KR20150021064A

KR20150021064A - 센서가 장착된 베어링 장치

Info

Publication number: KR20150021064A
Application number: KR1020147035946A
Authority: KR
Inventors: 도루 다카하시
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2015-02-27
Also published as: EP2869049A1; JP2014009953A; CN104428645B; JP5911761B2; WO2014002820A1; US9616708B2; CN104428645A; US20150375563A1; EP2869049A4

Abstract

본 발명의 센서가 장착된 베어링 장치는, 차륜용의 베어링(100)에, 이에 가해지는 하중을 검출하는 복수의 센서(20)를 설치하고, 그 출력 신호를 처리하여 신호 벡터를 생성하는 신호 처리 수단(31)과, 상기 신호 벡터로부터 차륜에 가해지는 하중을 연산하는 하중 연산 처리 수단(32)을 설치한다. 하중 연산 처리 수단(32)은, 정해진 베어링(100)의 표준적인 하중 추정 계수인 표준 하중 추정 계수 MB로부터, 실제의 차량에 장착한 상태에서의 하중 추정 계수인 실상 하중 추정 계수 MC를 산출하는 계수 변환 처리부(33)와, 이 계수 변환 처리부(33)에서 산출된 실상 하중 추정 계수 MC와 상기 신호 벡터로부터 차륜에 가해지는 하중을 연산하는 하중 연산부(34)를 가진다.

Description

센서가 장착된 베어링 장치{VEHICLE-WHEEL BEARING DEVICE WITH SENSOR}

이 출원은, 2012년 6월 27일자 일본 특허출원 제2012―144458호의 우선권을 주장하는 것이며, 그 전체를 참조에 의해 본원의 일부를 이루는 것으로서 인용한다.

본 발명은, 차륜의 베어링부에 걸리는 하중을 검출하는 하중 센서를 구비한 센서가 장착된 베어링 장치에 관한 것이다

자동차의 각 차륜에 걸리는 하중을 검출하는 기술로서, 차륜용 베어링의 외륜 외경면(外徑面)에 변형 게이지를 접착하고, 외륜 외경면의 변형으로부터 하중을 검출하도록 한 센서가 장착된 베어링이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1). 또한, 차륜에 설치한 복수의 변형 센서(strain sensor)의 출력 신호로부터, 차륜에 걸리는 하중을 추정하는 연산 방법도 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2).

일본 특표 제2003―530565호 공보 일본 특표 제2008―542735호 공보 일본 공개특허 제2010―242902호 공보

특허 문헌 1, 2에 개시된 기술과 같이, 변형 센서를 사용하여 차륜에 걸리는 하중을 추정하는 경우, 환경 온도에 의한 센서의 드리프트나, 센서의 장착에 따른 변형에 의한 초기 드리프트가 문제로 된다.

상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 베어링 고정륜에 복수의 센서 유닛을 설치하고, 대향 배치된 센서 유닛의 출력 신호에 대하여 진폭의 차분을 구하고, 그 값에 의해 여건별로 나누어 답을 구하여 입력 하중을 추정하도록 한 센서가 장착된 베어링 장치도 제안되어 있다(특허 문헌 3). 또한, 이와 같은 센서가 장착된 베어링 장치에 있어서의 하중 연산에 사용하는 하중 추정 계수를, 그 연산 처리 결과에 영향을 주는 브레이크의 ON·OFF 정보 등에 의해 전환하여 연산 처리를 실행하는 것도 가능하다.

그러나, 특허 문헌 3에 개시된 센서가 장착된 베어링 장치에서는, 하중 연산에 사용하는 하중 추정 계수로서, 이하에 설명하는 바와 같이, 미리 하중 시험기에 의해 구한 하중 추정 계수로부터, 상이한 사용 조건에서의 하중 추정 계수를 구하는 처리가 필요하다.

시험기에 의한 하중 시험의 결과로부터, 차륜용 베어링에 가해지는 각각의 방향의 하중 Fx, Fy, Fz, 또는 모멘트 하중 Mx, Mz 등과 센서 출력 신호와의 대응 관계를 구할 수 있다. 그러나, 시험기에 의해 구한 하중 추정 계수 MB를 하중 연산에 그대로 사용해도, 차의 주행 상태에서는 하중이 정확하게 구해지지 않았다. 그 원인은, 시험기와 실제 차량의 경우에, 차륜용 베어링의 장착 자세의 상위나, 장착 부재 주변의 강성(剛性)의 차이가 있는 것에 의한다.

시험기로 다양한 장착 자세에서의 하중 인가 시험을 행하는 것은 가능하지만, 실제 차량의 너클(knuckle) 부재나 서스펜션 부재의 강성의 영향에 대해서도 재현할 필요가 있어, 시험이 시간이 소요되어 현실적이지 않다는 문제가 있다. 또한, 같은 베어링을 차량의 임의의 위치에 장착시켜 사용하는 경우도 있어, 차의 전후좌우의 어떤 위치에 장착해도 하중을 구하는 것이 요구된다. 그러므로, 시험기에 의해 취득한 표준적인 하중 추정 계수 MB를 이용하여, 실제의 사용 조건에 따른 하중 추정 계수 MC를 산출하는 처리가 필요하다.

본 발명의 목적은, 차륜용 베어링의 사용 조건에 따른 하중 추정 계수를 사용하여, 정확한 하중을 연산 출력할 수 있는 센서가 장착된 베어링 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 센서가 장착된 베어링 장치는, 복렬(複列)의 전주면(轉走面)이 내주에 형성된 외측 부재, 상기 전주면과 대향하는 전주면이 외주에 형성된 내측 부재, 및 양 부재의 대향하는 전주면 사이에 개재된 복렬의 전동체(轉動體)를 가지고, 차체에 대하여 차륜을 회전 가능하게 지지하는 차륜용의 베어링과, 이 차륜용의 베어링에 장착되고, 이 베어링에 가해지는 하중을 검출하는 복수의 센서(20)와, 상기 각 센서(20)의 출력 신호를 처리하여 신호 벡터를 생성하는 신호 처리 수단(31)과, 상기 신호 벡터로부터 상기 차륜에 가해지는 하중을 연산하는 하중 연산 처리 수단(32)을 구비한다.

상기 하중 연산 처리 수단(32)은, 정해진 베어링의 표준적인 하중 추정 계수인 표준 하중 추정 계수 MB로부터, 실제의 차량에 장착한 상태에서의 하중 추정 계수인 실상(實狀) 하중 추정 계수 MC를 산출하는 계수 변환 처리부(33)와, 이 계수 변환 처리부(33)에 의해 산출된 실상 하중 추정 계수 MC와 상기 신호 벡터로부터 상기 차륜에 가해지는 하중을 연산하는 하중 연산부(34)를 가진다. 여기서, 상기한 정해진 표준 하중 추정 계수 MB란, 예를 들면, 차량에 장착하기 전의 베어링에 대하여 행한 하중 시험에 의해 구해진 하중 추정 계수이다. 상기 센서(20)는 상기 차륜용의 베어링에 장착되지만, 상기 신호 처리 수단(31) 및 하중 연산 처리 수단(32)은, 상기 차륜용의 베어링에 장착되어 있어도, 또한 차륜용의 베어링으로부터 이격되어, 차량의 ECU나 인버터 장치 등에 설치되어 있어도 된다.

이 구성에 의하면, 차륜용 베어링의 개체차를 포함한 특성을 시험기로 구하여 개별적인 표준 하중 추정 계수 MB를 준비하여 두면, 하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)에 있어서, 베어링이 고정되는 너클 부재의 재질이나 형상, 및 좌륜 및 우륜의 차이나 베어링 장착 자세의 상위 등, 사용 조건에 의한 특성의 차이를 변환 계수에 의해 보정하고, 사용 조건에 따른 실상 하중 추정 계수 MC를 산출할 수 있다. 그러므로, 차륜용 베어링의 사용 조건에 따른 하중 추정 계수를 사용하여, 정확한 하중을 연산 출력할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)는, 상기 표준 하중 추정 계수 MB로부터 상기 실상 하중 추정 계수 MC로 변환하기 위한 변환 계수 T(k)가 기입된 변환 계수 기억부(35)와, 차량에 상기 베어링을 장착한 상태를 지정하는 파라미터 k가 기입된 파라미터 기억부(36)를 가지는 것이라도 된다.

본 발명에 있어서, 상기 파라미터 기억부(36)에 기입된 파라미터 k는, 차량의 종류, 상기 베어링의 탑재 위치, 및 브레이크의 ON·OFF 상태를 지정하는 것 중, 적어도 어느 하나를 포함하는 것이라도 된다.

본 발명에 있어서, 상기 하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)는, 차륜의 좌우 탑재 위치에 따라, 상기 신호 처리 수단(31)으로부터 하중 연산 처리 수단(32)의 상기 하중 연산부에 입력되는 신호 벡터의 배열 변환, 및 계수 변환 처리부(33)로부터 하중 연산부에 주어지는 상기 실상 하중 추정 계수 MC의 배열 변환을 지령하는 차륜 위치 대응 변환 지령부를 가지는 것이라도 된다.

이 구성의 경우, 베어링이 좌우 대칭 형상의 경우에, 차륜 위치 대응 변환 지령부로부터의 지령에 의해, 신호 벡터의 배열의 교체 처리와, 실상 하중 추정 계수 MC의 배열 변환 처리를 행함으로써 대응할 수 있으므로, 다른 한쪽의 탑재 위치의 변환 계수만을 준비하면 되고, 모든 변환 계수를 준비할 필요가 없기 때문에, 메모리 영역을 절약할 수 있다.

이 경우에, 상기 신호 처리 수단(31)은, 상기 차륜 위치 대응 변환 지령부로부터의 지령에 따라, 신호 벡터의 배열 변환을 행하는 스왑핑(swapping) 회로(43)를 가지는 것이라도 된다.

본 발명에 있어서, 상기 하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)에서의 상기 실상 하중 추정 계수 MC를 산출하기 위한 일련의 시퀀스 처리는, 초기화 처리에 있어서 실행되는 것이라도 된다.

본 발명에 있어서, 상기 베어링 상에 그 베어링을 특정하는 ID 정보가 기입된 ID 메모리(38)가 설치되고, 상기 하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)는, 초기화 처리 시에 상기 ID 메모리(38)로부터 ID 정보를 판독하여 기억하는 ID 불휘발성 메모리(40)를 가지는 것이라도 된다.

이 경우에, 상기 하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)는, 전원이 ON일 때, 상기 ID 메모리(38)로부터 ID 정보를 판독하고, 상기 ID 불휘발성 메모리(40)가 기억하고 있는 ID 정보와의 비교를 실시하여, 초기 설정에서 관련된 정규의 베어링과 접속되어 있는지의 여부를 확인하는 기능을 가지는 것이라도 된다. 전술한 「전원이 ON일 때」는, 상기 하중 연산 처리 수단(32)의 전원이 ON으로 되었을 때이며, 예를 들면, 차량의 시동(始動) 스위치에서의 악세사리 모드가 ON으로 되었을 때이다.

본 발명에 있어서, 상기 베어링 상에 상기 표준 하중 추정 계수 MB가 기입된 MB 메모리(39)가 설치되고, 상기 하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)는, 상기 MB 메모리(39)로부터 상기 표준 하중 추정 계수 MB를 판독 가능하게 해도 된다.

본 발명에 있어서, 상기 하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)에는, 상기 베어링을 특정하는 ID 정보에 의해 지정되는 표준 하중 추정 계수 MB의 데이터 파일이 외부로부터 별도 공급되는 것이라도 된다.

본 발명에 있어서, 베어링에 가해지는 하중을 검출하는 센서(20)를 3개 이상 설치하고, 상기 하중 연산 처리 수단(32)은, 상기 3개 이상의 센서(20)의 출력 신호로부터, 차륜용 베어링에 작용하는 수직 방향 하중 Fz, 전후 방향의 하중 Fx, 및 축 방향 하중 Fy를 연산하는 것이라도 된다.

본 발명에 있어서, 베어링에 가해지는 하중을 검출하는 상기 센서(20)는, 상기 외측 부재와 내측 부재의 사이의 상대 변위를 검출하는 것이라도 된다.

본 발명에 있어서, 베어링에 가해지는 하중을 검출하는 상기 센서(20)는, 상기 외측 부재 및 내측 부재 중 고정측 부재의 변형을 검출하는 것이라도 된다.

이 경우에, 상기 센서(20)는, 상기 외측 부재 및 내측 부재 중 고정측 부재의 외경면에 설치한 센서 유닛(20)이며, 이 센서 유닛(20)은, 상기 고정측 부재의 외경면에 접촉하여 고정되는 변형 발생 부재와, 이 변형 발생 부재의 변형을 검출하는 1개 이상의 변형 검출 소자를 가지는 것이라도 된다.

이 경우에, 센서 유닛(20)을, 타이어 접지면(接地面)에 대하여 상하 위치 및 좌우 위치로 되는 상기 고정측 부재의 외경면의 상면부, 하면부, 우면부 및 좌면부에 원주 방향 90°의 위상차로 4개 균등하게 배치해도 된다.

이와 같이 4개의 센서 유닛(20)을 배치함으로써, 차륜용 베어링에 작용하는 수직 방향 하중 Fz, 전후 방향의 하중 Fx, 축 방향 하중 Fy를 추정할 수 있다. 또한, 베어링의 하중 상태가 변화된 경우에도, 부하권(負荷圈) 측에 배치된 센서 유닛(20)의 출력 신호로부터 안정적으로 전동체 주기를 검출할 수 있어, 하중 추정 출력의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또한, 이 경우에, 상기 센서 유닛(20)은, 상기 고정측 부재의 외경면에 접촉하여 고정되는 3개 이상의 접촉 고정부를 가지는 변형 발생 부재와, 이 변형 발생 부재에 장착되어 이 변형 발생 부재의 변형을 검출하는 2개 이상의 변형 검출 소자를 가지는 것이라도 된다.

이 경우에, 상기 변형 검출 소자를, 상기 변형 발생 부재의 인접하는 제1 및 제2 접촉 고정부의 사이, 및 인접하는 제2 및 제3 접촉 고정부의 사이에 각각 설치하고, 인접하는 상기 접촉 고정부의 간격, 또는 인접하는 상기 변형 검출 소자의 간격을, 전동체의 배열 피치의 {n＋1/2[n: 정수(整數]}배로 설정해도 된다.

특허청구범위 및/또는 명세서 및/또는 도면에 개시된 2개 이상의 구성의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다. 특히, 청구의 범위의 각 청구항의 2개 이상의 어떠한 조합도, 본 발명에 포함된다.

본 발명은, 첨부한 도면을 참고로 한 이하의 바람직한 실시형태의 설명으로부터 보다 명료하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 실시형태 및 도면은 단순한 도시 및 설명을 위한 것이며, 본 발명의 범위를 정하기 위해 이용되는 한 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부한 청구의 범위에 의해 정해진다. 첨부 도면에 있어서, 복수의 도면에서의 동일한 부품 번호는, 동일 또는 상당 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 관한 센서가 장착된 베어링 장치의 베어링의 단면도(斷面圖)와 그 검출계의 개념 구성의 블록도를 조합시켜 나타낸 도면이다.
도 2는 동 베어링의 외측 부재를 아웃보드(outboard) 측으로부터 본 정면도이다.
도 3은 동 센서가 장착된 베어링 장치에 있어서의 센서 유닛의 일례의 확대 단면도이다.
도 4는 도 3에서의 IV―IV 화살표 단면도이다.
도 5는 검출계의 다른 구성예를 나타낸 블록도이다.
도 6a는 같은 차륜용의 베어링을 좌측 차륜에 장착한 경우의 센서 출력 신호의 배열을 나타내는 설명도이다.
도 6b는 같은 차륜용의 베어링을 우측 차륜에 장착한 경우의 센서 출력 신호의 배열을 나타내는 설명도이다.

본 발명의 일실시형태를 도 1 내지 도 6a, 6b를 참조하여 설명한다. 이 실시형태는, 제3 세대형의 내륜 회전 타입이며, 구동륜 지지용의 차륜용의 베어링(100)에 적용한 것이다. 그리고, 본 명세서에 있어서, 차량에 장착한 상태에서 차량의 차폭 방향의 외측 치우친 측을 아웃보드 측이라고 하고, 차량의 중앙 주위로 되는 측을 인보드(inboard) 측이라고 한다.

이 센서가 장착된 베어링 장치에 있어서의 차륜용의 베어링(100)은, 도 1에 단면도로 나타낸 바와 같이, 내주에 복렬의 전주면(3)을 형성한 외측 부재(1)와, 이들 각각의 전주면(3)에 대향하는 전주면(4)을 외주에 형성한 내측 부재(2)와, 이들 외측 부재(1) 및 내측 부재(2)의 전주면(3, 4) 사이에 개재된 복렬의 전동체(5)로 구성된다. 이 차륜용의 베어링(100)은, 복렬의 앵귤러 볼베어링형으로 되어 있고, 전동체(5)는 볼로 이루어지고, 각각의 열마다 유지기(6)에 의해 유지되어 있다. 상기 전주면(3, 4)은 단면이 원호형이며, 볼 접촉각이 배면 맞춤(back to back)으로 되도록 형성되어 있다. 외측 부재(1)와 내측 부재(2)와의 사이의 베어링 공간의 양단은, 한 쌍의 실링(7, 8)에 의해 각각 밀봉되어 있다.

외측 부재(1)는 고정측 부재로 되는 것으로서, 차체의 현가(懸架) 장치(도시하지 않음)에서의 너클(16)에 장착하는 차체 장착용 플랜지(1a)를 외주에 가지고, 전체가 일체의 부품으로 되어 있다. 플랜지(1a)에는 주위 방향 복수 개소에 너클 장착용의 나사공(14)이 형성되고, 인보드 측으로부터 너클(16)의 볼트 삽통공(揷通孔)(17)에 삽통된 너클 볼트(도시하지 않음)를 상기 나사공(14)에 나사결합함으로써, 차체 장착용 플랜지(1a)가 너클(16)에 장착된다.

내측 부재(2)는 회전측 부재로 되는 것으로서, 차륜 장착용의 허브 플랜지(9a)를 가지는 허브륜(9)과, 이 허브륜(9)의 축부(軸部)(9b)의 인보드 측단의 외주에 끼워맞춘 내륜(10)으로 된다. 이들 허브륜(9) 및 내륜(10)에, 각각의 상기 열의 전주면(4)이 형성되어 있다. 허브륜(9)의 인보드 측단의 외주에는 단차(段差)를 가지고 소경(小徑)으로 되는 내륜 끼워맞춤면(12)이 형성되고, 이 내륜 끼워맞춤면(12)에 내륜(10)이 끼워맞추어져 있다. 허브륜(9)의 중심에는 관통공(11)이 형성되어 있다. 허브 플랜지(9a)에는, 주위 방향 복수 개소에 허브 볼트(도시하지 않음)의 압입공(15)이 형성되어 있다. 허브륜(9)의 허브 플랜지(9a)의 근원부 부근에는, 차륜 및 제동 부품(도시하지 않음)을 안내하는 원통형의 파일럿부(13)가 아웃보드 측으로 돌출되어 있다.

도 2는, 이 차륜용의 베어링(100)의 외측 부재(1)를 아웃보드 측으로부터 본 정면도를 나타낸다. 그리고, 도 1은, 도 2에서의 I―I 화살표 단면도를 나타낸다. 상기 차체 장착용 플랜지(1a)는, 도 2와 같이, 각각의 나사공(14)이 형성된 원주 방향 부분이 다른 부분보다 외경측으로 돌출된 돌출편(1aa)으로 되어 있다.

고정측 부재인 외측 부재(1)의 외경면에는, 하중 검출용 센서인 4개의 센서 유닛(20)이 설치되어 있다. 여기서는, 이들 센서 유닛(20)이, 타이어 접지면에 대하여 상하 위치 및 전후 위치로 되는 외측 부재(1)의 외경면에서의 상면부, 하면부, 우면부, 및 좌면부에 설치되어 있다.

각 센서 유닛(20)의 변형 검출 소자(22)는, 도 1에 블록도로 나타내는 검출계 유닛(30)에 접속된다. 이 검출계 유닛(30)은, 상기 각 센서 유닛(20)의 출력 신호를 처리하여 신호 벡터를 생성하는 신호 처리 수단(31)과, 상기 신호 벡터로부터 차륜에 가해지는 하중을 연산하는 하중 연산 처리 수단(32)으로 이루어진다. 신호 처리 수단(31) 및 하중 연산 처리 수단(32)은, 반드시 검출계 유닛(30)으로서 일체화하지 않아도 되고, 서로 분리하여 설치해도 된다. 또한, 이들 신호 처리 수단(31)이나 하중 연산 처리 수단(32)은 차륜용의 베어링(100)에 탑재해도 되고, 또한 차륜용의 베어링(100)과는 이격되어 차량에, 메인의 ECU(전기 제어 유닛)의 근방 등에 위치하거나, 또는 ECU의 통괄 제어부의 하위 제어부 등으로서 설치해도 된다.

이 실시형태에서는, 차륜에 가해지는 각각의 방향의 하중을 검출하는 센서로서, 도 2∼도 4에 1구성예를 나타낸 상기 센서 유닛(20)이 사용된다. 각 센서 유닛(20)은, 후에 설명하는 바와 같이, 접촉 고정부(21a)에 의해 외측 부재(1)에 고정된 변형 발생 부재(21)와, 이 변형 발생 부재(21)에 장착되어 변형 발생 부재(21)의 변형을 검출하는 변형 검출 소자(22)[22A, 22B]로 된다(도 3, 도 4). 도 3, 도 4의 구성예에서는 1개의 센서 유닛(20)에 2개의 변형 검출 소자(22)[22A, 22B]가 사용되고 있지만, 1개의 센서 유닛(20)에 1개의 변형 검출 소자(22)를 사용한 구성이라도 된다.

하중 검출용의 센서는, 상기 도 2∼도 4의 형태의 것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 변위 센서[와전류(渦電流) 센서, 자기(磁氣) 센서, 자기 저항 센서, 등]를, 외측 부재(1) 및 내측 부재(2) 중 고정측 부재에 설치하고, 검출 타겟을 회전륜에 배치하여 외측 부재(1)와 내측 부재(2) 사이의 상대 변위량을 구하고, 미리 구하여 둔 하중과 변위와의 관계로부터, 인가되어 있는 하중을 구하는 것이라도 된다. 즉, 이 실시형태의 구성은, 베어링의 내측 부재(2)와 외측 부재(1) 사이에 작용하고 있는 힘을, 고정측 부재에 설치한 센서에 의해 직접적·간접적으로 검출하여, 연산에 의해 입력 하중을 연산으로 추정하는 방식의 하중 센서에 적용되는 것이다.

그리고, X, Y, Z 방향의 3방향의 각 하중 Fx, Fy, Fz, 또는 각각의 방향의 모멘트 하중을 산출하기 위해서는, 적어도 3개 이상의 센서 정보(센서의 출력 신호)를 사용한 연산 처리 구성이 필요로 한다. 즉, 복수의 센서 신호를 필요에 따라 가공·신호 처리하여 추출한 신호 벡터를 생성하고, 이것을 사용하여 하중 추정 연산 처리를 실행하여 입력 하중 F(={Fx, Fy, Fz, …})를 구하는 하중 검출계 유닛(30)을 구비한 구성으로 된다.

이와 같은 구성의 하중 검출계 유닛(30)에 있어서는, 선형 근사(近似)가 성립하는 범위에 있어서, 각 센서 신호의 신호 벡터를 S로 나타내면, 이 신호 벡터 S를 입력으로 하고, 다음 식

F=M·S＋Mo……(1)

의 관계식을 만족시키도록, 수치 해석이나 실험에 의해 연산 계수 행렬 M과 오프셋 Mo를 결정함으로써, 하중 추정 연산 처리가 가능하게 된다. 하중 입력 범위에 대응시켜 적절히 선형 근사 범위를 설정하면, 하중 추정 계수에 의해 폭넓은 입력 하중을 추정할 수 있다.

여기서, 입력 하중과 센서 신호의 신호 벡터 S와의 관계는, 예를 들면, 하중을 인가하는 시험기로 각각의 방향의 하중 Fx, Fy, Fz나, 각각의 방향의 모멘트 하중 Mx, Mz 등의 하중을 가하여, 그 하중에 대한 센서 신호를 측정함으로써 구할 수 있다. 여기서는, 식(1)에서의 계수 M과 오프셋 Mo를 맞추어, 시험기에 의해 구한 표준적인 하중 추정 계수(이하, 표준 하중 추정 계수라고 함)를 MB라고 표현한다. 그러면, 식(1)은, 다음 식,

F=MB·S……(2)

라는 관계식으로 표현되게 된다.

그러나, 여기서 구해진 표준 하중 추정 계수 MB를, 실제의 차량으로 주행했을 때 얻어지는 센서 데이터에 대하여 그대로 적용한 경우에는, 실제의 입력 하중값과는 상이한 하중 추정값이 산출되어 버려, 하중을 정확하게 구할 수 없다. 그 원인은, [발명이 해결하려고 하는 과제]에서도 설명한 바와 같이, 시험기와 실제 차량으로의, 차륜용의 베어링(100)의 장착 자세의 상위나, 베어링(100)을 장착하는 주변 부재의 강성의 상위에 따라, 베어링(100)에 발생하는 변형이나 변형 상태에 차이가 발생하는 것에 있다. 시험기에 실제 차량에 대한 장착 상태를 재현하고, 다양한 장착 자세에서의 하중 인가 시험을 행하는 것은 가능하지만, 실제 차량의 너클 부재나 서스펜션 부재의 영향에 대하여 상세하게 재현하기 위해서는, 복잡한 세팅과 대규모 장치가 필요하며, 시험에 시간이 소요되어 현실적인 캘리브레이션을 행할 수 없다는 문제가 있다.

그래서, 이 센서가 장착된 베어링 장치에서는, 도 1의 하중 연산 처리 수단(32)에 있어서, 시험기에 의해 취득한 표준 하중 추정 계수 MB에 대하여, 실제의 사용 조건에 따른 변환 조작을 행하고, 실제의 차량에서의 하중 추정 계수(이하, 실상 하중 추정 계수라고 함) MC를 산출하는 계수 변환 처리부(33)와, 이 계수 변환 처리부(33)에 의해 산출된 실상 하중 추정 계수 MC와, 상기 신호 처리 수단(31)에 의해 생성되는 신호 벡터로부터 차륜에 가해지는 하중을 연산하는 하중 연산부(34)를 설치하고 있다.

상기 계수 변환 처리부(33)는, 상기 표준 하중 추정 계수 MB로부터 상기 실상 하중 추정 계수 MC로 변환하기 위한 변환 계수 T(k)가 기입된 변환 계수 기억부(35)와, 베어링(100)의 탑재되는 차량의 종류 등의 정보나, 탑재 차륜 위치, 차량에 베어링(100)을 장착한 상태 등을 지정하는 파라미터 k가 기입된 파라미터 기억부(36)와, 변환하여 얻어진 실상 하중 추정 계수 MC를 기억하는 MC 기억부(37)를 가진다. 변환 계수 기억부(35), 파라미터 기억부(36), 및 MC 기억부는 불휘발성 메모리로 이루어진다. 상기 파라미터 k로서는, 이 외에 브레이크의 ON·OFF 상태를 지정하는 것도 포함된다.

한편, 차륜용의 베어링(100) 상에는, 그 베어링(100)을 특정하는 ID 정보가 기입된 ID 메모리(38)와, 상기 표준 하중 추정 계수 MB가 기입된 MB 메모리(39)가 설치된다. 또한, 하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)에는, 이들의 ID 정보 및 표준 하중 추정 계수 MB를, 통신 수단에 의해 상기 ID 메모리(38) 및 MB 메모리(39)로부터 판독하여 기억하는 ID 불휘발성 메모리(40) 및 MB 불휘발성 메모리(41)가 설치되어 있다.

하중 연산 처리 수단(32)의 계수 변환 처리부(33)에서는, 베어링(100)이 차량에 탑재되어 검출계 유닛(30)과 접속된 상태로 되면, 먼저, 다음과 같은 초기화 처리를 실행한다. 초기화 처리에서는, 베어링(100) 상의 ID 메모리(38) 및 MB 메모리(39)로부터 ID 정보 및 표준 하중 추정 계수 MB를 판독하여, ID 불휘발성 메모리(40) 및 MB 불휘발성 메모리(41)에 카피한다. 그 후, 파라미터 기억부(36)에 기입되어 있는 차량 정보, 탑재 차륜 위치 등을 지정하는 파라미터 k를 사용하여, 표준 하중 추정 계수 MB를 실상 하중 추정 계수 MC로 변환하는 처리를 행한다. 이 변환에서는, 변환 계수 기억부(35)에 미리 기입되어 있는 변환 계수 T(k)로부터, 설정된 사용 조건 즉 파라미터 k에 적합한 변환 계수 T(k)를 선택하고, 표준 하중 추정 계수 MB로 변경을 가하는 처리를 행한다.

예를 들면, 다음 식,

MC=MB＋T(k)……(3)

과 같이 변환 계수를 가산하는 구성으로서 처리할 수 있다. 변환 계수 T(k)의 값은, 실제 차량 조건 하에서 구한 센서 출력 신호의 실상 하중 추정 계수 MC와 표준 상태의 시험 조건 하에서 구한 표준 하중 추정 계수 MB를 사용하여, 다음 식,

T(k)=MC―MB……(4)

등으로서 구할 수 있다.

그리고, 도 1에 나타낸 계수 변환 처리부(33)에서는, 실상 하중 추정 계수 MC가 1 종류 밖에 없는 것과 같은 표현으로 되어 있지만, 실제로는 입력 하중 상태, 예를 들면, 선회(旋回) 내측/외측, 차륜의 회전 속도, 브레이크의 ON·OFF 상태 등에 따라 여러 종류의 계수를 전환하여 연산 처리하므로, 복수의 실상 하중 추정 계수 MC가 준비되어 있다. 표준 하중 추정 계수 MB에 대해서도 마찬가지로, 입력 하중의 상태에 따른 복수의 표준 하중 추정 계수 MB가 설정되어 있다.

초기화 처리에 있어서, 계수 변환 처리부(33)에서는, 베어링(100)의 MB 메모리(39)로부터 판독한 표준 하중 추정 계수 MB로부터, 사용 조건에 맞추어 변환된 복수의 실상 하중 추정 계수 MC를 구하여 MC 기억부(37)에 기억한다. 이와 같이 하여, 초기화 처리를 끝낸 후에는, 입력되는 센서 출력 신호의 신호 벡터에 따라, 하중 연산부(34)에 의해 추정 하중이 구해져, 출력되는 상태로 된다.

상기한 구성 외에, 베어링(100) 상에는 ID 정보를 기억하는 ID 메모리(38)만을 탑재하여 두고, 표준 하중 추정 계수 MB의 데이터 자체는 별도 데이터 파일로 계수 변환 처리부(33)에 공급하도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우에, ID 정보와 대응하는 데이터 파일이 네트워크 상 등에 공급되어 있으면, ID 메모리(38)로부터 판독한 ID 정보에 일치하는 표준 하중 추정 계수 MB의 데이터를 읽어들일 수가 있어, 베어링(100) 상에 표준 하중 추정 계수 MB를 위한 큰 메모리를 탑재하여 둘 필요가 없어진다.

여기서, 베어링(100) 상의 ID 메모리(38)로부터 판독하여 ID 불휘발성 메모리(40)에 기억한 ID 정보는, 베어링(100)과 검출계 유닛(30)과의 접속을 확인하기 위해 사용할 수 있다. 즉, 전원이 ON이 되었을 때, 한 번 ID 정보를 베어링(100) 상의 ID 메모리(38)로부터 판독하고, 이 값이 초기화 처리 시에 계수 변환 처리부(33)의 ID 불휘발성 메모리(40)에 기억된 ID 정보와 일치하는지 확인하고, 상이하게 되어 있는 경우에는, 접속 실수가 있었는지, 또는 베어링(100)이 변경되어 있는 등인 것으로 판단할 수 있다. 그리고, 이 판단 결과로부터, 에러 정보를 출력하여 확인을 촉구하거나, 또는 필요에 따라 초기화 처리를 재차 실행하는 등의 처치를 실시할 수 있다. 그리고, 전술한 「전원이 ON일 때」는, 상기 검출계 유닛(30) 또는 상기 하중 연산 처리 수단(32)의 전원이 ON으로 되었을 때이며, 예를 들면, 차량의 시동 스위치에서의 악세사리 모드가 ON으로 되었을 때이다.

도 6a, 도 6b는, 같은 차륜용의 베어링(100)을 좌측 차륜에 장착한 경우와 우측 차륜에 장착한 경우의 센서 출력 신호의 배열의 차이를 나타낸 것이며, 도 6a는 좌측 차륜에 장착한 경우를, 도 6b는 우측 차륜에 장착한 경우를 나타낸다. 이 예와 같이, 베어링(100)의 장착 자세가 상이할뿐이며 다른 특성이 대칭인 경우에는, 좌표계를 변환하는 것만으로 하중 추정 계수를 구할 수 있다. 좌측 차륜에 장착한 경우를 나타낸 도 6a의 경우에는, 차량 전방에 위치하는 센서에 대응하는 센서 출력 신호가 S4이며, 모든 센서의 출력 신호로 이루어지는 신호 벡터 S에서는 (S1, S2, S3, S4)로 정렬되어 있으므로, (상, 후, 하, 전)의 순으로 센서 출력 신호가 배열된 구성으로 되어 있다.

이에 대하여, 우측 차륜에 장착한 경우를 나타낸 도 6b의 경우에는, 차량 전방에 위치하는 센서에 대응하는 센서 출력 신호가 S2로 되므로, 모든 센서의 출력 신호로 이루어지는 신호 벡터 S에서는 (S1, S2, S3, S4)의 배열로 되고, (상, 전, 하, 후)의 순으로 배열되게 된다. 이것을 정렬하는 조작을 행하여(S1, S4, S3, S2)의 배열의 신호 벡터 S’로 하면, 좌측 차륜에 장착한 경우의 신호 벡터 S와 같은 신호 구성으로 되어, 연산 처리에 그대로 입력하는 것이 가능하게 된다.

또한, 좌우 반전에 의해 하중의 방향이 반전하는 경우도 있으므로, 베어링(100)의 표준 하중 추정 계수 MB의 아핀 변환(부호 반전 처리 등)에 상당하는 연산 처리를, 상기 계수 변환 처리부(33)에 있어서 필요에 따라 실시하면 된다. 따라서, 주행 데이터와 시험기에서의 데이터와의 비교에 의해 좌측 차륜의 변환 계수 T(k)를 산출하여 두면, 우측 차륜에 대해서는 모든 변환 계수 T(k)를 준비할 필요가 없어, 변환 계수를 위한 메모리 용량을 감소시킬 수 있다.

도 5에서는, 이와 같은 대책을 행한 검출계 유닛(30)의 구성예를 나타내고 있다. 이 구성예에서는, 하중 연산 처리 수단(32)에서의 계수 변환 처리부(33)에, 차륜의 좌우 탑재 위치에 따라, 상기 신호 처리 수단(31)으로부터 하중 연산 처리 수단(32)의 하중 연산부(34)에 입력되는 신호 벡터의 배열 변환, 및 계수 변환 처리부(33)로부터 상기 하중 연산부(34)에 주어지는 실상 하중 추정 계수 MC의 배열 변환을 지령하는 차륜 위치 대응 변환 지령부(42)가 설치되어 있다. 또한, 이에 대응하여, 신호 처리 수단(31)에는, 상기 차륜 위치 대응 변환 지령부(42)로부터의 지령에 따라, 신호 벡터의 배열 변환을 행하는 스왑핑 회로(43)가 설치되어 있다. 그 외의 구성은, 도 1의 구성예의 경우와 마찬가지이다.

이 구성예의 경우에도, 먼저 설명한 초기화 처리와 동일하게 하여, 베어링(100)의 표준 하중 추정 계수 MB로부터, 실제 차량의 좌측 차륜용의 변환 계수 T(k)를 사용하여 실제 차량의 좌측 차륜용의 실상 하중 추정 계수 MC를 산출한다. 그에 계속하여, 상기 차륜 위치 대응 변환 지령부(42)에서의 파라미터(LtoR Transform)가 ON으로 설정되어 있는 것에 의해, 우측 차륜에 대한 변환 설정이 실시된다. 이로써, 신호 처리 수단(31)의 스왑핑 회로(43)가 ON으로 되고, 신호 벡터의 배열이 우측 차륜용의 및 변환되는 동시에, 실상 하중 추정 계수 MC의 아핀 변환 처리가 실시되어, 실상 하중 추정 계수 MC의 재설정 처리가 행해진다.

다음에, 도 1의 센서 유닛(20)의 1구성예에 대하여, 그 구체적 구조를 설명한다. 도 2의 4개소(箇所)에 설치된 각 센서 유닛(20)은, 도 3 및 도 4에 확대 평면도 및 확대 단면도로 나타낸 바와 같이, 변형 발생 부재(21)와, 이 변형 발생 부재(21)에 장착되어 변형 발생 부재(21)의 변형을 검출하는 2개의 변형 검출 소자(22)[22A, 22B]로 된다. 변형 발생 부재(21)는, 강재(鋼材) 등의 탄성 변형 가능한 금속제로 2㎜ 이하의 박판재로 이루어지고, 평면이 대략 전체 길이에 걸쳐 균일폭의 밴드형이다. 또한, 변형 발생 부재(21)는, 외측 부재(1)의 외경면에 스페이서(23)를 통하여 접촉 고정되는 3개의 접촉 고정부(21a)를 가진다. 3개의 접촉 고정부(21a)는, 변형 발생 부재(21)의 길이 방향을 향해 1열로 배열되어 배치된다. 2개의 변형 검출 소자(22) 중 1개의 변형 검출 소자(22A)는, 도 4에 있어서, 좌측단의 접촉 고정부(21a)와 중앙의 접촉 고정부(21a)와의 사이에 배치되고, 중앙의 접촉 고정부(21a)와 우측단의 접촉 고정부(21a)와의 사이에 다른 1개의 변형 검출 소자(22B)가 배치된다.

도 3과 같이, 변형 발생 부재(21)의 양측 변부(邊部)에서의 각각의 상기 변형 검출 소자(22A, 22B)의 배치부에 대응하는 2개소의 위치에 각각 절결부(切缺部)(21b)가 형성되어 있다. 절결부(21b)의 코너부는 단면이 원호형으로 되어 있다. 변형 검출 소자(22)는 절결부(21b) 주변의 주위 방향의 변형을 검출한다. 그리고, 변형 발생 부재(21)는, 고정측 부재인 외측 부재(1)에 작용하는 외력, 또는 타이어와 노면 사이에 작용하는 작용력으로서, 상정(想定)되는 최대의 힘이 인가된 상태에 있어서도, 소성(塑性) 변형되지 않는 것으로 하는 것이 바람직하다. 소성 변형이 생기면, 외측 부재(1)의 변형이 센서 유닛(20)에 전해지지 않아, 변형의 측정에 영향을 미치기 때문이다. 상정되는 최대의 힘은, 예를 들면, 그 힘이 작용해도 차륜용의 베어링(100)을 손상시키지 않고, 그 힘이 제거되면 차륜용의 베어링(100)의 정상(正常)인 기능이 복원되는 범위에서 최대의 힘이다.

상기 센서 유닛(20)은, 그 변형 발생 부재(21)의 3개의 접촉 고정부(21a)가, 외측 부재(1)의 축 방향의 같은 치수의 위치에서, 또한 각 접촉 고정부(21a)가 서로 원주 방향으로 이격된 위치에 오도록 배치되고, 이들 접촉 고정부(21a)가 각각 스페이서(23)를 통하여 볼트(24)에 의해 외측 부재(1)의 외경면에 고정된다. 상기 각 볼트(24)는, 각각 접촉 고정부(21a)에 설치된 직경 방향으로 관통하는 볼트 삽통공(25)으로부터 스페이서(23)의 볼트 삽통공(26)에 삽통되고, 외측 부재(1)의 외주부에 형성된 나사공(27)에 나사결합시킨다. 이와 같이, 스페이서(23)를 통하여 외측 부재(1)의 외경면에 접촉 고정부(21a)를 고정함으로써, 박판형(薄板形)인 변형 발생 부재(21)에서의 절결부(21b)를 가지는 각각의 부위가 외측 부재(1)의 외경면으로부터 이격된 상태로 되어, 절결부(21b)의 주변의 변형이 용이해진다.

접촉 고정부(21a)가 배치되는 축 방향 위치로서, 여기서는 외측 부재(1)의 아웃보드 측렬의 전주면(3)의 주변으로 되는 축 방향 위치가 선택된다. 여기서 말하는 아웃보드 측렬의 전주면(3)의 주변이란, 인보드 측렬 및 아웃보드 측렬의 전주면(3)의 중간 위치로부터 아웃보드 측렬의 전주면(3)의 형성부까지의 범위이다. 외측 부재(1)의 외경면에 센서 유닛(20)을 안정적으로 고정시키고, 또한 외측 부재(1)의 외경면에서의 상기 스페이서(23)가 접촉 고정되는 개소에는 평탄부(1b)가 형성된다.

이 외에, 외측 부재(1)의 외경면에서의 상기 변형 발생 부재(21)의 3개의 접촉 고정부(21a)가 고정되는 3개소의 각각의 중간부에 홈(도시하지 않음)을 형성함으로써, 상기 스페이서(23)를 생략하고, 변형 발생 부재(21)에서의 절결부(21b)가 위치하는 각각의 부위를 외측 부재(1)의 외경면으로부터 이격시키도록 해도 된다.

변형 검출 소자(22)로서는, 각종의 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 변형 검출 소자(22)를 금속박 스트레인 게이지(strain gage)로 구성할 수 있다. 이 경우, 통상, 변형 발생 부재(21)에 대해서는 접착에 의한 고정이 행해진다. 또한, 변형 검출 소자(22)를 변형 발생 부재(21) 상에 두꺼운 막 즉 후막(厚膜) 저항체에 의해 형성할 수도 있다.

또한, 도 3 및 도 4에 나타낸 구성에서는, 고정측 부재인 외측 부재(1)의 외경면의 원주 방향으로 배열된 3개의 접촉 고정부(21a) 중, 그 배열의 양단에 위치하는 2개의 접촉 고정부(21a)의 간격을, 전동체(5)의 배열 피치 P와 동일하게 설정하고 있다. 이 경우, 인접하는 접촉 고정부(21a)의 중간 위치에 각각 배치되는 2개의 변형 검출 소자(22A, 22B)의 사이에서의 상기 원주 방향의 간격은, 전동체(5)의 배열 피치 P의 대략 1/2로 된다. 그 결과, 2개의 변형 검출 소자(22A, 22B)의 출력 신호 S0, S1은 대략 180°의 위상차를 가지는 것으로 된다.

그리고, 도 3 및 도 4에 나타낸 구성에서는, 그 배열의 양단에 위치하는 접촉 고정부(21a)의 간격을, 전동체(5)의 배열 피치 P와 동일하게 설정하고, 인접하는 접촉 고정부(21a)의 중간 위치에 각 1개의 변형 검출 소자(22A, 22B)를 각각 배치함으로써, 2개의 변형 검출 소자(22A, 22B)의 사이에서의 상기 원주 방향의 간격을, 전동체(5)의 배열 피치 P의 대략 1/2로 되도록 하였다. 이와는 별도로, 직접, 2개의 변형 검출 소자(22A, 22B)의 사이에서의 상기 원주 방향의 간격을, 전동체(5)의 배열 피치 P의 1/2로 설정해도 된다.

이 경우에, 2개의 변형 검출 소자(22A, 22B)의 상기 원주 방향의 간격을, 전동체(5)의 배열 피치 P의 {1/2＋n(n: 정수)}배, 또는 이들 값에 근사한 값으로 해도 된다.

센서 유닛(20)은, 외측 부재(1)의 아웃보드 측렬의 전주면(3)의 주변으로 되는 축 방향 위치에 설치되므로, 변형 검출 소자(22A, 22B)의 출력 신호는, 센서 유닛(20)의 설치부의 근방을 통과하는 전동체(5)의 영향을 받는다. 또한, 베어링의 정지 시에 있어서도, 변형 검출 소자(22A, 22B)의 출력 신호는, 전동체(5)의 위치의 영향을 받는다. 즉, 전동체(5)가 센서 유닛(20)에서의 변형 검출 소자(22A, 22B)에 가장 가까운 위치를 통과할 때[또는, 그 위치에 전동체(5)가 있을 때], 변형 검출 소자(22A, 22B)의 출력 신호는 최대값으로 되고, 전동체(5)가 그 위치로부터 멀어짐에 따라[또는, 그 위치로부터 이격된 위치에 전동체(5)가 있을 때] 저하된다. 베어링 회전 시에는, 전동체(5)는 소정의 배열 피치 P로 센서 유닛(20)의 설치부의 근방을 순차적으로 통과하므로, 변형 검출 소자(22A, 22B)의 출력 신호는, 전동체(5)의 배열 피치를 주기로 하여 주기적으로 변화하는 정현파(正弦波)에 가까운 파형으로 된다. 또한, 변형 검출 소자(22A, 22B)의 출력 신호는, 온도의 영향이나 너클(16)과 차체 장착용 플랜지(1a)(도 1)의 면간 등의 미끄러짐에 의한 히스테리시스(hysteresis)의 영향을 받는다.

이와 같이 구성된 센서 유닛(20)을 하중 검출 센서로서 사용하는 경우, 예를 들면, 신호 처리 수단(31)에 있어서, 상기 2개의 변형 검출 소자(22A, 22B)의 출력 신호의 차분을 연산하여 진폭값으로 되는 신호 벡터를 출력하도록 해도 된다. 이 경우, 상기한 바와 같이 2개의 변형 검출 소자(22A, 22B)의 출력 신호는 대략 180°의 위상차를 가지므로, 진폭값으로 되는 신호 벡터는 2개의 변형 검출 소자(22A, 22B)의 각각의 출력 신호에 나타나는 온도의 영향이나 너클·플랜지 면간 등의 미끄러짐의 영향을 상쇄한 값으로 된다. 따라서, 이 신호 벡터를 다음 단의 하중 연산 처리 수단(32)의 연산에서의 변수로서 사용함으로써, 차륜용의 베어링(100)이나 타이어 접지면에 작용하는 하중을 더욱 정확하게 연산·추정할 수 있다.

본 발명의 실시형태에 의해 얻어지는 효과를 정리하여 다음에, 나타낸다.

·차륜용의 베어링(100)의 개체차를 포함한 특성을 시험기에 의해 구하여 개별적인 표준 하중 추정 계수 MB를 준비하여 두면, 베어링(100)이 고정되는 너클 부재의 재질이나 형상, 및 좌륜 및 우륜의 차이나 베어링 장착 자세의 상위 등, 사용 조건에 의한 특성의 차이를 변환 계수 T(k)에 의해 보정하고, 사용 조건에 따른 실상 하중 추정 계수 MC를 산출할 수 있다.

·시험기에 의해 취득한 표준 하중 추정 계수 MB를 사용하여, 실제의 사용 조건에 따른 실상 하중 추정 계수 MC를 산출할 수 있으므로, 실제 차량에 차륜용의 베어링(100)을 탑재하는 각 조건에 대하여, 모든 베어링(100)으로 하중 인가 시험을 실시할 필요가 없다.

·최저한의 시험에 의해 효율적인 캘리브레이션이 가능해져, 제조 비용을 내릴 수 있다.

·차륜용의 베어링(100)의 출하 시에 관리하는 파라미터는 표준 하중 추정 계수 MB뿐이므로, 관리 및 취급이 용이하게 된다. 그 결과, 관리 비용을 내릴 수 있다.

·동종의 차륜용의 베어링(100)을 상이한 차륜 위치나, 상이한 차종에 장착하는 경우라도, 베어링 개별적인 파라미터와 차량의 사용 조건에 관한 파라미터가 별개로 관리되고 있으므로, 베어링(100)에 기록된 개체 정보에 기초하여 관련된 변화 처리가 자동적으로 실시되어 적절한 설정을 확실하게 실현할 수 있다.

·도 5의 구성예에서는, 베어링(100)이 좌우 대칭 형상의 경우에, 입력 센서 신호의 교체 처리와, 실상 하중 추정 계수 MC의 아핀 변환 처리(계수의 부호 교체 처리 등)를 실시하는 기능에 의해, 다른 한쪽의 탑재 위치의 변환 계수만을 준비하면 되고, 모든 변환 계수를 준비할 필요가 없기 때문에, 메모리 영역을 절약할 수 있다.

이와 같이, 이 센서가 장착된 베어링 장치에 의하면, 베어링(100)에 가해지는 하중을 검출하는 센서로서 1개 이상의 센서 유닛(20)설치하고, 각 센서 유닛(20)의 출력 신호 S를 신호 처리 수단(31)으로 처리하여 신호 벡터를 생성하고, 그 신호 벡터로부터 차륜에 가해지는 하중을 하중 연산 처리 수단(32)으로 연산하는 것으로 하고, 상기 하중 연산 처리 수단(32)은, 정해진 베어링(100)의 표준적인 하중 추정 계수인 표준 하중 추정 계수 MB로부터, 실제의 차량에 장착한 상태에서의 하중 추정 계수인 실상 하중 추정 계수 MC를 산출하는 계수 변화 처리부(33)와, 이 계수 변환 처리부(33)에 의해 산출된 실상 하중 추정 계수 MC와 상기 신호 벡터로부터 상기 차륜에 가해지는 하중을 연산하는 하중 연산부(34)를 가지는 것으로 하였으므로, 베어링(100)의 사용 조건에 따른 하중 추정 계수를 사용하여, 정확한 하중을 연산 출력할 수 있다.

차륜의 타이어와 노면 사이에 하중이 작용하면, 차륜용의 베어링(100)의 고정측 부재인 외측 부재(1)에도 하중이 인가되어 변형이 생긴다. 도 3 및 도 4의 구성예에서는, 센서 유닛(20)에서의 변형 발생 부재(21)의 3개의 접촉 고정부(21a)가, 외측 부재(1)에 접촉 고정되어 있으므로, 외측 부재(1)의 변형이 변형 발생 부재(21)에 확대되어 전달되기 용이하므로, 그 변형이 변형 검출 소자(22A, 22B)에 의해 양호한 감도로 검출된다.

이 실시형태에서는 상기 센서 유닛(20)을 4개 설치하고, 각 센서 유닛(20)을, 타이어 접지면에 대하여 상하 위치 및 좌우 위치로 되는 외측 부재(1)의 외경면의 상면부, 하면부, 우면부, 및 좌면부에 원주 방향 90°의 위상차로 균등하게 배치하고 있으므로, 차륜용의 베어링(100)에 작용하는 수직 방향 하중 Fz, 전후 방향의 하중 Fx, 축 방향 하중 Fy를 추정할 수 있다.

그리고, 이 실시형태에서는, 외측 부재(1)가 고정측 부재인 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은, 내측 부재가 고정측 부재인 차륜용 베어링에도 적용할 수 있고, 이 경우, 센서 유닛(20)은 내측 부재의 내주로 되는 주위면에 설치한다.

또한, 이 실시형태에서는 제3 세대형의 차륜용의 베어링(100)에 적용한 경우에 대하여 설명하였으나, 본 발명은, 베어링 부분과 허브가 서로 독립된 부품으로 되는 제1 또는 제2 세대형의 차륜용 베어링이나, 내측 부재의 일부가 등속(等速) 조인트의 외륜으로 구성되는 제4 세대형의 차륜용 베어링에도 적용할 수 있다. 또한, 이 센서가 장착된 베어링 장치는, 종동륜(縱動輪)용의 차륜용 베어링에도 적용할 수 있고, 또한 각 세대 형식의 테이퍼 롤러 타입의 차륜용 베어링에도 적용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도면을 참조하면서 바람직한 실시형태를 설명하였으나, 당업자이면, 본건 명세서를 볼 때, 자명한 범위 내에서 각종 변경 및 수정을 용이하게 상정할 수 있을 것이다. 따라서, 그와 같은 변경 및 수정은, 첨부한 특허 청구의 범위로부터 정해지는 본 발명의 범위 내의 것으로 해석된다.

1…외측 부재
2…내측 부재
3, 4…전주면
5…전동체
20…센서 유닛
21…변형 발생 부재
21a…접촉 고정부
22, 22A, 22B…변형 검출 소자
31…신호 처리 수단
32…하중 연산 처리 수단
33…계수 변환 처리부
34…하중 연산부
35…변환 계수 기억부
36…파라미터 기억부
37…MC 기억부
38…ID 메모리
39…MB 메모리
40…ID 불휘발성 메모리
41…MB 불휘발성 메모리
42…차륜 위치 대응 변환 지령부
43…스왑핑 회로
100…차륜용 베어링

Claims

복렬(複列)의 전주면(轉走面)이 내주에 형성된 외측 부재, 상기 전주면과 대향하는 전주면이 외주에 형성된 내측 부재, 및 상기 외측 부재/내측 부재의 대향하는 전주면 사이에 개재된 복렬의 전동체(轉動體)를 가지고, 차체에 대하여 차륜을 회전 가능하게 지지하는 차륜용의 베어링;
차륜용의 상기 베어링에 장착되고, 상기 베어링에 가해지는 하중을 검출하는 복수의 센서;
각각의 상기 센서의 출력 신호를 처리하여 신호 벡터를 생성하는 신호 처리 수단; 및
상기 신호 벡터로부터 상기 차륜에 가해지는 하중을 연산하는 하중 연산 처리 수단;
을 포함하고,
상기 하중 연산 처리 수단은,
정해진 베어링의 표준적인 하중 추정 계수인 표준 하중 추정 계수 MB로부터, 실제의 차량에 장착한 상태에서의 하중 추정 계수인 실상(實狀) 하중 추정 계수 MC를 산출하는 계수 변환 처리부; 및
상기 계수 변환 처리부에 의해 산출된 실상 하중 추정 계수 MC와 상기 신호 벡터로부터 상기 차륜에 가해지는 하중을 연산하는 하중 연산부;를 가지는,
센서가 장착된 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 하중 연산 처리 수단의 상기 계수 변환 처리부는,
상기 표준 하중 추정 계수 MB로부터 상기 실상 하중 추정 계수 MC로 변환하기 위한 변환 계수 T(k)가 기입된 변환 계수 기억부; 및
차량에 상기 베어링을 장착한 상태를 지정하는 파라미터 k가 기입된 파라미터 기억부;를 가지는, 센서가 장착된 베어링 장치.
제2항에 있어서,
상기 파라미터 기억부에 기입된 파라미터 k는, 차량의 종류, 상기 베어링의 탑재 위치, 및 브레이크의 ON·OFF 상태를 지정하는 것 중, 적어도 어느 하나를 포함하는, 센서가 장착된 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 하중 연산 처리 수단의 계수 변환 처리부는, 차륜의 좌우 탑재 위치에 따라, 상기 신호 처리 수단으로부터 하중 연산 처리 수단의 상기 하중 연산부에 입력되는 신호 벡터의 배열 변환, 및 계수 변환 처리부로부터 하중 연산부에 주어지는 상기 실상 하중 추정 계수 MC의 배열 변환을 지령하는 차륜 위치 대응 변환 지령부를 가지는, 센서가 장착된 베어링 장치.
제4항에 있어서,
상기 신호 처리 수단은, 상기 차륜 위치 대응 변환 지령부로부터의 지령에 따라, 신호 벡터의 배열 변환을 행하는 스왑핑(swapping) 회로를 가지는, 센서가 장착된 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 하중 연산 처리 수단의 계수 변환 처리부에서의 상기 실상 하중 추정 계수 MC를 산출하기 위한 일련의 시퀀스 처리는, 초기화 처리에 있어서 실행되는, 센서가 장착된 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 베어링 상에 상기 베어링을 특정하는 ID 정보가 기입된 ID 메모리가 설치되고, 상기 하중 연산 처리 수단의 계수 변환 처리부는, 초기화 처리 시에 상기 ID 메모리로부터 ID 정보를 판독하여 기억하는 ID 불휘발성 메모리를 가지는, 센서가 장착된 베어링 장치.
제7항에 있어서,
상기 하중 연산 처리 수단의 계수 변환 처리부는, 상기 하중 연산 처리 수단의 전원이 ON일 때, 상기 ID 메모리로부터 ID 정보를 판독하고, 상기 ID 불휘발성 메모리가 기억하고 있는 ID 정보와의 비교를 실시하여, 초기 설정에서 관련된 정규의 베어링과 접속되어 있는지의 여부를 확인하는 기능을 가지는, 센서가 장착된 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 베어링 상에 상기 표준 하중 추정 계수 MB가 기입된 MB 메모리가 설치되고, 상기 하중 연산 처리 수단의 계수 변환 처리부는, 상기 MB 메모리로부터 상기 표준 하중 추정 계수 MB를 판독 가능한, 센서가 장착된 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 하중 연산 처리 수단의 계수 변환 처리부에는, 상기 베어링을 특정하는 ID 정보에 의해 지정되는 표준 하중 추정 계수 MB의 데이터 파일이 외부로부터 별도 공급되는, 센서가 장착된 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 베어링에 가해지는 하중을 검출하는 센서를 3개 이상 설치하고, 상기 하중 연산 처리 수단은, 상기 3개 이상의 센서의 출력 신호로부터, 차륜용의 베어링에 작용하는 수직 방향 하중 Fz, 전후 방향의 하중 Fx, 및 축 방향 하중 Fy를 연산하는 것으로 한, 센서가 장착된 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 베어링에 가해지는 하중을 검출하는 상기 센서는, 상기 외측 부재와 내측 부재 사이의 상대 변위를 검출하는 것인, 센서가 장착된 베어링 장치.
제1항에 있어서,
상기 베어링에 가해지는 하중을 검출하는 상기 센서는, 상기 외측 부재 및 내측 부재 중 고정측 부재의 변형을 검출하는 것인, 센서가 장착된 베어링 장치.
제13항에 있어서,
상기 센서는, 상기 외측 부재 및 내측 부재 중 고정측 부재의 외경면(外徑面)에 설치한 센서 유닛이며, 상기 센서 유닛은, 상기 고정측 부재의 외경면에 접촉하여 고정되는 변형 발생 부재와, 상기 변형 발생 부재의 변형을 검출하는 1개이상의 변형 검출 소자를 가지는 것으로 한, 센서가 장착된 베어링 장치.
제14항에 있어서,
상기 센서 유닛을, 타이어 접지면(接地面)에 대하여 상하 위치 및 좌우 위치로 되는 상기 고정측 부재의 외경면의 상면부, 하면부, 우면부 및 좌면부에 원주 방향 90°의 위상차로 4개 균등하게 배치한, 센서가 장착된 베어링 장치.
제14항에 있어서,
상기 센서 유닛은, 상기 고정측 부재의 외경면에 접촉하여 고정되는 3개 이상의 접촉 고정부를 가지는 변형 발생 부재와, 상기 변형 발생 부재에 장착되어 이 변형 발생 부재의 변형을 검출하는 2개 이상의 변형 검출 소자를 가지는, 센서가 장착된 베어링 장치.
제16항에 있어서,
상기 변형 검출 소자를, 상기 변형 발생 부재의 인접하는 제1 접촉 고정부 및 제2 접촉 고정부의 사이, 및 인접하는 제2 접촉 고정부 및 제3 접촉 고정부의 사이에 각각 설치하고, 인접하는 상기 접촉 고정부의 간격, 또는 인접하는 상기 변형 검출 소자의 간격을, 전동체의 배열 피치의 {n＋1/2[n:정수(整數)]}배로 설정한, 센서가 장착된 베어링 장치.