專利名稱：帶有傳感器的車輪用軸承的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種帶有傳感器的車輪用軸承，其內置有檢測作用于車輪軸承部上的荷載的荷載傳感器。
背景技術：
作為檢測汽車的各車輪上作用的荷載的技術，人們提出有下述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，通過檢測作為車輪用軸承的固定圈的外圈的法蘭部外徑面的形變的方式， 檢測荷載(例如，專利文獻1)。另外，人們還提出有下述的車輪用軸承，其中，在車輪用軸承的外圈上粘貼形變儀，檢測形變(例如，專利文獻2)。
已有技術文獻 專利文獻 專利文獻1 日本特開2002-098138號公報 專利文獻2 日本特表2003-530565號公報 專利文獻3 日本特開2007-057^9號公報

發(fā)明內容
在專利文獻1中公開的技術中，檢測因固定圈的法蘭部的變形而產生的形變。但是，由于在固定圈的法蘭部的變形中，在法蘭面和轉向節(jié)面之間，在作用有超過靜止摩擦力的力的場合，伴隨有滑動，故如果施加反復荷載，則具有在輸出信號中產生滯后的問題。
例如，在相對車輪用軸承，某方向的荷載大的場合，在固定圈法蘭面和轉向節(jié)面之間，最初，靜止摩擦力大于荷載，由此，不產生滑動，但是，如果超過某值，則克服靜止摩擦力，產生滑動。如果在該狀態(tài)減小荷載，則最初仍未因靜止摩擦力而滑動，但是如果到達某值則將要滑動。其結果是，如果要通過產生該變形的部分推算荷載，則在輸出信號中產生圖 62那樣的滯后。如果產生滯后，則檢測分辨率降低。
另外，由于如專利文獻2那樣，將形變儀貼于外圈上，故裝配性產生問題。另外，在檢測到作用于車輪用軸承上的上下方向的荷載h的場合，由于相對荷載內的固定圈變形量小，故形變量也小，在上述技術的場合，檢測靈敏度降低，無法以良好的精度檢測荷載內。
作為解決上述課題的方案，本發(fā)明人等開發(fā)了構成下述的方案的帶有傳感器的車輪用軸承(例如，專利文獻幻。該帶有傳感器的車輪用軸承中的車輪用軸承包括外方部件，其中，多排的滾動面形成于外方部件的內周；內方部件，其中，與上述滾動面面對的滾動面形成于內方部件的外周；多排的滾動體，其夾設于兩部件中的面對的滾動面之間，該車輪用軸承以可旋轉的方式將車輪支承于車體上。在上述外方部件和內方部件中的固定側部件的外徑面上，設置1個以上的傳感組件，該傳感組件包括形變發(fā)生部件和形變傳感器，該形變發(fā)生部件具有接觸固定于上述固定側部件的外徑面上的兩個接觸固定部和位于該兩個接觸固定部之間的缺口部，該形變傳感器安裝于該形變發(fā)生部件上，檢測形變發(fā)生部件的形變。
但是，在這樣的方案的場合，傳感器的輸出信號的變化小于荷載的變化，由于因溫度或噪音等，而在輸出信號中產生的偏差，檢測誤差變大。其結果是，難以在車輪用軸承上外加復合荷載(例如，轉向力Fy和垂直方向荷載內)的狀態(tài)，分別計算各方向的荷載。
于是，人們還嘗試在上述方案的帶有傳感器的車輪用軸承中，在外方部件和內方部件中的固定側部件的外徑面上，按照1組以上設置傳感組件對，該傳感組件對由按照沿圓周方向的180度的相位差設置的兩個傳感組件形成，設置徑向荷載推算機構，該徑向荷載推算機構根據傳感組件對中的兩個傳感組件的輸出信號的差值，推算沿車輪用軸承的徑向作用的徑向荷載；軸向荷載推算機構，該軸向荷載推算機構根據傳感組件對中的兩個傳感組件的輸出信號之和，推算沿車輪用軸承的軸向作用的軸向荷載。
但是，在該帶有傳感器的車輪用軸承中，例如，在根據固定側部件的外徑面的上下設置傳感組件的傳感組件對，推算軸向荷載和垂直方向荷載的場合，由于如果外加構成驅動力的荷載(沿車輪用軸承的前后方向作用的荷載)，則受到影響，固定側部件整體的變形模式變化，故荷載推算誤差增加。同樣在根據固定側部件的左右上設置傳感組件的傳感組件對，推算軸向荷載和構成驅動力的荷載的場合，受到相同的影響。
另外，在采用傳感組件的傳感器輸出信號的平均值，根據輸出信號之和與差，推算軸向荷載或徑向荷載的場合，因溫度的偏差或滯后的影響，檢測誤差變大。在采用傳感器輸出的振幅，根據輸出信號之和與差推算荷載的場合，由于僅在固定側部件的滾動體荷載的負荷側產生振幅，故在例如，于固定側部件的外徑面的上下位置設置傳感組件的場合，難以沿軸向和徑向分離荷載。
本發(fā)明的目的在于提供無論在怎樣的荷載條件下，均可正確地檢測作用于車輪上的荷載的帶有傳感器的車輪用軸承。
本發(fā)明的帶有傳感器的車輪用軸承包括外方部件，其中，多排的滾動面形成于外方部件的內周；內方部件，其中，與上述滾動面面對的滾動面形成于內方部件的外周；多排的滾動體，其夾設于兩部件中的面對的滾動面之間，該車輪用軸承以可旋轉的方式將車輪支承于車體上，在上述外方部件和內方部件中的固定側部件的外徑面上，設置至少3個以上的傳感組件，該傳感組件包括形變發(fā)生部件和1個以上的形變傳感器，該形變發(fā)生部件具有接觸固定于上述固定側部件的外徑面上的兩個以上的接觸固定部，該形變傳感器安裝于該形變發(fā)生部件上，檢測形變發(fā)生部件的形變，設置荷載推算機構，該荷載推算機構根據上述3個以上傳感組件的傳感器的輸出信號，推算沿車輪用軸承的徑向作用的徑向荷載和沿車輪用軸承的軸向的軸向荷載。
在此場合，上述各傳感組件的傳感器的輸出信號也可通過輸出信號分離機構，分離為直流成分和交流成分，輸入到上述荷載推算機構中。荷載推算機構也可根據下述一次式推算各方向的荷載，在該一次式中，以上述各直流成分和交流成分(振幅值)為變量，將各變量與針對所推算的各方向的荷載而確定的補償系數相乘。上述補償系數通過實驗或解析而預先計算。上述變量不但可采用上述直流成分和交流成分(振幅值)，而且也可采用上述傳感器輸出信號的平均值、振幅值、絕對值等中的兩個以上的值，還可采用在這些值中包含上述直流成分和交流成分(振幅值)的值中的兩個以上的值。
如果荷載作用于車輪用軸承、車輪的輪胎和路面之間，則還在車輪用軸承的固定側部件(例如，外方部件)上外加荷載而產生變形。于是，由于傳感組件中的形變發(fā)生部件的兩個以上的接觸固定部接觸固定于外方部件的外徑面上，故外方部件的形變容易放大傳遞給形變發(fā)生部件，可通過傳感器，以良好的靈敏度來檢測該形變，可以良好的精度推算荷載。
此外，設置荷載推算機構，其根據3個以上的傳感組件的傳感器的輸出信號，推算沿車輪用軸承的徑向作用的徑向荷載和沿車輪用軸承的軸向作用的軸向荷載，故無論在什么樣的荷載條件的情況下，均可以良好的靈敏度，正確地檢測徑向荷載(構成驅動力的荷載&、垂直方向荷載Fz)和軸向荷載Fy。
特別是，設置輸出信號分離機構，該輸出信號分離機構將各傳感組件的傳感器的輸出信號分離為直流成分和交流成分，將其輸入到上述荷載推算機構中，根據一次式，通過荷載推算機構，推算各方向的荷載，在該一次式中，以上述各直流成分和交流成分(振幅值)為變量，將各變量與針對所推算的各方向的荷載而確定的補償系數相乘，此時，可分成直流成分和交流成分而極精細地進行荷載推算機構中的傳感器輸出信號的補償處理，可以更良好的精度檢測荷載。
也可在本發(fā)明中，上述荷載推算機構由徑向荷載推算機構和軸向荷載推算機構構成，該徑向荷載推算機構根據上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件的傳感器的輸出信號的差值推算沿車輪用軸承的徑向作用的徑向荷載，該軸向荷載推算機構根據上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件的傳感器的輸出信號之和，推算沿車輪用軸承的軸向作用的軸向荷載。
還可在本發(fā)明中，上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件設置于位于輪胎觸地面的上下位置的上述固定側部件的外徑面的頂面部和底面部，上述徑向荷載推算機構根據上述兩個傳感組件的傳感器的輸出信號的差值，推算作用于車輪用軸承上的垂直方向荷載。在該方案的場合，可以良好的靈敏度，正確地檢測垂直方向荷載內。
還可在本發(fā)明中，上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件設置于位于輪胎觸地面的車輛的前后位置的上述固定側部件的外徑面的右面部和左面部，上述徑向荷載推算機構根據上述兩個傳感組件的傳感器的輸出信號的差值，推算構成驅動力的荷載。在該方案的場合，可以良好的靈敏度，正確地檢測構成驅動力的荷載&。
也可在本發(fā)明中，上述徑向荷載推算機構具有補償機構，該補償機構通過上述軸向荷載推算機構的推算值，對上述推算值進行補償。
上述固定側部件相對車輪用軸承的徑向荷載(垂直方向荷載內、構成驅動力的荷載㈦的的變形量，與相對軸向荷載Fy的變形量相比較，是非常小的，故容易受到軸向荷載 Fy的影響。于是，如果通過軸向荷載的推算值，對徑向荷載推算機構的推算值進行補償，則可更加正確地推算徑向荷載。
還可在本發(fā)明中，上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件設置于位于相對輪胎觸地面的上下位置的上述固定側部件的外徑面的頂面部和底面部，設置軸向荷載方向判斷機構，該軸向荷載方向判斷機構根據上述兩個傳感組件的傳感器的輸出信號的振幅， 判斷沿車輪用軸承的軸向作用的軸向荷載的方向。
在該方案的場合，可在不單獨設置方向判斷用的傳感器的情況下，判斷軸向荷載 Fy的方向。
也可在本發(fā)明中，另外設置溫度補償機構，該溫度補償機構對應于車輪用軸承的溫度或其周邊溫度，對上述傳感組件的傳感器輸出信號進行補償。
如果因軸承旋轉的發(fā)熱或周邊環(huán)境等，車輪用軸承的溫度變化，則即使在荷載不改變的情況下，傳感組件的傳感器輸出信號因熱膨脹等而變化，由此，在已檢測到的荷載中殘留有溫度的影響。于是，如果設置溫度補償機構，則可降低溫度造成的檢測誤差，該溫度補償機構根據車輪用軸承的溫度或其周邊溫度，對上述傳感組件的傳感器輸出信號進行補 m
te ο 還可在本發(fā)明中，包括傳感部溫度傳感器，該傳感部溫度傳感器安裝于上述形變發(fā)生部件上，檢測上述形變傳感器的設置部的溫度；滾動面溫度傳感器，該滾動面溫度傳感器在上述固定側部件中的上述傳感組件的附近的周向位置，檢測滾動面附近的溫度；溫度補償機構，該溫度補償機構通過上述傳感部溫度傳感器和滾動面溫度傳感器的輸出，對上述傳感組件的傳感器的輸出信號進行補償，上述荷載推算機構根據通過上述溫度補償機構補償的信號，推算作用于車輪用軸承或輪胎上的荷載。上述固定側部件例如，還可成為外方部件。設置上述滾動面溫度傳感器的傳感組件的附近的周向位置既可為與傳感組件相同的周向位置，也可在其附近。
在推算荷載的荷載推算機構中，根據傳感部溫度傳感器與滾動面溫度傳感器的輸出，通過溫度補償機構對傳感組件的傳感器的輸出信號進行補償，該傳感部溫度傳感器安裝于傳感組件的形變發(fā)生部件上，檢測傳感器設置部的溫度，該滾動面溫度傳感器設置于固定側部件中的傳感組件的附近的周向位置，檢測滾動面附近的溫度，根據該已補償的信號，推算作用于車輪用軸承或輪胎上的荷載，由此，可通過對軸承內外部的溫度差的檢測誤差進行補償的方式，減少由外氣溫度的變化或荷載變化而產生的軸承內部發(fā)熱的變化的影響，可以高精度、良好的穩(wěn)定性檢測作用于車輪用軸承或輪胎觸地面上的荷載。
也可在本發(fā)明中，按照下述方式設置各滾動面溫度傳感器，該方式為上述滾動面溫度傳感器的個數與傳感組件的個數相同，并且使上述固定側部件中的各傳感組件的周向位置和相位對準。在該方案的場合，由于可檢測與各傳感組件相對應的滾動面附近的溫度， 故可以更良好的精度進行上述荷載推算機構的溫度補償，由此，可提高荷載的檢測精度。
還在本發(fā)明中，上述溫度補償機構根據上述傳感部溫度傳感器的輸出和上述滾動面溫度傳感器的輸出的差，對上述傳感組件的傳感器的輸出信號進行補償，該補償量根據預先制作的上述兩溫度傳感器的輸出差和補償量的一次近似關系式而確定。在該方案的場合，可充分地減少疊加于傳感組件的傳感器的輸出信號中的偏置量，即，從固定側部件的內部到表面的溫度梯度的熱形變，可提高荷載推算值的精度。
也可在本發(fā)明中包括溫度傳感器，該溫度傳感器安裝于上述形變發(fā)生部件上，檢測上述形變傳感器的設置部的溫度；隔熱材料，其夾設于上述傳感組件和該傳感組件周邊的外氣之間；溫度補償機構，其通過上述溫度傳感器的輸出，對上述傳感組件的傳感器輸出信號進行補償，上述荷載推算機構根據通過上述溫度補償機構補償的信號，推算作用于車輪用軸承或輪胎上的荷載。上述固定側部件例如也可以是外方部件。最好，上述隔熱材料按照將傳感組件與外氣隔絕開的方式設置。也可在設置單獨部件，例如，后述的那樣的保護罩的場合，通過保護罩等的單獨部件和隔熱部件，將傳感組件與外氣隔絕開。
由于在傳感組件的形變發(fā)生部件上安裝溫度傳感器，該溫度傳感器檢測形變傳感器的設置部的溫度，在荷載推算機構中，通過溫度補償機構，借助溫度傳感器的輸出對形變傳感器的輸出信號進行補償，根據該已補償的信號，推算作用于車輪用軸承或輪胎上的荷載，故在因軸承旋轉的發(fā)熱或周圍環(huán)境等，車輪用軸承的溫度變化的場合，可對因外方部件和傳感組件的線膨脹率的差等，在形變傳感器的輸出信號中產生的變化進行補償。
在此場合，如果傳感組件和外氣的隔熱不充分，則由于因外氣的狀態(tài)或形變傳感器的周邊的狀態(tài)(風量、有無水分的附著等)，放熱阻力變化，故外方部件的溫度和溫度傳感器檢測到的溫度不一致，借助通過上述荷載推算機構的補償而計算的補償值，與實際的溫度膨脹的狀態(tài)產生偏差，最終在通過荷載推算機構推算的荷載中產生誤差。在該帶有傳感器的車輪用軸承中，由于在傳感組件與周邊的外氣之間夾設隔熱材料，故不受到外氣的狀態(tài)或水分的附著等的影響，可將上述的外部環(huán)境的影響抑制到最小限度，可以高精度、良好的穩(wěn)定性檢測作用于車輪用軸承或輪胎觸地面上的荷載。
也可在本發(fā)明中，上述傳感組件、對上述傳感器的輸出信號進行處理的信號處理用IC以及這些傳感器和信號處理用IC的布線系統(tǒng)設置于安裝在上述固定側部件的周面上的圓環(huán)狀的保護罩的內側，該保護罩在傳感組件的設置部具有使傳感組件露出的開口部， 通過上述隔熱材料，將上述開口部密封。
在該方案的場合，通過保護罩防止傳感組件的傳感器或布線系統(tǒng)等受到飛石等的異物的接觸等的影響，可將傳感組件受到外氣溫度或水等的外部環(huán)境的影響抑制最小限度。
在本發(fā)明中，還可包括第1荷載推算機構，該第1荷載推算機構采用上述傳感器的輸出信號的平均值，對作用于車輪用軸承上的荷載進行運算 推算；第2荷載推算機構，該第2荷載推算機構采用上述傳感器的輸出信號的振幅值，或該振幅值和上述平均值，對作用于車輪用軸承上的荷載進行運算·推算；選擇輸出機構，該選擇輸出機構根據車輪旋轉速度，切換選擇上述第1和第2荷載推算機構中的任意一者的推算荷載值，將其輸出。
由于設置第1荷載推算機構，該第1荷載推算機構采用上述傳感器的輸出信號的平均值，對作用于車輪用軸承上的荷載進行運算 推算；第2荷載推算機構，該第2荷載推算機構采用上述傳感器的輸出信號的振幅值，或該振幅值和上述平均值，對作用于車輪用軸承上的荷載進行運算·推算；選擇輸出機構，該選擇輸出機構對應于車輪旋轉速度，切換選擇上述第1和第2荷載推算機構中的任意一者推算的荷載值，將其輸出，故在車輪處于靜止或低速狀態(tài)時，根據不進行時間平均處理而求出的平均值，輸出獲得的第1荷載推算機構的推算荷載值，由此，可縮短檢測處理時間。另外，在車輪處于通常旋轉狀態(tài)時，由于可以良好的精度對傳感器輸出信號的平均值和振幅值進行運算，故輸出根據振幅值，或平均值和振幅值獲得的第2荷載推算機構的推算荷載值，由此，推算荷載值的誤差小，檢測延遲時間也充分小。
其結果是，可正確地推算作用于車輪上的荷載，并且可在沒有延遲的情況下輸出已檢測的荷載信號。由此，可提高利用該荷載信號的車輪的控制的應答性或控制性，可進一步提高安全性或行駛安全性。
也可在本發(fā)明中，在車輪旋轉速度低于已設定的下限速度的場合，上述選擇輸出機構選擇而輸出第1荷載推算機構的推算荷載值。上述下限速度可為任意設定的速度，例如，為人步行的程度時的速度的低速。
在車輪靜止或低速狀態(tài)，對振幅值進行運算這一點要求傳感器輸出信號的1個周期的時間，推算荷載值的輸出的時間延遲變大，但是，可根據僅僅由平均值來運算荷載值的第1荷載推算機構，在不延遲的情況下輸出已檢測的荷載信號。


參照附圖，根據以下優(yōu)選的實施形式的說明，會更清楚地理解本發(fā)明。但是，實施形式和附圖用于單純的圖示和說明，不應用于確定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由后附的權利要求書確定。在附圖中，多個附圖中的同一部件標號表示同一或相當部分。
圖1為將本發(fā)明的第1實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖視圖和其檢測系統(tǒng)的構思方案的方框圖組合而表示的圖； 圖2為從外側觀看該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件的主視圖； 圖3為該帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感組件的放大俯視圖； 圖4為沿圖3中的IV-IV線的剖視圖； 圖5為表示該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件外徑面的變形模式的一個例子的說明圖； 圖6為表示該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件外徑面的變形模式的另一例子的說明圖； 圖7為表示該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件外徑面的變形模式的又一例子的說明圖； 圖8為表示該帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感組件的輸出信號的波形圖； 圖9(A)為表示外方部件外徑面頂面部的傳感器輸出信號振幅的最大最小值差和軸向荷載的方向的關系的曲線圖，圖9(B)為表示該外徑面底面部的傳感器輸出信號的振幅的最大最小值差和軸向荷載的方向的關系的曲線圖； 圖10為表示傳感器輸出信號的處理的說明圖； 圖11為表示傳感器輸出信號和溫度的關系的曲線圖； 圖12為本發(fā)明的第2實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖視圖； 圖13為從外側觀看該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件的主視圖； 圖14為該帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感組件的放大剖視圖； 圖15為將本發(fā)明的第3實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖視圖和其檢測系統(tǒng)的構思方案的方框圖組合而表示的圖； 圖16為從外側觀看該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件的主視圖； 圖17為該帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感組件的放大俯視圖； 圖18為沿圖17中的XVIII-XVIII線的剖視圖； 圖19為該帶有傳感器的車輪用軸承中的滾動面溫度傳感器的設置部的放大剖視圖； 圖20為表示外方部件的內外溫度差和形變傳感器輸出的關系的曲線圖； 圖21為表示該帶有傳感器的車輪用軸承中的滾動面溫度傳感器的還一設置例的放大剖視圖； 圖22(A)為表示該滾動面溫度傳感器的設置例所采用的溫度傳感器支承部件的立體圖，圖22(B)為其部分剖視圖； 圖23為將本發(fā)明的第4實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖視圖和其檢測系統(tǒng)的構思方案的方框圖組合而表示的圖 圖M為從外側觀看該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件的主視圖； 圖25為該帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感組件的放大俯視圖； 圖沈為沿圖25中的XXVI-XXVI線的剖視圖； 圖27為本發(fā)明的第5實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖視圖； 圖28為沿圖27中的XXVIII-XXVI11線的剖視圖； 圖四為圖27中的外方部件中的傳感器裝配件設置部的放大剖視圖； 圖30㈧為圓環(huán)狀保護罩的主視圖，圖30⑶為該側視圖； 圖31 (A)為沿圖30(B)中的XXXIA-XXXIA線的剖視圖，圖31 (B)為沿圖30(A)中的XXXIB-XXXIB線的剖視圖； 圖32為設置于傳感器裝配件中的電子部件的展開圖； 圖33 (A)為傳感器裝配件的主視圖，圖33 (B)為該傳感器裝配件的側視圖；
圖34 (A)為沿圖33 (B)中的XXXIVA-XXXIVA線的剖視圖，圖34 (B)為沿圖33 (A) 中的XXXIVB-XXXIVB線的剖視圖； 圖35(A)為表示傳感器裝配件的關閉狀態(tài)的主視圖，圖35(B)為表示該傳感器裝配件的打開狀態(tài)的主視圖； 圖36為本發(fā)明的第6實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的部分放大剖視圖； 圖37為本發(fā)明的第7實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的部分放大剖視圖； 圖38為本發(fā)明的第8實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的部分放大剖視圖； 圖39為本發(fā)明的第9實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的部分放大剖視圖； 圖40為本發(fā)明的第10實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖視圖； 圖41為該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件的設置傳感器裝配件的軸向位置中的設置傳感組件的周向位置的放大剖視圖； 圖42為密封部件的部分放大剖視圖； 圖43為將本發(fā)明的第11實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖視圖和其檢測系統(tǒng)的構思方案的方框圖組合而表示的圖； 圖44為從外側觀看該帶有傳感器的車輪用軸承的主視圖； 圖45為該帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感組件的放大俯視圖； 圖46為沿圖45中的XXXXVI-XXXXVI線的剖視圖； 圖47為表示傳感組件的另一設置例的剖視圖； 圖48(A) 圖48(C)為傳感組件的輸出信號的滾動體位置的影響的說明圖； 圖49為對傳感器輸出信號的平均值和振幅值進行運算的運算部的電路例的方框圖； 圖50為根據平均值和振幅值，推算·輸出荷載的電路部的方框圖； 圖51為從外側觀看本發(fā)明的第1應用例的帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件的主視圖； 圖52為將本發(fā)明的第2實施形式的帶有傳感器的車輪用軸承的剖視圖和其檢測系統(tǒng)的構思方案的方框圖組合而表示的圖； 圖53為將帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件的主視圖和其檢測系統(tǒng)的構思方案的方框圖組合而表示的圖； 圖M為該帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感組件的放大俯視圖； 圖55為沿圖54中的XXXXXV-XXXXXV線的剖視圖； 圖56為表示該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件外徑面的變形模式的一個例子的說明圖； 圖57為表示該帶有傳感器的車輪用軸承的外方部件外徑面的變形模式的另一例子的說明圖； 圖58為表示該帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感器輸出和垂直方向荷載的關系的曲線圖； 圖59為表示帶有傳感器的車輪用軸承中的傳感器輸出和軸向荷載的關系的曲線圖； 圖60(A)為表示將溫度構成參數的傳感器輸出信號和荷載的關系的曲線圖，圖 60(B)為表示傳感組件中的兩個傳感器的輸出信號的差值和荷載的關系的曲線圖； 圖61為表示傳感組件的另一結構例子的俯視圖； 圖62為以往例子中的輸出信號的滯后的說明圖。
具體實施例方式根據圖1 圖11，對本發(fā)明的第1實施形式進行說明。本實施形式為第3代的內圈旋轉型，適用于驅動圈支承用的車輪用軸承。另外，在本說明書中，在安裝于車輛上的狀態(tài)，將車輛車寬方向的靠近外側的一側稱為外側，將靠近車輪的中間的一側稱為內側。
該帶有傳感器的車輪用軸承中的軸承如圖1的剖視圖所示的那樣，由外方部件1、 內方部件2與多排的滾動體5構成，該外方部件1在內周形成多排的滾動面3 ；該內方部件 2在外周形成與該各滾動面3面對的滾動面4 ；該滾動體5夾設于該外方部件1和內方部件 2的滾動面3、4之間。該車輛用軸承為多排的角接觸滾珠軸承型，滾動體5由滾珠形成，各排都通過保持器6保持。上述滾動面3、4按照截面呈圓弧狀，滾珠接觸角在背面對合的方式形成。外方部件1和內方部件2之間的軸承空間的兩端分別通過一對密封件7、8而密封。
外方部件1構成固定側部件，在外周具有安裝于車體的懸架裝置(圖中未示出) 中的轉向節(jié)16上的車體安裝用法蘭la，整體為一體的部件。在法蘭Ia的圓周方向的多個部位，開設加工有車體安裝用的內螺紋的安裝孔14，從內側而穿過轉向節(jié)16的螺紋插孔17 的轉向節(jié)螺栓18螺合于上述安裝孔14中，由此，車體安裝用法蘭Ia安裝于轉向節(jié)16上。 安裝孔14也可為螺栓插孔，在此場合，轉向節(jié)螺栓18的安裝固定采用螺母(圖中未示出)。
內方部件2構成旋轉側部件，由輪轂圈9與內圈10構成，該輪轂圈9具有車輪安裝用的輪轂法蘭9a，該內圈10嵌合于該輪轂圈9的軸部9b的內側端的外周。在輪轂圈9 和內圈10上形成上述各排的滾動面4。在輪轂圈9的內側端的外周設置具有高度差，形成小直徑的內圈嵌合面12，在該內圈嵌合面12上嵌合內圈10。在輪轂圈9的中心處開設通孔11。在輪轂法蘭9a的周向多個部位，設置輪轂螺栓(圖中未示出)的壓配合孔15。在輪轂圈9的輪轂法蘭9a的根部附近，對車輪和制動部件(圖中未示出)進行導向的圓筒狀的導向部13在外側突出。
圖2表示從外側觀看該車輪用軸承的外方部件1的主視圖。另外，圖1為表示沿圖2中的I-I線的剖視圖。上述車體安裝用法蘭Ia如圖2那樣，構成開設各安裝孔14的圓周方向部分與其它的部分相比更向外徑側突出的突片laa。
在固定側部件的外方部件1的外徑面上，設置3個以上的傳感組件20。在這里，按照兩個傳感組件20構成為1組傳感組件對的方式，設置2組傳感組件對。各組的傳感組件對19A、19B的兩個傳感組件20設置于外方部件1的外徑面的圓周方向中的相互構成180 度的相位差的位置。在這里，構成1組的傳感組件對19A的兩個傳感組件20設置于輪胎接觸面，即輪胎中的與路面的接觸面的上方位置的外方部件1的外徑面的頂面部和底面部的兩個部位。另外，構成另一組的傳感組件對19B的兩個傳感組件20設置于位于輪胎觸地面的前后位置的外方部件1的外徑面中的右面部和左面部的兩個部位。
具體來說，構成1組傳感組件對19A的兩個傳感組件20如圖2那樣，在外方部件 1的外徑面中的頂面部的鄰接的兩個突片Iaa之間的中間部設置1個傳感組件20，在外方部件1的外徑面中的底面部的鄰接的兩個突片Iaa之間的中間部設置另一個傳感組件20。
這些傳感組件20如圖3和圖4的放大俯視圖和放大剖視圖所示的那樣，由形變發(fā)生部件21與1個形變傳感器22構成，該形變傳感器22安裝于該形變發(fā)生部件21上，檢測形變發(fā)生部件21的形變。該形變發(fā)生部件21由銅材等的可彈性變形的金屬制的2mm以下的薄板件構成，在平面的大致形狀為帶狀，在中間的兩側邊部具有缺口部21b。另外，形變發(fā)生部件21在兩端部具有經由間隔件23而接觸固定于外方部件1的外徑面上的兩個接觸固定部21a。形變傳感器22相對形變發(fā)生部件21中的各方向的荷載，貼于形變大的部位。 在這里，作為該部位，在形變發(fā)生部件21的外面?zhèn)?，選擇由兩側邊部的缺口部21b夾持的中間部位，形變傳感器22檢測缺口部21b周邊的周向的形變。另外，形變發(fā)生部件21最好為作為作用于固定側部件的外方部件1上的外力、或作用于輪胎和路面之間的作用力，即使外加假想的最大的力的狀態(tài)的情況下，仍不發(fā)生塑性變形的類型。其原因在于如果產生塑性變形，則外方部件1的變形不傳遞給傳感組件20，對形變的測定產生影響。假想的最大的力為在例如，即使在作用該力的情況下，車輪用軸承不損傷，如果去除該力，則恢復車輪用軸承的正常的功能的范圍內，為最大的力。
上述傳感組件20按照下述方式設置，該方式為該形變發(fā)生部件21的兩個接觸固定部21a按照沿外方部件1的軸向，位于相同尺寸的位置，并且位于相互沿圓周方向離開的位置的方式設置，這些接觸固定部21a分別經由間隔件23，通過螺栓M固定于外方部件1 的外徑面上。由此，傳感組件20的形變傳感器22檢測形變發(fā)生部件21的缺口部21b周邊的外方部件圓周方向的形變。上述各螺栓M分別從設置于接觸固定部21a中的沿徑向貫通的螺栓插孔25，穿過間隔件23的螺栓插孔沈，螺合于開設在外方部件1的外周部的螺紋孔27中。如這樣，經由間隔件23，在外方部件1的外徑面上固定有接觸固定部21a，由此， 處于薄板狀的形變發(fā)生部件21中的具有缺口部21b的中間部位與外方部件1的外徑面離開的狀態(tài)，缺口部21b的周邊的形變變形容易。
作為設置接觸固定部21a的軸向位置，在這里，選擇構成外方部件1的外側排的滾動面3的周邊的軸向位置。在這里所說的外側排的滾動面3的周邊指從內側排和外側排的滾動面3的中間位置到外側排的滾動面3的形成部的范圍。在以良好的穩(wěn)定性將傳感組件 20固定于外方部件1的外徑面上的方面，最好是，在外方部件1的外徑面中的接觸固定上述間隔件23的部位，形成平坦部lb。
形變傳感器22可采用各種類型。例如，可通過金屬箔應變儀，構成形變傳感器22。 在此場合，通常，對形變發(fā)生部件21進行粘接的固定。另外，也可通過厚膜電阻體，將形變傳感器22形成于形變發(fā)生部件21上。
各傳感組件20的形變傳感器22經由輸出信號分離機構34，分別與徑向荷載推算機構31和軸向荷載推算機構32接觸。徑向荷載推算機構31為推算沿車輪用軸承的徑向作用的徑向荷載的機構。軸向荷載推算機構32為推算沿車輪用軸承的軸向作用的軸向荷載(轉向力)Fy的機構。在這里，徑向荷載推算機構31推算沿車輪用軸承的上下方向作用的垂直方向荷載內和構成沿前后方向作用的驅動力·制動力的荷載&。
輸出信號分離機構34為將各傳感組件20的傳感器輸出信號分離為直流成分和交流成分，將其輸入到上述徑向荷載推算機構31和軸向荷載推算機構32中的機構。直流成分通過將傳感器輸出信號通過低通濾波器的方式而求出。
下面對下述方法進行說明，該方法指通過上述徑向荷載推算機構31和軸向荷載推算機構32推算驅動力的荷載&、軸向荷載Fy、垂直方向荷載內。
在驅動力的荷載&、軸向荷載Fy為零的狀態(tài)，外加垂直方向荷載內的場合，外方部件1的外徑面的變形模式如圖5中的箭頭所示的那樣，外方部件1的外徑面的頂面部沿外徑方向變形，底面部沿內徑方向變形。在本實施形式中，傳感組件20按照下述方式設置， 該方式為該兩個接觸固定部21a位于外方部件1的外徑面的同一軸向位置，并且位于沿周向相互離開的位置，檢測周向的形變。由此，固定于上述頂面部上的傳感組件20的形變發(fā)生部件21沿形變大的拉伸方向而變形，固定于上述底面部上的傳感組件20的形變發(fā)生部件21沿形變小的壓縮方向而變形。相對該情況，外方部件1的外徑面中的右面部和左面部的變形微小。于是，在垂直方向荷載內的推算中，構成設置于外方部件1的外徑面中的頂面部和底面部的傳感器組件對19A的兩個傳感組件20的傳感器輸出信號的差值大的原因。
在軸向荷載Fy、垂直方向荷載！^為零的狀態(tài)，即使在驅動力的荷載！^外加于例如左側的情況下，外方部件1的外徑面的變形模式如圖6中的箭頭所示的那樣，外方部件1的外徑面的左面部沿外徑方向變形，右面部沿內徑方向變形。由此，固定于上述左面部上的傳感組件20的形變發(fā)生部件21沿變形大的拉伸方向變形，固定于上述右面部上的傳感組件 20的形變發(fā)生部件21沿形變小的壓縮方向變形。相對該情況，外方部件1的外徑面中的頂面部和底面部的變形微小。于是，在驅動力的荷載&的推算中，構成設置于外方部件1的外徑面中的右面部和左面部的傳感組件對19B的兩個傳感組件20的傳感器輸出信號的差值大的原因。
另外，在驅動力的荷載！^、垂直方向荷載內為零的狀態(tài)，外加軸向荷載Fy的場合，外方部件1的外徑面的變形模式如圖7中的箭頭所示的那樣，外方部件1的外徑面的頂面部和底面部沿外徑方向變形，右面部和左面部沿內徑方向變形。由此，固定于上述頂面部和底面部的傳感器組件20的形變發(fā)生部件21沿形變大的拉伸方向變形，固定于上述右面部和左面部上的傳感組件20的形變發(fā)生部件21沿形變小的壓縮方向變形。于是，在軸向荷載Fy的推算中，設置于外方部件1的外徑面的頂面部和底面部的傳感器組件對19A的兩個傳感組件20的傳感器輸出信號之和成為較大的原因。
如這樣，根據驅動力的荷載Fx、軸向荷載Fy、垂直方向荷載內，外方部件1的外徑面的變形模式不同，另外，以復合方式外加上述各荷載的場合，形成將它們合成的變形模式。
于是，在上述徑向荷載推算機構31和軸向荷載推算機構32中，根據下述的行列式，計算各荷載Fx、Fy、Fz的推算值。
[數學公式1]
權利要求
1.一種帶有傳感器的車輪用軸承，其包括外方部件，其中，多排的滾動面形成于外方部件的內周；內方部件，其中，與上述滾動面面對的滾動面形成于內方部件的外周；多排的滾動體，其夾設于兩部件中的面對的滾動面之間，該車輪用軸承以可旋轉的方式將車輪支承于車體上，其特征在于，在上述外方部件和內方部件中的固定側部件的外徑面上，設置至少3個以上的傳感組件，該傳感組件包括形變發(fā)生部件和1個以上的形變傳感器，該形變發(fā)生部件具有接觸固定于上述固定側部件的外徑面上的兩個以上的接觸固定部，該形變傳感器安裝于該形變發(fā)生部件上，檢測形變發(fā)生部件的形變，設置荷載推算機構，該荷載推算機構根據上述3個以上的傳感組件的傳感器的輸出信號，推算沿車輪用軸承的徑向作用的徑向荷載和沿車輪用軸承的軸向作用的軸向荷載。
2.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，設置輸出信號分離機構，該輸出信號分離機構將上述各傳感組件的傳感器的輸出信號分離為直流成分和交流成分，將其輸入到上述荷載推算機構中，上述荷載推算機構根據下述的一次式推算各方向的荷載， 在該一次式中，以上述各直流成分和交流成分的振幅值為變量，將各變量與針對所推算的各方向的荷載而確定的補償系數相乘。
3.根據權利要求2所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述荷載推算機構由徑向荷載推算機構和軸向荷載推算機構構成，該徑向荷載推算機構根據上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件的傳感器的輸出信號的差值，推算沿車輪用軸承的徑向作用的徑向荷載，該軸向荷載推算機構根據上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件的傳感器的輸出信號之和，推算沿車輪用軸承的軸向作用的軸向荷載。
4.根據權利要求3所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件設置于位于輪胎觸地面的上下位置的上述固定側部件的外徑面的頂面部和底面部，上述徑向荷載推算機構根據上述兩個傳感組件的傳感器的輸出信號的差值，推算作用于車輪用軸承上的垂直方向荷載。
5.根據權利要求3所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件設置于相對輪胎觸地面的車輛的前后位置的上述固定側部件的外徑面的右面部和左面部，上述徑向荷載推算機構根據上述兩個傳感組件的輸出信號的差值，推算構成驅動力的荷載。
6.根據權利要求3所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述徑向荷載推算機構具有補償機構，該補償機構將徑向荷載推算機構的推算值通過上述軸向荷載推算機構的推算值進行補償。
7.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述3個以上的傳感組件中的兩個傳感組件設置于位于輪胎觸地面的上下位置的上述固定側部件的外徑面的頂面部和底面部，設置軸向荷載方向判斷機構，該軸向荷載方向判斷機構根據上述兩個傳感組件的傳感器的輸出信號的振幅，判斷沿車輪用軸承的軸向作用的軸向荷載的方向。
8.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，另外設置溫度補償機構，該溫度補償機構對應于車輪用軸承的溫度或其周邊溫度，對上述傳感組件的傳感器輸出信號進行補償。
9.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，還包括傳感部溫度傳感器，該傳感部溫度傳感器安裝于上述形變發(fā)生部件上，檢測上述形變傳感器的設置部的溫度；滾動面溫度傳感器，該滾動面溫度傳感器在上述固定側部件中的上述傳感組件的附近的周向位置檢測滾動面附近的溫度；溫度補償機構，該溫度補償機構通過上述傳感部溫度傳感器和滾動面溫度傳感器的輸出，對上述傳感組件的傳感器的輸出信號進行補償，上述荷載推算機構根據通過上述溫度補償機構補償后的信號推算作用于車輪用軸承或輪胎上的荷載。
10.根據權利要求9所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，按照下述方式設置各滾動面溫度傳感器，該方式為上述滾動面溫度傳感器的個數與傳感組件的個數相同，并且使上述固定側部件中的各傳感組件的周向位置和相位對準。
11.根據權利要求9所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述溫度補償機構根據上述傳感部溫度傳感器的輸出和上述滾動面溫度傳感器的輸出的差，對上述傳感組件的傳感器的輸出信號進行補償，該補償量根據預先制作的上述兩溫度傳感器的輸出差和補償量的一次近似關系式而確定。
12.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，還包括溫度傳感器，該溫度傳感器安裝于上述形變發(fā)生部件上，檢測上述形變傳感器的設置部的溫度；隔熱材料，其夾設于上述傳感組件和該傳感組件周邊的外氣之間；溫度補償機構，其通過上述溫度傳感器的輸出，對上述傳感組件的傳感器輸出信號進行補償；上述荷載推算機構根據通過上述溫度補償機構補償后的信號，推算作用于車輪用軸承或輪胎上的荷載。
13.根據權利要求12所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，上述傳感組件、對上述傳感器的輸出信號進行處理的信號處理用IC以及這些傳感器和信號處理用IC的布線系統(tǒng)設置于安裝在上述固定側部件的周面上的圓環(huán)狀的保護罩的內側，該保護罩在傳感組件的設置部具有使傳感組件露出的開口部，通過上述隔熱材料將上述開口部密封。
14.根據權利要求1所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，還包括第1荷載推算機構，該第1荷載推算機構采用上述傳感器的輸出信號的平均值，對作用于車輪用軸承上的荷載進行運算·推算；第2荷載推算機構，該第2荷載推算機構采用上述傳感器的輸出信號的振幅值，或該振幅值和上述平均值，對作用于車輪用軸承上的荷載進行運算·推算；選擇輸出機構，該選擇輸出機構對應于車輪旋轉速度，切換選擇上述第1和第2荷載推算機構中的任意一者的推算荷載值，將其輸出。
15.根據權利要求14所述的帶有傳感器的車輪用軸承，其中，在車輪旋轉速度低于已設定的下限速度的場合，上述選擇輸出機構選擇而輸出第1荷載推算機構的推算荷載值。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供無論在什么樣的荷載條件下，均可正確地檢測作用于車輪上的荷載的帶有傳感器的車輪用軸承。在車輪用軸承中，在外方部件(1)和內方部件(2)的面對的多排的滾動面(3)、(4)之間夾設有滾動體(5)。在外方部件(1)和內方部件(2)中的固定側部件的外徑面上，設置至少3個以上的傳感組件(20)。傳感組件(20)由形變發(fā)生部件(21)和1個以上的形變傳感器(22)構成，該形變發(fā)生部件具有接觸固定于固定側部件的外徑面上的兩個以上的接觸固定部，該形變傳感器安裝于形變發(fā)生部件(21)上，檢測形變發(fā)生部件(21)的形變。設置荷載推算機構(31)、(32)，其根據3個以上的傳感組件(20)的形變傳感器(22)的輸出信號，推算沿車輪用軸承的徑向作用的徑向荷載和沿車輪用軸承的軸向作用的軸向荷載。
文檔編號G01L5/00GK102187189SQ20098014091
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月8日 優(yōu)先權日2008年10月15日
發(fā)明者西川健太郎, 高橋亨, 乘松孝幸, 小野祐志郎, 壹岐健太郎 申請人:Ntn株式會社