JP2007040782A - 車輪作用力検出システムおよび車輪作用力検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ディスクブレーキを具備する車両の制動時の車輪作用力を精度良く求めることが可能な車輪作用力検出システムおよび車輪作用力検出方法を提供する。
【解決手段】車輪作用力検出システム１に、車輪１１を回転可能に軸支する懸架装置１３の弾性変形量を検出する変形量センサ２ａ・２ｂと、懸架装置１３に固定されたディスクブレーキ１４の制動力を検出する制動力センサ３と、懸架装置１３の弾性変形量に基づいて懸架装置１３に作用する前後方向、上下方向および軸線方向の力を算出し、懸架装置１３に作用する前後方向の力からディスクブレーキ１４の制動力の反力の前後方向の成分を引いたものを車輪１１に作用する前後方向の力とし、懸架装置１３に作用する上下方向の力からディスクブレーキ１４の制動力の反力の上下方向の成分を引いたものを車輪１１に作用する上下方向の力とすることにより車輪作用力を算出する制御部４ａと、を具備した。
【選択図】図１

Description

本発明は、車輪に作用する力を検出する技術に関する。

従来、車両の走行時の走行安定性、ひいては安全性を向上させる技術として、ＡＢＳ（Ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ；アンチロックブレーキングシステム）、ＴＲＣ（Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ；トラクションコントロール）、ＶＳＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ；ビークルスタビリティコントロール）等が知られている。

ＡＢＳは、車両が急制動を行った場合や滑りやすい路面で制動を行った場合に車輪がロックするのを防止する技術である。
車両の車輪がロックすると、車輪と路面との当接部における摩擦力が低下する。従って、制動開始から車両が停止するまでの距離、すなわち制動距離が、車輪がロックしない場合よりも長くなる。
また、車両の前輪がロックすると、車両が曲がる時に必要な前輪の回転軸の軸線方向の摩擦力が低下し、運転者が操舵を行っても車両が曲がりにくい状態となる。さらに、車両の後輪がロックすると、後輪の回転軸の軸線方向の摩擦力が低下し、後輪が横滑りして操舵時の車両の挙動が不安定となる場合がある。
車両にＡＢＳの機能を具備することにより、車両の制動性能の向上（制動距離の短縮）、車両の制動時の走行安定性の向上を図ることが可能である。

ＴＲＣは、車両の発進時や加速時の駆動輪の空転を防止する技術である。
雪道や雨に濡れた路面等の滑りやすい路面上で車両が急発進や急加速を行うと、駆動輪が空転する場合がある。また、車両の旋回時に駆動輪が空転すると、駆動輪の回転軸の軸線方向の摩擦力が低下し、車両が前輪駆動車である場合には前輪が旋回中心から離れる方向に横滑りし、車両が後輪駆動車である場合には後輪が旋回中心から離れる方向に横滑りするため、旋回時の走行安定性が損なわれる場合がある。
このような駆動輪の空転は、運転者がアクセルを微調整して（少し緩めて）駆動輪の回転数を低下させることにより防止することが可能であるが、滑りやすい路面の場合や車両のエンジン出力が大きい場合等にはアクセルの微調整が困難である。
車両にＴＲＣの機能を具備することにより、容易に駆動輪の空転を防止し、車両の走行安定性の向上を図ることが可能である。

ＶＳＣは、車両の各車輪の制動力およびエンジン出力を適宜調整することにより、車両の旋回時における走行安定性を向上させる技術である。
例えば、車両がオーバースピードでカーブに進入すると、運転者が操舵を行っても思うように車両が曲がらず、場合によっては車両がカーブの外側に飛び出す。ＶＳＣは、車両がオーバースピードでカーブに進入した場合に、エンジンの出力を低下させるとともにカーブの内側に位置する後輪を制動することにより車両の前部をカーブの内側に向け、車両がカーブの外側に飛び出すのを防止することが可能である。
また、車両の旋回中に運転者がカーブの内側に向かってハンドルを切りすぎると、後輪が横滑りし、場合によっては車両がスピンする。ＶＳＣは、車両の旋回中に運転者がカーブの内側に向かってハンドルを切りすぎた場合に、カーブの外側に位置する前輪を制動することによりスピンを防止することが可能である。
車両にＶＳＣの機能を具備することにより、車輪と路面との摩擦力を、限界を超えない範囲で車両の向きを運転者の意図する方向に向けるのに有効に利用し、車両の旋回中における走行安定性の向上を図ることが可能である。

上記ＡＢＳ、ＴＲＣ、ＶＳＣ等の技術はいずれも車輪と路面との当接部において車輪に作用する力（摩擦力を含む）、すなわち車輪作用力を精度良く制御し、有効に利用することにより車両の走行時の走行安定性、ひいては安全性を向上させるものである。従って、ＡＢＳ、ＴＲＣ、ＶＳＣ等を有効に機能させるためには、その前提として車輪作用力を精度良く検出することが必要である。
しかし、走行時には車輪は高速で回転しているため、車輪における車輪と路面との当接部は車輪の外周面上を常に移動し、一定の位置に固定されないものである。従って、車輪作用力を直接的に検出することは困難である。
そこで、従来は、車輪を軸支する部材が車輪から力を受けて弾性変形することに着目し、当該車輪を軸支する部材の弾性変形量から車輪作用力を求めていた。例えば、特許文献１および特許文献２に記載の如くである。

また、車輪と車輪を軸支する部材との間に、車輪を軸支する部材の弾性変形量を検出するための専用の検出装置を介装し、試験的に（実走行をせずに）車輪作用力を検出する技術も知られている。例えば、特許文献３に記載の如くである。
特開２００４−４５３７０号公報 特開２００２−３５０２５４号公報 特開２００３−１４５６３号公報

しかし、特許文献１から特許文献３に記載の技術は以下の問題点を有する。
特許文献１および特許文献２に記載の技術は、いわゆるディスクブレーキを具備する車両のディスクブレーキに対応する車輪の車輪作用力、特に制動時の車輪の車輪作用力を精度良く検出することが困難であるという問題があった。
すなわち、ディスクブレーキを構成する部材のうちブレーキパッドを摺動可能に支持するキャリパの基部は、通常は車輪を軸支する部材に固定されている。そのため、ディスクブレーキを作動させて制動力が発生すると、車輪を軸支する部材がブレーキの制動力の反力（反作用の力）により弾性変形する。その結果、制動時における車輪を軸支する部材の弾性変形量は、車輪の車輪作用力に起因する変形量およびディスクブレーキの制動力に起因する変形量の両方を加味したものとなり、制動時における車輪を軸支する部材の弾性変形量から車輪の車輪作用力を求めたときの精度が低下する。
特に、車輪作用力の検出の対象となる車輪が駆動輪である場合には、駆動源（エンジン等）からの回転駆動力が車輪およびブレーキを経て車輪を軸支する部材に作用するため、制動時における車輪を軸支する部材の弾性変形量から車輪の車輪作用力を求めたときの精度が更に低下する。
また、特許文献３に記載の技術は、車両の実走行時には設けられない専用の検出装置を車輪と車輪を軸支する部材との間に介装する構成であるため、車輪と車輪を軸支する部材との位置関係や当該検出装置を含めた車輪周りの総重量が実走行時と大きく異なり、得られた検出結果の信頼性に問題がある。また、当該検出装置は実車に搭載することができないため、車両の走行時の制御（ＡＢＳ、ＴＲＣ、ＶＳＣ）にオンタイムで供する情報を検出する手段として使用することができない。

本発明は以上の如き状況に鑑み、ディスクブレーキを具備する車両の制動時の車輪作用力を精度良く求めることが可能な車輪作用力検出システムおよび車輪作用力検出方法を提供するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、
車輪を回転可能に軸支する軸支部材の弾性変形量を検出する変形量検出手段と、
前記軸支部材に固定されたディスクブレーキが前記車輪を制動するときの制動力を検出する制動力検出手段と、
前記軸支部材の弾性変形量に基づいて軸支部材に作用する前後方向、上下方向および軸線方向の力を算出し、前記軸支部材に作用する前後方向の力から前記制動力の反力の前後方向の成分を引いたものを車輪に作用する前後方向の力とし、前記軸支部材に作用する上下方向の力から前記制動力の反力の上下方向の成分を引いたものを車輪に作用する上下方向の力とすることにより、車輪と路面との当接部において車輪に作用する力である車輪作用力を算出する車輪作用力算出手段と、
を具備するものである。

請求項２においては、
前記車輪作用力算出手段は、
前記制動力と、
前記車輪の軸線方向から見た前記制動力の作用点と前記車輪の回転軸の中心とを結ぶ直線と水平面との成す角度と、
を用いて前記制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を算出するものである。

請求項３においては、
前記制動力の作用点と前記車輪の回転軸の中心とを結ぶ直線と水平面との成す角度を、前記水平面の上方または下方に向かって１０度以下とするものである。

請求項４においては、
車輪を回転可能に軸支する軸支部材の弾性変形量を検出するとともに、前記軸支部材に固定されたディスクブレーキが前記車輪を制動するときの制動力を検出する変形量・制動力検出工程と、
前記軸支部材の弾性変形量に基づいて軸支部材に作用する前後方向、上下方向および軸線方向の力を算出し、前記軸支部材に作用する前後方向の力から前記制動力の反力の前後方向の成分を引いたものを車輪に作用する前後方向の力とし、前記軸支部材に作用する上下方向の力から前記制動力の反力の上下方向の成分を引いたものを車輪に作用する上下方向の力とすることにより、車輪と路面との当接部において車輪に作用する力である車輪作用力を算出する車輪作用力算出工程と、
を具備するものである。

請求項５においては、
前記車輪作用力算出工程において、
前記制動力と、
前記車輪の軸線方向から見た前記制動力の作用点と前記車輪の回転軸の中心とを結ぶ直線と水平面との成す角度と、
を用いて前記制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を算出するものである。

請求項６においては、
前記制動力の作用点と前記車輪の回転軸の中心とを結ぶ直線と水平面との成す角度を、前記水平面の上方または下方に向かって１０度以下とするものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、ディスクブレーキの制動による軸支部材の変形量への影響を容易に補正してディスクブレーキを具備する車両の制動時の車輪作用力を精度良く検出することが可能である。

請求項２においては、簡便な計算でディスクブレーキの制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を精度良く求めることが可能である。

請求項３においては、ディスクブレーキの応答性を確保することが可能である。

請求項４においては、ディスクブレーキの制動による軸支部材の変形量への影響を容易に補正してディスクブレーキを具備する車両の制動時の車輪作用力を精度良く検出することが可能である。

請求項５においては、簡便な計算でディスクブレーキの制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を精度良く求めることが可能である。

請求項６においては、ディスクブレーキの応答性を確保することが可能である。

以下では図１および図２を用いて本発明に係る車輪作用力検出システムの実施の一形態である車輪作用力検出システム１が適用される車両の車輪周辺部の構成について説明する。
ここで、本出願における「車両」は、自動車等の貨客を輸送するための車を広く指し、より具体的には乗用車や貨物輸送車（トラック・トレーラー等）等が含まれる。

車輪作用力検出システム１が適用される車両の車輪周辺部は、主として車輪１１、アクスルハブユニット１２、懸架装置１３、ディスクブレーキ１４等で構成される。

車輪１１はホイール１１ａおよびタイヤ１１ｂからなり、後述する車輪側部材１２ａに相対回転不能に固定される。
なお、本実施例の車輪１１は車両の駆動源（エンジン等）から駆動力が伝達されない従動輪であるが、本発明に係る車輪作用力検出システム１は従動輪にも駆動輪（車両の駆動源（エンジン等）から駆動力が伝達される車輪）にも適用可能である。
また、本発明に係る車輪作用力検出システム１は操舵輪（操舵角を変更可能な構成の車輪）であるか否かに関わらず適用可能である。

本実施例のアクスルハブユニット１２はボールベアリングと一体化した構成であり、主として車輪側部材１２ａ、車体側部材１２ｂ、ボール１２ｃ・１２ｃ・・・等を具備する。

車輪側部材１２ａは車輪１１の回転軸としての機能とボールベアリングの内輪としての機能を兼ねる部材であり、ボルト１５・１５およびナット１６・１６によりホイール１１ａに相対回転不能に固定される。
車体側部材１２ｂはボールベアリングの外輪としての機能を果たすとともに、車輪側部材１２ａを車輪１１の周方向に回転可能かつ車輪１１の軸線方向（図１中の矢印Ａ）に摺動不能に軸支するための部材であり、懸架装置１３に相対回転不能に固定される。

懸架装置１３は車輪１１を車両の車体に対して上下に揺動可能に接続するための構造体である。
懸架装置１３には車体側部材１２ｂがボルト１７により固定される。従って、懸架装置１３、車体側部材１２ｂおよびボルト１７は本発明に係る軸支部材の実施の一形態であり、一体となって車輪１１を回転可能に軸支する。

本実施例のディスクブレーキ１４はいわゆるピストンフローティング型のディスクブレーキであり、車輪１１を制動する。
ディスクブレーキ１４は主としてロータ１４ａ、キャリパ支持部材１４ｂ、キャリパ１４ｃ、パッド１４ｄ・１４ｅ等を具備する。
ロータ１４ａは略円盤形状の部材であり、ホイール１１ａと同じく車輪側部材１２ａに相対回転不能に固定される。このとき、ロータ１４ａの中心軸と、ホイール１１ａ（ひいては車輪１１）の中心軸と、車輪側部材１２ａの中心軸とが一致している。
キャリパ支持部材１４ｂは懸架装置１３に固定され、キャリパ１４ｃを車輪１１の軸線方向（図１中の矢印Ａ）に摺動可能に支持する部材である。
キャリパ１４ｃは略コの字型の部材であり、キャリパ支持部材１４ｂに支持される。キャリパ１４ｃにおいてロータ１４ａの車両外側の盤面に対向する位置にはパッド１４ｄが固定される。また、キャリパ１４ｃにおいてロータ１４ａの車両内側の盤面に対向する位置には油圧シリンダが形成され、該油圧シリンダのピストンの先端部にはパッド１４ｅが固定される。
キャリパ１４ｃに形成された油圧シリンダに作動油が供給されると、該油圧シリンダのピストンがキャリパ１４ｃから突出し、パッド１４ｅがロータ１４ａの車両内側の盤面に当接する。さらにピストンがキャリパ１４ｃから突出すると、反力でキャリパ１４ｃがキャリパ支持部材１４ｂに対して摺動し、パッド１４ｅがロータ１４ａの車両外側の盤面に当接する。ここで、本出願における「反力」は反作用の力を指すものとする。
このようにしてディスクブレーキ１４はパッド１４ｄ・１４ｅでロータ１４ａを挟持し、パッド１４ｄ・１４ｅとロータ１４ａとの当接部に発生する摩擦力により車輪１１を制動する。

なお、本実施例のディスクブレーキ１４は一個の油圧シリンダで一対のパッドを作動させるピストンフローティング型のディスクブレーキであるが、本発明に係るディスクブレーキはこれに限定されず、各パッドに油圧シリンダが設けられるオポーズド型のディスクブレーキでも良い。
また、上記ピストンフローティング型のディスクブレーキおよびオポーズド型のディスクブレーキはいずれも油圧式のディスクブレーキであるが、本発明に係るディスクブレーキは油圧式に限定されず、空圧式でも機械式でも良い。

以下では図１を用いて車輪作用力検出システム１の構成について説明する。

ここで、本出願における「車輪作用力」は、車輪と路面との当接部において車輪に作用する力（車輪が路面から受ける力）を指すものとする。従って、数１に示す如く、車輪作用力（Ｆｔ）は車輪の路面との当接部に作用する前後方向の力（Ｆｔｘ）、上下方向の力（Ｆｔｚ）および軸線方向の力（Ｆｔｙ）のベクトル和として定義することができる。

なお、車輪作用力の「前後方向」は、水平面（重力の方向に垂直な面）に平行かつ車輪の回転軸の軸線方向に垂直な方向を指し、車輪作用力の「軸線方向」は車輪の回転軸の軸線方向を指すものとする。従って、車輪が操舵輪である場合には、車輪作用力の「前後方向」と車両の前後方向とは操舵角だけずれた方向となり、車輪作用力の「軸線方向」と車両の左右方向とは操舵角だけずれた方向となる。また、車輪作用力の「上下方向」は、重力の方向に一致する。

車輪作用力検出システム１は主として変形量センサ２ａ・２ｂ、制動力センサ３、制御装置４等を具備する。

変形量センサ２ａ・２ｂは本発明に係る変形量検出手段の実施の一形態であり、車輪１１を回転可能に軸支する部材である懸架装置１３の弾性変形量を検出するものである。変形量センサ２ａ・２ｂは懸架装置１３の所定の位置に取り付けられ、当該取り付けられた位置の微小な変形量（歪み）を検出する。
なお、場合によっては、変形量センサ２ａ・２ｂは懸架装置１３の内部の所定の位置に埋設される。
変形量センサ２ａ・２ｂの具体例としては圧電素子（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｓｅｎｓｏｒ）、歪みゲージ（Ｓｔｒａｉｎ ｇａｇｅ）、半導体圧力センサ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ）等が挙げられる。

なお、本実施例の車輪作用力検出システム１は二つの変形量センサ２ａ・２ｂを具備するが、本発明に係る変形量検出手段の個数およびその取り付け位置は特に限定されず、軸支部材の形状や材質、他の部材等との位置関係等に応じて適宜選択することが求められる。
さらに、本実施例では変形量センサ２ａ・２ｂを懸架装置１３の所定の位置に取り付ける構成としたが、車体側部材１２ｂの所定の位置に取り付ける構成としても良い。

制動力センサ３は本発明に係る制動力検出手段の実施の一形態であり、懸架装置１３にキャリパ支持部材１４ｂが固定されたディスクブレーキ１４が車輪１１を制動するときの制動力を検出するものである。
本実施例の制動力センサ３は歪みゲージからなり、キャリパ１４ｃに取り付けられる。ディスクブレーキ１４が作動してパッド１４ｄ・パッド１４ｅをロータ１４ａの盤面に当接させると摩擦力が発生し、パッド１４ｄ・パッド１４ｅは車輪１１とともに車輪１１の回転方向に回転しようとする。その結果、キャリパ支持部材１４ｂやキャリパ１４ｃは、パッド１４ｄ・パッド１４ｅとロータ１４ａとの当接部に発生する摩擦力、すなわちディスクブレーキ１４の制動力の大きさに応じて弾性変形する。制動力センサ３はキャリパ１４ｃの弾性変形量を検出する。
キャリパ１４ｃの弾性変形量とディスクブレーキ１４の制動力との間には相関関係があるため、結果的にはディスクブレーキ１４の制動力を検出したのと同様の効果を得ることとなる。

なお、本発明に係る制動力検出手段は、本実施例の如きキャリパ１４ｃの弾性変形量を検出することによりディスクブレーキ１４の制動力を検出する構成には限定されず、軸支部材に固定されたディスクブレーキが前記車輪を制動するときの制動力を検出することが可能であれば他の構成でも良い。
例えば、ディスクブレーキ１４が作動してパッド１４ｄ・パッド１４ｅとロータ１４ａとの当接部に摩擦力が発生すると、キャリパ支持部材１４ｂやキャリパ１４ｃが弾性変形し、車輪１１の軸線方向から見たパッド１４ｄ・パッド１４ｅとキャリパ支持部材１４ｂおよびキャリパ１４ｃとの相対的な位置が変化するのでこれを圧電素子や光センサ等で検出する構成とすることも可能である。
また、ディスクブレーキが油圧式である場合には油圧および車速と制動力との間、あるいはや油温および車速と制動力との間に相関があるため、車速センサで車速（車輪の回転数）を検出しつつ、油圧センサで当該油圧を検出したり、温度センサでディスクブレーキの作動油の油温を検出したりすることにより、ディスクブレーキが前記車輪を制動するときの制動力を検出する構成とすることも可能である。

制御装置４は主として制御部４ａ、入力部４ｂ、表示部４ｃ等を具備する。

制御部４ａは本発明に係る車輪作用力算出手段の実施の一形態であり、車輪１１の車輪作用力を算出するものである。
制御部４ａは車輪作用力検出に係るプログラム等を格納する格納手段、該プログラム等を展開する展開手段、該プログラム等に従って所定の演算を行う演算手段、演算結果等を記憶する記憶手段等を具備する。

制御部４ａは、より具体的にはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であっても良く、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であっても良い。
また、制御部４ａは専用品でも良いが、市販のパソコンやワークステーション等を用いて達成することも可能である。

制御部４ａは変形量センサ２ａ・２ｂに接続され、変形量センサ２ａ・２ｂが検出した懸架装置１３の弾性変形量に係る情報を取得することが可能である。また、制御部４ａは制動力センサ３に接続され、制動力センサ３が検出したディスクブレーキ１４の制動力に係る情報を取得することが可能である。
制御部４ａは格納された車輪作用力の検出に係るプログラムに従って車輪１１の車輪作用力を算出する。なお、便宜上、制御部４ａが行う車輪作用力の算出方法の詳細は後述する車輪作用力検出方法の実施の一形態において説明する。

入力部４ｂは、作業者等が車輪作用力の検出に係る種々のデータ等を制御部４ａに入力するものであり、制御部４ａに接続される。
入力部４ｂは専用品でも良いが、市販のキーボードやタッチパネル等を用いて達成することも可能である。

表示部４ｃは、入力部４ｂにより入力されたデータ等や車輪作用力検出システム１の動作状況、車輪作用力検出の結果等を表示するものであり、制御部４ａに接続される。
表示部４ｃは専用品でも良いが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等を用いて達成することも可能である。

なお、本実施例の車輪作用力検出システム１は車両と独立した試験装置として利用する構成であるが、通常の走行を行う車両に搭載する（具備する）構成とすることも可能である。
本発明に係る車輪作用力検出システムを通常の走行を行う車両に搭載する構成の例としては、例えば車両のＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に車輪作用力検出に係るプログラム等を格納することにより、当該ＥＣＵを本発明に係る車輪作用力算出手段として利用する構成が挙げられる。

以下では、図２および図３を用いて本発明に係る車輪作用力検出方法の実施の一形態について説明する。
本発明に係る車輪作用力検出方法の実施の一形態は上記車輪作用力検出システム１を用いて車輪１１の車輪作用力を検出する方法であり、主として変形量・制動力検出工程１００と車輪作用力算出工程２００を具備する。

変形量・制動力検出工程１００は、懸架装置１３の弾性変形量を検出するとともに、懸架装置１３に固定されたディスクブレーキ１４が車輪１１を制動するときの制動力を検出する工程である。
変形量・制動力検出工程１００において、変形量センサ２ａ・２ｂは懸架装置１３の弾性変形量を経時的に検出する。また、これと同時に、制動力センサ３は懸架装置１３に固定されたディスクブレーキ１４が車輪１１を制動するときの制動力を経時的に検出する。
制御部４ａは、変形量センサ２ａ・２ｂにより検出された懸架装置１３の弾性変形量に係る経時的な情報を取得するとともに制動力センサ３により検出されたディスクブレーキ１４の制動力に係る経時的な情報を取得する。
変形量・制動力検出工程１００が終了したら、車輪作用力算出工程２００に移行する。

車輪作用力算出工程２００は、車輪１１と路面との当接部において車輪１１に作用する力である車輪作用力（Ｆｔ）を算出する工程である。以下、車輪作用力（Ｆｔ）の算出方法について説明する。
数２に示す如く、懸架装置１３に作用する力（Ｆｈ）は、懸架装置１３が車輪１１から受ける力（Ｆｈｔ）と懸架装置１３がディスクブレーキ１４から受ける力（Ｆｈｂ）とのベクトル和として求められる。

数３に示す如く、懸架装置１３が車輪１１から受ける力（Ｆｈｔ）は、車輪１１が懸架装置１３および路面以外から外力を受けない状態では、車輪１１が路面から受ける力、すなわち車輪１１と路面との当接部において車輪１１に作用する力である車輪作用力（Ｆｔ）に等しい。

数４に示す如く、懸架装置１３がディスクブレーキ１４から受ける力（Ｆｈｂ）は、ディスクブレーキ１４が車輪１１から受ける力、すなわちディスクブレーキ１４の制動力の反力（−Ｆｂ）に等しい。

数２、数３および数４より、懸架装置１３に作用する力（Ｆｈ）は、車輪作用力（Ｆｔ）およびディスクブレーキ１４の制動力（Ｆｂ）を用いて以下の数５で表される。

数５より、車輪作用力（Ｆｔ）は懸架装置１３に作用する力（Ｆｈ）およびディスクブレーキ１４の制動力（Ｆｂ）を用いて以下の数６で表される。

数１および数６より、車輪作用力Ｆｔの車輪１１の前後方向の成分（Ｆｔｘ）、車輪１１の軸線方向の成分（Ｆｔｙ）および車輪１１の上下方向の成分（Ｆｔｚ）は以下の数７、数８および数９で表される。

ここで、Ｆｈｉ（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）は懸架装置１３が車輪１１から受けるｉ方向（車輪１１の前後方向、軸線方向または上下方向）の成分、言い換えれば懸架装置１３に作用するｉ方向（車輪１１の前後方向、軸線方向または上下方向）の力を指す。
また、Ｆｂｉ（ｉ＝ｘ，ｙ，ｚ）はディスクブレーキ１４の制動力のｉ方向（車輪１１の前後方向、軸線方向または上下方向）の成分を指す。

車輪作用力算出工程２００において、制御部４ａは、取得した懸架装置１３の弾性変形量に係る経時的な情報に基づいて、懸架装置１３に作用する前後方向の力（Ｆｈｘ）、懸架装置１３に作用する軸線方向の力（Ｆｈｙ）および懸架装置１３に作用する上下方向の力（Ｆｈｚ）を算出する（図１、図３参照）。
より具体的には、制御部４ａの格納手段には実験により得られた懸架装置の変形量と懸架装置に作用する前後方向の力、懸架装置に作用する上下方向の力および懸架装置に作用する軸線方向の力との関係に係る情報が予め格納されており、当該実験により予め得られた懸架装置の変形量と車輪作用力の関係に係る情報と、変形量・制動力検出工程１００において取得した懸架装置１３の弾性変形量に係る経時的な情報と、を比較することにより、懸架装置１３に作用する前後方向の力、懸架装置１３に作用する上下方向の力および懸架装置１３に作用する軸線方向の力を算出する。

次に、制御部４ａは、取得したキャリパ１４ｃの弾性変形量に係る経時的な情報に基づいて、ディスクブレーキ１４の制動力（図３中のＦｂ）を算出する。
より具体的には、制御部４ａの格納手段には実験により得られたキャリパの変形量と制動力との関係に係る情報が予め格納されており、当該実験により得られたキャリパの変形量と制動力との関係に係る情報と、変形量・制動力検出工程１００において取得したキャリパ１４ｃの弾性変形量に係る経時的な情報と、を比較することにより、ディスクブレーキ１４の制動力を算出する。

続いて、制御部４ａは、ディスクブレーキ１４の制動力の前後方向の成分（Ｆｂｘ）、軸線方向の成分（Ｆｂｙ）およびディスクブレーキ１４の制動力の上下方向の成分（Ｆｂｚ）を算出する（図３参照）。
本実施例の場合、ディスクブレーキ１４はピストンフローティング型のディスクブレーキであるためディスクブレーキ１４の制動力の軸線方向の成分（Ｆｂｙ）はゼロであるとみなすことが可能である。
また、ディスクブレーキ１４の制動力の前後方向の成分（Ｆｂｘ）の大きさおよび上下方向の成分（Ｆｂｚ）の大きさは、それぞれ以下の数１０および数１１で表すことが可能である。

ここで、図３に示す如く、角度θは、ディスクブレーキ１４の制動力の作用点３１と車輪１１の回転軸の中心３２とを結ぶ直線と水平面との成す角度である。
このように、ディスクブレーキ１４の制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を、制動力（Ｆｂ）と角度θとで算出することが可能である。
なお、通常は、ディスクブレーキ１４のパッド１４ｄ・１４ｅの形状が車輪の軸線方向から見て車輪１１の周方向に関して対称であり、パッド１４ｄ・１４ｅが制動時にロータ１４ａに略均一に当接する（パッド１４ｄ・１４ｅの当接面の特定部位がロータ１４ａに強く当接することがない）と仮定して、車輪１１の軸線方向から見たパッド１４ｄ・１４ｅの周方向および半径方向の中心をディスクブレーキ１４の制動力の作用点３１とするが、パッド１４ｄ・１４ｅの形状が非対称な場合やロータ１４ａへの当接状況によっては他の位置をディスクブレーキの制動力の作用点としても良い。

続いて、制御部４ａは、懸架装置１３に作用する力（懸架装置１３が車輪１１から受ける力）の前後方向の力（Ｆｈｘ）からディスクブレーキ１４の制動力の反力の前後方向の成分（−Ｆｂｘ）を引いたものを車輪１１に作用する前後方向の力（Ｆｔｘ）とする（数７参照）。
また、制御部４ａは、懸架装置１３に作用する軸線方向の力（Ｆｈｙ）を車輪１１に作用する軸線方向の力（Ｆｔｙ）とする（数８参照）。
さらに、制御部４ａは、懸架装置１３に作用する上下方向の力（Ｆｈｚ）からディスクブレーキ１４の制動力の反力の上下方向の成分（−Ｆｂｚ）を引いたものを車輪１１に作用する前後方向の力（Ｆｔｚ）とする（数９参照）。
このようにして、制御部４ａは、車輪１１と路面との当接部において車輪１１に作用する力である車輪作用力（Ｆｔ）を算出する。

以上の如く、車輪作用力検出システム１は、
車輪１１を回転可能に軸支する懸架装置１３の弾性変形量を検出する変形量センサ２ａ・２ｂと、
懸架装置１３に固定されたディスクブレーキ１４が車輪１１を制動するときの制動力を検出する制動力センサ３と、
懸架装置１３の弾性変形量に基づいて懸架装置１３に作用する前後方向、上下方向および軸線方向の力を算出し、懸架装置１３に作用する前後方向の力からディスクブレーキ１４の制動力の反力の前後方向の成分を引いたものを車輪１１に作用する前後方向の力とし、懸架装置１３に作用する上下方向の力からディスクブレーキ１４の制動力の反力の上下方向の成分を引いたものを車輪１１に作用する上下方向の力とすることにより、車輪１１と路面との当接部において車輪１１に作用する力である車輪作用力を算出する制御部４ａと、
を具備するものである。
このように構成することにより、既存の車両の懸架装置１３やディスクブレーキ１４に変形量センサ２ａ・２ｂや制動力センサ３を設けるだけで容易に車輪作用力を求めることが可能である。また、大がかりな検出装置を車輪周りに設ける必要が無いので実走行時と略同じ条件下で車輪作用力の検出に係る試験を行うことが可能であるとともに、実走行を行う車両への適用も可能である。
さらに、ディスクブレーキ１４の制動による懸架装置１３の変形量への影響を容易に補正してディスクブレーキ１４を具備する車両の制動時の車輪作用力を精度良く検出することが可能である。
特に、車輪作用力検出システム１を通常走行を行う車両に具備した（搭載した）場合には、車輪作用力検出システム１により得られた車輪作用力に係る情報をＡＢＳ、ＴＲＣ、ＶＳＣ等の機能に提供し、これらの機能をより有効に利用することが可能である。

また、車輪作用力検出システム１の制御部４ａは、
ディスクブレーキ１４の制動力と、
車輪１１の軸線方向から見たディスクブレーキ１４の制動力の作用点３１と車輪１１の回転軸の中心３２とを結ぶ直線と水平面との成す角度θと、
を用いてディスクブレーキ１４の制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を算出するものである。
このように構成することにより、簡便な計算でディスクブレーキ１４の制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を精度良く求めることが可能である。

なお、車輪作用力検出システム１においては、ディスクブレーキ１４の制動力の作用点３１と車輪１１の回転軸の中心３２とを結ぶ直線と水平面との成す角度θを、水平面を中心として、水平面の上方または下方に向かって１０度以下とすることが望ましい。
なお、本実施例の車両は、ディスクブレーキ１４が車輪の回転軸の中心３２よりも車両の進行方向の後方に位置する構成であるが、ディスクブレーキが車輪の回転軸の中心よりも車両の進行方向の前方に位置する構成とすることも可能である。

また、本発明に係る車輪作用力検出方法の実施の一形態は、
車輪１１を回転可能に軸支する懸架装置１３の弾性変形量を検出するとともに、懸架装置１３に固定されたディスクブレーキ１４が車輪１１を制動するときの制動力を検出する変形量・制動力検出工程１００と、
懸架装置１３の弾性変形量に基づいて懸架装置１３に作用する前後方向、上下方向および軸線方向の力を算出し、懸架装置１３に作用する前後方向の力からディスクブレーキ１４の制動力の反力の前後方向の成分を引いたものを車輪１１に作用する前後方向の力とし、懸架装置１３に作用する上下方向の力からディスクブレーキ１４の制動力の反力の上下方向の成分を引いたものを車輪１１に作用する上下方向の力とすることにより、車輪１１と路面との当接部において車輪１１に作用する力である車輪作用力を算出する車輪作用力算出工程２００と、
を具備するものである。
このように構成することにより、既存の車両の懸架装置１３やディスクブレーキ１４に変形量センサ２ａ・２ｂや制動力センサ３を設けるだけで容易に車輪作用力を求めることが可能である。また、大がかりな検出装置を車輪周りに設ける必要が無いので実走行時と略同じ条件下で車輪作用力の検出に係る試験を行うことが可能であるとともに、実走行を行う車両への適用も可能である。
さらに、ディスクブレーキ１４の制動による懸架装置１３の変形量への影響を容易に補正してディスクブレーキ１４を具備する車両の制動時の車輪作用力を精度良く検出することが可能である。
特に、本実施例の車輪作用力検出方法を通常走行を行う車両に適用した場合には、本実施例の車輪作用力検出方法により得られた車輪作用力に係る情報をＡＢＳ、ＴＲＣ、ＶＳＣ等の機能に提供し、これらの機能をより有効に利用することが可能である。

また、本発明に係る車輪作用力検出方法の実施の一形態は、
車輪作用力算出工程２００において、
ディスクブレーキ１４の制動力と、
車輪１１の軸線方向から見たディスクブレーキ１４の制動力の作用点３１と車輪１１の回転軸の中心３２とを結ぶ直線と水平面との成す角度θと、
を用いてディスクブレーキ１４の制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を算出するものである。
このように構成することにより、簡便な計算でディスクブレーキ１４の制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を精度良く求めることが可能である。

なお、本発明に係る車輪作用力検出方法の実施の一形態においては、車輪作用力検出システム１のディスクブレーキ１４の制動力の作用点３１と車輪１１の回転軸の中心３２とを結ぶ直線と水平面との成す角度θを、水平面を中心として、水平面の上方または下方に向かって１０度以下とすることが望ましい。
なお、本実施例の車両は、ディスクブレーキ１４が車輪の回転軸の中心３２よりも車両の進行方向の後方に位置する構成であるが、ディスクブレーキが車輪の回転軸の中心よりも車両の進行方向の前方に位置する構成とすることも可能である。

本発明に係る車輪作用力検出システムの実施の一形態の全体構成図。 本発明に係る車輪作用力検出方法の実施の一形態のフロー図。 回転軸の軸線方向から見た車輪を示す図。

符号の説明

１ 車輪作用力検出システム
２ａ・２ｂ 変形量センサ（変形量検出手段）
３ 制動力センサ（制動力検出手段）
４ａ 制御部（車輪作用力算出手段）
１１ 車輪
１３ 懸架装置（軸支部材）
１４ ディスクブレーキ

Claims (6)

1. 車輪を回転可能に軸支する軸支部材の弾性変形量を検出する変形量検出手段と、
   前記軸支部材に固定されたディスクブレーキが前記車輪を制動するときの制動力を検出する制動力検出手段と、
   前記軸支部材の弾性変形量に基づいて軸支部材に作用する前後方向、上下方向および軸線方向の力を算出し、前記軸支部材に作用する前後方向の力から前記制動力の反力の前後方向の成分を引いたものを車輪に作用する前後方向の力とし、前記軸支部材に作用する上下方向の力から前記制動力の反力の上下方向の成分を引いたものを車輪に作用する上下方向の力とすることにより、車輪と路面との当接部において車輪に作用する力である車輪作用力を算出する車輪作用力算出手段と、
   を具備する車輪作用力検出システム。
2. 前記車輪作用力算出手段は、
   前記制動力と、
   前記車輪の軸線方向から見た前記制動力の作用点と前記車輪の回転軸の中心とを結ぶ直線と水平面との成す角度と、
   を用いて前記制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を算出する請求項１に記載の車輪作用力システム。
3. 前記制動力の作用点と前記車輪の回転軸の中心とを結ぶ直線と水平面との成す角度を、前記水平面の上方または下方に向かって１０度以下とする請求項２に記載の車輪作用力システム。
4. 車輪を回転可能に軸支する軸支部材の弾性変形量を検出するとともに、前記軸支部材に固定されたディスクブレーキが前記車輪を制動するときの制動力を検出する変形量・制動力検出工程と、
   前記軸支部材の弾性変形量に基づいて軸支部材に作用する前後方向、上下方向および軸線方向の力を算出し、前記軸支部材に作用する前後方向の力から前記制動力の反力の前後方向の成分を引いたものを車輪に作用する前後方向の力とし、前記軸支部材に作用する上下方向の力から前記制動力の反力の上下方向の成分を引いたものを車輪に作用する上下方向の力とすることにより、車輪と路面との当接部において車輪に作用する力である車輪作用力を算出する車輪作用力算出工程と、
   を具備する車輪作用力検出方法。
5. 前記車輪作用力算出工程において、
   前記制動力と、
   前記車輪の軸線方向から見た前記制動力の作用点と前記車輪の回転軸の中心とを結ぶ直線と水平面との成す角度と、
   を用いて前記制動力の前後方向の成分および上下方向の成分を算出する請求項４に記載の車輪作用力方法。
6. 前記制動力の作用点と前記車輪の回転軸の中心とを結ぶ直線と水平面との成す角度を、前記水平面の上方または下方に向かって１０度以下とする請求項５に記載の車輪作用力方法。

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