JP2004517337A - 特に自動車のホイール軸受けに配置された、物理的な測定量を検出するための装置 - Google Patents

Abstract

自動車のホイール軸受けに配置された、物理的な測定量、特に力、トルク、応力および／または加速度を検出するための装置が提案される。この装置は、ラジアル軸受け（１４，１５）と、該ラジアル軸受け（１４，１５）に結合された回転可能な構成部分（１３，２４）と、センシング装置（３０）とを有しており、該センシング装置（３０）を用いて、前記回転可能な構成部分（１３，２４）から前記ラジアル軸受け（１４，１５）へ伝達可能な少なくとも１つの物理的な測定量が検出可能であり、さらに前記装置は、前記ラジアル軸受け（１４，１５）に結合された別の装置（１６）を有しており、該別の装置（１６）によって、前記回転可能な構成部分（１３，２４）の回転速度に影響が与えられるようになっている。さらに、前記回転可能な構成部分（１３，２４）の回転速度が、前記別の装置（１６）により生ぜしめられた力により影響を与えられると、該力の少なくとも一部の、前記別の装置（１６）から前記センシング装置（３０）への直接的な伝達が少なくともほぼ遮断されるように前記センシング装置（３０）と前記別の装置（１６）とが、前記ラジアル軸受け（１４，１５）に互いに相対的に配置されている。特にこれによって、センシング装置により検出された物理的な測定量が少なくともほぼ直接に、前記回転可能な構成部分（１３，２４）によってのみ生ぜしめられることが達成される。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、自動車のホイール軸受けに配置された、物理的な測定量、特に力、トルク、機械的な応力および／または加速度を検出するための装置に関する。
【０００２】
背景技術
自動車技術においては、路面から自動車へタイヤもしくはホイール軸受けを介して伝達される自動車の運動状態、たとえば力、トルク、応力または加速度を、できるだけ完全にかつ直接にホイール軸受けで検出することがますます重要となりつつある。
【０００３】
このためには、未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１００４１０９８．７号明細書において、転がり軸受けにセンサを配置することが提案されている。このセンサを用いて、転がり軸受けに案内された回転可能な構成部分の運動時に、転がり軸受けへ伝達される測定量、特に力またはトルクの検出が行われる。特に上記ドイツ連邦共和国特許出願明細書では、転がり軸受けに抵抗線歪みゲージを組み込むことが提案されている。これらの抵抗線歪みゲージを用いて、転がり軸受けの軸受けシェルがさらされている機械的な応力を、やはり転がり軸受けに組み込まれた電子構成素子と協働して検出することができる。抵抗線歪みゲージはこの場合、とりわけ転がり軸受けの外側の軸受けシェルの範囲と、部分的には軸受けフランジの範囲または転がり軸受けの位置固定の軸受け部分を固定するための固定部の、力を案内する部分の範囲にも配置されている。抵抗線歪みゲージは、たとえば互いに接続されて測定ブリッジまたは分圧回路を形成している。さらに、ドイツ連邦共和国特許出願第１００４１０９８．７号明細書に基づき、抵抗線歪みゲージと共に、または抵抗線歪みゲージに対して択一的に、ピエゾ抵抗形の層抵抗を使用することが知られている。
【０００４】
さらに、未公開のドイツ連邦共和国特許出願第１００４１０９３．６号明細書では、同じく転がり軸受けにセンサを配置することが提案されている。このセンサを用いて、転がり軸受けの定位置の軸受けシェルに作用する伸長力が検出可能となる。この場合、使用されるセンサ素子は、たとえば複数の歪みゲージ抵抗であり、これらの歪みゲージ抵抗は互いに接続されて歪みゲージ抵抗測定ブリッジ回路を形成している。
【０００５】
したがって、上記各ドイツ連邦共和国特許出願明細書に基づき知られているセンサ素子によって、転がり軸受けに作用する力、トルクもしくは伸長または圧縮を検出することが原理的に知られている。
【０００６】
組み込まれたセンシング装置を備えた公知の転がり軸受けにおいて不都合となるのは、自動車のブレーキ装置を経由する二次力伝達経路が常に存在していることである。これにより、ブレーキ過程時では、路面から車両へ伝達される力は、ホイール軸受けに生じかつホイール軸受けで測定される力とはもはや一致しなくなる。特に、ブレーキ装置を経由したこのような望ましくない二次力伝達経路により、自動車のタイヤもしくはリムを起点とした力の一部しかホイール軸受けへ伝達されなくなり、その他の部分はブレーキ装置へ伝達されてしまうようになる。これにより、ホイール軸受けに組み込まれたセンサ装置により検出された測定量は、特に同時にブレーキが操作された場合には、実際に車両のタイヤに作用した力に関して、制限された説得力しか有しなくなる。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５３７８０８号明細書に基づき、転がり軸受けと、この転がり軸受けに結合された、ホイールリムおよびブレーキディスクを固定するためのホイールフランジとを備えた、自動車に用いられるホイール支承装置が公知である。この場合、このホイール支承装置は、ブレーキディスクの単純でしかも浮動式の構成を可能にすると同時に、ブレーキディスクの十分な通気を常に保証するように形成されている。特に上記ドイツ連邦共和国特許出願公開明細書では、ホイールフランジに、軸方向で互いに平行にずらされた２つの範囲を設けることが提案されている。両範囲は周方向で見て交互に配置されていて、それぞれブレーキディスクまたはホイールリムのための固定手段を有している。
【０００８】
本発明の課題は、回転可能な構成部分、たとえば自動車のタイヤを起点としてラジアル軸受け、たとえば自動車のホイール軸受けへ伝達される物理的な測定量をできるだけ精密に測定することであり、この場合、測定量としては、特に伝達された力、伝達された機械的な応力、トルクおよび／または加速度が重要となる。さらに、本発明の課題は、この測定をブレーキ操作の影響を受けずに可能にし、ひいては回転可能な構成部分を起点とした全測定量に関する信頼性の良い説得力のある情報を常に得ることである。
【０００９】
発明の利点
物理的な測定量を検出するための本発明による装置には、公知先行技術に比べて次のような利点がある。すなわち、この測定量を実際に検出するためのセンシング装置と、回転可能な構成部分の回転速度に影響を与えるための別の装置とのこのような互いに相対的な配置関係に基づき、回転可能な構成部分から別の装置への二次力伝達経路が阻止されるので、回転可能な構成部分は、その都度測定したい物理的な測定量を少なくともほぼラジアル軸受けにしか伝達しなくなり、次いで、このラジアル軸受けにおいて物理的な測定量は連続的にまたは必要に応じて、前記別の装置とは無関係に、たとえばブレーキ装置の操作状態とは無関係に、検出され得るようになる。
【００１０】
これにより、たとえば力および／またはトルクが、検出された物理的な測定量として、少なくともほぼ直接にかつ前記回転可能な構成部分によってしか生ぜしめられなくなることが保証されている。
【００１１】
本発明の有利な構成は請求項２以下に記載の手段から得られる。
【００１２】
ラジアル軸受けが回転可能な軸受けシェルを有していて、この回転可能な軸受けシェルの端面にセンシング装置が結合されていて、側面に前記別の装置が結合されていると特に有利である。その場合、さらに前記回転可能な構成部分が回転可能な軸受けシェルの端面に結合されている場合には、たとえば前記回転可能な構成部分を起点とした力が直接に少なくともほぼ、回転可能な軸受けシェルの端面の範囲にしか作用しなくなり、そしてこの力は、この範囲に設けられたセンシング装置により検出される。それに対して、前記回転可能な構成部分の回転速度に影響を与えるための前記別の装置は、回転可能な軸受けシェルの側面にしか結合されておらず、これによってこの場所では軸受けシェルに加えられた力が、少なくともほとんど直接にセンシング装置を備えた端面には作用し得なくなる。
【００１３】
特にこのような配置形式に基づき、前記別の装置を起点とした力はまず前記回転可能な構成部分に作用し、前記センシング装置の範囲へは作用しなくなり、それに対して、前記回転可能な構成部分を起点とした力はまず前記センシング装置の範囲に作用することが達成される。すなわち、前記回転可能な構成部分の回転速度が、前記別の装置により生ぜしめられた力により影響を与えられた場合に、この力の一部の、前記別の装置から前記センシング装置への直接的な伝達が少なくともほぼ完全に遮断される。
【００１４】
回転可能な軸受けシェルがポット形またはボックス形に形成されていて、たとえばブレーキディスクの形の前記別の装置が、このポット形またはボックス形の軸受けシェルの側面を取り囲んでいるか、もしくはこの側面で軸受けシェルに結合されていると特に有利である。
【００１５】
前記回転可能な構成部分から前記ラジアル軸受けへ伝達された物理的な測定量を検出するためには、公知先行技術に基づき公知であるような抵抗線歪みゲージおよび／または歪みゲージ抵抗測定ブリッジ回路のような特に伸縮もしくは歪みみに敏感なセンサが適している。その場合、これらの歪みみに敏感なセンサは、回転可能な軸受けシェルの端面の範囲に配置されていると有利である。
【００１６】
センシング装置により検出された物理的な測定量の簡単な処理および後処理に関しては、前記センシング装置が、既に回転可能な軸受けシェルの端面の範囲に、この範囲に配置されたか、または軸受けシェルに組み込まれた処理ユニットを有しており、該処理ユニットを用いて、まず検出された物理的な測定量が増幅され、かつ特に有利には回転可能な軸受けシェルの回転座標系から位置固定の、特に車両固定の固定座標系へ伝送され得るようになっていると有利である。
【００１７】
この場合、検出もしくは処理された物理的な測定量の、センシング装置から車両への伝送は、自体公知のスリップリングを介して行われるか、または特に有利には無接触式もしくは遠隔測定式に行われる。
【００１８】
実施例
図１は、公知先行技術による自動車における力伝達経路を説明するためのチャートである。この場合、路面１０から自動車のタイヤに作用する力もしくは加速度は、まず路面１０からタイヤ踏み面であるタイヤトレッド部１１へ伝達され、このタイヤトレッド部１１からタイヤサイドウオール１２へ伝達され、さらにタイヤサイドウオール１２からリム１３にまで伝達される。リム１３はこの場合、一方では回転するホイール軸受け部分１４もしくは回転可能な軸受けシェル１４に結合されているが、しかし他方ではリム１３から自動車のブレーキ装置のブレーキディスク１６への二次力伝達経路も存在しているので、リム１３からは、このリム１３に作用する全ての力が、ホイール軸受けの回転可能なホイール軸受け部分もしくは回転可能な軸受けシェル１４へ伝達されるわけではない。
【００１９】
図１からさらに判るように、ホイール軸受け部分１４に作用する力は、次いでこのホイール軸受け部分１４から、まず位置固定のホイール軸受け部分１５へ伝達され、かつこの位置固定のホイール軸受け部分１５からホイール支持体１８へ伝達される。それと同時に、リム１３からブレーキディスク１６へ伝達された力の一部は、ブレーキディスク１６からブレーキキャリパ１７へ伝達され、そしてこのブレーキキャリパ１７からやはりホイール支持体１８へ伝達される。ホイール支持体１８に作用した力は、次いでこのホイール支持体１８から一方では横方向のコントロールアームもしくは長手方向のトレーリングアーム１９と、ばね装置２１と、タイロッド２２と、スタビライザ２３とへ伝達され、そして最終的には車両ボディ２０へ伝達される。
【００２０】
本発明の重要な部分は、図１に示した力伝達経路を変えることである。この場合、リム１３からブレーキディスク１６への二次力伝達経路が少なくとも十分に遮断され、これにより、リム１３に作用する力もしくは加速度の少なくともほぼ全てが、回転するホイール軸受け部分１４へ伝達され、そしてこの回転するホイール軸受け部分１４で測定可能となる。このことを以下に、図２につき詳しく説明する。図２に示した力伝達経路は、リム１３からブレーキディスク１６への直接的な力伝達もしくは直接的な力伝達経路が遮断されている点でのみ、図１に示した力伝達経路とは異なっている。すなわち、図２に示した力伝達経路では、リム１３を起点とした力、トルクまたは機械的な応力が、まずは回転するホイール軸受け部分１４へ完全に伝達され、そして位置固定のホイール軸受け部分１５もしくはブレーキディスク１６へはその後でしか伝達されない。
【００２１】
次に、図３につき本発明の１実施例を詳しく説明する。図３には、自動車のタイヤ２４が示されている。このタイヤ２４はリム１３に装着されている。このリム１３は複数のねじ２５を用いて、ラジアル軸受け、たとえば転がり軸受けの回転可能な軸受けシェル１４に結合されている。この回転可能な軸受けシェル１４は具体的な事例では、自動車のホイール軸受けの一部を形成している。
【００２２】
回転可能な軸受けシェル１４は、図示の実施例では少なくともほぼポット形またはボックス形に形成されており、この場合、リム１３はポット形またはボックス形の回転可能な軸受けシェル１４の端面２６で、ねじ２５によってこの軸受けシェル１４とねじ締結されている。それに対して、ブレーキディスク１６はポット形またはボックス形の回転可能な軸受けシェル１４の側面２７、つまり外周面とねじ締結されている。さらに図３に示したように、ラジアル軸受けの位置固定のホイール軸受け部分１５は車軸に結合されている。
【００２３】
念のため付言しておくと、回転可能な軸受けシェル１４の具体的な形については種々様々な構成が考えられ、またブレーキディスク１６の代わりに駆動装置が設けられていてもよい。
【００２４】
回転可能な軸受けシェル１４は、ブレーキディスク１６が信頼性良くかつ簡単にこの軸受けシェル１４と、たとえばねじ締結により結合可能となるように形成されていると有利である。このためには、図４に示したように、ブレーキディスク１６が複数のねじ２９を用いて、回転可能な軸受けシェル１４の側面２７に結合されている。さらに図４に示したように、リム１３と、回転可能な軸受けシェル１４の端面２６との結合は、たとえば軸受けシェル１４に加工成形された複数の孔２８を介して行われる。
【００２５】
ようするに、図３もしくは図４に示した構成では、回転可能な軸受けシェル１４が第１近似でボックスに近似しており、そしてこのボックスに、まずブレーキディスク１６が、次いでホイールリム１３がそれぞれ被せられて、このボックスに結合されている。
【００２６】
図３もしくは図４に示したように、ブレーキディスク１６はボックス形の回転可能な軸受けシェル１４の円筒状の側面２７としか結合されていないので、ブレーキディスク１６を起点とした力または機械的な応力は、回転可能な軸受けシェル１４の端面２６の応力状態の変化を少なくともほとんど生ぜしめないので、端面２６は一時的な制動モーメントもしくはブレーキ装置を起点とした力の影響をほとんど受けないままとなる。したがって、リム１３は、回転可能な軸受けシェル１４の、弾性的な応力状態がブレーキの操作の影響を受けないような範囲もしくは目下ブレーキディスク１６からホイール軸受けに加えられている力の影響を受けないような範囲によってのみ受け止められるようになる。したがって、リム１３とブレーキディスク１６との間の直接的な力伝達は遮断されている。
【００２７】
この場合では、回転可能な軸受けシェル１４の端面２６の範囲で生じる機械的な応力もしくは力またはトルクは、直接にリム１３からホイール軸受けもしくは回転可能な軸受けシェル１４へ伝達されるような大きさしか有しておらず、したがって、たとえば汎用の抵抗線歪みゲージ３０を用いて、端面２６の範囲で常に信頼性良くかつ完全に検出され得る。
【００２８】
また、抵抗線歪みゲージ３０の他に、歪みゲージ抵抗測定ブリッジ回路（Ｄｅｈｎｕｎｇｓｍｅｓｓｗｉｄｅｒｓｔａｎｄｓｍｅｓｓｂｒｕｅｃｋｅｎｓｃｈａｌｔｕｎｇ）が端面２６の範囲に設けられていてもよい。この場合、本発明の有利な構成では、この場所にさらに、図３および図４に図示していない処理ユニットも配置されているか、もしくは組み込まれている。この処理ユニットを用いて、端面２６に配置されたセンシング装置、つまり具体的な事例では抵抗線歪みゲージ３０により検出されたそれぞれの物理的な測定量が一方では増幅され、かつそれと同時に他方では、回転可能な軸受けシェル１４の回転する回転座標系から、位置固定の、特に車両固定の固定座標系へ伝送されると特に有利である。
【００２９】
抵抗線歪みゲージ３０の具体的な構成に関しては、たとえばドイツ連邦共和国特許出願第１００４１０９３．６号明細書またはドイツ連邦共和国特許出願第１００４１０９８．７号明細書に、このような抵抗線歪みゲージの配置、構造および機能が詳しく説明されている。
【００３０】
図４に示した回転可能な軸受けシェル１４の断面図からさらに判るように、回転可能な軸受けシェル１４の端面２６の表面には、複数の抵抗線歪みゲージ３０が配置されており、これらの抵抗線歪みゲージ３０を用いて、リム１３からこの端面２６へ伝達された機械的な応力、力、トルクまたは加速度が検出可能となる。
【００３１】
さらに、抵抗線歪みゲージ３０もしくは処理ユニットは、同じく図示されていない伝送構成部分、たとえばスリップリングに、常時電気的に接続されているので、この伝送構成部分を介して、抵抗線歪みゲージ３０により検出された物理的な測定量または抵抗線歪みゲージ３０により処理ユニットに供給されかつこの処理ユニットで処理された物理的な測定量が、位置固定の処理ユニット、特に車両固定の処理ユニットに供給可能となる。
【００３２】
これに関連して、本発明の特に有利な構成では、抵抗線歪みゲージ３０により検出された物理的な測定量が、場合によっては処理の後に、車両固定の処理ユニットのスリップリングの代わりに非接触式にもしくは遠隔測定式（ｔｅｌｅｍｅｔｒｉｓｃｈ）に伝送されるようになっている。
【００３３】
検出された物理的な測定量を、回転可能な軸受けシェル１４の回転座標系から車両固定の固定座標系へ換算するためには、回転可能な軸受けシェル１４にマイクロコントローラ（図示しない）が組み込まれていると有利である。
【００３４】
回転座標系から車両固定の固定座標系への換算が既に回転可能な軸受けシェル１４で行われることにより、回転可能な軸受けシェル１４の端面２６に設けられたセンシング装置によって、その都度の物理的な測定量がいつ、もしくはどこで検出されたのかを知るための時間および正確な角度位置の検出を不要にすることができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
公知先行技術による、自動車における路面からシャーシもしくはボディへの原理的な力伝達経路を示す概略図である。
【図２】
前記力伝達経路が本発明により改良された形を示す概略図である。
【図３】
ホイール軸受けと、このホイール軸受けに取り付けられたブレーキディスクとを備えた自動車のタイヤを概略的に示す原理図である。
【図４】
ホイール軸受けの回転可能な軸受けシェルと、この軸受けシェルに結合されたブレーキディスクと、この軸受けシェルに端面側で装着されたセンシング装置とを概略的に示す原理的断面図である。

Claims (13)

1. 自動車のホイール軸受けに配置された、物理的な測定量、特に力、応力、トルクおよび／または加速度を検出するための装置であって、ラジアル軸受けと、該ラジアル軸受けに結合された回転可能な構成部分と、センシング装置とが設けられており、該センシング装置を用いて、前記回転可能な構成部分から前記ラジアル軸受けへ伝達可能な少なくとも１つの物理的な測定量が検出可能であり、さらに前記ラジアル軸受けに結合された別の装置が設けられており、該別の装置によって、前記回転可能な構成部分の回転速度に影響が与えられるようになっている形式のものにおいて、前記回転可能な構成部分（１３，２４）の回転速度が、前記別の装置により生ぜしめられた力により影響を与えられると、該力の少なくとも一部の、前記別の装置から前記センシング装置への直接的な伝達が少なくともほぼ遮断されるように前記センシング装置と前記別の装置とが、前記ラジアル軸受け（１４，１５）に互いに相対的に配置されていることを特徴とする、特に自動車のホイール軸受けに配置された、物理的な測定量を検出するための装置。
2. 前記回転可能な構成部分（１３，２４）の回転速度が、前記別の装置により生ぜしめられた力により影響を与えられた場合でも、前記センシング装置により検出される物理的な測定量が少なくともほぼ直接に前記回転可能な構成部分（１３，２４）によってしか生ぜしめられないように前記センシング装置と前記別の装置とが前記ラジアル軸受け（１４，１５）に互いに相対的に配置されている、請求項１記載の装置。
3. 前記回転可能な構成部分（１３，２４）に結合された回転可能な軸受けシェル（１４）が設けられており、該回転可能な軸受けシェル（１４）が端面（２６）と側面（２７）とを備えていて、該端面（２６）に前記センシング装置が、該側面（２７）に前記別の装置がそれぞれ結合されている、請求項１または２記載の装置。
4. 回転可能な軸受けシェル（１４）が少なくともほぼポット形またはボックス形に形成されており、該軸受けシェル（１４）の端面（２６）がポットまたはボックスの底部を形成しており、該軸受けシェル（１４）の側面（２７）が少なくとも所定の範囲でポットまたはボックスの外周面を形成している、請求項３記載の装置。
5. 前記センシング装置が少なくともほぼ、前記回転可能な構成部分（１３，２４）から可動の軸受けシェル（１４）の端面（２６）へ直接に加えられた力、トルクおよび／または加速度のみを検出するように前記センシング装置が配置されており、そして前記別の装置が、前記回転可能な構成部分（１３，２４）の回転速度に影響を与える場合に力を直接に少なくともほぼ、可動の軸受けシェル（１４）の側面（２７）にのみ加えるように前記別の装置が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記別の装置がブレーキディスク（１６）を有しており、該ブレーキディスク（１６）が、可動の軸受けシェル（１４）の側面（２７）を取り囲んでいて、該側面（２７）と所定の範囲にわたって結合されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記センシング装置によって、回転可能な軸受けシェル（１４）の端面（２６）で、前記回転可能な構成部分（１３，２４）により生ぜしめられた機械的な応力および／または延伸または圧縮が検出可能である、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
8. 前記センシング装置が、抵抗線歪みゲージ（３０）および／または歪みゲージ抵抗測定ブリッジ回路のような歪みに敏感なセンサを有している、請求項７記載の装置。
9. 前記回転可能な構成部分（１３，２４）が、回転可能な軸受けシェル（１４）の端面（２６）と結合されていて、特にねじ締結されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
10. 前記センシング装置が、特に回転可能な軸受けシェル（１４）の端面（２６）の範囲に配置されたか、または組み込まれた処理ユニットを有しており、該処理ユニットを用いて、検出された物理的な測定量が増幅可能であり、かつ／または回転可能な軸受けシェル（１４）の回転座標系から位置固定の、特に車両固定の固定座標系へ伝送可能である、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
11. 伝送構成部分、特にスリップリングが設けられており、該伝送構成部分を用いて、前記センシング装置により検出された物理的な測定量または前記処理ユニットにより処理された物理的な測定量が、位置固定の、特に車両固定の処理ユニットに供給可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
12. 前記伝送構成部分を用いて、検出または処理された物理的な測定量が、前記センシング装置から前記処理ユニットへ無接触式に、特に遠隔測定式に、伝送可能である、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
13. 前記回転可能な構成部分（１３，２４）が、自動車のタイヤ（２４）を備えたリム（１３）であり、前記ラジアル軸受け（１４，１５）が、自動車のホイール軸受けである、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。