JP2010133760A - タイヤ作用力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪側部材と車軸側部材との間に介装される弾性体の歪を増大させ、その増大された歪を検出することにより、車輪の良好な支持剛性を確保しつつタイヤ作用力を高精度に検出する。
【解決手段】ホイール１６とホイールの外周部に保持されるタイヤ１８とを有する車輪１０と、ホイール支持部２８にてホイールを回転可能に支持するホイール支持部材２０とを備えた車両に於いて、タイヤの接地点に作用するタイヤ作用力を推定するタイヤ作用力推定装置。ホイール１６とホイール支持部２８との間に配置された弾性体３２であって、両端にてホイール１６とホイール支持部２８に当接する柱状部３２Ａと、柱状部と一体をなし柱状部の周りに延在する板状部３２Ｂとを備えた弾性体と、板状部の歪を検出することにより弾性体に作用する応力を検出する検出素子４２と、検出された応力に基づいてタイヤ作用力を演算する電子回路装置５０とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の検出装置に係り、更に詳細には車輪のタイヤに作用する力を検出するタイヤ作用力検出装置に係る。

自動車等の車両に於いて車輪のタイヤに作用する力を検出するタイヤ作用力検出装置は従来より種々の構成のものが提案されている。例えば下記の特許文献１には、車軸側連結部材及び車輪側連結部材が車輪の回転中心に対し同心をなす周方向に４分割する位置に交互に配置され、車軸側連結部材と車輪側連結部材との間には弾性部材と弾性部材に作用する荷重を検出する荷重センサとが設けられ、荷重センサの検出結果に基づいてタイヤに作用する力を演算するタイヤ作用力検出装置が記載されている。

また本願出願人の先の提案にかかる下記の特許文献２には、車輪のホイールの円板部とホイール支持部材のホイール支持部とを連結する連結手段に作用する応力を検出する応力検出手段と、検出された応力に基づいてタイヤ作用力を演算する演算手段とを有するタイヤ作用力検出装置が記載されている。
特開平２００５−２４１４７０号公報 ＷＯ２００８／１３３３５３国際公開公報

上記特許文献１に記載されたタイヤ作用力検出装置に於いては、弾性部材を経て車輪側連結部材と車軸側連結部材との間に応力が伝達され、上記特許文献２に記載されたタイヤ作用力検出装置に於いては、連結手段を経てホイールの円板部とホイール支持部との間に応力が伝達され、弾性部材や連結手段に作用する応力が検出される。

そのためタイヤ作用力検出のＳ／Ｎ比を高くすべく弾性部材や連結手段の剛性を低く設定すると、車輪の支持剛性が低下するという問題がある。逆に車輪の良好な支持剛性を確保すべく弾性部材や連結手段の剛性を高く設定すると、タイヤ作用力検出のＳ／Ｎ比が低下し、タイヤ作用力を高精度に検出することができなくなるという問題がある。

本発明は、車輪側部材と車軸側部材との間に伝達される応力の全てが弾性部材や連結手段の如き中間部材を経て伝達され、その中間部材に作用する応力を検出するよう構成された従来のタイヤ作用力検出装置に於ける上述の如き問題に鑑みてなされたものであり、本発明の主要な課題は、車輪側部材と車軸側部材との間に介装される弾性体に作用する応力による歪を増大させ、その増大された歪を検出することにより、車輪の良好な支持剛性を確保しつつ従来に比してタイヤ作用力を高精度に検出することである。

〔課題を解決するための手段及び発明の効果〕
上述の主要な課題は、本発明によれば、請求項１の構成、回転軸線に垂直な円板部を有するホイールと前記ホイールの外周部に保持されるタイヤとを有する車輪と、車体により前記回転軸線の周りに回転可能に支持され前記回転軸線に垂直なホイール支持部にて前記ホイールを前記回転軸線の周りに回転可能に支持するホイール支持部材と、前記ホイールの前記円板部と前記ホイール支持部材の前記ホイール支持部とを連結する連結手段とを備えた車両に於いて、前記タイヤの接地点に作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置にして、前記円板部と前記ホイール支持部との間に配置された弾性体であって、前記回転軸線と平行に延在し両端にて前記円板部及び前記ホイール支持部に当接する柱状部と、前記両端の間にて前記柱状部と一体をなし前記柱状部の周りに延在する板状部とを備えた弾性体と、前記板状部の歪を検出することにより前記弾性体に作用する応力を検出する応力検出手段と、検出された応力に基づいてタイヤ作用力を演算する演算手段とを有することを特徴とするタイヤ作用力検出装置によって達成される。

上記請求項１の構成によれば、ホイールの円板部とホイール支持部材のホイール支持部との間に弾性体が配置される。弾性体は車輪の回転軸線と平行に延在し両端にて円板部及びホイール支持部に当接する柱状部と、両端の間にて柱状部と一体をなし柱状部の周りに延在する板状部とを備えている。そして板状部の歪を検出することにより弾性体に作用する応力が検出され、検出された応力に基づいてタイヤ作用力が演算される。

従って弾性体に作用する応力による柱状部の歪が板状部に於いて増大され、その増大された歪が検出されることにより弾性体に作用する応力が検出される。よって板状部が設けられず柱状部の歪が検出される場合に比して、弾性体に作用する応力検出のＳ／Ｎ比を高くし、これによりタイヤ作用力を高精度に検出することができる。

また弾性体に作用する応力検出のＳ／Ｎ比を高くするために弾性体の剛性を過剰に低くする必要がない。よって板状部が設けられず柱状部の歪が検出される場合に比して、柱状部の剛性を高くすることができ、これによりホイールの円板部とホイール支持部材のホイール支持部とを強固に連結し、車輪の良好な支持剛性を確保することができる。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１の構成に於いて、前記弾性体は前記回転軸線の周りに互いに隔置された複数の柱状部を有し、前記板状部は周方向に互いに隣接する前記柱状部を一体に接続しているよう構成される（請求項２の構成）。

上記請求項２の構成によれば、弾性体は回転軸線の周りに互いに隔置された複数の柱状部を有し、板状部は周方向に互いに隣接する柱状部を一体に接続しているので、複数の柱状部が板状部によって一体に接続されていない構造の場合に比して、部品点数を低減することができると共に、弾性体の組付けを容易に且つ能率よく行うことができる。

また一つの柱状部に近接する領域に於ける板状部の弾性変形が周方向に隣接する柱状部により拘束されるので、複数の柱状部が板状部によって一体に接続されていない構造の場合に比して、板状部の弾性変形量を増大させることができ、これにより弾性体に作用する応力検出のＳ／Ｎ比を高くすることができる。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１又は２の構成に於いて、前記板状部は前記弾性体に作用する応力に起因して前記板状部に作用する応力を集中させることにより前記応力検出手段が設けられた領域に於ける前記板状部の歪を増大させる応力集中部を有するよう構成される（請求項３の構成）。

上記請求項３の構成によれば、板状部は弾性体に作用する応力に起因して板状部に作用する応力が応力集中部によって集中せしめられ、応力集中により応力検出手段が設けられた領域に於ける板状部の歪が増大される。従って応力集中部が設けられていない場合に比して、弾性体に作用する応力検出のＳ／Ｎ比を高くすることができ、また所要の応力検出精度を確保するために必要な柱状部の剛性を高くすることができる。

また本発明によれば、上記請求項１乃至３の何れか一つの構成に於いて、前記回転軸線に沿って見て、前記応力検出手段は前記柱状部の軸線より前記車輪の径方向に垂直な方向に隔置されているよう構成される（請求項４の構成）。

一般に、ホイールの円板部とホイール支持部材のホイール支持部とが回転軸線の周りに相対回転する場合には、柱状部の軸線より車輪の径方向に垂直な方向の領域に於いて柱状部及び板状部の歪が大きくなる。

上記請求項４の構成によれば、回転軸線に沿って見て、応力検出手段は柱状部の軸線より車輪の径方向に垂直な方向に隔置されているので、ホイールの円板部とホイール支持部材のホイール支持部とが回転軸線の周りに相対回転する場合に弾性体に作用する応力を効率的に検出することができる。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至４の何れか一つの構成に於いて、前記連結手段は前記回転軸線と平行に延在し、前記柱状部は前記連結手段が貫通して延在する中空筒状をなすよう構成される（請求項５の構成）。

上記請求項５の構成によれば、連結手段は回転軸線と平行に延在し、柱状部は連結手段が貫通して延在する中空筒状をなすので、弾性体に作用する応力を検出することにより連結手段に作用する応力を推定することができ、連結手段に作用する応力に基づいてタイヤ作用力を推定することができる。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至４の何れか一つの構成に於いて、前記柱状部は前記連結手段より前記回転軸線の周りの周方向に隔置されているよう構成される（請求項６の構成）。

上記請求項６の構成によれば、柱状部は連結手段より回転軸線の周りの周方向に隔置されているので、連結手段の位置や数の拘束を受けることなく弾性体の位置や数を設定し、それらの弾性体に作用する応力に基づいてタイヤ作用力を推定することができ、また柱状部は中空筒状に限定されず、充実の構造であってよい。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至６の何れか一つの構成に於いて、前記タイヤ作用力検出装置は前記柱状部が前記円板部及び前記ホイール支持部より受ける圧縮応力の少なくとも一部を担持することにより前記柱状部が受ける圧縮応力を制限する圧縮応力制限手段を有するよう構成される（請求項７の構成）。

上記請求項７の構成によれば、柱状部が円板部及びホイール支持部より受ける圧縮応力の少なくとも一部が圧縮応力制限手段によって担持され、柱状部が受ける圧縮応力が制限される。従って圧縮応力制限手段が設けられていない構造の場合に比して、連結手段によるホイールの円板部とホイール支持部材のホイール支持部との強固な連結を確保しつつ弾性体の剛性を低くすることができ、これにより車輪の一層良好な支持剛性を確保しつつタイヤ作用力の検出精度を高くすることができる。

また本発明によれば、上述の主要な課題を効果的に達成すべく、上記請求項１乃至７の何れか一つの構成に於いて、前記演算手段は前記弾性体に作用する応力に基づいて前記弾性体の位置に於いて前記車輪の回転方向に作用する応力を演算し、前記車輪の回転方向に作用する応力に基づいて前記タイヤの接地点に於いてタイヤの前後方向に作用する応力を演算するよう構成される（請求項８の構成）。

上記請求項８の構成によれば、タイヤの接地点に於いてタイヤの前後方向に作用する応力、即ち前後力を確実に且つ正確に演算することができる。

〔課題解決手段の好ましい態様〕
本発明の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至８の何れか一つの構成に於いて、応力検出手段は弾性体に車輪の回転方向に作用する応力を検出するよう構成される（好ましい態様１）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至８の何れか一つの構成に於いて、板状部は柱状部の軸線に垂直に延在するよう構成される（好ましい態様２）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項１乃至８の何れか一つの構成に於いて、弾性体は回転軸線の周りに均等に隔置された複数の柱状部を有するよう構成される（好ましい態様３）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様３の構成に於いて、弾性体は回転軸線の周りに９０°互いに隔置された四つの柱状部を有するよう構成される（好ましい態様４）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２乃至８の何れか一つの構成に於いて、タイヤ作用力検出装置は各柱状部の周りの板状部の歪を検出することにより各柱状部について弾性体に車輪の回転方向に作用する応力を検出する複数の応力検出手段を有し、演算手段は各柱状部について弾性体に車輪の回転方向に作用する応力の和に基づいてタイヤの前後方向に作用する応力を演算するよう構成される（好ましい態様５）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項２乃至８の何れか一つの構成に於いて、板状部は全ての柱状部を一体に接続しているよう構成される（好ましい態様６）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項４乃至８の何れか一つの構成に於いて、応力検出手段は柱状部の軸線に垂直な方向について板状部の表面部の歪を検出するよう構成される（好ましい態様７）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記請求項４乃至８の何れか一つの構成に於いて、各柱状部の軸線の両側に一対の応力検出手段が設けられているよう構成される（好ましい態様８）。

本発明の他の一つの好ましい態様によれば、上記好ましい態様８の構成に於いて、各一対の応力検出手段は板状部の厚さの中心に対し互いに同一の側にて板状部の表面に設けられているよう構成される（好ましい態様９）。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施例について詳細に説明する。
［第一の実施例］

図１は駆動輪に適用された本発明によるタイヤ作用力検知装置の第一の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図２の線Ｉ−Ｉ）にて切断して示す断面図、図２は第一の実施例の要部を図１の線II−IIにて切断して示す断面図である。

図１に於いて、１０は図には示されていない車両の車輪を示し、１２はタイヤ作用力検知装置を示している。車輪１０は回転軸線１４に垂直な円板部１６Ａを有する金属製のホイール１６と、ホイール１６の外周のリム部１６Ｂに保持され主としてゴムにて構成されたタイヤ１８とを有している。車輪１０はハブ部材２０により回転軸線１４の周りに回転可能に支持されており、タイヤ作用力検知装置１２はブレーキロータディスク２２と共に車輪１０とハブ部材２０との間に配設されている。

ハブ部材２０は軸受２４により回転軸線１４の周りに回転可能に支持される管状の軸部２６と、該軸部と一体をなし回転軸線１４に垂直なフランジ部２８とを有している。図１には示されていないが、軸受２４はサスペンション部材を介して車体により支持されている。車輪１０は駆動輪であり、軸部２６には車輪１０とは反対の側より駆動軸３０が挿入されている。駆動軸３０は回転軸線１４の周りに回転可能に回転軸線１４に沿って延在し、圧入等の手段により軸部２６に剛固に連結されている。尚本発明のタイヤ作用力検知装置が適用される車輪は従動輪であってもよい。

ハブ部材２０はブレーキロータディスク２２の円板部２２Ａと共働してホイール支持部材として機能し、フランジ部２８は円板部２２Ａと共働してホイール支持部を郭定している。円板部１６Ａと円板部２２Ａとの間には回転軸線１４と同軸にて円環状の弾性体３２が配置されている。弾性体３２は回転軸線１４の周りに互いに９０°隔置された四つの実質的に円筒状の柱状部３２Ａと、柱状部３２Ａと一体をなし柱状部の周りに延在する板状部３２Ｂとを有している。板状部３２Ｂは柱状部３２Ａの長手方向の両端間の中央部に設けられている。

尚ハブ部材２０及びブレーキロータディスク２２は鉄合金の如き高強度且つ高剛性の金属材料にて形成され、ホイール１６はアルミニウム合金や鉄合金の如き強度及び剛性が比較的高い金属材料にて形成され、弾性体３２はアルミニウム合金の如き弾性が比較的高い金属材料にて形成されていてよい。

柱状部３２Ａの軸線３２Ｃは回転軸線１４と平行に延在し、柱状部３２Ａは両端にて円板部１６Ａ及び円板部２２Ａに当接している。板状部３２Ｂは回転軸線１４の周りに環状に且つ回転軸線１４に垂直に延在し、四つの柱状部３２Ａを一体に接続している。また板状部３２Ｂはハブ部材２０の軸部２６よりも大きい内径を有し、ブレーキロータディスク２２の円板部２２Ａよりも小さい外径を有している。

また円板部１６Ａと円板部２２Ａとの間にはカバー部材３４が配置されている。カバー部材３４は互いに一体をなす円板部３４Ａ及び円筒部３４Ｂを有している。円板部３４Ａは柱状部３２Ａを密に受ける孔３４Ｃを有し、円板部１６Ａに当接している。円筒部３４Ｂは弾性体３２の周りにて回転軸線１４と平行に延在し、円板部３４Ａとは反対側の端部にて円板部２２Ａに当接している。円筒部３４Ｂの端面には円板部２２Ａとの間を経てカバー部材３４の内部へ泥水や粉塵が侵入することを阻止するＯリングシール３５が配設されている。

各柱状部３２Ａには軸線３２Ｃに沿って延在する断面円形の孔３６が設けられており、各孔３６には連結手段としてのボルト３８が挿通されている。各ボルト３８の軸線は軸線３２Ｃに沿ってこれに整合して延在している。各ボルト３８のヘッド部はフランジ部２８の内面に固定されている。図示の実施例に於いては、孔３６はボルト３８を遊嵌状態にて受け入れる大径部と、ボルト３８を実質的に密に受け入れる小径部とを有している。

各ボルト３８はハブ部材２０のフランジ部２８、ブレーキロータディスク２２の円板部２２Ａ、弾性体３２の柱状部３２Ａ、ホイール１６の円板部１６Ａを貫通して円板部１６Ａの外部まで延在している。弾性体３２及びカバー部材３４はボルト３８及びそれに螺合するナット４０により、円板部１６Ａと円板部２２Ａとの間に圧縮され、円板部１６Ａはフランジ部２８及びブレーキロータディスク２２と強固に一体的に連結されている。

弾性体３２の板状部３２Ｂの表面には柱状部３２Ａに近接して検出素子４２が固定されている。図２に示されている如く、各柱状部３２Ａについて見て、検出素子４２は軸線３２Ｃに対し車輪の径方向に垂直な方向の位置、即ち回転軸線１４及び軸線３２Ｃを通る平面４４に垂直な直線４６上の位置に設けられている。図示の実施例に於いては、検出素子４２は板状部３２Ｂの厚さの中心に対し同一の側にて直線４６に沿う方向の各柱状部３２Ａの両側に設けられている。

図３に変形を誇張して示されている如く、車輪１０とハブ部材２０との間に作用するトルクに起因して円板部１６Ａ及び円板部２２Ａが回転軸線１４の周りに相対回転すると、弾性体３２の柱状部３２Ａは剪断応力を受け、軸線３２Ｃは円板部１６Ａ及び２２Ａに対し傾斜する。そのため柱状部３２Ａの周方向両側の板状部３２Ｂは弾性的に湾曲変形し、凹状の表面部は圧縮変形するのに対し凸状の表面部は引張り変形する。

板状部３２Ｂの弾性変形量は柱状部３２Ａが受ける剪断応力に比例し、柱状部３２Ａが受ける剪断応力はボルト３８を介して車輪１０とハブ部材２０との間に伝達されるトルクに比例する。よって柱状部３２Ａの両側に於ける板状部３２Ｂの弾性変形量を検出することにより、柱状部３２Ａの位置に於いてボルト３８が円板部１６Ａと円板部２２Ａとの間に伝達する周方向の力を推定することができる。

各検出素子４２は抵抗線式の歪ゲージの如く板状部３２Ｂの直線４６に沿う方向の弾性歪に応じた電流値の電流信号を出力し、これにより各ボルト３８の周方向両側に於いて直線４６に沿って板状部３２Ｂの表面部に作用する応力を検出する応力検出手段として機能する。カバー部材３４は回転軸線１４に整合する小径部４８を有し、小径部４８にはハブ部材２０の軸部２６の外端が部分的に嵌合している。カバー部材３４の中央部内には演算手段としての電子回路装置５０が配置されている。各検出素子４２より出力される電流信号は導線５２を経て電子回路装置５０へ供給される。

尚板状部３２Ｂの表面部を凹状に圧縮変形させる応力及び凸状に伸び変形させる応力は大きさが同一で方向が逆の応力であると考えられる。また板状部３２Ｂの表裏の変形は互いに逆の関係にある。よって各柱状部３２Ａに対応して設けられた一対の検出素子４２は、板状部３２Ｂの同一の側の面について直線４６に沿う互いに逆の方向を正の方向として弾性歪を検出する。

電子回路装置５０は、後に説明する如く、各検出素子４２より入力される電流信号に基づいて各ボルト３８の位置に於いて円板部１６Ａと円板部２２Ａとの間に作用する周方向の力Ｆx1〜Ｆx4を演算し、それらの力に基づいてタイヤ１８の接地点の中心Ｐに於いて路面５６よりタイヤ１８に作用する回転軸線１４に垂直な前後方向の応力（前後力）Ｆxtを演算し、応力Ｆxtを示す信号を図には示されていない車両の制御装置へ出力する。

図４は第一の実施例に於いて各検出素子４２により検出される応力を車輪１０のアウトボード側より見た状態にて示す説明図である。図４に示されている如く、四つのボルト３８を３８a〜３８dとし、ボルト３８a〜３８dに対し反時計廻り方向の側に配置された検出素子４２により検出される応力をそれぞれfx11、fx21、fx31、fx41とする。またボルト３８a〜３８dに対し時計廻り方向の側に配置された検出素子４２により検出される応力をそれぞれfx12、fx22、fx32、fx42とする。

電子回路装置５０は、ボルト３８a〜３８dの中心に車輪１０の回転方向に作用する応力Ｆx1〜Ｆx4をそれぞれ下記の式１〜４に従って演算する。
Ｆx1＝（fx11＋fx12）／２ ……（１）
Ｆx2＝（fx21＋fx22）／２ ……（２）
Ｆx3＝（fx31＋fx32）／２ ……（３）
Ｆx4＝（fx41＋fx42）／２ ……（４）

車輪１０の回転半径、回転軸線１４と軸線３８Ｃとの間の距離等により決定される係数をＡx（正の定数）とすると、タイヤ１８の接地点の中心Ｐに於いて路面５６よりタイヤ１８に作用する前後力Ｆxtは下記の式５により表される。よって電子回路装置５０は下記の式５に従ってタイヤ１８に作用する前後力Ｆxtを演算する。
Ｆxt＝Ａx（Ｆx1＋Ｆx2＋Ｆx3＋Ｆx4） ……（５）

尚車輪１０に作用する上下方向の力により柱状部３２Ａは上下方向の剪断力を受け、各検出素子４２より検出される力fx11〜fx41及びfx12〜fx42には上下方向の剪断力による誤差成分が含まれる。しかし上下方向の剪断力による誤差成分の方向は車輪１０の回転軸線１４に対し水平方向の両側に於いて互いに逆の方向であるので、上記式５の演算により上下方向の剪断力による誤差成分を消去することができる。

また車輪１０に作用する横力により柱状部３２Ａは上下方向の曲げ応力を受け、各検出素子４２より検出される力fx11〜fx41及びfx12〜fx42には上下方向の曲げ応力による誤差成分が含まれる。しかし上下方向の曲げ応力による誤差成分の方向は車輪１０の回転軸線１４に対し上下方向の両側に於いて互いに逆の方向であるので、上記式１〜５の演算により上下方向の曲げ応力による誤差成分を消去することができる。

よって車輪１０に作用する上下方向の力や横力の影響を受けることなくタイヤ１８に作用する前後力Ｆxtを正確に演算することができ、この作用効果は後述の他の実施例に於いても同様に得られる。

かくして図示の第一の実施例によれば、ホイール１６若しくはハブ部材２０にトルクが作用すると、弾性体３２の柱状部３２Ａに剪断応力が作用し、その際の板状部３２Ｂの弾性変形に伴う歪に基づいて各ボルト３８の位置に作用する車輪１０の回転方向の応力Ｆx1〜Ｆx4を求めることができ、またこれらの応力に基づいて路面５６よりタイヤ１８に作用する前後力Ｆxtを正確に演算することができる。

特に第一の実施例によれば、円板部１６Ａと円板部２２Ａとの間にはカバー部材３４が配置され、カバー部材３４は円板部１６Ａ及び２２Ａより受ける圧縮応力の少なくとも一部を担持し、弾性体３２の柱状部３２Ａに作用する圧縮応力を制限する圧縮応力制限手段として機能する。

従ってカバー部材３４によって柱状部３２Ａに作用する圧縮応力が制限されない場合に比して、ホイール１６の円板部１６Ａとハブ部材２０のフランジ部２８との強固な連結を確保しつつ弾性体３２の剛性を低くすることができ、これにより車輪１０の良好な支持剛性を確保しつつタイヤ作用力の検出精度を高くすることができる。尚この作用効果は後述の第四及び第五の実施例に於いても同様に得られる。

また第一の実施例によれば、一対の検出素子４２が各柱状部３２Ａに対し車輪１０の周方向の両側にて板状部３２Ｂの同一の側の表面に設けられており、ボルト３８a〜３８dの中心に車輪１０の回転方向に作用する応力Ｆx1〜Ｆx4は上記式１〜４に従って各一対の検出素子４２により検出される応力の平均値として演算される。

従って各柱状部３２Ａの近傍に一つの検出素子４２しか設けられていない場合に比して、各柱状部３２Ａの位置にて弾性体３２に作用する応力Ｆx1〜Ｆx4を正確に求めることができ、また検出素子４２が一部の柱状部３２Ａにしか設けられていない場合に比して、タイヤ１８に作用する前後力Ｆxtを正確に演算することができる。尚この作用効果は後述の他の実施例に於いても同様に得られる。

また第一の実施例によれば、各柱状部３２Ａは板状部３２Ｂにより互いに一体に接続されており、弾性体３２は一つの部品である。従って板状部３２Ｂが柱状部３２Ａの周りに部分的にしか延在せず、四つの柱状部３２Ａが板状部３２Ｂにより一体に接続されていない場合に比して、弾性体３２の部品点数を低減することができると共に、弾性体３２の組み付けを容易に行うことができる。この作用効果は第四の実施例を除く後述の他の実施例に於いても同様に得られる。

また第一の実施例によれば、各柱状部３２Ａは孔３６の小径部にてボルト３８に実質的に密に係合している。従って各柱状部３２Ａの軸線３２Ｃをボルト３８の軸線に容易に且つ確実に整合させることができ、これにより弾性体３２を円板部１６Ａ及び２２Ａに対し容易に且つ確実に位置決めすることができると共に、各柱状部３２Ａの位置にて弾性体３２に作用する応力Ｆx1〜Ｆx4を正確に求めることができる。

尚図示の第一の実施例に於いては、カバー部材３４は弾性体３２の柱状部３２Ａに作用する圧縮応力を制限する圧縮応力制限手段としても機能するようになっているが、圧縮応力制限手段として機能しないよう修正されてもよい。即ち各柱状部３２Ａがカバー部材３４の円板部３４Ａを貫通して延在することにより、カバー部材３４が円板部１６Ａ及び２２Ａより受ける圧縮応力を担持しないよう修正されてもよい。
［第二の実施例］

図５は本発明によるタイヤ作用力検知装置の第二の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図６の線V−V）にて切断して示す断面図、図６は第二の実施例の要部を図５の線VI−VIにて切断して示す断面図、図７は第二の実施例の弾性体を図６の線VII−VIIにて切断して示す断面図である。

尚図５乃至図７に於いて図１及び図２に示された部材と同一の部材には図１及び図２に於いて付された符号と同一の符号が付されており、この第二の実施例について説明する点以外の構造は、上述の第一の実施例の構造と同一である。このことは後述の他の実施例についても同様である。

この第二の実施例に於いては、上述の第一の実施例に於けるカバー部材３４に相当する部材は設けられていない。また弾性体３２の柱状部３２Ａに設けられた孔３６はその全長に亘り一定の直径を有し、その直径はボルト３８の直径よりも大きく、これにより孔３６は遊嵌状態にてボルト３８を受け入れるようになっている。

弾性体３２の柱状部３２Ａは車輪１０の径方向に沿って延在する断面長円形をなし、長径以外の領域に於いては断面円形の台座部３２Ｄを介して板状部３２Ｂに接続されている。台座部３２Ｄの厚さは柱状部３２Ａの軸線３２Ｃに沿う長さよりも小さく且つ板状部３２Ｂの厚さよりも大きい。また台座部３２Ｄの半径Ｒaは柱状部３２Ａの長径の２分の１の長さと同一であり、従って柱状部３２Ａの短径の２分の１の長さＲbよりも大きい値に設定されている。

各柱状部３２Ａは径方向内側の端部に位置決め突起５８を有し、位置決め突起５８は柱状部３２Ａより径方向内方へ延在している。位置決め突起５８の先端は内部に電子回路装置５０を収容するキャップ部材６０の外周面に当接し、これにより弾性体３２の軸線が回転軸線１４に整合し且つ各孔３６が対応するボルト３８に整合した状態に位置決めされるようになっている。

更に板状部３２Ｂには周方向に互いに隣接する二つの柱状部３２Ａの間の位置にスリット６２が設けられている。スリット６２は孔３６の軸線３２Ｃを通る仮想の円弧線に対する接線に平行に検出素子４２に近接する位置まで直線的に延在している。またスリット６２は板状部３２Ｂの全厚に亘り板状部３２Ｂの厚さ方向に延在し、スリット６２の両端は二等辺三角形の形状をなしている。

従って弾性体３２に応力が作用し、板状部３２Ｂが弾性変形する際に、細長い六角形をなすスリット６２、特にその両端の部分に応力が集中し、検出素子４２が設けられた領域に於ける板状部３２Ｂの弾性変形量が増大する。よってスリット６２は板状部３２Ｂに作用する応力を集中させることにより検出素子４２が設けられた領域に於ける板状部３２Ｂの歪を増大させる応力集中部を構成している。

尚スリット６２は細長い六角形に限定されるものではなく、検出素子４２が設けられた領域に於ける板状部３２Ｂの歪を増大させることができる限り、ひし形や三角形の如き任意の形状であってよい。また周方向に互いに隣接する二つの柱状部３２Ａの間に設けられるスリット６２の数は一つに限定されるものではなく、例えば各検出素子４２に近接してスリット６２が一つずつ設けられてもよい。更に板状部３２Ｂの厚さは第一の実施例に於ける厚さよりも大きい値に設定されていてよい。

かくして図示の第二の実施例によれば、上述の第一の実施例の場合と同様に、板状部３２Ｂの歪に基づいて各ボルト３８の位置に作用する車輪１０の回転方向の応力Ｆx1〜Ｆx4を求め、これらの応力に基づいて路面５６よりタイヤ１８に作用する前後力Ｆxtを正確に演算することができる。

特に図示の第二の実施例によれば、柱状部３２Ａは車輪１０の径方向に沿って延在する断面長円形をなし、長径以外の領域に於いては断面円形の台座部３２Ｄを介して板状部３２Ｂに接続されている。従って台座部３２Ｄが設けられていない場合に比して板状部３２Ｂの弾性変形量が小さいので、他の実施例の場合に比して弾性体３２に要求される剛性を低くすることができる。

また第二の実施例によれば、板状部３２Ｂには周方向に互いに隣接する二つの柱状部３２Ａの間の位置にスリット６２が設けられ、スリット６２は板状部３２Ｂに作用する応力を集中させる応力集中部として機能する。

従って検出素子４２が設けられた領域に於ける板状部３２Ｂの歪がスリット６２によって増大されるので、スリット６２が設けられていない場合に比して板状部３２Ｂの板厚を大きい値に設定することができる。よって弾性体３２を輸送したり組み付けたりする際の板状部３２Ｂの余分な変形を低減することができる。

また第二の実施例によれば、位置決め突起５８の先端はキャップ部材６０の外周面に当接し、これにより弾性体３２の位置決めが行われる。従って位置決め突起５８が設けられていない場合に比して、弾性体３２の軸線が回転軸線１４に整合し且つ各孔３６が対応するボルト３８に整合した状態になるよう、弾性体３２を容易に且つ正確に位置決めすることができる。
［第三の実施例］

図８は本発明によるタイヤ作用力検知装置の第三の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図９の線VIII−VIII）にて切断して示す断面図、図９は第三の実施例の弾性体の要部を図８の線IX−IXにて切断して示す断面図である。

この第三の実施例は上述の第二の実施例の修正例として構成されており、この第三の実施例に於いては、弾性体３２の柱状部３２Ａは円筒形をなしている。また弾性体３２の板状部３２Ｂは上述の第一の実施例の場合と同様に円環板状をなし、内部に電子回路装置５０を収容するキャップ部材６０の外径よりも大きい内径を有している。

各柱状部３２Ａに設けられた孔３６は上述の第二の実施例の場合と同様にその全長に亘り一定の直径を有し、その直径はボルト３８の直径と実質的に同一又はこれよりも僅かに大きく、これにより孔３６は圧入状態になることなくボルト３８を実質的に密に受け入れるようになっている。

また板状部３２Ｂには上述の第二の実施例に於けるスリット６２の如き応力集中部が設けられておらず、板状部３２Ｂの厚さは第二の実施例に於ける厚さよりも小さい値に設定されている。

かくして図示の第三の実施例によれば、上述の第一及び第二の実施例の場合と同様に、板状部３２Ｂの歪に基づいて各ボルト３８の位置に作用する車輪１０の回転方向の応力Ｆx1〜Ｆx4を求め、これらの応力に基づいて路面５６よりタイヤ１８に作用する前後力Ｆxtを正確に演算することができる。

特に第三の実施例によれば、柱状部３２Ａは単純な円柱状であり、板状部３２Ｂは単純な円環状であってよい。従って他の実施例の場合に比して弾性体３２の形状を単純化し、弾性体３２を低廉に製造することができる。

また第三の実施例によれば、各柱状部３２Ａが対応するボルト３８に実質的に密に嵌合するので、特別な位置決め手段を要することなく、弾性体３２の軸線を回転軸線１４に整合させると共に、柱状部３２Ａの軸線３２Ｃをボルト３８の軸線に整合させることができる。尚弾性体３２は各柱状部３２Ａが対応するボルト３８に少なくとも部分的に遊嵌合するよう修正されてもよい。
［第四の実施例］

図１０は本発明によるタイヤ作用力検知装置の第四の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図１１の線X−X）にて切断して示す断面図、図１１は第四の実施例の要部を図１０の線XI−XIにて切断して示す断面図、図１２は第四の実施例の要部を図１０の線XII−XIIにて切断して示す部分断面図である。

この第四の実施例は上述の第一の実施例の修正例として構成されており、この第四の実施例に於いては、上述の第一の実施例の場合と同様にカバー部材３４が設けられている。しかし弾性体３２は回転軸線１４の周りに延在する環状をなしておらず、車輪１０の回転軸線１４の周りに互いに９０°周方向に隔置された位置に四つの弾性体３２が配置されている。

弾性体３２の柱状部３２Ａはカバー部材３４の円板部３４Ａを貫通しておらず、円板部３４Ａとブレーキロータディスク２２の円板部２２Ａとの間に僅かに圧縮された状態にて配置されている。柱状部３２Ａは円筒形をなしているが、板状部３２Ｂは柱状部３２Ａの周りの狭い範囲にのみ延在している。

また各弾性体３２の板状部３２Ｂはそれと一体をなし直線４６に沿って延在する一対の帯状の支持部６４を有し、各弾性体３２は径方向の平面４４に対し対称形をなしている。カバー部材３４の円板部３４Ａの内面には柱状部３２Ａより直線４６に沿って隔置された位置に支持台座６６が一体に設けられている。

支持部６４の先端は支持台座６６に設けられた溝に圧入式に嵌め込まれており、これにより各弾性体３２は柱状部３２Ａの孔３６がブレーキロータディスク２２の円板部２２Ａ及びカバー部材３４の円板部３４Ａに設けられたボルト３８を受ける孔に整合した状態で支持台座６６により支持されている。円板部２２Ａ及び３４Ａの孔はボルト３８を密に受け入れる直径を有しているが、孔３６はボルト３８を遊嵌状態にて受け入れる直径を有している。

更に電子回路装置５０はカバー部材３４内には収容されておらず、電子回路装置５０を収容するキャップ部材６０が部分的にハブ部材２０の軸部２６に嵌入した状態にてカバー部材３４の円板部３４Ａと軸部２６との間に配置されている。

かくして図示の第四の実施例によれば、上述の第一乃至第三の実施例の場合と同様に、板状部３２Ｂの歪に基づいて各ボルト３８の位置に作用する車輪１０の回転方向の応力Ｆx1〜Ｆx4を求め、これらの応力に基づいて路面５６よりタイヤ１８に作用する前後力Ｆxtを正確に演算することができる。

特に第四の実施例によれば、各弾性体３２は支持部６４の先端が支持台座６６に設けられた溝に圧入式に嵌め込まれることによりカバー部材３４の円板部３４Ａに固定されている。従って各弾性体３２の柱状部３２Ａの孔３６を円板部２２Ａ及び３４Ａに設けられたボルト３８を受ける孔に確実に整合させることができ、これにより柱状部３２Ａの軸線３２Ｃを確実にボルト３８の軸線に整合させることができる。

また第四の実施例によれば、各柱状部３２Ａはその全長に亘りボルト３８に遊嵌合しているので、柱状部３２Ａが少なくとも部分的にボルト３８に密に嵌合している場合に比して、ボルト３８が柱状部３２Ａ及び板状部３２Ｂの弾性変形を阻害することを確実に防止することができる。

また第四の実施例によれば、四つの弾性体３２が設けられ、それらが互いに独立している。従って四つの柱状部３２Ａが一つの円環板状の板状部３２Ｂにより一体に接続されている他の実施例の場合に比して、互いに隣接する柱状部３２Ａがその周囲の板状部３２Ｂの弾性変形に影響を及ぼすことを確実に防止することができる。
［第五の実施例］

図１３は本発明によるタイヤ作用力検知装置の第五の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図１４の線XIII−XIII）にて切断して示す断面図、図１４は第五の実施例の要部を図１３の線XIV−XIVにて切断して示す断面図である。

この第五の実施例は上述の第三の実施例の修正例として構成されており、この第五の実施例に於いては、上述の第三の実施例の場合と同様に弾性体３２の柱状部３２Ａは円筒形をなしている。また弾性体３２の板状部３２Ｂは上述の第一の実施例の場合と同様に円環板状をなし、内部に電子回路装置５０を収容するキャップ部材６０の外径よりも大きい内径を有している。尚柱状部３２Ａは筒形ではなく、充実の柱状をなしていてもよい。

また上述の第三の実施例の場合と同様に柱状部３２Ａは車輪１０の回転軸線１４の周りに互いに９０°周方向に隔置された位置に設けられているが、ボルト３８を遊嵌状態にて受ける孔６８は柱状部３２Ａに対し回転軸線１４の周りに互いに４５°周方向に隔置された位置に設けられている。

また円環板状のカバープレート７０がブレーキロータディスク２２の円板部２２Ａに当接して配置されている。ボルト３８はカバープレート７０及び弾性体３２の板状部３２Ｂを貫通して延在し、ボルト３８は板状部３２Ｂに設けられた孔に密に嵌合している。カバー部材３４の円筒部の先端及び各柱状部３２Ａの一端はカバープレート７０に当接している。尚カバープレート７０は省略されてもよい。

かくして図示の第五の実施例によれば、上述の第一乃至第四の実施例の場合と同様に、板状部３２Ｂの歪に基づいて各柱状部３２Ａの位置に作用する車輪１０の回転方向の応力Ｆx1〜Ｆx4を求め、これらの応力に基づいて路面５６よりタイヤ１８に作用する前後力Ｆxtを正確に演算することができる。

特に第五の実施例によれば、各柱状部３２Ａはボルト３８に嵌合せず、ボルト３８より車輪１０の周方向に隔置されている。従って各柱状部３２Ａの位置がボルト３８の位置の制約を受けることなく、路面５６よりタイヤ１８に作用する前後力Ｆxtを演算することができる。

また第五の実施例によれば、ボルト３８は板状部３２Ｂに設けられた孔に密に嵌合しているので、弾性体３２の軸線を確実に回転軸線１４に整合させることができると共に、各柱状部３２Ａを容易に且つ正確に所定の位置に位置決めすることができる。

以上に於いては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば上述の第二及び第三の実施例に於いては、カバー部材は設けられていないが、第一の実施例等に於けるカバー部材３４と同様のカバー部材が設けられてもよく、逆に第一、第四及び第五の実施例に於いてカバー部材３４が省略されてもよい。

また上述の第一の実施例に於いては、柱状部３２Ａがカバー部材３４を貫通して延在しているが、第四及び第五の実施例の場合と同様に、柱状部３２Ａの対応する端部がカバー部材３４の円板部３４Ａに当接していてもよい。逆に第四及び第五の実施例に於いて、第一の実施例の場合と同様に、柱状部３２Ａがカバー部材３４を貫通して延在していてもよい。

また上述の第二及び第三の実施例に於いては、弾性体３２の柱状部３２Ａに作用する圧縮応力を制限する圧縮応力制限手段は設けられていないが、これらの実施例に於いても圧縮応力制限手段は設けられていてもよい。例えばキャップ部材６０にホイール１６の円板部１６Ａに当接する肩部を設けることにより、キャップ部材６０が弾性体３２の柱状部３２Ａに作用する圧縮応力を制限する圧縮応力制限手段として機能するよう構成されてもよい。

また上述の各実施例に於いては、柱状部３２Ａの断面形状は円形又は長円形を成しているが、多角形や楕円の如き任意の形状であってよい。同様に第四の実施例を除く各実施例に於いては、板状部３２Ｂは円環板状をなしているが、多角形の如き任意の形状であってよい。

また上述の各実施例に於いては、弾性体３２の温度に基づく応力の補正は行われないようになっているが、弾性体３２の温度、特に板状部３２Ｂの温度が検出されると共に、検出された温度に基づいて応力Ｆx11等又は車輪１０の回転方向に作用する応力Ｆx1〜Ｆx4が補正されるよう修正されてもよい。

また上述の各実施例に於いては、路面５６よりタイヤ１８に作用する上下力は演算されないようになっているが、各柱状部３２Ａの両側に設けられた一対の検出素子４２により検出される応力の差は車輪１０の回転に伴って正弦波状に変化するので、応力の差の正弦波状に変化に基づいて行列演算により路面５６よりタイヤ１８に作用する上下力が演算されてもよい。

駆動輪に適用された本発明によるタイヤ作用力検知装置の第一の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図２の線Ｉ−Ｉ）にて切断して示す断面図である。 第一の実施例の要部を図１の線II−IIにて切断して示す断面図である。 第一の実施例に於いて柱状部が剪断応力を受けた場合の板状部の弾性変形を誇張して示す説明図である。 第一の実施例に於いて各検出素子により検出される応力を車輪のアウトボード側より見た状態にて示す説明図である。 本発明によるタイヤ作用力検知装置の第二の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図６の線V−V）にて切断して示す断面図である。 第二の実施例の要部を図５の線VI−VIにて切断して示す断面図である。 第二の実施例の弾性体を図６の線VII−VIIにて切断して示す断面図である。 本発明によるタイヤ作用力検知装置の第三の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図９のVIII−VIII）にて切断して示す断面図である。 第三の実施例の弾性体の要部を図８の線IX−IXにて切断して示す断面図である。 本発明によるタイヤ作用力検知装置の第四の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図１１の線X−X）にて切断して示す断面図である。 第四の実施例の要部を図１０の線XI−XIにて切断して示す断面図である。 第四の実施例の要部を図１０の線XII−XIIにて切断して示す部分断面図である。 本発明によるタイヤ作用力検知装置の第五の実施例を車輪の回転軸線を通る切断面（図１４の線XIII−XIII）にて切断して示す断面図である。 第五の実施例の要部を図１３の線XIV−XIVにて切断して示す断面図である。

符号の説明

１０…車輪、１２…タイヤ作用力検知装置、１４…回転軸線、１６…ホイール、１８…タイヤ、２０…ハブ部材、２２…ブレーキロータディスク、３２…弾性体、３２Ａ…柱状部、３２Ｂ…板状部、３４…カバー部材、３８…ボルト、４２…検出素子、５０…電子回路装置、５６…路面、６０…キャップ部材、６２…スリット、６６…支持台座

Claims (8)

1. 回転軸線に垂直な円板部を有するホイールと前記ホイールの外周部に保持されるタイヤとを有する車輪と、車体により前記回転軸線の周りに回転可能に支持され前記回転軸線に垂直なホイール支持部にて前記ホイールを前記回転軸線の周りに回転可能に支持するホイール支持部材と、前記ホイールの前記円板部と前記ホイール支持部材の前記ホイール支持部とを連結する連結手段とを備えた車両に於いて、前記タイヤの接地点に作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置にして、前記円板部と前記ホイール支持部との間に配置された弾性体であって、前記回転軸線と平行に延在し両端にて前記円板部及び前記ホイール支持部に当接する柱状部と、前記両端の間にて前記柱状部と一体をなし前記柱状部の周りに延在する板状部とを備えた弾性体と、前記板状部の歪を検出することにより前記弾性体に作用する応力を検出する応力検出手段と、検出された応力に基づいてタイヤ作用力を演算する演算手段とを有することを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
2. 前記弾性体は前記回転軸線の周りに互いに隔置された複数の柱状部を有し、前記板状部は周方向に互いに隣接する前記柱状部を一体に接続していることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ作用力検出装置。
3. 前記板状部は前記弾性体に作用する応力に起因して前記板状部に作用する応力を集中させることにより前記応力検出手段が設けられた領域に於ける前記板状部の歪を増大させる応力集中部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のタイヤ作用力検出装置。
4. 前記回転軸線に沿って見て、前記応力検出手段は前記柱状部の軸線より前記車輪の径方向に垂直な方向に隔置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載のタイヤ作用力検出装置。
5. 前記連結手段は前記回転軸線と平行に延在し、前記柱状部は前記連結手段が貫通して延在する中空筒状をなすことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載のタイヤ作用力検出装置。
6. 前記柱状部は前記連結手段より前記回転軸線の周りの周方向に隔置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載のタイヤ作用力検出装置。
7. 前記タイヤ作用力検出装置は前記柱状部が前記円板部及び前記ホイール支持部より受ける圧縮応力の少なくとも一部を担持することにより前記柱状部が受ける圧縮応力を制限する圧縮応力制限手段を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載のタイヤ作用力検出装置。
8. 前記演算手段は前記弾性体に作用する応力に基づいて前記弾性体の位置に於いて前記車輪の回転方向に作用する応力を演算し、前記車輪の回転方向に作用する応力に基づいて前記タイヤの接地点に於いてタイヤの前後方向に作用する応力を演算することを特徴とする請求項１乃至７の何れか一つに記載のタイヤ作用力検出装置。

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