JP5882746B2 - センサ付車輪用軸受装置およびそのセンサ出力を用いる車両制御装置 - Google Patents
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Description
前記荷重演算処理手段は、作用する荷重(F)を、前記信号ベクトル(S)、係数(M)、およびオフセット(M 0 )を用いて、次の演算式、
F=M・S+M 0
によって行い、
前記荷重演算処理手段における前記路面作用力演算モードでの演算は、前記軸受作用力演算モードの演算結果のブレーキ力の影響による変化分を補正する処理に基づいて行なわれ、
前記補正する処理に用いられる係数(M)およびオフセット(M 0 )が、ブレーキOFF状態について演算された前記係数(M)およびオフセット(M 0 )から、既に保存されているタイヤ半径/ブレーキキャリパ取付位置の半径比(α)と、ブレーキキャリパ軸(x)からのブレーキキャリパ取付位置の角度(θ)を用いて演算したものである。
これにつき説明する。坂道でブレーキをONとした状態で停車している車両において、車両側から駆動トルクを入力すると、ブレーキディスクを介して荷重が車輪用軸受に印加され、車輪用軸受のx方向作用力Fxbに変化が生じる。このとき、前記荷重演算処理手段の軸受作用力演算モードで演算された車輪用軸受での荷重値Fxbが、駆動トクル印加前に路面作用力演算モードで演算された路面作用力Wxgと等しくなるように、駆動トルクを入力すると、ブレーキパッドからブレーキディスクに印加されているトルクがゼロの状態になる。すなわち、ブレーキを解除しても車両が動き出さない状態となる。この場合に、前記荷重演算処理手段は、路面作用力演算モードでブレーキONの状態での路面反力Wxgと車輪用軸受の荷重Fxbを演算出力できる。そこで、例えば、車両の統括制御を行なう上位ECUにおいて、ブレーキをONにした状態のまま、先ず前記荷重演算処理手段からその演算結果である路面作用力Wxgを取得し、その後、前記荷重演算処理手段からその演算結果である車輪用軸受での荷重値Fxbをモニタしながら駆動トルクを印加して行き、軸受荷重値Fxbが路面作用力Wxgと等しくなったところでブレーキを解除して走行を開始するという発進操作の制御を行なうことができる。このような操作手順は、例えば特許文献6に提示されているように、運転者がブレーキからアクセルに踏み替える操作時に、実際にブレーキを解除するまでの時間に実施することができる。
なお、上記したような上位ECUによる自動制御により坂道発進時のブレーキ解除を行なう場合に限らず、運転者自らが、前記荷重演算処理手段の演算結果である路面作用力Wxgと車輪用軸受での荷重値Fxbとを用いて同様のブレーキ解除を手動で行なうことも可能である。
このように、この構成によると、荷重演算処理手段が、路面に作用する荷重を演算して出力する路面作用力演算モードと、前記車輪用軸受に作用する荷重を演算して出力する軸受作用力演算モードとを有するので、ずり落ちなく安定した車両の坂道発進を行なうためのセンサ出力を得ることができる。そして、このセンサ出力を用いることによって、運転者の手動により、あるいは車両制御装置による自動制御で、ずり落ちなく安定した車両の坂道発進を行なうことができる。
このように4つのセンサを配置することで、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Fz 、前後方向の荷重Fx 、軸方向荷重Fy を推定することができる。
このように構成した場合、各センサの出力信号の温度ドリフトを補正することができる。
この構成の場合、2つの歪検出素子22A,22Bの信号は略180度の位相差を有することになり、それら信号の和から求めた平均値は転動体通過による変動成分をキャンセルした値となる。また、前記2つの歪検出素子の信号の差分から求めた振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面などの滑りの影響をより確実に排除した正確なものとなる。
F=M・S+M 0
によって行い、
前記荷重演算処理手段における前記路面作用力演算モードでの演算は、前記軸受作用力演算モードの演算結果のブレーキ力の影響による変化分を補正する処理に基づいて行なわれ、
前記補正する処理に用いられる係数(M)およびオフセット(M 0 )が、ブレーキOFF状態について演算された前記係数(M)およびオフセット(M 0 )から、既に保存されているタイヤ半径/ブレーキキャリパ取付位置の半径比(α)と、ブレーキキャリパ軸(x)からのブレーキキャリパ取付位置の角度(θ)を用いて演算したものであるため、ずり落ちなく安定した車両の坂道発進を行なうためのセンサ出力を得ることができる。
この発明の車両制御装置は、上記発明のセンサ付車輪用軸受装置からのセンサ出力を用いて車両制御を行なう車両制御装置であって、車両がブレーキON状態で停止しているときに、駆動力を印加しない状態においてセンサ付車輪用軸受装置の前記荷重演算処理手段が前記路面作用力演算モードで演算出力する路面荷重Wgxを取得し、その後、ブレーキON状態において前記荷重演算処理手段が前記軸受作用力演算モード前記路面作用力演算モードで演算出力する軸受荷重Fxbをモニタしながら駆動力を制御して、適切な条件でブレーキを解除するブレーキ解除制御手段を備えるものとしたため、センサ付車輪用軸受装置のセンサ出力を用いて車両の坂道発進を安定して行なわせることができる。
内方部材2は回転側部材となるものであって、車輪取付用のハブフランジ9aを有するハブ輪9と、このハブ輪9の軸部9bのインボード側端の外周に嵌合した内輪10とでなる。これらハブ輪9および内輪10に、前記各列の転走面4が形成されている。ハブ輪9のインボード側端の外周には段差を持って小径となる内輪嵌合面12が設けられ、この内輪嵌合面12に内輪10が嵌合している。ハブ輪9の中心には貫通孔11が設けられている。ハブフランジ9aには、周方向複数箇所にハブボルト(図示せず)の圧入孔15が設けられている。ハブ輪9のハブフランジ9aの根元部付近には、車輪および制動部品(図示せず)を案内する円筒状のパイロット部13がアウトボード側に突出している。
このとき、Tdrive =0で車両が静止しているときのブレーキ状態の荷重は、以下の演算で求めることができる。
Fxb=Fx −FB ・sin θ ……(1−1)
Fzb=Fz +FB ・cos θ ……(1−2)
ここで、駆動軸から入力される駆動トルクをTdrive 、ブレーキ動作によるブレーキトルクをFB ・RB とすると、車輪に作用するトルク関係式は次式(2)のように表現される。
Fx ・Rw =Tdrive −FB ・RB ……(2)
この関係式から、ブレーキ力FB は、次式(3)のように表現される。
FB =(Tdrive −Fx ・Rw )/RB ……(3)
Fxb=(1+α・sin θ)・Fx −(Tdrive /RB )・sin θ ……(4−1) Fzb=Fz +(Tdrive /RB −α・Fx )・cos θ ……(4−2)
ただし、α=RW /RB :半径比
ここで、Tdrive =0のとき、
Fxb=(1+α・sin θ)・Fx ……(5−1)
Fzb=Fz −α・Fx ・cos θ ……(5−2)
となるので、路面荷重は次式(6−1),(6−2)で求めることができる。
Fx =A・Fxb ……(6−1)
Fz =Fzb+A・Fxb・α・cos θ ……(6−2)
ただし、A=1/(1+α・sin θ)
図9に示すように、車輪に対して鉛直下向きに荷重Wが働いている状態を考える。いま、路面に作用する荷重Wgxの影響により、ブレーキを解除すると車両は進行方向と逆方向に進んでしまう。そこで、車両が坂道でも停止できるような駆動トルクTdrive を求めるための演算方法を以下に示す。
Tdrive /RW =Wgx ……(7)
となるトルクを用意する必要がある。式(7)より、
Tdrive /RB =RW /RB ・Wgx =α・Wgx ……(8)
とすることで、ブレーキ解除時にも車両が動かない。
式(8)を満たすトルクを印加すると、上記式(1−1),(1−2)より軸受荷重は、
Fxb=Wgx+(α・Wgx−Tdrive /RB )・sin θ=Wgx ……(9−1)
Fzb=Wgz+(Tdrive /RB −α・Wgx)・cos θ=Wgz ……(9−2)
となり、ブレーキキャリパ上の力が釣り合う状態ならば、ブレーキがOFF状態でも斜面で車両は動かないことがわかる。
(1) 各車輪が停止している路面の状態(平地または坂道)を判別する。
車輪が平地でブレーキONの状態で停止しているとき、路面荷重Fx と軸受荷重Fxbは等しくゼロとなる。一方、車輪が坂道でブレーキONの状態で停止しているときには2つの出力は異なった値をとる。
したがって、ブレーキONの状態で検出された路面荷重Fx の値が、予め設定したゼロ付近の領域にないときには、車輪が傾斜路面にあると判別することができる。このとき、両を制御する上位ECU98では、荷重検出用センサである前記センサユニット20の検出信号から求められた路面荷重値Wgxを取得する。この値は、軸受荷重から換算された路面荷重の値である。
ここで、前記センサ付車輪用軸受装置とそのセンサ出力を用いる車両制御装置(上位ECU98)とでなる車両制御系では、各車輪の路面との接地荷重が異なる場合でも、正しく車輪に作用している荷重の状態を判別することができるため、傾斜計を必要としない。また、特許文献6に開示された技術のように、車両の停止している路面の状態を傾斜計により取得する場合、車両と路面の関係が図10に示すようなとき、正しく車両状態を推理することがきず、ずり落ちなどが発生してしまう恐れがあるが、この車両制御系ではこれを防止することができる。
上位ECU98のブレーキ解除制御手段95では、センサECU30から取得した軸受荷重Fxbをモニタしながら、軸受荷重Fxbの値が路面荷重Wgxと等しくなるまで駆動トルクTdrive を印加する。このとき、ブレーキパッドからディスクに作用するトルクはゼロとなるので、ブレーキを解除しても車輪が動き出さない状態となる。この状態でブレーキを解除し、さらに適切なトルクTdrive を印加して行けば、ずり落ちが発生せずにスムーズに移動を開始することができる。
これを、式を交えて説明すると、以下のようになる。
ブレーキがONのとき、Tdrive =0の状態で軸受荷重Fxbを検出し、路面荷重Fxbを Fx =Wgx=A・Fxb ……(10)
として求める。
軸受荷重Fxbをモニタしながら、駆動トルクTdrive を印加し、次式(11)
Fxb=Wgx ……(11)
となったとき、ブレーキディスク上の力が釣り合うため、ブレーキをOFFにしても車両が動かない状態となる。
なお、上記したような上位ECU98による自動制御により坂道発進時のブレーキ解除を行なう場合に限らず、運転者自らが、前記荷重演算処理手段32の演算結果である路面作用力Wxgと車輪用軸受での荷重値Fxbとを用いて同様のブレーキ解除を手動で行なうことも可能である。
・ 車両が坂道で停止したとき、ブレーキをOFF状態にしても、車両が進行方向と逆方向に動くことがない。
・ 坂道でも車両が逆方向に進まないので、安定してスムーズな走り出しが可能となる。
・ 実際に車両に作用している荷重を検出し、検出した値に基づいて駆動トルクを制御するため、必要なトルクを推定で求める場合と比較して、正確なトルク入力が可能になる。したがって、ずり落ちを効果的に防止することができる。また、ブレーキ動作中には駆動力をOFFしておき、ブレーキ解除直前に最適なトルクを与えることができるため、余分な駆動トルクを与えてエネルギーを無駄に使うことがなく、駆動部品の発熱や消耗も最低限度に抑えることができる。
・ センサECU30の荷重演算処理手段32から入力される軸受荷重Fxbのみによって車両制御を行なうことができる。したがって、エンジンの出力トルクを検出するトルクセンサを必要としない。
・ センサECU30の荷重演算処理手段32が演算する路面荷重Wgxと軸受荷重Fxbの値を利用して、車両制御装置である上位ECU98のブレーキ解除制御手段95が車輪ごとに平地/坂道を判断するため、車両の傾斜計は必要ない。
・ また、一部の車輪が傾斜路面上で静止しているような場合でも、車輪ごとにブレーキを最適に解除することが可能となるため、車両が動き出すのを防止することができる。
この場合に、2つの歪検出素子22A,22Bの前記円周方向の間隔を、転動体5の配列ピッチPの{1/2+n(n:整数)}倍、またはこれらの値に近似した値としても良い。この場合にも、両歪検出素子22A,22Bの信号a,bの加算値として求められる平均値は転動体5の通過による変動成分をキャンセルした値となり、差分値を用いて求められる振幅値は温度の影響やナックル・フランジ面間などの滑りの影響を相殺した値となる。
また、この実施形態では第3世代型の車輪用軸受100に適用した場合につき説明したが、この発明は、軸受部分とハブとが互いに独立した部品となる第1または第2世代型の車輪用軸受や、内方部材の一部が等速ジョイントの外輪で構成される第4世代型の車輪用軸受にも適用することができる。また、このセンサ付車輪用軸受装置は、従動輪用の車輪用軸受にも適用でき、さらに各世代形式のテーパころタイプの車輪用軸受にも適用することができる。
2…内方部材
3,4…転走面
5…転動体
20…センサユニット
21…歪み発生部材
21a…接触固定部
22A,22B…歪検出素子
30…センサECU
31…信号処理手段
32…荷重演算処理手段
33…演算結果選択指令手段
40…温度センサ
95…ブレーキ解除制御手段
98…上位ECU
100…車輪用軸受
Claims (15)
- 複列の転走面が内周に形成された外方部材、前記転走面と対向する転走面が外周に形成された内方部材、および両部材の対向する転走面間に介在した複列の転動体を有し、車体に対して車輪を回転自在に支持する車輪用軸受と、
この軸受に加わる荷重を検出する1つ以上のセンサと、前記各センサの出力信号を処理して信号ベクトルを生成する信号処理手段と、前記信号ベクトルから前記車輪に加わる荷重を演算する荷重演算処理手段とを備えたセンサ付車輪用軸受装置において、
前記荷重演算処理手段が、路面に作用する荷重を演算して出力する路面作用力演算モードと、前記車輪用軸受に作用する荷重を演算して出力する軸受作用力演算モードとを有し、
前記荷重演算処理手段は、作用する荷重(F)を、前記信号ベクトル(S)、係数(M)、およびオフセット(M 0 )を用いて、次の演算式、
F=M・S+M 0
によって行い、
前記荷重演算処理手段における前記路面作用力演算モードでの演算は、前記軸受作用力演算モードの演算結果のブレーキ力の影響による変化分を補正する処理に基づいて行なわれ、
前記補正する処理に用いられる係数(M)およびオフセット(M 0 )が、ブレーキOFF状態について演算された前記係数(M)およびオフセット(M 0 )から、既に保存されているタイヤ半径/ブレーキキャリパ取付位置の半径比(α)と、ブレーキキャリパ軸(x)からのブレーキキャリパ取付位置の角度(θ)を用いて演算したものであるセンサ付車輪用軸受装置。 - 請求項1において、前記荷重演算処理手段が、前記路面作用力演算モードおよび前記軸受作用力演算モードの両方の演算結果を出力するセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1において、前記荷重演算処理手段に対して、前記路面作用力演算モードおよび前記軸受作用力演算モードの演算結果のうち、いずれの演算結果を出力するかを選択させる機能を有する演算結果選択指令手段を設けたセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1において、前記荷重演算処理手段に対して、前記路面作用力演算モードおよび前記軸受作用力演算モードの演算結果のうち、いずれの演算結果を出力するかを選択させる機能を、センサ付車輪用軸受装置の外部である車両側の上位ECUに持たせたセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、軸受に加わる荷重を検出する前記センサが3つ以上設けられており、前記荷重演算処理手段は、前記3つ以上のセンサの出力信号から、車輪用軸受に作用する垂直方向荷重Fz 、前後方向の荷重Fx 、および軸方向荷重Fy を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項において、前記センサを、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる前記固定側部材の外径面の上面部、下面部、右面部および左面部に円周方向90度の位相差で4つ等配したセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記各センサ上に温度センサが設けられており、前記信号処理手段は、前記温度センサの検出した温度に応じて各センサの出力信号を補正するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記信号処理手段は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値を算出し、この平均値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、前記信号処理手段は、各センサの一定時間内の出力信号を用いてそれらの平均値と振幅値を算出し、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項9のいずれか1項において、前記センサは、前記外方部材および内方部材のうちの固定側部材の外径面に設けたセンサユニットであり、このセンサユニットは、前記固定側部材の外径面に接触して固定される3つ以上の接触固定部を有する歪み発生部材と、この歪み発生部材に取付けられてこの歪み発生部材の歪みを検出する2つ以上の歪検出素子を有するセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項10において、前記歪検出素子が、前記歪み発生部材の隣り合う第1および第2の接触固定部の間、および隣り合う第2および第3の接触固定部の間にそれぞれ設けられており、隣り合う前記接触固定部の間隔、もしくは隣り合う前記歪検出素子の間隔は、前記の歪検出素子の出力信号の位相差が転動体の配列ピッチの{n+1/2(n:整数)}倍となる間隔であり、前記信号処理手段は、前記2つの歪検出素子の出力信号の和から平均値を求め、それらの値から前記信号ベクトルを生成し、荷重演算処理手段はその信号ベクトルから車輪に加わる荷重を演算するものとしたセンサ付車輪用軸受装置。
- 請求項1ないし請求項11のいずれか1項に記載のセンサ付車輪用軸受装置からのセンサ出力を用いて車両制御を行なう車両制御装置であって、車両がブレーキON状態で停止しているときに、駆動力を印加しない状態においてセンサ付車輪用軸受装置の前記荷重演算処理手段が前記路面作用力演算モードで演算出力する路面荷重(Wgx)を取得し、その後、ブレーキON状態において前記荷重演算処理手段が前記軸受作用力演算モードで演算出力する軸受荷重(Fxb)をモニタしながら駆動力を制御して、適切な条件でブレーキを解除するブレーキ解除制御手段を備えることを特徴とする車両制御装置。
- 請求項12において、前記ブレーキ解除制御手段は、ブレーキON状態のまま車両が静止している状態において、前記センサ付車輪用軸受装置から取得した路面荷重(Fx )と前記軸受荷重(Fxb)の値を評価し、両荷重の差が予め設定されたしきい値を超えている場合に、車輪が斜面に静止している状態にあると判断する機能を有する車両制御装置。
- 請求項12において、前記ブレーキ解除制御手段は、ブレーキON状態のまま車両が静止している状態において、前記センサ付車輪用軸受装置から取得した前記軸受荷重(Fxb)の値が、駆動力を印加しない状態においてセンサ付車輪用軸受装置から取得した路面荷重(Wgx)と概ね等しくなったときを、前記ブレーキを解除する適切な条件とする車両制御装置。
- 請求項12ないし請求項14のいずれか1項において、前記ブレーキ解除制御手段は、その制御を、運転者がブレーキを解除して走行状態に移ろうとしたときから、実際にブレーキを解除するまでの時間に実行する車両制御装置。
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