CN104139698B - 车轮分力检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车轮分力检测装置，其实现车辆的小型化，并且能够准确地检测对车轮施加的负载。车轮分力检测装置检测对车轮作用的分力，车轮具有：圆筒状的车轴凸缘，其与车轴连接；电动机，其构成为具有定子及电枢，定子固定于车轴凸缘上，配置在车轴凸缘的径向外侧的周围，电枢可自由旋转地被车轴凸缘支撑，在定子的外侧旋转；以及轮毂，其保持电枢，可自由旋转地车轴凸缘支撑，利用电动机的动力旋转。车轮分力检测装置具有感受体，感受体具有：圆筒部，其安装在车轴凸缘的周面外侧，一端部固定于该车轴凸缘上，另一端部固定于定子上；以及电桥电路，其具有设置在圆筒部上的多个应变计。相对于定子，在车轴凸缘的轴向上对称地配置一对感受体。

Description

车轮分力检测装置
技术领域
本发明涉及一种车轮分力检测装置，其检测对通过电动机旋转的车轮作用的载荷的分力，特别地，涉及电动机内置在轮毂内的车轮分力检测装置。
背景技术
作为电动汽车等车辆的驱动源，在车轮的壳体内安装有电动机的内置轮毂电动机(wheel motor)受到关注。如果将该内置轮毂电动机用于电动汽车的驱动轮，则能够独立地对各驱动轮进行旋转驱动，因此，不需要传动轴或差动器等大型的动力传递机构，实现车辆的轻量化和小型化。
在将该内置轮毂电动机实用化的情况下，为了进行行驶速度控制等，当然需要对各车轮的旋转速度进行测量，而为了确保车辆的行驶安全性，还考虑对在车辆行驶时向各车轮作用的载荷进行测定，根据该测定结果，进行车辆的姿势控制。例如，在转弯时对外侧车轮施加较大的负载，另外在左右倾斜面行驶时载荷偏向单侧车轮，在进行制动时载荷偏向前轮等，对各车轮施加的载荷不均等。另外，在承载载荷不均等的情况下，对各车轮施加的载荷也变得不均等。因此，如果能够随时监测对车轮施加的载荷，则基于该检测结果，对悬架等进行控制，由此能够进行车辆行驶时的姿势控制(转弯时防止滚动、制动时防止前轮前倾、防止由于承载载荷不均等导致的前倾等)。同样地，通过高精度地测量轮毂传感器周围的分力，能够计算轮胎的接地力，从而进行适当的驱动扭矩分配或制动扭矩分配。
因此，如专利文献1的记载所示，提出有下述车轮分力检测装置，其将内置轮毂电动机(在文献中是电动机)的输出轴和车辆的车轮的轮毂旋转体经由减速器进行连结，在对轮毂旋转体进行支撑的轴承的静止侧的外圈(在文献中是轨道圈)上设置应变传感器。
专利文献1：日本特开2008-74136号公报
该现有的车轮分力检测装置配置在轮毂旋转体内，内置轮毂电动机配置在轮毂旋转体的外侧。因此，内置轮毂电动机设置为从车轮突出，因此，难以实现车辆的小型化。
因此，如果在车辆的内侧配置内置轮毂电动机，则能够实现车辆的小型化。然而，在车辆的内侧配置内置轮毂电动机的情况下，轮毂旋转体也配置在车轮的内侧，设置在轮毂旋转体上的应变传感器受到内置轮毂电动机的磁场的影响，有可能导致不能正确地检测对车轮施加的载荷。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供一种车轮分力检测装置，该车轮分力检测装置能够实现车辆的小型化，能够准确地检测对车轮施加的载荷。
为了实现上述目的，本发明的车轮分力检测装置检测对车轮作用的分力，该车轮具有：圆柱状的车轴连接部，其与车轴连接；电动机，其具有定子及电枢而构成，该定子固定于该车轴连接部上，并配置在车轴连接部的径向外侧的周围，该电枢可自由旋转地被车轴连接部支撑，在定子的外侧进行旋转；以及轮毂，其保持电枢，可自由旋转地被车轴连接部支撑，利用电动机的动力进行旋转，该车轮分力检测装置的特征在于，具有感受体，该感受体具有：圆筒部，其安装在车轴连接部的周面外侧，一端部固定于该车轴连接部处，另一端部固定于定子上；以及分力检测单元，其具有设置在该圆筒部上的多个应变计，感受体相对于定子，在车轴连接部的轴向上对称地配置一对。
另外，本发明的特征在于，分力检测单元构成电桥电路，其针对向车轮作用的每1个分力，至少包含4个应变计。
发明的效果
如上述说明，根据本发明涉及的车轮分力检测装置，由于具有
上述特征，因此，能够提供一种实现车辆的小型化，另外，能够准确地检测对车轮作用的载荷的车轮分力检测装置。
附图说明
图1示出设置有本发明的一个实施方式涉及的车轮分力检测装置的车轮的剖视图。
图2示出车轮分力检测装置的圆筒部的剖视图。
图3是用于说明相对于圆筒部的多个应变计的配置的示意图。
图4是用于说明设置在定子线圈上的多个应变计的配置的说明图。
图5示出由包含4个应变计在内的电桥电路构成的车轮分力检测装置的电路图。
图6是表示在改变感受体的数量的情况下相对于输入的输出电压的比的图。
标号的说明
1 车轮
3 车轴
10 车轴凸缘
30 电动机
31 定子
40 电枢
50 轮毂
70 车轮分力检测装置
70 圆筒部
75 感受体
76～99 应变计(分力检测单元)
110～112 电桥电路
具体实施方式
以下，基于图1～图6，说明本发明的车轮分力检测装置的优选实施方式。首先，在说明车轮分力检测装置之前，针对安装车轮分力检测装置的车轮进行说明。在本实施例中，将汽车等车辆的车轮作为例子进行说明。此外，车轮并不限于在汽车中使用，也可以在双轮车中使用。
如图1(剖视图)所示，车轮1构成为，具有：圆筒状的车轴凸缘10，其与汽车的车轴3连接；电动机30，其安装于车轴凸缘10上；轮毂50，其可自由旋转地支撑在车轴凸缘10上，通过电动机30的动力进行旋转；以及轮胎60，其安装在轮毂50上。此外，车轴凸缘10也可以是圆柱状。
车轴凸缘10构成为，具有：车轴凸缘外部11，其配置在车轮1的轴向外侧；车轴凸缘内部21，其配置在车轮1的轴向内侧。车轴凸缘外部11及车轴凸缘内部21形成为相对于车轮轴向左右对称，因此，对车轴凸缘外部11进行说明，对车轴凸缘内部21标注与车轴凸缘外部11对应的标号而省略说明。
车轴凸缘外部11构成为，具有：凸缘主体部12，其形成为内部中空的圆筒状；外侧凸缘部13，其形成在凸缘主体部12的轴向外侧端部，向径向外侧延伸而形成为环状；内侧凸缘部14，其形成在凸缘主体部12的轴向内侧端部，且向径向内侧延伸而形成为环状。在内侧凸缘部14上形成有多个可使螺栓的轴部***的孔部15。车轴凸缘外部11及车轴凸缘内部21配置为，它们的内侧凸缘部14、24彼此相对，并经由电动机30的定子31连结。在车轴凸缘内部21的外侧凸缘部23上安装悬架装置5。
电动机30构成为，具有：定子31，其固定在车轴凸缘外部11及车轴凸缘内部21上，且配置为包围车轴凸缘10的径向外侧周围；以及电枢40，其可自由旋转地支撑在车轴凸缘10上，在定子31的外侧旋转。定子31由磁性材料形成，且构成为具有圆板状的定子铁芯32、和卷绕在定子铁芯32的径向外侧端部的定子线圈35。定子铁芯32构成为具有内侧形成为圆板状的铁芯主体部32a、和形成在铁芯主体部32a的外缘部的环状的铁芯外缘部32b。
在铁芯主体部32a的径向内侧，设置有用于将车轴凸缘外部11及车轴凸缘内部21固定于铁芯主体部32a上的多个孔部32c。铁芯主体部32a的外径大于车轴凸缘外部11及车轴凸缘内部21的外径。
在铁芯外缘部32b上设置有一对凸出部32d，该一对凸出部32d形成为，相对于铁芯主体部32a而在宽度方向上对称。另外，上述一对凸出部32d在铁芯主体部32a的周方向上隔着规定间隔而设置有多个。在凸出部32d上卷绕定子线圈35而形成电磁体。
电枢40是安装在轮毂50的内侧的永磁体。电枢40与凸出部32d的前端部隔着规定的间隙而相对配置。在定子线圈35中流过电流，通过对该电流的流动进行控制，使轮毂50相对于定子31沿规定方向旋转。
轮毂50构成为具有：圆筒状的轮辋51，在该轮辋51上安装轮胎60；以及圆环状的轮盘53，其以覆盖轮辋51的宽度方向两侧的开口部的方式安装。在轮辋51的内侧安装上述的电动机30的电枢40。轮盘53具有：外圈54，其径向外侧端部与轮辋51连接且向径向内侧延伸；内圈55，其与外圈54的内侧端部相对配置；以及多个滚轴56，它们夹在外圈54和内圈55之间，该轮盘53构成使外圈54相对于内圈55旋转的轴承。
内圈55的内侧端部固定于车轴凸缘外部11及车轴凸缘内部21的外周面上。在该内圈55的内侧设置有车轮分力检测装置70，该车轮分力检测装置70检测对车轮1作用的分力。车轮分力检测装置70具有：圆筒部71，其安装在车轴凸缘外部11及车轴凸缘内部21的外周；以及感受体75，其具有设置在圆筒部71上的多个应变计76～99而构成。即，车轮分力检测装置70相对于定子31，在车轮宽度方向上对称地设置一对。
如图1及图2(剖视图)所示，感受体75的在圆筒部71的轴向两端部设置有沿径向外侧延伸的环状的凸缘部71a。在凸缘部71a上，在周方向上隔着规定的间隔设置有多个用于使螺栓穿过的孔部71b。圆筒部71的外侧的凸缘部71a以与内圈55的内侧接触的状态，经由螺栓被固定，圆筒部71的内侧的凸缘部71a’与定子31的定子铁芯32经由螺栓进行固定。因此，圆筒部71经由内圈55、定子铁芯32，固定在车轴凸缘外部11及车轴凸缘内部21上。
如图3(示意图)所示，在圆筒部71的外周面上，安装有多个应变计76～99。应变计76～99被分类为：Fx检测***，其检测相对于圆筒部71沿径向(以下，记为“X轴方向”)作用的力；Fy检测***，其检测相对于圆筒部71沿与X轴方向正交的上下的径向(以下，记为“Y轴方向”)的力；Fz检测***，其检测相对于圆筒部71沿轴向(以下，记为“Z轴方向”)的力；Mx检测***，其检测相对于圆筒部71围绕X轴的转矩Mx；My检测***，其检测相对于圆筒部71围绕Y轴的转矩Mx；以及Mz检测***，其检测相对于圆筒部围绕Z轴的转矩Mx。
Fx检测***构成为具有4个应变计76～79。这些应变计76～79是单轴应变计，粘贴在圆筒部71的外周面的两端部的上部及下部，以使其检测方向与圆筒部71的轴向大致平行。
Fy检测***构成为具有4个应变计80～83。这些应变计80～83是单轴应变计，粘贴在圆筒部71的外周面的两端部的上下方向的中间部，以使其检测方向与圆筒部71的轴向大致平行。
Fz检测***构成为具有4个应变计84～87。这些应变计84～87是单轴应变计，粘贴在圆筒部71的轴向中间部的外周面的上部、下部及上下方向中间部，以使其检测方向与圆筒部71的轴向大致平行。
Mx检测***构成为具有4个应变计88～91。这些应变计88～91是单轴应变计，与上述Fy检测***的4个应变计80～83各自的内侧相邻地粘贴在圆筒部71的外周面，以使其检测方向与圆筒部71的轴向大致平行。
My检测***构成为具有4个应变计92～95。这些应变计92～95是单轴应变计，与上述Fx检测***的4个应变计76～79各自的内侧相邻地粘贴在圆筒部71的外周面，以使其检测方向与圆筒部71的轴向大致平行。
Mz检测***构成为具有4个应变计96～99。这些应变计96～99是单轴应变计，粘贴在与上述Fz检测***的4个应变计84～87各自的圆筒部周方向的中间位置的圆筒部71的外周面，以使其检测方向与圆筒部71的轴向大致平行。
这些Fx检测***、Fy检测***、Fz检测***、Mx检测***、My检测***、Mz检测***，分别构成包含4个应变计76～79、80～83、84～87、88～91、92～95、96～99在内的电桥电路。
另外，如图1及图4所示，在与圆筒部71相比的径向外侧的定子铁芯32的宽度方向两侧，设置有多个应变计100～107。这些应变计100～107在定子铁芯32的宽度方向的两侧面上，在定子铁芯32的周方向上隔着固定间隔而分别设置4个。4个应变计100～103、104～107中的2个应变计100、101及104、105，配置在定子铁芯32的上下两端部，以与Y轴方向大致平行的方式粘贴在定子铁芯32的侧面。另外，剩下的2个应变计102、103及106、107，配置在X轴方向端部，以与X轴方向大致平行的方式，粘贴在定子铁芯32的侧面。这4个应变计100～103、104～107构成电桥电路。
如图5所示，包含配置在定子31的外侧的感受体75的应变计76～99在内的电桥电路110、包含配置在定子31的内侧的感受体75的应变计76～99在内的电桥电路111、包含配置在定子铁芯32上的应变计100～107在内的电桥电路112，相对于输入电压e并联地电连接，由此检测来自各电桥电路110、111、112的输出电压。
包含配置在定子31的内侧的感受体75的应变计76～99在内的电桥电路111的输出电压如下所述被提取，即，相对于包含配置在定子31的外侧的感受体75的应变计76～99在内的电桥电路110的输出，在由定子铁芯32产生的磁场变化时，输出电压的增减的方向相反。
下面，参照图1、图4、图5，说明车轮分力检测装置70的作用。如图1所示，在电动机30中流过电流，车轮1旋转而车辆行驶的情况下，车轮1从路面受到力。该力经由轮胎60、轮毂50，传递至车轴凸缘外部11、车轴凸缘内部21、定子31。如果由于该力而车轴凸缘外部11、车轴凸缘内部21、定子31变形，则感受体75也会变形。该感受体75的变形量通过设置在感受体75上的多个应变计76～99变换电压值而被检测。
例如，在对车轮1作用的力具有相对于感受体75的圆筒部71沿径向(X轴方向)的成分的情况下，通过Fx检测***的应变计76～79，X轴方向成分的分力的大小变换为电压值而被检测。另外，在由于对车轮1作用的力而相对于圆筒部71作用围绕X轴的转矩的情况下，通过Mx检测***的应变计88～91，围绕X轴的转矩的大小变换为电压值而被检测。
另外，在使车轮1的转速变化的情况下，在定子铁芯35中流动的电流的大小变化。此时，由定子铁芯35产生的磁场变化，使应变计76～99的输出电压变化。因此，不能准确地检测出对车轮1作用的分力的大小。
然而，在车轮1上，在定子宽度方向上设置有一对车轮分力检测装置70，在这些车轮分力检测装置70中，如果由定子铁芯35产生的磁场变化，则一个车轮分力检测装置70的输出电压增大，另一个车轮分力检测装置70的输出电压减少，因此，如果将这些输出电压相加，则能够抵消由于磁场的变化导致的输出电压的增减。因此，来自一对车轮分力检测装置70的输出电压的相加值与磁场的变换无关，成为正确的输出电压值，能够正确地检测出对车轮1作用的力。
另外，在车轮1上设置有2个车轮分力检测装置70，因此，如图6所示，与用实线示出的在车辆1上设置有1个车轮分力检测装置70的情况相比，在用点划线示出的设置有2个车轮分力检测装置70的情况下，能够使输出电压的大小成为约2倍。因此，能够使相对于对车轮1作用的分力(输入力)的输出电压值的比例增大，能够更准确地检测出对车轮1作用的分力(输入力)。
而且，在车轮1上，除了2个车轮分力检测装置70之外，在定子铁芯32上设置有包含应变计100～107在内的电桥电路111(参照图5)，如果将来自该电桥电路111的输出电压值与来自2个车轮分力检测装置70的输出电压值相加而得到的值，作为与对车轮1作用的力对应的输出电压值，则如双点划线所示，与用实线示出的车轮分力检测装置70为1个的情况相比，能够使输出电压的大小成为约3倍。因此，能进一步准确地检测出对车轮1作用的分力。
另外，2个车轮分力检测装置70配置在车轮1的内部。因此，能够使车辆的小型化变得容易。此外，在上述实施例中，作为对分力进行检测的单元，示出了应变计76～99，但也可以是半导体的应变传感器。

Claims (2)

1.一种车轮分力检测装置，其检测对车轮作用的分力，该车轮具有：圆柱状的车轴连接部，其与车轴连接；电动机，其具有定子及电枢而构成，该定子固定于该车轴连接部上，并配置在所述车轴连接部的径向外侧的周围，该电枢可自由旋转地被所述车轴连接部支撑，在所述定子的外侧进行旋转；以及轮毂，其保持所述电枢，可自由旋转地被所述车轴连接部支撑，利用所述电动机的动力进行旋转，
该车轮分力检测装置的特征在于，
具有感受体，该感受体具有：圆筒部，其安装在所述车轴连接部的周面外侧，一端部固定于该车轴连接部处，另一端部固定于所述定子上；以及分力检测单元，其具有设置在该圆筒部上的多个应变计，
所述感受体相对于所述定子，在所述车轴连接部的轴向上对称地配置一对。
2.根据权利要求1所述的车轮分力检测装置，其特征在于，
所述分力检测单元构成电桥电路，该电桥电路针对向所述车轮作用的每1个分力，至少包含4个应变计。
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