(57)【要約】【課題】アライメント異常の検出精度を高める。【解決手段】接地面圧センサ２２は、タイヤのトレッド部の幅方向に複数設けられ、接地面圧を検出する。許容範囲決定部１０４は、アライメントが正常であると仮定したとき、タイヤ幅方向の複数位置の接地面圧がとりうる値の許容範囲を決定する。アライメント異常検知部１０６は、車両の直進走行時に検出された接地面圧が上記許容範囲から外れたとき、アライメント異常が生じたと判定する。空気圧判定部１０８は、空気圧の減少速度が予め定められた値以上であるとき、アライメント異常の判定を中止する。【選択図】図３
2007170872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タイヤの接地部の幅方向に複数設けられ接地面圧を検出する接地面圧検出手段と、
車両の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、
車両の直進時に、タイヤ幅方向の複数位置の接地面圧を利用して車両のアライメント異常を検知するアライメント異常検知手段と、
を備えることを特徴とする車両状態推定装置。
【請求項２】
アライメントが正常であると仮定したとき前記タイヤ幅方向の複数位置の接地面圧がとりうる値の許容範囲を決定する許容範囲決定手段をさらに備え、
前記アライメント異常検知手段は、検出された接地面圧が前記許容範囲から外れたときアライメント異常と判定することを特徴とする請求項１に記載の車両状態推定装置。
【請求項３】
タイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段をさらに備え、
空気圧の減少速度が予め定められた値以上であるときは、アライメント異常の判定を中止することを特徴とする請求項１または２に記載の車両状態推定装置。
【請求項４】
タイヤの接地部において幅方向の複数位置で接地面圧を検出するステップと、
車両の操舵角を検出するステップと、
アライメントが正常であるとき、タイヤ幅方向の複数位置の接地面圧がとりうる値の許容範囲を決定するステップと、
検出された接地面圧が前記許容範囲から外れたときアライメント異常と判定するステップと、
を含むことを特徴とする車両状態推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行中の車両のミスアライメントを検出する車両状態推定装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤはホイールに装着されて車両に取り付けられ、サスペンション機構と組み合わされて車両の足まわりを構成する。車輪のうち特に前輪については、ステアリングの操作性、操縦安定性、および車両の直進性能を向上させるために、トー角やキャンバ角などの角度が予め設定されており、これをホイールアライメントと呼ぶ。
【０００３】
このホイールアライメントが初期の設定値からずれると、タイヤの摩耗が早まり、また車両の運動性能を低下させることにもつながるため、アライメントのずれは早期に発見することが好ましい。従来、アライメントずれの検出は、熟練した作業者が目視で車軸を検査したり、専用の測定装置を用いるなど、車両が停止した状態で確認することしかできなかった。このため、車両の運転者が検査を受けなければ、ミスアライメント状態が長期にわたって継続することにもなりかねないため、ミスアライメントを自動的に検出することができれば有利である。
【０００４】
特許文献１には、ホイールの回転数に基づいて決定されるアライメント関数を使用して、ホイールのミスアライメントを検知する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−２６０６１９号公報
【特許文献２】特開２００４−３５９２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術においては、車輪の回転数に関連した情報を使用してミスアライメントを検出しているため、路面状態や走行状態による車輪回転数変動の影響が大きいと考えられ、アライメントの検出精度を高めることは困難である。
【０００６】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、車輪の回転数に依存せず、車両のアライメント異常を精度良く検出することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様の車両状態推定装置は、タイヤの接地部の幅方向に複数設けられ接地面圧を検出する接地面圧検出手段と、車両の操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、車両の直進時に、タイヤ幅方向の複数位置の接地面圧を利用して車両のアライメント異常を検知するアライメント異常検知手段と、を備える。この態様によれば、車輪回転数の変動などの影響を受けずにアライメント異常を検知することができる。なお、「操舵状態」は操舵角または操舵トルクを含む。
【０００８】
アライメントが正常であると仮定したとき前記タイヤ幅方向の複数位置の接地面圧がとりうる値の許容範囲を決定する許容範囲決定手段をさらに備え、前記アライメント異常検知手段は、検出された接地面圧が前記許容範囲から外れたときアライメント異常と判定してもよい。これによれば、許容範囲と考えられる接地面圧の変動幅を車両荷重、アライメントの構成および空気圧の変動範囲等を考慮して求めておくことで、接地面圧検出手段で検出したタイヤ幅方向の接地面圧の分布が許容範囲内になければアライメント異常が発生していると判断することができる。
【０００９】
タイヤの空気圧を検出する空気圧検出手段をさらに備え、空気圧の減少速度が予め定められた値以上であるときは、アライメント異常の判定を中止してもよい。タイヤ空気圧の減少速度が速い場合は、アライメントの異常でなく空気抜けによって左右輪の空気圧がアンバランスになっているために接地面圧が許容範囲を越えたと考えられるので、アライメント異常の判定を中止するのである。これによって、アライメント異常の誤判定を回避できる。
【００１０】
本発明の別の態様は、車両状態推定方法である。この方法は、タイヤの接地部において幅方向の複数位置で接地面圧を検出するステップと、車両の操舵角を検出するステップと、アライメントが正常であるとき、タイヤ幅方向の複数位置の接地面圧がとりうる値の許容範囲を決定するステップと、検出された接地面圧が前記許容範囲から外れたときアライメント異常と判定するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車輪に実際に生じている接地面圧を使用してアライメント異常の判定をするので、車輪回転数の変動などの影響を受けにくい正確な検知が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、実施の形態に係る車両状態推定装置を備えた四輪の車両１０を示す。車両１０は、タイヤ、ホイールなどから構成される車輪１４を有する。各車輪１４は、図示しないサスペンション、ナックル、タイロッド、アッパーアーム、ロアアームなどから構成される懸架装置により既知の方法で車体１２に結合される。
【００１３】
各車輪１４には、車輪の接地面圧およびタイヤ空気圧を検出し車体１２側に送信するための車輪側装置２０が設置されいる。車体１２には、各車輪１４に対向する位置に車輪側装置２０から送信された情報を受信する受信機３０が設けられる。各受信機３０により取得された情報は、電子制御装置１００（以下「ＥＣＵ１００」と表記する）に送られる。
【００１４】
車体１２には、図示しないステアリングホイールの操舵角を検出するためのステアリングセンサ３４が設けられる。ステアリングセンサ３４の検出信号は、ＥＣＵ１００に送られる。なお、ステアリングセンサ３４は操舵トルクを検出してもよい。また、車体には、ＥＣＵ１００からの指令にしたがって乗員に異常を警報するための警報装置３６も設けられる。警報装置３６は、スピーカー等の音声を発するものでもよいし、ランプ等の光を発するものでもよい。
【００１５】
図２は、車輪側装置２０の構成要素と、各構成要素の車輪内の配置の様子を説明する図である。車輪側装置２０は、接地面圧センサ２２Ａ〜２２Ｅと、処理装置２４と、送信機２６と、空気圧センサ２８とを含む。
図２は、車輪１４の半径方向の断面の一部を表している。タイヤ４０のビード部５０がホイール４２のホイールリム４４に装着され、タイヤ４０の内部に空気を充填することによってホイール４２に固定される。タイヤ４０のトレッド部４６は、地面と接触し車両の荷重を受ける部分である。ホイール４２は、図示しない懸架装置を介して車体と接続されている。
【００１６】
タイヤのトレッド部４６の内部には、タイヤの接地面圧を検出するための接地面圧センサ２２Ａ〜２２Ｅが埋め込まれている。接地面圧センサ２２Ａ〜２２Ｅは、タイヤの幅方向にわたって複数個（本実施形態では５個）配設される。接地面圧センサ２２は、トレッド部４６の周方向に延びる溝４８の近傍に配設することが好ましい。接地面圧センサ２２の数は任意であるが、少なくともトレッド部４６の両端（すなわち、ショルダー部近傍）とその間に配置して、タイヤ接地面の幅方向にわたる接地面圧の違いを検出できるようにする。接地面圧センサ２２は、タイヤの周方向に複数組設けられることが好ましいが、一組だけであってもよい。
【００１７】
接地面圧センサ２２は例えば歪みゲージである。歪みゲージの長さの変化が電気信号として取り出され、ホイールリム４４の外周面に設置された処理装置２４に送られる。処理装置２４は、予めテーブルとして記憶してある歪み−力線図を参照して対応する接地面圧を計算する。計算された接地面圧は、送信機２６によって車体１２側の受信機３０に送られる。代替的に、歪みゲージの長さ変化の電気信号が処理装置２４を通さずに送信機２６によって直接車体側に送信され、歪み−力線図を参照した力への変換は車体側のＥＣＵ１００において実行されてもよい。接地面圧センサ２２は圧電素子であってもよい。
【００１８】
接地面圧センサ２２は、完成品として製造されたものをタイヤのトレッド部４６のゴム層内に埋め込んでもよいし、ゴム層内に直接形成するようにしてもよい。後者の場合、一例として、ゴム層を押し出し成型した後に、トレッド部４６の内部の所定の位置に接地面圧センサ２２を挿入し、その後に加硫しつつモールディングしてタイヤ４０を形成するようにすればよい。
【００１９】
空気圧センサ２８は、タイヤ空気室に面して配置され、空気圧を検出する。空気圧の情報は送信機２６によって車体側に送信される。
【００２０】
処理装置２４、送信機２６および空気圧センサ２８は、図示しない電池から電力供給を受けて動作する。処理装置２４と送信機２６は、同一基板上に形成された一体のユニットであってもよい。このユニットは、車体１２側の受信機３０から電力の供給を受けて動作するトランスポンダとして構成されてもよい。
【００２１】
ここでホイールアライメントについて説明する。車両の前輪は、直進安定性やステアリングの復元性を与えるために、最初からある程度の角度をもって取り付けられている。この車輪に与えられた取り付け角度のことをホイールアライメントと呼び、トー角やキャンバ角などもこれに含まれる。
【００２２】
トー角とキャンバ角は、車両の各種特性に与える影響を考慮して、車両の設計段階において適切な初期設定値が選択される。したがって、車両の荷重が既知であれば、タイヤの接地面に発生する接地面圧を予め推定することが可能である。
【００２３】
ところで、トー角やキャンバ角といったホイールアライメントは、車輪が縁石に乗り上げたり路面に空いた大きな穴の上を通過して衝撃を受けたり、アライメント調整用のボルトの外れ、車輪を保持するアームの変形などによって、初期設定値からずれることがある。トー角やキャンバ角がずれると、ステアリングホイールの中立位置が狂ったり、タイヤに偏摩耗が生じたり、車両のオーバーステア特性またはアンダーステア特性に変化が生じるといった不都合が生じる。
【００２４】
そこで、本実施形態に係る車両状態推定装置では、タイヤの接地面圧を利用することで車両の走行中であってもアライメントの異常を検知できるようにした。
【００２５】
図３は、図１に示したＥＣＵ１００のうち、本実施形態によるアライメント異常検知処理に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。
【００２６】
ＥＣＵ１００は、接地面圧取得部１０２、許容範囲決定部１０４、アライメント異常検知部１０６および空気圧判定部１０８を含む。
【００２７】
接地面圧取得部１０２は、接地面圧センサ２２Ａ〜２２Ｅにより検出された接地面圧を受信機３０を経由して所定間隔で取得する。
許容範囲決定部１０４は、車両１０のアライメントが正常であると仮定したとき、タイヤ幅方向の複数位置の接地面圧がとりうる値の許容範囲すなわち変動幅を、車両荷重の上下限値、アライメントの構成（トー角またはキャンバ角の公差範囲等）などを考慮して算出する。接地面圧センサにより検出されたタイヤ幅方向の接地面圧の分布がこの許容範囲内になければ、アライメント異常が発生したと判断することができる。なお、この許容範囲は異常がない限り変化しないので、予め計算した値をＥＣＵ１００に記憶させておくことが好ましい。
【００２８】
図４は、許容範囲決定部１０４で決定される許容範囲と、実際に接地面圧センサ２２Ａ〜２２Ｅにより検出される接地面圧分布の一例を示す。図中、横軸はタイヤ幅方向に配置された接地面圧センサの位置を表し、縦軸は接地面圧を表す。線７０は、許容範囲の下限値、線７２は許容範囲の上限値である。ホイールアライメントが正常であれば、図中に線７４で示すように、センサ２２Ａ〜２２Ｅにより検出された接地面圧は許容範囲である線７２と７４の間に収まる。しかし、ホイールアライメントが異常であるとき、例えばキャンバ不良が生じた場合には、図中に線７６で示すように、センサ２２Ａ〜２２Ｅにより検出された接地面圧が許容範囲から外れてしまう。
【００２９】
図３に戻り、アライメント異常検知部１０６は、接地面圧取得部１０２から得たタイヤ幅方向の接地面圧と、許容範囲決定部１０４から得た許容範囲とを比較する。そして、接地面圧のいずれかが許容範囲から外れた値を示すとき、アライメント異常が発生していると判定する。さらに、アライメント異常検知部１０６は、アライメント異常と判定したとき、警報装置３６を作動させて乗員に警報を発する。または、車室内に設置されているモニタに警告表示をするようにしてもよい。図示しない通信装置から周期的に信号を発して車両外部の検査システムに異常の発生を通報するようにしてもよい。
【００３０】
空気圧判定部１０８は、空気圧センサ２８から受信機３０を経由して所定の間隔で空気圧情報を受け取り、空気圧の減少速度を計算する。この減少速度が予め定めたしきい値以上であるときは、アライメント異常検知部１０６に対してアライメント異常の判定を中止するように指令する。
【００３１】
図５は、本実施形態にしたがってアライメント異常を検知する処理のフローチャートである。この処理は、車両の走行中に一定の間隔で繰り返し実行される。
まず、アライメント異常検知部１０６は、ステアリングセンサ３４により検出される操舵角または操舵トルクを参照して、車両が直進走行中か否かを判定する（Ｓ１０）。旋回中であれば（Ｓ１０のＮ）、接地面圧が大きく変化して適切な判定が行えないので、このルーチンを終了する。直進走行中であれば（Ｓ１０のＹ）、空気圧判定部１０８は空気圧データの取得を開始する（Ｓ１２）。続いて、許容範囲決定部１０４が、アライメントが正常であると仮定したときの接地面圧の許容範囲を計算または取得する（Ｓ１４）。接地面圧取得部１０２は、接地面圧センサ２２Ａ〜２２Ｅにより検出される接地面圧を取得する（Ｓ１６）。
【００３２】
アライメント異常検知部１０６は、Ｓ１６で取得した接地面圧分布が、Ｓ１４で取得した許容範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１８）。許容範囲内にあれば（Ｓ１８のＹ）、このルーチンを終了する。許容範囲から外れている場合は（Ｓ１８のＮ）、空気圧判定部１０８が、空気圧の減少速度が予め定めたしきい値以下となっているか否かを判定する（Ｓ２０）。空気圧の減少速度がしきい値を越える場合は（Ｓ２０のＮ）、アライメントの異常でなく左右輪の空気圧がアンバランスになっているために接地面圧が許容範囲を越えたと考えられるので、アライメントの異常警報をせずにこのルーチンを終了する。空気圧の減少速度がしきい値以下の場合（Ｓ２０のＹ）、アライメントに異常が発生したと考えられるので、アライメント異常検知部１０６は警報装置３６を作動させて乗員に異常を警報する（Ｓ２２）。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態によれば、実際にタイヤの幅方向で検出した接地面圧と、種々の条件にしたがって算出される接地面圧の許容範囲とを比較することによって、車両の走行中であってもホイールアライメントの異常を検出することができる。車輪速などの情報を使用しないため車速の影響を受けにくく、アライメント異常をより正確に検知することが可能である。
【００３４】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００３５】
図５のＳ１４で、車両荷重やアライメントを考慮してばらつき範囲を計算する際に、空気圧の変動範囲を考慮してもよい。こうすると、許容範囲をより正確に設定することができるため、アライメント異常の検知精度が向上する。
【００３６】
図５のＳ２０で、空気圧の減少速度がしきい値を上回った場合に、警報装置３６を作動させて空気圧の異常警報を発してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態である車両状態推定装置を備えた車両を示す図である。
【図２】車輪側装置の構成を示す図である。
【図３】ＥＣＵのうち本実施形態によるアライメント異常検知処理に関与する部分の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】許容範囲決定部で決定される許容範囲と、接地面圧センサにより検出される実際の接地面圧分布の一例を示す図である。
【図５】アライメント異常検知処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１０  車両、  １２  車体、  １４  車輪、  ２０  車輪側装置、  ２２  接地面圧センサ、  ２４  処理装置、  ２６  送信機、  ２８  空気圧センサ、  ３０  受信機、  ３４  ステアリングセンサ、  ３６  警報装置、  ４０  タイヤ、  ４２  ホイール、  ４４  ホイールリム、  ４６  トレッド部、  １００  ＥＣＵ、  １０２  接地面圧取得部、  １０４  許容範囲決定部、  １０６  アライメント異常検知部、  １０８  空気圧判定部。
【図１】
2007170872.tif 000003
【図２】
2007170872.tif 000004
【図３】
2007170872.tif 000005
【図４】
2007170872.tif 000006
【図５】
2007170872.tif 000007