JP2005249726A - 車両用荷重測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂの故障の有無を判定し、車両の走行状態安定化の為の制御の信頼性向上を図る。
【解決手段】 複数の車輪を回転自在に支持した転がり軸受ユニットに組み込んだ、上記各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂの検出信号同士を比較する。そして、検出信号同士の間に閾値を越える差が存在する場合に、何れかの公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂが故障していると判定して、これら各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂの検出信号を利用する、上記車両の走行状態安定化の為の制御を停止する。
【選択図】 図３

Description

この発明に係る車両用荷重測定装置は、自動車の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに負荷される荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）を測定し、上記自動車の走行安定性確保を図る為に利用する。

例えば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、例えば非特許文献１に記載されている様に、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化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化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荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）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、ラジアル荷重を測定自在な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来構造の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、ラジアル荷重を測定するもので、図１に示す様に構成している。懸架装置に支持される外輪１の内径側に、車輪を結合固定するハブ２を支持している。このハブ２は、車輪を固定する為の回転側フランジ３をその外端部（軸方向に関して外とは、車両への組み付け状態で幅方向外側で、図１〜４、７の左側）に有するハブ本体４と、このハブ本体４の内端部（軸方向に関して内とは、車両への組み付け状態で幅方向中央側となる端部で、図１〜４、７の右側）に外嵌されてナット５により抑え付けられた内輪６とを備える。そして、上記外輪１の内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２の外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを配置して、上記外輪１の内径側での上記ハブ２の回転を自在としている。

上記外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔１０を、この外輪１の上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔１０内に、荷重測定用のセンサである、円杆状（丸棒状）の変位センサ１１を装着している。この変位センサ１１は非接触式で、先端面（下端面）に設けた検出面は、ハブ２の軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング１２の外周面に近接対向させている。上記変位センサ１１は、上記検出面と上記センサリング１２の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。この様に構成する従来の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記変位センサ１１の検出信号に基づいて、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求める事ができる。尚、図１に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重に加えて、上記ハブ２の回転速度も、回転速度検出用センサ１３及び回転速度検出用エンコーダ１４により、検出自在としている。

上述の様な従来構造の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する為のものであるが、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する構造も、特許文献２等に記載されて、従来から知られている。図２は、この特許文献２に記載された、アキシアル荷重を測定する為の荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の第２例の場合、ハブ２ａの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ３ａを固設している。又、外輪１ａの外周面に、この外輪１ａを懸架装置を構成するナックル１５に支持固定する為の、固定側フランジ１６を固設している。そして、上記外輪１ａの内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２ａの外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを転動自在に設ける事により、上記外輪１ａの内径側に上記ハブ２ａを回転自在に支持している。

更に、上記固定側フランジ１６の内側面複数個所で、この固定側フランジ１６を上記ナックル１５に結合する為のボルト１７を螺合する為のねじ孔１８を囲む部分に、それぞれ荷重センサ１９を添設している。上記外輪１ａを上記ナックル１５に支持固定した状態でこれら各荷重センサ１９は、このナックル１５の外側面と上記固定側フランジ１６の内側面との間で挟持される。

この様な従来構造の第２例の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１５との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル１５の外側面と上記固定側フランジ１６の内側面とが、上記各荷重センサ１９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１９の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル１５との間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。又、図示はしないが、特許文献３には、一部の剛性を低くした外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求め、更に、転がり軸受に加わるアキシアル荷重を測定する方法が記載されている。

前述の図１に示した従来構造の第１例の場合、変位センサ１１により、外輪１とハブ２との径方向に関する変位を測定する事で、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する。但し、この径方向に関する変位量は僅かである為、このラジアル荷重を精度良く求める為には、上記変位センサ１１として、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。

又、上述の図２に示した従来構造の第２例の場合、ナックル１５に対し外輪１ａを支持固定する為のボルト１７と同数だけ、荷重センサ１９を設ける必要がある。この為、荷重センサ１９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、特許文献３に記載された方法は、外輪相当部材の一部の剛性を低くする必要があり、この外輪相当部材の耐久性確保が難しくなる可能性がある。又、この外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求める為、この公転速度を正確に測定できないと言った問題もある。

この様な事情に鑑みて本発明者等は先に、複列アンギュラ型玉軸受である転がり軸受ユニットを構成する１対の列の転動体（玉）の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する発明を行なった（特願２００４−７６５５号）。図３は、この先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置を示している。この先発明に係る構造の場合、外輪相当部材であると共に静止輪である外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に形成した取付孔１０ａにセンサユニット２０を挿通し、このセンサユニット２０の先端部２１を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部２１には、１対の公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂと、１個の回転速度検出用センサ１３とを設けている。

そして、このうちの各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂの検出部を、複列に配置された各転動体９ａ、９ｂを回転自在に保持した各保持器２３ａ、２３ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ２４ａ、２４ｂに近接対向させて、各転動体９ａ、９ｂの公転速度を検出自在としている。又、上記回転速度検出用センサ１３の検出部を、内輪相当部材であると共に回転輪であるハブ２の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ１４に近接対向させて、このハブ２の回転速度を検出自在としている。この様な構成を有する先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わる荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方）を求められる。

即ち、上述の様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない演算器が、上記各センサ２２ａ、２２ｂ、１３から送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、このラジアル荷重を求める場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求め、この和と、上記回転速度検出用センサ１３が検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて、上記ラジアル荷重を算出する。又、上記アキシアル荷重は、上記各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ１３が検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図４〜６を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、アキシアル荷重Ｆｙが加わらない状態での、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角α_a 、α_b が互いに同じであるとして行なう。

図４は、上述の図３に示した車輪支持用の転がり軸受ユニットを模式化し、荷重の作用状態を示したものである。複列の内輪軌道８、８と複列の外輪軌道７、７との間に複列に配置された転動体９ａ、９ｂには予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の重量等に対する反作用として路面側から、ラジアル荷重Ｆｚが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、アキシアル荷重Ｆｙが加わる。これら予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙは、何れも上記各転動体９ａ、９ｂの接触角α（α_a 、α_b ）に影響を及ぼす。そして、この接触角α_a 、α_b が変化すると、これら各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c が変化する。これら各転動体９ａ、９ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体９ａ、９ｂの直径をｄとし、上記各内輪軌道８、８を設けたハブ２の回転速度をｎ_i とし、上記各外輪軌道７、７を設けた外輪１の回転速度をｎ_o とすると、上記公転速度ｎ_c は、次の（１）式で表される。
ｎ_c ＝｛１−（ｄ・cos α／Ｄ）・（ｎ_i ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cos α／Ｄ）・（ｎ _o ／２）｝ −−− （１）

この（１）式から明らかな通り、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c は、これら各転動体９ａ、９ｂの接触角α（α_a 、α_b ）の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角α_a 、α_b は、上記ラジアル荷重Ｆｚ及び上記アキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。従って上記公転速度ｎ_c は、これらラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。本例の場合、上記ハブ２が回転し、上記外輪１が回転しない為、具体的には、上記ラジアル荷重Ｆｚに関しては、図５に示す様に、大きくなる程上記公転速度ｎ_c が遅くなる。この図５中、実線イは、ラジアル荷重Ｆｚを支承する割合の大きい側の転動体９ｂ、９ｂに関する、破線ロは同じくラジアル荷重Ｆｚを支承する割合の小さい側の転動体９ａ、９ａに関する、それぞれの公転速度（とハブ２の回転速度との比）とラジアル荷重Ｆｚとの関係を示している。又、アキシアル荷重Ｆｙに関しては、図６に示す様に、このアキシアル荷重Ｆｙを支承する列の転動体９ａ、９ａの公転速度が速くなり（図６の破線ハ参照）、このアキシアル荷重Ｆｙを支承しない列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度が遅くなる（図６の実線ニ参照）。従って、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c に基づいて、上記ラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙを求められる事になる。

但し、上記公転速度ｎ_c の変化に結び付く上記接触角αは、上記ラジアル荷重Ｆｚと上記アキシアル荷重Ｆｙとが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ によっても変化する。又、上記公転速度ｎ_c は、上記ハブ２の回転速度ｎ_i に比例して変化する。この為、これらラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙ、予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、ハブ２の回転速度ｎ_i を総て関連させて考えなければ、上記公転速度ｎ_c を正確に求める事はできない。このうちの予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙ、ハブ２の回転速度ｎ_i は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。

この様な事情に鑑みて先発明の場合には、前述した様に、ラジアル荷重Ｆｚを求める場合には、前記各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求める事で、上記アキシアル荷重Ｆｙの影響を少なくしている。又、アキシアル荷重Ｆｙを求める場合には、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求める事で、上記ラジアル荷重Ｆｚの影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は差と、前記回転速度検出用センサ１３が検出する上記ハブ２の回転速度ｎ_i との比に基づいて上記ラジアル荷重Ｆｚ又は上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する事により、上記ハブ２の回転速度ｎ_i の影響を排除している。尚、上記アキシアル荷重Ｆｙを、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ２の回転速度ｎ_i は、必ずしも必要ではない。

尚、上記各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂの信号に基づいて上記ラジアル荷重Ｆｚとアキシアル荷重Ｆｙとのうちの一方又は双方の荷重を算出する方法は、他にも各種存在するが、この様な方法に就いては、前述の特願２００４−７６５５号に詳しく説明されているし、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。
又、図３に示した構造は、上記各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂと上記回転速度検出用センサ１３とを、単一のセンサユニット２０の先端部２１に保持した構造であるが、これら各センサ２２ａ、２２ｂ、１３は、別々に設置しても良い。又、例えば、図７に示す様に、１対の公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂを、センサユニット２０ａの先端部２１ａに保持し、回転速度検出用センサ１３ａを、外輪１の内端部に嵌合固定したカバー２５に保持しても良い。この場合、回転速度検出用エンコーダ１４ａは、ハブ２の内端部に嵌合固定する。

何れにしても、上述の様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置により測定した荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）は、路面と車輪（タイヤ）との接触面で生じている荷重と等価である。従って、上記測定した荷重に基づいて車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえば、車両の姿勢が不安定になる事を予防できてフィードフォワード制御が可能になる等、車両の走行安定性確保の為の高度な制御が可能になる。

上述の様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実施する場合、次の様な点に留意する必要がある。即ち、ラジアル荷重Ｆｚを求めるにしても、アキシアル荷重Ｆｙを求めるにしても、１対の公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂと１個の回転速度検出用センサ１３、１３ａとの合計３個のセンサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａが、本来の機能を発揮している事が必要である。これら３個のセンサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａのうちの何れかに異常が発生した場合に、異常が発生したセンサからの信号をそのまま使用して荷重を算出し、算出した荷重の値に基づいてＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両用走行安定化装置を制御しても、車両の走行状態を安定化させる事はできない。場合によっては、却って走行状態を不安定にする可能性もある。

この様な事情に鑑みて、特願２００３−３８３２８２号には、上記３個のセンサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａの出力信号を交互に比較して、これら各センサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａの異常の有無を判定する、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する発明が記載されている。この様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置により、或る程度のフェイルセーフを図る事はできるが、各車輪に加わる荷重に基づく走行安定性確保の為の制御の信頼性をより一層向上させる為には、更なる改良を施す事が好ましい。この理由は、次の通りである。

即ち、単一の転がり軸受ユニットに組み込まれる上記各センサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａは、互いに近接した部位に設置する場合が多い。例えば図３に示した構造の場合には、３個のセンサ２２ａ、２２ｂ、１３の総てが近接配置されており、図７に示した構造の場合でも、１対の公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂが隣接した状態で配置され、回転速度検出用センサ１３ａにしても、これら両公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂから数ｃｍ程度しか離れていない。従って、何らかの外的要因で、これら３個のセンサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａセンサが同時に故障する（異常が発生する）可能性を、完全に否定する事はできない。

例えば、潤滑不良等により上記転がり軸受ユニットが異常発熱し、上記各センサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａを構成する電子部品が同時に損傷したり、これら各センサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａの信号取り出し用のハーネスやケーブルが同時に損傷する可能性を完全に否定する事はできない。勿論、上記各センサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａに、時間的前後を全く生じる事なく、全く同時に異常を発生する可能性は極く低いが、車両の走行安定性を確保する為には、単一の転がり軸受ユニットに組み込まれた上記各センサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａが同時に損傷した場合にもこれを検知し、上記車両用走行安定化装置の機能を停止すると共に、故障の発生を運転者に知らせる等の適切な対応を取る事が、車両の走行状態を不安定にしない為に必要である。又、図示はしないが、両列の転動体のうちの何れか一方の列の公転速度と、車輪と共に回転するハブの回転速度とから荷重を検出するハブ軸受ユニットの場合も、１個の公転速度検出用センサと１個の回転速度検出用センサとが同時に故障する可能性を完全に否定する事はできない。

特開２００１−２１５７７号公報 特開平３−２０９０１６号公報 特公昭６２−３３６５号公報 青山元男著、「レッドバッジスーパー図解シリーズ／クルマの最新メカがわかる本」、ｐ．１４８−１４９、株式会社三推社／株式会社講談社、平成１３年１２月２０日

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、単一の転がり軸受ユニットに組み込まれた上記各センサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａが同時に損傷した場合にもこれを検知して、車両の走行安定性が却って損なわれる事を防止できる車両用荷重測定装置を実現すべく発明したものである。

本発明の車両用荷重測定装置は、内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、この外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置された、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に接触角を付与された状態で設けられた複数個の転動体とを備えた転がり軸受ユニットを、複数（例えば４個）の車輪毎に設ける。
又、これら各転がり軸受ユニットの転動体の公転速度を検出する公転速度検出用センサをこれら各転がり軸受ユニット毎に設ける。そして、これら各転がり軸受ユニット毎に設けられた上記公転速度検出用センサから送り込まれる上記転動体の公転速度を表す検出信号に基づき、演算器により、上記各転がり軸受ユニットを構成する外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する。
更に、本発明の車両用荷重測定装置では、上記各転がり軸受ユニットに組み込んだ複数（例えば４個以上）の公転速度検出用センサの出力信号を互いに比較してこれら各（例えば４個以上の）公転速度検出用センサの故障の有無を判定する判定器を備える。そして、この判定器は、これら各（例えば４個以上の）公転速度検出用センサの出力信号同士の間に閾値を越える差が存在する場合に、何れかの公転速度検出用センサに異常ありと判定する。

上述の様に構成する本発明の車両用荷重測定装置は、転動体の公転速度を検出する事により、転がり軸受ユニットに負荷される荷重を測定できる。即ち、玉軸受の如き転がり軸受ユニットに荷重が負荷されると、転動体（玉）の接触角が変化し、これら各転動体の公転速度が変化する。そこで、この公転速度を検出すれば、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を求められる。

又、本発明の車両用荷重測定装置によれば、複数（例えば４個）の車輪を支持した複数（例えば４個）の転がり軸受ユニット毎に設けた複数（例えば４個以上）の公転速度検出用センサのうちの何れかに異常が発生した場合には、判定器がこの異常を判定して、この異常が発生した旨を表す注意信号を発する。従って、この注意信号に基づいて、車両用走行安定化装置の機能を停止すると共に、故障の発生を運転者に知らせる等の適切な処置を講ずる事が可能になり、車両の走行安定性が却って損なわれる事を防止できる。

更に、本発明の車両用荷重測定装置の場合には、前述の図１、２で説明した、特許文献１、２に記載された発明に比べて、次の様な効果を得られる。これら特許文献１、２に記載された発明を利用して車両の走行安定性確保の為の制御を行なう場合でも、変位センサ１１（図１で説明した特許文献１に記載された発明の場合）或は荷重センサ１９（図２で説明した特許文献２に記載された発明の場合）が故障した場合には、この故障の発生の事実を検知して、上述の様な適切な処置を講ずる必要がある。但し、上記変位センサ１１や荷重センサ１９の検出信号を他のセンサの検出信号と比較しても、異常の有無を判定する事はできない。

即ち、上記変位センサ１１や荷重センサ１９の場合には、異常を検知する為に比較すべき他のセンサ情報は、同一の転がり軸受ユニット内には存在しない。従って、前述した先発明（特願２００３−３８３２８２号）の様にして、異常の有無を判定する事はできない。又、上記変位センサ１１や荷重センサ１９の検出信号に関しては、４輪相互の間で明確な因果関係がないので、この変位センサ１１や荷重センサ１９の検出信号を、４輪の転がり軸受ユニット同士の間で相互に比較しても、異常を検知する事はできない。これに対して、本発明の場合には、車両走行中に必然的に発生する、４輪毎に設けた転がり軸受ユニットを構成する各転動体の公転速度を互いに比較する事により、これら各転がり軸受ユニットに加わる荷重を測定する信号を得る為の公転速度検出用センサの異常の有無を判定するので、この公転速度検出用センサが故障した場合に早期にこれを検知し、前述の様な適切な処置を講ずる事が可能になる。

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、車両の走行状態が直進状態であるか否かを判定する為の直進状態判定手段を備える。そして、判定器は、この直進状態判定手段により車両がほぼ直進走行状態であると判定される場合にのみ、複数（例えば４個以上）の公転速度検出用センサの出力信号を互いに比較してこれら各（２個以上又は４個以上の）公転速度検出用センサの故障の有無を判定する。

車両が直進走行状態である場合には、各車輪の回転速度（周速）は互いに等しい。従って、直進状態で上記各（例えば４個以上の）公転速度検出用センサの出力信号の比較を行なえば、これら各公転速度検出用センサの故障の有無の判定を容易に行なえる。即ち、図１〜２に示した様な、内輪回転型の転がり軸受ユニットを構成する転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c は前述した（１）式で示される様に、車輪と共に回転するハブ２の回転速度をｎ_i と比例関係にある。従って、車両が直進走行状態の場合には、各（４個の）車輪を支持した転がり軸受ユニットを構成する転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c は、各転がり軸受ユニットに加わる荷重の差に基づく相違のみとなる。前述の図５〜６から明らかな通り、この荷重の差に基づく公転速度ｎ_c の相違は、数％以内の小さいものである。従って、上記各（例えば４個以上の）公転速度検出用センサの出力信号が表す、上記各（２個又は４個の）車輪を支持した転がり軸受ユニットを構成する転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c が、荷重の相違により生じ得る範囲を超えて（例えば１０％以上）異なった場合には、何れかの公転速度検出用センサに異常が発生したと考えられる。

勿論、前輪と後輪とで異なる諸元の転がり軸受ユニットを使用する場合には、前輪と後輪とで、各転がり軸受ユニットを構成する各転動体の公転速度は、荷重の相違とは関係なく異なる。但し、この場合でも、前輪側の転動体の公転速度と後輪側の転動体の公転速度との関係を、予め上記（１）式から求めておき、この関係を考慮した上で、上記各（４個の）車輪を支持した転がり軸受ユニットを構成する転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c を比較し、これら各公転速度ｎ_c の差が予め設定した閾値（例えば上記１０％）を超えた場合に、何れかの公転速度検出用センサが故障したと判定する。同様に、装着するタイヤの半径が前輪と後輪とで異なる場合でも、予め半径を把握しておけば比較できる。又、空気圧が極端に低くなっているタイヤが存在し、各車輪の回転角速度が異なる場合でも、故障発生の有無を判定する為に設定する、上記公転速度の差に関する閾値を大き目にすれば、この故障発生の有無を支障なく行なえる。或は、タイヤ空気圧センサを装着した車両の場合には、このタイヤ空気圧センサの出力信号に基づいて各車輪の半径を推定し、この半径を勘案しつつ、上記公転速度検出用センサの故障の有無の判定を行なっても良い。

又、上述の様な請求項２に係る発明を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様に、前記直進状態判定手段を、操舵輪に付与される舵角に応じた変位量を測定する舵角センサと、車体に加わるヨーレートを測定するヨーレートセンサと、車体の幅方向に加わる加速度を検出する加速度センサとのうちの、１乃至複数個のセンサを含んだものとする。
この様な構成を採用すれば、簡単な構成で、車両が直進走行状態であるか否かを判定できる。先ず、舵角センサを使用すれば、操舵輪に舵角が付与されていない事で、車両が直進走行状態であると知る事ができる。又、ヨーレートセンサを使用した場合には、車体にヨーレートが加わらない事で、車両が直進走行状態であると知る事ができる。更に、加速度センサを使用した場合には、車体に幅方向の加速度が加わらない事で、車両が直進走行状態であると知る事ができる。

又、本発明を実施する場合に、好ましくは、請求項４に記載した様に、車両の旋回半径を推定する為の旋回半径推定手段を備える。そして、判定器は、この旋回半径推定手段が推定した旋回半径を勘案しつつ、各（例えば４個以上の）公転速度検出用センサの出力信号を互いに比較して、これら各（例えば４個以上の）公転速度検出用センサの故障の有無を判定する。 この様に構成すれば、車両が旋回走行中に何れかの公転速度検出用センサが故障した場合でも、その事実を直ちに検知して、車両用走行安定化装置の機能を停止すると共に、故障の発生を運転者に知らせる等の適切な処置を講ずる事が可能になる。この結果、直進時に比べて重要な、旋回走行時に於ける車両の走行安定性が却って損なわれる事を、より有効に防止できる。

車両が旋回走行中の場合は、図８に示す様に、旋回方向外側の車輪と内側の車輪との間で、又、前輪と後輪との間で、各車輪が移動する軌跡が異なり、旋回走行状態が安定していても、各（２個又は４個の）車輪の回転速度は互いに異なる。但し、車両の旋回半径を把握できれば、これら各（２個又は４個の）車輪の回転速度同士の関係は、トレッドやホイールベースから算出できる。従って、上記旋回半径に基づくこれら各（２個又は４個の）車輪の回転速度同士の関係を勘案した上で、これら各（２個又は４個の）車輪を支持した各転がり軸受ユニットの転動体の公転速度を比較すれば、これら各転がり軸受ユニットに組み付けた公転速度検出用センサが故障しているか否かを判定できる。

上述の様に、旋回走行時に上記各公転速度検出用センサが故障しているか否かを判定する為には、車両の旋回半径ｒを知る必要がある。そして、この旋回半径ｒは、請求項５に記載した様に、操舵輪に付与される舵角に応じた変位量を測定する舵角センサ、又は、車体に加わるヨーレートωを測定するヨーレートセンサ又は車体の幅方向に加わる加速度（横加速度）ｙ″を検出する加速度センサと車両の走行速度（車速）ｖを検知する為の車速センサとの組み合わせである、旋回半径推定手段により求められる。

例えば、上記旋回半径ｒは、上記車速ｖと上記横加速度ｙ″とから、次の（２）式により求められる。
ｒ＝ｖ² ／ｙ″ −−− （２）
又、上記旋回半径ｒは、上記車速ｖと上記ヨーレートωとから、次の（３）式により求める事もできる。
ｒ＝ｖ／ω −−− （３）
更に、凡その旋回半径であれば、操舵角から直接的に推定する事もできる。
何れの方法により旋回半径ｒを求めた場合でも、この旋回半径ｒから、前記各（４個の）車輪の回転速度同士の関係を、互いの比として求める事ができる。そこで、求めた比に基づいて、これら各（４個の）車輪の回転速度を補正した上で、これら各（４個の）車輪を支持した各転がり軸受ユニットの転動体の公転速度を比較すれば、これら各転がり軸受ユニットに組み付けた公転速度検出用センサが故障しているか否かを判定できる。

但し、直進走行中や旋回走行中であっても、車輪の接地面がスリップしている場合、即ち、車両が横滑り（スピン或はドリフトアウト）している場合や、駆動輪が空転している場合、或は制動に伴って車輪がロックしている（ＡＢＳが作動してロック状態とアンロック状態とが繰り返されている場合も含む）様な場合には、上記各（４個の）車輪の回転速度同士の関係が計算通りの関係から大きく外れる（乱れる）。これに伴って、これら各（４個の）車輪を回転自在に支持した転がり軸受ユニットに組み込んだ各転動体の公転速度同士の関係も、計算通りの関係から大きく外れる。この様な状態で上記各公転速度検出用センサの故障の有無を判定しても無意味であるだけでなく、却って、車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえなくなる可能性がある。従って、上記スリップが発生している場合には、上記各転がり軸受ユニットに組み込んだ各転動体の公転速度に前記閾値を越える差が生じても、上記各公転速度検出用センサに故障が発生した旨の判定を行なわない様にするロジックとする必要がある。

そこで、本発明を実施する場合に好ましくは、請求項６に記載した様に、車両の走行状態が安定しているか否かを判定する為の走行状態判定手段を備える。そして、判定器は、この走行状態判定手段が、走行状態が安定していると判定した場合にのみ、複数（例えば４個以上の）公転速度検出用センサの出力信号を互いに比較して、これら各（例えば４個以上の）公転速度検出用センサの故障の有無を判定する。この様にすれば、上記スリップが発生している場合に上記各公転速度検出用センサに故障が発生したと過って判定し、必要な場合に車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえなくなる事を防止できる。

上述の様な走行状態判定手段は、請求項７に記載した様に、操舵輪に付与される舵角に応じた変位量を測定する舵角センサと、車体に加わるヨーレートを測定するヨーレートセンサと、車体の幅方向に加わる加速度を検出する加速度センサと、車両の走行速度を検知する為の車速センサとのうちから選択される複数のセンサから構成できる。これら各センサの信号に基づいて上記スリップの有無を判定する構造に就いては、前述の非特許文献１に記載される等、従来から広く知られている為、詳しい説明は省略する。

尚、本発明を実施する場合に設定する、公転速度検出用センサに故障が発生した（異常）と判定する閾値に関しては、（小さい方或は大きい方の、又は予め特定した方の公転速度を基準として）１５〜３０％程度の値とする事が適当である。即ち、本発明を実施する場合には、故障の有無判定の準備として、各公転速度検出用センサの検出信号に基づいて求められる、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度の値を、転がり軸受ユニットの諸元やタイヤ半径、車両の走行条件等を考慮して、等価公転速度に換算する。そして、４輪の転がり軸受ユニットの転動体９ａ、９ｂの等価公転速度同士の間に上記１５〜３０％の範囲で設定した閾値を越える差を生じた場合に、何れかの公転速度検出用センサが故障したと判定する。閾値を上述の様な値とする理由は、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度は、各転がり軸受ユニットへの荷重の負荷状態により、前述した様に±数％程度変化するし、旋回走行中の旋回半径に基づき、数％〜１０％程度の推定誤差を想定しなければならない為である。

本発明を実施する場合、図３或は図７に示す様な、１対の公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂと１個の回転速度検出用センサ１３、１３ａとの、合計３個のセンサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａを組み込んだ転がり軸受ユニットにより、前後左右４個の車輪を、懸架装置に対し回転自在に支持する。この様な構造で本発明を実施する場合には、これら４個の車輪を回転自在に支持した４個の転がり軸受ユニットに組み込んだ、合計８個の公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂの検出信号を互いに比較しつつ見張り、何れかの公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂに異常が発生した場合に異常が発生した公転速度検出用センサを特定し、必要な処置を講じる。この様に異常が発生した公転速度検出用センサを特定し、必要な処置を講じる点に関する構成及び作用は前述した通りである。又、上記３個のセンサ２２ａ、２２ｂ、１３、１３ａを組み込んだ転がり軸受ユニットの構造及び作用に就いては、前述の図３或は図７に示した先発明の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明を省略する。

尚、以上の説明では、車体に対し４輪を支持する車輪支持用軸受ユニットに組み込んだ公転速度検出用センサの出力同士を比較する事に主眼を置いて説明したが、本発明の技術的範囲には、４輪中の２輪の車輪支持用転がり軸受ユニットに組み込んだ公転速度検出用センサの出力信号同士を比較し、この公転速度検出用センサが故障しているか否かを判断する構造も含まれる。即ち、例えば左右前輪の２輪のみ、或は左右後輪の２輪のみ、或は前１輪と後１輪の計２輪のみ等に荷重検出機能を有した車輪支持用転がり軸受ユニットに公転速度検出用センサを組み込んだ場合でも、上記２輪の回転速度同士の間には、前述した様な関係が成立するので、両者を比較する事により、上記各公転速度センサの故障の有無を判定できる。

又、本発明と同様の目的を達成する為に、請求項８に記載した如く、次の様な構成を採用する事もできる。即ち、先ず、前後左右４個の車輪を懸架装置に対し回転自在に支持する４個の転がり軸受ユニットに組み込んだ回転速度検出用センサ１３、１３ａの検出信号を比較する事で、これら４個の車輪分の回転速度検出用センサ１３、１３ａの故障の有無を判定する。そして、これら４個の車輪分の回転速度検出用センサ１３、１３ａが何れも故障していないと判定した場合に、前述した特願２００３−３８３２８２号に係る方法により、各転がり軸受ユニットに組み込んだ各公転速度検出用センサ２２ａ、２２ｂが故障しているか否かを判定する。この様な構成を採用する事によっても、前述した課題を解決できる。

従来から知られている、ラジアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。 従来から知られている、アキシアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。 先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第１例の断面図。 先発明により荷重を求められる理由を説明する為の模式図。 同じく、各列の公転速度とハブの回転速度との比と、ラジアル荷重との関係を示す線図。 同じく、各列の公転速度とハブの回転速度との比と、アキシアル荷重との関係を示す線図。 先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第２例の断面図。 旋回走行時に於ける各車輪の軌跡を示す模式図。

符号の説明

１、１ａ 外輪
２、２ａ ハブ
３、３ａ 回転側フランジ
４ ハブ本体
５ ナット
６ 内輪
７ 外輪軌道
８ 内輪軌道
９ａ、９ｂ 転動体
１０、１０ａ 取付孔
１１ 変位センサ
１２ センサリング
１３、１３ａ 回転速度検出用センサ
１４、１４ａ 回転速度検出用エンコーダ
１５ ナックル
１６ 固定側フランジ
１７ ボルト
１８ ねじ孔
１９ 荷重センサ
２０、２０ａ センサユニット
２１、２１ａ 先端部
２２ａ、２２ｂ 公転速度検出用センサ
２３ａ、２３ｂ 保持器
２４ａ、２４ｂ 公転速度検出用エンコーダ
２５ カバー

Claims (8)

1. 内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、この外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置された、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に接触角を付与された状態で設けられた複数個の転動体とを備えた転がり軸受ユニットを、複数の車輪毎に設け、各転がり軸受ユニットの転動体の公転速度を検出する公転速度検出用センサをこれら各転がり軸受ユニット毎に設けて、これら各転がり軸受ユニット毎に設けられた上記公転速度検出用センサから送り込まれる上記転動体の公転速度を表す検出信号に基づき、演算器により上記各転がり軸受ユニットを構成する外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する車両用荷重測定装置であって、上記各転がり軸受ユニットに組み込んだ複数の公転速度検出用センサの出力信号を互いに比較してこれら各公転速度検出用センサの故障の有無を判定する判定器を備え、この判定器は、これら各公転速度検出用センサの出力信号同士の間に閾値を越える差が存在する場合に、何れかの公転速度検出用センサに異常ありと判定する車両用荷重測定装置。
2. 車両の走行状態が直進状態であるか否かを判定する為の直進状態判定手段を備え、判定器は、この直進状態判定手段により車両がほぼ直進走行状態であると判定される場合にのみ、各公転速度検出用センサの出力信号を互いに比較してこれら各公転速度検出用センサの故障の有無を判定する、請求項１に記載した車両用荷重測定装置。
3. 直進状態判定手段が、操舵輪に付与される舵角に応じた変位量を測定する舵角センサと、車体に加わるヨーレートを測定するヨーレートセンサと、車体の幅方向に加わる加速度を検出する加速度センサとのうちの１乃至複数個のセンサを含んだものである、請求項２に記載した車両用荷重測定装置。
4. 車両の旋回半径を推定する為の旋回半径推定手段を備え、判定器は、この旋回半径推定手段が推定した旋回半径を勘案しつつ各公転速度検出用センサの出力信号を互いに比較して、これら各公転速度検出用センサの故障の有無を判定する、請求項１に記載した車両用荷重測定装置。
5. 旋回半径推定手段が、操舵輪に付与される舵角に応じた変位量を測定する舵角センサ、又は、車体に加わるヨーレートを測定するヨーレートセンサ又は車体の幅方向に加わる加速度を検出する加速度センサと車両の走行速度を検知する為の車速センサとの組み合わせである、請求項４に記載した車両用荷重測定装置。
6. 車両の走行状態が安定しているか否かを判定する為の走行状態判定手段を備え、判定器は、この走行状態判定手段が、走行状態が安定していると判定した場合にのみ、各公転速度検出用センサの出力信号を互いに比較して、これら各公転速度検出用センサの故障の有無を判定する、請求項１〜５の何れかに記載した車両用荷重測定装置。
7. 走行状態判定手段が、操舵輪に付与される舵角に応じた変位量を測定する舵角センサと、車体に加わるヨーレートを測定するヨーレートセンサと、車体の幅方向に加わる加速度を検出する加速度センサと、車両の走行速度を検知する為の車速センサとのうちから選択される複数のセンサから成るもので、車両に横方向の滑りが発生しておらず、且つ、駆動輪が空転しておらず、且つ、制動に伴い車輪の回転が停止した状態となっていない場合にのみ、各公転速度検出用センサの出力信号を互いに比較して、これら各公転速度検出用センサの故障の有無を判定する、請求項１〜６の何れかに記載した車両用荷重測定装置。
8. 内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、この外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置された、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、この内輪軌道と上記外輪軌道との間に接触角を付与された状態で設けられた複数個の転動体とを備えた転がり軸受ユニットを、複数の車輪毎に設け、各転がり軸受ユニットの転動体の公転速度を検出する公転速度検出用センサと、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材のうちで走行時に回転する回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサとを、上記各転がり軸受ユニット毎に設けて、これら各転がり軸受ユニット毎に設けられた上記公転速度検出用センサから送り込まれる上記転動体の公転速度を表す検出信号に基づき、演算器により上記各転がり軸受ユニットを構成する外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する車両用荷重測定装置であって、複数の車輪を回転自在に支持した複数の転がり軸受ユニットに組み込んだ、複数の回転速度検出用センサの検出信号を比較する事で、これら複数の車輪分の回転速度検出用センサの故障の有無を判定して、これら複数の車輪分の回転速度検出用センサが何れも故障していないと判定した場合に、これら各回転速度検出用センサの検出信号と上記各公転速度検出用センサとを比較して、これら各公転速度検出用センサが故障しているか否かを判定する車両用荷重測定装置。
   

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