JP2007153226A

JP2007153226A - 車輪用軸受装置

Info

Publication number: JP2007153226A
Application number: JP2005353787A
Authority: JP
Inventors: Takami Ozaki; 孝美尾崎; Tomoumi Ishikawa; 智海石河; Kentaro Nishikawa; 健太郎西川
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を精度良く検出でき、量産時のコストが安価となる車輪用軸受装置を提供する。
【解決手段】この車輪用軸受装置は、外方部材１と内方部材２の転走面３，４間に複列の転動体５を介在させたものであり、車体に対して車輪を回転自在に支持する。外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材が有する車体取付用フランジ１ａの車体取付孔１ａａの周辺と、車体の懸架装置を構成するナックル１２との間にスペーサ１７を介在させる。前記車体取付孔１ａａにボルト１３を挿通しまたはねじ込むことで前記固定側部材をナックル１２に固定する。前記ボルト１３には、このボルト１３の歪みを検出する歪みセンサ１４を設ける。さらに、この歪みセンサ１４の出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段１５を設ける。
【選択図】図１

Description

この発明は、車輪にかかる荷重を検出する荷重センサを内蔵した車輪用軸受装置に関する。

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装置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偏るなど、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歪みゲージを貼り付け、歪みを検出するようにした車輪用軸受装置が提案されている（例えば特許文献１）。
特表２００３−５３０５６５号公報

車輪用軸受装置の外輪は、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。

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精度良く検出でき、量産時のコストが安価となる車輪用軸受装置を提供することである。

この発明の第１の発明にかかる車輪用軸受装置は、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が外周に形成された内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材が有する車体取付用フランジの車体取付孔の周辺と、車体の懸架装置を構成するナックルとの間にスペーサを介在させ、前記車体取付孔に挿通されまたはねじ込まれて前記固定側部材をナックルに固定するボルトに、このボルトの歪みを検出する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段を設けたことを特徴とする。前記固定側部材は例えば外方部材である。
車両走行に伴いこの車輪用軸受装置に荷重が加わると、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材と前記ナックルとの間に力が生じる。この力は前記固定側部材とナックルを結合するボルトに歪みをもたらし、その歪みをボルトに設けられた歪みセンサが検出する。荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なることから、前記荷重計算手段には、予め実験やシュミレーションにより求めた歪みと荷重の関係のデータを用意しておく。これにより、歪みセンサの出力を受けて、荷重計算手段は、車輪に作用する外力、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。このように算出された外力，作用力を自動車の車両制御に使用することができる。
とくに、前記固定側部材の車体取付用フランジとナックルの間にスペーサを介在させ、スペーサの介在箇所でボルトにより車体取付用フランジをナックルに固定していることから、車体取付用フランジとナックルとの間に生じる力がボルトに集中することになり、加わる荷重に応答して生じるボルトの歪みがそれだけ大きくなり、歪みセンサの検出精度が向上する。
また、外方部材および内方部材のうちの固定側部材をナックルに固定するボルトに歪みセンサを設けているので、荷重センサである歪みセンサを車両にコンパクトに設置でき、量産性に優れ、量産時のコストが安価となる。

この発明において、前記スペーサを、前記固定側部材の車体取付用フランジのナックル対向側面における前記車輪取付孔の周囲に設けられた嵌合凹部と、この嵌合凹部に対向して前記ナックルに設けられた嵌合凹部とに渡って嵌合させることで、ナックルに対する車輪用軸受装置の位置決めを行うものとしても良い。
この構成の場合、ナックルに対する車輪用軸受装置の位置決めを容易に行うことができる。また、前記スペーサが、上記の作用力をボルトに集中させるための手段と位置決めの手段を兼用することになり、簡単な構成でボルトへの作用力の集中と位置決めとの両作用を得ることができる。

この発明の第２の発明にかかる車輪用軸受装置は、前記第１の発明にかかる車輪用軸受装置において、前記スペーサに代えて、前記固定側部材の車体取付用フランジのナックル対向側面における前記車体取付孔の周囲に凸部を設け、前記車体取付用フランジは前記凸部でナックルに当接するものとしている。
この構成の場合にも、第１の発明にかかる車輪用軸受装置の場合と同様に、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を精度良く検出でき、量産時のコストが安価となる。スペーサを介さないため、部品点数を低減でき、それだけナックルへの車輪用軸受装置の固定作業を簡略化できる。

この発明の第３の発明にかかる車輪用軸受装置は、前記第１の発明にかかる車輪用軸受装置において、前記スペーサに代えて、前記ナックルの前記固定側部材の車体取付用フランジと対向する側面における、前記ボルトを挿通させる孔の周囲に凸部を設け、前記ナックルはこの凸部で前記車体取付用フランジに当接するものとしている。
この構成の場合にも、第１の発明にかかる車輪用軸受装置の場合と同様に、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を精度良く検出でき、量産時のコストが安価となる。スペーサを介さないため、部品点数を低減でき、それだけナックルへの車輪用軸受装置の固定作業を簡略化できる。

これらの発明において、前記歪みセンサが、前記ボルトの軸方向歪みを検出するものであっても、前記ボルトの周方向歪みを検出するものであっても良く、また前記ボルトの曲げ歪みを検出するものであっても、前記ボルトのせん断歪みを検出するものであっても、前記ボルトに作用する軸力を検出するものであっても良い。

この発明の第１の発明にかかる車輪用軸受装置は、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が外周に形成された内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材が有する車体取付用フランジの車体取付孔の周辺と、車体の懸架装置を構成するナックルとの間にスペーサを介在させ、前記車体取付孔に挿通されまたはねじ込まれて前記固定側部材をナックルに固定するボルトに、このボルトの歪みを検出する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段を設けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を精度良く検出でき、量産時のコストが安価となる。
この発明の第２の発明にかかる車輪用軸受装置は、第１の発明にかかる車輪用軸受装置において、前記スペーサに代えて、前記固定側部材の車体取付用のフランジのナックル対向側面における前記車体取付孔の周囲に凸部を設け、前記車体取付用フランジは前記凸部でナックルに当接するものとしたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を精度良く検出でき、量産時のコストが安価となる。
この発明の第３の発明にかかる車輪用軸受装置は、第１の発明にかかる車輪用軸受装置において、前記スペーサに代えて、前記ナックルの前記固定側部材の車体取付用フランジと対向する側面における、前記ボルトを挿通する孔の周囲に凸部を設け、前記ナックルはこの凸部で前記車体取付用フランジの前記側面に当接するものとしたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置でき、車輪にかかる荷重を精度良く検出でき、量産時のコストが安価となる。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この車輪用軸受装置は、複列外向きアンギュラ玉軸受型の自動車用ホイール軸受となるものであり、かつ従動輪支持用の例である。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。この車輪用軸受装置は、図１に示すように、複列の転走面３が内周に形成された外方部材１と、この外方部材１の各転走面３と対向する転走面４が外周に形成された内方部材２と、これら転走面３，４間に介在した複列の転動体５とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持するようにしたものである。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。外方部材１と内方部材２の間の軸受空間の両端は、シール７，８によりそれぞれ密封されている。

内方部材２は回転側部材となるものであって、アウトボード側の端部付近の外周に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。ハブフランジ９ａには、ブレーキロータを介して車輪（いずれも図示せず）がハブボルト１１で取付けられる。ハブ輪９のインボード側の端部は、内輪１０の幅面を押し付けるフランジ状の加締部９ｂとされており、この加締部９ｂにより内輪１０が軸方向に締め付け固定される。

外方部材１は固定側部材となるものであって、車体の懸架装置を構成するナックル１２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。車体取付用フランジ１ａのねじ孔である車体取付孔１ａａの周辺とナックル１２との間には、ボルト挿通孔１７ａを有するスペーサ１７を介在させ、ナックル１２およびスペーサ１７のボルト挿通孔１２ａ，１７ａを貫通し前記車体取付用フランジ１ａの車体取付孔１ａａにねじ込まれるナックルボルト１３により、外方部材１の車体取付用フランジ１ａがナックル１２に固定される。
なお、前記車体取付用フランジ１ａの車体取付孔１ａａを単純なボルト挿通孔として、この車体取付孔１ａａを貫通したナックルボルト１２にナットを螺合させることで、車体取付用フランジ１ａをナックル１２に締め付け固定しても良い。

図２は、前記ナックルボルト１３の一例の平面図を示す。このナックルボルト１３の軸部１３ｂの一部には平坦部１３ｃが形成されており、その平坦部１３ｃ上にナックルボルト１３の歪みを検出する歪みセンサ１４が設けられている。この歪みセンサ１４は、車体側に設けられた図１に示す荷重計算手段１５に接続される。荷重計算手段１５は、歪みセンサ１４の出力によって、車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する手段である。
歪みセンサ１４は、前記ナックルボルト１３の軸方向歪みを検出するものであっても、前記ナックルボルト１３の周方向歪みを検出するものであっても良く、また前記ナックルボルト１３の曲げ歪みを検出するものであっても、前記ナックルボルト１３のせん断歪みを検出するものであっても、前記ナックルボルト１３に作用する軸力を検出するものであっても良い。

前記ナックルボルト１３は、この他に図３に縦断面図で示すように、ボルト頭部１３ａから軸部１３ｂの中間部に渡り軸方向に延びる孔１６を形成し、この孔１６内に歪みセンサ１４を配置しても良い。さらには、ナックルボルト１３における歪みセンサ１４の配置形態として、図２の配置例と図３の配置例の両方を併用しても良い。
なお、ナックルボルト１３における歪みセンサ１４の好適な配置位置は、検出したい荷重の種類によって異なるが、１つのナックルボルト１３に複数のセンサ配置形態を適用すれば、あらゆる種類の荷重を１つのナックルボルト１３で検出することも可能となる。
また、前記ナックルボルト１３は、外方部材１の車体取付用フランジ１ａをナックル１２に固定するために、これら両部材の周方向の複数箇所に設けられるので、それぞれのナックルボルト１３に歪みセンサ１４を配置することとすれば、より精度の高い荷重検出が可能となる。

この構成の車輪用軸受装置によれば、車両走行に伴い荷重が加わると、外方部材１の車体取付用フランジ１ａとナックル１２との間に力が生じる。この力は車体取付用フランジ１ａおよびナックル１２の両部材をスペーサ１７を介して結合するナックルボルト１３に歪みをもたらし、その歪みをナックルボルト１３に設けられた歪みセンサ１４が検出する。荷重の方向や大きさによって歪みの変化が異なるため、前記荷重計算手段１５には、予め実験やシュミレーションにより求めた歪みと荷重の関係のデータが用意されている。これにより、荷重計算手段１５は、歪みセンサ１４の出力を受けて、車輪に作用する外力、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。
とくに、車体取付用フランジ１ａとナックル１２の間にスペーサ１７を介在させ、スペーサ１７の介在箇所でナックルボルト１３により車体取付用フランジ１ａをナックル１２に固定していることから、車体取付用フランジ１ａとナックル１２との間に生じる力がナックルボルト１３に集中することになり、加わる荷重に応答して生じるナックルボルト１３の歪みがそれだけ大きくなり、歪みセンサ１４の検出精度が向上する。
また、外方部材１の車体取付用フランジ１ａをスペーサ１７を介してナックル１２に固定するナックルボルト１３に歪みセンサ１４を設けているので、荷重センサである歪みセンサ１４を車両にコンパクトに設置でき、量産性に優れ、量産時のコストが安価となる。また、荷重計算手段１５は、算出する車輪に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力が所定の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ものとすれば、自動車の車両制御に使用することができる。さらに、上記車輪に作用する外力、またはタイヤと路面間の作用力を、リアルタイムで荷重計算手段１５から出力することにより、よりきめ細やかな車両制御が可能となる。

図４および図５はこの発明の他の実施形態を示し、図５は図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図を示す。この実施形態の車輪用軸受装置では、図１〜図３に示す第１の実施形態の車輪用軸受装置において、外方部材１の車体取付用フランジ１ａのナックル対向面における車鯛取付孔１ａａの周囲に嵌合凹部１ａｂが設けられると共に、この嵌合凹部１ａｂに対向してナックル１２にも嵌合凹部１２ｂが設けられ、これら両嵌合凹部１ａｂ，１２ｂに渡ってスペーサ１７が嵌合させてある。この場合のスペーサ１７は、前記両嵌合凹部１ａｂ，１２ｂに嵌合した状態で、車体取付用フランジ１ａとナックル１２とが接触しない厚みとされる。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。
このように、車体取付用フランジ１ａの嵌合凹部１ａｂおよびナックル１２の嵌合凹部１２ｂにスペーサ１７を嵌合することで、ナックル１２に対する車輪用軸受装置の位置決めを容易に行うことができる。

図６および図７はこの発明のさらに他の実施形態を示し、図７は図６におけるVII-VII 矢視断面図を示す。この実施形態の車輪用軸受装置では、図１〜図３に示す第１の実施形態の車輪用軸受装置におけるスペーサ１７に代えて、前記外方部材１の車体取付用フランジ１ａのナックル対向側面における前記車体取付孔１ａａの周囲に凸部１ｂを設け、車体取付用フランジ１ａは前記凸部１ｂでナックル１２に当接するものとしている。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。
このように、第１の実施形態におけるスペーサ１７に代えて、車体取付用フランジ１ａのナックル対向側面に凸部１ｂを設けることで部品点数を低減でき、それだけナックル１２への車輪用軸受装置の固定作業を簡略化できる。

図８および図９はこの発明のさらに他の実施形態を示し、図９は図８におけるIX−IX矢視断面図を示す。この実施形態の車輪用軸受装置では、図１〜図３に示す第１の実施形態の車輪用軸受装置におけるスペーサ１７に代えて、前記ナックル１２の車体取付用フランジ１ａと対向する側面におけるボルト挿通孔１２ａの周囲に凸部１２ｃを設け、ナックル１２は前記凸部１２ｃで車体取付用フランジ１ａに当接するものとしている。その他の構成は第１の実施形態の場合と同様である。
このように、第１の実施形態におけるスペーサ１７に代えて、ナックル１２の車体取付用フランジ１ａと対向する側面に凸部１２ｃを設けることで部品点数を低減でき、それだけナックル１２への車輪用軸受装置の固定作業を簡略化できる。

なお、上記各実施形態では、外方部材１が固定側部材となる内輪回転タイプの車輪用軸受装置に適用した場合を例示したが、内方部材が固定側の部材となる外輪回転タイプの車輪用軸受装置に適用しても、上記と同様の効果を得ることができる。外輪回転タイプの場合、例えば、内方部材に形成されるフランジをナックルに結合するナックルボルトに、歪みセンサを設けるようにしても良い。

この発明の第１の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。同車輪用軸受装置におけるナックルボルトの一例の平面図である。ナックルボルトの他の例の縦断面図である。この発明の他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図である。この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。図６におけるVII −VII 矢視断面図である。この発明のさらに他の実施形態にかかる車輪用軸受装置の断面図である。図８における1X−IX矢視断面図である。

符号の説明

１…外方部材
１ａ…車体取付用フランジ
１ａａ…車体取付孔
１ａｂ…嵌合凹部
１ｂ…凸部
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
１２…ナックル
１２ａ…ボルト挿通孔
１２ｂ…嵌合凹部
１２ｃ…凸部
１３…ナックルボルト
１４…歪みセンサ
１５…荷重計算手段
１７…スペーサ

Claims

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が外周に形成された内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材が有する車体取付用フランジの車体取付孔の周辺と、車体の懸架装置を構成するナックルとの間にスペーサを介在させ、前記車体取付孔に挿通されまたはねじ込まれて前記固定側部材をナックルに固定するボルトに、このボルトの歪みを検出する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段を設けたことを特徴とする車輪用軸受装置。
請求項１において、前記スペーサを、前記固定側部材の車体取付用フランジのナックル対向側面における前記車輪取付孔の周囲に設けられた嵌合凹部と、この嵌合凹部に対向して前記ナックルに設けられた嵌合凹部とに渡って嵌合させた車輪用軸受装置。
請求項２において、前記スペーサは、前記固定側部材の前記嵌合凹部および前記ナックルの前記嵌合凹部に嵌合することで、ナックルに対する車輪用軸受装置の位置決めを行うものとした車輪用軸受装置。
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が外周に形成された内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材が有する車体取付用フランジの、車体の懸架装置を構成するナックルと対向する側面における車体取付孔の周囲に凸部を設け、前記車体取付用フランジは前記凸部でナックルに当接するものとし、前記車体取付孔に挿通されまたはねじ込まれて前記固定側部材をナックルに固定するボルトに、このボルトの歪みを検出する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段を設けたことを特徴とする車輪用軸受装置。
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が外周に形成された内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受装置において、
車体の懸架装置を構成するナックルの、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材が有する車体取付用フランジと対向する側面におけるボルト挿通孔の周囲に凸部を設け、前記ナックルはこの凸部で前記車体取付用フランジに当接するものとし、前記車体取付孔に挿通されまたはねじ込まれて前記固定側部材をナックルに固定するボルトに、このボルトの歪みを検出する歪みセンサを設け、この歪みセンサの出力によって車輪に作用する外力またはタイヤと路面間の作用力を推定する荷重計算手段を設けたことを特徴とする車輪用軸受装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記歪みセンサが、前記ボルトの軸方向歪みを検出するものである車輪用軸受装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記歪みセンサが、前記ボルトの周方向歪みを検出するものである車輪用軸受装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記歪みセンサが、前記ボルトの曲げ歪みを検出するものである車輪用軸受装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記歪みセンサが、前記ボルトのせん断歪みを検出するものである車輪用軸受装置。
請求項１ないし請求項５のいずれか１項において、前記歪みセンサが、前記ボルトに作用する軸力を検出するものである車輪用軸受装置。
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項において、前記固定側部材が前記外方部材である車輪用軸受装置。