JP6385215B2 - 車輪作用力検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の車輪に作用する荷重、モーメント等を検出する車輪作用力検出装置に関し、特に汎用性を有し容易に車両に装着することが可能でありかつ耐久性及び精度の確保が容易なものに関する。

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。
また、特許文献２には、円筒状の感受体の表面にひずみゲージを貼付した６分力検出装置を、車輪ハブ部に内蔵した車輪作用力検出装置が記載されている。

特開昭６１− ７９１２９号公報 特開２０１３−２００１７１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、２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蔵することが可能であるが、このような測定用のハブユニットは、車両の車種毎に専用に設計する必要があり、個別の設計や製作が煩雑となる。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、汎用性を有し容易に車両に装着することが可能でありかつ耐久性及び精度の確保が容易な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、車輪ハブに着脱可能に固定される円盤状のディスク部と、前記ディスク部の外径側に設けられタイヤのビード部が取り付けられる円環状のリム部と、前記車輪ハブの車軸中心と実質的に同心となりかつ前記リム部と車軸方向における位置が重なって配置されるとともに内径側に前記車輪ハブが収容される筒体部を有するとともに、軸方向における一方の端部が前記リム部に固定されかつ他方の端部が前記ディスク部の外周縁部に固定された感受体と、前記感受体の前記筒体部の周壁面に取り付けられた１分力あたり少なくとも４素子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、車輪作用力検出装置を、通常のホイール交換と実質的に同様の作業によって、簡単に車両に取り付けることができる。
また、リム幅、リム径、インセット、ＰＣＤ等の基本的な諸元が共通である車両間であれば、異車種であっても容易に転用することが可能であり、汎用性がきわめて高い。
さらに、円筒状の感受体は、例えば十字形のビームを有する感受体に対して製作が容易であり、精度を確保しやすく、また強度面でも優れている。
なお、検出対象となる分力として、例えば、一軸を車軸と同心とする直交３軸方向の分力及びこれら３軸回りのモーメントが挙げられ、これらの全部又は一部を検出する構成とすることができる。

請求項２に係る発明は、車輪ハブに着脱可能に固定される円盤状のディスク部と、前記ディスク部の外径側に設けられタイヤのビード部が取り付けられる円環状のリム部と、前記車輪ハブの車軸中心と実質的に同心となる筒体部を有するとともに、軸方向における一方の端部が前記リム部に固定されかつ他方の端部が前記ディスク部の外周縁部に固定された感受体と、前記感受体の前記筒体部の周壁面に取り付けられた１分力あたり少なくとも４素子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、前記ディスク部又は前記リム部に固定され、前記感受体の前記筒体部の内周面部を実質的にカバーする円筒状の保護筒部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、上述した効果に加えて、ブレーキ装置やハブ等の感受体の内径側に存在する回転部品から遠心力で飛散する水、泥、異物等から感受体を保護し、信頼性、耐久性を向上することができる。

以上説明したように、本発明によれば、汎用性を有し容易に車両に装着することが可能でありかつ耐久性及び精度の確保が容易な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１を車軸を含む平面で切って見た断面図である。 図１のII−II部矢視図である。 実施例１の車輪作用力検出装置の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３の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。 図３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。 本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例２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。 実施例２の６分力検出装置における２軸せん断ひずみゲージのゲージパターンを模式的に示す図である。 本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例３を車軸を含む平面で切って見た断面図である。

本発明は、汎用性を有し容易に車両に装着することが可能でありかつ耐久性及び精度の確保が容易な車輪作用力検出装置を提供する課題を、ホイールのディスク部とリム部とを分割するとともに、これらの間を車軸と同心の円筒状の筒体部を有する感受体で接続するとともに、感受体に一分力（一軸力又は一モーメント）あたり少なくとも４素子のひずみゲージを有するブリッジ回路を設ける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１について説明する。
実施例１の車輪作用力検出装置は、例えば乗用車等の自動車において、車輪ハブにホイルボルトで締結されるとともにタイヤが取り付けられるホイール（リム）に、直交３軸方向の分力及び各軸回りのモーメントを検出可能な６分力検出装置を組み込んで構成されている。
図１は、実施例１の車輪作用力検出装置を車軸を含む平面で切って見た断面図である。
図２は、図１のII−II部矢視図である。

図１、図２に示すように、車輪作用力検出装置１は、ディスク１０、リム２０、ベース３０、ディテクタ４０、６分力検出装置１００等を有して構成されている。

ディスク１０は、車輪作用力検出装置１が、車両側に設けられた車輪ハブに取り付けられる基部である。
車輪ハブは、ハブベアリングハウジングに収容されたハブベアリングによって回転可能に支持されている。この車輪ハブの回転中心軸が車軸となる。
ハブベアリングハウジングは、サスペンション装置及びステアリング装置等を介して車体に対してストローク、転舵（操向輪の場合）可能に取り付けられる。
ディスク１０は、車軸と同心に形成され、車輪ハブに対して外径側に張り出した円盤状の部材である。
ディスク１０の車幅方向内側には、車輪ハブの取付面と当接する平面部が形成されている。
ディスク１０の車幅方向外側には、所定の意匠的形状が形成されている。

ディスク１０は、センターボア１１、ボルト穴１２、スポーク１３等を一体に形成したものである。
センターボア１１は、ディスク１０の中心部に設けられた開口であって、車輪ハブに形成されたセンターハブと係合することによってディスク１０を車軸と同心となるように位置決め（芯出し）するものである。

ボルト穴１２は、車輪ハブの取付面から車幅方向外側に突出して設けられたホイルボルトが挿入される開口である。ホイルボルトには、図示しないホイルナットが締結される。
ボルト穴１２の車幅方向外側には、ホイルナットの座面となるテーパ面が形成されている。
ボルト穴１２は、所定のピッチ円の周上に、例えば５個が等間隔に配列されている。

スポーク１３は、ディスク１０の外径側に突き出して形成されたアーム状の部分である。
スポーク１３は、例えば５本が放射状に配置されている。

リム２０は、図示しないタイヤのビード部分が取り付けられる部分である。
リム２０は、本体部２１、フランジ２２，２３、センタードロップ２４、スポーク２５等を一体に形成したものである。
本体部２１は、実質的に円筒状に形成されており、車両への取付時に図示しない車輪ハブ、ブレーキ装置などはこの内径側に収容される。

フランジ２２，２３は、本体部２１の車幅方向外側、内側の端部からそれぞれ外径側に張り出して形成されている。
フランジ２２，２３は、図示しないタイヤの外側、内側のビード部をそれぞれ保持する部分であって、車軸方向に所定のリム幅だけ離間して配置されている。
センタードロップ２４は、本体部２１の軸方向における中間部分において部分的に径を小さくした部分である。
センタードロップ２４は、タイヤの組み付け時にビードを落とし込んで装着を容易とするものである。

スポーク２５は、本体部２１の車幅方向外側の端部近傍から、内径側に突き出して形成されたアーム状の部分である。
スポーク２５は、周方向に等間隔に分散して例えば５本が設けられている。
スポーク２５の突端部は、ディスク１０側のスポーク１３の突端部と間隔を隔てて隣接して配置されている。この間隔は、６分力検出装置１００による測定時に感受体１１０の変形を妨げないよう考慮して設定される。
図２に示すように、各スポーク１３、２５に周方向に挟まれた領域は、開口Ｏとなっている。

ベース３０は、ディスク１０と感受体１１０の第１フランジ１１２とを連結する部材である。
ベース３０は、車軸と実質的に同心の円環状に形成されるとともに、その内周縁部近傍をスポーク１３の先端部にボルトによって締結されている。
また、ベース３０は、スポーク１３との締結箇所よりも外径側において、車幅方向内側に突出した突出部３１を有する。
突出部３１の車幅方向内側の突端部には、車軸と直交する平面状の平面部が形成されている。
突出部３１は、この平面部が感受体１１０の第１フランジ１１２の車幅方向外側の面部と当接するように、第１フランジ１１２にボルトによって締結されている。

ディテクタ４０は、リム２０の本体部２１の内周面に実質的に密着した状態で取り付けられ、リム２０と感受体１１０の第２フランジ１１３とを連結する部材である。
ディテクタ４０は、円環状に形成されるとともに、外周面はリム２０の本体部２１の内周面に実質的に沿いかつ密着するように形成されている。
ディテクタ４０の車幅方向外側の端部は、スポーク２５にボルトによって締結されている。
ディテクタ４０の車幅方向内側の端部には、感受体１１０の第２フランジ１１３から張り出した締結面部１１４がボルトによって締結されている。
ディテクタ４０の内周面は、感受体１１０の円筒部１１１、第１フランジ１１２、及び、ベース３０と、間隔を隔てて対向して配置されている。
この間隔は、６分力検出装置１００による測定時に感受体１１０の変形を妨げないよう考慮して設定される。

６分力検出装置１００は、実質的に円筒状に形成されベース３０とディテクタ４０とを連結する感受体１１０、この感受体１１０に設けられた複数のひずみゲージ、及び、これら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。
感受体１１０は、ディテクタ４０の内径側に配置されている。
図１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。
円筒部１１１は、外周面及び内周面を、旋盤を用いた機械加工（切削加工）によって仕上げられている。

第１フランジ１１２は、円筒部１１１の車幅方向外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、肉厚に形成されている。
第１フランジ１１２の車幅方向内側の面部と、円筒部１１１の外周面、内周面との接合部は、所定の曲率を有する円弧状の断面形状である凹曲面を介して接続されている。
第１フランジ１１２の車幅方向外側の端面は、車軸と直交する平面状に形成されている。
第１フランジ１１２は、この端面をベース３０の外周縁部における車幅方向内側の面部に当接させた状態でベース３０にボルトによって締結されている。
第１フランジ１１２の外周面は、ディテクタ４０の内周面と間隔を隔てて対向して配置されている。

第２フランジ１１３は、円筒部１１１の車幅方向内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、肉厚に形成されている。
第２フランジ１１３の車幅方向外側の面部と、円筒部１１１の外周面、内周面との接合部は、所定の曲率を有する円弧状の断面形状である凹曲面を介して接続されている。
第２フランジ１１３の車幅方向内側の端面は、車軸と直交する平面状に形成されている。
第２フランジ１１３の外周面は、対向するディテクタ４０の内周面と実質的に当接している。
第２フランジ１１３の外周面部における車幅方向内側の端部には、外径側に鍔状に張り出した締結面部１１４が設けられている。
締結面部１１４は、ディテクタ４０の車幅方向内側の面部にボルトによって締結されている。
ディテクタ４０の車幅方向内側の端部近傍における内周縁部には、締結面部１１４を収容する凹部が形成されている。

また、感受体１１０の内径側には、保護筒２００が設けられている。
保護筒２００は、感受体１１０の内周面部を異物から保護するものである。
保護筒２００は、実質的に円筒状に形成され、円筒部１１１の内周面を実質的にカバーするよう構成されている。
保護筒２００の外径は、第２フランジ１１３の内径と実質的に同等に設定されている。
保護筒２００は、その車幅方向内側の端部を、第２フランジ１１３にボルト等で固定されている。
保護筒２００の車幅方向外側の端部は、第１フランジ１１２の内周面部における円筒部１１１側の領域を凹ませた凹部内に収容されるとともに、第１フランジ１１２とは隙間を隔てて対向して配置されている。

以上説明した構成によって、ディスク１０とリム２０との間で作用する力は、全て感受体１１０の円筒部１１１に作用することになる。
また、ディスク１０、リム２０、ベース３０、ディテクタ４０、保護筒２００は、いずれも円筒部１１１のひずみに起因するディスク１０とリム２０との相対変位を妨げることがないよう構成されていることから、円筒部１１１のひずみを検出することによって、ディスク１０とリム２０との間に作用する各軸力及びモーメントを、任意の分力ごとに検出することが可能である。
以下、このような各分力の検出手段について詳しく説明する。

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１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１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１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。

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。
なお、各ゲージの出力は、例えば図示しないスリップリングや無線通信手段を用いて、車体側に設けられた情報処理手段に伝達される構成とすることができる。

以上説明した実施例１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）車輪作用力検出装置１を、通常のホイール交換と実質的に同様の作業によって簡単に車両に取り付けることができる。
また、リム幅、リム径、インセット、ＰＣＤ等の諸元が共通である車両間であれば容易に転用することが可能であり、汎用性が高い。
さらに、円筒部１１１を有する感受体１１０は例えば十字形のビームを有する感受体に対して製作が容易であり精度を確保しやすく、また強度面でも優れている。
また、ディスク１０の車幅方向外側の面部の意匠設計の自由度が高く、試験目的に限らず販売等に供される車両であっても適用しやすい。
（２）感受体１００の円筒部１１１の内周面を保護する保護筒２００を設けたことによって、ブレーキ装置やハブ等の感受体の内径側に存在する回転部品から遠心力で飛散する水、泥、異物等から感受体１１０を保護することができる。

次に、本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例２について説明する。
以下説明する各実施例において、従前の実施例と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

図６は、実施例２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。
実施例２の６分力検出装置１００は、実施例１におけるＦｘ検出系のひずみゲージ１２１〜１２４、Ｆｙ検出系のひずみゲージ１３１〜１３４に代えて、以下説明するＦｘ検出系のせん断ひずみゲージ２２１，２２２、Ｆｙ検出系のせん断ひずみゲージ２３１，２３２を設けたものである。

図７は、実施例２の６分力検出装置における２軸せん断ひずみゲージのゲージパターンを模式的に示す図である。
図７においては、一例としてせん断ひずみゲージ２２１を示すが、せん断ひずみゲージ２２２，２３１，２３２も実質的に同様のゲージパターンを有する。
せん断ひずみゲージ２２１は、いわゆる矢型２軸（２極）のものである。
せん断ひずみゲージ２２１は、金属箔からなる第１検出部２２１ａ、第２検出部２２１ｂを、絶縁体の薄膜である共通の基材２２１ｃ状に形成したものである。

第１検出部２２１ａ、第２検出部２２１ｂは、それぞれ検出方向に沿って平行に配置された複数の直線部を順次直列に接続して構成されている。
第１検出部２２１ａ、第２検出部２２１ｂは、直線部が伸縮する方向（検出方向）のひずみに応じて電気抵抗が変化しやすいように設定されている。
第１検出部２２１ａ、第２検出部２２１ｂの検出方向は、実質的に直交するように配置されている。
せん断ひずみゲージ２２１は、第１検出部２２１ａ、第２検出部２２１ｂの検出方向が、円筒部１１１の中心軸方向に対してそれぞれ４５°反対方向に傾斜するように円筒部１１１の外周面に取り付けられる。（せん断ひずみゲージ２２２，２３１，２３２も同様）

図６に示すように、せん断ひずみゲージ２２１，２２２，２３１，２３２は、円筒部１１１の中心軸方向における中央部の外周面に貼付されている。
Ｆｘ検出系のせん断ひずみゲージ２２１は、Ｍｘ検出系のひずみゲージ１５１，１５２の中間に配置されている。
Ｆｘ検出系のせん断ひずみゲージ２２２は、Ｍｘ検出系のひずみゲージ１５３，１５４の中間（せん断ひずみゲージ２２１と中心軸対象となる位置）に配置されている。
Ｆｙ検出系のせん断ひずみゲージ２３１は、Ｍｙ検出系のひずみゲージ１６１，１６２の中間に配置されている。
Ｆｙ検出系のせん断ひずみゲージ２３２は、Ｍｙ検出系のひずみゲージ１６３，１６４の中間（せん断ひずみゲージ２３１と中心軸対象となる位置）に配置されている。

また、実施例２においては、Ｆｚ検出系のひずみゲージ１４１〜１４４、Ｍｚ検出系のひずみゲージ１７１〜１７４は、Ｆｘ検出系、Ｆｙ検出系のひずみゲージ２２１，２２２，２３１，２３２との干渉を避けるため、中心軸回りにおける位置をずらして配置されている。
例えば、図６に示すように、せん断ひずみゲージ２２１、ひずみゲージ１４２、ひずみゲージ１７２、せん断ひずみゲージ２３２、ひずみゲージ１４４、ひずみゲージ１７４、せん断ひずみゲージ２２２、ひずみゲージ１４３、ひずみゲージ１７３、せん断ひずみゲージ２３１、ひずみゲージ１４１、ひずみゲージ１７１を、円筒部１１１の周方向に沿って、中心軸回りの角度を３０°間隔でずらした位置に順次配置する構成とすることができる。

実施例２において、Ｆｘ検出系のせん断ひずみゲージ２２１，２２２がそれぞれ有する第１検出部、第２検出部は、図４（ａ）に示すものと同様のブリッジ回路を構成する。
このブリッジ回路は、感受体１１０へ入力されるＦｘ方向分力に応じた出力を発生する。
同様に、Ｆｙ検出系のせん断ひずみゲージ２３１，２３２がそれぞれ有する第１検出部、第２検出部は、図４（ｂ）に示すものと同様のブリッジ回路を構成する。
このブリッジ回路は、感受体１１０へ入力されるＦｙ方向分力に応じた出力を発生する。

以上説明した実施例２によれば、上述した実施例１の効果と実質的に同様の効果に加えて、Ｆｘ、Ｆｙ検出系のゲージの取付箇所を低減して製造工程を簡素化することができる。
また、感受体１１０の軸方向長さを十分に確保できない場合であっても、Ｆｘ及びＦｙを精度よく検出することができる。

次に、本発明を適用した車輪作用力検出装置の実施例３について説明する。
図８は、実施例３の車輪作用力検出装置を車軸を含む平面で切って見た断面図である。
図８に示すように、実施例３においては、感受体１１０の円筒部１１１の内径及び外径をそれぞれ拡大し、円筒部１１１の外径を、第１フランジ１１２の外径と実質的に同等に設定している。
以上説明した実施例３によれば、感受体１１０を制作する際に、円筒部１１１の外周面の切削加工を省略又は簡素化することができ、製造工程を簡素化することができる。

（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）車輪作用力検出装置を構成する各部材の形状、構造、材質、配置、個数などは、上述した各実施例に限定されず適宜変更することが可能である。
例えば、各実施例では感受体の車幅方向内側をリムに固定し、外側をディスクに固定しているが、これらを反転させた構造としてもよい。
また、各実施例におけるディスクとベースに相当する部分、リムとディテクタに相当する部分を、それぞれ一体に形成してもよい。
また、各実施例において一体に形成した部品を、複数部品からなる構成としてもよい。
（２）各実施例においては、６分力検出装置を設けているが、必ずしも６分力を検出する必要はなく、その一部のみを検出する構成としてもよい。
（３）各実施例においては、感受体は例えば円筒部を有する構成となっているが、これに限らず、例えば多角形断面を有するものなど、円柱以上の形状を有する筒状体を用いてもよい。
（４）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）各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 車輪作用力検出装置
１０ ディスク １１ センターボア
１２ ボルト穴 １３ スポーク
２０ リム ２１ 本体部
２２，２３ フランジ ２４ センタードロップ
２５ スポーク
３０ ベース ３１ 突出部
４０ ディテクタ
１００ ６分力検出装置 １１０ 感受体
１１１ 円筒部 １１２ 第１フランジ
１１３ 第２フランジ １１４ 締結面部
１２１〜１２４ Ｆｘ検出系の単軸ひずみゲージ
１３１〜１３４ Ｆｙ検出系の単軸ひずみゲージ
１４１〜１４４ Ｆｚ検出系の単軸ひずみゲージ
１５１〜１５４ Ｍｘ検出系の単軸ひずみゲージ
１６１〜１６４ Ｍｙ検出系の単軸ひずみゲージ
１７１〜１７４ Ｍｚ検出系のせん断形ひずみゲージ
２００ 保護筒
２２１，２２２ Ｆｘ検出系のせん断ひずみゲージ
２３１，２３２ Ｆｙ検出系のせん断ひずみゲージ
２２１ａ 第１検出部 ２２１ｂ 第２検出部
２２１ｃ 基材

Claims (2)

1. 車輪ハブに着脱可能に固定される円盤状のディスク部と、
   前記ディスク部の外径側に設けられタイヤのビード部が取り付けられる円環状のリム部と、
   前記車輪ハブの車軸中心と実質的に同心となりかつ前記リム部と車軸方向における位置が重なって配置されるとともに内径側に前記車輪ハブが収容される筒体部を有するとともに、軸方向における一方の端部が前記リム部に固定されかつ他方の端部が前記ディスク部の外周縁部に固定された感受体と、
   前記感受体の前記筒体部の周壁面に取り付けられた１分力あたり少なくとも４素子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
   を備えることを特徴とする車輪作用力検出装置。
2. 車輪ハブに着脱可能に固定される円盤状のディスク部と、
   前記ディスク部の外径側に設けられタイヤのビード部が取り付けられる円環状のリム部と、
   前記車輪ハブの車軸中心と実質的に同心となる筒体部を有するとともに、軸方向における一方の端部が前記リム部に固定されかつ他方の端部が前記ディスク部の外周縁部に固定された感受体と、
   前記感受体の前記筒体部の周壁面に取り付けられた１分力あたり少なくとも４素子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、
   前記ディスク部又は前記リム部に固定され、前記感受体の前記筒体部の内周面部を実質的にカバーする円筒状の保護筒部を有すること
   を特徴とする車輪作用力検出装置。
   

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