JP2008174161A - アクティブスタビライザ装置およびその異常判定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブスタビライザ装置においてスタビライザバーの折損を検出する。
【解決手段】スタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌは、車両の車幅方向に延び両端に左右の車輪がそれぞれ連結されるバーを略中央部で分割した構造をなす。アクチュエータ３０内部の回転電機では、スタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌの一方がステータ側に接続され、他方がロータ側に接続されている。ＥＣＵ１００は、回転電機を作動させてスタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌを相対回転させることで車体のロールを抑制する。逆起電力検出回路１１４は、回転電機に発生する逆起電力を検出する。車高差判定部は、ハイトセンサ１１０の出力に基づいて、左右の車輪近傍での車体下部と路面との距離の差である左右車高差があるか否かを判定する。折損判定部は、左右車高差があるにもかかわらず逆起電力が検知されない場合、スタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌのいずれかが折損していると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体のロールを抑制するアクティブスタビライザ装置の異常判定技術に関する。

従来から、車体に発生する横加速度に基づいてアクチュエータを作動させ、アクチュエータに連結されているスタビライザバーの弾性力を変化させて車体のロールを抑制するアクティブスタビライザ装置が知られている。

アクティブスタビライザ装置において、アクチュエータの異常やスタビライザバーの折損などの故障が生じると、ロールが増加して車両の運動性能が悪化するおそれがある。そこで、このような故障が生じたときには速やかにこれを検出してドライバー等に警告することが望まれる。このような技術として、例えば特許文献１には、ロール抑制制御を実行するサスペンションシステムにおいて、アクチュエータ出力量と旋回状態量との関係が予め設定された関係とならない場合にはアクチュエータに異常があると判定し、ロール状態量と旋回状態量との関係が予め設定された関係とならない場合には、アクチュエータによって駆動される機構部に異常があると判定する技術が開示されている。
特開２００６−１８２２３９号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、ロール抑制制御を実行しない限りスタビライザ装置の異常を判定することができない。

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、アクティブスタビライザ装置において新たな構成を加えることなくスタビライザバーの折損を検出する技術を提供することにある。

本発明のある態様は、アクティブスタビライザ装置である。この装置、車両の車幅方向に延び両端に左右の車輪がそれぞれ連結されるバーを略中央部で分割した構造の一対のスタビライザバーと、前記一対のスタビライザバーの一方がステータ側に接続され、他方がロータ側に接続される回転電機と、前記回転電機を作動させて前記一対のスタビライザバーを相対回転させることで車体のロールを抑制するロール制御部と、左右の車輪近傍での車体下部と路面との距離の差である左右車高差があるか否かを判定する車高差判定部と、前記回転電機に発生する逆起電力を検知する検知部と、左右車高差があるにもかかわらず逆起電力が検知されない場合、前記一対のスタビライザバーのいずれかが折損していると判定する折損判定部と、を備える。

路面がうねっていて右輪と左輪とで路面の高さが異なるとき、スタビライザバーの一方は他方に対して相対回転される。したがって、スタビライザバーが正常であれば、スタビライザバーに固定されている回転電機のステータとロータも相対回転され、回転電機には逆起電力が発生するはずである。これを利用して、左右車高差があるとき路面入力によって誘起される回転電機の逆起電力を監視し、逆起電力が発生しない場合にスタビライザバーが折損していると判断することができる。

車両の舵角を検出する舵角センサをさらに備え、前記折損判定部は、前記舵角を参照して車両の直進時にのみスタビライザバーの折損を判定してもよい。車両旋回時には、ロール抑制制御が開始されて回転電機が作動している可能性があるので、直進時にのみ折損判定を実施することで正確な判定が可能になる。

前記車高差判定部は、左右の車輪近傍の車体下部に取り付けられたハイトセンサを備えてもよい。

本発明の別の態様は、アクティブスタビライザ装置の異常判定方法である。アクティブスタビライザ装置は、車両の車幅方向に延び両端に左右の車輪がそれぞれ連結されるバーを略中央部で分割した構造の一対のスタビライザバーと、前記一対のスタビライザバーの一方がステータ側に接続され、他方がロータ側に接続される回転電機と、前記回転電機を作動させて前記一対のスタビライザバーを相対回転させることで車体のロールを抑制するロール制御部と、を備える。車両の直進時に前記回転電機に発生する逆起電力を検知し、左右の車輪近傍での車体下部と路面との距離の差である左右車高差があるか否かを判定し、左右車高差があるにもかかわらず逆起電力が検知されない場合、前記一対のスタビライザバーのいずれかが折損していると判定する。

この態様によると、車両の直進走行中に路面にうねりがあるときの路面入力によって誘起される回転電機の逆起電力を監視することで、スタビライザバーの折損を検出することが可能になる。

本発明によれば、スタビライザバーの折損を容易に検出することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るアクティブスタビライザ装置を備えた車両用サスペンションシステムの概略構成を示す。車両用サスペンションシステムは、車両の前輪側、後輪側のそれぞれに配設されるアクティブスタビライザ装置１０を含む。アクティブスタビライザ装置１０は、車両の車幅方向に延びるスタビライザバー２０を備える。スタビライザバー２０は略中央部で二つに分割されており、右スタビライザバー２２Ｒの一端は右輪１６Ｒを保持する車輪保持部材（図示せず）に、左スタビライザバー２２Ｌの一端は左輪１６Ｌを保持する車輪保持部材（図示せず）に、それぞれ連結されている。スタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌの他端は、アクチュエータ３０を介して相対回転可能に接続されている。アクチュエータ３０を作動させると、スタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌが相対回転し、スタビライザバー２０全体で見たときの弾性力が変化して、車体のロールを抑制することができる。

図２は、アクチュエータ３０と左スタビライザバー２２Ｌをより詳細に示す図である。左スタビライザバー２２Ｌは、略車幅方向に延びるトーションバー部６０と、トーションバー部６０と一体的に成型されトーションバー部６０の車輪側の一端から湾曲して車両前方または車両後方に延びるアーム部６２とからなる。トーションバー部６０は、アーム部６２へと湾曲する箇所の手前部分において、車体に固定された支持部材６６によって回転可能に支持される。なお、右スタビライザバー２２Ｒの構造も、左スタビライザバー２２Ｌの構造と左右対称である以外は同様である。したがって、右スタビライザバー２２Ｒと左スタビライザバー２２Ｌのトーションバー部６０は、互いに同軸に配置される。トーションバー部６０の車体中央側の端部は、アクチュエータ３０と接続されている。アーム部６２の端部は車輪保持部材の一部（例えば、ロアアーム）と相対回転可能に連結される。

図３は、アクチュエータ３０の長手方向断面を模式的に示す。アクチュエータ３０は、ハウジング７４と、ハウジング７４内に収納された回転電機７０と、同じくハウジング７４内に収納され回転電機７０の回転を減速する減速機構７２とを含む。ハウジング７４は、ハウジング保持部材７６によってトーションバー部の軸周りに回転可能に、かつトーションバー部６０の軸方向に移動不能に車体に保持されている。

アクチュエータ３０は、同軸に配設される二つの出力軸８０、８２を備える。出力軸８０の一端はハウジング７４の端部に固定されており、他端は左スタビライザバー２２Ｌの端部とセレーション結合されている。出力軸８２は、ハウジング７４に対して回転可能に保持される。出力軸８２の一端はハウジング７４の内部に進入し、減速機構７２に接続されている。出力軸８２の他端は右スタビライザバー２２Ｒの端部とセレーション結合されている。

回転電機７０は、ステータコイル８４と、中空のモータ軸８６と、永久磁石８８とを含む。ステータコイル８４は、ハウジング７４の内周壁に沿って複数配置されている。モータ軸８６は、ハウジング７４に回転可能に保持されている。永久磁石８８は、モータ軸８６の外周に固定されステータコイル８４と向きあうように配設される。回転電機７０は、永久磁石８８がロータとして機能するＤＣブラシレスモータである。

減速機構７２は、波動発生器（ウェーブジェネレータ）９０、フレキシブルギヤ（フレクスプライン）９２およびリングギヤ（サーキュラスプライン）９４からなるハーモニックギヤ機構である。波動発生器９０は、楕円状カムの外周にボールベアリングが嵌められたものであり、モータ軸８６の一端の外周に固定されている。フレキシブルギヤ９２は、周壁部が弾性変形可能なカップ形状をなし、周壁部の開口側の外周に複数の歯が形成されている。出力軸８２は中空のモータ軸８６を貫通しており、それから延び出す端部にフレキシブルギヤ９２の底部が固着されることで、フレキシブルギヤ９２と出力軸８２とが接続されている。リングギヤ９４は、略リング状をなし、その内周に複数（例えば、フレキシブルギヤ９２の歯数より二つ多い数）の歯が形成されており、ハウジング７４に固定されている。フレキシブルギヤ９２は、その周壁部が波動発生器９０に外嵌して楕円状に弾性変形させられ、楕円の長軸方向に位置する二箇所においてリングギヤ９４と噛合し、他の箇所では噛合しない状態とされている。波動発生器９０が一回転（３６０度）すると、フレキシブルギヤ９２とリングギヤ９４とがそれらの歯数の差分だけ相対回転させられる。ハーモニックギヤ機構は公知であるから、これ以上詳細な説明は省略する。

アクチュエータ３０が作動して回転電機７０が回転すると、右スタビライザバー２２Ｒと左スタビライザバー２２Ｌのトーションバー部６０が相対回転される。つまり、スタビライザバー２０の全体で見るとバーがねじられる力が発生していることになる。このようにして、アクティブスタビライザ装置１０はスタビライザバー２０の弾性力を変化させる。

図１に戻り、アクティブスタビライザ装置１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータを主体として構成される電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１００を備える。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、ロール抑制プログラム、アクティブスタビライザ装置１０の異常判定を行う異常判定プログラム、各種のデータ等が記憶されている。

ＥＣＵ１００には、ステアリングホイール（図示せず）の操舵角を検出する舵角センサ１１６と、左右の車輪近傍の車体下部にそれぞれ取り付けられ、レーザ等を路面に向けて照射することで車体下部と路面との間の距離を検出するハイトセンサ１１０と、運転者に警報を発する警報機１２０とが接続されている。さらに、ＥＣＵ１００には車両の速度を検出する車速センサ（図示せず）と、車両の加速度を検出する加速度センサ（図示せず）も接続される。

アクチュエータ３０の回転電機７０は、インバータ１１２を介してＥＣＵ１００に接続され、ＥＣＵ１００からの指令に応じて作動する。逆起電力検出回路１１４は、回転電機の非制御時にスタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌを介して伝わる路面入力によって回転電機７０に発生する逆起電力を検出し、ＥＣＵ１００に伝える。

ＥＣＵ１００は、アクティブスタビライザ装置１０のアクチュエータ３０を作動させることで、車両旋回時の車体のロールモーメントに対抗するモーメントを発生させ車体のロールを抑制する。より詳細には、ＥＣＵ１００は、操舵角、車速、および横方向加速度等に基づいて目標横加速度を決定する。続いて、目標横加速度に基づいて車体のロールを抑制するために必要なスタビライザバー２０のねじり角、すなわち右スタビライザバー２２Ｒと左スタビライザバー２２Ｌの相対回転角度に相当する回転電機７０の目標回転角を決定する。そして、回転電機７０の実回転角と目標回転角との偏差に基づくフィードバック制御を実行する。

上記のようなアクティブスタビライザ装置においてスタビライザバーが折損すると、車体のロール増加により車両運動性能が悪化するだけでなく、アクチュエータが振れ回って周辺部辺との干渉などの不具合も発生する。そのため、スタビライザバーが折損した場合、ドライバー等に警告を発して速やかに修理することが望ましい。そこで、本実施形態では、車両走行中のスタビライザバーの折損を検出するようにした。

図４は、ＥＣＵ１００のうち、本実施形態に係るスタビライザバー折損検出に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。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回路で実現でき、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かたち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。

直進判定部１０２は、舵角センサ１１６で検出される操舵角を受け取り、所定の角度未満であるとき車両が直進していると判定する。
車高差判定部１０４は、左右の車輪に対応する位置にあるハイトセンサ１１０で検出された車体下部と路面との距離を受け取り、左右の車輪でその距離の差（以下、「左右車高差」という）を算出する。そして、この値が予め定められた値以上である場合は、左右車高差ありと判定する。
折損判定部１０６は、逆起電力検出回路１１４で検出される回転電機７０の逆起電力を受け取る。そして、車両直進中でロール抑制制御が実施されておらず、また左右車高差があるにもかかわらず逆起電力が検知されない場合、右スタビライザバー２２Ｒ、左スタビライザバー２２Ｌのいずれかが折損していると判定する。折損判定部１０６は、警報機１２０を作動させてドライバー等にスタビライザバーが折損したことを通知する。

本実施形態の折損検出は、以下のような原理に基づいている。路面がうねっていて右輪と左輪とで路面の高さが異なるとき、車輪保持部材と連結されているスタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌの一方は他方に対して相対回転される。したがって、スタビライザバーに固定されている回転電機７０のステータとロータも相対回転される。この相対回転によって、回転電機７０には逆起電力が発生するはずである。左右車高差が大きくなるほどステータとロータの相対回転角も大きくなるため、誘起される逆起電力も大きくなる。

図５は、この様子を表している。横軸は左右車高差を表し、縦軸は回転電機に発生する逆起電力を表す。左右車高差に対応する回転電機７０のステータとロータの相対回転角は推定可能であるから、このときの逆起電力も推定可能である。したがって、スタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌが正常であるときの逆起電力は、図５に斜線で示す領域のように一定の範囲に収まる。これに対し、スタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌのいずれかが折損すると、路面の入力がスタビライザバーを介して回転電機に伝達されなくなるので、左右車高差があっても回転電機に逆起電力が発生しなくなる。したがって、左右車高差があるときの回転電機の逆起電力を監視することで、スタビライザバーの折損を検出することが可能になる。
なお、前輪、後輪それぞれの回転電機に発生する逆起電力を監視することで、前輪、後輪それぞれのスタビライザバーの折損を検出することができる。

図６は、本実施形態に係るスタビライザバーの折損判定のフローチャートである。
まず、直進判定部１０２は、舵角センサ１１６の検出値に基づいて車両が直進しているか否かを判定する（Ｓ１０）。車両が旋回中の場合は（Ｓ１０のＮ）、回転電機７０がロール抑制のための制御を行っている可能性があるので、このフローを終了する。車両が直進していれば（Ｓ１０のＹ）、車高差判定部１０４は、ハイトセンサ１１０の検出値に基づいて左右車高差があるか否かを判定する（Ｓ１２）。左右車高差がなければ（Ｓ１２のＮ）、このフローを終了する。左右車高差があれば（Ｓ１２のＹ）、折損判定部１０６は、回転電機７０に逆起電力が発生しているか否かを判定する（Ｓ１４）。逆起電力が発生していれば（Ｓ１４のＹ）、折損判定部１０６はアクティブスタビライザ装置が正常と判定する（Ｓ１６）。逆起電力が発生していなければ（Ｓ１４のＮ）、折損判定部１０６はスタビライザバー２２Ｒ、２２Ｌのいずれかが折損していると判定する（Ｓ１８）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、車両の直進走行中に路面にうねりがあるときの路面入力によって誘起される回転電機の逆起電力を監視することで、スタビライザバーの折損を検出することが可能になる。この構成によると、車両が走行中でも折損の検出が可能である。また、通常のアクティブスタビライザ装置に特別な部品を追加する必要なく、折損検出を実現できる。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態はあくまで例示であり、実施の形態どうしの任意の組合せ、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスの任意の組合せなどの変形例もまた、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。本発明は、上述の各実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。各図に示す構成は、一例を説明するためのもので、同様な機能を達成できる構成であれば、適宜変更可能である。

実施の形態では左右車高差を求めるために、車体下部に設置したハイトセンサを用いたが、路面のうねりが分かれば他の手段を用いてもよい。例えば、車輪と車体の間の距離を検出するセンサを使用し、路面と車体の間の距離の代わりとしてもよい。あるいは、左右の車輪の上下加速度を検出するセンサを使用して、この加速度の違いから左右車高差を推定してもよい。

前輪のアクチュエータの回転電機と後輪のアクチュエータの回転電機の逆起電力を用いてそれぞれスタビライザバーの折損判定を実施し、前後輪での判定結果が異なる場合にのみ折損していると判断するようにしてもよい。こうすることで、誤判定を防止できる。

本発明の一実施形態に係るアクティブスタビライザ装置を備えた車両用サスペンションシステムの概略構成を示す図である。 アクチュエータと左スタビライザバーをより詳細に示す図である。 アクチュエータの長手方向断面を模式的に示す図である。 ＥＣＵのうちスタビライザバー折損判定に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。 車輪の左右車高差と回転電機に発生する逆起電力の関係を表すグラフである。 スタビライザバーの折損判定のフローチャートである。

符号の説明

１０ アクティブスタビライザ装置、 ２０ スタビライザバー、 ２２Ｒ 右スタビライザバー、 ２２Ｌ 左スタビライザバー、 ３０ アクチュエータ、 ７０ 回転電機、 １００ ＥＣＵ、 １０２ 直進判定部、 １０４ 車高差判定部、 １０６ 折損判定部、 １１０ ハイトセンサ、 １１４ 逆起電力検出回路、 １１６ 舵角センサ。

Claims (4)

1. 車両の車幅方向に延び両端に左右の車輪がそれぞれ連結されるバーを略中央部で分割した構造の一対のスタビライザバーと、
   前記一対のスタビライザバーの一方がステータ側に接続され、他方がロータ側に接続される回転電機と、
   前記回転電機を作動させて前記一対のスタビライザバーを相対回転させることで車体のロールを抑制するロール制御部と、
   左右の車輪近傍での車体下部と路面との距離の差である左右車高差があるか否かを判定する車高差判定部と、
   前記回転電機に発生する逆起電力を検知する検知部と、
   左右車高差があるにもかかわらず逆起電力が検知されない場合、前記一対のスタビライザバーのいずれかが折損していると判定する折損判定部と、
   を備えることを特徴とするアクティブスタビライザ装置。
2. 車両の舵角を検出する舵角センサをさらに備え、
   前記折損判定部は、前記舵角を参照して車両の直進時にのみスタビライザバーの折損を判定することを特徴とする請求項１に記載のアクティブスタビライザ装置。
3. 前記車高差判定部は、左右の車輪近傍の車体下部に取り付けられたハイトセンサを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のアクティブスタビライザ装置。
4. 車両の車幅方向に延び両端に左右の車輪がそれぞれ連結されるバーを略中央部で分割した構造の一対のスタビライザバーと、
   前記一対のスタビライザバーの一方がステータ側に接続され、他方がロータ側に接続される回転電機と、
   前記回転電機を作動させて前記一対のスタビライザバーを相対回転させることで車体のロールを抑制するロール制御部と、
   を備えるアクティブスタビライザ装置において、
   車両の直進時に前記回転電機に発生する逆起電力を検知し、
   左右の車輪近傍での車体下部と路面との距離の差である左右車高差があるか否かを判定し、
   左右車高差があるにもかかわらず逆起電力が検知されない場合、前記一対のスタビライザバーのいずれかが折損していると判定することを特徴とするアクティブスタビライザ装置の異常判定方法。

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