(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、ナックル１６に取付けられて車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受に適用する。外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材は、ナックル１６に取付けるフランジ１ａを有する。このフランジ１ａとナックル１６との間に感圧センサ２１を設ける。【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を備え、ナックルに取付けられて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、
前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、前記ナックルに取付けるフランジを有し、このフランジと前記ナックルとの間に感圧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、前記感圧センサを、前記固定側部材およびナックル間の上部または下部または上下両方に配置したセンサ付車輪用軸受。
【請求項４】
請求項３において、前記感圧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に作用する作用力、または車輪用軸受の予圧量を推定する推定手段を設けたセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
請求項１または請求項２において、前記感圧センサを、前記固定側部材およびナックル間の車両進行方向における前部または後部または前後両方に配置したセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
請求項５において、前記感圧センサの出力によって、車輪用軸受に作用するステアモーメント、または車輪用軸受の予圧量を推定する推定手段を設けた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圧力ゲージを貼り付け、圧力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ため、特許文献１のように外輪に圧力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を備え、ナックルに取付けられて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、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、前記ナックルに取付けるフランジを有し、このフランジと前記ナックルとの間に感圧センサを設けたことを特徴とする。
【０００９】
車両走行に伴い回転側部材に荷重が加わると、転動体を介して固定側部材が変形し、その変形により回転側部材のフランジとナックルに圧力が生じる。この圧力を、フランジとナックル間に設けられた感圧センサで検出する。圧力と荷重等の関係を予め実験やシミュレーションで求めておけば、感圧センサの出力から車輪にかかる荷重や車輪用軸受に作用するステアモーメントを検出することができる。また、この検出した荷重やステアモーメントを自動車の車両制御に使用することができる。ステアモーメントは、車両が曲線進路を走行する際に車両用軸受にかかるモーメントである。
この車輪用軸受は、固定側部材とナックルとの間に感圧センサを設けるため、荷重検出用のセンサを車両にコンパクトに設置できる。また、感圧センサは固定側部材とナックルとに挟まれて保持されるため、感圧センサを固定側部材やナックルに固定するための部材を別途必要とせず、荷重検出用のセンサを容易かつ低コストに設置することができる。
【００１０】
前記固定側部材を外方部材とすることができる。その場合、感圧センサを外方部材のフランジとナックルとの間に設ける。
【００１１】
この発明において、前記感圧センサを、前記固定側部材およびナックル間の上部または下部または上下両方に配置することができる。この場合、感圧センサの出力より、車両にかかる荷重を算出することができる。
【００１２】
前記感圧センサを固定側部材およびナックル間の上部または下部または上下両方に配置する場合、前記感圧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に作用する作用力、または車輪用軸受の予圧量を推定する推定手段を設けると良い。
推定手段によって得られる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自動車の車両制御に使用することにより、きめ細かな車両制御が可能となる。
【００１３】
また、この発明において、前記感圧センサを、前記固定側部材およびナックル間の車両進行方向における前部または後部または前後両方に配置してもよい。この場合、感圧センサの出力より、車輪用軸受に作用するステアモーメントを算出することができる。
【００１４】
前記感圧センサを前記固定側部材およびナックル間の車両進行方向における前部または後部または前後両方に配置する場合、前記感圧センサの出力によって、車輪用軸受に作用するステアモーメント、または車輪用軸受の予圧量を推定する推定手段を設けると良い。
推定手段によって得られる車輪用軸受に作用するステアモーメント、または車輪用軸受の予圧量を自動車の車両制御に使用することにより、きめ細かな車両制御が可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
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を備え、ナックルに取付けられて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、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材は、前記ナックルに取付けるフランジを有し、このフランジと前記ナックルとの間に感圧センサを設けたため、車両にコンパクトに荷重検出用のセンサを容易に設置でき、かつ車輪にかかる荷重を検出できる。また、固定側部材やナックルに固定するための部材を用いずに感圧センサを設置できるため、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】
【００１６】
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。
【００１７】
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、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、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との間の軸受空間の両端は、密封装置７，８によりそれぞれ密封されている。
【００１８】
外方部材１は固定側部材となるものであって、懸架装置から延びるナックル１６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内周に雌ねじが切られた車体取付孔１４が設けられている。フランジ１ａのインボード側の面は平面に形成されており、この平面をナックル１６に接触させて、ナックル１６側から挿入したボルト（図示せず）を前記車体取付孔１４に螺着させることにより、フランジ１ａとナックル１６が締結される。
【００１９】
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。
【００２０】
外方部材１のフランジ１ａおよびナックル１６間の上部には、感圧センサ２１が設けられている。この感圧センサ２１は、ナックル１６のフランジ１ａ側の端面に形成された凹部１６ａに嵌合し、フランジ１ａとナックル１６とで挟み込まれて所定の位置に保持される。このため、固定のための部材を用いずに、容易かつ低コストに設置することができる。
【００２１】
図１に示すように、感圧センサ２１の出力を処理する手段として、作用力推定手段３１および異常判定手段３２が設けられている。これらの手段３１，３２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に電子回路装置（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。
【００２２】
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、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形により外方部材１のフランジ１ａとナックル１６との間に圧力が生じる。その圧力を、フランジ１ａおよびナックル１６間に設けられた感圧センサ２１により測定する。
【００２３】
荷重の方向や大きさによって圧力の変化が異なるため、予め圧力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。前記作用力推定手段３１は、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圧力と荷重の関係から、感圧センサ２１の出力により、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。前記異常判定手段３２は、作用力推定手段３１により算出され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、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できる。また、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、よりきめ細かな車両制御が可能となる。
【００２４】
また、感圧センサ２１の出力から、内輪１０によって車輪用軸受に付加されている予圧の状態を知ることができる。この算出された予圧量を車輪用軸受の組立時に用いることで、同組立時における予圧の調整が容易になる。
【００２５】
この実施形態は、外方部材１のフランジ１ａおよびナックル１６間の上部１箇所だけに感圧センサ２１を設けた構成としているが、図３および図４に示すように、フランジ１ａおよびナックル１６間の上部および下部の２箇所以上に感圧センサ２１を設けた構成としても良い。感圧センサ２１を複数箇所に設けると、より一層精度の高い荷重の検出が可能となる。場合によっては、フランジ１ａおよびナックル１６間の下部１箇所だけに感圧センサ２１を設けた構成としてもよい。
【００２６】
図５および図６は、上記各実施形態とは感圧センサ２１の設置箇所が異なる実施形態を示す。上記各実施形態が、フランジ１ａおよびナックル１６間の上部または下部または上下両方の感圧センサ２１が設けられているのに対し、この実施形態は、フランジ１ａおよびナックル１６間の車両進行方向における前部に感圧センサ２１が配置されている。また、図５に示すように、感圧センサ２１の出力を処理する手段として、上記実施形態における作用力推定手段３１の代わりに、モーメント推定手段３３が設けられている。これ以外は図１および図２の実施形態と同じ構成であるため、同一構成箇所には同一符号を付して表示し、その説明を省略する。
【００２７】
この実施形態の場合も、ハブ輪９に荷重が印加されると、転動体５を介して外方部材１が変形し、その変形により外方部材１のフランジ１ａとナックル１６との間に圧力が生じる。その圧力を、フランジ１ａおよびナックル１６間に設けられた感圧センサ２１により測定する。
【００２８】
この実施形態では、圧力と荷重の関係から、車輪用軸受に作用するステアモーメントを算出することができる。ステアモーメントは、車両が曲線進路を走行する際に車両用軸受にかかるモーメントである。前記モーメント推定手段３３は、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圧力と荷重の関係から、感圧センサ２１の出力により、車輪用軸受に作用するステアモーメントを算出する。これをもとに異常判定手段３２は、車輪用軸受に作用するステアモーメントが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できる。また、リアルタイムで車輪用軸受に作用するステアモーメントを出力すると、よりきめ細かな車両制御が可能となる。
【００２９】
また、この実施形態の場合も、感圧センサ２１の出力から、内輪１０によって車輪用軸受に付加されている予圧の状態を知ることができる。この算出された予圧量を車輪用軸受の組立時に用いることで、同組立時における予圧の調整が容易になる。
【００３０】
この実施形態は、外方部材１のフランジ１ａおよびナックル１６間の車両進行方向における前部１箇所だけに感圧センサ２１を設けた構成としているが、図７に示すように、フランジ１ａおよびナックル１６間の前部および後部の複数箇所に感圧センサ２１を設けた構成としても良い。このように感圧センサ２１を複数箇所に設けると、より一層精度の高いステアモーメントの検出が可能となる。場合によっては、フランジ１ａおよびナックル１６間の後部１箇所だけに感圧センサ２１を設けた構成としてもよい。なお、図７に示す実施形態の断面図は図３と同一表示となるため、図示を省略する。
【００３１】
なお、前記各実施形態では、外方部材１のフランジ１ａとナックル１６との間に感圧センサ２１を単独で配置したが、感圧センサ２１を別の部材に取付け、その部材ごと感圧センサ２１をフランジ１ａとナックル１６との間に配置するようにしてもよい。
【００３２】
また、前記各実施形態では、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車輪用軸受にも適用することができ、その場合、感圧センサ２１は内方部材のフランジとナックルとの間に設ける。
さらに、前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】
【００３３】
【図１】この発明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図である。
【図２】同センサ付車輪用軸受の外方部材と感圧センサとを示す正面図である。
【図３】この発明の異なる実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の断面図である。
【図４】同センサ付車輪用軸受の外方部材と感圧センサとを示す正面図である。
【図５】この発明のさらに異なる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図である。
【図６】同センサ付車輪用軸受の外方部材と感圧センサとを示す正面図である。
【図７】この発明のさらに異なる実施形態にかかるセンサ付車輪用軸受の外方部材と感圧センサとを示す正面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１…外方部材（固定側部材）
１ａ…フランジ
２…内方部材（回転側部材）
３，４…転走面
５…転動体
７，８…密封装置
１６…ナックル
２１…感圧センサ
３１…作用力推定手段
３２…異常判定手段
３３…モーメント推定手段
【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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