JP5589793B2 - 荷重センサ、センサ付きハブユニット及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、車両の車輪に係る荷重を検出する荷重センサに関し、例えば車両の車軸の車輪取付部に取付けられるハブユニットやステアリングナックルに予め取付けて使用される荷重センサに好適なものである。

近年の多様化する車両制御の需要から車輪の回転速度や荷重状態を検出し、それらに応じて車両状態制御を行うことが広く行われている。一方で、車両を構成する部品をある程度まとまった形態で納品するモジュール化も進んでいる。そのため、ハブユニットやステアリングナックルなどの車輪取付部に予めセンサを取付けたセンサ付き車輪取付部が求められている。

車両メーカーで使用される車輪取付部も多種ならば、それに取付けられるセンサの取付構造も多種であり、それらの組合せからなるセンサ付き車輪取付部も多種となる。このような多種のセンサ付き車輪取付部に対応するため、下記特許文献１では、ハブユニットに取付けられるカバー部材に取付孔を開設し、この取付孔に、センサ素子が取付けられたコネクタの先端部を差し込み、その差し込まれた先端部を樹脂成形してコネクタ、センサ素子、カバー部材を一体化する。カバー部材を品種に合わせたものとすることで、コネクタやセンサ素子を共通部品とし、且つ多品種に対応しながらコストを低廉化することができる。

特開２００４−１９８３０５号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載されるセンサ付きハブユニットでは、例えばセンサに異常が生じた場合などには、カバー部材ごと交換する必要があり、交換部品のコストが高くなるし、無駄も多い。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、センサに異常が生じた場合などの交換部品のコストを低廉化すると共に無駄を少なくすることが可能な荷重センサを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の荷重センサは、車軸の車輪取付部の被取付物に予め取付けて使用される荷重センサであって、被取付物に形成された被取付物側センサ取付部と、センサ素子を内装し且つ予め設定された一定の形状に形成されたセンサ基体と、前記被取付物側センサ取付部に取付可能なようにオーバーモールドによって当該被取付物側センサ取付部に応じた形状で前記センサ基体に形成され且つ取付部材を介して前記被取付物側センサ取付部に取付けられるセンサ側取付部とを備えたことを特徴とするものである。

また、前記被取付物がエンコーダのダストカバーであり、当該ダストカバーに予め取付けられたことを特徴とするものである。
また、前記被取付物がステアリングナックルであり、当該ステアリングナックルに予め取付けられたことを特徴とするものである。

而して、本発明の荷重センサによれば、被取付物に被取付物側センサ取付部を形成すると共に、センサ素子を内装するセンサ基体を予め設定された一定の形状に形成し、そのセンサ基体に、被取付物側センサ取付部に取付可能なように当該被取付物側センサ取付部に応じた形状のセンサ側取付部をオーバーモールドによって形成し、そのセンサ側取付部を取付部材で被取付物側センサ取付部に取付ける構成としたため、センサ素子やセンサ基体など、センサに異常が生じた場合などにはオーバーモールドされたセンサ側取付部ごとセンサ基体を交換すればよいだけなので、交換部品のコストを低廉化することができると共に無駄を少なくすることができる。

本発明の荷重センサが取付けられたセンサ付きハブユニットの第１実施形態を示す全体縦断面図である。 図１のセンサ付きハブユニットに用いられたセンサ基体の説明図である。 図１のセンサ付きハブユニットに用いられたオーバーモールドセンサ側取付部の説明図である。 図３のオーバーモールドセンサ側取付部を図１のダストカバーに取付けた状態の説明図である。 本発明の荷重センサが取付けられたセンサ付きステアリングナックルの第２実施形態を示す全体縦断面図である。 図５のセンサ付きステアリングナックルに用いられたオーバーモールドセンサ側取付部の説明図である。

次に、本発明の荷重センサが取付けられたセンサ付きハブユニットの第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態のセンサ付きハブユニットの全体縦断面図である。ハブ１とは、車両の車軸に車輪（ホイール）を取付けるための車輪取付部を意味し、車輪をあてがうフランジ３や車輪を取付けるためのスタッドボルト２などが設けられている。このハブ１は、軸受４を介して車輪支持部５に回転自在に取付けられ、この車輪支持部５をハブナックルなどとも呼ぶ。これらハブ１と車輪支持部５などを総称してハブユニットと呼ぶ。図１は、駆動輪用のハブユニットである（図ではドライブシャフトは図示せず）。

前述したような車両状態制御のために、本実施形態では、ハブユニットに予めセンサユニット６を取付けてモジュール化し、センサ付きハブユニットして製品化する。本実施形態で取付けられるセンサユニット６は、車輪の回転速度を検出すると共に車輪に係る荷重を検出することもできるセンサユニットであり、例えば本出願人が先に提案した特開２００６−３１７４２０号公報に記載されるものである。このセンサユニットについて簡単に説明すると、Ｓ極とＮ極が交互に且つＶ字型に着磁されたＶ型着磁エンコーダを用い、荷重が変化したときのアキシャル方向又はラジアル方向へのＶ型着磁エンコーダの磁場変化をホール素子などのセンサ素子で検出し、その磁場変化量から荷重変化量を求めるものである。車輪に係る荷重変化量が得られると、車輪の摩擦力変化、即ち車輪の総グリップ力変化が得られるので、例えばＡＢＳ（アンチロックブレーキ装置）の制御精度が向上するなどの利点がある。

センサユニット６を構成するＶ型着磁エンコーダなどのエンコーダ７は前記ハブ１に取付けられ、当該ハブ１と共に、即ち車輪と共に回転する。一方、センサユニット６を異物から保護するダストカバー８がエンコーダ７の外側に被せられ、そのダストカバー８は車輪支持部５に取付けられている。そして、そのダストカバー８に荷重センサ９が取付けられている。ダストカバー８には荷重センサ９を取付けるためのハブユニット側センサ取付部１０が形成され、当該ハブユニット側センサ取付部１０には、取付部材であるボルトのネジ部を螺合するためのネジ孔などが設けられている。

図２には、センサ９を構成するセンサ基体１１を示す。図２ａは、センサ基体１１の上面を、図２ｂは、センサ基体１１の下面を示す。このセンサ基体１１は、例えばホール素子などのセンサ素子１２を内装し、且つ当該センサ素子１２の検出信号を取出すハーネス１３と共に、予め設定された形状に一体的に形成されたものである。図２のセンサ基体１１では、２個のセンサ素子１２を図の横方向、即ち図１のアキシャル方向に所定距離だけ離して配設し、エンコーダ７のアキシャル方向への磁場変化量から車輪に係る荷重変化量を検出することができるように構成されている。センサ基体１１には、例えば信号の処理回路やノイズ対策回路を内装してもよい。その場合、各回路は回路基板を用いてもよいし、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などで構成してもよい。なお、検出信号の取出しには、ハーネス１３に代えてコネクタを用いることもできる。

図２に示すセンサ基体１１は、例えば後述する第２実施形態にも共通して使用できるセンサ本体ともいうべきものであり、このセンサ基体１１に対し、例えば図３に示すような図示下方向きのフランジ部１４をセンサ側取付部として、センサ基体１１にオーバーモールドによって形成する。フランジ部１４には、前記取付部材であるボルトのネジ部を挿通する挿通孔１５も予め開設されている。このセンサ側取付部は、前記センサ基体１１をハブユニット側センサ取付部１０に取付けるために、当該ハブユニット側センサ取付部１０に応じた形状にオーバーモールドによって形成されたものである。オーバーモールドとは、周知のように対象物を覆うように成形された樹脂、或いは対象物を覆うように樹脂を成形することをいう。

そして、図４に示すように、センサ基体１１にセンサ側取付部であるフランジ部１４がオーバーモールドされた荷重センサ９に対し、当該フランジ部１４に形成された挿通孔１５にボルト１６のネジ部を挿通し、そのネジ部をダストカバー８に形成されたハブユニット側センサ取付部１０のネジ孔に螺合し締付けてダストカバー８に荷重センサ９を取付ける。このダストカバー８をハブユニットの車輪支持部５に取付ければ、予め荷重センサ９が取付けられたハブユニットを製品化することができる。なお、荷重センサ９の取付部材としては、例えば前記フランジ部１４に予め樹脂ピンを一体成形しておき、その樹脂ピンをダストカバー８に挿通した後、溶着させるような構造も挙げられる。

もし、荷重センサ９に異常が生じた場合には、センサ側取付部であるフランジ部１４ごとセンサ基体１１を交換すればよいので、交換部品のコストを低廉化することができ、無駄も少ない。前記特許文献１に記載の構造では、センサと共にカバー部材も交換する必要があり、交換部品のコストが高く、無駄も多い。また、前記特許文献１に記載の構造をＶ型着磁エンコーダによる荷重センサに用いた場合、エンコーダとセンサがラジアル対向になるため、カバー部材の内径の曲面に合わせて２個のホール素子などのセンサ素子を配置し、仮装中心に対して位置決めをする必要があり、樹脂成形に要する手間が係ることが考えられる。また、２個のセンサ素子の位相やギャップが異なることで、位相差比がばらつくため、成形精度も必要となる。

これに対し、本実施形態のセンサ付きハブユニットでは、荷重センサ９とハブ１、エンコーダ８の組合せは一度組合せれば、その後不変であるため、ハブ１やエンコーダ８、荷重センサ９に夫々固有の特性があったとしても、そのユニットに適した補正係数を与えることで、精度のよい荷重センサを提供できるメリットがある。また、予め２個のセンサ素子１２を平面上にレイアウトしてセンサ基体１１の筐体を成形することができるので、成形上の難易度は比較的低く、センサ素子１１の位置精度も得られやすい。また、成形の工程も、既存のＡＢＳスティックセンサと同様となるため、コスト低減にも貢献する。

次に、本発明の荷重センサが取付けられたセンサ付きステアリングナックルの第２実施形態について図面を参照しながら説明する。
図５は、本実施形態のセンサ付きステアリングナックルの全体縦断面図である。同図に用いられるハブユニットの構成は、駆動輪に用いられるものであるという点を除いて、前記第１実施形態のハブユニットと同様であるので、同等の構成には同等の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図中の符号１７は、転舵輪を転舵するために転舵輪用ハブユニットと車体との間に介装されているステアリングナックルである。ステアリングナックル１７は、周知のようにタイロッドを介してステアリングギヤ装置に連結され、転舵輪を転舵する。本実施形態では、荷重センサの取付対象車輪が駆動輪であることから、前記第１実施形態のようにハブユニットに荷重センサを取付けると、荷重センサ自体或いはその取付部材などがドライブシャフトのブーツなどと干渉する恐れがある。そこで、本実施形態では、ステアリングナックル１７に平坦な座面を形成し、その座面をステアリングナックル側センサ取付部１８とした。

一方、荷重センサ９のセンサ基体１１には、前記第１実施形態の図２のものを用いる。即ち、ハブユニットやステアリングナックルなど、被取付物が異なり、ハブユニット側センサ取付部１０とステアリングナックル側センサ取付部１８のように被取付物側センサ取付部の形態が異なっても、荷重センサ９のセンサ基体１１には共通のものを用いることでセンサ基体１１のコストを低廉化することができる。そして、このセンサ基体１１に対し、図６に示すように、図示上方向きのフランジ部１４をセンサ側取付部として、センサ基体１１にオーバーモールドによって形成する。フランジ部１４には、当該フランジ部１４をステアリングナックル側センサ取付部１８に取付けるための取付部材であるボルトのネジ部を挿通する挿通孔１５も予め開設されている。このセンサ側取付部は、前記センサ基体１１をステアリングナックル側センサ取付部１８に取付けるために、当該ステアリングナックル側センサ取付部１８に応じた形状にオーバーモールドによって形成されたものである。

そして、図５に示すように、センサ基体１１にセンサ側取付部であるフランジ部１４がオーバーモールドされた荷重センサ９に対し、当該フランジ部１４に形成された挿通孔１５にボルト１６のネジ部を挿通し、そのネジ部をステアリングナックル１７に形成されたステアリングナックル側センサ取付部１８のネジ孔に螺合し締付けてステアリングナックル１７に荷重センサ９を取付ける。荷重センサ９のフランジ部１４をステアリングナックル側センサ取付部１８に取付ける取付部材としては、その他の周知の取付部材も使用可能である。

この荷重センサ９が取付けられたステアリングナックル１７でも、前記第１実施形態と同様に、荷重センサ９に異常が生じた場合には、センサ側取付部であるフランジ部１４ごとセンサ基体１１を交換すればよいので、交換部品のコストを低廉化することができ、無駄も少ない。また、ステアリングナックル１７やエンコーダ８、荷重センサ９に夫々固有の特性があったとしても、そのユニットに適した補正係数を与えることで、精度のよい荷重センサを提供できるメリットがある。また、予め２個のセンサ素子１２を平面上にレイアウトしてセンサ基体１１の筐体を成形することができるので、成形上の難易度は比較的低く、センサ素子１１の位置精度も得られやすい。また、成形の工程も、既存のＡＢＳスティックセンサと同様となるため、コスト低減にも貢献する。

１はハブ
２はフランジ
３はスタッドボルト
４は軸受
５は車輪支持部
６はセンサユニット
７はエンコーダ
８はダストカバー
９は荷重センサ
１０はハブユニット側センサ取付部（被取付物側センサ取付部）
１１はセンサ基体
１２はセンサ素子
１３はハーネス
１４はフランジ部（センサ側取付部）
１５は挿通孔
１６はボルト
１７はステアリングナックル
１８はステアリングナックル側センサ取付部（被取付物側センサ取付部）

Claims (5)

1. 車軸の車輪取付部の被取付物に予め取付けて使用され且つＶ型着磁エンコーダの磁場変化を検出するための荷重センサであって、被取付物に形成された被取付物側センサ取付部と、アキシャル方向に所定距離だけ離れて配設された２個のセンサ素子を内装し且つ予め設定された一定の形状に形成されたセンサ基体と、前記被取付物側センサ取付部に取付可能なようにオーバーモールドによって当該被取付物側センサ取付部に応じた形状で前記センサ基体に形成され且つ取付部材を介して前記被取付物側センサ取付部に取付けられるセンサ側取付部とを備えたことを特徴とする荷重センサ。
2. 前記被取付物がステアリングナックルであり、当該ステアリングナックルに予め取付けられたことを特徴とする請求項１に記載の荷重センサ。
3. 前記被取付物がエンコーダのダストカバーであり、当該ダストカバーに予め取付けられたことを特徴とする請求項１に記載の荷重センサ。
4. 前記請求項１乃至３の何れか一項に記載の荷重センサを備えたセンサ付きハブユニット。
5. 前記請求項１乃至３の何れか一項に記載の荷重センサを備えた車両。

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