JPH0572065A - 輪荷重センサ - Google Patents

輪荷重センサ

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JPH0572065A
JPH0572065A JP23624791A JP23624791A JPH0572065A JP H0572065 A JPH0572065 A JP H0572065A JP 23624791 A JP23624791 A JP 23624791A JP 23624791 A JP23624791 A JP 23624791A JP H0572065 A JPH0572065 A JP H0572065A
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JP
Japan
Prior art keywords
load
detecting means
strain
load detection
ring
Prior art date
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Pending
Application number
JP23624791A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroaki Obayashi
博明 大林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い精度をもって荷重を検出し得る輪荷重セ
ンサを提供する。 【構成】 荷重検出センサのリング状起歪体5の外周面
および内周面の対応する位置に偶数個の歪ゲージ1,
2,3,4を等間隔で設け、各歪ゲージ1,2,3,4
の抵抗によってブリッジを構成し、該ブリッジ構成の出
力信号を用いて荷重検出を行っている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば車両のサスペン
ションアッパマウント部における荷重を高精度で検出す
る輪荷重センサに関する。
【0002】
【従来の技術】この種の輪荷重センサでは、該輪荷重セ
ンサを支持する剛性が低い場合や、支持部材の機械加工
精度によって平面度が不十分であると、正確な荷重検出
を行うことができない。
【0003】例えば、図11はストラッドロッド60に
ナット62によって取り付けられた支持板61の両側に
第1および第2の輪荷重センサ63,64を取り付けた
ものであるが、支持板61の剛性が低い場合には、荷重
が加わると、支持板61がたわみ、第1の輪荷重センサ
63では本来検出すべき荷重よりも小さい荷重しか検出
できないし、また第2の輪荷重センサ64ではその逆と
なる。また、図12は支持部材65の機械加工精度が不
十分な場合であり、旋盤等により削り出しでは図示のよ
うに誤差が発生し易い。
【0004】また、量産時においても、プレスで加工し
て支持部材を制作すると、同様に平面度を保つことが困
難であり、同様の原因によって検出誤差が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、支持
部材の剛性が低かったり、機械加工精度が不十分である
と、誤差が発生し易く、高精度をもって荷重を検出する
ことができないという問題がある。
【0006】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、高い精度をもって荷重を検出
することができる輪荷重センサを提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の輪荷重センサは、サスペンションアッパマ
ウント部の上部と下部に各々リング状の荷重検出手段を
挟み込み、サスペンションの上下荷重を検出する輪荷重
センサであって、前記各荷重検出手段のリング状部の外
周面および内周面の対応する位置に偶数個の歪検出手段
を等間隔で設け、各歪検出手段は荷重検出手段のリング
状部の外周面に設けられた外側歪検出手段と該外側歪検
出手段に対向するリング状部の内周面に設けられた内側
歪検出手段とがそれぞれ直列に接続されて、この各直列
接続された一対の歪検出手段がブリッジ接続の各一辺を
構成し、ブリッジ接続において電圧分割する一対の直列
接続部は、一方の直列接続部を構成する外側および内側
歪検出手段がそれぞれ他方の直列接続部を構成する外側
および内側歪検出手段とリング中心部に対して対称位置
に設けられているブリッジ構成の出力信号を用いて荷重
検出を行うことを要旨とする。
【0008】
【作用】本発明の輪荷重センサでは、各荷重検出手段の
リング状部の外周面および内周面の対応する位置に偶数
個の歪検出手段を等間隔で設け、各歪検出手段によって
ブリッジを構成し、該ブリッジ構成の出力信号を用いて
荷重検出を行っている。
【0009】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。
【0010】図1(a),(b)は、それぞれ本発明の
一実施例に係わる輪荷重センサを構成するリング状荷重
検出センサの基本構造を示す斜視図および断面図であ
る。同図に示す荷重検出センサは、リング状の起歪体5
および該リング状起歪体5の外周面および内周面にそれ
ぞれ図1(b)に示すように貼り付けられた金属歪ゲー
ジ1,4および2,3を有する。
【0011】図1に示すように構成される荷重検出セン
サのリング状起歪体5に対して図2(b)に示すような
銅製ワッシャ6を上下に図2(a)に示すように設け
る。このように銅製ワッシャ6を荷重検出センサのリン
グ状起歪体5の上下に設けることにより、表面粗さや小
さな異物のかみ込みに対して集中応力を緩和し、特性を
安定させることができるとともに、ストラッドロッドに
対して荷重検出センサの周方向の位置決めを行い、組み
込みのばらつきを低減させ、内周面に設けられた金属歪
ゲージおよび外周面に設けられた歪ゲージを保護するこ
とができる。
【0012】図2に示すように構成される荷重検出セン
サを図3に示すようにサスペンションアッパマウント部
のストラッドロッドの先端に2個組み込まれる。なお、
図3において、ストラッドロッド11の先端のナット1
2に近い側に設けられている荷重検出センサを第1の荷
重検出センサ13と称し、ナット12から遠い反対側に
設けられている荷重検出センサを第2の荷重検出センサ
15と称することにする。図3において、ストラッドロ
ッド11およびコイルスプリング14からの力の一部は
第2の荷重検出センサ15に伝えられ、残りの力はスト
ラッドロッド11のねじ部をナットを通じて第1の荷重
検出センサ13に伝えられる。
【0013】また、第1の荷重検出センサ13のリング
状起歪体5に貼り付けられている歪ゲージ1,2,3,
4の抵抗をそれぞれR1,R2,R3,R4とし、第2
の荷重検出センサ15のリング状起歪体5に貼り付けら
れている歪ゲージ1,2,3,4の抵抗をそれぞれR
5,R6,R7,R8とする。
【0014】図4は、第1の荷重検出センサ13および
第2の荷重検出センサ15の各歪ゲージの抵抗R1〜R
8の関係を示す図である。このような関係をもって組み
込まれた第1および第2の荷重検出センサ13,15の
各歪ゲージの抵抗を図5に示すようにブリッジ構成に接
続し、ブリッジ回路の出力によりストラッドロッドおよ
びコイルスプリングから受ける荷重を検出することがで
きる。このブリッジ接続は、ブリッジ印加電圧の中点電
圧を作り出すブリッジの2辺において各々の辺を構成す
る歪ゲージが図4における中心点に対して対称な位置関
係になる歪ゲージが使用される。例えば、図4におい
て、R1とR2とからなるブリッジの1辺に対して、ブ
リッジ印加電圧の中点電圧を作り出すためのブリッジの
他の1辺はR1と対称な位置にあるR5およびR2と対
称な位置にあるR6の2つの歪ゲージからなる。
【0015】このブリッジ接続関係を更に詳述すると、
各歪ゲージは荷重検出センサ13,15のリング状起歪
体5の外周面に設けられた外側歪ゲージと該外側歪ゲー
ジに対向するリング状起歪体5の内周面に設けられた内
側歪ゲージとがそれぞれ直列に接続されて、この各直列
接続された一対の歪ゲージがブリッジ接続の各一辺を構
成し、ブリッジ接続において電圧分割する一対の直列接
続部は、一方の直列接続部を構成する外側および内側歪
ゲージがそれぞれ他方の直列接続部を構成する外側およ
び内側歪ゲージとリング中心部に対して対称位置に設け
られているということになる。
【0016】図6は支持部材等が傾斜している場合の荷
重検出センサのリング状起歪体の変形と半径方向の圧力
分布を示している。この圧力分布図に示すように、圧力
変化はほぼ直線で近似されるので、図6においてa点に
おける圧力をAとし、b点における圧力をBとすると、
平均圧力(荷重値)は(A+B)/2の計算によって検
出できるので、a点およびb点の位置の貼られた歪ゲー
ジを直列接続することにより、支持部材の影響を受ける
ことなく、荷重検出を行うことができることになるが、
上述した図4,5に示すブリッジ接続はこの関係を達成
しているものである。
【0017】また、上述した構成においては、図7に示
すような偏荷重が加わった場合でも、各ブリッジの抵抗
変化の比が一定となり、その影響が出力に現れない。す
なわち、上記構成により偏荷重や加工精度による計測誤
差の影響を大幅に低減できるものである。
【0018】図8は、本発明の他の実施例に係わる輪荷
重センサを示す説明図である。同図に示す実施例は、図
3に示した実施例において第2の荷重検出センサ15の
下側に部材31を設けたものである。この部材31は、
第2の荷重検出センサ15に荷重が伝達していく過程に
ストラッドロッド11のねじ部とほぼ等しい剛性を有す
るものである。これは、前述したように、上側の第1の
荷重検出センサ13と下側の第2の荷重検出センサ15
のストラッドロッドに加わる荷重に対する荷重感度が異
なり、下側の第2の荷重検出センサ15の感度が高くな
ってしまうと、この荷重検出センサ15のクリープが大
きくなり、荷重検出センサ個々のばらつきが全体のばら
つきに大きく影響することを防止するために、ストラッ
ドロッドから各荷重検出センサに荷重が伝達される経路
における剛性を等しくするために部材31を設けるもの
である。
【0019】図8において、コイルスプリング14およ
びストラッドロッド11からの力の一部は前記部材31
を介して第2の荷重検出センサ15に伝えられ、残りの
力はストラッドロッド11のねじ部をナットを通じて第
1の荷重検出センサ13に伝えられる。
【0020】図9(a)は従来構造のばねモデルを示
し、図9(b)は図8に示す本実施例の構造のばねモデ
ルを示す。
【0021】図9(a)に示すばねモデルから次の式が
成立する。
【0022】K3 △L3 +K1 (△L2 +△L3 )=F K3 △L2 +K1 (△L2 +△L3 )=0 なお、K1 ,K3 はそれぞれのばね定数、△L2 ,△L
3 はばねの変位を示す。
【0023】上式を整理すると,次式が成立する。
【0024】 △L3 =(K1 +K3 )・F/(2K1 K3 +K3 2 ) △L2 =(−K1 )・F/(2K1 K3 +K3 2 ) この場合、|△L2 |≒|△L3 |であるので、2つの
荷重検出センサの感度を等しくすることはできないこと
がわかる。
【0025】図9(b)に示すばねモデルから次の式が
成立する。
【0026】 K2 △L1 +K1 (△L1 +△L2 +△L3 )=F K3 △L2 +K1 (△L1 +△L2 +△L3 )=0 K3 △L3 =K2 △L1 なお、K1 ,K2 ,K3 はそれぞれのばね定数、△
L1 ,△L2 ,△L3 はばねの変位を示す。
【0027】上式を整理すると,次式が成立する。
【0028】△L3 =(K1 K2 +K2 K3 )F/(2
K1 K2 K3 +K2 K3 2 +K1 K3 2) △L2 =−(K1 K2 +K1 K3 )F/(2K1 K2 K
3 +K2 K3 2 +K1 K3 2 ) この式から2つの荷重検出センサの感度が等しくなる条
件は、 |△L3 |/L3 =|△L2 |/L2 であり、この条件を満たすにはK1 =K2 となればよい
ことがわかる(但し、L3 =K2 と仮定)。従って、荷
重Fの印加点から各荷重検出センサまでの伝達経路にお
けるばね定数が等しければ、すなわち剛性が等しければ
2つの荷重検出センサの感度を等しくすることができ
る。この様子が図10に示されている。
【0029】図10において、実線41,42はそれぞ
れ図9(b)に示す実施例の上側の第1の荷重検出セン
サ13および下側の第2の荷重検出センサ15による荷
重Fに対する歪変化を示し、点線43,44は図9
(a)に示す従来の上側荷重検出センサおよび下側荷重
検出センサによる荷重Fに対する歪変化を示す。図10
に示すように2つの荷重検出センサの感度を等しくする
ことにより、2つの荷重検出センサの感度の合計は等し
くても、どちらかの荷重検出センサに大きな歪が発生さ
せる必要がなく、クリープが小さくなる等の精度を向上
させることができる。
【0030】以上説明したように、アップマウント部の
下部の荷重伝達経路にアッパマウント部の上側の荷重検
出センサに加わる荷重の伝達経路に存在する部材の剛性
に等しい部材を挿入することにより、上側および下側の
荷重検出センサの感度が等しくなり、どちらか一方に荷
重が偏らないようになるため、荷重検出センサの設計に
余裕ができ、クリープが小さくなり、精度を向上させる
ことができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
各荷重検出手段のリング状部の外周面および内周面の対
応する位置に偶数個の歪検出手段を等間隔で設け、各歪
検出手段によってブリッジを構成し、該ブリッジ構成の
出力信号を用いて荷重検出を行っているので、支持部材
の剛性が低かったり、機械加工精度が不十分でも、誤差
の影響を低減し、高い精度をもって荷重を検出すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる輪荷重センサを構成
するリング状荷重検出センサの基本構造を示す斜視図お
よび断面図である。
【図2】図1に示す荷重検出センサにワッシャを設けた
説明図である。
【図3】図2に示すように構成される荷重検出センサを
サスペンションアッパマウント部のストラッドロッドの
先端に2個組み込んだ図である。
【図4】第1の荷重検出センサおよび第2の荷重検出セ
ンサの各歪ゲージの抵抗R1〜R8の関係を示す図であ
る。
【図5】第1の荷重検出センサおよび第2の荷重検出セ
ンサの各歪ゲージの抵抗R1〜R8をブリッジ接続した
回路図である。
【図6】支持部材等が傾斜している場合の荷重検出セン
サのリング状起歪体の変形と半径方向の圧力分布を示す
図である。
【図7】偏荷重が加わった場合の説明図である。
【図8】本発明の他の実施例に係わる輪荷重センサを示
す説明図である。
【図9】従来構造のばねモデルおよび図8に示す構造の
ばねモデルを示す図である。
【図10】図9に示す従来構造のばねモデルおよび図8
に示す構造のばねモデル荷重Fに対する歪変化を示す図
である。
【図11】支持板の剛性が低い場合の荷重検出を示す説
明図である。
【図12】支持部材の機械加工精度が不十分な場合の荷
重検出を示す説明図である。
【符号の説明】
1,2,3,4 歪ゲージ 5 リング状起歪体 6 銅製ワッシャ 13 第1の荷重検出センサ 15 第2の荷重検出センサ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サスペンションアッパマウント部の上部
    と下部の各々リング状の荷重検出手段を挟み込み、サス
    ペンションの上下荷重を検出する輪荷重センサであっ
    て、前記各荷重検出手段のリング状部の外周面および内
    周面の対応する位置に偶数個の歪検出手段を等間隔で設
    け,各歪検出手段は荷重検出手段のリング状部の外周面
    に設けられた外側歪検出手段と該外側歪検出手段に対向
    するリング状部の内周面に設けられた内側歪検出手段と
    がそれぞれ直列に接続されて、この各直列接続された一
    対の歪検出手段がブリッジ接続の各一辺を構成し、ブリ
    ッジ接続において電圧分割する一対の直列接続部は、一
    方の直列接続部を構成する外側および内側歪検出手段が
    それぞれ他方の直列接続部を構成する外側および内側歪
    検出手段とリング中心部に対して対称位置に設けられて
    いるブリッジ構成の出力信号を用いて荷重検出を行うこ
    とを特徴とする輪荷重センサ。
JP23624791A 1991-09-17 1991-09-17 輪荷重センサ Pending JPH0572065A (ja)

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