(57)【要約】【課題】  車両にコンパクトに荷重検出用の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センサ付車輪用軸受を提供する。【解決手段】  外方部材１と内方部材２の間に複列の転動体３を介在させ、軸受空間１７の両端に密封手段７，８を備える。密封手段７，８は、外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材である外方部材１に取付けられて内方部材２にシールリップ７ｃ，８ｃで接する弾性部材７ｂ，８ｂを有する。前記いずれかの密封手段７，８におけるシールリップ７ｃ，８ｃに、このシールリップ７ｃ，８ｃの歪みを測定する歪みセンサ２２を貼付ける。【選択図】        図１
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【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を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、前記外方部材と内方部材間の端部を密封する密封手段とを備え、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、
前記密封手段が、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付けられて回転側部材にシールリップで接する弾性部材を有し、前記シールリップに、このシールリップの歪みを測定する歪みセンサ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、前記固定側部材が外方部材であるセンサ付車輪用軸受。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記密封手段の前記弾性部材は、回転側部材に設けられたスリンガに接するものである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】
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。
【０００３】
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片寄るなど、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。
【０００４】
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。
【０００５】
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ゲージを貼り付け、歪を検出するようにした車輪用軸受が提案されている（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】
【０００６】
車輪用軸受の外輪は、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。そのため特許文献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。
【０００７】
この発明の目的は、車両にコンパクトに荷重検出用の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】
【０００８】
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、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、前記外方部材と内方部材間の端部を密封する密封手段とを備え、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、前記密封手段が、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付けられて回転側部材にシールリップで接する弾性部材を有し、前記シールリップに、このシールリップの歪みを測定する歪みセンサを設けたことを特徴とする。
この発明において、例えば、外方部材が固定側部材、内方部材が回転側部材の場合、歪みセンサが設けられるシールリップを有する弾性部材は外方部材に取付けられる。また、前記密封手段の前記弾性部材は、回転側部材に設けられたスリンガに接するものとすることができる。
【０００９】
上記構成において、車両走行に伴い回転側部材に荷重が加わると、内方部材と外方部材との間に相対変位が生じる。この変位は密封手段における固定側部材との接触部位であるシールリップに歪みをもたらす。シールリップに設けられた歪みセンサは、このシールリップの歪みを検出する。歪みと荷重の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、歪みセンサの出力から車輪にかかる荷重等を検出することができる。すなわち、前記歪みセンサの出力によって、車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力、または車輪用軸受の予圧量を推定することができる。また、この検出した荷重等を自動車の車両制御に使用することが出来る。
このセンサ付車輪用軸受は、固定側部材に取付けられる弾性部材のシールリップに歪みセンサを取付けるので、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。密封手段は車輪用軸受に必要であり、また簡易な部品であるため、これに歪みセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
【発明の効果】
【００１０】
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、この外方部材の転走面と対向する転走面を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、前記外方部材と内方部材間の端部を密封する密封手段とを備え、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、前記密封手段が、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材に取付けられて回転側部材にシールリップで接する弾性部材を有し、前記シールリップに、このシールリップの歪みを測定する歪みセンサを設けたものであるため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できる。また、密封手段は車輪用軸受に必要であり、また簡易な部品であるため、これに歪みセンサを取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明の第１の実施形態を図１および図２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。
このセンサ付車輪用軸受は、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、複列のアンギュラ型玉軸受とされていて、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、各転走面３，４は接触角が外向き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１７の両端は、密封手段７，８によりそれぞれ密封されている。
【００１２】
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。フランジ１ａには、周方向の複数箇所に車体取付孔１４が設けられている。
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、ホイールおよび制動部品（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。
【００１３】
インボード側の密封手段８には、歪みセンサ２２が設けられている。
図２に拡大して示すように、インボード側の密封手段８は、芯金付きシール２１とスリンガ８ｄとでなる組み合わせシールとされる。スリンガ８ｄは、円筒部８ｄａおよびこの円筒部８ｄａの一端から外径側へ延びる立板部８ｄｂからなる断面Ｌ字状の金属板からなり、円筒部８ｄａで内方部材２における内輪１０の外周面に圧入状態に嵌合している。芯金付きシール２１は、外方部材１の内周面に圧入嵌合する芯金８ａと、この芯金８ａに接着等で一体化されたゴム等の弾性部材８ｂからなる。弾性部材８ｂは、スリンガ８ｄに先端が接する複数のシールリップ８ｃ（８ｃ1 〜８ｃ3 ）を有する。図示の例では、シールリップ８ｃは、スリンガ８ｄの立板部８ｄｂに接するサイドリップとなる１枚のシールリップ８ｃ1 と、円筒部８ｄａの外周に接するラジアルリップとなる２枚のシールリップ８ｃ2 ，８ｃ3 との合計３枚が設けられている。ラジアルリップとなる２枚のシールリップ８ｃ2 ，８ｃ3 は、１枚が軸受空間の内側を向き、他の１枚が軸受空間の外側を向いており、その内側を向くシールリップ８ｃ3 は、グリース漏れ防止用のものとされる。他の各シールリップ８ｃ2 ，８ｃ1 は、塵埃や水の侵入を防止するものでなる。
【００１４】
歪みセンサ２２は、この例ではサイドリップとなるシールリップ８ｃ1 に貼り付けられている。歪みセンサ２２の取付けは、貼り付けに限らず、埋め込み状態としても良い。歪みセンサ２２は、シールリップ８ｃ1 の円周方向の複数箇所に等配され、この例では、車輪用軸受の上下と左右に対応する４箇所に設けられている。
【００１５】
なお、スリンガ８ｄには、その立板部８ｄｂのインボード側面に、円周方向に交互に磁極を有する多極磁石からなる回転検出用の磁気エンコーダ１６が設けられている。磁気エンコーダ１６に対向して、外方部材１に磁気センサ（図示せず）が取付けられる。
【００１６】
歪みセンサ２２の出力を処理する手段として、外力計算手段３１、路面作用力計算手段３２、軸受予圧量計算手段３３、および異常判定手段３４が設けられている。これら各手段３１〜３４は、この車輪用軸受の外方部材１等に取付けられた回路基板等の電子回路装置（図示せず）に設けられたものであっても、また自動車の電気制御ユニット（ＥＣＵ）に設けられたものであっても良い。
【００１７】
上記構成のセンサ付車輪用軸受の作用を説明する。ハブ輪９に荷重が印加されると、外方部材１と内方部材２との間に相対変位が生じる。この変位は、密封手段８を構成する弾性部材８ｂのスリンガ８ｄとの接触部位であるシールリップ８ｃ1 に歪みをもたらす。シールリップ８ｃ1 に設けられた歪みセンサ２２はシールリップ８ｃの歪みを検出する。予め歪みと荷重の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受に作用する外力、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。外力計算手段３１および路面作用力計算手段３２は、それぞれ、このように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておいた歪みと荷重の関係から、歪みセンサ２２の出力により、車輪用軸受に作用する外力およびタイヤと路面間の作用力をそれぞれ算出する。
【００１８】
異常判定手段３４は、このように算出した車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力が、設定された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。この異常信号を、自動車の車両制御に使用することが出来る。
また、外力計算手段３１および路面作用力計算手段３２により、リアルタイムで車輪用軸受に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を出力すると、よりきめ細やかな車両制御が可能となる。
【００１９】
また、車輪用軸受は内輪１０によって予圧が付加されるが、その予圧によってもシールリップ８ｃは変形する。このため、予め歪みと予圧の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、車輪用軸受の予圧の状態を知ることが出来る。軸受予圧量計算手段３３は、上記のように実験やシミュレーションにより予め求めて設定しておいた歪みと予圧の関係から、歪みセンサ２２の出力により、軸受予圧量を出力する。また、軸受予圧量計算手段３３から出力される予圧量を用いることで、車輪用軸受の組立時における予圧の調整が容易になる。
【００２０】
この構成のセンサ付車輪用軸受は、固定側部材である外方部材１に取付けられる密封手段８における弾性部材８のシールリップ８ｃ1 に歪みセンサ２２を取付けたので、車両にコンパクトに荷重センサ２２を設置できる。密封手段８は車輪用軸受に必要であり、また簡易な部品であるため、これに歪みセンサ２２を取付けることで、量産性に優れたものとでき、コスト低下が図れる。
【００２１】
図３は第２の実施形態における歪みセンサ取付部付近の拡大断面図である。この実施形態では、アウトボード側の密封手段７に歪みセンサ２２が設けられている。
アウトボード側密封手段７は、外方部材１の内周に嵌合固定された芯金７ａと、この芯金７ａに接着等で一体化された弾性部材７ｂとよりなる芯金付きシールで構成される。弾性部材７ｂは、内方部材２の周面に先端が接する複数のシールリップ７ｃ（７ｃ1 〜７ｃ3 ）を有する。
これらシールリップ７ｃ1 〜７ｃ3 は、ハブ輪９におけるハブフランジ９ａへの立ち上がり部の周面、立ち上がり途中部分の周面、および転走面４の付近の周面にそれぞれ弾性的に接する。これら複数のシールリップ７ｃ1 〜７ｃ3 のうち、軸受空間に対して最も外側のシールリップ７ｃ1 に、歪みセンサ２２が貼り付けられている。この実施形態におけるその他の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００２２】
この実施形態において、ハブ輪９に荷重が負荷されると、外方部材１と内方部材（ハブ輪９）２との間に相対変位が生じる。この変位は、弾性部材７のハブ輪９との接触部位であるシールリップ７ｃに歪みをもたらす。シールリップ７ｃに設けられた歪みセンサ２２はシールリップ７ｃの歪みを検出する。従って、予め歪みと荷重の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、上記同様、車輪用軸受に作用する外力、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、車輪用軸受はハブ輪９によって予圧が付加されるが、その予圧によってもシールリップ７ｃは変形する。このため、予め歪みと予圧の関係を実験やシミュレーションにて求めておけば、上記同様車輪用軸受の予圧の状態を知ることが出来る。
【００２３】
なお、前記実施形態では、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センサ付車輪用軸受にも適用することができ、その場合、前記歪みセンサは内方部材の外周に嵌合固定される弾性部材のシールリップであって外方部材に接するシールリップに取付けられる。
また、上記各実施形態では第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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の第１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説明図である。
【図２】同要部の拡大断面図である。
【図３】第２の実施形態にかかる要部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１…外方部材（固定側部材）
２…内方部材（回転側部材）
３，４…転走面
５…転動体
７，８…密封手段
７ｂ，８ｂ…弾性部材
７ｃ，７ｃ1 〜７ｃ3 …シールリップ
７ｃ，８ｃ1 〜８ｃ3 …シールリップ
８ｄ…スリンガ
１７…軸受空間
２２…歪みセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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