JPS6270766A - 車両揺動運動検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ロール運動やピッチ運動のような車両の上
下揺動を検出する車両揺動運動検出装置・Ｋ関する。

（従来の技術） 近年、車両の操安性や乗心地の改善等を行５ために、マ
イクロコンピュータ等の制御回路を用いて、運動特性を
解析し、サスペンションやステアリング系の制御を行う
技術が種々提案されている。

このような車両の運動特性の解析を行うのに用いられる
運動状態量として、ロール運動とピッチ運動のような、
車両床面が路面に対して平行な軸を中心として上下揺動
する場合の揺動運動状態量がある。

（発明が解決しよ５とする問題点） しかしながら、現在のところ、ロール運動やピッチ運動
を精度良く検出することのできるセンサが存在せず、例
えば、車体床面の左右に超音波式の距離センサを取付け
て、車体左右の対路面高さを求め、その差によってロー
ル角を求めることが考えられるが、このような装置は、
高価なものとなるし、精度や保守の点で好適とは言えな
い。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は、車両床面に平
行な面上に、所定間隔を隔てて配置された一対の加速度
センサによって、車両床面に垂直な方向に生ずる異なる
位置での加速度を検出し、演算器を用いて、前記一対の
加速度センサの検出値の差から車両の上下揺動の運動状
態量を求めるようＫしたものである。

（作用） 上記のように配置された一対の加速度センサの検出値に
は、各々の位置における加速度成分の他に１０一ル運動
成分やピッチ運動成分のような上下揺動成分が含まれて
いる。

従つ【、両センサの検出値の差を求めるととくよって、
加速度成分が消去されて、上下揺動成分のみが抽出され
る。

（実施例） 本発明の第１実施例の構成を第１図に示す。

本実施例は、一対の加速度センサ１．２と、演算器８と
から構成されたロール角加速度ｉを検出する装置である
。

加速度センサｌ、Ｚは、第２図に示すように１車両のバ
ネ上４の車両床面４ａｌＣ平行な面上に１車両の幅方向
に一列に並ぶように、所定間隔Ｉ！！２を隔てて配置さ
れている。

また、各加速度センサ１．２の検知部とロール中心６と
の距離は等しく、検知方向は、床面４ａに垂直な方向に
設定されている。

ロール中心６は、車体前後方向をその軸方向として、路
面に対して平行であり、通常は、バネ下５の重心７下方
に存在する。

演算器８は、上記一対の加速度センサ１．２の検出値α
　、α　からロール角加速度φを求めるＺＩ　　　　　
　Ｚ２ 演算を行う。

車体がロール運動を行うと、第８図に示すように、バネ
上４がロール中心６を回転軸として揺動する。

このロール運動によって、２つの加速度センサ１．２に
床面４ａＫ垂直な方向の加速度α７□。

α２□が加わる。

そして、このときの車両に生じる横加速度をαアとする
と、上記２つの加速度センサー、２の検出値α２□、α
２２には、この横加速度のロール角φによる分力成分α
ｙｓ　ｉｎφが混入していることになる。また、当然に
、重力加速度Ｇのロール角φによる分力成分Ｇ　ＣＯ３
−も混入している。

すなわち、各加速度センサー、２の検出値α２□。

α２２は、次のようＶＣ表わされる。

ａ、　−＝ｇ　Ｇｃｏｓφ−ａｙｓ　ｉｎφ−」、ｔ、
　　・、・（１）−Ｑ α２２−＝ｌＧｃＯ８φ−αｙｓ　ｉ　ｎφ＋」φ−（
２）従って、 α２□−α２□−ｌ！２φ　　　　　　・・・　（８）
となり、さらに、ｌ／Ｊ２倍すれば、 ｅｚφ・（１／ｇ）　　−φ　　　　　　　　　・・・
　　　体）となって、ロール角加速度φが得られる。

上記演算器８は、上記（８）、（４）式の演算を行って
、ロール角加速度Ｖを求める。この演算器８は、アナロ
グ演算回路で構成するときには、差動増幅器と、一定ゲ
インの増幅器で簡単に構成できるし、ディジタル演算回
路あるいはマイクロコンピュータを用いても、容易に構
成できる。

なお、ロール角速度φある（・はロール角φが必要な場
合には、演算器８の出力段に、積分器等の入力に対して
出力が積分値として得られる演算器を１段または２段接
続すれば良い。

また、車両が加減速を行う場合には、上記α２□。

α７２には、加減速に伴う加速度成分とピッチングによ
る成分を含むことになるが、これらも上記α２□−α２
．の演算（より消去されてしまうため問題は無い。

次に、本発明の第２実施例の構成を第４図に示す。

本実施例は、一対の加速度センサ１１．１２と、演算器
１８とから構成されたピッチ角加速度λを検出する装置
である。

加速度センサ１１．１２は、第５図に示すよう、に、車
両床面４ａに平行な面上に、車両の前後方向に一列に並
ぶように、所定間隔Ｉｘを隔てて配置されている。

また、各加速度センｆ１１．１２の検知部とピッチ中心
１４との距離は等しく、検知方向は、床面４ａに垂直な
方向に設定されている。

ピッチ中心１４は、車体幅方向をその軸方向として、路
面に対して平行である。

演算器１８は、上記一対の加速度センサ１，２の検出値
αＡ、αＢからピッチ角加速度λを求める演算を行う。

車体がピッチ運動を行うと、このピッチ運動によって、
２つの加速度センサ１１．１２に、床面４ａに垂直な方
向の加速度が加わる。

そして、このときの車両の前後方向の加速度をα工とす
ると、上記２つの加速度センサ１１，１２の検出値αえ
、α３には、この前後方向の加速度のピッチ角λによる
分力成分α工ｓｉｎλが混入していることになる。また
、当然に、重力加速度Ｇのピッチ角λによる分力成分Ｇ
　ｃｏｓλも混入している。

すなわち、各加速度センサー１．１２の検出値α□、α
Ｂは、次のように表わされる。

ｅ　・・ αＡ　”　Ｇ　ＣｏＳλ−αｘｓｉｎλ−Ｊλ　　◆・
・　（５）ｅ　・・ αＢ＝ＧＣｏＳλ−ａｘ８　ｉｎλ＋Ｊλ　　−（６）
従って、 αＡ−αＢ””ｃλ　　　　　　　　・・・　（７）と
なり、さらに（ｌ／ｅＸ）倍すれば、ｅｘ″ｉ・（１／
７ｘ）　−”λ°　　　　　・・・（８）となって、ピ
ッチ角加速度λが得られる。

上記演算器１８は、上記（７）　、　（８７式の演算を
行ってピッチ角加速度λを求める。

なお、ピッチ角速度コあるいはピッチ角λが必要な場合
には、演算器１８の出力段に、積分器等の入力に対して
出力が積分値として得られる演算器を１段または２段接
続すれば良い。

また、車両が旋回運動を行う場合には、上記αＡ、αＢ
には、横加速度成分とローリングによる成分を含むこと
になるが、これらも上記αＡ−αＢの演算により消去さ
れてしまうため問題は無い。

次に、前記第１−流側のロール角加速度の検出装置を用
いて、横加速度αアを検出する横加速度セ／すを構成し
た例（これを「第８実施例」とする）を掲げて説明する
。

この横加速度センサは、第６図に示すように、第１図に
示した第１実施例における加速度センサ１．２の間に、
車体の幅方向に生じる加速度α８を検出する加速度セン
サ２０を設け、さらに、第７図に示すように、ロール成
分除去器２１をを設けたものである。

上記加速度セ／す２０は、２つの加速度センサ１．２を
結ぶ直線と、重心７を通る床面４ａに垂。

直な直線との交点に位置している。

ロール成分除去器２１は、演算器８で求められたロール
角加速度°Ｊを（Ｈ，、−１−１，）倍して、加速度セ
ンサ２０の検出値α８に加える演算、すなわち、Ｗ（ｎ
ｓ−ｕφ）十α８　　　　　　　　・・・　　（９）、
なる演算を行う。

ここで、Ｈ８は第６図に示すように、加速度センサ２０
の地上高、Ｈ７は同図に示すように、ロールセンタ６の
地上高である。

通常の横加速度センサは、重心？上に、唯一の加速度セ
ンサを配置して、車体幅方向に生じる横加速度αアを検
出しようとするものである。

しかしながら、唯一の加速度センサで横加速度αアを検
出しようとしても、横加速度が生じることに上って車体
がローリングを起こすため、その検出値α８にはロール
運動成分が含まれてしまい、正確な横加速度とは言えな
い値になる。

すなわち、第８図に示すように、ローリングによって、
実際の横加速度αアと加速度セ゛ンサ２０の検知方向に
加わる加速度α８とはロール角φだけずれてしまう。

このときの加速度センサ２０の検出値α８は、重力加速
度成分をＧ５１ｎφとすると、α８”ｓ　ｃｌｙＣＯＢ
φ＋Ｇ５１ｎφ−（Ｈ８−Ｈφ）　”ｊ　　−（１０）
で表わされる。

従って、上記ロール成分除去器２１によって、α８に（
Ｉ（ｓ−Ｈφ）°φ゛を加えれば、その出力αアは、α
ｙ　−αｙＣＯ８φ＋Ｇ５１ｎφ　　　　−（１１）と
なる。ここで、ロール角φは、大きくても５゜程度と小
さな角度であるため、Ｃｏ８φ′？１１ｓｉｎφさφと
することができ、上記αビは、αｙ＊＝αｙ＋Ｇφ　　
　　　　　　・・・　（１２）と表わせる。これは、略
実際の横加速度αアに近い値になる。

なお、上記式（１２）のうちの重力加速度成分Ｇφを取
除けば、さらに正確な横加速度を検出することができる
。従って、例えば、ロール成分除去器２１の出力段に、
Ｇφを発生させて、α？から減する演算器（重力加速度
成分除去器）を接続することで、正確な横加速度を検出
する装置が実現できる。

また、第７図に示した演算器８とロール成分除去器２１
をアナログ演算回路で構成した場合の回路構成例を第９
図に示す。この場合、出力は、αｒの反転出力となるた
め、必要に応じて反転増幅器を出力段に接続すれば良い
。

次に、前記第２実施例のピッチ角加速度の検出装置を用
いて、車両の前後方向の加速度αＸ（以下単に「加速度
α工」と言う）を検出する加速度センサを構成した例（
これを「第４実施例」とする）を掲げて説明する。

この加速度センサは、第１０図に示すように、第４図に
示した第２実施例における加速度センサ１１．１２の間
に、車体の前後方向に生じる加速度α、を検出する加速
度センサ８０を設け、さらに、第１１図に示すように、
ピッチ成分除去器８１を設げたものである。

上記加速度センサ８０は、２つの加速度センサ１１．１
２を結ぶ直線の中点に位置している。

ピッチ成分除去器８１は、演算器１８で求められたピッ
チ角加速度°λ°をＨｔ倍して、加速度センサ８０の検
出値α、に加える演算、すなわち、λＨｔ、十α８　　
　　　　　　・・・　　（１８）なる演算を行う。

ここで、Ｈ２は第１Ｏ図に示すように、加速度セン？８
０の地上高である。

通常、車体前後方向の加速度を検出する場合、例えば重
心上に、唯一の加速度センサを配置して、床面４ａｌＣ
平行な方向の加速度を検出する手段が用いられる。

しかしながら、唯一のｍｌ速度センサで加速度α工を検
出しようとしても、加速度が生じることで、車体がピッ
チングを起こすため、その検出値α、にはピッチ運動成
分が含まれてしまい、正確な加速度とは言えない値にな
る。

すなわち、ピッチングによって、実際の加速度α工と加
速度センサ８０の検知方向（床面４ａに平行な方向）と
はピッチ角λだけずれてしまう。

このときの加速度センサ８０の検出値α、は、重力加速
度成分なＧ　ｓｉｎλとすると、αｔ”αｘＣＯＩ３λ
十Ｇ５１ｎλ−Ｈλ　　・・・　（１４）で表わされる
。

従って、上記ピッチ成分除去器８１によって、α、にＨ
ｔ、”ｉを加えれば、その出力α工は、αＸ　＃αｘＣ
Ｏ８λ＋Ｇ５１ｎλ　　　　φ中＋　（１５）となる。

ここで、ピッチ角λは、極めて小さな角度であるため、
ＣＯ８λ’：ｌ：ｌ、ｓｉｎλＺλとすることができ、
上記α２は、 α工′＝α工＋Ｇλ　　　　　　　　　　・・・　　（
１６）と表わせる。これは、略実際の加速度α工に近い
値になる。

なお、上記式（１６）のうちの重力加速度成分Ｇλを取
除いて、さらに正確な加速度を検出しようとすれば、前
記第８実施例で述べた重力加速度成分除去器を用いれば
良い。

また、本実施例の加速度検出装置は、アンチスキッド制
御等に用いる対地車速Ｖ（１）を精度良く検出するため
に利用できる。すなわち、第１１図の構成に加えて、 なる演算を行う演算回路を設けることで実現できる。

ここでｖ（Ｔｏ）は、制動開始直前の車速である。

以上、各実施例は一対の加速度センサを車両の揺動中心
軸から等距離の位置に所定間隔を隔てて配置した例を記
したが、必ずしも等距離である必要はなく、少なくとも
車両床面に平行な面上に所定間隔を隔てて配置されれば
、多少の重力加速度成分のノイズが混入するものの一応
の機能は達成される。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように１本発明は、車両床面に平行
な面上に、所定間隔を隔てて配置された一対の加速度セ
ンサによって、車両床面に垂直な方向に生ずる異なる位
置での加速度を検出し、演算器を用いて、前記一対の加
速度センサの検出値の差から車両の上下揺動の運動状態
量を求めるようにしたことで、両センサの検出値に含ま
れる上下揺動成分のみ精度良く抽出できる。

また、比較的安価で入手の容易な加速度センサを用いて
実現できるので、レート積分ジャイロや超音波センサ等
を用いた検出装置に比して、安価かつ故障や保守の点で
有利な検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示すブロック線図
、 第２図は同実施例を構成する加速度センサの配置図、 第８図は車両のローリング時に生じる力の状態を示す図
、 第４図は本発明の第２実施例の構成を示すブロック線図
、 第５図は同実施例を構成する加速度センサの配置図、 第６図は本発明の第８実施例を構成する加速度センサの
配置図、 第７図は同実施例の構成を示すブロック線図、第８図は
車両のローリング時に生じる力の状態を示す図、 第９図は第７図中の演算器とロール成分除去器の具体的
構成を示す回路図、 第１θ図は本発明の第４実施例を構成する加速度センサ
の配置図、 第１１図は同実施例の構成を示すブロック線図である。 １　、２　、　ｉｎ　、　１２　、２０　、８０・・・
加速度センサ８．１Ｂ・・・演算器　　　　４ａ・・・
床面６・・・ロール中心　　　　１４・・・ピッチ中心
α２□、αＺ　２　ＴαＡ、αＢ・・・検出値φ・・・
ロール角　　　　　°Ｊ・・・ロール角加速度°λ°・
・・ピッチ角加速度 第２図 第５図 第６図 第７図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、路面に対して平行な軸を中心に、車両床面が上下揺
   動する場合の揺動運動状態量を検出する装置であつて、 車両床面に平行な面上に、所定間隔を隔てて配置され、
   車両床面に垂直な方向に生ずる加速度を検出する一対の
   加速度センサと、 前記一対の加速度センサの検出値の差に基づいて、前記
   揺動運動状態量を求める演算器とからなることを特徴と
   する車両揺動運動検出装置。 ２、前記一対の加速度センサは前記揺動の中心軸から等
   距離の位置に所定間隔を隔てて配置されたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の車両揺動運動検出装置
   。