JP5731314B2 - センサ付車輪用軸受 - Google Patents
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Description
前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとしたことを特徴とする。
上記の「予め導出された」とあるうちの「予め」とは、このセンサ付車輪用軸受が車両に取付けられて車両走行に使用されるよりも前の意味である。また「導出された」とは、試験によるキャリブレーションにより導き出すことの他に、シミュレーションや設計,計算等によって導き出しても良く、導出の方法は問わない。
特に、センサユニットの出力と補正係数とで荷重を推定する荷重推定手段には、このセンサ付車輪用軸受をキャリブレーション用装置に取付けて行うキャリブレーション作業等で予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されているので、車両組付け時に行うキャリブレーション作業では、取付ける車輪位置の情報を荷重推定手段に入力するか、あるいは車輪位置に対応する補正係数を選択する指令を荷重推定手段に与えるだけで、必要な補正係数を設定できる。このため、荷重推定に用いる補正係数を車両組付け時に設定するキャリブレーション作業が容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
この発明の他の構成にかかる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、この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る荷重検出用センサユニットを3つ以上設け、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、前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとし、前記荷重推定手段は前記補正係数が複数登録されていて、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段での荷重推定に使用する前記登録済み補正係数の選択指令を車両側ECUから行うものとしたことを特徴とする。
前記荷重推定手段には、車両の前後方向の軸と上下方向の軸とでなる平面座標x−zでの、前記車輪用軸受における前記各センサユニットの取付け位相ごとに定められる補正係数が予め導出されて登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ組付けた状態での前記取付け位相に対応するセンサユニットの出力と前記補正係数とを乗算して荷重を推定するものとしたことを特徴とする。
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3方向の荷重(垂直方向荷重F、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。
また、前記隣り合うセンサの出力信号の差分を振幅値として、センサユニットの出力としても良い。これらの場合に、前記隣り合うセンサの出力信号の和と差の両方をセンサユニットの出力としても良い。
車体取付用のフランジの正面形状をこのような形状とした場合、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のセンサに検出させることができる。
この構成の場合、センサユニットを保護カバーで被覆できて、外部環境によるセンサユニットの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出できる。例えば外部からの飛び石や泥水,塩水等から、センサユニットを確実に保護することができる。
この発明における他の構成にかかる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、この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る荷重検出用センサユニットを3つ以上設け、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、前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとし、前記荷重推定手段は前記補正係数が複数登録されていて、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段での荷重推定に使用する前記登録済み補正係数の選択指令を車両側ECUから行うものとしたため、荷重推定に用いる補正係数を車両組付け時に設定するキャリブレ−ション作業が容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
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。
また、図1の例で、荷重推定手段32が設けられる下位のECU50の定められた記憶領域(図示せず)には、この実施形態のセンサ付車輪用軸受を実際に車両へ取付けた後に、例えば外部からその車輪用軸受の取付け位置情報が設定される。この場合の取付け位置情報とは、図10(A),(B)に概略図として平面図および側面図で示す車両における4輪のうち、いずれの車輪位置にセンサ付車輪用軸受を取付けたかを区別する情報である。
メモリ33への補正係数Mの登録や、ECU50への取付け位置情報の設定は、例えば、ECU50に設けられた入力インタフェースにパーソナルコンピュータ等を接続し、パーソナルコンピュータ等によって行うようにしても良く、またECU50に適宜の入力処理手段(図示せず)を設けておいて、前記入力インタフェースにキーボード等の入力手段を接続して入力手段から直接に設定するようにしても良い。また、ECUの筐体にスイッチを設けても良い、また、車両取付け状態のセンサ出力から取付け位置を判別しても良い。以下の各箇所における係数や値の登録、設定も、上記と同様である。
F=ML ×S
のように出力される。
また、右車輪側に取付けられたセンサ付車輪用軸受において、推定荷重値Fは、
F=MR ×S
のように出力される。ここで、Fは3軸方向の力(Fx ,Fy ,Fz )、Sは各センサユニット20の出力(S1〜S4)であり、補正係数ML ,MR は各センサユニット20ごとに別々に導出されて登録されている。
なお、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)、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の平均値(A+B)/2は、転動体5の位置の影響を相殺した値となる。
この場合、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)、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の平均値(A+B)/2は、転動体5の位置の影響を相殺した値となる。
固定側部材である外方部材1の外径面には、2つのセンサユニット20を1組とするセンサユニット対が2組設けられている。各組のセンサユニット対19A,19Bの2つのセンサユニット20は、外方部材1の外径面の円周方向における互いに180度の位相差を成す位置に配置される。ここでは、1組のセンサユニット対19Aを構成する2つのセンサユニット20が、タイヤ接地面に対して上位置となる外方部材1の外径面における上面部および下面部の2箇所に設けられている。また、他の1組のセンユニット対19Bを構成する2つのセンサユニット20が、タイヤ接地面に対して前後位置となる外方部材1の外径面における右面部と左面部の2箇所に設けられている。
具体的には、1組のセンサユニット対19Aを構成する2つのセンサユニット20は、図16のように、外方部材1の外径面における上面部の、隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に1つのセンサユニット20が配置され、外方部材1の外径面における下面部の、隣り合う2つの突片1aaの間の中央部に他の1つのセンサユニット20が配置されている。なお、図15は、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図16におけるXV−XV矢視断面図である。
駆動力や制動力による荷重Fx 、軸方向荷重Fy がゼロの状態で、垂直方向荷重Fz が印加された場合、外方部材1の外径面の変形モードは、図19に矢印で示すようになり、外方部材1の外径面の上面部が外径方向へ変形し、下面部が内径方向へ変形する。この実施形態では、センサユニット20を、その2つの接触固定部21aが外方部材1の外径面の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置して、周方向の歪みを検出するようにしている。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21は、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形し、前記下面部に固定されたセンサユニット20の歪み発生部材21は、歪みが小さくなる圧縮方向に変形する。これに対して、外方部材1の外径面における右面部および左面部の変形は微小なものとなる。そこで、垂直方向荷重Fz の推定では、外方部材1の外径面における上面部と下面部に配置されたセンサユニット対19Aの2つのセンサユニット20のセンサ出力信号の差分が大きな要因となる。
そこで、前記径方向荷重推定手段32Aおよび軸方向荷重推定手段32Bでは、各荷重Fx Fy 、Fz の推定値を、次の行列式から求める。
径面上面部のセンサユニット20のセンサ出力信号の最大値と最小値の差分が小さ
いとき、軸方向荷重方向判別手段32C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最大値と最小値の差分が大きいとき、軸方向荷重方向判別手段33では、軸方向荷重Fy の方向が−方向であると判断する。
また、歪み発生部材21の中央部には内面側に開口する1つの切欠き部21bが形成されている。歪みセンサ22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。ここでは、その箇所として、前記切欠き部21bの周辺、具体的には歪み発生部材21の外面側で切欠き部21bの背面側となる位置が選ばれており、センサ22は切欠き部21b周辺の歪みを検出する。
F=ML1×S1+ML2×S2+ML3×S3+ML4×S4+Offset
となる補正係数が得られる。なお、ここでの補正係数ML1〜ML4の添え字Lはセンサ付車輪用軸受を左車輪側に取付ける場合の補正係数であることを意味する。また、荷重推定手段32には、この実施形態のセンサ付車輪用軸受を実際に車両へ取付けた後に、各センサユニット20の取付け位相の情報が入力される。
これにより、荷重推定手段32では、入力された取付け位相情報を基に、センサユニット20の出力S1,S2,S3,S4に対応する補正係数ML1,ML2,ML3,ML4を次式のように選択して荷重Fの推定演算を行うことになる。
F=ML1×S1+ML4×S2+ML3×S3+ML2×S4+Offset
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。
1a…車体取付用フランジ
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
14…ボルト孔
20…センサユニット
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
22…歪みセンサ
29…温度センサ
31…演算処理回路
32…荷重推定手段
32A…径方向荷重推定手段
32B…軸方向荷重推定手段
33、33A,33B…メモリ
35…温度補正手段
50…下位ECU
51…オフセット調整回路
52…温度補正回路
56…増幅回路
59…AD変換器
60…車両側の上位ECU
Claims (12)
- 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、この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る荷重検出用センサユニットを3つ以上設け、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、
前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとし、前記荷重推定手段をECUに搭載し、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、その車輪用軸受の取付け位置情報を前記ECUに設定するものとした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、前記荷重推定手段は前記補正係数が複数登録されていて、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段での荷重推定に使用する前記登録済み補正係数の選択指令を車両側ECUから行うものとしたセンサ付車輪用軸受。
- 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、この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る荷重検出用センサユニットを3つ以上設け、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、
前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとし、
前記荷重推定手段は前記補正係数が複数登録されていて、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段での荷重推定に使用する前記登録済み補正係数の選択指令を車両側ECUから行うものとしたセンサ付車輪用軸受。 - 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、この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る荷重検出用センサユニットを3つ以上設け、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、
前記荷重推定手段には、車両の前後方向の軸と上下方向の軸とでなる平面座標x−zでの、前記車輪用軸受における前記各センサユニットの取付け位相ごとに定められる補正係数が予め導出されて登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ組付けた状態での前記取付け位相に対応するセンサユニットの出力と前記補正係数とを乗算して荷重を推定するものとし、前記車輪用軸受における前記各センサユニットの取付け位相の情報は、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段に入力されることを特徴とするセンサ付車輪用軸受。 - 請求項4において、前記各センサユニットのセンサの出力信号の初期ドリフトは、前記車輪用軸受へのセンサユニットの取付け時に補正されているセンサ付車輪用軸受。
- 請求項4または請求項5において、前記各センサユニットのセンサの出力感度の個体差は予め感度補正されているセンサ付車輪用軸受。
- 請求項4ないし請求項6のいずれか1項において、前記各センサユニットまたは前記固定側部材に温度センサを設け、この温度センサの出力信号に基づき、前記センサユニットのセンサの出力信号が補正されるセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項7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8のいずれか1項において、前記センサユニットは3つの接触固定部と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前記各センサをそれぞれ取付けたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項9において、隣り合う接触固定部または隣り合うセンサの前記固定側部材の外径面の円周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)またはこれらの値に近似した値としたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項10のいずれか1項において、前記固定側部材は外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを有し、こ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、または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10のいずれか1項において、前記固定側部材は外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの円周方向複数箇所にボルト孔が設けられ、前記各センサユニットをそれぞれ隣合う前記ボルト挿通孔の間となる周方向位置に配置したセンサ付車輪用軸受。
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