JP2006064650A - 車輪荷重検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く安定して検出できる車輪荷重検出装置を提供する。
【解決手段】 車輪用軸受装置18における等速ジョイント13と結合される回転側輪2のインボード側端面2cと、前記等速ジョイント13の外輪13aのアウトボード側端面13cとの間に磁歪材9を介在させる。この磁歪材9に対向する位置に、前記磁歪材9の応力変化を検出する検出部10を設ける。これにより、車両のコーナリング時に車輪に曲げモーメント荷重等の軸力が加わって前記磁歪材9が応力変化を受けると、その応力変化を前記検出部10が検出し、その応力変化の変化量から車輪にかかる荷重を検出できる。【選択図】 図1
【解決手段】 車輪用軸受装置18における等速ジョイント13と結合される回転側輪2のインボード側端面2cと、前記等速ジョイント13の外輪13aのアウトボード側端面13cとの間に磁歪材9を介在させる。この磁歪材9に対向する位置に、前記磁歪材9の応力変化を検出する検出部10を設ける。これにより、車両のコーナリング時に車輪に曲げモーメント荷重等の軸力が加わって前記磁歪材9が応力変化を受けると、その応力変化を前記検出部10が検出し、その応力変化の変化量から車輪にかかる荷重を検出できる。【選択図】 図1
Description
この発明は、車輪にかかる荷重を検出する車輪荷重検出装置に関する。
従来、自動車の安全走行のために、各車輪の回転速度を検出する回転センサを車輪用軸受に設けたものがある。このような車輪用軸受において、温度センサ、振動センサ等のセンサを設置し、回転速度の他に、自動車の運行に役立つ他の状態を検出できるようにしたものも提案されている(例えば特許文献1)。
特開2003−336652号公報
従来の一般的な自動車の走行安全性確保対策は、各部の車輪の回転速度を検出することで行われているが、車輪の回転速度だけでは十分でなく、その他のセンサ信号を用いてさらに安全面での制御を可能とすることが求められている。そこで、車両走行時に各車輪に作用する荷重から姿勢制御を図ることも考えられる。例えばコーナリングにおいては外側車輪に大きな荷重がかかり、また左右傾斜面走行では片側車輪に、ブレーキングにおいては前輪にそれぞれ荷重が偏るなど、各車輪にかかる荷重は均等ではない。また、積載荷重不均等の場合にも、各車輪にかかる荷重は不均等になる。このため、車輪にかかる荷重を随時検出できれば、その検出結果に基づき、事前にサスペンション等を制御することで、車両走行時の姿勢制御(コーナリング時のローリング防止、ブレーキング時の前輪沈み込み防止、積載荷重不均等による沈み込み防止等)を行うことが可能となる。しかし、車輪に作用する荷重を検出するセンサの適切な設置場所がなく、荷重検出による姿勢制御の実現が難しい。
また、今後、ステアバイワイヤが導入されて、車軸とステアリングが機械的に結合しないシステムになってくると、車軸方向荷重を検出して運転手が握るハンドルに路面情報を伝達することが求められる。
特許文献1に示した荷重センサを内蔵した車輪用軸受では、車体取付けフランジに固定支持された変位センサで外方部材の表面との隙間を測定することで荷重検出を行っているが、検出部が外部に露出しており耐久性に課題を残している。また、外方部材の変形量はわずかであり、検出精度にも限界がある。
特許文献1に示した荷重センサを内蔵した車輪用軸受では、車体取付けフランジに固定支持された変位センサで外方部材の表面との隙間を測定することで荷重検出を行っているが、検出部が外部に露出しており耐久性に課題を残している。また、外方部材の変形量はわずかであり、検出精度にも限界がある。
この発明の目的は、このような課題を解消し、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる車輪荷重検出装置を提供することである。
この発明の車輪荷重検出装置は、車輪用軸受装置における等速ジョイントと結合される回転側輪のインボード側端面と、前記等速ジョイントの外輪のアウトボード側端面との間に磁歪材を介在させ、この磁歪材に対向する位置に、前記磁歪材の応力変化を検出する検出部を設けたものである。
この構成によると、車輪用軸受装置と等速ジョイント外輪のアウトボード側端面との間に磁歪材が介在しているため、車両のコーナリング動作等により、車輪用軸受装置に曲げモーメント荷重等による軸力が加わると、磁歪材の軸方向応力が変化し、磁歪特性により磁歪材の磁気的特性が変化する。その磁気的変化を前記検出部が検出することで、その変化量から車輪にかかる荷重を安定して検出することができる。前記磁歪材と検出部とで荷重センサが構成される。また、車輪用軸受装置と等速ジョイント外輪の間に磁歪材を介在させ、この磁歪材に対向する位置に前記検出部を配置した構成であるため、車輪用軸受装置の軸受としての諸元を変更することなく、荷重センサを設置することができ、車両にコンパクトに荷重センサを設置することができる。
この構成によると、車輪用軸受装置と等速ジョイント外輪のアウトボード側端面との間に磁歪材が介在しているため、車両のコーナリング動作等により、車輪用軸受装置に曲げモーメント荷重等による軸力が加わると、磁歪材の軸方向応力が変化し、磁歪特性により磁歪材の磁気的特性が変化する。その磁気的変化を前記検出部が検出することで、その変化量から車輪にかかる荷重を安定して検出することができる。前記磁歪材と検出部とで荷重センサが構成される。また、車輪用軸受装置と等速ジョイント外輪の間に磁歪材を介在させ、この磁歪材に対向する位置に前記検出部を配置した構成であるため、車輪用軸受装置の軸受としての諸元を変更することなく、荷重センサを設置することができ、車両にコンパクトに荷重センサを設置することができる。
前記磁歪材は、前記回転側輪と同心のリング状の部材であっても良い。磁歪材がリング状の部材であると、磁歪材を等速ジョイント外輪のステム部またはその近傍に嵌合して設置できて、車輪用軸受装置と等速ジョイント外輪のアウトボード側端面との間に介在するよう設置することが簡単に行える。
前記検出部は、例えばコイル巻線とされる。コイル巻線であると、磁歪材の磁気的特性の変化が感度良く検出できる。
前記検出部は、例えばコイル巻線とされる。コイル巻線であると、磁歪材の磁気的特性の変化が感度良く検出できる。
この発明において、前記検出部のハウジング内に、前記磁歪材の応力変化を検出する荷重検出部と、前記回転側輪または前記等速ジョイント外輪に設けられた回転被検出部に対向して回転を検出する回転信号検出部とを設けても良い。
この構成の場合、荷重センサの出力と回転センサの出力を1本のケーブルから外部に取り出すことができ、配線処理を簡単にできる。また、荷重センサおよび回転センサの各検出部を1つのハウジング内に組み込むことから、検出部の車輪用軸受装置への組付け作業が容易になると共に、検出部を環境的に経年変化の無い位置に収容でき、耐久性を向上させることができる。
この構成の場合、荷重センサの出力と回転センサの出力を1本のケーブルから外部に取り出すことができ、配線処理を簡単にできる。また、荷重センサおよび回転センサの各検出部を1つのハウジング内に組み込むことから、検出部の車輪用軸受装置への組付け作業が容易になると共に、検出部を環境的に経年変化の無い位置に収容でき、耐久性を向上させることができる。
この発明の車輪荷重検出装置は、車輪用軸受装置における等速ジョイントと結合される回転側輪のインボード側端面と、前記等速ジョイントの外輪のアウトボード側端面との間に磁歪材を介在させ、この磁歪材に対向する位置に、前記磁歪材の応力変化を検出する検出部を設けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる。
この発明の第1の実施形態を図1と共に説明する。図1は、この実施形態の車輪荷重検出装置を備えた車輪用軸受装置の断面図を示す。この車輪用軸受装置は、第3世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受に適用した例である。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外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図1では左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
図1において、この車輪用軸受装置18は、内周に複列の転走面4を有する外方部材1と、これら転走面4にそれぞれ対向する転走面5を有する内方部材2と、これら複列の転走面4,5間に介在させた複列の転動体3とを備える。この車輪用軸受装置18は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、上記各転走面4,5は断面円弧状であり、各転走面4,5は接触角が背面合わせとなるように形成されている。転動体3はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。
図1において、この車輪用軸受装置18は、内周に複列の転走面4を有する外方部材1と、これら転走面4にそれぞれ対向する転走面5を有する内方部材2と、これら複列の転走面4,5間に介在させた複列の転動体3とを備える。この車輪用軸受装置18は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、上記各転走面4,5は断面円弧状であり、各転走面4,5は接触角が背面合わせとなるように形成されている。転動体3はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。
外方部材1は固定側輪となるものであって、ナックル(図示せず)に固定するための車体取付フランジ1aを外周に有し、全体が一体の部材とされている。車体取付フランジ1aは、車体(図示せず)に設置されたナックルに周方向複数箇所のボルト(図示せず)で締結される。車体取付フランジ1aのボルト挿通孔12はねじ加工されており、上記ボルトは、ナックルに設けられた貫通孔を貫通し、上記ボルト挿通孔12に先端の雄ねじ部分が螺合する。ボルト挿通孔12をねじ孔とする代わりに、単にボルトが挿通される孔としし、ナット(図示せず)でボルトを締め付けるようにしても良い。
内方部材2は回転側輪となるものであって、車輪取付フランジ2aを有するハブ輪2Aと、このハブ輪2Aのインボード側の端部外径面に嵌合した別体の内輪2Bとからなり、ハブ輪2Aおよび内輪2Bに、各列の転走面5がそれぞれ形成される。ハブ輪2Aには等速ジョイント13の外輪13aが連結されている。詳しくは、ハブ輪2Aの中央孔17には、等速ジョイント13の外輪13aに一体に形成されたステム部14が挿通され、そのステム部14の先端の雄ねじ部分15にナット16をねじ込むことで、外輪13aがハブ輪2Aに連結される。ハブ輪2Aの中央孔17にはスプライン溝2bが形成されており、ステム部14のスプライン溝14bとスプライン嵌合する。内輪2Bは、ハブ輪2Aのインボード側端部に設けられた加締部2cにより、ハブ輪2Aに対して軸方向に締め付け固定される。内外の部材2,1間に形成される環状空間のアウトボード側は、密封装置である接触式のシール7で密封されている。また、インボード側の端部は、密封装置である接触式のシール8のシールリップ8aが等速ジョイント13の外輪13aの段面13bに摺接することでシール性が確保される。
ハブ輪2Aのインボード側端部に設けられた加締部2cと、等速ジョイント13の外輪13aのアウトボード側を向く端面13cとの間には、磁歪材からなり内方部材2と同心のリング状の荷重被検出部9を介在させ、前記加締部2cと外輪端面13cとで挟持している。このリング状の荷重被検出部9は、等速ジョイント外輪13aに前記端面13に隣接して設けられた円筒状外径面部に嵌合して設置されている。荷重被検出部9には、例えばFe−Al合金からなる磁歪層9aと、SC材からなる母材層9bの2層構造のクラッド鋼が用いられる。この荷重被検出部9は、焼入れ処理を施した後、Fe−Al合金の表面を研削してから表面をショットピーニングすることにより、残留応力を高めるようにしても良い。なお、荷重被検出部9の材料としては、このほかSNCM鋼などの磁歪材料を用いても良い。
外方部材1のインボード側端部の前記荷重被検出部9に対して径方向に対向する位置には、荷重被検出部9の応力変化を検出する荷重検出部10が設けられている。この荷重検出部10は、ヨーク10aと、このヨーク10aに巻回したコイル巻線10bと、ヨーク10aとコイル巻線10bの間に介在させたボビン10cとからなり、外方部材1の内径面に嵌合させたハウジング30内に、回転信号検出部29と共に組み込まれている。
前記回転信号検出部29は、内方部材2に取付けられた回転被検出部28に対して軸方向に対向する位置に配置される。回転信号検出部29は磁気センサからなり、例えばホールICやMR素子などが用いられる。回転被検出部28は磁気エンコーダからなり、断面L字状の環状の芯金の側板部に円周方向に交互に磁極S,Nを着磁してなる多極磁石を設けたものとされる。この回転被検出部28は、芯金の円筒部を内輪2Bの外径面に圧入することにより、内方部材2に取付けられている。
上記したように、荷重検出部10と回転信号検出部29とを同じハウジング30内に組み込み、そのハウジング30を介してこれらの検出部10,29を外方部材1に取付けることで、配線の本数を削減することができる。また、荷重センサおよび回転センサの各検出部10,29を1つのハウジング30内に組み込むことから、検出部10,29の車輪用軸受装置18への組付け作業が容易になると共に、検出部10,29を環境的に経年変化の無い位置に収容でき、防水対策にもなり耐久性を向上させることができる。
荷重検出部10と回転信号検出部29の各信号はケーブル19を経て外部に出力される。このように、荷重センサの出力と回転センサの出力を1本のケーブル19から外部に取り出すことで、配線処理を簡単にできる。このケーブル19は外方部材1から外部に引き出されるが、図1(B)に平面図で示すように、外方部材1のインボード側端に設けたU字状切り欠き20の位置にケーブル19を合わせてから前記ハウジング30を圧入することで、ケーブル19に邪魔されることなくハウジング30を外方部材1に容易に取付けることができる。
なお、U字状切り欠き20を封止するために、U字状切り欠き20の形状に合わせた弾性部材21(例えばゴム材)にケーブル19を挿通させた後、この弾性部材21がU字状切り欠き20に差し込まれる。U字状切り欠き20の部分の密封性をより高めるために、さらに接着剤や熱固着剤を用いても良い。この処理の後で、シール8の金属環8b(図1(B))が外方部材1の外周に圧入固着される。これにより、U字状切り欠き20の上にシール金属環8bの一部が重なることになり、U字状切り欠き20の防水性を高めることができる。また、弾性部材21を、その表面が外方部材1の外径面からはみ出す厚みとした場合には、防水効果をより一層高めることができる。さらに他の防水対策として、シール8の金属環8bと外方部材1との接触部にゴム等の弾性部材を全周に渡って介在させても良い。なお、ケーブル19の引き出し方法やシール処理はこれに限定されるものではない。
次に、この車輪用軸受装置18における荷重検出動作および回転検出動作を説明する。車両のコーナリング時に車輪用軸受装置18の車輪取付フランジ2aに曲げモーメント荷重(コーナリングフォース)等の軸力が加わると、転動体3と転走面4,5との接触面が移動して、ハブ輪2Aの軸心が傾斜し、あるいは軸方向の応力が変化する。このとき、ハブ輪2Aの加締部2cと等速ジョイント外輪13aのアウトボード側端面13cとで挟持される磁歪材からなる荷重被検出部9の磁歪層9aに働く歪量が変化する。その変化を荷重検出部10のコイル巻線10bが磁気抵抗変化として検出し、その磁気抵抗変化量によって車輪用軸受装置18にかかる荷重を検出することができる。
車輪の回転時には、磁気エンコーダからなる回転被検出部28が内方部材2と一体に回転し、この回転被検出部28の磁極変化を回転信号検出部29が車輪の回転として検出する。回転被検出部28がホール素子や磁気抵抗素子等の場合、回転停止時にも回転角度の検出が行える。
車輪の回転時には、磁気エンコーダからなる回転被検出部28が内方部材2と一体に回転し、この回転被検出部28の磁極変化を回転信号検出部29が車輪の回転として検出する。回転被検出部28がホール素子や磁気抵抗素子等の場合、回転停止時にも回転角度の検出が行える。
このように、この実施形態の車輪荷重検出装置では、内方部材2のインボード側端面(加締部2c)と、等速ジョイント外輪13aのアウトボード側端面13cとの間に磁歪材からなる荷重被検出部9を介在させ、この荷重被検出部9に対向する位置に、荷重被検出部9の応力変化を検出する荷重検出部10を設けたため、車輪用軸受装置18の軸受としての諸元を変更することなく、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く安定して検出できる。
前記荷重検出部10や回転信号検出部29からの検出信号の電気的な処理は、外方部材1に設けた回路基板(図示せず)上で行っても良いし、ナックルに固定した回路基板上で行っても良い。さらには、自動車のECU(電気制御ユニット)側に回路基板を内蔵しても良い。回路基板で処理された荷重情報や回転情報は、図示しない送信手段によって車体側の受信手段にワイヤレスで送信することも可能である。この場合、回路基板への電気供給もワイヤレスで行っても良い。ここで得られる荷重出力や回転信号は、情報としてECUに取込まれ、自動車の走行安定性制御やステアバイワイヤシステムでの路面情報伝達にも応用可能となる。
なお、この実施形態では、荷重検出部10を荷重被検出部9の全周に渡って対向配置した構成例を示したが、これに限らず、例えば荷重検出部10のコイル巻線10bを、荷重被検出部9の周方向の上下の2箇所に分離して配置し、これら2つのコイル巻線10bの出力差から車輪用軸受装置18に加わる曲げモーメントを検出するようにしても良い。
図2および図3は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の車輪荷重検出装置は、図1に示した第1の実施形態において、ハウジング30における荷重検出部10に対して軸方向横並び位置に、温度補償用検出部11を等速ジョイント13の外輪13aの外周部13dに対して径方向に対向配置したものである。温度補償用検出部11の構造は荷重検出部10と同じものであり、ヨーク11aと、このヨーク11aに巻回したコイル巻線11bと、ヨーク11aとコイル巻線11bの間に介在させたボビン11cとでなる。この実施形態では、前記荷重検出部10と温度補償用検出部11とで荷重検出が行われる。
図3は、この実施形態における荷重検出回路例を示す。この検出回路は、荷重検出部10のコイル巻線10bと抵抗とからなる第1の直列回路部22と、温度補償用検出部11のコイル巻線11bと抵抗とからなる第2の直列回路部23とを並列に接続したものからなる。第1の直列回路部22とこれに並列に接続される第2の直列回路部23とに、発信器24から数十kHzの交流電圧が印加される。コイル巻線10bにかかる分割電圧は、整流器25およびローパスフィルタ26で直流電圧に変換されて差動増幅器27の第1入力端子に入力される。また、コイル巻線11bにかかる分割電圧も、別の整流器25およびローパスフィルタ26で直流電圧に変換されて、差動増幅器27の第2入力端子に入力される。差動増幅器27はこれら2入力の差分を増幅して出力する。この出力は、荷重検出部10の検出値から温度変化に起因する変動分を差し引いたものとなり、より精度の高い荷重検出が可能となる。その他の構成および作用は、第1の実施形態の場合と同じである。
なお、上記荷重検出回路において、直列回路部22,23に代えて、コンデサとコイル巻線との共振回路を用いても良い。
なお、上記荷重検出回路において、直列回路部22,23に代えて、コンデサとコイル巻線との共振回路を用いても良い。
図4は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態は、図2に示す実施形態の車輪用軸受装置18において、ハブ輪2Aの加締部2cで内輪2Bを軸方向に締め付け固定していた構成に代えて、等速ジョイント外輪13aの外周の荷重被検出部9が設けられる部分のアウトボード側に向く端面13と、等速ジョイント外輪13aのステム部14の先端雄ねじ部分15に螺合するナット16とで、内輪2Bを軸方向に締め付け固定するようにしたものである。これにより、荷重被検出部9は、内輪2Bのインボード側に向く端面と等速ジョイント外輪13aのアウトボード側を向く端面13cとで挟持される。その他の構成は図2の実施形態の場合と同じである。
2…内方部材(回転側輪)
2c…加締部(インボード側端面)
9…荷重被検出部(磁歪材)
10…荷重検出部
10b…コイル巻線
13…等速ジョイント
13a…外輪
13c…外輪端面(外輪のアウトボード側端面)
28…回転被検出部
29…回転信号検出部
30…ハウジング
2c…加締部(インボード側端面)
9…荷重被検出部(磁歪材)
10…荷重検出部
10b…コイル巻線
13…等速ジョイント
13a…外輪
13c…外輪端面(外輪のアウトボード側端面)
28…回転被検出部
29…回転信号検出部
30…ハウジング
Claims (4)
- 車輪用軸受装置における等速ジョイントと結合される回転側輪のインボード側端面と、前記等速ジョイントの外輪のアウトボード側端面との間に磁歪材を介在させ、この磁歪材に対向する位置に、前記磁歪材の応力変化を検出する検出部を設けた車輪荷重検出装置。
- 請求項1において、前記磁歪材は前記回転側輪と同心のリング状の部材である車輪荷重検出装置。
- 請求項1または請求項2において、検出部はコイル巻線からなる車輪荷重検出装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記検出部のハウジング内に、前記磁歪材の応力変化を検出する荷重検出部と、前記回転側輪または前記等速ジョイント外輪に設けられた回転被検出部に対向して回転を検出する回転信号検出部とを設けた車輪荷重検出装置。
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Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2009539052A (ja) * | 2006-06-10 | 2009-11-12 | シエフレル・コマンデイトゲゼルシヤフト | トルク測定を統合された軸受装置及びトルク分配を制御する装置 |
-
2004
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009539052A (ja) * | 2006-06-10 | 2009-11-12 | シエフレル・コマンデイトゲゼルシヤフト | トルク測定を統合された軸受装置及びトルク分配を制御する装置 |
JP4873278B2 (ja) * | 2006-06-10 | 2012-02-08 | シエフレル・コマンデイトゲゼルシヤフト | トルク測定を統合された軸受装置 |
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