JP5411614B2

JP5411614B2 - タイヤ作用力検出装置

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Publication number: JP5411614B2
Application number: JP2009176888A
Authority: JP
Inventors: 潤二右手; 宏磯野
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2014-02-12
Anticipated expiration: 2029-07-29
Also published as: JP2011033350A

Description

本発明は、タイヤ作用力検出装置に関し、特に、ハブと、ハブと接続されるホイールと、ホイールに装着されたタイヤとを備えた車両において、タイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置に関する。

従来、ハブとホイールとの間に設けられた検出器によりタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置が提案されている。たとえば、特許文献１には、ホイールと保持体（たとえば、ハブ）との間に、それら間における力の伝達を行う状態で設けられ、タイヤ作用力を検出する検出器を含むタイヤ作用力検出装置が開示されている。

特開２００３−１４５６３号公報

ここで、タイヤ作用力検出装置が、ホイールとハブとを接続する接続部の変形に基づいてタイヤ作用力を検出するものである場合、タイヤ作用力の計測精度を向上させるためには、接続部の変形量が大きいことが望ましい。タイヤ作用力の計測精度を高める点では、たとえば、接続部における車軸方向と直交する方向の断面積が小さい方が有利である。一方、接続部に過大な応力が作用したり、過大な変形が生じたりすることを抑制する観点からは、上記断面積を大きくすることが望ましい。

ホイールとハブとを接続する接続部の変形に基づいてタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置において、タイヤ作用力の計測精度の向上と、接続部に過大な応力が作用したり過大な変形が生じたりすることの抑制とを両立できることが望まれている。

本発明の目的は、ホイールとハブとを車軸方向に接続する接続部の変形に基づいてタイヤ作用力を検出する場合に、タイヤ作用力の計測精度の向上と、接続部に過大な応力が作用したり過大な変形が生じたりすることの抑制とを両立できるタイヤ作用力検出装置を提供することである。

本発明のタイヤ作用力検出装置は、車軸周りに回転可能に支持されたハブと、前記ハブと接続されるホイールと、前記ホイールに装着されたタイヤとを備えた車両において、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に接続する接続部と、前記接続部の変形量を検出する検出手段とを備え、前記検出手段により検出された前記変形量に基づいて前記タイヤ作用力を検出し、更に、前記車軸方向の前記ハブと前記ホイールとの間に前記接続部と並列に配置され、かつ前記ハブ側あるいは前記ホイール側の一方に固定されて他方と前記車軸方向に対向する支持部材を備え、前記タイヤ作用力による前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に互いに近づける荷重により前記接続部が前記車軸方向に変形することで、前記支持部材と前記他方との前記車軸方向の隙間が減少し、前記荷重が小さい場合には、前記支持部材は前記他方から離間して、前記接続部が前記荷重を支持し、前記荷重が大きい場合には、前記支持部材が前記他方に当接して、前記接続部と前記支持部材とで前記荷重を支持することを特徴とする。

本発明のタイヤ作用力検出装置は、車軸周りに回転可能に支持されたハブと、前記ハブと接続されるホイールと、前記ホイールに装着されたタイヤとを備えた車両において、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に接続する接続部と、前記接続部の変形量を検出する検出手段とを備え、前記検出手段により検出された前記変形量に基づいて前記タイヤ作用力を検出し、更に、前記車軸方向の前記ハブと前記ホイールとの間に前記接続部と並列に配置された支持部材を備え、前記タイヤ作用力による前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に互いに近づける荷重により前記接続部が前記車軸方向に変形することで、前記ハブと前記ホイールとの前記車軸方向の隙間が減少し、前記支持部材は、前記荷重が作用しないときに前記ハブ側および前記ホイール側のいずれからも前記車軸方向に離間する位置に支持されており、前記荷重が小さい場合には、前記支持部材は前記ハブ側および前記ホイール側のいずれからも離間して、前記接続部が前記荷重を支持し、前記荷重が大きい場合には、前記ハブ側および前記ホイール側のそれぞれと前記支持部材が当接して、前記接続部と前記支持部材とで前記荷重を支持することを特徴とする。

本発明のタイヤ作用力検出装置は、車軸周りに回転可能に支持されたハブと、前記ハブと接続されるホイールと、前記ホイールに装着されたタイヤとを備えた車両において、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に接続する接続部と、前記接続部の変形量を検出する検出手段とを備え、前記検出手段により検出された前記変形量に基づいて前記タイヤ作用力を検出し、更に、前記車軸方向の前記ハブと前記ホイールとの間に前記接続部と並列に配置され、かつ前記ハブ側あるいは前記ホイール側の少なくともいずれか一方に固定された支持部材を備え、前記支持部材は、少なくとも前記タイヤ作用力による前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に互いに近づける荷重が作用しないときに前記ハブ側および前記ホイール側のそれぞれと接触し、前記荷重により前記接続部および前記支持部材が前記車軸方向に変形することで、前記ハブと前記ホイールとの前記車軸方向の隙間が減少し、前記荷重が小さい場合の前記荷重の変化量に対する前記支持部材の前記車軸方向の変形量の比は、前記荷重が大きい場合の前記荷重の変化量に対する前記支持部材の前記車軸方向の変形量の比と比較して大きいことを特徴とする。

本発明のタイヤ作用力検出装置において、前記支持部材が、前記車軸方向の互いに異なる領域に配置され、かつ剛性が互いに異なる第一支持部材構成部と第二支持部材構成部とを有することで、前記荷重が小さい場合の前記荷重の変化量に対する前記支持部材の前記車軸方向の変形量の比が、前記荷重が大きい場合の前記荷重の変化量に対する前記支持部材の前記車軸方向の変形量の比と比較して大きいことを特徴とする。

本発明のタイヤ作用力検出装置において、前記車軸方向の変形における前記接続部の剛性に対する前記支持部材の剛性の比が、前記車軸方向と直交する方向の曲げ変形における前記接続部の剛性に対する前記支持部材の剛性の比と比較して大きいことを特徴とする。

本発明のタイヤ作用力検出装置において、周方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ前記ハブに締結された第一締結部と、周方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ前記ホイールに締結された第二締結部とを備え、前記接続部は、前記第一締結部と前記第二締結部とを前記車軸方向に接続することで、前記第一締結部および前記第二締結部を介して前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に接続し、周方向において、前記第一締結部と前記第二締結部とが交互に配置されていることを特徴とする。

本発明にかかるタイヤ作用力検出装置は、ハブとホイールとを車軸方向に接続する接続部と、接続部の変形量を検出する検出手段とを備え、検出手段により検出された変形量に基づいてタイヤ作用力を検出し、更に、車軸方向のハブとホイールとの間に接続部と並列に配置され、かつハブ側あるいはホイール側の一方に固定されて他方と車軸方向に対向する支持部材を備える。

タイヤ作用力によるハブとホイールとを車軸方向に互いに近づける荷重が作用して接続部が車軸方向に変形すると、支持部材と他方との車軸方向の隙間が減少する。上記荷重が小さい場合には、支持部材は他方から離間しており、接続部が上記荷重を支持し、上記荷重が大きい場合には、支持部材が他方に当接して、接続部と支持部材とで上記荷重を支持する。このように、上記荷重が大きい場合に支持部材が他方と当接し、接続部と支持部材とで上記荷重を支持することにより、接続部に過大な応力が作用したり過大な変形が生じたりすることを抑制しつつ、接続部の剛性を下げてタイヤ作用力の計測精度を向上させることが可能となる。

図１は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第１実施形態の車軸方向の断面を示す図である。図２は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第１実施形態の構成を示す図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第１実施形態におけるセンサプレートの構成の詳細を示す図２のＹ視図である。図４は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第１実施形態においてオーバーターニングモーメントが作用したときのセンサプレートを示す図である。図５は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第１実施形態においてオーバーターニングモーメントおよび回転トルクが作用したときのセンサプレートを示す図である。図６は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第１実施形態のセンシング部および過荷重防止部の形状について説明するための図である。図７は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第１実施形態の第１変形例にかかるセンサプレートの構成を示す図である。図８は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第１実施形態の第２変形例のセンサプレートの構成を示す図である。図９は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第２実施形態のセンサプレートの構成を示す図である。

以下に、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

（第１実施形態）
図１から図６を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、ハブと、ハブと接続されるホイールと、ホイールに装着されたタイヤとを備えた車両において、タイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置に関する。図１は、本発明にかかるタイヤ作用力検出装置の第１実施形態の車軸方向の断面を示す図、図２は、本実施形態にかかるタイヤ作用力検出装置の構成を示す図１のＡ−Ａ断面図、図３は、センサプレートの構成の詳細を示す図２のＹ視図である。ただし、図３において、後述する図２の回転側回路部３０は省略されている。

図１において、符号３は、ハブを示す。ハブ３は、軸部３ａ、フランジ部３ｂ、および円筒部３ｃを有している。ハブ３の軸部３ａは、円柱形状をなしており、図示しない軸受を介して図示しない車両の車体により回転可能に支持されている。ハブ３は、車軸Ｘと同軸上に支持されており、車軸Ｘ周りに自在に回転することができる。フランジ部３ｂは、軸部３ａと接続されており、車軸Ｘを中心軸線とする円盤形状をなしている。円筒部３ｃは、フランジ部３ｂにおける車軸方向のホイール側（車体側と反対側）に形成されており、ホイール側に向けて突出している。円筒部３ｃは、車軸Ｘを中心軸線とする円筒形状に形成されている。

なお、車両には複数の車軸があるが、以下の説明において、車軸方向とは、特に記載していない限り、図１に示す車軸Ｘの車軸方向をいう。同様に、径方向とは、特に記載していない限り、車軸Ｘと直交する方向をいう。

ホイール１は、円筒形状をなしており、外周部には図示しないタイヤが装着されている。ハブ３とホイール１との間には、ブレーキロータ２およびセンサプレート４が配置されている。つまり、ハブ３とホイール１とはブレーキロータ２およびセンサプレート４を挟んで車軸方向に対向している。

ブレーキロータ２は、円環形状をなしており、ハブ３とセンサプレート４との間に配置されている。ブレーキロータ２は、ハブ３と一体回転するようにハブ３に対して固定されるものであり、後述するブレーキキャリパ１７と共に車両を制動するディスクブレーキを構成している。

センサプレート４は、ホイール１に締結されるホイール側プレート（第二締結部）４ｂと、ハブ３に締結されるハブ側プレート（第一締結部）４ｃと、ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとを車軸方向に接続するセンシング部（接続部）４ａと、回転側回路部３０を有している。センサプレート４は、車両の走行に耐えうる強度を有している。

図２に示すように、ホイール側プレート４ｂおよびハブ側プレート４ｃは、それぞれ扇形をなしている。ホイール側プレート４ｂは、周方向に間隔を空けて複数配置されている。同様に、ハブ側プレート４ｃは、周方向に間隔を空けて複数配置されている。また、ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとは周方向に交互に配置されている。言い換えると、１つのホイール側プレート４ｂの配置領域は、ハブ側プレート４ｃの配置領域によって周方向に挟まれており、１つのハブ側プレート４ｃの配置領域は、ホイール側プレート４ｂの配置領域によって周方向に挟まれている。センシング部４ａは、このように周方向の隣接する領域に配置されたホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとを車軸方向に接続している。

図３に示すように、センシング部４ａは、梁部４ｍ、ホイール側プレート４ｂとの接合部４ｎ、およびハブ側プレート４ｃとの接合部４ｐを有している。梁部４ｍは、板状に形成されており、車軸方向と平行に伸びている。梁部４ｍにおける車軸Ｘと直交する方向の断面形状は矩形となっている。梁部４ｍの断面の長辺は、径方向と平行であり、短辺が径方向と直交している。言い換えると、梁部４ｍは、厚み方向が径方向と直交する板状の部材である。接合部４ｎは、梁部４ｍの車軸方向の一端に、接合部４ｐは車軸方向の他端に設けられている。センシング部４ａは、接合部４ｎがホイール側プレート４ｂに固定され、接合部４ｐがハブ側プレート４ｃに固定されることで、ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとを車軸方向に接続している。つまり、センシング部４ａは、ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとを車軸方向に接続することで、ホイール側プレート４ｂおよびハブ側プレート４ｃを介してハブ３とホイール１とを車軸方向に接続している。

センシング部４ａは、ホイール側プレート４ｂの周方向の両端をそれぞれ異なるハブ側プレート４ｃの周方向の端部と接続している。言い換えると、ホイール側プレート４ｂの周方向の一端は、隣接する２つのハブ側プレート４ｃの一方に接続され、ホイール側プレート４ｂの周方向の他端は、ハブ側プレート４ｃの他方に接続されている。したがって、周方向に隣接する２つのハブ側プレート４ｃは、センシング部４ａとホイール側プレート４ｂとを介して接続されている。また、ハブ側プレート４ｃの周方向の両端は、センシング部４ａにより、それぞれ異なるホイール側プレート４ｂの周方向の端部と接続されている。すなわち、ハブ側プレート４ｃの周方向の一端は、隣接する２つのホイール側プレート４ｂの一方に接続され、ハブ側プレート４ｃの周方向の他端は、ホイール側プレート４ｂの他方に接続されている。したがって、周方向に隣接する２つのホイール側プレート４ｂは、センシング部４ａとハブ側プレート４ｃとを介して接続されている。

このように、周方向に互い違いに配置されたホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとがセンシング部４ａによりそれぞれ接続されることで、一体のセンサプレート４が構成されている。したがって、センシング部４ａは、ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとの総数と同じ数だけ配置されている。本実施形態では、ホイール側プレート４ｂおよびハブ側プレート４ｃはそれぞれ４個設けられており、センシング部４ａは８個配置されている。ホイール側プレート４ｂは、周方向に９０度ずつの等間隔で配置されており、ハブ側プレート４ｃも周方向に９０度ずつの等間隔で配置されている。また、ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとは位相を４５度ずらして配置されている。つまり、ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとは交互に４５度ずつの等間隔で配置されている。このように、ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとが周方向に交互に配置されていることで、センサプレート４の軽量化が可能となっている。

ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとは、車軸方向に離間した状態でセンシング部４ａにより接続されており、ホイール側プレート４ｂと、ハブ側プレート４ｃとの間で、センシング部４ａを介して力やモーメントが相互に伝達される。

センシング部４ａは、その変形に基づいてタイヤ作用力が検出される変形部材と、ホイール１とハブ３との間で力やモーメントを伝達する伝達部材の両方の機能を果たすものである。タイヤ作用力を検出する観点からは、センシング部４ａは、単数であってもよい。たとえば、センシング部４ａは、車軸Ｘを中心軸線とする１本の梁状部材であってもよい。一方で、ホイール１とハブ３との間で力を伝達する観点からは、センシング部４ａは、複数であることが好ましく、たとえば、周方向に配置された４本以上の梁構造であることが好ましい。なお、センシング部４ａの断面形状は、円形、楕円形、四角形（たとえば矩形）、多角形などの形とすることができ、中空または中実のいずれでもよい。本実施形態では、センシング部４ａが８本の中実の矩形である。

モーメントの入力に対して強度を確保するために、センシング部４ａの位置は、センサプレート４における径方向の外側に配置されている。タイヤは、センサプレート４よりも大径であるため、タイヤ作用力によりセンシング部４ａにかかる荷重が大きなものとなる場合があるが、センシング部４ａがセンサプレート４における径方向の外側に配置されることで、センサプレート４の適切な強度を確保しつつ、タイヤ作用力を精度良く計測することが可能とされている。

図１に示すように、ホイール側プレート４ｂには、ホイール側プレート４ｂを車軸方向に貫通する貫通孔４ｊが形成されている。また、ホイール側プレート４ｂにおけるホイール１と車軸方向に対向する部分には、ホイール接触面４ｈが形成されている。ホイール接触面４ｈは、ホイール１におけるホイール接触面４ｈと対向する部分の形状と対応する形状に形成されている。具体的には、ホイール接触面４ｈは、車軸方向と直交する平面形状に形成されている。つまり、ホイール１とホイール接触面４ｈとは、車軸Ｘと直交する面において互いに当接している。ホイール側プレート４ｂとホイール１とは、ホイール１に車軸方向に形成された貫通孔１ａとホイール側プレート４ｂの貫通孔４ｊとに挿入されたホイール固定ボルト７と、ホイール固定ボルト７に螺合するホイール固定ナット８とにより締結される。

ホイール側プレート４ｂにおける径方向内側の端部には、ホイール同軸突起４ｅが形成されている。ホイール同軸突起４ｅは、ホイール側に向けて突出しており、その外周面は、車軸Ｘを中心とする円弧状に形成されている。ホイール同軸突起４ｅの外周面にホイール１の内周面が嵌合することで、ホイール１の軸合わせ（径方向の位置決め）がなされる。

ハブ側プレート４ｃには、ハブ側プレート４ｃを車軸方向に貫通する貫通孔４ｋが形成されている。また、ハブ側プレート４ｃにおけるブレーキロータ２と車軸方向に対向する部分には、ブレーキロータ接触面４ｉが形成されている。ブレーキロータ接触面４ｉは、ブレーキロータ２におけるブレーキロータ接触面４ｉと対向する部分の形状と対応する形状に形成されている。具体的には、ブレーキロータ接触面４ｉは、車軸方向と直交する平面形状に形成されている。つまり、ブレーキロータ２とブレーキロータ接触面４ｉとは、車軸Ｘと直交する面において互いに当接している。ハブ３には、車軸方向の貫通孔３ｄが、ブレーキロータ２には、車軸方向の貫通孔２ａがそれぞれ形成されている。ハブ３と、ブレーキロータ２と、ハブ側プレート４ｃとは、貫通孔３ｄ，２ａ，４ｋに挿入されたブレーキロータ固定ボルト５と、ブレーキロータ固定ボルト５に螺合するブレーキロータ固定ナット６とにより締結されている。

ハブ側プレート４ｃにおける径方向内側の端部には、ハブ同軸突起４ｆが形成されている。ハブ同軸突起４ｆにおいて車軸Ｘと径方向に対向する内周面は、ハブ３の円筒部３ｃの外径と対応する径の円弧状に形成されている。ハブ同軸突起４ｆにより、センサプレート４をハブ３の円筒部３ｃに嵌合させるときの軸合わせがなされる。

ホイール側プレート４ｂがホイール１に、ハブ側プレート４ｃがハブ３にそれぞれ締結されていることで、図示しないタイヤに作用するタイヤ作用力（接地力）は、ホイール１からホイール側プレート４ｂ、センシング部４ａ、ハブ側プレート４ｃを介してハブ３に伝達される。

図２に示すように、ホイール側プレート４ｂの貫通孔４ｊと、ハブ側プレート４ｃの貫通孔４ｋとは、周方向の位相をずらして配置されており、ホイール固定ボルト７とブレーキロータ固定ボルト５との干渉が抑制されている。具体的には、ホイール側プレート４ｂの貫通孔４ｊと、ハブ側プレート４ｃの貫通孔４ｋとは４５度位相をずらせて（位相角４５度）で配置されている。ホイール固定ボルト７とブレーキロータ固定ボルト５との干渉が抑制されることで、センサプレート４の車軸方向の幅の増加が抑制されている。

タイヤの進行方向をｘ軸、車軸方向をｙ軸、鉛直方向（ｘ軸およびｙ軸とそれぞれ直交する方向）をｚ軸としたときに、タイヤには、前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下力Ｆｚ、横力Ｆｙよるモーメント（以下、「オーバーターニングモーメント」と記述する）Ｍｘ、回転トルクＭｙ、セルフアライニングトルクＭｚのタイヤ作用力が作用する。ここで、センサプレート４の直径は、タイヤ直径よりも小径であるため、モーメントの入力によりセンサプレート４に発生する応力が大きなものとなる。上記６分力のうち、特に、オーバーターニングモーメントＭｘによる応力が最も大きい。本実施形態のセンサプレート４では、たとえば、オーバーターニングモーメントＭｘによる応力（あるいはセルフアライニングトルクＭｚによる応力）は、回転トルクＭｙによる応力と比較しても２倍程度であり、他の力（前後力Ｆｘ、横力Ｆｙ、上下力Ｆｚ）による応力と比較すると１０倍程度の大きさとなる。

上記のタイヤ作用力を計測するセンサとして、図２に示すように、センシング部４ａには、センサ（検出手段）４ｄが設けられている。センサ４ｄは、センシング部４ａに作用する荷重（応力）あるいは荷重によるセンシング部４ａの変形に反応するセンサであり、タイヤ接地力に対応して出力が変化する。センサ４ｄとしては、たとえば、歪ゲージや圧電素子等を用いることができる。以下の説明では、センサ４ｄが歪ゲージである場合について説明する。センサ４ｄとしての歪ゲージは、センシング部４ａの変形と共に変形（伸縮）するようにセンシング部４ａに固定されている。具体的には、センサ４ｄは、各センシング部４ａにおける周方向と直交する面（径方向に沿った面）に２個ずつ固定されている。これにより、センシング部４ａが変形すると、センサ４ｄの検出結果に基づいてその歪量（変形量）を検出することができる。なお、本実施形態では、センサ４ｄは、各センシング部４ａに２個ずつで合計１６個配置されているが、センサ４ｄの設置数はこれには限定されず、計測制度と搭載スペースを考慮して増減することができる。

図１および図２に示すように、センサプレート４の外周部には、回転側回路部３０が配置されている。回転側回路部３０は、回転側ホルダ１０、送信回路９、電源受信コイル１１、信号送信アンテナ１２、センサ配線１３を含んで構成されている。回転側ホルダ１０は、車軸Ｘを中心軸線とする円筒形状をなしており、内部には、送信回路９、電源受信コイル１１、信号送信アンテナ１２、センサ配線１３が配置されている。回転側ホルダ１０は、ホイール側プレート４ｂおよびハブ側プレート４ｃの外周部に固定されており、ホイール側プレート４ｂおよびハブ側プレート４ｃと一体に回転する。送信回路９は、電源受信コイル１１を介して供給される電力により作動するものであり、各センサ４ｄおよび信号送信アンテナ１２と電気的に接続されている。各センサ４ｄに接続されたセンサ配線１３は、回転側ホルダ１０内を通って送信回路９に接続されており、各センサ４ｄの歪量は、送信回路９により取得される。取得された各センサ４ｄの歪量を示す信号は、信号送信アンテナ１２により後述する信号受信アンテナ１６に送信される。回転側ホルダ１０は、信号送信に影響しない樹脂等の材質で形成されており、送信回路９、電源受信コイル１１、信号送信アンテナ１２、センサ配線１３がインサート、接着剤モールド等の防水処理をされた状態で内蔵されている。

上記のようにセンサプレート４が構成されていることで、ホイール固定ナット８とブレーキロータ固定ナット６を取り外すだけでセンサプレート４の取り外しが可能となる。したがって、ボルトの数とピッチが合う車両間で互換性があり、容易に取り付け、取り外しが可能となる。また、車両の改造を要することなくセンサプレート４を車両に取り付け可能である。

車体におけるセンサプレート４の近傍には、ブレーキキャリパ１７が固定されている。ブレーキキャリパ１７は、ブレーキロータ２と共に車両を制動するディスクブレーキを構成するものであり、ブレーキロータ２の径方向外側に配置されている。ブレーキキャリパ１７には、固定側回路部３１が固定されている。固定側回路部３１は、固定側ホルダ１４、電源送信コイル１５、および信号受信アンテナ１６を含んで構成されている。固定側ホルダ１４は、回転側ホルダ１０の径方向外側に配置され、回転側ホルダ１０と径方向に対向している。固定側ホルダ１４は、回転側ホルダ１０との径方向の隙間が周方向で一定となるように、車軸Ｘを中心軸線とする円弧形状に形成されている。図１に示すように、固定側ホルダ１４の内部には、電源送信コイル１５および信号受信アンテナ１６が配置されている。固定側ホルダ１４は、信号受信に影響しない樹脂等の材質で形成されており、電源送信コイル１５および信号受信アンテナ１６は、固定側ホルダ１４にインサート、接着剤モールド等の防水処理をされた状態で内蔵されている。なお、固定側回路部３１の取り付け箇所は、ブレーキキャリパ１７には限定されず、車両におけるタイヤ回転と連動して回転しない部品であればよい。

固定側ホルダ１４の信号受信アンテナ１６には、受信回路１８が電気的に接続されており、信号受信アンテナ１６で受信した各センサ４ｄの歪量を示す信号は、受信回路１８を介して車両制御コンピュータ１９に入力される。車両制御コンピュータ１９は、周知のマイクロコンピュータによって構成されており、入力される各センサ４ｄの歪量を示す信号に基づいて、タイヤ作用力を検出（算出）する。車両制御コンピュータ１９には、タイヤの回転角度位置を検出する図示しない位置センサが接続されている。車両制御コンピュータ１９は、位置センサにより検出されたタイヤの回転角度位置と、各センサ４ｄの検出結果に基づいて算出される各センシング部４ａに作用する応力とに基づいて、タイヤ作用力を算出する。

本実施形態のセンシング部４ａは、断面形状において、径方向に長く、周方向に短い長方形となっている。このように、曲げに対する幅方向の長さ（径方向の長さ）に対して、曲げに対する厚み方向の長さ（周方向の長さ）を短くすることで、車軸方向の荷重に対して十分な断面積を確保しつつ、回転トルクＭｙによる曲げ応力が作用したときの変形量を大きなものとし、回転トルクＭｙの計測精度を向上させている。

本実施形態のタイヤ作用力検出装置１−１は、センサプレート４、回転側回路部３０、固定側回路部３１、受信回路１８、および車両制御コンピュータ１９を含んで構成される。

ここで、本実施形態のタイヤ作用力検出装置１−１のように、ハブ３とホイール１とを接続するセンシング部（接続部）４ａの変形に基づいてタイヤ作用力を検出する場合、タイヤ作用力の計測精度を向上させるためには、センシング部４ａが変形しやすいことが有利である。言い換えると、同じタイヤ作用力に対して、センシング部４ａの変形量（歪量）が大きい方が、タイヤ作用力の計測精度を向上させる点では有利である。たとえば、センシング部４ａの断面積を小さくするなど、センシング部４ａの剛性を低くすれば、タイヤ作用力の計測精度を向上させることができる。しかしながら、センシング部４ａの剛性を低くしてしまうと、センシング部４ａに過大な応力が作用したり、センシング部４ａに過大な変形が生じたりする虞がある。

本実施形態のタイヤ作用力検出装置１−１では、センシング部４ａに過大な荷重が作用することを抑制する過荷重防止部（支持部材）４ｇが設けられている。過荷重防止部４ｇは、図１に示すように、ホイール側プレート４ｂにおける車体側（車軸方向におけるホイール側と反対側）に固定されており、ブレーキロータ２に向けて車軸方向に突出している。言い換えると、過荷重防止部４ｇは、車軸方向のハブ３とホイール１との間にセンシング部４ａと並列に配置され、かつ、過荷重防止部４ｇの基端部はホイール側プレート４ｂに固定されており、先端部がハブ３側に向けて突出し、ハブ３側のブレーキロータ２と車軸方向に対向している。過荷重防止部４ｇは、ホイール側プレート４ｂにおける径方向外側の端部に設けられている。

図２に示すように、過荷重防止部４ｇの車軸方向と直交する方向の断面形状は、矩形であり、具体的には、径方向が長辺、周方向が短辺の長方形である。過荷重防止部４ｇは、ホイール側プレート４ｂにおける周方向の中央部に配置されている。したがって、過荷重防止部４ｇは、周方向において互いに隣接するセンシング部４ａ同士の中間部に位置している。

図３には、タイヤに横力Ｆｙが作用していない（オーバーターニングモーメントＭｘが生じていない）状態のセンサプレート４が示されている。オーバーターニングモーメントＭｘが生じていない状態では、過荷重防止部４ｇとブレーキロータ２とは離間している。過荷重防止部４ｇとブレーキロータ２との車軸方向の隙間Δｔにおける初期値（オーバーターニングモーメントＭｘが生じていない状態の大きさ）は、オーバーターニングモーメントＭｘの入力による変形変位以内の大きさとされている。すなわち、オーバーターニングモーメントＭｘが０であるときには、上記隙間Δｔは正の値であり、過荷重防止部４ｇとブレーキロータ２とは車軸方向に離間している。

オーバーターニングモーメントＭｘが発生して、ホイール側プレート４ｂに対してハブ側プレート４ｃに向かう軸方向の荷重が作用すると、過荷重防止部４ｇとブレーキロータ２とは車軸方向に接近し（オーバーターニングモーメントＭｘの入力による変形変位が生じ）、上記隙間Δｔは初期値よりも減少する。オーバーターニングモーメントＭｘが増加して、隙間Δｔの初期値に相当する変形変位が生じる（隙間Δｔが０となる）と、過荷重防止部４ｇは、ブレーキホイール２に当接する。このときの変形変位は、オーバーターニングモーメントＭｘの入力による変形変位の最大値よりも小さな値である。すなわち、設計上の最大値よりも小さなオーバーターニングモーメントＭｘにおいて、過荷重防止部４ｇはブレーキロータ２に当接する。これにより、後述するように、オーバーターニングモーメントＭｘの入力による荷重が作用したときのみ過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２と接触して車軸方向の応力を緩和することが可能となり、かつ、回転トルクＭｙのみが作用したときには、過荷重防止部４ｇとブレーキロータ２とは離間しているため、回転トルクＭｙの計測精度への影響はない。

図４は、オーバーターニングモーメントＭｘが作用したときのセンサプレート４を示す図である。オーバーターニングモーメントＭｘが作用すると、車軸Ｘを挟んで一方側のホイール側プレート４ｂには、ブレーキロータ２へ向かう車軸方向の荷重が作用し、他方側のホイール側プレート４ｂには、ブレーキロータ２から離間する車軸方向の荷重が作用する。ここで、ブレーキロータ２へ向かう車軸方向の荷重とは、ハブ３とホイール１とを車軸方向に互いに近づける荷重のことである。図４において、符号２０は、ブレーキロータ２へ向かう車軸方向の荷重（以下、単に「車軸方向の荷重２０」と記述する）を示す。

各センシング部４ａのうち、車軸方向の荷重２０が作用するホイール側プレート４ｂを支持しているセンシング部４ａには、圧縮応力が作用する。圧縮応力が作用したセンシング部４ａは、車軸方向に収縮し、ホイール側プレート４ｂとハブ側プレート４ｃとが車軸方向に近づく。これにより、過荷重防止部４ｇとブレーキロータ２との車軸方向の隙間Δｔが減少する。すなわち、車軸方向の荷重２０（ハブ３とホイール１とを車軸方向に互いに近づける荷重）によりセンシング部４ａが車軸方向に変形することで、過荷重防止部４ｇとブレーキロータ２との車軸方向の隙間Δｔが減少する。

この隙間Δｔは、オーバーターニングモーメントＭｘが大きくなるほど減少し、オーバーターニングモーメントＭｘが所定値以上となると、０となる。すなわち、オーバーターニングモーメントＭｘが所定値以上となると、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接し、オーバーターニングモーメントＭｘによる車軸方向の荷重２０を受ける。つまり、オーバーターニングモーメントＭｘが小さく、車軸方向の荷重２０が小さい場合には、過荷重防止部４ｇはブレーキロータ２から離間して、センシング部４ａが車軸方向の荷重２０を支持し、オーバーターニングモーメントＭｘが大きく、車軸方向の荷重２０が大きい場合には、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接して、センシング部４ａと過荷重防止部４ｇとで車軸方向の荷重２０を支持する。これにより、タイヤ作用力の６分力のうち特に大きなオーバーターニングモーメントＭｘによりセンシング部４ａに作用する荷重を軽減させ、センシング部４ａに過大な応力が作用したり過大な変形が生じたりすることを抑制することができる。

過荷重防止部４ｇは、オーバーターニングモーメントＭｘが所定値未満である場合や、オーバーターニングモーメントＭｘが作用していない場合には、ブレーキロータ２から離間している。この状態では、過荷重防止部４ｇは、オーバーターニングモーメントＭｘや回転トルクＭｙ等のタイヤ作用力の計測精度には影響しない。たとえば、タイヤに対してオーバーターニングモーメントＭｘが作用せず、回転トルクＭｙのみが作用している場合には、過荷重防止部４ｇは、回転トルクＭｙの計測精度には影響を与えない。

また、以下に図５および図６を参照して説明するように、過荷重防止部４ｇは、ブレーキロータ２に当接した場合であっても回転トルクＭｙの計測精度に与える影響が小さくなるように構成されている。過荷重防止部４ｇの断面形状を径方向に長くすることで、引張圧縮剛性と曲げ剛性の特性の違いから、オーバーターニングモーメントＭｘの入力による応力に対する緩和能力を大きく、かつ、回転トルクＭｙの計測精度への影響を少なくすることができる。図５は、オーバーターニングモーメントＭｘおよび回転トルクＭｙが作用したときのセンサプレート４を示す図、図６は、センシング部４ａおよび過荷重防止部４ｇの形状について説明するための図である。

図５において、符号２１は、回転トルクＭｙによりホイール側プレート４ｂに作用する周方向の荷重（以下単に「周方向の荷重２１」と記述する）を示す。軸方向の荷重２０と周方向の荷重２１の両方がホイール側プレート４ｂに作用している場合、軸方向の荷重２０により過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接すると、過荷重防止部４ｇは、軸方向の荷重２０のみならず周方向の荷重２１も受けることとなる。これにより、過荷重防止部４ｇが設けられていない場合と比較して、センシング部４ａにおける軸方向および曲げ方向の応力がそれぞれ異なる値となる。

まず、軸方向の剛性および応力について説明する。オーバーターニングモーメントＭｘの入力に対しては、センシング部４ａおよび過荷重防止部４ｇにおいて引張圧縮となるため、応力は引張圧縮剛性と反比例する。すなわち、ヤング率Ｅが同じであれば、応力は断面積に反比例する。本実施形態では、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接すると、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接していない場合と比較して、軸方向の荷重２０を支持する断面積が増加する。過荷重防止部４ｇの引張圧縮剛性は、ＥＡ（Ｅ：ヤング率、Ａ：車軸方向と直交する方向の断面積）で表すことができる。図６に示すように、過荷重防止部４ｇの断面形状が、径方向の長さがｂ、周方向の長さがｈの長方形である場合、過荷重防止部４ｇの断面積Ａは、下記式（１）で表される。
Ａ＝ｂｈ（１）

同様に、センシング部４ａの断面積をＡ_ｓ、ヤング率を過荷重防止部４ｇと同じＥとすると、センシング部４ａの引張圧縮剛性はＥＡ_ｓである。センシング部４ａの断面形状を径方向の長さｂ_ｓ、周方向の長さｈ_ｓの長方形とすると、センシング部４ａの断面積Ａ_ｓは、下記式（２）で表される。
Ａ_ｓ＝ｂ_ｓｈ_ｓ（２）

過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接すると、過荷重防止部４ｇが設けられていない場合と比較して、オーバーターニングモーメントＭｘの入力による応力は低減する。オーバーターニングモーメントＭｘの入力によるセンシング部４ａの車軸方向の応力において、過荷重防止部４ｇが設けられていない場合の応力に対する、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接している場合の応力の比（以下、単に「車軸方向の応力比Ｐ１」と記述する）は、下記式（３）で表される。
Ｐ１＝（Ａ_ｓ／（Ａ_ｓ＋Ａ））（３）
つまり、過荷重防止部４ｇが車軸方向の荷重２０を受けることにより、応力が（Ａ_ｓ／（Ａ_ｓ＋Ａ））倍に低減される。これにより、過荷重防止部４ｇが設けられていない場合と比較して、センシング部４ａに作用する応力およびセンシング部４ａの変形量が低減する。

次に、曲げにおける剛性および応力（歪量）について説明する。過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接することで、曲げ剛性にも変化が生じる。過荷重防止部４ｇの曲げ剛性は、ＥＩ（Ｅ：ヤング率、Ｉ：断面２次モーメント）で表される。過荷重防止部４ｇの断面において、曲げに対する幅方向の長さがｂ、曲げに対する厚み方向の長さがｈであるため、断面２次モーメントＩは、下記式（４）で表される。
Ｉ＝ｂｈ^３／１２（４）

同様に、センシング部４ａの断面２次モーメントＩ_ｓは、下記式（５）で表される。
Ｉ_ｓ＝ｂ_ｓｈ_ｓ ^３／１２（５）

回転トルクＭｙの入力に対しては、センシング部４ａおよび過荷重防止部４ｇにおいて曲げとなるため、応力（歪量）は曲げ剛性に反比例するが、ヤング率Ｅは一定値のため、応力は断面２次モーメントに反比例することとなる。過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接すると、過荷重防止部４ｇが設けられていない場合と比較して、回転トルクＭｙの入力による応力（歪量）は低減する。回転トルクＭｙの入力によるセンシング部４ａの曲げ応力（歪量）において、過荷重防止部４ｇが設けられていない場合の応力（歪量）に対する、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接している場合の応力（歪量）の比（以下、単に「曲げ応力比Ｐ２」と記述する）は、下記式（６）で表される。
Ｐ２＝Ｉ_ｓ／（Ｉ_ｓ＋Ｉ）（６）
つまり、過荷重防止部４ｇが周方向の荷重２１を受けることにより、応力（歪量）が（Ｉ_ｓ／（Ｉ_ｓ＋Ｉ））倍に低減される。

本実施形態では、オーバーターニングモーメントＭｘの入力による応力が緩和され、かつ、回転トルクＭｙの計測精度に対する影響が軽微となるように過荷重防止部４ｇが構成されている。具体的には、過荷重防止部４ｇは、車軸方向の変形におけるセンシング部４ａの剛性ＥＡ_ｓに対する過荷重防止部４ｇの剛性ＥＡの比（以下、単に「車軸方向の剛性比」と記述する）が、車軸方向と直交する方向（特に、径方向と直交する方向）の曲げ変形におけるセンシング部４ａの剛性ＥＩ_ｓに対する過荷重防止部４ｇの剛性ＥＩの比（以下、単に「曲げ剛性比」と記述する）と比較して大きくなるように構成されている。

まず、車軸方向の剛性比をＳ１とすると、車軸方向の剛性比Ｓ１は、下記式（７）で表される。
Ｓ１＝ＥＡ／ＥＡ_ｓ＝Ａ／Ａ_ｓ（７）

上記式（７）を用いて上記式（３）を変形すると、車軸方向の応力比Ｐ１は、下記式（８）で表される。
Ｐ１＝１／（１＋Ｓ１）（８）

次に、曲げ剛性比をＳ２とすると、曲げ剛性比Ｓ２は、下記式（９）で表される。
Ｓ２＝ＥＩ／ＥＩ_ｓ＝Ｉ／Ｉ_ｓ（９）

上記式（９）を用いて上記式（６）を変形すると、曲げ応力比Ｐ２は、下記式（１０）で表される。
Ｐ２＝１／（１＋Ｓ２）（１０）

上記式（８）および式（１０）からわかるように、車軸方向の剛性比Ｓ１が曲げ剛性比Ｓ２よりも大きい場合、曲げ応力比Ｐ２は、車軸方向の応力比Ｐ１と比較して大きな値となる。言い換えると、車軸方向の剛性比Ｓ１が曲げ剛性比Ｓ２よりも大きい場合、車軸方向の応力の低下割合と比較して、曲げ応力（歪量）の低下割合が小さくなる。つまり、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接した場合の、車軸方向の応力の低下度合いと比較して、曲げ応力の低下度合いが小さくなり、曲げ応力の計測精度に与える影響は、車軸方向の応力の計測精度に与える影響と比較して小さくなる。

ここで、本実施形態のようにセンシング部４ａおよび過荷重防止部４ｇの断面形状が矩形である場合について、車軸方向の剛性比Ｓ１が曲げ剛性比Ｓ２よりも大きくなる条件について見てみる。上記式（７）と式（９）から、車軸方向の剛性比Ｓ１と曲げ剛性比Ｓ２との差は、下記式（１１）となる。
Ｓ１−Ｓ２＝Ａ／Ａ_ｓ−Ｉ／Ｉ_ｓ（１１）
上記式（１１）に上記式（１）、式（２）、式（４）、および式（５）を代入すると、下記［数１］を得る。

上記［数１］から、過荷重防止部４ｇの厚み方向の長さｈが、センシング部４ａの厚み方向の長さｈ_ｓと比較して小さければ、上記［数１］が正の値となる、すなわち、車軸方向の剛性比Ｓ１が曲げ剛性比Ｓ２と比較して大きくなることがわかる。つまり、過荷重防止部４ｇおよびセンシング部４ａがそれぞれ断面形状が矩形の梁部である場合、過荷重防止部４ｇの厚み方向の長さｈを、センシング部４ａの厚み方向の長さｈ_ｓと比較して小さくすることで、車軸方向の剛性比Ｓ１を曲げ剛性比Ｓ２と比較して大きくし、曲げ応力比Ｐ２を車軸方向の応力比Ｐ１と比較して大きな値とすることができる。

なお、以下に説明するように、過荷重防止部４ｇのヤング率とセンシング部４ａのヤング率とが異なる場合であっても、同様である。

過荷重防止部４ｇのヤング率をＥ、センシング部４ａのヤング率をＥ_ｓとした場合、車軸方向の応力比Ｐ１は、下記式（１２）で表される。
Ｐ１＝Ｅ_ｓＡ_ｓ／（Ｅ_ｓＡ_ｓ＋ＥＡ）（１２）
また、曲げ応力比Ｐ２は、下記式（１３）で表される。
Ｐ２＝Ｅ_ｓＩ_ｓ／（Ｅ_ｓＩ_ｓ＋ＥＩ）（１３）

また、車軸方向の剛性比Ｓ１および曲げ剛性比Ｓ２は、それぞれ下記式（１４）、式（１５）で表される。
Ｓ１＝ＥＡ／Ｅ_ｓＡ_ｓ（１４）
Ｓ２＝ＥＩ／Ｅ_ｓＩ_ｓ（１５）

上記式（１４）を用いて上記式（１２）を変形すれば、車軸方向の応力比Ｐ１は、上記式（８）で表すことができる。また、上記式（１５）を用いて上記式（１３）を変形すれば、曲げ応力比Ｐ２は、上記式（１０）で表すことができる。また、上記式（１４）と式（１５）、および上記式（１）、式（２）、式（４）、式（５）から、車軸方向の剛性比Ｓ１と曲げ剛性比Ｓ２との差は、下記［数２］で表される。

上記［数２］から、センシング部４ａのヤング率Ｅ_ｓと過荷重防止部４ｇのヤング率Ｅとが異なる場合であっても、過荷重防止部４ｇの厚み方向の長さｈが、センシング部４ａの厚み方向の長さｈ_ｓと比較して小さければ、車軸方向の剛性比Ｓ１が曲げ剛性比Ｓ２と比較して大きくなることがわかる。すなわち、過荷重防止部４ｇの厚み方向の長さｈを、センシング部４ａの厚み方向の長さｈ_ｓと比較して小さくすることで、車軸方向の剛性比Ｓ１を曲げ剛性比Ｓ２と比較して大きくし、曲げ応力比Ｐ２を車軸方向の応力比Ｐ１と比較して大きな値とすることができる。

ここで、例として、過荷重防止部４ｇの断面形状の幅方向の長さｂ＝２０ｍｍ、厚み方向の長さｈ＝１ｍｍ、センシング部４ａの幅方向の長さｂ_ｓ＝２０ｍｍ、厚み方向の長さｈ_ｓ＝５ｍｍとしたときの、オーバーターニングモーメントＭｘ、および回転トルクＭｙに対する応力（歪量）の影響について計算する。車軸方向の応力比Ｐ１および曲げ応力比Ｐ２は、それぞれ以下のようになる。
Ｐ１＝（Ａ_ｓ／（Ａ_ｓ＋Ａ））＝０．８３
Ｐ２＝（Ｉ_ｓ／（Ｉ_ｓ＋Ｉ））＝０．９９
すなわち、オーバーターニングモーメントＭｘの入力に対する応力は１７％低減し、回転トルクＭｙの入力に対する歪量は１％の低減となる。つまり、オーバーターニングモーメントＭｘの入力による応力が緩和され、かつ、回転トルクＭｙの計測精度に対する影響がわずかなものとなる。よって、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接した状態においても、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接していない場合とほぼ同様の精度で、センサ４ｄの検出結果に基づいてタイヤに作用する回転トルクＭｙを計測することができる。

このように、本実施形態のタイヤ作用力検出装置１−１には、センシング部４ａに最も大きな応力を発生させるオーバーターニングモーメントＭｘによる荷重（車軸方向の荷重２０）に対して、荷重が増加した場合にその荷重をセンシング部４ａと共に支持する過荷重防止部４ｇが設けられている。これにより、センシング部４ａに過大な応力が作用したり、過大な変形が生じたりすることが抑制される。これにより、強度に余裕ができるため、タイヤ作用力検出装置１−１の信頼性の向上、センサプレート４の小型化、計測精度と強度のバランス改善が可能となる。

たとえば、センシング部４ａの剛性が同じであっても、過荷重防止部４ｇが荷重を受けることでセンシング部４ａにかかる荷重が減少するため、タイヤ作用力検出装置１−１の信頼性が向上する。また、センシング部４ａのみでオーバーターニングモーメントＭｘによる車軸方向の荷重２０を受ける場合と比較して、センシング部４ａの剛性を低く（たとえば、断面積を小さく）することができる。これにより、センサプレート４の小型化が可能となる。センシング部４ａを低剛性とできることで、過荷重防止部４ｇがブレーキロータ２に当接するまでの相対的に小さなオーバーターニングモーメントＭｘの領域では、オーバーターニングモーメントＭｘを含むタイヤ作用力を高い精度で計測することができる。

また、過荷重防止部４ｇは、車軸方向の剛性比Ｓ１が、曲げ剛性比Ｓ２と比較して大きくなるように構成されている。すなわち、過荷重防止部４ｇは、車軸方向の荷重２０に対する剛性が高く、センシング部４ａで発生する車軸方向の応力（歪量）を低減させることができると共に、周方向の荷重２１による曲げに対する剛性が低いため、センシング部４ａで発生する曲げ応力（歪量）には大きな影響を与えない。その結果、過荷重防止部４ｇが車軸方向の荷重２０を支持している状態であっても、センサ４ｄの検出結果に基づいてタイヤに作用する回転トルクＭｙを精度良く検出することができる。

なお、本実施形態では、センサプレート４が、ハブ３やホイール１とは独立しているが、センサプレート４の少なくとも一部がハブ３あるいはホイール１と一体に形成されてもよい。たとえば、センシング部４ａが、ハブ３と一体に形成されてもよい。言い換えれば、センサプレート４は、ハブ３とホイール１とを車軸方向に接続し、ハブ３とホイール１との間で力を伝達する接続部と、接続部の変形を検出する検出手段とを備えていればよい。

（第１実施形態の第１変形例）
第１実施形態の第１変形例について説明する。図７は、本変形例にかかるセンサプレート４の構成を示す図である。上記第１実施形態では、過荷重防止部４ｇが、センシング部４ａと同数であったが、過荷重防止部４ｇの数は、これには限定されない。過荷重防止部４ｇの数は、オーバーターニングモーメントＭｘによる応力と、回転トルクＭｙによる歪量とのバランスが設計基準を満たすように自由に設定されることができる。

たとえば、本変形例では、周方向に隣接するセンシング部４ａ同士の間に、それぞれ３枚の過荷重防止部４ｇが配置されている。これにより、オーバーターニングモーメントＭｘによる車軸方向の荷重２０によるセンシング部４ａの応力を更に低減させることができる。

図７に示すように、周方向に隣接するセンシング部４ａ同士の間には、３枚の過荷重防止部４ｇが周方向に隣接して配置されている。過荷重防止部４ｇの形状は、上記第１実施形態の過荷重防止部４ｇと同様であり、その断面形状は、径方向の長さ（幅）がｂ、周方向の長さ（厚さ）がｈである。３枚の過荷重防止部４ｇは、互いに並行であり、かつ、等間隔に周方向に配置されている。３枚のうち中央の過荷重防止部４ｇは、隣接するセンシング部４ａ同士の中間部に位置している。

過荷重防止部４ｇが３枚設けられていることで、車軸方向の応力比Ｐ１は、下記式（１６）で表される。
Ｐ１＝Ａ_ｓ／（Ａ_ｓ＋３Ａ）（１６）

また、曲げ応力比Ｐ２は、下記式（１７）で表される。
Ｐ２＝Ｉ_ｓ／（Ｉ_ｓ＋３Ｉ）（１７）

上記第１実施形態と同様に、過荷重防止部４ｇの断面形状の幅方向の長さｂ＝２０ｍｍ、厚み方向の長さｈ＝１ｍｍ、センシング部４ａの幅方向の長さｂ_ｓ＝２０ｍｍ、厚み方向の長さｈ_ｓ＝５ｍｍとした場合、上記式（１６）から車軸方向の応力比Ｐ１＝０．６３、上記式（１７）から曲げ応力比Ｐ２＝０．９８となる。すなわち、オーバーターニングモーメントＭｘによる応力は３７％低減し、回転トルクＭｙによる応力（歪量）の低減は２％のみとなる。よって、回転トルクＭｙによる応力への影響をわずかなものとしつつ、さらにセンシング部４ａに生じる車軸方向の応力を緩和することができる。

このように、過荷重防止部４ｇにおける車軸方向と直交する方向の断面積Ａを増加させる場合に、１つの過荷重防止部４ｇの厚み方向の長さ（周方向の長さ）ｈを増やす代わりに、過荷重防止部４ｇの数を増やすことで、回転トルクＭｙによる応力への影響の度合いが増加することを抑制しつつ、車軸方向の応力を緩和することができる。過荷重防止部４ｇの断面積Ａを３倍に増加させる場合に、過荷重防止部４ｇの厚み方向の長さｈを３倍とすると、上記式（４）から断面２次モーメントＩが２７倍に増加してしまう。これに対して、本変形例のように、厚み方向の長さｈを変えずに過荷重防止部４ｇの枚数を３枚とすれば、断面２次モーメントＩの増加は３倍に抑えることができる。つまり、大きな断面積Ａを確保しつつ、断面２次モーメントＩを低減させるためには、厚み方向の長さｈを小さくした過荷重防止部４ｇを複数配置すればよい。

なお、本変形例では、過荷重防止部４ｇの数を上記第１実施形態と異ならせたが、過荷重防止部４ｇの位置を変更してもよい。過荷重防止部４ｇの位置についても、過荷重防止部４ｇの数と同様に、オーバーターニングモーメントＭｘによる応力と、回転トルクＭｙによる歪量とのバランスが設計基準を満たすように自由に設定されることができる。

（第１実施形態の第２変形例）
第１実施形態の第２変形例について説明する。図８は、本変形例のセンサプレート４の構成を示す図である。上記第１実施形態では、過荷重防止部４ｇが、ホイール側あるいはハブ側の一方（例えばホイール側プレート４ｂ）に固定され、車軸方向の荷重２０が小さい場合に他方（例えば、ブレーキロータ２）から離間し、車軸方向の荷重２０が大きい場合に他方に当接したが、これに代えて、過荷重防止部４ｇが、車軸方向の荷重２０が小さい場合にホイール側およびハブ側のいずれからも離間し、車軸方向の荷重２０が大きい場合にホイール側およびハブ側にそれぞれ当接するようにしてもよい。

図８に示すように、本変形例の過荷重防止部４１は、センシング部４ａと連結され、センシング部４ａに支持されている。過荷重防止部４１は、例えば、周方向および径方向において上記第１実施形態の過荷重防止部４ｇと同様の位置に配置される。また、過荷重防止部４１の車軸方向と直交する方向の断面形状は、上記第１実施形態の過荷重防止部４ｇと同様の形状とすることができる。過荷重防止部４１は、車軸方向のハブ３とホイール１との間にセンシング部４ａと並列に配置され、ホイール側の端部はホイール側プレート４ｂと車軸方向に対向し、車体側の端部はブレーキロータ２と車軸方向に対向している。

図８には、タイヤに横力Ｆｙが作用していない（オーバーターニングモーメントＭｘが生じていない）状態のセンサプレート４が示されている。オーバーターニングモーメントＭｘが生じていない状態では、過荷重防止部４１は、ブレーキロータ２およびホイール側プレート４ｂのそれぞれから車軸方向に離間している。過荷重防止部４１とブレーキロータ２との車軸方向の隙間Δｔにおける初期値（オーバーターニングモーメントＭｘが生じていない状態の大きさ）は、オーバーターニングモーメントＭｘの入力による変形変位以内の大きさとされている。また、過荷重防止部４１とホイール側プレート４ｂとの車軸方向の隙間は、過荷重防止部４１とブレーキロータ２との車軸方向の隙間Δｔと同様の大きさに設定されている。

過荷重防止部４１とセンシング部４ａとは、連結部材４２により連結されている。連結部材４２は、過荷重防止部４１とセンシング部４ａとを車軸方向と直交する方向に連結している。過荷重防止部４１は、連結部材４２を介してセンシング部４ａに支持されていることで、ホイール側プレート４ｂおよびブレーキロータ２のいずれとも接触しない状態で、ホイール側プレート４ｂとブレーキロータ２との隙間に静止していることができる。

オーバーターニングモーメントＭｘが発生して、ホイール側プレート４ｂに対してハブ側プレート４ｃに向かう車軸方向の荷重２０が作用すると、センシング部４ａが車軸方向に変形してホイール１とブレーキロータ２との車軸方向の隙間が減少する。これにより、過荷重防止部４１とブレーキロータ２との車軸方向の隙間Δｔ、および過荷重防止部４１とホイール側プレート４ｂとの車軸方向の隙間は、それぞれ減少する。オーバーターニングモーメントＭｘが所定値以上となると、過荷重防止部４１とホイール側プレート４ｂ、および過荷重防止部４１とブレーキロータ２がそれぞれ当接し、過荷重防止部４１がセンシング部４ａと共に車軸方向の荷重２０を受ける。これにより、タイヤ作用力の６分力のうち特に大きなオーバーターニングモーメントＭｘによりセンシング部４ａに作用する荷重を軽減させ、センシング部４ａに過大な応力が作用したり過大な変形が生じたりすることを抑制することができる。

（第２実施形態）
図９を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。図９は、本実施形態のセンサプレートの構成を示す図である。

本実施形態の過荷重防止部４３が、上記第１実施形態の過荷重防止部４ｇ，４１と異なる点は、少なくとも車軸方向の荷重２０が作用しないときに過荷重防止部４３がハブ側およびホイール側のそれぞれと接触している点である。また、車軸方向の荷重２０が小さい場合と大きい場合とで、車軸方向の荷重２０の変化量に対する過荷重防止部４３の車軸方向の変形量の比が異なる。言い換えると、過荷重防止部４３の実質的な剛性は、車軸方向の荷重２０が小さい場合と大きい場合とで異なる。車軸方向の荷重２０が小さい場合には、大きい場合と比較して、同じ車軸方向の荷重２０の変化量に対して、過荷重防止部４３の変形量が大きい。

車軸方向の荷重２０が作用すると、センシング部４ａおよび過荷重防止部４３が車軸方向に変形し、ハブ３とホイール１との車軸方向の隙間が減少する。車軸方向の荷重２０が小さい場合には、過荷重防止部４３はハブ側およびホイール側のそれぞれと接触して車軸方向の荷重２０を支持するものの、その支持する荷重の大きさは小さい。よって、センシング部４ａの変形に与える影響は小さく、タイヤ作用力の計測精度に与える影響は小さい。一方、車軸方向の荷重２０が大きい場合には、過荷重防止部４３は大きな荷重を支持することができ、センシング部４ａに過大な応力が作用したり、センシング部４ａに過大な変形が生じたりすることを抑制できる。

本実施形態の過荷重防止部４３は、図９に示すように、車軸方向の互いに異なる領域に配置され、かつ剛性が互いに異なる第一構成部（第一支持部材構成部）４３ａと第二構成部（第二支持部材構成部）４３ｂとを有する。第一構成部４３ａの剛性は、第二構成部４３ｂの剛性と比較して大きい。過荷重防止部４３において、第一構成部４３ａはホイール側に、第二構成部４３ｂは車体側にそれぞれ配置されている。第一構成部４３ａにおけるホイール側の端部は、ホイール側プレート４ｂにおける車体側に固定されている。また、第二構成部４３ｂにおける車体側の端部は、ブレーキロータ２に当接している。なお、第二構成部４３ｂにおける車体側の端部がブレーキロータ２に固定されていてもよい。

車軸方向の荷重２０が小さい場合には、第一構成部４３ａおよび第二構成部４３ｂがそれぞれの剛性に応じて収縮する。第一構成部４３ａの剛性と比較して第二構成部４３ｂの剛性が小さいことで、車軸方向の荷重２０が小さい場合には、第一構成部４３ａと比較して第二構成部４３ｂの収縮の度合いが大きい。第二構成部４３ｂの収縮量が一定以上となると、第二構成部４３ｂがそれ以上収縮しないあるいは収縮しにくくなり、主として第一構成部４３ａが収縮する。つまり、車軸方向の荷重２０が大きい場合には、車軸方向の荷重２０が小さい場合と比較して、過荷重防止部４３の収縮において、第一構成部４３ａの剛性がより大きく影響する。これにより、車軸方向の荷重２０が大きい場合には、小さい場合と比較して、同じ車軸方向の荷重２０の変化量に対して、過荷重防止部４３の変形量が小さくなる。言い換えると、車軸方向の荷重２０が大きい場合には、小さい場合と比較して、過荷重防止部４３の実質的な剛性が大きくなる。よって、車軸方向の荷重２０が大きい場合には、過荷重防止部４３は大きな荷重を支持することができ、センシング部４ａに過大な応力が作用したり、センシング部４ａに過大な変形が生じたりすることを抑制できる。

なお、第一構成部４３ａと第二構成部４３ｂの車軸方向における配置は、本実施形態の配置には限定されない。例えば、第二構成部４３ｂが過荷重防止部４３における車軸方向の中央部に配置されてもよく、ホイール側の端部に配置されてもよい。

１−１タイヤ作用力検出装置
１ホイール
２ブレーキロータ
３ハブ
４センサプレート
４ａセンシング部
４ｂホイール側プレート
４ｃハブ側プレート
４ｄセンサ
４ｇ過荷重防止部
９送信回路
１３センサ配線
１７ブレーキキャリパ
１８受信回路
１９車両制御コンピュータ
２０車軸方向の荷重
２１周方向の荷重
３０回転側回路部
３１固定側回路部
４１，４３過荷重防止部
４２連結部材
４３ａ第一構成部
４３ｂ第二構成部
Ｆｘ前後力
Ｆｙ横力
Ｆｚ上下力
Ｍｘオーバーターニングモーメント（横力によるモーメント）
Ｍｙ回転トルク
Ｍｚセルフアライニングトルク
Ｐ１車軸方向の応力比
Ｐ２曲げ応力比
Ｓ１車軸方向の剛性比
Ｓ２曲げ剛性比

Claims

車軸周りに回転可能に支持されたハブと、前記ハブと接続されるホイールと、前記ホイールに装着されたタイヤとを備えた車両において、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、
前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に接続する接続部と、
前記接続部の変形量を検出する検出手段とを備え、
前記検出手段により検出された前記変形量に基づいて前記タイヤ作用力を検出し、
更に、前記車軸方向の前記ハブと前記ホイールとの間に前記接続部と並列に配置され、かつ前記ハブ側あるいは前記ホイール側の一方に固定されて他方と前記車軸方向に対向する支持部材を備え、
前記タイヤ作用力による前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に互いに近づける荷重により前記接続部が前記車軸方向に変形することで、前記支持部材と前記他方との前記車軸方向の隙間が減少し、
前記荷重が小さい場合には、前記支持部材は前記他方から離間して、前記接続部が前記荷重を支持し、前記荷重が大きい場合には、前記支持部材が前記他方に当接して、前記接続部と前記支持部材とで前記荷重を支持する
ことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
車軸周りに回転可能に支持されたハブと、前記ハブと接続されるホイールと、前記ホイールに装着されたタイヤとを備えた車両において、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、
前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に接続する接続部と、
前記接続部の変形量を検出する検出手段とを備え、
前記検出手段により検出された前記変形量に基づいて前記タイヤ作用力を検出し、
更に、前記車軸方向の前記ハブと前記ホイールとの間に前記接続部と並列に配置された支持部材を備え、
前記タイヤ作用力による前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に互いに近づける荷重により前記接続部が前記車軸方向に変形することで、前記ハブと前記ホイールとの前記車軸方向の隙間が減少し、
前記支持部材は、前記荷重が作用しないときに前記ハブ側および前記ホイール側のいずれからも前記車軸方向に離間する位置に支持されており、
前記荷重が小さい場合には、前記支持部材は前記ハブ側および前記ホイール側のいずれからも離間して、前記接続部が前記荷重を支持し、前記荷重が大きい場合には、前記ハブ側および前記ホイール側のそれぞれと前記支持部材が当接して、前記接続部と前記支持部材とで前記荷重を支持する
ことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
車軸周りに回転可能に支持されたハブと、前記ハブと接続されるホイールと、前記ホイールに装着されたタイヤとを備えた車両において、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、
前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に接続する接続部と、
前記接続部の変形量を検出する検出手段とを備え、
前記検出手段により検出された前記変形量に基づいて前記タイヤ作用力を検出し、
更に、前記車軸方向の前記ハブと前記ホイールとの間に前記接続部と並列に配置され、かつ前記ハブ側あるいは前記ホイール側の少なくともいずれか一方に固定された支持部材を備え、
前記支持部材は、少なくとも前記タイヤ作用力による前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に互いに近づける荷重が作用しないときに前記ハブ側および前記ホイール側のそれぞれと接触し、
前記荷重により前記接続部および前記支持部材が前記車軸方向に変形することで、前記ハブと前記ホイールとの前記車軸方向の隙間が減少し、
前記荷重が小さい場合の前記荷重の変化量に対する前記支持部材の前記車軸方向の変形量の比は、前記荷重が大きい場合の前記荷重の変化量に対する前記支持部材の前記車軸方向の変形量の比と比較して大きい
ことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
請求項３に記載のタイヤ作用力検出装置において、
前記支持部材が、前記車軸方向の互いに異なる領域に配置され、かつ剛性が互いに異なる第一支持部材構成部と第二支持部材構成部とを有することで、前記荷重が小さい場合の前記荷重の変化量に対する前記支持部材の前記車軸方向の変形量の比が、前記荷重が大きい場合の前記荷重の変化量に対する前記支持部材の前記車軸方向の変形量の比と比較して大きい
ことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載のタイヤ作用力検出装置において、
前記車軸方向の変形における前記接続部の剛性に対する前記支持部材の剛性の比が、前記車軸方向と直交する方向の曲げ変形における前記接続部の剛性に対する前記支持部材の剛性の比と比較して大きい
ことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
請求項１から５のいずれか１項に記載のタイヤ作用力検出装置において、
周方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ前記ハブに締結された第一締結部と、
周方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ前記ホイールに締結された第二締結部とを備え、
前記接続部は、前記第一締結部と前記第二締結部とを前記車軸方向に接続することで、前記第一締結部および前記第二締結部を介して前記ハブと前記ホイールとを前記車軸方向に接続し、
周方向において、前記第一締結部と前記第二締結部とが交互に配置されている
ことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。