JPH0781923B2 - スピンドルによる路面摩擦力検出装置、垂直荷重検出装置及び路面摩擦係数検出装置 - Google Patents

スピンドルによる路面摩擦力検出装置、垂直荷重検出装置及び路面摩擦係数検出装置

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JPH0781923B2
JPH0781923B2 JP2011251A JP1125190A JPH0781923B2 JP H0781923 B2 JPH0781923 B2 JP H0781923B2 JP 2011251 A JP2011251 A JP 2011251A JP 1125190 A JP1125190 A JP 1125190A JP H0781923 B2 JPH0781923 B2 JP H0781923B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両の急制動時に車輪のロック(固着)を防
止するためのアンチロックブレーキ装置(ABS)及び車
両駆動時の車輪のスリップを防止するためのトラクショ
ンコントロール装置を構成する要素となり得るスピンド
ルによる路面摩擦力検出装置、垂直荷重検出装置、及び
路面摩擦係数検出装置に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の車両、例えば自動車のアンチロックブレーキ装置
(ABS)では、車体速度と車輪速度をもとに、スリップ
比が、ある一定の範囲に入るよう、制動を自動制御する
方式が、一般的である(例えば、特公昭59-30585号公
報、特開昭60-61354号公報)。車体速度は、車輪速度か
らの推定値であるため、スリップ比の制御における、精
度上の問題がある。車体速度を正確に把握するために
は、対地速度センサー(例えば特開昭63-64861号公
報)、車体減速度センサー(例えば、特開昭63-170157
号公報)などの、複雑な装置を必要とする。
特開昭63-25169号公報に記載される装置では、車輪に作
用する、路面摩擦力のトルク(タイヤトルク)を、車輪
角加速度と、ブレーキ液圧とから演算により算出して、
ブレーキ液圧上昇中のタイヤトルクの下降の始まりを、
車輪のロック直前状態の判別材料の一つとして採用して
いる。しかしながら、この装置ではタイヤトルクを、車
輪角加速度とブレーキ液圧とから、演算によって間接的
に求めており、車輪の慣性能率、ブレーキの制動効率等
の不確定な定数の存在のため、計算値に精度上の問題が
ある。
トラクションコントロール装置に於いても、従来の装置
は、ABSと同様に車輪速度を測定することにより、加速
時の車輪のスリップを検出している。この場合も車輪速
度に基づいて制御が行われるABSと同様の問題が存在す
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、従来の装置が有する以上のの欠点を除去し、
アンチロックブレーキ装置若しくは、トラクションコン
トロール装置を構成する要素となり得る路面摩擦力検出
装置、垂直荷重検出装置、及び路面摩擦係数検出装置を
提供することを目的とする。
〔課題を解決する手段〕
本発明は、路面摩擦力検出装置、垂直荷重検出装置、及
び路面摩擦係数検出装置であって、特許請求の範囲第1
項乃至第3項に記載の構成を備えたものである。
〔作用〕
車両の各車輪の路面との間の摩擦力は、力学的にその車
輪による車体への制動力と等価である。このため、車輪
の路面との接地点から車体までの各構造物の任意の点に
於て、路面摩擦力に比例した応力及び歪が生じる。した
がって、これらの構造物中の適当なある点でその構造物
の歪を測定し、この歪を通して路面摩擦力を検出するこ
とができる。車輪がタイヤを有する車両であれば、上記
構造物のうちタイヤを支持するスピンドルに於いて路面
摩擦力を検出できる。歪ゲージを貼付したセンサー部を
内蔵したスピンドルにより歪を測定してもよい。歪量が
タイヤに比べて小さいけれども、回転部分ではないため
に路面摩擦力検出装置の構成を単純化することができ、
センサー部が内蔵された構造であるため防水性、耐候性
を有する構成とすることが容易となる。
路面が各車輪に作用する垂直抗力、或はその反作用であ
る各車輪が路面に作用する垂直荷重も、同様の理由によ
り、スピンドルに於ける歪を測定することにより検出す
ることができる。
〔実施例〕
車両の中で特に自動車への応用を例にとり実施例を記述
する。自動車以外の車両に於ても同様に適用可能であ
る。なお、ここに示す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
ものではい。
本発明の実施例に係る路面摩擦力検出装置、垂直加重検
出装置、及び路面摩擦係数検出装置を第1図〜第26図を
参照して説明する。
通常スピンドル21は、第1図のテーパ形状を有しており
テーパを有しない第2図の平行形状のものもある。簡単
の為ここでは、第2図の平行形状のものに於いて説明す
る。但し、テーパ形状のものについても同様である。
第3図〜第23図記載の矢印12、13、14は、それぞれスピ
ンドル21のスピンドル軸方向、進行方向及び上下方向を
示す。
歪ゲージ1〜4,5〜8を用いてスピンドルの歪を測定す
ることにより、路面摩擦力及び垂直荷重を検出する。歪
ゲージ自体は、抵抗線の電気抵抗が歪に比例して変化す
ることを利用したもので、公知の技術である。抵抗線を
内蔵した長方形フイルムからなり、その長手方向の引っ
張り歪及び圧縮歪を検出するのが代表的である。
2枚の歪ゲージを直交させ、直交する2軸方向に引っ張
りもしくは、圧縮歪を測定し得る歪ゲージ(仮にクロス
ゲージと称す)が市販されている。
第3図のように8枚の歪ゲージ1〜4,5〜8をスピンド
ル21の表面に貼付する。歪ゲージの貼付位置は、スピン
ドル21の付け根若しくは、付け根付近が望ましい。スピ
ンドルに加わる垂直荷重を検出するための4枚1組の歪
ゲージ1、2、3、4、及びこのスピンドルに加わる路
面摩擦力を検出するための、同じく4枚1組の歪ゲージ
5、6、7、8を第4図に示されるように、それぞれブ
リッジ回路に組み、各ブリッジ回路の出力を増幅器9、
10に印加する。
1組の歪ゲージ1、2、3、4は第3図に示すように、
中心軸を含む水平面とこのスピンドル21の表面との交線
上に於て、この交線と45°の角度をなす方向の圧縮歪及
び引っ張り歪を測定するように貼付する。1と2また3
と4とがそれぞれスピンドル21の中心軸に対して対称の
位置になるように貼付する。他の1組の歪ゲージ5、
6、7、8は、第3図に示すように、スピンドル21の中
心軸を含む垂直面と、このスピンドル21の表面との交線
上に於て、この交線と45°の角度をなす方向の圧縮歪及
び引っ張り歪を測定するように貼付する。5と6また7
と8とがそれぞれ中心軸に対して、対称の位置になるよ
うに貼付する。
スピンドル21に加わる垂直荷重により、中心軸を含む垂
直面上に於て、中心軸が曲がる曲げ変形が加わる。同時
に、中心軸に対して、垂直な断面に、垂直荷重に等しい
大きさのせん断力が垂直方向に加わる。このせん断力に
比例して、スピンドル21にせん断歪が生じる。歪ゲージ
1、2、3、4の組からなるブリッジ回路は、このせん
断歪を検出する。仮に上記曲げ変形によって、各歪ゲー
ジが圧縮又は伸張を受けたとしても、前記のように、1
組の歪ゲージ1、2、3、4でブリッジ回路を構成して
いるから、この曲げ変形の影響が相殺される。すなわ
ち、増幅器9の電圧出力は車輪が加わる垂直荷重のみに
比例し、垂直荷重によるモーメントの影響は現われな
い。
スピンドル21に加わる路面摩擦力により、中心軸を含む
水平面上に中心軸が曲がる曲げ変形が加わる。同時に、
中心軸に垂直な断面に、路面摩擦力に等しい大きさのせ
ん断力が、水平方向に加わる。このせん断力に比例し
て、スピンドル21にせん断歪が生じる。歪ゲージ5、
6、7、8の組からなるブリッジ回路は、このせん断歪
を検出する。但し、前述と同様にブリッジ回路を構成す
ることにより、曲げ変形の影響は相殺される。従つて、
増幅器10の電圧出力は、路面摩擦力のみに比例し、路面
摩擦力によるモーメントの影響は現われない。
更に、垂直荷重による曲げ変形及びせん断歪は、1組の
歪ゲージ5〜8からなるブリッジ回路の出力電圧に影響
を与えず、路面摩擦力による曲げ変形及びせん断歪は、
他の組の歪ゲージ1〜4からなるブリッジ回路の出力電
圧に影響を与えない。コーナリング力(横抗力)によ
り、中心軸方向の圧縮歪又は引張り歪が加わるけれど
も、これらの歪は、歪ゲージ1〜4の組からなるブリッ
ジ回路の出力電圧にも、また他の組の歪ゲージ5〜8か
らなるブリッジ回路の出力電圧にも影響を与えない。
また、スピンドル21にはブレーキが作動する際の制動ト
ルクは、伝わらない。
更に、スピンドル21が熱伝導率の高い鋼材からなること
を考えれば、歪ゲージの組1〜4の相互間及び歪ゲージ
の組5〜8の相互間の温度差は小さく、気温の変化があ
っても各増幅器の出力電圧への影響は小さい。すなわ
ち、垂直荷重、及び路面摩擦力の各検出値への気温変化
の影響は小さい。
垂直荷重及び路面摩擦力による前述のモーメントは、垂
直荷重又は路面摩擦力が一定であっても、タイヤ表面上
に於ける接地点の車輪方向の移動により変化する。従っ
て、これらのモーメントを検出せずに、垂直荷重又は路
面摩擦力そのものを検出することが望ましい。本実施例
はこの要請に沿うものである。
第4図に示すように、本実施例に係る路面摩擦係数検出
装置では、増幅器9の出力として得られる垂直荷重に比
例した電圧信号と、増幅器10の出力として得られる路面
摩擦力に比例した電圧信号とを、それぞれ演算回路11に
入力している。この演算回路は、路面摩擦力と垂直荷重
との商を演算して、路面摩擦係数μに対応した電圧信号
を出力する。
第5図は、空洞構造のスピンドル23の内壁に第3図の特
徴を有した歪ゲージを貼付した装置である。空洞部分に
は、樹脂等の弾性体を充填しておけば防水性及び耐候性
をも容易に実現できる。
第6図は、空洞構造のスピンドル23に対して第3図の特
徴を有した歪ゲージを貼付した円柱構造のセンサー部22
を密着挿入させた構造を有した装置である。
第7図は、空洞構造のスピンドル23に対して円柱の中心
軸から垂直及び水平方向に垂線の足をおろし、その中心
軸から垂線の足と交わる弦までの距離が円柱の半径以内
の適当な値をとる4面に第3図の特徴を有した歪ゲージ
を貼付した円柱構造のセンサー部25を密着挿入させた装
置である。
第8図は、空洞構造のスピンドル23に対し中心軸から垂
直及び水平方向に梁(ビーム)構造を備え第3図の特徴
を有した歪ゲージを貼付したものである。
第9図及び第11図は、スピンドル21の曲げ歪を計るため
の歪ゲージの貼付の位置の一例を示している。本実施例
では、スピンドル21の表面にゲージを貼付する。このよ
うに8枚の歪ゲージ1〜4、5〜8を貼付する。スピン
ドル21に加わる路面摩擦力を検出するための4枚1組の
歪ゲージ1、2、3、4、及びこのスピンドル21に加わ
る垂直荷重を検出するための、同じく4枚1組の歪ゲー
ジ5、6、7、8を第10図、第12図に示されるように、
それぞれブリッジ回路に組み、各ブリッジ回路の出力を
増幅器、に印加する。
1組の歪ゲージ1、2、3、4は第9図に示すように、
中心軸を含む垂直面とこのスピンドル21表面との交線上
に於て、この交線と90°の角度をなす方向の圧縮歪及び
引張り歪を測定するように貼付する。但し、歪ゲージ1
と2とが近接し、かつ3と4とが近接するとともに、1
と4とが、また2と3とがそれぞれスピンドル21の中心
軸に対して対称の位置になるように貼付する。他の1組
の歪ゲージ5、6、7、8は、第11図に示すように、ス
ピンドル21の中心軸を含む水平面と、このスピンドル21
の表面との交線上に於てこの交線と90°の角度をなす方
向の圧縮歪及び引張り歪を測定するように貼付する。但
し、歪ゲージ5と6とが近接し、かつ7と8とが近接す
るとともに、5と6とが、また7と8とがそれぞれ中心
軸に対して、対称の位置になるように貼付する。
スピンドル21に加わる路面摩擦力により、中心軸を含む
水平面上に於て、中心軸が曲がる曲げ変形が加わる。こ
の曲げモーメントに比例して、スピンドル21に曲げ歪が
生じる。歪ゲージ1、2、3、4の組からなるブリッジ
回路は、この曲げ歪を検出する。
スピンドル21に加わる垂直荷重により、中心軸を含む垂
直面上に中心軸が曲がる曲げ変形が加わる。この曲げモ
ーメントに比例して、スピンドル21に曲げ歪が生じる。
歪ゲージ5、6、7、8の組からなるブリッジ回路は、
この曲げ歪を検出する。このとき、第10図、第12図のブ
リッジ回路の構成により車輪軸周りのトルクを除去でき
る特徴を有する。
第10図は、第9図に於けるときのブリッジ回路の構成を
示している。
第12図は、第11図に於けるときのブリッジ回路の構成を
示している。
第13図は、第5図示の空洞構造スピンドルの空洞内壁に
第9図、第11図の特徴を有した歪ゲージを貼付したもの
である。
第14図は、第6図示の空洞構造スピンドルの空洞内に密
着挿入された円柱構造のセンサー部22に第9図,第11図
の特徴を有した歪ゲージを貼付したものである。
第15図は、第7図示の空洞構造スピンドルの空洞内に密
着挿入された円柱構造のセンサー部25に第9図,第11図
の特徴を有した歪ゲージを貼付したものである。
第16図は、円柱構造のスピンドル21の中心軸に垂直に貫
通穴を備え、スピンドル21の中心軸に垂直な面と貫通穴
の内壁の交点の垂直方向で、できるだけ高い位置と、で
きるだけ低い位置に対称に歪ゲージ1〜4を貼付したも
のである。第10図のブリッジ回路を構成することで、曲
げの変形を測定でき、近似的に垂直加重を検出する装置
である。歪ゲージの貼付位置を垂直方向14から水平方向
13に変更することで垂直加重を検出するかわりに路面摩
擦力を検出することが可能になる。
第17図は、円柱構造のスピンドル21の中心軸に垂直に貫
通穴を備え、スピンドル21の中心軸に垂直な面と貫通穴
の内壁の交点と90°の角度をなし、できるだけ高い位置
と、できるだけ低い位置に対称に歪ゲージ1〜4を貼付
したものである。第10図のブリッジ回路を構成すること
で、曲げの変形を測定でき、近似的に路面摩擦力を検出
する装置である。
第18図は、円柱構造のスピンドル21の中心軸を通る水平
面上に中心を持つ2つの穴を備え、その内壁に垂直方向
の上下対称に、歪ゲージ1〜4を貼付したものである。
第10図のブリッジ回路を構成することで、曲げの変形を
測定でき、近似的に垂直荷重を検出する装置である。
第19図は、円柱構造のスピンドル21の中心軸を通る水平
面上に中心を持つ2つの穴を備え、その内壁に水平方向
の左右対称に、歪ゲージ1〜4を貼付したものである。
第10図のブリッジ回路を構成することで、曲げの変形を
測定でき、近似的に路面摩擦力を検出する装置である。
第20図は、空洞構造のスピンドル23の内壁に片方を内壁
に密着挿入させもう片方をスピンドル23の根元に固定さ
せた2段構造の円柱部をえている。2段構造の円柱のス
ピンドル24の根元近くにに第9図の特徴を有した歪ゲー
ジを貼付させた、スピンドル24の周りの曲げ変形を測定
することで路面摩擦力を近似的に検出する装置である。
第21図は、第20図と同構造を有した空洞構造のスピンド
ル23の空洞内に密着挿入された2段構造の円柱スピンド
ル24に第11図の特徴を有した歪ゲージを貼付したスピン
ドル24の周りの曲げ変形を測定することで垂直荷重を近
似的に検出する装置である。
第22図は、スピンドル21に第9図の特徴を有した歪ゲー
ジ1〜4、15〜18を中心軸と平行に同一直線上かつ、タ
イヤの接地点より常に内側に配置する。タイヤの接地点
は、走行時には時事刻々と変化する。タイヤの接地点と
歪ゲージ1〜4の中心点までの距離をX1、タイヤの接地
点と歪ゲージ15〜18の中心点までの距離をX2、歪ゲージ
1〜4と15〜18の中心点の距離をD、タイヤの接地点19
に働く路面摩擦力をFとすれば、各歪ゲージの中心点に
働くモーメントは各々F・X1、F・X2と表現できる。こ
れら歪ゲージ1〜4及び15〜18の組は、第23図に示すよ
うに、それぞれブリッジ回路を構成し、増幅器9、10に
接続される。各増幅器9、10の信号は、演算回路20に入
力される。演算回路では、その信号の差を演算処理して
出力する。その差はF・(X1-X2)=F・Dと表現でき
る。Dは、一定の値であるからF・Dはモーメントに比
例した曲げ歪を測定でき、近似的に路面摩擦力を検出す
る装置である。
第24図は、第22図と同じ構造のスピンドル21で歪ゲージ
の取着位置が垂直方向14を水平方向13に変更する事で近
似的に垂直荷重を検出する装置である。
第25図は、空洞構造のスピンドル23の内壁に第9図の特
徴を有した歪ゲージ1〜4、15〜18を中心軸と平行に同
一直線上かつ、タイヤの接地点より常に内側に配置して
なる近似的に路面摩擦力を検出する装置である。
第26図は、第25図と同じ構造の空洞構造のスピンドル23
で歪ゲージの取着位置が垂直方向14を水平方向13に変更
する事で近似的に垂直荷重を検出する装置である。
なお上記した各実施例で、歪センサーとして金属抵抗線
歪ゲージを示したが、本発明はこれに限定されることな
く、半導体歪ゲージを用いてもよい。
〔効果〕
本発明によれば、クロストークの影響を受けない路面摩
擦力、垂直荷重及び路面摩擦係数を直接検出でき、この
検出値に基づいてアンチロックブレーキ装置(ABS)又
はトラクションコントロール装置を精度よく効果的に制
御できる路面摩擦力検出装置、垂直荷重検出装置及び路
面摩擦係数検出装置を、従来の車輪速度センサや車体速
度センサなどの複雑な装置を用いることなく、4枚1組
の歪ゲージをスピンドルに装着してブリッジ回路に組む
だけの簡単な構成で実現できる、という顕著な効果を奏
するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、テーパ形状スピンドルの正面図。 第2図は、平行形状スピンドルの正面図。 第3図は、本発明の実施例に係わる路面摩擦力検出装
置、垂直荷重検出装置、路面摩擦係数検出装置の1スピ
ンドル分を構成する歪ゲージの取付位置を示す正面の拡
大図。 第4図は、本発明の実施例に係わる路面摩擦係数検出装
置の1スピンドル分のブリッジ回路図。 第5図は、空洞構造スピンドルの内壁への歪ゲージの取
付位置拡大図。 第6図は、空洞構造スピンドルに円柱構造のセンサー部
を取付けた拡大図。 第7図は、空洞構造スピンドルに異なる円柱構造のセン
サー部を取付けた拡大図。 第8図は、垂直及び水平方向に梁を有する空洞スピンド
ルに、第3図示の歪ゲージを取付けた拡大図。 第9図は、円柱構造のスピンドル表面に歪ゲージの異な
る取付位置を示す拡大図。 第10図は、第9図に示した歪げーじのブリッジ回路図。 第11図は、円柱構造のスピンドル表面に歪ゲージの更に
異なる取付位置を示す拡大図。 第12図は、第11図に示した歪ゲージのブリッジ回路図。 第13図は、空洞構造スピンドルの内壁に歪ゲージを第9
図示と同じように取付けた拡大図。 第14図は、空洞構造スピンドル内に、円柱の表面に歪ゲ
ージを第9図及び第10図と同じように粘着した円柱構造
のセンサー部を取付けた状態を示す拡大図。 第15図は、空洞構造スピンドル内に、歪ゲージの取付位
置の異なる円柱構造のセンサー部を取付けた状態を示す
拡大図。 第16図は、円柱構造スピンドルに、垂直な貫通穴を設
け、この穴に歪ゲージを取付けた拡大図。 第17図は、第16図とは歪ゲージの取付位置を異なりしめ
た状態を示す拡大図。 第18図は、円柱構造スピンドルに水平方向に一対の貫通
穴を設け、その穴に歪ゲージを取付けた拡大図。 第19図は、第18図とは歪ゲージの取付位置を異なりしめ
た状態を示す拡大図。 第20図は、空洞構造スピンドル内に、2段構造の円柱ス
ピンドルを収容し、この2段構造円柱スピンドルに歪ゲ
ージを取付けた状態を示す拡大図。 第21図は、第20図とは歪ゲージ取付位置を異ならしめた
拡大図。 第22図は、円柱構造スピンドルの表面に歪ゲージを取付
けた状態を示す拡大図。 第23図は、第22図に示した歪ゲージのブリッジ回路図。 第24図は、円柱構造スピンドルの表面に歪ゲージを第22
図示のものとは異ならしめて取付けた拡大図。 第25図は、空洞構造スピンドルの内壁への歪ゲージの取
付位置を示す拡大図。 第26図は、第25図とは歪ゲージの取付位置を異ならしめ
た拡大図。 〔符号の説明〕 1〜4……歪ゲージ 5〜8……歪ゲージ 15〜18……歪ゲージ 7,10……増幅器 11,20……演算回路 21……スピンドル 22……円柱構造のセンサー部 23,25……空洞構造のスピンドル 24……2段構造のスピンドル

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スピンドルの中心軸を含む垂直面とこのス
    ピンドルの表面との交線上において、この交線と略45°
    の角度又は略90°の角度をなす方向の圧縮歪及び引張り
    歪を測定するよう、4枚1組の歪ゲージを2枚宛直交さ
    せてスピンドルに装着し、該4枚1組の歪ゲージをブリ
    ッジ回路に組み、スピンドルのせん断歪又は曲げ歪を検
    出する手段を備えた路面摩擦力検出装置。
  2. 【請求項2】スピンドルの中心軸を含む水平面とこのス
    ピンドルの表面との交線上において、この交線と略45°
    の角度又は略90°の角度をなす方向の圧縮歪及び引張り
    歪を測定するよう、4枚1組の歪ゲージを2枚宛直交さ
    せてスピンドルに装着し、該4枚1組の歪ゲージをブリ
    ッジ回路に組み、スピンドルのせん断歪又は曲げ歪を検
    出する手段を備えた垂直荷重検出装置。
  3. 【請求項3】請求項1及び請求項2に記載の路面摩擦力
    検出装置と垂直荷重検出装置とを備え、これら両装置の
    出力信号を演算処理して路面摩擦係数を得るようにした
    路面摩擦係数検出装置。
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