JP2013200171A

JP2013200171A - 車輪作用力検出装置

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Publication number: JP2013200171A
Application number: JP2012067693A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimoyama; 浩下山
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-10-03
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: JP5886665B2

Abstract

【課題】車両への装着が容易であるとともに、構造が簡素で製造が容易でありかつ出力処理のため複雑な演算処理を行なう必要がない車輪作用力検出装置を提供する。
【解決手段】車輪作用力検出装置を、サスペンション装置によって支持される車体側部材に固定される取付部４０と、車輪が固定されるとともに、取付部に対して車軸回りに回転可能に支持されたハブ１０と、車軸と実質的に同心に形成された筒状部１１１を有し、この筒状部の一方の端部が取付部に固定され、他方の端部がハブベアリングを介してハブに接続された感受体１１０と、感受体の筒状部の周面に設けられた複数のひずみゲージを含むブリッジ回路を有する分力検出手段とを備える構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の車両の車輪作用力検出装置に関し、特に車両への装着が容易であるとともに、構造が簡素で製造が容易でありかつ出力処理のため複雑な演算処理を行なう必要がないものに関する。

例えば自動車の開発、評価や、車両制御等を目的として、車輪に作用する前後力、軸方向力や、各軸回りのモーメントを検出することが求められる場合がある。従来、このような車輪作用力を測定するため、例えば直交３軸方向の力、及び、車軸方向と直交する２軸回りのモーメントを検出可能な５分力ロードセル、あるいは、これに車軸回りのモーメント検出機能を加えた６分力ロードセルを用いることが提案されている。

従来、このような６分力検出装置として、十字形に形成されたビームの表面にひずみゲージを取り付けた構造のものが用いられている。
また、例えば特許文献１には、肉薄中空円筒体の周面における周方向に互いに独立な位置に、６つのひずみゲージを具備し、これらの各ひずみゲージで検出されるひずみ量から円筒体の両端間に加えられた力による各軸方向荷重と各軸曲げモーメントを演算して求める６分力検出装置が記載されている。

特開昭６１− ７９１２９号公報

しかし、一般的な十字形のビームを有する５分力ロードセルの場合、タイヤが取り付けられるリムの内径側にアウトボード配置することは困難であり、一般にアクスル中心から離れた点での入力の計測となるために、入力を車輪作用力に換算する何らかの演算式と、これを演算する信号処理装置が必要となる。さらに、ロードセルの構造が複雑でありかつインボード配置であるために、機械的強度の不足が懸念され、耐久性の確保が困難である。
また、このようなロードセルは、ビームの機械加工やその表面へのひずみゲージの実装など製造工程が煩雑で量産には不向きであり、コストが高価であった。
一方、車両のサスペンション装置においてハブユニットが取り付けられる部材であるアップライトにひずみゲージ等のセンサを設けることも考えられるが、この場合にも演算手段が必要であり、さらに、精度の確保も困難である。

また、特許文献１に記載されたように、円筒状の感受体を用いるロードセルであれば、例えばハブユニットに内装することは可能であるが、６つのひずみセンサの出力から演算によって６分力を算出することから、やはり信号処理装置が必要となり、特にリアルタイムでの演算を行なうためには、比較的高い演算負荷に対応したものが要求される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、車両への装着が容易であるとともに、構造が簡素で製造が容易でありかつ出力処理のため複雑な演算処理を行なう必要がない車輪作用力検出装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、サスペンション装置によって支持される車体側部材に固定される取付部と、車輪が固定されるとともに、前記取付部に対して車軸回りに回転可能に支持されたハブと、前記車軸と実質的に同心に形成された筒状部を有し、該筒状部の一方の端部が前記取付部に固定され、他方の端部がハブベアリングを介して前記ハブに接続された感受体と、前記感受体の前記筒状部の周面に設けられた１分力あたり少なくとも４個のひずみゲージを含むブリッジ回路を有する分力検出手段とを備えることを特徴とする車輪作用力検出装置である。
これによれば、分力測定用のロードセルをハブユニット内に設けることによって、既存のハブユニットと換装することによって容易に車両に装着することができる。また、車輪の中心に近接した箇所に配置することが可能となり、その出力をそのまま車輪作用力として用いることが可能となる。
また、例えば十字状のビームを感受体とする既存の多分力ロードセルに対して、感受体の製造及びひずみゲージの取付工程を簡素化することが可能となり、量産化が容易となってコストを低くすることができる。
さらに、筒状部における応力斑の対称性を利用して、各分力の相互干渉を抑えるとともに、ドリフトをバランスさせ、ブリッジ回路の出力に対する信号処理演算を不要とすることが可能となり、信号処理系の構造を大幅に簡素化することができる。

請求項２に係る発明は、前記分力検出手段は、前記筒状部の径方向に作用する２分力をそれぞれ検出する第１の径方向分力検出手段及び第２の径方向分力検出手段と、前記筒状部の軸方向に作用する分力を検出する軸方向分力検出手段と、前記筒状部の径方向に沿った２軸回りに作用するモーメントをそれぞれ検出する第１の径方向回りモーメント検出手段及び第２の径方向回りモーメント検出手段とを含み、前記第１の径方向分力検出手段、前記第２の径方向分力検出手段、前記第１の径方向回りモーメント検出手段、前記第２の径方向回りモーメント検出手段は、それぞれ前記筒状部に設けられた第１乃至第４の単軸ひずみゲージを含むブリッジ回路を有し、第２の単軸ひずみゲージは、第１の単軸ひずみゲージに対して前記筒状部の中心軸方向に離間して配置され、第３の単軸ひずみゲージ及び第４の単軸ひずみゲージは、それぞれ第２の単軸ひずみゲージ及び第１の単軸ひずみゲージに対して前記筒状部の中心軸回りにほぼ１８０度ずらした位置に配置され、前記軸方向分力検出手段は、前記筒状部の周方向にほぼ等間隔に分散して設けられた第１乃至第４の単軸ひずみゲージを含むブリッジ回路を有することを特徴とする請求項１に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、全ての分力、モーメントの中心軸が１点に集中するいわゆる単焦点型の構成とすることが容易であり、分力相互間の干渉が低減されて補償換算が不要となる。

請求項３に係る発明は、前記分力検出手段は、前記筒状部の軸回りに作用するモーメントを検出する軸方向回りモーメント検出手段を含み、前記軸方向回りモーメント検出手段は、前記筒状部の周方向にほぼ等間隔に分散して設けられた第１乃至第４のせん断形ひずみゲージを含むブリッジ回路を有することを特徴とする請求項２に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、車軸回りのモーメントを検出することによって、転がり抵抗の測定や補償用、故障検出用などに利用することが可能となる。

請求項４に係る発明は、前記筒状部は、内径及び外径が実質的に一定あるいは一方の端部からの距離に比例して変化する円筒状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、感受体を例えば簡単な旋盤加工等によって形成することが可能となり、その製造工程を簡素化して、量産により適した仕様とすることができる。
また、感受体を円形断面とすることによって、応力斑の対称性を確保することができる。

請求項５に係る発明は、前記ハブベアリングは前記ハブに固定され又は前記ハブと一体に形成される外輪、及び、前記外輪の内径側に配置される内輪を有し、前記感受体は、前記内輪に固定されるとともに、前記筒状部の少なくとも一部が前記内輪の内径側に挿入されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、ハブユニットをコンパクトにして軸方向長さを短縮することが可能となり、分力検出手段の焦点を車輪中心に近づけあるいは一致させることが容易となる。

請求項６に係る発明は、前記ハブは、ドライブシャフトのスプライン軸が挿入されるとともに、少なくとも一部が前記感受体の内径側に挿入されたドライブシャフト取付部を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、ドライブシャフトが設けられる駆動輪であっても、容易に本発明の車輪作用力検出装置を装着することができる。

請求項７に係る発明は、前記分力検出手段の焦点を前記車輪の中心と実質的に一致させたことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、焦点と車輪の中心とがずれた場合に必要となる演算を不要として装置の簡素化を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、車両への装着が容易であるとともに、構造が簡素で製造が容易でありかつ出力処理のため複雑な演算処理を行なう必要がない車輪作用力検出装置を提供することができる。

本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例であるハブユニットを示す図である。図１のハブユニットにおける感受体を中心軸を含む平面で切って見た断面図である。図２の感受体に設けられるひずみゲージの配置を示す模式的斜視図である。実施例のハブユニットにおける力検出系のブリッジ回路の構成を示す図である。実施例のハブユニットにおけるモーメント検出系のブリッジ回路の構成を示す図である。

本発明は、車両への装着が容易であるとともに、構造が簡素で製造が容易でありかつ出力処理のため複雑な演算処理を行なう必要がない車輪作用力検出装置を提供する課題を、アップライトとハブベアリングとの間に円筒部を有する感受体を配置し、円筒部の表面に一分力あたり４つのひずみゲージを設けてブリッジ回路を構成することによって解決した。

以下、本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例であるハブユニットについて説明する。
図１は、本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例であるハブユニットを示す図であって、図１（ａ）は車軸（車輪の回転中心軸）を通る鉛直面で切って見た断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のｂ−ｂ部矢視図である。

実施例のハブユニットは、例えば乗用車等の自動車において、車体に対して揺動するサスペンションアームの先端部に支持されたアップライト（ハウジング）に固定されるとともに、タイヤ及びリムからなる車輪を回転可能に支持するものである。
例えばサスペンション装置がストラット式である場合は、アップライトは上端部がサスペンションストラットを構成するショックアブソーバのシェルケース下端部に固定され、下端部がボールジョイント等を介してロワアームに連結される。
また、サスペンション装置がマルチリンク式やダブルウィッシュボーン式である場合は、アップライトはその上端部及び下端部がそれぞれアッパアーム及びロワアームに揺動可能に連結され、さらに、必要に応じてトレーリングアーム等が接続される。

図１に示すように、ハブユニット１は、ハブ１０、ベアリング２０、感応部３０、取付部４０、６分力検出装置１００等を有して構成されている。
ハブ１０は、図示しない車輪のリムセンター部が固定され、車輪とともに車軸回りに回転する部材である。
ハブ１０は、円盤部１１、センター部１２、ドライブシャフト取付部１３、外筒部１４、ベアリング固定リング１５等を有して構成されている。

円盤部１１は、車軸と実質的に同心に形成され、ほぼ平板状に形成されている。
円盤部１１には、車輪の締結に用いられるハブボルトＢが例えば５本、所定のピッチ円上に等間隔に分散して配置されている。
センター部１２は、円盤部１１の中央部から車幅方向外側へ突き出した円筒状の部分である。
センター部１２は、リムに設けられた図示しない凹部に挿入され、車輪取付時に車輪とハブ１０とが同心に取付可能なよう案内するものである。
ドライブシャフト取付部１３は、円盤部１１の中央部から車幅方向内側へ突き出した円筒状の部分である。
ドライブシャフト取付部１３の内径側には、図示しないドライブシャフトのスプライン軸部とスプライン係合するスプライン穴部が形成される。
また、ドライブシャフト取付部１３は、その主要部が、６分力検出装置１００の感受体１１０の内径側に挿入されている。

外筒部１４は、円盤部１１の外周縁部から車幅方向内側へ突き出して形成された円筒状の部分である。外筒部１４は、車軸と実質的に同心に形成されている。
外筒部１４は、ベアリング２０の外輪２１が固定される部分である。
外筒部１４の内周面部には、外輪２１を保持するために、車幅方向内側の端部から、外輪２１の幅と実質的に同じ幅まで内径を段状に大きくした部分が形成され、外輪２１はその内部に嵌め込まれる。
以上説明した円盤部１１、センター部１２、ドライブシャフト取付部１３、外筒部１４は、例えば鍛造によって形成されたワークに対し機械加工を施すことによって、一体に形成されている。

ベアリング固定リング１５は、外筒部１４の車幅方向内側の端部に、例えばビス止めによって固定される円環状の部材である。
ベアリング固定リング１５は、外筒部１４と実質的に同等の外径、及び、ベアリング２０の外輪２１の外径よりも小さい内径を有し、外筒部１４に組み込まれた外輪２１の車幅方向内側の端部を保持してその脱落を防止するものである。

ベアリング２０は、ハブ１０を車軸回りに回転可能に支持する例えば複列の深溝玉軸受であって、内径側に軌道面が形成された外輪２１、外径側に軌道面が形成された内輪２２、及び、これらの間に組み込まれる転動体である鋼球２３等を有して構成されている。

感応部３０は、ハブ１０の外筒１４の内径側に配置され、ベアリング２０の内輪２２が固定される部材である。
感応部３０は、円盤部３１、外筒部３２、ベアリング固定リング３３等を有して構成されている。
円盤部３１は、車軸と実質的に同心かつほぼ平板状に形成されている。円盤部３１の中央部には、ハブ１０のドライブシャフト取付部１３が挿入される円形開口が形成されている。
円盤部３１の内周縁部には、後述する６分力検出装置１００の感受体１１０の第１フランジ１１２が締結される。

外筒部３２は、円盤部３１の外周縁部から車幅方向内側に突き出して形成された円筒状の部分である。外筒部３２は、車軸と実質的に同心に形成されている。
外筒部３２は、ベアリング２０の内輪２２が固定される部分である。
外筒部３２の外周面部には、内輪２２を保持するために、車幅方向外側の端部から、内輪２２の幅と実質的に同じ幅まで外径を段状に小さくした部分が形成され、この部分は内輪２２の内径側に挿入される。
以上説明した円盤部３１及び外筒部３２は、例えば鍛造によって形成されたワークに対し機械加工を施すことによって、一体に形成されている。

ベアリング固定リング３３は、外筒部３２の車幅方向外側の端部に、例えばビス止めによって固定される円環状の部材である。
ベアリング固定リング３３は、内輪２２の内径よりも大きい外径を有し、外筒部３２に組み込まれた内輪２２の車幅方向外側の端部を保持してその脱落を防止するものである。

取付部４０は、図示しないアップライトに固定されるプレート状の部材である。
取付部４０の外周縁部には、外径側へ張り出して形成され、アップライトへの固定用ボルトが締結されるボルト孔を有する取付用タブ４１が、例えば４箇所形成されている。
取付部４０の中央部には、６分力検出装置１００の感受体１１０が挿入される円形開口が形成されている。この円形開口の内周縁部には、感受体１１０の第２フランジ１１３が締結される。

６分力検出装置１００は、実質的に円筒状に形成され、感応部３０と取付部４０とを連結する感受体１１０及びこの感受体１１０に設けられた複数のひずみゲージ及びこのひずみゲージを含むブリッジ回路を有して構成されている。
図２は、実施例の６分力検出装置１００における感受体１１０を中心軸を含む平面で切って見た断面図である。
図２に示すように、感受体１１０は、円筒部１１１、第１フランジ１１２、第２フランジ１１３等を有して形成されている。

円筒部１１１は、所定の軸方向長さにわたって内径及び外径が実質的に一定である円筒状に形成された部分であって、後述する複数のひずみゲージが貼付（接着）される部分である。円筒部１１１は、車軸と実質的に同心に配置されている。
第１フランジ１１２は、円筒部１１１の一方の端部に設けられ、円筒部１１１に対して外径側及び内径側にそれぞれ張り出して形成された平板状の部分である。
第１フランジ１１２は、感応部３０の円盤部３１の内周縁部が固定されるものであって、図示しないボルトが締結されるネジ孔１１２ａが形成されている。
また、円筒部１１１と第１フランジ１１２との間には、外径及び内径がこれらの中間となるように設定された中間部１１４が設けられている。中間部１１４の外周面は、円筒部１１１の外周面に対して段状に径を大きくして形成されている。また、中間部１１４の内周面は、円筒部１１１の内周面に対して段状に径を小さくして形成されている。

第１フランジ１１２の外径側における第２フランジ１１３側の端面と、中間部１１４の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ１）が設けられている。
中間部１１４の外径側における第２フランジ１１３側の端面と、円筒部１１１の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ２）が設けられている。
第１フランジ１１２の内径側における第２フランジ１１３側の端面と、中間部１１４の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ３）が設けられている。
中間部１１４の内径側における第２フランジ１１３側の端面と、円筒部１１１の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ４）が設けられている。
上述した各Ｒ部（Ｒ１〜Ｒ４）のうち、Ｒ１とＲ３とは、感受体１１０の軸方向における位置がほぼ一致して配置されている。
また、Ｒ２とＲ４とは、感受体１１０の軸方向における位置が、Ｒ２のほうが第２フランジ１１３側となるようにオフセットして配置されている。

第２フランジ１１３は、円筒部１１１の第１フランジ１１２とは反対側の端部に設けられ、円筒部１１１に対して外径側及び内径側にそれぞれ張り出して形成された平板状の部分である。
第２フランジ１１３は、取付部４０の内周縁部が固定されるものであって、図示しないボルトが挿入されるボルト孔１１３ａが形成されている。
図１に示すように、取付部４０の内周縁部は、第２フランジ１１３の第１フランジ１１２側の面部と当接するように配置され、第２フランジ１１３のボルト孔１１３ａに車幅方向内側から挿入されるボルトによって締結される。

円筒部１１１と第２フランジ１１３との間には、外径及び内径がこれらの中間となるように設定された中間部１１５が設けられている。中間部１１５の外周面は、円筒部１１１の外周面に対して段状に径を大きくして形成されている。また、中間部１１５の内周面は、円筒部１１１の内周面に対して段状に径を小さくして形成されている。

第２フランジ１１３の外径側における第１フランジ１１２側の端面と、中間部１１５の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ５）が設けられている。
中間部１１５の外径側における第１フランジ１１２側の端面と、円筒部１１１の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ６）が設けられている。
第２フランジ１１３の内径側における第１フランジ１１２側の端面と、中間部１１５の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ７）が設けられている。
中間部１１５の内径側における第１フランジ１１２側の端面と、円筒部１１１の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ８）が設けられている。
上述した各Ｒ部（Ｒ５〜Ｒ８）のうち、Ｒ５とＲ７とは、感受体１１０の軸方向における位置がほぼ一致して配置されている。
また、Ｒ６とＲ８とは、感受体１１０の軸方向における位置が、Ｒ６のほうが第１フランジ１１２側となるようにオフセットして配置されている。
なお、第１フランジ１１２の厚さｔ１及び第２フランジ１１３の厚さｔ２は、円筒部１１１の肉厚ｔ０に対して十分大きくなるように設定される。

６分力検出装置１００は、上述した感受体１１０の円筒部１１１に設けられるひずみゲージを含むブリッジ回路をそれぞれ有するＦｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系、Ｍｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系をそれぞれ有する。
Ｆｘ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用する径方向（以下、ｘ軸方向と称する）の力Ｆｘを検出するものである。
Ｆｙ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用するｘ軸方向と直交する方向の径方向（以下、ｙ軸方向と称する）の力Ｆｙを検出するものである。
Ｆｚ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用する軸方向（以下、ｚ軸方向と称する）の力Ｆｚを検出するものである。

Ｍｘ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用するｘ軸回りのモーメントＭｘを検出するものである。
Ｍｙ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用するｙ軸回りのモーメントＭｙを検出するものである。
Ｍｚ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用するｚ軸回りのモーメントＭｚを検出するものである。

上述したＦｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系、Ｍｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系は、それぞれ４つのひずみゲージを含むブリッジ回路を有して構成されている。
図３は、実施例の６分力検出装置におけるひずみゲージの配置を示す模式的斜視図である。
図４は、実施例の６分力検出装置における力検出系のひずみゲージの配置及びブリッジ回路の構成を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、それぞれＦｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系を示している。
図５は、実施例の６分力検出装置におけるモーメント検出系のブリッジ回路の構成を示す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、それぞれＭｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系を示している。
なお、図４、図５においては、中間部１１４、１１５等は図示を省略している。

図３及び図４に示すように、Ｆｘ検出系は、ひずみゲージ１２１〜１２４を有して構成されている。ひずみゲージ１２１〜１２４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１２１は、円筒部１１１の外周面における第１フランジ１１２側の領域（中間部１１４に近接した領域）に配置されている。
ひずみゲージ１２２は、ひずみゲージ１２１を通りかつ円筒部１１１の軸方向と平行な直線上に配置され、円筒部１１１の外周面における第２フランジ１１３側の領域（中間部１１５に近接した領域）に配置されている。
ひずみゲージ１２３は、ひずみゲージ１２２からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１２２に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ１２４は、ひずみゲージ１２１からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１２１に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図４（ａ）に示すように、Ｆｘ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１２１〜１２４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１２２とひずみゲージ１２３との間、及び、ひずみゲージ１２１とひずみゲージ１２４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１２１とひずみゲージ１２２との間、及び、ひずみゲージ１２３とひずみゲージ１２４との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｆｙ検出系は、ひずみゲージ１３１〜１３４を有して構成されている。ひずみゲージ１３１〜１３４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１３１は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２１に対して、円筒部１１１の中心軸回りに９０度ずらして配置されている。
ひずみゲージ１３２は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２２に対して、円筒部１１１の中心軸回りに９０度ずらして配置されている。
ひずみゲージ１３１とひずみゲージ１３２とは、円筒部１１１の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ１３３は、ひずみゲージ１３２からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１３２に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ１３４は、ひずみゲージ１３１からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１３１に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図４（ｂ）に示すように、Ｆｙ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１３１〜１３４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１３２とひずみゲージ１３３との間、及び、ひずみゲージ１３１とひずみゲージ１３４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１３１とひずみゲージ１３２との間、及び、ひずみゲージ１３３とひずみゲージ１３４との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｆｚ検出系は、ひずみゲージ１４１〜１４４を有して構成されている。ひずみゲージ１４１〜１４４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１４１は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２１、１２２の中間に配置されている。
ひずみゲージ１４２，１４３，１４４は、それぞれひずみゲージ１４１に対して、円筒部１１１の中心軸回りの位相が、９０度、１８０度、２７０度ずれた位置に配置されている。

また、図４（ｃ）に示すように、Ｆｚ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１４１，１４２，１４４，１４３をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１４１とひずみゲージ１４３との間、及び、ひずみゲージ１４２とひずみゲージ１４４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１４１とひずみゲージ１４２との間、及び、ひずみゲージ１４３とひずみゲージ１４４との間の電位差を出力として抽出するものである。

図３及び図５に示すように、Ｍｘ検出系は、ひずみゲージ１５１〜１５４を有して構成されている。ひずみゲージ１５１〜１５４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１５１は、Ｆｙ検出系のひずみゲージ１３１に対して、円筒部１１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ１５２は、Ｆｙ検出系のひずみゲージ１３２に対して、円筒部１１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ１５１とひずみゲージ１５２とは、円筒部１１１の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ１５３は、ひずみゲージ１５２からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１５２に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ１５４は、ひずみゲージ１５１からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１５１に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図５（ａ）に示すように、Ｍｘ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１５１，１５３，１５２，１５４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１５１とひずみゲージ１５３との間、及び、ひずみゲージ１５２とひずみゲージ１５４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１５１とひずみゲージ１５４との間、及び、ひずみゲージ１５３とひずみゲージ１５２との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｍｙ検出系は、ひずみゲージ１６１〜１６４を有して構成されている。ひずみゲージ１６１〜１６４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１６１は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２１に対して、円筒部１１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ１６２は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２２に対して、円筒部１１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ１６１とひずみゲージ１６２とは、円筒部１１１の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ１６３は、ひずみゲージ１６２からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１６２に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ１６４は、ひずみゲージ１６１からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１６１に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図５（ｂ）に示すように、Ｍｙ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１６１，１６３，１６２，１６４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１６１とひずみゲージ１６３との間、及び、ひずみゲージ１６２とひずみゲージ１６４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１６１とひずみゲージ１６４との間、及び、ひずみゲージ１６３とひずみゲージ１６２との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｍｚ検出系は、ひずみゲージ１７１〜１７４を有して構成されている。ひずみゲージ１７１〜１７４は、せん断形のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の周方向となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１７１は、Ｆｚ検出系のひずみゲージ１４１、１４２の中間に配置されている。
ひずみゲージ１７２は、Ｆｚ検出系のひずみゲージ１４２，１４４の中間に配置されている。
ひずみゲージ１７３，１７４は、それぞれひずみゲージ１７２，１７１に対して、円筒部１１１の中心軸対称となる位置に配置されている。

また、図５（ｃ）に示すように、Ｍｚ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１７１，１７３，１７４，１７２をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１７１とひずみゲージ１７３との間、及び、ひずみゲージ１７２とひずみゲージ１７４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１７１とひずみゲージ１７２との間、及び、ひずみゲージ１７３とひずみゲージ１７４との間の電位差を出力として抽出するものである。

上述した各検出系のひずみゲージは、各検出系がそれぞれ有する焦点Ｆが、図示しない車輪の中心（車軸上におけるタイヤ幅の中心）と実質的に一致するように配置されている。

以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）分力測定用のロードセルである６分力検出装置１００をハブユニット１内に設けることによって、既存のハブユニットと換装することによって、容易に本実施例のハブユニット１を車両に装着することができる。また、車輪の中心に近接した箇所に配置することが可能となり、その出力をそのまま車輪作用力として用いることが可能となる。
また、感受体１１０は、例えば旋盤による機械加工等によって比較的容易に形成することが可能であり、ひずみゲージは円筒部１１１の表面側のみに実装されることから、例えば十字状のビームを感受体とする既存の６分力検出装置に対して、感受体１１０の製造及びひずみゲージの取付工程を簡素化することが可能となり、量産に適しかつコストが安価である。
さらに、回路もプリントにより一体に形成することが可能である。
（２）円筒部１１１における応力斑の対称性を利用して、各分力の相互干渉を抑えるとともに、ドリフトをバランスさせ、ブリッジ回路の出力に対する信号処理演算を不要とすることが可能となり、信号処理系の構造を大幅に簡素化することができる。
（３）全ての分力、モーメントの中心軸が１点に集中するいわゆる単焦点型の構成とすることが容易であり、分力相互間の干渉が低減されて補償換算が不要となる。
また、このような焦点を車輪の中心と実質的に一致させることによって、計測位置と車輪中心とのずれに起因して必要となる演算処理を不要とすることができる。
（４）円筒部１１１と中間部１１４との間のＲ部Ｒ２，Ｒ４をオフセットして配置するとともに、円筒部１１１と中間部１１５との間のＲ部Ｒ６、Ｒ８をオフセットして配置することによって、第１フランジ１１２、第２フランジ１１３に支持部または入力部を固定する際の締結トルク等の影響が円筒部１１１に及ぶことを防止し、より高精度な６分力の検出を行なうことができる。
（５）車輪の上下力、前後力、軸方向力、及び、鉛直軸、前後軸回りのモーメントからなる５分力に加えて、車軸回りのモーメントも検出することによって、転がり抵抗の測定や補償用、故障検出用などを行なうことができる。
（６）感受体１１０がベアリング２０の内径側に配置される構成とすることによって、ハブユニット１をコンパクトにして軸方向長さを短縮することが可能となり、６分力検出装置１００の各検出系の焦点を車輪中心に近づけあるいは一致させることが容易となる。
（７）ハブ１０のドライブシャフト取付部１３を感受体１１０の内径側に配置したことによって、ドライブシャフトが設けられる駆動輪であっても容易に実施例のハブユニット１を装着することができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）ハブユニットを構成する各部材の形状、構造、材質、配置等は、適宜変更することが可能である。
例えば、ベアリングの外輪又は内輪を、例えばハブや感応部等の他の部材と一体に形成してもよい。また、実施例ではハブ側に外輪を設けているが、ハブ側を内輪としてもよい。
さらに、ベアリングの種類も例えば円錐ころ軸受など他の種類のものであってもよい。
（２）実施例では、６分力検出装置の感受体の筒状部は、一例として一様の外径、内径を有する円筒状に形成したが、本発明はこれに限らず、例えば、外径及び内径が軸方向距離に応じて変化するテーパ状の筒状体としてもよい。さらに、断面形状も円形には限定されず、多角形断面やその他の断面形状であってもよい。
（３）実施例では、例えば６分力を検出しているが、本発明はこれに限らず、これらのうち一部の分力のみ検出する構成としてもよい。例えば、車軸回りのモーメントを省略した５分力を検出する構成としてもよい。
（４）各分力検出系において用いられる各ひずみゲージは、単一のひずみゲージからなる構成に限らず、複数のひずみゲージを並列あるいは直列に接続して一つのひずみゲージとして用いるようにしてもよい。このような構成とすることによって、感度の向上等を図ることができる。
（５）円筒部の両端に設けられる段部の有無、寸法、形状や、境界部におけるＲの設定などは、上述した実施例の構成に限らず、適宜変更することが可能である。
（６）実施例では各ひずみゲージは円筒部の外周面に貼付されているが、内周面に貼付する構成としてもよい。

１ハブユニット１０ハブ
１１円盤部１２センター部
１３ドライブシャフト取付部１４外筒部
１５ベアリング固定リング２０ベアリング
２１外輪２２内輪
２３鋼球３０感応部
３１円盤部３２外筒部
３３ベアリング固定リング４０取付部
４１取付用タブ
１００６分力検出装置１１０感受体
１１１円筒部１１２第１フランジ
１１２ａネジ孔１１３第２フランジ
１１３ａボルト孔１１４中間部
１１５中間部Ｒ１〜Ｒ８Ｒ部
１２１〜１２４Ｆｘ検出系の単軸ひずみゲージ
１３１〜１３４Ｆｙ検出系の単軸ひずみゲージ
１４１〜１４４Ｆｚ検出系の単軸ひずみゲージ
１５１〜１５４Ｍｘ検出系の単軸ひずみゲージ
１６１〜１６４Ｍｙ検出系の単軸ひずみゲージ
１７１〜１７４Ｍｚ検出系のせん断形ひずみゲージ
Ｆ焦点Ｂハブボルト

Claims

サスペンション装置によって支持される車体側部材に固定される取付部と、
車輪が固定されるとともに、前記取付部に対して車軸回りに回転可能に支持されたハブと、
前記車軸と実質的に同心に形成された筒状部を有し、該筒状部の一方の端部が前記取付部に固定され、他方の端部がハブベアリングを介して前記ハブに接続された感受体と、
前記感受体の前記筒状部の周面に設けられた１分力あたり少なくとも４個のひずみゲージを含むブリッジ回路を有する分力検出手段と
を備えることを特徴とする車輪作用力検出装置。
前記分力検出手段は、前記筒状部の径方向に作用する２分力をそれぞれ検出する第１の径方向分力検出手段及び第２の径方向分力検出手段と、前記筒状部の軸方向に作用する分力を検出する軸方向分力検出手段と、前記筒状部の径方向に沿った２軸回りに作用するモーメントをそれぞれ検出する第１の径方向回りモーメント検出手段及び第２の径方向回りモーメント検出手段とを含み、
前記第１の径方向分力検出手段、前記第２の径方向分力検出手段、前記第１の径方向回りモーメント検出手段、前記第２の径方向回りモーメント検出手段は、それぞれ前記筒状部に設けられた第１乃至第４の単軸ひずみゲージを含むブリッジ回路を有し、第２の単軸ひずみゲージは、第１の単軸ひずみゲージに対して前記筒状部の中心軸方向に離間して配置され、第３の単軸ひずみゲージ及び第４の単軸ひずみゲージは、それぞれ第２の単軸ひずみゲージ及び第１の単軸ひずみゲージに対して前記筒状部の中心軸回りにほぼ１８０度ずらした位置に配置され、
前記軸方向分力検出手段は、前記筒状部の周方向にほぼ等間隔に分散して設けられた第１乃至第４の単軸ひずみゲージを含むブリッジ回路を有すること
を特徴とする請求項１に記載の車輪作用力検出装置。
前記分力検出手段は、前記筒状部の軸回りに作用するモーメントを検出する軸方向回りモーメント検出手段を含み、
前記軸方向回りモーメント検出手段は、前記筒状部の周方向にほぼ等間隔に分散して設けられた第１乃至第４のせん断形ひずみゲージを含むブリッジ回路を有すること
を特徴とする請求項２に記載の車輪作用力検出装置。
前記筒状部は、内径及び外径が実質的に一定あるいは一方の端部からの距離に比例して変化する円筒状に形成されること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置。
前記ハブベアリングは前記ハブに固定され又は前記ハブと一体に形成される外輪、及び、前記外輪の内径側に配置される内輪を有し、
前記感受体は、前記内輪に固定されるとともに、前記筒状部の少なくとも一部が前記内輪の内径側に挿入されること
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置。
前記ハブは、ドライブシャフトのスプライン軸が挿入されるとともに、少なくとも一部が前記感受体の内径側に挿入されたドライブシャフト取付部を有すること
を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置。
前記分力検出手段の焦点を前記車輪の中心と実質的に一致させたこと
を特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置。