JP2006058052A - Bearing device for wheel - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵した車輪用軸受装置に関する。 The present invention relates to a wheel bearing device having a built-in load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.
従来、自動車の安全走行のために、各車輪の回転速度を検出するセンサを車輪用軸受に設けたものがある。このような車輪用軸受において、温度センサ、振動センサ等のセンサを設置し、回転速度の他に、自動車の運行に役立つ他の状態を検出できるようにしたものも提案されている(例えば特許文献1)。
従来の一般的な自動車の走行安全性確保対策は、各部の車輪の回転速度を検出することで行われているが、車輪の回転速度だけでは十分でなく、その他のセンサ信号を用いてさらに安全面での制御を可能とすることが求められている。そこで、車両走行時に各車輪に作用する荷重から姿勢制御を図ることも考えられる。例えばコーナリングにおいては外側車輪に大きな荷重がかかり、また左右傾斜面走行では片側車輪に、ブレーキングにおいては前輪にそれぞれ荷重が偏るなど、各車輪にかかる荷重は均等ではない。また、積載荷重不均等の場合にも、各車輪にかかる荷重は不均等になる。このため、車輪にかかる荷重を随時検出できれば、その検出結果に基づき、事前にサスペンション等を制御することで、車両走行時の姿勢制御(コーナリング時のローリング防止、ブレーキング時の前輪沈み込み防止、積載荷重不均等による沈み込み防止等)を行うことが可能となる。しかし、車輪に作用する荷重を検出するセンサの適切な設置場所がなく、荷重検出による姿勢制御の実現が難しい。 Conventional measures to ensure driving safety of general automobiles are performed by detecting the rotational speed of the wheels of each part, but the rotational speed of the wheels is not sufficient, and it is further safer by using other sensor signals. It is required to be able to control the surface. Therefore, it is conceivable to control the posture from the load acting on each wheel during vehicle travel. For example, a large load is applied to the outer wheel in cornering, and the load applied to each wheel is not uniform. In addition, even when the load is uneven, the load applied to each wheel is uneven. For this reason, if the load applied to the wheel can be detected at any time, based on the detection result, the suspension and the like are controlled in advance, thereby controlling the posture during vehicle travel (preventing rolling during cornering, preventing the front wheel from sinking during braking, It is possible to prevent subsidence due to uneven load capacity. However, there is no appropriate installation location of a sensor that detects a load acting on the wheel, and it is difficult to realize posture control by load detection.
特許文献1に示した荷重センサを内蔵した車輪用軸受では、ハブ輪の車輪取付フランジと、このフランジに車輪と重ねてボルトで締結されるブレーキロータとに互いに対面する環状凹部を形成し、これら両凹部間に圧電素子を設置することで、車輪に作用するトルクや路面反力等を前記圧電素子により測定している。しかし、このようにハブ輪の車輪取付フランジに環状凹部を形成すると、切り欠き効果によりハブ輪の耐久性が低下するという問題が有る。特に、通常の第3世代型の車輪用軸受装置では、強度上で最も弱い部位がハブ輪の車輪取付フランジであることが多いため、上記したように車輪取付フランジに圧電素子取付けのための環状凹部を形成する設計は極力回避しなければならない。また、圧電素子が取付けられるハブ輪は回転側部材であるため、圧電素子からの出力を外部に取り出すために、構造上の工夫が必要になり、コストアップの原因にもなる。
In the wheel bearing incorporating the load sensor shown in
この発明の目的は、このような課題を解消し、強度上に問題を残すことなく、安価な構造で車輪にかかる荷重を精度良く測定できる車輪用軸受を提供することである。 An object of the present invention is to provide a wheel bearing capable of solving such a problem and accurately measuring a load applied to the wheel with an inexpensive structure without leaving a problem in strength.
この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記転動体の負荷域を測定する負荷域測定手段と、この負荷域測定手段の測定値から車輪用軸受装置に負荷される荷重を推定する荷重推測手段とを備えることを特徴とする。
車輪用軸受装置に負荷される荷重が変化すると、転動体荷重の負荷域の分布も変化する。この負荷域を負荷域測定手段が測定し、その測定値から荷重推測手段が車輪用軸受装置に負荷される荷重を推定する。負荷域の測定は、例えば外方部材の外径面で行える。これらのため、強度上に問題を残すことなく、安価な構造で車輪にかかる荷重を精度良く測定できる。
The wheel bearing device of the present invention is interposed between an outer member having a double row raceway surface on the inner periphery, an inner member having a double row raceway surface facing these raceway surfaces, and the opposing raceway surfaces. In a wheel bearing device comprising a double row rolling element and rotatably supporting a wheel with respect to a vehicle body, a load area measuring means for measuring a load area of the rolling element, and a measurement value of the load area measuring means Load estimation means for estimating a load applied to the wheel bearing device.
When the load applied to the wheel bearing device changes, the distribution of the load area of the rolling element load also changes. The load area measuring means measures this load area, and the load estimation means estimates the load applied to the wheel bearing device from the measured value. The load area can be measured, for example, on the outer diameter surface of the outer member. For these reasons, it is possible to accurately measure the load applied to the wheel with an inexpensive structure without leaving a problem in strength.
この発明において、前記負荷域測定手段が、外方部材の変形を測定する歪みゲージにより構成されていても良い。
外方部材は転動体荷重により変形するので、負荷域測定手段である歪みゲージにより外方部材の変形を測定することにより、転動体荷重の負荷域の分布を測定できる。
In this invention, the load area measuring means may be constituted by a strain gauge for measuring deformation of the outer member.
Since the outer member is deformed by the rolling element load, the distribution of the load area of the rolling element load can be measured by measuring the deformation of the outer member by a strain gauge as a load area measuring means.
この発明において、前記負荷域測定手段が、外方部材の変形を測定する圧電素子により構成されていても良い。この構成の場合も、負荷域測定手段である圧電素子が外方部材の変形を測定することで、転動体荷重の負荷域の分布を測定できる。 In the present invention, the load area measuring means may be constituted by a piezoelectric element that measures deformation of the outer member. Also in this configuration, the distribution of the load area of the rolling element load can be measured by measuring the deformation of the outer member by the piezoelectric element as the load area measuring means.
この発明において、前記負荷域測定手段が、車輪用軸受装置に生じる振動値を検出する振動検出手段であっても良い。
転動体は回転中に荷重非負荷域から負荷域に入ると、衝撃荷重を受け微小振動が発生する。この振動源を負荷域測定手段である振動検出手段で測定することにより負荷域を知ることができる。
In this invention, the load area measuring means may be a vibration detecting means for detecting a vibration value generated in the wheel bearing device.
When the rolling element enters the load range from the non-load range during rotation, it receives an impact load and generates minute vibrations. By measuring this vibration source with vibration detecting means which is load area measuring means, the load area can be known.
この発明の車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面を有する外方部材と、これら軌道面に対向する複列の軌道面を有する内方部材と、対向する軌道面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記転動体の負荷域を測定する負荷域測定手段と、この負荷域測定手段の測定値から車輪用軸受装置に負荷される荷重を推定する荷重推測手段とを設けたため、強度上に問題を残すことなく、安価な構造で車輪にかかる荷重を精度良く測定することができる。 The wheel bearing device of the present invention is interposed between an outer member having a double row raceway surface on the inner periphery, an inner member having a double row raceway surface facing these raceway surfaces, and the opposing raceway surfaces. In a wheel bearing device comprising a double row rolling element and rotatably supporting a wheel with respect to a vehicle body, a load area measuring means for measuring a load area of the rolling element, and a measurement value of the load area measuring means Since the load estimation means for estimating the load applied to the wheel bearing device is provided, the load applied to the wheel can be accurately measured with an inexpensive structure without leaving a problem in strength.
この発明の第1の実施形態を図1ないし図3と共に説明する。この実施形態の車輪用軸受装置は第3世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用の車輪用軸受に適用した例である。なお、この発明において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。図1では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
図1において、この車輪用軸受装置は、内周に複列の軌道面4を有する外方部材1と、これら軌道面4にそれぞれ対向する軌道面5を外周に有する内方部材2と、これら複列の軌道面4,5間に介在させた複列の転動体3とを備える。この軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、上記各軌道面4,5は断面円弧状であり、各軌道面4,5は接触角が背面合わせとなるように形成されている。転動体3はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The wheel bearing device of this embodiment is an example applied to a wheel bearing for driving wheel support, which is a third generation inner ring rotating type. In the present invention, the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side. In FIG. 1, the left side is the outboard side and the right side is the inboard side.
In FIG. 1, this wheel bearing device includes an
外方部材1は固定側の部材となるものであって、図2のようにナックル(図示せず)に固定するための車体取付フランジ1aを外周に有し、全体が一体の部材とされている。前記車体取付フランジ1aは、車体(図示せず)に設置されたナックルに周方向複数箇所のボルト(図示せず)で締結される。なお図1は、図2におけるA−A矢視断面図を示す。
The
内方部材2は回転側の部材となるものであって、車輪取付フランジ2aを外周に有するハブ輪2Aと、このハブ輪2Aのインボード側の端部外径面に嵌合した別体の内輪2Bとからなり、ハブ輪2Aおよび内輪2Bに、各列の軌道面5がそれぞれ形成される。ハブ輪2Aには軸継手の継手部材である等速ジョイント13の外輪13aが連結されている。ハブ輪2Aは中央穴9を有し、この中央穴9に等速ジョイント外輪13aに一体に形成されたステム部14が挿通される。このステム部14の先端の雄ねじ部にナット12を螺合させ、ハブ輪2Aの中央穴9におけるアウトボード側に形成された段面2bにナット12を押し当てることで、等速ジョイント外輪13aがハブ輪2Aに対してアウトボード側に押し付けられて連結される。また、ステム部14はハブ輪2Aの中央穴9にスプライン嵌合される。
The
内輪2Bは、等速ジョイント外輪13aにおけるステム部14の基端の段面13aaが、ナット12の締め付けで内輪2Bのインボード側幅面に押し当てられることにより、ハブ輪2Aに対して軸方向に締め付け固定される。内外の部材2,1間に形成される環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、密封装置である接触式のシール7,8で密封されている。
In the
外方部材1の外径面におけるインボード側の転動体列と対応する軸方向位置であって、周方向の等配位置の上位置(反路面側位置)および下位置(路面側位置)には、転動体列における転動体3の負荷域を測定する負荷域測定手段10がそれぞれ設けられている。ここでは負荷域測定手段10として、外方部材1の変形を測定する歪みゲージが用いられている。負荷域測定手段10の設置位置は外方部材1の外径面であり、その設置によって車輪用軸受装置に強度上の問題が残ることはない。これとは別に、この2つの負荷域測定手段10の測定値から車輪用軸受装置に負荷される荷重を推測する荷重推測手段11が設けられている。また、負荷域測定手段10は固定側の部材である外方部材1に設けられることから、負荷域測定手段10の出力を荷重推測手段11に送信するために構造上の工夫が要らず、コストアップを招くことはない。
Axial position corresponding to the inboard-side rolling element row on the outer diameter surface of the
図3は、この車輪用軸受装置に負荷される荷重と負荷域との関係を示す説明図である。車輪用軸受装置は、車両に組み込んだ時には一般的に予圧状態にある。外部荷重が無負荷の時には、転動体3は図3(A)のように全周にわたり均一荷重となり(転動体荷重:小)、したがって負荷域は大きい。しかし、外部から荷重負荷されると、負荷域は全周にわたり均一分布ではなくなり、図3(B)のように上位置側に負荷域が偏る。そして、負荷荷重が大きくなるにつれて、転動体荷重の偏りも大きくなり、負荷域が上位置側に集中する。つまり負荷域が小さくなる。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the load applied to the wheel bearing device and the load area. A wheel bearing device is generally in a preload state when incorporated in a vehicle. When the external load is unloaded, the
次に、上記車輪用軸受装置での荷重推定動作について説明する。転動体荷重により外方部材1は変形するが、図3に示す負荷域が異なると外方部材1の変形も異なる。この車輪用軸受装置では、外方部材1の外径面に負荷域測定手段10である歪みゲージを設けているので、この負荷域測定手段10が外方部材1の変形を負荷域の変化として測定する。すなわち、この実施形態では、周方向の等配置位置、つまり上位置と下位置に分けて負荷域測定手段10を配置しているので、これら2つの負荷域測定手段10により、負荷域の分布状態を測定することができる。また、これらの負荷域測定手段10の測定値は荷重推定手段11に入力されて、荷重推定手段11はその測定値に基づき車輪用軸受装置に負荷される荷重を推測する。すなわち、概略的に言えば、上記負荷域測定手段10の測定する負荷域が例えば図3(B)のものである場合には、荷重推定手段11は車輪用軸受装置に負荷される荷重が中程度のものと推定する。また、負荷域測定手段10の測定する負荷域が例えば図3(C)のものである場合には、荷重推定手段11は車輪用軸受装置に負荷される荷重が大であると推定する。
Next, the load estimation operation in the wheel bearing device will be described. Although the
また、この実施形態では、転動体列(ここではインボード側の転動作体列)と対応する軸方向位置に負荷域測定手段10を設けているので、負荷域の測定感度が向上する。なお、この実施形態では、2つの負荷域測定手段10を周方向の等配位置に分配して設けているが、その数を3つ以上として周方向の等配位置に配置することにより、負荷域の測定精度をさらに向上させることができる。 Moreover, in this embodiment, since the load area measuring means 10 is provided in the axial position corresponding to the rolling element row (here, the inboard rolling element row), the measurement sensitivity of the load area is improved. In this embodiment, the two load area measuring means 10 are distributed and provided at the circumferentially equidistant positions. However, the number of the load area measuring means 10 can be three or more and arranged at the circumferentially equidistant positions. The measurement accuracy of the area can be further improved.
このように、この車輪用軸受装置では、転動体3の負荷域を測定する負荷域測定手段10と、この負荷域測定手段10の測定値から車輪用軸受装置に負荷される荷重を推定する荷重推測手段11とを設けているので、車輪用軸受装置に強度上の問題を残すことなく、安価な構造で車輪にかかる荷重を精度良く測定できる。測定した荷重データは、ABS(アンチロックブレーキシステム)やTCS(トラクションコントロールシステム)等の車両安定化のための各種装置のデータに利用することにより、車両の安定走行制御に寄与できる。
Thus, in this wheel bearing device, the load area measuring means 10 for measuring the load area of the rolling
図4および図5は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は、図1ないし図3に示す第1の実施形態において、転動体3の負荷域を測定する負荷域測定手段10として、外方部材1の変形を測定する圧電素子を用いている。なお、図4は、図5におけるB−B矢視断面図を示す。また、この実施形態では、外方部材1の外径面の周方向の上位置にのみ負荷域測定手段10を設けているが、第1の実施形態のように上下に等配して2つ設けても、さらに等配数を増やしても良い。その他の構成は第1の実施形態の場合と同じである。
4 and 5 show another embodiment of the present invention. The wheel bearing device of this embodiment is a piezoelectric device that measures the deformation of the
なお、上記各実施形態では、負荷域測定手段10として歪みゲージや圧電素子を用いた場合を示したが、これに限らず負荷域測定手段10は、車輪用軸受装置に生じる振動値を検出する振動検出手段であっても良い。
すなわち、第1の実施形態の車輪用軸受装置において、転動体3は回転中に荷重非負荷域から負荷域に入ると、衝撃荷重を受け微小振動が発生する。この振動源を振動検出手段で測定することにより負荷域を知ることができ、負荷域の検出により外部からの入力荷重を推測できる。この場合、負荷域測定手段10である振動検出手段は、外方部材1における周方向の上位置(反路面側の位置)に設けるのが好ましい。
この場合の振動源は、図3の説明図において、負荷域が小さい程(例えば図3(C)の状態)、検出位置に近づくことになる。また、負荷域が小さい程、転動体荷重が大きくなり、負荷域に転動体3が入った時の振動が大きい。この2つの理由により、上記したように上位置(反路面側の位置)に負荷域測定手段(振動検出手段)10を配置することで、負荷域が小さくなる程、負荷域測定手段(振動検出手段)10の検出する振動値が大きくなる。
In each of the above-described embodiments, the case where a strain gauge or a piezoelectric element is used as the load
That is, in the wheel bearing device of the first embodiment, when the rolling
The vibration source in this case is closer to the detection position as the load region is smaller in the explanatory diagram of FIG. 3 (for example, the state of FIG. 3C). Further, the smaller the load area, the larger the rolling element load, and the greater the vibration when the rolling
図6は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の車輪用軸受装置は複列のアンギュラ玉軸受形式のものであって、第1世代型に分類されるものである。この車輪用軸受装置では、外方部材1および内方部材2は、共にフランジを有せず、内方部材2の内周に別体のハブの軸部が嵌合する。外方部材1は全体が一体のものとされ、内方部材2は、2つの内輪2B1,2B2を軸方向に並べたものとされている。外方部材1の外径面におけるインボード側の転動体列に対応する軸方向位置の上位置と下位置に負荷域測定手段10が設けられている。その他の構成は第1の実施形態の場合と同じである。
FIG. 6 shows still another embodiment of the present invention. The wheel bearing device of this embodiment is of a double row angular ball bearing type and is classified as a first generation type. In this wheel bearing device, both the
図7は、この発明の車輪用軸受装置のさらに他の実施形態を示す。この車輪用軸受装置も複列のアンギュラ玉軸受形式のものであって、第2世代型に分類されるものであり、駆動輪支持用である。この車輪用軸受装置では、第1の実施形態において、内方部材2が、ハブ輪2Aと、このハブ輪2Aの外径面に嵌合される内輪2Bとからなり、内輪2Bは軸方向に並ぶ2つの内輪2B1,2B2からなる。その他の構成は第1の実施形態の場合と同じである。
FIG. 7 shows still another embodiment of the wheel bearing device of the present invention. This wheel bearing device is also of the double-row angular ball bearing type, which is classified as the second generation type, and is for driving wheel support. In this wheel bearing device, in the first embodiment, the
図8は、この発明の車輪用軸受装置のさらに他の実施形態を示す。この車輪用軸受装置も複列のアンギュラ玉軸受形式のものであって、第4世代型に分類されるものであり、駆動輪支持用である。この車輪用軸受装置では、第1の実施形態において、内方部材2がハブ輪2Aと等速ジョイント外輪13aとからなり、そのアウトボー側列の軌道面5がハブ輪2Aの外径面に、インボード側列の軌道面5が等速ジョイント外輪13aの外径面にそれぞれ形成されている。また、インボード側のシール8は、外方部材1のインボード側端部と等速ジョイント外輪13aとの間の空間を密封する。その他の構成は第1の実施形態の場合と略同じである。
FIG. 8 shows still another embodiment of the wheel bearing device of the present invention. This wheel bearing device is also of the double row angular ball bearing type, which is classified as the fourth generation type, and is for driving wheel support. In this wheel bearing device, in the first embodiment, the
なお、前記各実施形態は、いずれもアンギュラ玉軸受形式の車輪用軸受装置に適用した場合につき説明したが、この発明は複列円すいころ軸受形式の車輪用軸受装置にも適用することができる。 In addition, although each said embodiment demonstrated the case where all were applied to the angular ball bearing type | formula wheel bearing apparatus, this invention is applicable also to the wheel bearing apparatus of a double row tapered roller bearing type | mold.
1…外方部材
2…内方部材
3…転動体
4,5…軌道面
10…負荷域測定手段
11…荷重推定手段
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記転動体の負荷域を測定する負荷域測定手段と、この負荷域測定手段の測定値から車輪用軸受装置に負荷される荷重を推定する荷重推測手段とを備えることを特徴とする荷重センサ付車輪用軸受装置。 An outer member having a double-row raceway surface on the inner periphery, an inner member having a double-row raceway surface facing these raceway surfaces, and a double-row rolling element interposed between the opposing raceway surfaces, In the wheel bearing device that supports the wheel rotatably with respect to the vehicle body,
With a load sensor, comprising: a load area measuring means for measuring a load area of the rolling element; and a load estimating means for estimating a load applied to the wheel bearing device from a measurement value of the load area measuring means. Wheel bearing device.
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