JP2008051240A - Wheel bearing with sensor - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing with a built-in load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.
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センサを車輪用軸受に設けたものがある。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の制御が可能なことが求められている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a wheel bearing provided with a sensor for detecting the rotational speed of each wheel for safe driving of an automobile. Conventional measures to ensure driving safety of general automobiles are performed by detecting the rotational speed of the wheels of each part, but the rotational speed of the wheels is not sufficient, and it is further safer by using other sensor signals. It is required that the surface can be controlled.
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片寄るなど、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。 Therefore, it is conceivable to control the posture from the load acting on each wheel during vehicle travel. For example, a large load is applied to the outer wheel in cornering, and the load applied to each wheel is not uniform. In addition, even when the load is uneven, the load applied to each wheel is uneven. For this reason, if the load applied to the wheel can be detected at any time, the suspension control etc. is controlled in advance based on the detection result, thereby controlling the attitude during vehicle travel (preventing rolling during cornering, preventing the front wheel from sinking during braking, It is possible to prevent subsidence due to uneven load capacity. However, there is no appropriate installation location of a sensor that detects a load acting on the wheel, and it is difficult to realize posture control by load detection.
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。 In addition, when steer-by-wire is introduced in the future and the system becomes a system in which the axle and the steering are not mechanically coupled, it is required to detect the axle direction load and transmit the road surface information to the handle held by the driver.
このような要請に応えるものとして、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が提案されている(例えば特許文献1)。
車輪用軸受の外輪は、転走面を有し、強度が求められる部品であって、塑性加工や、旋削加工、熱処理、研削加工などの複雑な工程を経て生産される軸受部品であるため、特許文献1のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、生産性が悪く、量産時のコストが高くなるという問題点がある。また、外輪の歪みを感度良く検出することが難しく、その検出結果を車両走行時の姿勢制御に利用した場合、制御の精度が問題となる。
The outer ring of the wheel bearing is a part that has a rolling surface and requires strength, and is a bearing part that is produced through complicated processes such as plastic working, turning, heat treatment, and grinding. When a strain gauge is attached to the outer ring as in
そこで、センサ取付部材に歪みセンサを取付けてセンサユニットとし、このセンサユニットを外輪の周面に取付けることを試みた。その場合、歪みセンサの出力を処理するセンサ信号処理回路を車輪用軸受に設けておくと、センサ信号処理回路が自動車の電気制御ユニット(ECU)に設けられている場合と比べて、歪みセンサからセンサ信号処理回路への配線を簡略化できる。しかし、車輪用軸受には余分なスペースが無く設置場所が限られるので、センサ信号処理回路を車輪用軸受の何処にどのように設置するかが課題となる。加えて、センサ信号処理回路を、生産性が良く、安価に設置することができ、センサユニットの組立性を損なわないことが求められる。 Therefore, an attempt was made to attach a strain sensor to the sensor attachment member to form a sensor unit, and to attach this sensor unit to the peripheral surface of the outer ring. In that case, if the sensor signal processing circuit for processing the output of the strain sensor is provided in the wheel bearing, the sensor signal processing circuit can be compared with the case in which the sensor signal processing circuit is provided in the electric control unit (ECU) of the automobile. Wiring to the sensor signal processing circuit can be simplified. However, since there is no extra space in the wheel bearing and the installation place is limited, it becomes a problem where and how the sensor signal processing circuit is installed in the wheel bearing. In addition, it is required that the sensor signal processing circuit can be installed at low cost with high productivity and does not impair the assembling property of the sensor unit.
この発明の目的は、荷重検出用のセンサおよびそのセンサの出力を処理するセンサ信号処理回路を車両にコンパクトに設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く検出し、そのセンサの出力を車両の姿勢制御に有効利用することができ、量産時のコストが安価で組立性が良好なセンサ付車輪用軸受を提供することである。 An object of the present invention is to be able to install a sensor for detecting a load and a sensor signal processing circuit for processing the output of the sensor in a compact manner, to detect a load applied to a wheel with high sensitivity, and to detect the output of the sensor from the attitude of the vehicle. It is an object to provide a sensor-equipped wheel bearing that can be effectively used for control, is inexpensive in mass production, and has good assemblability.
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、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、前記外方部材と前記内方部材との間の端部を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受である。この発明における第1の発明のセンサ付車輪用軸受は、上記車輪用軸受において、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた少なくとも1つ以上の歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路を前記センサ取付部材に形成し、前記センサ信号処理回路から外部装置への信号伝達経路がケーブルであり、センサ信号処理回路とケーブル間に両者を物理的に結合しかつ電気的に接続するコネクタを設け、このコネクタを保護するカバーを前記センサ取付部材に固定したことを特徴とする。
また、この発明における第2の発明のセンサ付車輪用軸受は、上記車輪用軸受において、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた少なくとも1つ以上の歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路が形成されたセンサ信号処理回路基板を前記センサ取付部材に設け、前記センサ信号処理回路基板から外部装置への信号伝達経路がケーブルであり、センサ信号処理回路基板とケーブル間に両者を物理的に結合しかつ電気的に接続するコネクタを設け、このコネクタを保護するカバーを前記センサ取付部材に固定したことを特徴とする。
The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member having a double row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the rolling surface of the outer member, A double row rolling element interposed between both rolling surfaces, and a sealing device that seals an end between the outer member and the inner member, and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body. This is a wheel bearing. According to a first aspect of the present invention, there is provided the wheel bearing with sensor according to the above-described wheel bearing, wherein the sensor mounting unit includes a sensor mounting member and at least one strain sensor attached to the sensor mounting member. A sensor signal processing circuit for processing the output signal of the strain sensor is formed on the sensor mounting member, and the signal transmission path from the sensor signal processing circuit to an external device is a cable. There is provided a connector for physically connecting and electrically connecting both of the sensor signal processing circuit and the cable, and a cover for protecting the connector is fixed to the sensor mounting member.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the wheel bearing with sensor, wherein the sensor unit comprising the sensor mounting member and at least one strain sensor mounted on the sensor mounting member in the wheel bearing is provided on the outer side. A sensor signal processing circuit board on which a sensor signal processing circuit for processing an output signal of the strain sensor is formed and attached to the fixed side member of the member and the inner member is provided on the sensor mounting member; The signal transmission path from the device to the external device is a cable, and a connector for physically connecting and electrically connecting the sensor signal processing circuit board and the cable is provided between the sensor signal processing circuit board and the cable. It is characterized by being fixed to.
車両走行に伴い回転側部材に荷重が加わると、転動体を介して固定側部材が変形し、その変形は、取付用部材を介してセンサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重を検出することができる。この検出した荷重は、センサ信号処理回路によって処理され、自動車の車両制御に使用される。
この車輪用軸受は、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを固定側部材に取付ける構成としたため、荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。また、第1の発明では、センサ信号処理回路をセンサ取付部材に形成した構成とし、第2の発明では、センサ信号処理回路が形成されたセンサ信号処理回路基板をセンサ取付部材に設けた構成としたため、いずれの発明の場合も、センサ信号処理回路をコンパクトに設置できる。センサ取付部材は固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みセンサおよびセンサ信号処理回路を設けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
第1の発明の場合、センサ信号処理回路から外部装置への信号伝達経路がケーブルとし、センサ信号処理回路とケーブルとを物理的に結合しかつ電気的に接続するコネクタを設けたため、センサ信号処理回路と外部装置との配線の手間が簡略化でき、組立性の向上を図ることができる。同様に第2の発明の場合も、センサ信号処理回路基板から外部装置への信号伝達経路がケーブルとし、センサ信号処理回路基板とケーブルとを物理的に結合しかつ電気的に接続するコネクタを設けたため、センサ信号処理回路基板と外部装置との配線の手間が簡略化でき、組立性の向上を図ることができる。コネクタはカバーにより保護されているため、センサ信号処理回路またはセンサ信号処理回路基板とケーブルとの接続部が外的要因による影響を受けることが少ない。カバーは、センサ取付部材に固定することで容易に設けられる。
When a load is applied to the rotation side member as the vehicle travels, the fixed side member is deformed via the rolling elements, and the deformation causes distortion of the sensor unit via the mounting member. The strain sensor provided in the sensor unit detects the strain of the sensor unit. If the relationship between strain and load is obtained in advance through experiments and simulations, the load applied to the wheel can be detected from the output of the strain sensor. This detected load is processed by a sensor signal processing circuit and used for vehicle control of an automobile.
Since the wheel bearing has a configuration in which the sensor mounting unit and the sensor unit including the strain sensor mounted on the sensor mounting member are mounted on the fixed side member, the load detection sensor can be compactly installed on the vehicle. In the first invention, the sensor signal processing circuit is formed on the sensor mounting member. In the second invention, the sensor signal processing circuit board on which the sensor signal processing circuit is formed is provided on the sensor mounting member. Therefore, in any of the inventions, the sensor signal processing circuit can be installed in a compact manner. Since the sensor mounting member is a simple part that can be mounted on the fixed side member, by providing a strain sensor and a sensor signal processing circuit on the sensor mounting member, the sensor mounting member can be excellent in mass productivity, and the cost can be reduced.
In the case of the first invention, the signal transmission path from the sensor signal processing circuit to the external device is a cable, and the connector for physically connecting and electrically connecting the sensor signal processing circuit and the cable is provided. Wiring between the circuit and the external device can be simplified, and assemblability can be improved. Similarly, in the case of the second invention, a signal transmission path from the sensor signal processing circuit board to the external device is a cable, and a connector for physically connecting and electrically connecting the sensor signal processing circuit board and the cable is provided. Therefore, the labor of wiring between the sensor signal processing circuit board and the external device can be simplified, and the assemblability can be improved. Since the connector is protected by the cover, the connection portion between the sensor signal processing circuit or the sensor signal processing circuit board and the cable is less affected by external factors. The cover is easily provided by being fixed to the sensor mounting member.
前記歪みセンサは厚膜抵抗体で構成するのが良い。
歪みセンサを厚膜抵抗体で構成すると、センサ取付部材への歪みセンサの取付強度が経年変化によって低下しないので、センサユニットの信頼性を向上させることができる。
The strain sensor is preferably composed of a thick film resistor.
If the strain sensor is composed of a thick film resistor, the strength of mounting the strain sensor on the sensor mounting member does not decrease due to secular change, so that the reliability of the sensor unit can be improved.
前記カバーの前記センサ取付部材への固定に、機械的固定、接着、溶着の各固定方法のうち少なくとも1つの固定方法を用いることができる。その場合、前記溶着はレーザー加熱によるもの、または超音波によるものとすることができる。 For fixing the cover to the sensor mounting member, at least one of fixing methods of mechanical fixing, adhesion, and welding can be used. In this case, the welding can be performed by laser heating or by ultrasonic waves.
前記固定側部材を外方部材とすることができる。その場合、センサユニットを外方部材の外周面に取付ける。 The fixed member can be an outer member. In that case, the sensor unit is attached to the outer peripheral surface of the outer member.
前記歪みセンサの出力によって、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を推定する作用力推定手段を設けると良い。
作用力推定手段によって得られる車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を自動車の車両制御に使用することにより、きめ細かな車両制御が可能となる。
It is preferable to provide an acting force estimating means for estimating an external force acting on the wheel bearing or an acting force between the tire and the road surface by the output of the strain sensor.
By using the external force acting on the wheel bearing obtained by the acting force estimation means or the acting force between the tire and the road surface for vehicle control of the automobile, fine vehicle control is possible.
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、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、前記外方部材と前記内方部材との間の端部を密封する密封装置とを備え、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、センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた少なくとも1つ以上の歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路を前記センサ取付部材に形成し、前記センサ信号処理回路から外部装置への信号伝達経路がケーブルであり、センサ信号処理回路とケーブル間に両者を物理的に結合しかつ電気的に接続するコネクタを設け、このコネクタを保護するカバーを前記センサ取付部材に固定するか、または センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた少なくとも1つ以上の歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路が形成されたセンサ信号処理回路基板を前記センサ取付部材に設け、前記センサ信号処理回路基板から外部装置への信号伝達経路がケーブルであり、センサ信号処理回路基板とケーブル間に両者を物理的に結合しかつ電気的に接続するコネクタを設け、このコネクタを保護するカバーを前記センサ取付部材に固定したため、荷重検出用のセンサおよびそのセンサの出力を処理するセンサ信号処理回路を車両にコンパクトに設置できて、車輪にかかる荷重を感度良く検出し、そのセンサの出力を自動車の車両制御に有効に利用することができる。センサ取付部材は固定側部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みセンサおよびセンサ信号処理回路を設けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れ、組立性が良好なものとなった。 The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member having a double row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the rolling surface of the outer member, A double row rolling element interposed between both rolling surfaces, and a sealing device that seals an end between the outer member and the inner member, and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body. In a wheel bearing, a sensor unit comprising a sensor attachment member and at least one strain sensor attached to the sensor attachment member is attached to a fixed side member of the outer member and the inner member. A sensor signal processing circuit for processing an output signal is formed on the sensor mounting member, and a signal transmission path from the sensor signal processing circuit to an external device is a cable, and the two are physically coupled between the sensor signal processing circuit and the cable. And electrically connected A cover for protecting the connector is fixed to the sensor mounting member, or a sensor unit consisting of a sensor mounting member and at least one strain sensor attached to the sensor mounting member is used as the outer member. And a sensor signal processing circuit board on which a sensor signal processing circuit for processing an output signal of the strain sensor is formed, is provided on the sensor mounting member, and is attached to the fixed side member of the inner members. A signal transmission path to an external device is a cable, and a connector is provided between the sensor signal processing circuit board and the cable to physically couple and electrically connect both, and a cover that protects the connector is attached to the sensor mounting member. Because it is fixed, a sensor for load detection and a sensor signal processing circuit that processes the output of the sensor are connected to the vehicle. The load applied to the wheel can be detected with high sensitivity, and the output of the sensor can be used effectively for vehicle control of the automobile. Since the sensor mounting member is a simple part that can be mounted on the fixed side member, by providing a strain sensor and a sensor signal processing circuit to the sensor mounting member, it is possible to achieve excellent mass production, cost reduction, and good assembly. It became a thing.
この発明の実施形態を図1ないし図4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。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is a third generation inner ring rotating type and is applied to a wheel bearing for driving wheel support. In this specification, the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
このセンサ付車輪用軸受は、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、各転走面3,4は接触角が外向き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、密封装置7,8によりそれぞれ密封されている。
This sensor-equipped wheel bearing includes an
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)におけるナックルに取付けるフランジ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、周方向の複数箇所に車体取付孔14が設けられている。
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、ホイールおよび制動部品(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。
The
The
外方部材1の外周部には、図3に示すセンサユニット21が設けられている。センサユニット21は、センサ取付部材22に、このセンサ取付部材22の歪みを測定する歪みセンサ23と、この歪みセンサ23の出力信号を処理するセンサ信号処理回路60とを設けたものである。センサユニット21は、第1および第2の取付用部材40,41を介して外方部材1に取付けられる。
A
センサ取付部材22は、第1の取付用部材40に接触固定される第1の接触固定部22aと、第2の取付用部材41に接触固定される第2の接触固定部22bとを有している。センサ取付部材22は、径方向に沿った径方向部位22cと、軸方向に沿った軸方向部位22dとでL字の形状に構成されており、径方向部位22cの中央部が前記第1の接触固定部22aとされ、軸方向部位22dの先端部が前記第2の接触固定部22bとされている。径方向部位22cは、軸方向部位22dに比べ、剛性が低くなるよう肉厚を薄くしてある。歪みセンサ23は、径方向部位22cのインボード側の面であるセンサ取付面22Aにおける第1の接触固定部22aよりも径方向内側に配置されている。また、センサ信号処理回路60は、上記センサ取付面22Aにおける第1の接触固定部22aよりも径方向外側に配置されている。
The
図4に示すように、歪みセンサ23は、センサ取付部材22のセンサ取付面22A上に厚膜抵抗体にて形成したものである。すなわち、センサ取付面22A上に絶縁層50が形成され、この絶縁層50の表面の両側に対を成す電極51,51が形成され、これら電極51,51の間で前記絶縁層50の上に歪みセンサとなる厚膜抵抗体からなる歪み測定用抵抗体52が形成され、さらに電極51,51と歪み測定用抵抗体52の上に保護膜53が形成された構造となっている。
As shown in FIG. 4, the
センサ信号処理回路60は、歪みセンサ23の出力信号を処理するオペアンプ、抵抗、マイコン等や、歪みセンサ23を駆動する電源等の回路素子を集積した半導体チップ等の電気・電子部品63を有し、前記絶縁層50の表面に、歪みセンサ23と上記電気・電子部品63とを電気的に接続する電極64、電気・電子部品63の各部品間の配線となる電極65、およびコネクタ接続用パット68が形成されている。センサ信号処理回路60から自動車の電気制御ユニット(ECU)等の外部装置への信号伝達はケーブル69よって行われる。このケーブル69とセンサ信号処理回路60とを物理的に結合かつ電気的に接続するためコネクタ81が、前記パット68に実装されている。コネクタ81には、これを保護するコネクタカバー80が設けられている。
The sensor
センサユニット21の製造方法を次に示す。まず、ステンレス鋼等の金属材料で形成されたセンサ取付部材22の表面にガラス等の絶縁材料を印刷、焼成して絶縁層50を形成する。次に、絶縁層50の表面に、導電性材料を印刷、焼成して電極51,64,65およびパット68を形成する。さらに、一対の電極51,51間に、抵抗体となる材料を印刷、焼成して歪み測定用抵抗体52を形成する。さらに、これら電極51,51および歪み測定用抵抗体52を保護するために、保護膜53を形成する。そして、電気・電子部品63を実装する。また、パット68にコネクタ81を実装する。最後に、コネクタカバー80を取付ける。このコネクタカバー80は、ねじ止め等の機械的固定、または接着、または溶着によりセンサ取付部材22に固定される。前記溶着には、レーザー加熱、超音波等による方法を用いることができる。
A method for manufacturing the
センサユニット21の外方部材1への取付部の構造について説明する。センサ取付部材22の第1の接触固定部22aには軸方向のボルト挿通孔70が形成され、かつ第2の接触固定部22bに径方向のボルト挿通孔71が形成されている。また、第1の取付用部材40には、前記ボルト挿通孔70に対応するボルト挿通孔72が形成され、第2の取付用部材41には、前記ボルト挿通孔71に対応するボルト挿通孔73が形成されている。さらに、外方部材1には、内周面に雌ねじが形成されたボルト螺着孔74,75が、前記ボルト挿通孔70,72に対応する位置、および前記ボルト挿通孔71,73に対応する位置にそれぞれ形成されている。ボルト螺着孔74の位置は車体取付孔14の近傍とされ、ボルト螺着孔75の位置は外方部材1の外周面とされている。また、両ボルト螺着孔74,75は、外方部材1の周方向に対して同位相の位置とされている。
The structure of the attaching part to the
図1に示すように、センサユニット21は、センサ取付部材22のボルト挿通孔70および第1の取付用部材40のボルト挿通孔72にアウトボード側からボルト76を挿通し、そのボルト76の雄ねじ部76aを外方部材1のボルト螺着孔74に螺着させ、またセンサ取付部材22のボルト挿通孔71および第2の取付用部材41のボルト挿通孔73に外周側からボルト76を挿通し、そのボルト76の雄ねじ部76aを外方部材1のボルト螺着孔75に螺着させることにより、外方部材1に固定される。
センサユニット21を固定した状態では、図1および図2に示すように、センサ取付部材22の第1の接触固定部22aが第1の取付用部材40を介して外方部材1の車体取付孔14の近傍に接触固定され、第2の接触固定部22bが第2の取付用部材41を介して外方部材1の外周面に接触固定される。また、第1および第2の接触固定部22a,22bが、外方部材1の周方向に対して同位相の位置となるよう固定される。このように第1および第2の接触固定部22a,22bを周方向において同位相とすると、センサ取付部材22の長さを短くすることができるため、センサユニット21の設置が容易である。
As shown in FIG. 1, the
In the state where the
図1に示すように、歪みセンサ23の出力を処理する手段として、作用力推定手段31および異常判定手段32が設けられている。これらの手段31,32は、この車輪用軸受のセンサ信号処理回路60に設けられたものであっても、また自動車の電気制御ユニット(ECU)に設けられたものであっても良い。
As shown in FIG. 1, acting force estimating means 31 and abnormality determining means 32 are provided as means for processing the output of the
上記構成のセンサ付車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪9に荷重が印加されると、転動体5を介して外方部材1が変形する。その外方部材1の変形は、第1および第2の取付用部材40,41を介してセンサ取付部材22に伝わり、センサ取付部材22が変形する。そのセンサ取付部材22の歪みを歪みセンサ23により測定する。この際、センサ取付部材22の径方向部位22cは外方部材1のフランジ1aの変形に従って変形する。この実施形態の場合、外方部材1と比べ前記径方向部位22cは剛性が低く、かつセンサ取付部材22は剛性の低い径方向部位22cと剛性の高い軸方向部位22dとで構成されたL字形をしているため、径方向部位22cと軸方向部位22dとの間である径方向部位22c側の角部22e付近に歪みが集中し、外方部材1よりも大きな歪みとなって現れる。すなわち、径方向部位22cと軸方向部位22dとの間で発生する歪みは、フランジ1aの基端のR部1bの歪みを転写かつ拡大したものとなる。この歪みを歪みセンサ23で測定するため、外方部材1の歪みを感度良く検出でき、歪み測定精度が高くなる。
The operation of the sensor-equipped wheel bearing with the above configuration will be described. When a load is applied to the
荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なるため、予め歪みと荷重の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を算出することができる。前記作用力推定手段31は、このように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておいた歪みと荷重の関係から、歪センサ23の出力により、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を算出する。前記異常判定手段32は、作用力推定手段31により算出された車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力が、許容値を超えたと判断される場合に、外部に異常信号を出力する。この異常信号を、自動車の車両制御に使用することができる。また、リアルタイムで車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を出力すると、よりきめ細かな車両制御が可能となる。
Since the strain changes depending on the direction and magnitude of the load, if the relationship between the strain and the load is obtained in advance through experiments and simulations, the external force acting on the wheel bearing or the acting force between the tire and the road surface is calculated. be able to. From the relationship between the strain and the load obtained and set in advance through experiments and simulations, the acting force estimation means 31 determines the external force acting on the wheel bearing or the distance between the tire and the road surface from the output of the
この車輪用軸受は、センサ取付部材22およびこのセンサ取付部材22に取付けた歪みセンサ23からなるセンサユニット21を、外方部材1に取付ける構成としたため、荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。また、センサ取付部材22にセンサ信号処理回路60を形成したことで、センサ信号処理回路60もコンパクトに設置できる。センサユニット21の製作時に歪みセンサ23とセンサ信号処理回路60とが電極64で電気的に接続されているので、センサユニット21の車輪用軸受への設置時に歪みセンサ23からセンサ信号処理回路60への配線が不要である。さらに、センサ信号処理回路60から自動車の電気制御ユニット(ECU)等の外部装置への信号伝達経路をケーブル69とし、このケーブル69に物理的に結合かつ電気的に接続するためのコネクタ81をセンサ信号処理回路60に設けたため、センサ信号処理回路60と外部装置間の配線の手間が簡略であり、かつ組立性が良好である。さらに、コネクタ81がコネクタカバー80により保護されるので、センサ信号処理回路60とケーブル69との接続部の外的要因による影響を受けることが少ない。コネクタカバー80は、センサ取付部材22に固定することで容易に設けられる。
This wheel bearing has a configuration in which the
また、センサユニット21を外方部材1に直接取付けるのではなく、第1および第2の取付用部材40,41を介して外方部材1に取付ける構成としたことにより、センサ取付部材22をL字状の簡略な形状とすることができる。センサ取付部材22が簡略な形状であると、センサ取付部材22の加工が容易となり、コスト低下が図れる。また、センサ取付部材22が簡略な形状であると、歪みセンサ23やセンサ信号処理回路60の固定位置の位置決めを精度良く行うことができる。この実施形態の場合、センサ取付部材22における歪みセンサ23を設ける面22Aが平面であるため、センサ取付部材22の表面に歪みセンサ23を圧膜抵抗体にて形成することが容易である。
Further, since the
歪みセンサ23が金属箔ストレインゲージ等で構成されている場合、通常、センサ取付部材22に対して接着による固定が行なわれる。しかし、接着による固定は、経年変化による接着強度の低下が歪みセンサ23の検出に影響を及ぼす可能性がある。また、接着作業に時間を要するため、コストアップの原因ともなる。これに対し、この実施形態のように、歪みセンサ23をセンサ取付部材22のセンサ取付面22A上に厚膜抵抗体にて形成したセンサユニット21とすると、経年変化による接着強度の低下がほとんどないので、信頼性の向上を図ることができる。また、歪みセンサ23の接着作業が不要であるので、組立作業性を向上してコストダウンを図ることができる。
When the
図5はセンサユニットの異なる実施形態を示す。このセンサユニット21は、センサ取付部材22に、このセンサ取付部材22の歪みを測定する歪みセンサ23と、この歪みセンサ23の出力信号を処理するセンサ信号処理回路が形成されたセンサ信号処理回路基板61とを設けたものである。歪みセンサ23は、前記実施形態と同様、センサ取付部材22のセンサ取付面22A上に厚膜抵抗体にて形成されている(図4)。
FIG. 5 shows a different embodiment of the sensor unit. The
センサ信号処理回路基板61は、ガラスエポキシ等で製作された基板材62に、歪みセンサ23の出力信号を処理するオペアンプ、抵抗、マイコン等や歪みセンサ23を駆動する電源等の回路素子を集積した半導体チップ等の電気・電子部品63を配置し、これら各部品間を配線となる電極65で結んだものである。歪みセンサ23の電極51とセンサ信号処理回路基板61の電極65とは、ワイヤ66によって電気的に接続されている。前記実施形態と同様、センサ信号処理回路基板61から自動車の電気制御ユニット(ECU)等の外部装置への信号伝達はケーブル69によって行われる。このケーブル69とセンサ信号処理回路基板61とを物理的に結合かつ電気的に接続するためコネクタ81が、センサ信号処理回路基板61に形成されたパット68に実装されている。前記コネクタ81には、これを保護するコネクタカバー80が設けられている。
The sensor signal
センサユニット21の製造方法を次に示す。まず、ステンレス鋼等の金属材料で形成されたセンサ取付部材22の表面にガラス等の絶縁材料を印刷、焼成して絶縁層50を形成する。次に、絶縁層50の表面に、導電性材料を印刷、焼成して電極51,51を形成する。さらに、電極51,51間に、抵抗体となる材料を印刷、焼成して歪み測定用抵抗体52を形成する。さらに、これら電極51,51および歪み測定用抵抗体52を保護するために、保護膜53を形成する。そして、センサ取付部材22にセンサ信号処理回路基板61を取付け、その電極65と歪みセンサ23の電極51とをワイヤ66で接続する。電気・電子部品63は、センサ取付部材22にセンサ信号処理回路基板61を取付けてから実装してもよい。また、パット68にコネクタ81を実装する。最後に、コネクタカバー80を取付ける。前記同様、このコネクタカバー80は、ねじ止め等の機械的固定、または接着、または溶着によりセンサ取付部材22に固定される。前記溶着には、レーザー加熱、超音波等による方法を用いることができる。
A method for manufacturing the
この実施形態も、前記実施形態と同様、次の効果が得られる。荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。センサ信号処理回路基板61をコンパクトに設置できる。センサユニット21の車輪用軸受への設置時に歪みセンサ23からセンサ信号処理回路基板61への配線が不要である。センサ信号処理回路基板61と外部装置間の配線の手間が簡略であり、かつ組立性が良好である。センサ信号処理回路基板61とケーブル69との接続部が外的要因による影響を受けにくい。
In this embodiment as well, the following effects can be obtained as in the above embodiment. A sensor for load detection can be installed in a compact vehicle. The sensor signal
図6はさらに異なるセンサユニットを外方部材に取付けた車輪用軸受の実施形態を示す。この実施形態のセンサユニット21は、前記コネクタカバー80と一体に、センサ取付部材22の周囲を保護するセンサ取付部材カバー82を設けたものである。このように互いに一体となったコネクタカバー80およびセンサ取付部材カバー82を設けると、センサユニット21全体を保護することができるので、センサユニット21各部が外的要因による影響を受けにくくなる。
FIG. 6 shows an embodiment of a wheel bearing in which a different sensor unit is attached to the outer member. The
前記各実施形態は、センサ取付部材22と、第1および第2の取付用部材40,41と、外方部材1とをボルトを用いて固定しているが、接着剤を用いて固定しても良い。また、両者を併用してもよい。さらには、接着剤やボルトを用いず、溶接でセンサ取付部材22と外方部材1とを固定しても良い。これらの固定構造のいずれを採用した場合でも、センサ取付部材22と、第1および第2の取付用部材40,41と、外方部材1とを強固に固定することができる。そのため、センサ取付部材22が外方部材1に対して位置ずれすることがなく、外方部材1の変形をセンサ取付部材22に正確に伝えることが可能である。
In each of the above embodiments, the
なお、前記各実施形態では、外方部材1が固定側部材である場合につき説明したが、この発明は、内方部材が固定側部材である車輪用軸受にも適用することができ、その場合、センサユニット21は内方部材の内周となる周面に設ける。
また、前記各実施形態では第3世代型の車輪用軸受に適用した場合につき説明したが、この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立した部品となる第1または第2世代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第4世代型の車輪用軸受にも適用することができる。また、このセンサ付車輪用軸受は、従動輪用の車輪用軸受にも適用でき、さらに各世代形式のテーパころタイプの車輪用軸受にも適用することができる。
In each of the above embodiments, the case where the
In each of the above embodiments, the case where the present invention is applied to a third generation type wheel bearing has been described. However, the present invention is for a first or second generation type wheel in which the bearing portion and the hub are independent parts. The present invention can also be applied to a bearing or a fourth-generation type wheel bearing in which a part of the inner member is composed of an outer ring of a constant velocity joint. Further, this sensor-equipped wheel bearing can be applied to a wheel bearing for a driven wheel, and can also be applied to a tapered roller type wheel bearing of each generation type.
1…外方部材(固定側部材)
2…内方部材(回転側部材)
3,4…転走面
5…転動体
7,8…密封装置
21…センサユニット
22…センサ取付部材
23…歪みセンサ
31…作用力推定手段
32…異常判定手段
40…第1の取付用部材
41…第2の取付用部材
50…絶縁層
51,64,65…電極
52…歪み測定用抵抗体
53…保護膜
60…センサ信号処理回路
61…センサ信号処理回路基板
62…基板材
63…電気・電子部品
69…ケーブル
80…コネクタカバー
81…コネクタ
82…センサ取付部材カバー
1 ... Outer member (fixed side member)
2 ... Inward member (rotary member)
3, 4 ... rolling
Claims (8)
センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた少なくとも1つ以上の歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路を前記センサ取付部材に形成し、前記センサ信号処理回路から外部装置への信号伝達経路がケーブルであり、センサ信号処理回路とケーブル間に両者を物理的に結合しかつ電気的に接続するコネクタを設け、このコネクタを保護するカバーを前記センサ取付部材に固定したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 An outer member in which a double row rolling surface is formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface opposite to the rolling surface of the outer member, and a double row interposed between both rolling surfaces A rolling bearing, and a sealing device that seals an end between the outer member and the inner member, and a wheel bearing that rotatably supports a wheel with respect to a vehicle body,
A sensor unit comprising a sensor attachment member and at least one strain sensor attached to the sensor attachment member is attached to a fixed side member of the outer member and the inner member, and an output signal of the strain sensor is processed. A sensor signal processing circuit is formed on the sensor mounting member, and a signal transmission path from the sensor signal processing circuit to an external device is a cable. The sensor signal processing circuit and the cable are physically coupled to each other and electrically A sensor-equipped wheel bearing, wherein a connector for connection is provided, and a cover for protecting the connector is fixed to the sensor mounting member.
センサ取付部材およびこのセンサ取付部材に取付けた少なくとも1つ以上の歪みセンサからなるセンサユニットを、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付け、前記歪みセンサの出力信号を処理するセンサ信号処理回路が形成されたセンサ信号処理回路基板を前記センサ取付部材に設け、前記センサ信号処理回路基板から外部装置への信号伝達経路がケーブルであり、センサ信号処理回路基板とケーブル間に両者を物理的に結合しかつ電気的に接続するコネクタを設け、このコネクタを保護するカバーを前記センサ取付部材に固定したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 An outer member in which a double row rolling surface is formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface opposite to the rolling surface of the outer member, and a double row interposed between both rolling surfaces A rolling bearing, and a sealing device that seals an end between the outer member and the inner member, and a wheel bearing that rotatably supports a wheel with respect to a vehicle body,
A sensor unit comprising a sensor attachment member and at least one strain sensor attached to the sensor attachment member is attached to a fixed side member of the outer member and the inner member, and an output signal of the strain sensor is processed. A sensor signal processing circuit board on which a sensor signal processing circuit is formed is provided on the sensor mounting member, and a signal transmission path from the sensor signal processing circuit board to an external device is a cable, both between the sensor signal processing circuit board and the cable. A sensor-equipped wheel bearing comprising a connector for physically connecting and electrically connecting the two, and a cover for protecting the connector fixed to the sensor mounting member.
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