特許 5882746 センサ付車輪用軸受装置およびそのセンサ出力を用いる車両制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5882746

(24)【登録日】2016年2月12日

(45)【発行日】2016年3月9日

(54)【発明の名称】センサ付車輪用軸受装置およびそのセンサ出力を用いる車両制御装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 5/00 20060101AFI20160225BHJP

   F16C 19/18 20060101ALI20160225BHJP

   F16C 41/00 20060101ALI20160225BHJP

   B60B 35/18 20060101ALI20160225BHJP

【ＦＩ】

   G01L5/00 K

   F16C19/18

   F16C41/00

   B60B35/18 Z

【請求項の数】15

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-1183(P2012-1183)

(22)【出願日】2012年1月6日

(65)【公開番号】特開2013-140125(P2013-140125A)

(43)【公開日】2013年7月18日

【審査請求日】2014年11月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100086793

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅士

(74)【代理人】

【識別番号】100087941

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 修司

(72)【発明者】

【氏名】高橋 亨

(72)【発明者】

【氏名】畠山 航

【審査官】 續山 浩二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１４９５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２４３３７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５９０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５２９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４０７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３１４１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９８２４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１０４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−００３２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３０００８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５０６２７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｌ ５／００

Ｂ６０Ｂ ３５／１８

Ｆ１６Ｃ １９／１８

Ｆ１６Ｃ ４１／００

(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、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材、および両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、
この軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサと、前記各センサの出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段とを備えたセンサ付車輪用軸受装置において、
前記荷重演算処理手段が、路面に作用する荷重を演算して出力する路面作用力演算モードと、前記車輪用軸受に作用する荷重を演算して出力する軸受作用力演算モードとを有し、
前記荷重演算処理手段は、作用する荷重（Ｆ）を、前記信号ベクトル（Ｓ）、係数（Ｍ）、およびオフセット（Ｍ_０）を用いて、次の演算式、
Ｆ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍ_０
によって行い、
前記荷重演算処理手段における前記路面作用力演算モードでの演算は、前記軸受作用力演算モードの演算結果のブレーキ力の影響による変化分を補正する処理に基づいて行なわれ、
前記補正する処理に用いられる係数（Ｍ）およびオフセット（Ｍ_０）が、ブレーキＯＦＦ状態について演算された前記係数（Ｍ）およびオフセット（Ｍ_０）から、既に保存されているタイヤ半径／ブレーキキャリパ取付位置の半径比（α）と、ブレーキキャリパ軸（ｘ）からのブレーキキャリパ取付位置の角度（θ）を用いて演算したものであるセンサ付車輪用軸受装置。

【請求項2】

請求項１において、前記荷重演算処理手段が、前記路面作用力演算モードおよび前記軸受作用力演算モードの両方の演算結果を出力するセンサ付車輪用軸受装置。

【請求項3】

請求項１において、前記荷重演算処理手段に対して、前記路面作用力演算モードおよび前記軸受作用力演算モードの演算結果のうち、いずれの演算結果を出力するかを選択させる機能を有する演算結果選択指令手段を設けたセンサ付車輪用軸受装置。

【請求項4】

請求項１において、前記荷重演算処理手段に対して、前記路面作用力演算モードおよび前記軸受作用力演算モードの演算結果のうち、いずれの演算結果を出力するかを選択させる機能を、センサ付車輪用軸受装置の外部である車両側の上位ＥＣＵに持たせたセンサ付車輪用軸受装置。

【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、軸受に加わる荷重を検出する前記センサが３つ以上設けられており、前記荷重演算処理手段は、前記３つ以上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荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。

【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、前記センサを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部および左面部に円周方向９０度の位相差で４つ等配したセンサ付車輪用軸受装置。

【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、前記各センサ上に温度センサが設けられており、前記信号処理手段は、前記温度センサの検出した温度に応じて各センサの出力信号を補正するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。

【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、前記信号処理手段は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値を算出し、この平均値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。

【請求項9】

請求項１ないし請求項７のいずれか１項において、前記信号処理手段は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値と振幅値を算出し、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。

【請求項10】

請求項１ないし請求項９のいずれか１項において、前記センサは、前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設けたセンサユニットであり、このセンサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される３つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材と、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２つ以上の歪検出素子を有するセンサ付車輪用軸受装置。

【請求項11】

請求項１０において、前記歪検出素子が、前記歪み発生部材の隣り合う第１および第２の接触固定部の間、および隣り合う第２および第３の接触固定部の間にそれぞれ設けられており、隣り合う前記接触固定部の間隔、もしくは隣り合う前記歪検出素子の間隔は、前記の歪検出素子の出力信号の位相差が転動体の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍となる間隔であり、前記信号処理手段は、前記２つの歪検出素子の出力信号の和から平均値を求め、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。

【請求項12】

請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のセンサ付車輪用軸受装置からのセンサ出力を用いて車両制御を行なう車両制御装置であって、車両がブレーキＯＮ状態で停止しているときに、駆動力を印加しない状態においてセンサ付車輪用軸受装置の前記荷重演算処理手段が前記路面作用力演算モードで演算出力する路面荷重（Ｗgx）を取得し、その後、ブレーキＯＮ状態において前記荷重演算処理手段が前記軸受作用力演算モードで演算出力する軸受荷重（Ｆxb）をモニタしながら駆動力を制御して、適切な条件でブレーキを解除するブレーキ解除制御手段を備えることを特徴とする車両制御装置。

【請求項13】

請求項１２において、前記ブレーキ解除制御手段は、ブレーキＯＮ状態のまま車両が静止している状態において、前記センサ付車輪用軸受装置から取得した路面荷重（Ｆx ）と前記軸受荷重（Ｆxb）の値を評価し、両荷重の差が予め設定されたしきい値を超えている場合に、車輪が斜面に静止している状態にあると判断する機能を有する車両制御装置。

【請求項14】

請求項１２において、前記ブレーキ解除制御手段は、ブレーキＯＮ状態のまま車両が静止している状態において、前記センサ付車輪用軸受装置から取得した前記軸受荷重（Ｆxb）の値が、駆動力を印加しない状態においてセンサ付車輪用軸受装置から取得した路面荷重（Ｗgx）と概ね等しくなったときを、前記ブレーキを解除する適切な条件とする車両制御装置。

【請求項15】

請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項において、前記ブレーキ解除制御手段は、その制御を、運転者がブレーキを解除して走行状態に移ろうとしたときから、実際にブレーキを解除するまでの時間に実行する車両制御装置。

【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備えたセンサ付車輪用軸受装置、およびそのセンサ付車輪用軸受装置のセンサ出力を用いて、車両の坂道発進時に、車両が進行方向と逆方向に動いてしまうのを防止する制御を行なう車両制御装置に関する。

【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、車輪用軸受の外輪外径面に歪みゲージを貼り付け、外輪外径面の歪みから荷重を検出するようにした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、３つの接触固定部で固定される歪み発生部材と、その歪み発生部材の上に設けた２つの歪みセンサとでなり、一つの歪み信号を出力するようにしたセンサユニットを軸受の外輪に設置して、前記２つの歪みセンサの出力信号の加算値、振幅値等をセンサユニットの出力として用い、入力荷重の推定演算処理を行うようにしたものも提案されている（例えば特許文献２）。この他に、変位センサ（渦電流センサ、磁気センサ、リラクタンスセンサ等）を軸受の固定輪に設置すると共に、軸受の回転輪に検出ターゲットを配置して内外輪の相対変位量を求め、予め求めておいた荷重と変位との関係から、印加されている荷重を求めるようにしたセンサ付車輪用軸受も提案されている。

【0003】

また、車輪用軸受の技術ではないが、車両が坂道発進するときの車両のずり落ちを低減する各種の車両制御方法が提案されている（例えば特許文献３〜５）。すなわち、特許文献３では電気自動車において車両停止時のクリープトルクを適切に制御する技術が、また特許文献４ではハイブリット車両において発進に必要な駆動トルクを推定して必要に応じてエンジンの始動を制御する技術が、また特許文献５では坂道の勾配を測定して必要なクラッチトルクを推定し、必要なトルク出力でブレーキを解除する技術が開示されている。 さらに、車両発進時における運転者からの入力に対して、遅れなく車両を動作させるための具体的な制御手順の例を提案したものもある（例えば特許文献６）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００３−５３０５６５号公報

【特許文献2】特開２００９−２７０７１１号公報

【特許文献3】特開平１０−２３６１５号公報

【特許文献4】特開２００７−２３０２８８号公報

【特許文献5】特表２０１０−５４０３３８号公報

【特許文献6】特開２０１０−１８４６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

車両の上り時の坂道発進において、ブレーキがＯＦＦ状態では車両が進行方向とは逆方向に動いてしまう。この逆進状態で駆動トルクがない、あるいは不足した状態であると車両が逆方向に進み、後続車などの物体に衝突する可能性がある。このため、上記逆進状態では、発進時に安定したスムーズな加速ができない。そこで、車両の坂道発進時には、ブレーキをＯＦＦにしても車両が動かないように制御する必要がある。

【0006】

ところが、特許文献３に開示された技術では、車両を停止させておくために必要なクリープトルクの推定を、車両の動き出しを検出することで行なっているため、動作遅れが生じ、多少のずり落ちが発生してしまうことになる。

【0007】

特許文献４に開示されている技術でも、必要最低限の駆動トルクの推定は、車両の動き出しを検出することで実施されており、ずり落ちが発生する前に必要なトルク値は推定できていない。したがって、特許文献３に開示の技術と同様にずり落ちが発生してしまうことになる。

【0008】

特許文献５に開示された技術のように、傾斜計と加速度計の測定値から必要な駆動トルク値を推定し、出力トルク値が必要な値を上回るまでブレーキ解除を遅らせれば、ずり落ちを回避できる。しかし、推定した駆動トルクは車両全体の傾斜から算出されたもので、誤差が大きくなる可能性がある。また、クラッチの制御部材の位置を検出して出力トルクを推定する構成としているため、出力トルク値の誤差も大きくなる可能性があり、推定精度によってはずり落ちが発生することになる。このように、車両状態を傾斜計により取得する構成とする場合、各車輪の路面との接地状態が異なるとき、正しく車両状態を推定することができず、ずり落ちや過剰な駆動トルクの印加が発生してしまう。各車輪の状況に応じた駆動力を最適に制御するため、各車輪の接地状態を反映する荷重状態を検出した信号が必要である。

【0009】

この発明の目的は、ずり落ちなく安定した車両の坂道発進を行なうためのセンサ出力を得ることができるセンサ付車輪用軸受装置、およびそのセンサ出力を用いて車両の坂道発進を安定して行なわせる車両制御装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材、および両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、この軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサと、前記各センサの出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段とを備えたセンサ付車輪用軸受装置において、前記荷重演算処理手段が、路面に作用する荷重を演算して出力する路面作用力演算モードと、前記車輪用軸受に作用する荷重を演算して出力する軸受作用力演算モードとを有し、
前記荷重演算処理手段は、作用する荷重（Ｆ）を、前記信号ベクトル（Ｓ）、係数（Ｍ）、およびオフセット（Ｍ_０）を用いて、次の演算式、
Ｆ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍ_０
によって行い、
前記荷重演算処理手段における前記路面作用力演算モードでの演算は、前記軸受作用力演算モードの演算結果のブレーキ力の影響による変化分を補正する処理に基づいて行なわれ、
前記補正する処理に用いられる係数（Ｍ）およびオフセット（Ｍ_０）が、ブレーキＯＦＦ状態について演算された前記係数（Ｍ）およびオフセット（Ｍ_０）から、既に保存されているタイヤ半径／ブレーキキャリパ取付位置の半径比（α）と、ブレーキキャリパ軸（ｘ）からのブレーキキャリパ取付位置の角度（θ）を用いて演算したものである。

【0011】

この構成のセンサ付車輪用軸受装置によると、前記荷重演算処理手段が、路面に作用する荷重を演算して出力する路面作用力演算モードと、前記車輪用軸受に作用する荷重を演算して出力する軸受作用力演算モードとを有する。そのため、次のように、ずり落ちなく安定した車両の坂道発進を行なうためのセンサ出力を得ることができる。
これにつき説明する。坂道でブレーキをＯＮとした状態で停車している車両において、車両側から駆動トルクを入力すると、ブレーキディスクを介して荷重が車輪用軸受に印加され、車輪用軸受のｘ方向作用力Ｆxbに変化が生じる。このとき、前記荷重演算処理手段の軸受作用力演算モードで演算された車輪用軸受での荷重値Ｆxbが、駆動トクル印加前に路面作用力演算モードで演算された路面作用力Ｗxgと等しくなるように、駆動トルクを入力すると、ブレーキパッドからブレーキディスクに印加されているトルクがゼロの状態になる。すなわち、ブレーキを解除しても車両が動き出さない状態となる。この場合に、前記荷重演算処理手段は、路面作用力演算モードでブレーキＯＮの状態での路面反力Ｗxgと車輪用軸受の荷重Ｆxbを演算出力できる。そこで、例えば、車両の統括制御を行なう上位ＥＣＵにおいて、ブレーキをＯＮにした状態のまま、先ず前記荷重演算処理手段からその演算結果である路面作用力Ｗxgを取得し、その後、前記荷重演算処理手段からその演算結果である車輪用軸受での荷重値Ｆxbをモニタしながら駆動トルクを印加して行き、軸受荷重値Ｆxbが路面作用力Ｗxgと等しくなったところでブレーキを解除して走行を開始するという発進操作の制御を行なうことができる。このような操作手順は、例えば特許文献６に提示されているように、運転者がブレーキからアクセルに踏み替える操作時に、実際にブレーキを解除するまでの時間に実施することができる。
なお、上記したような上位ＥＣＵによる自動制御により坂道発進時のブレーキ解除を行なう場合に限らず、運転者自らが、前記荷重演算処理手段の演算結果である路面作用力Ｗxgと車輪用軸受での荷重値Ｆxbとを用いて同様のブレーキ解除を手動で行なうことも可能である。
このように、この構成によると、荷重演算処理手段が、路面に作用する荷重を演算して出力する路面作用力演算モードと、前記車輪用軸受に作用する荷重を演算して出力する軸受作用力演算モードとを有するので、ずり落ちなく安定した車両の坂道発進を行なうためのセンサ出力を得ることができる。そして、このセンサ出力を用いることによって、運転者の手動により、あるいは車両制御装置による自動制御で、ずり落ちなく安定した車両の坂道発進を行なうことができる。

【0012】

この発明において、前記荷重演算処理手段が、前記路面作用力演算モードおよび前記軸受作用力演算モードの両方の演算結果を出力するものとしても良い。また、前記荷重演算処理手段に対して、前記路面作用力演算モードおよび前記軸受作用力演算モードの演算結果のうち、いずれの演算結果を出力するかを選択させる機能を有する演算結果選択指令手段を設けても良い。

【0013】

また、前記荷重演算処理手段に対して、前記路面作用力演算モードおよび前記軸受作用力演算モードの演算結果のうち、いずれの演算結果を出力するかを選択させる機能を、センサ付車輪用軸受装置の外部である車両側の上位ＥＣＵに持たせても良い。

【0016】

この発明において、軸受に加わる荷重を検出する前記センサが３つ以上設けられており、前記荷重演算処理手段は、前記３つ以上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荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を演算するものとしても良い。

【0017】

この発明において、前記センサを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部および左面部に円周方向９０度の位相差で４つ等配しても良い。
このように４つのセンサを配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

【0018】

この発明において、前記各センサ上に温度センサが設けられており、前記信号処理手段は、前記温度センサの検出した温度に応じて各センサの出力信号を補正するものとしても良い。
このように構成した場合、各センサの出力信号の温度ドリフトを補正することができる。

【0019】

この発明において、前記信号処理手段は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値を算出し、この平均値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしても良い。

【0020】

この発明において、前記信号処理手段は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値と振幅値を算出し、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしても良い。

【0021】

また、前記荷重演算処理手段は、前記信号ベクトルと所定の荷重推定パラメータとを用いた演算式で荷重を演算するものとしても良い。

【0022】

この発明において、前記センサは、前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設けたセンサユニットであり、このセンサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される３つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材と、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２つ以上の歪検出素子を有するものとしても良い。

【0023】

この場合に、前記歪検出素子２２Ａ，２２Ｂが、前記歪み発生部材２１の隣り合う第１および第２の接触固定部２１ａの間、および隣り合う第２および第３の接触固定部２１ａの間にそれぞれ設けられており、隣り合う前記接触固定部２１ａの間隔、もしくは隣り合う前記歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの間隔は、前記歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号の位相差が転動体の配列ピッチの｛ｎ＋１／２（ｎ：整数）｝倍となる間隔であり、前記信号処理手段３１は、前記２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの出力信号の和から平均値を求め、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段３２はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしても良い。
この構成の場合、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号は略１８０度の位相差を有することになり、それら信号の和から求めた平均値は転動体通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、前記２つの歪検出素子の信号の差分から求めた振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面などの滑りの影響をより確実に排除した正確なものとなる。

【0024】

この発明の車両制御装置は、この発明の上記したいずれかの構成のセンサ付車輪用軸受装置からのセンサ出力を用いて車両制御を行なう車両制御装置であって、車両がブレーキＯＮ状態で停止しているときに、駆動力を印加しない状態においてセンサ付車輪用軸受装置の前記荷重演算処理手段が前記路面作用力演算モードで演算出力する路面荷重Ｗgxを取得し、その後、ブレーキＯＮ状態において前記荷重演算処理手段が前記軸受作用力演算モードで演算出力する軸受荷重Ｆxbをモニタしながら駆動力を制御して、適切な条件でブレーキを解除するブレーキ解除制御手段を備えることを特徴とする。

【0025】

この構成によると、車両制御装置がセンサ付車輪用軸受装置のセンサ出力を用いることによって、車両の坂道発進を自動制御で安定して行なわせることができる。

【0026】

この場合に、前記ブレーキ解除制御手段は、ブレーキＯＮ状態のまま車両が静止している状態において、前記センサ付車輪用軸受装置から取得した路面荷重Ｆx と前記軸受荷重Ｆxbの値を評価し、両荷重の差が予め設定されたしきい値を超えている場合に、車輪が斜面に静止している状態にあると判断する機能を有するものとしても良い。

【0027】

また、前記ブレーキ解除制御手段は、ブレーキＯＮ状態のまま車両が静止している状態において、前記センサ付車輪用軸受装置から取得した前記軸受荷重Ｆxbの値が、駆動力を印加しない状態においてセンサ付車輪用軸受装置から取得した路面荷重Ｗgxと概ね等しくなったときを、前記ブレーキを解除する適切な条件と判断するものとして良い。

【0028】

この発明において、前記ブレーキ解除制御手段は、その制御を、運転者がブレーキを解除して走行状態に移ろうとしたときときから、実際にブレーキを解除するまでの時間に実行するものとしても良い。

【発明の効果】

【0029】

この発明のセンサ付車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周に形成された外方部材、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材、および両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、この軸受に加わる荷重を検出する１つ以上のセンサと、前記各センサの出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段とを備えたセンサ付車輪用軸受装置において、前記荷重演算処理手段が、路面に作用する荷重を演算して出力する路面作用力演算モードと、前記車輪用軸受に作用する荷重を演算して出力する軸受作用力演算モードとを有するものとし、 前記荷重演算処理手段は、作用する荷重（Ｆ）を、前記信号ベクトル（Ｓ）、係数（Ｍ）、およびオフセット（Ｍ_０）を用いて、次の演算式、
Ｆ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍ_０
によって行い、
前記荷重演算処理手段における前記路面作用力演算モードでの演算は、前記軸受作用力演算モードの演算結果のブレーキ力の影響による変化分を補正する処理に基づいて行なわれ、
前記補正する処理に用いられる係数（Ｍ）およびオフセット（Ｍ_０）が、ブレーキＯＦＦ状態について演算された前記係数（Ｍ）およびオフセット（Ｍ_０）から、既に保存されているタイヤ半径／ブレーキキャリパ取付位置の半径比（α）と、ブレーキキャリパ軸（ｘ）からのブレーキキャリパ取付位置の角度（θ）を用いて演算したものであるため、ずり落ちなく安定した車両の坂道発進を行なうためのセンサ出力を得ることができる。
この発明の車両制御装置は、上記発明のセンサ付車輪用軸受装置からのセンサ出力を用いて車両制御を行なう車両制御装置であって、車両がブレーキＯＮ状態で停止しているときに、駆動力を印加しない状態においてセンサ付車輪用軸受装置の前記荷重演算処理手段が前記路面作用力演算モードで演算出力する路面荷重Ｗgxを取得し、その後、ブレーキＯＮ状態において前記荷重演算処理手段が前記軸受作用力演算モード前記路面作用力演算モードで演算出力する軸受荷重Ｆxbをモニタしながら駆動力を制御して、適切な条件でブレーキを解除するブレーキ解除制御手段を備えるものとしたため、センサ付車輪用軸受装置のセンサ出力を用いて車両の坂道発進を安定して行なわせることができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【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装置の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】前記検出系を含む車両制御系の概念構成のブロック図である。

【図3】軸受の外方部材をアウトボード側から見た正面図である。

【図4】同センサ付車輪用軸受装置におけるセンサユニットの拡大平面図である。

【図5】図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図である。

【図6】センサユニットの他の設置例を示す断面図である。

【図7】センサユニットの出力信号に対する転動体位置の影響の説明図である。

【図8】検出荷重へのブレーキ力の影響の説明図である。

【図9】車両の車輪の坂道における路面作用力の説明図である。

【図10】車両の各車輪の路面荷重が異なった状態を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

この発明の実施形態を図１ないし図１０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１００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。

【0032】

このセンサ付車輪用軸受装置における車輪用軸受１００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１００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。

【0033】

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には周方向複数箇所にナックル取付用のねじ孔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（図示せず）を前記ねじ孔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。

【0034】

図３は、この車輪用軸受１００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３におけるＩ−Ｉ矢視断面図を示す。前記車体取付用フランジ１ａは、図３のように、各ねじ孔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。

【0035】

固定側部材である外方部材１の外径面には、荷重検出用センサである４つのセンサユニット２０が設けられている。ここでは、これらのセンサユニット２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および前後位置となる外方部材１の外径面における上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。

【0036】

各センサユニット２０の歪検出素子２２は、図１のセンサＥＣＵ（電気制御ユニット）３０に接続される。センサＥＣＵ３０は、前記各センサユニット２０の出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段３１、前記信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段３２などで構成されている。

【0037】

荷重演算処理手段３２は、ブレーキＯＮの時にブレーキディスクからの作用力の影響を補正して路面に作用する荷重Ｗgxを演算して出力する路面作用力演算モードと、補正を適用しないで車輪用軸受１００に作用する荷重Ｆxbをそのまま演算して出力する軸受作用力演算モードとを有する。上位ＥＣＵ９８は、車両の統括制御を行う車両制御装置であって、その制御の一部として、車両の坂道発進でのブレーキ解除制御を行なうブレーキ解除制御手段９５を有する。すなわち、ブレーキ解除制御手段９５は、車両がブレーキＯＮ状態で停止しているときに、駆動力を印加しない状態において前記荷重演算処理手段３２が前記路面作用力演算モードで演算出力する路面荷重Ｗgxを取得し、その後、ブレーキＯＮ状態において前記荷重演算処理手段３２が前記軸受作用力演算モードで演算出力する軸受荷重Ｆxbをモニタしながら駆動力を制御して、定められた適切な条件でブレーキを解除する機能を備える。このブレーキ解除制御は、運転者がブレーキからアクセルに踏み替え発進しようとしたときに行なわれる。

【0038】

車両が坂道で停車したとき、前記センサＥＣＵ３０の荷重演算処理手段３２は、上位ＥＣＵ９８に対して、上記２つのモードの少なくとも一方の荷重情報を出力する。モードの切り替えは、センサＥＣＵ３０に設けた演算結果選択指令手段３３でいずれのモードの演算結果を出力するかを選択させても良いし、上位ＥＣＵ９８から荷重演算処理手段３２へ選択指令を出すようにしても良い。また、荷重演算処理手段３２が両方のモードの演算結果を出力するようにしても良い。

【0039】

ここで、ブレーキＯＮ状態で車両が静止しているときの路面荷重演算について考える。 ブレーキＯＮ状態における荷重演算方法は、ブレーキＯＦＦ状態で求めた演算処理方法を基にして演算することができる。図８に示すように、ブレーキパッド９７の位置を進行方向から角度θ上方、半径ＲB の位置とし、ブレーキパッド９７からブレーキ力ＦB が作用している状態とする。また、車輪半径をＲW とし、駆動力からは入力トルクＴdrive が作用している状態とする。
このとき、Ｔdrive ＝０で車両が静止しているときのブレーキ状態の荷重は、以下の演算で求めることができる。

【0040】

ブレーキ力ＦB がブレーキディスクに作用しているとき、路面反力Ｆx ，Ｆz と軸受作用力Ｆxb，Ｆzbとの関係は次式（１−１），（１−２）のように表現される。
Ｆxb＝Ｆx −ＦB ・sin θ ……（１−１）
Ｆzb＝Ｆz ＋ＦB ・cos θ ……（１−２）
ここで、駆動軸から入力される駆動トルクをＴdrive 、ブレーキ動作によるブレーキトルクをＦB ・ＲB とすると、車輪に作用するトルク関係式は次式（２）のように表現される。
Ｆx ・Ｒw ＝Ｔdrive −ＦB ・ＲB ……（２）
この関係式から、ブレーキ力ＦB は、次式（３）のように表現される。
ＦB ＝（Ｔdrive −Ｆx ・Ｒw ）／ＲB ……（３）

【0041】

式（１−１），（１−２）と式（３）から、ブレーキＯＮのとき軸受に作用する荷重Ｆxb，Ｆzbは次式（４−１），（４−２）のように表現される。
Ｆxb＝（１＋α・sin θ）・Ｆx −（Ｔdrive ／ＲB ）・sin θ ……（４−１） Ｆzb＝Ｆz ＋（Ｔdrive ／ＲB −α・Ｆx ）・cos θ ……（４−２）
ただし、α＝ＲW ／ＲB ：半径比
ここで、Ｔdrive ＝０のとき、
Ｆxb＝（１＋α・sin θ）・Ｆx ……（５−１）
Ｆzb＝Ｆz −α・Ｆx ・cos θ ……（５−２）
となるので、路面荷重は次式（６−１），（６−２）で求めることができる。
Ｆx ＝Ａ・Ｆxb ……（６−１）
Ｆz ＝Ｆzb＋Ａ・Ｆxb・α・cos θ ……（６−２）
ただし、Ａ＝１／（１＋α・sin θ）

【0042】

上記した演算により、ブレーキＯＮ状態では、求めたい路面荷重にブレーキ力ＦB に比例する荷重成分が加算されて検出されることになる。したがって、駆動軸からみたブレーキキャリパ位置（半径ＲB およびｘ軸からの角度θ）が既知であれば、ブレーキ時の路面荷重を正確に検出することができる。

【0043】

ここで、車両がブレーキＯＮ状態で坂道に停止しているときの、前記荷重演算処理手段３２での路面荷重演算処理について考える。
図９に示すように、車輪に対して鉛直下向きに荷重Ｗが働いている状態を考える。いま、路面に作用する荷重Ｗgxの影響により、ブレーキを解除すると車両は進行方向と逆方向に進んでしまう。そこで、車両が坂道でも停止できるような駆動トルクＴdrive を求めるための演算方法を以下に示す。

【0044】

図９のような斜面に車両が静止している状態で、ｘ方向に路面荷重Ｗgxが作用しているとき、ブレーキがＯＦＦであっても車両が動きださないためには、次式（７）
Ｔdrive ／ＲW ＝Ｗgx ……（７）
となるトルクを用意する必要がある。式（７）より、
Ｔdrive ／ＲB ＝ＲW ／ＲB ・Ｗgx ＝α・Ｗgx ……（８）
とすることで、ブレーキ解除時にも車両が動かない。
式（８）を満たすトルクを印加すると、上記式（１−１），（１−２）より軸受荷重は、
Ｆxb＝Ｗgx＋（α・Ｗgx−Ｔdrive ／ＲB ）・sin θ＝Ｗgx ……（９−１）
Ｆzb＝Ｗgz＋（Ｔdrive ／ＲB −α・Ｗgx）・cos θ＝Ｗgz ……（９−２）
となり、ブレーキキャリパ上の力が釣り合う状態ならば、ブレーキがＯＦＦ状態でも斜面で車両は動かないことがわかる。

【0045】

次に、車両がブレーキＯＮ状態で坂道に停止しているとき、前記上位ＥＣＵ９８のブレーキ解除制御手段９５でのブレーキ解除制御の具体的手順を説明する。
（１） 各車輪が停止している路面の状態（平地または坂道）を判別する。
車輪が平地でブレーキＯＮの状態で停止しているとき、路面荷重Ｆx と軸受荷重Ｆxbは等しくゼロとなる。一方、車輪が坂道でブレーキＯＮの状態で停止しているときには２つの出力は異なった値をとる。
したがって、ブレーキＯＮの状態で検出された路面荷重Ｆx の値が、予め設定したゼロ付近の領域にないときには、車輪が傾斜路面にあると判別することができる。このとき、両を制御する上位ＥＣＵ９８では、荷重検出用センサである前記センサユニット２０の検出信号から求められた路面荷重値Ｗgxを取得する。この値は、軸受荷重から換算された路面荷重の値である。
ここで、前記センサ付車輪用軸受装置とそのセンサ出力を用いる車両制御装置（上位ＥＣＵ９８）とでなる車両制御系では、各車輪の路面との接地荷重が異なる場合でも、正しく車輪に作用している荷重の状態を判別することができるため、傾斜計を必要としない。また、特許文献６に開示された技術のように、車両の停止している路面の状態を傾斜計により取得する場合、車両と路面の関係が図１０に示すようなとき、正しく車両状態を推理することがきず、ずり落ちなどが発生してしまう恐れがあるが、この車両制御系ではこれを防止することができる。

【0046】

（２） 車輪が傾斜路面上でブレーキＯＮ状態で停止していると判断したときには、軸受荷重Ｆxbをモニタしながら駆動力を制御して、その後、適切な条件でブレーキを解除する。
上位ＥＣＵ９８のブレーキ解除制御手段９５では、センサＥＣＵ３０から取得した軸受荷重Ｆxbをモニタしながら、軸受荷重Ｆxbの値が路面荷重Ｗgxと等しくなるまで駆動トルクＴdrive を印加する。このとき、ブレーキパッドからディスクに作用するトルクはゼロとなるので、ブレーキを解除しても車輪が動き出さない状態となる。この状態でブレーキを解除し、さらに適切なトルクＴdrive を印加して行けば、ずり落ちが発生せずにスムーズに移動を開始することができる。
これを、式を交えて説明すると、以下のようになる。
ブレーキがＯＮのとき、Ｔdrive ＝０の状態で軸受荷重Ｆxbを検出し、路面荷重Ｆxbを Ｆx ＝Ｗgx＝Ａ・Ｆxb ……（１０）
として求める。
軸受荷重Ｆxbをモニタしながら、駆動トルクＴdrive を印加し、次式（１１）
Ｆxb＝Ｗgx ……（１１）
となったとき、ブレーキディスク上の力が釣り合うため、ブレーキをＯＦＦにしても車両が動かない状態となる。
なお、上記したような上位ＥＣＵ９８による自動制御により坂道発進時のブレーキ解除を行なう場合に限らず、運転者自らが、前記荷重演算処理手段３２の演算結果である路面作用力Ｗxgと車輪用軸受での荷重値Ｆxbとを用いて同様のブレーキ解除を手動で行なうことも可能である。

【0047】

この実施形態では、車輪に各方向の荷重を検出するセンサとして、図３〜図７に示した前記センサユニット２０が用いられる。各センサユニット２０は、後に詳述するように、３つの接触固定部２１ａ（図６）で外方部材１に固定された歪み発生部材２１（図６）と、この歪み発生部材２に取付けられたこの歪み発生部材２の歪みを検出する２つの歪検出素子２２（２２Ａ，２２Ｂ）とでなる。図１の信号処理手段３１は、これら２つの歪検出素子２２の信号の加算値、振幅値等を用いて、入力荷重の推定演算処理を行う。

【0048】

荷重検出用のセンサは、上記図３〜図７の形態のものに限定されるものではなく、例えば、変位センサ（渦電流センサ、磁気センサ、リラクタンスセンサ、など）を、外方部材１および内方部材２のうちの固定側部材に設置し、検出ターゲットを回転輪に配置して外方部材１と内方部材２間の相対変位量を求め、あらかじめ求めておいた荷重と変位との関係から、印加されている荷重を求めるものとしても良い。また、変位を直接測定するセンサでなくてもよく、間接的な変位測定方式であってもよい。すなわち、この実施形態の荷重検出構成は、軸受の内方部材２と外方部材１間に作用している力を、固定側部材に設けたセンサによって直接的・間接的に検出し、演算によって入力荷重を演算で推定する方式の荷重センサに適用されるものである。

【0049】

なお、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の３方向の各荷重Ｆx 、Ｆy 、Ｆz 、あるいはそれぞれの方向のモーメント荷重を算出するためには、少なくとも３つ以上のセンサ情報（センサの出力信号）を用いた演算処理構成が必要となる。すなわち、複数のセンサ信号を必要に応じて加工・信号処理して抽出したセンサ信号ベクトルＳ（＝｛S0, S1, …, Sn｝）を生成し、これを用いて荷重推定演算処理を実行して入力荷重Ｆ（＝｛Fx, Fy, Fz, …｝ )を求める信号処理手段３１および荷重演算処理手段３２を備えた構成となる。

【0050】

このような荷重検出構成においては、線形近似が成立する範囲において、Ｆ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍｏの関係式を満たすように、数値解析や実験によって係数ＭとオフセットＭｏを決定することにより、荷重推定演算処理が可能になる。

【0051】

荷重演算処理手段３２は、前後方向の荷重Ｆx 、軸方向の荷重Ｆy 、および垂直方向の荷重Ｆz 、あるいはそれぞれの方向のモーメント荷重を演算するが、これらの演算のためには、少なくとも３つ以上のセンサ情報を用いた演算処理が必要になる。すなわち、前記信号処理段３１において、入力されるセンサ出力信号を必要に応じて加工・信号処理して抽出したセンサ信号ベクトルＳ（＝｛Ｓ0 ，Ｓ1 ，…，Ｓn ｝）を生成する。これを用いて、荷重演算処理手段３２では荷重演算処理を実行して作用荷重Ｆ（＝｛Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ，…｝）を求める。ここで言うセンサ信号ベクトルＳは、前記した各センサユニット２０に対応して信号処理手段３１で生成される平均値や振幅値などである。

【0052】

このような演算構成において、荷重演算処理手段３２での演算処理を可能にするために、荷重演算処理手段３２では演算式としてＦ＝Ｍ・Ｓ＋Ｍo の関係式が用いられ、線形近似が成立する範囲において、この関係式を満たすように数値解析や実験によって係数ＭとオフセットＭo が決定される。

【0053】

なお、図８を参照して行った計算式におけるパラメータα，θについては、ブレーキキャリパの位置から概略の値を求めることができるが、実際には誤差が生じるため、ブレーキＯＮ状態とＯＦＦ状態での演算出力を実験によって検証して、誤差が小さくなるように調整するのが望ましい。

【0054】

この発明の実施形態により得られる効果を整理して次に示す。
・ 車両が坂道で停止したとき、ブレーキをＯＦＦ状態にしても、車両が進行方向と逆方向に動くことがない。
・ 坂道でも車両が逆方向に進まないので、安定してスムーズな走り出しが可能となる。
・ 実際に車両に作用している荷重を検出し、検出した値に基づいて駆動トルクを制御するため、必要なトルクを推定で求める場合と比較して、正確なトルク入力が可能になる。したがって、ずり落ちを効果的に防止することができる。また、ブレーキ動作中には駆動力をＯＦＦしておき、ブレーキ解除直前に最適なトルクを与えることができるため、余分な駆動トルクを与えてエネルギーを無駄に使うことがなく、駆動部品の発熱や消耗も最低限度に抑えることができる。
・ センサＥＣＵ３０の荷重演算処理手段３２から入力される軸受荷重Ｆxbのみによって車両制御を行なうことができる。したがって、エンジンの出力トルクを検出するトルクセンサを必要としない。
・ センサＥＣＵ３０の荷重演算処理手段３２が演算する路面荷重Ｗgxと軸受荷重Ｆxbの値を利用して、車両制御装置である上位ＥＣＵ９８のブレーキ解除制御手段９５が車輪ごとに平地／坂道を判断するため、車両の傾斜計は必要ない。
・ また、一部の車輪が傾斜路面上で静止しているような場合でも、車輪ごとにブレーキを最適に解除することが可能となるため、車両が動き出すのを防止することができる。

【0055】

次に、図１のセンサユニット２０および信号処理手段３１の具体例を説明する。図３の４箇所に設けられた各センサユニット２０は、図３および図４に拡大平面図および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２つの歪検出素子２２とでなる。歪み発生部材２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製で２ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状である。また、歪み発生部材２１は、外方部材１の外径面にスペーサ２３を介して接触固定される３つの接触固定部２１ａを有する。３つの接触固定部２１ａは、歪み発生部材２１の長手方向に向けて１列に並べて配置される。２つの歪検出素子２２のうち１つの歪検出素子２２Ａは、図４において、左端の接触固定部２１ａと中央の接触固定部２１ａとの間に配置され、中央の接触固定部２１ａと右端の接触固定部２１ａとの間に他の１つの歪検出素子２２Ｂが配置される。図３のように、歪み発生部材２１の両側辺部における前記各歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの配置部に対応する２箇所の位置にそれぞれ切欠き部２１ｂが形成されている。切欠き部２１ｂの隅部は断面円弧状とされている。歪検出素子２２は切欠き部２１ｂ周辺の周方向の歪みを検出する。なお、歪み発生部材２１は、固定側部材である外方部材１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として、想定される最大の力が印加された状態においても、塑性変形しないものとするのが望ましい。塑性変形が生じると、外方部材１の変形がセンサユニット２０に伝わらず、歪みの測定に影響を及ぼすからである。想定される最大の力は、例えば、その力が作用しても車輪用軸受１００は損傷せず、その力が除去されると車輪用軸受１００の正常な機能が復元される範囲で最大の力である。

【0056】

前記センサユニット２０は、その歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが、外方部材１の軸方向の同寸法の位置で、かつ各接触固定部２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部２１ａがそれぞれスペーサ２３を介してボルト２４により外方部材１の外径面に固定される。前記各ボルト２４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２５からスペーサ２３のボルト挿通孔２６に挿通し、外方部材１の外周部に設けられたねじ孔２７に螺合させる。このように、スペーサ２３を介して外方部材１の外径面に接触固定部２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材２１における切欠き部２１ａを有する各部位が外方部材１の外径面から離れた状態となり、切欠き部２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。

【0057】

接触固定部２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材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が選ばれる。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。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スペーサ２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。

【0058】

このほか、図５に断面図で示すように、外方部材１の外径面における前記歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが固定される３箇所の各中間部に溝１ｃを設けることで、前記スペーサ２３を省略し、歪み発生部材２１における切欠き部２１ｂが位置する各部位を外方部材１の外径面から離すようにしても良い。

【0059】

歪検出素子２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪検出素子２２を金属箔ステレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材２１に対しては接着による固定が行なわれる。また、歪検出素子２２を歪み発生部材２１上に厚膜抵抗体にて形成することもできる。

【0060】

このセンサ付車輪用軸受装置では、センサＥＣＵ３０の信号処理手段３１において、各センサユニット２０の出力信号として、これらセンサユニット２０における２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号の平均値や振幅値等を抽出する。この場合の平均値とは、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号を加算したものである。また、この場合の振幅値とは、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号の差分値を用いて算出した振幅値である。この場合、信号処理手段３１は、各センサユニット２０の出力信号として、一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値と振幅値を算出しても良いし、平均値のみを算出しても良い。

【0061】

センサユニット２０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設けられるので、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは、図７のようにセンサユニット２０の設置部の近傍を通過する転動体５の影響を受ける。また、軸受の停止時においても、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは、転動体５の位置の影響を受ける。すなわち、転動体５がセンサユニット２０における歪検出素子２２Ａ，２２Ｂに最も近い位置を通過するとき（または、その位置に転動体５があるとき）、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは最大値となり、図７（Ａ），（Ｂ）のように転動体５がその位置から遠ざかるにつれて（または、その位置から離れた位置に転動体５があるとき）低下する。軸受回転時には、転動体５は所定の配列ピッチＰでセンサユニット２０の設置部の近傍を順次通過するので、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは、転送体５の配列ピッチＰを周期として図７（Ｃ）に実線で示すように周期的に変化する正弦波に近い波形となる。また、歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは、温度の影響やナックル１６と車体取付用フランジ１ａ（図１）の面間などの滑りによるヒステリシスの影響を受ける。ここでは、信号処理手段３１において、上記したように２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂを加算したものを平均値とし、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂの差分を用いて振幅値を抽出し、これをセンサユニット２０の出力信号とする。これにより、平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となる。また，振幅値は、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの各信号ａ，ｂに現れる温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。したがって、この平均値や振幅値をセンサユニット２０の出力信号とし、これを次段の荷重演算処理手段３２の演算での変数として用いることにより、車輪用軸受１００やタイヤ接地面に作用する荷重をより正確に演算・推定することができる。

【0062】

図７では、固定側部材である外方部材１の外径面の円周方向に並ぶ３つの接触固定部２１ａのうち、その配列の両端に位置する２つの接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定している。この場合、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置にそれぞれ配置される２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔は、転動体５の配列ピッチＰの略１／２となる。その結果、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂは略１８０度の位相差を有することになり、その加算値として求められる平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルしたものとなる。また、その差分値を用いて求められる振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。

【0063】

センサユニット２０の歪み発生部材２１には、例えば図４に仮想線で示すように温度センサ４０を設け、信号処理手段３１は、温度センサ４０の検出した温度に応じて各センサユニット２０の出力信号を補正するようにしても良い。このように構成した場合、センサユニット２０の出力信号の温度ドリフトを補正することができる。

【0064】

なお、図７では、接触固定部２１ａの間隔を、転動体５の配列ピッチＰと同一に設定し、隣り合う接触固定部２１ａの中間位置に各１つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂをそれぞれ配置することで、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの略１／２となるようにした。これとは別に、直接、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの間での前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの１／２に設定しても良い。
この場合に、２つの歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの前記円周方向の間隔を、転動体５の配列ピッチＰの｛１／２＋ｎ（ｎ：整数）｝倍、またはこれらの値に近似した値としても良い。この場合にも、両歪検出素子２２Ａ，２２Ｂの信号ａ，ｂの加算値として求められる平均値は転動体５の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分値を用いて求められる振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。

【0065】

軸方向荷重Ｆy の演算においては、前記複数のセンサユニット２０のうち、外方部材１の円周方向における１８０度の位相差をなして対向配置された２つのセンサユニット２０の出力信号の振幅値の差分値を演算することにより、この差分値から軸方向荷重Ｆy の方向を判別することができる。例えば、その２つのセンサユニット２０として、上下に対向配置されたセンサユニット２０を選ぶことができる。図９（Ａ）は外方部材１の外径面の上面部に配置されたセンサユニット２０の出力信号を示し、図９（Ｂ）は外方部材１の外径面の下面部に配置されたセンサユニット２０の出力信号を示している。これらの図において、横軸は軸方向荷重Ｆy を表し、縦軸は外方部材１の歪み量つまりセンサユニット２０の出力信号を表し、最大値および最小値は前記出力信号の最大値および最小値を表す。これらの図から、軸方向荷重Ｆy が＋方向の場合、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で小さくなり、外方部材１の外径面下面部で大きくなることが分かる。これに対して、軸方向荷重Ｆy が−方向の場合には逆に、個々の転動体５の荷重は外方部材１の外径面上面部で大きくなり、外方部材１の外径面下面部で小さくなることが分かる。このことから、前記差分値は、軸方向荷重Ｆy の方向を示していることになる。

【0066】

このように、このセンサ付車輪用軸受によると、車輪用軸受１００に加わる荷重を検出するセンサとして１つ以上（ここでは４つ）のセンサユニット２０を設け、各センサユニット２０の出力信号を信号処理手段３１で処理して信号ベクトルＳを生成し、その信号ベクトルＳを用いて車輪に加わる荷重を荷重演算処理手段３２で演算するものとし、前記荷重演算処理手段３２による演算結果を校正モード実行手段３３でチェックするようにしているので、車両の点検時などに簡易に荷重センサの出力校正を行うことができる。

【0067】

車輪のタイヤと路面間に荷重が作用すると、車輪用軸受１００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。この実施形態では、センサユニット２０における歪み発生部材２１の３つの接触固定部２１ａが、外方部材１に接触固定されているので、外方部材１の歪みが歪み発生部材２１に拡大して伝達され易く、その歪みが歪検出素子２２Ａ，２２Ｂで感度良く検出される。

【0068】

また、この実施形態では前記センサユニット２０を４つ設け、各センサユニット２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受１００に作用する垂直方向荷重Ｆz 、前後方向の荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を推定することができる。

【0069】

なお、この実施形態では、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、センサユニット２０は内方部材の内周となる周面に設ける。
また、この実施形態では第３世代型の車輪用軸受１００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装置は、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。

【符号の説明】

【0070】

１…外方部材
２…内方部材
３，４…転走面
５…転動体
２０…センサユニット
２１…歪み発生部材
２１ａ…接触固定部
２２Ａ，２２Ｂ…歪検出素子
３０…センサＥＣＵ
３１…信号処理手段
３２…荷重演算処理手段
３３…演算結果選択指令手段
４０…温度センサ
９５…ブレーキ解除制御手段
９８…上位ＥＣＵ
１００…車輪用軸受

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】