JP4325376B2 - 車両用姿勢安定化装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車の旋回走行時に車体がローリングしたり、或は加減速時に車体がピッチングする事を防止して、この車体と路面とを平行に近く維持する為の、車両用姿勢安定化装置の改良に関する。

自動車の旋回走行時には、車体に加わる遠心力により、この車体が、旋回方向外側が低く、同じく内側が高くなる方向に、幅方向に関して傾斜（ローリング）する。又、制動時には前方への荷重移動に伴って車体前部で懸架装置の構成部品が縮み、加速時には後方への荷重移動に伴って車体後部で懸架装置の構成部品が縮む、ピッチングが生じる。
ローリング、ピッチング、何れの揺れにしても、乗員に不快感を与え、乗り物酔いの原因となるだけでなく、著しい場合には走行安定性を損なう原因ともなる。

例えば、ローリングに基づく車体の傾斜が著しくなると、この車体の荷重が旋回方向外側に大きく移動し、旋回方向外側の車輪に過大な荷重が加わる反面、旋回方向内側の車輪に加わる荷重が過小になる。この状態では、各車輪全体で得られるグリップ力が、各車輪に加わる荷重が均等である場合に比べて小さくなり、走行安定性を確保する事が難しくなる。
又、制動時に車体の前側が後側に比べて大きく沈み込むと、前輪に装着した制動装置に過大な負荷が加わる反面、後輪に装着した制動装置に加わる負荷が過小になる。この状態では、各車輪全体で得られる制動力が、各車輪が負荷すべき制動力が均等である場合に比べて小さくなり、制動距離が長くなる。
更に、急加速時に車体の後側が前側に比べて大きく沈み込むと、前輪と路面との当接部（接地部）の面圧が、後輪に関する接地部の面圧に比べて著しく低くなる。この為、前輪駆動車の場合には、駆動輪（前輪）に関する接地部で著しい滑りが発生し、運転者が意図する加速を得られないだけでなく、走行安定性が悪化し、更にはタイヤに著しい摩耗が発生する。

この様な各種不具合を発生するローリングやピッチングを抑える事は、懸架装置に組み込んだダンパ（ショックアブソーバ）の減衰力を大きくし、車体の荷重が偏った部分でこの車体が沈み込まない様にする事により可能ではある。但し、単にダンパの減衰力を大きくすると、乗り心地が悪化する為、スポーツカーや競技用車両等の特殊な自動車を除いて、採用する事は難しい。この為従来から、非特許文献１に記載されている様な電子制御サスペンション、或は非特許文献２、３に記載されている様なアクティブサスペンションが、一部の自動車で実施されている。

これら電子制御サスペンションやアクティブサスペンションでは、車速センサ、舵角センサ、車体に設けた加速度センサやヨーレートセンサ等の複数のセンサからの信号に基づいて、各車輪を支持した懸架装置に組み込んだダンパの減衰力を変えたり、アクチュエータへの油圧の導入状態を変更する。具体的には、上記加速度センサからの信号に基づいて、ダンパの減衰力を大きく（伸縮しにくく）したり、或は荷重が加わる側のアクチュエータに油圧を導入する。この場合に、車速が速い程、舵角が大きい程、ダンパの減衰力を大きくしたり、アクチュエータに油圧を導入する程度を著しくする。

この様な電子制御サスペンションやアクティブサスペンションを制御する為に従来は、主として車体側に設置した加速度センサやヨーレートセンサの信号を利用していた。但し、車体は、懸架装置を構成するスプリングよりも上側に存在する、所謂ばね上荷重であり、その挙動はこのスプリングの共振周波数の影響を受ける事になる。一方、車体の挙動が変化する場合には、車輪から入力された力に対する反力として、この車体の慣性質量に基づく力が逆方向に発生し、これら両方向の力により、上記スプリングが縮められる。要するに、路面に対する車体の姿勢が変化する際の機構は、［第一段階として車輪側で力が発生］→［第二段階として車体の慣性質量に基づいて反力が発生］→［第三段階として懸架装置のスプリングが縮まる］となる。

従来の電子制御サスペンションやアクティブサスペンションの場合、上記第二段階で反力を発生させる際の車体の挙動を上記加速度センサやヨーレートセンサにより測定して、上記ダンパの減衰力を変えたり、上記シリンダ部への油圧の導入状態を変更したりする様に構成している。この為、制御の為の信号を得るタイミングが、極短時間とは言え遅れる事が避けられない。

一方、車輪側で自動車の走行状態に応じて変化する状態値を測定するセンサとして、特許文献１、２に記載されたものが知られている。図６は、このうちの特許文献１に記載された荷重測定装置付転がり軸受ユニットを示している。この従来構造の第１例は、車輪に加わるラジアル荷重を測定するもので、懸架装置に支持される静止輪である外輪１の内径側に、車輪を結合固定する回転輪であるハブ２を支持している。このハブ２は、車輪を固定する為の回転側フランジ３をその外端部（車両への組み付け状態で幅方向外側となる端部で、図３を除く各図の左端部）に有するハブ本体４と、このハブ本体４の内端部（車両への組み付け状態で幅方向中央側となる端部で、図３を除く各図の右端部）に外嵌されてナット５により抑え付けられた内輪６とを備える。そして、上記外輪１の内周面に形成した、それぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２の外周面に形成した、それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体（玉）９ａ、９ｂを配置して、上記外輪１の内径側での上記ハブ２の回転を自在としている。

上記外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪１を直径方向に貫通する取付孔１０を、この外輪１の上端部にほぼ鉛直方向に形成している。そして、この取付孔１０内に、荷重測定用のセンサである、円杆状（丸棒状）の変位センサ１１を装着している。この変位センサ１１は非接触式で、先端面（下端面）に設けた検出面は、ハブ２の軸方向中間部に外嵌固定したセンサリング１２の外周面に近接対向させている。上記変位センサ１１は、上記検出面と上記センサリング１２の外周面との距離が変化した場合に、その変化量に対応した信号を出力する。

上述の様に構成する荷重測定装置付転がり軸受ユニットによれば、上記変位センサ１１の検出信号に基づいて、転がり軸受ユニットに加わる荷重を求める事ができる。即ち、車両の懸架装置に支持した上記外輪１は、この車両の重量により下方に押されるのに対して、車輪を支持固定したハブ２は、そのままの位置に止まろうとする。この為、上記重量が嵩む程、上記外輪１やハブ２、並びに転動体９ａ、９ｂの弾性変形に基づいて、これら外輪１の中心とハブ２の中心とのずれが大きくなる。そして、この外輪１の上端部に設けた、上記変位センサ１１の検出面と上記センサリング１２の外周面との距離は、上記重量が嵩む程短くなる。そこで、上記変位センサ１１の検出信号を制御器に送れば、予め実験等により求めた関係式或はマップ等から、当該変位センサ１１を組み込んだ転がり軸受ユニットに加わるラジアル荷重を求める事ができる。特許文献１には、この様にして求めたラジアル荷重を表す信号を、ＡＢＳの制御や積載状態の不良検知に利用するとしている。この荷重を表す信号を、ローリングやピッチングを抑える為に利用する事に関しては、上記特許文献１には記載されていない。

尚、図６に示した従来構造は、上記転がり軸受ユニットに加わる荷重に加えて、上記ハブ２の回転速度も検出自在としている。この為に、前記内輪６の内端部に回転速度検出用エンコーダ１３を外嵌固定すると共に、上記外輪１の内端開口部に被着したカバー１４に回転速度検出用センサ１５を支持している。そして、この回転速度検出用センサ１５の検知部を、上記回転速度検出用エンコーダ１３の被検出部に、測定隙間を介して対向させている。転がり軸受ユニットの使用時、車輪を固定したハブ２と共に上記回転速度検出用エンコーダ１３が回転し、この回転速度検出用エンコーダ１３の被検知部が上記回転速度検出用センサ１５の検知部の近傍を走行すると、この回転速度検出用センサ１５の出力が変化する。この様にして回転速度検出用センサ１５の出力が変化する周波数は、上記車輪の回転数に比例する。従って、この回転速度検出用センサ１５の出力信号を図示しない制御器に送れば、ＡＢＳやＴＣＳを適切に制御できる。

又、特許文献２には、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する構造が記載されている。この特許文献２に記載された荷重測定装置付転がり軸受ユニットは、図７に示す様に、ハブ２ａの外端部外周面に、車輪を支持する為の回転側フランジ３ａを固設している。又、外輪１ａの外周面に、この外輪１ａを懸架装置を構成するナックル１６に支持固定する為の、固定側フランジ１７を固設している。そして、上記外輪１ａの内周面に形成した複列の外輪軌道７、７と、上記ハブ２ａの外周面に形成した複列の内輪軌道８、８との間に、それぞれ複数個ずつの転動体９ａ、９ｂを転動自在に設ける事により、上記外輪１ａの内径側に上記ハブ２ａを回転自在に支持している。

更に、上記固定側フランジ１７の内側面複数個所で、この固定側フランジ１７を上記ナックル１６に結合する為のボルト１８を螺合する為のねじ孔１９を囲む部分に、それぞれ荷重センサ２０を添設している。上記外輪１ａを上記ナックル１６に支持固定した状態でこれら各荷重センサ２０は、このナックル１６の外側面と上記固定側フランジ１７の内側面との間で挟持される。

この様な従来構造の第２例の転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない車輪と上記ナックル１６との間にアキシアル荷重が加わると、上記ナックル１６の外側面と上記固定側フランジ１７の内側面とが、上記各荷重センサ２０を、軸方向両面から強く押し付け合う。従って、これら各荷重センサ２０の測定値を合計する事で、上記車輪と上記ナックル１６との間に加わるアキシアル荷重を求める事ができる。特許文献２には、この様にして求めたアキシアル荷重を表す信号を、後輪操舵の為の信号を得る為に利用すると記載されている。この荷重を表す信号を、ローリングやピッチングを抑える為に利用する事に関しては、上記特許文献２にも記載されていない。

特開２００１−２１５７７号公報 特開平３−２０９０１６号公報 青山元男著、「レッドバッジシリーズ／２４５／スーパー図解／クルマの最新メカが分かる本」、株式会社三推社／株式会社講談社、２００１年１２月２０日、ｐ．１６８−１７０ 黒田光彦著、「自動車工学入門」、株式会社グランプリ出版、１９９０年４月２５日、ｐ．１８２−１８３ 舘内 端著、「自動車進化論」、株式会社グランプリ出版、１９８７年１１月５日、ｐ．１８１−２１１

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、車体の姿勢を変化させる為の力の存在をいち早く検知し、この姿勢を安定させる為の制御を迅速に行なえる車両用姿勢安定化装置を実現すべく発明したものである。

本発明の車両用姿勢安定化装置は、車体に対して水平方向に加わる荷重に拘らず、この車体が路面に対し傾斜する事を抑える為、これら車体と路面との距離が短くなる側に存在する懸架装置の構成部品が縮むのを抑えるものである。
特に、本発明の車両用姿勢安定化装置に於いては、上記車体と路面との距離が短くなる事を、この車体に対し車輪を回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに組み込んだ荷重測定装置が測定する荷重の大きさにより判断する。

このうちの転がり軸受ユニットは、走行時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ複列ずつ設けられた静止側軌道と回転側軌道との間に複数個ずつ、両列同士の間で互いに逆の接触角を付与された状態で転動自在に設けられた転動体とを備える。
又、上記荷重測定装置は、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の１対の公転速度検出用センサと、上記回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサと、これら両公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わる荷重を算出する演算器とを備える。
そして、この演算器は、上記両列の転動体の公転速度と上記回転輪の回転速度とに基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わる荷重を算出する。

上述の様に構成する本発明の車両用姿勢安定化装置によれば、車体の姿勢を変化させる為の力の存在をいち早く検知し、この姿勢を安定させる為の制御を迅速に行なえる。即ち、前述した様に、車体がローリング或はピッチングする際には、第一段階として車輪側で力が発生し、次いで第二段階として車体の慣性質量に基づいて反力が発生する。前述の非特許文献１〜３に記載されている従来構造の場合、この第二段階で発生する反力を検知して制御を行なっているのに対して、本発明の場合には、上記第一段階で発生する力を検知して制御を行なう。この為、上述の様に、車体の姿勢を安定させる為の制御を迅速に行なえる。
更に、本発明の車両用姿勢安定化装置は、荷重測定装置を、１対の公転速度検出用センサと、回転速度検出用センサと、演算器とにより構成しているので、低コストで造れる構造により、静止輪と回転輪との間に加わる荷重を精度良く測定できる。

本発明を実施する場合に、例えば請求項２に記載した様に、車体がローリングする事に伴って、この車体と路面との距離が、この車体の幅方向片側で短くなる事を防止する為に、荷重測定装置が測定するアキシアル荷重とラジアル荷重とのうちの少なくとも一方の荷重が大きくなる側で、懸架装置の構成部品が縮む事を抑える。
或は、請求項３に記載した様に、車体がピッチングする事に伴って、この車体と路面との距離が、この車体の前後方向片側で短くなる事を防止する為に、荷重測定装置が測定するラジアル荷重が大きくなる側で、懸架装置の構成部品が縮む事を抑える。
この様に構成する事で、路面に対して車体が傾斜する状態の典型である、ローリング或はピッチングを効果的に抑えられる。

図１〜３により、本発明に関する参考例の１例に就いて説明する。本参考例の車両用姿勢安定化装置の特徴は、自動車の旋回走行時に車体がローリングしたり、或は加減速時に車体がピッチングする事を防止して、この車体と路面とを平行に近く維持する為に、各車輪に加わる荷重（＝この車輪を回転自在に支持した転がり軸受の静止輪と回転輪との間に加わる荷重）を表す信号を利用する点にある。即ち、ローリング或はピッチングが発生する際には、自動車に設けた４個の車輪のうちの一部の車輪に加わる荷重が残りの車輪に加わる荷重に比べて大きくなる。そして、この荷重が大きくなった一部の車輪側で、上記車体が沈み込む（車体と路面との距離が短くなる）傾向になる。そこで本参考例を実施する場合には、荷重が大きくなる側で、懸架装置の構成部品が縮む事を抑える。

具体的には、制御の対象が前述した非特許文献１に記載された様な電子制御サスペンションである場合には、大きな荷重を支承する車輪を支持した懸架装置を構成するダンパの減衰力を高め、このダンパの全長が縮みにくくする。この結果、上記大きな荷重を支承する車輪側で、車体の沈み込みが抑えられる。尚、上記ダンパの減衰力を高める為には、上記非特許文献１に記載されている様に、このダンパに組み込んだ可変オリフィスの開口面積を狭くする。この開口面積は、上記荷重が大きい程狭くする。又、制御の対象が、前述した非特許文献２、３に記載された様な、アクティブサスペンションである場合には、大きな荷重を支承する車輪を支持した懸架装置を構成するアクチュエータの全長が縮まらない様にする。この結果、上記大きな荷重を支承する車輪側で、車体の沈み込みが抑えられる。尚、上記アクチュエータの全長が縮まらない様にするのは、このアクチュエータと、圧油の供給する為のポンプとの間に設けた電磁弁の切り換えにより、このアクチュエータの収縮側の油圧室内の圧力を高くする事で行なう。何れの場合でも、各車輪に加わる荷重の大きさと、当該車輪を支持した懸架装置のダンパの減衰力を変化させる程度、或はアクチュエータの全長を縮まりにくくする程度との関係は、実験により求めて、マップ或は実験式としてソフトウェア中に組み込み、制御器を構成するマイクロコンピュータにインストールしておく。

何れにしろ、縮むのを抑えるべきダンパ或はアクチュエータの位置、並びに縮むのを抑える程度が決まった後の制御は、上記非特許文献１〜３等に記載されたり、実際に市販車に搭載される等により従来から知られている、電子制御サスペンション或はアクティブサスペンションの場合とほぼ同様である。就いては、縮むのを抑えるダンパ或はアクチュエータの位置、並びに縮むのを抑える程度を決定する為に、各車輪に加わる荷重を測定する構造に就いて説明する。これら各車輪に加わる荷重を測定する事は、前述の図６に示した特許文献１に記載された構造、或は前述の図７に示した特許文献２に記載された構造によっても行なえる。但し、上記図６に示した構造の場合、変位センサ１１が検出する、外輪１とハブ２との径方向に関する変位量は僅かである為、この荷重を精度良く求める為には、上記変位センサ１１として、高精度のものを使用する必要がある。高精度の非接触式センサは高価である為、荷重測定装置付転がり軸受ユニット全体としてコストが嵩む事が避けられない。又、上記図７に示した構造の場合、ナックル１６に対し外輪１ａを支持固定する為のボルト１８と同数だけ、荷重センサ２０を設ける必要がある。この為、荷重センサ２０自体が高価である事と相まって、転がり軸受ユニットの荷重測定装置全体としてのコストが相当に嵩む事が避けられない。

これに対して本参考例の場合には、転がり軸受ユニットの荷重測定装置の構造を工夫する事により、低コストで造れる構造で、各車輪に加わる荷重を精度良く測定できる様にしている。就いては、本参考例を構成する、上記転がり軸受ユニットの荷重測定装置の構造及び作用に就いて、図１〜３を参照しつつ説明する。本参考例は、自動車の駆動輪（ＦＲ車、ＲＲ車、ＭＲ車の後輪、ＦＦ車の前輪、４ＷＤ車の全輪）を支持する為の転がり軸受ユニットに荷重測定装置を組み込んだ構造に就いて示している。回転輪であるハブ２ｂは、ハブ本体４ａの内端部に内輪６を外嵌固定して成る。このうちのハブ本体４ａの外周面外端寄り部分に、車輪を支持する為の回転側フランジ３ｂを固設している。又、このハブ本体４ａの中間部外周面と上記内輪６の外周面とに、それぞれ回転側軌道である内輪軌道８、８を形成する事により、上記ハブ２ｂの外周面に、複列アンギュラ型の内輪軌道を設けている。

一方、上記ハブ２ｂの周囲にこのハブ２ｂと同心に配置された、静止輪である外輪１ｂの外周面には、この外輪１ｂを懸架装置を構成するナックル１６に支持固定する為の、固定側フランジ１７を固設している。又、上記外輪１ｂの内周面には、それぞれが静止側軌道である複列アンギュラ型の外輪軌道７、７を形成している。そして、これら各外輪軌道７、７と上記各内輪軌道８、８との間に、それぞれ転動体（玉）９ａ、９ｂを、それぞれ複数個ずつ転動自在に設ける事により、上記外輪１ｂの内径側に上記ハブ２ｂを回転自在に支持している。

上述の様な転がり軸受ユニットの使用時には、上記ハブ本体４ａの中心部に形成したスプライン孔２１に、等速ジョイント２２に付属のスプライン軸２３を挿入する。上記ハブ２ｂは、このスプライン軸２３の先端部に螺合したナット２４と、上記等速ジョイント２２のハウジング２５との間で、軸方向両側から挟持される。又、上記固定側フランジ１７を上記ナックル１６に、複数本のボルト２６により、支持固定する。又、上記回転側フランジ３ｂに、制動用のディスク２７と、車輪のホイール２８とを、複数本のスタッド２９とナット３０とにより支持固定する。

上述の様な転がり軸受ユニット或はナックル１６には、公転速度検出用センサ３１と回転速度検出用センサ１５ａとを設けている。このうちの公転速度検出用センサ３１は、軸方向外側の列の転動体９ａ、９ａの公転速度を測定する為のもので、上記外輪１ｂの一部で上記複列の外輪軌道７、７の間部分に、この外輪１ｂを径方向に貫通する状態で形成した取付孔１０ａ部分に装着している。即ち、上記公転速度検出用センサ３１は、この取付孔１０ａを径方向外方から内方に向け挿通した状態で設けられ、その先端部に設けた検出部を、上記外側の列の転動体９ａ、９ａを保持した保持器３３のリム部に全周に亙って設置した、公転速度検出用エンコーダ３４の被検出面（軸方向片側面）に対向させている。

又、前記内輪６の内端部外周面に、回転速度検出用エンコーダ１３ａを外嵌固定すると共に、この回転速度検出用エンコーダ１３ａの被検出面（軸方向片側面）に、上記ナックル１６に支持した回転速度検出用センサ１５ａの先端部に設けた検出部を対向させている。この回転速度検出用エンコーダ１３ａとしては、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用の信号を得るべく、車輪の回転速度を検出する為に利用していた各種構造のものを使用できる。例えば、上記各転動体９ａ、９ｂを設置した空間３６の内端開口部を塞ぐ為の組み合わせシールリング３７を構成するスリンガの内側面に、上記回転速度検出用エンコーダ１３ａを添設する事もできる。この場合に使用する回転速度検出用エンコーダ１３ａとしては、内側面にＮ極とＳ極とを交互に配置した、多極磁石製のものが、好ましく使用できる。但し、単なる磁性材製のエンコーダや、光学的特性を円周方向に亙って交互に且つ等間隔に変化させたものも、（光学式の回転検出センサと組み合わせる事で）使用可能である。

又、何れも回転速度を検出するセンサである、上記公転速度検出用センサ３１及び上記回転速度検出用センサ１５ａとしては、磁気式の回転速度検出用センサが、好ましく使用できる。又、この磁気式の回転速度検出用センサとしては、ホール素子、ホールＩＣ、磁気抵抗素子、ＭＩ素子等の磁気検出素子を組み込んだアクティブ型のものが、好ましく使用できる。この様な磁気検出素子を組み込んだアクティブ型の回転速度検出用センサを構成するには、例えば、この磁気検出素子の一側面を、直接又は磁性材製のステータを介して、上記公転速度検出用エンコーダ３４（公転速度検出用センサ３１の場合）又は回転速度検出用エンコーダ１３ａ（回転速度検出用センサ１５ａの場合）の被検出面に対向させる。尚、永久磁石製のエンコーダを使用する場合には、センサ側の永久磁石は不要である。

例えば、上記外側の列の転動体９ａ、９ａの公転速度検出の為の公転速度検出用センサ３１を上述の様に構成すると、これら各転動体９ａ、９ａの公転に伴って、この公転速度検出用センサ３１を構成する磁気検出素子の特性が変化する。即ち、上記各転動体９ａ、９ａの公転に伴って、これら各転動体９ａ、９ａを保持した、軸方向外側の保持器３３が回転し、この保持器３３のリム部に設置した前記公転速度検出用エンコーダ３４の被検出面に存在するＳ極とＮ極とが、上記公転速度検出用センサ３１の検出面の近傍を交互に通過する。公転速度検出用エンコーダとして単なる（永久磁石ではない）磁性材製のものを使用し、公転速度検出用センサの側に永久磁石を設置した場合には、上記公転速度検出用エンコーダの回転に伴って、この公転速度検出用センサに内蔵した磁気検出素子を流れる磁束の量が変化する。何れの場合でも、この磁気検出素子の特性が変化する周波数は、上記各転動体９ａ、９ａの公転速度に比例する。そこで、この磁気検出素子を組み込んだ、上記公転速度検出用センサ３１の検出信号に基づいて、上記公転速度を求められる。

本参考例の場合、上述の様に構成する転がり軸受ユニットの荷重測定装置により、前記車輪を構成するホイール２８と前記ナックル１６との間に作用し、転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を検出する。即ち、複列アンギュラ型の玉軸受である上記転がり軸受ユニットがアキシアル荷重を負荷すると、上記各転動体９ａ、９ａの接触角が変化する。例えば、図１に矢印αで示す様に、内向のアキシアル荷重が加わると、外側（図１の左側）の列の転動体９ａ、９ａの接触角が大きくなる。転がり軸受の技術分野で周知の様に、アンギュラ型の玉軸受を構成する転動体９ａ、９ａの公転速度は、これら各転動体９ａ、９ａの接触角が変化すると変化する。具体的には、上記アキシアル荷重を支承する、上記外側の列に関しては、このアキシアル荷重が大きくなる程、上記各転動体９ａ、９ａの公転速度が速くなる。従って、この公転速度の変化を測定する事で、上記転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を求める事ができる。

例えば、図３は、図１〜２に示した様な構造を有する、背面組み合わせ型の複列転がり軸受ユニットに上記矢印α方向のアキシアル荷重を付与した場合に於ける、このアキシアル荷重の大きさと転動体９ａ、９ｂの公転速度との関係を示している。図３の実線ａがアキシアル荷重と外側（図１の左側）の列の転動体９ａ、９ａの公転速度との関係を、破線ｂがアキシアル荷重と内側の列の転動体９ｂ、９ｂの公転速度との関係を、それぞれ表している。尚、ラジアル荷重は一定とした。

この様な図３から明らかな通り、アキシアル荷重を受ける側の列の転動体９ａ、９ａに関しては、アキシアル荷重の大きさとこれら各転動体９ａ、９ａの公転速度とは、ほぼ比例関係にある。従って、これら各転動体９ａ、９ａの公転速度を測定する事により、上記複列転がり軸受ユニットに作用するアキシアル荷重を算出できる。又、上記公転速度を測定する為の、前記公転速度検出用センサ３１は、従来からＡＢＳやＴＣＳの制御用信号を得る為に広く使用されている、安価な速度センサを使用できる。この為、上記複列転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重を測定する為の装置を安価に構成できる。上記アキシアル荷重を求める為の、図３の実線ａに示す様な関係は、実験により、或は計算により、予め求めて、上記アキシアル荷重を算出する為の演算器に入力しておく。

尚、上記各転動体９ａ、９ａの公転速度は、アキシアル荷重の変動に基づいて変化する他、これら各転動体９ａ、９ａに付与された予圧やラジアル荷重によっても変化する。このうちの予圧は、走行状態で変化するものではないので、予め初期設定によりその影響を除去できる。これに対して、上記ラジアル荷重は、走行状態で変化する。但し、本参考例は、旋回走行時に発生するローリングを抑える事を目的としており、このローリングの発生には、車輪に加わるアキシアル荷重とラジアル荷重との両方が影響する。従って、これらアキシアル荷重とラジアル荷重とが複合して各車輪に加わる荷重と、車体がローリングする程度との関係が分かれば、このローリングを抑える為に前記ダンパの減衰力制御や前記アクチュエータへの油圧の導入状態の制御を行なえる。言い換えれば、本参考例の場合、車体のローリングを抑える為のものである為、上記車輪に加わるアキシアル荷重とラジアル荷重とを分離して求める必要はない。従って、旋回走行時に旋回円の径方向外側に位置する車輪を支持する為の転がり軸受ユニットで、旋回走行時にアキシアル荷重を受ける、外側の転動体９ａ、９ａの公転速度を求めれば足りる。要するに、これら各転動体９ａ、９ａの公転速度と、上記車体がローリングする程度とが分かれば、このローリングを抑える為の上記制御を行なえる。

但し、自動車の車輪を支持する為の複列転がり軸受ユニットの場合には、使用時に、回転輪である前記ハブ２ｂの回転速度が変化し、上記各転動体９ａ、９ａの公転速度も、車輪に加わる荷重に関係なく、この回転速度に比例して変化する。従って、この回転速度の影響を排除しない限り、上記車輪に加わる荷重を求める事はできない。この為に本参考例の場合には、前記公転速度検出用センサ３１に加えて、前記回転速度検出用センサ１５ａを設け、上記ハブ２ｂの回転速度を検出自在としている。そして、この回転速度検出用センサ１５ａが検出する上記ハブ２ｂの回転速度と、上記公転速度検出用センサ３１が検出する上記各転動体９ａ、９ａの公転速度とにより、上記アキシアル荷重（車輪に加わる荷重）を算出する様にしている。

上記公転速度検出用センサ３１から送り込まれる、上記公転速度を表す信号と、上記回転速度検出用センサ１５ａから送り込まれる、上記ハブ２ｂの回転速度を表す信号とに基づいて、前記図示しない制御器に組み込まれた演算器は、先ず、上記公転速度と回転速度との比である速度比（＝各転動体９ａ、９ａの公転速度／ハブ２ｂの回転速度）を計算する。そして、この速度比の変化に基づいて、上記各転動体９ａ、９ａの公転速度の変化の程度を求める。この様に、速度比に基づく公転速度の変化の程度を求め、この変化の程度に基づいて、上記複列転がり軸受ユニットに加わるアキシアル荷重（車輪に加わる荷重）を算出すれば、上記ハブ２ｂの回転速度が変化した場合でも、このアキシアル荷重（車輪に加わる荷重）を正確に算出できる。尚、上記速度比とアキシアル荷重（車輪に加わる荷重）との関係に就いても、予め実験或は計算により求めて、（アキシアル）荷重算出用の演算器に入力しておく。

本参考例の車両用姿勢安定化装置を、車体のローリングを抑える為に実施する場合、上述の様な構成を有する荷重測定装置を、車体の前後左右に設けた４個の車輪を懸架装置に回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに組み込む。そして、これら各車輪に加わる荷重を表す信号を、前記ダンパの減衰力制御や前記アクチュエータへの油圧の導入状態を制御する為の制御器に送る。この制御器は、前述した様に、予め実験により求めたマップ或は実験式により、上記減衰力制御又は油圧の導入状態の制御を行なう。

図４〜５は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例の場合には、車輪に加わるアキシアル荷重とラジアル荷重とを、互いに独立して測定自在としている。従って本例の場合には、車体のローリングを抑える事は勿論、加減速時に生じるピッチングを抑える事もできる。以下、本例を構成する、転がり軸受ユニット用荷重測定装置の構造及び機能に就いて説明する。

静止輪である外輪１の軸方向中間部で複列の外輪軌道７、７の間部分に形成した取付孔１０ｂにセンサユニット３８を挿通し、このセンサユニット３８の先端部に設けた検出部３９を、上記外輪１の内周面から突出させている。この検出部３９には、１対の公転速度検出用センサ３１ａ、３１ｂと、１個の回転速度検出用センサ１５ｂとを設けている。

そして、このうちの各公転速度検出用センサ３１ａ、３１ｂの検出部を、複列に配置された各転動体９ａ、９ｂを回転自在に保持した各保持器３３ａ、３３ｂに設けた、公転速度検出用エンコーダ３４ａ、３４ｂに近接対向させて、各転動体９ａ、９ｂの公転速度を検出自在としている。又、上記回転速度検出用センサ１５ｂの検出部を、回転輪であるハブ２の中間部に外嵌固定した回転速度検出用エンコーダ１３ｂに近接対向させて、このハブ２の回転速度を検出自在としている。この様な構成を有する、本例に使用する転がり軸受ユニットの荷重測定装置によれば、上記ハブ２の回転速度の変動に拘らず、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わる荷重（ラジアル荷重及びアキシアル荷重）を求められる。

即ち、上述の様な、本例に使用する転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、図示しない演算器が、上記各センサ３１ａ、３１ｂ、１５ｂから送り込まれる検出信号に基づいて、上記外輪１と上記ハブ２との間に加わるラジアル荷重とアキシアル荷重とのうちの一方又は双方の荷重を算出する。例えば、このラジアル荷重を求める場合に上記演算器は、上記各公転速度検出用センサ３１ａ、３１ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求め、この和と、上記回転速度検出用センサ１５ｂが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて、上記ラジアル荷重を算出する。又、上記アキシアル荷重は、上記各公転速度検出用センサ３１ａ、３１ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求め、この差と、上記回転速度検出用センサ１５ｂが検出する上記ハブ２の回転速度との比に基づいて算出する。この点に就いて、図５を参照しつつ説明する。尚、以下の説明は、アキシアル荷重Ｆｙが加わらない状態での、上記各列の転動体９ａ、９ｂの接触角α_a 、α_b が互いに同じであるとして行なう。

図５は、上述の図４に示した車輪支持用の転がり軸受ユニットを模式化し、荷重の作用状態を示したものである。それぞれが回転側軌道である複列の内輪軌道８、８とそれぞれが静止側軌道である複列の外輪軌道７、７との間に複列に配置された転動体９ａ、９ｂには予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ を付与している。又、使用時に上記転がり軸受ユニットには、車体の重量等により、ラジアル荷重Ｆｚが加わる。更に、旋回走行時に加わる遠心力等により、アキシアル荷重Ｆｙが加わる。これら予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙは、何れも上記各転動体９ａ、９ｂの接触角α（α_a 、α_b ）に影響を及ぼす。そして、この接触角α_a 、α_b が変化すると、これら各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c が変化する。これら各転動体９ａ、９ｂのピッチ円直径をＤとし、これら各転動体９ａ、９ｂの直径をｄとし、上記各内輪軌道８、８を設けたハブ２の回転速度をｎ_i とし、上記各外輪軌道７、７を設けた外輪１の回転速度をｎ_o とすると、上記公転速度ｎ_c は、次の式で表される。
ｎ_c ＝｛１−（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎ_i ／２）｝＋｛１＋（ｄ・cosα／Ｄ）・（ｎ_o ／２）｝

この式から明らかな通り、上記各転動体９ａ、９ｂの公転速度ｎ_c は、これら各転動体９ａ、９ｂの接触角α（α_a 、α_b ）の変化に応じて変化するが、上述した様にこの接触角α_a 、α_b は、上記ラジアル荷重Ｆｚ及び上記アキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。従って上記公転速度ｎ_c は、これらラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙに応じて変化する。本例の場合、上記ハブ２が回転し、上記外輪１が回転しない為、具体的には、上記ラジアル荷重Ｆｚに関しては、大きくなる程上記公転速度ｎ_c が遅くなる。又、アキシアル荷重Ｆｙに関しては、このアキシアル荷重Ｆｙを支承する列の公転速度が速くなり、このアキシアル荷重Ｆｙを支承しない列の公転速度が遅くなる。従って、この公転速度ｎ_c に基づいて、上記ラジアル荷重Ｆｚ及びアキシアル荷重Ｆｙを求められる事になる。

但し、上記公転速度ｎ_c の変化に結び付く上記接触角αは、上記ラジアル荷重Ｆｚと上記アキシアル荷重Ｆｙとが互いに関連しつつ変化するだけでなく、上記予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ によっても変化する。又、上記公転速度ｎ_c は、上記ハブ２の回転速度ｎ_i に比例して変化する。この為、これらラジアル荷重Ｆｚ、上記アキシアル荷重Ｆｙ、予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ 、ハブ２の回転速度ｎ_i を総て関連させて考えなければ、上記公転速度ｎ_c から荷重を正確に求める事はできない。このうちの予圧Ｆ₀ 、Ｆ₀ は、運転状態に応じて変化するものではないので、初期設定等によりその影響を排除する事は容易である。これに対して上記ラジアル荷重Ｆｚ、アキシアル荷重Ｆｙ、ハブ２の回転速度ｎ_i は、運転状態に応じて絶えず変化するので、初期設定等によりその影響を排除する事はできない。

この様な事情に鑑みて、本例に使用する転がり軸受ユニットの荷重測定装置の場合、前述した様に、ラジアル荷重Ｆｚを求める場合には、前記各公転速度検出用センサ３１ａ、３１ｂが検出する各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の和を求める事で、上記アキシアル荷重Ｆｙの影響を少なくしている。又、アキシアル荷重Ｆｙを求める場合には、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の差を求める事で、上記ラジアル荷重Ｆｚの影響を少なくしている。更に、何れの場合でも、上記和又は差と、前記回転速度検出用センサ１５ｂが検出する上記ハブ２の回転速度ｎ_i との比に基づいて上記ラジアル荷重Ｆｚ又は上記アキシアル荷重Ｆｙを算出する事により、上記ハブ２の回転速度ｎ_i の影響を排除している。但し、上記アキシアル荷重Ｆｙを、上記各列の転動体９ａ、９ｂの公転速度の比に基づいて算出する場合には、上記ハブ２の回転速度ｎ_i は、必ずしも必要ではない。尚、本例の場合には、前述の参考例とは異なり、上記アキシアル荷重Ｆｙを支承しない列の転動体に関しても、このアキシアル荷重Ｆｙの作用時に、十分な予圧が残る様にする事が好ましい。

本例の場合も、上述の様な構成を有する転がり軸受ユニットの荷重測定装置を、車体の前後左右に設けた４個の車輪を懸架装置に回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに組み込む。そして、これら各車輪に加わる荷重を表す信号を、前述したダンパの減衰力制御やアクチュエータへの油圧の導入状態を制御する為の制御器に送る。この制御器は、前述した様に、予め実験により求めたマップ或は実験式により、上記荷重を表す信号に基づき、上記減衰力制御又は油圧の導入状態の制御を行なう。

本例の場合、ローリングを抑える際の制御は、前述した参考例とほぼ同様にして行なう。即ち、ローリングを抑える際には、車輪に加わるアキシアル荷重Ｆｙとラジアル荷重Ｆｚとを勘案して、予め実験等により求めたマップ或は実験式により、ダンパの減衰力制御やアクチュエータへの油圧の導入状態を制御する。
更に、本例の場合には、各車輪に加わるラジアル荷重Ｆｚを、アキシアル荷重Ｆｙと独立して求められるので、車体のピッチングを抑える事もできる。この場合には、大きなラジアル荷重Ｆｚを支承する車輪を支持した懸架装置を構成するダンパの減衰力を高めてこのダンパの全長が縮みにくくしたり、大きな荷重支承する車輪を支持した懸架装置を構成するアクチュエータの全長が縮まらない様にしたりする。

本発明に関する参考例の１例を示す、荷重測定装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。 図１のＡ部拡大図。 アキシアル荷重と各列の転動体の公転速度との関係を示す線図。 本発明の実施の形態の１例を示す、荷重測定装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの断面図。 公転速度の変動により荷重を測定できる理由を説明する為の模式図。 従来から知られている、荷重測定装置を組み込んだ転がり軸受ユニットの第１例を示す断面図。 同第２例を示す断面図。

１、１ａ、１ｂ 外輪
２、２ａ、２ｂ ハブ
３、３ａ、３ｂ 回転側フランジ
４、４ａ ハブ本体
５ ナット
６ 内輪
７ 外輪軌道
８ 内輪軌道
９ａ、９ｂ 転動体
１０、１０ａ、１０ｂ 取付孔
１１ 変位センサ
１２ センサリング
１３、１３ａ、１３ｂ 回転速度検出用エンコーダ
１４ カバー
１５、１５ａ、１５ｂ 回転速度検出用センサ
１６ ナックル
１７ 固定側フランジ
１８ ボルト
１９ ねじ孔
２０ 荷重センサ
２１ スプライン孔
２２ 等速ジョイント
２３ スプライン軸
２４ ナット
２５ ハウジング
２６ ボルト
２７ ディスク
２８ ホイール
２９ スタッド
３０ ナット
３１、３１ａ、３１ｂ 公転速度検出用センサ
３３、３３ａ、３３ｂ 保持器
３４、３４ａ、３４ｂ 公転速度検出用エンコーダ
３６ 空間
３７ 組み合わせシールリング
３８ センサユニット
３９ 検出部

Claims (3)

1. 車体に対して水平方向に加わる荷重に拘らず、この車体が路面に対し傾斜する事を抑える為、これら車体と路面との距離が短くなる側に存在する懸架装置の構成部品が縮むのを抑える車両用姿勢安定化装置に於いて、上記車体と路面との距離が短くなる事を、この車体に対し車輪を回転自在に支持する為の転がり軸受ユニットに組み込んだ荷重測定装置が測定する荷重の大きさにより判断するものであり、このうちの転がり軸受ユニットは、走行時にも回転しない静止輪と、この静止輪と同心に配置されて使用時に回転する回転輪と、これら静止輪と回転輪との互いに対向する部分にそれぞれ複列ずつ設けられた静止側軌道と回転側軌道との間に複数個ずつ、両列同士の間で互いに逆の接触角を付与された状態で転動自在に設けられた転動体とを備えたものであり、上記荷重測定装置は、これら両列の転動体の公転速度をそれぞれ検出する為の１対の公転速度検出用センサと、上記回転輪の回転速度を検出する為の回転速度検出用センサと、これら両公転速度検出用センサと回転速度検出用センサとから送り込まれる検出信号に基づいて上記静止輪と上記回転輪との間に加わる荷重を算出する演算器とを備え、この演算器は、上記両列の転動体の公転速度と上記回転輪の回転速度とに基づいて、上記静止輪と上記回転輪との間に加わる荷重を算出するものである事を特徴とする車両用姿勢安定化装置。
2. 車体がローリングする事に伴って、この車体と路面との距離が、この車体の幅方向片側で短くなる事を防止する為に、荷重測定装置が測定するアキシアル荷重とラジアル荷重とのうちの少なくとも一方の荷重が大きくなる側で、懸架装置の構成部品が縮む事を抑える、請求項１に記載した車両用姿勢安定化装置。
3. 車体がピッチングする事に伴って、この車体と路面との距離が、この車体の前後方向片側で短くなる事を防止する為に、荷重測定装置が測定するラジアル荷重が大きくなる側で、懸架装置の構成部品が縮む事を抑える、請求項１に記載した車両用姿勢安定化装置。

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