JP2006058254A - 車輪荷重検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輪に作用する荷重を感度良く安定して検出できる車輪荷重検出装置を提供する。
【解決手段】 ブレーキロータ１７の側面と対向する位置に、ブレーキロータ１７との間の隙間を測定する変位センサ２２を設ける。この変位センサ２２の検出した変位量から車輪１８にかかる荷重を検出する荷重演算手段２３を設ける。前記変位センサ２２は、ブレーキロータ１７の上下２箇所に概ね１８０°離れた位置に配置する。前記荷重演算手段２３に、上下の変位センサ２２の出力差を取る手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車輪にかかる荷重を検出する車輪荷重検出装置に関する。

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回転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）。
特開２００３−３３６６５２号公報

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。

また、今後、ステアバイワイヤが導入されて、車軸とステアリングが機械的に結合しないシステムになってくると、車軸方向荷重を検出して運転手が握るハンドルに路面情報を伝達することが求められる。
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、車体取付けフランジに固定支持された変位センサで外方部材の表面との隙間を測定することで荷重検出を行っているが、外方部材の変形量はわずかであり、検出精度にも限界がある。

この発明の目的は、このような課題を解消し、車輪にかかる荷重を感度良く安定して検出できる車輪荷重検出装置を提供することである。

この発明の車輪荷重検出装置は、ブレーキロータの側面と対向する位置に設けられてブレーキロータとの間の隙間を測定する変位センサと、この変位センサの検出した変位量から車輪にかかる荷重を検出する荷重演算手段とを備える。
ブレーキロータは、車輪用軸受装置における車輪取付フランジに取付けられる。車輪取付フランジは、車両の旋回走行時には横加重がかかるため、曲げモーメントを受けて回転軸心に対して僅かに傾斜する。そのため、ブレーキロータも傾斜する。これにより、変位センサとブレーキロータの側面との隙間が変化し、その変位量を変位センサが検出する。荷重演算手段は、その変位量を車輪にかかる軸方向荷重に換算して出力する。すなわち旋回走行で車輪に加わる横荷重に換算する。ブレーキロータの外径は車輪取付フランジよりも大きいので、ブレーキロータの変位量は車輪取付フランジよりも大きくなり、それだけ車輪にかかる荷重を感度良く安定して検出できる。

この発明において、前記変位センサは、ブレーキロータの上下２箇所に、概ね１８０°離れて配置し、前記荷重演算手段に、上下の変位センサの出力差を取る手段を設けても良い。
この構成の場合、上下の変位センサの出力差を荷重演算手段で検出するので、感度が向上し、また温度ドリフトが低減し、回転振れに伴うセンサ出力の変動も抑制でき、より安定した検出が可能となる。

この発明において、少なくとも一つの変位センサは、前記ブレーキロータに制動力を作用させるブレーキユニットに内蔵しても良い。この構成の場合、変位センサの固定のために特別な構造を付加することなく、ブレーキロータの側面に簡単に変位センサを近接配置できる。

この発明の車輪荷重検出装置は、ブレーキロータの側面と対向する位置に設けられてブレーキロータとの間の隙間を測定する変位センサと、この変位センサの検出した変位量から車輪にかかる荷重を検出する荷重演算手段とを備えたため、車輪にかかる荷重を感度良く安定して検出することができる。

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。図１は、この実施形態の車輪荷重検出装置を備えた車輪用軸受装置の断面図を示す。こ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、この明細書において、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、内周に複列の転走面４を有する外方部材１と、これら転走面４にそれぞれ対向する転走面５を有する内方部材２と、これら複列の転走面４，５間に介在させた複列の転動体３とを備える。この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、上記各転走面４，５は断面円弧状であり、各転走面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。

外方部材１は固定側の部材となるものであって、ナックル１４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。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１４に周方向複数箇所のボルト１９で締結される。車体取付フランジ１ａのボルト挿通孔２１はねじ加工されており、上記ボルト１９は、ナックル１４に設けられた貫通孔を貫通し、上記ボルト挿通孔２１に先端の雄ねじ部分が螺合する。ボルト挿通孔２１をねじ孔とする代わりに、単にボルト１９が挿通される孔とし、ナット（図示せず）でボルト１９を締め付けるようにしても良い。

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、各列の転走面５がそれぞれ形成される。ハブ輪２Ａには等速ジョイント１５の外輪１５ａが連結されている。すなわち、ハブ輪２Ａの中央孔９には、等速ジョイント１５の外輪１５ａに一体に形成されたステム部１６が挿通され、そのステム部１６の先端の雄ねじ部分にナット１０をねじ込むことで、外輪１５ａがハブ輪２Ａに連結される。ハブ輪２Ａの中央孔９にはスプライン溝が形成されており、ステム部１６とはスプライン嵌合する。車輪取付フランジ２ａは内方部材２のアウトボード側端部に位置しており、図１のように、車輪取付フランジ２ａにブレーキロータ１７を介して車輪１８がボルト２０で取付けられている。内輪２Ｂは、ハブ輪２Ａのインボード側端部に設けられた加締部２Ａａでハブ輪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、それぞれ接触式のシール７，８で密封されている。

車輪荷重検出装置は、前記ブレーキロータ１７の側面と対向する位置に設けられてブレーキロータ１７との間の隙間を測定する変位センサ２２と、この変位センサ２２の検出した変位量から車輪１８にかかる荷重を検出する荷重演算手段２３とで構成される。変位センサ２２は、図２にその断面を模式的に示すように、磁性体からなるヨーク２２ａにコイル２２ｂを巻回したリラクタンス型のギャップセンサ等が用いられる。変位センサ２２はブレーキロータ１７の周方向の概ね１８０°離れた上下２箇所の位置に一対配置されて、車体側の例えばナックル１４に固定される。上下の各ヨーク２２ａ１，２２ａ２に巻回される各コイル２２ｂ１，２２ｂ２の巻回処理は、ヨーク２２ａに直接巻いても良いが、図示しない樹脂ボビンを介在させても良い。

図３に、前記荷重演算手段２３の回路例を示す。この回路は、コイル２２ｂ１と抵抗とからなる第１の直列回路部２６と、コイル２２ｂ２と抵抗とからなる第２の直列回路部２７とを並列に接続したものからなり、第１の直列回路部２６とこれに並列に接続される第２の直列回路部２７とに、発信器２８から数十ｋＨｚの交流電圧が印加される。第１のコイル２２ｂ１にかかる分割電圧は、整流器２９およびローパスフィルタ３０で直流電圧に変換されて差動増幅器３１の第１入力端子に入力される。また、第２のコイル２２ｂ２にかかる分割電圧も、別の整流器２９およびローパスフィルタ３０で直流電圧に変換されて、差動増幅器３１の第２入力端子に入力される。差動増幅器３１はこれら２入力の差分を増幅して出力する。この出力は、車輪１８にかかる荷重を検出したものとなる。

上記構成の車輪用軸受装置において、車両のコーナリング時、つまり旋回走行時には、車輪用軸受装置に横荷重が作用し、この横荷重によって車輪取付フランジ２ａは曲げモーメントが作用する。この曲げモーメントで車輪取付フランジ２ａは僅かに傾斜し、横荷重の大きさによって傾斜量が変わる。車輪取付フランジ２ａに固定されたブレーキロータ１７も上記曲げモーメントで傾斜する。これにより、上位置の変位センサ２２とブレーキロータ１７の側面との隙間と、下位置の変位センサ２２とブレーキロータ１７の側面との隙間とに差が生じる。これらの隙間が両変位センサ２２で検出され、両変位センサ２２の出力の差分を荷重演算手段２３が演算して車輪１８にかかる軸方向荷重として出力する。特に、車輪取付フランジ２ａよりもブレーキロータ１７の方が外径は大きいので、軸方向変位はブレーキロータ１７で拡大されたものが変位センサ２２で検出されることになり、それだけ測定感度が向上する。
また、変位センサ２２をブレーキロータ１７の上下位置に配置して、その出力差を検出するので、感度が向上するうえ、温度ドリフトの低減、回転振れに伴うセンサ出力の変動抑制の作用が得られる。

この荷重演算手段２３の回路は、変位センサ２２の近傍に設置してその信号処理を行っても良いし、ナックル１４に固定して信号処理を行っても良い。さらには、自動車のＥＣＵ（電気制御ユニット）側に荷重演算手段２３を搭載した回路基板を内蔵しても良い。荷重演算手段２３で処理された荷重情報は、図示しない送信手段によって車体側の受信手段にワイヤレス出送信することも可能である。この場合、荷重演算手段２３を搭載した回路基板への電力供給もワイヤレスで行っても良い。ここで得られる荷重出力は、情報としてＥＣＵに取込まれ、自動車の走行安定性制御やステアバイワイヤシステムでの路面情報伝達にも応用可能となる。

図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の車輪荷重検出装置は、図１に示す第１の実施形態において、上下の変位センサ２２のうち少なくとも一方の変位センサ２２（ここでは上の変位センサ２２）を、ブレーキロータ１７に制動力を作用させるブレーキユニット２４に内蔵したものである。この場合、ブレーキパッド２５でブレーキロータ１７が磨耗する位置を避けて、磨耗しない位置に変位センサ２２を対向させるのが、隙間検出を正確に行う上で望ましい。その他の構成は第１の実施形態の場合と同じである。

このように、ブレーキロータ１７に変位センサ２２を内蔵させる構成とすることによって、変位センサ２２の固定のために特別な構造を付加することなく、ブレーキロータ１７の側面に簡単に変位センサ２２を近接配置できる。

この発明の第１の実施形態にかかる車輪荷重検出装置を備えた車輪用軸受装置の断面図である。 同車輪荷重検出装置における変位センサ配置構成を示す断面図である。 同車輪荷重検出装置における荷重演算手段の回路図である。 この発明の他の実施形態にかかる車輪荷重検出装置を備えた車輪用軸受装置の断面図である。

符号の説明

１７…ブレーキロータ
１８…車輪
２２…変位センサ
２３…荷重演算手段
２４…ブレーキユニット

Claims (3)

1. ブレーキロータの側面と対向する位置に設けられてブレーキロータとの間の隙間を測定する変位センサと、この変位センサの検出した変位量から車輪にかかる荷重を検出する荷重演算手段とを備えた車輪荷重検出装置。
2. 請求項１において、前記変位センサは、ブレーキロータの上下２箇所に概ね１８０°離れた位置に配置し、前記荷重演算手段に、上下の変位センサの出力差を取る手段を設けた車輪荷重検出装置。
3. 請求項１または請求項２において、少なくとも一つの変位センサは、前記ブレーキロータに制動力を作用させるブレーキユニットに内蔵した車輪荷重検出装置。
   

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