JP2009052918A - タイヤ作用力検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造が簡素であり、且つ、取り付けが容易なタイヤ作用力検出装置を提供する。
【解決手段】サスメンバとアッパアームとの連結部に、その連結部の車両前後方向の変位を検出可能に距離センサ８０を設け、サスメンバとロワアームとの連結部に、その連結部の車両前後方向の変位を検出可能に距離センサ９０を設ける。一方の距離センサ８０によって検出される移動量Ｘ１は、タイヤ作用力のＸ軸方向成分ＦｘとＹ軸周りのモーメントＭｙ１のＸ軸方向成分Ｍｙ１（ｘ）との合力を反映した量である。他方の距離センサ９０によって検出される移動量Ｘ２は、Ｘ軸方向成分ＦｘとＹ軸周りのモーメントＭｙ２のＸ軸方向成分Ｍｙ２（ｘ）との合力を反映した量である。これら２つの移動量Ｘ１、Ｘ２から演算によってＹ軸周りのモーメントＭｙを除去してＸ軸方向成分Ｆｘを検出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、車両のタイヤに作用するタイヤ作用力を検出する装置に関する。

タイヤ作用力を検出することができれば、ブレーキ制御などの車両制御を高精度に行うことができるので、タイヤ作用力は車両制御において重要な状態量である。このタイヤ作用力を検出する装置として、特許文献１に記載の装置が知られている。特許文献１の装置は、ホイールとハブとの間に検出器を設けており、その検出器によってタイヤ作用力を検出している。
特開２００３−１４５６３号公報

特許文献１のタイヤ作用力検出装置は、ホイールとハブとの間に検出器を設けているので、その検出器をホイールおよびハブと一体回転するように構成する必要がある。そのため、検出器を、複数のタイヤ取り付け用ボルトを用いてホイールに取り付け、且つ、複数のハブ取り付け用ボルトを用いてハブに取り付ける必要がある。そのため、取り付けが容易ではないという問題があった。

また、上記複数のボルトを取り付け可能に構成する必要があるため構造が複雑である。加えて、検出器は、２つの分割ハウジングを備えており、これら２つの分割ハウジングの相対変位からタイヤ作用力を検出するものである。そのため、検出器は、上記２つの分割ハウジング内に収容され、２つの分割ハウジングの相対変位を検出する検出部材をさらに必要とする。この構成によって、一層、複雑な構造となってしまっていた。

本発明は、この事情に基づいて成されたものであり、その目的とするところは、構造が簡素であり、且つ、取り付けが容易なタイヤ作用力検出装置を提供することにある。

その目的を達成するための請求項１記載の発明は、車両のタイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、前記タイヤに制動力および駆動力の少なくとも一方が作用した時に変位する複数の変位部位にそれぞれ取り付けられ、その変位部位の変位量を検出する複数の変位量検出センサと、その複数の変位量検出センサによってそれぞれ検出された変位量から、不要なタイヤ作用力成分を除去して目的とするタイヤ作用力成分を算出する演算手段とを含むことを特徴とする。

タイヤに制動力や駆動力が作用すると、タイヤ作用力がタイヤから種々の部材を介して車体へと伝達される。タイヤ作用力が伝達される部材は剛体ではないことから、タイヤ作用力が伝達されることによって微小量の変位が生じる。従って、変位量検出センサによって検出される変位量はタイヤ作用力の大きさに応じた量となっている。

ただし、タイヤ作用力を周知の６分力に分けた場合、上記変位量には６分力のうち複数の分力が影響している。そのため、１つの変位量検出センサのみから目的とする分力成分を求めることはできない。そこで、本発明では、変位量検出センサを複数の変位部位にそれぞれ取り付けて、互いに異なる変位部位の変位量を検出している。変位量を検出する部位が異なれば、変位量に含まれる分力成分の大きさは異なる。そのため、異なる変位部位においてそれぞれ変位量を検出し、演算によって目的外の分力成分を除去することにより、目的の分力成分のみとなっているタイヤ作用力を求めることができる。

そして、このように演算によって目的外の分力成分を除去して目的の分力成分を求める場合、変位量検出センサの取り付け位置に応じた演算式を用意しておくことにより、種々の位置に変位量検出センサを取り付けることができる。従って、変位量検出センサの取り付け位置の自由度が向上するので、変位量検出センサの取り付けが容易となる。また、変位量検出センサは、既存部品の変位量を検出すればよいので構成も簡単になる。

ここで、請求項２のように、前記複数の変位量検出センサは、車体と懸架装置との連結部近傍に取り付けられ、変位部位の変位量として、前記連結部分の変位量を検出するものであることが好ましい。なお、上記懸架装置は、路面から車体に伝達される衝撃を緩和するために回転等の移動可能に設けられている一連の部材を意味する。一方、車体には、ボディシェルやフレームが含まれるが、それらに対して相対移動不能に固定されている部材も含まれる。

懸架装置はホイールと車体との間に設けられている。すなわち、懸架装置はタイヤに近い部位に設けられているので、タイヤ作用力が伝達されることによる変位量が比較的大きくなる。そのため、請求項２のように、車体と懸架装置との連結部分の変位量を検出するようにすれば、比較的大きな変位量を検出することができる。その結果、演算手段によって算出されるタイヤ作用力の精度が向上する。

また、請求項２のように、変位量検出センサを車体と懸架装置との連結部近傍に取り付ける場合、懸架装置側に取り付けてもよいが、懸架装置側に取り付ける場合には、懸架装置は車体に対して変位するため、変位量検出センサから延びるワイヤハーネスが振動することになる。従って、ワイヤハーネスを車体に固定することができず、振動に対する対策を講じる必要があることからコストアップとなる。

そこで、請求項３のように、変位量検出センサは、車体と懸架装置との連結部近傍において車体側に取り付けられていることがさらに好ましい。車体側に変位量検出センサを設ける場合、その変位量検出センサから延びるワイヤハーネスを車体に固定することができる。従って、低コストとなり、且つ、信頼性も確保できる。

また、請求項４のように、複数の変位量検出センサのうちのいずれか少なくとも一つを、タイヤ６分力の基準軸となる直交３軸のうちの２軸を含む平面に対して他の変位量検出センサとは反対側に配置することが好ましい。

このように、タイヤ６分力の基準軸となる直交３軸のうちの２軸を含む平面に対して両側に変位量検出センサをそれぞれ配置すれば、その平面の一方の側に配置されている変位量検出センサによって検出される変位量に含まれる基準軸周りのモーメント成分の向きと、その平面の他方の側に配置されている変位量検出センサによって検出される変位量に含まれる基準軸周りのモーメント成分の向きとが互いに逆になる。そのため、その基準周りのモーメントを精度よく除去することができる。従って、目的とするタイヤ作用力成分の算出精度が向上する。

上記平面は、例えば、請求項５のように、車軸と車両前後方向軸とを含む水平面である。この場合、複数の変位量検出センサのうちのいずれか少なくとも一つを、前記水平面に対して他の変位量検出センサとは反対側に配置することになる。この場合、水平面の上側に位置する変位量検出センサによって検出される変位量に含まれる車軸周りのモーメント成分の向きと、水平面の下側に位置する変位量検出センサによって検出される変位量に含まれる車軸周りのモーメント成分の向きとが互いに逆になる。

ここで、タイヤに制動力または駆動力が作用した時、変位部位には、タイヤ作用力の軸方向成分と回転モーメント成分とが伝達される。そのため、変位量検出センサによって検出される変位量も、タイヤ作用力の軸方向成分の大きさが反映されていると同時に、タイヤ作用力の回転モーメント成分の大きさも反映されている。

そこで、請求項６のように、演算手段は、前記複数の変位量検出センサによって検出された複数の変位量に基づいて、不要なタイヤ作用力成分として回転モーメント成分を除去し、目的とするタイヤ作用力成分として軸方向成分を算出することができる。

また、逆に、請求項７のように、演算手段は、前記複数の変位量検出センサによって検出された複数の変位量に基づいて、不要なタイヤ作用力成分として軸方向成分を除去し、目的とするタイヤ作用力成分として回転モーメント成分を算出することもできる。

以下、本発明の実施形態となるタイヤ作用力検出装置を図面に基づいて説明する。図１は、ある車両の懸架装置付近の分解斜視図である。図１において、サスメンバ１０は、本明細書においては車体を構成する一部材であり、図示しないボディシェルやフレームなどの車体を構成する他の部材にボルトによって結合されており、車体を構成する他の部材とサスメンバ１０とは相対移動不能となっている。

このサスメンバ１０は、懸架装置側の部材であるアッパアーム２０およびロワアーム３０を支持するものであり、アッパアーム２０を支持する上側支持部１１と、ロワアーム３０を支持する２つの下側支持部１２、１３とが形成されている。

アッパアーム２０は、２つの棒状部材２１、２２が一端において一体となっているＶ字形状をしており、２つの棒状部材２１、２２が一体となっている部分がナックル４０に固定されている。一方、アッパアーム２０の他端は、サスメンバ１０の上側支持部１１を２つの棒状部材２１、２２の端部が挟み込む位置に配置され、その位置にてボルト５０とナット５１（図２参照）によって上側支持部１１に連結される。なお、連結部分には、図示しないラバーブッシュが圧入されており、サスメンバ１０の上側支持部１１に連結された状態では、アッパアーム２０は、ボルト５０を軸として上下動可能となっている。

ロワアーム３０は、ホイール６０とは反対側に２つの端部３１、３２を備えており、その２つの端部３１、３２がそれぞれ、サスメンバ１０の下側支持部１２、１３に連結される。ロワアーム３０と下側支持部１２、１３との連結部分にも図示しないラバーブッシュが圧入されており、サスメンバ１０の下側支持部１２、１３にロワアーム３０の端部３１、３２が連結された状態では、ロワアーム３０は、２つの端部３１、３２を通る軸周りに上下動可能となっている。

図２は、サスメンバ１０の上側支持部１１とアッパアーム２０との連結部付近を示す概略図であって、ホイール６０の方向から見た図である。なお、右下に示しているのは座標軸であり、Ｘ軸方向が車両前後方向、Ｚ軸方向が上下方向である。

図２に示すように、ボルト５０は、サスメンバ１０の上側支持部１１と、アッパアーム２０の棒状部材２１、２２の端部とを貫通しており、そのボルト５０の先端部にナット５１が螺合されることにより、サスメンバ１０とアッパアーム２０とは互いに連結される。

また、ボルト５０の軸方向にそのボルト５０の頭部に対向する位置には、請求項の変位量検出センサとして機能する距離センサ８０が配置されている。この距離センサ８０は取り付け部材８１に取り付けられており、その取り付け部材８１は、サスメンバ１０が固定されているものと同じ車体側の部材に固定されている。この距離センサ８０は、本実施形態では渦電流式のセンサが用いられているが、光電式等、種々の公知の距離センサを用いることができる。

この距離センサ８０によって、図２の矢印Ａに示すように、ボルト５０の頭部が、車体に対してそのボルト５０の軸方向（すなわち車両前後方向）に相対移動する移動量が検出される。

ここで、このアッパアーム２０によって車体に連結されているタイヤに制動力または駆動力が作用すると、アッパアーム２０には矢印Ｂ方向の力が加えられる。この力によってアッパアーム２０およびサスメンバ１０の上側支持部１１は矢印Ｂ方向に変形するとともに、ボルト５０も同方向に移動する。従って、距離センサ８０によって検出される移動量Ｘ１は、アッパアーム２０およびサスメンバ１０の上側支持部１１の変位量でもある。

図３は、サスメンバ１０の下側支持部１２とロワアーム３０との連結部付近を示す概略図であり、図２と同様に右下に座標軸を示している。サスメンバ１０の下側支持部１２は、互いに対向する一対のブラケット１２１、１２２が、下側支持部１２の基板部１２３から垂直に突き出した構造を有している。

ロワアーム３０の端部３２は、一対のブラケット１２１、１２２の間に収容されている。ボルト７０は、一対のブラケット１２１、１２２とロワアーム３０の端部３２とを貫通しており、ボルト７０の先端にナット７１が螺合されることにより、サスメンバ１０の下側支持部１２とロワアーム３０の端部３２とが連結される。

また、ボルト７０の軸方向にそのボルト７０の頭部に対向する位置にも、アッパアーム２０の連結部と同様に、請求項の変位量検出センサとして機能する距離センサ９０が配置されている。この距離センサ９０は下側支持部１２の基板部１２３に固定されている。従って、距離センサ９０は車体側の部材であるサスメンバ１０に固定されていることになる。この距離センサ９０も本実施形態では渦電流式のセンサが用いられているが、種々の公知の距離センサを用いることができる。

この距離センサ９０によって、図３の矢印Ｃに示すように、ボルト７０の頭部が、サスメンバ１０の下側支持部１２の基板部１２３に対してそのボルト７０の軸方向（すなわち車両前後方向）に相対移動する移動量Ｘ２が検出される。また、この移動量Ｘ２は、ロワアーム３０の変位量であり、また、ブラケット１２１、１２２の変位量でもある。

図４は、２つの距離センサ８０、９０の車軸６１に対する配置を示すとともに、それらの距離センサ８０、９０によって検出される変位量に対するタイヤ作用力のＸ軸方向成分（以下、前後力という）Ｆｘおよびタイヤ作用力のＹ軸周りのモーメントＭｙの影響を説明する図である。なお、Ｘ軸方向は車両前後方向であり、Ｙ軸は車軸方向である。タイヤ作用力は、これ以外に、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸（鉛直方向軸）成分、Ｘ軸周りのモーメント、Ｚ軸周りのモーメントがあり、合計６つの分力に分けられる。

距離センサ８０、９０はＸ軸方向の移動量Ｘ１、Ｘ２を検出するように配置されているので、距離センサ８０、９０によって検出される移動量Ｘ１、Ｘ２は、６分力のうち、Ｘ軸方向の力の大きさを反映した値となっている。ここで、６分力のうちＸ軸方向の力は、前後力Ｆｘと、Ｙ軸周りのモーメントＭｙをＸ軸およびＹ軸方向に分解したときのＸ軸方向成分との合力である。

従って、距離センサ８０、９０によって検出される移動量Ｘ１、Ｘ２は、主としてその合力の影響を受けた値となる。すなわち、距離センサ８０によって検出される移動量Ｘ１は、主として、前後力ＦｘとＹ軸周りのモーメントＭｙ１のＸ軸方向成分Ｍｙ１（ｘ）との合力を反映した量であり、距離センサ９０によって検出される移動量Ｘ２は、主として、前後力ＦｘとＹ軸周りのモーメントＭｙ２のＸ軸方向成分Ｍｙ２（ｘ）との合力を反映した量である。

ただし、距離センサ８０、９０は車軸６１を含む水平面Ｐに対して互いに反対側に配置されている。Ｙ軸周りのモーメントＭｙのＸ軸方向成分Ｍｙ（ｘ）は、この水平面Ｐよりも上側では車両前方へ向く力となる一方、水平面Ｐよりも下側では車両後方へ向く力となる。従って、モーメントＭｙ１のＸ軸方向成分Ｍｙ１（ｘ）とモーメントＭｙ２のＸ軸方向成分Ｍｙ２（ｘ）とは向きが逆になっている。なお、図４は、制動力が作用した場合であり、前後力Ｆｘは車両後向きに生じている。これに対して、駆動輪に駆動力が作用した場合の前後力Ｆｘは図４とは逆向きになる。

演算手段１００は、制動力または駆動力がタイヤに作用したことを検出可能となっており、制動力または駆動力がタイヤに作用したことを検出した場合、２つの距離センサ８０、９０からそれぞれ検出される移動量Ｘ１、Ｘ２に基づいて、タイヤ作用力の前後力ＦｘおよびＹ軸周りのモーメントＭｙのうち目的とする分力成分として予め定めた一方、または、それら２つの分力成分を算出する。

制動力がタイヤに作用したことの検出は、たとえば、ブレーキスイッチからの信号、ブレーキ油圧の上昇などにより行う。駆動力がタイヤに作用したことの検出は、たとえば、アクセル開度を検出することにより行う。

タイヤ作用力の前後力ＦｘおよびＹ軸周りのモーメントＭｙのいずれを目的とする分力成分としてもよいが、前後力Ｆｘを目的の分力成分とする場合、下記式１、２の連立方程式をＦｘについて解くことになる。一方、Ｙ軸周りのモーメントＭｙを目的の分力成分とする場合、下記式１、２の連立方程式をＭｙについて解くことになる。
（式１） Ｘ１＝α１Ｆｘ＋β１Ｍｙ
（式２） Ｘ２＝α２Ｆｘ＋β２Ｍｙ
ここでα１、α２は、それぞれ弾性係数を含んだ係数であり、β１、β２は、それぞれ弾性係数と、車軸６１から距離センサ８０、９０の取り付け位置までの距離とを含んだ係数である。従って、前後力ＦｘおよびＹ軸周りのモーメントＭｙは、ある弾性係数が乗じられて距離センサ８０、９０によってそれぞれ検出される移動量に表れることを、この式１、式２は意味している。なお、α１、α２、β１、β２は、距離センサ８０、９０の取り付け位置によって変動する値であり、実験に基づいて予め設定されている。

この演算手段１００で算出した分力成分は、制動制御や駆動制御を行う制御装置に出力されることになる。

以上、説明した本実施形態によれば、距離センサ８０によって、サスメンバ１０とアッパアーム２０との連結部分の車両前後方向の変位量Ｘ１を検出しており、距離センサ９０によって、サスメンバ１０とロワアーム３０との連結部分の車両前後方向の変位量Ｘ２を検出している。これら変位量Ｘ１、Ｘ２には、目的とする分力成分（前後力ＦｘおよびＹ軸周りのモーメントＭｙのいずれか一方）が含まれているが、目的外の分力成分（前後力ＦｘおよびＹ軸周りのモーメントＭｙのうちの他方）も含まれている。そこで、予め係数を決定しておいた式１、式２を用いて、変位量Ｘ１、Ｘ２から目的外の成分の影響を除去して、目的とする分力成分を算出している。

このようにしてタイヤ作用力の分力成分を算出しているので、既存部品であるサスメンバ１０とアーム２０、３０との連結部分の変位量を検出すればよい。そのため、本実施形態のタイヤ作用力検出装置は構成が簡単になる。

また、本実施形態では、距離センサ８０、９０はいずれも車体側の部材に取り付けられていたので、距離センサ８０、９０から延びるワイヤハーネスを車体に固定することができる。従って、低コストとなり、且つ、信頼性も確保できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、次の実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。

たとえば、前述の実施形態では、タイヤ作用力の6分力のうち、Ｘ軸方向成分およびＹ軸周りのモーメント成分Ｍｙのいずれか一方または両方を算出可能であったが、Ｙ軸方向成分、Ｚ軸方向成分など、他の分力成分を検出可能にタイヤ作用力検出装置を構成してもよい。たとえば、Ｚ軸方向成分またはＹ軸周りのモーメント成分を検出可能に構成する場合、複数の距離センサを、変位部位のＺ軸方向の変位を検出可能な位置に配置することが好ましい。複数の距離センサを、変位部位のＺ軸方向の変位を検出可能な位置に配置する場合、複数の距離センサによって検出される変位量が、主として、タイヤ作用力のＺ軸方向成分とＹ軸周りのモーメント成分との影響を受ける量となるからである。図５は、この場合の距離センサ１１０の配置例を示す図であり、図２と同様に右下に座標軸を示している。図５において距離センサ１１０は基板部１２３の端において、Ｚ軸方向の変位を検出可能な向きに取り付けられている。そして、図５の例では、ボルト７０がナット７１よりも十分長く突き出す長さとされている。この構成により、距離センサ１１０には、ボルト７０のＺ軸方向の変位が検出される。

また、前述の実施形態では、変位量検出センサとして距離センサを用いていたが、距離センサに代えて荷重センサを用いてもよい。また、変位量検出センサが３つ以上備えられていてもよい。

ある車両の懸架装置付近の分解斜視図である。 サスメンバ１０の上側支持部１１とアッパアーム２０との連結部付近を示す概略図である。 サスメンバ１０の下側支持部１２とロワアーム３０との連結部付近を示す概略図である。 ２つの距離センサ８０、９０の車軸６１に対する配置と、タイヤ作用力のＸ軸方向成分ＦｘおよびＹ軸周りのモーメントＭｙを説明する図である。 タイヤ作用力のＺ軸方向成分またはＹ軸方向成分を検出するための距離センサ１１０の配置例を示す図である。

符号の説明

１０：サスメンバ、 １１：上側支持部、 １２：下側支持部、 １２１：ブラケット、 １２２：ブラケット、 １２３：基板部、 １３：下側支持部、 ２０：アッパアーム、 ２１：棒状部材、 ２２：棒状部材、 ３０：ロワアーム、 ３１：端部、 ３２：端部、 ４０：ナックル、 ５０：ボルト、 ５１：ナット、 ６０：ホイール、 ６１：車軸、 ７０：ボルト、 ７１：ナット、 ８０：距離センサ（変位量検出センサ）、 ８１：取り付け部材、 ９０：距離センサ（変位量検出センサ）、 １００：演算手段、 １１０：距離センサ

Claims (7)

1. 車両のタイヤに作用するタイヤ作用力を検出するタイヤ作用力検出装置であって、
   前記タイヤに制動力および駆動力の少なくとも一方が作用した時に変位する複数の変位部位にそれぞれ取り付けられ、その変位部位の変位量を検出する複数の変位量検出センサと、
   その複数の変位量検出センサによってそれぞれ検出された変位量から、不要なタイヤ作用力成分を除去して目的とするタイヤ作用力成分を算出する演算手段とを含むことを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
2. 請求項１において、
   前記複数の変位量検出センサは、車体と懸架装置との連結部近傍に取り付けられ、変位部位の変位量として、前記連結部分の変位量を検出することを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
3. 請求項２において、
   前記変位量検出センサが、前記車体と懸架装置との連結部近傍において車体側に取り付けられていることを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項において、
   前記複数の変位量検出センサのうちのいずれか少なくとも一つを、タイヤ６分力の基準軸となる直交３軸のうちの２軸を含む平面に対して他の変位量検出センサとは反対側に配置することを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
5. 請求項４において、
   前記平面が車軸と車両前後方向軸とを含む水平面であり、複数の変位量検出センサのうちのいずれか少なくとも一つを、前記水平面に対して他の変位量検出センサとは反対側に配置することを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項において、
   前記演算手段は、前記複数の変位量検出センサによって検出された複数の変位量に基づいて、不要なタイヤ作用力成分として回転モーメント成分を除去し、目的とするタイヤ作用力成分として軸方向成分を算出することを特徴とするタイヤ作用力検出装置。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項において、
   前記演算手段は、前記複数の変位量検出センサによって検出された複数の変位量に基づいて、不要なタイヤ作用力成分として軸方向成分を除去し、目的とするタイヤ作用力成分として回転モーメント成分を算出することを特徴とするタイヤ作用力検出装置。

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