JP2015017888A - Wheel bearing device with sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重センサを備えたセンサ付車輪用軸受装置に関する。 The present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing device including a load sensor that detects a load applied to a bearing portion of a wheel.
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、図9のように、車輪用軸受の外輪50に歪みゲージ51を貼り付け、歪み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)。また、車輪に設けた複数の歪みセンサの出力信号から、車輪にかかる荷重を推定する演算方法も提案されている(例えば特許文献2)。
As a technique for detecting a load applied to each wheel of an automobile, a wheel bearing has been proposed in which a
しかし、特許文献1や特許文献2に開示されているように、歪みセンサを用いて荷重を検出する場合、環境温度による歪みセンサのドリフトや、歪みセンサの取付けに伴う歪みによる初期ドリフトが検出精度を低下させる要因となる。
However, as disclosed in
このような課題を解決する対策として、図10のように、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニット70を、車輪用軸受60の固定側部材である外輪61の外径面の上下2箇所に設けたセンサ付車輪用軸受が提案されている(例えば特許文献3)。前記歪み発生部材は、前記外輪61の外径面に接触固定され、外輪61の周方向に互いに離間して位置する2つの接触固定部を有し、かつこれら2つの接触固定部間は外輪61に対して非接触の状態を保つように配置される。
As a countermeasure for solving such a problem, as shown in FIG. 10, a
特許文献3に開示されたセンサ付車輪用軸受では、センサユニット70の出力信号をフィルタ処理することによりドリフトによる検出精度低下は解消されるが、車輪用軸受の転動体の位置によって、センサユニット70の出力信号が変動してしまうため、静止時やタイヤロック時などに荷重検出精度が低下してしまう。
In the sensor-equipped wheel bearing disclosed in
そこで、さらに、前記センサユニットにおける歪み発生部材に、前記外輪の周方向に並ぶ例えば2つの歪みセンサを取付け、これら2つの歪みセンサの離間距離を転動体の配列ピッチの1/2としたセンサ付車輪用軸受を提案されている(例えば特許文献4)。この場合、歪み発生部材には前記外輪の周方向に並ぶ3つの接触固定部が設けられ、隣り合う接触固定部間に各歪みセンサが取付けられる。また、外輪の外径面には、前記歪み発生部材の隣り合う2つの接触固定部間が外輪に対して非接触となるように、隣り合う第1と第2の接触固定部間、および第2と第3の接触固定部間に対応する外輪の外径面の2位置に溝がそれぞれ形成される。 Therefore, for example, two strain sensors arranged in the circumferential direction of the outer ring are attached to the strain generating member in the sensor unit, and the distance between the two strain sensors is set to 1/2 the arrangement pitch of the rolling elements. A wheel bearing has been proposed (for example, Patent Document 4). In this case, the strain generating member is provided with three contact fixing portions arranged in the circumferential direction of the outer ring, and each strain sensor is attached between adjacent contact fixing portions. In addition, on the outer diameter surface of the outer ring, the first and second contact fixing parts adjacent to each other and the second contact fixing parts of the strain generating member are not in contact with the outer ring, and the first Grooves are respectively formed at two positions on the outer diameter surface of the outer ring corresponding to between the second and third contact fixing portions.
特許文献4のように、2つの歪みセンサの離間距離を転動体の配列ピッチの1/2とした場合、転動体の位置によるセンサユニットの出力変動を解消する効果がある。しかし、それでも以下のような課題が残る。
(1) 転動体の配列ピッチは車輪用軸受の種類毎に異なるため、センサユニットにおいて歪み発生部材に取付ける2つの歪みセンサの離間距離を、車輪用軸受の型番ごとに変更しなければならず、多種類のセンサユニットが必要になる。
(2) 2つの歪みセンサの離間距離を転動体の配列ピッチの1/2としても、2つの歪みセンサに対応して外輪の外径面に形成される2つの溝の間隔が転動体の配列ピッチの1/2でないと、転動体の位置によるセンサユニットの出力変動を解消できない場合がある。
As in
(1) Since the arrangement pitch of the rolling elements is different for each type of wheel bearing, the distance between the two strain sensors attached to the strain generating member in the sensor unit must be changed for each model number of the wheel bearing. Many types of sensor units are required.
(2) Even if the distance between the two strain sensors is ½ of the arrangement pitch of the rolling elements, the distance between the two grooves formed on the outer diameter surface of the outer ring corresponding to the two strain sensors is the arrangement of the rolling elements. If the pitch is not ½, the output fluctuation of the sensor unit due to the position of the rolling element may not be eliminated.
この発明の目的は、転動体の円周方向位置による出力変動の影響を緩和して高精度の荷重検出が可能で、かつセンサユニットを多種類の車輪用軸受に共用することができるセンサ付車輪用軸受装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a sensor-equipped wheel that can reduce the influence of output fluctuation due to the circumferential position of the rolling element and can detect a load with high accuracy and can share a sensor unit with various types of wheel bearings. It is providing a bearing device for a vehicle.
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と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に、この固定側部材に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する1つ以上のセンサからなる荷重検出用センサユニットを、前記各接触固定部が前記固定側部材の周方向に並ぶように3つ以上設け、前記センサの出力信号を用いて車輪用軸受に作用する直交3軸方向の荷重を推定する荷重推定手段を設けてなる。
前記固定側部材の前記接触固定部が設けられた周面に、これら接触固定部の間にそれぞれ位置させて軸方向に平行に少なくとも2つ以上に溝を設け、隣り合う2つの溝の溝幅中心の間の距離を、前記固定側部材における前記転動体が所定の接触角をもって接する点の径であるタッチ径において、転動体の配列ピッチのn+1/2(n:0から始まる整数)またはこれらの値に近似した値となる角度だけ離れた2点の周方向位置間の直線距離とし、前記センサを溝幅内に位置させる。なお、上記の「n+1/2(n:0から始まる整数)」とは、1/2、3/2、5/2・・・の間隔であれば良いという意味である。
The sensor-equipped wheel bearing device of the present invention has an outer member in which a double row rolling surface is formed on the inner periphery, an inner member in which a rolling surface opposite to the rolling surface is formed on the outer periphery, A wheel bearing having a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of both members and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, the fixed side of the outer member and the inner member A strain generating member having two or more contact fixing portions fixed to the member in contact with the fixed side member, and one or more sensors attached to the strain generating member to detect strain of the strain generating member Three or more load detection sensor units are provided so that the respective contact fixing portions are arranged in the circumferential direction of the fixed side member, and in the orthogonal three-axis direction acting on the wheel bearing using the output signal of the sensor. Load estimation means for estimating the load is provided.
On the peripheral surface of the fixed member where the contact fixing portion is provided, at least two or more grooves are provided in parallel with each other and positioned between the contact fixing portions, and the groove widths of two adjacent grooves are The distance between the centers is n + 1/2 (n: an integer starting from 0) of the arrangement pitch of the rolling elements or the touch diameter, which is the diameter of the point where the rolling elements in the fixed member contact with a predetermined contact angle. The sensor is positioned within the groove width with a linear distance between two circumferential positions separated by an angle that approximates the value of. The above “n + ½ (n: integer starting from 0)” means that an interval of 1/2, 3/2, 5/2.
上記構成の一例として、前記歪み発生部材は前記接触固定部を例えば3つ有し、これら隣り合う接触固定部の間に前記センサをそれぞれ取付け、前記固定側部材の周面には、前記歪み発生部材における隣り合う第1と第2の接触固定部の間と、隣り合う第2および第3接触固定部の間とにそれぞれ前記溝を設ける。 As an example of the above configuration, the strain generating member has, for example, three contact fixing portions, the sensors are respectively mounted between the adjacent contact fixing portions, and the strain generation is generated on the peripheral surface of the fixed side member. The groove is provided between the adjacent first and second contact fixing portions of the member and between the adjacent second and third contact fixing portions.
この構成のセンサ付車輪用軸受装置によると、前記固定側部材に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する1つ以上のセンサからなる荷重検出用センサユニットを、前記各接触固定部が前記固定側部材の周方向に並ぶように3つ以上設けたため、前記荷重推定手段により、前記センサの出力信号を用いて車輪用軸受に作用する直交3軸方向の荷重(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 )を精度良く検出することができる。すなわち、前記荷重検出用センサユニットは、固定側部材の歪みを歪み発生部材に転写させて検出するため、歪みを拡大させるなどして、感度良く、かつ精度良く検出できる。また、荷重検出用センサユニットは、固定側部材の周方向に並べて3つ以上設けたため、直交3軸方向の荷重の検出が可能となる。なお、前記検出を行う「車輪用軸受に作用する直交3軸方向の荷重」は、車輪と路面のタイヤ接地面との間に作用する力であっても良い。 According to the wheel bearing device with a sensor having this configuration, the strain generating member having two or more contact fixing portions fixed in contact with the fixed side member, and the strain generating member attached to the strain generating member. Since three or more load detection sensor units comprising one or more sensors for detecting strain are provided so that the respective contact fixing portions are arranged in the circumferential direction of the fixed side member, the load estimating means causes the sensor By using the output signal, it is possible to accurately detect loads in the three orthogonal axes (vertical load Fz, load Fx serving as driving force and braking force, and axial load Fy) acting on the wheel bearing. That is, since the load detecting sensor unit detects the distortion of the fixed member by transferring it to the distortion generating member, the load detecting sensor unit can detect the distortion with high sensitivity by increasing the distortion. In addition, since three or more load detection sensor units are arranged in the circumferential direction of the fixed member, it is possible to detect loads in the orthogonal three-axis directions. The “load in the direction of three orthogonal axes acting on the wheel bearing” for performing the detection may be a force acting between the wheel and the tire ground contact surface of the road surface.
この場合に、固定側部材の接触固定部が設けられた周面に、隣合う接触固定部の間に位置させて軸方向に平行に溝が設けられており、この溝の周辺部分は他の部位と比べて剛性が弱いため、固定側部材の外周部分の中で最も歪み易い。したがって、この溝幅内に前記センサが配置されていると、歪みを感度良く、かつ精度良く検出することができる。
このように、前記溝の周辺は最も歪み易い箇所であり、この歪み易い箇所となる2つの溝の溝幅中心の間の距離を、転動体の配列ピッチのn+1/2(n:0から始まる整数)となる角度だけ離れた2点の周方向位置間の直線距離とすれば、転動体の位置の影響を受けずに高精度の荷重検出が可能となる。転動体は前記固定側部材に対して所定の接触角をもって接するため、前記転動体の配列ピッチのn+1/2(n:0から始まる整数)となる角度だけ離れた2点は、前記転動体が所定の接触角をもって接する点の径であるタッチ径における2点とする。
In this case, the peripheral surface of the fixed side member provided with the contact fixing portion is provided with a groove parallel to the axial direction so as to be positioned between the adjacent contact fixing portions. Since the rigidity is weaker than that of the portion, distortion is most likely to occur in the outer peripheral portion of the fixed side member. Therefore, when the sensor is disposed within the groove width, the distortion can be detected with high sensitivity and high accuracy.
As described above, the periphery of the groove is the most easily distorted portion, and the distance between the groove width centers of the two grooves that are the distortable portion is determined from n + 1/2 (n: 0) of the arrangement pitch of the rolling elements. If the linear distance between two circumferential positions separated by an angle (integer) is used, highly accurate load detection can be performed without being affected by the position of the rolling element. Since the rolling element contacts the fixed side member with a predetermined contact angle, two points separated by an angle that is n + 1/2 (n: an integer starting from 0) of the arrangement pitch of the rolling elements are Two points in the touch diameter, which is the diameter of the point of contact with a predetermined contact angle.
従来は、センサの位置の間隔で規定していたが、センサ間の距離ではなく、実際はセンサを装着する固定側部材、例えば外方部材の溝が位置がより一層重要であることが分かった。このため、この発明では溝の間隔を転動体配列のピッチの1/2と規定したが、これにより、センサユニットにおけるセンサ間の転動体ピッチに対する間隔の自由度が高くなり、そのため、センサユニットを多種類の車輪用軸受に共用でき、かつ転動体の円周方向位置による出力変動の影響を緩和して高精度の荷重検出が可能となる。 Conventionally, it is defined by the distance between the positions of the sensors, but it has been found that the position of the fixed side member on which the sensors are mounted, for example, the groove of the outer member, is more important than the distance between the sensors. For this reason, in the present invention, the interval between the grooves is defined as ½ of the pitch of the rolling element array, but this increases the degree of freedom of the interval with respect to the rolling element pitch between the sensors in the sensor unit. It can be used for various types of wheel bearings, and can reduce the influence of output fluctuations due to the circumferential position of the rolling elements, enabling highly accurate load detection.
この発明において、前記歪み発生部材は板状部材であり、前記センサの取付位置の両側辺部に切欠き部を有し、この切欠き部の周方向幅よりも前記固定側部材の溝の幅を広くし、かつ前記センサユニットを前記固定側部材に設けた状態で、前記切欠き部は前記溝幅内に収められているものとしても良い。
このように構成した場合、固定側部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達されやすく、その歪みがセンサで感度良く検出され、荷重を精度良く推定できる。
In this invention, the strain generating member is a plate-like member, and has notches on both sides of the sensor mounting position, and the width of the groove of the fixed side member is larger than the circumferential width of the notch. The notch portion may be accommodated within the groove width in a state where the sensor unit is provided on the stationary member.
When configured in this manner, the distortion of the fixed member is easily transmitted to the distortion generating member, and the distortion is detected with high sensitivity by the sensor, and the load can be estimated with high accuracy.
この発明において、前記センサユニットを、アウトボード側の転動体が前記固定側部材に接する位置と同じ軸方向位置に設けるのが望ましい。このように構成した場合、固定側部材の歪みが歪み発生部材に集中し易くなり、それだけ検出感度が向上する。特に、前記固定側部材が外方部材である場合、外方部材のインボード側はナックルに嵌合させるが、アウトボード側は自由状態となり、歪み検出のために前記溝を設けても支障が生じない。 In this invention, it is preferable that the sensor unit is provided at the same axial position as the position where the rolling member on the outboard side contacts the fixed member. When configured in this manner, the distortion of the fixed side member is easily concentrated on the distortion generating member, and the detection sensitivity is improved accordingly. In particular, when the fixed member is an outer member, the inboard side of the outer member is fitted to the knuckle, but the outboard side is in a free state, and there is no problem even if the groove is provided for strain detection. Does not occur.
この発明において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の上面部、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、これらのセンサユニットのセンサの出力信号を用いて前記荷重推定手段は車輪用軸受の径方向および軸方向に作用する径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとしても良い。
このように構成した場合、前記固定側部材の外径面における上面部と下面部に配置される2つのセンサユニットの出力信号から垂直方向荷重Fz と軸方向荷重Fy を推定でき、固定側部材の外径面における右面部と左面部に配置される2つのセンサユニットの出力信号から駆動力や制動力による荷重Fx を推定することができる。
In the present invention, the sensor unit is provided with a phase difference of 90 degrees in the circumferential direction on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the fixed side member that is in the vertical position and the horizontal position with respect to the tire ground contact surface. The load estimation means may estimate the radial load and the axial load acting in the radial direction and the axial direction of the wheel bearing using the output signals of the sensors of these sensor units.
When configured in this way, the vertical load Fz and the axial load Fy can be estimated from the output signals of the two sensor units arranged on the upper surface portion and the lower surface portion on the outer diameter surface of the fixed side member, The load Fx caused by the driving force or the braking force can be estimated from the output signals of the two sensor units arranged on the right surface portion and the left surface portion of the outer diameter surface.
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と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に、この固定側部材に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する1つ以上のセンサからなる荷重検出用センサユニットを、前記各接触固定部が前記固定側部材の周方向に並ぶように3つ以上設け、前記センサの出力信号を用いて車輪用軸受に作用する直交3軸方向の荷重を推定する荷重推定手段を設けてなり、前記固定側部材の前記接触固定部が設けられた周面に、これら接触固定部の間にそれぞれ位置させて軸方向に平行に少なくとも2つ以上に溝を設け、隣り合う2つの溝の溝幅中心の間の距離を、前記固定側部材における前記転動体が所定の接触角をもって接する点の径であるタッチ径において、転動体の配列ピッチのn+1/2(n:0から始まる整数)またはこれらの値に近似した値となる角度だけ離れた2点の周方向位置間の直線距離とし、前記センサを溝幅内に位置させたため、転動体の円周方向位置による出力変動の影響を緩和して高精度の荷重検出が可能で、かつセンサユニットを多種類の車輪用軸受に共用することができる。 The sensor-equipped wheel bearing device of the present invention has an outer member in which a double row rolling surface is formed on the inner periphery, an inner member in which a rolling surface opposite to the rolling surface is formed on the outer periphery, A wheel bearing having a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of both members and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, the fixed side of the outer member and the inner member A strain generating member having two or more contact fixing portions fixed to the member in contact with the fixed side member, and one or more sensors attached to the strain generating member to detect strain of the strain generating member Three or more load detection sensor units are provided so that the respective contact fixing portions are arranged in the circumferential direction of the fixed side member, and in the orthogonal three-axis direction acting on the wheel bearing using the output signal of the sensor. Load estimation means for estimating the load is provided, and the fixed On the peripheral surface of the member where the contact fixing part is provided, at least two grooves are provided parallel to the axial direction, respectively, between the contact fixing parts, and between the groove width centers of two adjacent grooves. For the touch diameter, which is the diameter of the point where the rolling elements of the fixed-side member contact with a predetermined contact angle, n + 1/2 of the arrangement pitch of the rolling elements (n: an integer starting from 0) or a value thereof. Since the linear distance between two circumferential positions separated by an approximate angle is used, and the sensor is positioned within the groove width, the influence of output fluctuations due to the circumferential position of the rolling element is reduced and high accuracy is achieved. Load detection is possible, and the sensor unit can be shared by many types of wheel bearings.
この発明の一実施形態を図1ないし図6と共に説明する。この実施形態は、第3世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is a third generation inner ring rotating type and is applied to a wheel bearing for driving wheel support. In this specification, the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
このセンサ付車輪用軸受装置における軸受は、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 a cross-sectional view in FIG. 1, the bearing in the sensor-equipped wheel bearing device includes an
外方部材1は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置(図示せず)におけるナックル16に取付ける車体取付用フランジ1aを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ1aには周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔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)を前記ボルト孔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
The
図2は、この車輪用軸受の外方部材1をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図1は、図2におけるI−I矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ1aは、図2のように、各ボルト孔14が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aaとされている。
FIG. 2 shows a front view of the
固定側部材である外方部材1の外径面には、4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。
Four
これらのセンサユニット20は、図3および図4に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出する1つ以上(ここでは2つ)の歪みセンサ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3mm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の外径面に接触固定される2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22は、歪み発生部材21における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。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22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22は歪み発生部材21の切欠き部21b周辺における長手方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材21は、固定側部材である外方部材1に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材1の変形がセンサユニット20に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。
As shown in the enlarged plan view and the enlarged cross-sectional view in FIGS. 3 and 4, these
前記センサユニット20は、その歪み発生部材21の3つの接触固定部21aが、外方部材1の軸方向に同寸法の位置で、かつ各接触固定部21aがボルト24に外方部材1の外径面に固定される。
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、外方部材1の軸方向に平行に延びる溝1cがそれぞれ設けられる。このように、外方部材1の外径面に溝1cを設けることにより、外方部材1の溝1cの周辺の剛性が弱くなって歪みが発生し易くなり、その歪みが発生し易い箇所にセンサユニット20接触固定部21aが位置することになって、センサユニット20による歪み検出の感度、精度が向上する。また、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。センサユニット20のセンサ22A,22Bは、各溝1cの溝幅内に位置させる。また、前記溝1cの幅寸法は、前記切欠き部21bの周方向幅よりも広くし、かつセンサユニット20を外方部材1に設けた状態で、切欠き部21bが溝1cの幅内に収められるようにされている。
In the
前記各ボルト24は、歪み発生部材21の接触固定部21aにそれぞれ設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔25に挿通し、外方部材1の外周部に設けられたボルト孔27に螺合させる。センサユニット20が配置される軸方向位置として、ここでは外方部材1におけるアウトボード側列の転動体5が接する位置が選ばれる。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歪み発生部材21の接触固定部21aが接触固定される箇所には平坦部1bが形成される。
Each of the
外方部材1の外径面に設けられる軸方向に平行な2つの溝1cの溝幅中心の間の距離L(図5(A))は、図6のように、外方部材1の転走面3における転動体5が所定の接触角をもって接する点Tの径であるタッチ径dにおいて、転動体5の配列ピッチのn+1/2(n:0から始まる整数)となる角度だけ離れた2点C,C(図5(A),(B))の周方向位置間の直線距離Lとされている。
The distance L (FIG. 5A) between the groove width centers of the two
歪みセンサ22としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ22を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材21に対しては接着による固定が行われる。また、歪みセンサ22を歪み発生部材21上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。
Various strain sensors 22 can be used. For example, the strain sensor 22 can be composed of a metal foil strain gauge. In that case, the
各センサユニット20の2つの歪みセンサ22は荷重推定手段30に接続される。荷重推定手段30は、例えばセンサユニット20の2つの歪みセンサ22の出力信号の和から、車輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に作用する力(垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )を推定する手段である。この荷重推定手段30は、前記垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy と、2つの歪みセンサ22の出力信号の和との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段(図示せず)を有し、2つの歪みセンサ22の出力信号の和から前記関係設定手段を用いて作用力(垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )を推定する。前記関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。
なお、荷重推定手段30による荷重推定は、2つの歪みセンサ22の出力信号の和を用いる前記方式に限らず、出力信号の和と出力信号の差の両データを用いる方式など、他の方式により荷重推定を行っても良い。
The two strain sensors 22 of each
Note that the load estimation by the
センサユニット20は、外方部材1におけるアウトボード側列の転動体5が接す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は、図5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が外方部材1の溝1cの中心位置(図5(B)のC点)に転動体5があるとき、歪みセンサ22A,22Bの出力信号A,Bの振幅は最大値となり、図5(A),(B)のように転動体5がその位置から遠ざかるにつれて(または、その位置から離れた位置に転動体5があるとき)低下する。
軸受回転時には、転動体5は所定の配列ピッチPで前記センサユニット20の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ22A,22Bの出力信号A,Bは、その振幅が転動体5の配列ピッチPを周期として図5(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。
Since the
When the bearing rotates, the rolling
上記実施形態の作用を説明する。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する。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、外方部材1の外径面には隣り合う接触固定部21a,21aの中間位置に軸方向に平行な溝1cがそれぞれ設けられているので、外方部材1の歪みが発生部材21に拡大して伝達され、その歪みが歪みセンサ22A,22Bで検出され、その出力信号から荷重を推定できる。
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の和から、荷重推定手段30が車輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に作用する力(垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )を推定するものとしているので、2つの歪みセンサ22A,22Bの各出力信号A,Bに現れる転動体5の位置の影響を相殺することができ、これ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。
The operation of the above embodiment will be described. When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the
In this embodiment, based on the sum of the output signals A and B of the two
特に、固定側部材である外方部材1の接触固定部21aが設けられた周面に、隣合う接触固定部21a,21aの間に位置させて軸方向に平行に溝1cが設けられており、この溝1cの周辺部分は他の部位と比べて剛性が弱いため、外方部材1の外周部分の中で最も歪み易い。したがって、この溝1cの溝幅内に前記センサが配置されていると、歪みを感度良く、かつ精度良く検出することができる。
このように、前記溝1cの周辺は最も歪み易い箇所であり、この歪み易い箇所となる2つの溝1c,1cの溝幅中心の間の距離を、転動体の配列ピッチPのn+1/2(n:0から始まる整数)となる角度だけ離れた2点の周方向位置間の直線距離としてあるため、転動体5の位置の影響を受けずに高精度の荷重検出が可能となる。転動体5は外方部材1に対して所定の接触角をもって接するため、前記転動体5の配列ピッチPのn+1/2(n:0から始まる整数)となる角度だけ離れた2点C,Cは、転動体5が所定の接触角をもって転走面3接する点Tの径であるタッチ径dにおける2点としている。
In particular, a
As described above, the periphery of the
従来は、センサの位置の間隔で規定していたが、センサ間の距離ではなく、実際は歪みセンサ22A,22Bを装着する外方部材1の溝1cが位置がより一層重要であることが分かった。このため、この実施形態では溝1cの間隔Lを転動体配列のピッチPの1/2と規定したが、これにより、センサユニット20における歪みセンサ22A,22B間の間隔の転動体ピッチPに対する自由度が高くなり、そのため、センサユニット20を多種類の車輪用軸受に共用でき、かつ転動体5の円周方向位置による出力変動の影響を緩和して高精度の荷重検出が可能となる。
すなわち、2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号A,Bの和から、荷重推定手段30によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に作用する力(垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )は、転動体5の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。
Conventionally, it was defined by the interval between the positions of the sensors, but it was found that the position of the
That is, a force acting on the wheel bearing or between the wheel and the road surface (tire contact surface) estimated by the load estimating means 30 from the sum of the output signals A and B of the two
なお、固定側部材である外方部材1の外径面に固定されるセンサユニット20の軸方向位置が、外方部材1における転動体5が接する位置から遠いと、外方部材1の歪みが歪み発生部材21に伝達される感度が低下する。この実施形態では、センサユニット20を、アウトボード側の転動体5が外方部材1に接する位置と同じ軸方向位置に設けているので、外方部材1の歪みが歪み発生部材21に集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。
In addition, if the axial direction position of the
また、この実施形態では、センサユニット20の歪み発生部材20は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部21bを有する薄板材からなるものとしているので、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やすく、その歪みが歪みセンサ22A,22Bで感度良く検出され、その出力信号A,Bに生じるヒステリシスも小さくなり、荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生部材21の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとなる。また、外方部材1に設けられる溝1cの幅寸法は、前記切欠き部21bの周方向幅よりも広くし、かつセンサユニット20を外方部材1に設けた状態で、切欠き部21bが溝1cの幅内に収められるようにされているので、切欠き部21bの周辺の歪み変形がさらに容易となり、荷重をさらに精度良く推定できる。
Further, in this embodiment, the
このセンサ付車輪用軸受装置から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受装置を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。 By using the detected load obtained from the sensor-equipped wheel bearing device for vehicle control of the automobile, it is possible to contribute to stable running of the automobile. Further, when this sensor-equipped wheel bearing device is used, a load sensor can be compactly installed in the vehicle, the mass productivity can be improved, and the cost can be reduced.
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材1の外径面の上面部と下面部、および右面部と左面部にセンサユニット20を設けているので、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち、ある方向への荷重が大きくなると、転動体5と転走面3が接触している部分と接触していない部分が180度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニット20を180度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニット20には必ず転動体5を介して外方部材1に印加される荷重が伝達され、その荷重を歪みセンサ22A,22Bにより検出可能となる。
また、外方部材1の外径面における上面部と下面部に配置される2つのセンサユニット20の出力信号から垂直方向荷重Fz と軸方向荷重Fy を推定でき、外方部材1の外径面における右面部と左面部に配置される2つのセンサユニット20の出力信号から駆動力や制動力による荷重Fx を推定することができる。
In this embodiment, since the
Further, the vertical load Fz and the axial load Fy can be estimated from the output signals of the two
図7には、種類の異なる車輪用軸受における外方部材1の外径面に、図3の場合と同じセンサユニット20を固定した例を示し、図8はこの場合のセンサユニット20の出力信号に対する転動体位置の影響の説明図を示す。すなわち、この例では、転動体5の配列ピッチPが図3の場合よりもわずかに大きく、その分だけ外方部材1の外径面に設けられる2つの溝1c,1cの中心間の距離は長くなっている。このため、歪み発生部材21に取付けられる2つの歪みセンサ22A,22Bは、それぞれ各溝1cの中心から周方向に若干ずれた位置となる。ただし、歪み発生材21の両側辺部に形成された切欠き部21bは各溝1cの幅内に収まっている。
FIG. 7 shows an example in which the
しかし、この場合でも、隣り合う2つの溝1c,1cの中心間の距離は、固定側部材である外方部材1における転動体5が接する位置の径であるタッチ径dにおいて、転動体5の配列ピッチPのn+1/2(n:0から始まる整数)となる2点C,C(図5)の周方向位置間の直線距離Lとされている。
このように、外方部材1に形成した溝1c,1cの中心間距離Lが転動体5のタッチ径dにおける配列ピッチPのn+1/2(n:0から始まる整数)であれば、検出素子となる歪みセンサ22A,22Bのピッチが転動体5の配列ピッチPのn+1/2(n:0から始まる整数)に対してずれていても良い。ただし、切欠き部21bが溝1cの範囲内に入っている必要はある。
外方部材1に設けられた溝1cの周辺部分は他の部位と比べて弱いため、最も歪み易い。したがって、溝1cの幅内に歪みセンサ22A,22Bが設置してあれば、転動体5の位置の影響を緩和した歪み測定が行える。これにより、2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号A,Bの和から、荷重推定手段30によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間(タイヤ接地面)に作用する力(垂直方向荷重Fz ,駆動力や制動力となる荷重Fx ,軸方向荷重Fy )は、転動体5の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。すなわち、同じセンサユニット20を種類の異なる車輪用軸受に搭載してセンサ付車輪用軸受装置を構成しても、正確な荷重検出が可能となる。
However, even in this case, the distance between the centers of the two
Thus, if the distance L between the centers of the
Since the peripheral portion of the
なお、上記各実施形態では、1つのセンサユニット20において、歪み発生部材21が3つの接触固定部21aを有し、この歪み発生部材21の隣り合う接触固定部21a,21a間にそれぞれ歪みセンサ22A,22Bを取付け、外方部材1の外径面には2つの溝1cを設けた例について説明した。しかし、この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、上記構成例のものに限らず、歪み発生部材が2つの接触固定部を有し、その両接触固定部間に1つの歪みセンサが取付けられたセンサユニットや、歪み発生部材が4つの接触固定部を有し、それらの隣り合う接触固定部間にそれぞれ1つの歪みセンサが取付けられた(合計3つの歪みセンサ)センサユニットを用いる場合にも適用することができる。
In each of the above embodiments, in one
すなわち、例えば、歪み発生部材が2つの接触固定部を有し、両接触固定部間に1つの歪みセンサを取付けたセンサユニットを用いる場合、固定側部材である外方部材の外径面に2つのセンサユニットを周方向に並べて設けると共に、これらのセンサユニットに対応させて外方部材の外径面に2つの溝を設け、その2つの溝の中心間の距離を、外方部材における転動体が接する位置の径であるタッチ径dにおいて、転動体の配列ピッチの1/2となる2点C,C(図5)の周方向位置間の直線距離Lとすれば、上記実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。 That is, for example, when using a sensor unit in which the strain generating member has two contact fixing portions and one strain sensor is attached between the two contact fixing portions, the outer diameter surface of the outer member that is the fixed side member is 2 Two sensor units are provided side by side in the circumferential direction, and two grooves are provided on the outer diameter surface of the outer member so as to correspond to these sensor units, and the distance between the centers of the two grooves is determined by the rolling element in the outer member. In the case of the above embodiment, if the touch distance d, which is the diameter of the position where the contact points, is the linear distance L between the circumferential positions of the two points C and C (FIG. 5), which is ½ of the arrangement pitch of the rolling elements. The same effect can be obtained.
また、歪み発生部材が4つの接触固定部を有し、それらの隣り合う接触固定部間毎に1つの歪みセンサをそれぞれ取付けたセンサユニットを用いる場合、歪み発生部材の隣り合う接触固定部間に対応させて外方部材の外径面に3つの溝を設け、これらの第1と第2の溝の中心間の距離、および第2と第3の溝の中心間の距離を、外方部材における転動体が接する位置の径であるタッチ径dにおいて、転動体の配列ピッチの1/2となる2点C,C(図5)の周方向位置間の直線距離Lとすれば、上記実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。 In addition, when the strain generating member has four contact fixing portions and uses a sensor unit to which one strain sensor is attached for each of the adjacent contact fixing portions, between the adjacent contact fixing portions of the strain generating members. Correspondingly, three grooves are provided on the outer diameter surface of the outer member, and the distance between the centers of the first and second grooves and the distance between the centers of the second and third grooves are determined by the outer member. In the touch diameter d, which is the diameter of the position where the rolling elements in contact with each other, the linear distance L between the circumferential positions of the two points C and C (FIG. 5), which is ½ of the arrangement pitch of the rolling elements, is described above. The same effect as in the case of the form can be obtained.
1…外方部材
1c…溝
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
21b…切欠き部
22,22A,22B…歪みセンサ
30…荷重推定手段
C…点
d…タッチ径
L…直線距離
T…点
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に、この固定側部材に接触して固定される2つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する1つ以上のセンサからなる荷重検出用センサユニットを、前記各接触固定部が前記固定側部材の周方向に並ぶように3つ以上設け、前記センサの出力信号を用いて車輪用軸受に作用する直交3軸方向の荷重を推定する荷重推定手段を設けてなるセンサ付車輪用軸受装置であって、
前記固定側部材の前記接触固定部が設けられた周面に、これら接触固定部の間にそれぞれ位置させて軸方向に平行に少なくとも2つ以上に溝を設け、隣り合う2つの溝の溝幅中心の間の距離を、前記固定側部材における前記転動体が所定の接触角をもって接する点の径であるタッチ径において、転動体の配列ピッチのn+1/2(n:0から始まる整数)またはこれらの値に近似した値となる角度だけ離れた2点の周方向位置間の直線距離とし、前記センサを前記溝幅内に位置させたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受装置。 An outer member having a double row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the rolling surface formed on the outer periphery, and interposed between the opposing rolling surfaces of both members A double row rolling element, and a wheel bearing for rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body,
A strain generating member having two or more contact fixing 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. Three or more load detection sensor units comprising one or more sensors for detecting strain of the strain generating member are provided so that the respective contact fixing portions are arranged in the circumferential direction of the fixed side member, and an output signal of the sensor is provided. A sensor-equipped wheel bearing device provided with load estimating means for estimating a load in three orthogonal directions acting on a wheel bearing,
On the peripheral surface of the fixed member where the contact fixing portion is provided, at least two or more grooves are provided in parallel with each other and positioned between the contact fixing portions, and the groove widths of two adjacent grooves are The distance between the centers is n + 1/2 (n: an integer starting from 0) of the arrangement pitch of the rolling elements or the touch diameter, which is the diameter of the point where the rolling elements in the fixed member contact with a predetermined contact angle. A sensor-equipped wheel bearing device, wherein the sensor is positioned within the groove width with a linear distance between two circumferential positions separated by an angle that approximates the value of.
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