(57)【要約】【課題】  簡単な構造で車輪の前後力や横力を精度良く算出する。【解決手段】  ナックルのようなばね下部材に設けた前後加速度センサおよび横加速度センサで、車輪の回転面に平行な前後加速度ＸＧと、車輪の回転面に直交する横加速度ＹＧとを検出する。進行方向に平行な方向の前後力ＦＸと、進行方向に直交する方向の横力ＦＹとを、それぞれ、                  ＦＸ＝Ｋ×（ＸＧ×ｃｏｓβ＋ＹＧ×ｓｉｎβ）                  ＦＹ＝Ｋ×（ＹＧ×ｃｏｓβ＋ＸＧ×ｓｉｎβ）により算出する。但し、βは車輪のスリップ角で、β＝ｔａｎ-1（∫ＹＧ／∫ＸＧ）、Ｋは車輪接地荷重を示す係数である。前後加速度センサや横加速度センサは、歪みセンサと異なって取付方法や取付位置の制約が小さいため、その取付のための加工でばね下部材の強度を損なうことがない。【選択図】        図３
2007132815.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体にサスペンション装置（Ｓ）を介して懸架した車輪（Ｗ）に作用する進行方向に平行な前後力ＦＸを算出する車輪の前後力算出装置であって、
車輪（Ｗ）を回転自在に支持するばね下部材（１３）に、車輪（Ｗ）の回転面に平行な前後加速度ＸＧを検出する前後加速度センサ（２１）と、車輪（Ｗ）の回転面に直交する横加速度ＹＧを検出する横加速度センサ（２２）とを設け、
前記前後力ＦＸを、前記前後加速度ＸＧ、前記横加速度ＹＧおよび車輪接地荷重を示す係数Ｋを用いて、
ＦＸ＝Ｋ×（ＸＧ×ｃｏｓβ＋ＹＧ×ｓｉｎβ）
但し、βは車輪のスリップ角で、β＝ｔａｎ-1（∫ＹＧ／∫ＸＧ）
により算出することを特徴とする車輪の前後力算出装置。
【請求項２】
車体にサスペンション装置（Ｓ）を介して懸架した車輪（Ｗ）に作用する進行方向に直交する横力ＦＹを算出する車輪の横力算出装置であって、
車輪（Ｗ）を回転自在に支持するばね下部材（１３）に、車輪（Ｗ）の回転面に平行な前後加速度ＸＧを検出する前後加速度センサ（２１）と、車輪（Ｗ）の回転面に直交する横加速度ＹＧを検出する横加速度センサ（２２）とを設け、
前記横力ＦＹを、前記前後加速度ＸＧ、前記横加速度ＹＧおよび車輪接地荷重を示す係数Ｋを用いて、
ＦＹ＝Ｋ×（ＹＧ×ｃｏｓβ＋ＸＧ×ｓｉｎβ）
但し、βは車輪のスリップ角で、β＝ｔａｎ-1（∫ＹＧ／∫ＸＧ）
により算出することを特徴とする車輪の横力算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体にサスペンション装置を介して懸架した車輪に作用する前後力ＦＸを算出する車輪の前後力算出装置と、車体にサスペンション装置を介して懸架した車輪に作用する横力ＦＹを算出する車輪の横力算出装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行中の車両の車輪に加わる荷重（車輪の回転面に平行な方向の前後力および車輪の回転面に直交する方向の横力）を検出するために、荷重により発生する車輪のホイールやハブベアリングの歪みを歪みセンサで検出する手法や、タイヤのサイドウオールに多極磁着し、タイヤの変形に伴う磁着部の位相変化を検出する手法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記前者の手法は、所望の方向の歪みを検出するために歪みセンサの取付位置が大きな制約を受けるだけでなく、歪みセンサの取付孔を加工する必要があるためにホイールやハブベアリングの強度低下が懸念され、しかも発生する歪みを歪みセンサに伝達する接合部に特殊な技術を必要とする問題があった。また上記後者の手法は、特殊なタイヤを使用する必要があるために汎用性に乏しいという問題があった。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で車輪の前後力や横力を精度良く算出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、車体にサスペンション装置を介して懸架した車輪に作用する進行方向に平行な前後力ＦＸを算出する車輪の前後力算出装置であって、車輪を回転自在に支持するばね下部材に、車輪の回転面に平行な前後加速度ＸＧを検出する前後加速度センサと、車輪の回転面に直交する横加速度ＹＧを検出する横加速度センサとを設け、前記前後力ＦＸを、前記前後加速度ＸＧ、前記横加速度ＹＧおよび車輪接地荷重を示す係数Ｋを用いて、
ＦＸ＝Ｋ×（ＸＧ×ｃｏｓβ＋ＹＧ×ｓｉｎβ）
但し、βは車輪のスリップ角で、β＝ｔａｎ-1（∫ＹＧ／∫ＸＧ）
により算出することを特徴とする車輪の前後力算出装置が提案される。
【０００６】
また請求項２に記載された発明によれば、車体にサスペンション装置を介して懸架した車輪に作用する進行方向に直交する横力ＦＹを算出する車輪の横力算出装置であって、車輪を回転自在に支持するばね下部材に、車輪の回転面に平行な前後加速度ＸＧを検出する前後加速度センサと、車輪の回転面に直交する横加速度ＹＧを検出する横加速度センサとを設け、前記横力ＦＹを、前記前後加速度ＸＧ、前記横加速度ＹＧおよび車輪接地荷重を示す係数Ｋを用いて、
ＦＹ＝Ｋ×（ＹＧ×ｃｏｓβ＋ＸＧ×ｓｉｎβ）
但し、βは車輪のスリップ角で、β＝ｔａｎ-1（∫ＹＧ／∫ＸＧ）
により算出することを特徴とする車輪の横力算出装置が提案される。
【０００７】
尚，実施例のナックル１３は本発明のばね下部材に対応する。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、車輪を回転自在に支持するばね下部材に、車輪の回転面に平行な前後加速度ＸＧを検出する前後加速度センサと、車輪の回転面に直交する横加速度ＹＧを検出する横加速度センサとを設けるだけの簡単な構造で、車輪に作用する進行方向に平行な前後力ＦＸや車輪に作用する進行方向に直交する横力ＦＹを、車輪のスリップ角をも考慮して精度良く算出することができる。しかも前後加速度センサや横加速度センサは、歪みセンサと異なって取付方法や取付位置の制約が小さいため、その取付のための加工でばね下部材の強度を損なうことがない。またサイドウオールに多極磁着した特殊なタイヤを必要としないので、どのような車輪にも適用可能となって汎用性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１０】
図１〜図３は本発明の一実施例を示すものであり、図１は左後輪のダブルウイッシュボーン式サスペンションの斜視図、図２は図１の２方向矢視図、図３は車輪に加わる前後力および横力の説明図である。
【００１１】
図１および図２に示すように、ダブルウイッシュボーン式のサスペンション装置Ｓは、アッパーアーム１１およびロアアーム１２によって車体に支持されたナックル１３を備える。ナックル１３はナックル本体１４と、その下部に締結されたロアアーム支持ブラケット１５とで構成される。ナックル本体１４は、車輪Ｗの車軸を回転自在に支持する車軸支持部１４ａと、車軸支持部１４ａから上方に延びるアッパーアーム支持部１４ｂとを備えており、アッパーアーム支持部１４ｂの上端にボールジョイント１６を介してアッパーアーム１１の車幅方向外端が枢支される。ナックル本体１４の下部にボルト１７，１８で締結されたロアアーム支持ブラケット１５に固定されたボールジョイント１９にロアアーム１２の車幅方向外端が枢支される。ロアアーム１２の車幅方向外端近傍と車体とが、同軸に配置された油圧シリンダおよびサスペンションばねよりなるダンパー２０によって接続される。
【００１２】
サスペンション装置Ｓのばね下部材であるナックル１３に、前後加速度センサ２１および横加速度センサ２２が設けられる。前後加速度センサ２１は車輪Ｗの回転面に平行な前後方向の加速度（前後加速度ＸＧ）を検出し、横加速度センサ２２は車輪Ｗの回転面に直交する横方向の加速度（横加速度ＹＧ）を検出する。前後加速度センサ２１および横加速度センサ２２は小型であるため、例えば車輪速センサをナックル１３に取り付ける取付部材に支持することができる。
【００１３】
図３に示すように、車輪Ｗに固定した直交座標系をＸ−Ｙ座標系とすると、前後加速度センサ２１で検出される前後加速度ＸＧはＸ−Ｙ座標系のＸ方向の加速度となり、横加速度センサ２２で検出される横加速度ＹＧはＸ−Ｙ座標系のＹ方向の加速度となる。車輪Ｗの進行方向（車両の進行方向）はＸ−Ｙ座標系のＸ方向と必ずしも一致せず、車輪Ｗの進行方向とＸ方向との成す角度がスリップ角βとなる。即ち、Ｘ方向の速度をｕとし、Ｙ方向の速度をｖとすると、スリップ角βは、
β＝ｔａｎ-1（ｖ／ｕ）
で与えられる。
【００１４】
本願発明は前後加速度センサ２１および横加速度センサ２２で検出した前後加速度ＸＧおよび横加速度ＹＧに基づいて、車輪Ｗに加わる進行方向の力である前後力ＦＸと、車輪Ｗに加わる進行方向と直交する方向の力である横力ＦＹとを算出するものである。
【００１５】
前後加速度ＸＧを積分するとＸ方向の速度ｕが得られ、横加速度ＹＧを積分するとＹ方向の速度ｖが得られることから、スリップ角βは、
β＝ｔａｎ-1（ｖ／ｕ）＝ｔａｎ-1（∫ＹＧ／∫ＸＧ）
で与えられる。
【００１６】
ｍを初期状態における車輪Ｗの接地荷重の設定値、ｃを図示しないサスペンションのストロークセンサの検出値から定めたサスペンションストローク変化に応じた補正係数（初期状態では１であり、サスペンションのバンプ側で１よりも大きく、サスペンションのリバウンド側で１よりも小さい正の値をとる）とすると、車輪接地荷重を示す係数Ｋは、
Ｋ＝ｍ×ｃ
で与えられる。従って、車輪Ｗに加わる進行方向の力である前後力ＦＸは、
ＦＸ＝Ｋ×（ＸＧ×ｃｏｓβ＋ＹＧ×ｓｉｎβ）
で与えられ、車輪Ｗに加わる横方向の力である横力ＦＹは、
ＦＹ＝Ｋ×（ＹＧ×ｃｏｓβ＋ＸＧ×ｓｉｎβ）
で与えられる。
【００１７】
以上のように、車輪Ｗを回転自在に支持するばね下部材であるナックル１３に前後加速度センサ２１および横加速度センサ２２を設けるだけの安価かつ簡単な構造で、車輪Ｗに作用する進行方向に平行な前後力ＦＸおよび車輪Ｗに作用する進行方向に直交する横力ＦＹを、車輪のスリップ角βをも考慮して精度良く算出することができる。しかも前後加速度センサ２１や横加速度センサ２２は、従来用いられていた歪みセンサと異なって取付方法や取付位置の制約が小さいため、適宜の位置に適宜の方法で取り付けることが可能となり、取り付けのための加工でナックル１３の強度を損なうことがない。またサイドウオールに多極磁着した特殊なタイヤや、歪みセンサを埋め込んだ特殊なホイールにを必要としないので、どのような車輪にも適用可能となって汎用性が向上する。
【００１８】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００１９】
例えば、実施例では前後加速度センサ２１および横加速度センサ２２を取り付けるばね下部材としてナックル１３を採用しているが、ナックル１３の代わりにサスペンションアーム等を用いることができる。
【００２０】
また実施例では非転舵輪である後輪について説明したが、本発明を前輪などの転舵輪に適用する場合には、前述の車輪Ｗのスリップ角βに車輪転舵角を含めるようにすれば良い。車輪転舵角は、運転者が操作する操舵角を検出することで、その操舵角から一義的に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】左後輪のダブルウイッシュボーン式サスペンションの斜視図
【図２】図１の２方向矢視図
【図３】車輪に加わる前後力および横力の説明図
【符号の説明】
【００２２】
Ｓ          サスペンション装置
Ｗ          車輪
１３        ナックル（ばね下部材）
２１        前後加速度センサ
２２        横加速度センサ
【図１】
2007132815.tif 000003
【図２】
2007132815.tif 000004
【図３】
2007132815.tif 000005