WO2009101793A1 - センサ付車輪用軸受 - Google Patents

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WO2009101793A1
WO2009101793A1 PCT/JP2009/000524 JP2009000524W WO2009101793A1 WO 2009101793 A1 WO2009101793 A1 WO 2009101793A1 JP 2009000524 W JP2009000524 W JP 2009000524W WO 2009101793 A1 WO2009101793 A1 WO 2009101793A1
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sensor
sensors
contact fixing
wheel bearing
strain
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PCT/JP2009/000524
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Toru Takahashi
Hiroshi Isobe
Kentarou Nishikawa
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Ntn Corporation
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Definitions

  • This invention relates to a wheel bearing with a sensor incorporating a load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.
  • Patent Document 1 As a technique for detecting a load applied to each wheel of an automobile, a sensor-equipped wheel bearing that detects a load by detecting a distortion of an outer diameter surface of a flange portion of an outer ring that is a fixed ring of a wheel bearing has been proposed (for example, Patent Document 1). There has also been proposed a wheel bearing in which a strain gauge is attached to the outer ring of the wheel bearing to detect the strain (for example, Patent Document 2).
  • a sensor unit comprising a strain generating member and a strain sensor attached to the strain generating member is attached to a fixed ring of the bearing, and the strain generating member has at least two contact fixing portions with respect to the fixed ring,
  • a sensor-equipped wheel bearing has been proposed that has at least one notch portion between adjacent contact fixing portions, and the strain sensor is disposed in the notch portion (for example, Patent Document 3).
  • the static friction force between the fixed ring flange surface and the knuckle surface does not slip at first, but exceeds a certain size. And it comes to slip over the static friction force. If the load is reduced in this state, it will not slip due to static friction force at first, but it will slip when it reaches a certain size. As a result, if an attempt is made to estimate the load at the portion where this deformation occurs, hysteresis occurs in the output signal. When hysteresis occurs, the detection resolution decreases.
  • An object of the present invention is to provide a wheel bearing with a sensor capable of accurately detecting a load acting on a wheel bearing or a tire contact surface without being affected by a rolling element.
  • a sensor-equipped wheel bearing is a wheel bearing that rotatably supports a wheel with respect to a vehicle body, and an outer member having a double-row rolling surface formed on an inner periphery thereof, and the rolling An inner member in which a rolling surface facing the surface is formed on the outer periphery, and a double row rolling element interposed between the facing rolling surfaces of both members, of the outer member and the inner member
  • a strain generating member having two or more contact fixing portions fixed to the fixed side member in contact with the fixed side member, and two or more detecting the strain of the strain generating member attached to the strain generating member
  • One or more load detection sensor units comprising the above-mentioned sensors are provided, and the two or more contact fixing portions are located at the same axial direction position on the outer diameter surface of the fixed side member and spaced apart from each other in the circumferential direction.
  • the sum of output signals of the two or more sensors More is provided an estimation means for estimating a load acting on the wheel support bearing.
  • the load When a load acts between the wheel bearing or the wheel tire and the road surface, the load is also applied to the stationary member (for example, the outer member) of the wheel bearing to cause deformation, and the sensor unit detects the load from the deformation.
  • the output signals of two or more sensors in the sensor unit are affected by the passage of rolling elements as they are, but the estimation means determines the bearings for wheels and the distance between the wheels and the road surface (tire contact surface) from the sum of the output signals of these sensors.
  • Force vertical load Fz, driving force or braking force Fx, axial load Fy
  • the response speed is improved.
  • the load acting between the wheel bearing and the tire of the wheel and the road surface (vertical load Fz, load Fx serving as driving force or braking force, shaft, without being affected by the rolling elements and even when stopped.
  • the direction load Fy) can be detected with high accuracy.
  • the interval between two contact fixing parts located at both ends of the circumferential arrangement of the outer diameter surface of the fixed side member is made the same as the arrangement pitch of the rolling elements. Also good.
  • two sensors are arranged at an intermediate position between the two contact fixing portions at both ends, so that the circumferential interval between the two sensors is approximately 1 of the arrangement pitch of the rolling elements. / 2.
  • the output signals of both sensors have a phase difference of approximately 180 degrees, and the average value is a value that sufficiently cancels the influence of the position of the rolling element.
  • the force acting between the wheel bearing and the wheel and the road surface estimated by the estimating means becomes accurate with the influence of the position of the rolling element removed more reliably.
  • the interval in the circumferential direction of the outer diameter surface of the fixed side member between adjacent sensors in the two or more sensors is set to 1/2 + n (n: integer) of the arrangement pitch of the rolling elements or these A value approximate to the value may be used.
  • the output signals of these sensors have a phase difference of 180 degrees, and the average value is This is a value that completely cancels the influence of the position of the rolling element.
  • the sensor unit has three contact fixing portions and two sensors, and is between the adjacent first and second contact fixing portions and between the adjacent second and third contact fixing portions. Each sensor may be attached.
  • the circumferential interval between the two contact fixing portions (the first contact fixing portion and the third contact fixing portion) located at both ends is the same as the arrangement pitch of the rolling elements.
  • the interval in the circumferential direction between two adjacent sensors is 1 ⁇ 2 of the arrangement pitch of the rolling elements.
  • the interval in the circumferential direction of the outer diameter surface of the fixed member of the adjacent contact fixing portion or the adjacent sensor is set to 1/2 + n (n: integer) of the arrangement pitch of the rolling elements or these values.
  • n integer
  • An approximate value may be used.
  • the influence of the position of the rolling element can be eliminated by the sum of the output signals of the sensors.
  • the strain generating member may be formed of a strip having a uniform planar shape or a thin plate material having a planar shape of a planar shape and having a notch in a side portion. As described above, when the strain generating member is formed of a thin plate material having a planar shape with a uniform width, the strain generating member can be made compact and low cost.
  • the sensor unit may be disposed on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the fixed side member that is in the vertical position and the horizontal position with respect to the tire ground contact surface.
  • loads in a plurality of directions can be estimated. That is, the vertical load Fz and the axial load Fy can be estimated from the output signals of the two sensor units arranged on the upper surface and the lower surface on the outer diameter surface of the fixed side member, and the right side on the outer diameter surface of the fixed side member.
  • the load Fx due to the driving force or the braking force can be estimated from the output signals of the two sensor units arranged on the surface portion and the left surface portion.
  • the sensor unit has three contact fixing parts and two sensors, and the interval between the adjacent contact fixing parts or the outer diameter surfaces of the fixing side members of the adjacent sensors in the circumferential direction is set. Further, 1/2 + n (n: integer) of the arrangement pitch of the rolling elements or a value approximate to these values may be used. According to this configuration, the influence of the position of the rolling element is offset by the sum of the output signals of the two sensors, so that the wheel bearings and the wheel tires are not affected by the rolling element and even when stopped. The load acting between the road surface and the road surface can be accurately detected.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • This embodiment is a third generation inner ring rotating type and is applied to a wheel bearing for driving wheel support.
  • the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
  • the bearing for this sensor-equipped wheel bearing includes an outer member 1 in which a double row rolling surface 3 is formed on the inner periphery, and rolling facing each of these rolling surfaces 3.
  • the inner member 2 has a surface 4 formed on the outer periphery, and the outer member 1 and the double row rolling elements 5 interposed between the rolling surfaces 3 and 4 of the inner member 2.
  • This wheel bearing is a double-row angular ball bearing type, and the rolling elements 5 are made of balls and are held by a cage 6 for each row.
  • the rolling surfaces 3 and 4 have an arc shape in cross section, and are formed so that the ball contact angle is aligned with the back surface. Both ends of the bearing space between the outer member 1 and the inner member 2 are sealed by a pair of seals 7 and 8, respectively.
  • the outer member 1 is a fixed side member, and has a vehicle body mounting flange 1a attached to a knuckle 16 in a suspension device (not shown) of the vehicle body on the outer periphery, and the whole is an integral part.
  • Bolt holes 14 for attaching knuckles are provided in the flange 1a at a plurality of locations in the circumferential direction, and the knuckle bolts 18 inserted into the bolt insertion holes 17 of the knuckle 16 from the inboard side are screwed into the bolt holes 14 to thereby make the vehicle body.
  • a mounting flange 1 a is attached to the knuckle 16.
  • the inner member 2 is a rotating side member, and includes a hub wheel 9 having a hub flange 9a for wheel mounting, and an inner ring 10 fitted to the outer periphery of the end portion on the inboard side of the shaft portion 9b of the hub wheel 9. And become.
  • the hub wheel 9 and the inner ring 10 are formed with the rolling surfaces 4 of the respective rows.
  • An inner ring fitting surface 12 having a small diameter with a step is provided on the outer periphery of the inboard side end of the hub wheel 9, and the inner ring 10 is fitted to the inner ring fitting surface 12.
  • a through hole 11 is provided at the center of the hub wheel 9.
  • the hub flange 9a is provided with press-fitting holes 15 for hub bolts (not shown) at a plurality of locations in the circumferential direction.
  • a cylindrical pilot portion 13 for guiding a wheel and a braking component (not shown) protrudes toward the outboard side.
  • FIG. 2 shows a front view of the outer member 1 of the wheel bearing as viewed from the outboard side.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line II in FIG.
  • the vehicle body mounting flange 1 a is a projecting piece 1 aa in which a circumferential portion provided with each bolt hole 14 protrudes to the outer diameter side from the other portion.
  • sensor units 20 are provided on the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed member.
  • these sensor units 20 are provided on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is in the vertical position and the front-rear position with respect to the tire ground contact surface.
  • strain generating member 21 and 2 attached to the strain generating member 21 to detect strain of the strain generating member 21.
  • strain sensors 22 There are two or more (two in this case) strain sensors 22.
  • the strain generating member 21 is made of an elastically deformable metal such as a steel material and is made of a thin plate material having a thickness of 3 mm or less.
  • the strain generating member 21 is a strip having a uniform plane over the entire length and has notches 21b on both sides. The corner of the notch 21b has an arcuate cross section.
  • the strain generating member 21 has two or more (three in this case) contact fixing portions 21 a that are contact-fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 via the spacers 23.
  • the three contact fixing portions 21 a are arranged in a line in the longitudinal direction of the strain generating member 21.
  • the two strain sensors 22 are affixed to the strain generating member 21 where the strain increases with respect to the load in each direction. Specifically, it arrange
  • one strain sensor 22A is arranged between the contact fixing portion 21a at the left end and the contact fixing portion 21a at the center, and the other between the contact fixing portion 21a at the center and the contact fixing portion 21a at the right end.
  • One strain sensor 22B is arranged.
  • the notch portions 21 b are formed at two positions corresponding to the placement portions of the strain sensor 22 on both side portions of the strain generating member 21. Thereby, the strain sensor 22 detects the strain in the longitudinal direction around the notch 21 b of the strain generating member 21.
  • the strain generating member 21 is plastically deformed even in a state in which an assumed maximum force is applied as an external force acting on the outer member 1 that is a fixed member or an acting force acting between the tire and the road surface. It is desirable not to do so. This is because when the plastic deformation occurs, the deformation of the outer member 1 is not transmitted to the sensor unit 20 and affects the measurement of strain.
  • the three contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 are located at the same size in the axial direction of the outer member 1, and the contact fixing portions 21a are separated from each other in the circumferential direction.
  • These contact fixing portions 21a are fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 by bolts 24 via spacers 23, respectively.
  • Each of the bolts 24 is inserted into a bolt insertion hole 26 of the spacer 23 from a bolt insertion hole 25 provided in the contact fixing portion 21a in the radial direction, and a bolt hole 27 provided in the outer peripheral portion of the outer member 1. Screwed on.
  • each portion having the cutout portion 21b in the strain generating member 21 which is a thin plate shape becomes the outer member 1. It becomes a state away from the outer diameter surface of this, and distortion deformation around the notch 21b becomes easy.
  • an axial position where the contact fixing portion 21a is disposed an axial position that is the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row of the outer member 1 is selected here.
  • the periphery of the rolling surface 3 of the outboard side row is a range from the intermediate position of the rolling surface 3 of the inboard side row and the outboard side row to the formation portion of the rolling surface 3 of the outboard side row. It is.
  • a flat portion 1 b is formed at a location where the spacer 23 is contacted and fixed on the outer diameter surface of the outer member 1.
  • grooves 1 c are provided at the three intermediate portions where the three contact fixing portions 21 a of the strain generating member 21 are fixed on the outer diameter surface of the outer member 1.
  • the spacer 23 may be omitted, and the portions where the notches 21b of the strain generating member 21 are located may be separated from the outer diameter surface of the outer member 1.
  • strain sensors 22 can be used.
  • the strain sensor 22 can be composed of a metal foil strain gauge.
  • the distortion generating member 21 is usually fixed by adhesion.
  • the strain sensor 22 can also be formed on the strain generating member 21 with a thick film resistor.
  • the two strain sensors 22 of each sensor unit 20 are connected to the estimation means 30.
  • the estimation means 30 calculates the force (vertical load Fz, driving force and braking force) acting on the wheel bearing and between the wheel and the road surface (tire contact surface) from the sum of the output signals of the two strain sensors 22 of the sensor unit 20.
  • the load Fx ⁇ and the axial load Fy) are estimated.
  • the estimating means 30 sets the relationship between the vertical load Fz, the load Fx serving as a driving force and a braking force, the axial load Fy, and the sum of output signals of the two strain sensors 22 by an arithmetic expression or a table.
  • the relationship setting means (not shown), and using the relationship setting means based on the sum of the output signals of the two strain sensors 22 (vertical load Fz, load Fx serving as driving force and braking force, axial direction) Estimate the load Fy).
  • the setting contents of the relationship setting means are obtained by a test or simulation in advance.
  • the output signals A and B of the strain sensors 22A and 22B are the sensors as shown in FIG. It is affected by the rolling elements 5 passing near the installation part of the unit 20. Even when the bearing is stopped, the output signals A and B of the strain sensors 22A and 22B are affected by the position of the rolling element 5. That is, when the rolling element 5 passes the position closest to the strain sensors 22A and 22B in the sensor unit 20 (or when the rolling element 5 is at that position), the amplitude of the output signals A and B of the strain sensors 22A and 22B. Becomes a maximum value, and decreases as the rolling element 5 moves away from the position as shown in FIGS.
  • the rolling elements 5 sequentially pass through the vicinity of the installation portion of the sensor unit 20 at a predetermined arrangement pitch P. Therefore, the amplitudes of the output signals A and B of the strain sensors 22A and 22B are arranged in the arrangement of the rolling elements 5. With the pitch P as a cycle, the waveform is close to a sine wave that periodically changes as shown by a solid line in FIG.
  • the force (the vertical load Fz, the load applied to the estimation means 30 between the wheel bearing and the wheel and the road surface (tire contact surface)). Since the driving force and the braking force (load Fx, axial load Fy) are estimated, the influence of the position of the rolling element 5 appearing in the output signals A and B of the two strain sensors 22A and 22B is offset. Thus, the load acting on the wheel bearing and the tire ground contact surface can be accurately detected.
  • FIG. 6 showing the configuration example of FIG. 5 as the sensor unit 20, of the three contact fixing portions 21a arranged in the circumferential direction of the outer diameter surface of the outer member 1 which is a fixed side member
  • the interval between the two contact fixing portions 21 a located at both ends is set to be the same as the arrangement pitch P of the rolling elements 5.
  • the circumferential interval between the two strain sensors 22A and 22B respectively disposed at the intermediate positions of the adjacent contact fixing portions 21a is approximately 1 ⁇ 2 of the arrangement pitch P of the rolling elements 5.
  • the output signals A and B of the two strain sensors 22A and 22B have a phase difference of about 180 degrees, and the average value (A + B) / 2 is as shown by the chain line in FIG. This is a value that sufficiently offsets the influence of the position of the rolling element 5.
  • the force acting on the wheel bearing or between the wheel and the road surface (tire contact surface) estimated from the sum of the output signals A and B of the two strain sensors 22A and 22B (vertical load Fz, The load Fx and the axial load Fy) serving as driving force and braking force are accurate with the influence of the position of the rolling element 5 removed more reliably.
  • FIG. 7 shows an example in which the circumferential interval between the two strain sensors 22A and 22B is set to 1 ⁇ 2 of the arrangement pitch P of the rolling elements 5 in the sensor unit 20 having the configuration example of FIG. Is shown.
  • the output signal A of the two strain sensors 22A and 22B. , B have a phase difference of 180 degrees, and the average value (A + B) / 2 is a value that completely cancels the influence of the position of the rolling element 5 as shown by the chain line in FIG. .
  • the circumferential interval between the two strain sensors 22A and 22B may be set to 1/2 + n (n: integer) of the arrangement pitch P of the rolling elements 5, or a value approximate to these values.
  • the average value (A + B) / 2 of the output signals A and B of both strain sensors 22A and 22B is a value that cancels out the influence of the position of the rolling element 5.
  • FIG. 8 shows a configuration example (FIG. 8A) in which the contact fixing portion 21a at the intermediate position is omitted and two contact fixing portions 21a are provided as the sensor unit 20 in the configuration example of FIG. Is shown.
  • the interval between the two contact fixing portions 21 a is set to be the same as the arrangement pitch P of the rolling elements 5.
  • the interval in the circumferential direction between the two strain sensors 22A and 22B arranged between the two contact fixing portions 21a is set to approximately 1 ⁇ 2 of the arrangement pitch P of the rolling elements 5.
  • the output signals A and B of the two strain sensors 22A and 22B have a phase difference of about 180 degrees, and the average value (A + B) / 2 is as shown by the chain line in FIG. This is a value that sufficiently offsets the influence of the position of the rolling element 5.
  • the force acting on the wheel bearing or between the wheel and the road surface (tire contact surface) estimated from the sum of the output signals A and B of the two strain sensors 22A and 22B (vertical load Fz, The load Fx and the axial load Fy) serving as driving force and braking force are accurate with the influence of the position of the rolling element 5 removed more reliably.
  • the circumferential interval between the two strain sensors 22 ⁇ / b> A and 22 ⁇ / b> B is 1 ⁇ 2 of the arrangement pitch P of the rolling elements 5.
  • An example of setting is shown.
  • the output signals A and B of the two strain sensors 22A and 22B have a phase difference of 180 degrees, and the average value (A + B) / 2 is As indicated by the chain line in 9 (C), the value is obtained by completely canceling the influence of the position of the rolling element 5.
  • the circumferential interval between the two strain sensors 22A and 22B may be 1/2 + n (n: integer) of the arrangement pitch P of the rolling elements 5, or a value approximate to these values.
  • the average value (A + B) / 2 of the output signals A and B of both strain sensors 22A and 22B is a value that cancels out the influence of the position of the rolling element 5.
  • the circumferential interval between two adjacent contact fixing portions 21a is set to 1/2 + n (n: integer) of the arrangement pitch P of the rolling elements 5, or these A value approximate to the value may be used.
  • the average value (A + B) / 2 of the output signals of the two adjacent sensors 22A and 22B is a value that offsets the influence of the position of the rolling element 5.
  • the load When a load acts between a wheel bearing or a wheel tire and a road surface, the load is also applied to the outer member 1 which is a fixed member of the wheel bearing, and deformation occurs. Since the three contact fixing portions 21a of the strain generating member 21 having the notch portion 21b in the sensor unit 20 are fixed in contact with the outer member 1, the strain of the outer member 1 is expanded and transmitted to the strain generating member 21. Then, the distortion is detected with high sensitivity by the strain sensors 22A and 22B, and the load can be estimated from the output signal.
  • the vertical load Fz and the axial load Fy can be estimated from the output signals of the two sensor units 20 arranged on the upper surface portion and the lower surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1, and the outer diameter of the outer member 1 can be estimated.
  • the load Fx due to the driving force or the braking force can be estimated from the output signals of the two sensor units 20 arranged on the right surface portion and the left surface portion of the surface.
  • the output signals A and B of the strain sensors 22A and 22B in each sensor unit 20 are influenced by the position of the rolling element 5 as they are as described above, but the estimation means 30 determines the sum of the two output signals.
  • Estimate the load acting on the wheel bearings and the tires of the wheels and the road surface (vertical load Fz, load Fx that acts as driving force and braking force, and axial load Fy ⁇ ). Regardless of the influence of the position of the rolling element 3, the load can be estimated with high accuracy. Further, since a low-pass filter is unnecessary, the response speed is improved.
  • each contact fixing portion 21a of the sensor unit 20 fixed to the outer diameter surface of the outer member 1 which is a fixed member passes through the contact fixing portion 21a.
  • the strain transmitted to the strain generating member 21 is also different.
  • the contact fixing portions 21 a of the sensor unit 20 are provided so as to have the same dimension in the axial direction with respect to the outer diameter surface of the outer member 1, so that strain concentrates on the strain generating member 21. The detection sensitivity is improved accordingly.
  • the strain generating member 21 of the sensor unit 20 is made of a strip having a uniform planar width, or a thin plate material having a planar planar shape and a cutout portion 21b on the side. Therefore, the distortion of the outer member 1 is easily transmitted to the distortion generating member 21, and the distortion is detected with high sensitivity by the distortion sensors 22A and 22B, and the hysteresis generated in the output signals A and B is also reduced. It can be estimated with high accuracy. Further, the shape of the strain generating member 21 is also simple, and it can be made compact and low cost.
  • the corner of the notch 21b of the strain generating member 21 has an arcuate cross section, the strain is not concentrated on the corner of the notch 21b, and the possibility of plastic deformation is reduced.
  • the strain does not concentrate at the corners of the notch portion 21b, the variation of the strain distribution in the detection portion of the strain generating member 21, that is, the attachment portion of the strain sensors 22A and 22B is reduced, and the strain sensors 22A and 22B have the variation.
  • the influence of the mounting position on the output signals A and B of the strain sensors 22A and 22B is also reduced. Thereby, the load can be estimated with higher accuracy.
  • the circumferential direction part in which the bolt hole 14 for knuckle attachment was provided in multiple places of the circumferential direction of the vehicle body attachment flange 1a of the outer member 1 which is a fixed side member is outside the other part.
  • the contact fixing portion 21a of the strain generating member 21 in the sensor unit 20 is disposed at the center between the adjacent projecting pieces 1aa, and thus the projecting part that causes hysteresis.
  • the strain generating member 21 is disposed at a position away from the piece 1aa, and the hysteresis generated in the output signals A and B of the strain sensors 22A and 22B is reduced accordingly, and the load can be estimated with higher accuracy.
  • the sensor unit 20 has an axial position around the outboard side rolling surface 3 of the double row rolling surfaces 3 in the outer member 1, that is, a relatively large installation space. Since the tire acting force is transmitted to the outer member 1 via the rolling elements 5 and disposed at a portion having a relatively large deformation amount, the detection sensitivity is improved, and the load can be estimated with higher accuracy.
  • the sensor unit 20 is provided on the upper surface portion and the lower surface portion, and the right surface portion and the left surface portion of the outer diameter surface of the outer member 1 that is a fixed side member, under any load condition.
  • the load can be estimated with high accuracy. That is, when a load in a certain direction increases, a portion where the rolling element 5 and the rolling surface 3 are in contact with each other and a portion which is not in contact appear with a phase difference of 180 degrees. If installed with a degree phase difference, the load applied to the outer member 1 is always transmitted to one of the sensor units 20 via the rolling elements 5, and the load can be detected by the strain sensors 22A and 22B.

Abstract

　転動体の影響を受けることなく、車輪にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供する。車輪用軸受は、外方部材１と内方部材２の間に転動体５を介在させており、外方部材１と内方部材２のうちの固定側部材に、１つ以上のセンサユニット２０を設ける。センサユニット２０は、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２１ａを有する歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材の歪みを検出する２つ以上のセンサ２２Ａ，２２Ｂとでなる。２つ以上の接触固定部２１ａは、固定側部材の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に離間して配置する。２つ以上のセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段３０を設ける。

Description

センサ付車輪用軸受 関連出願
　本願は２００８年２月１５日出願の特願２００８－０３３９９６の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本出願の一部をなすものとして引用する。
　この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。
　自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面の歪みを検出することにより荷重を検出するセンサ付車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献１）。また、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受も提案されている（例えば特許文献２）。
　さらに、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けた歪みセンサからなるセンサユニットを軸受の固定輪に取付け、前記歪み発生部材は、前記固定輪に対して少なくとも２箇所の接触固定部を有し、隣り合う接触固定部の間で少なくとも１箇所に切欠き部を有し、この切欠き部に前記歪みセンサを配置したセンサ付車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献３）。
　特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受によると、車両走行に伴い回転輪に荷重が加わったとき、転動体を介して固定輪が変形するので、その変形がセンサユニットに歪みをもたらす。センサユニットに設けられた歪みセンサは、センサユニットの歪みを検出する。歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重等を検出することができる。
特開２００２－０９８１３８号公報 特表２００３－５３０５６５号公報 特開２００７－０５７２９９号公報
　特許文献１に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある。
　例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとすると、出力信号にヒステリシスが生じる。ヒステリシスが生じると、検出分解能が低下する。
　特許文献２のように外輪に歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受では、車輪用軸受の転動体がセンサユニットの設置部の近傍を通過する毎にセンサユニットの出力信号の振幅が大きくなる。すなわち、センサユニットの出力信号が転動体の影響を受けた周期的な波形となり、荷重を精度良く検出できない。
　この発明の目的は、転動体の影響を受けることなく、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。
　この発明にかかるセンサ付車輪用軸受は、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であって、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、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２つ以上のセンサからなる１つ以上の荷重検出用センサユニットが設けられ、前記２つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置し、前記２つ以上のセンサの出力信号の和により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設けている。
　車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材（例えば外方部材）にも荷重が印加されて変形が生じ、その変形からセンサユニットが荷重を検出する。センサユニットの２つ以上のセンサの出力信号は、そのままでは転動体の通過の影響を受けるが、推定手段はこれらセンサの出力信号の和から、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定するものとしているので、２つ以上のセンサの各出力信号に現れる転動体の位置の影響を相殺することができる。また、ローパスフィルタが不要なため、応答速度が向上する。これにより、転動体の影響を受けることなく、しかも停止時においても、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用する荷重（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を精度良く検出できる。
　この発明において、前記２つ以上の接触固定部のうち、前記固定側部材の外径面の円周方向配列の両端に位置する２つの接触固定部の間隔を、転動体の配列ピッチと同一としても良い。この構成の場合、前記両端の２つの接触固定部の中間位置に例えば２つのセンサが配置することにより、これら両センサの間での前記円周方向の間隔は、転動体の配列ピッチの略１／２とすることができる。その結果、両センサの出力信号は略１８０度の位相差を有することになり、その平均値は転動体の位置の影響を十分相殺した値となる。これにより、推定手段によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間に作用する力は、転動体の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。
　この発明において、前記２つ以上のセンサにおける隣り合うセンサ間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ても良い。
　２つのセンサの間での前記円周方向の間隔が、転動体の配列ピッチＰの１／２であると、それらセンサの出力信号は１８０度の位相差を有することになり、その平均値は、転動体の位置の影響を完全に相殺した値となる。これにより、推定手段によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間に作用する力は、転動体の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。
　この発明において、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各センサをそれぞれ取付けても良い。
　この構成の場合、両端に位置する２つの接触固定部（第１の接触固定部と第３の接触固定部）の間での前記円周方向の間隔を、転動体の配列ピッチと同一とすると、隣り合う２つのセンサ間での前記円周方向の間隔は転動体の配列ピッチの１／２となる。これにより、推定手段によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間に作用する力は、転動体の位置の影響を排除した正確なものとなる。
　この発明において、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ても良い。この構成の場合も、各センサの出力信号の和により、転動体の位置の影響を排除できる。
　この発明において、前記歪み発生部材は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるものとしても良い。
　このように、平面概形が均一幅の帯状である薄板材で歪み発生部材を構成した場合、歪み発生部材をコンパクトで低コストなものとできる。
　この発明において、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、および左面部に配置しても良い。この構成の場合、複数方向の荷重を推定することができる。すなわち、固定側部材の外径面における上面部と下面部に配置される２個のセンサユニットの出力信号から垂直方向荷重Ｆz と軸方向荷重Ｆy を推定でき、固定側部材の外径面における右面部と左面部に配置される２個のセンサユニットの出力信号から駆動力や制動力による荷重Ｆx を推定することができる。
　この発明において、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、隣り合う前記接触固定部または隣り合う前記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ても良い。
　この構成によると、２つのセンサの出力信号の和により、転動体の位置の影響が相殺されるので、転動体の影響を受けることなく、しかも停止時においても、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用する荷重を精度良く検出できる。
　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態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でない。この発明の範囲は添付のクレームによって定まる。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。
この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。 同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。 同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大平面図である。 図３におけるIV－IV線断面図である。 センサユニットの他の設置例を示す断面図である。 センサユニットの出力信号に対する転動体位置の影響の説明図である。 センサユニットの出力信号に対する転動体位置の影響の他の説明図である。 センサユニットの出力信号に対する転動体位置の影響の他の説明図である。 センサユニットの出力信号に対する転動体位置の影響の他の説明図である。
符号の説明
１　外方部材
２　内方部材
３，４　転走面
５　転動体
６　保持器
２０　センサユニット
２１　歪み発生部材
２１ａ　接触固定部
２１ｂ　切欠き部
２２Ａ，２２Ｂ　歪みセンサ
３０　推定手段
　この発明の一実施形態を図１ないし図９と共に説明する。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。なお、この明細書において、車両に取付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
　このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図１に断面図で示すように、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記転走面３，４は断面円弧状であり、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、一対のシール７，８によってそれぞれ密封されている。
　外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックル１６に取付ける車体取付用フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ１ａには周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔１４が設けられ、インボード側よりナックル１６のボルト挿通孔１７に挿通したナックルボルト１８を前記ボルト孔１４に螺合することにより、車体取付用フランジ１ａがナックル１６に取付けられる。
　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。
　図２は、この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。なお、図１は、図２におけるＩ－Ｉ線断面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、図２のように、各ボルト孔１４が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされている。
　固定側部材である外方部材１の外径面には、４個のセンサユニット２０が設けられている。ここでは、これらのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および前後位置となる外方部材１の外径面における上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。
　これらのセンサユニット２０は、図３および図４に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材２１の歪みを検出する２つ以上（ここでは２つ）の歪みセンサ２２とでなる。歪み発生部材２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製で３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされている。
　また、歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面にスペーサ２３を介して接触固定される２つ以上（ここでは３つ）の接触固定部２１ａを有する。３つの接触固定部２１ａは、歪み発生部材２１の長手方向に向け１列に並べて配置される。２つの歪みセンサ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。具体的には、歪み発生部材２１の外面側で隣り合う接触固定部２１ａの間に配置される。つまり、図４において、左端の接触固定部２１ａと中央の接触固定部２１ａとの間に１つの歪みセンサ２２Ａが配置され、中央の接触固定部２１ａと右端の接触固定部２１ａとの間に他の１つの歪みセンサ２２Ｂが配置される。
　切欠き部２１ｂは、図３のように、歪み発生部材２１の両側辺部における前記歪みセンサ２２の配置部に対応する２箇所の位置にそれぞれ形成されている。これにより、歪みセンサ２２は歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂ周辺における長手方向の歪みを検出する。
　なお、歪み発生部材２１は、固定側部材である外方部材１に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材１の変形がセンサユニット２０に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。
　前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが、外方部材１の軸方向に同寸法の位置で、かつ各接触固定部２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部２１ａがそれぞれスペーサ２３を介してボルト２４により外方部材１の外径面に固定される。前記各ボルト２４は、それぞれ接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔２５からスペーサ２３のボルト挿通孔２６に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔２７に螺合させる。
　このように、スペーサ２３を介して外方部材１の外径面に接触固定部２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂを有する各部位が外方部材１の外径面から離れた状態となり、切欠き部２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面３の中間位置からアウトボード側列の転走面３の形成部までの範囲である。外方部材１の外径面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、外方部材１の外径面における前記スペーサ２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。
　このほか、図５に断面図で示すように、外方部材１の外径面における前記歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが固定される３箇所の各中間部に溝１ｃを設けることで、前記スペーサ２３を省略し、歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂが位置する各部位を外方部材１の外径面から離すようにしても良い。
　歪みセンサ２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ２２を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材２１に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ２２を歪み発生部材２１上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。
　各センサユニット２０の２つの歪みセンサ２２は推定手段３０に接続される。推定手段３０は、センサユニット２０の２つの歪みセンサ２２の出力信号の和から、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定する手段である。この推定手段３０は、前記垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy と、２つの歪みセンサ２２の出力信号の和との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、２つの歪みセンサ２２の出力信号の和から前記関係設定手段を用いて作用力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定する。前記関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。
　センサユニット２０は、外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置に設けられるので、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは、図６のようにセンサユニット２０の設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。また、軸受の停止時においても、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは、転動体５の位置の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０における歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂに最も近い位置を通過するとき（または、その位置に転動体５があるとき）、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの振幅は最大値となり、図６（Ａ），（Ｂ）のように転動体５がその位置から遠ざかるにつれて（または、その位置から離れた位置に転動体５があるとき）低下する。軸受回転時には、転動体５は所定の配列ピッチＰで前記センサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは、その振幅が転動体５の配列ピッチＰを周期として図６（Ｃ）に実線で示すように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。
　この実施形態では、前記２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和から、推定手段３０が車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定するものとしているので、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの各出力信号Ａ，Ｂに現れる転動体５の位置の影響を相殺することができ、これにより車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出することができる。
　センサユニット２０として、図５の構成例のものを示す図６においては、固定側部材である外方部材１の外径面の円周方向に並ぶ３つの接触固定部２１ａのうち、その配列の両端に位置する２つの接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定している。この場合、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置にそれぞれ配置される２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔は、転動体５の配列ピッチＰの略１／２となる。
　その結果、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは略１８０度の位相差を有することになり、その平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、図６（Ｃ）に鎖線で示すように転動体５の位置の影響を十分相殺した値となる。これにより、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和から、推定手段３０によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）は、転動体５の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。
　図７には、図５の構成例のセンサユニット２０において、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間で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に設定した例を示している。この例では、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔が、転動体５の配列ピッチＰの１／２とされるので、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは１８０度の位相差を有することになり、その平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、図７（Ｃ）に鎖線で示すように転動体５の位置の影響を完全に相殺した値となる。これにより、推定手段３０によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）から、転動体５の位置の影響をより確実に排除することができる。
　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。
　図８には、センサユニット２０として、図５の構成例のものにおいて、中間位置の接触固定部２１ａを省略して、接触固定部２１ａを２つとした構成例（図８（Ａ））の場合を示している。この場合、図６の例の場合と同様に、２つの接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定している。２つの接触固定部２１ａの間に配置される２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔は、転動体５の配列ピッチＰの略１／２に設定されている。
　その結果、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは略１８０度の位相差を有することになり、その平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、図８（Ｃ）に鎖線で示すように転動体５の位置の影響を十分相殺した値となる。これにより、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和から、推定手段３０によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）は、転動体５の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。
　図９には、図８（Ａ）の構成例のセンサユニット２０において、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間で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に設定した例を示している。この例でも、図７の例の場合と同様に、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは１８０度の位相差を有することになり、その平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、図９（Ｃ）に鎖線で示すように転動体５の位置の影響を完全に相殺した値となる。これにより、推定手段３０によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）から、転動体５の位置の影響をより確実に排除することができる。
　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。
　このほか、図６および図７において、隣り合う２つの接触固定部２１ａの間で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、隣り合う２つのセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、転動体５の位置の影響を相殺した値となる。
　車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材１にも荷重が印加されて変形が生じる。センサユニット２０における切欠き部２１ｂを有する歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが外方部材１に接触固定されているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され、その歪みが歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂで感度良く検出され、その出力信号から荷重を推定できる。ここでは、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る２つのセンサユニット２０の出力信号から垂直方向荷重Ｆz と軸方向荷重Ｆy を推定でき、外方部材１の外径面における右面部と左面部に配置される２つのセンサユニット２０の出力信号から駆動力や制動力による荷重Ｆx を推定できる。
　この場合、各センサユニット２０における歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは、上記したようにそのままでは転動体５の位置の影響を受けるが、推定手段３０ではその２つの出力信号の和から、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用する荷重（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定するので、軸受の回転時と停止時を問わず転動体３の位置による影響が解消され、荷重を精度良く推定できる。また、ローパスフィルタが不要なため、応答速度が向上する。
　固定側部材である外方部材１の外径面に固定されるセンサユニット２０の各接触固定部２１ａの軸方向寸法が異なると、外方部材１の外径面から接触固定部２１ａを介して歪み発生部材２１に伝達される歪みも異なる。この実施形態では、センサユニット２０の各接触固定部２１ａを、外方部材１の外径面に対して軸方向に同寸法となるように設けているので、歪み発生部材２１に歪みが集中しやすくなり、それだけ検出感度が向上する。
　また、この実施形態では、センサユニット２０の歪み発生部材２１は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部２１ｂを有する薄板材からなるものとしているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され易く、その歪みが歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂで感度良く検出され、その出力信号Ａ，Ｂに生じるヒステリシスも小さくなり、荷重を精度良く推定できる。また、歪み発生部材２１の形状も簡単なものとなり、コンパクトで低コストなものとできる。
　また、歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされているので、切欠き部２１ｂの隅部に歪みが集中せず、塑性変形する可能性が低くなる。また、切欠き部２１ｂの隅部に歪みが集中しなくなることで、歪み発生部材２１における検出部つまり歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの取付け部での歪み分布のばらつきが小さくなり、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの取付け位置が歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂに及ぼす影響も小さくなる。これにより、荷重をさらに精度良く推定できる。
　このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
　また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の車体取付用フランジ１ａの円周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔１４が設けられた周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされるが、前記センサユニット２０における歪み発生部材２１の接触固定部２１ａは、隣り合う突片１ａａ間の中央に配置されているので、ヒステリシスの原因となる突片１ａａから離れた位置に歪み発生部材２１が配置されることになり、それだけ歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂに生じるヒステリシスが小さくなり、荷重をより精度良く推定できる。
　また、この実施形態では、センサユニット２０を、外方部材１における複列の転走面３のうちのアウトボード側の転走面３の周辺となる軸方向位置、つまり比較的設置スペースが広く、タイヤ作用力が転動体５を介して外方部材１に伝達されて比較的変形量の大きい部位に配置しているので、検出感度が向上し、荷重をより精度良く推定できる。
　また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の外径面の上面部と下面部、および右面部と左面部にセンサユニット２０を設けているので、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち、ある方向への荷重が大きくなると、転動体５と転走面３が接触している部分と接触していない部分が１８０度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニット２０を１８０度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニット２０には必ず転動体５を介して外方部材１に印加される荷重が伝達され、その荷重を歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂにより検出可能となる。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施例を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。
　したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。

Claims (8)

  1. 　車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受であって、
    　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、
    　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２つ以上のセンサからなる１つ以上の荷重検出用センサユニットが設けられ、
    　前記２つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の外径面の同一軸方向位置でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置し、前記２つ以上のセンサの出力信号の和により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
  2. 　請求項１において、前記２つ以上の接触固定部のうち、前記固定側部材の外径面の円周方向配列の両端に位置する２つの接触固定部の間隔を、転動体の配列ピッチと同一としたセンサ付車輪用軸受。
  3. 　請求項１において、前記２つ以上のセンサにおける隣り合うセンサ間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。
  4. 　請求項１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。
  5. 　請求項４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。
  6. 　請求項１において、前記歪み発生部材は、平面概形が均一幅の帯状、または平面概形が帯状で側辺部に切欠き部を有する薄板材からなるセンサ付車輪用軸受。
  7. 　請求項１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、および左面部に配置したセンサ付車輪用軸受。
  8. 　請求項１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、隣り合う前記接触固定部または隣り合う前記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。
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