JP4619870B2 - Alignment state detection device - Google Patents
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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。 The present invention relates to an alignment state detection device, and more particularly to wheel alignment state detection in an alignment state detection device mounted on a vehicle.
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。 When the vehicle travels in a state where the wheel alignment is out of order due to deterioration over time or passage of an excessive level difference, there is a concern about deterioration of tires and suspensions and a decrease in marginal performance during turning.
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。
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。 However, this vehicle steering device is premised on automatic steering, and an alignment abnormality cannot be detected by a vehicle that does not perform such control. Further, since the wheel alignment abnormality is detected from the steering angle and the steering control torque, it is difficult to detect the delicate alignment state of each wheel with high accuracy. For example, when each wheel is toe-in, it cannot be accurately detected that the properness is lost.
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。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to detect a wheel alignment state with high accuracy.
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。 Another object of the present invention is to realize detection of the wheel alignment state with a simple device configuration even in a vehicle that is not automatically steered.
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。 In order to solve this problem, the first invention provides an alignment state detection device that detects the state of wheel alignment of a vehicle. The alignment state detection device includes a tire force sensor and an alignment state determination unit. A longitudinal force and a lateral force acting on each tire are detected by the tire force sensor. When the vehicle is traveling straight and neither driving force nor braking force is applied to the vehicle, the alignment state determination unit determines the longitudinal force and lateral force detected by the tire force sensor for each tire. When the resultant force has a direction or magnitude outside the predetermined first determination range, the determination of the vehicle wheel alignment state is performed.
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。 In the first invention, as a result of the determination by the alignment state determination unit, when any direction or magnitude of the resultant force for each tire is outside the predetermined first determination range, The state of alignment may be notified.
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。 Furthermore, in the present invention, it is preferable that the alignment state determination unit further includes a next determination result memory for performing the next determination for a predetermined second determination range (danger range) and recording the result. The second determination range is a hollow region sandwiched between an outer locus that defines the first determination range and an inner locus that is concentric with the outer locus. As described above, when the vehicle is traveling straight and no driving force or braking force is applied to the vehicle, the alignment state determination unit detects the longitudinal force detected by the tire force sensor for each tire. Whether or not the resultant force of the lateral force has the direction and size of the second determination range is determined. As a result of the determination by the alignment state determination unit, when any direction and magnitude of the resultant force for each tire is in the second determination range, the determination result memory stores the direction and magnitude of the resultant force for each tire. Is memorized.
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。 Similar to the first invention, the second invention provides an alignment state detection device that detects the state of wheel alignment of the vehicle. Similarly, the alignment state detection device includes a tire force sensor that detects a longitudinal force and a lateral force acting on each tire, and further includes a next longitudinal force value correction unit and an alignment state determination unit. . The longitudinal force value correction unit corrects the detected value of the longitudinal force so as to exclude the effect of the estimated driving force and braking force on the vehicle from the detected value of the longitudinal force by the tire force sensor. When the vehicle is traveling straight ahead, the alignment state determination unit determines the resultant force of the longitudinal force corrected by the longitudinal force value correction unit and the lateral force detected by the tire force sensor for each tire within a predetermined determination range. A determination of the vehicle wheel alignment state is made when it has an outward orientation or size.
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。 The third invention provides an alignment state detection device for detecting the state of vehicle wheel alignment, as in the first and second inventions. Similarly, the alignment state detection device includes a tire force sensor that detects longitudinal force and lateral force acting on each tire, and further includes a first slip angle estimation unit, a second slip angle calculation unit, and a toe angle calculation unit. And an alignment state determination unit. Using the detected values of the longitudinal force and the lateral force by the tire force sensor, the first slip angle estimation unit estimates the first slip angle that is the slip angle that has actually occurred. When the toe angle is assumed to be 0 for each tire, the second slip angle calculation unit is estimated using the detected values of the vehicle body speed, lateral acceleration, yaw angular velocity, and steering angle on-board sensors (state quantity sensors). The second slip angle, which is the slip angle, is calculated. The toe angle calculation unit calculates the toe angle from the first slip angle estimated by the first slip angle estimation unit and the second slip angle calculated by the second slip angle calculation unit. When the vehicle is traveling, the alignment state determination unit determines the wheel alignment state of the vehicle when the toe angle calculated by the toe angle calculation unit is a predetermined determination range.
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。 Furthermore, the 4th invention is an alignment state detection apparatus which detects the state of the wheel alignment of a vehicle similarly to the 1st-3rd invention. The alignment state detection device includes a tire force sensor, a camber angle estimation unit, and an alignment state determination unit. A lateral force and a vertical force acting on each tire are detected by the tire force sensor. The camber angle estimator estimates the camber angle for each tire using the detected values of lateral force and vertical force from the tire force sensor. The alignment state determination unit determines the vehicle wheel alignment state when the camber angle estimated by the camber angle estimation unit is outside a predetermined determination range.
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。 According to the present invention, the longitudinal force and lateral force acting on the wheel are directly detected, and the state of wheel alignment is determined based on them, so that the detection accuracy of the alignment state is improved. Since this configuration uses sensors used in an anti-lock brake system (ABS), a traction control system (TCS), etc., the effect can be obtained with a simple configuration even in a vehicle that does not perform automatic steering control.
(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。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram of a vehicle on which an alignment
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。
As shown in FIG. 1, this vehicle is a four-wheel drive vehicle, and four wheels on the front, rear, left and right are driven simultaneously. The power of the engine 1 is transmitted to the front and
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Fx、横力Fy、上下力Fzが検出される。図2に示すように、前後力Fx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Fy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Fzは、鉛直方向(z軸方向)に作用する垂直荷重である。
A
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Fx、横力Fy、上下力Fz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Fx、横力Fyの検出値を用いる。
Each of the
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ay、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。
In addition to these
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。
Furthermore, an engine control device, a shift control device, and a brake control device (all of which are mainly composed of a microcomputer) (not shown) are connected to the alignment
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。
More specifically, the engine control device controls the engine 1 (FIG. 1), and estimates the engine torque from the engine speed, the throttle valve opening, the fuel injection amount, the ignition timing, the water temperature, and the oil temperature. The shift control device controls the
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Fx、横力Fy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。
As shown in FIG. 3, the alignment state detection processing program executed by the alignment
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ay、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。
In the traveling
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Fxと横力Fyとの合力Fxy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。
In the alignment
ここで、各タイヤについてのこの合力Fxy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Fxy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Fxyが危険範囲にある旨、ならびに、この合力Fxy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Fxy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。
Here, if it is determined that the resultant force F xy for each tire does not have the direction or size of the determination range, the
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Fxおよび横力Fy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Fxyについての判定範囲および危険範囲の説明図である。
The feature of the alignment
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ay、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ay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Fxと横力Fy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Fxと横力Fyとの合力Fxy)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)。
In this state detection process, first, the values of the vehicle speed V, the lateral acceleration a y , and the yaw angular velocity ω detected by the state quantity sensor 13 (FIGS. 1 and 3) are input. The values of driving torque and braking torque (or driving force and braking force) are received from (step 1). If the drive torque and brake torque are almost 0, the vehicle speed V is not 0, and the lateral acceleration ay and the yaw angular velocity ω are almost 0, the vehicle travels straight without driving force and braking force acting. (Yes in
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Fxと横力Fyとの合力Fxy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Fxy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。
As shown in FIG. 5, when the alignment state is normal, the toe-in should be maintained equally for both the front and
図4の状態検出処理において、この合力Fxy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Fxy(または、前後力Fxおよび横力Fy)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)。
In the state detection process of FIG. 4, if the average value of the resultant force F xy for a predetermined time is within the determination range indicating normality but reaches the danger range (Yes in
合力Fxy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。
If the average value of the resultant force F xy is not within the determination range (No in step 5), the
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Fxおよび横力Fyの合力Fxy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Fxおよび横力Fy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。
According to the alignment
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Fxy(または、前後力Fxおよび横力Fy)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。
Further, when there is an abnormality in alignment, the resultant force F xy (or the longitudinal force F x and the lateral force F y ) for each wheel can be appropriately recorded in the
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ay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Fyの合計値を用いてその判別を行ってもよい。
In the alignment
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ay(または各タイヤについての横力Fy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ay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。 In addition, the traveling state can be more accurately identified using the steering angle θ detected by the steering angle sensor when the traveling state of the vehicle is determined. That is, it is determined that the vehicle is traveling straight only when the steering angle θ, the lateral acceleration a y (or the total value of the lateral force F y for each tire) and the yaw angular velocity ω are substantially zero. Can do. In addition, when the yaw angular velocity ω and the lateral acceleration a y are 0 and the steering angle θ does not take a value close to 0, it can be notified that the alignment is abnormal.
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Fxy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。
Further, in the alignment
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Fxおよび横力Fyの合力Fxy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Fxy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。
In the above alignment
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Fxyが判定範囲Aの内部にあるか否かを判定したが、前後力Fxおよび横力Fyのそれぞれに対して個別の判定範囲を設定し、前後力Fxおよび横力Fy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。
Further, in the alignment
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Fxy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。
In a vehicle equipped with a vehicle height adjustable suspension, it is necessary to adjust the vehicle height so that the load on the diagonal wheels (the left front wheel and the right rear wheel, and the right front wheel and the left rear wheel) is not biased. For such a vehicle, the vertical force F xy for each wheel is detected by a device similar to the alignment
(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。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a block diagram showing the main configuration of the alignment state detection apparatus 20 according to the second embodiment. Here, the parts having the same functions as those of the alignment state detection apparatus 10 (FIG. 2) according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The alignment state detection device 20 of the present embodiment is different from the above-described alignment
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Fx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Fx’と横力Fy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。
In the longitudinal force
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。
Also in the alignment state detection device 20 of the present embodiment, as in the alignment
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Fxおよび横力Fyが直接的に検出される。この横力Fy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Fxが補正されたFx’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。 Even the alignment state detection device 20, the longitudinal force F x and the lateral force F y of each tire is detected directly by the tire force sensor. The resultant force of the lateral force F y and F x ′ corrected for the longitudinal force F x so that the action due to the estimated driving force and braking force is removed is a value representing the alignment state. It is a target of detection. Therefore, as long as the correction here is appropriately performed, it is possible to detect the alignment state with high accuracy.
(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βfと滑り角βm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。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a block diagram showing the main configuration of the alignment state detection apparatus 30 according to the third embodiment. FIG. 8 shows the slip angle β f and the slip angle used for calculating the toe angle T that is the object of alignment state determination. It is a figure which shows (beta) m . Also here, parts having the same functions as those in the alignment
アライメント状態検出装置30は、主として、滑り角βf推定部31eと滑り角βm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。
The alignment state detection device 30 is different from the alignment
滑り角βf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Fx、横力Fy、上下力Fzに基づいて、滑り角βfが推定される。すなわち、この滑り角βf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。
In slip angle beta f estimating unit 31e, which is detected by the
また、滑り角βm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ay、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βmが算定される。特に上記の横加速度ay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ayの検出値を補正することによって、滑り角βm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βfと滑り角βmとからトー角Tが算出される。すなわち、滑り角βf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βm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βf,βm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。
In the alignment
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Fxと横力Fy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。 In the alignment state detection device 30 of the present embodiment, it is determined whether or not the toe angle T of each wheel is within the determination range, but the toe angles T of the four tires are in the same direction even within the determination range. Abnormality can be detected by detecting the deviation. That is, compared with the vector of the tire force and total longitudinal force F x and the lateral force F y for each wheel, an acceleration vector of the vehicle by the longitudinal and lateral acceleration sensor. If the angle between the two vectors is always deviated by a certain angle, the toe angles of the four wheels are considered to be deviated in the same direction. Output.
また、ここでは上下力Fz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Fz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Fx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。
Here, it is assumed that the vertical force Fz is detected by the
滑り角βf、滑り角βm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Fx≒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。 In estimating the slip angle β f and the slip angle β m , by taking into account compliance steer (a slight change in the tire angle due to the longitudinal force of the suspension, lateral force) and suspension geometry (a change in the tire angle due to the suspension stroke), The alignment state can be detected with higher accuracy. In addition, it is desirable in terms of accuracy that these estimations are performed in a state where the estimated values are close to steady values (longitudinal force F x ≈0, vertical load≈vehicle static load).
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。 In the state detection of the alignment based on the estimation of the toe angle as described above, the longitudinal force acting on the tire, the lateral force, etc. are directly detected, and based on these, an abnormality in the toe angle is detected. It can be said that the accuracy of abnormality detection is high.
(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。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 is a block diagram showing the main configuration of the alignment state detection apparatus 40 according to the fourth embodiment, and FIG. 10 is a diagram for explaining the force acting on the tire. Parts having the same functions as those of the alignment
滑り角βが微小であり、横力Fy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Fy、上下力Fz、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Fy、上下力Fz、CP、滑り角β(上述のようにして推定されたβf,βm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Fzが釣り合っている。反力(上下力)Fzは、タイヤの垂直力Fz’と横力Fy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Fyc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。
These camber angles C are often set to about ± 2 °, and these are stored in advance in the
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。 In the state detection of the alignment based on the estimation of the camber angle as described above, the vertical force and lateral force acting on the tire are directly detected, and the camber angle abnormality is detected based on these, so that abnormality High detection accuracy.
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。 In the alignment state detection devices 30 and 40, abnormalities in the toe angle and camber angle were detected, respectively, but in addition, the values of elements representative of the alignment state such as the caster angle and the kingpin inclination angle were detected or estimated. Abnormality can be determined.
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βf推定部
31f 滑り角βm算定部
31g トー角T算出部
41e キャンバ角C推定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
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。 In an alignment state detection device for detecting the state of vehicle wheel alignment,
A tire force sensor that detects longitudinal force and lateral force acting on each tire;
When the vehicle is traveling straight and no driving force or braking force is applied to the vehicle, the resultant force of the longitudinal force and the lateral force detected by the tire force sensor for each tire is a predetermined force. An alignment state detection device comprising: an alignment state determination unit configured to determine a state of wheel alignment of the vehicle when having a direction or size outside the first determination range.
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。 The alignment state determination unit includes a longitudinal force detected by the tire force sensor for each tire when the vehicle is traveling straight and a driving force and a braking force are not applied to the vehicle. Determining whether the resultant force of the lateral force has a direction and a magnitude of a predetermined second determination range;
The second determination range is a hollow region sandwiched between an outer locus that defines the first determination range and an inner locus that is concentric with the outer locus,
As a result of the determination by the alignment state determination unit, the direction and magnitude of the resultant force for each tire is stored when any direction and magnitude of the resultant force for each tire is in the second determination range. The alignment state detection apparatus according to claim 2, further comprising a determination result memory.
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。 In an alignment state detection device for detecting the state of vehicle wheel alignment,
A tire force sensor that detects longitudinal force and lateral force acting on each tire;
A longitudinal force value correcting unit that corrects the detected value of the longitudinal force so as to remove the estimated effect of the driving force and braking force on the vehicle from the detected value of the longitudinal force by the tire force sensor;
When the vehicle is traveling straight ahead, the resultant force of the longitudinal force corrected by the longitudinal force value correction unit and the lateral force detected by the tire force sensor for each tire is in a direction outside a predetermined determination range. Or an alignment state determination unit that determines a state of wheel alignment of the vehicle when it has a size.
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。 In an alignment state detection device for detecting the state of vehicle wheel alignment,
A tire force sensor that detects longitudinal force and lateral force acting on each tire;
A first slip angle estimator for estimating a first slip angle, which is a slip angle that has actually occurred, using detected values of longitudinal force and lateral force by the tire force sensor;
When it is assumed that the toe angle is 0 for each tire, a second slip angle, which is a slip angle estimated using the detected values of the vehicle-mounted sensor of the vehicle speed, lateral acceleration, yaw angular velocity, and steering angle, is calculated. A second slip angle calculation unit;
A toe angle calculator that calculates a toe angle from the first slip angle estimated by the first slip angle estimator and the second slip angle calculated by the second slip angle calculator;
An alignment state determination unit configured to determine a state of wheel alignment of the vehicle when the vehicle is traveling when the toe angle calculated by the toe angle calculation unit is a size outside a predetermined determination range; An alignment state detection apparatus comprising:
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。 In an alignment state detection device for detecting the state of vehicle wheel alignment,
A tire force sensor for detecting lateral force and vertical force acting on each tire;
A camber angle estimation unit that estimates a camber angle for each tire using the detected values of lateral force and vertical force by the tire force sensor;
An alignment state determining unit that determines a state of wheel alignment of the vehicle when the camber angle estimated by the camber angle estimating unit is out of a predetermined determination range. Detection device.
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