(57)【要約】【課題】  コンパクな構成で車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供する。【解決手段】  車輪用軸受の外方部材１と内方部材２のうちの固定側部材にセンサユニット２０を設ける。センサユニット２０は、固定側部材に接触固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材２１の歪みを検出する１つ以上のセンサ２２とでなる。このセンサ２２の出力信号を直接にＡＤ変換する少なくとも２０ビット以上の分解能を持つＡＤ変換器２９を車輪用軸受上に設ける。このＡＤ変換されたセンサ２２の出力信号から車輪に加わる荷重を推定する推定手段３０を設ける。【選択図】      図１
2011021896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用のセンサユニットを設け、前記センサユニットは前記固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する１つ以上のセンサからなり、これらセンサの出力信号を直接にＡＤ変換する少なくとも２０ビット以上の分解能を持つＡＤ変換器を車輪用軸受上に設け、このＡＤ変換されたセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する推定手段を設けたことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項２】
請求項１において、前記ＡＤ変換器が、１つで複数のセンサの出力信号をＡＤ変換する多チャンネル入力信号のＡＤ変換器であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項３】
請求項１において、前記ＡＤ変換器を前記センサユニットの少なくとも１つに取付けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項１において、前記ＡＤ変換器を複数有する変換ユニットの少なくとも１つを、前記センサユニットとは別に車輪用軸受上に設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記ＡＤ変換器が、デジタル・シグマ型の変換方式のＡＤ変換器であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサユニットは２つの接触固定部と１つのセンサを有するセンサ付車輪用軸受。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサユニットは３つ以上の接触固定部と２つのセンサを有し、それらのセンサ出力信号の位相差が、転動体の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍となるように接触固定部の間隔が設定され、前記推定手段は前記２つのセンサの出力信号の和をとることにより、変動成分をキャンセルして平均値を求めるものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記センサユニットを３つ以上設け、前記推定手段は、前記３つ以上のセンサユニットのセンサ出力信号から車輪用軸受の径方向および軸方向に作用する径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項９】
請求項１ないし請求項８のいずれか１項において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部および左面部に円周方向９０度の位相差で４つ等配したセンサ付車輪用軸受。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記センサユニットの少なくとも１つに温度センサを設け、前記推定手段は、前記温度センサの出力信号に基づき、前記センサ出力信号の温度ドリフトを補正するものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記推定手段を車体側の車内通信バスに接続し、推定手段で推定された荷重信号を通信により車体側に出力するものとしたセンサ付車輪用軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪の軸受部にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵したセンサ付車輪用軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の固定輪である外輪のフランジ部外径面に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出することにより荷重を検出するセンサ付車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献１）。また、車輪に設けた複数の歪みセンサの出力信号から、車輪にかかる荷重を推定する演算方法も提案されている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００３−５３０５６５号公報
【特許文献２】特表２００８−５４２７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に開示の技術のように、歪みセンサを用いて車輪にかかる荷重を計測する場合、環境温度によるセンサのドリフトや、センサユニットの取付けに伴う歪みによる初期ドリフトが問題となる。
このセンサユニットの取付けに伴う歪みによるドリフトは、歪みセンサを設置した状態でオフセット調整し、その位置からの変化分を信号出力として換算することで解消し、歪み信号を正確に検出することができる。
【０００５】
上記したセンサ出力信号のオフセット機能を持たせた荷重推定手段として、例えば図１４にブロック図で示す構成のものが考えられる。この例でのセンサユニット５０は、車輪用軸受の固定輪である外輪に取付けた歪み発生部材と、この歪み発生部材に固定される歪みセンサとで構成される。
【０００６】
図１４の荷重推定手段は、増幅回路４１、オフセット調整回路４２、記憶手段４３、各種の補正回路４４、信号出力回路４６、およびコントロール回路４７を有する。コントロール回路４７は、前記オフセット調整回路４２、記憶手段４３、補正回路４４、信号出力回路４６などの制御を行うとともに、オフセット調整などの前処理が施されたセンサ出力信号を１２〜１６ビット程度の分解能を持つＡＤ変換器４８（図１６）でデジタル化し、このデジタル化されたセンサ出力信号に基づき、その荷重演算機能によって車輪用軸受にかかる荷重を演算し推定する。オフセット調整回路４２は、センサユニット５０の初期オフセットや車輪用軸受への固定によるオフセットを、正規の値に調整するものであり、コントロール回路４７による調整、もしくは外部からの指令による調整が可能とされている。
【０００７】
図１５には、センサユニット５０、増幅回路４１、およびオフセット調整回路４２の具体的な接続構成例を示す。オフセット調整回路４２は、オペアンプＯＰ、抵抗Ｒ３、Ｒ４、可変抵抗器ＶＲ1,ＶＲ２などからなる加算器として構成される。この場合、センサ付車輪用軸受の組立完了後にセンサ出力が規定値（ゼロ点電圧）になるように、可変抵抗器ＶＲＩ，ＶＲ２の抵抗値が調整されて固定される。
【０００８】
しかし、図１４に示す荷重推定手段の回路構成としても、センサユニット５０の取付けに伴う歪みの程度や、センサ素子Ｒｇ（図１５）自体の特性ばらつきをカバーするには、回路に大きなオフセットの調整幅を持たせる必要があり、その調整工程も必要となるため、製造コストが増加してしまう。
また、長期運転中に大きなオフセット変動が発生した場合、その大きさによっては後段の増幅回路４１が飽和してしまい、荷重の検出が困難になってしまう。
【０００９】
また、図１６のように、軸受の外輪６０に搭載する歪みセンサ５１の数が増えた場合、上記した増幅回路４１およびオフセット調整回路４２を含む前処理回路も素子数と同じく増加するため、回路基板のサイズが大きくなり、軸受外輪６０上に搭載することが難しくなる。そのため、前処理回路を軸受とは離れた場所に設置し、センサ出力信号を引き回す手法をとることになるが、この場合、ケーブルの本数が増加して、足回り部品からボディー側まで太い配線を設置することになり、作業性・信頼性の低下を引き起こす。また、微弱なセンサ出力信号を長い配線で引き出すため、ノイズの影響も大きくなってしまうという問題もある。
【００１０】
この発明の目的は、コンパクな構成で車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用のセンサユニットを設け、前記センサユニットは前記固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する１つ以上のセンサからなり、これらセンサの出力信号を直接にＡＤ変換する少なくとも２０ビット以上の分解能を持つＡＤ変換器を車輪用軸受上に設け、このＡＤ変換されたセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する推定手段を設けたことを特徴とする。なお、前記の「直接にＡＤ変換する」とは、センサの出力信号を、信号処理手段を介することなくＡＤ変換器に入力してＡＤ変換することを言う。
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材（例えば外方部材）にも荷重が印加されて変形が生じる。ここではセンサユニットにおける歪み発生部材の２つ以上の接触固定部が、外方部材に接触固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され易く、その歪みがセンサで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。
とくに、センサの出力信号を少なくとも２０ビット以上の分解能を持つＡＤ変換器で直接にＡＤ変換し、このＡＤ変換されたセンサの出力信号に基づき、推定手段で車輪に加わる荷重を推定するようにしているので、荷重検出系をコンパクトに構成でき、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
【００１２】
この発明において、前記ＡＤ変換器が、１つで複数のセンサの出力信号をＡＤ変換する多チャンネル入力信号のＡＤ変換器であっても良い。この構成の場合、複数のセンサユニットからのセンサ出力信号を１つのＡＤ変換器でＡＤ変換できることから、設置スペースを小さくでき、検出系全体を車輪用軸受に設置することができる。
【００１３】
この発明において、前記ＡＤ変換器を前記センサユニットの少なくとも１つに取付けても良い。この構成の場合もＡＤ変換器の設置スペースを小さくできる。
【００１４】
この発明において、前記ＡＤ変換器を複数有する変換ユニットの少なくとも１つを、前記センサユニットとは別に車輪用軸受上に設けても良い。この構成の場合もＡＤ変換器の設置スペースを小さくできる。
【００１５】
この発明において、前記ＡＤ変換器は、デジタル・シグマ型の変換方式のＡＤ変換器であることが望ましい。
【００１６】
この発明において、前記センサユニットは２つの接触固定部と１つのセンサを有するものとしても良い。
【００１７】
この発明において、前記センサユニットは３つ以上の接触固定部と２つのセンサを有し、それらのセンサ出力信号の位相差が、転動体の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍となるように接触固定部の間隔が設定され、前記推定手段は前記２つのセンサの出力信号の和をとることにより、変動成分をキャンセルして平均値を求めるものとしても良い。この構成の場合、センサユニットにおける２つのセンサの出力信号の間では略１８０度の位相差を有することになり、その平均値は転動体通過による変動成分をキャンセルした値となる。
【００１８】
この発明において、前記センサユニットを３つ以上設け、前記推定手段は、前記３つ以上のセンサユニットのセンサ出力信号から車輪用軸受の径方向および軸方向に作用する径方向荷重および軸方向荷重を推定するものとしても良い。
【００１９】
この発明において、前記センサユニットを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部および左面部に円周方向９０度の位相差で４つ等配しても良い。
このように４つのセンサユニットを配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。
【００２０】
この発明において、前記センサユニットの少なくとも１つに温度センサを設け、前記推定手段は、前記温度センサの出力信号に基づき、前記センサ出力信号の温度ドリフトを補正するものとしても良い。この構成の場合、歪みセンサの出力信号の温度ドリフトを補正することができる。
【００２１】
この発明において、前記推定手段を車体側の車内通信バスに接続し、推定手段で推定された荷重信号を通信により車体側に出力するものとしても良い。
【発明の効果】
【００２２】
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材と、両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に１つ以上の荷重検出用センサユニットを設け、前記センサユニットは前記固定側部材に接触して固定される２つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材、およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する１つ以上のセンサからなり、これらセンサの出力信号を直接にＡＤ変換する少なくとも２０ビット以上の分解能を持つＡＤ変換器を車輪用軸受上に設け、このＡＤ変換されたセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する推定手段を設けたため、コンパクな構成で車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明の一実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図２】同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図３】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大平面図である。
【図４】図３におけるIV−IV矢視断面図である。
【図５】同センサ付車輪用軸受における検出系の全体構成を示すブロック図である。
【図６】同センサ付車輪用軸受におけるＡＤ変換器の設置構成の一例を示す断面図である。
【図７】同センサ付車輪用軸受におけるＡＤ変換器の他の設置構成例を示す断面図である。
【図８】この発明の他の実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図とその検出系の概念構成のブロック図とを組み合わせて示す図である。
【図９】同センサ付車輪用軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。
【図１０】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大平面図である。
【図１１】図１０におけるXI−XI矢視断面図である。
【図１２】センサユニットの他の設置例を示す断面図である。
【図１３】センサユニットの出力信号に対する転動体位置の影響の説明図である。
【図１４】提案例における検出系の構成例を示すブロック図である。
【図１５】同検出系における増幅回路およびオフセット調整回路の具体例を示す回路構成図である。
【図１６】提案例においてセンサ数が増加したときの検出系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。この実施形態は、第３世代型の内輪回転タイプで、駆動輪支持用の車輪用軸受に適用したものである。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の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００２５】
このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図１に断面図で示すように、内周に複列の転走面３を形成した外方部材１と、これら各転走面３に対向する転走面４を外周に形成した内方部材２と、これら外方部材１および内方部材２の転走面３，４間に介在した複列の転動体５とで構成される。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体５はボールからなり、各列毎に保持器６で保持されている。上記転走面３，４は断面円弧状であり、ボール接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材１と内方部材２との間の軸受空間の両端は、一対のシール７，８によってそれぞれ密封されている。
【００２６】
外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置（図示せず）におけるナックル１６に取付ける車体取付用フランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。フランジ１ａには周方向複数箇所にナックル取付用のねじ孔１４が設けられ、インボード側よりナックル１６のボルト挿通孔１７に挿通したナックルボルト（図示せず）を前記ねじ孔１４に螺合することにより、車体取付用フランジ１ａがナックル１６に取付けられる。
内方部材２は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ９ａを有するハブ輪９と、このハブ輪９の軸部９ｂのインボード側端の外周に嵌合した内輪１０とでなる。これらハブ輪９および内輪１０に、前記各列の転走面４が形成されている。ハブ輪９のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面１２が設けられ、この内輪嵌合面１２に内輪１０が嵌合している。ハブ輪９の中心には貫通孔１１が設けられている。ハブフランジ９ａには、周方向複数箇所にハブボルト（図示せず）の圧入孔１５が設けられている。ハブ輪９のハブフランジ９ａの根元部付近には、車輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部１３がアウトボード側に突出している。
【００２７】
図２は、この車輪用軸受の外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図１は、図２におけるＩ−Ｉ矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、図２のように、各ねじ孔１４が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされている。
【００２８】
固定側部材である外方部材１の外径面には、４個のセンサユニット２０が設けられている。ここでは、これらのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および前後位置となる外方部材１の外径面における上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。
【００２９】
これらのセンサユニット２０は、図３および図４に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材２１の歪みを検出する１つの歪みセンサ２２とでなる。歪み発生部材２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製で２ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされている。また、歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面にスペーサ２３を介して接触固定される２つの接触固定部２１ａを両端部に有する。なお、歪み発生部材２１の形状によっては、接触固定部２１ａを２つ以上有するものとしても良い。また、歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂは省略しても良い。歪みセンサ２２は、歪み発生部材２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材２１の外側面で両側辺部の切欠き部２１ｂで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ２２は切欠き部２１ｂ周辺の周方向の歪みを検出する。具体的には、歪み発生部材２１の外面側で隣り合う接触固定部２１ａの間に配置される。なお、歪み発生部材２１は、固定側部材である外方部材１に作用する外力、またはタイヤと路面間に作用する作用力として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材１の変形がセンサユニット２０に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。想定される最大の力は、例えば、その力が作用しても車輪用軸受は損傷せず、その力が除去されると車輪用軸受の正常な機能が復元される範囲で最大の力である。
【００３０】
前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、外方部材１の軸方向に同寸法の位置で、かつ各接触固定部２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部２１ａがそれぞれスペーサ２３を介してボルト２４により外方部材１の外径面に固定される。前記各ボルト２４は、それぞれ接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔２５からスペーサ２３のボルト挿通孔２６に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたねじ孔２７に螺合させる。このように、スペーサ２３を介して外方部材１の外径面に接触固定部２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂを有する中央部位が外方部材１の外径面から離れた状態となり、切欠き部２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面３の中間位置からアウトボード側列の転走面３の形成部までの範囲である。外方部材１の外径面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、外方部材１の外径面における前記スペーサ２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。
【００３１】
歪みセンサ２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ２２を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材２１に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪みセンサ２２を歪み発生部材２１上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。
【００３２】
各センサユニット２０の歪みセンサ２２はＡＤ変換器２９を介して推定手段３０に接続される。すなわち、歪みセンサ２２の出力信号は、ＡＤ変換器２９で直接にＡＤ変換されて、このＡＤ変換された歪みセンサ２２の出力信号が推定手段３０に入力される。ＡＤ変換器２９は、センサユニット２０上、例えば歪み発生部材２１上に設置され、または図６のようにセンサユニット２０の近傍に設置される。この場合のＡＤ変換器２９としては、少なくとも２０ビット以上の分解能を持つものが用いられる。また、ＡＤ変換器２９は多チャンネル入力の小型素子とし、図7のように複数のセンサユニット２０からのセンサ出力信号を一つの基板上でまとめてデジタルデータに変換する変換ユニット３９を構成し、これを車輪用軸受に設置するのが望ましい。変換ユニット３９は、車輪用軸受の外方部材１および内方部材２のうち、固定側の部材、この実施形態では外方部材１に設置する。図６の構成例では、上位置および右位置の２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号を１つの変換ユニット３９でデジタル化し、下位置および左位置の２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号を他の１つの変換ユニット３９でデジタル化している。また、図７の構成例では、上下左右の４つのセンサユニット２０のセンサ出力信号を１つの変換ユニット３９でデジタル化している。図７の構成例では、変換ユニット３９を推定手段３０に近接して、例えば同じ配線基板上に配置している。ＡＤ変換器２９の方式は、デジタル・シグマ型変換器とすることが、高精度で比較的高速な特徴を持つ点で望ましい。
【００３３】
推定手段３０は、センサユニット２０の歪みセンサ２２のＡＤ変換された出力信号から、車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定する手段であり、例えばマイクロコンピュータで構成される。このマイクロコンピュータからなる推定手段３０は、一つの基板上に各種の電子部品を実装したものであっても、１チップのものであっても良く、図６，図７の例のように車輪用軸受の外方部材１に設置され、あるいはセンサユニット２０の歪み発生部材２１上等に設けられる。推定手段３０は、オフセット調整回路３１、温度補正回路３２、ローパスフィルタ等のフィルタ処理回路３３、荷重推定演算回路３４、コントロール回路３５などを有する。オフセット調整回路３１は、歪みセンサ２２の初期オフセットや、車輪用軸受への固定によるオフセットなどを、正規の値に調整するものであり、コントロール回路３５による調整、もしくは外部からの指令によるオフセット調整が可能なように構成されている。上記したように、オフセットの原因は歪みセンサ２２のばらつきやセンサ固定時の歪みなどであることから、車輪用軸受にセンサユニット２０を取付けて、組立が完了した段階でオフセットを調整するのが望ましい。
【００３４】
このように、センサ付車輪用軸受の組立完了後に、歪みセンサ２２の出力信号が規定値となるようにオフセット調整回路３１でオフセットを調整すると、センサ付車輪用軸受が完成品となった時点でのセンサ出力をゼロ点とすることができるため、センサ出力信号の品質を確保することができる。
【００３５】
また、歪みセンサ２２の出力信号には、歪みセンサ２２自体の温度特性や、固定側部材である外方部材１の温度歪みなどによるドリフト量が存在する。温度補正回路３２は、オフセット調整された歪みセンサ２２の出力信号の温度に起因するドリフトを補正する回路である。温度によるドリフトを補正するために、図３のように少なくとも１つのセンサユニット２０の歪み発生部材２１には温度センサ２８が設けられ、この温度センサ２８の出力信号がＡＤ変換器２９でデジタル化されてから前記温度補正回路３２に入力される。
【００３６】
荷重推定演算回路３４では、前記オフセット調整回路３１、温度補正回路３２、フィルタ処理回路３３によりオフセット調整処理、温度補正処理、フィルタ処理などが施された歪みセンサ２２のデジタル化された出力信号に基づき、荷重推定演算が行われる。この荷重推定演算回路３４は、前記垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy と、歪みセンサ２２の出力信号との関係を演算式またはテーブル等により設定した関係設定手段（図示せず）を有し、歪みセンサ２２の出力信号から前記関係設定手段を用いて作用力（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力となる荷重Ｆx ，軸方向荷重Ｆy ）を推定する。前記関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。図６や図７の構成例で示すように、推定手段３０の荷重推定演算回路３４で得られた荷重データは、車体側に設置される上位の電気制御ユニット（ＥＣＵ）３６まで、車内通信バス（例えばＣＡＮバス）６１などを通じて出力される。この通信経路は無線化されたものであってもよく、軸受側と車体側にそれぞれ送受信器を設置し、荷重データ等の出力を行う構成としてもよい。この場合、電源供給などの必須なケーブルを配線接続してセンサを動作させ、得られたデータは無線で送信する構成とすることで、必要なケーブルの本数を減らすことができ、車体への取り付けが簡単になる。図６，図７において、推定手段３０に接続された配線６１ａは上記車内通信バス６１を構成する配線である。電気制御ユニット３６は、例えば車両の全体を制御する手段であり、マイクロコンピュータ等により構成される。必要に応じてアナログ電圧で出力するものとしても良い。
【００３７】
センサユニット２０は、外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置に設けられるので、歪みセンサ２２の出力信号センサユニット２０の設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。また、軸受の停止時においても、歪みセンサ２２の出力信号は転動体５の位置の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０における歪みセンサ２２に最も近い位置を通過するとき（または、その位置に転動体５があるとき）、歪みセンサ２２の出力信号は最大値となり、転動体５がその位置から遠ざかるにつれて（または、その位置から離れた位置に転動体５があるとき）低下する。軸受回転時には、転動体５は所定の配列ピッチで前記センサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ２２のアナログ出力信号は、転動体５の配列ピッチを周期として周期的に変化する正弦波に近い波形となる。そこで、前記荷重推定演算回路３４では、荷重を求めるデータとして、歪みセンサ２２の出力信号の振幅の平均値（直流成分）を演算する。この演算のために、この実施形態では、図１のように外方部材１の内周に転動体５の位置を検出する転動体検出センサ４０が設けられ、この転動体検出センサ４０の検出信号が前記荷重推定演算回路３４に入力される。これにより、荷重推定演算回路３４で演算される荷重値から転動体通過の影響を解消できる。
【００３８】
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材１にも荷重が印加されて変形が生じる。ここではセンサユニット２０における歪み発生部材２１の２つ以上の接触固定部２１ａが、外方部材１に接触固定されているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され易く、その歪みが歪みセンサ２２で感度良く検出される。
【００３９】
とくに、歪みセンサ２２の出力信号を、荷重を推定する推定手段３０に入力する前に、ＡＤ変換器２９で直接デジタルデータに変換するようにしているので、提案例で示したようなアナログ信号に対するオフセット調整回路や増幅回路が不要になり、回路設置スペースを削減でき、コンパクト化が可能になる。また、センサデータがデジタル化されることで、推定手段３０では、オフセット調整や温度補正を含むすべての前処理をデジタル演算で実施することができる。その結果、オートキャリブレーションによる調整工程の大幅な簡略化、長期的なドリフトへの対応も可能になる。また、増幅回路の飽和などの問題もなくなる。
【００４０】
このように、信号処理回路をコンパクト化できることから、歪みセンサ２２の出力信号である微小なアナログ信号の配線を短縮化でき、その結果ノイズの影響を受け難くなり、最終的な荷重検出精度も向上させることができる。
【００４１】
また、この実施形態ではセンサユニット２０を４つ設け、各センサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。
【００４２】
また、この実施形態ではセンサユニット２０の少なくとも１つに温度センサ２８を設け、推定手段３０における温度補正回路３２では、前記温度センサ２８の出力信号に基づき、歪みセンサ２１の出力信号のドリフトを補正するようにしているので、歪みセンサ２１の出力信号の温度ドリフトを補正することができる。
【００４３】
図８ないし図１３は、この発明の他の実施形態を示す。このセンサ付車輪用軸受では、図１〜図７に示す実施形態において、各センサユニット２０を以下のように構成している。この場合、センサユニット２０は、図１０および図１１に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材２１の歪みを検出する２つの歪みセンサ２２とでなる。歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面にスペーサ２３を介して接触固定される３つの接触固定部２１ａを有する。３つの接触固定部２１ａは、歪み発生部材２１の長手方向に向けて１列に並べて配置される。２つの歪みセンサ２２のうち１つの歪みセンサ２２Ａは、図１１において、左端の接触固定部２１ａと中央の接触固定部２１ａとの間に配置され、中央の接触固定部２１ａと右端の接触固定部２１ａとの間に他の１つの歪みセンサ２２Ｂが配置される。図１０のように、歪み発生部材２１の両側辺部における前記各歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの配置部に対応する２箇所の位置にそれぞれ切欠き部２１ｂが形成されている。
【００４４】
センサユニット２０は，その歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが、外方部材１の軸方向に同寸法の位置で、かつ各接触固定部２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部２１ａがそれぞれスペーサ２３を介してボルト２４により外方部材１の外径面に固定される。
【００４５】
このほか、図１２に断面図で示すように、外方部材１の外径面における前記歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが固定される３箇所の各中間部に溝１ｃを設けることで、前記スペーサ２３を省略し、歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂが位置する各部位を外方部材１の外径面から離すようにしても良い。センサユニット２０におけるその他の構成や、センサユニット２０の配置などは、図１〜図７に示す実施形態の場合と同様である。
【００４６】
この実施形態の場合、図１〜図７に示す実施形態における推定手段３０の荷重推定演算回路３４において、各センサユニット２０の２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和や差を演算し、その和を平均値として差を振幅値として取り出す。
【００４７】
この場合も、センサユニット２０は、外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置に設けられるので、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは、図１３のようにセンサユニット２０の設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。また、軸受の停止時においても、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは、転動体５の位置の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０における歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂに最も近い位置を通過するとき（または、その位置に転動体５があるとき）、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの振幅は最大値となり、図１３（Ａ），（Ｂ）のように転動体５がその位置から遠ざかるにつれて（または、その位置から離れた位置に転動体５があるとき）低下する。軸受回転時には、転動体５は所定の配列ピッチＰで前記センサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは、その振幅が転動体５の配列ピッチＰを周期として図１３（Ｃ）に実線で示すように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。また、歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの変動は、温度の影響やナックル１６と車体取付用フランジ１ａ（図８）の面間などの滑りによるヒステリシスの影響を受ける。この実施形態では、前記２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの振幅の和を上記した平均値とし、振幅の差分を上記した振幅値とする。これにより、平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、振幅値は、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの各出力信号ａ，ｂに現れる温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。したがって、この平均値と振幅値を用いることにより、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重をより正確に推定することができる。
【００４８】
図１３では、固定側部材である外方部材１の外径面の円周方向に並ぶ３つの接触固定部２１ａのうち、その配列の両端に位置する２つの接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定している。この場合、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置にそれぞれ配置される２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔は、転動体５の配列ピッチＰの略１／２となる。その結果、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂは略１８０度の位相差を有することになり、その和として求められる平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルしたものとなる。また、その差分として求められる振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。
【００４９】
なお、図１３では、接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定し、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置に各１つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ配置することで、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの略１／２となるようにした。これとは別に、直接、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの１／２に設定しても良い。
この場合に、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの｛１／２＋ｎ（ｎ：整数）｝倍、またはこれらの値に近似した値としても良い。この場合にも、両歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号ａ，ｂの和として求められる平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分として求められる振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。      
【００５０】
なお、上記した各実施形態では、外方部材１が固定側部材である場合につき説明したが、この発明は、内方部材が固定側部材である車輪用軸受にも適用することができ、その場合、センサユニット２０は内方部材の内周となる周面に設ける。
また、これらの実施形態では第３世代型の車輪用軸受に適用した場合につき説明したが、この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立した部品となる第１または第２世代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第４世代型の車輪用軸受にも適用することができる。また、このセンサ付車輪用軸受は、従動輪用の車輪用軸受にも適用でき、さらに各世代形式のテーパころタイプの車輪用軸受にも適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１…外方部材
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２２…歪みセンサ
２８…温度センサ
２９…ＡＤ変換器
３０…推定手段
３９…変換ユニット
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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