JP5063270B2 - センサ付車輪用軸受 - Google Patents
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Description
例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとすると、出力信号に図10のようなヒステリシスが生じる。
また、特許文献2に開示の技術においても、L字型部材からなる歪み拡大機構のフランジ面に固定されている部位が、フランジ面とナックル面の摩擦(滑り)の影響を受けるため、同様の問題が生じる。
また、車輪用軸受に作用する上下方向の荷重Fz を検出する場合、荷重Fz に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、上記した技術では検出感度が低く、荷重Fz を精度良く検出できない。
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(例えば外方部材)にも荷重が印加されて変形が生じる。ここでは、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と1つ以上の切欠き部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材の前記切欠き部の周辺の歪みを検出するセンサを有するセンサユニットを、前記固定側部材の外径面に対して2つ以上の接触固定部が軸方向に同寸法の位置に来るように設け、前記2つ以上の接触固定部は固定側部材の軸心回りに互いに開く角度を持ち、前記センサユニットの両端に設けられた接触固定部間の角度が、前記固定側部材の隣り合う前記突片の間の角度の半分以下となるように設置しているので、センサユニットが突片における滑り摩擦の影響を受け難くなる。その結果、出力信号のヒステリシスが小さくなる。
また、前記固定側部材の外径面では、その周方向の位置によって変形量が異なるので、上記したように2つ以上の接触固定部が周方向に離間して配置されることにより、各接触固定部での変形量の違いが歪み発生部材の切欠き部の周辺に歪みを発生させ、その歪み量がセンサで検出される。これにより、静止時や低速時を問わず車輪のタイヤと路面間の作用力を感度良く検出することができる。上記したように、センサユニットは、ヒステリシスの主な原因となる固定側部材の車体取付用のフランジの突片に固定していないので、センサの出力信号に生じるヒステリシスが小さくなり、荷重を正確に検出することができる。これにより、ヒステリシスの影響を受けることなく車輪にかかる荷重を精度良く検出できる。
また、前記2つ以上の接触固定部間の角度を、転動体の配列ピッチの半分としたため、転動体の位置によりセンサユニットの変形モードが変わるため、転動体がセンサユニットの近傍を通過する周期に伴い、センサの出力信号が変動し易くなる。その結果、温度ドリフトの影響を受け難い出力信号の振幅から、荷重を検出できるようになる。
タイヤと路面間に作用した力は転動体を介して固定側部材の外径面に伝達されるので、センサユニットにおける歪み発生部材の2つ以上の接触固定部を、上記の範囲内に設けた場合、固定側部材における比較的に変形量の大きい部位にセンサユニットを設置していることとなり、さらに精度良く荷重を検出できる。
センサの出力信号により、タイヤと路面間の作用力を推定手段で推定すると、静止時や低速時を問わず車輪のタイヤと路面間の作用力を感度良く検出することができる。タイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力(例えば予圧量)を推定手段で推定することもできる。
しかし、車輪用軸受の回転中には、転走面におけるセンサユニットの近傍部位を通過する転動体の有無によって、センサユニットのセンサの出力信号の振幅に周期的な変化が生じる場合がある。そこで、検出信号における振幅の周期を推定手段で測定することにより、転動体の通過速度つまり車輪の回転数を検出することができる。このように、出力信号に変動が見られる場合は、出力信号の平均値や振幅により作用力を算出することができる。変動が見られない場合は、絶対値より作用力を算出することができる。
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。
このように、スペーサ22を介して外方部材1の外径面に接触固定部20aを固定することにより、歪み発生部材20における切欠き部20bが位置する2つの接触固定部20aの中間部位が外方部材1の外径面から離れた状態となり、切欠き部20bの周辺の歪み変形が容易となる。
このほか、外方部材1の外径面における前記歪み発生部材20の2つの接触固定部20aが接触固定される2箇所の中間部に溝を設けることで、歪み発生部材20における切欠き部20bが位置する2つの接触固定部20aの中間部位を外方部材1の外径面から離すようにしても良い。
なお、外方部材1の外径面へセンサユニット19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20の接触固定部20aが接触固定される箇所に平坦部を形成するのが望ましい。
ここでは、外方部材1の外径面に接触して固定される2つの接触固定部20aと1つの切欠き部20bを有する歪み発生部材20、およびこの歪み発生部材20の前記切欠き部20bの周辺の歪みを検出するセンサ21を有するセンサユニット19を、外方部材1の外径面に対して2つの接触固定部20aが軸方向に同寸法の位置に来るように設け、2つの接触固定部20aは外方部材1の軸心回りに互いに開く角度θを持ち、その角度θが外方部材1の隣り合う突片1aaの間の角度φu(あるいはφd)の半分以下となるように設置しているので、センサユニット19が突片1aaにおける滑り摩擦の影響を受け難くなる。その結果、出力信号のヒステリシスが小さくなる。
また、外方部材1の外径面では、その周方向の位置によって変形量が異なるので、上記したように2つの接触固定部20aが周方向に離間して配置されることにより、各接触固定部20aでの変形量の違いが歪み発生部材20の切欠き部20bの周辺に歪みを発生させ、その歪み量がセンサ21で検出される。推定手段25は、前記センサ21の出力信号から車輪用軸受に作用する荷重を推定する。これにより、静止時や低速時を問わず車輪のタイヤと路面間の作用力を感度良く検出することができる。上記したように、センサユニット19は、ヒステリシスの主な原因となる外方部材フランジ1aの突片1aaに固定していないので、センサ21の出力信号に生じるヒステリシスが小さくなり、荷重を精度良く推定することができる。
このセンサ付車輪用軸受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。
・ センサユニット19の設置個数、設置場所や、接触固定部20a,センサ21,切 欠き部20bの数
・ センサユニット19の形状、固定方法(接着、溶接など)
1a…車体取付用フランジ
1aa…突片
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
14…車体取付用のボルト孔
16…ナックル
19,19A…センサユニット
20…歪み発生部材
20a…接触固定部
20b…切欠き部
21…センサ
25…推定手段
Claims (6)
- 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この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、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外周に、ナックルへ取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの円周方向の複数箇所にボルト孔が設けられ、上記フランジは、各ボルト孔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とされた車輪用軸受において、
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と1つ以上の切欠き部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材の前記切欠き部の周辺の歪みを検出するセンサを有するセンサユニットを、前記固定側部材の外径面に対して2つ以上の接触固定部が軸方向に同寸法の位置に来るように設け、前記2つ以上の接触固定部の位置は、固定側部材の軸心回りに互いに開く角度を持ち、前記センサユニットの両端に設けられた接触固定部間の角度が、前記固定側部材の隣り合う前記突片の間の角度の半分以下となるように設置し、かつ前記2つ以上の接触固定部間の角度を、転動体の配列ピッチの半分としたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 - 請求項1において、前記2つ以上の接触固定部は、前記固定側部材の軸方向について、この固定側部材におけるインボード側列の転走面とアウトボード側列の転走面との間の中間位置からアウトボード側列の転走面の形成部までの、前記アウトボード側列の転走面の形成部を含む範囲内に設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1または請求項2において、前記固定側部材に作用する外力、または前記回転側部材に取付けられるホイールのタイヤと路面との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、前記センサユニットは塑性変形しないものとしたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記接触固定部は前記固定側部材の前記突片の間の中央部に設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、1つの前記センサユニットは、前記回転側部材に取付けられるホイールのタイヤの設置面に対して、固定側部材の外径面の上下面部に設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、出力信号の絶対値、または出力信号の平均値、または出力信号の振幅の少なくてもいずれか1つより、この車輪用軸受に作用する作用力を推定する推定手段を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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