JP5996297B2 - センサ付車輪用軸受装置 - Google Patents
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また、LPF処理を行ったセンサ出力信号を用いて推定荷重値を演算する構成では、上記現象の影響により、演算される推定荷重値の誤差が大きくなったり、本来とは異なった特性となったりする。
前記信号処理手段31は、前記各センサ(20)の出力信号Sから前記信号ベクトルが演算されるセンサ信号演算部33と、前記各センサ(20)の出力信号Sに含まれる前記転動体の移動による振動成分Sdif の周期が検出される転動体周期検出部34とを有し、この前記転動体周期検出部34は、前記各センサ(20)の出力信号Sの振幅値Srms が比較され、最大のものが、前記周期が検出される信号として選択され、前記センサ信号演算部33は、前記転動体周期検出部34で検出された周期に応じて、演算処理に用いる演算処理パラメータを変化させる。
Sdif =S−SA
が演算されて前記転動体の振動成分Sdif が出力される振動成分演算部38を有し、前記転動体周期検出部34は前記振動成分演算部38により出力される振動成分Sdif から前記周期が検出されるようにしても良い。
この構成の場合、高度な演算処理を行うことなく転動体の振動成分Sdif を算出でき、演算の単純化と処理速度の向上が可能となる。
前記検出素子22A,21Bが、前記歪み発生部材21の隣り合う第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の間にそれぞれ設けられ、隣り合う前記接触固定部21aの間隔、もしくは隣り合う前記歪検出素子22A,21Bの間隔が、転動体の配列ピッチの{n+1/2(n:整数)}倍に設定されたものとしても良い。
Sdif =(S0 −S1 )−(SA0 −SA1 )
が演算されて前記転動体の振動成分Sdif が出力される振動成分演算部38を有し、前記転動体周期検出部34は前記振動成分演算部38により出力される振動成分Sdif から前記周期が検出されるものとしても良い。
この構成の場合、転動体の振動成分Sdif だけを精度良く算出することができ、転動体周期検出部34において、演算処理パラメータ(例えば時間窓n)のより正確な算出が可能となる。
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 、前後方向の荷重Fx 、軸方向荷重Fy を推定することができる。また、軸受の荷重状態が変化した場合においても、負荷圏側に配置されたセンサユニット20の出力信号から安定して転動体周期を検出でき、荷重推定出力の精度を向上させることができる。
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。
Sdif =S−SA ……(1)
を演算して、転動体通過成分Sdif を出力する。このような演算により転動体通過成分Sdif を求める構成とすると、高度な演算処理を行う必要がないため、演算の単純化と処理速度の向上が可能となる。
この場合に、2つの歪検出素子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。
Sdif =(S0 −S1 )−(SA0 −SA1 ) ……(2)
を演算することによって、ほぼ0が中心となる特性を持つ波形の転動体通過成分Sdif を算出している。このように、同一センサユニット20におけるペアとなった2つの歪検出素子22A,22Bの出力信号S0 ,S1 から転動体通過成分Sdif を算出する構成とすれば、転動体通過成分Sdif だけを精度良く抽出することができ、転動体周期検出部34において、時間窓nのより正確な算出が可能となる。
Zreg(2)−Zreg(0) (1周期分)
Zreg(3)−Zreg(1) (1周期分)
Zreg(4)−Zreg(0) (2周期分)
Zreg(5)−Zreg(1) (2周期分)
そこで、予め許容できる時間遅れ、周期推定誤差を考慮した時間窓nの上限Nmax 、下限Nmin を設定し、その間でなるべく大きな周期を採用するようなアルゴリズムとする。
・ タイヤの回転速度が変化する状況であっても、センサ信号の適切な処理個数が求められる。
・ センサ信号値や推定荷重値に含まれる転動体通過成分を低減でき、荷重推定精度が向上する効果が得られる。
・ 図1の荷重検出系ブロックにおけるHPF37を、図10のようにセンサ信号とLPF処理を施したセンサ信号との差分として転動体通過成分Sdif を求める振動成分演算部38に置き換えることで、演算が簡単になり、処理時間も短縮できる。
・ 図10の振動成分演算部38による転動体通過成分Sdif の算出に、同一センサユニット20における2つの歪検出素子22A,22Bの出力信号S0 ,S1 を用いることによって、荷重入力が変動している状態においても転動体通過成分Sdif を精度良く検出できる。
・ 図15のように、転動体周期検出部34に設けたゼロクロス位置検出部41により、図1のHPF37や、図10の振動成分演算部38で検出された転動体通過成分Sdif のゼロクロス位置から、時間遅れおよび周期推定誤差(ノイズ分)を考慮した時間窓nを選択する構成とすることで、センサ信号演算部33における振幅値演算処理部35や平均値演算処理部36の演算処理において、車両の走行状態に応じた最適な処理個数を得ることができる。
・ 図15のように、転動体周期検出部34にSdif 決定部40を設けて、これにより複数のセンサ信号から、その振幅が最大となるものを選択して転動体周期を検出する構成とした場合、車輪用軸受100の荷重状態が変化した場合においても、負荷圏側に配置されたセンサ(センサユニット20)の出力信号Sを用いて、安定して転動体周期を検出できるため、荷重推定出力の精度を向上させることができる。
また、この実施形態では第3世代型の車輪用軸受100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装置は、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。
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…歪検出素子
31…信号処理手段
32…荷重演算処理手段
33…センサ信号演算部
34…転動体周期検出部
35…振幅値演算処理部
36…平均値演算処理部
37…HPF(ハイパスフィルタ)
38…振動成分演算部
40…Sdif 決定部
41…ゼロクロス位置検出部
100…車輪用軸受
Claims (12)
- 複列の転走面が内周に形成された外方部材、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、および両部材の対向する転走面間に介在された複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、
軸受に加わる荷重が検出される1つ以上のセンサと、前記各センサの出力信号Sが処理されて信号ベクトルが生成される信号処理手段と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重が演算される荷重演算処理手段とを備え、
前記信号処理手段は、前記各センサの出力信号Sから前記信号ベクトルが演算されるセンサ信号演算部と、前記各センサの出力信号Sに含まれる前記転動体の移動による振動成分Sdif の周期が検出される転動体周期検出部とを有し、この前記転動体周期検出部は、前記各センサの出力信号Sの振幅値Srms が比較され、最大のものが、前記周期が検出される信号として選択され、前記センサ信号演算部は、前記転動体周期検出部で検出された周期に応じて、演算処理に用いる演算処理パラメータを変化させることを特徴とするセンサ付車輪用軸受装置。 - 請求項1に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記信号処理手段のセンサ信号演算部で用いられる演算処理パラメータが、演算処理のために設定される時間窓であるセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項2に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記センサ信号演算部は、前記信号処理手段の転動体周期検出部で検出された周期を用いて前記時間窓を決定するとき、設定された最大値と最小値の範囲内に収まるように前記時間窓が決定されるセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記信号処理手段のセンサ信号演算部は、前記信号ベクトルとして前記各センサの出力信号Sの平均値SAが求められる平均値演算処理部を有し、この平均値演算処理部がローパスフィルタで構成されるセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記信号処理手段のセンサ信号演算部は、前記信号ベクトルとして前記各センサの出力信号Sの振幅値Srms が求められる振幅値演算処理部を有するセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記信号処理手段は、前記各センサの出力信号Sにフィルタ処理が施されて前記転動体の振動成分Sdif が抽出されるHPFを有し、前記転動体周期検出部は前記ハイパスフィルタにより抽出される振動成分Sdif から前記周期が検出されるセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記信号処理手段は、前記各センサの出力信号Sと、その出力信号Sの時間平均値SAとから、次式
Sdif =S−SA
が演算されて前記転動体の振動成分Sdif が出力される振動成分演算部を有し、前記転動体周期検出部は前記振動成分演算部により出力される振動成分Sdif から前記周期が検出されるセンサ付車輪用軸受装置。 - 請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記センサは、前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設けられたセンサユニットであり、このセンサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される3つの接触固定部を有する歪み発生部材と、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が検出される2つの歪検出素子とでなり、
前記歪検出素子が、前記歪み発生部材の隣り合う第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それぞれ設けられ、隣り合う前記接触固定部の間隔、もしくは隣り合う前記歪検出素子の間隔が、転動体の配列ピッチの{n+1/2(n:整数)}倍に設定されたセンサ付車輪用軸受装置。 - 請求項8に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記信号処理手段は、前記各センサユニット上の2つの歪検出素子の出力信号S0 ,S1 の差分信号にフィルタ処理が施されて前記転動体の振動成分Sdif が抽出されるハイパスフィルタを有し、前記転動体周期検出部は前記ハイパスフィルタにより抽出される振動成分Sdif から前記周期が検出されるセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項8に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記信号処理手段は、前記各センサユニット上の2つの歪検出素子の出力信号S0 ,S1 と、これらの出力信号S0 ,S1 の時間平均値SA0 ,SA1 とから、次式
Sdif =(S0 −S1 )−(SA0 −SA1 )
が演算されて前記転動体の振動成分Sdif が出力される振動成分演算部を有し、前記転動体周期検出部は前記振動成分演算部により出力される振動成分Sdif から前記周期が検出されるセンサ付車輪用軸受装置。 - 請求項8ないし請求項10のいずれか1項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記センサユニットが3つ以上設けられ、前記荷重演算処理手段は、前記3つ以上のセンサユニットの出力信号から、前記車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Fz 、前後方向の荷重Fx 、および軸方向荷重Fy が演算されるセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項11に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記センサユニットが、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つ等配されたセンサ付き車輪用軸受装置。
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