JP5014107B2 - Wheel bearing with sensor - Google Patents
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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.
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面に歪みを検出することにより荷重を検出するセンサ付車輪用軸受が提案されている(例えば特許文献1)。また、固定輪のフランジ部と外径部にわたってL字型部材からなる歪み拡大機構を取付け、その歪み拡大機構の一部に歪みゲージを貼り付けた車輪用軸受が提案さている(例えば特許文献2)。
特許文献1に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超えた場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある(ヒステリシスが生じると検出分解能が低下する)。
また、特許文献2に開示の技術においても、L字型部材からなる歪み拡大機構のフランジ面に固定されている部位が、フランジ面とナックル面の摩擦(滑り)の影響を受けるため、同様の問題が生じる。
また、車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重Fz を検出する場合、荷重Fz に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、上記した技術では検出感度が低く、荷重Fz を精度良く検出できない。
In the technique disclosed in
Also in the technique disclosed in
Further, when detecting the vertical load Fz acting on the wheel bearing, the amount of deformation of the fixed ring with respect to the load Fz is small, so the amount of distortion is also small. With the above technique, the detection sensitivity is low and the load Fz cannot be detected with high accuracy.
そこで、本発明者等は、上記課題を解決するものとして、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受を開発した。このセンサ付車輪用軸受における車輪用軸受は、複列の転走面が内方部材に形成された外方部材と、上記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する。上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面には、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けたれた歪み測定用のセンサからなるセンサユニットを設ける。歪み発生部材は、前記固定側部材の外径面に接触固定される2つの接触固定部を有し、その2つの接触固定部が固定側部材の円周方向の同一位置でかつ軸方向に互いに離間した位置となるように固定側部材に固定する。 Accordingly, the present inventors have developed a sensor-equipped wheel bearing having the following configuration in order to solve the above problems. The wheel bearing in this sensor-equipped wheel bearing includes an outer member in which double-row rolling surfaces are formed on the inner member, and an inner member in which a rolling surface facing the rolling surface is formed on the outer periphery. And a double-row rolling element interposed between the opposing rolling surfaces of both members, and supports the wheel rotatably with respect to the vehicle body. A sensor unit comprising a strain generating member and a strain measuring sensor attached to the strain generating member is provided on the outer diameter surface of the fixed member of the outer member and the inner member. The strain generating member has two contact fixing portions that are fixed in contact with the outer diameter surface of the fixed side member, and the two contact fixing portions are at the same position in the circumferential direction of the fixed side member and in the axial direction. It fixes to a stationary-side member so that it may become a separated position.
しかし、この構成の場合、荷重の変化に対してセンサの出力信号の変化が小さく、温度やノイズ等に起因して出力信号に生じるドリフトにより検出誤差が大きくなる。その結果、車輪用軸受に複合荷重(例えばコーナリング力Fy と垂直方向の荷重Fz )が印加した状態では、各方向の荷重をそれぞれ算出することが困難である。 However, in this configuration, the change in the output signal of the sensor is small with respect to the change in the load, and the detection error becomes large due to drift generated in the output signal due to temperature, noise, or the like. As a result, it is difficult to calculate the load in each direction in a state where a composite load (for example, the cornering force Fy and the vertical load Fz) is applied to the wheel bearing.
この発明の目的は、ヒステリシスの影響を受けることなく、車輪にかかる垂直方向の荷重および駆動力やブレーキ力による前後方向荷重のいずれか一方と、コーナリング力とを正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wheel bearing with a sensor capable of accurately detecting any one of a vertical load applied to a wheel and a longitudinal load due to a driving force or a braking force and a cornering force without being affected by hysteresis. Is to provide.
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される少なくとも2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材の2つの接触固定部間に取付けられて歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記接触固定部のうち少なくとも2つの接触固定部は、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置し、前記センサユニット対における1つのセンサユニットは、車輪用軸受に作用するコーナリング力の印加方向を判定するためのセンサを有し、前記センサユニット対のセンサの出力信号から車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設けたことを特徴とする。
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材(例えば外方部材)にも荷重が印加されて変形が生じる。ここでは、センサユニット対の2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つの接触固定部が、外方部材の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置に固定され,この2つの接触固定部間に歪み発生部材の歪みを検出するセンサが取付けられているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に集中して伝達されることになり、その歪みがセンサで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。これにより、推定手段は、センサの出力信号から、車輪用軸受に作用するコーナリング力の絶対値と、少なくとも垂直方向荷重および駆動力やブレーキ力となる前後方向荷重のいずれか一方の荷重とを正確に推定することができる。また、1つのセンサユニットは、車輪用軸受に作用するコーナリング力の印加方向を判定するためのセンサを有するので、推定手段は、このセンサの出力信号からコーナリング力の印加方向についても判定することができる。その結果、車輪用軸受に作用するコーナリング力と、少なくとも垂直方向荷重および駆動力やブレーキ力となる前後方向荷重のいずれか一方の荷重とを正確に推定することができる。
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 opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, A wheel bearing comprising a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of the member and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, wherein the fixed side member of the outer member and the inner member At least one sensor unit pair comprising two sensor units arranged on the outer diameter surface of the fixed member is provided, and the sensor unit is fixed in contact with the outer diameter surface of the fixed side member and fixed at least two or more. A strain generating member having a portion and a sensor attached between two contact fixing portions of the strain generating member to detect strain of the strain generating member, and at least two contact fixing portions of the contact fixing portions are At the same axial position of the fixed side member One sensor unit in the pair of sensor units has a sensor for determining a direction in which a cornering force is applied to a wheel bearing, and the sensor unit is disposed so as to be spaced apart from each other in the circumferential direction. An estimation means for estimating a load acting on the wheel bearing from an output signal of the sensor of the unit pair is provided.
When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the fixed side member (for example, the outer member) of the wheel bearing, causing deformation. Here, the two contact fixing portions of the strain generating member in the two sensor units of the sensor unit pair are fixed at the same axial position on the outer diameter surface of the outer member and at positions spaced apart from each other in the circumferential direction. Since a sensor for detecting the strain of the strain generating member is attached between the two contact fixing portions, the strain of the outer member is concentrated and transmitted to the strain generating member, and the strain is highly sensitive by the sensor. The hysteresis generated in the output signal is also reduced. Thus, the estimation means accurately determines the absolute value of the cornering force acting on the wheel bearing and at least one of the vertical load and the front-rear load serving as the driving force and the braking force from the sensor output signal. Can be estimated. Further, since one sensor unit has a sensor for determining the application direction of the cornering force acting on the wheel bearing, the estimation means can also determine the application direction of the cornering force from the output signal of this sensor. it can. As a result, it is possible to accurately estimate the cornering force acting on the wheel bearing and at least one of the vertical load and the front-rear load serving as the driving force and the braking force.
この発明において、前記センサユニット対におけるコーナリング力の印加方向を判定するためのセンサを有するセンサユニットでは、その歪み発生部材が少なくとも3つ以上の接触固定部を有し、そのうち少なくとも2つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置し、少なくとも1つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の前記接触固定部と円周方向に同位相となる位置でかつ軸方向に互いに離間した位置となるように配置し、軸方向に離間した2つの接触固定部間に取付けたセンサをコーナリング力の印加方向判定用としても良い。 In the present invention, in the sensor unit having a sensor for determining the application direction of the cornering force in the sensor unit pair, the distortion generating member has at least three or more contact fixing portions, and at least two or more of them are in contact. The fixing portion is arranged so as to be in the same axial direction position of the fixing side member and spaced apart from each other in the circumferential direction, and at least one contact fixing portion is connected to the contact fixing portion of the fixing side member. A sensor mounted between two contact fixing parts spaced apart in the axial direction at positions that are in the same phase in the circumferential direction and spaced apart from each other in the axial direction can also be used for determining the direction in which the cornering force is applied. good.
この発明において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに配置し、前記推定手段は、コーナリング力と垂直方向の荷重を推定するものとしても良い。
垂直方向荷重に対しては、固定側部材の上面部と下面部が変形するため、この構成の場合、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、コーナリング力と垂直方向荷重を正確に検出できる。
In the present invention, the two sensor units of the sensor unit pair are arranged on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that are vertically positioned with respect to the tire ground contact surface, and the estimation means includes cornering The force and the vertical load may be estimated.
For the vertical load, the upper and lower surfaces of the fixed member are deformed. In this configuration, the cornering force and the vertical load are applied under any load condition without being affected by hysteresis. It can be detected accurately.
この発明において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットを、タイヤ接地面に対して前後位置となる前記固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置し、前記推定手段は、コーナリング力と駆動力やブレーキ力となる前後方向荷重を推定するものとしても良い。
駆動力となる荷重に対しては、固定側部材の右面部と左面部が変形するため、この構成の場合、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、コーナリング力と駆動力やブレーキ力となる前後方向荷重を正確に検出できる。
In the present invention, the two sensor units of the sensor unit pair are arranged on the right surface portion and the left surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that are in the front-rear position with respect to the tire ground contact surface, and the estimation means includes cornering It is good also as what estimates the load in the front-back direction used as force, driving force, and braking force.
For the load that becomes the driving force, the right and left surfaces of the fixed side member are deformed. In this configuration, the cornering force and the driving force are not affected by hysteresis and under any load condition. It is possible to accurately detect the load in the front-rear direction as a braking force.
この発明において、前記センサユニット対を2対設け、1対のセンサユニット対の2つのセンサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに配置すると共に、他の一対のセンサユニット対の2つのセンサユニットを、タイヤ接地面に対して前後位置となる前記固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置し、前記推定手段は、コーナリング力と垂直方向の荷重と駆動力やブレーキ力となる前後方向荷重を推定するものとしても良い。この構成の場合、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、コーナリング力と垂直方向の荷重と駆動力やブレーキ力となる前後方向荷重を正確に検出できる。 In this invention, two pairs of the sensor unit pairs are provided, and the two sensor units of the pair of sensor units are arranged such that the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed-side member that are vertically positioned with respect to the tire ground contact surface And the two sensor units of the other pair of sensor units are arranged on the right surface portion and the left surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member which are front and rear positions with respect to the tire ground contact surface, The estimation means may estimate the cornering force, the load in the vertical direction, and the load in the front-rear direction as the driving force or the braking force. In this configuration, it is possible to accurately detect the cornering force, the load in the vertical direction, the front-rear load as the driving force, and the braking force under any load condition without being affected by hysteresis.
この発明において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットの前記歪み発生部材は切欠き部を有し、この切欠き部の周辺に前記センサを設けても良い。この構成の場合、固定側部材から歪み発生部材に拡大されて伝達される歪みが切欠き部に集中しやすくなり、センサによる検出感度が向上し、荷重を精度良く検出することができる。 In this invention, the distortion generating member of the two sensor units of the sensor unit pair may have a notch, and the sensor may be provided around the notch. In the case of this configuration, the strain transmitted from the fixed member to the strain generating member is easily concentrated on the notch, the detection sensitivity of the sensor is improved, and the load can be detected with high accuracy.
この発明において、前記推定手段は、前記センサの出力信号の絶対値、および平均値、および振幅のうち、少なくともいずれか1つにより荷重を算出するものとしても良い。
車輪用軸受の回転中には、転走面におけるセンサユニットの近傍部位を通過する転動体の有無によって、センユニットのセンサの出力信号の振幅に周期的な変化が生じる場合がある。そこで、出力信号における振幅の周期を推定手段で測定することにより、転動体の通過速度つまり車輪の回転数を検出することができる。このように、出力信号に変動がみられる場合は、出力信号の平均値や振幅により荷重を算出することができる。変動がみられない場合は、絶対値より荷重を算出することができる。
In this invention, the estimation means may calculate the load by at least one of an absolute value, an average value, and an amplitude of the output signal of the sensor.
During the rotation of the wheel bearing, the amplitude of the output signal of the sensor of the sensor unit may periodically change depending on the presence or absence of rolling elements passing through the vicinity of the sensor unit on the rolling surface. Therefore, by measuring the period of the amplitude in the output signal by the estimating means, the passing speed of the rolling element, that is, the rotation speed of the wheel can be detected. Thus, when the output signal varies, the load can be calculated from the average value or amplitude of the output signal. When there is no fluctuation, the load can be calculated from the absolute value.
この発明において、前記センサは、前記歪み発生部材におけるセンサ設置面に絶縁層を印刷および焼成により形成し、前記絶縁層の上に電極および歪み測定用抵抗体を印刷および焼成により形成したものであっても良い。この構成の場合、歪み発生部材にセンサを容易に形成できる。このようにしてセンサを形成すると、歪み発生部材のセンサ設置面に接着剤で固定する場合のような径年変化による接着強度の低下がなく、センサユニットの信頼性を向上させることができる。また、加工も容易であるため、コスト低下が図れる。 In this invention, the sensor is formed by printing and firing an insulating layer on the sensor installation surface of the strain generating member, and forming an electrode and a strain measuring resistor on the insulating layer by printing and firing. May be. In the case of this configuration, the sensor can be easily formed on the strain generating member. When the sensor is formed in this manner, the adhesive strength is not lowered due to a change in diameter as in the case where the strain generating member is fixed to the sensor installation surface with an adhesive, and the reliability of the sensor unit can be improved. Further, since the processing is easy, the cost can be reduced.
この発明において、前記歪み発生部材に温度検出手段を設けても良い。 In the present invention, the strain generating member may be provided with temperature detecting means.
この発明において、前記歪み発生部材に前記センサの出力信号を処理する信号処理回路部を設けても良い。
歪み発生部材に歪み検出用のセンサ以外のセンサが設けられる場合には、前記信号処理回路部を介して歪み検出用のセンサと他のセンサとを接続できるので、センサ間の配線が不要となる。
In this invention, you may provide the signal processing circuit part which processes the output signal of the said sensor in the said distortion generation member.
When the strain generating member is provided with a sensor other than the strain detection sensor, the strain detection sensor and the other sensor can be connected via the signal processing circuit unit, so that wiring between the sensors becomes unnecessary. .
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される少なくとも2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材の2つの接触固定部間に取付けられて歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記接触固定部のうち少なくとも2つの接触固定部は、前記固定側部材の円周方向の同位相の位置でかつ軸方向に互いに離間した位置となるように配置し、前記センサユニット対における1つのセンサユニットは、車輪用軸受に作用するコーナリング力の印加方向を判定するためのセンサを有し、前記センサユニット対のセンサの出力信号から車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設けたため、ヒステリシスの影響を受けることなく、車輪にかかる垂直方向の荷重および駆動力やブレーキ力による前後方向荷重のいずれか一方と、コーナリング力とを正確に検出できる。 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 opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, A wheel bearing comprising a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of the member and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, wherein the fixed side member of the outer member and the inner member At least one pair of sensor units each including two sensor units arranged at a position forming a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the fixed side member is provided on the outer diameter surface of the fixed side member. A strain generating member having at least two contact fixing portions fixed in contact with the outer diameter surface of the member, and a sensor which is attached between the two contact fixing portions of the strain generating member and detects strain of the strain generating member Of the contact fixing part At least two contact fixing portions are arranged so as to be in the same phase position in the circumferential direction of the fixed side member and at positions spaced apart from each other in the axial direction, and one sensor unit in the sensor unit pair includes a wheel There is a sensor for judging the direction of application of the cornering force acting on the bearing for the vehicle, and there is provided an estimation means for estimating the load acting on the wheel bearing from the output signal of the sensor of the sensor unit pair. Without receiving, it is possible to accurately detect either the vertical load applied to the wheel, the longitudinal load due to the driving force or the braking force, and the cornering force.
この発明の一実施形態を図1ないし図9と共に説明する。この実施形態は、第3世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。 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における軸受は、図1に断面図で示すように、内周に複列の転走面3を形成した外方部材1と、これら各転走面3に対向する転走面4を外周に形成した内方部材2と、これら外方部材1および内方部材2の転走面3,4間に介在した複列の転動体5とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体5はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。上記転走面3,4は断面円弧状であり、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材1と内方部材2との間の軸受空間の両端は、一対のシール7,8によってそれぞれ密封されている。
As shown in the sectional view of FIG. 1, the bearing for 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16に取付ける車体取付用フランジ1aを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ1aには円周方向の複数箇所に車体取付用のボルト孔14が設けられ、インボード側よりナックル16のボルト挿通孔17に挿通したナックルボルト18を前記ボルト孔14に螺合することにより、車体取付用フランジ1aがナックル16に取付けられる。
内方部材2は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ9aを有するハブ輪9と、このハブ輪9の軸部9bのインボード側端の外周に嵌合した内輪10とでなる。これらハブ輪9および内輪10に、前記各列の転走面4が形成されている。ハブ輪9のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面12が設けられ、この内輪嵌合面12に内輪10が嵌合している。ハブ輪9の中心には貫通孔11が設けられている。ハブフランジ9aには、円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の根元付近には、車輪および制動部品(図示せず)を案内する円筒状のパイロット部13がアウトボード側に突出している。
The
The
図2は、この車輪用軸受の外方部材1をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図1は、図2におけるI−I矢視断面図を示す。前記車体取付フランジ1aは、図2のように、各ボルト孔14が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aaとされている。
FIG. 2 shows a front view of the
固定側部材である外方部材1の外径面には、2つのセンサユニット20A,20Bを1組とするセンサユニット対19が1対設けられている。これら2つのセンサユニット20A,20Bは、外方部材1の外径面の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置される。このセンサユニット対19は一対以上設けても良い。ここでは、センサユニット対19を構成する2つのセンサユニット20A,20Bを、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材1の外径面における上面部および下面部の2箇所に設けることで、車輪用軸受に作用する上下方向の荷重である垂直方向荷重Fz と軸方向の荷重であるコーナリング力Fy を検出するようにしている。具体的には、図2のように、外方部材1の外径面における上面部の、隣り合う2つの突片1aa間の中央部に1つのセンサユニット20Aが配置され、外方部材1の外径面における下面部の、隣り合う2つの突片1aa間の中央部に他の1つのセンサユニット20Bが配置されている。
A pair of
例えば、外方部材1の外径面の上面部に配置されるセンサユニット20Aは、図3および図4に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出する2つ以上(ここでは2つ)のセンサ22A,22Bとでなる。歪み発生部材21は、鋼材等の弾性変形可能な金属製の薄板材からなり、平面概形がL字状とされている。また、歪み発生部材21は、外方部材1の外径面にスペーサ23を介して接触固定される3つ以上(ここでは3つ)の接触固定部21a,21b,21cを有する。これら3つの接触固定部21a〜21cは、L字状の歪み発生部材21の一端部、角部、および他端部に配置される。
For example, the
前記センサユニット20Aは、その歪み発生部材21の2つの接触固定部21a,21bが、外方部材1の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部21a,21bが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置される。この配置で、前記両接触固定部21a,21bのうちの1つの接触固定部21bと、残る他の1つの接触固定部21cは、外方部材1の円周方向の同位相の位置で、かつ両接触固定部21b,21cが互いに軸方向に離れた位置に来るようにされる。また、歪み発生部材21における接触固定部21a,21bの中間位置の両側辺部、および接触固定部21b,21cの中間位置の両側辺部には、切欠き部21dが形成されている。このセンサユニット20Aにおける1つのセンサ22Aは、歪み発生部材21の外面側で2つの接触固定部21a,21bの配置部の中間位置の2つの切欠き部21dで挟まれる箇所に貼り付けられる。他の1つのセンサ22Bは、同じく歪み発生部材21の外面側で2つの接触固定部21b,21cの配置部の中間位置の2つの切欠き部21dで挟まれる箇所に貼り付けられる。これにより、1つのセンサ22Aは歪み発生部材21の周方向の歪みを検出し、他の1つのセンサ22Bは歪み発生部材21の軸方向の歪みを検出する。具体的には、センサ22Aの検出信号は、車輪用軸受に作用するコーナリング力Fy の絶対値と、垂直方向荷重Fz の検出に用いられる。また、他のセンサ22Bの検出信号は、前記コーナリング力Fy の印加方向を判定するのに用いられる。なお、歪み発生部材21は、固定側部材である外方部材1に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材1の変形がセンサユニット20Aに伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。
In the
歪み発生部材21の各接触固定部21a〜21cは、それぞれスペーサ23を介してボルト24により外方部材1の外径面に固定される。各ボルト24は、それぞれ接触固定部21a〜21cに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔25からスペーサ23のボルト挿通孔26に挿通し、外方部材1の外周部に設けられたボルト孔27に螺合させる。このように、スペーサ23を介して外方部材1の外径面に接触固定部21a〜21cを固定することにより、歪み発生部材21のセンサ設置部が外方部材1の外径面から離れた状態となり、センサ設置部の周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部21a,21bが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材1のアウトボード側列の転走面3の周辺となる軸方向位置が選ばれる。この位置よりもアウトボード側の位置に他の1つの接触固定部21cが配置される。ここでいうアウトボード側列の転走面3の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面3の中間位置からアウトボード側列の転走面3の形成部までの範囲である。外方部材1の外径面へセンサユニット20Aを安定良く固定する上で、外方部材1の外径面における前記スペーサ23が接触固定される箇所には平坦部1bが形成される。
Each
外方部材1の外径面の下面部に配置されるセンサユニット20Bについては詳述しないが、例えば前記センサユニット20Aにおけるセンサ22Bを有しない構造のものとされる。この場合、歪み発生部材11も、接触固定部21cの配置された一片部を有しないものであっても良い。その他の構成は、センサユニット20Aの場合と同様である。
Although the
センサ22A,22Bとしては、種々のものを使用することができる。例えば、センサ22A,22Bを金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材21に対しては接着による固定が行なわれる。
Various sensors can be used as the
また、センサ22A,22Bを歪み発生部材21上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。その場合のセンサユニット20A,20Bの構造を図5に示す。このセンサユニット20A,20Bは、歪み発生部材21のセンサ取付面21A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なす電極51,51が形成され、これら電極51,51の間で前記絶縁層50の上にセンサと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。
Also, the
このセンサユニット20A,20B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歪み発生部材21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、焼成して歪み発生測定用抵抗体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。
A method for manufacturing the
このようにしてセンサ22A,22Bを形成すると、歪み発生部材21のセンサ設置面に接着剤で固定する場合のような経年変化による接着強度の低下がなく、センサユニット20A,20Bの信頼性を向上させることができる。また、加工も容易であるため、コスト低下を図れる。
When the
また、上記センサ22A,22Bの形成において、歪み発生測定用抵抗体52とブリッジ回路を構成する抵抗体および回路を、パターン印刷および焼成により形成しても良い。この場合には、ブリッジ回路の抵抗のばらつきを少なくすることができる。
Further, in the formation of the
センサユニット20A,20Bのセンサ22A,22Bは推定手段30に接続される。推定手段30は、センサユニット対19の各センサ22A,22Bの出力信号により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する手段である。ここでは、推定手段30は、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Fz とコーナリング力Fy を推定する。
The
ここでは、センサユニット20A,20Bにおける歪み発生部材21の2つの接触固定部21a,21bの中間位置に設けたセンサ22Aで、つまり外方部材1の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となる2つの接触固定部21a,21bの中間位置に設けたセンサ22Aで、円周方向の歪みを検出するようにしている。そこで、前記推定手段30では、センサユニット対19の2つのセンサ22Aの出力信号の差分から垂直方向荷重Fz およびコーナリング力(絶対値)Fy を推定する。これにより、各センサ22Aの出力信号に温度やノイズによるドリフトがある場合でも、ドリフトの影響をキャンセルもしくは低減できる。
Here, the
前記推定手段30は、実験や解析により予め求めた関係(垂直方向荷重Fz と歪み量(差分)、コーナリング力Fy と歪み量(差分))を、演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段(図示せず)を有する。これにより、推定手段30は、入力された2つのセンサ22Aの出力信号の差分から前記関係設定手段を用いて、垂直方向荷重Fz およびコーナリング力(絶対値)Fy を推定できる。
The estimation means 30 is a relationship setting means (relationship setting means (vertical load Fz and strain amount (difference), cornering force Fy and strain amount (difference)) set in advance by experiment or analysis, using an arithmetic expression or a table. (Not shown). Thereby, the estimation means 30 can estimate the vertical load Fz and the cornering force (absolute value) Fy from the difference between the input output signals of the two
また、推定手段30では、コーナリング力Fy の方向の判別を以下のように行う。
例えば、図3に示すセンサユニット20Aにおける歪み発生部材21の接触固定部22bの軸方向位置において、位置y1から位置y2までの歪み発生部材21の径方向の変位量lyは図6のようになる。同図に示すように、コーナリング力Fy の方向によって、径方向に最も変位する位置が異なる。また、図7に示すように、前記位置y2における径方向の変位量は、印加されるコーナリング力Fy の増減によって単調に増減する。その結果、センサユニット20Aにおける歪み発生部材21の軸方向に並ぶ2つの接触固定部21b,21cの中間位置の歪み量も、図8に示すようにコーナリング力Fy の方向性に従って増減する。そこで、推定手段30は、センサユニット20Aにおける歪み発生部材21の前記2つの接触固定部21b,21cの中間位置に設置されるセンサ22Bの出力信号の大きさから、コーナリング力Fy の印加方向を判別することができる。センサ22Bの出力信号の大きさは、図8のように垂直方向荷重Fzの増減によっても増減する。そこで、推定手段30は、センサ22Bの出力信号を、先に推定した垂直方向荷重Fzで補正してコーナリング力Fy の印加方向を判別する。
Further, the estimating means 30 determines the direction of the cornering force Fy as follows.
For example, in the axial position of the contact fixing portion 22b of the
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材1にも荷重が印加されて変形が生じる。ここでは、センサユニット19対の2つのセンサユニット20A,20Bにおける歪み発生部材21の2つの接触固定部21a,21bが、外方部材1の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置に固定され、この2つの接触固定部21a,21b間に歪み発生部材21の歪みを検出するセンサ22Aが取付けられているので、外方部材1の歪みが歪み発生部材21に集中して伝達されることになり、その歪みがセンサ22Aで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。これにより、推定手段30はセンサ22Aの出力信号から、車輪用軸受に作用するコーナリング力Fy (絶対値)と、少なくとも垂直方向荷重Fz および駆動力やブレーキ力となる前後方向荷重Fx のいずれか一方(ここでは垂直方向荷重Fz )の荷重を正確に推定することができる。また、1つのセンサユニット20Aは、車輪用軸受に作用するコーナリング力Fy の印加方向を判定するためのセンサ22Bを有するので、推定手段30は、このセンサ22Bの出力信号からコーナリング力Fy の印加方向についても判定することができる。その結果、車輪用軸受に作用するコーナリング力と垂直方向荷重Fz を正確に推定することができる。
When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。 By using the detected load obtained from the sensor-equipped wheel bearing for vehicle control of the automobile, it is possible to contribute to stable running of the automobile. In addition, when this sensor-equipped wheel bearing is used, a load sensor can be installed in a compact vehicle, the mass productivity can be improved, and the cost can be reduced.
また、この実施形態では、センサユニット対19を構成する2つのセンサユニット20A,20Bのうち、コーナリング力Fy の印加方向を判定するためのセンサ22Bを有するセンサユニット20Aでは、その歪み発生部材21が少なくとも3つ以上(ここでは3つ)の接触固定部21a〜21cを有し、そのうちの2つの接触固定部21a,21bを外方部材1の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置して、その2つの接触固定部21a,21bの間に取付けたセンサ22Aをコーナリング力(絶対値)Fy と垂直方向荷重Fz の推定用としている。また、他の1つの接触固定部21cを前記接触固定部21bと円周方向に同位相の位置でかつ軸方向に互いに離間した位置となるように配置しており、円周方向に同位相の位置とした2つの接触固定部21b,21cの間に取付けたセンサ22Bをコーナリング力Fy の印加方向を判定用としている。そのため、コーナリング力Fy の印加方向を判定するために、前記センサユニット20A,20Bと別に設ける必要がなく、構成が簡単になる。
In this embodiment, among the two
また、垂直方向荷重Fz に対しては、固定側部材である外方部材1は上面部と下面部で変形するが、この実施形態では、センサユニット対19の2つのセンサユニット20A,20Bを、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材1の外径面の上面部と下面部とに配置しているので、どのような荷重条件においても、それらのセンサ22A,22Bの出力信号から、推定手段30がコーナリング力(絶対値と印加方向)Fy と垂直方向荷重Fz とを正確に推定することができる。
For the vertical load Fz, the
センサユニット対19となる2つのセンサユニット20A,20Bは、この実施形態の場合のようにタイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材1の外径面の上面部と下面部に配置する場合に限らず、タイヤ接地面に対して前後位置となる外方部材1の外径面の右面部と左面部とに配置しても良い。駆動力やブレーキ力による前後方向荷重Fx に対しては、固定側部材である外方部材1の右面部と左面部が変形するので、この場合には、それらのセンサ22A,22Bの出力信号から、推定手段30はコーナリング力(絶対値と印加方向)Fy と駆動力やブレーキ力による前後方荷重Fx とを正確に推定することができる。
The two
なお、前記センサユニット20A,20の歪み発生部材21にはサーミスタ、白金抵抗素子などの温度検出手段や、振動、加速度などのセンサの少なくとも1つを設置しても良い。このように,他のセンサを歪みセンサと一体とすることにより、部品点数の低減が可能となる。
The
また、この実施形態では、センサユニット対19の2つのセンサユニット20A,20Bの歪み発生部材21が切欠き部21dを有し、その切欠き部21dの周辺にセンサ22A,22Bを設けているので、固定側部材である外方部材1から歪み発生部材21に拡大されて伝達される歪みが切欠き部21dに集中しやすくなり、センサ22A,22Bによる検出感度が向上し、さらに荷重を精度良く検出することができる。
In this embodiment, the
また、この実施形態では、図2のように、外方部材1の外径面における上面部の、隣り合う2つの突片1aa間の中央部に1つのセンサユニット20Aが配置され、外方部材1の外径面における下面部の、隣り合う2つの突片1aa間の中央部に他の1つのセンサユニット20Bが配置されているので、突片1aaの変形によってナックル16(図1)との間に生じるヒステリシスの影響をそれだけ少なくできる。
Further, in this embodiment, as shown in FIG. 2, one
また、この実施形態では、例えばセンサユニット20Aにおける接触固定部21a,21bが配置される軸方向位置として、外方部材1のアウトボード側列の転走面3の周辺となる軸方向位置が選ばれ、この位置よりもアウトボード側の位置に他の1つの接触固定部21cが配置されているので、外方部材1が転動体5から受ける荷重を精度良く測定することができる。また、転走面3,3間の周辺は、外方部材1の径方向変形が大きいので、感度良く荷重を推定することができる。
In this embodiment, for example, an axial position around the rolling
また、車輪用軸受の回転中には、転走面3におけるセンサユニット20A,20Bの近傍部位を通過する転動体5の有無によって、センサユニット20A,20Bの出力信号の振幅に、図9に示す波形図のように周期的な変化が生じる場合がある。その理由は、転動体5の通過時とそうでない場合とで変形量が異なり、転動体5の通過周期ごとにセンサ22A,222Bの出力信号の振幅がピーク値を持つためである。そこで、出力信号におけるこのピーク値の周期を、推定手段30で測定することにより、転動体5の通過速度つまり車輪の回転数を検出することも可能となる。このように出力信号に変動がみられる場合、推定手段30は、センサユニット対19の2つのセンサ22Aの差分を、各出力信号の平均値や振幅から算出することができる。変動が見られない場合は、絶対値より算出することができる。
Further, during the rotation of the wheel bearing, the amplitude of the output signal of the
この発明の他の実施形態を図10ないし図13に示す。この実施形態のセンサ付車輪用軸受では、図1〜図9に示した実施形態において、センサユニット20Aの拡大平面図および断面図を示す図12のように、外方部材1の外径面における歪み発生部材21の円周方向に並ぶ2つの接触固定部21a,21bが固定される2箇所の中間部、および軸方向に並ぶ2つの接触固定部21b,21cが固定される2箇所の中間部に、それぞれ溝1cを設けることで、前記スペーサ23を省略し、歪み発生部材21における各センサ22A,22Bの設置部を外方部材1の外径面から離すようにしている。センサユニット20Bについても同様である。その他の構成は、図1〜図9に示した実施形態の場合と同様である。なお、図10および図11では、推定手段30を省略している。
Another embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the wheel bearing with sensor of this embodiment, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 9, as shown in FIG. 12 showing an enlarged plan view and a sectional view of the sensor unit 20 </ b> A, on the outer diameter surface of the
図14は、この発明のさらに他の実施形態におけるセンサ付車輪用軸受の外方部材1をアウトボード側から見た正面図を示す。この実施形態では、図1〜図9の実施形態において、さらに別のセンサユニット対19Aを設けている。このセンサユニット対19Aも、固定側部材である外方部材1の外径面の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニット20C,20Dからなる。この場合、2つのセンサユニット20C,20Dは、タイヤ接地面に対して前後位置となる外方部材1の外径面の右面部と左面部とに配置される。センサユニット20C,20Bの構成は、図1〜図9の実施形態におけるセンサユニット20A,20Bの場合と同様である。これら2つのセンサユニット20C,20Dのセンサ22A,22Bも推定手段30に接続される。その他の構成は図1〜図9の実施形態の場合と同様である。
FIG. 14: shows the front view which looked at the
センサユニット対19Aの2つのセンサユニット20C,20Dを上記した配置とすることにより、駆動力やブレーキ力となる前後方荷重Fx の検出が可能である。推定手段30は、これらのセンサユニット20C,20Dのセンサ22Aの出力信号の差分から駆動力やブレーキ力となる前後方荷重Fx を推定する。荷重Fx に対しては、外方部材1における左面部と右面部が変形するので、どのような荷重条件においても荷重Fx を正確に推定することができる。
By arranging the two
図15は、図1〜図9の実施形態におけるセンサユニット20Aの他の構成例の拡大平面図を示す。このセンサユニット20Aでは、歪み発生部材21の接触固定部21aと接触固定部21cとの間をL字状の延長部21eで接続して、歪み発生部材21の平面形状を概形ロ字状とし、前記L字状の延長部21eの上にセンサ22A,22Bの出力信号を処理する信号処理回路部31を設けている。このように、歪み発生部材21の上に信号書回路部31を設けることで、例えば歪み発生部材21に他のセンサを設置する場合などにおいて他のセンサの回路部間などとの配線が不要となる。
FIG. 15 shows an enlarged plan view of another configuration example of the
1…外方部材
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
19,19A…センサユニット対
20A,20B…センサユニット
21…歪み発生部材
21a〜21c…接触固定部
21d…切欠き部
22A,22B…センサ
30…推定手段
31…信号処理回路部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される少なくとも2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材の2つの接触固定部間に取付けられて歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記接触固定部のうち少なくとも2つの接触固定部は、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置し、前記センサユニット対における1つのセンサユニットは、車輪用軸受に作用するコーナリング力の印加方向を判定するためのセンサを有し、前記センサユニット対のセンサの出力信号から車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 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 formed on the outer periphery, and interposed between the opposing rolling surfaces of both members A double row rolling element, and a wheel bearing for rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body,
Among the outer member and the inner member, at least one pair of sensor units including two sensor units arranged on the outer diameter surface of the fixed side member is provided, and the sensor unit is an outer diameter surface of the fixed side member. A strain generating member having at least two or more contact fixing parts fixed in contact with the sensor, and a sensor mounted between the two contact fixing parts of the strain generating member for detecting the strain of the strain generating member, Among the contact fixing parts, at least two contact fixing parts are arranged so as to be in the same axial direction position of the fixed side member and spaced apart from each other in the circumferential direction, and one sensor unit in the sensor unit pair is: A sensor for determining a direction in which a cornering force acting on the wheel bearing is applied, and a load acting on the wheel bearing from an output signal of the sensor of the sensor unit pair; Bearing sensor wheeled characterized by comprising estimation means for estimating.
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