(57)【要約】【課題】  センサ個数を増やすことなく軸受剥離等の異常検出を行うことができる回転センサ付き軸受の異常検出方法および検出装置を提供する。【解決手段】  回転検出信号としてパルス波形を出力する回転センサ２１を備えた自動車用の車輪用軸受１において、前記回転センサ２１の出力波形のデューティ比を演算するデューティ比演算手段３２を設ける。この演算されたデューティ比から設定基準に従って前記車輪用軸受１の異常を判定する異常判定手段３３を設ける。回転センサ２１は、車輪用軸受１の回転側部材４に取付けられた磁気エンコーダ２３と、固定側部材３に取付けられて前記磁気エンコーダ２３の磁極を検出する磁気センサ２４とでなる。前記デューティ比演算手段３２は、回転センサ２１の出力波形について隣合う１パルス毎のデューティ比を演算する。前記異常判定手段３３は、この１パルス毎のデューティ比の変化量を演算し、変化量が閾値を超えたとき、または変化量が閾値を超えたときが設定回数以上検出された場合に軸受異常と判定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転検出信号としてパルス波形を出力する回転センサを備えた転がり軸受において、前記回転センサの出力波形のデューティ比を演算する過程と、この演算されたデューティ比から設定基準に従って前記転がり軸受の異常を判定する過程とを含む回転センサ付き軸受の異常検出方法。
【請求項２】
請求項１において、前記転がり軸受が自動車用の車輪用軸受である回転センサ付き軸受の異常検出方法。
【請求項３】
回転検出信号としてパルス波形を出力する回転センサを備えた転がり軸受において、前記回転センサの出力波形のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、この演算されたデューティ比から設定基準に従って前記転がり軸受の異常を判定する異常判定手段とを備えた回転センサ付き軸受の異常検出装置。
【請求項４】
請求項３において、前記回転センサは、転がり軸受の回転側部材に取付けられた磁気エンコーダと、固定側部材に取付けられて前記磁気エンコーダの磁極を検出する磁気センサとでなり、前記デューティ比演算手段は、回転センサの出力波形について隣合う１パルス毎のデューティ比を演算するものとし、前記異常判定手段は、この１パルス毎のデューティ比の変化量を演算し、変化量が閾値を超えた場合、または変化量が閾値を超えたときが設定回数以上検出された場合に軸受異常と判定するものとした回転センサ付き軸受の異常検出装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記転がり軸受が自動車用の車輪用軸受である回転センサ付き軸受の異常検出装置。
【請求項６】
請求項５において、前記デューティ比演算手段および異常判定手段は、自動車のアンチロックブレーキシステムまたは自動車の全体を制御する電気制御ユニットを構成する演算処理装置の一部として設けられたものであり、上記アンチロックブレーキシステムまたは電気制御ユニットは、前記回転センサの回転検出信号を用いるものである回転センサ付き軸受の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アンロックブレーキシステム等に用いられる回転センサを備えた自動車用の車輪用軸受や、回転センサを備えた一般軸受の異常検出方法、およびその検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の車輪用軸受における異常検出方法として、回転センサと他のセンサ（温度センサ，振動センサ等）を併用したものが提案されている（例えば特許文献１，２）。これらの提案例では、上記各種のセンサを樹脂製のセンサホルダ内に一体成形して組み込んで、車輪用軸受の外輪に設置している。
【特許文献１】特開２００２−３４０９２２号公報
【特許文献２】特開２００４−３６８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記した各提案例のように複数のセンサを併用し、これらのセンサをセンサホルダ内に一体成形して組み込むものとすると、部品点数が増加するので構成が複雑になり、信頼性が低下する、大きくなる、製造原価が高くなるといった課題が生じる。
【０００４】
この発明の目的は、センサ個数を増やすことなく、軸受剥離等の異常検出を行うことができる回転センサ付き軸受の異常検出方法および検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の回転センサ付き軸受の異常検出方法は、回転検出信号としてパルス波形を出力する回転センサを備えた転がり軸受において、前記回転センサの出力波形のデューティ比を演算する過程と、この演算されたデューティ比から設定基準に従って前記転がり軸受の異常を判定する過程とを含むものである。前記転がり軸受は、例えば自動車用の車輪用軸受である。
この構成によると、回転センサの出力波形のデューティ比を演算し、デューティ比から車輪用軸受の異常を判定するため、センサ個数を増やすことなく、軸受剥離等の異常検出を行うことができる。
【０００６】
この発明の回転センサ付き軸受の異常検出装置は、回転検出信号としてパルス波形を出力する回転センサを備えた転がり軸受において、前記回転センサの出力波形のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、この演算されたデューティ比から設定基準に従って前記転がり軸受の異常を判定する異常判定手段とを備えたものである。前記転がり軸受は、例えば自動車用の車輪用軸受である。
この構成によると、回転センサの出力波形のデューティ比をデューティ比演算手段で演算し、この演算されたデューティ比から設定基準に従って前記車輪用軸受の異常を異常判定手段で判定する。そのため、センサ個数を増やすことなく軸受剥離等の異常検出を行うことができる。
【０００７】
この発明の異常検出装置において、前記回転センサは、転がり軸受の回転側部材に取付けられた磁気エンコーダと、固定側部材に取付けられて前記磁気エンコーダの磁極を検出する磁気センサとでなるものとしても良い。また、前記デューティ比演算手段は、回転センサの出力波形について隣合う１パルス毎のデューティ比を演算するものとし、前記異常判定手段は、この１パルス毎のデューティ比の変化量を演算し、変化量が閾値を超えた場合、または変化量が閾値を超えたときが設定回数以上検出された場合に軸受異常と判定するものとしても良い。
この構成の場合、デューティ比演算手段は隣合う１パルス毎のデューティ比を演算し、異常判定手段は、この１パルス毎のデューティ比の変化量を演算し、閾値を超えた場合、または変化量が閾値を超えたときが設定回数以上検出された場合に軸受異常と判定する。  車輪用軸受の場合、実際の自動車運転中において、何らかの異常がなければ、磁気エンコーダにおける磁極の隣合った１極分の角度範囲で車輪の回転が急激に変化する動作はあり得ない。一般的な転がり軸受の場合も、車輪用軸受の場合と同様に、上記のように回転が急激に変化する場合は少ない。そこで、１極毎に隣合う部分のデューティ比の変化量を計算し、その変化量が閾値を超えた場合は軸受異常が生じたものと判定することが可能となる。変化量が閾値を超えた場合が１回だけであると、ノイズの可能性もあるが、閾値を超えたときが設定回数以上検出された場合に軸受異常と判定するようにした場合は、より信頼性の高い軸受異常の検出が行える。
【０００８】
この発明の異常検出装置において、前記転がり軸受が自動車用の車輪用軸受である場合に、前記デューティ比演算手段および異常判定手段は、自動車のアンチロックブレーキシステムまたは自動車の全体を制御する電気制御ユニットを構成する演算処理装置の一部として設けられたものであっても良い。これはアンチロックブレーキシステムまたは電気制御ユニットは、前記回転センサの回転検出信号を用いるものである。
アンチロックブレーキシステムや電気制御ユニット（ＥＣＵ）は、電子回路基盤等により演算処理装置を一般的に備えている。このようなアンチロックブレーキシステムや電気制御ユニットを構成する電子回路基盤等に前記デューティ比演算手段および異常判定手段を追加の機能として設けることで、この異常検出装置を安価に構成することができる。特に、上記アンチロックブレーキシステムや電気制御ユニットは、上記回転センサの回転検出信号を用いるものであるため、回転センサから演算処理装置までの配線や演算処理装置内の回路の一部がこの異常検出装置と共用でき、より一層簡易な構成で異常検出装置の追加が行える。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の回転センサ付き軸受の異常検出方法は、回転検出信号としてパルス波形を出力する回転センサを備えた転がり軸受において、前記回転センサの出力波形のデューティ比を演算する過程と、この演算されたデューティ比から設定基準に従って前記転がり軸受の異常を判定する過程とを含むものとしたため、センサ個数を増やすことなく軸受剥離等の異常検出を行うことができる。
この発明の回転センサ付き軸受の異常検出装置は、回転検出信号としてパルス波形を出力する回転センサを備えた転がり軸受において、前記回転センサの出力波形のデューティ比を演算するデューティ比演算手段と、この演算されたデューティ比から設定基準に従って前記転がり軸受の異常を判定する異常判定手段とを設けたため、センサ個数を増やすことなく軸受剥離等の異常検出を行うことができる。
この発明の異常検出方法および検出装置は、前記転がり軸受が自動車用の車輪用軸受である場合に、より効果的に異常検出が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の一実施形態を図１ないし図７と共に説明する。この実施形態の回転センサ付き軸受の異常検出方法は、図１のように、回転検出信号としてパルス波形を出力する回転センサ２１を備えた自動車用の車輪用軸受１の異常を検出するものである。回転センサ２１は、車輪の回転を検出するセンサである。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外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
車輪用軸受１は第３世代型のものであって、内周に複列の軌道面５を有する外方部材３と、前記各軌道面５に対向する軌道面６を有する内方部材４と、これら外方部材３および内方部材４の両軌道面５，６の間に介在した複列の転動体７とで構成される。各列の転動体７は保持器８により保持されている。外方部材３と内方部材４との間の軸受空間の両端は、シール９，１０によりそれぞれ密封されている。
【００１１】
外方部材３は一体の部品からなり、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックル等に取付けるフランジ３ａが外周に設けられている。
内方部材４は、アウトボード側端に車輪取付用フランジ１１ａを有するハブ輪１１と、このハブ輪１１のインボード側端の外周に嵌合した内輪１２とを有し、これらハブ輪１１および内輪１２に各列の軌道面６が設けられている。
【００１２】
内方部材４は中央孔１３を有し、等速自在継手１４における外輪１６のステム部１６ａが挿通される。ステム部１６ａは先端に雄ねじ部を有し、この雄ねじ部に螺合するナット１７の締め付けにより、等速自在継手１４の外輪１６が内方部材４に一体的に固定される。このとき、等速自在継手１４の外輪１６に設けられた段面１６ｂが、内方部材４の内輪１２の幅面に押し付けられることで、内輪１２のハブ輪１１に対する固定が行われる。
【００１３】
車輪用軸受１のインボード側端には、前記回転センサ２１が設けられている。この回転センサ２１は、図２に拡大して示すように、内方部材４の端部外周におけるシール１０のインボード側に取付けられる磁気エンコーダ２３、およびこの磁気エンコーダ２３に対して軸方向に対向して外方部材３の端部に取付けられる磁気センサ２４を有する。  磁気エンコーダ２３は、断面Ｌ字状の環状の芯金２３ａの側板部に多極磁石２３ｂを設けたものとされている。磁気エンコーダ２３は、芯金２３ａの円筒部を内方部材４の外周に圧入することにより、内方部材４に取付けられている。多極磁石２３ｂは、図３に正面図で示すように、円周方向にＮ磁極おびＳ磁極を交互に形成した部材であり、ゴム磁石、プラスチック磁石、または焼結磁石等からなる。磁極Ｎ，Ｓは、ピッチ円直径ＰＣＤにおいて、所定のピッチｐとなるように形成されている。
【００１４】
磁気エンコーダ２３は、この実施形態では、インボード側のシール１０の構成部品を兼ねており、スリンガとしての機能を発揮する。このシール１０は、磁気エンコーダ２３の芯金２３ａと、外方部材３の内径面に嵌合したシール部材１０ａとで構成される。シール部材１０ａは、環状の芯金にゴム等の弾性体を設けたものであり、磁気エンコーダ２３の芯金２３ａの側板部および円筒部にそれぞれ先端が摺接する複数のリップ部１０ｂが、前記弾性体に設けられている。
磁気センサ２４は、磁気エンコーダ２３の磁極Ｎ，Ｓを検出するセンサであり、センサ取付部材２５を介して外方部材３に取付けられる。センサ取付部材２５は、外方部材３の外周に嵌合する円筒部およびその一端から内径側へ延びる鍔部を有するリング状の部材であり、内径縁に、等速自在継手外輪１６の外周面に摺接する弾性体のリップ部を有している。磁気センサ２４は、ホール素子や磁気抵抗素子等のセンサ素子２６を、樹脂製等のセンサホルダ２７内に埋め込んで構成されている。
【００１５】
図１に示すように、上記回転センサ２１の出力はアンチロックブレーキシステム３１に入力される。アンチロックブレーキシステム３１の主要な機能は、低摩擦路やパニックブレーキ時のタイヤロックを検知し、ブレーキを緩めてタイヤグリップを確保することで、操舵安定性を得るものであり、回転センサ２１の回転検出信号からタイヤロックを検出する。このアンチロックブレーキシステム３１は、自動車の全体を制御する演算処理装置であるＥＣＵ（電気制御ユニット）３０の一部として設けられ、上記の主要機能部とは別に軸受異常検出機能部３４を有する。
【００１６】
軸受異常検出機能部３４は、軸受剥離や磁気エンコーダ２３の異常を検出する機能部であり、回転センサ２１の出力波形のデューティ比を演算するデューティ比演算手段３２と、この演算されたデューティ比から設定基準に従って車輪用軸受１の異常を判定する異常判定手段３３とでなる。
【００１７】
デューティ比演算手段３２は、回転センサ２１の出力波形について隣合う１パルス毎のデューティ比を演算する。
異常判定手段３３は、前記１パルス毎のデューティ比の変化量を演算し、変化量が所定の閾値を超えた場合、または変化量が閾値を超えたときが設定回数以上検出された場合に軸受異常と判定する。
【００１８】
なお、上記軸受異常検出機能部を構成するデューティ比演算手段３２および異常判定手段３３は、アンチロックブレーキシステム３１の一部として設ける場合に限らず、例えばＥＣＵ３０がアンチロックブレーキシステム３１を持たない場合に、そのＥＣＵ３０の一部として設けても良い。また、ＥＣＵ３０とアンチロックブレーキシステム３１とが別々に設けられている場合に、そのアンチロックブレーキシステム３１に上記デューティ比演算手段３２および異常判定手段３３を設けても良い。
【００１９】
図４は図１の回転センサ２１から出力される回転検出信号であるパルス波形の略１周期分を示し、図５は上記アンチロックブレーキシステム３１における軸受異常検出機能部３４のプログラムのフローチャートを示す。これらの波形図およびフローチャートを参照して、上記軸受異常検出機能部の動作を以下に説明する。
【００２０】
図５において、開始点では、異常発生フラグが初期化され、磁気エンコーダ２３の各磁極の角度情報が取り込まれている。ステップＳ１では、回転センサ２１から出力されるパルス波形から次の各式を演算し、デューティ比誤差DutyError high，DutyError low を算出する。
Dutyhigh＝t high÷（t high＋t low ）……（１）
Dutylow ＝ｔlow ÷（t low ＋t high）……（２）
DutyError high＝（Dutyhigh−５０％）……（３）
DutyError low ＝（Dutylow −５０％）……（４）
ただし、DutyhighおよびDutylow は上記パルス波形の１周期におけるHigh波形（ハイレベル電流波形）側のデューティ比およびLow波形（ロウレベル電流波形）側のデューティ比を、DutyError highおよびDutyError low はHigh波形側のデューティ比誤差およびLow波形側のデューティ比誤差をそれぞれ示す。なお、t highおよびt low の定義は、図４の波形図中に示す。
【００２１】
次のステップＳ２では、上記パルス波形での磁気エンコーダ２３における１極毎に隣合う磁極に対応する部分のデューティ比誤差の変化量を次式から算出する。
DutyErrorDiff high＝DutyError high n−DutyError high n+1……（５）
DutyErrorDiff low ＝DutyError low n −DutyError low n+1 ……（６）
ただし、添字ｎは磁極番号を示す。
【００２２】
次のステップＳ３では、ステップＳ２で算出したデューティ比誤差の変化量DutyErrorDiff が所定の閾値（ここでは４％）を超えたか否かを確認し、超えていなければステップＳ１に戻る。閾値を超えていると、ステップＳ４に移行して前回も閾値を超えたか否かを確認する。前回も閾値を超えていれば異常発生フラグをセットしてから（ステップＳ５）、ステップＳ６に移行し、異常発生フラグを連続して設定回数（ここでは１０回）検出したか否かを確認する。設定回数検出していれば、軸受異常と判断する（ステップＳ７）。ステップＳ４において、前回は閾値を超えていないと確認すれば、異常発生フラグをクリアして（ステップＳ８）、ステップＳ１に戻る。ステップＳ６において、異常発生フラグを連続して設定回数検出していないと確認すれば、ステップＳ１に戻る。
【００２３】
図６は、軸受異常が軸受剥離である場合の軸受剥離前後でのデューティ比誤差（式（３），（４）で算出した結果）の比較を、各磁極毎にプロットしたグラフを示す。軸受剥離前のデータは、High，Low側とも最大値が１％、標準偏差が０．２４％であったのに対して、軸受剥離後では最大値がHigh側：５％，Low側：−６％と大きく、標準偏差も＋側：１．２３％，−側：１．５３％と、ばらつきが大きいという結果が得られた。
また、図７は、図６のデータに式（５），（６）を適用して、１極毎に隣合う磁極のデューティ比誤差の変化量を算出し、プロットした結果を示す。
【００２４】
軸受剥離前のデータは、High，Low側とも最大値が０．５％未満であるのに対して、軸受剥離後では最大値がHigh側：７％，Low側：−６％と、剥離前と比較して１０倍以上あり、十分安定した判定が可能となる。なお、デューティ比は、磁気エンコーダ２３の寸法，磁極数，磁気センサ２４と磁気エンコーダ２３のエアギャップによって数値が変化するので、各々の場合によって上記閾値を決定する必要があるが、好ましくは閾値を５％以上に設定するのが望ましい。
【００２５】
実際の自動車運転中において、何らかの異常がなければ、磁気エンコーダ２３における磁極の隣合った１極分の角度範囲で車輪の回転が急激に変化する動作はあり得ない。そこで、１極毎に隣合う部分のデューティ比の変化量を計算し、その変化量が閾値を超えた場合は軸受異常が生じたものと判定することが可能となる。変化量が閾値を超えた場合が１回だけであると、ノイズの可能性があり、信頼性がいま一つ十分でないが、上記のように閾値を超えたときが設定回数以上検出された場合に軸受異常と判定するようにした場合は、より信頼性の高い軸受異常の検出が行える。
このように、回転センサ２１の回転検出信号を利用し、デューティ比の変化から異常判定を行うことで、センサ個数を増やすことなく、軸受軌道面５，６の剥離や圧痕等の異常検出を行うことができる。なお、軸受軌道面５，６の剥離等の軸受異常の他に、回転センサ２１の異常、例えば磁気エンコーダ２３の異常の場合にも、１極毎に隣合う部分のデューティ比の変化量が急激に変化することがある。したがって、この回転センサ付き軸受の異常検出装置は、磁気エンコーダ２３の異常検出装置としても機能する。
【００２６】
また、この実施形態では、軸受異常検出機能部を構成する前記デューティ比演算手段３２および異常判定手段３３を、自動車のアンチロックブレーキシステム３１の一部として、または自動車の全体を制御する電気制御ユニット３０の一部として設けているので、一般的な自動車のアンチロックブレーキシステムや電気制御ユニット、およびアンチロックブレーキシステム用の回転センサ２１を利用し、前記デューティ比演算手段３２および異常判定手段３３を設けることができる。この場合に、回転センサ２１からアンチロックブレーキシステム３１あるいは電気制御ユニット３０までのセンサ配線や、アンチロックブレーキシステム３１，電気制御ユニット３０の回路の一部等を異常検出部３４に兼用することができる。例えば、これらアンチロックブレーキシステム３１，電気制御ユニット３０の処理回路を、従来の設計から変更する必要なく、利用することができる。そのため、軸受異常検出機能部３４を安価に構成できる。また、センサ個数が増えず、部品点数が少なく簡単に構成できるので、センサ回りがコンパクトになり、異常検出の信頼性も向上する。
【００２７】
なお、上記実施形態では、パルス波形での磁気エンコーダ２３における１極毎に隣合う部分のデューティ比誤差（式（３），（４）の演算結果）の変化量を閾値と比較して軸受異常を検出したが、デューティ比の式（１），（２）の演算結果を直接使用して閾値と比較することにより軸受異常を検出しても良い。
また、上記実施形態では車輪用軸受の場合につき説明したが、この発明は、回転センサ付きの転がり軸受一般に適用することができる。
【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異常検出方法が適用される回転センサ付き軸受の断面図である。
【図２】同軸受の要部拡大断面図である。
【図３】同軸受における回転センサの磁気エンコーダの半部正面図である。
【図４】同回転センサの出力波形を示す波形図である。
【図５】同回転センサの出力が入力されるアンチロックブレーキシステムにおける軸受異常検出機能部のプログラムを示すフローチャートである。
【図６】軸受異常が軸受剥離である場合の軸受剥離前後でのデューティ比誤差の比較を、各磁極毎にプロットしたグラフである。
【図７】図６のデータから、１極毎に隣合う磁極のデューティ比誤差の変化量を算出し、プロットしたグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１…車輪用軸受
３…外方部材（固定側部材）
４…内方部材（回転側部材）
２１…回転センサ
２３…磁気エンコーダ
２４…磁気センサ
３０…自動車の電気制御ユニット
３１…アンチロックブレーキシステム
３２…デューティ比演算手段
３３…異常判定手段
【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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