JPH09292294A - 車軸力検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の車軸に作用する力を精度よく検出す
る。 【解決手段】 車軸力検出装置１０は、車軸１２に取り
付けられたホイール２０のディスク部２１の歪みを検出
する歪センサ３２，３６、検出された歪みを送信する小
型で軽量のテレメータ送信機４２，４６、歪み信号を受
信するテレメータアンプ４９、車軸１２の回転速Ｖを検
出する回転速センサ５０、車軸１２に作用する力Ｆを演
算する車軸力演算装置６０を備える。車軸力演算装置６
０は、ディスク部２１の歪みと車軸１２の回転速Ｖに基
づいて車軸１２に作用する力を演算する。回転速センサ
５０は、ＡＢＳやＴＲＣ等の車両の運転制御に用いられ
る車輪速センサとして車両が備えるものを用いる。この
結果、車両のバネ下質量を小さくすることができ、車両
の車軸１２に作用する力を精度よく検出することができ
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、車軸力検出装置に
関し、詳しくは、車両の車軸に作用する力を検出する車
軸力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の車軸力検出装置として
は、車軸に取り付けられ、車軸に作用する６分力（直交
座標系における各軸方向の力および各軸の周りのモーメ
ント）を検出するものが提案されている（例えば、特開
昭６２−８７８２３号公報など）。この装置は、車軸の
機械的歪みを歪ゲージなどにより検出することにより車
軸に作用する６分力を検出する検出部と、検出した６分
力を固定系に伝達するためのスリップリングと、車軸に
固定された歯車機構と歯車機構のゼロ点の信号および回
転方向の信号を発信するエンコーダとからなり車軸の回
転角度を発信する角度信号発信器と、これら各部を一体
として車軸に取り付けるための取付治具とを備え、検出
部により検出された６分力と、角度信号発信器により発
信された車軸の回転角度とに基づいて、回転する車軸に
作用する６分力を演算する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た装置では、装置を取り付けていない車両の車軸に作用
する力を精度よく検出することができないという問題が
あった。この装置は、上述したように検出器や角度信号
発信器，取付治具などを備えるため、相当の質量を有す
る。このため、装置を車両の車軸に取り付けると、装置
を取り付けていないときに比して車両のバネ下質量が大
きくなり、その結果、車両特性や路面からの入力周波数
が異なるものとなってしまう。

【０００４】本発明の車軸力検出装置は、こうした問題
を解決し、装置を取り付けていない車両の車軸に作用す
る力を精度よく検出することを目的とし、以下の手段を
講じた。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の第１の車軸力検出装置は、車両の車軸に作用する
力を検出する車軸力検出装置であって、前記車軸に連結
されたホイールのディスク部に取り付けられ、該ディス
ク部に作用する力によって生じる該ディスク部の歪みを
検出する歪検出手段と、前記車軸の回転角度を検出する
回転角度検出手段と、前記歪検出手段により検出された
前記ディスク部の歪みと、前記回転角度検出手段により
検出された前記車軸の回転角度とに基づいて、前記車軸
に作用する力を演算する車軸力演算手段とを備えること
を要旨とする。

【０００６】この第１の車軸力検出装置は、車軸に連結
されたホイールのディスク部に取り付けられた歪検出手
段が、このディスク部に作用する力によって生じるディ
スク部の歪みを検出し、回転角度検出手段が、車軸の回
転角度を検出する。そして、車軸力演算手段は、この歪
検出手段により検出されたディスク部の歪みと、回転角
度検出手段により検出された車軸の回転角度とに基づい
て、車軸に作用する力を演算する。ここで、「車軸に作
用する力」には、例えば車軸を座標軸の１つとする直交
座標系における各座標軸方向の力および各座標軸の周り
のモーメント（偶力）により表わされる６分力やその一
部の分力、或いはこれらの合力が含まれる（以下の第２
の車軸出力装置においても同じ）。

【０００７】この第１の車軸力検出装置によれば、ホイ
ールのディスク部の歪みを検出することにより車軸に作
用する力を検出することができる。したがって、通常の
車両が備えるホイールを用いることができるから、より
高い精度で車軸に作用する力を検出することができる。

【０００８】本発明の第２の車軸力検出装置は、車軸の
回転速度を検出する回転速度検出手段を備える車両の該
車軸に作用する力を検出する車軸力検出装置であって、
前記車軸に連結されたホイールのディスク部に取り付け
られ、該ディスク部に作用する力によって生じる該ディ
スク部の歪みを検出する歪検出手段と、前記回転速度検
出手段により検出された前記車軸の回転速度に基づいて
該車軸の回転角度を演算する回転角度演算手段と、該演
算された回転角度と、前記歪検出手段により検出された
前記ディスク部の歪みとに基づいて、前記車軸に作用す
る力を演算する車軸力演算手段とを備えることを要旨と
する。

【０００９】この第２の車軸力検出装置は、車軸に連結
されたホイールのディスク部に取り付けられた歪検出手
段が、このディスク部に作用する力によって生じるディ
スク部の歪みを検出しする。回転角度演算手段は、車両
が備える回転速度検出手段により検出された車軸の回転
速度に基づいて車軸の回転角度を演算する。そして、車
軸力演算手段は、この演算された回転角度と、歪検出手
段により検出されたディスク部の歪みとに基づいて、車
軸に作用する力を演算する。

【００１０】ここで、回転速度検出手段を備える車両と
しては、例えば、急ブレーキをかけても車輪がロックし
ないようにするアンチロックブレーキシステム（ＡＢ
Ｓ）や発進加速時等に車輪が空転しないようするトラク
ションコントロールシステム（ＴＲＣ），旋回時に車輪
が横滑りしないようにする車両安定性制御システム（Ｖ
ＳＣ）等を備える車両や、車軸の回転速度により車速を
演算する車両等が挙げられる。

【００１１】この第２の車軸力検出装置によれば、ホイ
ールのディスク部の歪みを検出することにより車軸に作
用する力を検出することができる。しかも、車両が備え
る回転速度検出手段により検出された車軸の回転速度に
基づいて車軸の回転角度を演算するから、車軸の回転角
度を検出するための別個のハード構成を必要としない。
この結果、装置の取り付けによる車両のバネ下質量の変
化を小さくすることができ、より高い精度で車軸に作用
する力を検出することができる。

【００１２】こうした本発明の第１または第２の車軸力
検出装置において、前記ホイールは、前記ディスク部
に、所定方向の応力が拡大して現われる応力拡大部が形
成されてなり、前記歪検出手段は、前記ディスク部の前
記応力拡大部における前記所定方向の応力により生じる
歪みを検出する手段であるものとすることもできる。

【００１３】こうすれば、応力拡大部における所定方向
の歪みが大きく検出されるから、車軸に作用する力を、
より感度よく検出することができる。

【００１４】また、これら本発明の第１または第２の車
軸力検出装置において、前記ホイールに取り付けられ、
前記歪検出手段により検出された前記ディスク部の歪み
を無線信号として送信する送信手段と、該送信された無
線信号を受信すると共に、該受信した信号を前記ディス
ク部の歪みとして前記車軸力演算手段に出力する受信手
段とを備えるものとすることもできる。

【００１５】こうすれば、装置のうちの回転系（ホイー
ルと共に回転するもの）と固定系とを非接触で接続する
ことができる。特に、送信手段として小型で軽量のテレ
メータ等を用いれば、装置の取り付けによる車両のバネ
下質量の変化を小さくすることができ、より高い精度で
車軸に作用する力を検出することができる。

【００１６】第１または第２の車軸力検出装置におい
て、前記歪検出手段は、前記ディスク部の半径方向の歪
みと、該ディスク部の半径方向に対して所定の角度の方
向の歪みとを検出する手段であるものとすることもでき
る。

【００１７】また、第１または第２の車軸力検出装置に
おいて、前記ホイールは、前記ディスク部に複数のスポ
ークを有し、前記歪検出手段は、前記複数のスポークの
軸方向の歪みと、該スポークの軸方向に対して所定の角
度の方向の歪みとを検出する手段であるものとすること
もできる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づき説明する。図１は、本発明の一実施例である
車軸力検出装置１０の構成の概略を示す構成図である。
車軸力検出装置１０は、車両が種々の走行状態（停止状
態も含む）にあるときの車両の駆動輪または遊動輪の車
軸に作用する力を検出するものであり、図１に示すよう
に、車軸１２に取り付けられたホイール２０のディスク
部２１の歪みを検出する歪センサ３２〜３８と、歪セン
サ３２〜３８により検出された歪みを無線信号として送
信するテレメータ送信機４２〜４８と、テレメータ送信
機４２〜４８により送信された無線信号を受信すると共
に受信した信号を増幅して出力するテレメータアンプ４
９と、車軸１２の回転速Ｖを検出する回転速センサ５０
と、回転速センサ５０により検出された信号をデジタル
処理して出力する演算処理装置（ＥＣＵ）５６と、車軸
１２に作用する力Ｆの演算を行なう車軸力演算装置６０
とを備える。

【００１９】図２はホイール２０の外観を例示する斜視
図、図３はスポーク２２に歪センサ３２およびテレメー
タ送信機４２が貼付される様子を例示する説明図であ
る。図２に示すように、ホイール２０のディスク部２１
は、断面が略矩形の直交する４本のスポーク２２〜２８
により形成されており、図２および図３に示すように、
各スポーク２２〜２８には複数の歪ゲージからなる歪セ
ンサ３２〜３８とテレメータ送信機４２〜４８とが貼付
されている。歪センサ３２は、スポーク２２の正面，裏
面および各側面の長手方向（スポークの軸と平行な方
向）の歪みを検出するよう各面に貼付された歪ゲージ３
２ａ，３２ｂ，３２ｇ，３２ｈと、スポーク２２の各側
面の長手方向に対して４５度の方向の歪みを検出するよ
う各側面に貼付された３２ｃ，３２ｄ，３２ｅ，３２ｆ
と、スポーク２２のホイール２０の中心側の付け根の正
面と直交する方向の歪みを検出するようスポーク２２の
付け根に貼付された歪ゲージ３２ｋとから構成されてお
り、各歪ゲージ３２ａ〜３２ｋは、導電ラインによりテ
レメータ送信機４２に接続されている。各歪ゲージ３２
ａ〜３２ｋは、圧電素子により偏平な直方体として形成
されており、長手方向に作用する押圧力に応じた電圧を
出力する。なお、図示しないが、スポーク２４〜２８に
ついてもスポーク２２と同様に歪センサ３４〜３８およ
びテレメータ送信機４４〜４８が取り付けられている。

【００２０】テレメータ送信機４２〜４８は、数ｇ程度
の軽量で小型のものが用いられており、各歪ゲージから
の電気信号を無線信号として送信する。テレメータアン
プ４９は、テレメータ送信機４２〜４８から送信された
無線信号を受信し、受信した信号を増幅して出力するも
のであり、その出力端子は、車軸力演算装置６０に導電
ラインにより接続されている。

【００２１】回転速センサ５０は、車両の運転制御、例
えば、急ブレーキをかけても車輪がロックしないように
するアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）や発進加
速時等に車輪が空転しないようするトラクションコント
ロールシステム（ＴＲＣ）、旋回時に車輪が横滑りしな
いようにする車両安定性制御システム（ＶＳＣ）等の制
御に用いるために車両の各車輪に取り付けられている、
いわゆる車輪速センサである。実施例では、回転速セン
サ５０は、周縁に複数の歯を有し車軸１２と共に回転す
るロータ５２と、マグネットとコイルとからなりロータ
５２の回転に伴ってコイルを突き抜ける磁束の変化によ
り生じる交流電圧を出力するセンサ部５４とからなるも
のを示した。

【００２２】ＥＣＵ５６は、車両の運転制御（ＡＢＳや
ＴＲＣ，ＶＳＣ等）を行なうものとして車両に搭載され
ているＣＰＵを中心とした論理演算回路であり、その詳
細は図示しないが、制御プログラムを記憶するＲＯＭ、
入出力データ等を一時的に記憶するＲＡＭ、車両の運転
制御に必要な図示しない各種センサからの検出信号など
を入力する入力インタフェース、運転制御に必要な各種
駆動機器や車両の他の制御系の制御装置に演算結果や検
出信号を出力する出力インタフェース等を備える。な
お、入力インタフェースは、Ａ／Ｄコンバータを備えて
おり、各種センサからの検出信号のうちアナログ信号
は、このＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換さ
れて入力される。実施例では、図１に示すように、ＥＣ
Ｕ５６の出力インタフェースと車軸力演算装置６０の後
述する入力インタフェース６８とが接続されており、回
転速センサ５０により検出された信号がデジタル信号と
して車軸力演算装置６０に入力されるようになってい
る。

【００２３】車軸力演算装置６０は、ＣＰＵ６２を中心
とした論理演算回路であり、詳しくは、制御プログラム
を記憶するＲＯＭ６４、入出力データ等を一時的に記憶
するＲＡＭ６６、テレメータアンプ４９により出力され
る歪センサ３２〜３８により検出された信号を入力する
と共にＥＣＵ５６を介して回転速センサ５０により検出
された信号を入力する入力インタフェース６８、演算結
果を出力する出力インタフェース６９等を備える。

【００２４】次に、こうして構成された車軸力検出装置
１０の動作について説明する。車軸力検出装置１０によ
る車軸１２に作用する力（６分力）の検出は、車軸１２
の回転角度θのゼロ点を設定した後に行なわれる。そこ
で、まず、ゼロ点の設定処理について図４に例示するゼ
ロ点設定処理ルーチンに基づき説明し、その後、車軸１
２に作用する６分力を演算する処理について図５に例示
する６分力演算処理ルーチンに基づき説明する。

【００２５】図４のゼロ点設定処理ルーチンは、車軸力
検出装置１０が車両に取り付けられ、車軸１２に作用す
る力を検出しようとする前に、車両が平坦で滑らかな路
上を比較的低速で安定して走行している状態のときに実
行される。本ルーチンが実行されると、車軸力演算装置
６０のＣＰＵ６２は、まず、ＥＣＵ５６を介して回転速
センサ５０により検出される車軸１２の回転速Ｖの入力
を開始する処理を行なう（ステップＳ１００）。この処
理が実行されると、回転速Ｖの入力処理は、回転速Ｖの
入力の停止処理が実行されるか車軸力演算装置６０への
電源の供給が停止されるまで繰り返し実行される。続い
て、歪センサ３２〜３８により検出される歪みεをテレ
メータ送信機４２〜４８およびテレメータアンプ４９を
介して読み込む処理を行ない（ステップＳ１１０）、読
み込んだ歪みεのうちホイール２０のスポーク２４に貼
付された歪ゲージ３４ａと３４ｂとから、その平均値で
ある歪みεxz34を算出する（ステップＳ１２０）。

【００２６】次に、算出した歪みεxz34が値０で歪みε
xz34の時間ｔに対する微分値が負の値であるかを判定す
る（ステップＳ１３０）。歪みεxz34が値０でないとき
又は歪みεxz34の微分値が正のときには、ゼロ点にない
と判断し、歪みεを読み込む処理であるステップＳ１１
０に戻ってステップＳ１１０ないしＳ１３０を繰り返し
実行する。歪みεxz34が値０で歪みεxz34の微分値が負
のときには、車輪の状態が、ホイール２０のスポーク２
２が垂直方向の上方に、スポーク２４が水平方向の前方
に位置する状態にあると判断して、この状態を車軸１２
の回転角度θのゼロ点として設定する（ステップＳ１４
０）。このように判断できるのは、車両が平坦で滑らか
な路上を比較的低速で安定して走行しているから、ホイ
ール２０に作用する力は、車両の重量によるものだけだ
からである。

【００２７】このように、車軸１２の回転角度θのゼロ
点を設定したあとは、車軸１２の回転角度θの計算処理
を開始して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了す
る。車軸１２の回転角度θの計算処理は、ＥＣＵ５６を
介して回転速Ｖの信号（デジタル信号）としてのパルス
が車軸力演算装置６０に入力される毎に回転角度θを所
定角度△θだけインクリメントする処理である。ここ
で、所定角度△θは、ロータ５２の周縁に形成された複
数の歯の１つ当たりの中心角である。このように回転速
Ｖの信号としてのパルスを入力する毎に所定角度△θを
インクリメントして車軸１２の回転角度θを計算できる
のは、回転速センサ５０が車軸１２の１回転（３６０
゜）でロータ５２の歯の数分の正弦波を含む交流電圧を
出力し、ＥＣＵ５６がこの交流電圧をデジタル信号とし
て出力することに基づく。実施例では、車軸１２の回転
角度θをロータ５２の歯数の間隔で計算するものとした
が、車軸力演算装置６０によりパルスの入力により計算
される回転角度θの他に、この計算される回転角度θ間
を補間してその中間の回転角度θを計算するものとして
もよい。なお、この車軸１２の回転角度θの計算処理
は、その後、計算の停止処理が実行されるか車軸力演算
装置６０への電源の供給が停止されるまで動作し続け
る。

【００２８】次に車軸１２に作用する力を演算する処理
について図５に例示する６分力演算処理ルーチンに基づ
き説明する。本ルーチンは、所定時間毎（例えば１０ｍ
ｓｅｃ毎）に実行される。本ルーチンが実行されると、
車軸力演算装置６０のＣＰＵ６２は、まず車軸１２の回
転角度θを入力する処理を実行する（ステップＳ２０
０）。車軸１２の回転角度θは、図４のゼロ点設定処理
ルーチンのステップＳ１５０の回転角度θの計算処理に
よって行なわれるから、ここでは、この計算された回転
角度θを読み込む処理を行なえばよい。続いて、歪セン
サ３２〜３８により検出される歪みεを読み込む処理を
実行する（ステップＳ２１０）、そして、読み込んだ車
軸１２の回転角度θと歪みεとに基づいて次式（１）な
いし式（６）により車軸１２に作用する６分力を算出し
（ステップＳ２２０）、算出した６分力を出力インタフ
ェース６９を介して出力して（ステップＳ２３０）、本
ルーチンを終了する。

【００２９】

【数１】

【００３０】ここで、６分力とは、直交空間座標の３軸
（ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸）に平行な方向に作用する力Ｆと、
各軸の回りのモーメント（偶力）Ｍをいう。実施例で
は、車両の前後方向をｘ軸、左右方向をｙ軸、鉛直方向
をｚ軸とし、各軸に平行な方向に作用する力Ｆおよび各
軸の回りのモーメントＭに添字をつけて表わした。式
（１）ないし（６）中、εXZ32，εXZ36およびεXZ38は
εXZ34と同様に各スポーク２２，２６，２８の正面に貼
付された歪ゲージ３２ａ，３６ａ，３８ａと裏面に貼付
された歪ゲージ３２ｂ，３６ｂ，３８ｂとにより検出さ
れる歪みの平均値であり、εY32，εY34，εY36および
εY38は各スポーク２２〜２８の付け根に貼付された歪
ゲージ３２ｋ〜３８ｋにより検出される歪みである。ま
た、εMXMZ32，εMXMZ34，εMXMZ36およびεMXMZ38は各
スポーク２２〜２８の側面にスポークの軸と４５゜の角
度をもって貼付された歪ゲージ３２ｃ〜３８ｃ，３２ｄ
〜３８ｄ，３２ｅ〜３８ｅおよび３２ｆ〜３８ｆにより
検出される歪みの絶対値の各スポーク毎の和であり、ε
MY32，εMY34，εMY36およびεMY38は各スポーク２２〜
２８の側面に貼付された歪ゲージ３２ｇ〜３８ｇ，３２
ｈ〜３８ｈの絶対値の各スポーク毎の和である。Ｋ１〜
Ｋ６は、各スポーク２２〜２８の断面積や材質等により
定まる定数である。したがって、予め種々の材質により
種々の形状に形成されたホイールについて実験などによ
りＫ１ないしＫ６を求め、マップとして選択可能なもの
とすれば、任意の形状のホイールを用いることができ
る。

【００３１】このように上式（１）ないし式（６）によ
り軸方向の力Ｆと軸の回りのモーメントＭを計算できる
のは、次の理由による。いま、ｘ軸方向に力Ｆｘが作用
し、ｚ軸方向に力Ｆｚが作用している状態で、車輪が、
図６のホイール２０の模式図に示すように、ゼロ点から
角度θだけ回転した状態を考える。この状態では、スポ
ーク２２には、図７（ａ）に示すように、その軸方向に
力Ｆｘおよび力Ｆｚによる力Ｆｚｃｏｓθおよび力Ｆｘ
ｓｉｎθが作用する。したがって、スポーク２２の正面
および裏面に貼付された歪ゲージ３２ａ，３２ｂはこの
力によって生じる歪みを検出する。また、スポーク２２
と対峙するスポーク２６には、スポーク２２と符号が反
転する力が作用するから、スポーク２６の正面および裏
面に貼付された歪ゲージ３６ａ，３６ｂもこの力によっ
て生じる歪みを検出する。したがって、スポーク２２の
歪ゲージ３２ａ，３２ｂおよびスポーク２６の歪ゲージ
３６ａ，３６ｂにより検出された歪みの各平均値である
εXZ32およびεXZ36と、力Ｆｚｃｏｓθおよび力Ｆｘｓ
ｉｎθとの関係は、次式（７）のように表わされる。ま
た、スポーク２８には、図７（ｂ）に示すように、その
軸方向に力Ｆｘおよび力Ｆｚによる力Ｆｚｓｉｎθおよ
び力Ｆｘｃｏｓθが作用し、スポーク２８と対峙するス
ポーク２４にはスポーク２８と符号が反転する力が作用
するから、スポーク２８の歪ゲージ３８ａ，３８ｂおよ
びスポーク２４の歪ゲージ３４ａ，３４ｂにより検出さ
れた歪みの各平均値であるεXZ38およびεXZ34と、力Ｆ
ｚｓｉｎθおよび力Ｆｘｃｏｓθとの関係は、次式
（８）のように表わされる。したがって、式（７）およ
び式（８）を連立させて力Ｆｘおよび力Ｆｚを求めれ
ば、上述した式（１）および式（３）を得る。

【００３２】

【数２】

【００３３】車両の左右方向の力Ｆｙは、車輪の回転に
よっては変化しないから、各スポーク２２〜２８の付け
根に貼付された歪ゲージ３２ｋ〜３８ｋにより検出され
る歪みεY32，εY34，εY36およびεY38の和をとって比
例係数を乗じれば求めることができるから、上述の式
（２）となる。ｘ軸回りのモーメントＭｘとｚ軸回りの
モーメントＭｚは、軸方向の力Ｆｘと力Ｆｚとを求めた
際の手法が適用できるから、εMXMZ32，εMXMZ34，εMX
MZ36およびεMXMZ38と、モーメントＭｘおよびモーメン
トＭｚとの関係は、次式（９）および式（１０）として
表わされる。したがって、この２式を連立させてモーメ
ントＭｘおよびモーメントＭｚを求めれば、上述した式
（４）および式（６）を得る。

【００３４】

【数３】

【００３５】車両の左右方向のｙ軸回りのモーメントＭ
ｙは、ｙ軸方向の力Ｆｙと同様に、車輪の回転によって
は変化しない。したがって、モーメントＭｙは、各スポ
ーク２２〜２８により検出されるεY32，εY34，εY36
およびεY38の和をとって比例係数を乗じれば求めるこ
とができるから、上述の式（５）となる。

【００３６】図８に車軸力検出装置１０により車軸１２
に作用する力が検出される様子を示す。図示するよう
に、回転速センサ５０から出力される信号は、正弦波で
あるが、ＥＣＵ５６によりＡ／Ｄ変換されて、デジタル
信号とされる。車輪の回転速度が一定で、路面からの入
力がなければ、歪ゲージ３２ａや歪ゲージ３４ａ等から
は車輪の１回転を周期とする信号が出力される。この信
号を上式（１）ないし式（６）により計算することによ
り、車軸力演算装置６０からは６分力が出力される。な
お、図８には、一例として歪ゲージ３２ａおよび歪ゲー
ジ３４ａからの出力と、車両の前後方向に作用する力Ｆ
ｘおよび鉛直方向に作用する力Ｆｚを示した。

【００３７】以上説明した実施例の車軸力検出装置１０
によれば、ホイール２０のディスク部２１を構成するス
ポーク２２〜２８の歪みεと車軸１２の回転角度θとに
基づいて車軸１２に作用する力を検出することができ
る。したがって、市販の任意のホイールに取り付けて車
軸１２に作用する力を検出することができる。しかも、
車軸１２の回転角度θを検出するのに、車両の運転制御
に必要なセンサとして搭載されている回転速センサ５０
を用いたので、車軸１２の回転角度θを検出するための
センサを車両のバネ下に取り付ける必要がない。この結
果、車両のバネ下質量の変化を小さくすることができ、
車軸力検出装置１０を取り付けていない車両の車軸１２
に作用する力を精度よく検出することができる。

【００３８】また、歪センサ３２〜３８により検出され
た歪みεを軽量で小型のテレメータ送信機４２〜４８を
用いて送信するから、回転系と固定系との電気的な信号
のやり取りを行なうスリップリング等を備える装置に比
して、車両のバネ下質量の変化を小さくすることができ
る。

【００３９】なお、実施例の車軸力検出装置１０では、
回転速センサ５０からの回転速ＶをＥＣＵ５６を介して
車軸力演算装置６０に入力したが、回転速センサ５０と
車軸力演算装置６０とを導電ラインにより接続し、回転
速センサ５０からの検出信号をダイレクトに車軸力演算
装置６０に入力するものとしてもよい。この場合、車軸
力演算装置６０の入力インタフェース６８にＡ／Ｄコン
バータを備えるものとすればよい。また、実施例の車軸
力検出装置１０では、ロータ５２とセンサ部５４とから
なる回転速センサ５０を用いたが、他の手法により回転
速Ｖを検出するものとしても差し支えないし、回転速Ｖ
ではなく直接車軸１２の回転角度θを検出するものを備
えるものとしてもよいのは勿論である。さらに、実施例
の車軸力検出装置１０では、車両の運転制御に用いられ
る回転速センサ５０を用いたが、こうした車軸１２の回
転速Ｖを検出するセンサを備えない車両では、回転速セ
ンサ５０や車軸１２の回転角度θを検出する回転角度セ
ンサを取り付けるものとしてもよい。この場合、車両が
回転速センサ５０を備える場合に比して車両のバネ下質
量の変化が大きくなる。

【００４０】実施例の車軸力検出装置１０では、車軸１
２に作用する６分力を検出するものとしたが、６分力の
すべてを検出するものに限られるものではなく、その一
部の力を検出するものとしてもよい。また、実施例の車
軸力検出装置１０では、ディスク部２１が直交する４本
のスポーク２２〜２８により構成されたが、スポークの
数はいくらでもよく、ディスク部２１をスポークがない
ものとしてもかまわない。この場合、車軸１２に作用す
る６分力のうち一部しか検出できないときもある。

【００４１】実施例の車軸力検出装置１０では、スポー
ク２２〜２８における応力が滑らかに変化するよう断面
形状の変化が滑らかなスポーク２２〜２８のホイール２
０を用いたが、歪ゲージが貼付される部位の応力が拡大
して現われるようスポークに応力拡大部を形成したホイ
ールを用いるものとしてもよい。こうした応力拡大部が
形成されたホイールを用い、応力拡大部での歪みを検出
するものとすれば、応力拡大部での歪みは拡大して現わ
れるから、車軸１２に作用する力をより精度よく検出す
ることができる。なお、この場合、応力拡大部は、検出
しようとする歪みεの方向の応力が拡大するようするの
が好ましい。こうした応力拡大部を備える一例を図９に
示す。図示するように、スポーク２２Ａの歪ゲージ３２
ａ等が貼付される部位２２Ａａ，２２Ａｂは、この付近
で応力が拡大するようスポーク２２Ａの断面形状を急変
させてある。

【００４２】実施例の車軸力検出装置１０では、車両の
車軸１２に取り付けられたホイール２０のディスク部２
１に歪センサ３２〜３８およびテレメータ送信機４２〜
４８を取り付けるものとしたが、予め歪センサ３２〜３
８およびテレメータ送信機４２〜４８が組み込まれたホ
イールを車軸１２に取り付けるものとしてもよい。その
一例を図１０および図１１に示す。図１０は歪センサ３
２〜３８およびテレメータ送信機４２〜４８が組み込ま
れたディスクホイールセンサ１４０を備えるホイール１
００の平面図、図１１はホイール１００の組み付けの様
子を説明する説明図である。以下、この予め歪センサ３
２〜３８およびテレメータ送信機４２〜４８が組み込ま
れたホイール１００について説明する。

【００４３】図１０および図１１に示すように、ホイー
ル１００は、ホイールリム１１０と、ホイールリム１１
０の内周面に取り付けられるアタッチメント１２０と、
このアタッチメント１２０に取り付けられるディスクホ
イールセンサ１４０とから構成される。ホイールリム１
１０は、図１１に示すように、内周面にアタッチメント
１２０を取り付けるための取付部１１２が形成されてお
り、この取付部１１２のアタッチメント１２０の取付側
には、ボルト孔１１４が形成されている。

【００４４】アタッチメント１２０は、リング状に形成
されており、その外縁部には等間隔に１６個のボルト孔
１２２が形成されている。アタッチメント１２０の内周
面側には段差部１２４が形成され、この段差部１２４の
内側にはテーパ部１２８が形成されている。そして、テ
ーパ部１２８の段差部１２４の端部には、後述するディ
スクホイールセンサ１４０の螺刻部１５０と螺合する螺
刻部１３０が形成されている。なお、段差部１２４には
ディスクホイールセンサ１４０をボルトＢＴにより取付
固定するためのボルト孔１２６が形成されている。アタ
ッチメント１２０の外周の直径は、ホイールリム１１０
の内周面の直径より僅かに大きく形成されており、アタ
ッチメント１２０は、外縁部のボルト孔１２２がホイー
ルリム１１０の取付部１１２のボルト孔１１４に整合す
るようホイールリム１１０に圧入することにより、ホイ
ールリム１１０内周面に嵌挿され、ボルトＢＴにより締
結されている。

【００４５】ディスクホイールセンサ１４０は、円盤状
に形成されており、その中央には車軸１２の端部を嵌挿
するためのセンタホール１４１が形成されている。ま
た、このセンターホール１４１の周囲には、車軸１２に
取り付けるためのボルト孔１４２が形成されており、さ
らにその外周側には、軽量化の目的と上述の歪センサ３
２〜３８およびテレメータ送信機４２〜４８の取り付け
のための孔１４３が形成されている。また、ディスクホ
イールセンサ１４０の外縁部１４４には、ディスクホイ
ールセンサ１４０をアタッチメント１２０にボルトＢＴ
により締結するためのボルト孔１４６が形成されてい
る。ディスクホイールセンサ１４０のアタッチメント１
２０への取付側には、アタッチメント１２０のテーパ部
１２８と同じ傾斜のテーパ部１４８と、アタッチメント
１２０の螺刻部１３０に螺合する螺刻部１５０とが形成
されている。したがって、ディスクホイールセンサ１４
０のアタッチメント１２０への取付は、その螺刻部１５
０をアタッチメント１２０の螺刻部１３０に螺合させな
がら、テーパ部１４８をアタッチメント１２０のテーパ
部１２８に整合させ、双方のテーパ部１２８，１４８に
若干の押圧力が発生する状態となったときに整合するよ
う形成された外縁部１４４のボルト孔１４６とアタッチ
メント１２０の段差部１２４のボルト孔１２６とをボル
トＢＴにより締結して行なう。このようにアタッチメン
ト１２０とディスクホイールセンサ１４０との接合部に
テーパ部１２８，１４８を設けたのは、テーパ部１２
８，１４８がないものに比して応力の伝達を向上させる
ためであり、強度および剛性を高めるためである。

【００４６】なお、ディスクホイールセンサ１４０の外
縁部１４４に設けられたボルト孔１４６近傍の２つの孔
１４３により形成されるスポーク１５２〜１５８の表
面，裏面，側面およびその付け根には、図示しないが、
予め歪センサ３２〜３８とテレメータ送信機４２〜４８
とが組み込まれている。

【００４７】こうしたホイール１００をホイール２０に
代えて用いるものとすれば、ディスクホイールセンサ１
４０には予め歪センサ３２〜３８およびテレメータ送信
機４２〜４８が組み込まれているから、ホイール２０の
ディスク部２１に歪センサ３２〜３８およびテレメータ
送信機４２〜４８を個々に取り付ける場合に比して、車
軸力検出装置１０の装着を極めて容易に行なうことがで
きる。また、ディスクホイールセンサ１４０の歪センサ
３２〜３８の取り付け部位の形状は、測定しようとする
方向の応力が拡大して現われるようにその形状を調整し
ておくことができると共に、取り付け部位も固定してい
るから、６分力をより高い精度で検出することができ
る。さらに、外周の径が異なるアタッチメント１２０を
複数種用いることによりホイール径の異なる車両にも容
易に取り付けることができる。しかも、アタッチメント
１２０の内周の径を一定とすれば、アタッチメント１２
０の外周の径によらずディスクホイールセンサ１４０を
取り付けることができる。この結果、ディスクホイール
センサ１４０はホイール径によらず用いることができ
る。

【００４８】なお、図１２の変形例のホイール２００に
示すように、ディスクホイールセンサ１４０に相当する
ディスクホイールセンサ２４０を、アタッチメント１２
０を用いずに直接ホイールリム１１０にボルトＢＴによ
り締結するものとしてもよい。

【００４９】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である車軸力検出装置１０の
構成の概略を示す構成図である。

【図２】ホイール２０の外観を例示する斜視図である。

【図３】スポーク２２に歪センサ３２およびテレメータ
送信機４２が貼付される様子を例示する説明図である。

【図４】車軸力演算装置６０で実行されるゼロ点設定処
理ルーチンを例示するフローチャートである。

【図５】車軸力演算装置６０で実行される６分力演算処
理ルーチンを例示するフローチャートである。

【図６】ゼロ点から角度θだけ回転した状態のホイール
２０の模式図である。

【図７】ゼロ点から角度θだけ回転した状態のスポーク
２２およびスポーク２８の軸方向に作用する力を説明す
る説明図である。

【図８】車軸１２に作用する力が検出される様子を示す
説明図である。

【図９】ホイール２０の変形例を示す説明図である。

【図１０】変形例のホイール１００の平面図である。

【図１１】ホイール１００を組み付けの様子を説明する
説明図である。

【図１２】変形例のホイール２００の構成を示す構成図
である。

【符号の説明】

１０…車軸力検出装置 １２…車軸 １２…直接車軸 ２０…ホイール ２１…ディスク部 ２２〜２８…スポーク ２２Ａ…スポーク ２２Ａａ，２２Ａｂ…部位 ２４〜２８…スポーク ３２〜３８…歪センサ ３２ａ〜３２ｋ…歪ゲージ ４２〜４８…テレメータ送信機 ４９…テレメータアンプ ５０…回転速センサ ５２…ロータ ５４…センサ部 ５６…ＥＣＵ ６０…車軸力演算装置 ６２…ＣＰＵ ６４…ＲＯＭ ６６…ＲＡＭ ６８…入力インタフェース ６９…出力インタフェース １００…ホイール １１０…ホイールリム １１２…取付部 １１４…ボルト孔 １２０…アタッチメント １２２…ボルト孔 １２４…段差部 １２６…ボルト孔 １２８…テーパ部 １３０…螺刻部 １４０…ディスクホイールセンサ １４１…センターホール １４１…センタホール １４２…ボルト孔 １４３…孔 １４４…外縁部 １４６…ボルト孔 １４８…テーパ部 １５０…螺刻部 １５２〜１５８…スポーク ２００…ホイール ２４０…ディスクホイールセンサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の車軸に作用する力を検出する車軸
   力検出装置であって、 前記車軸に連結されたホイールのディスク部に取り付け
   られ、該ディスク部に作用する力によって生じる該ディ
   スク部の歪みを検出する歪検出手段と、 前記車軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、 前記歪検出手段により検出された前記ディスク部の歪み
   と、前記回転角度検出手段により検出された前記車軸の
   回転角度とに基づいて、前記車軸に作用する力を演算す
   る車軸力演算手段とを備える車軸力検出装置。
2. 【請求項２】 車軸の回転速度を検出する回転速度検出
   手段を備える車両の該車軸に作用する力を検出する車軸
   力検出装置であって、 前記車軸に連結されたホイールのディスク部に取り付け
   られ、該ディスク部に作用する力によって生じる該ディ
   スク部の歪みを検出する歪検出手段と、 前記回転速度検出手段により検出された前記車軸の回転
   速度に基づいて該車軸の回転角度を演算する回転角度演
   算手段と、 該演算された回転角度と、前記歪検出手段により検出さ
   れた前記ディスク部の歪みとに基づいて、前記車軸に作
   用する力を演算する車軸力演算手段とを備える車軸力検
   出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の車軸力検出装置
   であって、 前記ホイールは、前記ディスク部に、所定方向の応力が
   拡大して現われる応力拡大部が形成されてなり、 前記歪検出手段は、前記ディスク部の前記応力拡大部に
   おける前記所定方向の応力により生じる歪みを検出する
   手段である車軸力検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３いずれか記載の車軸力
   検出装置であって、 前記ホイールに取り付けられ、前記歪検出手段により検
   出された前記ディスク部の歪みを無線信号として送信す
   る送信手段と、 該送信された無線信号を受信すると共に、該受信した信
   号を前記ディスク部の歪みとして前記車軸力演算手段に
   出力する受信手段とを備える車軸力検出装置。
5. 【請求項５】 前記歪検出手段は、前記ディスク部の半
   径方向の歪みと、該ディスク部の半径方向に対して所定
   の角度の方向の歪みとを検出する手段である請求項１な
   いし４いずれか記載の車軸力検出装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４いずれか記載の車軸力
   検出装置であって、 前記ホイールは、前記ディスク部に複数のスポークを有
   し、 前記歪検出手段は、前記複数のスポークの軸方向の歪み
   と、該スポークの軸方向に対して所定の角度の方向の歪
   みとを検出する手段である車軸力検出装置。