JP2007218343A - 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、軸受装置各部の温度を検出することにより、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、かつ正確で安全な車両姿勢制御を行えるようにする。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、常に安全な車両姿勢制御を行えるようにする。
【解決手段】等速自在継手の外側継手部材の温度を検出する第１の温度センサと、前記外方部材の温度を検出する第２の温度センサと、ハブ輪１０の温度を検出する第３の温度センサ５３と、外気温を検出する第４の温度センサ５４と、これら各温度センサ５１，５２，５３，５４の出力から等速自在継手４０または軸受２０の状態を監視する監視手段５５とを設ける。
【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定性確保対策は、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定しかつ高精度な車両姿勢制御を行う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４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る。

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、駆動車輪用軸受装置内部の詳細な情報、例えば軸受装置各部の温度変化等を検出することができず、正確な車両姿勢制御を行うことができなかった。

この発明の目的は、ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化した形式の駆動車輪用軸受装置において、軸受装置各部の温度を検出することにより、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、かつ正確な車両姿勢制御を行うことである。
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中空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、前記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、前記等速自在継手の外側継手部材の温度を検出する第１の温度センサと、前記外方部材の温度を検出する第２の温度センサと、これら第１および第２の温度センサの出力から等速自在継手または軸受の状態を監視する監視手段と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、軸受装置各部に変形が生じ、それによって摩擦の増大等により熱が発生する。内方部材である等速自在継手の外側継手部材の温度を第１の温度センサで検出し、外方部材の温度を第２の温度センサで検出する。外側継手部材および外方部材の温度と等速自在継手または軸受の状態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、第１および第２の温度センサの出力を監視手段で監視することにより、等速自在継手または軸受の状態を把握することができる。
また、第１および第２の温度センサからの情報を用いて車両の姿勢制御を行うことができる。第１および第２の温度センサは軸受装置自体に設けられているため、車体側に設けたセンサで軸受装置の情報を得る場合と異なり、介在物を介することなく軸受装置の情報を得ることができ、かつ軸受装置内部の詳細な情報を得ることができる。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が高く、軸受装置内部の詳細な情報に基づく正確な車両姿勢制御を行える。

この発明において、ハブ輪の温度を検出する第３の温度センサを設け、前記監視手段を、前記第１、第２、および第３の温度センサの出力から等速自在継手または軸受の状態を監視するものとしてもよい。
この構成とすれば、内方部材の温度として、外側継手部材およびハブ輪の温度の両方を検出して、これを等速自在継手または軸受の状態の判断材料や車両姿勢制御のための情報とするため、より一層精度の高い等速自在継手または軸受の状態の判定や車両姿勢制御を行える。

さらに、外気温を検出する第４の温度センサを設け、前記監視手段を、前記第１、第２、第３、および第４の温度センサの出力から等速自在継手または軸受の状態を監視するものとしてもよい。
この構成とすれば、外側継手部材の温度、外方部材の温度、およびハブ輪の温度の検出出力から外気温の影響を除去することができるため、さらにより一層精度の高い等速自在継手または軸受の状態の判定や車両姿勢制御を行える。

前記第１および第３の温度センサは、非接触式輻射熱式温度計であるのが良い。
第１および第３の温度センサを非接触式輻射熱式温度計とすると、外方部材に第１および第３の温度センサを設けて、内方部材の外側継手部材およびハブ輪の温度を検出することができる。第１および第３の温度センサが外方部材に設けられていると、これら温度センサが振動等の影響を受けることが少なく、また検出出力を軸受装置の外部に取り出しやすい。

前記監視手段が、等速自在継手または軸受の状態の監視として、これら等速自在継手または軸受の異常状態を設定規則によって推定し、外部に警報を出力するものであるとすることができる。
この構成とすれば、軸受が異常状態となった場合に外部に警報が出力されるため、軸受の異常に対して迅速に対応することができる。

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中空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、前記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、前記等速自在継手の外側継手部材の温度を検出する第１の温度センサと、前記外方部材の温度を検出する第２の温度センサと、これら第１および第２の温度センサの出力から等速自在継手または軸受の状態を監視する監視手段とを設けたため、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、かつ正確な車両姿勢制御を行うことができる。また、軸受各部の温度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るため、軸受装置自体の異常の有無について診断する診断機能を付加することができて、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。

この軸受装置には以下の各温度センサが設けられている。第１の温度センサ５１は、外方部材２１のインボード側の端面に取付けられた非接触式輻射熱温度計（サーモパイル等）で、外側継手部材４１の温度を検出する。第２の温度センサ５２は、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との間に取付けられたもので、外方部材２１の温度を検出する。第３の温度センサ５３は、外方部材２１の内周面におけるアウトボード側の転動体２２とアウトボード側のシール２５との間に取付けられた非接触式輻射熱温度計（サーモパイル等）で、ハブ輪１０の温度を検出する。第４のセンサ５４は、外方部材２１の外周面に取付けられたもので、外気温を検出する。

上記各温度センサ５１，５２，５３，５４は監視手段５５に接続されている。監視手段５５は、各温度センサ５１，５２，５３，５４の検出出力から、等速自在継手４０または軸受２０の状態を監視するものである。また、監視手段５５は、警報出力手段５６に接続されている。警報出力手段５６は、監視手段５５によって監視される等速自在継手４０または軸受２０の状態が異常である場合に警報を出力するものである。

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、軸受装置各部に変形が生じ、それによって転動体２２と軌道面２４，２７，２８間の摩擦やトルク伝達ボール４３とトラック溝４１ａの内面間の摩擦が増大し、熱が発生する。内方部材２９である等速自在継手４０の外側継手部材４１およびハブ輪１０の温度を、第１の温度センサ５１および第３の温度センサ５３でそれぞれ検出し、外方部材２１の温度を第２の温度センサ５２で検出する。また、外気温を第４の温度センサ５４で検出する。これら各温度センサ５１，５２，５３，５４の検出出力は監視手段５５に送られる。

監視手段５５は、予め定められた設定規則によって、各温度センサ５１，５２，５３，５４の検出出力から等速自在継手４０または軸受２０の状態を判定する。上記設定規則は、外側継手部材４１の温度、外方部材２１の温度、ハブ輪１０の温度、および外気温と等速自在継手４０または軸受２０の状態との関係を実験やシミュレーションによって求め、それに基づいて定められた規則である。例えば、外気温に対して外側継手部材４１、または外方部材２１、またはハブ輪１０の温度が設定温度以上であると、異常と判定する。そして、等速自在継手４０または軸受２０の状態に異常がある場合は、警報出力手段５６に指令を出して警報を出力させる。

また、各温度センサ５１，５２，５３，５４からの情報は車両姿勢制御に利用される。これら各温度センサ５１，５２，５３，５４は軸受装置自体に設けられているため、車体側に設けたセンサで軸受装置の情報を得る場合と異なり、介在物を介することなく軸受装置の情報を得ることができ、かつ軸受装置内部の詳細な情報を得ることができる。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が高く、軸受装置内部の詳細な情報に基づく正確な車両姿勢制御を行える。

内方部材２９である外側継手部材４１およびハブ輪１０の温度をそれぞれ検出する第１および第３の温度センサ５１，５３を非接触式輻射熱式温度計とすることにより、第１および第３の温度センサ５１，５３を外方部材２１に設けることが可能となり、それによって、振動等の影響を受けることが少なく外側継手部材４１およびハブ輪１０の温度を検出することができ、また検出出力を軸受装置の外部に取り出すことが容易となっている。

上記実施形態は、外側継手部材４１の温度、外方部材２１の温度、ハブ輪１０の温度、および外気温をそれぞれ検出する第１ないし第４の温度センサ５１，５２，５３，５４を具備するものとしたが、場合によっては、図２に示すように、外気温を検出する第４の温度センサ５４は設けない構成とすることができ、さらに図３に示すように、ハブ輪１０の温度を検出する第３の温度センサ５３も設けない構成とすることができる。これらの構成としも、各温度センサの検出出力から、等速自在継手４０または軸受２０の状態を推定することができ、またその情報を車両姿勢制御に利用することができる。ただし、それらの精度は、図１の構成に比べて図２の構成は若干劣り、また図２の構成に比べて図３の構成は若干劣る。

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。 この発明の異なる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。 この発明のさらに異なる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。 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…外周側軌道面
２５，２６…シール
２７，２８…内周側軌道面
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
５１…第１の温度センサ
５２…第２の温度センサ
５３…第３の温度センサ
５４…第４の温度センサ
５５…監視手段
５６…警報出力手段

Claims (5)

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中空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、前記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、
   前記等速自在継手の外側継手部材の温度を検出する第１の温度センサと、前記外方部材の温度を検出する第２の温度センサと、これら第１および第２の温度センサの出力から等速自在継手または軸受の状態を監視する監視手段と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、ハブ輪の温度を検出する第３の温度センサを設け、前記監視手段は、前記第１、第２、および第３の温度センサの出力から等速自在継手または軸受の状態を監視するものとした駆動車輪用軸受装置。
3. 請求項２において、外気温を検出する第４の温度センサを設け、前記監視手段は、前記第１、第２、第３、および第４の温度センサの出力から等速自在継手または軸受の状態を監視するものとした駆動車輪用軸受装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記第１および第３の温度センサが、非接触式輻射熱式温度計である駆動車輪用軸受装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記監視手段が、等速自在継手または軸受の状態の監視として、これら等速自在継手または軸受の異常状態を設定規則によって推定し、外部に警報を出力するものである駆動車輪用軸受装置。

Images