JP4036204B2

JP4036204B2 - 回転体の物理量検出装置

Info

Publication number: JP4036204B2
Application number: JP2004091143A
Authority: JP
Inventors: 宏磯野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2008-01-23
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: JP2005274492A

Description

本発明は、回転体の物理量検出装置に係り、特に、第１回転体と第２回転体が相対変位可能であり、この相対変位に基づく物理量を検出する検出器が、前記第１回転体と前記第２回転体の相対変位に基づく物理量を電気的な出力に変換する検出素子と、この検出素子に電気的に接続されて同検出素子からの電気的な出力を入力する検出回路を備えている回転体の物理量検出装置に関する。

この種の回転体の物理量検出装置の一つとして、前記第１回転体と前記第２回転体が車輪を保持するハブと車輪のホイール間に介装されていて、前記第１回転体と前記第２回転体の相対変位に基づく物理量が前記ホイールに装着されたタイヤに作用するタイヤ作用力であるものがあり、例えば、下記特許文献１に示されている。
特開２００３−１４５６３号公報

上記した特許文献１に記載されているタイヤ作用力（物理量）検出装置では、第１回転体または第２回転体がホイール側回転体とされ、第２回転体または第１回転体がハブ側回転体とされていて、ホイール側回転体とハブ側回転体が、これらの相対変位時に弾性変形可能な連結体を用いて、機械的に連結されている。また、上記した弾性変形可能な連結体には、ハブ側回転体に対するホイール側回転体の中立状態から一方への相対変位に基づく前記連結体の一方への弾性変形により歪んで一方へのタイヤ作用力を電気信号に変換して出力する一方の検出素子（歪みゲージ）と、ハブ側回転体に対するホイール側回転体の中立状態から他方への相対変位に基づく前記連結体の他方への弾性変形により歪んで他方へのタイヤ作用力を電気信号に変換して出力する他方の検出素子（歪みゲージ）がそれぞれ一体的に組付けられている。

また、上記した特許文献１に記載されているタイヤ作用力検出装置では、ハブ側回転体とホイール側回転体の相対変位に基づくタイヤ作用力を電気信号に変換して出力する検出素子の配置についての記載はあるものの、同検出素子に電気的に接続されて同検出素子からの電気的な出力を入力する検出回路の配置についての記載はない。

ところで、この種の検出装置において採用されている検出回路は、一般に、検出素子に比して重量が大きくて、検出回路の配置が回転体の回転に悪影響を与えるおそれがある。また、検出回路はそれ自体が水に弱いものであるため、検出回路の配置如何によって耐水性を高める必要があり、コストアップの要因となる。

本発明は、上記した問題に対処すべくなされたものであって、第１回転体と第２回転体が相対変位可能であり、この相対変位に基づく物理量を検出する検出器が、前記第１回転体と前記第２回転体の相対変位に基づく物理量を電気的な出力に変換する検出素子と、この検出素子に電気的に接続されて同検出素子からの電気的な出力を入力する検出回路を備えている回転体の物理量検出装置において、前記第１回転体と前記第２回転体とを相対変位可能に連結する連結体より半径方向内側に、前記検出回路が前記第１回転体と前記第２回転体の回転中心に対して同軸的に配置されていることに特徴がある。

この場合において、前記第１回転体または前記第２回転体に前記検出回路を収容する収容空間が形成され、前記第２回転体または前記第１回転体に前記収容空間を内包するハウジング部が形成されていて、前記ハウジング部には同ハウジング部内に侵入した水を遠心力にて同ハウジング部外へ排出する排水手段が設けられていることも可能である。また、前記第１回転体と前記第２回転体は車輪を保持するハブと車輪のホイール間に介装されていて、前記第１回転体と前記第２回転体の相対変位に基づく物理量は前記ホイールに装着されたタイヤに作用するタイヤ作用力であることも可能である。

上記した物理量検出装置においては、前記第１回転体と前記第２回転体とを相対変位可能に連結する連結体より半径方向内側に、前記検出回路が前記第１回転体と前記第２回転体の回転中心に対して同軸的に配置されている。このため、検出回路の重心を第１回転体と第２回転体の回転中心に略一致させることが可能であり、仮に検出回路が重量物であっても、検出回路が回転体の回転に与える悪影響を小さなものとすることが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記第１回転体または前記第２回転体に前記検出回路を収容する収容空間が形成され、前記第２回転体または前記第１回転体に前記収容空間を内包するハウジング部が形成されていて、前記ハウジング部には同ハウジング部内に侵入した水を遠心力にて同ハウジング部外へ排出する排水手段が設けられている場合には、収容空間を内包するハウジング部にて収容空間への水の浸入を抑制することが可能であって、収容空間に配置されている検出回路への水の付着を抑制することが可能であるとともに、仮に、ハウジング部内に水が浸入しても、その水は遠心力にて同ハウジング部外へ排出する排水手段により自動的に排水されるため、検出回路を水から的確に保護することが可能である。

以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図４は本発明による回転体の物理量検出装置をタイヤ作用力検出装置に実施した実施形態を示していて、この実施形態のタイヤ作用力検出装置は、車両の各車輪１０側に組付けられる検出器Ａと、車体側に組付けられる演算器Ｂ（図４参照）とを含むように構成されており、複数の車輪１０を備えるとともに各車輪１０を一体的に回転可能に保持する保持体としてのハブ２０を備えた車両に搭載されて使用される。

各車輪１０は、金属製のホイール１１の外周にゴム製のタイヤ１２が装着されて構成されており、図１および図２にて示したように、ホイール１１にてハブ２０に検出器Ａを介して同軸でトルク伝達可能に装着されている。ホイール１１は、ディスク部１１ａとリム部１１ｂからなり、リム部１１ｂにはタイヤ１２内に加圧空気を充填するためのエアーバルブ１３が組付けられている。

各検出器Ａは、タイヤ１２からハブ２０に至る荷重伝達系に設けられてタイヤ１２に作用するタイヤ作用力（回転駆動力または回転制動力）を検出するものであり、図１および図２に示すように、ハブ２０とホイール１１間にて着脱可能に装着されていて、ハブ２０とホイール１１との間における回転力の伝達を担う状態で車両に搭載されている。

また、各検出器Ａは、ハブ２０とホイール１１間にて回転方向に所定量相対変位可能な第１回転体および第２回転体すなわちハブ側回転体３１とホイール側回転体３２を備えるとともに、正方向の荷重伝達時（ホイール側回転体３２がハブ側回転体３１に対して図３の時計方向に相対回転してトルクを伝達するとき）に動作する４個の第１検出素子Ｓ１と、逆方向の荷重伝達時に動作する４個の第２検出素子Ｓ２を備えている。

ハブ側回転体３１は、図２および図３に示すように、保持体側部材３１ａとホイール側部材３１ｂによって構成されていて、ハウジング部３１Ａと４個の取付部３１Ｂを有しており、各取付部３１Ｂに形成した取付孔３１ｃに挿通されるボルト（図示省略）を用いてハブ２０に一体的かつ脱着可能に組付けられる。また、ハブ側回転体３１のホイール側部材３１ｂには、ハウジング部３１Ａ内に侵入した水を遠心力にて同ハウジング部３１Ａ外へ排出する排水手段Ｄが設けられている。

排水手段Ｄは、図２に示すように、ホイール側部材３１ｂに形成した連通孔３８と、この連通孔３８内に介装したチェック弁３９によって構成されている。連通孔３８は、Ｌ字状に形成されていて、内端にてハウジング部３１Ａ内の外周縁部に連通し、外端にて大気に連通している。チェック弁３９は、連通孔３８の内端から外端への流体の流れを許容し逆流を阻止するものであり、遠心力によっても開くように配置されている。

ホイール側回転体３２は、ハブ側回転体３１のハウジング部３１Ａ内にて一対の軸受３３ａ，３３ｂ介して回転可能かつ径方向および軸方向に移動不能に支持された円筒部３２ａと、この円筒部３２ａの外周から径外方に向けて十字状に延びる４本のアーム部３２ｂと、これら各アーム部３２ｂの先端部分からホイール１１に向けて軸方向に延びる４個の軸部３２ｃを有していて、各軸部３２ｃの先端小径部に形成したねじ３２ｃ１にはナット（図示省略）を用いてホイール１１が一体的かつ脱着可能に組付けられる。

各軸部３２ｃは、ハブ側回転体３１のホイール側部材３１ｂに設けた通孔３１ｄを環状のシール部材３４を介して貫通していて、通孔３１ｄ内にて回転方向に所定量相対変位可能である。各シール部材３４は、通孔３１ｄに組付けられていて、弾性変形可能であり、ハブ側回転体３１とホイール側回転体３２間をシールしてハブ側回転体３１のハウジング部３１Ａ内を密封空間とする機能を有するとともに、ハブ側回転体３１に対してホイール側回転体３２を回転方向の中立状態に復帰させる中立復帰手段としての機能を有している。

各第１検出素子Ｓ１は、ホイール側回転体３２における各アーム部３２ｂの回転方向一側に組付けられていて、ハブ側回転体３１に対するホイール側回転体３２の中立状態から一方への相対回転変位に基づいてハブ側回転体３１のホイール側部材３１ｂとの係合によって受ける伝達荷重を電気信号に変換して出力するものであり、その出力は検出器本体３５に伝わるように結線されている。なお、結線のための挿通孔が各アーム部３２ｂと円筒部３２ａに設けられている。

各第２検出素子Ｓ２は、ホイール側回転体３２における各アーム部３２ｂの回転方向他側に組付けられていて、ハブ側回転体３１に対するホイール側回転体３２の中立状態から他方への相対回転変位に基づいてハブ側回転体３１のホイール側部材３１ｂとの係合によって受ける伝達荷重を電気信号に変換して出力するものであり、その出力は検出器本体３５に伝わるように結線されている。なお、結線のための挿通孔が各アーム部３２ｂと円筒部３２ａに設けられている。

検出器本体３５は、図４にブロック図で概念的に示したように、検出信号処理回路３５ａ、送信器３５ｂ、電源３５ｃ等を含んでいて、図１および図２に示したように、ホイール側回転体３２の円筒部３２ａ内に形成されている筒状の収容空間Ｒに、同軸的に組付けられて移動しないように固定されている。収容空間Ｒは、軸受３３ａ，３３ｂの半径方向内側にて、ハブ側回転体３１およびホイール側回転体３２の回転中心に対して略同軸に形成されている。

検出信号処理回路３５ａは、各検出素子Ｓ１，Ｓ２からの出力（電気信号）を送信器３５ｂに供給するものである。送信器３５ｂは、その供給された各検出素子Ｓ１，Ｓ２からの出力（電気信号）を電波として演算器Ｂの受信器４１に送信するものである。電源３５ｃは、各検出素子Ｓ１，Ｓ２、検出信号処理回路３５ａ、送信器３５ｂ等の作動に必要な電力を供給するものである。

一方、演算器Ｂは、図４にブロック図で概念的に示したように、受信器４１、信号処理装置４２等を含んでいて、車体側に組付けられており、車両制御装置Ｃに接続されている。受信器４１は、送信器３５ｂから受信した各検出素子Ｓ１，Ｓ２からの出力（電気信号）を信号処理装置４２に供給するものである。

信号処理装置４２は、受信器４１から供給される各検出素子Ｓ１，Ｓ２からの出力（電気信号）に基づいて演算処理された種々な出力を車両制御装置Ｃに供給するものである。車両制御装置Ｃは、車両の状態を制御するアクチュエータ（図示しない）と、そのアクチュエータを駆動するとともにその駆動状態を制御するコントローラ（図示しない）とを含むように構成されている。

上記のように構成したこの実施形態においては、ハブ側回転体３１とホイール側回転体３２を相対変位可能に連結する軸受３３ａ，３３ｂより半径方向内側に形成されている収容空間Ｒが、ハブ側回転体３１およびホイール側回転体３２の回転中心に対して略同軸であり、この収容空間Ｒに検出器本体３５が同軸的に配置されていて、軸受３３ａ，３３ｂより半径方向内側にて、検出器本体３５がハブ側回転体３１とホイール側回転体３２の回転中心に対して同軸的に配置されている。このため、検出器本体３５の重心をハブ側回転体３１およびホイール側回転体３２の回転中心に略一致させることが可能であり、仮に検出器本体３５が重量物であっても、検出器本体３５がハブ側回転体３１およびホイール側回転体３２の回転に与える悪影響を小さなものとすることが可能である。

また、この実施形態においては、ホイール側回転体３２に収容空間Ｒが形成され、ハブ側回転体３１に収容空間Ｒを内包するハウジング部３１Ａが形成されていて、ハウジング部３１Ａには同ハウジング部３１Ａ内に侵入した水を遠心力にて同ハウジング部３１Ａ外へ排出する排水手段Ｄが設けられている。

このため、収容空間Ｒを内包するハウジング部３１Ａにて収容空間Ｒへの水の浸入を抑制することが可能であって、収容空間Ｒに配置されている検出器本体３５への水の付着を抑制することが可能であるとともに、仮に、ハウジング部３１Ａ内に水が浸入しても、その水は遠心力にて同ハウジング部３１Ａ外へ排出する排水手段Ｄにより自動的に排水されるため、検出器本体３５を水から的確に保護することが可能である。

上記した実施形態においては、車輪１０とハブ２０間にて伝達される荷重が車軸の回転方向すなわちトルク（回転力）である場合について説明したが、車輪１０とハブ２０間にて伝達される荷重が車軸の軸方向または径方向である場合においても本発明は上記実施形態と同様にまたは適宜変更して実施可能である。

本発明を実施したタイヤ作用力検出装置の要部縦断正面図である。図１の要部拡大断面図である。図２に示した検出器の側面図である。図１〜図３に示した検出器を含むタイヤ作用力検出装置の電気的な構成を概略的に示すブロック図である。

符号の説明

１０…車輪、１１…ホイール、１１ａ…ディスク部、１１ｂ…リム部、１２…タイヤ、２０…ハブ、３１…ハブ側回転体、３１Ａ…ハウジング部、３１Ｂ…取付部、３２…ホイール側回転体、３３ａ，３３ｂ…軸受（連結体）、３４…シール部材、３５…検出器本体、３５ａ…検出信号処理回路、３８…連通孔、３９…チェック弁、Ｓ１…第１の検出素子、Ｓ２…第２の検出素子、Ａ…検出器、Ｂ…演算器、Ｄ…排水手段、Ｒ…収容空間

Claims

第１回転体と第２回転体が相対変位可能であり、この相対変位に基づく物理量を検出する検出器が、前記第１回転体と前記第２回転体の相対変位に基づく物理量を電気的な出力に変換する検出素子と、この検出素子に電気的に接続されて同検出素子からの電気的な出力を入力する検出回路を備えている回転体の物理量検出装置において、前記第１回転体と前記第２回転体とを相対変位可能に連結する連結体より半径方向内側に、前記検出回路が前記第１回転体と前記第２回転体の回転中心に対して同軸的に配置されていることを特徴とする回転体の物理量検出装置。
請求項１に記載の回転体の物理量検出装置において、前記第１回転体または前記第２回転体に前記検出回路を収容する収容空間が形成され、前記第２回転体または前記第１回転体に前記収容空間を内包するハウジング部が形成されていて、前記ハウジング部には同ハウジング部内に侵入した水を遠心力にて同ハウジング部外へ排出する排水手段が設けられていることを特徴とする回転体の物理量検出装置。
請求項１または２に記載の回転体の物理量検出装置において、前記第１回転体と前記第２回転体は車輪を保持するハブと車輪のホイール間に介装されていて、前記第１回転体と前記第２回転体の相対変位に基づく物理量は前記ホイールに装着されたタイヤに作用するタイヤ作用力であることを特徴とする回転体の物理量検出装置。