JP7026798B2 - 高度自動運転車両用ホイールトルクセンサ - Google Patents

Description

発明の背景
実施形態は、高度自動運転車両を制御するためのホイールトルクセンサに関する。

高度自動運転（ＨＡＤ）車両には、制動、加速、操舵などの性能のばらつきを補正することができる仮想運転者が必要である。非ＨＡＤ車両又は人間が運転する車両においては、人間の運転者が、所望の車両性能を達成するために測定し、思考し、行動することに責任を負っている。

発明の概要
一実施形態は、車両、例えば、高度自動運転（ＨＡＤ）車両のためのホイールトルクセンサシステムを提供する。本システムは、車両が移動すると回転軸の周りを回転するように構成されたホイールハブと、キャリパ力をホイールハブに印加するように構成されたブレーキパッドを含むブレーキキャリパと、を含む。反動キャリッジは、ブレーキキャリパと相互接続されており、ブレーキキャリパがキャリパ力をホイールハブに印加するときの反力を受容するように構成されている。反動キャリッジは、反力に応答して運動する。ホイールトルクセンサは、圧媒流体を有する液圧チャンバと、当該液圧チャンバと連通しており、反力に応答して圧媒流体に印加された圧力を測定するように構成された圧力センサと、を含む。圧力センサによって測定された圧力は、ホイールトルクに機能的に関連している。

他の実施形態は、車両ディスクブレーキのブレーキキャリパと相互接続されるように構成された反動キャリッジを含む車両用双方向ホイールトルクセンサを提供する。反動キャリッジは、圧媒流体を含む第１の液圧チャンバと、当該第１の液圧チャンバと相互接続された第１の圧力ポート又は逆止弁とを有する。第１の圧力ポートは、第１の方向の反動キャリッジへの反力の印加に応答して開放されるように構成されている。反力の結果として、第１の液圧チャンバの圧媒流体に圧力が印加される。反動キャリッジはまた、第１の液圧チャンバから離間した第２の液圧チャンバを含む。第２の液圧チャンバは、ホイールハブが逆方向に回転しているときに、反対の第２の方向の反力の結果として閉鎖されるように構成された第２の圧力ポート又は逆止弁を有する。液圧バイパスライン又は通路は、第１の液圧チャンバ及び第２の液圧チャンバと連通するように構成されている。圧力ラインは、第１及び第２の圧力ポートと流体連通している。圧力センサは、圧力ラインと相互接続されており、反力から生じる圧媒流体の圧力を測定する。圧力センサによって測定された圧力は、ホイールトルクに機能的に関連している。

他の実施形態は、反動キャリッジを車両のブレーキキャリパに取り付けることと、キャリパ力を印加して車両の速度を減速することと、を含む、回転する車両ホイールのトルクを測定するための方法を提供する。キャリパ力が印加されると、反動キャリッジに反力が印加される。反動キャリッジに力が印加される際に、圧媒流体が反動キャリッジの液圧チャンバ内へ流れ、当該圧媒流体の流れが、ホイールトルクのインジケータとして測定される。

他の実施形態は、詳細な説明及び添付図面を考慮することによって明らかになるであろう。

いくつかの実施形態による高度自動運転（ＨＡＤ）車両の斜視図である。 いくつかの実施形態による電子車両コントローラのブロック図である。 典型的な従来技術のディスクブレーキシステムの平面図である。 他の実施形態による車両ディスクブレーキに組み込まれたホイールトルクセンサシステムの平面図である。 いくつかの実施形態による反動キャリッジの詳細な平面図である。 いくつかの実施形態によるディスクブレーキ－反動キャリッジアセンブリの側断面図である。 いくつかの実施形態によるディスクブレーキ－反動キャリッジアセンブリの端面図である。 いくつかの実施形態による反動キャリッジの側断面図である。 いくつかの実施形態による反動キャリッジの一端の側断面図である。

詳細な説明
任意の実施形態を詳細に説明する前に、各実施形態は、その用途において、以下の説明に記載する構成又は以下の図面に図示する構成の詳細及びコンポーネントの配置に限定されるものではないことを理解されたい。他の実施形態も可能であり、各実施形態は、種々の手法により実施可能又は実行可能である。

また、本明細書で使用される表現及び用語は、説明のためのものであり、限定的なものとみなされるべきではないことを理解されたい。本明細書における「含む」、「備える」又は「有する」及びその変形形態の使用は、その後に列挙される項目及びその等価物並びに付加的な項目を包含することを意味する。「取り付けられた」、「接続された」及び「結合された」という用語は広義で使用しており、直接的及び間接的両方の取り付け、接続及び結合を包含する。さらに、「接続された」及び「結合された」は、物理的又は機械的な接続又は結合に限定されず、直接又は間接にかかわらず、電気的な接続又は結合を含み得る。また、電子的な通信及び通知は、有線接続、無線接続等の公知の任意の手段を用いて行うことができる。

複数のハードウェア及びソフトウェアに基づくデバイス並びに複数の異なる構造コンポーネントが、各実施形態を実装するために使用可能であることにも留意されたい。さらに、各実施形態は、説明のために、コンポーネントの大部分がハードウェアのみによって実装されているかのように図示及び説明され得るハードウェア、ソフトウェア及び電子的なコンポーネント又はモジュールを含み得ることを理解されたい。しかしながら、当業者は、ここにおける詳細な説明の解釈に基づいて、少なくとも１つの実施形態において、当該実施形態の電子に基づく態様が１つ以上のプロセッサによって実行可能な（例えば、非一時性コンピュータ可読媒体に記憶された）ソフトウェアにより実装可能であることを認識するであろう。従って、複数のハードウェア及びソフトウェアに基づくデバイス並びに複数の異なる構造コンポーネントを利用して、各実施形態を実装し得ることに留意されたい。例えば、本明細書に記載の「処理ユニット」及び「コントローラ」は、標準的な処理コンポーネント、例えば、１つ以上のプロセッサ、非一時性コンピュータ可読媒体を含む１つ以上のメモリモジュール、１つ以上の入出力インタフェース、及び、コンポーネントを接続する種々の接続部（例えばシステムバス）を含み得る。

図１は、権限を有する特定の個人の指紋を検出するために車両２０の外部に取り付けられた指紋センサ２２を含む高度自動運転（ＨＡＤ）車両２０を示している。これにより、一実施形態においては、事前に選択された人員がＨＡＤ車両２０へのアクセスを取得する。ＨＡＤ車両２０は、複数の方向において対象物を位置特定するために車両フードの上部に取り付けられたレーザ識別検出及び測距（Ｌｉｄａｒ）センサ２４を含む。さらに、図１は、前方に配向されたレーダセンサ２６及び後方に配向されたレーダセンサ２８を示している。付加的なセンサは、図１には示されていない。

図２に示すように、一実施形態においては、システムコントローラ３０は、電子処理ユニット３２（例えば１つ以上のマイクロプロセッサ又は他の適当なプログラマブルデバイス）、非一時性メモリ３４及び入出力インタフェース３６を含む。図２に示す入出力インタフェース３６は、（車両制動システム３８及び車両トルクセンサ４０を含む）コントローラ３０への及びコントローラ３０からの入力及び出力を受信する。一実施形態においては、入出力インタフェース３６は、電子処理ユニット３２が種々の車両システムと通信することを可能にする。入出力インタフェース３６は、通信バスを介して、又は、有線接続部、無線接続部若しくは光学接続部を介して、電気的接続を提供し、車両システム、コントローラ及びデバイスがネットワーク通信プロトコルを使用して通信することを可能にする。

非一時性メモリ３４は、プログラム記憶領域（例えば、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ））及びデータ記憶領域（例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））並びに他の非一時性コンピュータ可読媒体を含み得る。電子処理ユニット３２は、メモリ３４内に記憶されたソフトウェアを実行する。ソフトウェアは、本明細書で説明しているように、ブレーキシステム及びホイールトルクセンサを制御するための命令及びアルゴリズムを含むものとするとよい。

図３に示すように、典型的な従来技術の車両用ディスクブレーキシステム４２は、回転可能なホイールハブ４４を有する。ホイールハブ４４は、タイヤを取り付けるために使用される複数のスタッド４６を含む。ホイールハブ４４はまた、第１のロータ面５０及び対向する第２のロータ面５２を有する回転可能なディスク又はロータ４８を含む。液圧ライン５４は、ブレーキキャリパ５６と流体連通しており、ホイールハブ４４に印加される制動力を制御するために使用される。キャリパ５６は、一対のガイドピン５８及び６０を含む。キャリパ５６は、ライン５４上の液圧信号に応答して、ブレーキパッド６２及び第２のブレーキパッド６４をそれぞれのロータ面５０及び５２に押し付ける、１つ以上のピストン（図示せず）を有する。

図４に示すように、車両ディスクブレーキシステムの回転可能なホイールハブ６６は、ブレーキディスク又はロータ６８を有する。ロータ６８は、それぞれ第１及び第２のロータ面７０及び７２を有する。キャリパ７４は、自身に固定された第１のブレーキパッド７６と、少なくとも１つのピストン７８とを有する（図６を参照）。キャリパ７４は、車両サスペンションシステムのコンポーネントである車両フレーム部材８０に固定されている。キャリパ７４が車両制動システム３８から制動信号を受信すると、キャリパ７４はキャリパピストンを動作させ、キャリパピストンは次に、ホイールハブ６６の回転及び車両速度を減速するために、第１のブレーキパッド７６を、ロータ６８に対して垂直な軸方向において、ロータ面７０に押圧する。同時に、キャリパ７４のピストンは、第２のブレーキパッド８２を、ロータ６８の、対向して配置された第２のロータ面７２に対して垂直な軸方向において、第２のロータ面７２に押し付ける。多くの車両は、２輪ディスクブレーキを有するが、一部の車両は、４輪ディスクブレーキを有する。

図４においては、キャリパ７４は、図６にも示すように、反動キャリッジ８４に形成された第１の開口９０及び第２の開口９２のそれぞれに受容される第１の取り付けボルト８６及び第２の取り付けボルト８８を有する。以下においてさらに詳細に説明するように、反動キャリッジは、ロータトルクのｘ方向に運動する自由度を有する。

図５に示すように、反動キャリッジ８４は、いくつかの実施形態においては、その長手方向に伸長形態を有する。図５に示す実施形態は、ハブ６６の回転の時計回り及び反時計回りの両方向におけるホイールトルクの測定を可能にするという点において、双方向反動キャリッジ８４である。他の実施形態においては、反動キャリッジは、車両の前進方向に対応する単一方向のホイールトルクを測定するように構成される。

図５に示す実施形態においては、反動キャリッジ８４は、第１の端部９６の近傍に第１の液圧リザーバ又はチャンバ９４を有し、反動キャリッジ８４の反対側の第２の端部１００の近傍に第２の液圧リザーバ又はチャンバ９８を有する。液圧バイパス通路１０２は、液圧チャンバ９４及び９８の両方と流体連通している。液圧チャンバ９４及び９８並びにバイパス通路１０２は、内部に含まれる非圧縮性の圧媒流体１０３を有する。圧力センサ１０４及びそのセンサピストン１０６は、第１の液圧チャンバ９４と流体連通している。第１の液圧チャンバ９４は、第１の圧力ポート１０８（図８を参照）を有し、当該第１の圧力ポート１０８は、反動キャリッジ８４に印加される反力が第１の方向であるときに開放され、反力が印加されないとき又は反対方向に印加されたときに閉鎖される、第１の逆止弁のように動作する。同様に、第２の液圧チャンバ９８は、第２の圧力ポート１１０（図８参照）を有し、当該第２の圧力ポート１１０は、ホイールハブが逆方向に回転して反動キャリッジ８４が反対の第２の方向に運動することに応答して開放される、第２の逆止弁のように動作する。第２の圧力ポート１１０は、反力が印加されないとき、又は、反動キャリッジ８４に第１の方向の反力が印加されたときに閉鎖される。２つの液圧チャンバ９４及び９８を使用することにより、ホイールハブが順方向又は逆方向のいずれかに回転したときにホイールトルクを測定することができる。いくつかの双方向の実施形態においては、ホイールトルクの方向は、ホイール速度センサの方向から特定される。いくつかの実施形態においては、ホイールハブ回転の単一の（即ち、前進）方向においてホイールトルクが測定される場合、単一の液圧チャンバが使用される。

図６は、いくつかの実施形態による側断面図である。図６においては、キャリパ７４がブレーキロータ６８の周りに配置されている。第１のブレーキパッド７６は、キャリパ７４と相互接続され、第１のロータ面７０と係合するように構成されている。第２のブレーキパッド８２は、キャリパ７４と相互接続され、第２のロータ面７２と係合するように構成されている。第１及び第２のガイドピン１１４及び１１６は、キャリパ７４が圧迫されるときにこれをガイドする。キャリパピストン７８は、ライン１１８のブレーキ作動圧力に応答して第１のブレーキパッド７６及び第２のブレーキパッド８２をそれぞれの第１のロータ面７０及び第２のロータ面７２に押圧する。

図６に示すように、キャリパ７４は、第１の取り付けボルト８６及び第２の取り付けボルト８８によって反動キャリッジ８４にボルト留めされており、第１の取り付けボルト８６及び第２の取り付けボルト８８は、反動キャリッジ８４のそれぞれの第１の開口９０及び第２の開口９２によって受容されている。反動キャリッジ８４は、フレーム部材８０によって保持されている。

図７は、いくつかの実施形態によるディスクブレーキ－反動キャリッジアセンブリの端面図である。図７は、フレーム部材８０と当該フレーム部材８０によって保持されている反動キャリッジ８４との配向状態を示している。いくつかの実施形態においては、反動キャリッジ８４は、車両フレーム部材に接続されたアダプタプレートに固定されていてもよい。いくつかの実施形態においては、車両フレーム部材は、車両サスペンションシステムの一部である。キャリパアセンブリ７４は、取り付けボルト８８によって反動キャリッジ８４に固定されている。第１のブレーキパッド７６及び第２のブレーキパッド８２は、ロータ６８の両側に配置されている。ロータ６８は、軸１２０の周りを回転する。ロータの回転方向によって、反力の方向と反動キャリッジ８４の変位方向とが特定される。ロータ６８に印加されるキャリパ力によって、反力の大きさと反動キャリッジの変位量とが特定される。

図８及び図９は、いくつかの実施形態による反動キャリッジ８４を示している。図８に示す反動キャリッジは、ホイールが順方向及び逆方向の両方に回転するときにホイールトルクを測定可能であるという点において、双方向である。他の実施形態においては、反動キャリッジは、単一の液圧チャンバを有し、その結果、ホイールトルクは、単一の方向においてのみ測定される。

図８は、反力が印加されておらず、ホイールトルクが測定されていないときの中立位置にある反動キャリッジ８４を示している。図８は、車両の通常の非制動状態又は運転状態を表している。図８に示すように、第１及び第２の圧力シール１２２及び１２４は、それぞれチャンバ９４及び９８を密封している。図８においては、第１の圧力ポート１０８及び第２の圧力ポート１１０は両方とも閉鎖されているため、圧力信号は圧力ライン１２６によって圧力センサ１０４へ伝達されない。その代わりに、第１のバイパスポート１２８及び第２のバイパスポート１３０の両方が開放されており、これにより、第１のチャンバ９４及び第２のチャンバ９８がバイパス通路１０２と流体連通している。

図９は、車両の制動が発生しているときの反動キャリッジ８４の位置を示している。図９に示すように、反動キャリッジ８４は、自身に印加された反力に応答して変位又は運動する。反動キャリッジ８４は、その長手方向に沿って、フレーム部材８０の側方部分１３２に向かって運動し、これにより、第１のポート１０８が開放される。同時に、バイパスポート１２８が閉鎖される。結果として、反動キャリッジはチャンバ９４内の圧媒流体１０３に力を印加し、圧力センサ１０４によって測定される圧力信号を圧力ライン１２６内に生じさせる（図８を参照）。当該測定される圧力は、ホイールトルクの大きさに機能的に関連しており、ライン１１２（図５）を介して制御電子機器３０（図２）に伝達される。反動キャリッジが図９に示す位置にあるとき、第２の圧力ポート１１０（図８）及び第２のバイパスポート１３０は閉鎖されている。

図８に示すように、反動キャリッジが双方向であるいくつかの実施形態においては、ホイールトルク測定システムは、ホイールハブ６６が逆方向に回転しているときには、同様に、ただし逆の方式により、動作する。この場合、反動キャリッジ８４は、側方部分１３２から離れるように変位する。第２の圧力ポート１１０が開放され、第２のバイパスポート１３０が閉鎖される。その結果、反動キャリッジが液圧チャンバ９８に力を印加する。圧力ライン１２６内の圧力信号の大きさが、圧力センサ１０４によって測定され、ライン１１２を介して制御電子機器３０に伝達される。

単方向及び双方向の両方の実施形態において、ライン１１２上の信号は、制御電子機器によって使用され、高度自動運転（ＨＡＤ）車両又は他の車両の性能を制御する。このようにして、ホイールトルクは、ブレーキキャリパ力の関数として直接に測定される。ホイールトルクをフィードバックループで使用することにより、車両を減速させて車両の性能を制御するためにどれだけの付加的な制動力が必要であるかが特定される。ホイールトルクセンサは、車両制動システムと統合されており、ホイールトルク測定システムのコスト及び複雑さを軽減する。

このように、本実施形態は、特に、ホイールトルクセンサを車両ディスクブレーキシステムに組み込むことによって高度自動運転車両２０の性能を制御するための方法及び装置を提供する。

種々の特徴及び利点は、以下の請求項に記載されている。

Claims (10)

1. 車両用ホイールトルクセンサシステムであって、
   前記車両が移動するときに回転軸の周りを回転するように構成されたホイールハブと、
   キャリパ力を前記ホイールハブに印加するように構成されたブレーキパッドを含むブレーキキャリパと、
   前記ブレーキキャリパと相互接続されており、前記ブレーキキャリパが前記キャリパ力を前記ホイールハブに印加する際の反力が印加されるように構成された反動キャリッジと、
   圧媒流体を含む第１の液圧チャンバと、
   前記第１の液圧チャンバと連通しており、前記反力に応答して前記圧媒流体に印加された圧力を測定するように構成された圧力センサと、
   液圧ラインと、
   前記第１の液圧チャンバと相互接続された第１の圧力ポートであって、
   前記圧媒流体が前記液圧ラインの第１の方向に流れるときに開放され、
   前記圧媒流体が前記液圧ラインの第２の方向に流れるときに閉鎖される
   ように構成された第１の圧力ポートと、
   前記第１の液圧チャンバから離間しておりかつ圧媒流体を有する第２の液圧チャンバであって、
   前記圧媒流体が前記液圧ラインの前記第２の方向に流れるときに開放され、
   前記圧媒流体が前記液圧ラインの前記第１の方向に流れるときに閉鎖される
   ように構成された第２の圧力ポートを有する第２の液圧チャンバと、
   前記第１の液圧チャンバ、前記第２の液圧チャンバ及び前記圧力センサと連通するように構成された液圧バイパス通路と、
   を備えるホイールトルクセンサシステム。
2. 前記反動キャリッジは、伸長形態を有する、請求項１に記載のホイールトルクセンサシステム。
3. 前記反動キャリッジを保持する車両フレーム部材をさらに備え、
   前記第１の液圧チャンバは、前記車両フレーム部材と前記反動キャリッジとの間に配置されている、
   請求項１に記載のホイールトルクセンサシステム。
4. 前記キャリパを前記反動キャリッジに固定する第１の取り付けボルト及び第２の取り付けボルトと、
   前記反動キャリッジを保持する車両フレーム部材と、
   をさらに含む、請求項１に記載のホイールトルクセンサシステム。
5. 前記反動キャリッジは、前記ホイールハブのトルクに応答して可動であるように構成されている、請求項１に記載のホイールトルクセンサシステム。
6. 前記キャリパが、前記ブレーキパッドを前記ホイールハブに対して運動させる少なくとも１つのピストンを含む、請求項１に記載のホイールトルクセンサシステム。
7. 車両用双方向ホイールトルクセンサであって、
   車両ディスクブレーキのブレーキキャリパと相互接続されるように構成された反動キャリッジと、
   圧媒流体を含む第１の液圧チャンバと、
   前記第１の液圧チャンバと相互接続された第１の圧力ポートであって、
   前記圧媒流体が第１の方向に流れるときに開放され、
   前記圧媒流体が第２の方向に流れるときに閉鎖される
   ように構成された第１の圧力ポートと、
   前記第１の液圧チャンバから離間した第２の液圧チャンバであって、
   前記圧媒流体が前記第２の方向に流れるときに開放され、
   前記圧媒流体が前記第１の方向に流れるときに閉鎖される
   ように構成された第２の圧力ポートを有する、第２の液圧チャンバと、
   前記第１の液圧チャンバ及び前記第２の液圧チャンバと連通するように構成された液圧バイパス通路と、
   前記第１の液圧チャンバ及び前記第２の液圧チャンバと連通しており、前記圧媒流体に印加された圧力を測定するように構成された圧力センサと、
   を備える、双方向ホイールトルクセンサ。
8. 前記反動キャリッジは、伸長形態を有する、請求項７に記載の双方向ホイールトルクセンサ。
9. 前記反動キャリッジを保持する、前記車両フレームと相互接続された車両部材をさらに備え、
   前記第１の液圧チャンバが、前記車両部材と前記反動キャリッジとの間に配置されている、
   請求項７に記載の双方向ホイールトルクセンサ。
10. 前記反動キャリッジが、前記キャリパを前記反動キャリッジに固定する第１の取り付けボルト及び第２の取り付けボルトをそれぞれ受容するように構成された第１の開口及び第２の開口をさらに有する、
    請求項７に記載の双方向ホイールトルクセンサ。

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