JP4962027B2 - 転がり軸受ユニットの荷重測定装置 - Google Patents

Description

この発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、自動車等の車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持すると共に、この車輪に加わる荷重の大きさを測定して、車両の安定運行の確保に利用する。

例えば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、例えば非特許文献１に記載されている様な、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する発明が記載されている。図１〜３は、この特許文献１に記載された構造ではないが、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荷重測定装置に関する先発明の構造の第１例を示している。この先発明の構造の第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１、４、６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１、４、６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。被検出面である、このエンコーダ４の外周面の先半部（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。これら各透孔７、７と各柱部８、８との境界は、上記被検出面の軸方向（幅方向）に対し同じ角度だけ傾斜させると共に、この軸方向に対する傾斜方向を、上記被検出面の軸方向中間部を境に互いに逆方向としている。従って、上記各透孔７、７と上記各柱部８、８とは、軸方向中間部が円周方向に関して最も突出した「へ」字形（又は「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で形成（各透孔を「ハ」字形に配置）しても良い。

又、上記カバー５は、ステンレス鋼板等の金属板により全体を有底円筒状に形成しており、上記外輪１の内端部に嵌合固定している。この様なカバー５は、その外端部をこの外輪１の内端部に締り嵌めで嵌合固定（図示の例では、内嵌固定）した円筒部１１と、この円筒部１１の内端開口を塞ぐ底板部１２とを備える。

又、上記１対のセンサ６ａ、６ｂは、上記カバー５を構成する円筒部１１の内周面の円周方向の一部（図示の例では、下端部）に保持している。これら両センサ６ａ、６ｂはそれぞれ、永久磁石と、検出部を構成する、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子とから成る。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、上記エンコーダ４の円周方向に関して同じ位置（図示の例では、下端部）としている。又、上記外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用しない、中立状態で、上記各透孔７、７及び柱部８、８の軸方向中間部で円周方向に関して最も突出した部分（境界の傾斜方向が変化する部分）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、各部材の設置位置を規制している。

上述の様に構成する転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用（これら外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位）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いない、中立状態では、上記両センサ６ａ、６ｂの検出部は、図３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３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３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３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３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。

上述の様に、先発明の構造の第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、実際には、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比（位相差／１周期）（特許請求の範囲に記載した「１乃至複数個のセンサの出力信号に関する情報」）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が、この算出処理は、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、上記位相差比と、上記アキシアル方向の相対変位又は荷重との関係を、計算式やマップ等の型式で記憶させておく。

又、上述した先発明の構造の第１例の場合には、それぞれの検出部を第一、第二両特性変化部９、１０に対向させた１対のセンサ６ａ、６ｂから成るセンサ組を１組だけ設けている。これに対し、図示は省略するが、特願２００６−１４３０９７、特願２００６−３４５８４９には、それぞれが１対のセンサから成るセンサ組を複数組設ける事で、多方向の変位或は外力を求められる構造が開示されている。

次に、図４〜５は、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する、先発明の構造の第２例を示している。この先発明の構造の第２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４ａの先半部に、スリット状の透孔７ａ、７ａと柱部８ａ、８ａ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７ａ、７ａと各柱部８ａ、８ａとの境界はそれぞれ、上記エンコーダ４ａ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を、このカバー５を構成する円筒部１１の内周面の上下両端部に１つずつ保持している。そして、これら両センサ６ａ、６ｂの検出部を、被検出面である、上記エンコーダ４ａの先半部外周面の上下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４ａ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４ａ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、実際には、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比（位相差／１周期）（特許請求の範囲に記載した「１乃至複数個のセンサの出力信号に関する情報」）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が、この算出処理は、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、上記位相差比と、上記アキシアル方向の相対変位又は荷重との関係を、計算式やマップ等の型式で記憶させておく。

次に、図６〜７は、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する、先発明の構造の第３例を示している。この先発明の構造の第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、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はそれぞれ、径方向から見た形状を台形として、それぞれの円周方向に関する幅寸法を、軸方向に関して漸次変化させている。又、外輪１の内端部にカバー５を介して支持した１個のセンサ６ａを、このカバー５を構成する円筒部１１の内周面の円周方向の一部（図示の例では、下端部）に保持している。そして、この１個のセンサ６ａの検出部を、被検出面である、上記エンコーダ４ｂの先半部外周面の円周方向一部（図示の例では、下端部）に近接対向させている。この様に構成する先発明の構造の第３例の場合、アキシアル荷重に基づいて上記外輪１とハブ２とが軸方向に相対変位すると、上記センサ６ａの出力信号のデューティ比（高電位継続時間／１周期）が変化する。従って、このデューティ比に基づいて、上記相対変位の向き及び大きさ、更には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、上記センサ６ａの出力信号のデューティ比（特許請求の範囲に記載した「１乃至複数個のセンサの出力信号に関する情報」）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、上記デューティ比と、上記アキシアル方向の相対変位又は荷重との関係を、計算式やマップ等の型式で記憶させておく。

ところで、上述した様な各先発明の構造の場合、位相差比又はデューティ比とアキシアル荷重との関係を表す、ゲイン特性及び零点は、転がり軸受ユニットの剛性特性や中立状態でのエンコーダ４（４ａ、４ｂ）とセンサ６ａ（６ｂ）との位置関係の変化に伴って、変化する。特に、上記零点の変化は、上記エンコーダ４（４ａ、４ｂ）の熱膨張やクリープずれ、或は上記センサ６ａ（６ｂ）の取付部の熱膨張や座面ずれ等に起因して、発生し易い。この為、上記アキシアル荷重を正確に算出できる様にすべく、少なくとも上記零点の変化が発生した場合には、随時、この変化の影響をなくす処置を施す事が好ましい。

この際に施す処置として、例えば、上記アキシアル荷重の零点を補正する処置が考えられる。以下、この処置に就いて、図８を参照しつつ説明する。
この図８は、上記各先発明の構造で、図示しない演算器のメモリ中に記憶されている、変位（位相差比又はデューティ比）と荷重（外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重）との関係を表す、変換マップを示している。この変換マップでは、上記変位の零点と、上記荷重の零点とが、それぞれ０に設定されている。

今、車両の走行中に、中立状態での上記エンコーダ４（４ａ、４ｂ）と上記センサ６ａ（６ｂ）との位置関係が、設計的に定められた位置関係からずれる事に起因して、中立状態での上記変位が、Ａだけずれたと仮定する。この場合には、この中立状態での変位がＡになっている為、上記変換マップを利用して、中立状態での上記荷重を算出すると、見かけの荷重としてＢが算出される。ところが、実際には、中立状態での荷重は０である為、この荷重の算出結果に誤差Ｂが生じた事になる。但し、この様に、中立状態での荷重の算出結果に誤差Ｂが生じた事は、次の様にして知る事ができる。

即ち、上記荷重は、車体に加わる横加速度と、ヨーレートと、操舵角とを含む、上記荷重に影響する複数種類の状態値から選択される１乃至複数の状態値に基づいて推定する事ができる（例えば、特許文献２参照）。この為、この様な推定を行なう事によって、上記荷重が０になった状態（中立状態）を検知する事も可能である。従って、この様に中立状態を検知した際の、上記荷重の算出結果を確認すれば、上記誤差Ｂが生じた事を知る事ができる。そこで、この誤差Ｂを補正値として、上記荷重の零点を補正する（上記変換マップを利用して求めた荷重の算出値から上記誤差Ｂを差し引いた値を、最終的な荷重の算出結果とする）処置を施せば、中立状態での荷重が０であると正確に算出できる。

ところが、図８の変換マップは、上記転がり軸受ユニットの剛性特性に基づき、非線形特性を有する。この為、上述の様な処置を採用すると、実際に荷重が作用している非中立状態で、この荷重の算出値に誤差が生じる。この理由は、次の通りである。即ち、上述のケースでは、中立状態での変位がＡになっている一方で、演算器は、単に中立状態での荷重の誤差Ｂを補正値として、この荷重の演算を行なうだけである。この為、実際に荷重が作用して、上記変位がαだけ変化した（この変位がＡ＋αになった）場合には、上記荷重としてβ｛＝（Ｂ＋β）−Ｂ｝が算出される。ところが、この場合に実際に発生している荷重は、上記変位が０からαだけ変化した（この変位がαになった）部分に対応する、上記荷重βよりも遥かに小さい荷重β′（≪β）である。従って、上述の様な処置（変位Ａ＋αに基づいて求めた荷重Ｂ＋βから、荷重が０の場合の誤差Ｂを減じる演算処理）を採用すると、非中立状態での荷重の算出値に誤差（上述の例ではβ−β′）が生じてしまう。

特開２００６−１１３０１７号公報 特開２００５−１０６４８８号公報 青山元男著、「レッドバッジスーパー図解シリーズ／クルマの最新メカがわかる本」、ｐ．１３８−１３９、ｐ．１４６−１４９、株式会社三推社／株式会社講談社、平成１３年１２月２０日

本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、上述の様な事情に鑑み、中立状態でのエンコーダと１乃至複数個のセンサとの位置関係が変化する（設計的に定めた位置関係からずれる）事に基づいて、この１乃至複数個のセンサの出力信号に関する情報の値が変化した場合でも、所定の処置を施す事により、中立状態に限らず非中立状態でも、当該荷重を正確に算出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荷重測定装置は、転がり軸受ユニットと、荷重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、上記荷重測定装置は、エンコーダと、センサ装置と、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ている。そして、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相を、少なくともこの被検出面の幅方向一部分で、この幅方向に応じて連続的に変化させている。
又、上記センサ装置は、使用時にも回転しない部分に支持されると共に、１乃至複数個のセンサを備える。そして、この１乃至複数個のセンサの検出部を上記被検出面に対向させると共に、このうちの少なくとも１個のセンサの検出部を、上記被検出面のうちで、上記特性変化の位相若しくはピッチが幅方向に関して連続的に変化する部分に対向させている。又、上記１乃至複数個のセンサはそれぞれ、上記回転側軌道輪の回転に伴い、上記被検出面のうち上記検出部を対向させた部分の特性変化に対応して、その出力信号を変化させる。
又、上記演算器は、そのメモリ中に、上記１乃至複数個のセンサの出力信号に関する情報（１対のセンサの出力信号同士の間に存在する位相差比、又は、１個のセンサの出力信号のデューティ比）と上記両軌道輪同士の間に作用する荷重との関係が記憶されており、且つ、この関係を利用して上記情報から上記荷重を算出する機能を有する。
特に、本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置に於いては、上記演算器は、上記荷重を算出する機能に加えて、上記転がり軸受ユニットを装着した車体に加わる横加速度と、ヨーレートと、操舵角とを含む、上記荷重に影響する複数種類の状態値から選択される１乃至複数の状態値に基づいて上記両軌道輪同士の間に荷重が作用していない事を検知する機能、並びに、この機能に基づいてこの荷重が作用していない事を検知した際の上記情報の値と、上記演算器のメモリ中に記憶されている上記関係に関する上記情報の零点の値とを比較し、これら両値の差が所定の閾値よりも大きい場合に、上記荷重が作用していない事を検知した際の上記情報の値を参考値として上記演算器のメモリ中に記憶させる処理を、複数回行なった後、これら複数回の処理によって得られた上記参考値の平均値を求めると共に、上記演算器のメモリ中に記憶されている上記情報の零点の値を、上記平均値に置き換える補正を行なう機能を有する。
尚、上記荷重を正確に算出する観点からは、上記閾値は極力小さい値に設定するのが好ましい。但し、この閾値を極端に小さくすると、上記補正が頻繁に行なわれて、演算器の負担が過大になる。従って、上記閾値は、上記荷重の測定値に要求される精度を勘案して、過度に小さくならない様に設定する。

上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、中立状態でのエンコーダと１乃至複数個のセンサとの位置関係が変化する（設計的に定めた位置関係からずれる）事に基づいて、この１乃至複数個のセンサの出力信号に関する情報の値が所定の閾値よりも大きく変化した場合には、演算器が、自身のメモリ中に記憶されている、上記情報と両軌道輪同士の間に作用する荷重との関係に関する、この情報の零点を補正する。この為、本発明の場合には、同様の場合に上記荷重の零点を補正する構造とは異なり、中立状態に限らず非中立状態でも、当該荷重を正確に算出できる。
特に、本発明の場合には、零点ずれをその都度補正するのではなく、この零点ずれの検出結果を複数回分メモリに記憶させておき、これらの平均値を補正値として上記零点の補正を実施する為、この零点の補正の信頼性を高められる。

［本発明に関連する参考例］
本発明に関連する参考例に就いて、前述の図８に加え、図９を参照しつつ説明する。尚、本参考例は、前述の図１〜３に示した先発明の構造の第１例、及び、前述の図４〜５に示した先発明の構造の第２例、及び、前述の図６〜７に示した先発明の構造の第３例を対象とした、本発明に関連する参考例である。又、本参考例の特徴は、演算器のメモリ中に記憶されている、変位｛１対のセンサ６ａ、６ｂの出力信号同士の間に存在する位相差比（上記先発明の構造の第１〜２例の場合）又は１個のセンサ６ａの出力信号のデューティ比（上記先発明の構造の第３例の場合）｝と荷重（外輪１とハブ２との間に作用するアキシアル荷重）との関係に関する、ゲイン特性及び零点のうち、この零点を補正する機能を、上記演算器に付加した点にある。その他の部分の構造及び作用は、上記先発明の構造の第１〜３例の場合と同様である為、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本参考例の特徴部分を中心に説明する。

本参考例の場合、上記演算器のメモリ中には、上記変位と上記荷重との関係として、図８に示す様なゲイン特性及び零点を有する変換マップが記憶されている。又、本参考例の場合、上記演算器は、この変換マップを利用して、実際に測定した上記変位から上記荷重を算出する機能に加え、次の２つの機能を有する。先ず、１つ目の機能は、本参考例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置を装着した車体に加わる横加速度と、ヨーレートと、操舵角とを含む、上記荷重に影響する複数種類の状態値から選択される１乃至複数の状態値に基づいて、上記荷重が０である事（中立状態である事）を検知する機能である。尚、この様な検知を行なう方法（上記１乃至複数の状態値に基づき上記荷重を推定する方法）に就いては、従来から各種の方法が知られており（例えば、特許文献２参照）、本参考例の特徴部分でもない為、詳しい説明は省略する。例えば、横加速度、ヨーレート、操舵角が０であれば、車両が直進状態でアキシアル荷重が０であると推定できる。

次に、２つ目の機能は、上記１つ目の機能に基づいて中立状態である事を検知した際の上記変位の値と、図８に示した変換マップに関する変位の零点の値とを比較し、これら両値の差が予め設定した閾値よりも大きい場合に、上記変換マップに関する変位の零点の値を、上記中立状態である事を検知した際の上記変位の値に置き換える補正を行なう機能である。例えば、今、車両の走行中に、上記センサ６ａ（６ｂ）とエンコーダ４（４ａ、４ｂ）との位置関係が変化する（設計的に定めた位置関係からずれる）事に基づいて、上記変位がＡだけずれたと仮定する。この場合に、上記演算器は、上記１つ目の機能に基づいて中立状態である事を検知した際の上記変位の値として、上記Ａを得る。そして、この変位の値Ａと、図８に示した変換マップに関する変位の零点の値０とを比較する。そして、これら両値の差（Ａ−０＝）Ａが、予め設定した閾値よりも大きい（Ａ＞閾値）場合に、図８→図９に示す様に、上記変換マップに関する変位の零点の値０を、上記Ａに置き換える（マップの座標を平行移動させる）補正を行なう。尚、上記荷重を正確に算出する観点より、上記閾値は極力小さい値に設定するのが好ましい。

又、上述の様な２つ目の機能に関しては、上記零点の補正の信頼性を高める為に、車両が直進していると認識できる状態が一定時間継続した場合、或は車両が予め想定した速度で走行している場合等に、上記零点の補正を実施する様にしても良い。
尚、上述の様に、車両が直進していると認識できる状態が一定時間継続した場合に上記零点の補正を実施する、或は補正量を記憶させる理由は、車両が左旋回と右旋回とを交互に繰り返す様な操舵状態でも、瞬間的には直進状態となる為であり、この様な過渡的な状態で上記零点の補正を実施するのは、この補正の信頼性を確保する上で好ましくない為である。
又、上述の様に、車両が予め想定した速度で走行している場合に上記零点の補正を実施する、或は補正量を記憶させる理由は、本参考例の対象となる状態量測定装置では、センサ出力から状態量を演算させる方式なので、車両が停止又は極端に低速で走行している場合には、状態量演算そのものが行なわれない為であり、逆に、車両が極端に高速で走行している場合には、センサ出力から状態量を演算するＣＰＵの仕事量が増大し、上記零点の補正処理を円滑に実行できない為である。尚、この場合、この零点の補正処理を円滑に実行させる為には、処理能力が高いＣＰＵを用意する必要があり、コストの上昇を招く。

何れにしても、以上に述べた様な補正を行なう本参考例の場合、上記演算器は、図９に示した補正後の変換マップを利用して、中立状態での変位Ａに基づき、この中立状態での荷重０を正確に算出できる。更には、非中立状態での変位Ａ＋αに基づき、この非中立状態での荷重β′を正確に算出できる。即ち、本参考例の場合には、車両の走行中等に、ゲイン特性及び零点のうち、この零点の変化が発生した場合でも、上述した補正を行なう事により、中立状態に限らず、非中立状態でも、上記荷重を正確に算出できる。

［本発明の実施の形態の１例］
次に、本発明の実施の形態の１例に就いて、上述した参考例との比較形式で説明する。本例の場合には、演算器が備える、２つ目の機能に関して、車両が直進していると認識できる状態が一定時間継続した場合、或は車両が予め想定した速度で走行している場合に、検出した零点ずれをその都度補正するのではなく、この零点ずれの検出結果を複数回分メモリ等に記憶させておき、これらの平均値を補正値として上記零点の補正を実施する。

即ち、本例の場合、前記演算器が備える、前記２つ目の機能は、１つ目の機能に基づいて中立状態である事を検知した際の変位の値と、図８に示した変換マップに関する変位の零点の値とを比較し、これら両値の差が予め設定した閾値よりも大きい場合に、上記中立状態である事を検知した際の上記変位の値を参考値としてメモリ中に記憶させる処理を、複数回行なった後、これら複数回の処理によって得られた上記参考値の平均値を求めると共に、上記変換マップに関する変位の零点の値を、この平均値に置き換える補正を行なう機能である。

この様な本例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記零点の補正の信頼性を高められる。尚、この零点のずれは、突発的に発生するよりも、長期的な使用によって発生する頻度の方が高い為、上述の様に平均値で補正を実行しても支障はない。
その他の構成及び作用は、上述した参考例の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略する。

本発明は、前述の図１〜７に示した各先発明の構造に限らず、特許請求の範囲に記載された要件を満たす、各種の構造に適用可能である。例えば、エンコーダとして永久磁石製のもの（被検出面にＳ極とＮ極とを交互に配置したもの）を組み込んだ構造（この構造では、センサ側に永久磁石を組み込む必要はない）や、エンコーダの被検出面を円輪面とし、且つ、この被検出面にセンサの検出部を軸方向に対向させる事で、静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用するラジアル荷重を測定可能とした構造にも、適用可能である。但し、ラジアル荷重を求める為の零点を補正する為には、車両重量等を勘案する。具体的には、車両が直進且つ定速走行時に、予め分かっている車両重量を加減しつつ零点補正を行なう。この為、必要に応じて（定速走行状態であるか否かを見分ける為に）、車速信号或は前後方向の加速度信号を利用する。

本発明の対象となる、転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第１例を示す断面図。 この第１例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。 アキシアル荷重の変動に伴って変化するセンサの出力信号を示す線図。 本発明の対象となる、転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第２例を示す断面図。 この第２例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。 本発明の対象となる、転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第３例を示す断面図。 この第３例に組み込むエンコーダの一部を径方向から見た図。 本発明の対象となる転がり軸受ユニットの荷重測定装置を構成する演算器のメモリ中に記憶される、変位（位相差又はデューティ比）と荷重（外輪とハブとの間に作用するアキシアル荷重）との関係を示す線図。 本発明に関連する参考例に関して、変位（位相差又はデューティ比）の零点を補正した後の状態で示す、図８と同様の図。

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

Claims (1)

1. 転がり軸受ユニットと、荷重測定装置とを備え、
   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、
   上記荷重測定装置は、エンコーダと、センサ装置と、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たもので、被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させると共に、この被検出面の特性が円周方向に関して変化するピッチ若しくは位相を、少なくともこの被検出面の幅方向一部分で、この幅方向に応じて連続的に変化させており、
   上記センサ装置は、使用時にも回転しない部分に支持されると共に、１乃至複数個のセンサを備えたもので、この１乃至複数個のセンサの検出部を上記被検出面に対向させると共に、このうちの少なくとも１個のセンサの検出部を、上記被検出面のうちで、上記特性変化の位相若しくはピッチが幅方向に関して連続的に変化する部分に対向させており、且つ、上記１乃至複数個のセンサはそれぞれ、上記回転側軌道輪の回転に伴い、上記被検出面のうち上記検出部を対向させた部分の特性変化に対応してその出力信号を変化させるものであり、
   上記演算器は、そのメモリ中に、上記１乃至複数個のセンサの出力信号に関する情報と上記両軌道輪同士の間に作用する荷重との関係が記憶されており、且つ、この関係を利用して上記情報から上記荷重を算出する機能を有するものである、
   転がり軸受ユニットの荷重測定装置に於いて、
   上記演算器は、上記荷重を算出する機能に加えて、上記転がり軸受ユニットを装着した車体に加わる横加速度と、ヨーレートと、操舵角とを含む、上記荷重に影響する複数種類の状態値から選択される１乃至複数の状態値に基づいて上記両軌道輪同士の間に荷重が作用していない事を検知する機能、並びに、この機能に基づいてこの荷重が作用していない事を検知した際の上記情報の値と、上記演算器のメモリ中に記憶されている上記関係に関する上記情報の零点の値とを比較し、これら両値の差が所定の閾値よりも大きい場合に、上記荷重が作用していない事を検知した際の上記情報の値を参考値として上記演算器のメモリ中に記憶させる処理を、複数回行なった後、これら複数回の処理によって得られた上記参考値の平均値を求めると共に、上記演算器のメモリ中に記憶されている上記情報の零点の値を、上記平均値に置き換える補正を行なう機能を有する事を特徴とする転がり軸受ユニットの荷重測定装置。

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