(57)【要約】【課題】  荷重算出の為の第一、第二の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと回転速度検出用センサ２１との、合計３個のセンサ２０ａ、２０ｂ、２１に故障が発生した場合の安全性を確保する。【解決手段】  上記各センサ２０ａ、２０ｂ、２１に関する信号ａ、ｂ、ｃを、比較器２６ａ、２６ｂ、２６ｃで比較して、これら各センサ２０ａ、２０ｂ、２１の異常の有無を判定する。異常時には、表示器２９に異常発生を表示すると共に、走行状態を安定させる為の装置の制御器３０に、故障したセンサに応じた適切な制御を行なわせる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に複列の外輪軌道を有する外輪相当部材と、この外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置された、外周面に複列の内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に、各列同士の間で互いに逆方向の接触角を付与された状態で、各列毎に複数個ずつ設けられた転動体と、これら各列の転動体の公転速度を検出する第一、第二の公転速度検出用センサと、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの一方の軌道輪で使用時に回転する回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサと、上記両公転速度検出用センサから送り込まれる、上記各列の転動体の公転速度を表す検出信号と、上記回転速度検出用センサから送り込まれる、上記回転輪の回転速度を表す信号とに基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する演算器とを備えた転がり軸受ユニットの荷重測定装置であって、上記両公転速度検出用センサの検出信号と上記回転速度検出用センサの検出信号との３種類の検出信号を相互に比較する比較器を設け、この比較器は、これら３種類の検出信号同士の間に予め設定した閾値を越える差が存在する場合に異常ありと判定する転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項２】
それぞれが速度を表す３種類の検出信号を、公転速度又は回転速度に対応する値に換算して相互に比較し、比較した３種類の検出信号のうちの何れか１種類の検出信号が、他の２種類の検出信号に対して、予め設定した閾値を越える差が生じた場合に、この２種類の検出信号を出すセンサが正常であり、残りの１種類の検出信号を出すセンサが異常であると判定する、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項３】
異常の有無及び異常が発生したセンサを特定する表示を表す表示器を備え、比較器が何れかのセンサに異常ありと判定した場合に、この表示器を制御する為の制御器に異常ありと判定したセンサを特定する信号を送る機能を有する、請求項２に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項４】
転がり軸受ユニットは、車両の車輪を回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットであり、比較器は、異常ありと判定した場合に、算出した荷重を利用して上記車両の走行安定性を確保する為の制御を行なう制御器に信号を送り、この荷重を利用した制御を停止させる、請求項１〜３の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項５】
第一、第二の公転速度検出用センサのうちの何れか一方の公転速度検出用センサに異常ありと判定された場合に、演算器は、残りの公転速度検出用センサの検出信号と、回転速度検出用センサの信号とにより、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する、請求項２〜３の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項６】
回転速度検出用センサに異常ありと判定された場合に、演算器は、１対の公転速度検出用センサの検出信号から求められる、両列の転動体の公転速度の比により、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する、請求項２〜３の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項７】
回転速度検出用センサに異常ありと判定された場合に、１対の公転速度検出用センサのうちの少なくとも一方の公転速度検出用センサの検出信号に基づいて回転輪の回転速度を推定し、この推定した回転速度を、この回転速度に基づく制御を行なう制御器に送る機能を有する、請求項２、３、６の何れかに記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項８】
１対の公転速度検出用センサの平均値に基づいて回転輪の回転速度を推定する、請求項７に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【請求項９】
比較器は、３種類の検出信号のうちの２種類の検出信号に基づいて残りの１種類の検出信号を推定し、この推定値と実際の検出信号との間に予め設定した閾値を越える差が存在する場合に異常ありと判定する、請求項１に記載した転がり軸受ユニットの荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明の対象となる転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、例えば、自動車、鉄道車両等の車両の車輪を支持する為の転がり軸受ユニットに負荷される荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）を測定し、上記車両の走行安定性確保を図る為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車の車輪は懸架装置に対し、複列アンギュラ型の転がり軸受ユニットにより回転自在に支持する。又、自動車の走行安定性を確保する為に、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）やトラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）、更にはビークルスタビリティコントロールシステム（ＶＳＣ）等の車両用走行安定化装置が使用されている。この様な各種車両用走行安定化装置を制御する為には、車輪の回転速度、車体に加わる各方向の加速度等の信号が必要になる。そして、より高度の制御を行なう為には、車輪を介して上記転がり軸受ユニットに加わる荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）の大きさを知る事が好ましい場合がある。
【０００３】
この様な事情に鑑みて、特許文献１には、ラジアル荷重を測定自在な、荷重測定装置付転がり軸受ユニットが記載されている。この従来構造の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、ラジアル荷重を測定するもので、図３に示す様に構成している。懸架装置に支持される外輪１の内径側に、車輪を結合固定するハブ２を支持している。このハブ２は、車輪を固定する為の回転側フランジ３をその外端部（軸方向に関して外とは、車両への組み付け状態で幅方向外側で、図３〜６、９の左側）に有するハブ本体４と、このハブ本体４の内端部（軸方向に関して内とは、車両への組み付け状態で幅方向中央側となる端部で、図３〜６、９の右側）に外嵌されてナット５により抑え付けられた内輪６とを備える。そして、上記外輪１の内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２の外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを配置して、上記外輪１の内径側での上記ハブ２の回転を自在としている。
【０００４】
上記外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔１０を、この外輪１の上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔１０内に、荷重測定用のセンサである、円杆状（丸棒状）の変位センサ１１を装着している。この変位センサ１１は非接触式で、先端面（下端面）に設けた検出面は、ハブ２の軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング１２の外周面に近接対向させている。上記変位センサ１１は、上記検出面と上記センサリング１２の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。この様に構成する従来の荷重測定装置付転がり軸受ユニットの場合には、上記変位センサ１１の検出信号に基づいて、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求める事ができる。尚、図３に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重に加えて、上記ハブ２の回転速度も、回転速度検出用センサ２１及び回転速度検出用エンコーダ２４により、検出自在としている。
【０００５】
上述の様な従来構造の第１例の荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する為のものであるが、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する構造も、特許文献２等に記載されて、従来から知られている。図４は、この特許文献２に記載された、アキシアル荷重を測定する為の荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の第２例の場合、ハブ２ａの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ３ａを固設している。又、外輪１ａの外周面に、この外輪１ａを懸架装置を構成するナックル１３に支持固定する為の、固定側フランジ１４を固設している。そして、上記外輪１ａの内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２ａの外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを転動自在に設ける事により、上記外輪１ａの内径側に上記ハブ２ａを回転自在に支持している。
【０００６】
更に、上記固定側フランジ１４の内側面複数個所で、この固定側フランジ１４を上記ナックル１３に結合する為のボルト１５を螺合する為のねじ孔１６を囲む部分に、それぞれ荷重センサ１７を添設している。上記外輪１ａを上記ナックル１３に支持固定した状態でこれら各荷重センサ１７は、このナックル１３の外側面と上記固定側フランジ１４の内側面との間で挟持される。
【０００７】
この様な従来構造の第２例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない車輪と上記ナックル１３との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル１３の外側面と上記固定側フランジ１４の内側面とが、上記各荷重センサ１７を、軸方向両面から強く押し付け合う。従って、これら各荷重センサ１７の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル１３との間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。又、図示はしないが、特許文献３には、一部の剛性を低くした外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求め、更に、転がり軸受に加わるアキシアル荷重を測定する方法が記載されている。
【０００８】
前述の図３に示した従来構造の第１例の場合、変位センサ１１により、外輪１とハブ２との径方向に関する変位を測定する事で、転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を測定する。但し、この径方向に関する変位量は僅かである為、このラジアル荷重を精度良く求める為には、上記変位センサ１１として、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。
【０００９】
又、上述の図４に示した従来構造の第２例の場合、ナックル１３に対し外輪１ａを支持固定する為のボルト１５と同数だけ、荷重センサ１７を設ける必要がある。この為、荷重センサ１７自体が高価である事と相まって、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。又、特許文献３に記載された方法は、外輪相当部材の一部の剛性を低くする必要があり、この外輪相当部材の耐久性確保が難しくなる可能性がある。又、この外輪相当部材の振動周波数から転動体の公転速度を求める為、この公転速度を正確に測定できないと言った問題もある。
【００１０】
この様な事情に鑑みて本発明者等は先に、複列アンギュラ型玉軸受である転がり軸受ユニットを構成する１対の列の転動体（玉）の公転速度に基づいて、この転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重又はアキシアル荷重を測定する、転がり軸受ユニットの荷重測定装置に関する発明を行なった（特願２００４−７６５５号）。図５は、この先発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置を示している。この先発明に係る構造の場合、外輪相当部材であると共に静止輪である外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に形成した取付孔１０ａにセンサユニット１８を挿通し、このセンサユニット１８の先端部１９を、上記外輪１の内周面から突出させている。この先端部１９には、１対の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと、１個の回転速度検出用センサ２１とを設けている。
【００１１】
そして、このうちの各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂの検出部を、複列に配置された各転動体９ａ、９ｂを回転自在に保持した各保持器２２ａ、２２ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ２３ａ、２３ｂに近接対向させて、各転動体９ａ、９ｂの公転速度を検出自在としている。又、上記回転速度検出用センサ２１の検出部を、内輪相当部材であると共に回転輪であるハブ２の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ２４に近接対向させて、このハブ２の回転速度を検出自在としている。この様な構成を有する先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わる荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方）を求められる。
【００１２】
即ち、上述の様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない演算器が、上記各センサ２０ａ、２０ｂ、２１から送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、このラジアル荷重を求める場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求め、この和と、上記回転速度検出用センサ２１が検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて、上記ラジアル荷重を算出する。又、上記アキシアル荷重は、上記各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ２１が検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図６〜８を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、アキシアル荷重Ｆｙが加わらない状態での、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角αa 、αb が互いに同じであるとして行なう。
【００１３】
図６は、上述の図５に示した車輪支持用の転がり軸受ユニットを模式化し、荷重の作用状態を示したものである。複列の内輪軌道８、８と複列の外輪軌道７、７との間に複列に配置された転動体９ａ、９ｂには予圧Ｆ0 、Ｆ0 を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の重量等に対する反作用として路面側から、ラジアル荷重Ｆｚが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、アキシアル荷重Ｆｙが加わる。これら予圧Ｆ0 、Ｆ0 、ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙは、何れも上記各転動体９ａ、９ｂの接触角α（αa 、αb ）に影響を及ぼす。そして、この接触角αa 、αb が変化すると、これら各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc が変化する。これら各転動体９ａ、９ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体９ａ、９ｂの直径をｄとし、上記各内輪軌道８、８を設けたハブ２の回転速度をｎi とし、上記各外輪軌道７、７を設けた外輪１の回転速度をｎo とすると、上記公転速度ｎc は、次の（１）式で表される。
ｎc ＝｛１−（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎi ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎo ／２）｝  −−−  （１）
【００１４】
この（１）式から明らかな通り、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc は、これら各転動体９ａ、９ｂの接触角α（αa 、αb ）の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角αa 、αb は、上記ラジアル荷重Ｆｚ及び上記アキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。従って上記公転速度ｎc は、これらラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。本例の場合、上記ハブ２が回転し、上記外輪１が回転しない為、具体的には、上記ラジアル荷重Ｆｚに関しては、図７に示す様に、大きくなる程上記公転速度ｎc が遅くなる。この図７中、実線イは、ラジアル荷重Ｆｚを支承する割合の大きい側の転動体９ｂ、９ｂに関する、破線ロは同じくラジアル荷重Ｆｚを支承する割合の小さい側の転動体９ａ、９ａに関する、それぞれの公転速度（とハブ２の回転速度との比）とラジアル荷重Ｆｚとの関係を示している。又、アキシアル荷重Ｆｙに関しては、図８に示す様に、このアキシアル荷重Ｆｙを支承する列の転動体９ａ、９ａの公転速度が速くなり（図８の破線ハ参照）、このアキシアル荷重Ｆｙを支承しない列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度が遅くなる（図８の実線ニ参照）。従って、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎc に基づいて、上記ラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙを求められる事になる。
【００１５】
但し、上記公転速度ｎc の変化に結び付く上記接触角αは、上記ラジアル荷重Ｆｚと上記アキシアル荷重Ｆｙとが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧Ｆ0 、Ｆ0 によっても変化する。又、上記公転速度ｎc は、上記ハブ２の回転速度ｎi に比例して変化する。この為、これらラジアル荷重Ｆｚ、上記アキシアル荷重Ｆｙ、予圧Ｆ0 、Ｆ0 、ハブ２の回転速度ｎi を総て関連させて考えなければ、上記公転速度ｎc を正確に求める事はできない。このうちの予圧Ｆ0 、Ｆ0 は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙ、ハブ２の回転速度ｎi は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。
【００１６】
この様な事情に鑑みて先発明の場合には、前述した様に、ラジアル荷重Ｆｚを求める場合には、前記各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求める事で、上記アキシアル荷重Ｆｙの影響を少なくしている。又、アキシアル荷重Ｆｙを求める場合には、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求める事で、上記ラジアル荷重Ｆｚの影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は差と、前記回転速度検出用センサ２１が検出する上記ハブ２の回転速度ｎi との比に基づいて上記ラジアル荷重Ｆｚ又は上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する事により、上記ハブ２の回転速度ｎi の影響を排除している。尚、上記アキシアル荷重Ｆｙを、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ２の回転速度ｎi は、必ずしも必要ではない。
【００１７】
尚、上記各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂの信号に基づいて上記ラジアル荷重Ｆｚとアキシアル荷重Ｆｙとのうちの一方又は双方の荷重を算出する方法は、他にも各種存在するが、この様な方法に就いては、前述の特願２００４−７６５５号に詳しく説明されているし、本発明の要旨とも関係しないので、詳しい説明は省略する。
又、図５に示した構造は、上記各公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと上記回転速度検出用センサ２１とを、単一のセンサユニット１８の先端部１９に保持した構造であるが、これら各センサ２０ａ、２０ｂ、２１は、別々に設置しても良い。又、例えば、図９に示す様に、１対の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂを、センサユニット１８ａの先端部１９ａに保持し、回転速度検出用センサ２１ａを、外輪１の内端部に嵌合固定したカバー２５に保持しても良い。この場合、回転速度検出用エンコーダ２４ａは、ハブ２の内端部に嵌合固定する。
【００１８】
何れにしても、上述の様な転がり軸受ユニットの荷重測定装置により測定した荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重との一方又は双方）は、路面と車輪（タイヤ）との接触面で生じている荷重と等価である。従って、上記測定した荷重に基づいて車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえば、車両の姿勢が不安定になる事を予防できてフィードフォワード制御が可能になる等、車両の走行安定性確保の為の高度な制御が可能になる。
【００１９】
上述の様な先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実施する場合、次の様な点に留意する必要がある。即ち、ラジアル荷重Ｆｚを求めるにしても、アキシアル荷重Ｆｙを求めるにしても、１対の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと１個の回転速度検出用センサ２１との合計３個のセンサ２０ａ、２０ｂ、２１が、本来の機能を発揮している事が必要である。これら３個のセンサ２０ａ、２０ｂ、２１のうちの何れかに異常が発生した場合に、異常が発生したセンサからの信号をそのまま使用して荷重を算出し、算出した荷重の値に基づいてＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両用走行安定化装置を制御しても、車両の走行状態を安定化させる事はできない。場合によっては、却って走行状態を不安定にする可能性もある。
【００２０】
この様な場合には、上記車両用走行安定化装置の機能を停止すると共に、故障の発生を運転者に知らせる事が、車両の走行状態を不安定にしない為に必要である。又、何れかのセンサが故障した場合でも、残りのセンサからの信号により最低限の制御を行なえるのであれば、運転者への警告を出した状態で、上記残りのセンサで可能な、車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なう事が、例えば滑り易い雪道や凍結路を走行中の安全性を確保する面からは好ましい。
【００２１】
【特許文献１】特開２００１−２１５７７号公報
【特許文献２】特開平３−２０９０１６号公報
【特許文献３】特公昭６２−３３６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
本発明は、上述の様な事情に鑑みて、１対の公転速度検出用センサと１個の回転速度検出用センサとの合計３個のセンサのうちの何れかに異常が発生した場合でも、車両の走行安定性が却って損なわれる事を防止できる転がり軸受ユニットの荷重測定装置を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、前述した先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置と同様に、外輪相当部材と、内輪相当部材と、複数個の転動体と、第一、第二の公転速度検出用センサと、回転速度検出用センサと、演算器とを備える。
このうちの外輪相当部材は、内周面に複列の外輪軌道を有する。
又、上記内輪相当部材は、上記外輪相当部材の内径側にこの外輪相当部材と同心に配置されたもので、外周面に複列の内輪軌道を有する。
又、上記各転動体は、これら両内輪軌道と上記両外輪軌道との間に、各列同士の間で互いに逆方向の接触角を付与された状態で、各列毎に複数個ずつ設けられている。
又、上記第一、第二の公転速度検出用センサは、上記各列の転動体の公転速度を検出するものである。
又、上記回転速度検出用センサは、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材とのうちの一方の軌道輪で、使用時に回転する回転輪の回転速度を検出する為のものである。
又、上記演算器は、上記両公転速度検出用センサから送り込まれる、上記各列の転動体の公転速度を表す検出信号と、上記回転速度検出用センサから送り込まれる、上記回転輪の回転速度を表す信号とに基づいて、上記外輪相当部材と上記内輪相当部材との間に加わる荷重を算出するものである。
【００２４】
更に、本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、上記両公転速度検出用センサの検出信号と上記回転速度検出用センサの検出信号との３種類の検出信号を相互に比較する比較器を設けている。
そして、この比較器は、上記３種類の検出信号同士の間に予め設定した閾値を越える差が存在する場合に異常ありと判定する。
【発明の効果】
【００２５】
上述の様に構成する本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置は、転動体の公転速度を検出する事により、転がり軸受ユニットに負荷される荷重を測定できる。即ち、玉軸受の如き転がり軸受ユニットに荷重が負荷されると、転動体（玉）の接触角が変化し、これら各転動体の公転速度が変化する。そこで、この公転速度を検出すれば、外輪相当部材と内輪相当部材との間に作用する荷重を求められる。
【００２６】
更に、本発明の転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、１対の公転速度検出用センサと１個の回転速度検出用センサとの合計３個のセンサのうちの何れかに異常が発生した場合には、比較器がこの異常を判定して、この異常が発生した旨を表す注意信号を発する。従って、この注意信号に基づいて適切な処置を講ずる事が可能になり、車両の走行安定性が却って損なわれる事を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した様に、それぞれが速度を表す３種類の検出信号を、公転速度又は回転速度に対応する値に換算して相互に比較する。この場合、換算値は前述の（１）式を用いて求める。例えば公転速度を凡そ２．５倍にして、各センサの検出信号を回転速度に対応する値として互いに比較するか、回転速度を凡そ０．４倍にして、各センサの検出信号を公転速度に対応する値として互いに比較する。
そして、比較した３種類の検出信号のうちの何れか１種類の検出信号が、他の２種類の検出信号に対して、予め設定した閾値を越える差が生じた場合に、この２種類の検出信号を出すセンサが正常であり、残りの１種類の検出信号を出すセンサが異常であると判定する。
３個のセンサのうちの２個のセンサが同時に故障し、しかも故障に伴ってこれら２個のセンサが、正常な状態に比べて同じ方向に同じ程度ずれた信号を発する様になる可能性は、殆どないと考えられる。従って、上述の様に構成する事により、センサの異常の有無の判定と、異常が発生したセンサの特定とを能率良く行なえる。
【００２８】
又、好ましくは、請求項３に記載した様に、異常の有無及び異常が発生したセンサを特定する表示を表す表示器を備える。そして、比較器が何れかのセンサに異常ありと判定した場合に、この表示器を制御する為の制御器に異常ありと判定したセンサを特定する信号を送る機能を有する。
この様に構成すれば、運転者に注意を喚起して、早期に修理を行なえる様に促せる。
【００２９】
又、好ましくは、請求項４に記載した様に、転がり軸受ユニットを、車両の車輪を回転自在に支持する為の車輪支持用転がり軸受ユニットとする。
そして、比較器は、異常ありと判定した場合に、算出した荷重を利用して上記車両の走行安定性を確保する為の制御を行なう制御器に信号を送り、この荷重を利用した制御を停止させる。
この様に構成すれば、異常が発生したセンサからの信号をそのまま使用して荷重を算出し、算出した荷重の値に基づいてＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両用走行安定化装置を制御して、却って走行状態を不安定にする事を防止できる。
【００３０】
又、請求項２〜３に係る発明を実施する場合に好ましくは、請求項５に記載した様に、第一、第二の公転速度検出用センサのうちの何れか一方の公転速度検出用センサに異常ありと判定された場合に、演算器は、残りの公転速度検出用センサの検出信号と、回転速度検出用センサの信号とにより、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する。
この様に構成すれば、何れかの公転速度検出用センサが故障した場合にも、精度は悪くなるが、上記荷重を算出し、車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえる。
即ち、前述の図７〜８の記載から明らかな通り、各列の公転速度と荷重（ラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方）との間には比例関係に近い関係が存在する。従って、故障発生時のフェイルセーフを考慮して、予め、各列の公転速度と荷重との関係を表す数式或はマップを、車両用走行安定化装置の制御器にインストールするソフトウェア中に組み込んでおけば、上記荷重を算出し、車両の走行状態を安定化させる為の臨時処置としての制御を行なえる。
【００３１】
又、請求項２〜３に係る発明を実施する場合に好ましくは、請求項６に記載した様に、回転速度検出用センサに異常ありと判定された場合に、演算器は、１対の公転速度検出用センサの検出信号から求められる、両列の転動体の公転速度の比により、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重を算出する。
前述の様に、外輪相当部材と内輪相当部材との間に加わる荷重は、回転輪の回転速度が分からない場合でも、アキシアル荷重の測定に限れば、両列の転動体の公転速度の比により求められる。従って、上記請求項６に記載した様に構成した場合、回転速度検出用センサに異常がある場合でも、上記荷重を算出し、車両の走行状態を安定化させる為の制御を行なえる。
尚、この場合に好ましくは、安定化の為の制御に関する安全率を、上記回転速度検出用センサが正常である場合に比べて高く設定する。
【００３２】
更に、請求項２、３、６に記載した発明を実施する場合に好ましくは、請求項７に記載した様に、回転速度検出用センサに異常ありと判定された場合に、１対の公転速度検出用センサのうちの少なくとも一方の公転速度検出用センサの検出信号に基づいて回転輪の回転速度を推定する。そして、この推定した回転速度を、この回転速度に基づく制御を行なう制御器に送る機能を有する。
前述の（１）式から明らかな通り、各転動体の接触角αが分かれば、各転動体の公転速度ｎc から回転輪の回転速度ｎi を求める事ができる（外輪の回転速度ｎo ＝０）。上記接触角αは、予圧及び荷重により変化するが、その変化量は小さく、この荷重変動に伴う接触角αの変化に基づく上記回転輪の回転速度ｎi の変化量は数％程度である。
従って、上記回転速度検出用センサの検出信号を利用する場合に比べて精度は多少悪くなるが、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の、回転輪の回転速度を表す信号が必要な車両用走行安定化装置の制御を行なえる。
尚、この場合に好ましくは、請求項８に記載した様に、１対の公転速度検出用センサの検出信号から求められる、両列の転動体の公転速度の平均値に基づいて上記回転速度を求めれば、１個の公転速度検出用センサの検出信号のみを利用する場合に比べて、この回転速度を精度良く求められる。
【００３３】
尚、３個のセンサのうちから異常が発生したセンサを特定する為には、前述の請求項２に記載した様な構成の他、請求項９に記載した様に、比較器が、３種類の検出信号のうちの２種類の検出信号に基づいて残りの１種類の検出信号を推定し、この推定値と実際の検出信号との間に予め設定した閾値を越える差が存在する場合に異常ありと判定する様に構成する事もできる。
この様な構成によっても、センサの異常の有無の判定と、異常が発生したセンサの特定とを行なえる。
又、上記請求項９に記載した構成に、請求項３〜８に記載した構成を組み合わせる事もできる。
【実施例】
【００３４】
図１〜２は、請求項１〜３に対応する、本発明の実施例を示している。尚、本実施例の特徴は、１対の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂと１個の回転速度検出用センサ２１との、合計３個のセンサ２０ａ、２０ｂ、２１の検出信号を互いに比較しつつ見張り、何れかのセンサに異常が発生した場合に異常が発生したセンサを特定し、必要な処置を講じる点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図５或は図９に示した先発明の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明を省略若しくは簡略にし、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００３５】
本実施例の場合、上記３個のセンサ２０ａ、２０ｂ、２１の検出信号を、図２のフローチャートで示す様に動作する、図１のブロック図に示す様な回路を使用して比較する様にしている。上記３個のセンサ２０ａ、２０ｂ、２１の検出信号うち、１対の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂの検出信号は各列の転動体９ａ、９ｂ（図５、９参照）の公転速度を表すものであるのに対して、１個の回転速度検出用センサ２１の検出信号は、ハブ２（図５、９参照）の回転速度を表すものである。前述の（１）式から明らかな通り、この回転速度は上記公転速度の凡そ２倍の値であり、そのまま比較する事はできない。そこで、本実施例の場合には、上記両公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂの検出信号をそのまま比較器２６ａ、２６ｂ、２６ｃに入力しているのに対して、上記回転速度検出用センサ２１の検出信号は、補正回路２７を介して、比較器２６ｂ、２６ｃに入力している。この補正回路２７では、上記（１）式を用いて、上記ハブ２の回転速度を表す上記回転速度検出用センサ２１の検出信号を、上記転動体９ａ、９ｂの公転速度を表す信号に換算する。この場合、上記（１）式中の接触角αは、車両が静止状態での値（中立値）を使用する。
【００３６】
上記３個の比較器２６ａ、２６ｂ、２６ｃのうち、一番目の比較器２６ａは、第一の公転速度検出用センサ２０ａの検出信号ａと、第二の公転速度検出用センサ２０ｂの検出信号ｂとを比較する。又、二番目の比較器２６ｂは、この第二の公転速度検出用センサ２０ｂの検出信号ｂと、上記回転速度検出用センサ２１の検出信号を上記補正回路２７により公転速度に見合う値に補正した補正信号ｃとを比較する。更に、三番目の比較器２６ｂは、上記第一の公転速度検出用センサ２０ａの検出信号ａと、上記回転速度検出用センサ２１の検出信号を上記補正回路２７により公転速度に見合う値に補正した補正信号ｃとを比較する。
【００３７】
何れの比較器２６ａ、２６ｂ、２６ｃも、比較する１対の信号ａ、ｂ、ｃ同士の間に、通常では生じ得ない程の差が存在するか否かを判定し、その結果を判定器２８に送る。即ち、上記ハブ２の回転速度が一定であると仮定しても、転がり軸受ユニットに加わる荷重に基づき、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度は変化する。但し、その変化量は数％程度であり、上記比較する１対の信号ａ、ｂ、ｃ同士の間に１０％を越える様な差が存在する場合には、何れかのセンサ２０ａ、２０ｂ、２１に異常（故障）が発生したと考えられる。そこで、上記各比較器２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、比較する１対の信号ａ、ｂ、ｃ同士の間に、小さい方の信号、或は予め決定した一方の信号を基準として、１０％（或は１５％、２０％等、設計的に定める閾値）を越える差が存在する場合に、その旨（何れかのセンサに異状ある旨）を表す信号を上記判定器２８に送る。
【００３８】
そして、この判定器２８は、上記各比較器２６ａ、２６ｂ、２６ｃを勘案して、例えば図２に示す様な手順で、何れのセンサ２０ａ、２０ｂ、２１に異常が発生したかを判定し、その結果を表す信号を、表示器２９と制御器３０とに送る。このうちの表示器２９は、運転者に対し、故障が発生したので早期に修理を行なう事を促す旨と、必要に応じて故障したセンサを特定する記号等とを表示する。又、上記制御器３０は、ＡＢＳ、ＴＣＳ、ＶＳＣ等の車両の走行状態を安定させる為の装置の制御器で、上記判定器２８から何れかのセンサ２０ａ、２０ｂ、２１に異常が発生した旨の信号を受けた場合に、走行状態安定化の為の制御を停止する（請求項４に係る発明を実施する場合）か、故障したセンサを除いて行なえる制御に切り換える（請求項５〜８に係る発明を実施する場合）。
【００３９】
次に、何れのセンサ２０ａ、２０ｂ、２１に異常が発生したかを判定する手順に就いて、図２により説明する。
何れのセンサ２０ａ、２０ｂ、２１も正常である場合、上記各比較器２６ａ、２６ｂ、２６ｃは、ステップ１〜３で、何れも比較すべき１対の信号ａ〜ｃ同士の間に閾値を越える差が存在しない（ａ≒ｂ、ｂ≒ｃ、ａ≒ｃ）と判定する。この場合に上記判定器２８は、ステップ４で、何れのセンサ２０ａ、２０ｂ、２１にも異常なしと判定する。
【００４０】
これに対して、ステップ１で第一、第二の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂ同士の間に閾値を越える差が存在する（ａ≒ｂではない）と判定された場合には、ステップ５で、第二の公転速度検出用センサ２０ｂの検出信号ｂと、前記補正信号ｃとを比較する。これら両信号ｂ、ｃ同士の間に閾値を越える差が存在しない（ｂ≒ｃである）場合には、上記第二の公転速度検出用センサ２０ｂ及び前記回転速度検出用センサ２１は正常である可能性が高い為、ステップ６で、上記第一の公転速度検出用センサ２０ａに異常が発生したと判定する。そして、ステップ７で、この第一の公転速度検出用センサ２０ａに異常が発生した旨を表す信号を、前記表示器２９と制御器３０とに送る。
【００４１】
又、上記ステップ５で、第二の公転速度検出用センサ２０ｂの検出信号ｂと上記補正信号ｃとの間に閾値を越える差が存在する（ｂ≒ｃではない）場合には、ステップ８で、上記第一の公転速度検出用センサ２０ａの検出信号ａと上記補正信号ｃとを比較する。これら両信号ａ、ｃ同士の間に閾値を越える差が存在しない（ａ≒ｃである）場合には、上記第一の公転速度検出用センサ２０ａ及び上記回転速度検出用センサ２１は正常である可能性が高い為、ステップ９で、上記第二の公転速度検出用センサ２０ｂに異常が発生したと判定する。そして、ステップ７で、この第二の公転速度検出用センサ２０ｂに異常が発生した旨を表す信号を、前記表示器２９と制御器３０とに送る。
【００４２】
これに対して、ステップ１で第一、第二の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂ同士の間に閾値を越える差が存在しない（ａ≒ｂである）が、ステップ２で第二の公転速度検出用センサ２０ｂの検出信号ｂと上記補正信号ｃとの間に閾値を越える差が存在する（ｂ≒ｃではない）と判定された場合には、ステップ１０で、上記回転速度検出用センサ２１に異常が発生したと判定する。そして、ステップ７で、この回転速度検出用センサ２１に異常が発生した旨を表す信号を、前記表示器２９と制御器３０とに送る。
【００４３】
更に、上記ステップ８で、上記第一の公転速度検出用センサ２０ａの検出信号ａと上記補正信号ｃとの間に閾値を越える差が存在する（ａ≒ｃではない）場合には、ステップ１１で、３個のセンサ２０ａ、２０ｂ、２１の総てに異常が発生したと判定する。そして、ステップ７で、これら各センサ２０ａ、２０ｂ、２１の総てに異常が発生した旨を表す信号を、前記表示器２９と制御器３０とに送る。この場合には、各部の公転速度及び回転速度に基づいて車両の走行安定性を確保する為の制御は、請求項５〜８に係る発明に関連する制御も含めて、総て停止する。
【００４４】
尚、ステップ１、２で第一、第二の公転速度検出用センサ２０ａ、２０ｂ同士の間に閾値を越える差が存在しない（ａ≒ｂである）と判定され、且つ、ステップ２で、第二の公転速度検出用センサ２０ｂの検出信号ｂと、前記補正信号ｃとの間に閾値を越える差が存在しない（ｂ≒ｃである）と判定された場合には、上記第一の公転速度検出用センサ２０ａの検出信号ａと上記補正信号ｃとの間に閾値を越える差が存在しない（ａ≒ｃである）はずである。但し、故障の検出を確実に行なう為、閾値を低く（例えば１０％前後に）設定すると、過渡的に大きな荷重が加わった場合に、ａ≒ｂ且つｂ≒ｃであるがａ≒ｃではなくなる可能性を生じる。そこで、ステップ３でａ≒ｃではないと判定した場合には、（ステップ８の場合とは異なり）異常の有無の判定を行なわずに、ステップ１に戻る。ステップ３を省略すれば、この様な考慮をする必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図。
【図２】同じくフローチャート。
【図３】従来から知られている、ラジアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【図４】従来から知られている、アキシアル荷重測定用のセンサを組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。
【図５】先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第１例の断面図。
【図６】先発明により荷重を求められる理由を説明する為の模式図。
【図７】同じく、各列の公転速度とハブの回転速度との比と、ラジアル荷重との関係を示す線図。
【図８】同じく、各列の公転速度とハブの回転速度との比と、アキシアル荷重との関係を示す線図。
【図９】先発明に係る転がり軸受ユニットの荷重測定装置の第２例の断面図。
【符号の説明】
【００４６】
１、１ａ  外輪
２、２ａ  ハブ
３、３ａ  回転側フランジ
４    ハブ本体
５    ナット
６    内輪
７    外輪軌道
８    内輪軌道
９ａ、９ｂ  転動体
１０、１０ａ  取付孔
１１    変位センサ
１２    センサリング
１３    ナックル
１４    固定側フランジ
１５    ボルト
１６    ねじ孔
１７    荷重センサ
１８、１８ａ  センサユニット
１９、１９ａ  先端部
２０ａ、２０ｂ  公転速度検出用センサ
２１、２１ａ  回転速度検出用センサ
２２ａ、２２ｂ  保持器
２３ａ、２３ｂ  公転速度検出用エンコーダ
２４、２４ａ  回転速度検出用エンコーダ
２５    カバー
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ  比較器
２７    補正回路
２８    判定器
２９    表示器
３０    制御器
【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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