JPH02116729A - 車両走行タイヤ力計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、車両の走行状態で、タイヤと路面との間に
作用する力を計測する車両走行タイヤ力計測装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来のタイヤ力計測装置としては、「タイヤニ学」　（
昭和６２年１月１２日株式会社グランプリ出版発行）の
第２４７頁〜第２５３頁に記載されているように、回転
ドラムにタイヤを転接させてタイヤ力を計測するドラム
式タイヤ試験機、フラットベルトにタイヤを転接させて
タイヤ力を計測するフラットベルト式タイヤ試験機等の
室内タイヤ試験機や、バス式タイヤ試験機、トレーラ−
式タイヤ試験機等の実路上タイヤ試験機が知られている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の室内タイヤ力試験機に
あっては、タイヤ力は試験機にタイヤを装着した状態で
しか計測できない。すなわち、例えばドラム式の試験機
では試験中のタイヤの着ドラム面はドラムに沿って円形
になり、実路上での形状と異なるため、またフラットベ
ルト式では、フラットベルトの表面と実路面との摩擦に
関する性質の違いのために、実路上でのタイヤの性能は
試験機上での性能と大幅に異なるという未解決の課題が
あった。

また、ハス式やトレーラ式タイヤ試験機では、構成上、
高車速でのデータ採取が困難であったり、タイヤの懸架
方式が、実際そのタイヤを使用する車両の懸架方式と同
じでないので、懸架方式の相違でタイヤ性能がどう変化
するか不明となる等の未解決の課題があった。

そこで、この発明は、上記従来例の未解決の課題に着目
してなされたものであり、実車両のサスペンションと車
体の間の力を計測することにより、タイヤと路面との間
の力を演算処理により導くことにより上記従来例の課題
を解決することができる車両走行タイヤ力計測装置を提
供すること金目的としている。

［課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、請求項（１）に係る車両走
行タイヤ力計測装置は、車両のサスペンションリンクが
車体に及ぼす力を検出するリンク反力計測手段と、サス
ペンションの車体に対する変位を検出するリンク変位検
出手段と、前記リンク変位検出手段の信号を入力し、あ
らかじめ設定されたサスペンションのジオメトリを基に
、サスペンションの各ジヨイント位置座標を演算するジ
ヨイント位置演算部と、前記リンク反力計測手段の信号
と、演算されたジヨイント位置の座標をもとに、力のつ
り合いと、モーメントのつり合いの力学的法則に基づき
、タイヤと路面の間に働く力とその着力点を演算する反
力演算部とを備えたことを特徴としている。

また、請求項（２）に係る車両走行タイヤ力計測装置は
、車両のサスペンションリンクが車体に及ぼす力を検出
するリンク反力計測手段と、サスペンションの車体に対
する変位を検出するリンク変位検出手段と、路面からタ
イヤ中心までの高さ、もしくはその相当量を検出するタ
イヤ中心高検出手段と、前記リンク変位検出手段の信号
を入力し、あらかじめ設定されたサスペンションのジオ
メトリを基に、サスペンションの各ジヨイント位置座標
を演算するジヨイント位置演算部と、前記リンク反力計
測手段の信号と、演算されたジヨイント位置の座標とを
もとに、力のつり合いと、モーメントのつり合いの力学
的法則に基づき、タイヤと路面の間に働く力を演算する
タイヤカ演算部と、該タイヤ力演算部の演算結果と前記
タイヤ中心高検出手段の検出値とに基づいて着力点を演
算する着力点演算部とを備えたことを特徴としている。

〔作用〕

請求項（１）の車両走行タイヤ力計測装置においては、
車体及びタイヤ間に配設されたサスペンションリンクに
生じるリンク反力をリンク反力計測手段で計測すると共
に、サスペンションの車体に対する変位をリンク変位検
出手段で検出し、このリンク変位検出手段の検出値に基
づいてジヨイント位置演算部でサスペンションの各ジヨ
イント位置座標を演算し、反力演算部で、ジヨイント位
置座標と、リンク反力計測手段のリンク反力とをもとに
、力の釣り合いとモーメントの釣り合いの力学的法則に
基づいてタイヤと路面の間に働く力を演算すると共に、
その演算結果とジヨイント位置座標とから着力点を演算
する。ここで、着力点を演算するには、タイヤと路面と
の間に働く力のＸ。

ｙ、ｚ軸方向成分と、各ジヨイントの位置座標及びその
反力のｘ、ｙ、ｚ方向成分の２つの時刻における時系列
データに基づいて演算するか、又は前記タイヤと路面と
の間に働く力のｘ、ｙ、ｚ軸方向成分と、各ジヨイント
の位置座標及びその反力のｘ、ｙ、ｚ方向成分との逐次
データに基づいて逐次形最小二乗法による演算によって
推定する。

請求項（２）の車両走行タイヤ力計測装置においては、
着力点を演算するに当たり路面からタイヤ中心までの高
さ、もしくはその相当量をタイヤ中心高検出手段で検出
することにより、着力点の２軸方向座標を計測し、この
計測結果とタイヤと路面との間に働く力のｘ、ｙ軸方向
成分と、各ジヨイントの位置座標及びその反力のｘ、ｚ
方向成分とに基づいて残りのｘ、ｙ軸方向座標を演算す
る。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図はこの発明の第１実施例を示すダブルウィツシュ
ボーン式フロントサスペンションの概略構成図である。

図中、１はタイヤ、２はナックルである。ナックル２は
、タイヤ１を回転自在に支持していて、そのナックル２
の上部２ａは、ボールジヨイントＢ、を介してアッパリ
ンク４に結合され、このアッパリンク４の内端は前後に
二股状に分岐され、これら分岐部４ｆ、４ｒが取付部５
ｆ、５ｒを介して車体側部材６に揺動自在に連結されて
いる。

また、下部２ｂはボールジヨイントＢ２を介してロアリ
ンク８に結合され、このロアリンク８の内端は前後に二
股状に分岐され、これら分岐部８ｆ、８ｒが取付部９ｆ
、９ｒによって車体側部材６に揺動自在に連結されてい
る。

さらに、ナックル２の後部には、ナックルアーム２ｃが
一体に形成され、このナックルアーム２Ｃにボールジヨ
イントＢ３を介してサイドロッド１２が連結され、この
サイドロッド１２にボールジヨイント１３を介してステ
アリングギヤ機構１４が連結されている。

またさらに、アッパリンク４のナックル２側端部と車体
側部材６との間にそれぞれ取付部１５及び１６を介して
ショックアブソーバ及びハネ１７が介挿されている。

一方、アッパリンク４の分岐部４ｆ、４ｒ、ロアリンク
８の分岐部８ｆ、８ｒ、サイドロッド１２及びショック
アブソーバ１７のアッパリンク４側端部の途中にそれぞ
れ各サスペンションリンクが車体に及ぼす力を検出する
リンク反力検出手段としてのロードセルし、〜Ｌ６が介
挿されている。

また、ステアリングギヤ機構１４には、その車体６に対
する軸方向変位を検出するリンク変位検出手段としての
ポテンショメータ１８が取付けられている。同様に、シ
ョックアブソーバ１７にも、そのシリンダチューブ及び
ピストンロッド間に両者の相対変位を検出するリンク変
位検出手段としてのポテンショメータ１９が取付けられ
ている。

そして、各ロードセルし、〜Ｌ６の変位検出値Ｄ１□〜
ＤＬ６が、第２図に示すように、ストレーンアンプＳＡ
、〜ＳＡ６で増幅されてＡ／Ｄ変換器２０に入力される
と共に、各ポテンショメータ１８及び１９の変位検出値
ＤＰＩ及びＤＰ２が直接Ａ／Ｄ変換器２０に入力される
。このＡ／Ｄ変換器２０でディジタル信号に変換された
変位検出値［）１．＋〜ＤＬ６及びＤＰＩ＋　　ＤＦ□
は、演算装置２１に入力される。

この演算装置２１は、各ポテンショメータ１８゜１９の
変位検出値り、、、Ｄ、□と予め設定されたサスペンシ
ョンのジオメトリとに基づいてサスペンションの各ジヨ
イントＢ、〜Ｂ３の位置座標を演算するジヨイント位置
演算部２２と、各ロードセルＬ＋”””Ｌ６の変位検出
値ＤＬＩ〜ＤＬ６と前記ジヨイント位置演算部２２で演
算された位置座標とに基づいてリンク反力を演算するリ
ンク反力演算部２３と、このリンク反力演算部２３のリ
ンク反力と前記ジヨイント位置演算部２２で演算された
位置座標とに基づいて、タイヤの着力点Ｘ及びタイヤの
接地点反力Ｆとを演算する反力演算部２４とから構成さ
れている。

次に、上記実施例の動作を説明する。

先ず、タイヤ１に作用する力を第３図及び第４図につい
て説明する。

タイヤ１が路面に接地して車両の進行方向に対して横す
べり角β分傾斜しながら転勤している走行状態では、タ
イヤｌの中心軸をｙ軸、これと水平面内で直交する軸を
ｙ軸、垂直軸を２軸とすると、タイヤｌの路面との接地
面Ｇ内の着力点Ｒに路面反力Ｆが作用する。この路面反
力Ｆは、ｘｙ２座標系でみると、ｙ軸方向のサイドフォ
ースＳ。

と、ｙ軸方向のドラッグと称する抗力（ころがり抵抗と
駆動力及び制動力との和）ＤＦと、ｚ軸方向の垂直荷重
ＷＦとの各分力に分けられると共に、車両の進行方向で
みたときに、水平面内で進行方向となるＹ軸と直交する
方向のコーナリングフォースＣＦと、ｙ軸方向のコーナ
リング抵抗Ｒｅとの２つの分力に分けられる。そして、
接地面Ｇ内における着力点Ｒとｙ軸との間の距離をニュ
ーマチックトレールη７と、ｙ軸とキングピン軸と路面
との交点までの距離をキャスタトレールη。と、着力点
Ｒとｙ軸との距離をスクラブ半径η１とそれぞれ称して
いる。

次に、上記路面反力Ｆ及び着力点Ｒの座標を求めるため
のこの発明の測定原理について説明する。

今、第１図に示すように、タイヤの路面に対する路面反
力をＦ、着力点をＲとすると、これら路面反力Ｆ及び着
力点Ｒ（ｘ、ｙ、ｚ）は以下のようにして求めることが
できる。

すなわち、路面反力Ｆは、各ジヨイントＢｌ、Ｂ２゜Ｂ
１位置における反力Ｆ＋　、Ｆｚ　、Ｆ３を用いて次式
のように表すことができる。

Ｆ　−Ｆ　Ｉ＋　Ｆ　ｚ　＋　Ｆ　３　　　　　　　　
　・・・・・・（１）ボールジヨイントＢ３の反力Ｆ３
は、このジヨイントＢ３にステアリングギヤ機構１４に
ボールジヨイントＩ３で連結されたサイドロッド１２が
連結されていることから、サイドロット川２の軸力をｔ
６、サイドロッド１２の方位単位ヘクｌ−ルをｖ６とす
ると、下記（２）式で表すことができる。

Ｆ、＝ｔ、Ｖｈ　　　　　　　　　　　・・・・・・（
２）ここで、方位単位ベクトルｖ４は、ボールジヨイン
トＢ３の位置座標を（Ｘ３．　ｙｚ、　ｚｓ　）　、ボ
ールジヨイント１３の位置座標を（ｘ４、’ｌａ、Ｚａ
）とすると、下記（３）式で表すことができる。

これをナックル座標系に直すと、 Ｆ２丁＝ ・・・・・・・・・；・・（３） また、ジヨイントＢ２の反力Ｆ２は、ロアリンク８の分
岐部’８ｆ、８ｒが取付部９ｆ、９ｒによって揺動自在
に車体側部材６に連結されていることから、分岐部８ｆ
、８ｒの張る面内の力となる。

よって、この面内に第５図に示すように座標系をとる。

そして、取付部９ｆ及び９ｒを結ぶ直線ｔへ向かって分
岐部８ｆ、８ｒの分岐点Ａから下ろした垂線の足をＯＬ
（原点）とし、取付部９ｆから９ｒへ向かってｙＬ軸、
原点ＯＬから分岐点Ａに向かってｙＬ軸をとり、ｌ　Ｏ
ｔＡ　４　ｆ　＝θ３　、　ｌ　ＯｔＡ４ｒ＝θ４とし
、分岐部８ｆ及び８ｒの軸力をｔ、及びｔ４すると、反
力Ｆ２は下記（４）式で表すことができる。

Ｆｚ”＝　（ｔｓｃｏｓθ３＋ｔ４ＣＯ３θ４　　ｔ３
ｓｉｎθ、、−ｔ４ｓｉｎθ、　　Ｃ１）・・・・・・
・・・・・・（４） ・・・・・・・・・・・・（５） 但し、　ｃｏｓαＬｌ、ＣＯ５βＬ１．ＣＯ５γＬ２．
ＣＯＳα２．°・。

ＣＯ３７Ｌ、は、ＸＬ、ＶＬ、ＸＬ軸のナックル座標系
に対する方向余弦である。

ここで、ロアリンク８を剛体と考えれば、θ３θ４は既
知の角、取付部９ｆ、９ｒの位置座標は既知、分岐点Ａ
の位置は、サスペンションストロークを知ることにより
算出することができる。

なお、方向余弦を算出するには、第６図に示すように、
各点Ｐ＋、Ｐｚ、Ｐｘの座標をそれぞれＰ＋　　（ＸＬ
　　Ｙ＋　　Ｚ＋　） Ｐｚ　　（Ｘｚ　Ｙｔ　Ｚｚ　） Ｐ：ｌ　　（ｘｔ　Ｖｚ　Ｚ：ｌ　） とし、ｙ軸、Ｙ軸、Ｙ軸の方位ベクトルを求める。

ｉ線Ｐ、Ｐ２のベクトル方程式は、 Ｐ−（ＰＩ　　−ｐ２）ｔ＋ＰＩ　　　　　　　・・・
・・・（６）となり、０点では、 ０＝　（Ｐ＋　　　Ｐｚ　）ｔ０＋Ｐ＋　　　　　　・
・・・・・（７）とすると、Ｘ軸方向のベクトルは、 ＯＰ、＝ｐａ　−。

＝　Ｐ　３　　　（（ＰＩ　　Ｆｇ）　ｔ、＋ｈ　）　
　　・・・・・・（８）で表され、 ｏＰ、土ｏＰ、より ＯＰ、・０Ｐ１＝ ［Ｐ３　　（（Ｐ＋−Ｐｚ）　ｔ０＋Ｐ＋　）］・（Ｐ
＋−Ｐｚ）　＝　０・・・・・・（９） この（９）式を解いて、 よって、ベクトル０Ｐ３（Ｘ軸方向）ベクトルは、・・
・・・・０１） となり、これを単位ベクトルに直すと、ＯＸ　＝　ＯＰ
　３　／　ｌ　ＯＰ　３・・・・・・０２） 、Ｘ軸方向余弦は、第７図に示すように、ベクトルＯＸ
とＸ軸、ｙ軸及びＺ軸の正方向とのなす角をそれぞれα
１．β２及びＴ１とすると、ｃｏｓα＋　＝ＯＸ・（１
００）　　・５ｉｎ７’＋ｃｏｓβｒ　＝ＯＸ・（０１
０）　　・５ｉｎｒ＋ｃｏｓｒ＋　＝ＯＸ・　（００１
） （０≦Ｔ＋＜π） ・・・・・・０３） となる。

また、ｙ軸方向の単位ベク ＯＹ＝　（Ｐ＋　　　Ｐｚ　）Ｉ　Ｐ＋となり、ｙ軸方
向余弦は、 ｃｏｓαｚ　＝ｏｙ　・（１０ ｃｏｓβ２＝ＯＹ・　（０１ ＣＯ５７ｚ　＝ｏｙ−（ＯＯ トルは、 −Ｐ２１　　・・・・・・０４） ０）　・　ｓｉｎγ２ ０）　・　ｓｉｎγ２ （０≦γ２　〈π） ・・・・・・０５） となる。

さらに、Ｘ軸方向の方向余弦ｃｏｓα３．　ｃｏｓβ２
．　ＣＯ５γ、は、 ベクトルＴ１及びＴ２の和Ｔ　Ｉ＋　Ｔ　ｚは、Ｔ＋　
　＋　Ｔｚ　　＝ ・・・・・・０６） となり、これを展開して、 ｃｏｓα３　”’　ｃｏｓβ＋ＣＯ３Ｔ　ｚ　　　ＣＯ
３βｚｃＯ３７。

ｃｏｓβ３″ｃｏｓγ、　ｃｏｓα２−　ｃｏｓγｚｃ
ｏｓαＩＣＯ３７：ｌ　＝　ＣＯ３αＩｃｅｓβｚ　−
ｃｏｓα２ｃ、Ｏ３β菫・・・・・・０７） を得ることができる。

さらに、ボールジヨイントＢ１位置の反力Ｆ１は、第８
図に示すように、ジョインｌ−Ｂ、及び取付部５ｆ、５
ｒが揺動自在であることから、アッパリンク４の分岐部
４ｆ、４ｒの軸力ベクトルをＴ、、Ｔ、とじ、ショック
アブソーバ１７の軸力ベクトルをＴ６とすると、下記０
０式で表すことができる。

Ｆ　＋　　＝　Ｔ　＋　　＋　Ｔ　２　＋　Ｔ　ｂ　　
　　　　　　　・・・・・・（１Ｂ）そして、前記反力
Ｆ２と同様に、アッパリンク４の分岐部４ｆ、４ｒの軸
力をｊ＋、ｊｚとすると、軸力・・・・・・Ｏ９） 但し、ＣＯ３Ｑ’　ｕ　Ｉ　＋　”’　”・ＣＯ３Ｔｕ
　３ば、分岐部４ｆ。

４ｒの張る面に設定した座標軸Ｘｕ、）’ｕ、Ｚｕの方
向余弦である。

また、軸力ベクトルＴ、ば、前記反力Ｆ３と同様に、シ
ョックアブソーバ１７の軸力をＴ６とすると、 Ｔｂ＝　ｔ　６Ｖ６　　　　　　　　　　　　　　・・
−・ａｔｅで表すことができる。

ここで、■６はショックアブソーバ１７の方位単位ベク
トルであり、取付部１５の座標を（ｘｓ、ｙＳ、ＺＳ）
、取付部１６の座標を（Ｘｂ、　Ｙｂ、　Ｚｂ　）とす
ると、下記（２１）式で表すことができる。

・・・・・・（２１） 以上のようにして、ナックル座標系により、各ボールジ
ョイント８１，８２，８３位置での反力Ｆ１゜Ｆｚ、Ｆ
ｉを求めることができる。

以上の結果をまとめると、 Ｆ　Ｉ　Ｘ　＝　ＣＯ５Ｏｆ　ｕ　Ｉ（ｔ　Ｉｃｏｓθ
、＋ｔ、ｃｏｓ　１３２）＋　ｃｏｓβｕｌ　（ｔ、ｓ
ｉｎθ、−ｔ２ｓｉｎθ２）（（ＸＳ−Ｘｂ　）”＋（
ｙｓ−ｙｉ、　）”＋（２５−２６）”）””Ｆ　、、
＝　　ｃｏｓαｕｚ（ｔ＋ｃＯ５θｌ＋ｔｚｃｏｓθ２
）＋　ｃｏｓβｕｚ（ｔ＋ｓｘｎθ、−ｔ、ｓｉｎθ２
）（（Ｘｓ−Ｘｂ　）　”＋　＜Ｆ５−Ｖｂ　）　”＋
　（Ｚｓ−Ｚｂ　）　”　）””Ｆ　１　ｚ　”’　　
ＣＯ５（Ｘ　ｕ３　（ｔ＋ｃｏｓθ、＋ｔ２ｃｏｓθ２
）十ｃｏｓβｕ３（ｔ、ｓｉｎθ、−ｔ、ｓｉｎθ２）
Ｆ　Ｚｘ：ＣＯＳαＬ＋（ｔ３ｃＯｓθｉ＋ｔ４ｃＯ８
θ４）＋ｃｏｓβＬ＋（ｔ：＋ｓｉｎθ３−ｔ、ｓｉｎ
θ４）Ｆｚ、＝　　ｃｏｓ　αｔｚ（ｔ３ｃｏｓ　θ　
、＋　ｔ、ｃｏｓ　θ　４）＋ｃｏｓβｔｚ（ｔ：＋ｓ
ｉｎθ３−ｔ４ｓｉｎθ４）Ｆｚｚ＝ｃｏｓαｔ３（ｔ
：、ｃｏｓθ３＋ｔ、ｃｏｓθ４）＋ｃｏｓβｔ３（ｔ
ｚｓｉｎθ３−ｔ、ｓｉｎθ４）ｔｂ（Ｘ３　　ｘ４　
） ・・・・・・（２２） となる。

この（２２）弐を演算するために必要な各ジヨイントの
座標は、ステアリングランク軸ス］・ローフＬ１と、シ
ョックアブソーバストロークＬ、から、各リンクを剛体
として機構学的に演算するか、もしくは、ＬＬとり、を
変化させ、実物から測定しておいて、ＬＬとり、とのマ
ツプとしておくことができる。

一方、着力点Ｒを求めるには、まず各サスペンションリ
ンクを剛体とみなし、且つ慣性を無視したモーメントの
つり合いは次式で表すことができる。

ＦＸＰ＝Ｆ、ＸＰ、＋Ｆ２ＸＰＺ＋Ｆ３ＸＰ。

・・・・・・（２３） ここで、Ｐ、はジヨイントＢ、の位置ベクトルであり、
×はベクトル外積を表す。

この（２３）式を展開すると下記（２４）弐となる。

ｉ、ｊ、にはｘ、ｙ、ｚ軸方向の単位ベクトルＸｉ、ｙ
ｉ、Ｚ、はジヨイントＢｉの座標成分Ｆ　ｉＸ＋　Ｆ　
ｉｙ＋　Ｆ　ＬｚはジヨイントＢｉの反力の各方向成分 そして、前記（２４）弐を変形すると、・・・・・・（
２５） ここで、ジヨイントＢ＋、Ｂｚの位置座標（Ｘｙ＋＋　
Ｚｌ　）＋　　ＣＸＺｒ　ｙｚ＋　ｚｚ　）は、サスペ
ンションのストロークにより決まり、ジヨイントＢ３の
位置座標（Ｘｔ、　ｙ：＋、Ｚ３　）は、サスペンショ
ンのストロークと、ジヨイントＢ、（ステアリングラッ
ク軸端）の変位とを測定すれば、ジオメトリツクに算出
することができる。

そして、着力点Ｒにおける路面反力Ｆのサイドフォース
Ｓ４．抗力り、及び垂直荷重ＷＦに対応するｘ、　　ｙ
及びＺ軸方向成分ＦＸ、Ｆｙ及びＦ２と各ジヨイントＢ
、−Ｂ３位置の反力Ｆ１〜Ｆ３のｘ、　　ｙ、　　ｚ軸
方向成分ＦＩ　Ｘ”””　Ｆ　３Ｘ＋　　Ｆ　１　ｙ−
Ｆ　３ｙ。

Ｆ　、　ｚ−Ｆ　３ｚとは、 Ｆ、＝Ｆ１．＋Ｆ２Ｘ＋Ｆ：ｌＸ Ｆ　ｙ　＝　Ｆ　＋ｙ　＋　Ｆ　ｚｙ　＋　Ｆ　３ｙＦ
、＝Ｆ、□十Ｆ　Ｚｚ　＋　Ｆ　３２　　　　　　　　
・・・・・・（２６）の関係があるので、この（２６）
式の右辺におけるＦＩＸ＋　Ｆｚｘ＋　Ｆ３Ｘ＋　Ｆ　
ｌｙ＋　ＦＺ１’＋　Ｆ　３Ｖ＋　Ｆ　ｌｚ＋　Ｆ　２
Ｚ＋　Ｆ　３Ｚは、前記（２２）弐で演算することがで
きるので、前記（２６）式は、 となる。

と表すことができ、この（２７）式における左辺の第１
項をみると、 であるので、路面反力Ｆの各分力ＦＸ、Ｆ、、Ｆ。

が算出することができても、（６）式から直ちに（Ｘ。

ｙ、ｚ）”を知ることはできない。

すなわち、一般に、モーメンＩ−Ｍと、着力点Ｒの位置
ベクトルＰ及び力ベクトルＦとの関係は、第９図に示す
ように、Ｍ＝ＦＸＰで表される。

モーメントＭは、着力点位置ベクトルＰと路面反力Ｆの
張る面に垂直であり、その大きさＩＭは、着力点位置ベ
クトルＰ及び力ヘクトルＦ間の角度をθとしたとき、 Ｍｌ”ＩｐＨＦｌｓｉｎ　θ　　　・−・・（２９）と
表すことができる。

よって、モーメントＭと着力点Ｒの力ベクトルＦとが得
られたとき、モーメントＭ及び力ベクトルＦの方向から
位置ベクトルの存在すべき平面ＰＦが求まり、力ベクト
ルＦ及びモーメンｌ−Ｍの大きさからｌ　Ｐ　ｌ　ｓｉ
ｎ　θが求まる。

言い換えれば、平面ＰＦ内にあり、位置ベクトルＰに対
する方向θ′と自身の大きさＩＸＩの関係が、ｌ　Ｘ　
１ｓｉｎθ’＝ＩＰｌｓｉｎθの関係を満たすベクトル
Ｘは一意に決まらないので、モーメントＭと、力ベクト
ルＦだけを算出して、着力点の位置ベクトルＰを求める
ことはできない。

したがって、着力点Ｒの座標（ｘ、ｙ、ｚ）”を求める
には、更に次のような工夫が必要となる。

すなわち、異なる２つの時刻における時系列データを使
用して（χ、ｙ、ｚ）”を算出することができる。

今、着力点Ｒ（ｘ、　　ｙ、　　ｚ）が、ナックル部に
固定した座標系で、不動であるとする。時間変化を考え
て、Ｆｘ（ｔ）、　Ｆｙ（ｔ）、　Ｆｚ（ｔ）、ｍ、（
ｔ）、ｍ、（ｔ）ｍ、（ｔ）のように表す。（２７）式
の第１行から、Ｆ　ｚ（ｔ１）　ｙ−Ｆ　、（ｔ１）　
ｚ　＝　ｍｘ（１１）Ｆｚ（ｔｚ）ｙ−Ｆｙ（ｔｚ）ｚ
＝ｍＸ（ｔｚ）　　・−・・−＜３０）第２行から、 Ｆｚ（ｔ１）　ｘ　−Ｆｘ（ｔ１）　ｚ　＝ｍｙ（ｔ１
）Ｆ　ｚ（ｔｚ）ｘ　　−Ｆ　ｘ（ｔｚ）ｚ　　＝　ｍ
、（む２）　　　　・・・・・・（３１）すなわち、時
刻１．．１２における、ＦＸ、Ｆ、、Ｆ。

が独立であれば、 ・・・・・・（３３） を求めることができ、これらから着力点Ｒの座標に対応
する行列（ｘ、ｙ、ｚ）”を求めることができる。ここ
での座標系はもちろん、ナックル部に固定された座標系
を用いる。

したがって、各サスペンションリンクの軸力む１〜ｔ６
をロードセルＬ、−Ｌ６で検出し、ステアリングギヤ機
構１４の変位及びショックアブソーバ１７の変位をそれ
ぞれポテンショメータ１８及び１９で検出し、これらの
検出値を演算装置２１に入力することにより、この演算
装置２１で第１０図に示すフローチャートに従った演算
処理が実行されてタイヤ及び路面間の路面反力Ｆ及び着
力点Ｒの座標を算出することができる。

すなわち、第１０図において、ステップ■で各ポテンシ
ョメータ１８．１９の変位検出値ＤＰ　Ｉ　＋Ｄ、□を
読込み、次いでステップ■に移行して変位検出値ＤＰＩ
及びＤＰ２に基づいて前記（２２）式の演算に必要な各
ジヨイント位置の座標を算出する。

このジヨイント位置座標のうち、各リンクと車体６との
取付部の位置座標は既知であるので、予めメモリに格納
しておき、他のジヨイントＢ、〜Ｂ３の位置座標及びア
ッパリンク４及びロアリンク８の分岐点Ａ及びＢの位置
座標は、ステアリングギャ機構１４の変位検出値ＤＰＩ
及びショックアブソーバ１７の変位検出値ＤＰ２に基づ
いて各リンクを剛体として機構学的に演算するか、又は
予め実際にステアリングギヤ機構１４及びショックアブ
ソーバ１７を種々変位させたときの、各ジヨイントＢ＋
〜Ｂ３及び分岐点Ａ、Ｂの位置座標を計測して、各変位
検出値り、及びＤＰＺの値と各ジヨイントＢ　＋〜Ｂ３
及び分岐点Ａ、Ｂの座標とをマツプ化してメモリに記憶
させておき、各変位検出値ＤＰＩ及びＤＰＺをもとにマ
ツプを参照して各ジヨイントＢ　＋〜Ｂ３及び分岐点Ａ
、Ｂの座標を算出する。

次いで、ステップ■に移行して、ロードセルＬ。

〜Ｌ６から出力される軸力検出値Ｄ　Ｌ　ｌ〜ＤＬ＆を
読込み、次いでステップ■に移行して、これら軸力検出
値ＬＬ１％ＤＬ６と、予め設定されたアッパリンク４及
びロアリンク８の角θ１．θ２及びθ３．θ４と、前記
ステップ■で算出した各Ｂ、〜Ｂ３及び分岐点Ａ、Ｂの
座標とに基づいて前記（２２）式の演算を行って、各ジ
ョイン）Ｂｌ”’Ｂ：１位置での反力Ｆ１〜Ｆ３のｘ、
　　ｙ及びＺ方向成分Ｉ”　Ｌ　Ｘ　＋　　Ｆ　ｉ　ｙ
及びＦ　ｉ２を算出し、これをメモリの所定記憶領域に
一時記憶する。ここで、メモリの所定記憶領域には、現
在値を記憶する現在値記憶領域と前回値を記憶する前回
値記憶領域の２組の記憶領域が形成され、現在値記憶領
域に現在値を格納することにより、この現在値記憶領域
に格納されていた前回における現在値が前回値記憶領域
にシフトされる。

次いで、ステップ■に移行して、前記（２６）式の演算
を行って、着力点Ｒにおける路面反力ＦのＸｙ及び２方
向酸分Ｆ、、Ｆ、及びＦ２を算出し、これをメモリの所
定の現在値及び前回値記憶領域に一時記憶する。

次いで、ステップ■に移行して、上記ステップ■で算出
したｘ、　　ｙ及び２方向酸分ＦＸ、Ｆ、及びＦ２に基
づいて路面反力Ｆを算出し、これをメモリの所定記憶領
域に記憶しζからステップ■に移行する。

このステップ■では、メモリに記憶されている反力Ｆ、
　〜Ｆ、のｘ、　　ｙ及び２方向酸分Ｆ、Ｘ、　　Ｆ、
ｙ及びＦ　ｉｓと、路面反力Ｆのｘ、ｙ及び２方向酸分
ＦＸ、Ｆｙ及びＦ２との現在値及び前回値に基づいて前
記（３２）及び（３３）式の演算を行って、着力点Ｒの
座標（ｘ、ｙ、ｚ）”を算出し、次いでステップ■に移
行して、路面反力Ｆ及び着力点Ｒの座標をタイヤ力計測
値としてＣＲＴデイスプレィ等の表示装置又はプリンタ
等の印字装置に出力する。

次いで、ステップ■に移行して、所定時刻が経過したか
否かを判定し、所定時刻が経過していないときには、こ
れが経過するまで待機し、所定時刻が経過したときには
、前記ステップ■に戻って上記と同様の路面反力Ｆ及び
着力点Ｒの座標の演算処理を繰り返す。

なお、第１Ｏ図の処理において、ステップ■及び■の処
理がジヨイント位置演算部２２に対応し、ステップ■及
び■の処理がリンク反力演算部２３に対応し、ステップ
■〜■の処理が反力演算部２４に対応している。

次に、この発明の第２実施例を説明する。

この第２実施例は、着力点Ｒの座標を算出するに当たり
、前記第１実施例のように時系列データを使用する方法
では、時刻ｔ、及びＦ２の２つの時刻のデータがあれば
、着力点の導出には一応必要充分であるが、各時刻のデ
ータにノイズ等が含まれている場合には、誤差を生じる
原因となるので、ノイズ等の影響を減少させるようにし
たものである。

すなわち、第１０図のステップ■の処理において、複数
ｎ個の時刻１．．１２・・・・・・ｔ、。の冗長なデー
タを用い、着力点を計算する上で、データに含まれるノ
イズ等の影響が小さくなるよう、繰り返し最小二乗推定
処理を適用する。

このためには、前記（２５）弐を次のように書き直す。

・・・・・・・・・・・・（３４） 但し、ｍＸ−Σ（Ｆ　ｉｙＺ　ｉ　　　Ｆ　；ｚｙ、）
ｍ、＝、Σ　（Ｆ　ｉ　ｔ　Ｘ　ｒ　　　Ｆ　ｆｘ　Ｚ
　ｓ　　）二の（３４）弐両辺に、ローパスフィルタ（
ノイズカット）Ｌ＋；）’をかけて、 ・・・・・・（３５） Ｓ：微分演算子、ω：カットオフ周波数ｍ　ｇ　＋　ｍ
　ｙ　＋　　ｍ　２　、Ｆ　Ｘ　Ｉ　　Ｆ　ｙ　＋　　
Ｆ　ｚは測定できるので、（３５）弐に、例えば次のよ
うな最小二乗法の調整則を適用し、時系列データからｘ
、ｙ。

２を導出することができる。

とおくと、（３５）式は、 η（ｔ）＝θξ（Ｌ）　　　　　　　　　　　　・・・
・・・（３７）と表すことができる。ここで、Ｌは各時
刻を示す。

以後、サンプリング周期をΔＴとし、 を−ΔＴ−Ｋ　　　　　　　　　　　　・・・・・・（
３８）を用い、 η（Ｋ）＝θξ（に）　　　　　　　　　　・・・・・
・（３９）と表す。離散値系の調整則は、 θ（、。Ｉｌ＝θ（に） 十「（に）ξ（に）ε（Ｋ）　／　（１＋ξ（ＫｌＴＦ
Ｌに）ξ（Ｘ））「く、。１ｌ＝ｒｆに） 「（Ｘ）ξ（に）ξ（にＴ「〈に）／（１＋ξ（Ｋ＋’
「ｔに）ξ（に））ε（に）　＝η（に）　−θ（に）
　ξ（に）・・・・・・（４０） となる。

ここで、θは真値θに対し、θの導出値であり、Ｋ−＋
ωでθ→θが証明されている。

したがって、Ｋ時点でのθ（Ｋ、、η。１．ξｆＫ）　
　と、（Ｋ＋１）時点でのξ。。１．、η（Ｋｉｌ＋　
　とを求めることにより、（Ｋ＋　１　）時点での最小
２乗推定値θ。。１．を求めることができ、このθ（に
。寵）を前記（３６）式に代入することにより、着力点
Ｒの座標（χ、ｙ、ｚ）”を求めることができる。

以上のようにして、測定データに含まれるノイズ等の影
響を受けることなく、正確な着力点Ｒの座標（ｘ、ｙ、
ｚ）Ｔを算出することができる。

次に、この発明の第３実施例を説明する。この第３実施
例は、着力点Ｐの座標（ｘ、　　ｙ、　　ｚ）の内の一
つ例えば２を計測し、これに基づいて残りのｘ、ｙを算
出するようにしたものである。

すなわち、第１１図に示すように、例えば、ナックル２
に、地面を向けてタイヤの回転面と平衡な方向に、タイ
ヤ中心高検出手段としての超音波センサ３０を取付け、
この超音波センサ３０によって、ナックル２に固定した
座標系でＺ座標を計測する。

そして、超音波センサ３０から出力されるＺ座標検出値
を第１２図に示すように、Ａ／Ｄ変換器２０を介して演
算装置２１に入力し、この演算装置２１で、Ｚ座標検出
値を前記（２７）式に代入して下記（４１）式の演算を
行うことにより、着力点ＲのＸ座標及びＸ座標を求める
ことができる。但し、座標系は、ナックルに固定した座
標系とする。

ｙ＝　（ｍｘ−Ｆ、ｚ）／−ＦＺ ｘ＝（ｍｙ−Ｆｘｚ）／　　ＦＺ ・・・・・・・・・・・・（４１） なお、上記実施例においては、各サスペンションリンク
の軸力（反力）を検出するリンク反力計測手段としてロ
ードセルし１〜Ｌ６を適用した場合について説明したが
、これに限定されるものではなく、ストレインゲージ等
の他の圧力センサを適用し得る。

同様に、ステアリングギヤ機構１４及びショックアブソ
ーバ１７の変位を検出するリンク変位検出手段も、ポテ
ンショメータに限定されるものではなく、高周波が供給
された検出コイルのインダクタンス変化を検出して変位
を検出する高周波発振型位置センサ、電極板の静電容量
変化を検出して変位を検出する静電容量型位置センサ、
磁気を利用した変位センサ等の任意の位置センサを適用
することができる。

また、上記実施例においては、この発明をダブルウィツ
シュボーン弐フロントサスペンションに適用した場合に
ついて説明したが、他の形式のサスペンションにもこの
発明を適用し得ることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、請求項（１）に係るタイヤ力計測
装置によれば、サスペンションリンクと車体との間に働
く力を、サスペンションリンクに取付けたリンク反力計
測手段で検出し、且つサスペンションの車体に対する変
位をリンク変位検出手段で検出することにより、これら
に基づいてタイヤと路面との間に働く力とその着力点を
演算によって算出する構成としたので、実際にタイヤが
車両に装着されて走行するときのタイヤ力を直接計測す
ることができる効果が得られる。したがって、着力点と
キングピン軸と路面の交点との位置関係を明確に把握す
ることが可能となり、サスペンションのコンプライアン
スステア等の量を決定する際に極めて有効なものとなる
。

また、請求項（２）に係るタイヤ力計測装置によれば、
サスペンションリンクと、車体との間に働く力を、サス
ペンションリンクに取付けたリンク反力計測手段で検出
し、且つサスペンションの車体に対する変位をリンク変
位検出手段で検出すると共に、路面とタイヤ中心との間
の高さ又はこれに相当する量をタイヤ中心高検出手段で
検出し、このタイヤ中心高検出手段の検出値と、リンク
反力計測手段の検出値とに基づいてタイヤと路面との間
に働く力の着力点を演算するようにした構成としたので
、上記請求項（１）と同様の効果を得ることができ、し
かも着力点を少ない演算処理で正確に算出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例を示す概略構成図、第２
図は演算装置の一例を示すブロック図、第３図及び第４
図はそれぞれタイヤに作用する力の説明に供する模式図
、第５図はロアリンクのボールジヨイント位置における
反力を演算する場合の説明図、第６図及び第７図はそれ
ぞれロアリンクの方向余弦を演算する場合の説明図、第
８図はアッパリンクのボールジヨイント位置に於ける反
力を演算する場合の説明図、第９図は位置ヘクトル、力
ヘクトル及びモーメントの関係を示す説明図、第１０図
は演算装置２１の演算処理の一例を示すフローチャート
、第１１図はこの発明の第３実施例を示す概略構成図、
第１２図は第３実施例の演算装置を示すブロック図であ
る。 図中、１はタイヤ、２はナックル、Ｂ１〜Ｂ３はボール
ジヨイント、４はアッパリンク、４ｆ。 ４ｒは分岐部、５ｆ、５ｒは取付部、６は車体側部材、
８はロアリンク、８ｆ、８ｒは分岐部、９ｆ、９ｒは取
付部、１２はサイドロッド、１３はボールジヨイント、
１４はステアリングギヤ機構、１５．１６は取付部、１
７はショックアブソーバ、ｔ、、−１６はロードセル（
リンク反力計測手段）、１８．１９はポテンシヨメータ
（リンク変位検出手段）、２１は演算装置、２２はジヨ
イント位置演算部、２３はリンク反力演算部、２４は反
力演算部、３０は超音波センサ（タイヤ中心高検出手段
）である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）車両のサスペンションリンクが車体に及ぼす力を
   検出するリンク反力計測手段と、サスペンションの車体
   に対する変位を検出するリンク変位検出手段と、前記リ
   ンク変位検出手段の信号を入力し、あらかじめ設定され
   たサスペンションのジオメトリを基に、サスペンション
   の各ジョイント位置座標を演算するジョイント位置演算
   部と、前記リンク反力計測手段の信号と、演算されたジ
   ョイント位置の座標とをもとに、力のつり合いと、モー
   メントのつり合いの力学的法則に基づき、タイヤと路面
   の間に働く力とその着力点を演算する反力演算部とを備
   えたことを特徴とする車両走行タイヤ力計測装置。
2. （２）車両のサスペンションリンクが車体に及ぼす力を
   検出するリンク反力計測手段と、サスペンションの車体
   に対する変位を検出するリンク変位検出手段と、路面か
   らタイヤ中心までの高さ、もしくはその相当量を検出す
   るタイヤ中心高検出手段と、前記リンク変位検出手段の
   信号を入力し、あらかじめ設定されたサスペンションの
   ジオメトリを基に、サスペンションの各ジョイント位置
   座標を演算するジョイント位置演算部と、前記リンク反
   力計測手段の信号と、演算されたジョイント位置の座標
   とをもとに、力のつり合いと、モーメントのつり合いの
   力学的法則に基づき、タイヤと路面の間に働く力を演算
   するタイヤ力演算部と、該タイヤ力演算部の演算結果と
   前記タイヤ中心高検出手段の検出値とに基づいて着力点
   を演算する着力点演算部とを備えたことを特徴とする車
   両走行タイヤ力計測装置。