(57)【要約】【課題】  入力される荷重に発生する振動の周波数に左右されることなく、正確な荷重値を推定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複数のセンサ２０を設ける。その出力信号から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、各センサ２０の出力信号に含まれる入力荷重の変動成分を検出する入力荷重振動検出手段３３とを設ける。荷重演算処理手段３２は、入力荷重振動検出手段３３で検出された変動成分に応じて荷重演算処理の方式を切り替えて荷重を演算する。【選択図】      図１
2014115079.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、
この車輪用軸受に取付けられてこの軸受に加わる荷重を検出する複数のセンサと、前記各センサ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、前記各センサの出力信号に含まれる入力荷重の変動成分を検出する入力荷重振動検出手段とを備え、
前記荷重演算処理手段は、前記入力荷重振動検出手段で検出された前記変動成分に応じて荷重演算処理の方式を切り替えて荷重を演算す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に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記荷重演算処理手段は、前記入力荷重振動検出手段で検出された前記変動成分が周波数の高い変動成分であるとき、前記信号処理手段で生成される信号ベクトルのうち、前記各センサの出力信号にＬＰＦによるフィルタ処理を施さない信号ベクトルを用いて荷重を演算し、前記変動成分が周波数の低い変動成分であるとき、前記各センサの出力信号にＬＰＦによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて荷重を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記荷重演算処理手段が前記各センサの出力信号にＬＰＦによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて荷重を演算するとき、前記信号処理手段は、前記信号ベクトルとして、前記入力荷重振動検出手段で検出された前記変動成分に応じて、前記各センサの出力信号に施すＬＰＦによるフィルタ処理のサンプリング個数を指定し、かつ前記ＬＰＦのカットオフ周波数を変更する構成としたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記荷重演算処理手段は、前記入力荷重振動検出手段で検出された前記変動成分に応じて、前記信号処理手段で生成される信号ベクトルのうち、前記各センサの出力信号にＬＰＦによるフィルタ処理を施さない信号ベクトルを用いて演算した荷重値と、前記信号処理手段で生成される信号ベクトルのうち、前記各センサの出力信号にＬＰＦによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて演算した荷重値とを合成して演算出力とするものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記入力荷重振動検出手段で検出された前記変動成分が高い周波数か低い周波数かを判定する指標となる評価値Ｅが、定められたしきい値Ｃから所定の範囲±ｈ内の境界領域にあるとき、前記荷重演算処理手段は、以下の線形関数で表される合成比率α，βにより、前記各センサの出力信号にＬＰＦによるフィルタ処理を施さない信号ベクトルを用いて演算した荷重値Ｆoff と、前記各センサの出力信号にＬＰＦによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて演算した荷重値Ｆonとを合成して演算出力Ｆout とするものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
Ｆout ＝αＦoff ＋βＦon
α＝１／２ｈ・（ｘ＋ｈ）
β＝１−α
ただし、ｘは前記評価値Ｅの前記しきい値Ｃからの増分
【請求項６】
請求項４に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記入力荷重振動検出手段で検出された前記変動成分が高い周波数か低い周波数かを判定する指標となる評価値Ｅが、定められたしきい値Ｃから所定の範囲±ｈ内の境界領域にあるとき、前記荷重演算処理手段は、２次以上の関数で表される合成比率α，βにより、前記各センサの出力信号にＬＰＦによるフィルタ処理を施さない信号ベクトルを用いて演算した荷重値Ｆoff と、前記各センサの出力信号にＬＰＦによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて演算した荷重値Ｆonとを合成して演算出力Ｆout とするものとした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６のいずれか１項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、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つの歪検出素子を有し、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）｝倍に設定したものであるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項８】
請求項７に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記入力荷重振動検出手段は、前記２つの歪検出素子の出力信号の和Ｓadd と、この和信号Ｓadd にＬＰＦによるフィルタ処理を施した信号Ｓadd Ａとの差分Ｓadd-dif ：
Ｓadd-dif ＝Ｓadd −Ｓadd Ａ
を用いて前記変動成分を検出するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項９】
請求項７に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記入力荷重振動検出手段は、前記２つの歪検出素子の出力信号の和Ｓadd と、この和信号Ｓadd にＬＰＦによるフィルタ処理を施した信号Ｓadd Ａとの差分値Ｓadd-dif
Ｓadd-dif ＝Ｓadd −Ｓadd Ａ
の過去のデータの履歴から、前記変動成分が高い周波数か低い周波数かを判定する指標となる評価値Ｅを算出し、この評価値Ｅを検出結果とするものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記評価値Ｅは、前記差分値Ｓadd-dif の一定時間のデータに対するＲＭＳ値であるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１１】
請求項９に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記評価値Ｅは、前記差分値Ｓadd-dif の一定時間のデータに対する標準偏差であるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１２】
請求項９に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記評価値Ｅは、前記差分値Ｓadd-dif の一定時間のデータに対する最大値であるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１３】
請求項９に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記評価値Ｅは、前記差分値Ｓadd-dif の一定時間のデータに対する絶対値の積算値であるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１４】
請求項９ないし請求項１３のいずれか１項に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記入力荷重振動検出手段は、前記複数のセンサユニットに対して前記差分値Ｓadd-dif を算出し、これらの中から１つを選択し、もしくはいくつかを組み合わせることで前記評価値Ｅを算出し、この評価値Ｅを検出結果とするものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１５】
請求項７に記載のセンサ付車輪用軸受装置において、前記入力荷重振動検出手段は、前記２つの歪検出素子の出力信号の和信号Ｓadd にＨＰＦによるフィルタ処理を施した信号を用いて前記変動成分を検出するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【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、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）、次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、少なくとも一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４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形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２〜４などのセンサ付車輪用軸受装置では、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）処理を施したセンサ出力信号を用いて荷重演算処理が行われる。このため、以下に挙げるような問題が生じる。
・  入力荷重に含まれる振動の周波数が高い場合、前記ＬＦＰのカットオフ周波数に応じてセンサ出力信号に発生する高い周波数成分がカットされてしまうため、路面から入力される荷重の振動成分が出力される推定荷重値に現れなくなってしまうことがある。
・  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、センサ出力信号に発生する高い周波数帯域の振動成分がカットされてしまうため、出力される推定荷重値の誤差が大きくなったり、本来とは異なった性質を持った推定荷重値として出力されてしまう。
・  出力された推定荷重値を車両制御に利用するシステムにおいて、推定荷重値が正確でないと望ましい制御が行えなくなり、好ましくない。
【００１１】
上記課題をより具体的に以下に説明する。特許文献２〜４などのセンサ付車輪用軸受装置における荷重センサでは、図１４のように、取得した歪みセンサ信号にＬＰＦ処理を行ったもの（Ｓave ：移動平均値、Ｓrms ：二乗平均値、Ｓadd Ａ：ペアセンサの出力和、など）を荷重演算処理部へ入力し、荷重推定を行っている。
しかしながら、タイヤのスリップし始めに発生し易いスティックスリップ現象による荷重の変動や、凹凸路面走行時に発生する振動などのように、タイヤに対して入力される荷重の振動周波数が高い場合、ＬＰＦのカットオフ周波数に応じた高周波数帯の入力がセンサ信号から除去されてしまうため、荷重演算処理部の出力に振動が現れなくなってしまう。
したがって、入力荷重の振動成分の周波数が高いときには、ＬＰＦを施したセンサ信号を用いて荷重演算処理を行う構成とすると、出力される推定荷重値が本来とは異なった性質を持ったり、推定誤差が大きくなったりする。荷重出力を車両制御に利用するシステムにとって、荷重出力が正確でないと所望の制御が実現できなくなってしまうため、好ましくない。
【００１２】
そこで、ＬＰＦを施したセンサ出力信号を用いて荷重演算処理を行う構成の場合、入力される荷重に発生する振動の周波数に左右されることなく、正確な荷重値を推定できる対策が必要である。
【００１３】
この発明の目的は、入力される荷重に発生する振動の周波数に左右されることなく、正確な荷重値を推定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１、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２、および両部材１，２の対向する転走面間に介在した複列の転動体５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１００と、この車輪用軸受１００に取付けられてこの軸受１００に加わる荷重を検出する複数のセンサ２０と、前記各センサ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、前記各センサ２０の出力信号に含まれる入力荷重の変動成分を検出する入力荷重振動検出手段３３とを備える。
前記荷重演算処理手段３２は、前記入力荷重振動検出手段３３で検出された前記変動成分に応じて荷重演算処理の方式を切り替えて荷重を演算する。
【００１５】
この構成によると、軸受に加わる荷重による各センサ２０の出力信号を信号処理手段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。センサ２０の出力信号に含まれる入力荷重の変動成分を入力荷重振動検出手段３３で検出し、前記荷重演算処理手段３２では、前記入力荷重振動検出手段３３で検出された変動成分に応じて荷重演算処理の方式を切り替えて荷重を演算する。このように、入力荷重振動検出手段３３で検出された変動成分に応じて荷重演算処理の方式を切り替えるため、入力される荷重に発生する振動の周波数に左右されることなく、正確な荷重値を推定できる。
【００１６】
この発明において、前記荷重演算処理手段３２は、前記入力荷重振動検出手段３３で検出された前記変動成分が周波数の高い変動成分であるとき、前記信号処理手段３１で生成される信号ベクトルのうち、前記各センサ２０の出力信号にＬＰＦ（ローパスフィルタ）３５Ａによるフィルタ処理を施さない信号ベクトルを用いて荷重を演算し、前記変動成分が周波数の低い変動成分であるとき、前記各センサ２０の出力信号にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて荷重を演算するものとしても良い。これにより、入力荷重に対する応答性が向上する。前記変動成分が周波数の高い成分であるか低い成分であるかは、例えば後に各例を示すように、適宜に定めた基準に従って区別する。
【００１７】
この場合に、前記荷重演算処理手段３２が前記各センサ２０の出力信号にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて荷重を演算するとき、前記信号処理手段３１は、前記信号ベクトルとして、前記入力荷重振動検出手段３３で検出された前記変動成分に応じて、前記各センサ２０の出力信号に施すＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理のサンプリング個数を指定し、かつ前記ＬＰＦ３５Ａのカットオフ周波数を変更したものを生成するものとしても良い。
この構成の場合、その時々の荷重変動に対応したＬＰＦ処理データ個数でフィルタリング処理ができるため、より正確な荷重推定が可能となる。
【００１８】
この発明において、前記荷重演算処理手段３２は、前記入力荷重振動検出手段３３で検出された前記変動成分に応じて、前記信号処理手段３１で生成される信号ベクトルのうち、前記各センサ２０の出力信号にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施さない信号ベクトルを用いて演算した荷重値と、前記信号処理手段３１で生成される信号ベクトルのうち、前記各センサ２０の出力信号にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて演算した荷重値とを合成して演算出力とするものとしても良い。
ＬＰＦ処理を施さない状態では演算結果にノイズ成分が多くなるが、ＬＰＦ処理を施す状態での演算結果と合成することにより、ノイズの影響を抑えつつ、応答速度を高めた荷重出力が可能となる。
【００１９】
この場合に、前記入力荷重振動検出手段３３で検出された前記変動成分が高い周波数か低い周波数かを判定する指標となる評価値Ｅが、定められたしきい値Ｃから所定の範囲±ｈ内の境界領域にあるとき、前記荷重演算処理手段３２は、以下の線形関数で表される合成比率α，βにより、前記各センサ２０の出力信号にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施さない信号ベクトルを用いて演算した荷重値Ｆoff と、前記各センサ２０の出力信号にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて演算した荷重値Ｆonとを合成して演算出力Ｆout とするものとしても良い。
Ｆout ＝αＦoff ＋βＦon
α＝１／２ｈ・（ｘ＋ｈ）
β＝１−α
ただし、ｘは前記評価値Ｅの前記しきい値Ｃからの増分
【００２０】
あるいは、前記入力荷重振動検出手段３３で検出された前記変動成分が高い周波数か低い周波数かを判定する指標となる評価値Ｅが、定められたしきい値Ｃから所定の範囲±ｈ内の境界領域にあるとき、前記荷重演算処理手段３２は、２次以上の関数で表される合成比率α，βにより、前記各センサ２０の出力信号にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施さない信号ベクトルを用いて演算した荷重値Ｆoff と、前記各センサ２０の出力信号にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施した信号ベクトルを用いて演算した荷重値Ｆonとを合成して演算出力Ｆout とするものとしても良い。
【００２１】
この発明において、前記センサ２０は、前記外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材の外径面に設けたセンサユニットであり、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２２，２２Ａ，２２Ｂを有し、前記歪検出素子２２，２２Ａ，２２Ｂ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２２，２２Ａ，２２Ｂの間隔を、転動体５の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍に設定したものであっても良い。
【００２２】
この場合に、前記入力荷重振動検出手段３３は、前記２つの歪検出素子の出力信号の和Ｓadd と、この和信号Ｓadd にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施した信号Ｓadd Ａとの差分Ｓadd-dif
Ｓadd-dif ＝Ｓadd −Ｓadd Ａ
を用いて前記変動成分を検出するものとしても良い。
この構成の場合、演算処理が簡単で、処理時間を短縮できる。
【００２３】
あるいは、前記入力荷重振動検出手段３３は、前記２つの歪検出素子の出力信号の和Ｓadd と、この和信号Ｓadd にＬＰＦ３５Ａによるフィルタ処理を施した信号Ｓadd Ａとの差分値Ｓadd-dif
Ｓadd-dif ＝Ｓadd −Ｓadd Ａ
の過去のデータの履歴から、前記変動成分が高い周波数か低い周波数かを判定する指標となる評価値Ｅを算出し、この評価値Ｅを検出結果とするものとしても良い。
【００２４】
この場合に、前記評価値Ｅは、前記差分値Ｓadd-dif の一定時間のデータに対するＲＭＳ値（平均二乗偏差（二乗平均平方根とも呼ばれる））であっても良い。
あるいは、前記評価値Ｅは、前記差分値Ｓadd-dif の一定時間のデータに対する標準偏差であっても良い。
あるいは、前記評価値Ｅは、前記差分値Ｓadd-dif の一定時間のデータに対する最大値であっても良い。
あるいは、前記評価値Ｅは、前記差分値Ｓadd-dif の一定時間のデータに対する絶対値の積算値であっても良い。
【００２５】
また、この場合に、前記入力荷重振動検出手段３３は、前記複数のセンサユニット２０に対して前記差分値Ｓadd-dif を算出し、これらの中から１つを選択し、もしくはいくつかを組み合わせることで前記評価値Ｅを算出し、この評価値Ｅを検出結果とするものとしても良い。
【００２６】
また、この場合に、前記入力荷重振動検出手段３３は、前記２つの歪検出素子の出力信号の和信号Ｓadd にＨＰＦ（ハイパスフィルタ）によるフィルタ処理を施した信号を用いて前記変動成分を検出するものとしても良い。
【発明の効果】
【００２７】
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、この車輪用軸受に取付けられてこの軸受に加わる荷重を検出する複数のセンサと、前記各センサ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、前記各センサの出力信号に含まれる入力荷重の変動成分を検出する入力荷重振動検出手段とを備え、前記荷重演算処理手段は、前記入力荷重振動検出手段で検出された前記変動成分に応じて荷重演算処理の方式を切り替えて荷重を演算するものとしたため、入力される荷重に発生する振動の周波数に左右されることなく、正確な荷重値を推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【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】検出系の一構成例を示すブロック図である。
【図６】センサユニットの２つの歪検出素子の出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 と、これら両信号の和信号Ｓadd との関係を示す波形図である。
【図７】前記和信号Ｓadd と、この和信号Ｓadd にＬＰＦによるフィルタ処理を施した信号Ｓadd Ａと、これら両信号の差分値Ｓadd-dif との関係を示す波形図である。
【図８】検出系における入力荷重振動検出手段の他の構成例を示すブロック図である。
【図９】検出系における荷重演算処理手段の一構成例を示すブロック図である。
【図１０】評価値の時間変化と、評価値におけるしきい値を含む定められた領域とを示すグラフである。
【図１１】荷重演算処理手段の他の構成例を示すブロック図である。
【図１２】評価値におけるしきい値を含む定められた領域での合成比率α，βの一例を示すグラフである。
【図１３】前記領域での合成比率α，βの他の例を示すグラフである。
【図１４】従来例における検出系の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
この発明の一実施形態を図１ないし図１３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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
各センサユニット２０の歪検出素子２２は、図１の荷重演算処理ユニット３０に接続される。荷重演算処理ユニット３０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、前記各センサユニット２０の出力信号に含まれる入力荷重の変動成分を検出する入力荷重振動検出手段３３とでなる。信号処理手段３１、荷重演算処理手段３２、および入力荷重振動検出手段３３は、必ずしも荷重演算処理ユニット３０として一体化しなくても良く、互いに分離して設けても良い。また、これら信号処理手段３１、荷重演算処理手段３２、入力荷重振動検出手段３３、および荷重演算処理ユニット３０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（電気い制御ユニット）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。
【００３５】
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２１に取付けられて歪み発生部材２１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。
【００３６】
荷重検出用のセンサは、上記図２〜図４の形態のものに限定されるものではなく、例えば、変位センサ（渦電流センサ、磁気センサ、リラクタンスセンサ、など）を、外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材に設置し、検出ターゲトを回転側部材に配置して外方部材１と内方部材２間の相対変位量を求め、あらかじめ求めておいた荷重と変位との関係から、印加されている荷重を求めるものとしても良い。すなわち、この実施形態の構成は、軸受の内方部材２と外方部材１間に作用している力を、固定側部材に設けたセンサによって直接的・間接的に検出し、演算によって入力荷重を演算で推定する方式の荷重センサに適用されるものである。
【００３７】
なお、直交する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。Ｘ方向は車両の前後方向、Ｙ方向は車軸方向、Ｚ方向は上下方向であり、前記荷重演算処理手段３２で演算する荷重は、車輪の路面接地点における前記Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の各荷重である。
【００３８】
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。
【００３９】
図１の信号処理手段３１は、荷重検出センサの出力信号Ｓ（Ｓ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 ，…）を演算処理して前記信号ベクトルを生成する。この実施形態では、荷重検出センサである各センサユニット２０が２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 を持つので、信号処理手段３１では、以下の信号ベクトルを生成する。
Ｓ（Ｓ0 ，Ｓ1 ，Ｓ2 ，…）：各歪検出素子２２の出力信号
Ｓadd ＝Ｓ0 ＋Ｓ1 ：２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の和
Ｓadd Ａ＝ＬＰＦ（Ｓ0 ＋Ｓ1 ）＝ＬＰＦ（Ｓadd ）：Ｓadd にＬＰＦによるフィルタ処理を施した値
Ｓave ：Ｓの移動平均値
Ｓrms ：Ｓの二乗平均値
図５に示すように、荷重演算処理手段３２では、信号処理手段３１で生成される上記の信号ベクトルを用いて荷重演算処理を実行し、入力荷重Ｆ（＝｛Fx，Fy，Fz，…｝）を求める。
【００４０】
しかし、従来技術の課題として先述したように、入力荷重の振動周波数が高い場合、ＬＰＦによるフィルタ処理を施したＳadd Ａからは、フィルタ処理のカットオフ周波数に応じた高周波帯域の入力分が除去されてしまうため、荷重演算処理手段３２においてＳadd Ａを信号ベクトルとして用いて荷重推定演算を行うと、出力される荷重演算値に振動成分が現れなくなって、実際の荷重への応答性・追従性が悪くなる。
【００４１】
そこで、これを防止するために、入力荷重振動検出手段３３は、センサユニット２０から得られる２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の和Ｓadd を演算するＳadd 演算処理部３４と、演算した和信号Ｓadd にＨＰＦ（高帯域通過フィルタ）によるフィルタ処理を施すＨＰＦ処理部３５と、ＨＰＦ処理されたＳadd から変動成分Ｓadd-dif （＝Ｓadd −Ｓadd Ａ）の検出を行う変動検出処理部３６とを備える。以下、前記Ｓadd 演算処理部３４、ＨＰＦ処理部３５、変動検出処理部３６の機能について詳述する。
【００４２】
〔Ｓadd 演算処理部３４に関して〕
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を外方部材１の転走面３付近に配置すると、車輪の回転に伴って２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 には図６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歪検出素子２２Ａ，２２Ｂによって検出されたものである。一定の荷重が印加された状態であっても、軸受の回転によって各出力信号は大きく振動しているので、入力荷重が変動しているかどうかを判別するためには適さない。そこで、これに代わって、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ｓ0 ，Ｓ1 の和信号Ｓadd を使用すると、転動体５の移動による成分がキャンセルされ、同相で入力される歪み成分だけが抽出されるため、入力荷重の変動を検出しやすい。
【００４３】
〔ＨＰＦ処理部３５に関して〕
センサユニット２０に印加される荷重が変動するとき、図７に示すように、前記和信号Ｓadd には全ての周波数帯の変動成分（サンプリング数によりカットされる周波数帯は存在する）が重畳してしまう。したがって、和信号Ｓadd のみでは広い周波数帯域から入力荷重の振動成分のみを適切に抽出することは難しい。高い周波数帯の振動成分を検出するためには，周波数の低い振動成分を除去すればよく、和信号Ｓadd にＨＰＦ処理を施すことによって、図７のようにほぼゼロが中心となる信号Ｓadd-dif （＝Ｓadd −Ｓadd Ａ）を抽出できる。Ｓadd-dif を、Ｓadd Ａ（Ｓadd にＬＰＦ処理を施した値）を用いて、次式
Ｓadd-dif ＝Ｓadd −Ｓadd Ａ    ……（１）
のように算出しても良い。図８は、図５におけるＨＰＦ処理部３５をＬＰＦを用いた演算部３５Ａに置き換えた入力荷重振動検出手段３３の他の構成例を示す。このように、前記和信号Ｓadd にＬＰＦ処理を施して得られるＳadd Ａを用いて信号Ｓadd-dif を算出する手法を採用することによって、高度な演算が不要となり、演算の単純化と演算速度の向上が可能となる。
【００４４】
〔変動検出処理部３６と荷重変動成分情報に関して〕
変動検出処理部３６は、入力される前記信号Ｓadd-dif の変動を検出して、荷重変動成分情報（Ｇlobal Ｓtrain Ｉnfo.）が高周波数状態か否かの情報を荷重演算処理手段３１の荷重推定演算部３７（図９）へ出力する。ここで、過去のＳadd-dif のデータから、Ｓadd-dif の変動を検出するための指標となる評価値Ｅを算出するように、変動検出処理部３６を構成しても良い。例えば、前記評価値Ｅは、一定時間のデータＳadd-dif に対するＲＭＳ値、標準偏差値、もしくは絶対値の積算値としても良い。評価値Ｅを上記のように算出することで、フィルタ効果によりノイズ量を低減させることができるため、誤作動防止に繋がる。また、評価値Ｅを一定時間のデータＳadd-dif に対する最大値としても良い。
さらに、複数のセンサユニット２０に対してそれぞれＳadd-dif を算出し、それらの中から１つを選んだり、組み合わせたりして評価値Ｅを算出しても良い。この場合、検出に用いるセンサユニット２０が増えることで、より多くの荷重方向に対する振動成分に適切に対応できるようになるため、検出結果への信頼性が向上する。
【００４５】
図９に示す構成例の荷重演算処理手段３２では、切り替えスイッチ３８と荷重推定演算部３７とを備える。荷重推定演算部３７では、入力荷重振動検出手段３３から入力された荷重変動成分の情報によって、ＬＰＦ処理が施された信号ベクトルで荷重を推定演算するか、ＬＰＦ処理が施されない信号ベクトルで荷重を推定演算するかを、切り替えスイッチ３８による入力切り替えによって選択する。
【００４６】
ここで、入力荷重振動検出手段３３の検出結果に応じて、荷重演算処理手段３２の荷重推定演算部３７で用いるセンサ信号に施すＬＰＦ処理のサンプリング個数を信号処理手段３１において指定し、ＬＰＦのカットオフ周波数を変更する構成としても良い。これによって、より広い範囲の荷重変動周波数に対応でき、フィルタ効果によるノイズ量の低減が期待できる。
【００４７】
また、荷重演算処理手段３２の他の構成例として、図１１のように、入力荷重振動検出手段３３の検出結果に応じて、ＬＰＦ処理が施された信号ベクトルで荷重を推定演算する荷重推定演算部３７Ａの荷重出力Ｆonと、ＬＰＦ処理が施されない信号ベクトルで荷重を推定演算する荷重推定演算部３７Ｂの荷重出力Ｆoff とを、荷重合成部３９で合成して最終的な荷重出力Ｆout を得るようにしても良い。
この場合、遅延時間はやや大きいがノイズを抑えた処理結果（ＬＰＦ処理が施された信号ベクトルを用いた荷重出力Ｆon）と、ノイズは大きいが遅延時間を最短とした処理結果（  ＬＰＦ処理が施されない信号ベクトルを用いた荷重出力Ｆoff ）とを適切な比率で合成するため、走行状態や路面状態に応じて所望の応答速度で荷重信号を得ることが可能になる。
【００４８】
また、前記合成比率を、例えば検出された振動成分の振幅や周波数に応じて変化させる構成としても良い。すると、入力荷重の振動周波数が高いときには、より振動成分に対して追従しやすいように、ＬＰＦ処理が施されない信号ベクトルを用いた荷重出力Ｆoff の比率を高めるようにし、入力荷重の変動周波数が高い場合であっても、追従性のよい推定荷重を出力することが可能になる。
【００４９】
例えば、図１０に示すような、評価値Ｅのしきい値Ｃ付近に幅ｈ×２の境界領域を合成領域として設けて、前記合成比率を算出する構成としても良い。すなわち、図１１の構成例の荷重演算処理手段３２において、２つの荷重推定演算部３７Ａ，３７ＢでＬＰＦ処理が施された信号ベクトルを用いた荷重出力ＦonとＬＰＦ処理が施されない信号ベクトルを用いた荷重出力Ｆoff とを演算しておき、評価値Ｅ、しきい値Ｃとその境界領域幅ｈを用いて前記２つの荷重出力Ｆon，Ｆoff の合成比率を決定することで、適切に合成して荷重値Ｆout を出力するように構成しても良い。
【００５０】
例えば、評価値Ｅを横軸で示す図１２のグラフにおいて、しきい値Ｃの左側領域を荷重の変動成分が低周波数のときの荷重出力Ｆoff の合成比率α、右側領域を高周波数のときの荷重出力Ｆonとする。しきい値Ｃからの増分をｘとすると、境界領域内ではそれぞれの演算結果Ｆon，Ｆoff を次式
Ｆout ＝αＦoff ＋βＦon    ……（２）
α＝１／２ｈ・（ｘ＋ｈ）    ……（３）
β＝１−α    ……（４）
のように合成して荷重出力Ｆout を生成する。
ここで、αとβは式（３），（４）の関係を満たし、荷重出力Ｆoff の合成比率と荷重出力Ｆonの合成比率をそれぞれ示す。例えば図１２のように、αとβが境界領域内で直線状に変化するものとしても良く、あるいは評価値Ｅを横軸で示す図１３のグラフのように曲線で表した合成比率としても良い。この場合の一例として、しきい値Ｃからの増分をｘとおくと、三角関数を用いてαとβを次式
α＝cos2（（ｈ＋ｘ）・π／４ｈ）    ……（５）
β＝sin2（（ｈ＋ｘ）・π／４ｈ）    ……（６）
のように表すことができる。
このような合成比率を用いると、境界領域部で荷重出力Ｆout が不連続であっても、滑らかな出力が得られる。
【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２２上に厚膜禎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 は図６で示したように略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。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の出力信号は、転動体５の配列ピッチＰを周期として周期的に変化する正弦波に近い波形となる。
【００５９】
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。
・  荷重推定演算のためのセンサ信号に施すＬＰＦ処理を適切にＯＮ／ＯＦＦ切替えすることで、入力される荷重の周波数が高い場合における推定荷重の追従性を向上させることができる。
・  荷重演算に用いる信号ベクトルとして、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 の和Ｓadd を用いることで、転動体５の移動による信号成分がキャンセルされて、同相で入力される歪み成分だけが抽出される。したがって、入力荷重が変動しない限り、その変動成分が高い周波数か低い周波数かを判定する指標となる評価値Ｅに大きな変動が現れないため、荷重変動の検出を正確に行えるという効果がある。
・  前記和信号Ｓadd のみを利用してＬＰＦ処理のＯＮ／ＯＦＦ切替えを決定する構成とすることで、入力荷重の周波数を検出するための追加センサを設けることなく、荷重演算処理手段３２で得られる推定荷重値の追従性を向上させることができる。結果として、製造コストを増加させることなく、荷重推定精度の向上を実現することができる。
・  入力荷重振動検出手段３３に設けられたＨＰＦ処理部３５（図５）を、センサ出力信号であるＳadd とこれにＬＰＦ処理を施した信号Ｓadd Ａとの差分Ｓadd-dif として求める処理部３５Ａ（図８）に置き換えることで、変動成分検出のための演算が簡単になり、処理時間も短縮できる。
・  図１１のように、前記和信号Ｓadd の振動状態に合わせて、ＬＰＦ処理が施された信号ベクトルを用いて演算した荷重出力Ｆonと、ＬＰＦ処理が施されない信号ベクトルを用いて演算した荷重出力Ｆoff とを合成することによって、入力荷重の変動周波数が高い場合であっても、追従性の良い推定荷重を出力することが可能になる。
・  前記合成比率を，検出された振動成分の振幅や周波数に応じて変化させる構成とすることで、走行状態や路面状態に応じて所望の応答速度で荷重信号を得ることができる。
・  前記和信号Ｓadd の振動状態に合わせて、センサ信号に施すＬＰＦ処理のサンプリング個数を変更する構成としても、より追従性の高い適切な荷重演算処理が可能となる。
・  ４個の全てのセンサユニット２０における和信号Ｓadd を監視する構成とすることで、３方向の全荷重方向に対して有効に荷重検出が可能となる。
【００６０】
このように、この構成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複数のセンサユニット２０を設け、各センサユニット２０の出力信号を信号処理手段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で演算し、前記センサユニット２０の出力信号に含まれる入力荷重の変動成分を入力荷重振動検出手段３３で検出し、前記荷重演算処理手段３２では、前記入力荷重振動検出手段３３で検出された変動成分に応じて荷重演算処理の方式を切り替えて荷重を演算する。そのため、入力される荷重に発生する振動の周波数に左右されることなく、正確な荷重値を推定することができる。
【００６１】
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、外付部材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。
【００６２】
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。
【００６３】
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】
【００６４】
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（センサ）
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…入力荷重振動検出手段
３４…Ｓadd 演算処理部
３５…ＨＰＦ処理部
３５Ａ…ＬＰＦ演算部
３６…変動検出処理部
３７，３７Ａ，３７Ｂ…荷重推定演算部
３８…切り替えスイッチ
３９…荷重合成部
【図１】
2014115079.tif 000003
【図２】
2014115079.tif 000004
【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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