JP2007218345A - 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、軸受装置の音響を検出することにより、軸受装置自体の異常の有無について診断することを可能とし、常に安全な車両姿勢制御を行えるようにする。また、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の中空ステム部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。前記外方部材２１に、等速自在継手４０の外側継手部材４１に対向させて音響測定用器５０を設ける。この音響測定用器５０の出力から設定規則により等速自在継手４０または軸受２０の異常を推定し、異常である場合に警報を出力する異常判定手段５２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２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、例えば軸受装置の音響等を検出することができず、正確で安全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、軸受装置の音響を検出することにより、軸受装置自体の異常の有無について診断することを可能とし、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。
この発明の他の目的は、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、前記外方部材に、等速自在継手の外側継手部材に対向させて音響測定用器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る。その変形が異常である場合、異常に大きな音や軋み音、振動音等の異音が発生する。音響測定用器で等速自在継手の外側継手部材の音響を測定することにより、異常に大きな音が発生しているか否か、あるいは異音が発生しているか否かを知ることができ、その結果から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。音響測定用器が軸受の固定側である外方部材に設けられているため、音響測定用器自体が振動等の影響を受けることが少なく、外側継手部材の音響を精度良く測定することができる。
また、音響測定用器の測定結果は車両姿勢制御にも利用することができる。音響測定用器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、前記音響測定用器の出力から設定規則により等速自在継手または軸受の異常を推定し、異常である場合に警報を出力する異常判定手段を設けると良い。
この構成とすれば、等速自在継手または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、等速自在継手または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、前記外方部材に、等速自在継手の外側継手部材に対向させて音響測定用器を設けたため、軸受装置における等速自在継手の外側継手部材の音響を検出することにより、等速自在継手または軸受の異常の有無について診断することが可能となり、常に安全な車両姿勢制御を行える。また、音響測定用器の検出結果を車両姿勢制御に用いることにより、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ができる。

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（例えば６または８）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。

外方部材２１のインボード側の端面には、等速自在継手４０の外側継手部材４１に対向させて音響測定用器５０が取付けられている。音響測定用器５０としては、例えばマイクロフォンを使用することができる。音響測定用器５０が軸受２０の固定側である外方部材２１に設けられているため、音響測定用器５０自体が振動等の影響を受けることが少なく、外側継手部材４１の音響を精度良く測定することができる。

上記音響測定用器５０は音響分析手段５１に接続され、さらに音響分析手段５１は異常判定手段５２に接続されている。音響分析手段５１は、音響測定用器５０からの音響信号に対して制御のための各種分析を行うものである。異常判定手段５２は、音響分析手段５１による分析結果に基づいて等速自在継手４０または軸受２０の状態が異常であるか否かを判定し、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る。その変形が異常である場合、異常に大きな音や軋み音、振動音等の異音が発生する。等速自在継手４０の外側継手部材４１に対向して設けた音響測定用器５０により、主に外側継手部材４１の音響を測定する。この音響測定用器５０の音響信号を、音響分析手段５１により分析する。詳しくは、測定音響そのままの音圧と、測定音響における軸受装置回転部の回転数の１次もしくは２次成分の音圧と、測定音響における等速自在継手４０のトラック数に相当する次数成分（６次あるいは８次）の音圧とを抽出する。

異常判定手段５２は、音響分析手段５１で抽出された各音圧と、設定規則に定められている音圧ごとの基準値とを比較し、いずれかの音圧が基準値以上となった場合に、等速自在継手４０または軸受２０が異常状態であると判定する。設定規則は、各音圧と等速自在継手４０または軸受２０の状態との関係を予め実験やシミュレーションによって求めておき、それに基づいて前記基準値を定めたものである。例えば、測定音響そのままの音圧が基準値以上である場合は、異常に大きな音が発生している状況である。また、測定音響における軸受装置回転部の回転数の１次もしくは２次成分の音圧、または測定音響における等速自在継手４０のトラック数に相当する次数成分の音圧が基準値以上である場合は、異音が発生している状況である。そして、等速自在継手４０または軸受２０が異常であると判定した場合、警報を出力する。このため、等速自在継手４０または軸受２０の異常に対して迅速に対応することができる。

また、音響分析手段５１の分析結果は車両姿勢制御に利用することができる。この分析結果は、軸受装置内部の詳細な情報であり、また軸受装置自体に設けた音響測定用器５０からのものである。このため、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内部の詳細な情報を得ることができ、これを車両姿勢制御に利用することにより、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。 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
５０…音響測定用器
５１…音響分析手段
５２…異常判定手段

Claims (2)

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、
   前記外方部材に、等速自在継手の外側継手部材に対向させて音響測定用器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、前記音響測定用器の出力から設定規則により等速自在継手または軸受の異常を推定し、異常である場合に警報を出力する異常判定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。

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