(57)【要約】【課題】転がり軸受の振動を測定して異常を検出する異常検出方法において、外乱入力の影響を受けず、転がり軸受の異常の有無を精度よく検出する。【解決手段】空気を充填したタイヤ２５を回転支持する転がり軸受１２の異常の有無を検出する車輪用転がり軸受の異常検出方法であって、転がり軸受１２の振動値を計測するとともに、タイヤ２５の空気圧を測定し、空気圧が所定の基準値を超えて変動したときに、振動値による異常の有無の判断を行わない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気を充填したタイヤを回転支持する転がり軸受の異常の有無を検出する車輪用転がり軸受の異常検出方法であって、
前記転がり軸受の振動値を計測するとともに、前記タイヤの空気圧を測定し、
前記空気圧が所定の基準値を超えて変動したときに、前記振動値による異常の有無の判断を行わないことを特徴とする車輪用転がり軸受の異常検出方法。
【請求項２】
前記空気圧が所定の基準値を超えて変動した時点から所定の時間が経過するまで、前記振動値による異常の判断を行わないことを特徴とする請求項１に記載する車輪用転がり軸受の異常検出方法。
【請求項３】
空気を充填した前記タイヤを回転支持する前記転がり軸受の異常の有無を検出する異常検出装置において、
前記転がり軸受の前記振動値を測定する振動値測定手段と、
前記タイヤの前記空気圧を測定する空気圧測定手段と、
前記振動値測定手段で測定した前記振動値及び前記空気圧測定手段で測定した前記空気圧に基づいて前記転がり軸受の異常の有無を判断する演算部と、を備え、
前記演算部では、請求項１または請求項２に記載する異常検出方法を用いたことを特徴とする車輪用転がり軸受の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪用転がり軸受の異常を検出する異常検出方法、及び、この検出方法を使用した異常検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の安全な走行を維持するために、車輪を回転支持する車輪用転がり軸受（以下、単に「転がり軸受」）の不具合を確実に防止する必要がある。しかし、転がり軸受の異常の有無を確認するためには、車輪を取り外して回転調子を調査する等、大きな作業工数とそのための費用が必要である。このため、ある程度期間をあけて定期的な検査を実施せざるを得ない。しかし、この検査方法では、異常が生じたときに早期に対処することが困難な場合がある。転がり軸受を適切にメンテナンスするためには、車両の走行中においても異常の有無を常時監視して、早期に不具合を発見することが望ましい。
【０００３】
転がり軸受では、玉等の転動体が接触する軌道面に剥離等の異常が生じると、玉が剥離の上を通過するときに大きな振動が発生する。そこで、車両の走行中に異常を検出する手段として、転がり軸受の振動を測定し、その振動値が大きくなったときに異常と判断する方法が提案されている（特許文献１）。特許文献１では、転がり軸受が組み込まれたハウジングに加速度センサが固定されており、これによって転がり軸受の振動を測定することによって、異常の有無を早期に検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−１２３８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
転がり軸受は車輪と一体に固定されているので、車両の走行中に、車輪とともに、路面の凹凸に応じて変位する。特に、車輪が道路の段差を乗り越えるときには転がり軸受が急激に上下方向に変位して、大きな振動値が検出される。以下の説明では、このように、異常検出のために測定すべき振動とは異なる大きな振動入力を、「外乱入力」という場合がある。
このため、単に転がり軸受の振動のみを監視する場合には、転がり軸受には何ら異常が生じていないにもかかわらず、転がり軸受に異常が発生したと誤って検知するおそれがある。この場合には、特に異常のない転がり軸受が新品に交換されるなど、返って無駄な工数と費用が生じてしまう。
【０００６】
以上の状況に鑑み、本発明は、転がり軸受の振動を測定して異常を検出する異常検出方法において、車輪が路面の段差を乗り越える等による外乱入力の影響を受けず、転がり軸受の異常の有無を精度よく検出できる異常検出方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態は、空気を充填したタイヤを回転支持する転がり軸受の異常の有無を検出する車輪用転がり軸受の異常検出方法であって、前記転がり軸受の振動値を計測するとともに、前記タイヤの空気圧を測定し、前記空気圧が所定の基準値を超えて変動したときに、前記振動値による異常の有無の判断を行わないことを特徴としている。
【０００８】
本発明の他の形態は、空気を充填した前記タイヤを回転支持する前記転がり軸受の異常の有無を検出する異常検出装置において、前記転がり軸受の前記振動値を測定する振動値測定手段と、前記タイヤの前記空気圧を測定する空気圧測定手段と、前記振動値測定手段で測定した前記振動値及び前記空気圧測定手段で測定した前記空気圧に基づいて前記転がり軸受の異常の有無を判断する演算部と、を備え、前記演算部では、請求項１または請求項２に記載する異常検出方法を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によると、転がり軸受の振動を測定して異常を検出する異常検出方法において、車輪が路面の段差を乗り越える等による外乱入力の影響を受けず、転がり軸受の異常の有無を精度よく検出できる異常検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】車両に搭載した異常検出装置の搭載状態を説明する説明図である。
【図２】異常検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】異常検出装置における信号処理のプロセスを示すフローチャートである。
【図４】車両の走行状態毎に、各センサ出力の変化を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を、図を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態（以下「本実施形態」という）である異常検出装置１０の車両への組込状態を説明する概念図である。１１は、車両の懸架装置としてのナックルを示している。１２は、ナックル１１に固定されて、車輪２２を回転支持する車輪用転がり軸受（以下、「転がり軸受」）である。異常検出装置１０は、車両のインスツルメントパネル等に組み込まれており、運転者が異常の発生をランプ等で視認することができる。以下の説明では、車輪２２の回転軸線ｍの方向を軸方向といい、軸方向と直交する方向を径方向、回転軸線ｍの周りを周回する方向を周方向という。
【００１２】
転がり軸受１２は、外輪１３と、一対の内輪１４，１４と、転動体である複数の玉１５を有している。
外輪１３は、炭素鋼で製造されており、内周に複列の外側軌道面１６が形成されている。外側軌道面１６は軸方向断面が円弧形状である。外輪１３の外周には、径方向に突出した複数のフランジ１７が、外輪１３本体と一体に形成されている。フランジ１７には軸方向に貫通するボルト穴（図示を省略）が設けられており、当該ボルト穴に挿入されたボルト１８によって、転がり軸受１２がナックル１１に固定されている。
一対の内輪１４，１４は、同一形状の２個の内輪１４，１４が軸方向に互いに逆向きに組み合わされている。各内輪１４，１４は、それぞれ軸受鋼で製造されており、外周に内側軌道面１９が形成されている。内側軌道面１９は軸方向断面が円弧形状である。
玉１５は、外側軌道面１６と内側軌道面１９との間に転動自在に組み込まれている。こうして、内輪１４，１４は外輪１３に対して回転自在に支持されている。
【００１３】
内輪１４，１４の内周にはハブシャフト２０が締りばめの状態で組み込まれている。ハブシャフト２０の軸端には径方向に広がる円板状のハブフランジ２１が形成されており、車輪２２が取り付けられている。
ハブシャフト２０の内周には、動力伝達用の駆動シャフト２３が挿入されている。ハブシャフト２０の内周と駆動シャフト２３の外周とは、軸方向に形成されたスプラインでかみ合っており、図示しないエンジンからの動力が車輪２２に伝達されている。
【００１４】
次に、異常検出装置１０の構成とその動作について説明する。図２は、異常検出装置１０の構成を示すブロック図である。図３は、異常検出装置１０の各構成における信号処理のプロセスを示すフローチャートである。フローチャートの各ステップでは、Ｓ０１，Ｓ０２・・・の番号を付して説明する。
【００１５】
図２に示すように、異常検出装置１０は、振動値測定手段としての加速度センサ３１、空気圧測定手段としての空気圧センサ３２、加速度信号処理部３３、空気圧信号処理部３７、各処理部３３，３７で演算された信号に基づいて異常の有無を判断する異常判断部４０、及び、異常表示部４４で構成されている。
【００１６】
加速度センサ３１は、外輪１３の外周に取り付けられている（図１参照）。
転がり軸受１２では、例えば、各軌道面１６，１９に剥離が生じる等の異常が生じたときには、その剥離の上を玉１５が転動するときに大きな振動が発生し、その振動は外輪１３を伝播する。したがって、加速度センサ３１を外輪１３と一体に固定して外輪１３の振動（すなわち、外輪１３の加速度である）を測定することによって、軌道面１６，１９の異常の有無を検出することができる。転がり軸受１２の異常としては、軌道面１６，１９の剥離のほかに、被水条件が厳しい場合の泥水侵入による発錆、縁石衝突による圧痕等が考えられ、これらの異常は、振動値を計測することによって検出することができる。
【００１７】
車輪２２は、金属製のホイール２４とその外周に装着されたゴム製のタイヤ２５を備えている。空気圧センサ３２は、ホイール２４の外周に取り付けられており、タイヤ２５とホイール２４とで密閉された空間に装着されている。当該密閉された空間には、所定の圧力で空気が充填されている。空気圧センサ３２では、この圧力を測定することによって、タイヤ２５の空気圧を測定することができる。空気圧センサ３２には、発信器及び小型電池が一体に組み込まれている。こうして、空気圧センサ３２は、タイヤ２５の空気圧に応じた電気信号を、無線で発信することができる。
【００１８】
加速度信号処理部３３は、加速度信号演算部３４と基準信号記憶部３５を備えている。
基準信号記憶部３５には、加速度の異常の有無を判断する際の基準となる基準加速度信号Ｓａが記憶されている。基準加速度信号Ｓａには、通常走行時における外輪１３の振動値より大きい値が設定されている。
図３に示すように、加速度信号演算部３４では、加速度センサ３１から送信された加速度信号ＡをＡＤ変換し、オーバーオール値Ａｏを計算している（ステップＳ０２）。ステップＳ０３では、求めたオーバーオール値Ａｏと、基準加速度信号Ｓａとを逐次比較して、加速度の異常を識別する信号Ｅａを発信している。信号Ｅａでは、オーバーオール値Ａｏが基準加速度信号Ｓａより大きいときに「１」が、基準加速度信号Ｓａより小さいときは「０」が出力される。
【００１９】
空気圧信号処理部３７は、空気圧センサ３２から無線で送信された空気圧信号Ｂを受信する受信部３６と、空気圧信号演算部３８と基準信号記憶部３９を備えている。
基準信号記憶部３９には、空気圧の異常の有無を判断する際の基準となる基準空気圧信号Ｓｂが記憶されている。基準空気圧信号Ｓｂには、通常走行時の空気圧より大きい値が設定されている。
図３に示すように、空気圧信号演算部３８では、受信した空気圧信号Ｂと基準空気圧信号Ｓｂとを逐次比較して、空気圧の異常を識別する信号Ｅｂを発信している（ステップＳ０９）。信号Ｅｂでは、空気圧信号Ｂが基準空気圧信号Ｓｂ以上のときに「１」が、基準空気圧信号Ｓｂより小さいときは「０」が出力される。
【００２０】
信号Ｅａ及び信号Ｅｂは、それぞれ異常判断部４０に送信されている。異常判断部４０では、受信した信号Ｅａ及び信号Ｅｂに基づいて、転がり軸受１２の異常の有無を判断している。図３を参照しつつ説明する。
【００２１】
異常判断部４０では、加速度信号演算部３４から受信した信号Ｅａにより、転がり軸受１２の状態を判別している（ステップＳ０５）。具体的には、信号Ｅａが「１」の場合に、転がり軸受１２に異常が発生した可能性があることを認識している。
一方、異常判断部４０では、空気圧信号演算部３８から受信した信号Ｅｂにより、タイヤ２５の空気圧の異常の有無を判別している（ステップＳ１１）。具体的には、信号Ｅｂが「１」の場合に、タイヤ２５の空気圧に異常が発生したと判断している。信号Ｅｂが「１」の場合には、フラグｂが「１」に設定される（ステップＳ１２）。なお、空気圧信号Ｂに異常がなく、信号Ｅｂが「０」の場合には、フラグｂは「０」に設定される。なお、信号Ｅｂで「１」を受信した時点から所定の時間Ｔｏにおいて、フラグｂが「１」の状態で維持されている。
【００２２】
ステップＳ０６では、フラグｂの状態に応じて、転がり軸受１２の異常の有無を判断している。具体的には、信号Ｅａが「１」であっても、フラグｂが「１」の場合、すなわちタイヤ２５空気圧に異常が生じている場合には、転がり軸受１２には異常なしと判断している。タイヤ２５の空気圧が変化するときには、車輪２２に何らかの外力が作用しており、その力によって、転がり軸受１２が加速度をもって変位した可能性があるからである。このような外乱入力が作用したときには、転がり軸受１２には何らの異常も存在しない場合であっても、外輪１３に固定した加速度センサ３１から大きな出力が発信される。
仮に、加速度センサ３１の出力のみを監視していると仮定した場合には、転がり軸受１２には何ら異常がない場合でも、転がり軸受１２に異常が発生したものと誤って認識してしまう恐れがある。
【００２３】
これに対して、本実施形態では、タイヤ２５の空気圧を監視することによって、予期しない外力が作用した可能性を認識している。このため、大きな加速度が測定された場合であって、同時にタイヤ２５の空気圧が大きく変化した場合には、転がり軸受１２の異常の有無を判断しないようにしている。これによって、転がり軸受１２の異常の有無を誤認することを防止している。
こうして、タイヤ２５の空気圧の異常を検出した場合には、フラグｂが「１」であるので、再度、加速度信号演算部３４からの信号Ｅａを受信している（ステップＳ０６）。したがって、継続して信号Ｅａを監視することによって、その後、転がり軸受１２に異常が生じたときには、その異常を検出することができる。
【００２４】
また、仮に、転がり軸受１２に実際に異常が発生し、同時に、タイヤ２５に大きな外力が作用したとしても、異常発生による加速度の増加は継続して発生する。転がり軸受１２の異常に伴う加速度の増加と、外乱入力の入力とが同時に発生することは極めてまれであり、継続して信号Ｅａを監視することによって、その後、速やかに、転がり軸受１２の異常を検知することができる。
【００２５】
こうして、信号Ｅａが「１」であって、かつ、フラグｂが「０」の場合に、ステップＳ０７で、異常信号Ｅｏが異常表示部４４に送信される。
【００２６】
異常表示部４４では、例えば、車両のインスツルメントパネルに組み込まれた赤色灯が備えられている。
【００２７】
次に、車両の走行状態に応じた、異常検出装置１０の動作について具体的に説明する。
本実施形態の異常検出装置１０は、転がり軸受１２には異常がないにもかかわらず外乱入力によって異常が生じたものと誤認するのを防止した点に特徴がある。
そこで、以下の説明では、（１）通常の走行状態、（２）転がり軸受１２に異常が生じた状態、（３）転がり軸受１２には異常がない場合に外乱入力が作用した状態、の３種類の状態について説明する。図４は、上記の（１）、（２）、（３）の状態において、上段から順に、加速度のオーバーオール値Ａｏ、空気圧信号Ｂ、信号Ｅａ及びＥｂ、異常信号Ｅｏが時間経過とともに変化する様子を示している。図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ上記の（１）、（２）、（３）に対応している。
なお、以下の説明では、図３のフローチャートに示したステップと対比するために、各説明に対応するステップ番号をカッコ内に示している。
【００２８】
（通常の走行状態）
通常の走行状態とは、転がり軸受１２に異常がなく、車両が平坦な路面を走行している状態をいう。このとき、転がり軸受１２の内輪１４，１４は車輪２２とともに回転し、玉１５が軌道面１６，１９を転動している。軌道面１６，１９は研削加工が施されて円滑に仕上げられているため、玉１５は軌道面１６，１９上を滑らかに転動する。
このため、図４（ａ）第１段目に示したように、加速度センサ３１から出力される加速度信号Ａのオーバーオール値Ａｏは、略一定の値となっている。この時のオーバーオール値Ａｏは、基準加速度信号Ｓａより小さいので、信号Ｅａは「０」である（Ｓ０３）。したがって、空気圧の値の如何にかかわらず、異常信号Ｅｏが発信されることがない（Ｓ０５）。
なお、路面が平坦であるため、タイヤ２５の空気圧の変動は小さく、空気圧信号Ｂは、略一定の値となっている。このため、空気圧信号Ｂは基準空気圧信号Ｓｂより小さいので、信号Ｅｂは「０」であり（Ｓ０９）、フラグｂは「０」の状態が維持されている（Ｓ１１）。
【００２９】
（転がり軸受１２に異常が生じた状態）
転がり軸受１２に異常が生じた状態とは、例えば、軌道面１６，１９に剥離が発生した場合である。剥離の上を玉１５が転動することによって、加速度センサ３１から大きな加速度信号Ａが発信される。なお、説明を簡単にするために、平坦な路面を走行していると仮定して説明する。
この場合には、図４（ｂ）第１段目に示したように、加速度信号Ａのオーバーオール値Ａｏが増大し、基準加速度信号Ｓａより大きくなる（斜線部）。加速度信号Ａのオーバーオール値Ａｏが、基準加速度信号Ｓａより大きいときには、図４（ｂ）第３段目に示したように、加速度信号演算部３４から信号Ｅａが「１」で発信される（Ｓ０３）。
一方、路面が平坦であるため、図４（ｂ）第２段目に示したように、タイヤ２５の空気圧の変動は小さく、空気圧信号Ｂは基準空気圧信号Ｓｂより小さいので、信号Ｅｂは「０」である（Ｓ０９）。この場合には、フラグｂは「０」である（Ｓ１１）。
こうして、Ｅａ＝１であり、かつ、フラグｂ＝０であるので、図３のステップＳ０６によって、図４（ｂ）第４段目に示したように、異常判断部４０から異常信号Ｅｏが「１」で出力される。異常信号Ｅｏが出力されると、インスツルメントパネルの赤色灯が点灯して、車両の運転者は、転がり軸受１２の異常を認識することができる。
【００３０】
（転がり軸受１２には異常がない場合に外乱入力が作用した状態）
外乱入力が作用した状態とは、例えば、走行中の車輪２２が路面の段差を乗り越えたときをいう。このときには、段差によって車輪２２とともに転がり軸受１２が上下方向に急激に変位するので、図４（ｃ）第１段目に示すように、加速度信号Ａのオーバーオール値Ａｏが増大し、基準加速度信号Ｓａより大きくなる。このため、転がり軸受１２には異常がないにもかかわらず、図４（ｃ）第３段目に示すように、加速度信号演算部３４から信号Ｅａとして「１」が発信される（Ｓ０３）。
一方、車輪２２が段差に乗り上げたときには、タイヤ２５が圧縮される。このため、タイヤ２５の空気圧が瞬時に上昇し、図４（ｃ）第２段目に示すように、空気圧センサ３２からは大きな空気圧信号Ｂが出力される。この場合には、空気圧信号Ｂが基準空気圧信号Ｓｂより大きくなる（斜線部）ので、図４（ｃ）第３段目に示すように、信号Ｅｂとして「１」が発信される（Ｓ０９）。
異常判断部４０では、信号Ｅｂとして「１」を受信したときには、フラグｂが「１」に設定される（Ｓ１２）。
【００３１】
したがって、Ｅａ＝１であり、かつ、フラグｂ＝１であるので、図３のステップＳ０６によって、異常信号Ｅｏは発信されず（図４（ｃ）第４段目参照）、異常判断部４０では、加速度信号Ａのオーバーオール値Ａｏの受信を継続する。
なお、車輪２２が段差に乗り上げることによるタイヤ２５の空気圧の上昇は一時的であり、その後、比較的短時間で、空気圧信号Ｂが基準空気圧信号Ｓｂより小さくなる。異常判断部４０では、図３のステップＳ１２によって、信号Ｅｂとして「１」を受信した時点から一定時間Ｔｏにおいて、フラグｂが「１」となっており、一定時間Ｔｏの間は、信号Ｅｂとして「１」が発信される（図４（ｃ）第３段目参照）。時間Ｔｏは、タイヤ２５の空気圧が正常な値に戻るまでの時間より長く設定されている。
こうして、加速度信号Ａが増大したとしても、異常表示部４４の赤色灯が点灯しないので、車両の運転者が、転がり軸受１２に異常が生じていると誤認することがない。
【００３２】
以上の説明からわかるように、本実施形態の異常検出方法は、軌道面１６，１９の異常に敏感に反応する振動値などを利用した異常検出方法に適用することによって、その効果を顕著に発揮できる。
振動値は、軌道面１６，１９のわずかな異常に対して敏感に反応してその値が増加するため、転がり軸受１２の異常を早期に検出することができる。一方、振動値は、路面の突起を乗り越えたときなどの外乱入力によっても大きな値が計測される。本実施形態では、このような異常な振動値が入力した場合には、仮に転がり軸受１２の振動値が高くなったとしても、異常と判断しないので、転がり軸受１２の状態を誤認するのを防止できる。
この結果、転がり軸受１２に異常が生じた場合のみを確実に検出することができるので、転がり軸受１２を適切にメンテナンスすることができる。
なお、振動値のほかに、例えば、転動体が剥離した軌道面１６，１９を通過するときの超音波などを検出する場合にも、同様にして転がり軸受１２の異常の有無を判断することができる。
【００３３】
本実施形態では、加速度センサ３１を外輪１３の外周に固定している。内輪１４が固定されて、外輪１３が回転する場合には、加速度センサ３１は内輪１４に固定されてもよい。
【００３４】
また、本実施形態では、車輪２２が路面の突起を乗り越える場合について説明した。しかし、路面の窪みなど、現在走行している路面より高さが低い路面に車両が進入した場合には、タイヤ２５の空気圧が減少する。この場合には、基準空気圧信号Ｓｂを通常走行時の空気圧より低い値に設定してもよい。すなわち、通常走行時の空気圧に対して高圧の基準値と低圧の基準値を設定する。空気圧信号演算部３８では、空気圧センサ３２によって測定された空気圧が、これらの基準値のいずれかを超えて変動した時に、信号Ｅｂを発信することによって、外乱入力による転がり軸受１２の異常を誤って検知するのを防止することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、あらかじめ基準空気圧信号Ｓｂを基準信号記憶部３９に入力している。しかし、これに代えて、車両が走行を開始したときに空気圧センサ３２によって測定された空気圧を基準として、この空気圧より所定の値だけ大きい信号を基準空気圧信号Ｓｂとして記憶してもよい。これにより、通常走行時の空気圧が外気温によって変動した場合でも、基準空気圧信号Ｓｂを都度設定し直す必要がない。
【符号の説明】
【００３６】
１０：異常検出装置、１１：ナックル、１２：転がり軸受、１３：外輪、１４：内輪、１５：玉、１６：外側軌道面、１７：フランジ、１９：内側軌道面、２０：ハブシャフト、２２：車輪、２３：駆動シャフト、２４：ホイール、２５：タイヤ、３１：加速度センサ、３２：空気圧センサ、３３：加速度信号処理部、３４：加速度信号演算部、３５：基準信号記憶部、３６：受信部、３７：空気圧信号処理部、３８：空気圧信号演算部、３９：基準信号記憶部、４０：異常判断部、４４：異常表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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