JP2010121745A - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 転動体の影響を受けることなく、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供する。
【解決手段】 車輪用軸受は、外方部材１と内方部材２の対向し合う複列の転走面間に転動体５を介在させたものである。外方部材１と内方部材２のうちの固定側部材に１つ以上のセンサユニット２０を設ける。センサユニット２０は、固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材２１と、その歪みを検出するセンサ２２を有する。センサユニット２０は、その歪み発生部材２１が前記転動体５の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分Ｌから外れた位置で、前記複列の転動体５のうちのアウトボード側の転動体５よりもさらにアウトボード側の位置に設ける。
【選択図】 図１

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。

自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを軸受の固定輪に取付け、前記歪み発生部材は、前記固定輪に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣り合う接触固定部の間で少なくとも１箇所に切欠き部を有し、この切欠き部に前記歪みセンサを配置したセンサ付車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献１）。

このセンサ付車輪用軸受によると、車両走行に伴い回転輪に荷重が加わったとき、転動体を介して固定輪が変形するので、その変形がセンサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重等を検出することができる。
特開２００７−５７２９９号公報

しかし、上記センサ付車輪用軸受では、転動体がセンサユニットの設置部の近傍を通過する毎に、固定輪が転動体荷重で変形してセンサユニットの出力信号の振幅が大きくなる。すなわち、センサユニットの出力信号が転動体の影響を受けた周期的な波形となり、荷重を精度良く検出できない。

この発明の目的は、転動体の影響を受けることなく、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重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。

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、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、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、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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサからなる１つ以上のセンサユニットを、その歪み発生部材が前記転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分から外れた位置で、前記複列の転動体のうちのアウトボード側の転動体よりもさらにアウトボード側の位置に設けたことを特徴とする。前記固定側部材は、例えば外方部材である。センサユニッットは複数としても良い。
固定側部材は通過する転動体の荷重で変形する。とくに、転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分上では、転動体荷重による変形が大きい。すなわち、転動体荷重の影響を受け易い。このセンサ付車輪用軸受では、センサユニットを、その歪み発生部材が転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分から外れた固定側部材における前記複列の転動体のうちのアウトボード側の転動体よりもさらにアウトボード側の位置に設けているので、センサユニットの歪み発生部材はそれだけ転動体荷重の影響を受け難くなる。したがって、本来の荷重による固定側部材の変形をセンサユニットで精度良く検出でき、その出力信号から車輪のタイヤと路面間に作用する荷重を正確に検出することができる。

この発明において、前記センサユニットを少なくとも３つ以上設け、これらのセンサユニットのセンサの出力信号から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重および車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する荷重推定手段を設けても良い。

この発明において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置しても良い。
この構成の場合、固定側部材の外径面における上面部と下面部に配置される２個のセンサユニットの出力信号から垂直方向荷重Ｆz と軸方向荷重Ｆy を推定でき、固定側部材の外径面における右面部と左面部に配置される２個のセンサユニットの出力信号から駆動力や制動力による荷重Ｆx を推定できる。

この発明において、前記センサユニットの歪み発生部材は、平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるものであっても良い。この構成の場合、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達されやすく、その歪みがセンサで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなり、荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生部材の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとできる。

この発明において、前記センサユニットの歪み発生部材は、前記固定側部材に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても塑性変形しないものとしても良い。想定される最大の外力は、例えば、軸受に過大な荷重が作用しても、その荷重が除かれると、センサ系を除く軸受としての正常な機能が復元される範囲の最大の力である。想定される最大の力が印加された状態になるまでに塑性変形が生じると、固定側部材の変形がセンサユニットに正確に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすので、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。

この発明において、前記荷重推定手段の前段に、前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する補正手段を設けても良い。
上記したように、センサユニットの設置位置を工夫することにより、センサユニットの出力信号は通過する転動体の影響を低減できるが、それでもその影響は残る。この場合のセンサユニットの出力信号は、その振幅が転動体の配列ピッチを周期として変化する波形となる。そこで、例えば、転動体の回転位置を検出する転動体検出手段を別に設け、前記補正手段として、前記転動体検出手段が検出する転動体位置に応じてセンサユニットの出力信号の振幅を増減補正するものとすれば、転動体の位置による影響を解消できる。
また、軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、センサユニットのセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、検出された荷重に温度の影響が残る。そこで、車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じてセンサユニットのセンサ出力信号を補正する温度補正手段を設けると、温度による検出誤差を低減できる。

この発明において、さらに軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設けても良い。
センサユニットのセンサ出力信号から軸方向荷重を推定する場合、その方向を判別できない場合がある。そこで、センサユニットとは別に、軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設けると、軸方向荷重を正確に推定することができる。

この発明において、前記固定側部材はその周面にフランジを有し、前記軸方向荷重方向判別手段が、前記固定側材の周面とフランジに跨がって設けられるＬ字状の歪み発生部材と、この歪み発生部材に取付けられて歪み発生部材の歪みを検出するセンサとを有する方向判別センサであっても良い。

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、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、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、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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサからなる１つ以上のセンサユニットを、その歪み発生部材が前記転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分から外れた位置で、前記複列の転動体のうちのアウトボード側の転動体よりもさらにアウトボード側の位置に設けたため、転動体の影響を受けることなく、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出することができる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図５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。

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を外周に形成した内方部材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。

外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置におけるナックル１６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ねじ孔１４が設けられ、インボード側よりナックル１６のボルト挿通孔１７に挿通したナックルボルト１８を前記ねじ孔１４に螺合することにより、車体取付用フランジ１ａがナックル１６に取付けられる。
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、車輪および制動部品（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は、この車輪用軸受の外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図１は、図２におけるＩ−Ｉ矢視断面図を示す。外方部材１の車体取付用フランジ１ａは、各ねじ孔１４が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされている。同図に示すように、固定側部材である外方部材１の外径面には、２つのセンサユニット２０を１組とするセンサユニット対１９が２組設けられている。各組のセンサユニット対１９Ａ，１９Ｂの２つのセンサユニット２０は、外方部材１の外径面の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置される。ここでは、１組のセンサユニット対１９Ａを構成する２つのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材１の外径面の上面部および下面部の２箇所に設けられている。また，他の１組のセンサユニット対１９Ｂを構成する２つのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して前後位置となる外方部材１の外径面における右面部および左面部の２箇所に設けられている。

センサユニット対１９Ａを構成する２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材１の外径面における上面部および下面部の２箇所に設けることで、車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重Ｆz が検出される。また、センサユニット対１９Ｂを構成する２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して前後位置となる外方部材１の外径面の右面部および左面部の２箇所に設けることで、駆動力や制動力となる荷重Ｆx が検出される。垂直方向の荷重Ｆz を検出するセンサユニット対１９Ａについては、外方部材１の外径面における上面部の、隣り合う２つの突片１ａａの間の中央部に１つのセンサユニット２０が配置され、外方部材１の外径面における下面部の、隣り合う２つの突片１ａａの間の中央部に他の１つのセンサユニット２０が配置される。

これらのセンサユニット２０は、図３および図４に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材２１の歪みを検出する歪みセンサ２２とでなる。歪み発生部材２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製で２ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり一定幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされている。また、歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面に接触固定される２つの接触固定部２１ａを両端部に有する。なお、歪み発生部材２１の形状によっては、接触固定部２１ａを２つ以上有するものとしても良い。歪みセンサ２２は、歪み発生部材２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材２１の外面側で両側辺部の切欠き部２１ｂで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ２２は切欠き部２１ｂ周辺の周方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材２１は、固定側部材である外方部材１に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。想定される最大の外力は、例えば、軸受に過大な荷重が作用しても、その荷重が除かれると、センサ系を除く軸受としての正常な機能が復元される範囲の最大の力である。塑性変形が生じると、外方部材１の変形がセンサユニット２０に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。

図１のように、前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１が前記転動体５の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる１点鎖線で示す線分Ｌから外れた位置で、複列の転動体５のうちのアウトボード側の転動体５よりもさらにアウトボード側の位置に設けられる。この場合に、センサユニット２０の全体が、前記線分Ｌから外れた位置で、かつアウトボード側の転動体５よりもさらにアウトボード側の位置に設けられる。

また、図４のように、センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、外方部材１の軸方向に同寸法の位置で、かつ互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部２１ａがそれぞれスペーサ２３を介してボルト２４により外方部材１の外径面に固定される。これにより、センサユニット２０の歪みセンサ２２は、歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂ周辺における外方部材円周方向の歪みを検出することになる。前記各ボルト２４は、それぞれ接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔２５からスペーサ２３のボルト挿通孔２６に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたねじ孔２７に螺合させる。このように、スペーサ２３を介して外方部材１の外径面に接触固定部２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂを有する中央部位が外方部材１の外径面から離れた状態となり、切欠き部２１ｂの周辺の非染み変形が容易となる。外方部材１の外径面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、外方部材１の外径面における前記歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成されている。

歪みセンサ２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ２２を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材２１に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ２２を歪み発生部材２１上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。

センサユニット２０の歪みセンサ２２は荷重推定手段３０に接続される。荷重推定手段３０は、ここでは歪みセンサ２２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り、信号処理回路や補正回路などが含まれる。荷重推定手段３０は、車輪のタイヤと路面間の作用力と歪みセンサ２２の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、入力された歪みセンサ２２の出力信号から前記関係設定手段を用いて作用力を出力する。前記関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。

車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材１にも荷重が印加されて変形が生じる。センサユニット２０の構成部材である歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが外方部材１に接触固定されているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され、その歪みが歪みセンサ２２で検出され、その出力信号から荷重を推定できる。

また、センサユニット２０の構成部材である歪み発生部材２１の接触固定部２１ａを固定側部材である外方部材１にボルト２４で固定しているので、外方部材１とセンサユニット２０の間での滑りを抑えることができ、滑りに伴い歪みセンサ２２の出力信号に歪みが生じるのを回避できる。

従来例の説明でも述べたように、外方部材１は通過する転動体５の荷重で変形する。とくに、転動体５の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分Ｌ（図１）上では、転動体荷重による変形が大きい。すなわち、転動体荷重の影響を受け易い。このセンサ付車輪用軸受では、センサユニット２０を、その歪み発生部材２１が転動体５の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分Ｌから外れた位置で、複列の転動体５のうちのアウトボード側の転動体５よりもさらにアウトボード側の位置に設けているので、センサユニット２０の歪み発生部材２１はそれだけ転動体荷重の影響を受け難くなる。したがって、本来の荷重による外方部材１の変形をセンサユニット２０で精度良く検出でき、その出力信号から車輪のタイヤと路面間に作用する荷重を荷重推定手段３０により精度よく推定できる。

上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用力を検出する場合を示したが、車輪のタイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力（例えば予圧量）を検出するものとしても良い。
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、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。

また、この実施形態の場合、センサユニット２０の歪み発生部材２１は、平面概形が全長にわたり一定幅の帯状で側辺部に切欠き部２１ｂを有する薄板材からなるので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され易く、その歪みが歪みセンサ２２で感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなり、荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生部材２１の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとでき量産性に優れたものとなる。

また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の外径面に、その周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置されたセンサユニット２０の２つを１組とする２組のセンサユニット対１９Ａ，１９Ｂを設けているので、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち、ある方向への荷重が大きくなると、転動体５と転走面３が接触している部分と接触していない部分が１８０度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニット２０を１８０度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニット２０には必ず転動体５を介して外方部材１に印加される荷重が伝達され、その荷重を歪みセンサ２２により検出可能となる。

図６ないし図８は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１〜図５の実施形態において、前記荷重推定手段３０の前段に、センサユニット２０の歪みセンサ２２の出力信号を補正する補正手段３１を設けている。また、外方部材１の内周には、アウトボード側列の転動体５の位置を検出する転動体検出手段４０が設けられている。転動体検出手段４０は複数の転動体センサ４２を有し、前記補正手段３１にはセンサユニット２０の歪みセンサ２２と前記転動体センサ４２が接続される。その他の構成は図１〜図５に示す実施形態の場合と同様である。

前記転動体検出手段４０は外方部材１の内周に設けられ、図７（Ａ），（Ｂ）に断面図および正面図で示すように、正面形状が軸受と同心の円弧状とされたセンサ支持部材４１と、このセンサ支持部材４１に取付けられた複数の転動体センサ４２とでなる。センサ支持部材４１は、外方部材１の内径面に嵌合する円筒部４１ａと、この円筒部４１ａの一端から内径側に延びる立板部４１ｂとを有する断面Ｌ字状で、その立板部４１ｂの周方向長さは、転動体５の配列ピッチＰに相当する長さとされている。このセンサ支持部材４１は、図６のように、その立板部４１ｂがアウトボード側列の転走面４よりもアウトボード側の軸方向位置となり、アウトボード側列の転動体５と軸方向に対向するように外方部材１の内径面に取付けられる。複数の転動体センサ４２は、図７（Ｂ）のように前記センサ支持部材４１の立板部４１ｂのインボード側を向く片面において、円周方向に等配して取付けられている。転動体センサ４２としては、例えばホールセンサ、ＭＲセンサ、ＭＩセンサなどの磁気センサが使用され、その前面を転動体５が通過するのに伴う磁気変化を検出する。

補正手段３１は、転動体検出手段４０が検出する転動体位置、つまり前記転動体センサ４２の出力信号に基づき、センサユニット２０の歪みセンサ２２の出力信号を補正する手段である。
先述したように、センサユニット２０の設置位置を工夫することにより、センサユニット２０の歪みセンサ２２の出力信号は通過する転動体５の影響を低減できるが、それでもその影響は残る。つまり、車輪用軸受の回転中には、センサユニット２０の歪みセンサ２２の出力信号の振幅に、図５に示す波形図のような周期的な変化が生じる。また、軸受の停止時においても、歪みセンサ２２の出力信号は、転動体５の位置の影響を受ける。すなわち、図８（Ａ），（Ｂ）のように転動体５がセンサユニット２０における歪みセンサ２２に最も近い位置を通過するとき（または、その位置に転動体５があるとき）、歪みセンサ２２の出力信号の振幅は最大値となり、転動体５がその位置から遠ざかるにつれて（または、その位置から離れた位置に転動体５があるとき）低下する。軸受回転時には、転動体５は所定の配列ピッチＰで前記センサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ２２の出力信号は、その振幅が転動体５の配列ピッチＰを周期として図８（Ｃ）に実線で示すように周期的に変化する波形となる。そこで、前記補正手段３１は、前記転動体検出手段４０が検出する転動体位置に応じて、前記歪みセンサ２２の出力信号を以下のように補正する。すなわち、例えば転動体５が歪みセンサ２２に最も近い位置にあるときには、歪みセンサ２２の出力信号の振幅（このとき最大値）を所定の最大値だけ減少補正する。歪みセンサ２２に最も近い位置から±Ｐ／２離れた位置に転動体５があるときには、歪みセンサ２２の出力信号の振幅（このとき最小値）を所定の最大量だけ増加補正する。転動体５が上記両位置の途中にあるときには、その位置に応じて直線補間等で、歪みセンサ２２の出力信号の振幅を増減補正する。これにより、歪みセンサ２２の出力信号の振幅は、図８（Ｃ）に鎖線で示すように補正され、転動体５の影響が解消される。

センサユニット２０の設置位置について工夫しても、センサユニット２０の歪みセンサ２２の出力信号には転動体５の位置の影響が残るが、この場合、転動体検出手段４０の検出する転動体位置に基づき補正手段３１が歪みセンサ２２の出力信号を補正するので、軸受の回転時と停止時を問わず転動体５の位置による影響が解消される。これにより、荷重推定手段３０では、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用する荷重（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を精度良く推定できる。

図９および図１０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６〜図８の実施形態において、前記荷重推定手段３０の前段に、補正手段として歪みセンサ２２の出力信号を平均化する平均化処理手段３３を設けている。また、軸受内における軸方向中間位置には、内方部材２の回転を検出する回転検出器４３が設けられている。回転検出器４３はラジアル型のものであって、パルサリング４４と磁性体センサ４５とで構成される。平均化処理手段３３には、センサユニット２０の歪みセンサ２２と回転検出器４３の磁性体センサ４５が接続される。その他の構成は、図１〜図５に示した実施形態の場合と同様である。

回転検出器４３は、内方部材１の外周に嵌合させたセンサターゲットであるパルサリング４４と、外方部材１の内周に設けられ前記パルサリング４４に対して径方向に対面する磁性体センサ４５とで構成される。パルサリング４４は、円周方向に磁極Ｎ，Ｓを並べた多極磁石であっても、ギヤ状の凹凸を円周方向に並べて形成した磁性体リング等、周方向に周期的な磁気変化を有するものであっても良い。磁性体センサ４５は、内方部材２と一体に回転する前記パルサリング４４の磁気変化を検出するものであり、ホールセンサ、ＭＲセンサ、ＭＩセンサなどが使用される。

平均化処理手段３３は、転動体５が配列ピッチＰ分を公転する期間での歪みセンサ２２の出力信号の振幅を図１０（Ｃ）に鎖線で示すように平均化して、転動体５の影響を解消する。平均化処理手段３３による平均化処理は、例えば以下のように行なわれる。先ず、回転検出器４３の磁性体センサ４５の出力信号から内方部材２の回転速度を演算し、演算した回転速度から、転動体５が配列ピッチＰの区間を公転する所要時間Ｔを算出する。この所要時間Ｔ内に、所定の周期ｔでサンプリングした歪みセンサ２２の出力信号の振幅値の相加平均を求める。なお、この場合のサンプリング周期ｔは前記所要時間Ｔに比べて十分短い値とする。

先述したように、歪みセンサ２２の出力信号には、そのままでは転動体５の通過の影響が残るが、この場合、平均化処理手段３３がその出力信号を平均化処理するので、転動体通過の影響が解消される。これにより、荷重推定手段３０では、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用する荷重（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を精度良く推定できる。

図１１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６〜図８の実施形態において、前記荷重推定手段３０の前段に、補正手段として車輪用軸受の温度またはその周辺温度に応じて、センサユニット２０の歪みセンサ２２の出力信号を補正する温度補正手段３４を設けている。また、外方部材１の外径面における各センサユニット２０の設置部の近傍、あるいはセンサユニット２０における歪み発生部材２１の外面側に、温度センサ４６が設けられている。温度センサ４６としては、例えばサーミスタや白金抵抗素子を用いることができる。温度補正手段３４には、センサユニット２０の歪みセンサ２２と温度センサ４６が接続される。その他の構成は、図１〜図５に示した実施形態の場合と同様である。

温度補正手段３４は、前記温度センサ４６の出力信号に基づいて、対応するセンサユニット２０の歪みセンサ２２の出力信号を補正する。したがって、荷重推定手段３０には、温度補正手段３４によって補正された歪みセンサ２２の出力信号が入力される。

このように、この実施形態では、温度補正手段３４が、外方部材１の外径面あるいはセンユニット２０の歪み発生部材２１に設けた温度センサ４６の出力信号に応じて、歪みセンサ２２の出力信号を補正するようにしているので、車輪用軸受やその周辺温度の測定値に応じて、歪みセンサ２２の出力信号を補正することになり、荷重を精度良く推定できる。

図１２ないし図１４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〜図５の実施形態において、荷重推定手段３０で推定される軸方向荷重Ｆy の方向を判別する手段である方向判別センサ４７が設けられている。この方向判別センサ４７は、歪み発生部材５６と、この歪み発生部材５６に取付けられて歪み発生部材５６の歪みを検出するセンサ５７を有するセンサユニット５５を、外方部材１に固定したものである。

方向判別センサ４７の歪み発生部材５６は、図１３に拡大して示すように、鋼材等の金属材からなる板材をＬ字状に折り曲げて形成され、外方部材１のフランジ１ａにおけるねじ孔１４の近傍のアウトボード側を向く側面に対向する径方向片５６ａと、外方部材１の外径面に対向する軸方向片５６ｂとを有する。センサ５７は径方向片５６ａの片面に固定される。この歪み発生部材５６は、スペーサ５８Ａ，５８Ｂを介して外方部材１の外周部に、ボルト５９，６０で締結される。すなわち、径方向片５６ａに形成されたボルト挿通孔６１からスペーサ５８Ａのボルト挿通孔６２に挿通させたボルト５９を、外方部材１のフランジ１ａにおける車体取付用のねじ孔１４の近傍に設けられたねじ孔６３に螺合させる。また、軸方向片５６ｂに形成されたボルト挿通孔６４から別のスペーサ５８Ｂのボルト挿通孔６５に挿通させたボルト６０を、外方部材１の外径面に設けられたねじ孔６６に螺合させる。これにより、歪み発生部材５６が外方部材１に締結される。

方向判別センサ４７の設置部位は、軸方向荷重Ｆy に対して変形量が大きいが、垂直方向荷重Ｆz や駆動力・制動力による荷重Ｆx のような径方向荷重に対して変形量の小さい部位である。この部位に設置すると、方向判別センサ４７に作用する力が圧縮力と引っ張り力で切り替わるため、例えばその出力信号の大小判別を所定のしきい値に対して行なえば、軸方向荷重Ｆy の方向を判別することができる。方向判別センサ４７の出力信号は、荷重推定手段３０に入力され、その入力信号から荷重推定手段３０は軸方向荷重Ｆy の方向を判別する。

この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図である。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大平面図である。 図３におけるIV−IV矢視断面図である。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの出力信号の波形図である。 この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。 （Ａ）は同センサ付車輪用軸受における転動体検出手段の断面図、（Ｂ）は同正面図である。 センサユニットの出力信号に対する転動体位置の影響の説明図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。 センサユニットの出力信号に対する転動体公転の影響の説明図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。 この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。 図１２の一部拡大断面図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図である。

符号の説明

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
２０…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２１ｂ…切欠き部
２２…歪みセンサ
３０…荷重推定手段
３１…補正手段
３３…平均化処理手段（補正手段）
３４…温度補正手段
４７…方向判別センサ（軸方向荷重方向判別手段）
５６…歪み発生部材
５７…センサ

Claims (10)

1. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、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、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、
   上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサからなる１つ以上のセンサユニットを、その歪み発生部材が前記転動体の中心を通り転動体接触角をなす方向に延びる線分から外れた位置で、前記複列の転動体のうちのアウトボード側の転動体よりもさらにアウトボード側の位置に設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
2. 請求項１において、前記固定側部材が前記外方部材であるセンサ付車輪用軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記センサユニットを複数としたセンサ付車輪用軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記センサユニットを少なくとも３つ以上設け、これらのセンサユニットのセンサの出力信号から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重および車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置したセンサ付車輪用軸受。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサユニットの歪み発生部材は、平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるセンサ付車輪用軸受。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記センサユニットの歪み発生部材は、前記固定側部材に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても塑性変形しないものとしたセンサ付車輪用軸受。
8. 請求項４ないし請求項７のいずれか１項において、前記荷重推定手段の前段に、前記センサユニットのセンサの出力信号を補正する補正手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
9. 請求項４ないし請求項８のいずれか１項において、さらに軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
10. 請求項９において、前記固定側部材はその周面にフランジを有し、前記軸方向荷重方向判別手段が、前記固定側材の周面とフランジに跨がって設けられるＬ字状の歪み発生部材と、この歪み発生部材に取付けられて歪み発生部材の歪みを検出するセンサとを有する方向判別センサであるセンサ付車輪用軸受。

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