(57)【要約】【課題】車両のホイールに作用する外力のうち、少なくとも該ホイールの回転軸心に直交する分力成分を精度よく計測することができるホイールの外力計測装置を提供する。【解決手段】ホイール３と一体に回転する多分力検出器４の出力のうち、ホイール３と一体に回転する回転座標系の２軸に関する出力にローパス特性のフィルタリングを施すフィルタリング手段１１と、このフィルタリング手段１１の出力を多分力検出器４の出力から減じる補正手段１２を備える。フィルタリング手段１１は、ホイール３の回転周波数が所定の下限値以上である場合にフィルタリングを施す。補正手段１２の出力に基づいてホイール３の回転軸心と直交する静止座標系の２軸に関する外力の分力成分を計測する。【選択図】図２
2008224566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のホイールと一体に回転するように該ホイールに取り付けられ、該車両の走行中に該ホイールに作用する外力のうち、該ホイールの回転軸心と直交する面上で該ホイールと一体に回転する２軸を有する回転座標系の各軸方向での分力成分に応じた出力を発生する多分力検出器を備え、該多分力検出器の出力に基づいて、前記外力のうち、前記ホイールの回転軸心と直交する２軸を有する所定の静止座標系の各軸方向における分力成分を計測する外力計測装置において、
前記ホイールの回転の１周期以上の期間で前記外力が実質的に一定に保持されることとなる該ホイールの回転周波数の範囲の下限値をあらかじめ定めておき、
前記ホイールの実際の回転周波数が前記下限値以上であるときに、前記回転座標系の２軸に関する前記多分力検出器の出力にローパス特性のフィルタリングを施すことにより、該多分力検出器の出力の中心値に相当するフィルタ出力を得るフィルタリング手段と、
前記回転座標系の２軸に関する前記多分力検出器の出力から、前記フィルタ出力を減じることにより該多分力検出器の出力を補正してなる補正出力を得る補正手段とを備え、
少なくとも前記静止座標系の２軸に関する前記外力の分力成分を前記回転座標系の２軸に関する前記補正出力に基づいて計測するようにしたことを特徴とするホイールの外力計測装置。
【請求項２】
前記ホイールの回転周波数が前記下限値以上の周波数から該下限値未満の周波数に低下した場合において、前記補正手段は、該ホイールの回転周波数が前記下限値以上の周波数である状態で前記フィルタリング手段により得られた最新のフィルタ出力を前記多分力検出器の出力から減じることにより該多分力検出器の出力を補正することを特徴とする請求項１記載のホイールの外力計測装置。
【請求項３】
前記ローパス特性のフィルタリングは、前記外力が実質的に一定に保持される前記ホイールの回転の１周期以上の期間で、前記回転座標系の２軸に関する前記多分力検出器の出力の平均値を算出する移動平均処理により施されることを特徴とする請求項１または２記載のホイールの外力計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車などの車両のホイールに作用する外力を計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両では、その動特性や走行性能などを把握するために、該車両の個々のホイールに路面からタイヤを介して作用する外力（駆動・制動力、横力、接地荷重、セルフアライニングトルクなど）を計測することがしばしば要求される。なお、本明細書では、外力は、並進力またはモーメントまたはその両者を意味する。
【０００３】
この種の外力を測定するために、例えば特許文献１に見られるような回転型多分力検出器が使用されている。この多分力検出器は、ホイールなどの回転体と一体に回転するように該回転体に取り付けられ、該回転体と一体に回転する回転座標系（多分力検出器に固定された座標系）の各軸方向で該回転体に作用する外力に応じた出力を発生する。そして、この多分力検出器の出力から認識される外力（回転座標系で観測された外力）を静止座標系に座標変換することにより、該静止座標系で見た外力が計測される。
【０００４】
また、前記特許文献１に見られる技術では、多分力検出器の零調整を行なうために、回転体の１回転の期間での多分力検出器の出力の平均値を求め、その平均値を多分力検出器の出力から差し引くようにしている。
【特許文献１】特公平６−４３９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、車両の走行中にホイールに作用する外力を計測する場合には、多分力検出器の出力には、該ホイールに作用する外力に起因する成分に加えて、該多分力検出器の温度変化に起因する熱出力成分や、多分力検出器の不平衡出力成分（ホイールに外力が作用していない状態で発生する出力成分）が含まれる。そして、これらの熱出力成分や不平衡成分は、外力測定の誤差要因となるため、それを補償することが望ましい。
【０００６】
この場合、例えば前記特許文献１に見られる技術を使用して、多分力検出器の出力からホイールの１回転の期間での平均値を減じることにより、多分力検出器の出力を補正することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、特許文献１のものでは、ホイールの１回転の期間での外力の変化が考慮されていない。そして、ホイールの回転速度が比較的低い場合には、ホイールの１回転の期間内でホイールに作用する外力が変化する場合がある。このような場合には、上記平均値にはその外力の変化に起因する成分も含まれるため、該平均値を多分力検出器の出力から減じると、本来の測定対象である外力の変化に起因する成分も除去されてしまう。その結果、外力の計測が不正確なものとなるという不都合を生じる。
【０００８】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、車両のホイールに作用する外力のうち、少なくとも該ホイールの回転軸心に直交する分力成分を精度よく計測することができるホイールの外力計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のホイールの外力計測装置は、かかる目的を達成するために、車両のホイールと一体に回転するように該ホイールに取り付けられ、該車両の走行中に該ホイールに作用する外力のうち、該ホイールの回転軸心と直交する面上で該ホイールと一体に回転する２軸を有する回転座標系の各軸方向での分力成分に応じた出力を発生する多分力検出器を備え、該多分力検出器の出力に基づいて、前記外力のうち、前記ホイールの回転軸心と直交する２軸を有する所定の静止座標系の各軸方向における分力成分を計測する外力計測装置において、前記ホイールの回転の１周期以上の期間で前記外力が実質的に一定に保持されることとなる該ホイールの回転周波数の範囲の下限値をあらかじめ定めておき、前記ホイールの実際の回転周波数が前記下限値以上であるときに、前記回転座標系の２軸に関する前記多分力検出器の出力にローパス特性のフィルタリングを施すことにより、該多分力検出器の出力の中心値に相当するフィルタ出力を得るフィルタリング手段と、前記回転座標系の２軸に関する前記多分力検出器の出力から、前記フィルタ出力を減じることにより該多分力検出器の出力を補正してなる補正出力を得る補正手段とを備え、少なくとも前記静止座標系の２軸に関する前記外力の分力成分を前記回転座標系の２軸に関する前記補正出力に基づいて計測するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
なお、本発明では、静止座標系は、その各軸の方向がホイールの回転に起因する変化を生じない座標系を意味する。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記フィルタ手段は、前記ホイールの実際の回転周波数は、該ホイールの回転の１周期以上の期間で前記外力が実質的に一定に保持されることとなる回転周波数の範囲の下限値以上である場合に、前記回転座標系の２軸に関する前記多分力検出器の出力にローパス特性のフィルタリングを施す。このため、このフィルタリングによって、該多分力検出器に外力が作用していない状態での出力である不平衡出力成分と該多分力検出器の温度変化に起因する熱出力成分との総和に相当するフィルタ出力を得ることができる。そして、前記補正手段によって、このフィルタ出力を多分力検出器の出力（前記回転座標系の２軸に関する出力）から減じることによって、前記不平衡出力成分および熱出力成分を適切に除去した補正出力を得ることができる。
【００１２】
従って、前記静止座標系の２軸に関する前記外力の分力成分を前記回転座標系の２軸に関する前記補正出力に基づいて計測することによって、少なくとも前記ホイールの回転周波数が前記所定値以上の周波数である状態では、不平衡出力成分や熱出力成分の影響を適切に補償し、静止座標系の２軸に関する外力の分力成分を精度よく測定することができる。
【００１３】
かかる本発明では、前記ホイールの回転周波数が前記下限値以上の周波数から該下限値未満の周波数に低下した場合において、前記補正手段は、該ホイールの回転周波数が前記下限値以上の周波数である状態で前記フィルタリング手段により得られた最新のフィルタ出力を前記多分力検出器の出力から減じることにより該多分力検出器の出力を補正する。
【００１４】
これによれば、ホイールの回転周波数が前記下限値以上の周波数から該下限値未満の周波数に低下した場合であっても、多分力検出器の温度が急激に変化しない限り、多分力検出器の出力（前記回転座標系の２軸に関する出力）から前記不平衡出力成分および熱出力成分を適切に除去した補正出力を得ることができる。
【００１５】
従って、ホイールの回転周波数が前記下限値未満の周波数の低下した場合であっても、不平衡出力成分や熱出力成分の影響を適切に補償し、静止座標系の２軸に関する外力の分力成分を精度よく測定することができる。
【００１６】
さらに、本発明では、前記ローパス特性のフィルタリングは、例えば、前記外力が実質的に一定に保持される前記ホイールの回転の１周期以上の期間で、前記回転座標系の２軸に関する前記多分力検出器の出力の平均値を算出する移動平均処理により施す。
【００１７】
これによれば、前記ローパス特性のフィルタリングを簡単な処理で適切に行ない、不平衡出力成分と該多分力検出器の温度変化に起因する熱出力成分との総和に精度よく合致するフィルタ出力を得ることができる。
【００１８】
なお、多分力検出器の出力の平均値を算出する期間は、ホイールの回転の複数周期を含む期間であることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のホイールの外力計測装置の一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
【００２０】
図１（ａ）は、本実施形態の外力計測装置の全体的なシステム構成を示す図、図１（ｂ）は、該外力計測装置に備えた多分力検出器のホイールへの取り付け構造を示す図である。これらの図１（ａ），（ｂ）を参照して、本実施形態の外力計測装置は、車両１のホイール３の外周に装着されたタイヤ２を介して該ホイール３に路面から作用する外力の６分力成分を計測する。その６分力成分は、本実施形態では、ホイール３の前後方向（ホイール３の回転面と路面との交線方向）の軸であるＸ軸、ホイール３の回転軸心の方向（車軸方向）の軸であるＹ軸、これらのＸ軸およびＹ軸に直交する方向（路面に垂直な方向）の軸であるＺ軸を３軸とするＸＹＺ直交座標系の各軸方向の並進力Ｆx，Ｆy，ＦzおよびモーメントＭx，Ｍy，Ｍｚである。なお、本明細書では、ある軸方向のモーメントは、その軸まわりのモーメントを意味する。
【００２１】
補足すると、前記ＸＹＺ直交座標系は、その各軸の方向がホイール３の回転に依存せず、本発明における静止座標系に相当するものである。そして、Ｘ軸およびＺ軸は、ホイール３の回転軸心と同方向のＹ軸に直交しているので、本発明における静止座標系の２軸に相当する。また、以降、並進力Ｆx，Ｆy，ＦzおよびモーメントＭx，Ｍy，Ｍｚのそれぞれを総称的に静止座標系分力成分ということがある。
【００２２】
上記外力を計測するために、本実施形態の外力計測装置は、図１（ａ）に示すように、車両１のホイール３に着脱可能に取り付けられる多分力検出器４と、該多分力検出器４の出力（検出信号）が入力されるデータロガー１０とを備える。なお、図１（ａ）では、多分力検出器４は、ホイール３から取り外した状態で示されている。また、図示を省略するが、外力計測装置は、ホイール３の回転位置（回転角度）を検出するための回転位置検出装置も備える。本明細書での詳細な説明は省略するが、その回転位置検出装置としては、例えば、本願出願人が特開２００６−２０８０８２号公報で提案したものや、ロータリーエンコーダなど、公知のものを使用すればよい。
【００２３】
多分力検出器４は、本実施形態では６分力検出器であり、以降、６分力検出器４という。この６分力検出器４は、これに対して固定された３軸直交座標系であるＵＶＷ座標系で、該６分力検出器４に作用する力の６分力成分を検出する。その６分力成分は、ＵＶＷ座標系のＵ軸、Ｖ軸、Ｗ軸の各軸方向の並進力Ｆu，Ｆv，ＦwおよびモーメントＭu，Ｍv，Ｍwである。
【００２４】
この６分力検出器４は、例えば次のようにホイール３に取り付けられる。すなわち、図１（ｂ）を参照して、ホイール３のホイールディスク６１に穿設されたネジ穴２０に、６分力検出器４に設けられた貫通穴２１を介してボルト２２を螺着することにより、６分力検出器４がホイールディスク６１に締結される。また、車両１の車軸（図示しない）に連結されたハブ３０に立設されたボルト３１をハブアダプタ４０の貫通穴４１に貫通させて、該ボルト３１にナット４２を螺着することにより、ハブアダプタ４０がハブ３０に締結される。そして、ハブアダプタ４０に立設されたボルト４３を６分力検出器４の貫通穴５０に貫通させ、このボルト４３にワッシャ５１を介してナット５２を螺着することにより、６分力検出器４がハブアダプタ４０にも締結される。この場合、６分力検出器４は、前記ＵＶＷ座標系のＶ軸を前記ＸＹＺ座標系のＹ軸（ホイール３の回転軸心）に合致させるように、ホイールディスク６１およびハブダプタ４０に取り付けられる。
【００２５】
このように６分力検出器４をホイール３およびハブアダプタ４０に取り付けることにより、６分力検出器４は、ホイール３にタイヤ２を介して路面から作用する外力の、前記ＵＶＷ座標系での６分力成分（並進力Ｆu，Ｆv，ＦwおよびモーメントＭu，Ｍv，Ｍw）を検出する。この場合、６分力検出器４およびこれに対して固定されたＵＶＷ座標系のＵ軸およびＷ軸は、ホイール３と一体にその回転軸心回りに回転する。
【００２６】
なお、ＵＶＷ座標系は本発明における回転座標系に相当し、このＵＶＷ座標系のＵ軸およびＷ軸が、本発明における回転座標系の２軸に相当する。また、以降、６分力検出器４で検出される６分力成分Ｆu，Ｆv，Ｆw，Ｍu，Ｍv，Ｍwのそれぞれを総称的に回転座標系分力成分ということがある。
【００２７】
補足すると、本実施形態では、６分力検出器４は、各回転座標系分力成分の検出値を示す出力を無線によってデータロガー１０に送信する。ただし、６分力検出器４の出力をスリップリングなどを介して有線でデータロガー１０に送出するようにしてもよい。
【００２８】
データロガー１０は、６分力検出器４の出力が示す各回転座標系分力成分の値から前記ＸＹＺ座標系での６分力成分（静止座標系分力成分）を求める処理などを、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むコンピュータにより実行する演算処理装置である。このデータロガー１０は、車両１の外部に設置され、あるいは、車両１に搭載される。
【００２９】
図２は、このデータロガー１０の主要な機能（本発明に関連する機能）を示すブロック図である。図示の如く、データロガー１０は、その主要な機能として、無線により入力される６分力検出器４の出力のうちのＵ軸およびＷ軸の２軸に関する各回転座標系分力成分Ｆu，Ｆv，Ｍu，Ｍvの検出値を示す出力のそれぞれに所定の条件下でローパス特性のフィルタリングを施すフィルタリング手段１１と、このフィルタリング手段１１の出力（以下、フィルタ出力ということがある）を、Ｕ軸およびＷ軸の２軸に関する各回転座標系分力成分Ｆu，Ｆv，Ｍu，Ｍv毎に、６分力検出器４の出力から減じることにより６分力検出器４の出力を補正する補正手段１２と、この補正手段１２の出力（以下、６分力検出器４の補正出力ということがある）から、座標変換によって、ホイール３に作用する外力のうちのＸ軸およびＺ軸の２軸に関する各静止座標系分力成分Ｆx，Ｆz，Ｍx，Ｍzを求める座標変換手段１３とを備える。この場合、フィルタリング手段１１には、Ｕ軸およびＷ軸の２軸に関する６分力検出器４の出力に加えて、前記した回転位置検出装置から、ホイール３の回転角度θの検出値を示すデータが入力される。また、座標変換手段１３には、補正手段１２の出力に加えて、回転角度θの検出値データが入力される。
【００３０】
補足すると、本実施形態では、車両１の走行前に６分力検出器４に外力が作用しない状態での該６分力検出器４の出力値（各回転座標系分力成分毎に出力値）が、あらかじめ不平衡出力成分として、データロガー１０の図示しないメモリに記憶保持されている。そして、ホイール３に作用する外力のうちのＹ軸方向の並進力Ｆyは、６分力検出器４の出力により示されるＶ軸方向の並進力Ｆvから、上記不平衡出力成分に相当する並進力成分を減じることにより求められる。ホイール３に作用するＹ軸方向のモーメントＭyについても同様である。
【００３１】
次に、データロガー１０の各手段１１〜１３の処理の詳細と併せて、本実施形態の外力計測装置の作動を説明する。
【００３２】
車両１の走行中に、路面からタイヤ２を介してホイール３に作用する外力が６分力検出器４により逐次検出され、該外力の各回転座標系分力成分の検出値を示す出力が該６分力検出器４からデータロガー１０に送信される。また、該データロガー１０には、ホイールイ３の回転角度θの検出値を示すデータも逐次入力される。なお、前記ＵＶＷ座標系のＵ軸およびＷ軸は、ホイール３の回転軸心まわりに回転するので、６分力検出器４の出力のうち、Ｕ軸方向、Ｗ軸方向の回転座標系分力成分Ｆu，Ｆw，Ｍx，Ｍwに対応する出力は、ホイール３の回転に同期した正弦波状の信号となる。
【００３３】
このとき、データロガー１０は、ホイール３に作用する外力のうちのＹ軸方向の並進力ＦyおよびモーメントＭyについては、前記した通り６分力検出器４で検出されたＶ軸方向の並進力Ｆv、モーメントＭvから不平衡出力成分に相当する並進力成分、モーメント成分を減じることにより、Ｆy，Ｍyを求める。
【００３４】
一方、Ｘ軸およびＺ軸の２軸に関する静止座標系分力成分Ｆx，Ｆz，Ｍx，Ｍzについては、次のようにして求められる。なお、以降の説明では、特にことわらない限り、回転座標系分力成分は、Ｕ軸およびＷ軸の２軸に関する分力成分Ｆu，Ｆw，Ｍu，Ｍwを意味するものとし、静止座標系分力成分は、Ｘ軸およびＺ軸の２軸に関する分力成分Ｆx，Ｆz，Ｍx，Ｍzを意味するものとする。同様に、６分力検出器４の出力は、Ｕ軸およびＷ軸の２軸に関する出力を意味するものとする。
【００３５】
データロガー１０は、６分力検出器４の出力とホイール３の回転角度θを示すデータとを逐次取り込み、まず、フィルタリング手段１１の処理を実行する。このフィルタリング手段１１は、入力されたホイール３の回転角度θの単位時間当たりの変化量から、該ホイール３の実際の回転周波数を逐次認識し、その回転周波数が所定値以上であることを条件として、各回転座標系分力成分毎に、６分力検出器４の出力に、ローパス特性のフィルタリング処理を逐次施す。そのフィルタリング処理は、本実施形態では、所謂、移動平均処理により逐次実行される。その移動平均処理では、データロガー１０の各演算処理周期において、現在時刻から所定の移動平均処理時間前の時刻までの期間における６分力検出器４の各回転座標系分力成分毎の出力（これは正弦波状のものとなる）のサンプリング値の平均値がフィルタ出力として求められる。これにより、６分力検出器４の各回転座標系分力成分毎の出力にローパス特性のフィルタリング処理を施してなるフィルタ出力が得られる。
【００３６】
ここで、各回転座標系分力成分毎の６分力検出器４の出力には、一般に、ホイール３に作用する外力に起因する出力成分だけでなく、６分力検出器４の不平衡出力成分（６分力検出器４に外力が作用していない状態で発生する出力成分）や、６分力検出器４の温度変化に起因する熱出力成分が含まれる。この場合、６分力検出器４の出力（Ｕ軸およびＷ軸の２軸に関する出力）は前記したように正弦波状に変化し、その振幅の中心値が上記不平衡出力成分と熱出力成分の総和に相当するものとなる。
【００３７】
そして、前記フィルタリング手段１１によるローパス特性のフィルタリング処理は、６分力検出器４の出力から、その中心値に相当する成分（上記不平衡出力成分と熱出力成分との総和の成分）を抽出するための処理である。
【００３８】
この場合、基本的には、例えば６分力検出器４の出力の１周期分（ホイール３の回転の１周期分）、もしくは複数周期分の期間における平均値を求めるような移動平均処理をローパス特性のフィルタリング処理として実行することによって、６分力検出器４の出力の中心値を抽出することが可能である。ただし、ホイール３の回転周波数（＝６分力検出器４の出力の基本周波数）が比較的低く、その平均値の算出を行なう１周期以上の期間内で、ホイール３に作用する外力（Ｕ軸またはＶ軸方向の外力）が変化するような場合には、その外力の変化が、フィルタ出力に影響を及ぼしてしまう。
【００３９】
そこで、本実施形態では、フィルタリング手段１１によるフィルタリング処理を、前記したように、ホイール３の実際の回転周波数（ホイール３の回転角度θの検出値データから認識された回転周波数）が所定値以上であることを条件として、実行するようにした。
【００４０】
この場合、ホイール３の回転周波数に関する前記所定値は、次のように設定されている。すなわち、ホイール３の回転周波数が当該所定値以上の回転周波数であれば、その１周期以上の期間内でホイール３に作用する外力が実質的に一定に保持されるとみなし得るように、当該所定値が設定されている。換言すれば、該所定値は、ホイール３の回転の１周期以上の期間でホイール３に作用する外力が実質的に一定に保持されることとなるような、該ホイール３の回転周波数の範囲の下限値に相当するものとして設定されている。このような所定値は、あらかじめ実験的に設定される。本実施形態では、該所定値は、例えば６．８Ｈｚ程度に設定されている。なお、該所定値は、例えばホイール３に装着されたタイヤ４の半径を３２．５ｃｍとし、且つ、タイヤ４のスリップが無いとした場合、車速換算で、約５０ｋm／ｈに相当する。
【００４１】
また、本実施形態では、ローパス特性のフィルタリング処理としての移動平均処理では、各回転座標系分力成分毎の６分力検出器４の出力の平均値を算出する期間の時間である前記移動平均処理時間を、前記所定値の回転周波数の複数周期分の時間で、且つ、その時間内でホイール３に作用する外力が実質的に一定に保持されるような時間に設定した。具体的には、本実施形態では、前記移動平均処理時間を、例えば前記所定値の回転周波数の７周期分程度の時間とし、例えば１秒に設定した。
【００４２】
なお、前記移動平均処理時間は、例えば前記所定値の回転周波数の１周期分程度の時間に設定してもよい。該所定値を前記したように６．８Ｈｚ程度とした場合、その１周期の時間が短いために、一時的なノイズなどの影響を受けやすく、６分力検出器４の出力の平均値としてのフィルタ出力が、前記不平衡出力成分および熱出力成分の総和に対して誤差を生じる恐れがある。そこで、本実施形態では、前記移動平均処理時間を上記の如く設定した。
【００４３】
以上の如く、フィルタリング手段１１では、ホイール３の回転周波数が所定値以上である場合に、各回転座標系分力成分毎に、６軸力センサ４の出力にローパス特性のフィルタリング処理が施され、これにより、前記不平衡出力成分および熱出力成分の総和に相当するフィルタ出力が得られる。
【００４４】
補足すると、ホイール３の回転周波数はホイール３の回転速度に比例するので、該回転周波数が所定値以上であるということは、ホイール３の回転速度が該所定値に対応する所定速度以上であるということと等価である。従って、ホイール３の回転速度がある所定速度以上である場合に、６軸力センサ４の出力にローパス特性のフィルタリング処理を施すようにしてもよい。
【００４５】
一方、フィルタリング手段１１は、ホイール３の回転周波数が前記所定値よりも低い場合には、フィルタリング処理を実行せず、以下に説明するようにフィルタ出力を決定する。
【００４６】
すなわち、車両１の走行開始後、ホイール３の回転周波数が、前記所定値に満たない状態では、フィルタリング手段１１は、データロガー１０で前記した如くあらかじめ記憶保持された６分力検出器４の前記不平衡出力成分をフィルタ出力として決定する。また、ホイール３の回転周波数が前記所定値以上の周波数から、該所定値未満の周波数に低下した場合には、フィルタリング手段１１は、ホイール３の回転周波数が再び所定値以上の周波数に上昇するまで、フィルタ出力を、ホイール３の回転周波数が所定値以上であった状態で前記フィルタリング処理（移動平均処理）により算出された最新のフィルタ出力に保持する。
【００４７】
以上が、フィルタリング手段１１の処理の詳細である。
【００４８】
データロガー１０は、上記のようにフィルタリング手段１１の処理を実行した後、補正手段１２の処理を実行する。すなわち、各回転座標系分力成分毎に、６分力検出器４の出力からフィルタリング手段１１の出力を減じることにより、６分力検出器４の出力を補正する。この処理によって、車両１の走行開始後、ホイール３の回転周波数が前記所定値以上の周波数の上昇した後には、各回転座標系分力成分毎に、６分力検出器４の出力から不平衡出力成分と熱出力成分との総和を適切に除去してなる出力（６分力検出器４の補正出力）が補正手段１２から得られる。この補正出力は、６分力検出器４の出力のうちの、ホイール３に作用する外力に起因する出力成分となる。
【００４９】
次いで、データロガー１０は、前記座標変換手段１３の処理を実行する。この処理は次のように行なわれる。以降の説明では、６分力検出器４の補正出力が示すＵ軸方向の並進力およびモーメント、並びに、Ｗ軸方向の並進力およびモーメントをそれぞれ、改めてＦu、Ｍu、Ｆw、Ｍwとおく。このとき、座標変換手段１３は、Ｆu，Ｆwの組から、ホイール３の回転角度θの検出値を使用した座標変換（回転変換）によって、静止座標系であるＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向およびＺ軸方向の並進力Ｆx，Ｆzを算出する。また、座標変換手段１３は、Ｍu，Ｍwの組から、上記と同様の座標変換によって、ＸＹＺ座標系におけるＸ軸方向およびＺ軸方向のモーメントＭx，Ｍzを算出する。
【００５０】
この算出処理は、具体的には、次式（１）〜（４）により表される。
【００５１】
Ｆx＝Ｆu・cosθ＋Ｆw・（−sinθ）    ……（１）
Ｆz＝Ｆu・sinθ＋Ｆw・cosθ         ……（２）
Ｍx＝Ｍu・cosθ＋Ｍw・（−sinθ）    ……（３）
Ｍz＝Ｍu・sinθ＋Ｍw・cosθ         ……（４）
なお、この例では、ホイール３の回転角度θは、ＵＶＷ座標系のＵ軸およびＷ軸のそれぞれの方向をＸＹＺ座標系のＸ軸、Ｚ軸の方向に合致させた状態でのホイール３の回転位置を基準とする角度である。
【００５２】
補足すると、例えば、Ｕ軸方向の並進力に関する６分力検出器４の出力そのものが示す並進力をｆu、その出力に対応する前記フィルタ出力に相当する並進力をｆubdとおくと、Ｆuは、ｆuからｆubdを減じたものに等しい（Ｆu＝ｆu−ｆubd）。この場合、ｆubdは、車両１の走行開始後、ホイール３の回転周波数が前記所定値以上の周波数に達していない状況では、前記不平衡出力成分に相当する並進力成分であるが、ホイール３の回転周波数が前記所定値以上の周波数に上昇した後には、前記不平衡出力成分と熱出力成分との総和に相当する並進力成分となる。Ｕ軸方向のモーメント、並びに、Ｗ軸方向の並進力およびモーメントについても同様である。
【００５３】
以上説明したデータロガー１０の処理によって、６分力検出器４の出力に基づいて、静止座標系であるＸＹＺ座標系における各静止座標系分力成分Ｆx，Ｆy，Ｆz，Ｍx，Ｍy，Ｍzが逐次計測されることとなる。この場合、車両１の走行開始後、少なくともホイール４の回転周波数が所定値以上に上昇した後には、回転座標系であるＵＶＷ座標系のＵ軸およびＷ軸の２軸に関する６分力検出器４の出力から、不平衡出力成分および熱出力成分を適切に除去してなる補正出力に基づいて、静止座標系であるＸＹＺ座標系のＸ軸およびＺ軸の２軸に関する静止座標系分力成分Ｆx，Ｆz，Ｍx，Ｍzが求められるので、これらの静止座標系分力成分Ｆx，Ｆz，Ｍx，Ｍzを精度よく計測することができる。
【００５４】
図３は、本実施形態の外力計測装置による計測処理のシミューレション結果の例を示すグラフである。図３は、横軸を時間、縦軸を並進力とするグラフである。そして、図３中のグラフａは、ホイール３の回転周波数を前記所定値以上の一定値に維持した状態で該ホイール３に作用させるＺ軸方向の並進力を一定値Ｆzinとした場合における６軸力センサ４の出力のうち、Ｗ軸方向に関する出力が示す並進力ｆwの波形（正弦波状の波形）である。この例では、並進力ｆwの波形の中心値は、６軸力センサ４の熱出力成分の変化の影響で０からプラス方向に徐々に偏移し、最終的に一定値に維持されるようになっている。また、図３中のグラフｂは、前記したデータロガー１０の処理によって算出されるＺ軸方向の並進力Ｆzの値の変化を示すグラフである。
【００５５】
また、図３中のグラフｃは、グラフｂとの比較をするためのものであり、６軸力センサ４の出力をそのまま前記座標変換手段１３に入力した場合に算出されるＺ軸方向の並進力Ｆz’の値の変化を示すグラフである。
【００５６】
図３のグラフｂで示されるように、本実施形態の外力計測装置によれば、算出されるＺ軸方向の並進力Ｆzの値は、最終的に実際の値であるＦzinに精度よく収束している。これに対して、６軸力センサ４の出力をそのまま使用した場合には、算出されるＺ軸方向の並進力Ｆz’は、図３のグラフｃで示される如く、実際の値であるＦzinに対して周期的に変動するような値になる。なお、図３では、Ｚ軸方向の並進力Ｆzを例に採って示したが、Ｚ軸方向のモーメントＭz、あるいは、Ｘ軸方向の並進力ＦxもしくはモーメントＭxについても同様である。
【００５７】
このように、本実施形態の外力計測装置によれば、ホイール３に作用する外力のうち、特に、ホイール３の回転軸心に直交する面上の分力成分を精度よく測定することができる。
【００５８】
なお、本実施形態では、多分力検出器として６分力検出器４を使用したが、例えば、Ｕ軸およびＶ軸の２軸方向に関する並進力もしくはモーメント、またはその両者だけを検出するような多分力検出器を使用してもよい。
【００５９】
また、フィルタリング手段として、アナログ回路により構成されたローパスフィルタを使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１（ａ）は本発明の外力計測装置の一実施形態の全体的なシステム構成を示す図、図１（ｂ）は、該外力計測装置に備えた多分力検出器のホイールへの取り付け構造を示す図。
【図２】図１の外力計測装置に備えたデータロガーの主要な機能を示すブロック図。
【図３】実施形態の外力計測装置による計測処理のシミューレション結果の例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６１】
１…車両、３…ホイール、４…多分力検出器（６分力検出器）、１１…フィルタリング手段、１２…補正手段。
【図１】
2008224566.tif 000003
【図２】
2008224566.tif 000004
【図３】
2008224566.tif 000005