JP2021130316A - 検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪の転舵角を精度良く検出できる技術を提供する。【解決手段】検出装置は、ナックルアーム２８と、ロアアーム３４と、ロアアーム３４とナックルアーム２８とを連結するボールジョイント４０と、ボールジョイント４０に設けられたセンサ素子６４を有する角度検出部１００と、を備える。角度検出部１００は、ナックルアーム２８とロアアーム３４の間の角度φを車輪の転舵角として検出する。【選択図】図２

Description

本開示は、車輪の転舵角を検出する技術に関する。

特許文献１には、転舵装置のボールジョイントに設けた３軸磁気センサを利用して、車輪の転舵角を検出する検出装置が開示されている。具体的には、転舵装置のラック軸とタイロッドとナックルアームがボールジョイントで順次連結されており、ラック軸とタイロッドを連結するボールジョイントには、３軸磁気センサが設置されている。検出装置は、この３軸磁気センサで検出したボールジョイントの角度を用いてラック軸のストローク量を演算し、ラック軸のストローク量を用いて車輪の転舵角を演算する。

特開２０１９−８４８３９号公報

上述の検出装置では、タイロッドとナックルアームの間にもボールジョイントが設けられているので、３軸磁気センサで検出される角度をラック軸のストローク量に換算し、これを更に転舵角に換算する必要がある。このため、転舵角を精度よく検出できない場合があるという問題があった。具体的には、ラック軸のストローク量が小さい領域では、ストローク量の変化に対する転舵角の変化が極めて小さいので、転舵角を精度よく検出できなという問題がある。そこで、従来とは異なる構成で車輪の転舵角を精度良く検出できる技術が望まれる。

本開示の一形態によれば、車輪（５０）の転舵角を検出する検出装置が提供される。この検出装置は、前記車輪の内側に固定されたナックルアーム（２８）と、第１端部（３４ａ）と第２端部（３４ｂ）とを有し、前記第１端部において前記ナックルアームと連結されたロアアーム（３４）と、前記ロアアームの前記第１端部に設けられ、前記ロアアームと前記ナックルアームとを連結するボールジョイント（４０）と、前記ボールジョイントに設けられたセンサ素子（６４）を有する角度検出部（１００）と、を備える。前記角度検出部は、前記ナックルアームと前記ロアアームの間の角度（φ）を前記車輪の転舵角として検出する。

この検出装置によれば、角度検出部が、ナックルアームとロアアームの間の角度を車輪の転舵角として検出するので、従来とは異なる構成で転舵角を精度良く検出することが可能である。

検出装置を備える車両の概略図。 ナックルアームとロアアームの連結状態を示す説明図。 ナックルアームとロアアームを連結するボールジョイントを拡大した説明図。 検出装置のブロック図。

図１に示すように、車両は、操舵装置１０と、転舵装置２０と、サスペンション装置３０とを備える。操舵装置１０及び転舵装置２０は、前輪である２つの車輪５０の舵角を調整する機構である。図１において、互いに直交する３つの方向Ｘ，Ｙ，Ｚが描かれている。Ｘ方向は車両の前後方向、すなわち、直進方向である。Ｙ方向は車両の幅方向である。Ｚ方向は車両の上下方向である。

操舵装置１０は、ステアリングホイール１２と、操舵アクチュエータ１４と、ワイヤーハーネス１６とを有している。操舵アクチュエータ１４は、ステアリングホイール１２の回転角を検出する機能と、操舵反力をステアリングホイール１２に与える機能とを有する。ワイヤーハーネス１６は、操舵アクチュエータ１４と、転舵装置２０の転舵アクチュエータ２２とを電気的に接続する。操舵アクチュエータ１４は、ワイヤーハーネス１６を介して転舵アクチュエータ２２に舵角指令を発信する。但し、操舵アクチュエータ１４と転舵アクチュエータ２２とを機械的に接続してもよい。

転舵装置２０は、転舵アクチュエータ２２と、ラック軸２４と、タイロッド２６と、ナックルアーム２８とが順次連結された構成を有する。ラック軸２４とタイロッド２６はボールジョイント２５で連結され、タイロッド２６とナックルアーム２８はボールジョイント２７で連結されている。ナックルアーム２８は車輪５０の内側に固定されている。転舵アクチュエータ２２は、操舵アクチュエータ１４からの舵角指令に応じてラック軸２４を左右に変位させ、タイロッド２６を介してナックルアーム２８を動かすことによって車輪５０の転舵角を変更する。

サスペンション装置３０は、サスペンションストラット３２と、ロアアーム３４と、スタビライザ３６とを有する。左右の２つのロアアーム３４は、スタビライザ３６で連結されている。本実施形態において、サスペンションストラット３２は、ロアアーム３４に連結されている。ロアアーム３４は、ボールジョイント４０でナックルアーム２８に連結されている。このボールジョイント４０には、後述するように、転舵角を検出する検出装置のセンサ素子が設置されている。

図２に示すように、ナックルアーム２８とロアアーム３４は、ボールジョイント４０で連結されている。ボールジョイント４０は、車両の上下方向に沿った回動軸ＡＺを有している。ナックルアーム２８とロアアーム３４は、この回動軸ＡＺを中心として相対的に回動可能である。この回動軸ＡＺ廻りのナックルアーム２８とロアアーム３４の間の角度φは、車輪５０の転舵角に相当する。ボールジョイント４０には、磁気センサ６０のセンサ素子が設置されている。後述するように、この磁気センサ６０の検出結果を用いて、ナックルアーム２８とロアアーム３４の間の角度φを車輪５０の転舵角として求めることが可能である。

ロアアーム３４は、第１端部３４ａと第２端部３４ｂとを有する。第１端部３４ａは、ボールジョイント４０に接続されている。第２端部３４ｂは、支点ＦＣを有しており、この支点ＦＣを中心としてロアアーム３４が上下方向に回動可能である。後述するように、ロアアーム３４の上下方向の回動角θは、ボールジョイント４０に設けられた磁気センサ６０の検出結果を用いて求めることが可能である。ロアアーム３４とサスペンションストラット３２は、第１端部３４ａと第２端部３４ｂの間にある連結点３４ｄで連結されている。サスペンションストラット３２の上下方向の変位ΔＳは、次式で算出できる。
ΔＳ＝Ｌ・ｓｉｎθ …（１）
ここで、Ｌは支点ＦＣと連結点３４ｄとの間の距離、θはロアアーム３４の上下方向の回動角である。

図３に示すように、ロアアーム３４とナックルアーム２８を連結するボールジョイント４０は、ボールスタッド４２と、ソケット４４と、接続部４６とを有する。ボールスタッド４２は、球状のボール部４２ａと、ボール部４２ａに接続された直棒状のシャフト部４２ｂとを有する。シャフト部４２ｂは、ナックルアーム２８に固定されている。ソケット４４は、ボール部４２ａを回転可能な状態で収容している。接続部４６は、ソケット４４と一体に構成されており、ロアアーム３４に固定されている。

ボールジョイント４０は、上下方向に沿った回動軸ＡＺを有する。ボールスタッド４２とソケット４４は、回動軸ＡＺを中心として相対的に回動可能である。この回動軸ＡＺを中心とした回動により、ナックルアーム２８がロアアーム３４に対して回動する。

ボールジョイント４０には、３軸の磁気センサ６０が設けられている。磁気センサ６０は、ボール部４２ａに設けられた永久磁石６２と、ソケット４４に設けられた磁気センサ素子６４とを有する。磁気センサ素子６４は、永久磁石６２に対向する位置に設置されている。磁気センサ素子６４は、直交する３軸方向に沿った磁束密度Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚを検出する。磁束密度Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚは、ボールスタッド４２とソケット４４との間の角度に応じて変化する。なお、磁気センサ素子６４から出力される信号は、磁束密度Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚを表す電圧値またはデジタル信号である。以下の説明では、磁気センサ素子６４から出力される信号を「磁束密度信号Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ」とも呼ぶ。

ナックルアーム２８とロアアーム３４の間の角度φは、次式で算出できる。
φ＝Ａｔａｎ（Ｂｘ／Ｂｙ） …（２）

ロアアーム３４の上下方向の回動角θは、次式で算出できる。
θ＝Ａｔａｎ（Ｂｙ／Ｂｚ） …（３）

磁気センサ素子６４から出力される磁束密度信号Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚは、これらの（２）式及び（３）式が成立するようにキャリブレーションされた信号である。

図４に示すように、検出装置１００は、磁気センサ６０とセンサＥＣＵ７０とを含む。図４の例において、各種の信号Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ，φ，ΔＳは、デジタル信号として転送される。磁気センサ６０の磁気センサ素子６４から出力される磁束密度信号Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚは、センサＥＣＵ７０の演算部７２に与えられる。演算部７２は、上述した（２）式に従ってナックルアーム２８とロアアーム３４の間の角度φを算出する。この角度φは、車輪５０の転舵角として操舵アクチュエータ１４と転舵アクチュエータ２２に供給され、操舵アクチュエータ１４における操舵反力の制御、及び、転舵アクチュエータ２２における転舵角のフィードバック制御に用いられる。演算部７２は、更に、上述した（３）式及び（１）式に従ってサスペンションストラット３２の上下方向の変位ΔＳを算出する。この変位ΔＳは、サスペンションストローク量としてサスペンションアクチュエータ３８に供給され、アクティブサスペンション制御に使用される。なお、転舵角φやサスペンションストローク量ΔＳは、車両運動統合制御システムに利用可能であり、例えば、パワートレイン関係のアクチュエータ(電子スロットル等)やトランスミッション関係のアクチュエータ(電動クラッチ等による駆動力分配)のフィードバック制御にも利用可能である。

演算部７２の機能は、ソフトウェアで実現してもよく、ハードウェア回路として実現してもよい。また、演算部７２をセンサＥＣＵ７０によって実現する代わりに、磁気センサ６０内に演算部７２を実装するようにしてもよい。この場合に、磁気センサ素子６４と演算部７２は、１つのＩＣチップとして実装してもよく、別々のチップとして実装してもよい。

以上のように、本実施形態では、角度検出部１００が、ナックルアーム２８とロアアーム３４の間の角度φを車輪５０の転舵角として検出するので、従来とは異なる構成で転舵角を精度良く検出することが可能である。

上述した実施形態では、角度検出部１００で転舵角φとサスペンションストローク量ΔＳの両方を検出可能としていたが、これらの一方を検出できなくてもよい。但し、１つの角度検出部１００で転舵角φとサスペンションストローク量ΔＳの両方を検出可能とすれば、車両に実装するセンサ類が少なくて済むという利点がある。

また、上述した実施形態では、磁気センサ６０を用いて角度検出部１００を構成していたが、これとは異なる構成で角度検出部１００を構成してもよい。例えば、ボールジョイント４０のナックルアーム２８側とロアアーム３４側にそれぞれジャイロ等の角度センサのセンサ素子を設け、これらの角度センサで測定された角度の差から、ナックルアーム２８とロアアーム３４の間の角度φや、サスペンションストローク量ΔＳを検出してもよい。

本開示は上述した実施形態やその変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。また、上述した種々の特徴的な構成は、互いに矛盾しない限り、任意に組み合わせて採用することが可能である。

２８…ナックルアーム、３２…サスペンションストラット、３４…ロアアーム、３４ａ…第１端部、３４ｂ…第２端部、４０…ボールジョイント、５０…車輪、６４…磁気センサ素子、１００…検出装置

Claims (3)

1. 車輪（５０）の転舵角を検出する検出装置であって、
   前記車輪の内側に固定されたナックルアーム（２８）と、
   第１端部（３４ａ）と第２端部（３４ｂ）とを有し、前記第１端部において前記ナックルアームと連結されたロアアーム（３４）と、
   前記ロアアームの前記第１端部に設けられ、前記ロアアームと前記ナックルアームとを連結するボールジョイント（４０）と、
   前記ボールジョイントに設けられたセンサ素子（６４）を有する角度検出部（１００）と、
   を備え、
   前記角度検出部は、前記ナックルアームと前記ロアアームの間の角度（φ）を前記車輪の転舵角として検出する、検出装置。
2. 請求項１に記載の検出装置であって、
   前記ナックルアームと前記ロアアームは、上下方向に沿った回動軸（ＡＺ）を中心として前記ナックルアームが回動可能となるように前記ボールジョイントで連結されており、
   前記角度検出部は、前記回動軸回りの前記ナックルアームの回動角を前記転舵角として検出する、検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の検出装置であって、更に、
   前記ロアアームに連結されたサスペンションストラット（３２）を備え、
   前記ロアアームの前記第２端部は、支点（ＦＣ）を有し、前記ナックルアームと前記ロアアームは、前記支点（ＦＣ）を中心として前記ロアアームが上下に回動可能となるように前記ボールジョイントで連結されており、
   前記角度検出部は、前記支点回りの前記ロアアームの回動角（θ）を用いて、前記サスペンションストラットの変位を演算する、検出装置。

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