JP4952405B2 - 転がり軸受ユニットの状態量測定装置 - Google Patents

Description

この発明に係る転がり軸受ユニットの状態量測定装置は、転がり軸受ユニットを構成する静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する外力等の状態量を測定する為に利用する。特に、本発明は、状態量測定装置を構成する複数個のセンサの出力信号に異常が発生した事を検知する機能を備えた構造の改良に関する。

自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型等の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更には、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム（ＥＳＣ）等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等を表す信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（例えばラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。

この様な事情に鑑みて、特許文献１には、特殊なエンコーダを使用して、転がり軸受ユニットに加わる荷重の大きさを測定可能とする発明が記載されている。図３〜５は、この特許文献１に記載された構造そのものではないが、この特許文献１に記載された構造と同じ荷重の測定原理を採用している、転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関する従来構造の第１例を示している。この従来構造の第１例は、使用時にも回転しない静止側軌道輪である外輪１の内径側に、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転する、回転側軌道輪であるハブ２を、複数個の転動体３、３を介して、回転自在に支持している。これら各転動体３、３には、互いに逆向きの（図示の場合には背面組み合わせ型の）接触角と共に、予圧を付与している。尚、図示の例では、上記転動体３として玉を使用しているが、重量が嵩む自動車用の軸受ユニットの場合には、玉に代えて円すいころを使用する場合もある。

又、上記ハブ２の内端部（軸方向に関して「内」とは、自動車への組み付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図３、７の右側。反対に、自動車への組み付け状態で車両の幅方向外側となる、図３、７の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。）には、円筒状のエンコーダ４を、上記ハブ２と同心に支持固定している。又、上記外輪１の内端開口を塞ぐ有底円筒状のカバー５の内側に、１対のセンサ６ａ、６ｂを保持すると共に、これら両センサ６ａ、６ｂの検出部を、上記エンコーダ４の被検出面である外周面に近接対向させている。

このうちのエンコーダ４は、磁性金属板製である。このエンコーダ４の先半部（軸方向内半部）には、透孔７、７と柱部８、８とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。円周方向に隣り合う透孔７と柱部８との境界は、上記被検出面の軸方向に対して所定方向に所定角度で漸次変化している。又、変化する方向は、この被検出面の軸方向片半部と他半部とで、互いに逆にしている。従って、上記各透孔７、７と上記各柱部８、８とは、軸方向中央部が円周方向に関して最も突出した「く」字形となっている。そして、上記境界の傾斜方向が互いに異なる、上記被検出面の軸方向外半部と軸方向内半部とのうち、軸方向外半部を第一特性変化部９とし、軸方向内半部を第二特性変化部１０としている。尚、これら両特性変化部９、１０を構成する各透孔は、図示の様に互いに連続した状態で形成しても良いし、互いに独立した状態と（各透孔を「ハ」字形に配置）しても良い。又、検出精度は劣るが、上記両特性変化部９、１０のうちの何れか一方の特性変化部の境界のみを軸方向に対し傾斜させ、他方の特性変化部の境界を軸方向と平行にする事もできる。

又、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部には、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子を組み込んでいる。そして、これら両センサ６ａ、６ｂのうち、一方のセンサ６ａの検出部を上記第一特性変化部９に、他方のセンサ６ｂの検出部を上記第二特性変化部１０に、それぞれ近接対向させている。これら両センサ６ａ、６ｂの検出部が上記両特性変化部９、１０に対向する位置は、円周方向に関して同じ位置としている。又、前記外輪１と前記ハブ２との間にアキシアル荷重が作用していない状態で、上記各透孔７、７と上記各柱部８、８との軸方向中央部で円周方向に関して最も突出した部分が、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部同士の間の丁度中央位置に存在する様に、各部材の軸方向の設置位置を規制している。

上述の様に構成する従来構造の第１例の場合、外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用すると、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号が変化する位相がずれる。即ち、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用しておらず、これら外輪１とハブ２とが相対変位していない、中立状態では、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図５の（Ａ）の実線イ、イ上、即ち、上記最も突出した部分から軸方向に同じだけずれた部分に対向する。従って、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、同図の（Ｃ）に示す様に一致する。これに対して、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図５の（Ａ）で下向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図５の（Ａ）の破線ロ、ロ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、同図の（Ｂ）に示す様にずれる。更に、上記エンコーダ４を固定したハブ２に、図５の（Ａ）で上向きのアキシアル荷重が作用した場合には、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図５の（Ａ）の鎖線ハ、ハ上、即ち、上記最も突出した部分からの軸方向に関するずれが、逆方向に互いに異なる部分に対向する。この状態では上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相は、同図の（Ｄ）に示す様に、上記（Ｂ）の場合とは逆方向にずれる。

この様に、上述した従来構造の第１例の場合には、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相が、上記外輪１とハブ２との間に加わるアキシアル荷重の作用方向（これら外輪１とハブ２とのアキシアル方向の相対変位の方向）に応じた向きにずれる。又、このアキシアル荷重（相対変位）により上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相がずれる程度は、このアキシアル荷重（相対変位）が大きくなる程大きくなる。従って、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相ずれの有無、ずれが存在する場合にはその向き及び大きさに基づいて、上記外輪１とハブ２とのアキシアル方向の相対変位の向き及び大きさ、並びに、これら外輪１とハブ２との間に作用しているアキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。尚、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて上記アキシアル方向の相対変位及び荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器のメモリ中には、予め理論計算や実験により調べておいた、上記位相差と、上記アキシアル方向の相対変位又は荷重との関係を表す、式やマップを記憶させておく。

又、上述した従来構造の第１例の場合には、エンコーダ４の被検出面に対する、１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部の対向位置を、円周方向に関して互いに同じ位置としているが、これに代えて、円周方向に関して互いに異なる位置とする事もできる。これに伴い、中立状態で、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相を所定値だけずらす事もできる。又、上述した従来構造の第１例の場合には、第一、第二両特性変化部９、１０を備えた被検出面にその検出部を対向させるセンサの数を、２個としている。これに対し、図示は省略するが、特許文献２〜３及び特願２００６−３４５８４９には、当該センサの数を３個以上とする事で、多方向の変位或は外力を求められる構造が記載されている。

次に、図６は、転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関する従来構造の第２例を示している。この従来構造の第２例の場合、ハブ２（図３参照）の一部に同心に支持固定したエンコーダ４ａは、上述の図３〜５に示した従来構造の第１例の円筒状のエンコーダ４を、円輪状にした如き構成を有する。そして、この円輪状のエンコーダ４ａの軸方向側面に設けた、透孔７ａ、７ａと柱部８ａ、８ａとを円周方向に交互に配置した被検出面の径方向内半部（第一特性変化部９ａ）と径方向外半部（第二特性変化部１０ａ）とに、外輪１（図３参照）等の静止部材に支持した１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部を、径方向にずらせた状態で対向させている。この様な従来構造の第２例によれば、上述した従来構造の第１例の場合と同様の原理で、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２とのラジアル方向の相対変位量、並びに、これら外輪１とハブ２との間に作用するラジアル荷重を求められる。

次に、図７〜８は、特許文献３に記載された、転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関する従来構造の第３例を示している。この従来構造の第３例の場合、ハブ２の内端部に外嵌固定した、磁性金属板製で円筒状のエンコーダ４ｂの先半部に、スリット状の透孔７ｂ、７ｂと柱部８ｂ、８ｂとを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔７ｂ、７ｂと各柱部８ｂ、８ｂとの境界はそれぞれ、上記エンコーダ４ｂの軸方向に対し同方向に同じ角度だけ傾斜した、直線状である。又、外輪１の内端部にカバー５を介して支持した１対のセンサ６ａ、６ｂの検出部を、上記被検出面の上下２個所位置に近接対向させている。

自動車の車輪支持用転がり軸受ユニットの場合、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるアキシアル荷重は、このハブ２に結合固定した車輪を構成するタイヤの外周面と路面との接地面から入力される。この接地面は、上記外輪１及び上記ハブ２の回転中心よりも径方向外方に存在する為、上記アキシアル荷重はこれら外輪１とハブ２との間に、純アキシアル荷重としてではなく、これら外輪１及びハブ２の中心軸と上記接地面の中心とを含む（鉛直方向の）仮想平面内での、モーメントを伴って加わる。この様なモーメントが上記外輪１と上記ハブ２との間に加わると、このハブ２の中心軸がこの外輪１の中心軸に対して傾く。これに伴い、上記エンコーダ４ｂの上端部が軸方向に関して何れかの方向に、同じく下端部がこれと逆方向に、それぞれ変位する。この結果、上記エンコーダ４ｂの外周面の上下両端部にそれぞれの検出部を近接対向させた、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相が、それぞれ中立位置に対して、逆方向にずれる。従って、これら両センサ６ａ、６ｂの出力信号の位相のずれの向き及び大きさに基づいて、上記アキシアル荷重の作用方向及び大きさを求められる。尚、本例の場合も、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に存在する位相差に基づいて上記アキシアル荷重を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器のメモリ中には、予め理論計算や実験により調べておいた、上記位相差と、上記アキシアル荷重との関係を表す、式やマップを記憶させておく。

次に、図９〜１０は、特許文献３に記載された、転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関する従来構造の第４例を示している。この従来構造の第４例の場合には、上述した従来構造の第３例との比較で、エンコーダ４ｃの先半部に設ける透孔７ｃ、７ｃと柱部８ｃ、８ｃとの形状が異なる。即ち、本例の場合には、上記各透孔７ｃ、７ｃはそれぞれ、径方向から見た形状を台形としている。従って、被検出面である、上記エンコーダ４ｃの先半部外周面の特性変化のピッチは、この被検出面の幅方向（軸方向）に関して連続的に変化している。本例の場合、この被検出面の上下両端部にそれぞれの検出部を対向させた１対のセンサ６ａ、６ｂ（図７参照）の出力信号のデューティ比（高電位継続時間／１周期）は、上記エンコーダ４ｃが傾斜せず、上記両センサの検出部が被検出面の幅方向中央部に対向している状態では、図１０の上側に示す様に、互いに一致する。これに対して、このエンコーダ４ｃが傾斜すると、図１０の下側に示す様に、一方のセンサの出力信号のデューティ比が大きくなり、他方のセンサの出力信号のデューティ比が小さくなる。そこで、上記両センサ６ａ、６ｂの出力信号のデューティ比の差に基づき、上記エンコーダ４ｃの傾斜角度｛外輪１とハブ２（図７参照）との間に作用するアキシアル荷重｝を求められる。尚、本例の場合も、上記デューティ比の差に基づいて上記傾斜角度（アキシアル荷重）を算出する処理は、図示しない演算器により行なう。この為、この演算器のメモリ中には、予め理論計算や実験により調べておいた、上記デューティ比の差と、上記傾斜角度（アキシアル荷重）との関係を表す、式やマップを記憶させておく。

尚、上述した各従来構造の場合には、エンコーダを磁性金属板製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部を透孔とし、第二特性部を柱部とする構成を採用している。これに対し、エンコーダを永久磁石製とすると共に、このエンコーダの被検出面に設ける第一特性部をＮ極とし、第二特性部をＳ極とする構成を採用する事もできる。この様な構成を採用する場合、センサ側に永久磁石を組み込む必要はない。

ところで、上述した様な転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関する各従来構造の場合、部品や配線等に欠陥が生じる事に伴い、各センサ６ａ、６ｂの出力信号に異常が発生すると、演算器により正確な状態量を算出できなくなる。そして、この様な正確でない状態量の算出結果を車両制御に利用すると、この車両制御を的確に行なえなくなる為、好ましくない。この様な事態が発生するのを回避する為には、上記各センサ６ａ、６ｂの出力信号に異常が発生した事を検知できる様にする必要がある。

この様な事情に鑑みて、特願２００６−１２００８３には、上記各従来構造と同様の、複数個のセンサを備えた転がり軸受ユニットの状態量測定装置に於いて、何れかのセンサの出力信号に異常が発生した事を検知する為の異常検知器を備えた（或は、状態量を算出する演算器に、この異常検知器としての機能を持たせた）構造が開示されている。例えば、上記各従来構造のうち、上記各センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間の位相差に基づいて状態量（相対変位、外力）を算出する、前述の図３〜８に示した従来構造の第１〜３例の場合、上記各センサ６ａ、６ｂの出力信号に異常が発生していない、正常時には、ハブ２と共に回転するエンコーダ４の回転速度の変化や、外輪１とハブ２との間に作用する外力の変化が生じても、これに伴って、上記各センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に、周波数差や周期差が発生する事はない。これに対し、上記エンコーダ４の被検出面には、多少なりとも特性変化のピッチ誤差が存在する。この為、このピッチ誤差に起因して、上記各センサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に、僅かな周波数差や周期差が発生する場合がある。

そこで、特願２００６−１２００８３に開示された先発明の構造の場合には、予め、上記ピッチ誤差に基づいて発生すると想定される周波数差や周期差よりも少しだけ大きな値を、閾値として設定しておく。そして、運転時に、上記異常検知器が、複数個のセンサの出力信号の周波数若しくは周期を相互に比較し、この比較の結果に、上記閾値を越える差が生じた場合に、何れかのセンサの出力信号に異常が発生したと判定する。この様な先発明の構造によれば、上記異常検知器が何れかのセンサの出力信号に異常が発生したと判定した場合に、演算器が算出した状態量に基づく車両制御を停止する、フェイルセーフを行なえる。又、例えば運転席のダッシュボードに設けた警告灯を点灯させる等、運転者に修理を促す為の警報を発する事もできる。

ところが、上述した先発明の構造の場合には、上記各センサの出力信号の異常のうち、部品や配線に欠陥が生じる等の、システム欠陥が生じる事に起因して発生する異常だけでなく、電気的ノイズが生じる等の、システム欠陥以外の事態が生じる事に起因して発生する異常も検知する。これら各異常のうち、システム欠陥が生じる事に起因して発生する異常は、多発的に或は連続的に発生し、その後、正常な状態に回復する見込みがない。この為、当該異常を検知した場合には、可及的速やかに、上述したフェイルセーフ等を行なう事が望ましい。これに対し、システム欠陥以外の事態が生じる事に起因して発生する異常は、単発的に或は一時的に発生する場合が多い。この様な異常の例としては、例えば図５に示す様な正常な矩形状のパルス波形に、インパルス的なノイズが重畳する事により発生する異常が挙げられる。この様な異常が発生した場合には、上記異常検知器が、当該ノイズの発生位置周辺で短い周期のパルスを認識する（当該ノイズの発生位置周辺で、パルスのダブルカウントや、パルス抜けが起こる）事により、異常を検知する。但し、この様な異常は、単発的に或は一時的に発生し、その後、正常な状態に回復する場合が多い。この為、当該異常が発生している極く短い時間を除けば、その前後の時間では、演算器により正確な状態量の算出を行なえる。従って、この様な場合には、当該異常を検知した後、直ちに上述したフェイルセーフ等を行なうのではなく、当該異常時に演算器が算出した不正確な状態量が車両制御に利用されない様にしつつ、この車両制御を継続できる様にする事が望ましい。

特開２００６−３１７４２０号公報 特開２００６−３２２９２８号公報 特開２００７−９３５８０号公報

本発明の転がり軸受ユニットの状態量測定装置は、上述の様な事情に鑑み、複数個のセンサの出力信号に発生する異常のうち、システム欠陥以外の事態が生じる事に起因して発生する、単発的な或は一時的な異常を検知した場合に、システム欠陥が生じた旨の信号を出力する事なく、当該異常時に演算器が算出した不正確な状態量が車両制御に利用されない様にしつつ、この車両制御を継続できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の転がり軸受ユニットの状態量測定装置のうち、請求項１に記載したものは、転がり軸受ユニットと、状態量測定装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備える。
又、上記状態量測定装置は、エンコーダと、複数個のセンサと、異常検知器と、演算器とを備える。
このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪の一部に直接又は他の部材を介して支持固定されると共に、上記回転側軌道輪と同心の被検出面を有し、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させている。
又、上記各センサはそれぞれ、検出部を上記被検出面のうちの互いに異なる部分に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されていて、上記被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させる。
又、上記異常検知器は、上記各センサの出力信号のパルス周波数又はパルス周期を相互に比較し、この比較の結果に、予め設定しておいた閾値を越える差が生じた場合に、その都度、何れかのセンサの出力信号に異常が発生していると判定する機能を有する。
又、上記演算器は、次の２つの機能を有する。先ず、１つ目の機能は、上記各センサの出力信号に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間の相対変位と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の状態量を算出する機能である。次に、２つ目の機能は、図１に示す様な機能、即ち、図１のＭ１→Ｍ２→Ｍ３の順に示す様に、上記異常検知器が上記異常が発生していると判定していない、正常時に、この正常時の上記状態量の算出結果を出力すると共に、図１のＭ１→Ｍ２→Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ１３（→Ｍ２）の順に示す様に、上記異常検知器が上記異常が発生していると判定している、異常時に、当該異常時の上記状態量の算出結果を出力せず、当該異常時に移行してから上記各センサの出力信号のパルスが最大限で所定回数｛α回（例えば１〜４回程度）｝発生し終わるまでの間｛即ち、このパルスがこの所定回数（α回）発生し終わる前に当該異常時が終了する場合には、当該異常時の間だけ｝、当該異常時に移行する直前の正常時の最後の上記状態量の算出結果を出力する機能である。
尚、この様な請求項１に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、図１のＳ１２→Ｓ１４の順に示す様に、当該異常時が、上記各センサの出力信号のパルスが上記所定回数（α回）発生し終わった後も継続する場合には、これら各センサの出力信号のパルスが上記所定回数発生し終わった時点で、上記異常検知器に、部品や配線の欠陥が生じる等の、システム欠陥が生じていると判断させ、その旨を表す信号を出力させる（請求項３）。これと共に、当該判断をした時点以降、上記演算器による状態量の出力を停止させる様にしても良い。

上述の請求項１に記載した発明を実施する場合には、例えば請求項２に記載した様に、上記演算器に、図２のＭ２．５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６に示す様な追加の機能、即ち、異常時から正常時に移行した場合の当該正常時に、当該正常時に移行してから上記各センサの出力信号のパルスが最大限で所定回数｛β回（例えば上記演算器が上記各センサの出力信号のフィルタリング計算を行なう事に基づいて状態量を算出する場合には、この際に使用するフィルタリングシステムの収束性能に合わせた、極力少ない任意の回数）｝発生し終わるまでの間｛即ち、このパルスがこの所定回数（β回）発生し終わる前に当該正常時が終了する場合には、当該正常時の間だけ｝、当該正常時の状態量の算出結果を出力する代わりに、当該正常時に移行する直前の異常時に移行する直前の正常時の最後の状態量の算出結果を出力する機能を持たせる。

又、上述の請求項１〜２に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項３に記載した様に、上記異常検知器に、次の様な機能、即ち、何れかのセンサの出力信号に異常が発生していると判定する頻度が、予め定めておいた頻度を越えて多くなった場合に、システム欠陥が生じたと判断して、その旨を表す信号を出力する機能を持たせる。例えば、図１〜２のＳ１２→Ｓ１４の順に示す様に、異常検知器による異常判定が、連続して所定回数（α回）より多く行なわれた場合に、システム欠陥が生じた旨を表す信号を出力したり、或は、図１〜２には示さないが、異常検知器による異常判定が所定回数（α回）連続して行なわれない場合でも、その頻度が多くなった場合に、システム欠陥が生じた旨を表す信号を出力する機能である。

又、上述の請求項１〜３に記載した発明を実施する場合には、例えば請求項４に記載した様に（前述の図３〜８に示した従来構造の第１〜３例の様に）、上記被検出面の特性変化の位相を、この被検出面の幅方向に関して漸次変化させ、且つ、上記演算器に、上記各センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて状態量を算出する機能を持たせる。
或は、例えば請求項５に記載した様に（前述の図９〜１０に示した従来構造の第４例の様に）、上記被検出面の特性変化のピッチを、この被検出面の幅方向に関して漸次変化させ、且つ、上記演算器に、上記各センサの出力信号のデューティ比に基づいて状態量を算出する機能を持たせる。

又、上述の請求項１〜５に記載した発明を実施する場合には、例えば請求項６に記載した様に、上記異常検知器と上記演算器とを一体の機器とする。即ち、この一体の機器に、これら異常検知器と演算器との双方の機能を持たせる。別な言い方をすれば、この演算器に、この異常検知器の機能を持たせる。
又、上述の請求項１〜６に記載した発明を実施する場合に、好ましくは、請求項７に記載した様に、転がり軸受ユニットを自動車の車輪支持用ハブユニットとする。そして、使用状態で、静止側軌道輪を自動車の懸架装置に支持すると共に、回転側軌道輪であるハブに車輪を結合固定する。

上述した様な本発明の転がり軸受ユニットの状態量測定装置のうち、請求項１に記載した発明の場合、図１〜２のＭ１→Ｍ２→Ｓ１１→Ｓ１２→Ｓ１３（→Ｍ２）の順に示す様に、何れかのセンサの出力信号に電気的ノイズが生じる等の、システム欠陥以外の事態が生じる事に起因して、当該センサの出力信号に単発的な或は一時的な｛パルスの発生回数にして所定回数（α回）以下分の｝異常が発生した事を、異常検知器が検知した場合に、演算器は、当該異常が発生している間中、この異常時の状態量の算出結果を出力せず、この異常時に移行する直前の正常時の最後の状態量の算出結果を出力する。この為、本例の場合には、システム欠陥以外の事態が生じる事に起因して発生する、単発的な或は一時的な異常を検知した場合に、システム欠陥が生じた旨の信号を出力する事なく、当該異常時に演算器が算出した不正確な状態量が各種制御（例えば車両制御）に利用されない様にしつつ、当該制御を継続できる。尚、前述した様に、請求項１に記載した発明の場合、図１〜２のＳ１２→Ｓ１４の順に示す様に、システム欠陥が生じる事に起因して、何れかのセンサの出力信号に連続的な｛パルスの発生回数にして所定回数（α回）を越える回数分の｝異常が発生した場合には、この所定回数（α回）のパルスが発生し終わった時点で、異常検知器に、システム欠陥が生じていると判断させ、その旨を表す信号を出力させる事ができる（請求項３）。この為、この出力に基づいて、演算器が算出した状態量に基づく各種制御を中止する、フェイルセーフを行なえる。これと共に、例えば各種機械装置の操作盤等に設けた警告灯を点灯させる等、作業者や運転者に修理を促す為の警報を発する事もできる。

又、請求項２に記載した構造を採用すれば、演算器が、各センサの出力信号のフィルタリング計算を行なう事に基づいて状態量を算出する場合であっても、異常検知器が上記単発的な或は一時的な異常を検知した場合に、不正確な状態量が各種制御に利用されない様にしつつ、当該制御を継続できる。即ち、演算器が、各センサの出力信号のフィルタリング計算を行なう事に基づいて状態量を算出する場合、何れかのセンサの出力信号に上記単発的な或は一時的な異常が発生すると、当該センサの出力信号が正常に戻った後も、数回分のパルスが発生し終わるまでの間は、上記フィルタリング計算を行なう事に基づいて算出した状態量が、正常に戻らない場合がある。これに対し、請求項２に記載した発明の場合、演算器は、図２のＭ２．５、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５、Ｓ２６に示す様に、異常時から正常時に移行した場合の当該正常時に、当該正常時に移行してから各センサの出力信号のパルスが最大限で所定回数（β回）発生し終わるまでの間（少なくとも上記フィルタリング計算を行なう事に基づいて算出した状態量が正常に戻るまでの間）、当該正常時の状態量の算出結果を出力する代わりに、当該正常時に移行する直前の異常時に移行する直前の正常時の最後の状態量の算出結果を出力する。従って、異常検知器が上記単発的な或は一時的な異常を検知した場合に、不正確な状態量が各種制御に利用されない様にしつつ、当該制御を継続できる。

又、請求項３に記載した構造を採用すれば、例えば図１〜２のＳ１２→Ｓ１４の順に示す様に、システム欠陥が生じる事に起因して、何れかのセンサの出力信号に多発的に或は連続的に異常が発生した場合に、異常検知器により、システム欠陥が生じた旨を表す信号を出力する事ができる。この為、この出力に基づいて、演算器が算出した状態量に基づく各種制御を中止する、フェイルセーフを行なえる。これと共に、例えば各種機械装置の操作盤等に設けた警告灯を点灯させる等、作業者や運転者に修理を促す為の警報を発する事もできる。

又、請求項６に記載した構造を採用すれば、異常検知器と演算器とが一体の機器になる為、状態量測定装置の小型化及び低コスト化を図れる。

尚、以上に述べた様な本発明の場合には、何れかのセンサの出力信号に異常が発生した事を、状態量測定装置を構成する異常検知器（或は、この異常検知器としての機能を備えた演算器）が検知するが、この異常検知器（或は、演算器）自身が異常状態となった場合には、当然、何れかのセンサの出力信号に異常が発生した事を検知できなくなる。この様な場合には、演算器が算出した状態量を受け取る、各種制御を実行する制御器により、当該異常状態を検知する。例えば、転がり軸受ユニットが自動車の車輪支持用ハブユニットである場合には、演算器が算出した状態量を受け取る車両側の制御器が、各車輪（４輪又は２輪）を支持するハブユニットの状態量を相互に比較する事で、当該異常状態を検知する。例えば、車輪を支持したハブユニットに作用する横力は、左右の車輪を支持するハブユニット同士で互いに逆方向となる事は考えにくいし、左右の車輪を支持するハブユニットのうちの一方のハブユニットにだけ横力が作用し、他方のハブユニットに横力が作用しないと言う事も考えにくい。即ち、左右の車輪を支持するハブユニット同士で、それぞれに作用する横力を相互に比較すれば、当該異常状態を検知できる。即ち、この様な場合には、状態量測定装置自身が異常状態であると考えられるので、この状態量測定装置が測定した状態量は、車両制御に利用しない。

本発明の要点は、転がり軸受ユニットの状態量測定装置に於いて、何れかのセンサの出力信号に異常が発生した事を検知する為の異常検知器を付加する（或は、この異常検知器としての機能を演算器に持たせる）と共に、演算器が算出した状態量の出力の仕方を工夫する事により、システム欠陥以外の事態が生じる事に起因して、何れかのセンサの出力信号に単発的な或は一時的な異常が発生した場合に、システム欠陥が生じた旨の信号を出力する事なく、当該異常時に演算器が算出した不正確な状態量が車両制御に利用されない様にしつつ、この車両制御を継続できる様にする点にある。基本となる軸受ユニットの状態量測定装置に就いては、例えば前述の図３〜１０に示した従来構造の第１〜４例等、特許請求の範囲に記載した要件を満たす、各種の構造を採用できる。この為、重複する図示並びに説明は省略する。

本発明の転がり軸受ユニットの状態量測定装置を構成する、異常検知器及び演算器の機能の第１例を示すフローチャート。 同第２例を示すフローチャート。 本発明の対象となる転がり軸受ユニットの状態量測定装置の従来構造の第１例を示す断面図。 同第１例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。 同第１例で、アキシアル荷重に基づいて１対のセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。 同第２例に組み込むエンコーダ及びセンサを軸方向から見た図。 同第３例を示す断面図。 同第３例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。 同第４例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。 同第４例で、アキシアル荷重に基づいて１対のセンサの出力信号が変化する状態を説明する為の線図。

符号の説明

１ 外輪
２ ハブ
３ 転動体
４、４ａ〜４ｃ エンコーダ
５ カバー
６ａ、６ｂ センサ
７、７ａ〜７ｃ 透孔
８、８ａ〜８ｃ 柱部
９、９ａ 第一特性変化部
１０、１０ａ 第二特性変化部

Claims (7)

1. 転がり軸受ユニットと、状態量測定装置とを備え、
   このうちの転がり軸受ユニットは、静止側周面に静止側軌道を有し、使用時にも回転しない静止側軌道輪と、回転側周面に回転側軌道を有し、使用時に回転する回転側軌道輪と、上記静止側軌道と上記回転側軌道との間に転動自在に設けられた複数個の転動体とを備えたものであり、
   上記状態量測定装置は、エンコーダと、複数個のセンサと、異常検知器と、演算器とを備え、
   このうちのエンコーダは、上記回転側軌道輪の一部に直接又は他の部材を介して支持固定されると共に、上記回転側軌道輪と同心の被検出面を有し、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させたものであり、
   上記各センサはそれぞれ、検出部を上記被検出面のうちの互いに異なる部分に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されていて、上記被検出面の特性変化に対応して出力信号を変化させるものであり、
   上記異常検知器は、上記各センサの出力信号のパルス周波数又はパルス周期を相互に比較し、この比較の結果に、予め設定しておいた閾値を越える差が生じた場合に、その都度、何れかのセンサの出力信号に異常が発生していると判定する機能を有するものであり、
   上記演算器は、上記各センサの出力信号に基づいて、上記静止側軌道輪と上記回転側軌道輪との間の相対変位と、これら静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する外力とのうちの、少なくとも一方の状態量を算出する機能、並びに、上記異常検知器が上記異常が発生していると判定していない、正常時に、この正常時の上記状態量の算出結果を出力すると共に、上記異常検知器が上記異常が発生していると判定している、異常時に、当該異常時の上記状態量の算出結果を出力せず、当該異常時に移行してから上記各センサの出力信号のパルスが最大限で所定回数発生し終わるまでの間、当該異常時に移行する直前の正常時の最後の上記状態量の算出結果を出力する機能を有するものである、
   転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
2. 演算器が、異常時から正常時に移行した場合の当該正常時に、当該正常時に移行してから各センサの出力信号のパルスが最大限で所定回数発生し終わるまでの間、当該正常時の状態量の算出結果を出力する代わりに、当該正常時に移行する直前の異常時に移行する直前の正常時の最後の状態量の算出結果を出力する機能を有する、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
3. 異常検知器が、何れかのセンサの出力信号に異常が発生していると判定する頻度が予め定めておいた頻度を越えて多くなった場合に、システム欠陥が生じたと判断して、その旨を表す信号を出力する機能を有する、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
4. 被検出面の特性変化の位相がこの被検出面の幅方向に関して漸次変化しており、演算器は、各センサの出力信号同士の間の位相差に基づいて状態量を算出する機能を有する、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
5. 被検出面の特性変化のピッチがこの被検出面の幅方向に関して漸次変化しており、演算器は、各センサの出力信号のデューティ比に基づいて状態量を算出する機能を有する、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
6. 異常検知器と演算器とが一体の機器である、請求項１〜５のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。
7. 転がり軸受ユニットが自動車の車輪支持用ハブユニットであり、使用状態で静止側軌道輪が自動車の懸架装置に支持され、回転側軌道輪であるハブに車輪が結合固定される、請求項１〜６のうちの何れか１項に記載した転がり軸受ユニットの状態量測定装置。

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