JP4363103B2

JP4363103B2 - センサ付きハブユニット

Info

Publication number: JP4363103B2
Application number: JP2003204554A
Authority: JP
Inventors: 賢志坂本; 秀明石井
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: JP2005049159A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動車を構成するハブユニットと自動車の各種情報を検出するセンサ装置とが一体化されたセンサ付きハブユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車においては、その制御を行うために種々の情報が必要であることから、車体側に固定される車体側部材、車輪が取り付けられる車輪側部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニットに、センサ装置を設けることが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車体側部材の内端面に環状の支持部材を取り付け、この環状支持部材に歪みセンサを貼り付けたセンサ付きハブユニットが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平３−２０９０１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、自動車の制御手段として、ＡＢＳ制御（アンチロックブレーキシステム）に加えて、発進時や加速時に駆動輪をスピンさせない駆動力制御やコーナリング時の横滑りを抑制するブレーキ力制御などが実施されているが、より精度のよい制御を行うために、これらの制御に有効に使用できるデータの検出が重要となっている。
【０００６】
このような実情に鑑み、本願発明者は、タイヤの接地荷重を精度よく測定して、車両制御の向上を図るという課題を創出した。
【０００７】
しかしながら、上記従来のセンサ付きハブユニットでは、環状支持部材の歪みを測定するものであるので、この歪みから接地荷重を求める場合に、誤差が大きくなり、歪みセンサの測定値から精度よく接地荷重を得ることができないという問題があった。
【０００８】
この発明の目的は、接地荷重を精度よく求めることができるセンサ付きハブユニットを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によるセンサ付きハブユニットは、車体側に固定される車体側部材、一端部に車輪が取り付けられる車輪側部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニットと、センサ装置とを備えているセンサ付きハブユニットにおいて、センサ装置は、車体側部材に固定された支持部材に支持された第１ラジアル方向変位センサと、第１ラジアル方向変位センサから１８０°離れた位置において支持部材に支持された第２ラジアル方向変位センサとを有し、支持部材は、車体側部材にその反車輪側端部が固定され、各ラジアル方向変位センサは、支持部材の自由端である車輪側端部にそれぞれ取り付けられて、車体側部材の車輪側端部にラジアル方向から臨まされており、第１ラジアル方向変位センサと第２ラジアル方向変位センサとは、それらの出力信号の極性が逆であり、ハブユニットの変位量信号は、両ラジアル方向変位センサの出力が加算されることにより求められていることを特徴とするものである。
【００１０】
支持部材は、例えば、環状とされて、車体側部材の内側端部（反車輪側端部）にその内側端部（反車輪側端部）が圧入等によって固定され、自由端とされた外側端部（車輪側端部）の例えば上端および下端に変位センサがそれぞれ取り付けられる。支持部材は、別部材とされてもよく、この場合には、センサを支持した支持部材が例えば車体側部材の上端および下端にそれぞれ固定される。
【００１１】
変位センサとしては、渦電流式のもの、レーザー式のもの、ＰＳＤを使用した光学式のもの、超音波式のもの、磁気式のもの、磁歪式のものなどのいずれであってもよく、また、非接触式でなく接触式であってもよい。
【００１２】
ハブユニットは、自動車の従動輪側に使用されてもよく、等速ジョイントと結合されて駆動輪側に使用されてもよい。
【００１３】
タイヤ（車輪）に掛かる鉛直方向（Ｚ方向）の荷重によって、ハブユニットの外側端部が内側端部に対して上向きに変位するので、支持部材の内側端部をハブユニットの車体側部材の内側寄りの部分に取り付け、車体側部材の外側端部（被検知面）を臨むように支持部材の外側端部にラジアル方向の変位センサを設けることにより、この上向きの変位を検知することができる。上向きの変位とタイヤの鉛直方向荷重とは、比例関係にあり、得られた変位からタイヤの接地荷重を求めることができる。また、車輪側部材の外側端部（被検知面）を軸方向から臨むように同じ支持部材または別の支持部材にアキシアル方向の変位センサを設けることにより、タイヤに掛かる水平方向（Ｘ方向またはＹ方向）の荷重に対応する変位が求められる。
【００１４】
この発明のセンサ付きハブユニットによると、タイヤにＺ方向の荷重が掛かると、接地側位置（下端部側）にある被検知面がこれに対応する変位センサから離れるとともに、この変位センサから１８０°離れた位置（上端部側）にある被検知面は、これに対応する変位センサに接近する。２つの変位センサを同出力特性（変位量に対する信号絶対値の変化が同値）とするとともに、これらの変位センサをその出力信号の極性が逆になる（第１変位センサの出力信号が接近時に増加する場合には、第２変位センサの出力信号が接近時に減少する）ように装着することにより、両変位センサの出力が加算されることにより求められたハブユニットの変位量信号は、変位センサが１つの場合に比べて大きいものとなり、検出精度が向上する。また、被検知面に加工精度誤差がある場合、この誤差に伴う変位センサと被検知面との距離の大小によって、荷重変動があるという信号が出力されることがあるが、２つの変位センサを上記のように装着することにより、加算された信号では、加工精度の誤差による分は逆符号となって相殺され、加工精度による影響をなくすことができる。また、タイヤにＸ方向の接地荷重（横加重）が内向きに掛かると、接地側位置（下端部側）にある被検知面がこれに軸方向内側から対向している変位センサに接近するとともに、この変位センサから１８０°離れた位置（上端部側）にある被検知面は、これに軸方向内側から対向している変位センサから離れる。２つの変位センサを同出力特性（変位量に対する信号絶対値の変化が同値）とするとともに、これらの変位センサをその出力信号の極性が逆になる（第１変位センサの出力信号が接近時に増加する場合には、第２変位センサの出力信号が接近時に減少する）ように装着することにより、両変位センサの出力が加算されることにより求められたハブユニットの変位量信号は、変位センサが１つの場合に比べて大きいものとなり、検出精度が向上する。また、被検知面（車輪側部材の外側端部）が回転することに伴い、回転振れや加工精度によって変位センサの出力値は変動することがあるが、その出力のＰ−Ｐ値の中央値の変動を求めることで、回転振れや加工精度による影響をなくすことができる。こうして、２つの変位センサによって１８０°離れた位置でハブユニットの変位が検出されるので、被検知面が固定部または回転部にかかわらず、誤差が小さくかつ出力が大きくなり、タイヤ（車輪）に作用する力を精度よく検出することができる。
【００１５】
各変位センサは、ラジアル方向の変位を測定するものとされることがあり、ラジアル方向およびアキシアル方向の両方の変位を測定するものとされることがある。前者の場合、垂直荷重（Ｚ方向荷重）を測定することができ、後者の場合は、垂直荷重に加えて、水平方向の荷重も測定することもできる。水平方向の荷重のうち、車両旋回時の横荷重（Ｘ方向荷重）を得るための変位は、アキシアル方向変位センサをラジアル方向変位センサと同じ位置に設けることにより検知され、車両制動時の水平荷重（Ｙ方向荷重）を得るための変位は、アキシアル方向変位センサをラジアル方向変位センサから９０°離れた位置に設けることにより検知される。３方向（Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向）の荷重をすべて求めてこれらを３次元マッピングすることにより、タイヤ接地荷重の全方向検知が可能となる。
【００１６】
こうして得られたタイヤ接地荷重は、ＡＢＳ制御におけるスリップ率の代替えデータとして使用されるほか、駆動力制御やブレーキ力制御などにおいて使用され、車両制御の精度向上に資することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、この発明のセンサ付き転がりハブユニットの１実施形態を示している。以下の説明において、左右および上下は、図の左右および上下をいうものとする。なお、左が車両の内側に、右が車両の外側となっている。
【００１９】
図１に示すように、センサ付きハブユニットは、ハブユニット(1)と、タイヤの接地荷重を検出するセンサ装置(2)とを備えている。
【００２０】
ハブユニット(1)は、車体側に固定される固定側軌道部材（車体側部材）(3)、車輪が取り付けられる回転側軌道部材（車輪側部材）(4)、両部材(3)(4)の間に２列に配置された複数の転動体である玉(5)、および各列の玉(5)をそれぞれ保持する保持器(6)を備えている。
【００２１】
固定側軌道部材(3)は、軸受の外輪（固定輪）機能を有しているもので、内周面に２列の外輪軌道が形成されている円筒部(12)と、円筒部(12)の左端部近くに設けられて懸架装置（車体）にボルトで取り付けられるフランジ部(13)とを有している。
【００２２】
回転側軌道部材(4)は、第１の軌道溝(15a)を有する大径部(15)および第１の軌道溝(15a)の径よりも小さい外径を有する小径部(16)を有している内軸(14)と、内軸(14)の小径部(16)外径に嵌め止められて右面が内軸(14)の大径部(15)左面に密接させられている内輪(17)とからなる。内軸(14)の右端近くには、車輪を取り付けるための複数のボルト(19)が固定されたフランジ部(18)が設けられている。内輪(17)の右部には、内軸(14)の軌道溝(15a)と並列するように、軌道溝(17a)が形成されており、内輪(17)の左部に肩部(17b)が形成されている。固定側軌道部材(3)の右端部と内軸(14)との間には、シール装置(20)が設けられている。内軸(14)の小径部(16)の左端部には、おねじ部が設けられており、このおねじ部にねじ合わされたナットによって、内輪(17)が内軸(14)に固定されている。固定側軌道部材(3)の左端部には、カバー(22)が被せ止められている。
【００２３】
センサ装置(2)は、固定側軌道部材(3)に取り付けられた環状支持部材(7)と、支持部材(7)に取り付けられた第１ラジアル方向変位センサ(8A)、第２ラジアル方向変位センサ(8B)、第１アキシアル方向変位センサ(9A)および第２アキシアル方向変位センサ(9B)と、各変位センサ(8A)(8B)(9A)(9B)の出力を処理する処理手段（図示略）とを備えている。
【００２４】
支持部材(7)は、ハブユニット(1)と同心の小径円筒部(7a)、小径円筒部(7a)の右端部に一体に形成されたフランジ部(7b)、小径円筒部(7a)と同心となるようにフランジ部(7b)の外周部の右部に一体に形成された大径円筒部(7c)よりなる。
【００２５】
支持部材(7)は、固定側軌道部材(3)の内側寄りの部分にその小径円筒部(7a)が圧入等によって固定されており、自由端とされた大径円筒部(7c)の外側端部（車輪側端部）に各変位センサ(8A)(8B)(9A)(9B)が取り付けられている。
【００２６】
第１ラジアル方向変位センサ(8A)は、固定側軌道部材(3)を上方（径方向外方）から臨むように、支持部材(7)の上端位置（反接地側位置）に装着されており、第２ラジアル方向変位センサ(8B)は、固定側軌道部材(3)を下方（径方向外方）から臨むように、支持部材(7)の下端位置（接地側位置）に装着されている。また、第１アキシアル方向変位センサ(9A)は、回転側軌道部材(4)を左方（軸方向内方）から臨むように、支持部材(7)の上端位置（反接地側位置）に装着されており、第２アキシアル方向変位センサ(9B)は、回転側軌道部材(4)を左方（軸方向内方）から臨むように、支持部材(7)の下端位置（接地側位置）に装着されている。第１ラジアル方向変位センサ(8A)と第２ラジアル方向変位センサ(8B)とは、同出力特性（変位量に対する信号絶対値の変化が同値）とされており、第１アキシアル方向変位センサ(9A)と第２アキシアル方向変位センサ(9B)とも、同出力特性とされている。そして、第１ラジアル方向変位センサ(8A)と第２ラジアル方向変位センサ(8B)とは、その出力信号の極性が逆になる（第１ラジアル方向変位センサ(8A)の出力信号が接近時に増加する場合には、第２ラジアル方向変位センサ(8B)の出力信号が接近時に減少する）ように支持部材(7)に取り付けられ、第１アキシアル方向変位センサ(9A)と第２アキシアル方向変位センサ(9B)とも、その出力信号の極性が逆になる（第１アキシアル方向変位センサ(9A)の出力信号が接近時に増加する場合には、第２アキシアル方向変位センサ(9B)の出力信号が接近時に減少する）ように支持部材(7)に取り付けられている。そして、ハブユニット(1)のＺ方向変位量信号は、第１ラジアル方向変位センサ(8A)と第２ラジアル方向変位センサ(8B)との出力が加算されることにより求められており、ハブユニット(1)のＸ方向変位量信号は、第１アキシアル方向変位センサ(9A)と第２アキシアル方向変位センサ(9B)との出力が加算されることにより求められている。
【００２７】
図２および図３は、タイヤ接地荷重を監視するために変位を用いることができるかどうかの可能性を評価したもので、図２は、Ｚ方向のみの荷重を付与した場合のハブユニットのＺ方向変位を示し、図３は、Ｚ方向荷重を一定にしてＸ方向荷重を変えていった場合のハブユニットのＸ方向変位を示している。
【００２８】
図２においては、（ａ）に示すように、回転側軌道部材(4)の車輪側端部(4a)を固定した状態で、同部材(4)の車体側端部(4b)側に取り付けた荷重負荷板材(18)に白抜きの矢印で示すＺ方向荷重を付与し、この荷重とＺ方向変位量（実線の矢印で示す固定側軌道部材(3)の所定位置における変位量）との関係を調査している。図２（ｂ）に示す結果から、ハブユニット(1)に掛かるＺ方向荷重とＺ方向変位とはほぼ直線関係（比例関係）があり、Ｚ方向変位からＺ方向荷重を求めることができることが分かる。
【００２９】
また、図３においては、（ａ）に示すように、回転側軌道部材(4)の車輪側端部(4a)を固定した状態で、同部材(4)の車体側端部(4b)側に取り付けた荷重負荷板材(18)に白抜きの矢印で示すＺ方向荷重（一定値）および太い矢印で示すＸ方向荷重を付加し、Ｘ方向荷重を変化させた場合に、この荷重とＸ方向変位量（回転側軌道部材(4)に対する固定側軌道部材(3)の変位量を実線の矢印で示す位置において求めたもの）との関係を調査している。図３（ｂ）に示す結果から、ハブユニット(1)に掛かるＺ方向荷重を一定にしてＸ方向荷重を変えていった場合に、ハブユニット(1)に掛かるＸ方向荷重とＸ方向変位とについても、ほぼ直線関係があり、Ｘ方向変位からＸ方向荷重を求めることができることが分かる。
【００３０】
センサ装置(2)の処理手段には、これらの知見に基づいて、電圧の変動量として出力された変位量から接地荷重を求める演算式が蓄えられており、この処理手段によって、各変位センサ(8A)(8B)(9A)(9B)の出力に基づいた接地荷重の変動量が求められる。
【００３１】
図４は、Ｘ−Ｚ方向のセンサ出力変化（荷重変化）を２次元マッピングしたものであり、上記構成によると、同図に示すように、Ｘ方向およびＺ方向の出力初期値をそれぞれＷｘ０およびＷｚ０として、Ｘ方向荷重変化量ΔＷｘおよびＺ方向荷重変化量ΔＷｚが求められる。Ｘ方向は、回転側軌道部材(4)が検知対象であるので、回転振れなどによって一回転中で出力値が変動することがあるが、その出力のＰ−Ｐ値の中央値の変動を求めることで、回転振れなどの影響をなくすことができる。
【００３２】
さらに、図示省略したが、第３および第４のアキシアル方向変位センサをラジアル方向変位センサから９０°離れた位置に設けることにより、Ｙ方向荷重を求め、Ｘ方向荷重、Ｙ方向荷重およびＺ方向荷重を３次元マッピングすることにより、タイヤ接地荷重の全方向検知が可能となる。
【００３３】
このセンサ付きハブユニットによると、タイヤの接地荷重が変動すると、各変位センサ(8A)(8B)(9A)(9B)の出力信号が変化し、Ｚ方向荷重については、第１ラジアル方向変位センサ(8A)と第２ラジアル方向変位センサ(8B)との出力が加算されることにより求められた変位量信号を使用して、図２に示した相関関係に基づく演算式から求められ、Ｘ方向荷重については、第１アキシアル方向変位センサ(9A)と第２アキシアル方向変位センサ(9B)との出力が加算されることにより求められた変位量信号を使用して、図３に示した相関関係に基づく演算式から求められる。得られた接地荷重の変動量は、車両制御手段に出力され、車両に適正な制御が施される。
【００３４】
なお、上記においては、変位から接地荷重を求めることだけを示したが、変位センサ(8A)(8B)(9A)(9B)の一部または全部を使用し、これらの変位センサ(8A)(8B)(9A)(9B)の出力の変化の繰り返し数から回転側軌道部材(4)の回転速度を求めることも可能である。例えば、回転側軌道部材(4)に回転振れがあり、一回転中でＸ方向の出力がＳｉｎ波を示す場合、Ｘ方向出力の周波数によって、回転（回転速度、回転数など）の検出も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるセンサ付きハブユニットの１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】この発明によるセンサ付きハブユニットにおいて、Ｚ方向のみの荷重を付与した場合のハブユニットのＺ方向変位を示す図である。
【図３】この発明によるセンサ付きハブユニットにおいて、Ｚ方向荷重を一定にしてＸ方向荷重を変えていった場合のハブユニットのＸ方向変位を示す図である。
【図４】この発明によるセンサ付きハブユニットにおいて、Ｘ−Ｚ方向のセンサ出力変化（荷重変化）を２次元マッピングした図である。
【符号の説明】
(1) ハブユニット
(2) センサ装置
(3) 固定側軌道部材（車体側部材）
(4) 回転側軌道部材（車輪側部材）
(5) 玉（転動体）
(8A) 第１ラジアル方向変位センサ
(8B) 第２ラジアル方向変位センサ
(9A) 第１アキシアル方向変位センサ
(9B) 第２アキシアル方向変位センサ

Claims

車体側に固定される車体側部材、一端部に車輪が取り付けられる車輪側部材、および両部材の間に配置された二列の転動体を有するハブユニットと、センサ装置とを備えているセンサ付きハブユニットにおいて、
センサ装置は、車体側部材に固定された支持部材に支持された第１ラジアル方向変位センサと、第１ラジアル方向変位センサから１８０°離れた位置において支持部材に支持された第２ラジアル方向変位センサとを有し、支持部材は、車体側部材にその反車輪側端部が固定され、各ラジアル方向変位センサは、支持部材の自由端である車輪側端部にそれぞれ取り付けられて、車体側部材の車輪側端部にラジアル方向から臨まされており、第１ラジアル方向変位センサと第２ラジアル方向変位センサとは、それらの出力信号の極性が逆であり、ハブユニットの変位量信号は、両ラジアル方向変位センサの出力が加算されることにより求められていることを特徴とするセンサ付きハブユニット。
車体側部材の車輪側端部が反車輪側端部に対して上向きに変位する量を各ラジアル方向変位センサによって検知し、上向きの変位と車輪に掛かる鉛直方向荷重とが比例関係にあることを利用して、得られた変位から車輪に掛かる鉛直方向荷重が求められている請求項１のセンサ付きハブユニット。
センサ装置は、支持部材に支持された第１アキシアル方向変位センサと、第１アキシアル方向変位センサから１８０°離れた位置において支持部材に支持された第２アキシアル方向変位センサとをさらに有し、各アキシアル方向変位センサは、支持部材の自由端である車輪側端部にそれぞれ取り付けられて、車輪側部材の車輪側端部に軸方向から臨まされており、第１アキシアル方向変位センサと第２アキシアル方向変位センサとは、それらの出力信号の極性が逆であり、ハブユニットの変位量信号は、両アキシアル方向変位センサの出力が加算されることにより求められている請求項１または２のセンサ付きハブユニット。
車輪側部材の車輪側端部が車体側部材に対して軸方向に変位する量を各アキシアル方向変位センサによって検知し、この軸方向の変位と車輪に掛かる水平方向荷重とが比例関係にあることを利用して、得られた変位から車輪に掛かる水平方向荷重が求められている請求項３のセンサ付きハブユニット。
第１ラジアル方向変位センサは、車体側部材を上方から臨むように、支持部材の上端位置に装着されており、第２ラジアル方向変位センサは、車体側部材を下方から臨むように、支持部材の下端位置に装着されており、第１アキシアル方向変位センサは、車輪側部材を軸方向内方から臨むように、支持部材の上端位置に装着されており、第２アキシアル方向変位センサは、車輪側部材を軸方向内方から臨むように、支持部材の下端位置に装着されており、第１ラジアル方向変位センサと第２ラジアル方向変位センサとは、第１ラジアル方向変位センサの出力信号が接近時に増加する場合には、第２ラジアル方向変位センサの出力信号が接近時に減少するように支持部材に取り付けられ、第１アキシアル方向変位センサと第２アキシアル方向変位センサとは、第１アキシアル方向変位センサの出力信号が接近時に増加する場合には、第２アキシアル方向変位センサの出力信号が接近時に減少するように支持部材に取り付けられており、ハブユニットの鉛直方向変位量信号が、第１ラジアル方向変位センサと第２ラジアル方向変位センサとの出力が加算されることにより求められ、ハブユニットの水平方向変位量信号が、第１アキシアル方向変位センサと第２アキシアル方向変位センサとの出力が加算されることにより求められている請求項３または４のセンサ付きハブユニット。