JP5764609B2 - ブッシュ分力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の構造部材の連結部に設けられたブッシュに作用する分力を検出するためのブッシュ分力検出装置に関するものである。

車両のサスペンションは、車両の乗り心地や操縦の安定性などに影響を与えるため、サスペンションの分力を測定して車両の乗り心地や操縦の安定性などを評価する。そして、車両の乗り心地や操縦の安定性などの評価に基づいて車両の設計などを行う。したがって、サスペンションの各部における動的な分力変化を正確に測定することにより、車両の乗り心地や操縦の安定性などを向上させることができる。

そこで、特にサスペンション機構の各部において作用するヨー、ピッチ、ロール等の分力の変化を検出するための様々な方法が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の歪みゲージを備え、車両のサスペンション機構におけるダンパなどの棒状体に密着固定させる荷重測定センサが開示されている。

特開２０１１−８５５１４号公報

ここで、車両のフレームとアーム部材との連結部となる各軸は、アーム部材の可動の基点となるため、サスペンション機構の設計や調整には、フレームとアーム部材との連結部における分力の検出を高精度で行うことが必要となる。

しかしながら、サスペンションの各部の挙動を測定する際に、上記のように、ダンパやアーム部材等にセンサを取り付けたとしても、サスペンションの各軸（各部材の可動連結部分）の挙動を正確に測定することはできない。すなわち、サスペンションの各軸の挙動を測定するには、測定する軸に連結するアームやダンパなどに取り付けられたセンサによる測定結果を基に算出することになるので予測値にすぎない。特に、サスペンションの軸受けに弾性のブッシュを用いた場合、ブッシュの取付部材の位置や材質等によってブッシュにおいて作用する力の分布が異なるため、上記のような算出方法では、ブッシュにおいて作用する力の分布を正確に測定することは困難である。

そこで、本願発明は、車両のサスペンション機構における各軸受けにおいて分力の分布等も高精度で検出することができるブッシュ分力検出装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係るブッシュ分力検出装置は、車両のフレームに設けられた孔部に圧入されるブッシュに作用する分力を検出するブッシュ分力検出装置であって、孔部に対して所定の隙間を有して挿入される円筒部材であって、外周面に複数の歪みゲージが配置された円筒部と、円筒部の軸方向に延び、円筒部の外側面から径方向外側に突出形成された弾性変形可能な複数の外側突出部と、円筒部の軸方向に延び、円筒部の内側面から径方向内側に突出形成された弾性変形可能な複数の内側突出部と、を備え、歪みゲージは、内側突出部と外側突出部との間に、円筒部材の軸方向に沿った列となって貼付されていることを特徴とする。

第２の発明に係るブッシュ分力検出装置は、第１の発明に係るブッシュ分力検出装置であって、外側突出部は、隣接する他の外側突出部に対して円筒部の周方向に間隔を有して配置され、内側突出部は、隣接する他の内側突出部に対して円筒部の周方向に間隔を有して配置されている、ことを特徴とする。

第３の発明に係るブッシュ分力検出装置は、第１の発明または第２の発明に係るブッシュ分力検出装置であって、外側突出部と内側突出部とは、円筒部の周方向に交互に並んで配置されている、ことを特徴とする。

本発明によれば、ブッシュを圧入する車両の孔部に挿入される円筒部の外側面と内側面とにそれぞれ突出部を設け、円筒部に歪みゲージを貼付している。そのため、円筒部の変形を突出部によって抑制することができるともに、円筒部が変形したとしてもブッシュや孔部の内側面に接触することを回避することができるので、ブッシュに作用する分力を正確に検出することが可能になる。

本発明の車両のサスペンション装置を車両前方から見た模式的正面図である。 図１のサスペンション装置を上方から見た模式的平面図である。 本発明のフロントブッシュ取付部の斜視図、フロントブッシュの斜視図、感受体の斜視図、およびロアアーム先端部の斜視図である。 図３（ｄ）のＡ−Ａ´断面図である。 図３（ｄ）のＢ−Ｂ´断面図である。 図５の一部を拡大した模式的断面図である。 本発明の感受体の模式的斜視図である。 ６分力検出装置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。 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１乃至図９は、本発明の一実施形態を示すものである。

図１、図２に示すように、本発明のブッシュ分力検出装置を備えた車両の車体１は、サイドメンバ２と、アッパメンバ３と、ストラットタワー４と、クロスメンバ５と、サスペンション装置１０とを備えている。

サイドメンバ２は、車室前部隔壁である図示しないトーボードから、車両前方向に延びる構造部材であり、車両のエンジンルームを挟んで左右に一対に設けられている。左右のサイドメンバ２の後端部同士は、連結部材２１によって連結されている。

アッパメンバ３は、左右のサイドメンバ２の上方の車外側方向にそれぞれ設けられ、車室前部隔壁から車両前方向に向かって、エンジンフードの左右両端部に沿うように延びる構造部材である。

ストラットタワー４は、サイドメンバ２の車幅方向外側の端部から、アッパメンバ３の車幅方向内側の端部にかけて設けられており、後述するショックアブソーバ４１の上端部が固定されている。

クロスメンバ５は、車両幅方向に延びる構造部材であり、両端部がそれぞれ左右のサイドメンバ２の下面にボルト等によって締結されている。また、クロスメンバ５の下部には、後述するロワアーム６が接続されるブラケット５１が、下方に向かって突出形成されている。

サスペンション装置１０は、ショックアブソーバ４１と、ロワアーム６と、サポートプレート７とを備えている。

ショックアブソーバ４１は、外周面にコイルスプリング４２を有する油圧式緩衝装置であり、上端部がストラットタワー４に回転可能に取り付けられ、下端部は前輪１１を回転可能に支持する図示しない前輪懸架部材の上端部に締結されて固定されている。

ロワアーム６は、前輪懸架部材の下端部を支持するサスペンションアームであり、車幅方向に左右一対に設けられている。左右のロワアーム６の車体幅方向内側端部の車両前後方向前側にはフロントブッシュ取付部６１が設けられ、車体幅方向内側端部の車両前後方向後側にはリアブッシュ取付部６２が設けられ、車体幅方向外側端部にはボールジョイント６３が設けられている。

フロントブッシュ取付部６１は、図３（ａ）に示すように、ロワアーム６の先端部分に設けられており、中心軸がロワアーム６の上下方向の揺動中心軸に沿って延びる円筒形状の孔部６１ａが形成されている。そして、孔部６１ａには、後述する感受体１５０に圧入されたフロントブッシュ１００が圧入されている。

フロントブッシュ１００は、図３（ｂ）に示すように、円筒形状に形成された防振用のゴムブッシュであり、内筒１１０とゴム部１２０とから構成される。ゴム部１２０には、内筒１１０の軸方向に貫通した開口部であるスグリ部１２１が左右一対に形成されている。スグリ部１２１は平面視において内筒１１０を中心とする円弧形状に形成され、ゴム部１２０の弾性を径方向（ｘ軸方向）とｘ軸と直交する径方向（ｙ軸方向）とで異ならせている。

感受体１５０は、後述するフロントブッシュ分力検出装置１６０を構成し、図３（ｃ）に示すように、円筒形状に形成されており、内周面には複数の内側突出部１３０が設けられ、外周面には複数の外側突出部１４０が設けられている。内側突出部１３０は、感受体１５０の軸方向に沿って形成された弾性部材であり、感受体１５０の内周面から径方向内側に向かって突出形成されている。また、外側突出部１４０は、感受体１５０の軸方向に沿って形成された弾性部材であり、感受体１５０の外周面から径方向外側に向かって突出形成されている。内側突出部１３０と外側突出部１４０とは、感受体１５０の周方向に等間隔に交互に配設されている。本実施形態では、内側突出部１３０と外側突出部１４０とは、それぞれ４本ずつ設けられている。

そして、図３（ｄ）に示すように、フロントブッシュ１００は感受体１５０内に圧入され、さらに、フロントブッシュ１００が圧入された感受体１５０は、孔部６１ａに圧入されている。すなわち、フロントブッシュ１００は、図４乃至図６に示すように、フロントブッシュ１００の外周面と孔部６１ａの内周面との間に挟まれるように感受体１５０が配設されている。そして、フロントブッシュ１００による径方向外側への圧力によって、フロントブッシュ１００が感受体１５０の内周面に係止されるとともに、フロントブッシュ１００が圧入された感受体１５０が孔部６１ａの内周面に係止されている。

リアブッシュ取付部６２は、リアブッシュ２００が圧入され固定される部分であり、中心軸がロワアーム６の車体前後方向の揺動中心軸に沿って延びる円筒型に形成された孔部が形成されている。リアブッシュ２００は、フロントブッシュ１００とほぼ同様に構成される防振用のゴムブッシュであり、内筒とゴム部とから構成され、ゴム部にはスグリ部が形成されている。そして、ロワアーム６は、リアブッシュ取付部６２に圧入されたリアブッシュ２００の内筒に挿入されたボルトを介して、サポートプレート７に連結される。

サポートプレート７は、ロワアーム６の下部を支持する板状部材であり、左右のロワアーム６のリアブッシュ取付部６２に圧入されたリアブッシュ２００とボルトを介して連結されるとともに、サイドメンバ２の後端部付近にボルト等によって締結されている。

次に、フロントブッシュ１００に作用する分力を検出するためのフロントブッシュ分力検出装置１６０について、図４乃至図９を用いて説明する。

フロントブッシュ分力検出装置１６０は、ロワアーム６とクロスメンバ５とを連結するフロントブッシュ１００に作用する６分力を検出するものである。フロントブッシュ分力検出装置１６０は、感受体１５０と感受体１５０に設けられた複数の歪みゲージ、およびこのゲージを含むブリッジ回路を有し、Ｆｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系、Ｍｘ検出系、Ｍｙ検出系、Ｍｚ検出系を備えている。

図７に示すように、各歪みゲージは、感受体１５０の外周面の内側突出部１３０と外側突出部１４０との間に、感受体１５０の軸方向に沿った列となって貼付されている。したがって、図４乃至図６に示すように、感受体１５０の外周面と孔部６１ａの内周面とは外側突出部１４０によって離間しているため、感受体１５０の外周面に貼付された歪みゲージは、孔部６１ａの内周面には接触しない。なお、この歪みゲージの列は複数形成されており、本実施形態では、歪みゲージは８列となって感受体１５０に貼付されている。

Ｆｘ検出系は、感受体１５０に作用する径方向（以下、ｘ軸方向）の力Ｆｘを検出するものである。
Ｆｙ検出系は、感受体１５０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）の力Ｆｙを検出するものである。
Ｆｚ検出系は、感受体１５０に作用する軸方向（以下、ｚ軸方向）の力Ｆｚを検出するものである。
Ｍｘ検出系は、感受体１５０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１５０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１５０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。

Ｆｘ検出系、Ｆｙ検出系、Ｆｚ検出系、Ｍｘ検出系、Ｍｙ検出系、およびＭｚ検出系は、それぞれ４つの歪みゲージを含むブリッジ回路を有している。

Ｆｘ検出系は、歪みゲージ１５１ａ、１５１ｂ、１５１ｃ、１５１ｄを有している。歪みゲージ１５１ａ〜１５１ｄは、単軸の歪みゲージであって、その検出方向が感受体１５０の中心軸方向と平行となるように、感受体１５０の外周面に貼付されている。

また、図８（ａ）に示すように、Ｆｘ検出系のブリッジ回路は、歪みゲージ１５１ａ〜１５１ｄをループ状に順次接続し、歪みゲージ１５１ｂと１５１ｃとの間、および歪みゲージ１５１ａと１５１ｄとの間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、歪みゲージ１５１ａと１５１ｂとの間、および歪みゲージ１５１ｃと１５１ｄとの間の電位差を生じさせるものである。

図７に示すように、Ｆｙ検出系は、歪みゲージ１５２ａ、１５２ｂ、１５２ｃ、１５２ｄを有している。歪みゲージ１５２ａ〜１５２ｄは、単軸の歪みゲージであって、その検出方向が感受体１５０の中心軸方向と平行となり、かつ、それぞれ歪みゲージ１５１ａ〜１５１ｄの添付位置に対して感受体１５０の中心軸回りの位相が９０度ずれた位置となるように、感受体１５０の外周面に貼付されている。

また、図８（ｂ）に示すように、Ｆｙ検出系のブリッジ回路は、歪みゲージ１５２ａ〜１５２ｄをループ状に順次接続し、歪みゲージ１５２ｂと１５２ｃとの間、および歪みゲージ１５２ａと１５２ｄとの間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、歪みゲージ１５２ａと１５２ｂとの間、および歪みゲージ１５２ｃと１５２ｄとの間の電位差を生じさせるものである。

図７に示すように、Ｆｚ検出系は、歪みゲージ１５３ａ、１５３ｂ、１５３ｃ、１５３ｄを有している。歪みゲージ１５３ａ〜１５３ｄは、単軸の歪みゲージであって、その検出方向が感受体１５０の中心軸方向と平行となるように、感受体１５０の外周面に貼付されている。歪みゲージ１５３ａは、歪みゲージ１５１ａと１５１ｂとの中間に配置され、歪みゲージ１５３ｂ〜１５３ｄは、それぞれ歪みゲージ１５３ａに対して、感受体１５０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８（ｃ）に示すように、Ｆｚ検出系のブリッジ回路は、歪みゲージ１５３ａ〜１５３ｄをループ状に順次接続し、歪みゲージ１５３ａと１５３ｃとの間、および歪みゲージ１５３ｂと１５３ｄとの間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、歪みゲージ１５３ａと１５３ｂとの間、および歪みゲージ１５３ｃと１５３ｄとの間の電位差を生じさせるものである。

図７に示すように、Ｍｘ検出系は、歪みゲージ１５４ａ、１５４ｂ、１５４ｃ、１５４ｄを有している。歪みゲージ１５４ａ〜１５４ｄは、単軸の歪みゲージであって、その検出方向が感受体１５０の中心軸方向と平行となるように、感受体１５０の外周面に貼付されている。歪みゲージ１５４ａ〜１５４ｄは、それぞれ歪みゲージ１５２ａ〜１５２ｄに対して、感受体１５０の中心軸方向に隣接して配置されている。

また、図９（ａ）に示すように、Ｍｘ検出系のブリッジ回路は、歪みゲージ１５４ａ〜１５４ｄをループ状に順次接続し、歪みゲージ１５４ａと１５４ｃとの間、および歪みゲージ１５４ｂと１５４ｄとの間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、歪みゲージ１５４ａと１５４ｂとの間、および歪みゲージ１５４ｃと１５４ｄとの間の電位差を生じさせるものである。

図７に示すように、Ｍｙ検出系は、歪みゲージ１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃ、１５５ｄを有している。歪みゲージ１５５ａ〜１５５ｄは、単軸の歪みゲージであって、その検出方向が感受体１５０の中心軸方向と平行となるように、感受体１５０の外周面に貼付されている。歪みゲージ１５５ａ〜１５５ｄは、それぞれ歪みゲージ１５１ａ〜１５１ｄに対して、感受体１５０の中心軸方向に隣接して配置されている。

また、図９（ｂ）に示すように、Ｍｙ検出系のブリッジ回路は、歪みゲージ１５５ａ〜１５５ｄをループ状に順次接続し、歪みゲージ１５５ａと１５５ｃとの間、および歪みゲージ１５５ｂと１５５ｄとの間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、歪みゲージ１５５ａと１５５ｂとの間、および歪みゲージ１５５ｃと１５５ｄとの間の電位差を生じさせるものである。

図７に示すように、Ｍｚ検出系は、歪みゲージ１５６ａ、１５６ｂ、１５６ｃ、１５６ｄを有している。歪みゲージ１５６ａ〜１５６ｄは、せん断形の歪みゲージであって、その検出方向が感受体１５０の周方向と平行となるように、感受体１５０の外周面に貼付されている。歪みゲージ１５６ａと１５６ｂは、それぞれ歪みゲージ１５３ａと１５３ｂとの間、歪みゲージ１５３ｂと１５３ｄとの間に配置され。歪みゲージ１５６ｃと１５６ｄとは、それぞれ歪みゲージ１５６ａと１５６ｂに対して、感受体１５０の中心軸対称となるように配置されている。

また、図９（ｃ）に示すように、Ｍｚ検出系のブリッジ回路は、歪みゲージ１５６ａ〜１５６ｄをループ状に順次接続し、歪みゲージ１５６ａと１５６ｃとの間、および歪みゲージ１５６ｂと１５６ｄとの間に電源の正極、負極をそれぞれ接続するとともに、歪みゲージ１５６ａと１５６ｂとの間、および歪みゲージ１５６ｃと１５６ｄとの間の電位差を生じさせるものである。

このような構成により、フロントブッシュ分力検出装置１６０は、フロントブッシュ１００において作用する分力分布を検出する。例えば、図４に示すＰ点はフロントブッシュ取付部６１の基端中心部であり、Ｑ点はフロントブッシュ取付部６１の最先端部分である。本実施形態において、Ｐ点部分の歪みは１．１ｍｖ／ｖと検出され、Ｑ点部分の歪みは１．３６ｍｖ／ｖと検出され、力ＦｘはＰ点側に変位していることが観測できる。このように、フロントブッシュ１００に作用する力を部位毎に検出することで、フロントブッシュ取付部６１の形状や配置、スグリ部の大きさなどによる力の変位を正確に観測することが可能となる。

なお、リアブッシュ２００にも、リアブッシュ２００に作用する分力を検出するためのリアブッシュ検出装置が設けられており、リアブッシュ検出装置は、フロントブッシュ分力検出装置１６０と同様に、内輪、外輪、および感受体から構成されている。そして、リアブッシュ検出装置により、リアブッシュ２００に作用する径方向（ｘ軸方向およびｙ軸方向）に作用する分力、軸方向（ｚ軸方向）に作用する分力、ｘ軸回り方向に作用する分力、ｙ軸回り方向に作用する分力、ｚ軸回り方向に作用する分力をそれぞれ検出可能となっている。

以上のように、フロントブッシュ１００と孔部６１ａとの間に設けられた感受体１５０の内周面に内側突出部１３０を備え、外周面に外側突出部１４０と歪みゲージとを備えることにより、フロントブッシュ１００に作用する分力分布を直接的かつ正確に検出することが可能となる。すなわち、感受体１５０に圧入されるフロントブッシュ１００の外周面は、感受体１５０内周面との接触面積が内側突出部１３０によって拡大されるため、フロントブッシュ１００の圧力による感受体１５０の変形を最小限に抑え、正確な分力の検出が可能になっている。また、また、外側突出部１４０によって感受体１５０の外周面と孔部６１ａの内周面とは一定の間隔が保たれ、感受体１５０の変形を許容するとともに、歪みゲージが孔部６１ａの内周面に接触することによる不具合を回避することができるので、常に、分力を正確に検出することができる。

また、感受体１５０の外周面および内周面に設けられた複数の内側突出部１３０と外側突出部１４０は等間隔に配置されているため、感受体１５０の偏った変形を防止することができる。

なお、本実施形態では、車両のサスペンション装置１０において、ロワアーム６とクロスメンバ５とがフロントブッシュ１００を介して連結し、ロワアーム６とサポートプレート７とがリアブッシュ２００を介して連結し、フロントブッシュ１００とリアブッシュ２００とにそれぞれブッシュに作用する分力を検出するための分力検出装置を設けている。しかし、これに限らず、その他の構造部材の連結部分の軸受け部材にブッシュを用いてもよいし、当該ブッシュに、フロントブッシュ１００におけるフロントブッシュ分力検出装置１６０と同様の分力検出装置を設けてもよい。

また、本実施形態では、フロントブッシュ１００やリアブッシュ２００はゴムブッシュを用いているが、これに限らず、例えばウレタン等を用いたブッシュとしてもよい。

また、本実施形態では、複数の歪みゲージが感受体１５０の外周面に貼付されているが、これに限らず、感受体１５０の内周面に貼付するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、車両に取り付けられたフロントブッシュ１００に作用する分力を検出するためにフロントブッシュ分力検出装置１６０を用いているが、これに限らず、例えば、感受体を独立して設け、当該感受体にブッシュを圧入して当該ブッシュに作用する分力を検出するようにしてもよい。

また、本実施形態においては、内側突出部１３０と外側突出部１４０とが感受体１５０の周方向に等間隔で設けられているが、これに限らず、不等間隔でもうけてもよい。この場合は、各ブリッジ回路において、測定値に対する補正を行う必要がある。

また、本実施形態においては、外側突出部１４０は感受体１５０の外周面に設けられているが、これに限らず、孔部６１ａの内周面に設けるようにしてもよい。

また、本実施形態においては、内側突出部１３０と外側突出部１４０とは、それぞれ４カ所ずつ設けられているが、これに限らず、これによりも多くても少なくてもよいし、内側突出部１３０の設置数を外側突出部１４０よりも多くしてもよいし少なくしてもよい。また、歪みゲージは８列となって感受体１５０に貼付されているが、例えば４列や１６列などとしてもよい。

１ 車体
２ サイドメンバ
３ アッパメンバ
４ ストラットタワー
５ クロスメンバ
６ ロワアーム
７ サポートプレート
１０ サスペンション装置
１１ 前輪
２１ 連結部材
４１ ショックアブソーバ
４２ コイルスプリング
５１ ブラケット
６１ フロントブッシュ取付部
６１ａ 孔部
６２ リアブッシュ取付部
６３ ボールジョイント
１００ フロントブッシュ
１１０ 内筒
１２０ ゴム部
１２１ スグリ部
１３０ 内側突出部
１４０ 外側突出部
１５０ 感受体
１５１ａ〜１５１ｄ Ｆｘ検出系の単軸歪みゲージ
１５２ａ〜１５２ｄ Ｆｙ検出系の単軸歪みゲージ
１５３ａ〜１５３ｄ Ｆｚ検出系の単軸歪みゲージ
１５４ａ〜１５４ｄ Ｍｘ検出系の単軸歪みゲージ
１５５ａ〜１５５ｄ Ｍｙ検出系の単軸歪みゲージ
１５６ａ〜１５６ｄ Ｍｚ検出系のせん断形歪みゲージ
１６０ フロントブッシュ分力検出装置
２００ リアブッシュ

Claims (3)

1. 車両のフレームに設けられた孔部に圧入されるブッシュに作用する分力を検出するブッシュ分力検出装置であって、
   孔部に対して所定の隙間を有して挿入される円筒部材であって、複数の歪みゲージが配置された円筒部と、
   円筒部の軸方向に延び、円筒部の外側面から径方向外側に突出形成された弾性変形可能な複数の外側突出部と、
   円筒部の軸方向に延び、円筒部の内側面から径方向内側に突出形成された弾性変形可能な複数の内側突出部と、
   を備え、
   前記歪みゲージは、前記内側突出部と前記外側突出部との間に、前記円筒部材の軸方向に沿った列となって貼付されている
   ことを特徴とするブッシュ分力検出装置。
2. 外側突出部は、隣接する他の外側突出部に対して円筒部の周方向に間隔を有して配置され、
   内側突出部は、隣接する他の内側突出部に対して円筒部の周方向に間隔を有して配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のブッシュ分力検出装置。
3. 外側突出部と内側突出部とは、円筒部の周方向に交互に並んで配置されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のブッシュ分力検出装置。

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