JP2011252883A - Wheel bearing with sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wheel bearing with a compact configuration and good assemblability having a sensor that can accurately detect load on the bearing part of a wheel.SOLUTION: A wheel bearing consists of a rolling element 5 provided between double rows of a rotation surface 3 of an outer member 1 and double rows of a rotation surface 4 of an inner member 2 facing each other. A fixed-side member of the outer member 1 and the inner member 2 has, on its outer periphery, a vehicle attachment flange 1a that is attached to a knuckle. One or more load detection sensor units 20 are provided on the outer diameter surface of the fixed-side member. The sensor unit 20 consists of a distortion generating member with two or more contact fixing parts that are in contact and fixed to the fixed-side member, and one or more sensors that are attached to the distortion generating member and detect a distortion of the distortion generating member. An arithmetic processing circuit 31 composed of an arc circuit board and circuit elements mounted on the circuit board is attached on a side surface of the vehicle attachment flange 1a to perform arithmetic processing of output signals from the sensors.

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、図17のように車輪用軸受の固定輪である外輪90に歪みゲージ91を貼り付け、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、車輪に設けた複数の歪みセンサの出力信号から、車輪にかかる荷重を推定する演算方法も提案されている(例えば特許文献2)。   As a technique for detecting a load applied to each wheel of an automobile, as shown in FIG. 17, a strain gauge 91 is attached to an outer ring 90 that is a fixed ring of a wheel bearing, and the load is detected by detecting the strain. A bearing has been proposed (for example, Patent Document 1). In addition, a calculation method for estimating a load applied to a wheel from output signals of a plurality of strain sensors provided on the wheel has been proposed (for example, Patent Document 2).

特表2003−530565号公報Special table 2003-530565 gazette 特表2008−542735号公報Special table 2008-542735 gazette

特許文献1,2に開示の技術のように、歪みセンサを用いて車輪にかかる荷重を計測する場合、環境温度によるセンサのドリフトや、センサユニットの取付けに伴う歪みによる初期ドリフトが問題となる。
このセンサユニットの取付けに伴う歪みによるドリフトは、歪みセンサを設置した状態でオフセット調整し、その位置からの変化分を信号出力として換算することで解消し、歪み信号を正確に検出することができる。
When the load applied to the wheel is measured using a strain sensor as in the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2, the drift of the sensor due to the environmental temperature and the initial drift due to the strain associated with the attachment of the sensor unit become a problem.
The drift due to distortion caused by the mounting of this sensor unit can be eliminated by adjusting the offset with the strain sensor installed and converting the change from the position as a signal output, so that the distortion signal can be detected accurately. .

上記したセンサ出力信号のオフセット機能を持たせた荷重推定手段として、例えば図18〜図20にブロック図で示す構成のものが考えられる。この例でのセンサユニット110は、車輪用軸受の固定輪である外輪に取付けた歪み発生部材と、この歪み発生部材に固定される歪みセンサとで構成される。   As the load estimation means having the above-described sensor output signal offset function, for example, those shown in block diagrams in FIGS. The sensor unit 110 in this example includes a strain generating member attached to an outer ring that is a fixed ring of a wheel bearing, and a strain sensor fixed to the strain generating member.

図18の荷重推定手段は、増幅回路101、オフセット調整回路102、記憶手段103、各種の補正回路104、信号出力回路106、およびコントロール回路107を有する。コントロール回路107は、前記オフセット調整回路102、記憶手段103、補正回路104、信号出力回路106などの制御を行うとともに、オフセット調整などの前処理が施されたセンサ出力信号を12〜16ビット程度の分解能を持つAD変換器108(図20)でデジタル化し、このデジタル化されたセンサ出力信号に基づき、その荷重演算機能によって車輪用軸受にかかる荷重を演算し推定する。オフセット調整回路102は、センサユニット110の初期オフセットや車輪用軸受への固定によるオフセットを、正規の値に調整するものであり、コントロール回路107による調整、もしくは外部からの指令による調整が可能とされている。   18 includes an amplification circuit 101, an offset adjustment circuit 102, a storage unit 103, various correction circuits 104, a signal output circuit 106, and a control circuit 107. The control circuit 107 controls the offset adjustment circuit 102, the storage means 103, the correction circuit 104, the signal output circuit 106, and the like, and outputs a sensor output signal subjected to preprocessing such as offset adjustment to about 12 to 16 bits. It digitizes with AD converter 108 (FIG. 20) with resolution | decomposability, Based on this digitized sensor output signal, the load concerning a wheel bearing is calculated and estimated by the load calculation function. The offset adjustment circuit 102 adjusts the initial offset of the sensor unit 110 and the offset due to fixing to the wheel bearing to a normal value, and can be adjusted by the control circuit 107 or by an external command. ing.

図19には、センサユニット110、増幅回路101、およびオフセット調整回路102の具体的な接続構成例を示す。オフセット調整回路102は、オペアンプOP、抵抗R3、R4、可変抵抗器VR1,VR2などからなる加算器として構成される。この場合、センサ付車輪用軸受の組立完了後にセンサ出力が規定値(ゼロ点電圧)になるように、可変抵抗器VRI,VR2の抵抗値が調整されて固定される。   FIG. 19 shows a specific connection configuration example of the sensor unit 110, the amplifier circuit 101, and the offset adjustment circuit 102. The offset adjustment circuit 102 is configured as an adder including an operational amplifier OP, resistors R3 and R4, variable resistors VR1 and VR2. In this case, the resistance values of the variable resistors VRI and VR2 are adjusted and fixed so that the sensor output becomes a specified value (zero point voltage) after the assembly of the sensor-equipped wheel bearing is completed.

しかし、 図18に示す荷重推定手段の回路構成としても、センサユニット110の取付けに伴う歪みの程度や、センサ素子Rg(図19)自体の特性ばらつきをカバーするには、回路に大きなオフセットの調整幅を持たせる必要があり、その調整工程も必要となるため、製造コストが増加してしまう。
また、長期運転中に大きなオフセット変動が発生した場合、その大きさによっては後段の増幅回路101が飽和してしまい、荷重の検出が困難になってしまう。
However, even with the circuit configuration of the load estimation means shown in FIG. 18, in order to cover the degree of distortion associated with the mounting of the sensor unit 110 and the characteristic variation of the sensor element Rg (FIG. 19) itself, Since it is necessary to provide a width and an adjustment step is required, the manufacturing cost increases.
In addition, when a large offset fluctuation occurs during long-term operation, the amplification circuit 101 at the subsequent stage is saturated depending on the magnitude, and it becomes difficult to detect the load.

また、図20のように、軸受の外輪120に搭載する歪みセンサ111の数が増えた場合、上記した増幅回路101およびオフセット調整回路102を含む前処理回路も素子数と同じく増加するため、回路基板のサイズが大きくなり、軸受外輪120上に搭載することが難しくなる。そのため、前処理回路を軸受とは離れた場所に設置し、センサ出力信号を引き回す手法をとることになるが、この場合、ケーブルの本数が増加して、足回り部品からボディー側まで太い配線を設置することになり、作業性・信頼性の低下を引き起こす。また、微弱なセンサ出力信号を長い配線で引き出すため、ノイズの影響も大きくなってしまうという問題もある。   Further, as shown in FIG. 20, when the number of strain sensors 111 mounted on the outer ring 120 of the bearing is increased, the preprocessing circuit including the amplification circuit 101 and the offset adjustment circuit 102 is also increased in the same manner as the number of elements. The size of the substrate becomes large, and it becomes difficult to mount on the bearing outer ring 120. For this reason, a pretreatment circuit is installed at a location away from the bearing and the sensor output signal is routed.However, in this case, the number of cables increases, and thick wiring from the suspension parts to the body side is required. It will be installed, causing workability and reliability to deteriorate. In addition, since a weak sensor output signal is extracted by a long wiring, there is a problem that the influence of noise is increased.

そこで、図20に示すAD変換器108を図21や図22のように軸受の外輪120上に配置し、配線数を低減する構成が考えられる。しかし、この場合、センサユニット110毎にAD変換器108を設ける必要があり、コストアップとなる。図21や図22では、1つのAD変換器108を2つのセンサユニット110で共用したり、1つのAD変換器108を4つのセンサユニット110で共用する例を示しているが、AD変換器108を具体的にどのように固定するかが新たな問題となる。例えば、外輪120の円筒部外周面にAD変換器108を設ける場合、外輪120の外周面にセンサユニット取付用のものと同様の台座を設ける必要があるが、これでは外輪120の円筒部が上下左右で非対称となるため、センサユニット110の構成要素となる複数の歪みセンサのセンサ出力信号が複雑化してしまう。外輪120の外周にセンサユニット110を覆う保護カバーを設ける構成例の場合には、その保護カバーに上記AD変換器108を固定することも考えられる。しかし、この場合には、保護カバーの取付け時に回路の配線を行わなければならないので、軸受の組立性が悪くなる。   Therefore, a configuration is conceivable in which the AD converter 108 shown in FIG. 20 is arranged on the outer ring 120 of the bearing as shown in FIGS. 21 and 22 to reduce the number of wires. However, in this case, it is necessary to provide the AD converter 108 for each sensor unit 110, resulting in an increase in cost. 21 and FIG. 22 show examples in which one AD converter 108 is shared by two sensor units 110 and one AD converter 108 is shared by four sensor units 110. However, the AD converter 108 is shown. It becomes a new problem how to fix concrete. For example, when the AD converter 108 is provided on the outer peripheral surface of the cylindrical portion of the outer ring 120, it is necessary to provide a pedestal similar to that for mounting the sensor unit on the outer peripheral surface of the outer ring 120. Since the left and right are asymmetric, sensor output signals of a plurality of strain sensors that are constituent elements of the sensor unit 110 are complicated. In the case of a configuration example in which a protective cover that covers the sensor unit 110 is provided on the outer periphery of the outer ring 120, it is conceivable to fix the AD converter 108 to the protective cover. However, in this case, since circuit wiring must be performed when the protective cover is attached, the assembly of the bearing is deteriorated.

このように、センサ出力信号を処理する演算処理回路に上記したAD変換器などを付加する場合には、その演算処理回路をどのように設置するかが新たな問題として生じる。   As described above, when the above-described AD converter or the like is added to the arithmetic processing circuit that processes the sensor output signal, a new problem arises as to how to install the arithmetic processing circuit.

この発明の目的は、コンパクトな構成で、演算処理回路等の組立性も良く、車輪の軸受部にかか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。   An object of the present invention is to provide a sensor-equipped wheel bearing that has a compact configuration, is easy to assemble such as an arithmetic processing circuit, and can accurately detect a load applied to a bearing portion of the wheel.

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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、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、上記固定側部材の外径面に1つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、このセンサユニットは前記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1つ以上のセンサからなり、前記車体取付用のフランジの側面に、円弧状の回路基板およびこの回路基板上に実装された回路素子により構成されて前記センサの出力信号を演算処理する演算処理回路を取付けたことを特徴とする。この場合の固定側部材は例えば軸受の外方部材である。   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 plurality of rolling elements interposed between the opposing rolling surfaces of the member, and the fixed side member of the outer member and the inner member has a flange for mounting the vehicle body attached to the knuckle on the outer periphery, In a wheel bearing for rotatably supporting a wheel with respect to a vehicle body, one or more load detection sensor units are provided on an outer diameter surface of the fixed side member, and the sensor unit is fixed in contact with the fixed side member. A strain generating member having two or more contact fixing portions, and one or more sensors attached to the strain generating member to detect the strain of the strain generating member, on the side surface of the flange for mounting the vehicle body , Arc-shaped circuit board and this circuit board Wherein the formed of a mounted circuit elements mounted an arithmetic processing circuit for processing an output signal of the sensor. In this case, the fixed member is, for example, an outer member of the bearing.

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が固定側部材に接触固定されているので、固定側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荷重を精度良く推定できる。
特に、固定側部材の車体取付用のフランジの側面に、円弧状の回路基板およびこの回路基板上に実装される回路素子からなり、前記センサユニットのセンサ出力信号を演算処理する演算処理回路を取付けているので、固定側部材の円筒部の周面の形状に変化を持たせることなく、コンパクトな構成でAD変換器などを含む演算処理回路を取付けることができて、組立性も良く、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。
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 strain generating member in the sensor unit is fixed in contact with the stationary member, the strain of the stationary member is transmitted to the strain generating member in an enlarged manner, and the strain is detected with high sensitivity and the load can be accurately estimated.
In particular, an arithmetic processing circuit, which comprises an arc-shaped circuit board and a circuit element mounted on the circuit board, is mounted on the side surface of the flange for mounting the vehicle on the fixed side member, and performs arithmetic processing on the sensor output signal of the sensor unit. Therefore, it is possible to attach an arithmetic processing circuit including an AD converter in a compact configuration without changing the shape of the peripheral surface of the cylindrical portion of the fixed side member, and the assembly property is good. The load applied to the bearing portion can be accurately detected.

この発明において、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号をAD変換するAD変換器を備えるものであっても良い。   In this invention, the arithmetic processing circuit may include an AD converter that AD converts the output signal of the sensor.

この発明において、前記演算処理回路は、前記センサのオフセットを正規の値に調整するオフセット調整回路と、前記センサの出力信号を増幅する増幅回路とを備えるものであっても良い。前記演算処理回路は、正規化の処理としてオフセット調整を行う。   In this invention, the arithmetic processing circuit may include an offset adjustment circuit that adjusts the offset of the sensor to a normal value, and an amplification circuit that amplifies the output signal of the sensor. The arithmetic processing circuit performs offset adjustment as normalization processing.

この発明において、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を備えるものであっても良い。   In this invention, the said arithmetic processing circuit may be provided with the load estimation means which estimates the load added to a wheel from the output signal of the said sensor.

この発明において、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号の平均値を用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第1の荷重推定手段と、前記センサの出力信号の振幅値、またはその振幅値と前記平均値とを用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第2の荷重推定手段と、車輪回転速度に応じて、前記第1および第2の荷重推定手段のうちいずれかの推定荷重値を切り替え選択して出力する選択出力手段とを備えるものとしても良い。
この構成の場合、車輪が静止あるいは低速状態のときには時間平均処理することなく求められる平均値から得られる第1の荷重推定手段の推定荷重値を出力することで、検出処理時間を短くできる。また、車輪が通常回転状態にあるときには、センサ出力信号の平均値と振幅値を精度良く演算できるので、振幅値、または平均値と振幅値とから得られる第2の荷重推定手段の推定荷重値を出力することで、推定荷重値の誤差が小さくなり、検出遅延時間も十分短くなる。
その結果、車輪にかかる荷重を正確に推定でき、かつ検出した荷重信号を遅延なく出力できる。このため、その荷重信号を利用した車両の制御の応答性や制御性が向上し、より安全性や走行安定性を高めることができる。
In the present invention, the arithmetic processing circuit includes: a first load estimating unit that estimates a load acting on the wheel bearing using an average value of the output signal of the sensor; and an amplitude value of the output signal of the sensor, or its One of the second load estimating means for estimating the load acting on the wheel bearing using the amplitude value and the average value, and one of the first and second load estimating means according to the wheel rotation speed. Selection output means for switching and selecting the estimated load value may be provided.
In the case of this configuration, the detection processing time can be shortened by outputting the estimated load value of the first load estimating means obtained from the average value obtained without performing the time averaging process when the wheel is stationary or at a low speed. In addition, when the wheel is in the normal rotation state, the average value and the amplitude value of the sensor output signal can be calculated with high accuracy. Therefore, the estimated load value of the second load estimating means obtained from the amplitude value or the average value and the amplitude value. Is output, the error of the estimated load value is reduced, and the detection delay time is sufficiently shortened.
As a result, the load applied to the wheel can be accurately estimated, and the detected load signal can be output without delay. For this reason, the responsiveness and controllability of the vehicle control using the load signal are improved, and safety and running stability can be further improved.

この場合に、前記センサユニットは3つ以上の接触固定部と2つのセンサを有し、隣り合う第1および第2の接触固定部の間、および隣り合う第2および第3の接触固定部の間に各センサをそれぞれ取付け、隣り合う接触固定部もしくは隣り合うセンサの前記固定側部材の円周方向についての間隔を、転動体の配列ピッチの{1/2+n(n:整数)}倍とし、前記第1および第2の荷重推定手段は前記2つのセンサの出力信号の和を平均値として用いるものとしても良い。   In this case, the sensor unit has three or more contact fixing portions and two sensors, and is between the adjacent first and second contact fixing portions and between the adjacent second and third contact fixing portions. The sensors are respectively mounted between them, and the interval between the contact fixing portions adjacent to each other or the circumferential direction of the fixed side member of the adjacent sensors is {1/2 + n (n: integer)} times the arrangement pitch of the rolling elements, The first and second load estimating means may use the sum of output signals of the two sensors as an average value.

この発明において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に円環状の保護カバーを取付け、この保護カバーで前記センサユニットおよび前記演算処理回路を覆っても良い。 この構成の場合、センサユニットおよび演算処理回路を保護カバーで被覆できて、外部環境の影響によるセンサユニットや演算処理回路の故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出できる。例えば外部からの飛び石や泥水,塩水等から、センサユニットや演算処理回路を確実に保護することができる。   In the present invention, an annular protective cover may be attached to the peripheral surface of the fixed side member concentrically with the fixed side member, and the sensor unit and the arithmetic processing circuit may be covered with the protective cover. In this configuration, the sensor unit and the arithmetic processing circuit can be covered with a protective cover to prevent the sensor unit and the arithmetic processing circuit from being damaged due to the influence of the external environment, and the load acting on the wheel bearings and the tire ground contact surface for a long time. Can be detected accurately. For example, the sensor unit and the arithmetic processing circuit can be reliably protected from stepping stones, muddy water, salt water and the like from the outside.

この発明において、前記演算処理回路に、演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分に防錆処理を施したシール材を塗布しても良い。
この構成の場合、保護カバーの密封性をより高めることができ、信号ケーブルの周方向への変位も規制することができる。
In this invention, the signal cable for taking out the signal processed by the arithmetic processing circuit to the outside of the bearing is attached to the arithmetic processing circuit, and the signal cable is connected to the cylindrical portion of the protective cover on the outboard side of the body mounting flange. It is also possible to provide a hole portion through which the lead-out portion from the protective cover is pulled out and apply a rust-proof seal material to the portion from which the signal cable lead-out portion is pulled out from the hole portion.
In the case of this configuration, the sealing performance of the protective cover can be further improved, and the displacement of the signal cable in the circumferential direction can also be restricted.

この発明において、前記演算処理回路に、演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分に弾性材料からなるブッシュを取付けても良い。
この構成の場合も、保護カバーの密封性をより高めることができる。
In this invention, the signal cable for taking out the signal processed by the arithmetic processing circuit to the outside of the bearing is attached to the arithmetic processing circuit, and the signal cable is connected to the cylindrical portion of the protective cover on the outboard side of the body mounting flange. A hole portion through which the lead-out portion from the protective cover is drawn out may be provided, and a bush made of an elastic material may be attached to a portion from which the signal cable lead-out portion is drawn out from the hole portion.
Also in this configuration, the sealing performance of the protective cover can be further improved.

この発明において、前記演算処理回路に、演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分に防錆処理を施したシール材を塗布すると共に、弾性材料からなるブッシュを取付けても良い。
この構成の場合、シール材とブッシュが重複して用いられるので、保護カバーの密封性をさらに高めることができる。
In this invention, the signal cable for taking out the signal processed by the arithmetic processing circuit to the outside of the bearing is attached to the arithmetic processing circuit, and the signal cable is connected to the cylindrical portion of the protective cover on the outboard side of the body mounting flange. It is possible to provide a hole through which the lead-out part from the protective cover is pulled out, apply a rust-proof seal material to the part from which the signal cable lead-out part is pulled out from the hole part, and attach a bush made of an elastic material. good.
In the case of this configuration, since the sealing material and the bush are used in an overlapping manner, the sealing performance of the protective cover can be further enhanced.

この発明において、前記保護カバーは、例えば耐蝕性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであっても良いし、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであっても良い。   In this invention, the protective cover may be formed by, for example, pressing a corrosion-resistant steel plate, or may be obtained by performing metal plating or coating on the pressed steel plate. good.

この発明において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記演算処理回路を一体成形しても良い。この場合には、演算処理回路へのフレキシブル基板の接続作業を省略することができる。   In the present invention, a flexible substrate may be attached to the peripheral surface of the fixed side member concentrically with the fixed side member, and the arithmetic processing circuit may be integrally formed on the flexible substrate. In this case, the connection work of the flexible substrate to the arithmetic processing circuit can be omitted.

この発明において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記センサユニットを取付けても良い。このように、フレキシブル基板にセンサユニットを取付けることで、センサユニットの取付けが容易になる。   In this invention, a flexible substrate may be attached to the peripheral surface of the fixed side member concentrically with the fixed side member, and the sensor unit may be attached to the flexible substrate. As described above, the sensor unit can be easily attached by attaching the sensor unit to the flexible substrate.

この発明において、前記フレキシブル基板のベース材質がポリイミドであっても良い。フレキシブル基板のベース材質をポリイミドとすると、フレキシブル基板に十分な屈曲性と耐熱性を持たせることができる。   In this invention, the base material of the flexible substrate may be polyimide. When the base material of the flexible substrate is polyimide, the flexible substrate can have sufficient flexibility and heat resistance.

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、および左面部に円周方向90度の位相差で4つ等配しても良い。
このように4つのセンサユニットを配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Fz 、駆動力や制動力となる荷重Fx 、軸方向荷重Fy を推定することができる。
In the present invention, the sensor unit is arranged at 90 degrees in the circumferential direction on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that is in the vertical position and the horizontal position with respect to the tire ground contact surface. Four of them may be equally arranged with a phase difference.
By arranging the four sensor units in this way, it is possible to estimate the vertical load Fz acting on the wheel bearing, the load Fx serving as a driving force or a braking force, and the axial load Fy.

この発明において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に直交する線分に対して線対称となる形状、または軸受軸心に対して点対称となる形状としても良い。
この構成の場合、固定側部材の形状が単純化され、固定側部材の形状の複雑さに起因する温度分布や膨張・収縮量のばらつきを低減できる。これにより、固定側部材における温度分布や膨張・収縮量のばらつきによる影響を十分小さくして、荷重による歪み量をセンサユニットに検出させることができる。
In the present invention, the front shape of the flange of the stationary member may be a shape that is line symmetric with respect to a line segment orthogonal to the bearing axis or a shape that is point symmetric with respect to the bearing axis.
In the case of this configuration, the shape of the fixed side member is simplified, and variations in temperature distribution and expansion / contraction amount due to the complexity of the shape of the fixed side member can be reduced. Thereby, the influence by the variation in the temperature distribution and the expansion / contraction amount in the fixed side member can be sufficiently reduced, and the strain amount due to the load can be detected by the sensor unit.

この発明において、前記固定側部材のフランジが設けられる周面に、耐蝕性または防食性を有する表面処理を施しても良い。この場合の表面処理は、例えば金属メッキ、または塗装、またはコーティング処理である。
このように、固定側部材のフランジが設けられる周面に耐食性または防食性を有する表面処理を施した場合、固定側部材の周面の錆によりセンサユニットの取付部が盛り上がったり、センサユニットにもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因するセンサの誤動作を解消でき、荷重検出をさらに長期にわたり正確に行うことができる。
In this invention, you may give the surface treatment which has corrosion resistance or corrosion resistance to the surrounding surface in which the flange of the said stationary-side member is provided. The surface treatment in this case is, for example, metal plating, painting, or coating treatment.
In this way, when the peripheral surface on which the flange of the fixed side member is provided is subjected to corrosion resistance or anticorrosive surface treatment, the mounting portion of the sensor unit rises due to rust on the peripheral surface of the fixed side member, or the sensor unit receives it. Rust generation can be prevented, sensor malfunctions due to rust can be eliminated, and load detection can be performed accurately over a longer period.

この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、前記発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに前記保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることを特徴とする。
この組立方法によると、固定側部材にセンサユニットや保護カバーを取付けたセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
The method of assembling the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention is the method of assembling the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention, wherein the stationary member is a single member or the rolling element is assembled to the stationary member. The sensor unit is attached to the peripheral surface of the fixed side member, and further, the bearing is assembled after the protective cover is attached to the peripheral surface of the fixed side member.
According to this assembling method, the sensor-equipped wheel bearing in which the sensor unit and the protective cover are attached to the stationary member can be easily assembled.

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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、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、上記固定側部材の外径面に1つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、このセンサユニットは前記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1つ以上のセンサからなり、前記車体取付用のフランジの側面に、円弧状の回路基板およびこの回路基板上に実装された回路素子により構成されて前記センサの出力信号を演算処理する演算処理回路を取付けたため、コンパクトな構成で、演算処理回路等の組立性も良く、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。
この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、この発明のセンサ付車輪用軸受を組み立てる組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることとしたため、固定側部材にセンサユニットや保護カバーを取付けたセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
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 plurality of rolling elements interposed between the opposing rolling surfaces of the member, and the fixed side member of the outer member and the inner member has a flange for mounting the vehicle body attached to the knuckle on the outer periphery, In a wheel bearing for rotatably supporting a wheel with respect to a vehicle body, one or more load detection sensor units are provided on an outer diameter surface of the fixed side member, and the sensor unit is fixed in contact with the fixed side member. A strain generating member having two or more contact fixing portions, and one or more sensors attached to the strain generating member to detect the strain of the strain generating member, on the side surface of the flange for mounting the vehicle body , Arc-shaped circuit board and this circuit board Since the circuit is mounted with an arithmetic processing circuit that performs arithmetic processing on the output signal of the sensor, it has a compact configuration, good assembling of the arithmetic processing circuit, etc., and the load applied to the wheel bearing is accurate. Can be detected.
The method for assembling the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention is an assembly method for assembling the sensor-equipped wheel bearing according to the present invention, wherein the stationary member is in a single state or the rolling element is assembled in the stationary member. Since the sensor unit is attached to the peripheral surface of the fixed side member and the protective cover is further attached to the peripheral surface of the fixed side member, the bearing is assembled. Therefore, the sensor unit and the protective cover are attached to the fixed side member. The sensor wheel bearing can be easily assembled.

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である。It is sectional drawing of the bearing for wheels with a sensor concerning one Embodiment of this invention. 同センサ付車輪用軸受の外方部材の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the outward member of the wheel bearing with a sensor. 同外方部材をアウトボード側から見た正面図である。It is the front view which looked at the outward member from the outboard side. 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。It is an enlarged plan view of a sensor unit in the wheel bearing with sensor. 図4におけるV−V矢視断面図である。It is a VV arrow sectional view in FIG. (A)はフレキシブル基板の一例の一部を破断して示す展開平面図、(B)は(A)のVIb−VIb矢視断面図である。(A) is a development top view which fractures | ruptures and shows a part of example of a flexible substrate, (B) is VIb-VIb arrow sectional drawing of (A). (A)はフレキシブル基板の他の例の一部を破断して示す展開平面図、(B)は同断面図である。(A) is a development top view which fractures | ruptures and shows a part of other example of a flexible substrate, (B) is the same sectional drawing. (A)はフレキシブル基板のさらに他の例の一部を破断して示す展開平面図、(B)は同断面図である。(A) is the expansion | deployment top view which fractures | ruptures and shows a part of other example of a flexible substrate, (B) is the same sectional drawing. 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。It is explanatory drawing of the influence of a rolling-element position with respect to the output signal of a sensor unit. 同センサ付車輪用軸受における検出系の全体構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the whole structure of the detection system in the bearing for wheels with the said sensor. 同センサ付車輪用軸受における検出系の全体構成の他の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other example of the whole structure of the detection system in the bearing for wheels with a sensor. センサ出力信号の平均値と振幅値を演算する演算部の回路例のブロック図である。It is a block diagram of the circuit example of the calculating part which calculates the average value and amplitude value of a sensor output signal. 平均値および振幅値から荷重を推定・出力する回路部のブロック図である。It is a block diagram of the circuit part which estimates and outputs a load from an average value and an amplitude value. この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受における外方部材の一例の断面図である。It is sectional drawing of an example of the outward member in the bearing for wheels with a sensor concerning other embodiment of this invention. 同外方部材の他の例の断面図である。It is sectional drawing of the other example of the outer member. 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である。It is sectional drawing of the bearing for wheels with a sensor concerning further another embodiment of this invention. 従来例の斜視図である。It is a perspective view of a prior art example. 提案例における検出系の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the detection system in a proposal example. 同検出系における増幅回路およびオフセット調整回路の具体例を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows the specific example of the amplifier circuit and offset adjustment circuit in the detection system. 提案例においてセンサ数が増加したときの検出系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a detection system when the number of sensors increases in a proposal example. 提案例におけるAD変換器の設置構成の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the installation structure of the AD converter in a proposal example. 提案例におけるAD変換器の他の設置構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other installation structural example of the AD converter in a proposal example.

この発明の第1の実施形態を図1ないし図13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。   A first 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 outer member 1 in which a double row rolling surface 3 is formed on the inner periphery, and rolling facing each of these rolling surfaces 3. The inner member 2 has a surface 4 formed on the outer periphery, and the outer member 1 and the double row rolling elements 5 interposed between the rolling surfaces 3 and 4 of the inner member 2. This wheel bearing is a double-row angular ball bearing type, and the rolling elements 5 are made of balls and are held by a cage 6 for each row. The rolling surfaces 3 and 4 have an arc shape in cross section, and are formed so that the ball contact angle is aligned with the back surface. Both ends of the bearing space between the outer member 1 and the inner member 2 are sealed by a pair of seals 7 and 8, respectively.

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(図示せず)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。
The outer member 1 is a fixed side member, and has a vehicle body mounting flange 1a attached to a knuckle 16 in a suspension device (not shown) of the vehicle body on the outer periphery, and the whole is an integral part. The flange 1a is provided with screw holes 14 for attaching a knuckle at a plurality of locations in the circumferential direction, and knuckle bolts (not shown) inserted into the bolt insertion holes 17 of the knuckle 16 from the inboard side are screwed into the screw holes 14. Thus, the vehicle body mounting flange 1a is attached to the knuckle 16.
The inner member 2 is a rotating side member, and includes a hub wheel 9 having a hub flange 9a for wheel mounting, and an inner ring 10 fitted to the outer periphery of the end portion on the inboard side of the shaft portion 9b of the hub wheel 9. And become. The hub wheel 9 and the inner ring 10 are formed with the rolling surfaces 4 of the respective rows. An inner ring fitting surface 12 having a small diameter with a step is provided on the outer periphery of the inboard side end of the hub wheel 9, and the inner ring 10 is fitted to the inner ring fitting surface 12. A through hole 11 is provided at the center of the hub wheel 9. The hub flange 9a is provided with press-fitting holes 15 for hub bolts (not shown) at a plurality of locations in the circumferential direction. In the vicinity of the base portion of the hub flange 9a of the hub wheel 9, a cylindrical pilot portion 13 for guiding a wheel and a braking component (not shown) protrudes toward the outboard side.

図2はこの車輪用軸受における外方部材1の断面図を示し、図3はその外方部材1をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図2は、図3におけるII−II矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ1aは、その正面形状が、軸受軸心Oに直交する線分(例えば図3における縦線分LVあるいは横線分LH)に対して線対称となる形状、または軸受軸心Oに対して点対称となる形状とされている。具体的には、この例ではその正面形状が前記縦線分LVに対して線対称となる円形とされている。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of the outer member 1 in this wheel bearing, and FIG. 3 shows a front view of the outer member 1 viewed from the outboard side. 2 shows a cross-sectional view taken along arrow II-II in FIG. The vehicle body mounting flange 1a has a shape in which the front surface shape is symmetrical with respect to a line segment perpendicular to the bearing axis O (for example, a vertical line segment LV or a horizontal line segment LH in FIG. 3), or a bearing axis O The shape is point-symmetric with respect to. Specifically, in this example, the front shape is a circle that is line symmetric with respect to the vertical line segment LV.

固定側部材である外方部材1の外径面には、4つのセンサユニット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、円周方向90度の位相差で等配されている。   Four sensor units 20 are provided on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a stationary member. Here, these sensor units 20 are arranged in the circumferential direction 90 on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is in the vertical position and the front and rear position with respect to the tire ground contact surface. They are equally distributed with a phase difference of degrees.

これらのセンサユニット20は、図4および図5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2つの歪みセンサ22A,22B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の外径面にスペーサ23を介して接触固定される3つの接触固定部21aを有する。3つの接触固定部21aは、歪み発生部材21の長手方向に向けて1列に並べて配置される。つまり、図5において、左端の接触固定部21aと中央の接触固定部21aとの間に1つの歪みセンサ22Aが配置され、中央の接触固定部21aと右端の接触固定部21aとの間に他の1つの歪みセンサ22Bが配置される。切欠き部21bは、図4のように、歪み発生部材21の両側辺部における前記歪みセンサ22A,22Bの配置部に対応する2箇所の位置にそれぞれ形成されている。これにより、歪みセンサ22A,22Bは歪み発生部材21の切欠き部21b周辺における長手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、例えば、その力が作用しても車輪用軸受は損傷せず、その力が除去されると車輪用軸受の正常な機能が復元される範囲で最大の力である。   As shown in the enlarged plan view and the enlarged sectional view in FIGS. 4 and 5, these sensor units 20 are attached to the strain generating member 21 and detect the strain 2 of the strain generating member 21. The two strain sensors 22A and 22B. The strain generating member 21 is made of an elastically deformable metal such as a steel material and is made of a thin plate material of 2 mm or less, and has a planar shape with a strip shape having a uniform width over the entire length, and has notches 21b on both sides. The corner of the notch 21b has an arcuate cross section. The strain generating member 21 has three contact fixing portions 21 a that are contact-fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 via the spacers 23. The three contact fixing portions 21 a are arranged in a line in the longitudinal direction of the strain generating member 21. That is, in FIG. 5, one strain sensor 22A is arranged between the contact fixing portion 21a at the left end and the contact fixing portion 21a at the center, and the other between the contact fixing portion 21a at the center and the contact fixing portion 21a at the right end. One strain sensor 22B is arranged. As shown in FIG. 4, the notches 21 b are formed at two positions corresponding to the placement portions of the strain sensors 22 </ b> A and 22 </ b> B on both sides of the strain generating member 21. Thereby, the strain sensors 22A and 22B detect the strain in the longitudinal direction around the notch 21b of the strain generating member 21. Note that the strain generating member 21 is plastically deformed even in a state in which an assumed maximum force is applied as an external force acting on the outer member 1 that is a fixed member or an acting force acting between the tire and the road surface. It is desirable not to do so. This is because when the plastic deformation occurs, the deformation of the outer member 1 is not transmitted to the sensor unit 20 and affects the measurement of strain. The assumed maximum force is, for example, the maximum force within a range in which the normal functioning of the wheel bearing is restored when the force is removed without the wheel bearing being damaged. .

前記センサユニット20は、その歪み発生部材21の3つの接触固定部21aが外方部材1の軸方向について同じ位置で、かつ各接触固定部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。このとき、センサユニット20の上面に配置されるフレキシブル基板30も、センサユニット20と共に外方部材1の外径面に固定される。フレキシブル基板30は、外方部材1の外径面に沿って外方部材1と同心にリング状に配置される帯状の一枚基板である。つまり、4つのセンサユニット20は1つのフレキシブル基板30の裏面側に取付けられ、フレキシブル基板30と共に外方部材1の外径面に固定される。フレキシブル基板30は外方部材1の外径面に沿ってリング状に配置されるため、そのベース材質としてはポリイミドが望ましい。フレキシブル基板30のベース材質をポリイミドとすると、フレキシブル基板30に十分な屈曲性と耐熱性を持たせることができ、外方部材1の周方向に容易に沿わせることができる。   In the sensor unit 20, the three contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 are at the same position in the axial direction of the outer member 1, and the contact fixing portions 21a are positioned away from each other in the circumferential direction. These contact fixing portions 21 a are respectively fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 by bolts 24 through spacers 23. At this time, the flexible substrate 30 disposed on the upper surface of the sensor unit 20 is also fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 together with the sensor unit 20. The flexible substrate 30 is a strip-shaped single substrate disposed in a ring shape concentrically with the outer member 1 along the outer diameter surface of the outer member 1. That is, the four sensor units 20 are attached to the back surface side of one flexible substrate 30 and are fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 together with the flexible substrate 30. Since the flexible substrate 30 is arranged in a ring shape along the outer diameter surface of the outer member 1, the base material is preferably polyimide. When the base material of the flexible substrate 30 is polyimide, the flexible substrate 30 can have sufficient flexibility and heat resistance, and can be easily along the circumferential direction of the outer member 1.

前記各ボルト24は、それぞれフレキシブル基板30のボルト挿通孔30aから、歪み発生部材21の接触固定部21aに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔25、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。ボルト24の頭部と歪み発生部材21との間にはワッシャ28を介在させる。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を有する各部位が外方部材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。   Each of the bolts 24 is inserted from a bolt insertion hole 30a of the flexible substrate 30 into a bolt insertion hole 25 provided in the contact fixing portion 21a of the strain generating member 21 in the radial direction and a bolt insertion hole 26 of the spacer 23. Then, the outer member 1 is screwed into the screw hole 27 provided in the outer peripheral portion. A washer 28 is interposed between the head of the bolt 24 and the distortion generating member 21. In this way, by fixing the contact fixing portion 21a to the outer diameter surface of the outer member 1 via the spacer 23, each portion having the cutout portion 21b in the strain generating member 21 which is a thin plate shape becomes the outer member 1. It becomes a state away from the outer diameter surface of this, and distortion deformation around the notch 21b becomes easy. As the axial position where the contact fixing portion 21a is disposed, an axial position that is the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row of the outer member 1 is selected here. Here, the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row is a range from the intermediate position of the rolling surface 3 of the inboard side row and the outboard side row to the formation portion of the rolling surface 3 of the outboard side row. It is. In order to stably fix the sensor unit 20 to the outer diameter surface of the outer member 1, a flat portion 1 b is formed at a location where the spacer 23 is contacted and fixed on the outer diameter surface of the outer member 1.

歪みセンサ22A,22B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22A,22B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2222A,22B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。   As the strain sensors 22A and 22B, various sensors can be used. For example, the strain sensors 22A and 22B can be configured with a metal foil strain gauge. In that case, the distortion generating member 21 is usually fixed by adhesion. Further, the strain sensors 2222A and 22B can be formed on the strain generating member 21 with a thick film resistor.

図6(A),(B)は、前記フレキシブル基板30でのセンサユニット20の一配置例の平面展開図およびその断面図を示す。この配置例では、フレキシブル基板30上に4つのセンサユニット20が直接に取付けられている。センサユニット20はフレキシブル基板30の裏面(外方部材1の外径面と対向する面)側に取付けられ、配線回路34がフレキシブル基板30の裏面または表面または表裏両面に回路パターンとして印刷されている。センサユニット20は半田付けなどにより前記配線回路34に接続される。センサユニット20は、その歪み発生部材21の外方部材1との接触面とは反対側の表面が回路印刷面とされ、この回路印刷面がフレキシブル基板30の配線回路34の印刷面と向かい合わせとなるようにフレキシブル基板30に取付けられる。この例では、フレキシブル基板30のセンサユニット配置部におけるセンサユニット20の両側部に相当する部分に、フレキシブル基板30の長手方向に延びる帯状の開口30bが形成されている。これにより、センサユニット20の外方部材1との密着面は、回路印刷面や半田部がない平坦面となり、外方部材1にセンサユニット20を密着させて取付けることができる。   6A and 6B are a plan development view and a sectional view of an arrangement example of the sensor unit 20 on the flexible substrate 30. FIG. In this arrangement example, four sensor units 20 are directly mounted on the flexible substrate 30. The sensor unit 20 is attached to the back surface of the flexible substrate 30 (the surface facing the outer diameter surface of the outer member 1), and the wiring circuit 34 is printed as a circuit pattern on the back surface, front surface, or both front and back surfaces of the flexible substrate 30. . The sensor unit 20 is connected to the wiring circuit 34 by soldering or the like. In the sensor unit 20, the surface of the distortion generating member 21 opposite to the contact surface with the outer member 1 is a circuit printed surface, and this circuit printed surface faces the printed surface of the wiring circuit 34 of the flexible substrate 30. It attaches to the flexible substrate 30 so that it becomes. In this example, strip-shaped openings 30 b extending in the longitudinal direction of the flexible substrate 30 are formed in portions corresponding to both side portions of the sensor unit 20 in the sensor unit arrangement portion of the flexible substrate 30. Thereby, the contact surface of the sensor unit 20 with the outer member 1 becomes a flat surface without a circuit printing surface or a solder portion, and the sensor unit 20 can be attached to the outer member 1 in close contact.

図7(A),(B)は、前記フレキシブル基板30でのセンサユニット20の他の配置例の平面展開図および断面図を示す。この配置例でも、センサユニット20のすべてがフレキシブル基板30上に取付けられている。この配置例では、フレキシブル基板30のセンサユニット配置部に、センサユニット20の略全体が露出する方形の開口30cが形成されている。
このように、フレキシブル基板30におけるセンサユニット30の配置部に、センサユニット20の略全体が露出する方形の開口30cを形成することにより、センサユニット20における歪み発生部材21の変形がフレキシブル基板30で規制されるのを確実に防ぐことができ、荷重の検出精度をそれだけ向上させることができる。その他の構成は、図6に示した配置例の場合と同様である。
FIGS. 7A and 7B are a plan development view and a sectional view of another arrangement example of the sensor unit 20 on the flexible substrate 30. FIG. Also in this arrangement example, all of the sensor units 20 are mounted on the flexible substrate 30. In this arrangement example, a rectangular opening 30 c is formed in the sensor unit arrangement portion of the flexible substrate 30 so that substantially the entire sensor unit 20 is exposed.
In this way, by forming the rectangular opening 30 c in which the entire sensor unit 20 is exposed in the arrangement portion of the sensor unit 30 in the flexible substrate 30, the deformation of the strain generating member 21 in the sensor unit 20 is caused by the flexible substrate 30. It can be surely prevented from being restricted, and the load detection accuracy can be improved accordingly. Other configurations are the same as those in the arrangement example shown in FIG.

図8(A),(B)は、前記フレキシブル基板30でのセンサユニット20のさらに他の配置例の平面展開図および断面図を示す。この配置例では、各センサユニット20を、フレキシブル基板30の配線回路34との接続部を除いて、フレキシブル基板30から切り離している。その他の構成は、図6に示した配置例の場合と同様である。   FIGS. 8A and 8B are a plan development view and a cross-sectional view of still another arrangement example of the sensor unit 20 on the flexible substrate 30. FIG. In this arrangement example, each sensor unit 20 is separated from the flexible substrate 30 except for a connection portion between the flexible substrate 30 and the wiring circuit 34. Other configurations are the same as those in the arrangement example shown in FIG.

各センサユニット20の歪みセンサ22A,22Bは、前記フレキシブル基板30の配線回路34を介して演算処理回路31(図1〜図3)に接続される。演算処理回路31は、歪みセンサ22A,22Bの出力信号を演算処理して、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 ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )を推定する回路であって、円弧状の回路基板およびこの回路基板上に実装された回路素子からなる。この演算処理回路31の構成の一例を図10および図11にブロック図で示す。   The strain sensors 22 </ b> A and 22 </ b> B of each sensor unit 20 are connected to the arithmetic processing circuit 31 (FIGS. 1 to 3) via the wiring circuit 34 of the flexible substrate 30. The arithmetic processing circuit 31 performs arithmetic processing on the output signals of the strain sensors 22A and 22B to obtain force (vertical load Fz, driving force and braking force) acting between the wheel bearing and the wheel and the road surface (tire contact surface). The load Fx and the axial load Fy) are estimated by an arc-shaped circuit board and circuit elements mounted on the circuit board. An example of the configuration of the arithmetic processing circuit 31 is shown in block diagrams in FIGS.

演算処理回路31の円弧状の回路基板は、図1のように外方部材1の車体取付用のフランジ1aのアウトボード側を向く側面に取付けられる。図1〜図3の構成例では、前記フランジ1aのアウトボード側を向く側面に、演算処理回路31が外方部材1と同心にスペーサ33を介して配置され、複数のボルト35によりフランジ1aの側面に固定される。演算処理回路31の回路基板には複数のボルト挿通孔36(図2)が設けられ、前記スペーサ33はこれらボルト挿通孔36に整合する各位置に配置される。各ボルト35は、演算処理回路31の回路基板のボルト挿通孔36からスペーサ32のボルト挿通孔38に挿通し、車体取付け用フランジ1aに設けられたねじ孔39に螺合させる。フレキシブル基板30の配線回路34(図6)と演算処理回路31とは接続ケーブル40(図3)を介して接続されている。演算処理回路31には、この回路で処理された出力信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブル41が接続されている。   The arc-shaped circuit board of the arithmetic processing circuit 31 is attached to the side surface of the outer member 1 facing the outboard side of the flange 1a for mounting the vehicle body as shown in FIG. In the configuration example shown in FIGS. 1 to 3, an arithmetic processing circuit 31 is disposed concentrically with the outer member 1 via a spacer 33 on a side surface facing the outboard side of the flange 1 a, and the flange 1 a is Fixed to the side. The circuit board of the arithmetic processing circuit 31 is provided with a plurality of bolt insertion holes 36 (FIG. 2), and the spacer 33 is disposed at each position aligned with the bolt insertion holes 36. Each bolt 35 is inserted from the bolt insertion hole 36 of the circuit board of the arithmetic processing circuit 31 into the bolt insertion hole 38 of the spacer 32 and screwed into the screw hole 39 provided in the vehicle body mounting flange 1a. The wiring circuit 34 (FIG. 6) of the flexible substrate 30 and the arithmetic processing circuit 31 are connected via a connection cable 40 (FIG. 3). Connected to the arithmetic processing circuit 31 is a signal cable 41 for extracting an output signal processed by this circuit to the outside of the bearing.

上記した構成例では、フレキシブル基板30を接続ケーブル40を介して演算処理回路31に接続したが、フレキシブル基板30に演算処理回路31を一体成形しても良い。この場合には、演算処理回路31へのフレキシブル基板30の接続作業を省略することができる。また、フレキシブル基板30と演算処理回路31の接続に防水コネクタを用いても良い。   In the above configuration example, the flexible substrate 30 is connected to the arithmetic processing circuit 31 via the connection cable 40, but the arithmetic processing circuit 31 may be integrally formed on the flexible substrate 30. In this case, the connection work of the flexible substrate 30 to the arithmetic processing circuit 31 can be omitted. Further, a waterproof connector may be used for connection between the flexible substrate 30 and the arithmetic processing circuit 31.

図10に示す演算処理回路31の構成例では、各センサユニット20の歪みセンサ22がAD変換器49を介して荷重推定手段50に接続される。すなわち、歪みセンサ22の出力信号は、AD変換器49で直接にAD変換されて、このAD変換された歪みセンサ22の出力信号が荷重推定手段50に入力される。この場合のAD変換器49としては、少なくとも20ビット以上の分解能を持つものが用いられる。また、AD変換器49は多チャンネル入力の小型素子とし、複数のセンサユニット20からのセンサ出力信号を一つにまとめてデジタルデータに変換する変換ユニット59を構成している。AD変換器49の方式は、デジタル・シグマ型変換器とすることが、高精度で比較的高速な特徴を持つ点で望ましい。   In the configuration example of the arithmetic processing circuit 31 shown in FIG. 10, the strain sensor 22 of each sensor unit 20 is connected to the load estimating means 50 via the AD converter 49. That is, the output signal of the strain sensor 22 is directly AD converted by the AD converter 49, and the output signal of the strain sensor 22 subjected to the AD conversion is input to the load estimating means 50. In this case, an AD converter 49 having a resolution of at least 20 bits is used. The AD converter 49 is a small multi-channel input element, and constitutes a conversion unit 59 that combines sensor output signals from a plurality of sensor units 20 into digital data. The AD converter 49 is preferably a digital sigma converter because it has high accuracy and relatively high speed characteristics.

荷重推定手段50は、センサユニット20の歪みセンサ22のAD変換された出力信号から、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 ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )を推定する手段であり、例えばマイクロコンピュータで構成される。このマイクロコンピュータからなる荷重推定手段50は、一つの基板上に各種の電子部品を実装したものであっても、1チップのものであっても良い。荷重推定手段50は、オフセット調整回路51、温度補正回路52、ローパスフィルタ等のフィルタ処理回路53、荷重推定演算回路54、コントロール回路55などを有する。オフセット調整回路51は、歪みセンサ22の初期オフセットや、車輪用軸受への固定によるオフセットなどを、正規の値に調整するものであり、コントロール回路55による調整、もしくは外部からの指令によるオフセット調整が可能なように構成されている。オフセットの原因は歪みセンサ22のばらつきやセンサ固定時の歪みなどであることから、車輪用軸受にセンサユニット20を取付けて、組立が完了した段階でオフセットを調整するのが望ましい。   The load estimator 50 generates force (vertical load Fz, driving force and braking force) acting on the wheel bearing and between the wheel and the road surface (tire contact surface) from the AD-converted output signal of the strain sensor 22 of the sensor unit 20. The load Fx and the axial load Fy) are estimated by, for example, a microcomputer. The load estimating means 50 composed of this microcomputer may be one in which various electronic components are mounted on one substrate or one chip. The load estimation unit 50 includes an offset adjustment circuit 51, a temperature correction circuit 52, a filter processing circuit 53 such as a low-pass filter, a load estimation calculation circuit 54, a control circuit 55, and the like. The offset adjustment circuit 51 adjusts the initial offset of the strain sensor 22 and the offset due to fixing to the wheel bearing to a normal value. Adjustment by the control circuit 55 or offset adjustment by an external command is performed. It is configured as possible. Since the cause of the offset is a variation in the strain sensor 22 or a strain when the sensor is fixed, it is desirable to attach the sensor unit 20 to the wheel bearing and adjust the offset when the assembly is completed.

このように、センサ付車輪用軸受の組立完了後に、歪みセンサ22の出力信号が規定値となるようにオフセット調整回路51でオフセットを調整すると、センサ付車輪用軸受が完成品となった時点でのセンサ出力をゼロ点とすることができるため、センサ出力信号の品質を確保することができる。   As described above, after the assembly of the sensor-equipped wheel bearing is completed, when the offset is adjusted by the offset adjustment circuit 51 so that the output signal of the strain sensor 22 becomes the specified value, the sensor-equipped wheel bearing is completed. Therefore, the sensor output signal quality can be ensured.

また、歪みセンサ22の出力信号には、歪みセンサ自体の温度特性や、固定側部材である外方部材1の温度歪みなどによるドリフト量が存在する。温度補正回路52は、オフセット調整された歪みセンサ22の出力信号の温度に起因するドリフトを補正する回路である。温度によるドリフトを補正するために、図4のように少なくとも1つのセンサユニット20の歪み発生部材21には温度センサ29が設けられ、この温度センサ29の出力信号がAD変換器49でデジタル化されてから前記温度補正回路52に入力される。   In addition, the output signal of the strain sensor 22 includes a drift amount due to temperature characteristics of the strain sensor itself, temperature distortion of the outer member 1 that is a fixed member, and the like. The temperature correction circuit 52 is a circuit that corrects drift caused by the temperature of the output signal of the strain sensor 22 that has been offset adjusted. In order to correct the drift due to temperature, a temperature sensor 29 is provided in the strain generating member 21 of at least one sensor unit 20 as shown in FIG. 4, and an output signal of the temperature sensor 29 is digitized by an AD converter 49. And then input to the temperature correction circuit 52.

荷重推定演算回路54では、前記オフセット調整回路51、温度補正回路52、フィルタ処理回路53によりオフセット調整処理、温度補正処理、フィルタ処理などが施された歪みセンサ22のデジタル化された出力信号に基づき、荷重推定演算が行われる。この荷重推定演算回路54は、前記垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy 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、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(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 )を推定する。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。荷重推定手段50の荷重推定演算回路54で得られた荷重データは、車体側に設置される上位の電気制御ユニット(ECU)まで、車内通信バス(例えばCANバス)などを通じて出力される。この通信経路は無線化されたものであっても良く、軸受側と車体側にそれぞれ送受信器を設置し、荷重データ等の出力を行う構成としても良い。この場合、電源供給などの必須なケーブルを配線接続してセンサを動作させ、得られたデータは無線で送信する構成とすることで、必要なケーブルの本数を減らすことができ、車体への取付けが簡単になる。電気制御ユニットは、例えば車両の全体を制御する手段であり、マイクロコンピュータ等により構成される。必要に応じてアナログ電圧で出力するものとしても良い。   In the load estimation calculation circuit 54, based on the digitized output signal of the strain sensor 22 subjected to the offset adjustment process, the temperature correction process, the filter process, and the like by the offset adjustment circuit 51, the temperature correction circuit 52, and the filter processing circuit 53. A load estimation calculation is performed. The load estimation calculation circuit 54 is a relationship setting in which the relationship between the vertical load Fz, the load Fx as a driving force or braking force, the axial load Fy, and the output signal of the strain sensor 22 is set by an arithmetic expression or a table. Means (not shown), and using the relation setting means from the output signal of the strain sensor 22, the acting force (vertical load Fz, load Fx serving as driving force or braking force, axial load Fy) is estimated. . The setting contents of the relationship setting means are obtained by a test or simulation in advance. The load data obtained by the load estimation calculation circuit 54 of the load estimating means 50 is output to an upper electric control unit (ECU) installed on the vehicle body side through an in-vehicle communication bus (for example, CAN bus). This communication path may be wireless, and may be configured such that a transmitter / receiver is installed on each of the bearing side and the vehicle body side to output load data and the like. In this case, it is possible to reduce the number of necessary cables by attaching the necessary cables such as power supply and operating the sensor and transmitting the obtained data wirelessly. Becomes easier. The electric control unit is, for example, a unit that controls the entire vehicle, and includes a microcomputer or the like. It is good also as what outputs with an analog voltage as needed.

図11に示す演算処理回路31の構成例では、各歪みセンサ22の出力信号を増幅する増幅回路56と、上記したオフセット調整回路51とが、前処理回路として荷重推定手段50の前段部に設けられる。複数のセンサユニット20からのセンサ出力信号を一つにまとめてデジタルデータに変換する変換ユニット59や、その後段の荷重推定手段50の構成は図10の構成例の場合と同様である。   In the configuration example of the arithmetic processing circuit 31 shown in FIG. 11, the amplification circuit 56 that amplifies the output signal of each strain sensor 22 and the above-described offset adjustment circuit 51 are provided in the front stage of the load estimating unit 50 as a preprocessing circuit. It is done. The configuration of the conversion unit 59 that converts the sensor output signals from the plurality of sensor units 20 into one and converts it into digital data and the load estimation means 50 in the subsequent stage are the same as those in the configuration example of FIG.

荷重推定手段50の荷重推定演算回路54は、図12に示す平均演算部68と、振幅演算部69とを備える。平均演算部68は加算器からなり、センサユニット20の2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号の和を演算して、その和を平均値Aとして取り出す。振幅演算部69は減算器からなり、2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号の差分を演算して、その差分値を振幅値Bとして取り出す。   The load estimation calculation circuit 54 of the load estimation means 50 includes an average calculation unit 68 and an amplitude calculation unit 69 shown in FIG. The average calculation unit 68 includes an adder, calculates the sum of the output signals of the two strain sensors 22A and 22B of the sensor unit 20, and extracts the sum as an average value A. The amplitude calculation unit 69 includes a subtracter, calculates the difference between the output signals of the two strain sensors 22A and 22B, and extracts the difference value as the amplitude value B.

荷重推定演算回路54では、前記平均演算部68と振幅演算部69で演算される平均値Aおよび振幅値Bから、車輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に作用する力F(例えば垂直方向荷重Fz )を演算・推定する。その演算・推定のために、荷重推定演算回路54は図13に示す2つの荷重推定手段71,72を有する。第1の荷重推定手段71は前記平均値Aを用いて車輪用軸受に作用する荷重Fを演算・推定する。第2の荷重推定手段72は、前記平均値Aと振幅値Bとを用いて車輪用軸受に作用する荷重Fを演算・推定する。   In the load estimation calculation circuit 54, a force F (for example, a force acting on the wheel bearing or between the wheel and the road surface (tire contact surface) is calculated from the average value A and the amplitude value B calculated by the average calculation unit 68 and the amplitude calculation unit 69. Calculate and estimate the vertical load Fz). For the calculation and estimation, the load estimation calculation circuit 54 has two load estimation means 71 and 72 shown in FIG. The first load estimating means 71 uses the average value A to calculate / estimate the load F acting on the wheel bearing. The second load estimating means 72 calculates and estimates the load F acting on the wheel bearing using the average value A and the amplitude value B.

車輪用軸受に作用する荷重Fと歪みセンサ22A,22Bの出力信号Sとの関係は、線形な範囲内でオフセット分を除外すれば、
F=M1×S ……(1)
という関係で表すことができ、この関係式(1)から荷重Fを推定することができる。ここで、M1は所定の補正係数である。
前記第1の荷重推定手段71では、歪みセンサ22A,22Bの出力信号からオフセット分を除いた変数として前記平均値Aを用い、この変数に所定の補正係数M1を乗算した一次式、つまり
F=M1×A ……(2)
から荷重Fを演算・推定する。このようにオフセット分を除外した変数を用いることにより、荷重推定精度を向上させることができる。
The relationship between the load F acting on the wheel bearing and the output signal S of the strain sensors 22A and 22B is as follows:
F = M1 × S (1)
The load F can be estimated from this relational expression (1). Here, M1 is a predetermined correction coefficient.
In the first load estimation means 71, the average value A is used as a variable obtained by removing the offset from the output signals of the strain sensors 22A and 22B, and this variable is multiplied by a predetermined correction coefficient M1, that is, F = M1 × A (2)
The load F is calculated and estimated from the above. In this way, the load estimation accuracy can be improved by using the variable excluding the offset.

前記第2の荷重推定手段72では、前記平均値Aおよび振幅値Bを変数として用い、これらの変数に所定の補正係数M2,M3を乗算した一次式、つまり
F=M2×A+M3×B ……(3)
から荷重Fを演算・推定する。このように2種類の変数を用いることで、荷重推定精度をさらに向上させることができる。
上記各演算式における各補正係数の値は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。前記第1の荷重推定手段71および第2の荷重推定手段72による演算は並行して行われる。なお、式(3)において、変数である平均値Bを省略しても良い。つまり、第2の荷重推定手段72では、振幅値Bのみを変数として用いて荷重Fを演算・推定することもできる。
In the second load estimating means 72, the average value A and the amplitude value B are used as variables, and these variables are multiplied by predetermined correction coefficients M2 and M3, that is, F = M2 × A + M3 × B. (3)
The load F is calculated and estimated from the above. Thus, load estimation accuracy can be further improved by using two types of variables.
The value of each correction coefficient in each of the above arithmetic expressions is set by obtaining in advance by a test or simulation. The calculations by the first load estimating means 71 and the second load estimating means 72 are performed in parallel. In equation (3), the average value B, which is a variable, may be omitted. That is, the second load estimating means 72 can also calculate and estimate the load F using only the amplitude value B as a variable.

センサユニット20は、図1のように外方部材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に設けられるので、歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは、図9のようにセンサユニット20の設置部の近傍を通過する転動体5の影響を受ける。つまり、この転動体5の影響がオフセット分として作用する。また、軸受の停止時においても、歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは、転動体5の位置の影響を受ける。すなわち、転動体5がセンサユニット20における歪みセンサ22A,22B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22A,22Bの出力信号a,bの振幅は最大値となり、図14(A),(B)のように転動体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22A,22Bのアナログ出力信号a,bは、その振幅が転動体5の配列ピッチPを周期として図9(C)のように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。そこで、演算処理回路31における前記荷重推定演算回路54では、荷重を求めるデータとして、前記2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bの振幅の和を上記した平均値Aとし、振幅の差分(絶対値)|a−b|を上記した振幅値Bとする。これにより、平均値Aは転動体5の通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、振幅値Bは、2つの歪みセンサ22A,22Bの各出力信号a,bに現れる温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。したがって、この平均値Aと振幅値Bを用いることにより、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。   Since the sensor unit 20 is provided at an axial position around the rolling surface 3 of the outboard side row of the outer member 1 as shown in FIG. 1, the output signals a and b of the strain sensors 22A and 22B are shown in FIG. 9 is affected by the rolling element 5 passing through the vicinity of the installation portion of the sensor unit 20. That is, the influence of this rolling element 5 acts as an offset. Even when the bearing is stopped, the output signals a and b of the strain sensors 22A and 22B are affected by the position of the rolling element 5. That is, when the rolling element 5 passes the position closest to the strain sensors 22A and 22B in the sensor unit 20 (or when the rolling element 5 is at that position), the amplitude of the output signals a and b of the strain sensors 22A and 22B. Becomes a maximum value, and decreases as the rolling element 5 moves away from the position as shown in FIGS. 14A and 14B (or when the rolling element 5 is located away from the position). When the bearing rotates, the rolling elements 5 sequentially pass through the vicinity of the installation portion of the sensor unit 20 at a predetermined arrangement pitch P, so that the analog output signals a and b of the strain sensors 22A and 22B have an amplitude of the rolling elements 5. A waveform close to a sine wave that periodically changes as shown in FIG. Therefore, in the load estimation calculation circuit 54 in the calculation processing circuit 31, as the data for obtaining the load, the sum of the amplitudes of the output signals a and b of the two strain sensors 22A and 22B is set to the above-described average value A, and the amplitude difference is obtained. (Absolute value) | a−b | is the amplitude value B described above. Thus, the average value A is a value obtained by canceling the fluctuation component due to the passage of the rolling elements 5. The amplitude value B is a value that offsets the influence of temperature appearing in the output signals a and b of the two strain sensors 22A and 22B and the influence of slippage between the knuckle and flange surfaces. Therefore, by using the average value A and the amplitude value B, the load acting on the wheel bearing and the tire ground contact surface can be accurately detected.

ここでは、センサユニット20は、固定側部材である外方部材1の外径面の円周方向に並ぶ3つの接触固定部21aのうち、その配列の両端に位置する2つの接触固定部21aの間隔を、転動体5の配列ピッチPと同一に設定している。この場合、隣り合う接触固定部21aの中間位置にそれぞれ配置される2つの歪みセンサ22A,22Bの間での前記円周方向の間隔は、転動体5の配列ピッチPの略1/2となる。その結果、2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは略180度の位相差を有することになり、その和として求められる平均値Aは転動体5の通過による変動成分をキャンセルしたものとなる。また、その差分として求められる振幅値Bは温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。   Here, the sensor unit 20 includes two contact fixing portions 21a positioned at both ends of the array among the three contact fixing portions 21a arranged in the circumferential direction of the outer diameter surface of the outer member 1 which is a fixed side member. The interval is set to be the same as the arrangement pitch P of the rolling elements 5. In this case, the circumferential interval between the two strain sensors 22A and 22B respectively disposed at the intermediate positions of the adjacent contact fixing portions 21a is approximately ½ of the arrangement pitch P of the rolling elements 5. . As a result, the output signals a and b of the two strain sensors 22A and 22B have a phase difference of about 180 degrees, and the average value A obtained as the sum is obtained by canceling the fluctuation component due to the passage of the rolling element 5. It becomes. Further, the amplitude value B obtained as the difference is a value obtained by offsetting the influence of temperature and the influence of slippage between the knuckle and the flange surface.

なお、図9では、接触固定部21aの間隔を、転動体5の配列ピッチPと同一に設定し、隣り合う接触固定部21aの中間位置に各1つの歪みセンサ22A,22Bをそれぞれ配置することで、2つの歪みセンサ22A,22Bの間での前記円周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチPの略1/2となるようにした。これとは別に、直接、2つの歪みセンサ22A,22Bの間での前記円周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチPの1/2に設定しても良い。
この場合に、2つの歪みセンサ22A,22Bの前記円周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチPの{1/2+n(n:整数)}倍、またはこれらの値に近似した値としても良い。この場合にも、両歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bの和として求められる平均値Aは転動体5の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分として求められる振幅値Bは温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。
In FIG. 9, the interval between the contact fixing portions 21 a is set to be the same as the arrangement pitch P of the rolling elements 5, and each one strain sensor 22 </ b> A, 22 </ b> B is disposed at an intermediate position between the adjacent contact fixing portions 21 a. Thus, the circumferential interval between the two strain sensors 22A and 22B is set to be approximately ½ of the arrangement pitch P of the rolling elements 5. Alternatively, the circumferential interval between the two strain sensors 22A and 22B may be directly set to ½ of the arrangement pitch P of the rolling elements 5.
In this case, the circumferential interval between the two strain sensors 22A and 22B may be {1/2 + n (n: integer)} times the arrangement pitch P of the rolling elements 5, or a value approximated to these values. good. Also in this case, the average value A obtained as the sum of the output signals a and b of both strain sensors 22A and 22B is a value obtained by canceling the fluctuation component due to the passage of the rolling element 5, and the amplitude value B obtained as the difference is the temperature. It is a value that offsets the influence and the effect of slippage between the knuckle and flange surfaces.

図13のように、荷重推定演算回路54の両荷重推定手段71,72は次段の選択出力手段73に接続される。この選択出力手段73は、車輪回転速度に応じて、前記第1および第2の荷重推定手段72のうちいずれかの推定荷重値を切り替え選択して出力するものである。具体的には、車輪回転速度が所定の下限速度よりも低い場合に、選択出力手段73は、第1の荷重推定手段71の推定荷重値を選択して出力するものとしている。
車輪の低速回転時には、センサ出力信号の振幅を検出するための処理時間が長くなり、さらに静止時には振幅の検出そのものが不可能になる。そこで、このように、車輪回転速度が所定の下限値よりも低い場合、平均値Aだけを用いた第1の荷重推定手段71からの推定荷重値を選択して出力することにより、検出した荷重信号を遅延なく出力することができる。
As shown in FIG. 13, both load estimation means 71 and 72 of the load estimation calculation circuit 54 are connected to the selection output means 73 in the next stage. The selection output means 73 switches and selects one of the estimated load values of the first and second load estimation means 72 according to the wheel rotation speed and outputs it. Specifically, the selection output means 73 selects and outputs the estimated load value of the first load estimation means 71 when the wheel rotation speed is lower than a predetermined lower limit speed.
When the wheel rotates at a low speed, the processing time for detecting the amplitude of the sensor output signal becomes longer, and further, the amplitude cannot be detected when the wheel is stationary. Thus, in this way, when the wheel rotation speed is lower than the predetermined lower limit value, the detected load is obtained by selecting and outputting the estimated load value from the first load estimating means 71 using only the average value A. The signal can be output without delay.

この実施形態では、前記選択出力手段73に車輪の回転速度情報を与えるために、図1のように外方部材1の内周に転動体5の位置を検出する転動体検出センサ60が設けられ、この転動体検出センサ60の出力信号から車輪の回転速度が求められる。選択出力手段73には、外部から車輪回転速度の情報が入力されるものとしても良い。この場合、外部からの車輪回転速度の情報として、車体側からのABSセンサなどの回転センサ信号を用い、これにより車輪回転速度を推定するようにしても良い。また、車体側の車内通信バスに接続された上位制御装置から、車輪回転速度の情報に代わるものとして、切り替え選択指令を選択出力手段73が受ける構成としても良い。さらに、車輪回転速度の情報として、前記歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bから転動体5の通過周波数を検出して、車輪回転速度を推定するものとしても良い。   In this embodiment, a rolling element detection sensor 60 for detecting the position of the rolling element 5 is provided on the inner periphery of the outer member 1 as shown in FIG. The rotational speed of the wheel is obtained from the output signal of the rolling element detection sensor 60. The selection output means 73 may receive information on wheel rotation speed from the outside. In this case, as information on the wheel rotation speed from the outside, a rotation sensor signal such as an ABS sensor from the vehicle body side may be used to estimate the wheel rotation speed. Moreover, it is good also as a structure which the selection output means 73 receives a switching selection instruction | command from the high-order control apparatus connected to the in-vehicle communication bus | bath by the side of a vehicle body as an alternative to the wheel rotational speed information. Furthermore, as the wheel rotation speed information, the wheel rotation speed may be estimated by detecting the passing frequency of the rolling element 5 from the output signals a and b of the strain sensors 22A and 22B.

この実施形態では、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる、前記固定側部材である外方部材1の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に、円周方向90度の位相差で4つのセンサユニット20を等配しているので、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Fz 、駆動力や制動力となる荷重Fx 、軸方向荷重Fy を推定することができる。   In this embodiment, the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is the fixed side member, which are in the vertical position and the horizontal position with respect to the tire ground contact surface, Since the four sensor units 20 are equally arranged with a phase difference of 90 degrees in the direction, it is possible to estimate the vertical load Fz acting on the wheel bearing, the load Fx serving as a driving force and a braking force, and the axial load Fy. it can.

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。ここではセンサユニット20における歪み発生部材21の2つ以上の接触固定部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易く、その歪みが歪みセンサ22で感度良く検出される。   When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the outer member 1 that is a stationary member of the wheel bearing, causing deformation. Here, since the two or more contact fixing portions 21 a of the strain generating member 21 in the sensor unit 20 are contact fixed to the outer member 1, the strain of the outer member 1 is transmitted to the strain generating member 21 in an enlarged manner. The distortion is easily detected by the distortion sensor 22.

とくに、固定側部材である外方部材1の車体取付用フランジ1aの側面に、円弧状の回路基板およびこの回路基板上に実装された回路素子からなり、センサユニット20の歪みセンサ220A,22Bの出力信号を演算処理する演算処理回路31を取付けているので、外方部材1の円筒部の周面形状に変化を持たせることなく、コンパクトな構成でAD変換器49などを含む演算処理回路31を取付けることができると共に、組立も容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。   In particular, the side surface of the vehicle body mounting flange 1a of the outer member 1 which is a fixed side member is composed of an arc-shaped circuit board and circuit elements mounted on the circuit board, and the strain sensors 220A and 22B of the sensor unit 20 are arranged. Since the arithmetic processing circuit 31 for arithmetic processing of the output signal is attached, the arithmetic processing circuit 31 including the AD converter 49 and the like with a compact configuration without changing the peripheral surface shape of the cylindrical portion of the outer member 1. Can be attached, the assembly is easy, and the load applied to the bearing portion of the wheel can be accurately detected.

また、この実施形態では、固定側部材である外方部材1における車体取付用フランジ1aの正面形状を、図3のように軸受軸心Oに直交する線分LV,LHに対して線対称となる形状、または軸受軸心Oに対して点対称となる形状としているので、外方部材1の形状が単純化され、外方部材1の形状の複雑化に起因する温度分布や膨張・収縮量のばらつきを低減できる。これにより、外方部材1における温度分布や膨張・収縮量のばらつきによる影響を十分小さくして、荷重による歪み量をセンサユニットに検出させることができる。   Further, in this embodiment, the front shape of the vehicle body mounting flange 1a in the outer member 1 which is a stationary member is symmetrical with respect to line segments LV and LH perpendicular to the bearing axis O as shown in FIG. Therefore, the shape of the outer member 1 is simplified, and the temperature distribution and the amount of expansion / contraction caused by the complicated shape of the outer member 1 are obtained. The variation of can be reduced. Thereby, the influence by the variation in the temperature distribution and expansion / contraction amount in the outer member 1 can be made sufficiently small, and the strain amount due to the load can be detected by the sensor unit.

図14および図15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は、図1〜図13の実施形態において、固定側部材である外方部材1の外周面に、外方部材1と同心に円環状の保護カバー80を取付け、この保護カバー80で前記各センサユニット20および演算処理回路31を覆ったものである。図14はその保護カバー80の外方部材1への取付けの一構成例を示し、図15は他の構成例を示す。   14 and 15 show another embodiment of the present invention. 1 to 13, the sensor-equipped wheel bearing is provided with an annular protective cover 80 concentrically with the outer member 1 on the outer peripheral surface of the outer member 1 which is a stationary member. Each sensor unit 20 and the arithmetic processing circuit 31 are covered with a cover 80. FIG. 14 shows one configuration example of the protective cover 80 attached to the outer member 1, and FIG. 15 shows another configuration example.

図14の構成例において、前記保護カバー80は、インボード側に向かって内径が拡大する筒状とされており、具体的には、インボード側半部が大径部80aでアウトボード側半部が小径部80bとなる段付き円筒状とされている。この保護カバー80のインボード側端は車体取付用のフランジ1aの外径面に嵌合させられ、保護カバー80のアウトボード側端は外方部材1のアウトボード側端の外径面に嵌合させられる。保護カバー80の材料としては、ステンレス鋼等の耐食性を有する鋼板をプレス加工して成形したものや、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものが用いられる。   In the configuration example of FIG. 14, the protective cover 80 has a cylindrical shape whose inner diameter increases toward the inboard side. Specifically, the inboard side half is the large diameter portion 80a and the outboard side half. The portion has a stepped cylindrical shape with a small diameter portion 80b. The inboard side end of the protective cover 80 is fitted to the outer diameter surface of the flange 1a for mounting the vehicle body, and the outboard side end of the protective cover 80 is fitted to the outer diameter surface of the outer board 1 of the outer member 1. Can be combined. As the material of the protective cover 80, a steel plate having a corrosion resistance such as stainless steel, which is formed by pressing, or a steel plate which is formed by pressing, is subjected to metal plating or coating.

演算処理回路31に接続される信号ケーブル41の車体側への引き出し部41aは、保護カバー80の一箇所から外側に引き出される。具体的には、保護カバー80のアウトボード側半部である小径部80b、つまり外方部材1の車体取付用フランジ1aよりもアウトボード側の円筒部に信号ケーブル引き出し部41aが引き出される孔部81が設けられ、信号ケーブル引き出し部41aの前記孔部81から引き出される部分には防錆処理を施したシール材82を塗布して、信号ケーブル引き出し部41aの引き出し箇所をシールしている。これにより、保護カバー80の密封性が高まり、保護カバー80で覆われるセンサユニット20や演算処理回路31を、外部からの飛び石や泥水、塩水等から確実に保護することができる。また、信号ケーブル41の周方向への変位を規制することもできる。   A lead-out portion 41 a to the vehicle body side of the signal cable 41 connected to the arithmetic processing circuit 31 is drawn out from one place of the protective cover 80. Specifically, the small diameter portion 80b which is the half of the outboard side of the protective cover 80, that is, the hole portion through which the signal cable lead portion 41a is drawn out to the cylindrical portion on the outboard side from the body mounting flange 1a of the outer member 1. 81 is provided, and a portion of the signal cable lead portion 41a that is pulled out from the hole 81 is coated with a rust-proof sealant 82 to seal the lead portion of the signal cable lead portion 41a. Thereby, the sealing performance of the protective cover 80 is enhanced, and the sensor unit 20 and the arithmetic processing circuit 31 covered with the protective cover 80 can be reliably protected from stepping stones, muddy water, salt water, and the like from the outside. Further, the displacement of the signal cable 41 in the circumferential direction can be restricted.

図15の構成例では、保護カバー80の孔部81に弾性材料からなるブッシュ83が嵌合され、このブッシュ83の孔から信号ケーブル引き出し部41aが外側に引き出される。ブッシュ83として、ここではゴムブッシュが用いられる。この場合も保護カバー80の密封性が高まり、保護カバー80で覆われるセンサユニット20や演算処理回路31を、外部からの飛び石や泥水、塩水等から確実に保護することができる。   In the configuration example of FIG. 15, a bush 83 made of an elastic material is fitted into the hole 81 of the protective cover 80, and the signal cable lead-out portion 41 a is drawn out from the hole of the bush 83. Here, a rubber bush is used as the bush 83. Also in this case, the sealing performance of the protective cover 80 is enhanced, and the sensor unit 20 and the arithmetic processing circuit 31 covered with the protective cover 80 can be reliably protected from stepping stones, muddy water, salt water, and the like from the outside.

なお、図15の構成例において、保護カバー80の孔部81にブッシュ83を設けると共に、その孔部81から信号ケーブル引き出し部41aが引き出される部分に、図14の構成例で用いたシール材82を塗布しても良い。この場合、シール材82とブッシュ83が重複して用いられるので、保護カバー80の密封性をさらに高めることができる。   In the configuration example of FIG. 15, the bushing 83 is provided in the hole 81 of the protective cover 80, and the sealing material 82 used in the configuration example of FIG. 14 is provided in a portion where the signal cable lead portion 41 a is pulled out from the hole 81. May be applied. In this case, since the sealing material 82 and the bush 83 are used in an overlapping manner, the sealing performance of the protective cover 80 can be further enhanced.

この実施形態のセンサ付車輪用軸受の組立は、以下の手順で行われる。先ず、外方部材1の単体の状態、または外方部材1に転動体5を組み付けた状態で、外方部材1にセンサユニット20、フレキシブル基板30、演算処理回路32を取付ける。つぎに、保護カバー80を、外方部材1のアウトボード側から挿入し、そのインボード側端を外方部材1のフランジ1aの外径面に嵌合させ、アウトボード側端を外方部材1のアウトボード側円筒部外径面に嵌合させることで、センサユニット20、フレキシブル基板30、および演算処理回路32を保護カバー80で覆う。この後で軸受の全体を組み立てる。この手順で組み立てることにより、外方部材1に取付けたセンサユニット20、フレキシブル基板30、演算処理回路32を保護カバー80で覆ってなるセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。   The assembly of the sensor-equipped wheel bearing of this embodiment is performed according to the following procedure. First, the sensor unit 20, the flexible substrate 30, and the arithmetic processing circuit 32 are attached to the outer member 1 in a state where the outer member 1 is a single body or the rolling member 5 is assembled to the outer member 1. Next, the protective cover 80 is inserted from the outboard side of the outer member 1, the inboard side end is fitted to the outer diameter surface of the flange 1 a of the outer member 1, and the outboard side end is fitted to the outer member. The sensor unit 20, the flexible substrate 30, and the arithmetic processing circuit 32 are covered with the protective cover 80 by being fitted to the outer diameter surface of the one outboard side cylindrical portion. After this, the entire bearing is assembled. By assembling in this procedure, the sensor-equipped wheel bearing in which the sensor unit 20, the flexible substrate 30, and the arithmetic processing circuit 32 attached to the outer member 1 are covered with the protective cover 80 can be easily assembled.

図16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13や、図14,図15に示した実施形態において、固定側部材である外方部材1におけるフランジ1aが設けられる外径面に、耐食性または防食性を有する表面処理層84が形成されている。このように表面処理層84を形成した外方部材1の外径面に、図1〜15のようにセンサユニット20、フレキシブル基板30、演算処理回路31、保護カバー80が取付けられる。その他の構成は、図1〜図15の各実施形態の場合と同様である。   FIG. 16 shows still another embodiment of the present invention. In this sensor wheel bearing, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 13, 14, and 15, the outer diameter surface provided with the flange 1 a of the outer member 1 that is a fixed member is provided with corrosion resistance or anticorrosion. A surface treatment layer 84 having a property is formed. As shown in FIGS. 1 to 15, the sensor unit 20, the flexible substrate 30, the arithmetic processing circuit 31, and the protective cover 80 are attached to the outer diameter surface of the outer member 1 on which the surface treatment layer 84 is thus formed. Other configurations are the same as those in the embodiments of FIGS.

耐食性または防食性を有する表面処理層84としては、例えば金属メッキ処理を施した表層、塗装処理を施した表層、コーティング処理を施した表層などが挙げられる。金属メッキ処理としては、亜鉛メッキ、ユニクロメッキ、クロメートメッキ、ニッケルメッキ、クロムメッキ、無電解ニッケルメッキ、カニゼンメッキ、四三酸化鉄皮膜(黒染め)、レイデントなどの処理が適用可能である。塗装処理、コーティング処理としては、カチオン電着塗装、アニオン電着塗装、フッ素系電着塗装、窒化珪素等のセラミックコーティングなどが適用可能である。   Examples of the surface treatment layer 84 having corrosion resistance or corrosion resistance include a surface layer subjected to metal plating treatment, a surface layer subjected to coating treatment, and a surface layer subjected to coating treatment. As the metal plating treatment, treatments such as zinc plating, unichrome plating, chromate plating, nickel plating, chrome plating, electroless nickel plating, Kanigen plating, iron trioxide film (black dyeing), and radient can be applied. As the coating treatment and coating treatment, cationic electrodeposition coating, anion electrodeposition coating, fluorine electrodeposition coating, ceramic coating such as silicon nitride, and the like are applicable.

このように、この実施形態では、外方部材1の外径面に、耐食性または防食性を有する表面処理層84を形成しているので、外方部材1の外径面の錆によりセンサユニット20、フレキシブル基板30、演算処理回路31、保護カバー80などの取付部が盛り上がったり、センサユニット20、フレキシブル基板30、演算処理回路31にもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因する歪みセンサ22A,22Bなどの誤動作を解消でき、荷重検出を長期にわたり正確に行うことができる。   Thus, in this embodiment, since the surface treatment layer 84 having corrosion resistance or corrosion resistance is formed on the outer diameter surface of the outer member 1, the sensor unit 20 is caused by rust on the outer diameter surface of the outer member 1. It is possible to prevent the mounting portion of the flexible substrate 30, the arithmetic processing circuit 31, the protective cover 80, etc. from rising, or the sensor unit 20, the flexible substrate 30, the arithmetic processing circuit 31 from generating rust, and a strain sensor caused by rust. Malfunctions such as 22A and 22B can be eliminated, and load detection can be performed accurately over a long period of time.

上記した各実施形態では、外方部材1が固定側部材である場合につき説明したが、この発明は、内方部材が固定側部材である車輪用軸受にも適用することができ、その場合、センサユニット20は内方部材の内周となる周面に設ける。   In each of the above-described embodiments, the case where the outer member 1 is a fixed side member has been described, but the present invention can also be applied to a wheel bearing in which the inner member is a fixed side member. The sensor unit 20 is provided on the peripheral surface that is the inner periphery of the inner member.

また、これらの実施形態では第3世代型の車輪用軸受に適用した場合につき説明したが、この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立した部品となる第1または第2世代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第4世代型の車輪用軸受にも適用することができる。また、このセンサ付車輪用軸受は、従動輪用の車輪用軸受にも適用でき、さらに各世代形式のテーパころタイプの車輪用軸受にも適用することができる。   In these embodiments, the case where the present invention is applied to a third generation type wheel bearing has been described. However, the present invention is for a first generation or second generation type wheel in which the bearing portion and the hub are independent parts. The present invention can also be applied to a bearing or a fourth-generation type wheel bearing in which a part of the inner member is composed of an outer ring of a constant velocity joint. The sensor-equipped wheel bearing can also be applied to a wheel bearing for a driven wheel, and can also be applied to a tapered roller type wheel bearing of each generation type.

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
22,22A,22B…歪みセンサ
30…フレキシブル基板
31…演算処理回路
41…信号ケーブル
41a…信号ケーブル引き出し部
49…AD変換器
51…オフセット調整回路
54…荷重推定演算回路
71…第1の荷重推定手段
72…第2の荷重推定手段
73…選択出力手段
80…保護カバー
81…孔部
82…シール材
83…ブッシュ
84…表面処理層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Outer member 1a ... Car body mounting flange 2 ... Inner member 3, 4 ... Rolling surface 5 ... Rolling body 20 ... Sensor unit 21 ... Strain generating member 21a ... Contact fixing | fixed part 22, 22A, 22B ... Strain sensor 30 ... flexible substrate 31 ... arithmetic processing circuit 41 ... signal cable 41a ... signal cable lead-out part 49 ... AD converter 51 ... offset adjustment circuit 54 ... load estimation calculation circuit 71 ... first load estimation means 72 ... second load estimation means 73 ... Selection output means 80 ... Protective cover 81 ... Hole 82 ... Sealing material 83 ... Bush 84 ... Surface treatment layer

Claims (22)

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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、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、
上記固定側部材の外径面に1つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、このセンサユニットは前記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1つ以上のセンサからなり、前記車体取付用のフランジの側面に、円弧状の回路基板およびこの回路基板上に実装された回路素子により構成されて前記センサの出力信号を演算処理する演算処理回路を取付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 The fixed side member of the outer member and the inner member has a flange for mounting the vehicle body attached to the knuckle on the outer periphery, and supports the wheel rotatably with respect to the vehicle body. Wheel bearing
One or more load detection sensor units are provided on the outer diameter surface of the fixed side member, the sensor unit having two or more contact fixing portions fixed in contact with the fixed side member, and It comprises one or more sensors attached to the strain generating member to detect the strain of the strain generating member, and an arc-shaped circuit board and a circuit mounted on the circuit board are mounted on the side surface of the flange for mounting the vehicle body. A sensor-equipped wheel bearing comprising an arithmetic processing circuit configured by an element and configured to perform arithmetic processing on an output signal of the sensor.
請求項1において、前記固定側部材が外方部材であるセンサ付車輪用軸受。   The sensor-equipped wheel bearing according to claim 1, wherein the fixed-side member is an outer member. 請求項1または請求項2において、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号をAD変換するAD変換器を備えるセンサ付車輪用軸受。   3. The sensor-equipped wheel bearing according to claim 1, wherein the arithmetic processing circuit includes an AD converter that AD converts an output signal of the sensor. 請求項1または請求項2において、前記演算処理回路は、前記センサのオフセットを正規の値に調整するオフセット調整回路と、前記センサの出力信号を増幅する増幅回路とを備えるセンサ付車輪用軸受。   3. The sensor-equipped wheel bearing according to claim 1, wherein the arithmetic processing circuit includes an offset adjustment circuit that adjusts an offset of the sensor to a normal value and an amplification circuit that amplifies the output signal of the sensor. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を備えるセンサ付車輪用軸受。   5. The sensor-equipped wheel bearing according to claim 1, wherein the arithmetic processing circuit includes a load estimation unit that estimates a load applied to the wheel from an output signal of the sensor. 請求項5において、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号の平均値を用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第1の荷重推定手段と、前記センサの出力信号の振幅値、またはその振幅値と前記平均値とを用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第2の荷重推定手段と、車輪回転速度に応じて、前記第1および第2の荷重推定手段のうちいずれかの推定荷重値を切り替え選択して出力する選択出力手段とを備えるセンサ付車輪用軸受。   The calculation processing circuit according to claim 5, wherein the arithmetic processing circuit includes: first load estimation means for estimating a load acting on the wheel bearing using an average value of the output signal of the sensor; and an amplitude value of the output signal of the sensor, or One of the second load estimating means for estimating the load acting on the wheel bearing using the amplitude value and the average value, and the first and second load estimating means depending on the wheel rotation speed. A sensor-equipped wheel bearing comprising: a selection output means for switching and selecting the estimated load value of the output. 請求項6において、前記センサユニットは3つ以上の接触固定部と2つのセンサを有し、隣り合う第1および第2の接触固定部の間、および隣り合う第2および第3の接触固定部の間に各センサをそれぞれ取付け、隣り合う接触固定部もしくは隣り合うセンサの前記固定側部材の円通方向についての間隔を、転動体の配列ピッチの{1/2+n(n:整数)}倍とし、前記第1および第2の荷重推定手段は前記2つのセンサの出力信号の和を平均値として用いるものとしたセンサ付車輪用軸受。   7. The sensor unit according to claim 6, wherein the sensor unit has three or more contact fixing portions and two sensors, and is adjacent between the first and second contact fixing portions adjacent to each other and between the adjacent second and third contact fixing portions. Each sensor is mounted between the adjacent contact fixing portions or the interval of the adjacent sensors in the circular direction of the fixed side member is {1/2 + n (n: integer)} times the arrangement pitch of the rolling elements. The first and second load estimating means use a sum of output signals of the two sensors as an average value. 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に円環状の保護カバーを取付け、この保護カバーで前記センサユニットおよび前記演算処理回路を覆ったセンサ付車輪用軸受。   8. The method according to claim 1, wherein an annular protective cover is attached to the peripheral surface of the fixed side member concentrically with the fixed side member, and the sensor unit and the arithmetic processing circuit are covered with the protective cover. Bearing for wheel with sensor. 請求項8において、前記演算処理回路に、この演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分に防錆処理を施したシール材を塗布したセンサ付車輪用軸受。   In Claim 8, the signal cable which takes out the signal processed by this arithmetic processing circuit to the outside of a bearing is attached to the arithmetic processing circuit, and the cylindrical part on the outboard side of the body mounting flange in the protective cover, A sensor-equipped wheel bearing in which a hole through which a lead-out portion from a protective cover of a signal cable is drawn is provided, and a seal material subjected to rust prevention treatment is applied to a portion from which the signal cable lead-out portion is drawn out from the hole. 請求項8において、前記演算処理回路に、この演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分に弾性材料からなるブッシュを取付けたセンサ付車輪用軸受。   In Claim 8, the signal cable which takes out the signal processed by this arithmetic processing circuit to the outside of a bearing is attached to the arithmetic processing circuit, and the cylindrical part on the outboard side of the body mounting flange in the protective cover, A sensor-equipped wheel bearing in which a hole portion from which a lead portion is drawn out from a protective cover of a signal cable is provided, and a bush made of an elastic material is attached to a portion where the signal cable lead portion is drawn out from the hole portion. 請求項8において、前記演算処理回路に、演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分に防錆処理を施したシール材を塗布すると共に、弾性材料からなるブッシュを取付けたセンサ付車輪用軸受。   9. The signal processing circuit according to claim 8, wherein a signal cable for taking out a signal processed by the arithmetic processing circuit to the outside of the bearing is attached to the arithmetic processing circuit, and the signal is connected to a cylindrical portion on the outboard side of the body mounting flange in the protective cover. Provided with a hole through which the lead-out part from the cable protective cover is drawn out, and applied a sealing material subjected to rust prevention treatment to the part from which the signal cable lead-out part is drawn out from the hole part, and attached a bush made of an elastic material Wheel bearing with sensor. 請求項8ないし請求項11のいずれか1項において、前記保護カバーは、耐蝕性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであるセンサ付車輪用軸受。   The sensor-equipped wheel bearing according to any one of claims 8 to 11, wherein the protective cover is formed by pressing a corrosion-resistant steel plate. 請求項8ないし請求項11のいずれか1項において、前記保護カバーは、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであるセンサ付車輪用軸受。   12. The sensor-equipped wheel bearing according to claim 8, wherein the protective cover is obtained by applying metal plating or coating to a steel plate formed by pressing. 請求項1ないし請求項13のいずれか1項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記演算処理回路を一体成形したセンサ付車輪用軸受。   14. The sensor-equipped wheel bearing according to claim 1, wherein a flexible board is attached to a peripheral surface of the fixed side member concentrically with the fixed side member, and the arithmetic processing circuit is integrally formed on the flexible board. . 請求項1ないし請求項13のいずれか1項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記センサユニットを取付けたセンサ付車輪用軸受。   14. The wheel bearing with sensor according to claim 1, wherein a flexible board is attached to the peripheral surface of the fixed side member concentrically with the fixed side member, and the sensor unit is attached to the flexible board. 請求項14または請求項15において、前記フレキシブル基板のベース材質がポリイミドであるセンサ付車輪用軸受。   16. The wheel bearing with sensor according to claim 14 or 15, wherein a base material of the flexible substrate is polyimide. 請求項1ないし請求項16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、および左面部に円周方向90度の位相差で4つ等配したセンサ付車輪用軸受。   The sensor unit according to any one of claims 1 to 16, wherein the sensor unit is an upper surface portion, a lower surface portion, a right surface portion of an outer diameter surface of the fixed side member that is in a vertical position and a horizontal position with respect to a tire ground contact surface. And four wheel bearings with a sensor arranged equally on the left surface with a phase difference of 90 degrees in the circumferential direction. 請求項1ないし請求項17のいずれか1項において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に直交する線分に対して線対称となる形状としたセンサ付車輪用軸受。   18. The sensor-equipped wheel bearing according to any one of claims 1 to 17, wherein a front shape of the flange of the stationary member is symmetrical with respect to a line segment orthogonal to the bearing axis. 請求項1ないし請求項17のいずれか1項において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に対して点対称となる形状としたセンサ付車輪用軸受。   18. The sensor-equipped wheel bearing according to claim 1, wherein a front shape of the flange of the fixed-side member is a point-symmetric shape with respect to the bearing axis. 請求項1ないし請求項19のいずれか1項において、前記固定側部材のフランジが設けられる周面に、耐蝕性または防食性を有する表面処理を施したセンサ付車輪用軸受。   20. The sensor-equipped wheel bearing according to any one of claims 1 to 19, wherein a peripheral surface provided with a flange of the fixed side member is subjected to a surface treatment having corrosion resistance or corrosion resistance. 請求項20において、前記表面処理が金属メッキ、または塗装、またはコーティング処理であるセンサ付車輪用軸受。   21. The wheel bearing with sensor according to claim 20, wherein the surface treatment is metal plating, painting, or coating treatment. 請求項8ないし請求項21のいずれか1項に記載のセンサ付車輪用軸受の組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに前記保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることを特徴とするセンサ付車輪用軸受の組立方法。   The method of assembling a sensor-equipped wheel bearing according to any one of claims 8 to 21, wherein the stationary member is a single member or the rolling member is assembled to the stationary member. A method of assembling a sensor-equipped wheel bearing, comprising: mounting the sensor unit on a peripheral surface of the fixed side member; and further mounting the protective cover on the peripheral surface of the fixed side member;
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