JP2010122067A - 車両用センサシステム - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受装置の使用状況に応じた摩耗量を算出することができ、転がり軸受装置に作用する荷重の測定精度を向上することができる車両用センサシステムを提供する。
【解決手段】車両用センサシステムは、車両用の転がり軸受装置と、この転がり軸受装置に付設されるとともに転がり軸受装置に作用する荷重に応じて信号を出力する磁気センサ２，３，４，５と、磁気センサ２，３，４，５を用いて転がり軸受装置に作用する荷重を算出するための演算処理装置６とを備えている。演算処理装置６は、磁気センサ２，３，４，５によって出力された信号に基づいて荷重を算出する荷重算出部６４ａ，６４ｂと、算出された荷重に基づいて転がり軸受装置の摩耗量Ｍを算出する軸受摩耗量算出部６９とを備えている。そして、軸受摩耗量算出部６９によって算出された摩耗量Ｍに基づいて荷重が補正される。
【選択図】図８

Description

本発明は、転がり軸受装置に作用する荷重を検出するための車両用センサシステムに関する。

自動車の制御システムとして、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）が一般的に知られており、このようなシステムにおいては、車輪に作用する荷重や車輪の回転速度等の種々の情報が必要とされる。

また、上記システムに使用される情報を取得するためにセンサを付設した転がり軸受装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
具体的には、転がり軸受装置に付設された磁気センサを用いて、磁気センサの出力の振幅及び位相差から、転がり軸受装置に作用する荷重を算出する構成となっている。このようにして上記センサを用いて得られる転がり軸受装置に作用する荷重は、ＡＢＳやＴＳＣ等のシステムにおいて、車輪に作用する荷重の情報として利用することができる。
特開２００８−１２８８１２号公報

ところで、転がり軸受装置を長期間使用した場合には転がり軸受装置が摩耗することにより、荷重の測定精度が悪化する場合があるという問題があった。具体的には、軌道部材に形成された軌道面や転動体が摩耗することにより、センサとセンサロータとのギャップが、転がり軸受装置の使用初期のギャップと異なったものとなり、その結果、荷重の測定精度が悪化するという問題があった。

そこで、荷重の測定精度を向上するために、車輪の総回転数に基づいて摩耗量を算出し、この摩耗量に基づいて荷重を算出することが考えられる。
しかしながら、転がり軸受装置の摩耗量は、自動車が走行する路面や自動車の積載量等により異なるため、車輪の総回転数のみに基づいて摩耗量を算出する場合であっても、転がり軸受装置の使用状況に応じた摩耗量を算出することはできず、荷重の測定精度を向上することができないという問題があった。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、転がり軸受装置の使用状況に応じた摩耗量を算出することができ、転がり軸受装置に作用する荷重の測定精度を向上することができる車両用センサシステムを提供することにある。

請求項１に記載の発明は、車両用の転がり軸受装置と、この転がり軸受装置に付設されるとともに転がり軸受装置に作用する荷重に応じて信号を出力するセンサと、このセンサを用いて転がり軸受装置に作用する荷重を算出するための演算処理装置とを備えた車両用センサシステムであって、演算処理装置は、センサによって出力された信号に基づいて荷重を算出する荷重算出部と、算出された荷重に基づいて転がり軸受装置の摩耗量を算出する軸受摩耗量算出部とを備え、軸受摩耗量算出部によって算出された摩耗量に基づいて荷重が補正されることを特徴とする。

同構成によれば、演算処理装置は、荷重算出部によって算出された荷重に基づいて転がり軸受装置の摩耗量を算出する軸受摩耗量算出部を備えており、軸受摩耗量算出部によって算出された摩耗量に基づいて、荷重算出部により算出される荷重が補正される。従って、転がり軸受装置が摩耗した場合であっても、転がり軸受装置の摩耗量に基づいて荷重が補正されるため、転がり軸受装置に作用する荷重の測定精度を向上することができる。また、転がり軸受装置の摩耗量は転がり軸受装置に作用する荷重に基づいて算出されるため、例えば車輪の総回転数のみに基づいて算出される摩耗量に比べて、転がり軸受装置の使用状況に応じた摩耗量を算出することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の車両用センサシステムであって、転がり軸受装置は、車体に対して固定される固定側軌道部材と、転動体と、この転動体を介して固定側軌道部材に対して回転可能な回転側軌道部材とを備え、演算処理装置は、算出された荷重を用いて回転側軌道部材に作用するトルクを算出するトルク算出部と、算出されたトルクと回転側軌道部材の回転速度とを用いて転がり軸受装置の仕事率を算出する仕事率算出部とをさらに備え、軸受摩耗量算出部は、算出された仕事率を用いて摩耗量を算出することを特徴とする。

同構成によれば、演算処理装置は、荷重算出部によって算出された荷重を用いて回転側軌道部材に作用するトルクを算出するトルク算出部と、算出されたトルクと回転側軌道部材の回転速度とを用いて転がり軸受装置の仕事率を算出する仕事率算出部とをさらに備えている。そして、軸受摩耗量算出部は、仕事率算出部によって算出された転がり軸受装置の仕事率を用いて転がり軸受装置の摩耗量を算出する構成となっている。従って、転がり軸受装置の摩耗量を算出するための仕事率やトルクを検出することを目的とする、その他のセンサや演算処理装置を不要とすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の車両用センサシステムであって、トルク算出部は、トルクを算出するために用いる荷重として、互いに直交する二方向の荷重を用いることを特徴とする。

同構成によれば、トルク算出部は、回転側軌道部材に作用するトルクを算出するために用いる荷重として、互いに直交する二方向の荷重を用いる。このため、二方向の荷重を用いることにより、例えば回転側軌道部材に取り付けられる車輪を構成するタイヤの撓みを考慮して、回転側軌道部材に作用するトルクを算出することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２または請求項３に記載の車両用センサシステムであって、センサは複数設けられ、荷重算出部は、互いに異なるセンサによって出力された信号に基づいて複数の荷重を算出し、トルク算出部は、トルクを算出するために用いる荷重として、複数の荷重の平均荷重を用いることを特徴とする。

同構成によれば、トルク算出部は、回転側軌道部材に作用するトルクを算出するために用いる荷重として、互いに異なるセンサを用いて算出された、複数の荷重の平均荷重を用いる。このため、算出されるトルクの精度を向上することができる。

本発明によれば、例えば車輪の総回転数のみに基づいて算出される摩耗量に比べて、転がり軸受装置の使用状況に応じた摩耗量を算出することができ、転がり軸受装置に作用する荷重の測定精度を向上することができる。

以下、本発明の車両用センサシステムを具体化した一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図中の矢印Ｖは上下方向を示しており、図中の矢印Ｈは上下方向に直交する前後方向を示している。

図１に示すように、本実施形態に係る車両用センサシステムは、自動車の車輪（不図示）を回転可能に支持する転がり軸受装置１と、転がり軸受装置１に付設されるとともに転がり軸受装置１に作用する荷重に応じて信号を出力する磁気センサ２，３，４，５と、転がり軸受装置１に作用する荷重を算出するための演算処理装置６とを備えている。

図２に示すように、転がり軸受装置１は、自動車の車輪である従動輪を支持するためのハブユニットであって、その車体側端部に磁気センサ２，３，４，５が付設されたセンサ付ハブユニットである。

転がり軸受装置１は、ナックル（不図示）を介して自動車の車体（不図示）に固定される固定側軌道部材としての外輪１１と、外輪１１に対して回転可能な回転側軌道部材としての内輪１２と、内輪１２及び従動輪とともに回転するハブ軸１３と、複列の転動体１４，１５とを備えている。

外輪１１は、その内周に２列の軌道面１１ａ，１１ｂが環状に形成されており、外輪１１を車体に対して固定するためのボルト（不図示）が挿通されるフランジ部１１ｃを有している。外輪１１内には、外輪１１と所定間隔を空けて内輪１２及びハブ軸１３が設けられている。

内輪１２は、その外周に１列の軌道面１２ａが環状に形成されており、ハブ軸１３の外周に嵌められている。そして、ハブ軸１３とナット１６とによって内輪１２が挟持されることにより、ハブ軸１３に対して内輪１２が固定されている。従って、内輪１２とハブ軸１３は、転動体１４，１５を介して、外輪１１に対して一体的に回転可能に構成されている。

ハブ軸１３は、その外周に１列の軌道面１３ａが環状に形成されており、車輪のホイールやブレーキディスク（いずれも不図示）を取り付けるためのボルト１７が挿通されるフランジ部１３ｂを車輪側端部に有している。即ち、本実施形態においてハブ軸１３は、転がり軸受を構成する内輪と、転がり軸受によって支持される回転軸とが一体となった部材であって、内輪１２及びハブ軸１３により回転側軌道部材が構成されている。さらに本実施形態において、ハブ軸１３は、ナット１６が螺合されるおねじ部１３ｃを車体側端部に有している。

転動体１４は、外輪１１と内輪１２の間において複数設けられた玉であって、外輪１１に形成された軌道面１１ａと内輪１２に形成された軌道面１２ａとに接触している。従って、内輪１２及びハブ軸１３が回転することにより、転動体１４は軌道面１１ａ，１２ａにおいて転道する。

転動体１５は、外輪１１とハブ軸１３の間において複数設けられた玉であって、外輪１１に形成された軌道面１１ｂとハブ軸１３に形成された軌道面１３ａとに接触している。従って、内輪１２及びハブ軸１３が回転することにより、転動体１５は軌道面１１ｂ，１３ａにおいて転道する。

また、転がり軸受装置１は、磁気センサ２，３，４，５を付設するための部品として、外輪１１に対して固定されるとともに外輪１１の車体側の開口を覆うカバー１８と、内輪１２及びハブ軸１３に対して固定されたセンサロータ１９とを備えている。

有底円筒状のカバー１８は、その一部が外輪１１の内周に圧入されることにより、外輪１１に固定されており、カバー１８の底部１８ａには、磁気センサ２，３，４，５を支持するためのセンサ支持部１８ｂが車輪側方向へ突設されている。

センサロータ１９は、複数の開口１９ａが周方向に沿って等間隔に設けられている円筒体であって、センサ支持部１８ｂに設けられた磁気センサ２，３，４，５を覆うように設けられている。センサロータ１９は、円筒体の一端において車輪側方向に延設された係止片１９ｂが内輪１２の外周に固定されることにより、内輪１２に固定されている。従って、センサロータ１９と内輪１２とハブ軸１３と従動輪は一体的に回転する構成となっている。

図２のＳ−Ｓ部分の断面図である図３に示すように、磁気センサ２，３，４，５は、その一部がセンサ支持部１８ｂに埋設されて固定されており、センサ支持部１８ｂの上下及び前後の４箇所に配置されている。具体的には、磁気センサ２は、センサロータ１９の内周に対向するように前方へ向けて配設され、磁気センサ３は、センサロータ１９の内周に対向するように後方へ向けて配設されている。また、磁気センサ４は、センサロータ１９の内周に対向するように上方へ向けて配設され、磁気センサ５は、センサロータ１９の内周に対向するように下方へ向けて配設されている。

各磁気センサ２，３，４，５の底面から引き出された配線は、演算処理装置６に接続されており、センサロータ１９の回転状況（即ち、内輪１２及びハブ軸１３及び従動輪の回転状況）に応じた信号が、各磁気センサ２，３，４，５から演算処理装置６に入力される。具体的には、２相出力型の各磁気センサ２，３，４，５から、サイン状の出力信号Ｓｓと、この信号Ｓｓから位相が９０度ずれたコサイン状の出力信号Ｓｃとが、演算処理装置６に入力される。

例えば、図４に示すように、転がり軸受装置１に車体の自重のみが荷重として作用している状態、即ち、静荷重が作用している状態において、センサロータ１９が回転している場合は、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、全ての磁気センサ２，３，４，５から同じ出力信号が演算処理装置６に入力されるように構成されている。

一方、例えば、図６に示すように、転がり軸受装置１に動荷重が作用している状態において、センサロータ１９が回転している場合は、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、磁気センサ２，３，４，５の出力信号が変化する。なお、図７（ａ）〜（ｄ）において、破線は、静荷重が作用している状態における出力信号の波形であって、実線は、動荷重が作用している状態における出力信号の波形である。

より具体的には、転がり軸受装置１に上下方向Ｖにおける動荷重が作用した場合は、前後に設けられた磁気センサ２，３の出力信号の位相が変化する。即ち、図６に示すような状態となる荷重が作用した場合は、図７（ａ）に示すように磁気センサ２の出力信号の位相が遅れるとともに、図７（ｂ）に示すように磁気センサ３の出力信号の位相が進む。

また、転がり軸受装置１に上下方向Ｖにおける動荷重が作用した場合は、上下に設けられた磁気センサ４，５の出力信号の振幅が変化する。即ち、図６に示すような状態となる荷重が作用した場合は、図７（ｃ）に示すように磁気センサ２の出力信号の振幅が大きくなるとともに、図７（ｄ）に示すように磁気センサ３の出力信号の振幅が小さくなる。

また、転がり軸受装置１に前後方向Ｈにおける動荷重が作用した場合には、上記の上下方向Ｖにおける動荷重が作用した場合とは反対に、前後に設けられた磁気センサ２，３の出力信号の振幅が変化するとともに、上下に設けられた磁気センサ４，５の出力信号の位相が変化する。

以上のように、２相出力型の各磁気センサ２，３，４，５は、転がり軸受装置１に作用した荷重に応じて、荷重を算出するために用いられる信号Ｓｓ，Ｓｃを演算処理装置６に出力する構成となっており、演算処理装置６は、磁気センサ２，３，４，５を用いて転がり軸受装置１に作用する荷重を算出する。

図８に示すように、演算処理装置６は、位相・振幅検出部６１と、位相差取得部６２と、振幅比取得部６３と、第１の荷重算出部６４ａと、第２の荷重算出部６４ｂと、第１の平均荷重算出部６５ａと、第２の平均荷重算出部６５ｂと、トルク算出部６６と、回転速度検出部６７と、仕事率算出部６８と、軸受摩耗量算出部６９とを備えている。演算処理装置６を構成する上記各部は、それぞれ個々の集積回路により構成されていてもよく、複数の上記各部が１つの集積回路により構成されていてもよい。

位相・振幅検出部６１は、磁気センサ２，３，４，５からの出力信号に基づいて、出力信号の位相及び振幅を検出する回路である。具体的には、位相・振幅検出部６１は、磁気センサ２の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相θ２、磁気センサ３の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相θ３、磁気センサ４の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相θ４、及び磁気センサ５の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相θ５を検出する。また、位相・振幅検出部６１は、磁気センサ２の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの振幅Ａ２、磁気センサ３の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの振幅Ａ３、磁気センサ４の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの振幅Ａ４、及び磁気センサ５の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの振幅Ａ５を検出する。位相・振幅検出部６１によって検出された位相θ２，θ３，θ４，θ５は位相差取得部６２に入力され、位相・振幅検出部６１によって検出された振幅Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５は振幅比取得部６３に入力される。なお、本実施形態においては各磁気センサ２，３，４，５に対応して、４つの位相・振幅検出部６１を備えている。

位相差取得部６２は、位相・振幅検出部６１から入力される位相に基づいて、前後方向Ｈに設けられた磁気センサ２，３の出力信号の位相差や、上下方向Ｖに設けられた磁気センサ４，５の出力信号の位相差を取得する回路である。具体的には、位相差取得部６２は、位相θ２，θ３の差分を算出することにより、磁気センサ２，３の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相差Δθｈを取得し、位相θ４，θ５の差分を算出することにより、磁気センサ４，５の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相差Δθｖを取得する。位相差取得部６２によって取得された位相差Δθｈ，Δθｖは、第１の荷重算出部６４ａに入力される。なお、本実施形態においては、一対の磁気センサ２，３と、他の一対の磁気センサ４，５に対応して、２つの位相差取得部６２を備えている。

振幅比取得部６３は、位相・振幅検出部６１から入力される振幅に基づいて、前後方向Ｈに設けられた磁気センサ２，３の出力信号の振幅比や、上下方向Ｖに設けられた磁気センサ４，５の出力信号の振幅比を取得する回路である。具体的には、振幅比取得部６３は、例えば、振幅Ａ２に対する振幅Ａ３の比の値を算出することにより、磁気センサ２，３の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの振幅比Ｒｈを取得し、振幅Ａ４に対する振幅Ａ５の比の値を算出することにより、磁気センサ４，５の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの振幅比Ｒｖを取得する。振幅比取得部６３によって取得された振幅比Ｒｈ，Ｒｖは、第２の荷重算出部６４ｂに入力される。なお、本実施形態においては、一対の磁気センサ２，３と、他の一対の磁気センサ４，５に対応して、２つの振幅比取得部６３を備えている。

第１の荷重算出部６４ａは、位相差取得部６２から入力される位相差に基づいて、転がり軸受装置１に作用する荷重を算出する回路である。具体的には、本実施形態においては、上下方向Ｖと前後方向Ｈに対応して、２つの第１の荷重算出部６４ａを備えており、一方の第１の荷重算出部６４ａは、磁気センサ２，３の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相差Δθｈに基づき、上下方向Ｖの荷重Ｆ１ｖを算出する。そして、他方の第１の荷重算出部６４ａは、磁気センサ４，５の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相差Δθｖに基づき、前後方向Ｈの荷重Ｆ１ｈを算出する。

位相差Δθｈ，Δθｖに基づく荷重Ｆ１ｖ，Ｆ１ｈの算出は、例えば、位相差Δθと荷重Ｆ１との関係を示すマップを用いて行うことができる。このようなマップは、位相差Δθｈ，Δθｖに応じた実際の荷重を測定することによって作成することができ、位相差Δθと荷重Ｆ１との関係を示すマップにおいては、位相差Δθｈが大きくなるにつれ荷重Ｆ１ｖは増大し、位相差Δθｖが大きくなるにつれ荷重Ｆ１ｈは増大する。このような関係を示すマップを用いて、位相差Δθｈ，Δθｖに応じた荷重Ｆ１ｖ，Ｆ１ｈが算出される。第１の荷重算出部６４ａによって算出された上下方向Ｖの荷重Ｆ１ｖは、第１の平均荷重算出部６５ａに入力され、第１の荷重算出部６４ａによって算出された前後方向Ｈの荷重Ｆ１ｈは、第２の平均荷重算出部６５ｂに入力される。

第２の荷重算出部６４ｂは、振幅比取得部６３から入力される振幅比に基づいて、転がり軸受装置１に作用する荷重を算出する回路である。具体的には、本実施形態においては、上下方向Ｖと前後方向Ｈに対応して、２つの第２の荷重算出部６４ｂを備えており、一方の第２の荷重算出部６４ｂは、磁気センサ４，５の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの振幅比Ｒｖに基づき、上下方向Ｖの荷重Ｆ２ｖを算出する。そして、他方の第２の荷重算出部６４ｂは、磁気センサ２，３の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの振幅比Ｒｈに基づき、前後方向Ｈの荷重Ｆ２ｈを算出する。

振幅比Ｒｈ，Ｒｖに基づく荷重Ｆ２ｖ，Ｆ２ｈの算出は、例えば、振幅比Ｒと磁気センサ２，３，４，５からセンサロータ１９までの距離（以下、「ギャップ」という）Ｇとの関係を示すマップと、ギャップＧと荷重Ｆ２との関係を示すマップを用いて行うことができる。このようなマップは、振幅比Ｒｈ，Ｒｖに応じた実際のギャップＧ及び荷重Ｆ２を測定することによって作成することができる。振幅比ＲとギャップＧとの関係を示すマップにおいては、振幅比Ｒｖが大きくなるにつれ磁気センサ４からセンサロータ１９までのギャップＧは増大し、振幅比Ｒｈが大きくなるにつれ磁気センサ２からセンサロータ１９までのギャップＧは増大する。また、ギャップＧと荷重Ｆ２との関係を示すマップにおいては、磁気センサ４からセンサロータ１９までのギャップＧが大きくなるにつれ、上方を正方向として外輪１１に作用する荷重Ｆ２ｖは増大し、磁気センサ２からセンサロータ１９までのギャップＧが大きくなるにつれ、前方を正方向として外輪１１に作用する荷重Ｆ２ｈは増大する。このような関係を示すマップを用いて、振幅比Ｒｈ，Ｒｖに応じた荷重Ｆ２ｖ，Ｆ２ｈが算出される。第２の荷重算出部６４ｂによって算出された上下方向Ｖの荷重Ｆ２ｖは、第１の平均荷重算出部６５ａに入力され、第２の荷重算出部６４ｂによって算出された前後方向Ｈの荷重Ｆ２ｈは、第２の平均荷重算出部６５ｂに入力される。

第１の平均荷重算出部６５ａは、位相差に基づいて算出された荷重と、振幅比に基づいて算出された荷重とに基づいて、転がり軸受装置１に作用する上下方向Ｖの荷重を算出する回路である。具体的には、第１の平均荷重算出部６５ａは、第１の荷重算出部６４ａから入力される荷重Ｆ１ｖと、第２の荷重算出部６４ｂから入力される荷重Ｆ２ｖとに基づいて、転がり軸受装置１に作用する上下方向Ｖの荷重Ｆｖを算出する。より具体的には、荷重Ｆ１ｖと荷重Ｆ２ｖとの平均荷重を算出して、この平均荷重を上下方向Ｖの荷重Ｆｖとする。第１の平均荷重算出部６５ａによって算出された上下方向Ｖの荷重Ｆｖは、ＡＢＳやＴＣＳ等の制御装置（不図示）やトルク算出部６６に入力される。

第２の平均荷重算出部６５ｂは、位相差に基づいて算出された荷重と、振幅比に基づいて算出された荷重とに基づいて、転がり軸受装置１に作用する前後方向Ｈの荷重を算出する回路である。具体的には、第２の平均荷重算出部６５ｂは、第１の荷重算出部６４ａから入力される荷重Ｆ１ｈと、第２の荷重算出部６４ｂから入力される荷重Ｆ２ｈとに基づいて、転がり軸受装置１に作用する前後方向Ｈの荷重Ｆｈを算出する。より具体的には、荷重Ｆ１ｈと荷重Ｆ２ｈとの平均荷重を算出して、この平均荷重を前後方向Ｈの荷重Ｆｈとする。第２の平均荷重算出部６５ｂによって算出された前後方向Ｈの荷重Ｆｈは、ＡＢＳやＴＣＳ等の制御装置（不図示）やトルク算出部６６に入力される。

トルク算出部６６は、転がり軸受装置１に作用する上下方向Ｖの荷重と、転がり軸受装置１に作用する前後方向Ｈの荷重とに基づいて、転がり軸受装置１に作用するトルクＴｑを算出する回路である。具体的には、トルク算出部６６は、荷重第１の平均荷重算出部６５ａから入力される荷重Ｆｖと、第２の平均荷重算出部６５ｂから入力される荷重Ｆｈとに基づいて、従動輪の回転に伴って転がり軸受装置１に作用するトルクＴｑ、即ち内輪１２及びハブ軸１３に作用するトルクＴｑを算出する回路である。

荷重Ｆｖ，Ｆｈに基づくトルクＴｑの算出は、算出された荷重Ｆｖ，Ｆｈと、転がり軸受装置１に作用する上下方向Ｖの静荷重Ｆ０ｖと、転がり軸受装置１に静荷重が作用している状態における車輪を構成するタイヤの半径ｒと、定数ｋ１とを用いて行うことができる。具体的には、以下の数式（１）に示す演算を行うことによりトルクＴｑを算出することができ、トルク算出部６６によって算出されたトルクＴｑは、仕事率算出部６８に入力される。
Ｔｑ＝Ｆｈ・｛ｒ＋ｋ１・（Ｆｖ−Ｆ０ｖ）｝ …（１）

回転速度検出部６７は、内輪１２及びハブ軸１３の回転速度ωを検出する回路である。具体的には、回転速度検出部６７は、上下方向Ｖに設けられた磁気センサ４，５の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相θ４，θ５に基づいて、内輪１２及びハブ軸１３の回転速度ωを検出する。なお、前後方向Ｈに設けられた磁気センサ２，３の出力信号Ｓｓ，Ｓｃの位相θ２，θ３に基づいて、内輪１２及びハブ軸１３の回転速度ωを検出してもよい。回転速度検出部６７によって検出された回転速度ωは、仕事率算出部６８に入力される。

仕事率算出部６８は、転がり軸受装置１に作用するトルクＴｑと、回転側軌道輪の回転速度ωとに基づいて、転がり軸受装置１の仕事率Ｐを算出する回路である。具体的には、仕事率算出部６８は、トルク算出部６６から入力されるトルクＴｑと、回転速度検出部６７から入力される回転速度ωとに基づいて、転がり軸受装置１の仕事率Ｐを算出する。

トルクＴｑと回転速度ωとに基づく仕事率Ｐの算出は、トルクＴｑと回転速度ωとを掛け合わせることにより行うことができる。即ち、以下の数式（２）に示す演算を行うことにより仕事率Ｐを算出することができ、仕事率算出部６８によって算出された仕事率Ｐは、軸受摩耗量算出部６９に入力される。
Ｐ＝ω・Ｔｑ …（２）

軸受摩耗量算出部６９は、転がり軸受装置１の仕事率Ｐに基づいて、転がり軸受装置１の摩耗量Ｍを算出する回路である。具体的には、軸受摩耗量算出部６９は、仕事率算出部６８から入力される仕事率Ｐに基づいて、転がり軸受装置１の摩耗量Ｍ、即ち、軌道面１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１３ａ及び転動体１４，１５の摩耗の度合いを算出する回路である。

仕事率Ｐに基づく摩耗量Ｍの算出は、仕事率Ｐと時間Ｔの総和（即ち、仕事率Ｐの積分値）に定数ｋ２を掛けることにより行うことができる。即ち、以下の数式（３）に示す演算を行うことにより摩耗量Ｍを算出することができ、軸受摩耗量算出部６９によって算出された摩耗量Ｍは、第１の荷重算出部６４ａと第２の荷重算出部６４ｂとその他の制御装置（不図示）に入力される。なお、下記の数式（３）において、Ｐ_ｎは所定時間における仕事率Ｐであって、Ｔ_ｎは仕事率ＰがＰ_ｎであった所定時間であって、ｎは任意の数である。
Ｍ＝ｋ２・Σ_ｎ（Ｐ_ｎ・Ｔ_ｎ） …（３）

ここで、本実施形態においては、磁気センサ２，３，４，５によって出力された信号に基づいて荷重を算出する荷重算出部（即ち、第１の荷重算出部６４ａ等）と、算出された荷重に基づいて転がり軸受装置１の摩耗量Ｍを算出する軸受摩耗量算出部６９とを備え、この軸受摩耗量算出部６９によって算出された摩耗量Ｍに基づいて荷重が補正される点に特徴がある。

具体的には、本実施形態においては磁気センサ２，３，４，５によって出力された信号に基づいて荷重を算出する荷重算出部として、第１の荷重算出部６４ａと、第２の荷重算出部６４ｂと、第１の平均荷重算出部６５ａと、第２の平均荷重算出部６５ｂとを備えている。そして、第１の荷重算出部６４ａが、位相差Δθｈ，Δθｖと、軸受摩耗量算出部６９から入力される摩耗量Ｍとに基づいて、転がり軸受装置１に作用する荷重Ｆ１ｖ，Ｆ１ｈを算出する構成となっている。このようにして摩耗量Ｍに基づいて荷重Ｆ１ｖ，Ｆ１ｈを算出することにより、位相差に基づいて算出される荷重の測定精度を向上させることができる。

位相差Δθｈ，Δθｖと摩耗量Ｍとに基づく荷重Ｆ１ｖ，Ｆ１ｈの算出は、例えば、摩耗量Ｍに応じた位相差Δθと荷重Ｆ１との関係を示すマップを用いて行うことができる。このようなマップは、位相差Δθｈ，Δθｖと摩耗量Ｍに応じた実際の荷重を測定することによって作成することができる。摩耗量Ｍに応じた位相差Δθと荷重Ｆ１との関係は、例えば、図９に示すように、同じ位相差Δθにおいて、摩耗量Ｍが大きいほど位相差Δθに基づき算出される荷重Ｆ１は小さくなる関係となっている。

また、第２の荷重算出部６４ｂは、ギャップＧと、軸受摩耗量算出部６９から入力される摩耗量Ｍとに基づいて、転がり軸受装置１に作用する荷重Ｆ２ｖ，Ｆ２ｈを算出する。このようにして、摩耗量Ｍに基づいて荷重Ｆ２ｖ，Ｆ２ｈを算出することにより、振幅比に基づいて算出される荷重の測定精度が向上する。

ギャップＧと摩耗量Ｍとに基づく荷重Ｆ２ｖ、Ｆ２ｈの算出は、例えば、摩耗量Ｍに応じたギャップＧと荷重Ｆ２との関係を示すマップを用いて行うことができる。このようなマップは、ギャップＧと摩耗量Ｍに応じた実際の荷重を測定することによって作成することができる。摩耗量Ｍに応じたギャップＧと荷重Ｆ２との関係は、例えば、図１０に示すように、同じギャップＧにおいて、摩耗量Ｍが大きいほどギャップＧに基づき算出される荷重Ｆ２は小さくなる関係となっている。

本実施形態の車両用センサシステムによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）演算処理装置６は、磁気センサ２，３，４，５によって出力された信号に基づいて荷重を算出する荷重算出部（即ち、第１の荷重算出部６４ａ等）と、算出された荷重に基づいて転がり軸受装置１の摩耗量Ｍを算出する軸受摩耗量算出部６９とを備えており、軸受摩耗量算出部６９によって算出された摩耗量Ｍに基づいて荷重が補正される。従って、転がり軸受装置１が摩耗した場合であっても、転がり軸受装置１の摩耗量Ｍに基づいて荷重が補正されるため、転がり軸受装置１に作用する荷重の測定精度を向上することができる。また、転がり軸受装置１の摩耗量Ｍは転がり軸受装置１に作用する荷重に基づいて算出されるため、車輪の総回転数のみに基づいて算出される摩耗量に比べて、転がり軸受装置１の使用状況に応じた摩耗量Ｍを算出することができる。

（２）演算処理装置６は、算出された荷重（即ち、荷重Ｆｖ，Ｆｈ）を用いて内輪１２及びハブ軸１３に作用するトルクＴｑを算出するトルク算出部６６と、算出されたトルクＴｑと内輪１２及びハブ軸１３の回転速度ωとを用いて転がり軸受装置１の仕事率Ｐを算出する仕事率算出部６８とを備えている。そして、軸受摩耗量算出部６９は、算出された仕事率Ｐを用いて摩耗量Ｍを算出する。従って、転がり軸受装置１の摩耗量Ｍを算出するための仕事率ＰやトルクＴｑを検出することを目的とする、その他のセンサや演算処理装置（いずれも不図示）を不要とすることができる。

（３）トルク算出部６６は、トルクＴｑを算出するために用いる荷重として、互いに直交する二方向の荷重（即ち上下方向Ｖの荷重Ｆｖと前後方向Ｈの荷重Ｆｈ）を用いる。このため、二方向の荷重Ｆｖ，Ｆｈを用いることにより、ハブ軸１３に取り付けられる車輪を構成するタイヤの撓みを考慮して、内輪１２及びハブ軸１３に作用するトルクＴｑを算出することができる。

（４）荷重に応じて信号を出力するセンサは複数設けられ（即ち、互いに異なる磁気センサ２，３，４，５を備え）、第１の荷重算出部６４ａと第２の荷重算出部６４ｂは、互いに異なる磁気センサ２，３，４，５によって出力された信号に基づいて複数の荷重を算出する。即ち、第１の荷重算出部６４ａは、磁気センサ２，３によって出力された信号に基づいて荷重Ｆ１ｖを算出し、第２の荷重算出部６４ｂは、磁気センサ４，５によって出力された信号に基づいて荷重Ｆ２ｖを算出する。そして、トルク算出部６６は、トルクＴｑを算出するために用いる荷重として、複数の荷重（即ち、荷重Ｆ１ｖ，Ｆ２ｖ）の平均荷重Ｆｖを用いる構成となっている。このため、上下方向Ｖの荷重Ｆｖの測定精度を向上させて、算出されるトルクＴｑの精度を向上することができる。

（５）第１の荷重算出部６４ａは、磁気センサ４，５によって出力された信号に基づいて荷重Ｆ１ｈを算出し、第２の荷重算出部６４ｂは、磁気センサ２，３によって出力された信号に基づいて荷重Ｆ２ｈを算出する。そして、トルク算出部６６は、トルクＴｑを算出するために用いる荷重として、複数の荷重（即ち、荷重Ｆ１ｈ，Ｆ２ｈ）の平均荷重Ｆｈを用いる構成となっている。このため、前後方向Ｈの荷重Ｆｈの測定精度を向上させて、算出されるトルクＴｑの精度を向上することができる。

（６）演算処理装置６は、磁気センサ４，５によって出力された信号に基づいて、内輪１２及びハブ軸１３の回転速度ωを検出する回転速度検出部６７をさらに備えている。従って、転がり軸受装置１の仕事率Ｐを算出するための回転速度ωを検出することを目的とする、その他のセンサや演算処理装置（いずれも不図示）を不要とすることができる。

（７）荷重算出部（即ち、第１の荷重算出部６４ａ及び第２の荷重算出部６４ｂ）は、磁気センサ２，３，４，５によって出力された信号と、軸受摩耗量算出部６９によって算出された摩耗量Ｍとに基づいて、荷重（即ち、荷重Ｆ１ｖ，Ｆ２ｖ，Ｆ１ｈ，Ｆ２ｈ）を算出する構成となっている。従って、算出された荷重を補正することを目的とする、その他の演算処理装置（不図示）を不要とすることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態は以下のように変更して実施してもよい。

・軸受摩耗量算出部６９から入力される摩耗量Ｍに基づいて、その他の制御装置が、転がり軸受装置１の使用者（即ち、自動車のドライバー）に対して、警告等の報知を行うように構成してもよい。即ち、転がり軸受装置１の摩耗量Ｍが、一定以上となった場合に、その旨を自動車のドライバーに報知するように構成してもよい。

・上記実施形態においては、おねじ部１３ｃに螺合されたナット１６を用いて内輪１２が固定されていたが、ナット１６を用いずに内輪１２を固定するように構成してもよい。例えば、おねじ部１３ｃの代わりに円筒部（不図示）をハブ軸１３の車体側端部に形成して、この円筒部を塑性変形させることにより内輪１２をかしめて固定するように構成してもよい。

・上記実施形態においては、ハブ軸１３は軌道面１３ａが形成された内輪側軌道部材であったが、ハブ軸１３が内輪側軌道部材でなくてもよい。即ち、外周に２列の軌道面が環状に形成された内輪（不図示）をハブ軸１３の外周に嵌めて、転動体１４，１５が内輪に形成された２列の軌道面において転動するように構成してもよい。

・上記実施形態においては、センサロータ１９は開口１９ａを有していたが、例えば、開口１９ａの代わりにスリット（不図示）を有するように構成してもよい。即ち、磁気センサ２，３，４，５が、転がり軸受装置１に作用する荷重に応じて信号を出力することができれば、センサロータ１９の形状や、磁気センサ２，３，４，５の配置等は適宜変更してもよい。

・上記実施形態においては、荷重Ｆ１ｖ，Ｆ１ｈ，Ｆ２ｖ，Ｆ２ｈの算出は、マップを用いて行っていたが、テーブルを参照することにより算出するように構成してもよく、また、演算を行うことにより算出するように構成してもよい。

・上記実施形態においては、第１の荷重算出部６４ａ及び第２の荷重算出部６４ｂが、軸受摩耗量算出部６９によって算出された摩耗量Ｍに基づいて、荷重（即ち、荷重Ｆ１ｖ，Ｆ２ｖ，Ｆ１ｈ，Ｆ２ｈ）を算出していたが、このようなフィードバックの構成としなくてもよい。即ち、例えば、軸受摩耗量算出部６９によって算出された摩耗量Ｍが、ＡＢＳやＴＣＳ等の制御装置（不図示）に入力されて、この制御装置において荷重が補正される構成であってもよい。

・上記実施形態においては、トルクＴｑの算出、仕事率Ｐの算出、及び摩耗量Ｍの算出は、上記数式（１）〜（３）に示す演算を行うことにより算出したが、上記数式（１）〜（３）以外の演算を行って、トルクＴｑ、仕事率Ｐ、摩耗量Ｍを算出してもよい。即ち、算出された荷重に基づいて転がり軸受装置１の摩耗量Ｍを算出することができれば、演算処理装置６の構成を適宜変更してもよい。

・上記実施形態においては、転がり軸受装置１は、自動車の車輪である従動輪を支持するためのハブユニットであったが、駆動輪を支持するハブユニットであってもよく、その場合にも上記実施形態に準じた作用効果を奏することができる。

上記実施形態から把握できる技術的思想について、その効果とともに以下に追記する。
（付記１）
前記演算処理装置は、前記センサによって出力された前記信号に基づいて、前記転がり軸受装置を構成する回転側軌道部材の回転速度を検出する回転速度検出部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の車両用センサシステム。

同構成によれば、演算処理装置は、転がり軸受装置に作用する荷重に応じて信号を出力するセンサによって出力された信号に基づいて、回転側軌道部材の回転速度を検出する回転速度検出部をさらに備えている。従って、転がり軸受装置の仕事率を算出するための回転速度を検出することを目的とする、その他のセンサや演算処理装置を不要とすることができる。

（付記２）
前記荷重算出部は、前記センサによって出力された前記信号と、前記軸受摩耗量算出部によって算出された前記摩耗量とに基づいて、前記荷重を算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４、及び付記１のいずれかに記載の車両用センサシステム。

同構成によれば、荷重算出部は、上記センサによって出力された信号と、軸受摩耗量算出部によって算出された摩耗量とに基づいて、転がり軸受装置に作用する荷重を算出する構成となっている。従って、算出された荷重を補正することを目的とする、その他の演算処理装置を不要とすることができる。

本発明の実施形態に係る車両用センサシステムの概略構成を示すブロック図。 同実施形態に係る転がり軸受装置の概略構成を示す断面図。 図２のＳ−Ｓ部分の断面図。 転がり軸受装置に静荷重が作用している状態における磁気センサとセンサロータとの関係を示す模式図。 （ａ）〜（ｄ）は、転がり軸受装置に静荷重が作用している状態における磁気センサの出力信号を表すグラフ。 転がり軸受装置に上下方向の動荷重が作用している状態における磁気センサとセンサロータとの関係を示す模式図。 （ａ）〜（ｄ）は、転がり軸受装置に上下方向の動荷重が作用している状態における磁気センサの出力信号を表すグラフ。 同実施形態に係る演算処理装置の概略構成を示すブロック図。 摩耗量に応じて変化する位相差と荷重との関係を示す図。 摩耗量に応じて変化するギャップと荷重との関係を示す図。

符号の説明

Ｈ…前後方向、Ｖ…上下方向、Ｓｓ，Ｓｃ…信号（磁気センサの出力信号）、θ２〜θ５…位相、Ａ２〜Ａ５…振幅、Δθｖ，Δθｈ…位相差、Ｒｖ，Ｒｈ…振幅比、Ｆ１ｖ，Ｆ２ｖ，Ｆｖ，Ｆ１ｈ，Ｆ２ｈ，Ｆｈ…荷重、Ｔｑ…トルク、ω…回転速度、Ｐ…仕事率、Ｍ…摩耗量、１…転がり軸受装置、２，３，４，５…磁気センサ、６…演算処理装置、１１…外輪（固定側軌道部材）、１１ａ，１１ｂ…軌道面、１１ｃ…フランジ部、１２…内輪（回転側軌道部材）、１２ａ…軌道面、１３…ハブ軸（回転側軌道部材）、１３ａ…軌道面、１３ｂ…フランジ部、１３ｃ…おねじ部、１４，１５…転動体、１６…ナット、１７…ボルト、１８…カバー、１８ａ…底部、１８ｂ…センサ支持部、１９…センサロータ、１９ａ…開口、１９ｂ…係止片、６１…位相・振幅検出部、６２…位相差取得部、６３…振幅比取得部、６４ａ…第１の荷重算出部、６４ｂ…第２の荷重算出部、６５ａ…第１の平均荷重算出部、６５ｂ…第２の平均荷重算出部、６６…トルク算出部、６７…回転速度検出部、６８…仕事率算出部、６９…軸受摩耗量算出部。

Claims (4)

1. 車両用の転がり軸受装置と、この転がり軸受装置に付設されるとともに前記転がり軸受装置に作用する荷重に応じて信号を出力するセンサと、このセンサを用いて前記転がり軸受装置に作用する荷重を算出するための演算処理装置とを備えた車両用センサシステムであって、
   前記演算処理装置は、前記センサによって出力された前記信号に基づいて前記荷重を算出する荷重算出部と、算出された前記荷重に基づいて前記転がり軸受装置の摩耗量を算出する軸受摩耗量算出部とを備え、
   前記軸受摩耗量算出部によって算出された前記摩耗量に基づいて前記荷重が補正されることを特徴とする車両用センサシステム。
2. 前記転がり軸受装置は、車体に対して固定される固定側軌道部材と、転動体と、この転動体を介して前記固定側軌道部材に対して回転可能な回転側軌道部材とを備え、
   前記演算処理装置は、算出された前記荷重を用いて前記回転側軌道部材に作用するトルクを算出するトルク算出部と、算出された前記トルクと前記回転側軌道部材の回転速度とを用いて前記転がり軸受装置の仕事率を算出する仕事率算出部とをさらに備え、
   前記軸受摩耗量算出部は、算出された前記仕事率を用いて前記摩耗量を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両用センサシステム。
3. 前記トルク算出部は、前記トルクを算出するために用いる前記荷重として、互いに直交する二方向の荷重を用いることを特徴とする請求項２に記載の車両用センサシステム。
4. 前記センサは複数設けられ、前記荷重算出部は、互いに異なる前記センサによって出力された前記信号に基づいて複数の前記荷重を算出し、
   前記トルク算出部は、前記トルクを算出するために用いる前記荷重として、複数の前記荷重の平均荷重を用いることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両用センサシステム。

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