(57)【要約】【課題】  ストロークセンサを使用せずに車体のロール角を検出できるロール角検出装置を提供すること。【解決手段】  ロール角検出装置２０は、ハンドル角検出センサ２１、横加速度検出センサ、ハンドルトルクを導出するための軸力検出センサ、及び操舵角・横加速度・ハンドルトルクに基づいてロール角を算出する算出部２５を備え、算出部２５は、キングピン軸周りの全発生モーメント及び車両の旋回に起因するキングピン軸周りのモーメントを算出し、キングピン軸周りのモーメントを全発生モーメントから差し引いてスタビライザ発生力に起因するキングピン軸周りの部分モーメントを算出すると共に、キングピン軸の軸線とスタビライザリンクの軸線との距離をモーメントアーム長として算出し、当該算出したモーメントアーム長と部分モーメントとに基づいて算出したスタビライザ発生力に基づいて車両のロール角を算出する。【選択図】  図１
2006103632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタビライザが発生するスタビライザ発生力をサスペンションに伝達するスタビライザリンクが、ナックルの回動に同調するように取り付けられている車両のロール角検出装置であって、
前記ナックルに支持された車輪の操舵角を検出するための操舵角検出手段と、
前記車両の横加速度を検出するための横加速度検出手段と、
前記車両のステアリングホイール軸周りに生じるハンドルトルクを検出するためのハンドルトルク検出手段と、
前記操舵角、前記横加速度、及び前記ハンドルトルクに基づいて、前記車両のロール角を算出する算出手段と、を備え、
前記算出手段は、
前記ハンドルトルクに基づいて、キングピン軸周りの全発生モーメントを算出し、
前記車両の横加速度と前輪重量とに基づいて、前記車両の旋回に起因する前記キングピン軸周りのモーメントを算出し、
当該算出したキングピン軸周りのモーメントを前記全発生モーメントから差し引いて、前記スタビライザ発生力に起因する前記キングピン軸周りの部分モーメントを算出すると共に、
前記操舵角検出手段が検出した操舵角に基づいて、前記キングピン軸の軸線と前記スタビライザリンクの軸線との距離をモーメントアーム長として算出し、
当該算出したモーメントアーム長と前記部分モーメントとに基づいてスタビライザ発生力を算出し、
当該算出したスタビライザ発生力に基づいて前記車両のロール角を算出する、ロール角検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体のロール角検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の挙動や姿勢を制御するために車体のロール角を検出することが求められている。車体のロール角を検出する方法としては、車体の両側に配置されたサスペンションのストロークを検出するストロークセンサを設け、そのストロークセンサによって各サスペンションの伸縮状態を検出し、その検出値から車体のロール角を求めることが知られている。しかし、この方法ではロール角を検出するためにストロークセンサを新たに設ける必要があり、コストアップの要因となっていた。一方、自動車などの車両における操舵懸架装置として、特許文献１に記載の技術が知られている。この特許文献１に記載の技術は、転舵に連動してスタビライザを変形させることによりステアリング装置に復元トルクを与える技術であって、車体を水平に保つためのスタビライザおよび転舵に応じてスタビライザを変動させるためのリンク機構について記載されている。具体的には、上下揺動自在に枢支したラテラルリンクは、上下方向に延びるプルリンクを用いてスタビライザに接続されることにより、プルリンクを介してラテラルリンクが上下揺動してスタビライザをねじり変形させ、その復元力によって復元トルクがステアリング装置に与えられることが記載されている。
【特許文献１】特開平６−２１１０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載されているようなスタビライザおよびそのリンク機構では、車体が旋回してロールした場合に、スタビライザがねじられることに対する復元力が生じる。そして、その復元力がステアリング側に伝達され、操舵安定性に影響を及ぼす場合がある。
【０００４】
ところで、車両が旋回する場合に生じるハンドルトルクは、横加速度と前輪重量で決まることが知られている。車両が旋回する場合にはロールが発生することから、これらの事象を総合的に検討することで車体のロール量を検出できることを本発明者は見出した。
【０００５】
そこで本発明は、車両の旋回に応じて生じるハンドルトルクに基づいて車体のロール角を検出できるロール角検出装置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】
【０００６】
本発明のロール角検出装置は、スタビライザが発生するスタビライザ発生力をサスペンションに伝達するスタビライザリンクが、ナックルの回動に同調するように取り付けられている車両のロール角検出装置であって、ナックルに支持された車輪の操舵角を検出するための操舵角検出手段と、車両の横加速度を検出するための横加速度検出手段と、車両のステアリングホイール軸周りに生じるハンドルトルクを検出するためのハンドルトルク検出手段と、操舵角、横加速度、及びハンドルトルクに基づいて、車両のロール角を算出する算出手段と、を備え、算出手段は、ハンドルトルクに基づいて、キングピン軸周りの全発生モーメントを算出し、車両の横加速度と前輪重量とに基づいて、車両の旋回に起因するキングピン軸周りのモーメントを算出し、当該算出したキングピン軸周りのモーメントを全発生モーメントから差し引いて、スタビライザ発生力に起因するキングピン軸周りの部分モーメントを算出すると共に、操舵角検出手段が検出した操舵角に基づいて、キングピン軸の軸線とスタビライザリンクの軸線との距離をモーメントアーム長として算出し、当該算出したモーメントアーム長と部分モーメントとに基づいてスタビライザ発生力を算出し、当該算出したスタビライザ発生力に基づいて車両のロール角を算出する。
【０００７】
本発明によれば、旋回時においてキングピン軸周りに発生する全発生モーメントから、旋回に起因するモーメントを差し引いて、スタビライザ発生力に起因するモーメントを求め、更にその求めたモーメントからスタビライザ発生力を算出するので、例えば予め判明しているスタビライザばね定数を利用して車両のロール角を算出できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、車両の旋回に応じて生じるハンドルトルクに基づいて車体のロール角を算出できるので、サスペンションストロークセンサを使用せずに車体のロール角を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、一実施の形態のために示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解することができる。引き続いて、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態であるロール角検出装置のブロック構成図である。図１に示すロール角検出装置２０は、サスペンションシステム１０が搭載された自動車（車両）に適用されるものである。サスペンションシステム１０はマクファーソンストラット式のサスペンションシステムであって、ショックアブソーバ１１、コイルスプリング１２、ナックル１３、スタビライザリンク１４、ロワーアーム１５、スタビライザ１６、及びタイロッド１７を備えている。引き続いて、サスペンションシステム１０について説明する。
【００１１】
ショックアブソーバ１１及びコイルスプリング１２は、ストラット式サスペンションとして構成されている。ショックアブソーバ１１は、その上端が自動車の車体（図示せず）に取り付けられており、その下端はナックル１３に固定されている。ショックアブソーバ１１は、自動車の車体（図示せず）にボールベアリング（図示せず）を介して取り付けられており、後述するキングピン軸周りに回動可能なように構成されている。
【００１２】
ナックル１３は上述したようにショックアブソーバ１１に固定されていると共に、その下端がロワーアーム１５に回動自在に取り付けられている。ナックル１３にはタイロッド１７が取り付けられている。タイロッド１７は、ステアリングホイール（図示せず）の回転に伴って左右車輪方向に揺動するラックバー（図示せず）の動きに同調して左右車輪方向に摺動し、ナックル１３を回動させる。
【００１３】
ナックル１３は上述したようにショックアブソーバ１１に固定されているので、ショックアブソーバが自動車の車体（図示せず）に取り付けられている部分と、ナックル１３自身がロワーアーム１５に取り付けられている部分とを結ぶキングピン軸周りに回動する。従って、ナックル１３に取り付けられている車輪（図示せず）は、ステアリングホイール（図示せず）の回転に応じて、キングピン軸周りに転舵する。
【００１４】
スタビライザリンク１４は、スタビライザ１６とショックアブソーバ１１の外筒とにボールリンク機構で接続されている。スタビライザ１６は、自動車の旋回によって生じる車体（図示せず）のロールに応じて、左右のショックアブソーバ１１及びコイルスプリング１２に対してそのロールを打ち消すようにスタビライザ発生力を発生させる。このスタビライザ発生力はスタビライザリンク１４を介してショックアブソーバ１１の外筒に伝達され、ショックアブソーバ１１の外筒からコイルスプリング１２に伝達される。
【００１５】
スタビライザリンク１４の軸線とキングピン軸の軸線とは互いに空間的にねじれの位置に配置されている。従って、スタビライザ発生力は、ショックアブソーバ１１及びコイルスプリング１２を伸縮させる力の成分と、ショックアブソーバ１１及びナックル１３をキングピン軸周りに回転させる力の成分とに分けることができる。続いて、キングピン軸周りにショックアブソーバ１１及びナックル１３を回転させる力によってモーメントが発生する状況について説明する。
【００１６】
図２は、図１に示したショックアブソーバ１１、コイルスプリング１２、ナックル１３、スタビライザリンク１４、ロワーアーム１５、及びスタビライザ１６の構成を正面から見た図である。図２に示すように、ショックアブソーバ１１及びコイルスプリング１２の車体への取り付け点Ａと、ナックル１３のロワーアーム１５への取り付け点Ｂを結ぶキングピン軸の軸線Ｋを中心にショックアブソーバ１１が回動する。
【００１７】
ショックアブソーバ１１にはスタビライザリンク１４が取り付けられている。スタビライザリンク１４のショックアブソーバ１１への取り付け点Ｃと、スタビライザリンク１４のスタビライザ１６への取り付け点Ｄとを結ぶスタビライザリンク１４の軸線Ｓは軸線Ｋと一般的にねじれの位置にある。従って、スタビライザ１６がスタビライザ発生力を発生させると、それがスタビライザリンク１４から伝達され、ショックアブソーバ１１及びナックル１３からなる一連の部材は軸線Ｋを中心としたステアモーメントを受けることになる。
【００１８】
ここで、ステアモーメントの算出方法を説明するために、図２の軸線Ｋ上方の矢印Ｅ方向から見た模式的な平面図を図３の（ａ）に示す。図３の（ａ）は操舵角が０°の場合を示している。この場合に、軸線Ｋと直線ＣＤ（軸線Ｓ）との距離がスタビライザリンク１４から伝達されるスタビライザ発生力のモーメントアーム長Ｌｓとなる。一般的に空間上に配置されている２直線の距離はその２直線双方に垂直な線分の長さとして求められる。従って、モーメントアーム長Ｌｓは、軸線Ｋ（点Ａ及び点Ｂを通過する直線）及び軸線Ｓ（点Ｃ及び点Ｄを通過する直線）間の距離として算出される。操舵角が変化すると、両端がボールジョイントで接続されているスタビライザリンク１４の姿勢が変化する。この場合には、スタビライザ１６の変形が設計上想定できるので、点Ｄの位置が推測でき、点Ｃの位置は点Ｄを中心とし線分ＣＤを半径とした球と、軸線Ｋを中心とし軸線Ｋから点Ｃの距離を半径とした円柱との交点の位置として算出可能である。従って、操舵角の変化に応じたモーメントアーム長Ｌｓの算出が可能である。
【００１９】
続いて、図２の矢印Ｆ方向から見た模式的な側面図を図３の（ｂ）に示す。図３の（ｂ）も図３の（ａ）と同様に操舵角が０°の場合を示している。この場合に、スタビライザリンク１４とキングピン軸の軸線Ｋとは、所定の角度θを成している。従って、スタビライザリンク１４に沿って伝達されるスタビライザ発生力Ｆｓｔｂの軸線Ｋ方向の成分は、Ｆｓｔｂ・ｓｉｎθとなる。この軸線Ｋ方向の成分Ｆｓｔｂ・ｓｉｎθが図３の（ａ）におけるモーメントアーム長Ｌｓで作用し、ステアモーメントを発生させる。このステアモーメントは、スタビライザリンク発生力Ｆｓｔｂ以外の成分でみれば操舵角に応じた関数として表すことができる。この操舵角δに応じた関数をスタビライザ反力による等価モーメントアーム長Ｌｓθｓ（モーメントアーム長）として示したグラフを図４に示す。このように、サスペンションシステム１０のジオメトリが予め分かっていれば、上述のように操舵角δに応じて、等価モーメントアーム長Ｌｓθｓを算出することができる。
【００２０】
図１に戻って、ロール角検出装置２０について説明する。ロール角検出装置２０は、ハンドル角検出センサ２１（操舵角検出手段）、横加速度検出センサ２２（横加速度検出手段）、ラックバー軸力センサ２３（ハンドルトルク検出手段）、ＥＰＳ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）制御部２４（ハンドルトルク検出手段）、及び算出部２５（算出手段）を備えている。
【００２１】
引き続いて、ロール角検出装置２０の構成要素について説明する。ハンドル角検出センサ２１は、ステアリングホイール（図示せず）の回転角度を検出するセンサである。ハンドル角検出センサ２２が検出したステアリングホイールの回転角度は算出部２５に出力される。
【００２２】
横加速度検出センサ２２は、このロール角検出装置２０が搭載されている自動車が旋回する際の横加速度を検出するセンサである。横加速度検出センサ２２が検出した自動車の横加速度は算出部２５に出力される。
【００２３】
ラックバー軸力センサ２３はラックバー（図示しない）に発生する軸力を検出し、ＥＰＳ制御部２４に出力する部分である。より具体的には、サイドフォースに起因してラックバーに作用する軸力によって電動パワーステアリングのモータ（図示せず）が引き摺られて回転するので、ラックバー軸力センサ２３はその回転によって発生する電流を検知してＥＰＳ制御部２４に出力する。ＥＰＳ制御部２４はラックバー軸力センサ２３からの出力に応じて、ラックバー（図示せず）に発生する軸力を算出し、算出部２５に出力する。
【００２４】
算出部２５は、ハンドル角検出センサ２１、横加速度検出センサ２２、及びＥＰＳ制御部２４の出力に応じて車体のロール角を算出する部分である。より具体的には、算出部２５は機能的な構成要素として、モーメント演算部２５１と、モーメントアーム長演算部２５２と、スタビライザ発生力演算部２５３と、ロール角演算部２５４と、を備えている。引き続いて算出部２５の各構成要素について説明する。
【００２５】
モーメント演算部２５１は、ハンドルトルクＴｈに基づいて、キングピン軸周りの全発生モーメントＴ１を算出し、横加速度と前輪重量とに基づいて、車両の旋回に起因するキングピン軸周りのモーメントＴ０を算出し、この算出したキングピン軸周りのモーメントＴ０を全発生モーメントＴ１から差し引いて、スタビライザ発生力Ｆｓｔｂに起因するキングピン軸周りの部分モーメントΔＴを算出する部分である。
【００２６】
より具体的には、モーメント演算部２５１は、ＥＰＳ制御部２４から出力されるラックバー軸力に基づいて、ハンドルトルクＴｈを算出する。モーメント演算部２５１は、ハンドルトルクＴｈにギア比を乗算し、キングピン軸周りの全発生モーメントＴ１を算出する。また、モーメント演算部２５１は、横加速度検出センサ２２から出力される車両の横加速度に、予め設定されている前輪重量とトレールの数値とを乗算し、車両の旋回に起因するキングピン軸周りのモーメントＴ１を算出する。尚、トレールとは、タイヤの接地面におけるキングピン軸と車輪の中心との間の長さを指す。モーメント演算部２５１はＴ１からＴ０を減算して部分モーメントΔＴを算出し、算出した部分モーメントΔＴをスタビライザ発生力演算部２５３に出力する。
【００２７】
モーメントアーム長演算部２５２は、ハンドル角検出センサ２１により検出されたハンドル角に基づいて、スタビライザ反力に等価な等価モーメントアーム長Ｌｓθｓを算出する部分である。より具体的には、モーメントアーム長演算部２５２は、ハンドル角に所定のギア比を乗算し、操舵角δを算出する。モーメントアーム長演算部２５２は、この算出したδに基づいて等価モーメントアーム長Ｌｓθｓを算出する。この等価モーメントアーム長Ｌｓθｓの算出は、上述したように予め設定可能な対応関係（図４参照）に基づいて算出することができる。尚、本実施形態では、ハンドル角を検出して操舵角を算出したが、ショックアブソーバ１１及びナックル１３の操舵角を直接検出してもよい。モーメントアーム長演算部２５２は、算出した等価モーメントアーム長Ｌｓθｓをスタビライザ発生力演算部２５３に出力する。
【００２８】
スタビライザ発生力演算部２５３は、モーメント演算部２５１が算出した部分モーメントΔＴと、モーメントアーム長演算部２５２が算出した等価モーメントアーム長Ｌｓθｓとに基づいて、スタビライザ発生力Ｆｓｔｂを算出する部分である。より具体的には、スタビライザ発生力演算部２５３は、部分モーメントΔＴを等価モーメントアーム長Ｌｓθｓで除算してスタビライザ発生力Ｆｓｔｂを算出する。スタビライザ発生力演算部２５３は、算出したスタビライザ発生力Ｆｓｔｂをロール角演算部２５４に出力する。
【００２９】
ロール角演算部２５４は、スタビライザ発生力演算部２５３が算出したスタビライザ発生力Ｆｓｔｂに基づいて、車両のロール角を算出する部分である。より具体的には、ロール角演算部２５４は、スタビライザ発生力Ｆｓｔｂを、予め設定されているスタビライザばね定数Ｋｓｔｂで除算し、車両のロール角を算出する。
【００３０】
次に、本実施形態におけるロール角検出装置２０の動作について説明する。図５は、本実施形態におけるロール角検出装置２０の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、横加速度検出センサ２２が横加速度を検出する（Ｓ０１）。この検出された横加速度は横加速度検出センサ２２から算出部２５に出力される。算出部２５のモーメント演算部２５１が、横加速度に前輪重量とトレールとを乗算して、旋回に起因するモーメントＴ０を算出する（Ｓ０２）。
【００３２】
次に、ＥＰＳ制御部２４によって検出されたラックバー軸力が算出部２５に出力される。算出部２５のモーメント演算部２５１がラックバー軸力に基づいてハンドルトルクＴｈを算出する（Ｓ０３）。モーメント演算部２５１は、ハンドルトルクＴｈにギア比を乗算して、全発生モーメントＴ１を算出する（Ｓ０４）。モーメント演算部２５１は更に、全発生モーメントＴ１から旋回に起因するモーメントＴ０を差し引いてΔＴを算出する（Ｓ０５）。
【００３３】
ハンドル角検出センサ２１が検出したハンドル角は算出部２５に出力される（Ｓ０６）。算出部２５のモーメントアーム長算出部２５２は、検出されたハンドル角に基づいて、等価モーメントアーム長Ｌｓθｓを算出する（Ｓ０７）。
【００３４】
スタビライザ発生力演算部２５３は、モーメント演算部２５１が算出したΔＴを等価モーメントアーム長Ｌｓθｓで除算して、スタビライザ発生力Ｆｓｔｂを算出する（Ｓ０８）。ロール角演算部２５４は、スタビライザ発生力Ｆｓｔｂをスタビライザのばね定数Ｋｓｔｂで除算してロール角を算出する（Ｓ０９）。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態であるロール角検出装置のブロック構成図である。
【図２】図１のサスペンションシステムを模式的に示した模式図である。
【図３】図２の矢印Ｅ、Ｆ方向の平面模式図である。
【図４】操舵角と等価モーメントアーム長との関係を示した関係図である。
【図５】本発明の実施形態であるロール角検出装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１０…サスペンションシステム、１１…ショックアブソーバ、１２…コイルスプリング、１３…ナックル、１４…スタビライザリンク、１５…ロワーアーム、１６…スタビライザ、１７…タイロッド、２０…ロール角検出装置、２１…ハンドル角検出センサ、２２…横加速度検出センサ、２３…軸力検出センサ、２４…ＥＰＳ制御部、２５…算出部、２５１…モーメント演算部、２５２…モーメントアーム長演算部、２５３…スタビライザ発生力演算部、２５４…ロール角演算部。
【図１】
2006103632.tif 000003
【図２】
2006103632.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006103632.tif 000006
【図５】
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