JP2009087268A - 車両用センサシステムおよび車両用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回転部材の回転に伴う送信装置の位置変化にかかわらず、送信装置が送信した測定データを受信することができる車両用センサシステムを供給する。
【解決手段】ＩＣタグ２０は応力センサを備えており、この応力センサが内輪１０に加わる応力を連続的に測定する構成となっている。また、ＩＣタグ２０は送信装置を備えているため、応力センサによって測定された応力測定データは送信装置に送られ、送信装置が備える上述の送信用アンテナ２４を介してリアルタイムに無線送信される。この送信用アンテナ２４は車軸１１を外周方向に取り巻いているため、送信装置を備えるＩＣタグ２０の位置が車軸１１および回転部材たる内輪１０の回転に伴い変化しても、送信装置は送信用アンテナ２４を介して常に受信装置３２に到達する電波を送信することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用センサシステムに関する。更に特定的には、車軸または車軸とともに回転する回転部材に車両用センサが設置される車両用センサシステムに関する。また車両用軸受装置に関する。

自動車の車輪周辺部分には、回転センサ、応力センサをはじめとするセンサを取り付けることが一般化している。しかし、車輪周辺部分はスペースも限られ、汚れも生じやすいため、センサの測定データを信号配線により取り出すことが困難である。

そこで、センサに送信装置を取り付け、測定データを送信装置を介して無線送信する方法が提示されている（例えば特許文献１および特許文献２）。特許文献1には、車体に固定された部材である固定部材に、センサおよび無線ＩＣタグなどの送信装置を設置した技術が提示されている。また、特許文献２にはタイヤ空気圧検出用のワイヤレスセンサユニットを、回転部材であるタイヤホイールの一部に設置する技術が提示されている（段落［００４１］、図５）。
特開２００６−１９４６７３号公報 特開２００４−１３３９９１号公報

ここで、センサを回転部材に備える場合には、回転部材と固定部材との間に配線をすることが困難であるため、特許文献２に提示された技術のように、センサの測定データを送信する送信装置もまた回転部材に設置することが好ましい。しかし、回転部材に送信装置を取り付けた場合、回転部材の回転に伴って送信装置の位置も変化するため、無線送信された測定データが、測定データを受け取るための受信装置に届かない場合が生じうる。回転部材を形成する車軸や車輪（ホイール）は通常電波を通さないため、例えば、送信装置と受信装置の間に車軸が位置した場合など、送信装置により送信された測定データを受信装置が受信することが困難となり問題である。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、回転部材の回転に伴う送信装置の位置変化にかかわらず、送信装置が送信した測定データを受信することができる車両用センサシステムを供給することを目的とする。

本発明にかかる車両用応力センサシステムは、車軸と、前記車軸とともに回転する回転部材と、前記車軸または前記回転部材に設けられるセンサと、前記センサが測定した測定データを無線送信する送信装置とを備えるセンサシステムである。また、前記送信装置が、前記車軸を外周方向に取り巻く送信用アンテナを有することを特徴とする。

上記構成によると、送信装置が、車軸を外周方向に取り巻く送信用アンテナを有するため、送信装置によって送信用アンテナを介して送信されるセンサが測定した測定データは、車軸の外周全方向に発信される。従って、受信装置を車軸の外周方向のいずれかに設ければ、車軸および回転部材の回転による送信装置の位置変化にかかわらず、送信装置が送信した測定データを受信装置が受信することができる。

本発明にかかる他の車両用応力センサシステムは、車軸と、前記車軸とともに回転する回転部材と、前記車軸または前記回転部材に設けられるセンサと、前記センサが測定した測定データを無線送信する送信装置とを備えるセンサシステムである。また、前記送信装置が複数の送信用アンテナを有し、前記複数の送信用アンテナが前記車軸または前記回転部材の回転方向においてそれぞれ略等間隔に設けられていることを特徴とする車両用センサシステム。

上記構成によると、送信装置が、複数の送信用アンテナを有し、これら複数の送信用アンテナが前記車軸または回転部材の回転方向においてそれぞれ略等間隔に設けられているため、送信装置によって複数の送信用アンテナを介して送信される、センサが測定した測定データは、車軸の外周全方向に発信される。従って、上記構成によっても、受信装置を車軸の外周方向のいずれかに備えれば、送信装置の位置変化にかかわらず、送信装置が送信した測定データを受信することができる。

ここで、送信用アンテナの個数については合目的的に定めることができる。すなわち、受信装置と送信用アンテナと回転部材との相対的位置関係を考慮し、送信された測定データが受信できない位置が生じない個数の送信用アンテナを回転部材に設けることが必要となる。

本発明にかかる車両用センサシステムは、車両用軸受装置に好適に用いられる。車両用軸受装置に本発明にかかる車両用センサシステムを用いれば、かかる軸受装置を車両へ取り付けるのみで、本発明の車両用センサシステムを車両に導入することができるため、設計および取り付けが容易である。

本発明によれば、回転部材の回転に伴う送信装置の位置変化にかかわらず、送信装置が送信した測定データを受信することができる車両用センサシステムを供給することができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した車両用センサシステムの一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。

図１中央部に示した、本実施形態にかかる車両用軸受装置の外輪１は、略円筒状である。この外輪１は外周方向に伸びる略環状のフランジ部２を有するとともに、このフランジ部２には螺子穴（不図示）が設けられている。この螺子穴を介して外輪１は車体より延設されたナックル３に螺子止め固定されている。この外輪１とナックル３が固定部材を構成している。外輪１の外周面には電力供給用の電波を発信する電波発信装置３０と受信装置３２とが備えられている。外輪１の外周面には軌道６，７が設けられており、軌道６，７には円錐ころ８，９がそれぞれ転動可能にそれぞれの内周面で接している。

一方、本実施形態にかかる車両用軸受装置の内輪１０は略円筒状である。内輪１０はその内周面が車軸１１の外周面に嵌合固定されている。内輪１０の外周面には軌道１６，１７が設けられており、軌道１６，１７には円錐ころ８，９がそれぞれ転動可能にそれぞれの外周面で接している。したがって、内輪１０の外周面に設けられた軌道１６，１７が、円錐ころ８，９を介して外輪１の内周面に設けられた軌道６，７にそれぞれ対向している。

内輪１０が嵌合固定されている車軸１１の端部には、車軸１１の外周方向に伸びる略環状のフランジ部１２が設けられるとともに、同フランジ部１２には螺子穴（不図示）が設けられている。この螺子穴を介して車軸１１には車輪１４が螺子止め固定されている。また、同車輪１４にはタイヤ１３が嵌合されるとともに接着固定されている。内輪１０、車軸１１、車輪１４およびタイヤ１３によって回動部材が構成されている。なお、車軸１１のフランジ部１２の付根付近にＩＣタグ２０が固定されている。

また、図２および図３に示すように、このＩＣタグ２０からは送信用アンテナ２４および受信用アンテナ２５が突出している。送信用アンテナ２４および受信用アンテナ２５は、特に図２（ｂ）に端的に示されるように、車軸１１を外周方向に取り巻いている。なお、図２（ａ）は内輪１０のＩＣタグ２０近傍を外周方向から記載した一部断面図であって、構造がわかりやすいように外輪１のみを切断した図である。

更に図３に示すように、ＩＣタグ２０は応力センサ２１を備えており、この応力センサ２１が内輪１０に加わる応力を連続的に測定する構成となっている。なお、この応力センサ２１は例えば歪みゲージで構成されている。また、ＩＣタグ２０は送信装置２２を備えているため、応力センサ２１によって測定された応力測定データは送信装置２２に送られ、送信装置２２が備える上述の送信用アンテナ２４を介してリアルタイムに無線送信される。この送信用アンテナ２４は上述のように車軸１１を外周方向に取り巻いているため、送信装置２２を備えるＩＣタグ２０の位置が車軸１１および回転部材たる内輪１０の回転に伴い変化しても、送信装置２２は送信用アンテナ２４を介して常に受信装置３２に到達する電波を送信することができる。

ＩＣタグ２０は、応力センサ２１および送信装置２２に電力供給するための電力供給装置２３を備える。この電力供給装置２３は、電力供給装置２３が備える上述の受信用アンテナ２５を介して、外輪１に設置された電波発信装置３０より送信された電力供給用の電波を受信する。上述のように、この受信用アンテナ２５も車軸１１を外周方向に取り巻いているため、車軸１１および回転部材たる内輪１０の回転に伴いＩＣタグ２０の位置が変化しても、電力供給装置２３は受信用アンテナ２５を介して、電波発信装置３０から到達する電波を常に受信することができる。電力供給装置２３は、受信した電力供給用の電波を電力に変換し、かかる電力を応力センサ２１および送信装置２２に供給する。

受信装置３２によって受信された応力測定データは、受信装置３２によって受信され、制御装置３３に入力される。この制御装置３３には更にブレーキ３６がかけられていることを示す制動信号と、アクセル３７が開けられていることを示す駆動信号とが入力される。

このように本実施形態においてはタイヤ１３の回転に伴う応力測定データがリアルタイムにかつ連続的に得られるため、タイヤ１３にかかる荷重もリアルタイムにかつ連続的に推定可能となり、タイヤ１３にかかる荷重の変化を検知することができる。タイヤ１３にかかる荷重の変化を検知することにより、タイヤ１３がロックまたは空転する直前の状況を検知し得る。その結果、例えば、制動信号が入力中にタイヤ１３がロックする直前の状況を検知すれば、アンチロックブレーキシステム３５に命令を発し、制動力を調整する。逆に駆動信号が入力中にタイヤ１３が空転する直前の状況を検知すれば、トラクションコントロールシステム３４に命令を発し、駆動力を調整する。

（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した車両用センサシステムの第２の実施形態を図４および図５にしたがって説明する。なお、第２の実施形態は、第１の実施形態の送信用アンテナ２４および受信用アンテナ２５の個数および構成を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図４および図５に示すように、第２の実施形態においても、内輪１０の外周面にＩＣタグ２０が固定されている。しかし第１の実施形態と異なり、送信装置２２は２個の送信用アンテナ２４を有するとともに、２個の送信用アンテナ２４が内輪１０の外周面に設けられている。この２個の送信用アンテナ２４のそれぞれは車軸に対して回転対称の位置、即ち内輪１０の回転方向において等間隔となる位置に設けられている。従って、ＩＣタグ２０の位置が車軸および回転部材たる内輪１０の回転に伴い変化しても、ＩＣタグ２０が備える送信装置２２は、２個の送信用アンテナ２４のいずれか一方を介して、受信装置３２に到達する電波を常に発することができる。

また、電力供給装置２３は２個の受信用アンテナ２５を有するとともに、２個の受信用アンテナ２５が内輪１０の外周面に設けられている。この２個の受信用アンテナ２５のそれぞれは車軸に対して回転対称の位置、即ち内輪１０の回転方向において等間隔となる位置に設けられている。従って、ＩＣタグ２０の位置が車軸および回転部材たる内輪１０の回転に伴い変化しても、ＩＣタグ２０が備える電力供給装置２３は、２個の受信用アンテナ２５のいずれか一方を介して、電波発信装置３０から到達する電波を常に受信することができる。

なお、２個の送信用アンテナ２４は特に図示していない配線によりＩＣタグ２０内に備えられた送信装置２２に接続されているとともに、２個の受信用アンテナ２５は特に図示していない配線により電力供給装置２３に接続されている。

（第３の実施形態）
以下、本発明を具体化した車両用センサシステムの第３の実施形態を図６および図７にしたがって説明する。なお、第３の実施形態は、第１の実施形態のＩＣタグ２０の個数および構成を変更したのみの構成であるため、同様の部分についてはその詳細な説明を省略する。

図６および図７に示すように、第３の実施形態において、車軸のフランジ部１２の付根付近に２個のＩＣタグ２０が固定されている。この２個のＩＣタグ２０のそれぞれが送信装置２２を備えるとともに、この送信装置２２は送信用アンテナ２４を備えている。また、２個のＩＣタグ２０のそれぞれは車軸に対して回転対称の位置、即ち内輪１０の回転方向において等間隔となる位置に設けられている。従って、車軸および回転部材たる内輪１０の回転に伴い、ＩＣタグ２０の位置が変化しても、２個のＩＣタグ２０のいずれか一方が備える送信装置２２は、送信用アンテナ２４を介して受信装置３２に到達する電波を常に送信することができる。

一方この２個のＩＣタグ２０のそれぞれが電力供給装置２３を備備えるとともに、この電力供給装置２３は受信用アンテナ２５を備えている。また、上述のように、２個のＩＣタグ２０のそれぞれは車軸に対して回転対称の位置、即ち内輪１０の回転方向において等間隔となる位置に設けられている。従って、２個のＩＣタグ２０のいずれか一方が備える電力供給装置２３は、受信用アンテナ２５を介して電波発信装置３０から到達する電波を常に受信することができる。

上記第１〜第３の実施形態の車両用軸受装置によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）第１の実施形態にかかる車両用センサシステムが備える送信装置２２は車軸を外周方向に取り巻く送信用アンテナ２４を有するため、送信装置２２は送信用アンテナ２４を介して車軸の外周全方向に応力センサ２１による測定データを送信できる。従って、車軸または回転部材の回転に伴う送信装置２２の位置変化にかかわらず、車軸１１の外周であるとともに外輪１に設置された受信装置３２を介して、制御装置３３は、送信装置２２が送信した測定データを受信することができる。

（２）第２の実施形態にかかる車両用センサシステムが備える送信装置２２は複数（２個）の送信用アンテナ２４を有するとともに、これら複数（２個）の送信用アンテナ２４が車軸１１または回転部材たる内輪１０に対して回転方向に略等間隔に設けられている。従って、車軸または回転部材の回転に伴う送信装置２２の位置変化にかかわらず、車軸１１の外周であるとともに外輪１に設置された受信装置３２を介して、制御装置３３は、送信装置２２が送信した測定データを受信することができる。

（３）第３の実施形態にかかる車両用センサシステムは複数（２個）のＩＣタグ２０を有するとともに各々のＩＣタグ２０が送信装置２２を有している。また、これら複数（２個）のＩＣタグ２０は回転部材たる内輪１０に対して回転方向に略等間隔に設けられている。従って、車軸または回転部材の回転に伴う送信装置２２の位置変化にかかわらず、車軸１１の外周であるとともに外輪１に設置された受信装置３２を介して、制御装置３３は、送信装置２２が送信した測定データを受信することができる。

（４）第１〜第３の実施形態にかかる車両用センサシステムは、応力センサ２１および送信装置２２がＩＣタグ２０に備えられることにより一体的に設けられているため、ＩＣタグ２０を内輪１０に取り付けるだけ本実施形態にかかる車両用センサシステムを導入することが可能であり、設計および取り付けが容易である。

（５）第１〜第３の実施形態にかかる車両用センサシステムは、車両用軸受装置に備えられているため、この車両用軸受装置を車両へ取り付けるのみで、第１〜第３の実施形態にかかる車両用センサシステムを車両に導入することができる。従って、設計および取り付けが容易であり、コストダウンにも資する。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態においては、応力センサ２１は歪みゲージで構成されているが、他の構成でも良い。例えば、応力によるインダクタンスの変化を利用したものや、電気容量変化を利用したものでも良い。

・上記実施形態においてはセンサとして応力センサ２１を用い、車両用センサシステムをアンチロックブレーキシステムおよびトラクションコントロールシステムに利用しているが、他の用途に用いても良い。例えば特許文献２と同様に、空気圧検出用のワイヤレスセンサユニットを、回転部材であるタイヤホイールの一部に設置し、タイヤ空気圧検知システムを構築しても良い。

・上記実施形態においては、応力センサ２１，送信装置２２および電力供給装置２３が一体的に形成されＩＣタグ２０を構成しているが、それぞれ別々に内輪１０に備えられても良い。取り付けが面倒となるが、汎用技術を使用することができる。

・また上記実施形態においては、電波発信装置３０および受信装置３２が外輪１上に設置されているが他の場所に設置する構成としても良い。電波発信装置３０と電力供給装置２３との交信、および送信装置２２と受信装置３２と交信が可能であれば、他の固定部材上あるいは車体に設置してもよい。

・上記実施形態においては、電力供給装置２３から応力センサ２１および送信装置２２に電力供給を行っているが、他の構成でもよい。例えば、電池により電力供給をしても良い。この場合電池の寿命が問題となるが、電波発信装置３０および電力供給装置２３が不要となり部品点数が減少するため、コストダウンが可能となり、回路構成も単純化される。

・また上記実施形態においては、応力センサ２１，送信装置２２および電力供給装置２３が内輪１０上に設置されているが他の位置に設置されていても良い。例えば、車軸１１または他の回転部材上に設置されていても良い。

・また上記第２の実施形態においては、送信用アンテナ２４が２個備えられているが、３個以上備えられていても良い。送信用アンテナ２４の個数については合目的的に定めることができる。すなわち、送信装置２２と送信用アンテナ２４と受信装置３２との相対的位置関係を考慮し、送信された測定データが受信できない位置が生じない個数の送信用アンテナ２４を回転部材に設けることが必要となる。

・また上記第３の実施形態においては、ＩＣタグ２０が２個備えられているが、３個以上備えられていても良い。ＩＣタグ２０の個数については合目的的に定めることができる。すなわち、ＩＣタグ２０が備える送信装置２２と送信用アンテナ２４と受信装置３２との相対的位置関係を考慮し、送信された測定データが受信できない位置が生じない個数のＩＣタグ２０を回転部材に設けることが必要となる。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。

（ａ） 車軸と、前記車軸とともに回転する回転部材と、前記車軸または前記回転部材に設けられるセンサと前記センサが測定した測定データを無線送信する複数の送信装置とを備えるセンサシステムにおいて、
前記複数の送信装置がそれぞれ送信用アンテナを有するとともに、前記車軸または前記回転部材の回転方向においてそれぞれ略等間隔に設けられていることを特徴とする車両用センサシステム。

従って、この（ａ）に記載の発明によれば、車両用センサシステムはそれぞれ送信用アンテナを有する送信装置を複数有し、これら複数の送信装置が車軸または回転部材において回転方向に略等間隔に設けられているため、複数の送信装置によって送信用アンテナを介して送信されるセンサが測定した測定データは、車軸の外周全方向に発信される。従って、上記構成によっても、受信装置を車軸の外周方向のいずれかに備えれば、送信装置の位置変化にかかわらず、送信装置が送信した測定データを受信することができる。

ここで、送信装置の個数については合目的的に定めることができる。すなわち、受信装置と送信装置と回転部材との相対的位置関係を考慮し、送信された測定データが受信できない位置が生じない個数の送信装置を設けることが必要となる。

（ｂ）前記センサと前記送信装置とが一体的に設けられることを特徴とする請求項１〜２または（ａ）のいずれか１項に記載の車両用センサシステム。
この（ｂ）に記載の発明によれば、センサおよび送信装置が一体的に形成されるため設計および取り付けが容易となる。

本発明の車軸または車軸とともに回転する回転部材に車両用センサが設置される車両用センサシステムとして広く利用可能である。

本発明を適用した車両用センサシステムの一実施形態を説明する図面であって、車両用センサシステムを備えた車両用軸受の車軸方向の断面図である。 本発明を適用した車両用センサシステムの一実施形態を説明する図面であって、（ａ）車両用センサシステムを備えた車両用軸受のＩＣタグ近傍部分を外周方向から見た一部断面図であって、（ｂ）は車両用センサシステムを備えた車両用軸受のＩＣタグ近傍部分を車軸に垂直にＡ―Ａ平面で切断した断面図である。 本発明の車両用センサシステムをアンチロックブレーキシステムおよびトラクションコントロールシステムに適用した一実施形態を説明するブロック図である。 本発明を適用した車両用センサシステムの第２の実施形態を説明する図面であって、車両用センサシステムを備えた車両用軸受の車軸方向の断面図である。 本発明を適用した車両用センサシステムの第２の実施形態を説明する図面であって、（ａ）車両用センサシステムを備えた車両用軸受のＩＣタグ近傍部分を外周方向から見た一部断面図であって、（ｂ）は車両用センサシステムを備えた車両用軸受のＩＣタグ近傍部分を車軸に垂直にＡ―Ａ平面で切断した断面図である。 本発明を適用した車両用センサシステムの第３の実施形態を説明する図面であって、車両用センサシステムを備えた車両用軸受の車軸方向の断面図である。 本発明を適用した車両用センサシステムの第３の実施形態を説明する図面であって、（ａ）車両用センサシステムを備えた車両用軸受のＩＣタグ近傍部分を外周方向から見た一部断面図であって、（ｂ）は車両用センサシステムを備えた車両用軸受のＩＣタグ近傍部分を車軸に垂直にＡ―Ａ平面で切断した断面図である。

符号の説明

１・・・外輪、２・・・フランジ部、３・・・ナックル、６，７・・・軌道、１０・・・内輪、１１・・・車軸、１２・・・フランジ部、１３・・・タイヤ、１４・・・車輪、１６，１７・・・軌道、２０・・・ＩＣタグ、２１・・・応力センサ、２２・・・送信装置、２３・・・電力供給装置、２４・・・送信用アンテナ、２５・・・受信用アンテナ、３０・・・電波発信装置、３２・・・受信装置、３３・・・制御装置、３４・・・トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、３５・・・ブレーキシステム（ＡＢＳ）、３６・・・ブレーキ、３７・・・アクセル。

Claims (3)

1. 車軸と、前記車軸とともに回転する回転部材と、前記車軸または前記回転部材に設けられるセンサと、前記センサが測定した測定データを無線送信する送信装置とを備えるセンサシステムにおいて、
   前記送信装置が、前記車軸を外周方向に取り巻く送信用アンテナを有することを特徴とする車両用センサシステム。
2. 車軸と、前記車軸とともに回転する回転部材と、前記車軸または前記回転部材に設けられるセンサと、前記センサが測定した測定データを無線送信する送信装置とを備えるセンサシステムにおいて、
   前記送信装置が複数の送信用アンテナを有し、前記複数の送信用アンテナが前記車軸または前記回転部材の回転方向においてそれぞれ略等間隔に設けられていることを特徴とする車両用センサシステム。
3. 請求項１または請求項２に記載の車両用センサシステムを備えた車両用軸受装置。

Images