JP2008051741A - Sensor-equipped roller bearing device and load measuring system for roller bearing - Google Patents

Sensor-equipped roller bearing device and load measuring system for roller bearing Download PDF

Info

Publication number
JP2008051741A
JP2008051741A JP2006230347A JP2006230347A JP2008051741A JP 2008051741 A JP2008051741 A JP 2008051741A JP 2006230347 A JP2006230347 A JP 2006230347A JP 2006230347 A JP2006230347 A JP 2006230347A JP 2008051741 A JP2008051741 A JP 2008051741A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
circuit
peak hold
rolling element
rolling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006230347A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Noriyasu Oguma
規泰 小熊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JTEKT Corp
Original Assignee
JTEKT Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JTEKT Corp filed Critical JTEKT Corp
Priority to JP2006230347A priority Critical patent/JP2008051741A/en
Publication of JP2008051741A publication Critical patent/JP2008051741A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the cost of a sensor-equipped roller bearing device. <P>SOLUTION: The sensor-equipped roller bearing device comprises an ultrasonic sensor that enters an ultrasonic wave in the contacting surface between the orbit of the outer ring and a rolling motion object and receives the reflected wave from the contacting surface, and the ultrasonic sensor is connected to a controller 6 that calculates a rolling element load based on the peak value of the analog signal of the reflected wave. The controller 6 includes a peak hold circuit 25 that maintains the peal hold value for a predetermined time, an A/D converting circuit 26 that converts the peak hold signal P2 obtained by the peak hold circuit 25 to a digital signal P3, and a calculating section 28 that calculates the rolling element load based on the digital signal P3 obtained by the A/D converting circuit 26. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、センサ付き転がり軸受装置、及び転がり軸受用の荷重測定システムに関する。   The present invention relates to a rolling bearing device with a sensor and a load measuring system for a rolling bearing.

自動車等の車輪を支持する転がり軸受装置として従来知られているものに、車体側に固定される筒状の固定部材と、この固定部材と同心状にあり車輪が取り付けられる回転部材と、これら固定部材と回転部材との間で転動自在の二列の転動体とを備えているものがある。そして、自動車の走行制御を行うために種々の情報が必要とされており、その情報の一つとして転がり軸受装置に作用する荷重がある。この転がり軸受装置に作用する荷重を求めるために、転がり軸受装置にセンサを設け、このセンサの出力信号から転動体荷重を検出することが提案されている。
このようなセンサとして超音波センサを用いることができ、例えば特許文献1に示しているように、超音波センサを用いて転動体と軌道との間の接触力(転動体荷重)を検出できるものがある。この特許文献1では、転動体と軌道との接触面に超音波を入射するとともにその接触面からの反射波を受信し、この反射波のアナログ信号のピーク値を検出し、予め測定した基準値との比較を行うことにより接触力を検出している。
What is conventionally known as a rolling bearing device for supporting a wheel of an automobile or the like includes a cylindrical fixing member fixed to the vehicle body side, a rotating member concentric with the fixing member and to which a wheel is attached, and these fixings Some have two rows of rolling elements that are freely rollable between the member and the rotating member. Various kinds of information are required to control the traveling of the automobile, and one of the information is a load acting on the rolling bearing device. In order to determine the load acting on the rolling bearing device, it has been proposed to provide a sensor in the rolling bearing device and detect the rolling element load from the output signal of this sensor.
An ultrasonic sensor can be used as such a sensor. For example, as shown in Patent Document 1, a contact force (rolling body load) between a rolling element and a track can be detected using the ultrasonic sensor. There is. In Patent Document 1, an ultrasonic wave is incident on a contact surface between a rolling element and a track, a reflected wave from the contact surface is received, a peak value of an analog signal of the reflected wave is detected, and a reference value measured in advance is detected. The contact force is detected by comparing with.

特許第2581755号公報Japanese Patent No. 2581755

前記超音波センサで用いられる周波数は例えば5MHz〜20MHzと高周波であるため、反射波のアナログ信号のピーク値をデジタル信号に変換するためには、この高周波に応じた変換速度を有する高速対応のA/Dコンバータが必要となる。このような高速対応のA/Dコンバータは高価であるため、自動車の走行制御のために搭載するセンサ付き転がり軸受装置に高速対応のA/Dコンバータを用いると、コストが高くなる場合がある。
そこで、この発明はコストの低減が可能となるセンサ付き転がり軸受装置、及び転がり軸受用の荷重測定システムを提供することを目的とする。
Since the frequency used in the ultrasonic sensor is, for example, a high frequency of 5 MHz to 20 MHz, in order to convert the peak value of the analog signal of the reflected wave into a digital signal, a high-speed A having a conversion speed corresponding to the high frequency is used. A / D converter is required. Since such a high-speed A / D converter is expensive, the use of a high-speed A / D converter in a rolling bearing device with a sensor mounted for driving control of an automobile may increase the cost.
Therefore, an object of the present invention is to provide a rolling bearing device with a sensor and a load measuring system for the rolling bearing that can reduce the cost.

この発明は、外周に軌道を有する内輪と、内周に軌道を有する外輪と、これら内外輪の軌道間で転動自在に設けられた転動体と、前記内輪又は外輪の軌道と前記転動体との接触面に超音波を入射し当該接触面からの反射波を受信するセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、前記センサ装置は、前記反射波のアナログ信号のピーク値に基づいて転動体荷重を演算する制御装置に接続され、前記制御装置は、前記アナログ信号のピーク値を所定時間だけ維持するピークホールド回路と、このピークホールド回路で得られたピークホールド信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路で得られた前記デジタル信号に基づいて前記転動体荷重を演算する演算部とを備えているものである。
この構成によれば、センサ装置が得た反射波のピーク値に基づいて転動体荷重を演算する処理において、反射波が高周波であっても、ピークホールド回路により当該反射波のアナログ信号のピーク値を所定時間だけ維持できるため、このピークホールド回路で得られたピークホールド信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路を低速対応のものとできる。これにより、高価な高速対応のA/D変換回路ではなく、安価な低速対応のもので処理できる。
The present invention includes an inner ring having a track on the outer periphery, an outer ring having a track on the inner periphery, a rolling element provided so as to freely roll between the tracks of the inner and outer rings, a track of the inner ring or the outer ring, and the rolling element. In a rolling bearing device with a sensor comprising an ultrasonic wave incident on the contact surface and receiving a reflected wave from the contact surface, the sensor device is based on the peak value of the analog signal of the reflected wave Connected to a control device for calculating the rolling element load, the control device maintains the peak value of the analog signal for a predetermined time, and converts the peak hold signal obtained by the peak hold circuit into a digital signal. An A / D conversion circuit that performs the calculation, and a calculation unit that calculates the rolling element load based on the digital signal obtained by the A / D conversion circuit.
According to this configuration, in the process of calculating the rolling element load based on the peak value of the reflected wave obtained by the sensor device, even if the reflected wave is a high frequency, the peak value of the analog signal of the reflected wave is obtained by the peak hold circuit. Therefore, the A / D conversion circuit that converts the peak hold signal obtained by the peak hold circuit into a digital signal can be adapted to low speed. As a result, processing can be performed with an inexpensive low-speed compatible circuit instead of an expensive high-speed compatible A / D converter circuit.

また、前記センサ付き転がり軸受装置において、前記制御装置は、前記センサ装置の振動子を所定の時間間隔で振動させるパルス発生回路と、このパルス発生回路の作動時点から前記ピークホールド回路の作動時点までの遅延時間を可変に設定することができるディレイ回路とを備えているのが好ましい。
これにより、センサ装置から、軌道と転動体との接触面までの間における超音波の伝播距離に応じて遅延時間を設定できる。これにより、ピークホールド回路はピーク値を正確に維持することができる。
Further, in the rolling bearing device with a sensor, the control device includes a pulse generation circuit that vibrates the vibrator of the sensor device at a predetermined time interval, and from an operation time of the pulse generation circuit to an operation time of the peak hold circuit. It is preferable that a delay circuit capable of variably setting the delay time is provided.
Thereby, the delay time can be set according to the propagation distance of the ultrasonic wave between the sensor device and the contact surface between the track and the rolling element. Thereby, the peak hold circuit can maintain the peak value accurately.

また、この発明は、転がり軸受装置を構成する内輪又は外輪の軌道とこれらの軌道間に介在する転動体との接触面に超音波を入射し当該接触面からの反射波を受信するセンサ装置と、前記反射波のアナログ信号のピーク値に基づいて転動体荷重を演算する制御装置とを備えている転がり軸受用の荷重測定システムにおいて、前記制御装置は、前記アナログ信号のピーク値を所定時間だけ維持するピークホールド回路と、このピークホールド回路で得られたピークホールド信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路で得られた前記デジタル信号に基づいて前記転動体荷重を演算する演算部とを備えているものである。
この構成によれば、センサ装置が得た反射波のピーク値に基づいて転動体荷重を演算する処理において、反射波が高周波であっても、ピークホールド回路により当該反射波のアナログ信号のピーク値を所定時間だけ維持できるため、このピークホールド回路で得られたピークホールド信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路を低速対応のものとできる。これにより、高価な高速対応のA/D変換回路ではなく、安価な低速対応のもので処理できる。
The present invention also relates to a sensor device that receives ultrasonic waves from a contact surface between a raceway of an inner ring or an outer ring constituting a rolling bearing device and a rolling element interposed between the raceways and receives a reflected wave from the contact surface. And a load measuring system for a rolling bearing comprising a control device for calculating a rolling element load based on a peak value of the analog signal of the reflected wave, wherein the control device sets the peak value of the analog signal for a predetermined time. A peak hold circuit to be maintained, an A / D conversion circuit for converting a peak hold signal obtained by the peak hold circuit into a digital signal, and the rolling element based on the digital signal obtained by the A / D conversion circuit And a calculation unit for calculating the load.
According to this configuration, in the process of calculating the rolling element load based on the peak value of the reflected wave obtained by the sensor device, even if the reflected wave is a high frequency, the peak value of the analog signal of the reflected wave is obtained by the peak hold circuit. Therefore, the A / D conversion circuit that converts the peak hold signal obtained by the peak hold circuit into a digital signal can be adapted to low speed. As a result, processing can be performed with an inexpensive low-speed compatible circuit instead of an expensive high-speed compatible A / D converter circuit.

また、前記転がり軸受用の荷重測定システムにおいて、前記制御装置は、前記センサ装置の振動子を所定の時間間隔で振動させるパルス発生回路と、このパルス発生回路の作動時点から前記ピークホールド回路の作動時点までの遅延時間を可変に設定することができるディレイ回路とを備えているのが好ましい。
これにより、軌道と転動体との接触面と、センサ装置との間における超音波の伝播距離に応じて遅延時間を設定できる。これにより、ピークホールド回路はピーク値を正確に維持することができる。
Further, in the load measuring system for the rolling bearing, the control device includes a pulse generation circuit that vibrates the vibrator of the sensor device at a predetermined time interval, and the operation of the peak hold circuit from the operation time of the pulse generation circuit. It is preferable to include a delay circuit capable of variably setting the delay time up to the time point.
Thereby, delay time can be set according to the propagation distance of the ultrasonic wave between the contact surface of a track | orbit and a rolling element, and a sensor apparatus. Thereby, the peak hold circuit can maintain the peak value accurately.

この発明によれば、センサ装置が得た反射波のアナログ信号のピーク値をピークホールド回路によって所定時間だけ維持できるため、このピークホールド回路で得られたピークホールド信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路を、安価な低速対応のものとでき、コストを低減できる。   According to the present invention, the peak value of the analog signal of the reflected wave obtained by the sensor device can be maintained for a predetermined time by the peak hold circuit. Therefore, the A / B for converting the peak hold signal obtained by the peak hold circuit into a digital signal. The D conversion circuit can be made inexpensive and compatible with low speed, and the cost can be reduced.

この発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1はこの発明のセンサ付き転がり軸受装置の実施の一形態を示す断面図である。図2はこのセンサ付き転がり軸受装置を軸線C方向から見た図である。このセンサ付き転がり軸受装置(以下、転がり軸受装置とも言う)は、自動車などの車両の車輪を懸架装置に対して回転可能に支持することができるものである。なお、この転がり軸受装置を車体に取り付けた状態で、軸線C方向が車幅方向となる水平左右方向(y軸方向)となり、この軸線Cに直交する水平方向が水平前後方向(x方向)となり、左右方向と前後方向とに直交する方向が上下方向(z方向)となる。すなわち、この転がり軸受装置において、図1に示しているように、左側が車両の内側となり、右側が車両の外側となる。
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a rolling bearing device with a sensor according to the present invention. FIG. 2 is a view of the rolling bearing device with sensor as viewed from the direction of the axis C. This sensor-equipped rolling bearing device (hereinafter also referred to as a rolling bearing device) is capable of rotatably supporting a wheel of a vehicle such as an automobile with respect to a suspension device. When the rolling bearing device is attached to the vehicle body, the axis C direction is the horizontal left / right direction (y-axis direction) which is the vehicle width direction, and the horizontal direction perpendicular to the axis C is the horizontal front / rear direction (x direction). The direction perpendicular to the left-right direction and the front-rear direction is the up-down direction (z direction). That is, in this rolling bearing device, as shown in FIG. 1, the left side is the inside of the vehicle and the right side is the outside of the vehicle.

この転がり軸受装置は、車輪(図示せず)が取り付けられるハブ軸2と、このハブ軸2の左右方向内側の一部に外嵌した内輪部材3と、このハブ軸2及び内輪部材3と同軸状に配置され車体側に固定される外輪1と、ハブ軸2及び内輪部材3と外輪1との間に転動自在に介在した二列の転動体としての玉5a,5bとを備えている。   This rolling bearing device includes a hub shaft 2 to which a wheel (not shown) is attached, an inner ring member 3 fitted on a part of the inner side of the hub shaft 2 in the left-right direction, and coaxial with the hub shaft 2 and the inner ring member 3. The outer ring 1 is arranged in a shape and is fixed to the vehicle body side, and the balls 5a and 5b as two rows of rolling elements interposed between the hub shaft 2 and the inner ring member 3 and the outer ring 1 so as to roll freely. .

ハブ軸2は、軸部2bと、この軸部2bの左右方向外側にあり車輪(図示せず)を取り付けるフランジ部2aとを有している。内輪部材3はハブ軸2の軸部2bの左右方向内側に外嵌固定しており、ハブ軸2と一体回転する。また、内輪部材3は軸部2bの内側端部に螺合させたナット4により抜け止めされている。外輪1は、ハブ軸2の軸部2b及び内輪部材3の径方向外側にあり、車体側に固定される筒状の固定部材である。外輪1の内周面には前記玉5a,5bがそれぞれ転動する内側の第1外輪軌道12a及び外側の第2外輪軌道12bが形成されている。外輪1の外周面には車両の懸架装置(図示せず)に取り付けるための取付フランジ1aが形成されている。そして、外輪1に複数の超音波センサからなるセンサ装置10が取り付けられている。   The hub shaft 2 includes a shaft portion 2b and a flange portion 2a that is located on the outer side in the left-right direction of the shaft portion 2b and attaches a wheel (not shown). The inner ring member 3 is fitted and fixed to the inner side in the left-right direction of the shaft portion 2 b of the hub shaft 2, and rotates integrally with the hub shaft 2. Further, the inner ring member 3 is prevented from coming off by a nut 4 screwed into the inner end portion of the shaft portion 2b. The outer ring 1 is a cylindrical fixing member that is on the radially outer side of the shaft portion 2b of the hub shaft 2 and the inner ring member 3 and is fixed to the vehicle body side. Formed on the inner peripheral surface of the outer ring 1 are an inner first outer ring raceway 12a and an outer second outer ring raceway 12b on which the balls 5a and 5b roll, respectively. On the outer peripheral surface of the outer ring 1, an attachment flange 1a for attachment to a vehicle suspension device (not shown) is formed. A sensor device 10 including a plurality of ultrasonic sensors is attached to the outer ring 1.

内輪部材3の外周面に、前記第1外輪軌道12aに対向する第1内輪軌道15aが形成されており、ハブ軸2の軸部2bの外側部分の外周面に、前記第2外輪軌道12bに対向する第2内輪軌道15bが形成されている。これにより、第1外輪軌道12aと第1内輪軌道15aとの間に玉5aが介在し、第2外輪軌道12bと第2内輪軌道15bとの間に玉5bが介在し、固定部材である外輪2に対して、ハブ軸2及び内輪部材3は回転自在となる。つまり、内輪部材3及びハブ軸2が外周に軌道を有する回転部材(内輪)となる。   A first inner ring raceway 15a facing the first outer ring raceway 12a is formed on an outer peripheral face of the inner ring member 3, and an outer peripheral face of an outer portion of the shaft portion 2b of the hub shaft 2 is formed on the second outer ring raceway 12b. Opposing second inner ring raceways 15b are formed. As a result, the ball 5a is interposed between the first outer ring raceway 12a and the first inner ring raceway 15a, and the ball 5b is interposed between the second outer ring raceway 12b and the second inner ring raceway 15b. 2, the hub shaft 2 and the inner ring member 3 are rotatable. That is, the inner ring member 3 and the hub shaft 2 become a rotating member (inner ring) having a track on the outer periphery.

センサ装置10の各超音波センサは、外輪1の左右方向内側の第1外輪軌道12aと左右方向内側の玉5aとの間の接触面における状態、及び外輪1の左右方向外側の第2外輪軌道12bと左右方向外側の玉5bとの間の接触面における接触状態を検出するためのものであり、具体的には、各接触面に作用する転動体荷重を検出するためのものである。外輪1の左右方向内外のそれぞれにおいて、超音波センサは周方向で等間隔の四箇所に設けられている。具体的には、左右方向内側の列の玉5aと第一外輪軌道12aとの間における転動体荷重を検出するために、四つの超音波センサ7ti,7bi,7fi,7riが設けられており、左右方向外側の列の玉5bと第二外輪軌道12bとの間における転動体荷重を検出するために四つの超音波センサ7to,7bo,7fo,7roが設けられている。   Each ultrasonic sensor of the sensor device 10 includes a state on a contact surface between the first outer ring raceway 12 a on the inner side in the left-right direction of the outer ring 1 and the ball 5 a on the inner side in the left-right direction, and a second outer ring track on the outer side in the left-right direction of the outer ring 1. This is for detecting the contact state on the contact surface between the ball 12b and the outer ball 5b in the left-right direction, and specifically for detecting the rolling element load acting on each contact surface. In each of the inner and outer sides of the outer ring 1, the ultrasonic sensors are provided at four positions at equal intervals in the circumferential direction. Specifically, four ultrasonic sensors 7ti, 7bi, 7fi, 7ri are provided to detect the rolling element load between the balls 5a in the row on the inner side in the left-right direction and the first outer ring raceway 12a. Four ultrasonic sensors 7to, 7bo, 7fo, 7ro are provided to detect the rolling element load between the balls 5b in the outer row in the left-right direction and the second outer ring raceway 12b.

超音波センサ7ti,7toは外輪1の上部にそれぞれ設けられており、検出対象位置を、第1、第2外輪軌道12a,12bのうちの最上位置における玉5a,5bとの接触面としている。超音波センサ7bi,7boは外輪1の下部にそれぞれ設けられており、検出対象位置を、第1、第2外輪軌道12a,12bのうちの最下位置における玉5a,5bとの接触面としている。超音波センサ7fi,7foは外輪1の水平前部にそれぞれ設けられており、検出対象位置を、第1、第2外輪軌道12a,12bのうちの水平前位置における玉5a,5bとの接触面としている。超音波センサ7ri,7roは外輪1の水平後部にそれぞれ設けられており、検出対象位置を、第1、第2外輪軌道12a,12bのうちの水平後位置における玉5a,5bとの接触面としている。   The ultrasonic sensors 7ti and 7to are provided on the upper part of the outer ring 1, and the detection target position is a contact surface with the balls 5a and 5b at the uppermost position of the first and second outer ring raceways 12a and 12b. The ultrasonic sensors 7bi and 7bo are provided at the lower part of the outer ring 1, and the detection target position is a contact surface with the balls 5a and 5b at the lowest position of the first and second outer ring raceways 12a and 12b. . The ultrasonic sensors 7fi and 7fo are provided at the horizontal front portion of the outer ring 1, and the detection target position is the contact surface with the balls 5a and 5b at the horizontal front position of the first and second outer ring raceways 12a and 12b. It is said. The ultrasonic sensors 7ri and 7ro are provided at the horizontal rear part of the outer ring 1, and the detection target position is a contact surface with the balls 5a and 5b at the horizontal rear position of the first and second outer ring raceways 12a and 12b. Yes.

これら超音波センサの取付構造はすべてについて同様であり、その代表として、外輪1の上部における超音波センサ7tiの取付部を、図3の断面図により説明する。超音波センサ7tiは、外周に雄ねじ部が形成された筒状のケース8と、このケース8内に設けた振動子(超音波深触子)9とを有している。外輪1にはネジ孔37が形成されており、このネジ孔37にケース8がそのねじ込み量を調整可能として取り付けられている。また、ネジ孔37の底面と超音波センサ7ti(振動子9)との間には緩衝材38が介在している。そして、超音波センサ7tiは、玉5aと第一外輪軌道12aとの接触面に直交する方向を超音波の入射方向としている。   The attachment structure of these ultrasonic sensors is the same for all, and as an example, the attachment portion of the ultrasonic sensor 7ti on the upper part of the outer ring 1 will be described with reference to the cross-sectional view of FIG. The ultrasonic sensor 7ti includes a cylindrical case 8 having a male screw portion formed on the outer periphery, and a vibrator (ultrasonic deep touch element) 9 provided in the case 8. A screw hole 37 is formed in the outer ring 1, and the case 8 is attached to the screw hole 37 so that the screwing amount can be adjusted. Further, a buffer material 38 is interposed between the bottom surface of the screw hole 37 and the ultrasonic sensor 7ti (vibrator 9). The ultrasonic sensor 7ti uses the direction perpendicular to the contact surface between the ball 5a and the first outer ring raceway 12a as the incident direction of ultrasonic waves.

そして図1において、センサ装置10の各超音波センサは、信号線を介して例えば車体側のECU等よりなる制御装置6に接続されている。図4は、このセンサ装置10と、当該センサ装置10が接続されている制御装置6とを示すブロック図である。制御装置6は、各超音波センサが受信した反射波を処理し、反射波のピーク値に基づいて転動体荷重を演算することができる。制御手段6は、センサ装置10が受信した信号を処理する信号処理部11と、この信号処理部11で得られた信号に基づいて転動体荷重を演算する演算部28とを備えている。   In FIG. 1, each ultrasonic sensor of the sensor device 10 is connected to a control device 6 including, for example, an ECU on the vehicle body side via a signal line. FIG. 4 is a block diagram showing the sensor device 10 and the control device 6 to which the sensor device 10 is connected. The control device 6 can process the reflected wave received by each ultrasonic sensor and calculate the rolling element load based on the peak value of the reflected wave. The control means 6 includes a signal processing unit 11 that processes a signal received by the sensor device 10, and a calculation unit 28 that calculates a rolling element load based on the signal obtained by the signal processing unit 11.

信号処理部11は、車両に搭載したバッテリ(図示せず)の電圧を昇圧(例えば12Vから100Vへ昇圧)する昇圧回路21と、昇圧した電圧によりパルス波を発生するパルス発生回路22とを有している。パルス発生回路22から受けたパルス波によりセンサ装置10の各超音波センサの振動子が励起され、各超音波センサは玉5a,5bと軌道12a,12bとの接触面に超音波を入射し、超音波センサはその接触面からのエコー(反射波)を受信する。さらに、信号処理部11は、超音波センサがエコーを受信して出力したアナログ信号を増幅する増幅回路23と、この増幅回路23で増幅したアナログ信号を正負反転させ得る正負反転回路24と、正負反転させたアナログ信号P1のピーク値(最大エコー振幅)を所定時間だけ維持するピークホールド回路25と、このピークホールド回路25で得られたアナログ信号であるピークホールド信号P2をデジタル信号P3に変換するA/D変換回路26とを備えている。そして、このA/D変換回路26で得られたデジタル信号P3に基づいて、前記演算部28が転動体荷重を演算する。さらに、信号処理部11は、ピークホールド回路25に動作信号を与えるディレイ回路27を備えている。   The signal processing unit 11 includes a booster circuit 21 that boosts a voltage (for example, boosts from 12 V to 100 V) of a battery (not shown) mounted on the vehicle, and a pulse generator circuit 22 that generates a pulse wave using the boosted voltage. is doing. The transducer of each ultrasonic sensor of the sensor device 10 is excited by the pulse wave received from the pulse generation circuit 22, and each ultrasonic sensor enters the ultrasonic wave into the contact surface between the balls 5 a and 5 b and the tracks 12 a and 12 b, The ultrasonic sensor receives an echo (reflected wave) from the contact surface. Further, the signal processing unit 11 includes an amplification circuit 23 that amplifies an analog signal output by receiving an echo from the ultrasonic sensor, a positive / negative inversion circuit 24 that can invert the analog signal amplified by the amplification circuit 23, and positive / negative A peak hold circuit 25 that maintains the peak value (maximum echo amplitude) of the inverted analog signal P1 for a predetermined time, and a peak hold signal P2 that is an analog signal obtained by the peak hold circuit 25 is converted into a digital signal P3. And an A / D conversion circuit 26. Based on the digital signal P3 obtained by the A / D conversion circuit 26, the calculation unit 28 calculates the rolling element load. Further, the signal processing unit 11 includes a delay circuit 27 that gives an operation signal to the peak hold circuit 25.

この信号処理部11及び演算部28における信号処理方法及び演算方法について説明する。信号処理部11の機能によりトリガ信号を発し、パルス発生回路22はこのトリガ信号に基づいてパルス波を発生する。パルス発生回路22のパルス波によりセンサ装置10の各超音波センサの振動子を所定の時間間隔で振動させる。そして、各超音波センサは、玉5a,5bと軌道12a,12bとの接触面に超音波を入射し、その接触面からのエコーを受信しアナログ信号を出力する。   A signal processing method and a calculation method in the signal processing unit 11 and the calculation unit 28 will be described. A trigger signal is generated by the function of the signal processing unit 11, and the pulse generation circuit 22 generates a pulse wave based on the trigger signal. The vibrator of each ultrasonic sensor of the sensor device 10 is vibrated at a predetermined time interval by the pulse wave of the pulse generation circuit 22. And each ultrasonic sensor injects an ultrasonic wave into the contact surface of ball 5a, 5b and track 12a, 12b, receives the echo from the contact surface, and outputs an analog signal.

そして、増幅回路23は超音波センサからのアナログ信号(電圧)を増幅する。正負反転回路24は、増幅回路23で増幅したアナログ信号のうちのピーク値が負の値で得られる場合に、これを正の値に反転する。これは、後の演算部28において得るピーク値の強度である最大エコー強度を正の値とする(絶対値を得る)ためである。なお、ピーク値が正の値で得られる場合は正負反転回路24において正負反転を行わないようにしてもよい。そして、ピークホールド回路25が作動し、ピークホールド回路25は正負反転回路24で得られたアナログ信号P1のピーク値を所定時間だけ維持する。   The amplifier circuit 23 amplifies the analog signal (voltage) from the ultrasonic sensor. When the peak value of the analog signal amplified by the amplifier circuit 23 is obtained as a negative value, the positive / negative inversion circuit 24 inverts it to a positive value. This is because the maximum echo intensity, which is the intensity of the peak value obtained in the later calculation unit 28, is set to a positive value (an absolute value is obtained). When the peak value is obtained as a positive value, the positive / negative inversion circuit 24 may not perform the positive / negative inversion. Then, the peak hold circuit 25 operates, and the peak hold circuit 25 maintains the peak value of the analog signal P1 obtained by the positive / negative inversion circuit 24 for a predetermined time.

なお、信号処理部11の機能による前記トリガ信号に基づいて、ディレイ回路27は、パルス発生回路22の作動時点、つまりパルス波の発生時点から所定の時間(0.5μsec〜1.0μsec)だけ遅らせて、ピークホールド回路25を作動させる。つまり、ディレイ回路27は、ピークホールド回路25によってピーク値の維持を開始するタイミング(ピークホールドのタイミング)を、超音波センサによる超音波発生から所定の時間だけ遅らせて実行する。なお、前記所定の時間(遅延時間)はパルス発生回路22の作動時点からピークホールド回路25の作動時点までの時間であり、この遅延時間の設定はディレイ回路27において、各超音波センサから軌道12a,12bと玉5a,5bとの接触面までの伝播距離に応じて可変である。これにより、ピークホールド回路25はピーク値を正確に維持する動作が可能となる。   Based on the trigger signal generated by the function of the signal processing unit 11, the delay circuit 27 delays a predetermined time (0.5 μsec to 1.0 μsec) from the operation time of the pulse generation circuit 22, that is, the generation time of the pulse wave. Then, the peak hold circuit 25 is operated. That is, the delay circuit 27 executes the timing at which the peak hold circuit 25 starts to maintain the peak value (peak hold timing) by delaying a predetermined time from the generation of the ultrasonic wave by the ultrasonic sensor. The predetermined time (delay time) is the time from the operation time of the pulse generation circuit 22 to the operation time of the peak hold circuit 25. This delay time is set in the delay circuit 27 from each ultrasonic sensor to the trajectory 12a. , 12b and balls 5a, 5b are variable according to the propagation distance to the contact surface. As a result, the peak hold circuit 25 can operate to accurately maintain the peak value.

このピークホールド回路25は、超音波センサが受信した反射波のデジタル信号のピーク値の電圧を維持する複合コンデンサー(図示せず)と、維持した電圧(ホールド電圧)の減衰を防ぐ抵抗(図示せず)とを有している。図5はピークホールド回路25の機能を説明する説明図であり、(a)はピークホールド回路25を機能させていない比較例であり、(b)はピークホールド回路25を機能させた実施例である。図5において横軸が時間であり、縦軸がエコー強度(電圧)である。図5(a)に示しているように、超音波センサが受信したエコーにより出力したアナログ信号は高周波であり、この高周波のアナログ信号をデジタル信号に変換するためには、高速対応のA/D変換回路が必要となる。しかし、ピークホールド回路25(図4参照)によれば、ピーク値を所定時間について維持してピークホールド信号P2を得ることができることから、図5(b)に示している波形となり、このピークホールド信号P2を低速対応のA/D変換回路26によって処理できる。すなわち、超音波センサのエコーによる受信信号が高周波であっても、その受信信号のピーク値(ピークホールド信号P2)を低速対応のA/D変換回路26によりデジタル信号に変換できる。これにより、高価な高速対応のA/D変換回路を用いる必要が無くなり、安価な低速対応のA/D変換回路26で済み、コストが低減できる。   The peak hold circuit 25 includes a composite capacitor (not shown) that maintains the voltage of the peak value of the reflected wave digital signal received by the ultrasonic sensor, and a resistor (not shown) that prevents attenuation of the maintained voltage (hold voltage). Z). 5A and 5B are explanatory diagrams for explaining the function of the peak hold circuit 25. FIG. 5A is a comparative example in which the peak hold circuit 25 is not functioning, and FIG. 5B is an example in which the peak hold circuit 25 is functioned. is there. In FIG. 5, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents echo intensity (voltage). As shown in FIG. 5A, the analog signal output by the echo received by the ultrasonic sensor has a high frequency, and in order to convert this high frequency analog signal into a digital signal, a high-speed A / D is available. A conversion circuit is required. However, according to the peak hold circuit 25 (see FIG. 4), since the peak hold signal P2 can be obtained while maintaining the peak value for a predetermined time, the waveform shown in FIG. The signal P2 can be processed by the low-speed A / D conversion circuit 26. That is, even if the received signal by the echo of the ultrasonic sensor is high frequency, the peak value (peak hold signal P2) of the received signal can be converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 26 corresponding to low speed. Accordingly, it is not necessary to use an expensive high-speed A / D conversion circuit, and an inexpensive low-speed A / D conversion circuit 26 can be used, and the cost can be reduced.

そして、A/D変換回路26により、アナログ信号である前記ピークホールド信号P2をデジタル信号P3である最大エコー強度として得ることができ、これを用いて演算部28において転動体荷重、さらにこれを用いて転がり軸受装置に作用する荷重を求める演算を行う。なお、昇圧回路21、パルス発生回路22、増幅回路23、正負反転回路24、ピークホールド回路25、A/D変換回路26、及びディレイ回路26、並びに、超音波センサは従来知られているものを採用することができる。また、演算部28はCPU、メモリなどを有して演算処理を行うマイコンにより構成できる。
なお、この実施の形態では、制御手段6の信号処理部11及び演算部28をECUとして説明したが、変形例として、図示しないが、転がり軸受装置の固定部材である外輪1側に基板を設け、この基板に制御手段6のうちの信号処理部11を設けてもよく、さらには、この基板に演算部28も設けてもよい。
Then, the peak hold signal P2 that is an analog signal can be obtained as the maximum echo intensity that is the digital signal P3 by the A / D conversion circuit 26, and using this, the rolling element load and further using this are used. The calculation to obtain the load acting on the rolling bearing device is performed. Note that the booster circuit 21, the pulse generation circuit 22, the amplifier circuit 23, the positive / negative inversion circuit 24, the peak hold circuit 25, the A / D conversion circuit 26, the delay circuit 26, and the ultrasonic sensor are conventionally known. Can be adopted. The calculation unit 28 can be configured by a microcomputer that has a CPU, a memory, and the like and performs calculation processing.
In this embodiment, the signal processing unit 11 and the calculation unit 28 of the control means 6 have been described as ECUs. However, as a modification, a substrate is provided on the outer ring 1 side which is a fixed member of the rolling bearing device. The signal processing unit 11 of the control means 6 may be provided on the substrate, and the arithmetic unit 28 may be provided on the substrate.

以上のように、各超音波センサがエコーを受信することにより演算部28は最大エコー強度を得ることができ、演算部28において式(1)に示すエコー比を求めることができる。
エコー比=100×(H0−H1)/H0 ・・・(1)
ただし、H0:玉5a,5bが超音波センサから半ピッチ離れたときの最大エコー強度(なお、1ピッチは周方向で隣り合う二つの玉間の周方向距離である)
H1:玉5a,5bが超音波センサの直下に位置するときの最大エコー強度
As described above, the calculation unit 28 can obtain the maximum echo intensity when each ultrasonic sensor receives the echo, and the calculation unit 28 can obtain the echo ratio shown in the equation (1).
Echo ratio = 100 × (H0−H1) / H0 (1)
However, H0: Maximum echo intensity when the balls 5a and 5b are separated from the ultrasonic sensor by a half pitch (note that one pitch is a circumferential distance between two balls adjacent in the circumferential direction).
H1: Maximum echo intensity when balls 5a and 5b are located directly below the ultrasonic sensor

なお、玉5a,5bと軌道12a,12bとの間において作用する荷重が大きい場合、両者の接触面積が大きくなり、エコー(最大エコー強度H1)が小さくなることから大きいエコー比が得られる。そして、このエコー比は転動体荷重と例えば図6に示している関係を有しており、この関係を用いてエコー比から転動体荷重を求めることができる。なお、エコー比と転動体荷重との関係は予め測定することで得られる。走行する車両の速度変化や姿勢変化に伴って、車輪に作用する接地荷重が変動し、この接地荷重に応じて転動体荷重が変化する。さらに、複数の超音波センサを設けた場合、車輪に作用する前後荷重、左右荷重、及び上下荷重の成分ごとにそれぞれ超音波センサへの影響度が異なっている。そこで、予め、転がり軸受装置に前後荷重が作用した場合の転動体荷重及びこれに対応するエコー比、左右荷重が作用した場合の転動体荷重及びこれに対応するエコー比、並びに、上下荷重が作用した場合の転動体荷重及びこれに対応するエコー比を求めておくことにより、各超音波センサで得られたエコー比により転がり軸受装置に作用する荷重の3方向分力を求めることができる。   When the load acting between the balls 5a and 5b and the tracks 12a and 12b is large, the contact area between the balls 5a and 5b is large and the echo (maximum echo intensity H1) is small, so that a large echo ratio is obtained. And this echo ratio has the relationship shown in FIG. 6, for example with a rolling-element load, and a rolling-element load can be calculated | required from an echo ratio using this relationship. Note that the relationship between the echo ratio and the rolling element load is obtained by measuring in advance. Along with changes in speed and posture of the traveling vehicle, the ground load acting on the wheels fluctuates, and the rolling element load changes according to the ground load. Further, when a plurality of ultrasonic sensors are provided, the degree of influence on the ultrasonic sensors is different for each of the components of the longitudinal load, the lateral load, and the vertical load acting on the wheel. Therefore, the rolling element load when the longitudinal load is applied to the rolling bearing device and the corresponding echo ratio, the rolling element load when the left and right load is applied and the corresponding echo ratio, and the vertical load are applied. By obtaining the rolling element load and the echo ratio corresponding to this, the three-way component force of the load acting on the rolling bearing device can be obtained from the echo ratio obtained by each ultrasonic sensor.

制御手段6の演算部28には、前記エコー比の式、各超音波センサで得られたエコー比からそのセンサ位置の転動体荷重を求める式、これら転動体荷重から転がり軸受装置に作用する荷重(タイヤ接地荷重)の上下方向成分、左右方向成分、前後方向成分を求める式が記憶されており、さらに演算部28は各式に基づいて演算を実行する。   The calculation unit 28 of the control means 6 includes an equation for the echo ratio, an equation for obtaining a rolling element load at the sensor position from the echo ratio obtained by each ultrasonic sensor, and a load acting on the rolling bearing device from these rolling element loads. Formulas for determining the vertical component, the horizontal component, and the front-rear component of (tire contact load) are stored, and the calculation unit 28 performs a calculation based on each formula.

演算部28において行われる処理について具体的に説明する。負荷時の転動体荷重と転がり軸受装置に作用する外力(荷重FおよびモーメントM)の関係は、次の式(2)で表せる。   The process performed in the calculating part 28 is demonstrated concretely. The relationship between the rolling element load under load and the external force (load F and moment M) acting on the rolling bearing device can be expressed by the following equation (2).

f1=a+bFy+cFz+dMx
f2=a+bFy+cFx+dMz
f3=a+bFy−cFz−dMx
f4=a+bFy−cFx−dMz ・・・(2)
f5=a−bFy+cFz−dMx
f6=a−bFy+cFx−dMz
f7=a−bFy−cFz+dMx
f8=a−bFy−cFx+dMz
ただし、
a:転がり軸受装置の予圧による転動体荷重
b,c,d:外力に依存しない係数
Fx,Fy,Fz:荷重の前後方向成分、左右方向成分、上下方向成分
Mx,Mz:x軸回りのモーメント、z軸回りのモーメント
f1〜f8:超音波センサの出力から得られる転動体荷重であり、
f1:上部内側の超音波センサ7tiによるもの
f2:水平後部内側の超音波センサ7riによるもの
f3:下部内側の超音波センサ7biによるもの
f4:水平前部内側の超音波センサ7fiによるもの
f5:上部外側の超音波センサ7toによるもの
f6:水平後部外側の超音波センサ7roによるもの
f7:下部外側の超音波センサ7boによるもの
f8:水平前部外側の超音波センサ7foによるもの
そして、この式(2)の関係を用いることによって、転動体荷重から転がり軸受装置に作用する外力を求めることができる。
f1 = a + bFy + cFz + dMx
f2 = a + bFy + cFx + dMz
f3 = a + bFy-cFz-dMx
f4 = a + bFy−cFx−dMz (2)
f5 = a−bFy + cFz−dMx
f6 = a−bFy + cFx−dMz
f7 = a−bFy−cFz + dMx
f8 = a−bFy−cFx + dMz
However,
a: Rolling element load due to preload of rolling bearing device b, c, d: Coefficients independent of external force Fx, Fy, Fz: Longitudinal component, lateral component, vertical component of load Mx, Mz: Moment around x axis , Moments around the z axis f1 to f8: rolling element loads obtained from the output of the ultrasonic sensor,
f1: By the ultrasonic sensor 7ti inside the upper part f2: By the ultrasonic sensor 7ri inside the horizontal rear part f3: By the ultrasonic sensor 7bi inside the lower part f4: By the ultrasonic sensor 7fi inside the horizontal front part f5: By the upper part By the outer ultrasonic sensor 7to f6: By the horizontal rear outer ultrasonic sensor 7ro f7: By the lower outer ultrasonic sensor 7bo f8: By the horizontal front outer ultrasonic sensor 7fo And this formula (2 ) Can be used to determine the external force acting on the rolling bearing device from the rolling element load.

一方、車輪において、次の式(3)及び式(4)が成立する
Mx=r×Fy+e×Fz ・・・(3)
ただし、r:車輪の転がり半径
e:左右(y軸)方向におけるFzの作用点と転がり軸受装置中心とのずれ
My=r×Fx ・・・(4)
ただし、My:y軸回りのモーメント
On the other hand, the following formulas (3) and (4) are established for the wheels: Mx = r × Fy + e × Fz (3)
Where r: wheel rolling radius
e: Deviation between the action point of Fz in the left-right (y-axis) direction and the center of the rolling bearing device My = r × Fx (4)
However, My: moment about the y-axis

そして、前記式(2)のf1とf3及び式(3)を用いることにより、左右方向成分Fy及び上下方向成分Fzを求めることができる。すなわち、f1+f3とすることによりFyが求まり、f1−f3とすることにより、FzとMxとが含まれる一次式が得られ、式(3)のうちのFyが求まっていることから、このFyを用いて式(3)においてFzとMxとが含まれる一次式となり、これら二つの一次式を連立させることで、FzとMxとが求まる。   The left-right direction component Fy and the up-down direction component Fz can be obtained by using f1 and f3 of the formula (2) and the formula (3). That is, by setting f1 + f3, Fy is obtained, and by setting f1-f3, a linear expression including Fz and Mx is obtained, and Fy in Expression (3) is obtained. Using this, a linear expression including Fz and Mx in the expression (3) is used, and Fz and Mx are obtained by combining these two linear expressions.

このように、2つの超音波センサ7ti,7biにより、車輪に作用する荷重の上下方向成分Fz及び左右方向成分Fy、並びに、付随的にx軸回りのモーメントMxを求めることができる。車輪に作用する荷重の上下方向成分Fz及び左右方向成分Fyは、車両のコーナリング状態を知る上で重要な要素であり、これらを少ない数の超音波センサ(2つの超音波センサ7ti,7bi)により求めることで、コストパフォーマンスの優れたセンサ付き転がり軸受装置を得ることができる。なお、上記において、f1とf3とを用いたが、この組み合わせ以外のものを使用することもできる(例えばf1とf5)。   In this way, the two ultrasonic sensors 7ti and 7bi can determine the vertical component Fz and the horizontal component Fy of the load acting on the wheel, and incidentally the moment Mx about the x axis. The up-down direction component Fz and the left-right direction component Fy of the load acting on the wheels are important elements for knowing the cornering state of the vehicle, and these are obtained by a small number of ultrasonic sensors (two ultrasonic sensors 7ti, 7bi). By calculating | requiring, the rolling bearing apparatus with a sensor excellent in cost performance can be obtained. In the above description, f1 and f3 are used. However, a combination other than this combination can be used (for example, f1 and f5).

また、f1+f7とすることによりMxを求め、f1−f7とすることによりFy及びFzの一次式を求め、これらと式(4)とを組み合わせることにより、Mx、Fy及びFzを求めることができる。そして、f2−f8とすることにより、Fy及びFxの一次式が求まるため、この一次式に、既に求まっているFyを代入することにより、残るFxを求めることができる。Fxが求まればMxも求まる。また、f2+f8とすることにより、Mzを求めることができる。   Further, Mx can be obtained by setting f1 + f7, linear expressions of Fy and Fz can be obtained by setting f1−f7, and Mx, Fy, and Fz can be obtained by combining these with Expression (4). Then, since the linear expressions of Fy and Fx are obtained by setting to f2−f8, the remaining Fx can be obtained by substituting the already obtained Fy into this linear expression. If Fx is obtained, Mx is also obtained. Further, Mz can be obtained by setting f2 + f8.

このように、4つの超音波センサ7ti,7ri,7bo,7foにより、車輪に作用する6分力をすべて求めることができ、コストパフォーマンスに優れたセンサ付き転がり軸受装置を得ることができる。なお、上記においては、f1,f2,f7及びf8を用いたが、この組み合わせ以外のものを使用することもできる(例えば、f1,f2,f3及びf6)。   Thus, the four ultrasonic sensors 7ti, 7ri, 7bo, 7fo can obtain all six component forces acting on the wheels, and a sensor-equipped rolling bearing device with excellent cost performance can be obtained. In the above description, f1, f2, f7, and f8 are used. However, other combinations can be used (for example, f1, f2, f3, and f6).

前記式(2)〜式(4)による場合、転がり軸受装置に作用する外力とエコー比との関係を求めるに際して、転動体荷重と外力との相関関係及び転動体荷重とエコー比との相関関係を用いて2段階の演算により求めている。そこで、エコー比と転がり軸受装置に作用する外力との関係を直接求める方法としての式(5)について説明する。これによれば、誤差を小さくすることができる。   In the case of the above formulas (2) to (4), when obtaining the relationship between the external force acting on the rolling bearing device and the echo ratio, the correlation between the rolling element load and the external force and the correlation between the rolling element load and the echo ratio. Is obtained by a two-stage calculation. Therefore, equation (5) will be described as a method for directly obtaining the relationship between the echo ratio and the external force acting on the rolling bearing device. According to this, the error can be reduced.

j1=k+lFy+mFz+nMx
j2=k+lFy+mFx+nMz
j3=k+lFy−mFz−nMx
j4=k+lFy−mFx−nMz ・・・(5)
j5=k−lFy+mFz−nMx
j6=k−lFy+mFx−nMz
j7=k−lFy−mFz+nMx
j8=k−lFy−mFx+nMz
ただし、
k:転がり軸受装置の予圧によるエコー比
l,m,n:外力に依存しない係数
Fx,Fy,Fz:荷重の前後方向成分、左右方向成分、上下方向成分
Mx,My,Mz:x軸、y軸、z軸回りのモーメント
j1〜j8:超音波センサの出力から得られるエコー比であり
j1:上部内側のセンサ7tiの出力によるもの
j2:後部内側のセンサ7riの出力によるもの
j3:下部内側のセンサ7biの出力によるもの
j4:前部内側のセンサ7fiの出力によるもの
j5:上部外側のセンサ7toの出力によるもの
j6:後部外側のセンサ7roの出力によるもの
j7:下部外側のセンサ7boの出力によるもの
j8:前部外側のセンサ7foの出力によるもの
j1 = k + lFy + mFz + nMx
j2 = k + lFy + mFx + nMz
j3 = k + lFy-mFz-nMx
j4 = k + lFy-mFx-nMz (5)
j5 = k−1Fy + mFz−nMx
j6 = k−1Fy + mFx−nMz
j7 = k−1Fy−mFz + nMx
j8 = k-1Fy-mFx + nMz
However,
k: Echo ratio due to preload of rolling bearing device l, m, n: Coefficients independent of external force Fx, Fy, Fz: Longitudinal component, lateral component, vertical component of load Mx, My, Mz: x axis, y Moment about the axis and z axis j1 to j8: Echo ratio obtained from the output of the ultrasonic sensor j1: Based on the output of the upper inner sensor 7ti j2: Based on the output of the rear inner sensor 7ri j3: Lower inner Based on the output of the sensor 7bi j4: Based on the output of the sensor 7fi inside the front part j5: Based on the output of the sensor 7to outside the upper part j6: Based on the output of the sensor 7ro outside the rear part j7: Based on the output of the sensor 7bo outside the bottom part J8: Based on the output of the front outside sensor 7fo

この式(5)を用いた6分力の演算方法を説明する。6分力を求めるに際して、上記関係に加えて、車輪において、次の式(6)及び式(7)を用いる。
Mx=r×Fy+e×Fz ・・・(6)
My=r×Fx ・・・(7)
ただし、r:車輪の転がり半径
e:左右(y軸)方向におけるFzの作用点と転がり軸受装置中心とのずれ
A 6 component force calculation method using the equation (5) will be described. When obtaining 6 component forces, in addition to the above relationship, the following equations (6) and (7) are used for the wheels.
Mx = r × Fy + e × Fz (6)
My = r × Fx (7)
Where r: wheel rolling radius
e: Deviation between the action point of Fz and the center of the rolling bearing device in the left-right (y-axis) direction

これら式(6)と式(7)を用い、j1〜j8の式(5)のうちの4式を用いることで、6分力を求めることができる。その一例として、j1,j2,j3及びj6を用いた場合で説明する。
(ステップ1)左右方向成分Fyを求める。式(5)から2つの式j1とj3を選択し、これらの式の加算又は減算(ここでは加算)により、Fz及びMxを消去する。これにより、Fy=(j1+j3−2k)/2が得られる。
(ステップ2)上下方向成分Fzを求める。式(5)のうちの2つの式からFyを消去して得られるFzとMxとの一次式と、式(6)にFyを代入して得られるFzとMxとの一次式とから、Fzを求める。これにより、Fz=(1−nr)j1−(1+nr)j3+2knr/2・l・(m+ne)が得られる。
Using these equations (6) and (7) and using four of the equations (5) of j1 to j8, six component forces can be obtained. As an example, a case where j1, j2, j3, and j6 are used will be described.
(Step 1) The left-right direction component Fy is obtained. Two expressions j1 and j3 are selected from the expression (5), and Fz and Mx are eliminated by addition or subtraction (addition in this case) of these expressions. Thereby, Fy = (j1 + j3-2k) / 2 is obtained.
(Step 2) The vertical direction component Fz is obtained. From the linear expression of Fz and Mx obtained by eliminating Fy from the two expressions of Expression (5), and the linear expression of Fz and Mx obtained by substituting Fy into Expression (6), Fz Ask for. Thereby, Fz = (1-nr) j1- (1 + nr) j3 + 2knr / 2 · l · (m + ne) is obtained.

(ステップ3)x軸回りのモーメントMxを求める。ステップ1で得たFy及びステップ2で得たFzを用いてMxを求める。これにより、Mx=rFy+eFzが得られる。
(ステップ4)前後方向成分Fxを求める。式(5)から2つの式j2とj6を選択し、これらの加算又は減算(ここでは加算)により、Fx及びMzを消去する。これにより、Fx=j2+j6−2k/2mが得られる。
(Step 3) A moment Mx about the x axis is obtained. Mx is obtained using Fy obtained in step 1 and Fz obtained in step 2. Thereby, Mx = rFy + eFz is obtained.
(Step 4) The front-rear direction component Fx is obtained. Two expressions j2 and j6 are selected from the expression (5), and Fx and Mz are deleted by adding or subtracting (addition in this case). Thereby, Fx = j2 + j6-2k / 2m is obtained.

(ステップ5)y軸回りのモーメントMyを求める。ステップ4で得たFxを用いて、Myを求める。これにより、My=rFxが得られる。
(ステップ6)z軸回りのモーメントMzを求める。式(5)から2つの式j1とj3を選択し、これらの加算又は減算(ここでは減算)により、Fyを消去し、FxとMzの一次式を求めると共に、式(5)から2つの式j2とj6を選択し、これらの加算又は減算(ここでは減算)により、Fyを消去し、FxとMzの一次式を求める。二つの一次式からFxを消去することでMzが求まる。これにより、Mz=−j1+j2−j3−j6+2k/2nが得られる。
以上より、4つの超音波センサ7ti,7ri,7bi,7roにより、車輪に作用する6分力をすべて求めることができる。
(Step 5) The moment My about the y-axis is obtained. Using Fx obtained in step 4, My is obtained. Thereby, My = rFx is obtained.
(Step 6) A moment Mz about the z axis is obtained. Two equations j1 and j3 are selected from equation (5), and Fy is eliminated by addition or subtraction (here, subtraction) to obtain a linear expression of Fx and Mz, and two equations from equation (5) are obtained. j2 and j6 are selected, and by adding or subtracting (subtraction in this case), Fy is eliminated and a linear expression of Fx and Mz is obtained. Mz is obtained by eliminating Fx from the two linear expressions. Thereby, Mz = −j1 + j2−j3−j6 + 2k / 2n is obtained.
As described above, all of the six component forces acting on the wheels can be obtained by the four ultrasonic sensors 7ti, 7ri, 7bi, 7ro.

また、この発明の転がり軸受装置の各実施の形態において、図1と図2に示しているように、固定部材である外輪2の周方向で四箇所に超音波センサが配設されており、これら超音波センサによる検出対象位置のそれぞれが、軌道12a,12bのそれぞれのうちの上位置、下位置、水平前位置、及び水平後位置における玉5a,5bとの接触面としている。これにより、超音波センサのそれぞれの受信信号に基づいて、転がり軸受装置に作用する荷重の3分力(前後方向荷重、左右方向荷重、上下方向荷重)を求めることができる。さらに、転がり軸受装置に作用する荷重のうちの求めたい分力(方向成分)には、他の方向の分力の影響により誤差が生じやすいが、この配置とすることで3方向の分力を精度良く求めることができ、さらに、各軸回りのモーメントについても求めることができる。なお、本発明のセンサ付転がり軸受装置は、前記実施形態に限定されるものではなく、転がり軸受装置について他の形態のものであってもよい。   Moreover, in each embodiment of the rolling bearing device of the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, ultrasonic sensors are arranged at four locations in the circumferential direction of the outer ring 2 which is a fixing member. The positions to be detected by the ultrasonic sensors are contact surfaces with the balls 5a and 5b at the upper position, the lower position, the horizontal front position, and the horizontal rear position, respectively, of the tracks 12a and 12b. Thereby, based on each received signal of an ultrasonic sensor, the 3 component force (front-rear direction load, left-right direction load, up-down direction load) of the load which acts on a rolling bearing apparatus can be calculated | required. Further, the component force (direction component) to be obtained out of the load acting on the rolling bearing device is likely to cause an error due to the influence of the component force in the other direction. It can be obtained with high accuracy, and further, the moment about each axis can be obtained. Note that the sensor-equipped rolling bearing device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the rolling bearing device may have another form.

この発明のセンサ付き転がり軸受装置の実施の一形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the rolling bearing apparatus with a sensor of this invention. 図1のセンサ付き転がり軸受装置を軸線方向から見た図である。It is the figure which looked at the rolling bearing device with a sensor of Drawing 1 from the direction of an axis. 外輪の上部における超音波センサの取付部を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the attaching part of the ultrasonic sensor in the upper part of an outer ring | wheel. センサ装置及び制御手段のブロック図である。It is a block diagram of a sensor apparatus and a control means. ピークホールド回路の機能を説明する説明図であり、(a)はピークホールド回路を機能させていない比較例であり、(b)はピークホールド回路を機能させた実施例である。It is explanatory drawing explaining the function of a peak hold circuit, (a) is a comparative example which does not function a peak hold circuit, (b) is the Example which functioned the peak hold circuit. エコー比と転動体荷重と関係を示すグラフである。It is a graph which shows a relationship between an echo ratio and a rolling element load.

符号の説明Explanation of symbols

1 外輪
2 ハブ軸(内輪)
3 内輪部材(内輪)
5a 玉(転動体)
5b 玉(転動体)
6 制御手段
7 超音波センサ
10 センサ装置
11 信号処理部
12a 第1外輪軌道
12b 第2外輪軌道
15a 第1内輪軌道
15b 第2内輪軌道
25 ピークホールド回路
28 演算部
C 軸線
1 Outer ring 2 Hub axle (inner ring)
3 Inner ring member (inner ring)
5a ball (rolling element)
5b ball (rolling element)
6 Control means 7 Ultrasonic sensor 10 Sensor device 11 Signal processing unit 12a First outer ring raceway 12b Second outer ring raceway 15a First inner ring raceway 15b Second inner ring raceway 25 Peak hold circuit 28 Calculation unit C axis

Claims (3)

外周に軌道を有する内輪と、内周に軌道を有する外輪と、これら内外輪の軌道間で転動自在に設けられた転動体と、前記内輪又は外輪の軌道と前記転動体との接触面に超音波を入射し当該接触面からの反射波を受信するセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
前記センサ装置は、前記反射波のアナログ信号のピーク値に基づいて転動体荷重を演算する制御装置に接続され、
前記制御装置は、前記アナログ信号のピーク値を所定時間だけ維持するピークホールド回路と、このピークホールド回路で得られたピークホールド信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路で得られた前記デジタル信号に基づいて前記転動体荷重を演算する演算部とを備えていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
An inner ring having a track on the outer periphery, an outer ring having a track on the inner periphery, a rolling element provided so as to be able to roll between the tracks of the inner and outer rings, and a contact surface between the track of the inner ring or the outer ring and the rolling element. In a rolling bearing device with a sensor comprising a sensor device that receives ultrasonic waves and receives reflected waves from the contact surface,
The sensor device is connected to a control device that calculates a rolling element load based on a peak value of the analog signal of the reflected wave,
The control device includes a peak hold circuit that maintains a peak value of the analog signal for a predetermined time, an A / D conversion circuit that converts a peak hold signal obtained by the peak hold circuit into a digital signal, and the A / D A rolling bearing device with a sensor, comprising: a calculation unit that calculates the rolling element load based on the digital signal obtained by the conversion circuit.
前記制御装置は、前記センサ装置の振動子を所定の時間間隔で振動させるパルス発生回路と、このパルス発生回路の作動時点から前記ピークホールド回路の作動時点までの遅延時間を可変に設定することができるディレイ回路とを備えている請求項1に記載のセンサ付き転がり軸受装置。   The control device may variably set a pulse generation circuit that vibrates the vibrator of the sensor device at a predetermined time interval, and a delay time from an operation time of the pulse generation circuit to an operation time of the peak hold circuit. The rolling bearing device with a sensor according to claim 1, further comprising a delay circuit that can be used. 転がり軸受装置を構成する内輪又は外輪の軌道とこれらの軌道間に介在する転動体との接触面に超音波を入射し当該接触面からの反射波を受信するセンサ装置と、前記反射波のアナログ信号のピーク値に基づいて転動体荷重を演算する制御装置とを備えている転がり軸受用の荷重測定システムにおいて、
前記制御装置は、前記アナログ信号のピーク値を所定時間だけ維持するピークホールド回路と、このピークホールド回路で得られたピークホールド信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路で得られた前記デジタル信号に基づいて前記転動体荷重を演算する演算部と、前記センサ装置の振動子を所定の時間間隔で振動させるパルス発生回路と、このパルス発生回路の作動時点から前記ピークホールド回路の作動時点までの遅延時間を可変に設定することができるディレイ回路とを備えていることを特徴とする転がり軸受用の荷重測定システム。
A sensor device that receives ultrasonic waves on the contact surfaces between the races of the inner ring or outer ring constituting the rolling bearing device and the rolling elements interposed between these race tracks and receives the reflected waves from the contact surfaces, and an analog of the reflected waves In a load measuring system for rolling bearings, comprising a control device for calculating the rolling element load based on the peak value of the signal,
The control device includes a peak hold circuit that maintains a peak value of the analog signal for a predetermined time, an A / D conversion circuit that converts a peak hold signal obtained by the peak hold circuit into a digital signal, and the A / D A calculation unit that calculates the rolling element load based on the digital signal obtained by the conversion circuit, a pulse generation circuit that vibrates the vibrator of the sensor device at a predetermined time interval, and an operation time point of the pulse generation circuit A load measuring system for a rolling bearing, comprising: a delay circuit capable of variably setting a delay time until the peak hold circuit is activated.
JP2006230347A 2006-08-28 2006-08-28 Sensor-equipped roller bearing device and load measuring system for roller bearing Pending JP2008051741A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006230347A JP2008051741A (en) 2006-08-28 2006-08-28 Sensor-equipped roller bearing device and load measuring system for roller bearing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006230347A JP2008051741A (en) 2006-08-28 2006-08-28 Sensor-equipped roller bearing device and load measuring system for roller bearing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008051741A true JP2008051741A (en) 2008-03-06

Family

ID=39235921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006230347A Pending JP2008051741A (en) 2006-08-28 2006-08-28 Sensor-equipped roller bearing device and load measuring system for roller bearing

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008051741A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012103221A (en) * 2010-11-15 2012-05-31 Ntn Corp Sensor-equipped bearing for wheels
US10066665B2 (en) 2010-11-15 2018-09-04 Ntn Corporation Wheel bearing with sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012103221A (en) * 2010-11-15 2012-05-31 Ntn Corp Sensor-equipped bearing for wheels
US10066665B2 (en) 2010-11-15 2018-09-04 Ntn Corporation Wheel bearing with sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007046635A (en) Bearing for wheel with sensor
JP2007071280A (en) Wheel bearing with sensor
JP2006077807A (en) Hub unit with sensor
WO2006057269A1 (en) Sensor device and rolling bearing with sensor
JP2008051741A (en) Sensor-equipped roller bearing device and load measuring system for roller bearing
JP4887754B2 (en) Rolling bearing device with sensor
JP2006226683A (en) Hub unit with sensor
JP2006177932A5 (en)
JP2008164448A (en) Wheel bearing with sensor
JP2005321236A (en) Load measuring device of rolling bearing unit
JP2007198814A (en) Wheel rolling bearing device
JP2006058162A (en) Load sensor integrated hub unit
JP2008020050A (en) Rolling bearing device for wheel
JP2007205392A (en) Wheel supporting rolling bearing unit with load measuring device and its manufacturing method
JP2008039589A (en) Sensor-equipped roller bearing device
JP2006226493A (en) Bearing device for wheel
JP4852870B2 (en) Rolling bearing device with sensor
JP2007255562A (en) Rolling bearing
JP2005098771A (en) Load-measuring device of rolling bearing unit
JP2007163400A (en) Sensor device and rolling bearing unit with sensor
JP2009052667A (en) Rolling bearing device with sensor
JP4370885B2 (en) Load measuring device for rolling bearing units
JP2006145016A (en) Rolling bearing unit with sensor
JP2006145457A (en) Sensor device and rolling bearing unit with sensor
JP2008215980A (en) Wheel bearing with sensor