JP5723402B2

JP5723402B2 - 車輪作用力検出装置

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Publication number: JP5723402B2
Application number: JP2013040295A
Authority: JP
Inventors: 永野　弘樹; 弘樹永野; 浩下山
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: CN104015562B; US8960011B2; DE102014101258B4; CN104015562A; US20140245838A1; DE102014101258A1; JP2014169864A

Description

本発明は、自動車等の車両の車輪作用力検出装置に関し、特に車両への装着が容易であるとともに、構造が簡素で製造が容易でありかつ出力処理のため複雑な演算処理を行なう必要がないものに関する。

例えば自動車の開発、評価や、車両制御等を目的として、車輪に作用する前後力、軸方向力や、各軸回りのモーメントを検出することが求められる場合がある。従来、このような車輪作用力を測定するため、例えば直交３軸方向の力、及び、車軸方向と直交する２軸回りのモーメントを検出可能な５分力ロードセル、あるいは、これに車軸回りのモーメント検出機能を加えた６分力ロードセルを用いることが提案されている。

従来、このような６分力検出装置として、十字形に形成されたビームの表面にひずみゲージを取り付けた構造のものが用いられている。
また、例えば特許文献１には、肉薄中空円筒体の周面における周方向に互いに独立な位置に、６つのひずみゲージを具備し、これらの各ひずみゲージで検出されるひずみ量から円筒体の両端間に加えられた力による各軸方向荷重と各軸曲げモーメントを演算して求める６分力検出装置が記載されている。

特開昭６１− ７９１２９号公報

しかし、一般的な十字形のビームを有する５分力ロードセルの場合、タイヤが取り付けられるリムの内径側にアウトボード配置することは困難であり、一般にアクスル中心から離れた点での入力の計測となるために、入力を車輪作用力に換算する何らかの演算式と、これを演算する信号処理装置が必要となる。さらに、ロードセルの構造が複雑でありかつインボード配置であるために、機械的強度の不足が懸念され、耐久性の確保が困難である。
また、このようなロードセルは、ビームの機械加工やその表面へのひずみゲージの実装など製造工程が煩雑で量産には不向きであり、コストが高価であった。
一方、車両のサスペンション装置においてハブユニットが取り付けられる部材であるアップライトにひずみゲージ等のセンサを設けることも考えられるが、この場合にも演算手段が必要であり、さらに、精度の確保も困難である。

また、特許文献１に記載されたように、円筒状の感受体を用いるロードセルであれば、例えばハブユニットに内装することは可能であるが、６つのひずみセンサの出力から演算によって６分力を算出することから、やはり信号処理装置が必要となり、特にリアルタイムでの演算を行なうためには、比較的高い演算負荷に対応したものが要求される。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、車両への装着が容易であるとともに、構造が簡素で製造が容易でありかつ出力処理のため複雑な演算処理を行なう必要がない車輪作用力検出装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、サスペンション装置によって支持される車体側部材に固定される取付部と、車輪が固定されるとともに、前記取付部に対して車軸回りに回転可能に支持されたハブと、前記車軸と実質的に同心に形成された筒状部を有し、該筒状部の一方の端部が前記取付部に固定され、他方の端部がハブベアリングを介して前記ハブに接続された感受体と、前記感受体の前記筒状部の周面に設けられた１分力あたり少なくとも４個のひずみゲージを含むブリッジ回路を有する分力検出手段とを備え、前記ハブベアリングは、前記感受体と前記ハブとの間に設けられ、ラジアル方向の荷重を負担するラジアルベアリングと、前記感受体と前記ハブとの間に設けられ、スラスト方向の荷重を負担するとともに前記ラジアルベアリングとは別個に設けられたスラストベアリングとを有することを特徴とする車輪作用力検出装置である。
これによれば、分力測定用のロードセルをハブユニット内に設けることによって、既存のハブユニットと換装することによって容易に車両に装着することができる。また、車輪の中心に近接した箇所に配置することが可能となり、その出力をそのまま車輪作用力として用いることが可能となる。
また、例えば十字状のビームを感受体とする既存の多分力ロードセルに対して、感受体の製造及びひずみゲージの取付工程を簡素化することが可能となり、量産化が容易となってコストを低くすることができる。
さらに、筒状部における応力斑の対称性を利用して、各分力の相互干渉を抑えるとともに、ドリフトをバランスさせ、ブリッジ回路の出力に対する信号処理演算を不要とすることが可能となり、信号処理系の構造を大幅に簡素化することができる。
また、ラジアルベアリングとスラストベアリングとを別個に設けたことによって、例えば大径のアンギュラベアリング等の多機能化された特殊なベアリングを用いる必要がなく、汎用のベアリングを用いることが可能となり、ベアリングの選択自由度等の設計自由度が向上する。
また、シールの構成も簡素化することができる。

請求項２に係る発明は、前記ラジアルベアリングは、前記感受体の前記ハブ側の端部の外径側に設けられ、前記スラストベアリングは、前記感受体の前記ハブ側の端部の内径側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、ラジアルベアリング、スラストベアリングを軸方向に配列した場合に対して軸方向の寸法を小さくして構成をコンパクトにするとともに、感受体に対して外径側、内径側からそれぞれラジアル荷重、スラスト荷重を伝達することによって、感度を向上することができる。
また、ハブユニットの中央部にスラストベアリングの予圧調整機構を容易に配置することができる。

請求項３に係る発明は、前記分力検出手段は、前記筒状部の径方向に作用する２分力をそれぞれ検出する第１の径方向分力検出手段及び第２の径方向分力検出手段と、前記筒状部の軸方向に作用する分力を検出する軸方向分力検出手段と、前記筒状部の径方向に沿った２軸回りに作用するモーメントをそれぞれ検出する第１の径方向回りモーメント検出手段及び第２の径方向回りモーメント検出手段とを含み、前記第１の径方向分力検出手段、前記第２の径方向分力検出手段、前記第１の径方向回りモーメント検出手段、前記第２の径方向回りモーメント検出手段は、それぞれ前記筒状部に設けられた第１乃至第４の単軸ひずみゲージを含むブリッジ回路を有し、第２の単軸ひずみゲージは、第１の単軸ひずみゲージに対して前記筒状部の中心軸方向に離間して配置され、第３の単軸ひずみゲージ及び第４の単軸ひずみゲージは、それぞれ第２の単軸ひずみゲージ及び第１の単軸ひずみゲージに対して前記筒状部の中心軸回りにほぼ１８０度ずらした位置に配置され、前記軸方向分力検出手段は、前記筒状部の周方向にほぼ等間隔に分散して設けられた第１乃至第４の単軸ひずみゲージを含むブリッジ回路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、全ての分力、モーメントの中心軸が１点に集中するいわゆる単焦点型の構成とすることが容易であり、分力相互間の干渉が低減されて補償換算が不要となる。

請求項４に係る発明は、前記分力検出手段は、前記筒状部の軸回りに作用するモーメントを検出する軸方向回りモーメント検出手段を含み、前記軸方向回りモーメント検出手段は、前記筒状部の周方向にほぼ等間隔に分散して設けられた第１乃至第４のせん断型ひずみゲージを含むブリッジ回路を有することを特徴とする請求項３に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、車軸回りのモーメントを検出することによって、転がり抵抗の測定や補償用、故障検出用などに利用することが可能となる。

請求項５に係る発明は、前記筒状部は、内径及び外径が実質的に一定あるいは一方の端部からの距離に比例して変化する円筒状に形成されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、感受体を例えば簡単な旋盤加工等によって形成することが可能となり、その製造工程を簡素化して、量産により適した仕様とすることができる。
また、感受体を円形断面とすることによって、応力斑の対称性を確保することができる。

請求項６に係る発明は、前記分力検出手段において、各分力及びモーメントの中心軸を１点に集中させるとともに、この点を前記車輪の中心と実質的に一致させたことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置である。
これによれば、分力検出手段において、各分力及びモーメントの中心軸が集中する点（以下、「焦点」と称する）と車輪の中心とがずれた場合に必要となる演算を不要として装置の簡素化を図ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、車両への装着が容易であるとともに、構造が簡素で製造が容易でありかつ出力処理のため複雑な演算処理を行なう必要がない車輪作用力検出装置を提供することができる。

本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例であるハブユニットを示す図である。図１のハブユニットにおける感受体を中心軸を含む平面で切って見た断面図である。図２の感受体に設けられるひずみゲージの配置を示す模式的斜視図である。実施例のハブユニットにおける力検出系のブリッジ回路の構成を示す図である。実施例のハブユニットにおけるモーメント検出系のブリッジ回路の構成を示す図である。

本発明は、車両への装着が容易であるとともに、構造が簡素で製造が容易でありかつ出力処理のため複雑な演算処理を行なう必要がない車輪作用力検出装置を提供する課題を、アップライトとハブベアリングとの間に円筒部を有する感受体を配置し、円筒部の表面に一分力あたり４つのひずみゲージを設けてブリッジ回路を構成するとともに、ハブベアリングを別個に設けられたラジアルベアリング及びスラストベアリングによって構成したことによって解決した。

以下、本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例であるハブユニットについて説明する。
図１は、本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例であるハブユニットの断面図であって、車軸（車輪の回転中心軸）を含む鉛直面で切って見た図である。

実施例のハブユニットは、例えば乗用車等の自動車において、車体に対して揺動するサスペンションアームの先端部に支持されたアップライト（ハウジング）に固定されるとともに、タイヤ及びリムからなる車輪を回転可能に支持するものである。
例えばサスペンション装置がストラット式である場合は、アップライトは上端部がサスペンションストラットを構成するショックアブソーバのシェルケース下端部に固定され、下端部がボールジョイント等を介してロワアームに連結される。
また、サスペンション装置がマルチリンク式やダブルウィッシュボーン式である場合は、アップライトはその上端部及び下端部がそれぞれアッパアーム及びロワアームに揺動可能に連結され、さらに、必要に応じてトレーリングアーム等が接続される。

図１に示すように、ハブユニット１は、ハブ１０、ハブユニット固定部２０、入力伝達部３０、ラジアルベアリング４０、スラストベアリング５０、６分力検出装置１００の感受体１１０等を有して構成されている。

ハブ１０は、ホイールＷが締結されホイールＷとともに回転する部材である。
ハブ１０は、円盤部１１、円筒部１２等を有して構成されている。
円盤部１１は、ホイールＷの車幅方向内側の面部と当接し、ボルト等の締結手段によってホイールＷが固定される部分である。
円盤部１１は、ホイールＷの回転中心と実質的に同心の円盤状に形成されている。

円筒部１２は、円盤部１１の外周縁部から車幅方向内側へ突き出して形成されている。
円筒部１２は、ホイールＷの回転中心と実質的に同心の円筒状に形成されている。
円筒部１２の内径側には、ラジアルベアリング４０の外輪が挿入され固定される。
円筒部１２の内周面部には、ラジアルベアリング４０の脱落を防止するＣリングＣが組み込まれる周方向溝１３が形成されている。
また、ホイールＷ及び円盤部１１の中央部には、後述するカラー５１が挿入される開口が設けられている。

ハブユニット固定部２０は、図示しないサスペンション装置のアップライトに固定されるプレート状の部材である。
ハブユニット固定部２０には、６分力検出装置１００の感受体１１０の第２フランジ１１３が、ボルト等の締結手段によって固定される。

入力伝達部３０は、６分力検出装置１００の感受体１１０とハブ１０とを、ラジアルベアリング４０、スラストベアリング５０を介して連結する部材である。
入力伝達部３０は、環状円盤部３１、外筒部３２、内筒部３３等を有して構成されている。
環状円盤部３１は、中央部に外周縁と同心の円形開口を有する平板状の円盤として形成されている。
環状円盤部３１には、６分力検出装置１００の感受体１１０の第１フランジ１１２が、ボルト等の締結手段によって固定される。

外筒部３２は、環状円盤部３１の外周縁部から車幅方向内側へ突き出して形成されている。
外筒部３２の外周面部は、ラジアルベアリング４０の内輪に挿入される。
外筒部３２の外周面部には、ラジアルベアリング４０の内輪の車幅方向内側の端部と当接し、軸方向位置を位置決めするするフランジ部３２ａが形成されている。
外筒部３２の内径側には、６分力検出装置１００の感受体１１０が挿入される。
外筒部３２の内周面部は、感受体１１０の円筒部１１１の外周面と隙間を隔てて対向して配置されている。

内筒部３３は、環状円盤部３１の内周縁部から車幅方向内側へ突き出して形成されている。
内筒部３３は、６分力検出装置１００の感受体１１０の内径側に挿入される。
内筒部３３の外周面部は、感受体１１０の円筒部１１１の内周面と隙間を隔てて対向して配置されている。
内筒部３３の内周面部における車幅方向外側の端部には、段状に径を小さく（内径側に張り出して）形成され、スラストベアリング５０を保持する段部３３ａが形成されている。
内筒部３３の内周面部におけるスラストベアリング５０の車幅方向内側の端部には、固定ふた３４が内径側に挿入される。
固定ふた３４は、スラストベアリング５０を保持する円盤状の部材であって、外周面部に形成されたオネジ部を、内筒部３３の内径側に形成されたメネジ部に締結される。

ラジアルベアリング４０は、ハブ１０と入力伝達部３０との間に設けられた転がり軸受であって、これらの間に作用するラジアル荷重を負担するものである。
ラジアルベアリング４０は、６分力検出装置１００の感受体１１０の車幅方向外側（ハブ１０側）の端部の外径側に配置されている。
ラジアルベアリング４０として、例えば、単列の深溝玉軸受を２列並べて用いることができる。
ラジアルベアリング４０の外輪は、ハブ１０の円筒部１２の内径側に挿入され、実質的に固定されるとともに、ＣリングＣによって脱落が防止されている。
ラジアルベアリング４０の外輪は、ハブ１０及びホイールＷとともに、内輪に対して相対回転する。
ラジアルベアリング４０の内輪には、入力伝達部３０の外筒部３２が、フランジ部３２ａが突き当たるまで挿入され、実質的に固定されている。

スラストベアリング５０は、ハブ１０と入力伝達部３０との間に設けられた転がり軸受であって、これらの間に作用するスラスト荷重を負担するものである。
スラストベアリング５０は、６分力検出装置１００の感受体１１０の車幅方向外側の端部の内径側に配置されている。
スラストベアリング５０として、例えば、スラスト玉軸受を用いることができる。
スラストベアリング５０は、入力伝達部３０の内筒部３３の内径側へ、車幅方向内側から挿入され、車幅方向外側の端部（軌道板）は、段部３３ａに突き当てられた状態で配置され、入力伝達部３０に実質的に固定される。

スラストベアリング５０の車幅方向内側の端部（軌道板）は、カラー５１によって保持される。この軌道板は、ハブ１０及びホイールＷとともに他方の軌道板に対して相対回転する。
カラー５１は、シャフト部５１ａ、フランジ部５１ｂを有して構成されている。
シャフト部５１ａは、ホイールＷの回転中心軸と同心に配置された軸状の部材であって、ハブ１０及びホイールＷの中央部に形成された開口に挿入されている。
フランジ部５１ｂは、シャフト部５１ａの車幅方向内側の端部から外径側につば状に張り出して形成された円盤状の部分である。
フランジ部５１ｂの車幅方向外側の面部は、スラストベアリング５０の車幅方向内側の端面と当接している。
シャフト部５１ａの車幅方向外側の端部は、図示しないロックナット等の締結手段によって、ハブ１０に締結されるとともに、この締付トルクによって、シャフト部５１ａに張力を与え、スラストベアリング５０へ予圧を与えるようになっている。
また、フランジ部５１ｂの車幅方向内側の面部は、スラストベアリング５２を介して、固定ふた３４によって保持されている。
スラストベアリング５２は、フランジ部５１ｂ及び固定ふた３４の間に挟持され、フランジ部５１ｂと固定ふた３４との相対回転を許容しつつこれらの間でスラスト力を伝達する。

６分力検出装置１００は、実質的に円筒状に形成され、ハブユニット固定部２０と入力伝達部３０とを連結する感受体１１０及びこの感受体１１０に設けられた複数のひずみゲージ及びこのひずみゲージを含むブリッジ回路を有して構成されている。
図２は、実施例の６分力検出装置１００における感受体１１０を中心軸を含む平面で切って見た断面図である。
図２に示すように、感受体１１０は、円筒部１１１、第１フランジ１１２、第２フランジ１１３等を有して形成されている。

円筒部１１１は、所定の軸方向長さにわたって内径及び外径が実質的に一定である円筒状に形成された部分であって、後述する複数のひずみゲージが貼付（接着）される部分である。円筒部１１１は、車軸と実質的に同心に配置されている。
第１フランジ１１２は、円筒部１１１の一方の端部に設けられ、円筒部１１１に対して外径側及び内径側にそれぞれ張り出して形成された平板状の部分である。
第１フランジ１１２は、入力伝達部３０の環状円盤部３１が締結されるものであって、ボルトが締結されるネジ孔１１２ａが形成されている。
また、円筒部１１１と第１フランジ１１２との間には、外径及び内径がこれらの中間となるように設定された中間部１１４が設けられている。中間部１１４の外周面は、円筒部１１１の外周面に対して段状に径を大きくして形成されている。また、中間部１１４の内周面は、円筒部１１１の内周面に対して段状に径を小さくして形成されている。

第１フランジ１１２の外径側における第２フランジ１１３側の端面と、中間部１１４の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ１）が設けられている。
中間部１１４の外径側における第２フランジ１１３側の端面と、円筒部１１１の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ２）が設けられている。
第１フランジ１１２の内径側における第２フランジ１１３側の端面と、中間部１１４の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ３）が設けられている。
中間部１１４の内径側における第２フランジ１１３側の端面と、円筒部１１１の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ４）が設けられている。
上述した各Ｒ部（Ｒ１〜Ｒ４）のうち、Ｒ１とＲ３とは、感受体１１０の軸方向における位置がほぼ一致して配置されている。
また、Ｒ２とＲ４とは、感受体１１０の軸方向における位置が、Ｒ２のほうが第２フランジ１１３側となるようにオフセットして配置されている。

第２フランジ１１３は、円筒部１１１の第１フランジ１１２とは反対側の端部に設けられ、円筒部１１１に対して外径側及び内径側にそれぞれ張り出して形成された平板状の部分である。
第２フランジ１１３は、ハブユニット固定部２０が締結されるものであって、ボルトが挿入されるボルト孔１１３ａが形成されている。

円筒部１１１と第２フランジ１１３との間には、外径及び内径がこれらの中間となるように設定された中間部１１５が設けられている。中間部１１５の外周面は、円筒部１１１の外周面に対して段状に径を大きくして形成されている。また、中間部１１５の内周面は、円筒部１１１の内周面に対して段状に径を小さくして形成されている。

第２フランジ１１３の外径側における第１フランジ１１２側の端面と、中間部１１５の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ５）が設けられている。
中間部１１５の外径側における第１フランジ１１２側の端面と、円筒部１１１の外周面との間には、Ｒ部（Ｒ６）が設けられている。
第２フランジ１１３の内径側における第１フランジ１１２側の端面と、中間部１１５の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ７）が設けられている。
中間部１１５の内径側における第１フランジ１１２側の端面と、円筒部１１１の内周面との間には、Ｒ部（Ｒ８）が設けられている。
上述した各Ｒ部（Ｒ５〜Ｒ８）のうち、Ｒ５とＲ７とは、感受体１１０の軸方向における位置がほぼ一致して配置されている。
また、Ｒ６とＲ８とは、感受体１１０の軸方向における位置が、Ｒ６のほうが第１フランジ１１２側となるようにオフセットして配置されている。
なお、第１フランジ１１２の厚さｔ１及び第２フランジ１１３の厚さｔ２は、円筒部１１１の肉厚ｔ０に対して十分大きくなるように設定される。

６分力検出装置１００は、上述した感受体１１０の円筒部１１１に設けられるひずみゲージを含むブリッジ回路をそれぞれ有するＦｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系、Ｍｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系をそれぞれ有する。
Ｆｘ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用する径方向（以下、ｘ軸方向と称する）の力Ｆｘを検出するものである。
Ｆｙ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用するｘ軸方向と直交する方向の径方向（以下、ｙ軸方向と称する）の力Ｆｙを検出するものである。
Ｆｚ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用する軸方向（以下、ｚ軸方向と称する）の力Ｆｚを検出するものである。

Ｍｘ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用するｘ軸回りのモーメントＭｘを検出するものである。
Ｍｙ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用するｙ軸回りのモーメントＭｙを検出するものである。
Ｍｚ検出系は、感受体１１０の円筒部１１１に作用するｚ軸回りのモーメントＭｚを検出するものである。

上述したＦｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系、Ｍｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系は、それぞれ４つのひずみゲージを含むブリッジ回路を有して構成されている。
図３は、実施例の６分力検出装置におけるひずみゲージの配置を示す模式的斜視図である。
図４は、実施例の６分力検出装置における力検出系のひずみゲージの配置及びブリッジ回路の構成を示す図である。図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）は、それぞれＦｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系を示している。
図５は、実施例の６分力検出装置におけるモーメント検出系のブリッジ回路の構成を示す図である。図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、それぞれＭｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系を示している。
なお、図４、図５においては、中間部１１４、１１５等は図示を省略している。

図３及び図４に示すように、Ｆｘ検出系は、ひずみゲージ１２１〜１２４を有して構成されている。ひずみゲージ１２１〜１２４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１２１は、円筒部１１１の外周面における第１フランジ１１２側の領域（中間部１１４に近接した領域）に配置されている。
ひずみゲージ１２２は、ひずみゲージ１２１を通りかつ円筒部１１１の軸方向と平行な直線上に配置され、円筒部１１１の外周面における第２フランジ１１３側の領域（中間部１１５に近接した領域）に配置されている。
ひずみゲージ１２３は、ひずみゲージ１２２からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１２２に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ１２４は、ひずみゲージ１２１からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１２１に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図４（ａ）に示すように、Ｆｘ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１２１〜１２４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１２２とひずみゲージ１２３との間、及び、ひずみゲージ１２１とひずみゲージ１２４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１２１とひずみゲージ１２２との間、及び、ひずみゲージ１２３とひずみゲージ１２４との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｆｙ検出系は、ひずみゲージ１３１〜１３４を有して構成されている。ひずみゲージ１３１〜１３４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１３１は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２１に対して、円筒部１１１の中心軸回りに９０度ずらして配置されている。
ひずみゲージ１３２は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２２に対して、円筒部１１１の中心軸回りに９０度ずらして配置されている。
ひずみゲージ１３１とひずみゲージ１３２とは、円筒部１１１の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ１３３は、ひずみゲージ１３２からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１３２に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ１３４は、ひずみゲージ１３１からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１３１に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図４（ｂ）に示すように、Ｆｙ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１３１〜１３４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１３２とひずみゲージ１３３との間、及び、ひずみゲージ１３１とひずみゲージ１３４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１３１とひずみゲージ１３２との間、及び、ひずみゲージ１３３とひずみゲージ１３４との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｆｚ検出系は、ひずみゲージ１４１〜１４４を有して構成されている。ひずみゲージ１４１〜１４４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１４１は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２１、１２２の中間に配置されている。
ひずみゲージ１４２，１４３，１４４は、それぞれひずみゲージ１４１に対して、円筒部１１１の中心軸回りの位相が、９０度、１８０度、２７０度ずれた位置に配置されている。

また、図４（ｃ）に示すように、Ｆｚ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１４１，１４２，１４４，１４３をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１４１とひずみゲージ１４３との間、及び、ひずみゲージ１４２とひずみゲージ１４４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１４１とひずみゲージ１４２との間、及び、ひずみゲージ１４３とひずみゲージ１４４との間の電位差を出力として抽出するものである。

図３及び図５に示すように、Ｍｘ検出系は、ひずみゲージ１５１〜１５４を有して構成されている。ひずみゲージ１５１〜１５４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１５１は、Ｆｙ検出系のひずみゲージ１３１に対して、円筒部１１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ１５２は、Ｆｙ検出系のひずみゲージ１３２に対して、円筒部１１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ１５１とひずみゲージ１５２とは、円筒部１１１の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ１５３は、ひずみゲージ１５２からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１５２に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ１５４は、ひずみゲージ１５１からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１５１に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図５（ａ）に示すように、Ｍｘ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１５１，１５３，１５２，１５４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１５１とひずみゲージ１５３との間、及び、ひずみゲージ１５２とひずみゲージ１５４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１５１とひずみゲージ１５４との間、及び、ひずみゲージ１５３とひずみゲージ１５２との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｍｙ検出系は、ひずみゲージ１６１〜１６４を有して構成されている。ひずみゲージ１６１〜１６４は、単軸のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の中心軸方向と平行となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１６１は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２１に対して、円筒部１１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ１６２は、Ｆｘ検出系のひずみゲージ１２２に対して、円筒部１１１の中心軸方向に隣接して配置されている。
ひずみゲージ１６１とひずみゲージ１６２とは、円筒部１１１の軸方向と平行な同一直線上に配置されている。
ひずみゲージ１６３は、ひずみゲージ１６２からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１６２に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。
ひずみゲージ１６４は、ひずみゲージ１６１からみて円筒部１１１の中心軸回りに１８０度ずらした位置（ひずみゲージ１６１に対して円筒部１１１の中心軸対称な位置）に配置されている。

また、図５（ｂ）に示すように、Ｍｙ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１６１，１６３，１６２，１６４をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１６１とひずみゲージ１６３との間、及び、ひずみゲージ１６２とひずみゲージ１６４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１６１とひずみゲージ１６４との間、及び、ひずみゲージ１６３とひずみゲージ１６２との間の電位差を出力として抽出するものである。

Ｍｚ検出系は、ひずみゲージ１７１〜１７４を有して構成されている。ひずみゲージ１７１〜１７４は、せん断形のひずみゲージであって、その検出方向が円筒部１１１の周方向となるように、円筒部１１１の外周面に貼付されている。
ひずみゲージ１７１は、Ｆｚ検出系のひずみゲージ１４１、１４２の中間に配置されている。
ひずみゲージ１７２は、Ｆｚ検出系のひずみゲージ１４２，１４４の中間に配置されている。
ひずみゲージ１７３，１７４は、それぞれひずみゲージ１７２，１７１に対して、円筒部１１１の中心軸対称となる位置に配置されている。

また、図５（ｃ）に示すように、Ｍｚ検出系のブリッジ回路は、ひずみゲージ１７１，１７３，１７４，１７２をループ状に順次接続し、ひずみゲージ１７１とひずみゲージ１７３との間、及び、ひずみゲージ１７２とひずみゲージ１７４との間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、ひずみゲージ１７１とひずみゲージ１７２との間、及び、ひずみゲージ１７３とひずみゲージ１７４との間の電位差を出力として抽出するものである。

上述した各検出系のひずみゲージは、各検出系がそれぞれ有する焦点Ｆが、図示しない車輪の中心（車軸上におけるタイヤ幅の中心）と実質的に一致するように配置されている。

以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）分力測定用のロードセルである６分力検出装置１００をハブユニット１内に設けることによって、既存のハブユニットと換装することによって、容易に本実施例のハブユニット１を車両に装着することができる。また、車輪の中心に近接した箇所に配置することが可能となり、その出力をそのまま車輪作用力として用いることが可能となる。
また、感受体１１０は、例えば旋盤による機械加工等によって比較的容易に形成することが可能であり、ひずみゲージは円筒部１１１の表面側のみに実装されることから、例えば十字状のビームを感受体とする既存の６分力検出装置に対して、感受体１１０の製造及びひずみゲージの取付工程を簡素化することが可能となり、量産に適しかつコストが安価である。
さらに、回路もプリントにより一体に形成することが可能である。
（２）感受体１１０のハブ１０側の端部の外径側にラジアルベアリング４０を配置し、内径側にスラストベアリング５０を配置することによって、感受体１１０の外径側、内径側からそれぞれ荷重を伝達することによって、荷重の伝達効率を高め、検出感度を向上することができる。また、ラジアルベアリング４０、スラストベアリング５０として汎用かつ既製品のベアリングを用いることができ、さらにシール等も容易に行うことができることから、ベアリングの選択自由度等の設計自由度を向上するとともに、製造の容易化を図ることができる。
（３）円筒部１１１における応力斑の対称性を利用して、各分力の相互干渉を抑えるとともに、ドリフトをバランスさせ、ブリッジ回路の出力に対する信号処理演算を不要とすることが可能となり、信号処理系の構造を大幅に簡素化することができる。
（４）全ての分力、モーメントの中心軸が１点に集中するいわゆる単焦点型の構成とすることが容易であり、分力相互間の干渉が低減されて補償換算が不要となる。
また、このような焦点を車輪の中心と実質的に一致させることによって、計測位置と車輪中心とのずれに起因して必要となる演算処理を不要とすることができる。
（５）円筒部１１１と中間部１１４との間のＲ部Ｒ２，Ｒ４をオフセットして配置するとともに、円筒部１１１と中間部１１５との間のＲ部Ｒ６、Ｒ８をオフセットして配置することによって、第１フランジ１１２、第２フランジ１１３に支持部または入力部を固定する際の締結トルク等の影響が円筒部１１１に及ぶことを防止し、より高精度な６分力の検出を行なうことができる。
（６）車輪の上下力、前後力、軸方向力、及び、鉛直軸、前後軸回りのモーメントからなる５分力に加えて、車軸回りのモーメントも検出することによって、転がり抵抗の測定や補償用、故障検出用などを行なうことができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）ハブユニットを構成する各部材の形状、構造、材質、配置等は、適宜変更することが可能である。
さらに、ラジアルベアリング、スラストベアリングの種類も、実施例のものに限定されず、他の種類のものであってもよい。
（２）実施例では、６分力検出装置の感受体の筒状部は、一例として一様の外径、内径を有する円筒状に形成したが、本発明はこれに限らず、例えば、外径及び内径が軸方向距離に応じて変化するテーパ状の筒状体としてもよい。さらに、断面形状も円形には限定されず、多角形断面やその他の断面形状であってもよい。
（３）実施例では、例えば６分力を検出しているが、本発明はこれに限らず、これらのうち一部の分力のみ検出する構成としてもよい。例えば、車軸回りのモーメントを省略した５分力を検出する構成としてもよい。
（４）各分力検出系において用いられる各ひずみゲージは、単一のひずみゲージからなる構成に限らず、複数のひずみゲージを並列あるいは直列に接続して一つのひずみゲージとして用いるようにしてもよい。このような構成とすることによって、感度の向上等を図ることができる。
（５）円筒部の両端に設けられる段部の有無、寸法、形状や、境界部におけるＲの設定などは、上述した実施例の構成に限らず、適宜変更することが可能である。
（６）実施例では各ひずみゲージは円筒部の外周面に貼付されているが、内周面に貼付する構成としてもよい。

１ハブユニット１０ハブ
１１円盤部１２円筒部
１３周方向溝ＣＣリング
Ｗホイール
２０ハブユニット固定部３０入力伝達部
３１環状円盤部３２外筒部
３２ａフランジ部３３内筒部
３３ａ段部３４固定ふた
４０ラジアルベアリング
５０スラストベアリング５１カラー
５１ａシャフト部５１ｂフランジ部
５２スラストベアリング
１００６分力検出装置１１０感受体
１１１円筒部１１２第１フランジ
１１２ａネジ孔１１３第２フランジ
１１３ａボルト孔１１４中間部
１１５中間部Ｒ１〜Ｒ８Ｒ部
１２１〜１２４Ｆｘ検出系の単軸ひずみゲージ
１３１〜１３４Ｆｙ検出系の単軸ひずみゲージ
１４１〜１４４Ｆｚ検出系の単軸ひずみゲージ
１５１〜１５４Ｍｘ検出系の単軸ひずみゲージ
１６１〜１６４Ｍｙ検出系の単軸ひずみゲージ
１７１〜１７４Ｍｚ検出系のせん断形ひずみゲージ
Ｆ焦点

Claims

サスペンション装置によって支持される車体側部材に固定される取付部と、
車輪が固定されるとともに、前記取付部に対して車軸回りに回転可能に支持されたハブと、
前記車軸と実質的に同心に形成された筒状部を有し、該筒状部の一方の端部が前記取付部に固定され、他方の端部がハブベアリングを介して前記ハブに接続された感受体と、
前記感受体の前記筒状部の周面に設けられた１分力あたり少なくとも４個のひずみゲージを含むブリッジ回路を有する分力検出手段とを備え、
前記ハブベアリングは、
前記感受体と前記ハブとの間に設けられ、ラジアル方向の荷重を負担するラジアルベアリングと、
前記感受体と前記ハブとの間に設けられ、スラスト方向の荷重を負担するとともに前記ラジアルベアリングとは別個に設けられたスラストベアリングとを有すること
を特徴とする車輪作用力検出装置。
前記ラジアルベアリングは、前記感受体の前記ハブ側の端部の外径側に設けられ、
前記スラストベアリングは、前記感受体の前記ハブ側の端部の内径側に設けられること
を特徴とする請求項１に記載の車輪作用力検出装置。
前記分力検出手段は、前記筒状部の径方向に作用する２分力をそれぞれ検出する第１の径方向分力検出手段及び第２の径方向分力検出手段と、前記筒状部の軸方向に作用する分力を検出する軸方向分力検出手段と、前記筒状部の径方向に沿った２軸回りに作用するモーメントをそれぞれ検出する第１の径方向回りモーメント検出手段及び第２の径方向回りモーメント検出手段とを含み、
前記第１の径方向分力検出手段、前記第２の径方向分力検出手段、前記第１の径方向回りモーメント検出手段、前記第２の径方向回りモーメント検出手段は、それぞれ前記筒状部に設けられた第１乃至第４の単軸ひずみゲージを含むブリッジ回路を有し、第２の単軸ひずみゲージは、第１の単軸ひずみゲージに対して前記筒状部の中心軸方向に離間して配置され、第３の単軸ひずみゲージ及び第４の単軸ひずみゲージは、それぞれ第２の単軸ひずみゲージ及び第１の単軸ひずみゲージに対して前記筒状部の中心軸回りにほぼ１８０度ずらした位置に配置され、
前記軸方向分力検出手段は、前記筒状部の周方向にほぼ等間隔に分散して設けられた第１乃至第４の単軸ひずみゲージを含むブリッジ回路を有すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車輪作用力検出装置。
前記分力検出手段は、前記筒状部の軸回りに作用するモーメントを検出する軸方向回りモーメント検出手段を含み、
前記軸方向回りモーメント検出手段は、前記筒状部の周方向にほぼ等間隔に分散して設けられた第１乃至第４のせん断型ひずみゲージを含むブリッジ回路を有すること
を特徴とする請求項３に記載の車輪作用力検出装置。
前記筒状部は、内径及び外径が実質的に一定あるいは一方の端部からの距離に比例して変化する円筒状に形成されること
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置。
前記分力検出手段において、各分力及びモーメントの中心軸を１点に集中させるとともに、この点を前記車輪の中心と実質的に一致させたこと
を特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の車輪作用力検出装置。