JP2006234080A - Rolling bearing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、転がり軸受装置に関し、特に車輪支持用の転がり軸受装置に関する。 The present invention relates to a rolling bearing device, and more particularly to a rolling bearing device for supporting a wheel.
車両の制御手段として、急制動時のタイヤのロックを防止するアンチロックブレーキシステム(ABS)や、滑りやすい路面での発進時や加速時に生じやすい駆動輪の空転を制御するトラクションコントロールシステム(TCS)などがあり、さまざまな走行状態や路面状況に対応した駆動制御が行われる。車両の走行安定性を確保するためには、車輪速や車輪に加わる荷重を正確に測定し、これらの制御に有効利用して、制御の応答性と精度を高めることが必要になる。 Anti-lock brake system (ABS) that prevents tire locking during sudden braking as a vehicle control means, and traction control system (TCS) that controls idling of drive wheels that are likely to occur when starting on a slippery road or accelerating Drive control corresponding to various driving conditions and road surface conditions is performed. In order to ensure the running stability of the vehicle, it is necessary to accurately measure the wheel speed and the load applied to the wheel and effectively use it for these controls to improve the response and accuracy of the control.
車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用の転がり軸受ユニットに歪みセンサや変位センサなどを取り付けて、車両の走行時に転がり軸受ユニットに加わる荷重を検出し、車両の制御に利用することが行われている。たとえば、特許文献1には、歪みセンサにより接地荷重を測定する歪みセンサ付きのハブユニットが開示されている。
特許文献1のような歪みセンサ付きハブユニットでは、歪みセンサが車体側軌道部材に設けられており、タイヤから車体側軌道部材に力が伝達されるまでの間にベアリングが介在し、ベアリングの剛性などの影響があり測定結果の誤差が大きい。また、歪みセンサの接着方法や取り付け角度、取り付け箇所などによっても測定結果に変動が生じる。また、ベアリングを経由して伝達された力を測定するため、位相遅れにより荷重を正確に測定することができない。 In the hub unit with a strain sensor as in Patent Document 1, the strain sensor is provided on the vehicle body side track member, and a bearing is interposed between the tire and the vehicle body side track member until force is transmitted to the vehicle body side track member. The measurement result error is large. In addition, the measurement results vary depending on the bonding method, the mounting angle, the mounting location, and the like of the strain sensor. Moreover, since the force transmitted via the bearing is measured, the load cannot be accurately measured due to the phase delay.
また、車輪の上下荷重変動と左右荷重変動は、同じモーメント力として軸受ユニットに作用するが、軸受ユニットが車輪中心から離れている場合、歪みセンサで上下荷重と左右荷重を分離して測定することは困難である。一般に、車輪用軸受ユニットにおいて、車輪に加わるモーメント荷重を含めて、車両の上下方向、左右方向、および前後方向に作用する荷重を区別して測定することは容易ではない。 In addition, the vertical load fluctuation and left-right load fluctuation of the wheel act on the bearing unit as the same moment force, but when the bearing unit is away from the center of the wheel, the vertical load and left-right load should be measured separately with a strain sensor. It is difficult. Generally, in a wheel bearing unit, it is not easy to distinguish and measure loads acting in the vertical direction, left-right direction, and front-rear direction of the vehicle, including the moment load applied to the wheel.
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車輪に加わる荷重を精度よく測定することのできる転がり軸受装置の提供にある。 This invention is made | formed in view of such a condition, The objective is to provide the rolling bearing apparatus which can measure the load added to a wheel accurately.
上記課題を解決するために、本発明のある態様の転がり軸受装置は、複数個の転動体および前記複数個の転動体を保持する保持体からなる転動部材を備えた車輪支持ハブユニットと、車輪に作用する荷重を測定する荷重測定装置とを備える。前記荷重測定装置は、前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出する転動体軌道変化検出部と、検出された前記転動体の回転軌道の変化に関する量から車輪に作用する荷重量を推定する荷重量推定部とを備える。 In order to solve the above-described problems, a rolling bearing device according to an aspect of the present invention includes a wheel support hub unit including a rolling member including a plurality of rolling elements and a holding body that holds the plurality of rolling elements, A load measuring device for measuring a load acting on the wheel. The load measuring device estimates a load acting on a wheel from a detected amount related to a change in the rotational trajectory of the rolling element, and a detected amount related to a change in the rotational trajectory of the rolling element. A load amount estimating unit.
「転動体の回転軌道の変化に関する量」とは、転動体の回転軌道の変化に起因する量であり、たとえば、自転中心のずれによる転動体の表面の移動速度の変化や、転動体の車軸周りの公転速度の変化などである。転動体軌道変化検出部は、一例として、光学式センサなどの非接触式センサであってもよい。 The “amount related to the change in the rolling trajectory of the rolling element” is an amount resulting from a change in the rolling trajectory of the rolling element. For example, the change in the moving speed of the surface of the rolling element due to the deviation of the rotation center, the axle of the rolling element For example, changes in the revolution speed of surroundings. As an example, the rolling element trajectory change detection unit may be a non-contact sensor such as an optical sensor.
この態様によると、車輪に作用する荷重量を高い精度で測定することができる。また、車輪への荷重入力に対して位相遅れなく、荷重を測定することができる。 According to this aspect, the amount of load acting on the wheel can be measured with high accuracy. Further, the load can be measured without phase delay with respect to the load input to the wheel.
前記転動体軌道変化検出部は、前記転動体の回転軌道の変化に関する量として、前記転動体の表面の移動速度を検出し、前記荷重測定装置は、前記転動体の表面の移動速度が前記保持体の公転速度からずれる偏差を検出する速度偏差検出部をさらに備えてもよい。前記荷重量推定部は、検出された前記偏差から前記荷重量を推定してもよい。車輪に作用する荷重により、転動体の接触軌道が変化し、転動体の自転中心がずれることから、荷重作用時には転動体の表面の移動速度に変化が現れる。転動体の表面の移動速度の変化を検出することにより、作用している荷重量を求めることができる。 The rolling element trajectory change detection unit detects the moving speed of the surface of the rolling element as an amount related to the change of the rotating trajectory of the rolling element, and the load measuring device is configured to maintain the moving speed of the surface of the rolling element. You may further provide the speed deviation detection part which detects the deviation which deviates from the revolution speed of a body. The load amount estimation unit may estimate the load amount from the detected deviation. Due to the load acting on the wheel, the contact trajectory of the rolling element changes and the center of rotation of the rolling element shifts, so that a change appears in the moving speed of the surface of the rolling element when the load is applied. By detecting a change in the moving speed of the surface of the rolling element, it is possible to determine the amount of load acting.
前記転動部材は、車軸方向に複列設けられ、前記転動体軌道変化検出部は、各列の前記転動部材の前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出し、前記荷重測定装置は、各列の前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定する荷重方向判定部をさらに備えてもよい。また、前記転動体軌道変化検出部は、車軸方向から見て上下または左右の位置にある前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出し、前記荷重測定装置は、前記上下または左右の位置にある前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定する荷重方向判定部をさらに備えてもよい。さらに、前記転動部材が車軸方向に複列設けられる場合は、前記転動体軌道変化検出部は、各列について車軸方向から見て上下または左右の位置にある前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出し、前記荷重方向判定部は、各列の前記上下または左右の位置にある前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定してもよい。これにより、車輪に作用する荷重の方向を区別して荷重を測定することができる。 The rolling members are provided in double rows in the axle direction, the rolling element track change detection unit detects an amount related to a change in the rotating track of the rolling elements of the rolling members in each row, and the load measuring device is A load direction determination unit that determines the direction of the load acting on the wheel from a combination of the amounts related to the change in the rotation trajectory detected for the rolling elements in each row may be further provided. The rolling element trajectory change detection unit detects an amount related to a change in the rotational trajectory of the rolling element in a vertical or horizontal position when viewed from the axle direction, and the load measuring device is in the vertical or horizontal position. You may further provide the load direction determination part which determines the direction of the load which acts on a wheel from the combination of the quantity regarding the change of the said rotation track detected about a certain said rolling element. Furthermore, when the rolling members are provided in a double row in the axle direction, the rolling element track change detection unit relates to a change in the rotational track of the rolling elements in the vertical or horizontal position when viewed from the axle direction for each row. The load direction determination unit determines the direction of the load acting on the wheel from the combination of the amounts related to the change of the rotation trajectory detected for the rolling elements in the vertical and horizontal positions of each row. May be. Thereby, the load can be measured by distinguishing the direction of the load acting on the wheel.
前記荷重測定装置は、前記転動体軌道変化検出部による検出結果にもとづいて、複数個の前記転動体の自転中心がずれる方向を検出する自転中心ずれ方向検出部をさらに備えてもよい。前記荷重方向判定部は、複数個の前記転動体について検出された前記自転中心のずれ方向の組み合わせから前記荷重の方向を判定してもよい。前記自転中心ずれ方向検出部は、車軸方向から見て上下または左右の位置にある前記転動体の自転中心のずれ方向を検出してもよい。さらに、前記転動部材が車軸方向に複列設けられる場合は、前記自転中心ずれ方向検出部は、各列の前記転動体の自転中心のずれ方向を検出してもよい。車輪に作用する荷重の方向によって、各列の上下左右に配置された転動体の自転中心のずれ方向の違いが現れる。各列の上下左右に配置された転動体の自転中心のずれ方向を検出することにより、自転中心の車輪に作用するモーメント力、上下力、横力、前後力を判定することができる。 The load measuring device may further include a rotation center deviation direction detection unit that detects a direction in which the rotation centers of the plurality of rolling elements are shifted based on a detection result by the rolling element trajectory change detection unit. The load direction determination unit may determine the direction of the load from a combination of shift directions of the rotation centers detected for the plurality of rolling elements. The rotation center shift direction detection unit may detect a shift direction of the rotation center of the rolling element at a vertical or horizontal position when viewed from the axle direction. Furthermore, when the rolling members are provided in double rows in the axle direction, the rotation center deviation direction detection unit may detect a deviation direction of the rotation centers of the rolling elements in each row. Depending on the direction of the load acting on the wheel, a difference in the direction of deviation of the center of rotation of the rolling elements arranged in the vertical and horizontal directions of each row appears. By detecting the shift direction of the rotation center of the rolling elements arranged in the vertical and horizontal directions of each row, it is possible to determine the moment force, vertical force, lateral force, and longitudinal force acting on the wheel at the rotation center.
前記転動部材は、車軸方向に複列設けられ、前記転動体軌道変化検出部は、各列の前記転動部材の前記転動体の回転軌道の変化に関する量として、各列の前記転動体の公転速度を検出し、前記荷重量推定部は、検出された各列の前記転動体の公転速度の差から前記荷重量を推定してもよい。車輪に作用する荷重により、各列の転動体の公転径に変化が現れる。各列の転動体の公転径の変化を検出することにより、作用している荷重量を求めることができる。 The rolling members are provided in double rows in the axle direction, and the rolling element track change detection unit is configured to determine the amount of the rolling elements in each row as an amount related to a change in the rotational trajectory of the rolling members of the rolling members in each row. The revolution speed may be detected, and the load amount estimation unit may estimate the load amount from a difference in revolution speed of the detected rolling elements in each row. A change appears in the revolution diameter of the rolling elements in each row due to the load acting on the wheels. By detecting the change in the revolution diameter of the rolling elements in each row, the acting load amount can be obtained.
本発明の転がり軸受装置によれば、車輪に作用する荷重を精度よく測定することができる。 According to the rolling bearing device of the present invention, the load acting on the wheel can be accurately measured.
実施の形態1
図1は、実施の形態1に係る車輪支持用転がり軸受ユニット10の構成を示す図である。車輪支持用転がり軸受ユニット10は、転動体を用いた転がり軸受であり、懸架装置に支持される外輪18の内径側に、車輪を固定するハブユニット13を支持する。
Embodiment 1
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wheel bearing rolling
ハブユニット13は、車輪を固定するフランジ14を外端部に設けたハブ本体12と、ハブ本体12の内端部に設けられた内輪19とを有する。フランジ14の外側面にはホイールがスタッド16により結合されて固定される。
The
車輪支持用転がり軸受ユニット10は、軸受部に二列のアンギュラ玉軸受を用いており、内輪19と外輪18の間に、外列のベアリング玉20a、内列のベアリング玉20bがそれぞれ外列の保持器22a、内列の保持器22bで保持された状態で転動自在に設けられている。外列および内列のベアリング玉20a、20bは、それぞれラジアル方向に対してある角度をもって内輪軌道と外輪軌道に接している。本図は、ベアリング軸11よりも上側の断面図を示すが、外列および内列のベアリング玉20a、20bは、ベアリング軸11の周りに環状にそれぞれ複数個配置されている。
The wheel-supporting rolling
以下、外列、内列を特に区別する必要がないときは、外列および内列のベアリング玉20a、20bを総称して単にベアリング玉20と呼び、外列および内列の保持器22a、22bを総称して保持器22と呼ぶ。また、ベアリング玉を単に玉と呼ぶ。
Hereinafter, when it is not necessary to distinguish between the outer row and the inner row, the outer and inner
車輪支持用転がり軸受ユニット10は、非接触センサの一例として光学式センサ24a、24bを利用して車輪に加わる荷重を測定する機能を備える。光学式センサ24a、24bは、発光器と受光器を備え、コンピュータの入力手段として広く用いられている光学式マウスの光学式センサと同じ原理により、玉20および保持器22の表面の凹凸を識別して、高速で回転する玉20の移動方向と移動速度を検出する。光学式センサ24a、24bとして、表面凹凸の検出面積が十分に狭く、限られた領域の凹凸の移動を高精度で読み取る能力を備えたレーザセンサなどを用いることが好ましい。
The wheel-supporting rolling
内列用の光学式センサ24bは、外輪18に付設された円筒部17に設置され、内列の玉20bおよび保持器22bの移動速度を検出する。また、外列用の光学式センサ24aは、外輪18の外端部付近に設置され、外列の玉20aおよび保持器22aの移動速度を検出する。
The
外列用および内列用の光学式センサ24a、24bは、それぞれベアリング軸11の方向から見て上下左右の4箇所に設けられ、車両の上下方向、前後方向に位置する玉20a、20bの回転速度を検出する。
The
図2(a)は、外側の玉列を観測するための光学式センサ24aの設置箇所を説明する図である。同図は、車輪支持用転がり軸受ユニット10の軸受部分をベアリング軸11の方向から見た模式図である。この例では、外列の保持器22aに保持された8個の玉20aがベアリング軸11の周りに環状に配置されている。
FIG. 2 (a) is a diagram illustrating an installation location of the
外輪18に4個の光学式センサ24Ua、24Da、24La、24Raが設置される。車両の前後方向に対応して、外輪18の左右に2つの光学式センサ24La、24Raが設けられ、車両の上下方向に対応して、外輪18の上下に2つの光学式センサ24Ua、24Daが設けられ、それぞれ矢印で示す観測点の移動速度を検出する。
Four optical sensors 24Ua, 24Da, 24La, and 24Ra are installed on the
図2(b)は、内側の玉列を観測するための光学式センサ24bの設置箇所を説明する図である。外列と同様、内列の保持器22bに保持された8個の玉20bがベアリング軸11の周りに環状に配置されている。外輪18に付設された円筒部17に4個の光学式センサ24Ub、24Db、24Lb、24Rbが設置される。車両の前後方向に対応して、円筒部17の左右に2つの光学式センサ24Lb、24Rbが設けられ、車両の上下方向に対応して、円筒部17の上下に2つの光学式センサ24Ub、24Dbが設けられ、それぞれ矢印で示す観測点の移動速度を検出する。
FIG. 2B is a diagram for explaining an installation location of the
以下、外列および内列の光学式センサ24a、24bの上下左右の設置箇所を区別する必要がないときは、U、D、L、Rの符号を省略し、また、外列および内列の光学式センサ24a、24bを総称するときは、単に光学式センサ24という。
Hereinafter, when there is no need to distinguish the upper, lower, left, and right installation positions of the
図2(a)、(b)に示したように、光学式センサ24は、外側の玉列、内側の玉列のどちらに対しても、ベアリング軸11の方向から見て上下左右の4箇所に設けられ、合計で8個の光学式センサ24が設けられる。これら8個の光学式センサ24のセンサ出力は、通信機を介して、車体に搭載された電子制御装置(ECU)100に送られる。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
ECU100は、光学式センサ24によって観測される玉20の表面の移動速度の変化を検出する。光学式センサ24によって観測される玉20の表面の移動速度の変化は、車輪に作用する荷重により玉20の接触軌道が変化したことによるものであるから、ECU100は、光学式センサ24のセンサ出力から車輪に作用する荷重を求めることができる。
The
図3は、ECU100の構成を示す図である。光学式センサ24からのセンサ出力は、速度偏差検出部102に入力される。速度偏差検出部102は、光学式センサ24のセンサ出力波形から、光学式センサ24により検出される玉20の表面の移動速度の最小値(以下、ピーク速度という)が保持器22の公転速度からずれる偏差(これを以下、速度偏差という)を検出し、検出した速度偏差を荷重量推定部104と自転中心ずれ方向検出部108に与える。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the
速度偏差は車輪に加わる荷重量に依存して変化する量であり、速度偏差−荷重テーブル106には、速度偏差と荷重量の対応関係が格納されている。 The speed deviation is an amount that changes depending on the load applied to the wheel, and the speed deviation-load table 106 stores a correspondence relationship between the speed deviation and the load.
荷重量推定部104は、速度偏差−荷重テーブル106を参照し、速度偏差検出部102により検出された速度偏差に対応する荷重量を推定する。たとえば、荷重量推定部104は、速度偏差−荷重テーブル106に格納された速度偏差と荷重量の値の組を用いて補間計算を行うことにより、速度偏差検出部102により検出された速度偏差に対応する荷重量を算出する。
The load
自転中心ずれ方向検出部108は、上下左右に配置された外列の光学式センサ24Ua、24Da、24La、24Raおよび内列の光学式センサ24Ub、24Db、24Lb、24Rbのそれぞれのセンサ出力波形から得られた速度偏差を速度偏差検出部102から受け取る。自転中心ずれ方向検出部108は、速度偏差検出部102から取得した速度偏差にもとづいて、上下左右に位置する外列の玉20aおよび内列の玉20bの自転中心が無荷重時の位置からずれたかどうかを検出し、ずれた場合はその方向を検出する。自転中心ずれ方向検出部108は、上下左右に位置する外列の玉20aおよび内列の玉20bの自転中心のずれ方向を荷重方向判定部110に与える。
The rotation center shift
上下左右に位置する外列の玉20aおよび内列の玉20bの自転中心のずれ方向は、車輪に加わる荷重の方向に依存する。荷重方向判定テーブル112には、上下左右に位置する外列の玉20aおよび内列の玉20bの自転中心のずれ方向の組み合わせと荷重方向の対応関係が格納されている。
The direction of deviation of the rotation centers of the
荷重方向判定部110は、荷重方向判定テーブル112を参照し、自転中心ずれ方向検出部108により検出された、上下左右に位置する外列の玉20aおよび内列の玉20bの自転中心のずれ方向の組み合わせに対応する荷重方向を判定する。
The load
図4(a)〜(d)は、車輪支持用転がり軸受ユニット10による荷重測定の原理を説明する図である。車輪支持用転がり軸受ユニット10は、玉20がラジアル方向に対してある角度をもって内輪軌道および外輪軌道に接触するように構成されたアンギュラ玉軸受であり、アキシャル荷重、ラジアル荷重およびモーメント荷重を受けることができる。荷重が加わると、玉20の接触点が変化し、接触軌道が変化する。
4A to 4D are views for explaining the principle of load measurement by the wheel-supporting
図4(a)は、無荷重時の玉20の接触軌道と観測点40の関係を示す。無荷重時には玉20は、図のようにラジアル方向に対してある角度をもって内輪軌道と外輪軌道に接している。玉20の接触状態は、内輪軌道の接触点と外輪軌道の接触点を結ぶ線32によって表され、ラジアル方向に対して傾いている。玉20は、内輪軌道と外輪軌道に接触してベアリング軸11の周りに公転しながら、自転中心30を中心として矢印の方向に自転している。光学式センサ24は、無荷重時において玉20の自転中心30の移動速度を観測することができるように配置されている。光学式センサ24の観測点40を矢印で図示している。
FIG. 4A shows the relationship between the contact trajectory of the
図4(b)は、無荷重時における光学式センサ24のセンサ出力波形の時間変化を示す図である。光学式センサ24は、図4(a)の観測点40において玉20または保持器22の移動速度を検出して出力する。符号42の期間において、光学式センサ24は保持器22の公転速度を検出している。同図は、保持器22の公転速度を基準として光学式センサ24のセンサ出力の変化を波形で図示している。符号44の期間において、光学式センサ24は保持器22に保持された玉20の表面の移動速度を検出している。玉20は保持器22といっしょに公転するとともに、それ自身で自転しているため、光学式センサ24のセンサ出力波形は、符号44の区間では図のような下に凸の波形になる。この下に凸の出力波形のピーク46における玉20の表面の移動速度(ピーク速度)は、保持器22の公転速度に等しくなる。
FIG. 4B is a diagram showing a time change of the sensor output waveform of the
図5(a)を参照して、無荷重時において光学式センサ24のセンサ出力波形が図2(b)に示したように時間変化する理由を説明する。図5(a)は、無荷重時において光学式センサ24により観測される速度を説明する図である。玉20と保持器22に対する光学式センサ24の観測軌跡62が図示されている。光学式センサ24が保持器22を観測している間、すなわち図4(b)の符号42で示される期間は、光学式センサ24は、符号50で示される保持器22の公転速度を検出している。
The reason why the sensor output waveform of the
光学式センサ24の観測対象が保持器22から玉20に切り替わる時点、すなわち図4(b)の符号42の期間が終わり、符号44の期間が始まる時点に到達すると、光学式センサ24は、符号56で示される玉20の最も外側の縁の移動速度を検出している。この速度56は、玉20の公転速度52に玉20の自転速度54を合成した速度である。玉20の公転速度52は、保持器22の公転速度50に等しいから、これに玉20の自転速度54を合成した玉20の最も外側の縁の速度56は、保持器22の公転速度50よりも大きくなる。このため、図4(b)の符号44の期間の始まりにおいて、光学式センサ24のセンサ出力は公転速度よりも大きい値になる。
When the observation target of the
さらに時間が経過すると、光学式センサ24の観測点は、玉20の最も外側の縁から玉20の表面に移り、やがて自転中心30に至る。観測点が玉20の表面上で自転中心30に向かうにつれて玉20の自転速度の影響が徐々に小さくなるため、玉20の表面で観測される速度は徐々に低下する。
As time further elapses, the observation point of the
光学式センサ24が自転中心30の真上を観測する時点、すなわち図4(b)のピーク46の時点において、光学式センサ24は、符号58で示される自転中心30の移動速度を検出している。自転中心30では、玉20は公転運動だけをしているため、このときの観測速度は、玉20の公転速度、言い換えれば保持器22の公転速度に等しい。このため、図4(b)のピーク46において、光学式センサ24のセンサ出力は公転速度に等しい値になる。
At the time when the
観測点が自転中心30を通り過ぎ、再び玉20の最も外側の縁に向かうにつれて自転速度の影響が徐々に大きくなるため、玉20の表面の観測速度は徐々に大きくなる。以上のことから、図4(b)の符号44の期間では、光学式センサ24によるセンサ出力は、玉20の表面の観測速度の最小値(ピーク速度)が保持器22の公転速度に一致する下に凸の波形になることが理解される。
As the observation point passes through the center of
次に、荷重作用時の光学式センサ24のセンサ出力の時間変化について説明する。
Next, the time change of the sensor output of the
図4(c)は、荷重作用時の玉20の接触軌道と観測点40の関係を示す。荷重が作用すると、玉20の接触点がずれ、玉20の内輪軌道および外輪軌道が変化する。内輪軌道の接触点と外輪軌道の接触点を結ぶ線34は、元の内輪軌道の接触点と外輪軌道の接触点を結ぶ線32よりもさらにラジアル方向に対して傾くようになる。これにより、荷重作用時には、光学式センサ24の観測点40は、玉20の自転中心30からずれる。
FIG. 4C shows the relationship between the contact trajectory of the
図4(d)は、荷重作用時における光学式センサ24のセンサ出力波形の時間変化を示す図である。光学式センサ24は、図4(c)の観測点40において玉20または保持器22の移動速度を検出して出力する。図4(b)と同様、光学式センサ24は、符号42の期間において、保持器22の公転速度を検出し、符号44の期間において、保持器22に保持された玉20の表面の移動速度を検出している。光学式センサ24のセンサ出力波形は、符号44の期間では、図4(b)と同様に下に凸の波形になるが、この下に凸の出力波形のピーク48における玉20の表面の移動速度(ピーク速度)は、保持器22の公転速度よりも小さくなる。
FIG. 4D is a diagram showing a time change of the sensor output waveform of the
図5(b)を参照して、荷重作用時において光学式センサ24のセンサ出力波形が図4(d)に示したように時間変化する理由を説明する。図5(b)は、荷重作用時において光学式センサ24により観測される速度を説明する図である。光学式センサ24が保持器22を観測している間、すなわち図4(d)の符号42で示される期間は、光学式センサ24は、符号50で示される保持器22の公転速度を検出している。光学式センサ24の観測対象が保持器22から玉20に切り替わる時点、すなわち図4(d)の符号42の期間が終わり、符号44の期間が始まる時点に到達すると、光学式センサ24は、符号56で示される玉20の最も外側の縁の移動速度を検出している。この速度56は、玉20の自転速度54の影響により、玉20の公転速度52よりも大きくなっている。
With reference to FIG. 5B, the reason why the sensor output waveform of the
さらに時間が経過すると、光学式センサ24の観測点は、玉20の最も外側の縁から玉20の表面に移動する。観測点が玉20の表面の中央に向かうにつれて玉20の自転速度の影響が徐々に小さくなるため、玉20の表面で観測される速度は徐々に低下する。
As time further elapses, the observation point of the
しかしながら、玉20の自転中心30は荷重により光学式センサ24の観測軌跡62からずれているため、光学式センサ24の観測点が玉20の表面の中央に到達したときでも、玉20の自転速度59が玉20の公転速度52とは反対向きに生じている。観測点が玉20の表面の中央に達したとき、光学式センサ24によって観測される玉20の表面の移動速度60は、玉20の公転速度52から玉20の自転速度59を引いた値となる。玉20の公転速度52は保持器22の公転速度50に等しいから、玉20の表面の移動速度60は、保持器22の公転速度よりも遅くなる。これが、図4(d)のピーク48において、光学式センサ24のセンサ出力が保持器22の公転速度よりも小さい値になる理由である。
However, since the
図4(d)に示した、荷重作用時における光学式センサ24のセンサ出力のピーク48において観測される玉20の表面の移動速度の最小値(ピーク速度)と、期間42において観測される保持器22の公転速度の差は、作用している荷重が大きくなるほど広がる。作用する荷重の大きさにより、玉20の軌道のずれ量が定まり、玉20の軌道のずれ量に応じて、玉20のピーク速度と保持器22の公転速度の差が定まるという関係にある。この関係は部材の剛性に依存する。
The minimum value (peak speed) of the moving speed of the surface of the
そこで、実験またはシミュレーションなどにより車輪に加える荷重の大きさを変化させて、玉20のピーク速度が保持器22の公転速度からずれる偏差(速度偏差)を測定し、荷重量と速度偏差の関係をあらかじめ取得しておく。速度偏差−荷重テーブル106は、このようにして得られた速度偏差と荷重量の対応関係を格納する。
Therefore, by changing the magnitude of the load applied to the wheel by experiment or simulation, the deviation (speed deviation) in which the peak speed of the
速度偏差検出部102は、光学式センサ24のセンサ出力波形から図4(d)に示したピーク48を検出して、玉20のピーク速度が保持器22の公転速度からずれる偏差を検出し、荷重量推定部104は、速度偏差−荷重テーブル106を参照して、検出された速度偏差に対応する荷重量を求める。なお、荷重と速度差の対応関係は、車輪速によって異なることもあるため、異なる車輪速に対して、荷重と速度偏差の対応関係を格納した複数の速度偏差−荷重テーブル106を記憶しておき、荷重量推定部104は、車輪速に応じた速度偏差−荷重テーブル106に切り替えて参照することにより、検出された速度偏差に対応する荷重量を求めることがより好ましい。
The
自転中心30が光学式センサ24の観測軌跡62に対して図5(b)とは反対方向にずれた場合は、玉20のピーク速度は保持器22の公転速度よりも大きい値になることに留意する。したがって、自転中心ずれ方向検出部108は、速度偏差の正負によって、玉20の自転中心が観測軌跡62から外側にずれたか、観測軌跡62の内側にずれたかを識別することができ、玉20の自転中心のずれの方向を検出することができる。玉20の自転中心のずれ方向は、作用している荷重の方向に依存する。本実施の形態では、荷重の大きさだけでなく、荷重の方向も求めることができる。以下、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット10により荷重の方向を求める方法を説明する。
When the
図6は、車輪支持用転がり軸受ユニット10に作用する荷重の方向を説明する図である。車輪支持用転がり軸受ユニット10には、車輪の接地点への横力入力によるキャンバ方向への曲げや、セルフアライニングトルクによるねじりなどの曲げモーメントMが作用する。また、車輪には、車両の左右方向すなわちベアリング軸方向の横力FHや、車両の上下方向すなわち鉛直方向の上下力Fvが作用する。またここでは図示しないが、車両の前後方向すなわち同図の紙面に垂直な方向の前後力も作用する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the direction of the load acting on the wheel-supporting
図7〜図10を参照して、図2に示した外側の玉列、内側の玉列のそれぞれの上下左右に設けられた合計8個の光学式センサ24のセンサ出力結果を用いることにより、図6の曲げモーメントM、横力FH、および上下力Fvを区別して検出可能であることを説明する。
With reference to FIGS. 7 to 10, by using the sensor output results of a total of eight
図7は、曲げモーメントMが作用した場合における外列上下の玉と内列上下の玉の自転中心のずれを説明する図である。同図において実線は無荷重時の玉の位置、波線は荷重作用時の玉の位置を示す。 FIG. 7 is a diagram for explaining a deviation between the rotation centers of the upper and lower balls in the outer row and the upper and lower balls in the inner row when the bending moment M is applied. In the figure, the solid line indicates the position of the ball when there is no load, and the wavy line indicates the position of the ball when the load is applied.
外列上下の玉20a、21aについては、曲げモーメントMが作用すると、外列上側の玉20aは、接触軌道がずれて符号20a’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心30aは、符号30a’で示す位置にずれ、ベアリング軸11に近づく。一方、外列下側の玉21aは、接触軌道がずれて符号21a’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心31aは、符号31a’で示す位置にずれ、ベアリング軸11から遠ざかる。
When the bending moment M is applied to the upper and
内列上下の玉20b、21bについては、曲げモーメントMの作用により、内列上側の玉20bは、接触軌道がずれて符号20b’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心30bは、符号30b’で示す位置にずれ、ベアリング軸11から遠ざかる。一方、内列下側の玉21bは、接触軌道がずれて符号21b’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心31bは、符号31b’で示す位置にずれ、ベアリング軸11に近づく。
For the upper and
図8は、横力FHが作用した場合における外列上下の玉と内列上下の玉の自転中心のずれを説明する図である。図7と同様、実線は無荷重時の玉の位置、波線は荷重作用時の玉の位置を示す。 FIG. 8 is a diagram for explaining a deviation between the rotation centers of the upper and lower balls in the outer row and the upper and lower balls in the case where the lateral force F H is applied. As in FIG. 7, the solid line indicates the position of the ball when no load is applied, and the wavy line indicates the position of the ball when the load is applied.
外列上下の玉20a、21aについては、横力FHが作用すると、外列上側の玉20aは、接触軌道がずれて符号20a’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心30aは、符号30a’で示す位置にずれ、ベアリング軸11に近づく。また、外列下側の玉21aは、接触軌道がずれて符号21a’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心31aは、符号31a’で示す位置にずれ、ベアリング軸11に近づく。このように車両に対して内向きの横力FHの作用により、外列の玉の自転中心はいずれもベアリング軸11に近づく。
When the lateral force F H is applied to the upper and
内列上下の玉20b、21bについては、横力FHの作用により、内列上側の玉20bは、接触軌道がずれて符号20b’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心30bは、符号30b’で示す位置にずれ、ベアリング軸11から遠ざかる。また、内列下側の玉21bは、接触軌道がずれて符号21b’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心31bは、符号31b’で示す位置にずれ、ベアリング軸11から遠ざかる。このように車両に対して内向きの横力FHの作用により、内列の玉の自転中心はいずれもベアリング軸11から遠ざかる。
For the upper and
図9は、上下力FVが作用した場合における外列上下の玉と内列上下の玉の自転中心のずれを説明する図である。図7と同様、実線は無荷重時の玉の位置、波線は荷重作用時の玉の位置を示す。 Figure 9 is a diagram for explaining the deviation of the rotation center of the outer column upper and lower balls and the inner column and below the ball when the vertical force F V is applied. As in FIG. 7, the solid line indicates the position of the ball when no load is applied, and the wavy line indicates the position of the ball when the load is applied.
外列上下の玉20a、21aについては、上下力FHが作用すると、外列上側の玉20aは、接触軌道がずれて符号20a’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心30aは、符号30a’で示す位置にずれ、ベアリング軸11から遠ざかる。一方、外列下側の玉21aは、接触軌道がずれて符号21a’で示す位置に移動し、自転中心31aは、符号31a’で示す位置にずれ、ベアリング軸11に近づく。
Outer row upper and
内列上下の玉20b、21bについては、上下力FHの作用により、内列上側の玉20bは、接触軌道がずれて符号20b’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心30bは、符号30b’で示す位置にずれ、ベアリング軸11から遠ざかる。一方、内列下側の玉21bは、接触軌道がずれて符号21b’で示す位置に移動し、自転中心31bは、符号31b’で示す位置にずれ、ベアリング軸11に近づく。
With respect to the upper and
図10は、図7〜図9の結果をまとめたものであり、曲げモーメントM、横力FH、上下力FHのそれぞれが作用したときに、外列上側、外列下側、内列上側、および内列下側の玉の自転中心がずれる方向がベアリング軸11に対して相対的に近づく方向であるか、離れる方向であるかを示す。
FIG. 10 summarizes the results of FIGS. 7 to 9, and when the bending moment M, lateral force F H , and vertical force F H are applied, the outer row upper side, the outer row lower side, and the inner row. It shows whether the direction in which the rotation centers of the balls on the upper side and the lower side of the inner row are shifted is a direction relatively approaching or moving away from the bearing
図7の曲げモーメントMが作用したとき、外列上側の玉の自転中心はベアリング軸11に近づき、外列下側の玉の自転中心はベアリング軸11から遠ざかる。一方、内列上側の玉の自転中心はベアリング軸11から遠ざかり、内列下側の玉の自転中心はベアリング軸11に近づく。すなわち、外列と内列で自転中心のずれる方向が逆になる。
When the bending moment M in FIG. 7 acts, the rotation center of the upper row of balls approaches the bearing
図8の横力FHが作用したとき、外列上側の玉の自転中心、外列下側の玉の自転中心はいずれもベアリング軸11に近づく。一方、内列上側の玉の自転中心、内列下側の玉の自転中心はいずれもはベアリング軸11から遠ざかる。
When the lateral force F H in FIG. 8 is applied, both the rotation center of the upper row ball and the rotation center of the lower row ball approach the bearing
図9の上下力FVが作用したとき、外列上側の玉の自転中心はベアリング軸11から遠ざかり、外列下側の玉の自転中心はベアリング軸11に近づく。また、内列上側の玉の自転中心はベアリング軸11から遠ざかり、内列下側の玉の自転中心はベアリング軸11に近づく。すなわち、外列と内列で自転中心のずれる方向は同じである。
When the vertical force F V of FIG 9 is applied, the rotation center of the outer column upper ball moves away from the bearing
図10の表によれば、外列および内列の上下の玉の自転中心のずれの方向の組み合わせによって、曲げモーメントM、横力FH、および上下力FHを区別することができる。荷重方向判定テーブル112は、図10の判定表を格納したものであり、荷重方向判定部110は、自転中心ずれ方向検出部108が検出した、外列および内列の上下の玉の自転中心のずれの方向の組み合わせをもとに、荷重方向判定テーブル112を参照して、作用している荷重が曲げモーメントM、横力FH、上下力FHのいずれであるかを判定する。
According to the table of FIG. 10, the bending moment M, the lateral force F H , and the vertical force F H can be distinguished by a combination of the directions of deviation of the rotation centers of the upper and lower balls in the outer row and the inner row. The load direction determination table 112 stores the determination table of FIG. 10, and the load
なお、上記の説明では、車両上下方向に配置された外列の光学式センサ24Ua、24Daおよび内列の光学式センサ24Ub、24Dbを用いて、外列および内列の上下の玉の自転中心のずれの方向を検出したが、同様に、車両前後方向に配置された外列の光学式センサ24La、24Raおよび内列の光学式センサ24Lb、24Rbを用いて、外列および内列の左右の玉の自転中心のずれの方向を検出することにより、車輪に作用する前後力を区別することが可能になる。荷重方向判定テーブル112には、前後力について外列および内列の左右の玉の自転中心のずれの方向を格納した判定表も含まれる。同様に、曲げモーメントについても、図7で図示した車輪の前後軸周りのモーメントだけでなく、垂直軸周りのモーメントを区別することが可能である。 In the above description, the outer row optical sensors 24Ua and 24Da and the inner row optical sensors 24Ub and 24Db arranged in the vehicle vertical direction are used to determine the rotation centers of the upper and lower balls in the outer row and the inner row. The direction of deviation was detected. Similarly, the left and right balls in the outer row and the inner row were detected using the optical sensors 24La and 24Ra in the outer row and the optical sensors 24Lb and 24Rb in the inner row arranged in the vehicle longitudinal direction. By detecting the direction of the shift of the center of rotation, it is possible to distinguish the longitudinal force acting on the wheel. The load direction determination table 112 also includes a determination table that stores the direction of deviation of the rotation centers of the left and right balls in the outer row and the inner row with respect to the longitudinal force. Similarly, regarding the bending moment, it is possible to distinguish not only the moment about the front and rear axes of the wheel shown in FIG. 7 but also the moment about the vertical axis.
以上説明したように、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット10によれば、光学式センサなどの非接触式センサを用いて、ベアリング玉の表面の移動速度の変化を検出することにより、車両の走行時に車輪に加わる荷重の大きさを正確に測定することができる。また、非接触式センサはベアリングに後付けするだけでよく、搭載が容易であり、簡便に荷重測定が可能である。また、光学式センサによる非接触式のセンシングであるため、荷重の測定結果はベアリングの仕様等に左右されることがなく、安定した測定結果を得ることができる。
As described above, according to the wheel support rolling bearing
さらに、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット10では、非接触式センサでベアリング玉の移動速度変化を検出するため、車輪に荷重が入力されてから検出値が測定されるまでの位相遅れが非常に小さく、荷重を部材の歪みで検出する方法に比べると、荷重測定の遅れがきわめて小さい。したがって、荷重測定結果を車両の制御に用いた場合、制御の応答性を優れたものにすることができる。
Further, in the wheel support rolling bearing
さらに、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット10によれば、光学センサをベアリング軸から見て上下左右に配置し、内列と外列の両方のベアリング玉の自転中心のずれの方向を上下左右で検出することにより、上下力、前後力、左右力、セルフアライニングトルク、キャンバトルクのすべてを区別することができ、荷重の大きさだけでなく、荷重の方向も判定することができる。
Furthermore, according to the wheel support rolling bearing
車輪支持用転がり軸受ユニット10により測定された荷重量と荷重方向にもとづいて、ECU100は、車両の走行安定性が損われる要因を検出し、車両の適切な駆動制御を行うことができる。
Based on the load amount and the load direction measured by the wheel support rolling bearing
実施の形態2
図11は、実施の形態2に係る車輪支持用転がり軸受ユニット10の構成を示す図である。実施の形態1と共通する構成については説明を省略し、実施の形態1と異なる構成について説明する。
Embodiment 2
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the wheel supporting
本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット10では、光学式センサ24により、外側の玉列および内側の玉列の公転速度を測定する。光学式センサ24は、内列の玉20bまたは内列の保持器22bからの反射光を受光する。内列の玉20bを保持する保持器22bにはスリットが設けられており、外列の玉20aを保持する保持器22aには反射板が設けられている。光学式センサ24から照射される光はスリットを通過し、反射板で反射し、光学式センサ24に到達する。光学式センサ24は反射光を受光して内列および外列の公転速度の測定を行うため、センシング能力は比較的低くても測定が可能であり、比較的安価なセンサでも目的を達する。
In the wheel-supporting
図12(a)〜(c)は、外列の保持器22aおよび内列の保持器22bの構成を説明する図である。図12(a)に示すように、内列の玉20bを保持する保持器22bにはスリット23が設けられ、外列の玉20aを保持する保持器22aの表面には反射板25が設けられている。光学式センサ24から照射された光は、内列の保持器22bのスリット23を通過し、外列の保持器22aの反射板25で反射し、その反射光は内列の保持器22bのスリット23を通過して光学式センサ24に受光される。
FIGS. 12A to 12C are diagrams illustrating the configurations of the
図12(b)は、ベアリング軸11の方向から見た外列の保持器22aにおいて、反射板25の設けられる位置を示す。ここでは、一例として8個の玉20aが外列の保持器22aに保持された状態で環状に配置されており、隣り合う玉20aの間の位置に反射板25が保持器22aの表面に付設されている。
FIG. 12B shows a position where the
図12(c)は、ベアリング軸11の方向から見た内列の保持器22bにおいて、スリット23の設けられる位置を示す。8個の玉20bが内列の保持器22bに保持された状態で環状に配置されており、隣り合う玉20bの間の位置にスリット23が設けられている。
FIG. 12C shows a position where the
車両の走行時に、外列の保持器22aと内列の保持器22bが回転しているとき、内列の保持器22bのスリット23の回転軌道上の位置と外列の保持器22aの反射板25の回転軌道上の位置がベアリング軸11の方向から見てちょうど一致する場合は、図12(a)のように、スリット23を通過した光が反射板25において反射し、光学式センサ24に受光される。しかし、内列の保持器22bのスリット23の回転軌道上の位置と外列の保持器22aの反射板25の回転軌道上の位置が一致していない場合は、光学式センサ24からの光がスリット23を通過しても反射板25に当たらないため、光学式センサ24に反射光が受光されることはない。
When the
無荷重時は、外列の保持器22aと内列の保持器22bの公転速度は等しいが、荷重作用時は、外列の玉20aおよび内列の玉20bが軌道面と接触する位置がずれるため、外列の保持器22aと内列の保持器22bの公転速度に違いが生じる。したがって、荷重作用時は、外列の保持器22aと内列の保持器22bの公転速度の違いから、スリット23を通過した光学式センサ24からの光が反射板25に当たって反射される頻度に違いが生じる。
When no load is applied, the revolution speeds of the
ECU100は、光学式センサ24において受光される反射板25からの反射光の頻度から外列の保持器22aの公転速度と内列の保持器22bの公転速度の差を求める。外列の保持器22aと内列の保持器22bの公転速度の差は、車輪に作用する荷重により外側の玉列および内側の玉列の接触軌道が変化したことによるものであるから、ECU100は、公転速度の差から荷重の大きさを求めることができる。
The
図13は、ECU100の構成を示す図である。光学式センサ24からのセンサ出力は、公転速度差検出部120に入力される。公転速度差検出部120は、光学式センサ24において受光される内列の玉20bからの反射光の回数をカウントし、1秒間に観測される反射光の回数から内側の玉列の公転速度を検出する。公転速度差検出部120は、内列の保持器22bのスリット23の1秒当たりの通過回数から内側の玉列の公転速度を検出してもよい。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of the
さらに、公転速度差検出部120は、光学式センサ24において受光される外列の保持器22aの反射板25からの反射光の回数をカウントし、一秒間に観測される反射光の回数および内側の玉列の公転速度から外側の玉列の公転速度を算出する。公転速度差検出部120は、こうして得られた内側の玉列の公転速度と外側の玉列の公転速度の差を求め、求めた公転速度差を荷重量推定部122に与える。
Further, the revolution speed
公転速度差は、車輪に加わる荷重量に依存して変化する量であり、公転速度差−荷重テーブル124には、公転速度差と荷重量の対応関係が格納されている。荷重量推定部122は、公転速度差−荷重テーブル124を参照し、公転速度差検出部120により検出された公転速度差に対応する荷重量を推定する。
The revolution speed difference is an amount that changes depending on the load applied to the wheel, and the revolution speed difference-load table 124 stores the correspondence between the revolution speed difference and the load quantity. The load
実施の形態1で説明した図7〜図9を参照して、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット10により公転速度差から荷重を求める方法を説明する。
With reference to FIGS. 7 to 9 described in the first embodiment, a method for obtaining a load from a revolution speed difference by the wheel bearing rolling
図7を参照すると、無荷重時の外列上側の玉20aの自転中心30aと外列下側の玉21aの自転中心31aを結ぶ公転径70aは、同図の曲げモーメントMが作用すると、符号70a’に示すように変化する。無荷重時の外側の玉列の公転径70aと曲げモーメントMの作用時の外側の玉列の公転径70a’は、ほとんど大きさに差がない。内側の玉列についても同様であり、無荷重時の内列上側の玉20bの自転中心30bと内列下側の玉21bの自転中心31bを結ぶ公転径70bは、曲げモーメントMが作用すると、符号70b’に示すように変化する。無荷重時の内側の玉列の公転径70bと曲げモーメントMの作用時の内側の玉列の公転径70b’は、ほとんど大きさに差がない。
Referring to FIG. 7, when no load is applied, the
したがって、曲げモーメントMの作用時における外列の保持器22aの公転速度および内列の保持器22bの公転速度は、無荷重時における公転速度にほぼ等しく、外列の保持器22aと内列の保持器22bの公転速度に差はほとんど生じない。
Therefore, the revolution speed of the
図8を参照すると、無荷重時の外列上側の玉20aの自転中心30aと外列下側の玉21aの自転中心31aを結ぶ公転径70aは、同図の横力FHが作用すると、符号70a’に示すように変化する。横力FHの作用時の外側の玉列の公転径70a’は、無荷重時の外側の玉列の公転径70aよりも短くなる。内側の玉列については、無荷重時の内列上側の玉20bの自転中心30bと内列下側の玉21bの自転中心31bを結ぶ公転径70bは、横力FHが作用すると、符号70b’に示すように変化する。横力FHの作用時の内側の玉列の公転径70b’は、無荷重時の内側の玉列の公転径70bよりも長くなる。
Referring to FIG. 8, the
横力FHの作用時に外側の玉列の公転径70a’が短くなるため、外列の保持器22aの公転速度は遅くなる。一方、横力FHの作用時には内側の玉列の公転径70b’が長くなるため、内列の保持器22bの公転速度は速くなる。したがって、外列の保持器22aの公転速度と内列の保持器22bの公転速度の間に有意の差が生じる。
Since the
図9を参照すると、無荷重時の外列上側の玉20aの自転中心30aと外列下側の玉21aの自転中心31aを結ぶ公転径70aは、同図の上下力FHが作用すると、符号70a’に示すように変化する。無荷重時の外側の玉列の公転径70aと上下力FHの作用時の外側の玉列の公転径70a’は、ほとんど大きさに差がない。内側の玉列についても同様であり、無荷重時の内列上側の玉20bの自転中心30bと内列下側の玉21bの自転中心31bを結ぶ公転径70bは、上下力FHが作用すると、符号70b’に示すように変化する。無荷重時の内側の玉列の公転径70bと上下力FHの作用時の内側の玉列の公転径70b’は、ほとんど大きさに差がない。
Referring to FIG. 9, the
したがって、上下力FHの作用時における外列の保持器22aの公転速度および内列の保持器22bの公転速度は、無荷重時における公転速度にほぼ等しく、外列の保持器22aと内列の保持器22bの公転速度に差はほとんど生じない。
Accordingly, the revolution speed of the
図7〜図9より、荷重作用時に外列の保持器22aの公転速度と内列の保持器22bの公転速度の間に検出可能な有意の差が生じるのは、横力FHが作用するときであることがわかる。したがって、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット10により、外列の保持器22aの公転速度と内列の保持器22bの公転速度の差を検出して荷重を測定する方法は、横力FHの測定に特に適している。
From 7 to 9, the difference between the detectable significant during the revolution speed of the revolution speed and the inner row of
実施の形態1と同様に、実験またはシミュレーションなどにより車輪に加える荷重の大きさを変化させて、外側の玉列と内側の玉列の公転速度の差を測定し、荷重と公転速度差の関係をあらかじめ取得しておく。公転速度差−荷重テーブル124は、このようにして得られた公転速度差と荷重量の対応関係を格納する。 Similar to the first embodiment, the magnitude of the load applied to the wheel is changed by experiment or simulation, and the difference in revolution speed between the outer ball train and the inner ball train is measured, and the relationship between the load and the revolution speed difference. Is acquired in advance. The revolution speed difference-load table 124 stores the correspondence relation between the revolution speed difference and the load amount obtained in this way.
なお、実施の形態1と同様、荷重と公転速度差の対応関係は、車輪速によって異なることもあるため、異なる車輪速に対して、荷重と公転速度差の対応関係を格納した複数の公転速度差−荷重テーブル124を記憶しておき、荷重量推定部122は、車輪速に応じた公転速度差−荷重テーブル124に切り替えて参照することがより好ましい。
As in the first embodiment, since the correspondence between the load and the revolution speed difference may vary depending on the wheel speed, a plurality of revolution speeds storing the correspondence between the load and the revolution speed difference for different wheel speeds. More preferably, the difference-load table 124 is stored, and the load
実施の形態2の車輪支持用転がり軸受ユニット10の構成の変形をいくつか説明する。上記の説明では、内列の保持器22bにスリット23を設け、外列の保持器22aに反射板25を設けて、スリット23を通過する光学式センサ24からの光を反射板25で反射させたが、変形例1として、外列の保持器22aには反射板25を設けずに、内列の保持器22bのスリット23を通過する光を外列の玉20aの表面で反射させて、その反射光を光学式センサ24が受光してもよい。この場合、外列の玉20aからの反射光を光学式センサ24が十分に受光することができるように、光学式センサ24の受光角度を広げておくことが好ましい。
Several modifications of the configuration of the wheel support rolling bearing
さらに変形例2として、内列の保持器22bにスリット23以外に反射板を設け、外列の保持器22aにも反射板25を設けてもよい。この場合、光学式センサ24から発光された光が内列の保持器22bに設けられた反射板で反射し、光学式センサ24がその反射光を受光することにより、内列の保持器22bの公転速度を測定することができる。また、内列の保持器22bのスリット23を通過した光を外列の保持器22aの反射板25で反射させて、光学式センサ24がその反射光を受光することにより、外列の保持器22aの公転速度を測定することができる。ただし、この場合、内列の保持器22bの反射板からの反射光と、外列の保持器22aの反射板25からの反射光とを区別する必要がある。外列の保持器22aの反射板25は内列の保持器22bの反射板よりも光学式センサ24から見て遠い位置にある。光学式センサ24は、一例として、対象物に照射した光の反射を受光することにより対象物までの距離を測定する測距機能を備え、この測距機能により対象物までの距離の違いを識別することにより、外列の保持器22aの反射板25からの反射光か、内列の保持器22bの反射板からの反射光かを区別する。
Furthermore, as a second modification, a reflector other than the
さらに変形例3として、内列の保持器22bにスリット23以外に反射板を設けるが、外列の保持器22aには反射板25を設けず、内列の保持器22bのスリット23を通過する光を外列の玉20aで反射させる構成をとってもよい。この場合の動作は変形例2と同様である。
Further, as a third modified example, a reflector is provided in the inner row of
さらに変形例4として、内列の保持器22bの公転速度を測定するための第1光学センサと、外列の保持器22aの公転速度を測定するための第2光学センサを別々に設けてもよい。実施の形態1で説明したように、一例として、第1光学センサは円筒部17に設置し、第2光学センサは外輪18に設置する。この場合、内列の保持器22bにはスリット23は不要であり、内列の保持器22bには反射板を設け、第1光学センサから照射された光を内列の保持器22bの反射板で反射させ、第1光学センサがその反射光を受光することにより、内列の保持器22bの公転速度を測定する。外列の保持器22aについても同様に、第2光学センサから照射された光を外列の保持器22aの反射板で反射させ、第2光学センサがその反射光を受光することにより、外列の保持器22aの公転速度を測定する。この場合、ECU100が、第1光学センサが測定する内列の保持器22bの公転速度と第2光学センサが測定する外列の保持器22aの公転速度の差を求め、作用している荷重を求める。
Further, as a fourth modification, a first optical sensor for measuring the revolution speed of the
以上説明したように、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット10によれば、光学式センサのような非接触センサを用いて、複列のベアリング玉の保持器の反射板からの反射光を受光して複列の保持器の公転速度の変化を検出することにより、車両の走行時に車輪に加わる荷重の大きさを正確に測定することができる。
As described above, according to the wheel-supporting
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施形態は例示であり、各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on the embodiment. It is to be understood by those skilled in the art that the embodiments are exemplifications, and various modifications are possible for the combination of each component, and such modifications are within the scope of the present invention.
上記の実施の形態1の車輪支持用転がり軸受ユニット10では、複列のアンギュラ玉軸受を用いたが、荷重の方向の識別をしない場合は、単列のアンギュラ玉軸受であってもよく、ベアリング玉の自転中心のずれから荷重の大きさを測定することができる。
In the wheel support rolling bearing
実施の形態1の車輪支持用転がり軸受ユニット10では、外列および内列の玉20a、20bの表面の移動速度と自転中心のずれを光学式センサ24a、24bにより検出したが、玉20a、20bの移動速度のピークが検出される回数をカウントして、1秒当たりのピーク速度の検出回数から玉20a、20bの公転速度を算出することもできる。また、光学式センサ24a、24bは、外列および内列の保持器22a、22bの表面の凹凸を識別して、保持器22a、22bの公転速度を直接検出することも可能である。したがって、実施の形態1の構成において、実施の形態2で述べた外列の保持器22aと内列の保持器22bの公転速度の差から荷重を測定する方法を採用することもできる。したがって、実施の形態1の構成において、自転中心のずれから荷重を測定する方法と公転速度の差から荷重を測定する方法を組み合わせて、荷重の測定精度をさらに向上させることも可能である。
In the wheel support rolling bearing
実施の形態2の車輪支持用転がり軸受ユニット10では、光学式センサ24を一箇所だけ設けたが、ベアリング軸11の周りに環状に複数個設け、異なる複数の位置において玉列の公転速度を検出してもよい。光学式センサ24の個数を増やすことで、荷重の測定精度をさらに向上させることができる。
In the wheel support rolling bearing
10 車輪支持用転がり軸受ユニット、 11 ベアリング軸、 12 ハブ本体、 13 ハブユニット、 14 フランジ、 16 スタッド、 17 円筒部、 18 外輪、 19 内輪、 20 玉、 22 保持器、 23 スリット、 24 光学式センサ、 25 反射板、 30 自転中心、 40 観測点、 62 観測軌跡、 70 公転径、 100 ECU、 102 速度偏差検出部、 104 荷重量推定部、 106 速度偏差−荷重テーブル、 108 自転中心ずれ方向検出部、 110 荷重方向判定部、 112 荷重方向判定テーブル、 120 公転速度差検出部、 122 荷重量推定部、 124 公転速度差−荷重テーブル。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
車輪に作用する荷重を測定する荷重測定装置とを備え、
前記荷重測定装置は、
前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出する転動体軌道変化検出部と、
検出された前記転動体の回転軌道の変化に関する量から車輪に作用する荷重量を推定する荷重量推定部とを備えることを特徴とする転がり軸受装置。 A wheel support hub unit comprising a plurality of rolling elements and a rolling member comprising a holding body for holding the plurality of rolling elements;
A load measuring device for measuring the load acting on the wheel,
The load measuring device is
A rolling element trajectory change detector for detecting an amount related to a change in the rotational trajectory of the rolling element;
A rolling bearing device, comprising: a load amount estimating unit that estimates a load amount acting on a wheel from a detected amount related to a change in a rotation trajectory of the rolling element.
前記荷重測定装置は、前記転動体の表面の移動速度が前記保持体の公転速度からずれる偏差を検出する速度偏差検出部をさらに備え、
前記荷重量推定部は、検出された前記偏差から前記荷重量を推定することを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受装置。 The rolling element trajectory change detection unit detects a moving speed of the surface of the rolling element as an amount related to a change in the rotational trajectory of the rolling element,
The load measuring device further includes a speed deviation detection unit that detects a deviation in which the moving speed of the surface of the rolling element deviates from the revolution speed of the holding body,
The rolling bearing device according to claim 1, wherein the load amount estimation unit estimates the load amount from the detected deviation.
前記転動体軌道変化検出部は、各列の前記転動部材の前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出し、
前記荷重測定装置は、各列の前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定する荷重方向判定部をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の転がり軸受装置。 The rolling members are provided in a double row in the axle direction,
The rolling element trajectory change detection unit detects an amount related to a change in the rotational trajectory of the rolling element of the rolling members in each row,
The load measuring device further includes a load direction determination unit that determines a direction of a load acting on a wheel from a combination of amounts related to changes in the rotation trajectory detected for the rolling elements in each row. The rolling bearing device according to 1 or 2.
前記荷重測定装置は、前記上下または左右の位置にある前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定する荷重方向判定部をさらに備えることを特徴とする請求項1または2に記載の転がり軸受装置。 The rolling element trajectory change detection unit detects an amount related to a change in the rotational trajectory of the rolling element at a vertical or horizontal position when viewed from the axle direction;
The load measuring device further includes a load direction determination unit that determines a direction of a load acting on a wheel from a combination of amounts related to a change in the rotation trajectory detected with respect to the rolling elements at the vertical and horizontal positions. The rolling bearing device according to claim 1 or 2, characterized by the above.
前記荷重方向判定部は、複数個の前記転動体について検出された前記自転中心のずれ方向の組み合わせから前記荷重の方向を判定することを特徴とする請求項3または4に記載の転がり軸受装置。 The load measuring device further includes a rotation center deviation direction detection unit that detects a direction in which the rotation centers of the plurality of rolling elements are shifted based on a detection result by the rolling element trajectory change detection unit,
5. The rolling bearing device according to claim 3, wherein the load direction determination unit determines the direction of the load from a combination of shift directions of the rotation centers detected for a plurality of the rolling elements. 6.
前記転動体軌道変化検出部は、各列の前記転動部材の前記転動体の回転軌道の変化に関する量として、各列の前記転動体の公転速度を検出し、
前記荷重量推定部は、検出された各列の前記転動体の公転速度の差から前記荷重量を推定することを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受装置。 The rolling members are provided in a double row in the axle direction,
The rolling element trajectory change detection unit detects the revolution speed of the rolling elements in each row as an amount related to a change in the rotational trajectory of the rolling members of the rolling members in each row,
The rolling bearing device according to claim 1, wherein the load amount estimation unit estimates the load amount from a difference in revolution speed of the rolling elements detected in each row.
前記転動体軌道変化検出部は、一方の列の前記保持体の前記スリットを通過し、他方の列の前記保持体の前記反射板から反射された反射光を受光することにより、他方の列の前記転動体の公転速度を検出することを特徴とする請求項7に記載の転がり軸受装置。 The holding bodies in one row are provided with slits for allowing the irradiated light to pass through, and the holding bodies in the other row are provided with a reflector for reflecting the irradiated light,
The rolling element trajectory change detection unit receives reflected light that has passed through the slits of the holders in one row and is reflected from the reflecting plate of the holders in the other row. The rolling bearing device according to claim 7, wherein a revolution speed of the rolling element is detected.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005050170A JP2006234080A (en) | 2005-02-25 | 2005-02-25 | Rolling bearing device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008261797A (en) * | 2007-04-13 | 2008-10-30 | Nsk Ltd | Ball phase detecting method for ball bearing |
JP2012247209A (en) * | 2011-05-25 | 2012-12-13 | Ntn Corp | Rolling element behavior measuring method and apparatus for rolling bearing |
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2005
- 2005-02-25 JP JP2005050170A patent/JP2006234080A/en active Pending
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