JPH0431725A - 荷重検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、減衰力制御や姿勢制御等の他の制御を行うた
めに、ばね下側とばね上側との相対速度を検出するべく
サスペンション部材への入力荷重を検出する荷重検出装
置に関する。

（従来の技術） 従来、このような荷重検出装置として、例えば、実開昭
６１−９１４１５号公報に記載されているようなものが
知られている。

この従来構造は、環状の荷重センサをアッパインシュレ
ータと直列に重ね、この荷重センサとサスペンション部
材としてのピストンロッドをナツトにより同時に締結固
定したもので、この荷重センサが検出するひずみ量によ
ってサスペンション部材への入力荷重を検出するように
したものであった。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の荷重検出装置にあって
は、アッパインシュレータからの軸直角方向入力荷重に
より荷重センサの取付軸となるピストンロッドに曲げモ
ーメントが発生すると、荷重センサ座面に傾きが生じて
荷重センサ出力に変動が生じ、これにより、入力荷重の
検出に誤差が生じると共に、曲げモーメントの検出手段
を有しないため、曲げモーメントの発生状況に応じたシ
ステム制御が行なえないという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題に着目してなされた
もので、軸直角荷重入力に基づく検出誤差の補正が可能
で、曲げモーメントの発生状況に応じたシステム制御が
可能な荷重検出装置を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上述のような目的を達成するために、本発明の荷重検出
装置では、ばね下とばね上の間の荷重伝達経路の途中に
設けられ、内外周のいずれかに入力荷重を受けることで
弾性変形する半径方向部を備えたサスペンション部材と
、前記半径方向部においてサスペンション部材の軸を中
心に径方向に対向して配設された、弾性変形量を検出可
能な少なくとも２対のセンサと、該２対のセンサのうち
の一方の対のセンサを直列に配した第１ブリッジ回路、
及び、他方の対のセンサを並列に配した第２ブリッジ回
路とを設けた。

（作　用） 荷重入力時には、入力荷重に応じてサスペンション部材
の半径方向部が弾性変形し、各センサによりその変形量
が検出される。

まず、荷重入力が軸方向の場合は、全てのセンサの検出
値が同方向であるため、第１ブリッジ回路に直列に配さ
れた両センサの検出値が同方向に増減変化し、これによ
り、この第１ブリッジ回路の出力電圧が増減変動して軸
方向入力荷重が検出される。

尚、一対のセンサが並列に配された第２ブリッジ回路側
では、両センサの検出値に差異が生じないので出力電圧
の変動はない。

次に、荷重入力が軸直角方向の場合は、両射のセンサの
検出値が逆方向であるため、第２ブリッジ回路に並列に
配された一対のセンサの検出値に差異が生じ、これによ
り、この第２ブリッジ回路の出力電圧が増減変動して軸
直角方向入力荷重が検出される。

尚、一対のセンサが直列に配された第１ブリッジ回路側
では、両センサの検出値の合計値に変動はないので出力
電圧の変動はない。

このように、第１ブリッジ回路では、軸方向入力荷重の
みが独立して検出されると共に、第２ブリッジ回路では
軸直角方向入力荷重のみが独立して検出される。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面により詳述する。

まず、実施例の構成を説明する。

第１図は、本発明実施例の荷重検出装置を適用した倒立
型（シリンダ側が車体側に、ピストンロッド側が車軸側
にそれぞれ連結されたタイプ）のショックアブソーバの
主要部を示す断面図であって、図中１はシリンダを示し
ている。

このシリンダ１は、請求の範囲のサスペンション部材に
相当しており、その上端面を閉塞する端面壁２の外面中
央部に車体側への取付部となる連結ロッド３が一体に突
出形成されていて、該連結ロッド３の上端部が、図外の
マウントインシュレータを介して車体に取り付けられる
ようになっている。

また、前記連結ロッド３の軸心部には貫通孔３ａが形成
され、また、この端面壁２の内面側開口部には軸心孔１
４ｂを有するポルト１４が螺合されており、このボルト
１４の頭部裏面１４ａと端面壁（請求の範囲の半径方向
部に相当する）２の内面との間に荷重センサ９が介装さ
れている。

この荷重センサ９は、板材により略環状に形成されたセ
ンサボディ９０と４個のひずみゲージ（センサ）９１ａ
、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄとで形成されている。

さらに詳述すると、センサボディ９０は、第２図に示す
ように、センタリングワッシャ６の外周に装着可能な中
心穴９０ａを有する環状の内周環状連続部９０ｂと、該
内周環状連続部９０ｂの外周部から周方向等間隔のもと
に四方に延設された４本の梁部９０ｃとを有し、各梁部
９０ｃは、その先端支持部９０ｄの外周支持点Ｐ１を頂
点とする扇形に形成され、その各裏面中心部に前記ひず
みゲージ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄが貼付されて
いる。

尚、前記各先端支持部９０ｄの表面側は、第３図に示す
ように、センサボディ９０の周方向断面形状が円弧状に
形成されている。

そして、前記センサボディ９０は、その内周環状連続部
９０ｂの内周部を、前記ボルト１４の頭部裏面１４ａと
端面壁２の下面内周部との間に挟持され、その各先端支
持部９０ｄの上面を、端面壁２の下面外周部に配設され
たワッシャ４に当接されることにより、このワッシャ４
の厚み分だけ荷重センサ９に初期荷重が付与されている
。

即ち、センサボディ９０の各先端支持部９０ｄ側が下方
へ押圧された分だけ各梁部９０ｃが撓んで各ひずみゲー
ジ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄに初期ひずみ（この
実施例では圧縮ひずみ）が生じた状態となっている。

従って、車輪側から端面壁２に荷重入力があると入力荷
重に応じて、センサボディ９０のひずみが開放される方
向に作用する。

尚、第２図中ａは各外周支持点Ｐ、を通る外周支持径線
、ｂは内周支持径線を示しており、外周支持径線ａがワ
ッシャ４の内周端縁部に当接し、また、内周支持径線す
がボルト１４における頭部裏面１４ａの外周端縁部に当
接する状態でセンサボディ９０が設けられている。

また、前記各ひずみゲージ９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９
１ｄは、それ自体のひずみにより抵抗が変化する周知構
造のもので、ハーネス９２を介して図外のコントローラ
に接続されている。尚、前記ハーネス９２は、第１図に
示すように、ボルト１４の軸心孔１４ｂ及び連結ロッド
３の貫通孔３日を経由して外部に導出されている。

尚、第１図中、１２は減衰力切換用アクチュエータ、１
２ａは該アクチュエータのハーネスを示す。

次に、第４図（イ）、（０）は、電気回路図を示すもの
で、第４図（イ）は曲げモーメント（軸直角方向入力荷
重）検出回路Ｆ、第４図（ロ）は軸方向入力荷重検出回
路Ｇを示している。

まず、曲げモーメント検出回路（第２ブリッジ回路）Ｆ
は、第４図（イ）に示すように、センサボディ９０の径
方向に対向して配置された一方の一対のひずみゲージ９
１ａ、９１ｂと２つの基準抵抗Ｒ，，Ｒ２とでホイート
ストンブリッジ回路を組むことにより、軸方向の入力荷
重をキャンセルして軸直角方向の入力荷重のみを検出す
るように構成されている。

即ち、この曲げモーメント検出回路Ｆでは、両ひずみゲ
ージ９１ａ、９１ｂが出力電圧回路（Ａ−８間）に対し
て並列（入力電圧回路Ｃ−Ｄ間に対しては直列）に接続
されていることから、両ひずみゲージ９１ａ、９１ｂの
ひずみが同方向となる軸方向の入力荷重に対しては両抵
抗値に差異が生じないため出力電圧は変化しないが、両
ひずみゲージ９１ａ、９１ｂのひずみが逆方向となる軸
直角方向の入力荷重に対しては両抵抗値に差異が生しる
ことから出力電圧が変化し、これにより、軸方向の入力
荷重の有無に関係なく軸直角方向の入力荷重のみを検出
することができる。

次に、軸方向入力荷重検出回路Ｇは、第４図（ロ）に示
すように、センサボディ９０の径方向に対向して配置さ
れた他方の一対のひずみゲージ９１ｃ、９１ｄと３つの
基準抵抗Ｒ，，Ｒ，，Ｒ５とでホイートストンブリッジ
回路を組むことにより、軸直角方向の入力荷重をキャン
セルして軸方向の入力荷重のみを検出するように構成さ
れている。

即ち、この軸方向入力荷重検出回路Ｇでは、直列に接続
された両ひずみゲージ９１ｃ、９１ｄを一つのブロック
としてブリッジが組まれていることから、両ひずみゲー
ジ９１ｃ、９１ｄの直列加算抵抗値のみが検出可能であ
り、このため、両抵抗値の差異で検出される軸直角方向
の入力荷重の有無に関係なく、両ひずみゲージ９１ａ、
９１ｂのひずみが同方向となる軸方向の入力荷重のみを
検出することができる。

尚、第４図において、ＥはＣ−Ｄ間に負荷された入力電
圧である。

次に、実施例の作用を説明する。

本実施例のサスペンションユニットでは、上述のように
、荷重センサ９には取付時に初期荷重が付与されている
。

従って、荷重センサ９にあっては、この初期荷重を基準
値とし、検出荷重が基準値である場合には、荷重が入力
されていない状態を示す。

（イ）軸方向荷重入力時 まず、サスペンションがバウンド状態となるような軸方
向の入力荷重（圧縮荷重）が加わった場合、シリンダ１
の端面壁２が連結ロッド３を突出した中心部に対して外
周部が上方へ持ち上がる方向に撓みを生じて各梁部９０
ｃの撓み量が減少する。このため、各ひずみゲージ９１
ａ、９１ｂ。

９１ｃ、９１ｄのひずみ量が減少し、これにより、この
減少分に応じて荷重センサ９の検出値（出力抵抗値）が
基準値より下回ることになり、この基準値との差に基づ
き、上向きの荷重入力を定量的に検出する。

また、サスペンションがリバウンド状態となるような軸
方向の入力荷重（引張荷重）が加わった場合は、以上と
は逆に、シリンダ１の端面壁２が連結ロッド３を突出し
た中心部に対して外周部が下方へ引き下げられる方向に
撓みを生じて各梁部９０ｃの撓み量が減少するため、各
ひずみゲージ９１　ａ、　　９　ｌ　ｂ、　９１　ｃ、
　９１　ｄのひずみ量が増加し、これにより、この増加
分に応じて荷重センサ９の検出値（出力抵抗値）が基準
値より上回ることになり、この基準値との差に基づき、
下向きの荷重入力を定量的に検出する。

即ち、荷重入力が軸方向の場合は、全てのひずみゲージ
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄの出力抵抗値が同方向
であるため、第４図（０）の軸方向入力荷重検出回路Ｇ
に示すように、ブリッジ回路に直列に配された各一対の
ひずみゲージ９１Ｃ２９１ｄの出力抵抗値が同方向に増
減変化し、これにより、この軸方向入力荷重検出回路Ｇ
の出力電圧ｅ０２が増減変動して軸方向入力荷重が検出
される。尚、第４図（イ）に示すように、ブリッジ回路
に一対のひずみゲージ９１ａ、９１ｂが並列に配された
曲げモーメント検出回路Ｆでは、両ひずみゲージ９１ａ
、９１ｂの出力抵抗値に差異が生じないので出力電圧ｅ
。、の変動はない。

このように、実施例のセンサ取付構造にあっては、１つ
の荷重センサ９により、ばね下からばね上方向及びばね
上からばね下方向への両方の向きの荷重を定量的に検出
できるという特徴を有している。

（ロ）軸直角方向荷重（曲げモーメント）入力時アッパ
インシュレータ等から軸直角方向の入力荷重が加わった
場合、曲げモーメントによりシリンダ１の端面壁２に傾
きが生じるため、荷重入力方向において各梁部材９０ｃ
の撓み量に差異が生じる。このため、各ひずみゲージ９
１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄにおけるひずみ量の差異
に基づいて軸直角方向の荷重入力を定量的に検出する。

即ち、荷重入力が軸直角方向の場合は、第４図（イ）の
曲げモーメント検出回路Ｅに示すように、ブリッジ回路
に並列に配された一対のひずみゲージ９１ａ、９１ｂの
出力抵抗値が逆方向に増減変化し、これにより、この曲
げモーメント検出回路Ｆの出力電圧ｅ。Ｉが増減変動し
て軸直角方向入力荷重が検出される。

尚、第４図（ロ）に示すように、ブリッジ回路に一対の
ひずみゲージ９１Ｃ，９１ｄが直列に配された軸方向入
力荷重検出回路Ｇでは、両ひずみゲージ９１ｃ、９１ｄ
の出力抵抗値の合計値は変動しないので出力電圧ｅ０２
の変動はない。

以上説明したように、この実施例の荷重検出装置では、
軸方向入力荷重と軸直角方向入力荷重とをそれぞれ独立
して検出することができ、これにより、軸直角方向の荷
重入力に基づく軸方向入力荷重の検出誤差の補正が行な
える等、曲げモーメントの発生状況に応じたシステム制
御が可能となるという特徴を有している。

また、実施例の荷重検出装置にあっては、荷重センサ９
のセット荷重を、ナツトによるアッパインシュレータの
締結荷重とは無関係に任意に設定可能であって、荷重セ
ンサ９のセット荷重を最小限度に抑えることができるこ
とから、荷重センサ９の最大ひずみ量が低く抑えられ、
これにより、荷重検出精度を向上させることができる。

さらに、以上のように必要以上の大きなセット荷重が加
わることがないし、バウンドストッパとの衝撃荷重によ
る影響も少ないので、荷重センサ９自体の剛性・強度を
低くでき、これにより、入力荷重に対するひずみ倍率が
大きくなって検出精度をさらに向上させることができる
。

加えて、温度変化によるアッパインシュレータの締結ト
ルクが変化しても、荷重センサ９の入力荷重への影響は
ほとんど生じない。

また、荷重の検出にひずみゲージを用いていることから
、圧電素子に比べて低周波作動領域における荷重入力に
対しても荷重を検出できる。

また、荷重センサ９のセット荷重が従来のようにピスト
ンロッドのようなサスペンション部材の車体への締結力
で決定されることなく、ワッシャ４の板厚分で決定され
るので、セット荷重のバラツキを抑制できると共に、取
付時にセット荷重を調整することが不要となり生産性が
向上する。

また、ワッシャ４の内周端縁部に当接支持された各先端
支持部９０ｄの裏面側が、センサボディ９０の周方向断
面形状において円弧状に形成されていることから、直角
方向の横力に対しても影響を受けることがない。

また、各梁部９０ｃが外周支持点Ｐ、を頂点とする扇形
に形成されていることから、梁部９０ｃが撓んだ状態で
は半径方向に常に一定の曲率を持つことになり、これに
より、各梁部９０ｃに対するひずみゲージ９１の貼付位
置がそれぞれ半径方向にばらついていてもひずみゲージ
９１のひずみ量にばらつきは生じないので、精度の高い
組み付けを必要とせずに低コストでありながら正確な荷
重の検出を行なうことができるという特徴を有している
。

以上、本発明の実施例を図面により詳述してきたが、具
体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があって
も本発明に含まれる。

例えば、実施例では、サスペンション部材として、外周
がばね下側に臨み内周がばね上側に臨んでいる部材であ
るシリンダ１を示したが、外周をばね上側に臨ませ、内
周をばね下側に臨ませてもよい。

また、実施例では、サスペンションユニットとして倒立
型のものを示しているが、王立型のものにも適用できる
。また、このサスペンションユニットとしては、減衰力
を有した緩衝器や車高調整を行うもの等を用いることが
できる。

また、実施例では、センサとしてひずみゲージを用いた
が、その他に圧電素子等を用いることができる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の荷重検出装置にあっては
、荷重入力に対して弾性変形する半径方向部材に径方向
に対向して設けられた少なくとも２対のセンサの内、一
方の一対のセンサを直列に配した第１ブリッジ回路と、
他方の一対のセンサを並列に配した第２ブリッジ回路と
を設けた手段としたため、軸方向入力荷重と軸直角方向
入力荷重とをそれぞれ独立して検出することができ、こ
れにより、軸直角方向の荷重入力に基づく軸方向入力荷
重の検出誤差の補正が行なえると共に、曲げモーメント
の発生状況に応じたシステム制御が可能になるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の荷重検出装置を適用した倒立型
のショックアブソーバの主要部を示す断面図、第２図は
実施例における荷重センサを示す底面図、第３図は第２
図における矢視Ａ図、第４図（イ）、（０）は電気回路
図を示すもので、第４図（イ）は曲げモーメント検出回
路、第４図（ロ）は軸方向入力荷重検出回路である。 １・・・シリンダ（サスペンション部材）２・・・端面
壁（半径方向部） ９１ａ・・・ひずみゲージ（センサ） ９１ｂ・・・ひずみゲージ（センサ） ９１ｃ・・・ひずみゲージ（センサ） ９１ｄ・・・ひずみゲージ（センサ） Ｆ・・・曲げモーメント検出回路 （第２ブリッジ回路） Ｇ・・・軸方向入力荷重検出回路 （第１ブリッジ回路）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ばね下とばね上の間の荷重伝達経路の途中に設けら
   れ、内外周のいずれかに入力荷重を受けることで弾性変
   形する半径方向部を備えたサスペンション部材と、 前記半径方向部においてサスペンション部材の軸を中心
   に径方向に対向して配設された、弾性変形量を検出可能
   な少なくとも２対のセンサと、該２対のセンサのうちの
   一方の対のセンサを直列に配した第１ブリッジ回路、及
   び、他方の対のセンサを並列に配した第２ブリッジ回路
   と、を備えていることを特徴とする荷重検出装置。