JP3256709B2 - 車輪作用力測定装置 - Google Patents
車輪作用力測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車、航空機、鉄道
車両や超重機、ロボット等の構造体に生じる剪断歪など
の応力を計測するための応力検出センサを用いた車輪作
用力測定装置に関するものである。
車両や超重機、ロボット等の構造体に生じる剪断歪など
の応力を計測するための応力検出センサを用いた車輪作
用力測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自動車、航空機、鉄道車両や超重機、ロ
ボット等の構造体に生じる剪断歪などの応力を計測する
ための計測方法としては、光弾性法、応力塗料膜法、ア
コースティックス法、ホログラフィ法、歪ゲージ法等が
あり、一般的には歪ゲージ法が多用されている。このよ
うな機械量センサは種類が豊富で扱いやすいが、反面、
応力計測用としては変換器にしなければならず、また歪
ゲージ法では、歪ゲージに加わるあらゆる方向の応力を
受けてしまうために解析が必要である。歪ゲージ等の従
来の機械量センサからなる応力センサは、構造体に単体
で使用する場合、取付位置により主応力に対してその他
の応力の混入量が大きくなるので、複数個用いるとか、
または構造体に存在する主応力以外の応力を伝達しない
若しくは減少したニュートラルポイントを探す必要があ
り、しかもそのニュートラルポイントに応力センサを精
度良く取着させる必要があった。歪ゲージからなる応力
検出センサを用いた応力測定装置として同一出願人は先
に、特願平３−１３０８４０号（特開平４−３３１３３
６号）、特願平５−６５８９１（特開平６−２４１９２
２号）、特願平６−２５７７１５号を提案しているが、
これらは、歪ゲージを車両の車軸または、車軸近傍の構
造体に埋め込み、各方向の応力を測定している。又、ワ
ンセグメント方式では、Ｆ方向の応力、Ｔ方向の応力に
関しては、演算によるクロストーク分離を行っている。
しかし、これはまずセンサに含まれている多方向の応力
に対するクロストーク分離に関しては、センサの埋め込
む位置に依存している。また、サイドフォースの分離
は、その方法がなかった。従って、これらは純粋な応力
を計測しているとはいえなかった。
ボット等の構造体に生じる剪断歪などの応力を計測する
ための計測方法としては、光弾性法、応力塗料膜法、ア
コースティックス法、ホログラフィ法、歪ゲージ法等が
あり、一般的には歪ゲージ法が多用されている。このよ
うな機械量センサは種類が豊富で扱いやすいが、反面、
応力計測用としては変換器にしなければならず、また歪
ゲージ法では、歪ゲージに加わるあらゆる方向の応力を
受けてしまうために解析が必要である。歪ゲージ等の従
来の機械量センサからなる応力センサは、構造体に単体
で使用する場合、取付位置により主応力に対してその他
の応力の混入量が大きくなるので、複数個用いるとか、
または構造体に存在する主応力以外の応力を伝達しない
若しくは減少したニュートラルポイントを探す必要があ
り、しかもそのニュートラルポイントに応力センサを精
度良く取着させる必要があった。歪ゲージからなる応力
検出センサを用いた応力測定装置として同一出願人は先
に、特願平３−１３０８４０号（特開平４−３３１３３
６号）、特願平５−６５８９１（特開平６−２４１９２
２号）、特願平６−２５７７１５号を提案しているが、
これらは、歪ゲージを車両の車軸または、車軸近傍の構
造体に埋め込み、各方向の応力を測定している。又、ワ
ンセグメント方式では、Ｆ方向の応力、Ｔ方向の応力に
関しては、演算によるクロストーク分離を行っている。
しかし、これはまずセンサに含まれている多方向の応力
に対するクロストーク分離に関しては、センサの埋め込
む位置に依存している。また、サイドフォースの分離
は、その方法がなかった。従って、これらは純粋な応力
を計測しているとはいえなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】かかる点に鑑み本発明
は、歪ゲージからなる複数個のセンサセグメントを基板
の表裏に取着した応力検出センサ（機械量センサ）を単
独、若しくは、複数個を車両の車軸または車軸近傍の構
造体に埋め込み応力検出センサにかかる応力を、多方向
のクロストークを分離して計測するようにしたものであ
る。
は、歪ゲージからなる複数個のセンサセグメントを基板
の表裏に取着した応力検出センサ（機械量センサ）を単
独、若しくは、複数個を車両の車軸または車軸近傍の構
造体に埋め込み応力検出センサにかかる応力を、多方向
のクロストークを分離して計測するようにしたものであ
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、基板の表裏へ歪ゲージからなる複数個のセンサセグ
メントを取着した応力検出センサを、水平方向とそれと
直角方向にした応力検出センサ２組を、車両の車軸また
は車軸近傍に付設した剪断応力検出装置からなる車輪作
用力測定装置であって、上記水平方向に付設した第１の
応力検出センサは、歪ゲージからなる複数個のセンサセ
グメントの少なくとも４つの信号を演算して応力検出セ
ンサに掛かる主方向Ｆ方向の応力を検出し、上記垂直方
向に付設した第２の応力検出センサは、歪ゲージからな
る複数個のセンサセグメントの４つの信号を演算して応
力検出センサに掛かるＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の応力を
検出し、水平方向に付設した第１の応力検出センサから
検出したＦ方向の応力から、垂直方向に付設した第２の
応力検出センサから検出したＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の
応力にそれぞれ補正係数を乗じた値を除去することによ
り、車輪に作用する純粋なＦ方向の応力を求める構成と
なっている。請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の車輪作用力測定装置複数個を車両の車軸又は車軸近
傍に付設して、複数個のＦ方向応力、Ｎ方向応力、Ｔ方
向応力、Ｓ方向応力を検出し、Ｆ方向の応力からＮ方向
応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向の応力にそれぞれ補正係数を
乗じた値を除去する構成となっている。請求項３に記載
の本発明は、基板の表裏へ歪ゲージからなる複数個のセ
ンサセグメントを取着した応力検出センサを、水平方向
とそれと直角方向にした応力検出センサ２組を、車両の
車軸または車軸近傍に付設した剪断応力検出装置からな
る車輪作用力測定装置であって、上記水平方向に付設し
た第１の応力検出センサと上記垂直方向に付設した第２
の応力検出センサとの単位行列の逆行列をそれぞれ予め
求めておき、上記第１の応力検出センサと上記第２の応
力検出センサとからそれぞれ少なくとも４つの信号を演
算して、Ｆ方向、Ｎ方向、Ｓ方向、およびＴ方向の応力
成分の検出値に相当する行列をそれぞれ求め、上記第１
の応力検出センサの、上記逆行列と上記検出値に相当す
る行列と所定の第１の定数との積を第１項として演算
し、上記第２の応力検出センサの、上記逆行列と上記検
出値に相当する行列と所定の第２の定数との積を第２項
として演算し、上記第１項と上 記第２項との和を演算す
ることにより、上記第１および第２の応力検出センサに
掛かる応力を各方向に分離する構成となっている。
は、基板の表裏へ歪ゲージからなる複数個のセンサセグ
メントを取着した応力検出センサを、水平方向とそれと
直角方向にした応力検出センサ２組を、車両の車軸また
は車軸近傍に付設した剪断応力検出装置からなる車輪作
用力測定装置であって、上記水平方向に付設した第１の
応力検出センサは、歪ゲージからなる複数個のセンサセ
グメントの少なくとも４つの信号を演算して応力検出セ
ンサに掛かる主方向Ｆ方向の応力を検出し、上記垂直方
向に付設した第２の応力検出センサは、歪ゲージからな
る複数個のセンサセグメントの４つの信号を演算して応
力検出センサに掛かるＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の応力を
検出し、水平方向に付設した第１の応力検出センサから
検出したＦ方向の応力から、垂直方向に付設した第２の
応力検出センサから検出したＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の
応力にそれぞれ補正係数を乗じた値を除去することによ
り、車輪に作用する純粋なＦ方向の応力を求める構成と
なっている。請求項２に記載の本発明は、請求項１に記
載の車輪作用力測定装置複数個を車両の車軸又は車軸近
傍に付設して、複数個のＦ方向応力、Ｎ方向応力、Ｔ方
向応力、Ｓ方向応力を検出し、Ｆ方向の応力からＮ方向
応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向の応力にそれぞれ補正係数を
乗じた値を除去する構成となっている。請求項３に記載
の本発明は、基板の表裏へ歪ゲージからなる複数個のセ
ンサセグメントを取着した応力検出センサを、水平方向
とそれと直角方向にした応力検出センサ２組を、車両の
車軸または車軸近傍に付設した剪断応力検出装置からな
る車輪作用力測定装置であって、上記水平方向に付設し
た第１の応力検出センサと上記垂直方向に付設した第２
の応力検出センサとの単位行列の逆行列をそれぞれ予め
求めておき、上記第１の応力検出センサと上記第２の応
力検出センサとからそれぞれ少なくとも４つの信号を演
算して、Ｆ方向、Ｎ方向、Ｓ方向、およびＴ方向の応力
成分の検出値に相当する行列をそれぞれ求め、上記第１
の応力検出センサの、上記逆行列と上記検出値に相当す
る行列と所定の第１の定数との積を第１項として演算
し、上記第２の応力検出センサの、上記逆行列と上記検
出値に相当する行列と所定の第２の定数との積を第２項
として演算し、上記第１項と上 記第２項との和を演算す
ることにより、上記第１および第２の応力検出センサに
掛かる応力を各方向に分離する構成となっている。
【０００５】
【作用】請求項１に記載の本発明によれば、基板の表裏
へ歪ゲージからなる複数個のセンサセグメントを取着し
た応力検出センサを、水平方向とそれに直角方向にした
応力検出センサ２組を、車輌の車軸または車軸近傍に付
設し、上記水平方向に付設した第１の応力検出センサ
は、歪ゲージからなる複数個のセンサセグメントの少な
くとも４つの信号を検出して、応力検出センサに掛かる
主方向Ｆ方向の応力を検出する。同時に、垂直方向に付
設した第２の応力センサから、４つの信号を検出するこ
とで、応力検出センサに掛かるＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向
の応力を検出し、水平方向に付設した第１の応力検出セ
ンサから検出したＦ方向の応力から第２の応力検出セン
サで検出したＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の応力を除去し
て、車輪に作用する純粋なＦ方向の応力を検出すること
が出来る。請求項２に記載の本発明によれば、請求項１
に記載の車輪作用力測定装置複数個を車両の車軸又は車
軸近傍に付設して、複数個のＦ方向応力、Ｎ方向応力、
Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を検出すれば、Ｆ方向の応力か
らＮ方向応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を除去すること
が出来る。請求項３に記載の本発明によれば、請求項１
に記載の応力検出センサを車両の車軸または、車軸近傍
に付設して、水平方向のセンサエレメントと垂直方向の
センサエレメントからそれぞれ少なくとも４つの信号を
演算して、Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｓ方向の応
力、Ｔ方向の応力を検出し、センサエレメントに掛かる
応力を各方向に分離することが出来る。
へ歪ゲージからなる複数個のセンサセグメントを取着し
た応力検出センサを、水平方向とそれに直角方向にした
応力検出センサ２組を、車輌の車軸または車軸近傍に付
設し、上記水平方向に付設した第１の応力検出センサ
は、歪ゲージからなる複数個のセンサセグメントの少な
くとも４つの信号を検出して、応力検出センサに掛かる
主方向Ｆ方向の応力を検出する。同時に、垂直方向に付
設した第２の応力センサから、４つの信号を検出するこ
とで、応力検出センサに掛かるＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向
の応力を検出し、水平方向に付設した第１の応力検出セ
ンサから検出したＦ方向の応力から第２の応力検出セン
サで検出したＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の応力を除去し
て、車輪に作用する純粋なＦ方向の応力を検出すること
が出来る。請求項２に記載の本発明によれば、請求項１
に記載の車輪作用力測定装置複数個を車両の車軸又は車
軸近傍に付設して、複数個のＦ方向応力、Ｎ方向応力、
Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を検出すれば、Ｆ方向の応力か
らＮ方向応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を除去すること
が出来る。請求項３に記載の本発明によれば、請求項１
に記載の応力検出センサを車両の車軸または、車軸近傍
に付設して、水平方向のセンサエレメントと垂直方向の
センサエレメントからそれぞれ少なくとも４つの信号を
演算して、Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｓ方向の応
力、Ｔ方向の応力を検出し、センサエレメントに掛かる
応力を各方向に分離することが出来る。
【０００６】
【実施例】ここに示すものは好ましい実施形態の一例で
あって、特許請求の範囲はここに示す実施例に限定され
るものではない。以下に、車両、特に乗用車に適用した
車輪作用力測定装置の例を図示の実施例に基づいて本発
明を説明する。図１は、応力検出センサの斜視図であ
る。ベースになる基板１は、金属やシリコン系の材料を
使用し、その表裏面に金属抵抗箔を使った歪ゲージある
いは半導体のピエゾ抵抗効果を使った歪ゲージからなる
センサセグメントａ、ｂ、ｃ、ｄを形成し、応力検出セ
ンサＧとなるセンサエレメントｅを構成する。表裏面と
も歪ゲージは直交させて配置する。歪ゲージａと歪ゲー
ジｃは、基板１に対して面対称に配置されている。歪ゲ
ージｂと歪ゲージｄも同様に面対称に配置されている。
応力を検出する場合、応力検出センサのセンサエレメン
トｅは、４個の歪ゲージａ、ｂ、ｃ、ｄを図２のような
各々ブリッジ回路Ｓを組み、歪ゲージａからの信号をａ
出力、歪ゲージｂからの信号をｂ出力、歪ゲージｃから
の信号をｃ出力、歪ゲージｄからの信号をｄ出力として
各別に得られるようになっている。図３は、応力検出セ
ンサの外観図を示す。一つのセンサエレメントｅから４
つの信号が得られるので、この４つの信号を組合わせる
事によってＦ方向（Ｘ方向）、Ｓ方向（Ｙ方向）、Ｎ方
向（Ｚ方向）及びブレーキトルクＴ（ねじれの方向）の
歪量を計測することが出来る。図４で示す車輪近傍の構
造体の車軸に孔２を設け、上記応力検出センサ（センサ
エレメント）を埋設して剪断応力検出装置を形成し、こ
のセンサエレメントの各歪ゲージの出力を演算装置（図
示しない）にて接続し、車輪作用力測定装置を構成す
る。
あって、特許請求の範囲はここに示す実施例に限定され
るものではない。以下に、車両、特に乗用車に適用した
車輪作用力測定装置の例を図示の実施例に基づいて本発
明を説明する。図１は、応力検出センサの斜視図であ
る。ベースになる基板１は、金属やシリコン系の材料を
使用し、その表裏面に金属抵抗箔を使った歪ゲージある
いは半導体のピエゾ抵抗効果を使った歪ゲージからなる
センサセグメントａ、ｂ、ｃ、ｄを形成し、応力検出セ
ンサＧとなるセンサエレメントｅを構成する。表裏面と
も歪ゲージは直交させて配置する。歪ゲージａと歪ゲー
ジｃは、基板１に対して面対称に配置されている。歪ゲ
ージｂと歪ゲージｄも同様に面対称に配置されている。
応力を検出する場合、応力検出センサのセンサエレメン
トｅは、４個の歪ゲージａ、ｂ、ｃ、ｄを図２のような
各々ブリッジ回路Ｓを組み、歪ゲージａからの信号をａ
出力、歪ゲージｂからの信号をｂ出力、歪ゲージｃから
の信号をｃ出力、歪ゲージｄからの信号をｄ出力として
各別に得られるようになっている。図３は、応力検出セ
ンサの外観図を示す。一つのセンサエレメントｅから４
つの信号が得られるので、この４つの信号を組合わせる
事によってＦ方向（Ｘ方向）、Ｓ方向（Ｙ方向）、Ｎ方
向（Ｚ方向）及びブレーキトルクＴ（ねじれの方向）の
歪量を計測することが出来る。図４で示す車輪近傍の構
造体の車軸に孔２を設け、上記応力検出センサ（センサ
エレメント）を埋設して剪断応力検出装置を形成し、こ
のセンサエレメントの各歪ゲージの出力を演算装置（図
示しない）にて接続し、車輪作用力測定装置を構成す
る。
【０００７】次にこのセンサエレメントｅにある力が加
えられたときの各方向の応力を分離する方法を記述す
る。乗用車の車軸または、車軸近傍の構造体は、例えば
図４に示すように複雑な構造をしている。説明を簡単に
するために車軸近傍の構造体を理想構造体である角棒と
考えた場合、その角棒に孔２を設けその孔にセンサエレ
メントｅを挿入した角棒を図５で示す。Ｆ方向から応力
が加わると図５の角棒は、図６のように曲がり、センサ
エレメントｅは、構造体の内部で図７のように歪むこと
になる。センサエレメントｅは、図７のように歪ゲージ
ａと歪ゲージｃが伸び、歪ゲージｂと歪ゲージｄが縮む
ことになる。この変化量を各歪ゲージの出力値として数
式１に代入して演算する。
えられたときの各方向の応力を分離する方法を記述す
る。乗用車の車軸または、車軸近傍の構造体は、例えば
図４に示すように複雑な構造をしている。説明を簡単に
するために車軸近傍の構造体を理想構造体である角棒と
考えた場合、その角棒に孔２を設けその孔にセンサエレ
メントｅを挿入した角棒を図５で示す。Ｆ方向から応力
が加わると図５の角棒は、図６のように曲がり、センサ
エレメントｅは、構造体の内部で図７のように歪むこと
になる。センサエレメントｅは、図７のように歪ゲージ
ａと歪ゲージｃが伸び、歪ゲージｂと歪ゲージｄが縮む
ことになる。この変化量を各歪ゲージの出力値として数
式１に代入して演算する。
【数１】 Ｆ＝（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ） この数式から４つの歪ゲージの変化を全て加算したこと
になる。
になる。
【０００８】次に、この構造体にＴ方向から応力が加わ
ると図５の角棒は、図８のようになり、センサエレメン
トｅは、構造体内部で、図９のように、歪ゲージａと歪
ゲージｄは縮み、歪ゲージｂと歪ゲージｃは伸びる。こ
の変化量を各歪ゲージの出力値として数式２に代入して
演算する。
ると図５の角棒は、図８のようになり、センサエレメン
トｅは、構造体内部で、図９のように、歪ゲージａと歪
ゲージｄは縮み、歪ゲージｂと歪ゲージｃは伸びる。こ
の変化量を各歪ゲージの出力値として数式２に代入して
演算する。
【数２】 Ｔ＝（ｂ＋ｃ）−（ａ＋ｄ） この数式から４つの歪ゲージの変化を全て加算したこと
になる。
になる。
【０００９】次に、この構造体にＮ方向から応力が加わ
ると図５の角棒は、図１０のようになり、センサエレメ
ントｅは、構造体の内部で、図１１のように、歪ゲージ
ａ、歪ゲージｂ、歪ゲージｃ、歪ゲージｄは伸びる。こ
の変化量を各歪ゲージの出力値として数式３に代入して
演算する。
ると図５の角棒は、図１０のようになり、センサエレメ
ントｅは、構造体の内部で、図１１のように、歪ゲージ
ａ、歪ゲージｂ、歪ゲージｃ、歪ゲージｄは伸びる。こ
の変化量を各歪ゲージの出力値として数式３に代入して
演算する。
【数３】 Ｎ＝ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ この数式から４つの歪ゲージの変化を全て加算したこと
になる。
になる。
【００１０】次に、この構造体にＳ方向から応力が加わ
ると図５の角は、図１２のように、センサエレメントｅ
は、構造体内部で図１３のように歪ゲージａと歪ゲージ
ｂは伸び、歪ゲージｃと歪ゲージｄは縮む。この変化量
を各歪ゲージの出力値として数式４に代入して演算す
る。
ると図５の角は、図１２のように、センサエレメントｅ
は、構造体内部で図１３のように歪ゲージａと歪ゲージ
ｂは伸び、歪ゲージｃと歪ゲージｄは縮む。この変化量
を各歪ゲージの出力値として数式４に代入して演算す
る。
【数４】 Ｓ＝（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ） この数式から４つの歪ゲージの変化を全て加算したこと
になる。この様にしてセンサエレメントｅから４つの方
向の応力を導き出すことが出来る。
になる。この様にしてセンサエレメントｅから４つの方
向の応力を導き出すことが出来る。
【００１１】応力検出センサＧであるセンサエレメント
ｅに方向の分からない応力が加えられた場合、上記のそ
れぞれの方向（Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｓ方向の
応力、Ｔ方向の応力）に分離する方法を述べる。まず、
センサエレメントｅの埋め込まれた構造体での応力検出
センサＧセンサエレメントｅの基本特性を調べる。その
ために、実際ある一定の大きさの応力を各方向毎に加え
ていき応力検出センサからの出力を計測する。一方向の
応力を印加すると４方向の出力値が得られるので、４方
向の応力を印加すると次の表１のように１６個の出力値
が求められる。
ｅに方向の分からない応力が加えられた場合、上記のそ
れぞれの方向（Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｓ方向の
応力、Ｔ方向の応力）に分離する方法を述べる。まず、
センサエレメントｅの埋め込まれた構造体での応力検出
センサＧセンサエレメントｅの基本特性を調べる。その
ために、実際ある一定の大きさの応力を各方向毎に加え
ていき応力検出センサからの出力を計測する。一方向の
応力を印加すると４方向の出力値が得られるので、４方
向の応力を印加すると次の表１のように１６個の出力値
が求められる。
【表１】 センサエレメントｅから信号を得るときにＦ方向、Ｎ方
向、Ｓ方向、Ｔ方向を時間的に分けることも有効であ
る。この表を［Ａ］とすると表２のようなマトリックス
に書き換えることが出来る。
向、Ｓ方向、Ｔ方向を時間的に分けることも有効であ
る。この表を［Ａ］とすると表２のようなマトリックス
に書き換えることが出来る。
【表２】 理想的なある構造体にセンサエレメントｅを装着して、
Ｆ荷重、Ｎ荷重、Ｔ荷重、Ｓ荷重を印加すると表２の
［Ａ］は、表３［Ｂ］の様なマトリックスに書き換える
ことが出来る。
Ｆ荷重、Ｎ荷重、Ｔ荷重、Ｓ荷重を印加すると表２の
［Ａ］は、表３［Ｂ］の様なマトリックスに書き換える
ことが出来る。
【表３】 これは、センサエレメントｅの基本マトリックスであ
り、センサエレメントｅの基本仕様となる。ところが、
表３のマトリックス［Ｂ］はある一定の大きさの応力を
印加したときのものであるから応力Ｗで割って、センサ
エレメントｅの単位マトリックス［Ｅ］を作ると表４の
ようになる。
り、センサエレメントｅの基本仕様となる。ところが、
表３のマトリックス［Ｂ］はある一定の大きさの応力を
印加したときのものであるから応力Ｗで割って、センサ
エレメントｅの単位マトリックス［Ｅ］を作ると表４の
ようになる。
【表４】 このマトリックス［Ｅ］が、センサエレメントｅの埋め
込まれた構造体での応力検出センサＧの基本特性にな
る。
込まれた構造体での応力検出センサＧの基本特性にな
る。
【００１２】このマトリックス［Ｅ］を使ってクロスト
ークを分離する方法を述べる。今、ある方向からある応
力が加えられた場合センサエレメントｅから得られるデ
ータは、ｆ成分、ｎ成分、ｓ成分、ｔ成分の４つの成分
である。これを［α］とすると表５のマトリックスのよ
うに書き換える事が出来る。
ークを分離する方法を述べる。今、ある方向からある応
力が加えられた場合センサエレメントｅから得られるデ
ータは、ｆ成分、ｎ成分、ｓ成分、ｔ成分の４つの成分
である。これを［α］とすると表５のマトリックスのよ
うに書き換える事が出来る。
【表５】 これから各方向の応力を求めるためには、Ｆ方向、Ｎ方
向、Ｓ方向、Ｔ方向にクロストークが分離された応力Ｆ
β、Ｎβ、Ｓβ、Ｔβを考える。これを［β］とすると
表６のマトリックスのように書き換えることが出来る。
向、Ｓ方向、Ｔ方向にクロストークが分離された応力Ｆ
β、Ｎβ、Ｓβ、Ｔβを考える。これを［β］とすると
表６のマトリックスのように書き換えることが出来る。
【表６】 これらの間には、次のような数式が成立する。
【数５】 ［Ｅ］［β］＝［α］ これを書き直すと数式６になる。
【数６】 ［β］＝［Ｅ］−１［α］ これは、ある力がセンサエレメントｅが装着されている
構造体に加えられたときにある力をＦ方向、Ｎ方向、Ｔ
方向、Ｓ方向に分離する事が出来る。つまり、方向の分
からない応力が加えられた場合、応力検出センサＧの出
力は、マトリックス［α］と［Ｅ］を用いる事によって
マトリックス［β］というクロストークが分離された応
力に変換する事が出来る。
構造体に加えられたときにある力をＦ方向、Ｎ方向、Ｔ
方向、Ｓ方向に分離する事が出来る。つまり、方向の分
からない応力が加えられた場合、応力検出センサＧの出
力は、マトリックス［α］と［Ｅ］を用いる事によって
マトリックス［β］というクロストークが分離された応
力に変換する事が出来る。
【００１３】別の方法として第１の応力検出センサであ
るセンサエレメントｅ１をＦ方向の応力を大きく検出で
きる位置に挿入し、第２の応力検出センサであるセンサ
エレメントｅ２をＮ方向の応力を大きく検出できる位置
に挿入する。この場合、第２の応力検出センサであるセ
ンサエレメントｅ２は、第１の応力検出センサであるセ
ンサエレメントｅ１のクロストーク分離のための補正デ
ータを測定するために用いる。第１の応力検出センサで
あるセンサエレメントｅ１と第２の応力検出センサであ
るセンサエレメントｅ２を組合わせた場合の斜視図を図
１４、１５、１６に示す。第１の応力検出センサである
センサエレメントｅ１は、先ほど説明したようにＦ方向
の応力を測定する。但し、第１の応力検出センサである
センサエレメントｅ１に対して正確なＦ方向から応力が
掛かればクロストークは起こらないが、実際は各方向に
応力が含まれる。クロストークを除去するため、第２の
応力検出センサであるセンサエレメントｅ２が検出する
データを使用する。第２の応力検出センサであるセンサ
エレメントｅ２は第１の応力検出センサであるセンサエ
レメントｅ１に対して直交しているため、第２の応力検
出センサであるセンサエレメントｅ２は、Ｎ方向からの
応力を検出する事が出来る。この構造体にＮ方向から応
力が加わると第２の応力検出センサであるセンサエレメ
ントｅ２は、図７のように歪ゲージａと歪ゲージｃが伸
び、歪ゲージｂと歪ゲージｄが縮むことになる。この変
化量を各歪ゲージの出力値として数式３に代入して演算
する。
るセンサエレメントｅ１をＦ方向の応力を大きく検出で
きる位置に挿入し、第２の応力検出センサであるセンサ
エレメントｅ２をＮ方向の応力を大きく検出できる位置
に挿入する。この場合、第２の応力検出センサであるセ
ンサエレメントｅ２は、第１の応力検出センサであるセ
ンサエレメントｅ１のクロストーク分離のための補正デ
ータを測定するために用いる。第１の応力検出センサで
あるセンサエレメントｅ１と第２の応力検出センサであ
るセンサエレメントｅ２を組合わせた場合の斜視図を図
１４、１５、１６に示す。第１の応力検出センサである
センサエレメントｅ１は、先ほど説明したようにＦ方向
の応力を測定する。但し、第１の応力検出センサである
センサエレメントｅ１に対して正確なＦ方向から応力が
掛かればクロストークは起こらないが、実際は各方向に
応力が含まれる。クロストークを除去するため、第２の
応力検出センサであるセンサエレメントｅ２が検出する
データを使用する。第２の応力検出センサであるセンサ
エレメントｅ２は第１の応力検出センサであるセンサエ
レメントｅ１に対して直交しているため、第２の応力検
出センサであるセンサエレメントｅ２は、Ｎ方向からの
応力を検出する事が出来る。この構造体にＮ方向から応
力が加わると第２の応力検出センサであるセンサエレメ
ントｅ２は、図７のように歪ゲージａと歪ゲージｃが伸
び、歪ゲージｂと歪ゲージｄが縮むことになる。この変
化量を各歪ゲージの出力値として数式３に代入して演算
する。
【００１４】また、この構造体にＳ方向から応力が加わ
ると第２の応力検出センサであるセンサエレメントｅ２
は、図１７にように歪ゲージａと歪ゲージｃが縮み、歪
ゲージｂと歪ゲージｄが伸びることになり、この変化量
を各歪ゲージの出力値として数式４に代入して演算す
る。この様にして、Ｓ方向も検出する事が出来る。また
Ｔ方向のねじれも検出できる。構造体にＴ方向から応力
が加わるとセンサエレメントｅは、図９のようになり、
歪ゲージａと歪ゲージｄは縮み、歪ゲージｂと歪ゲージ
ｃは伸びる。この変化量を各歪ゲージの出力値として数
式２に代入して演算する。第２の応力検出センサである
センサエレメントｅ２からＮ方向、Ｓ方向、Ｔ方向の応
力を検出し、第１の応力検出センサであるセンサエレメ
ントｅ１に掛かる応力のクロストークとして、第１の応
力検出センサであるセンサエレメントｅ１で取得したデ
ータを補正する。補正は、第１の応力検出センサである
センサエレメントｅ１のデータＦ１から第２の応力検出
センサであるセンサエレメントｅ２のデータＮ２とＳ２
とＴ２のデータを数式７の演算により計算する。
ると第２の応力検出センサであるセンサエレメントｅ２
は、図１７にように歪ゲージａと歪ゲージｃが縮み、歪
ゲージｂと歪ゲージｄが伸びることになり、この変化量
を各歪ゲージの出力値として数式４に代入して演算す
る。この様にして、Ｓ方向も検出する事が出来る。また
Ｔ方向のねじれも検出できる。構造体にＴ方向から応力
が加わるとセンサエレメントｅは、図９のようになり、
歪ゲージａと歪ゲージｄは縮み、歪ゲージｂと歪ゲージ
ｃは伸びる。この変化量を各歪ゲージの出力値として数
式２に代入して演算する。第２の応力検出センサである
センサエレメントｅ２からＮ方向、Ｓ方向、Ｔ方向の応
力を検出し、第１の応力検出センサであるセンサエレメ
ントｅ１に掛かる応力のクロストークとして、第１の応
力検出センサであるセンサエレメントｅ１で取得したデ
ータを補正する。補正は、第１の応力検出センサである
センサエレメントｅ１のデータＦ１から第２の応力検出
センサであるセンサエレメントｅ２のデータＮ２とＳ２
とＴ２のデータを数式７の演算により計算する。
【数７】 Ｆｐｕｒｅ＝Ｆ１−Ｋ１Ｎ２−Ｋ２Ｓ２−Ｋ３Ｔ２ 上記数式７でＫ１、Ｋ２、Ｋ３は、第２の応力検出セン
サであるセンサエレメントｅ２の出力データの補正係数
である。第１の応力検出センサであるセンサエレメント
ｅ１においても、前記の４方向の成分にクロストーク分
離を行って各方向の応力を表７のマトリックスで求める
ことが出来る。
サであるセンサエレメントｅ２の出力データの補正係数
である。第１の応力検出センサであるセンサエレメント
ｅ１においても、前記の４方向の成分にクロストーク分
離を行って各方向の応力を表７のマトリックスで求める
ことが出来る。
【表７】 第２の応力検出センサであるセンサエレメントｅ２も同
様にして表８のマトリックスで求めることが出来る。
様にして表８のマトリックスで求めることが出来る。
【表８】 そして、求めるクロストークが分離された応力をマトリ
ックス［β］とおくと、数式８で求めることが出来る。
ックス［β］とおくと、数式８で求めることが出来る。
【数８】 ［β］＝χ［Ｅｅ１］−１［αｅ１］＋Ψ［Ｅｅ２］−１［αｅ２］ また、センサエレメントｅをＦ方向とＮ方向の２つだけ
ではなく、これらのユニットを複数個使った場合も同様
にして数式９で求めることが出来る。
ではなく、これらのユニットを複数個使った場合も同様
にして数式９で求めることが出来る。
【数９】
【００１５】なお上述した実施例では、応力検出センサ
であるセンサエレメントｅは、歪ゲージからなる４個の
センサセグメントを基板に取着したセンサエレメントを
用い４つの信号を取り出すものを例示したが、本発明
は、４個のセンサセグメントに限定されるものではな
く、４個以上の複数個のセンサセグメントを取着したセ
ンサエレメントでもよく、要するに少なくとも４方向の
信号が各別に検出できるセンサエレメント（応力検出セ
ンサ）であればよい。
であるセンサエレメントｅは、歪ゲージからなる４個の
センサセグメントを基板に取着したセンサエレメントを
用い４つの信号を取り出すものを例示したが、本発明
は、４個のセンサセグメントに限定されるものではな
く、４個以上の複数個のセンサセグメントを取着したセ
ンサエレメントでもよく、要するに少なくとも４方向の
信号が各別に検出できるセンサエレメント（応力検出セ
ンサ）であればよい。
【００１６】
【効果】本発明によれば、車両の車軸或いは車軸近傍の
構造体に掛かる応力を、特定の方向の応力をクロストー
ク成分を含まないで計測することが出来る。また、Ｆ方
向、Ｎ方向、Ｓ方向、Ｔ方向の応力を同時にクロストー
クを含まないで計測することが出来、安全性の高いブレ
ーキシステムに利用でき、また、車輌の総合制御にも利
用できる。路面とタイヤの間の応力を計測できるのでタ
イヤの性能を調べることにも利用できる。
構造体に掛かる応力を、特定の方向の応力をクロストー
ク成分を含まないで計測することが出来る。また、Ｆ方
向、Ｎ方向、Ｓ方向、Ｔ方向の応力を同時にクロストー
クを含まないで計測することが出来、安全性の高いブレ
ーキシステムに利用でき、また、車輌の総合制御にも利
用できる。路面とタイヤの間の応力を計測できるのでタ
イヤの性能を調べることにも利用できる。
【図１】 応力検出センサであるセンサエレメントの斜
視図。
視図。
【図２】 応力検出センサの信号処理回路の構成例を示
す図。
す図。
【図３】 応力検出センサの外観を示す斜視図。
【図４】 車輌の車軸及び車軸近傍の構造体を示した斜
視図。
視図。
【図５】 角棒に応力検出センサであるセンサエレメン
トを埋め込んだ様子を示す斜視図。
トを埋め込んだ様子を示す斜視図。
【図６】 角棒にＦ方向の応力が印加されたときの様子
を示す図。
を示す図。
【図７】 図６におけるセンサエレメントの歪ゲージの
様子を示す図。
様子を示す図。
【図８】 角棒にＴ方向の応力が印加されたときの様子
を示す斜視図。
を示す斜視図。
【図９】 図８におけるセンサエレメントの歪ゲージの
様子を示す図。
様子を示す図。
【図１０】 角棒にＮ方向の応力が印加されたときの様
子を示す斜視図。
子を示す斜視図。
【図１１】 図１０におけるセンサエレメントの歪ゲー
ジの様子を示す図。
ジの様子を示す図。
【図１２】 角棒にＳ方向の応力が印加されたときの様
子を示す斜視図。
子を示す斜視図。
【図１３】 図１２におけるセンサエレメントの歪ゲー
ジの様子を示す図。
ジの様子を示す図。
【図１４】 第１の応力検出センサであるセンサエレメ
ントｅ１と第２応力検出センサであるセンサエレメント
ｅ２を組み合わせた応用例の斜視図。
ントｅ１と第２応力検出センサであるセンサエレメント
ｅ２を組み合わせた応用例の斜視図。
【図１５】 第１の応力検出センサであるセンサエレメ
ントｅ１と第２応力検出センサであるセンサエレメント
ｅ２を組み合わせた応用例の斜視図。
ントｅ１と第２応力検出センサであるセンサエレメント
ｅ２を組み合わせた応用例の斜視図。
【図１６】 第１の応力検出センサであるセンサエレメ
ントｅ１と第２応力検出センサであるセンサエレメント
ｅ２を組み合わせた応用例の斜視図。
ントｅ１と第２応力検出センサであるセンサエレメント
ｅ２を組み合わせた応用例の斜視図。
【図１７】 第２の応力検出センサであるセンサエレメ
ントｅ２の歪ゲージの様子を示す図。
ントｅ２の歪ゲージの様子を示す図。
ａ，ｂ，ｃ，ｄ 歪ゲージ（センサセグメント） １ 基板 ２ 孔 ｅ１ センサエレメント ｅ２ センサエレメント Ａ Ｆ方向の増幅回路 Ｂ Ｎ方向の増幅回路 Ｃ Ｓ方向の増幅回路 Ｄ Ｔ方向の増幅回路 Ｅ Ｄ／Ａ変換回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−331336（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−278728（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−8807（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−241922（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−38632（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−74536（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01L 5/16
Claims (3)
- 【請求項１】 基板の表裏へ歪ゲージからなる複数個の
センサセグメントを取着した応力検出センサを、水平方
向とそれと直角方向にした応力検出センサ２組を、車両
の車軸または車軸近傍に付設した剪断応力検出装置から
なる車輪作用力測定装置であって、 上記水平方向に付設した第１の応力検出センサは、歪ゲ
ージからなる複数個のセンサセグメントの少なくとも４
つの信号を演算して応力検出センサに掛かる主方向Ｆ方
向の応力を検出し、上記 垂直方向に付設した第２の応力検出センサは、歪ゲ
ージからなる複数個のセンサセグメントの４つの信号を
演算して応力検出センサに掛かるＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方
向の応力を検出し、 水平方向に付設した第１の応力検出センサから検出した
Ｆ方向の応力から、垂直方向に付設した第２の応力検出
センサから検出したＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の応力にそ
れぞれ補正係数を乗じた値を除去することにより、車輪
に作用する純粋なＦ方向の応力を求めるようにしたこと
を特徴とする車輪作用力測定装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の車輪作用力測定装置複
数個を車両の車軸又は車軸近傍に付設して、複数個のＦ
方向応力、Ｎ方向応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を検出
し、Ｆ方向の応力からＮ方向応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向
の応力にそれぞれ補正係数を乗じた値を除去するように
したことを特徴とする車輪作用力測定装置。 - 【請求項３】 基板の表裏へ歪ゲージからなる複数個の
センサセグメントを取着した応力検出センサを、水平方
向とそれと直角方向にした応力検出センサ２組を、車両
の車軸または車軸近傍に付設した剪断応力検出装置から
なる車輪作用力測定装置であって、 上記水平方向に付設した第１の応力検出センサと上記垂
直方向に付設した第２の応力検出センサとの単位行列の
逆行列をそれぞれ予め求めておき、 上記第１の応力検出センサと上記第２の応力検出センサ
とから それぞれ少なくとも４つの信号を演算して、Ｆ方
向、Ｎ方向、Ｓ方向、およびＴ方向の応力成分の検出値
に相当する行列をそれぞれ求め、 上記第１の応力検出センサの、上記逆行列と上記検出値
に相当する行列と所定の第１の定数との積を第１項とし
て演算し、 上記第２の応力検出センサの、上記逆行列と上記検出値
に相当する行列と所定の第２の定数との積を第２項とし
て演算し、 上記第１項と上記第２項との和を演算することにより、
上記第１および第２の応力検出センサ に掛かる応力を各
方向に分離することを特徴とする車輪作用力測定装置。
Priority Applications (8)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27849195A JP3256709B2 (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 車輪作用力測定装置 |
| DE69630865T DE69630865T2 (de) | 1995-09-19 | 1996-09-18 | Steuerverfahren für Antiblockier-Bremssysteme |
| EP03026937A EP1403628A3 (en) | 1995-09-19 | 1996-09-18 | Stress sensor for measuring vehicle wheel operating forces |
| EP96114982A EP0788955B1 (en) | 1995-09-19 | 1996-09-18 | Control method for antilock braking systems |
| US08/715,730 US5979995A (en) | 1995-09-19 | 1996-09-19 | Control method for antilock braking systems with stress sensor and measurement device of wheel operating force |
| US08/911,980 US6050126A (en) | 1995-09-19 | 1997-08-15 | Control method for antilock braking systems with stress sensor and measurement device of wheel operating force |
| US09/419,895 US6164119A (en) | 1995-09-19 | 1999-10-18 | Control method for antilock braking systems with stress sensor and measurement device of wheel operating force |
| US09/679,404 US6311541B1 (en) | 1995-09-19 | 2000-10-04 | Control method for antilock braking systems with stress sensor and measurement device of wheel operating force |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27849195A JP3256709B2 (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 車輪作用力測定装置 |
| US08/715,730 US5979995A (en) | 1995-09-19 | 1996-09-19 | Control method for antilock braking systems with stress sensor and measurement device of wheel operating force |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989697A JPH0989697A (ja) | 1997-04-04 |
| JP3256709B2 true JP3256709B2 (ja) | 2002-02-12 |
Family
ID=26552902
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27849195A Expired - Fee Related JP3256709B2 (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 車輪作用力測定装置 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP3256709B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
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| EP2141473A1 (en) * | 2005-05-30 | 2010-01-06 | Interfleet Technology AB | A method and a system for determining a plurality of load components on a wheel |
| CN103575435B (zh) * | 2013-10-10 | 2015-08-19 | 南京神源生智能科技有限公司 | 用于汽车后桥测试系统的三维力传感器 |
| CN111417553B (zh) * | 2017-12-04 | 2022-07-26 | 法伊韦利传送器意大利有限公司 | 用于确定轨道车辆的车轮-轨道附着力值的系统及其相应方法 |
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| JPH0629817B2 (ja) * | 1985-06-05 | 1994-04-20 | 株式会社日立製作所 | 力・モ−メントの測定方法 |
| JP2736395B2 (ja) * | 1990-03-19 | 1998-04-02 | 日本電子工業 株式会社 | 車輪作用力測定装置及び構造体の応力測定装置 |
| JP2791452B2 (ja) * | 1993-02-15 | 1998-08-27 | 日本電子工業株式会社 | 車輪作用力測定装置 |
| JP2863704B2 (ja) * | 1994-06-21 | 1999-03-03 | 八木アンテナ株式会社 | 多チャンネル移動無線中継装置 |
-
1995
- 1995-09-19 JP JP27849195A patent/JP3256709B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0989697A (ja) | 1997-04-04 |
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