JP5407131B2 - 車両用応力センサシステム - Google Patents

Description

本発明は、車両用応力センサシステムに関する。更に特定的には、車軸または車軸とともに回動する回動部材の応力を直接測定できる車両用応力センサシステムに関する。またアンチロックブレーキシステム、トラクションコントロールシステムおよび車両用軸受装置に関する。

現在の自動車には、制動時のタイヤのロックを防止するアンチロックブレーキシステムや加速時のタイヤの空転を防止するトラクションコントロールシステムを装備することが一般化している。このアンチロックブレーキシステムおよびトラクションコントロールシステムにおいては制動時または加速時のタイヤまたは車輪の回動状態を測定し、その測定結果よりタイヤのロックまたは空転を検出した場合にブレーキ力（制動力）やトラクション（駆動力）をコントロールする方式が主流である。
しかし、タイヤが実際にロックまたは空転してから制動力または駆動力をコントロールすると、タイヤがロックまたは空転された状態から解除されるまで時間がかかる。そこで、転がり軸受装置にかかる荷重をリアルタイムにかつ連続的に測定する技術が提起されている（例えば、特許文献１）。転がり軸受装置にかかる荷重がリアルタイムにかつ連続的に測定されれば、タイヤにかかる荷重もリアルタイムにかつ連続的に推定可能となり、タイヤにかかる荷重の変化よりタイヤがロックまたは空転する直前の状況を検知し得る。
特開２００６−１９４６７３号公報

ここで、特許文献１に記載の方法は、軸受の回転側軌道輪にエンコーダを設け、静止側軌道輪に設けられたセンサで特性変化を測定するものである。しかし、この方法では回転側軌道輪と静止側軌道輪との相対的な変位より回転側軌道輪にかかる荷重を推定することはできるが、現実に回転側軌道輪に加わっている荷重を直接測定することはできない。従って、実際にタイヤにかかる荷重の大きさや方向を正確に推定することは困難になるとともに、タイヤがロックまたは空転する直前のタイヤにかかる荷重の変化を正確に検知することも困難になるという問題があった。

本発明は、軸受の回転側軌道輪等の回転部材の応力を直接的に測定し、タイヤにかかる荷重および回転部材の応力の変化を正確に検知することに貢献する車両用応力センサシステムを提供することを目的とする。

本手段の一形態は、車両において応力を測定する車両用応力センサシステムであって、前記車両は、回動部材、車体、および前記車体に固定される固定部材を有し、前記車両用応力センサシステムは、第１の応力センサ、第２の応力センサ、送信装置、電波発信装置、および電力供給装置を有し、前記第１の応力センサは、前記回動部材に取り付けられ、前記回動部材の応力を示す第１の応力データを出力し、前記送信装置は、前記回動部材に取り付けられ、前記第１の応力データを無線送信し、前記電波発信装置は、電力供給用の電波を発信し、前記電力供給装置は、前記回動部材に取り付けられ、前記電力供給用の電波を受信し、前記電波を電力に変換し、変換した前記電力を前記第１の応力センサおよび前記送信装置に供給し、前記第２の応力センサは、前記車体または前記固定部材に取り付けられ、前記車体または前記固定部材の応力を示す第２の応力データを出力し、前記第２の応力データは、前記第１の応力データの補正に用いられる。

上記車両用応力センサシステムは、回転部材の応力を直接的に測定することができる。このため、従来のシステムと比較して正確な応力データが得られやすくなる。
上記車両用応力センサシステムは、無線送信された第１の応力データを回動部材都は別の任意の場所において受信することができる。このため、正確な応力データをリアルタイムかつ連続的に得ることができる。そして、第１の応力データを処理することにより、タイヤにかかる荷重と回転トルクをリアルタイムかつ連続的に推定することができる。また、タイヤにかかる荷重と回転トルクの変化を正確に検知することができる。
上記車両用応力センサシステムは、第１の応力データの受信場所および処理場所に関する設計自由度が高い。
上記車両用センサシステムは、電力供給装置に電力を供給するための配線を省略することができる。
上記車両用センサシステムは、回動部材内部の配線により電力供給装置から第１の応力センサおよび送信装置に電力を供給することができる。
上記車両用センサシステムは、第２の応力データを測定するため、より正確な応力データを得ることができる。
第２の応力センサは、車体または車体に固定される固定部材に設けられる。このため、第２の応力センサは、車体または固定部材に生じる第２の応力を測定する。第２の応力は、回動と無関係に生じ、かつ回動部材にも同様に生じていると考えられる。このため、第２の応力データが第１の応力データの補正に用いられることにより、より正確な応力データが得られやすくなる。

回動部材は、車軸とともに回転する全ての部材を含む。回転部材は、一例として、タイヤ、車輪、および軸受装置の回動側部材を含む。回転部材の応力は、タイヤにかかる荷重および回転トルクに基づいて発生する。タイヤにかかる荷重は、回転部材の応力を測定することにより検知することができる。
固定部材は、車体に固定される全ての部材を含む。固定部材は、一例として、ナックル、および軸受装置の回動側部材を含む。

本車両用応力センサシステムは、回転部材の応力を直接的に測定し、タイヤにかかる荷重および回転部材の応力の変化を正確に検知することに貢献する。

本発明にかかる車両用応力センサシステムを用いたアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）および車両用軸受装置の一実施形態について、図面を用いて以下に説明する。

図１に示すように、本実施形態にかかる車両用軸受装置の外輪１は略円筒状である。この外輪１は外周方向に伸びる略環状のフランジ部２を有するとともに、このフランジ部には螺子穴（不図示）が設けられている。この螺子穴を介して外輪１は車体より延設されたナックル３に螺子止め固定されている。この外輪１とナックル３が固定部材を構成している。外輪１の外周面には電力供給用の電波を発信する電波発信装置３０と受信装置３２と第２の応力センサ３１とが備えられている。なお、電波発信装置３０の発信する電波は国際基準に基づく個別認識信号を有している。また、外輪１の内周面には軌道６，７が設けられており、軌道６，７には円錐ころ８，９がそれぞれ転動可能にそれぞれの外周面で接している。

一方、本実施形態にかかる車両用軸受装置の内輪１０は略円筒状である。内輪１０はその内周面が車軸１１の外周面に嵌合固定されている。内輪１０の外周面には軌道１６，１７が設けられており、軌道１６，１７には円錐ころ８，９がそれぞれ転動可能にそれぞれの外周面で接している。したがって、内輪１０の外周面に設けられた軌道１６，１７が、円錐ころ８，９を介して外輪１の内周面に設けられた軌道６，７にそれぞれ対向している。

内輪１０が嵌合固定されている車軸１１の端部には、車軸１１の外周方向に伸びる略環状のフランジ部１２が設けられるとともに、同フランジ部１２には螺子穴（不図示）が設けられている。この螺子穴を介して車軸１１には車輪１４が螺子止め固定されている。また、同車輪１４にはタイヤ１３が嵌合されるとともに接着固定されている。内輪１０、車軸１１、車輪１４およびタイヤ１３によって回動部材が構成されている。なお、車軸１１のフランジ部１２の付根近傍にＩＣタグ２０が固定されている。

また、図２に示すように、ＩＣタグ２０は第１の応力センサ２１を備えており、この第１の応力センサ２１が内輪１０に加わる応力を連続的に測定する構成となっている。なお、この第１の応力センサ２１は、例えば歪みゲージで構成されている。また、ＩＣタグ２０は、送信装置２２を備えているため、第１の応力センサ２１によって測定された第１の応力データは送信用アンテナ２４を有する送信装置２２を介してリアルタイムに送信される。また、第１の応力センサ２１および送信装置２２には、ＩＣタグ２０に備えられた電力供給装置２３から電力が供給される。この電力供給装置２３は受信用アンテナ２５を備えるとともに、同受信用アンテナ２５が受信した電力供給用の電波を電力に変換して、かかる電力を第１の応力センサ２１および送信装置２２に供給する。

このＩＣタグ２０に備えられた送信装置２２から送信用アンテナ２４を介して送信された第１の応力データは、受信装置３２によって受信され、制御装置３３に入力される。この制御装置３３には更に第２の応力センサ３１によって連続的に測定された固定部材である外輪１の第２の応力データと、ブレーキ３６がかけられていることを示す制動信号と、アクセル３７が開けられていることを示す駆動信号とが入力される。制御装置３３は第１の応力データと第２の応力データを比較し、両応力データの共通する部分は回動にかかわらず生じた応力のデータであるため消去する。かかる補正をすることにより、回動に伴う応力データのみが抽出される。

このように本実施形態においては、タイヤ１３の回動に伴う応力データがリアルタイムにかつ連続的に得られるため、タイヤ１３にかかる荷重と回転トルクもリアルタイムにかつ連続的に推定可能となり、タイヤ１３にかかる荷重と回転トルクの変化を検知することができる。タイヤ１３にかかる荷重の変化を検知することにより、タイヤ１３がロックまたは空転する直前の状況を検知し得る。その結果、例えば、制動信号が入力中にタイヤ１３がロックする直前の状況を検知すれば、アンチロックブレーキシステム３５に信号を発し、制動力を調整する。逆に駆動信号が入力中にタイヤ１３が空転する直前の状況を検知すれば、トラクションコントロールシステム３４に信号を発し、駆動力を調整する。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。

（１）本実施形態にかかる車両用応力センサシステムにおける第１の応力センサ２１は、回動部材である車両用軸受装置の内輪１０に設けられるため、回動部材である内輪１０に加わる応力を直接かつ連続的に測定することができる。また、第１の応力センサ２１が測定した応力データを無線送信する送信装置２２も内輪１０に設けられるため、応力データをリアルタイムにかつ連続的に外部に送信することができ、送信装置２２から受信装置３２への配線は不要である。従って、無線送信された応力データを受信できる任意の場所において、応力データをリアルタイムにかつ連続的に得ることができる。内輪１０に加わる応力データをリアルタイムかつ連続的に得ることができるため、タイヤ１３にかかる荷重をリアルタイムかつ連続的に更に正確に推定することが可能となる。従って、タイヤ１３にかかる荷重の変化を正確に検知することが可能となる。

（２）本実施形態にかかる車両用応力センサシステムにおいて、電波発信装置３０から発信された電力供給用の電波を電力供給装置２３によって電力に変換し第１の応力センサ２１および送信装置２２に供給するため、外部から電力供給装置２３に電力を供給する配線が不要となり、回路構成が容易となる。また、電池も不要であるため、電池交換の必要がなくメインテナンスが容易である。また、電力供給装置２３が内輪１０に設けられるため、同じく内輪１０に設けられる第１の応力センサ２１および送信装置２２への電力供給のための配線は容易である。

（３）また、本実施形態において、第１の応力センサ２１，送信装置２２および電力供給装置２３がＩＣタグ２０として一体的に備えられているため、内輪１０にはＩＣタグ２０を取り付けるだけでよく、設計および取り付けが容易である。

（４）本実施形態において、固定部材である外輪１の応力を測定する第２の応力センサ３１が測定した応力データに基づいて第１の応力センサ２１が測定した応力データを補正するため、一層正確な応力データを得ることができる。第２の応力センサ３１により測定される外輪１の応力は回動と無関係に生じていると考えられる。同様の応力は内輪１０にも生じていると考えられるため、この応力を第１の応力センサ２１の測定結果から消去することにより、回動に伴う応力のみを抽出することが可能となる。

（５）本実施形態において、車両用応力センサシステムにより内輪１０の応力データをリアルタイムにかつ連続的に得ることができるため、タイヤ１３に加わる荷重をリアルタイムにかつ連続的に算出することが可能となる。従って、タイヤ１３がロックする直前の荷重変化を検出し得る。そのため、同車両用応力センサシステムを用いたアンチロックブレーキシステムはタイヤ１３がロックする直前に制動力をコントロールすることが可能となり、タイヤ１３の回動を測定することによりタイヤ１３のロックを検知した後に制動力をコントロールする従来のアンチロックブレーキシステムに比べ、より早い段階で作動させることが可能となる。

（６）本実施形態において、車両用応力センサシステムにより内輪１０の応力データをリアルタイムにかつ連続的に得ることができるため、タイヤ１３に加わる荷重をリアルタイムにかつ連続的に算出することが可能となる。従って、タイヤ１３が空転する直前の荷重変化を検出し得る。そのため、同車両用応力センサシステムを用いたトラクションコントロールシステムはタイヤ１３が空転する直前に駆動力をコントロールすることが可能となり、タイヤ１３の回動を測定することによりタイヤ１３の空転を検知した後に駆動力をコントロールする従来のトラクションコントロールシステムに比べ、より早い段階で作動させることが可能となる。

（７）本実施形態において、車両用応力センサシステムは、車両用軸受装置に用いられているため、同軸受装置を車両へ取り付けるのみで、同車両用応力センサシステムを車両に導入することができる。従って、設計および取り付けが容易であり、コストダウンにも資する。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態においてはアンチロックブレーキシステムおよびトラクションコントロールシステムの両方を備えているが、いずれか一方のみ備えていても良い。一方のみ備えれば、コストダウンに資する。

・また上記実施形態においては第２の応力センサ３１を設けない構造としても良い。第２の応力センサ３１を省略することにより部品点数が減少するため、構成が簡単となりコストダウンに資する。第２の応力センサ３１を設けない場合であっても、回動部材である内輪１０にかかる応力を直接測定できることには変わりなく、従来の間接的測定に比べ高精度の応力データを得ることができる。

・上記実施形態においては、第１の応力センサ２１，送信装置２２および電力供給装置２３が一体的に備えられてＩＣタグ２０を構成しているが、それぞれ別々に内輪１０に備えられても良い。取り付けが面倒となるが、汎用技術を使用することができる。

・また上記実施形態においては、電波発信装置３０および受信装置３２が外輪１上に設置されているが、この位置に設置されることが必須ではない。電波発信装置３０および受信装置３２と、電力供給装置２３および送信装置２２との送受信が可能であれば、他の固定部材上あるいは車体に設置しても良く、設計自由度が高い。

・上記実施形態においては、第１の応力センサ２１および第２の応力センサ３１は歪みゲージで構成されているが、他の構成でも良い。例えば、応力によるインダクタンスの変化を利用したものや、電気容量変化を利用したものでも良い。

・上記実施形態においては、電力供給装置２３から第１の応力センサ２１および送信装置２２に電力供給を行っているが、例えば、電池により電力供給をしても良い。この場合電池の寿命が問題となるが、電波発信装置３０および電力供給装置２３が不要となり部品点数が減少するため、コストダウンが可能となり、回路構成も単純化される。

・また上記実施形態においては、第１の応力センサ２１、送信装置２２および電力供給装置２３が車軸１１上に設置されているがこの位置に設置されなくともよい。それぞれ内輪１０上または他の回動部材上に設置しても良く、設計自由度は高い。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。

（ａ）請求項１に記載の車両用応力センサシステムは、次の事項を有する。前記車両用応力センサシステムは、前記第１の応力センサ、前記送信装置、および前記電力供給装置が一体化された構造を有する。

上記（ａ）の車両用応力センサシステムによれば、設計および取り付けが容易となる。

（ｂ）請求項１に記載の車両用応力センサシステム、または上記（ａ）に記載の車両用応力センサシステムを有するアンチロックブレーキシステム。

上記（ｂ）のアンチロックブレーキシステムはタイヤがロックする直前に制動力をコントロールすることが可能となり、タイヤの回動を測定することによりタイヤのロックを検知した後に制動力をコントロールする従来のアンチロックブレーキシステムに比べ、より早い段階で作動させることが可能となる。

（ｃ）請求項１に記載の車両用応力センサシステム、または上記（ａ）に記載の車両用応力センサシステムを有するトラクションコントロールシステム。

上記（ｃ）のトラクションコントロールシステムはタイヤが空転する直前に駆動力をコントロールすることが可能となり、タイヤの回動を測定することによりタイヤの空転を検知した後に駆動力をコントロールする従来のトラクションコントロールシステムに比べ、より早い段階で作動させることが可能となる。

（ｄ）請求項１に記載の車両用応力センサシステム、または上記（ａ）に記載の車両用応力センサシステムを有する車両用軸受装置。

上記（ｄ）の車両用軸受装置を車両に取り付けることにより、車両用応力センサシステムを車両に導入することができるため、設計および取り付けが容易である。

本発明の車両用応力センサシステムは、特に、アンチロックブレーキシステムまたはトラクションコントロールシステムを備えた車両用として広く利用可能である。

実施形態の車両用軸受装置における車軸方向の断面図。 実施形態のアンチロックブレーキシステムおよびトラクションコントロール システムのブロック図。

符号の説明

１・・・外輪、２・・・フランジ部、３・・・ナックル、６，７・・・軌道、１０・・・内輪、１１・・・車軸、１２・・・フランジ部、１３・・・タイヤ、１４・・・車輪、１６，１７・・・軌道、２０・・・ＩＣタグ、２１・・・第１の応力センサ、２２・・・送信装置、２３・・・電力供給装置、２４・・・送信用アンテナ、２５・・・受信用アンテナ、３０・・・電波発信装置、３１・・・第２の応力センサ、３２・・・受信装置、３３・・・制御装置、３４・・・トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、３５アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、３６・・・ブレーキ、３７・・・アクセル。

Claims (1)

1. 車両において応力を測定する車両用応力センサシステムであって、
   前記車両は、回動部材、車体、および前記車体に固定される固定部材を有し、
   前記車両用応力センサシステムは、第１の応力センサ、第２の応力センサ、送信装置、電波発信装置、および電力供給装置を有し、
   前記第１の応力センサは、前記回動部材に取り付けられ、前記回動部材の応力を示す第１の応力データを出力し、
   前記送信装置は、前記回動部材に取り付けられ、前記第１の応力データを無線送信し、
   前記電波発信装置は、電力供給用の電波を発信し、
   前記電力供給装置は、前記回動部材に取り付けられ、前記電力供給用の電波を受信し、前記電波を電力に変換し、変換した前記電力を前記第１の応力センサおよび前記送信装置に供給し、
   前記第２の応力センサは、前記車体または前記固定部材に取り付けられ、前記車体または前記固定部材の応力を示す第２の応力データを出力し、
   前記第２の応力データは、前記第１の応力データの補正に用いられる
   車両用応力センサシステム。

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