JPH08508821A - 測定ホイール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、リム正面部（８）とホイールフランジ（７）との間に設けられた測定センサ（６）と、エネルギおよびデータを車両側の測定評価・処理システムへ送る手段とによって、車両ホイールのリムと車軸との間の力とモーメントとを検出するための測定ホイール（２）に関する。本発明では、ホイールフランジ（７）および、または正面部（８）は、繊維複合体にて構成される。またエネルギとデータとを伝達するための車両側の手段（２５）は、車両のタイヤを支持しかつ実質的のその内周にわたって伸びるリムベッド（４）の内部に取り付けられる。このようにして、運転中の測定ホイール（２）の静的特性と動的挙動とは、本来のホイールに最大限一致する。ホイール重量の増加などのような、測定に誤りを起こさせるような影響は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】 測定ホイール この発明は、自動車のリムと車軸との間における力とモーメントとを検出する ための測定ホイールに関し、さらに請求の範囲の請求項１の前提部によるその他 の特徴を含んだ測定ホイールに関する。 運転安定性の試験と走行の動力学的調査とは、自動車の開発に際しての重要な 要素である。とりわけ、安全上の重要な機能に関連して、自動車の車輪とこれを 収容する部分とがこの点に関連する。 これに対応する調査は、負荷試験スタンド上と車両内とで実施される。その前 提は、走行運転中に生じる力を走行実験で算出して決定することにある。 回転する車輪でこのような多数の成分からなる力を測定する場合には、測定ホ イールが使用される。測定ホイールの中の測定部では、力の流れが適切な測定要 素を介して導かれる。そのようなものとしては、通常は、抵抗線ひずみゲージ（ ＤＭＳ）を備えた弾性体、あるいは結晶センサが使用される。検出された測定値 はオンラインまたはオフラインで車輪の回転座標系から自動車の座標系へ変換さ れる。このためには車輪の角度位置を把握することも必要である。 このような測定ホイールの構造例と実験例の詳細とは、例えば「多数構成要素 −車輪測定ハブ、使用の可能性と結果」という表題のもとで、ＡＴＺ Automobi ltechnische Zeitschrift（自動車工学誌）第９４巻（１９９２年）第４４〜５ ３頁に詳細に記述されている。その例えば第４５頁に詳しく示された多数構成要 素−車輪測定ハブは、改造されたリムと、ホイールフランジと、測定値記録器と 、電子要素とを有している。ここで測定値記録器は、動的な力と モーメントとを検出するために用いられる。特殊に考案されたアルミニウム部品 が、その検出に必要なひずみゲージを構成している。電子要素は、各測定値のた めの直流増幅器と、スリップリングの回転伝達器と、車輪の位置の特定のための 割り出し器（Ｙ軸のまわりの車輪の回転角度）とを含んでいる。 このような測定ホイールは、静力学的観点でもまた動力学的観点でも、後に車 両から取り外される元の車輪に対応していないという欠陥を有している。すなわ ち実験の際の構成では、車輪重量は著しく上昇し、比較的大きく外向きに突出す る部分（スリップリングの回転伝達器、割り出し器）が生じ、この部分は走行運 転の際に追加的なモーメントの作用を受けるとともに公共の道路交通に危険を及 ぼす。これにより、自動車の顧客が運転する際の測定が不可能になるか、少なく とも著しく困難になる。上記文献の第４６頁の第２．２章では、これらの悪影響 を補整する試みについて記載されている。 その第５３頁の図２４には、多数の構成要素からなる車輪測定ハブの修正例が 描かれている（割り出し器は増分器によって置き換えられ、スリップリングの回 転伝達器は赤外線式の遠隔距離測定器によって置き換えられ、また電子機器への 電圧供給は誘導電流によって行われる）。これによって上述の測定システムの全 幅を減少でき、したがって上記の欠点を部分的にではあるが除去することができ る。 この点を前提として、この発明の課題は、従来の測定ホイールを改良して、測 定ホイールの静力学的特性と動力学的形状とが、走行運転時に元の車輪にほとん ど合致するようにすることにある。 この点は、この発明により、請求の範囲の請求項１の特徴部にしたがった測定 ホイールの構成によって達成される。 測定信号のための送信機の一部分を車輪リムの内側に配置して、本来の送信機 を介してボディ側の信号受信機と通信し、その際に無接触での信号の伝達を、例 えば周波数変調した信号による電磁誘導や、またはスリップリングをも用いて行 い得ることは、確かにドイツ特許公開第３９ ３７ ９６６号公報によって既に 公知である。しかし、この公開公報においては、測定ホイールではなしに、むし ろ車両のタイヤと車道との間の力関係を決定するための方法と装置とが記載され ている。そして、そのためにタイヤプロテクタの中に少なくとも一つのセンサが 配置されており、このセンサが、タイヤラッチの通過の際に、局部の張りまたは 伸びあるいは変形を、水平方向と鉛直方向で検出する。これによって、車両タイ ヤと車道との間の瞬間的な力の結合係数を、また最大可能な力の接合係数を、算 出することができる。 この発明のさらなる構成は、従属請求項に記載されている。好ましい実施の形 態を以下に述べる。図面において、 図１は自動車の車輪が走行する際に現れる力とモーメントとを示す図であり、 図２は、この発明にもとづく測定ホイールの断面図であって、図４におけるII −II線に沿った断面図であり、 図３は車軸（懸架バネ）に固定された固定子の側面図であり、 図４は図２におけるIVの方向から見た測定ホイールの図である。 自動車の走行運転の間に、各車輪１には、図１に示した力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚが 、矢印で示した作用方向に現れる。またＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周囲に働くモーメン トＭｘ、Ｍｙ、Ｍｚが現れる。 車輪の接地点に関するこれらの三つの外力とモーメントとを特定 するため、図２と図４とに示した測定ホイール２が用いられる。一点鎖線で概略 に示したタイヤ３は、公知の方法で、例えばアルミニウム合金から製作されたリ ム５のリムベッド４に収容される。中央部がカップ状に構成されたホイールフラ ンジ７と、リムベッド４に接続された測定値記録器（ＤＭＳ測定箱６）を介して ホイールフランジ７に連結されるリム正面部８とは、同様に、繊維製の複合材料 （ＣＦＫ＝炭素繊維強化樹脂）からなっている。場合によってはホイールフラン ジ７とリム正面部８との両部材の一方を繊維複合材料で形成するとともに、他方 を通常のように金属材料で形成するだけで、静力学的特性および動力学的特性の 最適化を目標として測定ホイール２の重量を減少させることが可能となる。 リムベッド４とリム正面部８との結合は、予めサンドブラストしたリムベッド ４の中で繊維複合体を形成することによって行われる。これによって、大面積を 接着結合（付着力）したときのような働きをなす結合が得られる。のみならずリ ムベッド４はサンドブラストの前に加工されており（リブ９）、これによって形 状にもとづく結合が生じ、この結合によって、接続した部分における軸方向およ び半径方向の移動が防止される。最後にリム正面部８は、リムベッド４が初期引 張り応力のもとにあるように調節されたうえで硬化される。使用された繊維複合 材ＣＦＫのヤング率が高い（約１０００００Ｎ／mm²）ため、リム５は、全体と して、普通のリムに匹敵する強度を有している。 ホイールフランジ７は、チタン製のベース１０の上に載っているネジ１３を介 して、ここには示されていない車軸と連結されている。ポリイミドまたはセラミ ックなどにて構成された円板１４が、追加 的に中間部に配置されており、この円板１４は、これから説明する測定システム への熱の伝達を遮断するように、ある程度の断熱部を形成している。 ホイールフランジ７の側面縁が、図４に示すように、正方形状で内向きに屈曲 した形状を備えていると、これらの内向きの屈曲部の領域では、それぞれリム正 面側部８に打抜き穴２２が形成されて、追加的に外部へ熱を排出する働きをなす 。 リム正面部８とホイールフランジ７との間には、ホイールフランジ７の輪郭（ 中央のカップ１１、縁側の折り曲げ部１５）によって形成された中空空間１６の 内部に、円周方向にわたって均等に配分された四つのＤＭＳ測定箱６が測定値の 記録装置として配置されている。このＤＭＳ測定箱６は、ホイールフランジ７ま たはリム正面部８に、ネジ結合部１７によって結合している。測定ホイール２の 大きさに応じて、より多数の測定箱６が用いられることもあが、最低３個である 。測定値記録器の構造により、静力学的および動力学的信号を正確に検出するこ とができる。これによって個別に統合された負荷測定室も、測定ホイール２の全 体も、極めて正確に静力学的に較正することができる。４個のＤＭＳ測定箱の各 々は、公知の手段によって構成されており、その中に現れる力Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ に対応する三つの信号を供給する。最初の信号評価は、すでに測定箱６自体で、 その中に取り付けられた電子基板上において行われる。この基板は、特に、信号 の増幅と、誘導妨害の補償とのために用いられる。測定箱６からケーブル１９を 経てリム正面部８の中央カップ１１の中の電子ユニット１８に送られる信号は、 これによってすでに予め増幅されているため、自動車の電子機構からのノイズ電 波 による影響が抑制される。 その他のノイズ信号は、ブレーキにより温度上昇が生じたり、この温度上昇に 伴うホイールフランジ７やリム正面部８の熱膨張が測定箱６に追加的な負荷を与 えることで測定誤差が生じるたりすることにより、起こりうる。この点に関して も、ホイールフランジ７とリム正面部８の材料の選定が、また極めて有利に働く 。なぜなら、繊維複合材料ＣＦＫがきわめて僅かしか熱膨張しないためである（ 鋼材あるいはアルミニウム材よりもはるかに小さい）。 １２種類の力信号（四つの測定箱６がそれぞれ三つの力信号Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ をもつ）は、ホイールフランジ７の中央カップ１１の中へ伸びるとともに、ネジ ２１によってホイールフランジ７に固定された（図４参照）差し込みソケット２ ０を介して、これに支持された（ネジ結合２３）電子ユニット１８に達する。こ の電子ユニット１８は、差し込みソケット２０の中に設けられた差し込み部の上 に載っている。 電子ユニット１８の内部で、公知の方法によって、単一力から合計力および合 計モーメントが形成される。これらの信号は、温度センサの信号と共に、測定ホ イール２における例えばブレーキによって熱的に負荷された領域で生じている必 要があり、また電圧モニタ信号にデジタル化される。これらのデータは、シリア ルのＰＣＭ（Pulse Code Modulation）のデータ流に変換され、周波数変調され たうえでケーブル２４を経てコイル・マグネットリング２５へ供給される。この リングはガラス強化されたプラスチックにて形成されており、リムベッド４の内 側に接着されている。このコイル・マグネットリング２５は内蔵式のデータ送信 コイル２６とエネルギ受信 コイル２７とを収容するために用いらる。のみならず、車両側に固定された固定 子２８と向かい合った内側部２９には、円周方向に均等に配置されたフェライト マグネット３０と同調マグネット３１とからなるマグネット軌道がある。 コイル・マグネットリング２５におけるリムベッド４に向いた側に、磁束通過 性を有する箔によるいくつかの層を形成して、コイル２６、２７の磁場をリムベ ッド４に対して遮蔽するのが有意義である。 コイル・マグネットリング２５に対応して、前述の固定した（例えばバネ支持 された）固定子２８が設けられており、この固定子は、データ送信コイル２６お よびエネルギ受信コイル２７および磁気トラック（フェライトマグネット３０、 同期マグネット３１）との間で通信を行う構成要素を備えている。固定子ケーシ ング自体も同様に、リムベッドの輪郭に適合して円形状に湾曲した底部３３と、 この底部に被せられた蓋３４とを有している。底部３３には、前後して、データ 伝達用の受信コイル３５と、ホールセンサ（同じ間隔で並んで配置された四つの 角度センサ３７と、その横にある一つの同期センサ４１であって、車輪の回転運 動のゼロマーキングおよび走行方向の識別のためのものとを有する）を内蔵した 電子プレート３６と、電子ユニット１８へエネルギを伝達するための送信コイル ３８およびコア３９とが設けられている。これらの部材は、接続された共通のデ ータ／エネルギ・ケーブル４０を介して、車両側の測定値検出システムおよび処 理システムに連結している。 あるいは、車輪側のデータ送信コイル２６に代えて、コイル・マグネットリン グ２５に開放式のアンテナを使用することができる。 その場合は、固定子２８の受信コイル３５をミニアチュアコイルとプリアンプと で代えることができる。 エネルギの伝達は誘導結合した共振回路を介して行われ、この場合、作動周波 数は約５０ｋＨｚである。固定子２８とコイル・マグネットリング２５との間隔 は、０から５mmの間で変動することが許容されている。送信コイル３８および受 信コイル２７は、発電機または消費体への適合のための分岐ソケットを備えるこ とが望ましい。データの伝達も誘導結合した共振回路を通じて行われる。このと き、エネルギとデータの伝達のための磁場は、空間的に種々な方向をとる。エネ ルギ伝達のための送信コイル３８と受信コイル２７とが対称的な巻線構成とされ るとともに、データ伝達のための送信コイル２６と受信コイル３５とが逆方向の 巻線構成とされることによって、このような伝達が行われる。これによって、デ ータ伝達の際におけるエネルギ伝達の連結は僅かとなる。 角度の測定のために、四つの角度センサが、円周方向に２．５°の間隔で固定 子の底部３３に取り付けられている。これらセンサは、磁気トラック上に２°の 間隔で接着された１８０個のフェライトマグネット３０の磁界を検出する。これ によって、車輪の回転角度につき０．５°の分解能が得られる。なぜなら、それ ぞれ０．５°の回転運動の後に、角度センサ３７がフェライトマグネット３０と 一致するためである。同期センサ４１は、フェライトマグネット３０と並んで配 置された三つの同期マグネット３１を識別する。センサ信号の評価は、角度測定 のための電子装置で行われる。この装置は車両側の測定評価・処理システムの一 部である。この装置では、カウンタが作動して、徐々に高くまたは低くなるよう にカウントされ る。 この発明による測定ホイール２を用いれば、車両部の輪郭から突出するエネル ギ・データ伝達システム、およびそれに必要な保持枠は不要とすることができる 。 これによって、道路交通に対する危険を生じないようにすることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９５年２月１０日 【補正内容】 請求の範囲 １．自動車のタイヤのためのリムベッドを備えたリムと車軸との間の力とモーメ ントとを検出するための測定ホイールであり、リム正面部と車輪フランジとの間 に配置された測定値記録器と、車両側面部に測定値評価・処理システムを備えた 、エネルギおよびデータの伝達のための連結手段とを有した測定ホイールであっ て、ホイールフランジ（７）および、またはリム正面部（８）が、繊維複合体に て構成されており、またエネルギおよびデータの伝達のための車輪側の手段（２ ５）が、リムベッド（４）の内側に配置されて、その全周にわたって延びている ことを特徴とする測定ホイール。 １４．ホイールフランジ（７）および、またはリム正面部（８）が炭素繊維強化 樹脂にて形成されるとともに、コイル・マグネットリング（２５）がガラス繊維 強化樹脂にて構成されていることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか １項記載の測定ホイール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハイラー、フランク ドイツ連邦共和国 デー―75365 カルー フォークタイシュトラーセ 21 (72)発明者 ミュラー、マンフレート ドイツ連邦共和国 デー―71229 レオン ベルク オーベレ ブルクハルデ 13／３ (72)発明者 アイヒャー、ヴェルナー ドイツ連邦共和国 デー―70569 シュト ゥットガルト クナッペンヴェク 113

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．自動車の車輪のリムと車軸との間の力とモーメントとを検出するための測定 ホイールであり、リム正面部とホイールフランジとの間に配置された測定値記録 器と、車両側面部に測定評価・処理システムを備えた、エネルギおよびデータの 伝達のための連結手段とを有した測定ホイールであって、ホイールフランジ（７ ）および、またはリム正面部（８）が繊維複合体にて構成されており、またエネ ルギおよびデータの伝達のための車輪側の手段（２５）が、車両のタイヤ（３） を収容するリムベッド（４）の内側に配置されて、ほとんどその全周にわたって 延びていることを特徴とする測定ホイール。 ２．リム正面部（８）が、サンドブラストしたリムベッド部分に密接して、この 接続箇所で、形状にもとづく結合（リブ９）を行っており、これにより軸方向と 半径方向との移動が阻止された状態でリブベッド（４）に連結していることを特 徴とする請求項１記載の測定ホイール。 ３．ホイールフランジ（７）が、縁側の折り曲げ部（１５）と中央のカップ形部 （カップ１１）とを備えた、ほぼ円板形の部材として構成され、縁側の折り曲げ 部（１５）は、リム正面部（８）とによって、測定値記録器を収容するための複 数の中空空間（１６）を形成し、中央カップ（１１）は、主として電子ユニット （１８）の収容に用いられていることを特徴とする請求項１記載の測定ホイール 。 ４．ホイールフランジ（７）が、内向きアーチ状に湾曲した側方縁を備える正方 形状に形成されており、これらの湾曲領域では、リ ム正面部（８）に、外部への熱排出の働きをする打抜き穴（２２）が形成されて いることを特徴とする請求項３記載の測定ホイール。 ５．ホイールフランジ（７）が、中央カップ（１１）の領域において、ねじ結合 部（１０、１３）と中間に配置された断熱円板（１４）とを介して車軸と連結さ れていることを特徴とする請求項３記載の測定ホイール。 ６．ＤＭＳ測定箱（６）として構成された四つの測定値記録器が、円周方向に均 等に配分されて配置されるとともに、ねじ結合部（１７）によってホイールフラ ンジ（７）およびリム正面部（８）と連結されていることを特徴とする請求項３ 記載の測定ホイール。 ７．ＤＭＳ測定箱（６）から供給される力信号Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚが、ケーブル接 続部（１９）と、電子ユニット（１８）を収容する差込みソケット（２０）とを 経て、この電子ユニットに到達するように構成されていることを特徴とする請求 項６記載の測定ホイール。 ８．エネルギおよびデータの伝達と角度の測定とに用いられるコイル・マグネッ トリング（２５）が、リムベッド（４）の内側において円周にわたって接着され ており、これに内蔵されたデータ送信コイルおよびエネルギ受信コイル（２６、 ２７）が設けられており、また、角度位置の調査と測定ホイール（２）の回転運 動のゼロマーキングとのために、磁気トラック（フェライトマグネット３０およ び同期マグネット３１）が形成されていることを特徴とする請求項１記載の測定 ホイール。 ９．コイル・マグネットリング（２５）におけるリムベッド（４）に向いた側に 、磁束通過性を有する箔によるいくつかの層が配置されることで、データ送信コ イルおよびエネルギ受信コイル（２６、２７）をリムベッド（４）に対して遮蔽 していることを特徴とする請求項８記載の測定ホイール。 １０．コイル・マグネットリング（２５）に対応して軸方向に固定された固定子 （２８）が設けられており、この固定子が、データ送信およびエネルギ受信コイ ル（２６、２７）に対応して、測定ホイール（２）の磁気トラック（フェライト マグネット３０および同期マグネット３２）を用いて通信する部材（３５…３９ 、４１）を支持しており、かつこれら部材は、これらに接続されたデータ／エネ ルギ・ケーブル（４０）を介して、車両側の測定値検出・処理システムと連結さ れていることを特徴とする請求項８記載の測定ホイール。 １１．固定子（２８）におけるリムベッドの輪郭に合わせた底部（３３）に、デ ータ伝達のための受信コイル（３５）と、車輪の回転運動を検出するための内蔵 式のホールセンサ（３７、４１）を備えた電子プレート（３６）と、電子ユニッ ト（１８）へエネルギを伝達するためのコア（３９）を備えた送信コイル（３８ ）とが設けられていることを特徴とする請求項１０記載の測定ホイール。 １２．エネルギ伝達のための送信コイルおよび受信コイル（３８、２７）と、デ ータ伝達のための送信コイルおよび受信コイル（２６、３５）とが、互いに逆の 巻線方向を有して、エネルギ／データの伝達のための磁界が空間的に異なった方 向性を有するように 構成されていることを特徴とする請求項１１記載の測定ホイール。 １３．四つの角度センサ（３７）が円弧上に２．５°の間隔をおいて固定子の底 部分（３３）に取り付けられ、かつコイル・マグネットリング（２５）の磁気ト ラック上に２°の間隔で貼付したフェライトマグネット（３０）に対応する１８ ０個の磁界が形成されていることを特徴とする請求項１１記載の測定ホイール。 １４．ホイールフランジ（７）および、またはリム正面部（８）が炭素繊維強化 樹脂にて形成されるとともに、コイル・マグネットリング（２５）がガラス繊維 強化樹脂にて構成されていることを特徴とする請求項１から１３までのいずれか １項またはいくつかの項に記載の測定ホイール。