JP5100567B2 - センサ付車輪用軸受 - Google Patents
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Description
例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとすると、出力信号に図15のようなヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、検出分解能が低下する。
また、特許文献2のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。
また、車輪用軸受に作用する上下方向の荷重Fz を検出する場合、荷重Fz に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、上記した技術では検出感度が低くなり、荷重Fz を精度良く検出できない。
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材(例えば外方部材)にも荷重が印加されて変形が生じる。ここでは、センサユニット対を構成する2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つ以上の接触固定部が、外方部材の外径面に接触固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され易く、その歪みがセンサで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。
また、固定側部材の外径面に、その円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設け、そのセンサユニット対の2つのセンサの出力信号の差により径方向荷重である例えば垂直方向荷重Fz を推定する径方向荷重推定手段と、前記2つのセンサ22の出力信号の和により軸方向荷重Fy を推定する軸方向荷重推定手段とを設けているので、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く推定することができる。
とくに、少なくとも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し、このセンサユニット対のセンサ出力信号の振幅から前記軸方向荷重Fy の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設けているので、方向判別のためのセンサを別途設けることなく、軸方向荷重Fy の方向を判別することができる。したがって、複数のセンサを設置することなく、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く正確に推定することができる。このようにして検出した荷重は自動車の車両制御に使用することができる。この構成の場合には、車両にコンパクトに設置できるため、量産性に優れたものとなり、コスト低減が図れる。
車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重(垂直方向荷重Fz や駆動力となる荷重Fx )に対する前記固定側部材の変形量は、軸方向荷重Fy に対する変形量と比較して非常に小さいため、軸方向荷重Fy の影響を受けやすい。そこで、径方向荷重推定手段による推定値を軸方向荷重推定手段による推定値により補正すれば、径方向荷重をより正確に推定することができる。
軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、前記センサユニットのセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、検出された荷重に温度の影響が残る。そこで、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサ出力信号を補正する温度補正手段を設けると、温度による検出誤差を低減できる。その結果、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く正確に検出することができる。
上記したように、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、センサユニット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荷重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、出力信号に変動が見られる場合は、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。変動が見られない場合は、絶対値より荷重を算出することができる。
内方部材2は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ9aを有するハブ輪9と、このハブ輪9の軸部9bのインボード側端の外周に嵌合した内輪10とでなる。これらハブ輪9および内輪10に、前記各列の転走面4が形成されている。ハブ輪9のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面12が設けられ、この内輪嵌合面12に内輪10が嵌合している。ハブ輪9の中心には貫通孔11が設けられている。ハブフランジ9aには、周方向複数箇所にハブボルト(図示せず)の圧入孔15が設けられている。ハブ輪9のハブフランジ9aの根元部付近には、車輪および制動部品(図示せず)を案内する円筒状のパイロット部13がアウトボード側に突出している。
一方、垂直方向荷重Fz がゼロの状態で軸方向荷重Fy が印加された場合、外方部材1の外径面の変形モードは、図6に矢印P,Qで示すようになり、外方部材1の外径面の上面部および下面部とも外径方向へ変形する。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21も、前記下面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21も共に、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形する。それゆえ、このときのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号A,B(図8,図9に破線のグラフとして示す)の差分をとると、同図に実線のグラフCとして示すように傾きの小さい出力曲線が得られる。また、2つのセンサ22の出力信号A,Bの和をとると、別の実線のグラフDとして示すように傾きの大きい出力曲線が得られる。
(1) 軸方向荷重推定手段32:2つのセンサ22の出力信号A,Bの和を求め、軸方向荷重(コーナリング力)Fy を推定する。この場合、垂直方向荷重Fz に対する出力信号A,Bの和の傾きは小さく、軸方向荷重Fy の歪み量は垂直方向荷重Fz と比べて非常に大きいため、垂直方向荷重Fz による変動分はほとんど影響を受けない。
(2) 径方向荷重推定手段31:2つのセンサ22の出力信号A,Bの差を求め、軸方向荷重推定手段32で求めた軸方向荷重Fy の値で補正して、垂直方向荷重Fz を推定する。垂直方向荷重Fz に限らず車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重(駆動力となる荷重Fx を含む)に対する外方部材1の変形量は、軸方向荷重Fy に対する変形量と比較して非常に小さいため、軸方向荷重Fy の影響を受けやすい。そこで、上記したように、径方向荷重推定手段31による推定値を軸方向荷重推定手段32で求めた軸方向荷重Fy の値で補正すれば、径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )を正確に推定できる。径方向荷重推定手段31は、前記補正処理を行う補正手段31aを有する。例えば、垂直方向荷重Fz と歪み量が比例関係にある場合、補正手段31aは軸方向荷重Fy の値によりオフセット量や傾きを補正する。
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。
・ センサユニット20の設置個数、接触固定部21a,センサ22,切欠き部21b の数、設置場所
・ センサユニット20の形状、固定方法(接着、溶接でも良い。スペーサ23を介さ ずに、2つの接触固定部21aを外方部材1の外径面に直接固定し、その外径面に おける両接触固定部21aの被固定部位間に溝を設けても良い。)、固定する向き (軸方向に向けて固定し、軸方向の歪みを検出しても構わない)
また、歪み発生部材21の中央部には内面側に開口する1つの切欠き部21bが形成されている。センサ22は、歪み発生部材21における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、前記切欠き部21bの周辺、具体的には歪み発生部材21の外面側で切欠き部21bの背面側となる位置が選ばれており、センサ22は切欠き部21bの周辺の歪みを検出する。
1a…車体取付用フランジ
1aa…突片
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
19…センサユニット対
20…センサユニット
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
22…センサ
31…径方向荷重推定手段
31a…補正手段
32…軸方向荷重指定手段
33…軸方向荷重方向判別手段
Claims (9)
- 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、前記各センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサの出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段とを設け、
少なくとも1対のセンサユニット対の2つのセンサユニットは、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、このセンサユニット対のセンサの出力信号の振幅から前記軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 - 請求項1において、前記軸方向荷重方向判別手段は、前記センサの出力信号の振幅の最大値と最小値の差分から前記軸方向荷重の方向を判別するセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1または請求項2において、前記径方向荷重推定手段は、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2つのセンサユニットが配置されたセンサユニット対における前記2つのセンサユニットの出力信号の差分から車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、少なくとも1対のセンサユニット対の2つのセンサユニットは、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、前記径方向荷重推定手段は、前記2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から駆動力となる荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記径方向荷重推定手段は、その推定値を前記軸方向荷重推定手段による推定値により補正する補正手段を有するセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する温度補正手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項6において、前記温度補正手段は、前記固定側部材の外径面に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するセンサ付車輪用軸受。
- 請求項6において、前記温度補正手段は、前記センサユニットの歪み発生部材に設けた1つ以上の温度センサの出力信号に応じて前記センサユニットの出力信号を補正するセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項8のいずれか1項において、前記荷重推定手段は、前記センサユニット対の2つのセンサユニットの各出力信号の差分もしくは和を、前記各出力信号の絶対値、および前記各出力信号の平均値、および前記各出力信号の振幅のうちの、少なくともいずれか1つにより算出するセンサ付車輪用軸受。
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