JP5476678B2 - 状態量測定機能付回転支持装置 - Google Patents

Description

この発明に係る状態量測定機能付回転支持装置は、転がり軸受ユニットを構成する静止側軌道輪と回転側軌道輪との間に作用する外力等の状態量を測定する為に利用する。更に、この求めた状態量を、自動車等の車両の走行安定性確保を図る為に利用する。

例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型等の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、例えばアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更には、電子制御式ビークルスタビリティコントロールシステム（ＥＳＣ）等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等を表す信号が必要になる。そして、より高度の制御を行う為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（例えばラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。

この様な事情に鑑みて、特許文献１には、特殊なエンコーダを使用して、転がり軸受ユニットに加わる荷重の大きさを測定する発明が記載されている。図２〜３は、この特許文献１に記載された構造と同じ荷重の測定原理を採用した、転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関する従来構造の１例を示している。この従来構造は、使用時に懸架装置に結合固定した状態で回転しない外輪１の内径側に、使用時に車輪を支持固定した状態でこの車輪と共に回転するハブ２を、複数個の転動体３、３を介して、回転自在に支持している。これら各転動体３、３には、背面組み合わせ型の接触角と共に、予圧を付与している。尚、図示の例では、これら各転動体３、３として玉を使用しているが、重量が嵩む自動車用の軸受ユニットの場合には、玉に代えて円すいころを使用する場合もある。

又、上記ハブ２の軸方向内端部（軸方向に関して「内」とは、自動車への組付け状態で車両の幅方向中央側を言い、図２の右側。反対に、車両の幅方向外側となる、図２の左側を、軸方向に関して「外」と言う。本明細書全体で同じ。）には、磁性金属板製で円筒状のエンコーダ４を、上記ハブ２と同心に支持固定している。このエンコーダ４を構成する円筒部の先半部には、透孔５、５（第一特性部）と柱部６、６（第二特性部）とを、円周方向に関して交互に且つ等間隔で配置している。これら各透孔５、５と各柱部６、６との境界は、軸方向の中央部が円周方向に関して最も突出した、「く」字形になっている。

又、上記外輪１の軸方向内端開口を塞ぐ、金属板製で有底円筒状のカバー７の内側に、合成樹脂製のセンサホルダ８を介して、１対のセンサ９ａ、９ｂを支持固定している。そして、この状態で、これら両センサ９ａ、９ｂの検出部を、上記エンコーダ４の被検出面（上記各透孔５、５及び上記各柱部６、６を形成した部分の外周面）の軸方向両半部に、それぞれ１つずつ近接対向させている。尚、上記両センサ９ａ、９ｂはそれぞれ、永久磁石と、検出部を構成する、ホールＩＣ、ホール素子、ＭＲ素子、ＧＭＲ素子等の磁気検知素子とから成る。

上述の様に構成する転がり軸受ユニットの状態量測定装置の場合、外輪１とハブ２との間にアキシアル荷重が作用する事により、これら外輪１とハブ２とがアキシアル方向に相対変位すると、これに伴って、上記両センサ９ａ、９ｂの出力信号同士の間に存在する位相差比（＝位相差／１周期）が変化する。この位相差比は、上記アキシアル荷重の作用方向及び大きさ（上記相対変位の方向及び大きさ）に見合った値をとる。従って、この位相差比に基づいて、上記アキシアル荷重の作用方向及び大きさ（上記相対変位の方向及び大きさ）を求める事ができる。尚、これらを求める処理は、図示しない演算器により行う。この為、この演算器のメモリ中には、予め理論計算や実験により調べておいた、上記位相差比と、上記アキシアル方向の相対変位又は荷重との関係（零点及びゲイン）を表す、式やマップを記憶させておく。

尚、上述した従来構造の場合には、エンコーダの被検出面にその検出部を対向させるセンサの数を、２個としている。これに対し、例えば特許文献２〜４には、当該センサの数を３個以上とする事で、多方向の変位や外力を求める発明が記載されている。例えば、このうちの特許文献４に記載された発明によれば、図４に示す様に、エンコーダ４、延いては、このエンコーダ４を結合固定したハブ２（図２参照）の、ｘ軸方向の変位ｘと、ｙ軸方向の変位ｙと、ｚ軸方向の変位ｚと、ｘ軸周りの傾きφｘと、ｚ軸周りの傾きφｚとを、各センサの出力信号同士の位相差比に基づいて求める事ができる。又、図５に示す様に、これらの値ｘ、ｙ、ｚ、φｘ、φｚに基づいて（又は、これらの値ｘ、ｙ、ｚ、φｘ、φｚを求める過程を経る事なく直接位相差比に基づいて）、ハブ２（図２参照）に支持した車輪１０に加わる、横方向の荷重、上下方向の荷重、前後方向の荷重を求める（推定する）事ができる。

何れにしても、前述の図２に示した様な車輪支持用の転がり軸受ユニットを自動車の懸架装置に組み付けて使用する場合、例えば図６に示す様に、ナックル１１に外輪１を固定すると共に、ハブ２に設けた取付フランジ１２に、タイヤ１３を組み合わせたホイール１４、及び、ロータ１５を固定する。そして、このロータ１５と、上記ナックル１１に固定したキャリパ１７とを組み合わせて、特許請求の範囲に記載したディスクブレーキ装置であるディスクブレーキ１８を構成する。制動時には、上記ロータ１５を挟んで設けた、１対のパッドのライニング（摩擦材）を、上記キャリパ１７内の油圧シリンダ内に嵌装した油圧ピストンの働きにより、上記ロータ１５の両側面（被制動面）に押し付ける。

ところで、上述の様なディスクブレーキ１８を構成するロータ１５とキャリパ１７（に支持されたパッド）とが、例えば図７に示す様な位置関係を有する場合を考える。尚、この図７は、図面の上下方向が、上記ディスクブレーキ１８を車両に組み付けた状態での上下方向に対応する。この様な場合、例えばハブ２に加わる上下方向の荷重を考えると、上述した制動時には、このハブ２に取付フランジ１２を介して、図８に矢印で示す、車輪１６から加わる上下方向の荷重αの他、図７に矢印で示す、制動に伴って発生するブレーキトルクの反力に基づく、上下方向の荷重βも加わる。そして、これら両荷重α、βに基づき、上記ハブ２、延いては、このハブ２に結合固定したエンコーダ４が変位し、このエンコーダ４の変位が、各センサ９ａ、９ｂの位相差比として検出される。この為、上述の様な制動時、この位相差比（エンコーダの変位）は、上記車輪１６に加わる上下方向の荷重にそのまま対応しなくなる（車輪１６に加わる上下方向の荷重αと制動に基づいて加わる上下方向の荷重βとの和に対応する）。

上述の様な制動時、上記車輪１６に加わる荷重α（又は荷重αのみに基づくハブ２の相対変位量）を求める為には、例えばディスクブレーキ１８の操作量（例えばブレーキペダルの踏み込み量、或は、キャリパの油圧室内に導入される油圧）と制動に基づきハブ２に加わる荷重β（又はハブ２の相対変位量）との関係を予め求めておき、この関係に基づいて、上記制動時に上記荷重αを求める（ハブ２の相対変位量を補正する）事が考えられる。但し、この様な場合には、上記車輪１６に加わる荷重α（又は荷重αのみに基づくハブ２の相対変位量）を求める為の処理が複雑になる他、この荷重α（又は荷重αのみに基づくハブ２の相対変位量）の精度を確保する事が面倒になる可能性がある。
尚、上述した説明は、上下方向の荷重を例に説明した。但し、例えば、上記キャリパ１７（に支持されたパッド）が、図７の上側に位置する場合には、制動に伴いロータ１５に前後方向｛図７（Ｂ）の左右方向｝の荷重が加わる。この様な場合にも、上述した上下方向の荷重を求める場合と同様に、上記位相差比（エンコーダの変位）が、車輪に加わる前後方向の荷重にそのまま対応しなくなる。又、上記キャリパ１７（のパッド）の位置によっては、何れの方向（例えば前後方向と上下方向との両方の方向）の荷重にもそのまま対応しなくなる可能性もある。

特開２００６−３１７４２０号公報 特開２００６−３２２９２８号公報 特開２００７−９３５８０号公報 特開２００８−６４７３１号公報

本発明の状態量測定機能付回転支持装置は、上述の様な事情に鑑みて、制動時にハブに加わる、制動に伴う荷重に拘らず、求めるべき状態量を精度良く求められる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の状態量測定機能付回転支持装置は、転がり軸受ユニットと、状態量測定装置と、ディスクブレーキ装置とを備える。
このうちの転がり軸受ユニットは、自動車の車輪支持用の転がり軸受ユニットであり、使用時にも回転しない静止側軌道輪（例えば外輪）と、複数個の転動体（例えば玉）を介してこの静止側軌道輪と同心に支持され、使用時に回転する回転側軌道輪（例えばハブ）とを備える。
又、上記状態量測定装置は、上記回転側軌道輪の一部に支持固定されていて、この回転側軌道輪と同心の被検出面を有すると共に、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させているエンコーダと、その検出部を上記被検出面に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されていて、これら検出部と被検出面との位置関係が変化する事に伴ってその出力信号を変化させるセンサと、このセンサの出力信号に基づいて、上記両軌道輪同士の間の相対変位（例えば回転側軌道輪の相対変位）とこれら両軌道輪同士の間に作用する外力（例えば回転側軌道輪に加わる荷重）とのうちの少なくとも一方の状態量を算出する機能を有する演算器とを備える。
又、上記ディスクブレーキ装置は、上記回転側軌道輪の一部に結合固定したロータと、懸架装置を構成するナックルに固定された状態でこのロータの円周方向２個所に設けられ、制動時にこのロータの側面に摩擦係合させる事で当該部分に制動力を付与するパッドをそれぞれ支持した、２個のキャリパとを備える。

特に、本発明の状態量測定機能付回転支持装置に於いては、上記状態量測定装置が求める状態量を、車両の上下方向に関する状態量（相対変位と外力とのうちの少なくとも一方）としている。
又、上記２個のキャリパを、上記ロータの円周方向に関して１８０度離れた状態で、車両の前後方向に関してこのロータの回転中心を挟んで前側と後側とにそれぞれ設けている。
これにより、上記ロータに加わる、上記制動力の接線力のベクトルの総和を、このロータの円周方向に関して０にしている。
即ち、この求めるべき状態量の方向が、上下方向の状態量（相対変位、外力）であるので、上記制動力の接線力のベクトルの和を、上下方向に関して０にする。

上述の様に構成する本発明の状態量測定機能付回転支持装置によれば、制動時にハブに加わる、制動に伴う荷重に拘らず、求めるべき状態量（相対変位、外力）を精度良く求められる。
即ち、制動時に、制動に伴う荷重がハブに加わっても、この荷重が、求めるべき状態量（相対変位、外力）の方向との関係で０になる。この為、この制動に伴ってハブに加わる荷重に拘らず、そのまま求めた上下方向の状態量（相対変位、外力）が、上記制動に関する荷重が含まれない、上下方向の状態量（相対変位、外力）に対応する。従って、制動時に特別な演算処理等を必要とする事なく、非制動時と制動時とに拘らず、上下方向の状態量を精度良く求められる。

又、本発明によれば、上記制動力の接線力のベクトルの総和が、ロータの円周方向に関して０になる為、上下方向に拘らず（求めるべき状態量が上下方向以外の場合でも）、そのまま求めた状態量が、上記制動に関する荷重が含まれない、状態量に対応する。この為、求めるべき状態量の方向が何れの場合でも、この求めるべき状態量を精度良く求められる。
又、本発明によれば、簡素な構造で、上記制動力の接線力のベクトルの総和を、上記ロータの円周方向に関して０にできる。
又、本発明によれば、自動車の車輪に加わる荷重を精度良く求める事ができる。

図１は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例の特徴は、制動時にハブ２（図２等参照）に加わる、制動に伴う荷重に拘らず、求めるべき状態量を精度良く求める様にすべく、この制動に伴う荷重の方向を規制した点にある。その他の部分の構造及び作用は、前述の図２〜５に示した従来構造の場合と同様である為、同等部分には同一符号を付して、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合には、制動時に、特許請求の範囲に記載したディスクブレーキ装置であるディスクブレーキ１８ａを構成するロータ１５に加わる、同形、同大の各キャリパ１７、１７（に支持された同形、同大のパッド）からの荷重（制動力の接線力のベクトル）β_１、β_２の総和を、上記ロータ１５の円周方向に関して０になる様にしている。この為に、本例の場合には、上記各キャリパ１７、１７（に支持されるパッド）を、上記ロータ１５の円周方向に関して１８０度離れた状態で２個所位置に（ロータ１５の回転中心を挟んで径方向反対側２個所位置に）設けている。言い換えれば、車両に組み付けた状態で、この車両の前後方向に関し、上記ロータ１５の回転中心を挟んで前側と後側とに互いに対向する状態で、上記各キャリパ１７、１７（に支持されるパッド）を配置している。又、これと共に、これら各キャリパ１７、１７の油圧室に等しい油圧を導入し、それぞれのキャリパ１７、１７により上記ロータ１５に押し付けられる、各パッドの押し付け力が互いに同じになる様にしている。尚、油圧ブレーキに代えて、電動ブレーキを用いる場合には、同じく上記各パッドの押し付け力が互いに同じになる様に、電動アクチュエータの出力が同じになる様にする。

この様な本例の場合には、制動時に取付フランジ１２を介してハブ２に加わる、制動に伴う荷重β_１、β_２に拘らず、求めるべき状態量｛例えば、車輪１６から加わる荷重α（図８参照）のみに基づくハブ２の相対変位量、又は、車輪１６に加わる荷重α｝を精度良く求められる。
即ち、制動時に、制動に伴う荷重β_１、β_２が上記ロータ１５を介して上記ハブ２に加わっても、この荷重β_１、β_２が、このロータ１５の円周方向に関して０になる（互いに相殺される）。この為、この制動に伴って加わる荷重β_１、β_２に拘らず、そのまま求めた状態量が、上記制動に関する荷重β_１、β_２が含まれない、求めるべき状態量（例えば、車輪１６から加わる荷重αのみに基づくハブ２の相対変位量、又は、車輪１６に加わる荷重α）に対応する。従って、制動時に特別な演算処理等を必要とする事なく、非制動時であるか制動時であるかに関係なく、求めるべき状態量を精度良く求められる。特に、本例の場合には、上記制動力の接線力のベクトルβ_１、β_２の総和が、上記ロータ１５の円周方向に関して０になる為、上記求めるべき状態量の方向に拘らず（上記求めるべき状態量が何れの方向の場合でも、例えば上下方向でも前後方向でも）、そのまま求めた状態量を、上記制動に関する荷重β_１、β_２が含まれない、求めるべき状態量に対応させる事ができる。

尚、上述した本例の場合には、制動力の接線力のベクトル、即ち、荷重β_１、β_２の総和を、ロータ１５の円周方向に関して０にしているが、本発明の技術的範囲からは外れるものの、この様に総和を０にしなくても、例えば、求めるべき状態量の方向との関係で０にする事もできる。例えば、求めるべき状態量の方向が上下方向のみであれば（前後方向は必要なければ）、キャリパ１７（に支持されるパッド）をロータ１５の最上位置又は最下位置に配置する。この場合には、制動に伴ってハブ２に加わる荷重（制動力の接線力のベクトル）が、前後方向のみになり（ベクトルの方向が水平方向になり）、上下方向に関して０になる。又、例えば、求めるべき状態量の方向が前後方向のみであれば（上下方向は必要なければ）、キャリパ１７（に支持されるパッド）をロータ１５の最前位置又は最後位置に配置する。この場合には、制動に伴ってハブ２に加わる荷重（制動力の接線力のベクトル）が上下方向のみになり（ベクトルの方向が鉛直方向になり）、前後方向に関して０になる。尚、水平方向、鉛直方向とは、何れも、自動車が水平路面上を走行している場合での方向を言う。

何れの場合にも、制動力の接線力のベクトルが、求めるべき状態量の方向との関係で０になる為、この制動に伴ってハブ２に加わる荷重に拘らず、そのまま求めた状態量（相対変位、外力）が、上記制動に関する荷重が含まれない、求めるべき状態量（相対変位、外力）に対応する。従って、この様な場合にも、制動時に特別な演算処理等を必要とする事なく、非制動時と制動時とに拘らず、求めるべき状態量を精度良く求められる。

本発明の実施の形態の１例を示す、図７の（Ｂ）と同様の図。 転がり軸受ユニットの状態量測定装置に関する、従来構造の１例を示す断面図。 この従来構造の１例に組み込むエンコーダの被検出面の一部を径方向から見た図。 状態量測定装置により求める状態量を、エンコーダとの関係で示す図。 同じく車輪との関係で示す図。 車輪を支持する部分を示す図で、（Ａ）は一部を省略して示す断面図、（Ｂ）は（Ａ）の模式図。 制動に伴って加わる荷重を説明する為の図で、（Ａ）は（Ｂ）の左側から見た図、（Ｂ）は制動装置の正面図。 車輪に加わる荷重を説明する為の図。

１ 外輪
２ ハブ
３ 転動体
４ エンコーダ
５ 透孔
６ 柱部
７ カバー
８ センサホルダ
９ａ、９ｂ センサ
１０ 車輪
１１ ナックル
１２ 取付フランジ
１３ タイヤ
１４ ホイール
１５ ロータ
１６ 車輪
１７ キャリパ
１８、１８ａ ディスクブレーキ

Claims (1)

1. 転がり軸受ユニットと、状態量測定装置と、ディスクブレーキ装置とを備え、
   このうちの転がり軸受ユニットは、自動車の車輪支持用の転がり軸受ユニットであり、使用時にも回転しない静止側軌道輪と、複数個の転動体を介してこの静止側軌道輪と同心に支持され、使用時に回転する回転側軌道輪とを備えたものであり、
   上記状態量測定装置は、上記回転側軌道輪の一部に支持固定されていて、この回転側軌道輪と同心の被検出面を有すると共に、この被検出面の特性を円周方向に関して交互に変化させているエンコーダと、その検出部を上記被検出面に対向させた状態で、使用時にも回転しない部分に支持されていて、これら検出部と被検出面との位置関係が変化する事に伴ってその出力信号を変化させるセンサと、このセンサの出力信号に基づいて、上記両軌道輪同士の間の相対変位とこれら両軌道輪同士の間に作用する外力とのうちの少なくとも一方の状態量を算出する機能を有する演算器とを備えたものであり、
   上記ディスクブレーキ装置は、上記回転側軌道輪の一部に結合固定したロータと、懸架装置を構成するナックルに固定された状態でこのロータの円周方向２個所に設けられ、制動時にこのロータの側面に摩擦係合させる事で当該部分に制動力を付与するパッドをそれぞれ支持した、２個のキャリパとを備えたものである、
   状態量測定機能付回転支持装置に於いて、
   上記状態量測定装置が算出する状態量が、車両の上下方向に関する状態量であり、
   上記２個のキャリパを、上記ロータの円周方向に関して１８０度離れた状態で、車両の前後方向に関してこのロータの回転中心を挟んで前側と後側とにそれぞれ設ける事により、このロータに加わる、上記制動力の接線力のベクトルの総和を、このロータの円周方向に関して０にした
   事を特徴とする状態量測定機能付回転支持装置。

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