JP5484204B2 - センサ付車輪用軸受 - Google Patents
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Description
このセンサユニットの取付けに伴う歪みによるドリフトは、歪みセンサを設置した状態でオフセット調整し、その位置からの変化分を信号出力として換算することで解消し、歪み信号を正確に検出することができる。
また、長期運転中に大きなオフセット変動が発生した場合、その大きさによっては後段の増幅回路101が飽和してしまい、荷重の検出が困難になってしまう。
特に、固定側部材の車体取付用のフランジの側面に、円弧状の回路基板およびこの回路基板上に実装される回路素子からなり、前記センサユニットのセンサ出力信号を演算処理する演算処理回路を取付けているので、固定側部材の円筒部の周面の形状に変化を持たせることなく、コンパクトな構成でAD変換器などを含む演算処理回路を取付けることができて、組立性も良く、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。
この構成の場合、車輪が静止あるいは低速状態のときには時間平均処理することなく求められる平均値から得られる第1の荷重推定手段の推定荷重値を出力することで、検出処理時間を短くできる。また、車輪が通常回転状態にあるときには、センサ出力信号の平均値と振幅値を精度良く演算できるので、振幅値、または平均値と振幅値とから得られる第2の荷重推定手段の推定荷重値を出力することで、推定荷重値の誤差が小さくなり、検出遅延時間も十分短くなる。
その結果、車輪にかかる荷重を正確に推定でき、かつ検出した荷重信号を遅延なく出力できる。このため、その荷重信号を利用した車両の制御の応答性や制御性が向上し、より安全性や走行安定性を高めることができる。
この構成の場合、保護カバーの密封性をより高めることができ、信号ケーブルの周方向への変位も規制することができる。
この構成の場合も、保護カバーの密封性をより高めることができる。
この構成の場合、シール材とブッシュが重複して用いられるので、保護カバーの密封性をさらに高めることができる。
このように4つのセンサユニットを配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Fz 、駆動力や制動力となる荷重Fx 、軸方向荷重Fy を推定することができる。
この構成の場合、固定側部材の形状が単純化され、固定側部材の形状の複雑さに起因する温度分布や膨張・収縮量のばらつきを低減できる。これにより、固定側部材における温度分布や膨張・収縮量のばらつきによる影響を十分小さくして、荷重による歪み量をセンサユニットに検出させることができる。
このように、固定側部材のフランジが設けられる周面に耐食性または防食性を有する表面処理を施した場合、固定側部材の周面の錆によりセンサユニットの取付部が盛り上がったり、センサユニットにもらい錆が発生するのを防止でき、錆に起因するセンサの誤動作を解消でき、荷重検出をさらに長期にわたり正確に行うことができる。
この組立方法によると、固定側部材にセンサユニットや保護カバーを取付けたセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
この発明のセンサ付車輪用軸受の組立方法は、この発明のセンサ付車輪用軸受を組み立てる組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることとしたため、固定側部材にセンサユニットや保護カバーを取付けたセンサ付車輪用軸受を、容易に組み立てることができる。
内方部材2は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ9aを有するハブ輪9と、このハブ輪9の軸部9bのインボード側端の外周に嵌合した内輪10とでなる。これらハブ輪9および内輪10に、前記各列の転走面4が形成されている。ハブ輪9のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面12が設けられ、この内輪嵌合面12に内輪10が嵌合している。ハブ輪9の中心には貫通孔11が設けられている。ハブフランジ9aには、周方向複数箇所にハブボルト(図示せず)の圧入孔15が設けられている。ハブ輪9のハブフランジ9aの根元部付近には、車輪および制動部品(図示せず)を案内する円筒状のパイロット部13がアウトボード側に突出している。
このように、フレキシブル基板30におけるセンサユニット30の配置部に、センサユニット20の略全体が露出する方形の開口30cを形成することにより、センサユニット20における歪み発生部材21の変形がフレキシブル基板30で規制されるのを確実に防ぐことができ、荷重の検出精度をそれだけ向上させることができる。その他の構成は、図6に示した配置例の場合と同様である。
F=M1×S ……(1)
という関係で表すことができ、この関係式(1)から荷重Fを推定することができる。ここで、M1は所定の補正係数である。
前記第1の荷重推定手段71では、歪みセンサ22A,22Bの出力信号からオフセット分を除いた変数として前記平均値Aを用い、この変数に所定の補正係数M1を乗算した一次式、つまり
F=M1×A ……(2)
から荷重Fを演算・推定する。このようにオフセット分を除外した変数を用いることにより、荷重推定精度を向上させることができる。
F=M2×A+M3×B ……(3)
から荷重Fを演算・推定する。このように2種類の変数を用いることで、荷重推定精度をさらに向上させることができる。
上記各演算式における各補正係数の値は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。前記第1の荷重推定手段71および第2の荷重推定手段72による演算は並行して行われる。なお、式(3)において、変数である平均値Bを省略しても良い。つまり、第2の荷重推定手段72では、振幅値Bのみを変数として用いて荷重Fを演算・推定することもできる。
この場合に、2つの歪みセンサ22A,22Bの前記円周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチPの{1/2+n(n:整数)}倍、またはこれらの値に近似した値としても良い。この場合にも、両歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bの和として求められる平均値Aは転動体5の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分として求められる振幅値Bは温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。
車輪の低速回転時には、センサ出力信号の振幅を検出するための処理時間が長くなり、さらに静止時には振幅の検出そのものが不可能になる。そこで、このように、車輪回転速度が所定の下限値よりも低い場合、平均値Aだけを用いた第1の荷重推定手段71からの推定荷重値を選択して出力することにより、検出した荷重信号を遅延なく出力することができる。
1a…車体取付用フランジ
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
20…センサユニット
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
22,22A,22B…歪みセンサ
30…フレキシブル基板
31…演算処理回路
41…信号ケーブル
41a…信号ケーブル引き出し部
49…AD変換器
51…オフセット調整回路
54…荷重推定演算回路
71…第1の荷重推定手段
72…第2の荷重推定手段
73…選択出力手段
80…保護カバー
81…孔部
82…シール材
83…ブッシュ
84…表面処理層
Claims (20)
- 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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、ナックルに取付ける車体取付用のフランジを外周に有し、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、
上記固定側部材の外径面に1つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、このセンサユニットは前記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1つ以上のセンサからなり、前記車体取付用のフランジの側面に、円弧状の回路基板およびこの回路基板上に実装された回路素子により構成されて前記センサの出力信号を演算処理する演算処理回路を取付け、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を備え、この荷重推定手段に、前記センサの出力信号の平均値を用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第1の荷重推定手段と、前記センサの出力信号の振幅値、またはその振幅値と前記平均値とを用いて車輪用軸受に作用する荷重を推定する第2の荷重推定手段と、車輪回転速度に応じて、前記第1および第2の荷重推定手段のうちいずれかの推定荷重値を切り替え選択して出力する選択出力手段とを備えることを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 - 請求項1において、前記固定側部材が外方部材であるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1または請求項2において、前記演算処理回路は、前記センサの出力信号をAD変換するAD変換器を備えるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1または請求項2において、前記演算処理回路は、前記センサのオフセットを正規の値に調整するオフセット調整回路と、前記センサの出力信号を増幅する増幅回路とを備えるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記センサユニットは3つ以上の接触固定部と2つのセンサを有し、隣り合う第1および第2の接触固定部の間、および隣り合う第2および第3の接触固定部の間に各センサをそれぞれ取付け、隣り合う接触固定部もしくは隣り合うセンサの前記固定側部材の円通方向についての間隔を、転動体の配列ピッチの{1/2+n(n:整数)}倍とし、前記第1および第2の荷重推定手段は前記2つのセンサの出力信号の和を平均値として用いるものとしたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心に円環状の保護カバーを取付け、この保護カバーで前記センサユニットおよび前記演算処理回路を覆ったセンサ付車輪用軸受。
- 請求項6において、前記演算処理回路に、この演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分に防錆処理を施したシール材を塗布したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項6において、前記演算処理回路に、この演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分に弾性材料からなるブッシュを取付けたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項6において、前記演算処理回路に、演算処理回路で処理された信号を軸受外部へ取り出す信号ケーブルを取付け、前記保護カバーにおける前記車体取付用フランジよりもアウトボード側の円筒部に、前記信号ケーブルの保護カバーからの引き出し部が引き出される孔部を設け、信号ケーブル引き出し部が前記孔部から引き出される部分に防錆処理を施したシール材を塗布すると共に、弾性材料からなるブッシュを取付けたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項6ないし請求項9のいずれか1項において、前記保護カバーは、耐蝕性を有する鋼板をプレス加工して成形したものであるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項6ないし請求項9のいずれか1項において、前記保護カバーは、プレス加工して成形した鋼板に金属メッキまたは塗装を施したものであるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項11のいずれか1項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記演算処理回路を一体成形したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項11のいずれか1項において、前記固定側部材の周面に固定側部材と同心にフレキシブル基板を取付け、このフレキシブル基板に前記センサユニットを取付けたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項12または請求項13において、前記フレキシブル基板のベース材質がポリイミドであるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項14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、および左面部に円周方向90度の位相差で4つ等配したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項15のいずれか1項において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に直交する線分に対して線対称となる形状としたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項16のいずれか1項において、前記固定側部材のフランジの正面形状を、軸受軸心に対して点対称となる形状としたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項17のいずれか1項において、前記固定側部材のフランジが設けられる周面に、耐蝕性または防食性を有する表面処理を施したセンサ付車輪用軸受。
- 請求項18において、前記表面処理が金属メッキ、または塗装、またはコーティング処理であるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項6ないし請求項19のいずれか1項に記載のセンサ付車輪用軸受の組立方法であって、前記固定側部材の単体の状態、または固定側部材に前記転動体を組み付けた状態で、前記固定側部材の周面に前記センサユニットを取付け、さらに前記保護カバーを固定側部材の周面に取付けた後、軸受を組み立てることを特徴とするセンサ付車輪用軸受の組立方法。
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