(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二輪車両（１）に配置された力センサ装置において、前輪と後輪（６）とを結合するメインフレーム（２）に、人間および物品を収容するための少なくとも１つの別のフレーム部分（３）が取り付けられており、少なくともメインフレーム（２）と前記少なくとも１つの別のフレーム部分（３）との結合部（４，５）の範囲に支承体が設けられており、該支承体に力センサ（１０；５０，５１，５３）が組み込まれており、該力センサ（１０；５０，５１，５３）によって、メインフレーム（２）と前記少なくとも１つの別のフレーム部分（３）との間に発生する力がセンシング可能であり、メインフレーム（２）と前記少なくとも１つの別のフレーム部分（３）との間の結合部が、ロッカアーム（７）から成っており、該ロッカアーム（７）が、その旋回支点（８）のところでばねダンパ（９）を介してメインフレーム（２）に旋回可能に支承されており、前記ロッカアーム（７）の両アーム部分（４４，４５）が、旋回支点（８）に設けられた、前記ロッカアーム（７）の旋回運動を可能にする保持装置を介して前記少なくとも１つの別のフレーム部分（３）に運動可能に支承されていることを特徴とする、二輪車両に配置された力センサ装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの力センサ（１０）が、磁石装置を備えた測定ピン（１３，２３）と、感磁界性のセンサ（３３）とを有しており、ただし前記測定ピン（１３，１４）の範囲はセンサ素子（３５）の領域で外力（Ｆ）の作用を受けて、前記感磁界性のセンサ（３３）において電気的な信号が取出し可能となるように位置変化されるようになっている、請求項１記載の力センサ装置。
【請求項３】
力センサは、前記少なくとも１つの別のフレーム部分を介して外力（Ｆ）の作用を受ける前記測定ピンの円筒状の外側の部分（２３）が、前記測定ピンの、メインフレームに結合された円筒状の内側の部分（１３）に向かい合って位置するように、そしてセンサ素子（３３）と永久磁石（３２）とが力センサ（１０）の内部に配置されて、外力（Ｆ）の作用を受けて前記外側の部分（２３）と前記内側の部分（１３）との間の間隔減少が検出可能となり、ひいては磁界の変化が検出可能となるように形成されている、請求項２記載の力センサ装置。
【請求項４】
センサ素子（３５）が、前記内側の部分（１３）に取り付けられた少なくとも１つのホール素子またはホールＩＣから成っており、該ホール素子またはホールＩＣにそれぞれ１つの永久磁石（３２）が隣接している、請求項１または２記載の力センサ装置。
【請求項５】
前記結合部（４，５）に設けられた側方の保持装置のうちの少なくとも１つに力センサ（１０）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の力センサ装置。
【請求項６】
ロッカアーム（７）が、メインフレーム（２）に設けられたラバーベアリング（４６）を備えた短いアーム部分（４５）と、前記保持装置の範囲に設けられた力センサ（１０；５０，５１，５３）を備えた長いアーム部分（４４）とから成っている、請求項５記載の力センサ装置。
【請求項７】
力センサが、センサ素子として、ロッカアーム（７）の一方のアーム部分（４４）に配置されている少なくとも１つの抵抗線歪ゲージ（５０，５１，５２，５３）を有している、請求項５または６記載の力センサ装置。
【請求項８】
センサ素子として互いに接続された４つの抵抗線歪ゲージ（５０，５１，５２，５３）から成る測定ブリッジ回路が設けられている、請求項７記載の力センサ装置。
【請求項９】
センサ素子が、二輪車両（１）に設けられた評価装置に接続されており、該評価装置によって二輪車両（１）のジオメトリを考慮して、前輪と後輪（６）とを負荷する力（ＦＶ，ＦＨ）が検出可能である、請求項１から８までのいずれか１項記載の力センサ装置。
【請求項１０】
前記評価装置によって、着座した乗員および物品に関する二輪車両（１）のローディング状態ならびに回転傾向を示さない、安定的でかつ動的な車輪力分配の絶対力も検出可能であり、検出された値によってブレーキコントロールシステムおよび／または乗員拘束システムが負荷可能である、請求項９記載の力センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に二輪車両の機械的な構成部分における重力またはその他の力を検出するための力センサ装置であって、該力センサ装置が、有利には電気的または電磁的な効果を利用して、力センサに作用する押圧力、引張り力または曲げ力に相当する電気的な信号を送出するようになっている形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
機械工学の多くの分野では、力センサが必要とされるが、これらの力センサは器具またはユニットにおける比較的手の届き難い個所もしくは種々異なる力にさらされている機械的な部分の取付け個所においても、これらの個所に作用する引張り力および／または押圧力のできるだけ正確な測定を可能にすることが望まれる。
【０００３】
たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２１６７３２号明細書に基づき、特に自動車におけるシート重量測定のための力測定器が公知である。この力測定器に設けられた支承体は、この支承体内で少なくとも１つの永久磁石が強磁性材料によって取り囲まれて、該支承体が力で負荷されると永久磁石と強磁性材料との間の間隔変化が生ぜしめられるように形成されている。このような間隔変化は支承体の範囲における磁界強さに影響を与え、このことは磁界に敏感なセンサ、つまり感磁界性のセンサによって検出されて、たとえば制御装置において評価され得る。
【０００４】
さらにドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２９０２１号明細書に基づき、このような力測定器が乗用車内で乗員シートのための各シート懸吊部に直接に組み込まれていることが知られている。車両シャーシとシートとの間の機械的な結合部には、車両乗員により加えられる力が集中する。この力は、たとえば車両安全システムの最適な機能、たとえばエアバッグまたはその他の拘束システムの最適な機能にとって重要となる。
【０００５】
それ自体で見ると、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２３３６６号明細書に基づき、二輪車両においてシート面の範囲もしくはシートシェルの範囲または二輪車両使用者のための荷物懸吊部の範囲に、二輪車両のローディング状態を検出する感圧性のセンサ、スイッチまたは抵抗線歪ゲージを取り付けることも知られている。
【０００６】
二輪車両の場合にも、運転者および場合によっては同乗者の一層良好な保護を保証するために、相応して適合された形の前記拘束システムが好都合となる。したがって、この場合にも、ローディング状態および場合によってはローディング位置を検知することは、機械式レリーズ装置または電子式レリーズ装置を最適に機能させるために必要となる。特に重要となるのは、二輪車両の場合にもブレーキコントロールシステム、特にアンチロックシステム（ＡＢＳ）の最適な制御である。たとえば前輪ブレーキが強力に作動されると、後輪はローディング状態に関連して持ち上がるので、後輪はもはやこのように強力には一緒に制動されなくなり、前つんのめりになって転倒する危険が生じてしまう。
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２１６７３２号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２９０２１号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２２３３６６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式の力センサ装置を改良して、上で挙げた公知先行技術の欠点が回避されて、二輪車における前つんのめり転倒の危険が減じられるような力センサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題を解決するために本発明の構成では、二輪車両に配置された力センサ装置において、前輪と後輪とを結合するメインフレームに、人間および物品を収容するための少なくとも１つの別のフレーム部分が取り付けられており、少なくともメインフレームと前記少なくとも１つの別のフレーム部分との結合部の範囲に支承体が設けられており、該支承体に力センサが組み込まれており、該力センサによって、メインフレームと前記少なくとも１つの別のフレーム部分との間に発生する力がセンシング可能であるようにした。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冒頭で述べた形式の力センサ装置が、二輪車両における使用のために有利に改良される。二輪車両、有利には二輪自動車（自動二輪車）では、前輪と後輪とを結合するメインフレームに、人間および物品を収容するための少なくとも１つの別のフレーム部分が取り付けられている。本発明によれば、少なくともメインフレームと前記少なくとも１つの別のフレーム部分との結合部の範囲に支承体が設けられており、該支承体に力センサが組み込まれており、該力センサによって、メインフレームと前記少なくとも１つの別のフレーム部分との間に発生する力がセンシング（感知）可能である。
【００１０】
したがって、本発明による力センサ装置を用いると、特にブレーキコントロールシステムおよび場合によっては拘束システムの制御のために二輪車両のローディング状態を簡単に検出することができる。運転者および同乗者のためのシート面は一般に鋼、軽金属または繊維強化プラスチックから成る独立した構造ユニットであり、この場合、この構造ユニットはたとえばメインフレームと少なくとも２点または４点で摩擦接続式にねじ締結され得る。
【００１１】
前で説明した力センサ装置が、少なくとも１つの力センサを有しており、該力センサが、磁石装置を備えた測定ボルトもしくは測定ピンと、磁界に敏感なセンサ、つまり感磁界性のセンサとを有していると特に有利である。その場合、前記測定ピンの範囲はセンサ素子の領域で外力の作用を受けて、前記感磁界性のセンサにおいて電気的な信号が取出し可能となるように位置変化され得るようになる。
【００１２】
したがって、その場合、通常のねじ締結の代わりに測定ピンを使用することによって、伝達された力を測定することができる。この場合、力センサの機械・電気的な設計により、その都度の適合が行われる。その場合、二輪車両の既知の機械的なジオメトリ、つまり幾何学的形状に基づき、外力Fから前輪の負荷ＦＶおよび後輪の負荷ＦＨを測定することができる。
【００１３】
本発明による力センサ装置の別の有利な構成では、力センサは、前記少なくとも１つの別のフレーム部分を介して外力Ｆの作用を受ける前記測定ピンの円筒状の外側の部分が、前記測定ピンの、メインフレームに結合された円筒状の内側の部分に向かい合って位置するように、そしてセンサ素子と永久磁石とが力センサの内部に配置されて、外力Ｆの作用を受けて前記外側の部分と前記内側の部分との間の間隔減少が検出可能となり、ひいては磁界の変化が検出可能となるように形成されている。
【００１４】
本発明のさらに別の有利な構成では、力センサのセンサ素子が、前記内側の部分に取り付けられた少なくとも１つのホール素子またはホールＩＣから成っており、該ホール素子またはホールＩＣにそれぞれ１つの永久磁石が隣接している。
【００１５】
本発明の特に有利な構成では、メインフレームと前記少なくとも１つの別のフレーム部分との間の結合部が、ロッカアームから成っており、該ロッカアームが、その旋回支点のところでばねダンパを介してメインフレームに旋回可能に支承されており、前記ロッカアームの両側が、前記ロッカアームの旋回運動を可能にする保持装置を介して前記少なくとも１つの別のフレーム部分に運動可能に支承されており、側方の保持装置のうちの少なくとも１つの保持装置に力センサが配置されている。
【００１６】
この場合、ロッカアームは互いに異なる長さのアーム部分から成っていてよく、すなわちフレーム部分に設けられたラバーベアリングを備えた短いアーム部分と、前記保持装置に設けられた力センサを備えた長いアーム部分とから成っていてよい。ロッカアームにより、二輪メインフレームにおける機械的に安定した、等価のばね減衰が達成される。この場合、手間のかかる適合なしに引き続き慣用のばねダンパバリエーションを使用することができる。
【００１７】
力センサは前で説明した力測定ピンと磁界評価部とによって形成され得る。しかし択一的には、力センサが、センサ素子として、ロッカアームの一方のアーム部分に配置されている少なくとも１つの抵抗線歪ゲージを有していることも可能である。この場合、一層良好な評価可能性を得るためには、センサ素子として互いに接続された４つの抵抗線歪ゲージから成るＤＭＳ測定ブリッジ回路が設けられている。
【００１８】
これまで説明した実施態様による力センサ装置はさらに、センサ素子が、二輪車両に設けられた評価装置に接続されていて、該評価装置によって二輪車両のジオメトリ、つまり幾何学的形状を考慮して、前輪と後輪とを負荷する力が検出可能となるように形成され得る。その場合、この評価装置を用いて、着座した乗員および荷物に関する二輪車両のローディング状態ならびに回転傾向を示さない（rotationsscheu.）、安定的でかつ動的な車輪力分配の絶対力も検出され得るようになり、そして検出された値によってブレーキコントロールシステムおよび／または乗員拘束システムが負荷可能となる。
【００１９】
冒頭で述べた危険、つまり二輪車両において、たとえば前輪ブレーキが強力に作動された場合に、後輪がもはやこのように強力に一緒に制動されなくなるので後輪がローディング状態に関連して持ち上がってしまう危険は、本発明によれば、後輪におけるブレーキの制御された短時間のブレーキ解除によって後輪の持上がりが阻止され、前のめりに転倒する危険がもはや生じなくなることにより簡単に減じられ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面につき詳しく説明する。
【００２１】
図１には、二輪車両１がメインフレーム２の一部と共に概略的に図示されている。メインフレーム２には、人間または荷物のためのフレームリヤキャリヤである別のフレーム部分３が２つの結合部４，５によって取り付けられている。前輪（図示しない）への力Ｆの作用を力ＦＶとして、後輪６への力Ｆの作用を力ＦＨとして検出するためには、二輪車両１のローディング状態が求められると望ましい。図１に示した実施例では、たとえば結合部４に力センサが取り付けられており、結合部５には慣用の可動の支承装置が設けられている。
【００２２】
ローディング状態を検知することにより、本明細書冒頭で説明したように、たとえば安全システムまたはブレーキシステムのための最適に機能する機械式レリーズ装置または電子式レリーズ装置が可能となる。
【００２３】
図２には、メインフレーム２とフレーム部分３との結合の１実施例が示されている。この実施例では、ロッカアーム（Wippe）７が設けられている。このロッカアーム７は中央で旋回ジョイントもしくは旋回支点５を介してメインフレーム２に保持されていて、かつ結合部４を介してフレーム部分３に保持されている。支承部８はこの場合、ばねダンパ９を収容している。
【００２４】
図２に示した実施例の場合でも、結合部４に力センサを配置することができる。この場合、たとえば冒頭で挙げた先行技術であるドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２１６７２３号明細書に基づき公知の力センサまたは力測定器１０を使用することができる。以下に、図３につき、同ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書の段落０００９〜００１５に記載の説明および同ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書の図１を参照してこのような力センサまたは力測定器１０を説明する。
【００２５】
図３に示した公知の力測定器１０は強磁性の支承体１１を有している。この支承体１１は長手方向軸線１２を有する回転対称的な構成部分として形成されている。支承体１１はその互いに反対の側にそれぞれ端区分１３，１４を有しており、これらの端区分１３，１４は中間の区分１５に比べて減じられた直径を有している。この場合、各端区分１３，１４と中間の区分１５との間には、それぞれつば１６，１７が形成されており、このつば１６，１７はストッパとして働く。
【００２６】
支承体１１は公知の配置形式では、その一方の端区分１３を頭にして、車両におけるシートレール１９に設けられた位置固定の支承孔１８内に導入可能であって、ナット２１とねじ山２２とによってシートレール１９にしっかりと固定され得る。支承体１１の他方の端区分１４には、揺動体（Schwinge）２３が被せ嵌め可能でかつ位置固定可能である。この揺動体２３は自動車のシート（図示しない）の構成要素である。この場合、揺動体２３と支承体１１との間には、端区分１４の範囲における結合しか存在せず、揺動体２３と支承体１１の中間の区分１５との間には常にギャップ２４が存在している。したがって、測定したい着座力Ｆは揺動体２３を介して支承体１１の端区分１４へ伝達され、この場合、支承体１１はシートレール１９における片側支承に基づいて変形する。
【００２７】
力Ｆによる変形の量は周知のように、両支承個所の間隔、つまりシートレール１９と揺動体２３の支承つば２５との間の間隔に関連している。支承体１１には第１の切欠きが貫通孔２７の形で形成されている。この貫通孔２７はほぼ、中間の区分１５に位置している。貫通孔２７は特にフライス加工により形成されている。この場合、貫通孔２７は力Ｆによって負荷された際のノッチ作用を低減させるために端区分１３，１４寄りの側の範囲で丸められた内壁２８，２９を有している。シートレール１９寄りの内壁２８の底面を起点として、第２の切欠きが盲孔３０の形で延びている。この盲孔３０の中心点は長手方向軸線１２に延びている。盲孔３０の底面は、シートレール１９のほぼ中間の高さもしくは幅にまで達している。
【００２８】
盲孔３０内には、少なくともセンサ装置３３の永久磁石３２が小さな半径方向ギャップ３４を持って突入している。このセンサ装置３３は永久磁石３２の他にさらに磁界に敏感なセンサ、つまり感磁界性のセンサ３５を有している。このセンサ３５はホールＩＣとして形成されていると有利である。重要となるのは、永久磁石３２とセンサ３５とが互いに対して位置固定に支持体３６に配置されていて、永久磁石３２の磁極軸線が支承体１１の長手方向軸線１２に沿って延びていることである。支持体３６は差込みスリーブ３７に固定されており、この差込みスリーブ３７は支承体１１の端面３９に設けられた貫通孔３８を貫通して、この貫通孔３８内で支承体１１と固く連結されている。差込みスリーブ３７としての構成により、センサ装置３３の電気的なコンタクトは差込みスリーブ３７の内壁を通じてケーブル４０によって可能となる。
【００２９】
したがって、支承体１１の公知の構成では、長手方向軸線１２に対して平行に２つの結合ウェブ４１，４２が形成されているので、支承体１１は力Ｆが導入されると「二重撓みビーム」の形に変形する。しかし、このときに差込みスリーブ３７は支承体１１の変形に参加しない。それどころか、差込みスリーブ３７は長手方向軸線１２におけるその休止位置から進出するように運動させられ、この場合、半径方向ギャップ３４の大きさはその全周にわたって見て不均一に変化する。半径方向ギャップ３４の変化に基づき、永久磁石３２の磁束線の磁界強さは、より小さくなった半径方向ギャップ３４の範囲では増大する。このような磁界強さの変化はセンサ３５によって検出されて、評価回路によって、相応する着座力のための信号に変換される。
【００３０】
図４には、図２に示したロッカアーム７が詳細に図示されており、この場合、このロッカアーム７が、旋回ジョイントである支承部８を介して、図２に示した二輪車両１のばねダンパ９に保持されていることが判る。ロッカアーム７は２腕式のレバーとして形成されていて、長いアーム部分４４と短いアーム部分４５とを有している。この場合、短い方のアーム部分４５には、図２に示した結合部５が、メインフレーム２に対するラバーベアリング４６によって実現されている。ロッカアーム７の長い方のアーム部分４４では、フレーム部分３に対する結合部に、図３につき説明した力センサもしくは力測定器１０が配置されている。したがって、図３につき説明したように図３に示した支承体１１をロッカアーム７に取り付けかつ揺動体２３をフレーム部分３に取り付けることにより、検出したい力Ｆをセンシングすることができる。
【００３１】
たとえば、上で説明したような二輪自動車もしくは二輪車両１における使用時では、力センサもしくは力測定器１０に約７５０Ｎの力が、他方の結合部５には約１２５０Ｎの力が、鉛直方向で下方へ向かって作用するので、旋回ジョイントでは上方へ向かって２０００Ｎの力が生ぜしめられる。
【００３２】
図５には、択一的な別の実施例が示されている。この場合、力センシングの別の形態が示されている。この実施例は従来公知の抵抗線歪ゲージ（ＤＭＳ）５０，５１，５２，５３によって形成されている。これらの抵抗線歪ゲージ５０，５１，５２，５３はロッカアーム７の長い方のアーム部分４４において互いに接続されて１つの測定ブリッジ回路を形成しているので、このアーム部分４４が撓むと、結合部４に作用する力が、前で説明した実施例の場合と同様に自体公知の測定方法を用いて検出可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】二輪車両のフレーム部分を力負荷と共に示す概略図である。
【図２】力センサを備えたロッカアームを介して支承されたフレーム部分を備えた１実施例を示す概略図である。
【図３】公知先行技術による力センサの断面図である。
【図４】図２に示したロッカアームを示す斜視図である。
【図５】図２に示した実施例と同様のロッカアームに設けられた、ＤＭＳ測定ブリッジ回路により形成された力センサの１実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  二輪車両
２  メインフレーム
３  フレーム部分
４，５  結合部
６  後輪
７  ロッカアーム
８  支承部
９  ばねダンパ
１０  力測定器
１１  支承体
１２  長手方向軸線
１３，１４  端区分
１５  中間の区分
１６，１７  つば
１８  支承孔
１９  シートレール
２１  ナット
２２  ねじ山
２３  揺動体
２４  ギャップ
２５  支承つば
２７  貫通孔
２８，２９  内壁
３０  盲孔
３２  永久磁石
３３  センサ装置
３４  半径方向ギャップ
３５  センサ
３６  支持体
３７  差込みスリーブ
３８  貫通孔
３９  端面
４０  ケーブル
４１，４２  結合ウェブ
４４，４５  アーム部分
４６  ラバーベアリング
５０，５１，５２，５３  抵抗線歪ゲージ
【図１】
0005114050.tif 000002
【図２】
0005114050.tif 000003
【図３】
0005114050.tif 000004
【図４】
0005114050.tif 000005
【図５】
0005114050.tif 000006