JPH09145457A

JPH09145457A - 車軸式懸架装置用輪重の検出装置と輪重の算出方法

Info

Publication number: JPH09145457A
Application number: JP29999395A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Matsuda; 克司松田; Kimihiko Aoyama; 公彦青山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 1997-06-06

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、制動時における輪重の変化から荷重
移動を解明して制動制御の幅を拡大し、かつ操車の安定
化を図るとともに乗り心地の向上を図れる車軸式懸架装
置用輪重の検出装置と、輪重の算出方法を提供する。【解決手段】車両の左右のタイヤにかかる上下荷重であ
る輪重を検出する歪みゲージＧを、車両の車幅方向に設
けられる車軸１で、かつこの車軸の中心軸ｌから左右の
リーフスプリング１２との間にそれぞれ取着した。そし
て、車軸を単純なはりとし、上記歪みゲージを用いて歪
み量を検出し、それぞれの部位における曲げモーメント
を算出して、左右の輪重を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トラックにおける
制動現象を把握し、制動力分配を変化させて、制動性能
の向上につながる車軸式懸架装置用輪重の検出装置と、
輪重の算出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トラックにおける過積みを防いで安全性
を確保するため、トラックに荷物を積載した状態で、こ
の積載荷重を測定する装置が求められている。その装置
として、従来、トラックの車軸に検出器を取付け、この
検出器で軸荷重を検出し、検出結果を積載荷重に換算処
理する手段が採用されている。

【０００３】実際には、懸架装置を構成するリーフスプ
リングに、変位式荷重検出器が取付けられる。荷物を積
載することによりリーフスプリングが撓み、その撓みの
角度および変位量を検出し、ここから軸重が求められ
る。

【０００４】しかるに、このような変位式荷重検出器で
は、リーフスプリングの特性として、荷重の増大に対す
る撓み量の変化にヒステリシス現象が見られ、検出精度
が悪いものである。

【０００５】加えて、従来の検出手段は一点検出であっ
て、左右の軸重を合計して換算した積載荷重を求めるよ
うになっているが、当然、左右の軸重は異なり、それぞ
れの軸重を求めることができないから、演算結果の信頼
性が低いものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、トラックに
荷物を積載してもなおタイヤの発生できる制動力が、制
動装置の制動能力に対して余裕がある場合には、タイヤ
にかかる上下荷重（以下、輪重と称する）と、路面摩擦
係数によって上限が決定されてしまう。

【０００７】この上限を越えて制動力を加えた場合は、
タイヤはロックして安定性を失う。したがって、タイヤ
の制動現象を把握するのにあたって、輪重を検出するこ
とは非常に有効である。

【０００８】そして、この輪重の検出から制動時におけ
る荷重移動が解明でき、そこから制動制御の幅が拡大し
て、操車の安定性および乗り心地の向上につなげること
が可能であるが、従来は輪重を検出するという考えが少
ない。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、その目的とするところは、車軸を剛体はりと仮定
して、はり理論から輪重を求め、制動時における輪重の
変化から荷重移動を解明して制動制御の幅を拡大し、か
つ操車安定化を図るとともに乗り心地の向上を得る車軸
式懸架装置用輪重の検出装置と輪重の算出方法を提供し
ようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を満足するため
の第１の発明の車軸式懸架装置用輪重の検出装置は、請
求項１として、車両の左右のタイヤにかかる上下荷重で
ある輪重を検出する輪重検出手段を、車両の車幅方向に
設けられる車軸で、かつこの車軸の中心から左右の懸架
装置の間にそれぞれ取着したことを特徴とする。

【００１１】請求項２として、請求項１記載の上記輪重
検出手段は、歪みゲージであることを特徴とする。上記
目的を満足するための第２の発明の輪重の算出方法は、
請求項３として、車軸を剛体のはりと仮定し、車軸の中
心から左右の懸架装置の間にそれぞれ取着した２この歪
みゲージを用い、それぞれの歪みゲージが検出した歪み
量から、次式により曲げモーメントを求め、左右の輪重
を算出することを特徴とする。

【００１２】Ｆ₁ ：左側輪重、Ｆ₂ ：右側輪重、Ｍ₁ ：
Ｆ₁ による曲げモーメント、Ｍ₂ ：Ｆ₂ による曲げモー
メント、ａ：トレッド、ｂ：ばねスパン、ｘ：車軸の中
心から歪みゲージの取付け位置までの距離（-b/2＜ｘ＜
b/2)、とする。歪みゲージ取付け位置のＦ₁ （左側輪
重）およびＦ₂ （右側輪重）による曲げモーメントは、

【００１３】

【数５】よって、全体の曲げモーメントは、

【００１４】

【数６】

【００１５】ここで、Ｍ（ｘ）＝Ａ（ｘ）・Ｆ₁ ＋Ｂ
（ｘ）・Ｆ₂ と置き換える。すると、歪みゲージの取付
け位置である任意の２点ｘ＝ｘ₁ 、ｘ₂ における曲げ
モーメントは、次の行列式にて表される。

【００１６】

【数７】よって、左右の輪重Ｆ₁ 、Ｆ₂ は、次の行列式にて求め
られる。

【００１７】

【数８】

【００１８】つまり、任意の２点の曲げモーメントＭ
（ｘ₁ ）、Ｍ（ｘ₂ ）が得られれば、左右の輪重Ｆ₁ 、
Ｆ₂ を求められる。一方、歪み量εと断面係数Ｚおよび
縦弾性係数Ｅから曲げモーメントＭ（ｘ）は、次式から
求められる。

【００１９】Ｍ（ｘ）＝Ｅ・Ｚ（ｘ）・ε（ｘ）したがって、歪み量ε（ｘ₁ ）、ε（ｘ₂ ）および左右
の輪重Ｆ₁ 、Ｆ₂ を測定することにより、断面係数Ｚ
（ｘ₁ ）、Ｚ（ｘ₂ ）を実験から、もしくは断面形状よ
り計算から決定する。

【００２０】その後は、歪み量から曲げモーメントが求
められるので、歪み量が求められれば、歪み量から左右
の輪重を得られる。以上のような課題を解決するための
手段を備えることにより、請求項１の発明によれば、車
両の左右の輪重を検出して、高い検出精度が得られる。

【００２１】請求項２の発明によれば、輪重検出手段と
して歪みゲージを用いたから、市販品でコストに与える
影響が少なくてすむ。請求項３の発明によれば、歪み量
を検出することにより、左右の輪重を容易に算出でき
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。図１は、車軸（リジットアクス
ル）１を単純な剛体のはりと仮定した曲げモーメント図
である。左右の端部２ａ，２ｂは輪重がかかるタイヤ位
置とする。したがって、ａはタイヤ中心間距離であるト
レッドである。

【００２３】また、車軸１の中心軸ｌから左右の所定間
隔に振り分けられた位置には、リーフスプリングなどか
らなる懸架装置３ａ，３ｂが設けられていて、ｂはその
懸架装置の取付け相互間距離であるばねスパンである。

【００２４】このような前提条件から、曲げモーメント
Ｍ（ｘ）を求める。ここで、Ｆ₁ ：左側タイヤ２ａに対
する左側輪重、Ｆ₂ ：右側タイヤ２ｂに対する右側輪
重、Ｍ₁ ：Ｆ₁ による曲げモーメント、Ｍ₂ ：Ｆ₂ によ
る曲げモーメント。

【００２５】車軸１における一方の懸架装置３ａ取付け
位置での曲げモーメントＭ₁ は、Ｍ₁ ＝Ｆ₁ ・（ａ−ｂ）／２となり、それぞれの車軸部位では破線Ａで示すような変
化となる。

【００２６】車軸１における他方の懸架装置３ｂ取付け
位置での曲げモーメントＭ₂ は、Ｍ₂ ＝Ｆ₂ ・（ａ−ｂ）／２となり、それぞれの車軸部位では実線Ｂで示すような変
化となる。

【００２７】各曲げモーメントＭ₁ ，Ｍ₂ の合計した値
（合力）が車軸１が受ける曲げモーメントＭ（＝Ｍ₁ ＋
Ｍ₂ ）となるところから、ばねスパンｂの各モーメント
Ｍ₁，Ｍ₂ を結ぶ一点鎖線Ｃの変化が、実際の曲げモー
メントＭ（ｘ）となる。

【００２８】ここでは、車軸１の中心軸ｌから左右に振
り分けられるばねスパンｂの範囲内の任意の位置ｘ1 ，
ｘ2 に、左右２個の輪重検出手段である歪みゲージＧ，
Ｇを取着する。各歪みゲージＧ，Ｇは、その車軸部位に
おける歪み量を検出する。

【００２９】そして、得られた歪み量から、後述する算
出方法によって実際の曲げモーメントを算出し、その算
出結果を各歪みゲージＧ，Ｇの取付け部位に当てはめて
一点鎖線Ｃの変化を求めれば、ばねスパンｂ位置での曲
げモーメントＭ₁ ，Ｍ₂ が得られ、ここから左右の輪重
Ｆ₁ ，Ｆ₂ を算出する算出ロジックを構成する。

【００３０】なお、車軸１には、ショックアブソーバや
スタビライザなどからの入力があるが、ここではそれら
入力を考慮しない。すなわち、歪みゲージ取付け位置の
Ｆ₁ （左側輪重）およびＦ₂ （右側輪重）による曲げモ
ーメントは、

【００３１】

【数９】よって、全体の曲げモーメントは、

【００３２】

【数１０】

【００３３】ここで、Ｍ（ｘ）＝Ａ（ｘ）・Ｆ₁ ＋Ｂ
（ｘ）・Ｆ₂ と置き換える。すると、歪みゲージの取付
け位置である任意の２点ｘ＝ｘ₁ 、ｘ₂ における曲げ
モーメントは、次の行列式にて表される。

【００３４】

【数１１】よって、左右の輪重Ｆ₁ 、Ｆ₂ は、次の行列式にて求め
られる。

【００３５】

【数１２】

【００３６】つまり、任意の２点の曲げモーメントＭ
（ｘ₁ ）、Ｍ（ｘ₂ ）が得られれば、左右の輪重Ｆ₁ 、
Ｆ₂ を求められる。一方、歪み量εと断面係数Ｚおよび
縦弾性係数Ｅから曲げモーメントＭ（ｘ）は、次式から
求められる。

【００３７】Ｍ（ｘ）＝Ｅ・Ｚ（ｘ）・ε（ｘ）したがって、歪み量ε（ｘ₁ ）、ε（ｘ₂ ）および左右
の輪重Ｆ₁ 、Ｆ₂ を測定することにより、断面係数Ｚ
（ｘ₁ ）、Ｚ（ｘ₂ ）を実験から、もしくは断面形状よ
り計算から決定する。

【００３８】その後は、歪み量から曲げモーメントが求
められるので、歪み量が求められれば、歪み量から左右
の輪重を得られる。このようにして、左右の輪重Ｆ₁ 、
Ｆ₂ の変化から制動時における荷重移動が分かるように
なり、ここから制御幅が拡大して、操車性および乗り心
地の向上につなげることが可能である。

【００３９】実車に上記算出ロジックを適用する場合に
は、車軸１の形状に応じた適切な歪みゲージＧを取着し
なければならない。図２および図３は、トラックのリヤ
側における車軸式懸架装置を示す。車両の幅方向に設け
られる車軸１の両側部で、かつそれぞれの前後面に沿っ
て一対のＵボルト１０，１０が沿わされており、これら
Ｕボルト１０のねじ部相互間に亘って止め板１１が掛合
される。

【００４０】相対向するＵボルト１０の曲成部と車軸１
との空間部にリーフスプリング１２が挿通される。この
リーフスプリング１２は、上段側のヘルパリーフスプリ
ング１２ａと下段側のメーンリーフスプリング１２ｂと
から構成される。

【００４１】上記ヘルパリーフスプリング１２ａは、そ
の両端部が車体を構成するフレーム１３に所定間隔を存
して設けられるスライドシート１４，１４に掛合され
る。上記メーンリーフスプリング１２ｂの一端部は、フ
レーム１３に設けられるシャックルピン部１５ａに掛合
され、他端部はシャックルリンク部１５ｂに掛合され
る。なお、上記Ｕボルト１０とフレーム１３との間には
ストラッド形のショックアブソーバ１６が設けられる。

【００４２】このような車軸式懸架装置の車軸１に、先
に図１で説明したように、車軸中心軸ｌとばねスパンで
あるリーフスプリング１２の取付け位置との間の左右に
歪みゲージＧ，Ｇが取付けられる。

【００４３】車軸１に対する入力負荷が複雑であるた
め、歪みゲージの取付け位置は上下曲げについてのみ感
度が良い位置を選択する必要がある。図４に、トレーラ
の遊動軸１Ａに対する歪みゲージＧの取付け位置の一例
を示す。遊動軸１Ａの中心軸ｌから歪みゲージ取付け位
置までの距離ｋは、たとえば２８０〜３７０mmの範囲に
設定すると良い。

【００４４】歪みゲージＧは、遊動軸１Ａの下面部に取
付けられる。そして、１か所につき４枚の歪みゲージ
（丸数字で示す）を直交配置する。したがって、各歪み
ゲージに一様な引張りと圧縮がかかり、歪み量の検出が
確実になる。

【００４５】図５に、４枚の歪みゲージＲ_g1〜Ｒ_g4の回
路構成（ホイートストンブリッジ回路）を示す。配線方
法は、以下の条件が考慮されている。すなわち、リード
線の流さによる温度影響消去と、温度補償および歪み感
度アップである。歪み感度アップは、2.6 倍となってい
る。

【００４６】このようにして、歪みゲージＧの取付け位
置が決定したことにより、アクスル諸元と合わせて曲げ
モーメントから輪重を算出するのに用いる行列式の定数
が求められる。

【００４７】そして、輪重を検出結果として、トラクタ
・フロントとトラクタ・リヤおよびトレーラ・フロント
とトレーラ・リヤそれぞれにおける積載量を変化させた
ときの輪重変化実験値と、計算値との比較を求めてみ
た。実験値と計算値とは極めて良く対応しており、本ロ
ジックにて輪重変化を算出可能であると断定できた。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項３の発明によれば、車軸を単純なはりと仮定して、歪
みゲージを用いて２か所の曲げモーメントを求めること
により、左右の輪重を検出できる。そして、この検出し
た輪重を制御手段に取り込むことにより、制動力配分を
変化させ、制動性能の向上が得られ、操車安定性と乗り
心地の向上を図れるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す、車軸式懸架装置用
輪重の算出方法の基礎となる曲げモーメント図。

【図２】同実施の形態の、トラックにおける車軸式懸架
装置の側面図。

【図３】同実施の形態の、トラックにおける車軸式懸架
装置の正面図。

【図４】（Ａ）は、同実施の形態の、トレーラの遊動軸
における歪みゲージの取付け位置を説明する図。（Ｂ）
は、歪みゲージの取付け説明図。

【図５】同実施の形態の、歪みゲージの回路構成図。

【符号の説明】

Ｇ…歪みゲージ、１…車軸、１２…リーフスプリング。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の左右のタイヤにかかる上下荷重であ
る輪重を検出する輪重検出手段を、車両の車幅方向に設
けられる車軸で、かつこの車軸の中心から左右の懸架装
置の間にそれぞれ取着したことを特徴とする車軸式懸架
装置用輪重の検出装置。
【請求項２】上記輪重検出手段は、歪みゲージであるこ
とを特徴とする請求項１記載の車軸式懸架装置用輪重の
検出装置。
【請求項３】車軸を剛体のはりと仮定し、車軸の中心か
ら左右の懸架装置の間にそれぞれ取着した２この歪みゲ
ージを用い、それぞれの歪みゲージが検出した歪み量か
ら、次式により曲げモーメントを求め、左右の輪重を算
出することを特徴とする輪重の算出方法。Ｆ₁ ：左側輪
重、Ｆ₂ ：右側輪重、Ｍ₁ ：Ｆ₁ による曲げモーメン
ト、Ｍ₂ ：Ｆ₂ による曲げモーメント、ａ：トレッド、
ｂ：ばねスパン、ｘ：車軸の中心から歪みゲージの取付
け位置までの距離（-b/2＜ｘ＜b/2)、とする。歪みゲー
ジ取付け位置のＦ₁ （左側輪重）およびＦ₂ （右側輪
重）による曲げモーメントは、【数１】よって、全体の曲げモーメントは、【数２】ここで、Ｍ（ｘ）＝Ａ（ｘ）・Ｆ₁ ＋Ｂ（ｘ）・Ｆ₂ と
置き換える。すると、歪みゲージの取付け位置である任
意の２点ｘ＝ｘ₁ 、ｘ₂ における曲げモーメントは、
次の行列式にて表される。【数３】よって、左右の輪重Ｆ₁ 、Ｆ₂ は、次の行列式にて求め
られる。【数４】つまり、任意の２点の曲げモーメントＭ（ｘ₁ ）、Ｍ
（ｘ₂ ）が得られれば、左右の輪重Ｆ₁ 、Ｆ₂ を求めら
れる。一方、歪み量εと断面係数Ｚおよび縦弾性係数Ｅ
から曲げモーメントＭ（ｘ）は、次式から求められる。Ｍ（ｘ）＝Ｅ・Ｚ（ｘ）・ε（ｘ）したがって、歪み量ε（ｘ₁ ）、ε（ｘ₂ ）および左右
の輪重Ｆ₁ 、Ｆ₂ を測定することにより、断面係数Ｚ
（ｘ₁ ）、Ｚ（ｘ₂ ）を実験から、もしくは断面形状よ
り計算から決定する。その後は、歪み量から曲げモーメ
ントが求められるので、歪み量が求められれば、歪み量
から左右の輪重を得られる。