KR20080011387A

KR20080011387A - 하중감지능을 갖는 휠단부

Info

Publication number: KR20080011387A
Application number: KR1020077026320A
Authority: KR
Inventors: 샤올란 에이아이; 그라함 에프. 맥디어몬; 매튜 윌머
Original assignee: 더 팀켄 컴퍼니
Priority date: 2005-05-12
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2008-02-04
Also published as: CN101198480A; US7669941B2; EP1879754A1; JP2008541091A; WO2006124485A1; US20080211293A1; CN101198480B

Abstract

휠단부(A)는 하우징(2, 70, 80, 90)과 상기 하우징 내로 돌출되는 굴대(32)가 제공된 허브(4)를 가지며, 상기 허브가 상기 하우징과 허브 굴대 사이에 위치되는 감마 베어링(6) 상에서 상기 하우징에 대해 회전한다. 상기 하우징은 상기 베어링과 상기 코어 및 또한 링마운트들을 상기 코어에 연결하는 웨브(16, 76, 86, 96)들로부터 외측으로 이격되는 링마운트(14, 74, 84, 94)들을 감싸는 관형의 코어(12, 72, 82, 92)들을 갖는다. 차륜(B)가 상기 허브에 부착되고 그리고 상기 하우징에 대해 상기 허브와 함께 회전한다. 상기 하우징은 그의 링마운트들에서 서스펜션업라이트(C)에 고정된다. 상기 서스펜션업라이트(C)로부터 상기 차륜에로 상기 베어링을 통하여 그리고 그 역으로 전달되는 힘들과 모멘ㅌ트들로 인하여 상기 코어는 상기 링마운트들에 대해 어긋나 있으며, 이들 힘들 및 모멘트들의 크기는 상기 하우징의 상기 웨브들에 부착된 변형률센서모듈(SM)들로부터 파생되는 신호들에 반영된다.

현가시스템, 휠단부, 차륜, 편향, 베어링, 링마운트, 웨브, 변형률

Description

하중감지능을 갖는 휠단부 {WHEEL END WITH LOAD SENSING CAPABILITIES}

관련된 출원들의 교차참조

본 출원은 2005년 5월 12일자로 출원된 미합중국 가특허출원 제60/680,103호로부터 파생되었으며, 이를 우선권주장 한다.

기술분야

본 발명은 대체로 자동차용 휠단부에 관한 것으로서, 특히 하중감지능을 갖는 휠단부에 관한 것이다.

자동차용 동적제어시스템(dynamic control system)은 그러한 자동차에 대하여 브레이크 및 토크분배시스템(torque distribution system)들을 동작시켜 운전편의성, 차량안정성 및 안전성을 향상시키도록 한다. 이들 시스템들은 제어를 위한 바퀴하중(wheel loads)에 의존하고 있으나, 정확하게, 그리고 신뢰할 수 있게 그리고 타당한 비용으로 바퀴하중을 얻는 것은 엔지니어들에게 있어서는 도전과제가 되었다. 수년에 걸쳐 막대한 노력들이 이루어졌으며, 여러 수단들이 제시되었다. 하나의 예는 그 타측단부가 현가시스템요소(suspension system component)에 고정되는 아암의 단부에 부착된 감지요소(sensing component)를갖는 마그네틱센서를 포함한다. 센서감시장치(sensor monitor)는 타이어의 측벽 내로 주조된 자성물질이 다. 다른 예는 비-회전부와 회전부를 갖는 휠단부이다. 적어도 하나의 센서가 상기 비-회전부에 부착되어 상기 비-회전부와 회전부들 사이의 거리를 측정하도록 한다.

앞서 언급한 하중감지의 방법들은 대체로 아주 정확하거나 신뢰할 만한 것들이 아니며, 환경조건들의 변화에 민감하다. 개량된 하중감지능을 갖는 휠베어링(wheel bearing)이 요구된다.

발명의 요약

본 발명은 휠단부를 통하여 전달된 하중들을 감시하는 능력을 갖는 휠단부 및 이러한 하중들을 감시하는 방법에 관한 것이다. 상기 휠단부는 하우징과, 상기 하우징 내에서 베어링 상에서 회전하는 굴대(spindle)가 제공된 허브를 포함한다. 상기 하우징은 코어 및 상기 코어로부터 외측으로 이격된 마운트(mounts)들 그리고 마찬가지로 상기 마운트들과 상기 코어 사이에서 연장된 웨브(webs)들을 포함한다. 상기 웨브들에 부착된 센서들은 상기 웨브 내의 변형률(strain)들을 반영하는 신호들을 제공하며, 이들 변형률들로부터 상기 휠단부를 통하여 전달된 하중들을 규명할 수 있다.

도 1은 본 발명을 구체화하는 것에 따라 제조되고 그리고 현가시스템요소에 맞춰진 휠단부의 길이방향의 단면도이다.

도 2는 현가시스템요소에 맞춰진 휠단부를 부분적으로 절단하여 도시한 사시 도이다.

도 3은 상기 휠단부의 전개도이다.

도 4는 상기 휠단부를 형성하는 하우징의 외판단부의 사시도이다.

도 5는 상기 휠단부의 변형된 하우징의 내판단부의 사시도이다.

도 6은 상기 휠단부의 다른 변형된 하우징의 외판단부의 사시도이다.

도 7은 상기 휠단부의 또 다른 변형된 하우징의 외판단부의 사시도이다.

발명을 실시하기 위한 최량의 태양

이제 도면들을 참고하면, 휠단부(A)(도 1 및 도 2)가 자동차용 차륜(B)을 자동차의 스티어링너클(steering knuckle) 또는 다른 서스펜젼업라이트(suspension upright) 등과 같은 현가시스템요소(C)에 결합시키는 기능을 한다. 상기 휠단부(A)는 차륜(B)이 축(Z)에 대해 최소의 마찰로 회전하도록 하고 그리고 더욱이 상기 휠단부(A)에 작용하는 힘들 및 모멘트들을 반영하는 전기적 신호들을 생성하는 것을 가능하게 한다. 처리된 이들 신호들은 차량의 제동 및 토크분배시스템들의 작동을 위하여 필요한 정보를 제공하며 그에 따라 동적제어를 용이하게 한다. 상기 휠단부(A)는 하우징(2), 상기 하우징 내로 연장되는 허브(4) 및 상기 하우징(2)과 상기 허브(4) 사이에 위치하여 상기 허브(4)가 상기 축(Z)을 중심으로 상기 하우지(2)에 대하여 회전하는 것을 가능하게 하는 베어링(6)들을 포함한다. 상기 현가시스템요소(C)는 바람직하게는 원형의 형태인 개구(10)를 포함하는 제동부(8)를 포함한다. 이는 또한 상기 제동부(8)로부터 대체로 수직으로 연장되는 아암들을 갖는다.

이제 다시 하우징(2)으로 돌아가서, 이는 관상 배치(tubular configuration)의 원통형의 몸체 또는 코어(12) 및 각각이 수직으로부터 45°로 단차를 갖도록 하여(offset) 바람직하게는 90° 간격으로 상기 코어(12) 주위에 위치되는 4개의 링마운트(ring mounts)(14)들을 갖는다(도 1 및 도 4). 상기 링마운트(14)들은 상기 코어(12)로부터 외측으로 이격되며, 여전히 웨브(16)들에 의하여 상기 코어(12)에 부착되며, 여기에서 상기 코어(12)로부터 각 링마운트(14)에로 수렴되는 2개의 웨브(16)들이 존재하게 된다. 각 웨브(16)는 그 두께 보다 더 폭이 넓으며, 그 폭은 상기 축(Z)에 대해 평행하게 정렬된다. 상기 웨브(16)들이나 상기 링마운트(12)들 어느 것이나 상기 코어(12) 만큼 넓지는 않으며, 따라서 상기 코어(12)는 상기 웨브(16)들 및 링마운트(14)들을 넘어서 그리고 외판단부에서 보다 상기 하우징(12)의 내판단부에서 축상으로 돌출된다. 각 링마운트(14)는 상기 축(Z)에 대해 평행하게 놓여지고 그리고 상기 하우징(2)을 상기 현가시스템요소(C)에 고정시키는 스크류(도시하지 않음)를 수용하는 관통홀(18)을 갖는다. 각 쌍의 적어도 하나의 웨브(16)는 상기 쌍의 다른 웨브(16) 쪽으로 존재하는 내면에서 개방되는 하나의 포켓(22)을 포함한다. 상기 포켓(22)은 상기 웨브(16) 내에서의 변형률을 측정할 수 있는 센서모듈(sensor module ; SM)을 포함한다. 그의 단부에서 상기 원통형 코어(12)에 시일(24)들이 장착된다.

상기 허브(4)는 상기 원통형 코어(12)의 외판단부를 넘어서 존재하는 구동플랜지(30), 상기 구동플랜지(30)로부터 상기 하우징(2)의 상기 원통형 코어(12) 내 로 돌출하는 굴대(32) 및 상기 구동플랜지(3)로부터 반대방향으로 돌출하는 휠파일럿(wheel pilot)(34)들을 갖는다(도 1 및 도 3). 3개 모두는 일체 주조 또는 단조로 단일화된다. 상기 구동플랜지(30)에는 상기 하우징(2)으로부터 축상으로 멀어지도록 돌출하는 러그볼트(36)들이 장착되어 상기 차륜(B)을 상기 허브(4) 및 브레이크드럼 또는 디스크 등에 고정시키도록 한다. 상기 굴대(32)는 숄더(shoulder)(38)에서 상기 구동플랜지(30)으로부터 나오게 되고, 그리고 그의 대향단부 즉 그의 내측단부가 외측으로 회전되어 단부(40)를 제공한다. 상기 휠파일럿(34)은 상기 차륜(B)이 상기 구동플랜지(30) 상에서 중심을 잡도록 기능한다. 비록, 상기 휠단부(A)가 비구동의 차륜(B)을 상기 현가시스템요소(C)에 결합시키는 데에도 역시 사용될 수 있기는 하나, 허브의 내부에 상기 허브(4)는 상기 허브(4)를 구동축과 결합시키도록 하는 스플라인(42)을 갖고, 그에 따라 상기 차륜(B)에로 토크를 전달하도록 할 수 있다.

상기 베어링(6)은 상기 하우징(2)의 상기 원통형 코어(12) 내에 위치하며 하나는 외판에 그리고 다른 하나는 내판에 위치하는 2개의 외측레이스웨이(outer raceways)(50)들 및 상기 허브(4)의 상기 굴대(32) 위에 맞춰진 원뿔(52)들의 형태의 2개의 내측레이스(inner races)들을 포함한다. 상기 외판원뿔(52)은 상기 외판 외측레이스웨이(50) 내에 놓여지고 그리고 상기 내판원뿔(52)은 상기 내판 외측레이스웨이(50) 내에 놓여진다. 게다가, 상기 베어링(6)은 그 하나는 상기 외판원뿔(52) 주위에 그리고 상기 외판 외측레이스웨이(50) 내에 그리고 다른 하나는 상기 내판원뿔(52) 주위에 그리고 상기 내판 외측레이스웨이(50) 내에 2열로 조립되 며, 테이퍼가 형성된 롤러(54)들의 형태의 구름요소(rolling elements)들을 포함한다. 실제로, 상기 베어링(6)은 2개의 단열(single row)의, 테이퍼가 형성된 롤러베어링들 또는 복열(double row)의, 테이퍼가 형성된 롤러베어링들이 고려될 수 있다.

상기 2개의 외측레이스웨이(50)들은 상기 시일(24)들 사이의 공간 내에 놓여지며, 그들의 작은 직경의 단부들이 인접하게 되도록 하방으로 그리고 서로에 대향하여 테이퍼가 형성된다. 이들은 상기 하우징(2)의 상기 원통형 코어(12) 내로 기계가공되어 상기 코어(12)가 상기 베어링(6)에 대하여 외측레이스의 효력을 갖도록 한다. 그러나, 상기 외측레이스웨이(50)들은 상기 코어(12) 내로 가압되는 분리된 컵들이나 단일의 이중컵(double cup)이 될 수 있다.

각 원뿔(52)은 상기 축(Z)으로부터 외측으로 멀어지도록 존재하는 테이퍼가 형성된 레이스웨이(56)들을 가지며 그 안에 원뿔이 놓여지는 외측레이스웨이(50)과 동일한 방향으로 테이퍼가 형성된다. 그의 레이스웨이(56)의 큰 직경의 단부에서 상기 원뿔(52)은 상기 축(Z)에 대해 네모의 형태가 되는 후면(back face)(60)으로 향하는 쓰러스트리브(thrust rib)(58)를 갖는다. 상기 원뿔(52)들 중의 하나는 그 대향되는 방향 즉, 그의 레이스웨이(56)의 작은 직경의 단부로부터 멀어지는 방향에서 연장되는 연장부(62)를 갖는다.

상기 테이퍼가 형성된 롤러(54)들은 그들의 테이퍼가 형성된 측면들이 상기 레이스웨이(50, 56)들에 대향되도록 하고 그리고 그들의 큰 단며가 상기 쓰러스트리브(58)에 대향하여 면접되도록 놓여지도록 하여 상기 원뿔(52)들 주위에서 그리 고 상기 외측레이스웨이(50)들 내에 맞춰진다. 초기에, 상기 원뿔(52)들은 상기 허브(4)의 상기 굴대(32)로부터 분리되어 있으며, 그의 롤러(54)들의 열들과 함께 이들 각각은 케이지(cage)(64)(도 3)에 의하여 그 주위에 보류되도록 하여 원뿔 조립체를 형성하도록 한다. 더욱이, 상기 단부(40)은 초기에 상기 굴대(32)의 축상으로 지향되는 연장부로서 존재하며, 직경에 있어서 상기 굴대(32)의 잔여부 보다 더 크지 않다.

상기 휠단부(A)를 조립하기 위해서는, 상기 내판원뿔의 후면(60)이 상기 굴대(32)의 외판단부에서 상기 숄더(38)에 인접하게 될 때까지 롤러(54)들의 보충물(complement)(내판원뿔조립체(inboard cone assembly))과 함께 상기 내판원뿔(52)을 상기 굴대(32)에 대하여 가압시킨다. 계속해서 상기 하우징(2)의 상기 코어(12)가 상기 허브(4)의 상기 굴대(32)를 수용하도록 하는 방법으로 상기 하우징(2)을 상기 허브(4) 상에 맞춘다. 결국, 상기 외판열시트(outboard row seat)의 상기 롤러(54)들이 상기 외판원뿔(52)의 상기 외판 외측레이스웨이(50) 및 상기 외판 내측레이스웨이(56)들에 대향될 때까지 상기 하우징(2)이 전진된다. 그 결과, 롤러(54)들의 보충물(내판원뿔조립체)과 함께 상기 내판원뿔(52)가 상기 굴대(32)에 대하여 가압되어 상기 내판원뿔(52)의 상기 후면(60)을 넘어서 돌출하는 상기 굴대(32)의 연장된 단부를 남기게 된다. 다음으로 상기 굴대(32)의 상기 연장된 단부가 롤-형성 작업(roll-forming operation)에서 역전되고, 이는 상기 내판원뿔(52)의 상기 후면(60)에 대하여 외측으로 변형되게 된다. 상기 롤-형성으로부터 생성된 힘은 하나의 원뿔의 원뿔 연장부(62)에서 함께하는 상기 2개의 원뿔(52)들 의 전방단부(front ends)들을 구동시킨다. 미합중국 특허 제6,443,622호 및 2005년 11월 18일자로 출원된 미합중국 특허출원 제11/283,160호들은 상기 굴대(32)의 상기 연장된 단부를 단부(40)로 전환하기 위한 절차들을 기술하고 있으며, 본 명세서에서는 이를 참고로 인용한다. 실제로, 상기 내판원뿔(52)은 상기 굴대(32)의 일체로 된 일부가 될 수 있으며, 여기에서 결국 상기 내판레이스웨이(56) 및 쓰러스트리브(58)들은 상기 굴대(32) 내로 직접적으로 기계가공된다.

상기 베어링(6)의 형상은 각 열에 대한 상기 테이퍼가 형성된 롤러(54)들이 정점 상에 위치하도록 하며, 이는 상기 롤러(54)들의 테이퍼가 형성된 측면들이 놓여지는 포장(envelopes)들이 그들의 상기 축(Z)를 따라 공통점에서 그들의 정점을 가지며, 또한 유사하게 이들 롤러(54)들이 접촉하는 상기 레이스웨이(50, 56)들에 대한 포장들이 동일한 지점에서 그들의 정점들을 가질 수 있음을 의미한다. 더욱이, 상기 연장부(62)의 길이는 바람직하게는 상기 베어링(6)이 약간의 예압력(preload)이 설정되도록 즉, 상기 롤러(54)들과 이들이 구르는 상기 레이스웨이(50, 56)들 사이에서 방사상의 공차가 존재하지 않는 조건이 되도록 한다.

상기 스크류들은 상기 휠단부(A)를 상기 현가시스템요소(C)에 견고하게 고정시킨다. 이를 위하여, 상기 휠단부(A)의 상기 하우징(2)은 그의 마운트(14)들에서 그리고 그의 웨브(16)들을 따라 상기 브레이크부(8)의 외판면에 대향하여 맞춰지며 상기 코어(12)의 내판부(inboard portion)가 지지부(backing portion)(8)의 개구(10)를 수용하도록 한다. 그러나, 상기 개구(10)는 상기 코어(12) 보다 더 크며, 따라서 상기 지지부(8)는 상기 코어(12)를 구속하지는 않는다. 그에 따라, 상 기 코어(12)는 상기 개구(10) 내에서 상기 축(Z)에 대하여 방사상으로 임의의 방향으로 약간 변위될 수 있다.

상기 휠단부(A)의 작동에 있어서, 상기 하우징(2)이 고정 즉 적어도 회전하지 않는다는 정도인 채로 있는 동안 상기 허브(4)가 회전한다. 중량 및 관성의 힘들이 상기 베어링(6) 결국 상기 베어링(6)의 상기 롤러(54)들을 통하여 상기 하우징(2)과 상기 허브(4) 사이에서 전달되고, 이들 힘들은 방사상으로 그리고 축상으로 지향되게 된다. 상기 허브(4)에 의해 상기 하우징(2) 상으로 가해지는 모멘트들은 유사하게 상기 롤러(54)들을 통하여 전달된다. 상기 힘들 및 모멘트들은 상기 하우징(2) 상에서 상기 웨브(16)들이 구부러지게 되는 원인이 되고, 그리고 상기 여러 웨브(16)들 내에서의 상기 굽힘의 크기는 상기 힘들 및 모멘트들의 측정에 기여한다.

상기 휠단부(A)의 상기 하우징(2) 상에 3차원의 직교좌표시스템이 중첩인가(superimposing)되고, 상기 웨브(16)들은 X축이 수직이고 Y축이 수평인 X 및 Y축들에 의해 정의된 평면 내에 존재한다. 상기 베어링(6)에 대한 회전의 축(Z)은 Z축과 일치하고, 이는 Z축이다. 그들의 배치로 인하여, 상기 웨브(16)들은 다른 방향들에 비하여 X-Y 평면 내에서 더 어긋나 있고, 그리고 이는 상기 코어(12)가 링마운트(14)들에 대하여 방사상으로 어긋나는 한편으로 상기 축상의 방향 Z 내에서 어긋남을 지연시키도록 하는 것을 허용한다.

상기한 변형들은 상기 웨브(16)들 내에서의 변형률의 원인이 되고 그리고 상기 센서모듈(SM)이 이들 변형률들 내에서 검출 및 감시한다. 결국, 상기 센서모 듈(SM)은 이들이 부착된 상기 웨브(16)들의 변위들의 크기를 반영하는 신호들을 생성한다. 각 모듈(SM)은 전단응력(shear strain)(Sab), 횡변형률(transverse strain)(Sb)(상기 웨브(16) 내에서 엇갈리는 방향)들을 검출하는 센서들을 포함할 수 있다. 실제로, 하나의 센서모듈(SM)은 길이방향의 변형률(Sa)을 감시하기 위한 하나의 센서 및 대각방향의 변형률(Sb)을 감시하기 위한 다른 하나의 센서들을 가질 수 있다. 상기 전단응력(Sab)들은 상기 길이방향의 변형률(Sa) 및 상기 대각방향의 변형률(Sb)들로부터 계산될 수 있다. 상기 모듈(SM)들은 바람직하게는 상기 웨브(16)들의 상기 포켓(22)들 내에 위치되어 이들이 상기 포켓(22)에서 상기 웨브(16)에 의해 경험되는 어긋남(편향)을 수행하기에 충분하게 상기 웨브(16)의 표면에 부착된 그들의 변형률센서들 또는 감지요소(sensing elements)들로 감시한다. 상기 모듈(SM)들은 그들의 포켓(22)들 내에서 플라스틱 또는 밀봉요소에 의해 피복되어 상기 휠단부(A)가 적용되는 경우에서 종종 겪게 되는 먼지 및 물의 거친 환경으로부터 이들 모듈들을 보호하도록 한다. 길이방향의 변형률(Sa) 및 대각방향의 변형률(Sb)들을 감시하기 위한 개별적인 변형률센서들을 갖는 대신으로 각 센서모듈(SM)은 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems ; 마이크로 전자 기계 시스템)가 될 수 있다. 상기 웨브(16)들은 상기 센서모듈(SM)들이 기능하도록 하기 위한 폼켓(22)들을 가질 필요는 없다.

모든 모듈(SM)들의 상기 센서들로부터의 신호들은 신호처리기(signal processor)에로 송출되며, 여기에서 신호들이 처리되어 바퀴하중들 및 다른 유용한 정보들을 결정한다. 이러한 처리는 유용한 신호들을 강화하고 그리고 온도 변화 등과 같은 환경적인 인자들의 변화들로부터 야기되는 소음들을 감소시키거나 제거하도록 신호조정(signal conditioning), 비교 및 더하기, 빼기 및임의의 수학적 처리들을 포함할 수 있다.

상기 하우징(2)의 상기 웨브(16)들을 따라 위치되는 상기 여러 모듈(SM)들의 상기 센서들은 상기 축(X 및 Y)들에 대한 모멘트들과 마찬가지로 3차원의 좌표계의 상기 축(X, Y 및 Z)들을 따라 상기 하우징(2) 상에 작용하는 힘들을 결정하는 데 사용될 수 있다. 상기 하우징(2)에 제공된 상기 휠단부(A)에 대하여, 이하의 수학식 1의 관계들이 존재한다.

여기에서, S1, S2, S3 및 S4들은 각각 상기 변형률센서 모듈(SM1, SM2, SM3, SM4)들에 의해 생성된 신호들을 나타내고, 이 신호들은 전기적 전위들의 형태가 될 수 있다.

여기에서 첨자 a는 그것이 적용되는 상기 웨브(16)를 따르는 길이방향을 나타내고, 첨자 b는 대각방향(상기 축(Z)을 가로지르고 그리고 평행한)을 나타내고 그리고 첨자 ab는 전단응력을 표시한다.

여기에서 x, y 및 z는 3축 좌표계의 좌표들을 나타내며, 여기에서 x축은 수직이고, y축은 수평이고, 그리고 z축은 상기 베어링의 상기 축(z)과 평행이고 그리고 일치하는 것이다.

F는 그의 첨자로 확인되는 축을 따른 힘을 나타낸다.

M은 그의 첨자로 확인되는 축에 대한 모멘트를 나타낸다.

f는 그의 첨자와 함께 전환계수가 될 수 있는 단순한 함수를 나타낸다.

변형된 하우징(70)(도 5)은 상기 하우징(2)와 매우 유사하며, 여기에서 이는 상기 베어링(6)의 일부를 형성하는 테이퍼가 형성된 외측레이스웨이(50)들이 제공된 원통형 코어(72)를 갖는다. 그러나, 상기 하우징(70)은 바람직하게는 하나는 상기 수직의 축(Y)을 따라 상기 하우징(70)의 최상단 또는 최하단에 위치하고 그리고 다른 2개는 상기 수직의 축(Y)으로부터 60°에 위치하도록 하여 120°의 간격으로 그의 주위에 위치되는 단지 3개의 링마운트(74)들을 갖는다. 각 링마운트(74)는 상기 코어(72)로부터 상기 링마운트(74)에로 수렴하는 한 쌍의 웨브(76)들을 통하여 코어(72)에 연결된다. 상기 코어(72), 링마운트(74) 및 웨브(76)들은 단일의 주조 또는 단조로서 일체로 형성된다. 각 링마운트(74)에 연결된 상기 웨브ㄷ(76)들 중의 하나는 그에 부착되어 상기 웨브(76) 내에서의 변형률을 측정하기 위한 하나의 센서모듈(SM)을 갖는다.

상기 하우징(70)에 제공되었을 경우에, 하기 수학식 2의 관계들이 상기 휠단부(A) 내에 존재한다.

또 다른 변형된 하우징(80)(도 6)은 상기 하우징(2)와 유사하다. 이는 또한 외측레이스웨이(50)들이 제공된 하나의 코어(82)를 갖는다. 더욱이, 이는 바람직하게는 그 주위에 90°의 간격으로 위치된 4개의 링마운트(84)들을 가지며, 각각은 상기 수직의 축(Y)으로부터 45°로 단차를 갖는다. 그러나, 각 링마운트(84)는 단일의 웨브(86)를 통하여 상기 코어(82)에 연결된다. 상기 코어(82), 링마운트(84) 및 웨브(86)들은 단일의 주조 또는 단조로서 일체로 형성된다. 각 웨브(86)는 그에 부착된 센서모듈을 갖는다.

상기 하우징(2)에 대하여 존재하는 상기 관계들은 상기 하우징(82)에 적용된다.

또 다른 변형된 하우징(90)(도 7)은 상기 하우징(70)과 유사하며, 여기에서 이는 3개의 위치들에서 상기 현가시스템요소(C)에 부착된다. 이는 원통형 코어(92), 3개의 링마운트(94)들 및 상기 링마운트(94)들과 상기 코어(92) 사이에서 연장되고 이들을 연결하는 웨브(96)를 갖는다. 상기 링마운트(94)들은 상기 코어(92) 주위에서 120°의 간격으로 위치되며, 또한 각각은 한 쌍의 웨브(96)들을 통하여 상기 코어(92)에 연결되나, 상기 웨브(76)들에 대하여 대조적으로 상기 웨 브(96)는 그 두께가 변한다. 결국, 각각은 그의 링마운트(94)들 및 상기코어(92)와 함께 연장된 구멍(98)을 형성하며, 상기 구멍은 상기 웨브(96)들에서 아치형의 단부들을 갖는다. 이는 상기 웨브(96)가 상기 구멍(98)의 단부들로부터 상기 링마운트(94) 및 상기 코어(92) 둘 모두에게로 점진적으로 두꺼워지도록 한다. 상기 센서모듈(SM)들은 각 쌍의 적어도 하나의 웨브(96) 상에, 바람직하게는 그들의 아치형의 단부들에서 상기 구멍(98) 내에 탑재되며, 여기에서 상기 웨브(96)들은 가장 얇으며, 최대의 유연성을 갖는다.

상기 하우징(90)은 그의 링마운트(94)들 중의 하나가 상기 수직의 축(Y)을 따라 그리고 그의 다른 2개의 링마운트(94)들이 상기 축(Y)로부터 60°의 단차를 갖도록 하여 상기 현가시스템요소(C)에 부착된다. 상기 하우징(72)에 대하여 존재하는 상기 관계들은 상기 하우징(92)에 적용된다.

상기 하우징(2, 70, 80, 90)들 중의 어느 하나를 갖는 상기 휠단부(A)는 이하의 독특한 특징들을 제공한다;

현가시스템요소에의 고정을 위한 상기 베어링(6)과 상기 마운트(14, 74, 84, 94)들 사이에서의 하중감지구조

방향에 대하여 변위될 수 있는 하중지지구조

방향에 대하여 견고한 하중지지구조

센서모듈(SM)의 탑재를 위한 공동 또는 포켓(22)들을 가질 수 있는 하중지지구조

밀봉되어 상기 센서모듈(SM)들을 거친 환경으로부터 보호하도록 할 수 있는 공동 또는 포켓(22)들

다른 형태들의 감마 베어링들이 상기 베어링(6)을 치환할 수 있다. 예를 들면, 역시 상기 축(Z)에 대해 경사된 레이스웨이들을 갖는 앵귤러컨택볼베어링(angular contact ball bearings)들 또는 구면롤러베어링(spherical roller bearings)들이 충분할 수 있다. 상기 센서모듈(SM)들은 포켓(22)들 내에 위치될 필요는 없으며, 여기에서 각 링마운트는 2개의 웨브들에 부착되고, 이들은 이들 웨브들의 내면들 위에 존재할 수 있으며, 상기 면들은 상기 웨브들에 의해 형성된 상기 구멍들을 따르거나 또는 이들은 상기 웨브들의 외면들 상에 존재할 수 있다. 더욱이, 여기에서 각 마운트는 2개의 웨브들에 함께 부착되며, 센서모듈(SM)들은 한 쌍의 각 웨브에 부착될 수 있다. 이는 2개의 세트의 신호들을 생성할 수 있으며, 예를 들면, 안전을 위하여 상기 2개의 세트들의 신호들로부터 파생되는 힘들 및 모멘트들의 비교를 가능하게 한다.

본 발명은 대체로 자동차용 휠단부에 관한 것으로서, 특히 하중감지능을 갖는 휠단부를 제공한다.

Claims

축을 따라 위치하는 굴대와 상기 굴대의 외판단부에서 차륜이 그에 부착될 수 있도록 배치되는 플랜지를 갖는 허브;

상기 굴대 주위에 위치하며 상기 굴대에 수용되며 상기 축으로부터 외측으로 멀어지도록 존재하는 내측레이스웨이들과 상기 내측레이스웨이들 쪽으로 내측으로 존재하는 외측레이스웨이들 및 상기 내측레이스웨이와 외측레이스웨이들 사이에서 환상의 열들 내에 위치되는 구름요소들을 포함하는 베어링;

상기 베어링을 감싸고 그리고 상기 베어링의 상기 외측레이스웨이들을 수용하는 관형의 코어와, 상기 코어로부터 외측으로 이격되어 상기 하우징이 현가시스템요소에 부착되도록 하는 위치들을 제공하기 위한 다수의 마운트들, 및 상기 코어 및 상기 마운트들로부터 연장되며 그들이 갖는 두께 보다 더 넓은 두께를 갖는 웨브들을 포함하는 관형의 코어를 포함하여 이루어지며, 상기 굴대 주위에 위치하며, 현가시스템요소에 부착되도록 배열되는 하우징; 및

상기 웨브들 내에서의 어긋남(편향)을 검출하고 그리고 감시하기 위하여 상기 웨브들에 부착되는 센서;

들을 포함하여 이루어지며, 차륜을 자동차의 현가시스템요소에 탑재하여 차륜이 회전축에 대하여 회전할 수 있도록 하고 그리고 자동차에 의하여 상기 차륜 및 역으로 휠단부들에 의하여 가해지는 힘들 및 모멘트들을 반영하는 신호들을 제공하는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 1 항에 있어서,

상기 센서들이 상기 웨브 내의 길이방향 및 대각방향 내에서의 변형률들을 측정하는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 2 항에 있어서,

상기 센서들이 또한 상기 웨브들 내에서의 전단응력들을 측정하는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 1 항에 있어서,

상기 웨브들이 포켓들을 가지며, 상기 센서들이 상기 포켓들 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 1 항에 있어서, 상기 웨브들이 상기 코어와 그리고 상기 마운트들과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 1 항에 있어서,

각 마운트가 2개의 웨브들에 연결되고, 그리고 각 마운트들에 대한 상기 웨브들이 상기 코어로부터 상기 마운트에로 수렴되는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 1 항에 있어서,

상기 마운트들이 4개인 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 7 항에 있어서,

상기 센서들이 하기의 식

에 따른 힘들 및 모멘트들의 크기들을 반영하고,

여기에서, S1, S2, S3 및 S4들은 각각 상기 4개의 마운트들에 연결된 상기 웨브들에 대한 상기 변형률센서 모듈(SM1, SM2, SM3, SM4)들에 의해 생성된 신호들을 나타내고,

여기에서 첨자 a는 그것이 적용되는 상기 웨브(16)를 따르는 길이방향을 나타내고, 첨자 b는 대각방향(상기 축(Z)을 가로지르고 그리고 평행한)을 나타내고 그리고 첨자 ab는 전단응력을 표시하고;

여기에서 x, y 및 z는 3축 좌표계의 좌표들을 나타내며, 여기에서 x축은 수직이고, y축은 수평이고, 그리고 z축은 상기 베어링의 상기 축(z)과 평행이고 그리고 일치하는 것이고;

F는 그의 첨자로 확인되는 축을 따른 힘을 나타내고;

M은 그의 첨자로 확인되는 축에 대한 모멘트를 나타내고; 그리고

f는 그의 첨자와 함께 전환계수가 될 수 있는 단순한 함수를 나타내는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 1 항에 있어서,

상기 마운트들이 3개인 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 9 항에 있어서,

상기 센서들이 하기의 식

에 따른 힘들 및 모멘트들의 크기들을 반영하고,

여기에서, S1, S2 및 S3들은 각각 상기 3개의 마운트들에 연결된 상기 웨브들에 대한 상기 변형률센서 모듈(SM1, SM2, SM3)들에 의해 생성된 신호들을 나타내고,

여기에서 첨자 a는 그것이 적용되는 상기 웨브(16)를 따르는 길이방향을 나타내고, 첨자 b는 대각방향(상기 축(Z)을 가로지르고 그리고 평행한)을 나타내고 그리고 첨자 ab는 전단응력을 표시하고;

여기에서 x, y 및 z는 3축 좌표계의 좌표들을 나타내며, 여기에서 x축은 수직이고, y축은 수평이고, 그리고 z축은 상기 베어링의 상기 축(z)과 평행이고 그리고 일치하는 것이고;

F는 그의 첨자로 확인되는 축을 따른 힘을 나타내고;

M은 그의 첨자로 확인되는 축에 대한 모멘트를 나타내고; 그리고

f는 그의 첨자와 함께 전환계수가 될 수 있는 단순한 함수를 나타내는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 1 항에 있어서,

상기 마운트들이 상기 코어 주위에서 동등한 주변간격들에 배열되는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 1 항에 있어서,

상기 구름요소들이 상기 내측 및 외측레이스웨이들 사이에서 2열로 배치되되, 하나의 열의 상기 구름요소들이 하나의 축방향 내에서 축상의 힘들을 전달하도록 지향되고 그리고 다른 열의 상기 구름요소들이 다른 축방향 내에서 축상의 힘들을 전달하도록 지향되는 것을 특징으로 하는 휠단부.
제 1 항에 있어서,

현가시스템요소와 조합되고, 그리고 여기에서 상기 휠단부의 상기 하우징이 상기 하우징 상의 상기 마운트들과 상기 차륜이 상기 허브의 상기 플랜지에 부착되는 위치에서 상기 현가시스템요소에 부착되는 것을 특징으로 하는 휠단부.
하기 식

여기에서, S1, S2, S3 및 S4들은 각각 상기 4개의 마운트들에 연결된 상기 웨브들에 대한 상기 변형률센서 모듈(SM1, SM2, SM3, SM4)들에 의해 생성된 신호들을 나타내고,

여기에서 첨자 a는 그것이 적용되는 상기 웨브(16)를 따르는 길이방향을 나타내고, 첨자 b는 대각방향(상기 축(Z)을 가로지르고 그리고 평행한)을 나타내고 그리고 첨자 ab는 전단응력을 표시하고;

여기에서 x, y 및 z는 3축 좌표계의 좌표들을 나타내며, 여기에서 x축은 수직이고, y축은 수평이고, 그리고 z축은 상기 베어링의 상기 축(z)과 평행이고 그리고 일치하는 것이고;

F는 그의 첨자로 확인되는 축을 따른 힘을 나타내고;

M은 그의 첨자로 확인되는 축에 대한 모멘트를 나타내고; 그리고

f는 그의 첨자와 함께 전환계수가 될 수 있는 단순한 함수를 나타내는 것

을 적용하여 그러한 하중들을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 제 7 항의 휠단부를 통하여 전달되는 하중들을 측정하기 위한 방법.
하기 식

여기에서, S1, S2 및 S3들은 각각 상기 3개의 마운트들에 연결된 상기 웨브들에 대한 상기 변형률센서 모듈(SM1, SM2, SM3)들에 의해 생성된 신호들을 나타내고,

여기에서 첨자 a는 그것이 적용되는 상기 웨브(16)를 따르는 길이방향을 나타내고, 첨자 b는 대각방향(상기 축(Z)을 가로지르고 그리고 평행한)을 나타내고 그리고 첨자 ab는 전단응력을 표시하고;

여기에서 x, y 및 z는 3축 좌표계의 좌표들을 나타내며, 여기에서 x축은 수직이고, y축은 수평이고, 그리고 z축은 상기 베어링의 상기 축(z)과 평행이고 그리고 일치하는 것이고;

F는 그의 첨자로 확인되는 축을 따른 힘을 나타내고;

M은 그의 첨자로 확인되는 축에 대한 모멘트를 나타내고; 그리고

f는 그의 첨자와 함께 전환계수가 될 수 있는 단순한 함수를 나타내는 것

을 적용하여 그러한 하중들을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 청구항 제 9 항의 휠단부를 통하여 전달되는 하중들을 측정하기 위한 방법.
휠단부가 차륜이 그 위에 장착된 허브, 현가시스템요소에 고정되는 하우징 및 상기 허브와 하우징 사이에 위치하여 상기 허브가 상기 하우징에 대하여 회전하는 것을 가능하게 하고 그리고 상기 하우징과 허브 사이에 하중들이 전달되도록 하는 것을 가능하게 하는 감마 베어링들을 가지며,

상기 베어링을 잡아두는 코어와, 상기 코어로부터 외측으로 이격되고 그리고 상기 현가시스템요소에 고정되는 마운트들, 및 상기 코어와 상기 마운트들 사이에서 연장되되 그들이 갖는 두께 보다 더 두꺼운 웨브들에 상기 하우징을 제공하는 단계;

상기 웨브에 신호들을 생성하는 변형률센서들을 제공하는 단계; 및

상기 변형률센서들에 의해 생성된 신호들을 감시하는 단계;

들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 휠단부를 통하여 자동차의 현가시스템요소에 결합되는 차륜에 대해 작용하는 하중들을 평가하기 위한 방법