CN101326430A - 带有传感器的车轮用轴承 - Google Patents
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Abstract
提供能够在车辆上紧凑地设置负荷检测用传感器，能够灵敏度良好地检测施加于车轮的负荷，批量生产时的成本廉价的车轮用轴承。在外方部件(1)和内方部件(2)之间夹有多列滚动面(3)的车轮用轴承中，使衬垫部件(27)夹在固定侧即外方部件(1)中的车体安装孔(9)、和车体关节(25)之间。在外方部件(1)安装包括传感器安装部件(17)和变形传感器(18)的传感器单元(16)。传感器安装部件(17)相对于外方部件(1)具有至少两处接触固定部(17a、17b)，在相邻的接触固定部(17a、17b)之间具有至少一处槽口部(17c)，在该槽口部(17c)配置有变形传感器(18)。
Description
技术领域
本发明涉及内置了检测施加于车轮的轴承部的负荷的负荷传感器的带有传感器的车轮用轴承。
背景技术
以往，为了汽车的安全行驶，在车轮用轴承设置有检测各车轮的转速的传感器。以往的通常的汽车的行驶安全性确保对策通过检测各部的车轮的转速而进行，但仅检测车轮的转速还不充分，寻求使用其他的传感器信号，进而能够进行安全方面的控制的技术。
因此，还考虑由在车辆行驶时作用于各车轮的负荷实现姿势控制的技术。例如，在转弯时，大的负荷施加于外侧车轮，另外，在左右倾斜面行驶时，负荷集中施加于单侧车轮，在制动时，负荷集中施加于前轮等，施加于各车轮的负荷不均等。另外，装载负荷不均等的情况下，施加于各车轮的负荷不均等。因此，只要能够随时检测施加于车轮的负荷，就能够基于其检测结果，事先控制悬架，由此进行车轮行驶时的姿势控制(防止转弯时的左右摇晃，防止制动时的前轮下沉，防止装载负荷不均等引起的下沉等)。但是，没有检测作用于车轮的负荷的传感器的适当的设置场所，难以实现利用负荷检测的姿势控制。
另外，若今后导入转向器金属线，构成车轴与转向器非机械结合的系统，则寻求检测车轴方向负荷，向驾驶人握持的方向盘传递路面信息的技术。
作为满足这样的要求的技术，提出了在车轮用轴承的外圈贴附变形测量仪表，检测变形的车轮用轴承(例如，专利文献1)。
专利文献1：WO01/077634(特表2003-530565号公报)
车轮用轴承的外圈是具有滚动面，且要求强度的部件，是经过塑性加工、车削加工、热处理、磨削加工等复杂的工序生产的轴承部件。因此，如专利文献1一样，在外圈贴附变形测量仪表时，存在生产率变差，批量生产时的成本变高的问题。另外，以专利文献1中的结构为代表的以往的车轮用轴承的轴承各部的刚性高，固定侧部件的变形小，因此，还存在难以灵敏度良好地检测施加于车轮的负荷的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供能够在车辆上紧凑地设置负荷检测用传感器，能够灵敏度良好地检测施加于车轮的负荷，批量生产时的成本廉价的车轮用轴承。
本发明的带有传感器的车轮用轴承，其具备：在内周形成有多列滚动面的外方部件；形成有与该外方部件的滚动面对置的滚动面的内方部件；夹在两个滚动面之间的多列滚动体，将车轮支承为相对于车体旋转自如，其中，
在所述外方部件及内方部件中的固定侧部件具有的车体安装用凸缘中的车体安装孔的周围和车体的悬挂装置中的关节(kunckle)之间设置有衬垫(spacer)部，除了所述衬垫部之外，所述固定部件和关节的相互对置面间形成有间隙，
使固定侧部件和关节通过衬垫部接触，
在所述固定侧部件安装有包括传感器安装部件及安装于该传感器安装部件的变形传感器的传感器单元，
所述传感器安装部件相对于固定侧部件具有至少两处接触固定部，在相邻的接触固定部之间具有至少一处槽口部，在该槽口部配置有所述变形传感器。
例如，外方部件为固定侧部件，内方部件为旋转侧部件的情况下，在外方部件上安装所述传感器单元。
若负荷伴随车辆行驶而施加于旋转侧部件，则固定侧部件经由滚动体变形，该变形导致传感器单元的变形。设置于传感器单元的变形传感器检测传感器单元的变形。若通过实验或模拟预先求出变形和负荷的关系，则能够由变形传感器的输出检测施加于车轮的负荷等。即，利用所述变形传感器的输出，能够推测作用于车轮用轴承的外力、或轮胎和路面间的作用力、或车轮用轴承的预压量。另外，能够将该检测出的负荷等使用于汽车的车辆控制。
该带有传感器的车轮用轴承在安装于固定侧部件的传感器安装部件上安装变形传感器，因此，能够在车辆上紧凑地设置负荷传感器。磁极是安装于固定侧部件的简单的部件，因此，通过在其上安装变形传感器，批量生产率能够优越，实现成本降低。
通常，车轮用轴承为了确保其性能，各部的刚性高。因此，固定侧部件的变形小，有时根据固定侧部件和关节的干扰及安装位置，传感器单元处的变形、轮胎、和路面间的作用力的关系变化，因此，难以用传感器单元检测负荷的情况居多。在这方面，本发明的带有传感器的车轮用轴承中，衬垫部夹在所述外方部件及内方部件中的固定侧部件具有的向车体的车体安装孔的周围和车体悬挂装置中的关节之间，固定侧部件和关节通过衬垫部接触，在除了两者间的衬垫部的对置面之间存在有间隙，因此，固定侧部件和关节之间的密接面接变小，固定侧部件的变形量变大，其结果，能够精度良好地检测传感器安装部件的变形，固定侧部件的稍许的变形也能够由传感器单元检测出。
所述衬垫部可以通过形成为与所述固定侧部件及关节的另一体的衬垫部件形成。在这种情况下，通过嵌合于在固定侧部件的车体安装孔及关节设置的凹部，实现相对于关节的车轮用轴承的定位也可。
代替所述另一体的衬垫部件，在固定侧部件的与关节对置的侧面中的车体安装孔的周围一体地形成凸部，固定侧部件通过该凸部与关节抵接，也得到与使用了衬垫部件的情况相同的效果。另外，代替所述衬垫部件，在关节的与固定侧部件对置的侧面中的螺栓插通孔的周围设置凸部，关节通过该凸部与固定侧部件抵接，也得到相同的效果。
另外，传感器单元的传感器安装部件相对于固定侧部件具有至少两处接触固定部，在相邻的接触固定部之间具有至少一处槽口部，在该槽口部配置变形传感器，因此，通过使传感器安装部件的变形传感器的配置部位的刚性降低，产生比固定侧部件大的变形，能够精度良好地检测出固定侧部件的变形。
附图说明
本发明将通过参考了附图的以下的适当的实施例的说明被更清楚地理解。然而，实施例及附图仅仅用于图示及说明，不是为了规定本发明的范围而利用的。本发明的范围根据附加的权利范围规定。在附图中，多个附图中的相同部件编号表示相同的部分。
图1是本发明的第一实施方式中的带有传感器的车轮用轴承的纵向剖面图。
图2是从外舷侧观察的所述车轮用轴承中的外方部件的主视图。
图3(A)是所述车轮用轴承中的传感器单元的侧面图，(B)是所述传感器单元的后视图。
图4是组合表示所述车轮用轴承的纵向剖面图和其检测系的示意结构的方框图的图。
图5是从外舷侧观察的向外方部件的传感器单元的配置的其他的例子的主视图。
图6是从外舷侧观察的向外方部件的传感器单元的配置的进而其他的例子的主视图。
图7是本发明的第二实施方式的带有传感器的车轮用轴承的纵向剖面图。
图8是从外舷侧观察的所述车轮用轴承中的外方部件的主视图。
图9是本发明的第三实施方式的带有传感器的车轮用轴承的纵向剖面图。
图10是图9中的外方部件的A-A向视剖面图。
图11是本发明的第四实施方式的带有传感器的车轮用轴承的纵向剖面图。
图12是图11中的外方部件的B-B向视剖面图。
图13是本发明的第五实施方式的带有传感器的车轮用轴承的纵向剖面图。
图14是图13中的关节的C-C向视主视图。
具体实施方式
根据图1～图3说明本发明的第一实施方式。本实施方式是第三代类型的内圈旋转类型，适用于驱动轮支撑用车轮用轴承。还有，在本说明书中，在安装于车辆的状态下，靠向车辆的车宽方向的外侧的一侧称为外舷侧，靠向车辆的中央的一侧称为内舷侧。
该车轮用轴承包括：在内周形成有多列滚动面3的外方部件1；形成有与这些各滚动面3对置的滚动面4的内方部件2；夹在这些外方部件1及内方部件2的滚动面3、4之间的多列滚动体5。该车轮用轴承形成为多列的角接触球轴承类型，滚动体5由球构成，各列分别被保持器保持。上述滚动面3、4的剖面为圆弧状，各滚动面3、4形成为接触角朝向外方。外方部件1和内方部件2之间的轴承空间的两端分别被密封机构7、8密封。
外方部件1是固定侧部件，在外周具有安装于构成车体的悬挂装置的关节25的车体安装用凸缘1a，整体形成为一体的部件。在车体安装用凸缘1a的螺纹孔即四个车体安装孔9的周边和关节25之间，夹有由具有螺栓插通孔27a的衬垫部件27构成的衬垫部S，利用贯通关节12及衬垫部件27的螺栓插通孔12a、27a且拧入所述车体安装用凸缘1a的车体安装孔9的关节螺栓25，外方部件1的车体安装用凸缘1a固定于关节12。在该状态下，在外方部件1和关节12的相互对置面之间除了四个衬垫部件27的部分之外，还形成有间隙G。
还有，通过将所述车体安装用凸缘1a的车体安装孔9形成为简单的螺栓插通孔，将螺母螺合于贯通该车体安装孔9的关节螺栓26，将车体安装用凸缘1a紧固固定于关节25也可。
内方部件2为旋转侧部件，包括：具有车轮安装用毂缘10a的毂轮10、和嵌合于该毂轮10的轴部10b的内舷侧端的外周的内圈11。在这些毂轮10及内圈11形成有所述各列的滚动面4。在毂轮10的内舷侧端的外周设置带有台阶地形成有成为小径的内圈嵌合面12，该内圈嵌合面12与内圈11嵌合。在毂轮10的中心设置有贯通孔13。在毂缘10a的周向多个部位设置有毂螺栓(未图示)的压入孔14。在毂轮10的毂缘10a的根部附近，引导轮及制动部件(未图示)的圆筒状的向导部15向外舷侧突出。
在外方部件1的外舷侧的端部中的内周设置有传感器单元16。该传感器单元16的设置位置如图2所示，位于路向相反侧的相邻的两个车体安装孔9的相位间即与夹在这两个车体安装孔9的周向位置相当的位置。传感器单元16包括：固定于外方部件1的内周的传感器安装部件17、和贴附于该传感器安装部件17且测定传感器安装部件17的变形的变形传感器18。
传感器安装部件17如图3(A)、(B)所示的侧视图及后视图所示，形成为在沿外方部件1的周向上细长的大致圆弧状，在其两端部形成有向圆弧的外周侧及横向宽度方向突出的接触固定部17a、17b。另外，在传感器安装部件17的中央部形成有向圆弧的外周侧开口的槽口部17c，在位于该槽口部17c的背面的圆弧的内周侧的面贴附有变形传感器18。传感器安装部件17的横截面形状例如形成为矩形状，但可以形成为其他各种形状。
该传感器单元16利用传感器安装部件17的接触固定部17a、17b固定于外方部件1上。这些接触固定部17a、17b的向外方部件1的固定通过利用螺栓、或利用粘接剂的粘接等来进行。在传感器安装部件17的接触固定部17a、17b以外的部位，与外方部件1之间产生间隙。
在该实施方式的情况下，如图2所示，将传感器单元16配置成，一方的接触固定部17a位于外方部件1的全周上的正上方位置，另一方的接触固定部17b位于从正上方位置沿周向靠向数10°下方的位置。外方部件1的全周上的正上方位置是由作用于外方部件1的轴向负荷而导致外方部件1在径向上最大幅度变形的部位，另外，从正上方位置沿周向靠向数10°下方的位置是径向的变形比正上方位置少的位置。
传感器安装部件17优选在作用于车轮用轴承的外力、或轮胎和路面间的作用力的预想的最大值下不塑性变形。作为传感器安装部件17的材质，除了钢材之外，可以使用铜、黄铜、铝等金属材料。
还有，内舷侧的密封机构8包括：由带有芯铁的橡胶等弹性体构成的密封件8a，其安装于外方部件1的内周面；吊环(slinger)8b，其安装于内圈10的外周面，且与所述密封件8a接触，在吊环8b设置有在圆周方向上交替具有磁极的由多极磁铁构成的旋转检测用磁性编码器19。与磁性编码器19对置而在外方部件1安装有磁性传感器20。
如图4所示，作为处理传感器单元16的输出的机构，设置有外力计算机构21、路面作用力计算机构22、轴承预压量计算机构23、及异常判定机构24。这些各机构21～24可以设置在安装于该车轮用轴承的外方部件1等的电路基板等电路装置(未图示)，另外也可以设置在汽车的电控制单元(ECU)。
说明上述结构的带有传感器的车轮用轴承的作用。若向毂轮10施加负荷，则外方部件1经由滚动体5变形，该变形传递给在外方部件1的内周安装的传感器单元16的传感器安装部件17，使传感器安装部件17变形。利用变形传感器18测定该传感器安装部件17的变形。此时，传感器安装部件17按照外方部件1中的传感器安装部件17的固定部位的径向的变形而变形，但传感器安装部件17安装于在径向上最大幅度变形的部位，因此，传感器安装部件17的变形变大，固定侧部件即外方部件1的稍许的变形也能够由传感器单元16检测出。
通常，车轮用轴承为了确保其性能，各部的刚性高。因此，固定侧部件的变形小，有时根据固定侧部件和关节的干扰及安装位置，传感器单元处的变形、和轮胎与路面间的作用力的关系变化，因此，难以用传感器单元检测负荷的情况居多。针对于此，在本实施方式的带有传感器的车轮用轴承中，在固定侧部件即外方部件1具有的向车体安装的车体安装孔9的周围、和车体的悬挂装置中的关节25之间夹有衬垫部件27，外方部件1和关节25通过衬垫部件27接触，两者1、25在其他部分不接触，因此，两者1、25的密接面积变小，外方部件1的变形量变大，其结果，能够精度良好地检测出传感器安装部件17的变形，能够由传感器单元16也能够检测外方部件1的稍许的变形。
传感器单元16的传感器安装部件17相对于外方部件1具有两处接触固定部17a、17b，在接触固定部17a、17b之间具有槽口部17c，该槽口部17c配置变形传感器18，因此，通过在传感器安装部件17中的变形传感器18的配置部位降低其刚性，产生比外方部件1大的变形，能够精度良好地检测出外方部件1的变形。
另外，在传感器安装部件17的两处接触固定部17a、17b中，一方的接触固定部17a位于由于作用于外方部件1的负荷而导致外方部件1在径向上最大幅度变形的部位即全周上的正上方位置(路面相反侧)，另一方的接触固定部17b位于径向的变形比正上方位置少的从正上方位置沿周向靠向下方数10°的位置，因此，当以接触固定部17b为支点，接触固定部17a大幅度变形时，在传感器安装部件17的变形传感器18的安装部分发生更大的变形，能够利用变形传感器18灵敏度良好地检测出外方部件1的变形。
进而，在该带有传感器的车轮用轴承中，在安装于固定侧部件即外方部件1的传感器安装部件17安装变形传感器18而构成传感器单元16，因此，能够在车辆上紧凑地设置负荷传感器。传感器安装部件17是安装于固定侧部件即外方部件1的简单的部件，因此，通过在其上安装变形传感器18，能够形成为批量生产率优越的传感器，实现成本降低。
能够由这样检测出的变形的值来检测出作用于车轮用轴承的外力等。根据负荷的方向或大小的不同，变形的变化不同，因此，若预先利用实验或模拟求出变形和负荷的关系，则能够算出作用于车轮用轴承的外力或轮胎和路面间的作用力。外力计算机构21及路面作用力计算机构22分别根据由这样利用实验或模拟预先求出而设定的变形和负荷的关系，利用变形传感器18的输出，分别算出作用于车轮用轴承的外力及轮胎和路面间的作用力。
异常判定机构24在判断为这样算出的作用于车轮用轴承的外力、或轮胎和路面间的作用力超过设定的容许值的情况下，向外部输出异常信号。能够将该异常信号使用于汽车的车辆控制。
另外，若利用外力计算机构21及路面作用力计算机构22，实时输出作用于车轮用轴承的外力、或轮胎和路面间的作用力，则能够进行更细致的车辆控制。
另外，预压通过内圈11施加于车轮用轴承，但传感器安装部件17由于该预压也变形。因此，若预先用实验或模拟求出变形和预压的关系，则能够感知车轮用轴承的预压的状态。轴承预压量计算机构23由如上所述地预先利用实验或模拟求出并设定的变形和预压的关系，利用变形传感器18的输出，输出轴承预压量。另外，通过使用由轴承预压量计算机构23输出的预压量，容易调节车轮用轴承的组装时的预压。
在上述实施方式中，在外方部件1的路面相反侧的内周配置有传感器单元16，但在外方部件1的路面侧(正下方位置)的内周配置传感器单元16也可。
进而，如图5所示，在路面相反侧及路面侧的内周的两方分别配置传感器单元16也可。
另外，图5中的传感器单元16也可以如图6所示，具有三处接触固定部17a、17b、17d、和向各接触固定部17a、17b、17d间的中央部中的圆弧的外周侧开口的槽口部17c、17e。
另外，传感器单元16如图7及图8的第二实施方式所示，在外方部件1的外周配置也可。在这种情况下，传感器安装部件17的接触固定部17a、17b向圆弧的内周侧及横向宽度方向突出而形成，槽口部17c形成为向圆弧的内周侧开口。
在任一个实施方式中传感器安装部件17需要形成为即使在预想的最大负荷施加于车轮用轴承的情况下也不引起塑性变形的形状。
图9及图10表示本发明的第三实施方式，图10表示图9中的A-A向视剖面图。该实施方式的带有传感器的车轮用轴承中，在图7及图8所示的第二实施方式中，在外方部件1的车体安装用凸缘1a的关节对置面中的车体安装孔9的周围设置嵌合凹部1ab，并且与该嵌合凹部1ab对置在关节25也设置嵌合凹部25b，在这些两个嵌合凹部1ab、25b之间嵌合衬垫部件27。这种情况下的衬垫部件27形成为，在嵌合于所述两个嵌合凹部1ab、25b的状态下，车体安装用凸缘1a和关节25不接触的厚度。其他结构与图7及图8所示的第二实施方式的情况相同。
这样，通过在车体安装用凸缘1a的嵌合凹部1ab及关节25的嵌合凹部25b嵌合衬垫部件27，能够容易地进行相对于关节25的车轮用轴承的定位。
图11及图12表示本发明的第四实施方式，图12表示图11中的B-B向视剖面图。在该实施方式的带有传感器的车轮用轴承中，代替图7及图8所示的第二实施方式的带有传感器的车轮用轴承中的衬垫部件27，在外方部件1的车体安装用凸缘1a的关节对置侧面中的所述车体安装孔9的周围设置包括与外方部件1一体地形成的由凸部1b构成的衬垫S，使车体安装用凸缘1a仅在所述凸部1b处与关节25抵接，其他部分在与关节25之间设置间隙G。其他结构与图7及图8所示的第二实施方式的情况相同。
这样，代替图7及图8的第二实施方式中的衬垫部件27，在车体安装用凸缘1a的关节对置面侧设置凸部1b，由此能够减少部件件数，能够相应地简单化向关节25的车轮用轴承的固定作业。
图13及图14表示本发明的第五实施方式，图14表示图13中的C-C向视剖面图。在本实施方式的带有传感器的车轮用轴承中，代替图7及图8所示的第二实施方式的带有传感器的车轮用轴承中的衬垫部件27，在所述关节25的与车体安装用凸缘1a对置的侧面中的螺栓插通孔25a的周围设置包括与关节25一体地形成的由凸部25c构成的衬垫S，关节25在所述凸部25c与车体安装用凸缘1a抵接。其他结构与图7及图8所示的实施方式的情况相同。
这样，代替图7及图8所示的第二实施方式中的衬垫部件27，在关节25的与车体安装用凸缘1a对置的侧面设置凸部25c，由此能够减少部件件数，能够相应地简单化向关节25的车轮用轴承的固定作业。
还有，在上述各实施方式中，对外方部件为固定侧部件的情况进行了说明，但本发明也能够适用于内方部件为固定侧部件的车轮用轴承，在这种情况下，所述传感器安装部件17安装于内方部件的作为外周或内周的周面。
另外，在上述各实施方式中，对适用于第三代类型的车轮用轴承的情况进行了说明，但本发明也能够适用于轴承部分和毂为相互独立的部件的第一或第二代类型的车轮用轴承、或内方部件的一部分由等速接头的外圈构成的第四代类型的车轮用轴承。另外，该车轮用轴承也能够适用于从动轮用车轮用轴承，进而，也能够适用于各代形式的锥滚柱类型的车轮用轴承。
如上所述，参照附图说明了适当的实施例，但只要是本领域普通技术人员，就可以阅读本案说明书，在自知的范围内容易地设想各种变更及修改。
从而，这样的变更及修改被解释为由权利的范围规定的发明的范围内。
Claims (7)
1.一种带有传感器的车轮用轴承，其具备：在内周形成有多列滚动面的外方部件；形成有与该外方部件的滚动面对置的滚动面的内方部件；夹在两个滚动面之间的多列滚动体，所述带有传感器的车轮用轴承相对于车体旋转自如地支撑车轮，其中，
在所述外方部件及内方部件中的固定侧部件具有的车体安装用凸缘中的车体安装孔的周围和车体的悬挂装置中的关节之间设置有衬垫部，除了所述衬垫部之外，在所述固定部件和关节的相互对置面间形成有间隙，
固定侧部件和关节通过衬垫部接触，
在所述固定侧部件安装有由传感器安装部件及安装于该传感器安装部件的变形传感器构成的传感器单元，
所述传感器安装部件相对于固定侧部件具有至少两处接触固定部，在相邻的接触固定部之间具有至少一处槽口部，在该槽口部配置有所述变形传感器。
2.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，
所述衬垫部由独立于所述固定侧部件及关节的衬垫部件构成。
3.根据权利要求2所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，
所述衬垫部件嵌合于设置在车体安装孔及关节的凹部。
4.根据权利要求3所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，
在所述固定侧部件具有的车体安装孔的周围设置有嵌合凹部，与该嵌合凹部对置地在所述关节设置嵌合凹部，在这些对置的嵌合凹部之间嵌合所述衬垫部件，由此进行车轮用轴承的定位。
5.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，
所述衬垫部由在所述固定侧部件具有的车体安装用凸缘中的车体安装孔的周围一体地形成的凸部构成。
6.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，
所述衬垫部由在所述关节中的与所述固定侧部件的车体安装用凸缘对置的侧面中的螺栓插通孔的周围一体地形成的凸部构成。
7.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承，其中，所述固定侧部件为外方部件。
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