JP2006321298A - 車両駆動制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 路面とタイヤとの間で生じた摩擦力の変化を高い精度で検出することができ、車両の安定性回復のための車両制御を直ちに行うことができる車両駆動制御システムを提供する。
【解決手段】 複数の回転機構部500のそれぞれに設けられ、回転に伴って回転軸に対して垂直方向に発生する第１加速度を検出しその検出結果をディジタル値に変換してそのディジタル値を含むディジタル情報を送信するセンサユニット100と、センサユニット100から送信されたディジタル情報を受信して各センサユニット100毎に前記第１加速度の検出結果を取得してスタビリティ制御ユニット700に出力するモニタ装置200と、各センサユニット100のうち最初に所定値以上の第１加速度を検出したセンサユニット100の第１加速度に基づいて車両走行を安定させるようにサブスロットルアクチュエータ412やブレーキ駆動用アクチュエータ640の駆動を補正制御するスタビリティ制御ユニット700を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両走行時の車体の安定性制御を行う車両駆動制御システムに関するものである。

従来、雨天候時に路面が濡れている場合や急激なハンドリング操作をした場合など、路面とタイヤとの間の摩擦力が低下すると、タイヤがスリップして車両のコントロールを失い、思わぬ方向に車両が移動してしまい事故を引き起こすことがあった。

このようなスリップや急発進などによって発生する事故を防止するために、アンチロック・ブレーキ・システム（Anti-Lock Brake System、以下、ＡＢＳと称する）、トラクション・コントロール・システム、さらには、これらに加えてＹＡＷセンサを設けたスタビリティーコントロールシステムなどが開発された。

例えば、ＡＢＳは、各タイヤの回転状態を検出し、この検出結果に基づいて各タイヤがロック状態に入るのを防止するように制動力を制御するシステムである。

タイヤの回転状態として、各タイヤの回転数や、空気圧、歪み等の状態を検出して、この検出結果を制御に用いることが可能である。

このような車両制御システムの一例として、例えば、車両の減速度および／または加速度を調節するための制御信号が対応の設定値により形成される車両の制御方法および装置において、走行路面傾斜により発生する車両加速度または車両減速度を表わす補正係数が形成され、この補正係数が設定値に重ね合わされて、車両の減速度および／または加速度の設定を改善するようにしたもの（特許文献１参照）や、複数の車輪を有する車両の実ヨーイング運動状態量として重心点の横すべり角変化速度β’を取得し、その変化速度β’の絶対値が設定値β₀’以上で有れば、ブレーキ液圧ΔＰを左右後輪の何れかのブレーキに作用させることにより、変化速度β’の絶対値が大きいほど値が大きく且つ変化速度β’の絶対値を減少させる向きのヨーイングモーメントを発生させ、このヨーイングモーメント制御中にも、ブレーキ液圧ΔＰが作用させられた車輪においてスリップ制御が必要か否かの判定を継続し、スリップ制御が必要になれば、ブレーキ液圧ΔＰを抑制することによりスリップ率を適正範囲に保つスリップ制御を行うようにしたもの（特許文献２参照）などが知られている。
特開2001-182578号公報 特開2002-137721号公報

しかしながら、従来の車両制御システムでは、車両の重心など車体側に設置した加速度センサー又はヨーレートセンサを用いて検出した車両自体の加速度やヨーモーメント（旋回力）に基づいて車両制御を行っており、サスペンションのバネやダンパーを通して路面とタイヤとの間で生じた摩擦力の変化を検出するため検出精度が低いとともに、検出するまでに時間がかかり車両の安定性回復のための車両制御が遅れるという問題があった。

本発明の目的は上記の問題点に鑑み、路面とタイヤとの間で生じた摩擦力の変化を高い精度で検出することができ、車両の安定性回復のための車両制御を直ちに行うことができる車両駆動制御システムを提供することである。

本発明は上記の目的を達成するために、車両の運転操作状態の検出結果に応じてエンジンスロットル及びブレーキの各駆動用アクチュエータを駆動して、車両走行時の安定性制御を行う制御手段を備えた車両駆動制御システムにおいて、車体側に設けられ車輪を固定して該車輪を回転させる回転体と前記車輪とを含む複数の回転機構部のそれぞれに設けられ、回転に伴って回転軸に対して垂直方向に発生する第１加速度を検出し、該検出結果をディジタル値に変換して、該ディジタル値を含むディジタル情報を送信するセンサユニットと、該センサユニットから送信されたディジタル情報を受信して、各センサユニット毎に前記第１加速度の検出結果を取得して前記制御手段に出力するモニタ装置とを備え、前記制御手段は、前記各センサユニットのうち最初に所定値以上の第１加速度を検出し該検出結果が前記モニタ装置によって取得された前記センサユニットの前記第１加速度に基づいて、前記各駆動用アクチュエータのうち車両走行を安定させるように所定の駆動用アクチュエータの駆動を補正制御する手段を有する車両駆動制御システムを提案する。

本発明によれば、モニタ装置によって各センサユニットから送信されたディジタル信号が受信されるとともに、各センサユニット毎に第１加速度の検出結果が取得され制御手段に出力され、制御手段によって前記各センサユニットのうち最初に所定値以上の第１加速度を検出しこの検出結果が前記モニタ装置によって取得された前記センサユニットの前記第１加速度に基づいて、車両走行を安定させるように所定の駆動用アクチュエータの駆動が補正制御されることから、例えば各センサユニットの１つがスリップし始めるときの加速度以上の第１加速度を検出しこの第１加速度の検出結果が取得されたときに補正制御が開始される。

本発明によれば、例えば各センサユニットの１つがスリップし始めるときの加速度以上の第１加速度を検出しこの第１加速度の検出結果が取得されたときに補正制御が開始されるので、車両の安定性回復のための車両制御を直ちに行うことできるとともに、サスペンションのバネ等の弾性体やダンパー等の粘性体を通さず回転機構部に設けられたセンサユニットで第１加速度が検出されるので、路面とタイヤとの間で生じた摩擦力の変化を高い精度で検出することができる。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態の車両駆動制御システムを説明する。

図１は本発明の一実施形態における車両へのセンサユニットの配置を示す外観図、図２は本発明の一実施形態における車両へのセンサユニットの装着状態を説明する図、図３は本発明の一実施形態におけるセンサユニットが検出するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度に関して説明する図、図４は本発明の一実施形態におけるセンサユニットの他の装着状態を説明する図、図５は本発明の一実施形態における車両駆動制御システムを示す構成図である。本実施形態では４輪車両の駆動制御システムを一例として説明する。

図１において、1は車両、2は車輪、100はセンサユニット、200はモニタ装置である。本実施形態では４つのセンサユニット100のそれぞれを車体に設けられ車輪2を固定してその車輪2を回転させる回転体（図示せず）とその車輪2とを含む後述する回転機構部の所定位置に固定し、１つのモニタ装置200を車体の所定位置に固定している。

図２において、３は車軸、４はハブキャリア、５はロワーアーム、６は懸架装置、520はホイールキャリア、530はブレーキディスクである。

懸架装置6は、アッパーマウント部61と、スプリングアッパーシート62、コイルばね63、ゴム部材64、油圧式のダンパ65、ダンパ連結部材66とから構成されている。尚、本実施形態では、上記スプリングアッパーシート62と、コイルばね63、ゴム部材64、油圧式のダンパ65によって懸架装置本体が構成される。

車体（図示せず）に対するダンパ65の角度の変化を吸収するためのアッパーマウント部61の上面は車体に連結され、アッパーマウント部61の底面にスプリングアッパーシート62が装着されている。また、スプリングアッパーシート62と円柱状のダンパ65に設けられた円環受け皿型のガイド66との間にコイルばね63が装着されている。また、コイルばね63の内側には略円筒形状のゴム部材64が設けられている。

ダンパ65の下端はダンパ連結部材66に固定され、ダンパ連結部材66はハブキャリア4に接続され、ハブキャリア4によって車軸3が支持されている。さらに、ハブキャリア4はロワーアーム5を介して車体に連結されている。

ブレーキディスク530は車軸3に接続され、車軸3と共に回転する。センサユニット100はブレーキディスク530の所定位置に固定され、車輪2のホイール（図示せず）を固定するためのホイールキャリア520はブレーキディスク530に接続されている。

各センサユニット100は、図４に示すように各車輪2の回転方向にＸ軸が対応し、回転軸方向にＹ軸が対応し、回転軸に対して垂直方向にＺ軸が対応するようにそれぞれに設けられ、各車輪2が回転して車両1が走行している際に、各車輪2の回転に伴って発生する互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度をそれぞれに検出する。

なお、本実施形態ではセンサユニット100をブレーキディスク530に固定したが、これに限定されることはなく、後述する回転機構部であれば車軸3やローター（図示せず）等の回転体に固定してもよいし、車輪2に固定してもよい。

図４において、車輪2は例えば周知のチューブレスラジアルタイヤであるタイヤ300とリム305及びホイール（図示せず）から構成され、タイヤ300は周知のキャップトレッド301、アンダートレッド302、ベルト303A,303B、カーカス304等から構成されている。従って、図に示すようにセンサユニット100をリム305に固定しても良い。以下の説明において、特に記載のない限り、センサユニット100は後述する回転機構部の何れかの所定の位置に固定されているものとする。また、各回転機構部500に設ける各センサユニット100の数は１つに限定されず、補助用などとして２個以上設けてもよい。

図５において、2は車輪、3は車軸、100はセンサユニット、200はモニタ装置、410はエンジン、411はアクセルペダル、412はサブスロットルアクチュエータ、413はメインスロットルポジションセンサ、414はサブスロットルポジションセンサ、421はハンドル、422は舵角センサ、500は回転機構部、510は車輪の回転数を検知するセンサ、530はブレーキディスク、610はブレーキペダル、620はブレーキ用のマスターシリンダ、630はブレーキ用の油圧を制御する圧力制御弁、640はブレーキ駆動用のアクチュエータ、700はスタビリティ制御ユニットである。

回転機構部500は、図２及び図４に示したように、車軸3やホイールキャリア520、ブレーキディスク530等の回転体、及び車輪2におけるタイヤ300やリム305等の車輪2を含む。

スタビリティ制御ユニット700は、周知のＣＰＵを備えた制御回路からなり、車両1に装着されている各車輪2の回転数を検知する回転数センサ510、メインスロットルポジションセンサ413、サブスロットルポジションセンサ414、舵角センサ422から出力される検出結果を取り込んで車両制御を行っている。

即ち、駆動時には、アクセルペダル411を踏み込むことによってメインスロットルを開いてエンジン410に燃料を送り込み、エンジン410の回転数を増加させる。

また、制動時には、ブレーキペダル610を踏み込むことによってマスターシリンダ620内の油圧が上昇し、この油圧が圧力制御弁を介して各車輪2のブレーキ駆動用アクチュエータ640に伝達され、これによって各車輪2の回転に制動力が加えられる。

さらに、スタビリティ制御ユニット700は、回転数センサ510、メインスロットルポジションセンサ413、サブスロットルポジションセンサ414、舵角センサ422の検出結果、及びモニタ装置200から出力される検出結果を取り込んでサブスロットルアクチュエータ412の動作状態を電気的に制御すると共に、各圧力制御弁630の動作状態を電気的に制御することによって各車輪2のブレーキ駆動用アクチュエータ640を制御し、車体の安定性を保つと共に車輪2がロックしてスリップが生じないように自動的に車両制御を補正する安定性制御（スタビリティコントロール）を行っている。

センサユニット100は、前述したようにブレーキディスク530の所定位置に固定されており、このセンサユニット100内に設けられている後述する半導体加速度センサによって車両1の車輪2におけるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を検出し、この検出した加速度をディジタル値に変換する。さらに、検出結果の加速度のディジタル値を含むディジタル情報を生成して送信する。

センサユニット100の電気系回路の一具体例としては、図６に示す回路が挙げられる。すなわち、図６に示す一具体例では、センサユニット100は、アンテナ110と、アンテナ切替器120、整流回路130、中央処理部140、検波部150、発信部160、センサ部170から構成されている。

アンテナ110は、モニター装置200との間で電磁波を用いて通信するためのもので、例えば２．４ＧＨｚ帯の所定の周波数（第１周波数）に整合されている。

アンテナ切替器120は、例えば電子スイッチ等から構成され、中央処理部140の制御によってアンテナ110と整流回路130及び検波部150との接続と、アンテナ110と発信部160との接続とを切り替える。

整流回路130は、ダイオード131,132と、コンデンサ133と、抵抗器134とから構成され、周知の全波整流回路を形成している。この整流回路130の入力側にはアンテナ切替器120を介してアンテナ110が接続されている。整流回路130は、アンテナ110に誘起した高周波電流を整流して直流電流に変換し、これを中央処理部140、検波部150、発信部160、センサ部170の駆動電源として出力するものである。

中央処理部140は、周知のＣＰＵ141と、ディジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａと称する）変換回路142、記憶部143から構成されている。

ＣＰＵ141は、記憶部143の半導体メモリに格納されているプログラムに基づいて動作し、後述するモニタ装置200から自己の識別情報を含む情報要求指示を受信して電気エネルギーが供給されて駆動すると、センサ部170から取得した加速度検出結果のディジタル値及び自己の識別情報を含むディジタル情報を生成して、このディジタル情報をモニター装置200に対して送信する処理を行う。これにより、外部からの不要なノイズによって検出結果を送信することがなく、不要な電磁波の輻射を防止することができる。

記憶部143は、ＣＰＵ141を動作させるプログラムが記録されたＲＯＭと、例えばＥＥＰＲＯＭ（electrically erasable programmable read-only memory）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリとからなり、各センサユニット100ごとにそれぞれ固有の識別情報が、製造時に記憶部143内の書き換え不可に指定された領域に予め記憶されている。

検波部150は、ダイオード151とＡ／Ｄ変換器152からなり、ダイオード151のアノードはアンテナ110に接続され、カソードはＡ／Ｄ変換器152を介して中央処理部140のＣＰＵ141に接続されている。これにより、アンテナ110によって受波された電磁波は検波部150によって検波されると共に、検波されて得られた信号はディジタル信号に変換されてＣＰＵ141に入力される。

発信部160は、発振回路161、変調回路162及び高周波増幅回路163から構成され、周知のＰＬＬ回路などを用いて構成され発振回路161によって発振された２．４５ＧＨｚ帯の周波数の搬送波を、中央処理部140から入力した情報信号に基づいて変調回路162で変調し、これを高周波増幅回路163及びアンテナ切替器120を介して２．４５ＧＨｚ帯の周波数（第２周波数）の高周波電流としてアンテナ110に供給する。尚、本実施形態では前記第１周波数と第２周波数と同じ周波数に設定しているが、第１周波数と第２周波数が異なる周波数であっても良い。

センサ部170は、半導体加速度センサ10とＡ／Ｄ変換回路171から構成されている。

半導体加速度センサ10は、図７乃至図１０に示すようなセンサによって構成されている。

図７は本発明の第１実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図、図８は図７におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図、図９は図７におけるＣ−Ｃ線矢視方向断面図、図１０は半導体加速度センサの分解斜視図である。

図７乃至図１０において、10は半導体加速度センサで、台座11と、シリコン基板12、支持体18A,18Bとから構成されている。

台座11は矩形の枠型をなし、台座11の一開口面上にシリコン基板（シリコンウェハ）12が取り付けられている。また、台座11の外周部には支持体18A,18Bの外枠部181が固定されている。

台座11の開口部にシリコン基板12が設けられ、ウェハ外周枠部12a内の中央部には十字形状をなす薄膜のダイアフラム13が形成されており、各ダイアフラム片13a〜13dの上面にピエゾ抵抗体（拡散抵抗体）Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4が形成されている。

詳細には、一直線上に配置されたダイアフラム片13a,13bのうちの一方のダイアフラム片13aにはピエゾ抵抗体Ｒx1，Ｒx2，Ｒz1，Ｒz2が形成され、他方のダイアフラム片13bにはピエゾ抵抗体Ｒx3，Ｒx4，Ｒz3，Ｒz4が形成されている。また、ダイアフラム片13a,13bに直交する一直線上に配置されたダイアフラム片13c,13dのうちの一方のダイアフラム片13cにはピエゾ抵抗体Ｒy1，Ｒy2が形成され、他方のダイアフラム片13dにはピエゾ抵抗体Ｒy3，Ｒy4が形成されている。さらに、これらのピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を検出するための抵抗ブリッジ回路を構成できるように、図１１に示すように接続され、シリコン基板11の外周部表面に設けられた接続用の電極191に接続されている。

さらに、ダイアフラム片13a〜13dの交差部には、ダイアフラム13の中央部の一方の面側に厚膜部14が形成され、この厚膜部14の表面には例えばガラス等からなる直方体形状の重錘15が取り付けられている。

一方、上記支持体18A,18Bは、矩形の枠型をなした外枠部181と、固定部の４隅に立設された４つの支柱182、各支柱の先端部を連結するように設けられた十字形状の梁部183、梁部183の中央交差部分に設けられた円錐形状をなす突起部184とから構成されている。

外枠部181は、突起部184がダイアフラム13の他面側すなわち重錘１５が存在しない側に位置するように、台座11の外周部に嵌合して固定されている。ここで、突起部184の先端184aがダイアフラム13或いは重錘15の表面から距離D1の位置になるように設定されている。この距離D1は、ダイアフラム13の面に垂直な方向に加速度が生じ、この加速度によりダイアフラム13の双方の面の側に所定値以上の力が加わった場合においても、各ダイアフラム片13a〜13dが伸びきらないように、その変位が突起部184によって制限できる値に設定されている。

上記構成の半導体加速度センサ10を用いる場合は、図１２乃至図１４に示すように３つの抵抗ブリッジ回路を構成する。即ち、Ｘ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図１２に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒx1の一端とピエゾ抵抗体Ｒx2の一端との接続点に直流電源32Aの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒx3の一端とピエゾ抵抗体Ｒx4の一端との接続点に直流電源32Aの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒx1の他端とピエゾ抵抗体Ｒx4の他端との接続点に電圧検出器31Aの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒx2の他端とピエゾ抵抗体Ｒx3の他端との接続点に電圧検出器31Aの他端を接続する。

また、Ｙ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図１３に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒy1の一端とピエゾ抵抗体Ｒy2の一端との接続点に直流電源32Bの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒy3の一端とピエゾ抵抗体Ｒy4の一端との接続点に直流電源32Bの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒy1の他端とピエゾ抵抗体Ｒy4の他端との接続点に電圧検出器31Bの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒy2の他端とピエゾ抵抗体Ｒy3の他端との接続点に電圧検出器31Bの他端を接続する。

また、Ｚ軸方向の加速度を検出するためのブリッジ回路としては、図１４に示すように、ピエゾ抵抗体Ｒz1の一端とピエゾ抵抗体Ｒz2の一端との接続点に直流電源32Cの正極を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒz3の一端とピエゾ抵抗体Ｒz4の一端との接続点に直流電源32Cの負極を接続する。さらに、ピエゾ抵抗体Ｒz1の他端とピエゾ抵抗体Ｒz3の他端との接続点に電圧検出器31Cの一端を接続し、ピエゾ抵抗体Ｒz2の他端とピエゾ抵抗体Ｒz4の他端との接続点に電圧検出器31Cの他端を接続する。

上記構成の半導体加速度センサ10によれば、半導体加速度センサ10に加わる加速度に伴って発生する力が重錘15に加わると、各ダイアフラム片13a〜13dに歪みが生じ、これによってピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4の抵抗値が変化する。従って、各ダイアフラム片13a〜13dに設けられたピエゾ抵抗体Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4によって抵抗ブリッジ回路を形成することにより、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を検出することができる。

さらに、図１５及び図１６に示すように、ダイアフラム13の面に垂直な方向の力成分を含む力41,42が働くような加速度が加わった場合、ダイアフラム13の他方の面の側に所定値以上の力が加わったとき、ダイアフラム13は力41,42の働く方向に歪んで伸びるが、その変位は突起部184の先端184aによって支持されて制限されるため、各ダイアフラム片13a〜13dが最大限に伸びきることがない。これにより、ダイアフラム13の他方の面の側に所定値以上の力が加わった場合も、突起部184の先端184aが支点となって重錘15の位置が変位するので、ダイアフラム13の面に平行な方向の加速度を検出することができる。

上記の半導体加速度センサ10によって、車両走行時に、車両1の４つの回転機構部500のそれぞれに発生する互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を検出可能となる。

一方、Ａ／Ｄ変換回路171は、半導体加速度センサ10から出力されたアナログ電気信号をディジタル信号に変換してＣＰＵ141に出力する。このディジタル信号は上記Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度の値に対応する。

なお、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向に生ずる加速度としては、正方向の加速度と負方向の加速度とが存在するが、本実施形態では双方の加速度を検出することができる。

また、後述するように、Ｘ軸方向の加速度から車輪2の回転数、Ｚ軸方向の加速度から走行速度を求めることが可能であり、センサユニット100の中央処理部140において単位時間あたりの車輪2の回転数を算出して、その算出結果のディジタル値を上記ディジタル情報に含めて送信することも可能である。これにより、回転数センサ510は不要となる。

また、本実施形態では、前述したように２．４５ＧＨｚ帯の周波数を上記第１及び第２周波数として用いることによってタイヤ300の補強用の金属ワイヤが織り込まれたベルト303A,303Bの影響を受け難くしているため、リム305にセンサユニット100を固定しても安定した通信を行うことができる。このように、補強用の金属ワイヤなどのタイヤ内の金属の影響を受け難くするためには、１ＧＨｚ以上の周波数を上記第１及び第２周波数として用いることが好ましい。

また、センサユニット100を、タイヤ300の製造時においてタイヤ300内に埋設することも可能であり、この場合には、加硫時の熱に十分耐え得るようにＩＣチップやその他の構成部分が設計されていることは言うまでもない。

モニタ装置200は、図５に示したように車体の所定位置に固定されており、ケーブルによってスタビリティ制御ユニット700に接続され、スタビリティ制御ユニット700から送られる電気エネルギーによって動作する。

モニタ装置200の電気系回路は、図１７に示すように、輻射ユニット210と、受波ユニット220、制御部230、演算部240によって構成されている。ここで、制御部230及び演算部240は、周知のＣＰＵと、このＣＰＵを動作させるプログラムが記憶されているＲＯＭ及び演算処理を行うために必要なＲＡＭなどからなるメモリ回路から構成されている。

輻射ユニット210は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（上記第１周波数）の電磁波を輻射するためのアンテナ211と発信部212とから構成され、制御部230からの指示に基づいて、アンテナ211から上記第１周波数の電磁波を輻射する。

発信部212の一例としては、センサユニット100の発信部160と同様に、発振回路161と変調回路162、高周波増幅回路163から構成を挙げることができる。これにより、アンテナ211から２．４５ＧＨｚの電磁波が輻射される。なお、発信部212から出力される高周波電力は、モニタ装置200の電磁波輻射用のアンテナ211から各センサユニット100に対して電気エネルギーを供給できる程度の値に設定されている。

受波ユニット220は、２．４５ＧＨｚ帯の所定周波数（上記第２周波数）の電磁波を受波するためのアンテナ221と検波部222とから構成され、制御部230からの指示に基づいて、アンテナ221によって受波した上記第２周波数の電磁波を検波し、検波して得られた信号をディジタル信号に変換して演算部250に出力する。検波部222の一例としては、センサユニット100の検波部150と同様の回路が挙げられる。

制御部230は、スタビリティ制御ユニット700から電気エネルギーが供給されて動作を開始すると、発信部212を駆動して所定時間t1の間だけ電磁波を輻射させ、その後、所定時間t2の間、検波部222を駆動し、検波部222から演算部240にディジタル信号を出力させる。演算部240は、このディジタル信号に基づいて上記加速度を算出してスタビリティ制御ユニット700に出力する。この後、制御部230は、上記と同様の処理を繰り返す。

なお、本実施形態では、モニタ装置200における上記輻射時間t1を０．１５ｍｓ、上記受波時間t2を０．３０ｍｓにそれぞれ設定している。本実施形態では、時間t1だけ輻射ユニット210から電磁波を輻射することにより、センサユニット100を駆動するのに十分な電気エネルギーとして３Ｖ以上の電圧を蓄電することができる。

モニタ装置200は、各回転機構部500に設けられているセンサユニット100の識別情報を制御部230に予め記憶されており、駆動中には車両1に設けられている各回転機構部500のセンサユニット100に対して、所定の順序で或いはランダムに、センサユニット100の識別情報を含む情報要求指示を送信するように制御部230のプログラムが設定されている。また、駆動制御ユニット700に対して検出結果を出力するときに、検出結果と共に車両1のどの位置の回転機構部500に対応する検出結果であるかを表す検出位置情報を出力する。これにより、１つのモニタ装置200によってセンサユニット100毎に全ての検出結果が取得される。

なお、モニタ装置200を各回転機構部500毎に固定し、各モニタ装置200はケーブルによって駆動制御ユニット700に接続され、駆動制御ユニット700から送られる電気エネルギーによって動作するようにしてもよい。

スタビリティ制御ユニット700には、モニタ装置200から出力されるＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度とタイヤ300のスリップとの関係を表すスリップ特性情報が速度、操舵角等を変えた実測等によって予め求められて記憶されている。さらに、スタビリティ制御ユニット700は、加速度の検知結果とスリップ特性情報とに基づいて、車両走行時に生ずる車体の横滑り状態、タイヤ300の歪み状態等を推定することができ、これらに基づいて車両走行を安定させるようにサブスロットルアクチュエータ412を駆動すると共に圧力制御弁630を制御し、ブレーキ駆動用アクチュエータ640を駆動する。

次に、上記構成よりなるシステムが検出する各加速度の実測結果を図１８乃至図２９を参照して説明する。

図１８乃至図２０において、図１８は時速２．５ｋｍでの走行時のＺ軸方向の加速度の実測値、図１９は時速２０ｋｍでの走行時のＺ軸方向の加速度の実測値、図２０は時速４０ｋｍでの走行時のＺ軸方向の加速度の実測値である。このように、走行速度が増すにつれて車輪2の遠心力が増加するので、Ｚ軸方向の加速度も増加する。これにより、Ｚ軸方向の加速度から走行速度を求めることが可能である。なお、図中において、実測値がサイン波形状になるのは重力加速度の影響を受けているためである。

図２１乃至図２３において、図２１は時速２．５ｋｍでの走行時のＸ軸方向の加速度の実測値、図２２は時速２０ｋｍでの走行時のＸ軸方向の加速度の実測値、図２３は時速４０ｋｍでの走行時のＸ軸方向の加速度の実測値である。このように、走行速度が増すにつれて車輪2の回転数が増加するので、Ｘ軸方向の加速度が変化する周期が短くなる。これにより、Ｘ軸方向の加速度から車輪の回転数を求めることが可能である。なお、図中において、実測値がサイン波形状になるのは上記と同様に重力加速度の影響を受けているためである。

図２４は走行時にハンドルを右に切ったときのＹ軸方向の加速度の実測値、図２５は走行時にハンドルを左に切ったときのＹ軸方向の加速度の実測値である。このようにハンドルを切って車輪2を左右に振ったときＹ軸方向の加速度が顕著に現れる。また、車体が横滑りしたときにも同様にＹ軸方向の加速度が発生することはいうまでもない。尚、上記Ｙ軸方向の加速度のそれぞれの実測値において逆方向の加速度が生じるのは、運転者が無意識のうちに逆方向にハンドルを少し切ってしまうためである。

また、時速６０ｋｍでスラローム走行をしたときにおいて、図２６は回転機構部500に設けたセンサユニット100が検出するＹ軸方向の加速度の実測値、図２７はこの測定のため従来のように懸架装置6上の車体に設けたセンサユニット100が検出するＹ軸方向の加速度の実測値である。このように回転機構部500に設けたセンサユニット100は、懸架装置6上の車体に設けたセンサユニット100のように懸架装置6のコイルばね63等の弾性体やダンパ65等の粘性体の影響を受けることがないため、従来よりも高い精度で加速度を検出することが顕著に現れる。

また、スラローム走行により車体が左右に大きく振られＹ軸方向の加速度が最大又は最小になるとき、回転機構部500に設けたセンサユニット100が最大値を検出する時間t3、最小値を検出する時間t5に対して、懸架装置6上の車体に設けたセンサユニット100が最大値を検出する時間t4、最小値を検出する時間t6は遅れていることがわかる。この最大値の検出時間差t3t4及び最小値の検出時間差t5t6は約０．２ｓであった。これにより、回転機構部500に設けたセンサユニット100は、６０ｋｍ走行時に従来よりも約３．３ｍ手前で加速度を検出することが可能となる。

また、車両1が左旋回中に横滑りが発生し車両1が停止した場合において、図２８は左後の回転機構部500に設けられたユニットセンサ100が検出するＺ軸方向の加速度の実測値、図２９は右後の回転機構部500に設けられたユニットセンサ100が検出するＺ軸方向の加速度の実測値である。路面とタイヤ300との間の摩擦力が低下しタイヤ300がスリップし始めるときＺ軸方向の加速度をGsとすると、左後の回転機構部500の加速度がGsに達する時間t7に対し、右後の回転機構部500の加速度がGsに達する時間t8は遅れており、各回転機構部500ごとにスリップの発生開始時間が異なることがわかる。これにより、スタビリティ制御ユニット700は、モニタ装置200から出力される各センサユニット100の１つがスリップし始めるときの加速度以上の加速度を最初に検出したときに補正制御を開始することで、より早くスリップを解消することが可能となる。

次に、モニタ装置200から出力される各回転機構部500毎のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の各加速度の検出結果に基づいて、駆動制御ユニット700がスリップを解消する動作について図３０を参照して説明する。なお、ここでの説明において、センサユニット100は４つの車輪2のそれぞれに設けられているものとする。

図に示すように、駆動制御ユニット700はモニタ装置200から出力される各センサユニット100の検出結果を順次取得し（S10）、取得したセンサユニット100のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の各加速度とタイヤ300がスリップし始めるときの加速度G1とを比較して、車両1に装着される４つの車輪2の何れかにスリップが発生しているか否かを判定する（S20）。

取得したセンサユニット100の加速度が加速度G1以上の場合には、車両走行を安定させるため駆動制御ユニット700による補正制御を開始し、駆動制御ユニット700は取得したセンサユニット100の加速度に基づいて、サブスロットル416の開度を所定角度だけ閉じてエンジン410の出力を減少させるとともに（S30）、油圧制御弁630を制御して該当する車輪2のブレーキ用の油圧を所定量だけ増加させ制動力を加える（S40）。

また、取得したセンサユニット100の加速度が加速度G1未満の場合には、取得したセンサユニット100の加速度が加速度G1以上になるまでS10及びS20の処理を繰り返す。

これにより、例えば左旋回時に左後の車輪2に設けたセンサユニット100の加速度によりスリップの発生を検出したとき、駆動制御ユニット700はオーバーステア傾向が大きいと判断し、エンジンの出力を減少させるとともに、外側の前輪、つまり右前の車輪2のブレーキに制動力を加えることにより、車両の外側に旋回力（ヨーモーメント）を発生させ車両1が曲がりすぎる状態を補正することができる。逆に左旋回時に右前の車輪2に設けたセンサユニット100の加速度によりスリップの発生を検出したとき、駆動制御ユニット700はアンダーステアの傾向が大きいと判断し、エンジン410の出力を減少させるとともに、内側の後輪、つまり左後の車輪2のブレーキに制動力を加えることにより、車両の内側に旋回力（ヨーモーメント）を発生させ車両1が曲がりきらない状態を補正することができる。

補正制御を開始した駆動制御ユニット700は、モニタ装置200から次のセンサユニット100の検出結果を取得し（S50）、取得したセンサユニット100を含む全てのセンサユニット100の加速度とタイヤ2がスリップを終えるときの加速度G2とを比較して、車両1に装着される４つの車輪2の全てのスリップが解消されたか否かを判定する（S60）。

全てのセンサユニット100の加速度が加速度G2未満でない場合、駆動制御ユニット700による補正制御を継続して、検出結果が加速度G2以上のセンサユニット100の加速度に基づいて、サブスロットル416の開度を所定角度だけ閉じてエンジン410の出力を減少させ（S70）、油圧制御弁630を制御して該当車輪2のブレーキ用の油圧を所定量だけ増加させ制動力を加える（S80）。そして、全てのセンサユニット100の加速度が加速度G2未満になるまでS50乃至S80の処理を繰り返す。

一般に加速度G2は加速度G1よりも小さい値であるため（G2＜G1）、S30及びS40の処理で当該車輪2のスリップを解消できなかった場合や、S20の処理でスリップを検出してからS50の処理を終了するまでの間に他の車輪2でスリップが生じている場合に、駆動制御ユニット700による補正制御を継続することで、全ての車輪2のスリップを解消することができる。

また、全てのセンサユニット100の加速度が加速度G2未満の場合には、駆動制御ユニット700による補正制御を終了し、システム停止までS10乃至S80の処理を繰り返す。

なお、S20及びS60の処理において、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各加速度を用いて総合的に判定することが好ましいが、Ｚ軸方向の加速度から車輪2の浮き上がりや路面とタイヤ300との間の摩擦力（グリップ）を推定することが可能なので、少なくともＺ軸方向の加速度があればスリップが発生しているか否かを判定することができる。また、S30及びS70の処理において、駆動力を抑えるためサブスロットル416を閉じ、S40及びS80の処理において制動力を加えるためブレーキ用の油圧を増加させているが、燃料カットや駆動トルク配分、舵角補正等に替えたり、これらを組み合わせてもよい。さらに、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の各加速度に替えて、Ｘ軸方向の加速度に基づく回転数、Ｚ軸方向の加速度に基づく走行速度を用いてスリップを検出し、同様の補正制御を行うようにしてもよい。

このように、上記構成及び動作によれば、モニタ装置200によって各センサユニット100から送信されたディジタル信号が受信されるとともに、各センサユニット100毎にＺ軸方向の加速度の検出結果が取得され駆動制御ユニット700に出力され、駆動制御ユニット700によって前記各センサユニットのうち最初に加速度G1以上のＺ軸方向の加速度を検出した前記センサユニット100の前記第１加速度に基づいて、車両走行を安定させるように所定の駆動用アクチュエータの駆動が補正制御されることから、例えば、各センサユニット100の１つがスリップし始めるときの加速度以上のＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度を検出しこの加速度の検出結果が取得されたときに補正制御が開始されるので、車両1の安定性回復のための車両制御を直ちに行うことできるとともに、懸架装置6のコイルばね63等の弾性体やダンパ65等の粘性体を通さず回転機構部500に設けられたセンサユニット100で加速度が検出されるので、路面とタイヤ300との間で生じた摩擦力の変化を高い精度で検出することができる。

なお、本実施形態では４輪車両の車両駆動制御システムを一例として説明したが、４輪以外の車両、例えば２輪車や６輪以上の車両であっても同様の効果を得ることができることは言うまでもないことである。

また、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。

本発明の一実施形態における車両へのセンサユニットの配置を示す外観図 本発明の一実施形態における車両へのセンサユニットの装着状態を説明する図 本発明の一実施形態におけるセンサユニットが検出するＸ，Ｙ，Ｚ軸方向の加速度に関して説明する図 本発明の一実施形態における車両へのセンサユニットの他の装着状態を説明する図 本発明の一実施形態における車両駆動制御システムを示す構成図 本発明の一実施形態におけるセンサユニットの電気系回路を示す構成図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを示す外観斜視図 図７におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図 図７におけるＣ−Ｃ線矢視方向断面図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを示す分解斜視図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサの電気系回路を示す構成図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを用いたＸ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを用いたＹ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサを用いたＺ軸方向の加速度を検出するブリッジ回路を示す図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図 本発明の一実施形態における半導体加速度センサの動作を説明する図 本発明の一実施形態におけるモニタ装置の電気系回路を示す構成図 本発明の一実施形態におけるＺ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態におけるＺ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態におけるＺ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態におけるＸ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態におけるＸ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態におけるＸ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態におけるＹ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態におけるＹ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態においてスラローム走行を行ったときのＹ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態においてスラローム走行を行ったときのＹ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態において左旋回したときの左後輪のＺ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態において左旋回したときの左後輪のＺ軸方向の加速度の実測結果を示す図 本発明の一実施形態においてスリップを解消するフローチャート

符号の説明

1…車両、2…車輪、3…車軸、４…ハブキャリア、５…ロワーアーム、６…懸架装置、61…アッパーマウント部、62…スプリングアッパーシート、63…コイルばね、64…ゴム部材、65…油圧式のダンパ、66…ダンパ連結部材、100…センサユニット、110…アンテナ、120…アンテナ切替器、130…整流回路、131,132…ダイオード、133…コンデンサ、134…抵抗器、140…中央処理部、141…ＣＰＵ、142…Ｄ／Ａ変換回路、143…記憶部、150…検波部、151…ダイオード、152…Ａ／Ｄ変換回路、160…発信部、161…発振回路、162…変調回路、163…高周波増幅回路、170…センサ部、171…Ａ／Ｄ変換回路、200…モニタ装置、210…輻射ユニット、211…アンテナ、212…発信部、220…受波ユニット、221…アンテナ、222…検波部、230…制御部、240…演算部、300…タイヤ、301…キャップトレッド、302…アンダートレッド、303A,303B…ベルト、304…カーカス、305…リム、410…エンジン、411…アクセルペダル、412…サブスロットルアクチュエータ、413…メインスロットルポジションセンサ、414…サブスロットルポジションセンサ、421…ハンドル、422…舵角センサ、510…回転数センサ、520…ホイールキャリア、530…ブレーキディスク、610…ブレーキペダル、620…マスターシリンダ、630…圧力制御弁、640…ブレーキ駆動用アクチュエータ、700…スタビリティ制御ユニット、10…半導体加速度センサ、11…台座、12…シリコン基板、12a…ウェハ外周部13…ダイアフラム、13a〜13d…ダイアフラム片、14…厚膜部、15…重錘、18A,18B…支持体、41,42…力、181…外枠部、182…支柱、183…梁部、184…突起部、184a…先端、191…電極、31A〜31C…電圧検出器、32A〜32C…直流電源、Ｒx1〜Ｒx4，Ｒy1〜Ｒy4，Ｒz1〜Ｒz4…ピエゾ抵抗体（拡散抵抗体）。

Claims (9)

1. 車両の運転操作状態の検出結果に応じてエンジンスロットル及びブレーキの各駆動用アクチュエータを駆動して、車両走行時の安定性制御を行う制御手段を備えた車両駆動制御システムにおいて、
   車体側に設けられ車輪を固定して該車輪を回転させる回転体と前記車輪とを含む複数の回転機構部のそれぞれに設けられ、回転に伴って回転軸に対して垂直方向に発生する第１加速度を検出し、該検出結果をディジタル値に変換して、該ディジタル値を含むディジタル情報を送信するセンサユニットと、
   該センサユニットから送信されたディジタル情報を受信して、各センサユニット毎に前記第１加速度の検出結果を取得して前記制御手段に出力するモニタ装置とを備え、
   前記制御手段は、
   前記各センサユニットのうち最初に所定値以上の第１加速度を検出した前記センサユニットの前記第１加速度に基づいて、前記各駆動用アクチュエータのうち車両走行を安定させるように所定の駆動用アクチュエータの駆動を補正制御する手段を有する
   ことを特徴とする車両駆動制御システム。
2. 前記制御手段は、
   前記各センサユニットのうちの１つによって所定値以上の前記第１加速度が検出され該第１加速度の検出結果を取得したときに、前記各駆動用アクチュエータのうち所定の駆動用アクチュエータの駆動の補正制御を開始する手段と、
   全ての前記センサユニットによって所定値未満の前記第１加速度が検出され該第１加速度の検出結果を取得したときに、前記各駆動用アクチュエータのうち所定の駆動用アクチュエータの駆動の補正制御を終了する手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両駆動制御システム。
3. 前記センサユニットは、前記回転に伴って回転方向に発生する第２加速度と回転軸方向に発生する第３加速度を検出し、該検出結果をディジタル値に変換して該ディジタル値を前記ディジタル情報に含めて前記モニタ装置に送信する手段を有し、
   前記モニタ装置は前記各センサユニット毎に前記第２加速度と前記第３加速度の検出結果を取得して前記制御手段に出力する手段を有し、
   前記制御手段は、
   前記各センサユニットのうち最初に所定値以上の第１乃至第３加速度を検出した前記センサユニットの前記第１乃至第３加速度に基づいて、前記各駆動用アクチュエータのうち車両走行を安定させるように所定の駆動用アクチュエータの駆動を補正制御する手段を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両駆動制御システム。
4. 前記制御手段は、
   前記各センサユニットのうちの１つによって所定値以上の前記第１乃至第３加速度が検出され該第１乃至第３加速度の検出結果を取得したときに、前記各駆動用アクチュエータのうち所定の駆動用アクチュエータの駆動の補正制御を開始する手段と、
   全ての前記センサユニットによって所定値未満の前記第１乃至第３加速度が検出され該第１乃至第３加速度の検出結果を取得したときに、前記各駆動用アクチュエータのうち所定の駆動用アクチュエータの駆動の補正制御を終了する手段とを有する
   ことを特徴とする請求項３に記載の車両駆動制御システム。
5. 前記各センサユニットは、車軸と共に回転する複数のブレーキディスクのそれぞれに設けられている
   ことを特徴とする請求項１乃至４に記載の車両駆動制御システム。
6. 前記センサユニットは、
   第１周波数の電磁波を受波する手段と、
   前記受波した第１周波数の電磁波のエネルギーを駆動用の電気エネルギーに変換する手段と、
   前記電気エネルギーによって動作し、前記ディジタル情報を第２周波数の電磁波を用いて送信する手段とを備え、
   前記モニタ装置は、
   前記第１周波数の電磁波を輻射する手段と、
   前記第２周波数の電磁波を受波する手段と、
   前記受波した第２周波数の電磁波から前記ディジタル情報を抽出する手段とを備えている
   ことを特徴とする請求項１乃至５に記載の車両駆動制御システム。
7. 前記第１周波数と前記第２周波数とが同一周波数である
   ことを特徴とする請求項６に記載の車両駆動制御システム。
8. 前記センサユニットは、自己に固有の識別情報が格納されている記憶手段と、前記識別情報を前記ディジタル情報に含めて送信する手段とを有し、
   前記モニタ装置は、前記識別情報によって前記センサユニットを識別する手段を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至７に記載の車両駆動制御システム。
9. 前記センサユニットは、互いに直交する３方向の加速度を検出するシリコンピエゾ型のダイアフラムを有する半導体加速度センサを備える
   ことを特徴とする請求項１乃至８に記載の車両駆動制御システム。
   
   

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