JP2006226683A - センサ付きハブユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】 荷重センサの取付け位置を適正化し、孔を車軸に設けることなくかつセンサの取付けを容易にするとともに、接地荷重を精度よく求めることができるセンサ付きハブユニットを提供する。
【解決手段】 センサ装置2は、車体側軌道部材3のフランジ部13に設けられた軸方向貫通孔13a内に配置されている荷重センサ31と、荷重センサ31と軸方向貫通孔13aの内径面との間に介在させられたシム部材32と、荷重センサ31と軸方向貫通孔13aの外径面との間に介在させられたセンサ押さえ部材36とを有している。シム部材32の厚みを変更することにより、荷重センサ31の予圧が調整可能とされている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、自動車を構成するハブユニットと自動車の各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付きハブユニットに関する。
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車体側軌道部材、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材、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。例えば、特許文献１には、車両の車軸に孔を設け、これに応力検出センサを埋設した車輪作用力測定装置が開示されている。
特開平８−１５２３７０号公報
近年、自動車の制御手段として、ＡＢＳ制御（アンチロックブレーキシステム）に加えて、発進時や加速時に駆動輪をスピンさせない駆動力制御やコーナリング時の横滑りを抑制するブレーキ力制御などが実施されているが、より精度のよい制御を行うために、これらの制御に有効に使用できるデータの検出が重要となっている。このような実情に鑑み、本発明者らは、タイヤ（車輪）にかかる接地荷重（垂直荷重だけでなく、左右および前後方向の荷重も）を精度よく測定して、車両制御の向上を図るという課題を創出した。
これに対し、特許文献１のセンサ付きハブユニットでは、車軸に孔を設けることから、加工のための手間の増加などの問題があり、また、センサの出力から接地荷重（特に左右荷重および前後荷重）を求める場合に、誤差が大きくなり、センサの測定値から精度よく接地荷重を得ることができないという問題もあった。
この発明の目的は、荷重センサの取付け位置を適正化し、孔を車軸に設けることなくかつセンサの取付けを容易にするとともに、接地荷重を精度よく求めることができるセンサ付きハブユニットを提供することにある。
この発明による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するハブユニットと、センサ装置とを備えているセンサ付きハブユニットにおいて、センサ装置は、車体側軌道部材のフランジ部に設けられた軸方向貫通孔内に配置されている荷重センサと、荷重センサと軸方向貫通孔の内径面との間に介在させられたシム部材と、荷重センサと軸方向貫通孔の外径面との間に介在させられたセンサ押さえ部材とを有しており、シム部材の厚みを変更することにより、荷重センサの予圧が調整可能とされていることを特徴とするものである。
荷重センサとしては、圧電素子（ピエゾ素子）などの比較的安価な接触式高感度センサが適している。圧電素子は、圧縮されると印加圧力に比例した電圧が発生する特性を有する物質を利用したもので、圧電素子としては、プラスチック製（圧電効果を有するＰＶＤＦから作られたもの）やチタン酸ジルコン酸鉛などの結晶質セラミック製などのものが例示される。
タイヤ接地点に垂直荷重、左右荷重および前後荷重が作用すると、車体に固定されている車体側軌道部材のフランジ部を支点とするモーメント荷重がハブユニットに作用し、このモーメント荷重は、フランジ部の基部近傍に歪みを生じさせる。したがって、この位置に荷重センサを配置することにより、モーメント荷重を精度よく測定することができる。荷重センサの取付け精度も測定精度に大きな影響を与えるが、荷重センサをセンサ押さえ部材とシム部材とで挟むことで、軸と垂直な方向の均一荷重が荷重センサに掛かるようにし、さらに、シム部材の厚みを変更することにより荷重センサの予圧を調整することで、取付け時の精度が確保される。
タイヤに左右方向外向きの荷重が作用した場合には、車体取付け用フランジ部の最下部の基部で最大の引張り歪みが、車体取付け用フランジ部の最上部の基部で最大の圧縮歪みが検知され、また、タイヤに前向きの荷重が作用した場合には、車体取付け用フランジ部の後側の上下中間部の基部で最大の引張り歪みが、車体取付け用フランジ部の前側の上下中間部の基部で最大の圧縮歪みが検知される。したがって、タイヤ接地点に作用する垂直荷重、左右荷重および前後荷重の大きさと各荷重センサの出力との上記関係式を求めて、これを処理部の演算部に蓄えておくことにより、処理部において、各荷重センサの出力からタイヤ接地荷重の垂直荷重、左右荷重および前後荷重を求めることができる。荷重センサは、車体側軌道部材の最上部および最下部とこれらの中間部との計４カ所に配置され、これらの４つのセンサの出力から、垂直荷重、左右荷重および前後荷重をそれぞれ求めることが好ましい。
荷重センサ、センサ押さえ部材およびシム部材は、予め互いに接着された後、くさび型治具で押し広げられた軸方向貫通孔内に嵌め入れられるようになされていることが好ましい。このようにすると、荷重センサの設置を容易に行うことができる。
また、センサ装置は、シム部材を軸方向の両側から挟むシム規制部材と、車体側軌道部材のフランジ部の両面に固定ねじで固定されてシム規制部材の軸方向移動を不可能にする止め部材とをさらに備えていることが好ましい。このようにすると、シム部材の水平方向の動きが規制されるので、モーメント荷重の検知時に、荷重センサに垂直方向の均一荷重が掛かることになり、測定精度がより高められる。
この発明のセンサ付きハブユニットによると、モーメント荷重が大きい歪みを生じさせる車体側軌道部材のフランジ部に荷重センサが配置されるので、モーメント荷重を精度よく測定することができる。また、シム部材の厚みを変更することにより、荷重センサの予圧が調整可能とされているので、荷重センサの取付け精度が高められ、測定精度がより高くなる。そして、荷重センサの出力とタイヤ接地点に作用する垂直荷重、左右荷重および前後荷重の大きさとの関係式を使用して、各荷重センサの出力からタイヤ接地荷重の垂直荷重、左右荷重および前後荷重を求めることができ、これらの各荷重を使用して車両制御の向上を図ることができる。
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
図１および図２は、この発明のセンサ付きハブユニットの１実施形態を示している。以下の説明において、左右は図２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。
このセンサ付きハブユニットは、ハブユニット(1)と、その回転およびタイヤ接地荷重を検出するセンサ装置(2)とを備えている。
ハブユニット(1)は、車体側に固定される車体側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材(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。
車体側軌道部材(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。
車輪側軌道部材(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)が形成されている。車体側軌道部材(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。
センサ装置(2)は、車体側軌道部材(3)の最上部および最下部とこれらの中間部との計４カ所において車体側軌道部材(3)のフランジ部(13)に設けられた軸方向貫通孔(13a)内に配置された荷重センサアッシー(2a)(2b)(2c)(2d)、荷重センサ(31)の出力からタイヤ接地荷重を求める処理部などからなる。
各荷重センサアッシー(2a)(2b)(2c)(2d)は、車体側軌道部材(3)のフランジ部(13)に作用するモーメント荷重を測定する荷重センサ(31)と、荷重センサ(31)と軸方向貫通孔(13a)の内径面との間に介在させられたシム部材(32)と、荷重センサ(31)と軸方向貫通孔(13a)の外径面との間に介在させられたセンサ押さえ部材(36)とからなり、荷重センサ(31)は、シム部材(32)およびセンサ押さえ部材(36)に径方向両側から挟まれかつ予圧が掛かった状態でフランジ部(13)の軸方向貫通孔(13a)内に配置されている。フランジ部(13)は、二列の玉(5)の中央に位置するように設けられており、各荷重センサ(31)は、二列の玉(5)のちょうど中央に位置するように取り付けられている。
センサ装置(2)は、さらに、シム部材(32)を軸方向の両側から挟んでその軸方向の変形を規制するシム規制部材(35)と、センサ押さえ部材(36)に設けられた位置決め有底孔に先端が嵌め入れられるセンサアッシー固定用ピン(37)と、車体側軌道部材(3)のフランジ部(13)の両面に固定ねじ(39)で固定されてシム規制部材(32)の軸方向移動を不可能にする止め部材(38)とを有している。
各荷重センサアッシー(2a)(2b)(2c)(2d)を取り付けるには、次のように行う。
１．センサ押さえ部材(36)、荷重センサ(31)およびシム部材(32)を接着して、センサアッシー(2a)(2b)(2c)(2d)を作製する。
２．くさび型治具を圧入することにより軸方向貫通孔(13a)を押し広げ、そこへセンサアッシー(2a)(2b)(2c)(2d)を入れ、くさび型治具を抜き取り予圧を掛ける。
３．この時、荷重センサ(31)に付与される予圧が目標範囲に入らなければセンサアッシー(2a)(2b)(2c)(2d)を取り出し、シム部材(32)を研磨し、再び２．を行う。
４．荷重センサ(31)の予圧が目標範囲内であれば、シム規制部材(35)、センサアッシー固定用ピン(37)および止め部材(38)により、センサアッシー(2a)(2b)(2c)(2d)が固定される。
こうして、荷重センサ(31)に適正な予圧が付与され、荷重センサ(31)によるその後の検出精度が高められている。
タイヤに接地荷重（ラジアル荷重およびアキシアル荷重）が作用すると、ハブユニット(1)は、車体に固定されている部分すなわち車体側軌道部材(3)の車体取付け用フランジ部(13)を支点として、回転する方向の荷重すなわちモーメント荷重を受け、ハブユニット(1)の車体側軌道部材(3)では、フランジ部(13)の基部近傍で大きい歪みが生じる。したがって、荷重センサ(31)を車体取付け用フランジ部(13)に配置することにより、車軸に強度低下要因となる孔を設けることなく、荷重センサ(31)によって大きな歪みが検知される。各荷重センサ(31)の電圧と接地荷重との関係は、直線関係で表すことができ、各荷重センサの出力から垂直荷重、左右荷重および前後荷重を求めることができる。得られた接地荷重の変動量は、車両制御手段に出力され、車両に適正な制御が施される。
この発明によるセンサ付きハブユニットの１実施形態を示す側面図である。 同縦断面図である。
符号の説明
(1) ハブユニット
(2) センサ装置
(2a)(2b)(2c)(2d)センサアッシー
(3) 車体側軌道部材
(4) 車輪側軌道部材
(5) 玉（転動体）
(13) 車体取付け用フランジ部
(13a( 軸方向貫通孔
(31) 荷重センサ
(32) シム部材
(35) シム規制部材
(36) センサ押さえ部材
(38) 止め部材
(39) 固定ねじ

Claims (3)

  1. 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するハブユニットと、センサ装置とを備えているセンサ付きハブユニットにおいて、
    センサ装置は、車体側軌道部材のフランジ部に設けられた軸方向貫通孔内に配置されている荷重センサと、荷重センサと軸方向貫通孔の内径面との間に介在させられたシム部材と、荷重センサと軸方向貫通孔の外径面との間に介在させられたセンサ押さえ部材とを有しており、シム部材の厚みを変更することにより、荷重センサの予圧が調整可能とされていることを特徴とするセンサ付きハブユニット。
  2. 荷重センサ、センサ押さえ部材およびシム部材は、予め互いに接着された後、くさび型治具で押し広げられた軸方向貫通孔内に嵌め入れられるようになされている請求項１のセンサ付きハブユニット。
  3. センサ装置は、シム部材を軸方向の両側から挟むシム規制部材と、車体側軌道部材のフランジ部の両面に固定ねじで固定されてシム規制部材の軸方向移動を不可能にする止め部材とをさらに備えている請求項１または２のセンサ付きハブユニット。
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