WO2007083485A1

WO2007083485A1 - 駆動車輪用軸受装置

Info

Publication number: WO2007083485A1
Application number: PCT/JP2006/325736
Authority: WO
Inventors: Takayoshi Ozaki; Shigeaki Fukushima
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2007-07-26
Also published as: JP2007192346A

Abstract

　駆動車輪用軸受装置は、ハブ輪１０と等速自在継手４０と複列の軸受２０とをユニット化し、等速自在継手４０の外側継手部材４１のステム部４５の外周にハブ輪１０を嵌合させて内方部材２９を構成する。軸受２０の一方の軌道面２７をハブ輪１０に形成し、他方の軌道面２８を外側継手部材４１に形成する。複列の外周側軌道面２４を有する外方部材２１と内方部材２９との間に転動体２２を介在させる。ハブ輪１０の内周に硬化した凹凸部３１を形成すると共に、外側継手部材４１の中空ステム部４５とハブ輪１０の嵌合部を拡径させて、当該凹凸部３１に食い込ませて加締めることにより、外側継手部材４１とハブ輪１０とを一体に塑性結合させる。前記外方部材２１に、等速自在継手４０の外側継手部材４１の外径部の変位または変形を検出するセンサ５０（１），５０（２）を設ける。

Description

明細書

駆動車輪用軸受装置

技術分野

[0001] この発明は、自動車等の車輪を回転自在に支持する駆動車輪用軸受装置に関し、特にハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニットィ匕した形式であって、かつセンサ付きとした第 4世代構造の駆動車輪用軸受装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、自動車の安全走行のために、各車輪の回転速度を検出するセンサを車輪用軸受に設けたものがある。従来の一般的な自動車の走行安全性確保対策は、各部の車輪の回転速度を検出することで行われているが、車輪の回転速度だけでは十分でなぐその他のセンサ信号を用いてさらに安全面の制御が可能なことが求められている。

[0003] そこで、車両走行時に各車輪に作用する荷重から姿勢制御を図ることも考えられる。例えばコーナリングにおいては外側車輪に大きな荷重がかかり、また左右傾斜面走行では片側車輪に、ブレーキングにぉ、ては前輪にそれぞれ荷重が片寄るなど、各車輪に力かる荷重は均等ではない。また、積載荷重不均等の場合にも各車輪に力かる荷重は不均等になる。このため、車輪に力かる荷重を随時検出できれば、その検出結果に基づき、事前にサスペンション等を制御することで、車両走行時の姿勢制御、例えばコーナリング時のローリング防止、ブレーキング時の前輪沈み込み防止、積載荷重不均等による沈み込み防止等を行うことが可能となる。しかし、車輪に作用する荷重を検出するセンサの適切な設置場所がなぐ荷重検出による姿勢制御の実現が難しい。

[0004] また、今後ステアバイワイヤが導入されて、車軸とステアリングが機械的に結合しないシステムになってくると、車軸方向荷重を検出して運転手が握るハンドルに路面情報を伝達することが求められる。

[0005] このような要請に応えるものとして、車輪用軸受に作用する荷重を検出するセンサを設けたものが提案されている (例えば、特許文献 1)。 [0006] 駆動輪支持用の車輪用軸受装置では、図 6に示すように、ハブ輪 10と等速自在継手 40と軸受 20とをユニットィ匕した第 4世代型と呼ばれる構成が採用されることがある。これまで第 4世代型を始めとする駆動車輪用軸受装置へ直接設置される車輪の回転速度を検出するセンサを除いては、加速度センサ等の車両の姿勢制御に用いられる情報を得るための各種センサは、車体と駆動車輪用軸受装置との間に設けられるサスペンション用パネの上側、いわゆるパネ上の車体側に設けられるのが一般的であつた o

[0007] また、上記第 4世代型の車輪用軸受装置にぉヽて、等速自在継手 40の外側継手部材 41のステム部 45を中空形状とし、このステム部 45をノヽブ輪 10の内径側に嵌合させた状態でステム部 45を拡径させることにより、ハブ輪 10と等速自在継手 40の外側継手部材 41とを締結する拡径加締形式のものが提案されている（特許文献 2)。外側継手部材 41とハブ輪 10との締結構造としては、各種の加締形式のものがあるが、上記拡径加締形式のものは、加締部の緩みが生じ難ぐしたがって複列の軌道面間の寸法変化による予圧抜けが防止され、軸受の予圧維持に優れるという利点がある

[0008] 特許文献 1 :特開 2006— 9866号公報

特許文献 2：特開 2002— 254901号公報

[0009] 上記のように、ハブ輪、等速自在継手、および軸受をユニットィ匕した駆動車輪用軸受装置では、車両姿勢制御用の各種センサが、いわゆるパネ上の車体側に設けられている。このため、得られる情報にタイムラグが生じ、路面の状況変化等に対する制御システムの応答性を上げることに限界があった。

[0010] また、ステム部 45を拡径させてハブ輪 10と等速自在継手 40の外側継手部材 41とを締結する拡径加締形式の場合には、上記のように加締部の緩みが生じ難くて、ノヽブ輪 10と等速自在継手 40の外側継手部材 41との間の位置ずれが生じ難、。しかし、拡径加締形式においても、例えば、縁石への乗り上げ等、過度の外部入力により、加締部の緩みが生じることがあり、これにより複列の軌道面間の寸法が変化し、予圧抜けが生じる恐れがある。予圧抜けは、軸受の早期剥離や剛性低下につながるため、両者の締結状態を常時監視しておくことが望ましい。発明の開示

[0011] この発明の目的は、ハブ輪、等速自在継手、および軸受をユニットィ匕した形式の駆動車輪用軸受装置において、車両姿勢制御用のセンサを適切な位置に設けることにより、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させることである。

この発明の他の目的は、

、て診断する機能を付カロして、常に正確で安全な車両姿勢制御を行えるようにすることである。

この発明のさらに他の目的は、拡径加締部の締結状態が監視できて、予圧抜けによる早期寿命を未然に防ぐことができるものとすることである。

[0012] この発明の駆動車輪用軸受装置は、ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニットィ匕し、等速自在継手の外側継手部材のステム部の外周にハブ輪を嵌合させてこれら外側継手部材とハブ輪とで内方部材を構成し、軸受の複列の内周側軌道面のうち、一方の軌道面をノヽブ輪に形成し、他方の軌道面を外側継手部材に形成し、複列の外周側軌道面を有する外方部材を設け、対向する軌道面間に転動体を介在させ、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記外側継手部材の中空ステム部とハブ輪の嵌合部を拡径させて、当該凹凸部に食い込ませて加締めることにより、前記外側継手部材とハブ輪とがー体に塑性結合された駆動車輪用軸受装置において、前記外方部材に、等速自在継手の外側継手部材の外径部の変位または変形を検出するセンサを設けたことを特徴とする。

[0013] 車両走行に伴い駆動車輪用軸受装置に荷重が加わると、主として回転側である内方部材が変形する。内方部材の変形は、外側継手部材およびノヽブ輪において生じる。この外側継手部材の変形による変位または変形そのものを、外方部材に設けたセンサによって検出する。このように、駆動車輪用軸受装置にセンサを設けるため、車体側にセンサを設ける場合と異なり、介在物を介することなく変位等を検出でき、そのため路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させることができる。また、センサの出力と軸受の状態との関係が精度良ぐかつ応答性良く得られ、そのため診断機能を付加することで、軸受装置自体の異常の有無について診断することができて、常に正確で安全な車両姿勢制御を行える。また、内方部材の変位または変形を検出する検出箇所を外側継手部材の外径部としているので、設置スペース等の関係力比較的容易にセンサを設けることができる

[0014] 前記センサは、検出対象である検出箇所までの距離を検出するギャップセンサであるのが好ましい。

ギャップセンサであれば離れた検出箇所との距離等を測定することができるため、外方部材にセンサを設けながら、内方部材である外側継手部材の外径部の変位または変形を検出することができる。

[0015] 前記センサの出力から、軸受への作用力を測定する軸受作用力測定手段、同じく等速自在継手の外側継手部材の内部応力を推定する継手内部応力推定手段、または同じくハブ輪の内部応力を推定するハブ輪内部応力推定手段を設けると良い。センサは軸受自体に設置されるため、外側継手部材の変位または変形を精度良く、かつ応答性良く検出できる。そのため、変位または変形と、軸受への作用力、等速自在継手の外側継手部材の内部応力、またはハブ輪の内部応力との関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、センサの出力から上記各検出項目値を検出することができる。この検出した各検出項目値を自動車の車両制御に使用することが出来る。

[0016] また、前記センサの出力から、ハブ輪と外側継手部材との拡径加締部の締結状態を推定する締結状態推定手段を設けると良い。

外側継手部材の外径部の変位または変形と拡径加締部の締結状態の関係につ、ても、予め実験やシミュレーションで求めておくことができる。締結状態推定手段は、このように求めておいた関係を用いて、センサ出力から締結状態の推定、例えば締結の緩みの程度を推定する。

締結状態推定手段を設けると、ハブ輪と外側継手部材との締結状態を常時監視することができるため、ハブ輪と等速自在継手の外側継手部材との間に緩みや位置ずれが生じた場合にすぐに発見することができ、予圧抜けによる軸受の早期剥離ゃ剛性低下による問題を未然に防ぐことができる。

[0017] さらに、前記センサの出力、または測定の結果、または推定の結果を設定範囲と比較して設定範囲外である場合に警報を出力する警報出力手段を設けると良い。警報出力手段を設けると、センサの出力、または測定の結果、または推定の結果が設定範囲外である場合に、そのことを迅速に運転者等に知らせることができる。図面の簡単な説明

[0018] この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施例の説明から、より明瞭に理解されるであろう。し力しながら、実施例および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。

[図 1]この発明の実施形態に力かる駆動車輪用軸受装置の縦断面図に制御系のブロック図を組み合わせて表示した図である。

[図 2]図 1の II II線断面図である。

[図 3]2個のセンサの検出量の差と y軸回りの変位との関係を示すグラフである。

[図 4]2個のセンサの検出量の和と X軸方向の変位との関係を示すグラフである。

[図 5]内部応力の発生箇所を示す縦断面図である。

[図 6]従来の駆動車輪用軸受装置の縦断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0019] この発明の実施形態を図 1および図 2と共に説明する。この駆動車輪用軸受装置は、第 4世代型の駆動輪支持用の駆動車輪用軸受装置であり、ハブ輪 10と、等速自在継手 40と、軸受 20とをユニットィ匕して構成される。なお、以下の説明では、車両に取付けた状態で車両の車幅方向外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車幅方向の内側寄り（車両の中央寄り）となる側をインボード側と呼ぶ。

[0020] ハブ輪 10は、アウトボード側の端部に車輪（図示せず)を取り付けるためのフランジ 14を備えており、フランジ 14の円周方向等間隔位置にホイールディスクを固定するためのハブボルト 15を植え込んである。ハブ輪 10のフランジ 14よりもインボード側の外周面に、軸受 20の複列の内周側軌道面のうちのアウトボード側の軌道面 27を形成してある。ハブ輪 10は軸心部に軸方向の貫通孔を有する中空状に形成されている。 [0021] 等速自在継手 40は、ドライブシャフトからのトルクを内側継手部材 42およびトルク伝達ボール 43を介して外側継手部材 41に伝達する。外側継手部材 41の内周部には複数のトラック溝 41aが形成されている。このトラック溝 41aと内側継手部材 42の外周部に設けた複数のトラック溝 42aとの協働で複数のボールトラックが形成され、各ボールトラックにトルク伝達ボール 43を配置することで等速自在継手 40が構成される。各トルク伝達ボール 43は、保持器 44によって同一平面内に保持されている。

[0022] 外側継手部材 41は、ステム部 45とマウス部 46とからなり、ステム部 45にてハブ輪 1 0の内周に嵌合している。マウス部 46の肩面 47寄りの外周面に、軸受 20の複列の内周側軌道面のうちのインボード側の軌道面 28を形成してある。マウス部 46の肩面 47 がハブ輪 10のインボード側の端面と当接し、これにより、ハブ輪 10と外側継手部材 4 1の軸方向の位置決めがなされ、かつ、軌道面 27, 28間の寸法が規定される。ステム部 45は、椀状のマウス部 46の底と連通した軸方向の貫通孔 48を設けることによつて中空にしてある。

[0023] 外側継手部材 41のステム部 45は、ハブ輪 10に対して、拡径加締めにより締結される。この実施形態の拡径加締めは、事前にハブ輪 10の内周面における一部、例えばアウトボード側の端部に凹凸部 31を形成し、その凹凸部 31を熱処理によって硬化させておき、このように内周面に凹凸部 31が形成されたノ、ブ輪 10の内周に、外側継手部材 41のステム部 45を嵌合し、ステム部 45を内径側から外径側に拡径させることにより、ステム部 45の外周部をノヽブ輪 10の凹凸部 31に食い込ませて、ハブ輪 10と外側継手部材 41とを締結するものである。ハブ輪 10の内周面における凹凸部 31以外の部分は、ステム部 45の円筒状外周面と密着嵌合する円筒状に形成されている。

[0024] 前記凹凸部 31の凹凸形状は任意であり、例えばねじ形状ゃセレーシヨン (スプラインを含む)形状、あるいは互いに平行な複数列の溝同士を交差させたアヤメローレツト形状に形成される。これらの中でもアヤメローレットは加締め後のフレツティング (特に軸方向および円周方向のフレツティング）防止に特に有効である。

[0025] 軸受 20は、ハブ輪 10および外側継手部材 41で構成される内方部材 29と、外方部材 21と、複列の転動体 22とを含む。外方部材 21は車体（図示せず）に取り付けるためのフランジ 23を備え、内周面に、前記ハブ輪 10の内周側軌道面 27および前記外側継手部材 41の内周側軌道面 28に対向する複列の外周側軌道面 24を形成してある。そして、内周側軌道面 27, 28と複列の外周側軌道面 24との間に、複列の転動体 22が組み込まれて!/、る。ここでは転動体 22としてボールを使用した複列のアンギユラ玉軸受の場合を図示してあるが、重量の嵩む自動車用の駆動車輪用軸受装置の場合には、転動体として円すいころを使用した複列円すいころ軸受を採用する場合もある。外方部材 21の両端開口部には、外方部材 21とハブ輪 10との間および外方部材 21と外側継手部材 41との間をそれぞれシールするシール 25, 26が装着され、軸受内部に充填したグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。

[0026] 外方部材 21の内周面におけるインボード側の転動体 22とインボード側のシール 2 6との間には、外側継手部材 41の外径部の変位または変形を検出するためのセンサ 50 (1) , 50 (2)が、図 2に示すように互いに 180度の位相で設けられている。これにより、センサ 50 (1) , 50 (2)が外部の水や異物力も保護される。両センサ 50 (1) , 50 (2)はいずれもギャップセンサであって、対向する外側継手部材 41の外径部までの距離 (検出量 dl, d2)を検出する。両センサ 50 (1) , 50 (2)はそれぞれ、軸受作用力測定手段 51、継手内部応力推定手段 52、ハブ輪内部応力推定手段 53、締結状態推定手段 54、および警報発生手段 55に接続されている。これら各手段 51, 52, 5 3, 54, 55の作用については後で説明する。

[0027] 上記構成の駆動車輪用軸受装置の作用を説明する。車両走行に伴い駆動車輪用軸受装置に荷重が加わると、主として回転側である内方部材 29が変形する。この内方部材 29の変形を、センサ 50 (1) , 50 (2)によって、外側継手部材 41の外径部の変位または変形として検出する。 2個のセンサ 50 (1) , 50 (2)の検出量 dl, d2の差（ dl— d2)と y軸回りの変位 0 yとの関係は図 3で示され、検出量 dl, d2の禾ロ（dl + d2 )と x軸方向の変位 xとの関係は図 4で示される。したがって、センサ 50 (1) , 50 (2)の検出量 dl, d2より、外側継手部材 41の外径部の変位または変形を検出することができる。 X軸は、この駆動車輪用軸受装置の軸方向であり、 y軸は、 X軸に直交する水平方向であって、この軸受装置が取り付けられる車両の前後方向となる。

[0028] 荷重の方向や大きさによって、外側継手部材 41の外径部に現れる変位の方向や大きさも異なる。予め荷重と変位の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、軸受に作用する作用力、等速自在継手 40の外側継手部材 41に発生する内部応力、およびノ、ブ輪 10に発生する内部応力を算出または推定することができる。軸受作用力測定手段 51は、このように実験やシミュレーションより予め求めておいた荷重と変位との関係から、センサ 50 (1) , 50 (2)の出力より、軸受に作用する作用力を算出する。また、継手内部応力推定手段 52、およびハブ輪内部応力推定手段 53は、同じく荷重と変位との関係から、センサ 50 (1) , 50 (2)の出力より、等速自在継手 40の外側継手部材 41に発生する内部応力、およびハブ輪 10に発生する内部応力をそれぞれ推定する。

[0029] 例えば、ハブ輪 10と外側継手部材 41とを拡径加締めにより締結した駆動車輪用軸受装置の場合、図 5に示すように、外側継手部材 41にはハブ輪 10との接触面の表層部 Aに内部応力が発生し、ハブ輪 10には円筒状部分 Bに内部応力が発生し、これが原因で前記検出量 dlと d2の間に差が生じる。したがって、この A部および B部の内部応力は、継手内部応力推定手段 52およびハブ輪内部応力推定手段 53によつて、センサ 50 (1) , 50 (2)の出力より推定することができる。

[0030] また、締結状態推定手段 54は、軸受作用力測定手段 51の測定結果や、継手内部応力推定手段 52およびハブ輪内部応力推定手段 53の推定結果等から、設定規則に基づき総合的に判断して、ハブ輪 10と外側継手部材 41の締結状態を推定する。

[0031] そして、センサ 50 (1) , 50 (2)の検出量 dl, d2、軸受作用力測定手段 51の測定結果、および各推定手段 52, 53, 54の推定結果が予め定めた所定の設定結果と比較して設定範囲外である場合は、警報発生手段 55により警報を発する。

[0032] このように、この実施形態の駆動車輪用軸受装置は、センサ 50 (1) , 50 (2)の検出結果に基づき、軸受作用力測定手段 51、継手内部応力推定手段 52、ハブ輪内部応力推定手段 53、締結状態推定手段 54、および警報発生手段 55により、車両姿勢制御に関わる各種情報を得られるため、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させることができるともに、軸受装置自体の異常の有無について診断することができて、常に正確で安全な車両姿勢制御を行える。

[0033] また、センサ 50 (1) , 50 (2)による内方部材 29の変位または変形の検出箇所を、等速自在継手 40の外側継手部材 41の外径部としているため、センサ 50(1), 50(2 )を、軸受間における転動体よりもインボード側の比較的広いスペース部分に無理なく設けることができる。

Claims

請求の範囲

[1] ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化し、等速自在継手の外側継手部材のステム部の外周にハブ輪を嵌合させてこれら外側継手部材とハブ輪とで内方部材を構成し、軸受の複列の内周側軌道面のうち、一方の軌道面をノ、ブ輪に形成し、他方の軌道面を外側継手部材に形成し、複列の外周側軌道面を有する外方部材を設け、対向する軌道面間に転動体を介在させ、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記外側継手部材の中空ステム部とハブ輪の嵌合部を拡径させて、当該凹凸部に食い込ませて加締めることにより、前記外側継手部材とハブ輪とがー体に塑性結合された駆動車輪用軸受装置において、

前記外方部材に、等速自在継手の外側継手部材の外径部の変位または変形を検出するセンサを設けたことを特徴とする駆動車輪用軸受装置。

[2] 請求項 1にお、て、前記センサはギャップセンサである駆動車輪用軸受装置。

[3] 請求項 1にお、て、前記センサは、前記外方部材と前記外側継手部材との間をシールするシール部材と、外側継手部材に接する転動体との間に配置されて、る。

[4] 請求項 1において、前記センサの出力から、軸受への作用力を測定する軸受作用力測定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。

[5] 請求項 1において、前記センサの出力から、等速自在継手の外側継手部材の内部応力を推定する継手内部応力推定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。

[6] 請求項 1において、前記センサの出力から、ハブ輪の内部応力を推定するハブ輪内部応力推定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。

[7] 請求項 1において、前記センサの出力から、ハブ輪と外側継手部材との拡径加締部の締結状態を推定する締結状態推定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。

[8] 請求項 1において、前記センサの出力、あるいは測定の結果または推定の結果を設定範囲と比較して設定範囲外である場合に警報を出力する警報出力手段を設けた駆動車輪用軸受装置。