モーメント中心位置推算装置、その装置を備えた車両、及びモーメント中心位置推算方法
【課題】 車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に推定することができ、走行状態における車両の姿勢制御精度を向上させることができる簡易な構造のモーメント中心位置推算装置、該装置を備えた車両、及びモーメント中心位置推算方法を提供する。
【解決手段】 複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推定するモーメント中心位置推算装置において、緩衝部材毎の長さの変動量を検知する検知手段と、検知した変動量に基づいて車輪毎に加わる荷重を推算する荷重推算手段と、推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出する中心位置算出手段とを備える。
【解決手段】 複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推定するモーメント中心位置推算装置において、緩衝部材毎の長さの変動量を検知する検知手段と、検知した変動量に基づいて車輪毎に加わる荷重を推算する荷重推算手段と、推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出する中心位置算出手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動する車両の水平面内における片揺れモーメント（ヨーイングモーメント）の中心座標を推定することができるモーメント中心位置推算装置、該装置を備えた車両、及びモーメント中心位置推算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電子制御が進展するに伴い、制動装置の動作を制御する電子制御制動装置、車両の走行中の姿勢を制御する車両安定化制御装置（ＶＳＣ、Vehicle Stability Control)等が開発されている。電子制御制動装置として代表的なシステムはＡＢＳ（Antilock Brake System)である。ＡＢＳは、車輪に回転センサを設けて車輪回転を検出し、ブレーキ圧力が大きいときに車輪回転が停止すると、車輪と路面との間にスリップが存在すると判断して、ブレーキ圧力を断続制御する装置である。一方、車両安定化制御装置（ＶＳＣ）として代表的な装置は、横すべり防止装置である。横すべり防止装置は、運転者が操作入力する操舵角（ハンドル角度）から、運転者が意図している進行方向を推算し、進行方向を維持することができるよう、駆動装置及び制動装置の動作を制御する装置である。
【０００３】
車両姿勢安定化装置（ＶＳＣ）は、例えば特許文献１に開示されているように、車輪の横すべりの開始点、又は内輪のホイールリフトの開始点を、走行状態における操舵の大きさ、速さ、車両の速度、車両の横移動の速さ、及び車両の向きの変化の速さ（垂直軸まわりの車両の回転角速度であるヨーレイト）を検出して演算することにより予測し、横すべり又はホイールリフトが始まる前に車輪のブレーキ圧力を制御して防止する。
【０００４】
車両の姿勢制御では、車両の重心位置が重要なパラメータの１つとなる。しかし、車両の重心は静的に計測することはできるが、走行状態でリアルタイムに計測することが困難である。すなわち積荷の状態、又は乗員の搭乗数及びその着席位置により、車両の物理特性は大きく変動する。そこで、特許文献１では、車輪毎に軸重計を設け、勾配センサと併用することにより、積荷の状態、又は乗員の搭乗数及びその着席位置の変化にリアルタイム的に対応可能な重心高さの推定装置を開示している。
【特許文献１】特開平１１−３０４６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されている構成では、積荷の状態、又は乗員の搭乗数及びその着席位置により変動する車両の物理特性に対応した重心高さを正確に推定することはできるが、水平面内での重心位置、特に片揺れモーメントの中心位置を正確に推定することはできない。すなわち、車両の向きの変化の速さ（垂直軸まわりの車両の回転角速度であるヨーレイト）を検出する場合、垂直軸の位置を正確に推定する必要があるのに対して、垂直軸の位置である片揺れモーメント（ヨーイングモーメント）の中心位置を正確に推定することができないことから、重心高さの推定演算の精度を高めることも困難になり、走行状態における車両の姿勢制御の精度を高めることも困難になるという問題点があった。
【０００６】
また、車輪毎に高価な軸重計を設けることで、片揺れモーメントの中心位置推定装置自体がコスト高になるという問題点もあった。
【０００７】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に推定することができ、走行状態における車両の姿勢制御精度を向上させることができる簡易な構造のモーメント中心位置推算装置、該装置を備えた車両、及びモーメント中心位置推算方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために第１発明に係るモーメント中心位置推算装置は、複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推算するモーメント中心位置推算装置において、前記緩衝部材毎の長さの変動量を検知する検知手段と、検知した変動量に基づいて前記車輪毎に加わる荷重を推算する荷重推算手段と、推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出する中心位置算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第１発明において、前記検知手段は、緩衝部材の長さ方向に少なくとも一対の感磁素子と磁性体とを備え、前記感磁素子が感知した磁束の変動に伴って生じる電気量の変動量に基づいて、前記緩衝部材の長さの変動量を検知するよう構成してあることを特徴とする。
【００１０】
また、第３発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第２発明において、前記緩衝部材はコイルバネであり、一対の感磁素子と磁性体とを前記コイルバネの一又は複数のピッチ間に設けてあることを特徴とする。
【００１１】
また、第４発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記中心位置算出手段は、推算した前記車輪毎に加わる荷重と、所与のホイールベース及びトレッドとを用いて片揺れモーメントの中心位置を算出するよう構成してあることを特徴とする。
【００１２】
また、第５発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第１発明において、前記緩衝部材は、作動液を充填した内筒と、該内筒との間に空気室を形成する外筒と、該内筒に対して移動可能なピストンと、該ピストンの移動により前記内筒から作動液を前記空気室へ誘導するオリフィスと、前記空気室内に配置してあるサーミスタとを有し、前記検知手段は、前記サーミスタの電気量を検出するようにしてあることを特徴とする。
【００１３】
また、第６発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第５発明において、前記サーミスタは、作動液に浸る度合が大きくなるほど抵抗値が大きくなることを特徴とする。
【００１４】
また、第７発明に係る車両は、第１乃至第６発明のいずれかのモーメント中心位置推算装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第８発明に係るモーメント中心位置推算方法は、複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推算するモーメント中心位置推算方法において、前記緩衝部材毎の長さの変動量を検知し、検知した変動量に基づいて前記車輪毎に加わる荷重を推算し、推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出することを特徴とする。
【００１６】
第１又は第８発明では、車両の懸架装置に備えてある緩衝部材毎の長さの変動量を検知し、検知した変動量に基づいて車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算し、推算した荷重に基づいて、車両の片揺れモーメントの中心位置を算出する。これにより、走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することで、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することができ、ヨーレイトを正確に推定することで重心高さの推定演算の精度を高め、走行状態における車両の姿勢制御の精度を高めることが可能となる。また、車両のヨーイング運動を正確に制御することも可能となる。
【００１７】
第２発明では、緩衝部材の長さ方向に少なくとも一対の感磁素子と磁性体とを備え、感磁素子が感知した磁束の変動に伴って生じる電気量、例えば電圧、電流等の変動量に基づいて、緩衝部材の長さの変動量を検知する。これにより、大型の軸重計を車輪毎に設けることなく、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電気量の変動量を検知することで緩衝部材の長さの変動量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００１８】
第３発明では、緩衝部材としてコイルバネを用い、一対の感磁素子と磁性体とをコイルバネの一又は複数のピッチ間に設ける。これにより、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電圧の変動量を検知することでコイルバネのピッチの変化量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００１９】
第４発明では、車輪毎にかかる荷重と、ホイールベース、トレッドを用いてモーメント中心を算出する。これにより、モーメントのレバーを固定値として車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２０】
第５発明では、緩衝部材は、作動液を充填した内筒と、該内筒との間に空気室を形成する外筒と、該内筒に対して移動可能なピストンと、該ピストンの移動により内筒から作動液を空気室へ誘導するオリフィスと、空気室内に配置してあるサーミスタとを有しており、サーミスタの電気量、例えば電流値を検出し、検出した電流値に基づいて作動液の液位を推定し、推定した液位に基づいて車体に加わる荷重を算出する。これにより、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸る液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２１】
第６発明では、サーミスタは、作動液に浸る度合が大きくなるほど抵抗値が大きくなる。これにより、ピストンに荷重が加わり、サーミスタがオリフィスから流れ出た作動液に浸る度合が大きくなるほど、電気抵抗値が増大し、電流値が減少する。したがって、ピストンに加わる荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２２】
第７発明では、上述したようなモーメント中心位置推算装置を備えることにより、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
第１又は第８発明によれば、走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することで、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することができ、ヨーレイトを正確に推定することで重心高さの推定演算の精度を高め、走行状態における車両の姿勢制御の精度を高めることが可能となる。また、車両のヨーイング運動を正確に制御することも可能となる。
【００２４】
第２発明によれば、大型の軸重計を車輪毎に設けることなく、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電気量の変動量を検知することで緩衝部材の長さの変動量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２５】
第３発明によれば、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電圧の変動量を検知することでコイルバネのピッチの変化量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２６】
第４発明によれば、モーメントのレバーを固定値として車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２７】
第５発明によれば、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸る液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２８】
第６発明によれば、ピストンに荷重が加わり、サーミスタがオリフィスから流れ出た作動液に浸る度合が大きくなるほど、電気抵抗値が増大し、電流値が減少する。したがって、ピストンに加わる荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２９】
第７発明によれば、上述したようなモーメント中心位置推算装置を備えることにより、上述した効果を奏することが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るモーメント中心位置推算装置の構成を示すブロック図であり、図２は、本発明の実施の形態１に係るモーメント中心位置推算装置の一のコイルバネ２に備えた変動量センサ４の概略構成図である。図に示すように、車両の車輪１、１、・・・毎に緩衝部材であるコイルバネ２、２、・・・を備えた懸架装置３を設ける。緩衝部材であるコイルバネ２、２、・・・には、コイルバネ２、２、・・・の変動量をそれぞれ検出する変動量センサ４、４、・・・を設けている。変動量センサ４、４、・・・は、車載ＬＡＮ６を介してデータ送受信を行うことが可能であるように中心位置演算装置５と接続されている。
【００３２】
図２に示すように、コイルバネ２の所定の位置に感磁素子（ホール素子）４１を設け、１ピッチ離れたコイルバネ２上の位置に、該ホール素子４１で磁力の変化を検出される被検出体である磁性体４２を備えている。
【００３３】
図３は、ホール素子４１を用いたコイルバネ２の長さの変動量の検出原理の説明図である。ホール素子４１は、ホール効果を利用した感磁素子である。ホール素子４１は、適当な半導体で形成してある厚さｄの受感部４１５に、端子４１１、４１２、４１３、４１４を設け、入力制御電流Ｉｃを端子４１１、４１３に流し、外部から磁束密度Ｂの磁界を受感部４１５の受感面に垂直に作用させる。これにより、出力端子４１２、４１４間には、（式１）で示される電位差Ｖｈが発生する。なお、（式１）において、Ｒｈはホール係数である。
【００３４】
Ｖｈ＝Ｒｈ・Ｉｃ・Ｂ／ｄ ・・・（式１）
【００３５】
このようにホール素子４１では、制御電流Ｉｃ及び外部磁束密度Ｂの積に比例した出力電圧Ｖｈを得ることができ、磁性体４２との距離の変動量、すなわちコイルバネ２の長さの変動量に応じた磁束密度Ｂの変化を検出することが可能となる。
【００３６】
図４は、中心位置演算装置５の概略構成を示すブロック図である。中心位置演算装置５は、少なくとも、ＭＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、車載ＬＡＮ６と接続する通信インタフェース５４、及び上述したハードウェアを接続する内部バス５５で構成する。
【００３７】
ＭＰＵ５１は、内部バス５５を介して中心位置演算装置５の上述したようなハードウェア各部と接続されており、上述したハードウェア各部を制御するとともに、ＲＯＭ５２に記憶されている処理プログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。
【００３８】
ＲＯＭ５２は、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成され、変動量センサ４、４、・・・から取得した電圧の変化量に基づいて、コイルバネ２、２、・・・の長さの変動量を算出するプログラム、算出したコイルバネ２、２、・・・の長さの変動量に基づいて、各車輪１、１、・・・に加わる荷重を算出するプログラム、及び算出した荷重に基づいて、片揺れモーメントの中心位置を算出するプログラム等を記憶してある。
【００３９】
ＲＡＭ５３は、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成され、ソフトウェアの実行時に発生する一時的なデータを記憶する。通信インタフェース５４は、内部バス５５に接続されており、車載ＬＡＮ６に接続されることにより、処理に必要とされるデータを送受信する。
【００４０】
以下、上述した構成のモーメント中心位置推算装置の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係るモーメント中心位置推算装置の中心位置演算装置５におけるＭＰＵ５１の処理手順のフローチャートである。
【００４１】
ＭＰＵ５１は、車輪１、１、・・・各々に備えた変動量センサ４、４、・・・で検出した出力電圧Ｖｈを取得し（ステップＳ５０１）、取得した出力電圧Ｖｈに基づいて、車輪１、１、・・・毎の電圧の変動量を算出する（ステップＳ５０２）。
【００４２】
算出した電圧の変動量に基づいて、コイルバネ２、２、・・・毎の長さの変動量を算出する（ステップＳ５０３）。具体的には、コイルバネ２、２、・・・のピッチＰに対応する距離だけホール素子４１と磁性体４２とが離れている場合に検出される出力電圧値を基準として、ホール素子４１と磁性体４２とがピッチＰに対応する距離より近づいた（離れた）距離に応じた出力電圧Ｖｈの増加（減少）量に基づき、コイルバネ２、２、・・・毎の長さの変動量を算出する。
【００４３】
算出したコイルバネ２、２、・・・毎の長さの変動量に基づいて、コイルバネ２、２、・・・毎に加わる荷重を算出する（ステップＳ５０４）。車輪１、１、・・・が４輪である場合、コイルバネ２、２、・・・の弾性係数をＫｉ（ｉ＝１、２、３、４）とすると、各車輪に加わる荷重Ｆｉ（ｉ＝１、２、３、４）は、コイルバネ２、２、・・・の長さの変動量ΔＬｉ（ｉ＝１、２、３、４）に弾性係数Ｋｉ（ｉ＝１、２、３、４）を乗じた値となる。
【００４４】
そして、算出したコイルバネ２、２、・・・毎に加わる荷重、すなわち各車輪に加わる荷重に基づいて、片揺れモーメントの中心位置を算出する（ステップＳ５０５）。車輪１、１、・・・が４輪である場合、各車輪に加わる荷重Ｆｉ（ｉ＝１、２、３、４）に基づいて算出する片揺れモーメント（ヨーイングモーメント）の釣合により、水平面内での片揺れモーメントの中心位置を算出する。
【００４５】
図６は、片揺れモーメントの中心位置を座標値として算出する方法の説明図である。図６での右手方向を車両の前部とし、前輪の左右車輪間隔（以下、前輪トレッドという。）をｄｆ、後輪の左右車輪間隔（以下、後輪トレッドという。）をｄｒ、前後車輪間距離（以下、ホイールベースという。）をＬｗとする。そして、座標の原点Ｏ（０、０）を、前輪トレッドｄｆの中点と後輪トレッドｄｒの中点とを結ぶ直線と、ホイールベースの中点を通る該直線と直交する直線との交点とする。
【００４６】
そして、算出した各車輪に加わる荷重Ｆｉ（ｉ＝１、２、３、４）のうち、前輪に加わる荷重をＦ１、Ｆ２、後輪に加わる荷重をＦ３、Ｆ４とした場合、前後方向のモーメントの釣合から、重心位置Ｇの座標のＸ座標は、（式２）で算出することができる。
【００４７】
Ｘ＝（Ｌｗ／２）・（（Ｆ１＋Ｆ２）−（Ｆ３＋Ｆ４））
／（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４） ・・・（式２）
【００４８】
同様に、左右方向のモーメントの釣合から、重心位置Ｇの座標のＹ座標は、（式３）で算出することができる。
【００４９】
Ｙ＝（（ｄｆ／２）・（Ｆ１−Ｆ２）＋（ｄｒ／２）・（Ｆ３−Ｆ４））
／（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４） ・・・（式３）
【００５０】
以上のように本実施の形態１によれば、走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することで、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することができ、ヨーレイトを正確に推定することで重心高さの推定演算の精度を高め、走行状態における車両の姿勢制御の精度を高めることが可能となる。また、車両のヨーイング運動を正確に制御することも可能となる。
【００５１】
また、大型の軸重計を車輪毎に設けることなく、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電圧の変動量を検知することで緩衝部材の長さの変動量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００５２】
なお、上述した実施の形態１では、コイルバネ２の所定の位置に設けた感磁素子（ホール素子）４１と磁性体４２とを、１ピッチ離れたコイルバネ２上に配置しているが、１ピッチに限定されるものではなく、複数ピッチ離して配置しても良い。
【００５３】
また、感磁素子（ホール素子）４１と磁性体４２とを、コイルバネ２の中心軸方向に離して配置しているが、コイルバネ２上の任意の位置であり、しかも両者を離して配置することができる位置であれば、どのような位置に配置しても良い。
【００５４】
図７（ａ）は、ホール素子４１と磁性体４２とを、コイルバネ２の任意の位置に配置した場合のコイルバネ２に備えた変動量センサ４の概略構成図であり、図７（ｂ）は、コイルバネ２を上方から見た場合のホール素子４１と磁性体４２との位置関係を示す図である。図７（ａ）に示すように、コイルバネ２の所定の位置にホール素子４１を設け、コイルバネ２上の他の位置に、該ホール素子４１で磁力の変化を検出される被検出体である磁性体４２を備えている。
【００５５】
ホール素子４１と磁性体４２とは、図７（ｂ）に示すように中心角θ離れた位置に配置している。例えばホール素子４１と磁性体４２とが１ピッチ分Ｐ以内に配置してある場合、（式４）により両者間の垂直距離Ｄ１を求めることができる。
【００５６】
Ｄ１＝Ｐ・（θ／３６０） ・・・（式４）
【００５７】
これにより、ホール素子４１と磁性体４２との間の垂直距離Ｄ１を求めることができることから、ホール素子４１と磁性体４２とを、コイルバネ２の中心軸方向に離して配置している場合と同様、各車輪１、１、・・・に加わる荷重を算出することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００５８】
なお、上述した実施の形態１では、ホール素子４１で取得する出力電圧に基づいて緩衝部材の長さの変動量を検出しているが、電気量は電圧に限定されるものではなく、例えば電流値を検出して同様の処理を行うものであっても良い。
【００５９】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るモーメント中心位置推算装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態２では、車輪１、１、・・・ごとに設置してある緩衝部材として、作動液によるハイドロ形式のショックアブソーバ７を用い、伸縮の度合を安価なサーミスタを用いて検出する点に特徴を有する。なお、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することで詳細な説明を省略する。
【００６０】
車輪１、１、・・・ごとに設置してあるショックアブソーバ７、７、・・・により、車輪１、１、・・・へ加わる荷重、例えば路面からの荷重を緩衝する。職アブソーバ７は、伸縮度合に応じて出力される電流値を検出する電流検出回路８に接続してあり、電流検出回路８で検出した電流値を受信することが可能に中心位置演算装置５と接続してある。中心位置演算装置５は、車載ＬＡＮ６を介して、他の演算装置と接続してあり、種々のデータを送受信する。中心位置演算装置５の構成は、実施の形態１と同様である。
【００６１】
図９は、本発明の実施の形態２に係るモーメント中心位置推算装置のショックアブソーバ７の構成を示す斜視図である。図に示すように、本実施の形態２に係るモーメント中心位置推算装置のショックアブソーバ７は、略円筒形状のカバー７１の内部に、一体としてカバー７１と相互に移動可能な外筒７２及び内筒７３を備えている。内筒７３の内部は作動液（例えば作動油）７５で充填してあり、外筒７２及び内筒７３の間に配設してある空気室７４との間で作動液７５を出し入れする弁機能を有するオリフィス７６を備えている。
【００６２】
作動液７５、カバー７１内に設けてあるロッド７７の先端部に配設してあるピストン７８が押し下がることにより、オリフィス７６を押し下げ、空気室７４内へと流れ込む。すなわち、空気室７４は、オリフィス７６を介して押し出された作動液７５のリザーバとなっている。図１０及び図１１は、ピストン７８の位置と作動油７５の状態との関係を示す部分断面図である。図１０はピストン７８を押し下げた場合の、図１１はピストン７８を引き上げた場合に、それぞれの場合の作動油７５の空気室７４内への流入状態を示している。
【００６３】
図１０に示すように、ピストン７８を押し下げた場合、ピストン７８自体に配設してあるオリフィス７９を介して、ピストン７８が下方へ移動した後の空間へ作動液７５が流入し、ピストン７８は荷重を緩衝しつつ円滑に移動することができる。また、内筒７３に配設してあるオリフィス７６を介して、作動液７５の一部が空気室７４へ流入する。したがって、空気室７４内の作動液７５の液位が上昇する。
【００６４】
図１１に示すように、ピストン７８を引き上げた場合、ピストン７８自体に配設してあるオリフィス７９を介して、ピストン７８が下方へ移動した後の空間に流入していた作動液７５が内筒７３へと流入し、ピストン７８は荷重を緩衝しつつ円滑に移動することができる。また、内筒７３に配設してあるオリフィス７６を介して、空気室７４内の作動液７５が内筒７３へと流入する。したがって、空気室７４内の作動液７５の液位が下降する。
【００６５】
空気室７４内には、上下動する作動液７５の液位を検出するためのサーミスタ３０が設けてある。サーミスタ３０は、作動液７５に浸漬する表面積が大きくなるほど周囲の温度が低下し、抵抗値が大きくなる。したがって、サーミスタ３０に一定の電圧を印加している場合、負荷抵抗に流れる電流値の変動に応じて液位を推定することができる。
【００６６】
図１２は、サーミスタ３０の配設状態を模式的に示す図である。ピストン７８の上下動に応じて作動液７５の液位が上下動し、サーミスタ３０が作動液７５に浸漬される液位が変動する。電流検出回路８は、一定電圧Ｖを負荷抵抗Ｒに印加し、負荷抵抗Ｒに流れる電流Ｉを検出する。サーミスタ３０は、ピストン７８が押し下げられた場合、作動液７５の液位が増加し、作動液７５に浸漬する表面積が増加する。作動液７５に浸漬される表面積が増加するにつれてサーミスタ３０の周囲の温度が低下し、サーミスタ３０の電気抵抗値が増加する。したがって、負荷抵抗Ｒに流れる電流Ｉが減少する。逆に、ピストン７８が引き上げられた場合、作動液７５の液位が減少し、作動液７５に浸漬される表面積が減少する。作動液７５に浸漬される表面積が減少するにつれてサーミスタ３０の周囲の温度が上がり、サーミスタ３０の電気抵抗値が減少する。したがって、負荷抵抗Ｒに流れる電流Ｉが増加する。
【００６７】
サーミスタ３０の抵抗値Ｒは、サーミスタ定数をＢ、温度Ｔ０での抵抗値をＲ０とした場合、（式５）に従って変動する。
【００６８】
【数１】
【００６９】
印加される電圧をＶとした場合、電流値をＩとすると抵抗値ＲはＲ＝Ｖ／Ｉであることから、（式６）によりサーミスタ３０の温度Ｔを求めることができる。
【００７０】
【数２】
【００７１】
したがって、液位ｈは、温度Ｔ０での液位ｈ０を基準に、（式７）で示す実験値として求めることができる。なお、Ｋ１は経験値に基づく定数である。
【００７２】
【数３】
【００７３】
液位ｈが求まることにより、中心位置演算装置５は、車輪１、１、・・・に加わる荷重を推算する。図１３は、本実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の中心位置演算装置５のＭＰＵ５１の処理手順を示すフローチャートである。
【００７４】
中心位置演算装置５のＭＰＵ５１は、電流検出回路８から負荷抵抗に流れる電流値Ｉを取得し（ステップＳ１３０１）、（式６）及び（式７）に従って液位ｈを算出する（ステップＳ１３０２）。
【００７５】
ＭＰＵ５１は、算出した液位ｈをキー情報として、例えば事前にＲＡＭ５３に液位ｈと荷重Ｆとの関係を荷重テーブルとして記憶しておき、記憶してある荷重テーブルを参照することにより車輪１、１、・・・に加わる荷重Ｆを算出する（ステップＳ１３０３）。ＭＰＵ５１は、推算した車輪１、１、・・・に加わる荷重Ｆに基づいて、実施の形態１と同様の方法で、片揺れモーメントの中心位置を算出する（ステップＳ１３０４）。例えば車輪１、１、・・・が４輪である場合、各車輪に加わる荷重Ｆｉ（ｉ＝１、２、３、４）に基づいて算出する片揺れモーメント（ヨーイングモーメント）の釣合により、水平面内での片揺れモーメントの中心位置を算出する。
【００７６】
なお、算出した液位ｈに基づいて車輪１、１、・・・に加わる荷重Ｆを推算する方法は、荷重テーブルを参照する方法に限定するものではなく、例えば実験値に基づく関数として算出する方法であっても良い。
【００７７】
以上のように本実施の形態２によれば、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸る液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の一のコイルバネに備えた変動量センサの概略構成図である。
【図３】ホール素子を用いたコイルバネの長さの変動量の検出原理の説明図である。
【図４】中心位置演算装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の中心位置演算装置におけるＭＰＵの処理手順のフローチャートである。
【図６】片揺れモーメントの中心位置を座標値として算出する方法の説明図である。
【図７】（ａ）は、ホール素子と磁性体とを、コイルバネの任意の位置に配置した場合のコイルバネに備えた変動量センサの概略構成図であり、（ｂ）は、コイルバネを上方から見た場合のホール素子と磁性体との位置関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置のショックアブソーバの構成を示す斜視図である。
【図１０】ピストンの位置と作動油の状態との関係を示す部分断面図である。
【図１１】ピストンの位置と作動油の状態との関係を示す部分断面図である。
【図１２】サーミスタの配設状態を模式的に示す図である。
【図１３】本実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の中心位置演算装置のＭＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
１ 車輪
２ コイルバネ
３ 懸架装置
４ 変動量センサ
５ 中心位置演算装置
６ 車載ＬＡＮ
７ ショックアブソーバ
８ 電流検出回路
３０ サーミスタ
４１ 感磁素子（ホール素子）
４２ 磁性体
５１ ＭＰＵ
５２ ＲＯＭ
５３ ＲＡＭ
５４ 通信インタフェース
５５ 内部バス
７１ カバー
７２ 外筒
７３ 内筒
７４ 空気室
７５ 作動液
７６、７９ オリフィス
７８ ピストン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動する車両の水平面内における片揺れモーメント（ヨーイングモーメント）の中心座標を推定することができるモーメント中心位置推算装置、該装置を備えた車両、及びモーメント中心位置推算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の電子制御が進展するに伴い、制動装置の動作を制御する電子制御制動装置、車両の走行中の姿勢を制御する車両安定化制御装置（ＶＳＣ、Vehicle Stability Control)等が開発されている。電子制御制動装置として代表的なシステムはＡＢＳ（Antilock Brake System)である。ＡＢＳは、車輪に回転センサを設けて車輪回転を検出し、ブレーキ圧力が大きいときに車輪回転が停止すると、車輪と路面との間にスリップが存在すると判断して、ブレーキ圧力を断続制御する装置である。一方、車両安定化制御装置（ＶＳＣ）として代表的な装置は、横すべり防止装置である。横すべり防止装置は、運転者が操作入力する操舵角（ハンドル角度）から、運転者が意図している進行方向を推算し、進行方向を維持することができるよう、駆動装置及び制動装置の動作を制御する装置である。
【０００３】
車両姿勢安定化装置（ＶＳＣ）は、例えば特許文献１に開示されているように、車輪の横すべりの開始点、又は内輪のホイールリフトの開始点を、走行状態における操舵の大きさ、速さ、車両の速度、車両の横移動の速さ、及び車両の向きの変化の速さ（垂直軸まわりの車両の回転角速度であるヨーレイト）を検出して演算することにより予測し、横すべり又はホイールリフトが始まる前に車輪のブレーキ圧力を制御して防止する。
【０００４】
車両の姿勢制御では、車両の重心位置が重要なパラメータの１つとなる。しかし、車両の重心は静的に計測することはできるが、走行状態でリアルタイムに計測することが困難である。すなわち積荷の状態、又は乗員の搭乗数及びその着席位置により、車両の物理特性は大きく変動する。そこで、特許文献１では、車輪毎に軸重計を設け、勾配センサと併用することにより、積荷の状態、又は乗員の搭乗数及びその着席位置の変化にリアルタイム的に対応可能な重心高さの推定装置を開示している。
【特許文献１】特開平１１−３０４６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されている構成では、積荷の状態、又は乗員の搭乗数及びその着席位置により変動する車両の物理特性に対応した重心高さを正確に推定することはできるが、水平面内での重心位置、特に片揺れモーメントの中心位置を正確に推定することはできない。すなわち、車両の向きの変化の速さ（垂直軸まわりの車両の回転角速度であるヨーレイト）を検出する場合、垂直軸の位置を正確に推定する必要があるのに対して、垂直軸の位置である片揺れモーメント（ヨーイングモーメント）の中心位置を正確に推定することができないことから、重心高さの推定演算の精度を高めることも困難になり、走行状態における車両の姿勢制御の精度を高めることも困難になるという問題点があった。
【０００６】
また、車輪毎に高価な軸重計を設けることで、片揺れモーメントの中心位置推定装置自体がコスト高になるという問題点もあった。
【０００７】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に推定することができ、走行状態における車両の姿勢制御精度を向上させることができる簡易な構造のモーメント中心位置推算装置、該装置を備えた車両、及びモーメント中心位置推算方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために第１発明に係るモーメント中心位置推算装置は、複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推算するモーメント中心位置推算装置において、前記緩衝部材毎の長さの変動量を検知する検知手段と、検知した変動量に基づいて前記車輪毎に加わる荷重を推算する荷重推算手段と、推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出する中心位置算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第１発明において、前記検知手段は、緩衝部材の長さ方向に少なくとも一対の感磁素子と磁性体とを備え、前記感磁素子が感知した磁束の変動に伴って生じる電気量の変動量に基づいて、前記緩衝部材の長さの変動量を検知するよう構成してあることを特徴とする。
【００１０】
また、第３発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第２発明において、前記緩衝部材はコイルバネであり、一対の感磁素子と磁性体とを前記コイルバネの一又は複数のピッチ間に設けてあることを特徴とする。
【００１１】
また、第４発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第１乃至第３発明のいずれかにおいて、前記中心位置算出手段は、推算した前記車輪毎に加わる荷重と、所与のホイールベース及びトレッドとを用いて片揺れモーメントの中心位置を算出するよう構成してあることを特徴とする。
【００１２】
また、第５発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第１発明において、前記緩衝部材は、作動液を充填した内筒と、該内筒との間に空気室を形成する外筒と、該内筒に対して移動可能なピストンと、該ピストンの移動により前記内筒から作動液を前記空気室へ誘導するオリフィスと、前記空気室内に配置してあるサーミスタとを有し、前記検知手段は、前記サーミスタの電気量を検出するようにしてあることを特徴とする。
【００１３】
また、第６発明に係るモーメント中心位置推算装置は、第５発明において、前記サーミスタは、作動液に浸る度合が大きくなるほど抵抗値が大きくなることを特徴とする。
【００１４】
また、第７発明に係る車両は、第１乃至第６発明のいずれかのモーメント中心位置推算装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、第８発明に係るモーメント中心位置推算方法は、複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推算するモーメント中心位置推算方法において、前記緩衝部材毎の長さの変動量を検知し、検知した変動量に基づいて前記車輪毎に加わる荷重を推算し、推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出することを特徴とする。
【００１６】
第１又は第８発明では、車両の懸架装置に備えてある緩衝部材毎の長さの変動量を検知し、検知した変動量に基づいて車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算し、推算した荷重に基づいて、車両の片揺れモーメントの中心位置を算出する。これにより、走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することで、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することができ、ヨーレイトを正確に推定することで重心高さの推定演算の精度を高め、走行状態における車両の姿勢制御の精度を高めることが可能となる。また、車両のヨーイング運動を正確に制御することも可能となる。
【００１７】
第２発明では、緩衝部材の長さ方向に少なくとも一対の感磁素子と磁性体とを備え、感磁素子が感知した磁束の変動に伴って生じる電気量、例えば電圧、電流等の変動量に基づいて、緩衝部材の長さの変動量を検知する。これにより、大型の軸重計を車輪毎に設けることなく、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電気量の変動量を検知することで緩衝部材の長さの変動量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００１８】
第３発明では、緩衝部材としてコイルバネを用い、一対の感磁素子と磁性体とをコイルバネの一又は複数のピッチ間に設ける。これにより、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電圧の変動量を検知することでコイルバネのピッチの変化量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００１９】
第４発明では、車輪毎にかかる荷重と、ホイールベース、トレッドを用いてモーメント中心を算出する。これにより、モーメントのレバーを固定値として車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２０】
第５発明では、緩衝部材は、作動液を充填した内筒と、該内筒との間に空気室を形成する外筒と、該内筒に対して移動可能なピストンと、該ピストンの移動により内筒から作動液を空気室へ誘導するオリフィスと、空気室内に配置してあるサーミスタとを有しており、サーミスタの電気量、例えば電流値を検出し、検出した電流値に基づいて作動液の液位を推定し、推定した液位に基づいて車体に加わる荷重を算出する。これにより、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸る液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２１】
第６発明では、サーミスタは、作動液に浸る度合が大きくなるほど抵抗値が大きくなる。これにより、ピストンに荷重が加わり、サーミスタがオリフィスから流れ出た作動液に浸る度合が大きくなるほど、電気抵抗値が増大し、電流値が減少する。したがって、ピストンに加わる荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２２】
第７発明では、上述したようなモーメント中心位置推算装置を備えることにより、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
第１又は第８発明によれば、走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することで、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することができ、ヨーレイトを正確に推定することで重心高さの推定演算の精度を高め、走行状態における車両の姿勢制御の精度を高めることが可能となる。また、車両のヨーイング運動を正確に制御することも可能となる。
【００２４】
第２発明によれば、大型の軸重計を車輪毎に設けることなく、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電気量の変動量を検知することで緩衝部材の長さの変動量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２５】
第３発明によれば、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電圧の変動量を検知することでコイルバネのピッチの変化量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２６】
第４発明によれば、モーメントのレバーを固定値として車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２７】
第５発明によれば、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸る液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２８】
第６発明によれば、ピストンに荷重が加わり、サーミスタがオリフィスから流れ出た作動液に浸る度合が大きくなるほど、電気抵抗値が増大し、電流値が減少する。したがって、ピストンに加わる荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００２９】
第７発明によれば、上述したようなモーメント中心位置推算装置を備えることにより、上述した効果を奏することが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るモーメント中心位置推算装置の構成を示すブロック図であり、図２は、本発明の実施の形態１に係るモーメント中心位置推算装置の一のコイルバネ２に備えた変動量センサ４の概略構成図である。図に示すように、車両の車輪１、１、・・・毎に緩衝部材であるコイルバネ２、２、・・・を備えた懸架装置３を設ける。緩衝部材であるコイルバネ２、２、・・・には、コイルバネ２、２、・・・の変動量をそれぞれ検出する変動量センサ４、４、・・・を設けている。変動量センサ４、４、・・・は、車載ＬＡＮ６を介してデータ送受信を行うことが可能であるように中心位置演算装置５と接続されている。
【００３２】
図２に示すように、コイルバネ２の所定の位置に感磁素子（ホール素子）４１を設け、１ピッチ離れたコイルバネ２上の位置に、該ホール素子４１で磁力の変化を検出される被検出体である磁性体４２を備えている。
【００３３】
図３は、ホール素子４１を用いたコイルバネ２の長さの変動量の検出原理の説明図である。ホール素子４１は、ホール効果を利用した感磁素子である。ホール素子４１は、適当な半導体で形成してある厚さｄの受感部４１５に、端子４１１、４１２、４１３、４１４を設け、入力制御電流Ｉｃを端子４１１、４１３に流し、外部から磁束密度Ｂの磁界を受感部４１５の受感面に垂直に作用させる。これにより、出力端子４１２、４１４間には、（式１）で示される電位差Ｖｈが発生する。なお、（式１）において、Ｒｈはホール係数である。
【００３４】
Ｖｈ＝Ｒｈ・Ｉｃ・Ｂ／ｄ ・・・（式１）
【００３５】
このようにホール素子４１では、制御電流Ｉｃ及び外部磁束密度Ｂの積に比例した出力電圧Ｖｈを得ることができ、磁性体４２との距離の変動量、すなわちコイルバネ２の長さの変動量に応じた磁束密度Ｂの変化を検出することが可能となる。
【００３６】
図４は、中心位置演算装置５の概略構成を示すブロック図である。中心位置演算装置５は、少なくとも、ＭＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、車載ＬＡＮ６と接続する通信インタフェース５４、及び上述したハードウェアを接続する内部バス５５で構成する。
【００３７】
ＭＰＵ５１は、内部バス５５を介して中心位置演算装置５の上述したようなハードウェア各部と接続されており、上述したハードウェア各部を制御するとともに、ＲＯＭ５２に記憶されている処理プログラムに従って、種々のソフトウェア的機能を実行する。
【００３８】
ＲＯＭ５２は、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成され、変動量センサ４、４、・・・から取得した電圧の変化量に基づいて、コイルバネ２、２、・・・の長さの変動量を算出するプログラム、算出したコイルバネ２、２、・・・の長さの変動量に基づいて、各車輪１、１、・・・に加わる荷重を算出するプログラム、及び算出した荷重に基づいて、片揺れモーメントの中心位置を算出するプログラム等を記憶してある。
【００３９】
ＲＡＭ５３は、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ等で構成され、ソフトウェアの実行時に発生する一時的なデータを記憶する。通信インタフェース５４は、内部バス５５に接続されており、車載ＬＡＮ６に接続されることにより、処理に必要とされるデータを送受信する。
【００４０】
以下、上述した構成のモーメント中心位置推算装置の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係るモーメント中心位置推算装置の中心位置演算装置５におけるＭＰＵ５１の処理手順のフローチャートである。
【００４１】
ＭＰＵ５１は、車輪１、１、・・・各々に備えた変動量センサ４、４、・・・で検出した出力電圧Ｖｈを取得し（ステップＳ５０１）、取得した出力電圧Ｖｈに基づいて、車輪１、１、・・・毎の電圧の変動量を算出する（ステップＳ５０２）。
【００４２】
算出した電圧の変動量に基づいて、コイルバネ２、２、・・・毎の長さの変動量を算出する（ステップＳ５０３）。具体的には、コイルバネ２、２、・・・のピッチＰに対応する距離だけホール素子４１と磁性体４２とが離れている場合に検出される出力電圧値を基準として、ホール素子４１と磁性体４２とがピッチＰに対応する距離より近づいた（離れた）距離に応じた出力電圧Ｖｈの増加（減少）量に基づき、コイルバネ２、２、・・・毎の長さの変動量を算出する。
【００４３】
算出したコイルバネ２、２、・・・毎の長さの変動量に基づいて、コイルバネ２、２、・・・毎に加わる荷重を算出する（ステップＳ５０４）。車輪１、１、・・・が４輪である場合、コイルバネ２、２、・・・の弾性係数をＫｉ（ｉ＝１、２、３、４）とすると、各車輪に加わる荷重Ｆｉ（ｉ＝１、２、３、４）は、コイルバネ２、２、・・・の長さの変動量ΔＬｉ（ｉ＝１、２、３、４）に弾性係数Ｋｉ（ｉ＝１、２、３、４）を乗じた値となる。
【００４４】
そして、算出したコイルバネ２、２、・・・毎に加わる荷重、すなわち各車輪に加わる荷重に基づいて、片揺れモーメントの中心位置を算出する（ステップＳ５０５）。車輪１、１、・・・が４輪である場合、各車輪に加わる荷重Ｆｉ（ｉ＝１、２、３、４）に基づいて算出する片揺れモーメント（ヨーイングモーメント）の釣合により、水平面内での片揺れモーメントの中心位置を算出する。
【００４５】
図６は、片揺れモーメントの中心位置を座標値として算出する方法の説明図である。図６での右手方向を車両の前部とし、前輪の左右車輪間隔（以下、前輪トレッドという。）をｄｆ、後輪の左右車輪間隔（以下、後輪トレッドという。）をｄｒ、前後車輪間距離（以下、ホイールベースという。）をＬｗとする。そして、座標の原点Ｏ（０、０）を、前輪トレッドｄｆの中点と後輪トレッドｄｒの中点とを結ぶ直線と、ホイールベースの中点を通る該直線と直交する直線との交点とする。
【００４６】
そして、算出した各車輪に加わる荷重Ｆｉ（ｉ＝１、２、３、４）のうち、前輪に加わる荷重をＦ１、Ｆ２、後輪に加わる荷重をＦ３、Ｆ４とした場合、前後方向のモーメントの釣合から、重心位置Ｇの座標のＸ座標は、（式２）で算出することができる。
【００４７】
Ｘ＝（Ｌｗ／２）・（（Ｆ１＋Ｆ２）−（Ｆ３＋Ｆ４））
／（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４） ・・・（式２）
【００４８】
同様に、左右方向のモーメントの釣合から、重心位置Ｇの座標のＹ座標は、（式３）で算出することができる。
【００４９】
Ｙ＝（（ｄｆ／２）・（Ｆ１−Ｆ２）＋（ｄｒ／２）・（Ｆ３−Ｆ４））
／（Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４） ・・・（式３）
【００５０】
以上のように本実施の形態１によれば、走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することで、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することができ、ヨーレイトを正確に推定することで重心高さの推定演算の精度を高め、走行状態における車両の姿勢制御の精度を高めることが可能となる。また、車両のヨーイング運動を正確に制御することも可能となる。
【００５１】
また、大型の軸重計を車輪毎に設けることなく、簡素で軽量である一対の感磁素子と磁性体とを用い、電圧の変動量を検知することで緩衝部材の長さの変動量を検出することができ、簡易な構造で精度良く走行状態の車輪毎にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００５２】
なお、上述した実施の形態１では、コイルバネ２の所定の位置に設けた感磁素子（ホール素子）４１と磁性体４２とを、１ピッチ離れたコイルバネ２上に配置しているが、１ピッチに限定されるものではなく、複数ピッチ離して配置しても良い。
【００５３】
また、感磁素子（ホール素子）４１と磁性体４２とを、コイルバネ２の中心軸方向に離して配置しているが、コイルバネ２上の任意の位置であり、しかも両者を離して配置することができる位置であれば、どのような位置に配置しても良い。
【００５４】
図７（ａ）は、ホール素子４１と磁性体４２とを、コイルバネ２の任意の位置に配置した場合のコイルバネ２に備えた変動量センサ４の概略構成図であり、図７（ｂ）は、コイルバネ２を上方から見た場合のホール素子４１と磁性体４２との位置関係を示す図である。図７（ａ）に示すように、コイルバネ２の所定の位置にホール素子４１を設け、コイルバネ２上の他の位置に、該ホール素子４１で磁力の変化を検出される被検出体である磁性体４２を備えている。
【００５５】
ホール素子４１と磁性体４２とは、図７（ｂ）に示すように中心角θ離れた位置に配置している。例えばホール素子４１と磁性体４２とが１ピッチ分Ｐ以内に配置してある場合、（式４）により両者間の垂直距離Ｄ１を求めることができる。
【００５６】
Ｄ１＝Ｐ・（θ／３６０） ・・・（式４）
【００５７】
これにより、ホール素子４１と磁性体４２との間の垂直距離Ｄ１を求めることができることから、ホール素子４１と磁性体４２とを、コイルバネ２の中心軸方向に離して配置している場合と同様、各車輪１、１、・・・に加わる荷重を算出することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【００５８】
なお、上述した実施の形態１では、ホール素子４１で取得する出力電圧に基づいて緩衝部材の長さの変動量を検出しているが、電気量は電圧に限定されるものではなく、例えば電流値を検出して同様の処理を行うものであっても良い。
【００５９】
（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係るモーメント中心位置推算装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態２では、車輪１、１、・・・ごとに設置してある緩衝部材として、作動液によるハイドロ形式のショックアブソーバ７を用い、伸縮の度合を安価なサーミスタを用いて検出する点に特徴を有する。なお、実施の形態１と同様の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することで詳細な説明を省略する。
【００６０】
車輪１、１、・・・ごとに設置してあるショックアブソーバ７、７、・・・により、車輪１、１、・・・へ加わる荷重、例えば路面からの荷重を緩衝する。職アブソーバ７は、伸縮度合に応じて出力される電流値を検出する電流検出回路８に接続してあり、電流検出回路８で検出した電流値を受信することが可能に中心位置演算装置５と接続してある。中心位置演算装置５は、車載ＬＡＮ６を介して、他の演算装置と接続してあり、種々のデータを送受信する。中心位置演算装置５の構成は、実施の形態１と同様である。
【００６１】
図９は、本発明の実施の形態２に係るモーメント中心位置推算装置のショックアブソーバ７の構成を示す斜視図である。図に示すように、本実施の形態２に係るモーメント中心位置推算装置のショックアブソーバ７は、略円筒形状のカバー７１の内部に、一体としてカバー７１と相互に移動可能な外筒７２及び内筒７３を備えている。内筒７３の内部は作動液（例えば作動油）７５で充填してあり、外筒７２及び内筒７３の間に配設してある空気室７４との間で作動液７５を出し入れする弁機能を有するオリフィス７６を備えている。
【００６２】
作動液７５、カバー７１内に設けてあるロッド７７の先端部に配設してあるピストン７８が押し下がることにより、オリフィス７６を押し下げ、空気室７４内へと流れ込む。すなわち、空気室７４は、オリフィス７６を介して押し出された作動液７５のリザーバとなっている。図１０及び図１１は、ピストン７８の位置と作動油７５の状態との関係を示す部分断面図である。図１０はピストン７８を押し下げた場合の、図１１はピストン７８を引き上げた場合に、それぞれの場合の作動油７５の空気室７４内への流入状態を示している。
【００６３】
図１０に示すように、ピストン７８を押し下げた場合、ピストン７８自体に配設してあるオリフィス７９を介して、ピストン７８が下方へ移動した後の空間へ作動液７５が流入し、ピストン７８は荷重を緩衝しつつ円滑に移動することができる。また、内筒７３に配設してあるオリフィス７６を介して、作動液７５の一部が空気室７４へ流入する。したがって、空気室７４内の作動液７５の液位が上昇する。
【００６４】
図１１に示すように、ピストン７８を引き上げた場合、ピストン７８自体に配設してあるオリフィス７９を介して、ピストン７８が下方へ移動した後の空間に流入していた作動液７５が内筒７３へと流入し、ピストン７８は荷重を緩衝しつつ円滑に移動することができる。また、内筒７３に配設してあるオリフィス７６を介して、空気室７４内の作動液７５が内筒７３へと流入する。したがって、空気室７４内の作動液７５の液位が下降する。
【００６５】
空気室７４内には、上下動する作動液７５の液位を検出するためのサーミスタ３０が設けてある。サーミスタ３０は、作動液７５に浸漬する表面積が大きくなるほど周囲の温度が低下し、抵抗値が大きくなる。したがって、サーミスタ３０に一定の電圧を印加している場合、負荷抵抗に流れる電流値の変動に応じて液位を推定することができる。
【００６６】
図１２は、サーミスタ３０の配設状態を模式的に示す図である。ピストン７８の上下動に応じて作動液７５の液位が上下動し、サーミスタ３０が作動液７５に浸漬される液位が変動する。電流検出回路８は、一定電圧Ｖを負荷抵抗Ｒに印加し、負荷抵抗Ｒに流れる電流Ｉを検出する。サーミスタ３０は、ピストン７８が押し下げられた場合、作動液７５の液位が増加し、作動液７５に浸漬する表面積が増加する。作動液７５に浸漬される表面積が増加するにつれてサーミスタ３０の周囲の温度が低下し、サーミスタ３０の電気抵抗値が増加する。したがって、負荷抵抗Ｒに流れる電流Ｉが減少する。逆に、ピストン７８が引き上げられた場合、作動液７５の液位が減少し、作動液７５に浸漬される表面積が減少する。作動液７５に浸漬される表面積が減少するにつれてサーミスタ３０の周囲の温度が上がり、サーミスタ３０の電気抵抗値が減少する。したがって、負荷抵抗Ｒに流れる電流Ｉが増加する。
【００６７】
サーミスタ３０の抵抗値Ｒは、サーミスタ定数をＢ、温度Ｔ０での抵抗値をＲ０とした場合、（式５）に従って変動する。
【００６８】
【数１】
【００６９】
印加される電圧をＶとした場合、電流値をＩとすると抵抗値ＲはＲ＝Ｖ／Ｉであることから、（式６）によりサーミスタ３０の温度Ｔを求めることができる。
【００７０】
【数２】
【００７１】
したがって、液位ｈは、温度Ｔ０での液位ｈ０を基準に、（式７）で示す実験値として求めることができる。なお、Ｋ１は経験値に基づく定数である。
【００７２】
【数３】
【００７３】
液位ｈが求まることにより、中心位置演算装置５は、車輪１、１、・・・に加わる荷重を推算する。図１３は、本実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の中心位置演算装置５のＭＰＵ５１の処理手順を示すフローチャートである。
【００７４】
中心位置演算装置５のＭＰＵ５１は、電流検出回路８から負荷抵抗に流れる電流値Ｉを取得し（ステップＳ１３０１）、（式６）及び（式７）に従って液位ｈを算出する（ステップＳ１３０２）。
【００７５】
ＭＰＵ５１は、算出した液位ｈをキー情報として、例えば事前にＲＡＭ５３に液位ｈと荷重Ｆとの関係を荷重テーブルとして記憶しておき、記憶してある荷重テーブルを参照することにより車輪１、１、・・・に加わる荷重Ｆを算出する（ステップＳ１３０３）。ＭＰＵ５１は、推算した車輪１、１、・・・に加わる荷重Ｆに基づいて、実施の形態１と同様の方法で、片揺れモーメントの中心位置を算出する（ステップＳ１３０４）。例えば車輪１、１、・・・が４輪である場合、各車輪に加わる荷重Ｆｉ（ｉ＝１、２、３、４）に基づいて算出する片揺れモーメント（ヨーイングモーメント）の釣合により、水平面内での片揺れモーメントの中心位置を算出する。
【００７６】
なお、算出した液位ｈに基づいて車輪１、１、・・・に加わる荷重Ｆを推算する方法は、荷重テーブルを参照する方法に限定するものではなく、例えば実験値に基づく関数として算出する方法であっても良い。
【００７７】
以上のように本実施の形態２によれば、安価なサーミスタで検出された電流値等の電気量に基づいて、サーミスタの抵抗値の変動要因である作動液に浸る液位を推定し、推定した液位により、ピストンに加わった荷重、すなわち車輪にかかっている荷重を略リアルタイム的に推算することができ、車両の片揺れモーメントの中心位置を略リアルタイム的に算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の一のコイルバネに備えた変動量センサの概略構成図である。
【図３】ホール素子を用いたコイルバネの長さの変動量の検出原理の説明図である。
【図４】中心位置演算装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の中心位置演算装置におけるＭＰＵの処理手順のフローチャートである。
【図６】片揺れモーメントの中心位置を座標値として算出する方法の説明図である。
【図７】（ａ）は、ホール素子と磁性体とを、コイルバネの任意の位置に配置した場合のコイルバネに備えた変動量センサの概略構成図であり、（ｂ）は、コイルバネを上方から見た場合のホール素子と磁性体との位置関係を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置のショックアブソーバの構成を示す斜視図である。
【図１０】ピストンの位置と作動油の状態との関係を示す部分断面図である。
【図１１】ピストンの位置と作動油の状態との関係を示す部分断面図である。
【図１２】サーミスタの配設状態を模式的に示す図である。
【図１３】本実施の形態に係るモーメント中心位置推算装置の中心位置演算装置のＭＰＵの処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
１ 車輪
２ コイルバネ
３ 懸架装置
４ 変動量センサ
５ 中心位置演算装置
６ 車載ＬＡＮ
７ ショックアブソーバ
８ 電流検出回路
３０ サーミスタ
４１ 感磁素子（ホール素子）
４２ 磁性体
５１ ＭＰＵ
５２ ＲＯＭ
５３ ＲＡＭ
５４ 通信インタフェース
５５ 内部バス
７１ カバー
７２ 外筒
７３ 内筒
７４ 空気室
７５ 作動液
７６、７９ オリフィス
７８ ピストン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推算するモーメント中心位置推算装置において、
前記緩衝部材毎の長さの変動量を検知する検知手段と、
検知した変動量に基づいて前記車輪毎に加わる荷重を推算する荷重推算手段と、
推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出する中心位置算出手段とを備えることを特徴とするモーメント中心位置推算装置。
【請求項２】
前記検知手段は、緩衝部材の長さ方向に少なくとも一対の感磁素子と磁性体とを備え、前記感磁素子が感知した磁束の変動に伴って生じる電気量の変動量に基づいて、前記緩衝部材の長さの変動量を検知するよう構成してあることを特徴とする請求項１記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項３】
前記緩衝部材はコイルバネであり、一対の感磁素子と磁性体とを前記コイルバネの一又は複数のピッチ間に設けてあることを特徴とする請求項２記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項４】
前記中心位置算出手段は、推算した前記車輪毎に加わる荷重と、所与のホイールベース及びトレッドとを用いて片揺れモーメントの中心位置を算出するよう構成してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項５】
前記緩衝部材は、
作動液を充填した内筒と、該内筒との間に空気室を形成する外筒と、該内筒に対して移動可能なピストンと、該ピストンの移動により前記内筒から作動液を前記空気室へ誘導するオリフィスと、前記空気室内に配置してあるサーミスタとを有し、
前記検知手段は、前記サーミスタの電気量を検出するようにしてあることを特徴とする請求項１記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項６】
前記サーミスタは、作動液に浸る度合が大きくなるほど抵抗値が大きくなることを特徴とする請求項５記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のモーメント中心位置推算装置を備えたことを特徴とする車両。
【請求項８】
複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推算するモーメント中心位置推算方法において、
前記緩衝部材毎の長さの変動量を検知し、
検知した変動量に基づいて前記車輪毎に加わる荷重を推算し、
推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出することを特徴とするモーメント中心位置推算方法。
【請求項１】
複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推算するモーメント中心位置推算装置において、
前記緩衝部材毎の長さの変動量を検知する検知手段と、
検知した変動量に基づいて前記車輪毎に加わる荷重を推算する荷重推算手段と、
推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出する中心位置算出手段とを備えることを特徴とするモーメント中心位置推算装置。
【請求項２】
前記検知手段は、緩衝部材の長さ方向に少なくとも一対の感磁素子と磁性体とを備え、前記感磁素子が感知した磁束の変動に伴って生じる電気量の変動量に基づいて、前記緩衝部材の長さの変動量を検知するよう構成してあることを特徴とする請求項１記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項３】
前記緩衝部材はコイルバネであり、一対の感磁素子と磁性体とを前記コイルバネの一又は複数のピッチ間に設けてあることを特徴とする請求項２記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項４】
前記中心位置算出手段は、推算した前記車輪毎に加わる荷重と、所与のホイールベース及びトレッドとを用いて片揺れモーメントの中心位置を算出するよう構成してあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項５】
前記緩衝部材は、
作動液を充填した内筒と、該内筒との間に空気室を形成する外筒と、該内筒に対して移動可能なピストンと、該ピストンの移動により前記内筒から作動液を前記空気室へ誘導するオリフィスと、前記空気室内に配置してあるサーミスタとを有し、
前記検知手段は、前記サーミスタの電気量を検出するようにしてあることを特徴とする請求項１記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項６】
前記サーミスタは、作動液に浸る度合が大きくなるほど抵抗値が大きくなることを特徴とする請求項５記載のモーメント中心位置推算装置。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のモーメント中心位置推算装置を備えたことを特徴とする車両。
【請求項８】
複数の車輪と、車輪に加わる荷重に応じて緩衝部材の長さが変動する懸架装置とを備えた車両の片揺れモーメントの中心位置を推算するモーメント中心位置推算方法において、
前記緩衝部材毎の長さの変動量を検知し、
検知した変動量に基づいて前記車輪毎に加わる荷重を推算し、
推算した荷重に基づいて片揺れモーメントの中心位置を算出することを特徴とするモーメント中心位置推算方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−８１０９（Ｐ２００６−８１０９Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２５７０５（Ｐ２００５−１２５７０５）
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２２日（２００５．４．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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