回転角度算出装置及び変位量算出装置
【課題】
少ないセンサで内側回転体の外側回転体に対する相対回転角を算出する回転角演算装置を提供する。
【解決手段】
無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、内側回転体及び外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の複数の異なる箇所に設けられ、他方の内側回転体又は外側回転体と一体的に回転し、周方向と直交する方向に対向する他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの直交する方向の距離を検出する複数の変位センサと、複数の変位センサにより検出された複数の距離に基づいて、内側回転体と外側回転体との間の相対回転角を算出する演算手段とを具備して構成する。
少ないセンサで内側回転体の外側回転体に対する相対回転角を算出する回転角演算装置を提供する。
【解決手段】
無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、内側回転体及び外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の複数の異なる箇所に設けられ、他方の内側回転体又は外側回転体と一体的に回転し、周方向と直交する方向に対向する他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの直交する方向の距離を検出する複数の変位センサと、複数の変位センサにより検出された複数の距離に基づいて、内側回転体と外側回転体との間の相対回転角を算出する演算手段とを具備して構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外側回転体の内側回転体に対する相対回転角又は相対変位量を算出する回転角度算出装置又は変位量算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪に用いられるホイールなどの回転体では、その回転体に働く力、例えば、路面の摩擦力による路面に平行なｘ軸方向の力，車両の荷重による路面からの垂直反力による鉛直方向（ｚ軸方向）の力、ｘ及びｚ軸に垂直なｙ軸回りのトルクＭｙ等に基づいて、車両のアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）などの車両の旋回挙動を安定化させるビークルスタビリティアシストシステム（ＶＳＡ）などにおいて、車両の制動制御が行われている。
【０００３】
回転体のｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの推定に係る先行技術としては、以下の特許文献があった。
【０００４】
特許文献１には、リムとホイールディスクの境界部分に接線方向変位センサと垂直方向変位センサをそれぞれ周上に点対称に４箇所設け、４個の接線方向変位センサの出力に基づいて、リムのホイールディスクに対する接線方向の相対変位量αを算出し、４個の垂直方向変位センサの出力に基づいて、リムの軸心のホイールディスクの軸心に対する垂直方向の偏心量Ｄを算出することが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、ホイールのリム取り付け枠とハブ取り付け枠との間で十文状に配置された４本のＴ字型アームのそれぞれを構成する第１及び第２受感ビームのそれぞれに設けられた８個の歪みゲージの出力に基づいて、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを推定することが記載されている。
【特許文献１】ＷＯ２００３／００８２４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、８個のセンサを用いて、リムのディスクに対する接線方向の相対変位量α及び垂直方向Ｄの偏心量を算出し、これらから、力の接線方向成分及び垂直方向成分を推定していることから、多くのセンサにコストがかかるという問題点があった。また、特許文献１では、リムの軸心がディスクの中心に対してｚ軸方向に変位するがｘ軸方向には変位しないことを前提として、リムのディスクに対する接線方向の相対変位量α及び垂直方向Ｄの偏心量を算出しているが、リムとディスクとの境界に設けられた弾性体がｘ軸方向に変位すると、誤差が生じるという問題点がある。更に、リムとディスクの狭い境界部分に接線方向変位センサと垂直方向変位センサを設けていることから、変位量の検出精度に問題がある。
【０００７】
特許文献２では、少なくとも３本のＴ字型アームのそれぞれを構成する第１及び第２受感ビームのそれぞれに設けられた８個の歪みゲージ、合計、少なくとも４８（３×８×２）個の出力に基づいて、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを推定することから、多くのセンサにコストがかかるという問題点があった。更に、Ｆｚ，Ｍｚ以外のＦｘ，Ｆｙ及びＭｘ，Ｍｚについては、角度検出部が検出したホイールの回転角に基づいて補正する必要があり、処理が複雑になるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、回転補正が不要、且つより少ないセンサで内側回転体の外側回転体に対する相対回転角を算出し、相対回転角に基づき、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｙを推定する回転角度算出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】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも前記内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、前記内側回転体及び前記外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の複数の異なる箇所に設けられ、他方の前記内側回転体又は前記外側回転体と一体的に回転し、前記周方向と直交する方向に対向する前記他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの前記直交する方向の距離を検出する複数の変位センサと、前記複数の変位センサにより検出された複数の前記距離に基づいて、前記内側回転体と前記外側回転体との間の相対回転角を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする回転角度算出装置が提供される。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも前記内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、前記内側回転体及び前記外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の３個以上の異なる箇所に設けられ、他方の前記内側回転体又は前記外側回転体と一体的に回転し、前記周方向と直交する方向に対向する前記他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの前記直交する方向の距離を検出する３個以上の変位センサと、前記３個以上の変位センサにより検出された前記距離に基づいて、前記内側回転体と前記外側回転体間の相対変位量を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする変位量算出装置が提供される。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明において、前記被測定部位を構成する前記被測定部材の表面は単一平面であり、無負荷での前記各変位センサの前記距離の測定方向は、前記変位センサが設けられた前記内側回転体又は前記外側回転体の回転軸に直交する前記変位センサを含む面におけるその回転体の回転中心点から前記平面への法線方向に対して所定角α（α＞０）だけ所定方向にずれていることを特徴とする回転角度算出装置又は変位量算出装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によると、回転体がトルクを受けたときに、該トルクが外側回転体を介して弾性部材に伝達され、弾性部材がトルクに応じて変形し、外側回転体が内側回転体に対して相対回転する。内側回転体及び外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の複数の異なる箇所に、他方の内側回転体又は外側回転体と一体的に回転し、周方向と直交する方向に対向する他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの距離を検出する複数の変位センサを設けたので、演算手段は、複数の変位センサにより検出された被測定部材までの複数の距離の全ての和又は一部の和と相対回転角との関係式から、相対回転角を算出する。例えば、１８０°ずれた位置に配置された２個の変位センサの出力に基づいて相対回転角を算出することができる。その結果、少ない変位センサにより相対回転角度を算出することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によると、内側回転体及び外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の３個以上の異なる箇所に、他方の内側回転体又は外側回転体と一体的に回転し、周方向と直交する方向に対向する他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの距離を検出する３個以上の変位センサを設けたので、演算手段は、複数の変位センサにより検出された被測定部材までの３個以上の距離の全ての和又は一部の和と相対回転角との関係式から、相対回転角を算出する。その結果、少ない変位センサにより相対変位量を算出することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、被測定部位を構成する被測定部材の表面を単一平面とし、無負荷での各変位センサの距離の測定方向は、変位センサが設けられた内側回転体又は外側回転体の回転軸に直交する変位センサを含む面におけるその回転体の回転中心点から平面への法線方向に対して所定角α（α＞０）だけ所定方向にずれているので、外側回転体が内側回転体に対して相対回転したときの距離と回転前の距離の差分である変位量を大きくすることができ、相対回転角又は相対変位量の推定の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による荷重算出装置１を含むブロック図である。図１に示すように、荷重算出装置１は、変位検出装置２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲ及び変位−荷重変換演算手段４を含む。変位検出装置２＃ＦＬは、左前輪について変位を検出する。変位検出装置２＃ＦＲは、右前輪について変位を検出する。変位検出装置２＃ＲＬは、左後輪について変位を検出する。変位検出装置２＃ＲＲは、右後輪について変位を検出する。尚、変位検出手段２は、左前輪、右前輪、左後輪、右後輪の少なくとも１つの車輪について設けられていれば良い。
【００１６】
図２は、図１中の変位検出装置２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲのブロック図である。変位検出装置２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲは、実質的に同一であることから、変位検出装置を符号２で表わしている。図２に示すように、変位検出装置２は、変位検出手段１０＃１，１０＃２，１０＃３、フィルタ１２＃１，１２＃２，１２＃３及びデータ送信部１４を有する。
【００１７】
図３は車輪側面図である。図４はホイール３２を車軸ハブ３４に取り付けた状態における図３のＡ−Ａ線断面図である。図３及び図４に示すように、ホイール３２は、ホイールディスク２０、弾性部材２２、リム２４、並びに変位検出装置１０＃１，１０＃２，１０＃３を構成する変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３及び被測定部（被測定部材）２８＃１，２８＃２，２８＃３を有する。
【００１８】
ホイールディスク（内側回転体）２０は、ホイール３２の中心に配置され、車軸ハブ３４、ブレーキディスク４０及びホイールディスク２０のそれぞれに設けられた貫通穴にスタッドボルト３８を貫通し、ホイールナット３６で締結することより、ホイールディスク２０及びブレーキディスク４０が車軸４２と一体回転する車軸ハブ３４に取り付けられる。
【００１９】
ホイールディスク２０は、車軸ハブ３４の中心軸を回転軸（内側回転軸）として回転可能であるが、車軸ハブ３４に固定されていることから、路面に平行なｘ軸、車軸４２の回転軸（ｙ軸）、ｘ軸及びｙ軸に垂直なｚ軸方向への移動が規制されている。ホイールディスク２０は、例えば、アルミニウム合金を素材とする鋳造成形品である。
【００２０】
リム（外側回転体）２４は、ホイールディスク２０の外周側に配置され、タイヤ３０が装着されて、該タイヤ３０を支承するものであり、無負荷状態では、その回転軸（外側回転軸）がホイールディスク２０の回転軸と同心にある。その形状はリング状である。リム２４は、例えば、アルミニウム合金を素材とする鋳造成形品である。
【００２１】
弾性部材２２は、ホイールディスク２０とリム２４との間に配置され、ホイールディスク２０とリム２４とを連結し、タイヤ３０よりリム２４を通して伝達される、ｙ軸に垂直な平面において、ｘ軸，ｚ軸方向の力のＦｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙの大きさ及び力の方向に応じて変形をするものである。
【００２２】
力Ｆｘは、ブレーキ力などに起因する路面からのタイヤ３０への摩擦力により、タイヤ３０からリム２４を通して弾性部材２２に伝達される。力（荷重）Ｆｚは、車体からの荷重による路面からタイヤ３０及びリム２４を通して弾性部材２２に伝達される。トルクＭｙは力Ｆｘによりタイヤ３０及びリム２４を通してリム２４の中心Ｐ２回りのモーメントが弾性部材２２に伝達される。
【００２３】
即ち、弾性部材２２は、ｘ軸，ｚ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｚに応じてｘ軸方向，ｙ軸方向に伸長，収縮し、また、ｙ軸回りのトルクＭｙにより、リム２４の回転とともに、弾性部材２２の各点とリム２４の回転中心とを結ぶ直線に直角方向（接線方向）に伸長するものであり、例えば、リングゴムやリング状にホイールディスク２０の半径方向に重ねて形成された板ばねなどからなる。力Ｆｘ，Ｆｚの伝達経路は、タイヤ３０→リム２４→弾性部材２２→ホイールディスク２０→スタッドボルト４４→車軸ハブ３４→車軸４２となる。
【００２４】
弾性部材２２は、ホイールディスク２０及びリム２４に、弾性ゴムの場合は加硫接着等により、板ばねの場合は溶接等により固定されている。力Ｆｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙに応じてホイールディスク２０に対して相対変位することにより、その相対変位量により、力Ｆｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙを推定するためである。形状は、リング形状である。尚、弾性部材２２は、ホイールディスク２０及びリム２４を両者が接触しない程度の弾性を有しつつ両者を連結していればよく、その具体的形状は任意に定めてよい。
【００２５】
リム２４は、弾性部材２２がｘ軸、ｚ軸及びリム２４の中心Ｐ２を中心とする円の円周方向に変位することにより、ホイールディスク２０に対してｘ軸，ｚ軸方向に相対移動するとともに、ホイールディスク２０に対して相対回転する。
【００２６】
変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は、被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３までの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を測定し、その距離に応じた電気信号を出力するものであり、例えば、渦電流式、静電容量式、レーザ式などの非接触式の変位センサや、リニアポテンショメータなどの接触式の変位センサである。
【００２７】
図５は、車輪に負荷がかかっていない無負荷状態における車軸４２に垂直方向の変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３を含む断面図である。本実施形態では、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は同一平面上にある例を示しているが、必ずしも、同一平面である必要はない。ｘ軸はホイールディスク２０の中心Ｐ１を通り、路面に平行な方向、ｚ軸はホイールディスク２０の中心Ｐ１を通り、車軸ハブ３４の回転軸ｙ軸及びｘ軸に直交する方向である。ｘ軸，ｙ軸は静止座標である。図５では、被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３は、被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３のみが記載されている。
【００２８】
変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は、ホイールディスク２０の回転軸中心から一定距離ｒ離間し、例えば、図５に示すように、中心Ｐ１から距離ｒ離間した周上（例えば、ホイールディスク２０の外周上）のそれぞれ１２０°ずれた位置に、距離測定方向がホイールディスク２０の中心Ｐ１からリム２４側に向かう方向となるように配置されている。尚、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は、リム２４の回転軸から一定距離Ｒ離間。例えば、中心Ｐ２から距離Ｒの周上（例えば、リム２４の内周上）に、距離測定方向が無負荷状態で回転軸、例えば、中心Ｐ１を向かう方向に配置しても良い。
【００２９】
被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３は、リム２４に取り付けられ、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３の測定方向の対向面が被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３となるように配置されており、リム２４と一体的に変位する。被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３の材質は、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３が距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を検出できるものであれば良い。
【００３０】
被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３には、リム２４やホイールディスク２０の一部を加工して形成したものも含まれる。形状は、被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３が後述するものであれば、それ以外については、問わない。例えば、取り付けや製作が容易であることの観点から、図３に示すように、直方体を斜めに２分割し、その斜面を被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３としても良い。
【００３１】
被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３は、例えば、単一平面である。被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３は、図５に示すように、ホイールディスク２０の中心Ｐ１と変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３により測定される被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３上の測定点とを結ぶ各直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３がホイールディスク２０の中心Ｐ１から被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３への垂線の足Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３への垂線Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’に対して所定角度α（α＞０）だけ一定方向にずれている。
【００３２】
尚、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３をリム２４に設ける場合は、被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３をホイールディスク２０の回転軸中心から距離ｒ離間し、距離測定方向がリム２４の回転軸方向となるように配置する。また、被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３は、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３の距離測定方向が中心Ｐ２から被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３への法線に対して所定角度α（α＞０）だけ一定方向にずれるように配置する。
【００３３】
図６は、所定角度α（α＞０）ずらす理由を示す図である。リム２４がｘ軸，ｚ軸方向に移動せずに、θだけ回転した場合を示しており、リム２４の中心Ｐ２とホイールディスク２０の中心Ｐ１は一致する。α＝０となるように変位センサ２６’を配置した場合、リム２４が回転角θ回転すると、回転前の被測定面２８ａ０の距離Ｄ０’、回転後の被測定面２８ａ１の距離Ｄ’とすると、回転による変位量ΔＤ’＝（Ｄ’−Ｄ０’）となる。
【００３４】
一方、α＞０となるように、変位センサ２６を配置した場合、リム２４が回転角θ回転すると、回転前の被測定面２８ａ０の距離Ｄ０、回転後の被測定面２８ａ１の距離Ｄとすると、回転による変位量ΔＤ＝（Ｄ−Ｄ０）となる。図６により、ΔＤ’＜ΔＤとなる。
【００３５】
従って、α＞０の方がα＝０の場合に比べて、リム２４の回転角を、大きな変位量で計測することができ、計測の精度が向上する。更に、変位センサ２６から変位センサ２６’の方向の回転を正とすると、０＞θ＞−αでは、ΔＤが負、θ＞０では、ΔＤが正となることから、θ＞−αのとき、回転の方向を判別することができる。尚、リム２４がホイールディスク２０に対してθ回転するとともに、リム２４がｘ軸，ｚ軸方向に移動した場合も上記と同様である。
【００３６】
図７は被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３のバリエーションを示す図である。図６では、被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３が単一平面の場合を示しているが、図７（ａ）に示すように、被測定面２８ａがＶ字型に傾斜面を有する形状とし、回転角θ＝０のときに、変位センサ２６を傾斜溝底部Ｂが測定方向となるように配置しても良い。これにより、被測定面２８ａが回転したときに、変位量が大きくなるようにできる。また、図７（ｂ）に示すように、階段状としてもよい。このとき、ステップ幅Ｗを短くして、被測定面２８ａが回転したとき、変位センサ２６が別の段に対向するように被測定面２８ａを形成することにより、変位量が大きくなるようにできる。
【００３７】
図２中のフィルタ１２＃１，１２＃２，１２＃３は、変位検出手段１０＃１，１０＃２，１０＃３の各変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３から出力される距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を示す電気信号から高周波成分を削除し、ノイズをカットする。データ送信部１４は、フィルタ１２＃１，１２＃２，１２＃３から出力される電気信号を無線などにより変位−荷重変換演算手段４に送信する。
【００３８】
図１中の変位−荷重変換演算手段４は、各変位検出装置２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲより送信された距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３から後で詳述するように、リム２４のホイールディスク２０に対する相対回転角θを算出（演算手段）し、相対回転角θから力Ｆｘ，Ｆｚ，トルクＭｙを算出して、ＶＳＡシステム６に出力する。変位−荷重変換演算手段４は、例えば、ＣＰＵやメモリなどを有するＥＣＵ（エレクトリック コントロール ユニット）上を動作するプログラムにより構成する。
【００３９】
ＶＳＡシステム６は、変位−荷重変換演算手段４より出力された車輪ＷＦＬ，ＷＦＲ，ＷＲＬ，ＷＲＲについての、力Ｆｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙ、並びに図示しない横加速度センサ、前後加速度センサ、ヨーレートセンサ及びピッチレートセンサなどの出力に基づいて、ＡＢＳ制御及びＴＣＳ制御などのＶＳＡ制御を行う。
【００４０】
図８乃至図１１は変位−荷重変換演算手段４の動作説明図であり、ホイール３２が車軸ハブ３４に取り付けられて、矢印Ａの方向に回転しながら路面を運動している状態を示している。図８乃至図１１中のｘ軸，ｚ軸は図５と同様である。ここでは、例えば、運転者がブレーキペダルを踏み込むことにより、路面からタイヤ３０を通してリム２４に力Ｆｘが加えられたものとする。
【００４１】
ブレーキペダルが踏み込まれると、ブレーキペダルからの液圧に基づき車軸ハブ３４と一体回転するブレーキディスク４０にブレーキ力が作用し、タイヤ３０と路面との間の摩擦力により、タイヤ３０を通してリム２４に力Ｆｘが加えられる。力Ｆｘがリム２４から弾性部材２２に伝達されて、弾性部材２２がｘ軸方向に伸縮する。その結果、リム２４の中心Ｐ２はｘ軸方向に変位量ａだけホイールディスク２０の中心Ｐ１に対して変位するともに、力Ｆｘにより回転体としてのリム２４に作用するトルクＭｙにより、リム２４が回転角θだけホイールディスク２０に対して相対回転する。
【００４２】
一方、車両からの荷重よる路面からのタイヤ３０への垂直反力Ｆｚにより、リム２４がｚ軸方向に力Ｆｚを受け、弾性部材２２がｚ軸方向に伸縮し、リム２４がｚ軸方向に変位量ｂだけ変位する。これにより、リム２４の中心Ｐ２の座標は（ａ，ｂ）となる。
【００４３】
変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は、点Ｐ１を中心として、ホイールディスク２０と一体回転することから、観測時点において、変位センサ２６＃１は、ｘ軸からφ反時計回りに回転しているものとする。ｘ軸，ｚ軸を（ａ，ｂ）平行移動した軸をｘ’軸，ｚ’軸とする。リム２４の中心Ｐ２（ａ，ｂ）から被測定面２８ａ＃１への被測定面２８ａ＃１に対する垂線の足をＱ１とする。
【００４４】
点Ｐ２と点Ｑ１の距離はＲである。点Ｐ２を中心に点Ｐ２と点Ｑ１を結ぶ直線（以下、直線Ｐ２Ｑ１）を角度α回転した直線と被測定面２８ａ＃１との交点をＳ１、点Ｐ２を中心に直線Ｐ２Ｑ１を角度（θ＋α）回転した直線と被測定面２８ａ＃１との交点をＴ１とする。また、変位センサ２６＃１による被測定面２８ａ＃１の観測点をＵ１とする。変位センサ２６＃１の距離測定方向は、ホイールディスク２０の中心Ｐ１からの被測定面２８ａへの法線に対して、αずれて配置されていること、リム２４がホイールディスク２０に対してθだけ相対回転していることから、直線Ｐ２Ｔ１は、直線Ｐ１Ｕ１と平行になる。
【００４５】
図１０中のＢ部拡大図である図１１に示すように、点Ｐ２から直線Ｐ１Ｕ１への垂線の足をＶ１とする。直線Ｔ１Ｕ１を点Ｔ１が点Ｐ２に一致するように平行移動した直線と直線Ｐ１Ｕ１との交点をＷ１とする。点Ｐ２と点Ｖ１の距離は、（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）となる。角Ｗ１Ｐ２Ｖ１が（θ＋α）、Ｐ２とＶ１の距離が（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）であることから、Ｖ１とＷ１の距離は（（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α））となる。
【００４６】
座標（ａ，０）からの直線Ｐ１Ｖ１への垂線の足と点Ｐ１の距離が（ａｃｏｓφ）であり、座標（ａ，０）から直線Ｐ２Ｖ１の距離が（ｂｓｉｎφ）であることから、Ｐ１とＶ１の距離は（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）となる。
【００４７】
Ｐ１とＷ１の距離は、（Ｐ１とＶ１の距離）＋（Ｖ１とＷ１の距離）であることから、（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α））となる。
【００４８】
一方、点Ｐ２から被測定面２８ａ＃１までの距離はＲであること、角度Ｔ１Ｐ２Ｑ１は（θ＋α）であることから、Ｐ２とＴ１の距離はＲ／ｃｏｓ（θ＋α）となる。四角形Ｐ２Ｗ１Ｕ１Ｔ１は平行四辺形であることから、Ｗ１とＵ１の距離＝Ｐ２とＴ１の距離＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）となる。
【００４９】
Ｐ１とＵ１の距離＝Ｐ１とＷ１の距離＋Ｗ１とＵ１の距離＝（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）＋Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）となる。一方、変位センサ２６＃１の観測点は点Ｐ１から半径ｒの位置に取り付けられていることから、Ｐ１とＵ１の距離＝Ｄ１＋ｒとなる。
【００５０】
よって、次式（１）が成り立つ。
【００５１】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α） ・・・ （１）
Ｄ２，Ｄ３については、式（１）において、それぞれφに（φ＋２π／３），（φ＋４π／３）を代入すればよいことから、式（２），（３）が成り立つ。
【００５２】
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋２π／３）＋ｂｓｉｎ（φ＋２π／３））＋（ｂｃｏｓ（φ＋２π／３）−ａｓｉｎ（φ＋２π／３））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （２）
Ｄ３＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋４π／３）＋ｂｓｉｎ（φ＋４π／３））＋（ｂｃｏｓ（φ＋４π／３）−ａｓｉｎ（φ＋４π／３））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （３）
式（１），（２），（３）を加えると、ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（２π／３）＋ｓｉｎ（4π／３）＝０，ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（２π／３）＋ｃｏｓ（4π／３）＝０であることから、式（４）が成り立つ。
【００５３】
Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＝３{Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ} ・・・ （４）
式（４）から式（５）が成り立つ。
【００５４】
ｃｏｓ（θ＋α）＝３Ｒ／{３ｒ＋（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）} ・・・ （５）
ここで、α，Ｒ，ｒは既知であることから、式（５）より、α，Ｒ，ｒ及び測定値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３より、ホイール３２の回転角φに依存することなく回転角θを算出できる。
【００５５】
式（１），（２），（３）のように、ａとｂはホイール３２の回転角度φに依存していることから、このままだと、ホイール回転角φを検出する角度検知センサが必要となる。しかし、Ｆｘ＝Ｋa×ａ（Ｋaは弾性部材２２のｘ軸方向の伸びと力Ｆｘにより決まる定数）、Ｍｙ＝Ｋθ×θ（Ｋθは弾性部材２２のリム２４の中心Ｐ２を中心とする円周方向の伸びとトルクＭｙにより決まる定数）という関係と、Ｍｙ＝Ｆｘ×Ｒ0（Ｒ0：回転体の動半径）という関係があるため、回転体の動半径が既知Ｒ0であれば、
ａ＝Ｆｘ／Ｋa＝Ｍｙ／（Ｋa×Ｒ0）＝Ｋθ×θ／（Ｋa×Ｒ0）より、ａを求めることができる。
【００５６】
ここで、
Ｘｉ＝Ｄｉ＋ｒ−Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）（ｉ＝１，２，３）とおくと、次式（６）が成り立つ。
【００５７】
ａ2＋ｂ2＝{４（Ｘ１2−Ｘ２Ｘ３）ｃｏｓ2（θ＋α）}／３ ・・・ （６）
式（６）より、式（７）に示すｂが求められる。
【００５８】
ｂ＝{４（Ｘ１2−Ｘ２Ｘ３）ｃｏｓ2（θ＋α）／３−ａ2}1/2 ・・・ （７）
ａ，θ，α，Ｘ1，Ｘ２，Ｘ３を式（７）に代入して、ｂを算出する。
【００５９】
演算に使用する動半径Ｒ0は一定値を用いても良いし、ホイールディスク２０の回転速度や荷重Ｆｚによって補正された値を用いても良い。
【００６０】
変位−荷重変換演算手段４は、車輪ＷＦＬ，ＷＦＲ，ＷＲＬ，ＷＲＲについての変位量ａ，ｂ、相対回転角度θ、及び次式（８），（９），（１０）より、車輪ＷＦＬ，ＷＦＲ，ＷＲＬ，ＷＲＲについてのＦｘ，Ｆｚ，Ｍｙを算出する。
【００６１】
Ｆｘ＝Ｋa×ａ ・・・ （８）
Ｆｚ＝Ｋb×ｂ ・・・ （９）
Ｍｙ＝Ｋθ×θ ・・・ （１０）
但し、Ｋbは弾性部材２２のｚ軸方向の弾性力に基づく値である。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、ホイール３２とリム２４間の距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を１２０°間隔、３箇所で測定することにより、ホイールディスク２０の中心Ｐ１からのリム２４の中心Ｐ２のずれａ，ｂ及びリム２４のホイールディスク２０に対する相対回転角θを算出することができ、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｙを求めることができる。
【００６３】
また、ａとθと間には、回転体の動半径Ｒ0を介して相関があるため、ホイールディスク２０の回転角φを検出しなくても、力Ｆｘ，Ｆｚを算出することができる。尚、力Ｆｘの推定精度を向上させるために、ホイールディスク２０の回転角φを検出するホイール回転角度検知センサを設けて、回転角φを式（１），（２），（３）に代入して、ａ，ｂを算出することにより、力Ｆｘ，Ｆｚを算出しても良い。
【００６４】
第２実施形態
図１２は本発明の第２実施形態による荷重算出装置９０を含むブロック図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。図１３は、図１２中の変位検出装置１００＃ＦＬ，１００＃ＦＲ，１００＃ＲＬ，１００＃ＲＲのブロック図であり、図２中の構成要素と実質的に同一の符号を付している。変位検出手段１１０＃１，１００＃２，１００＃３は変位センサ１２０＃１，１２０＃２，１２０＃３及び被測定部（被測定部材）１２２＃１，１２２＃２，１２２＃３から構成される。
【００６５】
図１４は負荷がかかった状態でのホイールを示す図である。図１４に示すように、３個の変位センサ１２０＃１，１２０＃２，１２０＃３は、ホイールディスク２０の中心Ｐ１から距離ｒ離間した周上に配置されている点は第１実施形態の変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３と同様であるが、それぞれ９０°ずれて配置されている点が第１実施形態の変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３と異なる。変位センサ１２０＃１，１２０＃２，１２０＃３は、距離測定方向が中心Ｐ１から被測定面１２２ａ＃１，１２２ａ＃２，１２２ａ＃３への法線に対してαずれている点は第１実施形態と同様である。
【００６６】
図１２中の変位−荷重変換演算手段１０２は、以下のようにして、変位検出装置１００＃ＦＬ，１００＃ＦＲ，１００＃ＲＬ，１００＃ＲＲからのそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３からＦｘ，Ｆｚ，Ｍｙを推定する。
【００６７】
上述したと同様に、次式（１１），（１２），（１３）が成り立つ。
【００６８】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （１１）
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π／２）＋ｂｓｉｎ（φ＋π／２））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π／２）−ａｓｉｎ（φ＋π／２））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （１２）
Ｄ３＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π）＋ｂｓｉｎ（φ＋π））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π）−ａｓｉｎ（φ＋π））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （１３）
ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（φ＋π）＝０，ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（φ＋π）＝０，式（１１），（１３）より、式（１４）が成り立つ。
【００６９】
Ｄ１＋Ｄ３＝２Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−２ｒ ・・・ （１４）
式（１４）より、式（１５）が成り立つ。
【００７０】
ｃｏｓ（θ＋α）＝２Ｒ／{２ｒ＋（Ｄ１＋Ｄ３）} ・・・ （１５）
ここで、Ｘｉ＝Ｄｉ＋ｒ−Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）（ｉ＝１，２）とおくと、式（１６）が成り立つ。
【００７１】
ａ2＋ｂ2＝（Ｘ１2＋Ｘ２2）ｃｏｓ2（θ＋α） ・・・ （１６）
式（１６）より式（１７）に示すｂが求められる。
【００７２】
ｂ＝{（Ｘ１2＋Ｘ２2）ｃｏｓ2（θ＋α）−ａ2}1/2 ・・・ （１７）
第１実施形態と同様に、式（１５）より算出される相対回転角θ、回転体の動半径Ｒ0、Ｋａ、Ｋθより、ａを算出する。ａ，θ，α，Ｘ1，Ｘ２を式（１７）に代入して、ｂを算出する。
【００７３】
以上説明した本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果がある。
【００７４】
第３実施形態
図１５は本発明の第３実施形態による荷重算出装置１２８を含むブロック図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。図１６は、図１５中の変位検出装置１３０＃ＦＬ，１３０＃ＦＲ，１３０＃ＲＬ，１３０＃ＲＲのブロック図であり、図２中の構成要素と実質的に同一の符号を付している。変位検出手段１４０＃１，１４０＃２，１４０＃３，１４０＃４は変位センサ１５０＃１，１５０＃２，１５０＃３，１５０＃４及び被測定部（被測定部材）１５２＃１，１５２＃２，１５２＃３，１５２＃４から構成される。
【００７５】
図１７は負荷がかかった状態でのホイールを示す図である。図１７に示すように、４個の変位センサ１５０＃１，１５０＃２，１５０＃３，１５０＃４は、ホイールディスク２０の中心Ｐ１から距離ｒ離間した周上に配置されており、それぞれ９０°ずれて配置されている。変位センサ１５０＃１，１５０＃２，１５０＃３，１５０＃４は、距離測定方向が中心Ｐ１から被測定面１５２ａ＃１，１５２ａ＃２，１５２ａ＃３，１５２ａ＃４への法線に対してαずれている点は第１実施形態と同様である。
【００７６】
図１５中の変位−荷重変換演算手段１３２は、以下のようにして、変位検出装置１３０＃ＦＬ，１３０＃ＦＲ，１３０＃ＲＬ，１３０＃ＲＲからのそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４からＦｘ，Ｆｚ，Ｍｙを推定する。
【００７７】
上述したと同様に、次式（１８），（１９），（２０），（２１）が成り立つ。
【００７８】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （１８）
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π／２）＋ｂｓｉｎ（φ＋π／２））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π／２）−ａｓｉｎ（φ＋π／２））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （１９）
Ｄ３＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π）＋ｂｓｉｎ（φ＋π））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π）−ａｓｉｎ（φ＋π））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （２０）
Ｄ４＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋３π／２）＋ｂｓｉｎ（φ＋３π／２））＋（ｂｃｏｓ（φ＋３π／２）−ａｓｉｎ（φ＋３π／２））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （２１）
ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（φ＋π）＝０，ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（φ＋π）＝０，ｃｏｓ（φ＋π／２）＋ｃｏｓ（φ＋３π／２）＝０，ｓｉｎ（φ＋π／２）＋ｓｉｎ（φ＋３π／２π）＝０より、式（１８），（１９），（２０），（２１）を加算すると、式（２２）が成り立つ。
【００７９】
Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＝４Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−４ｒ ・・・ （２２）
式（２２）より、式（２３）が成り立つ。
【００８０】
ｃｏｓ（θ＋α）＝４Ｒ／{４ｒ＋（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４）} ・・・ （２３）
ここで、Ｘｉ＝Ｄｉ＋ｒ−Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）（ｉ＝１，２，３，４）とおくと、式（２４）が成り立つ。
【００８１】
ａ2＋ｂ2＝−（Ｘ1Ｘ3＋Ｘ2Ｘ4）ｃｏｓ2（θ＋α） ・・・ （２４）
式（２４）より式（２５）に示すｂが求められる。
【００８２】
ｂ＝{−（Ｘ1Ｘ3＋Ｘ2Ｘ4）ｃｏｓ2（θ＋α）−ａ2}1/2 ・・・ （２５）
ａ，θ，α，Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4を式（２５）に代入して、ｂを算出する。
【００８３】
第１実施形態と同様に、式（２３）より算出される相対回転角θ、回転体の動半径Ｒ0、Ｋａ、Ｋθより、ａを算出する。そして、ａを式（２５）に代入して、ｂを算出する。
【００８４】
以上説明した本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果がある上に、変位センサの数を増やすことによって、センサの個体差などになるばらつきの影響を減らすことができるため、荷重Ｆｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙの推定精度を上げることができる。
【００８５】
第４実施形態
図１８は本発明の第４実施形態による荷重算出装置１５８を含むブロック図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。図１９は、図１９中の変位検出装置１６０＃ＦＬ，１６０＃ＦＲ，１６０＃ＲＬ，１６０＃ＲＲのブロック図であり、図２中の構成要素と実質的に同一の符号を付している。変位検出手段１６２＃１，１６２＃２は変位センサ１７０＃１，１７０＃２及び被測定部（被測定部材）１７２＃１，１７２＃２から構成される。
【００８６】
図２０は無負荷状態におけるホイールを示す図である。図２１は負荷がかかった状態におけるホイールを示す図である。図２０及び図２１に示すように、変位センサ１７０＃１，１７０＃２は、ホイールディスク２０の中心Ｐ１から距離ｒだけ離間した周上に配置されており、それぞれ１８０°ずれて配置されている。変位センサ１７０＃１，１７０＃２は、距離測定方向が中心Ｐ１から被測定面１７２ａ＃１，１７２ａ＃２への法線に対してαずれている点は第１実施形態と同様である。
【００８７】
図１８中の変位−荷重変換演算手段１６２は、以下のようにして、変位検出装置１６０＃ＦＬ，１６０＃ＦＲ，１６０＃ＲＬ，１６０＃ＲＲからのそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２からトルクＭｙ及び力Ｆｘを推定する。
【００８８】
上述したと同様に、次式（２６），（２７）が成り立つ。
【００８９】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （２６）
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π）＋ｂｓｉｎ（φ＋π））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π）−ａｓｉｎ（φ＋π））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （２７）
ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（φ＋π）＝０，ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（φ＋π）＝０より、式（２６），（２７）を加算すると、式（２８）が成り立つ。
【００９０】
Ｄ１＋Ｄ２＝２Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−２ｒ ・・・ （２８）
式（２８）より、式（２９）が成り立つ。
【００９１】
ｃｏｓ（θ＋α）＝２Ｒ／{２ｒ＋（Ｄ１＋Ｄ２）} ・・・ （２９）
θはホイールディスク２０の回転角度φに依存しないため、Ｄ１，Ｄ２により、θを求める。θからＭｙを算出する。そして、第１実施形態と同様に、θ、回転体の動半径Ｒ0、Ｋａ、Ｋθより、ａを算出し、ａよりＦｘを算出する。
【００９２】
以上説明した本実施形態によれば、変位センサを１８０°間隔でホイールディスク２０の中心Ｐ１から半径ｒ上に二つ設置すれば、Ｍｙ及びＦｘを求めることができる。
【００９３】
図２２乃至２４は変位センサの配置条件を説明するための図である。Ｍｙを推定するには、図２２のように、２つの変位センサ１８０＃１，１８０＃２をホイールディスクの中心Ｐ１から半径ｒ上に１８０°間隔で配置し、式（２６）〜式（２９）に基づいて、θを推定し、Ｍｙを推定する。
【００９４】
Ｆｘ，Ｆｚ，Ｍｙ全てを推定するには、最低３つのセンサを必要とし、図２３（ａ），（ｂ）のように、全ての変位センサ１８２＃１，１８２＃２，１８２＃３、変位センサ１８４＃１，１８４＃２，１８４＃３，１８４＃４をＰ１から半径ｒ上に等間隔に配置し、変位センサ１８２＃１，１８２＃２，１８２＃３、変位センサ１８４＃１，１８４＃２，１８４＃３，１８４＃４の出力の和より、相対回転量θを推定し、Ｍｙを推定する。ＭｙよりＦｘを推定し、ａを推定する。そして、ａ，θ及び式（７），式（１７），式（２５）または、類似の式によりｂを推定する。
【００９５】
あるいは、図２４（ａ），（ｂ）のように、二つの変位センサ１８６＃１，１８６＃３，変位センサ１８８＃１，１８８＃３をＰ１から半径ｒ上に１８０°間隔で配置して、第４実施形態と同様にして、相対回転量θを推定し、Ｍｙを推定する。ＭｙよりＦｘを推定し、ａを推定する。
【００９６】
図２４（ａ）のように、変位センサ１８６＃２をＰ１から半径ｒ上の任意の場所、例えば、変位センサ１８６＃１からξ（任意の角度）に配置すると、式（３０），（３１），（３２）が成り立つ。
【００９７】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （３０）
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋ξ）＋ｂｓｉｎ（φ＋ξ））＋（ｂｃｏｓ（φ＋ξ）−ａｓｉｎ（φ＋ξ））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （３１）
Ｄ３＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π）＋ｂｓｉｎ（φ＋π））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π）−ａｓｉｎ（φ＋π））ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （３２）
Ｄ１とＤ３は１８０°間隔で配置された変位センサ１８６＃１，１８６＃３により検出される距離、Ｄ２は変位センサ１８６＃２により検出される距離である。ここで、Ｄ１＋Ｄ３からθ及びａを求めることができる。更にＸｉ＝Ｄｉ＋ｒ−Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）とおくと、次式（３３）が成り立つことから、ｂが求められる。
【００９８】
ａ2＋ｂ2＝（Ｘ12−２Ｘ1Ｘ2ｃｏｓξ＋Ｘ22）ｃｏｓ2（θ＋α）／ｓｉｎ2ξ
・・・ （３３）
変位センサが４つ以上ある場合、任意の二つの変位センサ（但し、１８０°間隔で配置されている二つを両方選択することはできない。式（３３）中のｓｉｎ2ξ＝０となるからである。また、この時のξは選択した二つのセンサ間の角度である。）を用いて、式（３３）よりａ2＋ｂ2を算出し、全組み合わせの平均を出すなどすれば、変位センサのばらつき等による誤差を抑えて荷重を推定することが可能となる。但し、ｓｉｎξ≒０にならない条件であることが望ましい。
【００９９】
例えば、図２４（ｂ）に示すように、１８０°間隔で配置された変位センサ１８８＃１，１８８＃３に加えて、変位センサ１８８＃２，１８８＃４がある場合は、式（３３）に従って、変位センサ１８８＃１，１８８＃２により検出された距離Ｄ１，Ｄ２、変位センサ１８８＃１，１８８＃４により検出された距離Ｄ１，Ｄ４、変位センサ１８８＃２，１８８＃３により検出された距離Ｄ２，Ｄ３、変位センサ１８８＃２，１８８＃４により検出された距離Ｄ２，Ｄ４及び変位センサ１８８＃３，１８８＃４により検出された距離Ｄ３，Ｄ４によりそれぞれａ2＋ｂ2を出し、全組み合わせの平均を出すなどすれば、変位センサのばらつき等による誤差を抑えて荷重を推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１実施形態による荷重算出装置のブロック図である。
【図２】図１中の変位検出装置のブロック図である。
【図３】車輪の側面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】無負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図６】αずらす理由を示す図である。
【図７】被測定面のバリエーションを示す図である。
【図８】変位−荷重変換演算手段の動作説明図である。
【図９】変位−荷重変換演算手段の動作説明図である。
【図１０】変位−荷重変換演算手段の動作説明図である。
【図１１】変位−荷重変換演算手段の動作説明図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による荷重算出装置のブロック図である。
【図１３】図１２中の変位検出装置のブロック図である。
【図１４】負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による荷重算出装置のブロック図である。
【図１６】図１５中の変位検出装置のブロック図である。
【図１７】負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図１８】本発明の第４実施形態による荷重算出装置のブロック図である。
【図１９】図１８中の変位検出装置のブロック図である。
【図２０】無負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図２１】負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図２２】変位センサの配置条件を説明するための図である。
【図２３】変位センサの配置条件を説明するための図である。
【図２４】変位センサの配置条件を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０１】
２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲ 変位検出装置
４ 変位−荷重変換演算手段
２０ ホイールディスク
２２ 弾性部材
２４ リム
２６＃１，２６＃２，２６＃３ 変位センサ
２８＃１，２８＃２，２８＃３ 被測定部（被測定部材）
２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３ 被測定面
３０ タイヤ
３４ 車軸ハブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外側回転体の内側回転体に対する相対回転角又は相対変位量を算出する回転角度算出装置又は変位量算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪に用いられるホイールなどの回転体では、その回転体に働く力、例えば、路面の摩擦力による路面に平行なｘ軸方向の力，車両の荷重による路面からの垂直反力による鉛直方向（ｚ軸方向）の力、ｘ及びｚ軸に垂直なｙ軸回りのトルクＭｙ等に基づいて、車両のアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）などの車両の旋回挙動を安定化させるビークルスタビリティアシストシステム（ＶＳＡ）などにおいて、車両の制動制御が行われている。
【０００３】
回転体のｘ，ｙ，ｚ軸方向に加わる力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚの推定に係る先行技術としては、以下の特許文献があった。
【０００４】
特許文献１には、リムとホイールディスクの境界部分に接線方向変位センサと垂直方向変位センサをそれぞれ周上に点対称に４箇所設け、４個の接線方向変位センサの出力に基づいて、リムのホイールディスクに対する接線方向の相対変位量αを算出し、４個の垂直方向変位センサの出力に基づいて、リムの軸心のホイールディスクの軸心に対する垂直方向の偏心量Ｄを算出することが記載されている。
【０００５】
特許文献２には、ホイールのリム取り付け枠とハブ取り付け枠との間で十文状に配置された４本のＴ字型アームのそれぞれを構成する第１及び第２受感ビームのそれぞれに設けられた８個の歪みゲージの出力に基づいて、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを推定することが記載されている。
【特許文献１】ＷＯ２００３／００８２４６号公報
【特許文献２】特開２００５−２４９７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、８個のセンサを用いて、リムのディスクに対する接線方向の相対変位量α及び垂直方向Ｄの偏心量を算出し、これらから、力の接線方向成分及び垂直方向成分を推定していることから、多くのセンサにコストがかかるという問題点があった。また、特許文献１では、リムの軸心がディスクの中心に対してｚ軸方向に変位するがｘ軸方向には変位しないことを前提として、リムのディスクに対する接線方向の相対変位量α及び垂直方向Ｄの偏心量を算出しているが、リムとディスクとの境界に設けられた弾性体がｘ軸方向に変位すると、誤差が生じるという問題点がある。更に、リムとディスクの狭い境界部分に接線方向変位センサと垂直方向変位センサを設けていることから、変位量の検出精度に問題がある。
【０００７】
特許文献２では、少なくとも３本のＴ字型アームのそれぞれを構成する第１及び第２受感ビームのそれぞれに設けられた８個の歪みゲージ、合計、少なくとも４８（３×８×２）個の出力に基づいて、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ及びこれらの軸回りに働くトルクＭｘ，Ｍｙ，Ｍｚを推定することから、多くのセンサにコストがかかるという問題点があった。更に、Ｆｚ，Ｍｚ以外のＦｘ，Ｆｙ及びＭｘ，Ｍｚについては、角度検出部が検出したホイールの回転角に基づいて補正する必要があり、処理が複雑になるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、回転補正が不要、且つより少ないセンサで内側回転体の外側回転体に対する相対回転角を算出し、相対回転角に基づき、力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｙを推定する回転角度算出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】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも前記内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、前記内側回転体及び前記外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の複数の異なる箇所に設けられ、他方の前記内側回転体又は前記外側回転体と一体的に回転し、前記周方向と直交する方向に対向する前記他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの前記直交する方向の距離を検出する複数の変位センサと、前記複数の変位センサにより検出された複数の前記距離に基づいて、前記内側回転体と前記外側回転体との間の相対回転角を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする回転角度算出装置が提供される。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも前記内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、前記内側回転体及び前記外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の３個以上の異なる箇所に設けられ、他方の前記内側回転体又は前記外側回転体と一体的に回転し、前記周方向と直交する方向に対向する前記他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの前記直交する方向の距離を検出する３個以上の変位センサと、前記３個以上の変位センサにより検出された前記距離に基づいて、前記内側回転体と前記外側回転体間の相対変位量を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする変位量算出装置が提供される。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明において、前記被測定部位を構成する前記被測定部材の表面は単一平面であり、無負荷での前記各変位センサの前記距離の測定方向は、前記変位センサが設けられた前記内側回転体又は前記外側回転体の回転軸に直交する前記変位センサを含む面におけるその回転体の回転中心点から前記平面への法線方向に対して所定角α（α＞０）だけ所定方向にずれていることを特徴とする回転角度算出装置又は変位量算出装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によると、回転体がトルクを受けたときに、該トルクが外側回転体を介して弾性部材に伝達され、弾性部材がトルクに応じて変形し、外側回転体が内側回転体に対して相対回転する。内側回転体及び外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の複数の異なる箇所に、他方の内側回転体又は外側回転体と一体的に回転し、周方向と直交する方向に対向する他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの距離を検出する複数の変位センサを設けたので、演算手段は、複数の変位センサにより検出された被測定部材までの複数の距離の全ての和又は一部の和と相対回転角との関係式から、相対回転角を算出する。例えば、１８０°ずれた位置に配置された２個の変位センサの出力に基づいて相対回転角を算出することができる。その結果、少ない変位センサにより相対回転角度を算出することができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によると、内側回転体及び外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の３個以上の異なる箇所に、他方の内側回転体又は外側回転体と一体的に回転し、周方向と直交する方向に対向する他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの距離を検出する３個以上の変位センサを設けたので、演算手段は、複数の変位センサにより検出された被測定部材までの３個以上の距離の全ての和又は一部の和と相対回転角との関係式から、相対回転角を算出する。その結果、少ない変位センサにより相対変位量を算出することができる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、被測定部位を構成する被測定部材の表面を単一平面とし、無負荷での各変位センサの距離の測定方向は、変位センサが設けられた内側回転体又は外側回転体の回転軸に直交する変位センサを含む面におけるその回転体の回転中心点から平面への法線方向に対して所定角α（α＞０）だけ所定方向にずれているので、外側回転体が内側回転体に対して相対回転したときの距離と回転前の距離の差分である変位量を大きくすることができ、相対回転角又は相対変位量の推定の精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態による荷重算出装置１を含むブロック図である。図１に示すように、荷重算出装置１は、変位検出装置２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲ及び変位−荷重変換演算手段４を含む。変位検出装置２＃ＦＬは、左前輪について変位を検出する。変位検出装置２＃ＦＲは、右前輪について変位を検出する。変位検出装置２＃ＲＬは、左後輪について変位を検出する。変位検出装置２＃ＲＲは、右後輪について変位を検出する。尚、変位検出手段２は、左前輪、右前輪、左後輪、右後輪の少なくとも１つの車輪について設けられていれば良い。
【００１６】
図２は、図１中の変位検出装置２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲのブロック図である。変位検出装置２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲは、実質的に同一であることから、変位検出装置を符号２で表わしている。図２に示すように、変位検出装置２は、変位検出手段１０＃１，１０＃２，１０＃３、フィルタ１２＃１，１２＃２，１２＃３及びデータ送信部１４を有する。
【００１７】
図３は車輪側面図である。図４はホイール３２を車軸ハブ３４に取り付けた状態における図３のＡ−Ａ線断面図である。図３及び図４に示すように、ホイール３２は、ホイールディスク２０、弾性部材２２、リム２４、並びに変位検出装置１０＃１，１０＃２，１０＃３を構成する変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３及び被測定部（被測定部材）２８＃１，２８＃２，２８＃３を有する。
【００１８】
ホイールディスク（内側回転体）２０は、ホイール３２の中心に配置され、車軸ハブ３４、ブレーキディスク４０及びホイールディスク２０のそれぞれに設けられた貫通穴にスタッドボルト３８を貫通し、ホイールナット３６で締結することより、ホイールディスク２０及びブレーキディスク４０が車軸４２と一体回転する車軸ハブ３４に取り付けられる。
【００１９】
ホイールディスク２０は、車軸ハブ３４の中心軸を回転軸（内側回転軸）として回転可能であるが、車軸ハブ３４に固定されていることから、路面に平行なｘ軸、車軸４２の回転軸（ｙ軸）、ｘ軸及びｙ軸に垂直なｚ軸方向への移動が規制されている。ホイールディスク２０は、例えば、アルミニウム合金を素材とする鋳造成形品である。
【００２０】
リム（外側回転体）２４は、ホイールディスク２０の外周側に配置され、タイヤ３０が装着されて、該タイヤ３０を支承するものであり、無負荷状態では、その回転軸（外側回転軸）がホイールディスク２０の回転軸と同心にある。その形状はリング状である。リム２４は、例えば、アルミニウム合金を素材とする鋳造成形品である。
【００２１】
弾性部材２２は、ホイールディスク２０とリム２４との間に配置され、ホイールディスク２０とリム２４とを連結し、タイヤ３０よりリム２４を通して伝達される、ｙ軸に垂直な平面において、ｘ軸，ｚ軸方向の力のＦｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙの大きさ及び力の方向に応じて変形をするものである。
【００２２】
力Ｆｘは、ブレーキ力などに起因する路面からのタイヤ３０への摩擦力により、タイヤ３０からリム２４を通して弾性部材２２に伝達される。力（荷重）Ｆｚは、車体からの荷重による路面からタイヤ３０及びリム２４を通して弾性部材２２に伝達される。トルクＭｙは力Ｆｘによりタイヤ３０及びリム２４を通してリム２４の中心Ｐ２回りのモーメントが弾性部材２２に伝達される。
【００２３】
即ち、弾性部材２２は、ｘ軸，ｚ軸方向の力Ｆｘ，Ｆｚに応じてｘ軸方向，ｙ軸方向に伸長，収縮し、また、ｙ軸回りのトルクＭｙにより、リム２４の回転とともに、弾性部材２２の各点とリム２４の回転中心とを結ぶ直線に直角方向（接線方向）に伸長するものであり、例えば、リングゴムやリング状にホイールディスク２０の半径方向に重ねて形成された板ばねなどからなる。力Ｆｘ，Ｆｚの伝達経路は、タイヤ３０→リム２４→弾性部材２２→ホイールディスク２０→スタッドボルト４４→車軸ハブ３４→車軸４２となる。
【００２４】
弾性部材２２は、ホイールディスク２０及びリム２４に、弾性ゴムの場合は加硫接着等により、板ばねの場合は溶接等により固定されている。力Ｆｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙに応じてホイールディスク２０に対して相対変位することにより、その相対変位量により、力Ｆｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙを推定するためである。形状は、リング形状である。尚、弾性部材２２は、ホイールディスク２０及びリム２４を両者が接触しない程度の弾性を有しつつ両者を連結していればよく、その具体的形状は任意に定めてよい。
【００２５】
リム２４は、弾性部材２２がｘ軸、ｚ軸及びリム２４の中心Ｐ２を中心とする円の円周方向に変位することにより、ホイールディスク２０に対してｘ軸，ｚ軸方向に相対移動するとともに、ホイールディスク２０に対して相対回転する。
【００２６】
変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は、被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３までの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を測定し、その距離に応じた電気信号を出力するものであり、例えば、渦電流式、静電容量式、レーザ式などの非接触式の変位センサや、リニアポテンショメータなどの接触式の変位センサである。
【００２７】
図５は、車輪に負荷がかかっていない無負荷状態における車軸４２に垂直方向の変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３を含む断面図である。本実施形態では、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は同一平面上にある例を示しているが、必ずしも、同一平面である必要はない。ｘ軸はホイールディスク２０の中心Ｐ１を通り、路面に平行な方向、ｚ軸はホイールディスク２０の中心Ｐ１を通り、車軸ハブ３４の回転軸ｙ軸及びｘ軸に直交する方向である。ｘ軸，ｙ軸は静止座標である。図５では、被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３は、被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３のみが記載されている。
【００２８】
変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は、ホイールディスク２０の回転軸中心から一定距離ｒ離間し、例えば、図５に示すように、中心Ｐ１から距離ｒ離間した周上（例えば、ホイールディスク２０の外周上）のそれぞれ１２０°ずれた位置に、距離測定方向がホイールディスク２０の中心Ｐ１からリム２４側に向かう方向となるように配置されている。尚、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は、リム２４の回転軸から一定距離Ｒ離間。例えば、中心Ｐ２から距離Ｒの周上（例えば、リム２４の内周上）に、距離測定方向が無負荷状態で回転軸、例えば、中心Ｐ１を向かう方向に配置しても良い。
【００２９】
被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３は、リム２４に取り付けられ、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３の測定方向の対向面が被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３となるように配置されており、リム２４と一体的に変位する。被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３の材質は、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３が距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を検出できるものであれば良い。
【００３０】
被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３には、リム２４やホイールディスク２０の一部を加工して形成したものも含まれる。形状は、被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３が後述するものであれば、それ以外については、問わない。例えば、取り付けや製作が容易であることの観点から、図３に示すように、直方体を斜めに２分割し、その斜面を被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３としても良い。
【００３１】
被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３は、例えば、単一平面である。被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３は、図５に示すように、ホイールディスク２０の中心Ｐ１と変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３により測定される被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３上の測定点とを結ぶ各直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３がホイールディスク２０の中心Ｐ１から被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３への垂線の足Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３への垂線Ｌ１’，Ｌ２’，Ｌ３’に対して所定角度α（α＞０）だけ一定方向にずれている。
【００３２】
尚、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３をリム２４に設ける場合は、被測定部材２８＃１，２８＃２，２８＃３をホイールディスク２０の回転軸中心から距離ｒ離間し、距離測定方向がリム２４の回転軸方向となるように配置する。また、被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３は、変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３の距離測定方向が中心Ｐ２から被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３への法線に対して所定角度α（α＞０）だけ一定方向にずれるように配置する。
【００３３】
図６は、所定角度α（α＞０）ずらす理由を示す図である。リム２４がｘ軸，ｚ軸方向に移動せずに、θだけ回転した場合を示しており、リム２４の中心Ｐ２とホイールディスク２０の中心Ｐ１は一致する。α＝０となるように変位センサ２６’を配置した場合、リム２４が回転角θ回転すると、回転前の被測定面２８ａ０の距離Ｄ０’、回転後の被測定面２８ａ１の距離Ｄ’とすると、回転による変位量ΔＤ’＝（Ｄ’−Ｄ０’）となる。
【００３４】
一方、α＞０となるように、変位センサ２６を配置した場合、リム２４が回転角θ回転すると、回転前の被測定面２８ａ０の距離Ｄ０、回転後の被測定面２８ａ１の距離Ｄとすると、回転による変位量ΔＤ＝（Ｄ−Ｄ０）となる。図６により、ΔＤ’＜ΔＤとなる。
【００３５】
従って、α＞０の方がα＝０の場合に比べて、リム２４の回転角を、大きな変位量で計測することができ、計測の精度が向上する。更に、変位センサ２６から変位センサ２６’の方向の回転を正とすると、０＞θ＞−αでは、ΔＤが負、θ＞０では、ΔＤが正となることから、θ＞−αのとき、回転の方向を判別することができる。尚、リム２４がホイールディスク２０に対してθ回転するとともに、リム２４がｘ軸，ｚ軸方向に移動した場合も上記と同様である。
【００３６】
図７は被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３のバリエーションを示す図である。図６では、被測定面２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３が単一平面の場合を示しているが、図７（ａ）に示すように、被測定面２８ａがＶ字型に傾斜面を有する形状とし、回転角θ＝０のときに、変位センサ２６を傾斜溝底部Ｂが測定方向となるように配置しても良い。これにより、被測定面２８ａが回転したときに、変位量が大きくなるようにできる。また、図７（ｂ）に示すように、階段状としてもよい。このとき、ステップ幅Ｗを短くして、被測定面２８ａが回転したとき、変位センサ２６が別の段に対向するように被測定面２８ａを形成することにより、変位量が大きくなるようにできる。
【００３７】
図２中のフィルタ１２＃１，１２＃２，１２＃３は、変位検出手段１０＃１，１０＃２，１０＃３の各変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３から出力される距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を示す電気信号から高周波成分を削除し、ノイズをカットする。データ送信部１４は、フィルタ１２＃１，１２＃２，１２＃３から出力される電気信号を無線などにより変位−荷重変換演算手段４に送信する。
【００３８】
図１中の変位−荷重変換演算手段４は、各変位検出装置２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲより送信された距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３から後で詳述するように、リム２４のホイールディスク２０に対する相対回転角θを算出（演算手段）し、相対回転角θから力Ｆｘ，Ｆｚ，トルクＭｙを算出して、ＶＳＡシステム６に出力する。変位−荷重変換演算手段４は、例えば、ＣＰＵやメモリなどを有するＥＣＵ（エレクトリック コントロール ユニット）上を動作するプログラムにより構成する。
【００３９】
ＶＳＡシステム６は、変位−荷重変換演算手段４より出力された車輪ＷＦＬ，ＷＦＲ，ＷＲＬ，ＷＲＲについての、力Ｆｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙ、並びに図示しない横加速度センサ、前後加速度センサ、ヨーレートセンサ及びピッチレートセンサなどの出力に基づいて、ＡＢＳ制御及びＴＣＳ制御などのＶＳＡ制御を行う。
【００４０】
図８乃至図１１は変位−荷重変換演算手段４の動作説明図であり、ホイール３２が車軸ハブ３４に取り付けられて、矢印Ａの方向に回転しながら路面を運動している状態を示している。図８乃至図１１中のｘ軸，ｚ軸は図５と同様である。ここでは、例えば、運転者がブレーキペダルを踏み込むことにより、路面からタイヤ３０を通してリム２４に力Ｆｘが加えられたものとする。
【００４１】
ブレーキペダルが踏み込まれると、ブレーキペダルからの液圧に基づき車軸ハブ３４と一体回転するブレーキディスク４０にブレーキ力が作用し、タイヤ３０と路面との間の摩擦力により、タイヤ３０を通してリム２４に力Ｆｘが加えられる。力Ｆｘがリム２４から弾性部材２２に伝達されて、弾性部材２２がｘ軸方向に伸縮する。その結果、リム２４の中心Ｐ２はｘ軸方向に変位量ａだけホイールディスク２０の中心Ｐ１に対して変位するともに、力Ｆｘにより回転体としてのリム２４に作用するトルクＭｙにより、リム２４が回転角θだけホイールディスク２０に対して相対回転する。
【００４２】
一方、車両からの荷重よる路面からのタイヤ３０への垂直反力Ｆｚにより、リム２４がｚ軸方向に力Ｆｚを受け、弾性部材２２がｚ軸方向に伸縮し、リム２４がｚ軸方向に変位量ｂだけ変位する。これにより、リム２４の中心Ｐ２の座標は（ａ，ｂ）となる。
【００４３】
変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３は、点Ｐ１を中心として、ホイールディスク２０と一体回転することから、観測時点において、変位センサ２６＃１は、ｘ軸からφ反時計回りに回転しているものとする。ｘ軸，ｚ軸を（ａ，ｂ）平行移動した軸をｘ’軸，ｚ’軸とする。リム２４の中心Ｐ２（ａ，ｂ）から被測定面２８ａ＃１への被測定面２８ａ＃１に対する垂線の足をＱ１とする。
【００４４】
点Ｐ２と点Ｑ１の距離はＲである。点Ｐ２を中心に点Ｐ２と点Ｑ１を結ぶ直線（以下、直線Ｐ２Ｑ１）を角度α回転した直線と被測定面２８ａ＃１との交点をＳ１、点Ｐ２を中心に直線Ｐ２Ｑ１を角度（θ＋α）回転した直線と被測定面２８ａ＃１との交点をＴ１とする。また、変位センサ２６＃１による被測定面２８ａ＃１の観測点をＵ１とする。変位センサ２６＃１の距離測定方向は、ホイールディスク２０の中心Ｐ１からの被測定面２８ａへの法線に対して、αずれて配置されていること、リム２４がホイールディスク２０に対してθだけ相対回転していることから、直線Ｐ２Ｔ１は、直線Ｐ１Ｕ１と平行になる。
【００４５】
図１０中のＢ部拡大図である図１１に示すように、点Ｐ２から直線Ｐ１Ｕ１への垂線の足をＶ１とする。直線Ｔ１Ｕ１を点Ｔ１が点Ｐ２に一致するように平行移動した直線と直線Ｐ１Ｕ１との交点をＷ１とする。点Ｐ２と点Ｖ１の距離は、（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）となる。角Ｗ１Ｐ２Ｖ１が（θ＋α）、Ｐ２とＶ１の距離が（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）であることから、Ｖ１とＷ１の距離は（（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α））となる。
【００４６】
座標（ａ，０）からの直線Ｐ１Ｖ１への垂線の足と点Ｐ１の距離が（ａｃｏｓφ）であり、座標（ａ，０）から直線Ｐ２Ｖ１の距離が（ｂｓｉｎφ）であることから、Ｐ１とＶ１の距離は（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）となる。
【００４７】
Ｐ１とＷ１の距離は、（Ｐ１とＶ１の距離）＋（Ｖ１とＷ１の距離）であることから、（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α））となる。
【００４８】
一方、点Ｐ２から被測定面２８ａ＃１までの距離はＲであること、角度Ｔ１Ｐ２Ｑ１は（θ＋α）であることから、Ｐ２とＴ１の距離はＲ／ｃｏｓ（θ＋α）となる。四角形Ｐ２Ｗ１Ｕ１Ｔ１は平行四辺形であることから、Ｗ１とＵ１の距離＝Ｐ２とＴ１の距離＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）となる。
【００４９】
Ｐ１とＵ１の距離＝Ｐ１とＷ１の距離＋Ｗ１とＵ１の距離＝（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）＋Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）となる。一方、変位センサ２６＃１の観測点は点Ｐ１から半径ｒの位置に取り付けられていることから、Ｐ１とＵ１の距離＝Ｄ１＋ｒとなる。
【００５０】
よって、次式（１）が成り立つ。
【００５１】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α） ・・・ （１）
Ｄ２，Ｄ３については、式（１）において、それぞれφに（φ＋２π／３），（φ＋４π／３）を代入すればよいことから、式（２），（３）が成り立つ。
【００５２】
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋２π／３）＋ｂｓｉｎ（φ＋２π／３））＋（ｂｃｏｓ（φ＋２π／３）−ａｓｉｎ（φ＋２π／３））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （２）
Ｄ３＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋４π／３）＋ｂｓｉｎ（φ＋４π／３））＋（ｂｃｏｓ（φ＋４π／３）−ａｓｉｎ（φ＋４π／３））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （３）
式（１），（２），（３）を加えると、ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（２π／３）＋ｓｉｎ（4π／３）＝０，ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（２π／３）＋ｃｏｓ（4π／３）＝０であることから、式（４）が成り立つ。
【００５３】
Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＝３{Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ} ・・・ （４）
式（４）から式（５）が成り立つ。
【００５４】
ｃｏｓ（θ＋α）＝３Ｒ／{３ｒ＋（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３）} ・・・ （５）
ここで、α，Ｒ，ｒは既知であることから、式（５）より、α，Ｒ，ｒ及び測定値Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３より、ホイール３２の回転角φに依存することなく回転角θを算出できる。
【００５５】
式（１），（２），（３）のように、ａとｂはホイール３２の回転角度φに依存していることから、このままだと、ホイール回転角φを検出する角度検知センサが必要となる。しかし、Ｆｘ＝Ｋa×ａ（Ｋaは弾性部材２２のｘ軸方向の伸びと力Ｆｘにより決まる定数）、Ｍｙ＝Ｋθ×θ（Ｋθは弾性部材２２のリム２４の中心Ｐ２を中心とする円周方向の伸びとトルクＭｙにより決まる定数）という関係と、Ｍｙ＝Ｆｘ×Ｒ0（Ｒ0：回転体の動半径）という関係があるため、回転体の動半径が既知Ｒ0であれば、
ａ＝Ｆｘ／Ｋa＝Ｍｙ／（Ｋa×Ｒ0）＝Ｋθ×θ／（Ｋa×Ｒ0）より、ａを求めることができる。
【００５６】
ここで、
Ｘｉ＝Ｄｉ＋ｒ−Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）（ｉ＝１，２，３）とおくと、次式（６）が成り立つ。
【００５７】
ａ2＋ｂ2＝{４（Ｘ１2−Ｘ２Ｘ３）ｃｏｓ2（θ＋α）}／３ ・・・ （６）
式（６）より、式（７）に示すｂが求められる。
【００５８】
ｂ＝{４（Ｘ１2−Ｘ２Ｘ３）ｃｏｓ2（θ＋α）／３−ａ2}1/2 ・・・ （７）
ａ，θ，α，Ｘ1，Ｘ２，Ｘ３を式（７）に代入して、ｂを算出する。
【００５９】
演算に使用する動半径Ｒ0は一定値を用いても良いし、ホイールディスク２０の回転速度や荷重Ｆｚによって補正された値を用いても良い。
【００６０】
変位−荷重変換演算手段４は、車輪ＷＦＬ，ＷＦＲ，ＷＲＬ，ＷＲＲについての変位量ａ，ｂ、相対回転角度θ、及び次式（８），（９），（１０）より、車輪ＷＦＬ，ＷＦＲ，ＷＲＬ，ＷＲＲについてのＦｘ，Ｆｚ，Ｍｙを算出する。
【００６１】
Ｆｘ＝Ｋa×ａ ・・・ （８）
Ｆｚ＝Ｋb×ｂ ・・・ （９）
Ｍｙ＝Ｋθ×θ ・・・ （１０）
但し、Ｋbは弾性部材２２のｚ軸方向の弾性力に基づく値である。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、ホイール３２とリム２４間の距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を１２０°間隔、３箇所で測定することにより、ホイールディスク２０の中心Ｐ１からのリム２４の中心Ｐ２のずれａ，ｂ及びリム２４のホイールディスク２０に対する相対回転角θを算出することができ、Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍｙを求めることができる。
【００６３】
また、ａとθと間には、回転体の動半径Ｒ0を介して相関があるため、ホイールディスク２０の回転角φを検出しなくても、力Ｆｘ，Ｆｚを算出することができる。尚、力Ｆｘの推定精度を向上させるために、ホイールディスク２０の回転角φを検出するホイール回転角度検知センサを設けて、回転角φを式（１），（２），（３）に代入して、ａ，ｂを算出することにより、力Ｆｘ，Ｆｚを算出しても良い。
【００６４】
第２実施形態
図１２は本発明の第２実施形態による荷重算出装置９０を含むブロック図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。図１３は、図１２中の変位検出装置１００＃ＦＬ，１００＃ＦＲ，１００＃ＲＬ，１００＃ＲＲのブロック図であり、図２中の構成要素と実質的に同一の符号を付している。変位検出手段１１０＃１，１００＃２，１００＃３は変位センサ１２０＃１，１２０＃２，１２０＃３及び被測定部（被測定部材）１２２＃１，１２２＃２，１２２＃３から構成される。
【００６５】
図１４は負荷がかかった状態でのホイールを示す図である。図１４に示すように、３個の変位センサ１２０＃１，１２０＃２，１２０＃３は、ホイールディスク２０の中心Ｐ１から距離ｒ離間した周上に配置されている点は第１実施形態の変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３と同様であるが、それぞれ９０°ずれて配置されている点が第１実施形態の変位センサ２６＃１，２６＃２，２６＃３と異なる。変位センサ１２０＃１，１２０＃２，１２０＃３は、距離測定方向が中心Ｐ１から被測定面１２２ａ＃１，１２２ａ＃２，１２２ａ＃３への法線に対してαずれている点は第１実施形態と同様である。
【００６６】
図１２中の変位−荷重変換演算手段１０２は、以下のようにして、変位検出装置１００＃ＦＬ，１００＃ＦＲ，１００＃ＲＬ，１００＃ＲＲからのそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３からＦｘ，Ｆｚ，Ｍｙを推定する。
【００６７】
上述したと同様に、次式（１１），（１２），（１３）が成り立つ。
【００６８】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （１１）
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π／２）＋ｂｓｉｎ（φ＋π／２））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π／２）−ａｓｉｎ（φ＋π／２））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （１２）
Ｄ３＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π）＋ｂｓｉｎ（φ＋π））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π）−ａｓｉｎ（φ＋π））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （１３）
ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（φ＋π）＝０，ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（φ＋π）＝０，式（１１），（１３）より、式（１４）が成り立つ。
【００６９】
Ｄ１＋Ｄ３＝２Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−２ｒ ・・・ （１４）
式（１４）より、式（１５）が成り立つ。
【００７０】
ｃｏｓ（θ＋α）＝２Ｒ／{２ｒ＋（Ｄ１＋Ｄ３）} ・・・ （１５）
ここで、Ｘｉ＝Ｄｉ＋ｒ−Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）（ｉ＝１，２）とおくと、式（１６）が成り立つ。
【００７１】
ａ2＋ｂ2＝（Ｘ１2＋Ｘ２2）ｃｏｓ2（θ＋α） ・・・ （１６）
式（１６）より式（１７）に示すｂが求められる。
【００７２】
ｂ＝{（Ｘ１2＋Ｘ２2）ｃｏｓ2（θ＋α）−ａ2}1/2 ・・・ （１７）
第１実施形態と同様に、式（１５）より算出される相対回転角θ、回転体の動半径Ｒ0、Ｋａ、Ｋθより、ａを算出する。ａ，θ，α，Ｘ1，Ｘ２を式（１７）に代入して、ｂを算出する。
【００７３】
以上説明した本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果がある。
【００７４】
第３実施形態
図１５は本発明の第３実施形態による荷重算出装置１２８を含むブロック図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。図１６は、図１５中の変位検出装置１３０＃ＦＬ，１３０＃ＦＲ，１３０＃ＲＬ，１３０＃ＲＲのブロック図であり、図２中の構成要素と実質的に同一の符号を付している。変位検出手段１４０＃１，１４０＃２，１４０＃３，１４０＃４は変位センサ１５０＃１，１５０＃２，１５０＃３，１５０＃４及び被測定部（被測定部材）１５２＃１，１５２＃２，１５２＃３，１５２＃４から構成される。
【００７５】
図１７は負荷がかかった状態でのホイールを示す図である。図１７に示すように、４個の変位センサ１５０＃１，１５０＃２，１５０＃３，１５０＃４は、ホイールディスク２０の中心Ｐ１から距離ｒ離間した周上に配置されており、それぞれ９０°ずれて配置されている。変位センサ１５０＃１，１５０＃２，１５０＃３，１５０＃４は、距離測定方向が中心Ｐ１から被測定面１５２ａ＃１，１５２ａ＃２，１５２ａ＃３，１５２ａ＃４への法線に対してαずれている点は第１実施形態と同様である。
【００７６】
図１５中の変位−荷重変換演算手段１３２は、以下のようにして、変位検出装置１３０＃ＦＬ，１３０＃ＦＲ，１３０＃ＲＬ，１３０＃ＲＲからのそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４からＦｘ，Ｆｚ，Ｍｙを推定する。
【００７７】
上述したと同様に、次式（１８），（１９），（２０），（２１）が成り立つ。
【００７８】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （１８）
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π／２）＋ｂｓｉｎ（φ＋π／２））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π／２）−ａｓｉｎ（φ＋π／２））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （１９）
Ｄ３＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π）＋ｂｓｉｎ（φ＋π））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π）−ａｓｉｎ（φ＋π））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （２０）
Ｄ４＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋３π／２）＋ｂｓｉｎ（φ＋３π／２））＋（ｂｃｏｓ（φ＋３π／２）−ａｓｉｎ（φ＋３π／２））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （２１）
ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（φ＋π）＝０，ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（φ＋π）＝０，ｃｏｓ（φ＋π／２）＋ｃｏｓ（φ＋３π／２）＝０，ｓｉｎ（φ＋π／２）＋ｓｉｎ（φ＋３π／２π）＝０より、式（１８），（１９），（２０），（２１）を加算すると、式（２２）が成り立つ。
【００７９】
Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＝４Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−４ｒ ・・・ （２２）
式（２２）より、式（２３）が成り立つ。
【００８０】
ｃｏｓ（θ＋α）＝４Ｒ／{４ｒ＋（Ｄ１＋Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４）} ・・・ （２３）
ここで、Ｘｉ＝Ｄｉ＋ｒ−Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）（ｉ＝１，２，３，４）とおくと、式（２４）が成り立つ。
【００８１】
ａ2＋ｂ2＝−（Ｘ1Ｘ3＋Ｘ2Ｘ4）ｃｏｓ2（θ＋α） ・・・ （２４）
式（２４）より式（２５）に示すｂが求められる。
【００８２】
ｂ＝{−（Ｘ1Ｘ3＋Ｘ2Ｘ4）ｃｏｓ2（θ＋α）−ａ2}1/2 ・・・ （２５）
ａ，θ，α，Ｘ1，Ｘ2，Ｘ3，Ｘ4を式（２５）に代入して、ｂを算出する。
【００８３】
第１実施形態と同様に、式（２３）より算出される相対回転角θ、回転体の動半径Ｒ0、Ｋａ、Ｋθより、ａを算出する。そして、ａを式（２５）に代入して、ｂを算出する。
【００８４】
以上説明した本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果がある上に、変位センサの数を増やすことによって、センサの個体差などになるばらつきの影響を減らすことができるため、荷重Ｆｘ，Ｆｚ及びトルクＭｙの推定精度を上げることができる。
【００８５】
第４実施形態
図１８は本発明の第４実施形態による荷重算出装置１５８を含むブロック図であり、図１中の構成要素と実質的に同一の構成要素には同一の符号を付している。図１９は、図１９中の変位検出装置１６０＃ＦＬ，１６０＃ＦＲ，１６０＃ＲＬ，１６０＃ＲＲのブロック図であり、図２中の構成要素と実質的に同一の符号を付している。変位検出手段１６２＃１，１６２＃２は変位センサ１７０＃１，１７０＃２及び被測定部（被測定部材）１７２＃１，１７２＃２から構成される。
【００８６】
図２０は無負荷状態におけるホイールを示す図である。図２１は負荷がかかった状態におけるホイールを示す図である。図２０及び図２１に示すように、変位センサ１７０＃１，１７０＃２は、ホイールディスク２０の中心Ｐ１から距離ｒだけ離間した周上に配置されており、それぞれ１８０°ずれて配置されている。変位センサ１７０＃１，１７０＃２は、距離測定方向が中心Ｐ１から被測定面１７２ａ＃１，１７２ａ＃２への法線に対してαずれている点は第１実施形態と同様である。
【００８７】
図１８中の変位−荷重変換演算手段１６２は、以下のようにして、変位検出装置１６０＃ＦＬ，１６０＃ＦＲ，１６０＃ＲＬ，１６０＃ＲＲからのそれぞれの距離Ｄ１，Ｄ２からトルクＭｙ及び力Ｆｘを推定する。
【００８８】
上述したと同様に、次式（２６），（２７）が成り立つ。
【００８９】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （２６）
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π）＋ｂｓｉｎ（φ＋π））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π）−ａｓｉｎ（φ＋π））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （２７）
ｃｏｓφ＋ｃｏｓ（φ＋π）＝０，ｓｉｎφ＋ｓｉｎ（φ＋π）＝０より、式（２６），（２７）を加算すると、式（２８）が成り立つ。
【００９０】
Ｄ１＋Ｄ２＝２Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−２ｒ ・・・ （２８）
式（２８）より、式（２９）が成り立つ。
【００９１】
ｃｏｓ（θ＋α）＝２Ｒ／{２ｒ＋（Ｄ１＋Ｄ２）} ・・・ （２９）
θはホイールディスク２０の回転角度φに依存しないため、Ｄ１，Ｄ２により、θを求める。θからＭｙを算出する。そして、第１実施形態と同様に、θ、回転体の動半径Ｒ0、Ｋａ、Ｋθより、ａを算出し、ａよりＦｘを算出する。
【００９２】
以上説明した本実施形態によれば、変位センサを１８０°間隔でホイールディスク２０の中心Ｐ１から半径ｒ上に二つ設置すれば、Ｍｙ及びＦｘを求めることができる。
【００９３】
図２２乃至２４は変位センサの配置条件を説明するための図である。Ｍｙを推定するには、図２２のように、２つの変位センサ１８０＃１，１８０＃２をホイールディスクの中心Ｐ１から半径ｒ上に１８０°間隔で配置し、式（２６）〜式（２９）に基づいて、θを推定し、Ｍｙを推定する。
【００９４】
Ｆｘ，Ｆｚ，Ｍｙ全てを推定するには、最低３つのセンサを必要とし、図２３（ａ），（ｂ）のように、全ての変位センサ１８２＃１，１８２＃２，１８２＃３、変位センサ１８４＃１，１８４＃２，１８４＃３，１８４＃４をＰ１から半径ｒ上に等間隔に配置し、変位センサ１８２＃１，１８２＃２，１８２＃３、変位センサ１８４＃１，１８４＃２，１８４＃３，１８４＃４の出力の和より、相対回転量θを推定し、Ｍｙを推定する。ＭｙよりＦｘを推定し、ａを推定する。そして、ａ，θ及び式（７），式（１７），式（２５）または、類似の式によりｂを推定する。
【００９５】
あるいは、図２４（ａ），（ｂ）のように、二つの変位センサ１８６＃１，１８６＃３，変位センサ１８８＃１，１８８＃３をＰ１から半径ｒ上に１８０°間隔で配置して、第４実施形態と同様にして、相対回転量θを推定し、Ｍｙを推定する。ＭｙよりＦｘを推定し、ａを推定する。
【００９６】
図２４（ａ）のように、変位センサ１８６＃２をＰ１から半径ｒ上の任意の場所、例えば、変位センサ１８６＃１からξ（任意の角度）に配置すると、式（３０），（３１），（３２）が成り立つ。
【００９７】
Ｄ１＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓφ＋ｂｓｉｎφ）＋（ｂｃｏｓφ−ａｓｉｎφ）ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （３０）
Ｄ２＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋ξ）＋ｂｓｉｎ（φ＋ξ））＋（ｂｃｏｓ（φ＋ξ）−ａｓｉｎ（φ＋ξ））ｔａｎ（θ＋α）}
・・・ （３１）
Ｄ３＝Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）−ｒ＋{（ａｃｏｓ（φ＋π）＋ｂｓｉｎ（φ＋π））＋（ｂｃｏｓ（φ＋π）−ａｓｉｎ（φ＋π））ｔａｎ（θ＋α）} ・・・ （３２）
Ｄ１とＤ３は１８０°間隔で配置された変位センサ１８６＃１，１８６＃３により検出される距離、Ｄ２は変位センサ１８６＃２により検出される距離である。ここで、Ｄ１＋Ｄ３からθ及びａを求めることができる。更にＸｉ＝Ｄｉ＋ｒ−Ｒ／ｃｏｓ（θ＋α）とおくと、次式（３３）が成り立つことから、ｂが求められる。
【００９８】
ａ2＋ｂ2＝（Ｘ12−２Ｘ1Ｘ2ｃｏｓξ＋Ｘ22）ｃｏｓ2（θ＋α）／ｓｉｎ2ξ
・・・ （３３）
変位センサが４つ以上ある場合、任意の二つの変位センサ（但し、１８０°間隔で配置されている二つを両方選択することはできない。式（３３）中のｓｉｎ2ξ＝０となるからである。また、この時のξは選択した二つのセンサ間の角度である。）を用いて、式（３３）よりａ2＋ｂ2を算出し、全組み合わせの平均を出すなどすれば、変位センサのばらつき等による誤差を抑えて荷重を推定することが可能となる。但し、ｓｉｎξ≒０にならない条件であることが望ましい。
【００９９】
例えば、図２４（ｂ）に示すように、１８０°間隔で配置された変位センサ１８８＃１，１８８＃３に加えて、変位センサ１８８＃２，１８８＃４がある場合は、式（３３）に従って、変位センサ１８８＃１，１８８＃２により検出された距離Ｄ１，Ｄ２、変位センサ１８８＃１，１８８＃４により検出された距離Ｄ１，Ｄ４、変位センサ１８８＃２，１８８＃３により検出された距離Ｄ２，Ｄ３、変位センサ１８８＃２，１８８＃４により検出された距離Ｄ２，Ｄ４及び変位センサ１８８＃３，１８８＃４により検出された距離Ｄ３，Ｄ４によりそれぞれａ2＋ｂ2を出し、全組み合わせの平均を出すなどすれば、変位センサのばらつき等による誤差を抑えて荷重を推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の第１実施形態による荷重算出装置のブロック図である。
【図２】図１中の変位検出装置のブロック図である。
【図３】車輪の側面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】無負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図６】αずらす理由を示す図である。
【図７】被測定面のバリエーションを示す図である。
【図８】変位−荷重変換演算手段の動作説明図である。
【図９】変位−荷重変換演算手段の動作説明図である。
【図１０】変位−荷重変換演算手段の動作説明図である。
【図１１】変位−荷重変換演算手段の動作説明図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による荷重算出装置のブロック図である。
【図１３】図１２中の変位検出装置のブロック図である。
【図１４】負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による荷重算出装置のブロック図である。
【図１６】図１５中の変位検出装置のブロック図である。
【図１７】負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図１８】本発明の第４実施形態による荷重算出装置のブロック図である。
【図１９】図１８中の変位検出装置のブロック図である。
【図２０】無負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図２１】負荷状態におけるホイールを示す図である。
【図２２】変位センサの配置条件を説明するための図である。
【図２３】変位センサの配置条件を説明するための図である。
【図２４】変位センサの配置条件を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１０１】
２＃ＦＬ，２＃ＦＲ，２＃ＲＬ，２＃ＲＲ 変位検出装置
４ 変位−荷重変換演算手段
２０ ホイールディスク
２２ 弾性部材
２４ リム
２６＃１，２６＃２，２６＃３ 変位センサ
２８＃１，２８＃２，２８＃３ 被測定部（被測定部材）
２８ａ＃１，２８ａ＃２，２８ａ＃３ 被測定面
３０ タイヤ
３４ 車軸ハブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも前記内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、
前記内側回転体及び前記外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の複数の異なる箇所に設けられ、他方の前記内側回転体又は前記外側回転体と一体的に回転し、前記周方向と直交する方向に対向する前記他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの前記直交する方向の距離を検出する複数の変位センサと、
前記複数の変位センサにより検出された複数の前記距離に基づいて、前記内側回転体と前記外側回転体との間の相対回転角を算出する演算手段と、
を具備したことを特徴とする回転角度算出装置。
【請求項２】
無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも前記内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、
前記内側回転体及び前記外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の３個以上の異なる箇所に設けられ、他方の前記内側回転体又は前記外側回転体と一体的に回転し、前記周方向と直交する方向に対向する前記他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの前記直交する方向の距離を検出する３個以上の変位センサと、
前記３個以上の変位センサにより検出された前記距離に基づいて、前記内側回転体と前記外側回転体間の相対変位量を算出する演算手段と、
を具備したことを特徴とする変位量算出装置。
【請求項３】
前記被測定部位を構成する前記被測定部材の表面は単一平面であり、無負荷での前記各変位センサの前記距離の測定方向は、前記変位センサが設けられた前記内側回転体又は前記外側回転体の回転軸に直交する前記変位センサを含む面におけるその回転体の回転中心点から前記平面への法線方向に対して所定角α（α＞０）だけ所定方向にずれていることを特徴とする請求項１記載の回転角度算出装置又は請求項２記載の変位量算出装置。
【請求項１】
無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも前記内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、
前記内側回転体及び前記外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の複数の異なる箇所に設けられ、他方の前記内側回転体又は前記外側回転体と一体的に回転し、前記周方向と直交する方向に対向する前記他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの前記直交する方向の距離を検出する複数の変位センサと、
前記複数の変位センサにより検出された複数の前記距離に基づいて、前記内側回転体と前記外側回転体との間の相対回転角を算出する演算手段と、
を具備したことを特徴とする回転角度算出装置。
【請求項２】
無負荷で内側回転軸と外側回転軸が同心に配置され、少なくとも前記内側回転軸に直交する面内で相対変位可能に負荷に応じて変形する弾性部材によって連結された内側回転体及び外側回転体を有する回転体と、
前記内側回転体及び前記外側回転体のいずれか一方の回転軸から等距離にある周方向の３個以上の異なる箇所に設けられ、他方の前記内側回転体又は前記外側回転体と一体的に回転し、前記周方向と直交する方向に対向する前記他方の回転軸から等しい距離に設けられた被測定部材の被測定部位までの前記直交する方向の距離を検出する３個以上の変位センサと、
前記３個以上の変位センサにより検出された前記距離に基づいて、前記内側回転体と前記外側回転体間の相対変位量を算出する演算手段と、
を具備したことを特徴とする変位量算出装置。
【請求項３】
前記被測定部位を構成する前記被測定部材の表面は単一平面であり、無負荷での前記各変位センサの前記距離の測定方向は、前記変位センサが設けられた前記内側回転体又は前記外側回転体の回転軸に直交する前記変位センサを含む面におけるその回転体の回転中心点から前記平面への法線方向に対して所定角α（α＞０）だけ所定方向にずれていることを特徴とする請求項１記載の回転角度算出装置又は請求項２記載の変位量算出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２００８−７６２２６（Ｐ２００８−７６２２６Ａ）
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２５５６９１（Ｐ２００６−２５５６９１）
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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