DE112007002204T5 - Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit - Google Patents

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Yoshinobu Iwata Akamatsu
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NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
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Abstract

Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit, umfassend:
eine Nabenlageranordnung, einen Elektromotor, eine Untersetzungsgetriebeeinheit und eine Bremsenanordnung, die sämtlich koaxial zu einer Mittelachse eines Fahrzeugrades angeordnet sind, und
Sensoren zum Messen von an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades und der Straßenoberfläche in drei zueinander senkrechten Achsrichtungen wirkenden Kräften anhand des Status der Nabenlagereinheit, des Elektromotors, der Untersetzungsgetriebeeinheit und/oder der Bremsenanordnung.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit, die eine Nabenlageranordnung, eine Untersetzungsgetriebeeinheit und einen Elektromotor aufweist, die gemeinsam in einer einheitlichen Struktur kombiniert sind, und insbesondere die Steuertechnik zum Steuern der Fahrstabilität eines elektrisch angetriebenen Automobils.
  • Als Mittel zur Reduzierung der Umweltbelastung wird erwartet, dass sich der Antriebstyp eines Automobils von einem Verbrennungsmotor in Zukunft zu einem anderen Antriebstyp, der einen Elektromotor verwendet, wandelt. Unter diesen Umständen ist eine Achseinheit mit einem radintegrierten Motor als Radlagereinrichtung zum Lagern eines Fahrzeugrades eines elektrisch angetriebenen Automobils vorgeschlagen worden. (Vergleiche z. B. die unten zitierten Patentdokumente 1 und 2.) Wenn diese vorgeschlagene Achseinheit mit dem radintegrierten Motor in dem Fahrzeugrad eines elektrisch angetriebenen Automobils verwendet wird, können die Fahrzeugräder individuell und voneinander unabhängig angetrieben werden, weshalb auf die Verwendung eines eher voluminösen Antriebsübertragungsmechanismus wie z. B. einer Antriebswelle und/oder einer Differenzialgetriebeeinheit im Fahrzeug verzichtet werden kann, so dass das letztere leichter und kompakter hergestellt werden kann.
  • In Verbindung mit der Standard-Radlageranordnung, die in Verbrennungsmotorfahrzeugen verwendet wird, werden verschiedene Steuerungen wie z. B. eine Aufhängungssteuerung und ABS (Antiblockiersystem) als Steuerungstechnologie zum Steuern der Stabilität des Automobils verwendet. Zudem erfolgt ein Detektieren verschiedenartiger Betriebszustände des Automobils mit zahlreichen Sensoren, die an der Fahrzeugkarosserie befestigt sind, so dass der Motor, die Bremsen und/oder das Lenkrad basierend auf einem Resultat dieser Detektion gesteuert werden können.
    • [Patentdokument 1] JP-Veröffentlichungsschrift Nr. 2005-7914
    • [Patentdokument 2] JP-Veröffentlichungsschrift Nr. H05-332401 (1 bis 3)
  • Der per Elektromotor angetriebene Typ hat ein höheres Ansprechverhalten als der per Verbrennungsmotor angetriebene Typ, weshalb es die Aufhängungssteuerung und/oder die ABS-Steuerung, wenn in das per Elektromotor angetriebene Fahrzeug eingebaut, ermöglicht, der Lage des Automobils eine größere Stabilität zu verleihen als bei Einbau in ein per Verbrennungsmotor angetriebenes Fahrzeug erreicht wird. Um die Genauigkeit der Aufhängungssteuerung und der ABS-Steuerung zu steigern, ist es notwendig, die Kraft, die auf das Automobil wirkt, genau zu messen und die Steuerung dann auf Basis eines Ergebnisses einer solchen Kraftmessung vorzunehmen.
  • Die auf das Automobil wirkende Kraft, auf die oben Bezug genommen wurde, entwickelt sich zu großen Teilen zwischen einem Radreifen und einer Straßenoberfläche. Diese Kraft kommt in Form einer Kraft, die in Fahrtrichtung des Automobils wirkt, einer Kurvenfahrtkraft, die in einer Richtung senkrecht zu der Fahrtrichtung des Automobils wirkt (eine Kraft, die in Achsrichtung eines Fahrzeugrades wirkt) und einer Normalkraft, die in einer Richtung senkrecht zu einer Bodenfläche (Vertikalkraft) wirkt, daher. Zusätzlich kann sie in Form eines von der Fahrgeschwindigkeit abhängigen Luftwiderstandes und einer aerodynamischen Kraft, die durch einen in der Natur wehenden Wind hervorgerufen wird, auftreten, wobei diese Kräfte allerdings im stationären Zustand gering sind. Entsprechend ist für die Steuerung zur Stabilisierung der Fahrzeuglage ein Erfassen der oben erwähnten Kräfte, die zwischen dem Radreifen und der Straßenoberfläche in drei Achsrichtungen wirken, mit großem Ansprechverhalten ausreichend.
  • Allerdings ist das bisher praktizierte Messen der im Fahrzeug wirkenden Kräfte mit an der Fahrzeugkarosserie angebrachten Sensoren nichts anderes als das Messen von Vibrationen, die über das Aufhängungssystem und das Chassis zu der Fahrzeugkarosserie weitergeleitet werden, weshalb die Neigung besteht, dass eine Zeitverzögerung in den resultierenden Messungen auftritt. Daher trat das Problem auf, dass die Antwort auf die Steuerung die Neigung hat, verzögert zu sein, wenn die von der Zeitverzögerung betroffenen Messungen in der Stabilitätssteuerung verwendet werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit bereitzustellen, in der Kräfte, die in drei zueinander senkrechten Achsrichtungen an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades mit der Straßenoberfläche wirken, mit hoher Empfindlichkeit anhand des Status eines Bauteils, das mit dem Antriebsabbruch des Automobils verbunden ist, gemessen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass im Fall des per Elektromotor angetriebenen Automobils das Bauteil, das mit dem Antriebsabbruch des Automobils verbunden ist, einen Reifen, ein Rad, eine Nabenanordnung, eine Antriebsquelle und eine Bremsenanordnung umfasst.
  • Die mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit der vorliegenden Erfindung umfasst eine Nabenlageranordnung, einen Elektromotor, eine Untersetzungsgetriebeeinheit und eine Bremsenanordnung, die sämtlich koaxial auf einer Mittelachse eines Fahrzeugrades angeordnet sind, und einen Sensor zum Messen von Kräften in drei zueinander senkrechten Achsen, die an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades mit einer Straßenoberfläche wirken, anhand des Status der Nabenlageranordnung, des Elektromotors, des Untersetzungsgetriebes und/oder der Bremsenanordnung. Es wird darauf hingewiesen, dass die oben erwähnten Kräfte, die in drei Achsrichtungen wirken, eine in Fahrtrichtung des Automobils wirkende Arbeitskraft, eine in einer Richtung senkrecht zur Fahrtrichtung wirkende Kurvenfahrtkraft des Automobils (eine Kraft, die in einer zu einem Fahrzeugrad axialen Richtung wirkt) und eine in einer Richtung senkrecht zu einer Bodenfläche wirkende Normalkraft (eine Vertikalkraft) beinhalten.
  • Gemäß der oben beschriebenen Konstruktion der vorliegenden Erfindung können anhand des Status der Bauteile, die mit dem Antriebsabbruch des Automobils verbunden sind, die in den drei zueinander senkrechten Achsrichtungen an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades mit der Straßenoberfläche wirkenden Kräfte gemessen werden. Das Ergebnis einer solchen Messung kann verwendet werden, um das Aufhän gungssystem und/oder das Antiblockiersystem zu steuern. Daher kann die Lage des Fahrzeugs während eines Bremsens oder einer Kurvenfahrt stabilisiert und Sicherheit gewährleistet werden.
  • In der vorliegenden Erfindung ist die oben erwähnte Bremsenanordnung bevorzugt eine elektrische Bremse.
  • Wenn die Bremsanordnung in Form einer elektrischen Bremse eingesetzt wird, kann die Bremssteuerung vereinfacht werden.
  • Außerdem ist die mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit, auf die oben Bezug genommen wird, bevorzugt über ein Aufhängungssystem an der Fahrzeugkarosserie angebracht, das ein zum Verändern eines Dämpfungsgrades elektrisch betriebenes Dämpfungsmodul zum Dämpfen einer Kraft, die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche angreift und zu der Fahrzeugkarosserie übertragen wird, und ein Modul zum Steuern des Dämpfungsgrades des Dämpfungsmoduls aufweist, wobei ein Ausgangssignal des Sensors in das Dämpfungsgradkontrollmodul eingespeist wird. Wenn das Dämpfungsmodul des Aufhängungssystems elektrisch betrieben wird, um den Dämpfungsgrad zu verändern, kann die Steuerung des Aufhängungssystems vereinfacht werden. Die Steuerung dieses Aufhängesystems wird durch das Ausgangssignal des Sensors korrekt ausgeführt.
  • Als einer der Sensoren zum Messen der entsprechenden Kräfte, die in den oben erwähnten drei Achsrichtungen wirken, kann ein Stromsensor zum Messen eines Stromwertes des Elektromotors und ein Berechnungsmodul zum Berechnen der an einem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des Automobils wirkenden Kraft, das in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des elektrischen Stromsensors betrieben werden kann, verwendet werden.
  • Wenn berücksichtigt wird, dass die Menge des über den Elektromotor fließenden elektrischen Stroms sich abhängig von dem Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des Automobils wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag der Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wird, berechnet werden, wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und dem Betrag des elektrischen Stroms vorher mittels einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wird. Das Berechnungsmodul kann so betrieben werden, dass es sich auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und dem Betrag des elektrischen Stroms, das mittels der Experimente und/oder Simulationen bestimmt wurde, bezieht, um von einem Ausgangssignal des Stromsensors die auf einen Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des Automobils wirkende Kraft zu berechnen. Wenn die in Fahrtrichtung wirkende Arbeitskraft auf diese Weise bestimmt wird, kann die Arbeitskraft mit großer Genauigkeit detektiert werden.
  • Als einer der oben erwähnten Sensoren zum Messen der in drei Achsrichtungen wirkenden Kräfte wird bevorzugt ein Bremskraftsensor zum Messen der in der Bremsanordnung wirkenden Bremskraft in Kombination mit einem Berechnungsmodul zum Berechnen der an einem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung wirkenden Kraft bereitgestellt.
  • Da der Betrag der in der Bremsanordnung wirkenden Bremskraft sich in Abhängigkeit von dem Betrag der an einem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des Automobils wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag der Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wurde, berechnet werden, wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der Bremskraft vorher mittels einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde. Das Berechnungsmodul kann so betrieben werden, dass es sich auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der Bremskraft, das mittels der Experimente und/oder Simulationen bestimmt wurde, bezieht, um ausgehend von einem Ausgangssignal des Bremskraftsensors die an einem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des Automobils wirkende Kraft zu berechnen. Wenn die in Fahrtrichtung wirkende Arbeitskraft auf diese Weise bestimmt wird, kann die Arbeitskraft mit sehr hoher Genauigkeit detektiert werden.
  • Als einer der Sensoren zum Messen der in den oben erwähnten drei Achsrichtungen wirkenden Kräfte kann ein Axialspannungssensor zum Messen der axial auf einen ortsfesten Laufbahnring der Nabenlageranordnung wirkenden Spannung in Kombination mit einem Berechnungsmodul zum Berechnen der an einem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in axialer Richtung des Fahrzeugrades wirkenden Kraft anhand eines Ausgangssignal des Axialspannungssensors bereitgestellt werden. Der Axialspannungssensor ist z. B. an dem ortsfesten Laufbahnring befestigt.
  • Da sich die Art der Änderung des Betrages der axial auf den ortsfesten Laufbahnring wirkenden Spannung in Abhängigkeit von dem Betrag der Kraft, die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in axialer Richtung des Fahrzeugantriebsrades wirkt, verändert, kann der Betrag der oben erwähnten Arbeitskraft berechnet werden, wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der axial wirkenden Spannung vorher mittels einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde. Das Berechnungsmodul kann so betrieben werden, dass es sich auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der axial wirkenden Spannung, das mittels der Experimente und/oder Simulationen bestimmt wurde, bezieht, um ausgehend von einem Ausgangssignal des Axialspannungssensors die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in axialer Richtung des Fahrzeugrades wirkenden Kraft zu berechnen. Wenn die in axialer Richtung wirkende Arbeitskraft auf diese Weise bestimmt wird, kann die Arbeitskraft mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
  • Als einer der Sensoren zum Messen der in den oben erwähnten drei Achsrichtungen wirkenden Kräfte kann ein Radialspannungssensor zum Messen der radial auf einen ortsfesten Laufbahnring der Nabenlageranordnung wirkenden Kraft in Verbindung mit einem Berechnungsmodul zum Berechnen der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in vertikaler Richtung wirkenden Kraft anhand des Ausgangssignals des Radialspannungssensors vorgesehen sein. Dieser Radialspannungssensor ist z. B. an einem Gehäuse der Untersetzungsgetriebeeinheit befestigt.
  • Da sich die Art der Änderung des Betrages der radial auf einen ortsfesten Laufbahnring wirkenden Spannung in Abhängigkeit von dem Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in vertikaler Richtung wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag der oben erwähnten Arbeitskraft berechnet werden, wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der radial wirkenden Spannung vorher mittels einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde. Das Berechnungsmodul kann so betrieben werden, dass es sich auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der radial wirkenden Spannung, das mittels Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde, bezieht, um ausgehend von einem Ausgangssignal des Radialspannungssensors die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in vertikaler Richtung wirkenden Kraft zu berechnen. Wenn die in der vertikalen Richtung wirkende Arbeitskraft auf diese Weise bestimmt wird, kann die Arbeitskraft mit hoher Genauigkeit detektiert werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden. Allerdings sind die Ausführungsformen und die Zeichnungen nur zum Zweck der Illustration und Erklärung angegeben und sind nicht so zu verstehen, dass sie den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise einschränken; dieser Umfang ist anhand der beigefügten Ansprüche zu bestimmen.
  • In den beigefügten Zeichnungen sind in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei:
  • 1 ein schematisches Diagramm ist, das eine mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine Schnittansicht ist, die eine Nabenlageranordnung, eine Untersetzungsgetriebeeinheit und einen in der Achseinheit verwendeten Elektromotor zeigt;
  • 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2 ist;
  • 4 eine Schnittansicht ist, die einen wichtigen Ausschnitt der 3 in einem vergrößerten Maßstab zeigt;
  • 5 eine Schnittansicht ist, die eine in der Achseinheit verwendete Bremse zeigt;
  • 6 ein Blockdiagramm ist, das ein Steuerungssystem zeigt;
  • 7 eine Schnittansicht ist, die die Lagerung eines Axialspannungssensors der Achseinheit in vergrößertem Maßstab zeigt;
  • 8 eine Frontansicht ist, die ein äußeres Glied der Nabenlageranordnung und eine Sensoreinheit für den Axialspannungssensor zeigt;
  • 9A eine Draufsicht von oben ist, die die Sensoreinheit zeigt;
  • 9B eine Seitenansicht ist, die die Sensoreinheit zeigt;
  • 10 eine Schnittansicht ist, die die Befestigung des in der Achseinheit verwendeten Axialspannungssensors zeigt;
  • 11 eine Frontansicht ist, die das äußere Glied der Nabenlagereinheit und der Sensoreinheit für den Radialspannungssensor zeigt;
  • 12A eine Seitenansicht ist, die die Sensoreinheit zeigt;
  • 12B eine Ansicht von unten ist, die die Sensoreinheit zeigt;
  • 13 ein Blockdiagramm ist, das ein weiteres Steuerungssystem zeigt; und
  • 14 ein Blockdiagramm ist, das ein anderes Steuerungssystem zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun im Detail unter besonderer Bezugnahme auf die 1 bis 9 beschrieben. Am Beginn wird eine Zusammenfassung dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels insbesondere mit Bezug auf 1 beschrieben. Die dargestellte mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit beinhaltet eine Nabenlageranordnung A zur rotierbaren Lagerung einer Nabe eines Fahrzeugrades 70, einen Elektromotor B als Quelle eines Rotationsantriebes, eine Untersetzungsgetriebeeinheit C zum Untersetzen der Rotation des Elektromotors B und Übertragen der Rotation zu der Nabe und eine Bremsenanordnung D zum Ausüben einer Bremskraft auf die Nabe, die sämtlich entlang einer Mittelachse O des Fahrzeugrades 70 ausgerichtet angeordnet sind. Das eben Gesagte bedeutet nicht notwendigerweise, dass alle diese Bauteile auf der Mittelachse O positioniert sind, sondern bedeutet, dass diese Bauteile relativ zu der Mittelachse O funktionell zusammenwirken. Es wird darauf hingewiesen, dass in der folgenden Beschreibung, bezogen auf einen Zustand, in dem ein Gegenstand an der Fahrzeugkarosserie angebracht ist, eine Seite der Fahrzeugkarosserie, die seitlich entfernt von deren Mitte in Längsrichtung ist, als „außen" bezeichnet wird, während die gegenüber liegende Seite der Fahrzeugkarosserie, die sich dicht zu deren Mitte in Längsrichtung befindet, als „innen" bezeichnet wird.
  • Wie am besten in 2 gezeigt, beinhaltet die Nabenlageranordnung A ein äußeres Teil 1 mit einem inneren Umfang, der mit einer Mehrzahl von Reihen von Abrollflächen 3 ausgeformt ist, einem inneren Teil mit Abrollflächen 4, die darin gegenüber den entsprechenden Abrollflächen 3 ausgebildet sind, und einer Mehrzahl von Reihen von Wälzelementen 5, die zwischen den entsprechenden einander gegenüber liegenden Abrollflächen 3 und 4 in dem äußeren und inneren Teil 1 und 2 eingefügt sind. Diese Nabenlagereinheit A ist vom zweireihigen Kegelrollenlagertyp, in dem Wälzelemente 5 in Form von Kugeln verwendet werden, die von einem Käfig 6 für jede der Reihen gehalten werden. Die Abrollflächen 3 und 4 haben eine in Bogen unterteilte Form und die Abrollflächen 3 und 4 sind so ausgebildet, dass sie einen nach außen weisenden Kontaktwinkel aufweisen. Ein nach außen offenes Ende eines Lagerabstandes, der durch das äußere Teil 1 und das innere Teil 2 begrenzt ist, ist über Dichtvorrichtungen 7 abgedichtet.
  • Das äußere Teil 1 ist dasjenige, das als ortfestes Teil dient und in Gänze von einstückiger Konstruktion ist, einschließlich eines Flansches 1a, der angepasst ist, um an einem Gehäuse 33b auf einer Außenseite der Untersetzungsgetriebeeinheit C angebracht zu werden. Der Flansch 1a besitzt eine Mehrzahl von in ihm ausgebildeten Fahrzeugkarosseriebefestigungslöchern 14, die an einer entsprechenden Anzahl von Umfangsabschnitten ausgebildet sind. Das äußere Teil 1 ist an dem Gehäuse 33b mittels Befestigungsbolzen 15 angebracht, die in die entsprechenden Befestigungslöcher 14 eingeführt sind.
  • Das innere Teil 2 ist dasjenige, das als rotierbares Teil dient und das aus einem äußeren Segment 9, das einen in ihm ausgebildeten Nabenflansch 9a zum Lagern des Fahrzeugrades 70 und eines Bremsrades 46 aufweist, und einem inneren Segment 10, das ein äußeres, an einem inneren Umfang des äußeren Segmentes 9 gelagertes Ende aufweist und das durch Bördeln mit dem äußeren Segment 9 integriert ist, ausgebildet ist. Die Reihen der Abrollflächen 4, auf die vorhergehend Bezug genommen wurde, sind in dem äußeren Segment 9 bzw. in dem inneren Segment 10 ausgeformt. Das innere Segment 10 hat eine in dessen Mitte vorgesehene Mittelbohrung 11. Der Nabenflansch 9a weist eine Mehrzahl von Presspassungslöchern 17 auf, die in entsprechenden Umfangsabschnitten zur Aufnahme der entsprechenden Nabenbolzen 16 vorgesehen sind, die per Presspassung in den Löchern 17 angeordnet sind. Der Nabenflansch 9a des äußeren Segmentes 9 besitzt einen Fußabschnitt, der mit einem zylindrischen Führungsabschnitt 13 ausgebildet ist, um in einer nach außen weisenden Richtung hervorzustehen, wobei der Führungsabschnitt 13 zum Führen des Fahrzeugrades 70 und des Bremsrades 46 dient. Dieser Führungsabschnitt 13 besitzt einen inneren Umfang, an dem eine Kappe 18 angeordnet ist, um ein äußeres Ende der Mittelbohrung 11 zu verschließen.
  • Der Elektromotor B ist vom Axialluftspalttyp, in dem ein axialer Spalt zwischen einem Stator 23, der an einem zylindrischen Gehäuse 22 befestigt ist, und einem an einer Ausgangswelle 24 befestigten Rotor vorgesehen ist. Die Ausgangswelle 24 ist nach Art eines Auslegers durch zwei Lagereinheiten 26 innerhalb eines zylindrischen Abschnitts des Gehäuses 33a auf der Innenseite der Untersetzungsgetriebeinheit C gelagert. Ein inneres Ende des Spaltes zwischen der Ausgangswelle 24 und dem Gehäuse 33a ist durch ein Dichtteil 27 abgedichtet. Darüber hinaus besitzt eine innere Öffnung des Gehäuses 22 eine auf ihr angeordnete Kappe 28.
  • Wie in 2 und 3 gezeigt, ist die Untersetzungsgetriebeeinheit C so untergliedert, dass sie eine Zykloiden-Untersetzungseinheit darstellt. Mit anderen Worten besitzt die Untersetzungsgetriebeeinheit C eine Struktur, in der zwei gebogene Platten 34a und 34b, die jeweils ein Äußeres besitzen, das eine sanft gewellte trochoidale Kurve darstellt, auf exzentrischen Abschnitten 32a und 32b einer Eingangswelle 32 über Lagereinheiten 35 gelagert sind, so dass eine exzentrische Bewegung jeder dieser gekrümmten Platten 34a und 34b durch eine Mehrzahl äußerer Stifte 36, die sich zwischen den inneren und äußeren Gehäusen 33a und 33b an einem äußeren Umfang derselben erstrecken, geführt werden kann, und andererseits eine Mehrzahl innerer Stifte 38, die an dem inneren Segment 10 des inneren Teiles 2 angeordnet sind, in entsprechende Durchgangsbohrungen 39 innerhalb jeder der gekrümmten Platten 34a und 34b eingeführt und in diesen positioniert sind. Die Eingangswelle 32, auf die oben Bezug genommen wurde, ist mit der Ausgangswelle 24 des Elektromotors zur gemeinsamen Rotation mit dieser verzahnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Eingangswelle 32 an ihren gegenüber liegenden Enden durch das innere Gehäuse 33a und einer inneren gegenüberliegenden Oberfläche des inneren Segmentes 10 des inneren Teiles 2 über zugeordnete Lagereinheiten 40 gelagert ist.
  • Wenn die Ausgangswelle 24 des Elektromotors B angetrieben wird, führen die gekrümmten Platten 34a und 34b, die auf der mit ihnen zusammen rotierenden Eingangswelle 32 angeordnet sind, eine exzentrische Bewegung aus. Die exzentrische Bewegung dieser gekrümmten Platten 34a und 34b wird durch das Eingreifen der inneren Stifte 38 in die Durchgangslöcher 39 an das innere Teil 2, das eine Nabenanordnung für das Fahrzeugrad ist, übertragen, wodurch das innere Teil 2 in Rotation um seine eigene Achse versetzt wird. Die Rotation des inneren Teiles 2 ist somit relativ zu der Rotation der Ausgangswelle 24 untersetzt. Beispielsweise kann mit einer Ein-Zustands-Zykloiden-Untersetzungsgetriebeeinheit ein Untersetzungsgetriebeverhältnis von 1/10 oder höher erzeugt werden.
  • Die beiden gekrümmten Platten 34a und 34b sind an den entsprechenden exzentrischen Abschnitten 32a und 32b der Eingangswelle 32 mit einem Phasenversatz von 180° relativ zueinander angeordnet, so dass die entsprechende exzentrische Bewegung gegeneinander ausgeglichen werden kann, und Gegengewichte 41 sind an entsprechenden Seiten jeder der gekrümmten Platten 34a und 34b in einer Richtung gegen den entsprechenden exzentrischen Abschnitt 32a und 32b versetzt angeordnet, so dass Vibrationen in Folge der exzentrischen Bewegung der gekrümmten Platten ausgeglichen werden können.
  • Wie am besten in 4 gezeigt, besitzen die äußeren und inneren Stifte 36 und 38 auf ihnen angeordnete Lagereinheiten 42 und 43, wobei äußere Ringe 42a und 43a dieser Lagereinheiten 42 und 43 in Abrollkontakt mit dem entsprechenden äußeren Umfang der gekrümmten Platten 34a und 34b und inneren Umfängen der Durchgangslöcher 39 gehalten werden. Dementsprechend ist es möglich, die exzentrische Bewegung der gekrümmten Platten 34a und 34b sanft auf das innere Teil 2 zu übertragen, um das letztere in Rotation zu versetzen, wobei der Kontaktwiderstand zwischen den äußeren Stiften 36 und den äußeren Umfängen der gekrümmten Platten 34a und 34b und der Kontaktwiderstand zwischen den inneren Stiften 38 und den inneren Umfängen der entsprechenden Durchgangslöcher 39 reduziert wurde.
  • Bezug nehmend auf 5 weist die Bremsenanordnung D ein Bremsrad 46, das an dem Nabenflansch 9a zusammen mit dem Fahrzeugrad 70 angeordnet ist, Aktuatoreinheiten 48, die jeweils einen in Reibungskontakt mit dem Bremsrad 46 bringbaren Bremsbelag 47 umfassen, und eine Antriebseinheit 49 zum Bewegen der Bremsbelä ge 47 auf, und ist als elektrisch steuerbare Bremse, die als Antriebsquelle für die Antriebseinheit 49 einen Elektromotor 50 verwendet, ausgebildet. Das Bremsrad 46 hat die Form einer Bremsscheibe. Die Bremsbeläge 47 werden als Paar eingesetzt, so dass sie das Bremsrad 46 einschließen. Einer der Bremsbeläge 47 ist an einem Bremsrahmen 51 befestigt und das andere der Bremsbelege 47 wird von einem einfahrbaren Teil 52, das an dem Bremsrahmen 51 für eine lineare Hin- und Herbewegung relativ zu diesem angebracht ist, getragen. Die Richtung der linearen Hin- und Herbewegung des einfahrbaren Teiles 52 liegt in einer dem Bremsenrad 46 entgegentretenden Richtung. Ein Rotieren dieses einfahrbaren Teiles 52 relativ zu dem Bremsrahmen 51 wird verhindert.
  • Die Antriebseinheit 49 beinhaltet den oben erwähnten Bremsenelektromotor 50, eine Kugelumlaufspindel zum Umwandeln der Ausgangsrotation dieses elektrischen Bremsenmotors 50 in eine lineare Hin- und Herbewegung, welche eine von den Bremsbelägen 47 ausgeübte Bremskraft zur Folge hat, wobei eine Ausgangsbewegung des Bremsenelektromotors über einen Untersetzungs- und Übertragungsmechanismus 58 an die Kugelumlaufspindel 53 übertragen wird. Die Kugelumlaufspindel 53 besitzt eine Spindelwelle 54, die mittels Lager 57 zur Rotation um ihre eigene Achse durch den Bremsrahmen 51 gelagert ist, wobei eine Gewindebuchse 55 an dem einfahrbaren Teil 52 befestigt ist. Das einfahrbare Teil 52 und die Gewindebuchse 55 können von einstückiger Ausbildung sein.
  • Die Kugelumlaufspindel 53, auf die oben Bezug genommen wurde, beinhaltet zusätzlich zu der Spindelwelle 54 und der Gewindebuchse 55 eine Mehrzahl von Kugeln 56, die in schraubenartigen Nuten, die teilweise in einer äußeren Umfangsfläche der Spindelwelle 54 und teilweise in einer inneren Umfangsfläche der Gewindebuchse 55 ausgebildet sind, eingefügt sind. Die Gewindebuchse 55 beinhaltet ein Umlaufmodul (nicht dargestellt), um eine Kette der Kugeln 56 zwischen der Spindelwelle 54 und der Gewindebuchse 55 entlang eines Endlospfades umlaufen zu lassen. Dieses Umlaufmodul kann entweder ein externer Umlauftyp sein, der eine Führungsplatte oder ein Rücklaufrohr aufweist, oder ein interner Umlauftyp, der eine Endkappe oder eine Aufnahme verwendet. Da die Kugelumlaufspindel 53 betrieben werden kann, um eine Hin- und Herbewegung über eine kurze Distanz auszuführen, kann sie zudem von einem Typ sein, der keines der oben erwähnten Umlaufmodule aufweist, z. B. ein Käfigtyp, in dem die Kugeln 56 zwischen der Spindelwelle 54 und der Gewindehülse 55 in einem Käfig untergebracht sind.
  • Der Untersetzungs- und Übertragungsmechanismus 58 ist ein Mechanismus, der in der Lage ist, die Rotation des Bremsenelektromotors 50 zu der der Spindelwelle 54 der Kugelumlaufspindel 53 zu reduzieren, nachdem die Zahl der Umdrehungen reduziert wurde, wobei der Mechanismus einen Getriebezug beinhaltet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beinhaltet der Untersetzungs- und Übertragungsmechanismus 58 ein Antriebsgetriebe 59, das an einer Ausgangswelle des Elektromotors 50 vorgesehen ist, und ein Antriebsgetriebe 60, das an der Spindelwelle 54 vorgesehen ist und mit dem Antriebsgetriebe 59 in Eingriff steht. Der Untersetzungs- und Übertragungsmechanismus 58 kann von einem anderen Typ verschieden von dem oben diskutierten Typ sein, zum Beispiel eine Schneckenwelle und ein Schneckenrad aufweisen (beides nicht dargestellt).
  • Die oben erwähnte Bremsenanordnung D weist eine Betriebseinheit 62 zum Steuern des Elektromotors 50 entsprechend einer Betätigung eines Betätigungsteils, wie zum Beispiel eines Bremspedals, auf. Diese Betriebseinheit 62 weist ein Antiblockiersteuermodul 65 auf. Die Betriebseinheit 62 ist aufgebaut aus dem Betriebsteil 61, einem Sensor 64, der in der Lage ist, den Betrag und die Richtung der Betätigung des Bedienteils 61 zu detektieren, und einer Steuervorrichtung 63 zum Steuern des Bremsenelektromotors 50 in Abhängigkeit von einem Detektionssignal, das von dem Sensor 64 eingespeist wird, wobei das Antiblockiersteuermodul 65, auf das oben Bezug genommen wurde, in dieser Steuereinheit 63 vorgesehen ist. Die Steuereinheit 63 beinhaltet ein Modul zum Erzeugen eines Motorsteuersignals und eine Motorantriebsschaltung (nicht dargestellt), die in der Lage ist, den Elektromotorstrom in Abhängigkeit von dem Motorsteuersignal zu steuern.
  • Das Antiblockiersteuermodul 65 ist ein Modul zum Verhindern des Blockierens der Rotation des Fahrzeugrades 70 durch Anpassen der Bremskraft, die durch den Elektromotor 50 ausgeübt wird, in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl des Fahrzeugrades 70. Dieses Antiblockiersteuermodul 65 ist so ausgebildet, dass es eine derartige Operation ausführt, wenn der Beginn eines Blockierens des Fahrzeugantriebsrades 70 anhand der Drehzahl des Fahrzeugrades 70, die während des Bremsens bestimmt wird, detektiert wird, der Antriebsstrom des Elektromotors 50 verringert oder eine entgegengesetzte Rotation vorübergehend erzeugt werden kann, um so die Bremskraft, d. h. eine Klemmkraft, mit der die Bremsbelege 47 das Bremsrad 46 klemmen, anzupassen. Zur Detektion der Drehzahl des Fahrzeugrades 70 kann ein Ausgangssignal eines Drehzahl sensors 87 für den Elektromotor B – wie weiter unten beschrieben werden wird – verwendet werden.
  • Wie in 1 gezeigt, ist das Fahrzeugsrad 70 an dem Nabenflansch 9a der Nabenlageranordnung A zusammen mit dem Bremsrad 46 gelagert. Das Fahrzeugantriebsrad 70 ist von einem Typ, der eine Radscheibe 71 aufweist, an der ein Radreifen 72 angeordnet ist. Wenn bei zwischen dem in 5 dargestellten Nabenflansch 9a und der Radscheibe 71 angeordnetem Bremsrad 46 die Nabenbolzen 16 per Presspassung in die Presspassungslöcher 17 des Nabenflansches 9a in die Radscheibe 71 eingreifen, können das Fahrzeugrad 70 und das Bremsrad 46 an dem Nabenflansch 9a befestigt werden.
  • Diese Achseinheit ist durch das an einem äußeren Umfangsabschnitt des Gehäuses 22 des in 1 gezeigten Elektromotors B an der Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) befestigt. Das Aufhängungssystem 73 weist ein Dämpfungsmodul 74 zum Dämpfen einer an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades 70 mit der Straßenoberfläche angreifenden Kraft auf, bevor eine derartige Kraft an die Fahrzeugkarosserie weitergeleitet wird. Dieses Dämpfungsmodul 74 ist in der Form eines Dämpfers oder eines Stoßdämpfers ausgebildet. Das Dämpfungsmodul 74 ist so ausgebildet, dass das Ausmaß der Dämpfung elektrisch variiert werden kann.
  • Die Kraft, die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche wirkt, setzt sich zusammen aus einer Kraft Fx in Fahrtrichtung, einer Kraft Fy in einer Richtung axial zu dem Fahrzeugrad und einer Kraft Fz in einer vertikalen Richtung, wobei diese Kräfte senkrecht zueinander sind. Die Achseinheit weist Sensoren zum Messen der entsprechenden drei Achsrichtungen auf. Die Kraft Fx in Fahrtrichtung ist über ein Ausgangssignal eines elektrischen Stromsensors 80 zum Bestimmen des Wertes eines elektrischen Stroms I des Elektromotors B bestimmt. Die Kraft Fy in Richtung axial zu dem Fahrzeugrad wird über ein Ausgangssignal eines Axialspannungssensors 81 zum Bestimmen einer axial wirkenden Spannung εy des äußeren Teils 1, das ein ortsfester Laufbahnring der Nabenlageranordnung A ist, bestimmt. Die Kraft Fz in der vertikalen Richtung wird durch ein Ausgangssignal eines Radialspannungssensors 82 zum Bestimmen einer radial wirkenden Spannung εz des äußeren Teils 1, das ein ortsfester Laufbahnring der Nabenlageranordnung A ist, bestimmt.
  • Wie am besten in 6 gezeigt ist, sind diese Sensoren 80, 81 und 82 mit einem Berechnungsmodul 83 und einem Abweichungsbestimmungsmodul 84 zum Verarbeiten entsprechender Ausgangssignale derselben verbunden. Das Berechnungsmodul 83 und das Abweichungsbestimmungsmodul 84 sind beide zum Beispiel in einer elektrischen Steuereinheit (ECU) des Automobils angeordnet. Das Berechnungsmodul 83 und das Abweichungsbestimmungsmodul 84 können in einer elektronischen Schaltkreisanordnung (nicht dargestellt), wie zum Beispiel einer für jede Achseinheit vorgesehenen Leiterplatte, vorgesehen sein. Eine Ausgangsseite der elektrischen Steuereinheit 85 ist mit dem Elektromotor B, dem Elektromotor 50 der Bremsenanordnung C und dem Dämpfungsmodul 74 des Aufhängesystems D verbunden.
  • Da sich der Betrag des elektrischen Stroms, der über den Elektromotor B fließt, in Abhängigkeit von dem Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag der Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wurde, bestimmt werden, wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und dem Betrag des elektrischen Stroms vorher mittels einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde. Das Berechnungsmodul 83 ist so betreibbar, dass es auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und dem Betrag des elektrischen Stroms, das mittels der Experimente und/oder Simulationen bestimmt wurde, Bezug nimmt, um ausgehend von einem Ausgangssignal des Elektromotors 50 die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung wirkende Kraft zu berechnen.
  • Da die Art der Änderung des Betrages der axial an dem äußeren Teil 1, das ein ortsfester Laufbahnring ist, wirkenden Spannung sich in Abhängigkeit von dem Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche in axialer Richtung des Fahrzeugrades 70 wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag der Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wurde, berechnet werden, wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der axial wirkenden Spannung vorher mittels einer Serie von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde. Das Berechnungsmodul 83 ist betreibbar, um sich auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der axial wirkenden Spannung, das mittels Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde, zu beziehen, um ausgehend von einem Ausgangssignal des Axialspannungssensors 81 die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche in axialer Richtung des Fahrzeugrades 70 wirkende Kraft zu berechnen.
  • Da sich zudem die Art der Veränderung des Betrages der auf das äußere Teil 1, das ein ortsfester Laufbahnring ist, wirkenden radialen Spannung in Abhängigkeit von dem Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche in vertikaler Richtung wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag der Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wurde, berechnet werden, wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der radial wirkenden Spannung vorher mittels einer Serie von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde. Das Berechnungsmodul 83 ist so betreibbar, dass es sich auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der radial wirkenden Spannung, das mittels der Experimente und/oder Simulationen bestimmt wurde, bezieht, um ausgehend von einem Ausgangssignal des Radialspannungssensors 82 die auf den Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche in vertikaler Richtung wirkende Kraft zu berechnen.
  • Basierend auf verschiedenen Informationen, die in der oben beschriebenen Weise erhalten wurden, wird von der elektrischen Steuereinheit 85 ein Ausgangssignal zur Fahrzeuglagesteuerung ausgegeben. In einem Beispiel wird es, um eine sanfte Kurvenfahrt zu ermöglichen, an den Elektromotor B ausgegeben, um die Drehzehl jedes der linken und rechten Fahrzeugräder 70 zu steuern. Um ein Blockieren des Fahrzeugrades 70 während des Bremsens zu verhindern, wird es zu dem Elektromotor 50 der Bremsenanordnung D ausgegeben, um das Bremsen zu steuern. Um ein signifikantes Kippen der Fahrzeugkarosserie nach links oder rechts während der Kurvenfahrt oder ein abruptes Schleudern während der Beschleunigung oder ein Tauchen nach vorne während des Bremsens zu verhindern, wird es an das Dämpfungsmodul 74 des Aufhängungssystems 73 ausgegeben, um das Aufhängungssystem zu steuern. Darüber hinaus gibt das Abweichungsbestimmungsmodul 84 in dem Fall, dass die Kräfte in den drei Achsrichtungen eine Toleranz überschreiten, ein Abweichungssignal aus. Dieses Abweichungssignal kann auch in der Fahrzeugsteuerung des Fahrzeugs verwendet werden. Zudem kann eine äußert genaue Lagekontrolle erreicht werden, wenn die zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche wirkende Arbeitskraft in Echtzeit ausgegeben wird.
  • Der Axialspannungssensor 81 ist zum Beispiel wie 7 bis 9 dargestellt, angeordnet. Mit anderen Worten ist der Axialspannungssensor 81 an einem Sensor trägerteil 92 befestigt, um eine Sensoreinheit 91 zu bilden, die wiederum an einem äußeren Umfangsabschnitt des äußeren Teiles 1 der Narbenlageranordnung A befestigt ist. Das Sensorträgerteil 92 weist einen ersten Kontaktbefestigungsabschnitt 92a, der in Kontakt mit der Umgebung eines in dem äußeren Teil 1 vorgesehenen Befestigungsloches 14 befestigt ist, und einen zweiten Kontaktbefestigungsabschnitt 92b auf, der an der äußeren Umfangsfläche des äußeren Teils 1 in Kontakt mit demselben befestigt ist. Das Sensorträgerteil 92 ist zudem so gegliedert, dass es eine L-förmige Anordnung darstellt, die ein sich radial erstreckendes Segment 92c, das sich in radialer Richtung erstreckt und den ersten Kontaktbefestigungsabschnitt 92a umfasst, und ein sich axial erstreckendes Segment 92d, das in axialer Richtung verläuft und den zweiten Kontaktbefestigungsabschnitt 92b umfasst, aufweist. Das sich radial erstreckende Segment 92c hat eine reduzierte Wanddicke, um eine im Vergleich mit dem axial verlaufenden Segment 92d geringe Biegesteifigkeit zu erhalten. Der Axialspannungssensor 81 ist an dem radial verlaufenden Segment 92c derartiger geringer Biegesteifheit angeordnet.
  • Die oben beschriebene Sensoreinheit 91 ist an dem äußeren Umfangsabschnitt des äußeren Teils 1 über die ersten und zweiten Kontaktbefestigungsabschnitte 92a und 92b angeordnet, die dann in entsprechenden Positionen gehalten werden, in denen sie in der gleichen Phasenbeziehung relativ zu der Umfangsrichtung des äußeren Teiles 1 sind. Wenn der erste und der zweite Kontaktbefestigungsabschnitt 92a und 92b in der gleichen Phase in Umfangsrichtung des äußeren Teiles 1 gehalten werden kann, kann die Länge des Sensorträgerteils 92 reduziert und dadurch die Installation der Sensoreinheit 91 vereinfacht werden. Der Axialspannungssensor 81 ist an dem Sensorträgerteil 92 zum Beispiel mittels eines Bondingmaterials befestigt.
  • Das Sensorträgerteil 92 besitzt eine derartige Form und ist aus einem derartigen Material gebildet, dass keine plastische Deformation desselben entsteht, wenn es an dem äußeren Teil 1 angebracht ist. Das Sensorträgerteil 92 soll zudem eine derartige Form aufweisen, dass es sich nicht plastisch verformt, auch wenn es die maximal mögliche Last, die in der Radlageranordnung erwartet wird, erfährt. Die erwartete maximal mögliche Kraft ist die während der Fahrt maximal mögliche Kraft, die das Fahrzeug nicht in Schwierigkeiten bringt. Wenn einmal eine plastische Deformation in dem Sensorträgerteil 92 auftritt, wird die Deformation des äußeren Teiles 1 nicht genau an das Sensorträgerteil 92 weitergeleitet und die Spannungsmessung somit nachteilig beeinflusst.
  • Das Sensorträgerteil 92 kann zum Beispiel mittels eines Druckwerks hergestellt werden. Wenn das Sensorträgerteil 92 in Form eines Erzeugnisses eines Druckwerks ausgebildet ist, können die Kosten reduziert werden. Darüber hinaus kann das Sensorträgerteil 92 in Form eines Artikels, der aus einem per Metallpulverspritzgießverfahren hergestellten gesinterten Metall erzeugt wurde, ausgebildet sein. Das Metallpulverspritzgießverfahren ist ein Spritzgießverfahren, das mit Metall oder einer intermetallischen Verbindung verwendet wird und das den Schritt eines Knetens des Metallpulvers mit einem Bindemittel zum Herstellen eines gekneteten Materials, den Schritt des Spritzgießens des gekneteten Materials, einen Schritt des Entfettens des resultierenden spritzgegossenen Produkts und einen Schritt des Sinterns des spritzgegossenen Produkts umfasst. Mittels des Metallpulverspritzgießverfahrens können einige Vorteile erreicht werden, wobei ein gesintertes Element mit einer im Vergleich mit der Standardsintertechnik hohen gesinterten Dichte erhalten und das gesinterte Metallprodukt mit hoher Abmessungsgenauigkeit und hoher mechanischer Festigkeit hergestellt werden kann.
  • Als Axialspannungssensor 81 können verschiedene Typen verwendet werden. Beispielsweise, wenn der Axialspannungssensor 81 in Form eines Metallfoliendehnmessstreifens ausgebildet ist, und angesichts der Haltbarkeit dieses Metallfoliendehnmessstreifens, ist der Betrag der Spannung in einem Bereich des Sensorträgerteiles 92, wo der Axialspannungsmessstreifen 81 angeordnet ist, bevorzugt gleich oder kleiner als 1500 Microstrain, auch wenn die erwartete Maximalbelastung an der Radlageranordnung angreift. Aus einem ähnlichen Grund wie oben beschrieben, ist der Betrag der Spannung, auf den oben Bezug genommen wird, bevorzugt kleiner oder gleich 1000 Microstrains, wenn der Axialspannungssensor 81 in Form eines Halbleiterspannungsmessstreifens ausgebildet ist. Darüber hinaus, wenn der Axialspannungssensor 81 in Form eines Dickfilm-Typ-Sensors ausgebildet ist, ist der oben erwähnte Betrag der Spannung bevorzugt gleich oder kleiner als 1500 Microstrains.
  • Da eine Struktur verwendet wird, in der die aus dem Sensorträgerteil 92 und dem an dem Sensorträgerteil 92 angeordneten Axialspannungssensor 81 ausgebildete Sensoreinheit 91 an dem äußeren Teil 1 angeordnet ist, kann der Sensor zur Detektion der axial angreifenden Last in kompakter Weise installiert werden. Da das Sensorträgerteil 92 ein einfaches Bauteil ist, das an dem äußeren Teil 1 angeordnet ist, ermöglicht das Anordnen des Axialspannungssensors 81 an demselben eine Ausgestaltung, die sich exzellent für die Massenproduktion mit reduzierten Kosten eignet.
  • Wenn die Last mittels der axial an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche angreifenden Kraft auf das innere Teil 2, das eine Nabenanordnung für das Fahrzeugantriebsrad 70 ist, wirkt, erfährt das äußere Teil 1 über die Wälzelemente 5 eine Deformation, wobei diese Deformation zu dem an dem äußeren Teil 1 angeordneten Sensorträgerteil 92 weitergeleitet wird, was zu einer entsprechenden Deformation des Sensorträgerteils 92 führt. Der Axialspannungssensor 81 misst die in dem Sensorträgerteil 92 hervorgerufene Spannung. Zu diesem Zeitpunkt deformiert sich das radial verlaufende Segment 92c des Sensorträgerteils 92 entsprechend der Deformation des Flansches 1a des äußeren Teiles 1. Im Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels, da das radial verlaufende Segment 92c eine geringere Steifigkeit aufweist als das äußere Teil 1 und da das Sensorträgerteil 92 so geformt ist, dass es eine L-förmige Gestalt mit radial verlaufenden Segmenten 92c geringer Steifheit und axial verlaufenden Segmenten 92d hoher Steifheit aufweist, entsteht eine Spannungskonzentration in der Nähe einer Ecke 92e, die zwischen dem radial verlaufenden Segment 92c und dem axial verlaufenden Segment 92d, aber benachbart zu dem radial verlaufenden Segment 92c liegt, so dass eine größere Spannung als in dem äußeren Teil 1 auftritt. Mit anderen Worten kann die zwischen dem radial verlaufenden Segment 92c und dem axial verlaufenden 92d entstehende Spannung als korrespondierend zu einer Spannung angesehen werden, die in einem R Abschnitt 1b am Fuße des aufgeweiteten Flansches 1a auftritt. Da diese Spannung über den Spannungssensor 81 gemessen wird, kann die Spannung, die in dem äußeren Teil 1 auftritt, mit hoher Empfindlichkeit detektiert und somit die Spannungsmessgenauigkeit erhöht werden. Mit der so mit hoher Genauigkeit gemessenen axial wirkenden Spannung kann zudem die axial an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad 70 und der Straßenoberfläche wirkende Kraft berechnet werden, wobei die so berechnete axial wirkende Kraft ebenfalls eine hohe Genauigkeit aufweist.
  • Der Radialspannungssensor 82 wird z. B. wie in den 10 bis 12 dargestellt angeordnet. Mit anderen Worten wird der Radialspannungssensor 82 an dem Sensorträgerteil 94 angeordnet, um eine Sensoreinheit 93 zu bilden, die wiederum an dem äußeren Gehäuse 33b der Untersetzungsgetriebeeinheit C befestigt ist. Das Sensorträgerteil 94 hat die Form eines länglichen Teils mit einem gekrümmten Endabschnitt, der einen Haken darstellt, wobei der Radialspannungssensor in Form eines Wegaufnehmers an einem solchen Ende des Sensorträgerteils 94 angeordnet ist. Ein Fußende des Sen sorträgerteils 94 ist als Kontaktbefestigungsabschnitt 94, das zum Anordnen an dem Gehäuse 33b ausgebildet ist, ausgeformt.
  • Über den Kontaktbefestigungsabschnitt 94a des Sensorträgerteils 94, der an einer äußeren Seitenoberfläche des Gehäuses 33b mittels eines Bondmaterials oder Ähnlichem befestigt ist, ist die Sensoreinheit an dem Gehäuse 33b befestigt. Im Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Radialspannungssensor 82 z. B. in Form eines berührungslosen Wegaufnehmers eines Wirbelstrom-Typs verwendet und der Radialspannungssensor 82 ist an der Sensoreinheit 93 befestigt, die mit einem vorbestimmten Abstand zu der äußeren Umfangsoberfläche des äußeren Teils 1 angeordnet ist, so dass der Abstand der äußeren Umfangsfläche des äußeren Teiles in einer radialen Richtung desselben gemessen werden kann. Die axial ausgerichtete Position des äußeren Teiles 1, dem der Radialspannungssensor 82 gegenüberliegt, wird so gewählt, dass sie z. B. in der Nähe der Abrollfläche 3 der äußeren Reihe oder an einer äußeren Seite der Abrollfläche 3 liegt. Ein Abschnitt des äußeren Teiles auf der äußeren Seite der Abrollfläche 3 zeigt im Vergleich mit einem anderen Abschnitt des äußeren Teiles 1 eine relativ starke Deformation in radialer Richtung relativ zu der Last. Das Sensorträgerteil 94 ist aus einem Material hergestellt, das eine ausreichende Steifheit aufweist, um Deformationen unter dem Einfluss einer externen Kraft zu vermeiden, wenn die Sensoreinheit an dem Gehäuse 33b angebracht ist.
  • Der Wegaufnehmer, der als Radialspannungssensor 82 verwendet werden kann, kann ein beliebiger Sensor sein, z. B. vom Wirbelstromtyp, vom Magnettyp, vom optischen Typ, vom Ultraschalltyp, vom Kontakttyp oder ein anderer Sensor, der in der Lage ist, die Verschiebung zu detektieren. Ein geeigneter Sensor sollte in Abwägung verschiedener Bedingungen ausgewählt werden.
  • Da die Sensoreinheit 93, die das Sensorträgerteil 94 und den an dem Sensorträgerteil 94 angeordneten Radialspannungssensor 82 aufweist, so ausgestaltet ist, dass sie an dem äußere Teil 1 angebracht werden kann, kann der Sensor zur Detektion einer vertikal wirkenden Last in kompakter Weise installiert werden. Da das Sensorträgerteil 94 ein einfaches Bauteil ist, das an dem äußeren Teil 1 angeordnet werden kann, erlaubt das Anordnen des Radialspannungssensors an demselben eine Massenproduktion mit reduzierten Kosten.
  • Wenn durch die vertikal an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad 70 und der Straßenoberfläche wirkenden Kraft eine Last auf das innere Teil 2, das eine Nabenanordnung für das Fahrzeugrad 70 ist, ausgeübt wird, erfährt das äußere Teil 1 über die Wälzelemente 5 eine Deformation, wobei eine Verschiebung des äußeren Teils 1 in radialer Richtung als Folge einer derartigen Deformation über den Radialspannungssensor 82, der an dem an dem äußeren Gehäuse 33b der Reduktionsgetriebeanordnung C angeordneten Sensorträgerteil 94 befestigt ist, gemessen wird. Die Verschiebung des äußeren Teiles 1 in der radialen Richtung kann mit hoher Empfindlichkeit gemessen werden, da die äußere Umfangsfläche des äußeren Teiles 1, das ein zu messendes Objekt ist, ein Abschnitt ist, der sich im Vergleich mit seiner Umgebung stark in radialer Richtung verschiebt. Zudem kann durch Verwenden der so mit hoher Genauigkeit gemessenen radial wirkenden Spannung die vertikal an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche wirkende Kraft berechnet werden, wobei die so berechnete vertikal wirkende Kraft ebenfalls eine hohe Genauigkeit aufweist.
  • In dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel wurden der Axialspannungssensor 81 und der Radialspannungssensor 82 zur Verwendung für das Messen der Spannung, die in dem äußeren Teil 1 in dessen axialer Richtung bzw. der Spannung, die in dem äußeren Teil 1 in dessen radialer Richtung auftritt, dargestellt und beschrieben. Der Axialspannungssensor 81 und der Radialspannungssensor 82 können jedoch auch verwendet werden, um axiale und radiale Spannungen zu messen, die in jedem anderen Bauteil der Nabenlageranordnung A auftreten, z. B. dem inneren Teil 2.
  • Darüber hinaus, obwohl im dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel das innere Teil als eine Nabenlageranordnung der dritten Generation, die einen Teil der Nabenanordnung ausbildet, ausbildend gezeigt und dargestellt wurde, kann es sich auch um eine Nabenlageranordnung der ersten oder der zweiten Generation handeln, in der das innere Teil und die Nabenanordnung für das Fahrzeugrad separat und unabhängig voneinander sind. Zudem kann es eine Nabenlageranordnung A eines Kegelrollenlagers einer beliebigen geeigneten Generation sein.
  • In einem Beispiel, in dem die Achseinheit der vorliegenden Erfindung an dem Fahrzeug in Verbindung mit jedem der vier Fahrzeugräder vorgesehen ist, und die vier Fahrzeugräder unabhängig mit dem entsprechenden Elektromotor B angetrieben werden, muss ein Algorithmus zum Detektieren der Drehzahl eines jedes dieser Fahrzeugräder 70 eingeführt werden, so dass die Fahrzeuglage stabilisiert werden kann. Um die Drehzahl jedes der Fahrzeugantriebsräder 70 zu bestimmen, kann jedes beliebige Verfahren verwendet werden, zum Beispiel indem eine Mehrzahl von Schlitzen auf einer äußeren gegenüberliegenden Oberfläche des Rotors 25 des Elektromotors B vorgesehen oder streifenförmige Markierungen auf dieser Oberfläche angebracht werden, wobei Lichtstrahlen, die auf die äußere Oberfläche des Rotors projiziert und anschließend von ihr reflektiert werden, über eine optische Faser 86 aus dem Gehäuse 22 herausgeführt werden können, so dass die Intensität der reflektierten Lichtstrahlen durch einen Rotationssensor 87, der ein Lichtmessgerät aufweisen kann, gemessen werden kann. Da das Innere des Gehäuses 22 des Elektromotors B abgedichtet und daher weniger empfindlich für Verschmutzungen ist, werden Messungen, die Licht verwenden, bevorzugt verwendet. Zur Detektion der Drehzahl des Fahrzeugrades 70 kann ein Detektionsverfahren eines elektromagnetischen Impulsgebersystems verwendet werden.
  • Da die Achseinheit der vorliegenden Erfindung die Bremsenanordnung D in Form einer elektrischen Bremse mit einem Design, in dem die Bremsscheiben 47 durch einen Elektromotor 50 angetrieben werden, benutzt, kann eine mögliche Umweltverschmutzung, die anderenfalls die Folge von aus einem hydraulischen Bremssystem austretendem Öl sein kann, vermieden werden. Wegen der elektrischen Bremse kann zudem der Betrag der Bewegung der Bremsbelege 47 schnell angepasst und während einer Kurvenfahrt die Antwort der Drehzahl jedes der rechten und linken Fahrzeugantriebsräder 70 erhöht werden.
  • Zudem ist die Achseinheit der vorliegenden Erfindung in der Lage, das Ansprechverhalten der Aufhängungssteuerung zu erhöhen, um die Fahrzeuglage zu stabilisieren, da die Dämpfungsmodule 74 des Aufhängungssystems 73 elektrisch betrieben werden.
  • Obwohl das Steuerungssystem, das in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel zum Bestimmen der Kraft Fx, die in Fahrtrichtung des Fahrzeugs an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad 70 und der Straßenoberfläche wirkt, mit Bezug zu dem Ausgangssignal des elektrischen Stromsensors 80 zum Detektieren des über den Elektromotor B fließenden elektrischen Stroms I gezeigt und beschrieben wurde, kann eine derartige in Fahrtrichtung wirkende Kraft Fx mit Bezug auf ein Ausgangssignal des Bremskraftsensors 88 zum Detektieren der auf die Bremsbelege 47 der in 13 gezeigten Bremsenanordnung D ausgeübten Bremskraft εd bestimmt werden.
  • Da sich der Betrag der auf die Bremsbelege 47 der Bremsenanordnung D ausgeübten Bremskraft in Abhängigkeit von dem Betrag der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des Fahrzeugs wirkenden Kraft verändert, kann der Betrag der Arbeitskraft, auf die oben Bezug genommen wurde, berechnet werden, wenn das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der Bremskraft mittels einer Reihe von Experimenten und/oder Simulationen bestimmt wurde. Das Berechnungsmodul 83 kann betrieben werden, um sich auf das Verhältnis zwischen der Arbeitskraft und der Bremskraft, das mittels der Experimente und/oder Simulationen bestimmt wurde, zu beziehen, um ausgehend von dem Ausgangssignal des Elektromotors 50 die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des Fahrzeugs wirkende Kraft zu berechnen.
  • Darüber hinaus, wie am besten in 14 gezeigt, kann, wenn die Anordnung so gestaltet ist, dass die in Fahrtrichtung an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad 70 und der Straßenoberfläche wirkende Kraft Fx durch Vergleich des Ausgangssignals des Stromsensors 80 zum Detektieren des über den Elektromotor B fließenden elektrischen Stroms I mit dem Ausgangssignal des Bremskraftsensors 88 zum Detektieren der auf die Bremsbeläge 47 der Bremsanordnung D wirkenden Bremskraft εd bestimmt werden kann, die Genauigkeit der Detektion der in Fahrtrichtung wirkenden Kraft Fx erhöht werden.
  • Wenn die Bremsenanordnung D vom hydraulisch betriebenen Typ ist, kann die in Fahrtrichtung an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad und der Straßenoberfläche wirkende Kraft durch Anordnung eines Spannungssensors zum Beispiel an einem Bremssattel oder einem anderen Teil, das geeignet ist, belastet zu werden, wenn eine Druckkraft auf die Bremsbeläge ausgeübt wird, bestimmt werden.
  • In der vorhergehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde Bezug genommen auf die Verwendung der Ausgangssignale der Sensoren 80, 81 und 82 zum Detektieren der in den drei Achsrichtungen an dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche wirkenden Kräfte, um den Antrieb des Elektromotors B, den Betrieb der Brem senanordnung D und den Betrieb des Aufhängesystems 73 zu steuern. Wenn jedoch ein Signal einer Lenkanordnung zusätzlich in diesen Steuerungen benutzt wird, wäre das begrüßenswert, um eine Steuerung im Einklang mit der tatsächlichen Fahrt zu erreichen.
  • Zudem kann die Achseinheit der vorliegenden Erfindung für jedes der in einem Automobil verwendeten Fahrzeugräder oder nur für eines oder einige dieser Fahrzeugräder eingesetzt werden.
  • Zusammenfassung
  • Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit, in der eine Nabenlageranordnung (A), ein Elektromotor (B), eine Untersetzungsgetriebeeinheit (C) und eine Bremsenanordnung (D) koaxial auf einer Mittelachse eines Fahrzeugrades angeordnet sind. Sensoren (80, 81 und 82) zum Messen von Kräften Fx, Fy und Fz, die an einem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad (70) und einer Straßenoberfläche in drei zueinander senkrechten Achsrichtungen wirken, anhand des Status der Nabenlageranordnung (A), des Elektromotors (B), der Untersetzungsgetriebeeinheit (C) und/oder der Bremsenanordnung (D) sind vorgesehen. Ergebnisse einer solchen Messung werden für eine Aufhängungssteuerung, eine ABS-Steuerung oder eine beliebige andere Steuerung verwendet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2005-7914 [0003]
    • - JP 05-332401 [0003]

Claims (9)

  1. Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit, umfassend: eine Nabenlageranordnung, einen Elektromotor, eine Untersetzungsgetriebeeinheit und eine Bremsenanordnung, die sämtlich koaxial zu einer Mittelachse eines Fahrzeugrades angeordnet sind, und Sensoren zum Messen von an einem Kontaktpunkt des Fahrzeugrades und der Straßenoberfläche in drei zueinander senkrechten Achsrichtungen wirkenden Kräften anhand des Status der Nabenlagereinheit, des Elektromotors, der Untersetzungsgetriebeeinheit und/oder der Bremsenanordnung.
  2. Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Bremsenanordnung eine Anordnung mit einer elektrischen Bremse ist.
  3. Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Achseinheit über ein Aufhängungssystem mit einem Dämpfungsmodul an einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist, wobei das Dämpfungsmodul zum Dämpfen einer Kraft, die an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugantriebsrad und der Straßenoberfläche wirkt, vorgesehen ist und die Kraft zu der Fahrzeugkarosserie weiterleitet, wobei das Modul elektrisch betrieben wird, um einen Dämpfungsgrad zu verändern, und mit einem Modul zum Steuern des Dämpfungsgrades des Dämpfungsmoduls, wobei ein Ausgangssignal des Sensors in das Dämpfungsgradsteuermodul eingespeist wird.
  4. Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit gemäß Anspruch 1, wobei als einer der Sensoren zum Messen der betreffenden in den drei oben erwähnten Achsrichtungen wirkenden Kräfte ein Stromsensor zum Messen eines Stromwertes des elektrischen Motors und ein Berechnungsmodul, das in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal des elektrischen Stromsensors zum Berechnen der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrzeugrichtung des Fahrzeugs wirkenden Kraft betrieben werden kann, verwendet wird.
  5. Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit gemäß Anspruch 1, wobei als einer der Sensoren zum Messen der in den oben genannten drei Achsrichtungen wirkenden Kräfte ein Bremskraftsensor zum Messen der in der Bremsenanordnung wirkenden Bremskraft in Kombination mit einem Berechnungsmodul zum Berechnen der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in Fahrtrichtung des Fahrzeugs wirkenden Kraft anhand eines Ausgangssignals des Bremskraftsensors vorgesehen ist.
  6. Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit gemäß Anspruch 1, wobei als einer der Sensoren zum Messen der in den oben genannten drei Achsrichtungen wirkenden Kräfte ein Axialspannungssensor zum Messen der auf einen ortsfesten Laufbahnring der Nabenlageranordnung wirkenden Axialspannung in Kombination mit einem Berechnungsmodul zum Berechnen der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in axialer Richtung des Fahrzeugrades wirkenden Kraft anhand eines Ausgangssignals des Axialspannungssensors vorgesehen ist.
  7. Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit gemäß Anspruch 6, wobei der Axialspannungssensor an dem ortsfesten Laufbahnring angebracht ist.
  8. Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit gemäß Anspruch 1, wobei als einer der Sensoren zum Messen der in den oben genannten drei Achsrichtungen wirkenden Kräfte ein Radialspannungssensor zum Messen der auf einen ortsfesten Laufbahnring der Nabenlageranordnung wirkenden radialen Spannung in Kombination mit einem Berechnungsmodul zum Berechnen der an dem Kontaktpunkt zwischen dem Fahrzeugrad und der Straßenoberfläche in vertikaler Richtung wirkenden Kraft anhand eines Ausgangssignals des Radialspannungssensors vorgesehen ist.
  9. Mit einem Sensor ausgestattete und einen eingebauten radintegrierten Motor aufweisende Achseinheit gemäß Anspruch 8, wobei der ortsfeste Laufbahnring an einem Gehäuse der Untersetzungsgetriebeeinheit und der Radialspannungssensor an dem Gehäuse der Untersetzungsgetriebeeinheit angebracht sind.
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