(57)【要約】【課題】  車輪用転がり軸受ユニットにおいて、車輪に作用する荷重を正確に測定することは難しい。【解決手段】  車輪支持用転がり軸受ユニット１０は、懸架装置に支持される外輪１８の内径側に、車輪を固定するハブユニット１３を支持する。ハブユニット１３は、ハブ本体１２と、ハブ本体１２の内端部に設けられた内輪１９とを有する。内輪１９と外輪１８の間に、外列および内列の玉２０ａ、２０ｂがそれぞれ外列および内列の保持器２２ａ、２２ｂで保持された状態で転動自在に設けられ、二列のアンギュラ玉軸受が形成される。内列の光学式センサ２４ｂは、内列の玉２０ｂの表面の移動速度を検出し、外列の光学式センサ２４ａは、外列の玉２０ａの表面の移動速度を検出する。光学式センサ２４ａ、２４ｂによって検出される外列および内列の玉２０ａ、２０ｂの表面の移動速度の変化により、車輪に作用する荷重が算出される。【選択図】  図１
2006234080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の転動体および前記複数個の転動体を保持する保持体からなる転動部材を備えた車輪支持ハブユニットと、
車輪に作用する荷重を測定する荷重測定装置とを備え、
前記荷重測定装置は、
前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出する転動体軌道変化検出部と、
検出された前記転動体の回転軌道の変化に関する量から車輪に作用する荷重量を推定する荷重量推定部とを備えることを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
前記転動体軌道変化検出部は、前記転動体の回転軌道の変化に関する量として、前記転動体の表面の移動速度を検出し、
前記荷重測定装置は、前記転動体の表面の移動速度が前記保持体の公転速度からずれる偏差を検出する速度偏差検出部をさらに備え、
前記荷重量推定部は、検出された前記偏差から前記荷重量を推定することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
前記転動部材は、車軸方向に複列設けられ、
前記転動体軌道変化検出部は、各列の前記転動部材の前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出し、
前記荷重測定装置は、各列の前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定する荷重方向判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受装置。
【請求項４】
前記転動体軌道変化検出部は、車軸方向から見て上下または左右の位置にある前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出し、
前記荷重測定装置は、前記上下または左右の位置にある前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定する荷重方向判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受装置。
【請求項５】
前記荷重測定装置は、前記転動体軌道変化検出部による検出結果にもとづいて、複数個の前記転動体の自転中心がずれる方向を検出する自転中心ずれ方向検出部をさらに備え、
前記荷重方向判定部は、複数個の前記転動体について検出された前記自転中心のずれ方向の組み合わせから前記荷重の方向を判定することを特徴とする請求項３または４に記載の転がり軸受装置。
【請求項６】
前記転動部材は、車軸方向に複列設けられ、
前記転動体軌道変化検出部は、各列の前記転動部材の前記転動体の回転軌道の変化に関する量として、各列の前記転動体の公転速度を検出し、
前記荷重量推定部は、検出された各列の前記転動体の公転速度の差から前記荷重量を推定することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項７】
前記転動体軌道変化検出部は、前記転動体または前記保持体に照射された光の反射光を受光することにより、各列の前記転動体の公転速度を検出することを特徴とする請求項６に記載の転がり軸受装置。
【請求項８】
一方の列の前記保持体には照射された光を通過させるためのスリットが設けられ、他方の列の前記保持体には照射された光を反射させるための反射板が設けられ、
前記転動体軌道変化検出部は、一方の列の前記保持体の前記スリットを通過し、他方の列の前記保持体の前記反射板から反射された反射光を受光することにより、他方の列の前記転動体の公転速度を検出することを特徴とする請求項７に記載の転がり軸受装置。
【請求項９】
前記転動部材は、前記転動体がラジアル方向に対して所定の角度をもって内輪軌道および外輪軌道に接触するように構成されたアンギュラ軸受であることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受装置に関し、特に車輪支持用の転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の制御手段として、急制動時のタイヤのロックを防止するアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）や、滑りやすい路面での発進時や加速時に生じやすい駆動輪の空転を制御するトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）などがあり、さまざまな走行状態や路面状況に対応した駆動制御が行われる。車両の走行安定性を確保するためには、車輪速や車輪に加わる荷重を正確に測定し、これらの制御に有効利用して、制御の応答性と精度を高めることが必要になる。
【０００３】
車両の車輪を懸架装置に対して回転自在に支持する車輪支持用の転がり軸受ユニットに歪みセンサや変位センサなどを取り付けて、車両の走行時に転がり軸受ユニットに加わる荷重を検出し、車両の制御に利用することが行われている。たとえば、特許文献１には、歪みセンサにより接地荷重を測定する歪みセンサ付きのハブユニットが開示されている。
【特許文献１】特開２００３−３３６６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような歪みセンサ付きハブユニットでは、歪みセンサが車体側軌道部材に設けられており、タイヤから車体側軌道部材に力が伝達されるまでの間にベアリングが介在し、ベアリングの剛性などの影響があり測定結果の誤差が大きい。また、歪みセンサの接着方法や取り付け角度、取り付け箇所などによっても測定結果に変動が生じる。また、ベアリングを経由して伝達された力を測定するため、位相遅れにより荷重を正確に測定することができない。
【０００５】
また、車輪の上下荷重変動と左右荷重変動は、同じモーメント力として軸受ユニットに作用するが、軸受ユニットが車輪中心から離れている場合、歪みセンサで上下荷重と左右荷重を分離して測定することは困難である。一般に、車輪用軸受ユニットにおいて、車輪に加わるモーメント荷重を含めて、車両の上下方向、左右方向、および前後方向に作用する荷重を区別して測定することは容易ではない。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車輪に加わる荷重を精度よく測定することのできる転がり軸受装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の転がり軸受装置は、複数個の転動体および前記複数個の転動体を保持する保持体からなる転動部材を備えた車輪支持ハブユニットと、車輪に作用する荷重を測定する荷重測定装置とを備える。前記荷重測定装置は、前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出する転動体軌道変化検出部と、検出された前記転動体の回転軌道の変化に関する量から車輪に作用する荷重量を推定する荷重量推定部とを備える。
【０００８】
「転動体の回転軌道の変化に関する量」とは、転動体の回転軌道の変化に起因する量であり、たとえば、自転中心のずれによる転動体の表面の移動速度の変化や、転動体の車軸周りの公転速度の変化などである。転動体軌道変化検出部は、一例として、光学式センサなどの非接触式センサであってもよい。
【０００９】
この態様によると、車輪に作用する荷重量を高い精度で測定することができる。また、車輪への荷重入力に対して位相遅れなく、荷重を測定することができる。
【００１０】
前記転動体軌道変化検出部は、前記転動体の回転軌道の変化に関する量として、前記転動体の表面の移動速度を検出し、前記荷重測定装置は、前記転動体の表面の移動速度が前記保持体の公転速度からずれる偏差を検出する速度偏差検出部をさらに備えてもよい。前記荷重量推定部は、検出された前記偏差から前記荷重量を推定してもよい。車輪に作用する荷重により、転動体の接触軌道が変化し、転動体の自転中心がずれることから、荷重作用時には転動体の表面の移動速度に変化が現れる。転動体の表面の移動速度の変化を検出することにより、作用している荷重量を求めることができる。
【００１１】
前記転動部材は、車軸方向に複列設けられ、前記転動体軌道変化検出部は、各列の前記転動部材の前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出し、前記荷重測定装置は、各列の前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定する荷重方向判定部をさらに備えてもよい。また、前記転動体軌道変化検出部は、車軸方向から見て上下または左右の位置にある前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出し、前記荷重測定装置は、前記上下または左右の位置にある前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定する荷重方向判定部をさらに備えてもよい。さらに、前記転動部材が車軸方向に複列設けられる場合は、前記転動体軌道変化検出部は、各列について車軸方向から見て上下または左右の位置にある前記転動体の回転軌道の変化に関する量を検出し、前記荷重方向判定部は、各列の前記上下または左右の位置にある前記転動体について検出された前記回転軌道の変化に関する量の組み合わせから車輪に作用する荷重の方向を判定してもよい。これにより、車輪に作用する荷重の方向を区別して荷重を測定することができる。
【００１２】
前記荷重測定装置は、前記転動体軌道変化検出部による検出結果にもとづいて、複数個の前記転動体の自転中心がずれる方向を検出する自転中心ずれ方向検出部をさらに備えてもよい。前記荷重方向判定部は、複数個の前記転動体について検出された前記自転中心のずれ方向の組み合わせから前記荷重の方向を判定してもよい。前記自転中心ずれ方向検出部は、車軸方向から見て上下または左右の位置にある前記転動体の自転中心のずれ方向を検出してもよい。さらに、前記転動部材が車軸方向に複列設けられる場合は、前記自転中心ずれ方向検出部は、各列の前記転動体の自転中心のずれ方向を検出してもよい。車輪に作用する荷重の方向によって、各列の上下左右に配置された転動体の自転中心のずれ方向の違いが現れる。各列の上下左右に配置された転動体の自転中心のずれ方向を検出することにより、自転中心の車輪に作用するモーメント力、上下力、横力、前後力を判定することができる。
【００１３】
前記転動部材は、車軸方向に複列設けられ、前記転動体軌道変化検出部は、各列の前記転動部材の前記転動体の回転軌道の変化に関する量として、各列の前記転動体の公転速度を検出し、前記荷重量推定部は、検出された各列の前記転動体の公転速度の差から前記荷重量を推定してもよい。車輪に作用する荷重により、各列の転動体の公転径に変化が現れる。各列の転動体の公転径の変化を検出することにより、作用している荷重量を求めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の転がり軸受装置によれば、車輪に作用する荷重を精度よく測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
実施の形態１  
図１は、実施の形態１に係る車輪支持用転がり軸受ユニット１０の構成を示す図である。車輪支持用転がり軸受ユニット１０は、転動体を用いた転がり軸受であり、懸架装置に支持される外輪１８の内径側に、車輪を固定するハブユニット１３を支持する。
【００１６】
ハブユニット１３は、車輪を固定するフランジ１４を外端部に設けたハブ本体１２と、ハブ本体１２の内端部に設けられた内輪１９とを有する。フランジ１４の外側面にはホイールがスタッド１６により結合されて固定される。
【００１７】
車輪支持用転がり軸受ユニット１０は、軸受部に二列のアンギュラ玉軸受を用いており、内輪１９と外輪１８の間に、外列のベアリング玉２０ａ、内列のベアリング玉２０ｂがそれぞれ外列の保持器２２ａ、内列の保持器２２ｂで保持された状態で転動自在に設けられている。外列および内列のベアリング玉２０ａ、２０ｂは、それぞれラジアル方向に対してある角度をもって内輪軌道と外輪軌道に接している。本図は、ベアリング軸１１よりも上側の断面図を示すが、外列および内列のベアリング玉２０ａ、２０ｂは、ベアリング軸１１の周りに環状にそれぞれ複数個配置されている。
【００１８】
以下、外列、内列を特に区別する必要がないときは、外列および内列のベアリング玉２０ａ、２０ｂを総称して単にベアリング玉２０と呼び、外列および内列の保持器２２ａ、２２ｂを総称して保持器２２と呼ぶ。また、ベアリング玉を単に玉と呼ぶ。
【００１９】
車輪支持用転がり軸受ユニット１０は、非接触センサの一例として光学式センサ２４ａ、２４ｂを利用して車輪に加わる荷重を測定する機能を備える。光学式センサ２４ａ、２４ｂは、発光器と受光器を備え、コンピュータの入力手段として広く用いられている光学式マウスの光学式センサと同じ原理により、玉２０および保持器２２の表面の凹凸を識別して、高速で回転する玉２０の移動方向と移動速度を検出する。光学式センサ２４ａ、２４ｂとして、表面凹凸の検出面積が十分に狭く、限られた領域の凹凸の移動を高精度で読み取る能力を備えたレーザセンサなどを用いることが好ましい。
【００２０】
内列用の光学式センサ２４ｂは、外輪１８に付設された円筒部１７に設置され、内列の玉２０ｂおよび保持器２２ｂの移動速度を検出する。また、外列用の光学式センサ２４ａは、外輪１８の外端部付近に設置され、外列の玉２０ａおよび保持器２２ａの移動速度を検出する。
【００２１】
外列用および内列用の光学式センサ２４ａ、２４ｂは、それぞれベアリング軸１１の方向から見て上下左右の４箇所に設けられ、車両の上下方向、前後方向に位置する玉２０ａ、２０ｂの回転速度を検出する。
【００２２】
図２（ａ）は、外側の玉列を観測するための光学式センサ２４ａの設置箇所を説明する図である。同図は、車輪支持用転がり軸受ユニット１０の軸受部分をベアリング軸１１の方向から見た模式図である。この例では、外列の保持器２２ａに保持された８個の玉２０ａがベアリング軸１１の周りに環状に配置されている。
【００２３】
外輪１８に４個の光学式センサ２４Ｕａ、２４Ｄａ、２４Ｌａ、２４Ｒａが設置される。車両の前後方向に対応して、外輪１８の左右に２つの光学式センサ２４Ｌａ、２４Ｒａが設けられ、車両の上下方向に対応して、外輪１８の上下に２つの光学式センサ２４Ｕａ、２４Ｄａが設けられ、それぞれ矢印で示す観測点の移動速度を検出する。
【００２４】
図２（ｂ）は、内側の玉列を観測するための光学式センサ２４ｂの設置箇所を説明する図である。外列と同様、内列の保持器２２ｂに保持された８個の玉２０ｂがベアリング軸１１の周りに環状に配置されている。外輪１８に付設された円筒部１７に４個の光学式センサ２４Ｕｂ、２４Ｄｂ、２４Ｌｂ、２４Ｒｂが設置される。車両の前後方向に対応して、円筒部１７の左右に２つの光学式センサ２４Ｌｂ、２４Ｒｂが設けられ、車両の上下方向に対応して、円筒部１７の上下に２つの光学式センサ２４Ｕｂ、２４Ｄｂが設けられ、それぞれ矢印で示す観測点の移動速度を検出する。
【００２５】
以下、外列および内列の光学式センサ２４ａ、２４ｂの上下左右の設置箇所を区別する必要がないときは、Ｕ、Ｄ、Ｌ、Ｒの符号を省略し、また、外列および内列の光学式センサ２４ａ、２４ｂを総称するときは、単に光学式センサ２４という。
【００２６】
図２（ａ）、（ｂ）に示したように、光学式センサ２４は、外側の玉列、内側の玉列のどちらに対しても、ベアリング軸１１の方向から見て上下左右の４箇所に設けられ、合計で８個の光学式センサ２４が設けられる。これら８個の光学式センサ２４のセンサ出力は、通信機を介して、車体に搭載された電子制御装置（ＥＣＵ）１００に送られる。
【００２７】
ＥＣＵ１００は、光学式センサ２４によって観測される玉２０の表面の移動速度の変化を検出する。光学式センサ２４によって観測される玉２０の表面の移動速度の変化は、車輪に作用する荷重により玉２０の接触軌道が変化したことによるものであるから、ＥＣＵ１００は、光学式センサ２４のセンサ出力から車輪に作用する荷重を求めることができる。
【００２８】
図３は、ＥＣＵ１００の構成を示す図である。光学式センサ２４からのセンサ出力は、速度偏差検出部１０２に入力される。速度偏差検出部１０２は、光学式センサ２４のセンサ出力波形から、光学式センサ２４により検出される玉２０の表面の移動速度の最小値（以下、ピーク速度という）が保持器２２の公転速度からずれる偏差（これを以下、速度偏差という）を検出し、検出した速度偏差を荷重量推定部１０４と自転中心ずれ方向検出部１０８に与える。
【００２９】
速度偏差は車輪に加わる荷重量に依存して変化する量であり、速度偏差−荷重テーブル１０６には、速度偏差と荷重量の対応関係が格納されている。
【００３０】
荷重量推定部１０４は、速度偏差−荷重テーブル１０６を参照し、速度偏差検出部１０２により検出された速度偏差に対応する荷重量を推定する。たとえば、荷重量推定部１０４は、速度偏差−荷重テーブル１０６に格納された速度偏差と荷重量の値の組を用いて補間計算を行うことにより、速度偏差検出部１０２により検出された速度偏差に対応する荷重量を算出する。
【００３１】
自転中心ずれ方向検出部１０８は、上下左右に配置された外列の光学式センサ２４Ｕａ、２４Ｄａ、２４Ｌａ、２４Ｒａおよび内列の光学式センサ２４Ｕｂ、２４Ｄｂ、２４Ｌｂ、２４Ｒｂのそれぞれのセンサ出力波形から得られた速度偏差を速度偏差検出部１０２から受け取る。自転中心ずれ方向検出部１０８は、速度偏差検出部１０２から取得した速度偏差にもとづいて、上下左右に位置する外列の玉２０ａおよび内列の玉２０ｂの自転中心が無荷重時の位置からずれたかどうかを検出し、ずれた場合はその方向を検出する。自転中心ずれ方向検出部１０８は、上下左右に位置する外列の玉２０ａおよび内列の玉２０ｂの自転中心のずれ方向を荷重方向判定部１１０に与える。
【００３２】
上下左右に位置する外列の玉２０ａおよび内列の玉２０ｂの自転中心のずれ方向は、車輪に加わる荷重の方向に依存する。荷重方向判定テーブル１１２には、上下左右に位置する外列の玉２０ａおよび内列の玉２０ｂの自転中心のずれ方向の組み合わせと荷重方向の対応関係が格納されている。
【００３３】
荷重方向判定部１１０は、荷重方向判定テーブル１１２を参照し、自転中心ずれ方向検出部１０８により検出された、上下左右に位置する外列の玉２０ａおよび内列の玉２０ｂの自転中心のずれ方向の組み合わせに対応する荷重方向を判定する。
【００３４】
図４（ａ）〜（ｄ）は、車輪支持用転がり軸受ユニット１０による荷重測定の原理を説明する図である。車輪支持用転がり軸受ユニット１０は、玉２０がラジアル方向に対してある角度をもって内輪軌道および外輪軌道に接触するように構成されたアンギュラ玉軸受であり、アキシャル荷重、ラジアル荷重およびモーメント荷重を受けることができる。荷重が加わると、玉２０の接触点が変化し、接触軌道が変化する。
【００３５】
図４（ａ）は、無荷重時の玉２０の接触軌道と観測点４０の関係を示す。無荷重時には玉２０は、図のようにラジアル方向に対してある角度をもって内輪軌道と外輪軌道に接している。玉２０の接触状態は、内輪軌道の接触点と外輪軌道の接触点を結ぶ線３２によって表され、ラジアル方向に対して傾いている。玉２０は、内輪軌道と外輪軌道に接触してベアリング軸１１の周りに公転しながら、自転中心３０を中心として矢印の方向に自転している。光学式センサ２４は、無荷重時において玉２０の自転中心３０の移動速度を観測することができるように配置されている。光学式センサ２４の観測点４０を矢印で図示している。
【００３６】
図４（ｂ）は、無荷重時における光学式センサ２４のセンサ出力波形の時間変化を示す図である。光学式センサ２４は、図４（ａ）の観測点４０において玉２０または保持器２２の移動速度を検出して出力する。符号４２の期間において、光学式センサ２４は保持器２２の公転速度を検出している。同図は、保持器２２の公転速度を基準として光学式センサ２４のセンサ出力の変化を波形で図示している。符号４４の期間において、光学式センサ２４は保持器２２に保持された玉２０の表面の移動速度を検出している。玉２０は保持器２２といっしょに公転するとともに、それ自身で自転しているため、光学式センサ２４のセンサ出力波形は、符号４４の区間では図のような下に凸の波形になる。この下に凸の出力波形のピーク４６における玉２０の表面の移動速度（ピーク速度）は、保持器２２の公転速度に等しくなる。
【００３７】
図５（ａ）を参照して、無荷重時において光学式センサ２４のセンサ出力波形が図２（ｂ）に示したように時間変化する理由を説明する。図５（ａ）は、無荷重時において光学式センサ２４により観測される速度を説明する図である。玉２０と保持器２２に対する光学式センサ２４の観測軌跡６２が図示されている。光学式センサ２４が保持器２２を観測している間、すなわち図４（ｂ）の符号４２で示される期間は、光学式センサ２４は、符号５０で示される保持器２２の公転速度を検出している。
【００３８】
光学式センサ２４の観測対象が保持器２２から玉２０に切り替わる時点、すなわち図４（ｂ）の符号４２の期間が終わり、符号４４の期間が始まる時点に到達すると、光学式センサ２４は、符号５６で示される玉２０の最も外側の縁の移動速度を検出している。この速度５６は、玉２０の公転速度５２に玉２０の自転速度５４を合成した速度である。玉２０の公転速度５２は、保持器２２の公転速度５０に等しいから、これに玉２０の自転速度５４を合成した玉２０の最も外側の縁の速度５６は、保持器２２の公転速度５０よりも大きくなる。このため、図４（ｂ）の符号４４の期間の始まりにおいて、光学式センサ２４のセンサ出力は公転速度よりも大きい値になる。
【００３９】
さらに時間が経過すると、光学式センサ２４の観測点は、玉２０の最も外側の縁から玉２０の表面に移り、やがて自転中心３０に至る。観測点が玉２０の表面上で自転中心３０に向かうにつれて玉２０の自転速度の影響が徐々に小さくなるため、玉２０の表面で観測される速度は徐々に低下する。
【００４０】
光学式センサ２４が自転中心３０の真上を観測する時点、すなわち図４（ｂ）のピーク４６の時点において、光学式センサ２４は、符号５８で示される自転中心３０の移動速度を検出している。自転中心３０では、玉２０は公転運動だけをしているため、このときの観測速度は、玉２０の公転速度、言い換えれば保持器２２の公転速度に等しい。このため、図４（ｂ）のピーク４６において、光学式センサ２４のセンサ出力は公転速度に等しい値になる。
【００４１】
観測点が自転中心３０を通り過ぎ、再び玉２０の最も外側の縁に向かうにつれて自転速度の影響が徐々に大きくなるため、玉２０の表面の観測速度は徐々に大きくなる。以上のことから、図４（ｂ）の符号４４の期間では、光学式センサ２４によるセンサ出力は、玉２０の表面の観測速度の最小値（ピーク速度）が保持器２２の公転速度に一致する下に凸の波形になることが理解される。
【００４２】
次に、荷重作用時の光学式センサ２４のセンサ出力の時間変化について説明する。
【００４３】
図４（ｃ）は、荷重作用時の玉２０の接触軌道と観測点４０の関係を示す。荷重が作用すると、玉２０の接触点がずれ、玉２０の内輪軌道および外輪軌道が変化する。内輪軌道の接触点と外輪軌道の接触点を結ぶ線３４は、元の内輪軌道の接触点と外輪軌道の接触点を結ぶ線３２よりもさらにラジアル方向に対して傾くようになる。これにより、荷重作用時には、光学式センサ２４の観測点４０は、玉２０の自転中心３０からずれる。
【００４４】
図４（ｄ）は、荷重作用時における光学式センサ２４のセンサ出力波形の時間変化を示す図である。光学式センサ２４は、図４（ｃ）の観測点４０において玉２０または保持器２２の移動速度を検出して出力する。図４（ｂ）と同様、光学式センサ２４は、符号４２の期間において、保持器２２の公転速度を検出し、符号４４の期間において、保持器２２に保持された玉２０の表面の移動速度を検出している。光学式センサ２４のセンサ出力波形は、符号４４の期間では、図４（ｂ）と同様に下に凸の波形になるが、この下に凸の出力波形のピーク４８における玉２０の表面の移動速度（ピーク速度）は、保持器２２の公転速度よりも小さくなる。
【００４５】
図５（ｂ）を参照して、荷重作用時において光学式センサ２４のセンサ出力波形が図４（ｄ）に示したように時間変化する理由を説明する。図５（ｂ）は、荷重作用時において光学式センサ２４により観測される速度を説明する図である。光学式センサ２４が保持器２２を観測している間、すなわち図４（ｄ）の符号４２で示される期間は、光学式センサ２４は、符号５０で示される保持器２２の公転速度を検出している。光学式センサ２４の観測対象が保持器２２から玉２０に切り替わる時点、すなわち図４（ｄ）の符号４２の期間が終わり、符号４４の期間が始まる時点に到達すると、光学式センサ２４は、符号５６で示される玉２０の最も外側の縁の移動速度を検出している。この速度５６は、玉２０の自転速度５４の影響により、玉２０の公転速度５２よりも大きくなっている。
【００４６】
さらに時間が経過すると、光学式センサ２４の観測点は、玉２０の最も外側の縁から玉２０の表面に移動する。観測点が玉２０の表面の中央に向かうにつれて玉２０の自転速度の影響が徐々に小さくなるため、玉２０の表面で観測される速度は徐々に低下する。
【００４７】
しかしながら、玉２０の自転中心３０は荷重により光学式センサ２４の観測軌跡６２からずれているため、光学式センサ２４の観測点が玉２０の表面の中央に到達したときでも、玉２０の自転速度５９が玉２０の公転速度５２とは反対向きに生じている。観測点が玉２０の表面の中央に達したとき、光学式センサ２４によって観測される玉２０の表面の移動速度６０は、玉２０の公転速度５２から玉２０の自転速度５９を引いた値となる。玉２０の公転速度５２は保持器２２の公転速度５０に等しいから、玉２０の表面の移動速度６０は、保持器２２の公転速度よりも遅くなる。これが、図４（ｄ）のピーク４８において、光学式センサ２４のセンサ出力が保持器２２の公転速度よりも小さい値になる理由である。
【００４８】
図４（ｄ）に示した、荷重作用時における光学式センサ２４のセンサ出力のピーク４８において観測される玉２０の表面の移動速度の最小値（ピーク速度）と、期間４２において観測される保持器２２の公転速度の差は、作用している荷重が大きくなるほど広がる。作用する荷重の大きさにより、玉２０の軌道のずれ量が定まり、玉２０の軌道のずれ量に応じて、玉２０のピーク速度と保持器２２の公転速度の差が定まるという関係にある。この関係は部材の剛性に依存する。
【００４９】
そこで、実験またはシミュレーションなどにより車輪に加える荷重の大きさを変化させて、玉２０のピーク速度が保持器２２の公転速度からずれる偏差（速度偏差）を測定し、荷重量と速度偏差の関係をあらかじめ取得しておく。速度偏差−荷重テーブル１０６は、このようにして得られた速度偏差と荷重量の対応関係を格納する。
【００５０】
速度偏差検出部１０２は、光学式センサ２４のセンサ出力波形から図４（ｄ）に示したピーク４８を検出して、玉２０のピーク速度が保持器２２の公転速度からずれる偏差を検出し、荷重量推定部１０４は、速度偏差−荷重テーブル１０６を参照して、検出された速度偏差に対応する荷重量を求める。なお、荷重と速度差の対応関係は、車輪速によって異なることもあるため、異なる車輪速に対して、荷重と速度偏差の対応関係を格納した複数の速度偏差−荷重テーブル１０６を記憶しておき、荷重量推定部１０４は、車輪速に応じた速度偏差−荷重テーブル１０６に切り替えて参照することにより、検出された速度偏差に対応する荷重量を求めることがより好ましい。
【００５１】
自転中心３０が光学式センサ２４の観測軌跡６２に対して図５（ｂ）とは反対方向にずれた場合は、玉２０のピーク速度は保持器２２の公転速度よりも大きい値になることに留意する。したがって、自転中心ずれ方向検出部１０８は、速度偏差の正負によって、玉２０の自転中心が観測軌跡６２から外側にずれたか、観測軌跡６２の内側にずれたかを識別することができ、玉２０の自転中心のずれの方向を検出することができる。玉２０の自転中心のずれ方向は、作用している荷重の方向に依存する。本実施の形態では、荷重の大きさだけでなく、荷重の方向も求めることができる。以下、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０により荷重の方向を求める方法を説明する。
【００５２】
図６は、車輪支持用転がり軸受ユニット１０に作用する荷重の方向を説明する図である。車輪支持用転がり軸受ユニット１０には、車輪の接地点への横力入力によるキャンバ方向への曲げや、セルフアライニングトルクによるねじりなどの曲げモーメントＭが作用する。また、車輪には、車両の左右方向すなわちベアリング軸方向の横力ＦＨや、車両の上下方向すなわち鉛直方向の上下力Ｆｖが作用する。またここでは図示しないが、車両の前後方向すなわち同図の紙面に垂直な方向の前後力も作用する。
【００５３】
図７〜図１０を参照して、図２に示した外側の玉列、内側の玉列のそれぞれの上下左右に設けられた合計８個の光学式センサ２４のセンサ出力結果を用いることにより、図６の曲げモーメントＭ、横力ＦＨ、および上下力Ｆｖを区別して検出可能であることを説明する。
【００５４】
図７は、曲げモーメントＭが作用した場合における外列上下の玉と内列上下の玉の自転中心のずれを説明する図である。同図において実線は無荷重時の玉の位置、波線は荷重作用時の玉の位置を示す。
【００５５】
外列上下の玉２０ａ、２１ａについては、曲げモーメントＭが作用すると、外列上側の玉２０ａは、接触軌道がずれて符号２０ａ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３０ａは、符号３０ａ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１に近づく。一方、外列下側の玉２１ａは、接触軌道がずれて符号２１ａ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３１ａは、符号３１ａ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１から遠ざかる。
【００５６】
内列上下の玉２０ｂ、２１ｂについては、曲げモーメントＭの作用により、内列上側の玉２０ｂは、接触軌道がずれて符号２０ｂ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３０ｂは、符号３０ｂ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１から遠ざかる。一方、内列下側の玉２１ｂは、接触軌道がずれて符号２１ｂ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３１ｂは、符号３１ｂ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１に近づく。
【００５７】
図８は、横力ＦＨが作用した場合における外列上下の玉と内列上下の玉の自転中心のずれを説明する図である。図７と同様、実線は無荷重時の玉の位置、波線は荷重作用時の玉の位置を示す。
【００５８】
外列上下の玉２０ａ、２１ａについては、横力ＦＨが作用すると、外列上側の玉２０ａは、接触軌道がずれて符号２０ａ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３０ａは、符号３０ａ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１に近づく。また、外列下側の玉２１ａは、接触軌道がずれて符号２１ａ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３１ａは、符号３１ａ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１に近づく。このように車両に対して内向きの横力ＦＨの作用により、外列の玉の自転中心はいずれもベアリング軸１１に近づく。
【００５９】
内列上下の玉２０ｂ、２１ｂについては、横力ＦＨの作用により、内列上側の玉２０ｂは、接触軌道がずれて符号２０ｂ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３０ｂは、符号３０ｂ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１から遠ざかる。また、内列下側の玉２１ｂは、接触軌道がずれて符号２１ｂ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３１ｂは、符号３１ｂ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１から遠ざかる。このように車両に対して内向きの横力ＦＨの作用により、内列の玉の自転中心はいずれもベアリング軸１１から遠ざかる。
【００６０】
図９は、上下力ＦＶが作用した場合における外列上下の玉と内列上下の玉の自転中心のずれを説明する図である。図７と同様、実線は無荷重時の玉の位置、波線は荷重作用時の玉の位置を示す。
【００６１】
外列上下の玉２０ａ、２１ａについては、上下力ＦＨが作用すると、外列上側の玉２０ａは、接触軌道がずれて符号２０ａ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３０ａは、符号３０ａ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１から遠ざかる。一方、外列下側の玉２１ａは、接触軌道がずれて符号２１ａ’で示す位置に移動し、自転中心３１ａは、符号３１ａ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１に近づく。
【００６２】
内列上下の玉２０ｂ、２１ｂについては、上下力ＦＨの作用により、内列上側の玉２０ｂは、接触軌道がずれて符号２０ｂ’で示す位置に移動し、それにしたがって自転中心３０ｂは、符号３０ｂ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１から遠ざかる。一方、内列下側の玉２１ｂは、接触軌道がずれて符号２１ｂ’で示す位置に移動し、自転中心３１ｂは、符号３１ｂ’で示す位置にずれ、ベアリング軸１１に近づく。
【００６３】
図１０は、図７〜図９の結果をまとめたものであり、曲げモーメントＭ、横力ＦＨ、上下力ＦＨのそれぞれが作用したときに、外列上側、外列下側、内列上側、および内列下側の玉の自転中心がずれる方向がベアリング軸１１に対して相対的に近づく方向であるか、離れる方向であるかを示す。
【００６４】
図７の曲げモーメントＭが作用したとき、外列上側の玉の自転中心はベアリング軸１１に近づき、外列下側の玉の自転中心はベアリング軸１１から遠ざかる。一方、内列上側の玉の自転中心はベアリング軸１１から遠ざかり、内列下側の玉の自転中心はベアリング軸１１に近づく。すなわち、外列と内列で自転中心のずれる方向が逆になる。
【００６５】
図８の横力ＦＨが作用したとき、外列上側の玉の自転中心、外列下側の玉の自転中心はいずれもベアリング軸１１に近づく。一方、内列上側の玉の自転中心、内列下側の玉の自転中心はいずれもはベアリング軸１１から遠ざかる。
【００６６】
図９の上下力ＦＶが作用したとき、外列上側の玉の自転中心はベアリング軸１１から遠ざかり、外列下側の玉の自転中心はベアリング軸１１に近づく。また、内列上側の玉の自転中心はベアリング軸１１から遠ざかり、内列下側の玉の自転中心はベアリング軸１１に近づく。すなわち、外列と内列で自転中心のずれる方向は同じである。
【００６７】
図１０の表によれば、外列および内列の上下の玉の自転中心のずれの方向の組み合わせによって、曲げモーメントＭ、横力ＦＨ、および上下力ＦＨを区別することができる。荷重方向判定テーブル１１２は、図１０の判定表を格納したものであり、荷重方向判定部１１０は、自転中心ずれ方向検出部１０８が検出した、外列および内列の上下の玉の自転中心のずれの方向の組み合わせをもとに、荷重方向判定テーブル１１２を参照して、作用している荷重が曲げモーメントＭ、横力ＦＨ、上下力ＦＨのいずれであるかを判定する。
【００６８】
なお、上記の説明では、車両上下方向に配置された外列の光学式センサ２４Ｕａ、２４Ｄａおよび内列の光学式センサ２４Ｕｂ、２４Ｄｂを用いて、外列および内列の上下の玉の自転中心のずれの方向を検出したが、同様に、車両前後方向に配置された外列の光学式センサ２４Ｌａ、２４Ｒａおよび内列の光学式センサ２４Ｌｂ、２４Ｒｂを用いて、外列および内列の左右の玉の自転中心のずれの方向を検出することにより、車輪に作用する前後力を区別することが可能になる。荷重方向判定テーブル１１２には、前後力について外列および内列の左右の玉の自転中心のずれの方向を格納した判定表も含まれる。同様に、曲げモーメントについても、図７で図示した車輪の前後軸周りのモーメントだけでなく、垂直軸周りのモーメントを区別することが可能である。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０によれば、光学式センサなどの非接触式センサを用いて、ベアリング玉の表面の移動速度の変化を検出することにより、車両の走行時に車輪に加わる荷重の大きさを正確に測定することができる。また、非接触式センサはベアリングに後付けするだけでよく、搭載が容易であり、簡便に荷重測定が可能である。また、光学式センサによる非接触式のセンシングであるため、荷重の測定結果はベアリングの仕様等に左右されることがなく、安定した測定結果を得ることができる。
【００７０】
さらに、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０では、非接触式センサでベアリング玉の移動速度変化を検出するため、車輪に荷重が入力されてから検出値が測定されるまでの位相遅れが非常に小さく、荷重を部材の歪みで検出する方法に比べると、荷重測定の遅れがきわめて小さい。したがって、荷重測定結果を車両の制御に用いた場合、制御の応答性を優れたものにすることができる。
【００７１】
さらに、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０によれば、光学センサをベアリング軸から見て上下左右に配置し、内列と外列の両方のベアリング玉の自転中心のずれの方向を上下左右で検出することにより、上下力、前後力、左右力、セルフアライニングトルク、キャンバトルクのすべてを区別することができ、荷重の大きさだけでなく、荷重の方向も判定することができる。
【００７２】
車輪支持用転がり軸受ユニット１０により測定された荷重量と荷重方向にもとづいて、ＥＣＵ１００は、車両の走行安定性が損われる要因を検出し、車両の適切な駆動制御を行うことができる。
【００７３】
実施の形態２  
図１１は、実施の形態２に係る車輪支持用転がり軸受ユニット１０の構成を示す図である。実施の形態１と共通する構成については説明を省略し、実施の形態１と異なる構成について説明する。
【００７４】
本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０では、光学式センサ２４により、外側の玉列および内側の玉列の公転速度を測定する。光学式センサ２４は、内列の玉２０ｂまたは内列の保持器２２ｂからの反射光を受光する。内列の玉２０ｂを保持する保持器２２ｂにはスリットが設けられており、外列の玉２０ａを保持する保持器２２ａには反射板が設けられている。光学式センサ２４から照射される光はスリットを通過し、反射板で反射し、光学式センサ２４に到達する。光学式センサ２４は反射光を受光して内列および外列の公転速度の測定を行うため、センシング能力は比較的低くても測定が可能であり、比較的安価なセンサでも目的を達する。
【００７５】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、外列の保持器２２ａおよび内列の保持器２２ｂの構成を説明する図である。図１２（ａ）に示すように、内列の玉２０ｂを保持する保持器２２ｂにはスリット２３が設けられ、外列の玉２０ａを保持する保持器２２ａの表面には反射板２５が設けられている。光学式センサ２４から照射された光は、内列の保持器２２ｂのスリット２３を通過し、外列の保持器２２ａの反射板２５で反射し、その反射光は内列の保持器２２ｂのスリット２３を通過して光学式センサ２４に受光される。
【００７６】
図１２（ｂ）は、ベアリング軸１１の方向から見た外列の保持器２２ａにおいて、反射板２５の設けられる位置を示す。ここでは、一例として８個の玉２０ａが外列の保持器２２ａに保持された状態で環状に配置されており、隣り合う玉２０ａの間の位置に反射板２５が保持器２２ａの表面に付設されている。
【００７７】
図１２（ｃ）は、ベアリング軸１１の方向から見た内列の保持器２２ｂにおいて、スリット２３の設けられる位置を示す。８個の玉２０ｂが内列の保持器２２ｂに保持された状態で環状に配置されており、隣り合う玉２０ｂの間の位置にスリット２３が設けられている。
【００７８】
車両の走行時に、外列の保持器２２ａと内列の保持器２２ｂが回転しているとき、内列の保持器２２ｂのスリット２３の回転軌道上の位置と外列の保持器２２ａの反射板２５の回転軌道上の位置がベアリング軸１１の方向から見てちょうど一致する場合は、図１２（ａ）のように、スリット２３を通過した光が反射板２５において反射し、光学式センサ２４に受光される。しかし、内列の保持器２２ｂのスリット２３の回転軌道上の位置と外列の保持器２２ａの反射板２５の回転軌道上の位置が一致していない場合は、光学式センサ２４からの光がスリット２３を通過しても反射板２５に当たらないため、光学式センサ２４に反射光が受光されることはない。
【００７９】
無荷重時は、外列の保持器２２ａと内列の保持器２２ｂの公転速度は等しいが、荷重作用時は、外列の玉２０ａおよび内列の玉２０ｂが軌道面と接触する位置がずれるため、外列の保持器２２ａと内列の保持器２２ｂの公転速度に違いが生じる。したがって、荷重作用時は、外列の保持器２２ａと内列の保持器２２ｂの公転速度の違いから、スリット２３を通過した光学式センサ２４からの光が反射板２５に当たって反射される頻度に違いが生じる。
【００８０】
ＥＣＵ１００は、光学式センサ２４において受光される反射板２５からの反射光の頻度から外列の保持器２２ａの公転速度と内列の保持器２２ｂの公転速度の差を求める。外列の保持器２２ａと内列の保持器２２ｂの公転速度の差は、車輪に作用する荷重により外側の玉列および内側の玉列の接触軌道が変化したことによるものであるから、ＥＣＵ１００は、公転速度の差から荷重の大きさを求めることができる。
【００８１】
図１３は、ＥＣＵ１００の構成を示す図である。光学式センサ２４からのセンサ出力は、公転速度差検出部１２０に入力される。公転速度差検出部１２０は、光学式センサ２４において受光される内列の玉２０ｂからの反射光の回数をカウントし、１秒間に観測される反射光の回数から内側の玉列の公転速度を検出する。公転速度差検出部１２０は、内列の保持器２２ｂのスリット２３の１秒当たりの通過回数から内側の玉列の公転速度を検出してもよい。
【００８２】
さらに、公転速度差検出部１２０は、光学式センサ２４において受光される外列の保持器２２ａの反射板２５からの反射光の回数をカウントし、一秒間に観測される反射光の回数および内側の玉列の公転速度から外側の玉列の公転速度を算出する。公転速度差検出部１２０は、こうして得られた内側の玉列の公転速度と外側の玉列の公転速度の差を求め、求めた公転速度差を荷重量推定部１２２に与える。
【００８３】
公転速度差は、車輪に加わる荷重量に依存して変化する量であり、公転速度差−荷重テーブル１２４には、公転速度差と荷重量の対応関係が格納されている。荷重量推定部１２２は、公転速度差−荷重テーブル１２４を参照し、公転速度差検出部１２０により検出された公転速度差に対応する荷重量を推定する。
【００８４】
実施の形態１で説明した図７〜図９を参照して、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０により公転速度差から荷重を求める方法を説明する。
【００８５】
図７を参照すると、無荷重時の外列上側の玉２０ａの自転中心３０ａと外列下側の玉２１ａの自転中心３１ａを結ぶ公転径７０ａは、同図の曲げモーメントＭが作用すると、符号７０ａ’に示すように変化する。無荷重時の外側の玉列の公転径７０ａと曲げモーメントＭの作用時の外側の玉列の公転径７０ａ’は、ほとんど大きさに差がない。内側の玉列についても同様であり、無荷重時の内列上側の玉２０ｂの自転中心３０ｂと内列下側の玉２１ｂの自転中心３１ｂを結ぶ公転径７０ｂは、曲げモーメントＭが作用すると、符号７０ｂ’に示すように変化する。無荷重時の内側の玉列の公転径７０ｂと曲げモーメントＭの作用時の内側の玉列の公転径７０ｂ’は、ほとんど大きさに差がない。
【００８６】
したがって、曲げモーメントＭの作用時における外列の保持器２２ａの公転速度および内列の保持器２２ｂの公転速度は、無荷重時における公転速度にほぼ等しく、外列の保持器２２ａと内列の保持器２２ｂの公転速度に差はほとんど生じない。
【００８７】
図８を参照すると、無荷重時の外列上側の玉２０ａの自転中心３０ａと外列下側の玉２１ａの自転中心３１ａを結ぶ公転径７０ａは、同図の横力ＦＨが作用すると、符号７０ａ’に示すように変化する。横力ＦＨの作用時の外側の玉列の公転径７０ａ’は、無荷重時の外側の玉列の公転径７０ａよりも短くなる。内側の玉列については、無荷重時の内列上側の玉２０ｂの自転中心３０ｂと内列下側の玉２１ｂの自転中心３１ｂを結ぶ公転径７０ｂは、横力ＦＨが作用すると、符号７０ｂ’に示すように変化する。横力ＦＨの作用時の内側の玉列の公転径７０ｂ’は、無荷重時の内側の玉列の公転径７０ｂよりも長くなる。
【００８８】
横力ＦＨの作用時に外側の玉列の公転径７０ａ’が短くなるため、外列の保持器２２ａの公転速度は遅くなる。一方、横力ＦＨの作用時には内側の玉列の公転径７０ｂ’が長くなるため、内列の保持器２２ｂの公転速度は速くなる。したがって、外列の保持器２２ａの公転速度と内列の保持器２２ｂの公転速度の間に有意の差が生じる。
【００８９】
図９を参照すると、無荷重時の外列上側の玉２０ａの自転中心３０ａと外列下側の玉２１ａの自転中心３１ａを結ぶ公転径７０ａは、同図の上下力ＦＨが作用すると、符号７０ａ’に示すように変化する。無荷重時の外側の玉列の公転径７０ａと上下力ＦＨの作用時の外側の玉列の公転径７０ａ’は、ほとんど大きさに差がない。内側の玉列についても同様であり、無荷重時の内列上側の玉２０ｂの自転中心３０ｂと内列下側の玉２１ｂの自転中心３１ｂを結ぶ公転径７０ｂは、上下力ＦＨが作用すると、符号７０ｂ’に示すように変化する。無荷重時の内側の玉列の公転径７０ｂと上下力ＦＨの作用時の内側の玉列の公転径７０ｂ’は、ほとんど大きさに差がない。
【００９０】
したがって、上下力ＦＨの作用時における外列の保持器２２ａの公転速度および内列の保持器２２ｂの公転速度は、無荷重時における公転速度にほぼ等しく、外列の保持器２２ａと内列の保持器２２ｂの公転速度に差はほとんど生じない。
【００９１】
図７〜図９より、荷重作用時に外列の保持器２２ａの公転速度と内列の保持器２２ｂの公転速度の間に検出可能な有意の差が生じるのは、横力ＦＨが作用するときであることがわかる。したがって、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０により、外列の保持器２２ａの公転速度と内列の保持器２２ｂの公転速度の差を検出して荷重を測定する方法は、横力ＦＨの測定に特に適している。
【００９２】
実施の形態１と同様に、実験またはシミュレーションなどにより車輪に加える荷重の大きさを変化させて、外側の玉列と内側の玉列の公転速度の差を測定し、荷重と公転速度差の関係をあらかじめ取得しておく。公転速度差−荷重テーブル１２４は、このようにして得られた公転速度差と荷重量の対応関係を格納する。
【００９３】
なお、実施の形態１と同様、荷重と公転速度差の対応関係は、車輪速によって異なることもあるため、異なる車輪速に対して、荷重と公転速度差の対応関係を格納した複数の公転速度差−荷重テーブル１２４を記憶しておき、荷重量推定部１２２は、車輪速に応じた公転速度差−荷重テーブル１２４に切り替えて参照することがより好ましい。
【００９４】
実施の形態２の車輪支持用転がり軸受ユニット１０の構成の変形をいくつか説明する。上記の説明では、内列の保持器２２ｂにスリット２３を設け、外列の保持器２２ａに反射板２５を設けて、スリット２３を通過する光学式センサ２４からの光を反射板２５で反射させたが、変形例１として、外列の保持器２２ａには反射板２５を設けずに、内列の保持器２２ｂのスリット２３を通過する光を外列の玉２０ａの表面で反射させて、その反射光を光学式センサ２４が受光してもよい。この場合、外列の玉２０ａからの反射光を光学式センサ２４が十分に受光することができるように、光学式センサ２４の受光角度を広げておくことが好ましい。
【００９５】
さらに変形例２として、内列の保持器２２ｂにスリット２３以外に反射板を設け、外列の保持器２２ａにも反射板２５を設けてもよい。この場合、光学式センサ２４から発光された光が内列の保持器２２ｂに設けられた反射板で反射し、光学式センサ２４がその反射光を受光することにより、内列の保持器２２ｂの公転速度を測定することができる。また、内列の保持器２２ｂのスリット２３を通過した光を外列の保持器２２ａの反射板２５で反射させて、光学式センサ２４がその反射光を受光することにより、外列の保持器２２ａの公転速度を測定することができる。ただし、この場合、内列の保持器２２ｂの反射板からの反射光と、外列の保持器２２ａの反射板２５からの反射光とを区別する必要がある。外列の保持器２２ａの反射板２５は内列の保持器２２ｂの反射板よりも光学式センサ２４から見て遠い位置にある。光学式センサ２４は、一例として、対象物に照射した光の反射を受光することにより対象物までの距離を測定する測距機能を備え、この測距機能により対象物までの距離の違いを識別することにより、外列の保持器２２ａの反射板２５からの反射光か、内列の保持器２２ｂの反射板からの反射光かを区別する。
【００９６】
さらに変形例３として、内列の保持器２２ｂにスリット２３以外に反射板を設けるが、外列の保持器２２ａには反射板２５を設けず、内列の保持器２２ｂのスリット２３を通過する光を外列の玉２０ａで反射させる構成をとってもよい。この場合の動作は変形例２と同様である。
【００９７】
さらに変形例４として、内列の保持器２２ｂの公転速度を測定するための第１光学センサと、外列の保持器２２ａの公転速度を測定するための第２光学センサを別々に設けてもよい。実施の形態１で説明したように、一例として、第１光学センサは円筒部１７に設置し、第２光学センサは外輪１８に設置する。この場合、内列の保持器２２ｂにはスリット２３は不要であり、内列の保持器２２ｂには反射板を設け、第１光学センサから照射された光を内列の保持器２２ｂの反射板で反射させ、第１光学センサがその反射光を受光することにより、内列の保持器２２ｂの公転速度を測定する。外列の保持器２２ａについても同様に、第２光学センサから照射された光を外列の保持器２２ａの反射板で反射させ、第２光学センサがその反射光を受光することにより、外列の保持器２２ａの公転速度を測定する。この場合、ＥＣＵ１００が、第１光学センサが測定する内列の保持器２２ｂの公転速度と第２光学センサが測定する外列の保持器２２ａの公転速度の差を求め、作用している荷重を求める。
【００９８】
以上説明したように、本実施の形態の車輪支持用転がり軸受ユニット１０によれば、光学式センサのような非接触センサを用いて、複列のベアリング玉の保持器の反射板からの反射光を受光して複列の保持器の公転速度の変化を検出することにより、車両の走行時に車輪に加わる荷重の大きさを正確に測定することができる。
【００９９】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施形態は例示であり、各構成要素の組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【０１００】
上記の実施の形態１の車輪支持用転がり軸受ユニット１０では、複列のアンギュラ玉軸受を用いたが、荷重の方向の識別をしない場合は、単列のアンギュラ玉軸受であってもよく、ベアリング玉の自転中心のずれから荷重の大きさを測定することができる。
【０１０１】
実施の形態１の車輪支持用転がり軸受ユニット１０では、外列および内列の玉２０ａ、２０ｂの表面の移動速度と自転中心のずれを光学式センサ２４ａ、２４ｂにより検出したが、玉２０ａ、２０ｂの移動速度のピークが検出される回数をカウントして、１秒当たりのピーク速度の検出回数から玉２０ａ、２０ｂの公転速度を算出することもできる。また、光学式センサ２４ａ、２４ｂは、外列および内列の保持器２２ａ、２２ｂの表面の凹凸を識別して、保持器２２ａ、２２ｂの公転速度を直接検出することも可能である。したがって、実施の形態１の構成において、実施の形態２で述べた外列の保持器２２ａと内列の保持器２２ｂの公転速度の差から荷重を測定する方法を採用することもできる。したがって、実施の形態１の構成において、自転中心のずれから荷重を測定する方法と公転速度の差から荷重を測定する方法を組み合わせて、荷重の測定精度をさらに向上させることも可能である。
【０１０２】
実施の形態２の車輪支持用転がり軸受ユニット１０では、光学式センサ２４を一箇所だけ設けたが、ベアリング軸１１の周りに環状に複数個設け、異なる複数の位置において玉列の公転速度を検出してもよい。光学式センサ２４の個数を増やすことで、荷重の測定精度をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】実施の形態１に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の外側の玉列を観測するための光学式センサの設置箇所を説明する図であり、図２（ｂ）は、図１の内側の玉列を観測するための光学式センサの設置箇所を説明する図である。
【図３】実施の形態１に係るＥＣＵの構成を示す図である。
【図４】図１の車輪支持用転がり軸受ユニットによる荷重測定の原理を説明する図である。
【図５】図５（ａ）は、無荷重時において図１の光学式センサにより観測される速度を説明する図であり、図５（ｂ）は、荷重作用時において図１の光学式センサにより観測される速度を説明する図である。
【図６】図１の車輪支持用転がり軸受ユニットに作用する荷重の方向を説明する図である。
【図７】図６の曲げモーメントが作用した場合における外列上下の玉と内列上下の玉の自転中心のずれを説明する図である。
【図８】図６の横力が作用した場合における外列上下の玉と内列上下の玉の自転中心のずれを説明する図である。
【図９】図６の上下力が作用した場合における外列上下の玉と内列上下の玉の自転中心のずれを説明する図である。
【図１０】図６の曲げモーメント、横力、上下力のそれぞれが作用したときに、外列上側、外列下側、内列上側、および内列下側の玉の自転中心がずれる方向をまとめて説明する図である。
【図１１】実施の形態２に係る車輪支持用転がり軸受ユニットの構成を示す図である。
【図１２】図１０の外列の保持器および内列の保持器の構成を説明する図である。
【図１３】実施の形態２に係るＥＣＵの構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  車輪支持用転がり軸受ユニット、  １１  ベアリング軸、  １２  ハブ本体、  １３  ハブユニット、  １４  フランジ、  １６  スタッド、  １７  円筒部、  １８  外輪、  １９  内輪、  ２０  玉、  ２２  保持器、  ２３  スリット、  ２４  光学式センサ、  ２５  反射板、  ３０  自転中心、  ４０  観測点、  ６２  観測軌跡、  ７０  公転径、  １００  ＥＣＵ、  １０２  速度偏差検出部、  １０４  荷重量推定部、  １０６  速度偏差−荷重テーブル、  １０８  自転中心ずれ方向検出部、  １１０  荷重方向判定部、  １１２  荷重方向判定テーブル、  １２０  公転速度差検出部、  １２２  荷重量推定部、  １２４  公転速度差−荷重テーブル。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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