JP5585093B2 - センサ付き転がり軸受装置 - Google Patents
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Description
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、回転体の回転角度の検出精度を高め、回転同期信号を確実に除去することができるセンサ付き転がり軸受装置を提供することを目的とする。
回転中の前記回転体の変位を検出する変位センサ装置と、前記回転体が所定角度回転する毎にパルスを発生させるパルス発生装置と、前記パルスが発生するタイミングで前記回転体の回転角度を求めるとともに、パルス発生間隔に基づいて回転角速度を求め、次のパルス発生までの間は、当該回転角速度に基づいて経過時間に応じた回転角度を推定し、得られた回転角度に基づく回転同期信号を、前記変位センサ装置の出力信号から除去する演算装置とを備え、前記演算装置は、前記変位センサ装置の出力に基づいて荷重を算出するとともに、前記パルス発生装置の発生するパルスに基づいて減速度を求め、ブレーキ操作が行われているときにのみ、前記減速度とブレーキ力との所定の関係から求めたブレーキ力に基づいて荷重の算出値を補正する。
また、この場合、変位センサ装置の出力から得られる荷重(ブレーキ力が含まれている。)を補正することにより、ブレーキ力の影響を排除して、正確に荷重(ブレーキ力が含まれていない。)を検出することができる。特に、車輪の前後方向に外乱や雪道での滑りが発生した場合でも、ブレーキ力に惑わされずに正確に前後方向への力を検出することができる。
更に、この場合、エンジンブレーキ等の他のブレーキでは補正を行わず、変位センサ装置の検出値に影響を与えるブレーキ操作のときにのみ、補正を行うことができる。
まず、本発明のセンサ付き転がり軸受装置に使用する基板形センサの原理から説明する。図1は、基板形センサに使用する平面コイルの原理を説明する図である。この平面コイル1は、(a)に示すように、フレキシブルプリント基板(FPC)2上に、導電部を渦巻状に形成して成るコイル3を設けたものである。このような平面コイル1は、例えばポリイミド製の基板に銅やアルミニウム等の金属箔が貼着されたフレキシブルプリント基板からエッチングを行って、渦巻のパターンを残すことにより製作することができる。なお、コイル3の渦巻中心の端部は、例えばスルーホールで裏面へ導出することができる。コイル3は、渦巻のターン数(渦を巻いている回数)、コイルの断面積、コイルの長さ等に依存するインダクタンスLを有するが、ターン数は2乗で関与するため、最も支配的な要素である。従って、ターン数を確保することによって、所望のインダクタンスを得ることが可能である。
図2は、LC回路の周波数特性の一例を示すグラフである。周波数特性は、例えば自己共振周波数f1でピークとなる実線の曲線であるが、自己共振周波数が低下してf2になると、周波数特性は破線の曲線となる。この結果、LC回路に一定の発振周波数f0を供給している場合において、LC回路の出力(振幅)は、V1からV2に変化する。このようにして、ギャップの変化を出力の変化として検出することができる。
次に、上記のような平面コイル1を複数個使用した基板形センサの基本構成について説明する。
図3の(a)は、基板形センサ10の展開図である。この基板形センサ10においては、フレキシブルプリント基板2上に、4個のコイル3(総称符号)が2段に、合計8個設けられている。なお、図ではコイル3を簡略化して同心円のように描いているが、実際は、図1に示したような渦巻である(以下、同様。)。
X方向変位:(X1+,X1−)、(X2+,X2−)
Z方向変位:(Z1+,Z1−)、(Z2+,Z2−)
各コイル3における2つの巻端(図示せず。)は、フレキシブルプリント基板2の表裏両面の導電路6を経て、端子電極部2aに導出されている。
各コイルは前述のように等価的にはLC回路であり、発振回路13から抵抗14を介して所定の発振周波数f0の交流信号が供給される。LC回路の出力はインピーダンス変換を行うバッファ回路(電圧フォロワ回路)15を経て、差動増幅回路16に入力される。また、各列(添え字の1系、2系)の4個のコイルの出力が加算回路17で加算され、差動増幅回路16に入力される。
次に、上記のような変位センサ装置措置20(一部の部品を除く。)が固定輪と回転輪との間に取り付けられたセンサ付き転がり軸受装置について説明する。
図7は、転がり軸受装置の一種であるハブユニット(これは従動輪用)の断面図である。このハブユニット100は車両に取り付けられるものであり、取り付けた状態では、図7における右側が車両のアウター側(車両の外側)であり、左側が車両のインナー側(車両の内側)である。図7において、ハブユニット100の中心軸Cに沿った方向をY方向とし、これに直交する紙面に垂直な方向をX方向とし、Y方向及びX方向の双方に直交する鉛直方向をZ方向とする。従って、このハブユニット100が自動車に取り付けられた状態においてX方向は車輪の前後水平方向となり、Y方向は車輪の左右水平方向(軸方向)となり、Z方向は上下方向となる。
このハブユニット100において、外輪101は、車体側の固定部材に固定される固定輪である。また、内軸102と内輪部材103とは、外輪101に転動体105を介して回転自在に支持された回転輪である。外輪101、内軸102及び内輪部材103は、互いに同軸(中心軸C)に配置されている。
図8〜10は、一例としての変位センサ装置20を示す図であり、図8はフレキシブルプリント基板22の展開図である。図9は、支持部21の斜視図、及び、支持部21に装着されたフレキシブルプリント基板22が、どのような形態となっているかを示す斜視図、図10は、フレキシブルプリント基板22を支持部21に装着することにより完成した状態の変位センサ装置20を示す斜視図である。
一方、止め代部22bは、フレキシブルプリント基板22を支持部21(図9)に固定するにあたっての、ねじやリベット等の止め具23(図9)による固定の用に供する部位である。各止め代部22bには、丸孔hが形成されている。
なお、ポケット21a,21bの配置は、電子部品を収容するか否かにかかわらず、回点対称な配置を基本形とする。これにより、支持部21の熱膨張及び、コイル3の磁場を、径方向の対向部間で均一にすることができる。
図11は、変位センサ装置20の出力から荷重信号を得るための、センサ付き転がり軸受装置の回路部(第1実施形態)を示す図である。この回路部は、変位センサ装置20の他、ABSセンサ装置30及び演算装置40を備えている。ABSセンサ装置30は、センサ部とセンサドライバとを含むもので、センサ部はハブユニット100(図7)の例えば内輪部材103の外周に設けられる(但し、図7には図示せず。)。ABSセンサ装置30はパルス発生装置であり、車輪/内軸102(図7)の1回転当たり、例えば48パルスを出力する。従って、1パルスは角度Kr(=360/48度)に相当する。
図12は、回転同期除去演算部41において、あくまで参考例(実施例ではない。)としての回転角度の捉え方を示すグラフである。図示しているのは、上のグラフがパルス列、下のグラフが回転角度(実線:演算による回転角度、二点鎖線:実回転角度)である。このパルス列の例は、回転速度(車速)が徐々に増大しているときの一状態を示している。パルスは、立ち上がりでカウントされる。従って、カウントするタイミングは離散的である。演算による回転角度は、カウント数にKrを乗じたものであり、図示のように、階段状に増加する。従って、実角度と一致するのはカウントした瞬間だけで、カウントと次のカウントとの間では誤差が大きくなる。
θL=θ0+Kr・n ・・・(1)
となる。
ω=Kr/T ・・・(2)
とする。すなわち、直前の周期Tと、その値が得られた瞬間(パルスの立ち上がりの瞬間)の時刻tPの回転角速度が、次のパルスが来るまでの暫定的な一定値とされる。そして、演算装置40は、時刻tPを基準として、そこからの経過時間Δt(0<Δt<T)における回転角度の変化量Δθを下記の演算で求める。
Δθ=(Kr/T)・Δt ・・・(3)
そして、演算装置40は、式(1)、式(3)より、
θ=θL+Δθ ・・・(4)
として回転角度θを求める。すなわち、パルスが立ち上がった瞬間の回転角度θは、式(1)で求めたθLそのものとなり、パルス間の時間領域で、次のパルスを待つ間の回転角度θは、直近・直前のθLを基に、式(4)で求めた値となる。
図17は、変位センサ装置20の出力から荷重信号を得るための、センサ付き転がり軸受装置の回路部(第2実施形態)を示す図である。
第1実施形態(図11)との違いは、制動力演算部43を設け、ブレーキ指令部51に対して信号を与える点である。ブレーキ指令部51は、油圧シリンダ52を駆動する。
bF=(bFx2+bFz2)1/2
として求めることができる。こうして求めたブレーキ力bFの信号は、制動力演算部43からブレーキ指令部51に、フィードバック信号として与えられる。ブレーキ指令部51は、運転者のブレーキ操作に基づくブレーキ指令に、フィードバックされたブレーキ力bFの信号を考慮して、油圧シリンダ52に付与するブレーキ指令量を適切に加減調節する。
図20は、変位センサ装置20の出力から荷重信号を得るための、センサ付き転がり軸受装置の回路部(第3実施形態)を示す図である。
第1実施形態(図11)との違いは、ブレーキ補正部44及び加算部45を設け、ブレーキペダルの操作に反応するブレーキオン・オフセンサ53の出力をブレーキ補正部44に取り込む点である。また、ブレーキ補正部44には、ABSセンサ装置30からのパルス列が入力される。
bFx=K・D ・・・(5)
である。そこで、この係数Kを予め実験によって調べておき、演算装置40に記憶させておく。ブレーキ補正部44は、ブレーキオン・オフセンサ53からブレーキオンの信号を受けると、ABSセンサ装置30から与えられるパルスに基づいて減速度Dを演算する。減速度Dが求まると、式(5)よりブレーキ力bFxがわかる。また、bFz=bFx/tanαにより、ブレーキ力bFzも判明する。そこで、演算装置40は加算部45において、5分力分離演算部42から出力されるsFx、sFzにそれぞれbFx、bFzを加算し、変位信号を補正する。この補正は、図19における検出値を実値に変化させることを意味する。
なお、上記実施形態における変位センサ装置20としては、支持部21の内周側にフレキシブルプリント基板22を装着する例を示したが、これは一例に過ぎず、例えば肉厚が比較的薄い、窓付きの支持部の外周側にフレキシブルプリント基板を装着して、窓から内方へコイルを露出させるような構成も可能である。すなわち、フレキシブルプリント基板は、支持部の内周・外周のどちらにでも装着することができる。
また、そもそも、変位センサ装置としてフレキシブルプリント基板を用いたものについて説明したが、これも一例に過ぎず、鉄心にコイルを巻く伝統的なタイプの変位センサ装置についても同様に、上記各実施形態の演算装置40による処理を行うことができる。
Claims (1)
- 車輪に繋がる回転体を支持する転がり軸受装置と、
回転中の前記回転体の変位を検出する変位センサ装置と、
前記回転体が所定角度回転する毎にパルスを発生させるパルス発生装置と、
前記パルスが発生するタイミングで前記回転体の回転角度を求めるとともに、パルス発生間隔に基づいて回転角速度を求め、次のパルス発生までの間は、当該回転角速度に基づいて経過時間に応じた回転角度を推定し、得られた回転角度に基づく回転同期信号を、前記変位センサ装置の出力信号から除去する演算装置と
を備え、
前記演算装置は、前記変位センサ装置の出力に基づいて荷重を算出するとともに、前記パルス発生装置の発生するパルスに基づいて減速度を求め、ブレーキ操作が行われているときにのみ、前記減速度とブレーキ力との所定の関係から求めたブレーキ力に基づいて荷重の算出値を補正するセンサ付き転がり軸受装置。
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