DE102021108335A1

DE102021108335A1 - Vorrichtung zum Schätzen eines Einseitiger-Zug-Faktors eines Fahrzeugs und Lenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102021108335A1
Application number: DE102021108335.4A
Authority: DE
Inventors: Goichi KOBAYASHI
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2021-04-01
Publication date: 2021-10-07
Also published as: US11584432B2; JP7492364B2; CN113548034A; JP2021165054A; US20210309291A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors von an einem Fahrzeug erzeugtem einseitigen Ziehen enthält einen Sensor, einen Rechner und einen Schätzer. Der Sensor ist konfiguriert, um eine auf ein Rad wirkende Kraft zu detektieren. Der Rechner ist konfiguriert, um eine Position einer Mitte der Bodenkontaktlast basierend auf einer Ausgabe des Sensors zu berechnen. Der Schätzer ist konfiguriert, um den Faktor basierend auf einer seitlichen Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast zu schätzen.

Description

HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schätzen eines Einseitiger-Zug-Faktors eines Fahrzeugs, der ein einseitiges Ziehen in dem Fahrzeug wie etwa einem Automobil hervorruft, sowie eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeugs.
Verwandte Technik
Einseitiges Ziehen eines Fahrzeugs ist eines von Phänomenen in Bezug auf die Geradeausfahrstabilität eines Fahrzeugs. Wenn in dem Fahrzeug das einseitige Ziehen auftritt, zieht das Fahrzeug zur einen Seite, zum Beispiel wegen Querneigung (Neigungswinkel und Gefällewinkel) einer Straßenoberfläche oder Seitenwind.
Wenn zum Beispiel eine Straße einen Neigungswinkel hat, kann ein Fahrer beim manuellen Fahren das Fahrzeug so fahren, dass er das Fahrzeug auf der Fahrspurmitte hält, indem er basierend auf Information, die er von einer Lenkreaktionskraft oder dergleichen erhält, fortlaufend lenkt.
Wenn hingegen eine Lenkassistenzsteuerung oder eine Selbstfahrsteuerung durchgeführt wird, wird zum Beispiel eine Querposition einer Fahrspur eines Hostfahrzeugs mittels einer Umgebungserkennungseinheit wie etwa einer Stereokamera detektiert, und wird die Lenkung in Antwort auf eine Detektion der Verlagerung aufgrund des einseitigen Ziehens korrigiert. Es hat Bedarf gegeben, einen Faktor zu schätzen, der das einseitige Ziehen hervorruft, wie etwa den Neigungswinkel der Straßenoberfläche, und den geschätzten Faktor auf die Lenksteuerung widerspiegelt, bevor das einseitige Ziehen tatsächlich auftritt.
Zum Beispiel offenbart, als verwandte Technik zum Schätzen eines Neigungswinkels einer Straßenoberfläche, die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2007 - 210 412 A , das Detektieren eines seitlichen Gradienten (Gefälles) der Straßenoberfläche unter Verwendung von (i) wie weit ein Fahrzeug von einer Fahrspur abweicht, die aus einem von einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD-Kamera) aufgenommenen Bild erkannt wird, und (ii) einer auf das Fahrzeug wirkenden Querbeschleunigung.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Aspekt der Erfindung gibt eine Vorrichtung zum Schätzen eines an einem Fahrzeug zu erzeugenden Einseitiger-Zug-Faktors an. Die Vorrichtung enthält einen oder mehrere Sensoren, einen Rechner und einen Schätzer. Der eine oder die mehreren Sensoren sind konfiguriert, um eine auf ein oder mehrere Räder wirkende Kraft zu detektieren. Der Rechner ist konfiguriert, um eine Position einer Mitte einer Bodenkontaktlast auf Basis von Information zu berechnen, die von dem einen oder den mehreren Sensoren ausgegeben wird. Der Schätzer ist konfiguriert, um den Faktor auf Basis einer seitlichen Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast zu schätzen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung gibt eine Lenkvorrichtung an, die einen Aktuator und ein Lenksteuergerät enthält. Der Aktuator ist konfiguriert, um ein Lenkrad eines Fahrzeugs zu lenken. Das Lenksteuergerät ist konfiguriert, um eine Kraft zu steuern, die der Aktuator erzeugt. Das Lenksteuergerät korrigiert die Kraft gemäß einem Schätzergebnis von der Vorrichtung.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind enthalten, um für ein weiteres Verständnis der Erfindung zu sorgen und sind in diese Beschreibung eingebaut und stellen Teil von dieser dar. Die Zeichnungen illustrieren Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.

1 ist ein Diagramm, das schematisch Konfigurationen einer Schätzvorrichtung zum Schätzen eines Reibkoeffizienten eines Einseitiger-Zug-Faktors eines Fahrzeugs und einer Lenkvorrichtung, auf die eine Ausführung der Erfindung angewendet wird, darstellt.
2A und 2B sind Ansichten, die eine Nabeneinheit gemäß der Ausführung darstellen.
3 ist eine Querschnittsansicht eines Sensierkörpers in einer Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung der Ausführung entlang einer eine Mittelachse enthaltenden Ebene.
4 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine Anordnung von Dehnungsmessern in der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung der Ausführung darstellt.
5A bis 5C sind Diagramme, die die Anordnung der Dehnungsmesser eines Kraftdetektionssystems und eine Konfiguration einer Brückenschaltung in der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung der Ausführung darstellen.
6A bis 6C sind Diagramme, die eine Konfiguration einer Brückenschaltung eines Momentdetektionssystems in der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung der Ausführung darstellen.
7 ist ein Diagramm, das schematisch eine Radmitte eines Rads, eine Mitte einer Rad-Bodenkontaktlast und deren Wirkkraft darstellt.
8 ist ein Flussdiagramm, das Operationen der Vorrichtung zum Schätzen des Einseitiger-Zug-Faktors und der Lenkvorrichtung der Ausführung darstellt.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Korrelation zwischen einer seitlichen Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast und eines Zusatz-Lenkdrehmoments in der Lenkvorrichtung der Ausführung darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der in der JP 2007 - 210 412 A beschriebenen Technik wird ein Oberflächengradient bis zu einem Ausmaß, das keine Abweichung des Fahrzeugs von der Fahrspur hervorruft, ausschließlich basierend auf der Querbeschleunigung des Fahrzeugs detektiert. Jedoch gibt es zum Beispiel aufgrund von Dämpferreibung einer Radaufhängung eine Totzone, die auch dann schwer zu detektieren ist, wenn tatsächlich ein winziges Straßenoberflächengefälle vorhanden ist.
Um zum Beispiel die Fahrspurfolgeeigenschaften bei einer Lenkassistenzsteuerung und einer Selbstfahrsteuerung zu verbessern, muss ein Faktor, der ein einseitiges Ziehen eines Fahrzeugs hervorruft, wie etwa das Straßenoberflächengefälle, aus einem winzigen Bereich genau detektiert werden.
Es ist wünschenswert, eine Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors des einseitigen Ziehens eines Fahrzeugs und eine Lenkvorrichtung anzugeben, die in der Lage sind, einen Faktor genau zu detektieren, der das einseitige Ziehen eines Fahrzeugs hervorruft.
Nachfolgend werden eine Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors des einseitigen Ziehens eines Fahrzeugs und eine Lenkvorrichtung, auf die eine Ausführung der Erfindung angewendet wird, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Übrigens ist die folgende Beschreibung auf ein illustratives Beispiel der Erfindung gerichtet und soll nicht so verstanden werden, dass sie die Erfindung einschränkt. Faktoren einschließlich, ohne Einschränkung, numerischer Werte, Formen, Materialien, Komponenten, Positionen der Komponenten, und wie die Komponenten miteinander verbunden sind, sind nur illustrativ und sollen nicht so verstanden werden, dass sie die Erfindung einschränken. Ferner sind in dem folgenden Ausführungsbeispiel Elemente, die im allgemeinsten unabhängigen Anspruch der Erfindung nicht genannt sind, optional und können nach Bedarf vorgesehen werden. Die Zeichnungen sind schematisch und brauchen nicht maßstabsgetreu zu sein. In der gesamten vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen sind Elemente mit im Wesentlichen der gleichen Funktion und Konfiguration mit den gleichen Zahlen bezeichnet, um eine redundante Beschreibung zu vermeiden.
Als Beispiel sind die Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors des einseitigen Ziehens und die Lenkvorrichtung der Ausführung in einem Automobil wie etwa einem PKW vorgesehen. Die Lenkvorrichtung lenkt Vorderräder, welche gelenkte Räder sind.
Die Lenkvorrichtung der Ausführung enthält eine elektrische Servolenk-(EPS-)-Vorrichtung mit Ritzelunterstützung.
1 ist ein Diagramm, das schematisch Konfigurationen der Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors des am Fahrzeug erzeugten einseitigen Ziehens sowie der Lenkvorrichtung der Ausführung darstellt.
Eine Lenkvorrichtung 1 enthält ein Lenkrad 10, eine Lenkwelle 20, eine Ritzelwelle 30, ein Zahnstangengehäuse 40, eine Spurstange 50, ein Gehäuse 60, einen Drehmomentsensor 70, eine Aktuatoreinheit 80, eine Lenksteuereinheit 90 und dergleichen.
Das Lenkrad 10 ist ein ringförmiges Bedienungselement, das in Antwort darauf, dass ein Fahrer das ringförmige Bedienungselement dreht, eine Lenkbedienung erhält.
Das Lenkrad 10 ist in einer Fahrzeugkabine des Fahrzeugs so angeordnet, dass es zum Fahrersitz weist.
Die Lenkwelle 20 ist eine Drehwelle, an deren einem Ende das Lenkrad 10 angebracht ist, Die Lenkwelle 20 überträgt eine Drehbedienung des Lenkrads 10 auf einen Zahnstangen- und Ritzelmechanismus, der die Drehbetätigung in eine Translationsbewegung umwandelt.
Ein Universalgelenk 21, das das Drehmoment in einem Zustand übertragen kann, in dem die Lenkwelle 20 geknickt ist, ist in einem zwischenliegenden Abschnitt der Lenkwelle 20 vorgesehen.
Ein Ritzel 22 ist an einem dem Lenkrad 10 entgegengesetzten Ende der Lenkwelle 20 vorgesehen. Das Ritzel 22 stellt Teil des Zahnstangen- und Ritzelmechanismus dar.
Die Zahnstange 30 ist ein säulenförmiges Element, das so angeordnet ist, dass sich seine Längsrichtung (Achsrichtung) entlang einer Fahrzeugbreitenrichtung erstreckt.
Die Zahnstange 30 ist so gelagert, dass sie in Bezug auf einen Fahrzeugkörper in der Fahrzeugbreitenrichtung verlagerbar ist.
Eine Stangenverzahnung 31 ist an einem Abschnitt der Zahnstange 30 vorgesehen. Die Stangenverzahnung 31 steht mit dem Ritzel 22 in Eingriff.
Die Stangenverzahnung 31 wird von dem Ritzel 22 gemäß der Drehung der Lenkwelle 20 angetrieben, und somit verlagert sich die Zahnstange 30 (bewegt sich gerade) entlang der Fahrzeugbreitenrichtung.
Die Stangenverzahnung 31 ist in der Fahrzeugbreitenrichtung zu einer der linken und rechten Seiten (allgemein der Fahrersitzseite) versetzt angeordnet.
Wenn zum Beispiel ein Fahrzeug ein sogenanntes rechtsgelenktes Fahrzeug ist, dessen Fahrersitz der rechte Vordersitz ist, ist die Stangenverzahnung 31 im neutralen Zustand von einer Mitte zur rechten Seite versetzt angeordnet.
Das Zahnstangengehäuse 40 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element, das die Zahnstange 30 aufnimmt, während es die Zahnstange 30 derart lagert, dass die Zahnstange 30 entlang der Fahrzeugbreitenrichtung relativ verlagerbar ist.
Zahnstangenmanschetten 41 sind an beiden Enden des Zahnstangengehäuses 40 vorgesehen.
Die Zahnstangenmanschette 41 ist ein Element, welches den Eintritt von Fremdmaterial wie etwa Staub in das Zahnstangengehäuse 40 verhindert, während es eine relative Verlagerung der Spurstange 50 in Bezug auf das Zahnstangengehäuse 40 erlaubt.
Zum Beispiel ist die Zahnstangenmanschette 41 aus einem kunststoffbasierten Material wie etwa einem Elastomer und in einer flexiblen balgenrohrartigen Form ausgebildet.
Die Spurstange 50 ist ein schaftförmiges Koppelelement, das ein Ende der Zahnstange 30 mit einem Achsschenkel 61 des Gehäuses 60 koppelt und, einhergehend mit einer Translationsbewegung der Zahnstange 30, das Gehäuse 60 um eine Achsschenkel-Achse dreht.
Ein in der Fahrzeugbreitenrichtung inneres Ende der Spurstange 50 ist mit dem Ende der Zahnstange 30 über ein Kugelgelenk 51 schwenkbar verbunden.
Ein in der Fahrzeugbreitenrichtung äußeres Ende der Spurstange 50 ist mit dem Achsschenkel 61 des Gehäuses 60 über ein Kugelgelenk 52 verbunden.
Ein Spannschraubmechanismus (nicht dargestellt) zur Vorspureinstellung ist an einem Verbindungsabschnitt zwischen der Spurstange 50 und dem Kugelgelenk 52 angeordnet.
Das Gehäuse (Achsschenkel) 60 ist ein Element, das ein Nabenlager aufnimmt, das ein Rad W um eine Achse herum drehbar trägt.
Das Gehäuse 60 hat einen Achsschenkel-Arm 61, der in Bezug auf die Achse nach vorne oder nach hinten vorsteht.
Das Gehäuse 60 ist um eine Achsschenkelachse herum drehbar gelagert, die eine vorbestimmte Drehmittelachse ist.
Wenn zum Beispiel eine vordere Aufhängung des Fahrzeugs eine MacPherson-Bein-Aufhängung ist, ist die Achsschenkelachse eine virtuelle Achse, die eine Mitte eines Lagers des oberen Beinlagers mit einer Mitte des Kugelgelenks verbindet, die einen unteren Abschnitt des Gehäuses 60 mit einem Querlenker (unteren Lenker) verbindet.
Das Gehäuse 60 wird in der Fahrzeugbreitenrichtung durch die Zahnstange 30 über die Spurstange 50 gezogen und gedrückt, und somit dreht sich das Gehäuse 60 um die Achsschenkelachse herum, um die Räder W zu lenken.
Der Drehmomentsensor 70 ist ein Sensor, der ein auf die Lenkwelle 20 wirkendes Drehmoment detektiert.
Der Drehmomentsensor 70 ist einem zwischenliegenden Abschnitt der Lenkwelle 20 vorgesehen.
Eine Ausgabe des Drehmomentsensors 70 wird auf die Lenksteuereinheit 90 übertragen.
Die Aktuatoreinheit 80 ist eine Antriebsvorrichtung, die einen Bereich der Lenkwelle 20 nahe dem Ritzel 22 drehend antreibt, um während manueller Fahrt eine Lenkunterstützung oder während Selbstfahrt eine Lenkbedienung durchzuführen.
Die Aktuatoreinheit 80 enthält einen Motor 81, einen Getriebekasten 82 und dergleichen.
Der Motor 81 ist ein elektrischer Aktuator, der eine auf die Lenkwelle 20 wirkende Antriebskraft erzeugt.
Eine Drehrichtung und ein Ausgangsdrehmoment des Motors 81 werden von der Lenksteuereinheit 90 gesteuert.
Der Getriebekasten 82 enthält einen Untersetzungsgetriebezug, der eine Ausgangsdrehung des Motors 81 untersetzt (das Drehmoment verstärkt) und die untersetzte Ausgangsdrehung auf die Lenkwelle 20 überträgt.
Die Lenksteuereinheit 90 ist eine Steuervorrichtung, die Befehlswerte der Drehrichtung und des Ausgangsdrehmoments an den Motor 81 liefert.
Die Lenksteuereinheit 90 setzt Befehlswerte zur Anwendung auf den Motor 81 basierend auf einer Eingangsdrehmomentrichtung und eines detektierten Drehmomentwerts des Drehmomentsensors 70 während der manuellen Fahrt des Fahrzeugs.
Während der Selbstfahrt oder während Fahrassistenzsteuerung (zum Beispiel Fahrspureinhalteassistenz) des Fahrzeugs setzt die Lenksteuereinheit 90 die Befehlswerte zur Anwendung auf den Motor 81 basierend auf einem Befehl, der von einer Selbstfahrsteuervorrichtung (nicht dargestellt) geliefert wird.
In der Ausführung ist das Rad W in einer unten beschriebenen Nabeneinheit gelagert.
Die 2A und 2B sind Ansichten, die die Nabeneinheit gemäß der Ausführung darstellen. 2A ist eine Querschnittsansicht der Nabeneinheit entlang einer vertikalen Ebene, die durch die Achse (Drehmittelachse des Rads) hindurchgeht. 2B ist eine Ansicht, die die Nabeneinheit bei Betrachtung aus b-b von 2A darstellt.
Wie in den 2A und 2B dargestellt, enthält die Nabeneinheit 100 eine Nabe 110, ein Lager 120, ein Sensorelement 130, einen Träger 140, einen Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 und dergleichen.
Die Nabe 110 ist ein Element, an dem eine Felgenmitte eines Rads (nicht dargestellt) befestigt ist und das sich zusammen mit dem Rad um eine Achse herum dreht.
Die Nabe 110 enthält eine Scheibe 111, einen Mittelabschnitt 112, einen Antriebswellenträger 113, einen Außenzylinder 114, einen Lagerbefestigungsring 115 und dergleichen.
Die Scheibe 111 ist zur Achse im Wesentlichen konzentrisch und ist in einer im Wesentlichen Plattenform ausgebildet.
Zum Beispiel sind in der Scheibe 111 fünf Nabenbolzen B zum Befestigen des Rads auf einem vorbestimmten Teilungskreis mit gleichen Intervallen angeordnet.
Der Mittelabschnitt 112 ist ein zylindrischer Abschnitt, der in der Fahrzeugbreitenrichtung von einer Mitte der Scheibe 111 auswärts vorsteht.
Der Mittelabschnitt 112 ist in eine Vertiefung (nicht dargestellt) einer Felge eingesetzt und führt das Rad derart, dass das Rad und die Nabe 110 konzentrisch montiert werden können, wenn das Rad montiert wird.
Der Antriebswellenträger 113 ist ein zylindrischer Abschnitt, der in der Fahrzeugbreitenrichtung von der Mitte der Scheibe 11 einwärts vorsteht.
Ein Längsverzahnungsloch, das mit einer Längsverzahnung einer Antriebswelle (nicht dargestellt) längsverzahnt in Eingriff steht, ist an einer Innendurchmesser-Seite des Antriebswellenträgers 113 ausgebildet.
Ein Teil des Antriebswellenträgers 113 ist in eine Innendurchmesser-Seite eines Sensierkörpers 210 der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 eingesetzt.
Der Außenzylinder 114 ist ein zylindrischer Abschnitt, der in der Fahrzeugbreitenrichtung von einem Außenumfangsrand der Scheibe 111 einwärts vorsteht. Der Außenzylinder 114 ist zur Achse im Wesentlichen konzentrisch.
Der Außenzylinder 114 ist ein Abschnitt, an dem ein Außenring 121 des Lagers 120 befestigt ist.
Um den Außenring 121 zu halten, ist an einer Innenumfangsfläche des Außenzylinders 114 ein Abschnitt ausgebildet, dessen Innendurchmesser von einem in der Fahrzeugbreitenrichtung inneren Ende stufenweise auf eine Weite zunimmt, die im Wesentlichen gleich der Weite des Außenrings 121 ist, und der Außenring 121 ist in den Abschnitt eingesetzt.
Zum Beispiel sind die Scheibe 111, der Mittelabschnitt 112, der Antriebswellenträger 113 und der Außenzylinder 114, die oben beschrieben sind, durch Bearbeitung eines geschmiedeten Werkstücks permanent aneinander befestigt.
Zum Beispiel ist der Lagerbefestigungsring 115 ein ringförmiger Abschnitt, der an dem in der Fahrzeugbreitenrichtung inneren Ende des Außenzylinders 114 festgeschraubt ist.
Der Lagerbefestigungsring 115 hat einen Außendurchmesser, der im Wesentlichen gleich jenem des Außenzylinders 114 ist, und einen Innendurchmesser, der kleiner ist als ein Außendurchmesser des Außenrings 121 des Lagers 120. Der Lagerbefestigungsring 115 hält das innere Ende des Außenrings 121, der an dem Außenzylinder 114 montiert ist, in der Fahrzeugbreitenrichtung und verhindert, dass der Außenring 121 abfällt.
Zum Beispiel ist das Lager 120 ein doppelreihiges Tiefnutkugellager, das die Nabe 110 um die Achse herum drehbar trägt. Das Lager 120 hat den Außenring 121, an dessen Innendurchmesser-Seite eine Laufbahn ausgebildet ist, einen Innenring 122, an dessen Außendurchmesser-Seite eine Laufbahn ausgebildet ist, Stahlkugeln 123, die zwischen dem Außenring 121 und dem Innenring 122 montierte Wälzkörper sind, und dergleichen.
Das Sensorelement 130 ist ein Element, das auf einem Innendurchmesser des Außenzylinders 114 der Nabe 110 angeordnet ist und an dem der Innenring 122 des Lagers 120 befestigt ist.
Das Sensorelement 130 hat eine Scheibe 131, einen Außenzylinder 132, einen Lagerbefestigungsring 133 und dergleichen.
Die Scheibe 131 ist zur Achse im Wesentlichen konzentrisch und hat eine angenähert flache Plattenform. In der Mitte der Scheibe 131 ist eine kreisförmige Öffnung ausgebildet, in die der Antriebswellenträger 113 der Nabe 110 eingesetzt ist.
Ein erster Flansch 212 des Sensierkörpers 210 der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200, die später beschrieben wird, ist an einem Innenumfangsrand der Scheibe 131 befestigt.
Der Außenzylinder 132 ist ein zylindrischer Abschnitt, der in der Fahrzeugbreitenrichtung vom Außenumfangsrand der Scheibe 131 einwärts vorsteht. Der Außenzylinder 132 ist zur Achse im Wesentlichen konzentrisch.
Der Außenzylinder 132 ist ein Abschnitt, an dem der Innenring 122 des Lagers 120 befestigt ist.
Um den Innenring 122 zu halten, ist an einer Außenumfangsfläche des Außenzylinders 132 ein Abschnitt ausgebildet, dessen Außendurchmesser von einem in der Fahrzeugbreitenrichtung äußeren Ende im Wesentlichen stufenweise auf eine Weite abnimmt, die im Wesentlichen gleich der Weite des Innenrings 122 ist. Dieser Abschnitt wird in eine Innendurchmesser-Seite des Innenrings 122 eingesetzt.
Zum Beispiel sind die Scheibe 131 und der Außenzylinder 132, die oben beschrieben sind, durch Bearbeitung eines geschmiedeten Werkstücks permanent aneinander befestigt.
Zum Beispiel ist der Lagerbefestigungsring 133 ein ringförmiger Abschnitt, der an einem in der Fahrzeugbreitenrichtung äußeren Ende des Außenzylinders 132 festgeschraubt ist.
Der Lagerbefestigungsring 133 hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der Innendurchmesser des Innenrings 122. Der Lagerbefestigungsring 133 hält ein äußeres Ende des Innenrings 122, der in der Fahrzeugbreitenrichtung an den Außenzylinder 132 montiert ist, um zu verhindern, dass der Innenring 122 abfällt.
Der Träger 140 ist ein plattenförmiges Element, das an dem Gehäuse 60 befestigt ist.
Zum Beispiel sind vier Montagezungen 141 am Außenumfangsrand des Trägers 140 vorgesehen. Die Montagezungen 141 stehen zur Außendurchmesser-Seite hin vor und haben Bolzenlöcher zum Befestigen der Befestigungsbolzen an dem Gehäuse 60.
Eine kreisförmige Öffnung, in die der Sensierkörper 210 der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 eingesetzt ist, ist in der Mitte des Trägers 140 ausgebildet. Ein zweiter Flansch 213 des Sensierkörpers 210 ist am Innenumfangsrand der kreisförmigen Öffnung befestigt.
Die Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Die Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 enthält einen den Sensierkörper 210, der das Sensorelement 130 mit dem Träger 140 verbindet, mehrere Dehnungsmesser, die in dem Sensierkörper 210 vorgesehen sind, sowie eine Brückenschaltung, welche die Dehnungsmesser enthält.
3 ist eine Querschnittsansicht des Sensierkörpers 210 in der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 der Ausführung entlang einer die Mittelachse enthaltenden Ebene.
Wie in 3 dargestellt, enthält der Sensierkörper 210 einen Zylinderabschnitt 211, einen ersten Flansch 212, den zweiten Flansch 213 und dergleichen.
Der Zylinderabschnitt 211 ist ein zylinderförmiger Abschnitt, dessen Innendurchmesser und Außendurchmesser über eine vorbestimmte axiale Länge im Wesentlichen konstant sind, und in dem mehrere Dehnungsmesser, die später beschrieben werden, angebracht (angeklebt) sind. Der Zylinderabschnitt 211 ist zur Achse im Wesentlichen konzentrisch angeordnet.
Der erste Flansch 212 ist ein flacher plattenförmiger Abschnitt, der am einen Ende des Zylinderabschnitts 211 vorgesehen ist, und der von dem Zylinderabschnitt 211 zur Außendurchmesser-Seite und Innendurchmesser-Seite hin vorsteht.
Der Innenumfangsrand der Scheibe 131 des Sensorelements 130 ist an dem ersten Flansch 212 befestigt. Der erste Flansch 212 hat Gewindelöcher 212a, an denen Bolzen (nicht dargestellt) befestigt sind.
Ein Zwischenabschnitt 214 ist zwischen dem Zylinderabschnitt 211 und dem ersten Flansch 212 derart angeordnet, dass ein Außendurchmesser und ein Innendurchmesser dazwischenliegen. Eine Außenumfangsfläche des Zwischenabschnitts 214 ist von einer Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 gestuft, so dass ein Außendurchmesser des Zwischenabschnitts 214 größer ist als jener des Zylinderabschnitts 211. Eine Innenumfangsfläche des Zwischenabschnitts 214 ist von einer Innenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 gestuft, so dass ein Innendurchmesser des Zwischenabschnitts 214 kleiner ist als jener des Zylinderabschnitts 211.
Ein gerundeter Abschnitt R1 ist zwischen einer Endfläche an der Außendurchmesser-Seite des ersten Flanschs 212 an der Seite des zweiten Flanschs 213 und der Außenumfangsfläche des Zwischenabschnitts 214 vorgesehen.
Ein gerundeter Abschnitt R2 ist zwischen der Endfläche an der Außendurchmesser-Seite des Zwischenabschnitts 214 an der Seite des zweiten Flanschs 213 und der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 vorgesehen.
Ein gerundeter Abschnitt R3 ist zwischen der Endfläche an der Innendurchmesser-Seite des ersten Flanschs 212 an der Seite des zweiten Flanschs 213 und der Innenumfangsfläche des Zwischenabschnitts 214 vorgesehen.
Ein gerundeter Abschnitt R4 ist zwischen der Endfläche an der Innendurchmesser-Seite des Zwischenabschnitts 214 an der Seite des zweiten Flanschs 213 und der Innenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 vorgesehen.
Von den gerundeten Abschnitten R1 bis R4 sind die Positionen der gerundeten Abschnitte R1 und R3 in der axialen Richtung des Sensierkörpers 210 im Wesentlichen gleich.
Die gerundeten Abschnitte R2 und R4 sind derart angeordnet, dass eine Position des gerundeten Abschnitts R2 in der axialen Richtung des Sensierkörpers 210 näher zur Seite des zweiten Flanschs 213 hin versetzt ist.
Der zweite Flansch 213 ist ein flacher plattenförmiger Abschnitt, der an einem dem ersten Flansch 212 entgegengesetzten Ende des Zylinderabschnitts 211 vorgesehen ist, und der von dem Zylinderabschnitt 211 zur Außendurchmesser-Seite und Innendurchmesser-Seite vorsteht.
Der Innenumfangsrand des Trägers 140 ist an dem zweiten Flansch 213 befestigt. Der zweite Flansch 213 hat Bolzenlöcher 213a, in die Bolzen (nicht dargestellt) eingesetzt sind.
Wie in den 2A und 2B dargestellt, stützt sich der Innenumfangsrand des Trägers 140 gegen eine Oberfläche des zweiten Flanschs 213 an der Seite des ersten Flanschs 212 ab und ist mit Bolzen befestigt, die von der Innenseite in der Fahrzeugbreitenrichtung in die Bolzenlöcher 213a des zweiten Flanschs 213 eingesetzt sind.
Ein Zwischenabschnitt 215 ist zwischen dem Zylinderabschnitt 211 und dem zweiten Flansch 213 derart vorgesehen, dass ein Außendurchmesser und ein Innendurchmesser dazwischenliegen. Eine Außenumfangsfläche des Zwischenabschnitts 215 ist von der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 gestuft, so dass ein Außendurchmesser des Zwischenabschnitts 215 größer ist als jener des Zylinderabschnitts 211. Eine Innenumfangsfläche des Zwischenabschnitts 215 ist von der Innenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 gestuft, so dass ein Innendurchmesser des Zwischenabschnitts 215 kleiner ist als jener des Zylinderabschnitts 211.
Ein gerundeter Abschnitt R5 ist zwischen der Endfläche an der Außendurchmesser-Seite des zweiten Flanschs 213 an der Seite des ersten Flanschs 212 und der Außenumfangsfläche des Zwischenabschnitts 215 vorgesehen.
Ein gerundeter Abschnitt R6 ist zwischen der Endfläche an der Außendurchmesser-Seite des Zwischenabschnitts 215 an der Seite des ersten Flanschs 212 und der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 vorgesehen.
Ein gerundeter Abschnitt R7 ist zwischen einer Endfläche an der Innendurchmesser-Seite des zweiten Flanschs 213 an der Seite des ersten Flanschs 212 und der Innenumfangsfläche des Zwischenabschnitts 215 vorgesehen.
Ein gerundeter Abschnitt R8 ist zwischen der Endfläche an der Innendurchmesser-Seite des Zwischenabschnitts 215 an der Seite des ersten Flanschs 212 und der Innenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 vorgesehen.
Von den gerundeten Abschnitten R5 bis R8 sind die Positionen der gerundeten Abschnitte R5 und R7 in der axialen Richtung des Sensierkörpers 210 im Wesentlichen gleich.
Die gerundeten Abschnitte R6 und R8 sind derart angeordnet, dass eine Position des gerundeten Abschnitts R6 in der axialen Richtung des Sensierkörpers 210 näher zur Seite des ersten Flanschs 212 hin versetzt ist.
Eine Dicke t1 des ersten Flanschs 212 und eine Dicke t2 des zweiten Flanschs 213 sind ausreichend größer als eine Wanddicke t0 des Zylinderabschnitts 211.
Die Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 enthält ein Fx-Detektionssystem, ein Fy-Detektionssystem, ein Fz-Detektionssystem, ein Mx-Detektionssystem, ein My-Detektionssystem und ein Mz-Detektionssystem, deren jedes die Brückenschaltung enthält, welche die Dehnungsmesser enthält, die in dem Zylinderabschnitt 211 des Sensierkörpers 210 vorgesehen sind, wie oben beschrieben.
Das Fx-Detektionssystem detektiert eine Kraft Fx in radialer Richtung (nachfolgend als x-Achsrichtung bezeichnet), die auf den Zylinderabschnitt 211 des Sensierkörpers 210 wirkt.
Das Fy-Detektionssystem detektiert eine Kraft Fy in radialer Richtung (nachfolgend als y-Achsrichtung bezeichnet), die in Richtung orthogonal zur x-Achsrichtung ist, die auf den Zylinderabschnitt 211 des Sensierkörpers 210 wirkt.
Das Fz-Detektionssystem detektiert eine Kraft Fz in axialer Richtung (nachfolgend als z-Achsrichtung bezeichnet), die auf den Zylinderabschnitt 211 des Sensierkörpers 210 wirkt.
Das Mx-Detektionssystem detektiert ein Moment Mx um eine x-Achse herum, das auf den Zylinderabschnitt 211 des Sensierkörpers 210 wirkt.
Das My-Detektionssystem detektiert ein Moment My um eine y-Achse, das auf den Zylinderabschnitt 211 des Sensierkörpers 210 wirkt.
Das Mz-Detektionssystem detektiert ein Moment Mz um eine z-Achse, das auf den Zylinderabschnitt 211 des Sensierkörpers 210 wirkt.
Das Fx-Detektionssystem, das Fy-Detektionssystem, das Fz-Detektionssystem, das Mx-Detektionssystem, das My-Detektionssystem und das Mz-Detektionssystem, wie oben beschrieben, haben jeweils die die Brückenschaltung, die die vier Dehnungsmesser enthält.
4 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine Anordnung der Bedienungsmesser in der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung der Ausführung darstellt.
Die 5A bis 5C sind Diagramme, die die Anordnung und die Dehnungsmesser der Kraftdetektionssysteme und Konfigurationen der Brückenschaltungen in der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung der Ausführung darstellen. Die 5A, 5B und 5C stellen jeweils das Fx-Detektionssystem, das Fy-Detektionssystem und das Fz-Detektionssystem dar.
Die 6A bis 6C sind ein Diagramm, das Konfigurationen der Brückenschaltungen der Moment-Detektionssysteme in der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung der Ausführung darstellt. Die 6A, 6B und 6C stellen jeweils das Mx-Detektionssystem, das My-Detektionssystem und das Mz-Detektionssystem dar.
In den 5A bis 6C sind die Zwischenabschnitte 214, 215 und dergleichen nicht dargestellt.
Wie in den 4 und 5A dargestellt, enthält das Fx-Detektionssystem Dehnungsmesser 221 bis 224. Jeder der Dehnungsmesser 221 bis 224 ist ein uniaxialer Dehnungsmesser und ist an der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 derart angebracht, dass seine Detektionsrichtung parallel zu einer Mittelachsrichtung des Zylinderabschnitts 211 ist.
Der Dehnungsmesser 221 ist in einem Bereich an der Seite des ersten Flanschs 212 (d.h. einem Bereich nahe dem Zwischenabschnitt 214) auf der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 angeordnet.
Der Dehnungsmesser 222 ist auf einer geraden Linie angeordnet, die durch den Dehnungsmesser 221 hindurchgeht und die parallel zur Achsrichtung des Zylinderabschnitts 211 ist. Der Dehnungsmesser 222 ist in einem Bereich an der Seite des zweiten Flanschs 213 (d.h. einem Bereich nahe dem Zwischenabschnitt 215) auf der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 angeordnet.
Der Dehnungsmesser 223 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben einer Position des Dehnungsmessers 222 um 180° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält (d.h. die Positionen der Dehnungsmesser 222, 223 sind um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch).
Der Dehnungsmesser 224 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben einer Position des Dehnungsmessers 221 um 180° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält (d.h. die Positionen der Dehnungsmesser 221, 224 sind um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch).
Wie in 5A dargestellt, sind in der Brückenschaltung des Fx-Detektionssystems die Dehnungsmesser 221 bis 224 in einer Schleife sequentiell miteinander verbunden, wobei eine positive Elektrode und eine negative Elektrode einer Stromversorgung jeweils zwischen dem Dehnungsmesser 222 und dem Dehnungsmesser 223 sowie zwischen dem Dehnungsmesser 221 und dem Dehnungsmesser 224 angeschlossen sind, und eine Potentialdifferenz zwischen (i) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 221 und dem Dehnungsmesser 222 und (ii) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 223 und dem Dehnungsmesser 224 als Ausgabe abgeführt wird.
Das Fy-Detektionssystem enthält Dehnungsmesser 231 bis 234. Jeder der Dehnungsmesser 231 bis 234 ist ein uniaxialer Dehnungsmesser und ist an der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 derart angebracht, dass seine Detektionsrichtung parallel zur Mittelachsrichtung des Zylinderabschnitts 211 ist.
Der Dehnungsmesser 231 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben der Position des Dehnungsmessers 221 des Fx-Detektionssystems um 90° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält.
Der Dehnungsmesser 232 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben der Position des Dehnungsmessers 222 des Fx-Detektionssystems um 90° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält.
Der Dehnungsmesser 231 und der Dehnungsmesser 232 sind auf der gleichen geraden Linie angeordnet, die parallel zur Achsrichtung des Zylinderabschnitts 211 ist.
Der Dehnungsmesser 233 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben der Position des Dehnungsmessers 232 um 180° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält (d.h. die Positionen der Dehnungsmesser 232, 233 sind um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch).
Der Zylinderabschnitt 234 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben der Position des Dehnungsmessers 231 um 180° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält (d.h. die Positionen der Dehnungsmesser 231, 234 sind um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch).
Wie in 5B dargestellt, sind in der Brückenschaltung des Fy-Detektionssystems die Dehnungsmesser 231 bis 234 in einer Schleife sequentiell miteinander verbunden, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode der Stromversorgung jeweils zwischen dem Dehnungsmesser 232 und dem Dehnungsmesser 233 sowie zwischen dem Dehnungsmesser 231 und dem Dehnungsmesser 234 angeschlossen sind und eine Potentialdifferenz zwischen (i) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 231 und dem Dehnungsmesser 232 und (ii) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 233 und dem Dehnungsmesser 234 als Ausgabe abgeführt wird.
Das Fz-Detektionssystem enthält Dehnungsmesser 241 bis 244. Jeder der Dehnungsmesser 241 bis 244 ist ein uniaxialer Dehnungsmesser und ist an der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 derart angebracht, dass seine Detektionsrichtung parallel zur Mittelachsrichtung des Zylinderabschnitts 211 ist.
Der Dehnungsmesser 241 ist zwischen den Dehnungsmessern 221 und 222 des Fx-Detektionssystems angeordnet.
Die Dehnungsmesser 242, 243 und 244 sind an Positionen angeordnet, wo ihre Phasen um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum um 90°, 180° und 270° in Bezug auf die Dehnungsmesser 241 verschoben sind.
Ferner sind, wie in 5C dargestellt, in der Brückenschaltung des Fz-Detektionssystems, die Dehnungsmesser 241, 242, 244 und 243 in einer Schleife sequentiell miteinander verbunden, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode der Stromversorgung jeweils zwischen dem Dehnungsmesser 241 und dem Dehnungsmesser 243 sowie zwischen dem Dehnungsmesser 242 und dem Dehnungsmesser 244 angeschlossen sind, und eine Potentialdifferenz zwischen (i) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 241 und dem Dehnungsmesser 242 und (ii) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 243 und dem Dehnungsmesser 244 als Ausgabe abgeführt wird.
Wie in den 4 und 6A dargestellt, enthält das Mx-Detektionssystem Dehnungsmesser 251 bis 254. Jeder der Dehnungsmesser 251 bis 254 ist ein uniaxialer Dehnungsmesser und ist an der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 derart angebracht, dass seine Detektionsrichtung parallel zur Mittelachsrichtung des Zylinderabschnitts 211 ist.
Der Dehnungsmesser 251 ist in der Mittelachsrichtung des Zylinderabschnitts 211 benachbart dem Dehnungsmesser 231 des Fy-Detektionssystems angeordnet.
Der Dehnungsmesser 252 ist in der Mittelachsrichtung des Zylinderabschnitts 211 benachbart dem Dehnungsmesser 232 des Fy-Detektionssystems angeordnet.
Der Dehnungsmesser 251 und der Dehnungsmesser 252 sind auf der gleichen geraden Linie parallel zur Achsrichtung des Zylinderabschnitts 211 angeordnet.
Der Dehnungsmesser 253 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben der Position des Dehnungsmesser 252 um 180° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält (d.h. die Positionen der Dehnungsmesser 252, 253 sind um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch).
Der Dehnungsmesser 254 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben der Position des Dehnungsmesser 251 um 180° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält (d.h. die Positionen der Dehnungsmesser 251, 254 sind um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch).
Wie in 6A dargestellt, sind in der Brückenschaltung des Mx-Detektionssystems die Dehnungsmesser 251, 253, 252 und 254 in einer Schleife sequentiell miteinander verbunden, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode der Stromversorgung jeweils zwischen dem Dehnungsmesser 251 und dem Dehnungsmesser 253 sowie zwischen dem Dehnungsmesser 252 und dem Dehnungsmesser 254 angeschlossen sind, und eine Potentialdifferenz zwischen (i) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 251 und dem Dehnungsmesser 254 und (ii) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 253 und dem Dehnungsmesser 252 als Ausgabe abgenommen wird.
Das My-Detektionssystem enthält Dehnungsmesser 261 bis 264. Jeder der Dehnungsmesser 261 bis 264 ist ein uniaxialer Dehnungsmesser und ist an der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 derart angebracht, dass seine Detektionsrichtung parallel zur Mittelachsrichtung des Zylinderabschnitts 211 ist.
Der Dehnungsmesser 261 ist in der Mittelachsrichtung des Zylinderabschnitts 211 benachbart dem Dehnungsmesser 221 des Fx-Detektionssystems angeordnet.
Der Dehnungsmesser 262 ist in der Mittelachsrichtung des Zylinderabschnitts 211 benachbart dem Dehnungsmesser 222 des Fx-Detektionssystems angeordnet.
Der Dehnungsmesser 261 und der Dehnungsmesser 262 sind auf der gleichen geraden Linie parallel zur Achsrichtung des Zylinderabschnitts 211 angeordnet.
Der Dehnungsmesser 263 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben der Position des Dehnungsmessers 262 um 180° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält (d.h. die Positionen der Dehnungsmesser 262, 263 sind um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch).
Der Dehnungsmesser 264 ist an einer Position angeordnet, die man durch Verschieben der Position des Dehnungsmessers 261 um 180° um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 erhält (d.h. die Positionen der Dehnungsmesser 261, 264 sind um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch).
Wie in 6B dargestellt, sind in der Brückenschaltung des My-Detektionssystems die Dehnungsmesser 261, 263, 262 und 264 in einer Schleife sequentiell miteinander verbunden, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode in der Stromversorgung jeweils zwischen dem Dehnungsmesser 261 und dem Dehnungsmesser 263 sowie zwischen dem Dehnungsmesser 262 und dem Dehnungsmesser 264 angeschlossen sind, und eine Potentialdifferenz zwischen (i) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 261 und dem Dehnungsmesser 264 und (ii) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 263 und dem Dehnungsmesser 262 als Ausgabe abgeführt wird.
Das Mz-Detektionssystem enthält Dehnungsmesser 271 bis 274. Jeder der Dehnungsmesser 271 bis 274 ist ein Scher-Dehnungsmesser und ist an der Außenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 211 derart angebracht, dass eine Detektionsrichtung eine Umfangsrichtung des Zylinderabschnitts 211 ist.
Der Dehnungsmesser 271 ist zwischen den Dehnungsmessern 241 und 242 des Fz-Detektionssystems angeordnet.
Der Dehnungsmesser 272 ist zwischen den Dehnungsmessern 242 und 244 des Fz-Detektionssystems angeordnet.
Die Dehnungsmesser 273, 274 sind so angeordnet, dass die Dehnungsmesser 273, 272 um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch sind und die Dehnungsmesser 274, 271 um die Mittelachse des Zylinderabschnitts 211 herum symmetrisch sind.
Wie in 6C dargestellt, sind in der Brückenschaltung des Mz-Detektionssystems die Dehnungsmesser 271, 273, 274 und 272 in einer Schleife sequentiell miteinander verbunden, wobei die positive Elektrode und die negative Elektrode der Stromversorgung jeweils zwischen dem Dehnungsmesser 271 und dem Dehnungsmesser 273 sowie zwischen dem Dehnungsmesser 272 und dem Dehnungsmesser 274 angeschlossen sind, und eine Potentialdifferenz zwischen (i) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 271 und dem Dehnungsmesser 272 und (ii) einem Abschnitt zwischen dem Dehnungsmesser 273 und dem Dehnungsmesser 274 als Ausgabe abgeführt wird.
Die Dehnungsmesser jedes oben beschriebenen Detektionssystems sind derart angeordnet, dass ein Brennpunkt F des Detektionssystems im Wesentlichen mit der Mitte des Rads (nicht dargestellt) übereinstimmt (d.h. der Mitte einer Reifenbreite auf der Achse).
In der Ausführungsform wird eine Neigungsschätzeinheit 300 bereitgestellt. Die Neigungsschätzeinheit 300 detektiert einen Faktor des einseitigen Ziehens, wie etwa eine Querneigung (zum Beispiel einen Neigungswinkel) einer Straßenoberfläche und einen auf den Fahrzeugkörper wirkenden Seitenwind basierend auf einer Ausgabe der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200.
Die Neigungsschätzeinheit 300 erhält die Ausgabe der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 in den rechten und linken Vorderrädern und kann mit der Lenksteuereinheit 90 kommunizieren.
Funktion und Betrieb der Neigungsschätzeinheit 300 werden im Detail später beschrieben.
Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310, der eine Fahrgeschwindigkeit (Fahrzeuggeschwindigkeit) eines Fahrzeugs detektiert, ist mit der Neigungsschätzeinheit 300 verbunden.
Eine Umgebungserkennungseinheit 320 ist mit der Neigungsschätzeinheit 300 zur Kommunikation verbunden.
Die Umgebungserkennungseinheit 320 erkennt Information zu einer Umgebung wie etwa eine Straßenform um das Hostfahrzeug herum und verschiedene Hindernisse um das Hostfahrzeug herum, basierend auf Ausgaben verschiedener Sensoren, Straße-zu-Fahrzeug-Kommunikation, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, Kartendaten und dergleichen.
Zum Beispiel ist, als einer der Sensoren, eine Stereokameravorrichtung 321 mit der Umgebungserkennungseinheit 320 verbunden.
Die Stereokameravorrichtung 321 enthält ein Paar von Bildgebungsvorrichtungen (Kameras), einen Bildprozessor und dergleichen. Die Bildgebungsvorrichtungen sind in der Fahrzeugbreitenrichtung mit Abstand voneinander angeordnet, wobei sich ihr Bildaufnahmebereich vor dem Fahrzeug befindet. Der Bildprozessor führt an den von den Kameras aufgenommenen Bildern eine Stereobildverarbeitung durch.
Die Umgebungserkennungseinheit 320 detektiert eine Querposition in einer Fahrspur des Host-Fahrzeugs basierend auf der Ausgabe der Stereokameravorrichtung 321 durch und sendet die detektierte Querposition zu der Lenksteuereinheit 90.
Die Lenksteuereinheit 90 führt eine Fahrspureinhalteassistenzsteuerung durch, die die Aktuatoreinheit 80 derart ansteuert, dass die Querposition in der Fahrspur innerhalb eines vorbestimmten Bereichs nahe der Fahrspurmitte liegt.
Die Neigungsschätzeinheit 300 berechnet eine Position einer Mitte einer Reifenbodenkontaktlast basierend auf Sechs-Komponenten-Kräften F und M in der Radmitte, die von der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 detektiert werden.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Berechnen der Position der Mitte der Bodenkontaktlast beschrieben.
7 ist ein Diagramm, das schematisch die Radmitte des Rads, die Mitte der Reifen-Boden-Kontaktlast und deren Wirkkraft darstellt.
Zuerst werden die Sechs-Komponenten-Kräfte, die an der Radmitte O des Rads detektiert werden, die Sechs-Komponenten-Kräfte an der Mitte der Reifen-Boden-Kontaktlast und dergleichen wie folgt definiert.
An der Radmitte O zu beobachtende Sechs-Komponenten-Kräfte: $F = (F_{x}, F_{y}, F_{z}), M = (M_{x}, M_{y}, M_{z})$
Sechs-Komponenten-Kräfte an der Mitte der Reifen-Boden-Kontaktlast: $Ft = ({Ft}_{x}, {Ft}_{y}, {Ft}_{z}), Mt = ({Mt}_{x}, {Mt}_{y}, {Mt}_{z})$
Es sei angenommen, dass die Radmitte der Ursprung ist und dass ein Positionsvektor der Mitte der Reifen-Boden-Kontaktlast r = (x, y, z) ist.
Es sei auch angenommen, dass keine externe Kraft wirkt, außer auf eine Reifen-Boden-Kontaktoberfläche. Dann erhält man Gleichung (1): $F = Ft$
Ferner ist aus der Definition eines Moments Gleichung (2) erfüllt. $M = r \times Ft + Mt$
Nachfolgend werden unbekannte Größen und bekannte Größen zusammengefasst.

• Es sei angenommen, dass ein Sturzwinkel in einem ausreichend kleinen Bereich liegt. Dann gilt z = -R, wobei R ein dynamischer Reifenradius ist und einen positiven Wert hat.
• Ein Punkt, wo Mtx = Mt_y = 0 gilt, ist als Mitte der Bodenkontaktlast definiert.

Daher gibt es drei ungekannte Größen, x, y und Mtz.
Wenn man Gleichung (2) für unbekannte Größen zusammenfasst, kann man die Mitte der Reifen-Boden-Kontaktlast x und y und Mtz an diesem Punkt so erhalten wie in Gleichung (3). $(\begin{matrix} x \\ y \\ M_{t_{Z}} \end{matrix}) = {[\begin{matrix} 0 & F_{t_{Z}} & 0 \\ - F_{t_{Z}} & 0 & 0 \\ F_{t_{Y}} & - F_{t_{X}} & 1 \end{matrix}]}^{- 1} (\begin{matrix} M_{X} - R F_{t_{Y}} \\ M_{Y} + R F_{t_{X}} \\ M z \end{matrix})$
Nun wird der Betrieb der Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors des einseitigen Ziehens gemäß der Ausführungsform beschrieben.
8 ist ein Flussdiagramm, das die Operationen der Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors des einseitigen Ziehens und der Lenkvorrichtung der Ausführungsform darstellt.
Nachfolgend werden die Operationen Schritt für Schritt beschrieben.
Schritt S01: Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkgeschwindigkeit
Die Neigungsschätzeinheit 300 erfasst Information zur Fahrzeuggeschwindigkeit V und Lenkgeschwindigkeit (zeitlicher Differenzialwert eines Lenkwinkels) δdot basierend auf Information von der Lenksteuereinheit 90 und dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 310.
Als Vorbedingung zum Schätzen der Neigung bestimmt die Neigungsschätzeinheit 300, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit V einen vorbestimmten Wert (zum Beispiel 10 km/h) oder mehr hat, und die Lenkgeschwindigkeit δdot -10°/s oder mehr oder 10°/s oder weniger beträgt.
Wenn die Bedingungen erfüllt sind, geht der Prozess zu Schritt S02 weiter. Wenn die Bedingungen nicht erfüllt sind, wird eine Prozess-Serie beendet (Rückkehr).
Schritt S02: Berechnung der Mitte der Bodenkontaktlast
Die Neigungsschätzeinheit 300 berechnet Koordinatenpositionen x und y der Mitten der Reifenbodenkontaktlasten der rechten und linken Vorderräder basierend auf den Ausgaben der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtungen 200 mit dem oben erwähnten Verfahren.
Zum Beispiel wird die Ausgabe der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 einem Tiefpassfilterungsprozess unterzogen, der eine Sperrfrequenz von 5 Hz hat.
Durch Ausführung dieses Tiefpassfilterungsprozesses ist es möglich, den Einfluss von Unregelmäßigkeiten wie etwa Fugen und Rauigkeit der Straßenoberfläche zu reduzieren.
Danach geht der Prozess zu Schritt S03 weiter.
Schritt S03: Bestimmung von Bewegungsrichtungen, in denen sich Mitten der rechten und linken Bodenkontaktlasten verlagern, und Verlagerungsdifferenz zwischen den Mitten der rechten und linken Bodenkontaktlasten
Die Neigungsschätzeinheit 300 vergleicht die in Schritt S02 berechneten Verlagerungen in der Querrichtung (Fahrzeugbreitenrichtung) der Mitten der Bodenkontaktlasten der linken und rechten Vorderräder.
Wenn die Bewegungsrichtungen der Mitten der rechten und linken Bodenkontaktlasten gleich sind und die Differenz im Bewegungsbetrag zwischen den Mitten der rechten und linken Bodenkontaktlasten 50% oder weniger beträgt, geht der Prozess zu Schritt S04 weiter; andernfalls wird eine Prozess-Serie beendet (Rückkehr).
Wenn zum Beispiel das einseitige Ziehen aufgrund des Quergefälles der Straßenoberfläche oder von Seitenwind auftritt, verlagert sich die Mitte der Bodenkontaktlast des Rads seitlich. Die seitliche Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast, wenn die obigen Bedingungen erfüllt sind, gibt die Stärke und Richtung des Faktors des einseitigen Ziehens, wie etwa des Neigungswinkes der Straßenoberfläche und des Seitenwinds, an.
Schritt S04: Anweisung an Aktuatoreinheit für addiertes Drehmoment
Die Neigungsschätzeinheit 300 sendet einen Durchschnittswert der in Schritt S02 berechneten seitlichen Verlagerungsbeträge der Mitten der Bodenkontaktlasten der rechten und linken Vorderräder zu der Lenksteuereinheit 90.
Die Lenksteuereinheit 90 gibt an die Aktuatoreinheit 80 einen Befehl aus, der ein Lenkdrehmoment angibt (d.h. ein Drehmoment zum Verhindern des einseitigen Ziehens), das zu dem bei normaler Steuerung geforderten Drehmoment weiter addiert werden soll, basierend auf den seitlichen Verlagerungen der Mitten der Bodenkontaktlasten.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Korrelation zwischen der seitlichen Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast und dem Zusatzlenkdrehmoment in der Lenkvorrichtung der Ausführung darstellt.
Das addierte Lenkdrehmoment korreliert (zum Beispiel ist proportional zu) der seitlichen Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast in einem Bereich, in dem ein Absolutwert der seitlichen Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast einen vorbestimmten Wert oder mehr hat.
Ferner wird in einem Bereich, in dem der Absolutwert der seitlichen Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast kleiner als der vorbestimmte Wert ist, das Lenkdrehmoment nicht addiert.
Die Gründe dieser Steuerung sind folgendermaßen. Das heißt, wenn durch die Steuerung ein positives und negatives Lenkdrehmoment addiert wird, d.h. Rechtsschwenken und Linksschwenken (die Richtung, in der das Lenkdrehmoment addiert wird), häufig umgeschaltet wird, könnte der Fahrer während manueller Fahrt durch das Lenkrad 10 ein unangenehmes Lenkkraftgefühl bekommen. Die obige Steuerung verhindert, dass der Fahrer ein solches unangenehmes Gefühl bekommt. Auch verhindert die obige Steuerung, dass sich der Fahrer an dem Lenkrad 10, das sich während Selbstfahrt geringfügig nach rechts und links dreht, unwohl fühlt.
Danach wird eine Prozess-Serie beendet (Rückkehr).
Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Ausführungsform die folgenden Effekte erzielt werden.

(1) Durch Berechnen der seitlichen Verlagerungen der Mitten der Bodenkontaktlasten basierend auf den Ausgaben der Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtungen 200, die Radwirkkräfte detektieren, ist es zum Beispiel möglich, einen Faktor des einseitigen Ziehens wie etwa eines winzigen Quergefälles einer Straßenoberfläche und Seitenwind genau und frühzeitig zu detektieren, die aufgrund eines Verhaltens eines oberen Teils einer Fahrzeugkarosseriefederung nur schwer zu detektieren sind.
(2) Durch Schätzen des Faktors des einseitigen Ziehens nur dann, wenn die seitlichen Verlagerungen der Mitten der Bodenkontaktlasten in der gleichen Richtung sind, ist es möglich, eine irrtümliche Schätzung des Faktors des einseitigen Ziehens aufgrund der Verlagerungen der Mitten Bodenkontaktlasten wegen Vibration einer gefederten Masse (so genanntes Springen) zu verhindern.
(3) Durch Schätzen des Faktors des einseitigen Ziehens nur dann, wenn die Differenz zwischen den seitlichen Verlagerungen der Mitten der Bodenkontaktlasten der rechten und linken Räder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, lässt sich verhindern, dass die Schätzgenauigkeit des Faktors auf einer ausgefahrenen Straße geringer wird, wo die Differenz zwischen den Verlagerungen der linken und rechten Bodenkontaktlasten groß ist.
(4) Der Faktor des einseitigen Ziehens kann basierend auf den seitlichen Verlagerungen der Mitten der Bodenkontaktlasten der Räder genau geschätzt werden, und das Zusatz-Lenkdrehmoment wird in der Aktuatoreinheit 80 basierend auf dem geschätzten Faktor erzeugt, und daher ist es möglich, das einseitige Ziehen geeignet zu verhindern und die Geradeausfahrstabilität des Fahrzeugs und die Spurhaltungseigenschaften bei einer leichten Kurve zu verbessern.

Modifikationen
Die Ausführung der Offenbarung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt. Es können verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden, die auch im technischen Umfang der Ausführung der Offenbarung liegen.

(1) Die Konfigurationen der Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors des einseitigen Ziehens, der Lenkvorrichtung und des Fahrzeugs sind nicht auf die oben beschriebene Ausführung beschränkt und können geeignet verändert werden.
(2) Die Konfiguration des Sensors (Sechs-Komponenten-Kraftdetektionsvorrichtung 200 in der Ausführung) zum Detektieren der Radwirkkraft ist ein Beispiel, und die Struktur des Sensorkörpers und die Anordnung der Dehnungssensoren können geeignet verändert werden.
(3) In der Ausführung wird die Ausgabe der Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors des einseitigen Ziehens zum Steuern der Lenkvorrichtung verwendet. Jedoch kann das Schätzergebnis des Faktors auch für andere Zwecke benutzt werden.

Zum Beispiel können eine Aufhängungsvorrichtung mit einem variablen Mechanismus, der die Aufhängungsgeometrie während der Fahrt oder Bremsung ändern kann, und eine Antriebskraftsteuervorrichtung, die eine Differenz in der Brems- und Antriebskraft zwischen den rechten und linken Rädern steuert, basierend auf dem geschätzten Wert des Faktors zum Verhindern des einseitigen Ziehens gesteuert werden.
Wie oben beschrieben, ist es gemäß der Ausführung der Erfindung möglich, die Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors des einseitigen Ziehens eines Fahrzeugs anzugeben, sowie die Lenkvorrichtung, die in der Lage ist, den Fahrzeugfaktor genau zu detektieren, der das am Fahrzeug erzeugte einseitige Ziehen hervorruft.
Die in 1 dargestellte Neigungsschätzeinheit 300 ist durch eine Schaltung implementierbar, die zumindest eine integrierte Halbleiterschaltung enthält, wie etwa zumindest einen Prozessor (zum Beispiel eine zentrale Prozessoreinheit (CPU)), zumindest eine anwenderspezifische integrierte Schaltung (ASIC) und/oder zumindest ein feldprogrammierbares Gate Array (FPGA). Zumindest ein Prozessor ist konfigurierbar, um durch Lesen von Anweisungen von zumindest einem maschinenlesbaren nicht-flüchtigen berührbaren Medium, alle oder einen Teil der Funktionen der in 1 dargestellten Neigungsschätzeinheit 300 durchzuführen. Ein solches Medium kann zahlreiche Formen einnehmen, einschließlich aber nicht beschränkt auf einen beliebigen Typ von magnetischem Medium wie etwa eine Festplatte, einen beliebigen Typ von optischem Medium wie etwa CD und DVD, einen beliebigen Typ von Halbleiterspeicher (d.h. Halbleiterschaltung), wie etwa einen flüchtigen Speicher und einen nicht-flüchtigen Speicher. Der flüchtige Speicher kann ein DRAM und ein SRAM enthalten, und der nicht-flüchtige Speicher kann ein ROM und ein NVRAM enthalten. Die ASIC ist eine integrierte Schaltung (IC), die kundenspezifiziert ist, um alle oder einen Teil der Funktionen der in 1 dargestellten Neigungsschätzeinheit 300 durchzuführen, und das FPGA ist eine integrierte Schaltung, die ausgestaltet ist, um nach der Herstellung konfiguriert zu werden.
Eine Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors von an einem Fahrzeug erzeugtem einseitigen Ziehen enthält einen Sensor, einen Rechner und einen Schätzer. Der Sensor ist konfiguriert, um eine auf ein Rad wirkende Kraft zu detektieren. Der Rechner ist konfiguriert, um eine Position einer Mitte der Bodenkontaktlast basierend auf einer Ausgabe des Sensors zu berechnen. Der Schätzer ist konfiguriert, um den Faktor basierend auf einer seitlichen Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast zu schätzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007210412 A [0005, 0009]

Claims

Vorrichtung zum Schätzen eines Faktors von an einem Fahrzeug zu erzeugendem einseitigen Ziehen, wobei die Vorrichtung aufweist: einen oder mehrere Sensoren, die konfiguriert sind, um eine Wirkkraft auf ein oder mehrere Räder zu detektieren; einen Rechner, der konfiguriert ist, um eine Position einer Mitte einer Bodenkontaktlast auf Basis von Information, die von dem einen oder den mehreren Sensoren ausgegeben wird, zu berechnen; und einen Schätzer, der konfiguriert ist, um den Faktor auf Basis einer seitlichen Verlagerung der Mitte der Bodenkontaktlast zu schätzen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Faktor (i) ein seitliches Gefälle einer Straßenoberfläche und/oder (ii) von einer Fahrzeugkarosserie aufgenommenen Seitenwind aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der eine oder die mehreren Sensoren zwei Sensoren aufweisen, die jeweils an einem rechten Rad und einem linken Rad angeordnet sind; und der Schätzer konfiguriert ist, um den Faktor nur dann zu schätzen, wenn die seitlichen Verlagerungen der Mitten der Bodenkontaktlasten der rechten und linken Räder in der gleichen Richtung sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der eine oder die mehreren Sensoren zwei Sensoren aufweisen, die jeweils an einem rechten Rad und einem linken Rad angeordnet sind, und der Schätzer konfiguriert ist, um den Faktor nur dann zu schätzen, wenn eine Differenz in einem seitlichen Verlagerungsbetrag zwischen den Mitten der Bodenkontaktlasten der rechten und linken Räder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Schätzer konfiguriert ist, um den Faktor nur dann zu schätzen, wenn eine Differenz in einem seitlichen Verlagerungsbetrag zwischen den Mitten der Bodenkontaktlasten der rechten und linken Räder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
Lenkvorrichtung, welche aufweist: einen Aktuator, der konfiguriert ist, um ein gelenktes Rad eines Fahrzeugs zu lenken; und ein Lenksteuergerät, das konfiguriert ist, um eine Kraft zu steuern, die der Aktuator erzeugt, wobei das Lenksteuergerät die Kraft gemäß einem Schätzergebnis von der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 korrigiert.