JPH0989697A

JPH0989697A - 車輪作用力測定装置用応力検知センサ

Info

Publication number: JPH0989697A
Application number: JP7278491A
Authority: JP
Inventors: Osao Miyazaki; 長生宮崎
Original assignee: Nihon Denshi Kogyo KK
Current assignee: NDK Inc
Priority date: 1995-09-19
Filing date: 1995-09-19
Publication date: 1997-04-04
Anticipated expiration: 2015-09-19
Also published as: JP3256709B2

Abstract

(57)【要約】【目的】車輪作用力検出装置の応力検出センサに混入
する複数のクロストーク成分を除去する車輪作用力測定
装置を提供することを目的とする。【構成】ひずみゲージを基板の表裏面へ取着したセン
サセグメントを車両の車軸構造体に付設したセンサエレ
メントにブリッジ回路とひずみアンプおよびＤＳＰ、制
御用ＣＰＵを取り付けた応力検出センサであって、これ
は、複数個のセンサエレメントから少なくとも４つの信
号を使って演算することによって、車両の車軸構造体に
かかる力を路面と水平方向であるＦ方向、垂直方向であ
るＮ方向、車軸の向きであるＳ方向、車軸のねじりであ
るＦｂ方向に分解して検出するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、航空機、鉄道
車両や起重機、ロボット等の構造体に生じる剪断歪など
の応力を計測するための応力検出センサを用いた車輪作
用応力測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車、航空機、鉄道車両や起重機、ロ
ボット等の構造体に生じる剪断歪などの応力を計測する
ための計測方法としては、光弾性法、応力塗料膜法、ア
コースティックス法、ホログラフィ法、歪ゲージ法等が
あり、一般的には歪ゲージ法が多用されている。この様
な機械量センサは種類が豊富で扱いやすいが、反面応力
計測用としては変換器にしなければならず、また歪ゲー
ジ法では、歪ゲージに加わるあらゆる方向の応力を受け
てしまうために解析が必要である。歪ゲージ等の従来の
機械量センサからなる応力センサは、構造体に単体で使
用する場合、取付位置により主応力に対してその他の応
力の混入量が大きくなるので、複数個用いるとか、また
構造体に存在する主応力以外の応力を伝達しないもしく
は減少したニュートラルポイントを探す必要があり、し
かもそのニュートラルポイントに応力センサを精度良く
取着させる必要があった。歪ゲージからなる応力検出セ
ンサを用いた応力測定装置として同一出願人は先に、特
願平３−１３０８４０号（特開平４−３３１３３６
号）、特願平５−６５８９１（特開平６−２４１９２２
号）、特願平６−２５７７１５号を提案しているが、こ
れらは、歪ゲージを車両の車軸または、車軸近傍の構造
体に埋め込み、各方向の応力を測定している。又、ワン
セグメント方式では、Ｆ方向の応力、Ｔ方向の応力に関
しては、演算によるクロストーク分離を行っている。し
かし、これはまずセンサに含まれている多方向の応力に
対するクロストーク分離に関しては、センサーの埋め込
む位置に依存している。また、サイドフォースの分離
は、方法がなかった。従って、これらは純粋な応力を計
測しているとはいえなかった。

【０００３】

【発明が解決しようする課題】かかる点に鑑み本発明
は、歪みゲージからなる複数個のセンサセグメントを基
板の表裏に取着した応力検出センサ（機械量センサ）を
単独、もしくは、複数個を車両の車軸または車軸近傍の
構造体に埋め込み応力検出センサにかかる応力を、多方
向のクロストークを分離して計測するようにしたもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、基板の表裏へ歪ゲージからなる複数個のセンサセグ
メントを取着した応力検出センサを、車両の車軸または
車軸近傍に付設した剪断応力検出装置であって、上記応
力検出センサは、複数個のセンサエレメントの少なくと
も４つの信号を使って、応力検出センサに掛かる応力を
主方向であるＦ方向、Ｎ方向、Ｔ方向、Ｓ方向に分離し
て車輪に作用する応力を検出する構成となっている。請
求項２に記載の本発明は、基板の表裏へ歪ゲージからな
る複数個のセンサセグメントを取着した応力検出センサ
を、水平方向とそれと直角方向にした応力検出センサ２
組を、車両の車軸または車軸近傍に付設した剪断応力検
出装置であって、上記水平方向に付設した第１の応力検
出センサは、歪ゲージからなる複数個のセンサセグメン
トの少なくとも４つの信号を演算し、応力検出センサに
掛かる主方向Ｆ方向の応力を検出し、垂直方向に付設し
た第２の応力検出センサは、歪ゲージからなる４個のセ
ンサセグメントの４つの信号を演算して応力検出センサ
に掛かるＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向を検出し、水平方向に
付設した第１の応力検出センサから検出したＦ方向の応
力から、垂直方向に付設した第２の応力検出センサから
検出したＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の応力を除去して、車
輪に作用する純粋なＦ方向の応力に分離して、検出する
構成となっている。請求項３に記載の本発明は、請求項
２に記載の車輪作用力測定装置複数個を車両の車軸又は
車軸近傍に付設して、複数個のＦ方向応力、Ｎ方向応
力、Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を検出し、Ｆ方向の応力か
らＮ方向応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を除去する構成
となっている。請求項４に記載の本発明は、請求項２に
記載の応力検出センサを車両の車軸または、車軸近傍に
付設して、水平方向のセンサエレメントと垂直方向のセ
ンサエレメントからそれぞれ少なくとも４つの信号を演
算して、Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｓ方向の応力、
Ｔ方向の応力を検出し、センサエレメントに掛かる応力
を各方向に分離する構成になっている。請求項５に記載
の本発明は、応力検出センサを、車両の車軸または車軸
近傍に付設して、Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｔ方向
の応力、Ｓ方向の応力をそれぞれ予め印加して、歪みゲ
ージからなる応力検出センサの固有の信号値を演算し
て、純粋な各応力を分離して車輪に作用する応力を検出
する構成になっている。

【０００５】

【作用】請求項１に記載の本発明によれば、基板の表裏
へ歪ゲージからなる複数個のセンサセグレメントを取着
した応力検出センサを、車両の車軸または車軸近傍に付
設して、この応力検出センサから複数個のセンサセグメ
ントの少なくとも４つの信号を検出すれば、応力検出セ
ンサにかかる応力を主方向であるＦ方向、Ｎ方向、Ｔ方
向、Ｓ方向に分離して車輪に作用する応力を検出するこ
とができる。請求項２に記載の本発明によれば、基板の
表裏へ歪ゲージからなる複数個のセンサセグメントを取
着した応力検出センサを、水平方向とそれと直角方向に
した応力検出センサ２組を、車両の車軸または車軸近傍
に付設し、上記水平方向に付設した第１の応力検出セン
サは、歪ゲージからなる複数個のセンサセグメントの少
なくとも４つの信号を検出して、応力検出センサに掛か
る主方向Ｆ方向の応力を検出する。同時に、垂直方向に
付設した第２の応力検出センサから、４つの信号を検出
することで、応力検出センサにかかるＮ方向、Ｔ方向、
Ｓ方向の応力を検出し、水平方向に付設した第１の応力
検出センサから検出したＦ方向の応力から第２の応力検
出センサで検出したＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の応力を除
去して、車輪に作用する純粋なＦ方向の応力を検出する
ことが出来る。請求項３に記載の本発明によれば、請求
項２に記載の車輪作用力測定装置複数個を車両の車軸又
は車軸近傍に付設して、複数個のＦ方向応力、Ｎ方向応
力、Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を検出すれば、Ｆ方向の応
力からＮ方向応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を除去する
ことが出来る。請求項４に記載の本発明によれば、請求
項２に記載の応力検出センサを車両の車軸または、車軸
近傍に付設して、水平方向のセンサエレメントと垂直方
向のセンサエレメントからそれぞれ少なくとも４つの信
号を演算して、Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｓ方向の
応力、Ｔ方向の応力を検出し、センサエレメントに掛か
る応力を各方向に分離することが出来る。請求項５に記
載の本発明は、応力検出センサを、車両の車軸または車
軸近傍に付設して、Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｔ方
向の応力、Ｓ方向の応力をそれぞれ予め印加して、歪ゲ
ージからなる応力検出センサから少なくとも４つの信号
を検出すれば、この応力検出センサの固有の信号値を演
算でき、純粋な各応力を分離して車輪に作用する応力を
検出することが出来る。

【０００６】

【実施例】ここに示すものは好ましい実施形態の一例で
あって、特許請求の範囲はここに示す実施例に限定され
るものではない。以下に車両特に乗用車に適用した車輪
作用力測定装置の例を図示の実施例に基づいて本発明を
説明する。図１は、応力検出センサの斜視図である。ベ
ースになる基板１は、金属やシリコン系の材料を使用
し、その表裏両面に金属抵抗箔を使った歪ゲージあるい
は半導体のピエゾ抵抗効果を使った歪ゲージからなるセ
ンサセグメントａ、ｂ、ｃ、ｄを形成し応力検出センサ
Ｇとなるセンサエレメントｅとする。表裏面とも歪ゲー
ジは直交させて配置する。歪ゲージａと歪ゲージｃは、
基板１に対して面対称に配置されている。歪ゲージｂと
歪ゲージｄも同様に面対称に配置されている。応力を検
出する場合応力検出センサのセンサエレメントｅは、４
個の歪ゲージａ、ｂ、ｃ、ｄを図２のような各々ブリッ
ジ回路Ｓを組み、歪ゲージａからの信号をａ出力、歪ゲ
ージｂからの信号をｂ出力、歪ゲージｃからの信号をｃ
出力、歪ゲージｄからの信号をｄ出力が各別に得られる
ようになっている。図３は、応力検出センサの外観図を
示す。一つのセンサエレメントｅから４つの信号が得ら
れるのでこの４つの信号を組み合わせることによってＦ
方向（Ｘ方向）、Ｓ方向（Ｙ方向）、Ｎ方向（Ｚ方向）
及びブレーキトルクＴ（ねじれの方向）の歪量を計測す
ることが出来る。図４で示す車輪近傍の構造体の車軸に
孔２を設け、上記応力検出センサ（センサエレメント）
を埋設してせん断応力検出装置を形成し、このセンサエ
レメントの各歪ゲージの出力を演算装置（図示しない）
にて接続し車輪作用力測定装置を構成する。

【０００７】次にこのセンサエレメントｅにある力が加
えられたときの各方向の応力を分離する方法を記述す
る。乗用車の車軸または、車軸近傍の構造体は、たとえ
ば図４に示すように複雑な構造をしている。説明を簡単
にするために車軸近傍の構造体を理想構造体である角棒
と考えた場合、その角棒に孔２を設けその孔にセンサエ
レメントｅを挿入した角棒を図５で示す。Ｆ方向から応
力が加わると図５の角棒は、図６のように曲がり、セン
サエレメントｅは、構造体の内部で図７のように歪むこ
とになる。センサエレメントｅは、図７のように歪ゲー
ジａと歪ゲージｃが伸び、歪ゲージｂと歪ゲージｄが縮
むことになる。この変化量を各歪ゲージの出力値として
数式１に代入して演算する。

【数１】この数式から４つの歪ゲージの変化を全て加算したこと
になる。

【０００８】次にこの構造体にＴ方向から応力が加わる
と図５の角棒は、図８のようになり、センサエレメント
ｅは、構造体内部で、図９のように、歪ゲージａと歪ゲ
ージｄは縮み、歪ゲージｂと歪ゲージｃは伸びる。この
変化量を各歪ゲージの出力値として数式２に代入して演
算する。

【数２】この数式から４つの歪ゲージの変化を全て加算したこと
になる。

【０００９】次にこの構造体にＮ方向から応力が加わる
と図５の角棒は、図１０のようになり、センサエレメン
トｅは、構造体の内部で、図１１のように、歪ゲージ
ａ、歪ゲージｂ、歪ゲージｃと歪ゲージｄは伸びる。こ
の変化量を各歪ゲージの出力値として数式３に代入して
演算する。

【数３】この数式から４つの歪ゲージの変化を全て加算したこと
になる。

【００１０】次にこの構造体にＳ方向から応力が加わる
と図５の角棒は、図１２のように、センサエレメントｅ
は、構造体の内部で図１３のように歪ゲージａと歪ゲー
ジｂは伸び、歪ゲージｃと歪ゲージｄは縮む。この変化
量を各ゲージの出力値として数式４に代入して演算す
る。

【数４】この数式から４つの歪ゲージの変化を全て加算したこと
になる。この様にしてセンサエレメントｅから４つの方
向の応力を導き出すことが出来る。

【００１１】応力検出センサＧであるセンサエレメント
ｅに方向の分からない応力が加えられた場合、上記のそ
れぞれの方向（Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｓ方向の
応力、Ｔ方向の応力）に分離する方法を述べる。まず、
センサエレメントｅの埋め込まれた構造体での応力検出
センサＧセンサエレメントｅの基本特性を調べる。その
ために、実際ある一定の大きさの応力を各方向毎に加え
ていき応力検出センサからの出力を計測する。一方向の
応力を印加すると４方向の出力値が得られるので、４方
向の応力を印加すると次の表１のように１６個の出力値
が求められる。

【表１】センサエレメントｅから信号を得るときにＦ方向、Ｎ方
向、Ｓ方向、Ｔ方向を時間的に分けることも有効であ
る。この表を［Ａ］とすると表２のようなマトリックス
に書き換えることが出来る。

【表２】理想的なある構造体にセンサエレメントｅを装着して、
Ｆ荷重、Ｎ荷重、Ｔ荷重、Ｓ荷重を印加すると表２の
［Ａ］は、表３［Ｂ］の様なようなマトリックスに書き
換えることが出来る。

【表３】これは、センサエレメントｅの基本マトリックスであ
り、センサエレメンｅの基本仕様となる。ところが、表
３のマトリックス［Ｂ］はある一定の大きさの応力を印
加したときのものであるから応力Ｗで割って、センサエ
レメントｅの単位マトリックス［Ｅ］を作ると表４のよ
うになる。

【表４】このマトリックス［Ｅ］が、センサエレメントｅの埋め
込まれた構造体での応力検出センサＧの基本特性にな
る。

【００１２】このマトリックス［Ｅ］を使ってクロスト
ークを分離する方法を述べる。今、ある方向からある応
力が加えられた場合センサエレメントｅから得られるデ
ータは、ｆ成分、ｎ成分、ｓ成分、ｔ成分の４つの成分
である。これを［α］とすると表５のマトリックスのよ
うに書き換えることが出来る。

【表５】これから各方向の応力を求めるためには、Ｆ方向、Ｎ方
向、Ｓ方向、Ｔ方向にクロストークが分離された応力Ｆ
_β、Ｎ_β、Ｓ_β、Ｔ_βを考える。これを［β］とすると
表６のマトリックスのように書き換えることが出来る。

【表６】これらの間には、は次のような数式が成立する。

【数５】これを書き直すと数式６となる。

【数６】これは、ある力がセンサエレメントｅが装着されている
構造体に加えられたときにある力をＦ方向、Ｎ方向、Ｔ
方向、Ｓ方向に分離することが出来る。つまり、方向の
分からない応力が加えられた場合、応力検出センサＧの
出力は、マトリックス［α］と［Ｅ］を用いることによ
ってマトリックス［β］というクロストークが分離され
た応力に変換することが出来る。

【００１３】別の方法として第１の応力検出センサであ
るセンサエレメントｅ１をＦ方向の応力を大きく検出で
きる位置に挿入し、第２の応力検出センサであるセンサ
エレメントｅ２をＮ方向の応力を大きく検出できる位置
に挿入する。この場合、第２の応力検出センサであるセ
ンサエレメントｅ２は、第１の応力検出センサであるセ
ンサエレメントｅ１のクロストーク分離のための補正デ
ータを測定するために用いる。第１の応力検出センサで
あるセンサエレメントｅ１と第２の応力検出センサであ
るセンサエレメントｅ２を組み合わせた場合の斜視図を
図１４、図１５、図１６に示す。第１の応力検出センサ
であるセンサエレメントｅ１は、先ほど説明したように
Ｆ方向の応力を測定する。但し、第１の応力センサであ
るセンサエレメントｅ１に対して正確なＦ方向から応力
が掛かればクロストークは起こらないが、実際は各方向
に応力が含まれる。クロストークを除去するため、第２
の応力検出センサであるセンサエレメントｅ２が検出す
るデータを使用する。第２の応力検出センサであるセン
サレメントｅ２は第１の応力検出センサであるセンサエ
レメントｅ１に対して直交しているため、第２の応力検
出センサであるセンサエレメントｅ２は、Ｎ方向の応力
を検出することが出来る。この構造体にＮ方向から応力
が加わると第２の応力検出センサであるセンサエレメン
トｅ２は、図７のように歪ゲージａと歪ゲージｃが伸
び、歪ゲージｂと歪ゲージｄが縮むことになる。この変
化量を各歪ゲージの出力値として数式３に代入して演算
する。

【００１４】また、この構造体にＳ方向から応力が加わ
ると第２の応力検出センサであるセンサエレメントｅ２
は、図１７のように歪ゲージａと歪ゲージｃが縮み、歪
ゲージｂと歪ゲージｄが伸びることになり、この変化量
を各歪ゲージの出力値として数式４に代入して演算す
る。この様にして、Ｓ方向も検出することが出来る。ま
たＴ方向のねじれも検出できる。構造体にＴ方向から応
力が加わるとセンサエレメントｅは、図９のようにな
り、歪ゲージａと歪ゲージｄは縮み、歪ゲージｂと歪ゲ
ージｃは伸びる。この変化量を各歪ゲージの出力値とし
て数式２に代入して演算する。第２の応力検出センサで
あるセンサエレメントｅ２からＮ方向、Ｓ方向、Ｔ方向
の応力を検出し、第１の応力検出センサであるセンサエ
レメントｅ１に掛かる応力のクロストークとしてし、第
１の応力検出センサであるセンサエレメントｅ１で取得
したデータを補正する。補正は、第１の応力検出センサ
であるセンサエレメントｅ１のデータＦ１から第２の応
力検出センサであるセンサエレメントｅ２のデータＮ２
とＳ２とＴ２のデータを数式７の演算により計算する。

【数７】上記数式７でｋ_１、ｋ_２、ｋ_３は、第２の応力検出セン
サであるセンサエレメントｅ２の出力データの補正係数
である。第１の応力検出センサであるセンサエレメント
ｅ１においても、前記の４方向の成分にクロストーク分
離を行って各方向の応力を表７のマトリックスで求める
ことが出来る。

【表７】第２の応力検出センサであるセンサエレメントｅ２も同
様にして表８のマトリックスで求めることが出来る。

【表８】そして、求めるクロストークが分離された応力をマトリ
ックス［β］とおくと、数式８で求めることが出来る。

【数８】また、センサエレメントｅをＦ方向とＮ方向の２つだけ
ではなく、これらのユニットを複数個使った場合も同様
にして数式９で求めることが出来る。

【数９】

【００１５】なお上述した実施例では、応力検出センサ
であるセンサエレメントｅは、歪ゲージからなる４個の
センサセグメントを基板に取着したセンサエレメントを
用い４つの信号を取出すものを例示したが、本発明は、
４個のセンサセグメントに限定されるものではなく、４
個以上の複数個のセンサセグメントを取着したセンサエ
レメントでもよく、要するに少なくとも４方向の信号が
各別に検出できるセンサエレメント（応力検出センサ）
であればよい。

【００１６】

【効果】本発明によれば、車両の車軸或いは車軸近傍の
構造体に掛かる応力を、特定の方向の応力をクロストー
クを含まないで計測することが出来る。また、Ｆ方向、
Ｎ方向、Ｓ方向、Ｔ方向の応力を同時にクロストークを
含まないで計測することが出来、安全性の高いブレーキ
システムに利用でき、また、車両の総合制御にも利用で
きる。路面とタイヤの間の応力を計測できるのでタイヤ
の性能を調べることにも利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】応力検出センサであるセンサエレメントの斜視
図。

【図２】応力検出センサの信号処理回路の構成例を示す
図。

【図３】応力検出センサの外観を示す斜視図。

【図４】車両の車軸及び車軸近傍の構造体を示した斜視
図。

【図５】角棒に応力検出センサであるセンサエレメント
を埋め込んだ様子を示す斜視図。

【図６】角棒にＦ方向の応力が印加されたときの様子を
示す図。

【図７】図６に於けるセンサエレメントの歪ゲージの様
子を示す図。

【図８】角棒にＴ方向の応力が印加されたときの様子を
示す斜視図。

【図９】図８に於けるセンサエレメントの歪ゲージの様
子を示す図。

【図１０】角棒にＮ方向の応力が印加されたときの様子
を示す斜視図。

【図１１】図１０に於けるセンサエレメントの歪ゲージ
の様子を示す図。

【図１２】角棒にＳ方向の応力が印加されたときの様子
を示す斜視図。

【図１３】図１２に於けるセンサエレメントの歪ゲージ
の様子を示す図。

【図１４】第１の応力検出センサであるセンサエレメン
トｅ１と第２応力検出センサであるセンサエレメントｅ
２を組み合わせた応用例の斜視図。

【図１５】第１の応力検出センサであるセンサエレメン
トｅ１と第２応力検出センサであるセンサエレメントｅ
２を組み合わせた応用例の斜視図。

【図１６】第１の応力セ検出ンサであるセンサエレメン
トｅ１と第２応力検出センサであるセンサエレメントｅ
２を組み合わせた応用例の斜視図。

【図１７】第２の応力検出センサであるセンサエレメン
トｅ２の歪ゲージの様子を示す図。

【符号の説明】

ａ，ｂ，ｃ，ｄ歪ゲージ（センサセグメント）１基板２孔ｅ１センサエレメントｅ２センサエレメントＡＦ方向の増幅回路ＢＮ方向の増幅回路ＣＳ方向の増幅回路ＤＴ方向の増幅回路ＥＤ／Ａ変換回路

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年９月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】車輪作用力測定装置用応力
検知センサ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の車軸構造体に装
着して、車軸に加わる力を直行座標系ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸
方向と軸のねじり方向に分離してその大きさを計測する
応力検出センサに関するもので、これは自動車、航空
機、鉄道車両や起重機、ロボット等の構造体に加えられ
る力を検出する車輪作用力測定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車、航空機、鉄道車両や起重機、ロ
ボット等の構造体に生じる応力を計測するための計測方
法としては、光弾性法、応力塗料膜法、アコースティッ
クス法、ホログラフィ法、歪ゲージ法等があり、一般的
には歪ゲージ法が多用されている。歪ゲージ法は、種類
が豊富で扱いやすいが、反面応力計測用としては変換器
にしなければならず、また歪ゲージの伸び縮みで剪断ひ
ずみを計測するため、あらゆる方向の応力を受けてしま
うために解析が必要である。歪ゲージ等を用いる機械量
センサは、構造体に単体で使用する場合、取付位置によ
り主応力に対してその他の応力の混入量が大きくなるの
で、複数個用いるとか、また構造体に存在する主応力以
外の応力を伝達しないもしくは減少したニュートラルポ
イントを探す必要があり、しかもそのニュートラルポイ
ントに応力センサを精度良く取着させる必要があった。
歪ゲージからなる応力検出センサを用いた応力測定装置
として同一出願人は先に、特願平３−１３０８４０号
（特開平４−３３１３３６号）、特願平５−６５８９１
（特開平６−２４１９２２号）、特願平６−２５７７１
５号を提案しているが、これらは、歪ゲージを車両の車
軸または、車軸近傍の構造体に埋め込み、各方向の応力
を測定している。又、ワンセグメント方式では、路面と
水平方向であるＦ方向の応力、車軸のねじれ方向である
ＦＢ方向の応力に関しては、演算による簡単なクロスト
ーク分離を行っている。しかし、センサに含まれている
多方向のクロストークは、センサーの埋め込む位置に依
存している。また、サイドフォースの検出の方法はなか
った。従って、これらは純粋な応力を計測しているとは
いえなかった。

【０００３】

【発明が解決しようする課題】かかる点に鑑み本発明
は、単軸の歪ゲージからなる複数個のセンサセグメント
を仕様に合わせた形状の基板の各面に取着した応力検出
センサを車両の車軸または車軸近傍の構造体に埋め込ん
で、路面と水平方向であるＦ方向、垂直方向であるＮ方
向、車軸のねじれ方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向
であるＳ方向にクロストークを分離して、求める力を検
出するようにしたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、基板の表裏へ単軸の歪ゲージからなるセンサセグメ
ントを取着した応力検出センサを、車両の車軸または車
軸近傍に付設し、ブリッジボックスとひずみアンプ及び
演算回路を備えた応力検出装置であって、各応力が検出
できるように装着したセンサエレメントから得られる２
つの信号を使って、応力検出センサにかかる応力を路面
と水平な方向であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方向、
車軸のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向であ
るＳ方向の応力を検出する構成になっている。請求項２
に記載の本発明は、基板の表裏へ単軸の歪ゲージからな
るセンサセグメントを取着した応力検出センサを、車両
の車軸または車軸近傍に路面と水平な面と垂直な面に付
設し、ブリッジボックスとひずみアンプ及び演算回路を
備えた応力検出装置であって、各応力が検出できるよう
に装着したセンサエレメントから得られる２つの信号を
使って、応力検出センサにかかる応力を路面と水平な方
向であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方向、車軸のねじ
り方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向であるＳ方向に
分離して車輪に作用する応力を検出する構成になってい
る。請求項３に記載の本発明は、基板の表裏へ単軸の歪
ゲージからなるセンサセグメントを取着した応力検出セ
ンサを、車両の車軸または車軸近傍に路面と水平な面と
垂直な面に複数個、付設し、ブリッジボックスとひずみ
アンプ及び演算回路を備えた応力検出装置であって、各
応力が検出できるように装着したセンサエレメントから
得られる信号を使って、応力検出センサにかかる応力を
路面と水平な方向であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方
向、車軸のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向
であるＳ方向に分離して車輪に作用する応力を検出する
構成になっている。請求項４に記載の本発明は、立方体
の形状をした基板の各面へ単軸の歪ゲージからなるセン
サセグメントを取着した応力検出センサを、車両の車軸
または車軸近傍に付設し、ブリッジボックスとひずみア
ンプ及び演算回路を備えた応力検出装置であって、各応
力が検出できるように装着したセンサエレメントから得
られる信号を使って、応力検出センサにかかる応力を路
面と水平な方向であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方
向、車軸のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向
であるＳ方向に分離して車輪に作用する応力を検出する
構成になっている。請求項５に記載の本発明は、立方体
の形状をした基板の各面へ単軸の歪ゲージからなるセン
サセグメントを取着した応力検出センサを、車両の車軸
または車軸近傍に複数個、付設し、ブリッジボックスと
ひずみアンプ及び演算回路を備えた応力検出装置であっ
て、各応力が検出できるように装着した複数のセンサエ
レメントから得られる信号を使って、応力検出センサに
かかる応力を路面と水平な方向であるＦ方向、垂直な方
向であるＮ方向、車軸のねじり方向であるＦＢ方向、車
軸の端面方向であるＳ方向に分離して車輪に作用する応
力を検出する構成になっている。請求項６に記載の本発
明は、基板の表裏へ単軸の歪ゲージからなるセンサセグ
メント取着した応力検出センサと２軸９０゜の歪ゲージ
からなるセンサセグメントを、車両の車軸または車軸近
傍に複数個、付設し、ブリッジボックスとひずみアンプ
及び演算回路を備えた応力検出装置であって、各応力が
検出できるように装着した複数のセンサエレメントから
得られる信号を使って、応力検出センサにかかる応力を
路面と水平な方向であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方
向、車軸のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向
であるＳ方向に分離して車輪に作用する応力を検出する
構成になっている。請求項７に記載の本発明によれば、
立方体の形状をした基板の各面へ単軸の歪ゲージからな
るセンサセグメント取着した応力検出センサと２軸９０
゜の歪ゲージからなるセンサセグメントを、車両の車軸
または車軸近傍に複数個、付設した応力検出装置であっ
て、複数個のセンサセグメントの信号を使って、応力検
出センサにかかる応力を路面と水平な方向であるＦ方
向、垂直な方向であるＮ方向、車軸のねじり方向である
ＦＢ方向、車軸の端面方向であるＳ方向の応力を検出す
る構成になっている。請求項８に記載の本発明は、請求
項１から７に記載の車輪作用力測定装置において応力検
出センサは、Ｆ方向、Ｎ方向、ＦＢ方向、Ｓ方向にかか
る応力から目的としない応力のクロストークがほとんど
ないかまたは非常に小さいニュートラルポイントにそれ
ぞれ応力検知センサを装着して、応力検出センサにかか
る応力を路面と水平な方向であるＦ方向、垂直な方向で
あるＮ方向、車軸のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の
端面方向であるＳ方向を分離して車輪に作用する応力を
検出するように演算処理をする構成になっている。請求
項９に記載の本発明は、立方体の形状をした基板の各面
へ単軸の歪ゲージからなるセンサセグメント取着した応
力検出センサと２軸９０゜の歪ゲージからなるセンサセ
グメントを、車両の車軸または車軸近傍に複数個、付設
し、ブリッジボックスとひずみアンプ及び演算回路を備
えた応力検出装置であって、各応力が検出できるように
装着した複数のセンサエレメントから得られる信号を使
って、応力検出センサにかかる応力を路面と水平な方向
であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方向、車軸のねじり
方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向であるＳ方向に分
離して車輪に作用する応力を検出する構成になってい
る。請求項１０に記載の本発明は、請求項２から８に記
載の車輪作用力測定装置において応力検出センサにかか
る応力を、Ｆ方向、Ｎ方向、ＦＢ方向、Ｓ方向にかかる
応力から目的としない応力のクロストークを分離して車
輪に作用する応力を検出するように、演算回路で演算処
理をする構成になっている。

【０００５】

【作用】請求項１に記載の本発明によれば、基板の表裏
へ単軸の歪ゲージからなるセンサセグメントを取着した
応力検出センサを、車両の車軸または車軸近傍に付設
し、ブリッジボックスとひずみアンプ及び演算回路を取
り付ける。各応力がクロストークを小さくして検出でき
る位置に装着したセンサエレメントから得られる２つの
信号を使って、応力検出センサにかかる応力を路面と水
平な方向であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方向、車軸
のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向であるＳ
方向の応力をそれぞれ演算して検出することができる。
請求項２に記載の本発明によれば、基板の表裏へ単軸の
歪ゲージからなるセンサセグメントを取着した応力検出
センサを、車両の車軸または車軸近傍に路面と水平な面
と垂直な面に付設し、ブリッジボックスとひずみアンプ
及び演算回路を取り付ける。各応力がクロストークを小
さくして検出できる位置に装着したセンサエレメントか
ら得られる２つの信号を使って、応力検出センサにかか
る応力を路面と水平な方向であるＦ方向、垂直な方向で
あるＮ方向、車軸のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の
端面方向であるＳ方向の応力をそれぞれ演算して検出
し、車輪に作用する応力を検出することができる。請求
項３に記載の本発明によれば、基板の表裏へ単軸の歪ゲ
ージからなるセンサセグメントを取着した応力検出セン
サを、車両の車軸または車軸近傍に路面と水平な面と垂
直な面に複数個、付設し、ブリッジボックスとひずみア
ンプ及び演算回路を取り付ける。各応力がクロストーク
を小さくして検出できる位置に装着したセンサエレメン
トから得られる信号を使って、応力検出センサにかかる
応力を路面と水平な方向であるＦ方向、垂直な方向であ
るＮ方向、車軸のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の端
面方向であるＳ方向の応力をそれぞれ演算して検出し、
車輪に作用する応力を検出することができる。請求項４
に記載の本発明によれば、立方体の形状をした基板の各
面へ単軸の歪ゲージからなるセンサセグメントを取着し
た応力検出センサを、車両の車軸または車軸近傍に付設
し、ブリッジボックスとひずみアンプ及び演算回路を取
り付ける。各応力がクロストークを小さくして検出でき
る位置に装着したセンサエレメントから得られる信号を
使って、応力検出センサにかかる応力を路面と水平な方
向であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方向、車軸のねじ
り方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向であるＳ方向の
応力をそれぞれ演算して検出し、車輪に作用する応力を
検出することができる。請求項５に記載の本発明によれ
ば、立方体の形状をした基板の各面へ単軸の歪ゲージか
らなるセンサセグメントを取着した応力検出センサを、
車両の車軸または車軸近傍に複数個、付設し、ブリッジ
ボックスとひずみアンプ及び演算回路を取り付ける。各
応力がクロストークを小さくして検出できる位置に装着
した複数のセンサエレメントから得られる信号を使っ
て、応力検出センサにかかる応力を路面と水平な方向で
あるＦ方向、垂直な方向であるＮ方向、車軸のねじり方
向であるＦＢ方向、車軸の端面方向であるＳ方向の応力
にそれぞれ演算して検出し、車輪に作用する応力を検出
することができる。請求項６に記載の本発明によれば、
基板の表裏へ単軸の歪ゲージからなるセンサセグメント
取着した応力検出センサと２軸９０゜の歪ゲージからな
るセンサセグメントを、車両の車軸または車軸近傍に複
数個、付設し、ブリッジボックスとひずみアンプ及び演
算回路を取り付ける。各応力がクロストークを小さくし
て検出できる位置に装着した複数のセンサエレメントか
ら得られる信号を使って、応力検出センサにかかる応力
を路面と水平な方向であるＦ方向、垂直な方向であるＮ
方向、車軸のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の端面方
向であるＳ方向の応力をそれぞれ演算して検出し、車輪
に作用する応力を検出することができる。請求項７に記
載の本発明によれば、立方体の形状をした基板の各面へ
単軸の歪ゲージからなるセンサセグメント取着した応力
検出センサと２軸９０゜の歪ゲージからなるセンサセグ
メントを、車両の車軸または車軸近傍に複数個、付設
し、ブリッジボックスとひずみアンプ及び演算回路を取
り付ける。各応力がクロストークを小さくして検出でき
る位置にに装着した複数のセンサエレメントから得られ
る信号を使って、応力検出センサにかかる応力を路面と
水平な方向であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方向、車
軸のねじり方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向である
Ｓ方向の応力をそれぞれ演算して検出し、車輪に作用す
る応力を検出することができる。請求項８に記載の本発
明によれば、請求項１から７に記載の車輪作用力測定装
置において応力検出センサは、Ｆ方向、Ｎ方向、ＦＢ方
向、Ｓ方向にかかる応力から目的としない応力のクロス
トークがほとんどないかまたは非常に小さいニュートラ
ルポイントにそれぞれ応力検知センサを装着して、応力
検出センサにかかる応力を路面と水平な方向であるＦ方
向、垂直な方向であるＮ方向、車軸のねじり方向である
ＦＢ方向、車軸の端面方向であるＳ方向を分離して車輪
に作用する応力を検出することができる。請求項９に記
載の本発明によれば、立方体の形状をした基板の各面へ
単軸の歪ゲージからなるセンサセグメント取着した応力
検出センサと２軸９０゜の歪ゲージからなるセンサセグ
メントを、車両の車軸または車軸近傍に複数個、付設
し、ブリッジボックスとひずみアンプ及び演算回路を備
えた応力検出装置であって、各応力が検出できるように
装着した複数のセンサエレメントから得られる信号を使
って、応力検出センサにかかる応力を路面と水平な方向
であるＦ方向、垂直な方向であるＮ方向、車軸のねじり
方向であるＦＢ方向、車軸の端面方向であるＳ方向に分
離して車輪に作用する応力を検出する構ことができる。
請求項１０に記載の本発明によれば、請求項２から８に
記載の車輪作用力測定装置において応力検出センサにか
かる応力を、Ｆ方向、Ｎ方向、ＦＢ方向、Ｓ方向にかか
る応力から目的としない応力のクロストークを分離して
車輪に作用する応力を検出するように、演算回路で演算
処理をすることができる。

【０００６】

【実施例】ここに示すものは好ましい実施形態の一例で
あって、特許請求の範囲はここに示す実施例に限定され
るものではない。以下に車両特に乗用車に適用した車輪
作用力測定装置の例を図示の実施例に基づいて本発明を
説明する。図１は、単軸の歪ゲージの例を示した図であ
る。ベース７は、絶縁材料でできており、ポリイミド樹
脂または酸化珪素を使用している。抵抗素子は、金属箔
のＮｉ−Ｃｒ合金またはＳｉを使用している。図２は、
歪ゲージｅを基板８に貼付してセンサセグメントｆにし
た様子を示した図である。基板８は、金属材料またはＳ
ｉウエハーでできている。基板８の表裏面に単軸の歪ゲ
ージｅを貼付している。センサセグメントｆには２つの
歪ゲージが使用されている。それぞれａゲージ９、ｂゲ
ージ１０と名付けている。図３は、図２のセンサセグメ
ントｆと同じ構造であるが、計測する応力の方向が異な
る場合であって、その構成は、歪ゲージｅを図２の基板
８に対して９０゜角度を変えた基板８に貼付してセンサ
セグメントｆにした様子を示した図である。基板８は、
金属材料またはＳｉウエハーでできている。基板８の両
側面に単軸の歪ゲージｅを貼付している。センサセグメ
ントｆには２つの歪ゲージが使用されている。それぞれ
ｃゲージ１１、ｄゲージ１２と名付けている。図４は、
図２と図３で示したセンサセグメントｆを１枚の基板８
に歪ゲージｅを貼付した複合のセンサセグメントｆを示
した斜視図である。図５は、図２、図３で示したセンサ
セグメントｆを組み込んだ応力検知装置の構成図を示し
ている。歪ゲージｅは、それぞれブリッジ回路ｇに組み
込み、動ひずみアンプ１３とＤＳＰ１４に接続する。Ｄ
ＳＰ１４の出力側に制御用パソコンを取り付けることが
できる。図６は、図４の複合のセンサセグメントｆを組
み込んだ応力検知装置の構成図を示している。図５の回
路が二組あり、それぞれの出力が制御ＣＰＵ１５に入力
される。次ぎに車両の車軸構造体について述べる。図７
は、車両の車軸構造体とタイヤを示した斜視図である。
路面と水平な方向をｘ軸とし、垂直な方向をｚ軸、車軸
の方向をｙ軸とする。また、ｙ軸のねじりモーメントを
ＦＢとする。車軸構造体１６にはショックアブソーバー
１７が取り付けられており、車軸側には、ブレーキディ
スク１８がベアリングを介して取り付けられている。タ
イヤ１９は、ブレーキディスク１８を覆うように取り付
けられている。図８は、車両の車軸構造体を示した斜視
図である。車軸構造体１６には車軸２０がある。図９
は、図８とは形式が異なるが車両の車軸の構造体を示し
ている。車軸の構造体１６には車軸２０がある。図１０
は、図８、図９とは形式が異なるが車両の車軸の構造体
を示している。車軸の構造体１６には車軸２０がある。
また、ショックアブソーバー１７が取り付けられてい
る。図８から図１０のような構造体にセンサ挿入穴２１
を設ける。図１１は、車両の車軸近傍の構造体を示した
斜視図である。構造体２２には車軸を挿入する穴２３が
ある。図１２は、図１１とは形式が異なる車両の車軸近
傍の構造体を示した斜視図である。構造体２２には車軸
を挿入する穴２３がある。図１３は、図１１、図１２と
は形式が異なる車両の車軸近傍の構造体を示した斜視図
である。構造体２２には車軸を挿入する穴２３がある。
図１１から図１３のような構造体にもセンサ挿入穴２１
を設ける。

【０００７】次ぎに請求項１に記載の内容を説明する。
図１４は、センサ挿入穴２１にセンサセグメントｆを装
着した様子を示した斜視図である。車軸にｘ軸方向であ
るＦ方向の力が加わると、センサセグメントｆの基板８
は、剪断ひずみを受ける。上下面に貼付されている２つ
の歪ゲージｅは、伸び、それぞれΔａ、Δｂだけ変化す
る。これを数１に代入して演算し、Ｆ方向の応力を検知
する。

【数１】Ｆ方向を検知するための演算式。車軸にｚ軸方向である
Ｎ方向の力が加わると、センサセグメントｆの基板８
は、圧縮と引張応力を受け、曲がる。上下面に貼付され
ている２つの歪ゲージｅは、縮みと伸びになり、−Δ
ａ、Δｂだけ変化する。この変化量を数２に代入して演
算し、Ｎ方向の応力を検知する。

【数２】Ｎ方向を検知するための演算式。車軸にｙ軸方向である
Ｓ方向の力が加わると、センサセグメントｆの基板８
は、圧縮応力を受け、上下面に貼付されている２つの歪
ゲージはｅは、縮み、それぞれ−Δａ、−Δｂだけ変化
する。この変化量を数３に代入して演算し、Ｓ方向の力
を検知する。

【数３】Ｓ方向を検知するための演算式。車軸にねじれ方向の力
が加わると、センサセグメントｆの基板８は、引張と圧
縮応力を受け、ねじれる。上下面に貼付されている２つ
の歪ゲージはｅは、伸びと縮みになり、Δａと−Δｂだ
け変化する。この変化量を数４に代入して演算し、ＦＢ
方向の力を検知する。

【数４】ＦＢ方向を検知するための演算式。以上センサセグメン
トｆの２つの歪ゲージの変化量にを演算して各方向の応
力を検知する。図１５は、他の例を示した斜視図であ
る。この場合も同様に歪ゲージの変化量を演算して、各
方向の力を検知する。

【０００８】次ぎに請求項２について説明する。図４で
示したセンサセグメントｆを、車軸構造体１６にセンサ
挿入穴２１を設けて挿入する。この時の構成図は、図６
の通りである。車軸にｘ軸方向であるＦ方向の力が加わ
ると、センサセグメントｆの基板８は、剪断ひずみを受
ける。上下面に貼付されている２つの歪ゲージｅは、伸
び、それぞれΔａ、Δｂだけ変化する。また、側面に貼
付されている２つの歪ゲージｅは、Δｃ、Δｄだけ変化
する。これを数５に代入して演算し、Ｆ方向の応力を検
知する。

【数５】Ｆ方向を検知するための演算式。車軸にｚ軸方向である
Ｎ方向の力が加わると、センサセグメントｆの基板８
は、圧縮と引張応力を受け、曲がる。上下面に貼付され
ている２つの歪ゲージｅは、縮みと伸びになり、−Δ
ａ、Δｂだけ変化する。また、側面に貼付されている２
つの歪ゲージｅは、Δｃ、Δｄだけ変化する。この変化
量を数６に代入して演算し、Ｎ方向の応力を検知する。

【数６】Ｎ方向を検知するための演算式。車軸にｙ軸方向である
Ｓ方向の力が加わると、センサセグメントｆの基板８
は、圧縮応力を受け、上下面に貼付されている２つの歪
ゲージはｅは、縮み、それぞれ−Δａ、−Δｂだけ変化
する。また、側面に貼付されている２つの歪ゲージｅ
は、−Δｃ、−Δｄだけ変化する。この変化量を数７に
代入して演算し、Ｓ方向の力を検知する。

【数７】Ｓ方向を検知するための演算式。車軸にねじれ方向の力
が加わると、センサセグメントｆの基板８は、引張と圧
縮応力を受け、ねじれる。上下面に貼付されている２つ
の歪ゲージはｅは、伸びと縮みになり、Δａと−Δｂだ
け変化する。側面に貼付されている２つの歪ゲージｅ
は、Δｃ、−Δｄだけ変化する。また、この変化量を数
８に代入して演算し、ＦＢ方向の力を検知する。

【数８】ＦＢ方向を検知するための演算式。以上が複数のセンサ
セグメントｆの４つの歪ゲージの変化量にを演算して各
方向の応力を検知する。

【０００９】次ぎに請求項３について説明する。請求項
２の説明したセンサセグメントｆを複数個、センサ挿入
穴２１に取り付ける。車軸にｘ軸方向であるＦ方向の力
が加わると、複数個のセンサセグメントｆの基板８は、
剪断ひずみを受ける。歪ゲージの変化量を数５に代入し
て更に数９に代入して演算し、Ｆ方向の応力を検知す
る。

【数９】Ｆ方向を検知するための演算式。車軸にｚ軸方向である
Ｎ方向の力が加わると、複数個のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮と引張応力を受け、曲がる。歪ゲージの
変化量を数６に代入して更に数１０に代入して演算し、
Ｎ方向の応力を検知する。

【数１０】Ｎ方向を検知するための演算式。車軸にｙ軸方向である
Ｓ方向の力が加わると、複数個のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮応力を受ける。歪ゲージの変化量を数７
に代入して更に数１１に代入して演算し、Ｓ方向の力を
検知する。

【数１１】Ｓ方向を検知するための演算式。車軸にねじれ方向の力
が加わると、複数個のセンサセグメントｆの基板８は、
引張と圧縮応力を受け、ねじれる。歪ゲージの変化量を
数１２に代入して演算し、ＦＢ方向の力を検知する。

【数１２】ＦＢ方向を検知するための演算式。以上が複数個のセン
サセグメントｆの歪ゲージの変化量にを演算して各方向
の応力を検知する。図１６、図１７は、複数個のセンサ
セグメントｆの例を示している。また、図１８から図２
０は、センサ挿入穴２１にセンサセグメントｆを挿入し
た例を示した斜視図である。

【００１０】次ぎに請求項４について説明する。図２１
で示したセンサセグメントｆを、車軸構造体１６にセン
サ挿入穴２１を設けて挿入する。この時の構成図は、図
６に準ずるものとする。車軸にｘ軸方向であるＦ方向の
力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの基板８
は、剪断ひずみを受ける。立方体の各面に貼付された歪
ゲージｅの変化量をセンサセグメントｆのそれぞれにつ
いて演算し更に数１３に代入して演算し、Ｆ方向の応力
を検知する。

【数１３】Ｆ方向を検知するための演算式。車軸にｚ軸方向である
Ｎ方向の力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮と引張応力を受け、曲がる。立方体の各
面に貼付されている歪ゲージｅの変化量をセンサセグメ
ントｆのそれぞれについて演算し更に数１４に代入して
演算し、Ｎ方向の応力を検知する。

【数１４】Ｎ方向を検知するための演算式。車軸にｙ軸方向である
Ｓ方向の力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮応力を受け、立方体の各面に貼付されて
いる歪ゲージｅの変化量をセンサセグメントｆのそれぞ
れについて演算し更に数１５に代入して演算し、Ｓ方向
の力を検知する。

【数１５】Ｓ方向を検知するための演算式。車軸にねじれ方向の力
が加わると、立方体のセンサセグメントｆの基板８は、
引張と圧縮応力を受け、ねじれる。立方体の各面に貼付
されている歪ゲージはｅの変化量をセンサセグメントｆ
のそれぞれについて演算し更に数１６に代入して演算
し、ＦＢ方向の力を検知する。

【数１６】ＦＢ方向を検知するための演算式。以上が立方体のセン
サセグメントｆの歪ゲージの変化量を演算して各方向の
応力を検知する。図２２と図２３は、センサ挿入穴２１
に装着された様子を示した斜視図である。

【００１１】次ぎに請求項５について説明する。図２１
で示した複数個の立方体のセンサセグメントｆを、車軸
構造体１６にセンサ挿入穴２１を設けて挿入する。図１
８は、２個の立方体のセンサセグメントｆが挿入された
センサ挿入穴２１を示している。この時の構成図は、図
６に準ずるものとする。車軸にｘ軸方向であるＦ方向の
力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの基板８
は、剪断ひずみを受ける。立方体の各面に貼付された歪
ゲージｅの変化量を数１７に代入して演算し、Ｆ方向の
応力を検知する。

【数１７】Ｆ方向を検知するための演算式。車軸にｚ軸方向である
Ｎ方向の力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮と引張応力を受け、曲がる。立方体の各
面に貼付されている歪ゲージｅの変化量を数１８に代入
して演算し、Ｎ方向の応力を検知する。

【数１８】Ｎ方向を検知するための演算式。車軸にｙ軸方向である
Ｓ方向の力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮応力を受け、立方体の各面に貼付されて
いる歪ゲージｅの変化量を数１９に代入して演算し、Ｓ
方向の力を検知する。

【数１９】Ｓ方向を検知するための演算式。車軸にねじれ方向の力
が加わると、立方体のセンサセグメントｆの基板８は、
引張と圧縮応力を受け、ねじれる。立方体の各面に貼付
されている歪ゲージはｅの変化量を数２０に代入して演
算し、ＦＢ方向の力を検知する。

【数２０】ＦＢ方向を検知するための演算式。以上が立方体のセン
サセグメントｆの歪ゲージの変化量を演算して各方向の
応力を検知する。

【００１２】次ぎに請求項６について説明する。図２４
は、単軸の歪ゲージからなるセンサセグメントｆと２軸
９０゜の歪ゲージからなるセンサセグメントｆを基板８
に装着した例を示している。図２５は、複数のセンサセ
グメントｆが取り付けられたセンサエレメントｇを示し
ている。基板８上には、配線部２６、電極部２７、ケー
ブル２８、コネクタ２９が取り付けられている。図２６
は、図２４で示したセンサセグメントｆが挿入されたセ
ンサ挿入穴２１を示した斜視図である。この時の構成図
は、図３０に準ずるものとする。車軸にｘ軸方向である
Ｆ方向の力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの
基板８は、剪断ひずみを受ける。立方体の各面に貼付さ
れた歪ゲージｅの変化量を数２１に代入して演算し、Ｆ
方向の応力を検知する。

【数２１】Ｆ方向を検知するための演算式。車軸にｚ軸方向である
Ｎ方向の力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮と引張応力を受け、曲がる。立方体の各
面に貼付されている歪ゲージｅの変化量を数２２に代入
して演算し、Ｎ方向の応力を検知する。

【数２２】Ｎ方向を検知するための演算式。車軸にｙ軸方向である
Ｓ方向の力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮応力を受け、立方体の各面に貼付されて
いる歪ゲージｅの変化量を数２３に代入して演算し、Ｓ
方向の力を検知する。

【数２３】Ｓ方向を検知するための演算式。車軸にねじれ方向の力
が加わると、立方体のセンサセグメントｆの基板８は、
引張と圧縮応力を受け、ねじれる。立方体の各面に貼付
されている歪ゲージはｅの変化量を数２４に代入して演
算し、ＦＢ方向の力を検知する。

【数２４】ＦＢ方向を検知するための演算式。以上が立方体のセン
サセグメントｆの歪ゲージの変化量を演算して各方向の
応力を検知する。

【００１３】次ぎに請求項７について説明する。請求項
６で記載のセンサセグメントｆが、複数個センサ挿入穴
２１に取り付けられているのもである。図２７から図２
９は、基板に歪ゲージを貼付したセンサセグメントの例
を示した斜視図である。図３１と図３２は、立方体の基
板に歪ゲージを貼付したセンサセグメントの例を示した
斜視図である。図３３は、センサ挿入穴２１にセンサセ
グメントｆを装着した様子を示した斜視図である。この
時の構成図は、図３０に準ずるものとする。車軸にｘ軸
方向であるＦ方向の力が加わると、立方体のセンサセグ
メントｆの基板８は、剪断ひずみを受ける。立方体の各
面に貼付された歪ゲージｅの変化量を数２５に代入して
演算し、Ｆ方向の応力を検知する。

【数２５】Ｆ方向を検知するための演算式。車軸にｚ軸方向である
Ｎ方向の力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮と引張応力を受け、曲がる。立方体の各
面に貼付されている歪ゲージｅの変化量を数２６に代入
して演算し、Ｎ方向の応力を検知する。

【数２６】Ｎ方向を検知するための演算式。車軸にｙ軸方向である
Ｓ方向の力が加わると、立方体のセンサセグメントｆの
基板８は、圧縮応力を受け、立方体の各面に貼付されて
いる歪ゲージｅの変化量を数２７に代入して演算し、Ｓ
方向の力を検知する。

【数２７】Ｓ方向を検知するための演算式。車軸にねじれ方向の力
が加わると、立方体のセンサセグメントｆの基板８は、
引張と圧縮応力を受け、ねじれる。立方体の各面に貼付
されている歪ゲージはｅの変化量を数２８に代入して演
算し、ＦＢ方向の力を検知する。

【数２８】ＦＢ方向を検知するための演算式。以上が立方体のセン
サセグメントｆの歪ゲージの変化量を演算して各方向の
応力を検知する。

【００１４】請求項８について説明する。請求項１から
７に示した演算により路面と水平であるＦ方向の応力、
垂直であるＮ方向の応力、車軸の端面方向のＳ方向の応
力、車軸のねじれ方向であるＦＢ方向の応力を演算して
いる図３４に示したベンチテスト台に応力検出センサを
装着した車軸構造体を取り付け、ｘ軸ｆ、ｙ軸ｇ、ｚ軸
ｈの方向及びｙ軸ｇのねじりモーメントを油圧シリンダ
ー２３で加える。この時センサセグメントから得られる
信号を取得すると、表１のようまとめる。

【表１】車軸構造体は、弾性変形内でしか使用しないのでセンサ
セグメントの出力と荷重量の関係は、比例関係になる。
この結果を数１４から数１７のように荷重量とひずみ量
関係式をもとめる。

【数２９】Ｆ方向の荷重量とひずみの関係。

【数３０】Ｎ方向の荷重量とひずみの関係。

【数３１】Ｓ方向の荷重量とひずみの関係。

【数３２】Ｆｂ方向の荷重量とひずみの関係。同時に、荷重を２
重、３重、４重に加えていき、１次式がどう変化するか
調べる。この場合を数１８から数２０のようにまとめ
る。

【数３３】２方向の荷重が同時に加えられたときのＦ方向の変化し
た１次式。

【数３４】３方向の荷重が同時に加えられたときのＦ方向の変化し
た１次式。

【数３５】４方向の荷重が同時に加えられたときのＦ方向の変化し
た１次式。数１４と数１８から数２０を使い変化量の関
係式を数２１のようにもとめる。

【数３６】同時荷重による変化量の１次式。ｘをθに変換には、実
験値からひずみ量を力に変換する１次式を作製する。数
１８と数２１を使い数２２に代入して純粋なＦ方向の力
を検出する。

【数３７】同時荷重による純粋なＦ方向の力を検出する１次式。ク
ロストークを除去する演算は、制御用Ｃｐｕで処理させ
る。または、ＤＳＰで処理する。

【００１５】請求項９について説明する。センサセグメ
ントｆは、センサ挿入穴２１に適当に挿入するのではな
く、センサが目的とする応力の検知の精度を高めるため
には、位置は重要な要素である。センサセグメントｆの
位置は、そのセンサセグメントｆが測定する応力以外の
力を受けないあるいは受けにくいニュートラルポイント
になる。これは、有限要素法などの手法により車軸構造
体の応力分布を調べて決める。ニュートラルポイントの
大きさは、車軸構造体の形状によりまちまちになる。よ
って、装着されるセンサは小さい方がよい。

【００１６】請求項１０について述べる。説明では、歪
ゲージを利用したセンサセグメントｆで行ってきたが、
歪ゲージ以外の素子を使うことができる。歪ゲージの場
合は、ひずみによる抵抗の変化を見ているが、他の素子
によるひずみの変化量もここで示した式に適用できる。
また、金属やシリコンなどの材料を使わず、基板自体を
接着用材料で製作し、センサ挿入穴２１に固定されると
きには、基板ではなく、センサ挿入穴２１に充填された
接着剤として機能させ、歪ゲージだけが封入させること
もできる。図３６と図３７は、基板材料が接着剤材料で
作った場合の例を示した斜視図である。図３８は、セン
サ挿入穴２１にセンサセグメントｆを挿入した例を示し
た斜視図である。

【００１７】

【効果】本発明によれば、車両の車軸或いは車軸近傍の
構造体にかかる応力を、基板に設置されたセンサセグメ
ントが特定の方向の応力を検知し、なおかつクロストー
クを除去する演算回路で処理することにより他の応力の
クロストークを含まない純粋な応力を計測することがで
きる。また、車軸にかかる路面と水平なＦ方向、垂直な
Ｎ方向、車軸のねじれ方向であるＦＢ方向、車軸の端面
方向であるＳ方向の応力を計測することができる。これ
は今までこれだけの応力を計測するためには専用の計測
器を準備しなければならず計測の経費だけを見ても大変
な作業であったが、この応力検知装置を使えば小型で計
量で低コストで４つの方向の応力を検知することができ
る。このことは安全性の高いブレーキシステムに利用で
き、また、車両の総合制御にも利用できる。路面とタイ
ヤの間の応力を計測できるのでタイヤの性能を調べるこ
とにも利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単軸の歪ゲージの模式図。

【図２】単軸の歪ゲージを用いたセンサセグメントの斜
視図。

【図３】単軸の歪ゲージを用いたセンサセグメントの斜
視図。

【図４】単軸の歪ゲージを用いたセンサセグメントの斜
視図。

【図５】単軸の歪ゲージを使った応力検知センサの構成
図。

【図６】２つの単軸の歪ゲージを使った応力検知センサ
の構成図。

【図７】車両の車軸とタイヤの関係を示す斜視図。

【図８】車軸のついた構造物の例を示す斜視図。

【図９】車軸のついた構造物の例を示す斜視図。

【図１０】車軸のついた構造物の例を示す斜視図。

【図１１】車軸のない構造物の例を示す斜視図。

【図１２】車軸のない構造物の例を示す斜視図。

【図１３】車軸のない構造物の例を示す斜視図。

【図１４】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【図１５】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【図１６】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図１７】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図１８】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【図１９】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【図２０】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【図２１】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図２２】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【図２３】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【図２４】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図２５】センサエレメントの例を示す斜視図。

【図２６】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【図２７】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図２８】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図２９】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図３０】単軸の歪ゲージと２軸の歪ゲージを使った応
力検知センサの構成図。

【図３１】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図３２】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図３３】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【図３４】ベンチテスト台の斜視図。

【図３５】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図３６】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図３７】センサセグメントの例を例を示す斜視図。

【図３８】センサ挿入穴にセンサセグメントが装着され
た様子を示す斜視図。

【符号の説明】１ゲージリード２スポット溶接３金属箔４ゲージタブ５補強６カバー７ゲージベース８センサ基板９単軸の歪ゲージａ１０単軸の歪ゲージｂ１１単軸の歪ゲージｃ１２単軸の歪ゲージｄ１３ひずみアンプ１４ＤＳＰ１５制御用ＣＰＵ１６車軸構造体１７ショックアブソーバー１８ブレーキディスク１９タイヤ２０車軸２１センサ挿入穴２２車軸のない構造体２３車軸挿入用の穴２４単軸の歪ゲージ２５単軸の歪ゲージ２６配線部２７電極部２８ケーブル２９コネクター３０油圧シリンダー３１接着剤料による基板ａ歪ゲージｂ歪ゲージｃ歪ゲージｄ歪ゲージｅ抵抗素子ｆセンサセグメントｇブリッジ回路ｈベンチテスト架台

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１７】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

【図２３】

【図２４】

【図２５】

【図２６】

【図２７】

【図２８】

【図２９】

【図３０】

【図３１】

【図３２】

【図３３】

【図３４】

【図３５】

【図３６】

【図３７】

【図３８】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表裏へ歪ゲージからなる複数個のセ
ンサセグメントを取着した応力検出センサを、車両の車
軸または車軸近傍に付設した剪断応力検出装置であっ
て、上記応力検出センサは、複数個のセンサセグメント
の少なくとも４つの信号を使って、応力検出センサに掛
かる応力を主方向であるＦ方向、Ｎ方向、Ｔ方向、Ｓ方
向に分離して車輪に作用する応力を検出するようにした
ことを特徴とする車輪作用力測定装置。
【請求項２】基板の表裏へ歪ゲージからなる複数個のセ
ンサセグメントを取着した応力検出センサを、水平方向
とそれと直角方向にした応力検出センサ２組を、車両の
車軸または車軸近傍に付設した剪断応力検出装置であっ
て、上記水平方向に付設した第１の応力検出センサは、
歪ゲージからなる複数個のセンサセグメントの少なくと
も４つの信号を演算し、応力検出センサに掛かる主方向
Ｆ方向の応力を検出し、垂直方向に付設した第２の応力
検出センサは、歪ゲージからなる複数個のセンサセグメ
ントの４つの信号を演算して応力検出センサに掛かるＮ
方向、Ｔ方向、Ｓ方向の応力を検出し、水平方向に付設
した第１の応力検出センサから検出したＦ方向の応力か
ら、垂直方向に付設した第２の応力検出センサから検出
したＮ方向、Ｔ方向、Ｓ方向の応力を除去して、車輪に
作用する純粋なＦ方向の応力に分離して、検出するよう
にしたことを特徴とする車輪作用力測定装置。
【請求項３】請求項２に記載の車輪作用測定装置複数個
を車両の車軸又は車軸近傍に付設して、複数個のＦ方向
応力、Ｎ方向応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向応力を検出し、
Ｆ方向の応力からＮ方向応力、Ｔ方向応力、Ｓ方向応力
を除去するようにしたことを特徴とする車輪作用力測定
装置。
【請求項４】請求項２に記載の応力検出センサを車両の
車軸または、車軸近傍に付設して、水平方向のセンサエ
レメントと垂直方向のセンサエレメントからそれぞれ少
なくとも４つの信号を演算して、Ｆ方向の応力、Ｎ方向
の応力、Ｓ方向の応力、Ｔ方向の応力を夫々検出し、セ
ンサエレメントに掛かる応力を各方向に分離することを
特徴とする車輪作用力測定装置。
【請求項５】応力検出センサを、車両の車軸または車軸
近傍に付設して、Ｆ方向の応力、Ｎ方向の応力、Ｔ方向
の応力、Ｓ方向の応力をそれぞれ予め印加して、歪ゲー
ジからなる応力検出センサの固有の信号値を演算して、
純粋な各応力を分離して車輪に作用する応力を検出する
ようにしたことを特徴とする車輪作用力測定装置。