JP4779246B2 - タイヤ作用力検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両におけるタイヤに作用する力を検出する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−２２４０号公報には、車両におけるタイヤに作用する力を検出するタイヤ作用力検出装置の一従来例が開示されている。この公報には、そのタイヤ作用力検出装置が、ホイールの外周にタイヤが装着されて成る車輪と、ホイールが同軸に装着されることによって車輪を一体的に回転可能に保持する保持体を有する車体とを備えた車両に搭載されることが開示されている。ここに「保持体」は、ハブ、ハブキャリア、キャリア、スピンドル、ホイールサポート等と称される場合がある。
【０００３】
この公報には、さらに、そのタイヤ作用力検出装置としての応力センサを装着する車両の部品として既存の車軸を選ぶことが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、車両における既存の部品にタイヤ作用力検出装置を装着する場合には、その既存の部品による制約を受け易い。
【０００５】
そのため、上記公報に記載のタイヤ作用力検出装置を使用する場合には、必要なタイヤ作用力を十分に高い精度で検出することが困難であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
このような事情を背景として、本発明は、タイヤ作用力を高い精度で検出することを容易にすることを課題としてなされたものであり、本発明によって下記各態様が得られる。各態様は、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、本明細書に記載の技術的特徴およびそれらの組合せのいくつかの理解を容易にするためであり、本明細書に記載の技術的特徴やそれらの組合せが以下の態様に限定されると解釈されるべきではない。
（１） ホイールの外周にタイヤが装着されて成る車輪と、前記ホイールが同軸に装着されることによって前記車輪を一体的に回転可能に保持する保持体を有する車体とを備えた車両に搭載され、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、
前記ホイールと保持体との間に、それら間における力の伝達を行う状態で設けられ、前記タイヤ作用力を検出する検出器を含むタイヤ作用力検出装置。
【０００７】
この装置によれば、ホイールによる制約も保持体による制約も受けずに、タイヤ作用力を検出することが可能となる。
【０００８】
したがって、この装置によれば、車輪自体または車輪と共に回転する既存の部材にタイヤ作用力検出装置の検出器を装着する直接検出式とは異なり、タイヤ作用力を検出するために必要な部品の配置や構造、形状等を高い自由度で設計することが容易となる。
【０００９】
よって、この装置によれば、タイヤ作用力の検出精度を向上させることが容易となる。
【００１０】
また、この装置によれば、例えば、タイヤ作用力を検出するために必要な部品の配置や構造、形状等を規格化することにより、互いに異なる複数の使用環境に対する当該装置の汎用性を向上させることが容易となる。
【００１１】
さらに、この装置によれば、ホイールと保持体との間における力の伝達が行われる部位においてタイヤ作用力が検出される。
【００１２】
したがって、この装置によれば、車輪自体からも車輪と共に回転する既存の部材からも独立するとともにそれらと共に回転することなくそれらから力を受ける別の既存の部材にタイヤ作用力検出装置の検出器を装着する間接検出式とは異なり、タイヤ作用力を精度よく検出するために必要な情報を精度よくかつ十分な量で取り込むことが容易となる。
【００１３】
よって、この装置によれば、そのことに依存することによっても、タイヤ作用力の検出精度を向上させることが容易となる。
【００１４】
本項において「力」は、狭義の力を意味する軸力と、モーメントすなわちトルクに相当する回転力との双方を含む。
【００１５】
また、本項において「車輪」は、車両の動力源により駆動される駆動車輪としたり、車両の動力源により駆動されずに転動させられる転動車輪とすることが可能である。
【００１６】
また、本項において「検出器」は、１種類のタイヤ作用力のみを検出する形式としたり、複数種類のタイヤ作用力を検出する形式とすることが可能である。
（２） 前記検出器が、前記ホイールと保持体とに着脱可能に装着される（１）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００１７】
この装置によれば、当該装置の検出器が装着されていない車両にその検出器を新たに装着したり、既に装着されている車両においてそれの検出器を交換することが可能となる。
（３） 前記タイヤ作用力が、前記タイヤにそれの前後方向に作用する前後力と、タイヤにそれの横方向に作用する横力と、タイヤにそれの上下方向に作用する上下力と、タイヤにそれの前後方向に延びる軸線まわりに作用する前後方向軸線まわりトルクと、タイヤにそれの横方向に延びる軸線まわりに作用する横方向軸線まわりトルクと、タイヤにそれの上下方向に延びる軸線まわりに作用する上下軸線まわりトルクとの少なくとも一つを含む（１）または（２）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
（４） 前記タイヤ作用力が、前記タイヤにそれの前後方向に作用する前後力と、タイヤにそれの横方向に作用する横力と、タイヤにそれの上下方向に作用する上下力とを含む（１）または（２）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
（５） 前記検出器が、
前記ホイールと保持体との間にそれらと同軸に設けられ、それぞれと共に運動させられるホイール側運動部および保持体側運動部と、
それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位に基づき、前記タイヤ作用力を検出する検出部と
を含む（１）ないし（４）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００１８】
この装置によれば、タイヤ作用力を反映した、ホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位を利用することにより、タイヤ作用力が検出される。一方、その相対変位は、ホイールまたは保持体内の相対変位より顕著にタイヤ作用力を反映する現象として発現させることが容易である。
【００１９】
したがって、この装置によれば、タイヤ作用力の検出精度を向上させることが容易となる。
【００２０】
本項において「運動」は、直線運動と回転運動との双方を含む。
【００２１】
また、本項において「検出部」は、例えば、ホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位を機械的現象に着目して検出する形式としたり、電気的現象に着目して検出する形式としたり、電磁的現象に着目して検出する形式としたり、光学的現象に着目して検出する形式とすることが可能である。
（６） 前記ホイール側運動部と保持体側運動部と検出部とが、それぞれ互いに独立して構成されている（５）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
（７） 前記ホイール側運動部および保持体側運動部が、それぞれ、相対変位可能に互いに嵌合させられることによってそれらの中間に閉じた内部空間を形成する第1分割ハウジングおよび第2分割ハウジングとして構成されており、その形成された内部空間に前記検出部が配置される（５）または（６）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００２２】
この装置によれば、相対変位可能な２つの分割ハウジングによって閉じられた内部空間に検出部が配置されるため、例えば、その検出部を塵埃、水等から保護することや、タイヤ作用力検出装置の検出器をホイールおよび保持体との間に装着することに適合するようにその検出器全体の形状を設計することが容易となる。
（８） 前記検出部が、前記ホイール側運動部と保持体側運動部とのうち前記車両の走行中に温度が上昇し難いものに近接して配置される（５）ないし（７）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００２３】
この装置によれば、検出部が車両における熱源から遠ざけられて配置されることとなり、その結果、車両の走行中における検出部の温度上昇を抑制することが容易となる。
（９） 前記検出部が、
前記ホイール側運動部および保持体側運動部より低い剛性を有してそれらに係合させられることにより、それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量に応じた大きさの歪が発生させられる検出部材と、
その発生させられた歪を電気信号に変換する検出素子と
を含む（５）ないし（８）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００２４】
この装置によれば、ホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量に応じた大きさの歪が発生させられる検出部材が、ホイール側運動部および保持体側運動部より低い剛性を有してそれらに係合させられる。
【００２５】
したがって、この装置によれば、タイヤ作用力の変化に対する感度を検出部材においてホイール側運動部および保持体側運動部より敏感にすることが容易となる。
【００２６】
その結果、この装置によれば、検出部材の敏感さに依存することにより、タイヤ作用力の検出精度を向上させることが容易となる。
【００２７】
本項において「検出素子」は、例えば、歪ゲージとしたり、圧電素子とすることが可能である。
【００２８】
また、本項において「検出素子」は、例えば、検出部材のうち歪が発生し易い位置に装着されてその歪を検出する形式とすることが可能である。
（１０） 前記検出部材が、前記ホイール側運動部と保持体側運動部とにそれぞれ、それらから力が伝達される状態で相対運動可能に取り付けられるものである（９）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００２９】
この装置によれば、検出部材をホイール側運動部と保持体側運動部とに、それらから検出部材に、タイヤ作用力の検出に必要な力のみが作用する状態で係合させることが容易となる。
（１１） 前記検出部材が、前記ホイール側運動部と保持体側運動部とにそれぞれ剛の状態で結合されるものである（９）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００３０】
この装置によれば、検出部材とホイール側運動部および保持体側運動部との取付け構造を単純にすることが容易となる。
（１２） 前記検出部材が、板の折り曲げにより形成されるものである（９）ないし（１１）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００３１】
この装置によれば、検出部材の部品点数の削減および構造単純化を容易に図り得る。
（１３） 前記検出部が、
前記ホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位運動を、前記タイヤの回転軸線まわりの回転運動に機構的に変換する第１運動変換機構と、
その変換された回転運動を前記回転軸線に平行な直線運動に機構的に変換する第２運動変換機構と、
その変換された直線運動に基づく軸力を電気信号に変換する検出素子と
を含む（５）ないし（１２）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００３２】
この装置によれば、ホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量を軸力に機構的に変換することが可能となる。
【００３３】
本項において「検出素子」は、歪ゲージとして構成したり、圧電素子として構成することが可能である。さらに、軸力を液圧に変換する機構と共に使用することを前提に、その変換された液圧を検出する液圧センサとして構成することが可能である。
（１４） 前記相対変位運動が、前記ホイール側運動部と保持体側運動部との前記回転軸線まわりの相対回転運動を含み、
前記第１運動変換機構が、その相対回転運動による入力ギヤの回転運動を少なくとも１段で増速して出力ギヤに伝達するギヤ機構を含み、
前記第２運動変換機構が、その出力ギヤによるナットの回転運動をそのナットと螺合するシャフトの直線運動に変換するねじ機構を含む（１３）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
（１５） 前記シャフトが、前記ホイール側運動部と保持体側運動部との間に配置されており、
前記検出素子が、それらホイール側運動部および保持体側運動部の間において前記シャフトの前後にそれぞれ形成された２つの空間にそれぞれ配置されるとともに、そのシャフトから圧縮力は受けるが引張り力は受けないように、そのシャフトに係合させられている（１４）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
（１６） 前記検出部が、それ単独で前記タイヤ作用力を複数種類検出可能なものである（５）ないし（１５）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００３４】
この装置によれば、１つの検出部により複数種類のタイヤ作用力を検出することが可能となるため、１つの検出部により１種類のタイヤ作用力しか検出することが可能でない場合に比較し、検出可能なタイヤ作用力の種類の数の割に検出部の数を削減することが容易となる。
（１７） 前記複数種類のタイヤ作用力が、前記タイヤにそれの前後方向に作用する前後力と、タイヤにそれの横方向に作用する横力と、タイヤにそれの上下方向に作用する上下力とを含む（１６）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００３５】
この装置によれば、１つの検出部により、同じタイヤに作用する前後力と横力と上下力とをすべて検出することが可能となる。
（１８） 前記検出部が、
前記ホイール側運動部および保持体側運動部より低い剛性を有してそれらに係合させられることにより、それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量に応じた大きさの歪が発生させられる検出部材であって、板の折り曲げにより形成されるものを含む（１７）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００３６】
この装置によれば、１つの検出部により、同じタイヤに作用する前後力と横力と上下力とをすべて検出することが可能となるとともに、その検出部の部品点数削減および構造単純化を容易に図り得る。
（１９） 前記検出部が複数、前記タイヤの回転軸線まわりに等間隔に配置される（５）ないし（１８）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００３７】
この装置によれば、複数の検出部がタイヤの回転軸線まわりに均等に分散して配置されるため、少なくとも１つの検出部が偏って配置される場合とは異なり、ホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位の特性が特定の方向に偏ることを容易に回避し得る。
【００３８】
さらに、この装置によれば、それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位に伴う荷重を複数の検出部が互いに共同して受ける傾向が生じる。
【００３９】
その結果、この装置によれば、１つの検出部のみがその相対変位に伴う荷重を受ける場合に比較し、各検出部が耐えなければならない耐荷重が軽減される傾向が生じる。
【００４０】
本項における「検出部の数」は、例えば、２つとしたり、３つとしたり、４つとしたり、５つ以上とすることが可能であるが、複数の検出部のすべてが常に実質的に機能するのではなく、実質的に機能する検出部の位置が車輪の回転角に応じて変化する場合には、いずれの瞬間においても少なくとも１つの検出部が実質的に機能するように当該装置を設計する観点から「検出部の数」を設定することが望ましい。
【００４１】
例えば、後述のように、複数の検出部がタイヤの回転軸線まわりに等間隔に配置されるとともに、それら複数の検出部の中央に、それら複数の検出部に共通の伝達部が、ホイール側運動部と保持体側運動部との一方から力を各検出部に伝達するために設けられている場合には、検出部の数を３つ以上とすれば、いずれの瞬間においても少なくとも１つの検出部が実質的に機能することとなる。
（２０） 前記タイヤ作用力が、向きとして正方向と逆方向とを有するものであり、
前記検出部が、そのタイヤ作用力をそれの正方向と逆方向とに関して区別して検出可能なものである（５）ないし（１９）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００４２】
この装置によれば、あるタイヤ作用力に大きさのみならず正方向および逆方向という向きも存在し、かつ、その大きさのみならず向きも検出することが必要である場合に、１つの検出部があれば足りる。
【００４３】
その検出部は、例えば、タイヤ作用力を正方向においてのみ検出する第１検出素子と、そのタイヤ作用力を逆方向においてのみ検出する第２検出素子とを有するように構成される。
（２１） 前記タイヤ作用力が、向きとして正方向と逆方向とを有するものであり、
前記検出部が、そのタイヤ作用力をそれの正方向と逆方向とのいずれかのみに関して検出可能なものである（５）ないし（１９）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００４４】
この装置によれば、あるタイヤ作用力に大きさのみならず正方向および逆方向という向きも存在し、かつ、その大きさのみならず向きも検出することが必要である場合に、互いに異なる向きのタイヤ作用力を検出する複数の検出部が必要となる。ただし、個々の検出部については、タイヤ作用力を一方向に関してのみ検出可能な構成で足りるため、構成単純化を容易に図り得る。
（２２） 前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが、前記タイヤの回転軸線まわりに相対回転可能とされており、
前記検出部が、その相対回転に伴ってそれらホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する回転トルクに基づき、前記タイヤにそれの前後方向に作用する前後力を検出する前後力検出部を含む（５）ないし（２１）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００４５】
この装置によれば、タイヤの回転軸線まわりの相対回転に伴ってホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する回転トルクであってタイヤの前後力を精度よく反映する物理量に基づいてタイヤの前後力が検出される。
【００４６】
したがって、この装置によれば、タイヤの前後力の検出精度を向上させることが容易となる。
【００４７】
本項において「前後力」は、駆動力と制動力との少なくとも一方を意味するように解釈することが可能である。
（２３） 前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが、前記タイヤの横方向に相対移動可能とされており、
前記検出部が、その相対移動に伴ってそれらホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する軸力に基づき、前記タイヤにそれの横方向に作用する横力を検出する横力検出部を含む（５）ないし（２２）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００４８】
タイヤの横方向における相対移動に伴ってホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する軸力であってタイヤの横力を精度よく反映する物理量に基づいてタイヤの横力が検出される。
【００４９】
したがって、この装置によれば、タイヤの横力の検出精度を向上させることが容易となる。
（２４） 前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが、前記タイヤの上下方向に相対移動可能とされており、
前記検出部が、その相対移動に伴ってそれらホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する軸力に基づき、前記タイヤにそれの上下方向に作用する上下力を検出する上下力検出部を含む（５）ないし（２３）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００５０】
タイヤの上下方向における相対移動に伴ってホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する軸力であってタイヤの上下力（「接地荷重」ともいわれる。）を精度よく反映する物理量に基づいてタイヤの上下力が検出される。
【００５１】
したがって、この装置によれば、タイヤの上下力の検出精度を向上させることが容易となる。
（２５） 前記検出部が、前記ホイール側運動部および保持体側運動部からその検出部に伝達される荷重に基づいて発生させられた歪または力を電気信号に変換する検出素子を含み、
前記検出器が、さらに、前記検出素子に発生させられる歪または力を前記荷重の割りに機械的に低減させる低減機構を含む（５）ないし（２４）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００５２】
この装置によれば、検出部における検出素子に発生させられる歪または力が、ホイール側運動部および保持体側運動部からその検出部に伝達される荷重の割りに低減されるため、その検出素子が耐えなければならない耐荷重を低減させることが容易となる。したがって、この装置によれば、検出素子の低容量化が容易となる。
【００５３】
検出素子の耐荷重が低減すれば、その検出素子が検出しなければならない最大荷重も低減する。このことは、検出素子の出力信号のレンジ幅が同じ条件のもとでその検出素子の検出感度を敏感にすることが容易となることを意味する。
【００５４】
したがって、本項に係る装置によれば、タイヤ作用力の検出感度を敏感にしてそれの検出精度を向上させることが容易となる。
【００５５】
本項において「検出素子」は、歪ゲージとして構成したり、圧電素子として構成することが可能である。さらに、軸力を液圧に変換する機構と共に使用することを前提に、その変換された液圧を検出する液圧センサとして構成することが可能である。
【００５６】
また、本項において「低減機構」は、例えば、てこの原理を利用する形式としたり、ギヤ機構を利用する形式としたり、ねじ機構を利用する形式としたり、流体とピストンとによって力の伝達を行う形式とすることが可能である。
（２６） 前記低減機構が、てこの原理を利用することにより、前記機械的な低減を実現するものである（２５）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
（２７） 前記検出部が、
前記ホイール側運動部および保持体側運動部より低い剛性を有してそれらに係合させられることにより、それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量に応じた大きさの歪が発生させられる検出部材を含み、かつ、その検出部材が、それらホイール側運動部および保持体側運動部と前記検出素子との関係において前記てことして機能するものである（２６）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
（２８） 前記検出部が、前記ホイール側運動部および保持体側運動部から伝達される荷重に基づいて前記タイヤ作用力を検出するものであり、
当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、前記ホイール側運動部および保持体側運動部から前記検出部に伝達される荷重を設定限度を超えないように機械的に制限する制限機構を含む（５）ないし（２７）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００５７】
この装置によれば、ホイール側運動部および保持体側運動部から検出部に伝達される荷重が設定限度を超えないように機械的に制限されるため、その検出部が耐えなければならない耐荷重を低減させることが容易となる。したがって、この装置によれば、検出部の低容量化が容易となる。
【００５８】
検出部の耐荷重が低減すれば、その検出部が検出しなければならない最大荷重も低減する。このことは、検出部の出力信号のレンジ幅が同じ条件のもとでその検出部の検出感度を敏感にすることが容易となることを意味する。
【００５９】
したがって、本項に係る装置によれば、タイヤ作用力の検出感度を敏感にしてそれの検出精度を向上させることが容易となる。
【００６０】
本項において「設定限度」は、例えば、タイヤ作用力の実用域の上限値に対応する荷重の大きさとして定義することが可能である。
【００６１】
本項に係る装置は、前記（２５）項における「低減機構」と共に実施すれば、検出部の検出感度の一層の鋭敏化に依存することにより、タイヤ作用力の検出精度を向上させることが一層容易となる。
（２９） 前記制限機構が、前記設定限度に対応する基準値に前記ホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量が到達した後には、それらホイール側運動部と保持体側運動部とが互いに当接することにより、前記設定限度を超える荷重が前記検出部に伝達されることを制限するものである（２８）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
（３０） 前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが、前記タイヤの横方向に相対移動可能とされており、
前記検出部が、その相対移動に伴ってそれらホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する軸力に基づき、前記タイヤにそれの横方向に作用する横力を検出する横力検出部を含み、
前記検出器が、さらに、前記タイヤの横方向に前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが設定限度以上互いに離間することを機械的な係合によって阻止するストッパを含む（５）ないし（２９）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００６２】
この装置によれば、タイヤの横力を検出するためにホイール側運動部と保持体側運動部とがタイヤの横方向に相対移動可能とされているが、それらホイール側運動部と保持体側運動部とが設定限度以上互いに離間することがストッパによる機械的な係合によって阻止される。
【００６３】
したがって、この装置によれば、ホイール側運動部および保持体側運動部相互の離脱を確実に防止しつつタイヤの横力を検出することが容易となる。
（３１） 前記検出器が、さらに、前記ホイール側運動部と保持体側運動部との間に予荷重を、それらホイール側運動部と保持体側運動部との自由な相対変位が抑制される向きに付与する予荷重付与機構を含む（５）ないし（３０）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００６４】
この装置によれば、例えば、ホイール側運動部と保持体側運動部との間にがたが発生することを容易に回避し得る。
【００６５】
さらに、この装置によれば、結局、検出部にも予荷重が付与されることになるため、その検出部が正常である場合には、タイヤ作用力が０である状況において、その検出部の出力信号が０ではない特定の値を示すことになる。
【００６６】
したがって、この装置によれば、上述の事実に基づき、タイヤ作用力が０である状況において検出部の出力信号も０を示す場合には、例えば、その検出部自体またはその検出部に力を伝達する部分に異常がある可能性があると判定することが可能となる。
（３２） 前記検出部が、
前記ホイール側運動部および保持体側運動部より低い剛性を有してそれらに係合させられることにより、それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量に応じて弾性変形させられる検出部材を含み、
前記予荷重付与機構が、その検出部材と前記ホイール側運動部および保持体側運動部との相対位置を、前記タイヤ作用力が０である状態でその検出部材が弾性変形させられるように規定する位置規定機構を含む（３１）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００６７】
この装置によれば、検出部材自体の弾性力により、ホイール側運動部と保持体側運動部との間に予荷重が付与される。
【００６８】
したがって、この装置によれば、それらホイール側運動部と保持体側運動部との間に予荷重を付与するために特別の部材を追加することが不可欠ではなくなる。
（３３） 前記検出部が、前記タイヤ作用力を電気信号に変換する検出素子を含み、
当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、その検出素子の出力信号に基づいて前記タイヤ作用力を演算する演算部を含む（５）ないし（３２）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００６９】
本項および他の各項における「演算部」は、検出器内に設けられた形式としたり、車体側に設けられた形式とすることが可能である。
（３４） 前記検出部が、前記タイヤ作用力を電気信号に変換する検出素子であって、それの出力信号が、前記タイヤ作用力の実際値が時間的に変化しないにもかかわらず、前記車輪の回転角に応じて変化するという特性を有するものを含み、
当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、その特性を考慮し、前記検出素子の出力信号に基づいて前記タイヤ作用力を演算する演算部を含む（５）ないし（３２）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００７０】
この装置によれば、検出素子の出力信号が、タイヤ作用力の実際値が時間的に変化しないにもかかわらず、車輪の回転角に応じて変化するという特性を考慮し、検出素子の出力信号に基づいてタイヤ作用力が演算される。
【００７１】
したがって、この装置によれば、そのような特性にもかかわらず、タイヤ作用力の演算値における誤差を低減することが容易となる。
（３５） 前記車両が、前記車輪の回転角を検出する車輪回転角センサを含み、前記演算部が、前記検出素子の出力信号と、前記車輪回転角センサの出力信号とに基づいて前記タイヤ作用力を演算するものである（３４）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００７２】
この装置によれば、検出素子の出力信号と、車輪回転角との双方を考慮することにより、タイヤ作用力を精度よく演算することが容易となる。
【００７３】
本項および他の各項において「車輪回転角センサ」は、車輪の角速度を検出することを目的としてその車輪の回転角を検出する車輪速度センサとして構成することが可能である。
（３６） 前記車両が、前記車輪の回転角を検出する車輪回転角センサを含み、前記演算部が、前記検出素子の出力信号を前記車輪回転角センサの出力信号に基づいて補正する補正手段を含む（３４）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００７４】
この装置によれば、検出素子の出力信号が車輪回転角センサの出力信号に基づいて補正されるため、前述の特性にもかかわらず、タイヤ作用力について誤差が少ない演算値を取得することが容易となる。
（３７） 前記検出部が、前記タイヤ作用力を電気信号に変換する検出素子であって、それの出力信号が、前記タイヤ作用力の実際値が時間的に変化しないにもかかわらず、前記車輪の回転角に応じて周期的に変化するとともに、その検出素子の出力信号の極大値が前記タイヤ作用力の実際値と一致するという特性を有するものであり、
当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、前記検出素子の出力信号の極大値を前記タイヤ作用力として演算する演算部を含む（５）ないし（３２）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００７５】
この装置によれば、検出素子の出力信号の極大値がタイヤ作用力の実際値と一致するという特性に着目することにより、車輪回転角センサの使用を不可欠とすることなく、タイヤ作用力について誤差が少ない演算値を取得することが容易となる。
（３８） 前記検出部が４つ、前記タイヤの回転軸線まわりに９０度ずつ等間隔に配置されており、かつ、各検出部が、前記タイヤ作用力を電気信号に変換する検出素子を含み、その検出素子の出力信号が、前記タイヤ作用力の実際値が時間的に変化しないにもかかわらず、他の検出素子の出力信号に対して位相が９０度異なる状態で前記車輪の回転角に応じて周期的に変化するという特性を有するものであり、
当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、それら４つの検出素子の出力信号またはそれにを表す計算値の自乗和の平方根を用いることにより、前記タイヤ作用力を演算する演算部を含む（５）ないし（３２）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００７６】
タイヤの回転軸線まわりに９０度ずつ等間隔に配置された４つの検出部における４つの検出素子の出力信号またはそれを表す計算値の自乗和の平方根は、車輪の回転角にかかわらず、タイヤ作用力と一致するという事実が成立する場合がある。
【００７７】
このような知見に基づき、本項に係る装置においては、それら４つの検出素子の出力信号またはそれを表す計算値の自乗和の平方根を用いることにより、タイヤ作用力が演算される。
【００７８】
したがって、この装置によれば、車輪回転角センサを使用しないで簡単に、タイヤ作用力について誤差が少ない演算値を取得することが可能となる。
（３９） 前記検出部が、複数種類の前記タイヤ作用力をそれぞれ検出するために電気信号を出力する複数種類の検出素子を含み、かつ、第1種類のタイヤ作用力を検出するために設けられた第1種類の検出素子の出力信号が、他の種類の検出素子の少なくとも一つである第2種類の検出素子により検出されるべき第2種類のタイヤ作用力の影響を受けるという特性を有するものであり、
当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、その特性を考慮し、前記第1種類の検出素子の出力信号に基づいて前記第1種類のタイヤ作用力を演算する演算部を含む（５）ないし（３８）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００７９】
同じ検出部により複数種類のタイヤ作用力を検出するためにその同じ検出部が複数種類の検出素子を有する場合に、第1種類のタイヤ作用力を検出するために設けられた第1種類の検出素子の出力信号が、他の種類の検出素子の少なくとも一つである第2種類の検出素子により検出されるべき第2種類のタイヤ作用力の影響を受けるという特性を有することがある。
【００８０】
このような知見に基づき、本項に係る装置においては、その特性を考慮し、第1種類の検出素子の出力信号に基づいて第1種類のタイヤ作用力が演算される。
【００８１】
したがって、この装置によれば、上述の特性にもかかわらず、第1種類のタイヤ作用力について誤差が少ない演算値を取得することが容易となる。
（４０） 前記演算部が、前記第2種類の検出素子の出力信号に基づき、前記第1種類の検出素子の出力信号から、前記第2種類のタイヤ作用力の影響を受けた成分を除去する除去手段を含む（３９）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００８２】
この装置によれば、第2種類の検出素子の出力信号に基づき、第1種類の検出素子の出力信号から、第2種類のタイヤ作用力の影響を受けた成分が除去される。
【００８３】
したがって、この装置によれば、検出すべき種類のタイヤ作用力とは異なる種類のタイヤ作用力の影響を受けた成分を除去するという手法を採用することにより、検出すべきタイヤ作用力について誤差が少ない演算値を取得することが容易となる。
（４１） 前記検出器が、
前記タイヤ作用力を検出し、それに応じた電気信号を出力する検出部と、
その検出部の出力信号を電波として外部の送信先に送信する送信器と
を含む（１）ないし（４０）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００８４】
この装置によれば、それの検出部の出力信号の外部への送信が無線方式で行われるため、その出力信号の送信に配線が不要となる。
（４２） さらに、前記車体に搭載された受信器を含み、前記送信器が、前記車体を前記外部の送信先として、前記検出部の出力信号を電波として前記受信器に送信する（４２）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００８５】
この装置によれば、当該装置の検出器から車体への電波による通信すなわち無線通信という手法を採用することにより、検出器と車体とが相対回転を含む相対運動を行うにもかかわらず、検出器により検出されたタイヤ作用力に関する情報を簡単にかつ確実に車体側に伝達することが容易となる。
【００８６】
さらに、この装置によれば、当該装置の検出器から車体への電波による通信すなわち無線通信という手法が採用されるため、後述のスリップリングを採用する場合とは異なり、互いに摺接する電極部の摩耗という事態の発生を想定せずに済む。
（４３） 前記検出器が、さらに、前記検出部と送信器とに電力を供給する電源を含む（４１）または（４２）項に記載のタイヤ作用力検出装置。
【００８７】
この装置によれば、検出部および送信器は、検出器外からの電力供給に依存せずに、作動することが可能となる。
【００８８】
本項において「電源」は、使用中に消費電力が補充されない消耗型としたり、使用中に車輪の回転等の運動を利用して発電を行うことにより、消費電力が補充される自給型とすることが可能である。
（４４） 前記検出器が、前記タイヤ作用力を検出し、それに応じた電気信号を出力する検出部を含み、
当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、前記保持体側運動部または保持体と前記車体との相対回転が行われる部分に設けられたスリップリングであって、前記検出部の出力信号を前記車体側に送信するものを含む（１）ないし（４０）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
（４５） 前記車両が、
その車両の状態を制御するアクチュエータと、
当該タイヤ作用力検出装置により検出されたタイヤ作用力に基づき、前記アクチュエータを駆動するための信号を制御するコントローラと
を含む（１）ないし（４４）項のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
【００８９】
この装置によれば、それにより検出されたタイヤ作用力に基づき、車両の状態を制御することが可能となる。
【００９０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のさらに具体的な実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明する。
【００９１】
図１には、本発明の第１実施形態に従うタイヤ作用力検出装置が正面図で示され、図２には、断面図で示されている。このタイヤ作用力検出装置は、検出器１０と演算部１２（図１２参照）とを含むように構成されており、図１および図２には、検出器１０のみが示されている。
【００９２】
このタイヤ作用力検出装置は、複数の車輪を備えた車両に搭載されて使用される。図３に示すように、各車輪２０は、鋼製のホイール２２の外周にゴム製のタイヤ２４が装着されて構成されている。それら複数の車輪２０は、車両の動力源によって駆動される少なくとも１つの駆動車輪と、その動力源によって駆動されずに転動させられる少なくとも１つの転動車輪とを含んでいる。
【００９３】
車両は、各車輪２０ごとに、ホイール２２が同軸に装着されることによって車輪２０を一体的に回転可能に保持する保持体としてハブ３０を有している。そして、検出器１０は、図３に示すように、各車輪２０ごとに、ハブ３０とホイール２２との間に着脱可能に装着されることにより車両に搭載される。検出器１０は、さらに、各車輪２０ごとに、ハブ３０とホイール２２との間における力の伝達を担う状態で車両に搭載される。
【００９４】
図３には、この検出器１０により検出されるタイヤ作用力の種類も示されている。それは、タイヤ２４の前後力（路面反力のうちのＸ方向成分Ｆ_X）に基づく回転トルクＴと、タイヤ２４の横力（路面反力のうちのＹ方向成分Ｆ_Y）ＳＦと、タイヤ２４の上下力（路面反力のうちのＺ方向成分Ｆ_Z）ＶＦとを含んでいる。ここに、回転トルクＴは、駆動トルクと制動トルクとの双方を含み、よって、これに伴い、前後力は、駆動力と制動力との双方を含んでいる。
【００９５】
図２に示すように、この検出器１０は、相対変位が可能な２つの分割ハウジング４０，４２が互いに嵌合させられることによって構成されている。いずれの分割ハウジング４０，４２も、底部５０，５２の直径が筒部５４，５６の高さより長いカップ状を成している。それら２つの分割ハウジング４０，４２は、底部５０，５２の内面同士において互いに対向する姿勢で嵌合させられている。
【００９６】
本実施形態においては、それら２つの分割ハウジング４０，４２のうち大径のものが、４本のタイヤ取付け用ボルト６０（図１参照）によりホイール２２に同軸にかつ着脱可能に装着される第１分割ハウジング４０とされ、一方、小径のものが、図示しない４本のハブ取付け用ボルトによりハブ３０に同軸にかつ着脱可能に装着される第２分割ハウジング４２とされている。
【００９７】
それら４本のタイヤ取付け用ボルト６０は、図２に示すように、各頭部６２が第２分割ハウジング４２に埋め込まれて各軸部６４が第１分割ハウジング４０を貫通してホイール２２側に臨まされている。ただし、各タイヤ取付け用ボルト６０は、第１分割ハウジング４０との相対変位は阻止されるが、第２分割ハウジング４２との相対変位は許容される状態で、第１分割ハウジング４０にホイール２２を強固に取り付けるために使用される。
【００９８】
これに対して、それら図示しない４本のハブ取付け用ボルトは、各頭部がハブ３０に埋め込まれて各軸部が第２分割ハウジング４２を貫通させられてそれの内部に至っている。図１には、それら４本のハブ取付け用ボルトが第２分割ハウジング４２を貫通するための貫通穴７０が示されている。それら４本のハブ取付け用ボルトにより、ハブ３０に第２分割ハウジング４２が強固に取り付けられる。
【００９９】
すなわち、本実施形態においては、第１分割ハウジング４０が前記ホイール側運動部の一例を構成し、第２分割ハウジング４２が前記保持体側運動部の一例を構成しているのである。
【０１００】
なお付言すれば、図１は、検出器１０を、第１分割ハウジング４０の底部５０を取り除いた状態で、ホイール２２側からハブ３０側に向かって見た図であり、これに対して、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。また、図１においては、車両の前進時にタイヤ２４が回転するのに伴って検出器１０が回転する方向が「前進回転方向」で表されている。
【０１０１】
図２に示すように、第１分割ハウジング４０の底部５０の内面から同軸に中央軸部７４が延び出させられている。これに対向するように、第２分割ハウジング４２の底部５２の内面から同軸に中央筒部７６が延び出させられている。中央軸部７４は中央筒部７６に同軸にかつ摺動可能に嵌合されている。
【０１０２】
図２に示すように、それら２つの分割ハウジング４０，４２の間には弾性部材としてのコイルスプリング８０が同軸に配置されている。このコイルスプリング８０は、それら２つの分割ハウジング４０，４２を互いに接近する向きに付勢している。これにより、それら２つの分割ハウジング４０，４２の間に予荷重が付与されることとなる。
【０１０３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、２つの分割ハウジング４０，４２が、対応する２つの筒部５４，５６と、中央軸部７４および中央筒部７６とにおいて嵌合させられているが、それら２つの分割ハウジング４０，４２に共通の回転軸線（タイヤ２４の回転軸線とほぼ一致するかまたはそれとほぼ平行である。）まわりの相対回転と、その回転軸線に平行な方向における相対移動と、その回転軸線に直角な方向における相対移動とが許容されている。その回転軸線に直角な方向における相対移動は、中央軸部７４と中央筒部７６との間における半径方向クリアランスにより許容される。
【０１０４】
すなわち、本実施形態においては、それら相対回転と２種類の相対移動とが互いに共同して「相対変位」を構成しているのである。
【０１０５】
図１に示すように、この検出器１０は、４つの検出部９０を備えている。それら４つの検出部９０は、２つの分割ハウジング４０，４２に共通の回転軸線（以下、「検出器軸線」という。）まわりに放射状にかつ等間隔に配置されている。その結果、互いに隣接する２つの検出部９０は、検出器軸線まわりに９０度隔てられている。
【０１０６】
各検出部９０は、２つの分割ハウジング４０，４２に係合させられた検出部材９４を備えている。検出部材９４の剛性すなわち弾性変形し難さは、それら２つの分割ハウジング４０，４２より低くされている。
【０１０７】
本実施形態においては、検出部材９４が、１枚の鋼製の平板の折り曲げにより、３つの構造部１００，１０２，１０４を有するように形成されている。それらのうちの第１および第２構造部１００，１０２は、いずれも、検出器軸線の半径方向に平行に延びている。残りの第３構造部１０４は、それら第１および第２構造部１００，１０２の双方と直角な方向に延びている。
【０１０８】
いずれの構造部１００，１０２，１０４も、横断面の断面係数に方向性があるビームとして機能する形状を有しており、本実施形態においては、長い長方形断面で真直ぐに延びる板状を有している。その結果、いずれの構造部１００，１０２，１０４も、それの中立軸と交差する平面上において互いに直交する２つの方向の一方においては撓むが、他の方向においてはほとんど撓まず、弾性変形なしで力の伝達を行う部材として機能する。
【０１０９】
図２に示すように、検出部材９４は、第１分割ハウジング４０に係合させられている。第１分割ハウジング４０は、第２分割ハウジング４２より、車輪２０の回転を抑制するブレーキ（図示しない）のブレーキ摩擦材（図示しない）から離れて配置されており、そのブレーキ摩擦材の熱による影響を受け難い。検出部材９４は、具体的には、第１分割ハウジング４０に強固に取り付けられたタイヤ取付け用ボルト６０と、第１分割ハウジング４０に強固に取り付けられた第１および第２支持部材１１０，１１２とを媒介とすることにより第１分割ハウジング４０に係合させられている。本実施形態においては、検出部材９４が、タイヤ取付け用ボルト６０に、それの回りに揺動可能に支持されている。
【０１１０】
このように、本実施形態においては、検出部材９４がタイヤ取付け用ボルト６０を利用して第１分割ハウジング４０に係合させられているため、専用の係合部材を利用して第１分割ハウジング４０に係合させる場合に比較して、検出器１０の部品点数の削減を容易に図り得る。
【０１１１】
さらに、検出部材９４は、第２分割ハウジング４２にも係合させられている。
具体的には、図１に示すように、検出器軸線に対して直角に立体交差する方向に第２分割ハウジング４２から延びる第１伝達部１２０と、図２に示すように、検出器軸線からずれた位置においてそれと平行に第２分割ハウジング４２から延びる第２伝達部１２２と、第２分割ハウジング４２において中央筒部７６の外周部に形成された第３伝達部１２４とを媒介とすることにより第２分割ハウジング４２に係合させられている。
【０１１２】
各検出部９０のうち、第１および第２構造部１００，１０２と、タイヤ取付け用ボルト６０と、第１支持部材１１０と、第１伝達部１２０とが互いに共同することにより、タイヤ２４の回転トルクＴを、検出器軸線まわりの一円周の一接線方向に作用する第１軸力Ｆ１に変換することにより、タイヤ２４の前後力を検出する前後力検出部１３０（図４および図５参照）が構成されている。
【０１１３】
図１に示すように、第１伝達部１２０が検出部材９４に押し付けられれば、第１および第２構造部１００，１０２のうち第２構造部１０２のみが撓む。この撓みにより、第２構造部１０２の厚さ方向に互いに対向する両面にはそれぞれ歪が発生する。それら両面にはそれぞれ、歪ゲージ１３４，１３６が貼り付けられていて、各面の歪が互いに区別されて電気信号に変換される。
【０１１４】
本実施形態においては、それら一対の歪ゲージ１３４，１３６が、車両の進行方向の向き（前進方向と後退方向）と、検出すべき前後力の向き（駆動力と制動力）との組合せに応じて区別して使用される。前進時の制動力と後退時の駆動力とは、いずれも、第１方向の歪を各歪ゲージ１３４，１３６に発生させ、これに対して、前進時の駆動力と後退時の制動力とは、いずれも、第１方向とは逆の第２方向の歪を各歪ゲージ１３４，１３６に発生させる。
【０１１５】
具体的には、車両前進中に駆動力がタイヤ２４に作用したときと、車両後退中に制動力がタイヤ２４に作用したときとに引張り歪が発生することとなる歪ゲージ１３４は、車両前進時に駆動力を検出するためと、車両後退時に制動力を検出するためとに限って使用される。
【０１１６】
これに対して、車両後退中に駆動力がタイヤ２４に作用したときと、車両前進中に制動力がタイヤ２４に作用したときとに引張り歪が発生することとなる歪ゲージ１３６は、車両後退時に駆動力を検出するためと、車両前進時に制動力を検出するためとに限って使用される。
【０１１７】
図４および図５にはそれぞれ、前後力検出部１３０が前後力（回転モーメントＴに相当する。）を検出する原理が正面図および側面断面図で概念的に示されている。
【０１１８】
図４および図５においては、符号１４０が、検出部材９４のうちタイヤ２４の前後力の検出のためにビームとして機能する第１ビーム機能部を示している。この第１ビーム機能部１４０は、それの両端において第１分割ハウジング４０に支持されている。第１ビーム機能部１４０は、タイヤ２４の前後力によっては撓まないビームとして機能する第１部分であって第１構造部１００に相当するものと、タイヤ２４の前後力によって撓むビームとして機能する第２部分であって第２構造部１０２に相当するものとが互いに直列に連結されて構成されている。前後力の伝達に関し、第１および第２構造部１００，１０２と第３構造部１０４とは第１支持部材１１０により互いに絶縁されている。
【０１１９】
図４に示すように、その第１ビーム機能部１４０に第１伝達部１２０が係合させられている。その結果、回転トルクＴが第１伝達部１２０により第１軸力Ｆ１に変換され、その変換された第１軸力Ｆ１が第１ビーム機能部１４０にそれのせん断方向に作用させられる。それにより、第１ビーム機能部１４０に、回転トルクＴの大きさに応じた歪が発生させられる。
【０１２０】
図１に示すように、前後力検出部１３０においては、第１および第２構造部１００，１０２が、タイヤ取付け用ボルト６０と第１構造部１００との取付け点を支点、第１伝達部１２０と第１構造部１００との接触点を力点、第１支持部材１１０と第２構造部１０２との取付け点を作用点とするてこを構成していると考えることが可能である。そのてこの原理により、第１軸力Ｆ１の大きさの割りに低減させられた歪が歪ゲージ１３４，１３６に発生させられることとなる。
【０１２１】
図６には、そのてこの原理が概念的に示されている。同図においては、Ｌ１が支点と作用点との距離を表し、Ｌ２が支点と力点との距離を表し、Ｒ１が第１軸力Ｆ１に対抗して作用点に発生する第１反力を表している。このてこにおいては、支点まわりのモーメントのつりあいを考慮することにより、第１反力Ｒ１が、
Ｒ１＝Ｆ１・（Ｌ２／Ｌ１）
として求められる。レバー比である（Ｌ２／Ｌ１）の値は１より小さいため、反力Ｒ１が第１軸力Ｆ１より小さい大きさを有することとなる。その結果、歪ゲージ１３４，１３６に作用する曲げモーメントが大きくならずに済み、結局、歪ゲージ１３４，１３６に発生させられる歪も大きくならずに済む。
【０１２２】
なお付言すれば、本実施形態においては、第１構造部１００と第２構造部１０２とが互い一体的に形成されることによってそれらの直列連結が実現されているが、その直列連結は、例えば、図７に示すように、第１構造部１００と第２構造部１０２とを互いに独立して形成した上でそれらを直列に係合させることによっても実現することが可能である。このような可能性は、後述の横力検出部にも存在する。
【０１２３】
さらに付言すれば、本実施形態においては、コイルスプリング８０により予荷重が２つの分割ハウジング４０，４２間に付与され、これにより、検出部材９４および後述の横力検出用の歪ゲージにも予荷重が付与されている。
【０１２４】
すなわち、本実施形態においては、コイルスプリング８０が前記予荷重付与機構の一例を構成しているのである。
【０１２５】
このように予荷重が付与される結果、２つの分割ハウジング４０，４２のがたが抑制されるとともに、横力検出用の歪ゲージの出力信号が０である場合には、横力検出に関係する部品（機械部品または電気部品）に何らかの異常があると判定することが可能となる。
【０１２６】
以上、各検出部９０のうちタイヤ２４の前後力を検出する前後力検出部１３０の原理的な構造を説明したが、次に、タイヤ２４の横力ＳＦを検出する横力検出部の原理的な構造を説明する。
【０１２７】
図２に示すように、前後力検出部１３０と同様に、各検出部９０のうち、第１および第２構造部１００，１０２と、タイヤ取付け用ボルト６０と、第１支持部材１１０と、第２伝達部１２２とが互いに共同することにより、タイヤ２４の横力ＳＦを検出する横力検出部１５０（図８参照）が構成されている。
【０１２８】
図２に示すように、第２伝達部１２２が検出部材９４に押し付けられれば、第１および第２構造部１００，１０２のうち第１構造部１００のみが撓む。この撓みにより、第１構造部１００の厚さ方向に互いに対向する両面にはそれぞれ歪が発生する。それら両面にはそれぞれ、歪ゲージ１５４，１５６が貼り付けられていて、各面の歪が互いに区別されて電気信号に変換される。
【０１２９】
本実施形態においては、それら一対の歪ゲージ１５４，１５６が、タイヤ２４に横力ＳＦが旋回外向き（図２においては左向き）に作用する外向き作用時と旋回内向き（図２においては右向き）に作用する内向き作用時とで区別して使用される。外向き作用時に引張り歪が発生することとなる歪ゲージ１５４は、外向き作用時においてのみ横力ＳＦを検出するために使用される。これに対して、内向き作用時に引張り歪が発生することとなる歪ゲージ１５６は、内向き作用時においてのみ横力ＳＦを検出するために使用される。
【０１３０】
図８には、横力検出部１５０が横力ＳＦを検出する原理が側面断面図で概念的に示されている。
【０１３１】
図８においては、符号１６０が、検出部材９４のうち横力ＳＦの検出のためにビームとして機能する第２ビーム機能部を示している。この第２ビーム機能部１６０は、それの両端において第１分割ハウジング４０に支持されている。第２ビーム機能部１６０は、横力ＳＦによって撓むビームとして機能する第１部分であって第１構造部１００に相当するものと、横力ＳＦによっては撓まないビームとして機能する第２部分であって第２構造部１０２に相当するものとが互いに直列に連結されて構成されている。横力ＳＦの伝達に関し、第１および第２構造部１００，１０２と第３構造部１０４とは第１支持部材１１０により互いに絶縁されている。
【０１３２】
図８に示すように、その第２ビーム機能部１６０に第２伝達部１２２が係合させられている。その結果、横力ＳＦに基づく第２軸力Ｆ２が第２伝達部１２２により第２ビーム機能部１６０にそれのせん断方向に作用させられる。それにより、第２ビーム機能部１６０に、横力ＳＦの大きさに応じた歪が発生させられる。
【０１３３】
図２に示すように、前後力検出部１３０と同様に、横力検出部１５０においても、第１および第２構造部１００，１０２がてこを構成していると考えることが可能である。そのてこは、タイヤ取付け用ボルト６０と第１構造部１００との取付け点を支点、第２伝達部１２２と第１構造部１００との接触点を力点、第１支持部材１１０と第２構造部１０２との取付け点を作用点とするように構成されている。そのてこの原理により、第２軸力Ｆ２の大きさの割りに低減させられた歪が歪ゲージ１５４，１５６に発生させられることとなる。
【０１３４】
次に、各検出部９０のうちタイヤ２４の上下力ＶＦを検出する上下力検出部の原理的な構造を説明する。
【０１３５】
図１に示すように、各検出部９０のうち、第３構造部１０４と、第１および第２支持部材１１０，１１２と、第３伝達部１２４とが互いに共同することにより、上下力ＶＦを検出する上下力検出部１７０（図９および図１０参照）が構成されている。上下力の伝達に関し、第１および第２構造部１００，１０２と第３構造部１０４とは第１支持部材１１０により互いに絶縁されている。
【０１３６】
図１に示すように、第３伝達部１２４が検出部材９４に押し付けられれば、第３構造部１０４のみが撓む。この撓みにより、第３構造部１０４の厚さ方向に互いに対向する両面にはそれぞれ歪が発生する。それら両面のうち第３伝達部１２４とは反対側の面には、歪ゲージ１７４が貼り付けられていて、その面の歪が電気信号に変換される。すなわち、歪ゲージ１７４は、第３構造部１０４の両面のうち、第３伝達部１２４の押付けによる撓みによって引張り歪が発生する面に貼り付けられているのである。
【０１３７】
なお付言すれば、本実施形態においては、検出部材９４が、前述のように、１枚の鋼製の平板の折り曲げにより、３つの構造部１００，１０２，１０４を有するように形成されており、さらに、それら３つの構造部１００，１０２，１０４の各面に複数の歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６，１７４が貼り付けられている。
【０１３８】
したがって、本実施形態においては、例えば、平板の折り曲げ前に、その平板の各面上において選択された位置に複数の歪ゲージを貼り付け、その終了後、その平板をプレス機等によって折り曲げることにより、検出部材９４を完成させることが可能である。
【０１３９】
ところで、本実施形態においては、前後力検出部１３０および横力検出部１５０がいずれも、図１および図２に示すように、各伝達部１２０，１２２が、検出部材９４を挟んで互いに対向する２つの部分を有するように構成されている。それら２つの部分は、互いに逆向きに力を検出部材９４に伝達するが、各部分は、検出部材９４に力を一方向である圧縮方向にしか伝達しない。検出部材９４に押し付けられて圧縮力は生じさせられるが、検出部材９４から離間させられても引張力は生じさせられないのである。
【０１４０】
これに対して、本実施形態においては、上下力検出部１７０が、それの第３伝達部１２４が、検出部材９４に力を一方向である圧縮方向にしか伝達しない部分を１つのみ有するように構成されている。４つの検出部９０は、第３伝達部１２４を隔てて互いに対向する対を２つ構成している。したがって、各検出部９０が圧縮力しか検出しないように構成されても、各対を構成する２つの検出部９０の双方に着目すれば、それら２つの検出部９０に上下力ＶＦが作用する向きが変化しても、それら２つの検出部９０のいずれかが上下力ＶＦを検出することになるからである。
【０１４１】
車両の走行中にあっては、ホイール２２もハブ３０も一緒に回転させられるため、４つの検出部９０の各々の、検出器軸線まわりの回転位置が変化する。その結果、前後力と横力とについては、いずれの回転位置においても各検出部９０に発生させられるのに対し、上下力については、それが発生させられる回転位置が限定されている。
【０１４２】
上下力については、具体的には、第３伝達部１２４から第３構造部１０４に上下力のみが伝達される状態においては、その第３伝達部１２４から第３構造部１０４に上下力が伝達される直線から時計方向と反時計方向とに９０度ずつ回転させられた範囲内の複数の回転位置においてのみ、各検出部９０が上下力を検出することが可能である。これに対して、後述のように、第３伝達部１２４から第３構造部１０４に上下力と前後力との合力が伝達される状態においては、その第３伝達部１２４から第３構造部１０４に合力が伝達される直線（第３伝達部１２４から真下に延びる直線に対して傾斜している直線）から時計方向と反時計方向とに９０度ずつ回転させられた範囲内の複数の回転位置においてのみ、各検出部９０が合力を検出することが可能である。
【０１４３】
図９および図１０にはそれぞれ、その上下力検出部１７０が上下力ＶＦを検出する原理が正面図および側面断面図で概念的に示されている。図９および図１０においては、符号１８０が、検出部材９４のうち上下力ＶＦの検出のためにビームとして機能する第３ビーム機能部を示している。この第３ビーム機能部１８０は、それの両端において第１分割ハウジング４０に支持されている。第３ビーム機能部１８０は、上下力ＶＦによって撓むビームとして機能する部分であって第３構造部１０４に相当するものを有している。
【０１４４】
図９に示すように、その第３ビーム機能部１８０に第３伝達部１２４が係合させられている。その結果、上下力ＶＦが第３伝達部１２４により第３ビーム機能部１８０にそれのせん断方向に作用させられる。それにより、第３ビーム機能部１８０に、上下力ＶＦの大きさに応じた歪が発生させられる。
【０１４５】
図１に示すように、前後力検出部１３０および横力検出部１５０と同様に、上下力検出部１７０において、第３構造部１０４がてこを構成していると考えることが可能である。そのてこは、第１支持部材１１０と第３構造部１０４との取付け点を支点、第３伝達部１２４と第３構造部１０４との接触点を力点、第２支持部材１１２と第３構造部１０４との取付け点を作用点とするように構成されている。そのてこの原理により、上下力ＶＦの大きさの割りに低減させられた歪が歪ゲージ１７４に発生させられることとなる。
【０１４６】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、前後力検出部１３０、横力検出部１５０および上下力検出部１７０がいずれも、各検出素子としての各歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６，１７４に歪が、各伝達部１２０，１２２，１２４から検出部材９４に伝達される荷重の大きさの割りに機械的に低減させられて発生させられるように設計されている。その結果、各歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６，１７４が耐えなければならない耐荷重が低減させられている。
【０１４７】
すなわち、本実施形態においては、検出部材９４自体によって形成されたてこが前記低減機構の一例を構成しているのである。
【０１４８】
本実施形態においては、さらに、制限機能によっても各歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６，１７４の耐荷重が低減させられる。その制限機構は、本実施形態においては、前後力検出部１３０と、横力検出部１５０とについて設けられている。
【０１４９】
図１に示すように、前後力検出部１３０のための第１制限機構１９０は、第２分割ハウジング４２のうちタイヤ取付け用ボルト６０に近接した一対のストッパ１９２，１９４を含むように構成されている。一方のストッパ１９２は、車両の前進時に機能し、他方のストッパ１９４は、車両の後退時に機能する。
【０１５０】
第１伝達部１２０から検出部材９４に伝達される第１軸力Ｆ１が設定限度を超えないうちは、各ストッパ１９２，１９４と検出部材９４との間に、その第２分割ハウジング４２の周方向におけるクリアランスが存在する。これに対し、その第１軸力Ｆ１が設定限度を超えようとすると、そのクリアランスが減少してやがて消滅する。消滅すると、以後は、第２分割ハウジング４２から、２つのストッパ１９２，１９４のうち対応するものおよびタイヤ取付け用ボルト６０を経て第１分割ハウジング４０に力が伝達されるようになり、その結果、第１軸力Ｆ１が設定限度から増加せずに済む。第１軸力Ｆ１は、設定限度を超えないうちは回転トルクＴに応じて増加するが、超えようとしても、設定限度に維持される。
【０１５１】
横力検出部１５０のための第２制限機構２００は、図２に示すように、第１分割ハウジング４０のうちタイヤ取付け用ボルト６０に近接した一対のストッパ２０４，２０６を含むように構成されている。一方のストッパ２０４は、タイヤ２４に横力が旋回外向きに作用した時に機能し、他方のストッパ２０６は、旋回内向きに作用した時に機能する。
【０１５２】
第２伝達部１２２から検出部材９４に伝達される横力ＳＦが設定限度を超えないうちは、各ストッパ２０４，２０６と検出部材９４との間に、検出器軸線に平行な方向においてクリアランスが存在する。これに対し、その横力ＳＦが設定限度を超えようとすると、そのクリアランスが減少してやがて消滅する。消滅すると、以後は、第２分割ハウジング４２から、２つのストッパ２０４，２０６のうち対応するものを経て第１分割ハウジング４０に力が伝達されるようになり、その結果、第２軸力Ｆ２が設定限度から増加せずに済む。第２軸力Ｆ２は、設定限度を超えないうちは横力ＳＦと一致するが、超えようとしても、設定限度に維持される。
【０１５３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、第１および第２制限機構１９０，２００がそれぞれ前記制限機構の一例を構成しているのである。
【０１５４】
なお付言すれば、ストッパ２０６は、結局、２つの分割ハウジング４０，４２が検出器軸線に平行な方向すなわちタイヤ２４の横方向に設定限度以上互いに離間することを阻止する離間阻止機能をも果たすこととなる。
【０１５５】
図１１には、共に制限機構を有する前後力検出部１３０と横力検出部１５０とにつき、それぞれ第１および第２軸力Ｆ１，Ｆ２である検出部９０への入力荷重と、それに応じて歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６に発生させられる歪との関係がグラフで表されている。同図には、そのような制限機構を有しない場合も比較例として示されている。
【０１５６】
ところで、この検出器１０を設計する場合には、他の通常の装置と同様に、一般に、実際の使用状態で発生することが予想される荷重に対して安全率を見込むために、その予想荷重より大きな設計許容値が設定される。そして、その設定された設計許容値をクリアするように検出器１０が設計される。
【０１５７】
前記制限機構を有しない場合には、入力荷重が設計許容値に一致する状況において歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６の歪がそれの最大レンジ幅を超えないように歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６が使用される。
【０１５８】
これに対して、前記制限機構を有する場合には、入力荷重が、設計許容値より小さい設定限界を超えることがないため、入力荷重がその設定限界に一致する状況において歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６の歪がそれの最大レンジ幅を超えないように歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６が使用され得る。
【０１５９】
したがって、本実施形態においては、前後力と横力との検出については、制限機構を有しない場合より、図１１におけるグラフの勾配が急になり、このことは、歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６による前後力と横力との検出感度が敏感になることを意味する。
【０１６０】
以上、この検出器１０の機械的な構成を説明したが、次に、その電気的な構成を説明する。
【０１６１】
図１２には、この検出器１０の電気的な構成がブロック図で概念的に示されている。この検出器１０においては、歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６，１７４に接続された信号処理回路２１０に送信器２１４が接続されている。信号処理回路２１０は、歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６，１７４に発生させられた歪を表す電気信号をそれら歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６，１７４から取り出して送信器２１４に供給する。送信器２１４は、その供給された電気信号を電波として送信する。それら信号処理回路２１０と送信器２１４とは、検出器１０に設けられた電源２１６から供給される電力により作動させられる。電源２１６は、使用中に消費された電力がその使用中には補充されない消耗型であり、例えば、直流バッテリである。
【０１６２】
図１２には、前記車両の車体側に搭載されている電気機器もブロック図で概念的に示されている。車体側には、送信器２１４に近接した位置において受信器２２０が取り付けられている。その受信器２２０には信号処理装置２２２を介して車両制御装置２２４が接続されている。信号処理装置２２２は、送信器２１４から受信器２２０が受信して信号処理装置２２２に供給した信号を、必要な処理を施した後、車両制御装置２２４に供給する。車両制御装置２２４は、車両の状態を制御するアクチュエータ（図示しない）と、そのアクチュエータを駆動するとともにその駆動状態を制御するコントローラ（図示しない）とを含むように構成されている。
【０１６３】
信号処理装置２２２は、検出器１０の出力信号に基づいて前後力、横力および上下力を演算する演算部１２を含んでいる。すなわち、本実施形態においては、ホイール２２とハブ３０との間に設けられた検出器１０と、車体側に設けられた受信器２２０および演算部１２とが互いに共同することにより、前記タイヤ２４作用力検出装置の全体が構成されているのである。
【０１６４】
本実施形態においては、検出すべきタイヤ作用力が前後力であるか横力であるか上下力であるかを問わず、歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６，１７４の出力信号に基づくタイヤ作用力の演算が、車体側に設けられた演算部１２において行われる。
【０１６５】
前述のように、前後力と横力とについては、検出器軸線まわりのいずれの回転位置においても各検出部９０に発生させられるのに対し、上下力については、限定された回転位置においてのみ各検出部９０に発生させられる。
【０１６６】
図１３には、９０度ずつ隔たった４つの回転位置にそれぞれ位置する４つの検出部９０の第３構造部１０４における各歪ゲージ１７４の出力信号が、検出器１０の回転角と共に変化する様子が複数の単位曲線グラフで示されている。図１から明らかなように、上下力ＶＦのうち各歪ゲージ１７４に直角に作用する成分の大きさは、実際の上下力ＶＦの大きさが時間的に変化しないにもかかわらず、各検出部９０の回転位置すなわちタイヤ２４の回転角に応じて周期的に変化する。この周期的変化が、各歪ゲージ１７４の出力信号の周期的変化として現れる。
【０１６７】
図１３には、実際の上下力ＶＦに対応する仮想の出力信号が水平の直線グラフで表されている。同図のグラフから明らかなように、各歪ゲージ１７４の出力信号は、１周期ごとに、すなわち、タイヤ２４の１回転ごとに、上に凸の正弦波で表される単位曲線グラフで表され、各単位曲線グラフにおける極大値が、実際の上下力ＶＦに対応する仮想の出力信号と一致する。
【０１６８】
本実施形態においては、互いに隣接する２つの検出部９０が検出器軸線まわりに９０度隔てられている。その結果、図１に示すように、互いに隣接する２つの第３構造部１０４は、互いに共同して直角を構成している。それら２つの第３構造部１０４の双方に第３伝達部１２４がそれの円筒面において接触させられている。
【０１６９】
したがって、第３伝達部１２４から真下に上下力ＶＦが作用する状況においては、それら２つの第３構造部１０４の一方が第３伝達部１２４の真下に位置する場合には、その第３構造部１０４のみに第３伝達部１２４から力が伝達されるが、その第３構造部１０４がその真下の位置から回転させられるにつれて第３伝達部１２４が他方の第３構造部１０４にも力を伝達することとなる。この状態においては、実際の上下力ＶＦが２つの第３構造部１０４に分配される。そして、各第３構造部１０４が第３伝達部１２４から、各第３構造部１０４の面に直角な方向に伝達される力を分力ｆ１，ｆ２とすれば、実際の上下力ＶＦは、分力ｆ１と分力ｆ２との自乗和の平方根で表されることになる。
【０１７０】
一方、それら２つの第３構造部１０４が共に、第３伝達部１２４から力が伝達されている状態にあるときには、４つの第３構造部１０４のうちの残りの２つには、第３伝達部１２４から力が伝達されていない状態にある。しかし、さらに回転が進むと、最初の２つの第３構造部１０４の一方と、残りの２つの第３構造部１０４の一方とであって、互いに隣接するものが、最初の２つの第３構造部１０４と同じように、第３伝達部１２４から力が伝達される状態に至る。
【０１７１】
このような力伝達状態のシフトが検出器１０の回転に伴って繰り返されることから明らかなように、結局、上下力ＶＦは、検出器１０の回転位置に依存することなく、それら４つの検出部９０の各歪ゲージ１７４の出力信号の自乗和の平方根を利用することにより演算することができる。
【０１７２】
図１に示すように、本実施形態においては、前後力と上下力との双方が第２分割ハウジング４２に作用し、その結果、それら２つの力の双方が第３伝達部１２４にも作用している状態においては、それら２つの力の双方がその第３伝達部１２４を経て第３構造部１０４に伝達されることとなる。上下力のみならず前後力も第３構造部１０４に伝達されてしまうのである。なぜなら、横力については、その向きが、第３構造部１０４を撓ませることに寄与しないものであるのに対し、前後力および上下力についてはいずれも、その向きが、第３構造部１０４を撓ませることに寄与するものであるからである。
【０１７３】
そのため、本実施形態においては、図１４に示すように、前後力ＬＦと上下力ＶＦとの合力ＲＦが各第３構造部１０４に作用させられる。その結果、第３構造部１０４の歪ゲージ１７４の出力信号が、上下力ＶＦではなく、合力ＲＦを表す信号となってしまう。出力信号に、上下力を反映した成分のみならず、前後力を反映した成分が含まれてしまうのである。
【０１７４】
そこで、本実施形態においては、演算部１２において、第３構造部１０４の歪ゲージ１７４の出力信号から、前後力を反映した成分を除去することが行われる。
【０１７５】
具体的には、演算部１２においては、まず、４つの検出部９０における各第３構造部１０４の歪ゲージ１７４の生の出力信号に基づき、前後力と上下力との合力の自乗が演算される。この演算は、前述のように、４つの歪ゲージ１７４の出力信号の自乗和を用いて行われる。次に、第２構造部１０２の歪ゲージ１５４，１５６の出力信号に基づいて前後力が演算される。その後、上記演算された合力の自乗から、その演算された前後力の自乗を差し引いた値の平方根として、上下力が演算される。
【０１７６】
なお付言すれば、本実施形態においては、第１ないし第３構造部１００，１０２，１０４が互いに一体的に形成されるように検出部材９４が構成されているが、それらのうちの１つの構造部が残りの２つの構造部から分離されるようにして検出部材９４を構成することが可能である。この態様によれば、例えば、特定の種類のタイヤ作用力の伝達に関し、互いに分離された２つの部分を互いに絶縁することが容易となる。そして、例えば、上記１つの構造部には第３構造部１０４、上記残りの２つの構造部には第１および第２構造部１００，１０２を選定することが可能である。
【０１７７】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する要素が多く、異なる要素は、第３構造部１０４に予荷重を付与するための構造に関するもののみであるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については第１実施形態と同一の名称および同一の符号を使用することにより、説明を省略する。
【０１７８】
第１実施形態においては、前述のように、コイルスプリング８０により、横力検出用の歪ゲージ１５４，１５６に予荷重が付与されるが、本実施形態においては、さらに、上下力検出用の歪ゲージ１７４にも予荷重が付与される。
【０１７９】
本実施形態においては、図１５に原理的に示すように、上下力検出用の歪ゲージ１７４と第３伝達部１２４との相対位置が、上下力が０である状態でもその歪ゲージ１７４に第３伝達部１２４が押し付けられるように規定されている。そのように規定された相対位置により、第３伝達部２４０が歪ゲージ１７４に予荷重を付与する。
【０１８０】
さらに、本実施形態においては、その付与される予荷重の大きさが、検出器１０の組立て時に、作業者により調整可能となっている。
【０１８１】
それらの技術を実施するために、本実施形態においては、図１５に示すように、第３構造部１０４が係合させられる完全円筒面を有する第３伝達部２４０が、検出器軸線に対して偏心して配置されるとともに、その第３伝達部２４０が、検出器軸線まわりに回転可能とされている。
【０１８２】
したがって、本実施形態においては、第３伝達部２４０、第３構造部１０４等の製造ばらつきにもかかわらず、その第３伝達部２４０の検出器軸線まわりの回転角を調整することにより、第３構造部１０４およびそれの歪ゲージ１７４に付与される予荷重の大きさが調整される。
【０１８３】
本実施形態においては、第３伝達部２４０の周辺に４つの第３構造部１０４が配置されており、第３伝達部２４０は、いずれの第３構造部１０４についてもそれの予荷重を調整可能であることが望ましい。
【０１８４】
そこで、本実施形態においては、第３伝達部２４０のうち４つの第３構造部１０４と係合させられる係合面が、図１６に示すように、検出器軸線に対して互いに９０度ずつ異なる向きに同じ量で偏心させられた４つの、互いに同径の部分円筒面を組み合わせることにより形成されている。このような係合面を有する第３伝達部２４０を検出器軸線まわりに回転させれば、その回転角に応じ、すべての第３構造部１０４およびそれの歪ゲージ１７４の予荷重が一斉に同じ向きに同じ量で変更されることになる。
【０１８５】
すなわち、本実施形態においては、第３伝達部２４０が前記予荷重付与機構の一例を構成するとともに、前記位置規定機構の一例を構成しているのである。
【０１８６】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する要素が多く、異なる要素は、前後力検出部および横力検出部の構造に関するもののみであるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については第１実施形態と同一の名称および同一の符号を使用することにより、説明を省略する。
【０１８７】
第１実施形態においては、前述のように、前後力検出部１３０が、車両前進中にタイヤ２４に駆動力が作用するか、または車両後退中にタイヤ２４に制動力が作用する時と、車両前進中にタイヤ２４に制動力が作用するか、または車両後退中にタイヤ２４に駆動力が作用する時とで互いに異なる歪ゲージ１３４，１３６を使用するように設計されている。
【０１８８】
さらに、第１実施形態においては、横力検出部１５０が、横力がタイヤ２４に旋回外向きに作用する時と旋回内向きに作用する時とで互いに異なる歪ゲージ１５４，１５６を使用するように設計されている。
【０１８９】
そのため、第１実施形態においては、第１および第２構造部１００，１０２については、それぞれの両面に歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６が取り付けられる。
【０１９０】
これに対して、本実施形態においては、図１７および図１８に示すように、いずれの検出部９０についても、平板を折り曲げて検出部材９４を形成する前におけるその平板の片面に、前後力検出用の歪ゲージ２６０と横力検出用の歪ゲージ２６２と上下力検出用の歪ゲージ１７４とが取り付けられている。
【０１９１】
また、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、いずれの歪ゲージ２６０，２６２，１７４も、それに発生させられた引張り歪に基づいて必要なタイヤ作用力を検出するという前提が採用されている。
【０１９２】
そして、本実施形態においては、図１９に表で示すように、図１７においてＡを付した検出部９０については、駆動力は車両前進時に、制動力は車両後退時に、横力は旋回外向きにタイヤ２４に作用する時にそれぞれ検出する。
【０１９３】
Ｂを付した検出部９０であってＡを付した検出部９０より前進回転方向とは逆方向に９０度ずれて配置されたものについては、駆動力は車両後退時に、制動力は車両前進時に、横力は旋回内向きにタイヤ２４に作用する時にそれぞれ検出する。
【０１９４】
Ｃを付した検出部９０であってＢを付した検出部９０より前進回転方向とは逆方向に９０度ずれて配置されたものについては、駆動力は車両前進時に、制動力は車両後退時に、横力は旋回外向きにタイヤ２４に作用する時にそれぞれ検出する。
【０１９５】
Ｄを付した検出部９０であってＣを付した検出部９０より前進回転方向とは逆方向に９０度ずれて配置されたものについては、駆動力は車両後退時に、制動力は車両前進時に、横力は旋回内向きにタイヤ２４に作用する時にそれぞれ検出する。
【０１９６】
次に、本発明の第４実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する要素が多く、異なる要素は、検出部の構造に関するもののみであるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については第１実施形態と同一の名称および同一の符号を使用することにより、説明を省略する。
【０１９７】
第１実施形態においては、単一の部材として形成された検出部材９４が２つの分割ハウジング４０，４２に剛の状態で取り付けられているのではなく、相対運動が許容される状態で取り付けられている。
【０１９８】
これに対して、本実施形態においては、図２０に概念的に斜視図で示すように、検出器２７８において、各検出部２８０における検出部材２８２が２つの分割ハウジング２８４，２８６に剛の状態で取り付けられている。ただし、同図には、検出器軸線まわりに等間隔に配置された４つの検出部２８０のうちの２つのみが代表的に示されている。第１分割ハウジング２８４は、図２１に示すように、タイヤ取付け用ボルト２８７により、図示しないホイール２２に取り付けられる。第２分割ハウジング２８６は、図示しないハブ取付け用ボルトにより、図示しないハブ３０に取り付けられる。
【０１９９】
図２１に示すように、各検出部材２８２は、締結手段である２本のボルトにより、２つの分割ハウジング２８４，２８６に締結されている。図２０において、各検出部材２８２内に描かれた楕円は、各検出部材２８２をそれら２本のボルトが貫通するための貫通穴２８８を示している。それら２本のボルトの一方は、タイヤ取付け用ボルト２８７とされており、これにより、検出器２７８のホイール２２への取付けと、各検出部材２８２の第１分割ハウジング２８４への取付けとが、同じボルトを利用して行われる。
【０２００】
検出部材２８２の剛性はそれら２つの分割ハウジング２８４，２８６より低くされており、それにより、その検出部材２８２の弾性変形により、それら２つの分割ハウジング２８４，２８６の相対変位が許容される。
【０２０１】
検出部材２８２には、第３実施形態と同様に、それの片面のみに、前後力検出用の歪ゲージ２９０と、横力検出用の歪ゲージ２９２と、上下力検出用の歪ゲージ２９４とが取り付けられている。
【０２０２】
図２１に示すように、第１分割ハウジング２８４をそれの両側から挟む一対のストッパ２９６，２９８が第２分割ハウジング２８６に設けられている。それら一対のストッパ２９６，２９８が選択的に、第１分割ハウジング２８４の両面のうち対向するものに当接することにより、２つの分割ハウジング２８４，２８６から各検出部材２８２に、検出器軸線に平行な両方向に作用する第２軸力Ｆ２（図２０参照）が設定限度を超えて作用することが阻止される。
【０２０３】
さらに、ストッパ２９６は、第１分割ハウジング２８４が第２分割ハウジング２８６から同軸に離脱することを阻止する機能も果たす。
【０２０４】
次に、本発明の第５実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する要素が多く、異なる要素は、検出部の配置に関するもののみであるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については第１実施形態と同一の名称および同一の符号を使用することにより、説明を省略する。
【０２０５】
第１実施形態においては、検出部９０の数が４つとされているが、本実施形態においては、４つより少ない２つとされている。本実施形態における検出器においては、それら２つの検出部９０が、図１においてＡを付した検出部９０と、Ｃを付した検出部９０とである。
【０２０６】
前後力および横力の検出については、検出部９０の数が４つより少ない場合であっても、検出器の回転角にかかわらず、各歪ゲージ１３４，１３６，１５４，１５６の出力信号が前後力および横力をそれぞれ反映する。
【０２０７】
これに対して、上下力については、検出部９０の数が４つより少ない場合には、実際の上下力の大きさが時間的に変化しなくても、検出器の回転角が変化するにつれて、歪ゲージ１７４の出力信号が周期的に変化するとともに、いずれの歪ゲージ１７４についても、それの出力信号が実際の上下力の大きさを全く反映しない回転位置が存在する。
【０２０８】
図２２には、本実施形態において、２つの検出部９０における各歪ゲージ１７４の出力信号が、実際の上下力の大きさが時間的に変化しない状況において、検出器の回転角と共に変化する様子が複数の単位曲線グラフで示されている。各単位曲線グラフにおいては、前述のように、極大値が実際の上下力の大きさを忠実に反映している。ある単位曲線グラフにおける極大値に対応する検出器の回転角を０度とした場合に、そこからの回転角に関する隔たりを表す相対回転角が９０度および２７０度である２つの回転位置においては、いずれの検出部９０においても、歪ゲージ１７４の出力信号が０となる。
【０２０９】
本実施形態においては、車体側に設けられた演算部１２が、上述の特性を考慮しつつ、上下力検出用の２つの歪ゲージ１７４の各出力信号に基づいて上下力を逐次演算する。
【０２１０】
具体的には、演算部１２は、各演算周期ごとに、各歪ゲージ１７４の出力信号に基づき、第１実施形態と同様にして、上下力を暫定上下力として演算する。次に、演算部１２は、その演算された暫定上下力を、その演算周期における相対回転角Θを利用することによって補正し、最終上下力を取得する。
【０２１１】
暫定上下力の補正は、例えば、次のようにして行われる。
【０２１２】
Ａを付した検出部９０を基準にその補正を行う場合には、その基準検出部９０の歪ゲージ１７４の出力信号が極大値を示したときの検出器の回転位置を基準回転位置とする。相対回転角Θは、その基準回転位置から計算される。
【０２１３】
本実施形態に従うタイヤ作用力検出装置が搭載されている車両には、各車輪２０の相対回転角Θを検出する車輪回転角センサ（図示しない）も搭載されている。本実施形態においては、その車輪回転角センサの出力信号に基づいて相対回転角Θが計算される。
【０２１４】
そのようにして計算された相対回転角Θが０度より大きく、かつ、９０度より小さい場合には、Ａを付した検出部９０により取得される暫定上下力をＰＶＡ、最終上下力をＦＶでそれぞれ表すこととすると、
ＦＶ＝ＰＶＡ／ＣＯＳΘ
という式で表される演算により、暫定上下力ＰＶＡが補正される。
【０２１５】
相対回転角Θが９０度より大きく、かつ、１８０度より小さい場合には、Ｃを付した検出部９０により取得される暫定上下力をＰＶＣとすると、
ＦＶ＝ＰＶＣ／ＣＯＳΘ
という式で表される演算により、暫定上下力ＰＶＣが補正される。
【０２１６】
相対回転角Θが１８０度より大きく、かつ、２７０度より小さい場合にも、
ＦＶ＝ＰＶＣ／ＣＯＳΘ
という式で表される演算により、暫定上下力ＰＶＣが補正される。
【０２１７】
相対回転角Θが２７０度より大きく、かつ、３６０度より小さい場合には、
ＦＶ＝ＰＶＡ／ＣＯＳΘ
という式で表される演算により、暫定上下力ＰＶＡが補正される。
【０２１８】
ただし、相対回転角Θが０度である場合には、暫定上下力ＰＶＡがそのまま最終上下力ＦＶとして演算され、また、相対回転角Θが１８０度である場合には、暫定上下力ＰＶCがそのまま最終上下力ＦＶとして演算される。
【０２１９】
さらに、相対回転角Θが９０度である場合と２７０度である場合とには、そのときの暫定上下力ＰＶＡが０であり、ＣＯＳΘによる割り算の補正が不可能である。そのため、それらの場合には、最終上下力ＦＶの演算を実質的に行わずに、例えば、９０度または２７０度の近傍において演算された最終上下力ＦＶで代用される。
【０２２０】
なお付言すれば、本実施形態においては、暫定上下力ＰＶＡ，ＰＶＣが極大値を示す相対回転角Θ以外の相対回転角Θにおいても、最終上下力ＦＶが取得されるようになっているが、暫定上下力ＰＶＡ，ＰＶＣが極大値を示す相対回転角Θにおいてのみ最終上下力ＦＶを取得する態様で本発明を実施することが可能である。
【０２２１】
この態様においては、各歪ゲージ１７４ごとに、それの出力信号の各周期に関連付けて、暫定上下力の極大値として最終上下力を取得することが必要である場合がある。この場合には、例えば、出力信号が０から０でない値に変化するごとに新たな周期が開始されるとして、ある回の周期において暫定上下力の極大値が取得されてから同じ回の周期が終了するまで、その極大値として最終上下力を取得することが可能である。この場合、次回の周期が開始されるのに伴って、前回の周期において取得された最終上下力を無効にすることが可能であり、さらに、今回の周期における暫定上下力が極大値を示すまで、前回の周期において取得された最終上下力を有効にすることも可能である。
【０２２２】
さらに付言すれば、以上、検出部９０の数が２つである場合における上下力演算手法を説明したが、検出器１０の数が１つである場合にも、それに準じた手法により、上下力を演算するようにして本発明を実施することが可能である。
【０２２３】
次に、本発明の第６実施形態を説明する。ただし、第１実施形態と共通する要素については、同一の名称および符号を使用して引用することにより、詳細な説明を省略する。
【０２２４】
本実施形態に従うタイヤ作用力検出装置は、検出器がホイール２２とハブ３０との間にそれら間における力の伝達を担う状態で着脱可能に装着される点と、その検出器と無線通信可能な演算部１２が車体側に設けられている点と、相対変位可能に嵌合された２つの分割ハウジング内に形成された閉じた内部空間に、検出素子を有する検出部が配置される点とにおいて、第１実施形態と共通する。
【０２２５】
しかし、本実施形態に従うタイヤ作用力検出装置は、前後力および横力のみを検出する点において、それら前後力および横力のみならず上下力をも検出する第１実施形態と相違する。
【０２２６】
さらに、本実施形態に従うタイヤ作用力検出装置は、２つの分割ハウジング間の回転トルクＴを、互いに直列に連携させられたギヤ機構とねじ機構との組合せにより、検出素子に伝達する点において、ビームとして機能する検出部材９４により、検出素子に伝達する第１実施形態と相違する。
【０２２７】
さらに、本実施形態に従うタイヤ作用力検出装置は、２つの分割ハウジング間の横力ＳＦを直接に検出する点において、ビームとして機能する検出部材９４を介して間接に検出する第１実施形態と相違する。
【０２２８】
図２３に示すように、本実施形態における検出器３１８においては、第１分割ハウジング３２０から複数本のタイヤ取付け用ボルト３２２が図示しないホイール２２に向かって延び出させられている。第２分割ハウジング３２４には、図示しないハブ３０が図示しない複数本のハブ取付けボルトにより取り付けられる。
【０２２９】
それら２つの分割ハウジング３２０，３２４は、検出器軸線まわりに相対回転可能とされているとともに、検出器軸線に平行な方向に相対移動可能とされている。その相対回転を利用して回転トルクＴが検出され、その相対移動を利用して横力ＳＦが検出される。
【０２３０】
第２分割ハウジング３２４には、第１分割ハウジング３２０の背後において、支持部材３２８が位置固定に取り付けられている。第１分割ハウジング３２０は、その支持部材３２８に、検出器軸線まわりに回転可能に支持されている。第１分割ハウジング３２０は、その支持部材３２８により、第２分割ハウジング３２４から離脱することが阻止されている。
【０２３１】
これに対して、第１分割ハウジング３２０が第２分割ハウジング３２４に接近する限度は、第１分割ハウジング３２０が転動体としての複数のボール３３２を介して第２分割ハウジング３２４に当接させられることによって規定されている。したがって、その当接状態においても、それら２つの分割ハウジング３２０，３２４のスムーズな相対回転が許容されることとなる。
【０２３２】
本実施形態においては、第１実施形態とは異なり、第１分割ハウジング３２０の円筒部３３６が第２分割ハウジング３２４の円筒部３３８より小径とされている。したがって、第１分割ハウジング３２０の円筒部３３６の内面が、第２分割ハウジング３２４の中央部に対向させられている。第２分割ハウジング３２４は、第１分割ハウジング３２０の円筒部３３６の内面と対向する位置に、突出部３４２を一体的に有している。
【０２３３】
２つの分割ハウジング３２０，３２４の間には、それらと同軸にねじ機構３５０が設けられている。そのねじ機構３５０は、例えば、ボールねじ機構として実施することが可能である。そのねじ機構３５０は、ナット３５２にシャフト３５４が螺合されて構成されており、そのシャフト３５４が検出器３１８と同軸に配置されているのである。
【０２３４】
ナット３５２は、各端部において、それと同軸の各ベアリング３５６を隔てて各分割ハウジング３２０，３２４に当接し得るようになっている。したがって、その当接状態においても、ナット３５２がそれら２つの分割ハウジング３２０，３２４に対してスムーズに相対回転することが許容される。
【０２３５】
シャフト３５４の軸方向寸法は、２つの分割ハウジング３２０，３２４の底部３５８，３６０間の距離より短く設定されており、そのシャフト３５４の各端部と各分割ハウジング３２０，３２４との間にそれぞれ、検出素子としての圧電素子３６２，３６４が設けられている。したがって、本実施形態においては、シャフト３５４の各端部が各圧電素子３６２，３６４を介して各分割ハウジング３２０，３２４に当接し得るようになっており、それにより、横力ＳＦが各圧電素子３６２，３６４によって検出される。
【０２３６】
ただし、本実施形態においては、横力ＳＦの発生状態においては、２つの分割ハウジング３２０，３２４の相対接近時には、それら２つの分割ハウジング３２０，３２４がボール３３２を介して互いに当接させられるため、その横力ＳＦの一部がシャフト３５４および圧電素子３６２，３６４に作用させられることとなる。これに対して、それら２つの分割ハウジング３２０，３２４の相対離間時には、それら２つの分割ハウジング３２０，３２４が支持部材３２８を介して互いに係合させられるため、この場合にも、その横力ＳＦの一部がシャフト３５４および圧電素子３６２，３６４に作用させられることとなる。
【０２３７】
本実施形態においては、ナット３５２が一方向に回転させられた結果、シャフト３５４が一方向に移動させられれば、２つの圧電素子３６２，３６４のうちそのシャフト３５４の前方に位置するものが圧縮される。その圧電素子は、それの圧縮歪に応じた高さの電圧を電気信号として出力する。このとき、２つの圧電素子３６２，３６４のうちそのシャフト３５４の後方に位置するものに引張力は作用させられない。
【０２３８】
本実施形態においては、２つの分割ハウジング３２０，３２４間の回転トルクＴをナット３５２に伝達するためにギヤ機構３７０が使用されている。ギヤ機構３７０は、遊星ギヤに類似の構成を有している。
【０２３９】
ギヤ機構３７０は、具体的には、入力ギヤ３７２と、中間ギヤ３７４と、出力ギヤ３７６とを互いに直列に備えている。入力ギヤ３７２は、リングギヤとして、第２分割ハウジング３２４の突出部３４２の外面にその第２分割ハウジング３２４と同軸に形成されている。中間ギヤ３７４は、その入力ギヤ３７２と噛み合う円筒ギヤとされている。
【０２４０】
第１分割ハウジング３２０の円筒部３３６の内面にはアウタギヤ３７８がリングギヤとして第１分割ハウジング３２０と同軸に形成されている。中間ギヤ３７４は、そのアウタギヤ３７８と入力ギヤ３７２との双方に噛み合わされている。中間ギヤ３７４は複数、検出器軸線まわりに等間隔に配置されている。２つの分割ハウジング３２０，３２４の相対回転はそれら入力ギヤ３７２とアウタギヤ３７８との相対変位を生じさせ、その相対変位により、各中間ギヤ３７４がそれの軸線まわりに自転させられる。
【０２４１】
各中間ギヤ３７４には、それと同軸に出力ギヤ３７６が固定されている。本実施形態においては、それら中間ギヤ３７４と出力ギヤ３７６とが単一の部材によって互いに一体的に形成されている。出力ギヤ３７６は、アーム状を成して、中間ギヤ３７４からナット３５２に向かって延びており、その先端部に歯面が形成されている。出力ギヤ３７６は、それの歯面においてナット３５２と噛み合わされている。
【０２４２】
したがって、本実施形態としては、検出器３１８の全体としては、それぞれアーム状を成す複数の出力ギヤ３７６が検出器軸線から放射状に等間隔に延び出させられている。そして、それら複数の出力ギヤ３７６と噛み合わせられることにより、ねじ機構３５０がそれら複数の出力ギヤ３７６の中央位置に支持されている。
【０２４３】
したがって、このギヤ機構３７０においては、２つの分割ハウジング３２０，３２４間に相対回転が生ずれば、それに応じて中間ギヤ３７４が回転させられ、それと同じ角度で出力ギヤ３７６が揺動させられる。その揺動角に応じてナット３５２が回転させられ、その回転角に応じてシャフト３５４が移動させられる。
【０２４４】
本実施形態においては、横力ＳＦに基づく第２軸力のみならず回転トルクＴに基づく第１軸力も同じシャフト３５４に及ぼされることとなる。そのため、圧電素子３６２，３６４に生じた電圧を単に参照するのみでは、それら２種類のタイヤ作用力を互いに分離して検出することができない。
【０２４５】
しかし、本実施形態においては、前述のように、シャフト３５４から各圧電素子３６２，３６４に圧縮力は伝達されるが引張力は伝達されない。したがって、２つの圧電素子３６２，３６４のうち、横力ＳＦに基づく第２軸力の作用方向において前側に位置する前側圧電素子には、横力ＳＦに基づく第２軸力Ｆ２と、回転トルクＴに基づく第１軸力Ｆ１とのベクトル和が作用させられる。これに対して、２つの圧電素子３６２，３６４のうち、横力ＳＦに基づく第２軸力の作用方向において後側に位置する後側圧電素子には、横力ＳＦに基づく第２軸力Ｆ２のみが作用させられる。
【０２４６】
そして、本実施形態においては、そのような現象に着目することにより、第１軸力Ｆ１が、前側圧電素子の出力電圧が換算された軸力から、後側圧電素子の出力電圧が換算された軸力を差し引くことにより、演算される。また、第２軸力Ｆ２が、後側圧電素子の出力電圧が換算された軸力として演算される。２つの圧電素子３６２，３６４のうちのいずれが前側圧電素子であり、いずれが後側圧電素子であるかの判別は、例えば、それぞれの出力信号が換算された軸力が大きい方が、前側圧電素子の出力信号であるという事実に着目して行うことが可能である。
【０２４７】
すなわち、本実施形態においては、第１軸力Ｆ１については、前側圧電素子の出力電圧から換算された軸力から第２軸力Ｆ２の成分を除去することにより、演算されるのである。
【０２４８】
したがって、本実施形態によれば、２つの圧電素子３６２，３６４間における力の伝達状態の特性を利用することにより、第１および第２軸力Ｆ１，Ｆ２を互いに分離して検出することが可能となっている。
【０２４９】
ここに、２つの分割ハウジング３２０，３２４間の回転トルクＴと、ナット３５２の回転トルクＱとの関係を検討する。ただし、入力ギヤ３７２の半径をＲ１、中間ギヤ３７４の半径をＲ２、出力ギヤ３７６の半径をＲ３、ナット３５２の半径をＲ４とする。
【０２５０】
噛み合わされるギヤ対の噛み合い点においては接線力の大きさが互いに等しいことを考慮すると、入力ギヤ３７２と中間ギヤ３７４との間には、中間ギヤ３７４の回転トルクをＳで表すこととすれば、
Ｔ／Ｒ１＝Ｓ／Ｒ２
なる式が成立する。また、出力ギヤ３７６とナット３５２との間には、
Ｓ／Ｒ３＝Ｑ／Ｒ４
なる式が成立する。
【０２５１】
したがって、ナット３５２の回転トルクＱは、
Ｑ＝Ｔ・（Ｒ２／Ｒ１）・（Ｒ４／Ｒ３）
なる式で表される。ここに、Ｒ２／Ｒ１の値も、Ｒ４／Ｒ３の値も、１より小さいため、回転トルクＱは、回転トルクＴより小さくなる。
【０２５２】
したがって、このギヤ機構３７０は、２つの分割ハウジング３２０，３２４の相対回転運動を２段で増速することにより、それら２つの分割ハウジング３２０，３２４間の回転トルクＴを低減させてナット３５２に伝達する機構であるということができる。
【０２５３】
このように、本実施形態においては、ギヤ機構３７０により、回転トルクＴが低減させられてナット３５２に伝達されるようになっている。よって、本実施形態によれば、ねじ機構３５０が耐えなければならない耐荷重が低減するように検出器３１８を設計することが容易となる。
【０２５４】
さらに、回転トルクＱが低減すれば、シャフト３５４が圧電素子３６２，３６４に伝達する軸力も低減する傾向があることとなる。本実施形態によれば、圧電素子３６２，３６４が耐えなければならない耐荷重が低減するように検出器３１８を設計することも容易となる。
【０２５５】
本実施形態においては、２つの分割ハウジング３２０，３２４間に、それらが互いに接近する向きに予荷重が付与されている。そのために、本実施形態においては、図２３に示すように、第１分割ハウジング３２０に予荷重付与機構３８２が取り付けられている。この予荷重付与機構３８２は、検出器３１８と同軸に、かつ、第１分割ハウジング３２０の背後からそれを押圧する押圧子３８４を備えている。
【０２５６】
この押圧子３８４は、支持部材３２８に取り付けられたホルダ３８６により軸方向位置が規定されている。そのホルダ３８６は、それら押圧子３８４と第１分割ハウジング３２０との軸方向相対位置を調整可能とされている。具体的には、ホルダ３８６にはおねじが、支持部材３２８にはめねじがそれぞれ形成され、それらおねじとめねじとが螺合させられることによってホルダ３８６が支持部材３２８に取り付けられている。ホルダ３８６を支持部材３２８にねじ込む長さを作業者が変更すれば、それに応じて押圧子３８４と第１分割ハウジング３２０との軸方向相対位置が変化させられ、ひいては、２つの分割ハウジング３２０，３２４間の予荷重の大きさが変更される。
【０２５７】
次に、本発明の第７実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第６実施形態と共通する要素が多く、異なる要素は、検出素子の形式に関するもののみであるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については第６実施形態と同一の名称および同一の符号を使用することにより、説明を省略する。
【０２５８】
第６実施形態においては、検出素子として圧電素子３６２，３６４が使用されているが、本実施形態においては、図２４に示すように、複数の歪ゲージ４００，４０２が使用されている。
【０２５９】
図２４に示すように、シャフト３５４の前後にそれぞれに、外力に応じた歪を発生させてそれを検出するための検出部材４０６，４０８が設けられている。各検出部材４０６，４０８は、２つの分割ハウジング３２０，３２４より低い剛性を有するものとされている。各検出部材４０６，４０８は、シャフト３５４の各端部と各分割ハウジング３２０，３２４とにより挟まれている。各検出部材４０６，４０８には、歪ゲージ４００，４０２が１対ずつ取り付けられている。
【０２６０】
したがって、本実施形態においては、シャフト３５４が一方向に移動させられれば、２つの検出部材４０６，４０８の一方に圧縮力が生じて撓ませられ、その結果、それに密着して貼り付けられている歪ゲージ４００，４０２に歪が発生させられる。このとき、２つの検出部材４０６，４０８の他方には、シャフト３５４から引張力が伝達されることはない。本実施形態は、この点において第６実施形態と共通する。
【０２６１】
次に、本発明の第８実施形態を説明する。ただし、本実施形態は、第１実施形態と共通する要素が多く、異なる要素は、電源に関するもののみであるため、異なる要素についてのみ詳細に説明し、共通する要素については第１実施形態と同一の名称および同一の符号を使用することにより、説明を省略する。
【０２６２】
第１実施形態においては、前述のように、電源２１６が消耗型とされている。そのため、電源２１６が消耗した後には、使用前の電源と交換するかまたはその電源２１６に外部から電力を補充することが必要となる。
【０２６３】
図２５には、本実施形態に従うタイヤ作用力検出装置の検出器４２０が側面図で示されている。この検出器４２０は、同軸に中空とされているが、それ以外の構成については、検出器１０と同じである。検出器４２０には、車体に回転不能に固定されたスピンドル４２２が同軸に貫通させられている。
【０２６４】
スピンドル４２２の外周面には複数の永久磁石４２４が周方向に間隔を隔てて並んでいる。検出器４２０のうちそれら複数の永久磁石４２４にエアギャップを隔てて対向する位置にコイル４２６が配置されている。それら複数の永久磁石４２４とコイル４２６とは、それらの相対回転を利用して発電する発電器４２８を構成している。
【０２６５】
検出器４２０においては、コイル４２６が電力制御回路４３０を経て蓄電池４３２に接続されている。電力制御回路４３０は、コイル４２６に発生させられた電力によって蓄電池４３２を充電するとともに、その充電状態を制御するために設けられている。本実施形態においては、その蓄電池４３２が図１２に示す信号処理回路２１０と送信器２１４とに接続され、必要な電力をそれらに供給する。
【０２６６】
すなわち、本実施形態においては、発電器４２８と電力制御回路４３０と蓄電池４３２とが互いに共同して自給型電源を構成し、この自給型電源が前記電源の一例を構成しているのである。
【０２６７】
以上、本発明の実施形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、前記［課題を解決するための手段および発明の効果］の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に従うタイヤ作用力検出装置における検出器１０の内部構造を示す正面図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図３】図１における検出器１０と車輪２０のホイール２２と車体側のハブ３０との相対位置関係を示す斜視図である。
【図４】図１における検出器１０のうちタイヤ２４の前後力を検出する前後力検出部１３０を概念的に示す正面図である。
【図５】図４における前後力検出部１３０を概念的に示す側面断面図である。
【図６】図４における前後力検出部１３０が採用しているてこの原理を概念的に説明するための正面図である。
【図７】図４における前後力検出部１３０が採用可能である別のてこの原理を概念的に説明するための正面図である。
【図８】図１における検出器１０のうちタイヤ２４の横力を検出する横力検出部１５０を概念的に示す側面断面図である。
【図９】図１における検出器１０のうちタイヤ２４の上下力を検出する上下力検出部１７０を概念的に示す正面図である。
【図１０】図９における上下力検出部１７０を概念的に示す側面断面図である。
【図１１】図１における各検出部９０への入力荷重Ｆ１，Ｆ２と、各検出部９０における歪ゲージの歪との関係を示すグラフである。
【図１２】前記第１実施形態に従うタイヤ作用力検出装置の電気的な構成を示すブロック図である。
【図１３】図１における各検出部９０においてそれの歪ゲージの出力信号が同図における検出器１０の回転角と共に変化する様子を示すグラフである。
【図１４】図９における上下力検出部１７０においてそれの歪ゲージに作用する力の種類を説明するための正面図である。
【図１５】本発明の第２実施形態に従うタイヤ作用力検出装置における検出器のうちの上下力検出部を原理的に示す正面図である。
【図１６】図１５における第３伝達部２４０を示す正面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に従うタイヤ作用力検出装置における検出器の内部構造を示す正面図である。
【図１８】図１７におけるＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ断面図である。
【図１９】図１７における各検出部９０がタイヤ２４の前後力と横力と上下力とをそれぞれ検出する条件を表形式で示す図である。
【図２０】本発明の第４実施形態に従うタイヤ作用力検出装置における検出器の構造を部分的にかつ原理的に示す斜視図である。
【図２１】図２０において第１分割ハウジング３２０と第２分割ハウジング３２４とが検出部材２８２により互いに連結される様子を１つの検出部材２８２を例にとって示す部分断面側面図である。
【図２２】本発明の第５実施形態に従うタイヤ作用力検出装置における検出器の歪ゲージの出力信号がその検出器の回転角と共に変化する様子を示すグラフである。
【図２３】本発明の第６実施形態に従うタイヤ作用力検出装置における検出器３１８の要部を示す部分断面側面図である。
【図２４】本発明の第７実施形態に従うタイヤ作用力検出装置における検出器の要部を示す部分断面側面図である。
【図２５】本発明の第８実施形態に従うタイヤ作用力検出装置における検出器の電源に関する部分を概念的に示す部分断面側面図である。
【符号の説明】
１０，２７８，３１８，４２０ 検出器
１２ 演算部
２０ 車輪
２２ ホイール
２４ タイヤ
３０ ハブ
４０，３２０ 第１分割ハウジング
４２，３２４ 第２分割ハウジング
８０ コイルスプリング
９０，２８０ 検出部
９４，２８２，４０６，４０８ 検出部材
１３０ 前後力検出部
１３４，１３６，１５４，１５６，１７４，２６０，２６２，２９０，２９２，２９４，４００，４０２ 歪ゲージ
１５０ 横力検出部
１７０ 上下力検出部
１９０ 第１制限機構
２００ 第２制限機構
２１４ 送信器
３５０ ねじ機構
３７０ ギヤ機構

Claims (29)

1. ホイールの外周にタイヤが装着されて成る車輪と、前記ホイールが同軸に装着されることによって前記車輪を一体的に回転可能に保持する保持体を有する車体とを備えた車両に搭載され、前記ホイールと前記保持体との間における力の伝達を行う状態で設けられ、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出する検出器を含むタイヤ作用力検出装置であって、
   前記検出器が、(a)前記ホイールと保持体との間にそれらと同軸に設けられ、それぞれと共に運動させられるホイール側運動部および保持体側運動部と、(b)それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位に基づき、前記タイヤ作用力を検出する検出部とを含み、その検出部が、(c)前記ホイール側運動部と前記保持体側運動部との相対変位運動を、前記タイヤの回転軸線まわりの回転運動に機構的に変換する第１運動変換機構と、(d)その変換された回転運動を前記回転軸線に平行な直線運動に機構的に変換する第２運動変換機構と、(e)その変換された直線運動に基づく軸力を電気信号に変換する検出素子とを含むことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
2. 前記相対変位運動が、前記ホイール側運動部と保持体側運動部との前記回転軸線まわりの相対回転運動を含み、前記第１運動変換機構が、その相対回転運動による入力ギヤの回転運動を少なくとも１段で増速して出力ギヤに伝達するギヤ機構を含み、前記第２運動変換機構が、その出力ギヤによるナットの回転運動をそのナットと螺合するシャフトの直線運動に変換するねじ機構を含む請求項１に記載のタイヤ作用力検出装置。
3. 前記検出器が、前記ホイールと保持体とに着脱可能に装着される請求項１または２に記載のタイヤ作用力検出装置。
4. 前記ホイール側運動部および保持体側運動部が、それぞれ、相対変位可能に互いに嵌合させられることによってそれらの中間に閉じた内部空間を形成する第1分割ハウジングおよび第2分割ハウジングとして構成されており、その形成された内部空間に前記検出部が配置される請求項１ないし３のいずれか１つに記載のタイヤ作用力検出装置。
5. 前記検出部が、前記ホイール側運動部と保持体側運動部とのうち前記車両の走行中に温度が上昇し難いものに近接して配置される請求項１ないし４のいずれか１つに記載のタイヤ作用力検出装置。
6. 前記検出部が、前記ホイール側運動部および保持体側運動部より低い剛性を有してそれらに係合させられることにより、それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量に応じた大きさの歪が発生させられる検出部材と、 その発生させられた歪を電気信号に変換する検出素子とを含む請求項１ないし５のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
7. 前記検出部材が、前記ホイール側運動部と保持体側運動部とにそれぞれ、それらから力が伝達される状態で相対運動可能に取り付けられるものである請求項６に記載のタイヤ作用力検出装置。
8. 前記検出部材が、前記ホイール側運動部と保持体側運動部とにそれぞれ締結部材により締結されるものである請求項６に記載のタイヤ作用力検出装置。
9. 前記検出部材が、板の折り曲げにより形成されるものである請求項６または７に記載のタイヤ作用力検出装置。
10. 前記検出部が、それ単独で前記タイヤ作用力を複数種類検出可能なものである請求項１ないし９のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
11. 前記検出部が複数、前記タイヤの回転軸線まわりに等間隔に配置される請求項１ないし１０のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
12. 前記タイヤ作用力が、向きとして正方向と逆方向とを有するものであり、前記検出部が、そのタイヤ作用力をそれの正方向と逆方向とに関して区別して検出可能なものである請求項１ないし１１のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
13. 前記タイヤ作用力が、向きとして正方向と逆方向とを有するものであり、 前記検出部が、そのタイヤ作用力をそれの正方向と逆方向とのいずれかのみに関して検出可能なものである請求項１ないし１１のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
14. 前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが、前記タイヤの回転軸線まわりに相対回転可能とされており、 前記検出部が、その相対回転に伴ってそれらホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する回転トルクに基づき、前記タイヤにそれの前後方向に作用する前後力を検出する前後力検出部を含む請求項１ないし１３のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
15. 前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが、前記タイヤの横方向に相対移動可能とされており、前記検出部が、その相対移動に伴ってそれらホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する軸力に基づき、前記タイヤにそれの横方向に作用する横力を検出する横力検出部を含む請求項１ないし１４のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
16. 前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが、前記タイヤの上下方向に相対移動可能とされており、前記検出部が、その相対移動に伴ってそれらホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する軸力に基づき、前記タイヤにそれの上下方向に作用する上下力を検出する上下力検出部を含む請求項１ないし１５のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
17. ホイールの外周にタイヤが装着されて成る車輪と、前記ホイールが同軸に装着されることによって前記車輪を一体的に回転可能に保持する保持体を有する車体とを備えた車両に搭載され、前記ホイールと前記保持体との間における力の伝達を行う状態で設けられ、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出する検出器を含むタイヤ作用力検出装置であって、
    前記検出器が、(a)前記ホイールと保持体との間にそれらと同軸に設けられ、それぞれと共に運動させられるホイール側運動部および保持体側運動部と、(b)それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位に基づき、前記タイヤ作用力を検出する検出部とを含み、
    前記検出部が、(i)前記ホイール側運動部および前記保持体側運動部に係合させられ、(c)前記ホイール側運動部と前記保持体側運動部との相対変位に伴う荷重を受ける第１構造部と、(d)その第１構造部に連結された第２構造部とを有する検出部材と、(ii)前記第２構造部に設けられ、その第２構造部に発生させられた歪みを電気信号に変換する検出素子とを含み、
    前記検出部材が、前記ホイール側運動部および前記保持体側運動部と前記検出素子との関係において、てことして機能するものであり、
    前記検出器が、前記検出部材のてことしての機能を利用して、前記第２構造部に作用する力を、前記第１構造部が受ける前記荷重に比較して低減させる低減機構を含むことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
18. 前記検出部が、前記ホイール側運動部および保持体側運動部から伝達される荷重に基づいて前記タイヤ作用力を検出するものであり、 当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、前記ホイール側運動部および保持体側運動部から前記検出部に伝達される荷重を設定限度を超えないように機械的に制限する制限機構を含む請求項１ないし１７のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
19. 前記制限機構が、前記設定限度に対応する基準値に前記ホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量が到達した後には、それらホイール側運動部と保持体側運動部とが互いに当接することにより、前記設定限度を超える荷重が前記検出部に伝達されることを制限するものである請求項１８に記載のタイヤ作用力検出装置。
20. 前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが、前記タイヤの横方向に相対移動可能とされており、前記検出部が、その相対移動に伴ってそれらホイール側運動部と保持体側運動部との間に作用する軸力に基づき、前記タイヤにそれの横方向に作用する横力を検出する横力検出部を含み、前記検出器が、さらに、前記タイヤの横方向に前記ホイール側運動部と保持体側運動部とが設定限度以上互いに離間することを機械的な係合によって阻止するストッパを含む請求項１ないし１９のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
21. ホイールの外周にタイヤが装着されて成る車輪と、前記ホイールが同軸に装着されることによって前記車輪を一体的に回転可能に保持する保持体を有する車体とを備えた車両に搭載され、前記ホイールと前記保持体との間における力の伝達を行う状態で設けられ、前記タイヤに作用するタイヤ作用力を検出する検出器を含むタイヤ作用力検出装置であって、
    前記検出器が、(a)前記ホイールと保持体との間にそれらと同軸に設けられ、それぞれと共に運動させられるホイール側運動部および保持体側運動部と、(b)それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位に基づき、前記タイヤ作用力を検出する検出部と、(c)前記ホイール側運動部と保持体側運動部との間に予荷重を、前記タイヤの横方向あるいは前記タイヤの上下方向に付与する予荷重付与機構とを含むことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
22. 前記検出部が、 前記ホイール側運動部および保持体側運動部より低い剛性を有してそれらに係合させられることにより、それらホイール側運動部と保持体側運動部との相対変位量に応じて弾性変形させられる検出部材を含み、 前記予荷重付与機構が、その検出部材と前記ホイール側運動部および保持体側運動部との相対位置を、前記タイヤ作用力が０である状態でその検出部材が、前記タイヤの横方向あるいは前記タイヤの上下方向に、弾性変形させられるように規定する位置規定機構を含む請求項２１に記載のタイヤ作用力検出装置。
23. 前記検出部が、前記タイヤ作用力を電気信号に変換する検出素子であって、それの出力信号が、前記タイヤ作用力の実際値が時間的に変化しないにもかかわらず、前記車輪の回転角に応じて変化するという特性を有するものを含み、 当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、その特性を考慮し、前記検出素子の出力信号に基づいて前記タイヤ作用力を演算する演算部を含む請求項１ないし２２のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
24. 前記車両が、前記車輪の回転角を検出する車輪回転角センサを含み、前記演算部が、前記検出素子の出力信号と、前記車輪回転角センサの出力信号とに基づいて前記タイヤ作用力を演算するものである請求項２３に記載のタイヤ作用力検出装置。
25. 前記車両が、前記車輪の回転角を検出する車輪回転角センサを含み、 前記演算部が、前記検出素子の出力信号を前記車輪回転角センサの出力信号に基づいて補正する補正手段を含む請求項２４に記載のタイヤ作用力検出装置。
26. 前記検出部が、前記タイヤ作用力を電気信号に変換する検出素子であって、それの出力信号が、前記タイヤ作用力の実際値が時間的に変化しないにもかかわらず、前記車輪の回転角に応じて周期的に変化するとともに、その検出素子の出力信号の極大値が前記タイヤ作用力の実際値と一致するという特性を有するものであり、 当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、前記検出素子の出力信号の極大値を前記タイヤ作用力として演算する演算部を含む請求項１ないし２５のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
27. 前記検出部が、複数種類の前記タイヤ作用力をそれぞれ検出するために電気信号を出力する複数種類の検出素子を含み、かつ、第1種類のタイヤ作用力を検出するために設けられた第1種類の検出素子の出力信号が、他の種類の検出素子の少なくとも一つである第2種類の検出素子により検出されるべき第2種類のタイヤ作用力の影響を受けるという特性を有するものであり、当該タイヤ作用力検出装置が、さらに、その特性を考慮し、前記第1種類の検出素子の出力信号に基づいて前記第1種類のタイヤ作用力を演算する演算部を含む請求項１ないし２６のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。
28. 前記演算部が、前記第2種類の検出素子の出力信号に基づき、前記第1種類の検出素子の出力信号から、前記第2種類のタイヤ作用力の影響を受けた成分を除去する除去手段を含む請求項２７に記載のタイヤ作用力検出装置。
29. 前記検出器が、前記タイヤ作用力を検出し、それに応じた電気信号を出力する検出部と、その検出部の出力信号を電波として外部に送信する送信器とを含む請求項１ないし２８のいずれかに記載のタイヤ作用力検出装置。

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