(57)【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、上記転走面と対向する転走面を外周に形成した内方部材と、両部材の対向する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において、
上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置された２つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも１対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される２つの接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、このセンサユニットの前記２つの接触固定部は互いに前記固定側部材の円周方向における同位相の位置に配置し、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設け、さらに車輪用軸受に作用するコーナリング力を検出するコーナリング力検出センサを設け、前記推定手段は、前記センサユニット対における２つの出力信号の差分から、前記コーナリング力検出センサの出力信号分を分離して、車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重または駆動力となる荷重を推定する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、前記センサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに配置し、前記推定手段は、前記２つのセンサユニットのセンサの出力信号から車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重を推定することを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項３】
請求項１において、前記センサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して前後位置となる前記固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置し、前記推定手段は、前記２つのセンサユニットのセンサの出力信号から駆動力となる荷重を推定することを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【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、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、前記コーナリング力検出センサは、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有するセンサユニットを、前記固定側部材に取付けてなり、前記歪み発生部材は固定側部材に接触して固定される２つの接触固定部を有し、これら接触固定部のうち１つの接触固定部が前記フランジの側面に固定され、他の１つの接触固定部が前記固定側部材の外径面に固定されることを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項において、前記センサユニット対の２つのセンサユニットにおける２つの接触固定部のうちの１つの接触固定部は、前記複列の転走面のうちのアウトボード側の転走面の周辺となる軸方向位置に、他の１つの接触固定部は前記１つの接触固定部よりもさらにアウトボード側に配置したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記センサユニット対の２つのセンサユニットの前記歪み発生部材は切欠き部を有し、前記切欠き部の周辺に前記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７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、このフランジの円周方向複数箇所にボルト孔が設けられ、前記フランジは各ボルト孔が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片とされ、前記センサユニット対の２つのセンサユニットは、それぞれ隣合う前記突片の間の中央に配置したことを特徴とするセンサ付車輪用軸受。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記推定手段は、２つのセンサユニットのセンサの各出力信号の差分を、前記各出力信号の絶対値、および前記各出力信号の平均値、および前記各出力信号の振幅のうちの、少なくともいずれか１つにより算出するものであることを特徴とす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】
自動車の各車輪にかかる荷重を検出する技術として、車輪用軸受の外輪フランジの外径面の歪みを検出することにより荷重を検出するセンサ付車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献１）。また、固定輪のフランジ部と外径部にわたってＬ字型部材からなる歪み発生部材を取付け、その歪み発生部材の一部に歪みゲージを貼り付けた車輪用軸受が提案されている（例えば特許文献２）。
【特許文献１】特開２００２−０９８１３８号公報
【特許文献２】特開２００６−０７７８０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示の技術では、固定輪のフランジ部の変形により発生する歪みを検出している。しかし、固定輪のフランジ部の変形には、フランジ面とナックル面の間に、静止摩擦力を超える力が作用した場合に滑りが伴うため、繰返し荷重を印加すると、出力信号にヒステリシスが発生するといった問題がある。
例えば、車輪用軸受に対してある方向の荷重が大きくなる場合、固定輪フランジ面とナックル面の間は、最初は荷重よりも静止摩擦力の方が大きいため滑らないが、ある大きさを超えると静止摩擦力に打ち勝って滑るようになる。その状態で荷重を小さくしていくと、やはり最初は静止摩擦力により滑らないが、ある大きさになると滑るようになる。その結果、この変形が生じる部分で荷重を推定しようとすると、出力信号に図１０のようなヒステリシスが生じる。
また、特許文献２に開示の技術においても、Ｌ字型部材からなる歪み拡大機構のフランジ面に固定されている部位が、フランジ面とナックル面の滑りの影響を受けるため、上記と同様の問題が生じる。
また、車輪用軸受に作用する上下方向の荷重Ｆz を検出する場合、荷重Ｆz に対する固定輪変形量が小さいため歪み量も小さく、上記した技術では検出感度が低く、荷重Ｆz を精度良く検出できない。
【０００４】
そこで、本発明者等は、上記課題を解決するものとして、以下の構成としたセンサ付車輪用軸受を開発した。このセンサ付車輪用軸受における車輪用軸受は、複列の転走面が内周に形成された外方部材と、上記転走面と対向する転走面を外周に形成した内方部材と、両部材の対向する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。上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面には、この外径面に接触して固定される２つの接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有するセンサユニットを設ける。このセンサユニットの前記２つの接触固定部は、互いに前記固定側部材の円周方向における同位相の位置に配置する。
【０００５】
このように、センサユニットにおける歪み発生部材の２つの接触固定部を、前記固定側部材の外径面に対して円周方向に同位相として固定すると、歪み発生部材に歪みが集中しやすくなり、それだけ感度が向上する。また、センサユニットは、ヒステリシスの主な原因となる車体取付用フランジの突片に固定していないので、センサの出力信号に生じるヒステリシスが小さくなる。
【０００６】
しかし、このような構成の場合、荷重の変化に対して出力信号の変化が小さく、温度やノイズ等に起因して出力信号に生じるドリフトにより検出誤差が大きくなる。その結果、車輪用軸受に複合荷重（例えばコーナリング力Ｆy と垂直方向荷重Ｆz ）が印加した状態では、各方向の荷重をそれぞれ算出することが困難である。
【０００７】
この発明の目的は、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出でき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、上記転走面と対向する転走面を外周に形成した内方部材と、両部材の対向する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において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置された２つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも１対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される２つの接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、このセンサユニットの前記２つの接触固定部は互いに前記固定側部材の円周方向における同位相の位置に配置し、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設けたことを特徴とする。
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材（例えば外方部材）にも荷重が印加されて変形が生じる。荷重の印加に伴い外方部材に生じる変形量が軸方向の各位置で異なるが、ここでは、センサユニット対の２つのセンサユニットにおける歪み発生部材の２つの接触固定部が、外方部材の円周方向における互いに同位相の位置に固定されているので、外方部材の歪みが歪み発生部材に集中して伝達されることになり、その歪みがセンサで感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。  また、推定手段は、センサユニット対の２つのセンサユニットの出力信号の差分より、車輪用軸受に作用する荷重を推定するので、各センサユニットの出力信号に温度やノイズによるドリフトがある場合でも、ドリフトの影響をキャンセルもしくは低減できる。
また、荷重方向付近に設置したセンサユニットでは荷重が増加するに従って歪み量も大きくなるが、反荷重方向に設置したセンサユニットでは荷重が増加するに従って歪み量も小さくなる。そのため、２つのセンサユニットの出力信号の差分をとることにより、傾きの大きい出力信号を得ることができる。
また、ある方向への荷重が大きくなると、転動体と転走面が接触している部分と接触していない部分とが外方部材の円周方向に１８０度の位相差で現れるため、その方向に合わせて２つのセンサユニットを１８０度の位相差で配置すると、どちらか一方のセンサユニットに転動体から外方部材を経て必ず荷重が伝達されるので、荷重をセンサユニットで確実に検出できる。
これらのことから、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出できる。
【０００９】
この発明において、前記センサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して上下位置となる前記固定側部材の外径面の上面部と下面部とに配置し、前記推定手段は、前記２つのセンサユニットのセンサの出力信号から車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重を推定するようにしても良い。この構成の場合、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、垂直方向にかかる荷重Ｆz を正確に検出できる。      
【００１０】
この発明において、前記センサユニット対の２つのセンサユニットは、タイヤ接地面に対して前後位置となる前記固定側部材の外径面の右面部と左面部とに配置し、前記推定手段は、前記２つのセンサユニットのセンサの出力信号から駆動力となる荷重を推定するようにしても良い。この構成の場合、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、駆動力となる荷重Ｆx を正確に検出できる。
【００１１】
さらに車輪用軸受に作用するコーナリング力を検出するコーナリング力検出センサを設け、前記推定手段は、前記センサユニット対における２つの出力信号の差分から、前記コーナリング力検出センサの出力信号分を分離して、車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重または駆動力となる荷重を推定する。
コーナリング力Ｆy に対しては、固定側部材外径面の変形が大きいため、垂直方向の荷重Ｆz や駆動力による荷重Ｆx の影響を受けずに、コーナリング力検出センサでコーナリング力Ｆy のみを検出できる。一方、垂直方向の荷重Ｆz や駆動力による荷重Ｆx は、コーナリング力Ｆy の影響を受けやすいため、センサユニット対における２つの出力信号の差分から、前記コーナリング力検出センサの出力信号分を分離すると、コーナリング力Ｆy の影響を受けない垂直方向の荷重Ｆz や駆動力による荷重Ｆx を推定することができる。
【００１２】
この発明において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、前記コーナリング力検出センサは、歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有するセンサユニットを、前記固定側部材に取付けてなり、前記歪み発生部材は固定側部材に接触して固定される２つの接触固定部を有し、これら接触固定部のうち１つの接触固定部が前記フランジの側面に固定され、他の１つの接触固定部が前記固定側部材の外径面に固定されるものとしても良い。
上記コーナリング力検出センサの設置部位は、コーナリング力Ｆy に対して変形量が大きいが、垂直方向の荷重Ｆz や駆動力による荷重Ｆx に対して変形量の小さい部位である。これにより、コーナリング力検出センサによりコーナリング力Ｆy だけを特定して検出できる。
【００１３】
この発明において、前記センサユニット対の２つのセンサユニットにおける２つの接触固定部のうちの１つの接触固定部は、前記複列の転走面のうちのアウトボード側の転走面の周辺となる軸方向位置に、他の一つの接触固定部は前記一つの接触固定部よりもさらにアウトボード側に配置しても良い。
このように、センサユニット対の２つのセンサユニットにおける歪み発生部材の１つの接触固定部を、固定側部材（例えば外方部材）の外径面におけるアウトボード側列の転走面の周辺となる軸方向位置に配置した場合、この軸方向位置がタイヤの接地面に加わった荷重が内方部材から転動体を介して伝達される部位であるため、比較的に変形量の大きい部位となる。一方、歪み発生部材の他の１つの接触固定部は、前記１つの接触固定部よりもさらにアウトボード側の軸方向位置に配置されており、この軸方向位置は先の軸方向位置に比べて変形量の小さい部位となる。その結果、外方部材の外径面の歪みが歪み発生部材に拡大して伝達され、その拡大された歪みがセンサで検出される。
【００１４】
この発明において、前記センサユニット対の２つのセンサユニットの前記歪み発生部材は切欠き部を有し、前記切欠き部の周辺に前記センサを設けても良い。この構成の場合、固定側部材から歪み発生部材に拡大されて伝達される歪みが切欠き部に集中しやすくなり、センサによる検出感度が向上し、さらに荷重を精度良く検出することができる。
【００１５】
この発明において、前記固定側部材の外周に、ナックルに取付ける車体取付用のフランジが設けられ、このフランジの円周方向複数箇所にボルト孔が設けられ、前記フランジは各ボルト孔が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片とされ、前記センサユニット対の２つのセンサユニットは、それぞれ隣合う前記突片の間の中央に配置しても良い。この構成の場合、ヒステリシスの原因となる突片から離れた位置にセンサユニットを設けることとなり、センサの出力信号のヒステリシスがさらに小さくなり、荷重をさらに精度良く検出することができる。
【００１６】
この発明において、前記推定手段は、２つのセンサユニットのセンサの各出力信号の差分を、前記各出力信号の絶対値、および前記各出力信号の平均値、および前記各出力信号の振幅のうちの、少なくともいずれか一つにより算出するものとしても良い。
車輪用軸受の回転中には、転走面におけるセンサユニットの近傍部位を通過する転動体の有無によって、センサユニットのセンサの出力信号の振幅に周期的な変化が生じる場合がある。そこで、出力信号における振幅の周期を推定手段で測定することにより、転動体の通過速度つまり車輪の回転数を検出することができる。このように、出力信号に変動が見られる場合は、出力信号の平均値や振幅により荷重を算出することができる。変動が見られない場合は、絶対値より荷重を算出することができる。
【発明の効果】
【００１７】
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、上記転走面と対向する転走面を外周に形成した内方部材と、両部材の対向する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において、上記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に、その固定側部材の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置された２つのセンサユニットからなるセンサユニット対を少なくとも１対設け、前記センサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される２つの接触固定部を有する歪み発生部材およびこの歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出するセンサを有し、このセンサユニットの前記２つの接触固定部は互いに前記固定側部材の円周方向における同位相の位置に配置し、前記センサユニット対における２つのセンサユニットのセンサの出力信号の差分により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する推定手段を設け、さらに車輪用軸受に作用するコーナリング力を検出するコーナリング力検出センサを設け、前記推定手段は、前記センサユニット対における２つの出力信号の差分から、前記コーナリング力検出センサの出力信号分を分離して、車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重または駆動力となる荷重を推定するため、ヒステリシスの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても、車輪にかかる荷重を正確に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の一実施形態を図１ないし図７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、車両に取り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。
【００１９】
このセンサ付車輪用軸受における軸受は、図１に断面図で示すように、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を外周に形成した内方部材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、ボール接触角が背面合わせ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、一対のシール７，８によってそれぞれ密封されている。
【００２０】
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１６に取付ける車体取付用フランジ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には円周方向の複数箇所に車体取付用の雌ねじ孔であるボルト孔１４が設けられ、インボード側よりナックル１６のボルト挿通孔１７に挿通したナックルボルト１８を前記ボルト孔１４に螺合することにより、車体取付用フランジ１ａがナックル１６に取付けられる。
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、車輪および制動部品（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。
【００２１】
図２は、この車輪用軸受の外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。なお、図１は、図２におけるＩ−Ｏ−Ｉ矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、図２のように、各ボルト孔１４が設けられた円周方向部分が他の部分よりも外径側へ突出した突片１ａａとされている。
【００２２】
固定側部材である外方部材１の外径面には、２つのセンサユニット２０からなるセンサユニット対１９が設けられている。これら２つのセンサユニット２０は、外方部材１の外径面の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置される。ここでは、これら２つのセンサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下位置となる外方部材１の外径面における上面部および下面部の２箇所に設けることで、車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重Ｆz を検出するようにしている。具体的には、図２のように、外方部材１の外径面における上面部の、隣り合う２つのフランジ突片１ａａの間の中央部に１つのセンサユニット２０が配置され、外方部材１の外径面における下面部の、隣り合う２つのフランジ突片１ａａの間の中央部に他の１つのセンサユニット２０が配置されている。
【００２３】
これらのセンサユニット２０は、図３に拡大断面図で示すように、歪み発生部材２１と、この歪み発生部材２１に取付けられて歪み発生部材２１の歪みを検出するセンサ２２とでなる。歪み発生部材２１は、例えば鋼材等の金属材からなる。歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面に対向する内面側に張り出した２つの接触固定部２１ａを両端部に有し、これらの接触固定部２１ａで外方部材１の外径面に接触して固定される。２つの接触固定部２１ａのうち、１つの接触固定部２１ａは、外方部材１のアウトボード側列の転走面３の周辺となる軸方向位置に配置され、この位置よりもアウトボード側の位置にもう１つの接触固定部２１ａが配置され、かつこれら両接触固定部２１ａは互いに外方部材１の円周方向における同位相の位置に配置される。ここでいうアウトボード側列の転走面３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面３の中間位置からアウトボード側列の転走面３の形成部までの範囲である。なお、外方部材１の外径面へセンサユニット２０を安定良く固定する上で、外方部材１の外径面における前記歪み発生部材２１の接触固定部２１ａが接触固定される箇所に平坦部を形成するのが望ましい。
また、歪み発生部材２１の中央部には内面側に開口する１つの切欠き部２１ｂが形成されている。センサ２２は、歪み発生部材２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、前記切欠き部２１ｂの周辺、具体的には歪み発生部材２１の外面側で切欠き部２１ｂの背面側となる位置が選ばれており、センサ２２は切欠き部２１ｂ周辺の歪みを検出する。
【００２４】
歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａは、それぞれボルト２３により外方部材１の外径面へ締結することで固定される。具体的には、これらボルト２３は、それぞれ接触固定部２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔２４に挿通し、外方部材１の外周部に設けられた雌ねじ孔であるボルト孔２５に螺合させる。なお、接触固定部２１ａの固定方法としては、ボルト２３による締結のほか、接着剤などを用いても良い。歪み発生部材２１の接触固定部２１ａ以外の箇所では、外方部材１の外径面との間に隙間が生じている。
【００２５】
外方部材１には、上記したセンサユニット対１９とは別に、車輪用軸受に作用するコーナリング力Ｆy を検出するコーナリング力検出センサ２６が設けられている。このコーナリング力検出センサ２６は、歪み発生部材２８と、この歪み発生部材２８に取付けられて歪み発生部材２８の歪みを検出するセンサ２９を有するセンサユニット２７を、接触固定部３０Ａ，３０Ｂを介して外方部材１に固定したものである。
【００２６】
コーナリング力検出センサ２６の歪み発生部材２８は、図４に拡大断面図で示すように、鋼材等の金属材からなる板材をＬ字状に折り曲げて形成され、外方部材１のフランジ１ａにおけるボルト孔１４の近傍のアウトボード側に向く側面に対向する径方向片２８ａと、外方部材１の外径面に対向する軸方向片２８ｂとを有する。センサ２９は径方向片２８ａの片面に固定される。この歪み発生部材２８は、歪み発生部材２８と別体とされた２つの接触固定部３０Ａ，３０Ｂを介して外方部材１の外周部に、ボルト３１，３２で締結される。すなわち、径方向片２８ａに形成されたボルト挿通孔３３から第１の接触固定部３０Ａのボルト挿通孔３４に挿通させたボルト３１を、外方部材１のフランジ１ａにおけるナックルボルト１８用のボルト孔１４の近傍に設けられたボルト孔３５に螺合させる。また、軸方向片２８ｂに形成されたボルト挿通孔３６から第２の接触固定部３０Ｂのボルト挿通孔３７に挿通させたボルト３２を、外方部材１の外径面に設けられたボルト孔３８に螺合させる。これにより、歪み発生部材２８が外方部材１に締結される。
【００２７】
上記したコーナリング力検出センサ２６の設置部位は、コーナリング力Ｆy に対して変形量が大きいが、垂直方向の荷重Ｆz や駆動力による荷重Ｆx に対して変形量の小さい部位である。このため、コーナリング力検出センサ２６によりコーナリング力Ｆy だけを特定して検出できる。ただし、コーナリング力検出センサ２６は上記のような構成に限定しなくてもよい。
【００２８】
センサユニット対１９の２つのセンサ２２は推定手段４０に接続される。推定手段４０は、前記２つのセンサ２２の出力信号の差分により、車輪用軸受に作用する荷重を推定する手段であり、信号処理回路や補正回路などが含まれる。ここでは、推定手段４０は、前記出力信号の差分と、車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重Ｆz との関係を演算式またはテーブルなどにより設定した関係設定手段（図示せず）を有し、前記出力信号の差分から前記関係設定手段を用いて垂直方向の荷重Ｆz を出力する。前記関係設定手段の設定内容は、予め試験やシミュレーションで求めておいて設定する。
【００２９】
コーナリング力検出センサ２６のセンサ２９も前記推定手段４０に接続される。推定手段４０は、前記センサユニット対１９の２つのセンサ２２の出力信号の差分から、前記コーナリング力検出センサ２６の出力信号分を分離することで、前記センサ２２の出力信号の差分を補正する。
【００３０】
車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受の固定側部材である外方部材１にも荷重が印加されて変形が生じる。前記センサユニット対１９のセンサユニット２０を例えば車体取付用フランジ１ａの突片１ａａに設置して、車体取用フランジ１ａの変形から荷重を推定しようとすると、従来例の説明におけるように出力信号にヒステリシスが生じる。ここでは、センサユニット対１９の２つのセンサユニット２０における歪み発生部材２１の２つの接触固定部２１ａが、外方部材１の円周方向における互いに同位相の位置に固定されている。これにより、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に集中して伝達されることになり、その歪みがセンサ２２で感度良く検出され、その出力信号に生じるヒステリシスも小さくなる。
【００３１】
推定手段４０は、センサユニット対１９の２つのセンサユニット２０のセンサ２２の出力信号の差分より、車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重Ｆz を推定する。図５は、車輪用軸受にコーナリング力Ｆy が作用していない状態で垂直方向の荷重Ｆz が変化した場合の、前記２つのセンサ２２の出力信号の関係を示したグラフである。このグラフでは、各センサ２２の出力信号に温度やノイズによるドリフトがない場合を示している。荷重Ｆz がゼロの状態で歪みが発生しているのは、予圧の影響によるものである。
同図において、垂直方向の荷重Ｆz が大きくなると、車輪用軸受における上部の転動体荷重（転動体５に加わる荷重）が大きくなるので、外方部材１の外径面の上面部に配置したセンサユニット２０におけるセンサ２２の出力信号は大きくなる。一方、車輪用軸受における下部の転動体荷重は小さくなるので、外方部材１の外径面の下面部に配置したセンサユニット２０におけるセンサ２２の出力信号は小さくなる。そのため、上記２つのセンサ２２の出力信号の差分をとると、荷重Ｆz の増加に伴い増大する傾きの大きい出力曲線が得られる。推定手段４０は、この差分出力を上記した前記関係設定手段の設定内容と照らし合わせて、車輪用軸受に作用する垂直方向の荷重Ｆz を推定でき、これより静止時や低速時を問わず車輪のタイヤと路面間の作用力を正確に推定することができる。
【００３２】
図６は、車輪用軸受にコーナリング力Ｆy が作用していない状態で垂直方向の荷重Ｆz が変化した場合の、前記２つのセンサ２２の出力信号の関係をグラフで示したものである。このグラフでは、各センサ２２の出力信号に温度やノイズによるドリフトがある場合を示している。このような温度などによるドリフトは、２つのセンサ２２の出力信号に同じように生じるので、２つのセンサ２２の出力信号の差分をとれば、ドリフト分がキャンセルされる。これにより、推定手段４０では、温度やノイズによるドリフトの影響を受けることなく、どのような荷重条件においても垂直方向の荷重Ｆz を正確に推定できる。
【００３３】
図７は、車輪用軸受に一定のコーナリング力Ｆy が作用している状態で垂直方向の荷重Ｆz が変化した場合の、前記２つのセンサ２２の出力信号の関係をグラフで示したものである。このグラフでは、各センサ２２の出力信号に温度やノイズによるドリフトがない場合を示している。図５のグラフと比較すると、センサユニット対１９の２つのセンサユニット２０のセンサ２２の出力信号の差分の曲線は、傾きは同じであるがＦz荷重ゼロでの値が異なっている。この値の相違がコーナリング力Ｆyによって発生する歪み量の差分に相当する。
コーナリング力Ｆy に対しては、固定側部材である外方部材１の外径面の変形が大きいため、垂直方向の荷重Ｆz や駆動力による荷重Ｆx の影響を受けずに、コーナリング力検出センサ２６でコーナリング力Ｆy のみを検出できる。一方、垂直方向の荷重Ｆz や駆動力による荷重Ｆx は、コーナリング力Ｆy の影響を受けやすいため、センサユニット対１９における２つのセンサユニット２０の出力信号の差分から、前記コーナリング力検出センサ２６の出力信号分を分離すると、コーナリング力Ｆy の影響を受けない垂直方向の荷重Ｆz を検出できる。そこで、推定手段４０は、前記センサ２２の出力信号の差分から、コーナリング力検出センサ２６で検出されるコーナリング力Ｆy によって発生する歪み量の差分を除くことにより、コーナリング力Ｆy に影響されることなく垂直方向の荷重Ｆz を正確に推定できる。
【００３４】
なお、図５〜図７では、荷重Ｆz の大きさと歪み量は比例関係となっているが、それ以外の関係である場合も考えられる。いずれにしても、推定手段４０は、上記したように、予め試験やシミュレーションで求めた設定内容の関係設定手段を用いて、前記２つのセンサ２２の出力信号の差分から垂直方向の荷重Ｆz を推定できる。センサ２２の出力信号の差分の曲線の傾きの変化や、図７における歪み量ゼロでの値も同様にして求めることができる。
【００３５】
推定手段４０は、前記センサ２２の出力信号から車輪用軸受に作用する荷重を推定する。これにより、静止時や低速時を問わず車輪のタイヤと路面間の作用力を感度良く検出することができる。上記したように、センサユニット１９は、ヒステリシスの主な原因となる車体取付用フランジ１ａの突片１ａａに固定していないので、センサ２２の出力信号に生じるヒステリシスが小さくなり、荷重を正確に推定することができる。
【００３６】
このセンサ付車輪用軸受から得られた検出荷重を自動車の車両制御に使用することにより、自動車の安定走行に寄与できる。また、このセンサ付車輪用軸受を用いると、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、量産性に優れたものとでき、コスト低減を図ることができる。
【００３７】
また、車輪用軸受の回転中には、転走面３におけるセンサユニット２０の近傍部位を通過する転動体５の有無によって、センサユニット２０のセンサ２２の出力信号の振幅に、図８に示す波形図のように周期的な変化が生じる場合がある。その理由は、転動体５の通過時とそうでない場合とで変形量が異なり、転動体５の通過周期ごとにセンサ２２の出力信号の振幅がピーク値を持つためである。そこで、検出信号におけるこのピーク値の周期を、例えば推定手段４０で測定することにより、転動体５の通過速度つまり車輪の回転数を検出することも可能となる。このように、出力信号に変動が見られる場合、推定手段４０は、２つのセンサユニット２０のセンサ２２の出力信号の差分を、出力信号の平均値や振幅により算出することができる。変動が見られない場合は、絶対値より算出することができる。
【００３８】
また、この実施形態では、センサユニット対１９におけるセンサユニット２０の歪み発生部材２１に切欠き部２１ｂが設けられ、その切欠き部２１ｂの周辺にセンサ２２が設けられているので、外方部材１の外径面から歪み発生部材２１に拡大されて伝達される歪みが切欠き部２１ｂに集中しやすくなり、センサ２２による検出感度が向上し、さらに正確に荷重を推定することができる。
【００３９】
また、この実施形態では、センサユニット対１９の２つのセンサユニット２０を、外方部材１の外径面において、外方部材１における車輪取付用フランジ１ａの隣り合う２つの突片１ａａの間の中央部相当位置に配置しているので、ヒステリシスの原因となる突片１ａａから離れた位置にセンサユニット２０を設けることとなり、センサ２２の出力信号のヒステリシスがさらに小さくなり、荷重をさらに正確に推定できる。
【００４０】
図９は、この発明の他の実施形態における車輪用軸受の外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。この実施形態では、先の実施形態において、さらに別のセンサユニット対１９Ａを設けている。このセンサユニット対１９Ａも、固定側部材である外方部材１の外径面の円周方向における１８０度の位相差をなす位置に配置された２つのセンサユニット２０Ａからなる。この場合、２つのセンサユニット２０Ａは、タイヤ設置面に対して前後位置となる外方部材１の外径面の右面部と左面部とに配置される。センサユニット２０Ａの構成は、先の実施形態におけるセンサユニット２０の場合と同様である。これら２つのセンサユニット２０Ａのセンサ２２も推定手段４０に接続される。その他の構成は先の実施形態の場合と同様である。
【００４１】
センサユニット対１９Ａの２つのセンサユニット２０Ａを上記した配置とすることにより、駆動力となる荷重Ｆx の検出が可能である。推定手段４０は、これらのセンサユニット２０Ａのセンサ２２の出力信号の差分から駆動力となる荷重Ｆx を推定する。荷重Ｆx に対しては、外方部材１の外径面における左面部と右面部が変形するので、どのような荷重条件においても荷重Ｆx を正確に推定することができる。この駆動力となる荷重Ｆx の推定においても、コーナリング力Ｆy が作用する場合には、垂直方向の荷重Ｆz の推定の場合と同様に、コーナリング力検出センサ２６の出力信号による補正が行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の一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２】同センサ付車輪用軸受における外方部材の正面図である。
【図３】図１におけるセンサユニット設置部の拡大断面図である。
【図４】同センサ付車輪用軸受におけるコーナリング力検出センサ設置部の断面図である。
【図５】コーナリング力が作用していない状態で垂直方向の荷重が変化した場合のセンサユニットの出力信号の関係を示したグラフである。
【図６】図５においてセンサユニットの出力信号にドリフトがある場合を示したグラブである。
【図７】一定のコーナリング力が作用している状態で垂直方向の荷重が変化した場合のセンサユニットの出力信号の関係を示したグラフである。
【図８】同センサ付車輪用軸受におけるセンサユニットの出力信号の波形図である。
【図９】他の実施形態における外方部材の正面図である。
【図１０】従来例での出力信号におけるヒステリシスの説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１…外方部材
１ａ…車体取付用フランジ
１ａａ…突片
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
１４…車体取付用のボルト孔
１６…ナックル
１９，１９Ａ…センサユニット対
２０，２０Ａ…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２１ｂ…切欠き部
２２…センサ
２６…コーナリング力検出センサ
２７…センサユニット
２８…歪み発生部材
２９…センサ
３０Ａ，３０Ｂ…接触固定部
４０…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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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