JP2007192346A - 駆動車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化した駆動車輪用軸受装置において、車両姿勢制御用の各種センサを適切な位置に設けることにより、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させる。また、軸受装置自体の異常の有無について診断する機能を付加して、常に正確で安全な車両姿勢制御を行えるようにする。
【解決手段】この駆動車輪用軸受装置は、ハブ輪１０と等速自在継手４０と軸受２０とをユニット化し、等速自在継手４０の外側継手部材４１のステム部４５の外周にハブ輪１０を嵌合させてこれら外側継手部材４１とハブ輪１０とで内方部材２９を構成したものとする。軸受２０の複列の内周側軌道面２７，２８のうち、一方の軌道面２７をハブ輪１０に形成し、他方の軌道面２８を外側継手部材４１に形成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車等の車輪を回転自在に支持する駆動車輪用軸受装置に関し、特にハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化した形式であって、かつセンサ付きとした第４世代構造の駆動車輪用軸受装置に関する。

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、車輪用軸受に作用する荷重を検出するセンサを設けたものが提案されている（例えば、特許文献１）。

駆動輪支持用の車輪用軸受装置では、図６に示すように、ハブ輪１０と等速自在継手４０と軸受２０とをユニット化した第４世代型と呼ばれる構成が採用されることがある。これまで第４世代型を始めとする駆動車輪用軸受装置へ直接設置される車輪の回転速度を検出するセンサを除いては、加速度センサ等の車両の姿勢制御に用いられる情報を得るための各種センサは、車体と駆動車輪用軸受装置との間に設けられるサスペンション用バネの上側、いわゆるバネ上の車体側に設けられるのが一般的であった。

また、上記第４世代型の車輪用軸受装置において、等速自在継手４０の外側継手部材４１のステム部４５を中空形状とし、このステム部４５をハブ輪１０の内径側に嵌合させた状態でステム部４５を拡径させることにより、ハブ輪１０と等速自在継手４０の外側継手部材４１とを締結する拡径加締形式のものが提案されている（特許文献２）。外側継手部材４１とハブ輪１０との締結構造としては、各種の加締形式のものがあるが、上記拡径加締形式のものは、加締部の緩みが生じ難く、したがって複列の軌道面間の寸法変化による予圧抜けが防止され、軸受の予圧維持に優れるという利点がある。

特開２００６−９８６６号公報 特開２００２−２５４９０１号公報

上記のように、ハブ輪、等速自在継手、および軸受をユニット化した駆動車輪用軸受装置では、車両姿勢制御用の各種センサが、いわゆるバネ上の車体側に設けられている。このため、得られる情報にタイムラグが生じ、路面の状況変化等に対する制御システムの応答性を上げることに限界があった。

また、ステム部４５を拡径させてハブ輪１０と等速自在継手４０の外側継手部材４１とを締結する拡径加締形式の場合には、上記のように加締部の緩みが生じ難くて、ハブ輪１０と等速自在継手４０の外側継手部材４１との間の位置ずれが生じ難い。しかし、拡径加締形式においても、例えば、縁石への乗り上げ等、過度の外部入力により、加締部の緩みが生じることがあり、これにより複列の軌道面間の寸法が変化し、予圧抜けが生じる恐れがある。予圧抜けは、軸受の早期剥離や剛性低下につながるため、両者の締結状態を常時監視しておくことが望ましい。

この発明の目的は、ハブ輪、等速自在継手、および軸受をユニット化した形式の駆動車輪用軸受装置において、車両姿勢制御用のセンサを適切な位置に設けることにより、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させることである。
この発明の他の目的は、軸受装置自体の異常の有無について診断する機能を付加して、常に正確で安全な車両姿勢制御を行えるようにすることである。
この発明のさらに他の目的は、拡径加締部の締結状態が監視できて、予圧抜けによる早期寿命を未然に防ぐことができるものとすることである。

この発明の駆動車輪用軸受装置は、ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化し、等速自在継手の外側継手部材のステム部の外周にハブ輪を嵌合させてこれら外側継手部材とハブ輪とで内方部材を構成し、軸受の複列の内周側軌道面のうち、一方の軌道面をハブ輪に形成し、他方の軌道面を外側継手部材に形成し、複列の外周側軌道面を有する外方部材を設け、対向する軌道面間に転動体を介在させ、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記外側継手部材の中空ステム部とハブ輪の嵌合部を拡径させて、当該凹凸部に食い込ませて加締めることにより、前記外側継手部材とハブ輪とが一体に塑性結合された駆動車輪用軸受装置において、前記外方部材に、等速自在継手の外側継手部材の外径部の変位または変形を検出するセンサを設けたことを特徴とする。

車両走行に伴い駆動車輪用軸受装置に荷重が加わると、主として回転側である内方部材が変形する。内方部材の変形は、外側継手部材およびハブ輪において生じる。この外側継手部材の変形による変位または変形そのものを、外方部材に設けたセンサによって検出する。このように、駆動車輪用軸受装置にセンサを設けるため、車体側にセンサを設ける場合と異なり、介在物を介することなく変位等を検出でき、そのため路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させることができる。
外方部材に設けたセンサで内方部材の変位または変形を検出する場合、変形または変形の検出箇所を外側継手部材の外径部とすると、設置スペース等の関係から比較的容易にセンサを設けることができる。

前記センサはギャップセンサであるのが好ましい。
ギャップセンサであれば離れた検出箇所との距離等を測定することができるため、外方部材にセンサを設けながら、内方部材である外側継手部材の外径部の変位または変形を検出することができる。

前記センサの出力から、軸受への作用力を測定する軸受作用力測定手段、同じく等速自在継手の外側継手部材の内部応力を推定する継手内部応力推定手段、および同じくハブ輪の内部応力を推定するハブ輪内部応力推定手段を設けると良い。
センサは軸受自体に設置されるため、外側継手部材の変位または変形を精度良く、かつ応答性良く検出できる。そのため、変位または変形と、軸受への作用力、等速自在継手の外側継手部材の内部応力、およびハブ輪の内部応力との関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、センサの出力から上記各検出項目値を検出することができる。この検出した各検出項目値を自動車の車両制御に使用することが出来る。

また、前記センサの出力から、ハブ輪と外側継手部材との拡径加締部の締結状態を推定する締結状態推定手段を設けると良い。
外側継手部材の外径部の変位または変形と拡径加締部の締結状態の関係についても、予め実験やシミュレーションで求めておくことができる。締結状態推定手段は、このように求めておいた関係を用いて、センサ出力から締結状態の推定、例えば締結の緩みの程度を推定する。
締結状態推定手段を設けると、ハブ輪と外側継手部材との締結状態を常時監視することができるため、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材との間に緩みや位置ずれが生じた場合にすぐに発見することができ、予圧抜けによる軸受の早期剥離や剛性低下による問題を未然に防ぐことができる。

さらに、前記センサの出力、または測定の結果、または推定の結果を設定範囲と比較して設定範囲外である場合に警報を出力する警報出力手段を設けると良い。
警報出力手段を設けると、センサの出力、または測定の結果、または推定の結果が設定範囲外である場合に、そのことを迅速に運転者等に知らせることができる。

この発明の駆動車輪用軸受装置は、ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化し、等速自在継手の外側継手部材のステム部の外周にハブ輪を嵌合させてこれら外側継手部材とハブ輪とで内方部材を構成し、軸受の複列の内周側軌道面のうち、一方の軌道面をハブ輪に形成し、他方の軌道面を外側継手部材に形成し、複列の外周側軌道面を有する外方部材を設け、対向する軌道面間に転動体を介在させ、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記外側継手部材の中空ステム部とハブ輪の嵌合部を拡径させて、当該凹凸部に食い込ませて加締めることにより、前記外側継手部材とハブ輪とが一体に塑性結合された駆動車輪用軸受装置において、前記外方部材に、等速自在継手の外側継手部材の外径部の変位または変形を検出するセンサを設けたため、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させることができる。また、センサの出力と軸受の状態との関係が精度良く、かつ応答性良く得られ、そのため診断機能を付加することで、軸受装置自体の異常の有無について診断することができて、常に正確で安全な車両姿勢制御を行える。

この発明の実施形態を図１および図２と共に説明する。この駆動車輪用軸受装置は、第４世代型の駆動輪支持用の駆動車輪用軸受装置であり、ハブ輪１０と、等速自在継手４０と、軸受２０とをユニット化して構成される。なお、以下の説明では、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呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

ハブ輪１０は、アウトボード側の端部に車輪（図示せず）を取り付けるためのフランジ１４を備えており、フランジ１４の円周方向等間隔位置にホイールディスクを固定するためのハブボルト１５を植え込んである。ハブ輪１０のフランジ１４よりもインボード側の外周面に、軸受２０の複列の内周側軌道面のうちのアウトボード側の軌道面２７を形成してある。ハブ輪１０は軸心部に軸方向の貫通孔を有する中空状に形成されている。

等速自在継手４０は、ドライブシャフトからのトルクを内側継手部材４２およびトルク伝達ボール４３を介して外側継手部材４１に伝達する。外側継手部材４１の内周部には複数のトラック溝４１ａが形成されている。このトラック溝４１ａと内側継手部材４２の外周部に設けた複数のトラック溝４２ａとの協働で複数のボールトラックが形成され、各ボールトラックにトルク伝達ボール４３を配置することで等速自在継手４０が構成される。各トルク伝達ボール４３は、保持器４４によって同一平面内に保持されている。

外側継手部材４１は、ステム部４５とマウス部４６とからなり、ステム部４５にてハブ輪１０の内周に嵌合している。マウス部４６の肩面４７寄りの外周面に、軸受２０の複列の内周側軌道面のうちのインボード側の軌道面２８を形成してある。マウス部４６の肩面４７がハブ輪１０のインボード側の端面と当接し、これにより、ハブ輪１０と外側継手部材４１の軸方向の位置決めがなされ、かつ、軌道面２７，２８間の寸法が規定される。ステム部４５は、椀状のマウス部４６の底と連通した軸方向の貫通孔４８を設けることによって中空にしてある。

外側継手部材４１のステム部４５は、ハブ輪１０に対して、拡径加締めにより締結される。この実施形態の拡径加締めは、事前にハブ輪１０の内周面における一部、例えばアウトボード側の端部に凹凸部３１を形成し、その凹凸部３１を熱処理によって硬化させておき、このように内周面に凹凸部３１が形成されたハブ輪１０の内周に、外側継手部材４１のステム部４５を嵌合し、ステム部４５を内径側から外径側に拡径させることにより、ステム部４５の外周部をハブ輪１０の凹凸部３１に食い込ませて、ハブ輪１０と外側継手部材４１とを締結するものである。ハブ輪１０の内周面における凹凸部３１以外の部分は、ステム部４５の円筒状外周面と密着嵌合する円筒状に形成されている。

前記凹凸部３１の凹凸形状は任意であり、例えばねじ形状やセレーション（スプラインを含む）形状、あるいは互いに平行な複数列の溝同士を交差させたアヤメローレット形状に形成される。これらの中でもアヤメローレットは加締め後のフレッティング（特に軸方向および円周方向のフレッティング）防止に特に有効である。

軸受２０は、ハブ輪１０および外側継手部材４１で構成される内方部材２９と、外方部材２１と、複列の転動体２２とを含む。外方部材２１は車体（図示せず）に取り付けるためのフランジ２３を備え、内周面に、前記ハブ輪１０の内周側軌道面２７および前記外側継手部材４１の内周側軌道面２８に対向する複列の外周側軌道面２４を形成してある。そして、内周側軌道面２７，２８と複列の外周側軌道面２４との間に、複列の転動体２２が組み込まれている。ここでは転動体２２としてボールを使用した複列のアンギュラ玉軸受の場合を図示してあるが、重量の嵩む自動車用の駆動車輪用軸受装置の場合には、転動体として円すいころを使用した複列円すいころ軸受を採用する場合もある。外方部材２１の両端開口部にはシール２５，２６が装着され、軸受内部に充填したグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。

外方部材２１の内周面におけるインボード側の転動体２２とインボード側のシール２６との間には、外側継手部材４１の外径部の変位または変形を検出するためのセンサ５０（１），５０（２）が、図２に示すように互いに１８０度の位相で設けられている。両センサ５０（１），５０（２）はいずれもギャップセンサであって、対向する外側継手部材４１の外径部までの距離（検出量ｄ１，ｄ２）を検出する。両センサ５０（１），５０（２）はそれぞれ、軸受作用力測定手段５１、継手内部応力推定手段５２、ハブ輪内部応力推定手段５３、締結状態推定手段５４、および警報発生手段５５に接続されている。これら各手段５１，５２，５３，５４，５５の作用については後で説明する。

上記構成の駆動車輪用軸受装置の作用を説明する。車両走行に伴い駆動車輪用軸受装置に荷重が加わると、主として回転側である内方部材２９が変形する。この内方部材２９の変形を、センサ５０（１），５０（２）によって、外側継手部材４１の外径部の変位または変形として検出する。２個のセンサ５０（１），５０（２）の検出量ｄ１，ｄ２の差（ｄ１−ｄ２）とｙ軸回りの変位θｙとの関係は図３で示され、検出量ｄ１，ｄ２の和（ｄ１＋ｄ２）とｘ軸方向の変位ｘとの関係は図４で示される。したがって、センサ５０（１），５０（２）の検出量ｄ１，ｄ２より、外側継手部材４１の外径部の変位または変形を検出することができる。ｘ軸は、この駆動車輪用軸受装置の軸方向であり、ｙ軸は、ｘ軸に直交する水平方向であって、この軸受装置が取り付けられる車両の前後方向となる。

荷重の方向や大きさによって、外側継手部材４１の外径部に現れる変位の方向や大きさも異なる。予め荷重と変位の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、軸受に作用する作用力、等速自在継手４０の外側継手部材４１に発生する内部応力、およびハブ輪１０に発生する内部応力を算出または推定することができる。軸受作用力測定手段５１は、このように実験やシミュレーションより予め求めておいた荷重と変位との関係から、センサ５０（１），５０（２）の出力より、軸受に作用する作用力を算出する。また、継手内部応力推定手段５２、およびハブ輪内部応力推定手段５３は、同じく荷重と変位との関係から、センサ５０（１），５０（２）の出力より、等速自在継手４０の外側継手部材４１に発生する内部応力、およびハブ輪１０に発生する内部応力をそれぞれ推定する。

例えば、ハブ輪１０と外側継手部材４１とを拡径加締めにより締結した駆動車輪用軸受装置の場合、図５に示すように、外側継手部材４１にはハブ輪１０との接触面の表層部Ａに内部応力が発生し、ハブ輪１０には円筒状部分Ｂに内部応力が発生する。このＡ部およびＢ部の内部応力は、継手内部応力推定手段５２およびハブ輪内部応力推定手段５３によって、センサ５０（１），５０（２）の出力より推定することができる。

また、締結状態推定手段５４は、軸受作用力測定手段５１の測定結果や、継手内部応力推定手段５２およびハブ輪内部応力推定手段５３の推定結果等から、設定規則に基づき総合的に判断して、ハブ輪１０と外側継手部材４１の締結状態を推定する。

そして、センサ５０（１），５０（２）の検出量ｄ１，ｄ２、軸受作用力測定手段５１の測定結果、および各推定手段５２，５３，５４の推定結果が予め定めた所定の設定結果と比較して設定範囲外である場合は、警報発生手段５５により警報を発する。

このように、この実施形態の駆動車輪用軸受装置は、センサ５０（１），５０（２）の検出結果に基づき、軸受作用力測定手段５１、継手内部応力推定手段５２、ハブ輪内部応力推定手段５３、締結状態推定手段５４、および警報発生手段５５により、車両姿勢制御に関わる各種情報を得られるため、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させることができるともに、軸受装置自体の異常の有無について診断することができて、常に正確で安全な車両姿勢制御を行える。

また、センサ５０（１），５０（２）による内方部材２９の変位または変形の検出箇所を、等速自在継手４０の外側継手部材４１の外径部としているため、センサ５０（１），５０（２）を、軸受間における転動体よりもインボード側の比較的広いスペース部分に無理なく設けることができる。

この発明の実施形態にかかる駆動車輪用軸受装置の断面図に制御系のブロック図を組み合わせて表示した図である。 図１のII−II断面図である。 ２個のセンサの検出量の差とｙ軸回りの変位との関係を示すグラフである。 ２個のセンサの検出量の和とｘ軸方向の変位との関係を示すグラフである。 内部応力の発生箇所を示す説明図である。 従来の駆動車輪用軸受装置の断面図である。

符号の説明

１０…ハブ輪
２０…軸受
２１…外方部材
２２…転動体
２４…外周側軌道輪
２５，２６…シール
２７，２８…内周側軌道輪
２９…内方部材
３１…凹凸部
４０…等速自在継手
４１…外側継手部材
４２…内側継手部材
４３…トルク伝達ボール
４４…保持器
４５…ステム部
５０（１），５０（２）…センサ
５１…軸受作用力測定手段
５２…継手内部応力推定手段
５３…ハブ輪内部応力推定手段
５４…締結状態推定手段
５５…警報発生手段

Claims (7)

1. ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化し、等速自在継手の外側継手部材のステム部の外周にハブ輪を嵌合させてこれら外側継手部材とハブ輪とで内方部材を構成し、軸受の複列の内周側軌道面のうち、一方の軌道面をハブ輪に形成し、他方の軌道面を外側継手部材に形成し、複列の外周側軌道面を有する外方部材を設け、対向する軌道面間に転動体を介在させ、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記外側継手部材の中空ステム部とハブ輪の嵌合部を拡径させて、当該凹凸部に食い込ませて加締めることにより、前記外側継手部材とハブ輪とが一体に塑性結合された駆動車輪用軸受装置において、
   前記外方部材に、等速自在継手の外側継手部材の外径部の変位または変形を検出するセンサを設けたことを特徴とする駆動車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、前記センサはギャップセンサである駆動車輪用軸受装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記センサの出力から、軸受への作用力を測定する軸受作用力測定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。
4. 請求項１または請求項２において、前記センサの出力から、等速自在継手の外側継手部材の内部応力を推定する継手内部応力推定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。
5. 請求項１または請求項２において、前記センサの出力から、ハブ輪の内部応力を推定するハブ輪内部応力推定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。
6. 請求項１または請求項２において、前記センサの出力から、ハブ輪と外側継手部材との拡径加締部の締結状態を推定する締結状態推定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記センサの出力、または測定の結果、または推定の結果を設定範囲と比較して設定範囲外である場合に警報を出力する警報出力手段を設けた駆動車輪用軸受装置。

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