(57)【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に、この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る荷重検出用センサユニットを３つ以上設け、これら複数のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受であって、
前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとし、前記荷重推定手段をＥＣＵに搭載し、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、その車輪用軸受の取付け位置情報を前記ＥＣＵに設定するものとし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、前記荷重推定手段は前記補正係数が複数登録されていて、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段での荷重推定に使用する前記登録済み補正係数の選択指令を車両側ＥＣＵから行うものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項３】
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に、この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る荷重検出用センサユニットを３つ以上設け、これら複数のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受であって、
前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとし、
前記荷重推定手段は前記補正係数が複数登録されていて、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段での荷重推定に使用する前記登録済み補正係数の選択指令を車両側ＥＣＵから行うものとしたセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
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に、この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る荷重検出用センサユニットを３つ以上設け、これら複数のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受であって、
前記荷重推定手段には、車両の前後方向の軸と上下方向の軸とでなる平面座標ｘ−ｚでの、前記車輪用軸受における前記各センサユニットの取付け位相ごとに定められる補正係数が予め導出されて登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ組付けた状態での前記取付け位相に対応するセンサユニットの出力と前記補正係数とを乗算して荷重を推定するものとし、前記車輪用軸受における前記各センサユニットの取付け位相の情報は、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段に入力されることを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
請求項４において、前記各センサユニットのセンサの出力信号の初期ドリフトは、前記車輪用軸受へのセンサユニットの取付け時に補正されているセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
請求項４または請求項５において、前記各センサユニットのセンサの出力感度の個体差は予め感度補正されているセンサ付車輪用軸受。
【請求項７】
請求項４ないし請求項６のいずれか１項において、前記各センサユニットまたは前記固定側部材に温度センサを設け、この温度センサの出力信号に基づき、前記センサユニットのセンサの出力信号が補正される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、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は３つの接触固定部と２つのセンサを有し、隣り合う第１および第２の接触固定部の間、および隣り合う第２および第３の接触固定部の間に前記各センサをそれぞれ取付けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項１０】
請求項９において、隣り合う接触固定部または隣り合うセンサの前記固定側部材の外径面の円周方向についての間隔を、転動体の配列ピッチの１／２＋ｎ（ｎ：整数）またはこれらの値に近似した値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、前記固定側部材は外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの正面形状を、軸受軸心に直交する線分に対して線対称となる形状、または軸受軸心に対して点対称となる形状としたセンサ付車輪用軸受。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記固定側部材は外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの円周方向複数箇所にボルト孔が設けられ、前記各センサユニットをそれぞれ隣合う前記ボルト挿通孔の間となる周方向位置に配置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、図３１のように車輪用軸受の固定輪である外輪９０に歪みゲージ９１を貼り付け、外輪外径面の歪みから荷重を検出するようにした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
【特許文献３】特開２００９−１９２３９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−０９６５６５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推定する場合、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。
【０００５】
本発明者等は、上記課題を解決するものとして、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受を開発した（特許文献３，４）。特許文献３に開示のセンサ付車輪用軸受における車輪用軸受は、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。上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材には、この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２つ以上のセンサからなる１つ以上の荷重検出用センサユニットを設ける。さらに、前記２つ以上の接触固定部を、前記固定側部材の外径面の同一軸方向でかつ円周方向に互いに離間した位置となるように配置し、前記２つ以上のセンサの出力信号の和により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設ける。
【０００６】
このセンサ付車輪用軸受では、２つ以上のセンサの出力信号の和により、転動体の位置の影響が相殺されるので、転動体の影響を受けることなく、しかも停止時においても、車輪用軸受や、車輪とタイヤと路面間に作用する荷重を精度良く検出できる。
【０００７】
特許文献４に開示のセンサ付車輪用軸受では、特許文献３における車輪用軸受の固定側部材の外径面に、３つ以上のセンサユニットを設ける。センサユニットは、前記固定側部材の外径面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と、この歪み発生部材に取付けられて歪み発生部材の歪みを検出する１つ以上のセンサを有する。さらに、前記３つ以上のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪用軸受の径方向に作用する径方向荷重および車輪用軸受の軸方向に作用する軸方向荷重を推定する荷重推定手段を設ける。
【０００８】
このセンサ付車輪用軸受では、どのような荷重条件においても、径方向荷重（駆動力・制動力となる荷重Ｆx や垂直方向荷重Ｆz ）と軸方向荷重Ｆy を感度良く正確に検出することができる。
【０００９】
しかし、特許文献３，４に開示のセンサ付車輪用軸受においても、荷重推定のために予めセンサ出力とタイヤ接地面荷重との関係を求める必要があるため、キャリブレーション用装置や実車に組み込んだ状態で、例えば荷重推定演算の関係式における各センサ出力に対応する補正係数をキャリブレーション（calibration ）作業を行って導出しなければならない。さらに、車両前後方向をＸ軸、車両設置面に対して垂直方向をＺ軸とした場合、左輪側および右輪側の軸受の取付け面は、上記Ｘ−Ｚ平面に対して対称となる。したがって、左右輪それぞれに対して、車両から見た印加荷重座標に対応した補正係数が必要になる。しかし、左右輪ともにキャリブレ−ション作業をすると工数が増加してしまう。
【００１０】
この発明の目的は、荷重推定に用いる補正係数を車両組付け時に設定するキャリブレ−ション作業が容易で、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】
この発明の第１の構成にかかる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に、この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る荷重検出用センサユニットを３つ以上設け、これら複数のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受であって、
前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとしたことを特徴とする。
上記の「予め導出された」とあるうちの「予め」とは、このセンサ付車輪用軸受が車両に取付けられて車両走行に使用されるよりも前の意味である。また「導出された」とは、試験によるキャリブレーションにより導き出すことの他に、シミュレーションや設計，計算等によって導き出しても良く、導出の方法は問わない。
【００１２】
車輪用軸受や、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、その変形からセンサユニットが荷重を検出する。センサユニットの２つ以上のセンサの出力信号は、そのままでは転動体の通過の影響を受けるが、推定手段はこれらセンサの出力信号の和から、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 ）を推定するものとしているので、２つ以上のセンサの各出力信号に現れる転動体の位置の影響を相殺することができる。これにより、転動体の影響を受けることなく、しかも停止時においても、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用する荷重（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 ）を精度良く検出できる。
特に、センサユニットの出力と補正係数とで荷重を推定する荷重推定手段には、このセンサ付車輪用軸受をキャリブレーション用装置に取付けて行うキャリブレーション作業等で予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されているので、車両組付け時に行うキャリブレーション作業では、取付ける車輪位置の情報を荷重推定手段に入力するか、あるいは車輪位置に対応する補正係数を選択する指令を荷重推定手段に与えるだけで、必要な補正係数を設定できる。このため、荷重推定に用いる補正係数を車両組付け時に設定するキャリブレーション作業が容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
【００１３】
この発明の第１の構成において、前記荷重推定手段をＥＣＵ（すなわち電気制御ユニット）に搭載し、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、その車輪用軸受の取付け位置情報を前記ＥＣＵに設定する。
【００１４】
また、この発明の第１の構成において、前記荷重推定手段は前記補正係数が複数登録されていて、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段での荷重推定に使用する前記登録済み補正係数の選択指令を車両側ＥＣＵから行うものとしても良い。
この発明の他の構成にかかる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に、この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る荷重検出用センサユニットを３つ以上設け、これら複数のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受であって、前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとし、前記荷重推定手段は前記補正係数が複数登録されていて、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段での荷重推定に使用する前記登録済み補正係数の選択指令を車両側ＥＣＵから行うものとしたことを特徴とする。
【００１５】
この発明の第２の構成にかかる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に、この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る荷重検出用センサユニットを３つ以上設け、これら複数のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受であって、
前記荷重推定手段には、車両の前後方向の軸と上下方向の軸とでなる平面座標ｘ−ｚでの、前記車輪用軸受における前記各センサユニットの取付け位相ごとに定められる補正係数が予め導出されて登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ組付けた状態での前記取付け位相に対応するセンサユニットの出力と前記補正係数とを乗算して荷重を推定するものとしたことを特徴とする。
【００１６】
この構成によると、このセンサ付車輪用軸受をキャリブレーション用装置に取付けて行うキャリブレーション作業等において、センサユニットの取付け位相ごとに定められる補正係数が予め導出されて荷重推定手段に登録されているので、車両組付け時に行うキャリブレーション作業では、センサユニットの取付け位相情報を荷重推定手段に入力するだけで、必要な補正係数を設定できる。このため、荷重推定に用いる補正係数を車両組付け時に設定するキャリブレーション作業が容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
【００１７】
この発明の第２の構成において、前記各センサユニットのセンサの出力信号の初期ドリフトは、前記車輪用軸受へセンサユニットを取付けた時に補正されていることが望ましい。
【００１８】
また、この発明の第２の構成において、前記各センサユニットのセンサの出力感度の個体差は予め感度補正されているのが望ましい。
【００１９】
この発明の第２の構成において、前記各センサユニットまたは前記固定側部材に温度センサを設け、この温度センサの出力信号に基づき、前記センサユニットのセンサの出力信号が補正される。この構成の場合、センサユニットのセンサ出力信号の温度ドリフトを補正することができ、より一層精度良く、荷重の推定が行える。
【００２０】
また、この発明の第２の構成において、前記車輪用軸受における前記各センサユニットの取付け位相の情報は、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段に入力されるものとしても良い。
【００２１】
また、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３方向の荷重（垂直方向荷重Ｆ、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。
【００２２】
また、前記センサユニットは３つの接触固定部と２つのセンサを有し、隣り合う第１および第２の接触固定部の間、および隣り合う第２および第３の接触固定部の間に前記各センサをそれぞれ取付けても良い。
【００２３】
この場合に、隣り合う接触固定部または隣り合うセンサの前記固定側部材の外径面の円周方向についての間隔を、転動体の配列ピッチの１／２＋ｎ（ｎ：整数）またはこれらの値に近似した値としても良い。
【００２４】
この場合に、前記隣り合うセンサの出力信号の和もしくは和の時間平均をセンサユニットの出力としても良い。
また、前記隣り合うセンサの出力信号の差分を振幅値として、センサユニットの出力としても良い。これらの場合に、前記隣り合うセンサの出力信号の和と差の両方をセンサユニットの出力としても良い。
【００２５】
これらの場合に、前記荷重推定手段は、前記センサユニットの出力を変数とし、前記変数と各方向の荷重ごとに定められた補正係数とを乗算した一次式から各方向の荷重を推定するものとしても良い。
【００２６】
前記センサユニットの出力を演算処理する演算処理回路を設け、この演算処理回路は、前記センサユニットのセンサからの出力信号を直接ＡＤ変換するＡＤ変換器を備えるものとしても良い。
【００２７】
前記センサユニットの出力を演算処理する演算処理回路を設け、この演算処理回路は、前記センサユニットのオフセットを正規の値に調整するオフセット調整回路と、前記センサユニットの出力を増幅する増幅回路とを備えるものとしても良い。
【００２８】
この場合に、前記演算処理回路は前記荷重推定手段を備えるものとしても良い。
【００２９】
前記固定側部材は外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの正面形状を、軸受軸心に直交する線分に対して線対称となる形状、または軸受軸心に対して点対称となる形状としても良い。
車体取付用のフランジの正面形状をこのような形状とした場合、固定側部材の形状が単純化され、固定側部材の形状の複雑さに起因する温度分布や膨張・収縮量のばらつきを低減できる。これにより、固定側部材における温度分布や膨張・収縮量のばらつきによる影響を十分小さくして、荷重による歪み量をセンサユニットのセンサに検出させることができる。
【００３０】
前記固定側部材は外周にナックルに取付ける車体取付用のフランジを有し、このフランジの円周方向複数箇所にボルト孔が設けられ、前記各センサユニットをそれぞれ隣合う前記ボルト挿通孔の間となる周方向位置に配置しても良い。この構成の場合、センサユニットの出力はボルト孔の影響を受けないので、荷重を正確に推定できる。
【００３１】
前記各センサユニットを覆うリング状の保護カバーを前記固定側部材に設けても良い。
この構成の場合、センサユニットを保護カバーで被覆できて、外部環境によるセンサユニットの故障を防止して、車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を長期にわたり正確に検出できる。例えば外部からの飛び石や泥水，塩水等から、センサユニットを確実に保護することができる。
【発明の効果】
【００３２】
この発明の第１の構成にかかる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に、この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る荷重検出用センサユニットを３つ以上設け、これら複数のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受であって、前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとし、前記荷重推定手段をＥＣＵに搭載し、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、その車輪用軸受の取付け位置情報を前記ＥＣＵに設定するものとしたため、荷重推定に用いる補正係数を車両組付け時に設定するキャリブレ−ション作業が容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
【００３３】
この発明の第２の構成にかかる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に、この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る荷重検出用センサユニットを３つ以上設け、これら複数のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受であって、前記荷重推定手段には、車両の前後方向の軸と上下方向の軸とでなる平面座標ｘ−ｚでの、前記車輪用軸受における前記各センサユニットの取付け位相ごとに定められる補正係数が予め導出されて登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ組付けた状態での前記取付け位相に対応するセンサユニットの出力と前記補正係数とを乗算して荷重を推定するものとし、前記車輪用軸受における前記各センサユニットの取付け位相の情報は、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段に入力されるため、荷重推定に用いる補正係数を車両組付け時に設定するキャリブレ−ション作業が容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
この発明における他の構成にかかる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に、この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る荷重検出用センサユニットを３つ以上設け、これら複数のセンサユニットのセンサの出力信号から車輪に加わる荷重を推定する荷重推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受であって、前記荷重推定手段には、予め導出された各車輪位置での補正係数が登録されており、荷重推定手段は、前記センサユニットの出力と前記補正係数とで荷重を推定するものとし、前記荷重推定手段は前記補正係数が複数登録されていて、前記センサユニットを設けた車輪用軸受を車両へ取付けた後に、前記荷重推定手段での荷重推定に使用する前記登録済み補正係数の選択指令を車両側ＥＣＵから行うものとしたため、荷重推定に用いる補正係数を車両組付け時に設定するキャリブレ−ション作業が容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【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】センサユニットの他の設置例を示す断面図である。
【図６】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７】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他の説明図である。
【図８】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他の説明図である。
【図９】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他の説明図である。
【図１０】（Ａ）は車両の概略平面図、（Ｂ）は車両の概略側面図である。
【図１１】（Ａ）は左車輪側への取付け状態を示すセンサ付車輪用軸受の正面図、（Ｂ）は同断面図である。
【図１２】（Ａ）は右車輪側への取付け状態を示すセンサ付車輪用軸受の断面図、（Ｂ）は同正面図である。
【図１３】同センサ付車輪用軸受における検出系の全体構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】同センサ付車輪用軸受における検出系の全体構成の他の例を示すブロック図である。
【図１５】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１６】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１７】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１８】図１７におけるXVIII −XVIII 矢視断面図である。
【図１９】同センサ付車輪用軸受の外方部材外径面の変形モードの一例を示す説明図である。
【図２０】同センサ付車輪用軸受の外方部材外径面の変形モードの他の例を示す説明図である。
【図２１】同センサ付車輪用軸受の外方部材外径面の変形モードのさらに他の例を示す説明図である。
【図２２】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの出力信号の波形図である。
【図２３】（Ａ）は外方部材外径面上面部でのセンサ出力信号振幅の最大最小値差と軸方向荷重の方向との関係を示すグラフ、（Ｂ）は同外径面下面部でのセンサ出力信号の振幅の最大最小値差と軸方向荷重の方向との関係を示すグラフである。
【図２４】センサ出力信号の処理を示す説明図である。
【図２５】センサ出力信号と温度の関係を示すグラフである。
【図２６】同センサ付車輪用軸受の変形例を示す断面図である。
【図２７】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２８】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの拡大断面図である。
【図２９】この発明のさらに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３０】この発明のさらに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３１】従来例の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
この発明の一実施形態を図１ないし図１４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。
【００３６】
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。
【００３７】
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ボルト孔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１８を前記ボルト孔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。
【００３８】
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、各ボルト孔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。
【００３９】
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。
【００４０】
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２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３ｍｍ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１列に並べて配置される。２つの歪みセンサ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。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。つまり、図４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１つの歪みセンサ２２Ａが配置され、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。切欠き部２１ｂは、図３のように、歪み発生部材２１の両側辺部における前記歪みセンサ２２の配置部に対応する２箇所の位置にそれぞれ形成されている。これにより、歪みセンサ２２は歪み発生部材２１の切欠き部２１ｂ周辺における長手方向の歪みを検出する。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。      
【００４１】
前記センサユニット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。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ボルト孔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を有する各部位が外方部材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。
【００４２】
このほか、図５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。
【００４３】
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。
【００４４】
図示しないが、外方部材１には、前記各センサユニット２０を覆うリング状の保護カバーを設けても良い。この場合、外部環境によるセンサユニット２０の故障を防止できる。例えば外部からの飛び石や泥水，塩水等から、センサユニット２０を確実に保護することができる。
【００４５】
図１に示すように、各センサユニット２０の２つの歪みセンサ２２は、そのセンサ出力信号を演算処理する演算処理回路３１に接続され、その演算処理回路３１は下位のＥＣＵ（電気制御ユニット）５０に設けられた荷重推定手段３２に接続される。図１の例では演算処理回路３１の外に荷重推定手段３２を設けているが、図１３や図１４のように演算処理回路３１内に荷重推定手段３２を設けても良い。
【００４６】
図１３に示す演算処理回路３１の構成例では、各センサユニット２０の歪みセンサ２２がＡＤ変換器４９を介して荷重推定手段３２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４９で直接にＡＤ変換されて、このＡＤ変換された歪みセンサ２２の出力信号が荷重推定手段３２に入力される。
【００４７】
荷重推定手段３２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。図１３では、荷重推定手段３２は、オフセット調整回路５１、温度補正回路５２、ロ−パスフィルタ等のフィルタ処理回路５３、荷重推定演算回路５４、コントロール回路５５、メモリ３３などを有する。図１では図示しないが、同図のように演算処理回路３１から荷重推定手段３２を分離して設けている場合には、演算処理回路３１に、オフセット調整回路５１、温度補正回路５２、フィルタ処理回路５３が設けられる。オフセット調整回路５１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５５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。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。
【００４８】
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５１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。
【００４９】
また、歪みセンサ２２の出力信号には、歪みセンサ自体の温度特性や、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５２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２９が設けられ、この温度センサ２９の出力信号がＡＤ変換器４９でデジタル化されてから前記温度補正回路５２に入力される。
【００５０】
荷重推定手段３２の荷重推定演算回路５４では、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。ここでは、センサユニット２０の２つの歪みセンサ２２の出力信号の和をセンサユニット２０の出力として、この出力と荷重推定手段３２のメモリ３３に登録される別の補正係数とを用いた演算式により、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。この場合の演算式は、例えば各センサユニット２０の出力Ｓを変数とし、その変数Ｓと各方向の荷重ごとに予め導出して登録された補正係数Ｍとを乗算してなる一次式である。
【００５１】
この場合の補正係数Ｍは各車輪位置ごとに予めキャリブレ−ション作業によって導出されて、荷重推定手段３２のメモリ３３に登録されている。
また、図１の例で、荷重推定手段３２が設けられる下位のＥＣＵ５０の定められた記憶領域（図示せず）には、この実施形態のセンサ付車輪用軸受を実際に車両へ取付けた後に、例えば外部からその車輪用軸受の取付け位置情報が設定される。この場合の取付け位置情報とは、図１０（Ａ），（Ｂ）に概略図として平面図および側面図で示す車両における４輪のうち、いずれの車輪位置にセンサ付車輪用軸受を取付けたかを区別する情報である。
メモリ３３への補正係数Ｍの登録や、ＥＣＵ５０への取付け位置情報の設定は、例えば、ＥＣＵ５０に設けられた入力インタフェースにパーソナルコンピュータ等を接続し、パーソナルコンピュータ等によって行うようにしても良く、またＥＣＵ５０に適宜の入力処理手段（図示せず）を設けておいて、前記入力インタフェースにキーボード等の入力手段を接続して入力手段から直接に設定するようにしても良い。また、ＥＣＵの筐体にスイッチを設けても良い、また、車両取付け状態のセンサ出力から取付け位置を判別しても良い。以下の各箇所における係数や値の登録、設定も、上記と同様である。
【００５２】
荷重推定手段３２は、設定された取付け位置情報から、これに対応する補正係数Ｍを選択して荷重推定演算に使用する。このように、取付け位置情報を外部からＥＣＵ５０に設定するほか、車両側の上位のＥＣＵ６０から車輪位置に対応する補正係数Ｍを選択する指令を荷重推定手段３２に与えるようにしても良い。前記上位のＥＣＵ６０は、車両全般を制御する車両のメインＥＣＵである。
【００５３】
以下に、前記荷重推定演算回路５４での荷重推定演算の処理を説明する。図１１（Ａ），（Ｂ）には、この実施形態のセンサ付車輪用軸受をフロント左車輪側に取付けた場合の正面図および断面図を示し、図１２（Ａ），（Ｂ）には、この実施形態のセンサ付車輪用軸受をフロント右車輪側に取付けた場合の断面図および正面図を示す。なお、これらの図では、内方部材２は図示を省略してあり、外方部材１の車体取付用フランジ１ａが円形の例を示している。これらの図と、図１０（Ａ），（Ｂ）から明らかなように、前後の車輪用軸受および左右の車輪用軸受は、車両の前後方向の軸Ｘと上下方向の軸Ｚとでなる平面座標Ｘ−Ｚに対して対称となる。したがって、例えばフロント側において、車輪用軸受と荷重との関係は、左車輪側に取付けたセンサ付車輪用軸受の場合と、右車輪側に取付けたセンサ付車輪用軸受の場合とで異なる。
【００５４】
いま、左車輪用の補正係数をＭL 、右車輪用の補正係数をＭR とすると、左車輪側に取付けられたセンサ付車輪用軸受において、推定荷重値Ｆは、
Ｆ＝ＭL ×Ｓ
のように出力される。
また、右車輪側に取付けられたセンサ付車輪用軸受において、推定荷重値Ｆは、
Ｆ＝ＭR ×Ｓ
のように出力される。ここで、Ｆは３軸方向の力（Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ）、Ｓは各センサユニット２０の出力（Ｓ１〜Ｓ４）であり、補正係数ＭL ，ＭR は各センサユニット２０ごとに別々に導出されて登録されている。
【００５５】
なお、荷重推定演算回路５４での荷重推定演算では、上記したようにセンサユニット２０の２つの歪みセンサ２２の出力信号の和を用いるほか、この和の時間平均をセンサユニット２０の出力Ｓとして用いても良い。あるいは、センサユニット２０の２つの歪みセンサ２２の出力信号の差分を振幅値とし、これをセンサユニット２０の出力Ｓとして用いても良い。さらには、前記した２つの歪みセンサ２２の和と差の両方を、センサユニット２０の出力Ｓとして用いても良い。
【００５６】
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６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６（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６（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。
【００５７】
この実施形態では、前記２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和から、推定手段３０が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 ）を推定するものとしているので、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの各出力信号Ａ，Ｂに現れる転動体５の位置の影響を相殺することができ、これにより車輪用軸受やタイヤ接地面に作用する荷重を正確に検出することができる。
【００５８】
センサユニット２０として、図５の構成例のものを示す図６においては、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、その平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、図６（Ｃ）に鎖線で示すように転動体５の位置の影響を十分相殺した値となる。これにより、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和から、荷重推定手段３２によって推定される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 ）は、転動体５の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。
【００５９】
図７には、図５の構成例のセンサユニット２０において、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に設定した例を示している。この例では、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔が、転動体５の配列ピッチＰの１／２とされるので、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは１８０度の位相差を有することになり、その平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、図７（Ｃ）に鎖線で示すように転動体５の位置の影響を完全に相殺した値となる。これにより、荷重推定手段３２によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する３軸方向の力（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 ）から、転動体５の位置の影響をより確実に排除することができる。
なお、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）、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の平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、転動体５の位置の影響を相殺した値となる。
【００６０】
図８には、センサユニット２０として、図５の構成例のものにおいて、中間位置の接触固定部２１ａを省略して、接触固定部２１ａを２つとした構成例（図８（Ａ））の場合を示している。この場合、図６の例の場合と同様に、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。これにより、２つの接触固定部２１ａの間に配置される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、その平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、図８（Ｃ）に鎖線で示すように転動体５の位置の影響を十分相殺した値となる。これにより、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂの和から、荷重推定手段３２によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する３軸方向の力（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 ）は、転動体５の位置の影響をより確実に排除した正確なものとなる。
【００６１】
図９には、図８（Ａ）の構成例のセンサユニット２０において、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に設定した例を示している。この例でも、図７の例の場合と同様に、２つの歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは１８０度の位相差を有することになり、その平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、図９（Ｃ）に鎖線で示すように転動体５の位置の影響を完全に相殺した値となる。これにより、荷重推定手段３２によって推定される車輪用軸受や車輪と路面間（タイヤ接地面）に作用する３軸方向の力（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 ）から、転動体５の位置の影響をより確実に排除することができる。
この場合、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）、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の平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、転動体５の位置の影響を相殺した値となる。
【００６２】
このほか、図６および図７において、隣り合う２つの接触固定部２１ａ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＋ｎ（ｎ：整数）、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、隣り合う２つのセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号の平均値（Ａ＋Ｂ）／２は、転動体５の位置の影響を相殺した値となる。
【００６３】
車輪用軸受や、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。センサユニット２０における切欠き部２１ｂを有する歪み発生部材２１の３つの接触固定部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、その歪みが歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂで感度良く検出され、その出力信号から荷重を推定できる。ここでは、外方部材１の外径面における上面部と下面部に配置される２つのセンサユニット２０の出力信号から垂直方向荷重Ｆz と軸方向荷重Ｆy を推定でき、外方部材１の外径面における右面部と左面部に配置される２つのセンサユニット２０の出力信号から駆動力や制動力による荷重Ｆx を推定できる。
【００６４】
特に、このセンサ付車輪用軸受では、キャリブレ−ション作業により予め導出された各車輪位置での補正係数Ｍが荷重推定手段３２のメモリ３３に登録され、荷重推定手段３２は、各センサユニット２０の出力Ｓと前記補正係数Ｍとで荷重を推定するようにしているので、荷重推定に用いる補正係数Ｍを車両組付け時に設定するキャリブレーション作業が容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
【００６５】
荷重推定演算に用いる各センサユニット２０における歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂは、上記したようにそのままでは転動体５の位置の影響を受けるが、荷重推定手段３２ではその２つの出力信号の和から、車輪用軸受や、車輪のタイヤと路面間に作用する３軸方向の荷重（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 ）を推定するので、軸受の回転時と停止時を問わず転動体３の位置による影響が解消され、荷重を精度良く推定できる。また、ローパスフィルタが不要なため、応答速度が向上する。
【００６６】
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
【００６７】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の車体取付用フランジ１ａの円周方向複数箇所にナックル取付用のボルト孔１４が設けられた周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされるが、前記センサユニット２０における歪み発生部材２１の接触固定部２１ａは、隣り合う突片１ａａ間の中央に配置されているので、ヒステリシスの原因となる突片１ａａから離れた位置に歪み発生部材２１が配置されることになり、それだけ歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂの出力信号Ａ，Ｂに生じるヒステリシスが小さくなり、荷重をより精度良く推定できる。
【００６８】
また、この実施形態では、固定側部材である外方部材１の外径面の上面部と下面部、および右面部と左面部にセンサユニット２０を設けているので、どのような荷重条件においても、荷重を精度良く推定することができる。すなわち、ある方向への荷重が大きくなると、転動体５と転走面３が接触している部分と接触していない部分が１８０度位相差で現れるため、その方向に合わせてセンサユニット２０を１８０度位相差で設置すれば、どちらかのセンサユニット２０には必ず転動体５を介して外方部材１に印加される荷重が伝達され、その荷重を歪みセンサ２２Ａ，２２Ｂにより検出可能となる。
【００６９】
また、この実施形態において、固定側部材である外方部材１が図２のように外周にナックルに取付ける車体取付用フランジ１ａを有し、このフランジ１ａの正面形状を、図２のように軸受軸心Ｏに直交する線分（例えば図２における縦線分ＬＶあるいは横線分ＬＨ）に対して線対称となる形状、または軸受軸心Ｏに対して点対称となる形状（具体的には円形）としても良い。この場合には、外方部材１の形状が単純化され、外方部材１の形状の複雑さに起因する温度分布や膨張・収縮量のばらつきを低減できる。これにより、固定側部材である外方部材１における温度分布や膨張・収縮量のばらつきによる影響を十分小さくして、荷重による歪み量をセンサユニット２０の歪みセンサ２２に検出させることができる。
【００７０】
また、この実施形態では、外方部材１が外周にナックル１６に取付ける車体取付用フランジ１ａを有し、このフランジ１ａの円周方向複数箇所にボルト孔１４が設けられ、各センサユニット２０をそれぞれ隣合う前記ボルト挿通孔１４の間となる周方向位置に配置しているので、センサユニット２０の出力はボルト孔１４の影響を受けることがなく、荷重を正確に推定できる。
【００７１】
図１５ないし図２５は、この発明の他の実施形態を示す。なお、以下の説明において、上記した実施形態と同一部材または同等の機能を有する部材については同一符合を付して説明する。また、車輪用軸受の構成については、上記した実施形態の場合と同じであるため、その説明を省略する。
固定側部材である外方部材１の外径面には、２つのセンサユニット２０を１組とするセンサユニット対が２組設けられている。各組のセンサユニット対１９Ａ，１９Ｂの２つのセンサユニット２０は、外方部材１の外径面の円周方向における互いに１８０度の位相差を成す位置に配置される。ここでは、１組のセンサユニット対１９Ａを構成する２つのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上位置となる外方部材１の外径面における上面部および下面部の２箇所に設けられている。また、他の１組のセンユニット対１９Ｂを構成する２つのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して前後位置となる外方部材１の外径面における右面部と左面部の２箇所に設けられている。
具体的には、１組のセンサユニット対１９Ａを構成する２つのセンサユニット２０は、図１６のように、外方部材１の外径面における上面部の、隣り合う２つの突片１ａａの間の中央部に１つのセンサユニット２０が配置され、外方部材１の外径面における下面部の、隣り合う２つの突片１ａａの間の中央部に他の１つのセンサユニット２０が配置されている。なお、図１５は、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図１６におけるXV−XV矢視断面図である。
【００７２】
これらのセンサユニット２０は、図１７および図１８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の２ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が帯状で中央の両側辺部に切欠き部２１ｂを有する。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。すなわち、この場合のセンサユニット２０は、１つの歪みセンサ２１を有するところが上記した実施形態と異なるのみで、他の構成は上記した実施形態の場合と同様である。
【００７３】
各センサユニット２０の歪みセンサ２２は、出力信号分離手段３４を介して径方向荷重推定手段３２Ａと軸方向荷重推定手段３２Ｂとにそれぞれ接続される。出力信号分離手段３４は、上記した実施形態における演算処理回路３１に設けられ、径方向荷重推定手段３２Ａと軸方向荷重推定手段３２Ｂは下位のＥＣＵ５０に設けられる。径方向荷重推定手段３２Ａは、車輪用軸受の径方向に作用する径方向荷重を推定する手段である。軸方向荷重推定手段３２Ｂは、車輪用軸受の軸方向に作用する軸方向荷重（コーナリング力）Ｆy を推定する手段である。ここでは、径方向荷重推定手段３２Ａは、車輪用軸受の上下方向に作用する垂直方向荷重Ｆz と前後方向に作用する駆動力となる荷重Ｆx とを推定する。径方向荷重推定手段３２Ａや軸方向荷重推定手段３２Ｂのメモリ３３Ａ，３３Ｂには、先の実施形態の場合と同様に、それらの荷重推定演算に用いる各車輪位置に対応した補正係数Ｍ，ｍが、キャリブレーション作業によって予め導出されて登録される。また、径方向荷重推定手段３２Ａと軸方向荷重推定手段３２Ｂが設けられる下位のＥＣＵ５０には、この実施形態のセンサ付車輪用軸受を車両へ取付けた後に、その車輪用軸受の取付け位置情報が設定される。あるいは、車両側の上位のＥＣＵ６０から、車輪位置に対応する補正係数Ｍ，ｍを選択する指令が、径方向荷重推定手段３２Ａや軸方向荷重推定手段３２Ｂに与えられる。
【００７４】
出力信号分離手段３４は、各センサユニット２０のセンサ出力信号を、直流成分と交流成分に分離して、前記径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂに入力する手段である。直流成分は、センサ出力信号をローパスフィルタに通すことで求められる。
【００７５】
駆動力や制動力による荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy 、垂直方向荷重Ｆz を、上記した径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂにより推定する方法について、以下に説明する。
駆動力や制動力による荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy がゼロの状態で、垂直方向荷重Ｆz が印加された場合、外方部材１の外径面の変形モードは、図１９に矢印で示すようになり、外方部材１の外径面の上面部が外径方向へ変形し、下面部が内径方向へ変形する。この実施形態では、センサユニット２０を、その２つの接触固定部２１ａが外方部材１の外径面の同一軸方向位置でかつ周方向に互いに離間した位置となるように配置して、周方向の歪みを検出するようにしている。これにより、前記上面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１は、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形し、前記下面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１は、歪みが小さくなる圧縮方向に変形する。これに対して、外方部材１の外径面における右面部および左面部の変形は微小なものとなる。そこで、垂直方向荷重Ｆz の推定では、外方部材１の外径面における上面部と下面部に配置されたセンサユニット対１９Ａの２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の差分が大きな要因となる。
【００７６】
軸方向荷重Ｆy 、垂直方向荷重Ｆz がゼロの状態で、駆動力や制動力による荷重Ｆx が例えば左側に印加された場合にも、外方部材１の外径面の変形モードは、図２０に矢印で示すようになり、外方部材１の外径面の左面部が外径方向へ変形し、右面部が内径方向へ変形する。これにより、前記左面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１は、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形し、前記右面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１は、歪みが小さくなる圧縮方向に変形する。これに対して、外方部材１の外径面における上面部および下面部の変形は微小なものとなる。そこで、駆動力による荷重Ｆx の推定では、外方部材１の外径面における右面部と左面部に配置されたセンサユニット対１９Ｂの２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の差分が大きな要因となる。
【００７７】
また、駆動力や制動力による荷重Ｆx 、垂直方向荷重Ｆz がゼロの状態で、軸方向荷重Ｆy が印加された場合、外方部材１の外径面の変形モードは、図２１に矢印で示すようになり、外方部材１の外径面の上面部および下面部が外径方向へ変形し、右面部および左面部が内径方向へ変形する。これにより、前記上面部および下面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１は、歪みが大きくなる引っ張り方向に変形し、前記右面部および左面部に固定されたセンサユニット２０の歪み発生部材２１は、歪みが小さくなる圧縮方向に変形する。そこで、軸方向荷重Ｆy の推定では、外方部材１の外径面における上面部と下面部に配置されたセンサユニット対１９Ａの２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の和が大きな要因となる。
【００７８】
このように、駆動力や制動力による荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy 、垂直方向荷重Ｆz により外方部材１の外径面の変形モードが異なり、さらに上記各荷重が複合的に印加された場合には、それらを合成した変形モードとなる。
そこで、前記径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂでは、各荷重Ｆx Ｆy 、Ｆz の推定値を、次の行列式から求める。
【００７９】
【数１】
0005731314.tif 000002
【００８０】
同行列式において、Ｓ1 ，Ｓ2 …Ｓn は各センサユニット２０のセンサ出力信号から前記出力信号分離手段３４により分離された各直流成分を示し、ｓ1 ，ｓ2 …ｓn は各センサユニット２０のセンサ出力信号から前記出力信号分離手段３４により分離された各交流成分の振幅値を示す。また、Ｍ1 ，Ｍ2 …Ｍn は前記各直流成分の値を補正する補正係数Ｍを示し、ｍ1 ，ｍ2 …ｍn は前記各交流成分の振幅値を補正する補正係数ｍを示す。これらの補正係数Ｍ，ｍは、推定される各荷重Ｆx Ｆy 、Ｆz ごとに異なる値であり、かつ車輪位置ごとにも異なる値であり、上記したようにキャリブレーション作業によって予め求められ、前記径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂにおけるメモリ３３Ａ，３３Ｂに登録される。前記各直流成分Ｓ、交流成分ｓ、補正係数Ｍ，ｍにおける添字ｎは、センサユニット２０の総数つまりセンサ出力信号の総数を示し、ここではｎは４である。
【００８１】
すなわち、前記径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂでは、前記各直流成分Ｓおよび交流成分（振幅値）ｓを変数とし、これら各変数に、推定する各方向の荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ごとに定められる補正係数Ｍ，ｍを乗算してなる一次式から、各方向の荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を推定する。前記径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂでの荷重推定演算に使用する補正係数Ｍ，ｍの選択指令は、例えば図１５のように車両側の上位のＥＣＵ６０から行う。あるいは、車両の外部から下位のＥＣＵ５０に車輪用軸受の取付け位置情報を設定し、この情報から、径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂに対応する補正係数Ｍ，ｍを選択させる。
【００８２】
この場合、いずれの荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を推定するときでも、すべてのセンサユニット２０のセンサ出力信号の直流成分および交流成分（振幅値）が要因として含まれることになる。上記したように、この実施形態では、２つのセンサユニット２０を１組のセンサユニット対１９Ａとして、外方部材１の外径面の上面部と下面部とに配置し、残る２つのセンサユニット２０を他の１組のセンサユニット対１９Ｂとして、外方部材１の外径面の右面部と左面部とに配置していて、荷重に対して図１９〜図２１に示す変形モードが見られる。
【００８３】
このため、上記行列式に基づき径方向荷重推定手段３２Ａで推定される垂直方向荷重Ｆz では、外方部材１の外径面における上面部と下面部に配置されたセンサユニット対１９Ａの２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の差分が大きな要因となる。そこで、この場合の荷重推定では、他の１組のセンサユニット対の２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号について無視しても、ほぼ同様の結果を得ることができる。
【００８４】
また、径方向荷重推定手段３２Ａで推定される駆動力や制動力による荷重Ｆx では、外方部材１の外径面における右面部と左面部に配置されたセンサユニット対１９Ｂの２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の差分が大きな要因となる。この場合の荷重推定でも、他の１組のセンサユニット対１０Ａの２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号について無視しても、ほぼ同様の結果を得ることができる。
【００８５】
また、軸方向荷重推定手段３２Ｂで推定される軸方向荷重Ｆy では、外方部材１の外径面における上面部と下面部に配置されたセンサユニット対１９Ａの２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号の和が大きな要因となる。この場合の荷重推定でも、他の１組のセンサユニット対１９Ｂの２つのセンサユニット２０のセンサ出力信号について無視しても、ほぼ同様の結果を得ることができる。図２４は、センサユニット２０のセンサ出力信号から荷重推定手段（径方向荷重推定手段３２Ａと軸方向荷重推定手段３２Ｂ）で各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz が推定されるまでの処理の概略の流れを示す。
【００８６】
垂直方向荷重Ｆz に限らず車輪用軸受の径方向に作用する径方向荷重（駆動力や制動力となる荷重Ｆx を含む）に対する外方部材１の変形量は、軸方向荷重Ｆy に対する変形量と比較して非常に小さいため、軸方向荷重Ｆy の影響を受けやすい。そこで、この実施形態では、上記した推定方法で求められた径方向荷重（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力による荷重Ｆx ）を、軸方向荷重推定手段３２Ｂで求めた軸方向荷重Ｆy の推定値で補正する。このように、径方向荷重推定手段３２Ａによる推定値を軸方向荷重推定手段３２Ｂで求めた軸方向荷重Ｆy の推定値で補正すれば、径方向荷重（垂直方向荷重Ｆz ，駆動力や制動力による荷重Ｆx ）を正確に推定できる。径方向荷重推定手段３２Ａは、前記補正処理を行う補正手段３２Ａａを有する。
【００８７】
この実施形態では、センサユニット対１９Ａの２つのセンサユニット２０を、車輪用軸受の固定側部材である外方部材１の外径面のタイヤ接地面に対する上下方向の位置である上面部と下面部とに配置している。しかも、センサユニット２０を、外方部材１における複列の転走面３のうちのアウトボード側の転走面３の周辺となる軸方向位置に配置しているので、車輪用軸受の回転中には、センサユニット２０の歪みセンサ２２の出力信号に、図２２に示す波形図のように周期的な変化が生じる。その理由は、転走面３におけるセンサユニット２０の近傍部位を通過する転動体５の有無によって、センサユニット２０における歪み発生部材２１の変形量が異なり、転動体５の通過周期ごとに歪みセンサ２２の出力信号が変動するためである。この振幅は、センサユニット２０の近傍部位を通過する個々の転動体５の荷重によって生じる外方部材１の変形を検出していることになるので、その振幅値は軸方向荷重（モーメント力）Ｆy の大きさによって変化する。
【００８８】
図２３（Ａ）は外方部材１の外径面の上面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力を示し、図２３（Ｂ）は外方部材１の外径面の下面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力を示している。これらの図において、横軸は軸方向荷重Ｆy を表し、縦軸は外方部材１の歪み量つまり歪みセンサ２２の出力信号を表し、最大値および最小値は振幅成分の最大値および最小値を表す。これらの図から、軸方向荷重Ｆy が＋方向の場合、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で小さくなり（つまり信号の最大値と最小値の差が小さくなる）、外方部材１の外径面下面部で大きくなる（つまり信号の最大値と最小値の差が大きくなる）ことが分かる。これに対して、軸方向荷重Ｆy が−方向の場合には逆に、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で大きくなり、外方部材１の外径面下面部で小さくなることが分かる。
【００８９】
そこで、軸方向荷重方向判別手段３２Ｃでは、外方部材１の外径面上面部および外径面下面部に配置されたセンサユニット２０のセンサ出力信号の振幅を求め、これらの値を比較することで、軸方向荷重Ｆy の方向を判別する。すなわち、外方部材１の外
径面上面部のセンサユニット２０のセンサ出力信号の最大値と最小値の差分が小さ
いとき、軸方向荷重方向判別手段３２Ｃでは、軸方向荷重Ｆy の方向が＋方向であると判別する。逆に、外方部材１の外径面上面部のセンサユニット２０のセンサ出力信号の最大値と最小値の差分が大きいとき、軸方向荷重方向判別手段３３では、軸方向荷重Ｆy の方向が−方向であると判断する。
【００９０】
図２５は、上記センサユニット２０におけるセンサ出力信号と外方部材１の温度との関係を示すグラフである。同グラフから分かるように、センサ出力信号は温度によってドリフトする。このため、径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂで推定される各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz の検出精度を向上させるためには、センサ出力信号を温度補正する必要がある。そこで、この実施形態では、車輪用軸受の温度または周辺温度に応じてセンサユニット２０のセンサ出力信号を補正する温度補正手段３５が演算処理回路３１内に設けられている。図１６のように、外方部材１の外径面における各センサユニット２０の設置部の近傍には、外方部材１の外径面温度を検出する温度センサ２９がそれぞれ設けられている。温度センサ２９としては、例えばサーミスタや白金抵抗素子を用いることができる。温度補正手段３５は、前記温度センサ２９の出力信号に基づいて、対応するセンサユニット２０のセンサ出力信号を補正する。したがって、径方向荷重推定手段３２Ａや軸方向荷重推定手段３２Ａには、温度補正手段３５によって補正されたセンサ出力信号が入力される。温度センサ２９は、図１７に仮想線で示すように、センサユニット２０における歪み発生部材２１に設けても良い。
【００９１】
この実施形態の場合も、キャリブレ−ション作業により予め導出された各車輪位置での補正係数Ｍ，ｍが径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂのメモリ３３Ａ，３３Ｂに登録され、径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂは、各センサユニット２０の出力Ｓ，ｓと前記補正係数Ｍ，ｍとで荷重を推定するようにしているので、荷重推定に用いる補正係数Ｍ，ｍを車両組付け時に設定するキャリブレーション作業が容易で、車輪の軸受部にかかる荷重を正確に検出できる。
【００９２】
また、固定側部材である外方部材１の外径面に、４つのセンサユニット２０を設け、これらセンサユニット２０のセンサ出力信号から、車輪用軸受の径方向に作用する径方向荷重（駆動力や制動力による荷重Ｆx と垂直方向荷重Ｆz ）および車輪用軸受の軸方向に作用する軸方向荷重Ｆy を推定する荷重推定手段（径方向荷重推定手段３２Ａと軸方向荷重推定手段３２Ｂ）を設けているので、多数のセンサを設けることなく、どのような荷重条件においても、径方向荷重Ｆx ，Ｆz と軸方向荷重Ｆy とを感度良く推定することができる。
【００９３】
また、この実施形態では、各センサユニット２０のセンサ出力信号を、直流成分と交流成分に分離して、前記荷重推定手段（径方向荷重推定手段３２Ａと軸方向荷重推定手段３２Ｂ）に入力する出力信号分離手段３４を設け、前記各直流成分および交流成分（振幅値）を変数とし、これら各変数に推定する各方向の荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ごとに定められる補正係数を乗算してなる一次式から各方向の荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を荷重推定手段（径方向荷重推定手段３２Ａと軸方向荷重推定手段３２Ｂ）で推定するものとしているので、荷重推定手段におけるセンサ出力信号の補正処理を直流成分と交流成分に分けてきめ細かく行うことができて、荷重をより精度良く推定できる。
【００９４】
また、この実施形態では、少なくとも１組のセンサユニット対１９Ａの２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下方向の位置となる固定側部材である外方部材１の外径面の上面部と下面部とに配置し、このセンサユニット対１９Ａのセンサ出力信号の振幅から前記軸方向荷重Ｆy の方向を判別する軸方向荷重方向判別手段３２Ｃを設けているので、方向判別のためのセンサを別途設けることなく、軸方向荷重Ｆy の方向を判別することができる。
【００９５】
上記説明では車輪のタイヤと路面間の作用力を検出する場合を示したが、車輪のタイヤと路面間の作用力だけでなく、車輪用軸受に作用する力（例えば予圧量）を検出するものとしても良い。
【００９６】
図２６ないし図２８は、この実施形態の変形例を示す。このセンサ付車輪用軸受では、各センサユニット２０を以下のように構成している。この場合も、センサユニット２０は、図２８に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の外径面に対向する内面側に張り出した２つの接触固定部２１ａを両端部に有し、これら接触固定部２１ａで外方部材１の外径面に接触して固定される。２つの接触固定部２１ａのうち、１つの接触固定部２１ａ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配置され、この位置よりもアウトボード側の位置にもう１つの接触固定部２１ａが配置され、かつこれら両接触固定部２１ａは互いに外方部材１の円周方向における同位相の位置に配置される。つまり、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、固定側部材である外方部材１の同一周方向位置でかつ軸方向に互いに離れた位置となるように、外方部材１の外径面に配置される。この場合も、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歪み発生部材２１の接触固定部２１ａが接触固定される箇所に平坦部を形成するのが望ましい。
また、歪み発生部材２１の中央部には内面側に開口する１つの切欠き部２１ｂが形成されている。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、前記切欠き部２１ｂの周辺、具体的には歪み発生部材２１の外面側で切欠き部２１ｂの背面側となる位置が選ばれており、センサ２２は切欠き部２１ｂ周辺の歪みを検出する。
【００９７】
歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａは、それぞれボルト６７により外方部材１の外径面へ締結することで固定される。具体的には、これらボルト６７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６８に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたボルト孔６９に螺合させる。なお、接触固定部２１ａの固定方法としては、ボルト６７による締結のほか、接着剤などを用いても良い。歪み発生部材２１の接触固定部２１ａ以外の箇所では、外方部材１の外径面との間に隙間が生じている。その他の構成は、図１５〜図２５に示した実施形態の場合と同様である。なお、図２６は、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図２７におけるXXVI−XXVI矢視断面図である。
【００９８】
なお、図１５〜図２８に示した実施形態では、センサユニット２０のセンサ出力信号を出力信号分離手段３４で直流成分と交流成分に分離し、これら直流成分と交流成分を補正係数で補正した値により各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を推定する場合を示したが、図２２に示すように、センサユニット２０のセンサ出力信号に周期的な変化が生じることから、そのセンサ出力信号の平均値、振幅値、絶対値など各値を求め、これら各値の２つ以上の値を変数として、上記実施形態の場合と同様に補正係数で補正することにより各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz を推定するようにしても良い。この場合の各値として、さらに前記直流成分および交流成分（振幅値）を含めても良い。
【００９９】
図２９は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１〜図１４に示す実施形態において、荷重推定手段３２での荷重推定演算に用いられる補正係数Ｍが、センサユニット２０の取付け位相ごとに予めキャリブレ−ション作業によって導出されて、荷重推定手段３２のメモリ３３に登録されている。キャリブレーション作業では、センサ付車輪用軸受をキャリブレーション用装置に取付けた状態で、最初に各センサユニット２０に同じ荷重（例えば軸方向荷重Ｆy のみ）を印加して、各歪みセンサ２２の基準電圧および感度を一定に調整する。このキャブレーション作業は、前輪左側、前輪右側、後輪左側、後輪右側のうち、いずれか１つの場合についてのみ行われる。例えば、前輪左側の場合について前記キャブレーション作業が行われたのであれば、センサ付車輪用軸受における上部、左部（フロント側）、下部、右部（リア側）の各取付け位相のセンサユニット２０の出力Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に対応する補正係数ＭL1，ＭL2，ＭL3，ＭL4が導出されて前記メモリ３３に登録される。つまり、この場合、各方向荷重Ｆに対して、
Ｆ＝ＭL1×Ｓ１＋ＭL2×Ｓ２＋ＭL3×Ｓ３＋ＭL4×Ｓ４＋Ｏffset
となる補正係数が得られる。なお、ここでの補正係数ＭL1〜ＭL4の添え字Ｌはセンサ付車輪用軸受を左車輪側に取付ける場合の補正係数であることを意味する。また、荷重推定手段３２には、この実施形態のセンサ付車輪用軸受を実際に車両へ取付けた後に、各センサユニット２０の取付け位相の情報が入力される。
【０１００】
先の実施形態でも図１１および図１２を参照して説明したように、このセンサ付車輪用軸受では、左車輪側に取付けた場合と右車輪側に取付けた場合とで、車両の前後方向の軸Ｘと上下方向の軸Ｚとでなる平面座標Ｘ−Ｚに対して対称となる。つまり、センサ付車輪用軸受を左車輪側に取付けた状態で左部に位置していたセンサユニット２０の取付け位相は右部となり、右部に位置していたセンサユニット２０の取付け位相は左部となる。したがって、このようなキャリブレーション作業が施されたセンサ付車輪用軸受が、実際の車両への取付けにおいて右車輪側に取付けられた場合、この後に、荷重推定手段３２には、出力Ｓ１のセンサユニット２０の取付け位相を上部、出力Ｓ２のセンサユニット２０の取付け位相を左部（リア側）、出力Ｓ３のセンサユニット２０の取付け位相を下部、出力Ｓ４のセンサユニット２０の取付け位相を右側（フロント側）とした取付け位相情報が入力される。この取付け位相情報は車両側の上位のＥＣＵ６０から入力しても良いし、外部から入力しても良い。
これにより、荷重推定手段３２では、入力された取付け位相情報を基に、センサユニット２０の出力Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に対応する補正係数ＭL1，ＭL2，ＭL3，ＭL4を次式のように選択して荷重Ｆの推定演算を行うことになる。
Ｆ＝ＭL1×Ｓ１＋ＭL4×Ｓ２＋ＭL3×Ｓ３＋ＭL2×Ｓ４＋Ｏffset
【０１０１】
図１〜図１４に示した実施形態では、センサ付車輪用軸受をキャリブレーション用装置に取付けた状態で行うキャリブレーション作業を、前輪左側用、前輪右側用、後輪左側用、後輪右側用と４回行って各車輪位置での補正係数を導出する必要があった。この実施形態の場合、例えば上記したように前輪左側用のキャリブレーション作業を行うだけで良いので、その作業をさらに簡略化できる。実際の車両への取付けにおいてキャリブレーション作業が容易になることは、先の実施形態の場合と同様である。
【０１０２】
図３０は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態では、図１５〜図２８に示す実施形態において、図２９の実施形態の場合と同様に、径方向荷重推定手段３２Ａや軸方向荷重推定手段３２Ｂでの荷重推定演算に用いられる補正係数Ｍ，ｍが、センサユニット２０の取付け位相ごとに予めキャリブレ−ション作業によって導出されて、径方向荷重推定手段３２Ａおよび軸方向荷重推定手段３２Ｂのメモリ３３Ａ，３３Ｂに登録されている。キャリブレーション作業において、センサ付車輪用軸受をキャリブレーション用装置に取付けた状態で、最初に各センサユニット２０に同じ荷重を印加して、各歪みセンサ２２の基準電圧および感度を一定に調整することや、前輪左側、前輪右側、後輪左側、後輪右側のうち、いずれか１つの場合についてキャリブレーション作業を行うことは、図２９の実施形態の場合と同様である。また、この実施形態のセンサ付車輪用軸受を実際に車両へ取付けた後に、各センサユニット２０の取付け位相の情報が径方向荷重推定手段３２Ａや軸方向荷重推定手段３２Ｂに入力されることも、図２９の実施形態の場合と同様である。
【０１０３】
この実施形態の場合も、センサ付車輪用軸受をキャリブレーション用装置に取付けた状態で行うキャリブレーション作業を、前輪左側用、前輪右側用、後輪左側用、後輪右側用のうちの１回だけ行うだけで良いので、その作業をさらに簡略化できる。実際の車両への取付けにおいてキャリブレーション作業が容易になることは、先の実施形態の場合と同様である。
【０１０４】
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】
【０１０５】
１…外方部材
１ａ…車体取付用フランジ
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
１４…ボルト孔
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
２９…温度センサ
３１…演算処理回路
３２…荷重推定手段
３２Ａ…径方向荷重推定手段
３２Ｂ…軸方向荷重推定手段
３３、３３Ａ，３３Ｂ…メモリ
３５…温度補正手段
５０…下位ＥＣＵ
５１…オフセット調整回路
５２…温度補正回路
５６…増幅回路
５９…ＡＤ変換器
６０…車両側の上位ＥＣＵ
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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