(57)【要約】【課題】  ナックル、アッパーアーム及びロアアームに設計変更を施すことなく、簡単な構成で車輪から入力される前後力、横力、制動トルクを制度よく検出可能な車両の懸架装置を提供することである。【解決手段】  車輪を回転可能に支持する車輪支持体と、該車輪支持体を車両の上下方向に案内する車軸よりも上方のアッパーアームと、該車輪支持体を車両の上下方向に案内する車軸よりも下方のロアアームと、前記車輪支持体と前記アッパーアームを回動可能に連結する第１ボールジョイントと、前記車輪支持体と前記ロアアームを回動可能に連結する第２ボールジョイントとを備えた車両の懸架装置において、前記第１、第２ボールジョイントはそれぞれ球体部及び軸部を有するボールスタッドを含んでおり、該ボールスタッドの前記軸部に歪検出手段を設けたことを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を回転可能に支持する車輪支持体と、
該車輪支持体を車両の上下方向に案内する車軸よりも上方のアッパーアームと、
該車輪支持体を車両の上下方向に案内する車軸よりも下方のロアアームと、
前記車輪支持体と前記アッパーアームを回動可能に連結する第１ボールジョイントと、
前記車輪支持体と前記ロアアームを回動可能に連結する第２ボールジョイントとを備えた車両の懸架装置において、
前記第１、第２ボールジョイントはそれぞれ球体部及び軸部を有するボールスタッドを含んでおり、
該ボールスタッドの前記軸部に歪検出手段を設けたことを特徴とする車両の懸架装置。
【請求項２】
前記軸部は小径部、大径部及び該小径部と大径部を繋ぐ段差部を有しており、
前記軸部の前記小径部には前記段差部で位置決めされた円筒部材が嵌合されており、
該円筒部材に前記歪検出手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の車両の懸架装置。
【請求項３】
球体部及び軸部が一体的に形成されたボールスタッドであって、
前記軸部には小径部、大径部及び該小径部と大径部を繋ぐ段差部が形成されており、
円筒面に歪検出素子が設けられた円筒部材が、前記段差部により位置決めされつつ前記小径部に嵌合されていることを特徴とするボールスタッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の懸架装置及び該懸架装置のナックルとアッパーアーム及びロアアーム間を回動可能に連結するボールジョイントを構成するボールスタッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の制動制御を行う場合には、制動力が重要な情報の一つである。例えば、ブレーキをかけている時、実際にかかっている制動力が検出できれば、容易に路面の状態を推測することができる。路面の状態がわかれば、ＡＢＳ制御（アンチスキッドブレーキシステム制御）をより正確に行え、安全に短い距離で停止できるようになる。
【０００３】
また、車両旋回時又は低摩擦係数（μ）の路面等においてブレーキをかけた時、各車輪から入力される前後力、横力、ブレーキトルクを検出できれば、各車輪の制動力を個別に制御できるようになり、車両の走行制御をより安全に行うことができるようになる。
【０００４】
車輪から入力される前後力、横力、ブレーキトルクを検出するための従来装置としては、例えば特開平３−２２００５６号があげられる。この公開公報に開示された路面摩擦力検出装置では、車輪を支持するナックルの上端部及び下端部に貼付した歪ゲージによりナックルの歪を検出して、車輪から入力される前後力、横力等を検出するようにしている。
【０００５】
また、特開２００５−６９８９７号公報には、分割されたナックルの間に入力検出装置を配置して、この入力検出装置によりタイヤから入力される前後力、横力等を検出している技術が開示されている。
【特許文献１】特開平３−２２００５６号公報
【特許文献２】特開２００５−６９８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１記載の路面摩擦力検出装置では、ナックルの上端部及び下端部に歪ゲージを貼付して、車輪から入力される前後力、横力等を検出している。しかし、車輪を回転可能に支持するナックルには横力、前後力、ブレーキトルクの全てが合成された合成力が印加されるため、１軸方向だけの力を分離するのは困難であるという問題がある。
【０００７】
特許文献１では、複数の歪ゲージの貼付の仕方及び歪ゲージに接続されるブリッジ回路によりこの問題を解決しているが、検出装置の構成が複雑になるという問題がある。
【０００８】
特許文献２記載の入力検出装置では、入力検出装置がハブ中心に配置されているため、前後方向、左右方向、上下方向の入力された力を分離することが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成で車輪から入力される前後力、横力、ブレーキトルクを精度よく検出可能な検出手段を備えた車両の懸架装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１記載の発明によると、車輪を回転可能に支持する車輪支持体と、該車輪支持体を車両の上下方向に案内する車軸よりも上方のアッパーアームと、該車輪支持体を車両の上下方向に案内する車軸よりも下方のロアアームと、前記車輪支持体と前記アッパーアームを回動可能に連結する第１ボールジョイントと、前記車輪支持体と前記ロアアームを回動可能に連結する第２ボールジョイントとを備えた車両の懸架装置において、前記第１、第２ボールジョイントはそれぞれ球体部及び軸部を有するボールスタッドを含んでおり、該ボールスタッドの前記軸部に歪検出手段を設けたことを特徴とする車両の懸架装置が提供される。
【００１１】
請求項２記載の発明によると、請求項１記載の発明において、前記軸部は小径部、大径部及び該小径部と大径部を繋ぐ段差部を有しており、前記軸部の前記小径部には前記段差部で位置決めされた円筒部材が嵌合されており、該円筒部材に前記歪検出手段が設けられていることを特徴とする車両の懸架装置が提供される。
【００１２】
請求項３記載の発明によると、球体部及び軸部が一体的に形成されたボールスタッドであって、前記軸部には小径部、大径部及び該小径部と大径部を繋ぐ段差部が形成されており、円筒面に歪検出素子が設けられた円筒部材が、前記段差部により位置決めされつつ前記小径部に嵌合されていることを特徴とするボールスタッドが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によると、車輪支持体、アッパーアーム及びロアアームに設計変更を施すことなく、簡単な構成で車輪から入力される前後力、横力、ブレーキトルクを精度よく検出することができる。
【００１４】
また、ボールスタッドの軸部に歪検出手段を設けたため、軸に直交する方向の前後力、横力を簡単に分離することができ、多軸感度のない力を検出することができる。更に、第１及び第２ボールジョイント部で検出するため、前後力と、制動トルクを分離することができる。
【００１５】
請求項２記載の発明によると、歪検出手段が設けられた円筒部材をボールスタッドの軸部の小径部に嵌合するという簡単な構成により、請求項１と同様な効果を達成することができる。
【００１６】
請求項３記載の発明によると、ボールスタッドの設計変更を最小限に抑えて、車輪からボールジョイントに入力される前後力及び横力を精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態にかかる車両の懸架装置（サスペンション）２の斜視図が示されている。図示されたサスペンション２は車両左側のフロントサスペンションである。
【００１８】
フロントサスペンション２は、図示しない車輪を回転可能に支持するナックル４と、ナックル４の上端部にボールジョイント８により回動可能に連結されたアッパーアーム６、ナックル４の下端部にボールジョイント１２により回動可能に連結されたロアアーム１０を含んでいる。
【００１９】
ロアアーム１０にはダンパフォーク１４が固定されており、ダンパフォーク１４はダンパ（ショックアブソーバ）１６を支持している。ダンパ１６の上端部にはコイルスプリング１８が取り付けられており、コイルスプリング１８の上端部にはサスペンションサポート２０が取り付られている。
【００２０】
サスペンションサポート２０は図示しない車両ボディに取り付られる。アッパーアーム６は一対の車体取付部２２，２４を有しており、ロアアーム１０も一対の車体取付部２６，２８を有している。
【００２１】
次に、図２乃至図４を参照して、車輪３０からボールジョイント８，１２に入力される前後力、横力等の各荷重について説明する。図２はフロントサスペンション２の側面図であり、左側が車両前方である。図３は図２の右側面図であり、フロントサスペンション２を車両後方から見た図である。図４は図２の平面図である。
【００２２】
車軸中心からボールジョイント８までの距離をＬ１、ボールジョイント１２までの距離をＬ２、ボールジョイント１２からタイヤ３０の接地面までの距離をＬ３とする。また、制動時にボールジョイント８にかかる制動荷重をＦ１ｘ１、ボールジョイント１２にかかる制動荷重をＦ２ｘ１とし、制動時にボールジョイント８にかかる前後力をＦ１ｘ２とし、ボールジョイント１２にかかる前後力をＦ２ｘ２とすると、これらの荷重は図２に示すようにボールジョイント８，１２に印加される。図２から明らかなように、制動時にボールジョイント８，１２にかかる前後力Ｆ１ｘ２，Ｆ２ｘ２はいずれも後ろ向きである。
【００２３】
また、図３に示すように、タイヤ３０から入力される横力をＦｙとすると、ボールジョイント８にかかる横力は車体外側方向にＦ１ｙ、ボールジョイント１２にかかる横力は車体内側方向にＦ２ｙとなる。さらに、制動トルクをＴＢとすると、以下のような関係が得られる。
【００２４】
Ｆ１ｘ１＝ＴＢ・Ｌ１
Ｆ２ｘ１＝ＴＢ・Ｌ２
Ｆ１ｘ２＝Ｆｘ・Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２）
Ｆ２ｘ２＝Ｆｘ・Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２）
Ｆ１ｙ＝Ｆｙ・Ｌ３／（Ｌ１＋Ｌ２）
Ｆ２ｙ＝Ｆｙ・（１＋Ｌ３／（Ｌ１＋Ｌ２））
よって、制動時にボールジョイント８，１２にかかる制動荷重を検出することにより、制動トルクＴＢを得ることができ、ボールジョイント８，１２に入力される前後力を検出することにより、車両の前後力Ｆｘを算出することができ、ボールジョイント８，１２に入力される横力を検出することにより、車両にかかる横力Ｆｙを算出することができる。
【００２５】
以下、図５乃至図７を参照して、本発明実施形態にかかるボールジョイント８，１２部分での制動時の制動トルク、前後力、横力の検出方法について説明する。
【００２６】
図５は本発明第１実施形態のボールジョイント８の断面図である。ボールジョイント１２はボールジョイント８と実質的に同一構成のため、ボールジョイント８でその説明を代表する。
【００２７】
ボールジョイント８はナックル４に固定されるボールスタッド３２を備えている。ボールスタッド３２は金属製の剛性部材であり、一体的に形成された球体部３４と軸部３６を有している。
【００２８】
軸部３６の先端にはネジ溝３７が形成されている。一方、ナックル４には貫通穴５が形成されており、ボールスタッド３２の軸部３６が貫通穴５に挿入されてナット３９により固定されている。
【００２９】
アッパーアーム６にはボールスタッド３２の球体部３４を受け入れるソケット４４が一体的に形成されている。ソケット４４の内周面にはロアシート３８が配置されている。ロアシート３８は概略円筒状に形成された樹脂製の部材であり、ボールスタッド３２の球体部３４を内周面で保持する。
【００３０】
ロアシート３８の一端（図５においては下端）はボールスタッド３２の球体部３４の形状に倣うように、端部側ほど径が小さくなるように球面状に形成されている。ソケット４４の内周面の一端（図５においては下端）はロアシート３８の外周面形状に倣うように、端部側ほど径が小さくなるように球面状に形成されている。
【００３１】
アッパーシート４０は貫通穴４０ａを有する円柱状の樹脂製部材であり、アッパーシート４０の下端はボールスタッド３２の球体部３４の形状に倣うように球面状に形成されている。
【００３２】
４２はキャップであり、ソケット４４の上端にかしめにより固着される。アッパーシー４０の貫通穴４０ａ及びロアシート３８とアッパーシート４０との間の中空部３９には、ボールスタッド３２の球体部３４とロアシート３８及びアッパーシート４０との摺動摩擦の低減を図るべく、潤滑用グリースが封入されている。
【００３３】
ボールスタッド３２の軸部３６は大径部３６ａと、小径部３６ｂと、大径部３６ａと小径部３６ｂを繋ぐ段差部３６ｃを有している。ボールスタッド３２の軸部３６には更に、ねじ溝４８が形成されている。
【００３４】
ボールスタッド３２の軸部３６の小径部３６ｂには、センサリング４６が段差部３６ｃに突き当たるまで挿入されて、ナット５０により固定されている。センサリング４６を段差部３６ｃに突き当てることにより、センサリング４６の位置決めが達成される。
【００３５】
図６に示すように、センサリング４６には互いに円周方向に９０度離間して４個の歪ゲージ（歪検出手段）５２，５４，５６，５８が貼付されている。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ィルムからなり、その長手方向の引っ張り歪及び圧縮歪を検出するものが代表的である。
【００３６】
図６においては、歪ゲージ５２〜５８の厚さが誇張されて描かれており、実際には極く薄いものである。図６において、矢印Ｘは車両前方を示している。よって、本実施形態において、歪ゲージ５２，５４は車両前後方向のボールジョイント３２の軸部３６の歪を検出し、歪ゲージ５６，５８は車両幅方向の歪を検出する。
【００３７】
ボールジョイント３２の軸部３６は概略垂直方向に伸長している。よって、制動力により軸部３６に印加される車両前後方向の曲げと車両幅方向の横力による曲げが直交するため、前後力と横力を容易に分離できる。更に、ボールジョイント８とボールジョイント１２の２箇所で検出するため、前後力と制動トルクを容易に分離することができ、上述した関係式より前後力及び制動トルクを算出することができる。
【００３８】
尚、本実施形態では歪ゲージ５２，５４を車両前後方向に配置し、歪ゲージ５６，５８を車両幅方向に配置しているが、歪ゲージの配置の仕方はこれに限定されるものではない。例えば、車両前後方向には歪ゲージ５２のみを、車両幅方向には歪ゲージ５６のみを配置するようにしてもよい。更に、３個の歪ゲージを所定関係でもって配置するようにしても、計算により前後力、横力及び制動トルクを算出することができる。
【００３９】
本実施形態によれば、ナックル４，アッパーアーム６及びロアアーム１０に設計変更を施すことなく、ボールジョイント８，１２を構成するボールスタッド３２に僅かばかりの設計変更を施すという非常に簡単な構成で、車両制動時の前後力、横力及び制動トルクを容易に算出することができ、しかもアッパーアーム６とナックル４との間には空間が空いているので、歪ゲージ５２〜５８の配線の引きまわしも容易である。
【００４０】
図７を参照すると、本発明第２実施形態のボールジョイント８´の断面図が示されている。上述した第１実施形態と同一構成部分については同一符号を付し、重複を避けるためその説明を省略する。
【００４１】
本実施形態では、センサリング４６はホールジョイント３２の軸部３６の小径部３６ｂに圧入されている。よって、小径部３６ｂには第１実施形態のねじ溝４８は形成されていない。本実施形態の他の構成は上述した第１実施形態と同様であり、第１実施形態と同様の効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明が適用可能なフロントサスペンションの斜視図である。
【図２】フロントサスペンションの側面図である。
【図３】図２の右側面図である。
【図４】図２の平面図である。
【図５】本発明第１実施形態のボールジョイントの断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】本発明第２実施形態のボールジョイントの断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
２    フロントサスペンション
４    ナックル
６    アッパーアーム
８，１２    ボールジョイント
１０    ロアアーム
１４    ダンパフォーク
１６    ダンパ（ショックアブソーバ）
１８    コイルスプリング
３０    タイヤ
３２    ボールスタッド
３４    球体部
３６    軸部
３６ａ    大径部
３６ｂ    小径部
３６ｃ    段差部
３８    ロアシート
３９，５０    ナット
４０    アッパーシート
４２    キャップ
４４    ソケット
４６    センサリング
５２，５４，５６，５８    歪ゲージ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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