JP2010064590A - 移動体の運動制御用センサシステムおよび運動制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】移動体のコーナーリング時の走行安定性制御に適切な移動体の運動制御用センサシステムおよび運動制御システムを提供する。
【解決手段】移動体のばね下に物理量センサを設置することで、ばね下における物理量をばねを介さず検出できるようにした。移動体のばね下に働く加速度を検出する加速度センサ（加速度センサヘッド１３１）は、検出軸が移動体の操作軸（転舵軸Ｓ）に交わるように設置することで、操作軸周りの角加速度による加速度が検出されないようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、移動体のコーナーリング時の走行安定性制御に適切な移動体の運動制御用センサシステムおよび運動制御システムに関する。

従来、移動体として、車両の制駆動性能および操縦安定性を向上させるために、車両の運動を計測し、計測結果に応じて車両の制駆動や各車輪の操舵を制御するシステムが開発されている。

車両の各車輪の回転速度を検出する車輪速度センサを利用して、各車輪のロックやスリップを抑制することによるアンチロックブレーキシステムやトラクションコントロールシステムが一般に普及している。

車輪速度センサを実装した従来の運動制御システムを図１３及び図１４に示す。図１３は、車両のサスペンションとして一般に用いられているストラット式サスペンションの車輪付近を示す図であり、車両が前輪駆動式の場合における右側前輪を後ろ側から見た図である。また、図１４は、図１３の運動制御システムの一部分を示す部分上面視図である。

タイヤ１０１は、直進時やコーナーリング時の安定性を増すために一般に垂直軸Ｖに対してキャンバー角（約１度）分傾いており、ホイール（図示せず）を介してハブ１０２の回転部に接続される。ハブ１０２の回転部は、エンジンからの回転を伝えるドライブシャフト１０３に接続されている。

ハブ１０２は、ナックル１０４で支持（剛結）されている。また、ナックル１０４は、その上部側でショックアブソーバ１０５の下部側に剛結され、即ち、このショックアブソーバ１０５を介して車体（図１３では、エンジンルームとの境界壁１０６で示す）と接続される。

ショックアブソーバ１０５の上部側には、スプリング１０７が取付けられ、ショックアブソーバ１０５によるダンパ機能とスプリング１０７による弾性機能により、路面Ｈの凹凸やコーナーリング時の車体のローリングやピッチングに対する上下動が緩和されるようになっている。つまり、ショックアブソーバ１０５は、スプリング１０７の特性による揺り返し現象（周期振動）を緩和し収束させる役割をなす。

ナックル１０４の下部は、図１４に示すように、ボールジョイント１０９によりロワーアーム１０８に接続される。また、このロワーアーム１０８は、ロワーアーム１０８の動きを干渉させるためのゴムブッシュ（図示せず）を介して車体側部品１１０に接続される。また、ナックル１０４には、車輪の向きを変える（転舵する）ためにタイロッド１１１が接続されており、タイロッド１１１が左右に動くと、ボールジョイント１０９を支点にしてナックル１０４が図１４で示す回転動作と記載した矢印方向に回転する。これにより、車両の車輪の向きが変わり、車両のコーナーリングが行える。

ところで、車体側の部品（エンジンルームとの境界壁１０６、車体側部品１１０等）とタイヤ１０１側との間には、上述したように、スプリング１０７、ショックアブソーバ１０５、ナックル１０４、ハブ１０２、ブレーキロータ１１２、ドライブシャフト１０３、タイロット１１１等のように様々な部品がある。本出願では、車体側からタイヤに至る過程において、スプリング１０７よりも下方に位置する領域を「ばね下」とし、その領域内に入る部品を「ばね下部品」とする。但し、「ばね下」の領域に一部しか入っていない部品の場合は、その領域に入っている一部のみを「ばね下部品」とする。即ち、ショックアブソーバ１０５の場合、スプリング１０７より下の部分につき、「ばね下部品」とする。同様に、スプリング１０７よりも上方に位置する領域を「ばね上」とする。

車輪（タイヤ１０１＋ホイール（図示せず）＋ハブ１０２）の回転速度を検出するために、例えば、車輪と一体で回転するハブ１０２の回転体外周にＳ極とＮ極を交互に複数対設ける磁気エンコーダを設け、ハブ１０２の回転しない部分に磁気センサ（車輪速度センサヘッド１１３に内蔵）を取付け、磁気センサの出力変化速度から車輪の回転速度を求めるようになっている。

車輪速度センサヘッド１１３に接続されるケーブル１１４は、ばね下を通り、即ち、ショックアブソーバ１０５の下部やエンジンルームとの境界壁１０６に設けられた３箇所程度の固定部（固定部のうちエンジンルーム境界壁１０６に設けられたものは、ばね上に属する）を経由してエンジンルーム内の車輪速度センサ用信号処理回路（図示せず）に接続される。なお、このケーブル１１４は、車輪の転舵により揺動するため、無理な張力がかからないようにたるませて配線されている。

車輪速度センサヘッド１１３を設置するハブ１０２は、ディスクブレーキやドラムブレーキのロータに近い位置にある。制動によりこれらの部品は数百℃に加熱され、走行継続時には、走行に伴う冷却効果で発熱や周囲への熱伝達が抑制されるが、制動直後に停止すると熱がこもるために車輪速度センサヘッド１１３が設置される設置部付近の温度上昇が生じる。このため、車輪速度センサヘッド１１３の使用温度上限は１５０℃程度まで考慮する必要がある。

しかして、ディスクブレーキでなく、ドラムブレーキを使用する場合でも、ハブ１０２が温度が高くなるドラムに近いという点ではディスクブレーキを使用する場合と同様である。

一方、カーブでのアンダーステアやオーバーステアを抑制して安定した走行を実現するためのシステムとして、車両の横加速度や水平面内角速度（ヨーレート）を測定するための１個の加速度センサや１個の角速度センサのいずれか、あるいは、両方を用いるシステムが開発されている（例えば、ＥＳＣ普及委員会のＨＰ；非特許文献１）。

該システムは、車両の運動に伴い、路面からの反力が生じ、車両に横加速度や水平面内角速度が発生するため、これらを検出して用いるシステムである。横加速度を検出する横加速度センサや水平面内角速度を検出するヨーレートセンサは、一般的に車両の重心位置近傍の車体に設置されており、サスペンションを介して、タイヤ及び路面と接続されているため、検出される情報が路面からの入力（反力）に対して遅れが生じ、正確な制御を行えなかった。

この問題を解決するために特許文献１では、タイヤに加速度センサ等のセンサを実装するようにしている。しかしながら、この方式は、車両の運転に伴い回転するタイヤにセンサを設置するため、該回転する部分への電源供給、且つ該部分からの情報伝送（無線）が必要であり、システムが非常に複雑になり、また、伝送情報が途切れる可能性がある。

この問題を解決する方式として、回転体のタイヤとホイールを非回転部と接続するハブの非回転部分に歪センサを取付けて、ハブに加わる荷重を検出する方式が提案されている（特許文献２）。しかし、この方式は、構造体であるハブの歪を検出するものであるため、検出しようとする軸以外からの影響の補正が必要であり、この補正を行うために１軸方向の歪を検出するために複数の歪センサを使用する必要がある。また、歪センサを設置するハブは、ブレーキと近いため制動時のブレーキ発熱の影響で、歪センサが設置された設置部分の温度が高温になる。このため、温度変化により測定精度の確保が困難であり、また、測定精度の確保を行うために種々の工夫が必要で高価となる問題がある。

ハブに加わる荷重を検出する方式として、荷重が加わったことによるハブの変形を複数の回転速度センサを用いて検出する方式も考案されている（特許文献３）。ハブの変形を、ハブ内の４箇所の位置に変位センサユニットで検出してハブに加わる荷重を求める方式である。しかし、変位センサユニットが４箇所に必要であり、高価となる問題がある。

特開２００４−９８７０９号公報 特開２００７−２７１００５号公報 特開２００４−３９１８号公報 http://www.esc-jpromo-activesafety.com/about.html

コーナーリング時の走行安定性を増すために検討されているシステムは、車両の横加速度、水平面内角速度（ヨーレート）、あるいは、車輪に加わる荷重や変位の検出結果を用いるものである。

車両のばね上に加速度センサやヨーレートセンサを設置する場合、設置するセンサ数が少なく、設置環境の温度が比較的狭い範囲で良いが、路面からの応答に対して検出される信号が遅れるために、更なる応答時間の短縮が望まれていた。

応答時間短縮の目的で、タイヤにセンサを設置する場合、回転部分にセンサを設置するために回転部分への電源供給や、回転部分からの情報伝送を行う必要があった。

センサをハブの非回転部分に設置するものとして検討されているシステムでは、設置環境の温度が高く、歪センサを用いる方法では他軸感度補正のために複数のセンサを設置する必要があり、コストが嵩むという問題があった。

本発明の目的は、移動体のコーナーリング時の走行安定性制御に適切な移動体の運動制御用センサシステムおよび運動制御システムを提案することにある。

特に、ブレーキ発熱によるセンサへの温度の影響を低減することで、センサに係る使用環境特性のおける使用温度範囲を狭くすることを可能とし、センサの高精度化、低コスト化を容易に図ることができるようにする。

また、転舵操作による運動の影響を避けることができるようにする。

また、タイヤのロックやスリップ制御の目的で使用されている車輪速度センサと横加速度センサなど、複数の物理量センサの複合化を図ることで、車両制御システム全体での低コスト化、低質量化、使用材料の低減、組み立て工数の低減等を図る。

また、実際の転舵角速度を求められるようにする。

上記目的を達成するために本発明の移動体の運動制御用センサシステムは、車両等の移動体において、移動体の車体側から車輪に至る過程において、上記車輪を上記車体に支持する部材に設けられたスプリングの下方に位置する領域であるばね下に、物理量センサを設置したものである。

上記物理量センサとして、上記移動体のばね下に働く加速度を検出する加速度センサを用い、該加速度センサは、該加速度センサの検出軸が上記移動体の操作軸に交わるように設置してもよい。

上記物理量センサとして、上記移動体のばね下に働く加速度を検出する第一の加速度センサと第二の加速度センサとを用い、上記第一の加速度センサは、該第一の加速度センサの検出軸が上記移動体の操作軸に交わるように設置し、上記第二の加速度センサは、該第二の加速度センサの検出軸が上記第一の加速度センサの検出軸と平行になりかつ上記移動体の操作軸に交わらないように設置してもよい。

上記移動体のばね下に複数の物理量センサを設置し、これら複数の物理量センサを一連のケーブルで接続してもよい。

また、本発明の運動制御システムは、請求項１〜４いずれかに記載の移動体の運動制御用センサシステムを使用したものである。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）移動体のコーナーリング時の走行安定性制御に適切な移動体の運動制御用センサシステムおよび運動制御システムを提供することができる。

（２）物理量センサがブレーキ発熱による温度の影響を受けにくくなり、使用環境の温度変動範囲が狭くでき、物理量センサの高精度化、低コスト化を図ることができる。

（３）転舵操作による運動の影響を避けることができる。

（４）複数の物理量センサの複合化を図ることで、車両制御システム全体での低コスト化、低質量化、使用材料の低減、組み立て工数の低減等を図ることができる。

（５）実際の転舵角速度を求められるようになる。

図１及び図２に示されるように、車両等の移動体のばね下に加速度センサや角速度センサ等の物理量センサを設置する。具体的には、物理量センサ（図示せず）をショックアブソーバ１０５の下部またはショックアブソーバ１０５の下部側に剛結されたナックル１０４に取付ける。

移動体の操作を行う際に、その操作自体の回転運動によっても角加速度が発生する。したがって、その角加速度により発生する加速度を加速度センサが検出対象としないようにする。このために、加速度センサの検出軸が角加速度を生じる操作軸に交わるように設置する。検出軸が操作軸に交わるとは、検出軸と操作軸とが同一平面内にあって、かつ、検出軸と操作軸とがその同一平面内で交差することを指す。

移動体が車両の場合、転舵軸に加速度センサの検出軸が交わるように設置する。

加速度センサを２つ用いることも可能である。第一の加速度センサの検出軸を角加速度を生じる操作軸と交わるように設置し、第二の加速度センサの検出軸を第一の加速度センサの検出軸と平行かつ上記角加速度を生じる操作軸と交わらない（検出軸と操作軸が同一平面内にない）ように設置する。これにより、第一の加速度センサは、検出軸が操作軸の周りの角加速度の方向と交わるので、角加速度の接線方向の加速度成分を検出しない。第二の加速度センサは、検出軸が操作軸の周りの角加速度の方向と交わらないので、角加速度の接線方向の加速度成分を検出する。第一の加速度センサ出力、第二の加速度センサ出力、及び第一の加速度センサと第二の加速度センサと操作軸との位置関係、とを用いて上記操作軸周りの角加速度を求めることができる。

車両や移動体のばね下に設置した複数の物理量センサを一連のケーブルで接続する。

適用対象を自動車のような車両とした場合には、加速度センサや角速度センサ等の物理量センサをハブ１０２に剛結されたナックル１０４やショックアブソーバ１０５の下部側に取付ける。

加速度センサの検出軸を転舵軸Ｓに交わるように取付ける。

車輪速度センサヘッド１１３のケーブル１１４の途中に物理量センサ設置部を設ける。

車輪速度センサヘッド１１３のケーブル１１４を固定する部分に物理量センサ設置部を設ける。

車輪速度センサヘッド１１３のケーブル１１４途中に設けた物理量センサ設置部で、車輪速度センサの情報を中継する機能を持たせる。

転舵軸Ｓと検出軸が交わるように設けた加速度センサの出力と、転舵軸Ｓと検出軸が交わらないように設けた加速度センサの出力とを用い、両出力の差から転舵角加速度を求める。

ばね下に設置した複数の加速度センサ等の物理量センサと車輪速度センサを１本のハーネスで接続する。情報中継機能を持たせても良い。

以下、本発明の原理を説明する。

従来、路面Ｈからの反力を構造部品の変形や歪で検出するために、これらの物理現象を測定しやすいハブ１０２の部分にセンサを設置することが提案されていた。しかし、ハブ１０２にセンサを設置する場合、センサの設置位置がディスクブレーキのロータ１１２やドラムブレーキのドラムに近いため、制動後の停止時の温度上昇を考慮して、センサの使用温度範囲を少なくとも１５０℃程度まで考慮する必要がある。

一方、路面からの反力により車両の加速度が変化するため、加速度の検出によっても車両の運動を把握して運動制御に利用することができ、従来も、車両のばね上での横方向加速度を検出して運動制御に使用していた。しかし、ばね上で加速度を検出する場合、路面反力からの遅れ改善が課題となっていた。この目的を達成するには、路面Ｈにより近い部分で加速度を測定することが有効である。ハブ１０２での変形や歪検出に対応する加速度を検出する場合、ハブ１０２と剛結された部品、すなわち、ナックル１０４やショックアブソーバ１０５の下部側（ダンパ機構よりナックル１０４に近い部分）が適当である。ナックル１０４やショックアブソーバ１０５の下部側は、ハブ１０２と比べると、発熱体のブレーキディスクから離れた位置を選択することが可能であり、使用温度範囲の上限を低減（例えば８５℃以下）するためにも適している。

また、転舵される車輪のハブ１０２と剛結された部分に、検出軸が車輪の回転方向と直角になるように加速度センサを取付けると、車両進行方向に直角な加速度（車両の横方向の加速度）ではなく、車輪の回転方向に直角な加速度（すなわち、車輪の回転軸方向の加速度）を直接検出することができる。車体に設置した加速度センサでは車両の進行方向に直角な加速度を検出するが、路面Ｈからの反力に対する車両の運動を把握するためには、車輪の回転方向に直角な加速度を用いる方が適している。以下の説明では、車輪の回転方向に直角な加速度を横方向加速度と称する。

しかし、ナックル１０４やショックアブソーバ１０５の下部側は、ハンドル操作で車輪が転舵される際に転舵動作とともに動く部分であり、車両運動と対応する加速度を検出するためには、以下に示す課題の解決が必要である。

横方向加速度を検出する加速度センサを転舵する車輪近傍に設置した場合、転舵によって生じる角加速度（転舵軸Ｓの周りの角加速度）の円周方向成分が加速度センサに加わり、路面Ｈから受けた力による加速度のみを検出することができない。しかし、角加速度の円周方向成分は、転舵軸Ｓとセンサ検出軸との距離に比例するため、転舵軸Ｓと加速度センサ検出軸が交わるように加速度センサを設置するとこの半径を０とすることができ、転舵により発生する角加速度の影響を受けずに横方向加速度を検出することができる。この点について、図３及び図４を用いてより詳細に説明する。

図３は、１つの検出軸を持つセンサが用いられている例である。図３のセンサＡは、検出軸が転舵軸Ｓと交わるように配置され、センサＢとセンサＣは、各々の検出軸が転舵軸Ｓと交わらないように配置されている。

転舵軸Ｓと各々のセンサの検出軸との距離は、転舵軸Ｓと各検出軸との間の最短距離を指す。転舵軸Ｓとセンサの検出軸との距離が０となれば、センサの出力は、転舵に伴う円周方向の運動成分（例えば、角加速度の円周方向成分）による影響を受けない。図３の例では、センサＡの検出軸は転舵軸Ｓと交わっているため、検出軸と転舵軸Ｓとの距離は０となる。一方、センサＢとセンサＣは、検出軸と転舵軸Ｓとの間に図示されているような距離を有している。したがって、センサＡのセンサ出力は、転舵による影響を受けないが、センサＢとセンサＣのセンサ出力は、転舵による影響を受ける。

なお、センサＡ〜Ｃの検出軸は同じ方向を向いているが、これらの検出軸は、例えば、車輪の回転方向と直角な方向とすることができる。センサＡ〜Ｃが加速度センサとすると、センサＡ〜Ｃは車輪の横方向加速度を検出する。しかし、センサＡのみが、転舵による角加速度の影響を受けずに、横方向加速度を出力することができる。

次に図４は、２つの検出軸を持つ２軸センサが用いられている例である。センサＤとセンサＥは、センサ内部で直行する２つの検出軸（ｘ軸検出軸とｙ軸検出軸）を有する。

図４のセンサＤは、ｘ軸検出軸が転舵軸Ｓと交わっているが、ｙ軸検出軸は転舵軸と交わらないように配置されている。したがって、センサＤのｘ軸検出軸と転舵軸Ｓとの距離は０となり、ｘ軸検出軸に係るセンサ出力は、転舵による影響を受けない。しかし、センサＤのｙ軸検出軸と転舵軸Ｓとの間には、図示されているような距離を有しているため、ｙ軸検出軸に係るセンサ出力は、転舵による影響を受けてしまう。なお、センサＤの配置であっても、後述するように２つのセンサを用いることで、転舵による影響を補正することが可能である。

一方、センサＥは、ｘ軸検出軸とｙ軸検出軸の両方が転舵軸Ｓと交わるように配置されている。したがって、ｘ軸検出軸と転舵軸Ｓとの距離、並びにｙ軸検出軸と転舵軸Ｓとの距離の両方が０となり、いずれのセンサ出力も転舵による影響を受けない。

図４に示されるような２軸センサを用いることにより、横方向加速度に加えて、車輪の回転方向（すなわち、車輪の進行方向）の加速度を１個のセンサで計測することができる。２軸センサを用いることにより、１軸センサを２個用いる場合よりもセンサに係るコストと実装コストを低減できる。

車両における転舵による影響を図１及び図２を用いて説明する。車輪の転舵軸は、サスペンションの形式によって異なるが、ストラット式サスペンションの場合、マウント中心Ｍとボールジョイント１０９を結ぶ線が転舵軸Ｓとなる。ここで、マウント中心Ｍは、ショックアブソーバ１０５と車両との設置面における中心部を意味する。転舵は、ハンドル（図示せず）の回転動作が途中のラック＆ピニオン機構（図示せず）によりタイロッド１１１の横方向の運動に変換され、タイロッド１１１と接続されたナックル１０４がボールジョイント１０９を中心に回転することで行われる。

転舵軸Ｓから離れた位置（例えば、車輪速度センサヘッド１１３の位置）では、転舵時に角加速度が加わり、これにより転舵軸Ｓの円周方向の加速度が発生する。したがって、転舵軸Ｓを中心とする円周方向に感度を持つように加速度センサを設置すると転舵による運動により発生する角加速度が加速度センサの出力に重畳される。

路面Ｈからの反力により発生する横方向の加速度を検出する加速度センサ、あるいは、前後方向の加速度を検出するための加速度センサの検出軸を転舵軸Ｓが交わらないように設置すると、転舵に伴い発生する角加速度の影響が誤差となる。この誤差は転舵軸Ｓと加速度検出軸との距離に比例する。上下方向の加速度を検出する場合も、厳密にはこの影響を受けるが、転舵軸Ｓが垂直軸となす角度が小さいため、横方向や前後方向の加速度を検出する場合ほど影響は大きくない。

本発明は、加速度センサの検出軸が転舵軸Ｓと交わるように加速度センサを設置することにより、転舵により発生する角加速度の影響を受けないようにしている。

車両の運動に伴い転舵軸Ｓも多少移動するが、静止時で転舵されていない状態での転舵軸Ｓを基準にして加速度センサの設置位置を設定すれば、平均的には転舵による角加速度の影響を受けにくくすることができる。

上記説明を一般の移動体に拡張すると、移動体の運動操作を行う際に運動操作に伴って角加速度が発生する場合、その角加速度に付随する現象を検出対象としない加速度センサの検出軸がその操作軸と交わるように当該加速度センサを設置することに相当する。

一方、横方向や前後方向の加速度を検出するための第一の加速度センサの検出軸を転舵軸Ｓと交わるように設置し、第二の加速度センサの検出軸を第一の加速度センサの検出軸と平行かつ転舵軸Ｓと交わらないように設置すると、転舵による角加速度に起因する加速度を分離して検出することができる。すなわち、転舵による加速度を含む第二の加速度センサ出力から、第二の加速度センサと検出軸が平行な第一の加速度センサの出力を差し引くことで、転舵による第二の加速度センサ検出軸上の加速度を求めることができる。第二の加速度センサ検出軸と転舵軸間の距離を把握しておけば、転舵による角加速度を求めることができる。さらに、求めた角加速度を積分すれば転舵による角速度を求めることができ、さらに積分すれば転舵量を求めることができる。

車両の運動に伴い転舵軸も多少移動するが、この点を考慮すれば上記方法で求める転舵角加速度は、車両の運動解析に活用することが可能である。

転舵量は、概略はハンドル回転量に比例するため、ハンドル回転量に対応する操舵量を検出するセンサを用いれば概略の転舵量を知ることができる。従来、操舵量の検出には、ハンドルの回転角センサやタイロッド１１１の移動量検出センサ等が用いられている。しかし、操舵系統の機械的変形が生じるために操舵量と転舵量は必ずしも比例しない。操舵量と転舵量のずれは、車両挙動が限界に近づくほど顕著になるため、走行安定性を確保するための制御では、実際の転舵量を把握することが重要となる。したがって、上記方法での転舵角加速度検出ができると有効となる。

ばね下の物理量センサ設置部で信号の中継を行う場合、ハブ１０２に設置する車輪速度センサの信号伝送距離が短くなる。ハブ１０２に実装する車輪速度センサは高温環境での動作が要求されているが、伝送距離を短くすると信号伝送部への負荷を減らすことができる。高温部の信号伝送負荷を減らすことができると、実装スペースの小形化、軽量化、低コスト化を図りやすくなる。

中継部で情報伝送機能を持たせると、必要となる心線数を少なくすることもできる。

以下、本発明の具体的な実施の形態を説明する。

図５に示した本発明の第一の実施形態による運動制御システムは、車両が前輪駆動式の場合における右前輪に加速度センサを取付けたものである。横方向加速度を検出するための加速度センサを内蔵した加速度センサヘッド１３１を、ショックアブソーバ１０５の下部側（スプリング１０７の下方に位置する）であって、加速度センサの検出軸が転舵軸Ｓと交わる位置に金具などで取付ける。加速度センサヘッド１３１に繋がるケーブル１３２はショックアブソーバ１０５の下部側に固定し、たるみを持たせてエンジンルーム境界壁１０６に固定し、エンジンルーム内の加速度信号処理回路（図示せず）に接続する。この実施形態では、ケーブル１３２の２箇所のケーブル固定部１３３に、車輪速度センサのケーブル１１４も一緒に固定している。

この加速度センサでは、車両の運動に伴い路面Ｈから反力を受けた際に生じる横方向加速度を検出することができる。ハンドル操作により車輪の転舵が行われても、転舵により発生する角加速度により発生する加速度は加速度検出軸に生じないため、転舵による影響を受けずに横方向加速度を検出することができる。

加速度センサヘッド１３１を他の車輪に取付ける場合も、上記説明と同様の方法で取付ければ良い。ただし、転舵を行わない車輪に対しては、転舵軸Ｓに関する制約は気にしなくて良い。

加速度センサヘッド１３１には、横方向加速度を検出する加速度センサ、前後方向加速度を検出する加速度センサ、上下方向加速度を検出する加速度センサのどれか１つ、あるいは、これらの任意の組み合わせを複合したものを用いることができる。

また、横方向、前後方向、上下方向の加速度を検出するために、これらの軸と角度を持った検出軸の加速度センサを単独、あるいは、組み合わせて使用しても良い。加速度センサの検出軸が垂直軸Ｖからずれている場合、重力加速度が既知であるため、水平方向等所定の角度の加速度を求めることができる。

また、加速度センサ以外の物理量センサ、例えば、角速度センサを使用しても良い。転舵軸Ｓ周りの角速度を測定する角速度センサを実装すると、転舵角速度を直接測定することができる。

本発明の第二の実施形態について図６を用いて説明する。本実施形態は、第一の実施形態で使用した１個の加速度センサヘッド（第一加速度センサヘッド）１３１に加え、第二の加速度センサを内蔵した第二加速度センサヘッド１４１を実装したものである。第二加速度センサヘッド１４１は、第一加速度センサ１３１を取付けたショックアブソーバ１０５の反対側に取付ける。第二加速度センサヘッド１４１の横方向の加速度検出のための加速度センサ検出軸を転舵軸Ｓと交わらないように、且つ第一加速度センサヘッド１３１の横方向加速度センサの検出軸と平行になるようにする。この取付け位置は転舵軸Ｓからずれた位置である。第一の加速度センサと第二の加速度センサの設置位置は近い方が、振動等の外乱が同じように影響するため差分処理で外乱の影響低減が行いやすく好ましい。

横方向や前後方向の加速度を検出するための第一の加速度センサ（第一加速度センサヘッド１３１）の検出軸と転舵軸Ｓが交わり、第二の加速度センサ（第二加速度センサヘッド１４１）の検出軸が第一の加速度センサの検出軸と平行かつ転舵軸Ｓと同一平面内で交わらないように設置したため、転舵による角加速度を分離して検出することができる。すなわち、転舵による角加速度による加速度を含む第二の加速度センサ出力から、転舵により発生する加速度を含まず、第二の加速度センサと検出軸が平行な第一の加速度センサの出力を差し引くことで、転舵による第二の加速度センサ検出軸上の加速度を求めることができる。第二の加速度センサ検出軸と転舵軸Ｓ間の距離を予め把握しておけば、転舵による角加速度を求めることができる。

第一加速度センサヘッド１３１と第二加速度センサヘッド１４１で検出軸を平行になるように設置する加速度センサは、横方向の加速度検出用でなくとも、水平面内（正確には転舵軸Ｓと直行する平面内）の加速度を検出するものであれば良い。

本発明の第三の実施形態について図７を用いて説明する。本実施形態では、第一の加速度センサヘッド１３１は、ナックル１０４の下側の転舵軸Ｓ上に設置されている。一方、第二の加速度センサ１４１は、転舵軸Ｓからはずれた位置に、検出軸が転舵軸Ｓと交わらないように設置されている。ただし、転舵による角加速度を把握しなくて良い場合は、第一加速度センサヘッド１３１のみ実装すれば良い。第一、第二の実施形態と比べると、第一加速度センサヘッド１３１の設置位置がブレーキロータ１１２に近いため、センサの使用環境温度が高くなる。また、路面Ｈにも近いためケーブルが路面上の物体に引っかかったりする可能性は高くなる。しかし、車両の構造設計によって、このような問題が生じない場合には図７のような配置も可能である。

本発明の第四の実施形態について図８を用いて説明する。本実施形態では、加速度センサヘッド１３１は車輪速度センサケーブルの固定部に設置されている。このように設置することで、加速度センサ固定のための部材を車輪速度センサケーブル固定用部材と共用でき、部材の低コスト、軽量化、および、組み立て工数の低減が図れる。

本発明の第五の実施形態について図９と図１０を用いて説明する。本実施形態では、第一加速度センサヘッド１３１と第二加速度センサヘッド１４１と車輪速度センサヘッド１１３を信号伝送用ケーブル１７１で接続した形態とした。車輪速度センサで使用する心線数をＮ０本、第一の加速度センサで使用する心線数をＮ１本、第二の加速度センサで使用する心線数をＮ２本としたとき、車輪速度センサヘッド１１３と第一加速度センサヘッド１３１間を接続するケーブルの心線数をＮ０本、第一加速度センサヘッド１３１と第二加速度センサヘッド１４１を接続するケーブルの心線数をＮ０＋Ｎ１本、第二加速度センサヘッド１４１からエンジンルーム内の電子回路に接続するケーブルの心線数をＮ０＋Ｎ１＋Ｎ２本となるようにし、中間のセンサヘッドでその先のセンサヘッドで使用する心線を中継するようにしたものである。このようにすると、ばね下でのケーブル本数を一連の１本とすることができ、ばね下のケーブル配線スペースを削減、ケーブルや固定冶具の質量や材料費低減ができる。また、３個のセンサヘッドを一連のケーブルで接続したハーネスとして予め製作することができるため、車両組み立て時の工数を低減することができる。センサヘッド部での心線の中継は、半田付けや溶接等によって行うことができる。

本発明の第六の実施形態例について図１１を用いて説明する。本実施形態では、加速度センサと車輪速度センサの素子として、ＳＰＩ規格のインタフェースを持つものを使用している。このＳＰＩ規格インタフェースでは、複数の素子を使用する場合に必要な心線数が、３＋センサ数＋Ｎ（電源線数）で良い。このため、使用する心線数を第五の実施形態よりも少なくできる。

本発明の第七の実施形態について図１２を用いて説明する。本実施形態では、中間のセンサヘッドに、その先のセンサ情報を多重化処理等により中継する中継回路を設けたものである。この場合、ケーブル２の心線数はケーブル１の心線数と同じにすることが可能である。

複数のセンサの信号（心線）中継方法としては、上記以外の方法もあるが、中継方法の得失を考慮して適宜選択可能である。

上記説明では、加速度センサヘッドを２個使用する場合について一連のケーブルで接続する例を説明したが、加速度センサヘッドを１個使用する場合は、加速度センサヘッドと車輪速度センサヘッド１１３を一連のケーブルで接続することで良い。また、センサヘッドが４個以上になる場合も同様に適用できる。

複数のセンサヘッドを一連のケーブルで接続する順番はどのようであっても良く、実装性を考慮した順番で接続することで良い。

上記実施形態では、ストラット式サスペンションを用いた車両に対して説明を行ったが、ダブルウイッシュボーン等他のサスペンション形式であっても、本発明を同様に適用できる。すなわち、車輪を車体に支持する部材に設けられたスプリングの下方に位置する領域に物理量センサを配置することで、上記実施形態と同様の効果を奏する。さらに、転舵軸と物理量センサの検出軸を基準にセンサの設置を行えば、同様に操作に伴う回転運動によって発生する角加速度の影響を受けないようにすることができる。

上記実施形態では、転舵による角加速度の影響を回避するために、加速度センサの検出軸を転舵軸と同一平面内で交差するように配置したが、同一平面内で厳密に交差していなくとも、転舵軸と加速度センサの検出軸の距離が近ければ、角加速度の影響は小さい（距離に比例）。転舵軸と検出軸の距離関係は車両設計上転舵角加速度の影響が支障のない範囲に収まれば、同一平面内で厳密に交差しなくても良い。

上記実施形態では、車両を対象として説明したが、周囲からの反力を受けて運動する移動体で、反力の影響を低減するためのダンパやスプリングを介したばね上とダンパやスプリングより反力発生側に近いばね下があるもの、あるいは、移動体の運動操作を行う際に運動操作に伴って角加速度が発生する機構のあるものであれば本発明は適用可能である。例えば、鉄道車両や移動ロボットに対しても本発明は適用可能である。

上記実施形態で説明した運動制御用センサを用いてコーナーリング時のアンダーステアやオーバーステアの抑制、スリップの抑制、横転防止等の車両の運動制御システムを構築できることはいうまでもない。

また、運動制御システムとしては、本発明に係る運動制御用センサシステムからの情報の他に、従来から使用されていた車輪速度センサの情報を併用できることはいうまでもない。すなわち、その他のセンサ、例えば、ばね上に設置した加速度センサ、角速度センサや、ハンドル操舵角度検出センサやトルクセンサ等の情報を併せて使用することで運動制御システムの機能向上を図ることができる。

また、本発明に係る運動制御用センサシステムに、従来から使用されている車輪速度センサ等を合わせた場合、センサ（ケーブル）の設置スペース、質量、材料、および、組み立て工数低減を行うことができる。

本発明により、路面からの応答に対して検出される信号遅れの少ない運動制御用センサを得ることが可能となる。

また、非回転部分にセンサを設置することにより、回転部分への電源供給や、回転部分からの情報伝送が行う必要が無い。

本発明の原理を説明するための運動制御システムの構成図である。 図２の運動制御システムの部分上面視図である。 転舵軸Ｓと検出軸との関係を示す説明図である。 ２軸センサを用いたときの転舵軸Ｓと検出軸との関係を示す説明図である。 本発明の第一の実施形態による運動制御システムの構成図である。 本発明の第二の実施形態による運動制御システムの構成図である。 本発明の第三の実施形態による運動制御システムの構成図である。 本発明の第四の実施形態による運動制御システムの構成図である。 本発明の第五の実施形態による運動制御システムの構成図である。 図９の運動制御システムの配線図である。 本発明の第六の実施形態による運動制御システムの配線図である。 本発明の第七の実施形態による運動制御システムの配線図である。 従来の運動制御システムの構成図である。 図１３の運動制御システムの部分上面視図である。

符号の説明

１０１ タイヤ
１０２ ハブ
１０３ ドライブシャフト
１０４ ナックル
１０５ ショックアブソーバ
１０６ 境界壁
１０７ スプリング
１０８ ロワーアーム
１０９ ボールジョイント
１１０ 車体側部品
１１１ タイロッド
１１２ ブレーキロータ
１１３ 車輪速度センサヘッド
１１４，１３２ ケーブル
１３１ 加速度センサヘッド（第一加速度センサヘッド）
１４１ 第二加速度センサヘッド

Claims (5)

1. 車両等の移動体において、
   移動体の車体側から車輪に至る過程において、上記車輪を上記車体に支持する部材に設けられたスプリングの下方に位置する領域であるばね下に、物理量センサを設置したことを特徴とする移動体の運動制御用センサシステム。
2. 上記物理量センサとして、上記移動体のばね下に働く加速度を検出する加速度センサを用い、
   該加速度センサは、該加速度センサの検出軸が上記移動体の操作軸に交わるように設置したことを特徴とする請求項１記載の移動体の運動制御用センサシステム。
3. 上記物理量センサとして、上記移動体のばね下に働く加速度を検出する第一の加速度センサと第二の加速度センサとを用い、
   上記第一の加速度センサは、該第一の加速度センサの検出軸が上記移動体の操作軸に交わるように設置し、
   上記第二の加速度センサは、該第二の加速度センサの検出軸が上記第一の加速度センサの検出軸と平行になりかつ上記移動体の操作軸に交わらないように設置したことを特徴とする請求項１記載の移動体の運動制御用センサシステム。
4. 上記移動体のばね下に複数の物理量センサを設置し、これら複数の物理量センサを一連のケーブルで接続したことを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の移動体の運動制御用センサシステム。
5. 請求項１〜４いずれかに記載の移動体の運動制御用センサシステムを使用したことを特徴とする移動体の運動制御システム。

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