JP2008185496A - Bearing apparatus for wheel with sensor - Google Patents
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- G01L5/0009—Force sensors associated with a bearing
- G01L5/0019—Force sensors associated with a bearing by using strain gages, piezoelectric, piezo-resistive or other ohmic-resistance based sensors
Abstract
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センサ付き車輪用軸受装置に関する。 The present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing device incorporating a load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.
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。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a wheel bearing provided with a sensor for detecting the rotational speed of each wheel for safe driving of an automobile. Conventional measures to ensure driving safety of general automobiles are performed by detecting the rotational speed of the wheels of each part, but the rotational speed of the wheels is not sufficient, and it is further safer by using other sensor signals. It is required that the surface can be controlled.
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。 Therefore, it is conceivable to control the posture from the load acting on each wheel during vehicle travel. For example, a large load is applied to the outer wheel in cornering, and the load applied to each wheel is not uniform. In addition, even when the load is uneven, the load applied to each wheel is uneven. For this reason, if the load applied to the wheel can be detected at any time, the suspension control etc. is controlled in advance based on the detection result, thereby controlling the attitude during vehicle travel (preventing rolling during cornering, preventing the front wheel from sinking during braking, It is possible to prevent subsidence due to uneven load capacity. However, there is no appropriate installation location of a sensor that detects a load acting on the wheel, and it is difficult to realize posture control by load detection.
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。 In addition, when steer-by-wire is introduced in the future and the system becomes a system in which the axle and the steering are not mechanically coupled, it is required to detect the axle direction load and transmit the road surface information to the handle held by the driver.
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みゲージを貼り付け、歪み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)。
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、特許文献1のように外輪に歪み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。また、外輪の歪みを感度良く検出することが難しく、その検出結果を車両走行時の姿勢制御に利用した場合、制御の精度が問題となる。
The outer ring of the wheel bearing is a part that has a rolling surface and requires strength, and is a bearing part that is produced through complicated processes such as plastic working, turning, heat treatment, and grinding. When a strain gauge is attached to the outer ring as in
そこで、歪み発生部材に歪み測定用のセンサ素子を取付けて歪みセンサとし、この歪みセンサを外輪の周面に取付けることを試みた。試行錯誤の結果、外輪歪みの検出感度を向上させるためには、歪み発生部材は外輪に対して2箇所の接触固定部を有するものであって、これら接触固定部のうち片方の接触固定部を外輪のフランジ面に固定し、もう片方の接触固定部を外輪の外周面に固定するのが良いことが分かった。 Therefore, an attempt was made to attach a strain measuring sensor element to the strain generating member to form a strain sensor, and to attach the strain sensor to the outer ring. As a result of trial and error, in order to improve the detection sensitivity of the outer ring distortion, the strain generating member has two contact fixing parts with respect to the outer ring, and one of these contact fixing parts is provided with one of the contact fixing parts. It has been found that it is better to fix to the flange surface of the outer ring and fix the other contact fixing part to the outer peripheral surface of the outer ring.
しかし、このような構成とした場合にも、以下に挙げるような問題がある。
・ 歪みセンサを外輪等にボルト等で固定すると、その力によってセンサ部材に変形が生じ、センサ信号のオフセットが取り付け状態によって変化してしまう。
・ センサ素子が厚膜抵抗体などからなる場合、製造上のばらつきによるオフセットもあり、軸受に歪みセンサを取り付けた状態での出力ばらつきを抑えられない。
・ 歪みセンサで検出したい軸受荷重による歪み量は軸受の剛性が高いため非常に小さく、上記理由により発生するオフセットを増幅前のセンサ信号から取り除いておく必要がある。
However, even with such a configuration, there are the following problems.
-When the strain sensor is fixed to the outer ring or the like with a bolt or the like, the force causes deformation of the sensor member, and the offset of the sensor signal changes depending on the mounting state.
• When the sensor element is made of a thick film resistor, etc., there is an offset due to manufacturing variations, and output variations with a strain sensor attached to the bearing cannot be suppressed.
The amount of strain due to the bearing load that is to be detected by the strain sensor is very small due to the high rigidity of the bearing, and it is necessary to remove the offset generated for the above reasons from the sensor signal before amplification.
この発明の目的は、軸受の荷重状態を簡単で正確に検出できるセンサ付き車輪用軸受装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a wheel bearing device with a sensor that can easily and accurately detect a load state of a bearing.
この発明のセンサ付き車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転走面を有する転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に固定された歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられた歪み測定用のセンサ素子を含む歪みセンサと、この歪みセンサの前記センサ素子の出力する歪み信号を処理する処理回路とを備え、
この処理回路は、前記センサ素子の出力のオフセットを調整するオフセット調整手段を有することを特徴とする。
この構成によると、歪みセンサにおけるセンサ素子の出力のオフセットを処理回路のオフセット調整手段で調整するようにされているので、センサ付き車輪用軸受装置の組立完成状態でセンサ出力を、例えばゼロ点調整できる。これにより、センサ付き車輪用軸受装置の単体で荷重が印加されていない状態でのセンサ出力値を正確に把握できる。また、センサ素子の特性ばらつきと、歪みセンサの取り付け歪みとを合わせて補正することができる。その結果、軸受装置で検出した荷重信号が適正に校正された状態で出力され、信号を利用する車体側では軸受の荷重状態を簡単で正確に得ることができる。
The sensor-equipped wheel bearing device according to the present invention includes an outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the respective rolling surfaces on the outer periphery, In a wheel bearing device comprising a rolling element having a double-row rolling surface interposed between the rolling surfaces of the row, and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body,
A strain generating member including a strain generating member fixed to a fixed side member of the outer member and the inner member, a strain measuring sensor element attached to the strain generating member, and the sensor element of the strain sensor And a processing circuit for processing the distortion signal output from
This processing circuit has an offset adjusting means for adjusting an offset of the output of the sensor element.
According to this configuration, since the offset of the output of the sensor element in the strain sensor is adjusted by the offset adjusting means of the processing circuit, the sensor output can be adjusted, for example, by zero adjustment in the assembled state of the wheel bearing device with sensor. it can. Thereby, the sensor output value in the state where the load is not applied with the single-piece | unit of the wheel bearing apparatus with a sensor can be grasped | ascertained correctly. In addition, it is possible to correct the sensor element characteristic variation and the strain sensor mounting distortion together. As a result, the load signal detected by the bearing device is output in a properly calibrated state, and the load state of the bearing can be obtained easily and accurately on the vehicle body side using the signal.
この発明において、前記オフセット調整手段が、可変抵抗器、またはレーザトリミング抵抗素子を有する回路、またはオフセット調整する設定値の記憶機能を有するマイクロコンピュータのうちのいずれかであっても良い。オフセット調整手段が上記のいずれかである場合、簡単な構成で精度良くオフセット調整することができる。 In the present invention, the offset adjusting means may be any one of a variable resistor, a circuit having a laser trimming resistor element, or a microcomputer having a setting value storage function for offset adjustment. When the offset adjusting means is any one of the above, the offset adjustment can be performed with a simple configuration with high accuracy.
この発明において、前記固定側部材が外方部材であって、前記歪み発生部材が外方部材に取付けられたものでも良い。外方部材の場合は環状の部材となるため、内方部材に比べて取付箇所が得易い。 In this invention, the fixed side member may be an outer member, and the strain generating member may be attached to the outer member. In the case of an outer member, since it becomes an annular member, an attachment location is easy to obtain compared with an inner member.
上記のように固定側部材が外方部材であって、歪み発生部材が外方部材に取付けられたものである場合に、前記固定側部材の車体への取り付け力を前記センサの出力で検出する車体取付力検出手段と、この車体取付力検出手段により検出された取り付け力が設定範囲内であるか否かを判定して設定範囲外であるとアラーム信号を出力する取付異常判定手段を設けても良い。
固定側部材の車体への取り付け力が変化すると、固定側部材に固定された歪み発生部材の歪みが変化する。そのため固定側部材の車体への取り付け力を前記センサの出力で検出することができる。このように取り付け力が検出でき、固定側部材が異常な取り付け力で車体に取り付けられると、取付異常判定手段からアラーム信号が出力されるので、そのアラーム信号によって取り付け状態の異常を知ることができる。また、取付異常判定手段の判定をセンサ状態の品質管理基準として利用できる。さらに、センサ付き車輪用軸受装置の車体への取付状態を管理することができるので、より正確な荷重測定が可能となる。
As described above, when the fixed side member is an outer member and the strain generating member is attached to the outer member, the mounting force of the fixed side member to the vehicle body is detected by the output of the sensor. There is provided a vehicle body attachment force detecting means and an attachment abnormality determining means for determining whether or not the attachment force detected by the vehicle body attachment force detection means is within a set range and outputting an alarm signal if it is outside the set range. Also good.
When the attachment force of the stationary member to the vehicle body changes, the strain of the strain generating member fixed to the stationary member changes. Therefore, the attachment force of the stationary member to the vehicle body can be detected by the output of the sensor. In this way, the attachment force can be detected, and when the stationary member is attached to the vehicle body with an abnormal attachment force, an alarm signal is output from the attachment abnormality determination means, so the abnormality in the attachment state can be known by the alarm signal. . Further, the determination of the attachment abnormality determination means can be used as a quality control reference for the sensor state. Furthermore, since the mounting state of the sensor-equipped wheel bearing device to the vehicle body can be managed, more accurate load measurement is possible.
この発明のセンサ付き車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記各転走面に対向する転走面を外周に有する内方部材と、各列の転走面間に介在した複列の転走面を有する転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に固定された歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられた歪み測定用のセンサ素子を含む歪みセンサと、この歪みセンサの前記センサ素子の出力する歪み信号を処理する処理回路とを備え、この処理回路は、前記センサ素子の出力のオフセットを調整するオフセット調整手段を有するものとしたため、軸受で検出した荷重信号が処理回路により適正に校正された状態で出力され、信号を利用する車体側で軸受の荷重状態を簡単で正確に得ることができる。 The sensor-equipped wheel bearing device according to the present invention includes an outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the respective rolling surfaces on the outer periphery, And a rolling element having a double-row rolling surface interposed between the rolling surfaces of the row, wherein the wheel bearing device supports the wheel rotatably with respect to the vehicle body. A strain generating member fixed to the fixed side member of the sensor, a strain sensor including a sensor element for strain measurement attached to the strain generating member, and a processing circuit for processing a strain signal output from the sensor element of the strain sensor The processing circuit has offset adjusting means for adjusting the offset of the output of the sensor element, so that the load signal detected by the bearing is output after being properly calibrated by the processing circuit. Body to use In can be obtained accurately and simply load condition of the bearing.
この発明の実施形態を図1ないし図13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、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、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の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。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is a third generation inner ring rotating type and is applied to a wheel bearing for driving wheel support. In this specification, the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
このセンサ付き車輪用軸受装置における軸受装置は、内周に複列の転走面3を形成した外方部材1と、これら各転走面3に対向する転走面4を形成した内方部材2と、これら外方部材1および内方部材2の転走面3,4間に介在した複列の転動体5とで構成される。この車輪用軸受装置は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体5はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。上記転走面3,4は断面円弧状であり、各転走面3,4は接触角が外向きとなるように形成されている。外方部材1と内方部材2との間の軸受空間の両端は、密封装置7,8によりそれぞれ密封されている。
The bearing device in this sensor-equipped wheel bearing device includes an
外方部材1は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置(図示せず)におけるナックルに取付けるフランジ1aを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ1aには、周方向の複数箇所に車体取付孔14が設けられている。
内方部材2は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ9aを有するハブ輪9と、このハブ輪9の軸部9bのインボード側端の外周に嵌合した内輪10とでなる。これらハブ輪9および内輪10に、前記各列の転走面4が形成されている。ハブ輪9のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面12が設けられ、この内輪嵌合面12に内輪10が嵌合している。ハブ輪9の中心には貫通孔11が設けられている。ハブフランジ9aには、周方向複数箇所にハブボルト(図示せず)の圧入孔15が設けられている。ハブ輪9のハブフランジ9aの根元部付近には、ホイールおよび制動部品(図示せず)を案内する円筒状のパイロット部13がアウトボード側に突出している。
The
The inner member 2 is a rotating side member, and includes a
固定側部材である外方部材1の外周部には、歪みセンサ21と、センサ信号処理回路を有するセンサ信号処理回路ユニット25とが設けられている。歪みセンサ21は、歪み発生部材22に、この歪み発生部材22の歪みを測定するセンサ素子23等を取付けたものである。
A
前記歪みセンサ21の一構成例を図4に示す。この歪みセンサ21において、歪み発生部材22は、外方部材1のフランジ1aにおける車体取付孔14の近傍のフランジ面に接触固定される第1の接触固定部22aと、外方部材1の外周面に接触固定される第2の接触固定部22bとを有している。また、歪み発生部材22は、前記第1の接触固定部22aを含む径方向に沿った径方向部位22cと、前記第2の接触固定部22bを含む軸方向に沿った軸方向部位22dとでL字の形状に構成されている。径方向部位22cは、軸方向部位22dに比べ、剛性が低くなるよう肉厚を薄くしてある。歪み測定用センサ素子23は、この剛性の低い径方向部位22cに取り付けられている。
One structural example of the
上記歪みセンサ21は、図1および図2に示すように、歪み発生部材22の第1および第2の接触固定部22a,22bにより、両接触固定部22a,22bが外方部材1の周方向に対して同位相の位置となるように、外方部材1の外周部に固定される。第1および第2の接触固定部22a,22bを周方向において同位相とすると、歪み発生部材22の長さを短くすることができるため、歪みセンサ21の設置が容易である。歪み測定用センサ素子23は、歪み発生部材22に例えば接着剤を用いて固定される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
歪み発生部材22は、外方部材1への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。また、歪み発生部材22は、車輪用軸受装置に予想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさない形状とする必要がある。上記の想定される最大の力は、車両故障につながらない走行において想定される最大の力である。歪み発生部材22に塑性変形が生じると、外方部材1の変形が歪み発生部材22に正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすためである。
The
この歪みセンサ21の歪み発生部材22は、例えば鋼材等の金属材から、プレス加工により製作することができる。歪み発生部材22をプレス加工品とすると、コストダウンが可能になる。
また、歪み発生部材22は、金属粉末射出成形による焼結金属品としてもよい。金属粉末射出成形は、金属、金属間化合物等の成形技術の一つであり、金属粉末をバインダーと混練する工程、この混練物を用いて射出成型する工程、成形体の脱脂処理を行なう工程、成形体の焼結を行なう工程を含む。この金属粉末射出成形によれば、一般の粉末冶金に比べて焼結密度の高い焼結体が得られ、焼結金属品を高い寸法精度で製作することができ、また機械的強度も高いという利点がある。
The
Further, the
歪み測定用センサ素子23としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪み測定用センサ素子23が金属箔ストレインゲージで構成されている場合、この金属箔ストレインゲージの耐久性を考慮すると、車輪用軸受装置に予想される最大の荷重が印加された場合でも、歪み発生部材22における歪み測定用センサ素子23の取り付け部分の歪み量が1500マイクロストレイン以下であることが好ましい。同様の理由から、歪み測定用センサ素子23が半導体ストレインゲージで構成されている場合は、同歪み量が1000マイクロストレイン以下であることが好ましい。また、歪み測定用センサ素子23が厚膜式センサで構成されている場合は、同歪み量が1500マイクロストレイン以下であることが好ましい。
As the strain measuring
図5は、歪みセンサ21の他の構成例を示す。この歪みセンサ21では、板材をL字状に折り曲げて歪み発生部材22が形成され、その径方向片22Aおよび軸方向片22Bのそれぞれにボルト挿通孔31,32が形成されている。歪み測定用センサ素子23は径方向片22Aの片面に固定される。この歪み発生部材22は、図6に示すように、2つの接触固定部材33,34を介して外方部材1の外周部に、ボルト39で締結される。すなわち、径方向片22Aのボルト挿通孔31から第1の接触固定部材33のボルト挿通孔35に挿通させたボルト39を、外方部材1のフランジ1aにおける車体取付孔14の近傍のフランジ面に設けられねじ孔37に螺合させ、軸方向片22Bのボルト挿通孔32から第2の接触固定部材34のボルト挿通孔36に挿通させたボルト39を、外方部材1の外周面に設けられたねじ孔38に螺合させることで、歪み発生部材22が外方部材1に締結される。
FIG. 5 shows another configuration example of the
図5の歪みセンサ21において、歪み発生部材22の径方向片22Aには4つの歪み測定用センサ素子23が配置される。この場合の歪み発生部材22の歪みは、固定部分から折れ曲がり角部22Cに向けて大きくなる傾向にあり、できるだけ折れ曲がり角部22Cに近い位置に歪み測定用センサ素子23を配置するのが望ましい。計算による結果を図7にグラフで示すように、歪み発生部材22の板厚をtとして、折れ曲がり角部22Cからのセンサ素子配置位置までの距離xを、x<3tの範囲とすると、効率良く歪みを検出できることが分かっている。
In the
そこで、この歪みセンサ21では、歪み発生部材22の径方向片22Aにおける歪みを受ける部分(折れ曲がり角部22Cに近い部分)に2つの歪み測定用センサ素子23を配置し、さらに歪みの影響を受けない部分(折れ曲がり角部22Cから遠い部分)に他の2つの歪み測定用センサ素子23を配置している。
In view of this, in the
図8は、歪みセンサ21のさらに他の構成例を示す。この歪みセンサ21では、図5の歪みセンサ21において、歪み発生部材22の径方向片22Aにおける歪みを受ける部分(折れ曲がり角部22Cに近い部分)に、同じ特性、または特性の異なる2つの歪み測定用センサ素子23を配置し、歪みの影響を受けない部分(折れ曲がり角部22Cから遠い部分)には歪み測定用センサ素子23を配置していない。その他の構成は図5の歪みセンサ21の場合と同様である。
FIG. 8 shows still another configuration example of the
センサ信号処理回路ユニット25は、図3に示すように、樹脂等で製作されたハウジング26内に、ガラスエポキシ等で製作された回路基板27を有し、その回路基板27上には、前記歪み測定用センサ素子23の出力信号を処理する処理回路40(図9)の回路構成部品であるオペアンプ、抵抗、マイコン等や、歪み測定用センサ素子23等を駆動する電源用の電気・電子部品28が配置されている。また、歪み測定用センサ素子23等の配線と回路基板27とを接合する接合部29を有している。また、外部からの電源供給や外部へ処理回路40によって処理された出力信号を出力するケーブル30を有している。
As shown in FIG. 3, the sensor signal
図9は、前記センサ信号処理回路ユニット25における処理回路40の一構成例を示すブロック図である。この処理回路40は、増幅回路41、オフセット調整回路42、記憶手段43、各種の補正回路44、外部インタフェース45、信号出力回路46、およびコントロール回路47を有する。コントロール回路47は、前記オフセット調整回路42、記憶手段43、補正回路44、および信号出力回路46のうちのいずれかを制御する制御回路である。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration example of the
図10には、歪みセンサ21の検出回路と、その出力信号を増幅する増幅回路41との接続構成の一例を示す。この場合の歪みセンサ21は、図5および図6に示す構成例のものであって、その検出回路は、歪みを受ける位置の2つの歪み測定用センサ素子23(S1)と、歪みの影響を受けない位置の2つの歪み測定用センサ素子23(S2)とを、ブリッジ接続して構成される。増幅回路41はオペアンプからなる。なお、歪みの影響を受けない位置の2つの歪み測定用センサ素子23(S2)に代えて、固定抵抗を設けても良い。
このように、歪みを受ける位置の2つの歪み測定用センサ素子23(S1)と、歪みの影響を受けない位置の2つの歪み測定用センサ素子23(S2)とをブリッジ接続して検出回路を構成すると、歪み信号出力が2倍の振幅となり検出感度を高めることができる。基本的には、この歪み信号出力を増幅回路41で増幅した信号により、つまり、図9の回路におけるA部の構成だけで車輪用軸受装置にかかる荷重を検出することができる。
FIG. 10 shows an example of a connection configuration between the detection circuit of the
In this way, the two strain measurement sensor elements 23 (S1) at the position where the distortion is received and the two strain measurement sensor elements 23 (S2) at the position where the distortion is not affected are bridge-connected to form a detection circuit. When configured, the distortion signal output has twice the amplitude and the detection sensitivity can be increased. Basically, the load applied to the wheel bearing device can be detected by a signal obtained by amplifying the distortion signal output by the
しかし、歪みセンサ21の歪み測定用センサ素子23が例えば厚膜抵抗体などからなる場合には製造上のばらつきがあるため、歪みセンサ21の出力信号には個体差による初期オフセットが生じる。また、歪みセンサ21が例えば図5ないし図8に示した構成のものであると、歪み発生部材22を車輪用軸受装置(ここでは外方部材1)に固定するときにボルト39で締結するため、締結に伴い印加される固定力による歪みが歪み発生部材22に加わり、その歪み分だけ歪みセンサ21の出力信号がさらに変化することになる。これらのオフセットは検出対象の軸受装置の歪み信号よりも大きくなるのが通常である。そこで、歪みセンサ21の次段の増幅回路41で、検出対象の軸受装置の歪み信号のゲインを高くするためには、歪みセンサ21の出力信号に含まれる上記したオフセットを取り除く必要がある。
However, when the strain-measuring
処理回路40におけるオフセット調整回路42は、上記した歪みセンサ21の初期オフセットと、車輪用軸受装置への固定によるオフセットを、正規の値に調整するものであり、コントロール回路47による調整、もしくは外部からの指令によるオフセット調整が可能なように構成されている。
上記したように、オフセットの原因は歪みセンサ21のばらつきとセンサ固定時の歪みであることから、車輪用軸受装置に歪みセンサ21を取り付けて、組立が完了した段階でオフセットを調整するのが望ましい。
The offset
As described above, the cause of the offset is the variation of the
図11は、歪みセンサ21、増幅回路41、およびオフセット調整回路42の具体的な接続構成例を示す。この構成例では、オフセット調整回路42は、オペアンプOP、抵抗R3,R4、可変抵抗器VR1,VR2などからなる加減算器として構成される。このオフセット調整回路42の場合、センサ付き車輪用軸受装置の組立完了後にセンサ出力が規定値(ゼロ点電圧)になるように、可変抵抗器VR1,VR2の抵抗値が調整されて固定される。
このオフセット調整回路42において、前記可変抵抗器VR1,VR2に代えてレーザトリミング抵抗素子を用いても良い。また、オフセット調整回路42をマイクロコンピュータなどで構成する場合、上記した可変抵抗器VR1,VR2の抵抗値を調整する操作と同等の操作をソフトウエアで実行し、設定値を記憶手段43に記憶するようにしても良い。
FIG. 11 shows a specific connection configuration example of the
In this offset
このように、センサ付き車輪用軸受装置の組立完了後に、歪みセンサ21のセンサ出力が規定値となるようにオフセット調整回路42でオフセットを調整すると、センサ付き車輪用軸受装置が完成品となった時点でのセンサ出力をゼロ点電圧とすることができるため、センサ付き車輪用軸受装置の単体でのセンサ信号の品質を確保することができる。
Thus, after the assembly of the sensor-equipped wheel bearing device is completed, when the offset is adjusted by the offset
なお、図5〜図8に例示した歪みセンサ21では図示していないが、歪み発生部材22に温度センサ素子を設けても良く、この場合には温度センサ素子の出力に基づいて、センサオフセットの自動補償をコントロール回路47で行うことができる。
例えば、図11のオフセット調整回路42の場合、コントロール回路47から、端子T1に温度センサ素子の検出出力に応じた制御電圧e1を入力することにより、オフセット値の温度補償を行うことができる。
Although not shown in the
For example, in the case of the offset
図11の回路構成例では、歪みセンサ21として、図8に示した構成の歪みセンサ21が用いられている。この場合、歪み発生部材22の径方向片22Aにおける歪みを受ける位置に配置された特性の異なる2つの歪み測定用センサ素子23(S1),23(S2)を、2つの固定抵抗R1,R2とブリッジ接続して構成される。この場合には、2つの歪み測定用センサ素子23(S1),23(S2)の各出力を加算した振幅の歪み信号出力を得ることができる。
In the circuit configuration example of FIG. 11, the
記憶手段43は例えば不揮発メモリからなり、上記したオフセットの温度特性や、感度、非線形を補正するためのパラメータを記憶する。コントロール回路47は、これらのパラメータに基づいて、各種の補正回路44の補正処理を制御する。
例えば、歪みセンサ21の出力特性は車輪用軸受装置に加わる荷重と非線形な関係にあるので、この特性データをテーブル化して記憶手段43に記憶するか、あるいは近似曲線のパラメータの形態で記憶手段43に記憶する。コントロール回路47は、記憶手段43に記憶された非線形補正のデータを読み出し、補正回路44の一つとして用意された線形補正回路の動作を制御することにより、非線形補正の処理を実行する。オフセットの温度補正や、感度補正についても同様にして実行される。
The storage means 43 is composed of, for example, a non-volatile memory, and stores parameters for correcting the temperature characteristics, sensitivity, and nonlinearity of the offset. The
For example, since the output characteristic of the
外部インタフェース45は、外部からコントルール回路47との間で通信を行う手段であり、信号端子や無線通信手段などで構成される。この外部インタフェース45を介して、記憶手段43に記憶された補正データの修正などを外部から行うことができる。
The
信号出力回路46は、オフセット調整回路42や各種の補正回路44で補正された歪みセンサ21の出力信号を、パルス変調、周波数変調、A/D変換、シリアルデータへの変換など、各種の変換を行って外部に出力する。
The
このように、このセンサ付き車輪用軸受装置では、外方部材1および内方部材2のうちの固定側部材(ここでは外方部材1)に固定された歪み発生部材22、およびこの歪み発生部材22に取付けられた歪み測定用のセンサ素子23を含む歪みセンサ21と、この歪みセンサ21の前記センサ素子23の出力する歪み信号を処理する処理回路40とを備え、前記処理回路40が、前記センサ素子23の出力のオフセットを調整するオフセット調整回路42を有するものとしたので、軸受装置で検出した荷重信号が適正に校正された状態で出力され、信号を利用する車体側では軸受の荷重状態を簡単で正確に得ることができる。
Thus, in this wheel bearing device with a sensor, the
図12は、歪みセンサ21の出力電圧と、センサ付き車輪用軸受装置を車体へ取り付けるときの取り付けボルトの締め付け力との関係をグラフで示したものである。このように、歪みセンサ21の出力特性は、車体への取り付け状態によっても異なる。すなわち、このセンサ付き車輪用軸受装置を取り付けボルトによって車体へ固定するとき、固定による歪みが軸受装置に発生し、その歪みが歪みセンサ21の歪み発生部材22に伝わることによって、歪みセンサ21の出力特性が変化する。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the output voltage of the
このように、車体にセンサ付き車輪用軸受装置を取り付ける固定力にはばらつきがあり、それに伴う歪みセンサ21の出力特性の変化量は一定ではない。そこで、軸受装置に印加される荷重をより正確に測定するために、車両が正規の姿勢・状態にあるときのセンサ出力を車体側の電気制御ユニット(ECU)などに予め記憶しておき、車両使用時におけるセンサ出力を記憶された前記センサ出力値と比較して変化量を求めることで、車両使用時に軸受装置に印加される荷重を測定するようにしても良い。また、これらの処理を実行する機能部は、例えば図9の処理回路40におけるコントロール回路47の内部に実装しても良い。このセンサ付き車輪用軸受装置では、上記したように車体への取り付け前にセンサ付き車輪用軸受装置の単体でのセンサ出力が調整されているので、そこからのセンサ出力の変化量は大きくなく、上記した処理は容易に実施可能である。
Thus, there is a variation in the fixing force for attaching the wheel bearing device with sensor to the vehicle body, and the amount of change in the output characteristics of the
図13は、前記処理回路40の他の構成例を示す。この構成例は、図9の処理回路40において、さらに車体取付力検出手段48と取付異常判定手段49を付加している。その他の構成は図9の場合と同様である。
車体取付力検出手段48は、センサ付き車輪用軸受装置の固定側部材(こでは外方部材1)の車体への取り付け力を歪みセンサ21の出力から検出するものである。取付異常判定手段49は、前記車体取付力検出手段48により検出された取り付け力が設定範囲内であるか否かを判定して、設定範囲外であるとアラーム信号を出力するものである。
FIG. 13 shows another configuration example of the
The vehicle body attachment
例えば、図12のグラフにおいて、センサ付き車輪用軸受装置の単体でのセンサ出力電圧はV0に調整されている。前記取り付け力の設定範囲の最小値がF1で最大値がF2のとき、センサ出力電圧はV1〜V2の範囲になるため、この範囲を外れたセンサ出力電圧が出力されたとき、取付異常判定手段49は取り付け力異常と判断してアラーム信号を出力する。 For example, in the graph of FIG. 12, the sensor output voltage of the single wheel bearing device with sensor is adjusted to V0. When the minimum value of the setting range of the mounting force is F1 and the maximum value is F2, the sensor output voltage is in the range of V1 to V2. Therefore, when a sensor output voltage outside this range is output, the mounting abnormality determination means 49 determines that the mounting force is abnormal and outputs an alarm signal.
このように処理回路40を構成した場合、取付異常判定手段49の判定をセンサ状態の品質管理基準として利用できる。また、センサ付き車輪用軸受装置の車体への取付状態を管理することができるので、より正確な荷重測定が可能となる。
When the
1…外方部材
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
21…歪みセンサ
22…歪み発生部材
23…歪み測定用センサ素子
40…処理回路
42…オフセット調整回路
VR1,VR2…可変抵抗器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に固定された歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられた歪み測定用のセンサ素子を含む歪みセンサと、この歪みセンサの前記センサ素子の出力する歪み信号を処理する処理回路とを備え、
この処理回路は、前記センサ素子の出力のオフセットを調整するオフセット調整手段を有することを特徴とするセンサ付き車輪用軸受装置。 An outer member having a double row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface opposite to each rolling surface on the outer periphery, and a double row interposed between the rolling surfaces of each row In a wheel bearing device that includes a rolling element having a rolling surface, and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body,
A strain generating member including a strain generating member fixed to a fixed side member of the outer member and the inner member, a strain measuring sensor element attached to the strain generating member, and the sensor element of the strain sensor And a processing circuit for processing the distortion signal output from
This processing circuit has an offset adjusting means for adjusting an offset of the output of the sensor element, and is equipped with a sensor-equipped wheel bearing device.
4. The vehicle body attachment force detection means for detecting the attachment force of the fixed side member to the vehicle body based on the output of the sensor, and whether or not the attachment force detected by the vehicle body attachment force detection means is within a set range. A bearing device for a wheel with a sensor provided with an attachment abnormality determining means for determining whether or not it is out of a set range and outputting an alarm signal.
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