(57)【要約】【課題】 クロストークを排除して、タイヤに作用する接地荷重の各分力を正確に求めることが可能なセンサ付き転がり軸受装置を提供する。【解決手段】  車体側軌道部材3が内輪側に、車輪側軌道部材4が外輪側に配置されている。車体側軌道部材3は、内列の転動体5を受ける内側内輪部材11および外列の転動体6を受ける外側内輪部材12を有している。センサ装置2は、各内輪部材11,12内径の頂部、底部、前部および後部のうちの少なくとも２カ所にそれぞれ設けられて転動体5,6をセンシングする少なくとも２対の内側および外側センサSti,Sto,Sbi,Sboと、これらのセンサの出力から接地荷重を求める処理手段とを備えている。【選択図】    図１
2007271005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体側に固定される車体側軌道部材、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材および両軌道部材の間に配置された内外二列の転動体を有する車両用転がり軸受と、タイヤに作用する荷重を求めるためのセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
車体側軌道部材が内輪側に、車輪側軌道部材が外輪側に配置されるとともに、車体側軌道部材は、内列の転動体を受ける内側内輪部材および外列の転動体を受ける外側内輪部材を有しており、センサ装置は、各内輪部材内径の頂部、底部、前部および後部のうちの少なくとも２カ所にそれぞれ設けられた少なくとも２対の内側および外側センサと、これらのセンサの出力から接地荷重を求める処理手段とを備えていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項２】
センサは、計８つとされて、内側内輪部材および外側内輪部材の各内径の頂部、底部、前部および後部の各部に設けられており、処理手段において、これらのセンサの出力から前後荷重Ｆｘ、左右荷重Ｆｙおよび垂直荷重Ｆｚが求められている請求項１のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項３】
処理手段は、内側頂部センサの出力Ｑｔｉ、外側頂部センサの出力Ｑｔｏ、内側底部センサの出力Ｑｂｉ、外側底部センサの出力Ｑｂｏ、内側前部センサの出力Ｑｆｉ、外側前部センサの出力Ｑｆｏ、内側後部センサの出力Ｑｒｉ、および外側後部センサの出力Ｑｒｏを使用して、以下の式により、前後荷重Ｆｘ、左右荷重Ｆｙおよび垂直荷重Ｆｚを求める演算部を有していることを特徴とする請求項２のセンサ付き転がり軸受装置。
Ｆｘ＝Ｑｒ−Ｑｆ……式１
Ｆｙ＝Ｑｔ＋Ｑｂ……式２
Ｆｚ＝Ｑｔ−Ｑｂ……式３
Ｑｒ＝（Ｑｒｉ＋Ｑｒｏ）／２……式４
Ｑｆ＝（Ｑｆｉ＋Ｑｆｏ）／２……式５
Ｑｔ＝（Ｑｔｉ＋Ｑｔｏ）／２……式６
Ｑｂ＝（Ｑｂｉ＋Ｑｂｏ）／２……式７
【請求項４】
センサ装置は、内側内輪部材と外側内輪部材との合わせ面の頂部、底部、前部および後部の少なくとも１カ所に設けられた合わせ面センサをさらに有している請求項１、２または３のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項５】
車体側に固定される車体側軌道部材、車輪取付け用のフランジ部を有する車輪側軌道部材および両軌道部材の間に配置された内外二列の転動体を有する車両用転がり軸受と、タイヤに作用する荷重を求めるためのセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、
車体側軌道部材が内輪側に、車輪側軌道部材が外輪側に配置されるとともに、車体側軌道部材は、内列の転動体を受ける内側内輪部材および外列の転動体を受ける外側内輪部材を有しており、センサ装置は、内側内輪部材と外側内輪部材との合わせ面の少なくとも１カ所に設けられた合わせ面センサと、合わせ面センサの出力から接地荷重の左右荷重成分を求める処理手段とを備えていることを特徴とするセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項６】
合わせ面センサは、引張り方向の荷重に対しては出力がゼロで圧縮方向の荷重に対して出力がある荷重センサとされるとともに、圧縮方向の初期荷重を有するように内側内輪部材と外側内輪部材との合わせ面に設けられた凹部に嵌められていることを特徴とする請求項５のセンサ付き転がり軸受装置。
【請求項７】
内側内輪部材および外側内輪部材のいずれか一方の合わせ面反対側端面に、引張り方向の荷重に対しては出力がゼロで圧縮方向の荷重に対して出力がある背面センサがさらに設けられていることを特徴とする請求項５または６のセンサ付き転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車を構成するハブユニット（車両用転がり軸受）と自動車の各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付き転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の制御手段として、ＡＢＳ制御（アンチロックブレーキシステム）に加えて、発進時や加速時に駆動輪をスピンさせない駆動力制御やコーナリング時の横滑りを抑制するブレーキ力制御などが実施されているが、より精度のよい制御を行うために、これらの制御に有効に使用できるデータの検出が重要となっている。そこで、特許文献１には、車体側に固定される車体側軌道部材、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニット（車両用転がり軸受）に、変位センサを設け、タイヤ（車輪）にかかる接地荷重を求め、車両制御の向上を図ることが提案されている。このハブユニットでは、車体側軌道部材が外輪側に、車輪側軌道部材が内輪側に配置されている。
【特許文献１】特開２００３−３３６６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１のセンサ付き転がり軸受装置では、車体側軌道部材が外輪側に、車輪側軌道部材が内輪側に配置されているという制約のため、センサの取付け位置の自由度が少なくなっており、また、複数の箇所にセンサを設置して接地荷重の各分力をそれぞれ分離して求めようとした場合、他の分力の影響による誤差（以下「クロストーク」と称す）が生じ、このクロストークのために、タイヤに作用する前後荷重、左右荷重および垂直荷重のそれぞれを正確に求めることが困難という問題があった。
【０００４】
この発明の目的は、車体側軌道部材が外輪側に、車輪側軌道部材が内輪側に配置されているという従来の配置を逆にするとともに、クロストークを排除して、タイヤに作用する接地荷重の各分力を正確に求めることが可能なセンサ付き転がり軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明によるセンサ付き転がり軸受装置は、車体側に固定される車体側軌道部材、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材および両軌道部材の間に配置された内外二列の転動体を有する車両用転がり軸受と、タイヤに作用する荷重を求めるためのセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、車体側軌道部材が内輪側に、車輪側軌道部材が外輪側に配置されるとともに、車体側軌道部材は、内列の転動体を受ける内側内輪部材および外列の転動体を受ける外側内輪部材を有しており、センサ装置は、各内輪部材内径の頂部、底部、前部および後部のうちの少なくとも２カ所にそれぞれ設けられた少なくとも２対の内側および外側センサと、これらのセンサの出力から接地荷重を求める処理手段とを備えていることを特徴とするものである。
【０００６】
センサとしては、歪みゲージなどの歪みによって、転動体荷重の変化などに伴う車体側軌道部材に作用する力の変化を検知するものでもよく、また、変位その他の物理量によって、転動体荷重の変化などに伴う車体側軌道部材に作用する力の変化を検知するものであってもよく、「圧力センサ」、「変位センサ」、「荷重センサ」などと称されている種々のセンサが使用できる。このようなセンサとしては、歪ゲージ、半導体歪みセンサ、圧電素子（ピエゾ素子）、ＳＩセンサ（応力インピーダンスセンサ）、薄膜圧力センサなどのセンサが適している。また、その設置位置は、例えば、転動体の中心に対応する位置とされるが、これに限られるものではなく、２列の転動体の中心線のすぐ近くに各センサを配置するようにしてもよい。いずれにしろ、内側内輪部材に設けられるセンサと外側内輪部材に設けられるセンサとは、２列の転動体の中心線に対して対称に位置させられることが好ましい。
【０００７】
走行する車両の速度変化や姿勢変化に伴って、タイヤに掛かる接地荷重が変動し、このタイヤ接地荷重変動に応じて、車体側軌道部材に作用する力が変化する。複数のセンサを設置した場合、タイヤに作用する前後荷重、左右荷重および垂直荷重の成分ごとにそれぞれセンサへの影響度が異なっており、予め、前後荷重がかかった場合のセンサ出力値、左右荷重がかかった場合のセンサ出力値および垂直荷重がかかった場合のセンサ出力値を求めておき、車体側軌道部材に配置された複数のセンサで車体側軌道部材に作用する力を検出することにより、タイヤ接地荷重の各分力を求めることができる。
【０００８】
センサの設置箇所を任意に設定した場合、そのクロストークの排除が困難になるが、センサの設置箇所を各内輪部材内径の頂部、底部、前部および後部の計８カ所とし、各センサの出力をＱｔｉ、Ｑｔｏ、Ｑｂｉ、Ｑｂｏ、Ｑｆｉ、Ｑｆｏ、ＱｒｉおよびＱｒｏとすると、Ｆｘ入力に対して、Ｑｔｉ≒０，Ｑｔｏ≒０，Ｑｂｉ≒０およびＱｂｏ≒０が成り立ち、Ｆｙ入力に対しては、Ｑｆｉ≒０，Ｑｆｏ≒０，Ｑｒｉ≒０，Ｑｒｏ≒０，Ｑｒｉ−Ｑｆｉ≒０およびＱｒｏ−Ｑｆｏ≒０が成り立ち、Ｆｚ入力に対しては、Ｑｆｉ≒０，Ｑｆｏ≒０，Ｑｒｉ≒０，Ｑｒｏ≒０，Ｑｔｉ＋Ｑｂｉ≒０およびＱｔｏ＋Ｑｂｏ≒０が成り立ち、Ｆｙ入力に対しては、さらに、Ｑｔｉ≒ＱｂｏおよびＱｂｉ≒Ｑｔ０が成り立っているので、これらを考慮して前後荷重Ｆｘ、左右荷重Ｆｙおよび垂直荷重Ｆｚを求めることにより、クロストークを小さくすることができる。
【０００９】
各センサの出力Ｑｔｉ、Ｑｔｏ、Ｑｂｉ、Ｑｂｏ、Ｑｆｉ、Ｑｆｏ、ＱｒｉおよびＱｒｏからＦｘ、ＦｙおよびＦｚを求める場合、まず、それぞれの平均を次の式で求め、
Ｑｒ＝（Ｑｒｉ＋Ｑｒｏ）／２……式４
Ｑｆ＝（Ｑｆｉ＋Ｑｆｏ）／２……式５
Ｑｔ＝（Ｑｔｉ＋Ｑｔｏ）／２……式６
Ｑｂ＝（Ｑｂｉ＋Ｑｂｏ）／２……式７
これらの式を使って、
Ｆｘ＝Ｑｒ−Ｑｆ……式１
Ｆｙ＝Ｑｔ＋Ｑｂ……式２
Ｆｚ＝Ｑｔ−Ｑｂ……式３
を求めることが好ましい。
【００１０】
すなわち、上述の関係から、Ｑｔ、Ｑｂ、ＱｆおよびＱｒについては、ＦｙおよびＦｚ入力時、Ｑｆ≒０，Ｑｒ≒０およびＱｒ−Ｑｆ≒０が成り立っているので、Ｆｘ＝Ｑｒ−Ｑｆとすることで、ＦｙおよびＦｚのクロストークを排除して、Ｆｘを求めることができる。また、Ｆｘ入力時、Ｑｔ≒０およびＱｂ≒０が成り立ち、Ｆｚ入力時、Ｑｔ＋Ｑｂ≒０が成り立っているので、Ｆｙ＝Ｑｔ＋Ｑｂとすることで、ＦｘおよびＦｚのクロストークを排除して、Ｆｙを求めることができる。そして、Ｆｘ入力時、Ｑｔ≒０およびＱｂ≒０が成り立ち、Ｆｙ入力に対しては、さらに、Ｑｔｉ≒ＱｂｏおよびＱｂｉ≒Ｑｔ０が成り立っているので、Ｆｚ＝Ｑｔ−Ｑｂとすることで、ＦｘおよびＦｙのクロストークを排除して、Ｆｚを求めることができる。
【００１１】
センサの数は、必ずしも８つとする必要はなく、頂部および底部のいずれか一方を省略して、センサの数を計６つとしてもよく、また、前後荷重Ｆｘを求める必要がない場合には、頂部および底部の両方を省略して、センサの数を計４つとしてもよい。いずれにしろ、内側センサと外側センサとで平均を求め、上記のクロストークの関係を考慮することにより、クロストークを排除して接地荷重の各分力を求めることができる。
【００１２】
処理手段は、以下の式により、ｘ軸回りのモーメントＭｘおよびｚ軸回りのモーメントＭｚを求めるモーメント演算部をさらに有していることが好ましい。
【００１３】
Ｍｘ＝（Ｑｔｉ＋Ｑｂｏ）−（Ｑｔｏ＋Ｑｂｉ）……式９
Ｍｚ＝（Ｑｆｉ＋Ｑｒｏ）−（Ｑｆｏ＋Ｑｒｉ）……式１０
モーメントが掛かっていなければ、２列の転動体の中心線に対して対称に配置されている内側および外側のセンサの出力は同じ値となるが、ｘ軸回りのモーメントＭｘが作用すると、ＱｔｏとＱｔｉとは、互いに逆の方向に変化し、ＱｂｏとＱｂｉとについても、互いに逆の方向に変化する。したがって、これらの変化量からＭｘを求めることができる。同様に、ｚ軸回りのモーメントＭｚが作用すると、ＱｆｏとＱｒｉとが互いに逆の方向に、ＱｒｏとＱｆｉとが互いに逆の方向にそれぞれ変化するので、これらの変化量からＭｚを求めることができる。
【００１４】
センサ装置は、上記の８つのセンサに加えて、内側内輪部材と外側内輪部材との合わせ面の頂部、底部、前部および後部の少なくとも１カ所に設けられた合わせ面センサをさらに有していることがある。上記の（１）から（７）までの式によって接地荷重の各分力を求める場合、左右荷重Ｆｙに対しては、Ｆｙ入力時の出力が非直線的になる。これに対して、近似式を作成することで対応することもできるが、１対の内輪部材があることを利用して、その合わせ面にセンサを配置することにより、左右荷重をこのセンサだけで検知して、次の式で求めることができる。
【００１５】
Ｆｙ＝Ｑｔｃ＋Ｑｂｃ……式８
そして、左右荷重をこの合わせ面センサからのものだけまたは合わせ面センサからのものと上記演算式からのものとの組合せにより求めることにより、左右荷重の荷重検出精度を上げることができる。
【００１６】
第２の発明によるセンサ付き転がり軸受装置は、車体側に固定される車体側軌道部材、車輪取付け用のフランジ部を有する車輪側軌道部材および両軌道部材の間に配置された内外二列の転動体を有する車両用転がり軸受と、タイヤに作用する荷重を求めるためのセンサ装置とを備えているセンサ付き転がり軸受装置において、車体側軌道部材が内輪側に、車輪側軌道部材が外輪側に配置されるとともに、車体側軌道部材は、内列の転動体を受ける内側内輪部材および外列の転動体を受ける外側内輪部材を有しており、センサ装置は、内側内輪部材と外側内輪部材との合わせ面の少なくとも１カ所に設けられた合わせ面センサと、合わせ面センサの出力から接地荷重の左右荷重成分を求める処理手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１７】
センサとしては、歪みゲージなどの歪みによって荷重の変化を検知するものでもよく、また、変位その他の物理量によって荷重の変化を検知するものであってもよく、「圧力センサ」、「変位センサ」、「荷重センサ」などと称されている種々のセンサが使用できる。このようなセンサとしては、歪ゲージ、半導体歪みセンサ、圧電素子（ピエゾ素子）、ＳＩセンサ（応力インピーダンスセンサ）、薄膜圧力センサなどのセンサが適している。また、合わせ面は、２列の転動体の中心線に一致させられることが好ましい。
【００１８】
センサの設置箇所は、例えば、頂部および底部の計２カ所とされるが、頂部、底部、前部および後部の計４カ所としてもよく、いずれか１カ所としてもよい。１カ所とする場合には、頂部、底部、前部および後部のいずれかに限定されず、任意の位置に設置することができるが、接地面に最も近い底部に設置することがより好ましい。
【００１９】
走行する車両の速度変化や姿勢変化に伴って、タイヤに掛かる接地荷重が変動し、このタイヤ接地荷重変動に応じて、内側内輪部材と外側内輪部材との合わせ面に作用する力が変化する。したがって、この合わせ面の少なくとも１カ所（好ましくは、頂部、底部、前部および後部の計４カ所）にセンサを設置することにより、タイヤに作用する前後荷重、左右荷重および垂直荷重のうちのいずれかまたはすべてを求めることができる。これらの接地荷重の各分力のうち左右荷重は、クロストークの影響を受けやすく、精度のよい検出が困難であった。この発明のセンサ付き転がり軸受装置によると、固定側軌道部材を１対の内輪部材で構成し、その合わせ面にセンサを配置することにより、クロストークの影響を受けないで、左右荷重をこのセンサだけで検出することができる。
【００２０】
合わせ面センサは、引張り方向の荷重に対しては出力がゼロで圧縮方向の荷重に対して出力がある荷重センサとされるとともに、圧縮方向の初期荷重を有するように内側内輪部材と外側内輪部材との合わせ面に設けられた凹部に嵌められていることが好ましい。
【００２１】
このようにすると、圧縮方向のみにしか反応しないセンサを使用して、圧縮荷重だけでなく引張り荷重も求めることができる。
【００２２】
また、内側内輪部材および外側内輪部材のいずれか一方の合わせ面反対側端面に、引張り方向の荷重に対しては出力がゼロで圧縮方向の荷重に対して出力がある背面センサがさらに設けられていることがより好ましい。
【００２３】
このようにすると、合わせ面センサの出力を使用して、荷重の絶対値を求めるとともに、背面センサの出力の有無を使用して、荷重の向きを求めることができ、向きを含めた荷重を検出することができる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明のセンサ付き転がり軸受装置によると、車体側軌道部材が外輪側に、車輪側軌道部材が内輪側に配置されているという従来の配置を逆にすることで、センサの取付け位置の自由度を増すとともに、接地荷重の各分力または左右荷重をクロストークを防止して検出することができる。こうして得られたタイヤ接地荷重の各成分は、ＡＢＳ制御におけるスリップ率の代替えデータとして使用されるほか、駆動力制御やブレーキ力制御などにおいて使用され、車両制御の精度向上に資することができる。また、左右荷重は、車両の旋回時に大きく変化し、この左右荷重が精度よく求まることで、旋回時の車両制御の精度向上に資することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、第１の発明のセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示している。以下の説明において、左右は図１の左右をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【００２７】
このセンサ付き転がり軸受装置は、ハブユニット（車両用転がり軸受）(1)と、その回転およびタイヤ接地荷重などを検出するセンサ装置(2)とを備えている。
【００２８】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される車体側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材(4)、および両部材(3)(4)の間に内外２列に配置された複数の転動体である玉(5)(6)を備えている。
【００２９】
車体側軌道部材(3)は、軸受の内輪（固定輪）機能を有しているもので、外周面に軌道溝が形成されて内列の玉(5)を受ける内側内輪部材(11)および外周面に軌道溝が形成されて外列の玉(6)を受ける外側内輪部材(12)を有している。内側および外側内輪部材(11)(12)は、車体側軸部材(14)に嵌め合わせられてナット(13)により固定されている。
【００３０】
車輪側軌道部材(4)は、軸受の外輪（回転輪）機能を有しており、内周面に２列の軌道溝が形成されて内列および外列の玉(5)(6)を受ける円筒部(15)および車輪を取り付けるための複数のボルト(17)が固定されたフランジ部(16)とを有している。
【００３１】
センサ装置(2)（図示は頂部および底部のみ）は、内側内輪部材(11)の内径頂部において内列の玉(5)の近傍に配置された内側頂部センサ(Sti)と、外側内輪部材(12)の内径頂部において外列の玉(6)の近傍に配置された外側頂部センサ(Sto)と、内側内輪部材(11)の内径底部において内列の玉(5)の近傍に配置された内側底部センサ(Sbi)と、外側内輪部材(12)の内径底部において外列の玉(6)の近傍に配置された外側底部センサ(Sbo)と、内側内輪部材(11)の内径前部において内列の玉(5)の近傍に配置された内側前部センサ(Sfi)と、外側内輪部材(12)の内径前部において外列の玉(6)の近傍に配置された外側前部センサ(Sfo)と、内側内輪部材(11)の内径後部において内列の玉(5)の近傍に配置された内側後部センサ(Sri)と、外側内輪部材(12)の内径後部において外列の玉(6)の近傍に配置された外側後部センサ(Sro)と、内側内輪部材(11)と外側内輪部材(12)との合わせ面の頂部に設けられた頂部合わせ面センサ(Stc)と、内側内輪部材(11)と外側内輪部材(12)との合わせ面の底部に設けられた底部合わせ面センサ(Sbc)と、これらのセンサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)(Stc)(Sbc)の出力を処理する処理手段（図２参照）とを備えている。
【００３２】
各センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)(Stc)(Sbc)は、歪みゲージとされ、内輪部材内径側のセンサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)は、各列の玉(5)(6)に最も近い設置位置となるように各内輪部材(11)(12)の内周に貼り付けられている。合わせ面センサ(Stc)(Sbc)が位置させられている内側内輪部材(11)と外側内輪部材(12)との合わせ面は、２列の玉(5)(6)の中心線上に位置させられており、内側センサ(Sti)(Sbi)(Sfi)(Sri)と外側センサ(Sto)(Sbo)(Sfo)(Sro)とは、２列の玉(5)(6)の中心線に対して対称に位置させられている。
【００３３】
処理手段は、図２に示すように、内側頂部センサ(Sti)の出力Ｑｔｉ、外側頂部センサ(Sto)の出力Ｑｔｏ、内側底部センサ(Sbi)の出力Ｑｂｉ、外側底部センサ(Sbo)の出力Ｑｂｏ、内側前部センサ(Sfi)の出力Ｑｆｉ、外側前部センサ(Sfo)の出力Ｑｆｏ、内側後部センサ(Sri)の出力Ｑｒｉ、および外側後部センサ(Sro)の出力Ｑｒｏを使用して、内側センサと外側センサとの出力の平均を求める出力平均演算部と、これらの平均値から前後荷重Ｆｘ、左右荷重Ｆｙおよび垂直荷重Ｆｚを求める接地荷重演算部と、Ｑｔｉ、Ｑｔｏ、Ｑｂｉ、Ｑｂｏ、Ｑｆｉ、Ｑｆｏ、ＱｒｉおよびＱｒを使用してハブユニットに掛かるモーメントを演算するモーメント演算部と、合わせ面センサ(Stc)(Sbc)の出力ＱｔｃおよびＱｂｃを使用して、Ｆｙを異なる式で求める左右荷重補正演算部とを有している。
【００３４】
処理手段の接地荷重演算部においては、以下の式によりＦｘ、ＦｙおよびＦｚが求められている。
【００３５】
Ｆｘ＝Ｑｒ−Ｑｆ……式１
Ｆｙ＝Ｑｔ＋Ｑｂ……式２
Ｆｚ＝Ｑｔ−Ｑｂ……式３
また、処理手段の出力平均演算部においては、上記式１〜式３までのＱｒ、Ｑｆ、ＱｔおよびＱｂが以下の式により求められている。
【００３６】
Ｑｒ＝（Ｑｒｉ＋Ｑｒｏ）／２……式４
Ｑｆ＝（Ｑｆｉ＋Ｑｆｏ）／２……式５
Ｑｔ＝（Ｑｔｉ＋Ｑｔｏ）／２……式６
Ｑｂ＝（Ｑｂｉ＋Ｑｂｏ）／２……式７
また、処理手段の左右荷重補正演算部においては、以下の式により低荷重域のＦｙが求められている。
【００３７】
Ｆｙ＝Ｑｔｃ＋Ｑｂｃ……式８
処理手段は、さらにまた、以下の式により、ｘ軸回りのモーメントＭｘおよびｚ軸回りのモーメントＭｚを求めるモーメント演算部をさらに有している。
【００３８】
Ｍｘ＝（Ｑｔｉ＋Ｑｂｏ）−（Ｑｔｏ＋Ｑｂｉ）……式９
Ｍｚ＝（Ｑｆｉ＋Ｑｒｏ）−（Ｑｆｏ＋Ｑｒｉ）……式１０
モーメントが掛かっていなければ、２列の転動体の中心線に対して対称に配置されている内側および外側のセンサの出力は同じ値となるが、ｘ軸回りのモーメントＭｘが作用すると、ＱｔｏとＱｔｉとは、互いに逆の方向に変化し、ＱｂｏとＱｂｉとについても、互いに逆の方向に変化する。したがって、これらの変化量からＭｘを求めることができる。同様に、ｚ軸回りのモーメントＭｚが作用すると、ＱｆｏとＱｒｉとが互いに逆の方向に、ＱｒｏとＱｆｉとが互いに逆の方向にそれぞれ変化するので、これらの変化量からＭｚを求めることができる。
【００３９】
上記式１から式７までは、タイヤに作用する前後荷重Ｆｘ、左右荷重Ｆｙおよび垂直荷重Ｆｚが各センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)の出力Ｑｔｉ、Ｑｔｏ、Ｑｂｉ、Ｑｂｏ、Ｑｆｉ、Ｑｆｏ、ＱｒｉおよびＱｒｏにどのような影響を及ぼすかを考慮して、クロストークを排除したもので、以下のようにして得られる。
【００４０】
上記式の算出のためのモデルは、図３および図４に示されており、図３に示す３つの分力および３つのモーメントのうち、ｙ軸回りのモーメントを除く前後荷重Ｆｘ、左右荷重Ｆｙ、垂直荷重Ｆｚ、ｘ軸回りのモーメントＭｘおよびｚ軸回りのモーメントＭｚを求めることができる。図４は、各列の転動体(5)(6)に対応する内輪部材の内周面にそれぞれ埋め込まれた荷重センサを軸方向から見た図（左方が進行方向）を示す。なお、各添え字は、ｔがｔｏｐ（ハブユニット頂部）、ｂがｂｏｔｏｍ（ハブユニット底部）、ｆがｆｒｏｎｔ（ハブユニット前部）、ｒがｒｅａｒ（ハブユニット後部）、ｉがｉｎｂｏａｒｄ（車両内側）、ｏがｏｕｔｂｏａｒｄ（車両外側）を意味している。
【００４１】
図５は、前後荷重Ｆｘ、左右荷重Ｆｙおよび垂直荷重Ｆｚをそれぞれ別個に付与したときの各センサの出力Ｑｔｉ、Ｑｔｏ、Ｑｂｉ、Ｑｂｏ、Ｑｆｉ、Ｑｆｏ、ＱｒｉおよびＱｒｏを求めたものである。また、図６は、センサの出力について、Ｑｒ＝（Ｑｒｉ＋Ｑｒｏ）／２、Ｑｆ＝（Ｑｆｉ＋Ｑｆｏ）／２、Ｑｔ＝（Ｑｔｉ＋Ｑｔｏ）／２およびＱｂ＝（Ｑｂｉ＋Ｑｂｏ）／２として、同様の関係を求めたものであり、次のような特徴を示している。
【００４２】
１）ＱｆとＱｒとは、Ｆｘ入力時にのみ大きな出力があり、ＦｙおよびＦｚ入力時にはＱｆおよびＱｒはほぼ０である。ただし、Ｆｙ入力の高荷重域（５〜１０ｋＮ）では、ＱｆとＱｒとが同符号である若干の出力がある。このため、Ｆｙ入力に対しては、｜Ｑｒ＋Ｑｆ｜＞｜Ｑｒ−Ｑｆ｜≒０となり、ＦｘをＱｒだけまたはＱｆだけから求めるのではなく、Ｆｘ＝Ｑｒ−Ｑｆとして求めることにより、クロストークをほとんどなくすことができる。
【００４３】
２）ＱｔとＱｂとは、いずれも、Ｆｙ入力時およびＦｚ入力時に大きな出力があり、互いにクロストークとなっている。ただし、Ｆｚ入力時、Ｑｔ＋Ｑｂ≒０の関係がある。したがって、Ｆｙ＝Ｑｔ＋Ｑｂとして求めることで、Ｆｙ検出時のＦｚによるクロストークを排除することができる。
【００４４】
３）Ｆｙ入力に対しては、Ｑｔ≒Ｑｂが成り立っているので、Ｆｚ＝Ｑｔ−Ｑｂにより、Ｆｚ検出時のＦｙによるクロストークを排除することができる。
【００４５】
こうして、上記式１から式３までが得られ、図７は、これらの式１〜式３で計算した結果を示している。ここで、Ｆｙ入力ｖｓＦｙ出力における低荷重域では、Ｆｙ入力時のＦｙ出力が非直線的になっているが、これに対しては、近似式を作成することでＦｙの適正な算出が可能である。また、Ｆｙ入力ｖｓＦｚ出力における高荷重域では、若干のクロストークが発生しているが、これは検知可能な範囲である。これら以外のところでは、クロストークの発生がなく、直線性にも優れている。
【００４６】
図７に示されているように、Ｆｙ入力ｖｓＦｙ出力の低荷重域では、歪み量と左右荷重の大きさとが直線関係にないため、玉(5)(6)の近傍に配置されたセンサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)の出力だけからの車体側軌道部材に作用する力の算出は、近似式を用いた難しいものとなっている。これに対し、合わせ面センサ(Stc)(Sbc)は、左右方向の力を直接に受ける部分に配されているので、その歪み量は、図８に示すように、左右荷重に対して直線的であり、これらの合わせ面センサ(Stc)(Sbc)の出力から接地荷重を求める式８を使用することにより、より精度よく左右荷重を求めることができる。なお、合わせ面センサ(Stc)(Sbc)は、前部および後部に設けられてももちろんよいが、頂部、底部、前部および後部の少なくとも１カ所に設けることにより、図８に示す関係に基づいて左右荷重を求めることができる。
【００４７】
なお、図７に示した結果は、オフセット（タイヤの接地中心と２列の転動体の中心とのずれ量）があっても成り立つことが確かめられており、タイヤの接地中心が２列の転動体の中心から外れたとしても、式１〜式７までを使用することにより、タイヤ接地荷重の各分力を適正に求めることができる。
【００４８】
図５から図７までに示した結果から、図１に示したセンサ付き転がり軸受装置において、各センサ(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sfo)(Sri)(Sro)(Stc)(Sbc)の出力を使用することにより、タイヤに作用する前後荷重、左右荷重および垂直荷重のそれぞれが精度よく求められることが分かる。こうして得られた接地荷重の各分力は、車両制御手段に出力され、車両に適正な制御が施される。
【００４９】
上記における合わせ面センサ(Stc)(Sbc)は、内側および外側センサと同時に用いるのではなく、下記に示すように、単独または上記と異なる構成で用いることもできる。
【００５０】
図９は、第２の発明のセンサ付き転がり軸受装置の第１実施形態を示している。
【００５１】
このセンサ付き転がり軸受装置は、ハブユニット（車両用転がり軸受）(1)と、その回転およびタイヤ接地荷重などを検出するセンサ装置(2)とを備えている。
【００５２】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される車体側軌道部材(3)、車輪が取り付けられる車輪側軌道部材(4)、および両部材(3)(4)の間に内外２列に配置された複数の転動体である玉(5)(6)を備えている。
【００５３】
車体側軌道部材(3)は、軸受の内輪（固定輪）機能を有しているもので、外周面に軌道溝が形成されて内列の玉(5)を受ける内側内輪部材(11)および外周面に軌道溝が形成されて外列の玉(6)を受ける外側内輪部材(12)を有している。内側および外側内輪部材(11)(12)は、車体側軸部材(14)に嵌め合わせられてナット(13)により固定されている。
【００５４】
車輪側軌道部材(4)は、軸受の外輪（回転輪）機能を有しており、内周面に２列の軌道溝が形成されて内列および外列の玉(5)(6)を受ける円筒部(15)および車輪を取り付けるための複数のボルト(17)が固定されたフランジ部(16)とを有している。
【００５５】
センサ装置(2)は、内側内輪部材(11)と外側内輪部材(12)との合わせ面の頂部に設けられた頂部合わせ面センサ(7)と、内側内輪部材(11)と外側内輪部材(12)との合わせ面の底部に設けられた底部合わせ面センサ(8)と、これらのセンサ(7)(8)の出力を処理する処理手段（図示略）とを備えている。
【００５６】
各合わせ面センサ(7)(8)は、歪みゲージとされており、各合わせ面センサ(7)(8)が位置させられている内側内輪部材(11)と外側内輪部材(12)との合わせ面は、２列の玉(5)(6)の中心線上に位置させられている。各内輪部材(11)(12)の合わせ面には、センサ(7)(8)を収納する凹部(11a)(12a)が設けられている。内側内輪部材(11)の凹部(11a)の深さと外側内輪部材(12)の凹部(12a)の深さの和は、合わせ面センサ(7)(8)の厚みよりも若干（数μｍ程度）小さくなされており、これにより、初期荷重（予圧）が合わせ面センサ(7)(8)に付与されている。
【００５７】
合わせ面センサ(7)(8)は、左右方向の力を直接に受ける部分に配されているので、その歪み量は、図１１に示すように、左右荷重に対して直線的であり、これらの合わせ面センサ(7)(8)の出力から接地荷重を容易にしかも精度よく求めることができる。しかも、歪ゲージである合わせ面センサ(7)(8)自体は、引張り方向の荷重に対しては出力がゼロで圧縮方向の荷重に対してのみ出力があるものであるが、予圧がセンサ(7)(8)に付与されていることにより、ハブユニットへの負荷が０のときのセンサ出力は、図１１に一点鎖線で示す０点を有しており、引張り荷重に対しては、この出力が一点鎖線で示されている０点よりいくら小さくなるかすなわち予圧量の変化として検出することができる。こうして、２つの内輪部材(11)(12)を突き合わせるという構成と圧縮方向荷重検出専用センサとを利用して、圧縮・引張り両方向の荷重が測定される。
【００５８】
図１０は、第２の発明のセンサ付き転がり軸受装置の第２実施形態を示している。
【００５９】
この実施形態では、内側内輪部材(11)の合わせ面の反対側端面に、引張り方向の荷重に対しては出力がゼロで圧縮方向の荷重に対して出力がある背面センサ(9)(10)がさらに設けられている。合わせ面センサ(7)(8)は、内側内輪部材(11)に設けられた凹部(11b)に収納されており、外側内輪部材(12)の合わせ面は平坦面とされている。そして、内側内輪部材(11)の凹部(11b)の深さは、合わせ面センサ(7)(8)の厚みよりも若干（数μｍ程度）小さくなされており、これにより、初期荷重（予圧）が合わせ面センサ(7)(8)に付与されている。したがって、合わせ面センサ(7)(8)は、図１１に示されているように、引張り荷重を含めた左右荷重を検出することができる。背面センサ(9)(10)は、内側内輪部材(11)の背面に設けられた凹部(11c)に収納されており、この凹部(11c)の深さは、背面センサ(9)(10)の厚みとほぼ同じとされている。合わせ面センサ(7)(8)は、左右荷重の絶対値を検出するものであり、合わせ面センサ(7)(8)だけでは、その方向（左右方向内向きか外向きか）までは分からないが、背面センサ(9)(10)の出力がある場合には、圧縮荷重がかったということで、内向きに荷重かかっていることを知ることができ、背面センサ(9)(10)の出力が０の場合には、荷重が抜けたということで、外向きに荷重かかっていることを知ることができる。こうして、向きを含めた左右荷重が検出される。
【００６０】
なお、上記第２の発明の各実施形態において、合わせ面センサ(7)(8)は、前部および後部を含めた計４カ所に設けられてももちろんよいが、任意の位置１カ所（例えば底部）だけに設けても、左右荷重を求めることができる。計４カ所とした場合には、左右荷重だけでなく、前後荷重やモーメントも求めることができる。こうして得られた接地荷重は、車両制御手段に出力され、車両に適正な制御が施される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１の発明によるセンサ付き転がり軸受装置の１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】センサ装置の処理手段を示すブロック図である。
【図３】式の算出のためのモデルを示す図で、車に作用する荷重を示している。
【図４】各センサに作用する力の方向を模式的に示す図で、図４（ａ）は、図１のａ−ａ線に沿う断面に対応し、図４（ｂ）は、図１のｂ−ｂ線に沿う断面に対応している。
【図５】前後荷重Ｆｘ、左右荷重Ｆｙおよび垂直荷重Ｆｚをそれぞれ別個に付与したときの各センサの出力Ｑｔｉ、Ｑｔｏ、Ｑｂｉ、Ｑｂｏ、Ｑｆｉ、Ｑｆｏ、ＱｒｉおよびＱｒｏを計算で求めた結果を示すグラフである。
【図６】センサの出力をインボード（車両内側）とアウトボード（車両外側）とで平均し、前後荷重Ｆｘ、左右荷重Ｆｙおよび垂直荷重Ｆｚをそれぞれ別個に付与したときの平均出力を求めた結果を示すグラフである。
【図７】式１〜式３で計算した結果を示すグラフである。
【図８】左右荷重と合わせ面センサで得られる歪み量との関係を示すグラフである。
【図９】第２の発明によるセンサ付き転がり軸受装置の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図１０】第２の発明によるセンサ付き転がり軸受装置の第２実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】左右荷重と合わせ面センサで得られる歪み量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６２】
(1)             ハブユニット（車両用転がり軸受）
(2)             センサ装置
(3)             車体側軌道部材
(4)             車輪側軌道部材
(5)(6)          玉（転動体）
(7)(8)          合わせ面センサ
(9)(10)         背面センサ
(11)            内側内輪部材
(11a)(11b)(11c) 凹部
(12)            外側内輪部材
(12a)           凹部
(16)            車体取付け用フランジ部
(Sti)(Sto)(Sbi)(Sbo)(Sfi)(Sbo)(Sri)(Sro)    センサ
(Stc)(Sbc)      合わせ面センサ
【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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