JP6563208B2 - 回転検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、回転検出装置に関し、例えば、車両の四輪の回転速度を判別し、車両の走行状態に応じたデータを抽出する技術に関する。

車両のタイヤの状態を推定する技術が以下のように提案されている。
１．各車輪のタイヤの内圧低下を直進または近似直進定常走行時に検出する技術（特許文献１）。
２．車輪の転がり半径や転がり抵抗に基づいてタイヤの空気圧を検出する装置において、タイヤの空気圧を検出する前提となる所定の車両走行状態が正確に判定され、タイヤの空気圧の検出精度を高める技術（特許文献２）。

３．四輪車両に備えられているタイヤの回転角速度を算出することにより、空気圧の低下を判定するタイヤ空気圧低下警報装置において、片側悪路を走行している状態を判断することにより、空気圧の低下を判定することを禁止する技術（特許文献３）。
４．タイヤの回転センサ信号からスリップ率等を推定する技術や、数回転にわたるタイヤの回転信号から回転同期成分を平均化して検出する技術（特許文献４）。

特開平８−２１６６３６号公報 特開平８−１５６５３８号公報 特開平８−２６８０１４号公報 特開２００６−１２６１６４号公報

回転速度の変動成分を検出して精度良くタイヤや路面の状態を推定するためには、各車輪でばらつきのない回転速度情報が必要となる。
従来の技術では、各車輪毎に時間的な速度変化が小さくなり、ある一定速度になった状態のデータを抽出していた。

車両の旋回時、加減速時、悪路走行時等では、各車輪の接地状態が変化したり、外乱が加わるため、回転速度のばらつきが増加する。このため、車両の直進時で定常状態の走行データを抽出することが望ましい。
また、定常旋回中等の左右の輪荷重が異なる状態においては、タイヤの接地面が直進状態とは異なった状態になるが、従来の技術では抽出対象データと判断してしまう可能性がある。

この発明の目的は、車両の複数種の走行状態が混在した場合においても、車輪の回転速度に基づいてタイヤや路面状態を精度良く推定することができる回転検出装置を提供することである。

この発明に関係する参考提案例に係る回転検出装置は、車両における車輪１の回転速度を検出する回転センサ２と、
前記回転センサ２で検出した車輪１の回転速度が定められた走行条件を充足するか否かを判別する走行状態判別手段５と、
前記走行状態判別手段５で定められた前記走行条件を充足する場合のみ、前回転センサ２で検出される回転速度から複数回転に渡る回転に同期した回転速度変動パターンを抽出する信号処理ユニット３とを備えたことを特徴とする。
前記「定められた走行条件」は、例えば、車両が直進状態で各車輪１の回転速度が定められた回転速度範囲内にあることであり、試験やシミュレーション等の結果により定められる。

この構成によると、回転センサ２は、車輪１の回転速度を検出する。走行状態判別手段５は、車輪１の回転速度が定められた走行条件を充足するか否かを判別する。信号処理ユニット３は、定められた前記走行条件を充足する場合のみ、回転速度変動パターンを抽出する。定められた前記走行条件を充足しない場合には、回転速度変動パターンを抽出しないため、従来の技術のように抽出対象データと誤判断することを未然に防止することができる。抽出された回転速度変動パターンに基づいて、タイヤ１ａや路面状態を精度良く推定することができる。

この発明の回転検出装置は、車両における複数の車輪１の回転速度をそれぞれ検出する複数の回転センサ２と、
前記複数の車輪１の回転速度から走行状態の種類を判別する走行状態判別手段５と、
前記走行状態判別手段５で判別された複数種の各走行状態の種類ごとに、前記複数の回転センサ２で検出される回転速度から複数回転に渡る回転に同期した回転速度変動パターンを抽出する信号処理ユニット３とを備えたことを特徴とする。
前記「走行状態の種類」として、例えば、直進状態、旋回状態等が挙げられる。

信号処理ユニット３は、判別された複数種の各走行状態の種類ごとに、回転速度変動パターンを抽出する。この場合、特定の条件で発生し易い回転変動が選択的に抽出される。信号処理ユニット３は、判別されていない種類の走行状態の回転速度変動パターンを抽出しないため、抽出対象データと誤判断することを未然に防止できるうえ、演算処理負荷の低減を図ることができる。

また回転速度変動パターンを抽出するとき、例えば、１回転分のみの回転速度の変動には路面の凹凸等による影響があるが、ある程度の回転回数に渡る期間の回転信号を収集し、平均化または積算処理等をすることで、路面の凹凸等による影響が排除された特定の回転速度変動パターンが抽出される。よって、抽出された回転速度変動パターンに基づいて、タイヤ１ａや路面状態を精度良く推定することができる。

前記走行状態判別手段５は、定められた前記走行条件を、前記車両が直進状態であり且つ少なくとも１つの車輪１の回転速度が定められた回転速度範囲内にある走行条件としても良い。
前記定められた回転速度範囲内は、例えば、試験やシミュレーションの結果により定められる。この場合、車両の直進および旋回が混在していても、車両が直進状態で少なくとも１つの車輪１の回転速度が定められた回転速度範囲内にある走行条件のデータのみを抽出することができる。よって、各車輪１の接地状態が変化したり外乱が加わることに起因した回転速度のばらつきを抑制することができる。

前記走行状態判別手段５は、定められた前記走行条件を、前記車両が直進状態であり加減速状態でない走行条件としても良い。車両が直進状態でも加減速状態であると、各車輪１の接地状態が変化したり外乱が加わることに起因した回転速度のばらつきが発生し得る。そこで、定められた前記走行条件を、前記車両が直進状態であり加減速状態でない走行条件とすることで回転速度のばらつきを抑制することができる。

前記走行状態判別手段５で判別される前記走行状態の種類として、直進状態、右旋回状態、左旋回状態、直進加速状態、および直進減速状態を含むものとしても良い。このように信号処理ユニット３が、各走行状態の種類毎に回転速度変動パターンを抽出することで、走行状態に応じた抽出パターンが得られ、特定の条件で発生し易い回転変動が選択的に抽出される。例えば、車両の駆動トルクがオンのときには駆動系の異常が検知されやすくなる等、特定の現象に対する感度が向上する。

この発明の回転検出装置は、車両における複数の車輪の回転速度をそれぞれ検出する複数の回転センサと、前記複数の車輪の回転速度から走行状態の種類を判別する走行状態判別手段と、前記走行状態判別手段で判別された複数種の各走行状態の種類ごとに、前記複数の回転センサで検出される回転速度から複数回転に渡る回転に同期した回転速度変動パターンを抽出する信号処理ユニットとを備えたため、車両の複数種の走行状態が混在した場合においても、車輪の回転速度に基づいてタイヤや路面状態を精度良く推定することができる。

参考提案例に係る回転検出装置の構成を概略示すブロック図である。 同回転検出装置の信号処理ユニットを拡大して示すブロック図である。 複数回転にわたる回転に同期した回転速度変動パターンの作成方法の一例を示す概念図である。 複数回転にわたる回転に同期した回転速度変動パターンの作成方法の一例を波形により示す説明図である。 旋回状態等における四輪の回転速度のイメージを示す図である。 同回転検出装置の回転センサを装備した車輪用軸受の一例の断面図である。 同車輪用軸受をインボード側から見た図である。 同回転検出装置の回転センサを装備した車輪用軸受の他の例の断面図である。 同車輪用軸受をインボード側から見た図である。 同回転検出装置の回転センサを装備した車輪用軸受のさらに他の例の断面図である。 同車輪用軸受をインボード側から見た図である。 この発明の一実施形態に係る回転検出装置の構成を概略示すブロック図である。 同回転検出装置の信号処理ユニットを拡大して示すブロック図である。

この発明に関係する参考提案例に係る回転検出装置を図１ないし図５と共に説明する。 この回転検出装置は、例えば、左右の前輪および左右の後輪を備えた四輪の車両に搭載される。図１に示すように、この回転検出装置は、複数の回転センサ２と、走行状態判別ユニットＨｕ
とを有する。複数の回転センサ２は、各車輪１に設けられる車輪用軸受（後述の図６〜図１１）または図示外のドライブシャフト外輪等に設置され、複数（この例では４つ）の車輪１の回転速度をそれぞれ検出する。

走行状態判別ユニットＨｕは、走行状態判別手段５と、複数（この例では４つ）の信号処理ユニット３とを有する。走行状態判別手段５は、複数の回転センサ２で検出した複数の車輪の回転速度が、定められた走行条件を充足するか否かを判別する。定められた前記走行条件は、例えば、車両が直進状態で各車輪１の回転速度が定められた回転速度範囲内にあること、または、車両が直進状態であり加減速状態でないこと等である。

車両の旋回状態では、旋回内輪側の車輪１の回転速度よりも旋回外輪側の車輪１の回転速度が大きくなるところ、走行状態判別手段５は、左右の車輪１，１の回転速度差が閾値未満のとき車両が直進状態と判別し、逆に、左右の車輪１，１の回転速度差が閾値以上のとき車両が旋回状態と判別する。前記閾値は、試験やシミュレーション等の結果により定められる。

また走行状態判別手段５は、例えば、各回転センサ２で検出した回転速度を微分した角加速度の絶対値が変化せずに一定の値を推移するとき、加減速状態でないと判別する。
前記「一定の値」とは、厳密な意味で一定であることが要求されず、ある程度の幅が許容される。前記ある程度の幅は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。
走行状態判別ユニットＨｕは、例えば、独立したＥＣＵまたは車両全体の制御を行うＥＣＵの一部として設けても良い。

信号処理ユニット３は、前記走行状態判別手段５で定められた前記走行条件を充足する場合のみ、前記複数の回転センサ２で検出される回転速度から複数回転に渡る回転に同期した回転速度変動パターンを抽出する。

図２は、この回転検出装置の信号処理ユニットを拡大して示すブロック図である。信号処理ユニット３は、誤差補正部８と、基準速度パターン記憶部７と、回転変動パターン抽出部６とを有する。ところで、回転センサ２（図１）に用いられる磁気エンコーダ（図示せず）には、磁気エンコーダ由来の着磁誤差等に起因するセンサ固有の回転同期の信号成分が含まれる場合がある。そのため、初期状態の正常な状態の回転速度変動パターンを、基準の速度パターンとして基準速度パターン記憶部７に記憶しておく。誤差補正部８は、前述のセンサ固有の回転同期の信号成分を、基準速度パターン記憶部７に記憶した正常な状態の回転速度変動パターンに基づいて補正する。

回転変動パターン抽出部６は、誤差補正部８で補正された回転速度の変動、つまり１回転毎の回転速度変動パターンを抽出する。この回転変動パターン抽出部６による信号処理においては、ノイズ成分やセンサ誤差成分を抑制するために、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）やハイパスフィルタ（ＨＰＦ）からなるフィルタ６ｆによってフィルタ処理し、回転信号からタイヤの形状やトレッドパターン等に起因する回転速度変動成分を抽出する。

また、路面の凹凸等による影響を排除するために、十分な回転回数にわたる期間の回転信号を処理して、特定の回転速度変動パターンを抽出する。例えば、数回転にわたる車輪の回転信号から回転同期成分を平均化して検出する。抽出処理に平均化処理や積算処理を適用することで、効果的に車輪の回転に同期しないランダムな回転変動の影響が排除される。

上記平均化処理の具体例を図３，図４と共に説明する。以後、図１、図２も適宜参照しつつ説明する。この例は、回転センサ２が、例えば、リング状の磁気エンコーダ（図示せず）と、この磁気エンコーダの被検出部に対しギャップを介して対向する磁気センサ（図示せず）とを有し、前記磁気エンコーダが、被検出部であるＮ，Ｓの磁極を交互に有するセンサである場合に適用される。前記磁気エンコーダの代わりに検出歯車（図示せず）を用いた場合も、前記磁気エンコーダの場合と同様に適用される。

図３において、回転センサ２の出力を、タイヤ１回転を周期として、タイヤ複数回転分の、被検出部（磁極または検出歯車の個々の歯）の通過速度または通過所要時間を回転変動パターン抽出部６の平均化部６ａで平均して、タイヤ特性となる回転速度変動パターンを抽出部６ｂで得る。平均化部６ａにおいては、単純平均をとるだけでなく、過去の値よりも直前の値に重きを置いた加重平均をとれば、常に最新のタイヤ１ａの特性を得ることができ、タイヤ特性の経時変化に追従することができる。

例えば、図４（Ａ）に示すように、回転センサ２の出力が与えられた場合に、複数回転分の被検出部（磁極または検出歯車の個々の歯）の通過速度または通過所要時間の値を平均すると、図４（Ｂ）に示すタイヤ特性である回転速度変動パターンが得られる。なお、図４において縦軸は個々の被検出部の通過速度または通過所要時間、横軸は時刻（個々の被検出部に対応）またはパルスの位置である。

なお抽出部６ｂから抽出された回転速度変動パターンと、例えば、図示外の記憶部に設定された基準となる回転速度変動パターンとの差分を求め、この求めた差分から、車輪１のタイヤ１ａの異常状態を推定しその推定した異常情報を出力する。但し、この例に限定されるものではない。

ここで図５は、旋回状態等における四輪の回転速度のイメージを示す図である。四輪の回転速度判別を行う走行状態判別手段５は、各車輪１の回転速度Ｖ_Ｒが所定の範囲内（Ｖ_Ａ＜Ｖ_Ｒ＜Ｖ_Ｂ）にあるデータを抽出する。この例では、車両の旋回状態において、左側２輪つまり旋回外輪側の車輪の回転速度が回転速度Ｖ_Ｂよりも大きくなっている。このような車輪の回転速度が所定の範囲から外れた走行条件のデータは抽出されない。よって、車両の直進および旋回が混在していても、車両が直進状態で少なくとも１つの車輪が定められた回転速度範囲内にある走行条件のデータのみを抽出し得る。

図６〜図１１は、前記回転センサが設けられる車輪用軸受の各例を示す。この明細書において、車両の車幅方向中央側をインボード側と称し、車両の車幅方向外側をアウトボード側と称す。図６，図７に示す車輪用軸受３０は、第３世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用であり、複列の中央に回転センサ２を設けた例を示す。この車輪用軸受３０は、内周に複列の転走面３３を形成した外方部材３１と、これら各転走面３３に対向する転走面３４を形成した内方部材３２と、これら外方部材３１および内方部材３２の転走面３３，３４間に介在した複列の転動体３５とを備え、車体に対して車輪を回転自在に支持する。

この車輪用軸受３０は、複列外向きアンギュラ玉軸受型とされていて、転動体３５はボールからなり、各列毎に保持器３６で保持されている。内方部材３２は、ハブ輪３２ａと、このハブ輪３２ａのインボード側端の外周に嵌合した内輪３２ｂとを有し、各輪３２ａ、３２ｂの外周に前記転走面３４が設けられている。外方部材３１と内方部材３２の間の軸受空間の両端は、シール３７，３８によりそれぞれ密封されている。

この車輪用軸受３０において、内方部材３２の両転走面３４，３４間の外周に、回転センサ２の磁気エンコーダ２ａが設けられ、この磁気エンコーダ２ａに対面する磁気センサ２ｂが、外方部材３１に設けられた半径方向のセンサ取付孔４０内に設置されている。回転センサ２は、磁気エンコーダ２ａの外周面に磁気センサ２ｂが半径方向に対面するラジアルタイプの磁気式である。

図８，図９に示す車輪用軸受３０は、第３世代型の内輪回転タイプで、かつ駆動輪支持用であり、インボード側端に回転センサ２を設けた例を示す。この例では、回転センサ２には、いわゆるアキシアルタイプのものが用いられている。具体的にはインボード側端のシール３８における、内方部材３２の外周面に圧入固定されるスリンガが、センサ支持リングを兼ねている。磁気センサ２ｂは、リング状の金属ケース３９内に樹脂モールドされ、金属ケース３９を介して外方部材３１に固定される。その他の構成は、図６，７に示した例と同様である。

図１０，図１１に示す車輪用軸受３０は、第３世代型の内輪回転タイプで、かつ従動輪支持用であり、インボード側端に回転センサ２を設けた例を示す。この例では、外方部材３１のインボード側端部の端面開口がカバー２９で覆われており、このカバー２９に回転センサ２の磁気センサ２ｂが取付けられている。その他の構成および作用効果は図６，図７に示した例と同様である。

以上説明した回転検出装置によると、走行状態判別手段５は、複数の車輪１の回転速度が定められた走行条件を充足するか否かを判別する。信号処理ユニット３は、定められた前記走行条件を充足する場合のみ、回転速度変動パターンを抽出する。定められた前記走行条件を充足しない場合には、回転速度変動パターンを抽出しないため、従来の技術のように抽出対象データと誤判断することを未然に防止することができる。

走行状態判別手段５は、定められた前記走行条件を、車両が直進状態であり加減速状態でない走行条件とする。車両が直進状態でも加減速状態であると、各車輪１の接地状態が変化したり外乱が加わることに起因した回転速度のばらつきが発生し得る。そこで、定められた前記走行条件を、車両が直進状態であり加減速状態でない走行条件とすることで、各車輪１の接地状態が変化したり外乱が加わることに起因した回転速度のばらつきを抑制することができる。
なお、走行状態判別手段５は、複数の車輪１の情報が無くても走行条件を充足するか否かを判別可能である。すなわち走行状態判別手段５は、四輪のうち少なくとも何れか一つの車輪１の回転速度から走行条件を充足するか否かを判別し得る。

この発明の一実施形態ついて説明する。
以下の説明においては、先行する提案例で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している提案例と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。前記提案例または実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、前記提案例または実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図１２は、この発明の一実施形態に係る回転検出装置の構成を概略示すブロック図である。図１３は、同回転検出装置の信号処理ユニットを拡大して示すブロック図である。図１２，図１３に示すように、この例の走行状態判別手段５は、複数の車輪の回転速度から走行状態の種類を判別する。走行状態の種類として、例えば、直進状態、右旋回状態、左旋回状態、直進加速状態、および直進減速状態を含む。

走行状態判別手段５は、左右の車輪の回転速度差が閾値未満のとき車両が直進状態と判別する。走行状態判別手段５は、直進状態と判別した場合に、各回転センサ２で検出した回転速度を微分した角加速度の絶対値が増加するとき直進加速状態と判別し、各回転センサ２で検出した回転速度を微分した角加速度の絶対値が減少するとき直進減速状態と判別する。

走行状態判別手段５は、左右の車輪の回転速度差が閾値以上で、且つ、右車輪の回転速度よりも左車輪の回転速度が大きいとき右旋回状態と判別する。走行状態判別手段５は、左右の車輪の回転速度差が閾値以上で、且つ、左車輪の回転速度よりも右車輪の回転速度が大きいとき左旋回状態と判別する。

信号処理ユニット３は、判別された複数種の各走行状態の種類ごとに回転速度変動パターンを抽出する。具体的には、信号処理ユニット３は、直進用信号処理部３Ａ、右旋回用信号処理部３Ｂ、左旋回用信号処理部（図示略）、直進加速用信号処理部（図示略）、および直進減速用信号処理部（図示略）を有する。各信号処理部３Ａ，３Ｂ，…に、前述の誤差補正部８、基準速度パターン記憶部７、および回転変動パターン抽出部６が設けられる。

この構成によると、信号処理ユニット３は、判別されていない種類の走行状態の回転速度変動パターンを抽出しないため、抽出対象データと誤判断することを未然に防止できるうえ、演算処理負荷の低減を図ることができる。
また各信号処理部３Ａ，３Ｂ，…が、各走行状態の種類毎に回転速度変動パターンを抽出することで、走行状態に応じた抽出パターンが得られ、特定の条件で発生し易い回転変動が選択的に抽出される。例えば、車両の駆動トルクがオンのときには駆動系の異常が検知されやすくなる等、特定の現象に対する感度が向上する。

２個の回転センサにより、左右前輪または左右後輪のいずれか一方の回転速度のみを検出するようにしても良い。
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…車輪
２…回転センサ
３…信号処理ユニット
５…走行状態判別手段

Claims (2)

1. 車両における複数の車輪の回転速度をそれぞれ検出する複数の回転センサと、
   前記複数の車輪の回転速度から走行状態の種類を判別する走行状態判別手段と、
   前記走行状態判別手段で判別された複数種の各走行状態の種類ごとに、前記複数の回転センサで検出される回転速度から複数回転に渡る回転に同期した回転速度変動パターンを抽出する信号処理ユニットと、
   を備えたことを特徴とする回転検出装置。
2. 請求項１記載の回転検出装置において、前記走行状態判別手段で判別される前記走行状態の種類として、直進状態、右旋回状態、左旋回状態、直進加速状態、および直進減速状態を含む回転検出装置。

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