JP2007261461A - 車輪状態検出装置および車高調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が４輪スタック状態にあるか否かを検出する。
【解決手段】車高調整装置において、車高センサ１０４は、各車輪ごとに車高を検出する。車高判定部３２は、４輪全てについての車高センサ１０４によって検出された車高が所定値Ｈ_ａ以上であるか否かを判定する。車高変化判定部３４は、車高判定部３２により４輪全てについての車高が所定値Ｈ_ａ以上であると判定された場合に、車高が最も低い車輪に対して車高上昇制御を行い、車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化したか否かを判定する。スタック判定部３８は、車高変化判定部３４により車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化していないと判定された場合に、車両が４輪スタック状態にあると判定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車輪接地状態を検出する車輪状態検出装置および車高を調整する車高調整装置に関する。

従来、車体と各車輪との間にそれぞれ設けられたエアサスペンションと、エアサスペンションのエアチャンバに空気を給排するエア給排装置と、各車輪位置での車輪に対する車体の相対的高さである車高を検出する車高センサと、を備えた車高調整装置が知られている（例えば特許文献１）。このような車高調整装置では、車高センサによって検出された車高が目標車高よりも低い場合、エアチャンバに空気が供給され、目標車高に近づくよう車高上昇制御が行われる。また、車高が目標車高よりも高い場合には、エアチャンバから空気が排出され、目標車高に近づくよう車高下降制御が行われる。

このような車高調整装置では、ジャッキアップ等により車高が上昇した場合、車高の上昇原因がジャッキアップによるものであるにもかかわらず車高が高いと判断され、目標車高に戻すために車高下降制御が行われる。ところが、ジャッキアップされて車輪が宙に浮いた状態では、車輪の荷重によりエアサスペンションが伸びきった状態となっているので、いくらエアチャンバ内の空気を排出しても車高は変化しない。そのため、車高下降制御が延々と行われ、エアチャンバの空気は抜けきった状態となってしまい、ジャッキダウンした際に車体の下面と路面の接触が生じるおそれがある。そこで、特許文献２では、ジャッキアップ時と人や荷物の降車時とで前後輪で発生する車高の変化状況が異なる点に着目してジャッキアップ判断を行い、ジャッキアップがなされていると判断された時には通常の車高制御を禁止する技術が開示されている。
特開２００２−１２７７２６号公報 特開平５−７７６２０号公報

しかしながら、特許文献２に開示された技術は、前輪側または後輪側の一方がジャッキアップされて宙に浮いている状態を判定する技術であり、岩石路や雪道などで車両の４輪全てが宙に浮いた状態、すなわち４輪スタック状態にあることは判定することができない。車両が４輪スタックした状態でエアチャンバ内の空気が抜けきってしまうと、自力でスタック状態から脱出するのが難しくなる上に、他車から救援を受けて脱出する場合にも、車輪の接地状態を確保することが難しくなる。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車高を調整する手段を有する車両において、車両が４輪スタック状態にあることを検出することのできる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の車輪状態検出装置は、車両の４つの車輪と車体との間にそれぞれ介装され、車輪に対する車体の相対的高さである車高を調整可能な車高調整機構と、各車輪ごとに車高を検出する車高センサと、４輪全てについての車高センサによって検出された車高が第１の所定値以上であるか否かを判定する車高判定部と、車高判定部により４輪全てについての車高が第１の所定値以上であると判定された場合に、車高が最も低い車輪に対して車高上昇制御を行い、車高が第２の所定値以上変化したか否かを判定する車高変化判定部と、車高変化判定部により車高が第２の所定値以上変化していないと判定された場合に、車両が４輪スタック状態にあると判定するスタック判定部と、を備える。

この態様によると、車両の４輪全てについての車高が第１の所定値以上である場合に、車高が最低の車輪について車高上昇制御を行い、車高が第２の所定値以上変化しない場合には、車両の４輪が宙に浮いた状態である４輪スタック状態にあることが判定できる。

本発明の別の態様は、車高調整装置である。この車高調整装置は、車両の４つの車輪と車体との間にそれぞれ介装され、車輪に対する車体の相対的高さである車高を調整可能な車高調整機構と、各車輪ごとに車高を検出する車高センサと、車高センサによって検出された車高が目標車高に近づくよう車高調整機構を制御する車高制御部と、４輪全てについての車高が第１の所定値以上であるか否かを判定する車高判定部と、車高判定部により４輪全てについての車高が第１の所定値以上であると判定された場合に、車高が最も低い車輪に対して車高上昇制御を行い、車高が第２の所定値以上変化したか否かを判定する車高変化判定部と、車高変化判定部により車高が第２の所定値以上変化していないと判定された場合に、車高制御部による目標車高に近づけるための車高下降制御を禁止する車高下降制御禁止部と、を備える。

この態様によると、車両の４輪全てについての車高が第１の所定値以上である場合に、車高が最低の車輪について車高上昇制御を行い、車高が第２の所定値以上変化しない場合には、車両の４輪が宙に浮いた状態である４輪スタック状態にあることが判定できる。これにより、車両が４輪スタック状態にあるときの車高下降制御を禁止できる。

車高制御部は、車高変化判定部により車高が第２の所定値以上変化していないと判定された場合に、車高上昇制御を所定時間行ってもよい。車両が４輪スタック状態にあると判定された場合に車高上昇制御を所定時間行うことにより、自力で脱出する場合や他車に救援を受ける場合に車輪の接地を確保できるようにする。

本発明によれば、車高を調整する手段を有する車両において、車両が４輪スタック状態にあることを検出することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る車高調整装置１０の構成を示す図である。本実施の形態に係る車高調整装置１０は、車輪に対する車体の相対的高さである車高を、左右前輪および左右後輪の４輪において調整することができる。

図１に示すように、車高調整装置１０は、車両の右前輪と車体との間に介装されるエアサスペンション１６ＦＲ、左前輪と車体との間に介装されるエアサスペンション１６ＦＬ、右後輪と車体との間に介装されるエアサスペンション１６ＲＲおよび左後輪と車体との間に介装されるエアサスペンション１６ＲＬを備える。なお、これら４つのエアサスペンションを総称する場合は、「エアサスペンション１６」と呼ぶ。

エアサスペンション１６は、エアスプリング２０とアブソーバ１８を組み合わせて構成される。エアスプリング２０はその内部に、アブソーバ１８を取り囲むように形成されたエアチャンバを備えている。エアチャンバには圧縮空気が充填される。このエアチャンバに充填された圧縮空気がばねとして作用し、車輪を弾性支持することによって、車輪の衝撃が車体に直接伝達されることを防止する。また、エアサスペンション１６は、エアチャンバの容積を変化させることで、車輪ごとに車高を調整する車高調整機構として機能する。アブソーバ１８は、車両のばね上とばね下の間に減衰力を発生させる。なお、本明細書において、エアサスペンション１６により支えられる部材の位置を「ばね上」と呼び、エアサスペンション１６により支えられていない部材の位置を「ばね下」と呼ぶ。すなわち、ばね上は車体側であり、ばね下は車輪側である。

各車輪の近傍には、車輪位置での車高を検出する車高センサ１０４がそれぞれ配置されている。この車高センサ１０４は、各車輪の車軸と車体とを連結したリンクの変位を測定することで、車輪に対する車体の相対的高さである車高を検出する。車高センサ１０４は、レーザなどを用いた光学的方法で車高を検出するものであってもよい。車高センサ１０４の検出信号は、電子制御装置１００（以下「ＥＣＵ１００」と表記する）に送られる。車高センサ１０４による車高値のサンプリングは、数ミリ秒単位の比較的短いサンプリング周期で行われてもよいし、数秒単位のサンプリング周期で行われてもよい。

車高調整装置１０には、エアスプリング２０のエアチャンバ内の空気圧を検出するための空気圧センサ１０６が車輪毎に設けられている。この空気圧センサ１０６は、例えば、エアチャンバに連通した通路内に設けた薄膜の変位を電気的に検出して空気圧を測定するタイプのものである。空気圧センサ１０６の検出信号は、ＥＣＵ１００に送られる。

エアスプリング２０のエアチャンバは、空気供給ライン１９０と連通している。空気供給ライン１９０の途中には、各車輪に対応してそれぞれ空気圧制御バルブ１４０が設けられている。この空気圧制御バルブ１４０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００からの信号に応じて開弁状態と閉弁状態とに切り換えることができる。これによって、空気供給ライン１９０を介してエアチャンバ内部に空気を供給し、また内部から空気を排出することができる。

車高調整装置１０には、空気供給ライン１９０に圧縮空気を供給するためのコンプレッサ１６０が備えられている。モータ１６２は、コンプレッサ１６０に動力を供給する。モータ１６２が回転すると、空気吸入口１６４を介して外部から空気が取り込まれ、コンプレッサ１６０により圧縮される。圧縮された空気は、ドライヤ１７４に流入する。ドライヤ１７４は、シリカゲル等の乾燥剤を収容しており、流入した空気を乾燥して空気供給ライン１９０に供給する。

車高調整装置１０には、コンプレッサ１６０から供給される圧縮空気を蓄えることのできる高圧タンク１６６と、高圧タンクへの空気の流出入を制御する高圧タンクバルブ１６８が設けられていてもよい。高圧タンク１６６は、コンプレッサ１６０から圧縮空気を送り込むことで、例えば７００〜８００ｋＰａに維持されている。高圧タンク１６６とコンプレッサ１６０の両方から圧縮空気を空気供給ライン１９０に供給することで、エアスプリングの増圧時の応答性を向上させることができる。したがって、コンプレッサ１６０の能力が十分であれば、高圧タンク１６６を車高調整装置１０に備えていなくてもよい。

ドライヤ１７４から供給された空気は、逆止弁１７８を経由して、エアチャンバに連通する空気供給ライン１９０に流入する。逆止弁１７８は、コンプレッサ１６０側から空気が供給されると開放して、空気供給ライン１９０に空気を流すが、空気供給ライン１９０側からの空気が流れると閉弁する。この逆止弁１７８をバイパスするように、絞り１７６が設けられている。空気供給ライン１９０からの空気は、絞り１７６に流入して、流速を低下させられてからドライヤ１７４に流入する。こうすることによって、ドライヤ１７４のシリカゲルに吸収された水分を還元することができる。ドライヤ１７４を通過した空気は、排気バルブ１７０を介してサイレンサ１７２から車外に放出される。

車高調整装置１０は、車高切替スイッチ１０２を備える。この車高切替スイッチ１０２は、車両の運転席の近傍、例えばインストルメントパネルに設けられる。車高切替スイッチ１０２は、リモートコントローラに設けられてもよい。ユーザは、車高切替スイッチ１０２を操作することによって、車両の目標車高を設定することができる。本実施の形態において、車高切替スイッチ１０２は、街中など通常の路面を走行する際に用いられるノーマル車高モード、岩石路や雪道を運転する際に用いられ、ノーマル車高モードよりも高い車高に設定されるハイ車高モード、高速走行時や、乗降時に用いられ、ノーマル車高モードよりも低い車高に設定されるロー車高モードの３種類の車高モードを切り替えることができる。車高切替スイッチ１０２の情報は、ＥＣＵ１００に入力される。

図２は、ＥＣＵ１００の機能ブロックを示す図である。図２に示すように、ＥＣＵ１００は、車高制御部３０と、車高判定部３２と、車高変化判定部３４と、車高下降制御禁止部３６と、を備える。ＥＣＵ１００は、車高切替スイッチ１０２、車高センサ１０４、空気圧制御バルブ１４０、排気バルブ１７０、高圧タンクバルブ１６８、モータ１６２と電気的に接続されている。なお、図２において、ＥＣＵ１００としては、主に車高調整に関与する構成を示す。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろな形で実現できることは、当業者には理解されるところである。

本実施の形態に係る車高調整装置１０は、車両が４輪スタック状態であるか否かを判定し、車両が４輪スタック状態にあると判定された場合には、車高下降制御を禁止する。４輪スタック状態とは、車両の４輪全てが宙に浮いた状態である。４輪スタック状態では、４輪全てにおいて車輪の荷重によりエアサスペンション１６が伸びきった状態となっている。

車高制御部３０は、各車輪ごとに設けられた車高センサ１０４から、各車輪位置での車高が入力される。また、車高制御部３０には、車高切替スイッチ１０２から、ユーザが設定した目標車高の情報が入力される。車高制御部３０は、車高センサ１０４によって検出された車高が、目標車高に近づくように、空気圧制御バルブ１４０、排気バルブ１７０、高圧タンクバルブ１６８、モータ１６２を制御する。例えば、車高センサ１０４が検出した車高が目標車高よりも高い場合には、車高が目標車高に到達するまで、エアスプリング２０のエアチャンバから空気を排出するように、空気圧制御バルブ１４０、排気バルブ１７０を制御する。また、車高センサ１０４が目標車高よりも低い場合には、車高が目標車高に到達するまで、エアスプリング２０のエアチャンバに空気を供給するように、空気圧制御バルブ１４０、高圧タンクバルブ１６８、モータ１６２を制御する。このように、車高制御部３０が、車高センサ１０４によって検出された車高が目標車高に近づくように空気圧制御バルブ１４０等を制御することを、「通常車高制御」と呼ぶ。

車高判定部３２は、各車輪ごとに設けられた車高センサ１０４から、各車輪位置での車高が入力される。車高判定部３２は、入力された車高に基づいて、４輪全てについての車高が所定値Ｈ_ａ以上であるか否かを判定する。この所定値Ｈ_ａは、車高が変化しうる範囲に応じて定めてもよい。例えば、車高を５０ｍｍの範囲で変化させることができる場合には、所定値Ｈ_ａを４０ｍｍに設定してもよい。また、車高を１００ｍｍの範囲で変化させることができる場合には、所定値Ｈ_ａを８０ｍｍに設定してもよい。

車高判定部３２は、４輪全てについての車高が所定値Ｈ_ａ以上であると判定した場合、車高変化判定部３４に対して各車輪の車高情報を出力する。一方、車高判定部３２は、４輪のうち少なくとも１つの車輪についての車高が所定値Ｈ_ａ以下であると判定した場合、車両が４輪スタック状態ではないと判断し、車高制御部３０に対して通常車高制御を行うよう指示を出す。

車高変化判定部３４は、車高判定部３２から入力された各車輪の車高情報に基づいて、車高が最も低い車輪を選択する。各車輪の車高が全て等しい場合には、どの車輪が選択されてもよい。そして、選択された車高が最も低い車輪に対し、空気圧制御バルブ１４０、高圧タンクバルブ１６８、モータ１６２を駆動することによりエアスプリング２０のエアチャンバに空気を供給する制御、すなわち車高上昇制御を行い、車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化したか否かを判定する。

車高が最も低い車輪について車高上昇制御を行うのは、他の車輪よりも接地している可能性が高いからである。その車輪について車高が変化しなければ４輪スタック状態であることを判定できる。所定値Ｈ_ｂは、例えば５ｍｍ程度に設定してもよい。

車高変化判定部３４は、車高が最も低い車輪について車高上昇制御をした結果、車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化したと判定した場合、その車輪は接地しており、４輪スタック状態ではないと判断できるため、車高制御部３０に対して通常車高制御を行うよう指示を出す。また、車高変化判定部３４は、車高が最も低い車輪について車高上昇制御をした結果、車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化していないと判定した場合、車両が４輪スタック状態にあると判断できるため、車高下降制御禁止部３６に対して動作指示を行う。

車高下降制御禁止部３６は、車高変化判定部３４より動作指示を受けた場合、車高制御部３０に対し、車高を目標車高に近づけるための車高下降制御を禁止するよう指示を出す。車高下降制御禁止部３６より車高下降制御を禁止する指示が入力されたとき、車高制御部３０は、車高センサ１０４により検出された車高が目標車高よりも高い場合であっても車高下降制御を行わない。

上述した実施の形態では、車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化していない場合に、車高変化判定部３４が４輪スタック状態にあることを判定して、車高下降制御禁止部３６に動作指示を行っている。しかしながら、４輪スタック状態の判定は、ＥＣＵ１００に設けられるスタック判定部３８によって別途実行されてもよい。この場合、車高変化判定部３４は、車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化したか否かの判定を行い、その情報をスタック判定部３８に送る。スタック判定部３８は、車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化していた場合、車両が４輪スタック状態にないと判定する。また、車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化していない場合、スタック判定部３８は、車両が４輪スタック状態にあると判定する。

車両が４輪スタック状態にないと判定した場合、スタック判定部３８は車高制御部３０に対して通常車高制御を行うよう指示を出してもよい。また、車両が４輪スタック状態にあると判定した場合、スタック判定部３８は、車高下降制御禁止部３６に対して動作指示を行ってもよい。このように、スタック判定部３８を設けることにより、車両が４輪スタック状態にあるか否かを検出する車輪状態検出装置を構成することができる。また、スタック判定部３８が４輪スタック判定を独立に行うことで、４輪スタック判定結果を車高制御だけでなく、別のシステムの制御にも利用することが可能となる。

次に、以上のように構成された車高調整装置１０の動作について説明する。図３は、車高調整制御の処理を示すフローチャートである。まず、車高判定部３２は、車高センサ１０４によって検出された車高が４輪全てについて所定値Ｈ_ａ以上か否か判定する（Ｓ１０）。４輪のうち少なくとも１つの車輪について車高が所定値Ｈ_ａ以下であると判定された場合（Ｓ１０のＮ）、車高制御部３０は、通常車高制御を行う（Ｓ１４）。

一方、車高が４輪全てについて所定値Ｈ_ａ以上である場合（Ｓ１０のＹ）、車高変化判定部３４は、車高が最低の車輪について車高上昇制御を行う（Ｓ１２）。車高変化判定部３４は、車高上昇制御を行った結果、車高が最低であった車輪における車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化したか否かを判定する（Ｓ１６）。車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化した場合（Ｓ１６のＹ）、車高制御部３０は通常車高制御を行う（Ｓ１４）。車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化していない場合（Ｓ１６のＮ）、車高下降制御禁止部３６は、車高制御部３０に対して車高下降制御を禁止する指示を出す（Ｓ１８）。

以上説明したように、本実施の形態に係る車高調整装置１０によると、車両の４輪全てについての車高が所定値Ｈ_ａ以上である場合に、車高が最低の車輪について車高上昇制御を行い、その車輪の車高が所定値Ｈ_ｂ以上変化しない場合には、４輪スタック状態にあると判定できる。そして、４輪スタック状態にあると判定した場合には、通常制御により車高が下降されるのを禁止して、エアチャンバ内の空気が抜けきった状態となる事態を防ぐことができる。また、１輪だけについて車高上昇制御を行えばよいので、短時間で４輪スタック状態を判断することができる。

図３のフローチャートにおいて、車高変化判定部３４により車高がＨ_ｂ以上変化していないと判定された場合に（Ｓ１６のＮ）、車高制御部３０は、車高上昇制御を所定時間行ってもよい。車両が４輪スタック状態であると判定された場合に車高上昇制御を所定時間行うことにより、自力で４輪スタック状態から脱出する場合や他車に救援を受ける場合に車輪の接地を確保できる可能性を高めることができる。

また、図３のフローチャートでは、Ｓ１０で車高が４輪全てについて所定値Ｈ_ａ以上である場合にＳ１２に進む構成としたが、４輪全てについての車高が所定値Ｈ_ａ以上でありかつ車高モードがハイ車高モードである場合に、Ｓ１２に進むようにしてもよい。

車両に乗車している人数が多かったり、積載している荷物の重量が重い場合には、車高を維持するためにエアスプリング２０のエアチャンバは高圧状態に調整される。この状態で乗員が降車したり、荷物を下ろした場合、急激な荷重変化により車高が高くなる。このような場合は、通常車高制御により車高を低くする制御が行われることが好ましい。

そこで、車両が４輪スタックの状態となるのは、車両が岩石路や雪道を走行している場合が多く、その様な場合にユーザはハイ車高モードを選択している場合が多いという点に着目し、４輪全てについての車高が所定値Ｈ_ａ以上でありかつ車高モードがハイ車高モードである場合に、Ｓ１２以下の処理を行うようにしてもよい。このように構成することによって、４輪スタック状態が発生した状況において、本実施の形態による車高下降制御の禁止動作を行わせることができる。

また、車両に岩石路や雪道などを走行するのに適したエンジンの悪路駆動モードが設定されている場合には、その悪路駆動モードが選択されておりかつ４輪全てについての車高が所定値Ｈ_ａ以上である場合に、Ｓ１２に進むようにしてもよい。また、悪路駆動モードが選択されておりかつ４輪全てについての車高が所定値Ｈ_ａ以上でありかつ車高モードがハイ車高モードである場合に、Ｓ１２に進むようにしてもよい。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、エアサスペンションを備えた車高調整装置について説明したが、本発明は、油圧サスペンションを備えた車高調整装置や、電磁サスペンションを備えた車高調整装置にも適用することができる。

本発明の実施の形態に係る車高調整装置の構成を示す図である。 ＥＣＵの機能ブロックを示す図である。 車高調整制御の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 車高調整装置、 １６ エアサスペンション、 １８ アブソーバ、 ２０ エアスプリング、 ３０ 車高制御部、 ３２ 車高判定部、 ３４ 車高変化判定部、 ３６ 車高下降制御禁止部、 ３８ スタック判定部、 １００ ＥＣＵ、 １０２ 車高切替スイッチ、 １０４ 車高センサ、 １０６ 空気圧センサ、 １４０ 空気圧制御バルブ、 １６２ モータ、 １６８ 高圧タンクバルブ、 １７０ 排気バルブ、 １９０ 空気供給ライン。

Claims (3)

1. 車両の４つの車輪と車体との間にそれぞれ介装され、車輪に対する車体の相対的高さである車高を調整可能な車高調整機構と、
   各車輪ごとに車高を検出する車高センサと、
   ４輪全てについての前記車高センサによって検出された車高が第１の所定値以上であるか否かを判定する車高判定部と、
   前記車高判定部により４輪全てについての車高が第１の所定値以上であると判定された場合に、車高が最も低い車輪に対して車高上昇制御を行い、車高が第２の所定値以上変化したか否かを判定する車高変化判定部と、
   前記車高変化判定部により車高が第２の所定値以上変化していないと判定された場合に、車両が４輪スタック状態にあると判定するスタック判定部と、
   を備えることを特徴とする車輪状態検出装置。
2. 車両の４つの車輪と車体との間にそれぞれ介装され、車輪に対する車体の相対的高さである車高を調整可能な車高調整機構と、
   各車輪ごとに車高を検出する車高センサと、
   前記車高センサによって検出された車高が目標車高に近づくよう前記車高調整機構を制御する車高制御部と、
   ４輪全てについての車高が第１の所定値以上であるか否かを判定する車高判定部と、
   前記車高判定部により４輪全てについての車高が第１の所定値以上であると判定された場合に、車高が最も低い車輪に対して車高上昇制御を行い、車高が第２の所定値以上変化したか否かを判定する車高変化判定部と、
   前記車高変化判定部により車高が第２の所定値以上変化していないと判定された場合に、前記車高制御部による目標車高に近づけるための車高下降制御を禁止する車高下降制御禁止部と、
   を備えることを特徴とする車高調整装置。
3. 前記車高制御部は、前記車高変化判定部により車高が第２の所定値以上変化していないと判定された場合に、車高上昇制御を所定時間行うことを特徴とする請求項２に記載の車高調整装置。

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