WO2010110173A1

WO2010110173A1 - センサ付車輪用軸受

Info

Publication number: WO2010110173A1
Application number: PCT/JP2010/054685
Authority: WO
Inventors: 西川健太郎; 高橋亨; 乗松孝幸; 壹岐健太郎
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2010-09-30
Also published as: EP2413121A1; US20120014632A1; CN102365538B; US8540431B2; EP2413121A4; EP2413121B1; CN102365538A

Abstract

　環境の変化や長期間の使用によっても検出精度が悪化することなく、車輪にかかる荷重を正確に推定できるセンサ付車輪用軸受を提供する。車輪用軸受の外方部材と内方部材のうちの固定側部材にセンサユニットを設ける。センサユニットは、歪み発生部材とその歪みを検出するセンサ(22)でなる。センサ(22)の出力信号の平均値を用いて車輪に加わる荷重を推定する主荷重推定手段(31)と、センサ(22)の出力信号の転動体(5)の通過による信号波形の振幅値を用いて荷重を推定する振幅処理荷重推定手段(36)を設ける。その振幅処理荷重推定値(s2)により、主荷重推定手段(31)の平均値を用いた推定荷重出力(s1)のドリフト量を推定するドリフト量推定手段(37)を設ける。そのドリフト量で補正する補正手段(33)を設ける。

Description

センサ付車輪用軸受

関連出願

　本出願は、２００９年３月２６日出願の特願２００９－０７６７６２、２００９年４月１日出願の特願２００９－０８９０４２、２００９年４月８日出願の特願２００９－０９３５８１、２００９年４月８日出願の特願２００９－０９３５８２および２００９年７月１３日出願の特願２００９－１６４４７４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、車輪用軸受の外輪フランジ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が提案されている（例えば特許文献１）。また、車輪に設けた複数の歪みセンサの出力信号から、車輪にかかる荷重を推定する演算方法も提案されている（例えば特許文献２）。

特表２００３－５３０５６５号公報特表２００８－５４２７３５号公報

　特許文献１，２に開示の技術のように、歪みセンサを用いて車輪にかかる荷重を計測する場合、歪みセンサ自体の温度特性のほか、計測対象物の温度歪みなどが歪みセンサの出力信号に加わるため、その出力信号にドリフトが発生する。
　この場合、出力信号を温度補正することにより、出力信号の誤差をある程度まで低減することが可能である。図４６には、車輪用軸受の外輪に設けた歪みセンサの出力信号を温度センサの検出信号で補正して荷重を推定する場合の荷重推定手段の提案例の概略構成をブロック図で示す。

　この提案例では、振幅値演算部７２で歪みセンサ７０の出力信号の振幅値を演算し、平均値演算部７３で歪みセンサ７０の出力信号の平均値を演算する。歪みセンサ７０の出力信号は、軸受外輪における歪みセンサ設置部の近傍を通過する転動体の影響を受けて正弦波に近い波形となるので、振幅値演算部７２はその正弦波の振幅値（交流成分）を求めることになり、平均値演算部７３はその正弦波の平均値（直流成分）を求めることになる。求めた平均値に含まれる温度ドリフトは、例えば歪みセンサ７０の近傍の温度を検出する温度センサ７１の出力信号を用いて補正手段７４で補正する。この補正された平均値と、振幅値演算部７２で求めた振幅値とを用いて、荷重推定部７５により車輪にかかる荷重を推定する。荷重推定部７５では、前記振幅値および補正された平均値を変数とし、これら各変数に所定の補正係数を乗算してなる一次式により荷重を推定する。

　しかし、上記提案例の場合でも、複数の歪みセンサが設置される場合には、それぞれの歪みセンサの近傍に温度センサが必要となり、設置スペース、配線スペースおよびコストが増加してしまう。
　また、車輪用軸受は長期間にわたって使用され、大きな振動や衝撃荷重にさらされるため、歪みセンサの設置状況、例えば密着状態が変化することにより、出力信号にドリフトが発生する可能性もある。
　このように、歪みセンサの出力信号にドリフトが発生すると、荷重演算結果の誤差が大きくなり、正確な荷重を検出できなくなってしまう。

　この発明の目的は、温度補正だけでは補正できないドリフト成分の補正が可能で、環境の変化や長期間の使用によっても検出精度が悪化することなく、車輪にかかる荷重を正確に推定できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。

　この発明のセンサ付車輪用軸受は、理解を容易にするために実施形態で使用した符号を付して説明すると、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、前記転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、両部材１，２の対向する転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、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、前記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材に荷重検出用のセンサユニット２０を設け、前記センサユニット２０は、前記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およびこの歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材２１の歪みを検出する１つ以上のセンサ２２を有し、このセンサユニット２０のセンサ２２の出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定処理手段３０を設け、この荷重推定処理手段３０を次の構成とした。

　この荷重推定処理手段３０は、前記センサユニット２０のセンサ２２の出力信号の平均値を演算する平均値演算手段３２を有しその演算した平均値を補正手段３３で補正して車輪に加わる荷重を推定する主荷重推定手段３１と、前記センサ２２の出力信号の転動体通過による信号波形の振幅値から車輪に加わる荷重に相当する振幅処理荷重推定値ｓ２を演算する振幅処理荷重推定手段３６と、前記主荷重推定手段３１の推定値である推定荷重出力ｓ１と前記振幅処理荷重推定値ｓ２とを比較することにより、前記推定荷重出力ｓ１に現れるセンサ２２の出力信号のドリフト量を推定するドリフト量推定手段３７とを備える。前記主荷重推定手段３１の前記補正手段３３は、ドリフト量推定手段３７で推定したドリフト量により荷重推定出力を補正するものとする。

　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１）にも荷重が印加されて変形が生じる。ここではセンサユニット２０における歪み発生部材２１の２つ以上の接触固定部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易く、その歪みがセンサ２２で感度良く検出される。

　主荷重推定手段３１は、このようにセンサ２２で検出される歪み発生部材２１の歪みの平均値を求め、この平均値を補正手段３３で補正して、車輪に加わる荷重を推定する。センサ２２で検出される歪みと車輪に加わる荷重とは一定の関係があるため、その関係を予め求めておくことで、車輪に加わる荷重が推定できる。センサ２２で検出される歪みは、転動体５がセンサ２２の付近を通過する毎に大きくなる振動波形となるが、その直流成分となる平均値を求めることで、転動体５の通過に影響されない歪みの値が得られる。このように平均値から推定される車両の荷重は、前記のようにセンサ２２自体の温度特性に加えて、歪み発生部材２１等の温度歪みや、長期使用の間のセンサ２２の密着状態等の設置状況の変化などによってドリフトする現象が発生する。

　しかし、この発明は、センサ２２の出力信号の転動体通過による信号波形の振幅値から車輪に加わる荷重に相当する振幅処理荷重推定値ｓ２を振幅処理荷重推定手段３６で演算し、ドリフト量推定手段３７により、主荷重推定手段３１の推定荷重出力ｓ１と振幅処理荷重推定値ｓ２とを比較することによって、前記推定荷重出力ｓ１に現れるセンサ２２の出力信号のドリフト量を推定する。この推定したドリフト量は、主荷重推定手段３１にフィードバックされ、前記補正手段３３により前記平均値の補正が行われる。

　前記振幅値は軸受に作用する荷重に応じて変わるため、振幅値からも車輪に加わる荷重が推定できる。また局部的な歪みを検知した振幅信号は、温度等の影響を受け難いため、振幅処理荷重推定値ｓ２を用いることで、平均値を用いた推定荷重出力ｓ１のドリフト成分であるドリフト量を推定することができる。このようにドリフト量を推定して補正するため、推定荷重出力ｓ１の誤差が低減され、精度の良い荷重を検出することができる。

　この発明において、前記主荷重推定手段３１は、前記センサ２２の出力信号の前記補正手段３３で補正された補正後の平均値と前記センサ２２の出力信号の振幅値との両方を用いて前記推定荷重出力ｓ１を演算する併用推定手段３４を有するものとしても良い。例えば、前記補正後の平均値と前記振幅値とに、それぞれ重みとなる適宜の係数を乗じて、両方の値の和を推定荷重出力ｓ１とする。

　このように平均値と振幅値との両方を用いることで、より精度良く、車輪に加わる荷重を演算することができる。前記ドリフト量推定手段３７は、このように平均値と振幅値との両方を用いて演算された推定荷重出力ｓ１に対して前記ドリフト量を推定し、このドリフト量をフィードバックして前記補正手段３３による補正が行われる。

　この発明において、前記センサユニット２０を３つ以上設け、前記荷重推定処理手段３０は、前記３つ以上のセンサユニット２０のセンサ２２の出力信号から、車輪に加わる荷重のうちの前後方向荷重Ｆｘ、垂直方向荷重Ｆｚ、および軸方向荷重Ｆｙを推定するものとしても良い。各センサユニット２０の各センサ２２は、センサユニット２０の設置位置等に応じて、車輪用軸受の径方向となる前後方向，垂直方向、および軸方向に作用する荷重の成分を持つ。このため、各センサ２２毎に、各方向の荷重の推定に用いるか否か、および用いる場合に各方向の荷重の推定に用いる係数を適宜定めておくことで、前後方向荷重，垂直方向荷重、および軸方向荷重の推定が行える。前記係数は、例えば試験等によって適切な値が求められる。

　この発明において、前記センサユニット２０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、円周方向９０度の位相差で４つ等配しても良い。
　このように４つのセンサユニット２０を配置することにより、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

　この発明において、前記センサユニット２０の少なくとも１つに温度センサ２８を設け、前記主荷重推定手段３１は、前記平均値演算手段３２で演算されて前記補正手段３３に入力される平均値を前記温度センサ２８の検出温度により補正する温度補正手段３３を有するものとしても良い。温度補正手段３３による補正は、温度に応じた係数や演算式を定めておくことで行える。

　この構成の場合、平均値を温度補正した上で、補正手段３３により、前記ドリフト量推定手段３７によるドリフト量推定値を用いて補正するため、より精度の良い推定荷重出力ｓ１が得られる。また、この温度補正を行って得た推定荷重出力ｓ１と振幅処理荷重推定値ｓ２とを比較してドリフト量を推定することになるため、ドリフト量推定手段３７により、最も確実なドリフト量の推定が行える。さらに、全ての歪み検出用のセンサ２２に温度センサ２８を設けることなく、歪みセンサ２２の出力信号の温度ドリフトを補正することができる。

　この発明において、前記センサユニット２０は３つ以上の接触固定部２１ａと歪み発生部材２１の歪みを検出する２つのセンサ２２を有し、隣り合う第１および第２の接触固定部２１ａの間、および隣り合う第２および第３の接触固定部２１ａの間に各センサ２２をそれぞれ取付け、隣り合う接触固定部２１ａもしくは隣り合うセンサ２２の前記固定側部材の円周方向についての間隔を、転動体５の配列ピッチの｛１／２＋ｎ（ｎ：整数）｝倍とし、前記主荷重推定手段３１前記平均値演算手段３２は、前記２つのセンサ２２の出力信号の和を平均値として用いるものとしても良い。
　この構成の場合、２つのセンサ２２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５の通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑り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、前記ドリフト量推定手段３７は、前記振幅処理荷重推定手段３６の出力する振幅処理荷重推定値ｓ２と前記主荷重推定手段３１の出力する推定荷重出力ｓ１との関係を、最小自乗推定を適用して求め、この関係から推定荷重出力ｓ１のドリフト量を推定するものとしても良い。
　振幅のみによる荷重推定値の精度には限界があるが、荷重条件を限定すれば、振幅処理荷重推定値ｓ２と平均値を主とする推定荷重出力ｓ１との対応関係が良い精度で線形となる。そのため、振幅処理荷重推定値ｓ２と平均値を用いた推定荷重出力ｓ１とについて、その関係を最小自乗推定を適用して求めることにより、平均値による推定荷重出力ｓ１のドリフト量を精度良く求めることができる。

　このように最小自乗推定を適用するドリフト量推定手段３７を設けた場合に、車体に設けられた１つ以上のセンサ、すなわち車載センサ２９の出力信号から、車両走行中に軸受に作用する荷重の状態が設定荷重条件を充足するか否かを判断し、設定荷重条件を充足しない場合は、振幅処理荷重推定手段３６の出力する振幅処理荷重推定値ｓ２の中から、前記ドリフト量推定手段に３７よりドリフト量の推定処理に用いる振幅処理荷重推定値ｓ２を設定抽出条件に従って抽出する荷重条件限定手段３７ａを設けることが良い。前記車載センサ２９としては、例えばＧセンサ（加速度センサ）、ヨーレートセンサ、スロットルセンサ、ＡＢＳセンサ（アンチロックブレーキシステム用の回転速度検出センサ）等がある。

　荷重条件限定手段３７ａによる走行中の荷重状態の判断は、上記のような様々なセンサの信号を併用して総合的に判断するようにすることが好ましい。この総合的な判断は、例えば、個々の車載のセンサ２９の出力毎に設定許容範囲を設定しておいて、全てが範囲内にあるか否かを判断するようにしても良く、また複数の車載のセンサ２９の信号を所定の処理で組み合わせて得られる値を求め、その値を設定許容範囲と比較するようにしても良い。また、荷重条件限定手段３７ａの前記設定抽出条件は、例えば、前記設定荷重条件を充足する間に出力された振幅処理荷重推定値ｓ２のみを抽出するなど、適宜定める。

　急激な荷重変化、例えば縁石への衝突などが発生した場合や急激な温度変化によって、センサ出力の信号がドリフトしてしまう可能性がある。ドリフト量は、主荷重推定手段の出力ｓ１と振幅処理荷重推定値ｓ２とを比較することによって推定するが、この推定をよい精度で行うには、ｓ１とｓ２との対応関係がほぼ線形となるように、入力荷重条件を限定して推定する必要がある。限定機能が機能することにより、ドリフト量の推定精度が高くなり、信号ドリフトを正確に補正して検出誤差を抑えることが可能になる。検知したドリフト量は、荷重演算推定処理にフィードバックされるため、検出荷重の誤差を抑えることが可能となる。

　この発明において、前記荷重推定処理手段３０を車内通信バスに接続し、前記ドリフト成分推定手段３７の推定するドリフト量、および主荷重推定手段３１による推定荷重出力ｓ１を、前記車内通信バスを介して外部モニタに出力可能とすることが良い。このように車内通信バスを介して外部モニタ３８に出力可能とすることで、ドリフト量等をモニタすることができる。

　この場合に、前記荷重推定処理手段３０を車内通信バスを通じて車体搭載の入力装置３９に接続し、前記荷重推定処理手段３０は、前記入力装置３９からの入力により、前記ドリフト量推定手段３７によるドリフト量の推定を含む、前記車輪に加わる荷重の推定の演算に用いるパラメータを設定可能にすることが良い。これにより、修理・部品交換などでセンサ信号に変化があった場合などに、車内通信バスを通じて適正なドリフト量に設定し直すことができる。

　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符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第１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矢視断面図である。センサユニットの他の設置例を示す断面図である。同センサユニットにおける歪みセンサ出力信号の平均値と振幅値の関係を示す図である。同センサ付車輪用軸受における推定手段の構成例を示すブロック図である。同推定手段の他の構成例を示すブロック図である。この発明の第２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１１におけるXII －XII 矢視断面図である。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。この発明の第１応用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１７におけるXVIII―XVIII矢視断面図である。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。同センサ付車輪用軸受における荷重推定手段の構成例を示すブロック図である。第２応用形態にかかるセンサ付車輪用軸受における荷重推定手段の他の構成例を示すブロック図である。第３応用形態にかかるセンサ付車輪用軸受における荷重推定手段の他の構成例を示すブロック図である。この発明の第４応用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における荷重推定手段の構成例を示すブロック図である。同荷重推定手段の演算処理の流れを示す説明図である。同センサ付車輪用軸受のセンサユニットのセンサ出力信号の波形図である。（Ａ）は外方部材外径面上面部でのセンサ出力信号振幅と軸方向荷重の方向との関係を示すグラフ、（Ｂ）は同外径面下面部でのセンサ出力信号の振幅と軸方向荷重との関係を示すグラフである。軸方向荷重とセンサユニットのセンサ出力との関係を示すグラフである。軸方向荷重の大きさと上下のセンサユニットのセンサ出力の差分値との関係を示すグラフである。この発明の第５応用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における荷重推定演算部の構成例を示すブロック図である。この発明の第６応用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における荷重推定手段の構成例を示すブロック図である。同荷重推定手段の演算処理の流れを示す説明図である。この発明の第７応用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。（Ａ）は同センサ付車輪用軸受における荷重検出センサの平面図、（Ｂ）は同側面図である。同センサ付車輪用軸受における荷重推定手段の構成例を示すブロック図である。この発明の第８応用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における検出系の全体構成を示すブロック図である。同センサ付車輪用軸受におけるＡＤ変換器の設置構成の一例を示す断面図である。同センサ付車輪用軸受におけるＡＤ変換器の他の設置構成例を示す断面図である。この発明の第９応用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。提案例における荷重推定手段の構成例を示すブロック図である。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。センサ出力信号の平均値と振幅値を演算する演算回路の一例のブロック図である。提案例における荷重演算処理の流れを示す説明図である。軸方向荷重の大きさと上下のセンサユニットのセンサ出力の差分値との関係を示すグラフである。提案例における検出系の構成例を示すブロック図である。同検出系における増幅回路およびオフセット調整回路の具体例を示す回路構成図である。提案例においてセンサ数が増加したときの検出系の構成を示すブロック図である。

　この発明の第１実施形態を図１ないし図８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ねじ孔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（図示せず）を前記ねじ孔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矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、図２のように、各ねじ孔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つのセンサユニット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１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２ｍｍ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中央の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つの接触固定部２１ａを両端部に有する。なお、歪み発生部材２１の形状によっては、接触固定部２１ａを２つ以上有するものとしても良い。また、歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂは省略しても良い。

　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。ここでは、その箇所として、歪み発生部材２１の外面側で両側辺部の切欠き部２１ｂで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ２２は切欠き部２１ｂの周辺の周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。想定される最大の力は、例えば、その力が作用しても車輪用軸受は損傷をせず、その力が除去されると車輪用軸受の正常な機能が復元される範囲で最大の力である。

　前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、外方部材１の軸方向の同寸法の位置で、かつ両接触固定部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ねじ孔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を有する中央部位が外方部材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２つの接触固定部２１ａが固定される２箇所の中間部に溝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２つの接触固定部２１ｂの中間部位を外方部材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。

　センサユニット２０の歪みセンサ２２は、その出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定処理手段３０に接続される。荷重推定処理手段３０は、車輪に加わる各方向の荷重のうち、前後方向荷重Ｆｘとなるラジアル荷重を推定する前後方向荷重推定部３０ｘと、垂直方向（上下方向）荷重Ｆｚとなるラジアル荷重を推定する垂直方向荷重推定部３０ｚと、軸方向荷重Ｆｙを推定する軸方向荷重推定部３０ｙとを有する。これら前後方向荷重推定部３０ｘ、垂直方向荷重推定部３０ｚ、および軸方向荷重推定部３０ｙは、互いに独立して設けられたものであっても良く、また一つの推定部が、時分割等で各方向の荷重Ｆｘ，Ｆｚ，Ｆｙを推定する推定部として機能するものとしても良い。

　各センサユニット２０の各センサ２２は、センサユニット２０の設置位置等に応じて、車輪用軸受の径方向となる前後方向，垂直方向、および軸方向に作用する荷重の成分を持つ。このため、前後方向荷重推定部３０ｘ、垂直方向荷重推定部３０ｚ、および軸方向荷重推定部３０ｙは、どのセンサ２２の入力を用いるか、また用いるセンサ２２毎に入力信号に掛ける係数がそれぞれ適宜に定めてあり、これにより前後方向荷重Ｆｘ、垂直方向荷重Ｆｚ、および軸方向荷重Ｆｙを推定する。前記係数は、例えば試験等によって適切な値が求められる。

　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２２の出力信号は、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。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２２に最も近い位置を通過するとき出力信号の振幅は最大値となり、その位置から転動体５が遠ざかるにつれて低下する。これにより、軸受回転時には歪みセンサ２２の出力信号は、その振幅が転動体５の配列ピッチを周期として変化する正弦波に近い波形となる。

　この歪みセンサ２２の出力信号に含まれる直流成分となる平均値および、交流成分の振幅値のいずれも、車輪に作用する荷重の推定が可能な信号であるが、それぞれに利点，欠点となる特性がある。平均値は、広範囲に渡って荷重の推定が可能であるが、前述のようなドリフトが生じる。そのため、荷重推定処理手段３０は、次のように、平均値および振幅値を分析することにより、平均値を主とする出力のドリフト量を推定して補正する機能を搭載したものとしてある。

　図７は、荷重推定処理手段３０の一構成例を示すブロック図である。同図は、図１の示す前後方向荷重推定部３０ｘ、垂直方向荷重推定部３０ｚ、および軸方向荷重推定部３０ｙのうちの一つを代表して示す。また、同図に示す歪みセンサ２２は、複数の歪みセンサ２２を代表して示す。
　この構成例では、荷重推定処理手段３０は、車輪に加わる荷重を演算する主荷重推定手段３１と、振幅値演算手段３５と、振幅値から車輪に加わる荷重に相当する振幅処理荷重推定値ｓ２を演算する振幅処理荷重推定手段３６と、ドリフト量推定手段と３７からなる。主荷重推定手段３１は、平均値演算手段３２、温度補正手段３３Ａ、補正手段３３、および併用推定手段３４からなり、車輪に加わる荷重の推定値である推定荷重出力ｓ１を出力する。

　平均値演算手段３２は、歪みセンサ２２の出力信号の平均値を演算する手段である。この平均値を演算は、ローパスフィルタを通すことで直流成分を抽出するものであっても、また逆位相関係が現れる２つの歪みセンサ２２の和を演算するものであっても良く、さらに歪みセンサ２２の出力信号の移動平均等を演算するものであっても良い。

　温度補正手段３３Ａは、温度センサ２８の検出温度によって、平均値演算手段３２の演算した平均値を補正する手段である。温度センサ２８は、図３のように少なくとも１つのセンサユニット２０の歪み発生部材２１に設けられる。歪みと温度とには、略比例する関係があるため、温度補正手段３３Ａは、このような歪みと温度の関係によって前記平均値を補正する。

　補正手段３３は、ドリフト量推定手段３７で推定したドリフト量に対応した補正を行う手段である。例えば、推定したドリフト量、またはこのドリフト量に適宜の係数を乗じた値を平均値に対して加算する。
　併用推定手段３４は、補正手段３３で補正された補正後の平均値とセンサ２２の出力信号の振幅値との両方を用いて前記推定荷重出力ｓ１を演算する手段である。併用推定手段３４は、例えば、前記補正後の平均値と前記振幅値とに、それぞれ重みとなる適宜の係数を乗じて、両方の値の和を推定荷重出力ｓ１とする。

　振幅値演算手段３５は、歪みセンサ２２の出力信号の転動体通過による信号波形の交流成分の振幅値を演算する手段である。この演算は、例えば前記信号波形の交流成分の抽出処理とされる。この振幅値演算手段３５で演算した振幅値が、前記併用推定手段３４に入力される。
　振幅処理荷重推定手段３６は、振幅値演算手段３５で得た振幅値から車輪に加わる荷重に相当する振幅処理荷重推定値ｓ２を演算する手段である。前記振幅値は軸受に作用する荷重に応じて変わるため、振幅値からも車輪に加わる荷重が推定できる。

　ドリフト量推定手段３７は、主荷重推定手段３１の推定値である推定荷重出力ｓ１と、振幅処理荷重推定手段３６で推定した振幅処理荷重推定値ｓ２とを比較することにより、前記推定荷重出力ｓ１に現れるセンサ２２の出力信号のドリフト量を推定する。ドリフト量推定手段３７は、推定荷重出力ｓ１と振幅処理荷重推定値ｓ２の差を統計処理によって求めることで、ドリフト量を推定する。例えば、振幅処理荷重推定値ｓ２と推定荷重出力ｓ１との関係を、最小自乗推定を適用して求め、この関係から推定荷重出力ｓ１のドリフト量を推定する。

　ｓ１とｓ２との出力に差が生じた場合（平均値がオフセットした場合）、図６に示した振幅と平均値との関係が崩れる。センサ毎にこのずれ（平均値のオフセット分）を補正する。具体的には、以下のような手順となる。
　平均値をベクトルＡ、振幅値をベクトルＢと表現すると、計算に用いる重み係数をＭ_１、Ｍ_２として、主荷重推定手段３１の出力はｓ１＝Ｍ_１Ａ＋Ｍ_２Ｂ　と表現できる。振幅処理荷重推定値ｓ２とｓ１は、条件を限定すればｓ１＝ｓ２となるので、図６のグラフと同様に直線の関係になる。

　信号にドリフトΔが発生すると、平均値ベクトルはＡ＋Δとなり、推定値はｓ１’ ＝ｓ１＋Ｍ_１Δのように変化する。すなわち、ｓ１’ ＝ｓ２＋Ｍ_１Δ　の関係に変化する。
　そのため、ｓ１’ とｓ２の関係は、図６に示したグラフを平行移動させた状態となる。一定期間のｓ１’ とｓ２との関係を統計処理して、最小自乗推定により切片の移動分を計算すれば、Ｍ_１Δを求めることができる。したがって、計算結果から引き算してｓ１’― Ｍ_１Δ とすればドリフトの影響を除去できる。また、Ｍ_１Δの値が求まれば、Δ＝Ｍ_１ ^-1・Ｍ_１Δ　（Ｍ_１ ^-1は一般化逆行列）として、センサ信号のドリフトΔを推定することもできる。したがって、平均値信号ＡからΔを引くことで、併用推定手段３４に入力する前に補正してもよい。

　ドリフト量推定手段３７には、荷重条件限定手段３７ａが設けられている。荷重条件限定手段３７ａは、車体に設けられた１つ以上のセンサ、すなわち車載センサ２９の出力信号から、車両走行中に軸受に作用する荷重の状態が設定荷重条件を充足するか否かを判断し、設定荷重条件を充足しない場合は、振幅処理荷重推定手段３６の出力する振幅処理荷重推定値ｓ２の中から、前記ドリフト量推定手段に３７よりドリフト量の推定処理に用いる振幅処理荷重推定値ｓ２を設定抽出条件に従って抽出する。前記車載センサ２９としては、例えばＧセンサ（加速度センサ）、ヨーレートセンサ、スロットルセンサ、ＡＢＳセンサ（アンチロックブレーキシステム用の回転速度検出センサ）等がある。

　上記構成の作用を説明する。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。ここではセンサユニット２０における歪み発生部材２１の２つ以上の接触固定部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易く、その歪みが歪みセンサ２２で感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。このように検出される歪みセンサ２２の出力から荷重推定処理手段３０により、車輪に加わる荷重が推定される。

　荷重推定処理手段３０の作用を説明する。図１の前後方向荷重推定部３０ｘ、垂直方向荷重推定部３０ｚ、および軸方向荷重推定部３０ｙにより、複数のセンサユニット２０の各歪みセンサ２２の出力を用いて、前後方向荷重Ｆｘ、垂直方向荷重Ｆｚ、および軸方向荷重Ｆｙを推定する。これら各方向の荷重Ｆｘ，Ｆｚ，Ｆｙの推定につき、図７に示す各手段で、センサ信号平均値および振幅を分析することにより、信号ドリフト量を推定して補正する。

　すなわち、歪みセンサ２２の振幅値演算手段３５が得られる振幅値から、車輪に加わる荷重に相当する振幅処理荷重推定値ｓ２を振幅処理荷重推定手段３６によって演算する。主荷重推定手段３１は、平均値演算手段３２によって、歪みセンサ２２の出力信号の平均値を演算し、各補正等を行って推定荷重出力ｓ１を出力する。ドリフト量推定手段３７は、主荷重推定手段３１の推定値である推定荷重出力ｓ１と、振幅処理荷重推定手段３６で推定した振幅処理荷重推定値ｓ２とを比較し、その差を統計処理によって精度良く求めることにより、推定荷重出力ｓ１に現れるセンサ２２の出力信号のドリフト量を推定する。このとき、走行中の荷重状態が上記比較を行える荷重状態であるか否かを、荷重条件限定手段３７ａによって判断し、上記振幅処理荷重推定値ｓ２のうち、比較できると判断される値を抽出してドリフト量推定手段３７によるドリフト量の推定を行う。

　このように推定したドリフト量を主荷重推定手段３１にフィードバックし、主荷重推定手段３１は、平均値演算手段３２で演算した平均値（より具体的には温度補正手段３３Ａで補正した平均値）を、前記ドリフト量でさらに補正する。このさらに補正された平均値に、併用推定手段３４によって、平均値と振幅値とを所定の割合で合わせた値となる推定荷重出力ｓ１を演算し、出力する。この推定荷重出力ｓ１が荷重推定処理手段３０の出力となる。

　また、図８に示すように、荷重推定処理手段３０を車内通信バス１４５に接続し、前記ドリフト成分推定手段３７の推定するドリフト量、および主荷重推定手段３１による推定荷重出力ｓ１を、車内通信バス１４５を介して外部モニタ３８に出力可能とすることが良い。さらに、荷重推定処理手段３０を車内通信バスを通じて車体搭載の入力装置３９に接続し、荷重推定処理手段３０は、前記入力装置３９からの入力により、ドリフト量推定手段３７によるドリフト量の推定を含む、前記車輪に加わる荷重の推定の演算に用いる各種のパラメータを設定可能にすることが良い。

　この構成によると、平均値を主とする推定荷重出力ｓ１のドリフト分を、振幅値で推定して補正するが、局部的な歪みを検知した振幅信号は温度等の影響を受け難いため、振幅を演算処理して得られた荷重情報を用いてセンサ信号の平均値のドリフト分を推定することができる。
　推定したドリフト成分を補正することにより、平均値情報の誤差が低減され、補正された平均値情報と振幅情報を使って、推定荷重出力ｓ１の荷重演算精度を向上させることができる。

　また、走行中の温度センサ２８やその他の車載センサ２９の信号を分析し、温度の影響など既知のパラメータについての補正を実施する。その上で、信号振幅の状態から推定される入力荷重である振幅処理荷重推定値ｓ２と、その推定荷重条件に対する信号平均値を主とする推定荷重出力ｓ１の値を比較して、ずれ量を算出する。このため、最も確実なドリフト量を推定することができる。

　振幅のみによる荷重推定値である振幅処理荷重推定値ｓ２の精度には限界があるが、荷重条件を限定すれば振幅値と信号平均値（具体的には推定荷重出力ｓ１）との対応関係が、図６に示すように良い精度で線形となる。同図は平均値と振幅値との関係を示す（ただし，Fy＞0 の条件）。このように線形の関係が得られるため、振幅処理荷重推定値ｓ２と信号平均値を主とする推定荷重出力ｓ１のデータについて、その関係を最小自乗推定を適用して求めることにより、平均値データ（推定荷重出力ｓ１）のドリフト量を精度よく求めることが可能になる。

　ただし、上記線形となるのは、限られた荷重条件の場合であるため、走行中の荷重状態を推定する荷重条件限定手段３７ａを設け、ドリフト量推定処理の実施条件を限定する。
　走行中の荷重状態の予測には、車体に設置された様々なセンサ、例えばＧセンサ、ヨーレートセンサ、スロットルセンサ、ステアリングセンサ、ＡＢＳセンサ、などの信号を併用して総合的に判断するのが望ましい。その場合、荷重推定処理手段３０は、ＣＡＮバス（コントロールエリアネットワークバス）などの車内通信バスに接続されて、必要な情報を用いるように構成されていればよい。

　急激な荷重変化、例えば縁石への衝突など、が発生した場合、歪みセンサ２２の信号が急激に変化する可能性がある。上記の荷重条件限定手段３７ａによる補正機能がないと、その後ずっと検出誤差が発生したままになってしまうが、補正が機能することにより、短時間で信号ドリフトを補正して検出誤差を抑えることが可能になる。

　検知したドリフト量は、主荷重推定手段３１にフィードバックされるため、検出荷重の誤差が低減される。
　フィードバックされたドリフト量は、荷重推定処理手段３０の内部の記憶手段（図示せず）に記憶されて、上記の車内通信バスを通じて外部モニタ３８によってからモニタすることもできる。また、修理・部品交換などでセンサ信号に変化があった場合には、同様に通信バスを通じて適正なドリフト量を、入力装置３９によって設定し直すことも可能である。

　また、この実施形態では前記センサユニット２０を４つ設け、各センサユニット２０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外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

　このセンサ付車輪用軸受によると、このように、温度センサ２８だけでは補正できないドリフト成分も補正が可能になる。衝撃荷重や軸受の経年変化によるセンサ信号のドリフトもキャンセル可能となり、長期間にわたって検出精度を保つことが可能になる。また、温度センサ２８を全ての歪みセンサ２２の近傍に配置しなくても良くなる。

　なお、この実施形態において、図１のように外方部材１の内周に転動体５の位置を検出する転動体検出センサ４０を設け、この転動体検出センサ４０の検出信号を図７や図８の補正手段３３に入力するようにしても良い。このように、補正手段３３での補正に用いるデータとして、転動体検出センサ４０の検出する転動体５の位置データを加えた場合には、平均値演算手段３２で演算される平均値から転動体通過の影響を解消できるので、荷重の検出誤差をさらに抑えることができる。

　図９ないし図１４は、この発明の第２実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１～図８に示す第１実施形態において、各センサユニット２０Ａを以下のように構成している。この場合、センサユニット２０Ａは、図１１および図１２に拡大平面図および拡大断面図に示すように、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つの歪みセンサ２２とでなる。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の長手方向に向けて１列に並べて配置される。

　２つの歪みセンサ２２のうち１つの歪みセンサ２２Ａは、図１２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。図１１のように、歪み発生部材２１の両側辺部における前記各歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの配置部に対応する２箇所の位置にそれぞれ切欠き部２１ｂが形成されている。

　センサユニット２０Ａ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がそれぞれスペース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。

　このほか、図１３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。センサユニット２０Ａにおけるその他の構成や、センサユニット２０Ａの配置などは、図１～図８に示す第１実施形態の場合と同様である。

　この第２実施形態の場合、図１～図８に示す第１実施形態における荷重推定処理手段３０の平均値演算手段３２において、各センサユニット２０Ａの２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和を演算して、その和を平均値として取り出す。また、荷重推定処理手段３０の振幅値演算手段３５では、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の差分を演算し、その差分値を振幅値として取り出す。

　センサユニット２０Ａ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１４のようにセンサユニット２０Ａ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２０Ａ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１４（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２０Ａ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１４（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。

　また、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの振幅は、温度の影響やナックル１６と車体取付用フランジ１ａ（図９）の面間などの滑りによるヒステリシスの影響を受ける。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の振幅の和を上記した平均値とし、振幅の差分を上記した振幅値とする。これにより、平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、振幅値は、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの各出力信号ａ，ｂに現れる温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。したがって、この平均値と振幅値を用いることにより、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重をより正確に推定することができる。

　図１４では、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、その和として求められる平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルしたものとなる。また、その差分とし求められる振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。

　なお、図１４では、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、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置に各１つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ配置することで、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の略１／２となるようにした。これとは別に、直接、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に設定しても良い。
　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）｝倍、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の和として求められる平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分として求められる振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。

　つぎに、この発明の荷重推定処理手段３０を要件としない第１～第３応用形態について説明する。前述した特許文献１のように外輪フランジに歪みゲージを貼り付けるのでは、組立性に問題がある。また、検出感度も低く、荷重を精度良く検出できない。

　そこで、前記第１および第２実施形態では、外方部材１の外径面にセンサユニット２０，２０Ａを取り付け、このセンサユニット２０，２０Ａを、歪み発生部材２１と、これに取り付けられた１つ以上の歪みセンサ２２，２２Ａ，２２Ｂとで形成することにより、軸受への組立性、荷重の検出感度および荷重精度を向上させた。

　ここで、歪みセンサの出力信号から平均値と振幅値を算出し、両方の値を用いて荷重を推定する場合、平均値と振幅値を求めるためには、軸受が回転して転動体が公転している必要があり、静止状態や極低速状態では誤差が大きくなってしまうという問題がある。

これに対し、前記第２実施形態では、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和（平均値）から車輪用軸受に作用する荷重を推定しているので、各歪センサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号に現れる転動体５の一の影響を相殺することができ、軸受が好転していない状態でも荷重を精度良く検出できる。

　また、前記第２実施形態では、センサユニット２０Ａの２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の差（振幅値）から車輪用軸受に作用する荷重を推定しているので、各歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号に現れる温度の影響やナックル・フランジ面間の滑りによる影響を相殺でき、荷重を精度良く検出できる。図４８は、前記２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和と差を求める演算処理回路の一例を示す。しかし、この場合、振幅値を求める演算には、少なくとも１周期の出力信号が必要であり、レスポンスの悪化が避けられない。

　そこで、以下の第１～第３応用形態の目的は、車輪用軸受が静止あるいは低速状態でも、レスポンス良く車輪にかかる荷重を正確に推定できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。

　この発明の第１応用形態を図１５ないし図２２と共に説明する。図１６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し、図１５は、図１６におけるXV－XV矢視断面図を示す。図１７，１８，１９はそれぞれ前記第１実施形態の図３，４，５に対応する。

　具体的に説明すると、図１５に示すように、図１の荷重推定処理手段３０に代えて、荷重推定手段３０Ａを用いている。また、図１６に示すように、図２の４つのセンサユニット２０に代えて、４つのセンサユニット２０Ｂを用いている。各センサユニット２０Ｂは、図１７に示すように、図３の歪みセンサ２２に代えて、３つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを有し、歪み発生部材２１Ａの形状も図３の歪み発生部材２１の形状よりも複雑になっている。同様に図１８では、３つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが設けられているため、図４に比べ、ボルト挿通孔２５，２６およびボルト２４の数や接触固定部２１ａの数が増加している。さらに、図１９では、図３の歪みセンサ２２に代えて、３つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを用いていることで、溝１ｃ、ボルト２４、ボルト挿通孔２５、ねじ孔２７および接触固定部２１ａの数が図３の場合に比べ増加している。その他の構造は共通しており、前記第１実施形態を示す図１ないし図８と同一または相当する部分には同一の符号を付して、その詳しい説明は省略する。

　この応用形態において、センサユニット２０Ｂは、図１７および図１８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３つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとでなる。歪み発生部材２１は、前記第１実施形態と同様の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で両側辺部にそれぞれ切欠き部２１ｂを有する。各切欠き部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４つ以上（ここでは４つ）の接触固定部２１ａを有する。４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。３つの歪み発生部材２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ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設置される。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。

　切欠き部２１ｂは、図１７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２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの配置部に対応する３箇所の位置の両側辺にそれぞれ形成されている。これにより、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂの周辺における長手方向の歪みを検出する。

　このほか、図１９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の各接触固定部２１ａが固定される箇所の隣り合う中間部に溝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が位置する各接触固定部２１ｂの中間部位を外方部材１の外径面から離すようにしても良い。

　歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃとしては、第１実施形態の歪みセンサ２２と同様のものを使用することができる。

　各センサユニット２０Ｂの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、その出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段３０Ａ（図１５）に接続される。ここでは、車輪の垂直方向に作用する垂直方向荷重Ｆz と、駆動力や制動力となる前後方向に作用する荷重Ｆx と、軸方向に作用する軸方向荷重Ｆy が推定される。この荷重推定手段３０Ａは、図２２にブロック図で示すように、平均値演算部１３１と振幅値演算部１３２と荷重演算部１３３とを有する。平均値演算部１３１および振幅値演算部１３２は、図では一つのみを示したが、各センサユニット２０Ｂにそれぞれ対応して複数設けられる。

　センサユニット２０Ｂ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，２２Ｃの出力信号は、センサユニット２０Ｂの設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０Ｂにおける歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃに最も近い位置を通過するとき出力信号は最大値となり、その位置から転動体５が遠ざかるにつれて低下する。これにより、軸受回転時には歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの出力信号は、図２０（Ｃ）や図２１（Ｃ）のように、その振幅が転動体５の配列ピッチＰを周期として変化する正弦波に近い波形となる。

　ここでは、各歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの前記円周方向の間隔は、図２１のように、転動体５の配列ピッチＰの１／４（９０度位相差）とされている。これにより、左端の歪みセンサ２２Ａと右端の歪みセンサ２２Ｃの間隔は、転動体５の配列ピッチＰの１／２（１８０度位相差）となる。図２０は、間隔が転動体５の配列ピッチＰの１／４となる２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの波形と転動体位置との関係を示している。他の２つの歪みセンサ２２Ｂ，２２Ｃの出力信号Ｂ，Ｃの波形と転動体位置との関係も同様である。図２１は、間隔が転動体５の配列ピッチＰの１／２となる２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｃの出力信号Ａ，Ｃの波形と転動体位置との関係を示している。

　平均値演算部１３１は、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｃの出力信号Ａ，Ｃからセンサユニット２０Ｂの出力信号の平均値を求める演算部である。振幅値演算部１３２は、２つの歪みセンサ２２Ｂ，２２Ｃの出力信号Ｂ，Ｃと前記平均値演算部１３１で求められる平均値とから、センサユニット２０Ｂの出力信号の振幅値を求める演算部である。転動体５の位置の位相をθとするとき、前記各出力信号Ａ，Ｂ，Ｃは以下の各式で与えられる。
　Ａ＝αsin θ＋β　　　　……（１）
　Ｂ＝αcos θ＋β　　　　……（２）
　Ｃ＝－αsin θ＋β　　　……（３）
　ただし、αは振幅値、βは平均値である。

　そこで、平均値演算部１３１では、出力信号Ａと出力信号Ｃの和をとることにより、つまり、
　β＝（Ａ＋Ｃ）／２　　　　……（４）
を演算することにより、平均値を求める。
　また、振幅値演算部１３２では、２つの出力信号Ｂ，Ｃからそれぞれ平均値βを除き、これらの値の二乗和の平方根を求めることにより、つまり
　α＝｛（Ｂ－β）²＋（Ｃ－β）²｝^1/2
　　＝｛（αcos θ）²＋（αsin θ）²｝^1/2　　　　……（５）
を演算することにより、振幅値αを求める。なお、この演算では、出力信号Ａ，Ｂを用いても同様の結果を得ることができる。
　これらの演算は、転動体５の位置に関係なく短時間に求めることができる。つまり、軸受が静止状態や極低速状態であってもレスポンスよく求めることができる。

　平均値演算部１３１は、求められた演算値の温度によるドリフトを補正する温度補正手段３４を有する。各センサユニット２０Ｂの歪み発生部材２１には図１７のように温度センサ２８が設けられ、この温度センサ２８の出力信号に基づき、前記温度補正手段３４において平均値の補正が行なわれる。

　図２２に示す荷重演算部１３３では、平均値演算部１３１および振幅値演算部１３２で求められた各センサユニット２０Ｂに対応する平均値および振幅値を変数とし、これらの変数に補正係数を乗算した所定の荷重演算式から車輪に加わる荷重を演算・推定する。この場合の荷重演算式としては、垂直方向荷重Ｆz を演算するものと、駆動力や制動力となる前後方向の荷重Ｆx を演算するものと、軸方向荷重Ｆy を演算するものとが設けられる。上記各演算式における各補正係数の値は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。

　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。ここでは、図１８に示すセンサユニット２０Ｂにおける歪み発生部材２１の４つ以上の接触固定部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易く、その歪みが歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃで感度良く検出される。

　特に、図２２の荷重推定手段３０Ａでは、平均値演算部１３１により、センサユニット２０Ｂにおける２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｃの出力信号Ａ，Ｃからセンサユニット２０Ｂの出力信号の平均値を求め、振幅値演算部１３２により、センサユニット２０Ｂにおける２つの歪みセンサ２２Ｂ，２２Ｃの出力信号Ｂ，Ｃと前記平均値とからセンサユニット２０Ｂの出力信号の振幅値を求め、さらに荷重演算部１３３において、前記平均値および振幅値を用いた演算処理により車輪に加わる各荷重Ｆz ，Ｆx ，Ｆy を推定するようにしているので、車輪用軸受が静止あるいは低速状態でも、レスポンス良く車輪にかかる荷重を正確に推定することができる。したがって、この推定された荷重値を利用した車両制御の応答性や制御性が向上し、安全性や走行安定性をより高めることができる。

　この第１応用形態では前記センサユニット２０Ｂを４つ設け、各センサユニット２０Ｂ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外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

　また、各センサユニット２０Ｂに温度センサ２８を設け、前記荷重推定手段３０Ａの平均値演算部１３１では、温度補正手段１３4 により、前記温度センサ２８の出力信号に基づき、平均値の温度ドリフトを補正するようにしているので、平均値の温度ドリフトを補正することができる。

　図２３は、この発明の第２応用形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、センサユニット２０Ｂの歪み発生部材２１における歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの配置において、左端の歪みセンサ２２Ａと中間位置の歪みセンサ２２Ｂとの間隔を転動体配列ピッチＰの１／２とし、中間位置の歪みセンサ２２Ｂと右端の歪みセンサ２２Ｃとの間隔を転動体配列ピッチＰの１／４としている。また、荷重推定手段３０Ａにおける平均値演算部１３１では、左端の歪みセンサ２２Ａの出力信号Ａと中間位置の歪みセンサ２２Ｂの出力信号Ｂとによりセンサユニット２０Ｂの出力信号の平均値を求め、振幅値演算部１３２では、中間位置の歪みセンサ２２Ｂの出力信号Ｂおよび右端の歪みセンサ２２Ｃの出力信号Ｃと、前記平均値とによりセンサユニット２０Ｂの出力信号の振幅値を求めるようにしている。その他の構成は先の第１応用形態の場合と同様である。

　図２４は、この発明の第３応用形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１５～図２２に示した第１応用形態における荷重推定手段３０Ａにおいて、前記平均値演算部１３１および振幅値演算部１３２とは別に、第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａと、選択出力手段１３５とを設けている。第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａは、センサユニット２０Ｂにおける１つの歪みセンサ（ここでは歪みセンサ２２Ｃ）の転動体振幅の複数周期分の出力信号から、そのセンサユニット２０Ｂの出力信号の平均値および振幅値を求める演算部である。その平均値演算部１３１Ａが温度補正手段１３６を有し、この温度補正手段１３６により平均値の温度ドリフトが補正されることは第１の平均値演算部１３１の場合と同様である。この場合の第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａも、各センサユニット２０Ｂにそれぞれ対応して複数設けられる。

　このように、１つの歪みセンサの出力信号から平均値および振幅値を求めるためには、その出力信号として複数周期分のデータが必要である。このため、第１の平均値演算部１３１および振幅値演算部１３２で平均値および振幅値を求める場合よりもレスポンスが低下する。そこで、第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａでの演算は、車輪の回転速度が所定の値より高いときに行うようにされる。前記所定の値は、例えば、第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａの方が第１の平均値演算部１３１および振幅値演算部１３２よりも精度良く検出できる速度であり、具体的には、人の歩行速度程度かそれ以下の速度とされる。

　荷重演算部１３３では、第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａで求められた各センサユニット２０Ｂに対応する平均値および振幅値を変数とし、これらの変数に補正係数を乗算した所定の荷重演算式から車輪に加わる荷重を演算・推定する処理も行なわれる。つまり、荷重演算部１３３では、第１の平均値演算部１３１および振幅値演算部１３２で求められた平均値および振幅値を用いた荷重推定と、第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａで求められた平均値および振幅値を用いた荷重推定とが並行して行なわれる。

　選択出力手段１３５は、荷重演算部１３３において前記両演算処理により得られる２つの推定荷重値から、車輪回転速度に応じていずれか１つの推定荷重値を切り替え選択して出力する手段である。選択出力択手段１３５には、例えば外部から車輪回転速度の情報が入力され、この情報に基づいて前記推定荷重値の選択出力が行なわれる。ここで言う外部は、このセンサ付車輪用軸受に対する外部である。この場合、外部からの車輪回転速度の情報として、車体側からのＡＢＳセンサ（アンチロックブレーキシステムに用いられる車輪の回転検出センサ）などの回転センサ信号を用い、これにより車輪回転速度を推定するようにしても良い。また、車体側の車内通信バスに接続された上位制御装置から、車輪回転速度の情報に代わるものとして、切り替え選択指令を選択出力手段１３５が受ける構成としても良い。さらに、車輪回転速度の情報として、前記歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ、２２Ｃの出力信号Ａ，Ｂ，Ｃから転動体５の通過周波数を検出して、車輪回転速度を推定するものとしても良い。

　以上説明した第１～第３応用形態は、実施形態で要件とした荷重推定処理手段３０を要件としないつぎの応用態様群I（態様１～１２）を含む。

［態様１］
　態様１にかかるセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、前記転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、両部材１，２の対向する転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、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、上記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材の外径面に複数のセンサユニット２０Ｂを設け、前記センサユニット２０Ｂは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される４つ以上の接触固定部２１ａを有する歪み発生部材２１およびこの歪み発生部材２１に取付けられてこの歪み発生部材２１の歪みを検出する３つ以上のセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを有し、前記センサユニット２０Ｂのセンサ出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段３０Ａを設ける。この荷重推定手段３０Ａは、前記センサユニット２０Ｂにおける少なくとも２つのセンサの出力信号からセンサユニット２０Ｂの出力信号の平均値を求める平均値演算部１３１と、前記センサユニット２０Ｂにおける少なくとも２つのセンサの出力信号と前記平均値とからセンサユニット２０Ｂの出力信号の振幅値を求める振幅値演算部１３２と、前記平均値および前記振幅値を用いた演算処理により車輪に加わる荷重を推定する荷重演算部１３３とを有する。

　この構成によると、荷重推定手段３０Ａでは、平均値演算部１３１により、センサユニット２０Ｂにおける２つのセンサ出力信号からセンサユニット２０Ｂの出力信号の平均値を求め、振幅値演算部１３２により、センサユニット２０Ｂにおける２つのセンサの出力信号と前記平均値とからセンサユニット２０Ｂの出力信号の振幅値を求め、さらに荷重演算部１３３において、前記平均値および振幅値を用いた演算処理により車輪に加わる荷重を推定する。このため、車輪用軸受が静止あるいは低速状態でも、レスポンス良く車輪にかかる荷重を正確に推定できる。また、車輪にかかる荷重を遅延なく推定できるので、この推定荷重を利用した車両の制御の応答性や制御性が向上し、より安全性や走行安定性を高めることができる。

［態様２］
　態様１において、前記センサユニット２０Ｂを３つ以上設け、前記荷重推定手段３０Ａは、前記３つ以上のセンサユニット２０Ｂのセンサ出力信号から車輪用軸受の径方向および軸方向に作用する径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとしても良い。

［態様３］
　態様１において、前記センサユニット２０Ｂ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円周方向９０度の位相差で４つ等配しても良い。
　このように４つのセンサユニット２０Ｂを配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

［態様４］
　態様１において、前記センサユニット２０Ｂの3つ以上のセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの少なくとも2つは、それらの出力信号の位相差が180°となるように転動体の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍となる間隔で配置され、前記荷重推定手段３０Ａの平均値演算部１３１は前記２つのセンサの出力信号の和をとることにより、変動成分をキャンセルして平均値を求めるものとしても良い。

［態様５］
　態様１において、前記センサユニット２０Ｂの3つ以上のセンサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの少なくとも2つは、それらの出力信号の位相差が90°となるように転動体の配列ピッチの｛ｎ／２＋１／４（ｎ：整数）｝倍となる間隔で配置され、前記荷重推定手段３０Ａの振幅値演算部１３２は前記２つのセンサの出力信号からそれぞれ平均値を除いたものの二乗和の平方根として振幅値を求めるものとしても良い。

［態様６］
　態様１において、前記各センサユニット２０Ｂに温度センサ２８を設け、前記荷重推定手段３０Ａの平均値演算部１３１は、前記温度センサ２８の出力信号に基づき、平均値の温度ドリフトを補正するものとしても良い。この構成の場合、平均値の温度ドリフトを補正することができるので、温度による推定荷重誤差を低減することができる。

［態様７］
　態様１において、前記荷重推定手段３０Ａは、前記平均値演算部１３１および振幅値演算部１３２とは別に、前記センサユニット２０Ｂのいずれか１つのセンサの転動体振幅の複数周期分のセンサ出力信号から平均値および振幅値を求める第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａを有し、前記荷重演算部１３３は、車輪回転速度が所定の値よりも高いとき、第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａで求めた平均値および振幅値を用いた演算処理により車輪に加わる荷重を推定するものとしても良い。前記所定の値は、例えば、第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａの方が第１の平均値演算部１３１および振幅値演算部１３２よりも精度良く検出できる速度であり、具体的には、人の歩行速度程度かそれ以下の速度とされる。

［態様８］
　態様７において、前記荷重推定手段３０Ａの荷重演算部１３３は、第１の平均値演算部１３１および振幅値演算部１３２により求めた平均値および振幅値を用いた演算処理と、第２の平均値演算部１３１Ａおよび振幅値演算部１３２Ａを用いた演算処理を並行して行い、これら両演算処理により得られる２つの推定荷重値から、車輪回転速度に応じていずれか１つの推定荷重値を切り替え選択して出力する選択出力手段１３５を設けても良い。

［態様９］
　態様８において、前記選択出力手段１３５は、外部から車輪回転速度の情報を受けるものとしても良い。ここで言う外部は、このセンサ付車輪用軸受に対する外部である。

［態様１０］
　態様８において、前記選択出力手段１３５は、前記センサの出力信号から転動体の通過周波数を検出して車輪回転速度を推定するものとしても良い。この構成の場合、余分なセンサや配線が不要で、構成が簡単になる。

［態様１１］
　態様８において、前記選択出力手段１３５は、車体側から供給される回転センサ信号から車輪回転速度を推定するものとしても良い。

［態様１２］
　態様８において、前記選択出力手段１３５は、車体側の制御装置から車輪回転速度に応じた切り替え選択指令を受けるものとしても良い。

　つぎに、この発明の荷重推定処理手段３０を要件としない第４および第５応用形態を説明する。
　前記第１応用形態と同様、特許文献１の課題を解決するものとして、次の構成のセンサ付車輪用軸受を提案した（特願２００８－２０７０３１号）。この提案のセンサ付車輪用軸受は、外輪の外径面に、歪み発生部材および歪みセンサを有するセンサユニットの２つを、１８０度の位相差をなす位置に対として配置する。そのセンサユニット対の２つのセンサ出力信号の和から車輪用軸受に作用する軸方向荷重Ｆy を推定し、２つのセンサ出力信号の差分から車輪用軸受に作用する径方向荷重（例えば垂直方向荷重Ｆz や駆動力・制動力となる荷重Ｆx ）を推定する。また、１対のセンサユニットの２つのセンサユニットを外輪の外径面の上面部と下面部に配置し、このセンサユニット対のセンサ出力信号の振幅の差分値から前記軸方向荷重Ｆy の方向を判別し、判定した方向に応じて軸方向荷重Ｆy の推定に用いる演算式のパラメータを切り替える。

　図４９は、その軸方向荷重Ｆy の演算処理の流れをブロック図で示している。同図において、演算処理部では、センサ出力信号の平均化、振幅抽出、温度補正などの処理を施す。図５０は、前記センサユニット対のセンサ出力信号の振幅の差分値と軸方向荷重Ｆy の方向の関係を示す。

　しかし、前記センサユニットのセンサ出力信号は、入力荷重が比較的小さい範囲では線形応答するが、急激なコーナリング時などの大きな軸方向荷重Ｆy に対しては非線形な応答となる。そのため、センサユニットのセンサ出力信号から入力荷重を推定する演算において線形な関係を仮定すると、高い軸方向荷重Ｆy の領域では推定誤差が大きくなってしまうという問題がある。

　この推定誤差は、非線形な関係をモデル化すれば低減できるが、それでは荷重の推定演算に必要なパラメータが増加し、演算量も大幅に増加するという問題がある。また、特にセンサユニットのセンサ出力信号にドリフトが発生した場合、複雑な演算誤差が重畳することになるため、ドリフトに対するロバスト性の確保が難しいという問題もある。

　この発明の第４および第５応用形態の目的は、軸受の歪み応答に含まれる非線形性を簡易な演算で補正して、荷重推定誤差を低減することができるセンサ付車輪用軸受を提供することである。

　この発明の第４応用形態を図２５ないし図３１と共に説明する。また、前述した第１実施形態を示す図２ないし図５はこの応用形態にも適用可能である。

　センサユニット２０の歪みセンサ２２は、その出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段３０Ｂに接続される。荷重推定手段３０Ｂは、マイクロコンピュータ等のコンピュータ（これに実行されるプログラムを含む）や、電子回路等からなる。ここでは、車輪の軸方向に作用する軸方向荷重Ｆy と、垂直方向に作用する垂直方向荷重Ｆz と、駆動力や制動力となる前後方向に作用する荷重Ｆx が推定される。この荷重推定手段３０Ｂは、図２６にブロック図で示すように、差分値演算部４５と荷重演算部４７とを有する。図２７では、荷重推定手段３０Ｂの演算処理をブロック図で示している。

　荷重推定手段３０Ｂの差分値演算部４５は、前記複数のセンサユニット２０のうち、外方部材１の円周方向における１８０度の位相差をなして対向配置された２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値を演算する。ここでは、その２つのセンサユニット２０として、上下に対向配置されたセンサユニット２０が選ばれる。図２９（Ａ）は外方部材１の外径面の上面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力を示し、図２９（Ｂ）は外方部材１の外径面の下面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力を示している。これらの図において、横軸は軸方向荷重Ｆy を表し、縦軸は外方部材１の歪み量つまり歪みセンサ２２の出力信号を表し、最大値および最小値は信号の最大値および最小値を表す。

　これらの図から、軸方向荷重Ｆy が＋方向の場合、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で小さくなり、外方部材１の外径面下面部で大きくなることが分かる。これに対して、軸方向荷重Ｆy が－方向の場合には逆に、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で大きくなり、外方部材１の外径面下面部で小さくなることが分かる。このことから、前記差分値演算部４５で演算される差分値は、軸方向荷重Ｆy の方向を示すことにもなる。

　また、図２６に示すように、差分値演算部４５は、入力されてくる各センサユニット２０のセンサ出力信号の温度によるドリフトを補正する温度補正手段４５１と、各センサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値を演算する振幅値演算手段４５２と、センサ出力信号のと平均値（直流成分）を演算する平均値演算手段４５３とを有する。平均値演算手段４５３は、差分値演算部４５に設けずに、荷重演算部４７に設けても良い。各センサユニット２０の歪み発生部材２１には第１実施形態の図３と同様、温度センサ２８が設けられ、この温度センサ２８の出力信号に基づき、前記温度補正手段４５１において対応する歪みセンサ２２の出力信号が補正される。また、差分値演算部４５における前記差分値の演算では、前記振幅値演算手段４５２で演算された上下のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値が用いられる。

　ところで、前記差分値演算部４５で演算される差分値から軸方向荷重Ｆy の方向を判別できることから、判別された軸方向荷重Ｆy の方向に応じて、荷重推定の演算式のパラメータを適切な値に切り替えることで、荷重を精度良く推定できる可能性がある。しかし、軸方向荷重Ｆy とセンサユニット２０のセンサ出力との関係をグラフで示す図３０のように、入力荷重の比較的小さな範囲では線形応答するが、急激なコーナリング時（同図において領域Ｃの部分）などの大きな入力荷重に対しては非線形な応答となり、荷重を精度良く推定できない。

　そこで、荷重推定手段３０Ｂの荷重演算部４７では、図３１のように、前記差分値演算部４５の演算する差分値を所定の複数領域（ここではＡ，Ｂ，Ｃの３領域）にレベル分けすると共に、各領域に対応して互いにパラメータの異なる複数の荷重演算式４７３Ａ，４７３Ｂ，４７３Ｃ（図２６）を設定し、これらの複数の荷重演算式のうちから、前記差分値が対応する領域の荷重演算式を選択して前記荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を推定する。荷重演算部４７は、図２６に示すように、前記差分値から軸方向荷重Ｆy の方向を判別する方向判別手段４７１と、前記差分値が前記複数領域うちのどの領域に属するかを判別する領域判別手段４７２を有する。

　なお、例えば領域Ａに対応する荷重演算式４７３Ａとしては、軸方向荷重Ｆy 、垂直方向荷重Ｆz 、および駆動力や制動力となる荷重Ｆx をそれぞれ推定する３つの演算式が用意され、これらの演算式の間ではパラメータが互いに異なる。例えば同じ軸方向荷重Ｆy の演算式であっても、異なる領域の演算式の間でパラメータが異なることは上記した通りである。他の領域Ｂ，Ｃに対応する荷重演算式４７３Ｂ，４７３Ｃについても同様である。

　この場合、領域Ａは軸方向荷重Ｆy の方向が－となる領域に、領域Ｂは軸方向荷重Ｆy の方向が＋となる領域であってかつ入力荷重の小さい領域に、領域Ｃは軸方向荷重Ｆy の方向が＋となる領域であってかつ入力荷重の小さい領域にそれぞれレベル分けされる。これにより、入力荷重の大きい領域においても、センサユニット２０のセンサ出力信号に対して線形応答するようなパラメータとした荷重演算式を用意することができ、荷重推定誤差を低減できる。

　前記荷重演算部４７に用意される荷重演算式は、例えば各センサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値を変数とし、この変数に所定の補正係数を乗算した一次式（例えば、Ｆx ＝ａｆ＋ｂ（ｆはセンサ出力信号の値）の形式の一次式で与えられる場合、この一次式における前記補正係数ａや定数ｂが前記パラメータとなる。また、荷重演算式の他の例として、各センサユニット２０のセンサ出力信号の平均値（直流成分）を変数とし、この変数に所定の補正係数を乗算した一次式を用意しても良い。また、荷重演算式のさらに他の例として、各センサユニット２０のセンサ出力信号の平均値および振幅値を変数とし、これらの変数にそれぞれ所定の補正係数を乗算した一次式を用意しても良い。前記一次式における各補正係数や定数の値は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。

　この第４応用形態の作用については第１実施形態と基本的に同様であり、詳しい説明は省略するが、この応用形態の場合、特に、荷重推定手段３０Ｂでは、外方部材１の円周方向の１８０度の位相差を成して対向配置された２つのセンサユニット（ここでは上下のセンサユニット）２０のセンサ出力信号の振幅の差分値を差分値演算部４５で演算し、この差分値をレベル分けした所定の複数領域Ａ，Ｂ，Ｃに対応して設けられた互いにパラメータの異なる複数の荷重演算式４７３Ａ，４７３Ｂ，４７３Ｃのうちから、前記差分値が対応する領域の荷重演算式を選択し、これに各センサユニット２０のセンサ出力信号を代入することで荷重演算部４７により車輪に加わる各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を推定する。そのため、簡単に荷重推定誤差を低減できて、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。軸方向荷重Ｆy については、その方向も併せて判別される。

　また、この応用形態では前記センサユニット２０を４つ設け、各センサユニット２０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外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

　また、この応用形態では各センサユニット２０に温度センサ２８を設け、前記荷重推定手段３０Ｂの差分値演算部４５では、温度補正手段４５１により、前記温度センサ２８の出力信号に基づき、歪みセンサ２２の出力信号の温度ドリフトを補正するようにしているので、歪みセンサ２２の出力信号の温度ドリフトを補正することができる。

　なお、上記応用形態では、荷重推定手段３０Ｂの差分値演算部４５において、外方部材１の外径面上面部と下面部に対向配置される２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値を演算したが、このほか外方部材１の外径面左面部と右面部に対向配置される２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値を演算して、荷重演算部３２では、その差分値をレベル分けした所定の複数領域に対応して用意された互いにパラメータの異なる複数の荷重演算式のうちから、差分値が対応する領域の荷重演算式を選択して前記荷重Ｆz 、Ｆx 、Ｆy を推定するようにしても良い。

　このように、左右のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅差を評価値として領域分けを行うことにより、軸方向ｚ回りのモーメント荷重Ｍｚに対しても入力荷重領域をレベル分けすることができる。

　さらに、荷重推定手段３０Ｂの差分値演算部４５において、外方部材１の上下に対向配置されたセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値と、外方部材１の左右に対向配置されたセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値とを演算し、荷重演算部４７では、前記両差分値をレベル分けした所定の複数領域の組み合わせからなる複数の組合せ領域に対応して互いにパラメータの異なる複数の荷重演算式を用意し、これらの組合せ領域のうちから、前記両差分値が対応する組合せ領域の荷重演算式を選択して前記荷重Ｆz 、Ｆx 、Ｆy を推定するようにしても良い。

　例えば、次のように、上下のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値差分値をＸ、左右のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値差分値をＺとしたとき、各差分値を＋の領域と－の領域とに区分けし、これら正負の領域の組合せからなる４つの組合せ領域Ｉ，II，III 、IVに対応する各荷重演算式を用意し、両振幅値差分値Ｘ，Ｚの正負の関係から対応する組合せ領域の荷重演算式を選択して前記荷重Ｆz 、Ｆx 、Ｆy を推定する。
　　　Ｚの正負　　Ｘの正負　　演算領域
　　　　＋　　　　　＋　　　　　Ｉ
　　　　＋　　　　　－　　　　　II
　　　　－　　　　　＋　　　　　III
　　　　－　　　　　－　　　　　IV

　このように、上下の振幅値差分値と左右の振幅値差分値を組み合わせて入力荷重をレベル分けすることにより、入力荷重の範囲に応じた最適な荷重演算式により荷重を推定できる。このため、荷重推定誤差をより一層低減できて、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。

　図３２は、この発明の第５応用形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図２５～図３０に示す第４応用形態において、各センサユニット２０Ａを以下のように構成している。この場合、センサユニット２０Ａは、前記第２実施形態の図１１および図１２に示したものと同様であり、詳しい説明は省略する。また、第２実施形態の図１３および図１４もそのままこの応用形態に適用される。

　この応用形態の場合、図２６に示す第４応用形態での荷重推定手段３０Ｂの差分値演算部４５における振幅値演算手段４５２では、図１２の２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の差分値を演算しこれを振幅値として取り出す。また、図２６の平均値演算手段４５３では、各センサユニット２０Ａの２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和を演算しこれを平均値として取り出す。上下のセンサユニット２０Ａのセンサ出力信号の差分値は、振幅値演算手段４５２で求められる上下のセンサユニット２０Ａのセンサ出力信号の振幅値の差分値として求められる。２つの２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは図１４に示したとおりである。

　また、この第５応用形態では、図３３に示すように、荷重推定手段３０Ｂにおける荷重推定部４７に用意する各領域Ａ，Ｂ，Ｃの荷重演算式４７３Ａ，４７３Ｂ，４７３Ｃとして、前記平均値だけを変数として用いた演算式と、前記平均値と振幅値の両方を変数として用いた演算式の２つを用意する。さらに、荷重推定部４７には、車輪の回転数に応じて、前記２種類のいずれかを選択する演算式選択手段４９を設ける。

　車輪の低速回転時には、センサ出力信号の振幅を検出するための処理時間が長くなり、さらに静止時には振幅の検出そのものが不可能になる。これに対して、平均値は、静止時でも検出可能である。そこで、車輪の回転数が所定値以下の場合に、演算式選択手段４９が、各領域における２種類の荷重演算式のうちから平均値だけを用いた演算式を選択することにより、荷重を遅滞なく推定・出力することができる。

　演算式選択手段４９には、例えば外部から車輪回転数の情報が入力され、この情報に基づいて前記演算式の選択が行なわれる。この場合、外部からの車輪回転数の情報として、車体側からのＡＢＳセンサ（アンチロックブレーキシステム用の回転検出センサ）などの回転センサ信号を用い、これにより車輪回転数を推定するようにしても良い。また、車体側の車内通信バスに接続された上位制御装置から、車輪回転数の情報に代わるものとして、演算式選択指令を演算式選択手段４９が受ける構成としても良い。さらに、車輪回転数の情報として、前記歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂから転動体５の通過周波数を検出して、車輪回転数を推定するものとしても良い。

　以上のように、この発明の上記の第４または第５応用形態により、次の効果を得ることができる。
・軸受の歪み応答に含まれる非線形性を補正することで、荷重推定誤差を低減できる。
・領域分けを振幅値の差分としているため、特に影響の大きいＦｙモーメント荷重に対する感度が高く、領域の分割を正確に行うことができる。
・振幅信号は温度の影響を受け難く、上記領域分けが正確に行えて推定精度が向上する。・また、軸受の内部予圧条件が異なっている場合でも、大きな影響を受けることなく安定した領域分けが可能である。
・さらに、左右に配置されたセンサ信号も領域判定に加えて、より細かく条件分けすることで、より一層精度の良い荷重推定が行える。

　以上説明した第４および第５応用形態は、実施形態で要件とした荷重推定処理手段３０を要件としないつぎの応用態様群II（態様１３～２２）を含む。

［態様１３］
　態様１３にかかるセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、前記転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、両部材１，２の対向する転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、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、上記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材の外径面に複数のセンサユニット２０を設け、前記センサユニット２０は、前記固定側部材の外径面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およびこの歪み発生部材２１に取付けられてこの歪み発生部材２１の歪みを検出する１つ以上のセンサを有し、前記複数のセンサユニット２０のセンサ出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段３０Ｂを設ける。この荷重推定手段３０Ｂは、前記複数のセンサユニット２０のうち、前記固定側部材の円周方向における１８０度の位相差をなして対向配置されたセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値を演算する差分値演算部４５と、前記差分値をレベル分けした複数領域にそれぞれ対応して荷重演算用のパラメータが複数設定され、前記差分値演算部４５で演算された差分値に対応する領域のパラメータを選択して、前記複数のセンサユニット２０のセンサ出力信号から前記車輪に加わる荷重を推定する荷重演算部４７とを有する。前記領域分けは、例えば、前記差分値が線形と見なせる線形領域と、この領域よりも差分値が大きく非線形と見なす非線形領域としても良い。

　この構成によると、荷重推定手段３０Ｂの差分値演算部４５は、外方部材の円周方向の１８０度の位相差をなして対向配置された２つのセンサユニットのセンサ出力信号の振幅の差分値を差分値演算部４５で演算する。センサ出力信号は、軸受の回転に伴って転動体５が通過することで変動するが、この変動成分の大きさが、上記差分値として差分値演算部４５で演算される。荷重演算部４７は、差分値をレベル分けした領域毎に設けられた荷重演算用のパラメータの中から、差分値演算部４５の演算する差分値が対応する領域のパラメータを選択し、このパラメータを用いて、車輪に加わる荷重を推定する。

　このように領域分けした荷重演算用のパラメータを用いて荷重を演算するため、軸受の歪み応答に含まれる非線形性を補正して荷重推定誤差を低減することができる。上記領域分けは、振幅値の差分値で行っているため、感度が高くて、領域の分割を適切に行うことができる。また、振幅信号は温度の影響を受け難く、上記領域分けが正確に行えて検出精度が向上する。軸受の内部予圧条件が異なっている場合でも、大きな影響を受けることなく、安定した領域分けが可能である。

［態様１４］
　態様１３において、前記荷重推定手段３０Ｂの差分値演算部４５は、前記固定側部材の上下に対向配置されたセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値を演算するものとしても良い。上下のセンサユニット２０のセンサ出力信号の差分値を評価値とすると、この値は軸方向荷重Ｆy に対して略線形に変化し、かつ軸方向のモーメント荷重に対する感度が高く、そのため、この評価値によって領域のレベル分けを適正に行うことができる。

［態様１５］
　態様１３において、前記荷重推定手段３０Ｂの差分値演算部４５は、前記固定側部材の左右に対向配置されたセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値を演算するものとしても良い。このように左右のセンサユニット２０のセンサ出力信号の差分値を評価値とすることにより、軸方向回りのモーメント荷重Ｍｚに対しても、入力荷重領域をレベル分けすることができる。

［態様１６］
　態様１３において、前記荷重推定手段３０Ｂの差分値演算部４５は、前記固定側部材の上下に対向配置されたセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値と、前記固定側部材の左右に対向配置されたセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分値とを演算し、前記荷重推定手段３０Ｂの荷重演算部４７は、前記両差分値をレベル分けした複数領域の組合わせからなる複数の組合わせ領域に対応してそれぞれ設けられたパラメータのうちから、前記両差分値が対応する組合わせ領域の荷重演算式を選択して前記荷重を推定するものとしても良い。
　このように、上下の振幅差分値と左右の振幅差分値を組み合わせて入力荷重をレベル分けすることにより、入力荷重の範囲に応じたより一層適切なパラメータにより荷重を推定できる。そのため、荷重推定誤差をより一層低減できて、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。

［態様１７］
　態様１３において、前記センサユニット２０を３つ以上設け、前記荷重推定手段３０Ｂは、前記３つ以上のセンサユニット２０のセンサ出力信号から車輪用軸受の径方向および軸方向に作用する径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとしても良い。

［態様１８］
　態様１３において、前記センサユニット２０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円周方向９０度の位相差で４つ等配しても良い。
　このように４つのセンサユニット２０を配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

［態様１９］
　態様１３において、前記荷重推定手段３０Ｂは、前記センサ出力信号における転動体振幅の複数周期分の平均値、または振幅値、または平均値と振幅値の両方を用いて車輪に加わる荷重を推定するものであっても良い。

［態様２０］
　態様１９において、前記荷重推定手段３０Ｂは、荷重推定に用いる前記センサ出力信号の平均値と振幅値の組み合わせを、車輪の回転数に応じて変更するものとしても良い。
　平均値の場合、車輪が停止あるいは低速状態にあるときでも時間平均処理をすることなく求める工夫が可能であり、平均値のみを変数とする荷重演算式を用いることで荷重を短時間に演算出力できる。また、車輪が通常回転状態にあるときには、平均値と振幅値を精度良く演算できるので、振幅値を変数とする荷重演算式、または平均値と振幅値を変数とする荷重演算式を用いることで荷重を精度良く演算出力できる。

［態様２１］
　態様１３において、前記各センサユニット２０に温度センサ２８を設け、前記荷重推定手段３０Ｂは、前記温度センサ２８の出力信号に基づき、前記センサ出力信号を補正するものとしても良い。この構成の場合、歪みセンサ２２の出力信号の温度ドリフトを補正することができる。

［態様２２］
　態様１９において、前記センサユニット２０Ａは３つ以上の接触固定部と少なくとも２つ以上のセンサ２２を有し、それらのセンサ出力信号の位相差が、転動体の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍となるように接触固定部２１ａの間隔が設定され、前記荷重推定手段３０Ｂは前記２つのセンサ２２の出力信号の平均値を用いるものとしても良い。この構成の場合、２つの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通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面などの滑りの影響をより確実に排除した正確なものとなる。

　つぎに、この発明の荷重推定処理手段３０を要件としない第６ないし第７応用形態について説明する。これらの応用形態も前記第４および第５応用形態と共通の課題を解決するもので、同様の目的を達成するセンサ付車輪用軸受を提供する。

　この発明の荷重推定処理手段３０を要件としない第６および第７応用形態を図３４ないし図３６と共に説明する。前記第１実施形態の図２～図５および第４応用形態の図２５～図３１はこの応用形態にも適用できる。なお、前記各実施形態および応用形態と同一または相当する部分には同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。

　図３４に示す第６応用形態では、センサユニット２０の歪みセンサ２２（図４）に第１の荷重推定手段３０Ｃおよび第２の荷重推定手段３０Ｄが接続され、前記第１の荷重推定手段３０Ｃに温度センサ２８が接続されている。この応用形態のセンサ付車輪用軸受における荷重推定手段である第１の荷重推定手段３０Ｃ、第２の荷重推定手段３０Ｄの構成例を示すブロック図である図３５に示すように、前記センサユニット２０の歪みセンサ２２は第１の荷重推定手段３０Ｃに接続される。この第１の荷重推定手段３０Ｃは、センサユニット２０のセンサ出力信号を所定の荷重演算式に代入して車輪の軸方向に加わる軸方向荷重Ｆy を推定する軸方向荷重演算部５０を有する。また、この第１の荷重推定手段３０Ｃの次段には、各センサユニット２０のセンサ出力信号から車輪の軸方向および径方向に加わる軸方向荷重Ｆy および径方向荷重（ここでは垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx ）を推定する第２の荷重推定手段３０Ｄが設けられる。図３６では、第１の荷重推定手段３０Ｃおよび第２の荷重推定手段３０Ｄの演算処理をブロック図で示している。

　図３５において、第１の荷重推定手段３０Ｃの軸方向荷重演算部５０で軸方向荷重Ｆy（図３６）の推定に用いられる荷重演算式は、例えば各センサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値を変数とし、この変数に所定の補正係数を乗算した一次式として表される。この一次式における前記補正係数や定数が演算パラメータとなる。また、荷重演算式の他の例として、各センサユニット２０のセンサ出力信号の平均値（直流成分）を変数とし、この変数に所定の補正係数を乗算した一次式を用いても良い。また、荷重演算式のさらに他の例として、各センサユニット２０のセンサ出力信号の平均値および振幅値を変数とし、これらの変数にそれぞれ所定の補正係数を乗算した一次式を用いても良い。前記一次式における各補正係数や定数の値は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。この場合の荷重演算式のパラメータとしては、軸方向荷重Ｆy が０～４ｋＮ程度の範囲で精度良く荷重推定できる値とすることが望ましい。

　図３５に示すように、第１の荷重演算手段３０Ｃは、前記軸方向荷重演算部５０のほか、入力されてくる各センサユニット２０のセンサ出力信号の温度によるドリフトを補正する温度補正部６３と、各センサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値を演算する振幅値演算部６４と、センサ出力信号のと平均値（直流成分）を演算する平均値演算部６５と、軸方向荷重Ｆy の方向を判別する方向判別部５１とを有する。各センサユニット２０の歪み発生部材２１には前記第１実施形態の図３のように温度センサ２８が設けられ、この温度センサ２８の出力信号に基づき、前記温度補正部６３において対応する歪みセンサ２２の出力信号が補正される。

　前記方向判別部５１では、前記振幅値演算部６４で演算された上下のセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分が演算され、この差分値から軸方向荷重Ｆy の方向が判別される。引用する図２９（Ａ）は外方部材１の外径面の上面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力を示し、引用する図２９（Ｂ）は外方部材１の外径面の下面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力を示している。これらの図において、横軸は軸方向荷重Ｆy を表し、縦軸は外方部材１の歪み量、つまり歪みセンサ２２の出力信号を表し、最大値および最小値は信号の最大値および最小値を表す。これらの図から、軸方向荷重Ｆy が＋方向の場合、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で小さくなり、外方部材１の外径面下面部で大きくなることが分かる。これに対して、軸方向荷重Ｆy が－方向の場合には逆に、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で大きくなり、外方部材１の外径面下面部で小さくなることが分かる。このことから、前記方向判別部３７で演算される差分値は、軸方向荷重Ｆy の方向を示すことになる。

　ところで、前記方向判別部５１で軸方向荷重Ｆy の方向を判別できることから、判別された軸方向荷重Ｆy の方向に応じて、荷重推定の演算式のパラメータを適切な値に切り替えることで、荷重を精度良く推定できる可能性がある。しかし、軸方向荷重Ｆy とセンサユニット２０のセンサ出力との関係をグラフで示す引用した図３０のように、入力荷重の比較的小さな範囲では線形応答するが、急激なコーナリング時（同図において領域Ｂの部分）などの大きな入力荷重に対しては非線形な応答となり、荷重を精度良く推定できない。

　そこで、第２の荷重推定手段３０Ｄでは、図３０のように、前記第１の荷重推定手段３０Ｃの演算する軸方向荷重Ｆy の大きさを所定の複数領域にレベル分けする。すなわち、第２の荷重推定手段３０Ｄは、第１の荷重推定手段３０Ｃの演算する軸方向荷重Ｆy の大きさがいずれの領域に属するかを判別する領域判別部５２（図３５）を有する。ここでは、軸方向荷重Ｆy が＋方向である場合、その値がａ以下の範囲を領域Ａとし、ａより大きい範囲を領域Ｂとしている。そして、これら各領域Ａ，Ｂに対応して互いにパラメータの異なる複数の荷重演算式５３Ａ，５３Ｂを設け、これらの複数の荷重演算式のうちから、前記軸方向荷重Ｆy の値が対応する領域の荷重演算式を選択して前記各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を推定する。

　この場合、領域Ａ，Ｂに分ける軸方向荷重Ｆy の分岐値ａとして、例えば４ｋＮに設定するのが望ましい。このとき、領域Ａの荷重演算式５３Ａでは、０～４ｋＮの軸方向荷重Ｆy を精度良く荷重推定できるパラメータを用い、領域Ｂの荷重演算式５３Ｂでは、４～７ｋＮの軸方向荷重Ｆy を精度良く荷重推定できるパラメータを用いる。軸方向荷重Ｆy が－方向である場合にも、例えばその値がｂ以下の範囲の領域とｂより大きい範囲の領域とにレベル分けし、これらの各領域に対応して互いにパラメータの異なる複数の荷重演算式を設定し、軸方向荷重Ｆy の値が対応する領域の荷重演算式を選択して各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を推定する。

　第２の荷重推定手段３０Ｄに用いられる荷重演算式も、例えば各センサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値を変数とし、この変数に所定の補正係数を乗算した一次式として表すことができる。この一次式における前記補正係数や定数が前記演算パラメータとなる。また、荷重演算式の他の例として、各センサユニット２０のセンサ出力信号の平均値（直流成分）を変数とし、この変数に所定の補正係数を乗算した一次式を用いても良い。また、荷重演算式のさらに他の例として、各センサユニット２０のセンサ出力信号の平均値および振幅値を変数とし、これらの変数にそれぞれ所定の補正係数を乗算した一次式を用いても良い。前記一次式における各補正係数や定数の値は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。

　これにより、入力荷重の大きい領域においても、センサユニット２０のセンサ出力信号に対して線形応答するようなパラメータとした荷重演算式を用いることができ、荷重推定誤差を低減できる。

　なお、例えば領域Ａに対応する荷重演算式５３Ａとしては、軸方向荷重Ｆy 、垂直方向荷重Ｆz 、および駆動力や制動力となる荷重Ｆx をそれぞれ推定する３つの演算式が用いられ、これらの演算式の間ではパラメータが互いに異なる。領域Ｂに対応する荷重演算式５３Ｂについても同様である。また、例えば同じ軸方向荷重Ｆy の演算式であっても、異なる領域の演算式の間でパラメータが異なることは上記した通りである。

　この第６応用形態の作用は、前記第１実施形態の場合と基本的に同様であるので詳しい説明は省略するが、この応用形態の場合、とくに、第１の荷重推定手段３０Ｃにおいて、センサユニット２０のセンサ出力信号を所定の荷重演算式に代入して軸方向荷重Ｆy を推定し、第２の荷重推定手段３０Ｄでは、第１の荷重推定手段３０Ｃで推定される荷重値をレベル分けした所定の複数領域に対応して設けられた互いにパラメータの異なる複数の荷重演算式５３Ａ，５３Ｂのうちから、前記荷重値が対応する領域の荷重演算式を選択し、この荷重演算式に前記複数のセンサユニット２０のセンサ出力信号を代入して車輪に加わる各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を推定するようにしているので、簡単に荷重推定誤差を低減できて、車輪にかかる荷重を正確に推定できる。軸方向荷重Ｆy については、その方向も併せて判別される。

　また、この応用形態では各センサユニット２０に温度センサ２８を設け、第１の荷重推定手段３０Ｃでは、温度補正部６３により、前記温度センサ２８の出力信号に基づき、歪みセンサ２２の出力信号の温度ドリフトを補正するようにしているので、歪みセンサ２２の出力信号の温度ドリフトを補正することができる。

　図３７ないし図４０は、この発明の第７応用形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図３４～図３６に示す第６応用形態において、第１の荷重推定手段３０Ｃによる軸方向荷重Ｆy の推定に用いていたセンサユニット２０のセンサ出力信号に代えて、外方部材１に設けた別の荷重検出センサ６７の出力信号を用いるようにしている。この場合の荷重検出センサ６７も、センサユニット２０の場合と同様に、歪み発生部材６８に、この歪み発生部材４１の歪みを検出する歪みセンサ２２を取付けて構成される。

　歪み発生部材６８は、図３７に示すように、外方部材１の周面と車体取付用フランジ１ａのアウトボード側を向くフランジ面に跨がって設けられる。具体的には、図３９（Ｂ）に示すように、歪み発生部材６８は、前記車体取付用フランジ１ａのねじ孔１４の近傍に接触固定される第１の接触固定部６８ａと、外方部材１の外周面に接触固定される第２の接触固定部６８ｂとを有している。また、歪み発生部材６８は、前記第１の接触固定部６８ａを含む径方向に沿った径方向部位６８ｃと、前記第２の接触固定部６８ａを含む軸方向に沿った軸方向部位６８ｄとでＬ字形状に構成されている。径方向部位６８ｃは、軸方向部位６８ｄに比べ、剛性が低くなるように肉厚を薄くしてある。歪みセンサ２２は、剛性の低い径方向部位６８ｃに取付けられている。

　また、前記荷重検出センサ６７は、図３７および図３８に示すように、歪み発生部材６８の第１および第２の接触固定部６８ａ，６８ｂが外方部材１の周方向に対して同位相の位置となるように、外方部材１の外周部に固定される。歪みセンサ２２は歪み発生部材６８に接着して固定されている。歪み発生部材６８は、外方部材１への固定により塑性変形を起こさない形状や材質とされている。また、歪み発生部材６８が、車輪用軸受に予想される最大の荷重が印加された場合でも、塑性変形を起こさない形状とされていることは、前記センサユニット２０における歪み発生部材６８の場合と同様である。その他の構成は図３５～図３７に示す第６応用形態の場合と同様である。なお、図３７および図３８では、センサユニット２０は省略して示している。

　前記荷重検出センサ６７の設置部位は、軸方向荷重Ｆy に対して変形量の大きい部位であり、そのセンサ出力信号は軸方向荷重Ｆy を良く評価したものとなる。そこで、図４０の第１の荷重推定手段３０Ｃにおける軸方向荷重演算部５０では、荷重検出センサ６７のセンサ出力信号から軸方向荷重Ｆy を演算できる。また、第１の荷重推定手段３０Ｃにおける方向判別部５１での軸方向荷重Ｆy の方向判別にも利用できる。また、第１の荷重推定手段３０Ｃの温度補正部６３により、温度センサ２８の出力信号に基づいて、歪みセンサ２２の出力信号の温度ドリフトが補正される。

　また、図９～図１４の第２実施形態と同様に、外方部材１の外径面に装着した平板状の歪み発生部材２１と２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂとからなるセンサユニット２０Ａを用い、このセンサユニット２０Ａを図４０の第１の荷重推定手段３０および第２の荷重推定手段３０Ｄと組み合わせてもよい。その場合、図３４～図３６に示す第６応用形態と同様、第１の荷重推定手段３０Ｃにおける振幅値演算部６４では、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂ（図１２）の出力信号の差分を演算しこれを振幅値として取り出す。また、平均値演算部６５では、各センサユニット２０Ａの２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和を演算しこれを平均値として取り出す。方向判別部５１では、振幅値演算部６４で求められる上下のセンサユニット２０Ａのセンサ出力信号の振幅値の差分から軸方向荷重Ｆy の方向が判別される。

　以上説明した第６および第７応用形態は、実施形態で要件とした荷重推定処理手段３０を要件としない応用態様群III（態様２３～３０）を含む。

［態様２３］
　態様２３にかかるセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、前記転走面と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、両部材の対向する転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、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、上記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材の外径面に複数のセンサユニット２０を設け、前記センサユニット２０は、前記固定側部材の外径面に接触して固定される２つ以上の接触固定部６８ａを有する歪み発生部材６８およびこの歪み発生部材６８に取付けられてこの歪み発生部材６８の歪みを検出する１つ以上の歪みセンサ２２を有し、前記センサユニット２０のセンサ出力信号または前記固定側部材に設けられた別の荷重検出センサ６７のセンサ出力信号から車輪の軸方向に加わる軸方向荷重を推定する第１の荷重推定手段３０Ｃと、前記複数のセンサユニット２０のセンサ出力信号から、所定の荷重演算用のパラメータを用いて車輪に加わる荷重を推定する第２の荷重推定手段３０Ｄとを設ける。第２の荷重推定手段３０Ｄは、第１の荷重推定手段３０Ｃで推定される荷重値をレベル分けした複数の領域にそれぞれ対応して前記パラメータが複数設定され、第１の荷重推定手段３０Ｃで推定された軸方向荷重の大きさによって前記パラメータを切り替えて前記荷重の推定を行う。
　前記複数の領域は、例えば、第１の荷重推定手段３０Ｃで推定される荷重値を線形とみなす線形領域と、この線形領域よりも荷重値が大きく非線形とみなす非線形領域との２つの領域とする。

　この構成によると、第１の荷重推定手段３０Ｃは、前記センサユニット２０または別に設けられた荷重検出センサ６７の出力信号から軸方向荷重を推定する。第２の荷重推定手段３０Ｄは、第１の荷重推定手段３０Ｃで推定される荷重値により、荷重演算に用いるパラメータを切り替えて、複数のセンサユニット２０のセンサ出力信号から荷重を推定する。

［態様２４］
　そのため、例えば、前記複数の領域を、第１の荷重推定手段３０Ｃで推定される荷重値を線形とみなす線形領域と非線形とみなす非線形領域との２つの領域とに分け、それぞれの領域に対応したパラメータを設定することで、軸受の歪み応答に含まれる非線形性を簡易な演算で補正して、荷重推定誤差を低減することができる。

［態様２５］
　態様２３において、前記第１の荷重推定手段３０Ｃが、前記複数のセンサユニットのセンサ出力信号から前記軸方向荷重を推定するものである場合、前記第２の荷重推定手段３０Ｄは、第１の荷重推定手段３０Ｃで推定される荷重値が前記複数の領域のうちの所定の領域にある場合は、第１の荷重推定手段３０Ｃの推定した荷重値を第２の荷重推定手段３０Ｄの推定した荷重値として出力するものとしても良い。上記所定の領域は、例えば第１の荷重推定手段３０Ｃで推定される荷重値を線形とみなす領域である。
　この構成の場合、第１の荷重推定手段３０Ｃで行った演算を重複して第２の荷重推定手段３０Ｄで行う必要がなく、演算が簡素化される。

［態様２６］
　態様２３において、前記センサユニット２０を３つ以上設け、前記第２の荷重推定手段３０Ｄは、前記３つ以上のセンサユニット２０のセンサ出力信号から車輪の径方向および軸方向に作用する径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとしても良い。センサユニット２０を適宜の配置として３つ以上設けることで、径方向荷重および軸方向荷重の両方を推定することができる。

［態様２７］
　態様２３において、前記センサユニット２０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円周方向９０度の位相差で４つ等配しても良い。
　このように４つのセンサユニット２０を配置することにより、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

［態様２８］
　態様２３において、前記第１の荷重推定手段３０Ｃは、前記固定側部材の上下に対向配置された２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅値の差分を演算し、その差分値から前記軸方向荷重Ｆy の方向を判別する方向判別部５１を有するものとしても良い。センサユニット２０が固定側部材の上側に配置されるか下側に配置されるかによって、その出力に差が生じるため、差分値から軸方向荷重Ｆy の方向を判別することが可能となる。

［態様２９］
　態様２３において、前記センサユニット２０とは別の荷重検出センサ６７は、前記固定側部材のフランジ面と周面に跨がって設けられた歪み発生部材６８、およびこの歪み発生部材６８に取付けられてこの歪み発生部材６８の歪みを検出する１つ以上の歪みセンサ２２を有するものとしても良い。

［態様３０］
　態様２３において、前記第２の荷重推定手段３０Ｄは、前記各センサユニット２０のセンサ出力信号における転動体５の振幅の複数周期分の平均値、または振幅値、または平均値と振幅値の両方を用いて車輪に加わる荷重を推定するものであっても良い。

［態様３１］
　態様３０において、前記センサユニット２０Ａは３つ以上の接触固定部と少なくとも２つ以上の歪みセンサ２２を有し、それらのセンサ出力信号の位相差が、転動体５の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍となるように接触固定部６８ａの間隔が設定され、前記第２の荷重推定手段３０Ｄは前記２つのセンサ２２の出力信号を平均値として用いるものとしても良い。
　この構成の場合、２つの歪みセンサ２２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、転動体通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、振幅値は、温度の影響やナックル・フランジ面などの滑りの影響をより確実に排除した正確なものとなる。

　さらに、この発明の荷重推定処理手段３０を要件としない第８および第９応用形態について説明する。前述した特許文献１，２に開示の技術のように、歪みセンサを用いて車輪にかかる荷重を計測する場合、環境温度によるセンサのドリフトや、センサユニットの取付けに伴う歪みによる初期ドリフトが問題となる。
　このセンサユニットの取付けに伴う歪みによるドリフトは、歪みセンサを設置した状態でオフセット調整し、その位置からの変化分を信号出力として換算することで解消し、歪み信号を正確に検出することができる。

　上記したセンサ出力信号のオフセット機能を持たせた荷重推定手段として、例えば図５１にブロック図で示す構成のものが考えられる。この例でのセンサユニット５０は、車輪用軸受の固定輪である外輪に取付けた歪み発生部材と、この歪み発生部材に固定される歪みセンサとで構成される。

　図５１の荷重推定手段３０Ｅは、増幅回路９１、オフセット調整回路９２、記憶手段９３、各種の補正回路９４、信号出力回路９６、およびコントローラ通信（コントロ－ル）回路９９を有する。コントローラ通信回路９９（図５３）は、前記オフセット調整回路９２、記憶手段９３、補正回路９４、信号出力回路９６などの制御を行うとともに、オフセット調整などの前処理が施されたセンサ出力信号を１２～１６ビット程度の分解能を持つＡＤ変換器５５（図５３）でデジタル化し、このデジタル化されたセンサ出力信号に基づき、その荷重演算機能によって車輪用軸受にかかる荷重を演算し推定する。オフセット調整回路９２は、センサユニット９０の初期オフセットや車輪用軸受への固定によるオフセットを、正規の値に調整するものであり、コントローラ回路９９による調整、もしくは外部からの指令による調整が可能とされている。

　図５２には、センサユニット９０、増幅回路９１、およびオフセット調整回路９２の具体的な接続構成例を示す。オフセット調整回路９２は、オペアンプＯＰ、抵抗Ｒ３、Ｒ４、可変抵抗器ＶＲ1,ＶＲ２などからなる加算器として構成される。この場合、センサ付車輪用軸受の組立完了後にセンサ出力が規定値（ゼロ点電圧）になるように、可変抵抗器ＶＲＩ，ＶＲ２の抵抗値が調整されて固定される。

　しかし、図５１に示す荷重推定手段の回路構成としても、センサユニット９０の取付けに伴う歪みの程度や、センサ素子Ｒｇ（図５２）自体の特性ばらつきをカバーするには、回路に大きなオフセットの調整幅を持たせる必要があり、その調整工程も必要となるため、製造コストが増加してしまう。
　また、長期運転中に大きなオフセット変動が発生した場合、その大きさによっては後段の増幅回路９１が飽和してしまい、荷重の検出が困難になってしまう。

　また、図５３のように、軸受の外輪６０に搭載する歪みセンサ７０の数が増えた場合、上記した増幅回路９１およびオフセット調整回路９２を含む前処理回路も素子数と同じく増加するため、回路基板のサイズが大きくなり、軸受外輪６０上に搭載することが難しくなる。そのため、前処理回路を軸受とは離れた場所に設置し、センサ出力信号を引き回す手法をとることになるが、この場合、ケーブルの本数が増加して、足回り部品からボディー側まで太い配線を設置することになり、作業性・信頼性の低下を引き起こす。また、微弱なセンサ出力信号を長い配線で引き出すため、ノイズの影響も大きくなってしまうという問題もある。

　この発明の第８および第９応用形態の目的は、コンパクな構成で車輪の軸受部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ことである。

　第８応用形態を図４１ないし図４４により説明する。なお、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前記第１実施形態の図２は、第８応用形態にも適用される。図２に示すように、センサユニット２０を４つ設け、各センサユニット２０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外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配している。

　図４１に示すように、各センサユニット２０の歪みセンサ２２はＡＤ変換器５５を介して推定手段３０Ｅに接続される。すなわち、歪みセンサ２２の出力信号は、ＡＤ変換器５５で直接にＡＤ変換されて、このＡＤ変換された歪みセンサ２２の出力信号が推定手段３０Ｅに入力される。ＡＤ変換器５５は、センサユニット２０上、例えば歪み発生部材２１上に設置され、または図４３のようにセンサユニット２０の近傍に設置される。この場合のＡＤ変換器５５としては、少なくとも２０ビット以上の分解能を持つものが用いられる。また、ＡＤ変換器５５は多チャンネル入力の小型素子とし、図４４のように複数のセンサユニット２０からのセンサ出力信号を一つの基板上でまとめてデジタルデータに変換する変換ユニット５６を構成し、これを車輪用軸受に設置するのが望ましい。変換ユニット５６は、車輪用軸受の外方部材１および内方部材２のうち、固定側の部材、この応用形態では外方部材１に設置する。図４３の構成例では、上位置および右位置の２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号を１つの変換ユニット５６でデジタル化し、下位置および左位置の２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号を他の１つの変換ユニット５６でデジタル化している。また、図４４の構成例では、上下左右の４つのセンサユニット２０のセンサ出力信号を１つの変換ユニット５６でデジタル化している。図４４の構成例では、変換ユニット５６を推定手段３０Ｅに近接して、例えば同じ配線基板上に配置している。ＡＤ変換器５５の方式は、デジタル・シグマ型変換器とすることが、高精度で比較的高速な特徴を持つ点で望ましい。

　推定手段３０Ｅは、センサユニット２０の歪みセンサ２２のＡＤ変換された出力信号から、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り、例えばマイクロコンピュータで構成される。このマイクロコンピュータからなる推定手段３０Ｅは、一つの基板上に各種の電子部品を実装したものであっても、１チップのものであっても良く、図４３，図４４の例のように車輪用軸受の外方部材１に設置され、あるいはセンサユニット２０の歪み発生部材２１上等に設けられる。

　推定手段３０Ｅは、オフセット調整回路１０１、温度補正回路１０２、ローパスフィルタ等のフィルタ処理回路１０３、荷重推定演算回路１０４、コントローラ回路１０５などを有する。オフセット調整回路１０１は、歪みセンサ２２の初期オフセットや、車輪用軸受への固定によるオフセットなどを、正規の値に調整するものであり、コントローラ回路１０５による調整、もしくは外部からの指令によるオフセット調整が可能なように構成されている。上記したように、オフセットの原因は歪みセンサ２２のばらつきやセンサ固定時の歪みなどであることから、車輪用軸受にセンサユニット２０を取付けて、組立が完了した段階でオフセットを調整するのが望ましい。

　このように、センサ付車輪用軸受の組立完了後に、歪みセンサ２２の出力信号が規定値となるようにオフセット調整回路１０１でオフセットを調整すると、センサ付車輪用軸受が完成品となった時点でのセンサ出力をゼロ点とすることができるため、センサ出力信号の品質を確保することができる。

　また、歪みセンサ２２の出力信号には、歪みセンサ２２自体の温度特性や、固定側部材である外方部材１の温度歪みなどによるドリフト量が存在する。温度補正回路１０１は、オフセット調整された歪みセンサ２２の出力信号の温度に起因するドリフトを補正する回路である。温度によるドリフトを補正するために、引用する第１実施形態の図３のように少なくとも１つのセンサユニット２０の歪み発生部材２１には温度センサ２８が設けられ、この温度センサ２８の出力信号がＡＤ変換器５５でデジタル化されてから前記温度補正回路１０１に入力される。

　荷重推定演算回路１０４では、前記オフセット調整回路１０１、温度補正回路１０２、フィルタ処理回路１０３によりオフセット調整処理、温度補正処理、フィルタ処理などが施された歪みセンサ２２のデジタル化された出力信号に基づき、荷重推定演算が行われる。この荷重推定演算回路１０４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、歪みセンサ２２の出力信号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、歪みセンサ２２の出力信号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。

　図４３や図４４の構成例で示すように、推定手段３０Ｅの荷重推定演算回路１０４で得られた荷重データは、車体側に設置される上位の電気制御ユニット（ＥＣＵ）１０６まで、車内通信バス（例えばＣＡＮバス）６１などを通じて出力される。この通信経路は無線化されたものであってもよく、軸受側と車体側にそれぞれ送受信器を設置し、荷重データ等の出力を行う構成としてもよい。この場合、電源供給などの必須なケーブルを配線接続してセンサを動作させ、得られたデータは無線で送信する構成とすることで、必要なケーブルの本数を減らすことができ、車体への取り付けが簡単になる。図４３や図４４において、推定手段３０Ｅに接続された配線６１ａは上記車内通信バス６１を構成する配線である。電気制御ユニット１０６は、例えば車両の全体を制御する手段であり、マイクロコンピュータ等により構成される。必要に応じてアナログ電圧で出力するものとしても良い。

　前記第２実施形態で図１４により説明したセンサユニットの出力信号に対する転動体５位置の影響について、この第８応用形態における前記荷重推定演算回路１０４（図４２）では、荷重を求めるデータとして、歪みセンサ２２の出力信号の振幅の平均値（直流成分）を演算する。この演算のために、この第８応用形態では、図４１のように外方部材１の内周に転動体５の位置を検出する転動体検出センサ１４０が設けられ、この転動体検出センサ１４０の検出信号が前記荷重推定演算回路１０４（図４２）に入力される。これにより、荷重推定演算回路１０４（図４２）で演算される荷重値から転動体通過の影響を解消できる。

　この第８応用形態の作用については第１実施形態の場合と基本的に同様であり、詳しい説明は省略するが、この応用形態の場合、とくに、歪みセンサ２２の出力信号を、荷重を推定する推定手段３０Ｅに入力する前に、ＡＤ変換器５５で直接デジタルデータに変換するようにしているので、提案例で示したようなアナログ信号に対するオフセット調整回路や増幅回路が不要になり、回路設置スペースを削減でき、コンパクト化が可能になる。また、センサデータがデジタル化されることで、推定手段３０Ｅでは、オフセット調整や温度補正を含むすべての前処理をデジタル演算で実施することができる。その結果、オートキャリブレーションによる調整工程の大幅な簡略化、長期的なドリフトへの対応も可能になる。また、増幅回路の飽和などの問題もなくなる。

　このように、信号処理回路をコンパクト化できることから、歪みセンサ２２の出力信号である微小なアナログ信号の配線を短縮化でき、その結果ノイズの影響を受け難くなり、最終的な荷重検出精度も向上させることができる。

　また、この第８応用形態ではセンサユニット２０の少なくとも１つに温度センサ２８を設け、推定手段３０Ｅにおける温度補正回路１０２（図４２）では、前記温度センサ２８の出力信号に基づき、歪みセンサ２１の出力信号のドリフトを補正するようにしているので、歪みセンサ２１の出力信号の温度ドリフトを補正することができる。

　図４５および共通図面として引用する前記第２実施形態の図１０ないし図１４によりこの発明の第９応用形態を説明する。このセンサ付車輪用軸受では、図４１～図４４に示す第８応用形態において、各センサユニット２０Ａとして前記図１０ないし図１４の構造ものを用いた点で相違し、その他の構成は同様であるので、詳しい説明は省略する。

　この第９応用形態の場合、図４１～図４４に示す第８応用形態における推定手段３０Ｅの荷重推定演算回路１０４において、各センサユニット２０Ａの２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和や差を演算し、その和を平均値として差を振幅値として取り出す。

　この場合も、前述した第２実施形態の図１４（Ａ）～（Ｃ）で説明したと同様の作用を奏し、得られる平均値と振幅値を用いることにより、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重をより正確に推定することができる。

　以上説明した第８および第９応用形態は、実施形態で要件とした荷重推定処理手段３０を要件としない応用態様群IV（態様３２～４２）を含む。

［態様３２］
　態様３２にかかるセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、前記転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、両部材１，２の対向する転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、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、上記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用のセンサユニット２０を設け、前記センサユニット２０は前記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、およびこの歪み発生部材２１に取付けられてこの歪み発生部材２１の歪みを検出する１つ以上の歪みセンサ２２からなり、これらセンサ２２の出力信号を直接にＡＤ変換する少なくとも２０ビット以上の分解能を持つＡＤ変換器５５を車輪用軸受上に設け、このＡＤ変換されたセンサ２２の出力信号から車輪に加わる荷重を推定する推定手段３０Ｅを設けた。なお、前記の「直接にＡＤ変換する」とは、センサ２２の出力信号を、信号処理手段を介することなくＡＤ変換器５５に入力してＡＤ変換することを言う。
　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る。ここではセンサユニット２０における歪み発生部材２１の２つ以上の接触固定部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易く、その歪みがセンサ２２で感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。
　とくに、センサ２２の出力信号を少なくとも２０ビット以上の分解能を持つＡＤ変換器５５で直接にＡＤ変換し、このＡＤ変換されたセンサ２２の出力信号に基づき、推定手段３０Ｅで車輪に加わる荷重を推定するようにしているので、荷重検出系をコンパクトに構成でき、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。

［態様３３］
　態様３２において、前記ＡＤ変換器５５が、１つで複数のセンサ２２の出力信号をＡＤ変換する多チャンネル入力信号のＡＤ変換器であっても良い。この構成の場合、複数のセンサユニット２０からのセンサ出力信号を１つのＡＤ変換器５５でＡＤ変換できることから、設置スペースを小さくでき、検出系全体を車輪用軸受に設置することができる。

［態様３４］
　態様３２において、前記ＡＤ変換器５５を前記センサユニット２０の少なくとも１つに取付けても良い。この構成の場合もＡＤ変換器５５の設置スペースを小さくできる。

［態様３５］
　態様３２において、前記ＡＤ変換器５５を複数有する変換ユニットの少なくとも１つを、前記センサユニット２０とは別に車輪用軸受上に設けても良い。この構成の場合もＡＤ変換器５５の設置スペースを小さくできる。

［態様３６］
　態様３２において、前記ＡＤ変換器５５は、デジタル・シグマ型の変換方式のＡＤ変換器であることが望ましい。

［態様３７］
　態様３２において、前記センサユニット２０は２つの接触固定部２１ａと１つのセンサ２２を有するものとしても良い。

［態様３８］
　態様３２において、前記センサユニット２０は３つ以上の接触固定部２１ａと２つのセンサ２２を有し、それらのセンサ出力信号の位相差が、転動体５の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍となるように接触固定部２１ａの間隔が設定され、前記推定手段３０Ｅは前記２つのセンサ２２の出力信号の和をとることにより、変動成分をキャンセルして平均値を求めるものとしても良い。この構成の場合、センサユニット２０における２つのセンサ２２の出力信号の間では略１８０度の位相差を有することになり、その平均値は転動体通過による変動成分をキャンセルした値となる。

［態様３９］
　態様３２において、前記センサユニット２０を３つ以上設け、前記推定手段３０Ｅは、前記３つ以上のセンサユニット２０のセンサ出力信号から車輪用軸受の径方向および軸方向に作用する径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとしても良い。

［態様４０］
　態様３２において、前記センサユニット２０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円周方向９０度の位相差で４つ等配しても良い。
　このように４つのセンサユニット２０を配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

［態様４１］
　態様３２において、前記センサユニット２０の少なくとも１つに温度センサ２８を設け、前記推定手段３０Ｅは、前記温度センサ２８の出力信号に基づき、前記センサ出力信号の温度ドリフトを補正するものとしても良い。この構成の場合、歪みセンサ２２の出力信号の温度ドリフトを補正することができる。

［態様４２］
　態様３２において、前記推定手段３０Ｅを車体側の車内通信バスに接続し、推定手段３０Ｅで推定された荷重信号を通信により車体側に出力するものとしても良い。

　なお、上記した各実施形態および応用形態では、外方部材１が固定側部材である場合につき説明したが、この発明は、内方部材２が固定側部材である車輪用軸受にも適用することができ、その場合、センサユニット２０は内方部材２の内周となる周面に設ける。
　また、これらの実施形態および応用形態では第３世代型の車輪用軸受に適用した場合につき説明したが、この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立した部品となる第１または第２世代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第４世代型の車輪用軸受にも適用することができる。また、このセンサ付車輪用軸受は、従動輪用の車輪用軸受にも適用でき、さらに各世代形式のテーパころタイプの車輪用軸受にも適用することができる。

　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、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。

１…外方部材
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０，２０Ａ，２０Ｂ…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…歪みセンサ
２８…温度センサ
２９…車載センサ
３０…荷重推定処理手段
３０Ａ…荷重推定手段
３０Ｂ…荷重推定手段
３０Ｃ…第１の荷重推定手段
３０Ｄ…第２の荷重推定手段
３０Ｅ…推定手段
３１…主荷重推定手段
３２…平均値演算手段
３３…補正手段
３４…併用推定手段
３５…振幅値演算手段
３６…振幅処理荷重推定手段
３７…ドリフト量推定手段
３７ａ…荷重条件限定手段
３８…外部モニタ
３９…入力装置
４０，４０Ａ…平均値演算部
４１，４１Ａ…振幅値演算部
４２，４３…温度補正手段
４４…選択出力手段
４５…差分値演算部
４７…荷重演算部
４８…温度補正手段
４９…演算式選択手段
５０…軸方向荷重演算部
５１…方向判別部
５２…領域判別部
５３Ａ，５３Ｂ…荷重演算式
５４…荷重検出センサ
５５…ＡＤ変換器
５６…変換ユニット

Claims

　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、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、
　前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に荷重検出用のセンサユニットを設け、前記センサユニットは、前記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歪み発生部材の歪みを検出する１つ以上のセンサを有し、このセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定処理手段を設け、
　前記荷重推定処理手段は、
　前記センサユニットのセンサの出力信号の平均値を演算する平均値演算手段を有しその演算した平均値を補正手段で補正して車輪に加わる荷重を推定する主荷重推定手段と、
　前記センサの出力信号の転動体通過による信号波形の振幅値から車輪に加わる荷重に相当する振幅処理荷重推定値を演算する振幅処理荷重推定手段と、
　前記主荷重推定手段の推定値である推定荷重出力と前記振幅処理荷重推定値とを比較することにより、前記推定荷重出力に現れるセンサの出力信号のドリフト量を推定するドリフト量推定手段とを備え、
　前記主荷重推定手段の前記補正手段は、ドリフト量推定手段で推定したドリフト量により荷重推定出力を補正するものとした
　センサ付車輪用軸受。
　請求項１において、前記主荷重推定手段は、前記センサの出力信号の前記補正手段で補正された補正後の平均値と前記センサの出力信号の振幅値との両方を用いて前記推定荷重出力を演算する併用推定手段を有するセンサ付車輪用軸受。
　請求項１において、前記センサユニットを３つ以上設け、前記荷重推定処理手段は、前記３つ以上のセンサユニットのセンサの出力信号から、車輪に加わる荷重のうちの前後方向荷重、垂直方向荷重、および軸方向荷重を推定するものとしたセンサ付車輪用軸受。
　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、円周方向９０度の位相差で４つ等配したセンサ付車輪用軸受。
　請求項１において、前記センサユニットの少なくとも１つに温度センサを設け、前記主荷重推定手段は、前記平均値演算手段で演算されて前記補正手段に入力される平均値を前記温度センサの検出温度により補正する温度補正手段を有するセンサ付車輪用軸受。
　請求項１において、前記センサユニットは３つ以上の接触固定部と歪み発生部材の歪みを検出する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、隣り合う接触固定部もしくは隣り合うセンサの前記固定側部材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）｝倍とし、前記主荷重推定手段の前記平均値演算手段は、前記２つのセンサの出力信号の和を平均値として用いるものとしたセンサ付車輪用軸受。
　請求項１において、前記ドリフト量推定手段は、前記振幅処理荷重推定手段の出力する振幅処理荷重推定値と前記主荷重推定手段の出力する推定荷重出力との関係を、最小自乗推定を適用して求め、この関係から推定荷重出力のドリフト量を推定するものとしたセンサ付車輪用軸受。
　請求項７において、車体に設けられた１つ以上のセンサの出力信号から、車両走行中に軸受に作用する荷重の状態が設定荷重条件を充足するか否かを判断し、設定荷重条件を充足しない場合は、振幅処理荷重推定手段の出力する振幅処理荷重推定値の中から、前記ドリフト量推定手段によりドリフト量の推定処理に用いる振幅処理荷重推定値を設定抽出条件に従って抽出する荷重条件限定手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
　請求項１において、前記荷重推定処理手段を車内通信バスに接続し、前記ドリフト量推定手段の推定するドリフト量、および主荷重推定手段による推定荷重出力を、前記車内通信バスを介して外部モニタに出力可能としたセンサ付車輪用軸受。
　請求項９において、前記荷重推定処理手段を車内通信バスを通じて車体搭載の入力装置に接続し、前記荷重推定処理手段は、前記入力装置からの入力により、前記ドリフト量推定手段によるドリフト量の推定、およびその他の前記車輪に加わる荷重の推定の演算に用いるパラメータを設定可能したセンサ付車輪用軸受。