JP2006201116A - Hub unit with sensor for vehicle with power steering, and sensor system for the vehicle with power steering - Google Patents

Hub unit with sensor for vehicle with power steering, and sensor system for the vehicle with power steering Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pair of hub units with sensors for a vehicle mounted with a power steering capable of sharing a sensor with a torque sensor for detecting the steering assistance power and a displacement sensor for detecting the grounding load of a tire, without reducing the rigidity of the steering shaft. <P>SOLUTION: The pair of hub units with sensors are provided with each of sensors Sti, Sto, Sbi, and Sbo in the inside and on the outside of the axial direction of the left and right hub units 1 of the front wheels of the car mounted with power steering, and a processing means 10 for processing the output of each of sensors Sti, Sto, Sbi and Sbo, and a processing means is provided with the assistance power operation part 32 for obtaining the steering assistance power to a steering driver from each of the sensors Sti, Sto, Sbi and Sbo. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、パワーステアリング装置を装着した自動車用のセンサ付きハブユニットおよびセンサ装置に関する。   The present invention relates to a sensor-equipped hub unit and a sensor device for an automobile equipped with a power steering device.

自動車のパワーステアリング装置は、図5に示すように、左右の車輪100を旋回させるための操作手段としてのハンドル(ステアリングホイール)101に一端が固着されるステアリングシャフト102と、そのステアリングシャフト102の他端と左右の車輪100との間に設けられたラックピニオン機構103と、ハンドル101の操作によってステアリングシャフト102に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ104と、ハンドル操作(ステアリング操作)による運転者の負荷(操舵力)を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ105と、そのモータ105の発生する操舵補助力をステアリングシャフト102に伝達する減速ギヤ106と、車載バッテリ107からの電源の供給を受けてトルクセンサ104や車速センサ108からのセンサ信号に基づきモータ105の駆動を制御する電子制御ユニット(ECU)(109)とを備えている(特許文献1)。トルクセンサ104は、操舵トルクを検出しやすいように、ねじれやすいように形成されたトーションバーに取り付けられている。   As shown in FIG. 5, the power steering device for an automobile includes a steering shaft 102 whose one end is fixed to a handle (steering wheel) 101 as an operation means for turning left and right wheels 100, and other steering shafts 102. A rack and pinion mechanism 103 provided between the end and the left and right wheels 100, a torque sensor 104 that detects a steering torque applied to the steering shaft 102 by the operation of the handle 101, and a driver's operation by a steering operation (steering operation) Electric motor 105 that generates a steering assist force for reducing the load (steering force), a reduction gear 106 that transmits the steering assist force generated by the motor 105 to the steering shaft 102, and supply of power from an in-vehicle battery 107 In response to the sensor signals from the torque sensor 104 and the vehicle speed sensor 108 to control the driving of the motor 105. And an electronic control unit (ECU) (109) (Patent Document 1). The torque sensor 104 is attached to a torsion bar formed so as to be easily twisted so that the steering torque can be easily detected.

一方、自動車においては、その制御を行うために種々の情報が必要であることから、車体側に固定される固定側軌道部材、車輪が取り付けられる回転側軌道部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有する転がり軸受(ハブユニット)に、センサ装置を設けることが提案されている。たとえば、特許文献2には、固定側軌道部材に変位センサを設けて、ハブユニットに加わるタイヤ接地荷重の方向および大きさを求めるようにしたセンサ付きハブユニットが開示されている。
特開2004−216951号公報 特開2004−3918号公報
On the other hand, since various kinds of information are necessary for the control in the automobile, the fixed side track member fixed to the vehicle body side, the rotation side track member to which the wheel is attached, and the two members are arranged. It has also been proposed to provide a sensor device in a rolling bearing (hub unit) having two rows of rolling elements. For example, Patent Document 2 discloses a sensor-equipped hub unit in which a displacement sensor is provided on a fixed-side track member to determine the direction and magnitude of a tire ground contact load applied to the hub unit.
JP 2004-216951 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-3918

上記特許文献1のパワーステアリング装着車両用センサ装置によると、ねじれやすくしたトーションバーにトルクセンサを取り付けるようになされているため、これがステアリングシャフトの剛性の低下となって操舵フィーリングの悪化の要因となるという問題があった。   According to the power steering-equipped vehicle sensor device of Patent Document 1 described above, the torque sensor is attached to a torsion bar that is easily twisted. This causes a reduction in the rigidity of the steering shaft and causes deterioration in steering feeling. There was a problem of becoming.

また、上記特許文献1における操舵トルク検出用トルクセンサと上記特許文献2のセンサ付きハブユニットにおけるタイヤ接地荷重検出用変位センサとは、それぞれ別個のセンサ装置として扱われていた。   Further, the steering torque detection torque sensor in Patent Document 1 and the tire contact load detection displacement sensor in the sensor-equipped hub unit of Patent Document 2 have been treated as separate sensor devices.

この発明の目的は、ステアリングシャフトの剛性を低下させることなく操舵補助力を検出することを可能とするとともに、操舵トルク検出用トルクセンサとタイヤ接地荷重検出用変位センサとを共用化してパワーステアリング用トルクセンサの省略を可能とするパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットおよびパワーステアリング装着車両用センサ装置を提供することにある。   It is an object of the present invention to detect a steering assist force without reducing the rigidity of a steering shaft, and to share a steering torque detection torque sensor and a tire contact load detection displacement sensor for power steering. It is an object of the present invention to provide a hub unit with a power steering-equipped vehicle sensor and a power steering-equipped vehicle sensor device capable of omitting a torque sensor.

この発明によるパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットは、車体側に固定される車体側軌道部材、車輪取付け用のフランジ部を有する車輪側軌道部材および両軌道部材の間に配置された転動体を有しパワーステアリング装着車両に取り付けられるハブユニットにセンサが設けられたセンサ付きハブユニットであって、センサ装置は、ハブユニットの軸方向内側および外側にそれぞれ設けられたセンサと、各センサの出力を処理する処理手段とを備えており、処理手段は、各センサの出力から運転者のステアリング操作のための操舵補助力を求める操舵補助力演算部を有していることを特徴とするものである。   A hub unit with a sensor for a vehicle equipped with a power steering according to the present invention includes a vehicle body side track member fixed to the vehicle body side, a wheel side track member having a wheel mounting flange portion, and a rolling element disposed between both track members. A hub unit with a sensor in which a sensor is provided in a hub unit that is attached to a vehicle equipped with a power steering, wherein the sensor device includes sensors provided on the inner side and the outer side in the axial direction of the hub unit, and outputs of the sensors. And a processing means for processing. The processing means includes a steering assist force calculation unit that obtains a steering assist force for a driver's steering operation from the output of each sensor. .

また、この発明によるパワーステアリング装着車両用センサ装置は、パワーステアリング装着車両の前輪の左右ハブユニットの軸方向内側および外側にそれぞれ設けられたセンサと、各センサの出力を処理する処理手段とを備えており、処理手段は、各センサの出力から運転者のステアリング操作のための操舵補助力を求める操舵補助力演算部を有していることを特徴とするものである。   In addition, the power steering vehicle sensor device according to the present invention includes sensors provided on the inner and outer sides in the axial direction of the left and right hub units of the front wheels of the power steering vehicle, and processing means for processing the output of each sensor. The processing means includes a steering assist force calculation unit that obtains a steering assist force for the driver's steering operation from the output of each sensor.

パワーステアリング装置は、エンジンの回転で油圧を発生させ、この油圧をステアリング機構に作用させる油圧式のものであってもよく、また、電動モータを駆動することによりステアリング機構に必要な補助力を与える電動式のものであってもよい。具体的には、コラムタイプ電動パワーステアリング、ラック同軸タイプ電動パワーステアリング、ステップオリフィスタイプ電子制御式パワーステアリング、電動ポンプ式油圧パワーステアリング等のパワーステアリングを装着した自動車にこの発明のセンサ装置を適用することができる。   The power steering device may be a hydraulic type that generates hydraulic pressure by the rotation of the engine and applies this hydraulic pressure to the steering mechanism, and also provides the necessary assisting force to the steering mechanism by driving the electric motor. An electric type may be used. Specifically, the sensor device of the present invention is applied to an automobile equipped with a power steering such as a column type electric power steering, a rack coaxial type electric power steering, a step orifice type electronic control type power steering, an electric pump type hydraulic power steering, etc. be able to.

ハブユニットは、固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有しており、センサは、固定側軌道部材に設けられる。   The hub unit has a fixed-side track member, a rotation-side track member, and a rolling element, and the sensor is provided on the fixed-side track member.

ステアリング操作を行うと、左右の車輪が旋回(垂直軸回りに回転)し、これに伴って、ハブユニットにモーメントが作用する。このモーメントは、外側のハブユニットの軸方向内側では、荷重を増加、同外側では、荷重を減少させるので、これらの荷重の変化を適宜なセンサで検出することにより、車輪に作用するモーメントを求めることができる。この車輪のモーメントは、操舵力と対応しているので、車輪のモーメントの大きさに応じてステアリング機構に操舵補助力を与えることにより、運転者が作用させるべき操舵力が軽減される。   When the steering operation is performed, the left and right wheels turn (rotate about the vertical axis), and accordingly, a moment acts on the hub unit. This moment increases the load on the inner side of the outer hub unit in the axial direction and decreases the load on the outer side of the hub unit. Therefore, the moment acting on the wheel is obtained by detecting changes in these loads with an appropriate sensor. be able to. Since the wheel moment corresponds to the steering force, the steering force to be applied by the driver is reduced by applying a steering assist force to the steering mechanism in accordance with the magnitude of the wheel moment.

センサは、例えば、転動体と固定側軌道部材との間に作用する力をエコー比として検知する超音波センサとされるが、これに限定されるものではなく、転動体から固定側軌道部材に作用する力による歪量を検知するMIセンサ(磁気インピーダンスセンサ)であってもよく、その他の荷重センサ(応力センサおよび歪センサを含む)であってもよい。   The sensor is, for example, an ultrasonic sensor that detects, as an echo ratio, a force acting between the rolling element and the fixed-side track member, but is not limited to this, and from the rolling element to the fixed-side track member. It may be an MI sensor (magnetic impedance sensor) that detects the amount of strain due to an acting force, or may be another load sensor (including a stress sensor and a strain sensor).

センサの数は、左右ハブユニットのそれぞれに内側および外側の2つずつ計4つが必要である。これらのセンサは、ハブユニットの頂部または底部に配置されることが好ましい。   A total of four sensors are required for each of the left and right hub units, two inside and two outside. These sensors are preferably arranged at the top or bottom of the hub unit.

パワーステアリング用操舵補助力を検出するためだけであれば、センサの数は、左右の各ハブユニットに2つずつ計4つあればよいが、センサは、各ハブユニット毎に、固定側軌道部材の周方向に所定間隔を置いた少なくとも3カ所に設けられていることが好ましく、これに対応して、処理手段は、各センサの出力から転がり軸受に作用する荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求めるタイヤ接地荷重3方向演算部をさらに有していることが好ましい。この場合、センサの数は、前輪の左右ハブユニット毎に少なくとも6つ(内外1対×3カ所)使用される。そして、後輪の左右ハブユニットにもこれらのセンサが設けられる。   If it is only to detect the steering assist force for power steering, the number of sensors may be four in total, two for each of the left and right hub units. Are preferably provided at at least three locations at predetermined intervals in the circumferential direction. Corresponding to this, the processing means corresponds to the vertical component and the longitudinal component of the load acting on the rolling bearing from the output of each sensor. Further, it is preferable to further include a tire ground load three-direction calculation unit for obtaining a left-right direction component. In this case, the number of sensors is at least 6 (one pair of inside and outside and three places) for each left and right hub unit of the front wheel. These sensors are also provided in the left and right hub units of the rear wheels.

このようにすると、各車輪におけるタイヤ接地荷重の各成分を求めることが可能となり、タイヤ接地荷重の各成分を求めるセンサによってパワーステアリング用操舵補助力を求めることにより、タイヤ接地荷重の各成分およびパワーステアリング用トルクを別々に検出している従来のものに比べて、パワーステアリング用トルクを検出するセンサを省略することができ、大幅にコストを低減することができる。   In this way, it is possible to determine each component of the tire ground contact load at each wheel, and by determining the steering assist force for power steering by the sensor for determining each component of the tire ground load, Compared to the conventional one that separately detects the steering torque, a sensor for detecting the power steering torque can be omitted, and the cost can be greatly reduced.

この発明のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットによると、これをパワーステアリング装着車両の前輪に取り付けることにより、ステアリングシャフトの剛性を低下させることなく操舵補助力を検出することができる。しかも、これをタイヤの接地荷重を求めるセンサ装置としても使用可能な構成とすることにより、パワーステアリング用トルクを検出するセンサを省略することができる。   According to the hub unit with a sensor for a power steering vehicle according to the present invention, the steering assist force can be detected without reducing the rigidity of the steering shaft by attaching the hub unit to the front wheel of the power steering vehicle. In addition, a sensor that detects the power steering torque can be omitted by adopting a configuration that can be used as a sensor device that determines the ground load of the tire.

この発明のパワーステアリング装着車両用センサ装置によると、これをパワーステアリング装着車両に設けることにより、ステアリングシャフトの剛性を低下させることなく操舵補助力を検出することができる。しかも、これをタイヤの接地荷重を求めるセンサ装置としても使用可能な構成とすることにより、パワーステアリング用トルクを検出するセンサを省略することができる。   According to the power steering vehicle-equipped sensor device of the present invention, the steering assist force can be detected without reducing the rigidity of the steering shaft by providing the power steering vehicle-equipped vehicle sensor device. In addition, a sensor that detects the power steering torque can be omitted by adopting a configuration that can be used as a sensor device that determines the ground load of the tire.

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。以下の説明において、左右は図1の左右をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the left and right refer to the left and right in FIG. Note that the left is inside the vehicle and the right is outside the vehicle.

図1は、この発明のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットの1実施形態を示しており、図4は、この発明のパワーステアリング装着車両用センサ装置の1実施形態を示している。   FIG. 1 shows one embodiment of a hub unit with a sensor for a power steering vehicle according to the present invention, and FIG. 4 shows one embodiment of a sensor device for a power steering vehicle with the present invention.

ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(4)、両部材(3)(4)の間に2列に配置された複数の転動体である玉(5)、および各列の玉(5)をそれぞれ保持する保持器(6)を備えている。   The hub unit (1) is arranged in two rows between the fixed side track member (3) fixed to the vehicle body side, the rotary side track member (4) to which the wheel is attached, and both members (3) and (4). A ball (5), which is a plurality of rolling elements, and a cage (6) for holding each row of balls (5) are provided.

固定側軌道部材(3)は、軸受の外輪(固定輪)機能を有しているもので、内周面に2列の外輪軌道が形成されている円筒部(12)と、円筒部(12)の左端部近くに設けられて懸架装置(車体側部分)にボルトで取り付けられるフランジ部(13)とを有している。   The fixed-side raceway member (3) has a bearing outer ring (fixed ring) function, and includes a cylindrical portion (12) in which two rows of outer ring raceways are formed on the inner peripheral surface, and a cylindrical portion (12 ) And a flange portion (13) attached to the suspension device (vehicle body side portion) with a bolt.

回転側軌道部材(4)は、第1の軌道溝(15a)を有する大径部(15)および第1の軌道溝(15a)の径よりも小さい外径を有する小径部(16)を有している内軸(14)と、内軸(14)の小径部(16)外径に嵌め止められて右面が内軸(14)の大径部(15)左面に密接させられている内輪(17)とからなる。内軸(14)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト(19)が固定されたフランジ部(18)が設けられている。内輪(17)の右部には、内軸(14)の軌道溝(15a)と並列するように、軌道溝(17a)が形成されており、内輪(17)の左部に肩部(17b)が形成されている。固定側軌道部材(3)の右端部と内軸(14)との間には、シール装置(20)が設けられている。内軸(14)の小径部(16)の左端部には、おねじ部が設けられており、このおねじ部にねじ合わされたナット(21)によって、内輪(17)が内軸(14)に固定されている。固定側軌道部材(3)の左端部には、カバー(22)が被せ止められている。   The rotation side raceway member (4) has a large diameter portion (15) having a first raceway groove (15a) and a small diameter portion (16) having an outer diameter smaller than the diameter of the first raceway groove (15a). The inner ring (14), and the inner ring (14), the inner ring (14), which has a small diameter part (16) and is fitted to the outer diameter, and the right side is in close contact with the left side of the large diameter part (15) of the inner axis (14) (17) Near the right end of the inner shaft (14), a flange portion (18) to which a plurality of bolts (19) for attaching a wheel is fixed is provided. A raceway groove (17a) is formed in the right part of the inner ring (17) so as to be parallel to the raceway groove (15a) of the inner shaft (14), and a shoulder part (17b ) Is formed. A sealing device (20) is provided between the right end portion of the fixed-side track member (3) and the inner shaft (14). A male screw is provided at the left end of the small diameter portion (16) of the inner shaft (14), and the inner ring (17) is connected to the inner shaft (14) by a nut (21) screwed to the male screw. It is fixed to. A cover (22) is covered with the left end portion of the fixed race member (3).

ハブユニット(1)には、固定側軌道部材(3)と内列の玉(5)との間に作用する力(以下「転動体荷重」と称す)を検出する超音波センサ(Sti)(Sbi)と、外列の玉(5)の転動体荷重を検出する超音波センサ(Sto)(Sbo)とが設けられている。   The hub unit (1) has an ultrasonic sensor (Sti) that detects the force (hereinafter referred to as the “rolling element load”) acting between the fixed raceway member (3) and the ball (5) in the inner row. Sbi) and ultrasonic sensors (Sto) (Sbo) for detecting the rolling element load of the balls (5) in the outer row are provided.

パワーステアリング装着車両用センサ装置(2)は、各ハブユニット(1)に設けられた超音波センサ(Sti)(Sbi)(Sto)(Sbo)と、これらの超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)の出力を処理する処理手段(10)(図4参照)とを備えている。超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)は、図示されている頂部および底部のほかに、前部および後部にもそれぞれ設けられている(これらは、符号(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)で表す。)。ただし、超音波センサの個数および配置は、これに限定されるものではない。   The power steering vehicle sensor device (2) includes an ultrasonic sensor (Sti) (Sbi) (Sto) (Sbo) provided in each hub unit (1), and these ultrasonic sensors (Sti) (Sto). And processing means (10) (see FIG. 4) for processing the outputs of (Sbi) and (Sbo). The ultrasonic sensors (Sti) (Sto) (Sbi) (Sbo) are provided on the front and rear as well as on the top and bottom shown in the figure (these are indicated by the symbols (Sfi) (Sfo) (Represented as (Sri) (Sro)). However, the number and arrangement of the ultrasonic sensors are not limited to this.

超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)は、振動子から出力された超音波の反射波を受信部で受けることにより、図2に示すような反射エコーを求めるもので、その出力は、以下に示すエコー比として求められる。   The ultrasonic sensors (Sti), (Sto), (Sbi), (Sbo), (Sfi), (Sfo), (Sri), and (Sro) receive the reflected waves of the ultrasonic waves output from the transducers at the receiving unit, and FIG. The output is obtained as the echo ratio shown below.

エコー比=100×(H0−H1)/H0
H0:転動体が超音波センサから半ピッチ離れたときのエコー強度
H1:転動体が超音波センサ直下に位置するときのエコー強度
このエコー比は、転動体荷重と図3に示す関係を有しており、これを利用してエコー比から転動体荷重を求めることができる。玉(5)に作用する荷重が大きいと、接触面積が大きくなって反射波が小さくなることから、転動体荷重が大きい場合には、大きいエコー比が出力される。
Echo ratio = 100 × (H0−H1) / H0
H0: Echo intensity when the rolling element is separated from the ultrasonic sensor by a half pitch H1: Echo intensity when the rolling element is located directly below the ultrasonic sensor This echo ratio has the relationship shown in FIG. By using this, the rolling element load can be obtained from the echo ratio. If the load acting on the ball (5) is large, the contact area becomes large and the reflected wave becomes small. Therefore, when the rolling element load is large, a large echo ratio is output.

処理手段(10)には、図4に示すように、各車輪毎にハブユニット(1)に設けられたすべてのセンサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)の出力を使用してそのタイヤ接地荷重の3方向成分を求めるタイヤ接地荷重3方向成分演算部(31)と、前輪の左右ハブユニット(1)の頂部および底部に設けられたセンサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)の出力を使用して操舵補助力を求める操舵補助力演算部(32)とが設けられている。各演算部(31)(32)における演算結果は、電子制御ユニット(ECU)(33)に送られて、タイヤ接地荷重3方向成分演算部(31)における演算結果は、車両の制御のために使用され、操舵補助力演算部(32)における演算結果は、ステアリング操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ(図5参照)の駆動を制御するために使用される。   As shown in FIG. 4, the processing means (10) includes all sensors (Sti) (Sto) (Sbi) (Sbo) (Sfi) (Sfo) (Sfo) (for each wheel) provided in the hub unit (1). The tire contact load 3-way component calculation unit (31) for obtaining the 3-way component of the tire contact load using the output of Sri) (Sro) and the top and bottom of the left and right hub unit (1) of the front wheel A steering assist force calculating section (32) for obtaining a steering assist force using outputs of the sensors (Sti), (Sto), (Sbi), and (Sbo) is provided. The calculation results in the calculation units (31) and (32) are sent to an electronic control unit (ECU) (33), and the calculation results in the tire ground load three-direction component calculation unit (31) are used for vehicle control. The calculation result in the steering assist force calculation unit (32) is used to control the drive of the electric motor (see FIG. 5) that generates the steering assist force for reducing the driver's load due to the steering operation. The

処理手段(10)には、エコー比の式、各超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)から得られたエコー比からそのセンサ位置の転動体荷重を求める式、これらの転動体荷重からタイヤ接地荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求める式、前輪の左右に設けられた超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)から得られた転動体荷重の変化と操舵時に路面から左右の車輪に作用するモーメントとの関係式、路面から左右の車輪に作用するモーメントからステアリングシャフトに作用する操舵トルクを求める式などが蓄えられている。   The processing means (10) includes an echo ratio equation, an echo ratio obtained from each ultrasonic sensor (Sti) (Sto) (Sbi) (Sbo) (Sfi) (Sfo) (Sri) (Sro). Formulas for determining the rolling element load at the position, formulas for determining the vertical component, front / rear direction component, and left / right component of the tire ground contact load from these rolling element loads, ultrasonic sensors (Sti) (Sto) provided on the left and right of the front wheels (Sbi) The relationship between the change in rolling element load obtained from (Sbo) and the moment acting on the left and right wheels from the road surface during steering, the steering torque acting on the steering shaft from the moment acting on the left and right wheels from the road surface The required formulas are stored.

運転者がハンドル操作を行うと、前側の左右車輪は、その操作方向に旋回しようとする。その際、路面から車輪にモーメントが作用する。このモーメントは、軸方向内側の転動体荷重を増加(または減少)させるとともに、軸方向外側の転動体荷重を減少(または増加)させる。したがって、軸方向内側および外側の転動体荷重を検出することにより、車輪に作用するモーメントを算出できる。このモーメントの大小は、ハンドル操作による運転者の負荷の大小に対応しているので、このモーメントからハンドル操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を求め、この操舵補助力を電動モータによって発生させることにより、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えることができる。   When the driver operates the steering wheel, the left and right wheels on the front side try to turn in the operation direction. At that time, a moment acts on the wheel from the road surface. This moment increases (or decreases) the axially rolling element load and decreases (or increases) the axially outer rolling element load. Therefore, the moment acting on the wheel can be calculated by detecting the rolling element loads on the inner and outer sides in the axial direction. The magnitude of this moment corresponds to the magnitude of the driver's load caused by the steering wheel operation. Therefore, the steering assist force for reducing the driver's load caused by the steering wheel operation is obtained from this moment, and this steering auxiliary force is obtained by the electric motor. Therefore, a steering assist force can be applied to the steering mechanism of the vehicle.

一方、走行する車両の速度変化や姿勢変化に伴って、タイヤに掛かる接地荷重が変動し、このタイヤ接地荷重変動に応じて、転動体荷重が変化する。複数のセンサを設置した場合、タイヤに作用する前後荷重、左右荷重および垂直荷重の成分ごとにそれぞれセンサへの影響度が異なっており、予め、前後荷重がかかった場合の転動体荷重およびこれに対応するエコー比、左右荷重がかかった場合の転動体荷重およびこれに対応するエコー比、ならびに垂直荷重がかかった場合の転動体荷重およびこれに対応するエコー比を求めておくことにより、超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)で得られたエコー比よりタイヤ接地荷重の3方向分力を求めることができる。   On the other hand, the ground load applied to the tire varies with changes in the speed and posture of the traveling vehicle, and the rolling element load changes according to the tire ground load variation. When multiple sensors are installed, the degree of influence on the sensor differs depending on the components of the longitudinal load, left and right load, and vertical load acting on the tire. By obtaining the corresponding echo ratio, rolling element load when left and right load is applied and the corresponding echo ratio, and rolling element load when vertical load is applied and the corresponding echo ratio, ultrasonic waves are obtained. From the echo ratio obtained by the sensors (Sti), (Sto), (Sbi), (Sbo), (Sfi), (Sfo), (Sri), and (Sro), the three-way component force of the tire contact load can be obtained.

複数の箇所にセンサを設置して接地荷重の各分力をそれぞれ分離して求めようとした場合、他の分力の影響による誤差が生じやすいものとなるが、上記のように、超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)の設置箇所を固定側軌道部材(3)の頂部、底部、前部および後部のそれぞれ内側および外側の計8カ所とすることにより、3方向分力を精度よく求めることができるとともに、前後軸回りのモーメントおよび上下軸回りのモーメントを求めることもできる。   When sensors are installed at multiple locations and each component of the ground load is obtained separately, errors due to the effects of other components are likely to occur. (Sti) (Sto) (Sbi) (Sbo) (Sfi) (Sfo) (Sri) (Sro) are installed on the inside and outside of the top, bottom, front and rear of the fixed track member (3), respectively. By using a total of eight locations, the component force in three directions can be obtained with high accuracy, and the moment about the longitudinal axis and the moment about the vertical axis can also be obtained.

なお、上記において、操舵補助力は、前輪の左右ハブユニット(1)の頂部および底部の両方に設けられたセンサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)の出力を使用して求めているが、頂部および底部のいずれか一方のセンサの出力を使用して求めることもできる。また、センサの出力を使用して直接演算するのではなく、前輪左右のタイヤ接地荷重3方向成分演算部(31)で求められたタイヤ接地荷重3方向成分から操舵補助力を演算することもできる。   In the above, the steering assist force is obtained using the outputs of the sensors (Sti) (Sto) (Sbi) (Sbo) provided on both the top and bottom of the left and right hub units (1) of the front wheels. However, it can also be determined using the output of one of the top and bottom sensors. Further, instead of directly calculating using the output of the sensor, it is also possible to calculate the steering assist force from the tire ground load three-direction component calculated by the tire ground load three-direction component calculation unit (31) on the left and right front wheels. .

図1は、この発明によるパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットの1実施形態を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an embodiment of a hub unit with a sensor for a vehicle equipped with a power steering according to the present invention. 図2は、超音波センサで得られるエコーの波形の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an echo waveform obtained by the ultrasonic sensor. 図3は、超音波センサで得られるエコー比と転動体荷重との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the echo ratio obtained by the ultrasonic sensor and the rolling element load. 図4は、この発明によるパワーステアリング装着車両用センサ装置の1実施形態を示すブロック図である。FIG. 4 is a block diagram showing an embodiment of a power steering-equipped vehicle sensor device according to the present invention. 図5は、この発明のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットおよびセンサ装置が適用される従来のパワーステアリング装着車両を示す概略図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional power steering equipped vehicle to which the power steering equipped vehicle-equipped hub unit and sensor device of the present invention are applied.

符号の説明Explanation of symbols

(1) ハブユニット
(2) センサ装置
(3) 固定側軌道部材
(4) 回転側軌道部材
(5) 玉(転動体)
(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro) 超音波センサ
(10) 処理手段
(31) タイヤ接地荷重3方向成分演算部
(32) 操舵補助力演算部
(1) Hub unit
(2) Sensor device
(3) Fixed side raceway member
(4) Rotating track member
(5) Ball (rolling element)
(Sti) (Sto) (Sbi) (Sbo) (Sfi) (Sfo) (Sri) (Sro) Ultrasonic sensor
(10) Processing means
(31) Tire contact load 3-way component calculation unit
(32) Steering assist force calculator

Claims (6)

車体側に固定される車体側軌道部材、車輪取付け用のフランジ部を有する車輪側軌道部材および両軌道部材の間に配置された転動体を有しパワーステアリング装着車両に取り付けられるハブユニットにセンサが設けられたセンサ付きハブユニットであって、
ハブユニットの軸方向内側および外側にそれぞれ設けられたセンサと、各センサの出力を処理する処理手段とを備えており、処理手段は、各センサの出力から運転者のステアリング操作のための操舵補助力を求める操舵補助力演算部を有していることを特徴とするパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニット。
A vehicle body side track member fixed to the vehicle body side, a wheel side track member having a wheel mounting flange portion, and a hub unit attached to a power steering equipped vehicle having a rolling element disposed between both track members. A hub unit with a sensor provided,
Sensors provided respectively on the inner side and the outer side of the hub unit in the axial direction and processing means for processing the output of each sensor are provided. The processing means uses the steering assist for the driver's steering operation from the output of each sensor. A hub unit with a sensor for a vehicle equipped with a power steering, characterized in that it has a steering assist force calculation unit for obtaining a force.
センサは、固定側軌道部材に設けられかつ転動体と固定側軌道部材との間に作用する力をエコー比として検知する超音波センサである請求項1のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニット。   2. The hub unit with a sensor for a power steering vehicle according to claim 1, wherein the sensor is an ultrasonic sensor that is provided on the fixed-side track member and detects a force acting between the rolling element and the fixed-side track member as an echo ratio. センサは、固定側軌道部材の周方向に所定間隔を置いた少なくとも3カ所に設けられており、処理手段は、各センサの出力から転がり軸受に作用する荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求めるタイヤ接地荷重3方向演算部をさらに有している請求項1または2のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニット。   The sensors are provided at at least three places spaced apart in the circumferential direction of the fixed-side raceway member, and the processing means includes a vertical component, a front-rear component and a left-right component of the load acting on the rolling bearing from the output of each sensor. The hub unit with a sensor for a vehicle equipped with a power steering according to claim 1 or 2, further comprising a three-direction calculation unit for tire ground contact load for obtaining a direction component. パワーステアリング装着車両の前輪の左右ハブユニットの軸方向内側および外側にそれぞれ設けられたセンサと、各センサの出力を処理する処理手段とを備えており、処理手段は、各センサの出力から運転者のステアリング操作のための操舵補助力を求める操舵補助力演算部を有していることを特徴とするパワーステアリング装着車両用センサ装置。   Sensors provided on the inner and outer sides in the axial direction of the left and right hub units of the front wheels of the vehicle equipped with a power steering system, and processing means for processing the output of each sensor are provided. A power steering-equipped vehicle sensor device comprising a steering assist force calculation unit for obtaining a steering assist force for the steering operation of the vehicle. 各ハブユニットは、固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有しており センサは、固定側軌道部材に設けられかつ転動体と固定側軌道部材との間に作用する力をエコー比として検知する超音波センサである請求項4のパワーステアリング装着車両用センサ装置。   Each hub unit has a fixed-side raceway member, a rotary-side raceway member, and a rolling element, and a sensor is provided in the fixed-side raceway member and applies an echo ratio to the force acting between the rolling element and the fixed-side raceway member. The power steering-equipped vehicle sensor device according to claim 4, wherein the sensor device is an ultrasonic sensor that is detected as: センサは、固定側軌道部材の周方向に所定間隔を置いた少なくとも3カ所に設けられており、処理手段は、各センサの出力から転がり軸受に作用する荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求めるタイヤ接地荷重3方向演算部をさらに有している請求項4または5のパワーステアリング装着車両用センサ装置。   The sensors are provided at at least three places spaced apart in the circumferential direction of the fixed-side raceway member, and the processing means includes a vertical component, a front-rear component and a left-right component of the load acting on the rolling bearing from the output of each sensor. 6. The sensor device for a power steering vehicle according to claim 4, further comprising a tire contact load three-direction calculation unit for obtaining a direction component.
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