JP4997801B2

JP4997801B2 - サスペンション車体間入力荷重測定装置

Info

Publication number: JP4997801B2
Application number: JP2006076624A
Authority: JP
Inventors: 知昭筑後; 聡石塚
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: JP2007255899A

Description

本発明は、サスペンション車体間入力荷重測定装置に係り、詳細には、車両に装着されるサスペンションを介して車体へ入力される荷重を精度良く測定する荷重測定装置に関する。

サスペンションは、車輪から車体へ伝わる振動荷重（以下、「荷重」と称する）を減衰する緩衝装置としての機能を備え、乗員の乗り心地や操縦の安定性などを目的とする重要な装置である。このため、サスペンションの設計には、サスペンションから車体へ伝わる荷重を精度良く測定することが必要である。

サスペンションを介して車体へ入力される荷重を測定する従来技術としては、車両ボディに固定される上板と車両サスペンションに固定される下板との間に複数のワッシャ型圧電式荷重センサを備えた荷重測定装置を用いてサスペンションから車体へ入力される荷重を測定する方法がある（特許文献１）。

しかしながら、上記従来技術は、サスペンションから車体へ入力される荷重の交流成分に対する感度は高いが、直流成分に対しては感度が著しく低いため、輪荷重（車輪を通じて路面に加わる鉛直方向の荷重）により車体が受ける荷重を正確に測定することができないという問題がある。

また、サスペンションには、通常、路面の状態に応じてモーメントが加わるが、上記従来技術では、測定される荷重にモーメントが加わった状態の荷重が測定されてしまうため、サスペンションを介して車体へ入力される正確な輪荷重を測定することができないという問題がある。
特開平９−２３６４９８号公報

本発明は上記のような問題を解決するために成されたものであり、サスペンションを介して車体へ入力される輪荷重を精度よく測定することができる荷重測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る荷重測定装置は、サスペンションを介して車体に入力される荷重を測定する荷重測定装置であって、前記サスペンションの上端部を保持するサスペンション保持部と、複数の連結部材を介して前記車体に連結される固定部と、前記サスペンション保持部と前記固定部とを連結し、前記サスペンション保持部に入力される荷重に応じてひずみを発生させる複数の起歪体と、それぞれの起歪体に取り付けられるひずみゲージと、を備えることを特徴する。

また、前記起歪体に取り付けられたひずみゲージが少なくとも一つのブリッジ回路を形成し、前記ブリッジ回路は、それぞれの前記ひずみゲージへ入力される荷重からモーメントの入力を除去し、車体へ入力される荷重のみを精度良く測定することを特徴とする。

以上のように構成された本発明に係る荷重測定装置によれば、従来のような圧電式荷重センサではなく、ひずみゲージを用いた構成としているので、サスペンションを介して車体へ入力される荷重の交流成分のみならず、直流成分も精度良く測定することができる。

また、起歪体に取り付けられるひずみゲージがブリッジ回路を形成し、このブリッジ回路は、サスペンションを介して車体へ入力される荷重からモーメントの入力を除去させるようにしているので、精度良く輪荷重を測定することができる。

以下に、本発明に係る荷重測定装置を、第１実施形態および第２実施形態に分けて、図面を参照しながら詳細に説明する。以下の実施形態で参照する図面では、本発明に係る荷重測定装置を構成する各部材の寸法を誇張して示しているが、これは発明の内容の理解を容易にするためである。

第１実施形態
図１〜図５は、本発明の第１実施形態に係る荷重測定装置の説明に供する図である。図１は本実施の形態に係る荷重測定装置を車体側から見た上面を示す図を、図２は図１におけるII−II線に沿った断面図を、図３ａは図１に示した起歪体の部分拡大図を、図３ｂは図３ａにおけるIIIｂ−IIIｂ線に沿った断面図を、図３ｃは図３ａにおけるIIIｃ−IIIｃ線に沿った断面図を、図４は本実施の形態で用いられるひずみゲージを、図５は本実施の形態において、複数のひずみゲージによって構成されるブリッジ回路の概略的な構成を示す図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態に係る荷重測定装置１００は、車両のサスペンション（図示はしない）と車体１３１との間に挟み込まれる構造をしている。

図に示すように、荷重測定装置１００は、サスペンション保持部１１１、固定部１１３、起歪体１１５ａ〜１１５ｆ、および起歪体１１５ａ〜１１５ｆに取り付けられるひずみゲージＲ１〜Ｒ２４を備えている。

サスペンション保持部１１１は、車体１３１のタイヤ（図示しない）から車体１３１へ伝わる荷重を吸収するサスペンションを保持するものである。サスペンション保持部１１１には、複数のボルト孔が形成され、サスペンション取り付けボルト１１１ａ〜１１１ｆによってサスペンションの上端部１５１に固定される。なお、サスペンション保持部１１１は、サスペンションの上端部１５１の形状に倣って、本実施の形態では円盤形状に形成している。

固定部１１３は、サスペンション保持部１１１を取り囲むように形成され、複数の連結部材を介して車体１３１に連結されるものである。

固定部１１３は、連結部材、例えば、車体留めボルト１１３ａ〜１１３ｃによって車体１３１に固定される。本実施の形態では、連結部材としてボルトを用いているが、これに限定されず、固定部１１３と車体１３１とを連結できるものであれば特に限定されない。

起歪体１１５ａ〜１１５ｆは、サスペンション保持部１１１と固定部１１３とを連結し、サスペンション保持部１１１に入力される荷重（輪荷重およびモーメント）に応じたひずみを発生するものである。起歪体１１５ａ〜１１５ｆは、サスペンション保持部の外周に沿って、サスペンション保持部１１１と固定部１１３とを連結するように形成されている。

起歪体１１５ａ〜１１５ｆは、それぞれサスペンション保持部１１１および固定部１１３に対して等間隔に６本形成されている。このように、起歪体を等間隔に形成する理由は、サスペンション保持部１１１に入力される荷重を起歪体１１５ａ〜１１５ｆにそれぞれ分配させ、ひずみの集中（詳細な説明は後述する）を均等にするためである。なお、起歪体の位置関係が等間隔になるように形成されれば、車体及び部品の取り付け部位の形状、ボルト等の固定を行う部品は特に限定されない。

起歪体１１５ａ〜１１５ｆは、金属材料から形成され、例えば、サスペンションスプリング１５３を形成する金属材料のように、剛性が高く弾性変形が良好な材料から形成されることが好ましい。また、断面の寸法は、入力される荷重に対応して、起歪体を形成する材料の剛性や許容剪断応力などの機械的特性に応じて任意に決定することができる。

次に、起歪体の形状について説明する。

図３ａは、起歪体の一つである、起歪体１１５ａの部分拡大図である。本実施の形態では、起歪体の形状は総て同じであるので、起歪体１１５ａを例にとって説明する。

図に示すように、起歪体１１５ａは、起歪体１１５ａの側面に一定の曲率半径を有している。また、図３ｂおよび図３ｃに示すように、起歪体１１５ａの内部は中空になっており、その断面は円形に形成されている。本実施の形態における起歪体は、円盤形状の金属板をワイヤー放電により削り出して形成している。

このような形状に形成する理由は、起歪体が発生させるひずみのばらつきを防止すると共に、ひずみゲージの検出感度が高い領域へひずみを集中させるためである。

図３ｂに示すように、起歪体の肉厚が一番薄くなっている部分は領域Ｘおよび領域Ｙである。この領域に最もひずみが集中するため、通常、この領域にひずみゲージの検出感度が高い領域（センシングポイント）を対応させるようにひずみゲージが取り付けられる。なお、ひずみゲージの検出感度が高い領域にひずみを集中させることができる形状であれば、起歪体の形状は特に限定されない。

ところで、起歪体の本数は、固定部１１３を固定するための連結部材、すなわち、固定端の数に依存して決定される。具体的には、車体の特徴（通常、サスペンションを連結する車体留めボルトは、フロント用サスペンションが３本、リア用サスペンションが２本である。）、ひずみゲージが構成するブリッジ回路、起歪体に取り付けられるひずみゲージの枚数、起歪体の剛性や強度など、様々な要因を考慮して決定される（ひずみゲージ、ブリッジ回路についての詳細な説明は後述する）。

発明者らの研究によると、前記要因を考慮した場合、起歪体の本数は、固定端の自然数倍、好ましくは、偶数倍の本数である。

本実施の形態では、図１に示すように、車体留めボルト１１３ａ〜１１３ｃの３本であるので、下記の式で起歪体の本数を求めることができる。

となる。

ひずみゲージＲ１〜Ｒ１２、Ｒ１３〜Ｒ２４は、起歪体１１５ａ〜１１５ｆに取り付けられ、起歪体１１５ａ〜１１５ｆが発生するひずみを検出する素子である。

ひずみゲージＲ１〜Ｒ１２、Ｒ１３〜Ｒ２４は、上述したように起歪体１１５ａ〜１１５ｆが発生するひずみの集中する箇所に取り付けられ（図３ｂ参照）、ひずみを検出すると共に、起歪体が受けるモーメント、すなわち、トルクを計測することができるように取り付けられる。

本実施の形態では、図４に示すように、２つのひずみゲージから構成されるトルク計測用の２軸直交型ひずみゲージを用いている。図４に示す上側のひずみゲージ４１１（車体側に近い方）はひずみゲージＲ１〜Ｒ１２に、下側のひずみゲージ４１３（サスペンション側に近い方）はひずみゲージＲ１３〜Ｒ２４にそれぞれ対応している（図３ｂ参照）。

なお、ひずみゲージを用いたトルクの計測方法は、公知のように、２枚のひずみゲージをそれぞれ軸方向に対して４５度傾斜させ、それぞれのひずみゲージが２軸直交状態になるように測定箇所に取り付ける方法でも良い。

また、図４に示すようにひずみゲージの縦の長さＬ’は、図３ｃに示した起歪体の取り付け面（側面）の縦の長さＬと同じ寸法とすることが好ましい。これは、起歪体の取り付け面の寸法とひずみゲージの寸法とを同じ寸法とすることによって、手作業による取り付け位置のずれを防止し、測定誤差を低減させて測定の精度を向上させることができるからである。

ところで、荷重測定装置１００は、サスペンションの上端部１５１とサスペンション保持部１１１とが加工部１６１で一体となった部品１７１にあらかじめ取り付けておき、サスペンション取り付けボルト１１１ａ〜１１１ｆで固定し，車体１３１とサスペンションとの間に挟み込むように構成されている。このような構成にすることによって、荷重測定装置１００を単純に挟み込む場合に比べ、サスペンションの上端部１５１を上方（車体側）にオフセットさせることができ、荷重測定装置装着時の車高の変化を低減させることができる。

なお、上記各部の取り付けは、荷重測定装置１００と車体１３１との取り付けは３本の車体留めボルト１１３ａ〜１１３ｃを、サスペンション保持部１１１とサスペンションとの取り付けは６本のサスペンション取り付けボルト１１１ａ〜１１１ｆを用いた方法を説明したが、これに限定されず、起歪体１１５ａ〜１１５ｆとの位置関係において、図１に示すように起歪体１１５ａ〜１１５ｆそれぞれが等間隔になるように形成されるのであれば、車体留めボルトおよびサスペンション取り付けボルトの本数は任意である。

次に、本実施の形態のひずみゲージＲ１〜Ｒ１２、Ｒ１３〜Ｒ２４によって構成されるブリッジ回路について詳細に説明する。以下の説明では、起歪体が６本（車体留めボルトが３本）の場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１および図３ａ〜図３ｃを再び参照すれば、本実施の形態で用いられるひずみゲージは２軸直交型ひずみゲージであり、６本の起歪体１１５ａ〜１１５ｆの側面に１２枚、合計２４個のひずみゲージＲ１〜Ｒ１２、Ｒ１３〜Ｒ２４が取り付けられている。これらのひずみゲージによって、二つのブリッジ回路を形成する。

図１におけるひずみゲージの参照番号は、一の固定端（車体留めボルト１１３ａ）から最も近接している一のひずみゲージ（Ｒ１）を基準とし、時計回りの方向に、順次、車体側に近い方をＲ１〜Ｒ１２、サスペンション側に近い方をＲ１３〜Ｒ２４として示している。

図５は、本実施の形態におけるブリッジ回路の構成図である。

図５に示すように、本実施の形態におけるブリッジ回路は、二つのブリッジ回路で構成される。ブリッジ回路Ａは、それぞれの固定端からの距離が近い側ひずみゲージ群（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ２１、Ｒ２２）で構成され、一方、ブリッジ回路Ｂは、それぞれの固定端からの距離が遠い側のひずみゲージ群（Ｒ３、Ｒ４、Ｒ７，Ｒ８，Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１９、Ｒ２０）で構成される。

次に、それぞれのブリッジ回路に配置されるひずみゲージについて説明する。

図５に示すように、時計回りの方向に、順次、ブリッジ回路Ａの辺Ａ_１にはひずみゲージＲ９、Ｒ５、Ｒ１が、辺Ａ_２にはひずみゲージＲ１３、Ｒ１７、Ｒ２１が、辺Ａ_３にはひずみゲージＲ１０、Ｒ６、Ｒ２が、辺Ａ_４にはひずみゲージＲ１４、Ｒ１８、Ｒ２２が配置されている。

同様に、ブリッジ回路Ｂの辺Ｂ₁にはひずみゲージＲ１１、Ｒ７、Ｒ３が、辺Ｂ₂にはひずみゲージＲ１５、Ｒ１９、Ｒ２３が、辺Ｂ₃にはひずみゲージＲ１２、Ｒ８、Ｒ４が、辺Ｂ₄にはひずみゲージＲ１６、Ｒ２０、Ｒ２４が配置されている。

ブリッジ回路Ａの辺Ａ_１および辺Ａ_１に対向する辺Ａ₃に配置されるひずみゲージは、サスペンションから入力される荷重によって起歪体が圧縮される側（以下、「圧縮側」と称する）のひずみゲージである。一方、辺Ａ₂および辺Ａ₂に対向する辺Ａ₄に配置されるひずみゲージは、サスペンションから入力される荷重によって起歪体が引っ張られる側（以下、「引張側」と称する）のひずみゲージである。なお、ブリッジ回路Ｂも同様の配置構成となっている。

また、図５に示すように、一の辺に配置される一のひずみゲージと、接点Ｍと接点Ｎを結ぶ直線を軸として対称の辺に配置され、当該一のひずみゲージと対応する位置に配置される他のひずみゲージとは、同一の起歪体の圧縮側と引張側とに取り付けられるひずみゲージとなっている。例えば、起歪体１１５ａに取り付けられているひずみゲージＲ１（引張側）とひずみゲージＲ１３（圧縮側）とは、ブリッジ回路Ａにおける接点Ｍおよび接点Ｎを結ぶ直線に対して対称の位置に配置されている。

ここで、ブリッジ回路の各辺に配置されているひずみゲージの位置関係について説明する。以下では、ブリッジ回路Ａの辺Ａ_１に配置されているひずみゲージについて説明する。

再び図１を参照する。図１に示すように、サスペンション保持部１１１の中心軸から時計回り方向に見れば、辺Ａ_１に配置されているひずみゲージＲ９は起歪体１１５ｄの右側面に、ひずみゲージＲ５は起歪体１１５ｃの右側面に、ひずみゲージＲ１は起歪体１１５ａの右側面に取り付けられている。この位置関係は、それぞれのひずみゲージが取り付けられている位置を直線で結ぶと、略正三角形が形成されるように取り付けられている。なお、各辺の位置関係も同様である。

以上のようなブリッジ回路を形成すれば、サスペンションから車体へ入力される荷重、すなわち、サスペンション保持部１１１を介して起歪体１１５ａ〜１１５ｆに入力される荷重からモーメントの入力のみを除去することができる。

ブリッジ回路による出力有無の確認は下記の数式（２）によって行い、数式（２）によって、サスペンションから入力される荷重からモーメントの入力のみが除去されていることを確認することができる。なお、数式（２）はそれぞれのひずみゲージごとに発生するひずみ量を、幾何学的に計算をすることによって算出している。

ここで、ε_Ｖoutは荷重測定装置１００のひずみ出力量であり、ε_ＢＡ、ε_ＢＢは各ブリッジ回路のひずみ出力量であり、ε₁〜ε₂₄はひずみゲージＲ１〜Ｒ２４のひずみ出力量である。

また、数式（２）の第１項目はブリッジ回路Ａの辺Ａ_１および辺Ａ₃配置されるひずみゲージのひずみ出力量を、第２項目はブリッジ回路Ａの辺Ａ₂および辺Ａ₄に配置されるひずみゲージのひずみ出力量を、第３項目はブリッジ回路Ｂの辺Ｂ₁および辺Ｂ₃配置されるひずみゲージのひずみ出力量を、第４項目はブリッジ回路Ｂの辺Ｂ₂および辺Ｂ₄に配置されるひずみゲージのひずみ出力量を加算して平均化した値を表している。

そして、上述したように、辺Ａ_１、辺Ａ₃、辺Ｂ₁、および辺Ｂ₃に配置されるひずみゲージによる出力量は引張側の出力量であり、辺Ａ₂、辺Ａ₄、辺Ｂ₂、および辺Ｂ₄は配置されるひずみゲージの出力量は圧縮側の出力量であるので、荷重装置本体１００の出力ε_Ｖoutは、各辺に配置されるそれぞれのひずみゲージの出力量、すなわち、ブリッジ回路Ａとブリッジ回路Ｂの出力とを加算して平均化した値を示している。

以上のようなブリッジ回路を形成することにより、サスペンションから入力される荷重からモーメントを除去させることができる。

ところで、上記のような構成の２つのブリッジ回路を用いる理由は、次の通りである。

二つのブリッジ回路を用いなくても、通常、ブリッジ回路Ａのような回路構成のみでモーメントを除去させることができる。

しかしながら、ブリッジ回路Ａのみでモーメントの入力が除去できない場合がある。この場合、一のブリッジ回路から出力されるはずのない電位差（例えば、＋１ボルト）が出力されるが、他のブリッジ回路が前記電位差と符号が逆の電位差（例えば、−１ボルト）を出力する。この結果、ブリッジ回路全体としての出力は、モーメントの入力が除去した出力となる。

第２実施形態
図６〜図８は、本発明の第２実施形態に係る荷重測定装置の説明に供する図である。図６は本実施の形態に係る荷重測定装置を車体側から見た上面を示す図を、図７は図６におけるIIＶ−IIＶ線に沿った断面図を、図８は本実施の形態において、複数のひずみゲージによって構成されるブリッジ回路の概略的な構成を示す図である。なお、第１実施形態と第２実施形態とでは、図１に対応する図６において、主として起歪体の本数のみが異なっている。その他の構成要素は図１と全く同じであるので、それらの構成要素の説明は省略する。また、図６において、図１と起歪体の本数が異なることにより、各要素の機能が異なる点は、その異なる点のみを説明する。

また、以下の説明では、起歪体が４本（車体留めボルトが２本）の場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図６および図７に示すように、本実施の形態に係る荷重測定装置２００は、第１実施形態とは異なり、サスペンション上端部（図示はしていない）の車体取り付け用部品が、荷重測定装置に置き換わった形態となっている。この荷重測定装置２００をサスペンションに取り付け、その後、車体へ連結部材により取り付ける構造となっている。なお、本実施の形態では、車体２５１への取り付けは、図７に示すように、連結部材として車体留めナット２１３ａ、２１３ｂの２つのナットを使用し、車体２５１が備えるサスペンション用取り付けボルト２５１ａ、２５１ｂで固定され、起歪体２１５ａ〜２１５ｄの４本（連結部材２個×２倍）の形態を採用している。本実施の形態では、第１実施形態とは異なり、起歪体の側面に８枚、合計１６個のひずみゲージＲ’１〜Ｒ’１６を取り付けている。

図６におけるひずみゲージの参照番号は、一の固定端（車体留めナット２１３ａ）から最も近接している一のひずみゲージ（Ｒ’１）を基準とし、時計回りの方向に、順次、車体側に近い方をＲ’１〜Ｒ’８、サスペンション側に近い方をＲ’９〜Ｒ’１６として示している。

また、本実施の形態では、荷重入力による起歪体２１５ａ〜２１５ｄ以外の各部の変形を極力低減させて、起歪体２１５ａ〜２１５ｄにひずみが集中するように、第１実施形態のサスペンション保持部１１１とは異なる形状となっている。サスペンション保持部２１１は、円盤形状の周囲に沿って４つの凸部が等間隔に形成されている。

次に、本実施の形態のひずみゲージＲ’１〜Ｒ’１６によって構成されるブリッジ回路について詳細に説明する。

図８は、本実施の形態におけるブリッジ回路の構成図である。

図８に示すように、本実施の形態におけるブリッジ回路は、二つのブリッジ回路で構成される。ブリッジ回路Ａ’は、それぞれの固定端からの距離が近い側ひずみゲージ群（Ｒ’１、Ｒ’４、Ｒ’５、Ｒ’８、Ｒ’９、Ｒ’１２、Ｒ’１３、Ｒ’１６）で構成され、一方、ブリッジ回路Ｂ’は、ぞれぞれの固定端からの距離が遠い側のひずみゲージ群（Ｒ’２、Ｒ’３、Ｒ’６、Ｒ’７、Ｒ’１０、Ｒ’１１、Ｒ’１４、Ｒ’１５）で構成される。

図８に示すように、時計回り方向に、順次、ブリッジ回路Ａ’の辺Ａ’_１にはひずみゲージＲ’５、Ｒ’１が、辺Ａ’_２にはひずみゲージＲ’９、Ｒ’１３が、辺Ａ’_３にはひずみゲージＲ’４、Ｒ’８が、辺Ａ’_４にはひずみゲージＲ’１６、Ｒ’１２が配置されている。一方、ブリッジ回路Ｂ’の辺Ｂ’₁にはひずみゲージＲ’７、Ｒ’３が、辺Ｂ’₂にはひずみゲージＲ’１１、Ｒ’１５が、辺Ｂ₃にはひずみゲージＲ’２、Ｒ’６が、辺Ｂ’₄にはひずみゲージＲ’１４、Ｒ’１０が配置される。

ブリッジ回路Ａの辺Ａ’_１および辺Ａ’_１に対向する辺Ａ’₃に配置されるひずみゲージは、圧縮側のひずみゲージである。一方、辺Ａ’₂および辺Ａ’₂に対向する辺Ａ’₄に配置されるひずみゲージは、引張側のひずみゲージである。なお、ブリッジ回路Ｂ’も同様の配置構成となっている。

また、図８に示すように、一の辺に配置される一のひずみゲージと、接点Ｍ’と接点Ｎ’とを結ぶ直線を軸として対称の辺に配置され、当該一のひずみゲージと対応する位置に配置される他のひずみゲージは、同一の起歪体の圧縮側と引張側とに取り付けられるひずみゲージとなっている。例えば、起歪体２１５ａに取り付けられているひずみゲージＲ’１（引張側）とひずみゲージＲ’９（圧縮側）とは、ブリッジ回路Ａ’における接点Ｍ’および接点Ｎ’を結ぶ直線に対して対称の位置に配置されている。

ここで、ブリッジ回路の各辺に配置されているひずみゲージの位置関係について説明する。以下では、ブリッジ回路Ａ’の辺Ａ’_１配置されているひずみゲージについて説明する。

再び図６を参照する。図６に示すように、サスペンション保持部２１１の中心軸から時計回り方向に見れば、辺Ａ’_１に配置されているひずみゲージＲ’１は起歪体２１５ａの左側面に、ひずみゲージＲ’５は起歪体２１５ｃの左側面に取り付けられている。この位置関係は、サスペンション保持部２１１の中心点を基準として、点対称の位置関係になっている。なお、各辺の位置関係も同様である。

以上のようなブリッジ回路を形成すれば、サスペンションから車体へ入力される荷重、すなわち、サスペンション保持部２１１を介して起歪体２１５ａ〜２１５ｄに入力される荷重からモーメントの入力のみを除去することができる。

ブリッジ回路による出力有無の確認は下記の数式（３）によって行い、数式（３）によって、サスペンションから入力される荷重からモーメントの入力のみが除去されていることを確認することができる。なお、数式（３）はそれぞれのひずみゲージごとに発生するひずみ量を、幾何学的に計算をすることによって算出している。

ここで、ε’_Ｖoutは荷重測定装置２００のひずみ出力量であり、ε’_ＢＡ、ε’_ＢＢは各ブリッジ回路のひずみ出力量であり、ε’₁〜ε’₁₆はひずみゲージＲ’１〜Ｒ’１６のひずみ出力量である。

また、数式（３）の第１項目はブリッジ回路Ａ’の辺Ａ’_１および辺Ａ’₃配置されるひずみゲージのひずみ出力量を、第２項目はブリッジ回路Ａ’の辺Ａ’₂および辺Ａ’₄に配置されるひずみゲージのひずみ出力量を、第３項目はブリッジ回路Ｂ’の辺Ｂ₁および辺Ｂ’₃配置されるひずみゲージのひずみ出力量を、第４項目はブリッジ回路Ｂ’の辺Ｂ’₂および辺Ｂ’₄に配置されるひずみゲージのひずみ出力量を加算して平均化した値を表している。

そして、上述したように、辺Ａ’_１、辺Ａ’₃、辺Ｂ’₁、および辺Ｂ’₃に配置されるひずみゲージによる出力量は引張側の出力量であり、辺Ａ’₂、辺Ａ’₄、辺Ｂ’₂、および辺Ｂ’₄は配置されるひずみゲージの出力量は圧縮側の出力量であるので、荷重装置本体２００の出力ε’_Ｖoutは、各辺に配置されるそれぞれのひずみゲージの出力量、すなわち、ブリッジ回路Ａ’とブリッジ回路Ｂ’の出力とを加算して平均化した値を示している。

以上のように、本発明に係る荷重測定装置は、サスペンションから入力される荷重を起歪体が受けることによって起歪体に取り付けられるひずみゲージの抵抗値の変化を検出する。そして、検出した抵抗値の変化は、複数のひずみゲージにより組まれたブリッジ回路により出力を増幅すると共にそれぞれのひずみゲージに入力されるモーメントを相殺してモーメントの入力を除去させた電気信号を出力している。この結果、サスペンションを介して車体へ入力される荷重の交流成分だけでなく、直流成分も精度良く測定することができ、さらに、入力される荷重からモーメントの入力のみを除去しているので、正確な輪荷重を測定することができる。

また、従来のような圧電式荷重センサを用いず、複数のひずみゲージから構成されるブリッジ回路を採用しているので、各センサの個体差を取り除く必要がなく、センサの個体差を取り除くための調整機構や調整作業を必要とせず、作業効率を著しく向上させることができる。

また、連結部材の数を２または３にすることにより、多様な車種との互換性を持たせることができ、汎用性に優れた荷重測定装置を提供することができる。

本発明は、サスペンションから車体へ入力される荷重を測定する技術分野に有用である。

本発明の第１実施形態に係る荷重測定装置を車体側から見た上面を示す図である。図１におけるII−II線に沿った断面図である。図１に示した起歪体の部分拡大図である。図３ａにおけるIIIｂ−IIIｂ線に沿った断面図である。図３ａにおけるIIIｃ−IIIｃ線に沿った断面図である。本発明の第１実施形態で用いられるひずみゲージを示す図である。本発明の第１実施形態において、複数のひずみゲージによって構成されるブリッジ回路の概略的な構成を示す図である。本実施の形態に係る荷重測定装置を車体側から見た上面を示す図である。図６におけるIIＶ−IIＶ線に沿った断面図本発明の第１実施形態において、複数のひずみゲージによって構成されるブリッジ回路の概略的な構成を示す図である。

符号の説明

１１１サスペンション保持部、
１１１ａ〜１１１ｃサスペンション取り付けボルト、
１１３固定部、
１１３〜１１３ｃ車体留めボルト、
１１５ａ〜１１５ｆ起歪体、
Ｒ１〜Ｒ２４ひずみゲージ、
１３１車体、
１５１サスペンション上端部、
１５３サスペンションスプリング。

Claims

サスペンションを介して車体に入力される荷重を測定する荷重測定装置であって、
前記サスペンションの上端部を保持するサスペンション保持部と、
複数の連結部材を介して前記車体に連結される固定部と、
前記サスペンション保持部と前記固定部とを連結し、前記サスペンション保持部に入力される荷重に応じてひずみを発生させる複数の起歪体と、
それぞれの起歪体の前記車体に近い箇所と前記サスペンションに近い箇所とに取り付けられたひずみゲージと、
前記車体に近い箇所に取り付けられた一のひずみゲージと前記車体に近い箇所に取り付けられた他のひずみゲージとを一の対向する辺に有し、かつ前記サスペンションに近い箇所に取り付けられた一のひずみゲージと前記サスペンションに近い箇所に取り付けられた他のひずみゲージとを他の対向する辺に有する複数のブリッジ回路と、を備え、
前記複数のブリッジ回路は、入力電圧に対し並列に設けられ、互いに異なる箇所に取り付けられたひずみゲージからなり、前記複数のブリッジ回路の出力電圧の加算平均に基づいて前記荷重を測定することを特徴する荷重測定装置。
前記固定部は、前記サスペンション保持部を取り囲むように形成されることを特徴とする請求項１に記載の荷重測定装置。
前記起歪体は、前記サスペンション保持部の外周に等間隔に形成されることを特徴とする請求項１に記載の荷重測定装置。
前記起歪体の数は、前記連結部材の数の自然数倍であることを特徴とする請求項１または３に記載の荷重測定装置。
前記連結部材の数は２または３であることを特徴とする請求項１または４に記載の荷重測定装置。
前記ブリッジ回路は、前記荷重からモーメントの入力を除去することを特徴とする請求項１に記載の荷重測定装置。
前記起歪体の数が６の場合、前記ブリッジ回路の数は、２であることを特徴とする請求項６に記載の荷重測定装置。
前記起歪体の数が４の場合、前記ブリッジ回路の数は、２であることを特徴とする請求項６に記載の荷重測定装置。
前記ひずみゲージは、トルク計測用の直交２軸型ひずみゲージであることを特徴とする請求項１に記載の荷重測定装置。