JP5224805B2 - センサ付車輪用軸受 - Google Patents
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Description
このセンサ付車輪用軸受によると、車両走行に伴い回転輪に荷重が加わったとき、転動体を介して固定輪が変形するので、その変形が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等を検出することができる。
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。センサユニットにおける歪み発生部材の接触固定部が固定側部材に接触固定されているので、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され、その歪みがセンサで検出され、その出力信号から荷重を推定できる。このセンサ付車輪用軸受では、前記歪み発生部材は初期歪みがないため、センサユニットによる荷重の検出範囲が広がるだけでなく、初期歪みによるゼロ点(例えば荷重ゼロの時の歪み量)の変動を無くすことができるため、荷重を正確に推定できる。
前記センサの出力から、車輪用軸受に作用する荷重を設定基準に従って推定する荷重推定手段を設ける場合、前記設定基準は、例えば、前記軸受組立後の前記相対回転後のセンサの検出値と荷重推定値との関係を設定したものとされる。センサ出力の較正手段を設ける場合も、この記軸受組立後の前記相対回転後のセンサの検出値に対して正しい検出値となるように較正を行うものとする。
また、前記初期歪みの除去については、前記回転側部材に対して荷重を印加した状態で前記固定側部材に対して回転側部材を相対回転させて初期歪みが除去されたものとしてもよい。
このように、回転側部材に荷重を印加した状態で前記相対回転を行なうと、固定側部材の変形量が大きくなり、それだけセンサユニットにおける歪み発生部材の接触固定部の接触面で滑りが生じやすくなり、短時間で初期歪みを除去できる。
このように、センサユニットにおける歪み発生部材の接触固定部をボルで固定側部材に固定すると、固定時の歪み発生部材の捩れにより初期歪みが生じやすく、この初期歪みを除去するうえで前記慣らし運転が特に効果的である。
歪み発生部材が薄板材であると、固定側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るので、荷重を精度良く推定できる。特に、歪み発生部材が側辺部に切欠き部を有する帯状の薄板材である場合は、より検出感度が向上する。
この構成の場合の印加方向判別用センサユニットの設置部位は、車輪用軸受に作用する軸方向の荷重であるコーナリング力に対して変形量が大きいが、垂直方向荷重や駆動力などによる荷重のような径方向荷重に対して変形量の小さい部位である。この部位に設置すると、印加方向判別用センサユニットに作用する力が圧縮力と引っ張り力で切り替わるため、その出力信号の大小判別を所定のしきい値に対して行なえば、コーナリング力の印加方向を判別することができる。そこで、荷重検出用センサユニットの出力信号と前記印加方向判別用センサユニットの出力信号とでコーナリング力(絶対値と印加方向)を推定することができる。
この構成の場合、2つのセンサユニットが固定側部材の外径面の上面部と下面部とに配置される1対のセンサユニット対の検出信号から、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重を正確に推定できる。また、2つのセンサユニットが固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置されるもう1対のセンサユニット対の検出信号から、駆動力やブレーキ力となる荷重を正確に推定できる。コーナリング力(絶対値)はいずれか一方のセンサユニット対の検出信号から推定すれば良い。すなわち、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荷重とを正確に推定できる。
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。この場合も、前記設定基準は、例えば、前記慣らし運転後のセンサの出力信号の絶対値、出力信号の平均値、出力信号の振幅等と荷重推定値との関係を設定したものとされる。
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、円周方向の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。
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、設置場所や、接触固定部21a,センサ22,切 欠き部21bの数
・ センサユニット20の形状、固定方法(接着、溶接など)、固定する向き(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周辺の歪みを検出する。
また、これらの実施形態では第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。
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
14…ナックル取付用ボルト孔
16…ナックル
19…センサユニット対
20…荷重検出用センサユニット
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
21b…切欠き部
22…センサ
24…ボルト
35…印加方向判別用センサユニット
36…歪み発生部材
36aa,36ba…接触固定部
37…センサ
Claims (10)
- 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に、この固定側部材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からなる1つ以上の荷重検出用センサユニットを設けてなるセンサ付車輪用軸受であって、このセンサ付車輪用軸受の前記歪み発生部材は、この歪み発生部材を軸受の前記固定側部材に固定する際に発生する歪みである初期歪みが、前記センサ付車輪用軸受の組立後に、前記固定側部材に対して回転側部材を相対回転させて除去されてなくなっている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、前記回転側部材に対して荷重を印加した状態で前記固定側部材に対して回転側部材を相対回転させて初期歪みが除去されたことを特徴と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、前記センサユニットの接触固定部をボルトで前記固定側部材に固定した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、前記歪み発生部材は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなり、前記固定側部材の外径面に固定したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項4において、前記センサユニットは、その歪み発生部材の2つの接触固定部が、前記固定側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となるように配置したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項4または請求項5において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、このフランジの円周方向複数箇所にボルト孔が設けられ、前記フランジは各ボルト孔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とされ、前記歪み発生部材の2つの接触固定部を隣合う前記突片の間の中央に配置したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、さらに前記固定側部材に、この固定側部材に接触して固定される2つ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からなり車輪用軸受の軸方向に作用する軸方向荷重の印加方向を判別するためのセンサユニットを設け、前記2つの接触固定部のうちの1つの接触固定部を前記フランジの側面に固定し、他の1つの接触固定部を前記固定側部材の外径面に固定したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記固定側部材の外径面には、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前記荷重検出用センサユニットの2つを1組とするセンサユニット対を少なくとも1対以上設けたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項8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つの荷重検出用センサユニットは、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、他の1対のセンサユニット対の2つの荷重検出用センサユニットは、タイヤ接地面に対して前後位置となる固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項9のいずれか1項において、前記センサの出力信号の絶対値
、および前記出力信号の平均値、および前記出力信号の振幅のうち、少なくともいずれか一つにより、設定基準に従って荷重を推定する推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
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