JP2005172077A - 車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的低コストで構成できて、車輪の支持剛性を確保でき、しかもハブ１ａと外輪４ａとの間に加わるアキシアル荷重の測定精度を確保できる構造を実現する。
【解決手段】 上記ハブ１ａの内端部に被検出リング２１を支持固定する。上記外輪４ａの内端開口部を塞いだカバー１５に支持した変位センサ１６の検出面を、上記被検出リング２１の内端面のうちの路面側部分に対向させる。この構成により、上記アキシアル荷重の作用時に上記変位センサ１６の出力を大きく変動させて、上記課題を解決する。
【選択図】 図１

Description

この発明に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、自動車の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットの改良に関し、この自動車の走行安定性確保を図る為、この転がり軸受ユニットが負荷するアキシアル荷重を測定するのに利用する。

自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更にはビークルスタビリティコントロールシステム（ＶＳＣ）等の車両用走行安定装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重の大きさを知る事が好ましい場合がある。

この様な事情に鑑みて特許文献１には、図３に示す様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置が記載されている。先ず、この従来装置の構造に就いて説明する。ハブ１の外端部（軸方向に関して外とは、自動車への組み付け状態で車体の幅方向外側を言い、各図の左側。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ２を固設している。又、上記ハブ１の中間部乃至内端部（軸方向に関して内とは、自動車への組み付け状態で車体の幅方向中央側を言い、各図の右側。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）外周面には、複列の内輪軌道３、３を形成している。

一方、上記ハブ１の周囲にこのハブ１と同心に配置された外輪４の外周面には、この外輪４を懸架装置を構成するナックル５に支持固定する為の、固定側フランジ６を固設している。又、上記外輪４の内周面には、複列の外輪軌道７、７を形成している。そして、これら各外輪軌道７、７と上記各内輪軌道３、３との間に、それぞれが転動体である複数の玉８、８を、それぞれ複数個ずつ転動自在に設ける事により、上記外輪４の内径側に上記ハブ１を回転自在に支持している。

更に、上記固定側フランジ６の内側面複数個所で、この固定側フランジ６を上記ナックル５に結合する為のボルト９を螺合する為のねじ孔１０を囲む部分には、それぞれ荷重センサ１１を添設している。上記外輪４を上記ナックル５に支持固定した状態でこれら各荷重センサ１１は、このナックル５の外側面と上記固定側フランジ６の内側面との間で挟持される。

この様な従来から知られている転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない車輪と上記ナックル５との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル５の外側面と上記固定側フランジ６の内側面とが、上記各荷重センサ１１を、軸方向両面から強く押し付け合う。従って、これら各荷重センサ１１の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル５との間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。

図３に示した従来構造の場合、ナックル５に対し外輪４を支持固定する為のボルト９と同数だけ、荷重センサ１１を設ける必要がある。この為、荷重センサ１１自体が高価である事と相まって、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。又、上記ナックル５と上記外輪４との間に上記各荷重センサ１１を設ける為、このナックル５に対する外輪４の支持剛性が低下する事が考えられる。この外輪４の支持剛性が低下した場合、安定性を中心とする自動車の走行性能が悪化する為、好ましくない。

特許文献２には、変位センサにより外輪とハブとの径方向に関する変位量を測定し、車輪支持用転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する装置に関する発明が記載されている。但し、上記特許文献２には、変位センサによりアキシアル荷重を測定する事は示唆されていないし、変位センサによりアキシアル荷重を測定する構造を実現する場合の問題点、更にはこの問題点を解決する為の手段に就いても、全く記載されていない。

特開平３−２０９０１６号公報 特開２００１−２１５７７号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、低コストで構成できて、各車輪に加わるアキシアル荷重を、制御の為に必要とされる精度を確保しつつ測定できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、外輪と、ハブと、複数個の転動体と、変位センサと、演算器とを備える。
このうちの外輪は、内周面に複列の外輪軌道を有し、懸架装置に支持された状態で回転しない。
又、上記ハブは、上記外輪の内径側にこの外輪と同心に配置されて車輪と共に回転するもので、外周面に複列の内輪軌道を有する。
又、上記各転動体は、これら各内輪軌道と上記各外輪軌道との間に、各列毎にそれぞれ複数個ずつ、転動自在に設けられている。
又、上記変位センサは、上記外輪の軸方向内端部に支持されて、上記ハブと共に回転する部分の軸方向内端面のうちで上記車輪と路面との接地面寄り部分の軸方向の変位量を測定する。
更に、上記演算器は、上記変位センサから送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪と上記ハブとの間に加わるアキシアル荷重を算出する。
尚、上記変位センサが上記ハブの軸方向変位量を測定する接地面寄り部分とは、自動車が平坦路に存在する状態で、次の範囲を言う。即ち、上記ハブの中心線を通過する鉛直線を考えて、この中心線よりも下側でこの鉛直線上位置を、接地面寄りとする。そして、この鉛直線上位置を中心として±３０度の範囲、好ましくは±１０度の範囲を、上記接地面寄り部分とする。

上述の様に構成する本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、次の様にして、車輪（タイヤ）の外周面と路面との接触部（接地面）に作用する摩擦力に基づいてハブに作用する、軸方向内側に向いたアキシアル荷重を測定する。即ち、このハブにこの様なアキシアル荷重が作用すると、複列に配置された転動体のうちの一方の列の転動体がこのアキシアル荷重を支承する結果、この一方の列の転動体及びこれら各転動体の転動面が転がり接触している外輪軌道及び内輪軌道が弾性変形する。そして、この弾性変形に伴い、上記ハブと共に回転する部分の軸方向内端面が軸方向内方に移動し、この移動量が変位センサにより検出される。この移動量は、上記アキシアル荷重が大きくなる程大きくなるので、これら移動量とアキシアル荷重との関係を予め実験若しくは計算により求めておき、その関係を演算器に入力しておけば、上記変位センサの検出信号を受け入れたこの演算器が、上記アキシアル荷重を算出する。

又、本発明の車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、上記変位センサは、上記ハブと共に回転する部分の軸方向内端面のうちで上記車輪と路面との接地面寄り部分の軸方向の変位量を測定する為、上記アキシアル荷重を正確に求められる。この理由は、上記ハブに加わるモーメント荷重が、このハブと共に回転する部分の軸方向内端面と上記変位センサの検出面との距離を近づける方向に作用し、この変位センサの検出信号の出力の変化量を大きくする為である。即ち、自動車の旋回走行に伴って上記ハブに加わるアキシアル荷重は、このハブの中心軸上に加わるのではなく、この中心軸からほぼ車輪の半径分だけ径方向外方にずれた、上記接地面の延長線上に加わる。

従って、上記ハブには、純アキシアル荷重ではなく、モーメント荷重が混在した荷重が加わる。そして、例えば旋回時に径方向外側の車輪の場合には、上記ハブの軸方向内方に向いたアキシアル荷重に混在するモーメント荷重は、このハブを、軸方向内端部を上方に、同じく外端部を下方に、それぞれ変位させる方向に加わる。この様なモーメント荷重により上記ハブと共に回転する部分の内端面の軸方向位置は、路面側（下側）部分で軸方向内方に変位する傾向になる。本発明の場合、上記変位センサを上記ハブと共に回転する部分の内端面の接地面寄り部分に対向させているので、上記アキシアル荷重が被検出面と検出面とを近づける方向に作用するのに加えて、上記モーメント荷重も、被検出面と検出面とを近づける方向に作用する。この結果、上述の様に、変位センサの検出信号の出力の変化量を大きくできて、上記アキシアル荷重測定の信頼性を確保できる。

これに対して、上記変位センサを上記ハブと共に回転する部分の内端面の反接地面寄り部分に対向させると、上記アキシアル荷重が被検出面と検出面とを近づける方向に作用するのに対して、上記モーメント荷重は被検出面と検出面とを遠ざける方向に作用する。この結果、このモーメント荷重に基づく変化が上記アキシアル荷重に基づく変化を打ち消す様に作用し、変位センサの検出信号の出力の変化量が小さくなり、上記アキシアル荷重測定の信頼性確保が難しくなる。旋回時に径方向内側の車輪の場合も同様に、変位センサを路面側に設けた場合にはアキシアル荷重に基づく変化とモーメント荷重に基づく変化と（何れの変化も被検出面と検出面とを遠ざける方向の変化）が足し合わされるが、変位センサを反接地面寄りに設けた場合には、アキシアル荷重に基づく変化からモーメント荷重に基づく変化が引かれる状態となる。従って、旋回時に内側に存在する車輪に関しても、変位センサを接地面寄り部分に設ける事により、アキシアル荷重測定の信頼性を確保できる。
上述の様に本発明によれば、比較的低コストに構成できてアキシアル荷重の測定精度を確保でき、しかも外輪の支持剛性を低下させる事のない車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実現できる。

本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、外輪の内端開口部を塞ぐカバーに非接触式の変位センサを支持する。又、ハブの内端部に被検出リングを、このハブと同心に支持固定する。そして、上記変位センサの検出面を、この被検出リングの軸方向内端面に対向させる。
この様に構成すれば、上記変位センサの支持を効率良く行なうと共に、この変位センサの出力の変化量を大きくする事が容易となり、アキシアル荷重測定の信頼性確保が、より容易になる。

図１は、本発明の実施例を示している。懸架装置に支持される外輪４ａの内径側に、車輪を結合固定するハブ１ａを支持している。このハブ１ａは、車輪を固定する為の回転側フランジ２ａをその外端部に有するハブ本体１２と、このハブ本体１２の内端部に外嵌されてナット１３により抑え付けられた内輪１４とを備える。そして、上記外輪４ａの内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ１ａの外周面に形成した複列の内輪軌道３、３との間に、それぞれが転動体である玉８、８を複数個ずつ配置して、上記外輪４ａの内径側での上記ハブ１ａの回転を自在としている。上記外輪４ａの外周面には固定側フランジ６ａを設けて、この外輪４ａをナックル等の懸架装置に支持固定自在としている。これら固定側フランジ６ａと懸架装置との間には、荷重センサ等、特に上記外輪４ａの支持剛性低下の原因となる様な物品を挟持する事はない。又、この外輪４ａの内端開口部にはカバー１５を嵌着固定して、この内端開口を塞いでいる。以上の構成は、広く実施されている従動輪用の車輪支持用転がり軸受ユニットと同様である。

特に、本実施例の場合には、上記カバー１５に非接触式の変位センサ１６を支持している。具体的には、このカバー１５を構成する底板部１７のうちの下側（路面寄り）部分に設けた取付孔１８に上記変位センサ１６の中間部乃至先端部に設けた検出部１９を挿通し、基端部に設けた取付部２０を上記底板部１７の外面に突き当てて、図示しないねじ等により上記カバー１５に対し固定している。一方、上記ハブ１ａを構成する上記内輪１４のの内端部に被検出リング２１を、このハブ１ａと同心に支持固定している。そして、上記変位センサ１６の検出面を、上記被検出リング２１の軸方向内端面に対向さている。尚、上記被検出リング２１の材質は、上記変位センサ１６の構成に応じて適宜選定する。例えばこの変位センサ１６が静電容量型のものである場合には、上記被検出リング２１を金属製としても、或は非金属製としても良い。又、上記変位センサ１６として渦電流式のものを使用する場合には、金属組織の偏析に基づくノイズを小さくする為に、アルミニウム合金や黄銅等の非鉄金属を使用する事が好ましい。上記被検出リング２１を鉄系金属により造る場合には、偏析に基づくノイズを小さくする為に、低炭素鋼を使用する事が好ましい。更には、上記変位センサ１６として何れの構造のものを使用する場合でも、ハブ１ａを構成する内輪１４の端面の変位を、直接測定する事もできる。この場合には、上記変位センサ１６の種類に応じて、上記内輪１４の端面に、メッキ等の表面処理を施して、偏析に基づくノイズの低減を図る事が好ましい。

上述の様に構成する本実施例の車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、次の様にして、車輪（タイヤ）の外周面と路面との接触部（接地面）に作用する摩擦力に基づいて上記ハブ１ａに作用する、軸方向内側に向いた（図１の右向きの）アキシアル荷重を測定する。即ち、このハブ１ａにこの様なアキシアル荷重が作用すると、複列に配置された前記各玉８、８のうちの外側（図１の左側）の列の玉８、８が、このアキシアル荷重を支承する。この結果、この外側の列の玉８、８及びこれら各玉８、８の転動面が転がり接触している、外側の外輪軌道７及び内輪軌道３が弾性変形する。そして、この弾性変形に伴い、上記ハブ１ａと共に回転する部分である、上記被検出リング２１の軸方向内端面が軸方向内方（図１の右方）に移動し、この移動量が上記変位センサ１６により検出される。この移動量は、上記アキシアル荷重が大きくなる程大きくなるので、これら移動量とアキシアル荷重との関係を予め実験若しくは計算により求めておき、その関係を図示しない演算器に入力しておけば、上記変位センサ１６の検出信号を受け入れたこの演算器が、上記アキシアル荷重を算出する。

又、本実施例の車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、上記変位センサ１６は、上記ハブ１ａの軸方向内端面のうちで上記車輪と路面との接地面寄り部分の軸方向の変位量を測定する為、上記アキシアル荷重を正確に求められる。この理由に就いて、図２を参照しつつ説明する。
自動車の旋回走行時に、上記ハブ１ａにはモーメント荷重が加わる。即ち、自動車の旋回走行に伴って車体に加わる遠心力に基づいて上記ハブ１ａと前記外輪４ａとの間には、次の様にしてアキシアル方向の荷重が加わる。先ず、車体側からこの遠心力に基づいて上記外輪４ａにアキシアル荷重が、この外輪４ａのほぼ軸方向に加わるのに対して、上記ハブ１ａに加わる反力は、上記接地面部分から加わる。従って、このハブ１ａに加わるアキシアル荷重は、このハブ１ａの中心軸上に加わるのではなく、この中心軸からほぼ車輪の半径分だけ径方向外方にずれた、上記接地面の延長線上に加わる。この結果上記ハブ１ａには、図１に矢印αで示す様なアキシアル荷重に加えて、矢印βで示す様なモーメント荷重も、合わせて加わる。

この様なアキシアル荷重とモーメント荷重とに基づいて上記ハブ１ａは、図１の右方に押されつつ反時計方向に回動する傾向となり、このハブ１ａの中心軸と上記外輪４ａの中心軸とが、僅かとは言え不一致になる。そして、上記ハブ１ａの内端部に外嵌固定した前記被検出リング２１の内端面の軸方向位置は、路面側（下側）部分で軸方向内方に変位する傾向になる。本実施例の場合、上記変位センサ２１を上記被検出リング２１の内端面の接地面寄り部分に対向させているので、上記アキシアル荷重が被検出面であるこの内端面と検出面である上記変位センサ２１の先端面（図１〜２の左端面）とを近づける方向に作用するのに加えて、上記モーメント荷重も、これら内端面と変位センサ２１の先端面とを近づける方向に作用する。この結果、この変位センサ２１の検出信号の出力の変化量を大きくできて、上記アキシアル荷重測定の信頼性を確保できる。

これに対して、図２の上部に示す様に、変位センサ１６ａを上記被検出リング２１の内端面の反接地面寄り部分に対向させると、上記アキシアル荷重が上記被検出リング２１の内端面と上記変位センサ２１の先端面とを近づける方向に作用するのに対して、上記モーメント荷重はこれら内端面と先端面とを遠ざける方向に作用する。この結果、このモーメント荷重に基づく変化が上記アキシアル荷重に基づく変化を打ち消す様に作用し、変位センサの検出信号の出力の変化量が小さくなり、上記アキシアル荷重測定の信頼性確保が難しくなる。

上述の様に本発明によれば、比較的低コストに構成できてアキシアル荷重の測定精度を確保でき、しかも上記外輪４ａの支持剛性を低下させる事のない車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実現できる。

本発明の実施例を示す断面図。 変位センサを路面側に設置する理由を説明する為の、図１の右部に相当する断面図。 従来構造の１例を示す断面図。

符号の説明

１、１ａ ハブ
２、２ａ 回転側フランジ
３ 内輪軌道
４、４ａ 外輪
５ ナックル
６、６ａ 固定側フランジ
７ 外輪軌道
８ 玉
９ ボルト
１０ ねじ孔
１１ 荷重センサ
１２ ハブ本体
１３ ナット
１４ 内輪
１５ カバー
１６、１６ａ 変位センサ
１７ 底板部
１８ 取付孔
１９ 検出部
２０ 取付部
２１ 被検出リング

Claims (2)

1. 内周面に複列の外輪軌道を有し、懸架装置に支持された状態で回転しない外輪と、この外輪の内径側にこの外輪と同心に配置されて車輪と共に回転する、外周面に複列の内輪軌道を有するハブと、これら各内輪軌道と上記各外輪軌道との間に、各列毎にそれぞれ複数個ずつ、転動自在に設けられた転動体と、上記外輪の軸方向内端部に支持されて、上記ハブと共に回転する部分の軸方向内端面のうちで上記車輪と路面との接地面寄り部分の軸方向の変位量を測定する変位センサと、この変位センサから送り込まれる検出信号に基づいて上記外輪と上記ハブとの間に加わるアキシアル荷重を算出する演算器とを備えた、車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
2. 外輪の内端開口部を塞ぐカバーに非接触式の変位センサが支持されており、ハブの内端部に被検出リングが、このハブと同心に支持固定されており、上記変位センサの検出面がこの被検出リングの軸方向内端面に対向している、請求項１に記載した車輪支持用転がり軸受ユニットの荷重測定装置。

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