(57)【要約】【課題】 ステアリングシャフトの剛性を低下させることなく操舵補助力を検出することを可能とするとともに、操舵トルク検出用トルクセンサとタイヤ接地荷重検出用変位センサとの共用化を可能とするパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットおよびセンサ装置を提供する。【解決手段】  センサ付きハブユニットは、パワーステアリング装着車両の前輪の左右ハブユニット1の軸方向内側および外側にそれぞれ設けられたセンサSti,Sto,Sbi,Sboと、各センサSti,Sto,Sbi,Sboの出力を処理する処理手段10とを備えており、処理手段は、各センサSti,Sto,Sbi,Sboの出力から運転者のステアリング操作のための操舵補助力を求める補助力演算部32を有している。【選択図】    図４
2006201116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体側に固定される車体側軌道部材、車輪取付け用のフランジ部を有する車輪側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しパワーステアリング装着車両に取り付けられるハブユニットにセンサが設けられたセンサ付きハブユニットであって、
ハブユニットの軸方向内側および外側にそれぞれ設けられたセンサと、各センサの出力を処理する処理手段とを備えており、処理手段は、各センサの出力から運転者のステアリング操作のための操舵補助力を求める操舵補助力演算部を有していることを特徴とするパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニット。
【請求項２】
センサは、固定側軌道部材に設けられかつ転動体と固定側軌道部材との間に作用する力をエコー比として検知する超音波センサである請求項１のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニット。
【請求項３】
センサは、固定側軌道部材の周方向に所定間隔を置いた少なくとも３カ所に設けられており、処理手段は、各センサの出力から転がり軸受に作用する荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求めるタイヤ接地荷重３方向演算部をさらに有している請求項１または２のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニット。
【請求項４】
パワーステアリング装着車両の前輪の左右ハブユニットの軸方向内側および外側にそれぞれ設けられたセンサと、各センサの出力を処理する処理手段とを備えており、処理手段は、各センサの出力から運転者のステアリング操作のための操舵補助力を求める操舵補助力演算部を有していることを特徴とするパワーステアリング装着車両用センサ装置。
【請求項５】
各ハブユニットは、固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有しており  センサは、固定側軌道部材に設けられかつ転動体と固定側軌道部材との間に作用する力をエコー比として検知する超音波センサである請求項４のパワーステアリング装着車両用センサ装置。
【請求項６】
センサは、固定側軌道部材の周方向に所定間隔を置いた少なくとも３カ所に設けられており、処理手段は、各センサの出力から転がり軸受に作用する荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求めるタイヤ接地荷重３方向演算部をさらに有している請求項４または５のパワーステアリング装着車両用センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワーステアリング装置を装着した自動車用のセンサ付きハブユニットおよびセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のパワーステアリング装置は、図５に示すように、左右の車輪100を旋回させるための操作手段としてのハンドル（ステアリングホイール）101に一端が固着されるステアリングシャフト102と、そのステアリングシャフト102の他端と左右の車輪100との間に設けられたラックピニオン機構103と、ハンドル101の操作によってステアリングシャフト102に加えられる操舵トルクを検出するトルクセンサ104と、ハンドル操作（ステアリング操作）による運転者の負荷（操舵力）を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ105と、そのモータ105の発生する操舵補助力をステアリングシャフト102に伝達する減速ギヤ106と、車載バッテリ107からの電源の供給を受けてトルクセンサ104や車速センサ108からのセンサ信号に基づきモータ105の駆動を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）(109)とを備えている（特許文献１）。トルクセンサ104は、操舵トルクを検出しやすいように、ねじれやすいように形成されたトーションバーに取り付けられている。
【０００３】
一方、自動車においては、その制御を行うために種々の情報が必要であることから、車体側に固定される固定側軌道部材、車輪が取り付けられる回転側軌道部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有する転がり軸受（ハブユニット）に、センサ装置を設けることが提案されている。たとえば、特許文献２には、固定側軌道部材に変位センサを設けて、ハブユニットに加わるタイヤ接地荷重の方向および大きさを求めるようにしたセンサ付きハブユニットが開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２１６９５１号公報
【特許文献２】特開２００４−３９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１のパワーステアリング装着車両用センサ装置によると、ねじれやすくしたトーションバーにトルクセンサを取り付けるようになされているため、これがステアリングシャフトの剛性の低下となって操舵フィーリングの悪化の要因となるという問題があった。
【０００５】
また、上記特許文献１における操舵トルク検出用トルクセンサと上記特許文献２のセンサ付きハブユニットにおけるタイヤ接地荷重検出用変位センサとは、それぞれ別個のセンサ装置として扱われていた。
【０００６】
この発明の目的は、ステアリングシャフトの剛性を低下させることなく操舵補助力を検出することを可能とするとともに、操舵トルク検出用トルクセンサとタイヤ接地荷重検出用変位センサとを共用化してパワーステアリング用トルクセンサの省略を可能とするパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットおよびパワーステアリング装着車両用センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットは、車体側に固定される車体側軌道部材、車輪取付け用のフランジ部を有する車輪側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しパワーステアリング装着車両に取り付けられるハブユニットにセンサが設けられたセンサ付きハブユニットであって、センサ装置は、ハブユニットの軸方向内側および外側にそれぞれ設けられたセンサと、各センサの出力を処理する処理手段とを備えており、処理手段は、各センサの出力から運転者のステアリング操作のための操舵補助力を求める操舵補助力演算部を有していることを特徴とするものである。
【０００８】
また、この発明によるパワーステアリング装着車両用センサ装置は、パワーステアリング装着車両の前輪の左右ハブユニットの軸方向内側および外側にそれぞれ設けられたセンサと、各センサの出力を処理する処理手段とを備えており、処理手段は、各センサの出力から運転者のステアリング操作のための操舵補助力を求める操舵補助力演算部を有していることを特徴とするものである。
【０００９】
パワーステアリング装置は、エンジンの回転で油圧を発生させ、この油圧をステアリング機構に作用させる油圧式のものであってもよく、また、電動モータを駆動することによりステアリング機構に必要な補助力を与える電動式のものであってもよい。具体的には、コラムタイプ電動パワーステアリング、ラック同軸タイプ電動パワーステアリング、ステップオリフィスタイプ電子制御式パワーステアリング、電動ポンプ式油圧パワーステアリング等のパワーステアリングを装着した自動車にこの発明のセンサ装置を適用することができる。
【００１０】
ハブユニットは、固定側軌道部材、回転側軌道部材および転動体を有しており、センサは、固定側軌道部材に設けられる。
【００１１】
ステアリング操作を行うと、左右の車輪が旋回（垂直軸回りに回転）し、これに伴って、ハブユニットにモーメントが作用する。このモーメントは、外側のハブユニットの軸方向内側では、荷重を増加、同外側では、荷重を減少させるので、これらの荷重の変化を適宜なセンサで検出することにより、車輪に作用するモーメントを求めることができる。この車輪のモーメントは、操舵力と対応しているので、車輪のモーメントの大きさに応じてステアリング機構に操舵補助力を与えることにより、運転者が作用させるべき操舵力が軽減される。
【００１２】
センサは、例えば、転動体と固定側軌道部材との間に作用する力をエコー比として検知する超音波センサとされるが、これに限定されるものではなく、転動体から固定側軌道部材に作用する力による歪量を検知するＭＩセンサ（磁気インピーダンスセンサ）であってもよく、その他の荷重センサ（応力センサおよび歪センサを含む）であってもよい。
【００１３】
センサの数は、左右ハブユニットのそれぞれに内側および外側の２つずつ計４つが必要である。これらのセンサは、ハブユニットの頂部または底部に配置されることが好ましい。
【００１４】
パワーステアリング用操舵補助力を検出するためだけであれば、センサの数は、左右の各ハブユニットに２つずつ計４つあればよいが、センサは、各ハブユニット毎に、固定側軌道部材の周方向に所定間隔を置いた少なくとも３カ所に設けられていることが好ましく、これに対応して、処理手段は、各センサの出力から転がり軸受に作用する荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求めるタイヤ接地荷重３方向演算部をさらに有していることが好ましい。この場合、センサの数は、前輪の左右ハブユニット毎に少なくとも６つ（内外１対×３カ所）使用される。そして、後輪の左右ハブユニットにもこれらのセンサが設けられる。
【００１５】
このようにすると、各車輪におけるタイヤ接地荷重の各成分を求めることが可能となり、タイヤ接地荷重の各成分を求めるセンサによってパワーステアリング用操舵補助力を求めることにより、タイヤ接地荷重の各成分およびパワーステアリング用トルクを別々に検出している従来のものに比べて、パワーステアリング用トルクを検出するセンサを省略することができ、大幅にコストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットによると、これをパワーステアリング装着車両の前輪に取り付けることにより、ステアリングシャフトの剛性を低下させることなく操舵補助力を検出することができる。しかも、これをタイヤの接地荷重を求めるセンサ装置としても使用可能な構成とすることにより、パワーステアリング用トルクを検出するセンサを省略することができる。
【００１７】
この発明のパワーステアリング装着車両用センサ装置によると、これをパワーステアリング装着車両に設けることにより、ステアリングシャフトの剛性を低下させることなく操舵補助力を検出することができる。しかも、これをタイヤの接地荷重を求めるセンサ装置としても使用可能な構成とすることにより、パワーステアリング用トルクを検出する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】
【００１８】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。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、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【００１９】
図１は、この発明のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットの１実施形態を示しており、図４は、この発明のパワーステアリング装着車両用センサ装置の１実施形態を示している。
【００２０】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材(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。
【００２１】
固定側軌道部材(3)は、軸受の外輪（固定輪）機能を有しているもので、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（車体側部分）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。
【００２２】
回転側軌道部材(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)が形成されており、内輪(17)の左部に肩部(17b)が形成されている。固定側軌道部材(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。内軸(14)の小径部(16)の左端部には、おねじ部が設けられており、このおねじ部にねじ合わされたナット(21)によって、内輪(17)が内軸(14)に固定されている。固定側軌道部材(3)の左端部には、カバー(22)が被せ止められている。
【００２３】
ハブユニット(1)には、固定側軌道部材(3)と内列の玉(5)との間に作用する力（以下「転動体荷重」と称す）を検出する超音波センサ(Sti)(Sbi)と、外列の玉(5)の転動体荷重を検出する超音波センサ(Sto)(Sbo)とが設けられている。
【００２４】
パワーステアリング装着車両用センサ装置(2)は、各ハブユニット(1)に設けられた超音波センサ(Sti)(Sbi)(Sto)(Sbo)と、これらの超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)の出力を処理する処理手段(10)（図４参照）とを備えている。超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)は、図示されている頂部および底部のほかに、前部および後部にもそれぞれ設けられている（これらは、符号(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)で表す。）。ただし、超音波センサの個数および配置は、これに限定されるものではない。
【００２５】
超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)は、振動子から出力された超音波の反射波を受信部で受けることにより、図２に示すような反射エコーを求めるもので、その出力は、以下に示すエコー比として求められる。
【００２６】
エコー比＝１００×（Ｈ０−Ｈ１）／Ｈ０
Ｈ０：転動体が超音波センサから半ピッチ離れたときのエコー強度
Ｈ１：転動体が超音波センサ直下に位置するときのエコー強度
このエコー比は、転動体荷重と図３に示す関係を有しており、これを利用してエコー比から転動体荷重を求めることができる。玉(5)に作用する荷重が大きいと、接触面積が大きくなって反射波が小さくなることから、転動体荷重が大きい場合には、大きいエコー比が出力される。
【００２７】
処理手段(10)には、図４に示すように、各車輪毎にハブユニット(1)に設けられたすべてのセンサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)の出力を使用してそのタイヤ接地荷重の３方向成分を求めるタイヤ接地荷重３方向成分演算部(31)と、前輪の左右ハブユニット(1)の頂部および底部に設けられたセンサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)の出力を使用して操舵補助力を求める操舵補助力演算部(32)とが設けられている。各演算部(31)(32)における演算結果は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）(33)に送られて、タイヤ接地荷重３方向成分演算部(31)における演算結果は、車両の制御のために使用され、操舵補助力演算部(32)における演算結果は、ステアリング操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を発生させる電動モータ（図５参照）の駆動を制御するために使用される。
【００２８】
処理手段(10)には、エコー比の式、各超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)から得られたエコー比からそのセンサ位置の転動体荷重を求める式、これらの転動体荷重からタイヤ接地荷重の上下方向成分、前後方向成分および左右方向成分を求める式、前輪の左右に設けられた超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)から得られた転動体荷重の変化と操舵時に路面から左右の車輪に作用するモーメントとの関係式、路面から左右の車輪に作用するモーメントからステアリングシャフトに作用する操舵トルクを求める式などが蓄えられている。
【００２９】
運転者がハンドル操作を行うと、前側の左右車輪は、その操作方向に旋回しようとする。その際、路面から車輪にモーメントが作用する。このモーメントは、軸方向内側の転動体荷重を増加（または減少）させるとともに、軸方向外側の転動体荷重を減少（または増加）させる。したがって、軸方向内側および外側の転動体荷重を検出することにより、車輪に作用するモーメントを算出できる。このモーメントの大小は、ハンドル操作による運転者の負荷の大小に対応しているので、このモーメントからハンドル操作による運転者の負荷を軽減するための操舵補助力を求め、この操舵補助力を電動モータによって発生させることにより、車両のステアリング機構に操舵補助力を与えることができる。
【００３０】
一方、走行する車両の速度変化や姿勢変化に伴って、タイヤに掛かる接地荷重が変動し、このタイヤ接地荷重変動に応じて、転動体荷重が変化する。複数のセンサを設置した場合、タイヤに作用する前後荷重、左右荷重および垂直荷重の成分ごとにそれぞれセンサへの影響度が異なっており、予め、前後荷重がかかった場合の転動体荷重およびこれに対応するエコー比、左右荷重がかかった場合の転動体荷重およびこれに対応するエコー比、ならびに垂直荷重がかかった場合の転動体荷重およびこれに対応するエコー比を求めておくことにより、超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)で得られたエコー比よりタイヤ接地荷重の３方向分力を求めることができる。
【００３１】
複数の箇所にセンサを設置して接地荷重の各分力をそれぞれ分離して求めようとした場合、他の分力の影響による誤差が生じやすいものとなるが、上記のように、超音波センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)の設置箇所を固定側軌道部材(3)の頂部、底部、前部および後部のそれぞれ内側および外側の計８カ所とすることにより、３方向分力を精度よく求めることができるとともに、前後軸回りのモーメントおよび上下軸回りのモーメントを求めることもできる。
【００３２】
なお、上記において、操舵補助力は、前輪の左右ハブユニット(1)の頂部および底部の両方に設けられたセンサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)の出力を使用して求めているが、頂部および底部のいずれか一方のセンサの出力を使用して求めることもできる。また、センサの出力を使用して直接演算するのではなく、前輪左右のタイヤ接地荷重３方向成分演算部(31)で求められたタイヤ接地荷重３方向成分から操舵補助力を演算することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、この発明によるパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットの１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】図２は、超音波センサで得られるエコーの波形の一例を示す図である。
【図３】図３は、超音波センサで得られるエコー比と転動体荷重との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、この発明によるパワーステアリング装着車両用センサ装置の１実施形態を示すブロック図である。
【図５】図５は、この発明のパワーステアリング装着車両用センサ付きハブユニットおよびセンサ装置が適用される従来のパワーステアリング装着車両を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
(1)      ハブユニット
(2)      センサ装置
(3)      固定側軌道部材
(4)      回転側軌道部材
(5)      玉（転動体）
(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)     超音波センサ
(10)     処理手段
(31)     タイヤ接地荷重３方向成分演算部
(32)     操舵補助力演算部
【図１】
2006201116.tif 000003
【図２】
2006201116.tif 000004
【図３】
2006201116.tif 000005
【図４】
2006201116.tif 000006
【図５】
2006201116.tif 000007