(57)【要約】【課題】  車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を検出でき、量産時のコストが安価となる車輪用軸受装置を提供する。【解決手段】  この車輪用軸受装置は、外方部材１と内方部材２の転走面３，４間に複列の転動体５を介在させたものであり、車体に対して車輪を回転自在に支持する。外方部材１および内方部材２のうちの固定側の部材を、懸架装置を構成するナックル１２に固定するボルト１３に、このボルト１３の歪みを検出する歪みセンサ１４を設ける。この歪みセンサ１４の出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段１５を設ける。【選択図】      図１
2007155609.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、この外方部材の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装置において、
前記外方部材および内方部材のうちの固定側の部材を、懸架装置を構成するナックルに固定するボルトに、このボルトの歪みを検出する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段を設けたことを特徴とする車輪用軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、前記歪みセンサが、前記ボルトの軸方向歪みを検出するものである車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１において、前記歪みセンサが、前記ボルトの周方向歪みを検出するものである車輪用軸受装置。
【請求項４】
請求項１において、前記歪みセンサが、前記ボルトの曲げ歪みを検出するものである車輪用軸受装置。
【請求項５】
請求項１において、前記歪みセンサが、前記ボルトのせん断歪みを検出するものである車輪用軸受装置。
【請求項６】
請求項１において、前記歪みセンサが、前記ボルトに作用する軸力を検出するものである車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車輪にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵した車輪用軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の安全走行のために、各車輪の回転速度を検出するセンサを車輪用軸受装置に設けたものがある。従来の一般的な自動車の走行安全性確保対策は、各部の車輪の回転速度を検出することで行われているが、車輪の回転速度だけでは十分でなく、その他のセンサ信号を用いてさらに安全面の制御が可能なことが求められている。
そこで、車両走行時に各車輪に作用する荷重から姿勢制御を図ることも考えられる。例えばコーナリングにおいては外側車輪に大きな荷重がかかり、また左右傾斜面走行では片側車輪に、ブレーキングにおいては前輪にそれぞれ荷重が偏るなど、各車輪にかかる荷重は均等ではない。また、積載荷重不均等の場合にも各車輪にかかる荷重は不均等になる。このため、車輪にかかる荷重を随時検出できれば、その検出結果に基づき、事前にサスペンション等を制御することで、車両走行時の姿勢制御（コーナリング時のローリング防止、ブレーキング時の前輪沈み込み防止、積載荷重不均等による沈み込み防止等）を行うことが可能となる。しかし、車輪に作用する荷重を検出するセンサの適切な設置場所がなく、荷重検出による姿勢制御の実現が難しい。
また、今後ステアバイワイヤが導入されて、車軸とステアリングが機械的に結合しないシステムになってくると、車軸方向荷重を検出して運転手が握るハンドルに路面情報を伝達することが求められる。
このような要請に応えるものとして、車輪用軸受の外輪に歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受装置が提案されている（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特表２００３−５３０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
車輪用軸受装置の外輪は、転走面を有し強度が求められる部品であって、塑性加工や、旋削加工、熱処理、研削加工などの複雑な工程を経て生産される軸受部品であるため、特許文献１のように外輪に歪ゲージを貼り付けるのでは、生産性が悪く、量産時のコストが高くなるという問題点がある。
【０００４】
この発明の目的は、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を検出でき、量産時のコストが安価となる車輪用軸受装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の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装置において、前記外方部材および内方部材のうちの固定側の部材を、懸架装置を構成するナックルに固定するボルトに、このボルトの歪みを検出する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段を設けたことを特徴とする。
車両走行に伴いこの車輪用軸受装置に荷重が加わると、前記外方部材および内方部材のうちの固定側の部材と前記ナックルとの間に力が生じる。この力は前記固定側の部材とナックルを結合するボルトに歪みをもたらす。その歪みをボルトに設けられた歪みセンサが検出する。荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なることから、前記荷重計算手段には、予め実験やシュミレーションにより求めた歪みと荷重の関係のデータを用意しておく。これにより、歪みセンサの出力を受けて、荷重計算手段は、車輪に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を算出することができる。この算出した外力または作用力を自動車の車両制御に使用することができる。
また、外方部材および内方部材のうちの固定側の部材をナックルに固定するボルトに歪みセンサを設けているので、荷重センサとなる歪みセンサを車両にコンパクトに設置でき、量産性に優れ、量産時のコストが安価となる。
【０００６】
この発明において、前記歪みセンサが、前記ボルトの軸方向歪みを検出するものであっても、前記ボルトの周方向歪みを検出するものであっても良く、また、前記ボルトの曲げ歪みを検出するものであっても、前記ボルトのせん断歪みを検出するものであっても、前記ボルトに作用する軸力を検出するものであっても良い。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、この外方部材の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装置において、前記外方部材および内方部材のうちの固定側の部材を、懸架装置を構成するナックルに固定するボルトに、このボルトの歪みを検出する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段を設けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を検出でき、量産時のコストが安価となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明の一実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この車輪用軸受装置は、複列外向きアンギュラ玉軸受型の自動車用ホイール軸受となるものであり、かつ従動輪支持用の例である。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外側寄りとなる側をアウトボード側と言い、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
この車輪用軸受装置は、図１に示すように、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、この外方部材１の各転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、これら転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持するようにしたものである。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。外方部材１と内方部材２の間の軸受空間の両端は、シール７，８によりそれぞれ密封されている。
【０００９】
内方部材２は回転側の部材となるものであって、アウトボード側の端部付近の外周に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。ハブフランジ９ａには、ブレーキロータを介して車輪（いずれも図示せず）がハブボルト１１で取付けられる。ハブ輪９のインボード側の端部は、内輪１０の幅面を押し付けるフランジ状の加締部９ｂとされており、この加締部９ｂにより内輪１０が軸方向に締め付け固定される。
【００１０】
外方部材１は固定側の部材となるものであって、車体の懸架装置を構成するナックル１２に取付けるフランジ１ａを外周に有し、全体が一体の部品とされている。前記ナックル１２の取付孔１２ａを貫通し前記フランジ１ａのねじ孔１ａａに螺合するナックルボルト１３により、外方部材１のフランジ１ａがナックル１２に固定される。
【００１１】
図２は、前記ナックルボルト１３の一例の平面図を示す。このナックルボルト１３の軸部１３ｂの一部には平坦部１３ｃが形成されており、その平坦部１３ｃ上にナックルボルト１３の歪みを検出する歪みセンサ１４が設けられている。この歪みセンサ１４は、車体側に設けられた図１に示す荷重計算手段１５に接続される。荷重計算手段１５は、歪みセンサ１４の出力によって、車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する手段である。
歪みセンサ１４は、前記ナックルボルト１３の軸方向歪みを検出するものであっても、前記ナックルボルト１３の周方向歪みを検出するものであっても良く、また、前記ナックルボルト１３の曲げ歪みを検出するものであっても、前記ナックルボルト１３のせん断歪みを検出するものであっても、前記ナックルボルト１３に作用する軸力を検出するものであっても良い。
【００１２】
前記ナックルボルト１３は、この他に図３に縦断面図で示すように、ボルト頭部１３ａから軸部１３ｂの中間部に渡り軸方向に延びる孔１６を形成し、この孔１６内に歪みセンサ１４を配置しても良い。さらには、ナックルボルト１３における歪みセンサ１４の配置形態として、図２の配置例と図３の配置例の両方を併用しても良い。
なお、ナックルボルト１３における歪みセンサ１４の好適な配置位置は、検出したい荷重の種類によって異なるが、１つのナックルボルト１３に複数のセンサ配置形態を適用すれば、あらゆる種類の荷重を１つのナックルボルト１３で検出することも可能となる。
また、前記ナックルボルト１３は、外方部材１のフランジ１ａをナックル１２に固定するために、これら両部材の周方向の複数箇所に設けられるので、それぞれのナックルボルト１３に歪みセンサ１４を配置することとすれば、より精度の高い荷重検出が可能となる。
【００１３】
この構成の車輪用軸受装置によれば、車両走行に伴い荷重が加わると、外方部材１のフランジ１ａとナックル１２との間に力が生じる。この力はフランジ１ａおよびナックル１２の両部材を結合するナックルボルト１３に歪みをもたらし、その歪みをナックルボルト１３に設けられた歪みセンサ１４が検出する。荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なるため、前記荷重計算手段１５には、予め実験やシュミレーションにより求めた歪みと荷重の関係のデータが用意されている。これにより、荷重計算手段１５は、歪みセンサ１４の出力を受けて、車輪に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を算出することができる。
また、外方部材１のフランジ１ａとナックル１２とを結合するナックルボルト１３に歪みセンサ１４を設けているので、荷重センサである歪みセンサ１４を車両にコンパクトに設置でき、量産性に優れ、量産時のコストが安価となる。
また、荷重計算手段１５は、算出する車輪に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力が所定の許容値を超えたと判断される場合に外部に異常信号を出力することで、自動車の車両制御に使用することができる。さらに、上記車輪に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を、リアルタイムで荷重計算手段１５から出力することにより、よりきめ細やかな車両制御が可能となる。
【００１４】
なお、この実施形態では、外方部材１が固定側の部材となる内輪回転タイプの車輪用軸受装置に適用した場合を例示したが、内方部材が固定側の部材となる外輪回転タイプの車輪用軸受装置に適用しても、上記と同様の効果を得ることができる。外輪回転タイプの場合、例えば、内方部材に形成されるフランジを、ナックルに結合するナックルボルトに歪みセンサを設けるものとしても良い。                                              
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。
【図２】同車輪用軸受装置におけるナックルボルトの一例の平面図である。
【図３】ナックルボルトの他の例の縦断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１…外方部材
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
１２…ナックル
１３…ナックルボルト
１４…歪みセンサ
１５…荷重計算手段
【図１】
2007155609.tif 000003
【図２】
2007155609.tif 000004
【図３】
2007155609.tif 000005