УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ СИЛЫ НА ШИНУ
DEVICE TO DETECT FORCE ACTING ON TIRE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству обнаружения для транспортного средства, такого как автомобиль, и, более конкретно, - к устройству обнаружения воздействия силы на шину для обнаружения силы, действующей на шину колесного блока.
Уровень техники
Традиционно были предложены различные типы устройств обнаружения воздействия силы на шину, предназначенных для того, чтобы обнаруживать силу, действующую на шину колесного блока транспортного средства, такого как автомобиль. Например, японские выложенные патентные заявки (kokai) №№2003-14563, 2005-249517 и 2005-274492 раскрывают устройства обнаружения воздействия силы на шину, ранее предложенные заявителем настоящей заявки. Каждое из раскрытых устройств обнаружения воздействия силы на шину вставляется между колесом, на котором на периферийной его части установлена шина, и поддерживающим элементом, который удерживает колесо таким образом, что колесо может вращаться вокруг оси вращения, и выполнено с возможностью косвенно обнаруживать силы, действующие между колесом и поддерживающим элементом, чтобы таким образом обнаруживать силу, действующую на шину.
Предложенное устройство обнаружения воздействия силы на шину может обнаруживать силу, действующую на шину, на основе силы, действующей между колесом и поддерживающим элементом. Однако в устройстве обнаружения воздействия силы на шину такого типа обязательными являются элемент со стороны колеса, жестко соединенный с колесом, и элемент со стороны поддерживающего элемента, жестко соединенный с поддерживающим элементом. Дополнительно, устройство обнаружения воздействия силы на шину такого типа требует наличия элемента, позволяющего элементу со стороны колеса и элементу со стороны поддерживающего элемента двигаться относительно друг друга, когда между колесом и поддерживающим элементом действует сила, возникающая за счет силы, воздействующей на шину, или элемента, передающего напряжение между элементом со стороны колеса и элементом со стороны поддерживающего элемента. Кроме того, устройство обнаружения должно обнаруживать относительное смещение между элементом со стороны колеса и элементом со стороны поддерживающего элемента, или напряжение, возникающее между ними. Соответственно, описанные выше традиционные устройства обнаружения воздействия силы на шину имеют проблемы, связанные со сложной конструкцией и высокой стоимостью.
В целом, в транспортном средстве, таком как автомобиль, чтобы позволить проведение технического обслуживания и ремонта, таких как замена шины, колесо жестко соединено с поддерживающим элементом посредством соединительных средств (обычно, четырех), каждое из которых содержит соединительный элемент, такой как болт. Соответственно, чем большая сила действует со стороны поверхности дороги на колесо через шину, тем большая часть силы передается на поддерживающий элемент через соединительные средства. Напряжение, передаваемое на поддерживающий элемент через соединительные средства, соответствует силе, воздействующей на шину. Соответственно, сила, воздействующая на шину, может быть оценена по напряжению, действующему на каждое соединительное средство, не вставляя между колесом и крепежным элементом сложное устройство обнаружения воздействия силы на шину.
Сущность изобретения
При создании настоящего изобретения изобретатель обратил свое внимание на возможность оценки силы, действующей на шину, по напряжению, действующему на каждое соединительное средство. Главная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы точно обнаруживать силу, действующую на шину, с помощью более простой конструкции по сравнению с традиционными устройствами, обнаруживая для этого напряжение, действующее на каждое соединительное средство, и вычисляя силу, действующую на шину, на основании напряжения.
Настоящее изобретение обеспечивает устройство обнаружения воздействия силы на шину, предназначенное для транспортного средства, содержащего колесный блок, состоящий из колеса, имеющего часть в виде круглой пластины, перпендикулярной оси вращения, и шины, установленной на внешней круговой части колеса; опорного элемента колеса, который поддерживается корпусом транспортного средства для вращения вокруг оси вращения и который поддерживает колесо для вращения вокруг оси вращения своей опорной частью колеса, проходящей перпендикулярно оси вращения; и по меньшей мере одного соединительного средства для соединения части колеса в виде круглой пластины и опорной части колеса элемента, поддерживающего колесо. Устройство обнаружения воздействия силы на шину выполнено с возможностью оценки силы, действующей на шину, которая является силой, действующей в точке контакта шины с землей. Устройство обнаружения воздействия силы на шину содержит по меньшей мере одно средство обнаружения напряжения для обнаружения напряжения, действующего на соответствующее соединительное средство; и вычислительное средство для вычисления силы, действующей на шину, на основе обнаруженного напряжения.
В соответствии с этой конфигурацией обнаруживается напряжение, действующее на соединительное средство, которое соединяет часть колеса в виде круглой пластины и опорную часть колеса элемента, поддерживающего колесо, и сила, действующая на шину, вычисляется на основе обнаруженного напряжения. Поэтому сила, действующая на шину, может быть вычислена на основе напряжения, переданного между колесом и элементом, поддерживающим колесо, через соединительное средство и, таким образом, сила, действующая на шину, может быть обнаружена точно при помощи более простой конструкции по сравнению с традиционным устройством обнаружения воздействия силы на шину, как описано выше.
Описанная выше конфигурация может быть такой, что каждое соединительное средство имеет центральную ось, параллельную оси вращения; и каждое средство обнаружения напряжения обнаруживает напряжение, действующее на соответствующее соединительное средство во множестве положений вокруг центральной оси.
В соответствии с этой конфигурацией каждое соединительное средство имеет центральную ось, параллельную оси вращения; и каждое средство обнаружения напряжения обнаруживает напряжение, действующее на соединительное средство во множестве положений вокруг центральной оси. Поэтому напряжение, действующее на соединительное средство, может быть получено точно, за счет чего сила, действующая на шину, может быть получена точно на основе напряжения, действующего на соединительное средство.
В описанной выше конфигурации средство обнаружения напряжения может быть выполнено с возможностью обнаружения, во множестве положений вокруг центральной оси соответствующего соединительного средства, напряжения в направлении, параллельном центральной оси.
В соответствии с этой конфигурацией средство обнаружения напряжения обнаруживает во множестве положений вокруг центральной оси соединительного средства напряжение в направлении, параллельном центральной оси. Поэтому напряжение в направлении вращения колесного блока, напряжение в боковом направлении колесного блока и напряжение в вертикальном направлении колесного блока, которые действуют на каждое соединительное средство, могут быть получены точно.
В описанной выше конфигурации средство обнаружения напряжения может быть выполнено с возможностью обнаружения во множестве позиций вокруг центральной оси соответствующего соединительного средства напряжения в направлении, проходящем через центральную ось и перпендикулярном центральной оси.
В соответствии с этой конфигурацией каждое средство обнаружения напряжения обнаруживает во множестве положений вокруг центральной оси соответствующего соединительного средства напряжение в направлении, проходящем через центральную ось и перпендикулярном центральной оси. Поэтому напряжение в направлении вращения колесного блока и напряжение в радиальном направлении колесного блока, которые действуют на каждое соединительное средство, могут быть получены точно.
Описанная выше конфигурация может быть такой, что множество соединительных средств располагаются вокруг оси вращения со смещением друг от друга; и средство обнаружения напряжения выполнено с возможностью обнаружения напряжения, действующего на каждое из множества соединительных средств.
В соответствии с этой конфигурацией напряжение, действующее на шину в направлении спереди назад в точке контакта шины с землей, напряжение, действующее на шину в боковом направлении в точке контакта шины с землей, или напряжение, действующее на шину в вертикальном направлении в точке контакта шины с землей, могут быть вычислены как сила, действующая на шину, на основе напряжения, действующего на каждое из множества соединительных средств.
В описанной выше конфигурации вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления по меньшей мере напряжения, действующего в направлении спереди назад шины в точке контакта шины с землей, или напряжения, действующего в боковом направлении шины в точке контакта шины с землей, или напряжения, действующего в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, на основе по меньшей мере напряжения, действующего в направлении вращения колесного блока, в месте расположения центральной оси каждого соединительного средства, или напряжения, действующего в боковом направлении колесного блока, в месте расположения центральной оси каждого соединительного средства, или напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока, в месте расположения центральной оси каждого соединительного средства, напряжений, которые, как предполагается, должны действовать в месте расположения центральной оси каждого соединительного средства, на основе напряжений во множестве положений вокруг центральной оси.
В соответствии с этой конфигурацией по меньшей мере одно из напряжений, таких как напряжение, действующее на шину в направлении спереди назад в точке контакта шины с землей, или напряжение, действующее на шину в боковом направлении в точке контакта шины с землей, или напряжение, действующее на шину в вертикальном направлении в точке контакта шины с землей, может быть вычислено как сила, действующая на шину.
Описанная выше конфигурация может быть такой, что множество соединительных средств располагаются вокруг оси вращения со смещением друг от друга; и средство обнаружения напряжения выполняется с возможностью обнаружения напряжений, действующих на два соединительных средства, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения очень близко к 180°.
Поскольку напряжения в вертикальном направлении колесного блока, которые действуют на два соединительных средства, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения очень близко к 180°, действуют в противоположных направлениях и уравновешивают друг друга, эта конфигурация может снижать влияние напряжения, действующего в вертикальном направлении шины. Поэтому напряжение, действующее на шину в направлении спереди назад в точке контакта шины с землей, может быть вычислено как сила, действующая на шину, на основе напряжений, действующих на два соединительных средства, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения является очень близким к 180°.
В описанной выше конфигурации вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в горизонтальном направлении шины в точке контакта шины с землей, на основе напряжений, которые, как предполагается на основе напряжений во множестве положений вокруг центральной оси каждого соединительного средства, должны действовать в направлении вращения колесного блока в местах расположения центральных осей двух соединительных средств.
Например, посредством вычисления суммы напряжений, которые, как предполагается, должны действовать в направлении вращения колесного блока в местах расположения центральных осей двух соединительных средств, влияние напряжений в вертикальном направлении колесного блока, которые действуют на два соединительных средства, может быть уравновешено. Поэтому описанная выше конфигурация позволяет вычисление напряжения, действующего в горизонтальном направлении шины в точке контакта шины с землей, эффективно исключая влияние напряжений в вертикальном направлении колесного блока.
Описанная выше конфигурация может быть такой, что множество соединительных средств располагаются вокруг оси вращения со смещением друг от друга; и средство обнаружения напряжения выполняется с возможностью обнаружения напряжения, действующего на два соединительных средства, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения очень близко к 90°.
В соответствии с этой конфигурацией, когда обнаруживаются напряжения, действующие на два соединительных средства, для которых угловое расстояние вокруг оси вращения очень близко к 90°, напряжение, действующее в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, может быть вычислено на основе этих напряжений.
В описанной выше конфигурации вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, на основе напряжений, которые, как предполагается на основе напряжений во множестве положений вокруг центральной оси каждого из двух соединительных средств, должны действовать в вертикальном направлении колесного блока в местах расположения центральных осей двух соединительных средств.
В соответствии с этой конфигурацией напряжение, действующее в вертикальном направлении шины, может быть вычислено как величина, пропорциональная результирующему вектору напряжений, которые, как предполагают, должны действовать в вертикальном направлении колесного блока в местах расположения центральных осей двух соединительных средств.
Описанная выше конфигурация может быть такой, что множество соединительных средств располагаются вокруг оси вращения со смещением друг от друга; и средство обнаружения напряжения выполняется с возможностью обнаружения напряжений, действующих на одно соединительное средство.
В соответствии с этой конфигурацией напряжение, действующее в горизонтальном направлении шины в точке контакта шины с землей, и напряжение, действующее в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, могут быть вычислены как сила, действующая на шину, на основе напряжения, действующего на одно из множества соединительных средств, расположенных вокруг оси вращения отделенными друг от друга.
В описанной выше конфигурации вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в направлении спереди назад шины в точке контакта шины с землей, или напряжения, действующего в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, на основе напряжения, действующего в направлении вращения колесного блока в месте расположения центральной оси одного соединительного средства, и напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока в месте расположения центральной оси соединительного средства, напряжений, которые, как предполагают, должны действовать в месте расположения центральной оси соединительного средства, на основе напряжений во множестве позиций вокруг центральной оси.
В соответствии с этой конфигурацией напряжение, действующее в горизонтальном направлении шины в точке контакта шины с землей, или напряжение, действующее в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, может быть вычислено просто путем обнаружения напряжения, действующего на одно соединительное средство.
В описанной выше конфигурации устройство обнаружения воздействия силы на шину может содержать дисковый элемент, который вставляется между частью колеса в виде круглой пластины и элементом, поддерживающим колесо, и функционирует как опорная часть колеса, при этом дисковый элемент крепится к элементу, поддерживающему колесо, и соединяется с частью колеса в виде круглой пластины множеством соединительных средств.
В соответствии с этой конфигурацией устройство обнаружения воздействия силы на шину содержит дисковый элемент, который вставляется между частью колеса в виде круглой пластины и элементом, поддерживающим колесо, и функционирует как часть, поддерживающая колесо; и дисковый элемент крепится к элементу, поддерживающему колесо, и соединяется с частью колеса в виде круглой пластины множеством соединительных средств. Поэтому возможно точно обнаруживать силу, действующую на шину, не требуя значительного изменения конструкции элемента, поддерживающего колесо, такого как элемент колесной втулки.
В описанной выше конфигурации каждое соединительное средство может содержать поддерживающую часть, обеспечиваемую на опорной части колеса, и соединительный элемент, который крепится консольно на одном конце поддерживающей части, жестко соединен на другом конце с частью в виде круглой пластины, и проходит параллельно оси вращения, при этом каждое средство обнаружения напряжения содержит средство обнаружения деформации для обнаружения деформации соединительного элемента, вызванной его упругой деформацией.
В соответствии с этой конфигурацией каждое соединительное средство содержит поддерживающую часть, обеспечиваемую на опорной части колеса, и соединительный элемент, который крепится консольно на одном конце поддерживающей части, жестко соединен на другом конце с частью в виде круглой пластины и проходит параллельно оси вращения, в котором каждое средство обнаружения напряжения содержит средство обнаружения деформации для обнаружения деформации соединительного элемента, вызванной его упругой деформацией. Поэтому напряжение, передаваемое от колеса к элементу, поддерживающему колесо, через соединительное средство, может точно обнаруживаться как деформация соединительного элемента, вызванная его упругой деформацией.
В описанной выше конфигурации каждое соединительное средство может содержать поддерживающую часть, обеспечиваемую на опорной части колеса, и соединительный элемент, который крепится консольно на одном конце поддерживающей части, жестко соединен на другом конце с частью в виде круглой пластины и проходит параллельно оси вращения, при этом каждое средство обнаружения напряжения содержит средство обнаружения деформации для обнаружения деформации соединительного элемента, вызванной его упругой деформацией.
В соответствии с этой конфигурацией каждое соединительное средство содержит поддерживающую часть, обеспечиваемую на опорной части колеса, и соединительный элемент, который крепится консольно на одном конце поддерживающей части, жестко соединен на другом конце с частью в виде круглой пластины и проходит параллельно оси вращения, в котором каждое средство обнаружения напряжения содержит средство обнаружения деформации для обнаружения деформации поддерживающей части, вызванной ее упругой деформацией. Поэтому напряжение, передаваемое от колеса к элементу, поддерживающему колесо, через соединительное средство, может точно обнаруживаться как деформация поддерживающего элемента, вызванная его упругой деформацией.
В описанной выше конфигурации каждое соединительное средство может содержать поддерживающую часть, обеспечиваемую на опорной части колеса, соединительный элемент, который крепится консольно на одном конце поддерживающей части, жестко соединен на другом конце с частью в виде круглой пластины и проходит параллельно оси вращения, при этом каждое средство обнаружения напряжения содержит средство обнаружения смещения для обнаружения величины относительного смещения соединительного элемента относительно поддерживающей части, вызванного упругой деформацией соединительного элемента.
В соответствии с этой конфигурацией каждое соединительное средство содержит поддерживающую часть, обеспечиваемую на опорной части колеса, и соединительный элемент, который крепится консольно на одном конце поддерживающей части, жестко соединен на другом конце с частью в виде круглой пластины и проходит параллельно оси вращения, в котором каждое средство обнаружения напряжения содержит средство обнаружения смещения для обнаружения величины относительного смещения соединительного элемента относительно поддерживающей части, вызванного упругой деформацией соединительного элемента. Поэтому напряжение, переданное от колеса к элементу, поддерживающему колесо, через соединительное средство, может быть точно обнаружено как величина относительного смещения соединительного элемента относительно поддерживающей части, вызванного упругой деформацией соединительного элемента.
В описанной выше конфигурации каждое соединительное средство может содержать поддерживающую часть, обеспечиваемую на части, поддерживающей колесо, и соединительный элемент, который крепится консольно на одном конце поддерживающей части, жестко соединен на другом конце с частью в виде круглой пластины и проходит параллельно оси вращения, при этом каждое средство обнаружения напряжения содержит средство обнаружения поверхностного давления для обнаружения поверхностного давления между соединительным элементом и опорной частью колеса.
В соответствии с этой конфигурацией каждое соединительное средство содержит поддерживающую часть, обеспечиваемую на опорной части колеса, и соединительный элемент, который крепится консольно на одном конце поддерживающей части, жестко соединен на другом конце с частью в виде круглой пластины и проходит параллельно оси вращения, в котором каждое средство обнаружения напряжения содержит средство обнаружения поверхностного давления для обнаружения поверхностного давления между соединительным элементом и опорной частью колеса. Поэтому напряжение, передаваемое от колеса к элементу, поддерживающему колесо, через соединительное средство, может быть точно обнаружено как величина поверхностного давления между соединительным элементом и опорной частью колеса.
В описанной выше конфигурации каждое средство обнаружения поверхностного давления может быть выполнено с возможностью обнаружения поверхностного давления в направлении, перпендикулярном центральной оси между соединительным элементом и опорной частью колеса.
В соответствии с этой конфигурацией поскольку каждое средство обнаружения напряжения обнаруживает поверхностное давление в направлении, перпендикулярном центральной оси между соединительным элементом и опорной частью колеса, напряжение в направлении вращения колесного блока и напряжение в вертикальном направлении колесного блока, которые действуют на каждое соединительное средство, могут быть получены точно как поверхностное давление в направлении, перпендикулярном центральной оси, посредством чего напряжение, действующее в горизонтальном направлении шины в точке контакта шины с землей, и напряжение, действующее в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, могут быть точно вычислены на основе этих напряжений.
В описанной выше конфигурации каждое средство обнаружения поверхностного давления может содержать элемент обнаружения, расположенный между соединительным элементом и опорной частью колеса, и средство регулирования для регулировки поверхностного давления, которое действует на элемент обнаружения в состоянии, когда на шину не действует никакое дополнительное напряжение, регулируя зазор между соединительным элементом и опорной частью колеса в направлении, перпендикулярном центральной оси.
В соответствии с этой конфигурацией поверхностное давление, которое действует на средство обнаружения в состоянии, в котором на шину не действуют никакие дополнительные напряжения, может регулироваться посредством регулировки зазора между соединительным элементом и опорной частью колеса в направлении, перпендикулярном центральной оси. Таким образом, напряжение, передаваемое от колеса к элементу, поддерживающему колесо, через соединительное средство может быть обнаружено точно как поверхностное давление между соединительным элементом и опорной частью колеса.
В описанной выше конфигурации каждое средство обнаружения поверхностного давления может быть выполнено с возможностью обнаружения поверхностного давления в направлении вдоль центральной оси между соединительным элементом и частью колеса в виде круглой пластины.
В соответствии с этой конфигурацией, поскольку каждое средство обнаружения напряжения обнаруживает поверхностное давление, действующее в направлении вдоль центральной оси между соединительным элементом и частью колеса в форме круглой пластины, напряжение в боковом направлении колесного блока, которое действует на каждое соединительное средство, может быть получено точно как поверхностное давление, действующее в направлении вдоль центральной оси, посредством чего напряжение, действующее в боковом направлении шины в точке контакта шины с землей, может быть вычислено точно на основе этих напряжений.
Описанная выше конфигурация может содержать элемент обнаружения, расположенный между соединительным элементом и частью колеса в форме круглой пластины, и средство передачи напряжения, которое располагается между соединительным элементом и частью в форме круглой пластины, устанавливается на соединительный элемент и передает напряжение от части в виде круглой пластины к элементу обнаружения вдоль центральной оси.
В соответствии с этой конфигурацией обеспечивается элемент обнаружения, который располагается между соединительным элементом и частью колеса в виде круглой пластины, и средство передачи напряжения, которое располагается между соединительным элементом и частью в виде круглой пластины, устанавливается на соединительный элемент и передает напряжение от части в виде круглой пластины к элементу обнаружения вдоль центральной оси. Поэтому напряжение может быть надежно передано от колеса к элементу обнаружения через средство передачи напряжения. Таким образом, напряжение, которое действует на соединительный элемент вдоль центральной оси и расширяет и сжимает соединительный элемент вдоль центральной оси, может быть обнаружено надежно и точно.
В описанной выше конфигурации один конец соединительного элемента имеет большую площадь поперечного сечения по сравнению с другим концом соединительного элемента.
В соответствии с этой конфигурацией, поскольку один конец соединительного элемента имеет большую площадь поперечного сечения, чем другой конец соединительного элемента, часть, поддерживаемая опорной частью колеса, может иметь достаточную прочность, за счет чего долговечность устройства обнаружения воздействия силы на шину может быть повышена.
В описанной выше конфигурации опорная часть колеса может содержать средство ограничения нагрузки, которое устанавливается на соединительный элемент в положении, отдаленном от одного его конца в направлении боковой стороны колесного блока вдоль центральной оси и ограничивает упругую деформацию соединительного элемента, чтобы таким образом ограничить нагрузку, действующую на соединительный элемент.
В соответствии с этой конфигурацией нагрузка, действующая на соединительный элемент, может ограничиваться посредством ограничения упругой деформации соединительного элемента, расположенного в положении, отдаленном от одного конца соединительного элемента в направлении боковой стороны колесного блока вдоль центральной оси. Поэтому он может препятствовать действию на соединительный элемент чрезмерно большой нагрузки.
В описанной выше конфигурации средство ограничения нагрузки может быть частью опорной части колеса.
В соответствии с этой конфигурацией, поскольку средство ограничения нагрузки может быть частью опорной части колеса, то по сравнению со случаем, когда средство ограничения нагрузки является элементом, независимым от опорной части колеса, количество компонентов и стоимость устройства обнаружения воздействия силы на шину может быть снижена и сборка устройства обнаружения воздействия силы на шину может быть упрощена.
В описанной выше конфигурации упругое уплотнительное кольцо, расположенное по окружности вокруг центральной оси, может быть помещено между соединительным элементом и опорной частью колеса, при этом упругое уплотнительное кольцо препятствует попаданию посторонних веществ в средство обнаружения напряжения.
В соответствии с этой конфигурацией упругое уплотнительное кольцо, расположенное по окружности вокруг центральной оси, может быть помещено между соединительным элементом и опорной частью колеса, и упругое уплотнительное кольцо препятствует попаданию посторонних веществ в средство обнаружения напряжения. Поэтому возможно эффективно снизить ошибки обнаружения напряжения и предотвратить возможную неисправность устройства обнаружения воздействия силы на шину, так как в противном случае при попадании постороннего вещества в средство обнаружения напряжения такие ошибки и неисправности могут происходить.
Описанная выше конфигурация может быть такой, что средство ограничения нагрузки располагается по окружности вокруг соединительного элемента между соединительным элементом и опорной частью колеса; причем и первое, и второе уплотнительные кольца, каждое располагающееся по окружности вокруг центральной оси, помещаются между соединительным элементом и средством ограничения нагрузки и между средством ограничения нагрузки и опорной частью колеса, соответственно, и в такой конфигурации первое и второе упругие уплотнительные кольца препятствуют попаданию посторонних веществ в средство обнаружения напряжения.
В соответствии с этой конфигурацией первое и второе уплотнительные кольца, каждое из которых расположено по окружности вокруг центральной оси, помещаются между соединительным элементом и средством ограничения нагрузки и между средством ограничения нагрузки и опорной частью колеса, соответственно; и первое, и второе кольца упругие уплотнительные кольца препятствуют попаданию посторонних веществ в средство обнаружения напряжения. Поэтому возможно эффективно снизить ошибки обнаружения напряжения и предотвратить возможную неисправность устройства обнаружения воздействия силы на шину, так как в противном случае при попадании посторонних веществ в средство обнаружения напряжения такие ошибки и неисправности могут происходить. Дополнительно, может быть предотвращен дребезг средства ограничения нагрузки в направлении, перпендикулярном центральной оси.
В описанной выше конфигурации по меньшей мере часть соединительного элемента может иметь трубчатую форму, и в такой конфигурации средство обнаружения напряжения обнаруживает деформацию части соединительного элемента трубчатой формы.
В соответствии с этой конфигурацией средство обнаружения напряжения обнаруживает деформацию части соединительного элемента трубчатой формы. Поскольку по сравнению с твердотельной частью часть трубчатой формы обладает более высоким отношением величины упругой деформации к напряжению, действующему на соединительный элемент, отношение "сигнал/шум" (S/N) при обнаружении напряжения, действующего на соединительный элемент, может быть сделано более высоким, чем в случае, когда средство обнаружения напряжения обнаруживает деформацию твердотельной части соединительного элемента, за счет чего отношение S/N при обнаружении силы, действующей на шину, может быть увеличено.
В описанной выше конфигурации по меньшей мере часть поддерживающей части может принимать трубчатую форму и в такой конфигурации средство обнаружения напряжения обнаруживает деформацию части трубчатой формы поддерживающей части.
В соответствии с этой конфигурацией средство обнаружения напряжения обнаруживает деформацию части трубчатой формы поддерживающей части. Поскольку часть трубчатой формы обладает более высоким отношением величины упругой деформации к напряжению, действующему на поддерживающую часть, чем твердотельная часть, отношение S/N при обнаружении напряжения, действующего на соединительный элемент, может быть сделано более высоким, чем в случае, когда средство обнаружения напряжения обнаруживает деформацию твердотельной части поддерживающей части, посредством чего отношение S/N при обнаружении силы, действующей на шину, может быть увеличено.
В описанной выше конструкции средство обнаружения напряжения может быть выполнено с возможностью обнаружения по меньшей мере одного из таких напряжений, как напряжение, действующее на соответствующее соединительное средство в направлении вращения колесного блока, или напряжение, действующее на соответствующее соединительное средство в боковом направлении колесного блока, или напряжение, действующее на соответствующее соединительное средство в радиальном направлении колесного блока.
В описанной выше конструкции средство обнаружения напряжения может быть выполнено с возможностью обнаружения напряжения, действующего на соответствующее соединительное средство в направлении вращения колесного блока, напряжения, действующего на соответствующее соединительное средство в боковом направлении колесного блока, и напряжения, действующего на соответствующее соединительное средство в радиальном направлении колесного блока.
В описанной выше конструкции вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в направлении спереди назад шины, на основе напряжения, действующего в направлении вращения колесного блока.
В описанной выше конструкции вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в направлении спереди назад шины, на основе суммарного напряжения, действующего на каждое соединительное средство в направлении вращения колесного блока.
В описанной выше конструкции вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в боковом направлении шины, на основе напряжения, действующего на каждое соединительное средство в боковом направлении колесного блока.
В описанной выше конструкции вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в боковом направлении шины, на основе суммарного напряжения, действующего на каждое соединительное средство в боковом направлении колесного блока.
В описанной выше конструкции вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего на каждое соединительное средство в вертикальном направлении колесного блока, на основе напряжения, действующего на каждое соединительное средство в направлении вращения колесного блока, и напряжения, действующего на каждое соединительное средство в радиальном направлении колесного блока.
В описанной выше конструкции вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего на каждое соединительное средство в вертикальном направлении колесного блока, как квадратного корня из суммы квадратов напряжения, действующего на каждое соединительное средство в направлении вращения колесного блока, и из которого был исключен вращающий момент колесного блока, и напряжения, действующего на каждое соединительное средство в радиальном направлении колесного блока.
В описанной выше конструкции вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в вертикальном направлении шины, на основе суммарного напряжения, действующего на каждое соединительное средство в вертикальном направлении колесного блока.
В описанной выше конструкции множество положений вокруг центральной оси могут быть четырьмя положениями, состоящими из двух положений, расположенных на противоположных сторонах центральной оси относительно радиального направления колесного блока, и двух положений, расположенных на противоположных сторонах центральной оси относительно направления, перпендикулярного радиальному направлению колесного блока.
В описанной выше конструкции вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления на основе напряжений во множестве положений вокруг центральной оси напряжения, действующего в направлении спереди назад шины в точке контакта шины с землей, напряжения, действующего в боковом направлении шины в точке контакта шины с землей, и напряжения, действующего в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, на основе напряжения, действующего в направлении вращения колесного блока в месте расположения центральной оси каждого соединительного средства, напряжения, действующего в боковом направлении колесного блока в месте расположения центральной оси каждого соединительного средства, и напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока в месте расположения центральной оси каждого соединительного средства, напряжений, которые, как предполагается, должны действовать в месте расположения центральной оси каждого соединительного средства.
В описанной выше конфигурации дисковый элемент может быть выполнен с возможностью поддержки по меньшей мере части вычислительного средства.
В описанной выше конфигурации средство обнаружения деформации может быть выполнено с возможностью обнаружения в направлении вдоль центральной оси деформации, вызванной упругой деформацией соединительного элемента.
В описанной выше конфигурации средство обнаружения величины смещения может быть выполнено с возможностью обнаружения величины относительного смещения соединительного элемента относительно поддерживающей части в направлении, перпендикулярном центральной оси соединительного элемента, вызванного упругой деформацией соединительного элемента.
В описанной выше конфигурации средство передачи напряжения может быть установлено на соединительный элемент в положении, отдаленном от одного конца соединительного элемента в направлении колесного блока вдоль центральной оси, чтобы ограничить упругую деформацию соединительного элемента и, тем самым, функционировать как средство ограничения нагрузки для ограничения нагрузки, действующий на соединительный элемент.
В описанной выше конфигурации, в которой средство обнаружения напряжения выполнено с возможностью обнаружения напряжения, действующего на два соединительных средства, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения очень близко к 180°, средство обнаружения напряжения может быть выполнено с возможностью обнаружения напряжений, действующих на соответствующие соединительные средства в положениях, смещенных друг от друга в направлении по окружности колесного блока.
В описанной выше конфигурации, в которой средство обнаружения напряжения выполнено с возможностью обнаружения напряжений, действующих на два соединительных средства, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения очень близко к 180°, вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в горизонтальном направлении шины в точке контакта шины с землей, на основе напряжений, которые, как предполагается, на основе суммы напряжений во множестве положений вокруг центральной оси каждого соединительного средства должны действовать в направлении вращения колесного блока в местах расположения центральных осей двух соединительных средств.
В описанной выше конфигурации, в которой средство обнаружения напряжения выполнено с возможностью обнаружения напряжений, действующих на два соединительных средства, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения очень близко к 90°, средство обнаружения напряжения может быть выполнено с возможностью обнаружения напряжений, действующих на соответствующее соединительное средство в положениях со смещением друг от друга в радиальном направлении колесного блока.
В описанной выше конфигурации, в которой средство обнаружения напряжения выполнено с возможностью обнаружения напряжений, действующих на два соединительных средства, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения очень близко к 90°, вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, на основе квадратного корня из суммы квадратов напряжений, которые, как предполагается на основе напряжений во множестве положений вокруг центральной оси двух соединительных средств должны действовать в вертикальном направлении колесного блока в местах расположения центральных осей двух соединительных средств.
В описанной выше конфигурации, в которой средство обнаружения напряжения обнаруживает напряжение, действующее на одно соединительное средство, вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в направлении вращения колесного блока по центральной оси одного соединительного средства, и напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока по центральной оси одного соединительного средства, и вычисления напряжения, действующего в горизонтальном направлении шины в точке контакта шины с землей, на основе суммы напряжения, действующего в направлении вращения колесного блока, когда направление напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока, изменяется с направления вверх на направление вниз и напряжения, действующего в направлении вращения колесного блока, когда направление напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока, изменяется с направления вниз на направление вверх.
В описанной выше конфигурации, в которой средство обнаружения напряжения обнаруживает напряжение, действующее на одно соединительное средство, вычислительное средство может быть выполнено с возможностью вычисления напряжения, действующего в направлении вращения колесного блока по центральной оси одного соединительного средства, и напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока по центральной оси одного соединительного средства, и вычисления напряжения, действующего в вертикальном направлении шины в точке контакта шины с землей, на основе разности между напряжением, действующим в направлении вращения колесного блока, когда направление напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока, изменяется с направления вверх на направление вниз, и напряжением, действующим в направлении вращения колесного блока, когда направление напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока, изменяется с направления вниз на направление вверх.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - вид в поперечном разрезе первого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (I-I на фиг.2), проходящей через ось вращения колесного блока.
Фиг.2 - половина вида спереди основной части первого варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
Фиг.3 - пояснительная диаграмма, показывающая напряжения, обнаруживаемые элементами обнаружения в первом варианте осуществления, при взгляде с наружной стороны колесного блока.
Фиг.4 - график, показывающий связь между напряжением fy, действующим на каждый болт вдоль его центральной оси, и напряжением fi, обнаруживаемым каждым элементом обнаружения.
Фиг.5 - пояснительный чертеж, показывающий напряжение, действующее на поверхность корневой части болта вдоль его центральной оси, когда напряжение Fx в направлении вращения колесного блока действует на резьбовую часть болта.
Фиг.6 - пояснительная диаграмма, показывающая соотношение между напряжением Fzz в радиальном направлении, напряжением Fxx в направлении вращения и напряжением Fz в вертикальном направлении, которые действуют на болт по его центральной оси.
Фиг.7 - вид в поперечном разрезе для второго варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (VII-VII на фиг.8), проходящей через ось вращения колесного блока.
Фиг.8 - половина вида спереди основной части для второго варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
Фиг.9 - пояснительная диаграмма, показывающая напряжение, действующее на цилиндрическую внешнюю поверхность опорной части болта вдоль его центральной оси, когда напряжение Fx в направлении вращения колесного блока действует на резьбовую часть болта.
Фиг.10 - блок-схема последовательности выполнения операций способа, показывающая стандартную программу вычисления стандартных напряжений Vox* и Voz* элементов обнаружения во втором варианте осуществления.
Фиг.11 - вид в поперечном разрезе для третьего варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к приводному колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (XI-XI на фиг.12), проходящей через ось вращения колесного блока.
Фиг.12 - половина вида спереди основной части для третьего варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
Фиг.13 - вид в поперечном разрезе для четвертого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (XIII-XIII на фиг.14), проходящей через ось вращения колесного блока.
Фиг.14 - половина вида спереди основной части для четвертого варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
Фиг.15 - график, показывающий связь между напряжением Fxz, действующим на каждый болт перпендикулярно его центральной оси, и напряжением fv, обнаруживаемым первым элементом обнаружения.
Фиг.16 - график, показывая связь между напряжением Fp, действующим на каждый болт вдоль его центральной оси, и напряжением fp, обнаруживаемым вторым элементом обнаружения.
Фиг.17 - вид спереди основной части для четвертого варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
Фиг.18 - вид в поперечном разрезе для пятого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (XVIII-XVIII на фиг.19), проходящей через ось вращения колесного блока.
Фиг.19 - половина вида спереди основной части для пятого варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
Фиг.20 - вид спереди основной части для шестого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к приводному колесному блоку, при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
Фиг.21 - пояснительная диаграмма, показывающая напряжения, обнаруживаемые элементами обнаружения в шестом варианте осуществления при взгляде с наружной стороны колесного блока.
Фиг.22 - вид спереди основной части для седьмого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
Фиг.23 - пояснительная диаграмма, показывающая напряжения, обнаруживаемые элементами обнаружения в седьмом варианте осуществления, при взгляде с наружной стороны колесного блока.
Фиг.24 - вид спереди основной части для восьмого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к приводному колесному блоку, при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
Фиг.25 - пояснительная диаграмма, показывающая напряжения, обнаруживаемые элементами обнаружения в восьмом варианте осуществления, при взгляде с наружной стороны колесного блока.
Фиг.26 - график, показывающий изменения напряжения Fx1 в круговом направлении колесного блока и напряжения Fz1 в радиальном направлении колесного блока, напряжений, действующие в центре болта.
Фиг.27 - блок-схема последовательности выполнения операций, показывающая стандартную программу вычисления горизонтальной силы Fxt и вертикальной силы Fzt в восьмом варианте осуществления.
Наилучший способ осуществления изобретения
Несколько предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения будут теперь описаны подробно со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Первый вариант осуществления
На фиг.1 показан вид в поперечном разрезе первого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (I-I на фиг.2), проходящей через ось вращения колесного блока. На фиг.2 показана половина вида спереди основной части первого варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
На фиг.1 ссылочная позиция 10 обозначает колесный блок не показанного на чертеже транспортного средства, и позиция 12 обозначает устройство обнаружения воздействия силы на шину. Колесный блок 10 содержит колесо 16, изготовленное из металла, у которого есть часть 16A в виде круглой пластины, перпендикулярная к оси 14 вращения, и шину 18, изготовленную, главным образом, из резины, которая крепится на ободе 16B, обеспечиваемом вдоль внешней периферии колеса 16. Колесный блок 10 поддерживается элементом 20 втулки таким образом, что колесный блок 10 может вращаться вокруг оси вращения 14. Устройство 12 обнаружения воздействия силы на шину вместе с тормозным роторным диском 22 расположено между колесным блоком 10 и элементом 20 втулки.
Элемент 20 втулки имеет часть 26 в виде полого вала, поддерживаемую подшипником 24, так чтобы она могла вращаться вокруг оси 14 вращения, и фланцевую часть 28, объединенную с частью в виде вала и проходящую перпендикулярно оси 14 вращения. Хотя на фиг.1 не показано, подшипник 24 поддерживается корпусом транспортного средства через подвеску. Колесный блок 10 является ведущим колесным блоком и ведущий вал 30 вставлен в часть 26 в виде вала со стороны, противоположной колесному блоку 10. Ведущий вал 30, который проходит вдоль оси 14 вращения и может вращаться вокруг оси 14 вращения, жестко соединен с частью 26 вала посредством запрессовки или тому подобного. Примечательно, что колесный блок, к которому присоединяется устройство обнаружения воздействия силы на шину, соответствующее настоящему изобретению, может быть ведомым колесным блоком.
Дисковый элемент 32, принимающий форму круглой пластины, расположен коаксиально с осью 14 вращения между частью 16А в виде круглой пластины и фланцевой частью 28, и плоскость дискового элемента 32 расположена перпендикулярно оси 14 вращения. В дисковом элементе сформированы четыре отверстия 34 с угловыми расстояниями 90° вокруг оси 14 вращения, которые проходят параллельно оси вращения 14. В каждое отверстие 34 вставляется болт 36. Болт 36 проходит сквозь фланцевую часть 28 элемента 20 втулки и диск 22 тормозного ротора, и головная часть болта 36 контактирует с внутренней поверхностью фланцевой части 28. Дисковый элемент 32 жестко и полностью прикреплен к фланцевой части 28 и диску 22 тормозного ротора посредством винтового соединения, состоящего из болта 36 и гайки 38, навернутой на болт 36.
Четыре отверстия 40 выполнены в дисковом элементе 32 в положениях вокруг оси 14 вращения, смещенных относительно отверстий 34 на 45° таким образом, что отверстия 40 проходят параллельно оси 14 вращения. Корневая часть 42A болта 42, служащего соединительным элементом, устанавливается в каждом отверстии 40 посредством запрессовки. Каждый болт 42 имеет резьбовую часть 42B малого диаметра, расположенную на наружной стороне дискового элемента 32. Центральная ось 42C каждого болта 42 проходит параллельно оси 14 вращения. Резьбовая часть 42B проходит через часть 16А в виде круглой пластины колеса 16 и полностью соединяется с частью 16А в виде круглой пластины с помощью гайки 44, навернутой на удаленный конец резьбовой части 42B.
Таким образом, элемент 20 втулки и дисковый элемент 32 совместно функционируют как элемент, поддерживающий колесо, который имеет опорную часть колеса, проходящую перпендикулярно оси 14 вращения. Дисковый элемент 32, болт 42 и гайка 44 совместно функционируют как четыре соединительных средства, которые соединяют часть 16A в виде круглой пластины колеса 16 с опорной частью колеса в четырех местах, равноудаленных друг от друга вокруг оси 14 вращения. Каждый болт 42 поддерживается в корневой части 42A дисковым элементом 32 с помощью консольного способа закрепления.
В первом варианте осуществления длина корневой части 42A болта 42 вдоль центральной оси 42C установлена больше, чем толщина дискового элемента 32, и корневая часть 42A частично выступает из дискового элемента 32 на стороне, обращенной к колесному блоку 10. Соответственно, часть 16А в виде круглой пластины колеса 16 контактирует с поверхностью конца корневой части 42A, расположенной на стороне, обращенной к резьбовой части 42B в состоянии, когда часть 16А в виде круглой пластины отделена от дискового элемента 32 вдоль оси 14 вращения. Четыре элемента 46 обнаружения прикреплены к цилиндрической поверхности корневой части 42A каждого болта 42, расположенного между частью 16А в виде круглой пластины и дисковым элементом 32.
Каждый элемент 46 обнаружения состоит, например, из тензодатчика и функционирует как средство обнаружения напряжения, обеспечивающее на выходе токовый сигнал, величина которого соответствует упругой деформации корневой части 42A болта 42 вдоль центральной оси 42C, тем самым позволяя обнаруживать напряжение, действующее вдоль центральной оси 42C на поверхности корневой части 42A. Дисковый элемент 32 имеет отверстие 48, выровненное с осью 14 вращения. Наружный конец части 26 вала элемента 20 втулки частично вставлен в отверстие 48 и электронное устройство 50, которое функционирует как вычислительное средство, расположено в отверстии 48. Выходной токовый сигнал от каждого элемента 46 обнаружения подается на электронное устройство 50 через проволочный вывод 52. Дополнительно, на поверхности каждого болта 42 обеспечивается температурный датчик 54 и сигнал, представляющий температуру T, обнаруженную температурным датчиком 54, также подается на электронное устройство 50.
Как будет описано позже, на основе токового сигнала, подаваемого от каждого элемента 46 обнаружения, и температурного сигнала, подаваемого от температурного датчика 54, электронное устройство 50 вычисляет напряжение (силу, действующую в направлении спереди назад) Fxt, действующее в направлении спереди назад, перпендикулярном оси 14 вращения, напряжение (силу, действующую в боковом направлении) Fyt в боковом направлении, параллельном к оси 14 вращения, и напряжение (вертикальная сила) Fzt в вертикальном направлении, перпендикулярном оси 14 вращения, которые действуют со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P контактной поверхности шины 18 с землей. Электронное устройство 50 обеспечивает на выходе сигналы, представляющие соответствующие напряжения, подаваемые на не показанное на чертеже устройство управления транспортного средства.
Как показано на фиг.2, для каждого болта 42 элемент 46 обнаружения обеспечивается в каждой из двух точек пересечения между окружностью корневой части 42A и радиальной прямой линией 58, проходящей через ось 14 вращения и соответствующую центральную ось 42C, и в каждой из двух точек пересечения между окружностью корневой части 42A и прямой линией 60, проходящей через центральную ось 42C и перпендикулярно пересекающей прямую линию 58. Другими словами, одна пара элементов 46 обнаружения, расположенных друг против друга, с центральной осью 42C, расположенной между ними, отделена друг от друга в радиальном направлении дискового элемента 32, то есть в радиальном направлении колесного блока 10, а другая пара элементов 46 обнаружения смещена на 90° вокруг центральной линии 42C от первой пары элементов 46 обнаружения.
На фиг.3 представлена пояснительная диаграмма, показывающая напряжения, обнаруживаемые элементами обнаружения в первом варианте осуществления, при взгляде с наружной стороны колесного блока 10. Как показано на фиг.3, четыре болта 42 обозначены 42a-42d. Напряжения, которые должны обнаруживаться элементами 46 обнаружения, расположенными на внешних сторонах болтов 42a-42d, относительно радиального направления колесного блока 10, обозначены fz11, fz21, fz31 и fz41, соответственно; и соответствующие напряжения, обнаруживаемые этими элементами 46 обнаружения, (в дальнейшем называемые "обнаруженные напряжения элементов 46 обнаружения"), обозначены fiz11, fiz21, fiz31 и fiz41, соответственно. Аналогичным образом, напряжения, которые должны обнаруживаться элементами 46 обнаружения, расположенными на внутренних сторонах болтов 42a-42d относительно радиального направления колесного блока 10, обозначены fz12, fz22, fz32 и fz42, соответственно; и обнаруженные напряжения этих элементов 46 обнаружения обозначены fiz12, fiz22, fiz32 и fiz42, соответственно.
Дополнительно, напряжения, которые должны обнаруживаться элементами 46 обнаружения, расположенными в положениях, смещенных на 90° в направлении против часовой стрелки от элементов 46 обнаружения, расположенных на внешних сторонах болтов 42a-42d относительно радиального направления колесного блока 10, обозначены fx11, fx21, fx31 и fx41, соответственно; и обнаруживаемые напряжения этих элементов 46 обнаружения обозначены fix11, fix21, fix31 и fix41, соответственно. Точно так же, напряжения, которые должны быть обнаружены элементами 46 обнаружения, расположенными в положениях, смещенных на 90° в направлении часовой стрелки от элементов 46 обнаружения, расположенных на внутренних сторонах болтов 42a-42d относительно радиального направления колесного блока 10, обозначены fx12, fx22, fx32 и fx42, соответственно; и обнаруженные напряжения этих элементов 46 обнаружения обозначены fix12, fix22, fix32 и fix42, соответственно.
На фиг.4 показан график связи между напряжением fy, действующим на внешнюю круговую часть каждого болта 42a-42d вдоль центральной оси 42C, и обнаруженным напряжением fi каждого элемента обнаружения. Как показано на фиг.4, каждый элемент 46 обнаружения регулируется таким образом, что обнаруженное напряжение fi совпадает со стандартным обнаруженным напряжением fio (положительная константа), когда напряжение fy не воздействует на болт 42a-42d. Дополнительно, когда напряжение fy является растягивающим напряжением, обнаруженное напряжение fi каждого элемента 46 обнаружения уменьшается относительно стандартного обнаруженного напряжения fio пропорционально величине напряжения fy; и когда напряжение Fy является сжимающим напряжением, обнаруженное напряжение fi каждого элемента 46 обнаружения увеличивается относительно стандартного обнаруженного напряжения fio пропорционально величине напряжения fy.
В частности, каждый элемент 46 обнаружения имеет известную температурную характеристику. Когда температуры болтов 42a-42d, обнаруживаемые температурными датчиками 54, обозначаются T1-T4, зависимые от температуры изменения обнаруживаемых напряжений fi элементов 46 обнаружения для болтов 42a-42d представляются функциями fi1(T1)-fi4(T4) температур T1-T4.
Соответственно, напряжения fx*1, fx*2, fz*1 и fz*2 (где * обозначает 1-4) представляются следующими уравнениями 1-4.
На фиг.5 показан пояснительный чертеж, показывающий напряжение, действующее на поверхность корневой части 42А болта 42 вдоль его центральной оси 42С, когда напряжение Fx в направлении вращения колесного блока воздействует на резьбовую часть 42В болта 42. Как показано на фиг.5, сжимающее напряжение действует на внешнюю окружность корневой части 42A на одной стороне центральной оси 42C в направлении, в котором действует напряжение Fx, и растягивающее напряжение действует на внешнюю окружность корневой части 42A с другой стороны центральной оси 42C, противоположной стороне, в направлении которой действует напряжение Fx. Соответственно, напряжение Fx, действующее на каждый болт 42 в направлении вращения колесного блока 10, пропорционально разности между напряжениями fx11, fx21, fx31, fx41, которые должны обнаруживаться относительно радиального направления колесного блока 10 элементом 46 обнаружения, расположенным в положении, смещенном на 90° в направлении против часовой стрелки от элемента 46 обнаружения, расположенного на внешней стороне болта 42, и напряжения fx12, fx22, fx32, fx42, которые должны обнаруживаться относительно радиального направления колесного блока 10 элементом 46 обнаружения, расположенным в положении, смещенном на 90° в направлении против часовой стрелки от элемента 46 обнаружения, расположенного на внутренней стороне болта 42.
Поэтому, как показано на фиг.3, напряжения Fx1-Fx4, которые действуют в центрах болтов 42a-42d в направлении вращения колесного блока 10, представляются следующими уравнениями 5-8, где kx - пропорциональная константа (положительная константа).
Направленная спереди назад сила Fxt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется следующим уравнением 9, где Ах - коэффициент (положительная константа), определяемый радиусом вращения колесного блока 10, расстоянием между осью 14 вращения и центральной 42C осью, и т.д.
Дополнительно, поскольку напряжения Fy1-Fy4, действующие в центрах болтов 42a-42d вдоль соответствующих центральных осей 42C, пропорциональны сумме напряжений fx*1+fx*2+fz*1+fz*2, напряжения Fy1-Fy4 представляются следующими уравнениями 10-13, где ky - константа пропорциональности.
Боковая сила Fyt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется следующим уравнением 14, где Ay - коэффициент (положительная константа), определяемый радиусом вращения колесного блока 10, расстоянием между осью 14 вращения и центральной осью 42C, и т.д.
На фиг.6 показана пояснительная диаграмма, представляющая связь между напряжениями, действующими на каждом из болтов 42a и 42b; то есть напряжением Fzz, действующим в радиальном направлении, которое воздействует на центральную ось 42С, напряжением Fxx, действующим в направлении вращения, которое воздействует на центральную ось 42С, с исключенным из него вращающим моментом (Fxt/4Ax), и напряжением Fz, действующим в вертикальном направлении, которое воздействует на центральную ось 42С. Как можно понять из фиг.6, независимо от положения болта относительно оси 14 вращения, напряжение Fz, действующее в вертикальном направлении, может рассматриваться как результирующий вектор напряжения Fzz, действующего в радиальном направлении, и напряжения Fxx, действующего в направлении вращения с исключенным из него вращающим моментом.
Соответственно, напряжения Fz1-Fz4, действующие на болты 42a-42d в центрах в вертикальном направлении, представляются следующими уравнениями 15-18, где kz представляет константу пропорциональности для напряжений fz*1-fz*2 в радиальном направлении.
Вертикальная сила Fzt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется следующим уравнением 19, где Az - коэффициент (положительная константа), определяемый расстоянием между мгновенным центром вертикального перемещения колесного блока 10 и элементами 46 обнаружения и центром P поверхности контакта шины 18 с землей.
Как можно понять из приведенного выше описания, на основе токовых сигналов, полученных от элементов 46 обнаружения, и сигнала температуры, полученного от температурного датчика элемента 54, электронное устройство 50 вычисляет направленную спереди назад силу Fxt, действующую на шину 18, в соответствии с приведенными выше уравнениями 5-9, боковую силу Fyt, действующую на шину 18, в соответствии с приведенными выше уравнениями 10-14, и вертикальную силу Fzt, действующую на шину 18, в соответствии с приведенными выше уравнениями 5-9 и приведенными выше уравнениями 15-19.
Следует отметить, что поскольку напряжение Fx*, действующее в направлении вращения, и направленная спереди назад сила Fxt, действующая в горизонтальном направлении, используются при вычислении вертикальной силы Fzt, направленная спереди назад сила Fxt вычисляется до вычисления вертикальной силы Fzt. Однако боковая сила Fyt может быть вычислена до или после вычисления направленной спереди назад силы Fxt и вертикальной силы Fzt. Дополнительно, направленная спереди назад сила Fxt, действующая на шину 18, может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным путем вставки приведенных выше уравнений 5-8 в приведенное выше уравнение 9; боковая сила Fyt, действующая на шину 18, может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным путем вставки приведенных выше уравнений 10-13 в приведенное выше уравнение 14; и вертикальная сила Fzt, действующая на шину 18, может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным путем вставки приведенных выше уравнений 5-9 и приведенных выше уравнений 15-18 в приведенное выше уравнение 19.
Таким образом, в соответствии с представляемым первым вариантом осуществления напряжения Fx1-Fx4, действующие в направлении вращения колесного блока 10, напряжения Fy1-Fy4, действующие в боковом направлении колесного блока 10, и напряжения Fz1-Fz4, действующие в вертикальном направлении, которые воздействуют на каждый болт 42, могут быть получены на основе деформации каждого болта 42, вызванной их упругой деформацией, возникающей за счет напряжения, действующего со стороны колеса 16 на болт 42, служащий в качестве соединительного элемента. Дополнительно, направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt, которые действуют со стороны поверхности 56 дороги на шину 18, могут быть точно вычислены по этим напряжениям.
Второй вариант осуществления
На фиг.7 показан вид в поперечном разрезе второго варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (VII-VII на фиг.8), проходящей через ось вращения колесного блока. На фиг.8 показана половина вида спереди основной части для второго варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства. В частности, на фиг.7 и 8, элементы, идентичные показанным на фиг.1 и 2, обозначены теми же самыми ссылочными позициями, с которыми они используются на фиг.1 и 2. Это условие также относится к другим вариантам осуществления, которые будут описаны позже.
В этом втором варианте осуществления не предусматривается элемент, соответствующий дисковому элементу 32, используемому в описанном выше первом варианте осуществления, и четыре опорных части 64 для болтов обеспечиваются на фланцевой части 28 элемента 20 втулки в положениях, смещенных на 90° друг от друга вокруг оси вращения 14. Каждая опорная часть 64 для болта принимает по существу цилиндрическую трубчатую форму, проходя параллельно оси 14 вращения, и полностью соединена на одном конце с фланцевой частью 28.
Каждая опорная часть 64 для болта поддерживает болт 42, имеющий ту же самую форму, что и болт 42 в описанном выше первом варианте осуществления, в состоянии, в котором корневая часть 42A болта 42, имеющая большой диаметр, плотно входит в опорную часть 64 для болта, а резьбовая часть 42B болта 42, имеющая малый диаметр, соединена резьбовым соединением с резьбовым отверстием 66, предусмотренным на другом конце опорной части 64 для болта. Дополнительно, резьбовая часть 42B проходит через другой конец опорной части 64 для болта и через часть 16А в виде круглой пластины колеса 16 и полностью соединена с частью 16А в виде круглой пластины посредством гайки 44, создавая винтовое соединение с удаленным от центра концом резьбовой части 42B.
Таким образом, элемент 20 втулки функционирует как элемент, поддерживающий колесо, а фланцевая часть 28 функционирует как опорная часть колеса, проходящая перпендикулярно оси 14 вращения. Опорная часть 64 для болта, болт 42 и гайка 44 совместно функционируют как четыре соединительных средства, соединяющих часть 16A в виде круглой пластины колеса 16 с опорной частью колеса элемента, поддерживающего колесо, в четырех положениях, равно смещенных друг от друга вокруг оси 14 вращения. Каждый болт 42 консольно поддерживается в корневой части 42A соответствующей опорной частью 64 для болта. Часть 16А в виде круглой пластины колеса 16 контактирует с торцевой поверхностью другого конца опорной части 64 для болта в состоянии, когда часть 16А в виде круглой пластины отделена по оси вращения 14 от фланцевой части 28.
В этом втором варианте осуществления четыре элемента 46 обнаружения и один температурный датчик 54 прикреплены к цилиндрической внешней поверхности каждой опорной части 64 для болта. Соотношения между местами расположения четырех элементов 46 обнаружения на каждой опорной части 64 для болта относительно оси 14 вращения и центральной оси 42C болта 42 являются такими же, как в описанном выше первом варианте осуществления. Дополнительно, характеристика обнаружения напряжения и температурная характеристика элементов 46 обнаружения являются такими же, как в описанном выше первом варианте осуществления.
Однако стандартное обнаруженное напряжение fio каждого элемента 46 обнаружения, то есть обнаруженное напряжение fi в то время, когда напряжение fy не действует на внешнюю круговую часть опорной части 64 для болта, вычисляется как среднее значение обнаруженных напряжений fi спаренных элементов 46 обнаружения, обращенных друг к другу с центральной осью 42C, расположенной между ними. Таким образом, стандартное обнаруженное напряжение fioz* (* = 1, 2, 3, 4) спаренных элементов 46 обнаружения, обращенных друг к другу вдоль радиального направления колесного блока 10, вычисляется в соответствии со следующим уравнением 20; и стандартное обнаруженное напряжение fiox* (* = 1, 2, 3, 4) спаренных элементов 46 обнаружения, обращенных друг к другу вдоль направления, перпендикулярного радиальному направлению колесного блока 10, вычисляется в соответствии со следующим уравнением 21.
На фиг.9 приведен чертеж, показывающий напряжение, действующее на цилиндрическую внешнюю поверхность опорной части 64 для болта вдоль его центральной оси 42С, когда напряжение Fx в направлении вращения колесного блока 10 воздействует на резьбовую часть 42В болта 42. Как показано на фиг.9, сжимающее напряжение действует на цилиндрическую внешнюю поверхность опорной части 64 для болта на одной стороне центральной оси 42C в направлении, в котором действует напряжение Fx, и растягивающее напряжение действует на цилиндрическую внешнюю поверхность опорной части 64 для болта с другой стороны центральной оси 42C, противоположной стороне, в направлении которой действует напряжение Fx. Соответственно, как в описанном выше первом варианте осуществления, напряжения Fx1-Fx4, действующие в центрах болтов 42a-42d в направлении вращения колесного блока 10, описываются представленными выше уравнениями 5-8, соответственно.
Дополнительно, в этом втором варианте осуществления коэффициенты коррекции α1-α4 для напряжений Fx1-Fx4, действующих в центрах болтов 42a-42d в направлении вращения колесного блока 10, получают заранее, например, с помощью эксперимента, как коэффициенты для снижения ошибок обнаружения, возникающих из-за отклонений упругой деформации каждой опорной части 64 для болта, отклонений деформации каждого элемента 46 обнаружения и т.д. Соответственно, горизонтальная сила Fxt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется следующим уравнением 22.
Дополнительно, поскольку стандартные обнаруженные напряжения fiox* и fioz* каждого элемента 46 обнаружения вычисляются в соответствии с описанными выше уравнениями 20 и 21, напряжения Fy1-Fy4, действующие в центрах болтов 42a-42d вдоль соответствующих центральных осей 42C, представляются следующими уравнениями 23-26, соответственно.
Дополнительно, в этом втором варианте осуществления коэффициенты коррекции β1-β4 для напряжений Fy1-Fy4, действующие в центрах болтов 42a-42d вдоль соответствующих центральных осей 42C, получают заранее с помощью, например, эксперимента, как коэффициенты для снижения ошибок обнаружения, возникающих из-за отклонений упругой деформации каждой опорной части 64 для болта, отклонений деформации каждого элемента 46 обнаружения и т.д. Соответственно, боковая сила Fyt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется следующим уравнением 27.
Дополнительно, в этом втором варианте осуществления, поскольку коэффициенты α1-α4 для напряжений Fx1-Fx4, действующих в центрах болтов 42a-42d в направлении вращения колесного блока 10, получают заранее, как описано выше, напряжения Fz1-Fz4, действующие в центрах болтов 42a-42d в вертикальном направлении, представляются следующими уравнениями 28-31, соответствующими приведенным выше уравнениям 15-18, соответственно.
Дополнительно, в этом втором варианте осуществления коэффициенты коррекции γ1-γ4 для напряжений Fz1-Fz4, действующие в центрах болтов 42a-42d в вертикальном направлении, получают заранее с помощью, например, эксперимента, как коэффициенты для снижения ошибок обнаружения, возникающих из-за отклонений упругой деформации каждой опорной части 64 для болта, отклонений деформации каждого элемента 46 обнаружения и т.д. Соответственно, вертикальная сила Fyt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется следующим уравнением 32.
Как может быть понятно из приведенного выше описания, на основе токовых сигналов, поступающих от элементов 46 обнаружения, и температурного сигнала, поступающего от температурного датчика 54, электронное устройство 50 вычисляет направленную спереди назад силу Fxt, действующую в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенными выше уравнениями 5-8 и приведенным выше уравнением 22, боковую силу Fyt, действующую в центре P поверхности контакта шины 18 с землей в соответствии с приведенными выше уравнениями 20 и 21 и приведенными выше уравнениями 23-27, и вертикальную силу Fzt, действующую в центре P поверхности контакта шины 18 с землей 18 в соответствии с приведенными выше уравнениями 5-8 и приведенными выше уравнениями 28-32. Следует отметить, что остальная часть этого второго варианта осуществления выполнена таким же образом, как в случае описанного выше первого варианта осуществления. Дополнительно, хотя электронное устройство 50 второго варианта осуществления расположено внутри наружной торцевой части 26 вала элемента 20 втулки, электронное устройство 50 может быть прикреплено к внешней поверхности фланцевой части 28.
Дополнительно, направленная спереди назад сила Fxt может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным посредством вставки приведенных выше уравнений 5-8 в приведенное выше уравнение 22; боковая сила Fyt может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным посредством вставки приведенных выше уравнений 20 и 21 и приведенных выше уравнений 23-26 в приведенное выше уравнение 27; и вертикальная сила Fzt может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным посредством вставки приведенных выше уравнений 5-8 и приведенных выше уравнений 28-31 в приведенное выше уравнение 32.
Далее, стандартная программа вычисления стандартных обнаруженных напряжений fiox* и fioz* каждого элемента 46 обнаружения во втором варианте осуществления будет описана со ссылкой на блок-схему последовательности выполнения операций, показанную на фиг.10. Управление вычислением в соответствии с блок-схемой последовательности выполнения операций, показанной на фиг.10, начинается, когда замыкается не показанный на чертеже выключатель зажигания и выполняется электронным устройством 50 с заранее определенными интервалами. Однако второй вариант осуществления может быть модифицирован таким образом, что сигналы, представляющие направленную спереди назад силу Fxt и т.д., подаются на не показанное на чертеже устройство управления транспортного средства; вычисление в соответствии с блок-схемой последовательности выполнения операций, показанной на фиг.10, выполняется устройством управления транспортного средства; и результаты вычисления подаются на электронное устройство 50 посредством средства связи.
Сначала, на этапе 10, электронное устройство 50 считывает сигналы, подаваемые от элементов 46 обнаружения и представляющие их выходные токи, и сигналы, подаваемые от устройства управления транспортного средства и представляющие угол поворота θ и скорость V транспортного средства. На этапе 20 электронное устройство 50 определяет, является ли абсолютное значение угла поворота θ меньше эталонного значения θо (например, положительной константой вблизи нуля); то есть находятся ли все колесные блоки по существу в соответствующих положениях для того, чтобы позволить транспортному средству ехать прямо и не испытывать воздействия никаких боковых сил на транспортное средство. Когда электронное устройство 50 принимает решение "Нет", оно переходит к этапу 60, и когда электронное устройство 50 принимает решение "Да", оно переходит к этапу 30.
На этапе 30 электронное устройство 50 вычисляет ускорение/замедление Gx транспортного средства, например, вычисляя разность между текущей скоростью V транспортного средства и скоростью V транспортного средства во временной точке, предшествующей настоящей временной точке на величину, соответствующую заранее определенному количеству циклов. На этапе 40 электронное устройство определяет, является ли абсолютное значение ускорения/замедления Gx транспортного средства меньше эталонного значения Gxo (например, положительная константа вблизи нуля), то есть движется ли транспортное средство по существу с постоянной скоростью и по существу при отсутствии воздействия на колесные блоки направленной спереди назад силы и вертикальной силы. Когда электронное устройство 50 принимает решение "Да", оно переходит к этапу 50, а когда электронное устройство 50 принимает решение "Нет", оно переходит к этапу 60.
На этапе 50 электронное устройство 50 вычисляет стандартные обнаруженные напряжения fiox* и fioz* каждого элемента 46 обнаружения в соответствии с приведенными выше уравнениями 20 и 21. На этапе 60 электронное устройство 50 сохраняет для стандартных обнаруженных напряжений fiox* и fioz* каждого элемента 46 обнаружения уже вычисленные значения. Следует отметить, что в момент начала управления для стандартных обнаруженных напряжений fiox* и fioz* устанавливаются ранее установленные постоянные значения или значения, вычисленные последними во время предыдущего проезда транспортного средства.
Таким образом, в соответствии с поясняемым вторым вариантом осуществления, напряжения Fx1-Fx4 в направлении вращения колесного блока 10, напряжения Fy1-Fy4, действующие в боковом направлении колесного блока 10, и напряжения Fz1-Fz4, действующие в вертикальном направлении, которые воздействуют на каждый болт 42, могут быть получены на основе деформации каждой опорной части 64 для болта, вызванной его упругой деформацией, возникающей под действием напряжения со стороны колеса 16 на болт 42, служащий соединительным элементом. Дополнительно, направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt, и вертикальная сила Fzt, которые действуют со стороны поверхности 56 дороги на шину 18, могут быть точно вычислены по этим напряжениям таким же способом, как в случае описанного выше первого варианта осуществления.
В частности, в соответствии с поясняемым вторым вариантом осуществления, коэффициенты коррекции α1-α4 для напряжений Fx1-Fx4, коэффициенты коррекции β1-β4 для напряжений Fy1-Fy4 и коэффициенты коррекции γ1-γ4 для напряжений Fz1-Fz4 получают заранее как коэффициенты для снижения ошибок обнаружения, возникающих из-за изменений упругой деформации каждой опорной части 64 для болта, изменения деформации каждого элемента 46 обнаружения и т.д. Поскольку направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt вычисляются после того, как соответствующие напряжения скорректированы с помощью этих коэффициентов коррекции, направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt могут быть вычислены точно, независимо от изменений упругой деформации опорной части 64 для болта и т.д., по сравнению со случаем, когда коэффициенты коррекции не учитываются.
Дополнительно, в соответствии со вторым вариантом осуществления, стандартные обнаруженные напряжения fioz* и fiox* элемента 46 обнаружения вычисляются в соответствии с приведенными выше уравнениями 20 и 21, как среднее значение обнаруженных напряжений спаренных элементов 46 обнаружения, обращенных друг к другу с центральной осью 42C, расположенной между ними. Поэтому ошибка обнаружения, возникающая из-за индивидуальных отличий каждого элемента 46 обнаружения или тому подобного, можно быть эффективно снижена по сравнению со случаем, когда стандартные обнаруженные напряжения неизменны.
Дополнительно, в соответствии со вторым вариантом осуществления, поскольку элементы 46 обнаружения крепятся к внешней поверхности цилиндрической трубчатой части каждой опорной части 64 для болта, отношение величины деформации каждого элемента 46 обнаружения к напряжению, действующему на каждый болт 42, может быть сделано больше по сравнению со случаем описанного выше первого варианта осуществления, за счет чего отношение S/N при обнаружении напряжения элементом 46 обнаружения может быть увеличено, и направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt могут быть вычислены с более высокой точностью, чем в случае описанного выше первого варианта осуществления.
Следует отметить, что в описанном выше втором варианте осуществления направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt вычисляются после напряжений Fx1-Fx4, действующих в направлении вращения, напряжений Fy1-Fy4, действующих в боковом направлении, и напряжений Fz1-Fz4, действующих в вертикальном направлении, корректируются, используя коэффициенты коррекции α1-α4, β1-β4 и γ1-γ4 для уменьшения ошибки обнаружения, возникающей из-за изменения упругой деформации каждой опорной части 64 для болта, изменения деформации каждого элемента 46 обнаружения и т.д. Однако коррекция, выполняемая при помощи любого из этих коэффициентов коррекции, может не проводиться.
Альтернативно, описанный выше первый вариант осуществления и третий-пятый варианты осуществления, которые будут описаны позже, в которых соответствующие напряжения не корректируются с помощью коэффициентов коррекции α1-α4, β1-β4 и γ1-γ4, могут быть видоизменены, чтобы вычислить направленную спереди назад силу Fxt, боковую силу Fyt и вертикальную силу Fzt после коррекции напряжений Fx1-Fx4 в направлении вращения, напряжений Fy1-Fy4 в боковом направлении и напряжений Fz1-Fz4 в вертикальном направлении таким же способом, как в описанном выше втором варианте осуществления.
Третий вариант осуществления
На фиг.11 показан вид в поперечном разрезе третьего варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (XI-XI на фиг.12), проходящей через ось вращения колесного блока. На фиг.12 показана половина вида спереди основной части для третьего варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
В этом третьем варианте осуществления, являющемся модификацией первого варианта осуществления, каждый болт 42 имеет цилиндрическую столбчатую промежуточную часть 42D с промежуточным диаметром, расположенную между корневой частью 42A большого диаметра и резьбовой частью 42B малого диаметра и проходящую вдоль центральной оси 42C. Дополнительно, каждый болт 42 содержит цилиндрическую столбчатую выемку 42E, проходящую от торцевой поверхности корневой части 42A вдоль центральной оси 42C так, чтобы промежуточная часть 42D частично принимала форму цилиндрической трубки.
Каждое из отверстий 40, предусмотренных в дисковом элементе 32, имеет часть с большим диаметром, часть с малым диаметром и промежуточную часть, расположенную между ними и имеющую внутренний диаметр, промежуточный между диаметром части с большим диаметром и частью с малым диаметром. Корневая часть 42A с большим диаметром каждого болта 42 прочно устанавливается в часть с большим диаметром соответствующего отверстия 40 посредством запрессовки, за счет чего каждый болт 42 консольно крепится в корневой части 42A. Часть с малым диаметром каждого отверстия 40 имеет внутренний диаметр, немного больший, чем наружный диаметр промежуточной части 42D болта 42, так чтобы промежуточная часть 42D свободно входила в часть с малым диаметром отверстия 40. Кольцевое уплотнение 66, изготовленное из упругого материала, такого как резина, и установленное по окружности вокруг центральной оси 42C, располагается между поверхностью стенки части с малым диаметром отверстия 40 и промежуточной частью 42D болта 42.
В этом третьем варианте осуществления элементы 46 обнаружения и температурный датчик 54 прикреплены к внешней поверхности промежуточной части 42D в положении, соответствующем промежуточной части отверстия 40. Пространственные соотношения мест расположения четырех элементов 46 обнаружения относительно оси 14 вращения и центральной оси 42C болта 42 являются такими же, как в описанном выше первом варианте осуществления. Дополнительно, характеристика обнаружения напряжения и температурная характеристика элементов 46 обнаружения являются такими же, как в описанном выше первом варианте осуществления.
Таким образом, как в случае описанного выше первого варианта осуществления, элемент 20 втулки и дисковый элемент 32 совместно функционируют как элемент, поддерживающий колесо, имеющий опорную часть колеса, проходящую перпендикулярно оси 14 вращения. Дисковый элемент 32, болт 42 и гайка 44 совместно функционируют как четыре соединительных средства, которые соединяют часть 16А в виде круглой пластины колеса 16 с опорной частью колеса элемента, поддерживающего колеса, в четырех положениях, смещенных друг от друга вокруг оси вращения 14.
В этом случае, когда болт 42, консольно закрепленный в корневой части 42A сильно искривляется за счет упругой деформации, промежуточная часть 4D приходит в контакт с поверхностью стенки части с малым диаметром отверстия 40, тем самым ограничивая дальнейшую упругую деформацию болта 42. Поэтому часть с малым диаметром отверстия 40 функционирует как средство ограничения нагрузки для ограничения нагрузки настолько, чтобы предотвратить воздействие чрезмерного изгибающего усилия на болт 42. Дополнительно, кольцевое уплотнение 66 разрешает упругую деформацию болта 42 и функционирует как упругое уплотнение для предотвращения попадания посторонних веществ, таких как пыль и грязная вода, в пространство между дисковым элементом 32 и болтом 42, в котором обеспечиваются элементы 46 обнаружения и температурный датчик 54.
Остальная часть этого третьего варианта осуществления выполнена таким же образом, как в случае описанного выше первого варианта осуществления. Дополнительно, на основе токовых сигналов, поступающих от элементов 46 обнаружения и температурного сигнала, поступающего от температурного датчика 54, электронное устройство 50 вычисляет направленную спереди назад силу Fxt, боковую силу Fyt и вертикальную силу Fzt, действующие в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, таким же способом, как в описанном выше первом варианте осуществления.
Таким образом, в соответствии с поясняемым третьим вариантом осуществления, напряжения Fx1-Fx4, действующие в направлении вращения колесного блока 10, напряжения Fy1-Fy4, действующие в боковом направлении колесного блока 10, и напряжения Fz1-Fz4, действующие в вертикальном направлении, которые воздействуют на каждый болт 42, могут быть получены на основе деформации каждого болта 42, вызванной его упругой деформацией, возникающей из-за напряжения, действующего со стороны колеса 16 на болт 42, служащий соединительным элементом. Дополнительно, как в случае описанных выше первого и второго вариантов осуществления, направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt, которые действуют со стороны поверхности 56 дороги на шину 18, могут быть точно вычислены по этим напряжениям.
В частности, с соответствии с третьим вариантом осуществления, каждый болт 42 имеет выемку 42E, и элементы 46 обнаружения крепятся к внешней поверхности цилиндрической трубчатой промежуточной части 42D. Поэтому, по сравнению со случаем описанного выше первого варианта осуществления, отношение величины деформации каждого элемента 46 обнаружения к напряжению, действующему на каждый болт 42, может быть сделано больше, за счет чего отношение S/N при обнаружении напряжения элементом 46 обнаружения может быть увеличено и направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt могут быть вычислены более точно, чем в случае описанного выше первого варианта осуществления.
Дополнительно, в соответствии с третьим вариантом осуществления, поскольку часть с малым диаметром отверстия 40 дискового элемента 32 функционирует как средство ограничения нагрузки для ограничения нагрузки, чтобы предотвращать приложения чрезмерного изгибающего напряжения на болт 42, приложение чрезмерного изгибающего напряжения на болт 42 может быть эффективно предотвращено, обеспечивая в то же время высокое отношение S/N при обнаружении напряжения. Таким образом, возможно эффективно предотвращать чрезмерное перемещение оси 14 вращения колесного блока 10, возникающее из-за силы, действующей на шину 18.
Примечательно, что в описанных выше первом-третьем вариантах осуществления, элементы обнаружения, которые обнаруживают напряжения, действующие на соединительные средства, состоящие из болта 42, опорной части 64 для болта и т.д., имеют один и тот же тип; то есть являются элементами 46 обнаружения, которые обнаруживают деформацию болта 42 или опорной части 64 для болта, возникающую из-за их упругой деформации. Поэтому, по сравнению со случаем четвертого и пятого вариантов осуществления, которые будут описаны позже, в которых используется множество типов элементов обнаружения, конструкция устройства 12 обнаружения воздействия силы на шину может быть упрощена и затраты могут быть снижены.
Дополнительно, в соответствии с описанными выше первым-третьим вариантами осуществления, болт 42 крепится консольно на конце, имеющем большой диаметр. Поэтому, по сравнению со случаем, когда диаметр части, в которой болт 42 крепится консольно, меньше, чем в поясняемых вариантах осуществления, вероятность того, что прочность болта 42 станет недостаточной, может быть снижена без возникновения отказа, и сроки службы транспортного средства и устройства 12 обнаружения воздействия силы на шину могут быть увеличены.
Четвертый вариант осуществления
На фиг.13 показан вид в поперечном разрезе четвертого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (XIII-XIII на фиг.14), проходящей через ось вращения колесного блока. На фиг.14 показана половина вида спереди основной части четвертого варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
В этом четвертом варианте осуществления, который является модификацией первого варианта осуществления, каждый болт 42 имеет фланцевую часть 42F, подобную круглой пластине, расположенную между корневой частью 42A малого диаметра и резьбовой частью 42B малого диаметра, проходящую перпендикулярно центральной оси 42C и имеющую большой диаметр. Удаленный конец корневой части 42A запрессовывается в часть малого диаметра отверстия 40 дискового элемента 32, за счет чего корневая часть 42A крепится к дисковому элементу 32. Таким образом, болт 42 консольно поддерживается дисковым элементом 32 на удаленном конце корневой части 42A.
Фланцевая часть 42F отделена в направлении стороны колесного блока 10 от части малого диаметра отверстия 40 вдоль центральной оси 42C и имеет наружный диаметр, несколько меньший, чем внутренний диаметр части с большим диаметром отверстия 40. Кольцо 68 передачи нагрузки, изготовленное из металла, крепится на наружном конце части с большим диаметром отверстия 40. Кольцо 68 передачи нагрузки отделено в направлении стороны колесного блока 10 от фланцевой части 42F вдоль центральной оси 42C и имеет наружный диаметр, очень ненамного меньший, чем внутренний диаметр части с большим диаметром отверстия 40. Кольцо 68 передачи нагрузки устанавливается очень близко к части с малым диаметром болта 42, расположенной на стороне фланцевой части 42F, противоположной корневой части 42A. Между внутренней круговой поверхностью кольца 68 передачи нагрузки и круговой поверхностью части с малым диаметром болта 42 расположено кольцевое уплотнение 70, изготовленное из упругого материала, такого как резина. Дополнительно, кольцевое уплотнение 72, изготовленное из упругого материала, такого как резина, расположено между внешней кольцевой поверхностью кольца 68 передачи нагрузки и поверхностью стенки части с большим диаметром отверстия 40.
Кольцевые уплотнения 70 и 72 функционируют как упругие уплотнения, которые предотвращают попадание посторонних веществ, таких как пыль и грязная вода, в пространство, простирающееся от кольца 68 передачи нагрузки в направлении корневой части 42A. Дополнительно, кольцевое уплотнение 72 позволяет болту 42 упруго деформироваться в направлении, перпендикулярном центральной оси 42C. Когда болт 42 упруго деформируется в значительной степени, внешняя круговая поверхность кольца 68 передачи нагрузки входит в контакт с поверхностью стенки части с большим диаметром отверстия 40, посредством чего дальнейшая упругая деформация болта 42 ограничивается. Поэтому кольцо 68 передачи нагрузки функционирует как средство ограничения нагрузки для ограничения нагрузки, чтобы предотвратить приложение чрезмерного изгибающего усилия к болту 42.
Четыре первых элемента 74 обнаружения расположены в пространстве между фланцевой частью 42F и частью, определяющей часть с малым диаметром отверстия 40, и четыре вторых элемента 76 обнаружения и один температурный датчик 54 расположены в пространстве между фланцевой частью 42F и кольцом передачи нагрузки. Первые элементы 74 обнаружения, вторые элементы 76 обнаружения и температурный датчик 54 расположены на каждом болте в тех же положениях на окружности, что и элементы 46 обнаружения и температурный датчик в описанном выше первом варианте осуществления. Следует отметить, что даже в состоянии, когда колесный блок 10 крепится к дисковому элементу 32 с помощью болтов 42 и гаек 44 и заданное напряжение сжатия действует на вторые элементы 76 обнаружения, кольцо 68 передачи нагрузки немного выступает из наружной боковой поверхности дискового элемента 32 и входит в контакт с частью 16A в виде круглой пластины колеса 16, чтобы таким образом предотвратить вхождение части 16A в виде круглой пластины в прямой контакт с наружным концом опорной части 64 для болта и передать вторым элементам 76 обнаружения напряжение, действующее на колесо 16 вдоль оси 14 вращения.
Конкретно, каждый первый элемент 74 обнаружения является датчиком перемещения, выполненном на интегральном элементе Холла, состоящим из постоянного магнита, прикрепленного к фланцевой части 42F, и детектора, прикрепленного к дисковому элементу 32 и отделенного от постоянного магнита вдоль центральной оси 42C. Первый элемент 74 обнаружения обнаруживает изменение магнитного поля, вызванное относительным смещением фланцевой части 42F относительно дискового элемента 32 в направлении, перпендикулярном центральной оси 42C, как величину относительного смещения фланцевого части 42F относительно дискового элемента 32, позволяя, таким образом, обнаруживать напряжение Fxz, действующее на резьбовую часть 42B болта 42 перпендикулярно центральной оси 42C.
В этом случае каждый первый элемент 74 обнаружения регулируется таким образом, что обнаруженное напряжение fv в то время, когда никакое дополнительное напряжение Fxz, отличное от напряжения за счет веса транспортного средства, не действует на резьбовую часть 42B болта 42 в любом направлении, совпадает со стандартным обнаруженным напряжением fvo (положительная константа). Как показано на фиг.15, обнаруженное напряжение fv каждого первого элемента 74 обнаружения увеличивается относительно стандартного обнаруженного напряжения fvo пропорционально напряжению Fxz, когда направление действия напряжения Fxz, действующего на резьбовую часть 42B болта 42 перпендикулярно центральной оси 42C, направлено наружу в радиальном направлении болта 42, если смотреть со стороны первого элемента 74 обнаружения. Обнаруженное напряжение fv каждого первого элемента 74 обнаружения уменьшается относительно стандартного обнаруженного напряжения fvo пропорционально напряжению Fxz, когда направление действия напряжения Fxz направлено внутрь в радиальном направлении болта 42, если смотреть со стороны определенного первого элемента 74 обнаружения.
Между тем, каждый второй элемент 76 обнаружения является датчиком поверхностного давления и обнаруживает напряжение Fp, действующее на резьбовую часть 42B соответствующего болта 42 вдоль центральной оси 42C, посредством обнаружения поверхностного давления между фланцевой частью 42F и кольцом 68 передачи нагрузки. В этом случае каждый второй элемент 76 обнаружения регулируется таким образом, что обнаруженное напряжение fp в то время, когда напряжение Fp равно нулю, совпадает со стандартным обнаруженным напряжением fpo (положительная константа). Как показано на фиг.16, когда напряжение Fp является растягивающим напряжением, обнаруженное напряжение fp каждого второго элемента 76 обнаружения уменьшается относительно стандартного обнаруженного напряжения fpo пропорционально напряжению Fp, а когда напряжение Fp является сжимающим напряжением, обнаруженное напряжение fp каждого второго элемента 76 обнаружения увеличивается относительно стандартного обнаруженного напряжение fpo пропорционально напряжению Fp.
Сигналы электрического напряжения, представляющие напряжения, обнаруженные первыми элементами 74 обнаружения и вторыми элементами 76 обнаружения, подаются на электронное устройство 50 вместе с сигналом, представляющим температуру, обнаруженную температурным датчиком 54. Первые элементы 74 обнаружения и вторые элементы 76 обнаружения имеют соответствующие температурные характеристики. Когда температуры болтов 42a-42d, обнаруженные температурными датчиками 54, представляются как T1-T4, температурно-зависимые изменения обнаруженных напряжений fv первых элементов 74 обнаружения болтов 42a-42d представляются функциями fv1(T1)-fv4(T4) зависимости от температур T1-T4, и температурно-зависимые изменения обнаруженных напряжений fp вторых элементов 76 обнаружения болтов 42a-42d представляются функциями fp1(T1)-fp4(T4) зависимости от температур T1-T4.
На фиг.17 показаны напряжения, обнаруженные первыми элементами 74 обнаружения и вторыми элементами 76 обнаружения четвертого варианта осуществления, если смотреть с наружной стороны колесного блока 10. Как видно на фиг.17, четыре болта 42 обозначены 42a-42d. Напряжения, которые должны обнаруживаться первыми элементами 74 обнаружения, расположенными на внешних сторонах болтов 42a-42d относительно радиального направления колесного блока 10, обозначены fz11, fz21, fz31 и fz41, соответственно; и обнаруженные напряжения этих элементов 74 обнаружения 74 обозначены fvz11, fvz21, fvz31 и fvz41, соответственно. Подобным образом, напряжения, которые должны обнаруживаться первыми элементами 74 обнаружения, расположенными на внутренних сторонах болтов 42a-42d, относительно радиального направления колесного блока 10, обозначены fz12, fz22, fz32 и fz42, соответственно; и обнаруженные напряжения этих элементов 74 обнаружения обозначены fvz12, fvz22, fvz32 и fvz42, соответственно.
Дополнительно, напряжения, которые должны обнаруживаться первыми элементами 74 обнаружения, расположенными в положениях, смещенных на 90° в направлении против часовой стрелки относительно первых элементов 74 обнаружения, расположенных на внешних сторонах болтов 42a-42d относительно радиального направления колесного блока 10, обозначены fx11, fx21, fx31 и fx41, соответственно; и обнаруженные напряжения этих первых элементов 74 обнаружения обозначаются fvx11, fvx21, fvx31 и fvx41, соответственно. Подобным образом, напряжения, которые должны обнаруживаться первыми элементами 74 обнаружения 74, расположенными в положениях, смещенных на 90° в направлении против часовой стрелки от первых элементов 74 обнаружения 74, расположенных на внутренних сторонах болтов 42a-42d, относительно радиального направления колесного блока 10, обозначены fx12, fx22, fx32 и fx42, соответственно; и обнаруженные напряжения этих первых элементов 74 обнаружения обозначены fvx12, fvx22, fvx32 и fvx42, соответственно.
Напряжения Fx*1, Fx*2, Fz*1 и Fz*2, действующие на резьбовую часть 42B каждого болта 42a-42 перпендикулярно центральной оси 42C в положениях, соответствующих первым элементам 74 обнаружения, представлены следующими уравнениями 33-36.
Поэтому напряжения Fx1, Fx2, Fx3 и Fx4, которые действуют на резьбовые части 42B болтов 42a-42d перпендикулярно соответствующим центральным осям 42C и в направлении вращения колесного блока 10, представлены следующими уравнениями 37-40; и направленная спереди назад сила Fxt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представлена приведенным выше уравнением 9.
Дополнительно, когда напряжения, которые должны обнаруживаться вторыми элементами 76 обнаружения, представляются как fy*1-fy*4, напряжения Fy1-Fy4, которые действуют в центрах болтов 42a-42d вдоль соответствующих центральных осей 42C, представляются следующими уравнениями 41-44, соответственно; и боковая сила Fyt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется описанным выше уравнением 14.
Кроме того, напряжения Fz1-Fz4, которые действуют на центры болтов 42a-42d в вертикальном направлении, соответственно представляются следующими уравнениями 45-48, соответствующими приведенным выше уравнениям 15-18; и вертикальная сила Fzt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется приведенным выше уравнением 19.
Как может быть понятно из приведенного выше описания, на основе сигналов электрического напряжения, поступающих от первых элементов 74 обнаружения 74 и вторых элементов 76 обнаружения, и температурного сигнала, поступающего от температурного датчика 54, электронное устройство 50 вычисляет направленную спереди назад силу Fxt, действующую в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенными выше уравнениями 37-40 и приведенным выше уравнением 9, боковую силу Fyt, действующую в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенными выше уравнениями 41-44 и приведенным выше уравнением 14, и вертикальную силу Fzt, действующую в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенными выше уравнениями 45-48 и приведенным выше уравнением 19.
Направленная спереди назад сила Fxt может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным посредством вставки приведенных выше уравнений 37-40 в приведенное выше уравнение 9; боковая сила Fyt может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным посредством вставки приведенных выше уравнений 41-44 в приведенное выше уравнение 14; и вертикальная сила Fzt может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным посредством вставки приведенных выше уравнений 45-48 в приведенное выше уравнение 19.
Таким образом, в соответствии с поясняемым четвертым вариантом осуществления, напряжения Fx1-Fx4, действующие в направлении вращения колесного блока 10, напряжения Fy1-Fy4, действующие в боковом направлении колесного блока 10, и напряжения Fz1-Fz4, действующие в вертикальном направлении, которые воздействуют на каждый болт 42, могут быть получены на основе относительного смещения фланцевой части 42F в радиальном направлении относительно дискового элемента 32 и изменения поверхностного давления в горизонтальном направлении между фланцевой частью 42F и кольцом 68 передачи нагрузки, которые вызваны упругой деформацией каждого болта 42, возникающей из-за напряжения, действующего со стороны колеса 16 на болт 42, служащий соединительным элементом. Дополнительно, направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt, которые действуют со стороны поверхности 56 дороги на шину 18, могут быть точно вычислены из этих напряжений таким же образом, как в случае описанных выше первого-третьего вариантов осуществления.
В частности, в соответствии с четвертым вариантом осуществления, напряжения Fx1-Fx4, действующие в направлении вращения колесного блока 10, и напряжения Fz1-Fz4, действующие в вертикальном направлении, которые воздействуют на каждый болт 42, вычисляются на основе относительного смещения фланцевой части 42F в радиальном направлении относительно дискового элемента 32, которое обнаруживается первыми элементами 74 обнаружения; и напряжения Fy1-Fy4, действующие в боковом направлении колесного блока 10, вычисляются на основе изменения поверхностного давления между фланцевой частью 42F и кольцом 68 передачи нагрузки, которое обнаруживается вторыми элементами 76 обнаружения. Поэтому эти напряжения могут быть вычислены с более высокой точностью по сравнению со случаем описанных выше первого-третьего вариантов осуществления, в которых все напряжения Fx1-Fx4, действующие в направлении вращения, напряжения Fy1-Fy4, действующие в боковом направлении, и напряжения Fz1-Fz4, действующие в вертикальном направлении, вычисляются на основе обнаруженных величин элементов 46 обнаружения одного единственного типа.
Дополнительно, в соответствии с четвертым вариантом осуществления, каждый болт 42 является малым по диаметру, за исключением болтов для фланцевой части 42F. Поэтому посредством увеличения отношений относительного смещения в радиальном направлении и изменения поверхностного давления к напряжениям, действующим на каждый болт 42, чтобы тем самым увеличить отношение S/N при обнаружении напряжения первыми элементами 74 обнаружения и вторыми элементами 76 обнаружения, направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt могут быть вычислены с более высокой точностью по сравнению со случаем описанного выше первого варианта осуществления.
Дополнительно, в соответствии с четвертым вариантом осуществления, кольцо 68 передачи нагрузки, изготовленное из металла, устанавливается на наружный конец части с большим диаметром отверстия 40, и кольцо 68 передачи нагрузки функционирует как средство ограничения нагрузки для ограничения нагрузки, чтобы предотвратить приложение чрезмерного изгибающего усилия к болту 42. Поэтому, как в случае описанного выше третьего варианта осуществления, приложение чрезмерного изгибающего усилия к болту 42 может быть эффективно предотвращено при обеспечении высокого отношения S/N для обнаружения напряжения. Таким образом, возможно эффективно защищать ось 14 вращения колесного блока 10 от чрезмерного перемещения за счет силы, действующей на шину 18.
Примечательно, что на значения обнаружения первых элементов 74 обнаружения оказывает влияние смещение фланцевой части 42F вдоль центральной оси 42C. Когда влияние является относительно большим, напряжения Fx1-Fx4, действующие в направлении вращения, могут быть скорректированы на основе напряжений Fy1-Fy4, действующих в боковом направлении колесного блока 10.
Пятый вариант осуществления
На фиг.18 показан вид в поперечном разрезе для пятого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, сделанном вдоль плоскости разреза (XVIII-XVIII на фиг.19), проходящей через ось вращения колесного блока. На фиг.19 показана половина вида спереди основной части пятого варианта осуществления при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
В этом пятом варианте осуществления, который является модификацией описанного выше второго варианта осуществления, не предусмотрен дисковый элемент 32. В этом пятом варианте осуществления, как в случае описанного выше четвертого варианта осуществления, каждый болт 42 имеет фланцевую часть 42F, подобную круглой пластине, расположенную между корневой частью 42A с малым диаметром и резьбовой частью 42B с малым диаметром, проходящую перпендикулярно центральной оси 42C и имеющую большой диаметр. Корневая часть 42A с малым диаметром ввинчивается в резьбовое отверстие 28A фланцевой части 28 втулки 20 в состоянии, в котором болт 42 проходит сквозь опорную часть 64 для болта, предусмотренную на фланцевой части 28. Таким образом, болт 42 консольно поддерживается дисковым элементом 32 на удаленном конце корневой части 42A.
Как и в случае описанного выше четвертого варианта осуществления, фланцевая часть 42F отделена от фланцевой части 28 в сторону колесного блока 10 вдоль центральной оси 42C и имеет наружный диаметр, несколько меньший, чем внутренний диаметр опорной части 64 для болта. Кольцо 68 передачи нагрузки, изготовленное из металла, устанавливается в наружную торцевую конца опорной части 64 для болта. Кольцо 68 передачи нагрузки отдаляется в сторону колесного блока 10 от фланцевой части 42F вдоль центральной оси 42C и имеет наружный диаметр, очень ненамного меньший, чем внутренний диаметр наружной торцевой части опорной части 64 для болта. Кольцо 68 передачи нагрузки устанавливается по существу рядом с частью болта 42 с малым диаметром, расположенной на стороне фланцевой части 42F, противоположной корневой части 42A. Кольцевое уплотнение 70, изготовленное из упругого материала, такого как резина, расположено между внутренней круговой поверхностью кольца 68 передачи нагрузки и круговой частью с малым диаметром болта 42. Дополнительно, кольцевое уплотнение 72, изготовленное из упругого материала, такого как резина, установлено между внешней круговой поверхностью кольца 68 передачи нагрузки и внутренней круговой поверхностью опорной части 64 для болта.
В каждой опорной части 64 для болта предусмотрены четыре резьбовых отверстия 80, выровненные с упомянутыми выше прямыми линиями 58 и 60, и винты 82 ввинчиваются в соответствующие резьбовые отверстия 80. Выемки предусмотрены во внешней круговой части фланцевой части 42F и выровнены с резьбовыми отверстиями 80; первый элемент 86 обнаружения, такой как датчик сжатия/расширения, расположен в каждой выемке. Первые элементы 86 обнаружения обнаруживают напряжение в радиальном направлении болта 42, действующее между фланцевой частью 42F и винтами 82, обнаруживая, таким образом, напряжение Fxz, действующее на резьбовую часть 42B каждого болта 42 перпендикулярно центральной оси 42C.
В этом пятом варианте осуществления, как в случае первых элементов 74 обнаружения описанного выше четвертого варианта осуществления, каждый первый элемент 86 обнаружения регулируется путем регулировки глубины, на которую винты 82 ввинчиваются в резьбовые отверстия 80 таким образом, что обнаруженное напряжение fv в то время, когда напряжение Fxz не действует на резьбовую часть 42B болта 42 ни в каком направлении, совпадает со стандартным обнаруженным напряжением fvo (положительная константа). Дополнительно, как в случае первых элементов 74 обнаружения описанного выше четвертого варианта осуществления, обнаруженное напряжение fv каждого первого элемента 86 обнаружения увеличивается относительно стандартного обнаруженного напряжения fvo пропорционально напряжению Fxz, когда направление действия напряжения Fxz, действующего на резьбовую часть 42B болта 42 перпендикулярно центральной оси 42C, направлено наружу в радиальном направлении болта 42, если смотреть на положение определенного первого элемента 74 обнаружения; и обнаруженное напряжение fv каждого первого элемента 86 обнаружения уменьшается относительно стандартного обнаруженного напряжения fvo пропорционально напряжению Fxz, когда направление действия напряжения Fxz направлено внутрь в радиальном направлении болта 42, если смотреть на положение определенного первого элемента 74 обнаружения.
Четыре вторых элемента 76 обнаружения и один температурный датчик 54 расположены в пространстве между фланцевой частью 42F и кольцом 68 передачи нагрузки. Вторые элементы 76 обнаружения выполнены с возможностью обнаружения напряжения Fp, действующего на резьбовую часть 42B каждого болта 42 вдоль центральной оси 42C. Вторые элементы 76 обнаружения 76 и температурный датчик 54 в этом пятом варианте осуществления также расположены на каждом болте в тех же самых положениях по окружности, что и элементы 46, 76 обнаружения и температурный датчик 54 в описанных выше первом и четвертом вариантах осуществления.
Как показано на фиг.18, как и в случае описанного выше четвертого варианта осуществления, даже в состоянии, когда колесо 16 прикреплено к фланцевому выступу 28 элемента 20 втулки с помощью гайки 44, навинченной на резьбовую часть 42B болта 42, и заданное сжимающее напряжение действует на вторые элементы 76 обнаружения, кольцо 68 передачи нагрузки немного выступает с наружного конца опорной части 64 для болта и входит в контакт с частью 16A в виде круглой пластины колеса 16, чтобы таким образом препятствовать вхождению части 16A в виде круглой пластины в прямой контакт с наружным концом опорной части 64 для болта, и передает вторым элементам 76 обнаружения напряжение, действующее на колесо 16 вдоль оси 14 вращения.
Также, в этом пятом варианте осуществления каждый второй элемент 76 обнаружения регулируется таким образом, что обнаруженное напряжение fp в то время, когда напряжение Fp равно нулю, совпадает со стандартным обнаруженным напряжением fpo (положительная константа). Дополнительно, когда напряжение Fp является растягивающим напряжением, обнаруженное напряжение fp каждого второго элемента 76 обнаружения уменьшается относительно стандартного обнаруженного напряжения fpo пропорционально напряжению Fp, а когда напряжение Fp является сжимающим напряжением, обнаруженное напряжение fp каждого второго элемента 76 обнаружения увеличивается относительно стандартного обнаруженного напряжение fpo пропорционально напряжению Fp.
Как можно понять из приведенного выше описания, в этом пятом варианте осуществления также, на основе сигналов электрического напряжения, подаваемых от первых элементов 86 обнаружения и вторых элементов 76 обнаружения, и температурного сигнала, подаваемого от температурного датчика 54, электронное устройство 50 вычисляет направленную спереди назад силу Fxt, действующую в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенными выше уравнениями 37-40 и приведенным выше уравнением 9, боковую силу Fyt, действующую в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенными выше уравнениями 41-44 и приведенным выше уравнением 14, и вертикальную силу Fzt, действующую в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенными выше уравнениями 45-48 и приведенным выше уравнением 19. Следует отметить, что остальная часть этого пятого варианта осуществления выполнена таким же образом, как в случае описанного выше первого варианта осуществления или других вариантов осуществления. Дополнительно, хотя электронное устройство 50 пятого варианта осуществления расположено внутри наружной части конца части 26 вала элемента 20 втулки, электронное устройство 50 может быть прикреплено к внешней поверхности фланцевой части 28.
Таким образом, в соответствии с поясняемым пятым вариантом осуществления, напряжения Fx1-Fx4, действующие в направлении вращения колесного блока 10, напряжения Fy1-Fy4, действующие в боковом направлении колесного блока 10, и напряжения Fz1-Fz4, действующие в вертикальном направлении, которые воздействуют на каждый болт 42, могут быть получены на основе изменения поверхностного давления в радиальном направлении между опорной частью 64 для болта и фланцевой частью 42F и изменения поверхностного давлении в аксиальном направлении между фланцевой частью 42F и кольцом 68 передачи нагрузки, которые вызваны упругой деформацией каждого болта 42, возникающей в результате напряжения, действующего со стороны колеса 16 на болт 42, служащий соединительным элементом. Дополнительно, направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt, которые действуют со стороны поверхности 56 дороги на шину 18, могут быть точно вычислены из этих напряжений, как в случае описанных выше первого-четвертого вариантов осуществления.
В частности, в соответствии с пятым вариантом осуществления, напряжения Fx1-Fx4, действующие в направлении вращения колесного блока 10, и напряжения Fz1-Fz4, действующие в вертикальном направлении, которые воздействуют на каждый болт 42, вычисляются на основе изменения поверхностного давления в радиальном направлении между опорной частью 64 для болта и фланцевой частью 42F, которое обнаруживается первыми элементами 86 обнаружения; и напряжения Fy1-Fy4, действующие в боковом направлении колесного блока 10, вычисляются на основе изменения поверхностного давления между фланцевой частью 42F и кольцом 68 передачи нагрузки, которое обнаруживается вторыми элементами 76 обнаружения. Поэтому эти напряжения могут быть вычислены с более высокой точностью по сравнению со случаем описанного выше первого-третьего вариантов осуществления, в которых все напряжения Fx1-Fx4, действующие в направлении вращения, напряжения Fy1-Fy4, действующие в боковом направлении, и напряжения Fz1-Fz4, действующие в вертикальном направлении, вычисляются на основе значений обнаружения, полученных элементами 46 обнаружения одного единого типа.
Дополнительно, в соответствии с пятым вариантом осуществления, как в случае описанного выше четвертого варианта осуществления, каждый болт 42 имеет малый диаметр, за исключением болтов для фланцевой части 42F. Поэтому за счет увеличения отношений изменений поверхностного давления в радиальном направлении и аксиальном направлении к напряжениям, действующим на каждый болт 42, чтобы таким образом увеличить отношение S/N при обнаружении напряжения первыми элементами 86 обнаружения и вторыми элементами 76 обнаружения, направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt могут быть вычислены с более высокой точностью по сравнению со случаем описанного выше первого варианта осуществления.
Дополнительно, в соответствии с пятым вариантом осуществления, кольцо 68 передачи нагрузки, изготовленное из металла, крепится к части болта 42 с малым диаметром, расположенной на стороне фланцевой части 42F, и кольцо 68 передачи нагрузки функционирует как средство ограничения нагрузки для ограничения нагрузки, чтобы предотвратить приложение к болту 42 чрезмерного деформирующего напряжения. Поэтому, как и в случае описанных выше третьего и четвертого вариантов осуществления, приложение чрезмерного изгибающего усилия к болту 42 может быть эффективно предотвращено при сохранении высокого отношения S/N при обнаружении напряжения. Таким образом, возможно эффективно предотвращать чрезмерное перемещение оси 14 вращения колесного блока 10 из-за силы, действующей на шину 18.
Дополнительно, в соответствии с пятым вариантом обеспечения, путем регулировки глубины, на которую винты 82 ввинчиваются в резьбовые отверстия 80, поверхностные давления, действующие на первые элементы 86 обнаружения в состоянии, когда напряжение Fxz не действует на резьбовую часть 42B болта 42 ни в каком направлении, могут быть отрегулированы индивидуально для каждого элемента обнаружения. Поэтому регулировка стандартного обнаруженного напряжения fvo каждого первого элемента 86 обнаружения может быть выполнена легко и надежно.
Шестой вариант осуществления
На фиг.20 показан вид спереди основной части шестого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, при взгляде с наружной стороны транспортного средства.
В этом шестом варианте осуществления, являющемся модификацией описанного выше первого варианта осуществления, дисковый элемент 32 жестко и полностью соединен с фланцевой частью 28 и диск 22 тормозного ротора соединяется с ним посредством винтового соединения из четырех болтов 36 и гаек 38, и также полностью соединен с частью 16А в виде круглой пластины колеса 16 посредством винтового соединения из четырех болтов 42 и гаек 44, как в случае описанного выше первого варианта осуществления. Следует отметить, что эти элементы конструкции являются теми же самыми, что и в седьмом и восьмом вариантах осуществления, которые будут описаны позже.
Хотя каждый болт 42 имеет ту же самую конструкцию, что и в описанном выше первом варианте осуществления, элементы 46 обнаружения обеспечиваются только на двух болтах 42, диаметрально расположенных друг против друга относительно оси 14 вращения. Четыре элемента 46 обнаружения и единственный температурный датчик 54 крепятся к цилиндрической поверхности корневой части 42A каждого из этих болтов 42. Остальная часть этого варианта осуществления выполнена таким же образом, как в описанном выше первом варианте осуществления.
На фиг.21 приведена пояснительная диаграмма, показывающая напряжения, обнаруживаемые элементами 46 обнаружения в шестом варианте осуществления при взгляде с наружной стороны колесного блока 10. Здесь предполагается, что, как показано на фиг.21, из четырех болтов 42a-42d, элементы 46 обнаружения обеспечиваются на болтах 42a и 42c, для которых угловое расстояние между ними вокруг оси 14 вращения составляет 180°.
Как показано на фиг.21, на двух болтах, диаметрально расположенных друг против друга относительно оси 14 вращения, напряжение в вертикальном направлении колесного блока 10 действует во встречных направлениях, если смотреть относительно центральной оси 42 каждого болта. Соответственно, влияние напряжения, действующего в вертикальном направлении колесного блока 10, может быть исключено посредством вычисления суммы напряжений Fx1 и Fx3 (действующих в направлении вращения колесного блока 10), действующих на два болта 42a и 42c, диаметрально расположенных друг против друга относительно оси 14 вращения, и напряжения Fx1 и Fx3 описываются представленными выше уравнениями 5 и 7, соответственно.
Поэтому направленная спереди назад сила Fxt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется следующим уравнением 49, где Ax1 - коэффициент (положительная константа), определяемый радиусом вращения колесного блока 10, расстоянием между осью 14 вращения и центральной осью 42C и т.д.
Как может быть понятно из приведенного выше описания, на основе токовых сигналов, поступающих от элементов 46 обнаружения, и температурного сигнала, поступающего от температурного датчика 54, электронное устройство 50 вычисляет направленную спереди назад силу Fxt, действующую в центре поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенными выше уравнениями 5, 7 и 49. Примечательно, что горизонтальная сила Fxt может быть вычислена в соответствии с уравнением, полученным посредством вставки представленных выше уравнений 5 и 7 в представленное выше уравнение 49.
Таким образом, в соответствии с поясняемым шестым вариантом осуществления, напряжения Fx1 и Fx3, действующие в направлении вращения колесного блока 10, которые действуют на два болта 42, диаметрально расположенных друг против друга, могут быть получены на основе деформации каждого болта 42, вызванной упругой деформацией, возникающей из-за напряжения, действующего со стороны колеса 16 на болт 42, служащий соединительным элементом. Дополнительно, направленная спереди назад сила Fxt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18, может быть точно вычислена из этих напряжений.
Следует отметить, что в поясняемом шестом варианте осуществления четыре элемента 46 обнаружения обеспечиваются на каждом болте 42. Однако элементы 46 обнаружения, отдаленные друг от друга в радиальном направлении колесного блока 10 и расположенные на противоположных сторонах центральной линии болта, могут быть опущены.
Седьмой вариант осуществления
На фиг.22 показан вид спереди основной части седьмого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
В этом седьмом варианте осуществления, являющемся модификацией описанного выше первого варианта осуществления, каждый болт 42 имеет ту же самую конструкцию, что и в описанном выше первом варианте осуществления; однако элементы 46 обнаружения обеспечиваются только на двух болтах 42, которые расположены по окружности по соседству друг с другом вокруг оси 14 вращения; то есть два болта 42, которые смещены на 90° друг от друга вокруг оси 14 вращения. Четыре элемента 46 обнаружения и один температурный датчик 54 крепятся к цилиндрической поверхности корневой части 42A каждого из этих болтов 42. Остальная часть этого варианта осуществления выполнена таким же образом, что и в описанном выше первом варианте осуществления.
На фиг.23 приведена пояснительная диаграмма, показывающая напряжения, обнаруживаемые элементами 46 обнаружения в седьмом варианте осуществления, при взгляде с наружной стороны колесного блока 10. Здесь предполагается, что, как показано на фиг.23, из четырех болтов 42a-42d, элементы 46 обнаружения обеспечиваются на болтах 42a и 42b, угловое расстояние между которыми вокруг оси 14 вращения составляет 90°.
Как показано на фиг.23, напряжения Fz1 и Fz2, действующие в центрах болтов 42a и 42b в вертикальном направлении колесного блока 10, представляются следующими уравнениями 50 и 51, соответственно. Дополнительно, вертикальное напряжение, действующее на шину 18, считается пропорциональным результирующему вектору напряжений Fz1 и Fz2 и результирующий вектор может быть вычислен как квадратный корень из суммы квадратов напряжений Fz1 и Fz2.
Поэтому вертикальная сила Fzt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляется следующими уравнениями 52 или 53, где Az2 - коэффициент (положительная константа), определяемый расстояниями между мгновенным центром вертикального перемещения колесного блока 10, и элементами 46 обнаружения и центром P поверхности контакта шины 18 с землей.
Как можно понять из приведенного выше описания, на основе токовых сигналов, поступающих от элементов 46 обнаружения, и температурного сигнала, поступающего от температурного датчика 54, электронное устройство 50 вычисляет вертикальную силу Fzt, действующую в центре поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенными выше уравнениями 50-52 или приведенным выше уравнением 53.
Таким образом, в соответствии с поясняемым седьмым вариантом осуществления, напряжения Fz1 и Fz2, действующие в радиальном направлении колесного блока 10, которые действуют на два болта 42, расположенных рядом друг с другом, могут быть получены на основе деформации каждого болта 42, вызванной их упругой деформацией, возникающей из-за напряжения, действующего со стороны колеса 16 на болт 42, служащий соединительным элементом. Дополнительно, вертикальная сила Fzt, которая действует со стороны поверхности 56 дороги на шину 18, может быть точно вычислена из этих напряжений.
Следует отметить, что в поясняемом седьмом варианте осуществления на каждом болте 42 обеспечиваются четыре элемента 46 обнаружения. Однако элементы 46 обнаружения, смещенные друг от друга в направлении по окружности колесного блока 10 и расположенные на противоположных сторонах центральной линии болтов, могут быть исключены.
Восьмой вариант осуществления
На фиг.24 приведен вид спереди основной части восьмого варианта осуществления устройства обнаружения воздействия силы на шину, соответствующего настоящему изобретению, применяемого к ведущему колесному блоку, при взгляде с внешней стороны транспортного средства.
В этом восьмом варианте осуществления, который является модификацией описанного выше первого варианта осуществления, каждый болт 42 имеет такую же конструкцию, как в описанном выше первом варианте осуществления; однако элементы 46 обнаружения обеспечиваются только на одном болте 42. Четыре элемента 46 обнаружения и один температурный датчик 54 крепятся к цилиндрической поверхности корневой части 42A болта 42. Остальная часть этого варианта осуществления выполнена таким же образом, как в описанном выше первом варианте осуществления.
На фиг.25 представлена пояснительная диаграмма, показывающая напряжения, обнаруженные элементами 46 обнаружения в восьмом варианте осуществления, при взгляде с наружной стороны колесного блока 10. Здесь предполагается, что, как показано на фиг.25, из четырех болтов 42a-42d только болт 42a имеет установленные на нем элементы 46 обнаружения.
Как показано на фиг.25, напряжение Fx1, действующее в центре болта 42a в направлении по окружности колесного блока 10, представляется следующим уравнением 54, а напряжение Fz1, действующее в центре болта 42a в радиальном направлении колесного блока 10, представляется следующим уравнением 55.
На фиг.26 представлен график, показывающий изменения напряжения Fx1 и Fz1. Как показано на фиг.26, значение напряжения Fz1 изменяется синусоидально таким образом, что напряжение Fz1 становится нулевым, когда болт 42a расположен в положениях болтов 42b и 42d, показанных на фиг.25; принимает максимальное значение, когда болт 42a расположен в положении болта 42a, показанном на фиг.25; и принимает минимальное значение, когда болт 42a расположен в положении болта 42c, показанном на фиг.25. Напротив, значение напряжения Fx1 изменяется синусоидально таким образом, что напряжение Fx1 принимает минимальное значение Fx1min, когда напряжение Fz1 становится нулевым в ходе изменения от максимального значения до минимального значения, и напряжение Fx1 принимает максимальное значение Fx1max, когда напряжение Fz1 становится нулевым в ходе изменения от минимального значения до максимального значения.
Соответственно, значение напряжения Fx1 в то время, когда полярность напряжения Fz1 изменяется с отрицательной на положительную, может использоваться в качестве максимального значения Fx1max напряжения Fx1 и значение напряжения Fx1 в то время, когда полярность напряжения Fz1 изменяется с положительной на отрицательную, может использоваться в качестве минимального значения Fx1min напряжения Fx1.
Дополнительно, напряжение Fx, действующее в центре болта в направлении вращения колесного блока 10, является средним значением максимального значения Fx1max и минимального значения Fx1min, и направленная спереди назад сила Fxt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, считается пропорциональной напряжению Fx. Напротив, напряжение Fz, действующее в центре болта в вертикальном направлении колесного блока 10, является разностью между максимальным значением Fx1max и минимальным значением Fx1min, и вертикальная сила Fzt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей 18, считается пропорциональной напряжению Fz.
Поэтому направленная спереди назад сила Fxt и вертикальная сила Fzt, действующие со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, представляются следующими уравнениями 56 и 57, соответственно, где Ax3 - коэффициент (положительная константа), определяемый радиусом вращения колесного блока 10, расстоянием между осью 14 вращения и центральной осью 42C и т.д., и Az3 является коэффициентом (положительная константа), определяемым расстоянием между мгновенным центром вертикального перемещения колесного блока 10 и элементами 46 обнаружения и центром P поверхности контакта шины 18 с землей.
Далее будет описана стандартная программа вычисления направленной силы Fxt и вертикальной силы Fzt в восьмом варианте осуществления со ссылкой на блок-схему последовательности выполнения операций, показанную на фиг.27. Управление вычислением в соответствии с блок-схемой последовательности выполнения операций, показанной на фиг.27, начинается, когда выключатель зажигания, не показанный на чертежах, замыкается, и выполняется электронным устройством 50 с заданными интервалами.
Сначала, на этапе 110, электронное устройство 50 считывает сигналы, подаваемые от элементов 46 обнаружения и представляющие их выходные токи, и сигнал, представляющий скорость транспортного средства V и т.д. На этапе 120 электронное устройство 50 вычисляет напряжения Fx1 и Fz1 в соответствии с приведенными выше уравнениями 37 и 50.
На этапе 130 электронное устройство 50 определяет, изменялась ли полярность напряжения Fz1 с положительной на отрицательную. Когда электронное устройство 50 принимает решение "Нет", оно переходит к этапу 150. Когда электронное устройство 50 принимает решение "Да", оно переходит к этапу 140 и запоминает напряжение Fx1, существующее в это время, как минимальную величину Fx1min. Далее, электронное устройство 50 переходит к этапу 170.
На этапе 150 электронное устройство 50 определяет, изменялась ли полярность напряжения Fz1 с отрицательной на положительную. Когда электронное устройство 50 принимает решение "Нет", оно заканчивает текущее выполнение настоящего управления в соответствии с блок-схемой последовательности выполнения операций, показанной на фиг.27. Когда электронное устройство 50 принимает решение "Да", оно переходит к этапу 160 и запоминает напряжение Fx1, существующее в это время, как максимальное значение Fx1max. Затем электронное устройство 50 переходит к этапу 170.
На этапе 170 электронное устройство 50 определяет, существует ли история, указывающая, что минимальное значение Fx1min и максимальное значение Fx1max обновлялись после того, как было начато управление в соответствии с блок-схемой последовательности выполнения операций, показанной на фиг.27; то есть обновлялись ли минимальное значение Fx1min и максимальное значение Fx1max. Когда электронное устройство 50 принимает решение "Нет", оно заканчивает текущее выполнение настоящего управления в соответствии с блок-схемой последовательности выполнения операций, показанной на фиг.27. Когда электронное устройство 50 принимает решение "Да", оно переходит к этапу 180.
На этапе 180 электронное устройство 50 вычисляет направленную спереди назад силу Fxt, действующую со стороны поверхности 56 дороги 56 на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, в соответствии с приведенным выше уравнением 56. На этапе 190 электронное устройство 50 вычисляет вертикальную силу Fzt, действующую со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей 18, в соответствии с приведенным выше уравнением 57.
Таким образом, в соответствии с поясняемым восьмым вариантом осуществления, напряжение Fx1, действующее в направлении по окружности колесного блока 10, и напряжение Fz1, действующее в радиальном направлении колесного блока 10, которые действуют на один болт 42, могут быть получены на основе деформации болта 42, вызванной его упругой деформацией, возникающей из-за напряжения, действующего со стороны колеса 16 на болт 42, служащий соединительным элементом. Дополнительно, используя тот факт, что между периодическими изменениями напряжений Fx1 и Fz1 существует постоянное фазовое соотношение, направленная спереди назад сила Fzt и вертикальная сила Fzt, которые действуют со стороны поверхности 56 дороги 56 на шину 18, могут быть точно вычислены на основе напряжений Fx1 и Fz1.
Дополнительно, в соответствии с описанным выше восьмым вариантом осуществления, направленная спереди назад сила Fxt и вертикальная сила Fzt вычисляются сразу после того, как колесный блок 10 поворачивается на 180 градусов. Поэтому для вычисленных значений может быть выполнена обработка со сглаживанием; например, могут быть вычислены среднее значение в предыдущем цикле и значение в текущем цикле или скользящее среднее значение величин за несколько прошлых циклов и значение в текущем цикле.
Дополнительно, в описанном выше восьмом варианте осуществления, элементы 46 обнаружения обеспечиваются только на одном болте 42. Однако восьмой вариант осуществления может быть модифицирован таким образом, что элементы 46 обнаружения обеспечиваются на двух болтах 42, диаметрально расположенных друг против друга относительно оси 14 вращения, как в описанном выше шестом варианте осуществления, и направленная спереди назад сила Fxt и вертикальная сила Fzt вычисляются один раз при каждом повороте колесного блока 10 на 90 градусов. Альтернативно, восьмой вариант осуществления может быть модифицирован таким образом, что элементы 46 обнаружения обеспечиваются на четырех болтах 42 и направленная спереди назад сила Fxt и вертикальная сила Fzt вычисляются один раз при каждом повороте колесного блока 10 на 45 градусов.
Дополнительно, в описанном выше восьмом варианте осуществления, вычисляются как направленная спереди назад сила Fxt, так и вертикальная сила Fzt. Однако восьмой вариант осуществления может быть модифицирован, чтобы вычислять только направленную спереди назад силу Fxt или только вертикальную силу Fzt в соответствии с приведенными выше уравнениями 56 или 57.
Как можно понять из приведенного выше описания, в каждом из описанных выше вариантов осуществления температура T1 и т.д. каждого болта 42 или каждой опорной части 64 для болта обнаруживается температурным датчиком 54 и обнаруженные напряжения fix*1 и т.д. корректируются на основе температуры T1 и т.д., за счет чего вычисляются температурно компенсированные напряжения fx*1 и т.д. По сравнению со случаем, когда коррекция на основе температуры не выполняется, или случаем, когда коррекция выполняется на основе температуры окружающей среды или одной температуры дискового элемента 32 или фланцевой части 28, направленная спереди назад сила Fxt, боковая сила Fyt и вертикальная сила Fzt, которые действуют со стороны поверхности 56 дороги на шину 18, могут быть точно вычислены независимо от температуры каждого болта 42 или каждой опорной части 64 для болта.
Дополнительно, в описанных выше первом-пятом вариантах осуществления, вертикальные напряжения Fz1-Fz4, действующие на каждый болт, вычисляются в соответствии с приведенными выше уравнениями 15-18 и т.д. как результирующий вектор напряжения Fzz в радиальном направлении и напряжения Fxx в направлении вращения, из которого был исключен вращающий момент. Поэтому, по сравнению со случаем, когда вращающий момент не исключается, вертикальные напряжения Fz1-Fz4 могут быть вычислены точно, за счет чего может быть точно вычислена вертикальная сила Fzt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18.
Дополнительно, в описанных выше втором и пятом вариантах осуществления, дисковый элемент 32 не требуется. Поэтому, по сравнению с описанными выше первым, третьим, четвертым и шестым-восьмым вариантами осуществления, количество компонентов устройства 12 обнаружения воздействия силы на шину может быть уменьшено, за счет чего затраты могут быть снижены. Кроме того, установка устройства 12 обнаружения воздействия силы на шину на транспортном средстве может быть выполнена рационально. Напротив, в описанных выше первом, третьем, четвертом и шестом-восьмом вариантах осуществления дисковый элемент 32, который составляет по меньшей мере часть устройства 12 обнаружения воздействия силы на шину, крепится к фланцевой части 28 элемента 20 втулки и колесный блок 10 надежно соединяется с дисковым элементом 32. Поэтому, по сравнению с описанными выше вторым и пятыми вариантами осуществления, требование к изменению конструкции существующего элемента втулки может быть минимизировано.
Дополнительно, в описанных выше третьем-пятом вариантах осуществления, элементы обнаружения 74, 76, 86 расположены внутри пространства, изолированного от атмосферы. Поэтому, по сравнению с описанными выше первым и вторым вариантами осуществления и шестым-восьмым вариантами осуществления, возможно снизить ошибки обнаружения напряжения и предотвратить возможную неисправность устройства 12 обнаружения воздействия силы на шину, поскольку в противном случае, когда пыль или грязная вода попадают в элементы обнаружения, возникают ошибки и неисправности.
Настоящее изобретение было описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления. Однако специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления и в пределах объема настоящего изобретения могут быть возможны и другие варианты осуществления.
Например, в описанных выше первом-пятом вариантах осуществления, направленная спереди назад сила Fxt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, вычисляется на основе напряжения Fx1-Fx4, действующего в центре каждого болта в направлении вращения колесного блока 10; боковая сила Fyt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, вычисляется на основе напряжения Fy1-Fy4, действующего в центре каждого болта вдоль центральной оси 42C; и вертикальная сила Fzt, действующая со стороны поверхности 56 дороги на шину 18 в центре P поверхности контакта шины 18 с землей, вычисляется на основе напряжения Fz1-Fz4, действующего в центре каждого болта в вертикальном направлении. Однако вычисление любой из сил, а именно, направленной спереди назад силы Fxt, боковой силы Fyt или вертикальной силы Fzt может быть опущено.
Дополнительно, в описанных выше первом-пятом вариантах осуществления, электронное устройство 50 вычисляет напряжения Fx1-Fx4, Fy1-Fy4 и Fz1-Fz4 и дополнительно вычисляет направленную спереди назад силу Fxt, боковую силу Fyt и вертикальную силу Fzt. Однако варианты осуществления могут модифицироваться таким образом, что вычислительное средство является устройством управления, установленным на корпусе транспортного средства, таким как контроллер движения транспортного средства; токовый сигнал, подаваемый от каждого элемента 46 обнаружения, и температурный сигнал, подаваемый от температурного датчика 54, или сигналы, представляющие напряжения Fx1-Fx4, Fy1-Fy4 и Fz1-Fz4, подаются на устройство управления, установленное на корпусе транспортного средства; и устройство управления, установленное на корпусе транспортного средства, вычисляет напряжения Fx1-Fx4, Fy1-Fy4, Fz1-Fz4 или направленную спереди назад силу Fxt, боковую силу Fyt и вертикальную силу Fzt.
Дополнительно, в описанных выше шестом-восьмом вариантах осуществления, средство обнаружения напряжения, действующего на каждый болт, имеет ту же самую конфигурацию, что и средство обнаружения напряжения в первом варианте осуществления. Однако средство обнаружения напряжения, которое имеет ту же самую конфигурацию, что и средство обнаружения напряжения в любом из второго-пятого вариантов осуществления, может быть применено к шестому-восьмому вариантам осуществления.
Дополнительно, в описанных выше вариантах осуществления, температурный датчик 54 обеспечивается на каждом болте и коррекция обнаруженного напряжения на основе температурной характеристики элементов обнаружения выполняется для каждого болта. Однако варианты осуществления могут быть модифицированы таким образом, что на каждом колесном блоке обеспечивается один температурный датчик и для всех болтов колесного блока коррекция обнаруженного напряжения на основе температурной характеристики элементов обнаружения выполняется на основе температуры, обнаруженной одним температурным датчиком. Дополнительно, в случае, когда изменение значения обнаружения каждого элемента обнаружения при изменении температуры мало, коррекция обнаруженного напряжения на основе температуры может быть исключена.
Дополнительно, в вышеописанных вариантах конструкции, четыре болта обеспечиваются в качестве соединительных элементов соединительного средства. Однако устройство обнаружения воздействия силы на шину, соответствующее настоящему изобретению, может быть применено к колесным блокам, в которых множество (отличное от четырех), например, пять, шесть или восемь соединительных средств расположены таким образом, что они отделены друг от друга вокруг оси вращения. В частности, когда шестой вариант осуществления применяется к колесному блоку, в котором расположено множество (отличное от четырех) соединительных средств, устройства обнаружения напряжения могут обеспечиваться на произвольных двух соединительных средствах, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения колесного блока очень близко к 180°. Дополнительно, когда седьмой вариант осуществления применяется к колесному блоку, в котором расположено множество (отличное от четырех) соединительных средств, средства обнаружения напряжения могут обеспечиваться на произвольных двух соединительных средствах, угловое расстояние между которыми вокруг оси вращения колесного блока очень близко к 90°.
Дополнительно, в описанных выше вариантах осуществления, соединительное средство является соединительным средством стягивающего типа, состоящим из болта и гайки. Однако соединительное средство может состоять из любой комбинации двух элементов, отличных от болта и гайки, таких как комбинация элемента, подобного стержню, который проходит параллельно оси вращения колесного блока, подобно болту, и элемента крышки, который крепится к удаленному концу элемента, подобного стержню, посредством установочного средства, такого как силовая разрезная шпилька или поворотный замок, которым соединительное средство может соединять часть колеса в виде круглой пластины и опорную часть колеса элемента, поддерживающего колесо; предпочтительно, чтобы соединительное средство могло соединять часть колеса в виде круглой пластины и опорную часть колеса элемента, поддерживающего колесо, с возможностью их снятия.