(57)【要約】      （修正有）【課題】ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化した駆動車輪用軸受装置において、軸受装置の内部空間の圧力を検出することにより、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させ、かつ正確な車両姿勢制御を行えるようにする。また、軸受装置自体の異常の有無について診断する機能を付加して、常に安全な車両姿勢制御を行えるようにする。【解決手段】内方部材２９と外方部材２１間の両端にシール２５，２６を設ける。中空ステム部４５の内径側に等速自在継手４０の内部空間と外気空間とを遮断する遮断手段５３を設けて、等速自在継手４０の内部空間を密閉空間とする。内方部材２９に、この内方部材２９と外方部材２１間の空間と等速自在継手４０の内部空間とを連通する通気路５４を設ける。内方部材２９と外方部材２１間の空間の圧力を検出する圧力センサ５５を設ける。【選択図】図１
2007218344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化し、等速自在継手の外側継手部材の中空ステム部の外周にハブ輪を嵌合させてこれら外側継手部材とハブ輪とで内方部材を構成し、軸受の複列の内周側軌道面のうち、一方の軌道面をハブ輪に形成し、他方の軌道面を外側継手部材に形成し、複列の外周側軌道面を有する外方部材を設け、対向する軌道面間に転動体を介在させ、前記内方部材と外方部材間の両端にシールを設け、前記中空ステム部の内径側に等速自在継手の内部空間と外気空間とを遮断する遮断手段を設けて、等速自在継手の内部空間を密閉空間とし、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記外側継手部材の中空ステム部とハブ輪の嵌合部を拡径させて、前記凹凸部に食い込ませて加締めることにより、前記外側継手部材とハブ輪とが一体に塑性結合された駆動車輪用軸受装置において、
前記内方部材にこの内方部材と外方部材間の空間と前記等速自在継手の内部空間とを連通する通気路を設け、前記内方部材と外方部材間の空間の圧力を検出する圧力センサを設けたことを特徴とする駆動車輪用軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、前記等速自在継手の外側継手部材、前記外方部材、前記ハブ輪、および外気のうちの少なくとも一つの温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの出力により前記圧力センサの検出値を補正する温度補正手段を設けた駆動車輪用軸受装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記等速自在継手の外側継手部材と前記ハブ輪との接触面間にシール手段を介在させた駆動車輪用軸受装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、前記圧力センサの検出値から設定規則により等速自在継手または軸受の異常を推定し、異常である場合に警報を出力する異常判定手段を設けた駆動車輪用軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等の車輪を回転自在に支持する駆動車輪用軸受装置に関し、特にハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化した形式であって、かつセンサ付きとした第４世代構造の駆動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に設けたものがある。従来の一般的な自動車の走行安定性確保対策は、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定しかつ高精度な車両姿勢制御を行う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、車輪用軸受に作用する荷重を検出するセンサを設けたものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
駆動輪支持用の車輪用軸受装置では、図４に示すように、ハブ輪１０と等速自在継手４０と軸受２０とをユニット化した第４世代型と呼ばれる構成が採用されることがある。これまで第４世代型を始めとする駆動車輪用軸受装置へ直接設置される車輪の回転速度を検出するセンサを除いては、加速度センサ等の車両の姿勢制御に用いられる情報を得るための各種センサは、車体と駆動車輪用軸受装置との間に設けられるサスペンション用バネの上側、いわゆるバネ上の車体側に設けられるのが一般的である。
【０００７】
また、上記第４世代型の車輪用軸受装置において、等速自在継手４０の外側継手部材４１のステム部４５を中空形状とし、このステム部４５をハブ輪１０の内径側に嵌合させた状態でステム部４５を拡径させることにより、ハブ輪１０と等速自在継手４０の外側継手部材４１とを締結する拡径加締形式のものが提案されている（特許文献２）。外側継手部材４１とハブ輪１０との締結構造としては、各種の加締形式のものがあるが、上記拡径加締形式のものは、加締部の緩みが生じ難く、したがって複列の軌道面間の寸法変化による予圧抜けが防止され、軸受の予圧維持に優れるという利点がある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−９８６６号公報
【特許文献２】特開２００２−２５４９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記のように、ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化した駆動車輪用軸受装置では、車両姿勢制御用の各種センサが、いわゆるバネ上の車体側に設けられている。このため、得られる情報にタイムラグが生じ、路面の状況変化等に対する制御システムの応答性を上げることに限界があった。また、駆動車輪用軸受装置内部の詳細な情報、例えば軸受装置の内部空間の圧力等を検出することができず、正確な車両姿勢制御を行うことができなかった。
【００１０】
この発明の目的は、ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化した形式の駆動車輪用軸受装置において、軸受装置の内部空間の圧力を検出することにより、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させ、かつ正確な車両姿勢制御を行うことである。
この発明の他の目的は、軸受装置自体の異常の有無について診断する機能を付加して、常に安全な車両姿勢制御を行えるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の駆動車輪用軸受装置は、ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化し、等速自在継手の外側継手部材の中空ステム部の外周にハブ輪を嵌合させてこれら外側継手部材とハブ輪とで内方部材を構成し、軸受の複列の内周側軌道面のうち、一方の軌道面をハブ輪に形成し、他方の軌道面を外側継手部材に形成し、複列の外周側軌道面を有する外方部材を設け、対向する軌道面間に転動体を介在させ、前記内方部材と外方部材間の両端にシールを設け、前記中空ステム部の内径側に等速自在継手の内部空間と外気空間とを遮断する遮断手段を設けて、等速自在継手の内部空間を密閉空間とし、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記外側継手部材の中空ステム部とハブ輪の嵌合部を拡径させて、前記凹凸部に食い込ませて加締めることにより、前記外側継手部材とハブ輪とが一体に塑性結合された駆動車輪用軸受装置において、前記内方部材にこの内方部材と外方部材間の空間と前記等速自在継手の内部空間とを連通する通気路を設け、前記内方部材と外方部材間の空間の圧力を検出する圧力センサを設けたことを特徴とする。
【００１２】
車両走行に伴い駆動車輪用軸受装置に荷重が加わると、軸受装置各部に変形が生じ、それによって摩擦の増大等により熱が発生する。この熱で軸受内の空気が温度上昇し、軸受の内部圧力が上昇する。内方部材と外方部材間の空間と等速自在継手の内部空間とは通気路を介して連通されているため、両空間の圧力は同一である。したがって、圧力センサにより内方部材と外方部材間の空間の圧力を検出することで、等速自在継手の内部空間の圧力も同時に検出することができる。内方部材と外方部材間の空間および等速自在継手の内部空間の圧力と等速自在継手または軸受の状態との関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、圧力センサの検出出力から、等速自在継手または軸受の状態を把握することができる。
また、前記圧力センサからの情報を用いて車両姿勢制御を行うことができる。圧力センサは軸受装置自体に設けられているため、車体側に設けたセンサで軸受装置の情報を得る場合と異なり、介在物を介することなく軸受装置の情報を得ることができ、かつ軸受装置内部の詳細な情報を得ることができる。そのため、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性が高く、軸受装置内部の詳細な情報に基づく正確な車両姿勢制御を行える。
【００１３】
この発明において、前記等速自在継手の外側継手部材、前記外方部材、前記ハブ輪、および外気のうちの少なくとも一つの温度を検出する温度センサを設け、この温度センサの出力により前記圧力センサの検出値を補正する温度補正手段を設けたものとするのが好ましい。
この構成とすれば、等速自在継手の外側継手部材や外方部材やハブ輪や外気の温度が圧力センサの検出結果に及ぼす影響を除去することができるため、これを等速自在継手または軸受の状態の判定材料や車両姿勢制御に用いることにより、より一層精度の高い等速自在継手または軸受の状態の判定や車両姿勢制御を行える。
【００１４】
前記等速自在継手の外側継手部材と前記ハブ輪との接触面間にシール手段を介在させると好ましい。
等速自在継手の外側継手部材とハブ輪との接触面間にシール手段を介在させると、内方部材と外方部材間の空間および等速自在継手の内部空間の気密性が向上する。
【００１５】
また、前記圧力センサの検出値から設定規則により等速自在継手または軸受の異常を推定し、異常である場合に警報を出力する異常判定手段を設けると良い。
この構成とすれば、等速自在継手または軸受が異常状態となった場合に外部に警報が出力されるため、等速自在継手や軸受の異常に対して迅速に対応することができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明の駆動車輪用軸受装置は、ハブ輪と等速自在継手と軸受とをユニット化し、等速自在継手の外側継手部材の中空ステム部の外周にハブ輪を嵌合させてこれら外側継手部材とハブ輪とで内方部材を構成し、軸受の複列の内周側軌道面のうち、一方の軌道面をハブ輪に形成し、他方の軌道面を外側継手部材に形成し、複列の外周側軌道面を有する外方部材を設け、対向する軌道面間に転動体を介在させ、前記内方部材と外方部材間の両端にシールを設け、前記中空ステム部の内径側に等速自在継手の内部空間と外気空間とを遮断する遮断手段を設けて、等速自在継手の内部空間を密閉空間とし、前記ハブ輪の内周に硬化した凹凸部が形成されると共に、前記外側継手部材の中空ステム部とハブ輪の嵌合部を拡径させて、前記凹凸部に食い込ませて加締めることにより、前記外側継手部材とハブ輪とが一体に塑性結合された駆動車輪用軸受装置において、前記内方部材にこの内方部材と外方部材間の空間と前記等速自在継手の内部空間とを連通する通気路を設け、前記内方部材と外方部材間の空間の圧力を検出する圧力センサを設けたため、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性を向上させ、かつ正確な車両姿勢制御を行うことができる。また、軸受装置内部の圧力と等速自在継手または軸受の状態との関係が精度良く、かつ応答性良く得られ、そのため診断機能を付加することで、軸受装置自体の異常の有無について診断することができて、常に正確で安全な車両姿勢制御を行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
この発明の実施形態を図１および図２と共に説明する。この駆動車輪用軸受装置は、第４世代型の駆動輪支持用の駆動車輪用軸受装置であり、ハブ輪１０と、等速自在継手４０と、軸受２０とをユニット化して構成される。なお、以下の説明では、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呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
【００１８】
ハブ輪１０は、アウトボード側の端部に車輪（図示せず）を取付けるためのフランジ１４を備えており、フランジ１４の円周方向等間隔位置にホイールディスクを固定するためのハブボルト１５を植え込んである。ハブ輪１０のフランジ１４よりもインボード側の外周面に、軸受２０の複列の内周側軌道面のうちのアウトボード側の軌道面２７を形成してある。ハブ輪１０は軸心部に軸方向の貫通孔を有する中空状に形成されている。
【００１９】
等速自在継手４０は、ドライブシャフト５０からのトルクを内側継手部材４２およびトルク伝達ボール４３を介して外側継手部材４１に伝達する（図２参照）。外側継手部材４１の内周部には複数のトラック溝４１ａが形成されている。このトラック溝４１ａと内側継手部材４２の外周部に設けた複数のトラック溝４２ａとの協働で複数のボールトラックが形成され、各ボールトラックにトルク伝達ボール４３を配置することで等速自在継手４０が構成される。各トルク伝達ボール４３は、保持器４４によって同一平面内に保持されている。
【００２０】
外側継手部材４１は、ステム部４５とマウス部４６とからなり、ステム部４５にてハブ輪１０の内周に嵌合している。マウス部４６の肩面４７寄りの外周面に、軸受２０の複列の内周側軌道面のうちのインボード側の軌道面２８を形成してある。マウス部４６の肩面４７がハブ輪１０のインボード側の端面と当接し、これにより、ハブ輪１０と外側継手部材４１の軸方向の位置決めがなされ、かつ、軌道面２７，２８間の寸法が規定される。ステム部４５は、椀状のマウス部４６の底と連通した軸方向の貫通孔４８を設けることによって中空にしてある。
【００２１】
前記中空ステム部４５の内径側には、等速自在継手４０の内部空間と外気空間とをアウトボード側で遮断する遮断手段５１が設けられている。また、図２に示すように、ドライブシャフト５０の外周部と外側継手部材４１の外周部との間には、等速自在継手４０の内部空間と外気空間とをインボード側で遮断する蛇腹状のブーツ５２が設けられている。これにより、等速自在継手４０の内部空間は密閉空間とされている。
【００２２】
外側継手部材４１のステム部４５は、ハブ輪１０に対して、拡径加締めにより締結される。この実施形態の拡径加締めは、事前にハブ輪１０の内周面における一部、例えばアウトボード側の端部に凹凸部３１を形成し、その凹凸部３１を熱処理によって硬化させておき、このように内周面に凹凸部３１が形成されたハブ輪１０の内周に、外側継手部材４１のステム部４５を嵌合し、ステム部４５を内径側から外径側に拡径させることにより、ステム部４５の外周部をハブ輪１０の凹凸部３１に食い込ませて、ハブ輪１０と外側継手部材４１とを締結するものである。ハブ輪１０の内周面における凹凸部３１以外の部分は、ステム部４５の円筒状外周面と密着嵌合する円筒状に形成されている。
【００２３】
前記凹凸部３１の凹凸形状は任意であり、例えばねじ形状やセレーション（スプラインを含む）形状、あるいは互いに平行な複数列の溝同士を交差させたアヤメローレット形状に形成される。これらの中でもアヤメローレットは加締め後のフレッティング（特に軸方向および円周方向のフレッティング）防止に特に有効である。
【００２４】
軸受２０は、ハブ輪１０および外側継手部材４１で構成される内方部材２９と、外方部材２１と、複列の転動体２２とを含む。外方部材２１は車体（図示せず）に取付けるためのフランジ２３を備え、内周面に、前記ハブ輪１０の内周側軌道面２７および前記外側継手部材４１の内周側軌道面２８に対向する複列の外周側軌道面２４を形成してある。そして、内周側軌道面２７，２８と複列の外周側軌道面２４との間に、複列の転動体２２が組み込まれている。ここでは転動体２２としてボールを使用した複列のアンギュラ玉軸受の場合を図示してあるが、重量の嵩む自動車用の駆動車輪用軸受装置の場合には、転動体として円すいころを使用した複列円すいころ軸受を採用する場合もある。内方部材２９と外方部材２１間の両端開口部にはシール２５，２６が装着され、軸受内部に充填したグリースの漏洩ならびに外部からの水や異物の侵入を防止するようになっている。内方部材２９と外方部材２１間の空間は密閉空間となっている。
【００２５】
ハブ輪１０と外側継手部材４１のステム部４５との接触面間５３には、シール手段が介在させてある。このシール手段としては、ハブ輪１０の内周面およびステム部４５の外周面のいずれか、または両方に事前に塗装やコーキング剤の塗布を施しておいてからハブ輪１０とステム部４５を嵌合させることにより前記接触面間５３に形成される皮膜状のものであっても、あるいはＯリング等のように前記接触面間５３の中間部に装入されるものであってもよい。接触面間５３にシール手段を介在させることにより、内方部材２９と外方部材２１間の空間の気密性が向上する。
【００２６】
内方部材２９を構成する外側継手部材４１には、内方部材２９と外方部材２１間の空間と等速自在継手４０の内部空間とを連通する通気路５４が設けられている。この実施形態の場合、通気路５４の位置は、内方部材２９と外方部材２１間の空間における複列の転動体２２の間の部分と、前記中空ステム部４５の貫通孔４８における前記遮断手段５１よりもインボード側の部分とを連通する位置とされている。これにより、内方部材２９と外方部材２１間の空間、および等速自在継手４０の内部空間はいずれも密閉された空間であり、かつ両空間は互いに連通するものとなっている。
【００２７】
また、外方部材２１には、内方部材２９と外方部材２１間の空間の圧力を検出する圧力センサ５５が設けられている。この実施形態の場合、圧力センサ５５の位置は、外方部材２１の内周面における、アウトボード側転動体２２とアウトボード側シール２５との間とされている。この圧力センサ５５は異常判定手段５６に接続されている。異常判定手段５６は、圧力センサ５５の検出値から等速自在継手４０または軸受２０の異常を推定し、異常である場合に警報を出力するものである。
【００２８】
上記構成の駆動車輪用軸受装置の作用を説明する。車両走行に伴い駆動車輪用軸受装置に荷重が加わると、軸受装置各部に変形が生じ、それによって転動体２２と各軌道面２４，２７，２８間やトルク伝達ボール４３とトラック溝４１ａ，４２ａの内面間の摩擦の増大等により熱が発生する。この熱で軸受内の空気が温度上昇し、内方部材２９と外方部材２１間の空間および等速自在継手４０の内部空間の圧力が上昇する。両空間は通気路５４を介して連通しているため、両空間の圧力は同一となる。特に、この実施形態の場合は、外側継手部材４１とハブ輪１０との接触面間５３にシール手段を介在させて、内方部材２９と外方部材２１間の空間の気密性を向上させてあるため、両空間の圧力差を極力小さくできる。
【００２９】
両空間の圧力を圧力センサ５５により検出する。圧力センサ５５の検出値は異常判定手段５６に送られる。異常判定手段５６は、予め定められた設定規則によって、圧力センサ５５の検出値から等速自在継手４０または軸受２０の状態を推定する。上記設定規則は、内方部材２９と外方部材２１間の空間および等速自在継手４０の内部空間の圧力と等速自在継手４０または軸受２０の状態との関係を実験やシミュレーションによって求め、それに基づいて定められた規則である。例えば、圧力センサ５５の検出値が所定の圧力範囲外であると、等速自在継手４０または軸受２０の状態が異常と判定する。そして、異常がある判定された場合は、警報を出力する。
【００３０】
また、前記圧力センサ５５の検出値を車両姿勢制御に利用することができる。圧力センサ５５は軸受装置自体に設けられているため、車体側に設けたセンサで軸受装置の情報を得る場合と異なり、介在物を介することなく軸受装置の情報を得ることができ、かつ軸受装置内部の詳細な情報を得ることができる。そのため、路面の状況変化等に対する車両姿勢制御システムの応答性が高く、軸受装置内部の詳細な情報に基づく正確な車両姿勢制御を行える。
【００３１】
図３は異なる実施形態を示す。この実施形態は、前記実施形態に対して、温度補正用に以下の各温度センサを設けたものである。第１の温度センサ６１は、外方部材２１のインボード側の端面に取付けられた非接触式輻射熱温度計で、外側継手部材４１の温度を検出する。第２の温度センサ６２は、外方部材２１の内周面におけるインボード側の転動体２２とインボード側のシール２６との間に取付けられたもので、外方部材２１の温度を検出する。第３の温度センサ６３は、外方部材２１の内周面におけるアウトボード側の転動体２２とアウトボード側のシール２５との間に取付けられた非接触式輻射熱温度計で、ハブ輪１０の温度を検出する。第４のセンサ６４は、外方部材２１の外周面に取付けられたもので、外気温を検出する。
【００３２】
第１および第３の温度センサ６１，６３を非接触式輻射熱式温度計とすることにより、第１および第３の温度センサ６１，６３を軸受２０の固定側である外方部材２１に設けることが可能である。それによって、振動等の影響を受けることが少なく外側継手部材４１およびハブ輪１０の温度を検出することができ、また検出値を軸受装置の外部に取り出すことが容易となっている。
【００３３】
上記各温度センサ６１，６２，６３，６４の出力は温度補正手段６５に送られる。温度補正手段６５は、各温度センサ６１，６２，６３，６４の出力から、温度上昇に伴う圧力上昇を予測して、圧力センサ５５の検出値に対する温度補正値を演算する。異常判定手段５６では、上記温度補正値で補正された温度センサ５５の検出値により、等速自在継手４０または軸受２０の状態を推定する。そして、その補正された圧力センサ５５の検出値が所定の圧力範囲外であると、等速自在継手４０または軸受２０の状態が異常と判定し、警報を出力する。
【００３４】
このように温度補正を行うことにより、等速自在継手４０の外側継手部材４１や外方部材２１やハブ輪１０や外気の温度が圧力センサ５５の検出結果に及ぼす影響を除去することができるため、これを等速自在継手４０または軸受２０の状態の判定材料や車両姿勢制御に用いることにより、より一層精度の高い等速自在継手または軸受の状態の判定や車両姿勢制御を行える。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施形態にかかる駆動車輪用軸受装置の断面図に制御系のブロック図を組み合わせて表示した図である。
【図２】この発明の実施形態にかかる駆動車輪用軸受装置および等速自在継手の断面図である。
【図３】この発明の異なる実施形態にかかる駆動車輪用軸受装置の断面図に制御系のブロック図を組み合わせて表示した図である。
【図４】従来の駆動車輪用軸受装置の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…ハブ輪
２０…軸受
２１…外方部材
２２…転動体
２４…外周側軌道面
２５，２６…シール
２７，２８…内周側軌道面
２９…内方部材
３１…凹凸部
４０…等速自在継手
４１…外側継手部材
４２…内側継手部材
４３…トルク伝達ボール
４４…保持器
４５…ステム部
５０…ドライブシャフト
５１…遮断手段
５２…ブーツ
５３…接触面間
５４…通気路
５５…圧力センサ
５６…異常判定手段
６１…第１の温度センサ
６２…第２の温度センサ
６３…第３の温度センサ
６４…第４の温度センサ
６５…温度補正手段
【図１】
2007218344.tif 000003
【図２】
2007218344.tif 000004
【図３】
2007218344.tif 000005
【図４】
2007218344.tif 000006