JP2010138959A - Sensor-equipped bearing for wheel - 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.
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面の歪みを検出することにより荷重を検出する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)。また、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も提案されている(例えば特許文献2)。 As a technique for detecting a load applied to each wheel of an automobile, a sensor-equipped wheel bearing that detects a load by detecting a distortion of an outer diameter surface of a flange portion of an outer ring that is a fixed ring of a wheel bearing has been proposed ( For example, Patent Document 1). There has also been proposed a wheel bearing in which a strain gauge is attached to the outer ring of the wheel bearing to detect the strain (for example, Patent Document 2).
さらに、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3)。 Furthermore, a sensor unit comprising a strain generating member and a strain sensor attached to the strain generating member is attached to a fixed ring of the bearing, and the strain generating member has at least two contact fixing portions with respect to the fixed ring, A sensor-equipped wheel bearing has been proposed that has at least one notch portion between adjacent contact fixing portions, and the strain sensor is disposed in the notch portion (for example, Patent Document 3).
特許文献3に開示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。
特許文献1に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある。
例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとするとヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、検出分解能が低下する。
また、特許文献2のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。
In the technique disclosed in
For example, when the load in a certain direction with respect to the wheel bearing increases, the static friction force between the fixed ring flange surface and the knuckle surface does not slip at first, but exceeds a certain size. And it comes to slip over the static friction force. If the load is reduced in this state, it will not slip due to static friction force at first, but it will slip when it reaches a certain size. As a result, hysteresis occurs when an attempt is made to estimate the load at the portion where this deformation occurs. When hysteresis occurs, the detection resolution decreases.
In addition, when a strain gauge is attached to the outer ring as in
また、特許文献1や特許文献2の例に限らず、特許文献3に開示のセンサ付車輪用軸受においても、車輪用軸受の固定輪に歪みセンサが設けられているので、温度が変化した場合、歪みセンサの出力信号が変動する。すなわち、例えば特許文献3に開示のセンサ付車輪用軸受では、温度が変化した場合に、歪みセンサの温度特性および固定輪とセンサユニットとの線膨張率の差などにより歪みセンサの出力信号が変動する。このため、歪みセンサの出力信号から車輪用軸受にかかる荷重を演算・推定した場合、荷重の誤差が大きくなる。
Further, not only in the examples of
上記した温度変化による推定荷重の誤差を低減するために、例えば特許文献3に開示のセンサ付車輪用軸受において、歪みセンサの近傍に温度センサを設置し、この温度センサの出力により、上記した線膨張率の差による歪みセンサ出力信号の補正、および歪みセンサ自体の温度特性の補正を行うことが考えられる。
In order to reduce the error of the estimated load due to the temperature change described above, for example, in the sensor-equipped wheel bearing disclosed in
しかし、車輪用軸受の固定輪である例えば外輪の内部温度と表面の温度とは、荷重による軸受内部(転走面付近)の発熱や、外気との接触条件の変化(風、水分、気温)により異なっていることが多い。この状態では、歪みセンサ出力信号に、外輪内部から表面にかけての温度勾配による熱歪みが重畳することになる。この熱歪みは、上記した温度センサの出力による補正では低減できず、検出誤差が大きくなってしまう。そこで、高い精度で荷重検出を行うためには、上記した熱歪みの影響を補正する新たな対策が必要である。 However, for example, the internal temperature and surface temperature of the outer ring, which is a fixed ring of the wheel bearing, are the heat generated inside the bearing (near the rolling surface) due to the load and changes in contact conditions with the outside air (wind, moisture, temperature). It is often different for each. In this state, the thermal strain due to the temperature gradient from the outer ring to the surface is superimposed on the strain sensor output signal. This thermal distortion cannot be reduced by the correction by the output of the temperature sensor described above, and the detection error becomes large. Therefore, in order to detect the load with high accuracy, a new measure for correcting the influence of the thermal distortion described above is required.
この発明の目的は、軸受内外部の温度差による検出誤差を補正して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を高い精度で安定良く検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。 An object of the present invention is to provide a sensor-equipped wheel bearing capable of correcting a detection error due to a temperature difference between the inside and outside of the bearing and stably detecting a load acting on the wheel bearing and the tire ground contact surface with high accuracy. .
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、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、および前記歪み発生部材に取付けられて前記センサ設置部の温度を検出するセンサ部温度センサからなる1つ以上のセンサユニットを設け、さらに前記固定側部材における前記センサユニットの近傍の周方向位置に、転走面近傍の温度を検出する転走面温度センサを設け、前記センサユニットのセンサの出力信号を前記センサ部温度センサおよび転走面温度センサの出力で補正し、その補正した信号から車輪用軸受もしくはタイヤに加わる荷重を推定する推定手段を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っても良い。前記転走面温度センサを設けるセンサユニットの近傍の周方向位置とは、センサユニットと同じ周方向位置であっても良く、またその近傍であっても良い。
車輪用軸受や、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(例えば外方部材)にも荷重が印加されて変形が生じる。センサユニットにおける歪み発生部材の接触固定部が外方部材に接触固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され、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。
とくに、荷重を推定する推定手段において、センサユニットの歪み発生部材に取付けられてセンサ設置部の温度を検出するセンサ部温度センサ、および固定側部材におけるセンサユニットの近傍の周方向位置に設けられて転走面近傍の温度を検出する転走面温度センサの出力により、センサユニットのセンサの出力信号を補正し、その補正した信号から車輪用軸受もしくはタイヤに加わる荷重を推定するようにしているので、軸受内外部の温度差による検出誤差を補正することで、外気温の変化や、荷重変化による軸受内部発熱の変動の影響を低減することが可能となり、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を高い精度で安定良く検出できる。
The sensor-equipped wheel bearing 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 opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, A wheel bearing comprising a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of the member and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, wherein the fixed side member of the outer member and the inner member A strain generating member having two or more contact fixing portions fixed in contact with the sensor, a sensor attached to the strain generating member to detect strain of the strain generating member, and the sensor attached to the strain generating member One or more sensor units comprising a sensor part temperature sensor for detecting the temperature of the installation part are provided, and rolling is performed to detect the temperature in the vicinity of the rolling surface at a circumferential position in the vicinity of the sensor unit in the stationary member. A surface temperature sensor, A sensor unit sensor output signal is corrected by the sensor unit temperature sensor and the rolling surface temperature sensor output, and an estimation means for estimating a load applied to the wheel bearing or the tire from the corrected signal is provided. To do. The stationary member may be an outward member, for example. The circumferential position in the vicinity of the sensor unit on which the rolling surface temperature sensor is provided may be the same circumferential position as the sensor unit, or may be in the vicinity thereof.
When a load acts between the wheel bearing or the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the stationary side member (for example, the outer member) of the wheel bearing to cause deformation. Since the contact fixing portion of the strain generating member in the sensor unit is fixed in contact with the outer member, the strain of the outer member is transmitted to the strain generating member in an enlarged manner, and the strain is detected with high sensitivity by the sensor, and the output Hysteresis generated in the signal is also reduced, and the load can be estimated with high accuracy.
In particular, in the estimation means for estimating the load, the sensor unit temperature sensor that is attached to the strain generating member of the sensor unit and detects the temperature of the sensor installation unit, and the circumferential member in the vicinity of the sensor unit in the fixed side member are provided. Because the output signal of the sensor of the sensor unit is corrected by the output of the rolling surface temperature sensor that detects the temperature near the rolling surface, the load applied to the wheel bearing or tire is estimated from the corrected signal. By correcting the detection error due to the temperature difference between the inside and outside of the bearing, it becomes possible to reduce the influence of changes in the outside air temperature and fluctuations in the internal heat generation of the bearing due to load changes, acting on the wheel bearings and the tire ground contact surface The load can be detected with high accuracy and stability.
この発明において、前記センサユニットを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、前記推定手段は車輪用軸受もしくはタイヤに加わる径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとしても良い。 In this invention, it is good also as what provides three or more said sensor units, and the said estimation means estimates the radial direction load and axial load which are added to the wheel bearing or a tire from the output signal of the sensor of these sensor units.
この発明において、前記センサユニットを4つ設け、これらのセンサユニットを、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、周方向に互いに90度の位相差をなすように配置しても良い。この構成の場合、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、転動体と転走面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を180度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニットには必ず転動体を介して固定側部材に印加される荷重が伝達され、その荷重をセンサにより検出可能となる。 In the present invention, four sensor units are provided, and these sensor units are arranged in an up-down position and a left-right position with respect to a tire ground contact surface. You may arrange | position so that a 90 degree phase difference may be made | formed in the circumferential direction on the left surface part. In this configuration, the load can be accurately estimated under any load condition. That is, when the load in a certain direction increases, the portion where the rolling element and the rolling surface are in contact with each other and the portion not in contact appear with a 180-degree phase difference. If installed, the load applied to the stationary member is always transmitted to one of the sensor units via the rolling elements, and the load can be detected by the sensor.
この発明において、前記転走面温度センサの個数を、センサユニットの個数と同数とし、かつ前記固定側部材における各センサユニットの周方向位置と位相を合わせて各転走面温度センサを設けても良い。この構成の場合、各センサユニットに対応した転走面近傍の温度を検出することができ、前記推定手段による温度補正をより精度良く行うことができ、それだけ荷重の検出精度を向上させることができる。 In this invention, the number of rolling surface temperature sensors may be the same as the number of sensor units, and each rolling surface temperature sensor may be provided in accordance with the circumferential position and phase of each sensor unit in the fixed side member. good. In the case of this configuration, the temperature in the vicinity of the rolling surface corresponding to each sensor unit can be detected, the temperature correction by the estimation means can be performed with higher accuracy, and the load detection accuracy can be improved accordingly. .
この発明において、前記推定手段は、前記センサ部温度センサの出力と前記転走面温度センサの出力との差により前記センサユニットのセンサの出力信号を補正するものとし、その補正量は予め作成した前記両温度センサの出力差と補正量との一次近似関係式から決定するものとしても良い。この構成の場合、センサユニットのセンサの出力信号に重畳するオフセット量、つまり固定側部材の内部から表面にかけての温度勾配による熱歪みを十分に低減でき、荷重推定値の精度を向上させることができる。 In this invention, the estimation means corrects the output signal of the sensor of the sensor unit based on the difference between the output of the sensor unit temperature sensor and the output of the rolling surface temperature sensor, and the correction amount is prepared in advance. It is good also as what determines from the linear approximation relational expression of the output difference of both said temperature sensors, and a correction amount. In the case of this configuration, the amount of offset superimposed on the sensor output signal of the sensor unit, that is, the thermal distortion due to the temperature gradient from the inside to the surface of the stationary member can be sufficiently reduced, and the accuracy of the load estimated value can be improved. .
この発明において、前記固定側部材に転走面付近に達する孔を設け、この孔の内部に前記転走面温度センサを埋設しても良い。 In this invention, the fixed side member may be provided with a hole reaching the vicinity of the rolling surface, and the rolling surface temperature sensor may be embedded in the hole.
この発明において、前記固定側部材の複列の転走面の中間位置において径方向に貫通する貫通孔を設け、この貫通孔に挿通される信号線に接続された前記転走面温度センサを転走面近傍に設けても良い。この構成の場合、固定側部材の転走面近傍に転走面温度センサを容易に設置できる。 In the present invention, a through-hole penetrating in the radial direction is provided at an intermediate position between the double-row rolling surfaces of the fixed side member, and the rolling surface temperature sensor connected to the signal line inserted through the through-hole is rolled. It may be provided near the running surface. In the case of this configuration, the rolling surface temperature sensor can be easily installed near the rolling surface of the fixed member.
この発明において、前記固定側部材の転走面が形成される周面にリング状の温度センサ支持部材を嵌合させ、この温度センサ支持部材に前記転走面温度センサを埋設しても良い。この構成の場合、転走面温度センサの固定や位置合わせ作業を簡単に行うことができる。 In this invention, a ring-shaped temperature sensor support member may be fitted to the peripheral surface on which the rolling surface of the fixed member is formed, and the rolling surface temperature sensor may be embedded in the temperature sensor support member. In the case of this configuration, the rolling surface temperature sensor can be fixed and aligned easily.
この発明において、前記温度センサ支持部材の内部に、前記転走面温度センサの実装および配線のためのフレキシブル基板を設けても良い。この構成の場合、フレキシブル基板を利用し温度センサ支持部材内部での転走面温度センサの配線処理を行なえるので、配線処理が容易で、構成がコンパクトになり、断線などの発生も解消できる。また、複数の転走面温度センサを配置する場合でも、配線・固定作業を簡単に行うことができる。 In this invention, you may provide the flexible substrate for mounting and wiring of the said rolling surface temperature sensor inside the said temperature sensor support member. In the case of this configuration, since the wiring process of the rolling surface temperature sensor can be performed inside the temperature sensor support member using the flexible substrate, the wiring process is easy, the configuration becomes compact, and the occurrence of disconnection or the like can be eliminated. Even when a plurality of rolling contact surface temperature sensors are arranged, wiring and fixing work can be easily performed.
この発明において、前記転走面温度センサを複数個設け、これらの温度センサに接続される信号線を1つの貫通孔に挿通してこの貫通孔を密封しても良い。この構成の場合、配線処理が容易となり、貫通孔を介して固定側部材の内部に水分が浸入するのを防止できる。 In the present invention, a plurality of rolling surface temperature sensors may be provided, and signal lines connected to these temperature sensors may be inserted into one through hole to seal the through hole. In the case of this configuration, wiring processing is facilitated, and moisture can be prevented from entering the inside of the fixed side member through the through hole.
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、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、および前記歪み発生部材に取付けられて前記センサ設置部の温度を検出するセンサ部温度センサからなる1つ以上のセンサユニットを設け、さらに前記固定側部材における前記センサユニットの近傍の周方向位置に、転走面近傍の温度を検出する転走面温度センサを設け、前記センサユニットのセンサの出力信号を前記センサ部温度センサおよび転走面温度センサの出力で補正し、その補正した信号から車輪用軸受もしくはタイヤに加わる荷重を推定する推定手段を設けたため、軸受内外部の温度差による検出誤差を補正して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を高い精度で安定良く検出できる。 The sensor-equipped wheel bearing 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 opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, A wheel bearing comprising a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of the member and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, wherein the fixed side member of the outer member and the inner member A strain generating member having two or more contact fixing portions fixed in contact with the sensor, a sensor attached to the strain generating member to detect strain of the strain generating member, and the sensor attached to the strain generating member One or more sensor units comprising a sensor part temperature sensor for detecting the temperature of the installation part are provided, and rolling is performed to detect the temperature in the vicinity of the rolling surface at a circumferential position in the vicinity of the sensor unit in the stationary member. A surface temperature sensor, The sensor unit sensor output signal is corrected by the sensor unit temperature sensor and the rolling surface temperature sensor output, and the estimation means for estimating the load applied to the wheel bearing or tire from the corrected signal is provided. By correcting the detection error due to the temperature difference, it is possible to stably detect the load acting on the wheel bearing and the tire ground contact surface with high accuracy and stability.
この発明の一実施形態を図1ないし図6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。 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。
As shown in the sectional view of FIG. 1, the bearing for this sensor-equipped wheel bearing 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には周方向複数箇所にナックル取付用のねじ孔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に螺合することで、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。
The
The
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。前記車体取付用フランジ1aは、図2のように、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。
FIG. 2 shows a front view of the
固定側部材である外方部材1の外径面には、4個のセンサユニット20が設けられている。ここでは、これらのセンサユニット20が、タイヤ接地面に対して上下位置および前後位置となる外方部材1の外径面における上面部、下面部、右面部、および左面部に、周方向に相互に90度の位相差をなすように設けられている。
Four
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、歪み発生部材21に取付けられて歪みセンサ22の設置部の温度を検出するセンサ部温度センサ28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均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部21bを有する。また、歪み発生部材21は、外方部材1の外径面にスペーサ23を介して接触固定される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。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。想定される最大の力は、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。
3 and 4, the
前記センサユニット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、かつ両接触固定部21aが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。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の周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部21aが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材1のアウトボード側列の転走面3の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面3の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面3の中間位置からアウトボード側列の転走面3の形成部までの範囲である。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スペーサ23が接触固定される箇所には平坦部1bが形成される。
In the
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。
固定側部材である前記外方部材1の外周には、前記各センサユニット20を覆う保護カバー35が設けられている。この保護カバー35は、図1のように軸方向に延びる円筒部35aと、この円筒部35aのアウトボード側端から内径側に延びる立板部35bとを有する断面L字状で、外方部材1と同心のリング状部材からなる。保護カバー35の立片部35bの内径側端を外方部材1の外径面に、また保護カバー35の円筒部35aのインボード側端を外方部材1の車体取付用フランジ1aのアウトボード側を向く側面にそれぞれ固定することで、外方部材1の外径面に設けられる全てのセンサユニット20を覆うように、保護カバー35が外方部材1に取付けられる。保護カバー35の円筒部35aのインボード側端と、外方部材1の外径面との間には隙間が設けられている。保護カバー35の材質は、プラスチックやゴムであっても良く、また金属製であっても良い。
A
また、図1のように、保護カバー35で覆われる全てのセンサユニット20における歪みセンサ22の信号線36、センサ部温度センサ28の信号線37、および後述する転走面温度センサ29の信号線38が、保護カバー35の一箇所から保護カバーの外側に引き出される。例えば図1の例では、全ての歪みセンサ22の信号線36、全てのセンサ部温度センサ28の信号線37、および全ての転走面温度センサ29の信号線38を、保護カバー35の円筒部35aの内周面における周方向の一箇所からインボード側に延ばして、外方部材1の車体取付用フランジ1aにおける谷部、つまり周方向に隣り合う2つの突片1aa(図2)の中間位置から外部に引き出すようにしている。
Further, as shown in FIG. 1, the signal line 36 of the
また、図5に拡大断面図で示すように、固定側部材である外方部材1には、その複列の転走面3のうちアウトボード側列の転走面3の近傍の温度を検出する転走面温度センサ29が設けられている。この転走面温度センサ29は、外方部材1の外径面に設けられる4つのセンサユニット20に対応させて4つ設けられる。各転走面温度センサ29は、固定側部材である外方部材1におけるセンサユニット20の近傍の周方向位置に配置される。具体的には、各転走面温度センサ29は、外方部材1には、その外径面における前記各センサユニット20の設置部の近傍から径方向に延びて前記転走面3付近に達する4つの温度センサ埋込用孔32が設けられ、これら各孔32内の転走面3に近い底部に前記各転走面温度センサ29がそれぞれ埋設される。各孔32の底部は、これらの孔32の形成により軸受寿命が低下することのない範囲で、転走面3に近いほど好ましく、例えば、転走面3の焼入れ硬化処理層と未硬化部分との境界付近とされる。これら各転走面温度センサ29に接続された信号線38は、前記温度センサ埋込用孔32から対応するセンサユニット20を経て、他の信号線36,37と共に、上記したように前記保護カバー35から外部に引き出される。
Further, as shown in an enlarged cross-sectional view in FIG. 5, the
センサユニット20の歪みセンサ22、センサ部温度センサ28、および転走面温度センサ29は、推定手段30に接続される。推定手段30は、歪みセンサ22の出力信号により、車輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に作用する力(垂直方向荷重Fz ,駆動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )を推定する手段であり、前記センサ部温度センサ28および前記転走面温度センサ29の出力で前記歪みセンサ22の出力信号を補正する温度補正手段31を有する。推定手段30では、前記温度補正手段31で補正した歪みセンサ22の出力信号から、前記垂直方向荷重Fz 、駆動力となる荷重Fx 、および軸方向荷重Fy を推定する。
The
歪みセンサ22の出力信号には温度ドリフト特性があるため、センサユニット20に設けられたセンサ部温度センサ28で測定されるセンサユニット20の温度や外気温で歪みセンサ2の出力信号を補正すれば、温度ドリフト特性による検出誤差を低減することができる。しかし、軸受内部の発熱量や、軸受の外気への放熱状態が変化すると、外方部材1の熱歪み成分が歪みセンサ22の出力信号に重畳して検出精度を悪化させる。
Since the output signal of the
そこで、前記推定手段30における温度補正手段31では、センサ部温度センサ28が検出する歪みセンサ22の設置部の温度Ts と、転走面温度センサ29が検出する外方部材1の内部温度である転走面3の近傍の温度Ti とにより、次のように前記歪みセンサ22の出力信号を補正する。
先ず、外方部材1の内外温度差として、ΔT=Ti −Ts を求める。外方部材1の内外の温度勾配と歪みセンサ22の出力信号に重畳するオフセット量との関係は、外方部材1の構造などによって決まり、図6にグラフで示すような比例関係で近似できる。なお、図6では、センサユニット20の温度を一定とし、温度差ΔT=0のときの歪みセンサ22の出力信号をS0 としている。
次に、温度補正手段31では、図6のグラフから係数を求めておいて、前記内外温度差ΔTを用いて、歪みセンサ22の出力信号の補正値を、
補正値=(歪みセンサ22の出力)+(センサ部温度によるオフセットO(Ts ))
+(温度勾配によるオフセットG(ΔT))
として求める。ただし、
O(Ts ):線膨張の差によるオフセット量+歪みセンサ22の温度特性
G(ΔT):温度勾配によるオフセット量
Therefore, the temperature correction means 31 in the estimation means 30 includes the temperature Ts of the installation part of the
First, ΔT = Ti−Ts is obtained as the temperature difference between the inside and outside of the
Next, the
Correction value = (output of strain sensor 22) + (offset O (Ts) due to sensor temperature)
+ (Offset G (ΔT) due to temperature gradient)
Asking. However,
O (Ts): offset amount due to difference in linear expansion + temperature characteristic of strain sensor 22 G (ΔT): offset amount due to temperature gradient
推定手段30は、前記作用力と前記温度補正手段31で求めた歪みセンサ22の出力信号の補正値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、入力された補正値から前記関係設定手段を用いて作用力の値を出力する。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。
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における歪み発生部材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。
とくに、センサユニット20の歪み発生部材21に歪みセンサ22の設置部の温度を検出するセンサ部温度センサ28を取付け、外方部材1におけるセンサユニット20の近傍の周方向位置に、転走面3の近傍の温度を検出する転走面温度センサ29を設け、推定手段30では、温度補正手段31により、歪みセンサ22の出力信号をセンサ部温度センサ28および転走面温度センサ29の出力で補正し、その補正した信号から車輪用軸受もしくはタイヤに加わる荷重を推定するようにしているので、外気温の変化や、荷重変化による軸受内部発熱の変動の影響を低減することが可能となり、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を高い精度で安定良く検出でき、走行中の降雨や外気温の変化があっても荷重検出に影響を受けにくくなる。
When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the
In particular, a sensor
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車両制御に使用することにより、高い荷重がかかる条件で走行する場合でも検出精度が悪化することがなく、正確な車両制御により安全性を高めることができる。
In the above description, the case where the acting force between the wheel tire and the road surface is detected is shown. However, not only the acting force between the wheel tire and the road surface but also the force acting on the wheel bearing (for example, the preload amount) is detected. It is also good.
By using the detection load obtained from this sensor-equipped wheel bearing for vehicle control, the detection accuracy will not deteriorate even when traveling under conditions with high load, and safety will be improved by accurate vehicle control. Can do.
また、この実施形態では、センサユニット20を4つ設け、これらのセンサユニット20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外方部材1の外径面の上面部、下面部、右面部および左面部に、周方向に互いに90度の位相差をなすように配置しているので、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3,4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。
Further, in this embodiment, four
また、この実施形態では、前記転走面温度センサ29の個数を、センサユニット20の個数と同数の4つとし、かつ外方部材1における各センサユニット20の周方向位置と位相を合わせて各転走面温度センサ29を設けているので、各センサユニット20に対応した転走面近傍の温度を検出することができ、前記推定手段30の温度補正手段31による補正をより精度良く行うことができ、最終的に得られる荷重推定値の精度をそれだけ向上させることができる。
In this embodiment, the number of the rolling
また、この実施形態では、前記推定手段30の温度補正手段31により、前記センサ部温度センサ28の出力と前記転走面温度センサ29の出力との差によりセンサユニット20の歪みセンサ22の出力信号を補正するものとし、その補正量は予め作成した前記両温度センサ28,29の出力差と補正量との一次近似関係式(図6)から決定するものとしているので、歪みセンサ22の出力信号に重畳しているオフセット量、つまり外方部材1の内部から表面にかけての温度勾配による熱歪みを十分に低減でき、荷重推定値の精度を向上させることができる。
In this embodiment, the temperature correction means 31 of the estimation means 30 causes the output signal of the
図7および図8は、前記実施形態における転走面温度センサ29の他の設置例を示す。この設置例では、固定側部材である外方部材1の複列の転走面3の中間位置において、径方向に貫通する1つの貫通孔33を設け、この貫通孔33に転走面温度センサ29に接続される信号線38を挿通させることにより、転走面温度センサ29を外方部材1の転走面3の近傍に配置している。転走面温度センサ29の信号線38がセンサユニット20を経て、歪みセンサ22の信号線36やセンサ部温度センサ28の信号線37と共に、保護カバー35の一箇所から外部に引き出される。
7 and 8 show another installation example of the rolling contact
外方部材1の内径面における前記転走面温度センサ29で温度検出される転走面3の近傍には、図8(A)に示すリング状の温度センサ支持部材39が圧入嵌合され、この温度センサ支持部材39に転走面温度センサ29が埋設される。温度センサ支持部材39は、図8(B)に部分断面図で示すように、その内径面の一部に凹陥部39aが設けられ、この凹陥部39aに転走面温度センサ29の配線を形成したフレキシブル基板40が設けられ、このフレキシブル基板40に転走面温度センサ29が実装される。図8(A)では、温度センサ支持部材39の一箇所の凹陥部39aに転走面温度センサ29を設けた例を示しているが、各センサユニット20の設置部に対応する周方向の各位置に分けて4つの転走面温度センサ29を設けても良い。各位置での転走面温度を測定する事で、より精度良く温度補正が可能となる。
各転走面温度センサ29の信号線38は1つの貫通孔33を挿通して外方部材1の外周側に引き出され、貫通孔33はシール部材41により密封される。
A ring-shaped temperature
The
この転走面温度センサ29の設置例では、外方部材1の複列の転走面3の中間位置において径方向に貫通する貫通孔33を設け、この貫通孔33に挿通される信号線38に接続された転走面温度センサ29を転走面3近傍に設けたため、外方部材1の内径面の転走面3の近傍に転走面温度センサ29を容易に設置できる。
In this installation example of the rolling contact
また、外方部材1の転走面3が形成される内径面にリング状の温度センサ支持部材39を嵌合させ、この温度センサ支持部材39に転走面温度センサ29を埋設しているので、転走面温度センサ29の固定や位置合わせ作業を簡単に行うことができる。
Further, a ring-shaped temperature
また、温度センサ支持部材39の内部に、転走面温度センサ29の実装および配線のためのフレキシブル基板40を設けているので、フレキシブル基板40を利用して温度センサ支持部材39内部での転走面温度センサ29の配線処理を行なうことができ、配線処理が容易で、構成がコンパクトになり、断線などの発生も解消できる。また、複数の転走面温度センサ29を配置する場合でも、配線・固定作業を簡単に行うことができる。
Moreover, since the
また、転走面温度センサ29を複数個設け、これらの温度センサ29に接続される信号線38を1つの貫通孔33に挿通して、この貫通孔33をシール部材41で密封しているので、配線処理が容易となり、貫通孔33を介して外方部材1の内部に水分が浸入するのを防止できる。
Further, a plurality of rolling contact
1…外方部材
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
22…歪みセンサ
28…センサ部温度センサ
29…転走面温度センサ
30…推定手段
31…温度補正手段
32…温度センサ埋込用孔
33…貫通孔
39…温度センサ支持部材
40…フレキシブル基板
41…シール部材
DESCRIPTION OF
Claims (11)
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、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、および前記歪み発生部材に取付けられて前記センサ設置部の温度を検出するセンサ部温度センサからなる1つ以上のセンサユニットを設け、さらに前記固定側部材における前記センサユニットの近傍の周方向位置に、転走面近傍の温度を検出する転走面温度センサを設け、前記センサユニットのセンサの出力信号を前記センサ部温度センサおよび転走面温度センサの出力で補正し、その補正した信号から車輪用軸受もしくはタイヤに加わる荷重を推定する推定手段を設けたことを特徴とする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 double row rolling element, and a wheel bearing for rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body,
A strain generating member having two or more contact fixing parts fixed in contact with the fixed side member of the outer member and the inner member, and detecting the strain of the strain generating member attached to the strain generating member And at least one sensor unit comprising a sensor part temperature sensor that is attached to the strain generating member and detects the temperature of the sensor installation part, and in the circumferential direction of the fixed member in the vicinity of the sensor unit A rolling surface temperature sensor for detecting the temperature in the vicinity of the rolling surface is provided at the position, and the output signal of the sensor of the sensor unit is corrected with the output of the sensor unit temperature sensor and the rolling surface temperature sensor, and the corrected signal A wheel bearing with a sensor, characterized in that an estimation means for estimating a load applied to a wheel bearing or a tire is provided.
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