(57)【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た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による演算結果をチェックする校正モード実行手段を備え、
前記荷重演算処理手段は、ブレーキが軸受に与える影響をブレーキ変換係数として算出し、ブレーキＯＦＦ状態の演算係数行列からブレーキＯＮ状態の演算係数行列を求めて、ブレーキＯＮ時の荷重を演算する機能を有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、前記校正モード実行手段は、既に保存されているブレーキ変換係数を、前記演算結果のチェックにより求めたブレーキ変換係数に書き換える機能を有するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記ブレーキ変換係数のパラメータが、タイヤ半径／ブレーキキャリパ取付位置の半径比（α）と、ブレーキキャリパｘ軸からのブレーキキャリパ取付位置の角度（θ）であるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項４】
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た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による演算結果をチェックする校正モード実行手段を備え、
前記校正モード実行手段は、車両が静止状態でブレーキをＯＮにして駆動トルクを印加したとき、検出した荷重値を用いて校正を実行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１ないし請求項４のいずれか１項において、前記校正モード実行手段は、車両が静止状態でブレーキをＯＮにして駆動トルクを印加したとき、検出した荷重値を用いて校正を実行するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、車両が従動輪を持つとき、前記校正モード実行手段は、測定対象の従動輪のブレーキをＯＮにして駆動輪から駆動トルクを印加することで、従動輪のブレーキの影響を求めるものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項７】
請求項４または請求項５において、前記校正モード実行手段は、校正に用いるブレーキ情報および駆動トルク情報を、車両側に搭載されている上位ＥＣＵから入力するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項８】
請求項７において、前記車両が電動車両であり、前記駆動トルク情報が電動車両の駆動源である電動機の駆動回路に出力する指令値から推定されるもの、または前記電動機の入力電流値から推定されるものであるセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記校正モード実行手段は、校正モードの実行により、センサ動作の異常を検出する機能を有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８のいずれか１項において、前記校正モード実行手段は、校正モードの実行により、出力トルクの異常を検出する機能を有するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１１】
請求項１０において、前記校正モード実行手段は、車両が静止状態でブレーキをＯＮにして印加した駆動トルクと、前記荷重演算処理手段による演算結果から推定される入力トルクとの差分を評価値とし、この評価値を予め設定されたしきい値と比較して異常検出を行うものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１１のいずれか１項において、軸受に加わる荷重を検出する前記センサを３つ以上有し、前記荷重演算処理手段は、前記３つ以上のセンサの出力信号から、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たセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１３】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項において、前記センサを、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装置。
【請求項１４】
請求項１ないし請求項１３のいずれか１項において、前記各センサ上に温度センサを有し、前記信号処理手段は、前記温度センサの検出した温度に応じて各センサの出力信号を補正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１ないし請求項１４のいずれか１項において、前記信号処理手段は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値を算出し、この平均値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる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１６】
請求項１ないし請求項１４のいずれか１項において、前記信号処理手段は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値と振幅値を算出し、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる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１７】
請求項１ないし請求項１６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この歪み発生部材の歪みを検出する２つ以上の歪検出素子を有するセンサ付車輪用軸受装置。
【請求項１８】
請求項１７において、前記歪検出素子が、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られていて、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が、前記各歪検出素子の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）｝倍となる間隔であり、前記信号処理手段は、前記２つの歪検出素子の出力信号の和から平均値を求め、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算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）。また、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も提案されている（例えば特許文献２）。この他に、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等）を軸受の固定輪に設置すると共に、軸受の回転輪に検出ターゲットを配置して内外輪の相対変位量を求め、予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ようにしたセンサ付車輪用軸受も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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２００６−２５８７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ブレーキによる軸受への影響を考慮した荷重センサでは、ブレーキの経年変化等による状態変化があると、検出される荷重の精度が悪化してしまう。そのため、状態変化について定期的にチェックする必要がある。上記したような従来のセンサ付車輪用軸受では、状態変化の確認のために車輪に正確な荷重を印加して、センサ出力を校正するための大掛かりな設備が必要となり、コスト増加や、前記設備の使用に伴う工数増加等の問題が発生する。このことから、車両の点検時などに、簡易にセンサ出力の校正を行える技術の開発が望まれている。
【０００５】
この発明の目的は、車両の点検時などに簡易に荷重センサの出力校正を行う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】
【０００６】
この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１、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、および両部材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、この軸受１００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とを備えた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３２による演算結果をチェックする校正モード実行手段３３を設けたことを、この発明の第１および第２のセンサ付車輪用軸受装置の共通構成として備える。この場合の荷重演算処理手段３２は、例えばブレーキが軸受１００に与える影響をブレーキ変換係数として算出し、ブレーキＯＦＦ状態の演算係数行列からブレーキＯＮ状態の演算係数行列を求めて、ブレーキＯＮ時の荷重を演算する機能を有するものである。なお、この明細書で「チェック」とは、検査および調査を言う。
【０００７】
この構成によると、荷重演算処理手段３２による演算結果をチェックする校正モード実行手段３３を設けているので、車両の点検時などに簡易に荷重センサの出力校正を行うことができる。例えば荷重演算処理手段３２が、ブレーキが軸受に与える影響をブレーキ変換係数として算出し、ブレーキＯＦＦ状態の演算係数行列からブレーキＯＮ状態の演算係数行列を求めて、ブレーキＯＮ時の荷重を演算する機能を有する場合、校正モード実行手段３３は、以下の動作を行ってブレーキ変換係数を算出することで、荷重センサの出力校正を行うことができる。すなわち、校正モード実行手段３３は、入力されてくるブレーキのＯＮ／ＯＦＦ情報と既知の駆動トルク情報からブレーキの状態をチェックし、このチェックによりブレーキ変換係数を算出する。既知の駆動トルクは、ブレーキがＯＮの状態で各車輪に対して入力し、その時検出された軸受荷重から、ブレーキ変換係数を算出する。
【０００８】
この発明の前記第１のセンサ付車輪用軸受装置は、前記共通構成において、前記校正モード実行手段３３は、既に保存されているブレーキ変換係数を、前記演算結果のチェックにより求めたブレーキ変換係数に書き換える機能を有するものとする。この場合のブレーキ変換係数のパラメータは、例えばタイヤ半径／ブレーキキャリパ取付位置の半径比（α）と、車輪のｘ軸からのブレーキキャリパ取付位置の角度（θ）である。
【０００９】
この発明の前記第２のセンサ付車輪用軸受装置は、前記共通構成において、前記校正モード実行手段３３は、車両が静止状態でブレーキをＯＮにして駆動トルクを印加したとき、検出した荷重値を用いて校正を実行するものとする。この場合に、車両が従動輪を持つとき、前記校正モード実行手段３３は、測定対象の従動輪のブレーキをＯＮにして駆動輪から駆動トルクを印加することで、従動輪のブレーキの影響を求めるものとしても良い。
【００１０】
また、前記校正モード実行手段３３は、校正に用いるブレーキ情報および駆動トルク情報を、車両側に搭載されている上位ＥＣＵから入力するものとしても良い。この場合に、前記車両が電動車両であり、前記駆動トルク情報が電動車両の駆動源である電動機の駆動回路に出力する指令値から推定されるもの、または前記電動機の入力電流値から推定されるものであっても良い。あるいは、前記駆動トルク情報が、トルクセンサで検出されるものであっても良い。
【００１１】
この発明において、前記校正モード実行手段３３は、校正モードの実行により、センサ動作の異常を検出する機能を有するものとしても良い。
【００１２】
また、この発明において、前記校正モード実行手段３３は、校正モードの実行により、出力トルクの異常を検出する機能を有するものとしても良い。この場合に、校正モード実行手段３３は、車両が静止状態でブレーキをＯＮにして印加した駆動トルクと、前記荷重演算処理手段３２による演算結果から推定される入力トルクとの差分を評価値とし、この評価値を予め設定されたしきい値と比較して異常検出を行うものとしても良い。
【００１３】
この発明において、軸受に加わる荷重を検出する前記センサを３つ以上有し、前記荷重演算処理手段３２は、前記３つ以上のセンサの出力信号から、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。
【００１４】
この発明において、前記センサを、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。
【００１５】
この発明において、前記各センサ上に温度センサを有し、前記信号処理手段３１は、前記温度センサの検出した温度に応じて各センサの出力信号を補正するものとしても良い。  このように構成した場合、各センサの出力信号の温度ドリフトを補正することができる。
【００１６】
この発明において、前記信号処理手段３１は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値と振幅値を算出し、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段３２はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしても良い。
【００１７】
この発明において、前記信号処理手段３１は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値を算出し、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段３２はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしても良い。
【００１８】
また、この発明において、前記信号処理手段３１は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値を算出し、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段３２はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしても良い。
【００１９】
また、荷重演算処理手段３２は、前記信号ベクトルと所定の荷重推定パラメータとを用いた演算式で荷重を演算するものとしても良い。
【００２０】
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つ以上の接触固定部２１ａを有する歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられてこの歪み発生部材２１の歪みを検出する２つ以上の歪検出素子２２Ａ，２２Ｂを有するものとしても良い。
【００２１】
この場合に、前記歪検出素子２２Ａ，２２Ｂが、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られていて、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，２２Ｂの間隔が、前記各歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの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）｝倍となる間隔であり、前記信号処理手段３１は、前記２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和から平均値を求め、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段３２はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしても良い。
この構成の場合、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号は略１８０度の位相差を有することになり、それら信号の和から求めた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、前記２つの歪検出素子の信号の差分から求め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。
【発明の効果】
【００２２】
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た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による演算結果をチェックする校正モード実行手段を設けたため、車両の点検時などに簡易に荷重センサの出力校正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】前記検出系を含む車両制御系の概念構成のブロック図である。
【図３】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４】同センサ付車輪用軸受装置におけるセンサユニットの拡大平面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図である。
【図６】センサユニットの他の設置例を示す断面図である。
【図７】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。
【図８】検出荷重へのブレーキ力の影響の説明図である。
【図９】（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振幅と軸方向荷重との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
この発明の実施形態を図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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
図３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３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３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。
【００２８】
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。
【００２９】
各センサユニット２０は、図１のセンサＥＣＵ（電気制御ユニット）３０に接続される。センサＥＣＵ３０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、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、この荷重演算処理手段３２による演算結果をチェックする校正モード実行手段３３などで構成されている。信号処理手段３１、荷重演算処理手段３２および校正モード実行手段３３は、必ずしもセンサＥＣＵ３０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、荷重演算処理手段３２、校正モード実行手段３３、およびセンサＥＣＵ３０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、車両の統括制御を行う上位ＥＣＵ９８（図２）の近傍等に位置して、あるいは上位ＥＣＵ９８の一部とし、上位ＥＣＵ９８の統括制御部の下位制御部等として設置しても良い。
【００３０】
荷重演算処理手段３２は、荷重の演算結果に影響する車両の所定状況の有無を判別して、その有無に対応した２種類の演算処理を行う機能を有する。ここでは、荷重演算処理手段３２は、荷重の演算結果に影響する車両の所定状況の有無として、ブレーキのＯＮ・ＯＦＦを判定して、ブレーキＯＮ・ＯＦＦに対応した２種類の演算処理を行う。図１の例では、ブレーキＯＮ・ＯＦＦの情報は、外部である車両からの情報として、例えば上位ＥＣＵ９８（図２）やブレーキからの直接の情報として、荷重演算処理手段３２に入力される。なお、荷重演算処理手段３２が上位ＥＣＵ９８（図２）の一部として設けられる場合は、上位ＥＣＵ９８からの情報は、上位ＥＣＵ９８における荷重演算処理手段３２に対する上位の制御を行う部分から荷重演算処理手段３２に入力されることになる。
【００３１】
機械的なブレーキを備えた車輪において、軸受にセンサを設けて路面からの入力荷重（路面反力）を検出する場合、ブレーキ操作時にブレーキロータを通じたブレーキ力が入力荷重に重畳する状態となるため、ブレーキＯＮの状態では路面反力だけを検出することができない。少なくとも、検出する荷重成分が、前後方向に作用する荷重成分Ｆx や垂直方向に作用する荷重成分Ｆz に関しては、ブレーキ力の影響が発生してしまう。
【００３２】
この原理を、図８を参照して以下に説明する。ブレーキディスク等のブレーキロータにおける、ブレーキパッド９７の位置を進行方向から角度θ上方、半径ＲB の位置とし、ブレーキロータにブレーキ力ＦB が作用している状態とする。また、車輪半径をＲw とし、駆動力からは入力トルクＴdrive が作用している状態とする。このとき、路面から受けている路面反力の荷重成分をＦx ，Ｆz とすると、軸受の検出する荷重Ｆxb，Ｆzbは次式（１−１），（１−２）のように表現される。
Ｆxb＝Ｆx −ＦB ・sin θ      ……（１−１）
Ｆzb＝Ｆz ＋ＦB ・cos θ      ……（１−２）
ただし、
Ｆx ，Ｆz ：路面反力（路面からタイヤに作用する荷重）
Ｆxb，Ｆzb：軸受作用力（軸受回転輪に作用する荷重でブレーキの干渉分を含む）
ここで、駆動軸から入力される駆動トルクをＴdrive 、ブレーキ動作によるブレーキトルクをＦB ・ＲB とすると、車輪に作用するトルク関係式は次式（２）のように表現される。
Ｆx ・Ｒw ＝Ｔdrive −ＦB ・ＲB     ……（２）
この関係式から、ブレーキ力ＦB は、次式（３）のように表現される。
ＦB ＝（Ｔdrive −Ｆx ・Ｒw ）／ＲB     ……（３）
【００３３】
すなわち、軸受にセンサを設けて路面からの入力荷重（路面反力）を検出する場合、式（１−１），（１−２）のように、ブレーキ力ＦB に比例する荷重成分が、求めたい路面荷重に加算されて検出されることになる。したがって、路面に作用する荷重成分Ｆx ，Ｆz を正しく求めるには、ブレーキ力を求めて補正する必要があり、従来より種々の補正方法が提案されている。
【００３４】
しかし、ブレーキ力を検出するセンサを別に設ける場合、配線や処理回路が増加するだけでなく、検出部位を設けるための構造を追加するための重量増加など、足回り部品にとって好ましくない状態となる。
この実施形態で用いる補正方法では、できる限り簡単な構成でブレーキの影響を最小限にして、ブレーキ動作中であっても路面荷重を正確に検出することが可能になる。
【００３５】
この実施形態では、車輪に各方向の荷重を検出するセンサとして、図３〜図７に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、３つの接触固定部２１ａ（図６）で外方部材１に固定された歪み発生部材２１（図６）と、この歪み発生部材２に取付けられたこの歪み発生部材２の歪みを検出する２つの歪検出素子２２（２２Ａ，２２Ｂ）とでなる。図１の信号処理手段３１は、これら２つの歪検出素子２２の信号の加算値、振幅値等を用いて、入力荷重の推定演算処理を行う。
【００３６】
荷重検出用のセンサは、上記図３〜図７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、検出ターゲットを回転輪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。また、変位を直接測定するセンサでなくてもよく、間接的な変位測定方式であってもよい。すなわち、この実施形態の荷重検出構成は、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、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センサ信号ベクトルＳ（＝｛S0, S1, …, Sn｝）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, …｝ )を求める信号処理手段３１および荷重演算処理手段３２を備えた構成となる。
【００３８】
このような荷重検出構成においては、線形近似が成立する範囲において、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係数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】
ここで、前記のように車輪に設けられたブレーキが動作している場合には、軸受で検出したセンサ信号にはブレーキの影響が重畳し、前述したように、本来検出したい路面荷重とは異なる値が演算結果として出力されてしまうという問題が発生する。そのため、上記のように求めた荷重演算式では、ブレーキが動作している場合には正確な推定荷重を算出できない。
【００４０】
そこで、この実施形態では、ブレーキＯＦＦ状態で決定した通常の演算処理方法に加えて、ブレーキＯＮ状態用の荷重演算処理機能を搭載し、ブレーキの状態によって通常の荷重演算処理方法から切り替える構成を採る。
【００４１】
図２では、センサＥＣＵ３０において、ブレーキ状態は、前述のように車両側の上位ＥＣＵ９８からブレーキＯＮ／ＯＦＦの信号として荷重演算処理手段３２に入力され、それによって荷重演算処理が切り替えられる。すなわち、ブレーキＯＮ状態においても、センサ信号に重畳するブレーキの影響分を考慮した演算処理方法が適用されるため、所望の路面荷重値が正確に算出されるようになる。
【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、前記信号処理段３１において、入力されるセンサ出力信号を必要に応じて加工・信号処理して抽出したセンサ信号ベクトルＳ（＝｛Ｓ0 ，Ｓ1 ，…，Ｓn ｝）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。ここで言うセンサ信号ベクトルＳは、前記した各センサユニット２０に対応して信号処理手段３１で生成される平均値や振幅値などである。
【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、荷重演算処理手段３２では演算式としてＦ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍo 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 が決定される。
【００４４】
先述したように、車輪に設けられたブレーキが動作している場合には、軸受で検出したセンサ信号にはブレーキの影響が重畳し、本来検出したい路面荷重とは異なる値が荷重演算処理手段３２から出力されてしまう。そのため、上記した演算式をそのまま採用すると、ブレーキが動作しているとき正確な推定荷重を算出できない。
【００４５】
そこで、ここでは、上記荷重演算処理手段３２において、ブレーキＯＦＦ状態で決定した通常の演算式に加えて、ブレーキＯＮ状態用の演算式を用意し、これら２種類の演算式をブレーキＯＮ・ＯＦＦに応じて切り替え使用する。上記したように、ブレーキ状態の情報は外部である車両側の上位ＥＣＵ９８からブレーキＯＮ・ＯＦＦ信号として入力され、それによって演算処理する演算式が切り替えられる。すなわち、ブレーキＯＮ状態においても、センサ出力信号に重畳するブレーキの影響分を考慮した演算処理が適用されるため、所望の路面荷重値が正確に算出されるようになる。なお、荷重演算処理手段３２において、ブレーキＯＮ・ＯＦＦの両方の場合について演算処理を同時に行っておき、どちらの演算結果を出力するか、入力されるブレーキ状態信号に応じて選択するようにしても良い。
【００４６】
ブレーキＯＮ状態での演算式は、ブレーキＯＦＦの状態で求めた演算式を基にして用意することができる。その演算式の導出方法を、図８を参照して以下に説明する。
前述の式（３）と式（１−１），（１−２）から、検出したい路面荷重は次のようになる。
Ｆx ＝Ｆxb／（１＋α・sin θ）＋（Ｔdrive ／ＲB ）・sin θ／（１＋α・sin θ          ）    ……（４−１）
Ｆz ＝Ｆzb＋Ｆxb・α・cos θ／（１＋α・sin θ）−（Ｔdrive ／ＲB ）・α・cos θ／（１＋α・sin θ）    ……（４−２）
ただし、α＝Ｒw ／ＲB ：半径比
ここで、Ｆdrive ＝Ｔdrive ／ＲB     ……（４−３）
Ａ＝１／（１＋α・sin θ）    ……（４−４）
Ｂ＝Ａ・sin θ    ……（４−５）
Ｃ＝Ａ・α・cos θ    ……（４−６）
と置くと、式（４−１），（４−２）は次のようになる。
Ｆx ＝Ａ・Ｆxb＋Ｂ・Ｆdrive     ……（５−１）
Ｆz ＝Ｆzb＋Ｃ・Ｆxb−Ｃ・Ｆdrive     ……（５−２）
ブレーキＯＦＦの状態で、センサ信号ベクトルＳを入力とし、演算係数行列ＭとオフセットＭo を用いて、軸受荷重Ｆxb，Ｆzbが次のように算出できるとする。
Ｆxb＝Ｍx ・Ｓ＋Ｍox    ……（６−１）
Ｆzb＝Ｍz ・Ｓ＋Ｍoz    ……（６−２）
すると、ブレーキＯＮの演算式（５−１），（５−２）は、
Ｆx ＝Ａ・Ｍx ・Ｓ＋Ａ・Ｍox＋Ｂ・Ｆdrive ＝Ｍx ’・Ｓ＋Ｍox’＋Ｂ・Ｆdrive           ……（７−１）
Ｆz ＝（Ｍz ＋Ｃ・Ｍx ）・Ｓ＋（Ｍoz＋Ｃ・Ｍox）−Ｃ・Ｆdrive
＝Ｍz ’・Ｓ＋Ｍoz’−Ｃ・Ｆdrive     ……（７−２）
となる。
【００４７】
ブレーキＯＮ状態の演算係数行列Ｍ’は、ブレーキＯＦＦ状態での演算係数行列Ｍを用いて下記の変換式で算出できる。
Ｍx ’＝Ａ・Ｍx     ……（８−１）
Ｍox’＝Ａ・Ｍox    ……（８−２）
Ｍz ’＝Ｍz ＋Ｃ・Ｍx     ……（８−３）
Ｍoz’＝Ｍoz＋Ｃ・Ｍox    ……（８−４）
【００４８】
ここでは、ブレーキＯＦＦ状態での荷重演算処理が式（６−１），（６−２）で実施できるように、演算係数行列Ｍが決定されている。すなわち、予め数値解析や測定によってセンサ信号と検出荷重との関係が求められており、少なくとも線形関係の成立する範囲においては、式（６−１），（６−２）を用いて推定荷重を算出できる状態になっている。なお、非線形な特性については、計算領域をいくつかの線形範囲に分割して近似する方法を採用すれば良い。
【００４９】
荷重を測定する対象輪が従動輪の場合には、駆動軸が無いため駆動トルクによる駆動力Ｆdrive は無い（Ｆdrive ＝０）。よって、式（８−１）〜（８−４）のように演算係数行列を変換し、ブレーキ状態の荷重演算処理を実行すれば良い。
【００５０】
上記した演算により、ブレーキＯＮ状態では、ブレーキ力ＦB に比例する荷重成分が求めたい路面荷重に加算されて荷重演算処理手段３２から出力されることになる。したがって、ブレーキ時の荷重成分Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を正確に検出するためには、駆動軸から見たブレーキパッド位置（半径ＲB およびｘ軸からの角度θ）を知る必要がある。
【００５１】
一方、対象輪が駆動輪の場合には、ブレーキ動作中にも駆動軸からの入力トルクＴdrive が存在する場合があり、このときには式（７−１），（７−２）のＢ・Ｆdrive および−Ｃ・Ｆdrive の項に相当する誤差が発生してしまう。このような条件は、駆動源から駆動トルクを入力している状態でブレーキを動作させた場合や、強力なエンジンブレーキ、電気自動車などにおける回生ブレーキが動作している場合に相当する。この場合、車両の制御ＥＣＵ側で、エンジンブレーキトルクや回生トルクの状態からＦdrive ＝Ｔdrive ／ＲB の値を算出し、この値を用いて荷重センサの出力値を補正すれば良い。
【００５２】
なお、図８を参照して行った計算式におけるパラメータα，θについては、ブレーキキャリパの位置から概略の値を求めることができるが、実際には誤差が生じるため、ブレーキＯＮ状態とＯＦＦ状態での演算出力を実験によって検証して、誤差が小さくなるように調整するのが望ましい。
【００５３】
図２には、前記センサＥＣＵ３０を含む車両制御系の概念構成をブロック図で示している。センサＥＣＵ３０には、上記した前記信号処理手段３１、荷重演算処理手段３２、および校正モード実行手段３３のほか、ブレーキのＯＮ／ＯＦＦ情報を入力するＯＮ／ＯＦＦ情報入力手段３４、および既知の駆動トルク情報を入力する駆動トルク情報入力手段３５が設けられる。校正モード実行手段３３は、ＯＮ／ＯＦＦ情報入力手段３４と駆動トルク情報入力手段３５を経て入力された情報から、荷重演算処理手段３２による演算結果をチェックする手段であり、具体的にはブレーキの状態をチェックする。この校正モード実行手段３３では、ブレーキが軸受に与える影響を表すブレーキ変換係数を演算する動作を行う。より具体的には、ブレーキがＯＮの状態で各車輪に対して既知である駆動トルクＴdrive を入力して、そのとき検出された軸受荷重ＦB から、前記ブレーキ変換係数を算出する。
校正モード実行手段３３の動作は、荷重演算処理手段３２の動作から切り替えて行われる。校正モード実行手段３３への動作の切替えは、車両静止状態において、車両側の上位ＥＣＵ９８から直接センサＥＣＵ３０へ指令を出して行っても良いし、ブレーキＯＮ状態で駆動トルクを印加した場合に自動的に切り替えるようにしても良い。また、校正モード実行手段３３は、センサＥＣＵ３０に接続されている上位ＥＣＵ９８などの機器に対して、校正モードの検出結果を提示し、センサ動作・出力トルクに異常が見られる場合に検出した異常を知らせる異常報知部３３ａを有する。さらに、校正モード実行手段３３は、校正モードの検出結果によって、必要があればセンサＥＣＵ３０に保存されているブレーキ変換係数のパラメータを更新する機能も有する。
【００５４】
以下に、検出モードでの動作の詳細を説明する。上記したように、センサＥＣＵ３０には、ＯＮ／ＯＦＦ情報入力手段３４および駆動トルク情報入力手段３５を経て上位ＥＣＵ９８からのブレーキＯＮ／ＯＦＦ情報、および車軸に印加される駆動トルク情報Ｔdrive が入力され、また軸受に設けられたセンサユニット２０からのセンサ情報も入力される。駆動トルクＴdrive は、図８に示す駆動軸から入力される駆動トルクであるが、これは駆動軸より図２に示すトルクセンサ９６で検出されたトルク値であっても良いし、駆動エンジン９９が電動機の場合は、その電動機の駆動回路に出力する指令値から推定されるものや、前記電動機の入力電流値から推定されるものでも良い。
【００５５】
校正モード実行手段３３では、荷重演算処理手段３２における上記した演算によって算出される荷重Ｆxb，Ｆzbと既知の駆動トルクＴdrive とにより、ブレーキキャリパ９７（図２）からの入力荷重が軸受荷重に与える影響を検出する。すなわち、式（８−１）〜（８−４）に示す演算係数行列ＭからＭ’へのブレーキ変換係数を算出する。このブレーキ変換係数を構成するパラメータは、ブレーキキャリパ位置を表す半径ＲB および角度θであり、以下の演算で求めることができる。
【００５６】
上記式（４−３）〜（４−６）より、車両が停止しているときの軸受荷重Ｆxb，Ｆzbは以下の式で表せる。
Ｆxb＝−Ｆdrive ・sin θ    ……（９−１）
Ｆzb＝Ｆdrive ・cos θ    ……（９−２）
ここで、Ｆdrive ＝Ｔdrive ／ＲB     ……（４−３）
であるから、駆動トルクを負荷したときの軸受荷重の変位量をΔＦxb，ΔＦzbとすると、これらの値は下式で表すことができる。
ΔＦxb＝−Ｆdrive ・sin θ    ……（１０−１）
ΔＦzb＝Ｆdrive ・cos θ    ……（１０−２）
よって、ブレーキ変換係数を構成するパラメータθ，αは下式を用いて求めることができる。
tan θ＝−ΔＦxb／ΔＦzb    ……（１１−１）
ＲB ＝Ｔdrive ／Ｆdrive     ……（１１−２）
【００５７】
荷重を測定する対象輪が従動輪の場合、駆動軸がないため、駆動トルクによる駆動力Ｆdrive ＝０である。よって、従動輪の片側または両側のみブレーキ状態として駆動輪側から駆動トルクを印加して、入力された前後方向荷重Ｆx に基づいて同様の処理を行えば良い。
【００５８】
校正モード実行手段３３では、以下の動作も行う。
（１）  センサ動作の異常をチェックする。
駆動トルクＴdrive を印加したときの荷重センサの出力値が、印加トルクに見合った値となっているかチェックして、センサの異常の有無を判断する。この場合のチェック手段は、センサ出力の値を予め設定されている基準値と比較するものでも良いし、センサＥＣＵ３０の荷重演算手段３２で算出した軸受荷重ＦB と予め設定されている基準値とを比較するものでも良い。
【００５９】
（２）  駆動トルクを検出するトルクセンサ９６（図２）がない構成の場合、期待される出力トルクに対して、検出された荷重値が低すぎると、出力トルク異常と判断する。
校正モード実行手段３３の異常報知部３３ａでは、トルクセンサ９６がない場合、上位ＥＣＵ９８からの駆動トルク期待値と、検出された軸受荷重を比較することにより、正常なトルクが出力されているかチェックを行い、必要があれば結果を提示する。上位ＥＣＵ９８からの出力トルク期待値としては、駆動エンジン９９に電動機を用いている場合には、駆動トルク指令値、もしくは駆動電流の値から推定した値を用いることができる。駆動エンジン９９が内燃機関の場合には、アクセル開度と回転数から推定された値を用いることができる。この期待値の信頼度によって、以降のチェックにおける許容範囲を適切に設定すれば良い。この場合のチェック手段は、ブレーキ変換係数と、そのとき算出した軸受荷重変位量ΔＦb を利用して駆動トルクＴdrive を推定し、上位ＥＣＵ９８から入力された駆動トルク情報Ｔdrive と比較するものであれば良い。チェックの結果、想定される軸受荷重として設定された範囲の荷重が検出されない場合、異常報知部３３ａは、何らかの異常があるものと判断して警告情報を出力する。
【００６０】
（３）  ブレーキ変換係数ＲB ，θを更新して校正する。
ブレーキの磨耗や経年劣化等の状態によって、ブレーキ変換係数ＲB ，θが変化していないかチェックを行い、必要があれば係数を更新する。ブレーキ変換係数の更新では、校正モード実施時に算出した係数ＲB ，θと、既にセンサＥＣＵ３０に保存されている既知の係数値とを比較し、変化が基準範囲を超えたときに、算出結果を提示した上でブレーキ変換係数の更新を選択できるようにすると、校正の信頼性が向上する。
【００６１】
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。
・  校正モード実行手段３３により、ブレーキＯＮ時の荷重算出パラメータの値を、簡単な操作で検出できる。
・  従来は測定装置がないと難しかった荷重センサの動作・出力トルクのチェックを、車両を移動させずに簡単な方法で実施できる。
・  校正モード実行手段３３で検出した結果を荷重演算処理手段３２へフィードバックして、現在のブレーキの状態に合わせた荷重推定を行うことができ、荷重推定精度を向上させることができる。
・  従動輪についても、従動輪にブレーキをかけた状態で駆動輪から前後方向荷重Ｆx を加えることで、ブレーキによる影響を検出できる。
【００６２】
次に、図１のセンサユニット２０および信号処理手段３１の具体例を説明する。図３の４箇所に設けられた各センサユニット２０は、図４および図５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５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４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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
このほか、図６に断面図で示すように、外方部材１の外径面における前記歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが固定される３箇所の各中間部に溝１ｃを設けることで、前記スペーサ２３を省略し、歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂが位置する各部位を外方部材１の外径面から離すようにしても良い。
【００６６】
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を金属箔ステ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。
【００６７】
このセンサ付車輪用軸受装置では、センサＥＣＵ３０の信号処理手段３１において、各センサユニット２０の出力信号として、これらセンサユニット２０における２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号の平均値や振幅値等を抽出する。この場合の平均値とは、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号を加算したものである。また、この場合の振幅値とは、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号の差分値を用いて算出した振幅値である。この場合、信号処理手段３１は、各センサユニット２０の出力信号として、一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値と振幅値を算出しても良いし、平均値のみを算出しても良い。
【００６８】
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の信号ａ，ｂは、図７のようにセンサユニット２０の設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。また、軸受の停止時においても、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは、転動体５の位置の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０における歪検出素子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の信号ａ，ｂは最大値となり、図７（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の信号ａ，ｂは、転送体５の配列ピッチＰを周期として図７（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、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂ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。ここでは、信号処理手段３１において、上記したように２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂを加算したものを平均値とし、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂの差分を用いて振幅値を抽出し、これをセンサユニット２０の出力信号とする。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つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各信号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、この平均値や振幅値をセンサユニット２０の出力信号とし、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。
【００６９】
図７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の信号ａ，ｂは略１８０度の位相差を有することになり、その加算値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、その差分値を用い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。
【００７０】
センサユニット２０の歪み発生部材２１には、例えば図４に仮想線で示すように温度センサ４０を設け、信号処理手段３１は、温度センサ４０の検出した温度に応じて各センサユニット２０の出力信号を補正するようにしても良い。このように構成した場合、センサユニット２０の出力信号の温度ドリフトを補正することができる。
【００７１】
なお、図７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。この場合にも、両歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂの加算値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、差分値を用い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。
【００７２】
軸方向荷重Ｆy の演算においては、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の出力信号の振幅値の差分値を演算することにより、この差分値から軸方向荷重Ｆy の方向を判別することができる。例えば、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を選ぶことができる。図９（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の出力信号を示し、図９（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の出力信号を示している。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の歪み量つまりセンサユニット２０の出力信号を表し、最大値および最小値は前記出力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、前記差分値は、軸方向荷重Ｆy の方向を示していることになる。
【００７３】
このように、このセンサ付車輪用軸受によると、車輪用軸受１００に加わる荷重を検出するセンサとして１つ以上（ここでは４つ）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Ｓを生成し、その信号ベクトルＳを用いて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、前記荷重演算処理手段３２による演算結果を校正モード実行手段３３でチェックするようにしているので、車両の点検時などに簡易に荷重センサの出力校正を行うことができる。
【００７４】
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。この実施形態では、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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】
【００７７】
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
３０…センサＥＣＵ
３１…信号処理手段
３２…荷重演算処理手段
３３…校正モード実行手段
３３ａ…異常報知部
３４…ＯＮ／ＯＦＦ情報入力手段
３５…駆動トルク情報入力手段
４０…温度センサ
９６…トルクセンサ
９８…上位ＥＣＵ
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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