JP7178439B2 - プレビュー路面検出装置 - Google Patents

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Description

本発明は、アクティブサスペンションのためのプレビュー路面検出装置に関する。
自動車等の車輌のアクティブサスペンションのひとつとして、前方の路面変位を光学式センサで検知する路面検出手段と、車速を検知する車速検出手段と、前輪に対応する部位にて車体に取り付けられ車体の上下加速度を検知する上下加速度検出手段と、路面変位の情報と上下加速度の情報を時系列に記憶する記憶手段とを有し、路面変位の検出が異常である旨の判定が行われたときには、ホイールベース及び車速に基き車輌がホイールベースの距離だけ走行した際の車体の後輪に対応する部位の上下加速度が記憶手段に記憶された上下加速度より推定され、その推定された上下加速度に応じて後輪のアクチュエータが予見制御されるアクティブサスペンションが知られている（特許文献１を参照）。
特開平５－９６９２２号公報
特許文献１の技術では、車両の旋回時などでタイヤが変形する場合については、考慮されていないため、乗り心地が悪くなる恐れがある。
本発明は、上記の問題を解決し、車両の旋回時などでタイヤが変形している場合でも、プレビュー路面検出装置で検出した路面変位に基づいてアクティブサスペンションが予見制御されるようにすることを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明のプレビュー路面検出装置は、車体部材に設けられ、車輪の路面接地幅の中央部を含み接地部分に対応する車両前方の路面の複数の測定点との距離を検出する距離センサと、前記距離センサの検出値に基づいて前記車体部材から前記測定点までの路面距離を算出する距離算出部と、を備え、前記距離算出部は、前記距離センサで検出した複数の車輪前方の距離のそれぞれに重みを付け、車両が直進中の場合には、中央部の距離の重みを大きくし、車両が右旋回中の場合には、左側の距離の重みを大きくし、車両が左旋回中の場合には、右側の距離の重みを大きくして、加重平均値を路面距離として算出するようにし、前記路面距離と前記距離センサで距離を検出した際の前記車体部材の車高とから算出した車両前方の路面変位を路面状態として検出するようにした。
本発明のプレビュー路面検出装置によれば、車両の旋回時などでタイヤが変形している場合でも、精度よく路面変位を検出できるので、アクティブサスペンションの予見制御が行うことができ、乗り心地が向上する。
車両のサスペンションシステムの概要を説明する図である。 距離センサの取付構造を示す側面図である。 距離センサの構成を説明する。 距離センサの他の構成を説明する。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、実施形態のプレビュー路面検出装置１が適用される車両のサスペンションシステムの概要を説明する図である。
サスペンションシステムでは、スカイフック理論等に基づいて、サスペンション制御部５が、車体部材３の姿勢が安定するようにアクティブサスペンションＤを制御する。この際、プレビュー制御部４が、プレビュー路面検出装置１で検出した車両前方の路面変位を予見情報として取得し、アクティブサスペンションＤの応答遅れを補償することで、乗り心地の向上を図っている。
詳しくは、車体を形成する車体部材３の下側に、車輪Ｗ（左、右の前輪）が設けられ、アクティブサスペンションＤと車輪Ｗのタイヤ（不図示）が、路面Ｒの凹凸を吸収する。サスペンション制御部５は、車輪ＷのタイヤをばねＷ１とダンパＷ２とが並列接続した振動モデルとして制御する。
アクティブサスペンションＤは、懸架ばねＤ１と、油圧アクチュエータを用いて減衰力を制御するか、または、電磁力により減衰力および推力を制御する可変ダンパＤ２とが並列に構成され、車体部材３と車輪Ｗとの間に介装している。
サスペンション制御部５は、可変ダンパＤ２を制御対象として制御を行う。
プレビュー路面検出装置１は、車体部材３に設置され、超音波、レーザ光またはミリ波レーダにより路面Ｒの複数の計測点との距離を計測する距離センサ１１と、距離センサ１１の計測値に基づいて、車輪Ｗの前方の路面変位を算出する距離算出部１２と、を備える。
より詳細には、プレビュー路面検出装置１は距離算出部１２の検出値から計測時の車高（車体部材３の路面距離）を減じて、車輪Ｗの前方の路面変位を算出する。この際の計測時の車高は、サスペンション制御部５が制御変数として算出している値を参照する。
プレビュー制御部４は、路面変位の計測時の車速と、距離センサ１１の取付位置から求まる、タイヤの接地点から路面変位の計測点までの車両の進行方向の距離とから、路面変位の計測点を走行（通過）するまでの所要時間を求める。
プレビュー路面検出装置１とプレビュー制御部４とは、周期的に処理を行うことで、路面変位の予見情報、つまり、所定時間後に通過する車輪Ｗの前方の路面状態（凹凸）を検出する。
サスペンション制御部５は、路面変位の予見情報に基づいてアクティブサスペンションＤを制御するので、乗り心地を向上できる。
次に、プレビュー路面検出装置１の取付構造を説明する。
実施形態のプレビュー路面検出装置１では、距離センサ１１が車体部材３に設置され、距離算出部１２が、車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）に実装される。以下では、距離センサ１１の取付について説明する。
以下の距離センサ１１の取付構造は、説明の便宜上、簡略化して図示しているものであり、本実施形態に限定されるものではない。なお、車両の進行方向を「前」、後退方向を「後」、鉛直上方側を「上」、鉛直下方側を「下」、車幅方向を「左」、「右」として説明する。また、車両用センサの取付構造は、左右対称であるため、以下では左右のうちの一方側（左側）を主に説明して、他方側（右側）の説明を適宜省略する。
図２は、距離センサ１１の取付構造を示す側面図である。なお、図２では、車両Ｖの外形を二点鎖線で示している。
図２に示すように、距離センサ１１は、車体を形成する車体部材３に固定して構成されている。
車両Ｖは、車体部材３と、車両Ｖの外側部位（外郭）を形成する外装部材２と、路面状態を検出する距離センサ１１と、を主に備えて構成されている。このように車両Ｖは、車体部材３と、外装部材２と、距離センサ１１と、を備えた自動車であれば、その形式・種類は特に限定されない。つまり、車両Ｖは、乗用車、バス、トラック、作業車等である。
車体部材３は、外装部材２を支持するものであり、フロントサイドフレーム３１（フレーム部材）、アッパメンバ３２（フレーム部材）、バンパビームエクステンション３３、バンパビーム３４（フレーム部材）などを備えて構成されている。
外装部材２は、エンジンフード２１と、フロントバンパ２２（バンパ）と、フロントフェンダ２３と、を備えて構成されている。エンジンフード２１は、フロントガラスの前方の上面を覆うパネル部材である。フロントバンパ２２は、車両Ｖの前面側に位置し、例えば合成樹脂製のパネル部材によって構成されている。また、フロントバンパ２２は、エアインテークなどが設けられた前面部２２ａと、前面部２２ａの下端から後方に向けて延びる底面部２２ｂと、を有している。フロントフェンダ２３は、車輪Ｗ（左前輪）の周囲を覆うパネル部材である。
距離センサ１１は、車両Ｖの前方の路面Ｒの状態（路面状態）を検出して、車両ＶのアクティブサスペンションＤを制御するセンサであり、車輪Ｗの前方に位置するアッパメンバ３２に固定されている。
詳しくは、距離センサ１１は、アッパメンバ３２の車幅方向外側の側面に取り付けられている。また、距離センサ１１は、アッパメンバ３２の前後方向の前端部に位置している。
本実施形態における距離センサ１１は、太い実線矢印で示すように、車輪Ｗの直前の路面Ｒとの路面距離を検出するように構成されている。また、距離センサ１１は、レーダ式、カメラ式、レーザ式などのセンサから適宜選択することができる。また、距離センサ１１としては、単一のセンサに限定されるものではなく、カメラ式とレーザ式など複数の方式のセンサを組み合わせて構成してもよい。
次に、図３により、プレビュー路面検出装置１の距離センサ１１の構成を説明する。
実施形態の距離センサ１１は、３つの三角測量原理や発光した赤外光の反射光強度を距離に換算する方式やレーザ光の飛行時間を距離換算する方式等の赤外線方式の距離センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃから構成する。
図３は、車輪Ｗを車両の前方から見た際の、距離センサ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）が距離を検出する様子を示している。
車輪Ｗは、路面Ｒのタイヤの路面接地面に接地している。そして、図１に示したように、距離センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、車輪Ｗの路面接地幅の中央部、または路面接地幅の内側の所定幅に対応する車両前方における計測面の測定点（図の矢印先端）の距離を検出する。距離センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃがこの測定点の距離を検出することで、コーナリング等のステア角操作により車輪Ｗに加わる荷重が変化してタイヤが変形し、路面接地幅が変わる場合でも、プレビュー路面検出装置１は路面変位を算出できる。つまり、プレビュー路面検出装置１は、タイヤが潰れるかまたは浮いた状態になる、タイヤの路面接地幅の端部に対応する位置を測定点にしないようにする。より詳細には、測定点の位置は、乗員が搭乗していない状態で平らな路面に車両を置いた際の、車輪Ｗの路面接地幅の中央部、または路面接地幅の内側の所定幅に対応する車両前方とすることが望ましい。
プレビュー路面検出装置１の距離算出部１２（図１参照）は、距離センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃで検出した距離の平均値を求めて、路面距離とする。図３では、３つの距離センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを示し、３つの計測点までの距離の平均値を路面距離とする場合を説明したが、少なくとも２つの計測点までの距離を検出するようにする。これにより、路面変位の検出精度を向上することができる。
上記では、距離センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが、車輪Ｗに加わる荷重が変化してもタイヤが接地する路面接地幅の中央部、または路面接地幅の内側の所定幅に対応する車両前方の測定点の路面距離を求める場合について説明した。つぎに、図４により、距離算出部１２で、車輪Ｗに加わる荷重変化（路面接地幅の変化）に応じて、車両前方の測定点の路面距離を求める場合について説明する。
図４は、車輪Ｗを車両の前方から見た際の、距離センサ１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ）により路面距離を検出する様子を示している。図４では、距離センサ１１が、車輪Ｗに加わる荷重が変化した際に路面接地する接地部分に対応する車両前方の測定点の距離を検出できるように距離センサ１１ｄ、１１ｅを追加している。
プレビュー路面検出装置１では、距離センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅで計測した距離をＸａ、Ｘｂ、Ｘｃ、Ｘｄ、Ｘｅとし、距離センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅの距離の重みをwa、wb、wc、wd、weにした際に、距離算出部１２は、（wa×Ｘａ＋wb×Ｘｂ＋wc×Ｘｃ＋wd×Ｘｄ＋we×Ｘｅ）／（wa＋wb＋wc＋wd＋we）を算出して路面距離とする。つまり、距離算出部１２は、距離センサ１１で検出した距離の加重平均値を路面距離とする。
そして、距離算出部１２は、車両が直進中の場合には、路面接地幅の中央部に対応する距離センサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの重みwa、wb、wcを大きくし、距離センサ１１ｄ、１１ｅの重みwd、weを小さくして距離の加重平均値を算出する。例えば、重みwa、wb、wcを１にし、重みwd、weを０にして距離の加重平均値を算出し、路面距離とする。
また、距離算出部１２は、車両が左旋回中の場合には、路面接地幅の右側（車両進行方向に向かって右側）に対応する距離センサ１１ｄ、１１ａ、１１ｂの重みwd、wa、wbを大きくし、距離センサ１１ｃ、１１ｅの重みwc、weを小さくして距離の加重平均値を算出する。例えば、重みwd、wa、wbを１にし、重みwc、weを０にして距離の加重平均値を算出し、路面距離とする。
さらに、距離算出部１２は、車両が右旋回中の場合には、路面接地幅の左側（車両進行方向に向かって左側）に対応する距離センサ１１ｂ、１１ｃ、１１ｅの重みwb、wc、weを大きくし、距離センサ１１ｄ、１１ａの重みwd、waを小さくして距離の加重平均値を算出する。例えば、重みwb、wc、weを１にし、重みwd、waを０にして距離の加重平均値を算出し、路面距離とする。
つまり、プレビュー路面検出装置１は、距離センサ１１で検出した複数の車輪前方の距離それぞれに重みを付けて加重平均値を路面距離として算出するようにし、車両の旋回に応じて、旋回外周側が大きな重みの配置になるようにする。
なお、左旋回中でも右旋回中でも、旋回中は、車両の旋回外輪と旋回内輪とを比較すると、車両の旋回外輪の方が遠心力が大きく作用する（加わる荷重が大きくなる）。このため、旋回中は、車両の旋回内輪よりも旋回外輪のタイヤの方が潰れが大きくなる。
また、１本のタイヤについて、左旋回でも右旋回でも、旋回中は、タイヤの旋回外周側と旋回内周側とを比較すると、旋回外周側の方が遠心力が大きく作用する（加わる荷重が大きくなる）。このため、同じ１本のタイヤ内でも旋回外周側に位置する部分の方が潰れが大きくなる。
上記によれば、車輪Ｗの路面接地幅の変化に応じて車両前方の測定点を変えての路面距離を求めているので、路面変位の検出精度を向上することができる。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
１ プレビュー路面検出装置
１１ 距離センサ
１２ 距離算出部
２ 外装部材
３ 車体部材
Ｄ アクティブサスペンション
Ｄ１ 懸架ばね
Ｄ２ 可変ダンパ
Ｗ 車輪
Ｗ１ ばね
Ｗ２ ダンパ
４ プレビュー制御部
５ サスペンション制御部

Claims (1)

  1. プレビュー路面検出装置であって、
    車体部材に設けられ、車輪の路面接地幅の中央部を含み接地部分に対応する車両前方の路面の複数の測定点との距離を検出する距離センサと、
    前記距離センサの検出値に基づいて前記車体部材から前記測定点までの路面距離を算出する距離算出部と、を備え、
    前記距離算出部は、
    前記距離センサで検出した複数の車輪前方の距離のそれぞれに重みを付け、
    車両が直進中の場合には、中央部の距離の重みを大きくし、
    車両が右旋回中の場合には、左側の距離の重みを大きくし、
    車両が左旋回中の場合には、右側の距離の重みを大きくして、
    加重平均値を路面距離として算出するようにし、
    前記路面距離と前記距離センサで距離を検出した際の前記車体部材の車高とから算出した車両前方の路面変位を路面状態として検出することを特徴とするプレビュー路面検出装置。
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