WO2014091553A1 - 車両の状態検出装置 - Google Patents
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Abstract
Description
モータ(30,71)と、
前記モータの回転により回転するロータ(42)と前記ロータの周囲に設けられるステータ(43)とを備えて前記ロータと前記ステータの相対位置関係に応じて変化する磁気検出信号を出力する磁気検出信号出力部(41)と、前記磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号に基づいて前記モータの回転角を算出する回転角演算部(50)とを有する回転角センサ(40,72)とを備えた車両に適用される車両の状態検出装置であって、
前記モータの回転角の変化に起因しない前記磁気検出信号出力部から出力された磁気検出信号の変動(Ya,Yb,Xa,Xb)、あるいは、前記モータの回転角の変化に起因しない前記回転角演算部により算出された算出回転角の変動(X)を検出し、前記変動の大さを外部から車両に働いた力の大きさの指標として取得する外力指標取得手段(140)を備えたことにある。
励磁用交流信号が供給される励磁コイル(44)と、前記励磁コイルによって励磁されて前記ロータの前記ステータに対する相対回転角のsin値に応じた振幅の電圧信号であるsin相検出信号を出力するsin相検出コイル(45)と、前記励磁コイルによって励磁されて前記ロータの前記ステータに対する相対回転角のcos値に応じた振幅の電圧信号であるcos相検出信号を出力するcos相検出コイル(46)とを有するレゾルバ(41)と、
前記レゾルバの出力するsin相検出信号とcos相検出信号とに基づいて、前記モータの回転角を算出するレゾルバ演算部(50)とを備えたレゾルバ回転角センサであることにある。
前記モータの回転角の変化に起因しない前記sin相検出信号の変動と前記cos相検出信号の変動とに基づいて、路面から前記バネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する方向判別手段(S26~S32)を備えたことにある。
前記回転角演算部によって算出された回転角の周波数成分を分析し、前記回転角の周波数成分に含まれる前記支持部の車両上下方向の共振周波数成分の大きさと前記支持部の車両前後方向の共振周波数成分の大きさとに基づいて、路面から前記バネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する周波数利用方向判別手段(S51~S57)を備えたことにある。
前記外力指標取得手段(S76~S77,S94)は、車両の走行中において、前記記憶手段に記憶されている回転角から導いた磁気検出信号の大きさ、あるいは、前記記憶手段に記憶されている磁気検出信号の大きさに対する、前記磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号の大きさの変動(Xa,Xb)を検出することにある。
Ea=sinθ・sin(ωt) ・・・(1)
Eb=cosθ・sin(ωt) ・・・(2)
レゾルバ41は、このsin相検出信号、cos相検出信号をレゾルバ演算器50に出力する。
Ec=(sinθ・cosφ-cosθ・sinφ)・sin(ωt)
=sin(θ-φ)・sin(ωt) ・・・(3)
G(s)=Kg/((τ1s+1)(τ2s+1)) ・・・(4)
ここで、Kgは、ゲイン定数、τ1,τ2は、それぞれ時定数、sは、ラプラス演算子である。
回転角センサ40から出力される検出角度φは、sin相検出電圧Eaおよびcos相検出電圧Ebによって計算される。また、sin相検出電圧Eaは、励磁コイル44とsin相検出コイル45との相対位置関係によって決まり、cos相検出電圧Ebは、励磁コイル44とcos相検出コイル46との相対位置関係によって決まる。従って、レゾルバ41は、レゾルバステータ43に対するレゾルバロータ42の回転軸の相対位置が一定に保たれて、レゾルバロータ42の外周と、レゾルバステータ43の内周とが一定の離隔を維持するように製造される。しかし、一般的に、機械製品においては、部品が無限大の剛性を持つことはなく、図4に示すように、有限値のバネ定数KL、バネ定数KVを持つ。
Ea=K・sinθ・sin(ωt) ・・・(5)
Eb=cosθ・sin(ωt) ・・・(6)
ここで、Kは、励磁コイル44とsin相検出コイル45との距離の2乗に反比例する係数である(電磁波の強さは、距離の2乗に反比例するため)。
Ec=(K・sinθ・cosφ-cosθ・sinφ)・sin(ωt)
={(K-1)・sinθ・cosφ+sin(θ-φ)}・sin(ωt)
・・・(7)
このため、制御器55が減算値Ecがゼロとなるようにφを演算しても、(K-1)に依存した項の影響により、制御器55の出力する検出角度φは、θとは異なる値に計算されてしまう。
次に、バネ下状態検出部140が実行する走行路面判定処理について、いくつかの例を説明する。図6は、ECU100のバネ下状態検出部140が実行する第1走行路面判定ルーチンを表す。第1走行路面判定ルーチンは、車両1が走行しているあいだ、所定の短い演算周期にて繰り返し実行される。従って、バネ下状態検出部140は、イグニッションスイッチがオンされている期間中、所定の周期にて車輪速センサ63により検出される車輪速を読み込み、車輪速が走行判定値を超えている場合に、第1走行路面判定ルーチンを実行する。また、バネ下状態検出部140は、各車輪10毎に第1走行路面判定ルーチンを実行する。
次に、バネ下状態検出部140が実行する走行路面判定処理の変形例として第2走行路面判定処理について説明する。図7は、ECU100のバネ下状態検出部140が実行する第2走行路面判定ルーチンを表す。第2走行路面判定ルーチンは、上述した第1走行路面判定ルーチンと同様のタイミングにて、各車輪10毎に独立して実行される。
次に、バネ下状態検出部140が実行する走行路面判定処理の変形例として第3走行路面判定処理について説明する。上述した第2走行路面判定処理では、バネ下部に働いた力の方向(バネ下部の振動の方向)を上下方向と前後方向(レゾルバロータ42に直交する平面上の2方向)とに判別する構成であったが、この第3走行路面判定処理では、バネ下部にレゾルバロータ42の軸方向に働いた力を検出する。従って、この第3走行路面判定処理と第2走行路面判定処理とを並行して行うことで、バネ下部に働く3方向の力を検出することができる。
Z=sin2(ωt)-(Ea2+Eb2) ・・・(8)
路面から入力された外力に起因して発生するバネ下部の振動を検出する場合には、もともと振動レベルの高い周波数を避けて行った方がよい。バネ下部は、主に、上下方向と前後方向とにおける共振周波数付近で振動レベルが高くなる。例えば、バネ下部の上下方向の共振周波数は約10ヘルツ、バネ下部の前後方向の共振周波数は約20ヘルツである。モータ30のロータシャフト32を支持する支持部、あるいは、レゾルバロータ42を支持する支持部の共振周波数がバネ下共振周波数近傍帯域に含まれていると、バネ下部がバネ下共振周波数帯域で振動している場合でも、検出信号Ea,Ebあるいは検出角度φが変動してしまい、路面からバネ下部に入力された外力の大きさを表す指標の正確性が低下する可能性がある。本実施形態においては、レゾルバロータ42は、モータ30のロータシャフト32に一体的に形成されているため、モータ30のロータシャフト32を支持する支持部(例えば、モータケーシング31におけるボールベアリング34を支持している部分)の共振周波数が、上下方向および前後方向のバネ下共振周波数とは異なる値(バネ下共振周波数近傍域に入らない値)となるように設計されている。支持部の共振周波数は、支持部の剛性を大きくするほど高くなり、逆に、剛性を小さくするほど低くなる。従って、支持部の剛性の設定により、支持部の共振周波数をバネ下共振周波数から避けるようにすることができる。尚、レゾルバ41がモータ30と別体に設けられている場合には、レゾルバロータ42を支持する支持部の剛性を調整して、その支持部の共振周波数がバネ下共振周波数近傍域に入らないようにするとよい。また、その場合でも、ロータシャフト32の振動がレゾルバロータ42に及ぼす影響が強い場合には、モータ30のロータシャフト32を支持する支持部の共振周波数もバネ下共振周波数近傍域に入らないようにするとよい。
次に、バネ下状態検出部140が実行する入力方向判定処理について説明する。図11は、ECU100のバネ下状態検出部140が実行する入力方向判定ルーチンを表す。入力方向判定ルーチンは、上述した第1走行路面判定ルーチンと同様のタイミングにて、各車輪10毎に独立して実行される。この入力方向判定処理は、バネ下部に働く力の方向を上下方向と前後方向とに判別する処理であって、上述した任意の走行路面判定ルーチンと並行して実施することにより、路面状況を一層精度良く検出することができる。
上述した第1実施形態は、車輪10を駆動するモータ30の回転角を検出する回転角センサ40を使って、バネ下部の振動状態を検出(バネ下部に働く力を検出)する構成であるが、この第2実施形態においては、図14に示すように、電動パーキングブレーキシステムに使用するモータ71(EPBモータ71と呼ぶ)の回転角を検出する回転角センサ72を使って、バネ下部の振動状態(バネ下に働く力の大きさ)を検出する構成である。この電動パーキングブレーキシステムにおいては、後輪10RL,10RRのバネ下部にEPBモータ71RL,71RRを固定して備え、このEPBモータ71の回転により、図示しないブレーキパッドをブレーキディスクに押しつけて車輪10に制動力を働かせる。EPBモータ71は、その出力シャフトが車輪10の回転軸と同じ方向、つまり、車両左右方向に向けられており、出力シャフトとブレーキパッドとの間に設けられたねじ送り機構により、出力シャフトの回転する力がブレーキパッドを押しつける力(左右方向の力)に変換される。このEPBモータ71の回転角を検出する回転角センサ72は、上述した第1実施形態と同様のレゾルバ41とレゾルバ演算器50とから構成されるレゾルバ回転角センサである。
そこで、この第2実施形態においては、EPBモータ71が停止したときの回転角センサ72により検出される回転角を記憶し、この記憶した回転角を使って走行路面判定を行う。図15は、バネ下状態検出部140の実行する停止角度記憶ルーチンを表す。停止角度記憶ルーチンは、車両1が停車している期間中において所定の短い周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動すると、バネ下状態検出部140は、ステップS61において、EPB制御部150の作動信号を読み込み、EPBの解除操作が行われたか否かを判断する。EPB制御部150は、ドライバーによりEPBの解除操作が行われた場合には、モータ71を駆動してブレーキパッドをディスクから退避させ、退避が完了するとEPB解除信号を出力する。バネ下状態検出部140は、EPB解除信号を検出していないときには、ステップS61において「No」と判定して本ルーチンを一旦終了する。一方、EPB解除信号を検出した場合には、バネ下状態検出部140は、ステップS62において、回転角センサ72の出力する検出角度φを読み取り、ステップS63において、検出角度φを停止角度φstopとして不揮発性メモリに記憶して本ルーチンを一旦終了する(φstop←φ)。本ルーチンは、繰り返し実行されることから、最新の停止角度φstopが記憶されていることになる。
バネ下状態検出部140は、この停止角度φstopを参照して、第4走行路面判定処理を実行する。図16は、第2実施形態におけるバネ下状態検出部140の実行する第4走行路面判定ルーチンを表す。第4走行路面判定ルーチンは、車両1が走行しているあいだ、所定の短い演算周期にて繰り返し実行される。
<停止電圧記憶処理>
上述した第2実施形態においては、EPBモータ71の停止状態として、停止角度φstopを記憶したが、この変形例においては、EPBモータ71の停止位置におけるsin検出電圧Ea,cos相検出電圧Ebの振幅(励磁電圧sin(ωt)を除去した電圧)を記憶し、この記憶した振幅を使って路面判定を行う。図17は、バネ下状態検出部140の実行する停止振幅記憶ルーチンを表す。停止振幅記憶ルーチンは、車両1が停車している期間中において所定の短い周期で繰り返し実行される。
Vastop=|Ea/sin(ωt)| ・・・(9)
Vbstop=|Eb/sin(ωt)| ・・・(10)
バネ下状態検出部140は、この停止振幅Vastop,Vbstopを使用して第5走行路面判定処理を実行する。図18は、第2実施形態におけるバネ下状態検出部140の実行する第5走行路面判定ルーチンを表す。第5走行路面判定ルーチンは、車両1が走行しているあいだ、所定の短い演算周期にて繰り返し実行される。
Va=|Ea/sin(ωt)| ・・・(11)
Vb=|Eb/sin(ωt)| ・・・(12)
Claims (11)
- モータと、
前記モータの回転により回転するロータと前記ロータの周囲に設けられるステータとを備えて前記ロータと前記ステータの相対位置関係に応じて変化する磁気検出信号を出力する磁気検出信号出力部と、前記磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号に基づいて前記モータの回転角を算出する回転角演算部とを有する回転角センサと
を備えた車両に適用される車両の状態検出装置であって、
前記モータの回転角の変化に起因しない前記磁気検出信号出力部から出力された磁気検出信号の変動、あるいは、前記モータの回転角の変化に起因しない前記回転角演算部により算出された算出回転角の変動を検出し、前記変動の大さを外部から車両に働いた力の大きさの指標として取得する外力指標取得手段を備えたことを特徴とする車両の状態検出装置。 - 前記モータは、車両のバネ下部に搭載されたものであることを特徴とする請求項1記載の車両の状態検出装置。
- 前記外力指標取得手段により取得した力の指標に基づいて、車両の走行している路面の状態を判定する路面判定手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の車両の状態検出装置。
- 前記回転角センサは、
励磁用交流信号が供給される励磁コイルと、前記励磁コイルによって励磁されて前記ロータの前記ステータに対する相対回転角のsin値に応じた振幅の電圧信号であるsin相検出信号を出力するsin相検出コイルと、前記励磁コイルによって励磁されて前記ロータの前記ステータに対する相対回転角のcos値に応じた振幅の電圧信号であるcos相検出信号を出力するcos相検出コイルとを有するレゾルバと、
前記レゾルバの出力するsin相検出信号とcos相検出信号とに基づいて、前記モータの回転角を算出するレゾルバ演算部とを備えたレゾルバ回転角センサであることを特徴とする請求項2または3記載の車両の状態検出装置。 - 前記レゾルバは、前記ロータに前記励磁コイルが設けられ、前記ステータに前記sin相検出コイルと前記cos相検出コイルとが設けられるとともに、前記sin相検出コイルと前記cos相検出コイルとにおける一方が他方に比べて前記ロータに対して車両上下方向位置となる割合が多くなるように配置され、前記sin相検出コイルと前記cos相検出コイルとにおける他方が一方に比べて前記ロータに対して車両前後方向位置となる割合が多くなるように配置されており、
前記モータの回転角の変化に起因しない前記sin相検出信号の変動と前記cos相検出信号の変動とに基づいて、路面から前記バネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する方向判別手段を備えたことを特徴とする請求項4記載の車両の状態検出装置。 - 前記sin相検出信号と前記cos相検出信号との両方の出力が閾値よりも低下している場合に、路面から前記バネ下部に車両左右方向の力が働いていると判定する左右方向力検出手段を備えたことを特徴とする請求項4または5記載の車両の状態検出装置。
- 前記モータまたは前記レゾルバにおけるロータを支持する支持部の共振周波数がバネ下共振周波数とは異なるように設定されていることを特徴とする請求項4ないし請求項6の何れか一項記載の車両の状態検出装置。
- 前記モータまたは前記レゾルバにおけるロータを支持する支持部の車両上下方向の共振周波数と車両前後方向の共振周波数とが異なるように設定されており、
前記回転角演算部によって算出された回転角の周波数成分を分析し、前記回転角の周波数成分に含まれる前記支持部の車両上下方向の共振周波数成分の大きさと前記支持部の車両前後方向の共振周波数成分の大きさとに基づいて、路面から前記バネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する周波数利用方向判別手段を備えたことを特徴とする請求項4ないし請求項7の何れか一項記載の車両の状態検出装置。 - 前記モータは、車両のバネ下部に搭載されて車輪を駆動するインホイールモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項8の何れか一項記載の車両の状態検出装置。
- 前記モータは、車両のバネ下部に搭載されて車輪に制動力のみを付与するモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項8の何れか一項記載の車両の状態検出装置。
- 前記モータは、車両のバネ下部に搭載され、車両走行中においては回転しないモータであって、
前記モータの直前回の作動終了後の前記モータの回転角あるいは前記磁気検出信号の大きさを記憶する記憶手段を備え、
前記外力指標取得手段は、車両の走行中において、前記記憶手段に記憶されている回転角から導いた磁気検出信号の大きさ、あるいは、前記記憶手段に記憶されている磁気検出信号の大きさに対する、前記磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号の大きさの変動を検出することを特徴とする請求項10記載の車両の状態検出装置。
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