JP5585093B2

JP5585093B2 - センサ付き転がり軸受装置

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Publication number: JP5585093B2
Application number: JP2010012491A
Authority: JP
Inventors: 裕豊宮川
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: JP2011149517A

Description

本発明は、回転体の変位を検出するセンサ付きの転がり軸受装置に関し、典型的には、自動車のハブユニットに変位センサ装置が搭載されたものに関する。

近年、自動車の分野においては、走行の際の運転制御を行うために、車輪に作用する荷重の情報が必要とされている。かかる情報を得るため、車輪用の転がり軸受装置であるハブユニットに、変位センサ装置が設けられる（例えば、特許文献１参照。）。この変位センサ装置は、車輪と繋がった回転体と径方向に対向してセンサが配置され、対向距離の変化に伴うインダクタンスの変化によって出力を変化させるものである。

特開２００７−１２７２５３号公報（図１）

上記のような従来のセンサ付き転がり軸受装置では、回転体に荷重が作用していないときは、理想的には、変位が検出されないはずである。ところが、現実には、ごく僅かの回転体の回転振れがあり、荷重に関わらず周期的な距離変動が生じるので、変位センサ装置の出力に回転同期信号成分が含まれてしまう。かかる回転同期信号を除去する方法としては、２軸の直交座標系から回転座標系へ変換する方法が知られており、この変換には車輪の回転速度の情報が必要である。回転速度の元になる回転角度を示す信号としては、通常、ＡＢＳ（Antilock Brake System）センサから回転体の１回転当たり４８パルスで出力されるパルス列信号が用いられ、パルス数をカウントすることにより、回転体の回転角度を求めている。

しかしながら、この回転角度の検出に誤差があると、回転同期信号が除去できずに残ってしまうという問題点があった。
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。

本発明のセンサ付き転がり軸受装置は、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。

上記のように構成されたセンサ付き転がり軸受装置では、変位センサ装置の出力に含まれる回転同期信号が、演算装置によって除去される。１パルスの発生から次のパルスの発生までの途中の時間においては、前パルス発生からの経過時間と回転角速度とに基づいて回転角度（すなわち、パルスの合間での回転角度）を推定するので、パルスの合間にも直前の傾向を考慮した回転角度の検出が可能となる。
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。

本発明のセンサ付き転がり軸受装置によれば、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。

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。ＬＣ回路の周波数特性の一例を示すグラフである。（ａ）は基板形センサの展開図、（ｂ）は基板形センサを円筒状に丸めた状態を示す斜視図である。丸めた状態のフレキシブルプリント基板を支持し、かつ、その円筒形状を維持すべく、円筒状の支持部の内周面上に取り付ける状態を示す斜視図である。（ａ）は、支持部の図示を省略して、フレキシブルプリント基板の内側に回転体が挿通されている状態の基板形センサを示す斜視図である。（ｂ）は、これを回転体の軸方向から見た図である。基板形センサのコイルに信号処理回路を接続した変位センサ装置の回路構成の一例を示す回路図である。転がり軸受装置の一種であるハブユニットの断面図である。フレキシブルプリント基板の展開図である。支持部の斜視図、及び、支持部に装着されたフレキシブルプリント基板が、どのような形態となっているかを示す斜視図である。フレキシブルプリント基板を支持部に装着することにより完成した状態の変位センサ装置を示す斜視図である。変位センサ装置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。演算装置の回転同期除去演算部において、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。演算装置の回転同期除去演算部における、実施形態としての回転角度の捉え方を示すグラフである。演算装置の回転同期除去演算部で実行される処理のフローチャートである。回転同期除去演算の効果をシミュレーションによって示すグラフである。対比のための参考例として図１２に示した演算を行った場合の、図１５と同様なグラフである。変位センサ装置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。車輪（タイヤ）を示す円に、荷重のベクトルを示した図である。ブレーキ動作時における変位センサ装置による荷重の検出値の変化を示すグラフの一例である。変位センサ装置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。

《原理》
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。

（ｂ）は、平面コイル１を、変位の検出対象物４と近接対向させた状態を示す斜視図である。検出対象物４は金属製（例えば鉄系金属）であり、導電性を有する。コイル３のインダクタンスは、この検出対象物４によって影響を受ける。また、交流信号に対して、コイル３のパターンと検出対象物４との間に、パターン面積や相互間の距離に依存したキャパシタンスが現れる。従って、このような平面コイル１は、等価的に、（ｃ）に示すような並列のＬＣ回路となる。ここで、インダクタンスＬやキャパシタンスＣの値は、検出対象物４と平面コイル１とのギャップによって変化する。

上記ギャップが増大すると、交流信号に対するインダクタンスＬ及びキャパシタンスＣが共に低下し、逆に、ギャップが減少すると、インダクタンスＬ及びキャパシタンスＣが共に上昇する。従って、ギャップの変化により、ＬＣ回路の自己共振周波数ｆ（＝１／（２π（Ｌ・Ｃ）^1/2））が変化する。
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。

《基板形センサの基本構成》
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。）。

ここで、各コイル個別の符号は、後述の回転体の軸方向をＹ方向とした場合に、Ｙ方向に直交し、かつ、互いに直交するＸ方向・Ｚ方向に対応し、数字はＹ軸上の組番号、＋、−はＸ，Ｚ方向の組を表している。すなわち、変位を検出するためのコイルの組み合わせは、以下のようになる。
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。

このような基板形センサ１０を円筒状に丸めると、（ｂ）に示すようになり、コイルＸ１＋及びＸ１−、並びに、Ｘ２＋及びＸ２−は、それぞれ、Ｘ方向に２個１組の存在となる。また、コイルＺ１＋及びＺ１−、並びに、Ｚ２＋及びＺ２−は、それぞれ、Ｚ方向に２個１組の存在となる。また、上段側及び下段側の各４個のコイルは、周方向の位相９０度ごとに配置されている。

図４は、丸めた状態のフレキシブルプリント基板２を支持し、かつ、その円筒形状を維持すべく、円筒状の支持部１１の内周面上に取り付ける状態を示す斜視図である。支持部１１は、樹脂製であってもよいが、ここでは金属製とする。金属製の場合、機械的強度を容易に確保することができるので、樹脂製に比べて薄肉の支持部とすることができる。このことは、コンパクト化に寄与する。なお、支持部が金属製であっても、高周波信号（１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ）でＬＣ回路を駆動することにより、変位検出に影響がないことが確認された。

支持部１１の内周面に固定されたフレキシブルプリント基板２の内側には、径方向の微小な隙間を確保して、検出対象物としての回転体１２が挿入される。回転体１２には例えば周溝が２条に形成されており、各々が、４個１組のコイル３の各組に対応して配置される。この回転体１２とは例えば自動車の車軸である。その場合、支持部１１は転がり軸受装置の固定輪に取り付けられ、回転輪に回転体（車軸）１２が取り付けられている。そして、上記の隙間は、転がり軸受装置によって維持される。

図５の（ａ）は、支持部１１の図示を省略して、フレキシブルプリント基板２の内側に回転体１２が挿通されている状態の基板形センサ１０を示す斜視図である。（ｂ）は、これを回転体１２の軸方向から見た図である。フレキシブルプリント基板２と回転体１２の表面との間には径方向へのギャップがあり、このギャップの変化によって、前述のインダクタンスＬ，キャパシタンスＣが変化する。従って、車輪に荷重が作用した際に発生する車軸の径方向の変位を、前述の出力の変化として検出することができる。また、４個１組×２列のコイル３は、周溝１２ａと対向し、回転体１２の軸方向への変位によって周溝１２ａとの対向面積が２列で対照的（一方の列が増加なら他方は減少）に変化するよう構成されている。従って、各列のコイル３に関する出力が軸方向の変位によって変化する。すなわち、車輪に荷重が作用した際に発生する車軸方向への変位を、前述の出力の変化として検出することができる。

図６は、基板形センサ１０のコイル３に信号処理回路１８を接続した変位センサ装置２０の回路構成の一例を示す回路図である。このような信号処理回路１８は、フレキシブルプリント基板２に実装することが可能である。
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。

差動増幅回路１６は、対を成す２つのＬＣ回路や加算回路１７からの信号電圧の差をとることで信号の線形化を行い、かつ、増幅を行う。線形化によって、回転体１２の径方向への変位を正確に検出することができる。すなわち、軸方向に直交する方向にコイルを２個１組で設け、出力の差をとることで、回転体１２の径方向への変位を正確に検出することができる。差動増幅後の信号は、Ｘ方向の２出力（Ｘ１，Ｘ２）と、Ｚ方向の２出力（Ｚ１，Ｚ２）として出力される。また、各列の４個のコイルの出力差をとることで、回転体１２の軸方向への変位を正確に検出することができる。差動増幅後の信号は、Ｙ方向の出力（Ｙ）として出力される。

《センサ付き転がり軸受装置の基本構造》
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は、主たる構造部分として、外輪１０１、内軸１０２、内輪部材１０３、ナット１０４、及び、転動体１０５を備えている。外輪１０１は、筒状部１０１ａと、この筒状部１０１ａの一部の外周面から径方向外方へ伸びたフランジ部１０１ｂとを有している。このフランジ部１０１ｂは、車体側の固定部材（図示せず。）に固定され、これによってハブユニット１００が車体に固定される。内軸１０２は、外輪１０１内に挿通される主軸部１０２ａと、車両アウター側にあって径方向外方へ延びるフランジ部１０２ｂとを有している。このフランジ部１０２ｂが、車輪のホイールやブレーキディスクの取付部となる。なお、円柱状の主軸部１０２ａは、前述の回転体１２（図４，図５）に相当する部分である。

内軸１０２の車両インナー側には、筒状の内輪部材１０３が外嵌され、さらに、内軸１０２の端部に形成された雄ねじ部１０２ｄにナット１０４が螺着されることにより、内輪部材１０３が内軸１０２に固定されている。転動体１０５は、周方向に複数個配置された玉からなる複列の構成となっている。各列の玉は保持器（図示せず。）によって周方向に所定間隔で保持されている。
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。

このように構成されたハブユニット１００においては、外輪１０１の内周面上に取り付けられた変位センサ装置２０により、検出対象物である内軸１０２（主軸部１０２ａ）の変位を非接触で検出することができる。この場合、固定輪たる外輪１０１と、回転輪たる内軸１０２の主軸部１０２ａとの間の狭い径方向隙間に、変位センサ装置２０を設けることができる。なお、主軸部１０２ａには図４の回転体１２の周溝１２ａに相当するものが設けられるが、ここでは図示を省略する。

《変位センサ装置の具体例》
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。

まず、図８において、フレキシブルプリント基板２２は、コイル３等のセンサ回路要素を含む横長・長方形の基板本体２２ａと、この基板本体２２ａから上下にそれぞれ延伸して形成された合計１３片の止め代部２２ｂと、中央上部から上方へ延伸して形成された引出し部２２ｃとを一体に有するものである。

基板本体２２ａは、複数種類の領域ａ１〜ａ４を有している。４つの領域ａ１にはそれぞれ図３の要領で一対のコイル３が設けられ、全体で８個のコイル３（Ｘ１＋，Ｚ１＋，Ｘ１−，Ｚ１−，Ｘ２＋，Ｚ２＋，Ｘ２−，Ｚ２−）が設けられている。これらのコイル３は、図の表面側（紙面側）に設けられている。一方、斜線を付した裏面側の３つの領域ａ２には、対応する回路図に示す電子部品（抵抗１４，バッファ回路１５，差動増幅器１６、加算回路１７）が実装され、回路接続用の導電路が形成されている。また、斜線を付した裏面側の６つの領域ａ３にも、補助的に、電子部品の実装が可能である。

残る６つの領域ａ４は、電子部品が実装されず、導電路のみが形成される。従って、領域ａ４での折り曲げが可能である。コイル３の２つの巻端は、スルーホール（図示せず。）を通って裏面側に導出されている。引出し部２２ｃには外部回路との接続のための導電路が集約されている。なお、裏面側の表面の、少なくとも導電路の部分には、絶縁コーティングが施される。
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。

次に、図９において、支持部２１は、内周は多角形（８角形）で、外周は円筒となる全体としてはリング状の物体（リング体）である。この支持部２１は、前述の支持部１１と同様に金属製で、具体的には、温度特性を合わせる観点から、外輪１０１（図７）と同じ鉄系材料が好ましい。支持部２１には、周方向へ規則的にポケットが形成されている。本例では、内外貫通の大きいポケット２１ａが周方向に９０度ごとに、８角形の１辺の範囲内で形成されている。また、内外貫通の一対の小さなポケット２１ｂが、周方向に９０度ごとに、８角形の１辺の範囲内で形成されている。一対の小さなポケット２１ｂの間に残る平面部２１ｃは、コイル３の取り付け面となる。支持部２１の軸方向の両端面には、止め具２３の取り付け孔２１ｄが形成されている。

フレキシブルプリント基板２２の基板本体２２ａは、前述の領域ａ４（図８）を折り曲げ箇所として、開いた多角形状に折り曲げられ、支持部２１の内周側に装着される。また、止め代部２２ｂ及び引出し部２２ｃは、外側へ折り曲げられる。折り曲げられた止め代部２２ｂの孔ｈ（図８）には止め具２３が通され、取り付け孔２１ｄに固定される。こうして、図１０に示すように、フレキシブルプリント基板２２が支持部２１に固定される。電子部品Ｅ１，Ｅ２は、フレキシブルプリント基板２２の外側にあって、外方へ少し突出しているが、それぞれ、ポケット２１ａ，２１ｂへ収容されることにより、フレキシブルプリント基板２２を内方へ膨らませることなく装着することができる。

上記のように構成された変位センサ装置２０では、支持部２１に沿って支持されたフレキシブルプリント基板２２において、コイル３は、内方に向けて露出させた状態にある。従って、コイル３を、検出対象物（図７の主軸部１０２ａ）に近接して対向させることが容易である。電子部品Ｅ１，Ｅ２は逆に、外方に向けられた状態にあるので、検出対象物との接触を避けるには好適な配置である。従って、検出対象物の変位を検出する機能を確保しつつ、検出対象物と電子部品との接触を防止することができる。また、コイル３が設けられた基板部分は平面部２１ｃに張り付くように取り付けられる。これにより、コイル３による検出の精度を安定させることができる。

また、電子部品Ｅ１，Ｅ２による外方への突出部位はポケット２１ａ，２１ｂに収容されるので、フレキシブルプリント基板２２を、内方へ膨らませることなく装着することができる。しかも、ポケット２１ａ，２１ｂを多数形成することにより支持部２１の体積が大幅に減少し（例えば約半減）、支持部２１の軽量化に寄与する。また、ポケット２１ａ，２１ｂに収容されることで電子部品Ｅ１，Ｅ２を保護することができるので、支持部２１が保護機能も発揮する。すなわち、保護用の部材を別途設けなくても、支持部２１によって電子部品を保護することができる。
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。

《演算装置を含む第１実施形態》
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。

演算装置４０は、ハブユニット１００又はその近傍に設けられ、回転同期除去演算部４１及び５分力分離演算部４２を機能として備えている。ここで、先に５分力分離演算部４２について簡単に説明すると、回転同期除去演算部４１によって回転同期信号が除去された変位信号は、５分力分離演算部４２に入力される。５分力とは、変位センサ装置２０によって検出される変位に基づいて、回転体すなわち図７の主軸部１０２ａに作用しているとされるＸ（前後），Ｙ（軸），Ｚ（上下）の各方向への荷重Ｆｘ，Ｆｙ，Ｆｚ、並びに、Ｘ軸周りのモーメントＭｘ、及び、Ｚ軸周りのモーメントＭｚである。これら５分力と変位とはマトリックスの係数を持つ線形の関係にあり、既知の演算（例えば特開２００７−１２７２５３号公報）によって５分力を求めることができる。５分力の演算そのものは本発明の本質的事項ではないので、ここでは、その詳細については省略する。

次に、回転同期除去演算について詳しく説明する。
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。

そこで、本実施形態では、誤差を激減させる。図１３は、回転同期除去演算部４１における、本実施形態としての回転角度の捉え方を示すグラフである。図において、パルスが立ち上がると、直前の１周期をＴとして、回転角速度Ｋｒ／Ｔを求め、次のパルスの立ち上がりまでは、この勾配で回転角度が変化していくと推定し、その推定の基に回転角度を演算する。そして、次のパルスが立ち上がると、また直前の１周期をＴとして、回転角速度Ｋｒ／Ｔを求め、さらに次のパルスの立ち上がりまでは、この勾配で回転角度が変化していくと推定し、その推定の基に回転角度を演算する。以下同様に、直前の回転角速度のペースでパルスの合間の回転角度を求めていく。

図１４は、演算装置４０の回転同期除去演算部４１で実行される処理のフローチャートである。まず、ステップＳ１において演算装置４０は、回転角度の初期値θ₀（＝０）設定を行う。次に、演算装置４０は、ＡＢＳセンサ装置３０（図１１）から入力されるパルスがＬレベルからＨレベルに変化したか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで、ＬからＨへの変化があったとすると、演算装置４０はパルス数ｎをカウント（積算）する（ステップＳ３）。ここで、処理上の最初のパルスすなわちパルス数ｎ＝１であればパルスの周期が得られないので次のパルスを待つ（ステップＳ４からステップＳ２）。ここで、次のパルスが来るまでは、処理はステップＳ２からステップＳ６へ進むが、ここで周期Ｔの直前値があるか否かを判定し（ステップＳ６）、直前値が無い場合すなわち処理上の最初の時点ではステップＳ２に戻る。

ステップＳ２において次のパルスを捉えると、演算装置４０は、パルス数をカウントする（ステップＳ３）。これにより、ステップＳ４での判定は「Ｎｏ」となって、演算装置４０は、パルス間の周期Ｔを検出するとともに、回転角度θの演算を行う（ステップＳ５）。ここで、パルスが立ち上がる瞬間の回転角度をθ_Lとすると、
θ_L＝θ₀＋Ｋｒ・ｎ・・・（１）
となる。

一方、パルス間の時間領域で、次のパルスを待つ間は、ステップＳ２からステップＳ６へ進み、既にＴの直前値があるときは、演算装置４０は回転角速度ωの演算を行う（ステップＳ７）。この演算では、回転角速度ωを、
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ｔ_P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ｔ_P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＝θ_L＋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θ_L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θ_Lを基に、式（４）で求めた値となる。

このようにして、パルスが立ち上がるときの演算による回転角度を基準としながらも、パルスの合間でも直前の傾向に基づいてきめ細かに回転角度θが求められ、更新されていく。すなわち、１パルスの発生から次のパルスの発生までの途中の時間においては、前パルス発生からの経過時間と回転角速度とに基づいて回転角度を推定するので、常に、より正確に回転角度を検出することができる。例えば図１２（参考例）と図１３とを比較すれば、その正確さの違いが明らかである。

回転角度θがわかれば、回転角速度ω（＝ｄθ／ｄｔ）を求めることができるので、演算装置４０は、当該回転角速度ωの周波数ｆ（ω／２π）を持つ回転同期信号を検出することができる。この回転同期信号を除去するための補正信号が、図１１における回転同期除去演算部４１によって変位センサ装置２０の出力に対して与えられ、回転同期信号が除去される。正確な回転角度に基づいて回転同期信号を検出するので、より正確に、回転同期信号を除去することができる。

図１５は、上述のような回転同期除去演算の効果をシミュレーションによって示すグラフである。図において、点線は実回転同期信号すなわち実際の回転同期信号、細い実線は演算で作り出した回転同期信号すなわち補正信号、太い実線は実回転同期信号から補正信号を除去した残りの誤差信号を、それぞれ表している。図示のように、演算によって作り出される補正信号は図１３に示したような小さい段差はあるものの、実回転同期信号とほぼ一致しており、従って、誤差信号は理想的な振幅０レベルに近いものである。一方、図１６は、対比のための参考例として図１２に示した演算を行った場合の、同様なグラフである。図示のように、この場合の補正信号は実信号とのずれが大きく、誤差信号はかなり大きな振幅を持つことがわかる。

《演算装置を含む第２実施形態》
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。

図１８は、車輪（タイヤ）５０を示す円に、荷重のベクトルを示した図である。車輪５０はブレーキディスク５１と一体回転し、ブレーキディスク５１はフランジ部１０２ｂ（図７）に取り付けられている。また、ブレーキディスク５１を挟むブレーキパッド５２が車体側に支持されている。ブレーキパッド５２は、車輪５０の中心から見て角度αの位置にある。ブレーキが動作していないときは、接地面での荷重Ｆｘ（前後方向）、Ｆｚ（上下方向）と、変位センサ装置２０によって検出される荷重ｓＦｘ（前後方向）、ｓＦｚ（上下方向）とは、それぞれ概ね一致している。なお、接頭文字の「ｓ」は、実値との識別の便宜上付けるものである。

しかし、ブレーキが動作すると、ブレーキパッド５２の位置から図示の接線方向へブレーキ力ｂＦが発生するので、その分力（ｂＦｘ＝ｂＦｓｉｎα，ｂＦｚ＝ｂＦｃｏｓα）により変位センサ装置２０の検出する値（ｓＦｘ，ｓＦｚ）が実際の接地面での荷重（Ｆｘ，Ｆｚ）と合わなくなる。言い換えれば、ブレーキをかけたときは、変位センサ装置２０の検出する荷重に、ブレーキ力が含まれることになる。

図１９は、ブレーキ動作時における変位センサ装置２０による荷重の検出値の変化を示すグラフの一例である。図示のように、ブレーキ動作を示すブレーキ信号が立ち上がると、車速は概ね一定勾配で低下し、荷重（Ｆｘ）も図示のように変化するが、実値と検出値とでは斜線部分の開きがある。この斜線部分の原因となるのが、ブレーキ力（ｂＦｘ）である。そこで予め、ブレーキをかけたときの、ブレーキ力ｂＦｘと、変位センサ装置２０によって検出される同方向の荷重ｓＦｘとの関係を細かく調べ上げ、データテーブルを用意しておく。

図１７に戻り、演算装置４０の制動力演算部４３は、ブレーキ指令が出されていることを条件に、５分力分離演算部４２から出力される荷重ｓＦｘに基づいて、上記データテーブルを参照してブレーキ力ｂＦｘを推定する。ｂＦｘが求まると、ｂＦｚ＝ｂＦｘ／ｔａｎαとなる。従って、ブレーキ力ｂＦは、
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。

以上の処理によれば、変位センサ装置２０の出力から得られる荷重にブレーキ力が影響を及ぼすことを利用して、荷重からブレーキ力を簡易に推定することができる。すなわち、本来は荷重を求めるための変位センサ装置２０の出力に基づいて、いわば副産物のごとくブレーキ力をも知ることができる。これにより、実際のブレーキ力を適切に制御することができる。また、油圧シリンダ５２へのブレーキ指令量は適切であっても、最終的に発揮されるブレーキ力はブレーキディスク５１やブレーキパッド５２の状態によって変化する場合がある。しかしながら、上記のようなフィードバック信号が得られれば、ブレーキディスク５１やブレーキパッド５２の状態に左右されることなく、ブレーキ力の制御を、より正確に行うことができる。従って、制動に関する車両の安全性が向上する。

《演算装置を含む第３実施形態》
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。

制動時に、減速度（角加速度）Ｄとブレーキ力ｂＦｘとの間には、ほぼ比例関係がある。すなわち、
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。

このようにして、変位センサ装置２０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。また、ブレーキ操作が行われているときにのみ補正を行うので、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２０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。

《その他》
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。

１２：回転体、２０：変位センサ装置、３０：ＡＢＳセンサ装置（パルス発生装置）、４０：演算装置、５０：車輪、１００：ハブユニット（転がり軸受装置）、１０２ａ：主軸部（回転体）

Claims

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。