JP2008164448A - センサ付車輪用軸受 - Google Patents
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Abstract
【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正確に検出できるセンサ付車輪用軸受を提供する。
【解決手段】 このセンサ付車輪用軸受10は、複列の転走面4が形成された固定輪1と、この固定輪1の転走面4と対向する転走面5を形成した回転輪2と、対向する両転走面4,5間に介在した複列の転動体3とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する。固定輪1における転走面4が設けられた軸方向位置の付近に2つで1組となる超音波センサ15A,15Bを少なくとも1組設ける。前記2つの超音波センサ15A,15Bは、車輪用軸受10の軸心に垂直な平面内において、検出対象とする荷重方向に対する転動体の最大荷重点と前記車輪用軸受の軸心との交点を結ぶ中心軸に対して対称に、かつnP(n:任意の自然数、P:転動体ピッチ)の位相だけ離れて配置する。前記2つの超音波センサのエコーから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推定手段16を設ける。
【選択図】 図1
【解決手段】 このセンサ付車輪用軸受10は、複列の転走面4が形成された固定輪1と、この固定輪1の転走面4と対向する転走面5を形成した回転輪2と、対向する両転走面4,5間に介在した複列の転動体3とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する。固定輪1における転走面4が設けられた軸方向位置の付近に2つで1組となる超音波センサ15A,15Bを少なくとも1組設ける。前記2つの超音波センサ15A,15Bは、車輪用軸受10の軸心に垂直な平面内において、検出対象とする荷重方向に対する転動体の最大荷重点と前記車輪用軸受の軸心との交点を結ぶ中心軸に対して対称に、かつnP(n:任意の自然数、P:転動体ピッチ)の位相だけ離れて配置する。前記2つの超音波センサのエコーから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推定手段16を設ける。
【選択図】 図1
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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超音波センサを設け、転動体と転走面の接触面積により変化するエコー比より荷重を検出する車輪用軸受が提案されている(例えば特許文献1)。
特開2006−177932号公報
しかし、特許文献1に開示された技術では、印加荷重が大きくなると転動体と転走面の接触面積は大きくなるが、その変化量は小さいため、荷重を正確に検出することが難しいといった問題がある。
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。
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が形成された固定輪と、この固定輪の転走面と対向する転走面を形成した回転輪と、対向する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において、前記固定輪における転走面が設けられた軸方向位置の付近に2つで1組となる超音波センサを少なくとも1組設け、前記2つの超音波センサは、車輪用軸受の軸心に垂直な平面内において、検出対象とする荷重方向に対する転動体の最大荷重点と前記車輪用軸受の軸心との交点を結ぶ中心軸に対して対称に、かつnP(n:任意の自然数、P:転動体ピッチ)の位相だけ離れて配置し、前記2つの超音波センサのエコーから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推定手段を設けたことを特徴とする。
例えば、垂直方向(上向き)に印加される荷重を検出する場合、前記中心軸は、前記平面内におけるタイヤと路面間の接地面に対して垂直方向の中心軸となるため、固定輪の上側に1組となる2つの超音波センサを前記中心軸に対して対称にnPの位相だけ離して配置し、推定手段では前記2つの超音波センサの出力信号である反射エコーの逆数(1/反射エコー)を求めて演算信号として波形化する。これらの演算信号は、超音波センサの設置位置に転動体が存在する状態でピーク値を持つ。一方、例えば回転輪が時計回りで回転している場合、垂直方向荷重の中心軸に対して対称に配置される2つの転動体は間隔が広がる方向に移動するため、前記2つの超音波センサのうち、右側の超音波センサが先に転動体を検出し、左側の超音波センサが遅れて転動体を検出する。したがって、推定手段は、右側の超音波センサの演算信号におけるn番目のピーク位置と、左側の超音波センサの演算信号におけるn+1番目のピーク位置とを比較することで、転動体の位相を算出することができる。このようにして算出される位相は、荷重が大きいほど大きくなるので、推定手段は、算出された位相から検出対象の荷重を正確に検出でき、この検出結果を自動車の車両制御に利用することができる。また、荷重検出のセンサの構成も簡単であるため、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。
例えば、垂直方向(上向き)に印加される荷重を検出する場合、前記中心軸は、前記平面内におけるタイヤと路面間の接地面に対して垂直方向の中心軸となるため、固定輪の上側に1組となる2つの超音波センサを前記中心軸に対して対称にnPの位相だけ離して配置し、推定手段では前記2つの超音波センサの出力信号である反射エコーの逆数(1/反射エコー)を求めて演算信号として波形化する。これらの演算信号は、超音波センサの設置位置に転動体が存在する状態でピーク値を持つ。一方、例えば回転輪が時計回りで回転している場合、垂直方向荷重の中心軸に対して対称に配置される2つの転動体は間隔が広がる方向に移動するため、前記2つの超音波センサのうち、右側の超音波センサが先に転動体を検出し、左側の超音波センサが遅れて転動体を検出する。したがって、推定手段は、右側の超音波センサの演算信号におけるn番目のピーク位置と、左側の超音波センサの演算信号におけるn+1番目のピーク位置とを比較することで、転動体の位相を算出することができる。このようにして算出される位相は、荷重が大きいほど大きくなるので、推定手段は、算出された位相から検出対象の荷重を正確に検出でき、この検出結果を自動車の車両制御に利用することができる。また、荷重検出のセンサの構成も簡単であるため、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。
この発明において、n=1としても良い。この構成の場合、最も荷重を受けている転動体を用いて荷重を推定することができる。
この発明において、前記2つの超音波センサのエコーから隣り合う転動体の位相を算出する位相算出部を設けても良い。
この発明において、前記推定手段は、前記2つの超音波センサのエコーを足し合わせ、任意のしきい値を用いてデジタル信号に変換し、そのデューティー比を算出してデューティー比から前記作用力または予圧量を推定するものとしても良い。
この発明において、垂直方向の中心軸に対して対称に、nP(n:自然数、P:転動体ピッチ)の位相で2つの超音波センサを少なくても1組ずつ外輪の上面と下面に配置し、前記推進手段はタイヤと路面間の垂直方向荷重を推定するものとしても良い。
タイヤと路面間に垂直方向荷重が加わった場合、外輪などの部品はほとんど変形せず、荷重を転動体で受けやすい。そのため、垂直方向の中心軸に対して対称に、nPの位相で2つで1組の超音波センサを少なくても1組ずつ外輪の上面に配置すれば、正確に垂直方向荷重を推定することができる。
タイヤと路面間に垂直方向荷重が加わった場合、外輪などの部品はほとんど変形せず、荷重を転動体で受けやすい。そのため、垂直方向の中心軸に対して対称に、nPの位相で2つで1組の超音波センサを少なくても1組ずつ外輪の上面に配置すれば、正確に垂直方向荷重を推定することができる。
この発明のセンサ付車輪用軸受は、複列の転走面が形成された固定輪と、この固定輪の転走面と対向する転走面を形成した回転輪と、対向する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において、前記固定輪における転走面が設けられた軸方向位置の付近に2つで1組となる超音波センサを少なくとも1組設け、前記2つの超音波センサは、車輪用軸受の軸心に垂直な平面内において、検出対象とする荷重方向に対する転動体の最大荷重点と前記車輪用軸受の軸心との交点を結ぶ中心軸に対して対称に、かつnp(n:任意の自然数、p:転動体ピッチ)の位相だけ離れて配置し、前記2つの超音波センサのエコーから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推定手段を設けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置できて、車輪にかかる荷重を正確に検出できる。
この発明の一実施形態を図1ないし図5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、かつ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。図1では、左側がアウトボード側、右側がインボード側となる。
図1のように、この車輪用軸受10は、内周に複列の転走面4が形成された外方部材1と、これら転走面4にそれぞれ対向する転走面5が形成された内方部材2と、これら複列の転走面4,5間に介在した複列の転動体3とを備える。この車輪用軸受10は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体3はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。上記各転走面4,5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。内外の部材2,1間に形成される環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、それぞれ密封装置である接触式のシール7,8で密封されている。
図1のように、この車輪用軸受10は、内周に複列の転走面4が形成された外方部材1と、これら転走面4にそれぞれ対向する転走面5が形成された内方部材2と、これら複列の転走面4,5間に介在した複列の転動体3とを備える。この車輪用軸受10は、複列のアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体3はボールからなり、各列毎に保持器6で保持されている。上記各転走面4,5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。内外の部材2,1間に形成される環状空間のアウトボード側およびインボード側の各開口端部は、それぞれ密封装置である接触式のシール7,8で密封されている。
外方部材1は固定輪となるものであって、その外周に形成されたフランジ1aが車体側のナックル(図示せず)にボルトで締結される。
内方部材2は回転輪となるものであって、外周に車輪取付フランジ2aを有するハブ輪2Aと、このハブ輪2Aのインボード側の外周に嵌合した別体の内輪2Bとからなり、ハブ輪2Aには等速ジョイント11の片方の継手部材となる外輪11aが連結される。ハブ輪2Aおよび内輪2Bに、各列の転走面5がそれぞれ形成される。ハブ輪2Aは中央孔12を有し、この中央孔12に、等速ジョイント外輪11aに一体に形成されたステム13が挿通され、ステム13の先端に螺合するナット14の締め付けにより、等速ジョイント外輪11aが内方部材2に連結される。このとき、等速ジョイント外輪11aに設けられたアウトボード側に向く段面11aaが、ハブ輪2Aに圧入した内輪2Bのインボード側に向く端面に押し付けられ、等速ジョイント外輪11aとナット14とで内方部材2が幅締めされる。ハブ輪2Aの中央孔12にはスプライン溝12aが形成されており、ステム13のスプライン溝13aとスプライン嵌合する。
内方部材2は回転輪となるものであって、外周に車輪取付フランジ2aを有するハブ輪2Aと、このハブ輪2Aのインボード側の外周に嵌合した別体の内輪2Bとからなり、ハブ輪2Aには等速ジョイント11の片方の継手部材となる外輪11aが連結される。ハブ輪2Aおよび内輪2Bに、各列の転走面5がそれぞれ形成される。ハブ輪2Aは中央孔12を有し、この中央孔12に、等速ジョイント外輪11aに一体に形成されたステム13が挿通され、ステム13の先端に螺合するナット14の締め付けにより、等速ジョイント外輪11aが内方部材2に連結される。このとき、等速ジョイント外輪11aに設けられたアウトボード側に向く段面11aaが、ハブ輪2Aに圧入した内輪2Bのインボード側に向く端面に押し付けられ、等速ジョイント外輪11aとナット14とで内方部材2が幅締めされる。ハブ輪2Aの中央孔12にはスプライン溝12aが形成されており、ステム13のスプライン溝13aとスプライン嵌合する。
この車輪用軸受10には、2つで1組となる超音波センサ15A,15Bが、荷重センサとして少なくとも1組設けられている。この場合の各1組の超音波センサ15A,15Bは、タイヤと路面間の作用力または車輪用軸受10の予圧量を、送信波や反射波のエコーの大きさに換算して検出するものであり、この実施形態ではタイヤと路面間の作用力のうち、垂直方向荷重Fzを検出するのに使用される。具体的には、図1、および図1のインボード側から見た正面図を示す図2のように、固定輪である外方部材1の外周面におけるアウトボード側およびインボード側の転走面4が設けられた各軸方向位置(各転動体列の位置)の付近に、2組の超音波センサ15A,15Bがそれぞれ設けられている。なお、図1における車輪用軸受10の断面図は、図2におけるI−O−I矢視断面図を示す。
各1組となる2つの超音波センサ15A,15Bは、各転動体列の断面図を示す図3のように、車輪用軸受10の軸心に垂直な平面内において、検出対象とする荷重方向(ここでは垂直方向荷重Fz)に対する転動体の最大荷重点と前記車輪用軸受の軸心との交点を結ぶ中心軸Zに対して対称に、かつnP(n:任意の自然数、P:転動体ピッチ)の位相だけ離して配置される。ここでは、固定輪1の外周面における上面部(車両に対して上側)において、1組となる2つの超音波センサ15A,15Bが前記中心軸Zに対して対称に、転動体ピッチPの位相(n=1の場合)だけ離して配置され、固定輪1の外周面における下面部(車両に対して下側)においても、他の1組となる2つの超音波センサ15A,15Bが前記中心軸Zに対して対称に、転動体ピッチPの位相だけ離して配置される。すなわち、固定輪1の上面部に配置される1組の超音波センサ15A,15Bは上向きの垂直方向荷重Fzの検出に使用され、固定輪1の下面部に配置される他の1組の超音波センサ15A,15Bは下向きの垂直方向荷重Fzの検出に使用される。
この場合、超音波センサ15A,15Bは、転動体3と転走面4の接触部に向けて設置され、後述するように転動体3の位置、および転動体3と転走面4の接触面積に応じて変化する送信波や反射波のエコーの大きさを検出する。
この場合、超音波センサ15A,15Bは、転動体3と転走面4の接触部に向けて設置され、後述するように転動体3の位置、および転動体3と転走面4の接触面積に応じて変化する送信波や反射波のエコーの大きさを検出する。
ここでは、上記したように、1組となる2つの超音波センサ15A,15Bを転動体ピッチPと同じ位相で配置しているが、転動体3の個数が多い場合などでは、nP(n=1,2,3…)の間隔で2つの超音波センサ15A,15Bを配置しても良い。n=1とした、この実施形態の場合、最も荷重を受けている転動体3を用いて荷重を推定することができる。2つで1組となる超音波センサ15A,15Bの組数については、荷重検出方向の数によっても必要組数が異なるので、特に限定しない。
前記超音波センサ15A,15Bは、図1に示すように推定手段16に接続される。推定手段16は、前記2つの超音波センサ15A,15Bの検出するエコーから、タイヤと路面間の作用力または車輪用軸受10の予圧量を推定する手段であり、この実施形態では前記した垂直方向荷重Fzを推定する。この推定手段16は、2つの超音波センサ15A,15Bの検出するエコーから隣り合う転動体3の位相を算出する位相算出部17を有する。前記推定手段16は、前記2つの超音波センサ15A,15Bの検出するエコーと、前記垂直方向荷重Fzまたは予圧量の関係をテーブルまたは演算式等として設定した関係設定手段(図示せず)を有し、超音波センサ15A,15Bの検出するエコーを上記関係設定手段に設定した関係データと比較して垂直方向荷重Fzまたは予圧量を出力するものである。上記関係データは、予め、例えばこのセンサ付車輪用軸受を使用した車両のユーザによる使用よりも前に試験やシミュレーション等によって求めて設定しておく。前記位相算出部17を設けた場合、前記関係データには、前記検出エコーと、位相算出部17で検出される位相と、前記垂直方向荷重Fzまたは予圧量の関係を設定したものとする。
次に、前記センサ付車輪用軸受10における荷重検出処理の一例について説明する。図4は、図7に示すように各転動体列において垂直方向(上向き)に荷重Fzが印加された場合の上側の2つの超音波センサ15A,15Bの出力信号を演算処理した演算信号の波形図の一例を示す。具体的には、この場合の演算信号は、超音波センサ15A,15Bの出力信号である反射エコーの逆数(1/反射エコー)を求めて波形化したものである。車輪用軸受10において、転動体3と転走面4の接触面積が大きいほど超音波は回転輪2側へ透過するため、超音波センサ15A,15Bの検出する反射エコーの大きさは小さくなる。そのため、反射エコーの逆数として求められる前記演算信号は、超音波センサ15,15Bの位置に転動体3が存在する状態でピーク値となる。
図4(A)は図3における1つ目の超音波センサ15Aの演算信号の波形図を示し、図4(B)は図3における2つ目の超音波センサ15Bの演算信号の波形図を示す。
回転輪2が図3のように時計回りで回転している場合、転動体3の配置が上側に作用する垂直方向荷重Fzの中心軸Z上に重なる図7(A)の状態では、最上部の転動体3は動かない。これに対し、図7(B)のように、垂直方向荷重Fzを最も受ける上部の隣り合う2つの転動体3,3が垂直方向荷重Fzの中心軸Zに対して対称に配置される状態では、前記2つの転動体3,3は転動体ピッチPや潤滑条件により転走面4,5を滑って矢印で示すように間隔が広がる方向に移動する。
このため、1つ目の超音波センサ15Aが先に転動体3を検出し、2つ目の超音波センサ15Bが遅れて転動体3を検出する。したがって、図4(A)に示す1つ目の超音波センサ15Aの演算信号におけるn番目のピーク位置と、図4(B)に示す2つ目の超音波センサ15Bの演算信号におけるn+1番目のピーク位置とを比較すれば、転動体3の位相を算出することができる。この演算を、推定手段16における前記位相算出部17が行う。
回転輪2が図3のように時計回りで回転している場合、転動体3の配置が上側に作用する垂直方向荷重Fzの中心軸Z上に重なる図7(A)の状態では、最上部の転動体3は動かない。これに対し、図7(B)のように、垂直方向荷重Fzを最も受ける上部の隣り合う2つの転動体3,3が垂直方向荷重Fzの中心軸Zに対して対称に配置される状態では、前記2つの転動体3,3は転動体ピッチPや潤滑条件により転走面4,5を滑って矢印で示すように間隔が広がる方向に移動する。
このため、1つ目の超音波センサ15Aが先に転動体3を検出し、2つ目の超音波センサ15Bが遅れて転動体3を検出する。したがって、図4(A)に示す1つ目の超音波センサ15Aの演算信号におけるn番目のピーク位置と、図4(B)に示す2つ目の超音波センサ15Bの演算信号におけるn+1番目のピーク位置とを比較すれば、転動体3の位相を算出することができる。この演算を、推定手段16における前記位相算出部17が行う。
2つの超音波センサ15A,15Bを転動体3の位相nPだけ離して設置した場合に一般化すると、転動体3の位相nPの算出方法としては、例えば、1つ目の超音波センサ15Aの演算信号のn番目のピーク位置と、2つ目の超音波センサ15Bの演算信号のn+1番目のピーク位置とから、その間の時間T[s](ここでの時間は、図4の接触面積を考慮しない場合の時間)を求め、さらにどちらか1つの超音波センサ15A(15B)の演算信号のピークが発生する周期から転動体3の公転速度V[rps]を求め、nP=360×V×T[deg]として計算するとよい。
このようにして算出される位相は、荷重が大きいほど大きくなる。そこで、推定手段16は、算出された位相から検出対象の荷重(この実施形態では垂直方向荷重Fz)を推定する。
このようにして算出される位相は、荷重が大きいほど大きくなる。そこで、推定手段16は、算出された位相から検出対象の荷重(この実施形態では垂直方向荷重Fz)を推定する。
さらに、図4の演算信号を同図に鎖線で示すような任意のしきい値でデジタル信号に変換し、1つ目の超音波センサ15Aの演算信号(図4(A))のn番目の立ち上がり位置と、2つ目の超音波センサ15Bの演算信号(図4(B))のn+1番目の立ち下り位置を求め、それらを1つ目の超音波センサ15Aの演算信号のn番目のピーク位置、および2つ目の超音波センサ15Bの演算信号のn+1番目のピーク位置として用いることにより、同様に転動体3の位相を演算しても良い。デジタル信号ではないが、図4の接触面積を考慮した場合の時間T1がこれに当たる。上記演算結果は、転動体3の位置だけでなく、転動体3と転走面4の接触面積を考慮した転動体3の位相となるが、荷重が大きくなると転動体3と転走面4の接触面積も大きくなることから、さらに感度が増すことになる。
次に、前記センサ付車輪用軸受10における推定手段16による荷重検出処理の他の例について、図5および図6を参照して説明する。図5は大きな荷重が印加された場合のこの荷重検出処理の説明図を、図6は小さな荷重が印加された場合のこの荷重検出処理の説明図をそれぞれ示す。
図5において、先ず2つの超音波センサ15A,15Bの出力信号から、それらの演算信号を求め(図5(A),(B))、これら2つの演算信号を足し合わせた演算信号を作る(図5(C))。次に、図5(C)の演算信号を、任意のしきい値を用いて図5(D)のような波形のデジタル信号に変換する。このデジタル信号のデューティー比(X1/(X1+X2))は荷重が大きいほど大きくなるので、推定手段16はそのデューティー比から荷重を推定することができる。
図5において、先ず2つの超音波センサ15A,15Bの出力信号から、それらの演算信号を求め(図5(A),(B))、これら2つの演算信号を足し合わせた演算信号を作る(図5(C))。次に、図5(C)の演算信号を、任意のしきい値を用いて図5(D)のような波形のデジタル信号に変換する。このデジタル信号のデューティー比(X1/(X1+X2))は荷重が大きいほど大きくなるので、推定手段16はそのデューティー比から荷重を推定することができる。
荷重が小さい(ほとんど荷重が印加されていない)図6の場合も、超音波センサ15A,15Bの出力信号から求められる演算信号(図6(A),(B))は、転動体3が存在する位置でピーク値を持つが、荷重が小さいため転動体3と転走面4の接触面積が図5の場合と比較して小さくなり、波形の振幅や広がりも小さくなっている。この場合の、2つの演算信号(図6(A),(B))を足し合わせた演算信号を図6(C)に示し、この演算信号を図5の場合と同じしきい値でデジタル信号に変換した波形を図6(D)に示すが、図5(D)と比較してみても、図6(D)の方がデューティー比(X1/(X1+X2))が小さいことがわかる。
なお、上記した各荷重検出処理は、固定輪1の上面部に配置された超音波センサ15A,15Bの出力信号を用いて、上向きの垂直直方向荷重Fzを指定手段16で推定する例であるが、固定輪1の下面部に配置された超音波センサ15A,15Bの出力信号を用いた場合には、下向きの垂直方向荷重Fzを同様に推定することができる。また、固定輪1の上面部に配置された1組の超音波センサ15A,15Bの出力信号と、固定輪1の下面部に配置されたもう1組の超音波センサ15A,15Bの出力信号とを比較して、荷重を推定しても良い。
また、上記した各荷重検出処理では、超音波センサ15A,15Bが検出する反射エコーの逆数(1/反射エコー)を演算信号として用いるが、超音波センサ15A,15Bの出力信号をそのまま用いることにより、推定手段16で荷重を推定しても良い。さらには、反射エコー比(転動体3が存在しない位置での反射エコーと、転動体3が存在する位置での反射エコーの比)を用いることにより、荷重を推定しても良い。
このように、このセンサ付車輪用軸受10では、固定輪1における転走面4が設けられた軸方向位置の付近に2つで1組となる超音波センサ15A,15Bを少なくとも1組設け、前記2つの超音波センサ15A,15Bは、車輪用軸受10の軸心に垂直な平面内において、検出対象とする荷重方向に対する転動体の最大荷重点と前記車輪用軸受の軸心との交点を結ぶ中心軸Zに対して対称に、かつnP(n:任意の自然数、P:転動体ピッチ)の位相だけ離れて配置し、推定手段16により、前記2つの超音波センサ15A,15Bの検出するエコーからタイヤと路面間の作用力を推定するようにしているので、車輪にかかる荷重を正確に検出することができ、この検出結果を自動車の車両制御に利用することができる。また、荷重検出のセンサの構成も簡単であるため、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。
また、タイヤと路面間に垂直方向荷重が加わった場合、外方部材(固定輪)1などの部品はほとんど変形せず、荷重を転動体3で受けやすい。そのため、この実施形態のように垂直方向の中心軸Zに対して対称に、nPの位相で2つで1組の超音波センサ15A,15Bを少なくても1組ずつ固定輪1の上面と下面に配置すれば、正確に垂直方向荷重Fzを推定することができる。
また、この実施形態では、上記センサ構成により、タイヤと路面間の作用力を検出する場合について説明したが、車輪用軸受の予圧量を検出する場合にも同様に適用できる。
1…外方部材(固定輪)
2…内方部材(回転輪)
3…転動体
4,5…転走面
10…センサ付車輪用軸受
15A,15B…超音波センサ
16…推定手段
17…位相算出部
2…内方部材(回転輪)
3…転動体
4,5…転走面
10…センサ付車輪用軸受
15A,15B…超音波センサ
16…推定手段
17…位相算出部
Claims (5)
- 複列の転走面が形成された固定輪と、この固定輪の転走面と対向する転走面を形成した回転輪と、対向する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において、
前記固定輪における転走面が設けられた軸方向位置の付近に2つで1組となる超音波センサを少なくとも1組設け、前記2つの超音波センサは、車輪用軸受の軸心に垂直な平面内において、検出対象とする荷重方向に対する転動体の最大荷重点と前記車輪用軸受の軸心との交点を結ぶ中心軸に対して対称に、かつnP(n:任意の自然数、P:転動体ピッチ)の位相だけ離れて配置し、前記2つの超音波センサのエコーから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推定手段を設けたことを特徴としたセンサ付車輪用軸受。 - 請求項1において、n=1としたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1または請求項2において、前記2つの超音波センサのエコーから隣り合う転動体の位相を算出する位相算出部を設けたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1または請求項2において、前記推定手段は、前記2つの超音波センサのエコーを足し合わせ、任意のしきい値を用いてデジタル信号に変換し、そのデューティー比を算出してデューティー比から前記作用力または予圧量を推定するものとしたセンサ付車輪用軸受。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、垂直方向の中心軸に対して対称に、nP(n:自然数、P:転動体ピッチ)の位相で2つの超音波センサを少なくても1組ずつ外輪の上面と下面に配置し、前記推進手段はタイヤと路面間の垂直方向荷重を推定するものとしたセンサ付車輪用軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006354536A JP2008164448A (ja) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | センサ付車輪用軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2006354536A JP2008164448A (ja) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | センサ付車輪用軸受 |
Publications (1)
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| JP2008164448A true JP2008164448A (ja) | 2008-07-17 |
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ID=39694151
Family Applications (1)
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| JP2006354536A Pending JP2008164448A (ja) | 2006-12-28 | 2006-12-28 | センサ付車輪用軸受 |
Country Status (1)
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| JP (1) | JP2008164448A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN114166508A (zh) * | 2021-12-09 | 2022-03-11 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 一种实时获取多排滚子转盘轴承载荷分布状态的方法 |
-
2006
- 2006-12-28 JP JP2006354536A patent/JP2008164448A/ja active Pending
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