JP2000214012A - 車輪の動荷重特性計測装置 - Google Patents

車輪の動荷重特性計測装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両本体と車輪との間で路面からの力を受け
る部位への設置が比較的容易であり、且つ安価で十分正
確に走行中の車輪の動荷重特性を把握することが可能
な、車輪の動荷重特性計測装置を提供することを目的と
する。 【解決手段】 車両本体と車輪との間で路面からの力を
受ける部位、例えば懸架装置のショックアブソーバの本
体側取付部、に組み込まれたワッシャー型歪みセンサ
と、車両の走行中に該ワッシャー型歪みセンサの出力を
測定する手段とを具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車の車輪（タイ
ヤ）の動荷重特性計測装置、特に、走行中の自動車の車
輪にかかる荷重（動荷重）を計測する動荷重特性計測装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、走行中の自動車の４輪にかかる荷
重、即ち動荷重の計測が困難であった為、タイヤにどの
程度の負荷がかかっているのかを簡便に且つ十分に把握
することができず、一般には、走行後のタイヤの磨耗の
程度やタイヤトレッドの表面温度等を測定することによ
り、これらの測定値からタイヤの動荷重を推測するしか
方法がなかった。
【０００３】また、車両の運動特性に大きな影響を与え
ているとされている、左右車輪の動荷重移動量によるロ
ール変化率、動荷重ごとのタイヤ実車コーナリング特
性、或いはタイヤと路面との限界摩擦係数等を、定量的
に把握することは困難であった。近年のますます高度化
した自動車の旋回特性、制動特性、ＷＥＴ性能を要求さ
れるレース用タイヤの開発にあたっては、上記のような
実車の動的荷重特性を定量的に把握することが重要であ
り、必然的に４輪の動荷重計測が不可欠となってきてい
る。
【０００４】特開平６−２２７２２５号公報では、車両
の懸架装置又は支持装置に、力を加えると電荷を発生す
る水晶圧電素子を組み込み、この水晶圧電素子で計測し
た負荷の大きさと方向により、路面又は軌条等の凹凸を
検知すると共に、その検知した情報に基づいてサーボ機
構で油圧又は空圧機構を制御して、路面又は軌条等の凹
凸による車体の揺れを抑制することが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−２２７２２５号公報に開示されているような水晶圧
電素子を用いることは高価であり、車両の適当な部位へ
の取付けが困難であり、また水晶圧電素子の設置場所に
よっては、走行中の車輪の動荷重特性を十分正確に把握
することが困難となっていた。
【０００６】上記のような事情に鑑み、本発明では、車
両本体と車輪との間で路面からの力を受ける部位への設
置が比較的容易であり、且つ安価で十分正確に走行中の
車輪の動荷重特性を把握することが可能な、車輪の動荷
重特性計測装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、本発明によれば、車両本体と車輪との間で、路面
からの力を受ける部位に組み込まれたワッシャー型歪み
センサと、車両の走行中に該ワッシャー型歪みセンサの
出力を測定する手段とを具備することを特徴とする車輪
の動荷重特性計測装置が提供される。ワッシャー型歪み
センサは、車輪が路面から受ける動荷重に応じて歪み、
その歪みに対応した電圧を発生する。
【０００８】本発明において、ワッシャー型歪みセンサ
は、車両の懸架装置のショックアブソーバの本体側取付
部に組み込まれていることを特徴とする。この場合にお
いて、ワッシャー型歪みセンサは、車両の懸架装置のシ
ョックアブソーバの本体側と、下端が車輪側ロアーシー
トに接するスプリングとの間に取り付けられている。ま
た、ワッシャー型歪みセンサは、前記ショックアブソー
バの本体側との間に第１アタッチメントを挟み、かつス
プリングとの間に第２アタッチメントを挟むように保持
されている。これにより、ワッシャー型歪みセンサに
は、路面から受ける動荷重、即ちスプリングが受ける荷
重を直接受けることができる。
【０００９】第１アタッチメントのワッシャー型歪みセ
ンサと接する面には、該ワッシャー型歪みセンサと接す
る外周部分の除き、窪み部が形成されている。これと対
応して、ワッシャー型歪みセンサの第１アタッチメント
の接する面には、該ワッシャー型歪みセンサと接する外
周部分の除き、窪み部が形成されている。これにより、
車輪の等荷重によりワッシャー型歪みセンサが歪みを生
じても、このワッシャー型歪みセンサの歪みにより変形
しても、それ自体が第１アタッチメントと干渉すること
が避けられる。
【００１０】ワッシャー型歪みセンサの第２アタッチメ
ントと接する面は、外周部分の除き突起した面を有し、
該突起した面が第２アタッチメントと接する。これによ
り、ワッシャー型歪みセンサはスプリングからの荷重を
この突出した面で直接受けることができる。また、本発
明によれば、車両本体と車輪との間で、路面からの力を
受ける部位に組み込まれた、車輪の動荷重を検出するワ
ッシャー型歪みセンサと、車速を検出するセンサと、操
舵角を検出するセンサと、横方向の重力加速度（Ｇ）及
び縦方向の重力加速度（Ｇ）を検出するセンサと、車輪
のヨー角を検出するセンサと、ダンパーストロークを検
出するセンサと、これらのセンサからの信号を入力し、
これらのデータにより、車輪の動荷重移動量によるロー
ル変化率、動荷重毎のタイヤ実車コーナリング特性、タ
イヤと路面との限界摩擦係数、を計測する手段と、を具
備することを特徴とする車輪の動荷重特性計測装置が提
供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態について詳細に説明する。まず、図１及び
図２において、本発明の車輪の動荷重特性計測装置を組
み込む、自動車の懸架装置のショックアブソーバについ
て説明する。図１は一般に使用されている自動車のショ
ックアブソーバ１０を示すもので、その上側は自動車の
本体フレーム（クロスメンバ）１２に固定され、下側は
フレーム１２に枢着されたロア・アーム１４を介してア
クスル（車軸）１６に固定されている。
【００１２】ショックアブソーバ１０はよく知られてい
るように、スプリング１８が衝撃などにより圧縮される
際は圧縮を和らげるように作用し、スプリングが延びる
ときはスプリングの跳ね返りを抑えるように作用して、
スプリングの延び縮みによるばねのはね返りを取り除
き、減衰力を働かせて車体を安定に保つ作用をする。ス
プリング１８は、図２に示すように、通常、ショックア
ブソーバ１０の本体側アッバーシート２０と車輪側ロア
ーシート２２との間に設けられている。
【００１３】本発明では、ワッシャー型歪みセンサ２４
（ロードセル）が動荷重を計測する自動車の前後４輪の
各車輪の路面からの力を受ける部位に組み込まれる。例
えば、図３においては、ワッシャー型歪みセンサ２４
を、ショックアブソーバのスプリング１８を受けるアッ
パーシート２０の部分に挾み込まれている状態を示す。
即ち、ワッシャー型歪みセンサ２４は、ショックアブソ
ーバの本体側に固定された第１アタッチメント２６とス
プリング１８に接する第２アタッチメント２８との間に
挟まれるように保持される。このようなワッシャー型歪
みセンサ２４は自動車の４輪の各々に取付けられる。
【００１４】第１アタッチメント２６は、ワッシャー型
歪みセンサ２４が路面からの応力によって歪む際に、ワ
ッシャー型歪みセンサ２４自体の変位に干渉することの
ないようにされる。このため、例えば、第１アタッチメ
ント２６のワッシャー型歪みセンサ２４の取付側は、外
周部２６ａのみを残し他の部分は窪んだ凹形状２６ｂと
されており、一方、ワッシャー型歪みセンサ２４の第１
アタッチメント２６側はその外周部２４ａのみを残し他
の部分は窪んだ凹形状２４ｂとされている。これによ
り、例えばワッシャー型歪みセンサ２４が路面からの応
力により上下方向に撓んでとしても歪みセンサ２４自体
がその変位により第１アタッチメント２６の凹状部２６
ｂの内側面に干渉して、計測誤差を生ずることがなくな
る。
【００１５】また、スプリング１８側の第２アタッチメ
ント２８は、路面からの応力をワッシャー型歪みセンサ
２４に伝達するべく、平面状に形成されており、一方、
ワッシャー型歪みセンサ２４の第２アタッチメント２８
側はその外周部２４ｃのみを残し他の部分は突出した凸
形状の面２４ｄとされている。これにより、路面からタ
イヤに伝わる応力は第２アタッチメント２８より、ワッ
シャー型歪みセンサ２４の凸形状の面２４ｄ（荷重入力
面）を介して直接伝達される。
【００１６】図４は、図３と同様、ワッシャー型歪みセ
ンサ（ロードセル）２４をショックアブソーバ１０のス
プリング１８を受けるアッバーシート２０の部分に組み
込むと共に、同じショックアブソーバ１０にダンパース
トロークセンサ３０をも組み込んだ状態を示す。ダンパ
ーストロークセンサ３０は、ショックアブソーバ１０の
車体側のアッパーシート２０と、スプリング１８を受け
る車輪側のロアシートとの間に組み込まれ、自動車の走
行中のショックアブソーバ１０のストロークの変化を検
出する。
【００１７】図５（ａ）及び（ｂ）は本実施形態で使用
するワッシャー型歪みセンサ２４を示す。このワッシャ
ー型歪みセンサ２４は略リング状であって、リング状の
部分がセンサ部で、軸方向の一方の面（図５（ａ）の下
面）はその外周部２４ａのみを残し内側部分が軸方向に
窪んだ凹形状２４ｂとされ、他方の面（図５（ａ）の上
面）はその外周部２４ｃのみを残し他の部分が突出した
凸形状２４ｄとされている。リング状の部分がセンサ部
であって、ケーブル２４ｆが接続されていて、歪みによ
る電気的な検出信号が取り出される。
【００１８】図６は車輪の動荷重移動量によるロール変
化率、動荷重毎のタイヤ実車コーナリング特性、タイヤ
と路面との限界摩擦係数、等を計測するためのシステム
構成を示す図である。車速を検出するための車速トリガ
センサ３２、操舵角を検出するための操舵角センサ３
４、車両の横方向の重力加速度（Ｇ）及び前後方向の重
力加速度（Ｇ）を検出する横Ｇ・前後Ｇセンサ３６、車
輪のヨー角速度を検出するヨー角速度センサ３８、並び
に図４に示したワッシャー型歪みセンサ２４及びダンパ
ーストロークセンサ３０が設けられ、各センサの出力は
アンプ４０を介してデータロガー４２に入力され、上記
の実車データが得られる。
【００１９】
【実施例】図７は実車計測の手順をフローチャートで示
す。まず、ワッシャー型歪みセンサ２４として、株式会
社共和電業製のＬＣＷ−ＣＳ（ワッシャー型ロードセ
ル）（２トン用）を使用し、次の手順によりキャリブレ
ーションを行った。ワッシャー型歪みセンサ２４を単体
でブレス機（図示せず）に挟み一定応力を加え、その時
に発生している歪みを電圧で検出した。プレス機での応
力検出は１０点で行い、ワッシャー型歪みセンサ２４で
発生している歪み（電圧）を一次式でプロットしワッシ
ャー型歪みセンサ２４のキャリブレーションを行った。
【００２０】次に、ワッシャー型歪みセンサ２４のオフ
セットを行った。ワッシャー型歪みセンサ２４を各単体
についてキャリブレーションを行った後、ワッシャー型
歪みセンサ２４が検出した荷重値を、車両に装着した状
態で４輪の下に設置した荷重計に合わせ、ワッシャー型
歪みセンサ２４のオフセットを行った。次に、上述のよ
うなワッシャー型歪みセンサ２４を車両の４輪に取付
け、現場（サーキット）にて実際に計測を行い、４輪動
荷重、動荷重毎のタイヤ実車コーナリング特性、タイヤ
と路面との限界摩擦係数を求めた。タイヤ実車コーナリ
ング特性を図８に、タイヤと路面との限界摩擦係数を図
９にそれぞれ示す。なお、実験にあたっての測定条件は
次のとおりであった。
【００２１】 測定車両 トヨタ自動車製 コロナ・エキシブ（ＥＸＩＶ） タイヤ サイズ：フロント・リア ２１０／６５０Ｒ１８ リムサイズ ８．２Ｊ×１８ 空気圧 １６０kPa 現場（サーキット）での計測は、上記の車両に実際に搭
載した計測システムを利用して行った。計測装置として
は、イギリス製の「Ｐｉシステム」を使用した。この
「Ｐｉシステム」は、ロガー４２と各種センサとを含む
ハードウェアと、摂取したデータを解析するソフトウェ
アとを一体化したシステムである。計測項目によって
は、「Ｐｉシステム」既成のセンサでは車両とのマッチ
ングが不適であるため、「Ｐｉシステム」以外の既に知
られているセンサも使用した。
【００２２】データロガー４２は車内の空いているスペ
ースで熱の発生のない部位に設置した。車速トリガーセ
ンサ３２は、ホイール回転を検出するトヨタＴＲＤ製の
トリガーをブレーキキャリパー（図示せず）の内側に設
置した。操舵角センサ３４は、操舵輪（ステアリング）
を回転することによって変異するステアリングストロー
クロッド（図示せず）に設置した。このセンサのキャリ
ブレーションにて、ストローク変異を角度に変換する。
【００２３】横Ｇ及び前後Ｇセンサ３６は、車両の中心
線上で、できるだけ車両重心に近い位置に設置した。ダ
ンパーストロークセンサ３０は、図４に示したように、
ショックアブソーバ１０のアッパーシート２０とロアー
シート２２との間に設置し、アッパーシート２０とロア
ーシート２２間の相対的変位を検出した。４輪動荷重セ
ンサ（ワッシャー型歪みセンサ）２４は前述のように、
ショックアブソーバ１０のアッパーシートの部位で、ス
プリングの荷重を受ける部分に挟まれるように設置し
た。
【００２４】上記の「Ｐｉシステム」にて採取した実車
データは、テキストファイルへダウンロードした後、所
定のプログラムにて「タイヤ実車コーナリング特性」を
出力した。車両の「タイヤ実車コーナリング特性」に関
する関係式は次のとおりである。 タイヤコーナリングフォース（横力、ＣＦ特性） 車両が限界横Ｇで走行していると仮定し、タイヤの接地
面におけるタイヤの進行方向と直角の方向に発生してい
る力 車両が旋回中に発生するタイヤと路面との摩擦係数
μ（横力係数） μ＝横力／動荷重（計測値） ＝横Ｇ×静荷重／動荷重 タイヤスリップ角（車体が重心を中心として定常円
旋回、即ち一定半径の円周上を同一速度で回転している
と仮定） タイヤの向きと車両の進行方向との角度： フロントスリップ角： βｆ＝−γ×Ｌｆ／ｖ＋θ／Ｎ リヤースリップ角： βｒ＝γ×Ｌｒ／ｖ ここで、Ｖは車速、γはヨーレート（旋回角速度［ deg
／sec ］）、θは舵角（ステアリング・ハンドルを切っ
た角度）、Ｌｆはフロント車軸とヨーレートとの間の距
離、Ｌｒはヨーレートとリヤー車軸との距離、Ｎはステ
アリングギア比（ステアリングを切ることによって生ず
る実際の車軸に加わる角度変化の比）である。
【００２５】図８及び図９において、横軸はフロントス
リップ角（°）であり、縦軸は摩擦係数（μ）である。
図８は鈴鹿サーキットでの結果であり、動荷重毎のタイ
ヤ実車コーナリング特性を示す。図９における（ａ）は
鈴鹿、（ｂ）は富士、（ｃ）は十勝の各鈴鹿サーキット
での結果であり、タイヤと路面との限界摩擦係数を示
す。
【００２６】以上、添付図面を参照して本発明の実施形
態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記
の実施形態や実施例に限定されるものではなく、本発明
の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等
が可能であることに留意すべきである。
【００２７】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、車両の走行中の４輪動荷重を正確に計測することが
可能となり、タイヤへの負荷、動荷重毎のタイヤ実車コ
ーナリング特性、タイヤと路面との限界摩擦係数を数値
にて把握することができ、より高度化した旋回特性、制
動特性、ＷＥＴ性能等についてタイヤ仕様間での定量評
価を行うことが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般に使用されている自動車のショックアブソ
ーバを示す図である。
【図２】従来のショックアブソーバの概略図である。
【図３】ワッシャー型歪みセンサを組み込んだ本発明に
係るショックアブソーバの概略図である。
【図４】ワッシャー型歪みセンサ及びダンパーストロー
クセンサを有する組み込んだ本発明に係るショックアブ
ソーバの概略図である。
【図５】ワッシャー型歪みセンサの側面図（ａ）及び平
面図（ｂ）である。
【図６】車輪の動荷重特性を計測するためのシステム構
成を示す図である。
【図７】実車計測のフローチャートである。
【図８】動荷重毎のタイヤ実車コーナリング特性の測定
結果を示す図である。
【図９】タイヤと路面との限界摩擦係数の測定結果を示
す図である。
【符号の説明】
１０…ショックアブソーバ １２…車体フレーム １４…ロアアーム １６…アクスル １８…スプリング ２０…アッパーシート ２２…ロアーシート ２４…ワッシャー型歪みセンサ ２６…第１アタッチメント ２８…第２アタッチメント ３０…ダンパーストロークセンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F051 AA01 AB09 AC01 3D001 AA01 BA03 DA01 DA03 DA16 EA01 EA08 EA22 EA32 EA36 EA41 EA42

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両本体と車輪との間で、路面からの力
    を受ける部位に組み込まれたワッシャー型歪みセンサ
    と、車両の走行中に該ワッシャー型歪みセンサの出力を
    測定する手段とを具備することを特徴とする車輪の動荷
    重特性計測装置。
  2. 【請求項２】 ワッシャー型歪みセンサは、車両の懸架
    装置のショックアブソーバの本体側取付部に組み込まれ
    ていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 ワッシャー型歪みセンサは、車両の懸架
    装置のショックアブソーバの本体側と、下端が車輪側ロ
    アーシートに接するスプリングとの間に取り付けられ、
    スプリングの荷重を直接受けるように配置されているこ
    とを特徴とする請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 ワッシャー型歪みセンサは、前記ショッ
    クアブソーバの本体側との間及び前記スプリングとの間
    で、第１及び第２アタッチメントをそれぞれ介在させて
    保持されていることを特徴とする請求項３に記載の装
    置。
  5. 【請求項５】 第１アタッチメントのワッシャー型歪み
    センサと接する面には、該ワッシャー型歪みセンサと接
    する外周部分の除き、窪み部が形成されていることを特
    徴とする請求項４に記載の装置。
  6. 【請求項６】 ワッシャー型歪みセンサの第１アタッチ
    メントの接する面には、該ワッシャー型歪みセンサと接
    する外周部分の除き、窪み部が形成されていることを特
    徴とする請求項４又は５に記載の装置。
  7. 【請求項７】 ワッシャー型歪みセンサの第２アタッチ
    メントと接する面は、外周部分の除き突起した面を有
    し、該突起した面が第２アタッチメントと接することを
    特徴とする請求項４に記載の装置。
  8. 【請求項８】 車両本体と車輪との間で、路面からの力
    を受ける部位に組み込まれた、車輪の動荷重を検出する
    ワッシャー型歪みセンサと、車速を検出するセンサと、
    操舵角を検出するセンサと、横方向の重力加速度（Ｇ）
    及び縦方向の重力加速度（Ｇ）を検出するセンサと、車
    輪のヨー角を検出するセンサと、ショックアブソーバの
    ダンパーストロークを検出するセンサと、これらのセン
    サからの信号を入力し、これらのデータにより、車輪の
    動荷重移動量によるロール変化率、動荷重毎のタイヤ実
    車コーナリング特性、タイヤと路面との限界摩擦係数、
    を計測する手段と、を具備することを特徴とする車輪の
    動荷重特性計測装置。
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