JP4321316B2 - 車輪状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハブによって回転可能に保持されるホイールと同ホイールに装着されてタイヤ空気室を形成するタイヤを備えた車輪の状態（例えば、タイヤに作用するタイヤ作用力）を電気的に検出する検出器が前記ホイールに組付けられている車輪状態検出装置に関する。

この種の車輪状態検出装置の一つとして、前記検出器が、前記タイヤと前記ハブ間にて荷重伝達方向に所定量相対変位可能なホイール側回転体とハブ側回転体を備えるとともに、前記ホイール側回転体と前記ハブ側回転体間での伝達荷重（タイヤ作用力）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前記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に記載されている車輪状態検出装置（タイヤ作用力検出装置）では、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伝達荷重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伝達荷重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。

ところで、上記した特許文献１に記載されている構成では、検出素子を収容する収容空間に空気や水が流入可能であり、同収容空間に異物や水が侵入するおそれがある。なお、検出素子を収容する収容空間はシール部材を用いて密封することも可能であるが、シール部材を用いて密封しただけの構造では、周囲温度の変化に伴う収容空間内の圧力変化に起因して、収容空間内が負圧となる場合があり、同負圧による吸引作用により収容空間に空気や水が流入するおそれがある。

本発明は、上記した問題に対処すべくなされたものであり、その目的の一つは、検出器が備える電気機器（検出素子、検出回路等）を異物や水から的確に保護することにある。また、本発明の他の目的は、検出器のコスト低減を図りながら検出器の信頼性を向上させることにある。

上記した目的を達成するために、本発明では、ハブによって回転可能に保持されるホイールと同ホイールに装着されてタイヤ空気室を形成するタイヤを備えた車輪の状態を電気的に検出する検出器が前記ホイールに組付けられている車輪状態検出装置において、前記検出器の電気機器を収容する収容空間が密封空間とされていて前記ホイールに設けた空気通路を通して前記タイヤ空気室に連通しており、前記ホイールに組付けられる前記検出器は前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出する検出器であって、同検出器は、前記タイヤと前記ハブ間にて荷重伝達方向に所定量相対変位可能なホイール側回転体とハブ側回転体を備えるとともに、前記ホイール側回転体と前記ハブ側回転体間での伝達荷重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前記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て、前記検出素子と前記検出回路が前記収容空間に収容されていることに特徴がある。

上記した車輪状態検出装置においては、タイヤ空気室に充填された加圧空気の一部が、ホイールに設けた空気通路を通して、電気機器（検出素子と検出回路）を収容する収容空間（密封空間）に流れて、この収容空間の内部圧力を大気圧より高める。このため、電気機器（検出素子と検出回路）を収容する収容空間を常に大気圧より高圧に保つことが可能であって、同収容空間への異物や水の侵入を抑制することが可能であり、検出器が備える電気機器（検出素子と検出回路）を異物や水から的確に保護することが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記ホイールのディスク部とリム部を所定量相対変位可能に構成して、前記ディスク部を前記ハブ側回転体とし、前記リム部を前記ホイール側回転体とし、前記リム部に前記収容空間と前記空気通路を形成することも可能である。この場合には、シンプルな構成で、電気機器（検出素子と検出回路）を収容する収容空間とタイヤ空気室を連通させることが可能であり、安価に実施することが可能である。

また、本発明の実施に際して、前記タイヤ空気室の圧力（タイヤ空気圧）を検出する空気圧センサが前記収容空間に収容されていることも可能である。この場合には、検出器の電気機器（検出素子と検出回路）と、タイヤ空気室の圧力を検出する空気圧センサを収容空間にて一体化することが可能であり、これらのための電気回路を共通化してコスト低減を図ることが可能である。また、タイヤ空気圧を検知する空気圧センサにて収容空間の内部圧力低下を検知可能であり、検出器の信頼性を向上させることが可能である。

以下に、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図５は本発明の第１実施形態を示していて、この実施形態の車輪状態検出装置はタイヤ作用力検出装置であって、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５参照）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、Ｌ字状の空気通路１１ｃが形成されている。タイヤ１２は、ホイール１１のリム部１１ｂとでタイヤ空気室Ｒ１を形成しており、このタイヤ空気室Ｒ１には、ホイール１１のリム部１１ｂに組付けたエアーバルブ１３を通して加圧空気が充填可能である。

空気通路１１ｃは、一端にてディスク部１１ａのハブ側端面に開口し、他端にてリム部１１ｂの外周に開口していて、タイヤ空気室Ｒ１に連通しており、一端部にはチェック弁１４が組付けられている。チェック弁１４は、車輪１０がハブ２０に検出器Ａを介して装着されていないときに、タイヤ空気室Ｒ１内の加圧空気が空気通路１１ｃを通して大気に流れるのを阻止する機能を有していて、図３にて示したように、弁座部材１４ａ、ボール弁体１４ｂ、スプリング１４ｃ等によって構成されている。

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２に示すように、ハブ２０とホイール１１間にてハブ２０とホイール１１にそれぞれ着脱可能に組付けられていて、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４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と、常時動作する空気圧センサＳ３を備えている。

ハブ側回転体３１は、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、内部に収容空間Ｒ２を有しており、周方向にて等間隔に形成した４個の取付孔３１ｃに挿通される４本のボルト（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、先端に十字形状の切欠を有する突起３１ｂ１が軸方向に形成され、また突起３１ｂ１を同軸的に貫通して収容空間Ｒ２に連通する通気孔３１ｂ２が形成されている。

突起３１ｂ１は、ハブ２０に組付けられた検出器Ａに車輪１０が装着されたときに、チェック弁１４の機能を無効とするものであり、このときにはホイール１１に組付けたチェック弁１４のボール弁体１４ｂと係合して、ボール弁体１４ｂを弁座部材１４ａの弁座から離間させる。このため、このときには、タイヤ空気室Ｒ１と収容空間Ｒ２がホイール１１の空気通路１１ｃ、チェック弁１４および通気孔３１ｂ２を通して連通する。

ホイール側回転体３２は、ハブ側回転体３１の収容空間Ｒ２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の収容空間Ｒ２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。

空気圧センサＳ３は、収容空間Ｒ２に収容された状態にて、通気孔３１ｂ２、突起３１ｂ１によって開状態とされたチェック弁１４および空気通路１１ｃを通して収容空間Ｒ２に連通するタイヤ空気室Ｒ１の圧力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。

検出器本体３５は、図５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、空気圧センサＳ３とともにホイール側回転体３２の円筒部３２ａ内に組付けられていて、円筒部３２ａ内にて移動しないように固定されている。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）と空気圧センサＳ３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）と空気圧センサＳ３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、空気圧センサＳ３、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５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）と空気圧センサＳ３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）と空気圧センサＳ３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第１実施形態においては、検出器Ａの各検出素子Ｓ１，Ｓ２、空気圧センサＳ３、検出器本体３５等を収容する収容空間Ｒ２が密封空間とされていて、この収容空間Ｒ２は、通気孔３１ｂ２、突起３１ｂ１によって開状態とされたチェック弁１４および空気通路１１ｃを通してタイヤ空気室Ｒ１に連通している。

したがって、タイヤ空気室Ｒ１に充填された加圧空気の一部が空気通路１１ｃ、突起３１ｂ１によって開状態とされたチェック弁１４および通気孔３１ｂ２を通して収容空間Ｒ２（密封空間）に流れて、この収容空間Ｒ２の内部圧力を大気圧より高める。このため、検出器Ａの各検出素子Ｓ１，Ｓ２、空気圧センサＳ３、検出器本体３５等を収容する収容空間Ｒ２を常に大気圧より高圧に保つことが可能であって、同収容空間Ｒ２への異物や水の侵入を抑制することが可能であり、検出器Ａが備える各検出素子Ｓ１，Ｓ２、空気圧センサＳ３、検出器本体３５等を異物や水から的確に保護することが可能である。

また、この第１実施形態においては、タイヤ空気室Ｒ１の圧力（タイヤ空気圧）を検出する空気圧センサＳ３が収容空間Ｒ２に収容されているため、タイヤ作用力を検出する検出器Ａの各検出素子Ｓ１，Ｓ２および検出器本体３５と、タイヤ空気室Ｒ１の圧力を検出する空気圧センサＳ３を収容空間Ｒ２にて一体化することができて、これらのための電気回路（検出器本体３５）を共通化してコスト低減を図ることが可能である。また、タイヤ空気圧を検知する空気圧センサＳ３にて収容空間Ｒ２の内部圧力低下を検知可能であり、検出器Ａの信頼性を向上させることが可能である。

上記した第１実施形態においては、図１および図２に示したように、車輪１０とハブ２０間にタイヤ作用力を検出する検出器Ａを設けて実施したが、図６および図７に示した第２実施形態のように、車輪１０におけるホイール１１のディスク部１１ａとリム部１１ｂ間にタイヤ作用力を検出する検出器Ａａを設けて実施することも可能である。この第２実施形態においては、ホイール１１のディスク部１１ａとリム部１１ｂを所定量相対変位可能に構成して、ディスク部１１ａをハブ側回転体とし、リム部１１ｂをホイール側回転体とする。また、リム部１１ｂに４個の第１検出素子Ｓ１および４個の第２検出素子Ｓ２と一つの検出器本体３５を組付けるとともにタイヤ空気圧を検知する一つの空気圧センサＳ３を組付けて実施する。

各第１検出素子Ｓ１は、リム部１１ｂに設けた第１の収容空間Ｒ２ａにピストン５１およびスプリング５２とともに収容されていて、ディスク部１１ａに対するリム部１１ｂの中立状態から一方への相対回転変位に基づいてピストン５１を介してディスク部１１ａから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。

ピストン５１は、環状のシール部材５３を介してリム部１１ｂにピストン軸方向にて移動可能に組付けられていて、第１検出素子Ｓ１が収容されている第１の収容空間Ｒ２ａを密封空間としている。第１の収容空間Ｒ２ａは、リム部１１ｂに形成された第１の空気通路１１ｂ１を通してタイヤ空気室Ｒ１に連通している。なお、第１の空気通路１１ｂ１には、第１検出素子Ｓ１と検出器本体３５を結線するリード線Ｌ１が挿通されている。

各第２検出素子Ｓ２は、リム部１１ｂに設けた第２の収容空間Ｒ２ｂにピストン５４およびスプリング５５とともに収容されていて、ディスク部１１ａに対するリム部１１ｂの中立状態から他方への相対回転変位に基づいてピストン５４を介してディスク部１１ａから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。

ピストン５４は、環状のシール部材５６を介してリム部１１ｂにピストン軸方向にて移動可能に組付けられていて、第２検出素子Ｓ２が収容されている第２の収容空間Ｒ２ｂを密封空間としている。第２の収容空間Ｒ２ｂは、リム部１１ｂに形成された第２の空気通路１１ｂ２を通してタイヤ空気室Ｒ１に連通している。なお、第２の空気通路１１ｂ２には、第２検出素子Ｓ２と検出器本体３５を結線するリード線Ｌ２が挿通されている。

空気圧センサＳ３は、タイヤ空気室Ｒ１にダイレクトに連通する第３の収容空間Ｒ２ｃに検出器本体３５とともに収容されていて、タイヤ空気室Ｒ１の圧力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。

この第２実施形態においては、ホイール１１のリム部１１ｂに、第１検出素子Ｓ１を収容する第１の収容空間Ｒ２ａと、第２検出素子Ｓ２を収容する第２の収容空間Ｒ２ｂと、空気圧センサＳ３と検出器本体３５を収容する第３の収容空間Ｒ２ｃが形成されるとともに、第１の収容空間Ｒ２ａとタイヤ空気室Ｒ１を連通させる第１の空気通路１１ｂ１と、第２の収容空間Ｒ２ｂとタイヤ空気室Ｒ１を連通させる第２の空気通路１１ｂ２が形成されている。このため、シンプルな構成で、各収容空間Ｒ２ａ，Ｒ２ｂ，Ｒ２ｃとタイヤ空気室Ｒ１を連通させることが可能であり、安価に実施することが可能である。

上記した各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各実施形態と同様にまたは適宜変更して実施可能である。

本発明による車輪状態検出装置の第１実施形態を示した縦断正面図である。 図１の要部拡大断面図である。 図１および図２に示したチェック弁部分の拡大図である。 図２に示した検出器の側面図である。 図１および図２に示した検出器を含む本発明による車輪状態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。 本発明による車輪状態検出装置の検出器を車輪のホイールに適用した第２実施形態を示した側面図である。 図６に示した第２実施形態の要部拡大部分破断側面図である。

符号の説明

１０…車輪、１１…ホイール、１１ａ…ディスク部、１１ｂ…リム部、１１ｃ…空気通路、１２…タイヤ、２０…ハブ、３１…ハブ側回転体、３２…ホイール側回転体、３３ａ，３３ｂ…軸受、３４…シール部材、３５…検出器本体、３５ａ…検出信号処理回路、Ｓ１…第１の検出素子、Ｓ２…第２の検出素子、Ｓ３…空気圧センサ、Ａ…検出器、Ｂ…演算器、Ｒ１…タイヤ空気室、Ｒ２…収容空間

Claims (3)

1. ハブによって回転可能に保持されるホイールと同ホイールに装着されてタイヤ空気室を形成するタイヤを備えた車輪の状態を電気的に検出する検出器が前記ホイールに組付けられている車輪状態検出装置において、前記検出器の電気機器を収容する収容空間が密封空間とされていて前記ホイールに設けた空気通路を通して前記タイヤ空気室に連通しており、前記ホイールに組付けられる前記検出器は前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出する検出器であって、同検出器は、前記タイヤと前記ハブ間にて荷重伝達方向に所定量相対変位可能なホイール側回転体とハブ側回転体を備えるとともに、前記ホイール側回転体と前記ハブ側回転体間での伝達荷重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前記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て、前記検出素子と前記検出回路が前記収容空間に収容されていることを特徴とする車輪状態検出装置。
2. 請求項１に記載の車輪状態検出装置において、前記ホイールのディスク部とリム部を所定量相対変位可能に構成して、前記ディスク部を前記ハブ側回転体とし、前記リム部を前記ホイール側回転体とし、前記リム部に前記収容空間と前記空気通路を形成したことを特徴とする車輪状態検出装置。
3. 請求項１または２に記載の車輪状態検出装置において、前記タイヤ空気室の圧力を検出する空気圧センサが前記収容空間に収容されていることを特徴とする車輪状態検出装置。

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