(57)【要約】【課題】直交座標系に関する車輛スピンドルの変位を計測するためのスピンドルを取り付けることができるトランスジューサーを提供する。【解決手段】トランスジューサー（１０）は、車輛スピンドル（７７）に取り付けることができる本体（１１）、及びこの本体（１１）に連結された複数の加速度計（２０−２４、３１−３４、４１−４３）を含む。これらの複数の加速度計（２０−２４、３１−３４、４１−４３）は本体（１１）の加速度を計測する。これらの複数の加速度計（２０−２４、３１−３４、４１−４３）に連結された計算回路（９４）は、これらの加速度計から出力信号を受け取り、計測された加速度を、座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）での本体の変位を示す変位信号（９５）に変換する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交座標系に関する車輛スピンドルの変位を計測するためのスピンドルに取り付けることができるトランスジューサーにおいて、
車輛スピンドルに取り付けることができる本体、
前記本体に連結されており、前記本体の加速度に応じた加速度信号を提供する複数の加速度計、及び
前記複数の加速度計に連結されており、前記加速度信号を座標系での前記本体の変位を示す変位信号に変換するようになった計算回路を含む、トランスジューサー。
【請求項２】
請求項１に記載のスピンドルに取り付けることができるトランスジューサーにおいて、前記複数の加速度計は、前記本体にこの本体と一緒に回転するように取り付けられている、トランスジューサー。
【請求項３】
請求項１に記載のスピンドルに取り付けることができるトランスジューサーにおいて、前記本体に回転自在に連結された部材を更に含み、前記複数の加速度計は、前記本体の相対回転に関して定置のままであるように前記部材に取り付けられている、トランスジューサー。
【請求項４】
請求項１に記載のスピンドルに取り付けることができるトランスジューサーにおいて、前記計算回路は、前記加速度信号について二重積分作業を行う、トランスジューサー。
【請求項５】
請求項１に記載のスピンドルに取り付けることができるトランスジューサーにおいて、前記複数の加速度計は、加速度計の対をなしてグループ化されており、各対は第１方向での加速度を検出する第１加速度計及び第１方向と直交する第２方向での加速度を検出する第２加速度計を含む、トランスジューサー。
【請求項６】
請求項５に記載のスピンドルに取り付けることができるトランスジューサーにおいて、前記複数の加速度計は６個の加速度計を含む、トランスジューサー。
【請求項７】
請求項５に記載のスピンドルに取り付けることができるトランスジューサーにおいて、前記複数の加速度計は８個の加速度計を含む、トランスジューサー。
【請求項８】
請求項１に記載のスピンドルに取り付けることができるトランスジューサーにおいて、前記複数の加速度計は、６度の自由度を示す加速度信号を提供する、トランスジューサー。
【請求項９】
直交座標系に関する車輛スピンドルの変位を計測するための方法において、
本体を前記車輛スピンドルに取り付ける工程、
前記本体の加速度を計測し、計測された加速度に応じて加速度信号を提供する工程、及び
計測された加速度に応じて座標系での前記本体の変位を計算する工程を含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、前記計算工程は、加速度信号に二重積分作業を行う工程を含む、方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法において、前記加速度計測工程は、複数の加速度計を前記本体にこの本体と一緒に回転するように取り付ける工程を含み、この方法は、回転軸線を中心とした前記本体の角度位置を計測する工程を更に含み、前記本体の変位の計算は、角度位置の関数である、方法。
【請求項１２】
請求項９に記載の方法において、前記加速度計測工程は、前記本体の回転時に座標系で相対的に定置の部材に加速度計を取り付ける工程を含み、前記部材は前記本体に回転自在に連結されている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三つの直交軸線に沿った、及びこれらの軸線を中心とした変位を計測するトランスジューサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
直交軸線に沿った力及びこれらの直交軸線を中心としたモーメントを決定するためのトランスジューサー又はロードセルが周知である。このようなロードセルの二つの例が米国特許第４，６４０，１３８号及び米国特許第４，８２１，５８２号に開示されている。これらのトランスジューサーは、車輛スピンドルに取り付けられたホイールアッセンブリを通して作用する力及びモーメントの正確なデータを提供する上で有効であった。このデータは、車輛及び／又は車輛システムの設計及び製造で有用である。
【特許文献１】
米国特許第４，６４０，１３８号
【特許文献２】
米国特許第４，８２１，５８２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
現在のロードセルは効果的な工具であるが、道路上を走行する際のタイヤ−ホイールアッセンブリについて、更なる情報を得る必要がある。詳細には、車輛スピンドルの変位を、好ましくは６度の自由度に関して計測するための改良された装置及び方法を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
直交座標系に関する車輛スピンドルの変位を計測するため、本体が車輛スピンドルに取り付けられている。複数の加速度計が本体に連結されており、本体の加速度に応じて加速度信号を提供する。計算回路が複数の加速度計に連結されており、加速度信号を受け取って変位信号に変換するようになっている。変位信号は、本体、及び従って、車輛スピンドルの直交座標系に関する変位を示す。
【０００５】
本発明の別の特徴は、直交座標系に関する車輛スピンドルの変位を計測するための方法である。本体は、本体の加速度を計測するための加速度計を含む。本体及び車輛スピンドルの変位は、計測された加速度に応じて計算される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下実施例を参照し説明する。
【実施例】
【０００７】
図１は、本発明の例示のトランスジューサー１０の一実施例を示す。このトランスジューサー１０は、この図において、例えば、環状リング１２、及びこの環状リング１２と同心の中央ハブ１４を含む本体１１を有する。複数の半径方向チューブ１５が中央ハブ１４を環状リング１２に接合する。これらのチューブ１６乃至１９の各々は、中央ハブ１４から環状リング１２に向かって、対応する長さ方向軸線１６Ａ、１７Ａ、１８Ａ、及び１９Ａに沿って半径方向に延びている。軸線１６Ａは、代表的には、軸線１８Ａと整合しており、これに対し軸線１７Ａは、代表的には、軸線１９と整合している。更に、軸線１６Ａ及び１８Ａは軸線１７Ａ及び１９Ａに対して垂直である。複数の半径方向チューブ１５が４つであるように示してあるけれども、中央ハブ１４を環状リング１２に接合するのに三つ又はそれ以上の任意の数のチューブを使用できるということは理解されるべきである。複数の半径方向チューブ１５は、参照番号２６を付した中央軸線（回転軸線）を中心として等しい角度間隔で離間できる。
【０００８】
更に、本発明を実施する上で任意の種類の本体１１を使用できるということは当業者には理解されよう。例えば、「多軸ロードセル」という表題の米国特許第５，９６９，２６８号に開示されているような力トランスジューサーを使用できる。同特許に触れたことにより、この特許に開示された内容は本明細書中に含まれたものとする。かくして、所望であれば、本体１１に作用する力及びモーメントの計測にも本体１１を使用できる。
【０００９】
一般的には、本体１１、及びかくして車輛スピンドルの変位は、先ず最初に、複数の加速度計２０を介して加速度として計測される。例示の実施例では、加速度計２０は対をなして纏められ即ちグループ化され、例えば加速度計２１乃至２４からなる対が複数のチューブ１５に取り付けられる。対２１乃至２４についての他の位置には、中央ハブ１４又は環状リング１２が含まれる。代表的には、対２１乃至２４の各々は、回転軸線２６から同じ半径のところに配置される。対は、代表的には互いに直交した方向での加速度を計測し即ち検出する二つの加速度計を含む。例示の実施例では、対２１乃至２４からの加速度信号は、本体１１の加速度を６度の自由度で表示する。
【００１０】
例示の目的で直交座標系を定義でき、この座標系では、Ｘ軸は軸線１６Ａ及び１８Ａと整合し、Ｚ軸は軸線１７Ａ及び１９Ａと整合し、Ｙ軸は中央軸線２６と整合する。加速度計２１乃至２４からなる対の各々は、二つの直交方向に沿った加速度を検出する。例として、加速度計対２１は、Ｚ軸と平行な方向（Ａ２１ＬＺで示す）及びＹ軸と平行な方向（Ａ２１ＬＹで示す）での本体１１の加速度を計測し即ち検出する二つの加速度計を含む。同様の表示を対２２乃至２４について使用する。
【００１１】
本体１１の加速度、及びかくして車輛スピンドルのＸ軸に沿った加速度は、加速度計対２２及び２４によって計測される。Ｘ軸に沿った加速度は以下のように表すことができる。
ＡＬＸ＝（Ａ２４ＬＸ−Ａ２２ＬＸ）／２
同様に、Ｚ軸に沿った加速度は、対２１及び２３によって計測される。Ｚ軸に沿った加速度は以下のように表すことができる。
ＡＬＺ＝（Ａ２３ＬＺ−Ａ２１ＬＺ）／２
Ｙ軸即ち中央軸線２６に沿った加速度は、対２１乃至２４によって計測される。Ｙ軸に沿った加速度は以下のように表すことができる。
ＡＬＹ＝（Ａ２１ＬＹ＋Ａ２２ＬＹ＋Ａ２３ＬＹ＋Ａ２４ＬＹ）／４
Ｘ軸を中心とした角加速度は、対２２及び２４によって計測される。Ｘ軸を中心とした角加速度は以下のように表すことができる。
ＡＡＸ＝（Ａ２４ＬＹ−Ａ２２ＬＹ）／２
Ｚ軸を中心とした角加速度は、対２１及び２３によって計測される。Ｚ軸を中心とした角加速度は以下のように表すことができる。
ＡＡＺ＝（Ａ２３ＬＹ−Ａ２１ＬＹ）／２
Ｙ軸を中心とした角加速度は、対２１乃至２４によって計測される。Ｙ軸を中心とした角加速度は以下のように表すことができる。
ＡＡＹ＝（Ａ２２ＬＸ＋Ａ２４ＬＹ＋Ａ２１ＬＺ＋Ａ２３ＬＺ）／４
対の数は、計測される変位の自由度が６度以下である場合には減らすことができる。更に、加速度を６度の自由度で計測するために３対（４対でなく）の加速度計を使用できる。この実施例には例示してあるけれども、互いに近接した対をなして加速度計２０を纏める即ちグループ化する必要はない。
【００１２】
図２を参照すると、タイヤリム７０の中央部分の代わりに本体１１を使用する。本体１１はタイヤリム７０にファスナ７２で固定されている。所望であれば、ファスナ７６を使用してアダプタプレート７５を本体１１に取り付ける。逆に、アダプタプレート７５は、適当なファスナ８０を使用して車輛スピンドル７７に固定される。加速度計２１乃至２４からの出力信号は、タイヤリム７０が回転する、又は部分的に回転する場合、スリップリングアッセンブリ８４に連結される。対２１乃至２４が計測した加速度信号は、制御装置に送出される。更に、エンコーダ８９が、本体１１の角度位置を示す角度入力信号を制御装置８２に提供する。
【００１３】
図３は、対２１乃至２４からの８つの個々の加速度計から受け取った出力信号８８を変換し、静的直交座標系での６度の自由度に関する変位の成分を示す出力信号１０８を得るために制御装置８２が実行する一般的な作動を例示する。図示のように、加速度計の対２１乃至２４からの出力信号８８は、計数（スケーリング）−形状変換回路９０が受け取る。計数−形状変換回路９０は、出力信号８８を調節し、加速度計間の不均衡を補償する。回路９０は、更に、上掲の式に従って出力信号８８を組み合わせ、直交座標系に関する加速度成分を示す出力信号９２を提供する。
【００１４】
計算回路９４は、出力信号９２を受け取り、計数−形状変換回路９０から受け取った信号９２に応じて直交座標系における変位成分を計算する。加速度の値が与えられた場合に変位の値を提供するため、計算回路９４を様々な位置で使用できるということは当業者には理解されよう。例えば、計算回路９４は、計数−形状変換回路９０の前に使用でき、又は、変位を示す信号を提供するため、以下に論じるクロスカップリングマトリックス回路９６の後に使用できる。
【００１５】
この実施例では、変位の算出後、変位を示す出力信号９５をクロスカップリングマトリックス回路９６に送出する。クロスカップリングマトリックス回路９６は、クロスカップリング効果を補償するように出力信号を調節する。次いで、座標変換回路１０２がクロスカップリングマトリックス回路９６から出力信号１００を受け取り、角度入力１０４をエンコーダ等から受け取る。座標変換回路１０２は出力信号１００を調節し、本体１１及びかくして車輛スピンドル７７の静的直交座標系に関するの変位を示す出力信号１０８を提供する。
【００１６】
図４は、計数−形状変換回路９０を詳細に示す。高インピーダンスバッファ増幅器１１０Ａ乃至１１０Ｈは、スリップリングアッセンブリ８４から出力信号８８を受け取る。次いで、加算器１１２Ａ乃至１１２Ｈがゼロ調節を提供し、これと同時に、本体１１の物理的相違又は対２１乃至２４の位置と関連した不均衡を補償できるように調節可能な増幅器１１４Ａ乃至１１４Ｈが出力信号８８を個々に調節する。加算器１１６Ａ乃至１１６Ｈは、増幅器１１４Ａ乃至Ｈからの出力信号を上掲の式に従って組み合わせる。調節自在の増幅器１１８Ａ乃至１１８Ｄは、加算器１１６Ａ乃至１１６Ｄからの出力信号の振幅を適正にするために設けられている。
【００１７】
図５は、計算回路９４を詳細に示す。計算回路９４は信号９２を受け取り、夫々の積分モジュール１６０Ａ乃至１６０Ｆを通して送出する。次いで、結果的に得られた信号を夫々の積分モジュール１６２Ａ乃至１６２Ｆを通して送出する。６度の自由度の変位を示す信号９５を提供するため、計算回路９４に亘り、信号９２の二重積分を計算する。
【００１８】
上述のように、回路９６がクロスカップリング補償を提供する。例として、図６は、信号ＤＸ（Ｘ軸に沿った線型変位）についてのクロスカップリング補償を例示する。他の出力信号ＤＹ（Ｙ軸に沿った線型変位）、ＤＺ（Ｚ軸に沿った線型変位）、ＲＸ（Ｘ軸を中心とした回転変位）、ＲＹ（Ｙ軸を中心とした回転変位）、ＲＺ（Ｚ軸を中心とした回転変位）の各々は、クロスカップリング効果について同様に補償される。
【００１９】
図７は、座標変換回路１０２を詳細に例示する。エンコーダ８９は、ＲＡＭ（ランダム
アクセスメモリー）等の適当なメモリー１２０及び１２２に記憶された正弦及び余弦の値を提供する。デジタル−アナログコンバータ１２４及び１２６は適当なデジタル値を受け取り、本体１１の角度位置を示す対応するアナログ信号を発生する。掛け算器１２８Ａ乃至１２８Ｈ及び加算器１３０Ａ乃至１３０Ｄが、Ｘ軸及びＺ軸に沿った、及びこれらの軸線を中心とした変位信号を組み合わせ、静的直交座標系に関する変位信号１０８を提供する。
【００２０】
図８は、本体１１をタイヤリム７０に取り付けた本発明の変形例を示す。参照番号は、図２に示したのと同様である。この実施例では、支持部材５０はトランスジューサー１０に連結される。更に、本体１１は、スリップリングアッセンブリ８４に設けられた回転カップリングを通して支持部材５０に対して回転する。換言すると、支持部材５０はリム７０とは共に回転しない。ここでは、支持部材５０はスリップリングアッセンブリ８４のハウジングに取り付けられているが、ベアリング等の他の回転カップリングを使用できる。加速度計の対３１乃至３４は、車輛スピンドル７７の加速度を計測する。対３１乃至３４は、次いで、加速度信号を制御装置８２に提供し、変位を計算する。
【００２１】
図９を参照すると、対３１乃至３４は、本体１１の加速度を６度の自由度で計測するため、支持部材５０に取り付けられている。例えば、対３１は、Ｙ軸と平行な方向及びＺ軸と平行な方向で加速度を計測する。対３１によって計測された値は、Ａ３１ＬＹ及びＡ３１ＬＺとして表される。他の対３２乃至３４は、上述の実施例に従って同様の方法で加速度を計測する。図５の回路は、加速度計３１乃至３４からの加速度信号を変換するのに使用できるが、本体１１が回転しないため、座標変換ブロック１０２は必要とされない。
【００２２】
図１０は、プレート部材５０に取り付けられた加速度計の変形例の構成を示す。この実施例では、三対の加速度計４１乃至４３を使用して本体１１の加速度を６度の自由度で計測する。例えば、対４１は、Ｙ軸と平行な加速度（Ａ４１ＬＹとして表す）を計測し、更にＹ軸を中心とした本体１１の角度加速度（値Ａ４１ＡＹとして表す）を計測する。対４２及び４３は、加速度の成分を同様に計測する。次いで、加速度信号を制御装置８２に送出する。代数方程式を使用して図１０に示す６個の加速度計からの信号を組み合わせ、直交座標系に関する加速度の表示を提供できるということは当業者には理解されよう。
【００２３】
本発明を好ましい実施例に関して説明したが、形態及び詳細において、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、変更を行うことができるということは当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による例示のアッセンブリの平面図である。
【図２】タイヤリムに取り付けられたアッセンブリの側断面図である。
【図３】制御装置の概略のブロックダイヤグラムである。
【図４】計数−形状変換回路のブロックダイヤグラムである。
【図５】計算回路のブロックダイヤグラムである。
【図６】クロスカップリングマトリックス回路の一部の回路図である。
【図７】座標変換回路のブロックダイヤグラムである。
【図８】タイヤリムに取り付けられた変形例のアッセンブリの側断面図である。
【図９】アッセンブリに連結された支持部材の平面図である。
【図１０】アッセンブリに連結された支持部材の変形例の図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  トランスジューサー
１１  本体
１２  環状リング
１４  中央ハブ
１５  半径方向チューブ
１６−１９  チューブ
２０  加速度計
２１−２４  加速度計
２６  回転軸線
【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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