重センサの荷重検出方向は、円周に対して反時計回りの方向を正とする。

このとき、第１、第２、第３、および第４荷重センサに加えられる駆動トルクＦ１ｔ，Ｆ２ｔ，Ｆ３ｔ，Ｆ４ｔは、それぞれの荷重センサが配置されている円周軌道の半径（以下、センサ配置半径という）をＲｓとすると、それぞれ以下の式（７）〜（１０）にて表すことができる。
Ｆ１ｔ＝（１／４）×（Ｔｈ／Ｒｓ） ・・・（７）
Ｆ２ｔ＝（１／４）×（−Ｔｈ／Ｒｓ） ・・・（８）
Ｆ３ｔ＝（１／４）×（Ｔｈ／Ｒｓ） ・・・（９）
Ｆ４ｔ＝（１／４）×（−Ｔｈ／Ｒｓ） ・・・（１０）
なお、Ｔｈは回転部材４全体に加えられる駆動トルクであり、図４の時計回り方向を正としたものである。従って、式（７）、（９）は圧縮荷重を受けるため正の値を、式（８）、（１０）とは引張り荷重を受けるため負の値となっている。

また、第１、第２、第３、および第４荷重センサに加えられる接地反力Ｆ１ｓ，Ｆ２ｓ，Ｆ３ｓ，Ｆ４ｓは、それぞれ以下の式（１１）〜（１４）にて表すことができる。
Ｆ１ｓ（θ）＝（１／２）×（−Ｆｓ）×ｓｉｎ（θ） ・・・（１１）
Ｆ１ｓ（θ）＝（１／２）×Ｆｓ×ｃｏｓ（θ） ・・・（１２）
Ｆ１ｓ（θ）＝（１／２）×Ｆｓ×ｓｉｎ（θ） ・・・（１３）
Ｆ１ｓ（θ）＝（１／２）×（−Ｆｓ）×ｃｏｓ（θ） ・・・（１４）
なお、Ｆｓは回転部材４全体に加えられる車両上下方向の接地反力を示すものであり、上方向を正としている。

また、第１、第２、第３、および第４荷重センサに加えられる接地反力Ｆ１ｒ，Ｆ２ｒ，Ｆ３ｒ，Ｆ４ｒは、車輪の中心からタイヤ外周までの半径をＲｔ（図２）とすると、それぞれ以下の式（１５）〜（１８）にて表すことができる。
Ｆ１ｒ（θ）＝（１／２）×（Ｔｈ／Ｒｔ）×ｃｏｓ（θ） ・・・（１５）
Ｆ１ｒ（θ）＝（１／２）×（Ｔｈ／Ｒｔ）×ｓｉｎ（θ） ・・・（１６）
Ｆ１ｒ（θ）＝（１／２）×（−Ｔｈ／Ｒｔ）×ｃｏｓ（θ） ・・・（１７）
Ｆ１ｒ（θ）＝（１／２）×（−Ｔｈ／Ｒｔ）×ｓｉｎ（θ） ・・・（１８）
なお、Ｆｒは回転部材４全体に加えられる車両上下方向の接地反力を示すものであり、車両前方を正としている。

従って、回転体４全体に加えられる回転トルクＴは、以下の式（１９）から得ることができる。
Ｆｃｔ＝｛Ｆ１ｔ−Ｆ２ｔ＋Ｆ３ｔ−Ｆ４ｔ｝×Ｒｓ・・・（１９）
この式は、第１、第２、第３、および第４荷重センサのそれぞれの検出値であるＦ１（θ）、Ｆ２（θ）、Ｆ３（θ）、Ｆ４（θ）を用いてＴを表すことができる。
Ｔ＝｛Ｆ１（θ）−Ｆ２（θ）＋Ｆ３（θ）−Ｆ４（θ）｝×Ｒｓ・・・（２０）
この式（２０）（本発明の式（１）に相当する）が示すように、回転体４全体に加えられる回転トルクＴは、回転体４に備えられた４つの荷重センサのそれぞれの検出値のみから得られる値であり、他の値（例えば回転角θ等）を用いることなく得ることができる。

また、式（２０）に関して、
Ｆｃｔ＝Ｆ１（θ）−Ｆ２（θ）＋Ｆ３（θ）−Ｆ４（θ） ・・・（２１）
とおくと、演算によって求められる接地荷重Ｆｃｓは、以下の式（２２）（本発明の式（２）に相当する）によって表すことができる。
Ｆｃｓ＝｛（Ｆ１（θ）−Ｆ３（θ））^２＋（Ｆ２（θ）−Ｆ４（θ））^２
−（Ｆｃｔ／Ｒｔ）^２｝^１／２ ・・・（２２）

この式（２２）内について説明をすると、下記式（２３）を、式（３）〜（１８）を用いて演算すると、回転角θを含む項が消され、
（Ｆ１（θ）−Ｆ３（θ））^２＋（Ｆ２（θ）−Ｆ４（θ））^２
＝Ｆｓ^２＋（Ｔｈ／Ｒｔ）^２ ・・・（２３）
と表せることが分かる。このとき、Ｆｓは求めたい接地反力であるため、（Ｔｈ／Ｒｔ）^２を減算すればよい。（Ｔｈ／Ｒｔ）^２は、上記式（２１）を用いて以下の式（２４）のように表すことができる。
（Ｔｈ／Ｒｔ）^２＝（Ｆｃｔ／Ｒｔ）^２ ・・・（２４）
従って、ＦｃｓはＦｓを求めたこととなる。従って、上記式（２２）によって、第１、第２、第３、および第４荷重センサのそれぞれの検出値であるＦ１（θ）、Ｆ２（θ）、Ｆ３（θ）、Ｆ４（θ）と、その他、センサ配置半径Ｒｓ、タイヤ半径Ｒｔといった固定値のみを用いるだけで、接地荷重Ｆｓ（Ｆｃｓ）を求めることが可能となる。

図５は、図１の荷重センサ５ａの検出荷重Ｆ１、荷重センサ５ｂの検出荷重Ｆ２、荷重センサ５ｃの検出荷重Ｆ３、荷重センサ５ｄの検出荷重Ｆ４を表すものグラフである。図から分かるように、本発明の荷重センサは、対を成す荷重センサ５ａと荷重センサ５ｂとには、逆方向の荷重がかかるため、センサ出力Ｆ１とＦ２とは、位相が１８０度ずれて出力される。これは、対を成す荷重センサ５ｃと荷重センサ５ｄとにも同様であり、センサ出力Ｆ３とＦ４とは、位相が１８０度ずれて出力される。

また、図６は、図５の出力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に基づいて演算した上記回転トルクＴおよび接地反力Ｆｃｓの演算結果を表すグラフである。なお、図６では、駆動トルクＴｈ＝２１０００（Ｎ・ｍ）、センサ配置半径Ｒｓ＝０．０７５（ｍ）、タイヤ半径Ｒｔ＝０．３（ｍ）をパラメータとして用いている。図６から分かるように、回転トルクＴおよび接地反力Ｆｃｓの演算結果は、荷重センサの検出値にのみ依存するものであって、回転部材４の回転角θに依存することは無いことが分かる。従って、回転角θを検出する検出部を備えることなく、接地荷重Ｆｃｓを得ることができるため、コスト減につながる。

上記において説明されたタイヤ作用力検出装置は、以下の特徴を示す。上記実施形態に基づくタイヤ作用力検出装置は、車軸周りに回転する車輪に装着されるタイヤへのタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、前記車軸と前記車輪との間で、前記車軸周りにおいて前記車輪と一体回転可能な回転体を有し、前記回転体は、回転中心に対して所定半径を有する円周上に、前記車軸と連結する車軸側連結部と、前記車輪と連結する車輪側連結部とを備え、前記円周上には９０度間隔で、第１荷重センサ、第２荷重センサ、第３荷重センサおよび第４荷重センサがこの順をなして備えられる荷重センサ群を少なくとも１群以上備えるとともに、前記第１荷重センサと前記第３荷重センサとは第一荷重センサ対をなし、それぞれが前記車軸周りの所定の回転方向において、前記車軸側連結部と前記車輪側連結部とにこの順で挟まれて備えられ、前記第２荷重センサと第４荷重センサとは前記第２荷重センサ対をなし、それぞれが前記車軸周りの所定の回転方向において、前記車輪側連結部と前記車軸側側連結部とにこの順で挟まれて備えられるとともに、前記車軸側連結部と前記車輪側連結部とが前記荷重センサ群をなす４つの荷重センサを挟んでいるそれぞれの領域は、前記車軸周りに弾性変形可能な弾性変形領域として構成され、前記車軸側連結部または前記車輪側連結部から、前記回転体に前記軸線周りの回転トルクが伝達されると、前記車軸側連結部と前記車輪側連結部とに挟まれる前記弾性変形領域が弾性変形し、前記弾性変形領域ある前記第１荷重センサ対と前記第２荷重センサ対とは、その一方には圧縮方向の荷重が、他方には引張り方向の荷重が加えられることで、これらの荷重を検出し、前記荷重センサ群が検出する検出値のみから前記タイヤ作用力を検出することを可能とすることを特徴とする。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。

本発明のタイヤ作用力検出装置の概略図。 本発明のタイヤ作用力検出装置の車輪への取り付けを示す図。 本発明のタイヤ作用力検出装置の連結部を示す図。 ４つの荷重センサの検出出力の関係を示す図。 図４に示す荷重センサの検出出力を表すグラフ。 図５の検出出力に基いて、回転トルクＴとタイヤ作用力Ｆｃｓを演算した結果を表すグラフ。

符号の説明

１ タイヤ作用力検出装置
２ ドライブシャフト軸側連結部（車軸側連結部）
３ ホイール側連結部（車輪側連結部）
４ 回転部材（回転体）
５（５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ） 荷重センサ
５ａ 第１荷重センサ
５ｂ 第２荷重センサ
５ｃ 第３荷重センサ
５ｄ 第４荷重センサ
１０ ドライブシャフト（車軸）
２０ ハブ
２１ ホイール取付ボルト
２２ ホイール
２３ タイヤ
３０ 車輪

Claims (5)

1. 車軸周りに回転する車輪に装着されるタイヤへのタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、
   前記車軸と前記車輪との間で、前記車軸周りにおいて前記車輪と一体回転可能な回転体を有し、
   前記回転体は、前記車軸と連結する車軸側連結部と、前記車輪と連結する車輪側連結部とを備えるとともに、前記車軸周りの所定の回転方向において、前記車軸側連結部と第１荷重センサと前記車輪側連結部とがこの順で配置され、前記車輪側連結部と第２荷重センサと前記車軸側連結部とがこの順で配置されており、これら２つの荷重センサからなる荷重センサ対を少なくとも１対以上備え、前記車軸側連結部と前記車輪側連結部とが前記第１荷重センサまたは前記第２荷重センサを挟む領域は、前記車軸周りに弾性変形可能な弾性変形領域として構成され、
   前記車軸側連結部または前記車輪側連結部から、前記回転体に前記軸線周りの回転トルクが伝達されると、前記車軸側連結部と前記車輪側連結部とがそれらの両連結部に挟まれる前記弾性変形領域を弾性変形せしめようとし、前記弾性変形領域にある前記第１荷重センサおよび第２荷重センサは、その一方には圧縮方向の荷重が、他方には引張り方向の荷重が加えられることで、これらの荷重を検出し、その両検出値を用いることによって前記タイヤ作用力を検出することを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
2. 前記荷重センサが、ジルコ二アと、圧力抵抗効果を有するＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３（０≦ｘ≦１）とを主材料として構成される請求項１に記載のタイヤ作用力検出装置。
3. 前記荷重センサ対を２対備え、そのうち一方の荷重センサ対が有する前記第１荷重センサを第３荷重センサとし、前記第２荷重センサを第４荷重センサとするとともに、
   前記第１荷重センサ、前記第２荷重センサ、前記第３荷重センサおよび前記第４荷重センサは、前記回転体の前記回転中心を中心とする円周上にこの順で備えられ、かつこれら４つの荷重センサは、前記円周を９０度ごとに分割した４領域にそれぞれ１つずつ備えられており、
   これら４つの前記荷重センサからなる荷重センサ群を少なくとも１群以上備えることで、該荷重センサ群からの検出値のみから前記タイヤ作用力を検出することを可能とする請求項１または２に記載のタイヤ作用力検出装置。
4. 前記荷重センサ群をなす前記第１荷重センサ、前記第２荷重センサ、前記第３荷重センサ、および前記第４荷重センサが、前記円周上で９０度おきに備えられるとともに、
   前記第１荷重センサが検出する前記回転方向の検出荷重をＦ１、前記第３荷重センサが検出する前記回転方向とは逆方向の検出荷重をＦ２、前記第３荷重センサが検出する前記回転方向の検出荷重をＦ３、前記第４荷重センサが検出する前記回転方向とは逆方向の検出荷重をＦ４とし、さらに、前記回転体の回転中心から前記荷重センサ群の個々の荷重センサまでの距離をＲｓ、前記タイヤの半径をＲｔとすると、回転トルクＴを以下に示す式（１）によって、
   Ｔ＝｛（Ｆ１＋Ｆ３）−（Ｆ２＋Ｆ４）｝×Ｒｓ ・・・（１）
   と表すことができ、この回転トルクＴを含む以下の式（２）によって、タイヤ上下作用力Ｆｃｓを演算する演算手段を用いて、前記タイヤ作用力を検出する請求項３に記載のタイヤ作用力検出装置。
   Ｆｃｓ＝｛（Ｆ１−Ｆ３）^２＋（Ｆ２−Ｆ４）^２−（Ｔ／Ｒｔ）^２｝^１／２ ・・・（２）
5. 請求項４に記載の式（２）を用いて前記タイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出方法。