JP2642865B2

JP2642865B2 - トルク測定装置

Info

Publication number: JP2642865B2
Application number: JP6056811A
Authority: JP
Inventors: 敦生広田
Original assignee: Ship Research Institute
Current assignee: Ship Research Institute
Priority date: 1994-03-03
Filing date: 1994-03-03
Publication date: 1997-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-20
Also published as: JPH07243925A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のハンドル操作
の際のねじりトルクや自動車のブレーキテストにおける
ねじりトルクの測定など、特に、回転軸により支えら
れ、トルク計を装着することができない被測定用回転体
に作用するねじりトルクを測定するために用いるのに適
するトルク測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車の操縦性安定性等の試験
を行う場合、操舵力の測定が不可欠の要素である。従来
においては、一般に操舵力角計と称する装置を使用して
操舵力が測定されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の装置は、ステアリング軸付近のねじりトルクを歪
ゲージによって検出しており、実際にハンドル周上に作
用している操舵トルク（ねじりトルク）を検出している
わけではない。

【０００４】当然のことながら、ステアリング軸は車体
に固定されておらず、大きく回転するため、このステア
リング軸回りに発生する角加速度、すなわち、ハンドル
輪の角加速度が非常に大きくなり、ハンドル輪の慣性モ
ーメントによる慣性トルクの影響を受け、ステアリング
軸のねじりトルクとハンドル周上に実際に作用している
操舵トルクとの間に大きな差を生じることとなる。

【０００５】通常の操舵力角計による測定結果と実操舵
力との間にどの程度の差があるかを調べるため、ハンド
ル周上に極く軽量のカンチレバー式の力センサ（検出器
の慣性質量は数グラム）を取付け、これとステアリング
軸のねじりトルク（操舵力に換算）を同時に測定した結
果を図７に示す。図７において、点線は通常の操舵力角
計によりステアリング軸トルクから測定した操舵力を示
し、実線は力センサにより測定した真の操舵力を示して
いる。

【０００６】力センサによる測定においては、力センサ
の性格上、通常のハンドル操作を行うことができないの
で、センサ先端に結んだ紐にパルス状の力を作用させた
時のものであるが、図７からも両者間に極めて大きな差
があり、通常の操舵力計を使用した場合、操舵力とは全
く別のものを測定していることになるのは明らかであ
る。

【０００７】このような問題は、フライホイール、ロー
ラ等の各種の被測定用回転体とこれを支える軸を有する
装置において、被測定用回転体表面に作用するねじりト
ルクを測定する際、被測定用回転体表面にトルク計を装
着することが不可能である場合に共通して生じる。した
がって、操舵トルク等、トルク計を装着することができ
ない被測定回転体に作用するねじりトルクを高精度に測
定するには、上記慣性力の影響を除去することが必要と
なる。

【０００８】本発明は、上記のような従来の問題を解決
するものであり、トルク計を装着することができない被
測定用回転体のねじりトルクの測定に際し、動的な状況
において問題となる慣性モーメントによる慣性トルクの
影響を除去して被測定用回転体の表面に作用している真
のねじりトルクを測定することができ、したがって、被
測定用回転体の性能試験の精度を向上させることができ
るようにしたトルク測定装置を提供することを目的とす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の技術的手段は、被測定用回転体に一体に回転
し得るように接合され、付加質量を有する接合部材と、
上記接合部材の二箇所のねじりトルクを測定する測定手
段とを備え、上記被測定用回転体の慣性トルクの影響を
除去し、上記被測定用回転体の表面に作用するトルクを
測定するように構成したものである。

【００１０】そして、上記技術的手段において、接合部
材が、被測定用回転体に接合され、一つの付加質量を有
する軸状部材からなり、測定手段が、上記付加質量を挟
んだ両側で上記軸状部材に作用するねじりトルクを測定
するように構成することができる。

【００１１】または、接合部材が、被測定用回転体に接
合された第１の軸状の接合部材および被測定用回転体に
接合され、付加質量を有する第２の接合部材からなり、
測定手段が、上記第１の接合部材に作用するねじりトル
クおよび上記第２の接合部材における上記被測定用回転
体と付加質量との間に作用するねじりトルクを測定する
ように構成することができる。

【００１２】または、接合部材が、被測定用回転体に接
合された第１の軸状の接合部材およびこの第１の接合部
材に接合され、付加質量を有する第２の接合部材からな
り、測定手段が、上記第１の接合部材に作用するねじり
トルクおよび上記第２の接合部材における上記第１の接
合部材と付加質量との間に作用するねじりトルクを測定
するように構成することができる。

【００１３】

【作用】上記のように構成された本発明によれば、被測
定用回転体に一体に回転し得るように接合され、付加質
量を有する接合部材の二箇所のねじりトルクを検出する
ことにより、動的な状況において問題となる被測定用回
転体の慣性モーメントによる慣性トルクの影響を除去し
て、本来必要な被測定用回転体の表面に作用するねじり
トルクを測定することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。まず、本発明の第１の実施例について
説明する。図１は本発明の第１の実施例におけるトルク
測定装置を示す原理説明図である。

【００１５】図１に示すように、ハンドル１の中心部に
軸状の接合部材２が一体に回転し得るように接合され、
接合部材２は車体に回転可能に支持されたステアリング
軸（図示省略）に一体に回転し得るように連係されてい
る。接合部材２はその中間部に付加質量（フライホイー
ル）３を質量可変となるように有している。付加質量３
は接合部材２を中間部で切断してその切断箇所を接合す
るように取付けてもよく、一本の連続した接合部材２の
中間部外周に取付けてもよい。そして、接合部材２にお
ける付加質量３を挟んだ両側のＡ部とＢ部に作用するね
じりトルクが歪ゲージ等を用いた測定手段（図示省略）
により測定されるように構成されている。

【００１６】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図２は本発明の第２の実施例におけるトルク測定
装置を示す原理説明図である。

【００１７】図２に示すように、ハンドル１の中心部に
軸状の第１の接合部材４が一体に回転し得るように接合
され、接合部材４は車体に回転可能に支持されたステア
リング軸（図示省略）に一体に回転し得るように連係さ
れている。ハンドル１の外周部に円筒状の第２の接合部
材５の一側が一体に回転し得るように接合され、第２の
接合部材５はその他側に第１の接合部材４の周囲で第１
の接合部材４と結合関係のない付加質量３を質量可変と
なるように有している。そして、第１の接合部材４にお
けるハンドル１側寄り位置のＡ部と第２の接合部材５に
おけるハンドル１と付加質量３との間のＢ部に作用する
ねじりトルクが歪ゲージ等を用いた測定手段（図示省
略）により測定されるように構成されている。

【００１８】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。図３は本発明の第３の実施例におけるトルク測定
装置を示す原理説明図である。

【００１９】図３に示すように、ハンドル１の中心部に
軸状の第１の接合部材４が一体に回転し得るように接合
され、第１の接合部材４に第２の接合部材６の基部が一
体に回転し得るように接合され、第１の接合部材４、若
しくは第２の接合部材６が車体に回転可能に支持された
ステアリング軸（図示省略）に一体に回転し得るように
連係されている。第２の接合部材６はその先端部に付加
質量３を質量可変となるように有している。そして、第
１の接合部材４におけるハンドル１側寄り位置のＡ部と
第２の接合部材６における第１の接合部材４と付加質量
３との間のＢ部に作用するねじりトルクが歪ゲージ等を
用いた測定手段（図示省略）により測定されるように構
成されている。

【００２０】上記第１ないし第３の各実施例において、
各部の剛性が十分高いと仮定できる周波数範囲において
は、発生する角加速度が各部で同一と考えてよい。した
がって、図１に示す上記第１の実施例における運動方程
式は、次の（１），（２）式で表わされる。

【００２１】

【数１】

【００２２】（１），（２）式から次の（３）式が得ら
れる。Ｔ＝−（Ｉ₁ ／Ｉ₂ ＋１）・Ｔ₁ ＋（Ｉ₁ ／Ｉ₂ ）・Ｔ₂ …（３）

【００２３】同様に、図２に示す上記第２の実施例にお
ける運動方程式は、次の（４），（５）式で表わされ
る。

【００２４】

【数２】

【００２５】（４），（５）式から次の（６）式が得ら
れる。Ｔ＝−Ｔ₁ −（Ｉ₁ ／Ｉ₂ ＋１）・Ｔ₂ …（６）

【００２６】また、図３に示す上記第３の実施例におけ
る運動方程式は、次の（７），（８）式で表わされる。

【００２７】

【数３】

【００２８】（７），（８）式から次の（９）式が得ら
れる。Ｔ＝−Ｔ₁ ＋（Ｉ₁ ／Ｉ₂ ）・Ｔ₂ …（９）

【００２９】したがって、上記第１ないし第３のいずれ
の実施例においても、ハンドル１の操作に際し、ハンド
ル１に接合された接合部材２、若しくは４、５、若しく
は４、６のＡ，Ｂ二箇所のねじりトルクＴ₁ およびＴ₂
を測定することにより、目的としているハンドル１の操
舵トルク（ねじりトルク）Ｔが測定可能となることがわ
かる。

【００３０】この場合、Ａ，Ｂ二箇所のねじりトルクＴ
₁ およびＴ₂ を別個に測定した後、上記（３），
（６）、あるいは（９）式に基づいた演算を行うことに
より、必要なハンドル１の周上のねじりトルクＴを得る
ことができる。また、ねじりトルクＴ₁ およびＴ₂ の測
定部Ａ，Ｂの感度と慣性モーメントＩ₁ ，Ｉ₂ の値の関
係を適値に設定し、両ホイートストンブリッジを正相、
あるいは逆相で合成することにより、見掛上、一つのブ
リッジとなり、目的としているハンドル１の周上のねじ
りトルクＴを一チャンネルで直接測定することが可能と
なる。

【００３１】次に、上記第３の実施例の詳細について説
明する。図４は全体の断面図、図５は図４のＡ−Ａ矢視
図である。

【００３２】図４に示すように、第１の接合部材４はス
テンレス製で、軸部１０の先端にフランジ部１１が一体
に成形され、軸部１０には先端側から凹入穴１２が形成
されて軸部１０の先端側が薄肉の筒状に形成されてい
る。フランジ部１１には取付穴１３が均等割位置で複数
箇所（図示例では６箇所）に形成され、取付穴１３を利
用してハンドル１がボルト１４とナット１５により接合
され、軸部１０がハンドル１の中心に位置されている。

【００３３】図４、図５に示すように、第２の接合部材
６はステンレス製で、筒状部１６の先端と基端に小径の
フランジ部１７と大径のフランジ部１８が一体に成形さ
れ、筒状部１６の中間部が薄肉に形成されている。フラ
ンジ部１７には１８０度位相をずらせて軸心と直角方向
で対称的に一対のアーム２０の基部が溶接２１により剛
接合され、各アーム２０の先端に円板状の支持台２２が
溶接２３により接合されている。支持台２２にはその取
付穴２４を利用して付加質量であるリング状のウェイト
３がボルト２５、ナット２６により取付けられている。
したがって、ウェイト３はその質量が可変となってい
る。フランジ部１８には取付穴２７が均等割位置で複数
箇所（図示例では６箇所）に形成され、取付穴２７を利
用して補助部材２８の基部がボルト２９、ナット３０に
より取付けられている。この第２の接合部材６はその筒
状部１６が第１の接合部材４の軸部１０の基部側外側に
嵌合され、溶接３１により接合されている。補助部材２
８のボス部３２は車体に回転可能に支持されたステアリ
ング軸３３にスプライン嵌合により連係されている。

【００３４】ハンドル１を操作する際のねじりトルクの
検出にあたっては、特にクロストーク特性が良好である
実績のある薄肉の筒状部のねじり変位をクロスタイプの
歪ゲージで検出する方法を採用した。すなわち、図４に
示すように、第１の接合部材４の薄肉の筒状部における
Ａ部でねじりトルクＴ₁ を、第２の接合部材６の薄肉の
筒状部におけるＢ部で付加質量（ウェイト）３による慣
性ねじりトルクＴ₂ をそれぞれクロスタイプの歪ゲージ
（図示省略）を貼付して検出した。

【００３５】データの後処理を省略するためには、１チ
ャンネルで計測できることが望ましい。このため、Ａ，
Ｂ両部の歪ゲージによるホイートストンブリッジを合成
するようにした。この場合、慣性力の補正量を適値に設
定する必要があり、これにはブリッジ内に電気抵抗を挿
入する方法もあるが、本実施例では、初期設定およびそ
の後の変更の容易性を考慮して付加質量３を可変とする
方法を採用した。

【００３６】本実施例は、操舵フィーリングに影響を与
えないようにハンドル１の取付位置および慣性モーメン
ト（約０．０４ｋｇ・ｍ² ）を、オリジナルのものにほ
ぼ等しくなるように設定した。また、車両取付時の最低
共振周波数は、約１６０Ｈ_Zであり、１０数Ｈ_Z までの
周波数範囲での測定が可能である。

【００３７】本実施例による操舵力測定精度を調べるた
め、前述のカンチレバー式の力センサ（慣性質量が数グ
ラムと極めて軽量のため、慣性力の影響が殆どない）お
よび本実施例によって同時にねじりトルクについて測定
し、操舵力を求めた結果を図６（ａ）および（ｂ）に示
す。これによれば、両者は良く一致しており、本実施例
によれば、十分な精度が確保されているのがわかる。こ
のように本実施例によれば、慣性力の影響を除去して実
操舵力の測定が可能となるので、操縦性安定性試験の精
度向上に寄与することができる。

【００３８】なお、上記各実施例では、ハンドル１とス
テアリング軸３３との間に別の接合部材２、４を介在さ
せているが、ハンドル１をステアリング軸３３に直接、
接合し、ステアリング軸３３を接合部材２、４として利
用することもできる。このほか、本発明は、その基本的
技術思想を逸脱しない範囲で種々設計変更することがで
きる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
測定用回転体に一体に回転し得るように接合され、付加
質量を有する接合部材の二箇所のねじりトルクを検出す
ることにより、動的な状況において問題となる被測定用
回転体の慣性モーメントによる慣性トルクの影響を除去
して、本来必要な被測定用回転体の表面に作用するねじ
りトルクを測定することができる。したがって、被測定
用回転体の性能試験の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例におけるトルク測定装置
を示す原理説明図である。

【図２】本発明の第２の実施例におけるトルク測定装置
を示す原理説明図である。

【図３】本発明の第３の実施例におけるトルク測定装置
を示す原理説明図である。

【図４】本発明の第３の実施例におけるトルク測定装置
の詳細を示す断面図である。

【図５】同トルク測定装置を示し、図４のＡ−Ａ矢視図
である。

【図６】（ａ）は従来のカンチレバー式の力センサによ
り自動車のハンドルの操舵力を測定した結果を示す図で
ある。（ｂ）は本発明の第３の実施例におけるトルク測
定装置により自動車のハンドルのねじりトルクを測定し
て操舵力を求めた結果を示す図である。

【図７】従来のカンチレバー式の力センサにより自動車
のハンドルの操舵力を測定した結果と、従来の操舵力角
計により自動車のハンドルの操舵力を測定した結果とを
比較して示す図である。

【符号の説明】

１ハンドル２接合部材３付加質量４第１の接合部材５第２の接合部材６第２の接合部材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定用回転体に一体に回転し得るよう
に接合され、付加質量を有する接合部材と、上記接合部
材の二箇所のねじりトルクを測定する測定手段とを備
え、上記被測定用回転体の慣性トルクの影響を除去し、
上記被測定用回転体の表面に作用するトルクを測定する
ように構成したトルク測定装置。
【請求項２】接合部材が、被測定用回転体に接合さ
れ、一つの付加質量を有する軸状部材からなり、測定手
段が、上記付加質量を挟んだ両側で上記軸状部材に作用
するねじりトルクを測定する請求項１記載のトルク測定
装置。
【請求項３】接合部材が、被測定用回転体に接合され
た第１の軸状の接合部材および被測定用回転体に接合さ
れ、付加質量を有する第２の接合部材からなり、測定手
段が、上記第１の接合部材に作用するねじりトルクおよ
び上記第２の接合部材における上記被測定用回転体と付
加質量との間に作用するねじりトルクを測定する請求項
１記載のトルク測定装置。
【請求項４】接合部材が、被測定用回転体に接合され
た第１の軸状の接合部材およびこの第１の接合部材に接
合され、付加質量を有する第２の接合部材からなり、測
定手段が、上記第１の接合部材に作用するねじりトルク
および上記第２の接合部材における上記第１の接合部材
と付加質量との間に作用するねじりトルクを測定する請
求項１記載のトルク測定装置。