(57)【要約】【課題】 組付けが容易であり、工数の削減したがってコストの削減が可能なセンサ装置およびセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  センサ装置2は、車体側軌道部材3に設けられて横Ｇを検出する加速度センサ11と、加速度センサ11の出力を使用して荷重を演算する処理手段31とを備えている。処理手段31は、以下の式により、加速度センサ11の出力Ｇから横荷重Ｆｙ、縦荷重Ｆｚおよび横荷重によるモーメントＭｘを求める。  Ｆｙ＝Ｍｘ÷ａ  Ｆｚ＝ｂ×Ｇ＋ｃ  Ｍｘ＝ｄ×Ｇ２＋ｅ×Ｇ＋ｆ  ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅおよびｆは、転がり軸受装置に固有の定数。【選択図】    図４
2006292489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
横Ｇを検出する加速度センサと、加速度センサの出力を使用して荷重を演算する処理手段とを備えていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
処理手段は、以下の式により、加速度センサの出力Ｇから横荷重Ｆｙ、縦荷重Ｆｚ、および横荷重によるモーメントＭｘを求めることを特徴とする請求項１のセンサ装置。
Ｆｙ＝Ｍｘ÷ａ
Ｆｚ＝ｂ×Ｇ＋ｃ
Ｍｘ＝ｄ×Ｇ２＋ｅ×Ｇ＋ｆ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅおよびｆは、センサ装置が設けられる荷重検出対象に固有の定数。
【請求項３】
車体側に固定される車体側軌道部材、車輪が取り付けられる軌道部材および両軌道部材の間に配置された転動体を有する転がり軸受装置と、転がり軸受装置に作用する荷重を求めるためのセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
センサ装置は、車体側軌道部材に設けられて横Ｇを検出する加速度センサと、加速度センサの出力を使用して荷重を演算する処理手段とを備えていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項４】
処理手段は、以下の式により、加速度センサの出力Ｇから横荷重Ｆｙ、縦荷重Ｆｚ、および横荷重によるモーメントＭｘを求めることを特徴とする請求項３のセンサ付き転がり軸受装置。
Ｆｙ＝Ｍｘ÷ａ
Ｆｚ＝ｂ×Ｇ＋ｃ
Ｍｘ＝ｄ×Ｇ２＋ｅ×Ｇ＋ｆ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅおよびｆは、転がり軸受装置に固有の定数。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受装置等に作用する荷重を求めるためのセンサ装置、および自動車の構成要素である転がり軸受装置とその各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車においては、その安定性を向上させる制御を行うために、車両の各種情報を検出するセンサ装置が取り付けられた複数のセンサ付きハブユニット（センサ付き転がり軸受装置）と、センサ装置の情報に基づいて車両を制御する制御装置とを備えている車両制御システムが採用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、図５に示すように、コーナリング制御（ＥＳＣ）を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit＝電子制御装置）(52)と、前車輪(53)および後車輪(54)にそれぞれ設けられた車輪速度センサ(55)と、前車輪(53)および後車輪(54)のセンサ付きハブユニット(53a)(54a)にそれぞれ設けられた接地荷重センサ(56)と、ＥＣＵ(52)と接続されてエンジンのパワーを調整するスロットル開度センサ(57)およびスロットルアクチュエータ(58)と、ＥＣＵ(52)と接続されてマスターシリンダ(59)による制動力を調整するマスターシリンダ圧力センサ(60)およびブレーキアクチュエータ(61)と、車体加速度を検出する加速度センサ(62)と、路面の摩擦係数を計測する路面μセンサ(63)と、操舵角を計測する操舵角センサ(64)とを備えている車両制御システム(51)が開示されている。
【０００４】
各車輪速度センサ(55)、各接地荷重センサ(56)、加速度センサ(62)、路面μセンサ(63)および操舵角センサ(64)の出力は、ＥＣＵ(52)に入力されており、これにより、ＥＣＵ(52)には、前車輪(53)の車輪速度センサ(55)からの車体速度、各接地荷重センサ(56)からの前車輪(53)および後車輪(54)のそれぞれの接地荷重、加速度センサ(62)からの車体加速度および路面μセンサ(63)からの路面摩擦係数などが入力される。そして、ＥＣＵ(52)は、スロットルアクチュエータ(58)を制御してエンジンの出力を抑制することができるとともに、マスターシリンダ圧力センサ(60)およびブレーキアクチュエータ(61)を制御して各車輪(53)(54)にそれぞれ独立にブレーキをかけて各車輪(53)(54)の速度を抑制することができ、これにより、車体速度、車輪(53)(54)の接地荷重、路面、ドライバのペダル操作に応じた制御を行うことができる。
【０００５】
上記の車両制御システム(51)における接地荷重センサ(56)は、車輪がスリップする前にスリップを予測するため、タイヤに作用する荷重を検知するもので、特許文献２には、車体側に固定される車体側軌道部材、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニットに、変位センサを設けてハブユニット荷重を求め、車両制御の向上を図ることが開示されている。また、変位センサに代えて、圧力センサを使用することも知られている。
【特許文献１】国際公開ＷＯ０４／０１８２７３号
【特許文献２】特開２００３−３３６６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献２のセンサ付きハブユニットでは、荷重を検知するための変位センサが組付け精度および材料（材質）の影響を受けやすく、また、荷重を検知するために圧力センサを使用するものでは、予圧の調整が必要であり、いずれのものでも、組付けに手間がかかるという問題があった。
【０００７】
この発明の目的は、組付けが容易であり、工数の削減したがってコストの削減が可能な荷重検出用センサ装置およびこのようなセンサ装置を備えたセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明によるセンサ装置は、横Ｇを検出する加速度センサと、加速度センサの出力を使用して荷重を演算する処理手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
荷重が検出される対象としては、例えば、自動車の構成要素でありハブユニットと称されている転がり軸受装置等が好適である。この場合に、加速度センサは、自動車に設けられている加速度センサまたはヨーレートセンサを使用してもよく、車両の各ハブユニットにそれぞれこれを設けるようにしてもよい。
【００１０】
加速度センサとしては、半導体式加速度センサが好ましい。加速度センサは、１軸（車両の進行方向に対して横方向＝Ｙ方向）だけを測定するものであってもよいが、３軸（車両の進行方向＝Ｘ方向、横方向＝Ｙ方向および垂直方向＝Ｚ方向）を測定可能な加速度センサであることがより好ましい。
【００１１】
処理手段は、以下の式により、加速度センサの出力Ｇから横荷重Ｆｙ、縦荷重Ｆｚ、および横荷重によるモーメントＭｘを求めるものであることが好ましい。
【００１２】
Ｆｙ＝Ｍｘ÷ａ
Ｆｚ＝ｂ×Ｇ＋ｃ
Ｍｘ＝ｄ×Ｇ２＋ｅ×Ｇ＋ｆ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅおよびｆは、センサ装置が設けられる荷重検出対象に固有の定数。
【００１３】
この発明によるセンサ付き転がり軸受装置は、車体側に固定される車体側軌道部材、車輪が取り付けられる軌道部材および両軌道部材の間に配置された転動体を有する転がり軸受装置と、転がり軸受装置に作用する荷重を求めるためのセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、センサ装置は、車体側軌道部材に設けられて横Ｇを検出する加速度センサと、加速度センサの出力を使用して荷重を演算する処理手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
処理手段は、以下の式により、加速度センサの出力Ｇから横荷重Ｆｙ、縦荷重Ｆｚ、および横荷重によるモーメントＭｘを求めるものであることが好ましい。
【００１５】
Ｆｙ＝Ｍｘ÷ａ
Ｆｚ＝ｂ×Ｇ＋ｃ
Ｍｘ＝ｄ×Ｇ２＋ｅ×Ｇ＋ｆ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅおよびｆは、転がり軸受装置に固有の定数。
【００１６】
自動車に設けられている加速度センサは、例えば、車室内のコンソールボックスに設置されるが、この場合、路面からの伝達がサスペンションを介して行われるため、時間遅れ（数十ミリ秒程度）が生じ、精度的に劣ることになる。これに対し、加速度センサを転がり軸受装置（「ハブユニット」と称されることもあり）に内蔵させることにより、路面から受ける車軸の加速度がダイレクトに（サスペンションを介さずに）測定でき、検出精度を向上させることができる。しかも、内蔵させることによって部品点数の削減も可能である。
【００１７】
なお、４輪すべてのハブユニットに加速度センサを設けることにより、段差越え等の車両状態も検知可能となり、また、加速度センサを３軸加速度計とした場合には、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向のすべての方向の加速度の検知が可能となり、これを４輪すべてに設けることで旋回状況の検知も可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明のセンサ装置によると、加速度センサによる測定と換算式のみで転がり軸受装置等に作用する荷重を得ることができるので、変位センサや圧力センサを使用するものに比べて、組付けが容易であり、工数の削減したがってコストの削減が可能となる。しかも、荷重検出対象がハブユニットのように車両の構成要素である場合、車両に設けられている加速度センサを使用してハブユニット荷重を求めることにより、ハブユニットに設けられていた荷重測定用センサを省略することができる。
【００１９】
この発明のセンサ付き転がり軸受装置によると、加速度センサによる測定と換算式のみで転がり軸受装置に作用する荷重を得ることができるので、変位センサや圧力センサを使用するものに比べて、組付けが容易であり、工数の削減したがってコストの削減が可能となる。しかも、転がり軸受装置がハブユニットのように車両の構成要素である場合、転がり軸受装置に設けられた加速度センサを使用して、転がり軸受装置に作用する荷重だけでなく車両に作用する加速度を求めることにより、車両に設けられている加速度センサを省略することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００２１】
図１および図２は、この発明のセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示している。以下の説明において、左右は図１の左右をいうものとする。なお、左右は、Ｙ方向に相当し、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【００２２】
このセンサ付き転がり軸受装置は、転がり軸受装置としてのハブユニット(1)と、その回転およびハブユニット荷重などを検出するセンサ装置(2)とを備えている。
【００２３】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される車体側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材(4)、両部材(3)(4)の間に２列に配置された複数の転動体である玉(5)、および各列の玉(5)をそれぞれ保持する保持器(6)を備えている。
【００２４】
車体側軌道部材(3)は、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部(12)と、円筒部(12)の左端部近くに設けられて懸架装置（車体）にボルトで取り付けられるフランジ部(13)とを有している。
【００２５】
車輪側軌道部材(4)は、第１の軌道溝(15a)を有する大径部(15)および第１の軌道溝(15a)の径よりも小さい外径を有する小径部(16)を有している内軸(14)と、内軸(14)の小径部(16)外径に嵌め止められて右面が内軸(14)の大径部(15)左面に密接させられている内輪(17)とからなる。内軸(14)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト(19)が固定されたフランジ部(18)が設けられている。内輪(17)の右部には、内軸(14)の軌道溝(15a)と並列するように、軌道溝(17a)が形成されている。車体側軌道部材(3)の右端部と内軸(14)との間には、シール装置(20)が設けられている。
【００２６】
内軸(14)の小径部(16)の左端面（軸方向内側端面）(16a)には、環状の内輪固定用かしめ部(21)が設けられており、この内輪固定用かしめ部(21)の左端部が径方向外方にかしめられて内輪(17)を右方（軸方向外方）に押圧することにより、内輪(17)が内軸(14)に固定されている。
【００２７】
センサ装置(2)は、車体側軌道部材(3)の左端部（軸方向内側端部）内径に嵌め合わされた環状の芯金(7)と、芯金(7)に一体成形されたセンサ固定用樹脂(8)と、樹脂(8)内に設けられた車輪速検出センサ(9)と、車輪速検出センサ(9)に径方向外方から対向するように車輪側軌道部材(4)の内輪(17)に固定されたパルサリング(10)と、芯金(7)に固定された加速度センサ（以下、「Ｇセンサ」と称す）(11)と、各センサ(9)(11)の出力を処理する処理手段(31)（図４参照）とを有している。
【００２８】
センサ固定用樹脂(8)は、外周面がパルサリング(10)の径方向内方に若干の間隙をおいて位置するように形成された右方突出状の環状突出部(8a)を有しており、この環状突出部(8a)に車輪速検出センサ(9)が固定されている。センサ固定用樹脂(8)の左面には、車体側に設けられた処理手段とセンサ装置(2)とを結ぶハーネスを取り付けるためのコネクタ部(22)が左方突出状に一体に成形されている。コネクタ部(22)には信号用のコネクタピン(23)が設けられており、車輪速検出センサ(9)とコネクタピン(23)とが、リード線（図示略）を介して接続されている。
【００２９】
車輪速検出センサ(9)は、環状永久磁石(9a)と環状コイル(9b)とを組み合わせたもので、この構成は公知のものであり、パルサリング(10)の回転に伴う磁束密度の変化を検出することで、内輪(17)の回転速度したがって車輪速などの回転情報を検出することができる。
【００３０】
Ｇセンサ(11)は、芯金(7)に設けられた断面Ｌ字状の支持部(7a)に取り付けられている。Ｇセンサ(11)は、３軸加速度計で、図２に示すように、Ｘ方向加速度検出用(11a)、Ｙ方向加速度検出用(11b)およびＺ方向加速度検出用(11c)からなり、これらが各方向の加速度を検出可能なように配置されている。ここで、Ｘ方向およびＺ方向は図２に矢印とともに示されており、Ｙ方向は図１に矢印とともに示されている。
【００３１】
図３は、Ｙ方向の加速度である横ＧとＺ方向荷重（Ｆｚ）ならびにＹ方向荷重（Ｆｙ）との関係、および横Ｇとモーメント（Ｍｘ）との関係を示している。このグラフによると、横Ｇが検出できれば、これを使用してＺ方向荷重（Ｆｚ）、Ｙ方向荷重（Ｆｙ）およびモーメント（Ｍｘ）への換算が可能であることが分かる。すなわち、以下の関係を用いて、Ｆｚ、ＦｙおよびＭｘを求めることができる。
【００３２】
Ｆｙ＝Ｍｘ÷ａ               …  （１）
Ｆｚ＝ｂ×Ｇ＋ｃ             …  （２）
Ｍｘ＝ｄ×Ｇ２＋ｅ×Ｇ＋ｆ    …  （３）
上記において、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅおよびｆは、車両すなわちハブユニットに固有の定数である。図３に示す関係は、各種のハブユニットについて、成り立っており、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅおよびｆの値をハブユニットに応じて決定することにより、上記（１）から（３）までの式によって、Ｆｚ、ＦｙおよびＭｘが求められる。
【００３３】
図４は、この発明のセンサ付き転がり軸受装置の処理手段(31)を示している。車両に設けられている４つのハブユニット(1)にはそれぞれ上記Ｇセンサ(11)が取り付けられており、これらを前輪左Ｇセンサ(Gfl)、前輪右Ｇセンサ(Gfr)、後輪左Ｇセンサ(Grl)および後輪右Ｇセンサ(Grr)とする。
【００３４】
処理手段(31)のハブユニット荷重演算部(31a)には、上記（１）から（３）までの式が蓄えられている。したがって、各Ｇセンサ(Gfl)(Gfr)(Grl)(Grr)からの出力を使用して、前輪左、前輪右、後輪左および後輪右のハブユニット荷重（少なくともＦｚおよびＦｙ）をそれぞれ求めることができる。
【００３５】
また、処理手段(31)の車両モーメント演算部(31b)には、各Ｇセンサ(Gfl)(Gfr)(Grl)(Grr)の出力Ｇｉと車両中心から各Ｇセンサ(Gfl)(Gfr)(Grl)(Grr)までの距離Ｄｉを使用して、これをモーメントとして加算することで、車両に作用するモーメントを求める式ΣＧｉ×Ｄｉが蓄えられている。したがって、すべてのＧセンサ(Gfl)(Gfr)(Grl)(Grr)の出力を使用することにより、従来車両に設けられていたＧセンサで検知されていた車両モーメントを求めることができる。
【００３６】
なお、上記（１）から（３）までの式は、車室内のコンソールボックスに設置されたＧセンサ＝図５の加速度センサ(62)の出力を使用しても求めることができ、車両に設けられて横Ｇを検出する加速度センサと、この加速度センサの出力を使用して荷重を演算する処理手段（図４の(31)）とを備えたセンサ装置によっても、前輪左、前輪右、後輪左および後輪右のハブユニット荷重をそれぞれ求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、この発明によるセンサ付き転がり軸受装置の要部の側面図である。
【図３】図３は、Ｙ方向の加速度である横ＧとＺ方向荷重（Ｆｚ）ならびにＹ方向荷重（Ｆｙ）との関係、および横Ｇとモーメント（Ｍｘ）との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、この発明のセンサ付き転がり軸受装置の処理手段を示すブロック図である。
【図５】図５は、従来の車両制御システムの一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
(1)      ハブユニット（転がり軸受装置）
(2)      センサ装置
(3)      車体側軌道部材
(4)      車輪側軌道部材
(5)      玉（転動体）
(11)     加速度センサ（Ｇセンサ）
(31)     処理手段
【図１】
2006292489.tif 000003
【図２】
2006292489.tif 000004
【図３】
2006292489.tif 000005
【図４】
2006292489.tif 000006
【図５】
2006292489.tif 000007