JP2012251659A - センサ付車輪用軸受 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 車輪用軸受は、外方部材1と内方部材2の対向し合う複列の転走面3,4間に転動体5を介在させてなる。歪み発生部材21と、これに取付けられてその歪みを検出する2つ以上のセンサ22とでなる荷重検出用センサ部20を複数設ける。歪み発生部材21は、複数の荷重検出用センサ部20にわたって連続した1つの帯状部材とし、各荷重検出用センサ部20ごとに割り当てられる2つ以上の接触固定部21aを、外方部材1および内方部材2のうちの固定側部材の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置に配置する。荷重検出用センサ部20の2つ以上のセンサ22の出力信号から、車輪用軸受に作用する荷重を推定手段32で推定する。
【選択図】 図2
Description
特に、複数の荷重検出用センサ部の歪み発生部材を、これら複数の荷重検出用センサ部に渡って連続した1つの帯状の歪み発生部材としているので、煩雑な配線作業が要らず、配線部の品質向上およびコスト低減が可能となる。
このように、複数の荷重検出用センサ部を有する1つの帯状の歪み発生部材を複数箇所で屈曲させることにより、固定側部材への取付け作業が容易になる。
このように、固定側部材の外径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、固定側部材の外径面の錆により荷重検出用センサ部の取付部が盛り上がったり、荷重検出用センサ部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の誤動作を解消でき、荷重検出を長期にわたり正確に行なうことができる。
このように、複数の荷重検出用センサ部を覆う筒状の保護カバーを前記固定側部材の外径面に嵌合させた場合、複数の荷重検出用センサ部を外部環境から保護することができ、外部環境による荷重検出用センサ部の故障を防止して、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安定的に検出できる。
出力信号の振幅は、転動体の通過や転動体の位置による影響を受けると共に、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受けて、出力信号が変動する。そこで、その出力信号の差分から出力信号の振幅または振幅に相当する値を演算することにより、少なくとも各出力信号に及ぼす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できて、検出精度を上げることができる。
なお、前記「温度の影響」は、軸受の温度変化によって出力信号がシフトすることである。前記「滑りの影響」は、軸受が受ける荷重の変動によって生じる出力信号のシフトである。
(1) シフト要因の時間的変化が緩やかである場合、具体的には転動体の周波数よりも低い場合、見かけ上の振幅の幅は演算で得られる振幅の幅と同等となる。すなわち、振幅の中心位置が変化したと見える。
(2) シフトの要因の時間的変化が転動体の周波数と同じ場合、見かけ上の振幅の幅は(実際の振幅)+(シフト要因による変動)となってしまう。
(3) シフト要因の時間的変化が転動体の周波数よりも高い場合、見かけ上の振幅の周波数は転動体の通過によるものではなく、シフト要因の変化によるものに見えてしまう。
これらのシフト要因は、隣合う2つの出力信号に同相で入力される。したがって、2つのセンサの差分を取ることで、影響を除去することができ、純粋な振幅を検出することが可能となる。
前記推定手段は、出力信号の差分から信号の実効値を演算し、その値を出力信号の振幅相当値としても良い。
前記推定手段は、出力信号の差分から、その振動周期の一周期以上の時間区間内における最大値と最小値を求め、その値を出力信号の振幅相当値としても良い。
この構成の場合、前記2つの接触固定部の中間位置に例えば2つのセンサが配置されていれば、これら両センサの間での前記円周方向の間隔は、転動体の配列ピッチの略1/2となる。その結果、両センサの出力信号は略180度の位相差を有することになり、その差分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十分相殺した値となる。これにより、推定手段によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間に作用する力は、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より確実に排除した正確なものとなる。
2つのセンサの間での前記円周方向の間隔が、転動体の配列ピッチの1/2であると、それらセンサの出力信号は180度の位相差を有することになり、その差分は、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。これにより、推定手段によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間に作用する力は、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より確実に排除した正確なものとなる。
この構成の場合、両端に位置する2つの接触固定部(第1の接触固定部と第3の接触固定部)の間での前記円周方向の間隔を、転動体の配列ピッチと同一とすると、隣り合う2つのセンサ間での前記円周方向の間隔は転動体の配列ピッチの1/2となる。これにより、推定手段によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間に作用する力は、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排除した正確なものとなる。
このように、平面概形が均一幅の帯状である薄板材で歪み発生部材を構成した場合、歪み発生部材をコンパクトで低コストなものとできる。
2つ以上のセンサの出力信号の和を取ると、各出力信号に現れる転動体の位置の影響を相殺することができるので、静止時においても荷重を推定できる。差分から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排除できることと相まって、荷重をさらに精度良く検出でき、ローパスフィルタが不要となるため、応答速度も向上する。
車体取付用のフランジの正面形状をこのような形状とした場合、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荷重検出用センサ部に検出させることができる。
纏めなおして言うと、このセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に、この固定側部材に接触して固定される3つ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2つのセンサからなる荷重検出用センサ部を複数設けてなるセンサ付車輪用軸受であって、前記複数の荷重検出用センサ部の歪み発生部材を、これら複数の荷重検出用センサ部に渡って連続した1つの帯状の歪み発生部材とし、この帯状の歪み発生部材における前記3つの接触固定部を、前記固定側部材の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置し、隣り合う前記接触固定部の間隔または隣り合う前記センサの前記固定側部材の外径面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)}倍またはこれらの値に近似した値とし、前記2つのセンサの出力信号の差分により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設けたものであってもよい。
特に、複数の荷重検出用センサ部の歪み発生部材を、これら複数の荷重検出用センサ部に渡って連続した1つの帯状の歪み発生部材としているので、煩雑な配線作業が要らず、配線部の品質向上およびコスト低減が可能となる。
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15の圧入孔16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。
なお、前記推定手段32は、前記出力信号の差分に限らず、例えば、前記2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号の和や、平均値、振幅値、振幅中心値などの情報から、これらを適宜用いて、例えば線形結合的に用いて、各作用力Fx Fy,Fzを推定するようにしても良い。その場合も、前記和や平均値などの情報と前記各作用力Fx Fy,Fz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を用いても良い。
前記2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号A,Bの差分から、演算処理によって差分信号の振幅、または振幅に相当する値を求める方法としては、絶対値|A−B|からそのピーク値を検出するものでも良い。絶対値|A−B|は、演算回路によって生成しても良いが、デジタル演算処理によって計算しても良い。回転状態では半波整流波形が得られるため、そのピーク値をホールドするか、ローパスフィルタ;Low Pass Filter ,略称LPF によって直流成分を求めて差分信号の振幅相当値とすることができる。また、差分信号(A−B)の実効値(二乗平均値)を振幅相当値として荷重の推定演算に用いても良い。デジタル演算処理においては、差分信号の振動周期の一周期以上を演算対象区間に設定し、その区間内の最大値と最小値を検出することで、振幅相当値を算出するものでも良い。
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 )から、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より確実に排除することができる。
なお、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の差分は、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。
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…荷重検出用センサ部
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
21b…切欠き部
21d…屈曲部
22,22A,22B…歪みセンサ
32…推定手段
33…モールド材
40…保護カバー
42…表面処理層
Claims (20)
- 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に、この固定側部材に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する2つ以上のセンサからなる荷重検出用センサ部を複数設けてなるセンサ付車輪用軸受であって、
前記複数の荷重検出用センサ部の歪み発生部材を、これら複数の荷重検出用センサ部に渡って連続した1つの帯状の歪み発生部材とし、この帯状の歪み発生部材における前記2つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置し、前記2つ以上のセンサの出力信号により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 - 請求項1において、前記1つの帯状の歪み発生部材を、その長手方向の複数箇所における、隣合う荷重検出用センサ部の間で屈曲させて、前記固定側部材に固定具で固定したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1または請求項2において、前記1つの帯状の歪み発生部材をモールド材で被覆したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記固定側部材の外径面における少なくとも前記複数の荷重検出用センサ部との接触部分に、耐食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。
- 請求項4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。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記複数の荷重検出用センサ部を覆う筒状の保護カバーを前記固定側部材の外径面に嵌合させたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項6において、前記保護カバーが、耐食性を有する鋼板をプレス加工した成形品であるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記推定手段は、前記2つ以上のセンサの出力信号の差分から、出力信号の振幅または振幅に相当する値を演算するものであるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項8において、前記推定手段は、出力信号の差分から信号の絶対値を生成し、そのピーク値または直流成分を、出力信号の振幅相当値とするものであるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項8において、前記推定手段は、出力信号の差分から信号の実効値を演算し、その値を出力信号の振幅相当値とするものであるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項8において、前記推定手段は、出力信号の差分から、その振動周期の一周期以上の時間区間内における最大値と最小値を求め、その値を出力信号の振幅相当値とするものであるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項11のいずれか1項において、前記2つ以上の接触固定部のうち、前記固定側部材の外径面の円周方向配列の両端に位置する2つの接触固定部の間隔を、転動体の配列ピッチと同一としたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項12のいずれか1項において、前記2つ以上のセンサにおける隣り合うセンサ間の前記固定側部材の外径面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)}倍またはこれらの値に近似した値としたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項13のいずれか1項において、前記荷重検出用センサ部は3つの接触固定部と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たセンサ付車輪用軸受。
- 請求項14において、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外径面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)}倍またはこれらの値に近似した値としたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項15のいずれか1項において、前記歪み発生部材は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項16のいずれか1項において、前記荷重検出用センサ部を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項17のいずれか1項において、前記推定手段は、さらに前記2つ以上のセンサの出力信号の和も用いて、車輪用軸受に作用する荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項18のいずれか1項において、前記固定側部材は外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを有し、こ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たセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項19のいずれか1項において、前記荷重検出用センサ部における前記歪み発生部材の接触固定部が3つであり、
前記帯状の歪み発生部材における前記3つの接触固定部を、前記固定側部材の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置し、隣り合う前記接触固定部の間隔または隣り合う前記センサの前記固定側部材の外径面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)}倍またはこれらの値に近似した値とし、前記推定手段は、前記2つのセンサの出力信号の差分により、車輪用軸受に作用する荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。
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