JP2006258241A - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を検出でき、量産時のコストが安価となるセンサ付車輪用軸受を提供する。
【解決手段】 このセンサ付車輪用軸受３０は、複列の転走面４が内周に形成された外方部材１と、前記転走面４と対向する転走面５を形成した内方部材２と、両転走面４，５間に介在した複列の転動体３と、外方部材１と内方部材２間の端部を密封する密封装置７，８とを備える。密封装置７，８には、この密封装置７，８の歪みを測定する歪みセンサ１５，１６を設ける。
【選択図】 図１

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センサを車輪用軸受に設けたものがある。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の制御が可能な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片寄るなど、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。

このような要請に応えるものとして、車輪用軸受の外輪に歪ゲージを貼り付け、歪を検出するようにした車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献１）。
特表２００３−５３０５６５号公報

しかし、車輪用軸受の外輪は、転走面を有し、強度が求められる部品であって、塑性加工や、旋削加工、熱処理、研削加工などの複雑な工程を経て生産される軸受部品であるため、外輪に歪ゲージを貼り付けるのでは、生産性が悪く、量産時のコストが高くなるという問題点がある。

この発明の目的は、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を検出でき、量産時のコストが安価となるセンサ付車輪用軸受を提供することである。

この発明における第１のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の端部を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、前記密封装置に、この密封装置の歪みを測定する歪みセンサを設けたことを特徴とする。
車両走行に伴い内方部材に荷重が加わると、転動体を介して外方部材が変形し、その変形は密封装置に歪みをもたらす。密封装置に設けられた歪みセンサは密封装置の歪みを検出する。この歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重を検出することができる。密封装置に歪みセンサを設けるので、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。また、密封装置は、外方部材などのように複雑な製造工程を経て生産される軸受構成部品に比べて簡易に生産されるため、これに歪みセンサを設けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。

この発明における第２のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の端部を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、リング部材を外方部材の内周に取付け、このリング部材の歪みを測定する歪みセンサを前記リング部材に取付けたことを特徴とする。
車両走行に伴い内方部材に荷重が加わると、転動体を介して外方部材が変形し、その変形はリング部材に歪みをもたらす。リング部材に設けられた歪みセンサはリング部材の歪みを検出する。この構成の場合も、歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重を検出することができる。また、外方部材の内周に取付けられるリング部材に歪みセンサを取付けるので、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。リング部材は、外方部材に取付けられる簡易な部品であるため、これに歪みセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。

前記リング部材は、円筒部と立板部とでなる断面Ｌ字状として前記円筒部で前記外方部材の内周に取付け、前記歪みセンサを前記円筒部と立板部との両方にそれぞれ取付けても良い。
この構成の場合、リング部材の円筒部と立板部とに歪みセンサを取付けるので、外方部材の異なる方向の歪みが検出でき、車輪にかかる複数の方向の荷重が検出できる。

この発明における前記各構成の場合に、歪みセンサの出力を演算することで、内方部材に加わる荷重を検出する荷重演算手段を設けても良い。
前記のように、予め実験やシミュレーションで求めた歪みと荷重との関係を示すデータに基づき、歪みセンサの出力に対応した荷重が演算できる。このような演算を行う荷重演算手段を設けることで、内方部材に作用する荷重の値として出力を得ることができる。

この発明において、歪みセンサの出力を演算することで、前記車輪と路面間に作用する力を検出する車輪作用荷重演算手段を設けても良い。
この構成の場合も、予め実験やシミュレーションで求めた前記歪みと車輪・路面間に作用する力との関係を示すデータに基づき、車輪・路面間に作用する力を演算することができる。また、この構成の場合、路面情報を運転者に伝えることができる。

この発明における第１のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の端部を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、前記密封装置に、この密封装置の歪みを測定する歪みセンサを設けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を検出でき、また安価に量産することができる。
この発明における第２のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の端部を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、リング部材を外方部材の内周に取付け、このリング部材の歪みを測定する歪みセンサを前記リング部材に取付けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を検出でき、また安価に量産することができる。

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。この実施形態は、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ものである。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。

この車輪用軸受３０は、内周に複列の転走面４を形成した外方部材１と、これら転走面４にそれぞれ対向する転走面５を形成した内方部材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３０は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、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。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、それぞれ接触式の密封装置７，８で密封されている。

外方部材１は、固定側の部材となるものであって、車体側のナックル（図示せず）等の懸架装置にボルトで締結される。
内方部材２は、回転側の部材となるものであって、外周に車輪取付フランジ２ａを有するハブ輪２Ａと、このハブ輪２Ａのインボード側端の外周に嵌合した別体の内輪２Ｂとからなる。ハブ輪２Ａには等速ジョイント２１の片方の継手部材となる外輪２１ａが連結されている。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は中央孔２２を有し、この中央孔２２に、等速ジョイント外輪２１ａに一体に形成されたステム２３が挿通され、ステム２３の先端に螺合するナット２４の締め付けにより、等速ジョイント外輪２１ａが内方部材２に連結される。このとき、等速ジョイント外輪２１ａに設けられたアウトボード側に向く段面２１ａａが、ハブ輪２Ａに圧入した内輪２Ｂのインボード側に向く端面に押し付けられ、等速ジョイント外輪２１ａとナット２４とで内方部材２が幅締めされる。ハブ輪２Ａの中央孔２２にはスプライン溝２２ａが形成されており、ステム２３のスプライン溝２３ａとスプライン嵌合する。

図２に拡大断面図で示すように、図１におけるアウトボード側の密封装置７は、外方部材１の内周に嵌合する芯金９と、この芯金９に一体に固着された弾性部材１０とで構成される。芯金９は、円筒部９ａと立板部９ｂとでなる断面Ｌ字状とされ、円筒部９ａで外方部材１の内周に嵌合して取付けられる。立板部９ｂは、詳しくは基端側部分が断面台形状に屈曲している。弾性部材１０には、ハブ輪２Ａの外周に先端が接触する３つのシールリップ１０ａ，１０ｂ，１０ｃが形成されている。

芯金９の円筒部９ａの内径面には、密封装置７の歪みを測定する歪みセンサ１５が周方向に分配して固着状態に複数設けられている。ここでは、歪みセンサ１５として歪みゲージが用いられる。これら歪みセンサ１５の検出信号は、外方部材１の前記密封装置７の取付部近傍の外周から内周に貫通して設けられた貫通孔１７に挿通させて配線されたコード１９Ａにより、荷重演算手段２０（図１）に入力される。

図３に拡大断面図で示すように、図１におけるインボード側の密封装置８は、内輪２Ｂの外周に嵌合するスリンガ１１と、このスリンガ１１に対向して外方部材１の内周に嵌合する芯金１２と、この芯金１２に一体に固着された弾性部材１３とで構成される。スリンガ１１は、円筒部１１ａと立板部１１ｂとでなる断面Ｌ字状とされ、その円筒部１１ａを内輪２Ｂの外周に嵌合することにより、内方部材２の外周に固定される。弾性部材１３には、上記スリンガ１１に先端が接触する３つのシールリップ１３ａ，１３ｂ，１３ｃが形成されている。

スリンガ１１の立板部１１ｂの一側面には、周方向に複数の磁極Ｎ，Ｓを着磁したゴム磁石などからなるエンコーダ１４が固定される。このエンコーダ１４は、車輪用軸受３０に回転センサを搭載するときに、回転センサの被検出部となるものである。この形状のエンコーダ１４では、これに対して軸方向に対向するように、外方部材１にホール素子などからなる図示しない磁気センサを取り付けることで回転センサが構成される。内方部材２の回転に伴うエンコーダ１４の磁気変化を磁気センサが検出することで、内方部材２の回転が検出される。

密封装置８の芯金１２は、円筒部１２ａと立板部１２ｂとでなる断面Ｌ字状とされ、円筒部１２ａで外方部材１の内周に嵌合して取付けられる。弾性部材１３の３つのシールリップ１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、スリンガ１１のＬ字の内側の面からなるシール面１１ａａ，１１ｂａにそれぞれ先端が接触する。芯金立板部１２ｂのアウトボード側を向く側面には、密封装置８の歪みを測定する歪みセンサ１６が周方向に分配して複数設けられている。各歪みセンサ１６は、立板部１２ｂにそれぞれ固着されている。ここでも、歪みセンサ１６として歪みゲージが用いられる。
これら歪みセンサ１６の検出信号は、外方部材１の前記密封装置８の取付部近傍の外周から内周に貫通して設けられた貫通孔１８に挿通させて配線されたコード１９Ｂにより、前記荷重演算手段２０（図１）に入力される。

次に、上記車輪用軸受３０に加わる荷重の検出動作について説明する。
車両走行に伴い内方部材２に荷重が加わると、転動体３を介して外方部材１が変形し、その変形は密封装置７，８の芯金９，１２に歪みをもたらす。これら芯金９，１２に設けられた歪みセンサ１５，１６は、芯金９，１２の歪みを検出し、それらの検出信号が荷重演算手段２０に入力される。荷重演算手段２０では、予め実験やシミュレーションで求めた前記歪みと荷重との関係を示すデータに基づき、各歪みセンサ１５，１６の検出信号に対応した荷重を算出する。

このように、この構成のセンサ付車輪用軸受３０では、密封装置７，８に、この密封装置７，８の歪みを測定する歪みセンサ１５，１６を設けているので、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を安定して検出できる。また、密封装置７，８は、外方部材１などのように複雑な製造工程を経て生産される軸受構成部品に比べて簡易に生産されるため、これに歪みセンサ１５，１６を設けることで、量産性に優れたものとでき、安価に量産することができる。

図４は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態のセンサ付車輪用軸受３０は、先の実施形態において密封装置７，８に歪みセンサ１５，１６を設けた構成に代えて、外方部材１の内周に嵌合させたリング部材２５に歪みセンサ２６を設けたものである。リング部材２５は、外方部材１の内径面における両列の転走面４，４の中間位置に配置する。リング部材２５は、円筒部２５ａと立板部２５ｂとでなる断面Ｌ字状とされ、その円筒部２５ａを外方部材１の内周に嵌合して取付けられる。ここでも、歪みセンサ２６として歪みゲージが用いられる。歪みセンサ２６は、リング部材２５における円筒部２５ａの内周面および立板部２５ｂの一側面に、周方向に分配して複数設けられ、それぞれ固着状態とされる。
これら歪みセンサ２６の検出信号は、外方部材１のリング部材２５の取付部近傍の外周から内周に貫通して設けられた貫通孔２７に挿通させて配線されたコード１９Ｃにより、荷重演算手段２０に入力される。その他の構成は図１の実施形態の場合と同じである。

この構成のセンサ付車輪用軸受３０によると、車両走行に伴い内方部材２に荷重が加わると、転動体３を介して外方部材１が変形し、その変形はリング部材２５に歪みをもたらす。リング部材２５に設けられた歪みセンサ２６はリング部材２５の歪みを検出する。それらの検出信号が荷重演算手段２０に入力され、荷重演算手段２０は歪みセンサ２６の検出信号に対応した荷重を算出する。この構成の場合、リング部材２５の円筒部２５ａと立板部２５ｂとに歪みセンサ２６を取付けるので、外方部材１の異なる方向の歪みが検出でき、車輪にかかる複数の方向の荷重が検出できる。

なお、上記各実施形態では、歪みセンサ１５，１６，２６の検出信号を演算することで、内方部材２に加わる荷重を求める荷重演算手段２０を設けたが、これに代えて、前記荷重演算手段２０は、前記検出信号を演算することで、車輪と路面間に作用する力を求める車輪作用荷重演算手段としても良い。このように、車輪と路面間に作用する力を求めた場合も、その検出値を自動車の走行制御に効果的に使用することができ、特に路面情報を運転者に伝えることができる。

この発明の第１の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。 同車輪用軸受におけるアウトボード側の密封装置の拡大断面図である。 同車輪用軸受におけるインボード側の密封装置の拡大断面図である。 この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。

符号の説明

１…外方部材
２…内方部材
３…転動体
４，５…転走面
７，８…密封装置
１５，１６，２６…歪みセンサ
２０…荷重演算手段
２５…リング部材
３０…車輪用軸受

Claims (5)

1. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の端部を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、前記密封装置に、この密封装置の歪みを測定する歪みセンサを設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
2. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の端部を密封する密封装置とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、リング部材を外方部材の内周に取付け、このリング部材の歪みを測定する歪みセンサを前記リング部材に取付けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
3. 請求項２において、前記リング部材は、円筒部と立板部とでなる断面Ｌ字状として前記円筒部で前記外方部材の内周に取付け、前記歪みセンサを前記円筒部と立板部との両方にそれぞれ取付けたセンサ付車輪用軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、歪みセンサの出力を演算することにより、内方部材に加わる荷重を検出する荷重演算手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、歪みセンサの出力を演算することにより、前記車輪と路面間に作用する力を検出する車輪作用荷重演算手段を設けたセンサ付車輪用軸受。

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