恩梯恩开发新轴承：安装负荷传感器提高控制性能-电子工程世界

恩梯恩（NTN）开发出了嵌入3轴负荷检测传感器的轮毂轴承（图1）。由于将传感器置于轮毂而非车身上，因此可以提高车辆控制的响应性能和精度。

图1：附带传感器的轮毂轴承可以看到是采用三根螺丝来固定传感器。有四个传感器环绕着轮毂轴承。

汽车的车辆控制系统根据加速度传感器、偏航速率传感器以及车轮转数传感器等的信号，来推断车辆的状态。通过操舵和加减速从路面传入的力量首先传到轮胎，然后依次经由轮毂、挂臂和副车架达到车身。

　　转数传感器以外的传感器原来安装在车身上，因此车身姿势开始发生变化后传感器就会发出信号，在接收到信号后进行控制。从轮胎到车身的力量路径有悬架弹簧，以及安装挂臂的衬套柔性（Compliance）。另外，由于车身重量，会有一定的响应延迟。因此，如果基于传感器信号的话，车辆控制就会“滞后”。

　　要想高度控制车辆，理想的方法是直接检测轮胎接地面和路面之间的摩擦力，并正确掌握接地状态。在这个意义上，最好通过位于轮胎附近的轮毂进行测量。

　　恩梯恩考虑到这些因素，于2007年开发出了在轮毂而非车身来直接测量车辆控制最为重要的侧向力（Fy）的“负荷传感器内置轮毂轴承”，但整车厂商强烈期待3轴而非单轴负荷检测的轮毂轴承。

图2：截面图
左侧为车轮侧，右侧为车身侧。

　　此次开发出来的轮毂轴在外圈的上下左右四处安装了应变计（Strain Gauge，图2）。轮毂轴承的外圈在受到负荷后会微量变形。然后通过应变计测量该变形。综合四个传感器的测量结果，将其坐标变换为侧向力（Fy）、驱动和制动力（Fx）以及上下方向的力（Fz）后进行输出。对于满刻度具有±5％的精度。演算方法与恩梯恩相关公司——法国SNR公司共同开发。另外，新产品还内置了温度传感器，因此温度影响可以去除。

　　由于是在轮胎附近检测负荷，因此与通过车身进行检测相比，可更快地检测出路面状态的变化。而原来在负荷作用于轮胎后，响应时间需要0.2秒。而此次缩短为0.05秒。这一0.15秒的差在以100km/h速度行驶时，相当于4.2m的空走距离。要想在0.05秒的基础上进一步缩短响应时间，只能在轮胎胎面安装传感器，但会轻微损坏到圆周方向的均匀性（Uniformity），因此几乎是不可能的。

　　横滨橡胶推出了在车轮的旋转部分安装MEMS（Micro ElectroMechanical Systems）传感器，从而检测加速度的系统参考文献1）。虽然方法不同，但最终目标与恩梯恩相同。

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