JP2008018862A - ドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ドライブシャフトに作用する軸トルクの正確な測定が可能で、ドライブシャフトの軽量化に貢献できると共に、路面−タイヤ間の作用力を推定できる軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置を提供する。
【解決手段】 この軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置は、軸トルク演算手段６、制動力演算手段９、および、路面とタイヤ間の作用力を推定する作用力演算手段１０を備える。ドライブシャフトの両端の等速ジョイントの外輪に、それぞれ第１および第２のセンサーターゲット１，２を取付ける。これら各センサーターゲット１，２に対向して、回転パルス信号を出力する第１および第２のセンサ３，４を設ける。前記軸トルク演算手段６は、両センサ３，４により検出した回転パルス信号から、ドライブシャフト１１に生じたねじれに対応する回転パルス信号の位相差を演算処理して軸トルクを求める。前記作用力演算手段１０は、ブレーキの制動力、および軸トルク演算手段６で求めた軸トルクから、路面とタイヤ間の作用力を推定する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動車のエンジンの動力を車輪に伝達する役目を持つドライブシャフトにおいて、その軸トルクと、路面とタイヤ間の作用力とを測定するドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置に関する。

独立懸架方式のサスペンションを採用する自動車のドライブシャフトでは、サスペンションの動きに追随しながら駆動力を伝達する必要がある。このため、ドライブシャフトの一端は等速ジョイントを介してディファレンシャルに連結され、他端は等速ジョイントを介して車軸（アクスル）に連結される。このようにして、ドライブシャフトはエンジンの動力を車輪まで伝える駆動系統に組み込まれ、エンジンの動力は最終的にドライブシャフトによって車輪に伝えられる。

また、最近の自動車はあらゆる部分に電子制御技術が導入されており、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）、ノンスリップデフ（ＬＳＤ）などの走行制御では、車輪速信号が利用されている。このために、通常、ドライブシャフトのアウトボード側（アクスル側）にＡＢＳ制御用のパルサーリングが設けられ、車輪の回転に伴い歯車状のパルサーリングが回転すると、パルサーリングに近接して車体側に設置された電磁ピックアップに車輪回転数に比例した周波数のパルスが発生するようになっている。

例えば特許文献１には、両端に等速ジョイントを連結した自動車のドライブシャフトにおいて、インボード側およびアウトボード側のそれぞれの等速ジョイントの外輪にパルサーリングを取付け、これらパルサーリングによって発生する回転信号を検出し、ドライブシャフトに生じたねじれに対応する回転信号の位相差を演算処理して軸トルクを求めるドライブシャフトの軸トルク測定方法が示されている。
また、同特許文献には、求めた軸トルク信号に基づいてエンジンの出力を制御することにより過大トルクの発生を防止し、この過大トルクの発生防止によって、ドライブシャフトの軸径および等速ジョイントのサイズダウンによる軽量化を図ることが開示されている。
特開平７−６３６２８号公報

自動車に使用されるドライブシャフトの等速ジョイントには、自動車の急発進や急加速時等において過大トルクが発生しても、これに十分耐えられる強度が要求される。そのため、ジョイント軸径やジョイント外径は大きくなり、重量も重くならざるを得ない。
一方、自動車の燃費改善には車体の軽量化が非常に効果的であり、このためドライブシャフトも軽量化の必要にせまられている。ドライブシャフトの軽量化を図るには、ドライブシャフトに作用する軸トルクを正確に測定し、上記した特許文献１に開示されるように、求めた軸トルクでエンジン出力を制御し、過大トルクの発生を防止することが効果的である。
また、低μ（摩擦係数）路での走行では、タイヤのスリップが発生しやすいが、タイヤ進行方向における路面−タイヤ間作用力を測定できれば、この測定データを利用した車体制御により、タイヤスリップを事前に防止することもできる。そのため、この路面−タイヤ間作用力を測定する方法の確立についても望まれている。

この発明の目的は、ドライブシャフトに作用する軸トルクの正確な測定が可能でドライブシャフトの軽量化に貢献できると共に、路面−タイヤ間の作用力を推定できるドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置を提供することである。

この発明のドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置は、両端で等速ジョイント（１２），（１３）を介して自動車の駆動系統に接続されるドライブシャフト（１１）の各等速ジョイント（１２），（１３）の外輪（１２ａ），（１３ａ）にそれぞれ取付けられた第１および第２のセンサーターゲット（１），（２）と、これら各センサーターゲット（１），（２）に対向して設けられて、対向するセンサーターゲット（１），（２）の検出により発生する回転パルス信号を出力する第１および第２のセンサ（３），（４）と、これら第１および第２のセンサ（３），（４）により検出した回転パルス信号から、ドライブシャフト（１１）に生じたねじれに対応する回転信号の位相差を演算処理して軸トルクを求める軸トルク演算手段（６）と、ブレーキロータとブレーキパット間の押付力を測定する押付力測定手段（７）と、この押付力測定手段（７）の出力する押付力からブレーキの制動力を求める制動力演算手段（９）と、この制動力演算手段（９）で求めた制動力、および前記軸トルク演算手段（６）で求めた軸トルクから、路面とタイヤ間の作用力を推定する作用力演算手段（１０）とを備える。
この構成によると、軸トルク演算手段（６）で求めた軸トルク信号に基づいてエンジンの出力を制御し、過大トルクの発生を防止することにより、ドライブシャフト（１１）の軸および等速ジョイント（１２），（１３）のサイズダウンを実現でき、車両の軽量化に貢献できる。この軽量化により、自動車の燃費が向上する。
また、自動車のブレーキング時には、タイヤホイールとハブ輪フランジ面間に設けられたブレーキロータと、ハブを固定する懸架装置であるナックルに設置されているブレーキキャリパに設けられたブレーキパットとの摩擦力によって、タイヤホイールとブレーキパットの間でトルクが発生する。そのため、ドライブシャフト（１１）の軸トルクを検出するだけでは、タイヤ進行方向における路面とタイヤ間の作用力を測定できない。
しかし、この発明では、ブレーキロータとブレーキパット間の押付力を測定する押付力測定手段（７）を設け、その測定した押付力からブレーキの制動力を求める制動力演算手段（９）を設けており、作用力演算手段（１０）は、上記のように求められる制動力と軸トルク演算手段（６）で求めた軸トルクを組み合わせることで、路面とタイヤ間の作用力を推定するため、より正確なタイヤ進行方向における路面−タイヤ間作用力を推定することができる。
その結果、ドライブシャフト（１１）に作用する軸トルクの正確な測定が可能で、ドライブシャフトの軽量化に貢献できると共に、路面−タイヤ間の作用力を推定することができる。

この発明において、前記押付力測定手段（７）が、前記ブレーキロータとブレーキパット間の押付力をブレーキ液の液圧から求めるものであっても良い。この押付力測定手段（７）、前記ブレーキロータとブレーキパット間の押付力をブレーキキャリパの変形から求めるものであっても良い。

この発明の自動車の走行制御方法は、この発明のドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置によって求めた路面とタイヤ間の作用力の信号を、車両走行制御に用いることを特徴とする。
自動車のブレーキング時には、ブレーキロータとブレーキパットとの摩擦力によって、タイヤホイールとブレーキパットの間でトルクが発生し、低μ路での走行ではタイヤのスリップが発生し易い。この発明のドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置によって求めた路面とタイヤ間の作用力の信号を、車両走行制御に用いると、より正確なタイヤ進行方向における路面−タイヤ間の作用力を推定して把握でき、車体制御によって低μ路での走行におけるブレーキング時のタイヤスリップを事前に防止できる。

この発明のドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置は、両端で等速ジョイントを介して自動車の駆動系統に接続されるドライブシャフトの各等速ジョイントの外輪にそれぞれ取付けられた第１および第２のセンサーターゲットと、これら各センサーターゲットに対向して設けられて、対向するセンサーターゲットの検出により発生する回転パルス信号を出力する第１および第２のセンサと、これら第１および第２のセンサにより検出した回転パルス信号から、ドライブシャフトに生じたねじれに対応する回転信号の位相差を演算処理して軸トルクを求める軸トルク演算手段と、ブレーキロータとブレーキパット間の押付力を測定する押付力測定手段と、この押付力測定手段の出力する押付力からブレーキロータとブレーキパット間の摩擦力を求めてブレーキの制動力を求める制動力演算手段と、この制動力演算手段で求めた制動力、および前記軸トルク演算手段で求めた軸トルクから、路面とタイヤ間の作用力を推定する作用力演算手段とを備えるため、ドライブシャフトに作用する軸トルクの正確な測定が可能でドライブシャフトの軽量化に貢献できると共に、路面−タイヤ間の作用力を推定できる。
この発明の自動車の走行制御方法は、この発明のドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置によって求めた路面とタイヤ間の作用力の信号を、車両走行制御に用いることとしたため、低μ路での走行におけるブレーキング時のタイヤスリップを事前に防止することができる。

この発明の一実施形態を図１ないし図５と共に説明する。図２に示すように、ドライブシャフト１１は、中間軸１１ａの両端に等速ジョイント１２，１３を設けたものであり、各等速ジョイント１２，１３を介して自動車の駆動系統に接続される。ドライブシャフト１１のアウトボード側端（同図の左側）は、等速ジョイント１２を介して図示しない車軸に連結され、インボード側端（同図の右側）は、等速ジョイント１３を介して図示しないディファレンシャルに連結される。ディファレンシャルからプロペラシャフトを介してエンジンに接続される。

このドライブシャフト１１の両端の等速ジョイント１２，１３に、回転検出用のセンサーターゲット１，２が取付けられ、これらセンサーターゲット１，２と対向してセンサ３，４が設けられる。すなわち、アウトボード側の等速ジョイント１２の外輪１２ａに第１のセンサーターゲット１が取付けられ、インボード側の等速ジョイント１３の外輪１３ａに第２のセンサーターゲット２が取付けられる。これらセンサーターゲット１，２には、例えば歯車状のパルサーリング、またはリング状の磁気エンコーダが用いられる。
各センサ３，４は、対向するセンサーターゲット１，２の検出により、図３のように回転に比例した周波数の回転パルス信号を出力するものである。これらセンサ３，４は、対向するセンサーターゲット１，２に近接した車体側の各位置にそれぞれ設置される。

図１は、この実施形態のドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置の概略構成をブロック図で示したものである。この測定装置は、前記第１および第２のセンサーターゲット１，２と、これら各センサーターゲット１，２に対向して設けられた第１および第２のセンサ３，４と、第１のセンサ３により検出した回転パルス信号から、ＡＢＳ制御用の信号を演算して出力するＡＢＳ信号演算手段５と、第１および第２のセンサ３，４により検出した２つの回転パルス信号から、ドライブシャフト１１の軸トルクを求める軸トルク演算手段６とを備える。

また、この軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置は、ブレーキ４０（図４）の押付力を測定する押付力測定手段７を有し、その測定した押付力からブレーキ４０の制動力を求める制動力演算手段９を備える。この制動力演算手段９で求めた制動力と前記軸トルク演算手段６で求めた軸トルクとから、路面とタイヤ間の作用力を推定する作用力演算手段１０を備える。

軸トルク演算手段６は、次のように軸トルクを求める。自動車の急発進、急加速時においては、駆動系統の中でクラッチ部を除く最も剛性の低いドライブシャフト１１にねじれが生じる。詳しくは、ドライブシャフト１１の中間軸１１ａにねじれが生じる。軸トルク演算手段６は、このねじれに対応して前記センサ３，４からの回転パルス信号の間に生じる位相差を演算処理し、軸トルクを求める。
すなわち、軸トルクが発生していない場合はドライブシャフト１１の両端間にねじれはなく、インボード側のセンサ４が検出する回転パルス信号（図３（Ａ））と、アウトボード側のセンサ３が検出する回転パルス信号（図３（Ｂ））とは位相が合っている。しかし、軸トルクが発生すると、ドライブシャフト１１の両端間にねじれが生じるため、インボード側のセンサーターゲット２を検出する第２のセンサ４からの回転パルス信号（図３（Ａ））よりも、アウトボード側のセンサーターゲット１を検出する第１のセンサ３からの回転パルス信号が図３（Ｃ）のように遅れるため、両回転パルス信号間に位相差ｔ’が生じる。軸トルク演算手段６は、この位相差ｔ’に基づいて軸トルクＴを以下のように演算する。
周期ｔ，位相差ｔ’の区間でのクロックカウント数をｎ，ｎ’、クロックをａとすると、ｔ＝ｎａ，ｔ’＝ｎ’ａであるから、軸トルクＴは、
Ｔ≒Ｊｋ・２πｎ’／ｎ
として求められる。ここで、Ｊは慣性モーメント、ｋは剛性係数である。
なお、第１のセンサ３からの回転パルス信号はＡＢＳ信号演算手段５にも入力され、ＡＢＳ演算手段５で演算されてＡＢＳ制御用の信号として出力される。

図４に示すように、ブレーキ４０は、ブレーキキャリパ２１内に設けられた一対のブレーキパッド１５，１５でブレーキロータ１６を挟み付けることにより制動力を作用させる。ブレーキロータ１６は、タイヤホイールとハブ輪フランジ面（いずれも図示せず）間に設けられる。前記タイヤホイールは、前記等速ジョイント１２で駆動されるタイヤホイールである。ブレーキキャリパ２１には、懸架装置のナックル２０に設置されている。
ブレーキキャリパ２１内は、ブレーキ液の液圧でピストン１４を進退自在に収容したシリンダ室が設けられ、ブレーキパッド１５，１５は、ピストン１４に取付けられている。ブレーキキャリパ２１内のシリンダ室には、ブレーキペダル１７の踏力をブレーキ液の液圧に片端するマスタシリンダ１８から、ブレーキパイプ（あるいはブレーキホース）１９を介してブレーキ液の液圧が与えられる。

図１の押付力測定手段７は、図４のブレーキロータ１６とブレーキパッド１５，１５間の押付力を測定する手段であり、この実施形態では、押付力測定手段７は、上記押付力をブレーキ液の液圧によって測定する液圧計からなる。この液圧計からなる押付力測定手段７は、マスタシリンダ１８からブレーキパイプ１９を介してブレーキキャリパ２１内に至るブレーキ液の経路における任意箇所に設けられる。この場合に、予め実験やシュミレーションにより、ブレーキ液の液圧と前記押付力との関係を求めておくことにより、液圧から押付力を検出するようにしても良い。

押付力測定手段７として、液圧計を用いる代わりに、図５のようにブレーキキャリパ２１に取付けられた歪みセンサからなる押付力測定手段７Ａを用いても良い。この場合、ブレーキロータ１６とブレーキパット１５の間に働く押付力により生じるブレーキキャリパ２１の変形が、上記歪みセンサからなる押付力測定手段７Ａで測定され、その変形量から押付力が求められる。この場合、測定する変形の方向は、ブレーキパット１５がブレーキロータ１６に押し付けられる方向とする。また、予め実験やシュミレーションにより、ブレーキキャリパ２１の変形と前記押付力との関係を求めておくことにより、押付力を検出するようにしても良い。

制動力演算手段９は、押付力測定手段７（７Ａ）で測定された押付力からブレーキロータ１６とブレーキパット１５間の摩擦力を求めてブレーキ４０の制動力を求める手段である。押付力測定手段７（７Ａ）で測定された押付力は、タイヤホイール（図示せず）とブレーキパッド１５間に作用する力である。制動力演算手段９は、この押付力に、予め実験やシュミレーションで求めたブレーキロータ１６とブレーキパッド１５間の摩擦力を加えて演算することよって、制動力を求める。

作用力演算手段１０は、軸トルク演算手段６で求めた軸トルクと、制動力演算手段９で求めた制動力とから、タイヤ進行方向における路面−タイヤ間の作用力を推定する。この場合も、予め実験やシュミレーションにより、前記軸トルクおよび制動力と、路面−タイヤ間の関係を演算式テーブル等として求めて設定しておき、この設定された関係を用いて路面−タイヤ間の作用力を推定する。

この構成のドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置は、このようにドライブシャフト１１の両端に連結される各等速ジョイント１２，１３の外輪１２ａ，１３ａにそれぞれ取付けられた第１および第２のセンサーターゲット１，２に対向して、第１および第２のセンサ３，４が設けられ、これらセンサ３，４が対向するセンサーターゲット１，２の検出により発生する両回転パルス信号から、ドライブシャフト１１に生じたねじれに対応する回転パルス信号の位相差ｔ’を演算処理して軸トルクを求める軸トルク演算手段６を備えるため、軸トルクを求めることできる。この求めた軸トルク信号に基づいてエンジンの出力を制御し、過大トルクの発生を防止することにより、ドライブシャフト１１の軸および等速ジョイント１２，１３のサイズダウンを実現でき、車両の軽量化に貢献できる。この軽量化により、自動車の燃費が向上する。

自動車のブレーキング時には、タイヤホイールとハブ輪フランジ面間に設けられたブレーキロータ１６と、ハブを固定する懸架装置であるナックル２０に設置されているブレーキキャリパ２１のブレーキパット１５との摩擦力によって、タイヤホイールとブレーキパット１５の間でトルクが発生し、低μ路での走行ではタイヤのスリップが発生し易い。そのため、ドライブシャフト１１の軸トルクを検出するだけでは、タイヤ進行方向における路面−タイヤ間の作用力を測定できない。
しかし、このドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置では、ブレーキロータ１６とブレーキパット１５間の押付力および摩擦力よりブレーキの制動力を求める制動力演算手段９と、この制動力演算手段９で求めた制動力、および前記軸トルク演算手段６で求めた軸トルクから、路面−タイヤ間の作用力を推定する作用力演算手段１０を備えているので、より正確なタイヤ進行方向における路面タイヤ間作用力を推定して把握でき、車体制御によってタイヤスリップを事前に防止することができる。
また、求めた路面−タイヤ間の作用力の信号を、車両走行制御に利用することで、最適な制御可能となる。例えば、トラクションコントロールに必要なエンジン制御用の駆動軸トルク信号として利用することができる。ＡＴトランンスミッションに駆動軸トルク制御を加えることにより、効率の向上が得られ、燃費が改善される。電子制御ＬＳＤに駆動軸トルク制御を加えることにより、最適なトルク配分が得られる。

このドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置によると、このようにドライブシャフト１１に作用する軸トルクを正確に測定でき、ドライブシャフト１１の軽量化に貢献でき、さらにブレーキによる制動力測定値を組み合わせることで、路面・タイヤ間の作用力をより正確に推定することができる。

この発明の一実施形態にかかるドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置の概略構成を示すブロック図である。 同軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置が適用されるドライブシャフトの断面図である。 同軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置におけるセンサーターゲットの回転により対向するセンサから得られる回転パルス信号のタイムチャートである。 同軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置の測定対象となるブレーキ機構の断面図である。 図４の一部を拡大して示す断面図である。

符号の説明

１…第１のセンサーターゲット
２…第２のセンサーターゲット
３…第１のセンサ
４…第２のセンサ
６…軸トルク演算手段
７，７Ａ…押付力測定手段
９…制動力演算手段
１０…作用力演算手段
１１…ドライブシャフト
１２，１３…等速ジョイント
１２ａ，１３ａ…ジョイント外輪
１５…ブレーキパット
１６…ブレーキロータ
２１…ブレーキキャリパ

Claims (4)

1. 両端で等速ジョイントを介して自動車の駆動系統に接続されるドライブシャフトの各等速ジョイントの外輪にそれぞれ取付けられた第１および第２のセンサーターゲットと、これら各センサーターゲットに対向して設けられて、対向するセンサーターゲットの検出により発生する回転パルス信号を出力する第１および第２のセンサと、これら第１および第２のセンサにより検出した回転パルス信号から、ドライブシャフトに生じたねじれに対応する回転信号の位相差を演算処理して軸トルクを求める軸トルク演算手段と、ブレーキロータとブレーキパット間の押付力を測定する押付力測定手段と、この押付力測定手段の出力する押付力からブレーキの制動力を求める制動力演算手段と、この制動力演算手段で求めた制動力、および前記軸トルク演算手段で求めた軸トルクから、路面とタイヤ間の作用力を推定する作用力演算手段とを備えたドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置。
2. 請求項１において、前記押付力測定手段が、前記ブレーキロータとブレーキパット間の押付力をブレーキ液の液圧から求めるものであるドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置。
3. 請求項１において、前記押付力測定手段が、前記ブレーキロータとブレーキパット間の押付力をブレーキキャリパの変形から求めるものであるドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置。
4. 請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載のドライブシャフトの軸トルク・路面タイヤ間作用力測定装置によって求めた路面とタイヤ間の作用力の信号を、車両走行制御に用いることを特徴とする自動車の走行制御方法。
   

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