JP2005315652A - Bearing device for wheel having built-in load sensor - Google Patents
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Abstract
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車輪用軸受装置に関する。 The present invention relates to a wheel bearing device having a built-in load sensor for detecting a load applied to a bearing portion of the wheel.
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。このような車輪用軸受装置において、温度センサ、振動センサ等のセンサを設置し、回転速度の他に、自動車の運行に役立つ他の状態を検出できるようにしたものも提案されている(例えば特許文献1,2)。特許文献1に開示された車輪用軸受では、回転側である内方部材の外周面の2列の転走面間に回転センサの被検出部が設けられると共に、この被検出部に対向してその回転を検出する回転センサの検出部が固定側である外方部材に設けられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been a wheel bearing device provided with a sensor for detecting the rotational speed of each wheel for safe driving of an automobile. In such a wheel bearing device, there has been proposed a device in which sensors such as a temperature sensor and a vibration sensor are installed so that other states useful for driving a car can be detected in addition to the rotational speed (for example, patents)
また、特許文献2に開示された車輪用軸受装置では、回転側である内方部材の外周面の2列の転走面間にトルクセンサの被検出部を構成するコイルと圧電素子が設けられると共に、トルクセンサの検出部が固定側である外方部材に設けられている。この検出部は、内輪のねじりによる変位によって圧電素子が電位差を発生するが、この電位差に伴ってコイルに発生する磁界を検出するものとされる。
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での制御を可能とする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。 Conventional measures to ensure driving safety of general automobiles are performed by detecting the rotational speed of the wheels of each part, but the rotational speed of the wheels is not sufficient, and it is further safer by using other sensor signals. It is required to be able to control the surface. Therefore, it is conceivable to control the posture from the load acting on each wheel during vehicle travel. For example, a large load is applied to the outer wheel in cornering, and the load applied to each wheel is not uniform. In addition, even when the load is uneven, the load applied to each wheel is uneven.
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。 For this reason, if the load applied to the wheel can be detected at any time, based on the detection result, the suspension and the like are controlled in advance, thereby controlling the posture during vehicle travel (preventing rolling during cornering, preventing the front wheel from sinking during braking, It is possible to prevent subsidence due to uneven load capacity. However, there is no appropriate installation location of a sensor that detects a load acting on the wheel, and it is difficult to realize posture control by load detection.
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。 In addition, when steer-by-wire is introduced in the future, and the system is such that the axle and the steering are not mechanically coupled, it is required to detect the axle direction load and transmit the road surface information to the handle held by the driver.
また、特許文献2に示したトルクセンサを内蔵した車輪用軸受では、等速ジョイントとの結合に用いられるスプライン結合の影響には触れられていない。特許文献2では、内方部材の外周面の2列の転走面の列間にトルクを検出するセンサが配置されており、そのセンサ位置に対応する内方部材内周面にスプラインを設けた構造になっている。エンジンからの駆動力は等速ジョイントによって車輪用軸受に伝達されるが、等速ジョイントと車輪用軸受との結合にはスプライン結合が一般的に用いられている。スプライン結合にガタがあるとトルク出力のヒステリシスが増加する。また、このガタを詰めるために等速ジョイント側のスプラインには数度の角度が付けられ、車輪用軸受に設けられたスプラインに嵌合する際にはこの捩れによりガタを減らすことが可能となる。
Moreover, in the wheel bearing incorporating the torque sensor shown in
しかし、スプラインの捩れる方向と一致したトルク伝達の場合にはセンサ部にトルクに比例した歪が生じるが、逆方向のトルク伝達の場合にはこの捩れが緩む方向に働き、センサ部にトルクが正確に伝わらず感度が低下したり直線性が崩れたりする。また、スプライン結合は接触部が不定であり、場合によってはトルクセンサを通り越してトルクが伝達される場合もありうる。 However, in the case of torque transmission that matches the twisting direction of the spline, distortion in proportion to the torque is generated in the sensor part. However, in the case of torque transmission in the reverse direction, the twisting acts in the direction in which the torque is loosened. It is not transmitted accurately and the sensitivity is lowered and the linearity is lost. In spline coupling, the contact portion is indefinite, and in some cases, torque may be transmitted past the torque sensor.
この発明の目的は、このような課題を解消し、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安定して検出できる荷重センサ内蔵車輪用軸受を提供することである。 An object of the present invention is to provide a load sensor built-in wheel bearing capable of eliminating such a problem and installing a load sensor compactly in a vehicle and stably detecting a load applied to the wheel.
この発明の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、複列の転走面が内周面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を形成した内方部材と、両転走面間に介在した複列の転動体と、外方部材と内方部材間の両端を密封する密封装置とを備え、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、上記外方部材と内方部材間の両側の密封装置により密封された空間における、複列の転動体位置よりもアウトボード側位置に、磁歪変化を検出することで軸受に作用する荷重を検出する荷重センサを設けたことを特徴とする。
この構成によると、車輪用軸受装置において、複列の転動体位置よりもアウトボード側位置に荷重センサを設けたため、車両にコンパクトに荷重センサを設置することができる。複列の転動体位置よりもアウトボード側位置は、内方部材の内径面と等速ジョイント外輪間で回転方向の荷重が直接に作用しないか、または作用が生じ難い箇所であるため、トルク検出の外乱要因が少なく、この位置に荷重センサを設置することで、エンジンから車輪に伝達されるトルク、あるいはタイヤにかかる進行方向荷重から生じるトルクを安定して正確に検出できる。また、荷重センサは、軸受の密封装置による密封空間に配置するため、塵埃や塩泥水の侵入から保護され、別途に荷重センサの保護専用の密封手段を設けることが不要となる。
The wheel bearing device with a built-in load sensor according to the present invention has an outer member in which double-row rolling surfaces are formed on the inner peripheral surface, and an inner side in which a rolling surface that faces the rolling surface of the outer member is formed. For a wheel that includes a member, a double row rolling element interposed between both rolling surfaces, and a sealing device that seals both ends between the outer member and the inner member, and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body In the bearing device, it acts on the bearing by detecting the magnetostriction change in the outboard side position rather than the double row rolling element position in the space sealed by the sealing devices on both sides between the outer member and the inner member. A load sensor for detecting a load is provided.
According to this configuration, in the wheel bearing device, the load sensor is provided at the position on the outboard side of the double row rolling element position, so that the load sensor can be compactly installed in the vehicle. The position on the outboard side of the double row rolling element position is a place where the load in the rotational direction does not act directly or hardly occurs between the inner diameter surface of the inner member and the constant velocity joint outer ring. By installing the load sensor at this position, the torque transmitted from the engine to the wheel or the torque generated from the traveling direction load applied to the tire can be detected stably and accurately. Further, since the load sensor is disposed in a sealed space by the bearing sealing device, it is protected from intrusion of dust and salt mud water, and it becomes unnecessary to separately provide a sealing means dedicated to protecting the load sensor.
この発明において、前記荷重センサが、内方部材に設けられた磁歪部からなる被検出部と、外方部材に設けられて前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部とで構成され、前記磁歪部の存在する軸方向範囲に、内方部材の内径面と等速ジョイント外輪間で回転方向の荷重が作用する部分が生じないものとしても良い。
このように、内方部材の内径面と等速ジョイント外輪間で回転方向の荷重が作用する部分が生じない箇所に被検出部を配置した場合、外乱が生じ難く、等速ジョイントからのトルクが被検出部に正確に伝達される。そのため、車輪にかかる荷重をより正確に検出することができる。
In the present invention, the load sensor includes a detected portion including a magnetostrictive portion provided on an inner member, and a detection portion provided on an outer member for detecting a magnetostriction change of the detected portion, A portion in which a rotational load acts between the inner diameter surface of the inner member and the constant velocity joint outer ring may not be generated in the axial range where the magnetostrictive portion exists.
As described above, when the detected portion is arranged at a position where a portion in which the rotational load acts between the inner diameter surface of the inner member and the constant velocity joint outer ring does not occur, disturbance is not easily generated, and torque from the constant velocity joint is not generated. It is accurately transmitted to the detected part. Therefore, the load applied to the wheel can be detected more accurately.
この発明において、前記荷重センサが、内方部材に設けられた磁歪部からなる被検出部と、外方部材に設けられて前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部とで構成され、前記内方部材の内径面と等速ジョイント外輪の軸部とを分離自在に結合するスプライン結合部を有する場合に、このスプライン結合部を前記磁歪部よりもインボード側に配置しても良い。
この構成の場合、等速ジョイントと内方部材とのスプライン結合部が磁歪部からなる被検出部の軸方向位置から外れるので、スプライン結合部で生じるトルク検出の外乱要因が伝わり難く、等速ジョイントからのトルクが被検出部に正確に伝達される。そのため、車輪にかかる荷重をより正確に検出できる。
In the present invention, the load sensor includes a detected portion including a magnetostrictive portion provided on an inner member, and a detection portion provided on an outer member for detecting a magnetostriction change of the detected portion, In the case where a spline coupling portion that detachably couples the inner diameter surface of the inner member and the shaft portion of the constant velocity joint outer ring is provided, the spline coupling portion may be disposed on the inboard side with respect to the magnetostrictive portion.
In this configuration, since the spline coupling portion between the constant velocity joint and the inner member deviates from the axial position of the detected portion consisting of the magnetostriction portion, the disturbance factor of torque detection generated at the spline coupling portion is difficult to be transmitted, and the constant velocity joint Is transmitted to the detected part accurately. Therefore, the load applied to the wheel can be detected more accurately.
この発明において、磁歪部がFe−Al合金からなり、この磁歪部の表面に軸に対して略45度方向の溝が、円周方向に並んで複数形成され、前記検出部がコイルからなり、前記荷重センサがトルク値として荷重を検出するトルクセンサであっても良い。
上記の略45度方向の溝が設けられていると、被検出部の表面に略45度方向のせん断応力が働く。2列の溝の傾斜方向が逆であると、2列の溝に沿った方向に引張,圧縮の異なる応力が作用する。これら逆特性の応力変化を検出部のコイルで検出し、その差動増幅を取れば、トルク検出が可能になる。また磁歪部がFe−Al合金であると、優れた磁歪特性が得られる。
In the present invention, the magnetostrictive portion is made of an Fe-Al alloy, and a plurality of grooves in the direction of about 45 degrees with respect to the axis are formed in the circumferential direction on the surface of the magnetostrictive portion, and the detection portion is made of a coil, The load sensor may be a torque sensor that detects a load as a torque value.
If the groove in the direction of about 45 degrees is provided, a shear stress in the direction of about 45 degrees acts on the surface of the detected part. When the inclination directions of the two rows of grooves are opposite, different tensile and compressive stresses act in the direction along the two rows of grooves. Torque can be detected by detecting the stress change of the reverse characteristics with the coil of the detection unit and taking the differential amplification. Further, when the magnetostrictive portion is an Fe—Al alloy, excellent magnetostrictive characteristics can be obtained.
この発明において、前記内方部材が、等速ジョイント外輪の軸部とスプライン結合される内径孔を有し、この内径孔のアウトボード側端の孔径をスプライン形成部分の内径よりも大径としても良い。この構成の場合、荷重センサの被検出部である磁歪部に作用する応力が増して、センサ感度を高めることができる。 In this invention, the inner member has an inner diameter hole that is spline-coupled with the shaft portion of the constant velocity joint outer ring, and the diameter of the inner board is larger than the inner diameter of the spline forming portion. good. In the case of this configuration, the stress acting on the magnetostrictive portion that is the detected portion of the load sensor is increased, and the sensor sensitivity can be increased.
この発明において、2つの転走面の中間に形成される内方部材と外方部材間の空間に、軸方向荷重を検出する軸方向荷重検出手段を内蔵しても良い。
このように軸方向荷重検出手段を付加すると、荷重センサが検出したトルクの値から車輪に加わる進行方向荷重と軸方向荷重の2方向荷重を同時に検出することが可能となる。そのため、自動車の走行案性制御や、ステアバイワイヤシステムでの路面情報伝達にも応用が可能となる。荷重センサは、複列の転動体よりもアウトボード側に配置されるため、複列の転動体の間を利用して軸方向荷重検出手段を配置することで、これら荷重センサおよび軸方向荷重検出手段の両方を、余裕空間に効率良く配置できる。軸方向の荷重の検出は、内方部材の内径面と等速ジョイント外輪間で回転方向の荷重に影響され難いため、荷重センサおよび軸方向荷重検出手段の両方を設置する場合に、軸方向荷重検出手段を複列の転動体間に配置することが検出精度の上で好ましい。
In this invention, you may incorporate the axial direction load detection means which detects an axial load in the space between the inner member formed in the middle of two rolling surfaces, and an outer member.
When the axial load detection means is added in this way, it is possible to simultaneously detect the two-way loads of the traveling direction load and the axial load applied to the wheel from the torque value detected by the load sensor. Therefore, it can be applied to driving plan control of automobiles and road surface information transmission in a steer-by-wire system. Since the load sensor is arranged on the outboard side of the double row rolling elements, the load sensor and the axial load detection are performed by arranging the axial load detection means between the double row rolling elements. Both means can be efficiently arranged in the spare space. Since the detection of the axial load is not easily affected by the rotational load between the inner diameter surface of the inner member and the constant velocity joint outer ring, when both the load sensor and the axial load detection means are installed, the axial load It is preferable in terms of detection accuracy to arrange the detection means between the double row rolling elements.
前記軸方向荷重検出手段は、内方部材に配置した磁歪部と、これに対向して外方部材に配置された検出コイルとでなる磁歪センサであっても良い。磁歪センサによると、内方部材に作用する応力から、軸方向荷重の検出が行える。 The axial load detecting means may be a magnetostrictive sensor including a magnetostrictive portion disposed on the inner member and a detection coil disposed on the outer member so as to face the magnetostrictive portion. According to the magnetostrictive sensor, the axial load can be detected from the stress acting on the inner member.
前記軸方向荷重検出手段は、磁歪部がFe−Al合金からなり、この磁歪部の表面に、複数の軸方向溝が形成された部分とこの軸方向溝が形成されない部分とがあっても良い。これらの溝の形成された部分と形成されない部分にそれぞれ対向する2つの検出コイルを外方部材に配置し、溝が形成されない部分側の検出コイルを温度補償用に用いても良い。 内方部材に圧縮または引張荷重が作用したときに、軸方向溝が形成される部分に対向する検出コイルの方が感度が良い。また、軸方向溝が形成されない部分にも検出コイルを設けることで、温度補償が行える。車輪用軸受の置かれる温度環境は、寒冷地から高温地帯まであって温度範囲が広い。そのため、温度補償を行うことで、軸方向荷重検出の信頼性が高められる。 In the axial load detecting means, the magnetostrictive portion may be made of an Fe-Al alloy, and the surface of the magnetostrictive portion may have a portion where a plurality of axial grooves are formed and a portion where the axial grooves are not formed. . Two detection coils facing the portions where the grooves are formed and portions where the grooves are not formed may be arranged on the outer member, and the detection coils on the side where the grooves are not formed may be used for temperature compensation. When a compression or tensile load is applied to the inner member, the detection coil facing the portion where the axial groove is formed is more sensitive. Further, temperature compensation can be performed by providing a detection coil in a portion where the axial groove is not formed. The temperature environment in which the wheel bearings are placed is wide from a cold region to a high temperature region. Therefore, by performing temperature compensation, the reliability of axial load detection can be improved.
この発明の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置において、前記荷重センサが、内方部材に設けられた磁歪部からなる被検出部と、外方部材に設けられて前記被検出部の磁歪変化を検出する検出部とで構成され、前記内方部材が炭素鋼からなり、前記磁歪部がFe−Al合金からなり、前記内方部材と前記磁歪部とを溶接接合したものとしても良い。 In the wheel bearing device with a built-in load sensor according to the present invention, the load sensor detects a magnetostriction change of the detected portion provided on the outer member and a detected portion including the magnetostrictive portion provided on the inner member. The inner member may be made of carbon steel, the magnetostrictive portion may be made of an Fe-Al alloy, and the inner member and the magnetostrictive portion may be welded together.
この発明の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、複列の転走面が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、外方部材と内方部材間の両端を密封する密封装置とを備え、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、上記外方部材と内方部材間の両側の密封装置により密封された空間における、複列の転動体位置よりもアウトボード側位置に、磁歪変化を検出することで軸受に作用する荷重を検出する荷重センサを設けたため、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安定して検出することができる。 The load sensor built-in wheel bearing device of the present invention, an outer member formed with a double row rolling surface, an inner member formed with a rolling surface opposite to the rolling surface of the outer member, In a wheel bearing device comprising a double row rolling element interposed between both rolling surfaces, and a sealing device for sealing both ends between the outer member and the inner member, and rotatably supporting the wheel with respect to the vehicle body In the space sealed by the sealing device on both sides between the outer member and the inner member, the load acting on the bearing is detected by detecting the magnetostriction change in the outboard side position rather than the double row rolling element position. Since the load sensor to be provided is provided, the load sensor can be installed in the vehicle in a compact manner, and the load applied to the wheel can be detected stably.
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。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、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。図1(A)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(A)において、この車輪用軸受18は、内周に複列の転走面4を有する外方部材1と、これら転走面4にそれぞれ対向する転走面5を外周に有する内方部材2と、これら複列の転走面4,5間に介在させた複列の転動体3とを備える。この車輪用軸受は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、上記各転走面4,5は断面円弧状であり、各転走面4,5は接触角が背面合わせとなるように形成されている。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。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The wheel bearing device with a built-in load sensor of this embodiment is an example applied to a wheel bearing for driving wheel support, which is a third generation inner ring rotating type. In this specification, the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side. In FIG. 1A, the left side is the outboard side and the right side is the inboard side.
In FIG. 1A, this wheel bearing 18 has an
外方部材1は固定側の部材となるものであって、図1(A)のようにナックル(図示せず)に固定するための車体取付フランジ1aを外周に有し、全体が一体の部材とされている。前記車体取付フランジ1aは、車体(図示せず)に設置されたナックルに周方向複数箇所のボルト(図示せず)で締結される。車体取付フランジ1aのボルト挿入孔12はねじ加工されており、上記ボルトはナックルに設けられた貫通孔を貫通して、ボルト挿入孔12に先端の雄ねじ部分が螺合する。なお、ボルト挿入孔12をねじ孔とする代わりに、単にボルトが挿通される孔とし、ナット(図示せず)でボルトを締め付けるようにしても良い。
The
内方部材2は回転側の部材となるものであって、車輪取付フランジ2aを外周に有するハブ輪2Aと、このハブ輪2Aのインボード側の端部外径面に嵌合した別体の内輪2Bとからなる。ハブ輪2Aには等速ジョイント13の外輪13aが連結されている。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内には、等速ジョイント13の外輪13aに一体に形成されたステム14が挿通され、ワッシャ15を介してボルト16を、前記ステム14の中央に設けられたタップ孔14aに螺合させることで、等速ジョイント外輪13aがハブ輪2Aに連結される。すなわち、前記ワッシャ15は、ハブ輪2Aの内径面におけるアウトボード側に形成された段差面2eに当接するように配置され、このワッシャ15に挿通されるボルト16を前記ステム14のタップ孔14aに螺合させることで、等速ジョイント外輪13aがハブ輪2Aに対してアウトボード側に押し付けられて連結される。
The
ハブ輪2Aの内径面のうち、車輪取付フランジ2aに対応する位置よりもインボード側にはスプライン溝2bが形成されており、このスプライン溝2bにステム14の外周面に形成されたスプライン溝14bがスプライン嵌合する。内輪2Bは、ハブ輪2Aのインボード側端部に設けられた加締部2Aaにより、ハブ輪2Aに対して軸方向に締め付け固定される。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。また、等速ジョイント外輪13aにおけるハブ輪2Aとの接合面13aaと、この接合面13aaに対向する前記内輪2Bの幅面との間にはOリング17が介挿され、これによりスプライン溝2b、14bの結合部に水分や異物が入ることを防止している。
A
車輪用軸受18の複列の転走面4,5よりもアウトボード側の環状空間には、荷重センサ9が配置されている。この荷重センサ9は、被検出部10と、被検出部10の磁歪変化を検出する検出部11とからなる。被検出部10は、内方部材2に形成される2列の転走面5よりもアウトボード側であって、車輪取付フランジ2aと車輪取付フランジ2aに近い側の転走面5とに挟まれたハブ輪2Aの外径部2cに、磁歪材からなる被検出部10が固着されている。
A
前記被検出部10としては、磁歪材であるFe−Al合金からなるリング状部材が用いられ、ハブ輪2Aの外径面に溶接あるいは拡散接合される。被検出部10としてFe−Al合金を固着したハブ輪2Aは、焼入れ処理を施した後で、Fe−Al合金の表面を研削してから表面をショットピーニングすることにより、残留応力を高めるようにしても良い。被検出部10の表層には、図2に示すように軸方向に対して±45度の傾斜角度をなす複数条の傾斜溝10aが円周方向に並べて2列形成されている。その傾斜溝10aの溝深さは0.1mmから0.5mm程度にすることが好ましい。
As the detected
検出部11は、被検出部10に対して径方向に対向するように外方部材1の内径面に圧入等によって固着される。この検出部11は、図1(C)に拡大断面図で示すように、コイル巻線11a,11bとヨーク11cからなり、被検出部10の各列の傾斜溝10aにコイル巻線11a,11bの各1つがそれぞれ対向している。なお各コイル巻線11a,11bは、樹脂からなるボビン11dに巻いた状態でヨーク11c内に組み込まれている。検出部11からはケーブル19が引き出されるが、図1(B)に平面図で示すように、外方部材1のアウトボード側端に設けたU字状切り欠き20の位置にケーブル19を合わせてから検出部11を圧入することで、ケーブル19に邪魔されることなく検出部11を外方部材1に容易に取付けることができる。
The
なお、U字状切り欠き20を封止するために、U字状切り欠き20の形状に合わせた弾性部材21(たとえばゴム材)にケーブル19を挿貫させた後、この弾性部材21がU字状切り欠き20に差し込まれる。U字状切り欠き20の部分の密封性をより高めるために、さらに接着剤や熱固着による方法を用いても良い。この処理の後で、シール7の金属環7a(図1(B))が外方部材1の外周に圧入固着される。これにより、U字状切り欠き20の上にシール金属環7aの一部が重なることになり、U字状切り欠き20の防水性を高めることができる。なお、弾性部材21を、その表面が外方部材1の外径面からはみ出す厚みとすることにより、防水効果をより一層高めることができる。さらに他の防水対策として、シール7の金属環7aと外方部材1との接触部にゴム等の弾性部材を全周に渡って介在させても良い。
In order to seal the
ハブ輪2Aの内径面における前記スプライン結合部よりもアウトボード側の内径部2dは、スプライン溝2bの形成部内径よりも大径とすることで、被検出部10が固着されるハブ輪2Aの剛性を強度に影響しない範囲で低減させている。この構造により、磁歪材からなる被検出部10にかかるせん断応力が増して、荷重センサ9の感度向上を図ることができる。
The
荷重センサ9はトルクセンサとして機能する。ハブ輪2Aに加わる捩れトルクにより、磁歪材からなる被検出部10の表面には45度方向のせん断応力が働き、2列の傾斜溝10aに沿った方向には引張、圧縮の異なる応力がかかり、その応力変化を対向する検出部11のコイル巻線11a,11bで磁気抵抗変化として捉えることによりトルクが検出可能である。図3に、その検出部11の検出回路例を示す。この検出回路は、コイル巻線11aと抵抗とからなる第1の直列回路22と、コイル巻線11bと抵抗とからなる第2の直列回路部23とを並列に接続したものからなり、第1の直列回路部22とこれに並列に接続される第2の直列回路部23とに、発信器24から数十kHzの交流電圧が印加される。
The
第1のコイル巻線11aにかかる分割電圧は、整流器25およびローパスフィルタ26で直流電圧に変換されて差動増幅器27の第1入力端子に入力される。また、第2のコイル巻線11bにかかる分割電圧も、別の整流器25およびローパスフィルタ26で直流電圧に変換されて、差動増幅器27の第2入力端子に入力される。差動増幅器27はこれら2入力の差分を増幅して出力する。この出力はハブ輪2Aにかかるトルクを検出したものとなる。トルクの値とタイヤ半径が分かれば、タイヤにかかる進行方向荷重を容易に算出できる。
The divided voltage applied to the first coil winding 11 a is converted into a DC voltage by the
上記検出回路による電気的な処理は、外方部材1に設けた回路基板(図示せず)上で処理するか、ナックル(図示せず)に回路基板を固定して処理をしても良い。さらには、この回路基板を、自動車のECU側に内蔵することも可能である。このようにして検出回路で処理されたトルク情報は、図示しない送信手段によって車体側の受信手段にワイヤレスで送信することも可能である。この場合、検出回路を実装した回路基板への電力供給もワイヤレスで行うことも可能である。
The electrical processing by the detection circuit may be performed on a circuit board (not shown) provided on the
図1を参照して、この車輪用軸受装置におけるトルク伝達経路を説明する。エンジンからの駆動力は、等速ジョイントステム14のスプライン溝14bとハブ輪2Aの内径面のスプライン溝2bとの結合部を経て車輪取付フランジ2aに伝達され、最終的にはタイヤが駆動される。等速ジョイント13と車輪用軸受18との結合はスプライン結合が一般的であり、スプライン結合部はハブ輪2Aの内径部の車輪取付フランジ2aに対応する位置まで延びているのが従来の場合の構造である。
A torque transmission path in the wheel bearing device will be described with reference to FIG. The driving force from the engine is transmitted to the
これに対して、この実施例では、ハブ輪2Aの内径部の前記被検出部10に対応する位置にはスプライン結合部が無く、軸方向におけるスプライン結合部の位置と車輪取付フランジ2aの位置との間に被検出部10を配置した構造とされているので、エンジンの駆動力伝達に伴い磁歪材からなる被検出部10に捩れが確実に伝達される。その結果、荷重センサ9は、ヒステリシスが少なく、かつ直線性のあるトルク検出出力を得ることが可能となる。スプライン結合の隙間を詰めるため、スプラインに数度の角度を付けて隙間を無くすことが行われる場合もあるが、この実施例では、スプライン結合部の捩れる方向と逆向きのトルクを伝達する場合であってもセンサ出力の直線性は確保される。
On the other hand, in this embodiment, there is no spline coupling portion at the position corresponding to the detected
このように、この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置では、外方部材1と内方部材2間の両側のシール7,8により密封された空間における、複列の転動体3の位置よりもアウトボード側位置に、磁歪変化を検出することで軸受に作用する荷重を検出する荷重センサ9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安定して検出できる。特に、荷重センサ9を構成する磁歪材からなる被検出部10の存在する軸方向範囲(ハブ輪2Aの内径面のうち大径部2dに相当する軸方向範囲)に、内方部材2の内径面と等速ジョイント外輪13a間で回転方向の荷重が作用する部分(スプライン結合部)が生じないものとしているので、等速ジョイント13からのトルクが被検出部10に正確に伝達され、車輪にかかる荷重をより正確に検出できる。
Thus, in the wheel bearing device with a built-in load sensor of this embodiment, the position of the double
図4は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、図1〜図3に示した第1の実施形態において、ボルト16の緩み止め機構を追加したものである。このボルト緩み止め機構は、図4(A)の矢印A方向から見た部分破断正面図を示す図4(B)のように、ボルト頭部16aに嵌合する多角形の筒部28aを有する断面L字状の座金28と、軸方向に向けてハブ輪2Aの段差面2eに突設された係合ピン29とを有する。座金28のフランジ部28bの周縁に形成された複数のU字状切り欠き28cの1つに、前記係合ピン29を係合させることにより、ボルト16の緩みを防止するように構成されている。ボルト頭部16aには、これに嵌合する座金28の筒部28aに跨がって径方向に先割りピン30を挿通させることで、ボルト頭部16aからの座金28の抜脱防止が図られている。その他の構成は第1の実施形態の場合と同じである。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. The bearing device for a wheel with a built-in load sensor of this embodiment is obtained by adding a locking mechanism for the
図5は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、図1〜図3に示した第1の実施形態において、ハブ輪2Aの内径面におけるアウトボード側の大径部2dに、等速ジョイント13のステム14をハブ輪2Aから抜く場合を考慮してタップ31を成形したものである。その他の構成は第1の実施形態の場合と同じである。
FIG. 5 shows still another embodiment of the present invention. In the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the wheel bearing device with a built-in load sensor according to this embodiment has a constant velocity joint 13 on the large-
図6および図7は、この発明のさらに他の実施形態を示す。この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置は、図1〜図3に示した第1の実施形態において、車輪取付フランジ2aに隣接した位置に設けた荷重センサ9とは別に、複列の転走面5,5に挟まれる空間に軸方向荷重を検出する軸方向荷重検出手段39を配置したものである。この軸方向荷重検出手段39は、磁歪材からなり内方部材2の外径面に設けられる被検出部40と、この被検出部40に対して径方向に対向する外方部材1の内径面に設けられる検出部41とからなる磁歪センサである。被検出部40は、内方部材2に形成される2列の転走面5,5で挟まれた中間位置のハブ輪2Aの外径面に固着されている。被検出部40としては、Fe−Al合金からなるリング状部材が用いられ、ハブ輪2Aの外径面に圧入後、溶接あるいは拡散接合される。ハブ輪2Aの外径面のうち、被検出部40であるFe−Al合金の固着部と転走面5を含めた範囲は、焼入れ処理を施し、さらにその後にFe−Al合金の表面を研削してから表面をショットピーニングすることにより、残留応力を高めるようにしても良い。
6 and 7 show still another embodiment of the present invention. The wheel bearing device with a built-in load sensor of this embodiment is a double-row rolling device separately from the
上記被検出部40の一側部の表層には、図7に部分破断側面図で示すように、軸方向に向けた複数条の溝40aが円周方向に並べて1列形成されている。被検出部40の他側部の表層は溝を形成していない磁歪表面部40bとされている。前記軸方向溝40aの溝深さは0.1mmから0.5mm程度にすることが好ましい。上記検出部41は、2つのコイル巻線41a,41bとヨーク41cとでなり、これら両コイル巻線41a,41bの各1つが軸方向溝40aと磁歪表面部40bのそれぞれに対向するようにコイル巻線41a、41bが配置される。なお、各コイル巻線41a,41bは樹脂からなるボビン41dに巻いてからヨーク41c内に組込んである。検出部41からはケーブル49が引き出されるが、このケーブル49は外方部材1に設けられた径方向の貫通孔36から軸受外に引き出され、その貫通孔36はゴムなどの弾性部材37で封止して防水が図られる。
On the surface layer of one side of the detected
この実施形態の荷重センサ内蔵車輪用軸受装置では、ハブ輪2Aを軸方向に圧縮または引張する荷重が加わると、ハブ輪2Aに設けられた軸方向荷重検出手段39の被検出部40に引張力(または圧縮力)が働く。この時、検出部41のコイル巻線41a,41bの磁気抵抗は、引張、圧縮の力の大きさにより変化するが、被検出部40の軸方向溝40aに対向するコイル巻線41aの方が別のコイル巻線41bよりも感度が良い。低感度側のコイル巻線41bは温度補償用として機能する。
各コイル巻線41a,41bの検出出力を、図3に示す検出回路と同じ回路で処理を行えば、軸方向荷重の検出が可能となる。ここで得られる荷重センサ9や軸方向荷重検出手段39の出力を情報として取込めば、自動車の走行案性制御やステアバイワイヤシステムでの路面情報伝達にも応用が可能となる。
In the wheel bearing device with a built-in load sensor of this embodiment, when a load that compresses or pulls the
If the detection outputs of the
なお、上記各実施形態では、荷重センサ9,39を構成する被検出部10,40の磁歪材としてFe−Al合金を用いる場合を例示したが、これ以外にハブ輪2Aの表層にAlを拡散してFe−Al合金としても良い。Alを金属表層に拡散させる方法として、ハブ輪2AとAl粉末を入れた密閉容器を900℃前後に加熱することが行われる。この場合のAl拡散深さは、処理方法・時間によって変えることもできるが、数十μmから100μm程度の範囲で処理される。上記Al拡散処理は、ハブ輪2Aの母材である構造用鋼に次第に濃度が濃くなるように傾斜的にAlを拡散分布させて行う。これにより、ハブ輪2Aの機械的強度を低下させることなく、磁歪特性の高い磁歪拡散層のFe−Al合金を得ることができる。
In each of the above-described embodiments, the case where an Fe—Al alloy is used as the magnetostrictive material of the detected
Alを傾斜的な濃度となるように表面から分布させるために、Alは高温雰囲気下で表面から拡散させる。これにより、ハブ輪2Aの母材である鋼材に、表面から中心方向へ緩やかなカーブの濃度曲線を描きながら、次第にAlの濃度が薄くなる層を形成することが可能である。この傾斜的濃度の拡散層は、肉盛溶射の場合のようなポアのない均一な合金層に形成され、疲労による早期亀裂の発生が大幅に抑制される。また、熱処理時の割れも発生しない。
In order to distribute Al from the surface so as to have a gradient concentration, Al is diffused from the surface in a high temperature atmosphere. As a result, it is possible to form a layer in which the Al concentration gradually decreases while drawing a gentle concentration curve from the surface toward the center of the steel material that is the base material of the
また、Fe−Al合金のバルク材から作成された磁歪材であれば、脆いために加工性が低下するが、上記の拡散処理によると、ハブ輪2Aの機械加工終了後にAlの拡散処理を行うことから、通常の鋼材と同じ加工性を有し、生産性が著しく向上する。そのため低コストにできる。Fe−Alクラッド鋼を使用する場合には、母材となる炭素鋼部を削除したFe−Al合金層のみを被検出部10,40としてハブ輪2Aに固着しても良い。この場合、Fe−Al合金と炭素鋼からなるハブ輪2Aとの溶接性が良いので、かえって好都合である。
In addition, if the magnetostrictive material is made of a bulk material of Fe-Al alloy, the workability is lowered because it is brittle. However, according to the above diffusion process, the Al diffusion process is performed after the machining of the
1…外方部材
2…内方部材
3…転動体
4,5…転走面
7,8…シール(密封装置)
9…荷重センサ
10…被検出部
10a…傾斜溝
11a,11b…コイル巻線
13…等速ジョイント
13a…外輪
39…軸方向荷重検出手段
40…被検出部(磁歪部)
40a…軸方向溝
40b…磁歪表面部
41…検出部
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
40a ...
Claims (9)
上記外方部材と内方部材間の両側の密封装置により密封された空間における、複列の転動体位置よりもアウトボード側位置に、磁歪変化を検出することで軸受に作用する荷重を検出する荷重センサを設けたことを特徴とする荷重センサ内蔵車輪用軸受装置。 An outer member in which a double row rolling surface is formed on the inner periphery, an inner member in which a rolling surface opposite to the rolling surface of the outer member is formed on the outer periphery, and an intermediate between both rolling surfaces In the wheel bearing device that includes the double row rolling elements, and a sealing device that seals both ends between the outer member and the inner member, and rotatably supports the wheel with respect to the vehicle body,
A load acting on the bearing is detected by detecting a change in magnetostriction at a position on the outboard side of the double row rolling element position in the space sealed by the sealing device on both sides between the outer member and the inner member. A load sensor built-in wheel bearing device comprising a load sensor.
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