(57)【要約】【課題】タイヤの変形分を加味して対地キャンバ角を推定する技術を提供する。【解決手段】キャンバ角推定式格納部１３４は、車輪の対地キャンバ角を推定するための計算式を保持する。キャンバ角推定部１１０は、保持されたキャンバ角推定式に、ばね定数取得部１０８により取得されたばね定数を代入することで、対地キャンバ角を推定する。ばね定数取得部１０８は、空気圧取得部１０２で取得されたタイヤの空気圧情報を利用して、ばね定数計算式格納部１３２に保持されたばね定数の計算式をもとに、タイヤの縦ばね定数（Ｋｖ）を演算により求める。制御部１２０は、推定したキャンバ角をもとに、車両の挙動を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の対地キャンバ角を推定するキャンバ角推定装置であって、
車輪のばね定数を取得するばね定数取得手段と、
取得したばね定数を利用して、車輪の対地キャンバ角を推定するキャンバ角推定手段と、
を備えることを特徴とするキャンバ角推定装置。
【請求項２】
キャンバ角推定式を保持した記憶手段をさらに備え、
前記キャンバ角推定手段は、前記記憶手段に保持されたキャンバ角推定式に、前記ばね定数取得手段により取得されたばね定数を代入することで、対地キャンバ角を推定することを特徴とする請求項１に記載のキャンバ角推定装置。
【請求項３】
車輪の空気圧を検出する検出手段をさらに備え、
前記ばね定数取得手段は、前記検出手段により検出される空気圧から、車輪のばね定数を演算により取得することを特徴とする請求項１または２に記載のキャンバ角推定装置。
【請求項４】
車輪のばね定数を取得するばね定数取得手段と、
取得したばね定数を利用して、車輪の対地キャンバ角を推定するキャンバ角推定手段と、
前記キャンバ角推定手段により推定された対地キャンバ角をもとに、実際の対地キャンバ角を調整するキャンバ角制御手段と、
を備えることを特徴とする車両制御装置。
【請求項５】
車輪のばね定数を取得するばね定数取得手段と、
取得したばね定数を利用して、車輪の対地キャンバ角を推定するキャンバ角推定手段と、
前記キャンバ角推定手段により推定された対地キャンバ角をもとに、車輪の操舵に対するアシスト力を制御するアシスト力制御手段と、
を備えることを特徴とする車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車輪のキャンバ角を推定する技術に関し、また推定したキャンバ角を利用して車両を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の車輪が地面の垂直線に対してなす角度をキャンバ角といい、このキャンバ角が生じると、車輪に横力が加わって、走行時の直進性および旋回性に影響を及ぼすという問題がある。特に旋回走行時には、遠心力による車体のロールに応じてキャンバ角が変化することから、多くの車両においては、左右の車輪にわずかに外向きの傾斜（ネガティブキャンバ）を与えて車体に取り付け、直進および旋回走行時の安定性を同時に実現するようにしている。
【０００３】
たとえば特許文献１は、タイヤのキャンバ角の変化と車輪の回転とに起因するジャイロモーメントによる操舵の手応え変化を抑制する電動パワーステアリング装置を提案している。この電動パワーステアリング装置では、ロール角θを算出し、そのロール角に対して予め定められているキャンバ角φの比（φ／θ）からキャンバ角速度を算出し、このキャンバ角速度をもとにジャイロモーメントを算出する。また特許文献２は、車輪中心から車体までの垂直距離（ハイト）を検出するハイトセンサの検出値から、ハイトに対する車輪のキャンバ角変化量を記憶したデータマップを利用してキャンバ角変化量を算出し、各輪のキャンバ角を算出する技術を提案している。
【特許文献１】特開２００６−１２３６４５号公報
【特許文献２】特開平１０−３１００４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、上記した特許文献のように、車輪のキャンバ角を推定する技術が提案されている。しかしながら、たとえばハイトセンサの検出値などから推定されるキャンバ角は、車体に対するものであるため、タイヤの変形分を加味して対地キャンバ角を推定することは困難であった。
【０００５】
そこで本発明は、タイヤの変形分を加味して対地キャンバ角を推定する技術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】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のキャンバ角推定装置は、車輪の対地キャンバ角を推定するキャンバ角推定装置であって、車輪のばね定数を取得するばね定数取得手段と、取得したばね定数を利用して、車輪の対地キャンバ角を推定するキャンバ角推定手段とを備える。この態様によると、車輪のばね定数をもとに車輪の対地キャンバ角を推定することで、タイヤの変形分も加味した対地キャンバ角を推定することが可能である。
【０００７】
キャンバ角推定式を保持した記憶手段をさらに備えてもよい。キャンバ角推定手段は、記憶手段に保持されたキャンバ角推定式に、ばね定数取得手段により取得されたばね定数を代入することで、対地キャンバ角を推定してもよい。キャンバ角推定式を利用することで、対地キャンバ角を演算により取得することができ、推定にかかる時間を短縮できる。
【０００８】
車輪の空気圧を検出する検出手段をさらに備えてもよい。ばね定数取得手段は、検出手段により検出される空気圧から、車輪のばね定数を演算により取得してもよい。ばね定数は、タイヤの気室内温度などにより変化するため、そのときの空気圧の検出値を利用することで、正確なばね定数を取得することが可能となる。
【０００９】
本発明の別の態様は、車両制御装置である。この車両制御装置は、車輪のばね定数を取得するばね定数取得手段と、取得したばね定数を利用して、車輪の対地キャンバ角を推定するキャンバ角推定手段と、キャンバ角推定手段により推定された対地キャンバ角をもとに、実際の対地キャンバ角を調整するキャンバ角制御手段とを備える。
【００１０】
この態様によると、車輪のばね定数を利用して推定した対地キャンバ角をもとに、実際の対地キャンバ角を調整することで、タイヤ変形分も加味したキャンバ角制御を実現できる。
【００１１】
本発明のさらに別の態様もまた、車両制御装置である。この車両制御装置は、車輪のばね定数を取得するばね定数取得手段と、取得したばね定数を利用して、車輪の対地キャンバ角を推定するキャンバ角推定手段と、キャンバ角推定手段により推定された対地キャンバ角をもとに、車輪の操舵に対するアシスト力を制御するアシスト力制御手段とを備える。
【００１２】
この態様によると、車輪のばね定数を利用して推定した対地キャンバ角をもとに、車輪の操舵に対するアシスト力を制御することで、車両の挙動を安定化させるとともに、運転者の操作を効果的に補助することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、タイヤの変形分を加味して対地キャンバ角を推定する技術を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１は、実施例に係る車両１０に設けられる車両制御装置２００を模式的に示す図である。車両１０は車両本体１２を有し、車両本体１２には、右前輪１４ＦＲ、左前輪１４ＦＬ、右後輪１４ＲＲ、および左後輪１４ＲＬ（以下、必要に応じて「車輪１４」と総称する）が装着される。車輪１４はタイヤおよびホイールを有し、ホイールの外周部には円筒状に形成されたホイールリムが設けられ、ホイールリムの外周上にタイヤが組み付けられる。こうしてタイヤ内部とホイールリム外周によって囲われる領域にタイヤ気室が形成される。
【００１６】
本実施例の車両制御装置２００は、車輪状態検出ユニット１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ（以下、必要に応じて「車輪状態検出ユニット１６」と総称する）、キャンバ角アクチュエータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ（以下、必要に応じて「キャンバ角アクチュエータ２２」と総称する）、コーナリングフォースセンサ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ（以下、必要に応じて「コーナリングフォースセンサ２４」と総称する）、荷重センサ２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ（以下、必要に応じて「荷重センサ２６」と総称する）、車体側受信機２０、モータ２８および電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）１００を備える。
【００１７】
車輪状態検出ユニット１６ａは右前輪１４ＦＲに、車輪状態検出ユニット１６ｂは左前輪１４ＦＬに、車輪状態検出ユニット１６ｃは右後輪１４ＲＲに、車輪状態検出ユニット１６ｄは左後輪１４ＲＬに、それぞれ搭載される。車輪状態検出ユニット１６は、タイヤバルブおよびユニット本体部を有する。ユニット本体部は電池や基盤を内部に有し、基盤には処理装置が設けられる。ユニット本体部は、空気圧センサ、温度センサ、送信機、および受信機などを内部に有し、処理装置は、空気圧センサ、温度センサなどの検出結果から車輪状態情報を生成する。電池は、基盤の処理装置などに電力を供給する。このため、車輪状態検出ユニット１６は車両本体１２から電力の供給を受けることなく、タイヤ空気圧やタイヤ気室内温度の検出および車輪状態情報の無線送信を行うことが可能となっている。ユニット本体部はタイヤバルブの一端に固定される。車輪状態検出ユニット１６は、タイヤバルブがホイールリムに固定されることにより、車輪１４に取り付けられる。車輪状態検出ユニット１６は、たとえば数分に１回などの所定の周期で、車輪状態情報を定期的に送信する。
【００１８】
車体側受信機２０は、車輪状態検出ユニット１６から無線送信された車輪状態情報を受信する。車体側受信機２０はＥＣＵ１００に接続されており、車体側受信機２０によって受信された車輪状態情報はＥＣＵ１００に出力される。
【００１９】
コーナリングフォースセンサ２４ａは右前輪１４ＦＲが受けるコーナリングフォースを検出する。また、コーナリングフォースセンサ２４ｂは左前輪１４ＦＬが受けるコーナリングフォースを、コーナリングフォースセンサ２４ｃは右後輪１４ＲＲが受けるコーナリングフォースを、コーナリングフォースセンサ２４ｄは左後輪１４ＲＬが受けるコーナリングフォースを、それぞれ検出する。コーナリングフォースセンサ２４は、たとえば車輪１４の軸受けユニットに組み付けられた歪みセンサで構成されてもよい。コーナリングフォースセンサ２４は、検出したコーナリングフォース値をＥＣＵ１００に出力する。
【００２０】
荷重センサ２６ａは右前輪１４ＦＲに加わる荷重を検出する。また、荷重センサ２６ｂは左前輪１４ＦＬに加わる荷重を、荷重センサ２６ｃは右後輪１４ＲＲに加わる荷重を、荷重センサ２６ｄは左後輪１４ＲＬに加わる荷重をそれぞれ検出する。荷重センサ２６は、検出した輪荷重値をＥＣＵ１００に出力する。なお輪荷重は、ストロークセンサの検出値から推定することも可能である。
【００２１】
ＥＣＵ１００は、車輪状態検出ユニット１６から送信される車輪状態情報、コーナリングフォースセンサ２４から出力されるコーナリングフォース値、および／または荷重センサ２６から出力される輪荷重値をもとに、車輪１４の対地キャンバ角を推定する機能をもつ。このようにＥＣＵ１００は、他のセンサなどと協同して、車輪１４の対地キャンバ角を推定するキャンバ角推定装置を構成する。またＥＣＵ１００は、推定した対地キャンバ角をもとに、車両１０の挙動を制御してもよい。
【００２２】
キャンバ角アクチュエータ２２ａは、右前輪１４ＦＲの対地キャンバ角を調整するアクチュエータである。またキャンバ角アクチュエータ２２ｂは左前輪１４ＦＬの対地キャンバ角を、キャンバ角アクチュエータ２２ｃは右後輪１４ＲＲの対地キャンバ角を、キャンバ角アクチュエータ２２ｄは左後輪１４ＲＬの対地キャンバ角をそれぞれ調整するアクチュエータである。キャンバ角アクチュエータ２２は、対地キャンバ角を増減可能なキャンバ角調整手段であり、ＥＣＵ１００からの指示により駆動される。ＥＣＵ１００は、推定した対地キャンバ角をもとに、実際の対地キャンバ角を調整する制御手段として機能する。
【００２３】
モータ２８は、ステアリングホイール（図示せず）の回転に応じてラックバー（図示せず）が摺動する場合に、その摺動を補助するためのアシストトルクを発生させる電動機である。モータ２８は、ＥＣＵ１００から出力された制御信号に応じて回転し、その回転に応じたアシストトルクは摺動力としてラックバー（図示しない）に伝達される。ＥＣＵ１００は、推定した対地キャンバ角をもとに、車輪１４の操舵に対するアシスト力を制御する制御手段として機能する。
【００２４】
図２は、車両制御装置２００の機能ブロック図である。ＥＣＵ１００は、空気圧取得部１０２、コーナリングフォース値取得部１０４、輪荷重値取得部１０６、ばね定数取得部１０８、キャンバ角推定部１１０、制御部１２０および記憶部１３０を備える。制御部１２０は、キャンバ角制御部１２２およびアシスト力制御部１２４を備え、記憶部１３０は、ばね定数計算式格納部１３２、キャンバ角推定式格納部１３４および静的無負荷半径格納部１３６を備える。空気圧取得部１０２は、車体側受信機２０で受信される車輪状態情報から、空気圧情報を取得する。コーナリングフォース値取得部１０４は、コーナリングフォースセンサ２４から、コーナリングフォース値を取得する。輪荷重値取得部１０６は、荷重センサ２６から、輪荷重値を取得する。
【００２５】
ばね定数計算式格納部１３２は、車輪１４のタイヤの縦ばね定数（Ｋｖ）を算出するための計算式を格納する。タイヤの縦ばね定数（Ｋｖ）の計算式は、以下の数式（１）で表現される。
Ｋｖ＝α×空気圧＋β・・・（１）
ここで、空気圧は、タイヤ気室の空気圧であり、α、βは、それぞれ定数である。αおよびβは、固定値であり、出荷前に試験等により設定される。
【００２６】
ばね定数取得部１０８は、ばね定数計算式格納部１３２から縦ばね定数（Ｋｖ）の計算式を読み出し、その計算式に、空気圧取得部１０２により取得された空気圧値を代入することで、縦ばね定数（Ｋｖ）を取得する。
【００２７】
キャンバ角推定式格納部１３４は、車輪１４の対地キャンバ角（ＣＡ）を算出するための計算式を格納する。対地キャンバ角（ＣＡ）は、以下の数式（２）で表現される。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
ここで、Ｒは、タイヤの静的無負荷半径、Ｆｚは輪荷重値、Ｋｖは縦ばね定数、ＣＦはコーナリングフォース値であり、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈは、それぞれ定数である。ａ〜ｈの定数は、出荷前に試験等により設定される。静的無負荷半径格納部１３６は、タイヤの静的無負荷半径を格納する。この数式（２）では、タイヤの縦ばね定数（Ｋｖ）を用いて、タイヤの変形分を加味した対地キャンバ角の推定を可能としている。
【００３０】
キャンバ角推定部１１０は、キャンバ角推定式格納部１３４から対地キャンバ角（ＣＡ）の推定式を読み出し、その推定式に、ばね定数取得部１０８により取得された縦ばね定数（Ｋｖ）を代入することで、対地キャンバ角を推定する。たとえば、マップなどを用いてキャンバ角を推定する場合と比較すると、計算式を利用することで、キャンバ角の推定にかかる時間を短縮できる。
【００３１】
また、縦ばね定数（Ｋｖ）を利用して、タイヤの変形分を加味することで、対地キャンバ角をより高精度に推定することが可能となる。またタイヤの縦ばね定数（Ｋｖ）は、空気圧に応じて変化し、たとえば走行中のタイヤ気室内の温度変化などによっても変化する。ばね定数取得部１０８が、数式（１）を用いて、現在のタイヤ空気圧に応じた縦ばね定数（Ｋｖ）を求めることで、より正確な対地キャンバ角を導出することが可能となる。さらに、タイヤの変形分を加味することで、旋回走行中の車輪１４のキャンバ角を求めることも可能となる。
【００３２】
たとえば対地キャンバ角が正常な所定範囲を超える場合、キャンバ角制御部１２２は、キャンバ角を正常な範囲に戻すようにキャンバ角アクチュエータ２２を制御してもよい。キャンバ角を正確に推定できることで、キャンバ角アクチュエータ２２によるキャンバ角の調整も正確に行うことができる。これにより、安定した車両走行を実現できる。
【００３３】
また対地キャンバ角が正常な所定範囲を超える場合、アシスト力制御部１２４は、モータ２８を駆動して、車輪１４の操舵に対するアシスト力を制御してもよい。キャンバ角を正確に推定できることで、モータ２８により最適なアシスト力をステアリングホイールに印加することができる。これにより、安定した車両走行を実現できる。
【００３４】
図３は、車両制御装置２００による車両制御のフローを示す。空気圧取得部１０２が、車輪状態検出ユニット１６から送信される車輪状態情報から、空気圧情報を取得する（Ｓ１０）。ばね定数取得部１０８は、ばね定数計算式格納部１３２からばね定数の計算式を読み出し、取得した空気圧情報を利用して、タイヤの縦ばね定数（Ｋｖ）を、演算により取得する（Ｓ１２）。またキャンバ角推定部１１０は、静的無負荷半径格納部１３６からタイヤの静的無負荷半径（Ｒ）を、輪荷重値取得部１０６から輪荷重値（Ｆｚ）を、コーナリングフォース値取得部１０４からコーナリングフォース値（ＣＦ）をそれぞれ取得する（Ｓ１４）。
【００３５】
キャンバ角推定部１１０は、キャンバ角推定式格納部１３４からキャンバ角の推定式を読み出し、取得した値を代入して、キャンバ角（ＣＡ）を、演算により取得する（Ｓ１６）。これにより、車輪１４の対地キャンバ角を高精度に推定することが可能となる。キャンバ角の推定値が所定の範囲内であれば（Ｓ１８のＹ）、車両の挙動制御は行わず、所定の範囲から外れていれば（Ｓ１８のＮ）、制御部１２０が、車両の挙動制御を実行する（Ｓ２０）。これにより、高精度に推定したキャンバ角をもとに、車両の適切な挙動制御を実現できる。
【００３６】
図４は、本実施例の手法により推定したキャンバ角と、実測したキャンバ角の関係を示す。図４により、推定したキャンバ角と、実測したキャンバ角とは非常に高い相関を示し、推定したキャンバ角の精度が非常に高いことが示される。以上の試験により、キャンバ角の推定にタイヤの変形分を考慮することで、推定精度を高めることができることが実証された。
【００３７】
本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、実施例の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施例として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を実施例に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施例も本発明の範囲に含まれうる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例に係る車両に設けられる車両制御装置を模式的に示す図である。
【図２】車両制御装置の機能ブロック図である。
【図３】車両制御装置による車両制御のフローを示す図である。
【図４】本実施例の手法により推定したキャンバ角と、実測したキャンバ角の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０・・・車両、１２・・・車両本体、１４・・・車輪、１６・・・車輪状態検出ユニット、２０・・・車体側受信機、２２・・・キャンバ角アクチュエータ、２４・・・コーナリングフォースセンサ、２６・・・荷重センサ、２８・・・モータ、１００・・・ＥＣＵ、１０２・・・空気圧取得部、１０４・・・コーナリングフォース値取得部、１０６・・・輪荷重値取得部、１０８・・・ばね定数取得部、１１０・・・キャンバ角推定部、１２０・・・制御部、１２２・・・キャンバ角制御部、１２４・・・アシスト力制御部、１３０・・・記憶部、１３２・・・ばね定数計算式格納部、１３４・・・キャンバ角推定式格納部、１３６・・・静的無負荷半径格納部、２００・・・車両制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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