JP2013024791A - Wheel bearing with sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wheel bearing with sensors capable of performing load estimation calculation processing and obtaining a correct estimated load value without using the signal of a rotation sensor and wheel rotation speed information from a vehicle.SOLUTION: Multiple sensor units are arranged in a fixed side member between the outer member and inner member of a wheel bearing. The wheel bearing with sensors includes: load estimation means 34 having a first calculation processing part 35 for calculating a load to actuate on the wheel bearing by using only the average value A of sensor output signals of the sensor units, and a second calculation processing part 36 for calculating the load by using the average value A and amplitude value B of the sensor output signals; rotation speed evaluation means 37 for obtaining an evaluation value V expressing the rotation speed of a wheel on the basis of the sensor output signal; and estimated load output means 38 for synthesizing the two calculation processing results on the basis of the evaluation value V and outputting an estimated load value. The estimated load output means 38 synthesizes the calculation processing results with the use of a ratio r corresponding to an elapsed time from when the evaluation value V crosses with a predetermined threshold Vth.

Description

この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。   The present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing with a built-in load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.

自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、外輪外径面の歪みから荷重を検出するようにした車輪用軸受が提案されている(例えば特許文献1)。しかし、特許文献1に開示の技術では、車輪用軸受に作用する荷重を検出する場合、荷重に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、検出感度が低くなり、荷重を精度良く検出できない。   As a technique for detecting the load applied to each wheel of an automobile, a wheel bearing has been proposed in which a strain gauge is attached to the outer ring of the wheel bearing and the load is detected from the distortion of the outer surface of the outer ring (for example, a patent) Reference 1). However, in the technique disclosed in Patent Document 1, when detecting the load acting on the wheel bearing, the amount of deformation of the fixed wheel with respect to the load is small, so the amount of distortion is small, the detection sensitivity is low, and the load cannot be detected with high accuracy.

この課題を解決するものとして、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受が提案されている(特許文献2)。同文献のセンサ付車輪用軸受における車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、上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。上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面には1つ以上のセンサユニットを設ける。各センサユニットは、前記固定側部材の外径面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と、この歪み発生部材に取付けられて歪み発生部材の歪みを検出する1つ以上のセンサを有するものとする。   As a solution to this problem, a sensor-equipped wheel bearing having the following configuration has been proposed (Patent Document 2). The wheel bearing in the sensor-equipped wheel bearing of the same document includes an outer member in which a double row rolling surface is formed on the inner periphery, and an inner member in which the rolling surface opposite to the rolling surface is formed on the outer periphery. A member and a double row rolling element interposed between the opposing rolling surfaces of both members are provided, and the wheel is rotatably supported with respect to the vehicle body. One or more sensor units are provided on the outer diameter surface of the stationary member of the outer member and the inner member. Each sensor unit has a strain generating member having two or more contact fixing portions fixed in contact with the outer diameter surface of the fixed side member, and detects the strain of the strain generating member attached to the strain generating member. It shall have one or more sensors.

この構成において、車輪用軸受に作用する荷重を、センサ出力信号の平均値のみから演算・推定する第1の荷重推定手段と、センサ出力信号の平均値と振幅値とから演算・推定する第2の荷重推定手段と、これら両荷重推定手段のうちのいずれかの推定荷重値を車輪回転速度に応じて切り替え選択して出力する選択出力手段とを設ける。この場合の概略の構成を図14にブロック図で示す。   In this configuration, the first load estimating means for calculating / estimating the load acting on the wheel bearing only from the average value of the sensor output signal, and the second calculating / estimating from the average value and the amplitude value of the sensor output signal. Load estimation means, and a selection output means for selecting and outputting the estimated load value of either of these load estimation means according to the wheel rotational speed. A schematic configuration in this case is shown in a block diagram in FIG.

この構成では、荷重推定演算式として、変数としてセンサ出力信号の平均値Aのみを用いる式と、変数としてセンサ出力信号の平均値Aと振幅値Bとを用いる式とを用意し、車輪回転速度によって荷重演算処理を切り替えるようにしている。すなわち、通常走行状態では、センサ出力信号の平均値Aと振幅値Bを用いた演算式による荷重推定演算を行い、低速あるいは停止状態においては前記平均値Aだけを用いた演算式による荷重推定演算を行う。   In this configuration, a formula using only the average value A of the sensor output signal as a variable and a formula using the average value A and the amplitude value B of the sensor output signal as variables are prepared as load estimation calculation formulas. Is used to switch the load calculation process. That is, in the normal running state, the load estimation calculation is performed by an arithmetic expression using the average value A and the amplitude value B of the sensor output signal, and the load estimation calculation by the arithmetic expression using only the average value A is performed at a low speed or in a stop state. I do.

特表2003−530565号公報Special table 2003-530565 gazette 特開2010−181154号公報JP 2010-181154 A

しかし、特許文献2に開示の構成では、振幅Bを演算によって求める場合に、ある一定時間内のセンサ出力信号を用いることが必要になるため、信号処理による時間遅れが発生する。また、平均値Aのみを用いた荷重推定演算と、平均値Aと振幅値Bを用いた荷重推定演算を、車輪回転速度に応じて切り替えるときに、切り替えにより推定荷重出力の遅れ時間も変化するため、検出誤差となって観測される。また、2つの演算式による演算結果には違いが発生する場合もあり、その状態で出力の切り替えを行うと、推定荷重出力が不連続に変化することになる。検出した推定荷重値に基づいて各種の操作を実行する制御システムにとっては、上記のような推定荷重出力の不連続な変化や大きな検出誤差は好ましくない。   However, in the configuration disclosed in Patent Document 2, when the amplitude B is obtained by calculation, it is necessary to use a sensor output signal within a certain period of time, which causes a time delay due to signal processing. Further, when the load estimation calculation using only the average value A and the load estimation calculation using the average value A and the amplitude value B are switched according to the wheel rotation speed, the delay time of the estimated load output also changes due to the switching. Therefore, it is observed as a detection error. In addition, there may be a difference between the calculation results of the two calculation formulas, and when the output is switched in this state, the estimated load output changes discontinuously. For the control system that executes various operations based on the detected estimated load value, the above-described discontinuous change in the estimated load output and a large detection error are not preferable.

これらの不具合を防止するために、回転センサを搭載して車輪の回転速度を検出したり、車両側から別途、車輪の回転速度情報を入手したりすることで、2つの演算式による演算結果を回転速度に応じて連続的に切り替えることも可能だが、回転速度情報が得られない状況では対処できない。   In order to prevent these problems, a rotation sensor is installed to detect the rotation speed of the wheel, or the rotation speed information of the wheel is obtained separately from the vehicle side, so that the calculation result by the two calculation formulas is obtained. Although it is possible to switch continuously according to the rotation speed, it cannot be handled in a situation where rotation speed information is not available.

これとは別に、回転センサ等の情報を用いずに、センサ出力信号から回転速度に準ずる評価値を算出し、この評価値に基づいて荷重演算処理を切り替えることも考えられる。この方法では、回転センサ信号を用いることができない状況、あるいは回転速度情報を連続的に安定して取得することができない状況においても、回転速度に準じた評価値を得ることができる。しかし、この評価値で、低速回転状態かどうかを判別することは可能だが、速度に正確に比例する評価値とはならないため、速度に応じて連続的に切り替える処理に適用するのは難しい。   Apart from this, it is also conceivable to calculate an evaluation value according to the rotational speed from the sensor output signal without using information such as the rotation sensor and to switch the load calculation processing based on this evaluation value. In this method, an evaluation value according to the rotation speed can be obtained even in a situation where the rotation sensor signal cannot be used or in a situation where the rotation speed information cannot be acquired continuously and stably. However, although it is possible to determine whether or not the engine is in a low-speed rotation state with this evaluation value, it is not an evaluation value that is exactly proportional to the speed, so that it is difficult to apply to the process of continuously switching according to the speed.

この発明の目的は、回転センサの信号や、車両からの車輪回転速度情報を用いることなく、荷重推定演算処理を行うことができ、正確な推定荷重値を得ることが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 can perform load estimation calculation processing and obtain an accurate estimated load value without using a rotation sensor signal or wheel rotation speed information from a vehicle. Is to provide.

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1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2と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体5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1および内方部材2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つ以上の接触固定部21aを有する歪み発生部材21、およびこの歪み発生部材21に取付けられてこの歪み発生部材21の歪みを検出する2つ以上のセンサ22A,22Bからなる荷重検出用センサユニット20A(20B)を複数設ける。
前記各センサ22A,22Bの出力信号の平均値Aのみを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第1の演算処理部35、および前記各センサ22A,22Bの出力信号の平均値Aと振幅値Bとを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第2の演算処理部36からなる荷重推定手段34と、前記各センサ22A,22Bの出力信号から車輪の回転速度を表す評価値Vを求める回転速度評価手段37と、前記評価値Vに基づき前記荷重推定手段34における2つの演算処理部35,36の演算処理結果を合成して推定荷重値を出力する推定荷重出力手段38とを設け、この推定荷重出力手段38は、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってからの経過時間に応じた比率rで前記演算処理結果の合成を行う。
The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member 1 in which double-row rolling surfaces are formed on the inner periphery, and an inner member 2 in which a rolling surface opposite to the rolling surface is formed on the outer periphery. And a double-row rolling element 5 interposed between the opposing rolling surfaces of the two members, and in a wheel bearing for rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, the outer member 1 and the inner member 2 are A strain generating member 21 having three or more contact fixing portions 21a fixed to the fixed side member in contact with the fixed side member, and a strain of the strain generating member 21 attached to the strain generating member 21 A plurality of load detection sensor units 20A (20B) each including two or more sensors 22A and 22B for detecting the above are provided.
The first arithmetic processing unit 35 that calculates and estimates the load acting on the wheel bearing using only the average value A of the output signals of the sensors 22A and 22B, and the average value of the output signals of the sensors 22A and 22B A load estimation means 34 comprising a second arithmetic processing unit 36 for calculating and estimating a load acting on the wheel bearing using A and the amplitude value B, and the rotational speed of the wheel from the output signals of the sensors 22A and 22B. A rotational speed evaluation means 37 for obtaining an evaluation value V representing the output, and an estimated load that outputs an estimated load value by combining the calculation processing results of the two calculation processing units 35 and 36 in the load estimation means 34 based on the evaluation value V An output means 38 is provided, and the estimated load output means 38 synthesizes the calculation processing results at a ratio r corresponding to an elapsed time after the evaluation value V crosses a predetermined threshold value Vth.

この構成によると、車輪のタイヤと路面間に荷重が作用するとき、車輪用軸受の固定側部材(例えば外方部材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20A(20B)における歪み発生部材21の3つ以上の接触固定部21aが、外方部材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、その歪みがセンサ22A,22Bで感度良く検出される。
特に、センサユニット20A(20B)のセンサ22A,22Bの出力信号の平均値Aのみを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第1の演算処理部35、およびセンサ22A,22Bの出力信号の振幅値Bと前記平均値Aとを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第2の演算処理部36からなる荷重推定手段34と、前記各センサ22A,22Bの出力信号から車輪の回転速度を表す評価値Vを求める回転速度評価手段37と、前記評価値Vに基づき前記荷重推定手段34における2つの演算処理部35,36の演算処理結果を合成して推定荷重値を出力する推定荷重出力手段38とを設け、この推定荷重出力手段38は、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってからの経過時間に応じた比率rで前記演算処理結果の合成を行うようにしているので、以下に列挙するような効果が得られる。
・ 回転センサの信号や、車両からの車輪回転速度情報を用いることなく、荷重推定演算処理を行うことができるため、信号配線本数の増加が必要なく、荷重センサの製造コストを抑えられるとともに、車両に搭載するときの自由度を高めることができる。
・ 通常の回転状態における荷重推定演算処理と、低速時の荷重推定演算処理とを切り替えることにより、荷重推定誤差が抑制されるため、より正確な推定荷重値を得ることができる。
・ 回転速度に応じて荷重推定演算処理を切り替えるときにも、連続的に合成比率が変化する方法により荷重信号の不連続変化がなくなり、各種の車両制御への荷重信号の利用が容易になる。
・ 走行中に急ブレーキを動作させた場合には、急激に回転速度が変化してスリップ状態となることもあるが、車輪の回転が静止状態あるいは極低速状態であっても推定荷重値が出力されるため、走行状態に依存することなく車両制御等に信号を利用することができる。
According to this configuration, when a load is applied between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the fixed side member (for example, the outer member 1) of the wheel bearing to cause deformation. Here, since the three or more contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 in the sensor unit 20A (20B) are fixed in contact with the outer member, the strain of the outer member 1 is expanded to the strain generating member 21. The distortion is easily transmitted, and the distortion is detected with high sensitivity by the sensors 22A and 22B.
In particular, the first arithmetic processing unit 35 that calculates and estimates the load acting on the wheel bearing using only the average value A of the output signals of the sensors 22A and 22B of the sensor unit 20A (20B), and the sensors 22A and 22B. Load estimation means 34 comprising a second arithmetic processing unit 36 for calculating / estimating the load acting on the wheel bearing using the amplitude value B of the output signal and the average value A, and the outputs of the sensors 22A, 22B A rotational speed evaluation means 37 for obtaining an evaluation value V representing the rotational speed of the wheel from the signal, and an estimated load by combining the arithmetic processing results of the two arithmetic processing sections 35 and 36 in the load estimation means 34 based on the evaluation value V Estimated load output means 38 for outputting a value is provided, and the estimated load output means 38 has the ratio r corresponding to the elapsed time after the evaluation value V crosses a predetermined threshold value Vth. Since to carry out the synthesis of calculation processing result, effects are obtained as listed below.
・ Since load estimation calculation processing can be performed without using a rotation sensor signal or wheel rotation speed information from the vehicle, there is no need to increase the number of signal wires, and the manufacturing cost of the load sensor can be reduced. The degree of freedom when mounted on can be increased.
-By switching between the load estimation calculation process in the normal rotation state and the load estimation calculation process at low speed, the load estimation error is suppressed, so that a more accurate estimated load value can be obtained.
-Even when the load estimation calculation process is switched according to the rotation speed, the load signal is not discontinuously changed by the method in which the composition ratio is continuously changed, and the use of the load signal for various vehicle controls becomes easy.
・ If sudden braking is activated while driving, the rotational speed may change suddenly and the vehicle may slip, but the estimated load value is output even if the wheel is stationary or at extremely low speed. Therefore, the signal can be used for vehicle control or the like without depending on the traveling state.

この発明において、前記荷重推定手段34における演算処理に用いる前記各センサ22A,22Bの出力信号の平均値Aと振幅値Bは、一定時間T内の各センサ22A,22Bの出力信号を用いても良い。この場合に、前記一定時間Tの値は、前記回転速度評価手段37が求める評価値Vに応じて変化させても良い。
車輪の回転速度が低い状態では前記一定時間Tを長めに設定し、回転速度が速くなると前記一定時間Tが短くなるように構成すると、荷重推定手段34での振幅値Bを用いた演算処理が低速領域で精度劣化するのを抑えつつ、より高速な応答が求められる速度領域では演算処理結果の応答時間を短くすることができる。
In the present invention, the average value A and the amplitude value B of the output signals of the sensors 22A and 22B used for the arithmetic processing in the load estimating means 34 may be the output signals of the sensors 22A and 22B within a certain time T. good. In this case, the value of the predetermined time T may be changed according to the evaluation value V obtained by the rotation speed evaluation means 37.
If the fixed time T is set to be longer when the rotational speed of the wheel is low, and the fixed time T is shortened when the rotational speed is increased, the calculation process using the amplitude value B in the load estimating means 34 is performed. While suppressing deterioration in accuracy in the low speed region, the response time of the arithmetic processing result can be shortened in the speed region where a faster response is required.

この発明において、前記センサユニット20A(20B)では、隣り合う第1および第2の接触固定部21aの間、および隣り合う第2および第3の接触固定部21aの間に各センサ22A,22Bをそれぞれ取付け、隣り合う接触固定部21aもしくは隣り合うセンサ22A,22B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、前記荷重推定手段34における第1および第2の演算処理部35,36の一方または両方で、前記2つのセンサ22A,22Bの出力信号の和を平均値Aとして用いるものとしても良い。
この構成の場合、2つのセンサ22A,22Bの出力信号は略180度の位相差を有することになり、その平均値Aは転動体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、2つのセンサ22A,22Bの出力信号の平均値Aは転動体通過による変動成分をキャンセルした値となり、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より確実に排除した正確なものとなる。
In the present invention, in the sensor unit 20A (20B), the sensors 22A and 22B are arranged between the adjacent first and second contact fixing portions 21a and between the adjacent second and third contact fixing portions 21a. The interval in the circumferential direction of the fixed side member of the adjacent contact fixing portion 21a or the adjacent sensors 22A and 22B is set to {1/2 + n (n: integer)} times the arrangement pitch of the rolling elements, The sum of the output signals of the two sensors 22A and 22B may be used as the average value A in one or both of the first and second arithmetic processing units 35 and 36 in the load estimating unit 34.
In the case of this configuration, the output signals of the two sensors 22A and 22B have a phase difference of about 180 degrees, and the average value A is a value obtained by canceling the fluctuation component due to passing through the rolling elements. The amplitude value B is a value that sufficiently offsets the influence of temperature and the influence of slippage between the knuckle and flange surfaces. As a result, the average value A of the output signals of the two sensors 22A and 22B becomes a value obtained by canceling the fluctuation component due to passing through the rolling elements, and the amplitude value B is more influenced by temperature and the effect of slippage between the knuckle and flange surfaces. It will be accurate and surely excluded.

この発明において、前記推定荷重出力手段38で用いる合成比率rは、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってからの経過時間を変数とする一次関数で決定されるものとしても良い。   In the present invention, the composition ratio r used by the estimated load output means 38 may be determined by a linear function having the elapsed time after the evaluation value V crosses a predetermined threshold value Vth as a variable. .

この発明において、前記推定荷重出力手段38で用いる合成比率rは、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってからの経過時間を変数とする二次以上の関数で決定されるものとしても良い。   In the present invention, the composite ratio r used in the estimated load output means 38 is determined by a quadratic or higher function whose variable is the elapsed time after the evaluation value V crosses a predetermined threshold value Vth. It is also good.

この発明において、前記推定荷重出力手段38で用いる合成比率rの変化は、前記評価値Vが予め定めたしきい値thを横切ってからの経過時間のうち、予め設定された遷移時間aの経過で完了するものとしても良い。   In the present invention, the change in the composite ratio r used by the estimated load output means 38 is the elapse of a preset transition time a out of the elapsed time since the evaluation value V crosses a predetermined threshold th. It is good to complete it.

この場合に、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってから再度しきい値Vthを横切るまでの経過時間が、前記遷移時間aに満たない場合、再度しきい値Vthを横切ったときの合成比率rを初期値として、以後の合成比率rが変化するものとしても良い。   In this case, when the elapsed time from when the evaluation value V crosses the predetermined threshold value Vth until it crosses the threshold value Vth again does not reach the transition time a, the threshold value Vth is crossed again. It is also possible that the subsequent synthesis ratio r changes with the current synthesis ratio r as the initial value.

この発明において、前記回転速度評価手段37は、各センサ22A,22Bの出力信号の振幅値Bを選択して合計した値を前記評価値Vとして求めるものとしても良い。   In the present invention, the rotational speed evaluation means 37 may obtain a value obtained by selecting and summing the amplitude values B of the output signals of the sensors 22A and 22B as the evaluation value V.

この発明において、前記回転速度評価手段37は、前記センサ22A,22Bの出力信号に含まれる転動体の公転運動による振幅成分の周波数から前記評価値Vを求めるものとしても良い。   In this invention, the said rotational speed evaluation means 37 is good also as what calculates | requires the said evaluation value V from the frequency of the amplitude component by the revolution motion of the rolling element contained in the output signal of the said sensors 22A and 22B.

この発明において、前記センサユニット20A(20B)を3つ以上設け、前記荷重推定手段34は、前記3つ以上のセンサユニット20A(20B)のセンサ22A,22Bの出力信号から車輪用軸受の径方向に作用する上下方向および左右方向の2つの径方向荷重Fx ,Fz と、車輪用軸受の軸方向に作用する1つの軸方向荷重Fy を演算・推定するものとしても良い。   In the present invention, three or more sensor units 20A (20B) are provided, and the load estimating means 34 determines the radial direction of the wheel bearing from the output signals of the sensors 22A and 22B of the three or more sensor units 20A (20B). It is also possible to calculate / estimate two radial loads Fx, Fz in the vertical direction and left / right direction acting on the wheel and one axial load Fy acting in the axial direction of the wheel bearing.

この発明において、前記センサユニット20A(20B)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20A(20B)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、より精度良く推定することができる。   In this invention, the sensor unit 20A (20B) is circumferentially arranged 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 of 90 degrees in the direction. By arranging the four sensor units 20A (20B) in this way, 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 can be estimated more accurately. Can do.

この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に、この固定側部材に接触して固定される3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ユニットを複数設け、前記各センサの出力信号の平均値のみを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第1の演算処理部、および前記各センサの出力信号の平均値と振幅値とを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第2の演算処理部からなる荷重推定手段と、前記各センサの出力信号から車輪の回転速度を表す評価値を求める回転速度評価手段と、前記評価値に基づき前記荷重推定手段における2つの演算処理部の演算処理結果を合成して推定荷重値を出力する推定荷重出力手段とを設け、この推定荷重出力手段は、前記評価値が予め定めたしきい値を横切ってからの経過時間に応じた比率で前記演算処理結果の合成を行うようにしているので、回転センサの信号や、車両からの車輪回転速度情報を用いることなく、荷重推定演算処理を行うことができ、正確な推定荷重値を得ることができる。   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 wheel bearing comprising a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of the member and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, wherein the fixed side member of the outer member and the inner member Further, a strain generating member having three or more contact fixing portions fixed in contact with the fixed side member, and two or more sensors attached to the strain generating member and detecting the strain of the strain generating member A plurality of load detection sensor units, a first calculation processing unit that calculates and estimates a load acting on the wheel bearing using only the average value of the output signal of each sensor, and the output signal of each sensor Acting on wheel bearings using average and amplitude values A load estimation unit comprising a second calculation processing unit for calculating and estimating a load; a rotation speed evaluation unit for obtaining an evaluation value representing a rotation speed of a wheel from an output signal of each sensor; and the load estimation based on the evaluation value And an estimated load output means for outputting an estimated load value by combining the calculation processing results of the two calculation processing sections in the means, the estimated load output means after the evaluation value crosses a predetermined threshold value Since the calculation processing result is synthesized at a ratio according to the elapsed time, load estimation calculation processing can be performed without using a rotation sensor signal or wheel rotation speed information from the vehicle, An accurate estimated load value can be obtained.

この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。It is a figure showing combining the sectional view of the wheel bearing with a sensor concerning one embodiment of this invention, and the block diagram of the conceptual composition of the detection system. 同センサ付車輪用軸受の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 outer member of the wheel bearing with a sensor 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3におけるIV−IV矢視断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view taken along arrow IV-IV in FIG. 3. センサユニットの他の設置例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of installation of a sensor unit. 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. センサ出力信号の平均値と振幅値を演算する演算処理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 arithmetic processing part which calculates the average value and amplitude value of a sensor output signal. 検出系の全体の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of a detection system. 評価値Vと回転速度領域RA,RBとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between evaluation value V and rotation speed area | region RA, RB. 推定荷重出力手段での推定荷重値Lout の算出例を示す図である。It is a figure which shows the example of calculation of the estimated load value Lout in an estimated load output means. (A)は外方部材外径面上部でのセンサ出力信号の振幅と軸方向荷重Fy の方向との関係を示すグラフ、(B)は同外径面下部でのセンサ出力信号の振幅と軸方向荷重との関係を示すグラフである。(A) is a graph showing the relationship between the amplitude of the sensor output signal at the upper part of the outer diameter surface of the outer member and the direction of the axial load Fy, and (B) is the amplitude and axis of the sensor output signal at the lower part of the outer diameter surface. It is a graph which shows the relationship with a direction load. 軸方向荷重Fy の大きさと上下のセンサユニットのセンサ出力信号の差分との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the magnitude | size of axial load Fy, and the difference of the sensor output signal of an upper and lower sensor unit. この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の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 of the bearing for wheels with a sensor concerning other embodiments of this invention from the outboard side. 従来例における荷重推定手段の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the load estimation means in a prior art example.

この発明の一実施形態を図1ないし図12と共に説明する。この実施形態は、第3世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。   An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is a third generation inner ring rotating type and is applied to a wheel bearing for driving wheel support. In this specification, the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.

このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図1に断面図で示すように、内周に複列の転走面3を形成した外方部材1と、これら各転走面3に対向する転走面4を外周に形成した内方部材2と、これら外方部材1および内方部材2の転走面3,4間に介在した複列の転動体5とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体5はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。上記転走面3,4は断面円弧状であり、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材1と内方部材2との間の軸受空間の両端は、一対のシール7,8によってそれぞれ密封されている。   As shown in the sectional view of FIG. 1, the bearing for this sensor-equipped wheel bearing includes an 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、この車輪用軸受の外方部材1をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図1の車輪用軸受は、図2におけるI−I矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ1aは、図2のように、各ねじ孔14が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aaとされている。   FIG. 2 shows a front view of the outer member 1 of the wheel bearing as viewed from the outboard side. In addition, the wheel bearing of FIG. 1 shows the II sectional view taken on the line in FIG. As shown in FIG. 2, the vehicle body mounting flange 1 a is a projecting piece 1 aa in which a circumferential portion provided with each screw hole 14 protrudes to the outer diameter side from the other portion.

固定側部材である外方部材1の外径面には、2つのセンサユニット20A,20Bが設けられている。ここでは、これらのセンサユニット20A,20Bが、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材1の外径面における上面部および下面部にそれぞれ設けられている。   Two sensor units 20A and 20B are provided on the outer diameter surface of the outer member 1 which is a fixed member. Here, these sensor units 20 </ b> A and 20 </ b> B are respectively provided on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is in the vertical position with respect to the tire ground contact surface.

これらのセンサユニット20A,20Bは、図3および図4に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出する2つ以上(ここでは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つ以上(ここでは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1列に並べて配置される。2つの歪みセンサ22A,22Bは、歪み発生部材21における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。具体的には、歪み発生部材21の外面側で隣り合う接触固定部21aの間に配置される。つまり、図4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3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20A,20Bに伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。   These sensor units 20A and 20B, as shown in an enlarged plan view and an enlarged cross-sectional view in FIGS. 3 and 4, detect the strain of the strain generating member 21 attached to the strain generating member 21 and the strain generating member 21. Two or more (two in this case) 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 or more (three in this case) 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. The two strain sensors 22 </ b> A and 22 </ b> B are affixed to the strain generating member 21 where the strain increases with respect to the load in each direction. Specifically, it arrange | positions between the contact fixing | fixed parts 21a adjacent on the outer surface side of the distortion generation member 21. FIG. That is, in FIG. 4, 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. 3, 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 plastic deformation occurs, the deformation of the outer member 1 is not transmitted to the sensor units 20A and 20B and affects the measurement of strain.

前記センサユニット20A,20B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の軸方向に同寸法の位置で、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。前記各ボルト24は、それぞれ接触固定部21aに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔25からスペーサ23のボルト挿通孔26に挿通し、外方部材1の外周部に設けられたねじ孔27に螺合させる。このように、スペーサ23を介して外方部材1の外径面に接触固定部21aを固定することにより、薄板状である歪み発生部材21における切欠き部21bを有する各部位が外方部材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20A,20Bを安定良く固定する上で、外方部材1の外径面における前記スペーサ23が接触固定される箇所には平坦部1bが形成される。   In the sensor units 20A and 20B, the three contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 are located at the same size in the axial direction of the outer member 1, and the contact fixing portions 21a are separated from each other in the circumferential direction. The contact fixing portions 21 a are respectively fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 by bolts 24 through spacers 23. Each bolt 24 is inserted into a bolt insertion hole 26 of the spacer 23 from a bolt insertion hole 25 penetrating in the radial direction provided in the contact fixing portion 21 a, and a screw hole 27 provided in the outer peripheral portion of the outer member 1. Screwed on. 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 units 20 </ b> A and 20 </ b> B 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.

このほか、図5に断面図で示すように、外方部材1の外径面における前記歪み発生部材21の3つの接触固定部21aが固定される3箇所の各中間部に溝1cを設けることで、前記スペーサ23を省略し、歪み発生部材21における切欠き部21bが位置する各部位を外方部材1の外径面から離すようにしても良い。   In addition, as shown in a cross-sectional view in FIG. 5, grooves 1 c are provided at the three intermediate portions where the three contact fixing portions 21 a of the strain generating member 21 are fixed on the outer diameter surface of the outer member 1. Thus, the spacer 23 may be omitted, and the portions where the notches 21b of the strain generating member 21 are located may be separated from 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22A,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 22A and 22B can be formed on the strain generating member 21 with a thick film resistor.

センサユニット20A(20B)の2つの歪みセンサ22A,22Bは、図1に示すように、平均値演算部32と振幅値演算部33とを有する信号前処理手段31に接続される。図7に示すように、平均値演算部32は加算器からなり、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。振幅値演算部33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。なお、平均値Aとしては、センサ出力信号の和を演算するほか、センサ出力信号の時間平均値を取り出すようにしても良い。   As shown in FIG. 1, the two strain sensors 22A and 22B of the sensor unit 20A (20B) are connected to a signal preprocessing means 31 having an average value calculation unit 32 and an amplitude value calculation unit 33. As shown in FIG. 7, the average value calculation unit 32 includes an adder, calculates the sum of the output signals of the two strain sensors 22A and 22B, and extracts the sum as an average value A. The amplitude value calculation unit 33 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. Note that, as the average value A, in addition to calculating the sum of the sensor output signals, the time average value of the sensor output signals may be taken out.

前記信号前処理手段31は荷重推定手段34に接続される。荷重推定手段34は、各センサユニット20A,20Bのセンサ出力信号から演算される前記平均値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(例えば垂直方向荷重Fz )を演算・推定する手段である。この荷重推定手段34は、前記歪みセンサ22A,22Bの出力信号の平均値Aのみを用いて車輪用軸受に作用する荷重LAを演算・推定する第1の演算処理部35と、前記歪みセンサ22A,22Bの出力信号の平均値Aと振幅値Bとを用いて車輪用軸受に作用する荷重LBを演算・推定する第2の演算処理部36とを有する。   The signal preprocessing means 31 is connected to a load estimation means 34. The load estimator 34 uses a force (for example, vertical) acting on a wheel bearing or between a wheel and a road surface (tire contact surface) from the average value A and the amplitude value B calculated from the sensor output signals of the sensor units 20A and 20B. It is a means for calculating / estimating the directional load Fz). The load estimation means 34 includes a first arithmetic processing unit 35 that calculates and estimates a load LA acting on the wheel bearing using only the average value A of the output signals of the strain sensors 22A and 22B, and the strain sensor 22A. , 22B using a mean value A and an amplitude value B of the output signal, a second computation processing unit 36 that computes and estimates a load LB acting on the wheel bearing.

車輪用軸受に作用する荷重L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、
L=M1×S ……(1)
という関係で表すことができ、この関係式(1)から車輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に作用する荷重L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の演算処理部35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
LA=M1×A ……(2)
から荷重L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。
なお、この例では、2つのセンサユニット20A,20Bが用いられているので、式(2)による演算では各センサユニット20A(20B)から求められる平均値Aが用いられる。すなわち、センサユニット20Aから求められる平均値をAA、センサユニット20Bから求められる平均値をABとすると、式(2)は
LA=M1A×AA+M1B×AB ……(2’)
として表される。ただし、M1Aは平均値AAに乗算する所定の補正係数、M1Bは平均値ABに乗算する所定の補正係数である。
The relationship between the load L acting on the wheel bearing and the output signal S of the strain sensors 22A and 22B is as follows:
L = M1 × S (1)
From this relational expression (1), it is possible to estimate the load L acting between the wheel bearing and the wheel and the road surface (tire contact surface). Here, M1 is a predetermined correction coefficient.
The first arithmetic processing unit 35 uses the average value A as a variable obtained by removing the offset from the output signals of the strain sensors 22A and 22B, and multiplies the variable by a predetermined correction coefficient M1, that is, LA = M1 × A (2)
From the above, the load L is calculated and estimated. In this way, the load estimation accuracy can be improved by using the variable excluding the offset.
In this example, since two sensor units 20A and 20B are used, the average value A obtained from each sensor unit 20A (20B) is used in the calculation according to the equation (2). That is, when the average value obtained from the sensor unit 20A is AA and the average value obtained from the sensor unit 20B is AB, the equation (2) is LA = M1A × AA + M1B × AB (2 ′)
Represented as: However, M1A is a predetermined correction coefficient for multiplying the average value AA, and M1B is a predetermined correction coefficient for multiplying the average value AB.

前記第2の演算処理部36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
LB=M2×A+M3×B ……(3)
から荷重L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。
この例では、2つのセンサユニット20A,20Bが用いられているので、センサユニット20Aから求められる平均値をAA、振幅値をBA、センサユニット20Bから求められる平均値をAB、振幅値をBBとすると、式(3)は
LB=M2A×AA+M2B×AB+M3A×BA+M3B×BB ……(3’)として表される。ただし、M2Aは平均値AAに乗算する所定の補正係数、M2Bは平均値ABに乗算する所定の補正係数、M3Aは振幅値BAに乗算する所定の補正係数、M3Bは振幅値BBに乗算する所定の補正係数である。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の演算処理部35および第2の演算処理部36による演算は並行して行なわれる。
In the second arithmetic processing unit 36, 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, LB = M2 × A + M3 × B. (3)
From the above, the load L is calculated and estimated. Thus, load estimation accuracy can be further improved by using two types of variables.
In this example, since two sensor units 20A and 20B are used, the average value obtained from the sensor unit 20A is AA, the amplitude value is BA, the average value obtained from the sensor unit 20B is AB, and the amplitude value is BB. Then, Expression (3) is expressed as LB = M2A × AA + M2B × AB + M3A × BA + M3B × BB (3 ′). However, M2A is a predetermined correction coefficient for multiplying the average value AA, M2B is a predetermined correction coefficient for multiplying the average value AB, M3A is a predetermined correction coefficient for multiplying the amplitude value BA, and M3B is a predetermined correction coefficient for multiplying the amplitude value BB Is the correction coefficient. The value of each correction coefficient in each of the above arithmetic expressions is set by obtaining in advance by a test or simulation. Calculations by the first calculation processing unit 35 and the second calculation processing unit 36 are performed in parallel.

センサユニット20A(20B)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に設けられるので、歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは、図6のようにセンサユニット20A(20B)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の影響が上記した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20A(20B)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は最大値となり、図6(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20A(20B)の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは、転動体5の配列ピッチPを周期として図6(C)に実線で示すように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。また、歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは、温度の影響やナックル16と車体取付用フランジ1a(図1)の面間などの滑りによるヒステリシスの影響を受ける。この実施形態では、前記2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bの和を上記した平均値Aとし、出力信号a,bの差分から絶対値|a−b|を求めて時間平均したもの、または出力信号a,bの差分からRMS値( 二乗平均値) を求めたものを、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 20A (20B) is provided at an axial position around the rolling surface 3 of the outboard side row of the outer member 1, the output signals a and b of the strain sensors 22A and 22B are shown in FIG. Thus, it is influenced by the rolling element 5 that passes in the vicinity of the installation part of the sensor unit 20A (20B). That is, the influence of this rolling element 5 acts as the above-described 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 20A (20B) (or when the rolling element 5 is at that position), the output signals a and 22a of the strain sensors 22A and 22B b becomes the maximum value and decreases as the rolling element 5 moves away from the position as shown in FIGS. 6A and 6B (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 20A (20B) at a predetermined arrangement pitch P, so that the output signals a and b of the strain sensors 22A and 22B are output from the arrangement of the rolling elements 5. With the pitch P as a cycle, the waveform is close to a sine wave that periodically changes as shown by a solid line in FIG. Further, the output signals a and b of the strain sensors 22A and 22B are affected by temperature and hysteresis due to slippage between the knuckle 16 and the body mounting flange 1a (FIG. 1). In this embodiment, the sum 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 absolute value | a−b | is obtained from the difference between the output signals a and b, and is time-averaged. Or the value obtained by calculating the RMS value (root mean square value) from the difference between the output signals a and b is referred to as 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.

センサユニット20A(20B)として、図5の構成例のものを示す図6においては、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。   In FIG. 6 showing the configuration example of FIG. 5 as the sensor unit 20A (20B), 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 fixing side member, The interval between the two contact fixing portions 21 a located at both ends of the array is set to be the same as the array 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6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. 6, 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 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.

前記信号前処理手段31は、図1のように回転速度評価手段37にも接続される。回転速度評価手段37は、前記信号前処理手段31において各歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bから求められた平均値Aおよび振幅値Bを利用することで、車輪の回転速度を判別する指標となる評価値Vを求める手段である。   The signal preprocessing means 31 is also connected to a rotational speed evaluation means 37 as shown in FIG. The rotational speed evaluation means 37 discriminates the rotational speed of the wheel by using the average value A and the amplitude value B obtained from the output signals a and b of the strain sensors 22A and 22B in the signal preprocessing means 31. This is means for obtaining an evaluation value V as an index.

図8のように、前記荷重推定手段34は次段の推定荷重出力手段38に接続される。この推定荷重出力手段38は、前記荷重推定手段34の2つの演算処理部35,36での演算処理結果LA,LBを合成して最終の推定荷重値Lout を出力するものである。この場合の2つの演算処理結果LA,LBの合成は、前記回転速度評価手段37で求められる評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってからの経過時間tに応じた比率r(t) で行われる。しきい値Vthはメモリ39から読み出される。   As shown in FIG. 8, the load estimating means 34 is connected to the estimated load output means 38 in the next stage. The estimated load output means 38 combines the calculation processing results LA and LB in the two calculation processing sections 35 and 36 of the load estimation means 34 and outputs the final estimated load value Lout. In this case, the two arithmetic processing results LA and LB are combined by a ratio r (t corresponding to an elapsed time t after the evaluation value V obtained by the rotational speed evaluation means 37 crosses a predetermined threshold value Vth. ) The threshold value Vth is read from the memory 39.

次に、このセンサ付車輪用軸受における前記検出系での作用を説明する。
まず、信号前処理手段31において、各歪みセンサ22A,22Bの出力信号Sから平均値Aおよび振幅値Bを求め、それらを利用して回転速度を判別するための評価値Vを回転速度評価手段37で算出する。回転速度評価手段37では、算出した評価値Vをさらに別途定めたしきい値Vthと比較することにより、現在の状態が荷重推理手段34での第1の演算処理結果LAを用いる回転速度領域RAにあるか、または第2の演算処理結果LBを用いる回転速度領域RBにあるか、を判断する。
Next, the operation of the detection system in this sensor-equipped wheel bearing will be described.
First, in the signal preprocessing means 31, an average value A and an amplitude value B are obtained from the output signals S of the respective strain sensors 22A and 22B, and an evaluation value V for discriminating the rotational speed using them is used as the rotational speed evaluation means. 37. The rotational speed evaluation means 37 compares the calculated evaluation value V with a separately determined threshold value Vth, so that the current state is the rotational speed region RA using the first arithmetic processing result LA in the load inference means 34. Or the rotational speed region RB using the second calculation processing result LB is determined.

ここで、回転速度を判別するための評価値Vとしては、例えば、一定時間内に入力された各歪みセンサ22A,22Bの出力信号の振幅値Bを選択して合計した値を用いるものとする。この場合、全ての出力信号の振幅値Bを合計しても良いし、一部のセンサ出力信号の振幅値Bを選択して合計したものでも良い。また、別の方法としては、各歪みセンサ22A,22Bの出力信号から基本周波数成分を抽出して、回転速度を推定するものとしても良い。この評価値Vは、回転速度に正確に比例する関係になくても良く、回転速度の判別に必要な低速の回転速度領域において、ある一定速度を超えているかどうかを判断できれば良い。これにより、評価値Vに必要な精度が低くて済むため、正確な回転速度を出力する回転センサを設けたり、外部のセンサ情報を入力するための手段を設けたりする必要がなく、構成を単純化することができる。   Here, as the evaluation value V for discriminating the rotational speed, for example, a value obtained by selecting and summing the amplitude values B of the output signals of the respective strain sensors 22A and 22B input within a predetermined time is used. . In this case, the amplitude values B of all output signals may be summed, or the amplitude values B of some sensor output signals may be selected and summed. As another method, the fundamental speed component may be extracted from the output signals of the strain sensors 22A and 22B to estimate the rotation speed. This evaluation value V does not have to have a relationship that is exactly proportional to the rotational speed, and it is sufficient if it is possible to determine whether or not it exceeds a certain fixed speed in the low-speed rotational speed region necessary for determining the rotational speed. As a result, the accuracy required for the evaluation value V is low, so there is no need to provide a rotation sensor that outputs an accurate rotation speed or a means for inputting external sensor information, and the configuration is simple. Can be

荷重推定手段34では、歪みセンサ22A,22Bの出力信号の平均値A(転動体5の配列ピッチPの1/2だけずれた位置に配置した2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号の和Sum)のみを用いた第1の演算処理部35での演算処理結果LAと、平均値A(平均値はSumでも良いし、時間平均値Avでも良い)と振幅値Bを用いた第2の演算処理部36での演算処理結果LBとを、並列して算出する。そして、上記の回転速度を判別するための評価値Vに応じて、推定荷重値Lout としてどちらの演算処理結果を用いるかを選択して出力する。走行中に評価値Vが変化し、回転速度領域RAと回転速度領域RBの境界を越えた場合、通過後の時間に応じて重み付けした2つの計算結果を合成して出力する。すなわち、比率r(t) により演算処理結果LAと演算処理結果LBを合成し、最終の推定荷重値Lout を出力する。なお、領域RAは低速の回転速度領域、領域RBは通常の速度の回転速度領域であり、図9は評価値Vと回転速度領域RA,RBとの関係を示す。   In the load estimating means 34, the sum A of the output signals of the two strain sensors 22A, 22B arranged at a position shifted by 1/2 of the average value A of the output signals of the strain sensors 22A, 22B (1/2 of the arrangement pitch P of the rolling elements 5). ) Using the first calculation processing unit 35 using only the second calculation using the average value A (the average value may be Sum or the time average value Av) and the amplitude value B. The calculation processing result LB in the processing unit 36 is calculated in parallel. Then, according to the evaluation value V for discriminating the rotation speed, which calculation processing result is used as the estimated load value Lout is selected and output. When the evaluation value V changes during traveling and exceeds the boundary between the rotational speed region RA and the rotational speed region RB, two calculation results weighted according to the time after passing are combined and output. That is, the arithmetic processing result LA and the arithmetic processing result LB are synthesized based on the ratio r (t), and the final estimated load value Lout is output. The region RA is a low-speed rotational speed region, the region RB is a normal rotational speed region, and FIG. 9 shows the relationship between the evaluation value V and the rotational speed regions RA and RB.

図10は、推定荷重出力手段38での推定荷重値Lout の算出例を示す。例えば、回転速度が領域RAから領域RBに入った場合、境界通過後の時間をtとして、推定荷重出力手段38では前記合成を以下のように計算する。
Lout =(1−r(t) )×LA+r(t) ×LB;(r(t) は0〜1の値)……(4)
ここで、比率r(t) は、例えば、線形関数を用いて
r(t) = t / a ( 0 < t < a)……(5)
としても良いし、三角関数を用いて
r(t) =sin(πt / 2a) ^2 ( 0 < t < a)……(6)
などとしても良い。2 次以上の関数を用いた場合、切り替え部分を滑らかに接続することができる。いずれも、t=0からt=aにかけて0から1に変化する関数とする。この演算の結果、境界通過後の経過時間t=aまでは演算処理結果LAと演算処理結果LBを合成した推定荷重値Lout が出力され、それ以降は回転速度領域RBの計算結果が出力されることになる。なお、境界通過後の経過時間のうち、予め設定された時間a(以下、遷移時間と呼ぶ)は、前記しきい値Vthとともに、図8におけるメモリ39に予め書き込まれている。また、境界通過後の経過時間tは、回転速度評価手段37に設けられるタイマ40で計測される。
FIG. 10 shows a calculation example of the estimated load value Lout by the estimated load output means 38. For example, when the rotational speed enters the region RB from the region RA, the estimated load output means 38 calculates the composition as follows, where t is the time after the boundary passage.
Lout = (1−r (t)) × LA + r (t) × LB; (r (t) is a value of 0 to 1) (4)
Here, the ratio r (t) is obtained by, for example, using a linear function: r (t) = t / a (0 <t <a) (5)
Or using trigonometric functions, r (t) = sin (πt / 2a) ^ 2 (0 <t <a) (6)
And so on. When a function of second order or higher is used, the switching part can be connected smoothly. In any case, the function changes from 0 to 1 from t = 0 to t = a. As a result of this calculation, an estimated load value Lout obtained by combining the calculation processing result LA and the calculation processing result LB is output until the elapsed time t = a after passing the boundary, and thereafter, the calculation result of the rotation speed region RB is output. It will be. Of the elapsed time after passing the boundary, a preset time a (hereinafter referred to as transition time) is written in advance in the memory 39 in FIG. 8 together with the threshold value Vth. Further, the elapsed time t after passing the boundary is measured by a timer 40 provided in the rotational speed evaluation means 37.

逆に、回転速度が領域RBから領域RAに入った場合、境界通過後の時間をtとして、推定荷重出力手段38では前記合成を以下のように計算する。
Lout =(1−r(a−t))×LA+r(a−t)×LB……(7)
また、回転速度が領域RAから領域RBに入った後、時間tがaに到達しない状態(t=t1)で再び領域RBに戻った場合には、
t= a−t1
での合成比率r(t) を初期値として演算処理を継続する。
Conversely, when the rotational speed enters the region RA from the region RB, the estimated load output means 38 calculates the composition as follows, with the time after passing the boundary as t.
Lout = (1-r (at)) * LA + r (at) * LB (7)
In addition, after the rotational speed enters the region RB from the region RA, when the time t does not reach a (t = t1) and returns to the region RB again,
t = a−t1
The calculation process is continued with the synthesis ratio r (t) at the initial value.

なお、荷重推定手段34の演算処理に用いる平均値Aおよび振幅値Bの信号前処理手段31での算出において、処理対象時間Tの大きさを、評価値Vの値に応じて変化させる構成としても良い。車輪の回転速度が低い状態では処理対象時間Tを長めに設定し、回転速度が速くなると処理対象時間Tが短くなるように構成すると、荷重推定手段34での振幅値Bを用いた演算処理が低速領域で精度劣化するのを抑えつつ、より高速な応答が求められる速度領域では演算処理結果の応答時間を短くすることができる。評価値Vと回転速度との相関が低い場合でも、評価値Vの値に応じたマップを作成しておくことで、処理対象時間Tを回転速度領域に応じて最適に選択することが可能となる。   In the calculation of the average value A and the amplitude value B used in the calculation processing of the load estimating means 34 in the signal preprocessing means 31, the magnitude of the processing target time T is changed according to the value of the evaluation value V. Also good. When the processing time T is set to be longer when the rotational speed of the wheel is low and the processing time T is shortened when the rotational speed is increased, the calculation processing using the amplitude value B in the load estimation unit 34 is performed. While suppressing deterioration in accuracy in the low speed region, the response time of the arithmetic processing result can be shortened in the speed region where a faster response is required. Even when the correlation between the evaluation value V and the rotation speed is low, it is possible to optimally select the processing target time T according to the rotation speed region by creating a map corresponding to the value of the evaluation value V. Become.

この実施形態では、固定側部材である外方部材1の外径面の上下位置に2つのセンサユニット20A,20Bを配置しているので、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Fz を精度良く推定できる。配置するセンサユニット20A,20Bの個数を増やせば、さらに駆動力や制動力となる荷重Fx 、軸方向荷重Fy も推定することができる。   In this embodiment, since the two sensor units 20A and 20B are arranged at the upper and lower positions of the outer diameter surface of the outer member 1 which is a fixed member, the vertical load Fz acting on the wheel bearing is accurately estimated. it can. If the number of sensor units 20A and 20B to be arranged is increased, the load Fx and the axial load Fy that become driving force and braking force can be estimated.

図8に示す荷重推定手段34には、軸方向荷重Fy を演算するときに、軸方向荷重Fy の方向を判別するFy 方向判別部41が設けられる。上記したように、車輪用軸受の回転中には、センサユニット20A,20Bのセンサ出力信号の振幅には、正弦波に近い周期的な変化が生じるが、その振幅値は軸方向荷重(モーメント力)Fy の大きさによって変化する。図11(A)は外方部材1の外径面の上面部に配置されたセンサユニット20Aのセンサ出力を示し、図11(B)は外方部材1の外径面の下面部に配置されたセンサユニット20Bのセンサ出力を示している。これらの図において、横軸は軸方向荷重Fy を表し、縦軸は外方部材1の歪み量つまりセンサ出力信号を表し、最大値および最小値は振動する信号の最大値および最小値を表す。これらの図から、軸方向荷重Fy が+方向の場合、個々の転動体5の荷重は外方部材1の外径面上面部で小さくなり(つまり出力信号の最大値と最小値の差が小さくなる)、外方部材1の外径面下面部で大きくなる(つまり出力信号の最大値と最小値の差が大きくなる)ことが分かる。これに対して、軸方向荷重Fy が−方向の場合には逆に、個々の転動体5の荷重は外方部材1の外径面上面部で大きくなり、外方部材1の外径面下面部で小さくなることが分かる。図12は、これら上下のセンサユニット20A,20Bのセンサ出力信号の振幅の差分と軸方向荷重Fy の方向の関係をグラフで示している。   The load estimation means 34 shown in FIG. 8 is provided with a Fy direction discriminating unit 41 that discriminates the direction of the axial load Fy when calculating the axial load Fy. As described above, during the rotation of the wheel bearing, the amplitude of the sensor output signals of the sensor units 20A and 20B has a periodic change close to a sine wave, but the amplitude value is an axial load (moment force). ) Varies with the magnitude of Fy. 11A shows the sensor output of the sensor unit 20A disposed on the upper surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1, and FIG. 11B is disposed on the lower surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1. The sensor output of the sensor unit 20B is shown. In these drawings, the horizontal axis represents the axial load Fy, the vertical axis represents the strain amount of the outer member 1, that is, the sensor output signal, and the maximum value and the minimum value represent the maximum value and the minimum value of the vibrating signal. From these figures, when the axial load Fy is in the + direction, the load of the individual rolling elements 5 becomes smaller on the upper surface portion of the outer member 1 (that is, the difference between the maximum value and the minimum value of the output signal is small). It can be seen that it becomes larger at the lower surface of the outer diameter surface of the outer member 1 (that is, the difference between the maximum value and the minimum value of the output signal increases). On the other hand, when the axial load Fy is in the negative direction, the load of the individual rolling elements 5 increases at the upper surface portion of the outer member 1 and the lower surface of the outer member 1. It turns out that it becomes small in a part. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the difference between the amplitudes of the sensor output signals of the upper and lower sensor units 20A and 20B and the direction of the axial load Fy.

そこで、Fy 方向判別部41では、外方部材1の外径面上面部および外径面下面部に配置されたセンサユニット20A,20Bのセンサ出力信号の振幅の上記差分を求め、これらの値を比較することで、軸方向荷重Fy の方向を判別する。すなわち、外方部材1の外径面上面部のセンサユニット20Aのセンサ出力信号の振幅の差分が小さく、外方部材の外径面下面部のセンサユニット20Bのセンサ出力信号の振幅の差分が大きいとき、Fy 方向判別部41では、軸方向荷重Fy の方向が+方向であると判別する。逆に、外方部材1の外径面上面部のセンサユニット20Aのセンサ出力信号の振幅の差分が大きく、外方部材1の外径面下面部のセンサユニット20Bのセンサ出力信号の振幅の差分が小さいとき、Fy 方向判別部41では、軸方向荷重Fy の方向が−方向であると判別する。これに対応して、荷重推定手段34では、第1および第2の演算処理部35,36で軸方向荷重Fy の演算が行われるときに、前記Fy 方向判別部41の判別結果を反映させて演算推定式のパラメータの正負を反転させるなどの処理を施す。   Therefore, the Fy direction discriminating unit 41 obtains the above difference in the amplitudes of the sensor output signals of the sensor units 20A and 20B disposed on the outer diameter surface upper surface portion and the outer diameter surface lower surface portion of the outer member 1, and calculates these values. By comparing, the direction of the axial load Fy is determined. That is, the difference in the amplitude of the sensor output signal of the sensor unit 20A on the outer surface of the outer member 1 is small, and the difference in the amplitude of the sensor output signal of the sensor unit 20B on the lower surface of the outer member is large. At this time, the Fy direction determination unit 41 determines that the direction of the axial load Fy is the + direction. Conversely, the difference in the amplitude of the sensor output signal of the sensor unit 20 </ b> A on the upper surface of the outer diameter surface of the outer member 1 is large, and the difference in the amplitude of the sensor output signal of the sensor unit 20 </ b> B on the lower surface of the outer diameter surface of the outer member 1. Is small, the Fy direction determination unit 41 determines that the direction of the axial load Fy is the negative direction. Correspondingly, the load estimation means 34 reflects the determination result of the Fy direction determination unit 41 when the first and second calculation processing units 35 and 36 calculate the axial load Fy. Processing such as reversing the sign of the parameter of the calculation estimation formula is performed.

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20A(20B)における歪み発生部材21の3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22A,22B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 three or more contact fixing portions 21 a of the strain generating member 21 in the sensor unit 20 </ b> A (20 </ b> B) are fixed in contact with the outer member 1, the strain of the outer member 1 expands to the strain generating member 21. The distortion is easily detected by the strain sensors 22A and 22B.

特に、センサユニット20A(20B)の歪みセンサ22A,22Bの出力信号の平均値Aのみを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第1の演算処理部35、およびセンサ出力信号の振幅値Bと前記平均値Aとを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第2の演算処理部36からなる荷重推定手段34と、前記各歪みセンサ22A,22Bの出力信号から車輪の回転速度を表す評価値Vを求める回転速度評価手段37と、前記評価値Vに基づき前記荷重推定手段34における2つの演算処理部35,36の演算処理結果を合成して推定荷重値を出力する推定荷重出力手段38とを設け、この推定荷重出力手段38は、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってからの経過時間に応じた比率rで前記演算処理結果の合成を行うようにしているので、以下に列挙するような効果が得られる。
・ 回転センサの信号や、車両からの車輪回転速度情報を用いることなく、荷重推定演算処理を行うことができるため、信号配線本数の増加が必要なく、荷重センサの製造コストを抑えられるとともに、車両に搭載するときの自由度を高めることができる。
・ 通常の回転状態における荷重推定演算処理と、低速時の荷重推定演算処理とを切り替えることにより、荷重推定誤差が抑制されるため、より正確な推定荷重を得ることができる。
・ 回転速度に応じて荷重推定演算処理を切り替えるときにも、連続的に合成比率が変化する方法により荷重信号の不連続変化がなくなり、各種の車両制御への荷重信号の利用が容易になる。
・ 走行中に急ブレーキを動作させた場合には、急激に回転速度が変化してスリップ状態となることもあるが、車輪の回転が静止状態あるいは極低速状態であっても推定荷重値が出力されるため、走行状態に依存することなく車両制御等に信号を利用することができる。
In particular, the first arithmetic processing unit 35 that calculates and estimates the load acting on the wheel bearing using only the average value A of the output signals of the strain sensors 22A and 22B of the sensor unit 20A (20B), and the sensor output signal From the load estimation means 34 comprising a second calculation processing unit 36 for calculating / estimating the load acting on the wheel bearing using the amplitude value B and the average value A, and output signals from the strain sensors 22A and 22B. Rotational speed evaluation means 37 for obtaining an evaluation value V representing the rotational speed of the wheel, and based on the evaluation value V, the calculation processing results of the two calculation processing units 35 and 36 in the load estimation means 34 are combined to obtain an estimated load value. The estimated load output means 38 for outputting is provided, and the estimated load output means 38 performs the calculation process at a ratio r corresponding to an elapsed time after the evaluation value V crosses a predetermined threshold value Vth. Since to carry out the synthesis of the fruit, effects are obtained as listed below.
・ Since load estimation calculation processing can be performed without using a rotation sensor signal or wheel rotation speed information from the vehicle, there is no need to increase the number of signal wires, and the manufacturing cost of the load sensor can be reduced. The degree of freedom when mounted on can be increased.
-By switching between the load estimation calculation process in the normal rotation state and the load estimation calculation process at low speed, the load estimation error is suppressed, so that a more accurate estimated load can be obtained.
-Even when the load estimation calculation process is switched according to the rotation speed, the load signal is not discontinuously changed by the method in which the composition ratio is continuously changed, and the use of the load signal for various vehicle controls becomes easy.
・ If sudden braking is activated while driving, the rotational speed may change suddenly and the vehicle may slip, but the estimated load value is output even if the wheel is stationary or at extremely low speed. Therefore, the signal can be used for vehicle control or the like without depending on the traveling state.

図13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20A,20B,20C,20Dを等配した他の実施形態のアウトボード側から見た正面図を示す。センサユニット20A〜20Dの配置構成を除くその他の構成は、先の実施形態の場合と同様である。
このように4つのセンサユニット20A〜20D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。
FIG. 13 shows 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 outer member 1 that is the fixed side member, which is the vertical position and the left and right positions with respect to the tire ground contact surface. The front view seen from the outboard side of other embodiments which arranged four sensor units 20A, 20B, 20C, and 20D equally with a phase difference of 90 degrees is shown. Other configurations other than the arrangement configuration of the sensor units 20A to 20D are the same as those in the previous embodiment.
By arranging the four sensor units 20A to 20D 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 and a braking force, and the axial load Fy.

なお、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。
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 each of the above-described embodiments, the case where the outer member 1 is a fixed side member has been described. However, the present invention can also be applied to a wheel bearing in which the inner member is a fixed side member. In this case, the sensor unit 20 is provided on the peripheral surface that is the inner periphery of the inner member.
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
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
20A〜20D…センサユニット
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
22A,22B…歪みセンサ
31…信号前処理手段
32…平均値演算部
33…振幅値演算部
34…荷重推定手段
35…第1の演算処理部
36…第2の演算処理部
37…回転速度評価手段
38…推定荷重出力手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Outer member 2 ... Inner member 3, 4 ... Rolling surface 5 ... Rolling bodies 20A-20D ... Sensor unit 21 ... Strain generating member 21a ... Contact fixing | fixed part 22A, 22B ... Strain sensor 31 ... Signal pre-processing means 32 ... average value calculator 33 ... amplitude value calculator 34 ... load estimation means 35 ... first calculation processing section 36 ... second calculation processing section 37 ... rotational speed evaluation means 38 ... estimated load output means

Claims (12)

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ユニットを複数設け、
前記各センサの出力信号の平均値のみを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第1の演算処理部、および前記各センサの出力信号の平均値と振幅値とを用いて車輪用軸受に作用する荷重を演算・推定する第2の演算処理部からなる荷重推定手段と、前記各センサの出力信号から車輪の回転速度を表す評価値Vを求める回転速度評価手段と、前記評価値Vに基づき前記荷重推定手段における2つの演算処理部の演算処理結果を合成して推定荷重値を出力する推定荷重出力手段とを設け、この推定荷重出力手段は、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってからの経過時間に応じた比率rで前記演算処理結果の合成を行うことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
An outer member having a double row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the rolling surface formed on the outer periphery, and interposed between the opposing rolling surfaces of both members A double row rolling element, and a wheel bearing for rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body,
A strain generating member having three or more contact fixing portions fixed to the fixed side member of the outer member and the inner member in contact with the fixed side member, and attached to the strain generating member. A plurality of load detection sensor units including two or more sensors for detecting strain of the strain generating member are provided.
A first arithmetic processing unit that calculates and estimates a load acting on the wheel bearing using only the average value of the output signal of each sensor, and the wheel using the average value and the amplitude value of the output signal of each sensor. Load estimation means comprising a second calculation processing section for calculating / estimating the load acting on the bearing for the vehicle, rotation speed evaluation means for obtaining an evaluation value V representing the rotation speed of the wheel from the output signal of each sensor, and the evaluation And an estimated load output means for outputting an estimated load value by combining the calculation processing results of the two calculation processing units in the load estimation means based on the value V. The estimated load output means has the evaluation value V determined in advance. A sensor-equipped wheel bearing, wherein the arithmetic processing results are synthesized at a ratio r corresponding to an elapsed time after crossing the threshold value Vth.
請求項1において、前記荷重推定手段における演算処理に用いる前記各センサの出力信号の平均値と振幅値は、一定時間T内の各センサの出力信号を用いて算出するセンサ付車輪用軸受。   The sensor-equipped wheel bearing according to claim 1, wherein an average value and an amplitude value of the output signals of the sensors used for the arithmetic processing in the load estimating means are calculated using the output signals of the sensors within a predetermined time T. 請求項2において、前記一定時間Tの値は、前記回転速度評価手段が求める評価値Vに応じて変化させるセンサ付車輪用軸受。   3. The sensor-equipped wheel bearing according to claim 2, wherein the value of the predetermined time T is changed according to an evaluation value V obtained by the rotation speed evaluation means. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記センサユニットでは、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、前記荷重推定手段における第1および第2の演算処理部の一方または両方で、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。   4. The sensor unit according to claim 1, wherein in the sensor unit, each sensor is disposed between adjacent first and second contact fixing portions and between adjacent second and third contact fixing portions. In the circumferential direction of the fixing member of the adjacent contact fixing portion or adjacent sensor is set to {1/2 + n (n: integer)} times the arrangement pitch of the rolling elements, and the load estimating means A sensor-equipped wheel bearing in which one or both of the first and second arithmetic processing units uses the sum of output signals of the two sensors as an average value. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記推定荷重出力手段で用いる合成比率rは、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってからの経過時間を変数とする一次関数で決定されるセンサ付車輪用軸受。   5. The composition ratio r used in the estimated load output means according to claim 1, wherein the composite ratio r is a primary variable having an elapsed time after the evaluation value V crosses a predetermined threshold value Vth as a variable. Wheel bearing with sensor determined by function. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記推定荷重出力手段で用いる合成比率rは、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってからの経過時間を変数とする二次以上の関数で決定されるセンサ付車輪用軸受。   5. The composition ratio r used in the estimated load output means according to claim 1, wherein the composite ratio r used is an elapsed time after the evaluation value V crosses a predetermined threshold value Vth. Wheel bearing with sensor determined by the following function. 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記推定荷重出力手段で用いる合成比率rの変化は、前記評価値Vが予め定めたしきい値thを横切ってからの経過時間のうち、予め設定された遷移時間aの経過で完了するものとしたセンサ付車輪用軸受。   In any one of Claims 1 thru | or 6, The change of the synthetic | combination ratio r used by the said estimated load output means is the elapsed time after the said evaluation value V crossed the predetermined threshold th, A wheel bearing with sensor that is completed after a preset transition time a. 請求項7において、前記評価値Vが予め定めたしきい値Vthを横切ってから再度しきい値Vthを横切るまでの経過時間が、前記遷移時間aに満たない場合、再度しきい値Vthを横切ったときの合成比率rを初期値として、以後の合成比率rが変化するものとしたセンサ付車輪用軸受。   8. If the elapsed time from when the evaluation value V crosses the predetermined threshold value Vth until it crosses the threshold value Vth again is less than the transition time a, the threshold value Vth is crossed again. A sensor-equipped wheel bearing in which the composite ratio r at that time is an initial value and the subsequent composite ratio r changes. 請求項1ないし請求項8のいずれか1項において、前記回転速度評価手段は、各センサの出力信号の振幅値を選択して合計した値を前記評価値Vとして求めるものとしたセンサ付車輪用軸受。   9. The sensor-equipped wheel according to claim 1, wherein the rotation speed evaluation unit obtains a value obtained by selecting and summing amplitude values of output signals of the sensors as the evaluation value V. 10. bearing. 請求項1ないし請求項8のいずれか1項において、前記回転速度評価手段は、前記センサの出力信号に含まれる転動体の公転運動による振幅成分の周波数から前記評価値Vを求めるものとしたセンサ付車輪用軸受。   9. The sensor according to claim 1, wherein the rotational speed evaluation means obtains the evaluation value V from a frequency of an amplitude component due to a revolution motion of a rolling element included in an output signal of the sensor. Wheel bearing. 請求項1ないし請求項10のいずれか1項において、前記センサユニットを3つ以上設け、前記荷重推定手段は、前記3つ以上のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪用軸受の径方向に作用する上下方向および左右方向の2つの径方向荷重Fx ,Fz と、車輪用軸受の軸方向に作用する1つの軸方向荷重Fy を演算・推定するものとしたセンサ付車輪用軸受。   11. The sensor unit according to claim 1, wherein three or more sensor units are provided, and the load estimation unit acts in a radial direction of a wheel bearing from an output signal of a sensor of the three or more sensor units. A sensor-equipped wheel bearing that calculates and estimates two radial loads Fx and Fz in the vertical and horizontal directions and one axial load Fy that acts in the axial direction of the wheel bearing. 請求項1ないし請求項11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 upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member which is the vertical position and the left and right position with respect to the tire ground contact surface according to any one of claims 1 to 11. And four wheel bearings with a sensor arranged equally on the left surface with a phase difference of 90 degrees in the circumferential direction.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1194661A (en) * 1997-09-18 1999-04-09 Nissan Motor Co Ltd Road surface friction coefficient estimating device
JP2004538564A (en) * 2001-08-11 2004-12-24 エフ・アー・ゲー・クーゲルフィッシャー・ゲオルク・シェーファー・カー・ゲー・アー・アー Non-contact measurement of stress in rotating parts
JP2010181154A (en) * 2009-02-03 2010-08-19 Ntn Corp Sensor-equipped bearing for wheel
JP2010230406A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Ntn Corp Wheel bearing with sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1194661A (en) * 1997-09-18 1999-04-09 Nissan Motor Co Ltd Road surface friction coefficient estimating device
JP2004538564A (en) * 2001-08-11 2004-12-24 エフ・アー・ゲー・クーゲルフィッシャー・ゲオルク・シェーファー・カー・ゲー・アー・アー Non-contact measurement of stress in rotating parts
JP2010181154A (en) * 2009-02-03 2010-08-19 Ntn Corp Sensor-equipped bearing for wheel
JP2010230406A (en) * 2009-03-26 2010-10-14 Ntn Corp Wheel bearing with sensor

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