JP2006349440A - アライメント状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両においてホイールアライメント状態の高精度検出を図る。
【解決手段】タイヤ力センサ１２により各タイヤに作用する前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙが検出される。当該車両が直進走行しており、かつ、この車両に駆動力および制動力が作用していないときに、アライメント状態判定部４１ｂでは、各タイヤについての、上記のタイヤ力センサにより検出された前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙの合力が、判定範囲の向きおよび大きさを有するか否かが判定される。この判定の結果、各タイヤについての上記合力のいずれかの向きまたは大きさが判定範囲にない場合、警報出力部１４から異常が報知される。
【選択図】図３

Description

本発明はアライメント状態検出装置に係り、特に、車両に搭載されるアライメント状態検出装置でのホイールアライメントの状態検出に関する。

経年劣化や過大な段差の通過などによるホイールアライメントに狂いの発生した状態の車両走行は、タイヤやサスペンションの劣化、また、旋回時等での限界性能の低下が懸念される。

これに対処するため、従来から、アライメントの状態を検出する装置が知られている。特許文献１に記載された、自動操舵する車両に搭載される車両用操舵装置は、その例である。この操舵装置によると、操舵制御による直進走行中、その操舵角が所定角度以上であり、かつ、自動操舵のためのコントローラが操舵アクチュエータに対し指示する操舵用制御トルクが、所定値以上でそれが所定時間継続すると、アライメントの状態が異常であることが警報出力される。
特開２００２−２７４４０３号公報

しかしながら、この車両用操舵装置は、自動操舵することが前提となっており、そのような制御を行わない車両でアライメントの異常を検出することができない。また、操舵角および操舵制御トルクからホイールアライメントの異常を検出するものであるから、各車輪についての微妙なアライメント状態を高精度に検出するのは困難である。例えば、各車輪がトーインされているとき、その適正さが失われていることを正確に検出することはできない。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的はホイールアライメント状態を高精度に検出することである。

また、本発明の別の目的は、このホイールアライメント状態の検出を、自動操舵しない車両においても、簡便な装置構成で実現することである。

かかる課題を解決するために、第１の発明は、車両のホイールアライメントの状態を検出するアライメント状態検出装置を提供する。このアライメント状態検出装置は、タイヤ力センサとアライメント状態判定部とを有している。タイヤ力センサにより各タイヤに作用する前後力および横力が検出される。車両が直進走行しており、かつ、この車両に駆動力および制動力が作用していない場合、アライメント状態判定部では、各タイヤについての、上記タイヤ力センサにより検出された前後力および横力の合力が、所定の第１の判定範囲外の向きまたは大きさを有するときに、車両のホイールアライメントの状態の判定が行われる。

この第１の発明においては、アライメント状態判定部による判定の結果、各タイヤについての上記合力のいずれかの向きまたは大きさが所定の第１の判定範囲外にあるときに、警報出力部に、アライメントの状態を報知させてもよい。

さらに、この発明においては、上記のアライメント状態判定部は、所定の第２の判定範囲（危険範囲）についてさらに次の判定を行い、その結果を記録する次の判定結果メモリを有することが好ましい。この第２の判定範囲は、上記第１の判定範囲を規定する外側の軌跡と、当該外側の軌跡と同心状の内側の軌跡とに挟まれた中空状の領域である。上述同様、当該車両が直進走行しており、かつ、当該車両に駆動力および制動力が作用していない場合に、アライメント状態判定部では、各タイヤについての、タイヤ力センサにより検出された前後力および横力の合力が、第２の判定範囲の向きおよび大きさを有するか否かが判定される。このアライメント状態判定部による判定の結果、各タイヤについての上記合力のいずれかの向きおよび大きさが第２の判定範囲にあるとき、判定結果メモリには各タイヤについての上記合力の向きおよび大きさが記憶される。

第２の発明は、第１の発明と同様、車両のホイールアライメントの状態を検出するアライメント状態検出装置を提供する。このアライメント状態検出装置は、同様に、各タイヤに作用する前後力および横力を検出するタイヤ力センサを有し、さらに、次の前後力値補正部とアライメント状態判定部とを有している。前後力値補正部では、タイヤ力センサによる前後力の検出値から、車両についての推定された駆動力および制動力による作用分を除くよう、この前後力の検出値が補正される。車両が直進走行している場合、アライメント状態判定部では、各タイヤについての、前後力値補正部により補正された前後力とタイヤ力センサにより検出された横力との合力が、所定の判定範囲外の向きまたは大きさを有するときに、車両のホイールアライメントの状態の判定が行われる。

第３の発明は、第１、第２の発明と同様に、車両のホイールアライメントの状態を検出するアライメント状態検出装置を提供する。本アライメント状態検出装置は、同様に、各タイヤに作用する前後力および横力を検出するタイヤ力センサを有し、さらに、第１滑り角推定部と第２滑り角算定部とトー角算出部とアライメント状態判定部とを有している。タイヤ力センサによる前後力および横力の検出値を用いて、第１滑り角推定部では、現に生じている滑り角である第１の滑り角が推定される。第２滑り角算定部では、各タイヤについてトー角が０であると仮定した際に車体の速度、横加速度、ヨー角速度および操舵角の車載センサ（状態量センサ）の検出値を用いて推定される滑り角である第２の滑り角が算定される。トー角算出部では、第１滑り角推定部により推定された第１の滑り角と第２滑り角算定部により算定された第２の滑り角とからトー角が算出される。車両が走行している場合、アライメント状態判定部では、トー角算出部により算出されたトー角が所定の判定範囲の大きさであるときに、この車両のホイールアライメントの状態の判定が行われる。

さらに、第４の発明は、第１〜第３の発明と同様、車両のホイールアライメントの状態を検出するアライメント状態検出装置である。このアライメント状態検出装置は、タイヤ力センサとキャンバ角推定部とアライメント状態判定部とを有している。タイヤ力センサにより各タイヤに作用する横力および上下力が検出される。キャンバ角推定部では、タイヤ力センサによる横力および上下力の検出値が用いられて、各タイヤについてのキャンバ角が推定される。アライメント状態判定部では、キャンバ角推定部により推定されたキャンバ角が所定の判定範囲外の大きさであるときに、車両のホイールアライメントの状態の判定が行われる。

本発明によると、車輪に作用する前後力、横力等が直接的に検出され、これらに基づいてホイールアライメントの状態が判定されるため、アライメント状態の検出精度が高められる。この構成には、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、トラクションコントロールシステム（ＴＣＳ）等に用いられるセンサ類を利用するため、その効果が、自動操舵制御しない車両においても、簡便な構成によって得られる。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係るアライメント状態検出装置１０が搭載された車両の説明図であり、図２は車輪５に作用する力の説明図である。また、図３はアライメント状態検出装置１０の主要な構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本車両は、四輪駆動車であり、前後左右の四輪が同時に駆動する。エンジン１の動力は、自動変速機２、センターデフ３ａ、フロントデフ３ｂ、リヤデフ３ｃ等を介して、前輪および後輪側の車軸４に伝達される。車軸４へのこの動力の伝達によって、車輪５に駆動トルクが付加され、各車輪５が駆動される。アライメント状態検出装置１０は、主に、マイクロコンピュータにより構成され、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等からなる。

各車輪５の近傍の車軸４内部には、タイヤ力センサ１２が設けられている。このタイヤ力センサ１２によって、タイヤに作用する前後力Ｆ_ｘ、横力Ｆ_ｙ、上下力Ｆ_ｚが検出される。図２に示すように、前後力Ｆ_ｘは、車輪５の外周を覆うタイヤの接地面に発生する摩擦力についての、車輪中心面に平行な方向（ｘ軸方向）への分力であり、横力Ｆ_ｙは、車輪中心面に直角な方向（ｙ軸方向）への分力である。上下力Ｆ_ｚは、鉛直方向（ｚ軸方向）に作用する垂直荷重である。

タイヤ力センサ１２は、それぞれ、ひずみゲージと、その出力される電気信号を処理して検出信号を生成する信号処理回路とからなる。各車軸４に生じる応力は、対応する各タイヤに作用する力に比例するため、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向のその応力を、車軸４に埋設されたひずみゲージで検出することにより、それぞれ、前後力Ｆ_ｘ、横力Ｆ_ｙ、上下力Ｆ_ｚが直接的に検出される。例えば、特開平０４−３３１３３６号公報、特開平１０−３１８８６２号公報には、タイヤ力センサ１２のより具体的な構成についての記載がある。本アライメント状態検出装置１０では、特に、前後力Ｆ_ｘ、横力Ｆ_ｙの検出値を用いる。

これらのタイヤ力センサ１２に加えて、車両内部には、状態量センサ１３（図３）が設けられている。状態量センサ１３によって、車速Ｖ、横加速度ａ_ｙ、ヨー角速度ωなど車両の状態を示す情報である車両状態量が検出され、また、操舵角θなどドライバの操作状態を示す情報である操作状態量が検出される。これら状態量センサ１３は、周知の車速センサ、横加速度センサ、ヨー角速度センサ、操舵角センサ等により構成し、また各種検出を複合的に行う１または２以上のセンサによって構成することができる。

さらに、このアライメント状態検出装置１０には、図示しないエンジン制御装置、変速制御装置、ブレーキ制御装置（いずれも主にマイクロコンピュータから構成される）がＬＡＮを介して接続されている。アライメント状態検出装置１０は、これら各制御装置から推定された車両の駆動トルク、ブレーキトルクなどのデータを受信する。

エンジン制御装置は、より詳細には、エンジン１（図１）をコントロールし、エンジンの回転数、スロットルバルブの開度、燃料噴射量、点火タイミング、水温、油温からエンジントルクを推定する。変速制御装置は、自動変速機２をコントロールし、エンジン制御装置からエンジントルクの推定値を受け取り、このエンジントルク推定値と、エンジンの回転数、各車輪の車輪速、変速段の位置、クラッチの締結力、トルクコンバータの滑り量などから、各車輪５に与えられる駆動トルク、またはタイヤ表面の駆動力を推定する。ブレーキ制御装置は、ブレーキペダルの操作量を検出し、各車輪の回転数を監視して各車輪５のブレーキトルク、またはタイヤ表面の制動力を推定する。

アライメント状態検出装置１０で実行されるアライメント状態検出処理プログラムには、図３に示すように、主に、走行状態判別部１１ａとアライメント状態判定部１１ｂとが含まれる。ここでは、特に、直進走行中に駆動力および制動力が作用していない状態、つまり慣性で車両が直進走行している状態（直進惰行時）で、前後力Ｆ_ｘ、横力Ｆ_ｙが検出されるため、アライメントの状態がより正確に把握されて、その異常をより精密に検出することができる。

走行状態判別部１１ａでは、状態量センサ１３で検出された車速Ｖ、横加速度ａ_ｙ、ヨー角速度ω、ならびに、変速制御装置から受信される駆動トルク、および、ブレーキ制御装置から受信されるブレーキトルクなどに基づいて、直進走行しているか否か、駆動力および制動力が作用しているか否かなどの車両の走行状態が判別される。

アライメント状態判定部１１ｂでは、当該車両が直進走行中で駆動力および制動力が作用していない場合（駆動トルクおよびブレーキトルクの推定値が０に近い場合）に、各タイヤについて、タイヤ力センサ１２により検出された前後力Ｆ_ｘと横力Ｆ_ｙとの合力Ｆ_ｘｙの所定時間の平均値が、判定範囲メモリ１１ｃに記憶されている判定範囲の向きおよび大きさを有するか否かが判定される。

ここで、各タイヤについてのこの合力Ｆ_ｘｙが判定範囲の向きまたは大きさを有していないと判定されれば、警報出力部１４から、接続された液晶モニタへの警告表示、スピーカからの警報告知等が行われ、ドライバに対しアライメントに異常があることが伝えられる。特に、この判定結果およびその合力Ｆ_ｘｙの大きさなどが判定範囲内にありながら危険範囲にあるときには、合力Ｆ_ｘｙが危険範囲にある旨、ならびに、この合力Ｆ_ｘｙの大きさおよび向きを示すデータが判定結果メモリ１１ｄに格納される。合力Ｆ_ｘｙについて所定時間の平均値を用いるのは、路面状況や車輪５に加えられるトルクの急激な変化に起因する誤診断を防ぐためである。

上述したアライメント状態検出装置１０の特徴は、タイヤ力センサ１２で検出された前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙに基づくアライメント状態の検出にある。以下、このアライメント状態検出処理の手順を詳細に説明する。図４はアライメント状態検出処理の手順を示すフローチャートであり、この処理は所定の時間間隔毎にマイクロコンピュータ１１によって実行される。図５は、ステップ４，５での判断に係る、合力Ｆ_ｘｙについての判定範囲および危険範囲の説明図である。

本状態検出処理においては、まず、状態量センサ１３（図１、図３）により検出された車速Ｖ、横加速度ａ_ｙ、ヨー角速度ωの値が入力され、また、変速制御装置、ブレーキ制御装置からそれぞれ駆動トルク、ブレーキトルク（または、駆動力、制動力）の値が受信される（ステップ１）。駆動トルク、ブレーキトルクがほぼ０であり、車速Ｖが０でなく、横加速度ａ_ｙとヨー角速度ωとがほぼ０であれば、駆動力および制動力が作用していないまま、直進走行しているものと判別される（ステップ２にてＹｅｓ、ステップ３にてＹｅｓ）。この判別結果はアライメントの状態を識別できる適切なタイミングであることを示しているから、これに続く処理として、各車輪についての、タイヤ力センサ１２により検出され前後力Ｆ_ｘと横力Ｆ_ｙが入力され（ステップ４）、各車輪についてのタイヤ力（ここでは前後力Ｆ_ｘと横力Ｆ_ｙとの合力Ｆ_ｘｙ）が、判定範囲メモリ１１ｃに予め記憶されている判定範囲内であるか、また危険範囲内であるかが判定される（ステップ５、ステップ６）。

図５に示すように、アライメントの状態が正常である場合には、前後の車輪５につき、いずれも、左右等しくトーインが維持されているはずである。つまり、各車輪５に働く前後力Ｆ_ｘと横力Ｆ_ｙとの合力Ｆ_ｘｙは、当然、車両内側やや後方への力となる。判定範囲Ａは、例えば楕円領域を構成し、その正常な合力Ｆ_ｘｙの向きおよび大きさの範囲を示すよう設定される。危険範囲ａは、最外側の軌跡を判定範囲Ａと共有する判定範囲Ａ内の領域であり、判定範囲Ａの最外側から内側に向かって（判定範囲ａを規定する外側の楕円からその重心に向かって）、同心状に、例えば８５％のところに危険範囲ａの最内側を規定する軌跡（危険範囲ａを規定する内側の楕円）が設定される。

図４の状態検出処理において、この合力Ｆ_ｘｙの所定時間の平均値が、正常であることを示す判定範囲にありながらも、その危険範囲に至っていれば（ステップ５にてＹｅｓ、ステップ６にてＹｅｓ）、これら判定結果と各車輪の合力Ｆ_ｘｙ（または、前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙ）の向きおよび大きさとが判定結果メモリ１１ｄ（図２）に保存される（ステップ７）。

合力Ｆ_ｘｙの平均値が判定範囲になければ（ステップ５にてＮｏ）、警報出力部１４からその旨がドライバに通知される（ステップ８）。例えば、液晶モニタにメッセージが表示され、またスピーカから警報が発せられる。合力が危険範囲にあるときと同様、各車輪のタイヤ力の値を判定結果メモリ１１ｄに記録することもできる。

以上のアライメント状態検出装置１０によると、直進走行中、駆動力および制動力が作用していない状態で、つまり、アライメントにより発生する力のみを計測しうる適正な状態で、各タイヤの前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙの合力Ｆ_ｘｙから、ホイールアライメントに異常があるか否かが判定される。各タイヤの前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙは、タイヤ力センサにより直接的に検出されており、信頼性の高い値となるため、高精度のアライメント状態の検出が達成される。この検出には、ＡＢＳ等に用いられるセンサ類が利用されるため、その高精度の状態検出という効果が、簡便な構成によって得られる。

また、アライメントに異常があるとき等には、適宜、各車輪についての合力Ｆ_ｘｙ（または、前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙ）を判定結果メモリ１１ｄへ記録させることができるため、整備工場等でその都度アライメントの診断を行う必要がなく、ホイールアライメントの調整を円滑に行うことができる。また、その異常が報知されたとき等、必要なときにのみ、アライメントの調整を行えばよくなるから、ドライバはその検査のための労力と費用とを節約することができる。

なお、本実施形態のアライメント状態検出装置１０では、状態量センサ１３（図３）により検出された横加速度ａ_ｙを用いて車両が直進しているか否かを判別したが、タイヤ力センサ１２で検出される各タイヤの横力Ｆ_ｙの合計値を用いてその判別を行ってもよい。

また、車両の走行状態の判別時にこの操舵角センサにより検出した操舵角θを用いて、走行状態をより正確に識別することができる。すなわち、この操舵角θ、横加速度ａ_y（または各タイヤについての横力Ｆ_yの合計値）およびヨー角速度ωがほぼ０であるときに限って、車両が直進していることを判別することができる。また、ヨー角速度ωと横加速度ａ_y等とが０であり、かつ、操舵角θが０に近い値をとらないときに、アライメントが異常であることを報知させることもできる。

さらに、上記のアライメント状態検出装置１０において、操舵角θに応じて異なる合力Ｆ_xyの判定範囲を設定して判定範囲メモリ１１ｃに記憶させておき、検出された操舵角θに基づいて記憶された判定範囲を読み出し、これに基づいてアライメント状態の判定を行ってもよい。

上記のアライメント状態検出装置１０では、特に楕円領域である判定範囲Ａ（図５）を想定し、各車輪５につき前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙの合力Ｆ_ｘｙがその判定範囲Ａにあるか否かによって、アライメントの状態が適正であるか否かを判定したが、判定範囲Ａを円形領域、矩形領域、ひし形領域等としてもよい。また、より簡素な条件として、左右輪の前後力、横力がほぼ等しく、かつ、（トーインであれば）合力Ｆ_ｘｙが内側を向いている等の条件を設定し、この条件が満たされるか否かによって、アライメント状態が適正であるか否かを判定してもよい。

さらに、上記のアライメント状態検出装置１０では、各車輪５についての合力Ｆ_ｘｙが判定範囲Ａの内部にあるか否かを判定したが、前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙのそれぞれに対して個別の判定範囲を設定し、前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙのそれぞれが、対応する判定範囲にあるか否かを判定してもよい。

車高調整式サスペンションを備えた車両では、対角輪（左前輪と右後輪、および、右前輪と左後輪）の荷重が偏らないように、車高を調整する必要がある。このような車両について、上述のアライメント状態検出装置１０と同様の装置によって、各車輪についての上下力Ｆ_ｘｙを検出し、その値の対角輪での配分から荷重の偏りを判定させ、異常時に表示、記録等をさせることができる。

（第２の実施形態）
図６は第２の実施形態に係るアライメント状態検出装置２０の主な構成を示すブロック図である。ここでは、第１の実施形態に係るアライメント状態検出装置１０（図２）と同様の機能を有する部分につき同様の符号を付している。本実施形態のアライメント状態検出装置２０は、主として、前後力値補正部２１ｅを有する点で、上述のアライメント状態検出装置１０とは異なるが、これらに関わらない他の各部の構成、動作等については、以下の説明を除きアライメント状態検出装置１０に準ずる。

前後力値補正部２１ｅでは、変速制御装置、ブレーキ制御装置等においてそれぞれ推定された、各車輪についての駆動トルク、ブレーキトルクから、各車輪（タイヤ）についての駆動力および制動力が推定される。それとともに、これら推定された駆動力および制動力から、タイヤ力センサ２２にて検出された、各車輪についての前後力Ｆ_ｘが補正される。アライメント状態判定部２１ｂでは、各車輪についての、補正された前後力Ｆ_ｘ’と横力Ｆ_ｙとの合力が判定範囲Ａ、危険範囲ａ（図５）にあるか否かが判定される。

本実施形態のアライメント状態検出装置２０においても、第１の実施形態のアライメント状態検出装置１０と同様に、車両が直進走行している場合に、アライメントの状態が異常であるか否かが検出される。また、アライメント状態検出装置１０とは異なり、駆動力および制動力が作用している場合に、アライメントの異常を検出することができる。

本アライメント状態検出装置２０でも、タイヤ力センサにより各タイヤの前後力Ｆ_ｘおよび横力Ｆ_ｙが直接的に検出される。この横力Ｆ_ｙと、推定された駆動力および制動力による作用分が除かれるように、前後力Ｆ_ｘが補正されたＦ_ｘ’との合力が、アライメント状態を代表する値として、その状態検出の対象とされる。したがって、ここでの補正が適切に行われる限り、高精度のアライメント状態の検出が可能になる。

(第３の実施形態）
図７は第３の実施形態に係るアライメント状態検出装置３０の主な構成を示すブロック図であり、図８はアライメント状態判定の対象とするトー角Ｔの算出に用いる滑り角β_ｆと滑り角β_ｍを示す図である。ここでも、第１の実施形態に係るアライメント状態検出装置１０と同様の機能を有する部分に同様の符号を付している。

アライメント状態検出装置３０は、主として、滑り角β_ｆ推定部３１ｅと滑り角β_ｍ算定部３１ｆとトー角算出部３１ｇとを有する点で、第１の実施形態のアライメント状態検出装置１０とは異なるが、これらに関わらない他の各部の構成、動作等については、以下の説明を除いてアライメント状態検出装置１０に準ずる。上述のアライメント状態検出装置１０、２０では、車両が直進走行している際にアライメント状態が検出されるが、本実施形態のアライメント状態検出装置３０では、車両の旋回走行中にもアライメント状態の検出を行うことができる。

滑り角β_ｆ推定部３１ｅでは、タイヤ力センサ３２により検出された、各車輪についての前後力Ｆ_ｘ、横力Ｆ_ｙ、上下力Ｆ_ｚに基づいて、滑り角β_ｆが推定される。すなわち、この滑り角β_ｆは、これらタイヤ力との対応付けが予め記憶されたテーブルを用いることにより、また、Ｆｉａｌａのモデルやマジックフォーミュラなどのタイヤモデルに、状態量センサ３３で検出された操舵角θを加味して適宜計算することにより、タイヤ力の検出値から推定される。

また、滑り角β_ｍ算定部３１ｆでは、状態量センサ３３で検出された車速Ｖ、横加速度ａ_ｙ、ヨー角速度ωから次の数式１により、車体滑り角βについて、Δβ／Δｔが求められ、さらにその時間についての積分値βと、状態量センサ３３で検出された操舵角θとを用いて各輪の滑り角β_ｍが算定される。特に上記の横加速度ａ_ｙについては、所定のロール角センサを用いてロール角を検出し、この検出値を用いて横加速度ａ_ｙの検出値を補正することによって、滑り角β_ｍの精度を上げることが可能である。

トー角Ｔ算出部３１ｇでは、滑り角β_ｆと滑り角β_ｍとからトー角Ｔが算出される。すなわち、滑り角β_ｆはタイヤに作用する力から求められており正確な値であり、また、滑り角β_ｍはトー角Ｔが０であると仮定したときのタイヤの滑り角を示す。滑り角β_ｆ，β_ｍおよびトー角Ｔの間には図８のような関係があるから、トー角Ｔを次の数式２により求めることができる。

アライメント状態判定部３１ｂでは、トー角Ｔが、判定範囲メモリ３１ｃに予め記憶された判定範囲の大きさ（通常内向きに０〜２°程度）を有するか否か、また危険範囲の大きさとなっているか否かが判定される。トー角Ｔが判定範囲外であれば、警報出力部３４からドライバへの報知等が行われ、また危険範囲内であれば、判定結果メモリ３１ｄに各車輪についてのトー角Ｔが記録される。

本実施形態のアライメント状態検出装置３０では、各車輪のトー角Ｔが判定範囲内にあるか否かが判定されるが、判定範囲内であっても４つのタイヤのトー角Ｔが同じ向きにずれていることを検出して異常を検出することができる。すなわち、各車輪についての前後力Ｆ_ｘと横力Ｆ_ｙを総計したタイヤ力のベクトルと、前後左右の加速度センサによる車両の加速度のベクトルを比較する。この２つのベクトルのなす角が、常にある一定の角度でずれている場合には、４つの車輪のトー角が同じ向きにずれていると考えられるから、調整が必要なものとして、警報等を出力させる。

また、ここでは上下力Ｆ_ｚがタイヤ力センサ３２により検出されることを想定したが、この上下力Ｆ_ｚが不明である場合には、前後左右の加速度を検出して、これら検出された加速度から推定してもよい。前後力Ｆ_ｘをタイヤ力センサ３２により直接検出することなく、ブレーキトルク、エンジントルク、駆動トルク等から推定してもよい。

滑り角β_ｆ、滑り角β_ｍの推定に際し、コンプライアンスステア（サスペンションの前後力、横力によるタイヤ角の微小な変化）、サスペンションジオメトリ（サスペンションのストロークによるタイヤ角の変化）を考慮することにより、より高い精度でのアライメント状態の検出が可能になる。また、推定値が定常値に近い状態（前後力Ｆ_ｘ≒０、垂直荷重≒車両の静止荷重）で、これら推定を行うことが精度上望ましい。

以上のようなトー角の推定に基づくアライメントの状態検出では、タイヤに作用する前後力、横力等が直接的に検出されており、これらに基づいてトー角の異常が検出されるため、その異常検出の精度が高いといえる。

（第４の実施形態）
図９は第４の実施形態に係るアライメント状態検出装置４０の主な構成を示すブロック図であり、図１０はタイヤに作用する力を説明するための図である。第１の実施形態に係るアライメント状態検出装置１０と同様の機能を有する部分に同様の符号を付している。アライメント状態検出装置４０は、主として、キャンバ角Ｃ推定部４１ｅを有する点で、第１の実施形態のアライメント状態検出装置１０とは異なるが、これら以外については、以下の説明を除いてアライメント状態検出装置１０に準ずる。

滑り角βが微小であり、横力Ｆ_ｙが滑り角βにほぼ比例することを仮定できるとき、タイヤの特性から定まるその比例定数であるＣＰ（コーナリングパワー）を用いて、横力Ｆ_ｙ、上下力Ｆ_ｚ、キャンバ角Ｃおよび滑り角の間には、次の数式３に示す関係がある。キャンバ角Ｃ推定部４１ｅでは、タイヤ力センサ４２で検出された横力Ｆ_ｙ、上下力Ｆ_ｚ、ＣＰ、滑り角β（上述のようにして推定されたβ_ｆ，β_ｍを用いることができる）を、数式３を変形した数式４に代入してキャンバ角Ｃを推定する。

特に、静止状態や直進状態では、図１０（ａ）の正面図のように、１つの（左）タイヤについて垂直荷重Ｇとその反力Ｆ_zが釣り合っている。反力（上下力）Ｆ_zは、タイヤの垂直力Ｆ_z’と横力Ｆ_ｙに分解することができ、数式５が成り立つものとしてキャンバ角Ｃを推定することができる。

さらに、セルフアライニングトルクＳＡＴ（またはタイヤに働く垂直軸周りのトルク）を検出することができる場合には、これを次のように用いて、キャンバ角の推定を行うことができる。すなわち、滑り角βによって発生する力はタイヤの中心より後ろ側にずれたところで作用し、図１０（ｂ）の上面図のようにニューマチックトレールＰＴが存在する。これによってタイヤを真っ直ぐに戻そうとＳＡＴが大きくなる（ＳＡＴ≒（キャスタートレール＋ＰＴ）×横力）が、キャンバ角Ｃを有することにより発生する横力Ｆ_ｙｃは、タイヤの中心に働くため、ＳＡＴへの寄与が相対的に小さい（ＳＡＴ≒キャスタートレール×横力）。このため、車両が走行中にＳＡＴが０のときには、滑り角βはほぼ０となるはずである。ＳＡＴが比較的小さい状態でありながら横力が発生していれば、この横力はタイヤの対地キャンバによるものと推定でき、このとき、数式６が成り立つものとしてキャンバ角を求めることができる。

これらのキャンバ角Ｃは±２°程度に設定されることが多く、これらを判定範囲等として判定範囲メモリ４１ｃに予め記憶させておく。アライメント状態判定部４１ｂでは、上述の数式４〜６のようにして推定されたキャンバ角Ｃが判定範囲にないこと等が検出された場合に、ドライバに報知等がされる。

以上のようなキャンバ角の推定に基づくアライメントの状態検出では、タイヤに作用する上下力、横力が直接的に検出されており、これらに基づいてキャンバ角の異常が検出されるため、その異常検出の精度が高い。

アライメント状態検出装置３０，４０では、それぞれ、トー角、キャンバ角の異常を検出したが、他に、キャスター角、キングピン傾角等のアライメントの状態を代表する要素の値を検出または推定して、その異常を判定することができる。

第１の実施形態に係るアライメント状態検出装置１０が適用された車両の説明図 タイヤに作用する力の説明図 アライメント状態検出装置１０の主な構成を示すブロック図 アライメント状態検出装置１０での制御手順を示すフローチャート 前後力と横力との合力に関する判定範囲、危険範囲の説明図 第２の実施形態に係るアライメント状態検出装置２０のブロック図 第３の実施形態に係るアライメント状態検出装置３０のブロック図 トー角を説明するためのタイヤの上面図 第４の実施形態に係るアライメント状態検出装置４０のブロック図 作用する力を説明するためのタイヤの正面図と上面図

符号の説明

１ エンジン
２ 自動変速機
３ａ センターデフ
３ｂ フロントデフ
３ｃ リヤデフ
４ 車軸
５ タイヤ
１０，２０，３０，４０ アライメント状態検出装置
１１，２１，３１，４１ マイクロコンピュータ
１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ 走行状態判別部
１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ アライメント状態判定部
１１ｃ，２１ｃ，３１ｃ，４１ｃ 判定範囲メモリ
１１ｄ，２１ｄ，３１ｄ，４１ｄ 判定結果メモリ
１２，２２，３２，４２ タイヤ力センサ
１３，２３，３３，４３ 状態量センサ
１４，２４，３４，４４ 警報出力部
２１ｅ 前後力値補正部
３１ｅ 滑り角β_f推定部
３１ｆ 滑り角β_m算定部
３１ｇ トー角Ｔ算出部
４１ｅ キャンバ角Ｃ推定部

Claims (6)

1. 車両のホイールアライメントの状態を検出するアライメント状態検出装置において、
   各タイヤに作用する前後力および横力を検出するタイヤ力センサと、
   前記車両が直進走行しており、かつ、前記車両に駆動力および制動力が作用していない場合、各タイヤについての、前記タイヤ力センサにより検出された前後力および横力の合力が、所定の第１の判定範囲外の向きまたは大きさを有するときに、前記車両のホイールアライメントの状態の判定を行うアライメント状態判定部と
   を有することを特徴とするアライメント状態検出装置。
2. 前記アライメント状態判定部による判定の結果、各タイヤについての前記合力のいずれかの向きまたは大きさが前記第１の判定範囲外にあるときに、アライメントの状態を報知する警報出力部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載されたアライメント状態検出装置。
3. 前記アライメント状態判定部は、前記車両が直進走行しており、かつ、前記車両に駆動力および制動力が作用していない場合に、各タイヤについての、前記タイヤ力センサにより検出された前後力および横力の合力が、所定の第２の判定範囲の向きおよび大きさを有するか否かを判定し、
   前記第２の判定範囲は、前記第１の判定範囲を規定する外側の軌跡と、当該外側の軌跡と同心状の内側の軌跡とに挟まれた中空状の領域であり、
   前記アライメント状態判定部による判定の結果、各タイヤについての前記合力のいずれかの向きおよび大きさが前記第２の判定範囲にあるときに、各タイヤについての前記合力の向きおよび大きさを記憶する判定結果メモリをさらに有することを特徴とする請求項２に記載されたアライメント状態検出装置。
4. 車両のホイールアライメントの状態を検出するアライメント状態検出装置において、
   各タイヤに作用する前後力および横力を検出するタイヤ力センサと、
   前記タイヤ力センサによる前後力の検出値から、推定された前記車両についての駆動力および制動力による作用分を除くよう、前記前後力の検出値を補正する前後力値補正部と、
   前記車両が直進走行している場合、各タイヤについての、前記前後力値補正部により補正された前後力と前記タイヤ力センサにより検出された横力との合力が、所定の判定範囲外の向きまたは大きさを有するときに、前記車両のホイールアライメントの状態の判定を行うアライメント状態判定部と
   を有することを特徴とするアライメント状態検出装置。
5. 車両のホイールアライメントの状態を検出するアライメント状態検出装置において、
   各タイヤに作用する前後力および横力を検出するタイヤ力センサと、
   前記タイヤ力センサによる前後力および横力の検出値を用いて、現に生じている滑り角である第１の滑り角を推定する第１滑り角推定部と、
   各タイヤについてトー角が０であると仮定した際に車体の速度、横加速度、ヨー角速度および操舵角の車載センサの検出値を用いて推定される滑り角である第２の滑り角を算定する第２滑り角算定部と、
   前記第１滑り角推定部により推定された第１の滑り角と前記第２滑り角算定部により算定された第２の滑り角とからトー角を算出するトー角算出部と、
   前記車両が走行している場合、前記トー角算出部により算出されたトー角が所定の判定範囲外の大きさであるときに、前記車両のホイールアライメントの状態の判定を行うアライメント状態判定部と
   を有することを特徴とするアライメント状態検出装置。
6. 車両のホイールアライメントの状態を検出するアライメント状態検出装置において、
   各タイヤに作用する横力および上下力を検出するタイヤ力センサと、
   前記タイヤ力センサによる横力および上下力の検出値を用いて、各タイヤについてのキャンバ角を推定するキャンバ角推定部と、
   前記キャンバ角推定部により推定されたキャンバ角が所定の判定範囲外の大きさであるときに、前記車両のホイールアライメントの状態の判定を行うアライメント状態判定部と
   を有することを特徴とするアライメント状態検出装置。

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