JP2008213561A - Wheel bearing with sensor - Google Patents
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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車輪
用軸受に関する。
The present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing with a built-in 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、車輪用軸受の固定輪や回転輪に歪みゲージを貼り
付け、歪みゲージの検出する歪みから車輪にかかる荷重を推定するようにしたものが提案
されている(例えば特許文献1,2)。
特許文献1に開示の車輪用軸受では、固定輪である外輪の外周に歪みゲージを貼り付け
、転動体が通過するときの外輪の歪みを歪みゲージで検出する。また、特許文献2に開示
の車輪用軸受では、回転輪であるハブ輪の車輪取付用フランジに周方向に隣り合う複数の
透孔を設け、隣り合う透孔同士の間の柱部に歪みゲージを貼り付け、柱部の歪みを歪みゲ
ージで検出する。
As a response to such a request, there has been proposed one in which a strain gauge is attached to a fixed ring or a rotating wheel of a wheel bearing, and a load applied to the wheel is estimated from a strain detected by the strain gauge (for example,
In the wheel bearing disclosed in
また、固定輪の車体取付用フランジと外径面にわたって断面L字状の歪み拡大部材を設
け、この歪み拡大部材の歪みを荷重センサで検出するようにしたものも提案されている(
例えば特許文献3)。
For example, Patent Document 3).
しかし、特許文献1に開示の車輪用軸受では、転動体の通過時の歪みを検出するため、
転走面と外輪外周との間の肉厚を薄くしないと歪みを検出できず、軸受剛性が低くなる可
能性がある。また、転動体通過時の歪みを検出するため、静止時や低速時の荷重を推定す
るのが困難である。
However, in the wheel bearing disclosed in
If the thickness between the rolling surface and the outer periphery of the outer ring is not reduced, distortion cannot be detected, and the bearing rigidity may be lowered. In addition, it is difficult to estimate the load at rest or at a low speed because the strain at the time of passing through the rolling element is detected.
特許文献2に開示の車輪用軸受では、ハブ輪の車輪取付用フランジに透孔を設けて歪み
ゲージを貼り付けているため、やはり軸受剛性が低くなるという問題がある。
In the wheel bearing disclosed in
特許文献3に開示の車輪用軸受の場合、タイヤへの左右方向荷重(Fy荷重)に対して
は、固定輪の車体取付用フランジと外径面の相対変位が大きいため荷重を検出することが
できるが、垂直方向荷重(Fz荷重)に対しては、固定輪の車体取付用フランジと外径面
の相対変位が小さいため荷重を検出することが困難である。
In the case of the wheel bearing disclosed in
この発明の目的は、軸受剛性を低下させることなく荷重センサを取付けることができ、
静止時や低速時を問わず車輪のタイヤと路面間の作用力を正確に検出できるセンサ付車輪
用軸受を提供することである。
The object of the present invention is to attach the load sensor without reducing the bearing rigidity,
The object is to provide a sensor-equipped wheel bearing capable of accurately detecting the acting force between a wheel tire and a road surface regardless of whether the vehicle is stationary or at a low speed.
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この
転走面と対向する転走面を外周に形成した内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在
した複列の転動体とを備え、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外周に、
ナックルへ取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの円周方向の複数箇所に
ボルト孔が設けられ、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、前記
固定側部材に接する2つ以上の接触固定部および1つ以上の切欠部を有する歪み発生部材
に前記切欠部の歪みを測定するセンサ素子を取付けてなる歪みセンサを、前記固定側部材
における内径面または外径面に1つまたは複数設置し、前記切欠部は前記固定側部材の前
記フランジのボルト孔と同位相の位置に配置し、前記歪みセンサのセンサ素子の出力信号
により、前記車輪のタイヤと路面間の作用力を推定する推定手段を設けたものである。
The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member in which a double-row rolling surface is formed on the inner periphery, an inner member in which a rolling surface facing the rolling surface is formed on the outer periphery, and both members. A plurality of rolling elements interposed between the opposing rolling surfaces, on the outer periphery of the fixed member of the outer member and the inner member,
In a wheel bearing having a flange for mounting a vehicle body attached to a knuckle and having bolt holes provided at a plurality of circumferential positions of the flange so as to rotatably support the wheel with respect to the vehicle body, the flange is in contact with the fixed side member. A strain sensor in which a sensor element for measuring the strain of the notch portion is attached to a strain generating member having two or more contact fixing portions and one or more notch portions on an inner diameter surface or an outer diameter surface of the fixed side member. One or more are installed, the notch is arranged at the same phase as the bolt hole of the flange of the fixed side member, and the action between the tire of the wheel and the road surface by the output signal of the sensor element of the strain sensor An estimation means for estimating the force is provided.
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の回転側部材にも荷重が印加さ
れ、転動体を介して固定側部材に変形が生じる。このとき、固定側部材のフランジに設け
られたボルト孔と同位相の位置は、ボルトにより車体の懸架装置におけるナックルに固定
されているのでほとんど変形せず、ボルト孔と同位相の位置から周方向に離間した両側の
位置が変形する。その変形は固定側部材の内径面または外径面に設置された歪み発生部材
に伝わり、歪み発生部材が変形する。この歪み発生部材の歪みをセンサ素子により測定す
る。
この際、歪み発生部材は固定側部材における歪み発生部材の固定箇所のラジアル方向の
変形に従って変形するが、歪み発生部材はラジアル方向に最も大きく変形する箇所に取付
けられているので、歪み発生部材の歪みが大きくなり、固定側部材のわずかな歪みも歪み
センサで検出できる。
さらに、歪み発生部材には切欠部が設けられ、この切欠部の箇所の剛性が低下している
ので、固定側部材の歪みよりも大きな歪みが歪み発生部材に現れることになり、より一層
固定側部材のわずかな歪みをセンサ素子で正確に検出することができる。このセンサ素子
の出力信号から、車輪のタイヤと路面間の作用力を推定手段で推定するようにしているの
で、静止時や低速時を問わず車輪のタイヤと路面間の作用力を正確に検出することができ
、検出した荷重を自動の車両制御に利用することができる。
また、荷重センサである歪みセンサの取付けにおいては、車輪用軸受への追加工をほと
んど必要としないので、軸受剛性を低下させることもない。
また、このように構成したセンサ付車輪用軸受によると、車両への荷重センサの搭載が
容易となり、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the rotating side member of the wheel bearing, and the fixed side member is deformed via the rolling elements. At this time, the position in the same phase as the bolt hole provided in the flange of the fixed side member is fixed to the knuckle in the suspension device of the vehicle body by the bolt, so it hardly deforms and the circumferential direction from the position in the same phase as the bolt hole. The positions on both sides separated from each other are deformed. The deformation is transmitted to the strain generating member installed on the inner diameter surface or the outer diameter surface of the fixed side member, and the strain generating member is deformed. The strain of the strain generating member is measured by a sensor element.
At this time, the strain generating member is deformed in accordance with the radial deformation of the fixed portion of the strain generating member in the fixed side member, but the strain generating member is attached to the most deformed portion in the radial direction. The distortion increases, and a slight distortion of the fixed side member can be detected by the distortion sensor.
Furthermore, since the notch is provided in the strain generating member and the rigidity of the notch is reduced, a strain larger than the strain of the fixed side member appears in the strain generating member, and the fixed side is further increased. A slight distortion of the member can be accurately detected by the sensor element. The force between the wheel tire and the road surface is estimated by the estimation means from the output signal of this sensor element, so the force between the wheel tire and the road surface can be accurately detected regardless of whether it is stationary or at low speed. The detected load can be used for automatic vehicle control.
In addition, the attachment of the strain sensor, which is a load sensor, requires almost no additional work on the wheel bearing, and therefore does not reduce the bearing rigidity.
Moreover, according to the wheel bearing with a sensor comprised in this way, mounting | wearing of the load sensor to a vehicle becomes easy, it can be excellent in mass productivity, and cost reduction can be aimed at.
この発明において、前記歪み発生部材はリング状の部材で形成され、このリング状の歪
み発生部材は、前記切欠部として、前記固定側部材のフランジの全てのボルト孔とそれぞ
れ同位相となる複数の切欠部を有し、前記接触固定部は隣合う切欠部の間に設けても良い
。
この構成の場合、リング状の1つの歪み発生部材に、固定側部材におけるフランジの全
てのボルト孔とそれぞれ同位相となる複数の切欠部を形成しているので、各ボルト孔に対
応させて複数の歪み発生部材を用意する場合に比べて、組立工数や部品点数を減らすこと
ができる。
また、歪み発生部材における接触固定部を、隣合う切欠部の間に設けているので、各切
欠部を前記フランジのボルト孔と同位相の位置に位置合わせすることで、各接触固定部を
固定側部材における前記ボルト孔から周方向に離間した剛性の低い位置に容易に固定する
ことができる。
隣合う切欠部の間の中央位置に接触固定部を設けた場合、固定側部材の周方向における
最も剛性の低い位置に接触固定部を固定できるので、歪みセンサによる歪み検出感度がよ
り向上する。
In the present invention, the strain generating member is formed of a ring-shaped member, and the ring-shaped strain generating member is a plurality of bolt holes of the flange of the fixed side member that are in phase with each other as the notch portion. The contact fixing part may be provided between adjacent notch parts.
In the case of this configuration, a plurality of notches having the same phase as all of the bolt holes of the flange on the fixed side member are formed in one ring-shaped strain generating member. Compared to the case of preparing a strain generating member, the number of assembly steps and the number of parts can be reduced.
In addition, since the contact fixing part in the strain generating member is provided between the adjacent notch parts, each contact fixing part is fixed by aligning each notch part with the same position as the bolt hole of the flange. It can be easily fixed at a low-rigidity position spaced apart from the bolt hole in the side member in the circumferential direction.
When the contact fixing portion is provided at the center position between the adjacent notches, the contact fixing portion can be fixed at the position having the lowest rigidity in the circumferential direction of the fixing side member, so that the strain detection sensitivity by the strain sensor is further improved.
この発明において、前記固定側部材が外方部材であり、前記センサ素子は、歪みゲージであって、前記固定側部材の内径面の周方向の歪みを検出する方向に貼っても良い。
固定側部材における前記ボルト孔と同位相の位置では周方向に歪むため、センサ素子と
して歪みゲージを固定側部材の周方向の歪みを検出する方向に貼り付けた場合、歪みゲージによる固定側部材の歪み検出をより感度良く行うことができる。
In the present invention, the fixed side member may be an outer member, and the sensor element may be a strain gauge, and may be attached in a direction to detect a circumferential strain on the inner diameter surface of the fixed side member.
Since the strain is distorted in the circumferential direction at the same phase as the bolt hole in the fixed side member, when the strain gauge is attached as a sensor element in the direction of detecting the circumferential strain of the fixed side member, Distortion detection can be performed with higher sensitivity.
この発明において、前記固定側部材が外方部材であり、前記歪みセンサは前記固定側部
材における複列の転走面間の内径面に設けても良い。この構成の場合、複列の転走面に印
加される荷重を平均化したものを検出することになり、転動体の位置に影響されずに、よ
り正確に荷重を推定することができる。
In this invention, the fixed side member may be an outer member, and the strain sensor may be provided on an inner diameter surface between double row rolling surfaces of the fixed side member. In the case of this configuration, an averaged load applied to the double-row rolling surfaces is detected, and the load can be estimated more accurately without being affected by the position of the rolling elements.
この発明において、前記固定側部材のフランジとナックルとの互いの対向面を、スペー
サまたは前記フランジもしくはナックルに設けられた突部からなる介在部を介して、前記
各ボルト孔の周縁で接触させ、前記対向面の残りの範囲を互いに非接触としても良い。
この構成の場合、固定側部材のフランジにおけるナックルとの対向面は、各ボルト孔の
周縁においてのみスペーサまたは介在部を介してナックルの対向面に接触し、周方向に並
ぶボルト孔とボルト孔の間の対向面は摩擦力の働かない非接触面となるので、荷重の印加
に伴う固定側部材の変形は、隣り合うボルト孔とボルト孔の間の位相の部位で特に顕著と
なり、ボルト孔の位相の部位に歪みがさらに集中しやすくなる。その結果、歪みゲージに
よる歪みの検出感度がさらに向上する。
In the present invention, the opposing surfaces of the flange and knuckle of the fixed side member are brought into contact with each other at the periphery of each bolt hole via an intervening portion formed of a protrusion or a protrusion provided on the flange or knuckle. The remaining ranges of the facing surfaces may be non-contact with each other.
In the case of this configuration, the surface facing the knuckle on the flange of the fixed side member contacts the surface facing the knuckle only through the spacer or the interposed portion at the periphery of each bolt hole, and the bolt hole and the bolt hole aligned in the circumferential direction are in contact with each other. Since the facing surface between them is a non-contact surface where no frictional force acts, the deformation of the fixed side member accompanying the application of a load becomes particularly prominent at the phase portion between adjacent bolt holes. Distortion is more easily concentrated on the phase part. As a result, the strain detection sensitivity by the strain gauge is further improved.
この発明において、前記推定手段は、前記歪みセンサの出力信号より、車軸に対して垂
直な方向となる上下方向の荷重を推定するものとしても良い。
車軸に対して垂直な方向に荷重が作用する場合、車輪用軸受に対しては純ラジアル荷重
に近い荷重が印加されるため、両列の転動体に対して同じ方向の荷重が加わる。そのため
、荷重方向に対して固定側部材の外径面が外方向へ変形する。この場合も、フランジのボ
ルト孔と同位相の位置では変形量が小さくなるため、ボルト孔と同位相である歪み発生部
材の切欠部に歪みが集中しやすくなり、この歪みをセンサ素子が測定する。このことから
、このセンサ付車輪用軸受では、歪みセンサのセンサ素子の出力信号により、車軸に対し
て垂直な方向となる上下方向の荷重を推定手段で推定するのに特に好適である。
In this invention, the estimation means may estimate a load in the vertical direction that is a direction perpendicular to the axle from the output signal of the strain sensor.
When a load is applied in a direction perpendicular to the axle, a load close to a pure radial load is applied to the wheel bearing, and therefore, a load in the same direction is applied to the rolling elements in both rows. Therefore, the outer diameter surface of the fixed member is deformed outward with respect to the load direction. Also in this case, since the amount of deformation is small at a position in the same phase as the bolt hole of the flange, the strain tends to concentrate on the notch portion of the strain generating member that is in the same phase as the bolt hole, and the sensor element measures this strain. . For this reason, this sensor-equipped wheel bearing is particularly suitable for estimating the load in the vertical direction, which is perpendicular to the axle, by the estimation means based on the output signal of the sensor element of the strain sensor.
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この
転走面と対向する転走面を外周に形成した内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在
した複列の転動体とを備え、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外周に、
ナックルへ取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの円周方向の複数箇所に
ボルト孔が設けられ、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
前記固定側部材に接する2つ以上の接触固定部および1つ以上の切欠部を有する歪み発
生部材に前記切欠部の歪みを測定するセンサ素子を取付けてなる歪みセンサを、前記固定
側部材における内径面または外径面に1つまたは複数設置し、前記切欠部は前記固定側部
材の前記フランジのボルト孔と同位相の位置に配置し、前記歪みセンサの前記センサ素子
の出力信号により、前記車輪のタイヤと路面間の作用力を推定する推定手段を設けたため
、軸受剛性を低下させることなく荷重センサを取付けることができ、静止時や低速時を問
わず車輪のタイヤと路面間の作用力を正確に検出できる。
The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member in which a double-row rolling surface is formed on the inner periphery, an inner member in which a rolling surface facing the rolling surface is formed on the outer periphery, and both members. A plurality of rolling elements interposed between the opposing rolling surfaces, on the outer periphery of the fixed member of the outer member and the inner member,
In a wheel bearing that has a flange for mounting a vehicle body to be attached to a knuckle, and is provided with bolt holes in a plurality of locations in the circumferential direction of the flange to rotatably support the wheel with respect to the vehicle body.
A strain sensor in which a sensor element for measuring the distortion of the notch is attached to a strain generating member having two or more contact fixing portions and one or more notches in contact with the fixed side member. One or more are installed on the surface or the outer diameter surface, the notch is disposed at the same phase as the bolt hole of the flange of the fixed side member, and the wheel according to the output signal of the sensor element of the strain sensor The load sensor can be installed without lowering the bearing rigidity, and the force between the wheel tire and the road surface can be measured at both low and low speeds. It can be detected accurately.
この発明の一実施形態を図1ないし図3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.
このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図1に断面図で示すように、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、ボール接触角が背面合わせ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、一対のシール7,8によってそれぞれ密封されている。
As shown in the sectional view of FIG. 1, the bearing for this sensor-equipped wheel bearing includes an
It consists of. This wheel bearing is a double-row angular contact ball bearing type, and the rolling
Consists of balls and is held by the
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
ックルに取付ける車体取付用フランジ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には円周方向の複数箇所に車体取付用のボルト孔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。
図2(A)は、この車輪用軸受のインボード側から見た正面図を示す。なお、図1は、
図2(A)におけるI−O−I矢視断面図を示す。
The
The
An inner
FIG. 2A shows a front view of the wheel bearing viewed from the inboard side. In addition, FIG.
A cross-sectional view taken along the line I-O-I in FIG.
固定側部材である外方部材1の内径面には、荷重センサとして図2(A)のように周方
向に並ぶ1つまたは複数個(ここでは4個)の歪みセンサ16が設けられている。上記4
個の歪みセンサ16の位置は、この実施形態では、図の左上、右上、左下、右下の4箇所
とされている。歪みセンサ16は、図2(B)に示すように、前記外方部材1の内径面に
接する2つ以上の接触固定部17aおよび1つ以上の切欠部17bを有する歪み発生部材
17と、この歪み発生部材17の前記切欠部17bの歪みを測定するセンサ素子18とで
なる。
One or a plurality (four in this case) of
In this embodiment, the positions of the
ここでは、歪み発生部材17は、図2(B)に拡大した側面図で示すように、外方部材
1に沿う周方向に長い略円弧状とされ、その両端部に円弧の外周側に張り出した一対の接
触固定部17a,17aが形成されている。また、切欠部17bは、歪み発生部材17の
中央部に円弧の外周側に開口するように1つ形成され、この切欠部17bの内面にセンサ
素子18が貼り付けられている。センサ素子18は、例えば抵抗線歪みゲージからなり、
外方部材1の内径面の周方向の歪み、つまり前記歪み発生部材17の円弧に沿う方向の歪
みを検出する方向に貼り付けられる。センサ素子18としては、そのほか半導体歪みゲー
ジを用いても良い。
Here, as shown in the enlarged side view of FIG. 2B, the
It is affixed in a direction to detect the circumferential distortion of the inner diameter surface of the
歪みセンサ16の設置位置は、図1のように外方部材1の内径面における両列の転走面
3,3間の位置であって、図2(A)のように、歪み発生部材17の切欠部17bが外方
部材1の車体取付用フランジ1aにおけるボルト孔14と同位相の位置とされている。
The installation position of the
これらの歪みセンサ16は、歪み発生部材17の接触固定部17aによって外方部材1
に固定される。これら接触固定部17aの外方部材1への固定は、ここでは外方部材1に
設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔20に外方部材1の外周側から挿入したボルト
21を、歪み発生部材17の接触固定部17aに設けられたボルト孔22(図2(B))
に螺合させて締結することで行われるが、接着剤により接着固定しても良い。歪み発生部
材17の接触固定部17a以外の箇所では、外方部材1との間に隙間が生じている。ボルト挿通孔20を設ける場合、軸受内部に水分等が浸入しないようにシール構造(図示なし)を設けると良い。
These
Fixed to. The
It is performed by screwing and fastening, but may be bonded and fixed with an adhesive. A gap is formed between the
歪み発生部材17は、車輪のタイヤと路面間の作用力の予想される最大値において、塑
性変形しないものであることが好ましい。歪み発生部材17の材質としては、鋼材の他、
銅、黄銅、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。
The
Metal materials such as copper, brass, and aluminum can be used.
また、外方部材1には、センサ素子18の配線を外部に引き出す配線孔(図示せず)が
設けられている。この配線孔は、各センサ素子18の設置部の近傍にそれぞれ設けても良
いし、各センサ素子18の配線を一箇所にまとめて一つの配線孔から外部に引き出すよう
にしても良い。各センサ素子18は、保護用のカバーで被覆するのが望ましい。
Further, the
この実施形態では、外方部材1の内径面における歪みセンサ16の軸方向位置として、
両列の転走面3,3間の位置が選ばれているが、アウトボード側のシール7と転走面3の
間の位置や、インボード側のシール8と転走面3の間の位置に歪みセンサ16を設置して
も良い。また、外方部材1の内径面に歪みセンサ16を設置するのに代えて、外方部材1
の外径面に歪みセンサ16を設置しても良い。
In this embodiment, as the axial position of the
The position between the rolling
The
これらの歪みセンサ16のセンサ素子18は推定手段19に接続される。推定手段19
は、歪みセンサ16におけるセンサ素子18の出力信号により、車輪のタイヤと路面間の
作用力を推定する手段である。推定手段19は、車輪のタイヤと路面間の作用力(例えば
垂直方向の作用力)とセンサ素子18の出力との関係を演算式またはテーブル等で設定し
た関係設定手段(図示せず)を有し、センサ素子18の出力から上記関係設定手段におけ
る対応する値となる作用力を出力する。関係設定手段の上記センサ出力と作用力との関係
は、予め試験やシミュレーション等で求めておいて設定する。
The
Is means for estimating the acting force between the tire of the wheel and the road surface based on the output signal of the
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の回転側部材である内方部材2
にも荷重が印加され、転動体5を介して固定側部材である外方部材1に変形が生じる。こ
のとき、外方部材1のフランジ1aに設けられたボルト孔14と同位相の位置は、ボルト
により車体の懸架装置におけるナックルに固定されているのでほとんど変形せず、ボルト
孔14と同位相の位置から周方向に離間した両側の位置が変形する。その変形は外方部材
1の内径面に設置された歪み発生部材17に伝わり、歪み発生部材17が変形する。この
歪み発生部材17の歪みをセンサ素子18により測定する。
この際、歪み発生部材17は外方部材1における歪み発生部材17の固定箇所のラジア
ル方向の変形に従って変形するが、歪み発生部材17はラジアル方向に最も大きく変形す
る箇所に取付けられているので、歪み発生部材17の歪みが大きくなり、固定側部材であ
る外方部材1のわずかな歪みも歪みセンサ16で検出できる。
さらに、歪み発生部材17には切欠部17bが設けられ、この切欠部17bの箇所の剛
性が低下しているので、外方部材1の歪みよりも大きな歪みが歪み発生部材17に現れる
ことになり、より一層外方部材1のわずかな歪みをセンサ素子18で正確に検出すること
ができる。このセンサ素子18の出力信号から、車輪のタイヤと路面間の作用力を推定手
段19で推定するようにしているので、静止時や低速時を問わず車輪のタイヤと路面間の
作用力を正確に検出することができ、検出した荷重を自動の車両制御に利用することがで
きる。
また、荷重センサである歪みセンサ16の取付けにおいては、車輪用軸受への追加工を
ほとんど必要としないので、軸受剛性を低下させることもない。
また、このように構成したセンサ付車輪用軸受によると、車両への荷重センサの搭載が
容易となり、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the
Also, a load is applied to the
At this time, the
Further, the
Further, since the
Moreover, according to the wheel bearing with a sensor comprised in this way, mounting | wearing of the load sensor to a vehicle becomes easy, it can be excellent in mass productivity, and cost reduction can be aimed at.
図3は、車輪のタイヤと路面間に垂直方向荷重Fzが作用した場合の外方部材1の変形
の説明図である。この場合、車輪用軸受に対しては純ラジアル荷重に近い荷重が印加され
るため、両列の転動体5に対して同じ方向の荷重が加わる。そのため、荷重方向に対して
外方部材1の外径面が同図に矢印で示すように外方向へ変形する。なお、同図中の矢印の
長さは、変形量の大きさを示す。この場合も、フランジ1aのボルト孔14と同位相の位
置では変形量が小さく、ボルト孔14から周方向に離間した歪み発生部材17の固定位置
で変形量が大きくなるので、前記ボルト孔14と同位相の位置に歪みが集中しやすくなる
。そのため、センサ素子18の取付けられた歪み発生部材17の切欠部17cにも歪みが
集中しやすくなり、このセンサ付車輪用軸受では、センサ素子18の出力信号により、車
軸に対して垂直な方向となる上下方向の荷重Fzを推定手段19で推定するのに特に好適
である。
FIG. 3 is an explanatory view of the deformation of the
また、上記したように、外方部材1における前記ボルト孔14と同位相の位置では周方
向に歪むため、この実施形態のように、歪みゲージからなるセンサ素子16を外方部材1の周方向の歪みを検出する方向に貼り付けた場合、歪みセンサ16による外方部材1の歪み検出をより感度良く行うことができる。
Further, as described above, since the
また、この実施形態では、1つ以上(ここでは4個)の歪みセンサ16を、外方部材1
の内径面における両列の転走面3,3間の軸方向位置に設けているので、両列の転走面3
に印加される荷重を平均化したものを検出することになり、転動体5の位置に影響されず
により正確に荷重を推定することができる。
In this embodiment, one or more (here, four)
Is provided at the axial position between the rolling
That is, the load averaged is detected, and the load can be estimated more accurately without being influenced by the position of the rolling
図4は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、図1〜図3に示す実施形
態において、歪みセンサ16の歪み発生部材17をリング状の部材で形成したものであり
る。このリング状の歪み発生部材17では、外方部材1における車体取付用フランジ1a
の全てのボルト孔14とそれぞれ同位相となる複数(ここでは4個)の切欠部17bが形
成されている。また、接触固定部17aは、隣り合う切欠部17b,17bの間、好まし
くは中央位置にそれぞれ形成されている。切欠部17bにセンサ素子18が設けられるこ
とや、歪み発生部材17の接触固定部17aがボルト21で外方部材1の内径面に固定さ
れることなどは、先の実施形態における歪みセンサ16の場合と同様である。この場合、
歪み発生部材1はリング状の部材であることから、圧入および接着により外方部材1の内
径面に固定しても良い。車輪用軸受の構成も、先の実施形態の場合と同様である。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the
A plurality of (in this case, four)
Since the
この実施形態の場合、リング状の1つの歪み発生部材17に、外方部材1におけるフラ
ンジ1aの全てのボルト孔14とそれぞれ同位相となる複数の切欠部17bを形成してい
るので、各ボルト孔14に対応させて複数の歪み発生部材17を用意する先の実施形態の
場合に比べて、組立工数や部品点数を減らすことができる。
また、歪み発生部材17における接触固定部17aを、隣合う切欠部17b,17bの
間に設けているので、各切欠部17bを前記フランジ1aのボルト孔14と同位相の位置
に位置合わせすることで、各接触固定部17aを外方部材1における前記ボルト孔14か
ら周方向に離間した剛性の低い位置に容易に固定することができる。隣合う切欠部17b
,17bの間の中央位置に接触固定部17aを設けた場合、外方部材1の周方向における
最も剛性の低い位置に接触固定部17aを固定できるので、歪みセンサ16による歪み検
出感度がより向上する。
In this embodiment, a plurality of
Further, since the
, 17b, the
図5は、この発明のさらに他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図1の
実施形態において、外方部材1のフランジ1aと車体の懸架装置のナックル23との互い
の対向面を、フランジ1aの各ボルト孔14の周縁においてリング状のスペーサ24を介在させることで接触させ、前記対向面の残りの範囲を互いに非接触としたものである。スペーサ24を介在させるのに代えて、フランジ1aまたはナックル23の前記対向面に突部からなる介在部を設け、この介在部を相手側の対向面に接触させるようにしても良い。上記介在部を設ける場合、その介在部の形状は、例えばスペーサ24と同様なリング状のものとされる。その他の構成は図1の実施形態の場合と同様である。
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention. In this sensor-equipped wheel bearing, in the embodiment of FIG. 1, the opposing surfaces of the
この実施形態の場合、外方部材1のフランジ1aにおけるナックル23との対向面は、
各ボルト孔14の周縁においてのみスペーサ(または介在部)24を介してナックル23
の対向面に接触し、周方向に並ぶボルト孔14とボルト孔14の間の対向面は摩擦力の働
かない非接触面となるので、荷重の印加に伴う外方部材1の変形は、隣り合うボルト孔1
4とボルト孔14の間の位相の部位で特に顕著となり、ボルト孔14の位相の部位に歪み
がさらに集中しやすくなる。その結果、歪みセンサ16による歪みの検出感度がさらに向
上する。
In the case of this embodiment, the surface of the
Only at the periphery of each
Since the opposing surface between the
4 and the
1…外方部材
1a…車体取付用フランジ
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
14…ボルト孔
15…圧入孔
16…歪みセンサ
17…歪み発生部材
17a…接触固定部
17b…切欠部
18…センサ素子
19…推定手段
23…ナックル
24…スペーサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
成した内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、前記外
方部材および内方部材のうちの固定側部材の外周に、ナックルへ取付ける車体取付用のフ
ランジを有し、このフランジの円周方向の複数箇所にボルト孔が設けられ、車体に対して
車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
前記固定側部材に接する2つ以上の接触固定部および1つ以上の切欠部を有する歪み発
生部材に前記切欠部の歪みを測定するセンサ素子を取付けてなる歪みセンサを、前記固定
側部材における内径面または外径面に1つまたは複数設置し、前記切欠部は前記固定側部
材の前記フランジのボルト孔と同位相の位置に配置し、前記歪みセンサの前記センサ素子
の出力信号により、前記車輪のタイヤと路面間の作用力を推定する推定手段を設けたセン
サ付車輪用軸受。 An outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the rolling surface formed on the outer periphery, and interposed between the opposing rolling surfaces of both members A plurality of rolling elements, and a flange for mounting a vehicle body to be attached to a knuckle is provided on the outer periphery of the fixed member of the outer member and the inner member, and bolts are provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the flange. In the wheel bearing that is provided with a hole and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body,
A strain sensor in which a sensor element for measuring the distortion of the notch is attached to a strain generating member having two or more contact fixing portions and one or more notches in contact with the fixed side member. One or more are installed on the surface or the outer diameter surface, the notch is disposed at the same phase as the bolt hole of the flange of the fixed side member, and the wheel according to the output signal of the sensor element of the strain sensor The wheel bearing with a sensor which provided the estimation means which estimates the action force between the tire and the road surface.
み発生部材は、前記切欠部として、前記固定側部材のフランジの全てのボルト孔とそれぞ
れ同位相となる複数の切欠部を有し、前記接触固定部は隣合う切欠部の間に設けたセンサ
付車輪用軸受。 2. The strain generating member according to claim 1, wherein the strain generating member is a ring-shaped member, and the ring-shaped strain generating member has a plurality of phases that are in phase with all the bolt holes of the flange of the fixed-side member as the notch portion. The sensor-equipped wheel bearing is provided between the adjacent notch portions.
車輪用軸受。 The sensor-equipped wheel bearing according to claim 2, wherein the contact fixing portion is provided at a central position between adjacent notch portions.
前記センサ素子は、歪みゲージであって、前記固定側部材の内径面の周方向の歪み
を検出する方向に貼ったセンサ付車輪用軸受。 In any one of Claims 1 thru | or 3, The said fixed side member is an outward member,
The sensor element is a strain gauge, and is a sensor-equipped wheel bearing attached in a direction to detect a circumferential distortion of an inner diameter surface of the fixed-side member.
前記歪みセンサは前記固定側部材における複列の転走面間の内径面に設けたセンサ付車輪
用軸受。 In any one of Claims 1 thru | or 4, The said fixed side member is an outward member,
The strain sensor is a sensor-equipped wheel bearing provided on an inner diameter surface between double row rolling surfaces of the fixed side member.
ルとの互いの対向面を、スペーサまたは前記フランジもしくはナックルに設けられた突部
からなる介在部を介して、前記各ボルト孔の周縁で接触させ、前記対向面の残りの範囲を
互いに非接触としたセンサ付車輪用軸受。 In any one of Claims 1 thru / or 5, the mutually opposing surface of the flange and knuckle of the above-mentioned fixed side member is interposed via the spacer or the interposition part which consists of the projection provided in the above-mentioned flange or knuckle. A wheel bearing with sensor, which is brought into contact with the periphery of each of the bolt holes and in which the remaining ranges of the facing surfaces are not in contact with each other.
出力信号より、車軸に対して垂直な方向となる上下方向の荷重を推定するものとしたセン
サ付車輪用軸受。 7. The sensor-equipped wheel according to claim 1, wherein the estimating means estimates a load in a vertical direction that is a direction perpendicular to an axle from an output signal of the strain sensor. bearing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007051017A JP2008213561A (en) | 2007-03-01 | 2007-03-01 | Wheel bearing with sensor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110209562A1 (en) * | 2008-11-05 | 2011-09-01 | Ntn Corporation | Sensor-equipped bearing for wheel |
-
2007
- 2007-03-01 JP JP2007051017A patent/JP2008213561A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20110209562A1 (en) * | 2008-11-05 | 2011-09-01 | Ntn Corporation | Sensor-equipped bearing for wheel |
US8596146B2 (en) * | 2008-11-05 | 2013-12-03 | Ntn Corporation | Sensor-equipped bearing for wheel |
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