移动体的运动控制用传感器系统及其设置方法

专利名称：移动体的运动控制用传感器系统及其设置方法
技术领域：
本发明涉及汽车车辆或铁道车辆等具有吊架(悬架装置)的移动体的运动控制用 传感器系统及移动体的运动控制用传感器系统的设置方法。
背景技术：
为了提高车辆的制动驱动性能和操纵稳定性，开发出测定车辆的运动，按照测定 结果控制车辆的制动驱动或各车轮的操纵的系统。例如，一般普及着利用检测车辆的各车轮的转速的车轮速度传感器，抑制各车轮 的锁定或滑移的防抱死制动系统(ABS)或牵引力控制系统(TCS)。作为表示现有的运动控制系统的结构的现有例，图18、图19表示安装有车轮速度 传感器的运动控制系统。图18是表示作为汽车的吊架一般所使用的支撑式吊架的车轮附 近的图，从后侧观察在车辆为前轮驱动式场合的右侧前轮的后视图。另外，图19是表示图 18的运动控制系统的一部分的局部俯视图。轮胎101为了增加直行时或拐弯时的稳定性，一般相对于车体上下方向的轴倾斜 外倾角(约1度)的量，通过车轮(未图示)与轮毂102的旋转部连接。轮毂102的旋转 部与传递来自发动机的旋转的驱动轴103连接。轮毂102的固定部用转向节104视为刚体地被支撑(刚性连结)。另外，转向节 104在其上部侧与吸振器105的下部侧刚性连结，即通过该吸振器105与车身(在图18中 以与发动机室的分界壁106表示)连接。在吸振器105的上部侧安装弹簧107，利用由吸振器105得到的减振功能和由弹 簧107得到的弹性功能会缓和相对路面的凹凸或拐弯时车身的横摇或纵摇的上下动。艮口， 吸振器105通过沿其中心轴在大概上下方向动作，起到缓和因收敛弹簧107的特性引起的 余振现象(周期振动)的作用。如图19所示，在转向节104的下部利用旋转自如的球关节109连接下臂108。下 臂108通过用于干涉下臂108动作的橡胶套筒(未图示)与车身侧部件110连接。另外， 在转向节104上连接有转向横拉杆111用于改变车轮方向(转向)，若转向横拉杆111左右 运动，则转向节104以球关节109为支点沿图19所示的记载为旋转动作的箭头方向旋转。 由此，改变车辆的车轮方向，可进行车辆的拐弯。然而，在车身侧的部件(与发动机室的分界壁106、车身侧部件110等)与轮胎 101侧之间如上所述，具有如弹簧107、吸振器105、转向节104、轮毂102、制动转子112、驱 动轴103、转向横拉杆111等那样的各种部件。在本申请发明中，在从车身侧至轮胎的过程 中，将比弹簧107位于下方的区域作为“弹簧下方”，将容纳于该区域内的部件为“弹簧下方 部件”。但是，在仅有部分进入“弹簧下方”区域的部件的场合，仅将容纳于该区域的部分作 为“弹簧下方部件”。即，在吸振器105的场合，对于比弹簧107靠下的部分作为“弹簧下方 部件”。同样，将比弹簧107位于上方的区域作为“弹簧上方”。为了检测车轮(轮胎101+车轮(未图示)+轮毂102)的转速，例如在与车轮一体地旋转的轮毂102的旋转体外周设有将磁铁的S极和N极交替设置多对的磁编码器，在轮 毂102的不旋转的部分安装磁传感器(车轮速度传感器)，根据磁传感器的输出变化速度求 出车轮的转速。与构成车轮速度传感器的传感头113连接的电缆114，通过弹簧下方，即经由吸振 器105的下部或设于与发动机室的分界壁106的三个部位左右的固定部(在固定部中设置 于与发动机室的分界壁106的部分属于弹簧上方)与发动机室内的车轮速度传感器用信号 处理电路(未图示)连接。另外，由于该电缆114摆动，所以使之松弛地布线以免施加过度 的张力。如图18所示，设置传感头113的轮毂102配置在接近构成车辆所具备的盘形制动 器(未图示)的制动转子112的位置。该制动转子112在车辆制动时被加热至几百摄氏 度。在继续行驶时，利用伴随行驶的冷却效果虽然能抑制发热或向周围的热传递，但若在刚 刚制动之后停止，则由于充满热量而产生设有传感头113的设置部附近的温度上升。因此， 传感头113的使用温度上限需要考虑到150°C左右的高温。即使车辆所具备的制动器不是盘形制动器而是圆筒式制动器的场合，在与设有传 感头113的轮毂102温度变高的鼓相近的这一方面，与使用盘式制动器的情况同样。另一方面，作为用于抑制在弯处的操纵失灵或过度转向实现稳定的行驶的系统， 开发出用于测定车辆的横向加速度或水平面内角速度(偏航率)的一个加速度传感器或一 个角速度传感器的任意一个，或者使用两方的系统，例如防止侧滑系统(ESC)等的运动控 制用系统(例如，ESC普及委员会的HP ；非专利文献1)。该系统是伴随车辆的运动而产生来自路面的反作用力，由于车辆产生横向加速度 或水平面内角速度所以用于检测这些值的系统。可是，检测横向加速度的横向加速度传感器或检测水平面内角速度的偏航率传感 器等的传感器，一般地设置在车辆的弹簧上方即车身的重心位置附近。因此，来自路面的反 作用力通过构成车辆的弹簧下方的弹簧下方部件即轮胎及吊架，传递给设置于车辆的弹簧 上方的传感器。因而，产生在来自路面的反作用力通过该弹簧下方部件传递期间所检测出 的信息的延迟，存在不能进行准确的控制的问题。为了避免这个问题，认为将检测横向加速度的横向加速度传感器或检测水平面内 角速度的偏航率传感器等的传感器设置在车辆的弹簧下方，可尽量减小检测出的信息的延 迟。作为在车辆的弹簧下方设置传感器的例子，例如专利文献1记载有将用于检测车 辆的上下方向的加速度的加速度传感器设置在弹簧上方和弹簧下方的双方的车辆用路面 判定装置。在该装置中，弹簧下方的加速度传感器安装在车轮附近的转向节下部。专利文献2中记载有将加速度传感器设置在车轮的滚动轴承单元(轮毂)的静止 部件的方法。在该方法中，使用检测车辆的前后方向(X轴)、左右方向(y轴)、上下方向 (ζ轴)的三轴方向加速度的加速度传感器，检测车辆的前后方向、左右方向、上下方向的运 动。另外，专利文献3中记载有在车辆所具备的滚动轴承单元(轮毂)组装传感器的 带有传感器的滚动轴承装置。专利文献1 日本特开2005-170242号公报。
专利文献2 日本特开2008-14327号公报。专利文献3 日本特开2007-271005号公报。非专利文献 1 :http://www. esc-jpromo-activesafety. com/about, html。认为在专利文献1所记载的车辆用路面判定装置中，安装有弹簧下方的加速度 传感器的转向节、以及在专利文献2中设置加速度传感器、在专利文献3中组装传感器的滚 动轴承单元即轮毂均与车辆所具备的车轮一体地刚性连结。这里，车辆所具备的车轮通常相对于车辆上下方向的轴在左右方向具有角度即外 倾角地设于车辆。该外倾角因旋转等的车辆运动而有士 10度左右的变化。此时，与车轮一 体地刚性连结的转向节或设于轮毂的传感器安装部、以及传感器的检测轴也伴随外倾角的 变化也会相对于车辆上下方向的轴在左右方向变化士 10度。这里，以传感器为加速度传感器进行讨论，基于以静止状态的车辆为基准的坐标 安装的加速度传感器的检测轴因旋转等的车辆运动时的外倾角的变化而左右变化，若从以 上述静止状态的车辆为基准的坐标偏离，则担心检测对象轴以外的轴向的加速度成分混入 到用加速度传感器检测出的加速度。检测对象轴以外的轴向的加速度成分的混入导致检测 对象轴的加速度成分的减少，引起检测对象轴中的加速度的检测精度降低的问题。另外，与车轮一体地刚性连结的转向节或轮毂为弹簧下方部件，如图18所示与吸 振器连接。吸振器通常如图20所示，具有前后方向倾斜角度即主销后倾角地配置。因此， 也会由于伴随车辆运动的吸振器的主销后倾角变化而产生以静止状态的车辆为基准的坐 标和加速度检测轴的偏离。而且，也会由于车身其本身的横向或前后方向的倾斜而使弹簧下方部件相对车身 的倾斜变化，产生以静止状态的车辆为基准的坐标和加速度检测轴的偏离。这样，为了防止车辆等移动体的运动控制用系统所使用的传感器对来自路面的反 作用力的检测信息的延迟，若将在该系统所使用的传感器，特别是加速度传感器设于转向 节或轮毂等的弹簧下方部件，则伴随车辆的运动，传感器的检测轴从作为基准的车辆的坐 标偏离，产生传感器的检测轴方向的检测精度降低的问题。为了实现移动体的运动控制用系统进行的准确的控制，需要防止在该系统所使用 的加速度传感器等的传感器对来自路面的反作用力的检测信息的延迟以及较高地保持传 感器的检测轴方向的检测精度。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种通过在车辆等移动体的弹簧下方设置加速度传感 器等的传感器来防止针对来自路面的反作用力的检测信息的延迟，并且抑制伴随车辆运动 的传感器检测轴相对作为静止状态的车辆基准的坐标轴的偏离，能够较高地保持传感器的 检测轴方向的检测精度的移动体的运动控制用传感器系统及移动体的运动控制用传感器 系统的设置方法。为了实现上述目的，本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，在车辆等 移动体上使用，其特征在于，具备单轴物理量传感器，所述单轴物理量传感器具有单轴检测轴，所述单轴物理量传感器安装于所述移动体所具备的悬架装置的弹簧下方，
所述单轴物理量传感器的检测轴与所述悬架装置所具备的振动缓冲部件的工作 轴大致平行。为了实现上述目的，本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，在车辆等 移动体上使用，其特征在于，具备多轴物理量传感器，所述多轴物理量传感器具有相互以直角相交的多个检测 轴，所述多轴物理量传感器安装于所述移动体所具备的悬架装置的弹簧下方，所述多轴物理量传感器的一个检测轴与所述悬架装置所具备的振动缓冲部件的 工作轴大致平行，所述多轴物理量传感器的其他检测轴的方向是与所述悬架装置所具备的振动缓 冲部件的工作轴以大致直角相交的方向。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述物理量传感 器安装于所述振动缓冲部件的弹簧下方。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述物理量传感 器固定保持在所述振动缓冲部件的前端部。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述物理量传感 器以所述检测轴与所述移动体的操作轴相交的方式设于所述振动缓冲部件上。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，多个所述物理量 传感器设于所述移动体上，一个所述物理量传感器所具备的电缆在设于所述振动缓冲部件 的保持部被保持，其他的物理量传感器在所述保持部被固定保持。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，多个所述物理量 传感器设于所述移动体上，用连续的电缆连接所述多个物理量传感器。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述移动体为车 辆，将用于检测所述车辆所具备的车轮的转速的车轮速度传感器安装于所述车轮上，所述 车轮速度传感器所具备的电缆在设于所述振动缓冲部件的保持部被保持，所述物理量传感 器在所述保持部被固定保持。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述车轮速度传 感器和所述物理量传感器用连续的电缆连接。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述物理量传感 器为加速度传感器。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于所述物理量传感 器为载荷传感器。为了实现上述目的，本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统的设置方 法，该移动体的运动控制用传感器系统在车辆等移动体上使用，该设置方法的特征在于，将具有单轴检测轴的单轴物理量传感器安装于所述移动体所具备的悬架装置的 弹簧下方，使所述单轴物理量传感器的检测轴与所述悬架装置所具备的振动缓冲部件的工 作轴大致平行。为了实现上述目的，本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，该移动体的运动控制用传感器系统在车辆等移动体上使用，该设置方法的特征在于，将具有相互以直角相交的多个检测轴的多轴物理量传感器安装于所述移动体所 具备的悬架装置的弹簧下方，使所述多轴物理量传感器的一个检测轴与所述悬架装置所具备的振动缓冲部件 的工作轴大致平行，使所述多轴物理量传感器的其他检测轴的方向是与所述悬架装置所具备的振动 缓冲部件的工作轴以大致直角相交的方向。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征在于，将所 述物理量传感器安装于所述振动缓冲部件的弹簧下方。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征在于，将所 述物理量传感器固定保持于所述振动缓冲部件的前端部。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征在于，将所 述物理量传感器以所述检测轴与所述移动体的操作轴相交的方式设于所述振动缓冲部件。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征在于，将多个 所述物理量传感器设于所述移动体，在设于所述振动缓冲部件的保持部保持设于所述移动体 的一个所述物理量传感器所具备的电缆，并且在所述保持部固定保持其他的物理量传感器。本发明提供一种移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征在于，所述 移动体为车辆，将用于检测所述车辆所具备的车轮的转速的车轮速度传感器安装于所述车 轮，在设于所述振动缓冲部件的保持部保持所述车轮速度传感器所具备的电缆，并且在所 述保持部固定保持所述物理量传感器。对发明效果进行说明。根据本发明，能够得到一种通过在构成车辆等移动体的悬架装置的振动缓冲部件 设置加速度传感器等的传感器，从而防止对于来自路面的反作用力的检测信息的延迟，并 且抑制伴随车辆运动的传感器检测轴相对于作为静止状态的车辆基准的坐标轴的偏离，能 够较高保持传感器的检测轴方向的检测精度的移动体的运动控制用传感器系统及移动体 的运动控制用传感器系统的设置方法。根据在本发明所得到的移动体的运动控制用传感器系统及移动体的运动控制用 传感器系统的设置方法，能够抑制伴随车辆运动的外倾角变化、主销后倾角变化、车辆本身 的横向或前后方向的倾斜变化引起的加速度传感器等的传感器检测轴相对作为静止状态 的车辆基准的坐标轴的偏离。其结果，可以抑制传感器检测轴以外的轴向的加速度成分的 混入程度，可以提高传感器检测轴方向的检测精度。而且，在上述安装方法中，由于加速度传感器等的传感器安装在车辆等的移动体 的弹簧下方，所以能够防止对于来自路面的反作用力的检测信息的延迟。因而，利用与上述 传感器检测轴方向的高精度的传感器输出的配合效果，能够高精度地进行汽车运动控制。


图1是表示本发明的第一实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的 图，是前轮驱动车的右侧前轮的后视图。图2是表示本发明的第一实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的俯视图。图3是表示本发明的第一实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的 侧视图。图4是表示本发明的坐标的定义的图。图5是表示物理量传感器即加速度传感器的输出的解析例的图。图6是表示物理量传感器即加速度传感器的输出的解析例的图。图7是表示本发明的原理的图，是关于物理量传感器即加速度传感器检测轴的检 测轴的影响的说明图。图8是表示本发明的第二实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的 图。图9是表示本发明的第三实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的 图，是前轮驱动车的右侧前轮的后视图。图10是表示本发明的第三实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的 俯视图。图11是表示本发明的第四实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的 图。图12是表示本发明的第五实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的 图。图13是表示本发明的第六实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的 图。图14是表示本发明的第七实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的结构的 图。图15是表示本发明的第七实施方式的移动体的运动控制用传感器系统的变形例 的图。图16是表示本发明的移动体的运动控制用传感器系统的其他实施方式的的图。图17是表示本发明的移动体的运动控制用传感器系统的其他实施方式的的图。图18是表示现有的运动控制系统的结构的图，是前轮驱动式车辆的右侧前轮的 后视图。图19是表示现有的运动控制系统的结构的图，是图18的局部俯视图。图20是表示现有的移动体的结构的图，是吸振器部的侧视图。图中101-轮胎；102-轮毂；103-驱动轴；104-转向节；105-吸振器；106-分界壁； 107-弹簧；108-下臂；109-球关节；110-车身侧部件；111-转向横拉杆；112-制动器转子； 113-车轮速度传感头；114-电缆；121、121a-加速度传感头；122-第二加速度传感头；125、 125a、125b、126-加速度传感头电缆；131、131a_车轮速度传感头；132、132a_车轮速度传感 头电缆；133-车轮速度传感头电缆固定部。
具体实施例方式以下，根据

本发明的实施方式。
第一实施方式根据图1、2、3说明本发明的第一实施方式。图1所示的移动体的运动控制用传感 器系统是在作为现有例的图18所示的前轮驱动汽车的右侧前轮安装加速度传感器场合的 结构。图1所示的前后、左右、上下的箭头是以车身为基准确定的方向。以下，在本发明 的其他实施方式的说明中也同样地定义前后、左右、上下。在本实施方式中，内置有物理量传感器即加速度传感器的加速度传感头121安装 在作为振动缓冲部件的吸振器105的弹簧下方。吸振器105与弹簧107 —起构成车辆的悬 架装置。在本实施方式中，加速度传感器使用由加速度引起的砝码的移动的电极间的静电 电容变化方式。可是，作为加速度传感器，除此之外，还可以使用利用支撑锤的梁的应变变 化进行检测的部件、应用了静电电容型半导体式、可动选通晶体管式、硅的结晶各向异性腐 蚀的部件等。加速度传感头121用零件等牢牢地安装于吸振器105的弹簧下方(弹簧107的下 方)。与加速度传感头121连接的加速度传感头电缆125在吸振器105的下部被固定，保 持松弛地在发动机室分界壁106被固定，与未图示的发动机室内的加速度信号处理电路连 接。两处的电缆固定部成为与车轮速度传感器的电缆相同的部位。在本实施方式中，在加速度传感头121内装有三个具有单轴检测轴的单轴物理量 传感器即加速度传感器。这三个加速度传感器改变检测轴的方向地内装于加速度传感头 121以便分别检测χ轴方向、y轴方向、ζ轴方向。这里，在图1、图2、图3分别表示如下将 加速度传感头121的χ轴方向的检测轴作为xs轴、将y轴方向的检测轴作为ys轴、将ζ轴 方向的检测轴为zs轴。内装于加速度传感头121的三个单轴加速度传感器以加速度传感头121的xs轴、 ys轴、zs轴分别满足以下条件的方式安装于吸振器105。S卩、如图1、图3所示，加速度传感头121的zs轴成为与吸振器105的工作轴平行， 作为在产生向上的加速度时输出正极性信号的方向。如图2、图3所示，加速度传感头121的xs轴成为与车身的前后方向平行，在产生 前方向的加速度时输出正极性信号。如图1、图2所示，加速度传感头121的ys轴成为与车身的左右方向平行，在产生 向左的加速度时输出正极性信号。以上，根据车辆的右侧前轮说明了本发明的第一实施方式，但在将加速度传感头 121安装于车辆的其他车轮上的场合可以用与上述说明相同的方法安装。即、虽然吸振器 105的工作轴对于每个车辆不同，但对于每个车轮不同的吸振器105的工作轴只要与各加 速度传感器的zs轴成为平行地安装即可。以下，根据本发明的第一实施方式说明本发明的原理。(本发明的原理)图4表示本发明所采用的坐标的定义。如图4所示，在本发明中作为坐标以车辆 的弹簧上方即车体为基准，前后方向为X轴、左右方向为y轴、上下方向为Z轴。就各轴的 方向而言，车身的前方向为χ轴的正向，左方向为y轴的正向，上方向为ζ轴的正向。
在说明本发明的原理之前，作为比较对象以下表示在加速度传感头121的检测轴 的检测方向与以车身为基准的X轴方向、y轴方向、Z轴方向重叠的场合，在外倾角因旋转等 的车辆运动而变化的范围解析检测出的加速度如何变化的结果。在作为移动体假定轿车的场合，认为作用于车身的加速度的最大值在前后方向(χ
轴方向)为约40m/s2、左右方向为(y轴方向)约15m/s2、上下方向(ζ轴方向)为约40m/
s2图5表示在产生车身的χ轴方向、y轴方向、ζ轴方向各自假定的最大加速度时评 价在外倾角因旋转等的车辆运动而变化的范围即士 10度的范围的加速度传感器输出的结 果。加速度传感器的XS轴方向输出与外倾角无关地输入的加速度40m/s2，但ys轴方向为 8 22m/s2较大地变化，zs轴方向为37 42m/s2也变化。接着，图6表示在车身的χ轴方向、ζ轴方向产生最大加速度即40m/s2，y轴方向 的加速度为0时的结果。在图6中，输入y轴方向的加速度为0，与此相对，输出的ys轴方 向加速度为士7m/s2，是车身的y轴方向假想的最大加速度即15m/s2的约47%的加速度。上述解析结果可以根据以下叙述的本发明的原理进行说明。作为表示本发明原理的图，图7表示关于物理量传感器即加速度传感器的检测轴 的影响的说明图。在图7中，x、y、z分别表示以车身作为基准的χ轴、y轴、ζ轴。另外，xs、 ys、zs分别表示作为加速度传感器的检测轴的xs轴、ys轴、zs轴。在本发明的原理的说明中，在物理量传感器即加速度传感器的检测轴与以车身为 基准而定义的x-y-z坐标不同的场合讨论时，定义以下的物理量。Gz 施加于车辆的ζ轴方向(上下方向)加速度。θ 在加速度传感器安装部坐标的y-ζ平面(垂直方向)上旋转的角度S卩，在本讨论中，加速度传感器的检测轴ys轴和zs轴如图7所示，相对于以车身 为基准的y-ζ坐标，原点相同而仅旋转角度θ。因而，在对车轮施加ζ轴方向的加速度Gz时，在加速度传感器中如图7所示，在ZS 轴检测出Gzz的加速度，在ys轴检测出Gyz的加速度。这里，Gzz与Gyz如下定义。Gzz = GzXcos θ ... (1)式Gyz = GzXsin θ ... (2)式S卩、所谓Gzz是基于施加在车轮上的ζ轴方向的加速度Gz由加速度传感器在zs 轴检测出的加速度。另外，所谓Gyz是基于施加在车轮上的ζ轴方向的加速度Gz由加速度 传感器在ys轴检测出的加速度。这里，设定Gyz相对于Gz的比率为α Gy, Gzz相对于Gz的比率为α Gz。α Gy是 为了用加速度传感器检测出左右方向(y轴方向)的加速度而在ys轴检测出的加速度对由 上下方向(ζ轴方向)的加速度即Gz引起而检测出的加速度的比例。另外，α Gz是为了用 加速度传感器检测出上下方向(ζ轴方向)的加速度而在zs轴检测出的加速度对实际施加 于车轮的上下方向的加速度即Gz的比例。α Gy和α Gz由以下的(3)式、(4)式求出。α Gy = Gyz/GzX100 = sin θ Χ100(% ). . . (3)式α Gz = (1—Gzz/Gz) XlOO = (l-cos θ ) X 100 (%)··. (4)式根据(3)式、(4)式可知，在外倾角因旋转等的车身运动而变化士 10度的场合可知α Gy变化士 17%，α Gz变化士2%。在作为移动体而假定轿车的场合认为作用于车身的加速度的最大值在χ轴方向 (前后方向)为约40m/s2、y轴方向(左右方向)为约15m/s2、ζ轴方向(上下方向)为约 40m/s2。其中，若着眼于考虑ζ轴方向(上下方向)的40m/s2，则检测出的zs轴方向加速 度Gzz =GzXcose = 40Xcosl0° = 39m/s2，χ轴万向加速度向ys轴方向加速度的混入 部分 Gyz = GzXsin θ = 40Xsinl0° = 7m/s2。该结果与图5及图6的解析结果相符。即，相对于以车身为基准的坐标，若加速度 传感器的检测轴特别地在车身基准的坐标y-ζ平面上旋转，则可知用加速度传感器检测出 的加速度产生很大的误差。如图6所示，混入加速度传感器的ys轴方向的ζ轴方向加速度的大小Gyz = 7m/ S2为车身假定的y轴方向的最大加速度即15m/s2的47%变化较大，不能准确地测定y轴方 向的加速度。根据上述讨论，若考虑伴随旋转等的车辆运动的外倾角的倾斜变化引起的影响， 则有如下可能性，即、加速度传感器的ys轴方向的满刻度相对于假定作用于车身的最大左 右加速度士 15m/s2，并考虑来自车身ζ轴方向的混入成分为士22m/s2(=最大左右加速度 士 15m/s2+来自车身ζ轴方向的混入成分士7m/s2 = 士22m/s2)不变大便已饱和。加速度传感器的测定精度，由于一般由相对于满刻度的比率决定，所以若增大满 刻度，则测定精度(相当于噪音的大小)相应地降低。若以上述比率计算，则满刻度及噪音 会变为约1. 5倍(=22/15)。另一方面，关于加速度传感器在zs轴方向检测出的加速度，由于考虑倾斜θ，因 而相对于施加于车身的ζ轴方向的加速度Gz，所测定信号仅以士2%的程度变小。若噪音变为1.5倍，信号降低2%，则加速度测定的S/N(Signal to NoiseRatio, 信号与噪音的比率)，降低为不引起这种现象时的65% (= (100-2)/1.5)。这样，如果加速度传感器安装轴相对于车身的ζ轴方向轴具有y-z平面上的角度 变化，则与加速度测定的S/N降低相关。在上述讨论中，虽然仅考虑了加速度传感器检测轴相对于车身上下方向轴的左右 方向的角度变化，但除此之外，由于因伴随车辆运动的连接车轮和弹簧下方的吸振器的前 后方向倾斜角度即图20所示的后倾角变化、车身本身的横向及前后方向的倾斜引起的车 身和弹簧下方部件的倾斜变化而可产生车身的坐标轴与加速度传感器的检测轴的倾斜变 化，所以左右方向加速度测定的S/N变得更低下。例如，若外倾角因从路面施加于车轮的反作用力而变化，则由于吸振器与车轮保 持部的转向节成为一体，因此，从正面看吸振器的角度以与外倾角的变化相同的方向变化。另外，若从路面对车轮施加上下方向的反作用力，则吸振器沿工作轴伸缩，但因吊 架安装部等的柔性(变形)的影响还向工作轴方向以外稍微移动。吸振器的工作轴的方向 还因车身的横向及前后方向的倾斜变化而变化。这样，加速度传感器的检测轴xs、ys、zs的朝向伴随外倾角的变化和从路面对车 轮作用的上下方向的反作用力而变化。在这一点上，在本发明中，如第一实施方式所示，加速度传感头121的ζ轴方向检 测轴即zs轴以与吸振器105的工作轴平行的方式安装。因而，吸振器105的工作轴方向的
12加速度与加速度传感头121的zs轴方向一致。因此，即使外倾角因旋转等的车辆运动而变化，在吸振器105的工作轴方向与加 速度传感器的ZS轴方向也不会产生角度变化。因而，能够准确地测定ZS轴的加速度。而 且，对ys轴、XS轴的加速度的影响几乎没有显现。如上所述，在本实施方式中，利用加速度传感头121能够准确地检测出伴随车辆 运动而受到来自路面的反作用力时产生的xs轴、ys轴、zs轴方向的加速度。作为本实施方式的其他效果，可例举以下点。即，加速度传感器的安装位置为吸振 器105的下部(弹簧107的下方)，是距离成为高温的制动器转子112比较远的位置。因 此，成为比一般安装车轮速度传感器的轮毂102的部分的温度低的温度。因而，由于不需要 使用在高温环境还能够使用的加速度传感器，所以在成本或性能方面有利。以上，在本实施方式中，以内装有三个单轴的加速度传感器、检测轴为XS轴、ys 轴、ZS轴的三轴的加速度传感头121为例进行了说明。可是，作为本发明的实施方式，加速 度传感头也可以安装检测zs轴方向加速度的单轴加速度传感头、检测ys轴方向加速度的 单轴加速度传感头、检测xs轴方向加速度的单轴加速度传感头中的任意一种或者它们的 任意组合。例如，在ABS或TCS上使用的场合，由于只要知道施加于车轮的载荷和前后方向的 动作即可，所以也可以作成用于推定车身的Z轴方向的载荷变化的ZS轴、和与车身的X轴 方向的动作关联的XS轴的仅双轴。另外，在ESC中，由于横向加速度重要，所以这种情况也 考虑仅使用ys轴。另外，在本实施方式中，作为物理量传感器能够使用具有相互以直角相交的多轴 检测轴的多轴加速度传感器。该多轴加速度传感器安装于构成移动体所具备的悬架装置的 振动缓冲部件即吸振器105上。此时，该多轴加速度传感器所具有的一个检测轴即zs轴与构成移动体所具备的 悬架装置的振动缓冲部件即吸振器105的工作轴大致平行。(第二实施方式)用图8说明本发明的第二实施方式。本实施方式是作为设置加速度传感头121的 部位，选定振动缓冲部件即吸振器105的前端部的方式。在本实施方式中，内装有作为物理量传感器的加速度传感器的加速度传感头121 如图8所示，固定保持在振动缓冲部件即吸振器105的前端部。本实施方式所使用的加速度传感头121与第一实施方式同样，内装有三个具有单 轴检测轴的单轴加速度传感器。这三个加速度传感器改变检测轴的方向地内装于加速度传 感头121以便分别检测χ轴方向、y轴方向、ζ轴方向。在本实施方式中，加速度传感头121以加速度传感头121的xs轴、ys轴、zs轴分 别满足以下条件的方式固定保持于吸振器105的前端部。即，加速度传感头121的zs轴成为与吸振器105的工作轴平行，作为在产生向上 的加速度时输出正极性信号的方向。加加速度传感头121的XS轴成为与车身的前后方向平行，在产生前方向的加速度 时输出正极性信号。加速度传感头121的ys轴成为与车身的左右方向平行，在产生向左的加速度时输出正极性信号。若与第一实施方式比较，则由于加速度传感头121的设置位置低，所以由制动器 转子112的发热引起的加速度传感头121安装部附近的温度上升由于对流的影响而比第一 实施方式变少。另一方面，由于加速度传感头121的安装位置接近路面，所以加速度传感头电缆 125挂在路面上的物体等上的可能性变高。可是，在通过车辆的结构设计能够避免加速度传感头电缆125挂在路面上的物体 上的场合，通过作成本实施方式这样的配置，从而在使所使用的传感器可以使用的上限温 度较低而实现低成本化，或者在被限定的成本中能够使用较低地设定可以使用的上限温度 的高性能的传感器等的方面有利。(第三实施方式)图9及图10表示本发明的第三实施方式。在本实施方式中，在安装于吸振器105 的加速度传感头121的检测轴中，xs轴、ys轴与作为移动体的车辆的操作轴即转向轴S在 同一平面内相交。通过本实施方式的该结构，即使通过方向盘操作进行车辆的转向，由转向产生的 角加速度所产生的转向旋转方向的加速度也不会在加速度检测轴上产生，所以能够不受转 向的影响地检测出zs轴方向、ys轴方向的加速度。本实施方式所使用的加速度传感头121与第一实施方式同样，内装有三个具有单 轴检测轴的单轴加速度传感器。这三个加速度传感器改变检测轴的方向地内装于加速度传 感头121以便分别检测χ轴方向、y轴方向、ζ轴方向。在本实施方式中，加速度传感头121以加速度传感头121的xs轴、ys轴、zs轴分 别满足以下条件的方式安装于吸振器105。即，加速度传感头121的zs轴成为与吸振器105的工作轴平行，作为在产生向上 的加速度时输出正极性信号的方向。 加速度传感头121的XS轴成为与车身的前后方向平行，在产生前方向的加速度时 输出正极性信号。另外，加速度传感头121的ys轴成为与车身的左右方向平行，在产生向 左的加速度时输出正极性信号。而且，在本实施方式中，xs轴、ys轴与作为移动体的车辆的操作轴即转向轴S在同 一平面内相交。在将加速度传感头安装于其他车辆时，也用与上述说明同样的方法安装即可。但 是，对于不进行转向的车轮，不需要注意与转向轴相关的制约。(第四实施方式)图11表示本发明的第四实施方式。本实施方式是作为在转向轴S上设置加速度 传感头121的部位选定转向节104的下侧的方式。本实施方式所使用的加速度传感头121与第一实施方式同样，内装有三个具有单 轴检测轴的单轴加速度传感器。这三个加速度传感器改变检测轴的方向地内装于加速度传 感头121以便分别检测χ轴方向、y轴方向、ζ轴方向。在本实施方式中，加速度传感头121以加速度传感头121的xs轴、ys轴、zs轴分 别满足以下条件的方式安装于转向节104。
S卩，加速度传感头121的zs轴成为与吸振器105的工作轴平行，作为在产生向上 的加速度时输出正极性信号的方向。加速度传感头121的XS轴成为与车身的前后方向平行，在产生前方向的加速度时 输出正极性信号。加速度传感头121的ys轴成为与车身的左右方向平行，在产生向左的加速度时输 出正极性信号。与第三实施方式比较，则虽然加速度传感头121的设置位置接近于制动器转子 112，但距离路面的高度变低。因此，若也考虑对流的影响，则利用车辆的结构设计也可能使 加速度传感头121的设置部的环境温度与制动器转子112相同程度或降低。在本实施方式中，与第二实施方式同样，由于加速度传感头121接近路面，所以加 速度传感头电缆125挂在路面上的物体上的可能性变高。可是，利用车辆的结构设计在不 产生这种问题的情况下通过做成图11所示的本实施方式那样的配置，从而在使所使用的 传感器可以使用的上限温度较低而实现低成本化，或者被限定的成本中能够使用较低地设 定可以使用的上限温度的高性能的传感器等的方面有利。(第五实施方式)图12表示本发明的第五实施方式。在本实施方式中，加速度传感头121设于车轮 速度传感头电缆132的中途，设于车轮速度传感头电缆固定部133。在本实施方式中，利用该结构能够将用于固定加速度传感头121的部件与车轮速 度传感头电缆132的固定用部件共用，进而还能够与车轮速度传感头131共用电缆。这样，能够将在弹簧下方部分的电缆作成连续的一根，能够削减弹簧下方部分的 电缆配线空间，实现电缆和固定夹具的质量和材料费用的降低。另外，对于车轮速度传感头131与加速度传感头121的两个传感头，在传感头部通 过钎焊或焊接等将心线进行中继，作为用连续的电缆连接的电气配线能够预先制作。因此， 能够减少装配车辆时的工序。在本实施方式中，用图13说明将加速度传感头121设于车轮速度传感头电缆132 的中途的一体型结构的一例。在本实施方式中，用连续的电缆连接车轮速度传感头131与内装有作为物理量传 感器的加速度传感器的加速度传感头121。在图13所示的例子中，在车轮速度传感头131所使用的心线数为NO根、在加速度 传感头121所使用的心线数为m根的场合，则使连接车轮速度传感头131与加速度传感头 121之间的电缆即车轮速度传感头电缆132的心线数为NO根。对于从加速度传感头121连接到发动机室内的电子电路的电缆，使用心线数为在 车轮速度传感头电缆132的心线数NO上加上在加速度传感头121所使用的心线数即m得 到的N0+N1根的加速度传感头电缆125a。加速度传感头电缆125a在加速度传感头121进行中继，车轮速度传感头电缆132 连接在车轮速度传感头131上。即，在加速度传感头121将在车轮速度传感头131所使用 的心线进行中继。图14表示在本实施方式中所使用的一体型结构的电气配线的其他实施方式。在图14所示的例子中，作为加速度传感头121和车轮速度传感头131的元件，使用具有SPI (串行外设接口 )规格的接口的加速度传感头121a、车轮速度传感头131a。另外，是增加一个加速度传感头，使用加速度传感头121a和第二加速度传感头 122共计两个加速度传感头的情况。在SPI规格的接口中，使用多个元件场合所需的心线数为3+传感器数+N(电源线 数)为好。即，在第二加速度传感头122的图示左侧中，与第二加速度传感头122连接的加 速度传感头电缆126的心线数由于处理三个物理量传感器量的信号，所以为6+N根。在第二加速度传感头122与加速度传感头121a之间的加速度传感头电缆125b 中，由于处理两个物理量传感器量的信号，所以心线数为5+N根。在加速度传感头121a与车轮速度传感头131a之间的车轮速度传感头电缆132a 中，由于处理一个物理量传感器量的信号，所以心线数为4+N根。这样，在使用的传感头的数量较多的场合，有可能使心线数量比图13所示的例子 还少。图15表示在本实施方式中使用的一体型结构的电气配线的其他实施方式。在图15所示的例子中，在中间的传感头设有通过多重化处理将其先前的传感器 信息进行中继的中继电路。此时，电缆142的心线数可以与电缆141的心线数相同。作为多个传感器的信号(心线)中继方法也有上述以外的方法，但可以考虑中继 方法的得失而适当选择。在上述说明中，对关于使用一 三个加速度传感头场合的用连续的电缆进行连接 的例子进行了说明，传感头为四个以上的场合也同样可以适用。用连续的电缆连接多个传感头的顺序无论哪种都可以，以考虑安装性的顺序连接 为好。另外，也可以是内装有加速度传感器以外的传感器的传感头。(第六实施方式)图16及图17表示本发明的第六实施方式。在本发明的实施方式中，物理量传感器也可以是加速度以外的物理量，例如使用 作用于弹簧下方部件的力(载荷)的载荷传感器。这种场合如图16及图17所示，能够利 用施加于吸振器105的下部的固定部或轮毂102的非旋转部分的应变检测出从路面作用于 弹簧下方部件的反作用力。即使为四轮汽车以外的移动体，例如摩托车、机器人等的具有吊架机构的移动体， 则可以适用本发明。通过将上述安装方法安装的加速度传感器等的输出用于汽车的运动控制(ESC、 ABS、TCS等)，从而能够将希望检测的加速度从其他的轴的加速度分离地准确进行检测，因 此与现有技术相比能够进行高精度的运动控制。
权利要求
1.一种移动体的运动控制用传感器系统，在车辆等移动体上使用，其特征在于，具备单轴物理量传感器，所述单轴物理量传感器具有单轴检测轴，所述单轴物理量传感器安装于所述移动体所具备的悬架装置的弹簧下方，所述单轴物理量传感器的检测轴与所述悬架装置所具备的振动缓冲部件的工作轴大 致平行。
2.一种移动体的运动控制用传感器系统，在车辆等移动体上使用，其特征在于，具备多轴物理量传感器，所述多轴物理量传感器具有相互以直角相交的多个检测轴，所述多轴物理量传感器安装于所述移动体所具备的悬架装置的弹簧下方，所述多轴物理量传感器的一个检测轴与所述悬架装置所具备的振动缓冲部件的工作 轴大致平行，所述多轴物理量传感器的其他检测轴的方向是与所述悬架装置所具备的振动缓冲部 件的工作轴以大致直角相交的方向。
3.根据权利要求1或2所述的移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述物理 量传感器安装于所述振动缓冲部件的弹簧下方。
4.根据权利要求1或2所述的移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述物理 量传感器固定保持在所述振动缓冲部件的前端部。
5.根据权利要求1或2所述的移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述物理 量传感器以所述检测轴与所述移动体的操作轴相交的方式设于所述振动缓冲部件上。
6.根据权利要求1或2所述的移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，多个所述 物理量传感器设于所述移动体上，一个所述物理量传感器所具备的电缆在设于所述振动缓 冲部件的保持部被保持，其他的物理量传感器在所述保持部被固定保持。
7.根据权利要求1 6任一项所述的移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，多 个所述物理量传感器设于所述移动体上，用连续的电缆连接所述多个物理量传感器。
8.根据权利要求1或2所述的移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述移 动体为车辆，将用于检测所述车辆所具备的车轮的转速的车轮速度传感器安装于所述车轮 上，所述车轮速度传感器所具备的电缆在设于所述振动缓冲部件的保持部被保持，所述物 理量传感器在所述保持部被固定保持。
9.根据权利要求8所述的移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于，所述车轮速 度传感器和所述物理量传感器用连续的电缆连接。
10.根据权利要求1 9任一项所述的移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于， 所述物理量传感器为加速度传感器。
11.根据权利要求1 9任一项所述的移动体的运动控制用传感器系统，其特征在于， 所述物理量传感器为载荷传感器。
12.—种移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，该移动体的运动控制用传感器 系统在车辆等移动体上使用，该设置方法的特征在于，将具有单轴检测轴的单轴物理量传感器安装于所述移动体所具备的悬架装置的弹簧 下方，使所述单轴物理量传感器的检测轴与所述悬架装置所具备的振动缓冲部件的工作轴 大致平行。
13.—种移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，该移动体的运动控制用传感器 系统在车辆等移动体上使用，该设置方法的特征在于，将具有相互以直角相交的多个检测轴的多轴物理量传感器安装于所述移动体所具备 的悬架装置的弹簧下方，使所述多轴物理量传感器的一个检测轴与所述悬架装置所具备的振动缓冲部件的工 作轴大致平行，使所述多轴物理量传感器的其他检测轴的方向是与所述悬架装置所具备的振动缓冲 部件的工作轴以大致直角相交的方向。
14.根据权利要求12或13所述的移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征 在于，将所述物理量传感器安装于所述振动缓冲部件的弹簧下方。
15.根据权利要求12或13所述的移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征 在于，将所述物理量传感器固定保持于所述振动缓冲部件的前端部。
16.根据权利要求12或13所述的移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征 在于，将所述物理量传感器以所述检测轴与所述移动体的操作轴相交的方式设于所述振动 缓冲部件上。
17.根据权利要求12或13所述的移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征 在于，将多个所述物理量传感器设于所述移动体上，在设于所述振动缓冲部件的保持部保 持设于所述移动体的一个所述物理量传感器所具备的电缆，并且在所述保持部固定保持其 他的物理量传感器。
18.根据权利要求12或13所述的移动体的运动控制用传感器系统的设置方法，其特征 在于，所述移动体为车辆，将用于检测所述车辆所具备的车轮的转速的车轮速度传感器安 装于所述车轮上，在设于所述振动缓冲部件的保持部保持所述车轮速度传感器所具备的电 缆，并且在所述保持部固定保持所述物理量传感器。
全文摘要
本发明提供通过在车辆等移动体的弹簧下方设置加速度传感器等的传感器，防止针对来自路面的反作用力的检测信息的延迟，并且抑制伴随车辆运动的传感器检测轴相对于作为静止状态的车辆基准的坐标轴的偏离，能够较高地保持传感器的检测轴方向的检测精度的移动体的运动控制用传感器系统及移动体的运动控制用传感器系统的设置方法。本发明的移动体的运动控制用系统，在车辆等移动体上使用，其特征在于，具备具有单轴检测轴的单轴物理量传感器，所述单轴物理量传感器安装于所述移动体所具备的悬架装置的弹簧下方，所述单轴物理量传感器的检测轴与所述悬架装置所具备的振动缓冲部件的工作轴大致平行。
文档编号B60R16/02GK101992734SQ20101024627
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月4日 优先权日2009年8月5日
发明者山本哲 申请人:日立电线株式会社