センサ付車輪用軸受
【課題】 少ないセンサ数で、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供する。
【解決手段】 複列の転動体が介在する車輪用軸受の内外部材のうち固定側部材の外径面に、2つのセンサユニット20からなるセンサユニット対19を設ける。両センサユニット20は、固定側部材の円周方向180度の位相差をなす位置に配置する。センサユニット20は、固定側部材外径面への2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材と、その歪みを検出するセンサを有する。両センサユニット20のセンサ出力信号の差分により、径方向荷重推定手段31で径方向荷重を、また前記センサ出力信号の和により、軸方向荷重推定手段32で軸方向荷重を推定する。前記センサ出力信号は、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて温度補正手段30で補正する。
【解決手段】 複列の転動体が介在する車輪用軸受の内外部材のうち固定側部材の外径面に、2つのセンサユニット20からなるセンサユニット対19を設ける。両センサユニット20は、固定側部材の円周方向180度の位相差をなす位置に配置する。センサユニット20は、固定側部材外径面への2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材と、その歪みを検出するセンサを有する。両センサユニット20のセンサ出力信号の差分により、径方向荷重推定手段31で径方向荷重を、また前記センサ出力信号の和により、軸方向荷重推定手段32で軸方向荷重を推定する。前記センサ出力信号は、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて温度補正手段30で補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面の歪みを検出することにより荷重を検出するセンサ付車輪用軸受が提案されている(例えば特許文献1)。また、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受も提案されている(例えば特許文献2)。
【特許文献1】特開2002−098138号公報
【特許文献2】特表2003−530565号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
特許文献1に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある。
例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとすると、出力信号に図16のようなヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、検出分解能が低下する。
また、特許文献2のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。
また、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する上下方向の荷重Fz を検出する場合、荷重Fz に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、上記した技術では検出感度が低くなり、荷重Fz を精度良く検出できない。
【0004】
そこで、本発明者等は、上記課題を解決するものとして、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受を開発した。このセンサ付車輪用軸受における車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、上記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する。上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面には、この外径面に接触して固定される2つの接触固定部とこれら2つの接触固定部の間に位置する切欠き部とを有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有する1つ以上のセンサユニットを設ける(特願2007−306981号)。
【0005】
しかし、このような構成の場合、荷重の変化に対してセンサの出力信号の変化が小さく、温度やノイズ等に起因して出力信号に生じるドリフトにより検出誤差が大きくなる。その結果、車輪用軸受もしくはタイヤに複合荷重(例えばコーナリング力Fy と垂直方向荷重Fz )が印加した状態では、各方向の荷重をそれぞれ算出することが困難である。
【0006】
この発明の目的は、少ないセンサ数で、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段と、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する温度補正手段を設けたことを特徴とする。
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材(例えば外方部材)にも荷重が印加されて変形が生じる。ここでは、センサユニット対を構成する2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つ以上の接触固定部が、外方部材の外径面に接触固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され易く、その歪みがセンサで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。
また、固定側部材の外径面に、その円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、そのセンサユニット対の2つのセンサの出力信号の差により径方向荷重である例えば垂直方向荷重Fz を推定する径方向荷重推定手段と、前記2つのセンサの出力信号の和により軸方向荷重Fy を推定する軸方向荷重推定手段とを設けているので、多数のセンサを設けることなく、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く検出することができる。
しかし、軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、前記センサユニットのセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、検出された荷重に温度の影響が残る。ここでは、車輪用軸受の温度またはその周囲温度に応じて前記センサユニットのセンサ出力信号を補正する温度補正手段を設けているので、温度による検出誤差を低減できる。その結果、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く正確に検出することができる。
【0008】
この発明において、前記温度補正手段は、前記固定側部材の外径面に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するものとしても良い。この構成の場合、センサユニットが設けられる固定側部材の外径面の温度を直接測定する温度センサの出力信号に応じて、センサユニットのセンサ出力信号を補正することになるので、荷重をより正確に検出できる。
【0009】
この発明において、前記温度補正手段は、前記センサユニットの歪み発生部材に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するものとしても良い。この構成の場合、センサユニットが設けられる固定側部材の外径面と同じ温度を測定する温度センサの出力信号に応じて、センサユニットのセンサ出力信号を補正することになるので、荷重をより正確に検出できる。また、温度センサを歪み発生部材に設けることで、歪み検出用のセンサと同じ部材に設けることになるので、信号ケーブルの引き出しなどが容易となり、組立性・量産性に優れたものとなる。
【0010】
この発明において、さらに車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設け、前記軸方向荷重推定手段は、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和と、前記軸方向荷重方向判別手段の判別結果とから車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定するものとしても良い。
軸方向荷重推定手段で算出されるセンサユニット対における2つのセンサユニットのセンサ出力信号の和が、軸方向荷重に対してV字形の出力曲線(図7参照)となる場合、軸方向荷重の方向を判別する必要がある。そこで、別途設けた軸方向荷重方向判別手段で軸方向荷重の方向を判別すれば、その判別結果と2つのセンサユニットのセンサ出力信号の和とにより、軸方向荷重推定手段は軸方向荷重を正確に検出することができる。
【0011】
この発明において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つ接触固定部は、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置されていても良い。この構成の場合、固定側部材の周方向の歪みをセンサユニットによって検出することができる。すなわち、タイヤと路面間に作用する荷重が、回転側部材から転動体を介して固定側部材に伝達されるので、固定側部材の外径面は周方向に歪むことになり、上記した接触固定部の配置により検出感度が向上し、荷重をさらに精度良く推定できる。
【発明の効果】
【0012】
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段と、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する温度補正手段を設けたため、少ないセンサ数で、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
この発明の一実施形態を図1ないし図9と共に説明する。この実施形態は、第3世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【0014】
このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図1に断面図で示すように、内周に複列の転走面3を形成した外方部材1と、これら各転走面3に対向する転走面4を外周に形成した内方部材2と、これら外方部材1および内方部材2の転走面3,4間に介在した複列の転動体5とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体5はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。上記転走面3,4は断面円弧状であり、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材1と内方部材2との間の軸受空間の両端は、一対のシール7,8によってそれぞれ密封されている。
【0015】
外方部材1は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置(図示せず)におけるナックル16に取付ける車体取付用フランジ1aを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ1aには円周方向の複数箇所に車体取付用のボルト孔14が設けられ、インボード側よりナックル16のボルト挿通孔17に挿通したナックルボルト18を前記ボルト孔14に螺合することにより、車体取付用フランジ1aがナックル16に取付けられる。
内方部材2は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ9aを有するハブ輪9と、このハブ輪9の軸部9bのインボード側端の外周に嵌合した内輪10とでなる。これらハブ輪9および内輪10に、前記各列の転走面4が形成されている。ハブ輪9のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面12が設けられ、この内輪嵌合面12に内輪10が嵌合している。ハブ輪9の中心には貫通孔11が設けられている。ハブフランジ9aには、周方向複数箇所にハブボルト(図示せず)の圧入孔15が設けられている。ハブ輪9のハブフランジ9aの根元部付近には、車輪および制動部品(図示せず)を案内する円筒状のパイロット部13がアウトボード側に突出している。
【0016】
図2は、この車輪用軸受の外方部材1をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図1は、図2におけるI−I矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ1aは、図2のように、各ボルト孔14が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aaとされている。
【0017】
固定側部材である外方部材1の外径面には、2つのセンサユニット20を1組とするセンサユニット対19が1対設けられている。これら2つのセンサユニット20は、外方部材1の外径面の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置される。このセンサユニット対19は1対以上設けても良い。ここでは、センサユニット対19を構成する2つのセンサユニット20を、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材1の外径面における上面部および下面部の2箇所に設けることで、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する上下方向の荷重(垂直方向荷重)Fz もしくは軸方向の荷重Fyを検出するようにしている。具体的には、図2のように、外方部材1の外径面における上面部の、隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に1つのセンサユニット20が配置され、外方部材1の外径面における下面部の、隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に他の1つのセンサユニット20が配置されている。
【0018】
これらのセンサユニット20は、図3および図4に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出するセンサ22とでなる。歪み発生部材21は、鋼材等の弾性変形可能な金属製の3mm以下の薄板材からなり、平面概形が帯状で中央の両側辺部に切欠き部21bを有する。また、歪み発生部材21は、外方部材1の外径面にスペーサ23を介して接触固定される2つの接触固定部21aを両端部に有する。センサ22は、歪み発生部材21における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材21の外面側で両側辺部の切欠き部21bで挟まれる中央部位が選ばれており、センサ22は切欠き部21b周辺の周方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材21は、固定側部材である外方部材1に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材1の変形がセンサユニット20に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。想定される最大の力は、例えば、その力の印加によって車輪用軸受としての機能が損なわれない範囲の最大の力である。
【0019】
前記センサユニット20は、その歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部21aが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部21aがそれぞれスペーサ23を介してボルト24により外方部材1の外径面に固定される。前記各ボルト24は、それぞれ接触固定部21aに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔25からスペーサ23のボルト挿通孔26に挿通し、外方部材1の外周部に設けられたボルト孔27に螺合させる。このように、スペーサ23を介して外方部材1の外径面に接触固定部21aを固定することにより、薄板状である歪み発生部材21における切欠き部21bを有する中央部位が外方部材1の外径面から離れた状態となり、切欠き部21bの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部21aが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材1のアウトボード側列の転走面3の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面3の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面3の中間位置からアウトボード側列の転走面3の形成部までの範囲である。外方部材1の外径面へセンサユニット20を安定良く固定する上で、外方部材1の外径面における前記スペーサ23が接触固定される箇所には平坦部1bが形成される。
【0020】
センサ22としては、種々のものを使用することができる。例えば、センサ22を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材21に対しては接着による固定が行なわれる。また、センサ22を歪み発生部材21上に厚膜抵抗体により形成することもできる。
【0021】
センサユニット対19の2つのセンサ22は、図1および図2のように温度補正手段30を介して径方向荷重推定手段31と軸方向荷重推定手段32とにそれぞれ接続される。径方向荷重推定手段31は、前記2つのセンサ22の出力信号の差分から、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )を推定する手段である。軸方向荷重推定手段32は、前記2つのセンサ22の出力信号の和から、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する軸方向荷重(コーナリング力)Fy を推定する手段である。
【0022】
上記した径方向荷重推定手段31による垂直方向荷重Fz の推定方法、および軸方向荷重推定手段32による軸方向荷重Fy の推定方法について、以下に説明する。軸方向荷重Fy がゼロの状態で垂直方向荷重Fz が印加された場合、外方部材1の外径面の変形モードは、外方部材1の外径面の上面部が外径方向へ変形し、下面部が内径方向へ変形するモードとなる。この実施形態では、センサユニット20を、その2つの接触固定部21aが外方部材1の外径面の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置して、周方向の歪みを検出するようにしている。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21は、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形し、前記下面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21は、歪みが小さくなる圧縮方向に変形する。それゆえ、このときのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号A,B(図6に破線のグラフとして示す)の差分をとると、同図に実線のグラフCとして示すように傾きの大きい出力曲線が得られる。また、2つのセンサ22の出力信号A,Bの和をとると、同図に別の実線のグラフDとして示すように傾きの小さい出力曲線が得られる。
一方、垂直方向荷重Fz がゼロの状態で軸方向荷重Fy が印加された場合、外方部材1の外径面の変形モードは、外方部材1の外径面の上面部および下面部とも外径方向へ変形するモードとなる。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21も、前記下面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21も共に、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形する。それゆえ、このときのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号A,B(図7,図8に破線のグラフとして示す)の差分をとると、同図に実線のグラフCとして示すように傾きの小さい出力曲線が得られる。また、2つのセンサ22の出力信号A,Bの和をとると、別の実線のグラフDとして示すように傾きの大きい出力曲線が得られる。
【0023】
このように、垂直方向荷重Fz の印加時と軸方向荷重Fy の印加時とで、外方部材1の外径面の変形モードが異なることを利用して、径方向荷重推定手段31による垂直方向荷重Fz の推定、および軸方向荷重推定手段32による軸方向荷重Fy の推定を、次のように行っている。
(1) 軸方向荷重推定手段32:2つのセンサ22の出力信号A,Bの和を求め、軸方向荷重(コーナリング力)Fy を推定する。この場合、垂直方向荷重Fz に対する出力信号A,Bの和の傾きは小さく、軸方向荷重Fy の歪み量は垂直方向荷重Fz と比べて非常に大きいため、垂直方向荷重Fz による変動分はほとんど影響を受けない。
(2) 径方向荷重推定手段31:2つのセンサ22の出力信号A,Bの差を求め、軸方向荷重推定手段32で求めた軸方向荷重Fy の値で補正して、垂直方向荷重Fz を推定する。垂直方向荷重Fz に限らず車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重(駆動力となる荷重Fx を含む)に対する外方部材1の変形量は、軸方向荷重Fy に対する変形量と比較して非常に小さいため、軸方向荷重Fy の影響を受けやすい。そこで、上記したように、径方向荷重推定手段31による推定値を軸方向荷重推定手段32で求めた軸方向荷重Fy の値で補正すれば、径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )を正確に推定できる。径方向荷重推定手段31は、前記補正処理を行う補正手段31aを有する。例えば、垂直方向荷重Fz と歪み量が比例関係にある場合、補正手段31aは軸方向荷重Fy の値によりオフセット量や傾きを補正する。
【0024】
前記径方向荷重推定手段31および軸方向荷重推定手段32は、実験や解析により予め求めた図6ないし図8にグラフで示す関係(荷重Fz と歪み量(差)、荷重Fy と歪み量(和)、荷重Fy と歪み量(差)など)を、演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段(図示せず)を有する。これにより、径方向荷重推定手段31および軸方向荷重推定手段32は、入力された2つのセンサ22の出力信号A,Bから前記関係設定手段を用いて、垂直方向荷重Fz および軸方向荷重Fy を推定できる。
【0025】
ただし、図7にV字形のグラフで示すように、軸方向荷重Fy の正負両方向(アウトボード側の方向とインボード側の方向)において、センサユニット20の歪み発生部材21が引っ張り方向に変形する場合、軸方向荷重Fy の方向を判別する必要がある。この軸方向荷重方向判別手段の一例として、図1のようにステアリング角センサ33を用いることができる。このセンサ33で検出されるステアリング角により、コーナリング方向が分かるため、軸方向荷重Fy の方向判別を行うことができる。上記した関係設定手段に設定する関係式には、この軸方向荷重Fy の方向も含めても良い。
【0026】
また、図7のようなV字形のグラフではなく、図8のように負方向の軸方向荷重Fy の最大値から正方向の軸方向荷重Fy の最大値にかけて単調増加(または単調減少)するような場所にセンサユニット20を設置できれば、上記したステアリング角センサ33のような軸方向荷重方向判別手段を設けなくても、センサユニット20のセンサ22の出力信号A,Bだけから軸方向荷重Fy の方向も判別できる。
【0027】
図2のように、外方部材1の外径面における各センサユニット20の設置部の近傍には、外方部材1の外径面温度を検出する温度センサ29がそれぞれ設けられている。温度センサ29としては、例えばサーミスタや白金抵抗素子を用いることができる。温度補正手段30は、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて、前記センサユニット20のセンサ出力信号を補正する手段である。ここでは、温度補正手段30は、前記温度センサ29の出力信号に基づいて、対応するセンサユニット20のセンサ出力信号を補正する。したがって、径方向荷重推定手段31や軸方向荷重推定手段32には、温度補正手段30によって補正されたセンサ出力信号が入力される。
【0028】
図5は、前記温度センサ29の他の設置例を示す。この設置例では、図3に示すセンサユニット20における歪み発生部材21の外面側に温度センサ29が設けられている。センサユニット20は外方部材1の外径面に固定されているため、歪み発生部材21の温度は外方部材1の外径面と同じになり、温度センサ29で外方部材1の外径面温度を検出することができる。このように、歪み発生部材21の一部に温度センサ29を設けると、センサユニット20のセンサ22と設置場所が同じになるので、信号ケーブルの引き出し等が容易となり、組立性・量産性を向上させることができる。
【0029】
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材1にも荷重が印加されて変形が生じる。前記センサユニット対19のセンサユニット20を例えば車体取付用フランジ1aの突片1aaに設置して、車体取付用フランジ1aの変形から荷重を推定しようとすると、従来例の説明におけるように出力信号にヒステリシスが生じる。ここでは、センサユニット20における歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の外径面に接触固定されているので、外方部材1の歪みが歪み発生部材21に拡大して伝達され易く、その歪みがセンサ22で感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなり、荷重を精度良く推定できる。
【0030】
また、固定側部材である外方部材1の外径面に、その円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニット20からなるセンサユニット対19を少なくとも1対設け、そのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号の差により径方向荷重である例えば垂直方向荷重Fz を推定する径方向荷重推定手段31と、前記2つのセンサ22の出力信号の和によりコーナリング力となる軸方向荷重Fy を推定する軸方向荷重推定手段32を設けているので、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く推定することができる。
【0031】
しかし、軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、前記センサユニット20のセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、推定される荷重に温度の影響が残る。ここでは、車輪用軸受の温度またはその周囲温度に応じて前記センサユニット20のセンサ出力信号を補正する温度補正手段30を設けているので、温度による検出誤差を低減できる。その結果、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く正確に検出することができる。
【0032】
上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用力を検出する場合を示したが、車輪のタイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力(例えば予圧量)を検出するものとしても良い。
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
【0033】
また、この実施形態では、前記温度補正手段30が、固定側部材である外方部材1の外径面に設けた温度センサ29の出力信号に応じてセンサユニット20のセンサ出力信号を補正するようにしているので、センサユニット20が設けられる外方部材1の外径面の温度の測定値に応じて、センサユニットのセンサ出力信号を補正することになり、荷重をより正確に検出できる。
【0034】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材1の外径面へのセンサユニット20の設置において、その歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置されているので、外方部材1の周方向の歪みをセンサユニット20によって検出することができる。この実施形態の場合、タイヤと路面間に作用する荷重が、回転側部材である内方部材2から転動体5を介して外方部材1に伝達されるので、外方部材1の外径面は周方向に歪むことになり、上記した接触固定部21aの配置により検出感度が向上し、荷重をさらに精度良く推定できる。
【0035】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材1の車体取付用フランジ1aの円周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔14が設けられた周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aaとされるが、前記センサユニット20における歪み発生部材21の2つの接触固定部21aは、隣り合う突片1aa間の中央に配置されているので、ヒステリシスの原因となる突片1aaから離れた位置に歪み発生部材21が配置されることになり、それだけセンサ22の出力信号に生じるヒステリシスが小さくなり、荷重をより精度良く推定できる。
【0036】
また、この実施形態では、センサユニット20を、外方部材1における複列の転走面3のうちのアウトボード側の転走面3の周辺となる軸方向位置、つまり比較的設置スペースが広く、タイヤ作用力が転動体5を介して外方部材1に伝達されて比較的変形量の大きい部位に配置しているので、検出感度が向上し、荷重をより精度良く推定できる。
【0037】
また、センサユニット対19の2つのセンサユニット20の歪み発生部材21は切欠き部21bを有し、その切欠き部21bの周辺にセンサ22を設けているので、固定側部材である外方部材1から歪み発生部材21に拡大されて伝達される歪みが切欠き部21bに集中しやすくなり、センサ22による検出感度が向上し、さらに荷重を精度良く検出することができる。
【0038】
また、車輪用軸受の回転中には、転走面3におけるセンサユニット20の近傍部位を通過する転動体5の有無によって、センサユニット20のセンサ22の出力信号の振幅に、図9に示す波形図のように周期的な変化が生じる場合がある。その理由は、転動体5の通過時とそうでない場合とで変形量が異なり、転動体5の通過周期ごとにセンサ22の出力信号の振幅がピーク値を持つためである。そこで、検出信号におけるこのピーク値の周期を、例えば径方向荷重推定手段31で測定することにより、転動体5の通過速度つまり車輪の回転数を検出することも可能となる。このように、出力信号に変動が見られる場合、径方向荷重推定手段31は、センサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号の差分を、各出力信号の平均値や振幅から算出することができる。変動が見られない場合は、絶対値より算出することができる。
【0039】
なお、この実施形態において、以下の構成については特に限定しない。
・ センサユニット20の設置個数、接触固定部21a,センサ22,切欠き部21b の数、設置場所
・ センサユニット20の形状、固定方法(接着、溶接でも良い。スペーサ23を介さ ずに、2つの接触固定部21aを外方部材1の外径面に直接固定し、その外径面に おける両接触固定部21aの被固定部位間に溝を設けても良い。)、固定する向き (軸方向に向けて固定し、軸方向の歪みを検出しても構わない)
【0040】
また、この実施形態では、センサユニット対19となる2つのセンサユニット20を、タイヤ接地面に対して上下位置となる固定側部材である外方部材1の外径面の上面部と下面部とに配置しているが、これに限らず外方部材1の外径面の左右両面に配置しても良い。この場合には、径方向荷重推定手段31により、径方向荷重として車両の前後方向に作用する駆動力による荷重Fx を推定することができる。
【0041】
図10ないし図12は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、上記した軸方向荷重方向判別手段として、図1におけるステアリング角センサ33に代えて、軸方向荷重Fy の方向により出力信号の異なる方向判別センサ34が設けられている。ここでの方向判別センサ34は、歪み発生部材36と、この歪み発生部材36に取付けられて歪み発生部材36の歪みを検出するセンサ37を有するセンサユニット35を、スペーサ38A,38Bを介して外方部材1に固定したものである。
【0042】
方向判別センサ34の歪み発生部材36は、図11に拡大して示すように、鋼材等の金属材からなる板材をL字状に折り曲げて形成され、外方部材1のフランジ1aにおけるボルト孔14の近傍のアウトボード側に向く側面に対向する径方向片36aと、外方部材1の外径面に対向する軸方向片36bとを有する。センサ37は径方向片36aの片面に固定される。この歪み発生部材36は、スペーサ38A,38Bを介して外方部材1の外周部に、ボルト39,40で締結される。すなわち、径方向片36aの接触固定部36aaに形成されたボルト挿通孔41からスペーサ38Aのボルト挿通孔42に挿通させたボルト39を、外方部材1のフランジ1aにおけるナックルボルト18用のボルト孔14の近傍に設けられたボルト孔43に螺合させる。また、軸方向片36bの接触固定部36baに形成されたボルト挿通孔44から別のスペーサ38Bのボルト挿通孔45に挿通させたボルト40を、外方部材1の外径面に設けられたボルト孔46に螺合させる。これにより、歪み発生部材36が外方部材1に締結される。
【0043】
上記した方向判別センサ34の設置部位は、コーナリング力に対して変形量が大きいが、垂直方向荷重Fz や駆動力による荷重Fx のような径方向荷重に対して変形量の小さい部位である。この部位に設置すると、方向判別センサ34に作用する力が圧縮力と引っ張り力で切り替わるため、図8に破線で示すような出力曲線が得られる。このため、例えばその出力信号の大小判別を所定のしきい値に対して行なえば、軸方向荷重Fy の方向を判別することができる。方向判別センサ34の出力信号は、軸方向荷重推定手段32に入力され、その入力信号から軸方向荷重推定手段32は軸方向荷重Fy の方向を判別する。その他の構成は、図1〜図9に示した実施形態の場合と同様である。なお、この実施形態において、前記方向判別センサ34の出力信号についても、センサユニット20のセンサ出力信号と同様に、温度補正手段30で補正しても良い。この場合、方向判別センサ34の出力信号の温度影響を低減でき、より正確な方向判別が可能となる。
【0044】
図13ないし図15は、この発明のさらに他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図1〜図9に示す実施形態において、センサユニット対19の2つのセンサユニット20を以下のように構成している。この場合も、センサユニット20は、図15に拡大断面図で示すように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出するセンサ22とでなる。歪み発生部材21は、外方部材1の外径面に対向する内面側に張り出した2つの接触固定部21aを両端部に有し、これら接触固定部21aで外方部材1の外径面に接触して固定される。2つの接触固定部21aのうち、1つの接触固定部21aは、外方部材1のアウトボード側列の転走面3の周辺となる軸方向位置に配置され、この位置よりもアウトボード側の位置にもう1つの接触固定部21aが配置され、かつこれら両接触固定部21aは互いに外方部材1の円周方向における同位相の位置に配置される。ここでいうアウトボード側列の転走面3の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面3の中間位置からアウトボード側列の転走面3の形成部までの範囲である。この場合も、外方部材1の外径面へセンサユニット20を安定良く固定する上で、外方部材1の外径面における前記歪み発生部材21の接触固定部21aが接触固定される箇所に平坦部を形成するのが望ましい。
また、歪み発生部材21の中央部には内面側に開口する1つの切欠き部21bが形成されている。センサ22は、歪み発生部材21における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、前記切欠き部21bの周辺、具体的には歪み発生部材21の外面側で切欠き部21bの背面側となる位置が選ばれており、センサ22は切欠き部21b周辺の歪みを検出する。
【0045】
歪み発生部材21の2つの接触固定部21aは、それぞれボルト47により外方部材1の外径面へ締結することで固定される。具体的には、これらボルト47は、それぞれ接触固定部21aに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔48に挿通し、外方部材1の外周部に設けられたボルト孔49に螺合させる。なお、接触固定部21aの固定方法としては、ボルト47による締結のほか、接着剤などを用いても良い。歪み発生部材21の接触固定部21a以外の箇所では、外方部材1の外径面との間に隙間が生じている。その他の構成は、図1〜図9に示した実施形態の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図2】同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図3】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大平面図である。
【図4】図3におけるIV−IV矢視線断面図である。
【図5】センサユニットの他の例を示す拡大平面図である。
【図6】同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と垂直方向荷重との関係の一例を示すグラフである。
【図7】同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と軸方向荷重との関係の一例を示すグラフである。
【図8】同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と軸方向荷重との関係の他の例を示すグラフである。
【図9】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの出力信号の波形図である。
【図10】この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図11】図10の一部拡大断面図である。
【図12】同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図13】この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図14】同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図15】図13の一部拡大断面図である。
【図16】従来例での出力信号におけるヒステリシスの説明図である。
【符号の説明】
【0047】
1…外方部材
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
19…センサユニット対
20…センサユニット
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
22…センサ
29…温度センサ
30…温度補正手段
31…径方向荷重推定手段
32…軸方向荷重推定手段
33…ステアリング角センサ(軸方向荷重方向判別手段)
34…方向判別センサ(軸方向荷重方向判別手段)
【技術分野】
【0001】
この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面の歪みを検出することにより荷重を検出するセンサ付車輪用軸受が提案されている(例えば特許文献1)。また、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受も提案されている(例えば特許文献2)。
【特許文献1】特開2002−098138号公報
【特許文献2】特表2003−530565号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
特許文献1に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある。
例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとすると、出力信号に図16のようなヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、検出分解能が低下する。
また、特許文献2のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。
また、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する上下方向の荷重Fz を検出する場合、荷重Fz に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、上記した技術では検出感度が低くなり、荷重Fz を精度良く検出できない。
【0004】
そこで、本発明者等は、上記課題を解決するものとして、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受を開発した。このセンサ付車輪用軸受における車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、上記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する。上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面には、この外径面に接触して固定される2つの接触固定部とこれら2つの接触固定部の間に位置する切欠き部とを有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有する1つ以上のセンサユニットを設ける(特願2007−306981号)。
【0005】
しかし、このような構成の場合、荷重の変化に対してセンサの出力信号の変化が小さく、温度やノイズ等に起因して出力信号に生じるドリフトにより検出誤差が大きくなる。その結果、車輪用軸受もしくはタイヤに複合荷重(例えばコーナリング力Fy と垂直方向荷重Fz )が印加した状態では、各方向の荷重をそれぞれ算出することが困難である。
【0006】
この発明の目的は、少ないセンサ数で、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段と、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する温度補正手段を設けたことを特徴とする。
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材(例えば外方部材)にも荷重が印加されて変形が生じる。ここでは、センサユニット対を構成する2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つ以上の接触固定部が、外方部材の外径面に接触固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され易く、その歪みがセンサで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。
また、固定側部材の外径面に、その円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、そのセンサユニット対の2つのセンサの出力信号の差により径方向荷重である例えば垂直方向荷重Fz を推定する径方向荷重推定手段と、前記2つのセンサの出力信号の和により軸方向荷重Fy を推定する軸方向荷重推定手段とを設けているので、多数のセンサを設けることなく、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く検出することができる。
しかし、軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、前記センサユニットのセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、検出された荷重に温度の影響が残る。ここでは、車輪用軸受の温度またはその周囲温度に応じて前記センサユニットのセンサ出力信号を補正する温度補正手段を設けているので、温度による検出誤差を低減できる。その結果、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く正確に検出することができる。
【0008】
この発明において、前記温度補正手段は、前記固定側部材の外径面に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するものとしても良い。この構成の場合、センサユニットが設けられる固定側部材の外径面の温度を直接測定する温度センサの出力信号に応じて、センサユニットのセンサ出力信号を補正することになるので、荷重をより正確に検出できる。
【0009】
この発明において、前記温度補正手段は、前記センサユニットの歪み発生部材に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するものとしても良い。この構成の場合、センサユニットが設けられる固定側部材の外径面と同じ温度を測定する温度センサの出力信号に応じて、センサユニットのセンサ出力信号を補正することになるので、荷重をより正確に検出できる。また、温度センサを歪み発生部材に設けることで、歪み検出用のセンサと同じ部材に設けることになるので、信号ケーブルの引き出しなどが容易となり、組立性・量産性に優れたものとなる。
【0010】
この発明において、さらに車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設け、前記軸方向荷重推定手段は、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和と、前記軸方向荷重方向判別手段の判別結果とから車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定するものとしても良い。
軸方向荷重推定手段で算出されるセンサユニット対における2つのセンサユニットのセンサ出力信号の和が、軸方向荷重に対してV字形の出力曲線(図7参照)となる場合、軸方向荷重の方向を判別する必要がある。そこで、別途設けた軸方向荷重方向判別手段で軸方向荷重の方向を判別すれば、その判別結果と2つのセンサユニットのセンサ出力信号の和とにより、軸方向荷重推定手段は軸方向荷重を正確に検出することができる。
【0011】
この発明において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つ接触固定部は、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置されていても良い。この構成の場合、固定側部材の周方向の歪みをセンサユニットによって検出することができる。すなわち、タイヤと路面間に作用する荷重が、回転側部材から転動体を介して固定側部材に伝達されるので、固定側部材の外径面は周方向に歪むことになり、上記した接触固定部の配置により検出感度が向上し、荷重をさらに精度良く推定できる。
【発明の効果】
【0012】
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段と、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する温度補正手段を設けたため、少ないセンサ数で、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
この発明の一実施形態を図1ないし図9と共に説明する。この実施形態は、第3世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【0014】
このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図1に断面図で示すように、内周に複列の転走面3を形成した外方部材1と、これら各転走面3に対向する転走面4を外周に形成した内方部材2と、これら外方部材1および内方部材2の転走面3,4間に介在した複列の転動体5とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体5はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。上記転走面3,4は断面円弧状であり、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材1と内方部材2との間の軸受空間の両端は、一対のシール7,8によってそれぞれ密封されている。
【0015】
外方部材1は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置(図示せず)におけるナックル16に取付ける車体取付用フランジ1aを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ1aには円周方向の複数箇所に車体取付用のボルト孔14が設けられ、インボード側よりナックル16のボルト挿通孔17に挿通したナックルボルト18を前記ボルト孔14に螺合することにより、車体取付用フランジ1aがナックル16に取付けられる。
内方部材2は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ9aを有するハブ輪9と、このハブ輪9の軸部9bのインボード側端の外周に嵌合した内輪10とでなる。これらハブ輪9および内輪10に、前記各列の転走面4が形成されている。ハブ輪9のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面12が設けられ、この内輪嵌合面12に内輪10が嵌合している。ハブ輪9の中心には貫通孔11が設けられている。ハブフランジ9aには、周方向複数箇所にハブボルト(図示せず)の圧入孔15が設けられている。ハブ輪9のハブフランジ9aの根元部付近には、車輪および制動部品(図示せず)を案内する円筒状のパイロット部13がアウトボード側に突出している。
【0016】
図2は、この車輪用軸受の外方部材1をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図1は、図2におけるI−I矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ1aは、図2のように、各ボルト孔14が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aaとされている。
【0017】
固定側部材である外方部材1の外径面には、2つのセンサユニット20を1組とするセンサユニット対19が1対設けられている。これら2つのセンサユニット20は、外方部材1の外径面の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置される。このセンサユニット対19は1対以上設けても良い。ここでは、センサユニット対19を構成する2つのセンサユニット20を、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材1の外径面における上面部および下面部の2箇所に設けることで、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する上下方向の荷重(垂直方向荷重)Fz もしくは軸方向の荷重Fyを検出するようにしている。具体的には、図2のように、外方部材1の外径面における上面部の、隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に1つのセンサユニット20が配置され、外方部材1の外径面における下面部の、隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に他の1つのセンサユニット20が配置されている。
【0018】
これらのセンサユニット20は、図3および図4に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出するセンサ22とでなる。歪み発生部材21は、鋼材等の弾性変形可能な金属製の3mm以下の薄板材からなり、平面概形が帯状で中央の両側辺部に切欠き部21bを有する。また、歪み発生部材21は、外方部材1の外径面にスペーサ23を介して接触固定される2つの接触固定部21aを両端部に有する。センサ22は、歪み発生部材21における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材21の外面側で両側辺部の切欠き部21bで挟まれる中央部位が選ばれており、センサ22は切欠き部21b周辺の周方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材21は、固定側部材である外方部材1に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材1の変形がセンサユニット20に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。想定される最大の力は、例えば、その力の印加によって車輪用軸受としての機能が損なわれない範囲の最大の力である。
【0019】
前記センサユニット20は、その歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部21aが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部21aがそれぞれスペーサ23を介してボルト24により外方部材1の外径面に固定される。前記各ボルト24は、それぞれ接触固定部21aに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔25からスペーサ23のボルト挿通孔26に挿通し、外方部材1の外周部に設けられたボルト孔27に螺合させる。このように、スペーサ23を介して外方部材1の外径面に接触固定部21aを固定することにより、薄板状である歪み発生部材21における切欠き部21bを有する中央部位が外方部材1の外径面から離れた状態となり、切欠き部21bの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部21aが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材1のアウトボード側列の転走面3の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面3の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面3の中間位置からアウトボード側列の転走面3の形成部までの範囲である。外方部材1の外径面へセンサユニット20を安定良く固定する上で、外方部材1の外径面における前記スペーサ23が接触固定される箇所には平坦部1bが形成される。
【0020】
センサ22としては、種々のものを使用することができる。例えば、センサ22を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材21に対しては接着による固定が行なわれる。また、センサ22を歪み発生部材21上に厚膜抵抗体により形成することもできる。
【0021】
センサユニット対19の2つのセンサ22は、図1および図2のように温度補正手段30を介して径方向荷重推定手段31と軸方向荷重推定手段32とにそれぞれ接続される。径方向荷重推定手段31は、前記2つのセンサ22の出力信号の差分から、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )を推定する手段である。軸方向荷重推定手段32は、前記2つのセンサ22の出力信号の和から、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する軸方向荷重(コーナリング力)Fy を推定する手段である。
【0022】
上記した径方向荷重推定手段31による垂直方向荷重Fz の推定方法、および軸方向荷重推定手段32による軸方向荷重Fy の推定方法について、以下に説明する。軸方向荷重Fy がゼロの状態で垂直方向荷重Fz が印加された場合、外方部材1の外径面の変形モードは、外方部材1の外径面の上面部が外径方向へ変形し、下面部が内径方向へ変形するモードとなる。この実施形態では、センサユニット20を、その2つの接触固定部21aが外方部材1の外径面の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置して、周方向の歪みを検出するようにしている。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21は、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形し、前記下面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21は、歪みが小さくなる圧縮方向に変形する。それゆえ、このときのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号A,B(図6に破線のグラフとして示す)の差分をとると、同図に実線のグラフCとして示すように傾きの大きい出力曲線が得られる。また、2つのセンサ22の出力信号A,Bの和をとると、同図に別の実線のグラフDとして示すように傾きの小さい出力曲線が得られる。
一方、垂直方向荷重Fz がゼロの状態で軸方向荷重Fy が印加された場合、外方部材1の外径面の変形モードは、外方部材1の外径面の上面部および下面部とも外径方向へ変形するモードとなる。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21も、前記下面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21も共に、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形する。それゆえ、このときのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号A,B(図7,図8に破線のグラフとして示す)の差分をとると、同図に実線のグラフCとして示すように傾きの小さい出力曲線が得られる。また、2つのセンサ22の出力信号A,Bの和をとると、別の実線のグラフDとして示すように傾きの大きい出力曲線が得られる。
【0023】
このように、垂直方向荷重Fz の印加時と軸方向荷重Fy の印加時とで、外方部材1の外径面の変形モードが異なることを利用して、径方向荷重推定手段31による垂直方向荷重Fz の推定、および軸方向荷重推定手段32による軸方向荷重Fy の推定を、次のように行っている。
(1) 軸方向荷重推定手段32:2つのセンサ22の出力信号A,Bの和を求め、軸方向荷重(コーナリング力)Fy を推定する。この場合、垂直方向荷重Fz に対する出力信号A,Bの和の傾きは小さく、軸方向荷重Fy の歪み量は垂直方向荷重Fz と比べて非常に大きいため、垂直方向荷重Fz による変動分はほとんど影響を受けない。
(2) 径方向荷重推定手段31:2つのセンサ22の出力信号A,Bの差を求め、軸方向荷重推定手段32で求めた軸方向荷重Fy の値で補正して、垂直方向荷重Fz を推定する。垂直方向荷重Fz に限らず車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重(駆動力となる荷重Fx を含む)に対する外方部材1の変形量は、軸方向荷重Fy に対する変形量と比較して非常に小さいため、軸方向荷重Fy の影響を受けやすい。そこで、上記したように、径方向荷重推定手段31による推定値を軸方向荷重推定手段32で求めた軸方向荷重Fy の値で補正すれば、径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )を正確に推定できる。径方向荷重推定手段31は、前記補正処理を行う補正手段31aを有する。例えば、垂直方向荷重Fz と歪み量が比例関係にある場合、補正手段31aは軸方向荷重Fy の値によりオフセット量や傾きを補正する。
【0024】
前記径方向荷重推定手段31および軸方向荷重推定手段32は、実験や解析により予め求めた図6ないし図8にグラフで示す関係(荷重Fz と歪み量(差)、荷重Fy と歪み量(和)、荷重Fy と歪み量(差)など)を、演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段(図示せず)を有する。これにより、径方向荷重推定手段31および軸方向荷重推定手段32は、入力された2つのセンサ22の出力信号A,Bから前記関係設定手段を用いて、垂直方向荷重Fz および軸方向荷重Fy を推定できる。
【0025】
ただし、図7にV字形のグラフで示すように、軸方向荷重Fy の正負両方向(アウトボード側の方向とインボード側の方向)において、センサユニット20の歪み発生部材21が引っ張り方向に変形する場合、軸方向荷重Fy の方向を判別する必要がある。この軸方向荷重方向判別手段の一例として、図1のようにステアリング角センサ33を用いることができる。このセンサ33で検出されるステアリング角により、コーナリング方向が分かるため、軸方向荷重Fy の方向判別を行うことができる。上記した関係設定手段に設定する関係式には、この軸方向荷重Fy の方向も含めても良い。
【0026】
また、図7のようなV字形のグラフではなく、図8のように負方向の軸方向荷重Fy の最大値から正方向の軸方向荷重Fy の最大値にかけて単調増加(または単調減少)するような場所にセンサユニット20を設置できれば、上記したステアリング角センサ33のような軸方向荷重方向判別手段を設けなくても、センサユニット20のセンサ22の出力信号A,Bだけから軸方向荷重Fy の方向も判別できる。
【0027】
図2のように、外方部材1の外径面における各センサユニット20の設置部の近傍には、外方部材1の外径面温度を検出する温度センサ29がそれぞれ設けられている。温度センサ29としては、例えばサーミスタや白金抵抗素子を用いることができる。温度補正手段30は、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて、前記センサユニット20のセンサ出力信号を補正する手段である。ここでは、温度補正手段30は、前記温度センサ29の出力信号に基づいて、対応するセンサユニット20のセンサ出力信号を補正する。したがって、径方向荷重推定手段31や軸方向荷重推定手段32には、温度補正手段30によって補正されたセンサ出力信号が入力される。
【0028】
図5は、前記温度センサ29の他の設置例を示す。この設置例では、図3に示すセンサユニット20における歪み発生部材21の外面側に温度センサ29が設けられている。センサユニット20は外方部材1の外径面に固定されているため、歪み発生部材21の温度は外方部材1の外径面と同じになり、温度センサ29で外方部材1の外径面温度を検出することができる。このように、歪み発生部材21の一部に温度センサ29を設けると、センサユニット20のセンサ22と設置場所が同じになるので、信号ケーブルの引き出し等が容易となり、組立性・量産性を向上させることができる。
【0029】
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材1にも荷重が印加されて変形が生じる。前記センサユニット対19のセンサユニット20を例えば車体取付用フランジ1aの突片1aaに設置して、車体取付用フランジ1aの変形から荷重を推定しようとすると、従来例の説明におけるように出力信号にヒステリシスが生じる。ここでは、センサユニット20における歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の外径面に接触固定されているので、外方部材1の歪みが歪み発生部材21に拡大して伝達され易く、その歪みがセンサ22で感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなり、荷重を精度良く推定できる。
【0030】
また、固定側部材である外方部材1の外径面に、その円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニット20からなるセンサユニット対19を少なくとも1対設け、そのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号の差により径方向荷重である例えば垂直方向荷重Fz を推定する径方向荷重推定手段31と、前記2つのセンサ22の出力信号の和によりコーナリング力となる軸方向荷重Fy を推定する軸方向荷重推定手段32を設けているので、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く推定することができる。
【0031】
しかし、軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、前記センサユニット20のセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、推定される荷重に温度の影響が残る。ここでは、車輪用軸受の温度またはその周囲温度に応じて前記センサユニット20のセンサ出力信号を補正する温度補正手段30を設けているので、温度による検出誤差を低減できる。その結果、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く正確に検出することができる。
【0032】
上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用力を検出する場合を示したが、車輪のタイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力(例えば予圧量)を検出するものとしても良い。
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
【0033】
また、この実施形態では、前記温度補正手段30が、固定側部材である外方部材1の外径面に設けた温度センサ29の出力信号に応じてセンサユニット20のセンサ出力信号を補正するようにしているので、センサユニット20が設けられる外方部材1の外径面の温度の測定値に応じて、センサユニットのセンサ出力信号を補正することになり、荷重をより正確に検出できる。
【0034】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材1の外径面へのセンサユニット20の設置において、その歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置されているので、外方部材1の周方向の歪みをセンサユニット20によって検出することができる。この実施形態の場合、タイヤと路面間に作用する荷重が、回転側部材である内方部材2から転動体5を介して外方部材1に伝達されるので、外方部材1の外径面は周方向に歪むことになり、上記した接触固定部21aの配置により検出感度が向上し、荷重をさらに精度良く推定できる。
【0035】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材1の車体取付用フランジ1aの円周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔14が設けられた周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aaとされるが、前記センサユニット20における歪み発生部材21の2つの接触固定部21aは、隣り合う突片1aa間の中央に配置されているので、ヒステリシスの原因となる突片1aaから離れた位置に歪み発生部材21が配置されることになり、それだけセンサ22の出力信号に生じるヒステリシスが小さくなり、荷重をより精度良く推定できる。
【0036】
また、この実施形態では、センサユニット20を、外方部材1における複列の転走面3のうちのアウトボード側の転走面3の周辺となる軸方向位置、つまり比較的設置スペースが広く、タイヤ作用力が転動体5を介して外方部材1に伝達されて比較的変形量の大きい部位に配置しているので、検出感度が向上し、荷重をより精度良く推定できる。
【0037】
また、センサユニット対19の2つのセンサユニット20の歪み発生部材21は切欠き部21bを有し、その切欠き部21bの周辺にセンサ22を設けているので、固定側部材である外方部材1から歪み発生部材21に拡大されて伝達される歪みが切欠き部21bに集中しやすくなり、センサ22による検出感度が向上し、さらに荷重を精度良く検出することができる。
【0038】
また、車輪用軸受の回転中には、転走面3におけるセンサユニット20の近傍部位を通過する転動体5の有無によって、センサユニット20のセンサ22の出力信号の振幅に、図9に示す波形図のように周期的な変化が生じる場合がある。その理由は、転動体5の通過時とそうでない場合とで変形量が異なり、転動体5の通過周期ごとにセンサ22の出力信号の振幅がピーク値を持つためである。そこで、検出信号におけるこのピーク値の周期を、例えば径方向荷重推定手段31で測定することにより、転動体5の通過速度つまり車輪の回転数を検出することも可能となる。このように、出力信号に変動が見られる場合、径方向荷重推定手段31は、センサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号の差分を、各出力信号の平均値や振幅から算出することができる。変動が見られない場合は、絶対値より算出することができる。
【0039】
なお、この実施形態において、以下の構成については特に限定しない。
・ センサユニット20の設置個数、接触固定部21a,センサ22,切欠き部21b の数、設置場所
・ センサユニット20の形状、固定方法(接着、溶接でも良い。スペーサ23を介さ ずに、2つの接触固定部21aを外方部材1の外径面に直接固定し、その外径面に おける両接触固定部21aの被固定部位間に溝を設けても良い。)、固定する向き (軸方向に向けて固定し、軸方向の歪みを検出しても構わない)
【0040】
また、この実施形態では、センサユニット対19となる2つのセンサユニット20を、タイヤ接地面に対して上下位置となる固定側部材である外方部材1の外径面の上面部と下面部とに配置しているが、これに限らず外方部材1の外径面の左右両面に配置しても良い。この場合には、径方向荷重推定手段31により、径方向荷重として車両の前後方向に作用する駆動力による荷重Fx を推定することができる。
【0041】
図10ないし図12は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、上記した軸方向荷重方向判別手段として、図1におけるステアリング角センサ33に代えて、軸方向荷重Fy の方向により出力信号の異なる方向判別センサ34が設けられている。ここでの方向判別センサ34は、歪み発生部材36と、この歪み発生部材36に取付けられて歪み発生部材36の歪みを検出するセンサ37を有するセンサユニット35を、スペーサ38A,38Bを介して外方部材1に固定したものである。
【0042】
方向判別センサ34の歪み発生部材36は、図11に拡大して示すように、鋼材等の金属材からなる板材をL字状に折り曲げて形成され、外方部材1のフランジ1aにおけるボルト孔14の近傍のアウトボード側に向く側面に対向する径方向片36aと、外方部材1の外径面に対向する軸方向片36bとを有する。センサ37は径方向片36aの片面に固定される。この歪み発生部材36は、スペーサ38A,38Bを介して外方部材1の外周部に、ボルト39,40で締結される。すなわち、径方向片36aの接触固定部36aaに形成されたボルト挿通孔41からスペーサ38Aのボルト挿通孔42に挿通させたボルト39を、外方部材1のフランジ1aにおけるナックルボルト18用のボルト孔14の近傍に設けられたボルト孔43に螺合させる。また、軸方向片36bの接触固定部36baに形成されたボルト挿通孔44から別のスペーサ38Bのボルト挿通孔45に挿通させたボルト40を、外方部材1の外径面に設けられたボルト孔46に螺合させる。これにより、歪み発生部材36が外方部材1に締結される。
【0043】
上記した方向判別センサ34の設置部位は、コーナリング力に対して変形量が大きいが、垂直方向荷重Fz や駆動力による荷重Fx のような径方向荷重に対して変形量の小さい部位である。この部位に設置すると、方向判別センサ34に作用する力が圧縮力と引っ張り力で切り替わるため、図8に破線で示すような出力曲線が得られる。このため、例えばその出力信号の大小判別を所定のしきい値に対して行なえば、軸方向荷重Fy の方向を判別することができる。方向判別センサ34の出力信号は、軸方向荷重推定手段32に入力され、その入力信号から軸方向荷重推定手段32は軸方向荷重Fy の方向を判別する。その他の構成は、図1〜図9に示した実施形態の場合と同様である。なお、この実施形態において、前記方向判別センサ34の出力信号についても、センサユニット20のセンサ出力信号と同様に、温度補正手段30で補正しても良い。この場合、方向判別センサ34の出力信号の温度影響を低減でき、より正確な方向判別が可能となる。
【0044】
図13ないし図15は、この発明のさらに他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図1〜図9に示す実施形態において、センサユニット対19の2つのセンサユニット20を以下のように構成している。この場合も、センサユニット20は、図15に拡大断面図で示すように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出するセンサ22とでなる。歪み発生部材21は、外方部材1の外径面に対向する内面側に張り出した2つの接触固定部21aを両端部に有し、これら接触固定部21aで外方部材1の外径面に接触して固定される。2つの接触固定部21aのうち、1つの接触固定部21aは、外方部材1のアウトボード側列の転走面3の周辺となる軸方向位置に配置され、この位置よりもアウトボード側の位置にもう1つの接触固定部21aが配置され、かつこれら両接触固定部21aは互いに外方部材1の円周方向における同位相の位置に配置される。ここでいうアウトボード側列の転走面3の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面3の中間位置からアウトボード側列の転走面3の形成部までの範囲である。この場合も、外方部材1の外径面へセンサユニット20を安定良く固定する上で、外方部材1の外径面における前記歪み発生部材21の接触固定部21aが接触固定される箇所に平坦部を形成するのが望ましい。
また、歪み発生部材21の中央部には内面側に開口する1つの切欠き部21bが形成されている。センサ22は、歪み発生部材21における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、前記切欠き部21bの周辺、具体的には歪み発生部材21の外面側で切欠き部21bの背面側となる位置が選ばれており、センサ22は切欠き部21b周辺の歪みを検出する。
【0045】
歪み発生部材21の2つの接触固定部21aは、それぞれボルト47により外方部材1の外径面へ締結することで固定される。具体的には、これらボルト47は、それぞれ接触固定部21aに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔48に挿通し、外方部材1の外周部に設けられたボルト孔49に螺合させる。なお、接触固定部21aの固定方法としては、ボルト47による締結のほか、接着剤などを用いても良い。歪み発生部材21の接触固定部21a以外の箇所では、外方部材1の外径面との間に隙間が生じている。その他の構成は、図1〜図9に示した実施形態の場合と同様である。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図2】同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図3】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大平面図である。
【図4】図3におけるIV−IV矢視線断面図である。
【図5】センサユニットの他の例を示す拡大平面図である。
【図6】同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と垂直方向荷重との関係の一例を示すグラフである。
【図7】同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と軸方向荷重との関係の一例を示すグラフである。
【図8】同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と軸方向荷重との関係の他の例を示すグラフである。
【図9】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの出力信号の波形図である。
【図10】この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図11】図10の一部拡大断面図である。
【図12】同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図13】この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図14】同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図15】図13の一部拡大断面図である。
【図16】従来例での出力信号におけるヒステリシスの説明図である。
【符号の説明】
【0047】
1…外方部材
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
19…センサユニット対
20…センサユニット
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
22…センサ
29…温度センサ
30…温度補正手段
31…径方向荷重推定手段
32…軸方向荷重推定手段
33…ステアリング角センサ(軸方向荷重方向判別手段)
34…方向判別センサ(軸方向荷重方向判別手段)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段と、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する温度補正手段を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項2】
請求項1において、前記温度補正手段は、前記固定側部材の外径面に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するセンサ付車輪用軸受。
【請求項3】
請求項1において、前記温度補正手段は、前記センサユニットの歪み発生部材に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するセンサ付車輪用軸受。
【請求項4】
請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設け、前記軸方向荷重推定手段は、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和と、前記軸方向荷重方向判別手段の判別結果とから車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。
【請求項5】
請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つ接触固定部は、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置されるセンサ付車輪用軸受。
【請求項1】
複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段と、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する温度補正手段を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項2】
請求項1において、前記温度補正手段は、前記固定側部材の外径面に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するセンサ付車輪用軸受。
【請求項3】
請求項1において、前記温度補正手段は、前記センサユニットの歪み発生部材に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するセンサ付車輪用軸受。
【請求項4】
請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設け、前記軸方向荷重推定手段は、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和と、前記軸方向荷重方向判別手段の判別結果とから車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。
【請求項5】
請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つ接触固定部は、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置されるセンサ付車輪用軸受。
【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】
【公開番号】特開2009−162640(P2009−162640A)
【公開日】平成21年7月23日(2009.7.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−1133(P2008−1133)
【出願日】平成20年1月8日(2008.1.8)
【出願人】(000102692)NTN株式会社 (9,006)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年7月23日(2009.7.23)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年1月8日(2008.1.8)
【出願人】(000102692)NTN株式会社 (9,006)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]