JP5153373B2 - センサ付車輪用軸受 - 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。
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）。
さらに、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを軸受の固定輪に取付け、前記歪み発生部材は、前記固定輪に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣り合う接触固定部の間で少なくとも１箇所に切欠き部を有し、この切欠き部に前記歪みセンサを配置したセンサ付車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献３）。
特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受によると、車両走行に伴い回転輪に荷重が加わったとき、転動体を介して固定輪が変形するので、その変形がセンサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重等を検出することができる。
特開２００２−０９８１３８号公報 特表２００３−５３０５６５号公報 特開２００７−５７２９９号公報
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１２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に開示のように、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、特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受では、車輪用軸受の転動体がセンサユニットの設置部の近傍を通過する毎にセンサユニットの出力信号の振幅が大きくなる。すなわち、センサユニットの出力信号が転動体の影響を受けた周期的な波形となり、荷重を精度良く検出できない。
この発明の目的は、転動体の影響を受けることなく、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。
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に設けられ、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段と、上記外方部材および内方部材のうちの回転側部材の回転を検出する回転検出手段と、この回転検出手段の出力信号から前記回転側部材の回転速度を算出し、その回転速度から前記転動体がその配列ピッチ分公転するのに要する時間を求め、その時間での前記荷重検出手段の出力信号が、前記転動体の配列ピッチを周期として振幅が変わる波形となり、この出力信号の振幅を平均化した平均値を算出する平均化処理手段と、この平均化処理手段の算出値からタイヤ接地面に作用する荷重もしくは車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段とを設け、前記荷重検出手段は、前記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歪みセンサを有するセンサユニットからなり、前記転動体の配列ピッチよりも前記２つの接触固定部間の間隔が狭くて前記２つの接触固定部間に最大１個の転動体が配置されるように前記２つの接触固定部を前記固定側部材に設けると共に、前記両接触固定部が前記固定側部材に対して互いに軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部が互いに円周方向に離れた位置に来るように設け、前記固定側部材は、前記車体に取り付ける車体取付用フランジを有し、この車体取付用フランジの円周方向複数箇所の周方向部分が、他の部分よりも外径側へ突出した突片とされ、各突片にそれぞれ車体取付け用のボルト孔が設けられ、前記２つの接触固定部を隣り合う突片間の中央近くに設けたことを特徴とする。
車輪用軸受や、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、その変形から荷重検出手段が荷重を検出する。荷重検出手段の出力信号は、そのままでは転動体の通過の影響を受けるが、平均化処理手段がその出力信号を平均化処理するので、転動体通過の影響が解消される。これにより、推定手段では、転動体の影響を受けることなく、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用する荷重（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を精度良く推定できる。
この発明において、前記平均化処理手段は、前記転動体１個に対する出力信号の振幅を平均化した平均値を算出するものであっても良い。
この発明において、前記２つの接触固定部間が前記固定側部材に対して非接触の状態に保つように配置されるものであっても良い。
この発明において、前記回転検出手段がアンチロックブレーキシステム用のセンサであっても良い。この構成の場合、回転側部材の回転を検出するために特別な回転検出手段を設けることなく、平均化処理手段による荷重検出手段の出力信号の平均化処理を行うことができる。
前記荷重検出手段は、前記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歪みセンサを有するセンサユニットからなり、前記各接触固定部は、前記固定側部材に対して互いに軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部が互いに円周方向に離れた位置に来るように設ける。この構成の場合、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に荷重が作用して生じる固定側部材の歪みが、センサユニットの歪み発生部材に拡大して伝達されるので、その歪みを歪みセンサで感度良く検出できる。
この発明において、前記歪み発生部材は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるものであっても良い。
このように、平面概形が均一幅の帯状である薄板材で歪み発生部材を構成した場合、歪み発生部材をコンパクトで低コストなものとできる。
この発明において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置しても良い。この構成の場合、複数方向の荷重を推定することができる。すなわち、固定側部材の外径面における上面部と下面部に配置される２個のセンサユニットの出力信号から垂直方向荷重Ｆz と軸方向荷重Ｆy を推定でき、固定側部材の外径面における右面部と左面部に配置される２個のセンサユニットの出力信号から駆動力や制動力による荷重Ｆx を推定できる。
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に設けられ、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段と、上記外方部材および内方部材のうちの回転側部材の回転を検出する回転検出手段と、この回転検出手段の出力信号から前記回転側部材の回転速度を算出し、その回転速度から前記転動体がその配列ピッチ分公転するのに要する時間を求め、その時間での前記荷重検出手段の出力信号が、前記転動体の配列ピッチを周期として振幅が変わる波形となり、この出力信号の振幅を平均化した平均値を算出する平均化処理手段と、この平均化処理手段の算出値からタイヤ接地面に作用する荷重もしくは車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段とを設け、前記荷重検出手段は、前記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歪みセンサを有するセンサユニットからなり、前記転動体の配列ピッチよりも前記２つの接触固定部間の間隔が狭くて前記２つの接触固定部間に最大１個の転動体が配置されるように前記２つの接触固定部を前記固定側部材に設けると共に、前記両接触固定部が前記固定側部材に対して互いに軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部が互いに円周方向に離れた位置に来るように設け、前記固定側部材は、前記車体に取り付ける車体取付用フランジを有し、この車体取付用フランジの円周方向複数箇所の周方向部分が、他の部分よりも外径側へ突出した突片とされ、各突片にそれぞれ車体取付け用のボルト孔が設けられ、前記２つの接触固定部を隣り合う突片間の中央近くに設けたため、転動体の影響を受けることなく、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出できる。
この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
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、一対の密封装置７，８によってそれぞれ密封されている。
外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックル１６に取付ける車体取付用フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ１ａには周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔１４が設けられ、インボード側よりナックル１６のボルト挿通孔１７に挿通したナックルボルト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。
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。
固定側部材である外方部材１の外径面には、４個のセンサユニット２０が設けられている。ここでは、これらのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および前後位置となる外方部材１の外径面における上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。
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の歪みを検出する歪みセンサ２２とでなる。歪み発生部材２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製で３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされている。また、歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面にスペーサ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。なお、歪み発生部材２１の形状によっては、接触固定部２１ａを２つ以上有するものとしても良い。また、歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂは省略しても良い。歪みセンサ２２は、歪み発生部材２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。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、歪みセンサ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。
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。
このほか、図５に断面図で示すように、外方部材１の外径面における前記歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが固定される２箇所の中間部に溝１ｃを設けることで、前記スペーサ２３を省略し、歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂが位置する２つの接触固定部２１ａ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。
歪みセンサ２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ２２を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材２１に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ２２を歪み発生部材２１上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。
前記軸受内における軸方向中間位置には、内方部材２の回転を検出する回転検出手段として回転検出器４０が設けられている。この回転検出器４０はラジアル型のものであって、内方部材２の外周に嵌合させたセンサターゲットであるパルサリング４１と、外付部材１の内周に設けられ前記パルサリングに対して径方向に対面する磁性体センサ４２とで構成される。パルサリング４１は、円周方向に磁極Ｎ，Ｓを並べた多極磁石であっても、ギヤ状の凹凸を円周方向に並べて形成した磁性体リング等、周方向に周期的な磁気変化を有するものであっても良い。磁性体センサ４２は、内方部材２と一体に回転する前記パルサリング４１の磁気変化を検出するものであり、ホールセンサ、ＭＲセンサ、ＭＩセンサなどが使用される。
センサユニット２０の歪みセンサ２２と回転検出器４０の磁性体センサ４２とは平均化処理手段３０に接続される。平均化処理手段３０は、歪みセンサ２２の出力信号を平均化する手段である。
センサユニット２０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設けられるので、歪みセンサ２２の出力信号は、図６のようにセンサユニット２０の設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。すなわち、図６（Ａ），（Ｂ）のように転動体５がセンサユニット２０における歪みセンサ２２に最も近い位置を通過するとき、歪みセンサ２２の出力信号の振幅はピーク値となり、転動体５がその位置から遠ざかるにつれて低下する。転動体５は所定の配列ピッチＰで前記センサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ２２の出力信号は、その振幅が転動体５の配列ピッチＰを周期として図６（Ｃ）に実線で示すように周期的に変化する波形となる。そこで、前記平均化処理手段３０は、転動体５が配列ピッチＰ分を公転する期間での前記出力信号の振幅を図６（Ｃ）に鎖線で示すように平均化して、転動体５の影響を解消する。なお図６（Ａ）では、センサユニット２０として、図５の構成例のものを示している。
前記平均化処理手段３０による平均化処理は、例えば以下のように行なわれる。先ず、回転検出器４０の磁性体センサ４２の出力信号から内方部材２の回転速度を演算し、演算した回転速度から、転動体５が配列ピッチＰの区間を公転する所要時間Ｔを算出する。この所要時間Ｔ内に、所定の周期ｔでサンプリングした歪みセンサ２２の出力信号の振幅値の相加平均を求める。なお、この場合のサンプリング周期ｔは前記所要時間Ｔに比べて十分短い値とする。
前記平均化処理手段３０の次段には推定手段３１が設けられる。推定手段３１は、前記平均化処理手段３０で求められた前記歪みセンサ２２の出力信号の平均値から、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定する手段である。この推定手段３０は、前記垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy と、歪みセンサ２２の出力信号（平均化処理済み）との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、平均化処理された歪みセンサ２２の出力信号から前記関係設定手段を用いて作用力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定する。前記関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。
車輪用軸受や、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。センサユニット２０における切欠き部２１ｂを有する歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが外方部材１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、その歪みが歪みセンサ２２で感度良く検出され、その出力信号から荷重を推定できる。ここでは、外方部材１の外径面における上面部と下面部に配置される２個のセンサユニット２０の出力信号から垂直方向荷重Ｆz と軸方向荷重Ｆy を推定でき、外方部材１の外径面における右面部と左面部に配置される２個のセンサユニット２０の出力信号から駆動力や制動力による荷重Ｆx を推定できる。
この場合、歪みセンサ２２の出力信号は、そのままでは転動体５の通過の影響を受けるが、平均化処理手段３０がその出力信号を平均化処理するので、転動体通過の影響が解消される。これにより、推定手段３１では、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用する荷重（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を精度良く推定できる。
固定側部材である外方部材１の外径面に固定されるセンサユニット２０の各接触固定部２１ａの軸方向寸法が異なると、外方部材１の外径面から接触固定部２１ａを介して歪み発生部材２１に伝達される歪みも異なる。この実施形態では、センサユニット２０の各接触固定部２１ａを、外方部材１の外径面に対して軸方向に同寸法となるように設けているので、歪み発生部材２１に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。
また、この実施形態では、センサユニット２０の歪み発生部材２１は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部２１ｂを有する薄板材からなるものとしているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され易く、その歪みが歪みセンサ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。また、歪み発生部材２１の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとできる。
また、歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされているので、切欠き部２１ｂの隅部に歪みが集中せず、塑性変形する可能性が低くなる。また、切欠き部２１ｂの隅部に歪みが集中しなくなることで、歪み発生部材２１における検出部つまり歪みセンサ２２の取付け部での歪み分布のばらつきが小さくなり、歪みセンサ２２の取付け位置が歪みセンサ２２の出力信号に及ぼす影響も小さくなる。これにより、荷重をさらに精度良く推定できる。
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。
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、それだけ歪みセンサ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。
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。
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の外径面の上面部と下面部、および右面部と左面部にセンサユニット２０を設けているので、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち、ある方向への荷重が大きくなると、転動体５と転走面３が接触している部分と接触していない部分が１８０度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニット２０を１８０度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニット２０には必ず転動体５を介して外方部材１に印加される荷重が伝達され、その荷重を歪みセンサ２２により検出可能となる。
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、設置場所や、歪みセンサ２２，切欠き部２１ｂの数
・ センサユニット２０の形状、固定方法（接着、溶接など）、固定する向き（軸方向 の歪みを検出しても構わない）
図７および図８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、回転検出手段として、図１〜図６に示す実施形態におけるラジアル型の回転検出器４０に代えてアンチロックブレーキシステム用のセンサ（車軸回転センサ）４０Ａを用いている。このセンサ４０Ａは、図８に拡大図で示すように、インボード側の密封装置８のスリンガに共用される磁気エンコーダ５１と、この磁気エンコーダ５１に対して軸方向に対面する磁気センサ５２とでなるアキシアル型の回転検出器である。すなわち、密封装置８は、外方部材１および内方部材２にそれぞれ取付けられて互いに対向する環状の弾性シール板５５とスリンガである磁気エンコーダ５１とからなる。磁気エンコーダ５１は、内方部材２の外周面に嵌合する断面Ｌ字状の磁気エンコーダ芯金５３の立板部５３ｂの外向き面に、ゴム磁石を加硫接着してなる多極磁石５４を設けて構成される。多極磁石５４は、円周方向に並ぶ複数の磁極Ｎ，Ｓを有する環状の部材である。弾性シール板５５は、環状の芯金５６に弾性体５７を固定したものである。芯金５６は、前記磁気エンコーダ５１と軸方向に対向する断面逆Ｌ字状とされている。弾性体５７は、先端が前記磁気エンコーダ芯金５３の立板部５３ｂに接する１枚のサイドリップ５７ａと、先端が磁気エンコーダ芯金５３の円筒部５３ａに接する２枚のラジアルリップ５７ｂ，５７ｃとを有する。
磁気センサ５２は、金属リング６０を介して外方部材１に取付けられる。金属リング６０は、外方部材１の外周面に圧入して取付けられる円筒部６０ａと、この円筒部６０ａのインボード側端から内径側に延びる鍔部６０ｂとでなる断面逆Ｌ字状とされ、その鍔部６０ｂの前記磁気エンコーダ５１の多極磁石５４に対して軸方向に対面する内向き面に磁気センサ５２が設けられている。その他の構成は図１〜図６に示した実施形態の場合と同様である。
この実施形態では、内方部材２の回転を検出する回転検出手段としてアンチロックブレーキシステム用のセンサ４０Ａを用いているので、特別な回転検出手段を設けることなく、平均化処理手段３０によるセンサユニット２０の出力信号の平均化処理を行うことができる。
図９ないし図１１は、参考提案例を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図７および図８に示す実施形態において、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１１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の歪みを検出する歪みセンサ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。つまり、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、固定側部材である外方部材１の同一周方向位置でかつ軸方向に互いに離れた位置となるように、外方部材１の外径面に配置される。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。歪みセンサ２２は、歪み発生部材２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。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、歪みセンサ２２は切欠き部２１ｂ周辺の歪みを検出する。
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７および図８に示した実施形態の場合と同様である。なお、図９は、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図１０におけるIX−IX矢視断面図である。なお、この実施形態では、外方部材１の外径面における右面部および左面部に配置される２個のセンサユニット２０は省略されている。その他の構成は、図７および図８に示す実施形態の場合と同様である。
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。 同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。 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。 図３におけるIV−IV矢視断面図である。 センサユニットの他の設置例を示す断面図である。 センサユニットの出力信号に対する転動体公転の影響の説明図である。 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。 同センサ付車輪用軸受における回転検出手段設置部の拡大断面図である。 参考提案例にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大断面図である。 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。
符号の説明
１…外方部材
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０…センサユニット（荷重検出手段）
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２１ｂ…切欠き部
２２…歪みセンサ
３０…平均化処理手段
３１…推定手段
４０…回転検出器（回転検出手段）
４０Ａ…アンチロックブレーキシステム用センサ（回転検出手段）

Claims (6)

  1. 複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
    上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に設けられ、車輪用軸受に作用する荷重を検出する荷重検出手段と、
    上記外方部材および内方部材のうちの回転側部材の回転を検出する回転検出手段と、この回転検出手段の出力信号から前記回転側部材の回転速度を算出し、その回転速度から前記転動体がその配列ピッチ分公転するのに要する時間を求め、その時間での前記荷重検出手段の出力信号が、前記転動体の配列ピッチを周期として振幅が変わる波形となり、この出力信号の振幅を平均化した平均値を算出する平均化処理手段と、
    この平均化処理手段の算出値からタイヤ接地面に作用する荷重もしくは車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段とを設け、
    前記荷重検出手段は、前記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歪みセンサを有するセンサユニットからなり、前記転動体の配列ピッチよりも前記２つの接触固定部間の間隔が狭くて前記２つの接触固定部間に最大１個の転動体が配置されるように前記２つの接触固定部を前記固定側部材に設けると共に、前記両接触固定部が前記固定側部材に対して互いに軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部が互いに円周方向に離れた位置に来るように設け、前記固定側部材は、前記車体に取り付ける車体取付用フランジを有し、この車体取付用フランジの円周方向複数箇所の周方向部分が、他の部分よりも外径側へ突出した突片とされ、各突片にそれぞれ車体取付け用のボルト孔が設けられ、前記２つの接触固定部を隣り合う突片間の中央近くに設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
  2. 請求項１において、前記平均化処理手段は、前記転動体１個に対する出力信号の振幅を平均化した平均値を算出するセンサ付車輪用軸受。
  3. 請求項１または請求項２において、前記２つの接触固定部間が前記固定側部材に対して非接触の状態に保つように配置されるセンサ付車輪用軸受。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記回転検出手段がアンチロックブレーキシステム用のセンサであるセンサ付車輪用軸受。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記歪み発生部材は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるセンサ付車輪用軸受。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に配置したセンサ付車輪用軸受。
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