JP5072551B2 - Wheel bearing with sensor - Google Patents

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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内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。   The present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing with a built-in load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.

自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面の歪みを検出することにより荷重を検出する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)。また、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受も提案されている(例えば特許文献2)。
特開2002−098138号公報 特表2003−530565号公報
As a technique for detecting a load applied to each wheel of an automobile, a sensor-equipped wheel bearing that detects a load by detecting a distortion of an outer diameter surface of a flange portion of an outer ring that is a fixed ring of a wheel bearing has been proposed ( For example, Patent Document 1). There has also been proposed a wheel bearing in which a strain gauge is attached to the outer ring of the wheel bearing to detect the strain (for example, Patent Document 2).
JP 2002-098138 A Special table 2003-530565 gazette

特許文献1に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある。
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17のようなヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、検出分解能が低下する。
また、特許文献2のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。
また、車輪用軸受もしくはタイヤ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なり、荷重Fz を精度良く検出できない。
In the technique disclosed in Patent Document 1, distortion generated by deformation of the flange portion of the fixed ring is detected. However, the deformation of the flange portion of the fixed ring involves slipping when a force exceeding the static friction force is applied between the flange surface and the knuckle surface, so that hysteresis is generated in the output signal when a repeated load is applied. There is a problem.
For example, when the load in a certain direction with respect to the wheel bearing increases, the static friction force between the fixed ring flange surface and the knuckle surface does not slip at first, but exceeds a certain size. And it comes to slip over the static friction force. If the load is reduced in this state, it will not slip due to static friction force at first, but it will slip when it reaches a certain size. As a result, when an attempt is made to estimate the load at a portion where this deformation occurs, a hysteresis as shown in FIG. 17 occurs in the output signal. When hysteresis occurs, the detection resolution decreases.
In addition, when a strain gauge is attached to the outer ring as in Patent Document 2, there is a problem in assemblability.
In addition, when detecting the vertical load Fz acting on the wheel bearing or tire, the amount of deformation of the fixed wheel relative to the load Fz is small, so the amount of distortion is small. It cannot be detected.

そこで、本発明者等は、上記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を開発した。このセンサ付車輪用軸受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、この外径面に接触して固定される2つの接触固定部とこれら2つの接触固定部の間に位置する切欠き部と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センサを有する1つ以上のセンサユニットを設ける。   Accordingly, the present inventors have developed a sensor-equipped wheel bearing having the following configuration in order to solve the above problems. The wheel bearing in this sensor-equipped wheel bearing includes an outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, and an inner member having a rolling surface opposite to the rolling surface formed on the outer periphery. And a double-row rolling element interposed between the opposing rolling surfaces of the two members, and supports the wheel rotatably with respect to the vehicle body. Of the outer member and the inner member, on the outer diameter surface of the fixed member, there are two contact fixing portions fixed in contact with the outer diameter surface, and a cut located between the two contact fixing portions. One or more sensor units having a strain generating member having a notch and a sensor attached to the strain generating member and detecting the strain of the strain generating member are provided.

しかし、このような構成の場合、荷重の変化に対してセンサの出力信号の変化が小さく、温度やノイズ等に起因して出力信号に生じるドリフトにより検出誤差が大きくなる。その結果、車輪用軸受もしくはタイヤに複合荷重(例えばコーナリング力Fy と垂直方向荷重Fz )が印加した状態では、各方向の荷重をそれぞれ算出することが困難である。   However, in such a configuration, the change in the output signal of the sensor is small with respect to the change in the load, and the detection error becomes large due to drift generated in the output signal due to temperature, noise, and the like. As a result, it is difficult to calculate the load in each direction in a state where a composite load (for example, cornering force Fy and vertical load Fz) is applied to the wheel bearing or tire.

この発明の目的は、少ないセンサ数で、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。   An object of the present invention is to provide a sensor-equipped wheel bearing capable of accurately detecting a load applied to a wheel under any load condition with a small number of sensors and without being affected by hysteresis.

この発明の前提構成となるセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、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の外径面に、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1対設け、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センサを有し、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の出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、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の出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段とを設けたことを特徴とする。
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(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、センサユニット対を構成する2つの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が、外方部材の外径面に接触固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され易く、その歪みがセンサで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。
特に、固定側部材の外径面に、そ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1対設け、そのセンサユニット対の2つのセンサの出力信号の差により径方向荷重である例えば垂直方向荷重Fz を推定する径方向荷重推定手段と、前記2つのセンサの出力信号の和により軸方向荷重Fy を推定する軸方向荷重推定手段とを設けているので、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重(例えば垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く正確に検出することができる。
A prerequisite configuration cell equipped wheel support bearing assembly capacitors of this invention, inner and outer member rolling run surfaces of the double row is formed on the inner periphery rolling run surface facing the raceway surface is formed on the outer periphery In a wheel bearing comprising a side member and a double-row rolling element interposed between the opposing rolling surfaces of both members, and for supporting the wheel rotatably with respect to the vehicle body, the outer member and the inner member At least one pair of sensor units including two sensor units arranged at a position forming a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the fixed side member is provided on the outer diameter surface of the fixed side member, and the sensor unit Has a strain generating member having two or more contact fixing portions fixed in contact with the outer diameter surface of the fixed side member, and a sensor that is attached to the strain generating member and detects the strain of the strain generating member. And two in the sensor unit pair A radial load estimating means for estimating a radial load acting in the radial direction of a wheel bearing or a tire from a difference between sensor output signals of the sensor unit, and a sum of output signals of the sensors of the two sensor units in the sensor unit pair And an axial load estimating means for estimating an axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or the tire.
When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the fixed side member (for example, the outer member) of the wheel bearing, causing deformation. Here, since the two or more contact fixing portions of the strain generating members in the two sensor units constituting the sensor unit pair are contact fixed to the outer diameter surface of the outer member, distortion of the outer member is generated. The distortion is easily transmitted to the member, the distortion is detected with high sensitivity by the sensor, and the hysteresis generated in the output signal is also reduced.
In particular, at least one pair of sensor units each including two sensor units arranged at a position forming a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction is provided on the outer diameter surface of the fixed member, and two of the sensor unit pairs are provided. A radial load estimating means for estimating, for example, a vertical load Fz, which is a radial load based on a difference between sensor output signals, and an axial load estimating means for estimating an axial load Fy based on the sum of the output signals of the two sensors. Therefore, the radial load (for example, the vertical load Fz) and the axial load Fy can be detected with high sensitivity and accuracy under any load condition without providing a large number of sensors.

この発明において、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とに配置し、前記径方向荷重推定手段は、前記2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤに作用する垂直方向の荷重を推定するものとしても良い。この構成の場合、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、垂直方向にかかる荷重を正確に検出できる。   In the present invention, the two sensor units of at least one pair of sensor units are arranged on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that are vertically positioned with respect to the tire ground contact surface, and the radial direction The load estimating means may estimate a vertical load acting on the wheel bearing or the tire from a difference between output signals of the sensors of the two sensor units. In the case of this configuration, the load applied in the vertical direction can be accurately detected under any load condition without being affected by hysteresis.

この発明において、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前後位置となる前記固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置し、前記径方向荷重推定手段は、前記2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から駆動力となる荷重を推定するものとしても良い。この構成の場合、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、駆動力となる荷重を正確に検出できる。   In the present invention, the two sensor units of at least one pair of sensor units are arranged on the right surface portion and the left surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member which are front and rear positions with respect to the tire ground contact surface, and the radial direction The load estimation unit may estimate a load that is a driving force from a difference between output signals of the sensors of the two sensor units. In the case of this configuration, the load as the driving force can be accurately detected under any load condition without being affected by hysteresis.

この発明における第1の発明のセンサ付車輪用軸受は、前記前提構成で、前記径方向荷重推定手段は、その推定値を前記軸方向荷重推定手段による推定値により補正する補正手段を有する。
車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重(垂直方向荷重Fz や駆動力となる荷重Fx )に対する前記固定側部材の変形量は、軸方向荷重Fy に対する変形量と比較して非常に小さいため、軸方向荷重Fy の影響を受けやすい。そこで、径方向荷重推定手段による推定値を軸方向荷重推定手段による推定値により補正すれば、径方向荷重をより正確に推定することができる。
Definitive first sensor with wheel bearing of the invention is to this invention, in the premise construction, the radial load estimating means, having a correction means for correcting the estimated value by the estimation value by the axial load estimating means The
The deformation amount of the fixed side member with respect to the radial load acting on the wheel bearing or the tire in the radial direction (the vertical load Fz or the load Fx serving as the driving force) is much larger than the deformation amount with respect to the axial load Fy. Since it is small, it is easily affected by the axial load Fy. Therefore, if the estimated value by the radial load estimating means is corrected by the estimated value by the axial load estimating means, the radial load can be estimated more accurately.

この発明における第2の発明のセンサ付車輪用軸受は、前記前提構成で、さらに車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設け、前記軸方向荷重推定手段は、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の出力信号の和と、前記軸方向荷重方向判別手段の判別結果とから車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する。
軸方向荷重推定手段で算出される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が、軸方向荷重に対してV字形の出力曲線(図8参照)となる場合、軸方向荷重の方向を判別する必要がある。そこで、別途設けた軸方向荷重方向判別手段で軸方向荷重の方向を判別すれば、その判別結果と2つのセンサユニットのセンサ出力信号の和とにより、軸方向荷重推定手段は軸方向荷重を正確に検出することができる。
Definitive second sensor with wheel bearing of the invention is to this invention, in the premise construction, it is et in the axial load direction determining means for determining a direction of the axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or tire The axial load estimating means acts in the axial direction of the wheel bearing or the tire from the sum of the output signals of the sensors of the two sensor units in the sensor unit pair and the discrimination result of the axial load direction discrimination means. you estimate the axial load to be.
When the sum of the sensor output signals of the two sensor units in the sensor unit pair calculated by the axial load estimating means is a V-shaped output curve (see FIG. 8) with respect to the axial load, the direction of the axial load Need to be determined. Therefore, if the axial load direction discriminating means is discriminated by the separately provided axial load direction discriminating means, the axial load estimating means accurately determines the axial load based on the discrimination result and the sum of the sensor output signals of the two sensor units. Can be detected.

この発明において、前記軸方向荷重方向判別手段を、車両のステアリング角を検出するステアリング角センサとしても良い。この構成の場合、ステアリング角センサで検出されるステアリング角によりコーナリング方向が分かるので、軸方向荷重の方向判別を行うことができる。   In the present invention, the axial load direction determining means may be a steering angle sensor for detecting a steering angle of the vehicle. In the case of this configuration, the cornering direction can be determined from the steering angle detected by the steering angle sensor, so that it is possible to determine the direction of the axial load.

この発明において、前記軸方向荷重方向判別手段を、車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重の方向により出力信号の異なる方向判別センサとしても良い。この構成の場合、方向判別センサの出力信号が軸方向荷重の方向により異なるので、その出力信号から軸方向荷重の方向判別を行うことができる。   In the present invention, the axial load direction discriminating means may be a direction discriminating sensor having different output signals depending on the direction of the axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or the tire. In the case of this configuration, since the output signal of the direction determination sensor differs depending on the direction of the axial load, the direction of the axial load can be determined from the output signal.

この発明において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、前記方向判別センサは、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センサを有するセンサユニットを、前記固定側部材に取付けてなり、前記歪み発生部材は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し、これら接触固定部のうち1つの接触固定部が前記フランジの側面に固定され、他の1つの接触固定部が前記固定側部材の外径面に固定されるものとしても良い。
この場合の方向判別センサの設置部位は、コーナリング力に対して変形量が大きいが、垂直方向荷重Fz や駆動力による荷重Fx のような径方向荷重に対して変形量の小さい部位である。この部位に設置すると、方向判別センサに作用する力が圧縮力と引っ張り力で切り替わるため、その出力信号は負方向の軸方向荷重Fy の最大値から正方向の軸方向荷重Fy の最大値にかけて単調増加(または単調減少)する。このため、例えばその出力信号の大小判別を所定のしきい値に対して行なえば、軸方向荷重Fy の方向を判別することができる。
In this invention, a flange for mounting a vehicle body attached to a knuckle is provided on the outer periphery of the fixed side member, and the direction discrimination sensor is attached to the strain generating member and the strain generating member to detect the strain of the strain generating member. A sensor unit having a sensor to be mounted is attached to the fixed side member, and the strain generating member has two or more contact fixing portions fixed in contact with the fixed side member, and one of these contact fixing portions. One contact fixing portion may be fixed to the side surface of the flange, and the other one contact fixing portion may be fixed to the outer diameter surface of the fixed side member.
In this case, the direction discriminating sensor is installed at a portion having a large deformation amount with respect to the cornering force but a small deformation amount with respect to the radial load such as the vertical load Fz and the load Fx by the driving force. When installed in this area, the force acting on the direction detection sensor is switched between compression force and tensile force, so the output signal is monotonous from the maximum value of the negative axial load Fy to the maximum value of the positive axial load Fy. Increase (or monotonically decrease). Therefore, for example, if the magnitude of the output signal is determined with respect to a predetermined threshold value, the direction of the axial load Fy can be determined.

この発明において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つ接触固定部は、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置されていても良い。この構成の場合、固定側部材の周方向の歪みをセンサユニットによって検出することができる。すなわち、タイヤと路面間に作用する荷重が、回転側部材から転動体を介して固定側部材に伝達されるので、固定側部材の外径面は周方向に歪むことになり、上記した接触固定部の配置により検出感度が向上し、荷重をさらに精度良く推定できる。   In the present invention, the two contact fixing portions of the strain generating member in the two sensor units of the sensor unit pair are arranged at the same axial direction position of the fixed side member and at positions spaced apart from each other in the circumferential direction. May be. In the case of this configuration, the strain in the circumferential direction of the fixed side member can be detected by the sensor unit. That is, since the load acting between the tire and the road surface is transmitted from the rotation side member to the fixed side member via the rolling elements, the outer diameter surface of the fixed side member is distorted in the circumferential direction, and the contact fixing described above. The detection sensitivity is improved by the arrangement of the portions, and the load can be estimated with higher accuracy.

この発明において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットは、前記複列の転走面のうちのアウトボード側の転走面の周辺となる軸方向位置に配置されても良い。この構成の場合、比較的設置スペースが広く、タイヤ作用力が転動体を介して固定側部材に伝達されて比較的変形量の大きい部位にセンサユニットを配置することになるので、検出感度が向上し、荷重をより精度良く推定できる。   In the present invention, the two sensor units of the pair of sensor units may be arranged at an axial position that is the periphery of the rolling surface on the outboard side of the double row rolling surfaces. In this configuration, since the installation space is relatively wide and the tire acting force is transmitted to the stationary member via the rolling elements and the sensor unit is disposed at a relatively large amount of deformation, the detection sensitivity is improved. Thus, the load can be estimated with higher accuracy.

この発明において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットにおける歪み発生部材は切欠き部を有し、その切欠き部の周辺に前記センサを設けても良い。この構成の場合、固定側部材から歪み発生部材に拡大されて伝達される歪みが切欠き部に集中しやすくなり、センサによる検出感度が向上し、さらに荷重を精度良く検出することができる。   In this invention, the distortion generating member in the two sensor units of the sensor unit pair may have a notch, and the sensor may be provided around the notch. In the case of this configuration, the strain that is transmitted from the fixed member to the strain generating member is easily concentrated on the notch, the detection sensitivity of the sensor is improved, and the load can be detected with high accuracy.

この発明において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、このフランジの円周方向複数箇所にボルト孔が設けられ、前記フラン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、前記センサユニット対の2つのセンサユニットは、それぞれ隣合う前記突片の間の中央に配置しても良い。この構成の場合、ヒステリシスの原因となる突片から離れた位置にセンサユニットを設けることとなり、センサの出力信号のヒステリシスがさらに小さくなり、荷重をさらに精度良く検出することができる。   In this invention, a flange for mounting a vehicle body to be attached to a knuckle is provided on the outer periphery of the fixed side member, bolt holes are provided in a plurality of circumferential directions of the flange, and the flange is a circle in which each bolt hole is provided. The circumferential part may be a protruding piece that protrudes to the outer diameter side from the other part, and the two sensor units of the sensor unit pair may be arranged at the center between the adjacent protruding pieces. In the case of this configuration, the sensor unit is provided at a position away from the projecting piece causing the hysteresis, the hysteresis of the output signal of the sensor is further reduced, and the load can be detected with higher accuracy.

この発明において、前記径方向荷重推定手段は、前記センサユニット対の2つのセンサユニットのセンサの各出力信号の差分もしくは和を、前記各出力信号の絶対値、および前記各出力信号の平均値、および前記各出力信号の振幅のうちの、少なくともいずれか1つにより算出するものとしても良い。
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、出力信号における振幅の周期を径方向荷重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径方向荷重を算出することができる。変動が見られない場合は、絶対値より径方向荷重を算出することができる。
In the present invention, the radial load estimating means calculates the difference or sum of the output signals of the sensors of the two sensor units of the sensor unit pair, the absolute value of the output signals, and the average value of the output signals, Further, it may be calculated by at least one of the amplitudes of the output signals.
During the rotation of the wheel bearing, there may be a periodic change in the amplitude of the output signal of the sensor of the sensor unit depending on the presence or absence of rolling elements passing through the vicinity of the sensor unit on the rolling surface. Therefore, the passage speed of the rolling element, that is, the rotational speed of the wheel can be detected by measuring the period of the amplitude in the output signal by the radial load estimating means. As described above, when the output signal varies, the radial load can be calculated from the average value and amplitude of the output signal. When no fluctuation is observed, the radial load can be calculated from the absolute value.

この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、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の外径面に、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1対設け、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センサを有し、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の出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、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の出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段とを設け(前提構成)、前記径方向荷重推定手段は、その推定値を前記軸方向荷重推定手段による推定値により補正する補正手段を有する。または前記前提構成で、さらに車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設け、前記軸方向荷重推定手段は、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の出力信号の和と、前記軸方向荷重方向判別手段の判別結果とから車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する。このため、少ないセンサ数で、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出することができる。
The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, A wheel bearing comprising a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of the member and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, wherein the fixed side member of the outer member and the inner member At least one pair of sensor units each including two sensor units arranged at a position forming a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the fixed side member is provided on the outer diameter surface of the fixed side member. A strain generating member having two or more contact fixing portions fixed in contact with the outer diameter surface of the member, and a sensor attached to the strain generating member to detect the strain of the strain generating member, and the sensor unit Two sensor units in a pair A radial load estimating means for estimating a radial load acting in the radial direction of the wheel bearing or the tire from the difference between the output signals of the sensors, and the wheel from the sum of the output signals of the sensors of the two sensor units in the sensor unit pair only set an axial load estimating means for estimating an axial load acting in the axial direction of the use bearings or tires (assuming configuration), the radial load estimating means estimates the estimation value by the axial load estimating means Correction means for correcting the value is provided. Alternatively, in the premise configuration, there is further provided an axial load direction discriminating means for discriminating the direction of the axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or the tire, and the axial load estimating means comprises two sensor unit pairs. An axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or the tire is estimated from the sum of the output signals of the sensors of the sensor unit and the determination result of the axial load direction determining means. For this reason, a small number of sensors, without being affected by the hysteresis, in any load condition, it is possible to accurately detect the load applied to the wheel.

この発明の一実施形態を図1ないし図10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 the sectional view of FIG. 1, the bearing for this sensor-equipped wheel bearing includes an outer member 1 in which a double row rolling surface 3 is formed on the inner periphery, and rolling facing each of these rolling surfaces 3. The inner member 2 has a surface 4 formed on the outer periphery, and the outer member 1 and the double row rolling elements 5 interposed between the rolling surfaces 3 and 4 of the inner member 2. This wheel bearing is a double-row angular ball bearing type, and the rolling elements 5 are made of balls and are held by a cage 6 for each row. The rolling surfaces 3 and 4 have an arc shape in cross section, and are formed so that the ball contact angle is aligned with the back surface. Both ends of the bearing space between the outer member 1 and the inner member 2 are sealed by a pair of seals 7 and 8, respectively.

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には円周方向の複数箇所に車体取付用のボルト孔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18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 outer member 1 is a fixed side member, and has a vehicle body mounting flange 1a attached to a knuckle 16 in a suspension device (not shown) of the vehicle body on the outer periphery, and the whole is an integral part. Bolt holes 14 for mounting the vehicle body are provided at a plurality of locations in the circumferential direction on the flange 1a, and knuckle bolts 18 inserted into the bolt insertion holes 17 of the knuckle 16 from the inboard side are screwed into the bolt holes 14. The vehicle body mounting flange 1 a is attached to the knuckle 16.
The inner member 2 is a rotating side member, and includes a hub wheel 9 having a hub flange 9a for wheel mounting, and an inner ring 10 fitted to the outer periphery of the end portion on the inboard side of the shaft portion 9b of the hub wheel 9. And become. The hub wheel 9 and the inner ring 10 are formed with the rolling surfaces 4 of the respective rows. An inner ring fitting surface 12 having a small diameter with a step is provided on the outer periphery of the inboard side end of the hub wheel 9, and the inner ring 10 is fitted to the inner ring fitting surface 12. A through hole 11 is provided at the center of the hub wheel 9. The hub flange 9a is provided with press-fitting holes 15 for hub bolts (not shown) at a plurality of locations in the circumferential direction. In the vicinity of the base portion of the hub flange 9a of the hub wheel 9, a cylindrical pilot portion 13 for guiding a wheel and a braking component (not shown) protrudes toward the outboard side.

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 outer member 1 of the wheel bearing as viewed from the outboard side. 1 shows a cross-sectional view taken along the line II in FIG. As shown in FIG. 2, the vehicle body mounting flange 1 a is a projecting piece 1 aa in which a circumferential portion provided with each bolt hole 14 protrudes to the outer diameter side from the other portion.

固定側部材である外方部材1の外径面には、2つのセンサユニット20を1組とするセンサユニット対19が1対設けられている。これら2つのセンサユニット20は、外方部材1の外径面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る。このセンサユニット対19は1対以上設けても良い。ここでは、センサユニット対19を構成する2つのセンサユニット20を、タイヤ接地面に対して上位置となる外方部材1の外径面における上面部および下面部の2箇所に設けることで、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する上下方向の荷重(垂直方向荷重)Fz もしくは軸方向の荷重Fyを検出するようにしている。具体的には、図2のように、外方部材1の外径面における上面部の、隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に1つのセンサユニット20が配置され、外方部材1の外径面における下面部の、隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に他の1つのセンサユニット20が配置されている。   A pair of sensor units 19 each including two sensor units 20 is provided on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed member. These two sensor units 20 are arranged at positions that form a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the outer diameter surface of the outer member 1. One or more pairs of sensor units 19 may be provided. Here, the two sensor units 20 constituting the sensor unit pair 19 are provided at two positions on the outer diameter surface of the outer member 1 that is located above the tire ground contact surface, that is, the upper surface portion and the lower surface portion. A vertical load (vertical load) Fz or an axial load Fy acting on the bearing or tire is detected. Specifically, as shown in FIG. 2, one sensor unit 20 is arranged at the center between two adjacent projecting pieces 1 aa on the upper surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1, and the outer member 1. Another one sensor unit 20 is arranged at the center portion between two adjacent projecting pieces 1aa on the lower surface portion of the outer diameter surface.

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の3mm以下の薄板材からなり、平面概形が帯状で中央の両側辺部に切欠き部21bを有する。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2つの接触固定部21aを両端部に有する。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。ここでは、その箇所として、歪み発生部材21の外面側で両側辺部の切欠き部21bで挟まれる中央部位が選ばれており、センサ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、その力の印加によって車輪用軸受としての機能が損なわれない範囲の最大の力である。   As shown in FIGS. 3 and 4 in an enlarged plan view and an enlarged cross-sectional view, these sensor units 20 are a strain generating member 21 and a sensor that is attached to the strain generating member 21 and detects the strain of the strain generating member 21. 22 The strain generating member 21 is made of an elastically deformable metal thin plate material of 3 mm or less, such as a steel material, and has a flat planar shape and has notches 21b on both sides of the center. Further, the strain generating member 21 has two contact fixing portions 21 a that are fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 through spacers 23 at both ends. The sensor 22 is affixed to a location where the strain increases with respect to the load in each direction on the strain generating member 21. Here, as the location, the central portion sandwiched between the notch portions 21b on both sides on the outer surface side of the strain generating member 21 is selected, and the sensor 22 detects the strain in the circumferential direction around the notch portion 21b. . Note that the strain generating member 21 is plastically deformed even in a state in which an assumed maximum force is applied as an external force acting on the outer member 1 that is a fixed member or an acting force acting between the tire and the road surface. It is desirable not to do so. This is because when the plastic deformation occurs, the deformation of the outer member 1 is not transmitted to the sensor unit 20 and affects the measurement of strain. The assumed maximum force is, for example, the maximum force in a range where the function as a wheel bearing is not impaired by the application of the force.

前記センサユニット20は、その歪み発生部材21の2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、かつ両接触固定部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ボルト孔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21bを有する中央部位が外方部材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。   In the sensor unit 20, the two contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 are located at the same dimension in the axial direction of the outer member 1, and the two contact fixing portions 21a are separated from each other in the circumferential direction. These contact fixing portions 21a are fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 by bolts 24 via spacers 23, respectively. Each of the bolts 24 is inserted into a bolt insertion hole 26 of the spacer 23 from a bolt insertion hole 25 provided in the contact fixing portion 21a in the radial direction, and a bolt hole 27 provided in the outer peripheral portion of the outer member 1. Screwed on. In this way, by fixing the contact fixing portion 21a to the outer diameter surface of the outer member 1 via the spacer 23, the central portion having the notch portion 21b in the strain generating member 21 having a thin plate shape is the outer member 1. It becomes a state away from the outer diameter surface of this, and distortion deformation around the notch 21b becomes easy. As the axial position where the contact fixing portion 21a is disposed, an axial position that is the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row of the outer member 1 is selected here. Here, the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row is a range from the intermediate position of the rolling surface 3 of the inboard side row and the outboard side row to the formation portion of the rolling surface 3 of the outboard side row. It is. In order to stably fix the sensor unit 20 to the outer diameter surface of the outer member 1, a flat portion 1 b is formed at a location where the spacer 23 is contacted and fixed on the outer diameter surface of the outer member 1.

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、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なわれる。また、センサ22を歪み発生部材21上に厚膜抵抗体により形成することもできる。   Various sensors can be used as the sensor 22. For example, the sensor 22 can be composed of a metal foil strain gauge. In that case, the distortion generating member 21 is usually fixed by adhesion. The sensor 22 can also be formed on the strain generating member 21 with a thick film resistor.

センサユニット対19の2つのセンサ22は、図2のように径方向荷重推定手段31と軸方向荷重推定手段32とにそれぞれ接続される。径方向荷重推定手段31は、前記2つのセンサ22の出力信号の差分から、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )を推定する手段である。軸方向荷重推定手段32は、前記2つのセンサ22の出力信号の和から、車輪用軸受もしくはタイヤに作用する軸方向荷重(コーナリング力)Fy を推定する手段である。   The two sensors 22 of the sensor unit pair 19 are respectively connected to the radial load estimating means 31 and the axial load estimating means 32 as shown in FIG. The radial load estimating means 31 is a means for estimating a radial load (in this case, the vertical load Fz) acting on the wheel bearing or the tire from the difference between the output signals of the two sensors 22. The axial load estimating means 32 is a means for estimating the axial load (corning force) Fy acting on the wheel bearing or the tire from the sum of the output signals of the two sensors 22.

上記した径方向荷重推定手段31による垂直方向荷重Fz の推定方法、および軸方向荷重推定手段32による軸方向荷重Fy の推定方法について、以下に説明する。軸方向荷重Fy がゼロの状態で垂直方向荷重Fz が印加された場合、外方部材1の外径面の変形モードは、図5に矢印P,Qで示すようになり、外方部材1の外径面の上面部が外径方向へ変形し、下面部が内径方向へ変形する。この実施形態では、センサユニット20を、その2つの接触固定部21aが外方部材1の外径面の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置して、周方向の歪みを検出するようにしている。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21は、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形し、前記下面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21は、歪みが小さくなる圧縮方向に変形する。それゆえ、このときのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号A,B(図7に破線のグラフとして示す)の差分をとると、同図に実線のグラフCとして示すように傾きの大きい出力曲線が得られる。また、2つのセンサ22の出力信号A,Bの和をとると、同図に別の実線のグラフDとして示すように傾きの小さい出力曲線が得られる。
一方、垂直方向荷重Fz がゼロの状態で軸方向荷重Fy が印加された場合、外方部材1の外径面の変形モードは、図6に矢印P,Qで示すようになり、外方部材1の外径面の上面部および下面部とも外径方向へ変形する。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21も、前記下面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21も共に、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形する。それゆえ、このときのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号A,B(図8,図9に破線のグラフとして示す)の差分をとると、同図に実線のグラフCとして示すように傾きの小さい出力曲線が得られる。また、2つのセンサ22の出力信号A,Bの和をとると、別の実線のグラフDとして示すように傾きの大きい出力曲線が得られる。
The method for estimating the vertical load Fz by the radial load estimating means 31 and the method for estimating the axial load Fy by the axial load estimating means 32 will be described below. When the axial load Fy is zero and the vertical load Fz is applied, the deformation mode of the outer diameter surface of the outer member 1 is as shown by arrows P and Q in FIG. The upper surface portion of the outer diameter surface is deformed in the outer diameter direction, and the lower surface portion is deformed in the inner diameter direction. In this embodiment, the sensor unit 20 is arranged so that the two contact fixing portions 21a are at the same axial position on the outer diameter surface of the outer member 1 and spaced apart from each other in the circumferential direction. To detect the distortion. Thereby, the strain generating member 21 of the sensor unit 20 fixed to the upper surface portion is deformed in a pulling direction in which the strain increases, and the strain generating member 21 of the sensor unit 20 fixed to the lower surface portion has a small strain. Deforms in the compression direction. Therefore, when the difference between the output signals A and B (shown as a broken line graph in FIG. 7) of the two sensors 22 of the sensor unit pair 19 at this time is taken, the slope of the output signal A and B is shown as a solid line graph C in the same figure. A large output curve is obtained. Further, when the sum of the output signals A and B of the two sensors 22 is taken, an output curve with a small inclination is obtained as shown as another solid line graph D in FIG.
On the other hand, when the axial load Fy is applied in a state where the vertical load Fz is zero, the deformation mode of the outer diameter surface of the outer member 1 is as shown by arrows P and Q in FIG. Both the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of 1 are deformed in the outer diameter direction. As a result, both the strain generating member 21 of the sensor unit 20 fixed to the upper surface portion and the strain generating member 21 of the sensor unit 20 fixed to the lower surface portion are deformed in the pulling direction in which the strain increases. Therefore, when the difference between the output signals A and B (shown as broken line graphs in FIGS. 8 and 9) of the two sensors 22 of the sensor unit pair 19 at this time is taken, it is shown as a solid line graph C in the same figure. An output curve with a small slope is obtained. Further, when the sum of the output signals A and B of the two sensors 22 is taken, an output curve having a large inclination is obtained as shown by another solid line graph D.

このように、垂直方向荷重Fz の印加時と軸方向荷重Fy の印加時とで、外方部材1の外径面の変形モードが異なることを利用して、径方向荷重推定手段31による垂直方向荷重Fz の推定、および軸方向荷重推定手段32による軸方向荷重Fy の推定を、次のように行っている。
(1) 軸方向荷重推定手段32:2つのセンサ22の出力信号A,Bの和を求め、軸方向荷重(コーナリング力)Fy を推定する。この場合、垂直方向荷重Fz に対する出力信号A,Bの和の傾きは小さく、軸方向荷重Fy の歪み量は垂直方向荷重Fz と比べて非常に大きいため、垂直方向荷重Fz による変動分はほとんど影響を受けない。
(2) 径方向荷重推定手段31:2つのセンサ22の出力信号A,Bの差を求め、軸方向荷重推定手段32で求めた軸方向荷重Fy の値で補正して、垂直方向荷重Fz を推定する。垂直方向荷重Fz に限らず車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重(駆動力となる荷重Fx を含む)に対する外方部材1の変形量は、軸方向荷重Fy に対する変形量と比較して非常に小さいため、軸方向荷重Fy の影響を受けやすい。そこで、上記したように、径方向荷重推定手段31による推定値を軸方向荷重推定手段32で求めた軸方向荷重Fy の値で補正すれば、径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )を正確に推定できる。径方向荷重推定手段31は、前記補正処理を行う補正手段31aを有する。例えば、垂直方向荷重Fz と歪み量が比例関係にある場合、補正手段31aは軸方向荷重Fy の値によりオフセット量や傾きを補正する。
Thus, the vertical direction by the radial load estimating means 31 is utilized by utilizing the fact that the deformation mode of the outer diameter surface of the outer member 1 is different between when the vertical load Fz is applied and when the axial load Fy is applied. The estimation of the load Fz and the axial load Fy by the axial load estimation means 32 are performed as follows.
(1) Axial load estimating means 32: The sum of the output signals A and B of the two sensors 22 is obtained, and the axial load (cornering force) Fy is estimated. In this case, the slope of the sum of the output signals A and B with respect to the vertical load Fz is small, and the amount of distortion of the axial load Fy is very large compared to the vertical load Fz. Not receive.
(2) Radial load estimation means 31: The difference between the output signals A and B of the two sensors 22 is obtained and corrected with the value of the axial load Fy obtained by the axial load estimation means 32 to obtain the vertical load Fz. presume. The amount of deformation of the outer member 1 is not limited to the vertical load Fz but compared to the amount of deformation with respect to the axial load Fy with respect to the radial load acting on the wheel bearing or the tire in the radial direction (including the load Fx as the driving force). Since it is very small, it is easily affected by the axial load Fy. Therefore, as described above, if the estimated value by the radial load estimating means 31 is corrected by the value of the axial load Fy obtained by the axial load estimating means 32, the radial load (in this case, the vertical load Fz) is accurately determined. Can be estimated. The radial load estimation unit 31 includes a correction unit 31a that performs the correction process. For example, when the vertical load Fz and the distortion amount are in a proportional relationship, the correction unit 31a corrects the offset amount and the inclination based on the value of the axial load Fy.

前記径方向荷重推定手段31および軸方向荷重推定手段32は、実験や解析により予め求めた図7ないし図9にグラフで示す関係(荷重Fz と歪み量(差)、荷重Fy と歪み量(和)、荷重Fy と歪み量(差)など)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)を有する。これにより、径方向荷重推定手段31および軸方向荷重推定手段32は、入力された2つのセンサ22の出力信号A,Bから前記関係設定手段を用いて、垂直方向荷重Fz および軸方向荷重Fy を推定できる。   The radial load estimating means 31 and the axial load estimating means 32 are the relationships (load Fz and strain amount (difference), load Fy and strain amount (sum) calculated in advance by experiments and analysis shown in FIGS. ), A relationship setting means (not shown) in which the load Fy and the strain amount (difference) are set by an arithmetic expression or a table. As a result, the radial load estimating means 31 and the axial load estimating means 32 calculate the vertical load Fz and the axial load Fy from the input output signals A and B of the two sensors 22 using the relationship setting means. Can be estimated.

ただし、図8にV字形のグラフで示すように、軸方向荷重Fy の正負両方向(アウトボード側の方向とインボード側の方向)において、センサユニット20の歪み発生部材21が引っ張り方向に変形する場合、軸方向荷重Fy の方向を判別する必要がある。この軸方向荷重方向判別手段の一例として、図1のようにステアリング角センサ33を用いることができる。このセンサ33で検出されるステアリング角により、コーナリング方向が分かるため、軸方向荷重Fy の方向判別を行うことができる。上記した関係設定手段に設定する関係式には、この軸方向荷重Fy の方向も含めても良い。   However, as shown by a V-shaped graph in FIG. 8, the strain generating member 21 of the sensor unit 20 is deformed in the pulling direction in both positive and negative directions (outboard side direction and inboard side direction) of the axial load Fy. In this case, it is necessary to determine the direction of the axial load Fy. As an example of this axial load direction discriminating means, a steering angle sensor 33 can be used as shown in FIG. Since the cornering direction is known from the steering angle detected by the sensor 33, the direction of the axial load Fy can be determined. The relational expression set in the relation setting means may include the direction of the axial load Fy.

また、図8のようなV字形のグラフではなく、図9のように負方向の軸方向荷重Fy の最大値から正方向の軸方向荷重Fy の最大値にかけて単調増加(または単調減少)するような場所にセンサユニット20を設置できれば、上記したステアリング角センサ33のような軸方向荷重方向判別手段を設けなくても、センサユニット20のセンサ22の出力信号A,Bだけから軸方向荷重Fy の方向も判別できる。   In addition, instead of the V-shaped graph as shown in FIG. 8, it increases monotonously (or decreases monotonously) from the maximum value of the negative axial load Fy to the maximum value of the positive axial load Fy as shown in FIG. If the sensor unit 20 can be installed in a proper place, the axial load Fy can be detected only from the output signals A and B of the sensor 22 of the sensor unit 20 without providing the axial load direction determining means such as the steering angle sensor 33 described above. The direction can also be determined.

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が生じる。前記センサユニット対19のセンサユニット20を例えば車体取付用フランジ1aの突片1aaに設置して、車体取付用フランジ1aの変形から荷重を推定しようとすると、従来例の説明におけるように出力信号にヒステリシスが生じる。ここでは、センサユニット20における歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の外径面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、その歪みがセンサ22で感度良く検出され、その出力信号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。   When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the outer member 1 that is a stationary member of the wheel bearing, causing deformation. For example, when the sensor unit 20 of the sensor unit pair 19 is installed on the projecting piece 1aa of the vehicle body mounting flange 1a and the load is estimated from the deformation of the vehicle body mounting flange 1a, the output signal is output as in the description of the conventional example. Hysteresis occurs. Here, since the two contact fixing portions 21 a of the strain generating member 21 in the sensor unit 20 are contact fixed to the outer diameter surface of the outer member 1, the strain of the outer member 1 expands to the strain generating member 21. The distortion is detected by the sensor 22 with high sensitivity, the hysteresis generated in the output signal is reduced, and the load can be estimated with high accuracy.

とくに、固定側部材である外方部材1の外径面に、そ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20からなるセンサユニット対19を少なくとも1対設け、そのセンサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号の差により径方向荷重である例えば垂直方向荷重Fz を推定する径方向荷重推定手段31と、前記2つのセンサ22の出力信号の和によりコーナリング力となる軸方向荷重Fy を推定する軸方向荷重推定手段32を設けているので、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重(ここでは垂直方向荷重Fz )と軸方向荷重Fy とを感度良く正確に推定することができる。   In particular, at least one pair of sensor units 19 including two sensor units 20 arranged at a position forming a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction is provided on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed member. The radial load estimating means 31 for estimating, for example, the vertical load Fz, which is a radial load based on the difference between the output signals of the two sensors 22 of the sensor unit pair 19, and cornering by the sum of the output signals of the two sensors 22. Since the axial load estimating means 32 for estimating the axial load Fy as a force is provided, the radial load (in this case, the vertical load Fz) can be obtained under any load condition without providing a large number of sensors. The axial load Fy can be accurately estimated with high sensitivity.

上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用力を検出する場合を示したが、車輪の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)を検出するものとしても良い。
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。
In the above description, the case where the acting force between the wheel tire and the road surface is detected is shown, but not only the acting force between the wheel tire and the road surface but also the force acting on the wheel bearing (for example, the preload amount) is detected. It is also good.
By using the detected load obtained from the sensor-equipped wheel bearing for vehicle control of the automobile, it is possible to contribute to stable running of the automobile. In addition, when this sensor-equipped wheel bearing is used, a load sensor can be installed in a compact 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の外径面へのセンサユニット20の設置において、その歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが、外方部材1の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置されているので、外方部材1の周方向の歪みをセンサユニット20によって検出することができる。この実施形態の場合、タイヤと路面間に作用する荷重が、回転側部材である内方部材2から転動体5を介して外方部材1に伝達されるので、外方部材1の外径面は周方向に歪むことになり、上記した接触固定部21aの配置により検出感度が向上し、荷重をさらに精度良く推定できる。   Further, in this embodiment, in the installation of the sensor unit 20 on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a stationary member, the two contact fixing portions 21a of the distortion generating member 21 are connected to the same axis of the outer member 1. Since they are arranged so as to be in the directional position and spaced apart from each other in the circumferential direction, the circumferential distortion of the outer member 1 can be detected by the sensor unit 20. In the case of this embodiment, the load acting between the tire and the road surface is transmitted from the inner member 2 which is a rotation side member to the outer member 1 via the rolling elements 5, so that the outer diameter surface of the outer member 1 Is distorted in the circumferential direction, and the detection sensitivity is improved by the arrangement of the contact fixing portion 21a described above, and the load can be estimated with higher accuracy.

また、この実施形態では、固定側部材である外方部材1の車体取付用フランジ1aの円周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔14が設けられた周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aaとされるが、前記センサユニット20における歪み発生部材21の2つの接触固定部21aは、隣り合う突片1aa間の中央に配置されているので、ヒステリシスの原因となる突片1aaから離れた位置に歪み発生部材21が配置されることになり、それだけセンサ22の出力信号に生じるヒステリシスが小さくなり、荷重をより精度良く推定できる。   Moreover, in this embodiment, the circumferential direction part in which the bolt hole 14 for knuckle attachment was provided in multiple places of the circumferential direction of the vehicle body attachment flange 1a of the outer member 1 which is a fixed side member is outside the other part. Although the projecting piece 1aa protrudes to the radial side, the two contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 in the sensor unit 20 are arranged at the center between the adjacent projecting pieces 1aa, which causes the hysteresis. The strain generating member 21 is arranged at a position away from the protruding piece 1aa, and the hysteresis generated in the output signal of the sensor 22 is reduced accordingly, and the load can be estimated more accurately.

また、この実施形態では、センサユニット20を、外方部材1における複列の転走面3のうちのアウトボード側の転走面3の周辺となる軸方向位置、つまり比較的設置スペースが広く、タイヤ作用力が転動体5を介して外方部材1に伝達されて比較的変形量の大きい部位に配置しているので、検出感度が向上し、荷重をより精度良く推定できる。   In this embodiment, the sensor unit 20 has an axial position around the outboard side rolling surface 3 of the double row rolling surfaces 3 in the outer member 1, that is, a relatively large installation space. Since the tire acting force is transmitted to the outer member 1 via the rolling elements 5 and disposed at a portion having a relatively large deformation amount, the detection sensitivity is improved, and the load can be estimated with higher accuracy.

また、センサユニット対19の2つのセンサユニット20の歪み発生部材21は切欠き部21bを有し、その切欠き部21bの周辺にセンサ22を設けているので、固定側部材である外方部材1から歪み発生部材21に拡大されて伝達される歪みが切欠き部21bに集中しやすくなり、センサ22による検出感度が向上し、さらに荷重を精度良く検出することができる。   Moreover, since the distortion generating member 21 of the two sensor units 20 of the sensor unit pair 19 has a notch portion 21b and the sensor 22 is provided around the notch portion 21b, an outer member that is a fixed side member. The strain transmitted from 1 to the strain generating member 21 is easily concentrated on the notch 21b, the detection sensitivity of the sensor 22 is improved, and the load can be detected with high accuracy.

また、車輪用軸受の回転中には、転走面3におけるセンサユニット20の近傍部位を通過する転動体5の有無によって、センサユニット20のセンサ22の出力信号の振幅に、図10に示す波形図のように周期的な変化が生じる場合がある。その理由は、転動体5の通過時とそうでない場合とで変形量が異なり、転動体5の通過周期ごとにセンサ22の出力信号の振幅がピーク値を持つためである。そこで、検出信号におけるこのピーク値の周期を、例えば径方向荷重推定手段31で測定することにより、転動体5の通過速度つまり車輪の回転数を検出することも可能となる。このように、出力信号に変動が見られる場合、径方向荷重推定手段31は、センサユニット対19の2つのセンサ22の出力信号の差分を、各出力信号の平均値や振幅から算出することができる。変動が見られない場合は、絶対値より算出することができる。   Further, during the rotation of the wheel bearing, depending on the presence or absence of the rolling element 5 passing through the vicinity of the sensor unit 20 on the rolling surface 3, the waveform shown in FIG. Periodic changes may occur as shown. This is because the amount of deformation differs between when the rolling element 5 passes and when it does not pass, and the amplitude of the output signal of the sensor 22 has a peak value for each passing period of the rolling element 5. Therefore, by measuring the period of this peak value in the detection signal by, for example, the radial load estimating means 31, it is possible to detect the passing speed of the rolling element 5, that is, the rotational speed of the wheel. Thus, when the output signal varies, the radial load estimating means 31 can calculate the difference between the output signals of the two sensors 22 of the sensor unit pair 19 from the average value and amplitude of each output signal. it can. When there is no change, it can be calculated from the absolute value.

なお、この実施形態において、以下の構成については特に限定しない。
・ センサユニット20の設置個数、接触固定部21a,センサ22,切欠き部21b の数、設置場所
・ センサユニット20の形状、固定方法(接着、溶接でも良い。スペーサ23を介さ ずに、2つの接触固定部21aを外方部材1の外径面に直接固定し、その外径面に おける両接触固定部21aの被固定部位間に溝を設けても良い。)、固定する向き (軸方向に向けて固定し、軸方向の歪みを検出しても構わない)
In this embodiment, the following configuration is not particularly limited.
-Number of sensor units 20 installed, number of contact fixing parts 21a, sensors 22, notches 21b, installation location-Shape and fixing method of sensor unit 20 (bonding or welding may be used. The contact fixing portion 21a may be directly fixed to the outer diameter surface of the outer member 1, and a groove may be provided between the fixed portions of both contact fixing portions 21a on the outer diameter surface. (It is possible to detect the axial distortion)

また、この実施形態では、センサユニット対19となる2つのセンサユニット20を、タイヤ接地面に対して上下位置となる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とに配置しているが、これに限らず外方部材1の外径面の左右両面に配置しても良い。この場合には、径方向荷重推定手段31により、径方向荷重として車両の前後方向に作用する駆動力による荷重Fx を推定することができる。   Further, in this embodiment, the two sensor units 20 that form the sensor unit pair 19 are formed by using an upper surface portion and a lower surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed side member that is positioned vertically with respect to the tire ground contact surface. However, the present invention is not limited to this, and it may be arranged on both the left and right sides of the outer diameter surface of the outer member 1. In this case, the radial load estimating means 31 can estimate the load Fx caused by the driving force acting in the longitudinal direction of the vehicle as the radial load.

図11ないし図13は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、上記した軸方向荷重方向判別手段として、図1におけるステアリング角センサ33に代えて、軸方向荷重Fy の方向により出力信号の異なる方向判別センサ34が設けられている。ここでの方向判別センサ34は、歪み発生部材36と、この歪み発生部材36に取付けられて歪み発生部材36の歪みを検出するセンサ37を有するセンサユニット35を、スペーサ38A,38Bを介して外方部材1に固定したものである。   11 to 13 show another embodiment of the present invention. In this sensor-equipped wheel bearing, as the above-described axial load direction discriminating means, a direction discriminating sensor 34 having different output signals depending on the direction of the axial load Fy is provided in place of the steering angle sensor 33 in FIG. The direction discrimination sensor 34 here includes a sensor unit 35 having a strain generating member 36 and a sensor 37 that is attached to the strain generating member 36 and detects the strain of the strain generating member 36, and is attached via spacers 38A and 38B. It is fixed to the direction member 1.

方向判別センサ34の歪み発生部材36は、図12に拡大して示すように、鋼材等の金属材からなる板材をL字状に折り曲げて形成され、外方部材1のフランジ1aにおけるボルト孔14の近傍のアウトボード側に向く側面に対向する径方向片36aと、外方部材1の外径面に対向する軸方向片36bとを有する。センサ37は径方向片36aの片面に固定される。この歪み発生部材36は、スペーサ38A,38Bを介して外方部材1の外周部に、ボルト39,40で締結される。すなわち、径方向片36aに形成されたボルト挿通孔41からスペーサ38Aのボルト挿通孔42に挿通させたボルト39を、外方部材1のフランジ1aにおけるナックルボルト18用のボルト孔14の近傍に設けられたボルト孔43に螺合させる。また、軸方向片36bに形成されたボルト挿通孔44から別のスペーサ38Bのボルト挿通孔45に挿通させたボルト40を、外方部材1の外径面に設けられたボルト孔46に螺合させる。これにより、歪み発生部材36が外方部材1に締結される。   As shown in an enlarged view in FIG. 12, the strain generating member 36 of the direction determination sensor 34 is formed by bending a plate material made of a metal material such as a steel material into an L shape, and the bolt hole 14 in the flange 1 a of the outer member 1. , A radial piece 36a that faces the side surface facing the outboard side, and an axial piece 36b that faces the outer diameter surface of the outer member 1. The sensor 37 is fixed to one surface of the radial piece 36a. The strain generating member 36 is fastened with bolts 39 and 40 to the outer peripheral portion of the outer member 1 via spacers 38A and 38B. That is, the bolt 39 inserted through the bolt insertion hole 42 of the spacer 38A from the bolt insertion hole 41 formed in the radial piece 36a is provided in the vicinity of the bolt hole 14 for the knuckle bolt 18 in the flange 1a of the outer member 1. The bolt hole 43 is screwed. Further, the bolt 40 inserted from the bolt insertion hole 44 formed in the axial piece 36b into the bolt insertion hole 45 of another spacer 38B is screwed into the bolt hole 46 provided on the outer diameter surface of the outer member 1. Let Thereby, the distortion generating member 36 is fastened to the outer member 1.

上記した方向判別センサ34の設置部位は、コーナリング力に対して変形量が大きいが、垂直方向荷重Fz や駆動力による荷重Fx のような径方向荷重に対して変形量の小さい部位である。この部位に設置すると、方向判別センサ34に作用する力が圧縮力と引っ張り力で切り替わるため、図9に破線で示すような出力曲線が得られる。このため、例えばその出力信号の大小判別を所定のしきい値に対して行なえば、軸方向荷重Fy の方向を判別することができる。方向判別センサ34の出力信号は、軸方向荷重推定手段32に入力され、その入力信号から軸方向荷重推定手段32は軸方向荷重Fy の方向を判別する。その他の構成は、図1〜図10に示した実施形態の場合と同様である。   The installation part of the above-described direction discrimination sensor 34 is a part having a large deformation amount with respect to the cornering force but a small deformation amount with respect to the radial load such as the vertical load Fz and the load Fx by the driving force. When installed at this site, the force acting on the direction discrimination sensor 34 is switched between the compressive force and the pulling force, so that an output curve as shown by a broken line in FIG. 9 is obtained. Therefore, for example, if the magnitude of the output signal is determined with respect to a predetermined threshold value, the direction of the axial load Fy can be determined. The output signal of the direction determination sensor 34 is input to the axial load estimation means 32, and the axial load estimation means 32 determines the direction of the axial load Fy from the input signal. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIGS.

図14ないし図16は、この発明のさらに他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図1〜図10に示す実施形態において、センサユニット対19の2つのセンサユニット20を以下のように構成している。この場合も、センサユニット20は、図16に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の歪みを検出するセンサ22とでなる。歪み発生部材21は、外方部材1の外径面に対向する内面側に張り出した2つの接触固定部21aを両端部に有し、これら接触固定部21aで外方部材1の外径面に接触して固定される。2つの接触固定部21aのうち、1つの接触固定部21a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配置され、この位置よりもアウトボード側の位置にもう1つの接触固定部21aが配置され、かつこれら両接触固定部21aは互いに外方部材1の円周方向における同位相の位置に配置される。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。この場合も、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平坦部を形成するのが望ましい。
また、歪み発生部材21の中央部には内面側に開口する1つの切欠き部21bが形成されている。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。ここでは、その箇所として、前記切欠き部21bの周辺、具体的には歪み発生部材21の外面側で切欠き部21bの背面側となる位置が選ばれており、センサ22は切欠き部21b周辺の歪みを検出する。
14 to 16 show still another embodiment of the present invention. In this sensor-equipped wheel bearing, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 10, the two sensor units 20 of the sensor unit pair 19 are configured as follows. Also in this case, the sensor unit 20 includes a strain generating member 21 and a sensor 22 that is attached to the strain generating member 21 and detects the strain of the strain generating member 21, as shown in an enlarged sectional view in FIG. The strain generating member 21 has two contact fixing portions 21a projecting on the inner surface facing the outer diameter surface of the outer member 1 at both ends, and these contact fixing portions 21a are formed on the outer diameter surface of the outer member 1. Fixed in contact. Of the two contact fixing portions 21a, one contact fixing portion 21a is disposed at an axial position around the rolling surface 3 of the outboard side row of the outer member 1, and is located on the outboard side from this position. Another contact fixing portion 21a is arranged at the position, and both the contact fixing portions 21a are arranged at the same phase position in the circumferential direction of the outer member 1. Here, the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row is a range from the intermediate position of the rolling surface 3 of the inboard side row and the outboard side row to the formation portion of the rolling surface 3 of the outboard side row. It is. Also in this case, in order to stably fix the sensor unit 20 to the outer diameter surface of the outer member 1, the contact fixing portion 21 a of the strain generating member 21 on the outer diameter surface of the outer member 1 is fixed at a location where the sensor unit 20 is fixed. It is desirable to form a flat part.
In addition, one notch portion 21 b that opens to the inner surface side is formed in the central portion of the strain generating member 21. The sensor 22 is affixed to a location where the strain increases with respect to the load in each direction on the strain generating member 21. Here, as the location, the position around the notch 21b, specifically, the position on the outer surface side of the strain generating member 21 and the back side of the notch 21b is selected, and the sensor 22 has the notch 21b. Detect peripheral distortion.

歪み発生部材21の2つの接触固定部21aは、それぞれボルト47により外方部材1の外径面へ締結することで固定される。具体的には、これらボルト47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48に挿通し、外方部材1の外周部に設けられたボルト孔49に螺合させる。なお、接触固定部21aの固定方法としては、ボルト47による締結のほか、接着剤などを用いても良い。歪み発生部材21の接触固定部21a以外の箇所では、外方部材1の外径面との間に隙間が生じている。その他の構成は、図1〜図10に示した実施形態の場合と同様である。   The two contact fixing portions 21 a of the strain generating member 21 are fixed by being fastened to the outer diameter surface of the outer member 1 by bolts 47. Specifically, each of these bolts 47 is inserted into a bolt insertion hole 48 provided in the contact fixing portion 21a in the radial direction and screwed into a bolt hole 49 provided in the outer peripheral portion of the outer member 1. . In addition, as a fixing method of the contact fixing part 21a, in addition to fastening with the bolt 47, an adhesive or the like may be used. At locations other than the contact fixing portion 21 a of the strain generating member 21, a gap is generated between the outer member 1 and the outer diameter surface. Other configurations are the same as those of the embodiment shown in FIGS.

この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用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。It is a figure showing combining the sectional view of the wheel bearing with a sensor concerning one embodiment of this invention, and the block diagram of the conceptual composition of the detection system. 同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と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。It is a figure which combines and shows the front view of the outward member of the wheel bearing with a sensor, and the block diagram of a conceptual structure of a detection system. 同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大平面図である。It is an enlarged plan view of a sensor unit in the wheel bearing with sensor. 図3におけるIV−IV矢視線断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3. 同センサ付車輪用軸受の外方部材外径面の変形モードの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the deformation | transformation mode of the outer member outer diameter surface of the wheel bearing with a sensor. 同センサ付車輪用軸受の外方部材外径面の変形モードの他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the deformation | transformation mode of the outer member outer-diameter surface of the wheel bearing with a sensor. 同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と垂直方向荷重との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the sensor output and the vertical load in the wheel bearing with the sensor. 同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と軸方向荷重との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the sensor output in the wheel bearing with a sensor, and an axial load. 同センサ付車輪用軸受におけるセンサ出力と軸方向荷重との関係の他の例を示すグラフである。It is a graph which shows the other example of the relationship between the sensor output in the same wheel bearing with a sensor, and an axial load. 同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの出力信号の波形図である。It is a wave form diagram of the output signal of the sensor unit in the bearing for wheels with the sensor. この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用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。It is a figure showing combining the sectional view of the wheel bearing with a sensor concerning other embodiments of this invention, and the block diagram of the conceptual composition of the detection system. 図11の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of FIG. 同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と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。It is a figure which combines and shows the front view of the outward member of the wheel bearing with a sensor, and the block diagram of a conceptual structure of a detection system. この発明のさらに他の実施形態にかかるセンサ付車輪用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。It is a figure which combines and shows the sectional view of the wheel bearing with a sensor concerning further another embodiment of this invention, and the block diagram of the conceptual structure of the detection system. 同センサ付車輪用軸受の外方部材の正面図と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。It is a figure which combines and shows the front view of the outward member of the wheel bearing with a sensor, and the block diagram of a conceptual structure of a detection system. 図14の一部拡大断面図である。It is a partially expanded sectional view of FIG. 従来例での出力信号におけるヒステリシスの説明図である。It is explanatory drawing of the hysteresis in the output signal in a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1…外方部材
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
19…センサユニット対
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…センサ
31…径方向荷重推定手段
31a…補正手段
32…軸方向荷重指定手段
33…ステアリング角センサ(軸方向荷重方向判別手段)
34…方向判別センサ(軸方向荷重方向判別手段)
35…センサユニット
36…歪み発生部材
36aa,36ba…接触固定部
37…センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Outer member 1a ... Body mounting flange 1aa ... Projection piece 2 ... Inner member 3, 4 ... Rolling surface 5 ... Rolling body 19 ... Sensor unit pair 20 ... Sensor unit 21 ... Strain generating member 21a ... Contact fixing | fixed part 21b ... Notch 22 ... Sensor 31 ... Radial load estimation means 31a ... Correction means 32 ... Axial load designation means 33 ... Steering angle sensor (Axial load direction discrimination means)
34 ... Direction discriminating sensor (Axial load direction discriminating means)
35 ... Sensor unit 36 ... Distortion generating members 36aa, 36ba ... Contact fixing part 37 ... Sensor

Claims (15)

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の外径面に、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1対設け、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センサを有し、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の出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、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の出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段とを設け、前記径方向荷重推定手段は、その推定値を前記軸方向荷重推定手段による推定値により補正する補正手段を有することを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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 pair of sensor units comprising two sensor units disposed on the outer diameter surface of the fixed member of the outer member and the inner member at a position that forms a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the fixed member. At least one pair, and the sensor unit has two or more contact fixing portions fixed in contact with the outer diameter surface of the fixed side member, and the strain generating member is attached to the strain generating member to generate the distortion. A radial load estimating means having a sensor for detecting a distortion of a member and estimating a radial load acting in a radial direction of a wheel bearing or a tire from a difference between output signals of sensors of two sensor units in the sensor unit pair And an axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or tire from the sum of the sensor output signals of the two sensor units in the sensor unit pair. Only set an axial load estimating means for constant, the radial load estimating means, sensor wheeled characterized that you have a correction means for correcting the estimated value by the axial load estimating means that estimates bearing.
請求項1において、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とに配置し、前記径方向荷重推定手段は、前記2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤに作用する垂直方向の荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。   In Claim 1, two sensor units of at least one pair of sensor units are arranged on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member which is in the vertical position with respect to the tire ground contact surface, and the diameter The directional load estimating means is a sensor-equipped wheel bearing that estimates a load in a vertical direction acting on the wheel bearing or the tire from a difference between output signals of the sensors of the two sensor units. 請求項1において、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前後位置となる前記固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置し、前記径方向荷重推定手段は、前記2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から駆動力となる荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。   In Claim 1, two sensor units of at least one pair of sensor unit pairs are arranged on the right surface portion and the left surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that are in the front-rear position with respect to the tire ground contact surface, and the diameter The directional load estimating means is a sensor-equipped wheel bearing that estimates a load as a driving force from a difference between output signals of the sensors of the two sensor units. 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の外径面に、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1対設け、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センサを有し、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の出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤの径方向に作用する径方向荷重を推定する径方向荷重推定手段と、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の出力信号の和から車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定する軸方向荷重推定手段とを設け、さらに車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段を設け、前記軸方向荷重推定手段は、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の出力信号の和と、前記軸方向荷重方向判別手段の判別結果とから車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重を推定することを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
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 pair of sensor units comprising two sensor units disposed on the outer diameter surface of the fixed member of the outer member and the inner member at a position that forms a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the fixed member. At least one pair, and the sensor unit has two or more contact fixing portions fixed in contact with the outer diameter surface of the fixed side member, and the strain generating member is attached to the strain generating member to generate the distortion. A radial load estimating means having a sensor for detecting a distortion of a member and estimating a radial load acting in a radial direction of a wheel bearing or a tire from a difference between output signals of sensors of two sensor units in the sensor unit pair And an axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or tire from the sum of the sensor output signals of the two sensor units in the sensor unit pair. Provided the axial load estimating means for constant, provided the axial load direction determining means for determining a direction of the axial load acting further in the axial direction of the wheel bearing or tire, the axial load estimating means, said sensor An axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or tire is estimated from the sum of the output signals of the sensors of the two sensor units in the unit pair and the determination result of the axial load direction determination means. Wheel bearing with sensor.
請求項において、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とに配置し、前記径方向荷重推定手段は、前記2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から車輪用軸受もしくはタイヤに作用する垂直方向の荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。 5. The sensor unit according to claim 4, wherein the two sensor units of at least one pair of sensor units are arranged on an upper surface portion and a lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed-side member that are vertically positioned with respect to a tire ground contact surface. The directional load estimating means is a sensor-equipped wheel bearing that estimates a load in a vertical direction acting on the wheel bearing or the tire from a difference between output signals of the sensors of the two sensor units. 請求項において、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前後位置となる前記固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置し、前記径方向荷重推定手段は、前記2つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分から駆動力となる荷重を推定するセンサ付車輪用軸受。 In Claim 4 , two sensor units of at least one pair of sensor units are arranged on a right surface portion and a left surface portion of an outer diameter surface of the fixed side member which are front and rear positions with respect to a tire ground contact surface, and the diameter The directional load estimating means is a sensor-equipped wheel bearing that estimates a load as a driving force from a difference between output signals of the sensors of the two sensor units. 請求項4において、前記径方向荷重推定手段は、その推定値を前記軸方向荷重推定手段による推定値により補正する補正手段を有するセンサ付車輪用軸受。5. The sensor-equipped wheel bearing according to claim 4, wherein the radial load estimating means includes correcting means for correcting the estimated value by the estimated value by the axial load estimating means. 請求項4ないし請求項7のいずれか1項において、前記軸方向荷重方向判別手段を、車両のステアリング角を検出するステアリング角センサとしたセンサ付車輪用軸受。 8. The sensor-equipped wheel bearing according to claim 4 , wherein the axial load direction determining means is a steering angle sensor for detecting a steering angle of a vehicle. 請求項4ないし請求項7のいずれか1項において、前記軸方向荷重方向判別手段を、車輪用軸受もしくはタイヤの軸方向に作用する軸方向荷重の方向により出力信号の異なる方向判別センサとしたセンサ付車輪用軸受。 8. The sensor according to claim 4 , wherein the axial load direction discriminating means is a direction discriminating sensor whose output signal differs depending on the direction of the axial load acting in the axial direction of the wheel bearing or the tire. Wheel bearing. 請求項において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、前記方向判別センサは、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センサを有するセンサユニットを、前記固定側部材に取付けてなり、前記歪み発生部材は固定側部材に接触して固定される2つの接触固定部を有し、これら接触固定部のうち1つの接触固定部が前記フランジの側面に固定され、他の1つの接触固定部が前記固定側部材の外径面に固定されるセンサ付車輪用軸受。 In claim 9, the outer circumference of the stationary member, the flange of the vehicle body mounting is provided for mounting to the knuckle, the direction determination sensor is attached to the strain generating member and the strain generating member strain of the strain generating member A sensor unit having a sensor to be detected is attached to the fixed side member, and the strain generating member has two contact fixing portions fixed in contact with the fixed side member, and one of these contact fixing portions A sensor-equipped wheel bearing in which a contact fixing portion is fixed to a side surface of the flange, and another one contact fixing portion is fixed to an outer diameter surface of the fixed-side member. 請求項1ないし請求項10のいずれか1項において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットにおける歪み発生部材の2つ接触固定部は、前記固定側部材の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置されるセンサ付車輪用軸受。 In any one of claims 1 to 10, two contact fixing segments of the strain generating member in the two sensor units of the sensor unit pairs, each other in a circumferential direction at the same axial position of the fixed-side member A wheel bearing with a sensor arranged so as to be spaced apart. 請求項11において、前記センサユニットは、前記複列の転走面のうちのアウトボード側の転走面の周辺となる軸方向位置に配置されるセンサ付車輪用軸受。 The sensor-equipped wheel bearing according to claim 11 , wherein the sensor unit is disposed at an axial position around a rolling surface on the outboard side of the double row rolling surfaces. 請求項1ないし請求項12のいずれか1項において、前記センサユニット対の2つのセンサユニットにおける歪み発生部材は切欠き部を有し、その切欠き部の周辺に前記センサを設けたセンサ付車輪用軸受。 The sensor-equipped wheel according to any one of claims 1 to 12 , wherein the strain generating member in the two sensor units of the sensor unit pair has a notch, and the sensor is provided around the notch. Bearings. 請求項1ないし請求項13のいずれか1項において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、このフランジの円周方向複数箇所にボルト孔が設けられ、前記フラン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、前記センサユニット対の2つのセンサユニットは、それぞれ隣合う前記突片の間の中央に配置したセンサ付車輪用軸受。 In any one of Claims 1 thru | or 13 , The flange for vehicle body attachment attached to a knuckle is provided in the outer periphery of the said fixed side member, The bolt hole is provided in the circumferential direction several places, The said The flange is a projecting piece in which the circumferential direction portion provided with each bolt hole protrudes to the outer diameter side from the other portion, and the two sensor units of the sensor unit pair are respectively between the adjacent projecting pieces. Wheel bearing with sensor placed in the center. 請求項1ないし請求項14のいずれか1項において、前記径方向荷重推定手段は、前記センサユニット対の2つのセンサユニットのセンサの各出力信号の差分もしくは和を、前記各出力信号の絶対値、および前記各出力信号の平均値、および前記各出力信号の振幅のうちの、少なくともいずれか1つにより算出するセンサ付車輪用軸受。 The radial load estimation means according to any one of claims 1 to 14 , wherein the radial load estimation means calculates a difference or sum of the output signals of the sensors of the two sensor units of the sensor unit pair as an absolute value of each of the output signals. And a wheel bearing with sensor that is calculated by at least one of an average value of the output signals and an amplitude of the output signals.
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