JP5638310B2 - Wheel bearing with sensor - Google Patents
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Description
この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重検出センサを内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。 The present invention relates to a sensor-equipped wheel bearing having a built-in load detection sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、外輪外径面の歪みから荷重を検出するようにした車輪用軸受が提案されている(例えば特許文献1)。しかし、特許文献1に開示の技術では、車輪用軸受に作用する荷重を検出する場合、荷重に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、検出感度が低くなり、荷重を精度良く検出できない。
As a technique for detecting a load applied to each wheel of an automobile, a wheel bearing has been proposed in which a strain gauge is attached to the outer ring of a wheel bearing and the load is detected from the distortion of the outer surface of the outer ring (for example, a patent) Reference 1). However, in the technique disclosed in
この課題を解決するものとして、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受が提案されている(特許文献2)。同文献のセンサ付車輪用軸受における車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、上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、車体に対して車輪を回転自在に支持する。上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面には、その固定側部材の円周方向における180度の位相差をなす位置に配置された2つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも1対設ける。各センサユニットは、前記固定側部材の外径面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歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有するものとする。 As a solution to this problem, a sensor-equipped wheel bearing having the following configuration has been proposed (Patent Document 2). The wheel bearing in the sensor-equipped wheel bearing of the same document includes an outer member in which a double row rolling surface is formed on the inner periphery, and an inner member in which the rolling surface opposite to the rolling surface is formed on the outer periphery. A member and a double row rolling element interposed between the opposing rolling surfaces of both members are provided, and the wheel is rotatably supported with respect to the vehicle body. A sensor unit comprising two sensor units arranged on the outer diameter surface of the fixed side member of the outer member and the inner member at a position that forms a phase difference of 180 degrees in the circumferential direction of the fixed side member. At least one pair is provided. Each sensor unit has a strain generating member having two or more contact fixing portions fixed in contact with the outer diameter surface of the fixed side member, and detects the strain of the strain generating member attached to the strain generating member. It shall have a sensor.
この構成において、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサ出力信号の差分を基に、径方向荷重推定手段で、車輪用軸受の径方向に作用する径方向荷重を推定する。また、前記センサユニット対における2つのセンサユニットのセンサ出力信号の和を基に、軸方向荷重推定手段で、車輪用軸受の軸方向に作用する軸方向荷重を推定する。そして、少なくとも1対のセンサユニット対の2つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部に配置する。このセンサユニット対のセンサの出力信号振幅を基に、軸方向荷重方向判別手段で、前記軸方向荷重の方向を判別する。この場合の荷重推定処理の概略を図17にブロック図で示す。 In this configuration, based on the difference between the sensor output signals of the two sensor units in the sensor unit pair, the radial load estimating means estimates the radial load acting in the radial direction of the wheel bearing. Further, based on the sum of the sensor output signals of the two sensor units in the sensor unit pair, the axial load acting means estimates the axial load acting in the axial direction of the wheel bearing. Then, the two sensor units of at least one pair of sensor units are arranged on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that is in the vertical position with respect to the tire ground contact surface. Based on the output signal amplitude of the sensor of the sensor unit pair, the axial load direction determining means determines the direction of the axial load. An outline of the load estimation process in this case is shown in a block diagram in FIG.
前記センサユニットにおける歪み発生部材の接触固定部を、車輪用軸受における固定側部材の転走面付近に配置すると、車輪の回転に伴ってセンサ出力信号に図18のような正弦波に近い変動が見られる。これは、転動体の通過による歪みの変化が検出されたものである。上記構成では、上下に配置した2つのセンサユニットのセンサ出力信号における振幅値(転動体の公転運動に伴う振動成分)の差分により、軸方向荷重を判別し、軸方向荷重の正負に応じて、それぞれに適した荷重推定パラメータを用いて荷重を演算するので、荷重を感度良く推定できる。 When the contact fixing portion of the strain generating member in the sensor unit is disposed in the vicinity of the rolling surface of the fixed member in the wheel bearing, the sensor output signal is fluctuated close to a sine wave as shown in FIG. 18 as the wheel rotates. It can be seen. This is a change in distortion due to the passage of rolling elements. In the above configuration, the axial load is determined based on the difference between the amplitude values (vibration components accompanying the revolution motion of the rolling elements) in the sensor output signals of the two sensor units arranged above and below, and depending on whether the axial load is positive or negative, Since the load is calculated using load estimation parameters suitable for each, the load can be estimated with high sensitivity.
しかし、特許文献2の構成の場合、最適な荷重推定パラメータを選択するために、センサ出力信号の振幅値を算出する必要があり、振幅値を算出できない場合に対応できない。すなわち、回転が静止している状態、あるいは極低速回転状態においては、転動体荷重による信号変化がないか、または非常にゆっくりとした変化しかない状態となる。この場合には、センサ出力信号の変動から振幅の大きさを求めることはできない。
However, in the case of the configuration of
一方、転動体荷重によるセンサ出力信号の振幅値を静止状態においても検出する手段として、転動体荷重の影響を観測するのに十分な領域(転動体の配置ピッチに相当する周方向長さ)に複数のセンサを配置して、歪みの分布を直接測定する手段もある。しかしながら、この場合、センサ個数が増加し、検出回路が複雑化するため、コストアップと信頼性確保が新たな課題となる。 On the other hand, as a means for detecting the amplitude value of the sensor output signal due to the rolling element load even in a stationary state, in a region sufficient to observe the influence of the rolling element load (the circumferential length corresponding to the arrangement pitch of the rolling elements) There is also a means for directly measuring the strain distribution by arranging a plurality of sensors. However, in this case, the number of sensors increases, and the detection circuit becomes complicated, so that cost increases and reliability are new issues.
そこで、本発明者等は、センサ付車輪用軸受におけるさらに新たな荷重推定手段として、図19にブロック図で示す構成のものを開発した。この構成では、荷重推定演算式として、変数としてセンサ出力信号の平均値Aのみを用いる式と、変数としてセンサ出力信号の平均値Aと振幅値Bとを用いる式とを用意し、回転速度によって荷重演算処理を切り替えるようにしている。すなわち、通常走行状態では、センサ出力信号の平均値Aと振幅値Bを用いた演算式による荷重推定演算を行い、低速あるいは停止状態においては前記平均値Aだけを用いた演算式による荷重推定演算を行う。この構成の場合、回転速度の判定に、回転速度情報を用いる。 Accordingly, the present inventors have developed a new load estimating means in the sensor-equipped wheel bearing having the configuration shown in the block diagram of FIG. In this configuration, as the load estimation calculation formula, there are prepared a formula using only the average value A of the sensor output signal as a variable, and a formula using the average value A and the amplitude value B of the sensor output signal as variables. The load calculation process is switched. That is, in the normal running state, the load estimation calculation is performed by an arithmetic expression using the average value A and the amplitude value B of the sensor output signal, and the load estimation calculation by the arithmetic expression using only the average value A is performed at a low speed or in a stop state. I do. In the case of this configuration, rotation speed information is used to determine the rotation speed.
しかし、この構成では、回転速度情報を用いるので、別途回転センサを設けるか、上位のECUなどから回転速度情報を受け取る必要があり、センサや配線が増加してしまうという新たな課題が生じる。 However, since this configuration uses rotational speed information, it is necessary to provide a separate rotational sensor or receive rotational speed information from a host ECU or the like, which causes a new problem that the number of sensors and wiring increases.
この発明の目的は、追加のセンサ等を設けることなく、簡単な構造で、車速に応じた計算方法の切り替えを実現できて、車輪に加わる荷重の推定精度を向上させることができ、センサや配線の設置スペースを削減してコンパクト化でき、また構成の単純化により信頼性を向上させることができるセンサ付車輪用軸受を提供することである。 The object of the present invention is to provide a simple structure and switch the calculation method according to the vehicle speed without providing an additional sensor or the like, improve the estimation accuracy of the load applied to the wheel, It is intended to provide a sensor-equipped wheel bearing that can be reduced in size by reducing the installation space, and that can improve reliability by simplifying the configuration.
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材1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2と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体5とを備え、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、上記外方部材1および内方部材2のうちの固定側部材に複数の荷重検出用センサユニット20を設け、前記センサユニット20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21aを有する歪み発生部材21、およびこの歪み発生部材21に取付けられてこの歪み発生部材21の歪みを検出する1つ以上のセンサ22,22A,22Bを有し、これら複数のセンサユニット20のセンサ22,22A,22B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30を設けたセンサ付車輪用軸受であって、
前記荷重推定手段30は、前記各センサユニット20における各センサ22の出力信号の一定時間内におけるバラつき量を示す値の総和を算出し、その算出値を評価値として車輪の回転速度が、定められた複数の回転速度領域のいずれに含まれるかを判別する回転速度領域判別部32と、前記各センサユニット20のセンサ22の出力信号を定められた推定演算式に当てはめて車輪用軸受に作用する荷重を演算する荷重推定演算部34と、前記回転速度領域判別部32で判別された回転速度領域に応じて、前記荷重推定演算部35で用いられる推定演算式中のパラメータを切り替える荷重条件判断部34とを備えることを特徴とする。上記「バラつき量を示す値の総和」は、具体的には、例えば各入力データの標準偏差を合計したものである。
The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an
The load estimating means 30 calculates the sum of values indicating the amount of variation within a predetermined time of the output signal of each
この構成によると、荷重推定手段30において、各センサユニット20のセンサ出力信号のバラつき量を示す値の総和を算出し、その算出値を評価値として回転速度領域判別32部で車輪の回転速度領域を判別する。判別された回転速度領域に応じて前記荷重推定演算部35で用いられる推定演算式のパラメータを荷重条件判断部34で切り替える。そのため、車輪の回転速度を検出することなく、センサユニット20のセンサ出力信号から、車輪の回転速度領域に応じた演算処理に切り替えて、車輪に加わる荷重を信頼性良く推定することができる。このため、追加のセンサ等を設けることなく、簡単な構造で、車速に応じた計算方法の切り替えを実現できて、車輪に加わる荷重の推定精度を向上させることができる。また、センサや配線の設置スペースを削減してコンパクト化でき、構成の単純化により信頼性を向上させることができる。
According to this configuration, the load estimating means 30 calculates the sum of the values indicating the amount of variation in the sensor output signal of each
この発明において、前記回転速度領域判別部32は、前記評価値を定められた1つのしきい値と比較して、車輪が、定められた通常の回転速度領域にあるか低速の回転速度領域にあるかを判別するものとしても良い。回転速度領域を2つの領域とするため、車速に応じた計算方法の切り替えが、より簡素な構造で実現できる。
In the present invention, the rotational speed region
また、この発明において、前記回転速度領域判別部32は、前記評価値を定められた2つ以上のしきい値と比較して、車輪が、定められた3つ以上の回転速度領域のうちいずれの回転速度領域にあるかを判別するものとしても良い。3つ以上の回転速度領域に分けて推定演算式中のパラメータを切り替えることにより、推定精度により優れた荷重の推定を行うことができる。
In the present invention, the rotational speed region
この発明において、前記荷重条件判断部34は、前記回転速度領域判別部32が最低の低速の回転速度領域であると判別したとき、一定時間の経過後に、前記荷重推定演算部で用いられる推定演算式のパラメータを、定められた規定のパラメータに切り替えるものとしても良い。いわば、最低の低速の回転速度領域であると判別された後の一定時間の経過後に、推定演算式のパラメータを初期値にリセットする。特に、回転速度領域判別部32で軸方向荷重に応じた処理を行う場合に効果的である。ほぼ停止状態の低速であると、軸方向荷重の変化等に応じたパラメータの切り替えができない場合があるが、推定演算式のパラメータを初期値にリセットすることで、低速での荷重推定精度を向上させることができる。
In the present invention, the load
この発明において、前記センサユニット20を3つ以上設け、前記荷重推定手段30は、前記3つ以上のセンサユニット20のセンサの出力信号から、車輪用軸受の径方向に作用する上下方向および左右方向の2つの径方向荷重と、軸方向に作用する一つの軸方向荷重との3方向の荷重を推定するものとしても良い。
In the present invention, three or
この発明において、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つ等配しても良い。このように4つのセンサユニット20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、より精度良く推定することができる。
In the present invention, the sensor unit is arranged at 90 degrees in the circumferential direction on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that is in the vertical position and the horizontal position with respect to the tire ground contact surface. Four of them may be equally arranged with a phase difference. By arranging the four
このように4つのセンサユニット20を配置した場合に、前記荷重推定演算部35は、前記推定演算式を複数有し、かつこれら複数の推定演算式を選択命令によって選択する方向対応命令部35aを有し、前記荷重推定手段30は、上下位置に対向して配置される2つのセンサユニット20のセンサの出力信号の振幅値の差分を用いて、軸方向荷重の方向を判別する方向判別部33を有し、前記荷重条件判断部32は、前記荷重推定演算部35で用いられる推定演算式の前記パラメータの切り替えを行うパラメータ切替部34aと、前記方向判別部33の判別結果に対応して前記荷重推定演算部35の前記方向対応命令部35aに前記選択命令を与える方向対応命令部24bとを有するものとしても良い。この構成により、車輪用軸受に作用する軸方向荷重の方向に応じた精度のより優れた荷重推定を行うことができる。
When the four
この発明において、前記荷重推定手段30は前記各センサユニットにおける各センサの出力信号の一定時間内の平均値と振幅値を算出する前処理部31を有し、前記荷重推定演算部35の推定演算式は、前記平均値のみ、または振幅値のみ、または前記平均値と振幅値の両方の、いずれかを用いて荷重を演算処理するものとしても良い。
この場合に、回転速度領域判別部32で判別する回転速度領域が低速領域であるときには、荷重推定演算部35での推定演算式として平均値を用いたものを採用し、回転速度領域が通常の速度領域である場合には、推定演算式として振幅値を用いたもの、あるいは平均値と振幅値を用いたものを採用するのが望ましい。
In the present invention, the load estimation means 30 has a
In this case, when the rotation speed region determined by the rotation speed
この発明において、前記センサユニット20は3つ以上の接触固定部21aと2つのセンサ22を有し、隣り合う第1および第2の接触固定部21aの間、および隣り合う第2および第3の接触固定部21aの間に各センサ22をそれぞれ取付け、隣り合う接触固定部21aもしくは隣り合うセンサ22の前記固定側部材の円周方向についての間隔を、転動体5の配列ピッチの{1/2+n(n:整数)}倍とし、前記荷重推定手段30は前記2つのセンサ22の出力信号の和を平均値として用いるものとしても良い。
この構成の場合、2つのセンサ22の出力信号は略180度の位相差を有することになり、その平均値は転動体通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、振幅値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より確実に排除した正確なものとなる。
In the present invention, the
In the case of this configuration, the output signals of the two
この発明において、前記各センサユニット22に温度センサを設け、この温度センサ36の出力信号に基づき、センサユニット22のセンサ出力信号を補正するものとしても良い。この構成の場合、センサユニット22のセンサ出力信号の温度ドリフトを補正することができ、より一層精度良く、荷重の推定が手行える。
In the present invention, a temperature sensor may be provided in each
この発明のセンサ付車輪用軸受は、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、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、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に複数の荷重検出用センサユニットを設け、前記センサユニットは、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つ以上のセンサを有し、これら複数のセンサユニットの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設けたセンサ付車輪用軸受であって、前記荷重推定手段は、前記各センサユニットにおける各センサの出力信号の一定時間内におけるバラつき量を示す値の総和を算出し、その算出値を評価値として車輪の回転速度が、定められた複数の回転速度領域のいずれに含まれるかを判別する回転速度領域判別部と、前記各センサユニットのセンサの出力信号を定められた推定演算式に当てはめて車輪用軸受に作用する荷重を演算する荷重推定演算部と、前記回転速度領域判別部で判別された回転速度領域に応じて、前記荷重推定演算部で用いられる推定演算式中のパラメータを切り替える荷重条件判断部とを備えるため、追加のセンサ等を設けることなく、簡単な構造で、車速に応じた計算方法の切り替えを実現できて、車輪に加わる荷重の推定精度を向上させることができ、センサや配線の設置スペースを削減してコンパクト化でき、また構成の単純化により信頼性を向上させることができる。 The sensor-equipped wheel bearing according to the present invention includes an outer member having a double-row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface opposed to the rolling surface formed on the outer periphery, A wheel bearing comprising a double row rolling element interposed between opposing rolling surfaces of the member and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body, wherein the fixed side member of the outer member and the inner member A plurality of load detecting sensor units, and the sensor unit is provided with a strain generating member having two or more contact fixing parts fixed in contact with the fixed side member, and attached to the strain generating member. A sensor-equipped wheel bearing having one or more sensors for detecting strain of a strain generating member and provided with load estimation means for estimating a load applied to the wheel from the output signals of the sensors of the plurality of sensor units, The load estimating means includes The sum of the values indicating the amount of variation within a certain time of the output signal of each sensor in the unit is calculated, and the rotation speed of the wheel is included in any of a plurality of defined rotation speed areas using the calculated value as an evaluation value. A rotational speed region discriminating unit for determining whether or not, a load estimation calculating unit for calculating a load acting on a wheel bearing by applying an output signal of a sensor of each sensor unit to a predetermined estimation arithmetic expression, and the rotational speed region A load condition determination unit that switches parameters in the estimation calculation formula used in the load estimation calculation unit in accordance with the rotation speed region determined by the determination unit, and has a simple structure without providing an additional sensor or the like. Therefore, the calculation method can be switched according to the vehicle speed, the estimation accuracy of the load applied to the wheel can be improved, and the installation space for sensors and wiring can be reduced. Compact can of, also it is possible to improve the reliability by simplifying the configuration.
この発明の一実施形態を図1ないし図10と共に説明する。この実施形態は、第3世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This embodiment is a third generation inner ring rotating type and is applied to a wheel bearing for driving wheel support. In this specification, the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図1に断面図で示すように、内周に複列の転走面3を形成した外方部材1と、これら各転走面3に対向する転走面4を外周に形成した内方部材2と、これら外方部材1および内方部材2の転走面3,4間に介在した複列の転動体5とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体5はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。上記転走面3,4は断面円弧状であり、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材1と内方部材2との間の軸受空間の両端は、一対のシール7,8によってそれぞれ密封されている。
As shown in the sectional view of FIG. 1, the bearing for this sensor-equipped wheel bearing includes an
外方部材1は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置(図示せず)におけるナックル16に取付ける車体取付用フランジ1aを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ1aには周方向複数箇所にナックル取付用のねじ孔14が設けられ、インボード側よりナックル16のボルト挿通孔17に挿通したナックルボルト(図示せず)を前記ねじ孔14に螺合することにより、車体取付用フランジ1aがナックル16に取付けられる。
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。
The
The
図2は、この車輪用軸受の外方部材1をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図1は、図2におけるI−I矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ1aは、図2のように、各ねじ孔14が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片1aaとされている。
FIG. 2 shows a front view of the
固定側部材である外方部材1の外径面には、4つのセンサユニット20が設けられている。ここでは、これらのセンサユニット20が、タイヤ接地面に対して上下位置および前後位置となる外方部材1の外径面における上面部、下面部、右面部および左面部に設けられている。
Four
これらのセンサユニット20は、図3および図4に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出する2つの歪みセンサ22A,22Bとでなる。歪み発生部材21は、鋼材等の弾性変形可能な金属製で2mm以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で両側辺部に切欠き部21bを有する。切欠き部21bの隅部は断面円弧状とされている。また、歪み発生部材21は、外方部材1の外径面にスペーサ23を介して接触固定される3つの接触固定部21aを有する。3つの接触固定部21aは、歪み発生部材21の長手方向に向け1列に並べて配置される。2つの歪みセンサ22A,22Bは、歪み発生部材21における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。具体的には、歪み発生部材21の外面側で隣り合う接触固定部21aの間に配置される。つまり、図4において、左端の接触固定部21aと中央の接触固定部21aとの間に1つの歪みセンサ22Aが配置され、中央の接触固定部21aと右端の接触固定部21aとの間に他の1つの歪みセンサ22Bが配置される。切欠き部21bは、図3のように、歪み発生部材21の両側辺部における前記歪みセンサ22の配置部に対応する2箇所の位置にそれぞれ形成されている。これにより、歪みセンサ22A,22Bは歪み発生部材21の切欠き部21b周辺における長手方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材21は、固定側部材である外方部材1に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材1の変形がセンサユニット20に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。
These
前記センサユニット20は、その歪み発生部材21の3つの接触固定部21aが、外方部材1の軸方向について同じ位置で、かつ各接触固定部21aが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部21aがそれぞれスペーサ23を介してボルト24により外方部材1の外径面に固定される。前記各ボルト24は、それぞれ接触固定部21aに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔25からスペーサ23のボルト挿通孔26に挿通し、外方部材1の外周部に設けられたねじ孔27に螺合させる。このように、スペーサ23を介して外方部材1の外径面に接触固定部21aを固定することにより、薄板状である歪み発生部材21における切欠き部21bを有する各部位が外方部材1の外径面から離れた状態となり、切欠き部21bの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部21aが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材1のアウトボード側列の転走面3の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面3の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面3の中間位置からアウトボード側列の転走面3の形成部までの範囲である。外方部材1の外径面へセンサユニット20A,20Bを安定良く固定する上で、外方部材1の外径面における前記スペーサ23が接触固定される箇所には平坦部1bが形成される。
In the
このほか、図5に断面図で示すように、外方部材1の外径面における前記歪み発生部材21の3つの接触固定部21aが固定される3箇所の各中間部に溝1cを設けることで、前記スペーサ23を省略し、歪み発生部材21における切欠き部21bが位置する各部位を外方部材1の外径面から離すようにしても良い。
In addition, as shown in a cross-sectional view in FIG. 5,
歪みセンサ22としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ22A,22Bを金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材21に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ22A,22Bを歪み発生部材21上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。
センサユニット20の歪みセンサ22A,22Bは、図1に示すように、そ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30に接続される。ここでは、車輪の軸方向に作用する軸方向荷重Fy と、垂直方向に作用する垂直方向荷重Fz と、駆動力や制動力となる前後方向に作用する荷重Fx が推定される。この荷重推定手段30は、図7にブロック図で示すように、前処理部31と、回転速度領域判別部32と、Fy 方向判別部33と、荷重演算条件判断部34と、荷重推定演算部35とを有する。
As shown in FIG. 1, the
荷重推定手段30の各部の構成の説明の前に、その全体の作用の概要を説明する。
まず、外方部材1上の複数の位置に設置した各センサ22の出力信号から、回転に伴って通過する転動体5による変動成分の大きさを演算によってそれぞれ抽出する。
上記の演算処理では、一定時間(T)内のセンサ信号のばらつきを示す値σiとして、標準偏差を求める。このほかに、平均値まわりの二乗平均値や分散値を用いてもよく、これらの値は、一定時間(T)内のデータで転動体5による変動成分の振幅を示す数値として用いることができる。
上記Tの値は、センサ22に要求される応答時間を考慮して設定される。
求められた各センサ信号のばらつき値σi をすべてのセンサ信号について合計して評価値Eとする。
E=Σσi
センサ22は外方部材1の上下左右に配置されており、車輪が回転すると転動体5による変動成分がいずれかのセンサ信号に重畳することになる。
したがって、適当なしきい値Vth を設定することにより、以下のような判断が可能になる。
E>しきい値Vth :回転状態で振幅演算処理が可能→通常走行状態の計算処理を実行。 E<しきい値Vth :ほぼ静止状態で振幅演算処理は不可能→振幅を使用しない計算処理を実行。
この方法では回転速度を検出する必要がなく、歪みセンサ22の信号状態からの演算処理だけで荷重推定の計算方法の切り替えを実現することができる。
Before describing the configuration of each part of the load estimating means 30, an overview of the overall operation will be described.
First, from the output signals of the
In the above arithmetic processing, the standard deviation is obtained as the value σi indicating the variation of the sensor signal within a certain time (T). In addition to this, a mean square value or a variance value around the average value may be used, and these values can be used as numerical values indicating the amplitude of the fluctuation component by the rolling
The value of T is set in consideration of the response time required for the
The obtained variation value σi of each sensor signal is summed up for all sensor signals to obtain an evaluation value E.
E = Σσi
The
Therefore, by setting an appropriate threshold value Vth, the following determination can be made.
E> threshold value Vth: Amplitude calculation processing is possible in the rotation state → The normal running state calculation processing is executed. E <threshold value Vth: Amplitude calculation processing is impossible in a substantially stationary state → Calculation processing without using amplitude is executed.
In this method, it is not necessary to detect the rotational speed, and the load estimation calculation method can be switched only by the arithmetic processing from the signal state of the
次に、荷重推定手段30を構成する各部の詳細を説明する。
前処理部31では、センサユニット20における2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号の和Sumを算出すると共に、予め設定された時間Tにおける各センサ出力信号の平均値Aおよび振幅値Bを算出する。振幅値Bとして、ここでは設定された時間T内のセンサ出力信号のばらつきを示す値であるばらつき値σi(σiは標準偏差あるいは平均値まわりの二乗平均値や分散値)が求められる。前処理31において各センサ出力信号の平均値Aおよび振幅値Bを算出するのに定められた時間Tの大きさは、要求される応答時間を考慮して、設計者等により任意に適切に設定される。
上記バラつき値σiとしては、標準偏差を用いるのが望ましい。
車輪の回転速度が高く、演算のために設定された一定時間(T)が、転動体の通過によるセンサ信号の変動分の少なくとも1周期以上を観測できる時間になっていれば、演算によって得られる標準偏差は、転動体の通過による振幅成分と等価なものとなる。その結果、この値を振幅値Bとして荷重の推定演算に用いることができる。一方、車輪の回転速度が低い場合には、時間T内における転動体通過によるセンサの変動成分が観測されなくなり、振幅値に比例した数値ではなくなる。この場合、得られた標準偏差を振幅値Bとして用いることができなくなる。このときの標準偏差は、先の十分な回転速度の場合と比較して小さな値となる。
軸受の数箇所に設置された歪みセンサは、印加荷重の状態によってそれぞれ異なった信号を出力するため、転動体の通過による振幅成分は全ての信号に同じように重畳するわけではないが、各センサ信号のばらつき値σi をすべてのセンサ信号について合計した評価値Eは、回転数が低くなると小さな値を示すようになる。
Next, the detail of each part which comprises the load estimation means 30 is demonstrated.
The preprocessing
A standard deviation is preferably used as the variation value σi.
If the rotation speed of the wheel is high and the fixed time (T) set for calculation is a time at which at least one cycle of the fluctuation of the sensor signal due to the passing of the rolling element can be observed, it can be obtained by calculation. The standard deviation is equivalent to the amplitude component due to the passage of the rolling elements. As a result, this value can be used as the amplitude value B for the load estimation calculation. On the other hand, when the rotational speed of the wheel is low, the fluctuation component of the sensor due to the passage of the rolling element within the time T is not observed, and the numerical value is not proportional to the amplitude value. In this case, the obtained standard deviation cannot be used as the amplitude value B. The standard deviation at this time is a small value compared with the case of the sufficient rotational speed.
The strain sensors installed at several locations of the bearing output different signals depending on the state of the applied load, so the amplitude component due to the passing of the rolling elements is not superimposed on all signals in the same way. The evaluation value E obtained by summing the signal variation values σi for all sensor signals shows a small value as the rotational speed decreases.
センサユニット20は、外方部材1のアウトボード側列の転走面3の周辺となる軸方向位置に設けられるので、歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは、図6のようにセンサユニット20の設置部の近傍を通過する転動体5の影響を受ける。また、軸受の停止時においても、歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは、転動体5の位置の影響を受ける。すなわち、転動体5がセンサユニット20における歪みセンサ22A,22Bに最も近い位置を通過するとき(または、その位置に転動体5があるとき)、歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bの振幅は最大値となり、図6(A),(B)のように転動体5がその位置から遠ざかるにつれて(または、その位置から離れた位置に転動体5があるとき)低下する。軸受回転時には、転動体5は所定の配列ピッチPで前記センサユニット20の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは、その振幅が転動体5の配列ピッチPを周期として図6(C)に実線で示すように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。
Since the
図6では、固定側部材である外方部材1の外径面の円周方向に並ぶ3つの接触固定部21aのうち、その配列の両端に位置する2つの接触固定部21aの間隔を、転動体5の配列ピッチPと同一に設定している。この場合、隣り合う接触固定部21aの中間位置にそれぞれ配置される2つの歪みセンサ22A,22Bの間での前記円周方向の間隔は、転動体5の配列ピッチPの略1/2となる。その結果、2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bは略180度の位相差を有することになり、上記した前処理部31で算出する2つの歪みセンサ22A,22Bの出力信号a,bの振幅の和Sumは、転動体5の通過による変動成分をキャンセルしたものとなる。
In FIG. 6, among the three
なお、図6では,接触固定部21aの間隔を、転動体5の配列ピッチPと同一に設定し、隣り合う接触固定部21aの中間位置に各1つの歪みセンサ22A,22Bをそれぞれ配置することで、2つの歪みセンサ22A,22Bの間での前記円周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチPの略1/2となるようにした。これとは別に、直接、2つの歪みセンサ22A,22Bの間で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に設定しても良い。
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Sum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る。
In FIG. 6, the interval between the
In this case, the circumferential interval between the two
回転速度領域判別部32では、前処理部31で算出された各センサ出力信号のばらつき値σiの総和E=Σσiを評価値として車輪の回転速度の領域を判別する。ここでは、前記評価値Eを予め定められたしきい値Vth(任意に適切な値に設定されるものとする)と比較して、車輪が通常の回転速度領域にあるか低速の回転速度領域にあるかを判別する。このときの回転速度領域判定部32の判定出力Rは2値(0:E<Vth、1:E>Vth)で表され、回転速度が振幅値を求めるのに十分であるかどうかの判断材料とされる。
The rotational speed
Fy 方向判別部33では、以下のようにして軸方向荷重Fy の方向を判別する。上記したように、車輪用軸受の回転中には、センサユニット20のセンサ出力信号の振幅には、正弦波に近い周期的な変化が生じるが、その振幅値は軸方向荷重(モーメント力)Fy の大きさによって変化する。図9(A)は外方部材1の外径面の上面部に配置されたセンサユニット20のセンサ出力を示し、図9(B)は外方部材1の外径面の下面部に配置されたセンサユニット20のセンサ出力を示している。これらの図において、横軸は軸方向荷重Fy を表し、縦軸は外方部材1の歪み量つまりセンサ出力信号の振幅を表し、最大値および最小値は振幅の最大値および最小値を表す。これらの図から、軸方向荷重Fy が+方向の場合、個々の転動体5の荷重は外方部材1の外径面上面部で小さくなり(つまり振幅の最大値と最小値の差が小さくなる)、外方部材1の外径面下面部で大きくなる(つまり振幅の最大値と最小値の差が大きくなる)ことが分かる。これに対して、軸方向荷重Fy が−方向の場合には逆に、個々の転動体5の荷重は外方部材1の外径面上面部で大きくなり、外方部材1の外径面下面部で小さくなることが分かる。図10は、これら上下のセンサユニット20のセンサ出力信号の振幅の差分と軸方向荷重Fy の方向の関係をグラフで示している。
The Fy
そこで、Fy 方向判別部33では、外方部材1の外径面上面部および外径面下面部に配置されたセンサユニット20のセンサ出力信号の振幅の上記差分を求め、これらの値を比較することで、軸方向荷重Fy の方向を判別する。すなわち、外方部材1の外径面上面部の振幅の最大値と最小値の差分が小さく、外方部材の外径面下面部のセンサユニット20のセンサ出力信号の振幅の最大値と最小値の差分が大きいとき、Fy 方向判別部33では、軸方向荷重Fy の方向が+方向であると判別する。逆に、外方部材1の外径面上面部のセンサユニット20のセンサ出力信号の振幅の最大値と最小値の差分が大きく、外方部材1の外径面下面部のセンサユニット20のセンサ出力信号の振幅の最大値と最小値の差分が小さいとき、Fy 方向判別部33では、軸方向荷重Fy の方向が−方向であると判別する。
Therefore, the Fy
荷重推定演算部35では、各センサユニット20のセンサ出力信号を定められた推定演算式に当てはめて、車輪用軸受に作用する各荷重Fz ,Fx ,Fy を演算・推定する。ここでは、その演算に2種類の推定演算式が用いられる。一種類の推定演算式F1は、
F1=M1(c)×[Sum]………(1)
とされ、他の一種類の推定演算式F2は、
F2=M2(c)×[A]+M3(c)×[B]………(2)
とされる。M1(c),M2(c),M3(c)は推定演算式のパラメータであり、演算・推定する各荷重Fz ,Fx ,Fy ごとに異なる。すなわち、推定演算式F1は、前処理部31で算出される和値Sumを変数とし、これにパラメータM1(c)を乗算したものである。和値Sumは車輪の低速状態でも正確に算出できるので、この推定演算式F1は低速時用として用いられる。推定演算式F2は、前処理部31で算出された平均値Aおよび振幅値Bを変数とし、これらにパラメータM2(c),(M3(c)をそれぞれ乗算したものである。平均値Aおよび振幅値Bは、車輪の通常回転状態で正確に算出できるので、この推定演算式F2は通常回転時用として用いられる。
荷重推定演算部35は、上記複数の推定演算式F1,F2を選択命令によって選択する方向対応命令部35aを有している。
The load
F1 = M1 (c) × [Sum] (1)
The other one type of estimation formula F2 is
F2 = M2 (c) × [A] + M3 (c) × [B] (2)
It is said. M1 (c), M2 (c), and M3 (c) are parameters of the estimation calculation formula, and are different for each load Fz, Fx, and Fy to be calculated and estimated. That is, the estimation formula F1 is obtained by multiplying the sum value Sum calculated by the preprocessing
The load
荷重演算条件判断部34は、パラメータ切替部34aと方向対応命令部34bとを有する。パラメータ切替部34aは、回転速度領域判別部32の出力RとFy 方向判定部33の出力sign(Fy )に応じて、荷重推定演算部35における推定演算式F1,F2の各パラメータM1(c),M2(c),M3(c)を切り替え指定する信号Cを生成する機能を持つ。これにより、回転速度領域判別部32の出力RとFy 方向判定部33の出力sign(Fy )に応じて、荷重推定演算部35における推定演算式F1,F2の各パラメータM1(c),M2(c),M3(c)が最適な値に切り替えられる。
方向対応命令部34bは、回転速度領域判別部32の出力Rに応じて、荷重推定演算部35における低速時用の推定演算式F1と通常回転時用の推定演算式F2のうちいずれの出力を使用するかを判別する信号FSW(0:低速時用(R=0)、1:通常回転時用(R=1))を生成する機能を持つ。この判別信号FSWは、荷重推定演算部35の方向対応命令部35aに選択命令として入力され、これにより、荷重推定演算部35は、回転速度領域判別部32の出力Rに応じて、回転速度領域に対応した推定演算式の出力を荷重値として選択する。
The load calculation
The direction corresponding
図8(A)〜(E)には、走行状態に応じた荷重推定手段30の具体的な動作の一例を各波形図として示している。これらの波形図は、横軸を時間tとし、縦軸に車輪回転速度v,評価値E,回転速度領域判別出力R,Fy 方向判別出力sign(Fy ),およびパラメータ切り替え指定信号Cの状態を示すものであって、静止状態から走行を開始して再び静止するまでを示している。同図におけるパラメータ切り替え指定信号Cの状態表記は、以下のような状態を示すものとする。
C[1]:(R=0,FSW=0,sign(−)):低速状態で、Fy <0の状態用のパラメータを使用。
C[2]:(R=1,FSW=1,sign(−):通常回転状態で、Fy <0の状態用のパラメータを使用。
C[3]:(R=1,FSW=1,sign(+):通常回転状態で、Fy >0の状態用のパラメータを使用。
C[4]:(R=0,FSW=1,sign(+):低速状態で、Fy >0の状態用のパラメータを使用。
FIGS. 8A to 8E show examples of specific operations of the load estimating means 30 in accordance with the traveling state as waveform diagrams. In these waveform diagrams, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the wheel rotation speed v, the evaluation value E, the rotation speed region determination output R, the Fy direction determination output sign (Fy), and the parameter switching designation signal C. It shows, and it shows from a stationary state until it starts driving | running | working and it stops again. The state notation of the parameter switching designation signal C in the figure shows the following state.
C [1]: (R = 0, FSW = 0, sign (−)): The parameter for the state of Fy <0 is used in the low speed state.
C [2]: (R = 1, FSW = 1, sign (−): The parameters for the state of Fy <0 in the normal rotation state are used.
C [3]: (R = 1, FSW = 1, sign (+): The parameters for the state of Fy> 0 in the normal rotation state are used.
C [4]: (R = 0, FSW = 1, sign (+): Use parameters for the state of Fy> 0 in the low speed state.
すなわち、図8の動作例では、以下の判断処理を行っている。
R=1のとき、回転状態で振幅演算処理が可能と判断し、通常走行状態の演算処理を実行(パラメータはFy 方向により切り替え、各センサ出力信号の移動平均値Aと振幅値Bを用いて荷重推定する)。
R=0のとき、ほぼ静止状態で振幅演算処理は不可能と判断し、振幅を使用しないで、和値Sumだけを用いた低速時用の演算処理を実行(パラメータは、上下位置のセンサユニット20のセンサ出力信号の振幅差分によるFy 方向判別ができないため固定値とし、各センサ出力信号の移動平均値Aと振幅値Bを使用できないため、和値Sumを用いて荷重推定する)。
That is, the following determination process is performed in the operation example of FIG.
When R = 1, it is determined that amplitude calculation processing is possible in the rotation state, and calculation processing in the normal running state is executed (parameters are switched according to the Fy direction, using the moving average value A and amplitude value B of each sensor output signal) Load estimation).
When R = 0, it is determined that the amplitude calculation process is almost impossible in the stationary state, and the calculation process for low speed using only the sum value Sum is executed without using the amplitude (the parameter is the sensor unit at the vertical position) 20) Since the Fy direction cannot be determined based on the amplitude difference of the 20 sensor output signals, a fixed value is used. Since the moving average value A and the amplitude value B of each sensor output signal cannot be used, the load is estimated using the sum value Sum).
図8でR=0となった後は、振幅値を求めるのに十分な回転速度がない状態であるため、Fy 方向判別部33の出力sign(Fy )は更新できない状態となり、最後の値が保持されることになる。しかし、同図の一部Qに示したように、ある一定時間t1経過後にFy 方向判別部33の出力sign(Fy )を初期値にリセットするような構成としても良い。すなわち、Fy 方向判別が不可能になってから、ある一定時間t1までは直前の方向判別値を維持するが、その後は予め決められた初期状態に戻るように処理しても良い。これにより、低速状態が継続した場合には、常に同じパラメータ(この例ではC[1])に戻ることになる。そのため、この条件で出現確率の高いパラメータに戻るように設定しておけば、低速での荷重推定精度を安定させることが可能になる。一定時間t1は、任意に定められる。
After R = 0 in FIG. 8, since there is not a sufficient rotational speed for obtaining the amplitude value, the output sign (Fy) of the Fy
このほか、上記した判別条件に加えて、検出された軸方向荷重Fy の大きさに応じて、より細かく推定演算式F1、F2のパラメータの切り替えを行っても良い。細かな条件分けにより、センサ出力信号の非線形性による影響を低減し、より荷重推定精度を向上させることができる。また、回転速度領域判定部32の出力Rを0/1の2値ではなく、複数のしきい値を用いて多値となるように構成しても良い。低速回転時におけるパラメータをより細かく条件分けし、走行状態に適した演算処理を行うことで、荷重推定精度を向上させることができる。
In addition to the above-described determination conditions, the parameters of the estimation calculation expressions F1 and F2 may be switched more finely according to the detected magnitude of the axial load Fy. By finely dividing the conditions, the influence due to the nonlinearity of the sensor output signal can be reduced, and the load estimation accuracy can be further improved. Further, the output R of the rotation speed
また、出力される推定荷重の種類は、上記した3方向の荷重Fx ,Fy ,Fz に限定するものではなく、荷重推定演算部35における推定演算式F1,F2のパラメータを追加して、ステアモーメントMz や、X軸回りのモーメントMX を演算するように構成することもできる。
The type of estimated load to be output is not limited to the above-described three-direction loads Fx, Fy, and Fz, but the parameters of the estimation calculation formulas F1 and F2 in the load
さらに、図3のようにセンサユニット20に温度センサ36を取付け、この温度センサ36の検出信号により、各センサ出力信号を補正するようにしても良い。軸受回転による発熱や周辺環境などにより車輪用軸受の温度が変化すると、荷重が変化しなくても、センサユニット20のセンサ出力信号は熱膨張などにより変動するので、検出された荷重に温度の影響が残る。そこで、上記したように温度センサ36の検出信号により各センサ出力信号を補正すると、温度による検出荷重誤差を低減することができる。
Further, as shown in FIG. 3, a
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材1にも荷重が印加されて変形が生じる。ここではセンサユニット20における歪み発生部材21の3つの接触固定部21aが、外方部材1に接触固定されているので、外方部材1の歪みが歪み発生部材21に拡大して伝達され易く、その歪みが歪みセンサ22A,22Bで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。
When a load acts between the tire of the wheel and the road surface, the load is also applied to the
特に、荷重推定手段30では、前記各センサユニット20のセンサ出力信号のばらつき値σiの総和Σσiを算出し、その算出値を評価値Eとして回転速度領域判別部32で車輪の回転速度領域を判別し、判別された回転速度領域に応じて前記荷重推定演算部35で用いられる推定演算式のパラメータをパラメータ切替部34aで切り替え、また荷重推定演算部35の推定演算式のうち判定された回転速度領域に応じた推定演算式の演算結果を方向対応命令部34bで選択して出力するようにしているので、センサユニット20のセンサ出力信号から、車輪の回転速度領域に応じた演算処理に切り替えて、車輪に加わる荷重を精度良く推定することができる。
In particular, the load estimating means 30 calculates the sum Σσi of the variation values σi of the sensor output signals of the
また、上記演算処理では、全センサ出力信号からばらつきを求め、それらを機械的に合計した評価値Eのみを用いて、演算方法の切り替えを判断できるため、処理が容易で処理上のオーバヘッドが発生しない。また、評価値Eを用いた演算方法の切り替え判断を、しき値Vthを用いて行うので、しき値Vthの設定によって最適な回転速度領域に区分調整が可能になる。また、回転検出用のセンサを設置したり、上位ECUなどから車輪の回転速度などの回転速度情報を入力する必要がなく、センサや配線の設置スペースを削減して構成をコンパクト化できる。構成が単純化されることから、信頼性を向上させることもできる。 Further, in the above arithmetic processing, since it is possible to determine the switching of the arithmetic method using only the evaluation value E obtained by obtaining the variation from all the sensor output signals and mechanically summing them, processing is easy and processing overhead occurs. do not do. In addition, since the determination of switching of the calculation method using the evaluation value E is performed using the threshold value Vth, it is possible to perform the divisional adjustment to the optimum rotation speed region by setting the threshold value Vth. Further, there is no need to install a sensor for detecting rotation or to input rotational speed information such as the rotational speed of a wheel from a host ECU or the like, and the configuration space can be reduced by reducing the installation space for sensors and wiring. Since the configuration is simplified, the reliability can be improved.
図11ないし図16は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図1〜図10に示す実施形態において、各センサユニット20を以下のように構成している。この場合、センサユニット20は、図14に拡大断面図に示すように、歪み発生部材21と、この歪み発生部材21に取付けられて歪み発生部材21の歪みを検出する1つの歪みセンサ22とでなる。歪み発生部材21は、外方部材1の外径面にスペーサ23を介して接触固定される2つの接触固定部21aを両端部に有する。このほか、図15に断面図で示すように、外方部材1の外径面における前記歪み発生部材21の2つの接触固定部21aが固定される2箇所の各中間部に溝1cを設けることで、前記スペーサ23を省略し、歪み発生部材21における切欠き部21bが位置する部位を外方部材1の外径面から離すようにしても良い。
11 to 16 show another embodiment of the present invention. In this sensor-equipped wheel bearing, in the embodiment shown in FIGS. 1 to 10, each
各センサユニット20には1つの歪みセンサ22が取付けられているだけなので、荷重推定手段30の前処理部31では、先の実施形態での和値Sumは算出されず、各センサ出力信号の平均値Aと振幅値B(時間T内のセンサ出力信号のばらつきを示す標準偏差σi(あるいは分散))とが求められる。また、荷重推定演算部35では一種類の推定演算式F3が用いられる。この推定演算式F3は、先の実施形態における通常回転時用の推定演算式F2と同じ形式のものである。すなわち、平均値Aと振幅値Bを変数とし、これらにパラメータM4(c),M5(c)を乗算したものである。荷重演算条件判断部34はパラメータ切替部34aを有し、Fy 方向判別部33の出力sign(Fy )および回転速度領域判別部32の出力Rに応じて、推定演算式F3のパラメータM4(c),M5(c)を切り替える。ここでは、回転速度領域判定部32の出力Rが通常回転領域であることを示すとき、パラメータ切替部34aはパラメータ切り替え指定信号Cとして、前記パラメータM4(c),M5(c)としてゼロでない所定の値に切り替える信号を生成する。すなわち、通常回転時には前記推定演算式F3は平均値Aと振幅値Bとを変数する推定演算式として用いられる。一方、回転速度領域判定部32の出力Rが低速回転領域であることを示すときには、パラメータ切替部34aはパラメータ切り替え指定信号Cとして、前記パラメータM5(c)をゼロとし、パラメータM4(c)をゼロでない所定の値に切り替える信号を生成する。すなわち、低速時には、前処理部31において振幅値Bを算出できいないので、推定演算式F3は平均値Aだけを変数とする推定演算式として用いられ、この推定演算式の演算結果が低速時の荷重値として出力される。つまり、この実施形態でのパラメータ切替部34aは、先の実施形態における方向対応命令部34bの機能を兼ねる。
なお、この低速時の演算では平均値Aだけを用いるために演算誤差が大きくなるので、低速時の演算モードになっていることを示す信号を別途出力するものとしてもよい。この信号の状態に応じて、信号を利用する制御回路などにおける処理方法を切り替えることにより、検出誤差の影響を低減することが可能になる。
Since only one
In this low speed calculation, only the average value A is used, so that a calculation error increases. Therefore, a signal indicating that the low speed calculation mode is set may be output separately. By switching the processing method in a control circuit or the like that uses the signal according to the state of the signal, it is possible to reduce the influence of the detection error.
なお、上記した各実施形態では,外方部材1が固定側部材である場合につき説明したが、この発明は、内方部材が固定側部材である車輪用軸受にも適用することができ、その場合、センサユニット20は内方部材の内周となる周面に設ける。
また、これらの実施形態では第3世代型の車輪用軸受に適用した場合につき説明したが、この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立した部品となる第1または第2世代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第4世代型の車輪用軸受にも適用することができる。また、このセンサ付車輪用軸受は、従動輪用の車輪用軸受にも適用でき、さらに各世代形式のテーパころタイプの車輪用軸受にも適用することができる。
In each of the above-described embodiments, the case where the
In these embodiments, the case where the present invention is applied to a third generation type wheel bearing has been described. However, the present invention is for a first generation or second generation type wheel in which the bearing portion and the hub are independent parts. The present invention can also be applied to a bearing or a fourth-generation type wheel bearing in which a part of the inner member is composed of an outer ring of a constant velocity joint. The sensor-equipped wheel bearing can also be applied to a wheel bearing for a driven wheel, and can also be applied to a tapered roller type wheel bearing of each generation type.
1…外方部材
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…荷重推定手段
31…前処理部
32…回転速度領域判別部
33…Fy 方向判定部
34…荷重演算条件判断部
34a…パラメータ切替部
34b…方向対応命令部
35…荷重推定演算部
35a…演算式選択部
36…温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に複数の荷重検出用センサユニットを設け、前記センサユニットは、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つ以上のセンサを有し、これら複数のセンサユニットの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設けたセンサ付車輪用軸受であって、
前記荷重推定手段は、前記各センサユニットにおける各センサの出力信号の一定時間内におけるバラつき量を示す値の総和を算出し、その算出値を評価値として車輪の回転速度が、定められた複数の回転速度領域のいずれに含まれるかを判別する回転速度領域判別部と、前記各センサユニットのセンサの出力信号を定められた推定演算式に当てはめて車輪用軸受に作用する荷重を演算する荷重推定演算部と、前記回転速度領域判別部で判別された回転速度領域に応じて、前記荷重推定演算部で用いられる推定演算式中のパラメータを切り替える荷重条件判断部とを備えることを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 An outer member having a double row rolling surface formed on the inner periphery, an inner member having a rolling surface facing the rolling surface formed on the outer periphery, and interposed between the opposing rolling surfaces of both members A double row rolling element, and a wheel bearing for rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body,
A plurality of load detection sensor units are provided on the fixed side member of the outer member and the inner member, and the sensor unit has two or more contact fixing portions fixed in contact with the fixed side member. A load that has a strain generating member and one or more sensors that are attached to the strain generating member and detect strain of the strain generating member, and that estimates a load applied to the wheel from the output signals of the sensors of the plurality of sensor units A wheel bearing with a sensor provided with an estimation means,
The load estimating means calculates a total sum of values indicating a variation amount within a predetermined time of an output signal of each sensor in each sensor unit, and using the calculated value as an evaluation value, a rotation speed of a wheel is determined by a plurality of predetermined values. A rotational speed region discriminating unit that determines which of the rotational speed regions is included, and load estimation that calculates the load acting on the wheel bearing by applying the output signal of the sensor of each sensor unit to a predetermined estimation formula A sensor comprising: a calculation unit; and a load condition determination unit that switches a parameter in the estimation calculation formula used in the load estimation calculation unit according to the rotation speed region determined by the rotation speed region determination unit. Wheel bearing.
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