JP5913057B2 - 車両用加速度検出装置、車両懸架システム、及び、加速度検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両用加速度検出装置と、車両用加速度検出装置を備える車両懸架システムと、車両用加速度検出装置により加速度を検出する加速度検出方法とに関する。

従来、車両の３軸の加速度を検出する加速度センサが知られている（例えば、特許文献１の段落〔００１７〕参照）。また、車体の上下方向の加速度に応じてモータ減衰力を調整する装置が知られている（例えば、特許文献１の段落〔００２７〕参照）。

特開２００６−１１７２０９号公報

３軸の加速度を取得する場合は、物体の進行方向及び左右方向、並びに地面に対しての垂直方向の各軸に合わせて加速度センサを正しく設置する必要があった。このため、３軸の加速度を取得する機器は取付方向を指定する必要があった。

例えば、自動車に加速度センサを装着する場合、自動車製造時に正しい向きに装着するか、使用者が正しい向きを把握し、その向きに正確に装着する必要があった。これは精度を作業者に依存することとなり、また作業が煩雑になる原因となる。

１つの側面では、本発明の目的は、加速度センサの取付の方向を指定せず、かつ正確な３軸の加速度を出力できるようにすることである。

本発明の車両用加速度検出装置は、
車両に配置される車両用加速度検出装置であって、
互いに直交する３軸方向からなる第１の座標系の加速度を検出する加速度センサと、
前記車両の静止状態における前記加速度センサによる検出結果及び前記車両の走行状態における前記加速度センサによる検出結果から特定される鉛直方向及び車両直進方向に基づき、前記加速度センサが検出する前記第１の座標系の検出結果を、前記鉛直方向及び前記車両直進方向を含む互いに直交する３軸方向からなる第２の座標系の加速度に変換するための変換情報を算出する変換情報算出手段と、
前記変換情報算出手段により算出される前記変換情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段により記憶される前記変換情報に基づき、前記加速度センサにより検出された前記第１の座標系の検出結果から前記第２の座標系の加速度を演算する加速度演算手段と、
を備える。

本発明の車両懸架システムは、
前記車両用加速度検出装置と、
前記車両の個々の車輪と車体との間に設置された懸架装置に設けられたアクチュエータを、前記加速度演算手段により演算された加速度に基づき制御するドライバと、
を備える。

本発明の加速度検出方法は、
車両に配置される車両用加速度検出装置により加速度を検出する加速度検出方法であって、
前記車両用加速度検出装置が、前記車両の静止状態における加速度の検出結果を取得し、
前記車両用加速度検出装置が、前記車両の走行状態における加速度の検出結果を取得し、
前記車両用加速度検出装置が、前記車両の静止状態及び走行状態における前記検出結果から鉛直方向及び車両直進方向を特定し、前記鉛直方向及び前記車両直進方向に基づき、前記車両用加速度検出装置が検出する互いに直交する３軸方向からなる第１の座標系の検出結果を、前記鉛直方向及び前記車両直進方向を含む互いに直交する３軸方向からなる第２の座標系の加速度に変換するための変換情報を算出して記憶する工程と、
前記車両用加速度検出装置が、記憶される前記変換情報に基づき、前記第１の座標系の検出結果から前記第２の座標系の加速度を演算する工程と、
を含む。

本発明によれば、加速度センサの取付の方向を指定せず、かつ正確な３軸の加速度を出力できるようにすることができるなどの効果を得られる。

本発明の一実施の形態に係る車両懸架システムを構成する中央制御装置の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係る車両懸架システムを構成するアクチュエータドライバおよび懸架装置の一例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態における車載機器を示す（ａ）正面図及び（ｂ）左側面図である。 本発明の一実施の形態に係る加速度検出方法の概要を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態における変換情報の一例である。 本発明の一実施の形態における第２の座標系を示す説明図である。 本発明の一実施の形態における車載機器のディスプレイの表示内容の一例である。 本発明の一実施の形態に係る車両懸架システムを構成する中央制御装置の作用の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る車両懸架システムを構成するアクチュエータドライバの作用の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態における加速度に応じた減衰力制御例を示す表である。 本発明の一実施の形態における速度に応じた減衰力制御例を示す表である。

以下、本発明の実施の形態に係る、車両用加速度検出装置、車両懸架システム、及び加速度検出方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る車両懸架システムを構成する中央制御装置１１０の一例を示すブロック図である。

図２は、本発明の一実施の形態に係る車両懸架システムを構成するアクチュエータドライバ（ドライバの一例）１２０および懸架装置１３０の一例を示すブロック図である。
図３は、本発明の一実施の形態に係る車両懸架システムの車載機器１４０の一例である。

本実施の形態に係る車両懸架システムは、図２に示す複数の懸架装置１３０と、懸架装置１３０に装着された減衰力調整用アクチュエータ（図示せず）を作動させる複数のアクチュエータドライバ１２０と、複数のアクチュエータドライバ１２０を制御する中央制御装置１１０とを備える。この場合のアクチュエータは、油圧緩衝器に内蔵されたものでも、別の装置を油圧緩衝器に追加で取り付けるものであっても良い。

なお、図１に示す中央制御装置１１０は、例えば電源１１９を除いて、車両用加速度検出装置の一例である図３に示す車載機器１４０に配置される。車載機器１４０は、車両のキャビンにおいて運転手又は同乗者が操作可能な位置、任意の向きにて設置される。

図１に例示されるように、本実施の形態の車両懸架システムを構成する中央制御装置１１０は、マイコン（変換情報算出手段の一例で且つ加速度演算手段の一例）１１１、不揮発メモリ（記憶手段の一例）１１２、操作インターフェイス１１３、ディスプレイ１１４、加速度センサ１１５、ＧＰＳ装置１１６、通信部１１７を備える。

マイコン１１１は、マイクロプロセッサ等で構成され、不揮発メモリ１１２に格納された制御プログラム１１１ａを実行することで、後述のフローチャートに例示されるような、車両懸架システムの全体の制御を行う。

不揮発メモリ１１２は、マイコン１１１の制御プログラム１１１ａや制御データ１１１ｂ等の情報を、書き換え可能に不揮発に記憶する。
操作インターフェイス１１３は、例えば、図３に示すように車載機器１４０の正面に配置され、ユーザが例えば減衰力を調整操作するボタンスイッチ、ダイヤル、又はキーボードなどで構成され、ユーザからの中央制御装置１１０への指令入力に用いられる。

ディスプレイ１１４は、例えば、図３に示すように車載機器１４０の正面に配置され、車両懸架システムの現在の減衰力等の動作状況や制御情報、各種センサ情報を可視化して出力する。

詳しくは後述するが、加速度センサ１１５は、例えば、図３に示すように車載機器１４０の内部に配置されるか、或いは車載機器１４０の外部に配置され、車両に作用する加速度を検出してマイコン１１１に入力する。

ＧＰＳ装置１１６は、全地球測位システムの受信機であり、車両の位置情報や速度情報を計測してマイコン１１１に入力する。
通信部１１７は、マイコン１１１から入出力される情報を無線通信又は有線通信でアクチュエータドライバ１２０と授受する。

電源１１９は、中央制御装置１１０を動作させる電力を供給する。この場合、電源１１９は、車両に備えられた図示しないバッテリを使用してもよい。
一方、図２に示すアクチュエータドライバ１２０は、マイコン１２１、不揮発メモリ１２２、モータドライバ回路１２３、通信部１２４、電源１２６を備える。

また、懸架装置１３０は、本実施の形態の場合、一例として油圧緩衝器からなり、シリンダ１３１、ピストン１３２、ピストンロッド１３３、作動油１３４、ガス室１３５、フリーピストン１３６、ピストン１３２により区画された下油室１３７ａ及び上油室１３７ｂ、ピストンロッド１３３に貫通して形成されたバイパス通路（図示せず）、ニードル弁１３８、ステップモータ１３９を備える。

アクチュエータドライバ１２０において、マイコン１２１は、マイクロプロセッサ等で構成され、制御プログラム１２１ａを実行することで、後述のフローチャート等に例示されるように、中央制御装置１１０からの指示に基づいて懸架装置１３０におけるステップモータ１３９の回転を制御し、懸架装置１３０の動作特性（この場合、油圧緩衝器としての減衰特性）を制御する。

不揮発メモリ１２２は、マイコン１２１の制御プログラム１２１ａ等の情報を書き換え可能に不揮発に記憶する。
モータドライバ回路１２３は、マイコン１２１からの指令に基づいて駆動電流を出力することで、懸架装置１３０のステップモータ１３９の回転方向や回転量を制御する。

通信部１２４は、上述の中央制御装置１１０との無線通信又は有線通信を実現する。
電源１２６は、例えば、車両に備えられた図示しないバッテリである。
一方、懸架装置１３０は、ピストンロッド１３３の固定部１３３ａが車両の車体の側に固定され、シリンダ１３１の固定部１３１ａが車輪を支持する図示しないシャーシの側に固定され、車輪から車体に作用する衝撃等から発生する振動を減衰させ、車両の乗り心地や操縦性能を可変に制御する。

すなわち、懸架装置１３０は、シリンダ１３１内に封入された作動油１３４が、ピストン１３２によって区画された下油室１３７ａ及び上油室１３７ｂの間を移動する際に減衰力を発生させる。

ガス室１３５にはシリンダ１３１内が常に負圧にならぬ様、窒素ガス等の気体を適性圧力封入されており、封入された気体と作動油１３４とをフリーピストン１３６が完全に区画している。

図示しないバイパス通路には当該バイパス通路の開度を所定の位置に変化させるニードル弁１３８が設けられ、このニードル弁１３８によるバイパス通路の開度がステップモータ１３９の回転方向および回転量によって制御される。

そして、バイパス通路の開度が小さいと作動油１３４の流動抵抗が増大して懸架装置１３０の減衰力は大きくなり、逆にバイパス通路の開度が大きいと減衰力は小さくなる。
すなわち、アクチュエータドライバ１２０は中央制御装置１１０からの指令に基づいてステップモータ１３９を制御することで、懸架装置１３０の減衰特性を随意に設定および変更する。

以下、本実施の形態の車両懸架システム１００の作用の一例を説明する。
図４は、本発明の一実施の形態に係る加速度検出方法の概要を示すフローチャートである。

図５は、本発明の一実施の形態における変換情報の一例である。
図６は、本発明の一実施の形態における第２の座標系を示す説明図である。
図７は、本発明の一実施の形態における車載機器１４０のディスプレイ１１４の表示内容の一例である。

前提として、本実施の形態では、加速度センサ１１５は、従来のように車両の進行方向及び左右方向、並びに地面に対しての垂直方向の各軸に合わせて配置されなくともよく、任意の向きに設置される。この向きが、互いに直交する３軸方向からなる第１の座標系を決定する。

図４に示すように、まず、加速度センサ１１５の静止状態での出力値を計測するべく、車両の静止状態において加速度センサ１１５による出力値の計測が行われる（ステップ１０１）。

そして、加速度センサ１１５の走行状態での出力値を計測するべく、車両を直進加速させた状態において加速度センサ１１５による出力値の計測が行われる（ステップ１０２）。車両の走行は、路面が水平な場所で行う。

ここで、図１に示すマイコン１１１は、車両の静止状態における加速度センサ１１５による検出結果から鉛直方向を特定でき、さらに、車両の走行状態における加速度センサ１１５による検出結果と特定された鉛直方向とから車両直進方向を特定できる。

そして、マイコン１１１は、加速度センサ１１５が検出する第１の座標系の検出結果を、鉛直方向及び車両直進方向を含む互いに直交する３軸方向からなる第２の座標系の加速度に変換するための例えば図５に示す変換情報を算出する（ステップ１０３）。変換情報は、例えば、不揮発メモリ１１２に制御データ１１１ｂとして記憶される。なお、第２の座標系は、互いに直交するＸＹＺ軸方向、例えば、図６に示すように、車両進行方向がＸ軸方向で、車両の左右方向である幅方がＹ軸方向で、鉛直方向がＺ軸方向である。

次に、マイコン１１１は、不揮発メモリ１１２に記憶された変換情報に基づき、加速度により検出された第１の座標系の検出結果から図６に示す第２の座標系の加速度を演算する（ステップ１０４）。この加速度は、例えば図７に示すようにディスプレイ１１４に表示させることができ、また、詳しくは後述するが減衰力調整に用いることもできる。

図８は、本発明の一実施の形態である車両懸架システムを構成する中央制御装置１１０の作用の一例を示すフローチャートである。
図９は、本発明の一実施の形態である車両懸架システムを構成するアクチュエータドライバ１２０の作用の一例を示すフローチャートである。

本実施の形態の場合、中央制御装置１１０の不揮発メモリ１１２に格納された制御データ１１１ｂは、例えば、制御テーブルからなり、加速度センサ１１５で検出された車両の加速度値に対応した、前部および後部の車輪に備えられた懸架装置１３０の減衰特性の設定値が、個々のアクチュエータドライバ１２０の識別情報（ドライバＩＤ）ごとに格納されている。

制御データ１１１ｂには、ＧＰＳ装置１１６から検出され、演算される車両の走行速度に対応した、前部および後部の車輪に備えられた懸架装置１３０の減衰特性の設定値が個々のアクチュエータドライバ１２０の識別情報（ドライバＩＤ）ごとに格納されている。

減衰特性の設定値は、例えば、図１０に示すように車両進行方向加速度に応じた車両前部及び車両後部の指示値である。また、設定値は、例えば、図１１に示すように車両進行方向速度に応じた車両前部及び車両後部の指示値であってもよい。そして、演算された加速度により減衰力を調整するか或いは速度センサなどの加速度以外の値を検出するセンサの検出結果により減衰力を調整するかはユーザに選択されるようにしてもよい。また、これら速度等の他の検出結果と加速度とを組み合わせて減衰力を調整するようにしてもよい。

なお、懸架装置１３０は、例えば、車両前部に左右合わせて２つ配置され、車両後部にも左右合わせて２つ配置される。４輪車両用は、前後輪油圧緩衝器４本同時制御、前輪２本と後輪２本とで独立制御、４本独立制御等、使用用途に応じてドライバ１２０のマイコン１２１の制御プログラム１２１ａを変更することで対応可能である。また、油圧緩衝器の種類（伸縮同時、伸縮個別、伸縮及び高速低速個別の減衰力調整）に対しても同様に使用用途に応じ制御プログラム１２１ａを変更することで対応可能である。

そして、マイコン１１１（制御プログラム１１１ａ）は、例えば、加速度センサ１１５から検出される加速度の変化値や、ＧＰＳ装置１１６から検出され、演算される車両の速度の変化値が所定の変化幅を超えたことを契機に、対応した減衰特性に変化させるようにアクチュエータドライバ１２０に指令を出す。

また、操作インターフェイス１１３を介してマニュアルで特定のドライバＩＤ毎に減衰特性の設定値が入力された場合には、当該設定値を優先して制御対象のアクチュエータドライバ１２０に指令する。

以下、図８および図９等を参照して、車両懸架システム１００の動作例を説明する。
図８にフローチャートに例示されるように、制御プログラム１１１ａを実行するマイコン１１１は、アクチュエータドライバ１２０への送信イベントの発生を待つ（ステップ２０１）。この送信イベントとは、例えば、上述の加速度や速度の変化が所定の変化幅（閾値）を超過したこと、または操作インターフェイス１１３からのマニュアル入力の検出、である。

マイコン１１１は送信イベントが検出されると、制御データ１１１ｂの設定または操作インターフェイス１１３からの入力値に応じた懸架装置１３０のニードル弁１３８の開度情報を決定する（ステップ２０２）。

その後、当該開度情報は、通信部１１７からアクチュエータドライバ１２０に送信される（ステップ２０３）。
そして、マイコン１１１は、アクチュエータドライバ１２０の側からの設定完了の応答を待ち（ステップ２０４）、受信した設定値をディスプレイ１１４に表示し（ステップ２０５）、ステップ２０１のイベント待機に戻る。

一方、図９に例示されるように、アクチュエータドライバ１２０において、制御プログラム１２１ａを実行するマイコン１２１は、中央制御装置１１０からの自ドライバＩＤを含む指令信号の受信を待つ（ステップ３０１）。

そして、通信部１２４が自ドライバＩＤを含む指令を受信すると、マイコン１２１は、受信した懸架装置１３０のニードル弁１３８の開度情報に基づいて、当該開度を実現するように、ステップモータ１３９の回転方向および回転量をモータドライバ回路１２３に指示する（ステップ３０３）。これにより、ニードル弁１３８は、中央制御装置１１０から指令された開度になり、当該開度に応じた懸架装置１３０の減衰特性が設定される。

そして、マイコン１２１は、モータドライバ回路１２３からの設定完了を受信すると、設定結果を自ドライバＩＤとともに中央制御装置１１０に送信する（ステップ３０４）。
このステップ３０４の送信によって現在の設定結果が中央制御装置１１０のディスプレイ１１４に表示されることは、上述のステップ２０５のとおりである。

以上説明した本実施の形態では、変換情報算出手段の一例であるマイコン１１１は、車両の静止状態における加速度センサ１１５による検出結果及び車両の走行状態における加速度センサ１１５による検出結果から特定される鉛直方向及び車両直進方向を特定する。また、マイコン１１１は、加速度センサ１１５が検出する第１の座標系の検出結果を、鉛直方向及び車両直進方向を含む互いに直交する３軸方向からなる第２の座標系の加速度に変換するための変換情報を算出する。記憶手段の一例である不揮発メモリ１１２は、マイコン１２１により算出される変換情報を記憶する。加速度演算手段の一例でもあるマイコン１２１は、不揮発メモリ１１２により記憶される変換情報に基づき、加速度センサ１１５により検出された第１の座標系の検出結果から第２の座標系の加速度を演算する。

そのため、車両用油圧緩衝器の減衰力調整機構の制御機器の設置をする際の加速度センサ１１５の設置方向に制約が無くなり、容易に設置を行える。よって、本実施の形態によれば、加速度センサ１１５の取付の方向を指定せず、かつ正確な３軸の加速度を出力できるようにし、取付作業者に依存せず、作業も容易に行えるようにすることができる。

更には、加速度センサ１１５と、各種情報の表示部であるディスプレイ１１４と、操作ボタン等の操作インターフェイス１１３とを有する中央制御装置１１０が、車両用加速度検出装置の一例である図３に示す車載機器１４０に配置される場合、コンパクトに一体にまとめた車載機器１４０（制御機器）において、運転手（操作者）がダッシュボードなどの任意の位置に設置することが可能となる為、操作性及び視認性を考慮し、最適な位置に設置することが可能となる。

また、本実施の形態では、ドライバ１２０は、車両の個々の車輪と車体との間に設置された懸架装置１３０に設けられたアクチュエータを、マイコン１１１により演算された加速度に基づき制御する。そのため、演算された３軸の加速度に基づいて有効に減衰力を調整することができる。

また、本実施の形態では、ドライバ１２０は、マイコン１１１により演算された加速度と、加速度以外の値を検出するセンサの検出結果（例えば速度）とのうち選択された一方又は両方に基づき、アクチュエータを制御するようにしてもよい。その場合にも、有効に減衰力を調整することができる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に例示した構成に限らず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
たとえば、懸架装置１３０としては、上述の緩衝器に限らず、車高調整装置等であってもよい。その場合、動作特性は車高である。

１１０ 中央制御装置
１１１ マイコン
１１１ａ 制御プログラム
１１１ｂ 制御データ
１１２ 不揮発メモリ
１１３ 操作インターフェイス
１１４ ディスプレイ
１１５ 加速度センサ
１１６ ＧＰＳ装置
１１７ 通信部
１１９ 電源
１２０ アクチュエータドライバ
１２１ マイコン
１２１ａ 制御プログラム
１２２ 不揮発メモリ
１２３ モータドライバ回路
１２４ 通信部
１２６ 電源
１２６Ａ 専用バッテリ
１３０ 懸架装置
１３１ シリンダ
１３１ａ 固定部
１３２ ピストン
１３３ ピストンロッド
１３３ａ 固定部
１３４ 作動油
１３５ ガス室
１３６ フリーピストン
１３７ バイパス通路
１３７ａ 下油室
１３７ｂ 上油室
１３８ ニードル弁
１３９ ステップモータ
１４０ 車載機器

Claims (5)

1. 車両に配置される車両用加速度検出装置であって、
   互いに直交する３軸方向からなる第１の座標系の加速度を検出する加速度センサと、
   前記車両の静止状態における前記加速度センサによる検出結果及び前記車両を水平に直進加速させた状態である走行状態における前記加速度センサによる検出結果から特定される鉛直方向及び車両直進方向に基づき、前記加速度センサが検出する前記第１の座標系の検出結果を、前記鉛直方向及び前記車両直進方向を含む互いに直交する３軸方向からなる第２の座標系の加速度に変換するための変換情報を算出する変換情報算出手段と、
   前記変換情報算出手段により算出される前記変換情報を記憶する記憶手段と、
   前記記憶手段により記憶される前記変換情報に基づき、前記加速度センサにより検出された前記第１の座標系の検出結果から前記第２の座標系の加速度を演算する加速度演算手段と、
   を備えることを特徴とする車両用加速度検出装置。
2. 前記車両用加速度検出装置は、前記車両のキャビンに搭載される車載機器であることを特徴とする請求項１記載の車両用加速度検出装置。
3. 請求項１又は２に記載の車両用加速度検出装置と、
   前記車両の個々の車輪と車体との間に設置された懸架装置に設けられたアクチュエータを、前記加速度演算手段により演算された加速度に基づき制御するドライバと、
   を備える車両懸架システム。
4. 前記ドライバは、前記加速度演算手段により演算された加速度と、加速度以外の値を検出するセンサの検出結果とのうち選択された一方又は両方に基づき、前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項３記載の車両懸架システム。
5. 車両に配置される車両用加速度検出装置により加速度を検出する加速度検出方法であって、
   前記車両用加速度検出装置が、前記車両の静止状態における加速度の検出結果を取得し、
   前記車両用加速度検出装置が、前記車両を水平に直進加速させた状態である走行状態における加速度の検出結果を取得し、
   前記車両用加速度検出装置が、前記車両の前記静止状態及び前記走行状態における前記検出結果から鉛直方向及び車両直進方向を特定し、前記鉛直方向及び前記車両直進方向に基づき、前記車両用加速度検出装置が検出する互いに直交する３軸方向からなる第１の座標系の検出結果を、前記鉛直方向及び前記車両直進方向を含む互いに直交する３軸方向からなる第２の座標系の加速度に変換するための変換情報を算出して記憶する工程と、
   前記車両用加速度検出装置が、記憶される前記変換情報に基づき、前記第１の座標系の検出結果から前記第２の座標系の加速度を演算する工程と、
   を含むことを特徴とする加速度検出方法。