(57)【要約】車両荷重及び路面状況の情報を伴う電子ブレーキ及びパワートレイン制御によって、安全性を促進する、車両車輪組立（１０）の車輪の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）を測定する方法及び装置を提供する。前記装置は、内側ナックル（２２）を、車両車輪組立（１０）が設けられた外側ナックル（２０）に連結する一組のビーム（Ａ、Ｂ）を備える。ビーム（Ａ、Ｂ）に設けられているひずみセンサー（ＳＡ、ＳＢ）は、ビーム（Ａ、Ｂ）の縦曲げの測定を提供する。更なるサスペンション構成要素を取り付けるための玉継ぎ手（２６）は、ビーム（Ｃ）によって外側ナックル（２０）に連結され、ビームＣに配置された荷重センサー（ＳＣ）は、それに印加された水平横力を測定する。センサー（ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ）からの信号は処理され、車輪組立（１０）に働いている構成要素の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）を特定する。
2009504483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側ナックル及び内側ナックルを備える改良された車両車輪取付であって、該外側ナックルは回転する車輪組立を支持し、該内側ナックルは車両に支持され、且つ、サスペンション部材及びリンケージで該車両に配列され、該改善として、少なくとも該内側ナックルと該外側ナックルとの間に動作可能に連結された第１の荷重感知素子を含み、該第１の荷重感知素子が、該車輪組立と該車輪組立が設けられた面との間の接触領域において該車輪組立にかかる１以上の横、縦、又は鉛直力に応じて、該内側ナックルと該外側ナックルとの間にかかる曲げモーメントを感知することを特徴とする改良された車両車輪取付。
【請求項２】
更に、前記外側ナックルに取り付けられたサスペンション部材を含む改良された車両車輪取付であって、前記車輪組立と前記車輪組立が設けられた面の間の前記接触領域において前記車輪組立にかかる１以上の横、縦、又は鉛直力に応じて、該サスペンション部材にかかる水平横荷重に応じるように、第２の荷重感知素子が動作可能に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の改良された車両車輪取付。
【請求項３】
前記第１の荷重感知素子が、前記内側ナックルを前記外側ナックルに動作可能に連結する第１及び第２のビームを含み、該第１及び第２のビームが、共通の水平面に設けられ、更に、前記第１の荷重感知素子は、少なくとも、該第１のビームの縦軸に沿った曲げモーメントを測定するための、該第１のビームに動作可能に連結された１つのひずみセンサー、及び、該第２のビームの縦軸に沿った曲げモーメントを測定するための該第２のビームに動作可能に連結された第２のひずみセンサーを含むことを特徴とする、請求項２に記載の改良された車両車輪取付。
【請求項４】
更に、前記内側ナックルと前記外側ナックルとの間に動作可能に連結された第２の荷重感知素子を含み、該第２の荷重感知素子が、前記第１の荷重感知素子から縦方向に移動され、且つ、前記車輪組立と前記車輪組立が設けられた面との間の前記接触領域において前記車輪組立にかかる１以上の横、縦、又は鉛直力に応じて、前記内側ナックルと前記外側ナックルとの間の曲げモーメントを感知するものであることを特徴とする、請求項１に記載の改良された車両車輪取付。
【請求項５】
前記第１及び第２の荷重感知素子が、前記車輪組立にかかる前記鉛直力への共通モード応答を有することを特徴とする、請求項４に記載の改良された車両車輪取付。
【請求項６】
前記第１及び第２の荷重感知素子が、前記車輪組立にかかる前記縦力への差動モード応答を有することを特徴とする、請求項４に記載の改良された車両車輪取付。
【請求項７】
更に、前記内側ナックルと前記外側ナックルとの間の曲げ偏向を制限するための機械的手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の改良された車両車輪取付。
【請求項８】
車両車輪組立によって車両車輪取付構造にかかる力を測定する方法であって、
該車両車輪取付構造の玉継ぎ手接続点における水平横力を測定する工程、
該車両車輪取付構造における少なくとも２点の間の曲げモーメントを測定する工程、
測定した横及び曲げ力から、該車両車輪組立にかかる横力を計算する工程、
測定した横及び曲げ力から、該車両車輪組立にかかる鉛直力を計算する工程、及び、
車両コントロールシステムに、計算した横力及び計算した鉛直力を伝達する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
更に、前記車両車輪にかかる縦力を計算する工程を含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記車両車輪にかかる前記横力（Ｆｘ）が、
【数１】
2009504483.tif 000010
式中、ＦＣは前記玉継ぎ手接続点にかかる水平縦力であり、Ｆｚは前記車両車輪からかかる鉛直力であり、
【数２】
2009504483.tif 000011
ＺＡＢは、前記車両車輪の接触点から前記曲げモーメントを測定する軸までの垂直な距離であり、ＸＡＢは、前記曲げモーメントを測定する前記車両車輪の接触点から軸までの水平な距離であり、ＺＣは、前記車両車輪の接触点から前記水平縦力の測定点までの垂直な距離である
から計算されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記車両車輪からかかる前記鉛直力（Ｆｚ）が、
【数３】
2009504483.tif 000012
式中、ＭＡＢは前記車両車輪取付構造における２点の間の前記曲げモーメントであり、ＦＣはサスペンション接続点にかかる前記水平縦力であり
【数４】
2009504483.tif 000013
【数５】
2009504483.tif 000014
ＺＡＢは前記車両車輪の接触点から前記曲げモーメントを測定する軸までの垂直な距離であり、ＸＡＢは前記車両車輪の接触点から前記曲げモーメントを測定する軸までの水平な距離であり、Ｚｃは前記車両車輪の接触点から前記水平縦力の測定点までの垂直な距離である
から計算されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
回転可能な車輪組立を支持し、車両サスペンション構成要素に連結する改善された車両車輪取付構造であって、該改善として、
回転する車輪組立と車両サスペンション構成要素との間の曲げモーメントを受ける該車両車輪取付構造の第１領域、
動作可能に連結し、該第１領域の曲げモーメントを測定する第１の荷重感知素子であって、該曲げモーメントを感知し、それを表す信号を生じさせるもの、
回転する車輪組立と車両サスペンション構成要素との間の曲げモーメントを受ける該車両車輪取付構造の第２領域であって、該第１領域から水平に移動されているもの、
動作可能に連結し、該第２領域の曲げモーメントを測定する第２の荷重感知素子であって、該曲げモーメントを感知し、それを表す第２の信号を生じさせるもの
該車両車輪取付構造に動作可能に連結し、該車両サスペンション構成要素の接続点と該車両車輪組立との間にかかる横力を表す信号を生じさせる第３の荷重感知素子
を含み、
生じた信号が、少なくとも該車両車輪組立と支持面との間の接触点にかかる力の１つに応答するものであることを特徴とする、改善された車両車輪取付構造。
【請求項１３】
前記第１及び第２の荷重感知素子が、ひずみセンサーであることを特徴とする、請求項１２に記載の改善された車両車輪取付構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６０／７０７，４６２号に関連し、優先権を主張する。該米国仮特許出願は、２００５年８月１１日に出願され、ここで参照されることにより、本出願に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、概して、車両運転中に車両構成要素にかかる力及び荷重を測定する組立に関し、特に、車両運転中に車両車輪組立及び支持サスペンション構成要素にかかる力及び荷重を測定する組立に関する。
【背景技術】
【０００３】
ブレーキコントロールシステム又は車両パワートレインコントロールシステムなどの車両コントロールシステムに、車両車輪組立の荷重及び路面状況についての情報を与えることによって、乗用車や軽トラックなどの自動車の運転中に車両車輪組立にかかる動的力及び荷重についての情報は、車両の安全性及び運転を促進することができる。車両を運転すると、荷重は絶えず、種々の車輪組立と支持サスペンション構成要素の間を移動する。例えば、車両の加速又は減速、車両の回転、又は、道路又は車両が走行する面の状態に応じて荷重は移動する。各車輪組立の荷重を変えることによって、車輪組立のタイヤと路面の間の摩擦力が変わり、滑りが生じるまでに車輪組立に伝達されるねじ込みトルクの量、又は、車輪組立に効果的に適用される制動力の量が限定される。
【０００４】
従って、車両車輪組立及び支持サスペンションシステムと共に用いる測定システムを提供し、車両車輪組立の横及び縦荷重、及び、車両車輪組立の鉛直荷重の測定を提供することが有益である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、車両車輪組立支持構造、すなわち、荷重センサーのセットを有するサポートナックルを提供する。該荷重センサーのセットの各荷重センサーは、少なくとも１つの軸に沿った力に応答でき、且つ、該センサーのセットの応答の評価によって、車両車輪組立のタイヤと該タイヤが配置された面との接点における横、縦、及び鉛直力を表す測定が行われるように、車両車輪組立支持構造の中に選択的に配置される。
【０００６】
本発明の実施形態において、車両車輪組立支持構造は、内側サポートナックル及び外側サポートナックルを含み、該内側サポートナックル及び該外側サポートナックルには車両車輪組立が動作可能に連結している。内側及び外側サポートナックルは、水平ビームのセットで相互に連結され、該水平ビームには、ビームの縦軸に沿った曲げを測定するためのひずみセンサーが設けられている。また、サスペンション部材の玉継ぎ手が、水平ビームによって外側サポートナックルに連結され、該外側サポートナックルの上には、第３のひずみセンサーが設けられ、玉継ぎ手にかかる水平横力を測定される。相互接続する水平ビームにかかる曲げモーメント及び水平横力を表す信号を処理し、地面との接点で車両車輪組立にかかる縦、横、及び鉛直力を個別に特定することができる。
【０００７】
上述した本発明の特徴及び利点、並びに、現在の本発明の好ましい実施形態は、以下の説明及び添付の図面からより明確にされる。
【本発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の詳細な説明は、本発明を例示によって説明するものであって、限定するものではない。本説明からいわゆる当業者は、本発明を作製及び使用することができ、本説明は、現在本発明を実施するための最良の形態を含め、本発明のいくつかの実施形態、適用、バリエーション、変更、及び使用を説明する。
【０００９】
本発明の第１の実施形態において（図１〜３を参照）、車輪縁１４上に設けられたタイヤ１２を含む車輪及びタイヤ組立１０は、ホイールスタッド１９を有するホイールハブ１８、外側ナックル２０及び内側ナックル２２を含む取付構造によって、従来から車両１６に支持されている。該ホイールハブ１８は、車輪軸受２４で外側ナックル２０に取り付けられている。玉継ぎ手２６が、玉継ぎ手２６に荷重が印加されると変形するビームＣで外側ナックルに接続されている。更に、内側ナックル２２及び外側ナックル２０は、図２にみられるように、ビームＡ及びＢで接続されている。
【００１０】
ビームＡ及びＢは円柱状であることが好ましく、内側及び外側ナックル２２、２０の両方に圧入されていてもよい。内側ナックル２２には、更に、ステアリングタイロッド（図示せず）アンチスウェイバー（図示せず）、及び、マクファーソン・ストラット３３など更なるサスペンション部材の接続点２８、３０及び３２が含まれてもよい。
【００１１】
種々の構成要素にかかる力を測定するために、各ひずみセンサーＳＡ及びＳＢが縦軸に沿った曲げを感知できるように向けられて、それぞれビームＡ及びＢに、ひずみセンサーＳＡ及びＳＢが設けられる。同様に、ひずみセンサーＳＣはビームＣに設けられ、玉継ぎ手２６にかかる水平力を測定する。
【００１２】
いわゆる当業者は、車両車輪取付構造の具体的な形状は上記に限定されないこと、及び、該車両車輪取付構造が、１以上の曲げ荷重を伝達する領域で構成され、車両車輪組立１０を回転することによって車輪取付構造にかかる曲げ荷重及び横力の測定に好適なセンサー素子のセットを組み込んでいるならば、実際、使用目的に合う具体的な車両適用に求められる種々の異なる構成部品又はユニタリー体から構成することができる旨を理解するであろう。
【００１３】
再び図１において、タイヤ１２と面Ｇの間の接触領域において車輪組立１０にかかる鉛直力Ｆｚは、玉継ぎ手２６において、主として水平力を生じさせ、該水平力はビームＣに設けられたセンサーＳＣで感知される。更に該鉛直力Ｆｚは、センサーＳＡ及びＳＢが設けられたそれぞれの縦軸に沿って、ビームＡ及びＢの曲げを生じさせる。ビームＡ及びＢそれぞれの曲げは、同じ方向を向いている（共通モード応答）。
【００１４】
図２において、タイヤ１２と面Ｇとの間の接触領域において車輪組立１０にかかる縦力Ｆｙは、ビームＣに横荷重を生じさせる。該荷重はセンサーＳＣで測定されない。更に該縦力Ｆｙは、センサーＳＡ及びＳＢが設けられたそれぞれの縦軸に沿って、ビームＡ及びＢの曲げをを生じさせる。ビームＡ及びＢはそれぞれ縦力Ｆｙに反対の垂直な曲げに応じ、したがって、差動モード応答を有する。
【００１５】
タイヤ１２と面Ｇとの間の接触領域における車輪組立１０にかかる横車輪接触力Ｆｘは、ビームＡ、Ｂ及びＣに力を印加し、該力はセンサーＳＡ、ＳＢ及びＳＣによって測定することができる。
【００１６】
数学的解析を用いて、センサーＳＡ、ＳＢ及びＳＣの出力から力Ｆｘ及びＦｚの測定を特定することができる。３つのセンサーＳＡ、ＳＢ及びＳＣで３つの軸車輪力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚを充分に測定することができる。外側ナックル２０に配置されたタブ３４にブレーキキャリパー（図示せず）を設置してもよいため、制動力はビームＡ、Ｂ及びＣを通して伝達されない。センサーＳＡ、ＳＢ及びＳＣの応答は、制動力に影響を受けず、結果として生じる車輪接触力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚのみから影響を受ける。タイヤの接触力Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚの垂直な軸の周りのモーメントは、センサーが感知しないビームＡ及びＢの縦力による抵抗を受けるため、拒絶される。
【００１７】
ビームＡ及びＢが過剰な曲げに抵抗することができ、センサーＳＡ及びＳＢが高い感度を有することができるように、垂直に配向したピン３６は、外側ナックル２０の受け入れボア３８に向かって下向きに突出して、内側ナックル２２に押し込まれている。通常の車両走行中の接触を防止するために、ピン３６と外側ナックル２０のボア３８との間に充分な間隔があることが好ましい。著しく高い荷重下では、ピン３６はボア３８の側面に接触し、ビームＡ及びＢを過剰に曲げるモーメントに抵抗することができる。
【００１８】
図４を参照し、以下に、センサーＳＡ、ＳＢ及びＳＣの測定からの個々の力Ｆｘ及びＦｚの分解を説明する。センサーＳＡ、ＳＢ及びＳＣからの力Ｆｙの応答は、力Ｆｘ及びＦｚの分析から独立したものである。以下の式を参照する。式（１）によって、ビームＣの水平縦力ＦＣを計算する。式（２）によって、ビームＡ及びＢ両方にかかるモーメントＭＡＢを計算する。式（３）及び（４）は、式（１）及び（２）に対応し、単純な定数に書き直されている。
【００１９】
【数１】
2009504483.tif 000003
【００２０】
式中、ＺＡＢ、ＸＡＢ及びＺＣは、測定点までの線寸法を表す。
【００２１】
【数２】
2009504483.tif 000004
【００２２】
【数３】
2009504483.tif 000005
【００２３】
式（３）は式（５）のＦｘを解くために再整理され、式（４）は式（６）のＦｚを解くために再整理され、式（７）において、式（５）は、Ｆｘの条件を取り除くために式（６）に挿入されている。
【００２４】
【数４】
2009504483.tif 000006
【００２５】
【数５】
2009504483.tif 000007
【００２６】
【数６】
2009504483.tif 000008
【００２７】
Ｆｚを得るために式（７）を解くと
【００２８】
【数７】
2009504483.tif 000009
【００２９】
結果は、タイヤ１２と面Ｇの間の接触面にかかるＦｚは、単に車両取付構造の構成要素のビームＡ及びＢにおける測定されたモーメントＭＡＢとビームＣにおける力ＦＣの関数として表される。
【００３０】
いわゆる当業者は、ビームＡ、Ｂ及びＣにおける力及びモーメントの測定は、様々な種類のセンサーで行ってもよいこと、及び、測定結果又は出力信号結果が車両制御装置又は処理装置（図示せず）に送られ、様々な車両機能の制御又は管理に用いられてもよいことを理解するであろう。該機能としては、これに限定されないが、車両サスペンション配列、アンチロックブレーキング操作、トラクションコントロール操作、車両トルク分布操作などの調整が挙げられる。
【００３１】
上述したように、本発明のいくつかの目的は達成され、他の有益な結果が得られる。上記構造は、本発明の範囲を逸脱しない限り、様々な変更を行ってもよいが、上記説明に含まれる又は図面に示される全ての事項は、説明的なものであって、限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
添付の図面は明細書の一部を構成し、符号は全ての図面に共通し、対応する箇所を示す。
【図１】図１は、車両を正面から観察した場合における、車両右前車輪組立及び支持構造を示す部分図である。
【図２】図２は、図１の車輪組立支持構造を示す上面図である。
【図３】図３は、車両を背面から観察した場合における、図１の車輪組立支持の図である。
【図４】図４は、図１の構成要素の働いている力及びモーメントの概念図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009504483.tif 000020