JP2013205264A - センサ付車輪用軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受部での検出荷重がブレーキ動作の影響を受けるのを補正して、様々な入力状態に応じて連続的で正確な荷重を検出できるセンサ付車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】 車輪用軸受１００に、これに加わる荷重を検出するセンサ２０を設け、その出力信号から信号ベクトルを生成する信号処理手段３１と、前記信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段３２を設ける。荷重演算処理手段３２では、ブレーキＯＮ・ＯＦＦに対応した２種類の荷重値を荷重値演算部３３で演算し、評価値出力部３４から出力されるブレーキ状態判定の指標となる評価値Ｅをしきい値Ｃと比較した結果に基づき、荷重値出力部３５により前記２種類の荷重値からブレーキ状態に対応した荷重値を選択出力する。評価値Ｅがしきい値Ｃを含む定められた領域内にあれば、出力荷重値補正部３６により前記２種類の荷重値を所定の比率で合成する。
【選択図】 図１

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備えたセンサ付車輪用軸受装置に関する。

自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の外輪外径面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）。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。

この課題を解決するものとして、３つの接触固定部で固定される歪み発生部材と、その歪み発生部材の上に設けた２つのセンサとでなり、一つの歪み信号を出力するようにしたセンサユニットを軸受の外輪に設置して、前記２つの歪みセンサの出力信号の加算値、振幅値等をセンサユニットの出力として用い、入力荷重の推定演算処理を行うようにしたものや（例えば特許文献２）、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受装置が提案されている（特許文献３）。

特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受装置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、その固定側部材の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置された２つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも一対設ける。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、および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センサを有するものとする。

この構成において、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサ出力信号の差分を基に、径方向荷重推定手段で、車輪用軸受の径方向に作用する径方向荷重を推定する。また、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサ出力信号の和を基に、軸方向荷重推定手段で、車輪用軸受の軸方向に作用する軸方向荷重を推定する。そして、少なくとも１対のセンサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部に配置する。このセンサユニット対のセンサの出力信号振幅を基に、軸方向荷重方向判別手段で、前記軸方向荷重の方向を判別する。

前記センサユニットにおける歪み発生部材の接触固定部を、車輪用軸受における固定側部材の転走面付近に配置すると、車輪の回転に伴ってセンサ出力信号に正弦波に近い変動が見られる。これは、転動体の通過による歪みの変化が検出されたものである。上記構成では、上下に配置した２つのセンサユニットのセンサ出力信号における振幅値（転動体の公転運動に伴う振動成分）の差分により、軸方向荷重を判別し、軸方向荷重の正負に応じて、それぞれに適した荷重推定パラメータを用いて荷重を演算するので、荷重を感度良く推定できる。

特表２００３−５３０５６５号公報 特開２００９−２７０７１１号公報 特開２０１０−４３９０１号公報

しかし、特許文献３の構成の場合、最適な荷重推定パラメータを選択するために、センサ出力信号の振幅値を算出する必要があり、振幅値を算出できない場合に対応することができない。

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装置が考えられる。この構成では、上記固定側部材に、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センサユニットを設ける。前記２つ以上の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演算・推定する第１の荷重推定手段と、前記２つ以上の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の荷重推定手段と、これら第１および第２の荷重推定手段が出力する演算結果を車輪回転速度に応じた比率で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る。

この構成によると、荷重推定演算処理による検出時間遅れを最小限に押さえることができ、得られる推定荷重値にも不連続変化がない。また、静止状態あるいは極低速状態では前記平均値のみによる推定荷重値が出力されるようにできるため、車両が静止した状態であっても、タイヤと路面間に作用する荷重状態を検出できる。

しかし、この構成では、ブレーキ力の検出荷重値への影響が考慮されていない。そこで、ブレーキ力の影響を補償するものとして、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受装置が考えられる。この構成では、車輪用軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサと、これらセンサの出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段と、前記信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段とを設ける。荷重演算処理手段は、前記荷重の演算結果に影響するブレーキのＯＮ・ＯＦＦを判別して、そのＯＮ・ＯＦＦに対応した２種類の演算処理を行う機能を有する。

この構成によると、車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段が、荷重の演算結果に影響するブレーキのＯＮ・ＯＦＦを判別して、そのＯＮ・ＯＦＦに対応した２種類の演算処理を行うので、軸受部での検出荷重がブレーキのＯＮ・ＯＦＦの影響を受けるのを補正して、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦに左右されることなく正確な荷重を検出することができる。

しかし、この構成においても、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ切り替えにおいて、推定荷重値に不連続が発生することがある。また、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ切り替えを例えば前後方向についての推定荷重値から判断するものとすると、判断基準となる推定荷重値がしきい値付近となる状況が継続した場合、ブレーキ力の微妙な変動により頻繁に切り替え動作が実施され、推定荷重値が不連続に変化する。その結果、出力される推定荷重値の誤差が大きくなったり、本来とは異なる特性の推定荷重となるなどの不具合が生じる。検出した推定荷重値に基づいて各種の操作を実行する車両などの制御システムでは、推定荷重値にこのような不連続な変化が発生することは好ましくない。

この発明の目的は、軸受部での検出荷重がブレーキ動作の影響を受けるのを補正して、検出誤差を低減させながら様々な入力状態に応じて連続的で正確な荷重を検出できるセンサ付車輪用軸受装置を提供することである。

この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材１、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、および両部材１，２の対向する転走面間に介在した複列の転動体５を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサ（２０）と、前記各センサ（２０）の出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段３１と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段３２とを備える。
前記荷重演算処理手段３２は、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦに対応した２つの演算式から２種類の荷重値を演算する荷重値演算部３３と、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定する指標となる評価値を出力する評価値出力部３４と、前記評価値を定められたしきい値と比較し、その比較結果に基づき前記荷重値演算部３３で演算された荷重値からブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態に対応した荷重値を選択して出力する荷重値出力部３５とでなる。前記荷重値出力部３５は、前記評価値が前記しきい値を含む定められた領域内にあるとき、前記荷重値演算部３３で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成した値を出力荷重値とする出力荷重値補正部３６を有する。

この構成によると、車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段３２が、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦに対応した２つの演算式から２種類の荷重値を演算する荷重値演算部３３と、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定する指標となる評価値を出力する評価値出力部３４と、前記評価値を定められたしきい値と比較し、その比較結果に基づき前記荷重値演算部３３で演算された荷重値からブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態に対応した荷重値を選択して出力する荷重値出力部３５とでなる。そのため、軸受部での検出荷重がブレーキ動作の影響を受けるのを補正して、ブレーキ中でも正確な荷重を検出できる。
特に、荷重値出力部３５では、前記評価値が前記しきい値を含む定められた領域内にあるとき、出力荷重値補正部３６が、前記荷重値演算部３３で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成した値を出力荷重値とするようにしているので、検出誤差を低減させながら様々な入力状態に応じて連続的で正確な荷重を検出できる。

この発明において、前記評価値出力部３４は、前記荷重値演算部３３で演算される前後方向に作用する荷重値Ｆx を評価値として出力するものとしても良い。

この発明において、前記評価値出力部３４は、前記荷重値演算部３３で演算される前後方向に作用する荷重値Ｆx の現在までの履歴から評価値を算出するようにしても良い。

この発明において、前記評価値出力部３４は、前記荷重値演算部３３で演算される前後方向に作用する荷重値Ｆx と、外部から取得されるブレーキのＯＮ・ＯＦＦ情報との組合せに基づき評価値を出力するようにしても良い。この構成の場合、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態を精度良く判断することができる。

この発明において、前記荷重値出力部３５の出力荷重値補正部３６が出力荷重値を補正する前記評価値の前記しきい値を含む定められた領域は、しきい値を超える所定幅の領域と、しきい値に至る所定幅の領域を合わせた領域であっても良い。

この発明において、前記荷重値出力部３５の出力荷重値補正部３６が前記しきい値を含む定められた領域で前記荷重値演算部３３で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成して行う出力荷重値の補正は、前記２種類の荷重値の線形和を求める処理であっても良い。

この発明において、前記荷重値出力部３５の出力荷重値補正部３６が前記しきい値を含む定められた領域で前記荷重値演算部３３で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成して行う出力荷重値の補正は、前記２種類の荷重値の合成を２次以上の関数を用いて行う処理であっても良い。

この発明において、軸受に加わる荷重を検出する前記センサ（２０）を３つ以上設け、前記荷重演算処理手段３２は、前記３つ以上のセンサ（２０）の出力信号から、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を演算するものとしても良い。

この発明において、前記センサ（２０）は、前記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材の外径面に設けたセンサユニット２０であり、このセンサユニット２０は、前記固定側部材の外径面に接触して固定される歪み発生部材と、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つ以上の歪検出素子とを有するものとしても良い。

この発明において、前記センサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる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２０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 、前後方向の荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

この発明において、前記信号処理手段３１は、前記センサユニット２０の出力信号の一定時間内の平均値および振幅値を算出し、これらの値から信号ベクトルを生成するものとしても良い。

この発明において、前記センサユニット２０は、前記固定側部材の外径面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と、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つ以上の歪検出素子を有するものとしても良い。

このセンサユニット２０において、前記歪検出素子を、前記歪み発生部材の隣り合う第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それぞれ設け、隣り合う前記接触固定部の間隔、もしくは隣り合う前記歪検出素子の間隔を、転動体５の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍に設定しても良い。
この構成の場合、２つの歪検出素子の信号は略１８０度の位相差を有することになり、それら信号の和である平均値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、前記２つの歪検出素子の信号の差分である振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面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。

この場合に、前記信号処理手段３１が、前記センサユニット２０における２つの歪検出素子の出力信号の和を、センサユニット２０の出力信号の平均値として求め、この平均値から信号ベクトルを生成するものとしても良い。

この発明において、前記各センサユニット２０に温度センサを設け、この温度センサの出力信号に基づき、センサユニット２０の出力信号を補正するものとしても良い。この構成の場合、センサユニット２０の出力信号の温度ドリフトを補正することができ、より一層精度良く、荷重の推定が行える。

この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材、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、および両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサと、前記各センサの出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段とを備え、前記荷重演算処理手段は、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦに対応した２つの演算式から２種類の荷重値を演算する荷重値演算部と、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定する指標となる評価値を出力する評価値出力部と、前記評価値を定められたしきい値と比較し、その比較結果に基づき前記荷重値演算部で演算された荷重値からブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態に対応した荷重値を選択して出力する荷重値出力部とでなり、前記荷重値出力部は、前記評価値が前記しきい値を含む定められた領域内にあるとき、前記荷重値演算部で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成した値を出力荷重値とする出力荷重値補正部を有するものとしたため、軸受部での検出荷重がブレーキ動作の影響を受けるのを補正して、検出誤差を低減させながら様々な入力状態に応じて連続的で正確な荷重を検出できる。

この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受装置の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。 同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。 同センサ付車輪用軸受装置におけるセンサユニットの拡大平面図である。 図３におけるIV−IV矢視断面図である。 センサユニットの他の設置例を示す断面図である。 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。 検出荷重へのブレーキ力の影響の説明図である。 車輪用軸受とブレーキ機構の位置関係を示す説明図である。 荷重演算処理ユニットの参考構成例を示すブロック図である。 参考構成例の荷重演算処理ユニットを用いた場合の出力荷重値の不連続性を示すグラフである。 評価値におけるしきい値を含む定められた領域の説明図である。 前記領域における評価値と推定演算式のパラメータを補正する補正係数の一例を示すグラフである。 前記領域における評価値と推定演算式のパラメータを補正する補正係数の他の例を示すグラフである。 この実施形態での荷重演算処理ユニットから得られる出力荷重値の時間変化を示すグラフである。

この発明の一実施形態を図１ないし図１４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１００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。

このセンサ付車輪用軸受装置における車輪用軸受１００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１００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。

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。

図２は、この車輪用軸受１００の外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図１は、図２におけるＩ−Ｉ矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、図２のように、各ねじ孔１４が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされている。

固定側部材である外方部材１の外径面には、荷重検出用センサである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、および左面部に設けられている。

各センサユニット２０の歪検出素子２２は、図１の荷重演算処理ユニット３０に接続される。荷重演算処理ユニット３０は、前記各センサユニット２０の出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段３１と、前記信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段３２とでなる。信号処理手段３１および荷重演算処理手段３２は、必ずしも荷重演算処理ユニット３０として一体化しなくても良く、互いに分離して設けて良い。また、これら信号処理手段３１や荷重演算処理手段３２や、荷重演算処理ユニット３０は、車輪用軸受１００に搭載しても良く、また車輪用軸受１００とは離れて車両に、メインのＥＣＵ（電気制御ユニット）の近傍等に位置して、あるいはＥＣＵの統括制御部の下位制御部等として設置しても良い。

荷重演算処理手段３２は、荷重値演算部３３と、評価値出力部３４と、荷重値出力部３５とでなる。荷重値演算部３３は、荷重の演算結果に影響するブレーキのＯＮ・ＯＦＦに対応した２つの演算式から２種類の荷重値を演算する機能を有する。評価値出力部３４は、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定する指標となる評価値Ｅを出力する機能を有する。荷重値出力部３５は、前記評価値Ｅを定められたしきい値Ｃと比較し、その比較結果に基づき前記荷重演算部３３で演算された荷重値からブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態に対応した荷重値を選択して出力する機能を有する。

図８に示すような機械的なブレーキ９０を備えた車輪９９において、ブレーキキャリパ９１が車輪用軸受１００の外方部材１と車体側のナックル１６と連なって固定される構成のとき、ブレーキキャリパ９１で発生するブレーキ力はナックル１６を介して車輪用軸受１００に入力される。そのため、軸受にセンサを設けて路面からの入力荷重（路面反力）を検出する場合、ブレーキ操作時にブレーキ力が入力荷重に重畳する状態となるため、ブレーキＯＮの状態では路面反力だけを検出することができない。少なくとも、検出する荷重成分が、前後方向に作用する荷重成分Ｆx や垂直方向に作用する荷重成分Ｆz に関しては、ブレーキ力の影響が発生してしまう。

この原理を、図７を参照して以下に説明する。ブレーキディスク等のブレーキロータ９２（図８）における、ブレーキパッドの位置を進行方向から角度θ上方、半径ＲB の位置とし、ブレーキ力ＦB が作用している状態とする。また、車輪半径をＲW とし、駆動力からは入力トルクＴdrive が作用している状態とする。このとき、路面から受けている路面反力の荷重成分をＦx ，Ｆz とすると、軸受の検出する荷重Ｆxb，Ｆzbは次式（１−１），（１−２）のように表現される。
Ｆxb＝Ｆx −ＦB ・sin θ ……（１−１）
Ｆzb＝Ｆz ＋ＦB ・cos θ ……（１−２）
ただし、
Ｆx ，Ｆz ：路面反力（路面からタイヤに作用する荷重）
Ｆxb，Ｆzb：軸受作用力（軸受回転輪に作用する荷重でブレーキの干渉分を含む）
ここで、駆動軸から入力される駆動トルクをＴdrive 、ブレーキ動作によるブレーキトルクをＦB ・ＲB とすると、車輪に作用するトルク関係式は次式（２）のように表現される。
Ｆx ・Ｒw ＝Ｔdrive −ＦB ・ＲB ……（２）
この関係式から、ブレーキ力ＦB は、次式（３）のように表現される。
ＦB ＝（Ｔdrive −Ｆx ・Ｒw ）／ＲB ……（３）

すなわち、軸受にセンサを設けて路面からの入力荷重（路面反力）を検出する場合、式（１−１），（１−２）のように、ブレーキ力ＦB に比例する荷重成分が、求めたい路面荷重に加算されて検出されることになる。したがって、路面に作用する荷重成分Ｆx ，Ｆz を正しく求めるには、ブレーキ力を求めて補正する必要がある。

しかし、ブレーキ力を検出するセンサを別に設ける場合、配線や処理回路が増加するだけでなく、検出部位を設けるための構造を追加するための重量増加など、足回り部品にとって好ましくない状態となる。
以下に説明するこの発明の実施形態では、できる限り簡単な構成でブレーキの影響を最小限にして、ブレーキ動作中であっても路面荷重を正確に検出することができる。

この実施形態では、車輪に加わる各方向の荷重を検出するセンサとして、図２〜図６に示した前記センサユニット２０が用いられる。各センサユニット２０は、後に詳述するように、３つの接触固定部２１ａ（図５）で外方部材１に固定された歪み発生部材２１（図５）と、この歪み発生部材２に取付けられて歪み発生部材２の歪みを検出する２つの歪検出素子２２（２２Ａ，２２Ｂ）とでなる。図１の信号処理手段３１は、これら２つの歪検出素子２２の信号の加算値、振幅値等を算出し、これらの値から荷重演算処理手段３２での荷重演算に用いる信号ベクトルＳを生成する。

荷重検出用のセンサは、上記図２〜図６の形態のものに限定されるものではなく、例えば、変位センサ（渦電流センサ、磁気センサ、リラクタンスセンサ、など）を、外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材に設置し、検出ターゲットを回転輪に配置して外方部材１と内方部材２間の相対変位量を求め、あらかじめ求めておいた荷重と変位との関係から、印加されている荷重を求めるものとしても良い。すなわち、この実施形態の構成は、軸受の内方部材２と外方部材１間に作用している力を、固定側部材に設けたセンサによって直接的・間接的に検出し、演算によって入力荷重を演算で推定する方式の荷重センサに適用されるものである。

なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３方向の各荷重Ｆx 、Ｆy 、Ｆz 、あるいはそれぞれの方向のモーメント荷重を算出するためには、少なくとも３つ以上のセンサ情報（センサの出力信号）を用いた演算処理構成が必要となる。すなわち、複数のセンサ信号を必要に応じて加工・信号処理して抽出したセンサ信号ベクトルＳ（＝｛S0, S1, …, Sn｝）を生成し、これを用いて荷重推定演算処理を実行して入力荷重Ｆ（＝｛Fx, Fy, Fz, …｝ )を求める荷重演算処理ユニット３０を備えた構成となる。

このような構成の荷重検出手段においては、線形近似が成立する範囲において、センサ信号ベクトルＳを入力とし、Ｆ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍｏの関係式を満たすように、数値解析や実験によって演算係数行列ＭとオフセットＭｏを決定することにより、荷重推定演算処理が可能になる。

ここで、図８のように車輪９９に設けられたブレーキ９０が動作している場合には、軸受１００で検出したセンサ信号にブレーキ９０の影響が重畳し、本来検出したい路面荷重とは異なる値が演算結果として出力されてしまうという問題が発生する。そのため、上記のように求めた荷重演算式では、ブレーキ９０が動作している場合には正確な推定荷重を算出できない。

そこで、この実施形態では、ブレーキＯＦＦ状態で決定した通常の演算処理方法に加えて、ブレーキＯＮ状態用の荷重演算処理機能を搭載し、ブレーキの状態によって通常の荷重演算処理方法から切り替える構成を採る。

荷重演算処理手段３２は、前後方向の荷重Ｆx 、軸方向の荷重Ｆy 、および垂直方向の荷重Ｆz 、あるいはそれぞれの方向のモーメント荷重を演算するが、これらの演算のためには、少なくとも３つ以上のセンサ情報を用いた演算処理が必要になる。すなわち、前記信号処理手段３１において、入力されるセンサ出力信号を必要に応じて加工・信号処理して抽出したセンサ信号ベクトルＳ（＝｛Ｓ0 ，Ｓ1 ，…，Ｓn ｝）を生成する。これを用いて、荷重演算処理手段３２では荷重演算処理を実行して作用荷重Ｆ（＝｛Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ，…｝）を求める。ここで言うセンサ信号ベクトルＳは、前記した各センサユニット２０に対応して信号処理手段３１で生成される平均値や振幅値などである。

このような演算構成において、荷重演算処理手段３２の荷重値演算部３３での演算処理を可能にするために、荷重値演算部３３では演算式としてＦ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍo の関係式が用いられ、線形近似が成立する範囲において、この関係式を満たすように数値解析や実験によって係数ＭとオフセットＭo が決定される。

先述したように、車輪９９に設けられたブレーキ９０が動作している場合には、軸受１００で検出したセンサ信号にはブレーキ９０の影響が重畳し、本来検出したい路面荷重とは異なる値が荷重演算処理手段３２から出力されてしまう。そのため、上記した演算式をそのまま採用すると、ブレーキが動作しているとき正確な推定荷重を算出できない。

そこで、この実施形態では、上記荷重演算処理手段３２の荷重値演算部３３において、ブレーキＯＦＦ状態で決定した通常の演算式に加えて、ブレーキＯＮ状態用の演算式を用意し、ブレーキＯＮ・ＯＦＦの両方の場合について演算処理を同時に行う。荷重値出力部３４ではどちらの演算結果を出力するか、評価値出力部３４で出力される評価値Ｅが示すブレーキ状態に応じて選択する。これにより、ブレーキＯＮ状態においても、センサ出力信号に重畳するブレーキの影響分を考慮した演算処理が適用されるため、所望の路面荷重値が正確に算出されるようになる。

ブレーキＯＮ状態での演算式は、ブレーキＯＦＦの状態で求めた演算式を基にして用意することができる。その演算式の導出方法を、図７を参照して以下に説明する。
前述の式（３）と式（１−１），（１−２）から、検出したい路面荷重は次のようになる。
Ｆx ＝Ｆxb／（１＋α・sin θ）＋（Ｔdrive ／ＲB ）・sin θ／（１＋α・sin θ ） ……（４−１）
Ｆz ＝Ｆzb＋Ｆxb・α・cos θ／（１＋α・sin θ）−（Ｔdrive ／ＲB ）・α・cos θ／（１＋α・sin θ） ……（４−２）
ただし、α＝Ｒw ／ＲB ：半径比
ここで、Ｆdrive ＝Ｔdrive ／ＲB
Ａ＝１／（１＋α・sin θ）
Ｂ＝Ａ・sin θ
Ｃ＝Ａ・α・cos θ
と置くと、式（４−１），（４−２）は次のようになる。
Ｆx ＝Ａ・Ｆxb＋Ｂ・Ｆdrive ……（５−１）
Ｆz ＝Ｆzb＋Ｃ・Ｆxb−Ｃ・Ｆdrive ……（５−２）
ブレーキＯＦＦの状態で、センサ信号ベクトルＳを入力とし、演算係数行列ＭとオフセットＭo を用いて、軸受荷重Ｆxb，Ｆzbが次のように算出できるとする。
Ｆxb＝Ｍx ・Ｓ＋Ｍox ……（６−１）
Ｆzb＝Ｍz ・Ｓ＋Ｍoz ……（６−２）
すると、ブレーキＯＮの演算式（５−１），（５−２）は、
Ｆx ＝Ａ・Ｍx ・Ｓ＋Ａ・Ｍox＋Ｂ・Ｆdrive ＝Ｍx ’・Ｓ＋Ｍox’＋Ｂ・Ｆdrive ……（７−１）
Ｆz ＝（Ｍz ＋Ｃ・Ｍx ）・Ｓ＋（Ｍoz＋Ｃ・Ｍox）−Ｃ・Ｆdrive
＝Ｍz ’・Ｓ＋Ｍoz’−Ｃ・Ｆdrive ……（７−２）
となる。

Ｆdrive ＝０と近似できる場合、式（７−１），（７−２）は、
Ｆx ＝Ａ・Ｍx ・Ｓ＋Ａ・Ｍox＝Ｍx ’・Ｓ＋Ｍox’ ……（８−１）
Ｆz ＝（Ｍz ＋Ｃ・Ｍx ）・Ｓ＋（Ｍoz＋Ｃ・Ｍox）＝Ｍz ’・Ｓ＋Ｍoz’
……（８−２）
となり、式（６−１），（６−２）の演算係数行列ＭをＭ’で置き換えた形で表現される。
ブレーキＯＮ状態の演算係数行列Ｍ’は、ブレーキＯＦＦ状態での演算係数行列Ｍを用いて下記の変換式で算出できる。
Ｍx ’＝Ａ・Ｍx ……（９−１）
Ｍox’＝Ａ・Ｍox ……（９−２）
Ｍz ’＝Ｍz ＋Ｃ・Ｍx ……（９−３）
Ｍoz’＝Ｍoz＋Ｃ・Ｍox ……（９−４）

ここでは、ブレーキＯＦＦ状態での荷重演算処理が式（６−１），（６−２）で実施できるように、演算係数行列Ｍが決定されている。すなわち、予め数値解析や測定によってセンサ信号と検出荷重との関係が求められており、少なくとも線形関係の成立する範囲においては、式（６−１），（６−２）を用いて推定荷重を算出できる状態になっている。なお、非線形な特性については、計算領域をいくつかの線形範囲に分割して近似する方法を採用すれば良い。

ここで、荷重値出力部３５で評価値Ｅとの比較に用いられるしきい値Ｃとしては、ブレーキ状態の誤判断が発生しないような適当な値を、車両走行に伴って得られる荷重演算結果を評価して決めることができる。このような構成により、ブレーキ状態を判別して、ブレーキ状態に影響されない正確な荷重値を算出することが可能となる。

以上の説明では、図９に参考構成例として示すように、荷重演算処理手段３２において、荷重値演算部３３でブレーキのＯＮ・ＯＦＦに対応した２つの演算式から２種類の荷重値を演算し、荷重値出力部３４では評価値出力部３４の出力する評価値Ｅが指標するブレーキ状態に応じて、荷重演算部３３で演算された２種類の荷重値から１つの荷重値を選択して出力することになる。

しかし、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態の指標となる評価値Ｅが、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦに対応した２種類の荷重値の選択切り替え付近となっている状態では、評価値Ｅの微妙な変動により出力切り替えが発生し、ブレーキＯＮ・ＯＦＦの判断を誤ってしまう可能性がある。例えば、図１０（Ｂ）に示すようにブレーキのＯＮ・ＯＦＦが行われるとき、ブレーキＯＮ・ＯＦＦの切り替え付近において、図１０（Ａ）に示すように荷重値出力部３４からの出力荷重値Ｆout に不連続が発生してしまい、本来とは異なる特性の推定荷重値が出力されてしまうことがある。このような不連続な変化や誤差の拡大は、荷重センサの出力値に基づいて各種操作を実行する車両の制御システムにおいては好ましくない。

そこで、この実施形態では、荷重値出力部３５に出力荷重値補正部３６を設けた構成としている。この出力荷重値補正部３６は、評価値出力部３４の出力する評価値Ｅがしきい値Ｃを含む定められた領域内にあるとき、荷重値演算部３３で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成した値を出力荷重値とする機能を有する。しきい値Ｃを含む評価値Ｅの前記領域として、例えば図１１に示すように、幅２×ｈの境界領域［Ｃ−ｈ，Ｃ＋ｈ］を設け、出力荷重値補正部３６では、この領域内において、両側での推定荷重値の不連続性を考慮した荷重値を算出する。

すなわち、評価値Ｅがしきい値Ｃを含む定められた領域内にあるときにも、荷重値演算部３３では、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦに対応した２種類の荷重値Ｆb ，Ｆn を演算するが、荷重値出力部３４では、出力荷重値補正部３６が、評価値Ｅ、しきい値Ｃ、および前記境界領域幅ｈを使用して２種類の荷重値Ｆb ，Ｆn の合成比率を決定し、荷重値Ｆb ，Ｆn を適切に合成して出力する。

この場合、評価値出力部３５は、荷重値演算部３３で演算される荷重値Ｆb ，Ｆn における前後方向に作用する荷重値Ｆx を評価値Ｅとして出力しても良いし、荷重演算部３３で演算される荷重値Ｆx の現在までの履歴から評価値Ｅを算出しても良い。例えば、評価値Ｅを、過去の荷重値Ｆx （ｎ，ｎ−１，…，ｎ−ｍ）の平均値とする場合、フィルタ効果によりノイズ量を低減できるため、誤動作防止に繋がる。また、２種類の荷重値Ｆb ，Ｆn を合成した荷重値における前後方向に作用する荷重値Ｆx を評価値Ｅとして用いても良い。

２種類の荷重値Ｆb ，Ｆn の合成処理の一例を、図１２を参照して説明する。同図において、しきい値Ｃの左側領域をブレーキＯＦＦモードの荷重値Ｆn 、右側領域をブレーキＯＮモードの荷重値Ｆb とする。前記境界領域内では、２種類の荷重値Ｆb ，Ｆn を次式のように合成して補正された荷重値Ｆout を生成する。
Ｆout ＝αＦn ＋βＦb ……（１０）
α＝１／２ｈ・（ｘ＋ｈ） ……（１１−１）
β＝１−α ……（１１−２）
ここで、α，βは、（１１−１），（１１−２）の関係を満たし、荷重値Ｆb の割合と荷重値Ｆn の割合を示すパラメータである。ｘは、評価値Ｅのしきい値Ｃからの増分を示す。αとβは、例えば図１２のように、境界領域内で直線状に変化するものとしても良い。

２種類の荷重値Ｆb ，Ｆn の合成処理の他の一例を、図１３を参照して説明する。この例では、２種類の荷重値Ｆb ，Ｆn の合成割合が曲線となるように、α，βが三角関数で表した次式（１２−１），（１２−２）の関係を満たす。
α＝cos²（（ｈ＋ｘ）・π／４ｈ） ……（１２−１）
β＝sin²（（ｈ＋ｘ）・π／４ｈ） ……（１２−２）

このような合成割合を用いると、前記境界領域で不連続であった荷重値出力部３５からの出力荷重値Ｆout は、図１４（Ａ），（Ｂ）で示すように滑らかになる。なお、図１４（Ａ）は出力荷重値Ｆout の変化をグラフで示したものであり、図１４（Ｂ）は対応する評価値Ｅの変化をグラフで示したものである。

なお、この実施形態において、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ情報を上位ＥＣＵなどの外部から取得しても良い。この場合、取得したブレーキ情報と評価値Ｅを組み合わせて演算結果を合成することで、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態を精度良く判断することが可能となる。例えば，下記の〔表１〕のような条件を設定して出力荷重値Ｆout を変える構成とすることで、ブレーキＯＮ・ＯＦＦの誤判断を減少させることができる。

以上の構成により、ブレーキ状態に対応させた２種類の荷重値を切り替え選択して出力しながらも、出力荷重値Ｆout に不連続な部分がなくなるため、推定した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も適合しやすいものとなる。

この発明の実施形態により得られる効果を整理して次に示す。
・ 新しい部品やＥＣＵへ入力する情報量を増やすことなく、ブレーキ時の荷重検出誤差を減少させることができる。
・ ブレーキＯＮ・ＯＦＦモードの荷重推定結果を合成することで、出力荷重値を切り替える切り替え領域における出力荷重値の不連続な部分に連続性を持たせることが可能となる。
・ 上位ＥＣＵなどから入力するブレーキＯＮ・ＯＦＦ情報も加えて判断すると、さらに誤判定が減少する。
・ 上記合成を２次以上の関数で表すことによって、よりスムーズな出力荷重値の切り替えが可能となる。
・ 出力荷重値に不連続部分がなくなるため、推定した荷重値に基づいた各種操作を実行する制御システムに適合しやすい。また、より安定した制御を実現できる。

次に、図１のセンサユニット２０および信号処理手段３１の具体例を説明する。図２の４箇所に設けられた各センサユニット２０は、図３および図４に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材２１の歪みを検出する２つの歪検出素子２２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ある。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。２つの歪検出素子２２のうち１つの歪検出素子２２Ａは、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つの歪検出素子２２Ｂが配置される。図３のように、歪み発生部材２１の両側辺部における前記各歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの配置部に対応する２箇所の位置にそれぞれ切欠き部２１ｂが形成されている。切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされている。歪検出素子２２は切欠き部２１ｂ周辺の周方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材２１は、固定側部材である外方部材１に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材１の変形がセンサユニット２０に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。想定される最大の力は、例えば、その力が作用しても車輪用軸受１００は損傷せず、その力が除去されると車輪用軸受１００の正常な機能が復元される範囲で最大の力である。

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の軸方向の同寸法の位置で、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２１ａ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。

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。

歪検出素子２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪検出素子２２を金属箔ステ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、歪検出素子２２を歪み発生部材２１上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。

このセンサ付車輪用軸受装置では、荷重演算処理ユニット３０の信号処理手段３１において、各センサユニット２０の出力信号として、これらセンサユニット２０における２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号の平均値や振幅値等を抽出する。この場合の平均値とは、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号を加算したものである。また、この場合の振幅値とは、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号の差分値を用いて算出した振幅値である。

センサユニット２０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、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは、図６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。また、軸受の停止時においても、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号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における歪検出素子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）、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号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、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは、転送体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、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号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。ここでは、信号処理手段３１において、上記したように２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂを加算したものを平均値とし、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂの差分を用いて振幅値を抽出し、これをセンサユニット２０の出力信号とする。これにより、平均値は転動体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，振幅値は、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各信号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、この平均値や振幅値をセンサユニット２０の出力信号とし、これを次段の荷重演算処理手段３２の演算での変数として用いることにより、車輪用軸受１００やタイヤ接地面に作用する荷重をより正確に演算・推定することができる。

図６では、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つの歪検出素子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つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは略１８０度の位相差を有することになり、その加算値として求められる平均値は転動体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、その差分値を用いて求められる振幅値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。

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つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ配置することで、２つの歪検出素子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つの歪検出素子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つの歪検出素子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、両歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂの加算値として求められる平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分値を用いて求められる振幅値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。

さらに，図３のようにセンサユニット２０に温度センサ３７を取付け、この温度センサ３７の検出信号により、各センサ出力信号を補正するようにしても良い。軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受１００の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、センサユニット２０のセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、検出された荷重に温度の影響が残る。そこで、上記したように温度センサ３７の検出信号により各センサ出力信号を補正すると、温度による検出荷重誤差を低減することができる。

このように、このセンサ付車輪用軸受装置によると、軸受に加わる荷重を検出するセンサとして１つ以上（ここでは４つ）のセンサユニット２０を設け、各センサユニット２０の出力信号を信号処理手段３１で処理して信号ベクトルＳを生成し、その信号ベクトルＳから車輪に加わる荷重を荷重演算処理手段３２で演算するものとし、前記荷重演算処理手段３２が、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦに対応した２つの演算式から２種類の荷重値を演算する荷重値演算部３３と、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定する指標となる評価値Ｅを出力する評価値出力部３４と、前記評価値Ｅを定められたしきい値Ｃと比較し、その比較結果に基づき前記荷重値演算部３３で演算された荷重値からブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態に対応した荷重値を選択して出力する荷重値出力部３５とでなり、前記荷重値出力部３５は、前記評価値Ｅが前記しきい値Ｃを含む定められた領域内にあるとき、前記荷重値演算部３３で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成した値を出力荷重値とする出力荷重値補正部３６を有するものとしたため、軸受部での検出荷重がブレーキ動作の影響を受けるのを補正して、検出誤差を低減させながら様々な入力状態に応じて連続的で正確な荷重を検出できる。

車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受１００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。この実施形態では、センサユニット２０における歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが、外方部材１に接触固定されているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され易く、その歪みが歪検出素子２２Ａ，２２Ｂで感度良く検出される。

また、この実施形態では前記センサユニット２０を４つ設け、各センサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受１００に作用する垂直方向荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

また、この実施形態で用いたセンサユニット２０は、前記固定側部材の外径面に接触して固定される歪み発生部材２１と、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つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂとで構成されたが、歪み発生部材２１に１つの歪検出素子を設けた構成であっても良く、この場合には、その１つの歪検出素子の信号の平均値や振幅値を変数として荷重演算に用いるようにしても良い。

なお、この実施形態では、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、この実施形態では第３世代型の車輪用軸受１００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装置は、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。

１…外方部材
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２２，２２Ａ，２２Ｂ…歪検出素子
３１…信号処理手段
３２…荷重演算処理手段
３３…荷重値演算部
３４…評価値出力部
３５…荷重値出力部
３６…出力荷重値補正部
３７…温度センサ
１００…車輪用軸受

Claims (15)

1. 複列の転走面が内周に形成された外方部材、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、および両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、
   軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサと、前記各センサの出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段とを備え、
   前記荷重演算処理手段は、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦに対応した２つの演算式から２種類の荷重値を演算する荷重値演算部と、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態を判定する指標となる評価値を出力する評価値出力部と、前記評価値を定められたしきい値と比較し、その比較結果に基づき前記荷重値演算部で演算された荷重値からブレーキのＯＮ・ＯＦＦ状態に対応した荷重値を選択して出力する荷重値出力部とでなり、前記荷重値出力部は、前記評価値が前記しきい値を含む定められた領域内にあるとき、前記荷重値演算部で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成した値を出力荷重値とする出力荷重値補正部を有することを特徴とするセンサ付車輪用軸受装置。
2. 請求項１において、前記評価値出力部は、前記荷重値演算部で演算される前後方向に作用する荷重値Ｆx を評価値として出力するセンサ付車輪用軸受装置。
3. 請求項１において、前記評価値出力部は、前記荷重値演算部で演算される前後方向に作用する荷重値Ｆx の現在までの履歴から評価値を算出するセンサ付車輪用軸受装置。
4. 請求項１において、前記評価値出力部は、前記荷重値演算部で演算される前後方向に作用する荷重値Ｆx と、外部から取得されるブレーキのＯＮ・ＯＦＦ情報との組合せに基づき評価値を出力するセンサ付車輪用軸受装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記荷重値出力部の出力荷重値補正部が出力荷重値を補正する前記評価値の前記しきい値を含む定められた領域は、しきい値を超える所定幅の領域と、しきい値に至る所定幅の領域を合わせた領域であるセンサ付車輪用軸受装置。
6. 請求項５において、前記荷重値出力部の出力荷重値補正部が前記しきい値を含む定められた領域で前記荷重演算部で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成して行う出力荷重値の補正は、前記２種類の荷重値の線形和を求める処理であるセンサ付車輪用軸受装置。
7. 請求項５において、前記荷重値出力部の出力荷重値補正部が前記しきい値を含む定められた領域で前記荷重値演算部で演算された２種類の荷重値を所定の比率で合成して行う出力荷重値の補正は、前記２種類の荷重値の合成を２次以上の関数を用いて行う処理であるセンサ付車輪用軸受装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、軸受に加わる荷重を検出する前記センサを３つ以上設け、前記荷重演算処理手段は、前記３つ以上のセンサの出力信号から、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記センサは、前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設けたセンサユニットであり、このセンサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される歪み発生部材と、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つ以上の歪検出素子とを有するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
10. 請求項９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装置。
11. 請求項９において、前記信号処理手段は、前記センサユニットの出力信号の一定時間内の平均値および振幅値を算出し、これらの値から信号ベクトルを生成するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
12. 請求項９において、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される３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この歪み発生部材の歪みを検出する２つ以上の歪検出素子を有するセンサ付車輪用軸受装置。
13. 請求項１２において、前記歪検出素子を、前記歪み発生部材の隣り合う第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それぞれ設け、隣り合う前記接触固定部の間隔、もしくは隣り合う前記歪検出素子の間隔を、転動体の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍に設定したセンサ付車輪用軸受装置。
14. 請求項１３において、前記信号処理手段は、前記センサユニットにおける２つの歪検出素子の出力信号の和を、センサユニットの出力信号の平均値として求め、この平均値から信号ベクトルを生成するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
15. 請求項９ないし請求項１４のいずれか１項において、前記各センサユニットに温度センサを設け、この温度センサの出力信号に基づき、センサユニットの出力信号を補正するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。

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