【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車の車輪を車体に対して回転自在に支持する為の車輪支持装置の改良に関する。特に本発明は、この車輪支持装置を改良して、安定した運転制御を行なう為の信号を得られる構造を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車輪を構成するホイール１、及び、制動用回転部材であって制動装置であるディスクブレーキを構成するロータ２は、例えば図１５に示す様な構造により、懸架装置を構成するナックル３に回転自在に支承している。即ち、このナックル３に形成した円形の支持孔４部分に、車輪用転がり軸受ユニット５を構成する静止輪である外輪６を、複数本のボルト７により固定している。一方、この車輪用転がり軸受ユニット５を構成するハブ８に上記ホイール１及びロータ２を、複数本のスタッド９とナット１０とにより結合固定している。又、上記外輪６の内周面には複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂを、外周面には結合フランジ１２を、それぞれ形成している。この様な外輪６は、この結合フランジ１２を上記ナックル３に、上記各ボルト７で結合する事により、このナックル３に対し固定している。
【０００３】
これに対して、上記ハブ８は、ハブ本体１３と内輪１４とを組み合わせて成る。このうちのハブ本体１３の外周面の一部で、上記外輪６の外端開口（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で幅方向外側となる部分を言い、図１、５、６、１１、１３、１５の左側。反対に、自動車への組み付け状態で幅方向中央側となる部分を内と言う。本明細書全体で同じ。）から突出した部分には、取付フランジ１５を形成している。上記ホイール１及びロータ２はこの取付フランジ１５の外側面に、上記各スタッド９とナット１０とにより、結合固定している。
【０００４】
又、前記ハブ本体１３の中間部外周面で、上記外輪６の内周面に形成した複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの外側の外輪軌道１１ａに対向する部分には、内輪軌道１６ａを形成している。更に、上記本体１３の内端部に形成した小径段部１７に、このハブ本体１３と共に上記ハブ８を構成する上記内輪１４を外嵌固定している。そして、この内輪１４の外周面に形成した内輪軌道１６ｂを、上記複列の外輪軌道１１ａ、１１ｂのうちの内側の外輪軌道１１ｂに対向させている。これら各外輪軌道１１ａ、１１ｂと各内輪軌道１６ａ、１６ｂとの間には、それぞれが転動体である玉１８、１８を複数個ずつ、それぞれ保持器１９、１９により保持した状態で転動自在に設けている。尚、図示の例では、上記ハブ本体１３の内端部で上記内輪１４の内端面よりも内方に突出した部分を径方向外方に塑性変形させる事で形成したかしめ部２０により、上記内輪１４の内端面を抑え付け、この内輪１４と上記ハブ本体１３との分離防止を図っている。この構成により、背面組み合わせである複列アンギュラ型の玉軸受を構成し、上記外輪６の内径側に上記ハブ８を、回転自在に、且つ、ラジアル荷重及びスラスト荷重を支承自在に支持している。
【０００５】
尚、上記外輪６の両端部内周面と、上記ハブ８の中間部外周面及び内端部外周面との間には、それぞれシールリング２１ａ、２１ｂを設けて、上記各玉１８、１８を設けた空間と外部空間とを遮断している。更に、上記ハブ８に結合固定した車輪を回転駆動する為、上記ハブ本体１３の中心部に、スプライン孔２２を形成している。そして、このスプライン孔２２に、等速ジョイント２３のスプライン軸２４を挿入している。
【０００６】
上述の様な車輪用転がり軸受ユニット５の使用時には、図１５に示す様に、上記外輪６をナックル３に固定すると共に、上記ハブ８の取付フランジ１５に、図示しないタイヤを組み合わせたホイール１及びロータ２を固定する。又、このうちのロータ２と、上記ナックル３に固定した、図示しないサポート及びキャリパとを組み合わせて、制動用のディスクブレーキを構成する。制動時には、上記ロータ２を挟んで設けた１対のパッドのライニングを、上記キャリパ内の油圧シリンダ内に嵌装した油圧ピストンの働きにより、上記ロータ２の両側面に押し付ける。
【０００７】
ところで、制動時や加速時、更には旋回時の車両の安定性を確保する為に従来から、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、ビークルスタビリティコントロールシステム（ＶＳＣ）等の車両安定装置が使用されている。これら各車両安定装置では、車輪の回転速度、車両の走行速度及び加速度（減速度）を検出すると共に、これらを相互に比較し、これに応じて上記油圧シリンダ内に導入する油圧やエンジン出力を調節する。これにより、車輪のスリップ率｛＝（車輪の周速度−車両の速度）／車輪の周速度｝を、この車輪と路面との接触部に作用する摩擦係数がピークとなる領域近傍に維持する事で、車両の安定性を確保する様にしている。
【０００８】
そして、この様な各車両安定装置を構成する為に従来から、車輪支持用の転がり軸受ユニットのうちの回転輪にエンコーダを、静止輪若しくはナックル等の懸架装置側に速度センサを、それぞれ設けて、上記車輪の回転速度を検出自在としている。又、車体の一部に加速度センサを設けて、この車体の加速度（減速度）を検出自在としている。更に、車両の走行速度は、これを直接求めるのは困難である事から、例えば、検出した車輪の回転速度のうちの最大値や、検出した車体の加速度を演算処理して得られる速度を、それぞれ車両の走行速度と推定する方法を採用している。
【０００９】
ところで、上述の様に、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両安定装置では、制御情報の１つである車両の走行速度として推定値を使用する為、多少とは言え制御が不正確となる可能性がある。これに対し、ＡＢＳの作動状態をより一層向上させ、制動距離の短縮及び制動時の姿勢安定の為の制御をより高精度に行なう事を目的として、制動時に車輪に加わるトルクを測定する事が、例えば、特許文献１等に記載されて、従来から知られている。この様に車輪に加わるトルクを制御情報として用いれば、ＡＢＳだけでなく、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の各種車両安定装置による制御を、より高精度に行なう事ができると考えられる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平９−３１５２８２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術では、トルクセンサを、駆動軸等、車輪用転がり軸受ユニットとは別の部分に組み付けている。この為、必ずしも制動時に車輪に加わるトルクを正確に測定できない可能性がある。即ち、車輪に加わるトルクは、車輪用転がり軸受ユニットに直接伝達される。従って、このトルクを測定する為のトルクセンサを、ハブとデファレンシャルギヤの出力部とを結ぶ駆動軸等、車輪用転がり軸受ユニットとは別の部分に設けると、当該トルクセンサの測定値に外乱が入り込んで、測定すべきトルクを正確に測定できない可能性がある。
【００１２】
又、車輪に加わる路面反力としては、上記トルクの他、軸方向荷重やモーメント荷重等も、車両制御を行なう為の制御情報として有効に利用できる。但し、上述した場合と同様、軸方向荷重やモーメント荷重等を測定する為の荷重センサを車輪用転がり軸受ユニットとは別の部分に設けたのでは、やはり正確な測定を行なう事が難しくなる。
本発明の車輪支持装置は、上述の様な事情に鑑み、車輪に加わる路面反力を正確に測定できる構造を実現すべく発明したものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の車輪支持装置は、懸架装置を構成するナックルと、外輪と、ハブと、複数個の転動体とを備える。
このうちの外輪は、内周面に複列の外輪軌道を、外周面に結合フランジを、それぞれ有し、使用時にこの結合フランジを上記ナックルに結合固定した状態で回転しない。
又、上記ハブは、外周面の外端寄り部分に車輪を結合固定する為の取付フランジを、同じく中間部乃至内端部に複列の内輪軌道を、それぞれ有し、使用時に上記車輪と共に回転する。
又、上記各転動体は、上記各外輪軌道と上記各内輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ、転動自在に設けられている。
特に、本発明の車輪支持装置に於いては、上記結合フランジと上記ナックルとの間に、使用時にこれら結合フランジとナックルとの間に作用する力を測定自在な荷重センサを挟持している。
【００１４】
【作用】
上述の様に、本発明の車輪支持装置の場合には、車輪に加わる路面反力を測定する為に使用する荷重センサを、外輪の外周面に設けた結合フランジと、懸架装置を構成するナックルとの間に挟持している。このうちの外輪を含んで構成する車輪用転がり軸受には、使用時、上記車輪に加わる路面反力が直接伝達される。従って、外乱の影響を少なく抑え、測定すべき路面反力を正確に測定する事ができる。この結果、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の各種装置による車両制御をより高精度に行なえる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１〜４は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、車輪に加わる路面反力を測定する為に使用する、荷重センサ２５、２５の設置位置を工夫した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図１５に示した従来構造と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００１６】
外輪６の外周面に形成した結合フランジ１２の内側面と、懸架装置を構成するナックル３の外側面との間に、複数の荷重センサ２５、２５を設置している。これら各荷重センサ２５、２５は、図３に詳示する様に、弾性部材２６と、４個の歪みゲージ２７ａ〜２７ｄとを備える。このうちの弾性部材２６は、上記外輪６及びナックル３とほぼ同じ線膨張係数を有する金属材料により、全体を短円筒状に構成している。又、上記各歪みゲージ２７ａ〜２７ｄは、上記弾性部材２６の外周面の円周方向等間隔の４個所に、接着剤等により添着している。この様に添着した状態での、上記各歪みゲージ２７ａ〜２７ｄの中心軸の方向は、それぞれ上記弾性部材２６の軸方向又は円周方向と一致させており、円周方向に隣り合う各歪みゲージ２７ａ〜２７ｄ同士で、その方向を互いに異ならせている。
【００１７】
上述の様な各荷重センサ２５、２５を構成する弾性部材２６は、それぞれ上記結合フランジ１２と上記ナックル３とを結合する為のボルト７の杆部２８の中間部（外周面を円筒面とした部分）に外嵌した状態で、これら各ボルト７の緊締力に基づき、上記結合フランジ１２の内側面と上記ナックル３の外側面との間に弾性的に（予圧を付与した状態で）挟持している。これにより、車輪に加わる路面反力が車輪用転がり軸受ユニット５に伝達されて、上記結合フランジ１２と上記ナックル３との間に力が加わった場合に、この力に見合った分だけ、上記各弾性部材２６が効率良く弾性変形する様にしている。
【００１８】
尚、本例の場合には、上述の様に、上記各弾性部材２６を上記各ボルト７の杆部２８の中間部に外嵌する事により、使用時にこの弾性部材２６が径方向に大きくずれ動く事を防止している。そして、この様な防止策を実現する為、上記弾性部材２６の内周面と上記杆部２８の中間部の外周面とに仕上げ加工を施して、これら両周面同士の間に生じる隙間が僅少になる様にしている。又、本例の場合、上記結合フランジ１２の内側面と上記ナックル３の外側面とのうち、少なくとも上記各弾性部材２６の側面と当接する部分に研磨等の仕上げ処理を施して、これら仕上げ処理を施した両面から上記各弾性部材２６に上記力が効率良く伝達される様にしている。
【００１９】
又、上述の様に各弾性部材２６を上記結合フランジ１２の内側面と上記ナックル３の外側面との間に挟持した状態で、前記各歪みゲージ２７ａ〜２７ｄにより、図４に示す様なブリッジ回路を構成している。そして、このブリッジ回路を構成する電圧計２９の計測値に基づいて、上記結合フランジ１２と上記ナックル３との間に作用する圧縮方向の力Ｆｚ を検出できる様にしている。本例の場合には、上記各弾性部材２６に予圧を付与している為、上述の様に結合フランジ１２とナックル３との間に力が作用した場合には、上記電圧計２９の計測値が直ちに変化する。言い換えれば、この電圧計２９の応答性を良好にできる。この為、上記圧縮方向の力Ｆｚ の測定を正確に行なえる。又、本例の場合、上記電圧計２９の計測値に就いては、リセットスイッチ等により、上記各弾性部材２６に上記予圧のみが負荷されている状態での値を、上記検出を行なう際の基準値に設定している。又、上記各荷重センサ２５、２５毎に検出した圧縮方向の力Ｆｚ 同士を互いに比較する事により、車輪に加わっている路面反力の大きさ及び方向を検出できる様にしている。
【００２０】
又、本例の場合、この様な路面反力の検出は、制御器による演算に基づいて行なう。この為、本例の場合、上記各荷重センサ２５、２５毎の検出値を表す信号を、上記制御器に送信する様にしている。この場合の送信手段としては、ケーブル等の有線を使用する他、電波や電磁結合等を用いた無線通信を使用する事もできる。無線通信を使用する場合には、上記各荷重センサ２５、２５毎の検出値を表す信号に、それぞれこれら各荷重センサ２５、２５を組み付けた車輪支持装置を表すＩＤデータと、これら各荷重センサ２５、２５を表すＩＤデータとを含ませる。これにより、制御器側で、何れの荷重センサ２５による検出値であるかを見分けられる様にする。
【００２１】
上述の様に本例の車輪支持装置の場合には、車輪に加わる路面反力を測定する為に使用する荷重センサ２５、２５を、外輪６の外周面に設けた結合フランジ１２と、懸架装置を構成するナックル３との間に挟持している。このうちの外輪６を含んで構成する車輪用転がり軸受ユニット５には、使用時、上記車輪に加わる路面反力が直接伝達される。又、上記結合フランジ１２にはこの路面反力が、ハブ８及び玉１８、１８を介して、殆ど損失なく伝達される。従って、外乱の影響を少なく抑え、測定すべき路面反力を正確に測定する事ができる。この結果、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の各種装置による車両制御をより高精度に行なえる。
【００２２】
尚、上述した第１例を実施する場合には、図５に示す様に、荷重センサ２５を構成する弾性部材２６の両端部を、結合フランジ１２の内側面とナックル３の外側面との互いに整合する部分に形成した凹部３０ａ、３０ｂにがたつきなく嵌合させる事によって、上記弾性部材２６の径方向のずれ止めを図る事もできる。但し、上記凹部３０ａ（３０ｂ）は、上記結合フランジ１２の内側面と上記ナックル３の外側面とのうちの何れか一方の面にのみ設けた場合でも、上記ずれ止めを図る事ができる。
【００２３】
又、図６に示す様に、上記結合フランジ１２の内側面の外周縁部と上記ナックル３の外側面と互いに整合する部分に、それぞれ全周に亙り係止溝３４ａ、３４ｂを形成し、これら両係合溝３４ａ、３４ｂの底面同士の間でＯリング３１を圧縮挟持すれば、上記内側面と外側面との間に存在する、上記荷重センサ２５を設置した隙間内に、この隙間の外径側の開口部から泥水等の異物が侵入する事を防止できる。この結果、上記荷重センサ２５が上記異物に曝される事を防止でき、この荷重センサ２５の検出値に外乱が入り込む事を防止できる。又、この様に検出値に外乱が入り込む事を防止する趣旨から、上記荷重センサ２５を構成する歪みゲージ２７ａ〜２７ｄやリード線に、シリコンや樹脂等のコーティング材を被覆するのが好ましい。尚、この様な密封構造やコーティング剤を被覆する構造は、後述する第２〜３例にも適用できる。
【００２４】
又、上述した第１例を実施する場合、荷重センサとしては、前述の図３に示したものに代えて、図７に示すものや、図９に示すものを使用する事もできる。このうちの図７に示した荷重センサ２５ａは、弾性部材２６の外周面の円周方向等間隔の４個所位置に、それぞれ歪みゲージ２７ｅ〜２７ｍを２枚ずつ、互いに十字に交わる様に重ね合わせて添着している。そして、同一個所に添着した２枚の歪みゲージ２７ｅ及び２７ｆ（２７ｇ及び２７ｈ、２７ｉ及び２７ｊ、２７ｋ及び２７ｍ）毎に、図８に示す様なブリッジ回路を構成し、これら各ブリッジ回路を構成する電圧計２９の計測値に基づいて、当該添着個所に加わっている圧縮方向の力Ｆｚ を検出できる様にしている。そして、これら各添着個所毎、更には複数の荷重センサ２５ａ毎に検出した圧縮方向の力Ｆｚ 同士を互いに比較する事により、車輪に加わっている路面反力を検出できる様にしている。尚、上記荷重センサ２５ａに就いても、上記歪みゲージ２７ｅ、２７ｈ、２７ｉ、２７ｍにより、図４に示す様なブリッジ回路を構成すれば、前述の図３の示した荷重センサ２５と同様の使い方ができる。
【００２５】
又、図９に示した荷重センサ２５ｂは、図１０に示す様に、検出する力Ｆｙ 、Ｆｚ の方向が互いに９０度異なる、それぞれが円輪状である１対の圧電素子３２ａ、３２ｂを、図９に示す様に、短円筒状の弾性部材２６ａの内側に予圧を加えて埋め込んで成る。上記各圧電素子３２ａ、３２ｂのうち、一方の圧電素子３２ａは剪断方向の力Ｆｙ を、他方の圧電素子３２ｂは圧縮方向の力Ｆｚ を、それぞれ検出する。複数の荷重センサ２５ｂ毎に検出した各方向の力Ｆｙ 、Ｆｚ 同士を互いに比較する事により、車輪に加わっている路面反力を検出できる。
【００２６】
次に、図１１〜１２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、結合フランジ１２の内側面のうち、ボルト７を螺合させる為のねじ孔３３よりも径方向内方の部分と、ナックル３の外側面との間に、複数の荷重センサ２５ｃ、２５ｃを、それぞれ円周方向に関し等間隔に配置した状態で、圧縮挟持している。本例の場合も、これら各荷重センサ２５ｃ、２５ｃとして、例えば、前述の図３又は上述の図７、９に示した様な構造のものを使用する事ができる。又、本例の場合も、上記各荷重センサ２５ｃ、２５ｃの軸方向端部を、上記結合フランジ１２の内側面と上記ナックル３の外側面とのうちの少なくとも一方の端部に形成した図示しない凹部にがたつきなく挿入する等して、これら各荷重センサ２５ｃ、２５ｃの径方向のずれ止めを図るのが好ましい。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００２７】
次に、図１３〜１４は、本発明の実施の形態の第３例を示している。上述した第１〜２例が、複数の荷重センサを使用していたのに対し、本例の場合には、１個の荷重センサ２５ｄを使用している。即ち、円環状に構成したこの荷重センサ２５ｄを、外輪６の中間部で結合フランジ１２の軸方向内側に隣接する部分に外嵌した状態で、この結合フランジ１２の内側面とナックル３の外側面との間で圧縮挟持している。本例の場合も、上記荷重センサ２５ｄとして、例えば、前述の図３、７、９に示した様な構造のものを使用する事ができる。又、本例の場合、上記荷重センサ２５ｄが径方向にずれる事は、上述の様にこの荷重センサ２５ｄを上記外輪６の中間部に外嵌する事によって防止している。この様な防止策を実現する為、上記荷重センサ２５ｄの内周面と上記外輪６の中間部の外周面とに仕上げ加工を施して、これら両周面同士の間に生じる隙間が僅少になる様にしている。その他の部分の構成及び作用は、前述した第１例の場合と同様である。
【００２８】
尚、図示は省略するが、上述した各実施の形態で、荷重センサに近接させてサーミスタ、熱伝対等の温度センサを設置し、この温度センサの測定値に基づいて、この荷重センサの測定値を補正する事もできる。この温度センサの検出信号に就いても、有線又は無線通信により車両安定装置を構成する制御器に送信する。
【００２９】
又、本発明を実施する場合、結合フランジの内側面とナックルの外側面との間に設ける荷重センサの位置、大きさ、数、並びに、この荷重センサの種類や構造は、特に限定しない。この荷重センサとしては、歪みゲージや圧電素子を組み込んだものや、この圧電素子自体を使用する他、例えば特開２００１−２４２０１９号公報等に記載されて従来から知られている、力学量センサ材料を用いて構成したセンサ等を使用する事もできる。
【００３０】
尚、上述した各実施の形態では、車輪用転がり軸受ユニットが駆動輪（ＦＦ車の前輪、ＦＲ車及びＲＲ車の後輪、４ＷＤ車の全輪）用である場合に就いて示したが、本発明は、車輪用転がり軸受ユニットが従動輪（ＦＦ車の後輪、ＦＲ車及びＲＲ車の前輪）用である場合に就いても実施可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の車輪支持装置は、以上に述べた様に構成され作用するので、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両の姿勢安定の為の各種装置の制御に利用する為の信号を正確に得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す半部断面図。
【図２】外輪及び荷重センサのみを取り出して示す、図１の右側から見た図。
【図３】荷重センサを示す拡大斜視図。
【図４】荷重センサを構成する歪みゲージを使用して構成したブリッジ回路を示す図。
【図５】荷重センサの組み付け部の構造の別例を示す、図１のＡ部に相当する図。
【図６】荷重センサの組み付け部にＯリングを組み付けた構造を示す、図１のＡ部に相当する図。
【図７】荷重センサを示す拡大斜視図。
【図８】荷重センサを構成する歪みゲージを使用して構成したブリッジ回路を示す図。
【図９】荷重センサを示す拡大斜視図。
【図１０】この荷重センサを構成する素子を示す分解斜視図。
【図１１】本発明の実施の形態の第２例を示す半部断面図。
【図１２】外輪及び荷重センサのみを取り出して示す、図１１の右側から見た図。
【図１３】本発明の実施の形態の第３例を示す半部断面図。
【図１４】外輪及び荷重センサのみを取り出して示す、図１３の右側から見た図。
【図１５】従来の車輪支持装置の組み付け状態を示す断面図。
【符号の説明】
１ ホイール
２ ロータ
３ ナックル
４ 支持孔
５ 車輪用転がり軸受ユニット
６ 外輪
７ ボルト
８ ハブ
９ スタッド
１０ ナット
１１ａ、１１ｂ 外輪軌道
１２ 結合フランジ
１３ ハブ本体
１４ 内輪
１５ 取付フランジ
１６ａ、１６ｂ 内輪軌道
１７ 小径段部
１８ 玉
１９ 保持器
２０ かしめ部
２１ａ、２１ｂ シールリング
２２ スプライン孔
２３ 等速ジョイント
２４ スプライン軸
２５、２５ａ〜２５ｄ 荷重センサ
２６、２６ａ 弾性部材
２７ａ〜２７ｍ 歪みゲージ
２８ 杆部
２９ 電圧計
３０ａ、３０ｂ 凹部
３１ Ｏリング
３２ａ、３２ｂ 圧電素子
３３ ねじ孔
３４ａ、３４ｂ 係止溝[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a wheel supporting device for rotatably supporting a vehicle wheel with respect to a vehicle body. In particular, the present invention is an improvement of the wheel support device, and realizes a structure capable of obtaining a signal for performing stable operation control.
[0002]
[Prior art]
A wheel 1 constituting a wheel of an automobile and a rotor 2 constituting a rotating member for braking and a disk brake which is a braking device are rotated by a knuckle 3 constituting a suspension device, for example, by a structure as shown in FIG. It is freely supported. That is, an outer ring 6, which is a stationary wheel constituting the wheel rolling bearing unit 5, is fixed to a circular support hole 4 formed in the knuckle 3 by a plurality of bolts 7. On the other hand, the wheel 1 and the rotor 2 are fixedly connected to a hub 8 constituting the wheel rolling bearing unit 5 by a plurality of studs 9 and nuts 10. Double rows of outer raceways 11a and 11b are formed on the inner peripheral surface of the outer race 6, and a coupling flange 12 is formed on the outer peripheral surface. The outer ring 6 is fixed to the knuckle 3 by connecting the connecting flange 12 to the knuckle 3 with the bolts 7.
[0003]
On the other hand, the hub 8 is formed by combining the hub body 13 and the inner ring 14. Of these, a part of the outer peripheral surface of the hub body 13 is an outer end opening of the outer race 6 (the term "outside in the axial direction" means a part which is outward in the width direction when assembled to an automobile; , 11, 13 and 15. On the contrary, a portion which is located in the center in the width direction in a state of being assembled to the automobile is called "inside. The same applies to the entire specification." are doing. The wheel 1 and the rotor 2 are connected and fixed to the outer surface of the mounting flange 15 by the studs 9 and the nuts 10.
[0004]
An inner ring raceway 16a is formed on a portion of the outer peripheral surface of the intermediate portion of the hub main body 13 which is opposed to the outer raceway 11a of the outer races 11a and 11b of the double row formed on the inner circumferential surface of the outer race 6. Has formed. Further, the inner ring 14 which forms the hub 8 together with the hub main body 13 is externally fixed to a small-diameter step portion 17 formed at the inner end of the main body 13. The inner raceway 16b formed on the outer peripheral surface of the inner race 14 is opposed to the inner outer raceway 11b of the double row outer raceways 11a and 11b. Between each of the outer raceways 11a, 11b and each of the inner raceways 16a, 16b, a plurality of balls 18, 18, each of which is a rolling element, are rolled freely while being held by retainers 19, 19, respectively. Provided. In the illustrated example, the inner ring of the hub body 13 is formed by plastically deforming a portion protruding inward from the inner end surface of the inner ring 14 outward in the radial direction. The inner end surface of the hub 14 is pressed down to prevent the inner ring 14 from separating from the hub body 13. With this configuration, a double-row angular contact type ball bearing as a rear combination is formed, and the hub 8 is supported on the inner diameter side of the outer ring 6 so as to be rotatable and capable of supporting a radial load and a thrust load. .
[0005]
Note that seal rings 21a and 21b are provided between the inner peripheral surfaces of both ends of the outer race 6 and the outer peripheral surfaces of the intermediate portion and the inner end of the hub 8, respectively, and the balls 18 are provided. And the outside space are shut off. Further, a spline hole 22 is formed at the center of the hub main body 13 to rotationally drive a wheel connected and fixed to the hub 8. The spline shaft 24 of the constant velocity joint 23 is inserted into the spline hole 22.
[0006]
When the above-described rolling bearing unit 5 for a wheel is used, as shown in FIG. 15, the outer ring 6 is fixed to the knuckle 3 and the mounting flange 15 of the hub 8 is combined with a tire 1 (not shown). The rotor 2 is fixed. The rotor 2 is combined with a support and a caliper (not shown) fixed to the knuckle 3 to form a disc brake for braking. During braking, the lining of a pair of pads provided across the rotor 2 is pressed against both side surfaces of the rotor 2 by the action of a hydraulic piston fitted in a hydraulic cylinder in the caliper.
[0007]
By the way, in order to secure the stability of the vehicle at the time of braking, acceleration, and turning, conventionally, an antilock brake system (ABS), a traction control system (TCS), a vehicle stability control system (VSC), and the like have been used. Vehicle stabilizers are used. Each of these vehicle stabilizers detects the rotational speed of the wheels, the traveling speed and the acceleration (deceleration) of the vehicle, compares them with each other, and adjusts the hydraulic pressure and engine output introduced into the hydraulic cylinder in accordance with the detected values. Adjust. As a result, the slip ratio of the wheel ｛= (the peripheral speed of the wheel−the speed of the vehicle) / the peripheral speed of the wheel｝ is maintained in the vicinity of the region where the coefficient of friction acting on the contact portion between the wheel and the road surface is at its peak. Therefore, the stability of the vehicle is ensured.
[0008]
Conventionally, in order to constitute such a vehicle stabilizing device, an encoder is provided on a rotating wheel of a rolling bearing unit for supporting a wheel, and a speed sensor is provided on a suspension device side such as a stationary wheel or a knuckle. The rotation speed of the wheel can be detected. Further, an acceleration sensor is provided in a part of the vehicle body so that the acceleration (deceleration) of the vehicle body can be detected. Further, since it is difficult to directly calculate the traveling speed of the vehicle, for example, the maximum value of the detected rotational speeds of the wheels and the speed obtained by performing arithmetic processing on the detected acceleration of the vehicle body, Each of them adopts a method of estimating the traveling speed of the vehicle.
[0009]
By the way, as described above, in a vehicle stabilizing device such as ABS, TCS, VSC, etc., since the estimated value is used as the traveling speed of the vehicle, which is one of the control information, the control may be somewhat inaccurate. There is. On the other hand, it is necessary to measure the torque applied to the wheels during braking for the purpose of further improving the ABS operating state, shortening the braking distance, and performing control for stabilizing the posture during braking with higher accuracy. For example, it is described in Patent Literature 1 or the like and is conventionally known. If the torque applied to the wheels is used as control information in this way, it is considered that not only ABS but also control by various vehicle stabilizing devices such as TCS and VSC can be performed with higher accuracy.
[0010]
[Patent Document 1]
JP-A-9-315282
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described related art, the torque sensor is assembled to a portion other than the wheel rolling bearing unit, such as a drive shaft. For this reason, it may not always be possible to accurately measure the torque applied to the wheels during braking. That is, the torque applied to the wheel is directly transmitted to the wheel rolling bearing unit. Therefore, if a torque sensor for measuring this torque is provided in a portion other than the wheel rolling bearing unit, such as a drive shaft connecting the hub and the output portion of the differential gear, disturbance will occur in the measured value of the torque sensor. There is a possibility that the torque to be measured cannot be measured accurately.
[0012]
As the road surface reaction force applied to the wheels, in addition to the torque, an axial load, a moment load, and the like can be effectively used as control information for controlling the vehicle. However, as in the case described above, if a load sensor for measuring an axial load, a moment load, and the like is provided in a portion different from the wheel rolling bearing unit, it is difficult to perform accurate measurement.
The wheel support device of the present invention has been devised in view of the above-described circumstances to realize a structure that can accurately measure a road surface reaction force applied to a wheel.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The wheel support device of the present invention includes a knuckle that constitutes a suspension device, an outer ring, a hub, and a plurality of rolling elements.
The outer ring has a double-row outer ring raceway on the inner peripheral surface and a coupling flange on the outer peripheral surface, and does not rotate with the coupling flange fixed to the knuckle during use.
In addition, the hub has a mounting flange for connecting and fixing the wheel to a portion near the outer end of the outer peripheral surface, and also has a double row of inner ring tracks at the intermediate portion to the inner end, and rotates together with the wheel at the time of use. I do.
In addition, a plurality of rolling elements are provided between the outer raceway and the inner raceway so as to be freely rolled.
In particular, in the wheel support device of the present invention, a load sensor capable of measuring a force acting between the coupling flange and the knuckle during use is sandwiched between the coupling flange and the knuckle.
[0014]
[Action]
As described above, in the case of the wheel support device of the present invention, the load sensor used to measure the road surface reaction force applied to the wheel includes a coupling flange provided on the outer peripheral surface of the outer ring, and a knuckle constituting the suspension device. Sandwiched between. During use, the road surface reaction force applied to the wheel is directly transmitted to the wheel rolling bearing including the outer ring. Therefore, the influence of disturbance can be suppressed and the road surface reaction force to be measured can be accurately measured. As a result, vehicle control by various devices such as ABS, TCS, and VSC can be performed with higher accuracy.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
1 to 4 show a first example of an embodiment of the present invention. The feature of the present embodiment lies in that the installation positions of the load sensors 25, 25 used for measuring the road surface reaction force applied to the wheels are devised. Since the structure and operation of the other parts are the same as those of the conventional structure shown in FIG. 15, the overlapping illustration and description will be omitted or simplified, and the following description will focus on the characteristic parts of this example.
[0016]
A plurality of load sensors 25 are provided between the inner surface of the coupling flange 12 formed on the outer peripheral surface of the outer ring 6 and the outer surface of the knuckle 3 constituting the suspension device. Each of these load sensors 25 includes an elastic member 26 and four strain gauges 27a to 27d as shown in detail in FIG. The elastic member 26 is made of a metal material having substantially the same linear expansion coefficient as that of the outer ring 6 and the knuckle 3, and has a short cylindrical shape as a whole. The strain gauges 27a to 27d are attached to the outer peripheral surface of the elastic member 26 at four equally-spaced circumferential positions with an adhesive or the like. The direction of the central axis of each of the strain gauges 27a to 27d in the state of being attached in this manner is aligned with the axial direction or the circumferential direction of the elastic member 26, and the strain gauges adjacent to each other in the circumferential direction. The directions are different between 27a to 27d.
[0017]
The elastic member 26 constituting each of the load sensors 25, 25 as described above is an intermediate portion of the rod portion 28 of the bolt 7 for coupling the coupling flange 12 and the knuckle 3 (the outer peripheral surface is a cylindrical surface). In the state where the bolts 7 are externally fitted to each other, the bolts 7 are elastically (with a preload applied) sandwiched between the inner surface of the coupling flange 12 and the outer surface of the knuckle 3 based on the tightening force of the bolts 7. ing. As a result, the road surface reaction force applied to the wheel is transmitted to the wheel rolling bearing unit 5, and when a force is applied between the coupling flange 12 and the knuckle 3, each of the above-described respective components is used in an amount corresponding to the force. The elastic member 26 is efficiently elastically deformed.
[0018]
In the case of this example, as described above, each of the elastic members 26 is externally fitted to the intermediate portion of the rod portion 28 of each of the bolts 7 so that the elastic members 26 are largely displaced in the radial direction during use. It prevents movement. Then, in order to realize such a preventive measure, the inner peripheral surface of the elastic member 26 and the outer peripheral surface of the intermediate portion of the rod portion 28 are subjected to finish processing, so that a gap generated between these two peripheral surfaces is formed. I try to be small. In the case of the present example, at least a portion of the inner side surface of the coupling flange 12 and the outer side surface of the knuckle 3 that comes into contact with the side surface of each of the elastic members 26 is subjected to a finishing process such as polishing, and these finishing processes are performed. The force is efficiently transmitted to each of the elastic members 26 from both surfaces on which the above-mentioned is applied.
[0019]
Further, in a state where each elastic member 26 is sandwiched between the inner side surface of the coupling flange 12 and the outer side surface of the knuckle 3 as described above, a bridge as shown in FIG. Make up the circuit. Then, based on the measurement values of the voltmeter 29 constituting the bridge circuit, and the like can detect the force F z in the compression direction acting between the coupling flange 12 and the knuckle 3. In the case of this example, since a preload is applied to each of the elastic members 26, when a force acts between the coupling flange 12 and the knuckle 3 as described above, the measured value of the voltmeter 29 is used. Changes immediately. In other words, the responsiveness of the voltmeter 29 can be improved. For this reason, the measurement of the force Fz in the compression direction can be performed accurately. In the case of the present example, the value measured in the state where only the preload is applied to the elastic members 26 by a reset switch or the like is used as the measurement value of the voltmeter 29 when the detection is performed. Set to the reference value. Furthermore, by comparing the force F z between the compression direction detected at the each load sensors 25, 25 each other in the manner can detect the magnitude and direction of the road surface reaction force that is applied to the wheel.
[0020]
Further, in the case of this example, such detection of the road surface reaction force is performed based on the calculation by the controller. For this reason, in the case of the present example, a signal representing the detection value of each of the load sensors 25, 25 is transmitted to the controller. As the transmission means in this case, besides using a cable such as a cable, it is also possible to use wireless communication using radio waves or electromagnetic coupling. When wireless communication is used, a signal representing a detection value of each of the load sensors 25, 25 is provided with ID data representing a wheel supporting device to which each of the load sensors 25, 25 is attached, and each of the load sensors 25, 25. , 25 representing ID data. Thereby, the controller can distinguish which load sensor 25 is the detected value.
[0021]
As described above, in the case of the wheel supporting device of the present embodiment, the load sensors 25, 25 used for measuring the road surface reaction force applied to the wheels are connected to the coupling flange 12 provided on the outer peripheral surface of the outer ring 6, and the suspension device. And the knuckle 3 which constitutes the same. During use, the road surface reaction force applied to the wheels is directly transmitted to the wheel rolling bearing unit 5 including the outer ring 6 among them. Further, the road surface reaction force is transmitted to the coupling flange 12 via the hub 8 and the balls 18, with almost no loss. Therefore, the influence of disturbance can be suppressed and the road surface reaction force to be measured can be accurately measured. As a result, vehicle control by various devices such as ABS, TCS, and VSC can be performed with higher accuracy.
[0022]
When the first example is implemented, as shown in FIG. 5, both ends of the elastic member 26 constituting the load sensor 25 are connected to each other by the inner surface of the coupling flange 12 and the outer surface of the knuckle 3. The elastic member 26 can be prevented from shifting in the radial direction by being fitted into the concave portions 30a and 30b formed in the matching portions without looseness. However, even if the concave portions 30a (30b) are provided only on one of the inner side surface of the coupling flange 12 and the outer side surface of the knuckle 3, the displacement can be prevented.
[0023]
As shown in FIG. 6, locking grooves 34a and 34b are formed over the entire circumference at portions where the outer peripheral edge of the inner surface of the coupling flange 12 and the outer surface of the knuckle 3 are aligned with each other. If the O-ring 31 is compressed and sandwiched between the bottom surfaces of the two engagement grooves 34a and 34b, the O-ring 31 is located between the inner side surface and the outer side surface in the gap where the load sensor 25 is installed. Foreign matter such as muddy water can be prevented from entering through the opening on the radial side. As a result, it is possible to prevent the load sensor 25 from being exposed to the foreign matter, and to prevent disturbance from entering the detection value of the load sensor 25. In order to prevent disturbance from entering the detected value, it is preferable to coat the strain gauges 27a to 27d and the lead wires constituting the load sensor 25 with a coating material such as silicon or resin. Incidentally, such a sealing structure and a structure for coating with a coating agent can be applied to the second and third examples described later.
[0024]
When the first example is implemented, the load sensor shown in FIG. 7 or the one shown in FIG. 9 may be used instead of the load sensor shown in FIG. In the load sensor 25a shown in FIG. 7, two strain gauges 27e to 27m are superposed at four equally spaced circumferential positions on the outer peripheral surface of the elastic member 26 so as to cross each other. Is attached. Then, a bridge circuit as shown in FIG. 8 is configured for each of the two strain gauges 27e and 27f (27g and 27h, 27i and 27j, 27k and 27m) attached to the same location, and each of these bridge circuits is configured. based on the measured value of the voltmeter 29, and the like can detect the force F z in the compression direction are applied to the impregnated locations. Then, for each respective impregnated points, further, a plurality of compression direction detected for each load sensors 25a the force F z between by comparing with each other, in such can detect the road surface reaction force that is applied to the wheel. The load sensor 25a can be used in the same manner as the load sensor 25 shown in FIG. 3 if the strain gauges 27e, 27h, 27i, and 27m form a bridge circuit as shown in FIG. Can be.
[0025]
Further, as shown in FIG. 10, the load sensor 25b shown in FIG. 9 includes a pair of piezoelectric elements 32a and 32b, each of which has a ring shape, in which the directions of the detected forces F y and F z are different from each other by 90 degrees. As shown in FIG. 9, a short cylindrical elastic member 26a is embedded by applying a preload to the inside thereof. Among the piezoelectric elements 32a, 32b, one piezoelectric element 32a is a force F y shear direction, the other piezoelectric element 32b and the force F z in the compression direction, respectively detected. By comparing the forces F y and F z in each direction detected for each of the plurality of load sensors 25b with each other, a road surface reaction force applied to the wheel can be detected.
[0026]
Next, FIGS. 11 to 12 show a second example of the embodiment of the present invention. In the case of this example, a plurality of loads are applied between the inner surface of the coupling flange 12 and a portion radially inward of the screw hole 33 for screwing the bolt 7 and the outer surface of the knuckle 3. The sensors 25c, 25c are compressed and held in a state where they are arranged at equal intervals in the circumferential direction. Also in the case of the present embodiment, for example, those having a structure as shown in FIG. 3 or FIGS. 7 and 9 described above can be used as each of the load sensors 25c. Also in the case of this example, the axial ends of the load sensors 25c, 25c are formed on at least one end of the inner surface of the coupling flange 12 and the outer surface of the knuckle 3 (not shown). It is preferable to prevent the load sensors 25c, 25c from shifting in the radial direction by inserting the load sensors 25c without rattling. The configuration and operation of the other parts are the same as in the case of the above-described first example.
[0027]
Next, FIGS. 13 and 14 show a third example of the embodiment of the present invention. Whereas the first and second examples described above use a plurality of load sensors, this example uses one load sensor 25d. That is, the inner surface of the coupling flange 12 and the outer surface of the knuckle 3 are fitted in a state where the load sensor 25d formed in an annular shape is externally fitted to an intermediate portion of the outer ring 6 at a portion adjacent to the coupling flange 12 in the axial direction. And compressed between them. Also in the case of the present example, for example, the load sensor 25d having a structure as shown in FIGS. 3, 7, and 9 can be used. Further, in the case of the present example, the displacement of the load sensor 25d in the radial direction is prevented by fitting the load sensor 25d to the intermediate portion of the outer ring 6 as described above. In order to realize such a preventive measure, the inner peripheral surface of the load sensor 25d and the outer peripheral surface of the intermediate portion of the outer ring 6 are subjected to finish processing, so that a gap generated between these two peripheral surfaces becomes small. I am doing it. The configuration and operation of the other parts are the same as in the case of the first example described above.
[0028]
Although not shown, in each of the above-described embodiments, a temperature sensor such as a thermistor and a thermocouple is installed in proximity to the load sensor, and the measured value of the load sensor is determined based on the measured value of the temperature sensor. Can also be corrected. The detection signal of this temperature sensor is also transmitted to a controller constituting the vehicle stabilization device by wire or wireless communication.
[0029]
In practicing the present invention, the position, size, and number of load sensors provided between the inner surface of the coupling flange and the outer surface of the knuckle, and the type and structure of the load sensors are not particularly limited. As the load sensor, a sensor incorporating a strain gauge or a piezoelectric element, or using the piezoelectric element itself, or a conventionally known mechanical quantity sensor material described in, for example, JP-A-2001-242019. It is also possible to use a sensor or the like constituted by using the above.
[0030]
In each of the above-described embodiments, the case where the rolling bearing unit for wheels is used for driving wheels (the front wheels of FF vehicles, the rear wheels of FR vehicles and RR vehicles, and all the wheels of 4WD vehicles) is shown. The present invention can be implemented even when the rolling bearing unit for a wheel is used for a driven wheel (a rear wheel of an FF vehicle, a front wheel of an FR vehicle and an RR vehicle).
[0031]
【The invention's effect】
Since the wheel supporting device of the present invention is configured and operates as described above, it is possible to accurately obtain a signal used for controlling various devices for stabilizing the posture of the vehicle such as ABS, TCS, and VSC. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a half sectional view showing a first example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view taken from the right side of FIG. 1 and shows only an outer ring and a load sensor.
FIG. 3 is an enlarged perspective view showing a load sensor.
FIG. 4 is a diagram showing a bridge circuit formed by using a strain gauge forming a load sensor.
FIG. 5 is a view corresponding to a part A of FIG. 1 and showing another example of the structure of the assembly part of the load sensor.
FIG. 6 is a view corresponding to an A section in FIG. 1 showing a structure in which an O-ring is assembled to an assembly section of the load sensor.
FIG. 7 is an enlarged perspective view showing a load sensor.
FIG. 8 is a diagram showing a bridge circuit formed using a strain gauge forming a load sensor.
FIG. 9 is an enlarged perspective view showing a load sensor.
FIG. 10 is an exploded perspective view showing elements constituting the load sensor.
FIG. 11 is a half sectional view showing a second example of the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a view taken out from the right side of FIG. 11 and shows only the outer ring and the load sensor.
FIG. 13 is a half sectional view showing a third example of the embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a view taken out from the right side of FIG. 13 and shows only the outer ring and the load sensor.
FIG. 15 is a sectional view showing an assembled state of a conventional wheel supporting device.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 wheel 2 rotor 3 knuckle 4 support hole 5 wheel rolling bearing unit 6 outer ring 7 bolt 8 hub 9 stud 10 nut 11a, 11b outer ring raceway 12 coupling flange 13 hub body 14 inner ring 15 mounting flange 16a, 16b inner ring raceway 17 small diameter step 18 Ball 19 Cage 20 Caulking 21a, 21b Seal Ring 22 Spline Hole 23 Constant Velocity Joint 24 Spline Shaft 25, 25a-25d Load Sensor 26, 26a Elastic Member 27a-27m Strain Gauge 28 Rod 29 Voltmeter 30a, 30b Recess 31 O-ring 32a, 32b Piezoelectric element 33 Screw hole 34a, 34b Lock groove
