CN104870956A - 带有传感器的车轮用轴承装置 - Google Patents

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CN104870956A CN201380063989.4A CN201380063989A CN104870956A CN 104870956 A CN104870956 A CN 104870956A CN 201380063989 A CN201380063989 A CN 201380063989A CN 104870956 A CN104870956 A CN 104870956A
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畠山航
高桥亨
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Abstract

本发明提供一种带有传感器的车轮用轴承装置，其中，无需附加其他的传感器等，即使在车轮相对于路面而上浮的场合等的作用于支承的车轮上的触地荷载等处于显著地低于其它车轮的状态的情况下，仍可进行高精度的荷载推算。该带有传感器的车轮用轴承装置包括：检测施加于车轮用轴承(100)上的荷载的多个传感单元(20)；处理该传感器信号(S)的传感器信号运算机构(31)；根据该已处理的信息，对施加于车轮的路面触地点上的荷载进行运算的荷载运算处理机构(32)。该荷载运算处理机构(32)包括：低荷载状态判断部(32b)，该低荷载状态判断部(32b)采用对象车轮以外的检测荷载的信息，判断对象车轮是否处于规定的低荷载状态；荷载推算运算部(32a)，该荷载推算运算部(32a)对应于该判断结果，切换荷载运算处理方法，对施加于车轮上的荷载进行运算。

Description

带有传感器的车轮用轴承装置
相关申请
本发明要求申请日为2012年12月18日、申请号为JP特愿2012—275631号申请的优先权，通过参照其整体，将其作为本申请的一部分的内容而进行引用。
技术领域
本发明涉及一种带有传感器的车轮用轴承装置，其具有检测施加于车轮的轴承部上的荷载的功能，更具体地说，本发明涉及一种带有传感器的车轮用轴承装置，其采用多个轮的传感器信号，进行求出构成对象的车轮的触地荷载的推算运算处理。
背景技术
作为检测施加于汽车的各车轮上的荷载的技术，人们提出了下述的带有传感器的车轮用轴承装置，在该装置中，将形变仪贴于车轮用轴承的外圈的外径面上，根据外圈的外径面的形变检测荷载(比如专利文献1)。另外，人们提出了下述的装置，在车轮用轴承上安装有形变发生部件，该形变发生部件将该车轮用轴承的形变放大并转印，检测该形变发生部件的形变并检测荷载(比如专利文献2)。
此外，人们提出了下述的结构(专利文献3)，其中，根据设置于车轮用轴承的上下的传感器信号的振幅值(伴随滚动体的公转运动的振动成分)的差分，判断轴向荷载Fy的朝向，对应于轴向荷载Fy的正负，采用分别适用于正负值的荷载推算参数计算荷载；采用平均值和振幅的荷载运算方法(专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：JP特表2003—530565号公报
专利文献2：JP特开2009—270711号公报
专利文献3：JP特开2010—43901号公报
专利文献4：JP特开2010—96565号公报
发明内容
发明要解决的问题
在上述现有的各带有传感器的车轮用轴承装置中，在车轮位于旋转内侧等处的行驶条件下的作用于车轮上的触地荷载非常低的场合，具有传感器的信号电平降低，无法进行正常的荷载推算的危险。另外，在现有的结构中，由于各轮独立地进行荷载运算处理，故难以仅仅根据传感器信号判断处于这样的状态，因上述现象的影响，荷载推算精度降低。对于将荷载输出用于车辆控制的系统来说，如果荷载输出不正确，则无法实现希望的控制。
由此，必须要求可检测上述触地荷载低的状态、可推算与其相对应的正确的荷载值的方法。
根据图15～图17对该课题进行说明。像图15所示的那样，定义施加于车辆的各车轮路面触地点上的荷载。即，作用于各车轮上的车辆的行进方向荷载为Fx、作为垂直方向的荷载的触地荷载为Fz、轴向荷载为Fy。对于正负的方向，行进方向的前方为+，垂直方向的上方为+，针对轴向，车宽度方向的中间侧为+。另外，将相对基本状态的车轮的作用荷载，触地荷载Fz极低的状态称为Fz低荷载状态。图中的FL、FR、RL、RR的符号分别表示前左轮、前右轮、后左轮、后右轮。这些荷载的定义和车轮的区分的定义用于本说明书的整体。
图17表示现有的传感器ECU 130的一个例子。向传感器信号运算机构131中，输入从设置于车轮用轴承的多个部位的传感单元120而输出的形变检测值等的传感器信号S。传感器运算机构131形成比如进行了平均处理、求和差分处理等的信息(SA、Sadd、Srms)，将该信号输入到各轮的荷载推算运算机构132中。荷载推算运算机构132根据这些信息，推算各轮的上述三轴向的荷载(Fx、Fy、Fz)，将其输出给进行车辆控制的主ECU133。将对应的一个车轮的传感器信号S输入到各车轮FL、FR、RL、RR的荷载传感器ECU 130中。
图16表示施加于车轮上的轴向荷载Fy与触地荷载Fz的关系。在通过车轮用轴承的形变的检测而检测出荷载的传感器中，如果处于施加于轴承上的荷载小，几乎没有形变的状态，则信号电平降低，轴向荷载Fy与触地荷载Fz的分离困难。在处于这样的Fz低荷载状态的场合，由于触地荷载Fz小，故可发生的轴向荷载Fy(横力)也小(处于相对图16的摩擦系数μ＝1.0的虚线的中间侧)，其结果是，任意的方向的施加荷载均变小。由于在施加荷载小时，荷载和轴承变形量的关系是非线性的，相对各荷载的传感器信号的灵敏度非常低，故在与充分地施加触地荷载Fz时相同的荷载运算方法的场合，荷载推算精度恶化。
对于将荷载输出用于车辆控制的系统来说，如果荷载输出不正确，则无法实现希望的控制，这是不愿被看到的。于是，需要采用可检测Fz低荷载状态，进行与此相对应的适当的运算处理的荷载推算方法。
本发明的目的在于提供一种带有传感器的车轮用轴承装置，其中，不附加其他的传感器等，即使在车轮相对于路面而上浮的场合等的作用于所支承的车轮上的触地荷载等处于显著地低于其它车轮的状态的情况下，仍可进行高精度的荷载推算。
用于解决问题的技术方案
下面为了便于容易理解，参照实施方式的标号而进行说明。
本发明的带有传感器的车轮用轴承装置包括：
车轮用轴承100，该车轮用轴承包括：外方部件1，在该外方部件1的内周形成多排滚动面；内方部件2，在该内方部件2的外周形成与上述滚动面面对的滚动面；以及多排滚动体5，该多排滚动体5夹设于两个部件的面对的滚动面之间，该车轮用轴承100以能自由旋转的方式将车轮支承于车身上，
多个传感单元20，该多个传感单元20安装于该车轮用轴承100上，检测施加于该轴承100上的荷载；
传感器信号运算机构31，该传感器信号运算机构31对上述多个传感单元20的输出信号进行处理，形成输入信号矢量；
荷载运算处理机构32，该荷载运算处理机构32根据通过该传感器信号运算机构31而形成的上述输入信号矢量，对施加于通过上述车轮用轴承100而支承的车轮的路面触地点上的荷载进行运算，
上述荷载运算处理机构32包括：低荷载状态判断部32b，该低荷载状态判断部32b采用作为上述车轮用轴承100所支承的车轮的对象车轮以外且装载于与该对象车轮相同的车辆上的至少1个以上的车轮的运算荷载的信息，判断上述对象车轮是否处于规定的低荷载状态；荷载推算运算部32a，该荷载推算运算部32a对应于该低荷载状态判断部32b的判断结果，切换荷载运算处理方法，根据上述输入信号矢量，对施加于上述车轮的路面触地点上的荷载进行运算。上述传感单元20并不限于直接地检测施加于轴承100上的荷载的情况，可检测出在轴承100中产生的形变等的能检测出可检测形变的物理量即可。上述“规定的低荷载状态”是适当确定的低荷载状态。
按照上述方案，通过采用对象车轮以外的车轮的检测荷载的信息，可正确地判断对象车轮是否处于低荷载状态，比如在作用的荷载显著地低于其它车轮的场合、对象车轮相对于路面而上浮的状态。另外，由于采用对象车轮以外的车轮的检测荷载的信息，比如其它车轮的带有传感器的车轮用轴承装置的检测荷载的信息，故不需要为了判断低荷载状态而另外设置传感器等。
由于推算在处于上述低荷载状态时施加于车轮上的荷载的处理通过与通常时相同的荷载运算处理方法进行运算，故无法以良好的精度而进行推算。但是，上述荷载推算运算部32a在判定处于低荷载状态的场合，切换荷载运算处理方法，对施加于车轮上的荷载进行运算。由此，即使在低荷载状态的情况下，仍可进行高精度的荷载推算处理。
如果对在车辆的各车轮上设置带有传感器的车轮用轴承装置的场合的使用形态例子进行说明，则在各带有传感器的车轮用轴承装置中，通过各带有传感器的车轮用轴承装置，根据多个车轮的检测出的荷载，判断出相应的车轮的荷载是否处于低荷载状态。即，各车轮中所检测出的推算荷载被输入到其它车轮的荷载运算处理机构32中的低荷载状态判断部32b中，采用已获得的多个荷载值，通过低荷载状态判断部32b推算对象车轮的触地荷载Fz等的荷载是否处于低荷载状态。针对推定处于低荷载状态的车轮，将荷载推算运算部32a的荷载的计算方法切换到用于低荷载状态的方法，计算出误差更少的推算荷载。
该带有传感器的车轮用轴承装置像这样，不附加其他的传感器等，即使在车轮相对于路面而上浮的场合等的作用于所支承的车轮上的触地荷载等处于显著地低于其它车轮的状态的情况下，仍可进行高精度的荷载推算。
上述低荷载状态判断部32b中的是否处于上述规定的低荷载状态区域的判断是基于比如作用于上述对象车轮上的触地荷载Fz是否在规定的低荷载状态区域的判断。作为作用于车轮上的荷载，除了触地荷载Fz以外，还有轴向荷载Fy、行进方向荷载Fx，在正确的荷载推算方面，知晓低荷载状态是重要的属于轴向荷载Fy。
上述低荷载状态判断部32b既可设置于作为电子控制单元的荷载传感器ECU 30上，还可为设置于作为相对荷载传感器ECU 30的主电子控制单元的主ECU 33上，将判断结果发送给上述荷载传感器ECU 30的结构。
上述荷载推算运算部32a中的与上述判断结果相对应的荷载运算处理方法的切换也可为进行荷载推算系数的切换。在该场合，由于可进行采用对应于低荷载状态的特性而进行最佳处理的荷载推算系数的荷载运算，故荷载推算精度提高。
另外，上述荷载推算运算部32a中的与上述判断结果相对应的荷载运算处理方法的切换也可为进行用于荷载运算处理的信号矢量(SA、Sadd、Srms)的输入结构(信号矢量的构成)的切换。上述信号矢量的输入结构的切换为比如所输入的信号矢量的要素的数量、种类等的切换。通过将所输入的信号矢量的要素的数量、种类设为进行了最佳化处理的荷载运算处理方法，由此可进行最适合于触地荷载等的作用荷载的低荷载状态的荷载推算运算，可提高荷载推算精度。
上述低荷载状态判断部32b也可采用相对上述对象车轮而位于上述车轮的左右的相反侧的车轮(在下面有简称为“相反轮”的情况)、或对角线位置的车轮(在下面有简称为“对角轮”的情况)、或上述左右的相反侧的车轮与上述对角线位置的车轮这两者的检测荷载的信息，来判断上述对象车轮是否处于规定的低荷载状态。
比如，在对象车轮为前方左侧车轮时，相反轮为前方右侧车轮；在对象车轮为前方左侧车轮时，对角轮为后方右侧车轮。形成采用这样的相反轮或对角轮的荷载输出、或这两者的组合的值判断低荷载状态的结构。
在该场合，作为用于进行上述判断的评价值，上述低荷载状态判断部32b还可将作用于车轮用轴承100上的触地荷载Fz、或轴向荷载Fy、或触地荷载Fz与轴向荷载Fy的组合的值用作评价值。对该场合的各例子进行说明。
(1)采用相反轮或对角轮的荷载输出的方法的例子
在相反轮或对角轮中，将轴向荷载Fy、触地荷载Fz中的任意一者或两者用作参数，各自与预定的阈值进行比较，在其超过阈值时，确定判断对象轮的触地荷载为低荷载状态。
(2)采用相反轮和对角轮这两者的荷载输出的方法的例子
相反轮的轴向荷载Fy、触地荷载Fz、与对角轮的轴向荷载Fy、触地荷载Fz为参数，在其超过各自预设的阈值时，确定判断对象轮的触地荷载为低荷载状态。
(3)采用对角轮和判断对象轮的触地荷载Fz和轴向荷载Fy进行判断的例子
在将对角轮的轴向荷载Fy、触地荷载Fz这两者作为参数，根据两个荷载值而确定的Fy、Fz平面上的点位于预定的区域内时，确定判断对象轮的触地荷载为低荷载状态。
上述低荷载状态判断部32b也可在表示上述轴向荷载Fy和触地荷载Fz的Fy－Fz平面上，以上述轴向荷载Fy处于方向居中、并且上述触地荷载Fz为轮荷载的点为原点，在处于对角的两个车轮的轴向荷载Fy和触地荷载Fz的上述平面上的两个点相对点对称的位置而偏移一定量时，判定触地荷载Fz低于轮荷载的车轮处于低荷载状态。由此，可以更进一步以良好的精度进行低荷载状态的判断。另外，上述“轮荷载”是指：在车辆静止于水平的直线轨道上时，各车轮对轨道的的垂直方向的荷载。
上述低荷载状态判断部32b还可采用上述车辆的制动器的信息，在制动器ON时和OFF时，切换构成上述判断的基准的阈值，判断是否处于上述规定的低荷载状态。
在像这样，考虑制动器对判断处理的影响的方案的场合，可进一步提高低荷载状态判断精度。
上述制动器的信息也可为采用上述荷载推算运算部32a的运算结果，进行ON、OFF的判断的结果，还可为从进行上述车辆的综合控制的主ECU33而获得的信息。
上述低荷载状态判断部32b还可具有用于使上述车辆的不同的车轮处于被视为相等的条件下的补偿处理部32c。比如，上述补偿处理部32c对上述车轮用轴承100的轴向荷载Fy和触地荷载Fz的值进行补偿。另外，上述补偿处理部32c也可包括补偿值保存部32d，该补偿值保存部32d保存为了进行补偿而采用的参数。上述补偿处理部32c还可对上述车辆的各车轮的安装角度差进行补偿。上述补偿处理部32c也可对上述车辆的各车轮的悬架的几何形状的不同进行补偿。
像这样，比如在低荷载状态判断部32b中设置补偿处理部，该补偿处理部对前后轮的安装角度(束(toe)角)、悬架形状的不同对荷载输出造成的影响进行补偿，由此，即使为周边的环境不同的车轮的情况下，仍可对该不同进行补偿，视为等效，这样，可在没有配备特殊的硬件的情况下，应对广泛的条件，降低成本，提高方便性。
本发明的带有传感器的车轮用轴承系统包括：多个车轮用轴承100；多个传感单元20，该传感单元20按照分别安装于该多个车轮用轴承100中的至少两个车轮用轴承上的方式，检测施加于该轴承100上的荷载；至少1个传感器信号运算机构31；至少1个荷载运算处理机构32。
上述多个车轮用轴承100包括：外方部件1，在该外方部件的内周形成多排滚动面；内方部件2，在该内方部件的外周形成与上述滚动面面对的滚动面；以及多排滚动体5，该多排滚动体5夹设于两个部件1、2的面对的滚动面之间，该车轮用轴承以能自由旋转的方式将车轮支承于车身上。
上述至少1个传感器信号运算机构31对分别安装于上述至少两个车轮用轴承100上的多个传感单元20的输出信号进行处理，形成各输入信号矢量。
上述荷载运算处理机构32根据上述各输入信号矢量，对施加于通过上述至少两个车轮用轴承100而支承的车轮的路面触地点上的荷载进行运算，上述荷载运算处理机构32包括：低荷载状态判断部32b，该低荷载状态判断部32b针对运算该荷载进行运算的各对象车轮，采用该对象车轮以外的车轮的运算荷载的信息，判断上述对象车轮是否处于规定的低荷载状态；荷载推算运算部32a，该荷载推算运算部32a对应于该低荷载状态判断部32b的判断结果，切换荷载运算处理方法，根据上述输入信号矢量，对施加于上述车轮的路面触地点上的荷载进行运算。
在该方案的带有传感器的车轮用轴承系统的场合，通过1个荷载运算处理机构32，对施加于构成对象的车轮的路面触地点上的荷载进行运算，另外低荷载状态判断部32b判断各车轮是否处于低荷载状态。此外，与针对本发明的带有传感器的车轮用轴承装置而说明的场合相同，对应于是否处于Fz低荷载状态的判断结果，切换荷载运算处理方法，对施加于车轮的路面触地点上的荷载进行运算。由此，与前述场合相同，不附加其他的传感器等，即使在车轮相对于路面而上浮的场合等的，作用于所支承的车轮上的触地荷载等显著地低于其它车轮的状态的情况下，仍可进行高精度的荷载推算。
权利要求书和/或说明书和/或附图中公开的至少两个结构中的任意的组合均包含在本发明中。特别是，权利要求书中的各项权利要求的两个以上的任意的组合也包含在本发明中。
附图说明
根据参照附图的下面的优选的实施形式的说明，会更清楚地理解本发明。但是，实施形式和附图单纯地用于图示和说明，不应用于确定本发明的范围。本发明的范围由权利要求书确定。在附图中，多个附图中的同一部件标号表示同一或相应部分。
图1为以组合方式表示本发明的第1实施方式的带有传感器的车轮用轴承装置的轴承的剖视图与其检测系统的构思方案的方框图的图；
图2为从外侧观察该轴承的外方部件的主视图；
图3为该带有传感器的车轮用轴承装置中的传感单元的一个例子的放大俯视图；
图4为沿图3中的IV—IV线的剖视图；
图5为表示上述检测系统的结构例子的方框图；
图6为表示该检测系统的荷载推算运算部的方框图；
图7为采用低荷载状态判断部的相反轮的荷载输出的Fz低荷载状态的判断方法的说明图；
图8为通过判断对象轮和对角轮的Fy·Fz荷载而表示的点的位置的说明图；
图9为将制动信号用于低荷载状态判断部的结构的荷载传感器ECU的方框图；
图10为具有补偿处理部的荷载传感器ECU的方框图；
图11为设置补偿值的保存部的补偿处理部的方框图；
图12为表示荷载传感器ECU和主ECU的关系的方框图；
图13为表示荷载传感器ECU和主ECU的不同于图12的关系的方框图；
图14为表示本发明的一个实施方式的带有传感器的车轮用轴承系统中的荷载传感器ECU和主ECU的不同于图12和图13的关系的方框图；
图15为车辆的各荷载方向的定义的说明图；
图16为Fy－Fz平面中的Fz低荷载状态的示意图；
图17为表示现有例子的荷载传感器ECU和主ECU的关系的方框图。
具体实施方式
通过图1～图8，对本发明的第1实施方式的带有传感器的车轮用轴承装置进行说明。该带有传感器的车轮用轴承装置为第3代的内圈旋转型，适用于驱动轮支承用的车轮用轴承100。另外，在本说明书中，将在安装于车辆上的状态下的靠近车辆的车宽度方向的外侧的一侧称为外侧，将靠近车辆的中间侧的一侧称为内侧。
该带有传感器的车轮用轴承装置中的车轮用轴承100像图1的剖视图所示的那样，由外方部件1、内方部件2和多排滚动体5构成，在该外方部件1的内周形成多排滚动面3，在该内方部件2的外周形成与各滚动面3面对的滚动面4，该滚动体5夹设于该外方部件1和内方部件2的滚动面3、4之间。该车轮用轴承100为多排的角接触滚珠轴承，滚动体5由滚珠构成，针对每排而通过保持器6而保持。上述滚动面3、4的截面呈圆弧状，按照滚珠接触角在背面对准的方式形成。外方部件1和内方部件2之间的轴承空间的两端分别通过一对密封件7、8而密封。
外方部件1为固定侧部件，在其外周具有安装于车身的悬架装置(图中未示出)中的转向节16上的车身安装用法兰1a，外方部件1成为整体为一体的部件。在法兰1a中的周向多个部位，开设有转向节安装用的螺纹孔14，将从内侧穿过转向节16的螺栓插孔17的转向节螺栓(图中未示出)，与上述螺纹孔14螺合，将车身安装用法兰1a安装于转向节16上。
内方部件2为旋转侧部件，其由轮毂圈9和内圈10构成，该轮毂圈9具有车轮安装用的轮毂法兰9a，该内圈10嵌合于该轮毂圈9的轴部9b的内侧端的外周。在该轮毂圈9和内圈10上形成上述各排滚动面4。在轮毂圈9的内侧端的外周设置有具有高度差且直径较小的内圈嵌合面12，在该内圈嵌合面12上形成有内圈10。在轮毂圈9的中心开设有通孔11。在轮毂法兰9a中的周向多个部位开设有轮毂螺栓(图中未示出)的压配合孔15。在轮毂圈9的轮毂法兰9a的根部附近，圆筒状的导向部13向外侧突出，该导向部13对车轮和制动部件(图中未示出)进行导向。
图2表示从外侧观察该车轮用轴承100的外方部件1的主视图。另外，图1表示沿图2中的I—I线的剖视图。上述车身安装用法兰1a像图2那样，形成为在开设有各螺纹孔14的圆周方向部分有相对于其它的部分向外径侧突出的突片1aa。
在作为固定侧部件的外方部件1的外径面上，设置有作为荷载检测用传感器的四个传感单元20。在这里，这些传感单元20设置于相对轮胎触地面的上下位置和前后位置的外方部件1的外径面的顶面部、底面部、右面部以及左面部上。上述传感单元20不限于直接检测作用于轴承上的荷载的类型，可为检测轴承中产生的形变等的可检测荷载的物理量的类型。
在给出具体例子的场合，各传感单元20像图4那样，由形变发生部件21与形变检测元件22(22A、22B)构成，该形变发生部件21通过接触固定部21a而固定于外方部件1上，该形变检测元件22安装于该形变发生部件21上，检测该形变发生部件21的形变。形变检测元件22由比如形变传感器构成。图3表示该传感单元20的俯视图。在图4的结构例子中，1个传感单元20中采用两个形变检测元件22(22A、22B)，但是，也可为1个传感单元20采用1个形变检测元件22的结构。
作为荷载检测用传感器的传感单元20并不限于上述图2～图4的形式，比如也可为下述的类型，其中，位移传感器(电涡流传感器、磁性传感器、磁阻传感器等)设置于外方部件1和内方部件2中的固定侧部件上，检测目标设置于旋转轮上，求出外方部件1和内方部件2之间的相对位移量，根据预先求出的荷载和位移的关系，求出所施加的荷载。即，传感单元20可在各设置位置直接或间接地检测作用于外方部件1的荷载。
各传感单元20的形变检测元件22，如图1的方框图所示，与荷载传感器ECU 30连接。该荷载传感器ECU 30由传感器信号运算机构31和荷载运算处理机构32构成，该传感器信号运算机构31对上述各个传感单元20的作为输出信号的传感器信号S进行处理，形成信号矢量，该荷载运算处理机构32根据通过该传感器信号运算机构31所形成的上述信号矢量，对施加于车轮上的荷载进行运算。
荷载传感器ECU 30像图12所示的那样，为专用的电子控制单元，其针对四轮汽车的各个车轮，即，针对各个车轮用轴承100而设置，进行传感单元20的输出信号的处理和荷载的运算，与主ECU 33连接。荷载传感器ECU 30设置于安装在车轮用轴承100上的电路基板(在图中未示出)上，或装载于作为车身的主ECU的主ECU 33的附近等处。主ECU 33为进行车身整体的协调控制与综合控制等的机构，输入来自加速操作机构41、制动操作机构42、转向操作机构43等的装置的信号。
另外，传感单元20不必一定设置于全部的车轮上，也可比如仅仅设置于前轮的两个轮子上。
此外，荷载传感器ECU 30在本例子中，独立于主ECU 33而设置并与主ECU 33连接，但是也可作为主ECU 33的一部分的功能而设置。另外，荷载传感器ECU 30还可为仅仅设置上述传感器信号运算机构31和荷载运算处理机构32中的传感器信号运算机构31的类型，荷载运算处理机构32可设置于主ECU 33中，此外，也可像图13所示的那样，仅仅设置传感器信号运算机构31，与构成荷载运算处理机构32的后述的荷载推算运算部32a和低荷载状态判断部32b中的荷载推算运算部32a，低荷载状态判断部32b设置于主ECU 33中。
对于荷载传感器ECU 30，也可代替像上述那样的针对每个车轮而设置的方式，而像图14所示的那样，针对一台车辆而设置1个荷载传感器ECU 30，上述传感器信号运算机构31和荷载运算处理机构32各1个地对各车轮的上述传感单元20的输出信号进行处理，进行施加于上述各车轮上的荷载的运算。
另外，各图的FL、FR、RL、RR的符号分别表示前左轮、前右轮、后左轮、后右轮。
对图1的荷载传感器ECU 30进行说明。为了计算施加于车轮上的X、Y、Z方向的相互正交的三个方向的上述各荷载Fx、Fy、Fz，或各自的方向的力矩荷载，必须要求采用至少三个以上的传感器信息(传感单元20的输出信号)的运算处理结构。于是，传感器信号运算机构31通过适合的已确定的处理方法，对多个(在图示的例子中为上下左右四个)传感单元20的传感器信号进行加工与信号处理，生成抽出的信号矢量，荷载运算处理机构32采用该信号矢量，进行荷载推算运算处理，求出各方向的施加荷载F(＝{Fx，Fy，Fz，……})。
传感器信号运算机构31形成作为上述信号矢量的比如进行了平均处理、求和差分处理等的信息(SA、Sadd、Srms)，将该信号矢量输入到荷载推算运算机构32中。荷载推算运算机构32根据这些信息，推算上述三轴向的荷载(Fx、Fy、Fz)，将其输出给进行车辆的协调控制、综合控制的主ECU 33。
如果荷载推算运算机构32的上述荷载的推算的运算与传感器信号电平无关，而根据一定的荷载运算处理方法而进行，则在像上述那样的处于车轮的Fz低荷载状态，传感器信号电平低下的场合，触地荷载Fz和轴向荷载Fy的分离变得困难，荷载推算精度恶化。于是，在本实施方式中，在荷载推算运算机构32中，除了设置作为进行上述3轴向的荷载的推算的运算的机构的荷载推算运算部32a以外，还设置低荷载状态判断部32b，对应于低荷载状态判断部32b的判断结果，切换荷载推算运算部32a的荷载运算处理方法。
在低荷载状态判断部32b像图12的例子那样，相对各车轮而设置的场合，采用该低荷载状态判断部32b对应的对象车轮以外的该车辆中的至少1个以上的车轮的运算荷载的信息，判断上述对象车轮是否处于规定的低荷载状态。上述对象车轮以外的车轮的运算荷载的信息由相对该对象车轮以外的车轮而设置的荷载运算处理机构32的荷载推算运算部32a而获得。该获得的检测荷载的信息为触地荷载Fz、或轴向荷载Fy、或触地荷载Fz和轴向荷载Fy这两者的值。多个荷载传感器ECU 30之间的通信在相互分离的场合，通过车内LAN进行，在设置于同一个电路基板上的场合，经由电路基板的导体而进行。像这样，在各车轮的荷载传感器ECU 30中，相互地，低荷载状态判断部32b将其它车轮的荷载传感器ECU 30的荷载推算运算部32a所运算出的荷载作为评价值，判断是否处于低荷载状态。
低荷载状态判断部32b不仅仅针对一个对象车轮，在像图14那样，判断车辆的全部的带有传感器的车轮用轴承装置中的低荷载状态的场合，低荷载状态判断部32b根据通过荷载推算运算部32a而运算出的各车轮的触地荷载Fz等的运算荷载的信息，判断至少一个车轮是否处于低荷载状态，将该判断出的信息输出给荷载推算运算部32a。
荷载推算运算部32a在上述图12～图14中的任意方案的场合，对通过已输入的运算荷载，选择借助通常的运算处理方法求出触地荷载Fz，还是通过触地荷载Fz的低荷载状态用的运算处理方法求出触地荷载Fz。另外，低荷载状态判断部32b和荷载推算运算部32a针对接连输入的新的传感器信号S的每个输入，分别进行判断和荷载的运算，但是，荷载推算运算部32a仅仅在通过比如低荷载状态判断部32b判断出处于低荷载状态的期间，采用低荷载状态用的运算处理方法，在脱离低荷载状态时，返回到通常的运算处理方法。
荷载推算运算部32a具体来说，在判定某车轮处于Fz低荷载状态的场合，像图6所示的那样，通过该车轮用的荷载推算荷载运算部32a，切换到适合于Fz低荷载状态的运算处理方法，对三轴荷载(Fx、Fy、Fz)进行运算。
荷载推算运算部32a进行下述的任意一个的切换。
(1)切换到对应于Fz低荷载状态的特性的荷载推算系数；
(2)切换到对应于轴承的信号电平，对传感器信号S的结构进行最佳处理的荷载运算处理方法。
低荷载状态判断部32b像下述那样判断Fz低荷载状态。
Fz低荷载状态的判断方法的具体例子：
(1)通过相反轮的轴向荷载Fy、触地荷载Fz而判断
采用位于判断对象轮的左右相反侧的车轮(在对象轮为FL轮时，相反轮为FR轮)的荷载输出，求出Fz低荷载状态。
在车辆于平坦的路面上回转行驶时，由于车辆的侧倾，在旋转内侧的车轮，触地荷载Fz处于低负荷状态，相反地，位于旋转外侧的车轮的轴向荷载Fy、触地荷载Fz处于高负荷状态。于是，将用于判断旋转内侧的车轮处于Fz低荷载状态、旋转外侧的车轮的荷载状态的条件作为阈值而设定。
在该场合，比如在像图7所示的那样，位于旋转外侧的相反轮的荷载输出超过预定的阈值(Fy阈值和Fz阈值)的场合，可判定旋转内侧的判断对象轮处于Fz低荷载状态。也可将相反轮中的触地荷载Fz和轴向荷载Fy中的仅仅任意一者与阈值进行比较，还可代替该方式，将相反轮中的触地荷载Fz和轴向荷载Fy分别与相应的阈值进行比较。与仅仅将触地荷载Fz和轴向荷载Fy中的一者与阈值进行比较的场合相比较，在采用触地荷载Fz和轴向荷载Fy中的两者的阈值的场合，可进行更加正确的荷载状态判断。各荷载的阈值可根据行驶试验等的结果来设定最佳的值。
(2)通过对角轮的轴向荷载Fy、触地荷载Fz而判断
采用判断对象轮和位于车轮的对角位置的车轮(在对象轮为FL轮时，对角轮为RR轮)的荷载输出，求出Fz低荷载状态。
在行驶于平坦的路面上时，如果假定车辆的总重量于行驶中没有变化，则对角轮的触地荷载Fz不会同时地向相同方向施加。同样地，车辆在结构上的对角轮的轴向荷载Fy不会同时地向相同方向施加(另外，对于轴向荷载Fy的方向，像图15所示的那样，车宽方向的中间侧为正方向)。另外，与在上述(1)中给出的相反轮的场合相同，在旋转内侧的车轮中，触地荷载Fz处于低负荷状态，相反地，旋转外侧的车轮的轴向荷载Fy和触地荷载Fz处于高负荷状态。
于是，与(1)和图7所示的采用相反轮的信息的方法相同，在位于旋转内侧的对角轮的荷载输出超过预定的阈值时，判定判断对象轮处于Fz低负荷状态，由此，可识别到触地荷载Fz不处于通常的荷载状态。
(3)通过相反轮和对角轮的轴向荷载Fy、触地荷载Fz而判断
也可形成将在上述(1)和(2)中给出的方法组合，即，将判断对象轮的相反轮和对角轮的荷载输出组合，求出Fz低荷载状态的状态。由于所设定的阈值的自由度提高，误判断减少，故与采用仅仅一个轮的信息而判断的场合相比较，可进行精度高的状态判断。
(4)采用对角轮和判断对象轮的轴向荷载Fy、触地荷载Fz而判断
形成采用判断对象轮和位于车辆的对角位置的车轮的荷载输出的相对关系，求出Fz低荷载状态的方案。如在上述(2)所述的那样，在于平坦的路面上行驶时，不会在判断对象轮和对角轮的两个轮，同时地于相同方向(方向的定义如图15所示)施加轴向荷载Fy或触地荷载Fz。
于是，像图8所示的那样，在于Fy－Fz平面上，描绘通过行驶中的判断对象轮和对角轮的触地荷载Fz、轴向荷载Fy而表示的点时，两个点相对方向居中(Fy＝0(N))且触地荷载Fz为轮荷载的点(在后面称为原点)，保持点对称的位置。但是，在处于Fz低负荷状态的轴承的场合，具有已检测出的推算荷载值的误差大的可能性，在该场合，这两个点脱离点对称的位置。
于是，可通过形成下述的方案，检测出Fz低负荷状态，在该方案中，低荷载状态判断部32b对通过两个车轮的相应触地荷载Fz、轴向荷载Fy而确定的点进行比较，在两个点没有点对称的场合，判定荷载Fz处于低荷载状态，由此可检测出Fz低荷载状态。两个点是否点对称的判断基准可根据行驶试验的数据等求出适合的范围即可。
即，上述低荷载状态判断部32b在表示上述轴向荷载Fy和触地荷载Fz的Fy－Fz平面上，以方向居中和轮荷载为原点，在对角的两个车轮的上述平面上的两个点相对点对称的位置偏移一定量时，判定触地荷载Fz低于轮荷载的车轮处于低荷载状态。由此，以更进一步良好的精度进行低荷载状态的判断。
(5)制动器ON/OFF信息的采用
在于车辆中的制动器动作的场合，由于制动力的影响叠加于传感器信号S中，Fy－Fz平面中的荷载分布的特性变化。于是，像图9所示的那样，也可形成制动器ON/OFF信息(制动器信息)添加于判断条件中的方案。由于可采用对应于制动器的状态的阈值，故可进行正确的荷载判断。
制动器ON/OFF信息既可根据主ECU33等，采用通信而获得，还可采用通过荷载推算运算部32a而推算出的信息。为了通过荷载推算运算部32a而推算出制动器ON/OFF，比如将作为荷载推算运算部32a的运算结果的前后方向的荷载Fx，与预定的阈值进行比较，根据该比较结果判断制动器状态。在该场合，在荷载推算运算部32a中，可分别预先进行针对制动器ON/OFF这两者的场合的荷载运算处理，采用已获得的前后方向的荷载Fx的值(制动器ON或制动器OFF中的一者或两者)，判断是否处于制动器状态，选择而输出适合的运算结果。另外，在采用两者的值进行判断的场合，由于为两者的值的组合，可获得提高判断的精度的效果。通过这样的结构，即使在没有从车辆侧提供制动器信息的状况下，仍可判断制动器的状态并计算出正确的荷载推算值。
(6)补偿处理部的导入
在于前后轮中安装角度(束角)不同的场合，发生对角轮的方向居中位置的Fy荷载值不同的情况。于是，在比较上述(2)那样的两个轮的方法中，无法等效地对各车轮进行处理。另外，前后轮中的悬架的几何形状等的不同对荷载输出造成的影响也无法忽视。
于是，也可像图10所示的那样，在荷载传感器ECU 30中，设置用于抵消各车轮的环境的不同，稳定地求出荷载值的补偿处理部32c。即使在车轮的周边环境不同的情况下，仍可通过补偿处理形成等效的环境，故可以更高的精度进行荷载判断。另外，由于不采用用于缓和各车轮的环境的不同的特殊的硬件等，可与广泛的条件相对应，故可降低成本，提高方便性。
在这里，像图11所示的那样，补偿处理部32c也包括补偿值保存部32d，该补偿值保存部32d保存用于处理的轮荷载等的数值。还可在补偿值保存部32d中，不仅保存仅构成轮荷载的默认值的车辆车身的轮荷载，而且可保存车辆停止时、低速行驶时、方向居中而进行加速行驶时等的多种行驶条件下的轮荷载的方案。由于通过这样处理，在补偿处理部32c中(从荷载推算运算部32a输入)，切换根据荷载输入而求出的与车辆的行驶状态相对应而构成基准的轮荷载，抵消乘客、货物的配置、轮胎的不同等的影响，故可等同地对各车轮进行处理。补偿值保存部32d也可为比如将非易失性存储器(EEPROM)设置于荷载传感器ECU 30的基板(在图中没有示出)上的结构。
按照本实施方式的带有传感器的车轮用轴承装置，像这样，在具有荷载检测用的传感单元20的车轮用轴承100中，根据多个车轮的荷载状态等，判断相应的车轮的触地荷载Fz是否处于低荷载状态。即，在各车轮中检测出的推算荷载输入到低荷载状态判断部32b中，采用已获得的多个荷载值，推算指定的车轮是否处于Fz低荷载状态。对于推算为处于Fz低荷载状态的车轮，将荷载的计算方法切换到用于低荷载状态的方法，计算出误差更小的推算荷载。
在将该荷载的计算方法设为适合于低荷载状态的运算处理，切换荷载推算系数的方案的场合，由于可采用与低荷载状态的特性相符合的进行最佳化处理的荷载推算系数的荷载运算，故荷载推算精度提高。
另外，在作为判定为低荷载状态的场合的运算处理，切换到所输入的传感器信号的数量、种类等的结构为最佳的荷载演算处理方法的场合，由于在Fz低荷载状态进行了最佳的荷载推算运算处理，故使荷载推算精度提高。
整理并给出上述实施方式的方案的效果。
·通过将多个轮的荷载输出作为Fz低荷载判断的参数而使用，可判断出Fz荷载显著低的车轮或上浮的车轮的状态，故对这样的车轮也可进行高精度的荷载推算处理。
·仅仅采用现有的荷载传感器ECU的输出，可判断上述那样的车轮的Fz低荷载状态。于是，无需检测Fz低荷载状态，或无需在这样的荷载状态下另外设置追加的用于高感度地检测荷载的传感器，而可以提高推算精度。其结果是，可在不增加制造成本的情况下实现精度的提高。
·由于可通过在低荷载状态判断中采用制动器ON/OFF信息，避免制动力对各荷载的影响，故可进行更加正确的状态判断。
·于低荷载状态判断部32b中设置补偿处理部32c与补偿值保存部32d，该补偿处理部32c对前后轮的安装角度(束角)、悬架形状的不同进行补偿，该补偿值保存部32d保存补偿所采用的参数，由此，即使在处于不同的环境下的车轮的情况下，仍可等效地进行比较。
·在判定出判断对象轮处于Fz低荷载状态时，切换荷载运算处理方法，可进行更加符合Fz低荷载状态的特性的荷载推算。
标号的说明：
标号1表示外方部件；
标号2表示内方部件；
标号3、4表示滚动面；
标号5表示滚动体；
标号20表示传感单元；
标号31表示传感器信号运算机构；
标号32表示荷载运算处理机构；
标号32a表示荷载推算运算部；
标号32b表示低荷载状态判断部；
标号100表示车轮用轴承。

Claims (24)

1.一种带有传感器的车轮用轴承装置，其包括：
车轮用轴承，该车轮用轴承包括：外方部件，在该外方部件的内周形成多排滚动面；内方部件，在该内方部件的外周形成与上述滚动面面对的滚动面；以及多排滚动体，该多排滚动体夹设于两个部件的面对的滚动面之间，该车轮用轴承以能自由旋转的方式将车轮支承于车身上，
多个传感单元，该多个传感单元安装于该车轮用轴承上，检测施加于该轴承上的荷载；
传感器信号运算机构，该传感器信号运算机构对上述多个传感单元的输出信号进行处理，形成输入信号矢量；
荷载运算处理机构，该荷载运算处理机构根据通过该传感器信号运算机构而形成的上述输入信号矢量，对施加于通过上述车轮用轴承而支承的车轮的路面触地点上的荷载进行运算，
上述荷载运算处理机构包括：低荷载状态判断部，该低荷载状态判断部采用作为上述车轮用轴承所支承的车轮的对象车轮以外且装载于与该对象车轮相同的车辆上的至少1个以上车轮的运算荷载的信息，判断上述对象车轮是否处于规定的低荷载状态；荷载推算运算部，该荷载推算运算部对应于该低荷载状态判断部的判断结果，切换荷载运算处理方法，根据上述输入信号矢量，对施加于上述车轮的路面触地点上的荷载进行运算。
2.根据权利要求1所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述低荷载状态判断部中的是否处于上述规定的低荷载状态的判断是基于作用于上述对象车轮上的触地荷载Fz是否在规定的低荷载状态区域的判断。
3.根据权利要求1或2所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述低荷载状态判断部设置于作为电子控制单元的荷载传感器ECU上。
4.根据权利要求1或2所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述低荷载状态判断部设置于相对于作为电子控制单元的荷载传感器ECU而言作为主电子控制单元的主ECU上，将判断结果发送给上述荷载传感器ECU。
5.根据权利要求1～4中的任何一项所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述荷载推算运算部中的与上述判断结果相对应的荷载运算处理方法的切换是进行荷载推算系数的切换。
6.根据权利要求1～4中的任何一项所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述荷载推算运算部中的与上述判断结果相对应的荷载运算处理方法的切换是进行用于上述荷载运算处理的上述输入信号矢量的构成的切换。
7.根据权利要求1～6中的任何一项所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述低荷载状态判断部采用相对于上述对象车轮而位于上述车辆的左右的相反侧的车轮、或对角线位置的车轮、或上述左右的相反侧的车轮与上述对角线位置的车轮这两者的检测荷载的信息，判断上述对象车轮是否处于规定的低荷载状态。
8.根据权利要求7所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，作为用于进行上述判断的评价值，上述低荷载状态判断部将作用于车轮用轴承上的触地荷载Fz、或轴向荷载Fy、或触地荷载Fz与轴向荷载Fy的组合的值用作评价值。
9.根据权利要求7所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述低荷载状态判断部在表示轴向荷载Fy和触地荷载Fz的Fy－Fz平面上，以上述轴向荷载Fy处于方向居中并且上述触地荷载Fz为轮荷载的点为原点，在处于对角的两个车轮的轴向荷载Fy和触地荷载Fz在上述平面上的两个点相对于点对称的位置而偏移一定量时，判定触地荷载Fz低于轮荷载的车轮处于低荷载状态。
10.根据权利要求1～6中的任何一项所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述低荷载状态判断部采用上述车辆的制动器的信息，在制动器ON时和OFF时，切换构成上述判断的基准的阈值，判断是否处于上述规定的低荷载状态。
11.根据权利要求10所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述制动器的信息是采用上述荷载推算运算部的运算结果，进行ON、OFF的判断的结果而得到的。
12.根据权利要求10所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述制动器的信息是从进行上述车辆的综合控制的ECU获得的信息。
13.根据权利要求1～12中的任何一项所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述低荷载状态判断部具有补偿处理部，该补偿处理部用于使上述车辆的不同的车轮被视为处于相等的条件下。
14.根据权利要求13所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述补偿处理部对上述车轮用轴承的轴向荷载Fy和触地荷载Fz的值进行补偿。
15.根据权利要求13所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述补偿处理部具有补偿值保存部，该补偿值保存部保存为进行补偿而采用的参数。
16.根据权利要求13所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述补偿处理部对上述车辆的各车轮的安装角度差进行补偿。
17.根据权利要求13所述的带有传感器的车轮用轴承装置，其中，上述补偿处理部对上述车辆的各车轮的悬架的几何形状的不同进行补偿。
18.一种带有传感器的车轮用轴承系统，其包括：
多个车轮用轴承；
多个传感单元，该传感单元按照分别安装于该多个车轮用轴承中的至少两个车轮用轴承上的方式，检测施加于该轴承上的荷载；
至少1个传感器信号运算机构；
至少1个荷载运算处理机构，
上述多个车轮用轴承包括：外方部件，在该外方部件的内周形成多排滚动面；内方部件，在该内方部件的外周形成与上述滚动面面对的滚动面；以及多排滚动体，该多排滚动体夹设于两个部件的面对的滚动面之间，该车轮用轴承以能自由旋转的方式将车轮支承于车身上，
上述至少1个传感器信号运算机构对分别安装于上述至少两个车轮用轴承上的多个传感单元的输出信号进行处理，形成各输入信号矢量，
上述至少1个荷载运算处理机构根据上述各输入信号矢量，对施加于通过上述至少两个车轮用轴承而支承的车轮的路面触地点上的荷载进行运算，上述荷载运算处理机构包括：低荷载状态判断部，该低荷载状态判断部针对运算该荷载的各对象车轮，采用该对象车轮以外的车轮的运算荷载的信息，判断上述对象车轮是否处于规定的低荷载状态；荷载推算运算部，该荷载推算运算部对应于该低荷载状态判断部的判断结果，切换荷载运算处理方法，根据上述输入信号矢量，对施加于上述车轮的路面触地点上的荷载进行运算。
19.根据权利要求18所述的带有传感器的车轮用轴承系统，其中，上述低荷载状态判断部中的是否处于上述规定的低荷载状态的判断是基于作用于上述对象车轮上的触地荷载Fz是否在规定的低荷载状态区域的判断。
20.根据权利要求18或19所述的带有传感器的车轮用轴承系统，其中，上述荷载推算运算部中的与上述判断结果相对应的荷载运算处理方法的切换是进行荷载推算系数的切换。
21.根据权利要求18～20中的任何一项所述的带有传感器的车轮用轴承系统，其中，上述荷载推算运算部中的与上述判断结果相对应的荷载运算处理方法的切换是进行用于上述荷载运算处理的上述输入信号矢量的构成的切换。
22.根据权利要求18～21中的任何一项所述的带有传感器的车轮用轴承系统，其中，上述低荷载状态判断部采用相对于上述对象车轮而位于上述车轮的左右的相反侧的车轮、或对角线位置的车轮、或上述左右的相反侧的车轮与上述对角线位置的车轮这两者的检测荷载的信息，判断上述对象车轮是否处于规定的低荷载状态。
23.根据权利要求22所述的带有传感器的车轮用轴承系统，其中，作为用于进行上述判断的评价值，上述低荷载状态判断部将作用于车轮用轴承上的触地荷载Fz、或轴向荷载Fy、或触地荷载Fz与轴向荷载Fy的组合的值用作评价值。
24.根据权利要求22所述的带有传感器的车轮用轴承系统，其中，上述低荷载状态判断部在表示轴向荷载Fy和触地荷载Fz的Fy－Fz平面上，以上述轴向荷载Fy处于方向居中并且上述触地荷载Fz为轮荷载的点为原点，在处于对角的两个车轮的轴向荷载Fy和触地荷载Fz在上述平面上的两个点相对于点对称的位置而偏移一定量时，判定触地荷载Fz低于轮荷载的车轮处于低荷载状态。
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