ホイール回転位置検出装置及びホイール６分力測定システム
【課題】低コスト且つ簡易な構成により、ホイールの回転位置を検出するホイール回転位置検出装置、及びホイールに加わる外力を６分力荷重計の検出値とホイールの回転位置の検出値とに基づいて算出するホイール６分力測定装置を提供する。
【解決手段】ホイールリム６０の側面のホイール３の回転軸を中心とする円周上に、第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニット８０〜８７と、ホイールディスク６１が締結されるハブ３０を回転自在に保持するナックルに取り付けられた非回転部材７０のホイール３の回転時に磁気センサユニット８０〜８７と対向する位置に、前記第１の間隔の範囲で前記第１の間隔よりも短い第２の間隔で設けられた複数個の磁石９０と、複数の磁気センサユニット８０〜８７による磁石９０の検出回数の計数値に基づいて、ホイール３の回転位置を把握する回転位置把握手段とを備える。
【解決手段】ホイールリム６０の側面のホイール３の回転軸を中心とする円周上に、第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニット８０〜８７と、ホイールディスク６１が締結されるハブ３０を回転自在に保持するナックルに取り付けられた非回転部材７０のホイール３の回転時に磁気センサユニット８０〜８７と対向する位置に、前記第１の間隔の範囲で前記第１の間隔よりも短い第２の間隔で設けられた複数個の磁石９０と、複数の磁気センサユニット８０〜８７による磁石９０の検出回数の計数値に基づいて、ホイール３の回転位置を把握する回転位置把握手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールの回転位置を検出するホイール回転位置検出装置、及び車両走行時にホイールが受ける外力を測定するホイール６分力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、タイヤのホイールに６分力荷重計を取り付けて車両を走行させ、走行中の６分力荷重計の検出値により、ホイールが路面から受ける外力を直交する３軸（ｘ：車両走行方向、ｙ：車軸方向、ｚ：鉛直方向）方向の分力、及びその回りの３モーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を測定するホイール６分力測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる測定装置においては、６分力荷重計は第１の軸を車軸方向に合わせて取り付けられ、該第１の軸と直交する第２の軸の鉛直方向からの傾き（θ）を検出するために、ロータリーエンコーダ等のホイールの回転位置を検出する手段が備えられている。そして、６分力荷重計の検出データに、該傾き（θ）に基づく回転座標変換を施して、上記直交３軸方向の分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）、及びその回りの３モーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）が算出される。
【特許文献１】特開２００２−３９７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ホイール６分力測定装置においては、上述したようにホイールの回転位置を検出する手段を備える必要がある。しかし、ホイールの回転位置の検出手段として一般的なロータリーエンコーダは高価である。さらに、上記特許文献１に記載されたホイール６分力測定装置においては、回転位置の検出手段をホイール内に収めているため、ホイールやハブの形状に応じた角度検出装置を専用に設計する必要があり、角度検出手段の構成が複雑になると共にコストも高くなるという不都合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、低コスト且つ簡易な構成により、ホイールの回転位置を検出するホイール回転位置検出装置、及びホイールに加わる外力を６分力荷重計の検出値とホイールの回転位置の検出値とに基づいて算出するホイール６分力測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明のホイール回転位置検出装置は、タイヤが装着されるホイールリムと車両のハブへの取り付け部であるホイールディスクとを有するホイールの回転位置を検出する回転位置検出装置であって、前記ホイールと一体に回転する回転部分と、前記ホイールを回転自在に保持する保持部材に設けられた非回転部分とのうちのいずれか一方の、前記ホイールの回転軸を中心とする所定円周上に第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニットと、前記回転部分と前記非回転部分のうちの前記磁気センサユニットが設けられていない側の、前記ホイールの回転時に前記磁気センサユニットと対向する位置に、前記第１の間隔の範囲に前記第１の間隔よりも短い第２の間隔をもって配設された複数の磁石と、前記複数の磁気センサユニットによる前記磁石の検出信号に基づいて、前記ホイールの回転位置を把握する回転位置把握手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
かかる本発明によれば、前記ホイールと共に回転する回転部分と前記ホイールを回転自在に保持する非回転部分のうちのいずれか一方に、比較的コストの安い前記磁気センサユニットを複数設けることにより、前記磁気センサユニットと対向する該回転部分又は該非回転部分には、前記第１の間隔の範囲内で複数の磁石を設ければよい。そして、前記ホイールの回転に伴って、前記複数の磁気センサユニットにより前記磁石が連続的に検出され、前記回転把握手段は各磁気センサの検出信号から前記ホイールの回転位置を把握することができる。この場合、前記複数の磁気センサユニットが設けられた前記所定円周上の全ての部分に亘って磁石を設ける必要がなく、コストを抑えた簡易な構成により前記ホイールの回転位置を検出することができる。
【０００８】
また、前記磁気センサユニットは、検出した磁気の大きさ及び方向に応じた磁気検出信号を出力する２個の磁気検出素子を、第３の間隔をもって前記所定円周上に配置して構成され、前記磁石は、前記第３の間隔の２倍の間隔をもって、前記磁気検出素子と対向する磁極の向きを交互に反転させて配設され、前記回転位置把握手段は、前記磁気センサユニットの２個の前記磁気検出素子の磁気検出信号により、前記ホイールの回転方向を把握することを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記磁気センサユニットを構成する前記２個の磁気検出素子から出力される磁気検出信号は、９０度の位相差を有する２相の正弦波となる。そして、前記ホイールの回転方向に応じて、該２相の正弦波のうちの位相が進む正弦波が切り換わる。そのため、前記回転位置把握手段は、前記２個の磁気検出素子の磁気検出信号から、前記ホイールの回転方向を把握することができる。
【００１０】
また、前記複数の磁気センサユニットのうちのいずれかが、原点位置検出用センサとして予め設定され、前記回転位置把握手段は、該原点位置検出用センサにより前記磁石のうちの所定番目の磁石が検出された位置を前記ホイールの回転原点位置として、前記ホイールの回転位置を把握することを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記ホイールの回転原点位置を検出するための検出手段を別個に備える必要がないため、ホイール回転位置検出装置のコストをさらに抑制することができる。
【００１２】
また、前記磁気検出信号を、前記磁気検出信号の変動範囲内で所定位相間隔ごとに設定された複数段階の閾値と比較し、前記磁気検出信号のレベルが上昇するときは、次の段階の閾値以上となるごとに出力レベルを反転させ、前記磁気検出信号のレベルが低下するときには、手前の段階の閾値以下となるごとに出力を反転させて、パルス信号を出力する逓倍手段を備え、前記回転位置把握手段は、該逓倍手段の出力パルス数の計数値に基づいて前記ホイールの回転位置を把握することを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記逓倍手段により前記磁気検出信号の１周期が複数個のパルス信号に分解して出力され、前記回転位置把握手段により該パルス信号の計数値に基づいて前記ホイールの回転位置が把握されるため、前記ホイールの回転位置の検出分解能を高めることができる。そして、これにより、前記ホイールの回転位置を精度良く検出することができる。
【００１４】
また、前記磁気検出信号の振幅の変化に応じて、前記複数段階の閾値を補正する閾値補正手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
かかる本発明によれば、周囲環境の変化等により前記磁気検出信号の振幅が変化した場合に、該変化に応じて前記複数段階の閾値を補正することによって、前記逓倍手段により出力されるパルス信号の周期の変動が抑制されるため、前記磁気検出信号の振幅の変化の影響による前記ホイールの回転位置の検出精度の悪化を防止するこができる。
【００１６】
また、前記磁気センサユニットが設けられる前記回転部分は前記ホイールリムの内周面であり、前記保持部材は前記ホイールディスクが締結されるハブが接続された車軸を前記ホイールリムの内側で回転自在に保持するナックルであって、前記磁石が設けられる前記非回転部分は該ナックルの外周部分であることを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明によれば、既設部材である前記ホイールリムと前記ナックルを利用してホイール回転位置検出装置を前記ホイールリムの内側で構成することができる。この場合、前記磁気センサユニットや磁石を設けるための専用の部材が不要であるため、かかる部材により車両の幅が大きくなり、公道走行に問題が生じることを防止することができる。
【００１８】
また、本発明のホイール６分力測定システムは、タイヤが装着されるホイールリムとハブへの取り付け部であるホイールディスクとを有するホイールが、車両走行時に受ける外力を測定するホイール６分力測定システムであって、前記ホイールディスクに装着されて、直交３軸（ｕ，ｖ，ｗ）方向の分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びその回りのモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）を検出する６分力荷重計と、前記ホイールと一体に回転する回転部分に、前記ホイールの回転軸を中心とする所定円周上に第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニットと、前記ホイールを回転自在に保持する保持部材に設けられた非回転部分の、前記ホイールの回転時に前記磁気センサユニットと対向する位置に、前記第１の間隔の範囲で前記第１の間隔よりも短い第２の間隔をもって配設された複数の磁石と、前記６分力荷重計による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データと、前記磁気センサユニットによる前記磁石の検出データとを送信する送信手段と、該送信手段から送信された前記磁気センサユニットによる前記磁石の検出データを受信して、前記複数の磁気センサユニットによる前記磁石の検出回数の計数値に基づいて、前記ホイールの回転位置を把握する回転位置把握手段と、前記送信手段から送信された前記６分力荷重計による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データを受信して、該分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及び該モーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）に対して、前記回転位置把握手段により把握された前記ホイールの回転位置に基づく回転座標変換を行って、車両進行方向の分力（Ｆx）及び回りのモーメント（Ｍx）と、車軸方向の分力（Ｆy）及びその回りのモーメント（Ｍy）と、鉛直方向の分力（Ｆz）及びその回りのモーメント（Ｍz）とを把握するホイール６分力把握手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記６分力荷重計が前記ホイールディスクに装着され、前記磁気センサユニットも前記ホイールと共に回転する回転部分に設けられる。そのため、前記６分力荷重計の検出データと前記磁気センサユニットの検出データの双方を、前記送信手段により送信することができ、前記磁気センサユニットを前記ホイールを回転自在に保持する非回転部分に設けた場合のように、前記６分力荷重計の検出データを送信する手段と前記磁気センサユニットの検出データを送信する手段を別個に設ける必要がない。そして、前記回転位置把握手段により前記ホイールの回転位置を把握して、前記ホイール６分力把握手段により、固定座標の分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）及びモーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について、図１〜図７を参照して説明する。図１はホイール６分力測定システムの全体構成図及び６分力荷重計の装着状態の説明図、図２はホイール回転位置検出装置の構成図、図３はホイール回転位置検出装置の作動説明図、図４は磁気センサユニットに備えられた磁気検出素子から出力される磁気検出信号の推移を示したグラフ、図５はデータ転送ユニットの構成図、図６は磁気検出信号及び逓倍により生成したＡ相パルス信号及びＢ相パルス信号の出力の推移を示したグラフ、図７はホイール回転位置検出装置の他の実施の形態における構成図である。
【００２１】
図１を参照して、ホイール６分力測定システムは、車両１の走行時にタイヤ２を介してホイール３が路面から受ける外力を、車両進行方向のｘ軸と車軸方向のｙ軸と鉛直方向のｚ軸という直交３軸方向の３分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）と、これらの軸回りの３モーメント成分（Ｍx，Ｍy，Ｍz）により測定するものであり、６分力荷重計４と、後述するホイール回転位置検出装置（図２参照）と、後述するデータ転送ユニット（図５参照）と、データロガー１０とにより構成される。
【００２２】
そして、直交３分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）とその回りの３モーメント成分（Ｍu，Ｍv，Ｍw）を検出する６分力荷重計４は、ｖ軸の方向を車軸方向（ｙ軸方向）に合わせてタイヤ２のホイール３に装着される。
【００２３】
図１（ｂ）を参照して、６分力荷重計４は、ホイール３のホイールディスク６１に穿設されたネジ穴２０に、６分力荷重計４の貫通穴２１を介してボルト２２を螺着することによりホイールディスク６１に締結される。車両１の車軸（図示しない）に連結されたハブ３０にはボルト３１が立設されており、ボルト３１をハブアダプタ４０の貫通穴４１に貫通させてナット４２を螺着させることにより、ハブアダプタ４０がハブ３０に締結される。そして、ハブアダプタ４０に立設されたボルト４３を、６分力荷重計４の貫通穴５０に貫通させ、ワッシャ５１を嵌めてナット５２を螺着することにより、６分力荷重計４がハブアダプタ４０に締結される。
【００２４】
なお、６分力荷重計４による直交３分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）とその回りの３モーメント成分（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データは、後述するデータ転送ユニット１００（図５参照）により、データロガー１０に無線送信される。
【００２５】
次に、６分力荷重計４による回転座標系の直交３分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）とその回りの３モーメント成分（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データから、測定対象である静止座標系の直交３分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）とその回りの３モーメント成分（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を求めるには、鉛直方向（ｚ軸方向）に対するｕ軸方向の傾きθを検出して、座標変換処理を行う必要がある。そこで、図２に示したように、ホイール３のホイールリム６０の側面に、４５度の間隔をもって、磁気検出素子８０ａと８０ｂからなる磁気センサユニット８０と、磁気検出素子８１ａと８１ｂからなる磁気センサユニット８１と、磁気検出素子８２ａと８２ｂからなる磁気センサユニット８２と、磁気検出素子８３ａと８３ｂからなる磁気センサユニット８３と、磁気検出素子８４ａと８４ｂからなる磁気センサユニット８４と、磁気検出素子８５ａと８５ｂからなる磁気センサユニット８５と、磁気検出素子８６ａと８６ｂからなる磁気センサユニット８６と、磁気検出素子８７ａと８７ｂからなる磁気センサユニット８７とが設けられている。
【００２６】
また、ホイール３が装着されるハブ３０と連結された車軸（図示しない）を回転自在に保持するナックル（図示しない）の一部であるか又はナックルに装着された部材である非回転部材７０のホイールリム６０の側面と対向する面には、９個の磁石９０が配設されている。そして、磁石９０と磁気センサユニット８０〜８７は、ホイール３をハブに締結してホイール３を回転させたときに、磁石９０が磁気センサユニット８０〜８７と対向して、磁石９０が磁気センサユニット８０〜８７により検出される位置に設けられている。
【００２７】
また、図３（ａ）に示したように、磁石９０は磁気センサユニット８０〜８７と対向する面の磁極の向き（Ｎ極、Ｓ極）を交互に反転させて配設されており、隣接する磁石９０間の間隔Ｗ2は、各磁気センサユニット８０〜８７における磁気検出素子間の間隔Ｗ1の２倍に設定されている。また、図３（ｂ）に示したように、磁石９０はホイール３の全周に亘る位置に対応して配設されておらず、隣接する磁気センサユニットの間隔に対応した間隔ｍの範囲内にのみ配設されている。
【００２８】
そして、このように磁気センサユニット８０〜８７が配設されたホイール３を、図３（ａ）及び図３（ｂ）のＬ1の方向に回転させると、図４に示したように、各磁気センサユニット８０〜８７の磁気検出素子８０ａ〜８７ａから、順次磁気検出信号が出力される。
【００２９】
図４は、図３（ｂ）を参照して、磁気検出ユニット８０の磁気検出素子８０ａが図中Ｌ1の方向の先頭の磁石９０ａ（本発明の所定番目の磁石に相当する）と対向した位置を、ホイール３の回転位置θの原点位置（θ＝０度、静止座標系のｚ軸と回転座標系のｕ軸の向きが一致する位置）として、ホイール３を回転させたときの磁気検出素子８０ａ〜８７ａの磁気検出信号の推移を示している。
【００３０】
なお、奇数番目の磁気検出素子８１ａ，８３ａ，８５ａ，８７ａについては磁気検出信号の出力波形を反転させた上で、磁気検出素子８１ａ〜８７ａの出力波形を加算することで、図４に示したように、ホイール３の１回転に亘る連続波形を得ることができる。
【００３１】
この場合、０＜θ≦４５度の範囲では磁気検出素子８０ａによる磁石９０の検出個数（＝磁気検出信号の極値の数）を計数し、４５度＜θ≦９０度の範囲では磁気検出素子８１ａによる磁石９０の検出個数を計数し、９０度＜θ≦１３５度の範囲では磁気検出素子８２ａによる磁石９０の検出個数を計数し、１３５度＜θ≦１８０度の範囲では磁気検出素子８３ａによる磁石９０の検出個数を計数し、１８０度＜θ≦２２５度の範囲では磁気検出素子８４ａによる磁石９０の検出個数を計数し、２２５度＜θ≦２７０度の範囲では磁気検出素子８５ａによる磁石９０の検出個数を計数し、２７０度＜θ≦３１５度の範囲では磁気検出素子８６ａによる磁石９０の検出個数を計数し、３１５度＜θ≦３６０度の範囲では磁気検出素子８７ａによる磁石９０の検出個数を計数する。
【００３２】
そして、磁気検出素子８０ａ〜８７ａによる原点位置（θ＝０度）からの磁石９０の計数値の累計値をＣＴ1とすると、ホイール３の回転位置θは以下の式（１）により算出することができる。
【００３３】
θ ＝ ＣＴ1×５（度） ・・・・・（１）
また、ホイールリム６０の内周面又はホイールディスク６１の裏面のホイール３と一体に回転する部分には、図５に示したデータ転送ユニット１００が設けられている。データ転送ユニット１００は、マイクロコンピュータ１０３と無線通信ユニット１１０を備えた電子ユニットであり、６分力荷重計４及び磁気センサユニット８０〜８７と接続されている。そして、マイクロコンピュータ１０３は、バッファアンプ１０１とＡ／Ｄコンバータ１０２を介して、６分力荷重計４から出力される分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）とモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）のアナログ検出信号をデジタルデータ化して入力する。
【００３４】
また、マイクロコンピュータ１０３は、磁気センサユニット８０〜８７の磁気検出素子（図中ＭＳ）８０ａ，８０ｂ，…，８７ａ，８７ｂから出力されるアナログの磁気検出信号を、バッファアンプ１０４及びＡ／Ｄコンバータ１０５を介して、デジタルデータ化して入力する。そして、マイクロコンピュータ１０３は、入力した分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出信号のデータと、磁気検出信号のデータを、無線通信ユニット１１０を介してデータロガー１０に無線送信する。
【００３５】
データロガー１０は、データ転送ユニット１００との間で無線によるデータ通信を行う機能を有し、データ転送ユニット１００から受信した磁気検出信号のデータに基づいてホイール３の回転位置θを把握する回転位置把握手段１１と、データ転送ユニット１００から受信した分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）に対して、該回転位置θに基づく座標変換を行って静止座標系の分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）及びモーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を把握するホイール６分力把握手段１２とを備えている。
【００３６】
回転位置把握手段１１は、各磁気センサユニット８０〜８７の磁気検出素子８０ａ，８０ｂ〜８７ａ，８７ｂの磁気検出信号データを、磁気検出信号の変動幅（−Ａ0〜Ａ0、図６参照）内で設定した閾値Ｅ1（＝Ａ0sinπ/5），Ｅ2（＝Ａ0sinπ/10），Ｅ3（＝０），Ｅ4（＝−Ａ0sinπ/10），Ｅ5（＝−Ａ0sinπ/5）と比較して、Ａ相及びＢ相の５逓倍パルス信号を得る。なお、このようにＡ相及びＢ相の５逓倍パルス信号を生成する機能が、本発明の逓倍手段に相当する。
【００３７】
図６に示したグラフの上段は、例えば磁気センサユニット８０の磁気検出素子８０ａの磁気検出信号Ｍａと、磁気検出素子８０ｂの磁気検出信号Ｍｂの変化を示したものであり、横軸がホイール３の回転位置（θ）に設定され、縦軸が磁気検出信号のレベル（Ａ）に設定されている。
【００３８】
また、図６に示したグラフの下段は、ＭａとＭｂを上述した５段階の閾値Ｅ1〜Ｅ5と比較して、Ｍａ，Ｍｂのレベルが上昇する過程では該レベルが次の段階の閾値以上となる毎に、また、該レベルが低下する過程では該レベルが手前の段階の閾値以下となる毎に、出力を交互に反転させて生成した５逓倍のＡ相パルス信号とＢ相パルス信号を示している。ここで、図６はホイール３が図３（ａ）及び図３（ｂ）のＬ1の方向に回転しているときの磁気検出素子８０ａと８０ｂの磁気検出信号と、５逓倍のＡ相パルス信号とＢ相パルス信号の推移を示しており、この場合は、Ａ相パルス信号の位相はＢ相パルス信号に対して９０度進んでいる。
【００３９】
一方、ホイール３が図３（ａ）及び図３（ｂ）のＬ1と逆の方向に回転しているときには、Ａ相パルス信号の位相がＢ相パルス信号に対して９０度遅れる。そのため、このようにＡ相パルス信号とＢ相パルス信号を生成して、どちらの位相が進んでいるかを確認することにより、回転位置把握手段１１は、ホイール３の回転方向を検知することができる。
【００４０】
ここで、５逓倍パルス信号（Ａ相パルス出力及びＢ相パルス出力）の１パルスあたりの角度は、１０度／５＝２度となる。そして、Ａ相パルス出力及びＢ相パルス出力の１周期はＨＩＧＨとＬＯＷの期間によって２分割されているので１度の分解能を得ることができる。さらに、Ａ相パルス出力とＢ相パルス出力の位相差が０．５度に相当することを利用して、結果的に０．５度の分解能で回転位置を検知することができる。このようにして、回転位置把握手段１１は、Ａ相パルス出力及びＢ相パルス出力の組み合わせにより、０．５度の分解能を有するパルス信号のカウントアップ／カウントダウンを行なって、ホイール３の回転位置を把握する。
【００４１】
なお、Ｅ1〜Ｅ5は固定値としてもいいが、Ａ0の変動に応じて変更するようにしてもよい。また、閾値の設定を５段階よりも細かく設定することにより、逓倍数を増加させて角度検出の分解能を高めることができる。
【００４２】
回転位置把握手段１１は、０＜θ≦４５度の範囲では磁気検出素子８０ａ，８０ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号（Ａ相パルス出力及びＢ相パルス出力）の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、４５度＜θ≦９０度の範囲では磁気検出素子８１ａ，８１ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、９０度＜θ≦１３５度の範囲では磁気検出素子８２ａ，８２ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、１３５度＜θ≦１８０度の範囲では磁気検出素子８３ａ，８３ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数する。
【００４３】
また、同様に、回転位置把握手段１１は、１８０度＜θ≦２２５度の範囲では磁気検出素子８４ａ，８４ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、２２５度＜θ≦２７０度の範囲では磁気検出素子８５ａ，８５ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、２７０度＜θ≦３１５度の範囲では磁気検出素子８６ａ，８６ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、３１５度＜θ≦３６０度の範囲では磁気検出素子８７ａ，８７ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数する。
【００４４】
そして、回転位置把握手段１１は、ホイール３の回転位置θの原点（θ＝０度）からの各磁気検出素子８０ａ，８０ｂ〜８７ａ，８７ｂの磁気検出信号に応じた５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、計数値の累積値ＣＴ5に基づいて、以下の式（２）によりホイール３の回転位置θを把握する。
【００４５】
θ＝ＣＴ5×０．５（度） ・・・・・（２）
次に、図７を参照して、磁気センサ８０〜８７と磁石９０の他の取付け態様として、磁気センサ８０〜８７をホイールリム６０の内周面に配設し、車両のナックル（図示しない）等に装着した非回転部材９５に、ホイール３がハブ（図示しない）に装着されたときに磁気センサ８０〜８７と対向する位置に磁石９０を配設する構成としてもよい。この場合にも、図２に示した態様と同様に、ホイール３の回転に応じて磁気センサ８０〜８７から磁気検出信号を得ることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、磁気センサユニット８０〜８７をホイール３側（回転部分側）に設けて磁石９０をナックル側（非回転部分側）に設けたが、逆に磁気センサユニット８０〜８７をナックル側に設けて磁石をホイール側に設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、磁気センサユニット８０〜８７をホイール３のホイールリム６０に設けたが、ホイール３の回転軸を中心とする円周上であれば、ホイールディスク６１等の他の回転部分に設けてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態では、データ転送ユニット１００からデータロガー１０に、６分力力荷重計４による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データと、磁気センサユニット８０〜８７による磁気検出信号のデータを無線送信したが、スリップリングを用いて有線送信するようにしてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態では、データロガー１０に回転位置把握手段１１とホイール６分力把握手段１２を備えたが、回転位置把握手段１１をデータ転送ユニット１００に設けてもよい。この場合、マイクロコンピュータ１０３は、ホイール３の回転位置θを把握しながら、６分力荷重計４による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データの入力タイミングを決定することができる。
【００５０】
また、回転位置把握手段１１と共に、ホイール６分力把握手段１２をデータ転送ユニット１００に設けてもよい。この場合、データ転送ユニット１００からデータロガー１０に、静止座標系の分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）及びモーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）の測定データを送信することができるため、データロガー１０における演算処理の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】ホイール６分力測定システムの全体構成図及び６分力荷重計の装着状態の説明図。
【図２】ホイール回転位置検出装置の構成図。
【図３】ホイール回転位置検出装置の作動説明図。
【図４】磁気センサユニットに備えられた磁気検出素子から出力される磁気検出信号の推移を示したグラフ。
【図５】データ転送ユニットの構成図。
【図６】逓倍により生成したＡ相パルス信号及びＢ相パルス信号の出力の推移を示したグラフ。
【図７】ホイール回転位置検出手段の他の実施の形態における構成図。
【符号の説明】
【００５２】
１…車両、２…タイヤ、３…ホイール、４…６分力荷重計、１０…データロガー、１１…回転位置把握手段、１２…ホイール６分力把握手段、３０…ハブ、４０…ハブアダプタ、６０…ホイールリム、６１…ホイールディスク、７０…非回転部材、８０〜８７…磁気センサユニット、８０ａ〜８７ａ…磁気検出素子、８０ｂ〜８７ｂ…磁気検出素子、９０…磁石、９５…非回転部材、１００…データ転送ユニット、１１０…無線通信ユニット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホイールの回転位置を検出するホイール回転位置検出装置、及び車両走行時にホイールが受ける外力を測定するホイール６分力測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、タイヤのホイールに６分力荷重計を取り付けて車両を走行させ、走行中の６分力荷重計の検出値により、ホイールが路面から受ける外力を直交する３軸（ｘ：車両走行方向、ｙ：車軸方向、ｚ：鉛直方向）方向の分力、及びその回りの３モーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を測定するホイール６分力測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
かかる測定装置においては、６分力荷重計は第１の軸を車軸方向に合わせて取り付けられ、該第１の軸と直交する第２の軸の鉛直方向からの傾き（θ）を検出するために、ロータリーエンコーダ等のホイールの回転位置を検出する手段が備えられている。そして、６分力荷重計の検出データに、該傾き（θ）に基づく回転座標変換を施して、上記直交３軸方向の分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）、及びその回りの３モーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）が算出される。
【特許文献１】特開２００２−３９７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ホイール６分力測定装置においては、上述したようにホイールの回転位置を検出する手段を備える必要がある。しかし、ホイールの回転位置の検出手段として一般的なロータリーエンコーダは高価である。さらに、上記特許文献１に記載されたホイール６分力測定装置においては、回転位置の検出手段をホイール内に収めているため、ホイールやハブの形状に応じた角度検出装置を専用に設計する必要があり、角度検出手段の構成が複雑になると共にコストも高くなるという不都合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、低コスト且つ簡易な構成により、ホイールの回転位置を検出するホイール回転位置検出装置、及びホイールに加わる外力を６分力荷重計の検出値とホイールの回転位置の検出値とに基づいて算出するホイール６分力測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、本発明のホイール回転位置検出装置は、タイヤが装着されるホイールリムと車両のハブへの取り付け部であるホイールディスクとを有するホイールの回転位置を検出する回転位置検出装置であって、前記ホイールと一体に回転する回転部分と、前記ホイールを回転自在に保持する保持部材に設けられた非回転部分とのうちのいずれか一方の、前記ホイールの回転軸を中心とする所定円周上に第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニットと、前記回転部分と前記非回転部分のうちの前記磁気センサユニットが設けられていない側の、前記ホイールの回転時に前記磁気センサユニットと対向する位置に、前記第１の間隔の範囲に前記第１の間隔よりも短い第２の間隔をもって配設された複数の磁石と、前記複数の磁気センサユニットによる前記磁石の検出信号に基づいて、前記ホイールの回転位置を把握する回転位置把握手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
かかる本発明によれば、前記ホイールと共に回転する回転部分と前記ホイールを回転自在に保持する非回転部分のうちのいずれか一方に、比較的コストの安い前記磁気センサユニットを複数設けることにより、前記磁気センサユニットと対向する該回転部分又は該非回転部分には、前記第１の間隔の範囲内で複数の磁石を設ければよい。そして、前記ホイールの回転に伴って、前記複数の磁気センサユニットにより前記磁石が連続的に検出され、前記回転把握手段は各磁気センサの検出信号から前記ホイールの回転位置を把握することができる。この場合、前記複数の磁気センサユニットが設けられた前記所定円周上の全ての部分に亘って磁石を設ける必要がなく、コストを抑えた簡易な構成により前記ホイールの回転位置を検出することができる。
【０００８】
また、前記磁気センサユニットは、検出した磁気の大きさ及び方向に応じた磁気検出信号を出力する２個の磁気検出素子を、第３の間隔をもって前記所定円周上に配置して構成され、前記磁石は、前記第３の間隔の２倍の間隔をもって、前記磁気検出素子と対向する磁極の向きを交互に反転させて配設され、前記回転位置把握手段は、前記磁気センサユニットの２個の前記磁気検出素子の磁気検出信号により、前記ホイールの回転方向を把握することを特徴とする。
【０００９】
かかる本発明によれば、詳細は後述するが、前記磁気センサユニットを構成する前記２個の磁気検出素子から出力される磁気検出信号は、９０度の位相差を有する２相の正弦波となる。そして、前記ホイールの回転方向に応じて、該２相の正弦波のうちの位相が進む正弦波が切り換わる。そのため、前記回転位置把握手段は、前記２個の磁気検出素子の磁気検出信号から、前記ホイールの回転方向を把握することができる。
【００１０】
また、前記複数の磁気センサユニットのうちのいずれかが、原点位置検出用センサとして予め設定され、前記回転位置把握手段は、該原点位置検出用センサにより前記磁石のうちの所定番目の磁石が検出された位置を前記ホイールの回転原点位置として、前記ホイールの回転位置を把握することを特徴とする。
【００１１】
かかる本発明によれば、前記ホイールの回転原点位置を検出するための検出手段を別個に備える必要がないため、ホイール回転位置検出装置のコストをさらに抑制することができる。
【００１２】
また、前記磁気検出信号を、前記磁気検出信号の変動範囲内で所定位相間隔ごとに設定された複数段階の閾値と比較し、前記磁気検出信号のレベルが上昇するときは、次の段階の閾値以上となるごとに出力レベルを反転させ、前記磁気検出信号のレベルが低下するときには、手前の段階の閾値以下となるごとに出力を反転させて、パルス信号を出力する逓倍手段を備え、前記回転位置把握手段は、該逓倍手段の出力パルス数の計数値に基づいて前記ホイールの回転位置を把握することを特徴とする。
【００１３】
かかる本発明によれば、前記逓倍手段により前記磁気検出信号の１周期が複数個のパルス信号に分解して出力され、前記回転位置把握手段により該パルス信号の計数値に基づいて前記ホイールの回転位置が把握されるため、前記ホイールの回転位置の検出分解能を高めることができる。そして、これにより、前記ホイールの回転位置を精度良く検出することができる。
【００１４】
また、前記磁気検出信号の振幅の変化に応じて、前記複数段階の閾値を補正する閾値補正手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
かかる本発明によれば、周囲環境の変化等により前記磁気検出信号の振幅が変化した場合に、該変化に応じて前記複数段階の閾値を補正することによって、前記逓倍手段により出力されるパルス信号の周期の変動が抑制されるため、前記磁気検出信号の振幅の変化の影響による前記ホイールの回転位置の検出精度の悪化を防止するこができる。
【００１６】
また、前記磁気センサユニットが設けられる前記回転部分は前記ホイールリムの内周面であり、前記保持部材は前記ホイールディスクが締結されるハブが接続された車軸を前記ホイールリムの内側で回転自在に保持するナックルであって、前記磁石が設けられる前記非回転部分は該ナックルの外周部分であることを特徴とする。
【００１７】
かかる本発明によれば、既設部材である前記ホイールリムと前記ナックルを利用してホイール回転位置検出装置を前記ホイールリムの内側で構成することができる。この場合、前記磁気センサユニットや磁石を設けるための専用の部材が不要であるため、かかる部材により車両の幅が大きくなり、公道走行に問題が生じることを防止することができる。
【００１８】
また、本発明のホイール６分力測定システムは、タイヤが装着されるホイールリムとハブへの取り付け部であるホイールディスクとを有するホイールが、車両走行時に受ける外力を測定するホイール６分力測定システムであって、前記ホイールディスクに装着されて、直交３軸（ｕ，ｖ，ｗ）方向の分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びその回りのモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）を検出する６分力荷重計と、前記ホイールと一体に回転する回転部分に、前記ホイールの回転軸を中心とする所定円周上に第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニットと、前記ホイールを回転自在に保持する保持部材に設けられた非回転部分の、前記ホイールの回転時に前記磁気センサユニットと対向する位置に、前記第１の間隔の範囲で前記第１の間隔よりも短い第２の間隔をもって配設された複数の磁石と、前記６分力荷重計による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データと、前記磁気センサユニットによる前記磁石の検出データとを送信する送信手段と、該送信手段から送信された前記磁気センサユニットによる前記磁石の検出データを受信して、前記複数の磁気センサユニットによる前記磁石の検出回数の計数値に基づいて、前記ホイールの回転位置を把握する回転位置把握手段と、前記送信手段から送信された前記６分力荷重計による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データを受信して、該分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及び該モーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）に対して、前記回転位置把握手段により把握された前記ホイールの回転位置に基づく回転座標変換を行って、車両進行方向の分力（Ｆx）及び回りのモーメント（Ｍx）と、車軸方向の分力（Ｆy）及びその回りのモーメント（Ｍy）と、鉛直方向の分力（Ｆz）及びその回りのモーメント（Ｍz）とを把握するホイール６分力把握手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
かかる本発明によれば、前記６分力荷重計が前記ホイールディスクに装着され、前記磁気センサユニットも前記ホイールと共に回転する回転部分に設けられる。そのため、前記６分力荷重計の検出データと前記磁気センサユニットの検出データの双方を、前記送信手段により送信することができ、前記磁気センサユニットを前記ホイールを回転自在に保持する非回転部分に設けた場合のように、前記６分力荷重計の検出データを送信する手段と前記磁気センサユニットの検出データを送信する手段を別個に設ける必要がない。そして、前記回転位置把握手段により前記ホイールの回転位置を把握して、前記ホイール６分力把握手段により、固定座標の分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）及びモーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について、図１〜図７を参照して説明する。図１はホイール６分力測定システムの全体構成図及び６分力荷重計の装着状態の説明図、図２はホイール回転位置検出装置の構成図、図３はホイール回転位置検出装置の作動説明図、図４は磁気センサユニットに備えられた磁気検出素子から出力される磁気検出信号の推移を示したグラフ、図５はデータ転送ユニットの構成図、図６は磁気検出信号及び逓倍により生成したＡ相パルス信号及びＢ相パルス信号の出力の推移を示したグラフ、図７はホイール回転位置検出装置の他の実施の形態における構成図である。
【００２１】
図１を参照して、ホイール６分力測定システムは、車両１の走行時にタイヤ２を介してホイール３が路面から受ける外力を、車両進行方向のｘ軸と車軸方向のｙ軸と鉛直方向のｚ軸という直交３軸方向の３分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）と、これらの軸回りの３モーメント成分（Ｍx，Ｍy，Ｍz）により測定するものであり、６分力荷重計４と、後述するホイール回転位置検出装置（図２参照）と、後述するデータ転送ユニット（図５参照）と、データロガー１０とにより構成される。
【００２２】
そして、直交３分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）とその回りの３モーメント成分（Ｍu，Ｍv，Ｍw）を検出する６分力荷重計４は、ｖ軸の方向を車軸方向（ｙ軸方向）に合わせてタイヤ２のホイール３に装着される。
【００２３】
図１（ｂ）を参照して、６分力荷重計４は、ホイール３のホイールディスク６１に穿設されたネジ穴２０に、６分力荷重計４の貫通穴２１を介してボルト２２を螺着することによりホイールディスク６１に締結される。車両１の車軸（図示しない）に連結されたハブ３０にはボルト３１が立設されており、ボルト３１をハブアダプタ４０の貫通穴４１に貫通させてナット４２を螺着させることにより、ハブアダプタ４０がハブ３０に締結される。そして、ハブアダプタ４０に立設されたボルト４３を、６分力荷重計４の貫通穴５０に貫通させ、ワッシャ５１を嵌めてナット５２を螺着することにより、６分力荷重計４がハブアダプタ４０に締結される。
【００２４】
なお、６分力荷重計４による直交３分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）とその回りの３モーメント成分（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データは、後述するデータ転送ユニット１００（図５参照）により、データロガー１０に無線送信される。
【００２５】
次に、６分力荷重計４による回転座標系の直交３分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）とその回りの３モーメント成分（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データから、測定対象である静止座標系の直交３分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）とその回りの３モーメント成分（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を求めるには、鉛直方向（ｚ軸方向）に対するｕ軸方向の傾きθを検出して、座標変換処理を行う必要がある。そこで、図２に示したように、ホイール３のホイールリム６０の側面に、４５度の間隔をもって、磁気検出素子８０ａと８０ｂからなる磁気センサユニット８０と、磁気検出素子８１ａと８１ｂからなる磁気センサユニット８１と、磁気検出素子８２ａと８２ｂからなる磁気センサユニット８２と、磁気検出素子８３ａと８３ｂからなる磁気センサユニット８３と、磁気検出素子８４ａと８４ｂからなる磁気センサユニット８４と、磁気検出素子８５ａと８５ｂからなる磁気センサユニット８５と、磁気検出素子８６ａと８６ｂからなる磁気センサユニット８６と、磁気検出素子８７ａと８７ｂからなる磁気センサユニット８７とが設けられている。
【００２６】
また、ホイール３が装着されるハブ３０と連結された車軸（図示しない）を回転自在に保持するナックル（図示しない）の一部であるか又はナックルに装着された部材である非回転部材７０のホイールリム６０の側面と対向する面には、９個の磁石９０が配設されている。そして、磁石９０と磁気センサユニット８０〜８７は、ホイール３をハブに締結してホイール３を回転させたときに、磁石９０が磁気センサユニット８０〜８７と対向して、磁石９０が磁気センサユニット８０〜８７により検出される位置に設けられている。
【００２７】
また、図３（ａ）に示したように、磁石９０は磁気センサユニット８０〜８７と対向する面の磁極の向き（Ｎ極、Ｓ極）を交互に反転させて配設されており、隣接する磁石９０間の間隔Ｗ2は、各磁気センサユニット８０〜８７における磁気検出素子間の間隔Ｗ1の２倍に設定されている。また、図３（ｂ）に示したように、磁石９０はホイール３の全周に亘る位置に対応して配設されておらず、隣接する磁気センサユニットの間隔に対応した間隔ｍの範囲内にのみ配設されている。
【００２８】
そして、このように磁気センサユニット８０〜８７が配設されたホイール３を、図３（ａ）及び図３（ｂ）のＬ1の方向に回転させると、図４に示したように、各磁気センサユニット８０〜８７の磁気検出素子８０ａ〜８７ａから、順次磁気検出信号が出力される。
【００２９】
図４は、図３（ｂ）を参照して、磁気検出ユニット８０の磁気検出素子８０ａが図中Ｌ1の方向の先頭の磁石９０ａ（本発明の所定番目の磁石に相当する）と対向した位置を、ホイール３の回転位置θの原点位置（θ＝０度、静止座標系のｚ軸と回転座標系のｕ軸の向きが一致する位置）として、ホイール３を回転させたときの磁気検出素子８０ａ〜８７ａの磁気検出信号の推移を示している。
【００３０】
なお、奇数番目の磁気検出素子８１ａ，８３ａ，８５ａ，８７ａについては磁気検出信号の出力波形を反転させた上で、磁気検出素子８１ａ〜８７ａの出力波形を加算することで、図４に示したように、ホイール３の１回転に亘る連続波形を得ることができる。
【００３１】
この場合、０＜θ≦４５度の範囲では磁気検出素子８０ａによる磁石９０の検出個数（＝磁気検出信号の極値の数）を計数し、４５度＜θ≦９０度の範囲では磁気検出素子８１ａによる磁石９０の検出個数を計数し、９０度＜θ≦１３５度の範囲では磁気検出素子８２ａによる磁石９０の検出個数を計数し、１３５度＜θ≦１８０度の範囲では磁気検出素子８３ａによる磁石９０の検出個数を計数し、１８０度＜θ≦２２５度の範囲では磁気検出素子８４ａによる磁石９０の検出個数を計数し、２２５度＜θ≦２７０度の範囲では磁気検出素子８５ａによる磁石９０の検出個数を計数し、２７０度＜θ≦３１５度の範囲では磁気検出素子８６ａによる磁石９０の検出個数を計数し、３１５度＜θ≦３６０度の範囲では磁気検出素子８７ａによる磁石９０の検出個数を計数する。
【００３２】
そして、磁気検出素子８０ａ〜８７ａによる原点位置（θ＝０度）からの磁石９０の計数値の累計値をＣＴ1とすると、ホイール３の回転位置θは以下の式（１）により算出することができる。
【００３３】
θ ＝ ＣＴ1×５（度） ・・・・・（１）
また、ホイールリム６０の内周面又はホイールディスク６１の裏面のホイール３と一体に回転する部分には、図５に示したデータ転送ユニット１００が設けられている。データ転送ユニット１００は、マイクロコンピュータ１０３と無線通信ユニット１１０を備えた電子ユニットであり、６分力荷重計４及び磁気センサユニット８０〜８７と接続されている。そして、マイクロコンピュータ１０３は、バッファアンプ１０１とＡ／Ｄコンバータ１０２を介して、６分力荷重計４から出力される分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）とモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）のアナログ検出信号をデジタルデータ化して入力する。
【００３４】
また、マイクロコンピュータ１０３は、磁気センサユニット８０〜８７の磁気検出素子（図中ＭＳ）８０ａ，８０ｂ，…，８７ａ，８７ｂから出力されるアナログの磁気検出信号を、バッファアンプ１０４及びＡ／Ｄコンバータ１０５を介して、デジタルデータ化して入力する。そして、マイクロコンピュータ１０３は、入力した分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出信号のデータと、磁気検出信号のデータを、無線通信ユニット１１０を介してデータロガー１０に無線送信する。
【００３５】
データロガー１０は、データ転送ユニット１００との間で無線によるデータ通信を行う機能を有し、データ転送ユニット１００から受信した磁気検出信号のデータに基づいてホイール３の回転位置θを把握する回転位置把握手段１１と、データ転送ユニット１００から受信した分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）に対して、該回転位置θに基づく座標変換を行って静止座標系の分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）及びモーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）を把握するホイール６分力把握手段１２とを備えている。
【００３６】
回転位置把握手段１１は、各磁気センサユニット８０〜８７の磁気検出素子８０ａ，８０ｂ〜８７ａ，８７ｂの磁気検出信号データを、磁気検出信号の変動幅（−Ａ0〜Ａ0、図６参照）内で設定した閾値Ｅ1（＝Ａ0sinπ/5），Ｅ2（＝Ａ0sinπ/10），Ｅ3（＝０），Ｅ4（＝−Ａ0sinπ/10），Ｅ5（＝−Ａ0sinπ/5）と比較して、Ａ相及びＢ相の５逓倍パルス信号を得る。なお、このようにＡ相及びＢ相の５逓倍パルス信号を生成する機能が、本発明の逓倍手段に相当する。
【００３７】
図６に示したグラフの上段は、例えば磁気センサユニット８０の磁気検出素子８０ａの磁気検出信号Ｍａと、磁気検出素子８０ｂの磁気検出信号Ｍｂの変化を示したものであり、横軸がホイール３の回転位置（θ）に設定され、縦軸が磁気検出信号のレベル（Ａ）に設定されている。
【００３８】
また、図６に示したグラフの下段は、ＭａとＭｂを上述した５段階の閾値Ｅ1〜Ｅ5と比較して、Ｍａ，Ｍｂのレベルが上昇する過程では該レベルが次の段階の閾値以上となる毎に、また、該レベルが低下する過程では該レベルが手前の段階の閾値以下となる毎に、出力を交互に反転させて生成した５逓倍のＡ相パルス信号とＢ相パルス信号を示している。ここで、図６はホイール３が図３（ａ）及び図３（ｂ）のＬ1の方向に回転しているときの磁気検出素子８０ａと８０ｂの磁気検出信号と、５逓倍のＡ相パルス信号とＢ相パルス信号の推移を示しており、この場合は、Ａ相パルス信号の位相はＢ相パルス信号に対して９０度進んでいる。
【００３９】
一方、ホイール３が図３（ａ）及び図３（ｂ）のＬ1と逆の方向に回転しているときには、Ａ相パルス信号の位相がＢ相パルス信号に対して９０度遅れる。そのため、このようにＡ相パルス信号とＢ相パルス信号を生成して、どちらの位相が進んでいるかを確認することにより、回転位置把握手段１１は、ホイール３の回転方向を検知することができる。
【００４０】
ここで、５逓倍パルス信号（Ａ相パルス出力及びＢ相パルス出力）の１パルスあたりの角度は、１０度／５＝２度となる。そして、Ａ相パルス出力及びＢ相パルス出力の１周期はＨＩＧＨとＬＯＷの期間によって２分割されているので１度の分解能を得ることができる。さらに、Ａ相パルス出力とＢ相パルス出力の位相差が０．５度に相当することを利用して、結果的に０．５度の分解能で回転位置を検知することができる。このようにして、回転位置把握手段１１は、Ａ相パルス出力及びＢ相パルス出力の組み合わせにより、０．５度の分解能を有するパルス信号のカウントアップ／カウントダウンを行なって、ホイール３の回転位置を把握する。
【００４１】
なお、Ｅ1〜Ｅ5は固定値としてもいいが、Ａ0の変動に応じて変更するようにしてもよい。また、閾値の設定を５段階よりも細かく設定することにより、逓倍数を増加させて角度検出の分解能を高めることができる。
【００４２】
回転位置把握手段１１は、０＜θ≦４５度の範囲では磁気検出素子８０ａ，８０ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号（Ａ相パルス出力及びＢ相パルス出力）の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、４５度＜θ≦９０度の範囲では磁気検出素子８１ａ，８１ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、９０度＜θ≦１３５度の範囲では磁気検出素子８２ａ，８２ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、１３５度＜θ≦１８０度の範囲では磁気検出素子８３ａ，８３ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数する。
【００４３】
また、同様に、回転位置把握手段１１は、１８０度＜θ≦２２５度の範囲では磁気検出素子８４ａ，８４ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、２２５度＜θ≦２７０度の範囲では磁気検出素子８５ａ，８５ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、２７０度＜θ≦３１５度の範囲では磁気検出素子８６ａ，８６ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、３１５度＜θ≦３６０度の範囲では磁気検出素子８７ａ，８７ｂの磁気検出信号に基づく５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数する。
【００４４】
そして、回転位置把握手段１１は、ホイール３の回転位置θの原点（θ＝０度）からの各磁気検出素子８０ａ，８０ｂ〜８７ａ，８７ｂの磁気検出信号に応じた５逓倍パルス信号の組み合わせによる０．５度の分解能を有するパルス信号を計数し、計数値の累積値ＣＴ5に基づいて、以下の式（２）によりホイール３の回転位置θを把握する。
【００４５】
θ＝ＣＴ5×０．５（度） ・・・・・（２）
次に、図７を参照して、磁気センサ８０〜８７と磁石９０の他の取付け態様として、磁気センサ８０〜８７をホイールリム６０の内周面に配設し、車両のナックル（図示しない）等に装着した非回転部材９５に、ホイール３がハブ（図示しない）に装着されたときに磁気センサ８０〜８７と対向する位置に磁石９０を配設する構成としてもよい。この場合にも、図２に示した態様と同様に、ホイール３の回転に応じて磁気センサ８０〜８７から磁気検出信号を得ることができる。
【００４６】
なお、本実施の形態では、磁気センサユニット８０〜８７をホイール３側（回転部分側）に設けて磁石９０をナックル側（非回転部分側）に設けたが、逆に磁気センサユニット８０〜８７をナックル側に設けて磁石をホイール側に設けるようにしてもよい。
【００４７】
また、磁気センサユニット８０〜８７をホイール３のホイールリム６０に設けたが、ホイール３の回転軸を中心とする円周上であれば、ホイールディスク６１等の他の回転部分に設けてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態では、データ転送ユニット１００からデータロガー１０に、６分力力荷重計４による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データと、磁気センサユニット８０〜８７による磁気検出信号のデータを無線送信したが、スリップリングを用いて有線送信するようにしてもよい。
【００４９】
また、本実施の形態では、データロガー１０に回転位置把握手段１１とホイール６分力把握手段１２を備えたが、回転位置把握手段１１をデータ転送ユニット１００に設けてもよい。この場合、マイクロコンピュータ１０３は、ホイール３の回転位置θを把握しながら、６分力荷重計４による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データの入力タイミングを決定することができる。
【００５０】
また、回転位置把握手段１１と共に、ホイール６分力把握手段１２をデータ転送ユニット１００に設けてもよい。この場合、データ転送ユニット１００からデータロガー１０に、静止座標系の分力（Ｆx，Ｆy，Ｆz）及びモーメント（Ｍx，Ｍy，Ｍz）の測定データを送信することができるため、データロガー１０における演算処理の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】ホイール６分力測定システムの全体構成図及び６分力荷重計の装着状態の説明図。
【図２】ホイール回転位置検出装置の構成図。
【図３】ホイール回転位置検出装置の作動説明図。
【図４】磁気センサユニットに備えられた磁気検出素子から出力される磁気検出信号の推移を示したグラフ。
【図５】データ転送ユニットの構成図。
【図６】逓倍により生成したＡ相パルス信号及びＢ相パルス信号の出力の推移を示したグラフ。
【図７】ホイール回転位置検出手段の他の実施の形態における構成図。
【符号の説明】
【００５２】
１…車両、２…タイヤ、３…ホイール、４…６分力荷重計、１０…データロガー、１１…回転位置把握手段、１２…ホイール６分力把握手段、３０…ハブ、４０…ハブアダプタ、６０…ホイールリム、６１…ホイールディスク、７０…非回転部材、８０〜８７…磁気センサユニット、８０ａ〜８７ａ…磁気検出素子、８０ｂ〜８７ｂ…磁気検出素子、９０…磁石、９５…非回転部材、１００…データ転送ユニット、１１０…無線通信ユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤが装着されるホイールリムと車両のハブへの取り付け部であるホイールディスクとを有するホイールの回転位置を検出する回転位置検出装置であって、
前記ホイールと一体に回転する回転部分と、前記ホイールを回転自在に保持する保持部材に設けられた非回転部分とのうちのいずれか一方の、前記ホイールの回転軸を中心とする所定円周上に第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニットと、
前記回転部分と前記非回転部分のうちの前記磁気センサユニットが設けられていない側の、前記ホイールの回転時に前記磁気センサユニットと対向する位置に、前記第１の間隔の範囲に前記第１の間隔よりも短い第２の間隔をもって配設された複数の磁石と、
前記複数の磁気センサユニットによる前記磁石の検出信号に基づいて、前記ホイールの回転位置を把握する回転位置把握手段とを備えたことを特徴とするホイール回転位置検出装置。
【請求項２】
前記磁気センサユニットは、検出した磁気の大きさ及び方向に応じた磁気検出信号を出力する２個の磁気検出素子を、第３の間隔をもって前記所定円周上に配置して構成され、
前記磁石は、前記第３の間隔の２倍の間隔をもって、前記磁気検出素子と対向する磁極の向きを交互に反転させて配設され、
前記回転位置把握手段は、前記磁気センサユニットの２個の前記磁気検出素子の磁気検出信号により、前記ホイールの回転方向を把握することを特徴とする請求項１記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項３】
前記複数の磁気センサユニットのうちのいずれかが、原点位置検出用センサとして予め設定され、
前記回転位置把握手段は、該原点位置検出用センサにより前記磁石のうちの所定番目の磁石が検出された位置を前記ホイールの回転原点位置として、前記ホイールの回転位置を把握することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項４】
前記磁気検出信号を、前記磁気検出信号の変動範囲内で所定位相間隔ごとに設定された複数段階の閾値と比較し、前記磁気検出信号のレベルが上昇するときは、次の段階の閾値以上となるごとに出力レベルを反転させ、前記磁気検出信号のレベルが低下するときには、手前の段階の閾値以下となるごとに出力を反転させて、パルス信号を出力する逓倍手段を備え、
前記回転位置把握手段は、該逓倍手段の出力パルス数の計数値に基づいて前記ホイールの回転位置を把握することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出信号の振幅の変化に応じて、前記複数段階の閾値を補正する閾値補正手段を備えたことを特徴とする請求項４記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項６】
前記磁気センサユニットが設けられる前記回転部分は前記ホイールリムの内周面であり、前記保持部材は前記ホイールディスクが締結されるハブが接続された車軸を前記ホイールリムの内側で回転自在に保持するナックルであって、前記磁石が設けられる前記非回転部分は該ナックルの外周部分であることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項７】
タイヤが装着されるホイールリムとハブへの取り付け部であるホイールディスクとを有するホイールが、車両走行時に受ける外力を測定するホイール６分力測定システムであって、
前記ホイールディスクに装着されて、直交３軸（ｕ，ｖ，ｗ）方向の分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びその回りのモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）を検出する６分力荷重計と、
前記ホイールと一体に回転する回転部分に、前記ホイールの回転軸を中心とする所定円周上に第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニットと、
前記ホイールを回転自在に保持する保持部材に設けられた非回転部分の、前記ホイールの回転時に前記磁気センサユニットと対向する位置に、前記第１の間隔の範囲で前記第１の間隔よりも短い第２の間隔をもって配設された複数個の磁石と、
前記６分力荷重計による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データと、前記磁気センサユニットによる前記磁石の検出データとを送信する送信手段と、
該送信手段から送信された前記磁気センサユニットによる前記磁石の検出データを受信して、前記複数の磁気センサユニットによる前記磁石の検出回数の計数値に基づいて、前記ホイールの回転位置を把握する回転位置把握手段と、
前記送信手段から送信された前記６分力荷重計による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データを受信して、該分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及び該モーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）に対して、前記回転位置把握手段により把握された前記ホイールの回転位置に基づく回転座標変換を行って、車両進行方向の分力（Ｆx）及び回りのモーメント（Ｍx）と、車軸方向の分力（Ｆy）及びその回りのモーメント（Ｍy）と、鉛直方向の分力（Ｆz）及びその回りのモーメント（Ｍz）とを把握するホイール６分力把握手段とを備えたことを特徴とするホイール６分力測定システム。
【請求項１】
タイヤが装着されるホイールリムと車両のハブへの取り付け部であるホイールディスクとを有するホイールの回転位置を検出する回転位置検出装置であって、
前記ホイールと一体に回転する回転部分と、前記ホイールを回転自在に保持する保持部材に設けられた非回転部分とのうちのいずれか一方の、前記ホイールの回転軸を中心とする所定円周上に第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニットと、
前記回転部分と前記非回転部分のうちの前記磁気センサユニットが設けられていない側の、前記ホイールの回転時に前記磁気センサユニットと対向する位置に、前記第１の間隔の範囲に前記第１の間隔よりも短い第２の間隔をもって配設された複数の磁石と、
前記複数の磁気センサユニットによる前記磁石の検出信号に基づいて、前記ホイールの回転位置を把握する回転位置把握手段とを備えたことを特徴とするホイール回転位置検出装置。
【請求項２】
前記磁気センサユニットは、検出した磁気の大きさ及び方向に応じた磁気検出信号を出力する２個の磁気検出素子を、第３の間隔をもって前記所定円周上に配置して構成され、
前記磁石は、前記第３の間隔の２倍の間隔をもって、前記磁気検出素子と対向する磁極の向きを交互に反転させて配設され、
前記回転位置把握手段は、前記磁気センサユニットの２個の前記磁気検出素子の磁気検出信号により、前記ホイールの回転方向を把握することを特徴とする請求項１記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項３】
前記複数の磁気センサユニットのうちのいずれかが、原点位置検出用センサとして予め設定され、
前記回転位置把握手段は、該原点位置検出用センサにより前記磁石のうちの所定番目の磁石が検出された位置を前記ホイールの回転原点位置として、前記ホイールの回転位置を把握することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項４】
前記磁気検出信号を、前記磁気検出信号の変動範囲内で所定位相間隔ごとに設定された複数段階の閾値と比較し、前記磁気検出信号のレベルが上昇するときは、次の段階の閾値以上となるごとに出力レベルを反転させ、前記磁気検出信号のレベルが低下するときには、手前の段階の閾値以下となるごとに出力を反転させて、パルス信号を出力する逓倍手段を備え、
前記回転位置把握手段は、該逓倍手段の出力パルス数の計数値に基づいて前記ホイールの回転位置を把握することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項５】
前記磁気検出信号の振幅の変化に応じて、前記複数段階の閾値を補正する閾値補正手段を備えたことを特徴とする請求項４記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項６】
前記磁気センサユニットが設けられる前記回転部分は前記ホイールリムの内周面であり、前記保持部材は前記ホイールディスクが締結されるハブが接続された車軸を前記ホイールリムの内側で回転自在に保持するナックルであって、前記磁石が設けられる前記非回転部分は該ナックルの外周部分であることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項記載のホイール回転位置検出装置。
【請求項７】
タイヤが装着されるホイールリムとハブへの取り付け部であるホイールディスクとを有するホイールが、車両走行時に受ける外力を測定するホイール６分力測定システムであって、
前記ホイールディスクに装着されて、直交３軸（ｕ，ｖ，ｗ）方向の分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びその回りのモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）を検出する６分力荷重計と、
前記ホイールと一体に回転する回転部分に、前記ホイールの回転軸を中心とする所定円周上に第１の間隔をもって設けられた複数の磁気センサユニットと、
前記ホイールを回転自在に保持する保持部材に設けられた非回転部分の、前記ホイールの回転時に前記磁気センサユニットと対向する位置に、前記第１の間隔の範囲で前記第１の間隔よりも短い第２の間隔をもって配設された複数個の磁石と、
前記６分力荷重計による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データと、前記磁気センサユニットによる前記磁石の検出データとを送信する送信手段と、
該送信手段から送信された前記磁気センサユニットによる前記磁石の検出データを受信して、前記複数の磁気センサユニットによる前記磁石の検出回数の計数値に基づいて、前記ホイールの回転位置を把握する回転位置把握手段と、
前記送信手段から送信された前記６分力荷重計による分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及びモーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）の検出データを受信して、該分力（Ｆu，Ｆv，Ｆw）及び該モーメント（Ｍu，Ｍv，Ｍw）に対して、前記回転位置把握手段により把握された前記ホイールの回転位置に基づく回転座標変換を行って、車両進行方向の分力（Ｆx）及び回りのモーメント（Ｍx）と、車軸方向の分力（Ｆy）及びその回りのモーメント（Ｍy）と、鉛直方向の分力（Ｆz）及びその回りのモーメント（Ｍz）とを把握するホイール６分力把握手段とを備えたことを特徴とするホイール６分力測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２０８０８２（Ｐ２００６−２０８０８２Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８１８８（Ｐ２００５−１８１８８）
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（０００１５１５２０）株式会社東京測器研究所 (29)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２６日（２００５．１．２６）
【出願人】（０００１５１５２０）株式会社東京測器研究所 (29)
【Ｆターム（参考）】
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