(57)【要約】【課題】  車両速度が変化する走行状態においても、センサ出力信号の適切な処理個数が求められ、推定荷重値に含まれる転動体通過成分を低減できて、荷重推定精度を向上させることができるセンサ付車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】  車輪用軸受１００に、これに加わる荷重を検出するセンサ２０を設け、その出力信号Ｓを処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段３１と、前記信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段３２とを設ける。信号処理手段３１では、センサ信号演算部３３によりセンサ出力信号Ｓから信号ベクトルを演算し、転動体周期検出部３４により各センサ出力信号Ｓに含まれる転動体の移動による振動成分Ｓdif の周期を検出する。センサ信号演算部３３は、転動体周期検出部３４により検出された周期に応じて、演算処理に用いる演算処理パラメータｎを変化させる。【選択図】      図１
2014009952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複列の転走面が内周に形成された外方部材、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、および両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、
軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサと、前記各センサの出力信号Ｓを処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段とを備え、
前記信号処理手段は、前記各センサの出力信号Ｓから前記信号ベクトルを演算するセンサ信号演算部と、前記各センサの出力信号Ｓに含まれる前記転動体の移動による振動成分Ｓdif の周期を検出する転動体周期検出部とを有し、前記センサ信号演算部は、前記転動体周期検出部で検出された周期に応じて、演算処理に用いる演算処理パラメータを変化させることを特徴とするセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、前記信号処理手段のセンサ信号演算部で用いられる演算処理パラメータが、演算処理のために設定される時間窓であるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項２において、前記センサ信号演算部は、前記信号処理手段の転動体周期検出部が検出した周期を用いて前記時間窓を決定するとき、設定された最大値と最小値の範囲内に収まるように前記時間窓を決定するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記信号処理手段のセンサ信号演算部は、前記信号ベクトルとして前記各センサの出力信号Ｓの平均値ＳＡを求める平均値演算処理部を有し、この平均値演算処理部がローパスフィルタで構成されるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記信号処理手段のセンサ信号演算部は、前記信号ベクトルとして前記各センサの出力信号Ｓの振幅値Ｓrms を求める振幅値演算処理部を有するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記信号処理手段は、前記各センサの出力信号Ｓにフィルタ処理を施して前記転動体の振動成分Ｓdif を抽出するＨＰＦを有し、前記転動体周期検出部は前記ハイパスフィルタが抽出する振動成分Ｓdif から前記周期を検出するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記信号処理手段は、前記各センサの出力信号Ｓと、その出力信号Ｓの時間平均値ＳＡとから、次式
Ｓdif ＝Ｓ−ＳＡ
を演算して前記転動体の振動成分Ｓdif を出力する振動成分演算部を有し、前記転動体周期検出部は前記振動成分演算部が出力する振動成分Ｓdif から前記周期を検出するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記転動体周期検出部は、前記各センサの出力信号Ｓから最適な信号を選択し、その信号を用いて前記周期を検出するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項９】
請求項８において、前記転動体周期検出部は、前記各センサの出力信号Ｓの振幅値Ｓrms を比較し、最大のものを、前記周期を検出する信号として選択するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記センサは、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に設けたセンサユニットであり、このセンサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される３つの接触固定部を有する歪み発生部材と、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つの歪検出素子とでなり、
前記歪検出素子を、前記歪み発生部材の隣り合う第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それぞれ設け、隣り合う前記接触固定部の間隔、もしくは隣り合う前記歪検出素子の間隔を、転動体の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍に設定したセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記信号処理手段は、前記各センサユニット上の２つの歪検出素子の出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の差分信号にフィルタ処理を施して前記転動体の振動成分Ｓdif を抽出するハイパスフィルタを有し、前記転動体周期検出部は前記ハイパスフィルタが抽出する振動成分Ｓdif から前記周期を検出するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１２】
請求項１０において、前記信号処理手段は、前記各センサユニット上の２つの歪検出素子の出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 と、これらの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の時間平均値ＳＡ0 ，ＳＡ1 とから、次式
Ｓdif ＝（Ｓ0 −Ｓ1 ）−（ＳＡ0 −ＳＡ1 ）
を演算して前記転動体の振動成分Ｓdif を出力する振動成分演算部を有し、前記転動体周期検出部は前記振動成分演算部が出力する振動成分Ｓdif から前記周期を検出するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１３】
請求項１０ないし請求項１２のいずれか１項において、前記センサユニットを３つ以上設け、前記荷重演算処理手段は、前記３つ以上のセンサユニットの出力信号から、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を演算するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１４】
請求項１３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き車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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備えたセンサ付車輪用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の外輪外径面に歪みゲージを貼り付け、外輪外径面の歪みから荷重を検出するように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１）。しかし、特許文献１に開示の技術では、車輪用軸受に作用する荷重を検出する場合、荷重に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、検出感度が低くなり、荷重を精度良く検出できない。
【０００３】
この課題を解決するものとして、３つの接触固定部で固定される歪み発生部材と、その歪み発生部材の上に設けた２つの歪みセンサとでなり、一つの歪み信号を出力するようにしたセンサユニットを軸受の外輪に設置して、前記２つの歪みセンサの出力信号の加算値、振幅値等をセンサユニットの出力として用い、入力荷重の推定演算処理を行うようにしたものや（例えば特許文献２）、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受装置が提案されている（特許文献３，４）。
【０００４】
特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受装置における車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、上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。上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面には、その固定側部材の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置された２つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも一対設ける。各センサユニットは、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センサを有するものとする。
【０００５】
この構成において、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサ出力信号の差分を基に、径方向荷重推定手段で、車輪用軸受の径方向に作用する径方向荷重を推定する。また、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサ出力信号の和を基に、軸方向荷重推定手段で、車輪用軸受の軸方向に作用する軸方向荷重を推定する。そして、少なくとも１対のセンサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部に配置する。このセンサユニット対のセンサの出力信号振幅を基に、軸方向荷重方向判別手段で、前記軸方向荷重の方向を判別する。
【０００６】
前記センサユニットにおける歪み発生部材の接触固定部を、車輪用軸受における固定側部材の転走面付近に配置すると、車輪の回転に伴ってセンサ出力信号に正弦波に近い変動が見られる。これは、転動体の通過による歪みの変化が検出されたものである。上記構成では、上下に配置した２つのセンサユニットのセンサ出力信号における振幅値（転動体の公転運動に伴う振動成分）の差分により、軸方向荷重を判別し、軸方向荷重の正負に応じて、それぞれに適した荷重推定パラメータを用いて荷重を演算するので、荷重を感度良く推定できる。
【０００７】
特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受装置では、特許文献３に示された車輪用軸受の固定側部材の外径面に３つ以上のセンサユニットを設け、車輪用軸受の径方向に作用する径方向荷重および車輪用軸受の軸方向に作用する軸方向荷重を、前記３つ以上のセンサユニットの出力信号を基に荷重推定手段で推定する。この場合のセンサユニットは、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を有する歪み発生部材と、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する。また、前記各センサユニットの出力信号は、出力信号分離手段により直流成分と交流成分に分離され、荷重推定手段では、前記各直流成分（平均値）および交流成分の振幅値を変数とし、これら各変数に推定する各方向の荷重ごとに定められる補正係数を乗算してなる一次式から各方向の荷重を推定する。
【０００８】
このように構成されたセンサ付車輪用軸受装置では、どのような荷重条件においても、径方向荷重と軸方向荷重を感度良く正確に推定できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００３−５３０５６５号公報
【特許文献２】特開２００９−２７０７１１号公報
【特許文献３】特開２０１０−４３９０１号公報
【特許文献４】特開２０１０−９６５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献２，３などのセンサ付車輪用軸受装置で実行されるセンサ出力信号の演算処理において、センサ出力信号のＬＰＦ（ローパスフィルタ）処理に用いるデータ個数を固定値とする構成のとき、データ処理の時間窓と転動体通過周期がずれた場合に、センサ出力信号に転動体通過成分が重畳してしまう。ＬＰＦ処理したセンサ出力信号値に基づいて荷重演算を実行するシステムにとって、このような転動体の周波数成分が重畳することは好ましくない。
また、ＬＰＦ処理を行ったセンサ出力信号を用いて推定荷重値を演算する構成では、上記現象の影響により、演算される推定荷重値の誤差が大きくなったり、本来とは異なった特性となったりする。
【００１１】
そこで、このような構成の場合、車両の走行速度が変化することで発生する転動体の周期変化の影響をキャンセルし、ＬＰＦ処理個数の最適値を求める方法が必要である。これと同様に、上記した振幅値の算出についても、処理個数の最適化が必要である。
【００１２】
しかし、特許文献３の構成の場合、最適な荷重推定パラメータを選択するために、センサ出力信号の振幅値を算出する必要があり、振幅値を算出できない場合に対応することができない。
【００１３】
この発明の目的は、車両速度が変化する走行状態においても、センサ出力信号の適切な処理個数が求められ、推定荷重値に含まれる転動体通過成分を低減できて、荷重推定精度を向上させることができるセンサ付車輪用軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材、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、および両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサ（２０）と、前記各センサ（２０）の出力信号Ｓを処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段３１と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段３２とを備える。
前記信号処理手段３１は、前記各センサ（２０）の出力信号Ｓから前記信号ベクトルを演算するセンサ信号演算部３３と、前記各センサ（２０）の出力信号Ｓに含まれる前記転動体の移動による振動成分Ｓdif の周期を検出する転動体周期検出部３４とを有し、前記センサ信号演算部３３は、前記転動体周期検出部３４が検出した周期に応じて、演算処理に用いる演算処理パラメータを変化させる。
【００１５】
この構成によると、信号処理手段３１は、各センサの出力信号Ｓから信号ベクトルを演算するセンサ信号演算部３３と、各センサの出力信号Ｓに含まれる転動体の移動による振動成分Ｓdif の周期を検出する転動体周期検出部３４とを有し、この転動体周期検出部３４が、検出した周期に応じて、前記センサ信号演算部３３で用いられる演算処理パラメータを変化させる。このため、車両速度が変化する走行状態においても、センサ出力信号の適切な処理個数が求められ、推定荷重値に含まれる転動体通過成分を低減できて、荷重推定精度を向上させることができる。
【００１６】
この発明において、前記信号処理手段３１のセンサ信号演算部３３で用いられる演算処理パラメータが、演算処理のために設定される時間窓ｎであっても良い。
【００１７】
この発明において、前記信号処理手段３１のセンサ信号演算部３３が前記転動体周期検出部３４で検出された周期を用いて前記時間窓ｎを決定するとき、設定された最大値と最小値の範囲内に収まるように前記時間窓ｎを決定するようにとしても良い。
【００１８】
この発明において、前記信号処理手段３１のセンサ信号演算部３３は、前記信号ベクトルとして前記各センサの出力信号Ｓの平均値ＳＡを求める平均値演算処理部３６を有し、この平均値演算処理部３６がローパスフィルタ（以下「ＬＰＦ」と称す）で構成されていても良い。
【００１９】
この発明において、前記信号処理手段３１のセンサ信号演算部３３は、前記信号ベクトルとして前記各センサ（２０）の出力信号Ｓの振幅値Ｓrms を求める振幅値演算処理部３５を有するものとしても良い。
【００２０】
この発明において、前記信号処理手段３１は、前記各センサの出力信号Ｓにフィルタ処理を施して前記転動体の振動成分Ｓdif を抽出するハイパスフィルタ（以下「ＨＰＦ」と称す）を有し、前記転動体周期検出部３４は前記ＨＰＦが抽出する振動成分Ｓdif から前記周期を検出するものとしても良い。
【００２１】
この発明において、前記信号処理手段３１は、前記各センサの出力信号Ｓと、その出力信号Ｓの時間平均値ＳＡとから、次式
Ｓdif ＝Ｓ−ＳＡ
を演算して前記転動体の振動成分Ｓdif を出力する振動成分演算部３８を有し、前記転動体周期検出部３４は前記振動成分演算部３８が出力する振動成分Ｓdif から前記周期を検出するようにしても良い。
この構成の場合、高度な演算処理を行うことなく転動体の振動成分Ｓdif を算出でき、演算の単純化と処理速度の向上が可能となる。
【００２２】
この発明において、前記転動体周期検出部３４は、前記各センサ（２０）の出力信号Ｓから最適な信号を選択し、その信号を用いて前記周期を検出するものとしても良い。
この場合に、前記転動体周期検出部３４は、前記各センサ（２０）の出力信号Ｓの振幅値Ｓrms を比較し、最大のものを、前記周期を検出する信号として選択する構成としても良い。
【００２３】
この発明において、前記センサ（２０）は、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に設けたセンサユニット２０であり、このセンサユニット２０は、前記固定側部材の外径面に接触して固定される３つの接触固定部を有する歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられてこの歪み発生部材２１の歪みを検出する２つの歪検出素子２２Ａ，２１Ｂとでなり、
前記検出素子２２Ａ，２１Ｂを、前記歪み発生部材２１の隣り合う第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の間にそれぞれ設け、隣り合う前記接触固定部２１ａの間隔、もしくは隣り合う前記歪検出素子２２Ａ，２１Ｂの間隔を、転動体の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍に設定しても良い。
【００２４】
この場合に、前記信号処理手段３１は、前記各センサユニット上の２つの歪検出素子の出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の差分信号にフィルタ処理を施して前記転動体の振動成分Ｓdif を抽出するＨＰＦ３７を有し、前記転動体周期検出部３４は前記ＨＰＦ３７が抽出する振動成分Ｓdif から前記周期を検出するものとしても良い。
【００２５】
また、この場合に、前記信号処理手段３１は、前記各センサユニット２０上の２つの歪検出素子の出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 と、これらの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の時間平均値ＳＡ0 ，ＳＡ1 とから、次式
Ｓdif ＝（Ｓ0 −Ｓ1 ）−（ＳＡ0 −ＳＡ1 ）
を演算して前記転動体の振動成分Ｓdif を出力する振動成分演算部３８を有し、前記転動体周期検出部３４は前記振動成分演算部３８が出力する振動成分Ｓdif から前記周期を検出するものとしても良い。
この構成の場合、転動体の振動成分Ｓdif だけを精度良く算出することができ、転動体周期検出部３４において、演算処理パラメータ（例えば時間窓ｎ）のより正確な算出が可能となる。
【００２６】
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、前記荷重演算処理手段３２は、前記３つ以上のセンサユニット２０の出力信号から、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を演算するものとしても良い。
【００２７】
この場合に、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 、前後方向の荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。また、軸受の荷重状態が変化した場合においても、負荷圏側に配置されたセンサユニット２０の出力信号から安定して転動体周期を検出でき、荷重推定出力の精度を向上させることができる。
【００２８】
この発明において、前記前記信号処理手段３１および荷重演算処理手段３２を前記車輪用軸受に搭載しても良い。
【発明の効果】
【００２９】
この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材、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、および両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサと、前記各センサの出力信号Ｓを処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段とを備え、前記信号処理手段は、前記各センサの出力信号Ｓから前記信号ベクトルを演算するセンサ信号演算部と、前記各センサの出力信号Ｓに含まれる前記転動体の移動による振動成分Ｓdif の周期を検出する転動体周期検出部とを有し、前記センサ信号演算部は、前記転動体周期検出部で検出された周期に応じて、演算処理に用いる演算処理パラメータを変化させるようにしたため、車両速度が変化する走行状態においても、センサ出力信号の適切な処理個数が求められ、推定荷重値に含まれる転動体通過成分を低減できて、荷重推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受装置の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。
【図２】同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。
【図３】同センサ付車輪用軸受装置におけるセンサユニットの一例の拡大平面図である。
【図４】図３におけるIV−IV矢視断面図である。
【図５】センサ出力信号の波形図である。
【図６】信号処理手段の参考構成例を示すブロック図である。
【図７】参考構成例の信号処理手段を用いた場合のセンサ出力信号と時間窓との関係の一例を示す波形図である。
【図８】参考構成例の信号処理手段を用いた場合のセンサ出力信号と時間窓との関係の他の例を示す波形図である。
【図９】センサ出力信号の歪み成分を構成する広域的歪成分（Global Strain ）と転動体通過成分（Local Strain）を示す波形図である。
【図１０】このセンサ付車輪用軸受装置における検出系の他の構成例を示すブロック図である。
【図１１】同検出系におけるセンサ出力信号Ｓの波形と平均値ＳＡとの関係を示す波形図である。
【図１２】同一センサユニットにおける２つの歪検出素子の出力信号の差分値を示す波形図である。
【図１３】転動体通過成分Ｓdif のゼロクロス位置を示す説明図である。
【図１４】転動体周期検出部に設けるＳdif 検出部の説明図である。
【図１５】このセンサ付車輪用軸受装置における検出系のさらに他の構成例を示すブロック図である。
【図１６】このセンサ付車輪用軸受装置における検出系のさらに他の構成例を示すブロック図である。
【図１７】このセンサ付車輪用軸受装置における検出系のさらに他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
この発明の一実施形態を図１ないし図１４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１００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。
【００３２】
このセンサ付車輪用軸受装置における車輪用軸受１００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１００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。
【００３３】
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。
【００３４】
図２は、この車輪用軸受１００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。
【００３５】
固定側部材である外方部材１の外径面には、荷重検出用センサである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。
【００３６】
各センサユニット２０の歪検出素子２２は、図１にブロック図で示す検出系ユニットに接続される。この検出系ユニットは、前記各センサユニット２０の出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段３１と、前記信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段３２とでなる。信号処理手段３１および荷重演算処理手段３２は、必ずしも検出系ユニットとして一体化しなくても良く、互いに分離して設けて良い。また、これら信号処理手段３１や荷重演算処理手段３２は車輪用軸受１００に搭載しても良く、また車輪用軸受１００とは離れて車両に、メインのＥＣＵ（電気制御ユニット）の近傍等に位置して、あるいはＥＣＵの統括制御部の下位制御部等として設置しても良い。
【００３７】
この実施形態では、車輪に加わる各方向の荷重を検出するセンサとして、図２〜図４に一構成例を示した前記センサユニット２０が用いられる。各センサユニット２０は、後に詳述するように、接触固定部２１ａで外方部材１に固定された歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２に取付けられて歪み発生部材２の歪みを検出する歪検出素子２２（２２Ａ，２２Ｂ）とでなる（図３，図４）。図３，図４の構成例では１つのセンサユニット２０に２つの歪検出素子２２（２２Ａ，２２Ｂ）が用いられているが、１つのセンサユニット２０に１つの歪検出素子２２を用いた構成であっても良い。
【００３８】
なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３方向の各荷重Ｆx 、Ｆy 、Ｆz 、あるいはそれぞれの方向のモーメント荷重を算出するためには、少なくとも３つ以上のセンサ情報（センサの出力信号）を用いた演算処理構成が必要となる。すなわち、複数のセンサ信号を必要に応じて加工・信号処理して抽出した信号ベクトルを生成し、これを用いて荷重推定演算処理を実行して入力荷重Ｆ（＝｛Fx, Fy, Fz, …｝ )を求める荷重検出系ユニットを備えた構成となる。
【００３９】
このような構成の荷重検出系ユニットにおいては、線形近似が成立する範囲において、各センサ信号の信号ベクトルをＳで表すと、この信号ベクトルＳを入力とし、Ｆ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍｏの関係式を満たすように、数値解析や実験によって演算係数行列ＭとオフセットＭｏを決定することにより、荷重推定演算処理が可能になる。
【００４０】
図１の信号処理手段３１は、前記各センサユニット２０の出力信号Ｓを演算処理して前記信号ベクトルを生成するセンサ信号演算部３３と、前記各センサユニット２０の出力信号Ｓに含まれる転動体５（図１）の移動による振動成分である転動体通過成分Ｓdif の周期を検出する転動体周期検出部３４とを有する。
【００４１】
前記信号処理手段３１のセンサ信号演算部３３は、前記信号ベクトルとして前記各センサユニット２０の出力信号Ｓの振幅値Ｓrms を求める振幅値演算処理部３５と、信号ベクトルとして各センサユニット２０の出力信号Ｓの平均値ＳＡを求める平均値演算処理部３６とを備える。前記平均値演算処理部３６は、その主要部がＬＰＦ（ローパスフィルタ）からなり、センサユニット２０の出力信号Ｓに対して時間窓によるＬＰＦ処理を施すことで平均値ＳＡを求める。
【００４２】
荷重演算処理手段３２は、前後方向の荷重Ｆx 、軸方向の荷重Ｆy 、および垂直方向の荷重Ｆz 、あるいはそれぞれの方向のモーメント荷重を演算するが、これらの演算のためには、少なくとも３つ以上のセンサ情報を用いた演算処理が必要になる。すなわち、前記信号処理手段３１では、入力される各センサ出力信号Ｓを必要に応じてセンサ信号演算部３３で加工・信号処理して抽出した前記信号ベクトルＳＡ，Ｓrms を生成する。これを用いて、荷重演算処理手段３２では荷重演算処理を実行して作用荷重Ｆ（＝｛Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ，…｝）を求める。
【００４３】
このような演算構成において、荷重演算処理手段３２での演算処理を可能にするために、荷重値演算部３３では演算式としてＦ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍo （ただし、Ｓは信号処理手段３１で生成された信号ベクトル）の関係式が用いられ、線形近似が成立する範囲において、この関係式を満たすように数値解析や実験によって係数ＭとオフセットＭo とが決定される。
【００４４】
ところで、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を、図１の車輪用軸受１００における固定側部材である外方部材１の転走面４付近に配置すると、車輪の回転に伴ってセンサユニット２０の出力信号Ｓに、図５のような正弦波に近い変動が見られる。これは、転動体５の通過による歪みの変化が検出されたものである。そこで、図６に参考構成例として示すように、信号処理手段３１Ａがセンサ信号演算部３３のみからなる場合には、センサ信号演算部３３の平均値演算処理部３６では、センサユニット２０の出力信号Ｓに対して、固定された時間窓によるＬＰＦ処理を施すことで、上記した転動体通過成分をキャンセルすることになる。
【００４５】
しかしながら、例えば、車両が低速走行中のときには、センサユニット２０の出力信号Ｓに含まれる転動体通過成分の周波数がＬＰＦのカットオフ周波数に近くなってくるため、抽出される信号ベクトルＳＡに転動体通過成分が現れ、荷重演算処理手段３２での演算結果に不要な振動成分が重畳するという問題が発生する。
【００４６】
例えば、一定周期でサンプリングしたセンサユニット２０からの出力信号をＳ、信号処理手段３１におけるセンサ信号演算部３３の平均値演算処理部３６でＬＰＦ処理を施して求めた信号ベクトルをＳＡ、前記ＬＰＦ処理での時間窓つまりＬＰＦ処理に使用するデータ数をｎとする。すると、図７のように、時間窓ｎが転動体５（図１）の通過周期の整数倍となる場合には適切なＬＰＦ処理が行えるが、図８のように外れた場合には、求めた信号ベクトルＳＡに転動体５の周波数に依存する通過成分が重畳してしまう。なお、図７，図８において、Ｓ0 は「０」と番号付けしたセンサユニット２０の出力信号を表し、ＳＡ0 はその出力信号Ｓ0 にＬＰＦ処理して得られる信号ベクトルを表す。このように、ＬＰＦ処理を施して求めた信号ベクトルＳＡを、荷重演算処理手段３２での演算に用いて荷重を推定すると、上記の理由によって、出力される推定荷重値の誤差が大きくなる。すなわち、ＬＰＦ処理したセンサ信号値に基づいて荷重演算を実行するアルゴリズムでは、上記した転動体通過成分が重畳することは好ましくない。
【００４７】
これを避けるために、ＬＰＦ処理での時間窓ｎを広くすれば、少ない誤差で平均値となる信号ベクトルＳＡを求めることは可能だが、時間遅れが大きくなってしまうため、あまり大きな時間窓ｎを設定することは望ましくない。
【００４８】
そこで、この問題を解決するために、この実施形態では、信号処理手段３１における前記転動体周期検出部３４に、センサ信号演算部３３における平均値演算処理部３６で用いられる演算処理パラメータである時間窓ｎを、検出した周期に応じて最適な値に変化させる機能を持たせている。信号処理手段３１には、別にＨＰＦ（ハイパスフィルタ）３７を設け、このＨＰＦ３７で各センサユニット２０の出力信号Ｓにフィルタ処理を施して、前記転動体通過成分Ｓdif を抽出し、転動体周期検出部３４は抽出された転動体通過成分Ｓdif から前記周期を検出するようにしている。
【００４９】
センサユニット２０の出力信号Ｓが変化するとき、その歪み成分は、図９に示すように、荷重の変動による広域的歪成分（Global Strain ）と、転動体５の通過に起因する転動体通過成分（Local Strain）とによって構成される。そこで、転動体周期を検出するためには、周波数の高い転動体通過成分を使用すれば良く、センサユニット２０の出力信号ＳにＨＰＦ処理を施すことによってこれを抽出することができる。前記ＨＰＦ３７はこの機能を担うものであり、このＨＰＦ処理によって、ほぼ０を中心とした波形の転動体通過成分Ｓdif を抽出する。
【００５０】
図１０には、信号処理手段３１の他の構成例を示す。この構成例では、図１の場合のＨＰＦ３７に代えて、振動成分演算部３８を設けている。この振動成分演算部３８は、各センサユニット２０の出力信号Ｓと、センサ信号演算部３３における平均値演算処理部３６で求められる前記出力信号Ｓの信号ベクトルＳＡつまり時間平均値とから、次式
Ｓdif ＝Ｓ−ＳＡ    ……（１）
を演算して、転動体通過成分Ｓdif を出力する。このような演算により転動体通過成分Ｓdif を求める構成とすると、高度な演算処理を行う必要がないため、演算の単純化と処理速度の向上が可能となる。
【００５１】
次に、図１のセンサユニット２０の一構成例について、その具体的構造を説明する。図２の４箇所に設けられた各センサユニット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つの歪検出素子２２（２２Ａ，２２Ｂ）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ある。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つの歪検出素子２２のうち１つの歪検出素子２２Ａは、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つの歪検出素子２２Ｂが配置される。図３のように、歪み発生部材２１の両側辺部における前記各歪検出素子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。切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされている。歪検出素子２２は切欠き部２１ｂ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１００は損傷せず、その力が除去されると車輪用軸受１００の正常な機能が復元される範囲で最大の力である。
【００５２】
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の軸方向の同寸法の位置で、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２１ａ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。
【００５３】
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。
【００５４】
このほか、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（図示せず）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。
【００５５】
歪検出素子２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪検出素子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、歪検出素子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。
【００５６】
また、図３および図４に示す構成では、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つの歪検出素子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つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 は略１８０度の位相差を有することになる。
【００５７】
なお、図３および図４に示す構成では、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、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置に各１つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ配置することで、２つの歪検出素子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つの歪検出素子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つの歪検出素子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。
【００５８】
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、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 は、図５でも示した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、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 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における歪検出素子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）、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 は最大値となり、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、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 は、転送体５の配列ピッチＰを周期として図５のように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。また、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 は、温度の影響やナックル１６と車体取付用フランジ１ａ（図１）の面間などの滑りによるヒステリシスの影響を受ける。
【００５９】
このように構成されたセンサユニット２０を荷重検出センサとして用いる場合、例えば信号処理手段３１における振幅値演算処理部３５において、前記２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の差分を演算して振幅値となる信号ベクトルＳrms を出力するようにしても良い。この場合、上記したように２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 は略１８０度の位相差を有するので、振幅値となる信号ベクトルＳrms は２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各出力信号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、この信号ベクトルＳrms を次段の荷重演算処理手段３２の演算での変数として用いることにより、車輪用軸受１００やタイヤ接地面に作用する荷重をより正確に演算・推定することができる。
【００６０】
また、図３および図４に示す構成のセンサユニット２０を用いる場合、図１０の構成例での信号処理手段３１における振動成分演算部３８による転動体通過成分Ｓdif の演算に、同一センサユニット２０の２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 を用いると、さらに精度の良い転動体通過成分Ｓdif を求めることができる。例えば、同一センサユニット２０の２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の差分値（Ｓ0 −Ｓ1 ）を求めると、同相入力される広域的歪成分を除去して転動体通過成分Ｓdif のみを抽出することができる。このほか、前記差分値（Ｓ0 −Ｓ1 ）を図１のＨＰＦ３７でフィルタ処理して転動体通過成分Ｓdif を抽出しても良い。
【００６１】
しかし、同一センサユニット２０におけるペアとなった２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 は、荷重分布等の条件によっては完全な対とはならないため、これら出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の差分値（Ｓ0 −Ｓ1 ）は、図１２に示すように０が中心とならない。そこで、ここでは、振動成分演算部３８による転動体通過成分Ｓdif の演算に、図１１に示すように、同一センサユニット２０の２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 のほか、これら出力信号をセンサ信号演算部３３における平均値演算処理部３６でＬＰＦ処理した信号ＳＡ0 ，ＳＡ1 を用い、前記差分値（Ｓ0 −Ｓ1 ）から低周波成分を除去する次式
Ｓdif ＝（Ｓ0 −Ｓ1 ）−（ＳＡ0 −ＳＡ1 ）    ……（２）
を演算することによって、ほぼ０が中心となる特性を持つ波形の転動体通過成分Ｓdif を算出している。このように、同一センサユニット２０におけるペアとなった２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 から転動体通過成分Ｓdif を算出する構成とすれば、転動体通過成分Ｓdif だけを精度良く抽出することができ、転動体周期検出部３４において、時間窓ｎのより正確な算出が可能となる。
【００６２】
つぎに、転動体周期検出部３４での周期検出の一例を説明する。この周波数検出例では、図１５に示すように転動体周期検出部３４にゼロクロス位置検出部４１を設ける。このゼロクロス位置検出部４１により、転動体通過成分Ｓdif の符号変化からゼロクロス位置を求め、現在位置からのサンプリング差（時間差）を求めてゼロクロス履歴Ｚreg(index)に記憶する。このゼロクロス履歴Ｚreg より、現在位置からの各ゼロクロス位置の相対履歴が得られるので、平均値演算処理部３６で用いる時間窓ｎとしてセンサユニット２０の出力信号Ｓの振動周期の整数倍となる最適なＬＰＦ処理個数を求めることができる。例えば、図１３の例で示したゼロクロス位置が検出されたとき、候補となる周期は以下のようになる。
Ｚreg(2)−Ｚreg(0)  （１周期分）
Ｚreg(3)−Ｚreg(1)  （１周期分）
Ｚreg(4)−Ｚreg(0)  （２周期分）
Ｚreg(5)−Ｚreg(1)  （２周期分）
【００６３】
ここで、上記の候補となる周期の中から最適な周期を選択する方法を示す。選択した周期が長ければ長いほど、平均値演算処理部３６の出力である信号ベクトルＳＡ（平均値）に含まれる周期推定誤差（ノイズ分）は減少し、安定した出力得られるが、即応性は低下してしまう。一方、選択した周期が短過ぎる場合、即応性は向上するが、周期推定誤差が多く含まれる出力となってしまう。
そこで、予め許容できる時間遅れ、周期推定誤差を考慮した時間窓ｎの上限Ｎmax 、下限Ｎmin を設定し、その間でなるべく大きな周期を採用するようなアルゴリズムとする。      
【００６４】
センサユニット２０が負荷のかからない非負荷圏側に位置するとき、センサユニット２０の出力信号Ｓに含まれる転動体周期成分が減少するため、前記ＨＰＦ３７（図１）や振動成分演算部３８（図１０）で抽出した転動体通過成分Ｓdif から転動体周期を正しく推定できない可能性がある。しかし、図２のように車輪用軸受１００の固定側部材である外方部材１の外周の周方向４箇所に等配してセンサユニット２０を設けた設置構成の場合には、いずれかのセンサユニット２０が負荷圏に配置されていることになる。そこで、転動体周期検出部３４に、前記したゼロクロス位置検出部４１のほか、図１４に示すようなＳdif 決定部４０を設け、このＳdif 決定部４０により、上記した４つのセンサユニット２０の中の２つ以上のセンサユニット２０の出力信号Ｓから抽出した転動体通過成分Ｓdif1，Ｓdif2，…，Ｓdifn  を候補値とし、最適な信号を比較・選択するのが望ましい。
【００６５】
転動体周期検出部３４をこのように構成した荷重検出系ブロックの構成例を図１５に示す。ここで、上記した最適な信号とは、ゼロクロス位置の算出ミスが発生しづらい負荷圏側に位置するセンサユニット２０の出力信号Ｓのことであり、すなわちその振幅値が最大となるものである。図１５では、図１に示す荷重検出系ブロックの構成例において、転動体周期検出部３４に前記Ｓdif 決定部４０とゼロクロス位置検出部４１を設けた場合を示している。この場合、信号処理手段３１では、センサ信号演算部３３とＨＰＦ３７を組み合わせた信号処理ブロック３９を、各センサユニット２０に対応付けて複数設け、転動体周期検出部３４は前記複数の信号処理ブロック３９に共通のものを１つ設けた構成としている。これにより、非負荷圏側にあるセンサユニット２０の出力信号Ｓからも、転動体通過成分Ｓdif の適切なゼロクロス位置を推定することができる。
【００６６】
図１６は、荷重検出系ブロックのさらに他の構成例を示す。この構成例では、図１０に示す荷重検出系ブロックの構成例において、転動体周期検出部３４に前記Ｓdif 決定部４０とゼロクロス位置検出部４１を設けた場合を示している。この場合、信号処理手段３１では、センサ信号演算部３３と振動成分演算部３８を組み合わせた信号処理ブロック３９を、各センサユニット２０に対応付けて複数設け、転動体周期検出部３４は前記複数の信号処理ブロック３９に共通のものを１つ設けた構成としている。これにより、非負荷圏側にあるセンサユニット２０の出力信号Ｓからも、転動体通過成分Ｓdif の適切なゼロクロス位置を推定することができる。
【００６７】
図１７は、荷重検出系ブロックのさらに他の構成例を示す。この構成例では、図１６に示す荷重検出系ブロックの構成例において、転動体周期検出部３４で決定された最適な時間窓ｎを、センサ信号処理部３３における振幅値演算処理部３５での演算処理にも用いるようにしている。これにより、振幅値演算処理部３５でも適切な時間窓ｎで演算処理ができるので、演算精度が向上する。このように、複数のセンサユニット２０の出力信号Ｓを用いて演算処理を行うことで、全ての出力信号Ｓに対する信号ベクトル、ＳＡ，Ｓrms の演算処理において適切な時間窓ｎを求めることができる。
【００６８】
この発明の実施形態により得られる効果を整理して次に示す。
・  タイヤの回転速度が変化する状況であっても、センサ信号の適切な処理個数が求められる。
・  センサ信号値や推定荷重値に含まれる転動体通過成分を低減でき、荷重推定精度が向上する効果が得られる。
・  図１の荷重検出系ブロックにおけるＨＰＦ３７を、図１０のようにセンサ信号とＬＰＦ処理を施したセンサ信号との差分として転動体通過成分Ｓdif を求める振動成分演算部３８に置き換えることで、演算が簡単になり、処理時間も短縮できる。
・  図１０の振動成分演算部３８による転動体通過成分Ｓdif の算出に、同一センサユニット２０における２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 を用いることによって、荷重入力が変動している状態においても転動体通過成分Ｓdif を精度良く検出できる。
・  図１５のように、転動体周期検出部３４に設けたゼロクロス位置検出部４１により、図１のＨＰＦ３７や、図１０の振動成分演算部３８で検出された転動体通過成分Ｓdif のゼロクロス位置から、時間遅れおよび周期推定誤差（ノイズ分）を考慮した時間窓ｎを選択する構成とすることで、センサ信号演算部３３における振幅値演算処理部３５や平均値演算処理部３６の演算処理において、車両の走行状態に応じた最適な処理個数を得ることができる。
・  図１５のように、転動体周期検出部３４にＳdif 決定部４０を設けて、これにより複数のセンサ信号から、その振幅が最大となるものを選択して転動体周期を検出する構成とした場合、車輪用軸受１００の荷重状態が変化した場合においても、負荷圏側に配置されたセンサ（センサユニット２０）の出力信号Ｓを用いて、安定して転動体周期を検出できるため、荷重推定出力の精度を向上させることができる。
【００６９】
このように、このセンサ付車輪用軸受装置によると、軸受１００に加わる荷重を検出するセンサとして１つ以上のセンサユニット２０設け、各センサユニット２０の出力信号Ｓを信号処理手段３１で処理して信号ベクトルを生成し、その信号ベクトルから車輪に加わる荷重を荷重演算処理手段３２で演算するものとし、前記信号処理手段３１は、前記各センサユニット２０の出力信号Ｓから前記信号ベクトルを演算するセンサ信号演算部３３と、前記各センサユニット２０の出力信号Ｓに含まれる転動体の移動による振動成分Ｓdif の周期を検出する転動体周期検出部３４とを有し、この転動体周期検出部３４は、検出した周期に応じて、前記センサ信号演算部３３で用いられる演算処理パラメータである時間窓ｎを変化させるものとしたため、車両速度が変化する走行状態においても、センサ出力信号の適切な処理個数が求められ、推定荷重値に含まれる転動体通過成分を低減できて、荷重推定精度を向上させることができる。
【００７０】
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受１００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。図３および図４の構成例では、センサユニット２０における歪み発生部材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易く、その歪みが歪検出素子２２Ａ，２２Ｂで感度良く検出される。
【００７１】
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１００に作用する垂直方向荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。
【００７２】
また、この実施形態では、信号処理手段３１におけるセンサ信号演算部３３の平均値演算処理部３６にＬＰＦを用いているが、図３および図４で示すように、センサユニット２０がペアとなる２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂを有する構成の場合、平均値演算処理部３６では、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各信号を加算して平均値となる信号ベクトルＳＡを算出するようにしても良い。また、前記センサ信号演算部３３の振幅値演算処理部３５では、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各信号の差分を用いて振幅値となる信号ベクトルＳrms を算出するようにしても良い。この場合も、それらの演算処理パラメータである時間窓ｎを、転動体周期検出部３４が検出した周期に応じて最適な値に変化させるので、車両速度が変化する状態においても、センサユニット２０の出力信号の適切な処理個数が求められ、推定荷重値に含まれる転動体通過成分を低減できて、荷重推定精度を向上させることができる。
【００７３】
また、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各信号は、温度の影響やナックル１６と車体取付用フランジ１ａ（図１）の面間などの滑りによるヒステリシスの影響を受ける。そこで、上記したように２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各信号を加算したものを平均値とし、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各信号の差分を用いて振幅値を抽出した場合、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、振幅値は、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各信号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、この平均値や振幅値を信号ベクトルとして、これを次段の荷重演算処理手段３２の演算での変数として用いることにより、車輪用軸受１００やタイヤ接地面に作用する荷重をより正確に演算・推定することができる。
【００７４】
なお、この実施形態では、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は内方部材の内周となる周面に設ける。
また、この実施形態では第３世代型の車輪用軸受１００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装置は、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。
【符号の説明】
【００７５】
１…外方部材
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２２，２２Ａ，２２Ｂ…歪検出素子
３１…信号処理手段
３２…荷重演算処理手段
３３…センサ信号演算部
３４…転動体周期検出部
３５…振幅値演算処理部
３６…平均値演算処理部
３７…ＨＰＦ（ハイパスフィルタ）
３８…振動成分演算部
４０…Ｓdif 決定部
４１…ゼロクロス位置検出部
１００…車輪用軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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