专利名称：轮胎力检测设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于诸如汽车之类的车辆的检测设备，并且更具体而言涉及检测施加在轮胎/车轮组件的轮胎上的力的轮胎力检测设备。
背景技术：
已经提出了检测施加在车辆(诸如汽车)中的轮胎/车轮组件中的轮胎上的力的各种轮胎力检测设备。例如，日本专利申请公开No. 2005-241470 (JP-A-2005-241470)描述了一种轮胎力检测设备，其中车轴侧连接构件和车轮侧连接构件绕轮胎/车轮组件的旋转中心交替地布置在沿周向排布的四个位置处，弹性构件以及用于检测施加至弹性构件的负载的负载传感器设置在车轴侧连接构件和车轮侧连接构件之间，并且基于由负载传感器所检测的结果计算施加在轮胎上的力。由本申请人提出的WO 2008/133353描述了一种轮胎力检测设备，其具有用于检测施加至连接装置的应力的应力检测装置以及基于所检测的应力计算轮胎力的计算装置， 其中所述连接装置用于连接轮胎/车轮组件的车轮的盘部和车轮支撑构件的车轮支撑部。在JP-A-2005-M1470中所述的轮胎力检测设备中，应力通过弹性构件在车轮侧连接构件和车轴侧连接构件之间传递。在WO 2008/133353所述的轮胎力检测设备中，应力通过连接装置在车轮的盘部和车轮支撑部之间传递，并且检测施加至弹性构件和连接构件的应力。因此，当弹性构件和连接装置的刚度设定得较低使得在检测施加在轮胎上的力方面的S/N比增大时，轮胎/车轮组件的安装刚度减小。另一方面，当弹性构件和连接构件的刚度设定得较高以确保轮胎/车轮组件的良好的安装刚度时，在检测施加在轮胎上的力方面的S/N比减小并且很难以较高的精度检测施加在轮胎上的力。
发明内容
针对传统的轮胎力检测设备中的上述问题作出了本发明，其中传统的轮胎力检测设备配置为，使得在车轮侧构件和车轴侧构件之间传递的所有应力通过诸如弹性构件和连接构件之类的中间构件传递，并且检测施加至中间构件的应力。本发明提供了这样的轮胎力检测设备，其使由施加至置于车轮侧构件和车轴侧构件之间的弹性体的应力导致的应变增大并且检测该增大的应变，从而在确保轮胎/车轮组件的良好的安装刚度的同时、以比传统的轮胎力检测设备更高的精度检测施加在轮胎上的力。本发明的第一方面是一种轮胎力检测设备，其用于检测在轮胎的触地点处施加在轮胎上的力，其特征在于包括轮胎/车轮组件，其具有车轮和轮胎，车轮具有与轮胎/车轮组件的旋转轴线垂直地延伸的盘部，轮胎被保持在车轮的外周部上；车轮支撑构件，其用于经由车轮支撑部支撑车轮，使得车轮能够绕旋转轴线旋转，车轮支撑部由车体支撑成能够绕旋转轴线旋转，并且车轮支撑部相对于旋转轴线垂直地延伸；连接构件，其将车轮的盘部和车轮支撑构件的车轮支撑部连接；弹性体，其布置在盘部与车轮支撑部之间，弹性体包括
3柱体部和板状部，柱体部相对旋转轴线平行地延伸并在其相对两端处抵靠盘部和车轮支撑部，板状部在柱体部的相对两端之间与柱体部成为一体，并围绕柱体部延伸；应力检测器， 其通过检测板状部的应变来检测施加至弹性体的应力；以及计算单元，其基于检测到的应力来计算施加在轮胎上的力。根据上述第一方面，弹性体布置在车轮的盘部和车轮支撑构件的车轮支撑部之间。弹性体包括柱体部和板状部，柱体部相对于轮胎/车轮组件的旋转轴线平行地延伸并在其相对两端处抵靠盘部和车轮支撑部，板状部在柱体部的相对两端之间与柱体部成为一体并围绕柱体部延伸。通过检测板状部的应变来检测施加至弹性体的应力，并且基于所检测到的应力来计算施加在轮胎上的力。因此，由施加至弹性体的应力引起的柱体部的应变在板状部中得到放大，并且通过检测放大的应变来检测施加至弹性体的应力。由此，与其中没有设置板状部并且检测柱体部的应变的情况相比，检测施加至弹性体的应力的S/N比增大并且以较高的精度检测施加在轮胎上的力。此外，不需要过度减小弹性体的刚度来增大在检测施加至弹性体的应力方面的S/ N比。因此，与其中没有设置板状部并且检测柱体部的应变的情况相比，可以使柱体部的刚度更高，并且因此可以牢固地连接车轮的盘部和车轮支撑构件的车轮支撑部，以确保轮胎/ 车轮组件的良好的安装刚度。在上述第一方面中，可采用这样的配置，其中弹性体具有绕旋转轴线彼此间隔地布置的多个柱体部，以及将每对在周向上彼此相邻的柱体部一体地连接的板状部。根据上述配置，弹性体具有绕旋转轴线彼此间隔地布置的多个柱体部，以及将每对在周向上彼此相邻的柱体部一体地连接的板状部。因此，与其中多个柱体部没有通过板状部一体地连接的情况相比，可以减少零件的数量并且可以容易且有效率地安装弹性体。此外，在一个柱体部附近的区域中的板状部的移动受到在周向上与其相邻的柱体部的限制，因此与其中多个柱体部没有通过板状部一体地连接的情况相比，板状部的弹性变形量增大，使得可以增大检测施加至弹性体的应力的S/N比。在上述第一方面中，可采用这样的配置，其中板状部具有应力集中部，应力集中部通过使由于施加至弹性体的应力而施加至板状部的应力集中来使板状部的在其中设置应力检测器的区域中的应变增大。根据上述配置，在板状部中，由于施加至弹性体的应力而施加至板状部的应力在应力集中部处被集中，并且板状部的在其中设置有应力检测器的区域中的应变由于应力集中而增大。因此，与其中没有设置应力集中部情况相比，增大了在检测施加至弹性体的应力方面的S/N比，并且因此可以增大为获得希望的应力检测精度方面较重要的柱体部的刚度。在所述第一方面中，可采用这样的配置，其中当沿着旋转轴线观察时，应力检测器相对于柱体部的轴线布置在相对于轮胎/车轮组件的径向垂直的方向上。通常，当车轮的盘部和车轮支撑构件的车轮支撑部绕旋转轴线相对于彼此旋转时，柱体部和板状部的应变在相对于柱体部的轴线处于与轮胎/车轮组件的旋转方向垂直的方向上的区域中较大。根据上述配置，当沿着旋转轴线观察时应力检测器相对于柱体部的轴线布置在与轮胎/车轮组件的径向垂直的方向上，使得当车轮的盘部和车轮支撑构件的车轮支撑部绕旋转轴线相对于彼此旋转时、可以有效地检测施加至弹性体的应力。在上述第一方面中，可采用这样的配置，其中连接构件与旋转轴线平行地延伸，并且柱体部是连接构件穿过的中空筒。根据上述配置，连接构件相对于旋转轴线平行地延伸并且柱体部是连接构件穿过的中空筒，使得可以通过检测施加至弹性体的应力来推定施加至连接构件的应力，并且因此可以基于施加至连接构件的应力来推定施加在轮胎上的力。或者，在上述第一方面中，可采用这样的配置，其中柱体部相对于连接构件布置在绕旋转轴线的周向上。根据上述配置，柱体部相对于连接构件布置在绕旋转轴线的周向上，使得弹性体的位置和数量能够在不受连接构件的位置和数量所施加的制约的情况下进行设定，并且基于施加至弹性体的应力推定施加在轮胎上的力。此外，柱体部不限于中空柱体部而是可以具有实心结构。在上述第一方面中，可采用这样的配置，其中轮胎力检测设备还包括压应力限制构件，压应力限制构件承受从盘部和车轮支撑部向柱体部施加的压应力中的至少一部分， 从而限制施加至柱体部的压应力。根据上述配置，压应力限制构件承受从盘部和车轮支撑部向柱体部施加的压应力中的至少一部分，从而限制施加至柱体部的压应力。因此，与其中没有设置压应力限制构件的情况相比，可以在确保车轮的盘部与车轮支撑构件的车轮支撑部之间通过连接构件进行的牢固连接的同时，降低弹性体的刚度。因此，可以在确保轮胎/车轮组件的更好的安装刚度的同时，提高对施加在轮胎上的力的检测精度。在所述第一方面中，可采用这样的配置，其中计算单元基于施加至弹性体的应力来计算在弹性体处在轮胎/车轮组件的旋转方向上施加的应力，并基于在轮胎/车轮组件的旋转方向上施加的应力来计算在轮胎的触地点处在纵向上施加在轮胎上的力。根据上述配置，可靠地并且准确地计算在轮胎的触地点处在纵向上施加在轮胎上的力，即，纵向力。根据本发明的第二方面，在上述第一实施例中，应力检测器配置为检测在轮胎/ 车轮组件的旋转方向上施加至弹性体的应力。根据本发明的第三方面，在上述第一方面中，板状部与柱体部的轴线垂直地延伸。根据本发明的第四方面，在上述第一方面中，弹性体具有绕旋转轴线以等间隔布置的多个柱体部。根据本发明的第五方面，在上述第四方面中，弹性体具有绕旋转轴线以90度间隔布置的四个柱体部。根据本发明的第六方面，在上述第一方面中，轮胎力检测设备具有多个应力检测器，应力检测器对于各个柱体部检测围绕柱体部的板状部的应变以检测在轮胎/车轮组件的旋转方向上施加至弹性体的应力，并且计算单元配置为基于在轮胎/车轮组件的旋转方向上施加至弹性体的柱体部的应力的总和来计算在纵向上施加在轮胎上的力。根据本发明的第七方面，在上述第一方面中，板状部将全部柱体部一体地连接。根据本发明的第八方面，在上述第一方面中，应力检测器配置为板状部的在与柱体部的轴线垂直的方向上的表面部分的应变。根据本发明的第九方面，在上述第一方面中，在每个柱体部的轴线的相对两侧上设置一对应力检测器。根据本发明的第十方面，在上述第九方面中，所述一对应力检测器设置在相对于板状部的厚度中心位于同一侧的板状部表面上。
本发明的上述的以及更多的目标、特征和优点将参考附图从以下示例实施例的描述中变得清楚，其中类似的编号用来表示类似的元件并且其中图1是沿着经过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图2的I-I线)所取的剖视图，其示出了应用于驱动轮的根据本发明的轮胎力检测设备的第一实施例；图2是沿着图1的II - II线所取的剖视图，其示出了第一实施例的主要部分；图3是以夸大方式示出了在第一实施例中当剪切应力施加至柱体部时板状部的弹性变形的解释图；图4是示出了当从轮胎/车轮组件的轮毂盖侧观察时、在第一实施例中由检测元件检测到的应力的解释图；图5是沿着通过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图6的V-V线)所取的剖面图，其示出了根据本发明的轮胎力检测设备的第二实施例；图6是沿着图5的VI - VI线所取的剖面图，其示出了第二实施例的主要部分；图7是沿着图6的ΥΠ - ΥΠ线所取的剖面图，其示出了第二实施例的弹性体；图8是沿着通过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图9的VDI - VDI线)所取的剖视图，其示出了根据本发明的轮胎力检测设备的第三实施例；图9是沿着图8的IX - IX线所取的剖视图，其示出了第三实施例的弹性体的主要部分；图10是沿着通过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图11的X - X线)所取的剖面图，其示出了根据本发明的轮胎力检测设备的第四实施例；图11是沿着图10的XI-XI所取的剖面图，其示出了第四实施例的主要部分；图12是沿着图10的XII-XII线所取的局部剖面图，其示出了第四实施例的主要部分；图13是沿着通过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图14的ΧΙΙΙ-ΧΙΙΙ线) 所取的剖面图，其示出了根据本发明的轮胎力检测设备的第五实施例；并且图14是沿着图13的XIV-XIV线所取的剖面图，其示出了第五实施例的主要部分。
具体实施例方式下面将参考附图详细描述本发明的实施例。(第一实施例)图1是沿着经过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图2的I - I线)所取的剖视图，其示出了应用于驱动轮的根据本发明的用于检测施加在轮胎上的力的轮胎力检测设备的第一实施例。图2是沿着图1的II - II线所取的剖视图，其示出了第一实施例的主要部分。在图1中，编号10指代车辆(未示出)的轮胎/车轮组件，并且编号12指代轮胎力检测设备。轮胎/车轮组件10具有由金属制成的车轮16和主要由橡胶制成的轮胎18， 其中车轮16具有与旋转轴线14垂直地延伸的盘部16A，并且轮胎18由车轮16的周缘部 16B支撑。轮胎/车轮组件10由轮毂构件20支撑以可绕旋转轴线14旋转。轮胎力检测设备12与制动盘22 —起布置在轮胎/车轮组件10和轮毂构件20之间。轮毂构件20具有圆筒轴部沈和凸缘部观，其中轴部沈由轴承M支撑以可绕旋转轴线14旋转，凸缘部观与轴部形成为一体并且与旋转轴线14垂直。虽然在图1中未示出，但是轴承M由车身通过悬架构件支撑。轮胎/车轮组件10是驱动轮并且驱动轴30从与轮胎/车轮组件10相对的一侧插入到轴部26中。驱动轴30沿着旋转轴线14延伸以可绕旋转轴线14旋转并且通过压配合等牢固地连接到轴部沈。本发明的轮胎力检测设备所应用于的轮胎/车轮组件可以是从动轮。轮毂构件20与制动盘22的盘部22A共同用作车轮支撑构件。凸缘部28与盘部 22A共同界定车辆支撑部。环形弹性体32与旋转轴线14同轴地布置在盘部16A和盘部22A 之间。弹性体32包括四个基本圆筒形的柱体部32A和板状部32B，其中四个柱体部32A绕旋转轴线14以90度间隔布置并且板状部32B与柱体部32A为一体并且围绕柱体部延伸。 板状部32B设置在柱体部32A的相对的纵向端部之间的中间位置处。轮毂构件20和制动盘22可由诸如铁合金之类的具有高强度和高硬度的金属材料制成。车轮16可由诸如铝合金或者铁合金之类的具有相对较高强度和相对较高硬度的金属材料制成。弹性体32可由诸如铝合金之类的具有相对较高弹性的金属材料制成。柱体部32A的轴线32C相对于旋转轴线14平行地延伸并且柱体部32A的两端抵靠盘部16A和盘部22A。板状部32B绕旋转轴线14环状地并且与旋转轴线14垂直地延伸， 并且将四个柱体部32A连接为一体。板状部32B具有比轮毂构件20的轴部沈的内径大的内径并且具有比制动盘22的盘部22k的外径小的外径。封盖构件34布置在盘部16A和盘部22A之间。封盖构件34具有彼此一体的盘部 34A和圆筒部34B。封盖构件34具有以紧密接触地方式收纳板状部32B的孔34C，并且抵靠盘部16A。圆柱部34B围绕弹性体32、与旋转轴线14平行地延伸并且在与盘部34A相对的一侧的端部处抵靠盘部22A。0型密封圈35布置在圆柱部34B的端面上，其用于防止泥水和/或尘土通过在圆柱部34B和盘部22A之间的间隙进入到封盖构件34里面。在各个柱体部32A中设置了沿轴线32C延伸的具有圆形截面的孔36。用作连接装置的螺栓38穿过各个孔36。各个螺栓38的轴线沿着轴线32C延伸并且与轴线32C对准。 各个螺栓38的头部固定在凸缘部观的内表面上。在图1所示的实施例中，孔36具有与螺栓38松配合的较大直径部分以及与螺栓38基本上紧密接触的较小直径部分。各个螺栓38穿过轮毂构件20的凸缘部观、制动盘22的盘部22A、弹性体32的柱体部32A以及车轮16的盘部16A，并且延伸到盘部16A的外部。弹性体32A和封盖构件34 通过螺栓38以及拧紧到螺栓38上的螺母40被压缩在盘部16A和盘部22A之间。盘部16A 牢固地与凸缘部28和制动盘22连接为一体。检测元件42固定在柱体部32A的附近、弹性体32的板状部32B的表面上。如图 2所示，对于各个柱体部32A，检测元件42设置在相对于轴线32C处于与轮胎/车轮组件的径向方向垂直的方向上的位置处，即，在与经过旋转轴线14和轴线32C的平面44垂直地延伸的直线46上的位置处。在图中所示的实施例中，检测元件42在相对于板状部32B的沿其厚度方向上的中心的同一侧上设置在各个柱体部32A的沿直线46方向的相对两侧上。如其中夸大了变形的图3所示，当由于施加至轮胎/车轮组件10和轮毂构件20 的扭矩使得盘部16A和盘部22k绕旋转轴线14相对于彼此旋转时，剪切应力施加至弹性体 32的柱体部32A，使得轴线32C相对于盘部16A和盘部22A倾斜。因此，板状部32B的位于柱体部32A的在弹性体32周向上的相对两侧处的部分发生弹性弯曲，使得凹面部分受到压缩变形而凸面部分受到拉伸变形。板状部32B的弹性变形量与施加至柱体部32A的剪切应力成比例。施加至柱体部 32A的剪切应力与通过螺栓38在轮胎/车轮组件10和轮毂构件20之间传递的扭矩成比例。因此，通过检测在柱体部32A的相对两侧处板状部32B的弹性变形量，可以推定在对应的柱体部32A的位置处、通过螺栓38在盘部16A和盘部22A之间传递的周向力。各个检测元件42用作应力检测器，其类似于电阻应变片，输出指示与板状部32B 在直线46方向上的弹性应变对应的电流值的电流信号，从而检测在各个螺栓38的周向上的相对两侧沿直线46施加至板状部32B的表面部分的应力。封盖构件34具有与旋转轴线 14对准的较小直径部分48。轮毂构件20的轴部沈的外端部部分地装配到较小直径部分 48上。用作计算单元的电子电路装置50布置在封盖构件34的中心部分中。从各个检测元件42输出的电流信号经由导线52供给到电子电路装置50。可以认为，使板状部32B的表面部分压缩变形而形成凹状的应力以及使板状部 32B的表面部分拉伸变形而形成凸状的应力大小相同并且方向相反。此外，在各个柱体部 32A的在直线46方向上的相对两侧的变形彼此相反。因此，与各个柱体部32A相关联地设置的一对检测元件42在板状部32B的同一侧分别检测其正方向沿直线46彼此相反的板状部32B的弹性应变。如后面所描述的，电子电路装置50基于从检测元件42获得的电流信号、计算在螺栓38的位置处作用在盘部16A和盘部22A上的周向力Fxl至!^4。然后电子电路装置50 基于上述力Fxl至&4，计算与旋转轴线14垂直的纵向方向上的力纵向力)，纵向力 Fxt由路面56在轮胎18的触地面的中心P处施加在轮胎18上。然后电子电路装置50将指示纵向力Fxt的信号输出到车辆的控制器(图中未示出)。图4是示出了从轮胎/车轮组件10的轮毂盖侧观察到的第一实施例中由检测元件42检测到的应力的解释图。如图4所示，假设四个螺栓38是螺栓38a至38d，并且由放置在螺栓38a至38b的逆时针方向侧的检测元件42检测到的应力分别是fxll、fx21、fx31 以及fx41。此外，假设由放置在螺栓38a至38b的顺时针方向侧的检测元件42检测到的应力分别是 fxl2、fx22、fx32 以及 fx42。电子电路装置50利用下面的方程(1)至(4)计算在轮胎/车轮组件10的旋转方向上施加至螺栓38a至38d的中心的应力Fxl至1^x4 :Fxl = (fxll+fxl2)/2. . . (1) ；Fx2 = (fx21+fx22)/2. · · (2) ；Fx3 = (fx31+fx32)/2. · · (3)；以及 Fx4 = (fx41+fx42)/2. . . (4) 当基于轮胎/车轮组件10的旋转半径、旋转轴线14和轴线32C之间的距离等确定的系数是Ax (正的常量)时，由路面56在轮胎18的触地点的中心P处施加的纵向力Fxt 用下面的方程( 来表示。因此，电子电路装置50利用下面的方程( 来计算施加在轮胎18 上的纵向力 Fxt :Fxt = Ax(Fxl+Fx2+Fx3+Fx4). . · (5)。由于施加在轮胎/车轮组件10上的竖直力，柱体部32A接收竖直剪切力，使得由检测元件42检测到的力fxll至fx41以及fxl2至fx42具有由竖直剪切力引起的误差分量。然而，由竖直剪切力引起的误差分量的方向在轮胎/车轮组件10的旋转轴线14的在水平方向上的相对两侧上彼此相反。因此，方程(5)的计算可消除由竖直剪切力引起的误
差分量。由于施加在轮胎/车轮组件10上的横向力使得弯曲应力施加至柱体部32A，并且由检测元件42检测到的力fxll至fx41以及fxl2至fx42含有由弯曲应力引起的误差分量。然而，由弯曲应力引起的误差分量的方向在轮胎/车轮组件10的旋转轴线14的在垂直方向上的相对两侧上彼此相反。因此，方程(1)至(5)的计算消除了由弯曲应力引起的
误差分量。因此，可以在不受施加在轮胎/车轮组件10上的竖直力和/或横向力影响的情况下准确地计算施加在轮胎18上的纵向力ht，并且这样的操作和效果在后述的其他实施例的情况中也可以实现。根据图中所示的第一实施例，当扭矩施加在车轮16或者轮毂构件20上时，剪切应力施加至弹性体32的柱体部32A，并且可以基于由剪切应力的发生而伴随着板状部32B的弹性变形出现的应变来确定施加至各个螺栓38的位置处的、在轮胎/车轮组件10的旋转方向上的应力Fxl至&4。此外，可以基于这些应力准确地计算由路面56施加在轮胎18上的纵向力I7Xt。特别地，根据第一实施例，封盖构件34布置在盘部16A和盘部22A之间并且承受由盘部16A和盘部22A所施加的压应力的至少一部分。因此，封盖构件34用作压应力限制装置，其限制施加至弹性体32的柱体部32A的压应力。因此，与其中施加至柱体部32A的压应力不受封盖构件34限制的情况相比，可以在确保车轮16的盘部16A和轮毂构件20的凸缘部28之间的牢固连接的同时减小弹性体 32的刚度。因此，可以在确保轮胎/车轮组件10的良好的安装刚度的同时提高检测轮胎力的精度。这样的操作和效果在后述的第四和第五实施例的情况中也可以实现。根据第一实施例，一对检测元件42在每个柱体部32A的在轮胎/车轮组件10的周向上的相对两侧上设置在板状部32B的同侧表面上。利用上面的方程(1)至G)、以由各对检测元件42检测到的应力的平均值的形式计算在轮胎/车轮组件10的旋转方向上施加至螺栓38a至38d的中心的应力Fxl至1^x4。因此，与其中在各个柱体部32A的附近设置一个检测元件42的情况相比，可以更加准确地计算在各个柱体部32A的位置处施加至弹性体32的应力Fxl至&4。此外，与其中对柱体部32A的一部分设置检测元件42的情况相比，可以更加准确地计算施加在轮胎18 上的纵向力ht。这样的操作和效果在后述的其他实施例的情况中也可以实现。根据第一实施例，柱体部32A通过板状部32B彼此一体地连接并且因此弹性体32 是单个零件。因此，与其中板状部32B绕柱体部32A仅局部地存在并且因此四个柱体部32A 没有通过板状部32B —体地连接的情况相比，可以减少弹性体32的零件的数目并且更容易安装弹性体32。这样的操作和效果在除第四实施例以外的后述的其他实施例的情况中也可以实现。
根据第一实施例，柱体部32A在孔36的较小直径部分处实质上紧密地安装到螺栓 38上。因此，可以容易地并且可靠地将各个柱体部32A的轴线32C与对应的螺栓38的轴线对准。因此，可以容易地并且可靠地将弹性体32相对于盘部16A和盘部22k定位，并且可以准确地确定在各个柱体部32A的位置处施加至弹性体32的应力Fxl至&4。虽然在图中所示的第一实施例中封盖构件34也用作限制施加至弹性体32的柱体部32A的压应力的压应力限制装置，但是可以作出修改使得封盖构件34不具有压应力限制装置的功能。具体而言，可以作出这样的修改，使得柱体部32A通过并且延伸超出封盖构件 34的盘部34A之外并且因此封盖构件34不再承受由盘部16A和盘部22A施加的压应力。(第二实施例)图5是沿着通过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图6的V-V线)所取的剖面图，其示出了根据本发明的轮胎力检测设备的第二实施例的。图6是沿着图5的VI-VI 线所取的剖面图，其示出了第二实施例的主要部分。图7是沿着图6的VII-VII线所取的剖面图，其示出了第二实施例的弹性体。在图5至图7中，与图1和图2中所示的构件相同的构件用在图1和图2中使用的相同的编号指代。除了针对第二实施例描述的部分以外，结构与上述第一实施例的结构相同。这也适用于后述的其他实施例。在第二实施例中，没有设置与第一实施例的封盖构件34相对应的构件。设置在弹性体32的柱体部32A中的孔36具有在整个长度上不变的直径，并且孔36的直径大于螺栓 38的直径，使得孔36以松配合的方式收纳螺栓38。弹性体32的柱体部32A具有在轮胎/车轮组件10的径向方向上拉长的长圆形截面。在除了各个柱体部32A的沿其长轴的相对两端以外的部分中，弹性体32的柱体部32A 通过具有圆形截面的基部32D连接到板状部32B。基部32D的厚度小于柱体部32A沿着轴线32C的长度并且大于板状部32B的厚度。基部32D的半径Ra是柱体部32A的长轴的一半，并且因此半径Ra设定为比长度Rb (柱体部32A的短轴的一半)大的值。柱体部32A每个都在其径向内端具有定位用突出部58并且该定位用突出部58从柱体部32A径向向内地延伸。定位用突出部58的末端与其中结合有电子电路装置50的帽构件60的外周表面相抵靠，使得弹性体32的轴线与旋转轴线14对准并且孔36定位成与每个对应的螺栓38对准。此外，在板状部32B中、在周向上彼此相邻的两个柱体部32A之间设置槽口 62。槽口 62在两端上与一假想圆弧的切线平行地并直线地延伸到检测元件42的附近，其中该假想圆弧是当在轴向上观察时、通过孔36的轴线32C并且其圆心在旋转轴线14上的圆弧。槽口 62在板状部32B的厚度方向上延伸以在厚度方向上穿过板状部32B，并且槽口 62的两端
是等腰三角形。当应力施加至弹性体32并且板状部32B发生弹性变形时，应力在具有细长六边形的槽口 62的两端处集中，使得板状部32B的在设置有检测元件42的各个区域中的弹性变形量增大。因此，槽口 62通过使施加至板状部32B的应力集中来提供了使板状部32B的在设置有检测元件42的各个区域中的应变增大的应力集中部。槽口 62的形状不限于细长六边形。只要槽口能够使板状部32B的在设置有检测元件42的区域中的应变增大，槽口 62可以是诸如菱形或者三角形之类的任意形状。设置
10于在周向上彼此相邻的两个柱体部32A之间的槽口 62的数量不限于一个。例如，可以对于每个检测元件42在其附近设置一个槽口 62。此外，板状部32B的厚度可以设定为比在第一实施例的情况中的厚度大的值。根据图中所示的第二实施例，与在上述第一实施例的情况中一样，基于板状部32B 的应变来确定施加至螺栓38的位置处的在轮胎/车轮组件10的旋转方向上的应力Fxl至 Fx4,并且可以基于上述应力Fxl至Fx4准确地计算由路面56施加在轮胎18上的纵向力 Fxt0特别地，根据图中所示的第二实施例，柱体部32A具有在轮胎/车轮组件10的径向方向上拉长的长圆截面，并且在除了各个柱体部32A的沿其长轴的相对两端以外的部分中，柱体部32A通过具有圆形截面的基部32D连接到板状部32B。因此，与其中未设置基部 32D的情况相比，板状部32B的弹性变形量较小并且因此要求的弹性体32的刚度低于在其他实施例中要求的刚度。根据第二实施例，槽口 62设置于板状部32B中、在周向上彼此相邻的两个柱体部 32A之间的位置处，槽口 62用作使施加至板状部32B的应力集中的应力集中部。因此，板状部32B的在设置有检测元件42的各个区域中的应变通过槽口 62而增大，使得与其中没有设置槽口 62的情况相比，可以将板状部32B的厚度设定为更大的值。因此，可以减小在输送或者安装弹性体32时引起的板状部32B的不必要的变形。根据第二实施例，定位用突出部58的末端抵靠帽构件60的外周表面，从而将弹性体32定位。因此，与其中没有设置定位用突出部58的情况相比，可以容易地并且精确地定位弹性体32，使得弹性体32的轴线与旋转轴线14对准并且使孔36定位成与各个对应的螺栓38对准。(第三实施例)图8是沿着通过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图9的VIII-VIII线) 所取的剖视图，其示出了根据本发明的轮胎力检测设备的第三实施例。图9是沿着图8的 IX-IX线所取的剖视图，其示出了第三实施例的弹性体的主要部分。第三实施例是上述第二实施例的修改。在第三实施例中，弹性体32的柱体部32A 具有圆筒形状。弹性体32的板状部32B具有与上述第一实施例的情况相同的环形板状并且具有比其中结合有电子电路装置50的帽构件60的外径大的内径。设置在各个柱体部32A的孔36与上述第二实施例的情况相同在整个长度上具有不变的直径。孔36的直径实质上等于或者稍大于螺栓38的直径，使得孔36不是以压配的方式而是以实质上紧密接触的方式收纳螺栓38。板状部32B没有设置诸如上述第二实施例中的槽口 62之类的应力集中部。板状部32B的厚度设定为比第二实施例的板状部32B的厚度小的值。因此，根据图中所示的第三实施例，与上述第一和第二实施例的情况相同，基于板状部32B的应变来确定施加至螺栓38的位置处的在轮胎/车轮组件10的旋转方向上的应力Fxl至&4，并且可以基于上述应力Fxl至Fx4准确地计算由路面56施加在轮胎18上的纵向力I7Xt。特别地，根据第三实施例，柱体部32A具有简单的圆筒形并且板状部32B具有简单的环形。因此，板状部32B的形状比在其他实施例的情况中的板状部32B的形状简单并且因此可以以较低的成本生产弹性体32。根据第三实施例，柱体部32A以实质上紧密接触的方式收纳对应的螺栓38。因此可以在没有任何专用定位装置的情况下使弹性体32的轴线与旋转轴线14对准并且使柱体部32A的轴线32C与螺栓38的轴线对准。弹性体32可以修改成使得柱体部32A至少部分地以松配合的方式收纳各个对应的螺栓38。(第四实施例)图10是沿着通过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图11的X-X线)所取的剖面图，其示出了根据本发明的轮胎力检测设备的第四实施例。图11是沿着图10的VI-VI 线所取的剖面图，其示出了第四实施例的主要部分。图12是沿着图10的VII-VII线所取的局部剖面图，其示出了第四实施例的主要部分。第四实施例是上述第一实施例的修改。在第四实施例中，封盖构件34与上述第一实施例的情况相同地设置。弹性体32不具有绕旋转轴线14延伸的环形。四个弹性构件32 绕轮胎/车轮组件10的旋转轴线14、布置于在周向上以90度间隔彼此分开的位置处。弹性体32的柱体部32A没有穿过封盖构件34的盘部34A并且以轻微受压的状态放置在盘部34A和制动盘22的盘部22A之间。柱体部32A具有圆筒状。各个板状部32B 仅在围绕着柱体部32A的较小区域中延伸。各个弹性体32的板状部32B具有一对带状支撑部64，其与板状部32B为一体并且沿着直线46延伸，每个弹性体32相对于在径向上延伸的平面44对称。在封盖构件34的盘部34A的内侧面上、在沿直线46方向与各个柱体部32A间隔开的位置处一体地形成支撑底座66。支撑底座66的末端压配到设置在支撑底座66中的沟槽中。因此，弹性体32由支撑底座66以如下状态支撑，其中柱体部32A的孔36与收纳螺栓38并且设置在制动盘22 的盘部22A和封盖构件34的盘部34A中的孔对准。在盘部22A和盘部34A中的孔具有使得孔以紧密接触的方式收纳螺栓38的直径。孔36具有使得孔36以松配合的方式收纳螺栓38的直径。此外，电子电路装置50没有结合在封盖构件34中，并且其中结合有电子电路装置 50的帽构件60以其中帽构件60被部分地装配到轮毂构件20的轴部沈中的状态、布置在封盖构件；34的盘部34A和轴部沈之间。根据图中所示的第四实施例，与上述第一至第三实施例的情况相同，基于板状部 32B的应变来确定施加至螺栓38的位置处的在轮胎/车轮组件10的旋转方向上的应力Fxl 至&4，并且可以基于上述应力Fxl至Fx4准确地计算由路面56施加在轮胎18上的纵向力 Fxt0特别地，根据第四实施例，各个弹性体32的支撑部64的末端分别压配合到设置在支撑底座66中的沟槽中，从而使弹性体32固定到封盖构件34的盘部34A。因此，可以可靠地将弹性体32的柱体部32A的孔36与设置在24A和盘部34A中的、收纳螺栓38的孔对准，并且从而可以可靠地将柱体部32A的轴线32C与螺栓38的轴线对齐。根据第四实施例，柱体部32A在整个长度上以松配合的方式收纳螺栓38。因此，与其中柱体部32A至少部分地以紧密接触的方式收纳螺栓38的情况相比，可以更可靠地防止螺栓38阻碍柱体部32A和板状部32B的弹性变形。
根据第四实施例，设置了四个弹性体32并且其彼此间隔开。因此，与其中四个柱体部32A通过单个环形的板状部32B连接为一体的其他实施例的情况相比，可以更可靠地防止彼此相邻的柱体部32A相互影响周围的板状部32B的弹性变形。(第五实施例)图13是沿着通过轮胎/车轮组件的旋转轴线的剖切面(图14的XIII - XIII线) 所取的剖面图，其示出了根据本发明的轮胎力检测设备的第五实施例。图14是沿着图13 的XIV- XIV线所取的剖面图，其示出了第五实施例的主要部分。第五实施例是上述第三实施例的修改。在第五实施例中，与第三实施例的情况相同，弹性体32的柱体部32A具有圆筒形状。弹性体32的板状部32B与上述第一实施例的情况相同具有环形板状，并且具有比其中结合有电子电路装置50的帽构件60的外径大的内径。柱体部32A可以是实心柱体而不是圆筒。与上述第三实施例的情况相同，柱体部32A绕轮胎/车轮组件10的旋转轴线14 布置于在周向上以90度间隔彼此分开的位置处。以松配合的方式收纳螺栓38的孔68绕旋转轴线设置于在周向上以45度间隔彼此分开的位置处。环形盖板(未示出)可以布置成与制动盘22的盘部22A抵靠。在这种情况下，螺栓38穿过并且延伸超出盖板和弹性体32的板状部32B之外，并且螺栓38以紧密接触的方式安装到设置在板状部32B中的孔中。封盖构件34的圆筒部的末端以及各个柱体部32A 的一端抵靠盖板。注意，该盖板可以省略。根据图中所示的第五实施例，与上述第一至第四实施例的情况相同，基于板状部 32B的应变来确定施加至螺栓38的位置处的在轮胎/车轮组件10的旋转方向上的应力Fxl 至&4，并且可以基于上述应力Fxl至Fx4准确地计算由路面56施加在轮胎18上的纵向力 Fxt0特别地，根据第五实施例，柱体部32A没有安装到螺栓38上并且在轮胎/车轮组件10的周向上与螺栓38间隔开。因此，可以在没有由螺栓38导致的对柱体部32A的位置的制约的情况下计算由路面56施加在轮胎18上的纵向力ht。根据第五实施例，螺栓38以紧密接触的方式安装到设置在板状部32B中的孔中。 因此可以可靠地将弹性体32的轴线与旋转轴线14对准并且同时可以容易地并且准确地将柱体部32A定位在预定位置处。在上述描述中，已详细说明了本发明的具体的实施例。然而，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员应该清楚，在本发明的范围内各种其他的实施例是可以的。例如，虽然在上述第二和第三实施例中没有设置封盖构件，但是可以设置例如与第一实施例的封盖构件34相似的封盖构件。另一方面，可以从第一、第四和第五实施例中省略封盖构件34。虽然在所述第一实施例中，柱体部32A通过并且延伸超出封盖构件34之外，但是柱体部32A的端部可以抵靠封盖构件34的盘部34A。另一方面，与第一实施例的情况相同， 在第四和第五实施例中，柱体部32A可以穿过并且延伸超出封盖构件34之外。虽然在所述第二和第三实施例中没有设置对施加至弹性体32的柱体部32A的压应力进行限制的压应力限制装置，但是在这些实施例中也可以设置压应力限制装置。例如， 可以采用这样的装置，其中帽构件60设置有与车轮16的盘部16A抵靠的肩部使得帽构件60用作对施加至弹性体32的柱体部32A的压应力进行限制的压应力限制装置。在上述实施例中，柱体部32A的横截面是圆形或者长圆形。然而，柱体部32A的横截面可以是诸如多边形或者椭圆形之类的任何形状。类似地，在除了第四实施例以外的上述实施例中板状部32B是环形板状，但是板状部32B可以是诸如多边形之类的任何形状。虽然在上述实施例的情况中没有进行基于弹性体32的温度对应力的校正，但是可以作出这样的修改，其中检测弹性体32的温度特别是板状部32B的温度，并且可以基于检测到的温度校正在轮胎/车轮组件10的旋转方向上施加的应力fxll等或者应力Fxl至 Fx4。虽然在上述实施例中没有计算由路面56施加在轮胎18上的竖直力，但是由设置在各个柱体部32A的相对两侧上的一对检测元件42检测到的应力之间的差随着轮胎/车轮组件10的旋转以正弦曲线变化，使得由路面56施加在轮胎18上的竖直力可以基于应力之差的正弦变化通过矩阵运算来计算。虽然已经参考本发明的示例实施例描述了本发明，但是应该理解本发明不限于所述实施例或者结构。相反，本发明意图覆盖各种修改和等同的布置。此外，虽然在各种组合和配置中示出了示例实施例的各种元件，但是其他组合和配置也在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种轮胎力检测设备，其用于检测在轮胎的触地点处施加在所述轮胎上的力，其特征在于包括轮胎/车轮组件，其具有车轮和轮胎，所述车轮具有相对于所述轮胎/车轮组件的旋转轴线垂直地延伸的盘部，所述轮胎被保持在所述车轮的外周部上；车轮支撑构件，其用于经由车轮支撑部支撑所述车轮，使得所述车轮能够绕所述旋转轴线旋转，所述车轮支撑部由车体支撑成能够绕所述旋转轴线旋转，并且所述车轮支撑部相对于所述旋转轴线垂直地延伸；连接构件，其将所述车轮的所述盘部和所述车轮支撑构件的所述车轮支撑部连接；弹性体，其布置在所述盘部与所述车轮支撑部之间，所述弹性体包括柱体部和板状部， 所述柱体部相对于所述旋转轴线平行地延伸并在其相对两端处抵靠所述盘部和所述车轮支撑部，所述板状部在所述柱体部的相对两端之间与所述柱体部成为一体，并围绕所述柱体部延伸；应力检测器，其通过检测所述板状部的应变来检测施加至所述弹性体的应力；以及计算单元，其基于检测到的所述应力来计算施加在所述轮胎上的所述力。
2.根据权利要求1所述的轮胎力检测设备，其中，所述弹性体具有绕所述旋转轴线彼此间隔地布置的多个柱体部，以及将每对在周向上彼此相邻的所述柱体部一体地连接的所述板状部。
3.根据权利要求1或2所述的轮胎力检测设备，其中，所述板状部具有应力集中部，所述应力集中部通过使由于施加至所述弹性体的所述应力而施加至所述板状部的应力集中来使所述板状部的在其中设置所述应力检测器的区域中的应变增大。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轮胎力检测设备，其中，当沿着所述旋转轴线观察时，所述应力检测器相对于所述柱体部的轴线布置在与所述轮胎/车轮组件的径向垂直的方向上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎力检测设备，其中，所述连接构件相对于所述旋转轴线平行地延伸，并且所述柱体部是所述连接构件穿过的中空筒。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的轮胎力检测设备，其中，所述柱体部相对于所述连接构件布置在绕所述旋转轴线的周向上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轮胎力检测设备，还包括压应力限制构件，所述压应力限制构件承受从所述盘部和所述车轮支撑部向所述柱体部施加的压应力中的至少一部分，从而限制施加至所述柱体部的压应力。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的轮胎力检测设备，其中，所述计算单元基于施加至所述弹性体的所述应力来计算在所述弹性体处在所述轮胎/车轮组件的旋转方向上施加的应力，并基于在所述轮胎/车轮组件的旋转方向上施加的所述应力来计算在所述轮胎的所述触地点处在纵向上施加在所述轮胎上的力。
全文摘要
一种轮胎力检测设备(12)推定在车辆中的轮胎的触地点处施加在轮胎上的力，该车辆包括轮胎/车轮组件(10)，其具有车轮(16)以及被保持在车轮(16)的外周部上的轮胎(18)；以及车轮支撑构件，其经由车轮支撑部(28)可旋转地支撑车轮(16)。轮胎力检测设备包括弹性体(32)，其布置在车轮(16)与车轮支撑部(28)之间，弹性体包括柱体部(32A)和板状部(32B)，每个柱体部在其相对两端处抵靠车轮(16)和车轮支撑部(28)，板状部与柱体部成为一体并围绕柱体部延伸；应力检测器(42)，其通过检测板状部的应变来检测施加至弹性体的应力；以及电子电路装置(50)，其基于检测到的应力来计算施加在轮胎上的力。
文档编号G01M17/02GK102239398SQ200980148779
公开日2011年11月9日 申请日期2009年12月1日 优先权日2008年12月3日
发明者吉内茂裕, 矶野宏 申请人:丰田自动车株式会社, 松下电器产业株式会社