特開 2023-150073 加速度検出装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023150073

(43)【公開日】2023-10-16

(54)【発明の名称】加速度検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01P 15/18 20130101AFI20231005BHJP

   B60G 17/019 20060101ALI20231005BHJP

【ＦＩ】

G01P15/18

B60G17/019

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022058973

(22)【出願日】2022-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100122323

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 憲

(72)【発明者】

【氏名】岡村 淳

【テーマコード（参考）】

3D301

【Ｆターム（参考）】

3D301DB28

3D301EA20

3D301EA21

3D301EA22

(57)【要約】

【課題】車両における車輪の加速度を正確に検出できる加速度検出装置を提供する。
【解決手段】加速度検出装置１は、車両Ｖにおける車体Ｂと車輪Ｗとの間に介装されて伸縮するサスペンション装置Ｓに取り付けられて互いに直交する３軸を検出軸として加速度を検出可能な加速度センサ２と、加速度センサ２が検出する加速度を車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向に沿う加速度に補正する変換行列を求める変換行列演算部３とを備え、加速度センサ２は、サスペンション装置Ｓに対して検出軸のうち１つが車両を上方から見て車両の前後方向に一致する方向を向くように取り付けられ、変換行列演算部３は、車両Ｖが水平面に静止した状態において加速度センサ２が検出する３軸の加速度に基づいて変換行列を求める。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両における車体と車輪との間に介装されて前記車輪とともに振動するサスペンション装置に取り付けられて互いに直交する３軸を検出軸として加速度を検出可能な加速度センサと、
前記加速度センサが検出する加速度を前記車両の前後方向、左右方向および上下方向に沿う加速度に補正する変換行列を求める変換行列演算部とを備え、
前記加速度センサは、前記サスペンション装置に対して前記検出軸のうち１つが前記車両を上から見て所定のヨー角度となるように取り付けられ、
前記変換行列演算部は、前記車両を水平面に静止させた状態において前記加速度センサが検出する３軸の加速度に基づいて前記変換行列を求める
ことを特徴とする加速度検出装置。

【請求項2】

前記加速度センサは、前記サスペンション装置に対し、前記検出軸のうち１つが前記車両を上から見て所定のヨー角度となる第１取付姿勢と、前記第１取付姿勢に対して前記所定のヨー角度となる検出軸回りに１８０度未満の回転範囲で回転させた姿勢となる第２取付姿勢とで取り付け可能であって、
前記変換行列演算部は、前記車両を水平面に静止させた状態において、前記加速度センサが前記第１取付姿勢で検出した加速度と前記第２取付姿勢で検出した加速度に基づいて前記変換行列を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の加速度検出装置。

【請求項3】

車両における車体と車輪との間に介装されて前記車輪とともに振動するサスペンション装置に取り付けられて互いに直交する３軸を検出軸として加速度を検出可能な加速度センサと、
前記加速度センサが検出する加速度を前記車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度に補正する変換行列を求める変換行列演算部と、
前記加速度センサの前記検出軸のうち２つの検出軸を含む平面内に互いに直交する２軸の方位検出軸を持ち方位を検出する方位センサとを備え、
前記変換行列演算部は、前記車両の前方を所定の方位に向けた状態でかつ静止状態において、前記所定の方位と、前記加速度センサが検出する３軸の加速度と、前記方位センサが検出する方位に基づいて前記変換行列を求める
ことを特徴とする加速度検出装置。

【請求項4】

前記加速度センサは、無線による送受信を可能とする送受信部を有し、
前記変換行列演算部は、求めた前記変換行列のパラメータを前記加速度センサに転送し、
前記加速度センサは、検出した加速度を前記パラメータに基づいて補正して前記車両の前後方向、左右方向および上下方向に沿う加速度のうち予め指定された１つまたは２つの加速度のみを求めて無線により外部へ送信する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の加速度検出装置。

【請求項5】

前記加速度センサは、前記サスペンション装置に設けたられたブラケットを介して取り付けられ、
前記ブラケットは、前記加速度センサを前記第１取付姿勢と前記第２取付姿勢とに選択的に取り付ける取付部を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の加速度検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加速度検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両におけるサスペンション装置の制御や車両の動特性の計測、そして、車両が走行する道路の路面性状の把握を目的として、車両における車輪の加速度を検出する場合がある。このような場合、加速度センサは、車両の走行中に加速度を検出することが求められるが、回転する車輪には取り付け得ないので、車体と車輪との間に介装される緩衝器、アクチュエータ或いはロアアームやトーションビームといった車輪とともに車体に対して振動するサスペンション装置に取り付けられる場合がある。

【0003】

サスペンション装置の例として緩衝器に加速度センサを取り付ける場合、緩衝器は、懸架スプリングと並列に車体と車輪との間に介装され、シリンダと、シリンダ内に軸方向へ移動可能に挿入されるピストンロッドとを備えて伸縮できるので、たとえば、シリンダが車輪に連結される場合、互いに直交する３つの検出軸を持つ３軸の加速度センサをシリンダに取り付ければ、車輪の前後方向、左右方向および上下方向の加速度の検出が可能となる。

【0004】

ところが、サスペンション装置は必ずしも鉛直方向に取り付けられているものではないため、加速度センサをサスペンション装置に取り付けただけでは加速度センサの各検出軸が車両の前後方向、左右方向および上下方向に沿わないので、加速度センサが検出した各加速度を加速度センサの取り付けられた向きを計測して、車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度を求める必要がある。

【0005】

加速度センサが検出した加速度を補正する装置としては、たとえば、車両に設置した加速度センサで車両走行時に検出する加速度から車両直進方向を特定するとともに車両静止時に検出する加速度から鉛直方向を特定して、加速度センサが検出した３軸の加速度を車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度へ変換する変換情報を求める装置がある（たとえば、特許文献１参照）。

【0006】

また、加速度センサが検出した加速度を補正する他の装置としては、たとえば、加速度センサが検出した加速度ベクトルを変換行列を用いて絶対座標系の加速度ベクトルへ変換し、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）から得られた車両の速度を微分して得た絶対座標系の参照ベクトルと加速度センサ由来の加速度ベクトルとが等しくなるように補正する装置がある（たとえば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１４－９５６５８号公報

【特許文献2】特開２０１２－１５４７６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

前述した特許文献１の装置では、車両走行時の加速度から車両直進方向を特定するが、サスペンション装置の車輪側に加速度センサを取り付けた場合、車両が走行することにより加速度センサには路面からの大きな振動が作用するため、ランダムな予測するのが難しい加速度が検出され、それがノイズとなり、正確に車両直進方向を特定するのは困難である。このように、特許文献１の装置では、加速度センサの検出した加速度の補正が難しいため、サスペンション装置に加速度センサを設置して加速度を正確に検出することが難しい。

【0009】

また、特許文献２の装置では、予め、加速度センサが検出する加速度を変換する変換行列を保有しており、参照ベクトルを用いて加速度に含まれる誤差を修正するものであり、加速度センサの車両への取付姿勢が予め決められていることを前提としている。ところが、サスペンション装置に加速度センサを取り付ける場合、サスペンション装置が車体に対して傾いていることもあり、加速度センサの３つの検出軸の向きが一定にならず、絶対座標系の加速度を得るための変換行列が都度異なってしまうので特許文献２の装置では加速度を正確に検出することができない。

【0010】

そこで、本発明は、車両における車輪の加速度を正確に検出できる加速度検出装置の提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記した目的を達成するため、本発明の加速度検出装置は、車両における車体と車輪との間に介装されて車輪とともに振動するサスペンション装置に取り付けられて互いに直交する３軸を検出軸として加速度を検出可能な加速度センサと、加速度センサが検出する加速度を車両の前後方向、左右方向および上下方向に沿う加速度に補正する変換行列を求める変換行列演算部とを備え、加速度センサは、サスペンション装置に対して検出軸のうち１つが車両に対して所定のヨー角度で取り付けられ、変換行列演算部は、車両が水平面に静止した状態において加速度センサが検出する３軸の加速度に基づいて変換行列を求める。このように構成された加速度検出装置では、車両を水平面に静止させた状態で重力加速度を検出することでノイズの影響を受けずに正確に加速度センサの水平面に対するロール角度、ピッチ角度を求めることができるとともに、加速度センサの１つの検出軸をヨー方向に沿わせるので加速度センサが検出した車輪の加速度を正確に車両の前後方向、左右方向および上下方向の座標系に変換する変換行列を求め得る。前記所定のヨー角度での取り付けは、サスペンション装置に付随する取り付け用のブラケットやアイの取付むきを基準に決定することができるため、容易く決定することができる。

【0012】

さらに、加速度検出装置にあっては、加速度センサが、サスペンション装置に対し検出軸のうち１つが車両を上から見ての所定のヨー角度となるように取り付けられる第１の取付姿勢と、第１取付姿勢に対して所定のヨー角度となる検出軸回りに１８０度未満の回転範囲で回転させた姿勢となる第２取付姿勢とで取り付け可能であって、変換行列演算部が、車両が水平面に静止した状態において、加速度センサが第１取付姿勢で検出した加速度と第２取付姿勢で検出した加速度に基づいて変換行列とを求めてもよい。このように構成された加速度検出装置によれば、第１取付姿勢と第２取付姿勢で加速度センサが検出した加速度から変換行列を高精度に求め得るので、加速度センサの個体差によらず正確なキャリブレーションが可能となる。

【0013】

また、本発明の他の加速度検出装置は、車両における車体と車輪との間に介装されて車輪とともに振動するサスペンション装置に取り付けられて互いに直交する３軸を検出軸として加速度を検出可能な加速度センサと、加速度センサが検出する加速度を車両の前後方向、左右方向および上下方向の加速度に補正する変換行列を求める変換行列演算部と、加速度センサの検出軸のうち２つの検出軸を含む平面内に互いに直交する２軸の方位検出軸を持ち方位を検出する方位センサとを備え、変換行列演算部は、車両の前方を所定の方位に向けた状態でかつ静止状態において、所定の方位と、加速度センサが検出する３軸の加速度と、方位センサが検出する方位に基づいて変換行列を求める。

【0014】

このように構成された加速度検出装置では、車両を水平面に静止させた状態で重力加速度を検出することでノイズの影響を受けずに正確に加速度センサの水平面に対するロール角度、ピッチ角度を求めるとともに、車両を水平面に静止させた状態で方位センサによってヨー角度を求めるのでヨー角度についても精度よく求め得る。よって、本実施の形態の加速度検出装置によれば、加速度センサが検出した車輪の加速度を正確に車両の前後方向、左右方向および上下方向の座標系に変換する変換行列を求め得る。

【0015】

さらに、加速度検出装置にあっては、加速度センサは、無線による送受信を可能とする送受信部を備え、変換行列演算部は、求めた変換行列のパラメータを加速度センサに転送し、加速度センサは、検出した加速度をパラメータに基づいて補正して車両の前後方向、左右方向および上下方向に沿う加速度のうち予め指定された１つまたは２つの加速度のみを求めて無線により外部へ送信してもよい。このように構成された加速度検出装置によれば、加速度センサは高度な演算が求められることもなく変換行列演算部から得たパラメータを係数とした乗算と、加減算を行うのみで指定された加速度を求めることができ、高価な演算処理装置を搭載する必要がないのでコストを低減でき、加速度センサは予め指定された軸に関する加速度のみを外部へ送信するので、１度に送受信可能なデータ量が限られる場合でもあっても外部が要求するデータを無理なく送信でき、サンプリングレートも向上できる。

【0016】

また、加速度検出装置にあっては、加速度センサは、サスペンション装置に設けたられたブラケットを介して取り付けられ、ブラケットは、加速度センサを第１取付姿勢と第２取付姿勢とに選択的に取り付ける取付部を備えてもよい。このように構成された加速度検出装置によれば、加速度センサをサスペンション装置へ取り付ける際に位置合わせが不要となり、第１取付姿勢と第２取付姿勢を正確に実現できるので正確なキャリブレーションを保証できるとともに、第１取付姿勢と第２取付姿勢との姿勢変えも容易となる。

【発明の効果】

【0017】

本発明の加速度検出装置によれば、車両における車輪の加速度を車両の向きに基づいて、正確に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】第１の実施の形態における加速度検出装置を搭載した車両を示した図である。

【図2】第１の実施の形態における加速度検出装置の構成を示した図である。

【図3】第１の実施の形態の加速度検出装置における加速度センサの構成を示した図である。

【図4】サスペンション装置の拡大図である。

【図5】（ａ）は、加速度センサを第１取付姿勢でブラケットに取り付けた状態を示した図である。（ｂ）は、加速度センサを第２取付姿勢でブラケットに取り付けた状態を示した図である。

【図6】加速度検出装置の処理手順の一例を示した図である。

【図7】第２の実施の形態の加速度検出装置における加速度センサの構成を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図に示した各実施の形態に基づき、本発明を説明する。各実施の形態の加速度検出装置において、共通の符号が付された部材、部品は、同一の構成を備えている。よって、説明の重複を避けるため、一つの実施の形態の加速度検出装置の説明中で詳細に説明した構成については、他の実施の形態の加速度検出装置の説明では詳しい説明を省略する。なお、本発明の加速度検出装置の説明にあたり、各実施の形態では、車両に適用された加速度検出装置を例にして説明しているが、自動車以外の車両に適用されるサスペンション装置へ適用してもよい。
＜第１の実施の形態＞
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１に示すように、第１の実施の形態の加速度検出装置１は、四輪自動車である車両Ｖに搭載されて、車両Ｖにおける車輪Ｗの上下方向の加速度を検出する。加速度検出装置１は、図１および図２に示すように、車両Ｖにおける車体Ｂと車輪Ｗとの間に介装されて車輪Ｗとともに振動するサスペンション装置としての緩衝器Ｓに取り付けられて互いに直交する３軸を検出軸として加速度を検出可能な加速度センサ２と、加速度センサ２が検出する加速度を車両の前後方向、左右方向および上下方向に沿う加速度に補正する変換行列を求める変換行列演算部３とを備えている。

【0020】

以下、加速度検出装置１の各部について詳細に説明する。加速度センサ２は、車両Ｖの車体Ｂと車輪Ｗとの間に介装される緩衝器Ｓに取り付けられて、車輪Ｗに連結された緩衝器Ｓのアウターシェル１０の加速度を検出する。このように、加速度検出装置１は、加速度センサ２が車輪Ｗに連結された緩衝器Ｓのアウターシェル１０の加速度を検出するので、車輪Ｗの加速度を検出できる。

【0021】

加速度センサ２は、図３に示すように、互いに直交する３つの検出軸に沿う３方向の加速度を検出可能な検出部２ａと、検出部２ａで検出した加速度を変換行列を用いて補正して車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向の加速度のうち予め指定された加速度を求める補正部２ｂと、補正部２ｂによって求められた加速度のデータを外部装置へ無線によって送信する送受信部２ｃと、これら検出部２ａ、補正部２ｂおよび送受信部２ｃを収容する箱型の筐体２ｄを備えている。検出部２ａは、筐体２ｄの前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸および上下方向をＺ軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の３つの互いに直交する３つの検出軸に沿った３つの加速度を検出する。検出部２ａは、互いに直交する３つの検出軸に沿う３方向の加速度を検出可能であればよく、ピエゾ抵抗式、圧電式、静電容量式等といった種々の検出原理に基づいて加速度を検出する。

【0022】

補正部２ｂは、後述する変換行列演算部３が求める変換行列のパラメータに基づいて検出部２ａが検出した車輪Ｗの加速度を補正して車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向に沿う３つの加速度のうち予め指定された１つまたは２つの加速度を求める。本実施の形態の加速度検出装置１では、補正部２ｂは、車両Ｖの上下方向に沿う車輪Ｗの加速度を求める。

【0023】

補正部２ｂは、具体的には、以下の式（１）に示した変換行列の９個のパラメータＡ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３，Ａ３１，Ａ３２，Ａ３３を変換行列演算部３から得て、検出部２ａが検出した加速度から車両Ｖの上下方向に沿う加速度を求める。補正部２ｂは、本実施の形態では、加速度を求める演算処理を行うＭＰＵ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ｕｎｉｔ）と演算処理を実行するためのプログラムと演算処理を必要な前記したパラメータＡ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３，Ａ３１，Ａ３２，Ａ３３を記憶する記憶装置とを含んで構成されている。なお、式（１）中のｘは、車輪Ｗの車両Ｖの前後方向に沿う加速度を、ｙは、車輪Ｗの車両Ｖの左右方向に沿う加速度を、ｚは、車輪Ｗの車両Ｖの上下方向に沿う加速度を、Ｘは、検出部２ａが検出した筐体２ｄの前後方向の加速度を、Ｙは、検出部２ａが検出した筐体２ｄの左右方向の加速度を、Ｚは、検出部２ａが検出した筐体２ｄの上下方向の加速度を表している。本実施の形態では、加速度センサ２における検出部２ａが検出する筐体２ｄに対する加速度をそれぞれ大文字のＸ，Ｙ，Ｚで示し、車両Ｖの前後方向、左右方向、および上下方向の加速度をそれぞれ小文字のｘ，ｙ，ｚで示している。また、車両Ｖの前後方向となるｘ軸回りの回転方向をロール方向とし、車両Ｖの左右方向となるｙ軸回りの回転方向をピッチ方向とし、車両Ｖの上下方向となるｚ軸回りの回転方向をヨー方向とする。

【0024】

【数1】

【0025】

加速度センサ２が取り付けられるサスペンション装置としての緩衝器Ｓは、図４に示すように、アウターシェル１０と、アウターシェル１０内に出入り可能なロッド１１とを備えて、アウターシェル１０が車輪Ｗ側に連結されるとともにロッド１１が車体Ｂ側に連結されて車体Ｂと車輪Ｗとの間に介装されている。本実施の形態では、緩衝器Ｓは、アウターシェル１０に対してロッド１１が出入りすることで伸縮可能であって、車体Ｂに対する車輪Ｗの上下方向の相対移動に伴って伸縮するとともに減衰力を発生して車体Ｂおよび車輪Ｗの振動を減衰させるダンパとされている。なお、サスペンション装置は、自ら推力を発生して車体Ｂおよび車輪Ｗの振動を抑制するアクチュエータの他、ロアアームやトーションビームといった車輪Ｗとともに振動するサスペンションを構成する部品であってもよい。

【0026】

そして、車輪Ｗ側に連結されているアウターシェル１０は、車体Ｂに対して車輪Ｗとともに車両Ｖの上下方向へ変位する。加速度センサ２は、アウターシェル１０に取り付けられており、アウターシェル１０が車体Ｂに対して変位する際、および、車両Ｖの走行に伴って車輪Ｗに作用する加速度を検出できる。

【0027】

本実施の形態では、緩衝器Ｓにおけるアウターシェル１０には、加速度センサ２を取り付けるためのブラケット１２が装着されている。ブラケット１２は、加速度センサ２の筐体２ｄに形状に符合する互いに直交する凹部１２ａ，１２ｂで形成された取付部を備えている。加速度センサ２は、図５中の（ａ）に示すように凹部１２ａに取り付けた第１取付姿勢と、図５中の（ｂ）に示すように、凹部１２ｂに取り付けた第２取付姿勢との２つの姿勢でアウターシェル１０に取り付けることができる。加速度センサ２は、凹部１２ａおよび凹部１２ｂに対してＸ軸の検出軸がアウターシェル１０を貫く姿勢で取り付けられる。そして、凹部１２ａと凹部１２ｂとが直交しているので、凹部１２ａに取り付けた第１取付姿勢を採る加速度センサ２と凹部１２ｂに取り付けた第２取付姿勢を採る加速度センサ２とでは、Ｘ軸の方向は変化しないが、Ｙ軸とＺ軸との配置が互いに入れ替わることになる。

【0028】

また、緩衝器Ｓを車体Ｂと車輪Ｗとに連結して車両Ｖに設置された状態で、加速度センサ２をブラケット１２の凹部１２ａおよび凹部１２ｂに取り付けると、車両のＶの前後方向であるｘ軸と上下方向であるｚ軸を含む平面に平行なであって、加速度センサ２の３つの検出軸が交わる交点を通る平面上に加速度センサ２のＸ軸の検出軸が配置されるようになっている。つまり、第１取付姿勢の加速度センサ２と第２取付姿勢の加速度センサ２のＸ軸の検出軸は、車両Ｖを上方から見て車両Ｖの前後方向に一致する方向を向き、第１取付姿勢に対して第２取付姿勢は加速度センサ２をＹ軸の検出軸回りに９０度回転させた姿勢となっている。よって、第１取付姿勢の加速度センサ２と第２取付姿勢の加速度センサ２は、Ｙ軸の検出軸が必ず車両Ｖの前方を向くので、加速度センサ２は、凹部１２ａ，１２ｂに取り付けられるとＸ軸がヨー方向にずれ無く緩衝器Ｓに設置される。

【0029】

なお、加速度センサ２は、ブラケット１２に対してＸ軸の検出軸が車両Ｖの前方を向きつつ、Ｙ軸回りに１８０度未満の回転範囲で回転した２つの取付姿勢で取り付け可能であればよい。

【0030】

このように、加速度センサ２のＸ軸の検出軸がヨー方向においては車両Ｖの前後方向に沿っているので、重力の方向が分かれば加速度センサ２の車両Ｖに対するロール角度とピッチ角度が求まり変換行列を求めることができる。そこで、変換行列演算部３は、車両Ｖを水平面に静止させた状態にあり加速度センサ２が第１取付姿勢にある状態で検出した３つの加速度と、車両Ｖを水平面に静止させた状態にあり加速度センサ２が第２取付姿勢にある状態で検出した３つの加速度と、に基づいて変換行列を求める。車両Ｖを水平面に静止させた状態にある場合、重力以外の加速度が検出されないので、加速度センサ２の検出部２ａが検出するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３つの加速度ベクトルは重力ベクトルに一致する。

【0031】

加速度センサ２の検出部２ａが検出する加速度ベクトルを（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、これを車両Ｖを基準とした座標系へと回転させるロール・ピッチ・ヨーの回転角をそれぞれｒ，ｐ，ωとする。前述の通り、加速度センサ２の検出部２ａが検出するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３つの加速度ベクトルは重力ベクトル（０，０，ｇ）に一致する。

【0032】

すると、以下の式（２）に示すように、重力ベクトル（０，０，ｇ）に変換行列の逆行列を乗じれば加速度ベクトル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）となる。

【0033】

【数2】

【0034】

式（２）を整理すると、式（３）となる。

【0035】

【数3】

【0036】

以上より、ロール角度ｒを求めるには、式（４）を演算すればよく、ピッチ角度ｐを求めるには、式（５）を演算すればよい。

【0037】

【数4】

【0038】

【数5】

【0039】

ここで、ヨー角度ωについては、式（３）には現れないことから、重力加速度の検知のみではヨー角度ωが定まらないことが分かる。理論上は、加速度センサ２が１つの取付姿勢で重力加速度を検出すれば、ロール角度ｒとピッチ角度ｐを求めることができ、ヨー角度については、加速度センサ２のＸ軸の検出軸が車両Ｖの前方を向いており、ヨー角度が０であるから、一度の重力加速度の検出によってロール角度ｒ、ピッチ角度ｐおよびヨー角度ωが全て既知となるのであるが、加速度センサ２には検出誤差があり、重力加速度も場所によって異なる。

【0040】

そこで、本実施の形態の加速度検出装置１では、変換行列演算部３は、第１取付姿勢および第２取付姿勢にある加速度センサ２の検出部２ａが検出するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３つの加速度から重力加速度の方向を求めて、第１取付姿勢および第２取付姿勢にある加速度センサ２の車両Ｖに対するロール角度とピッチ角度とを求めるようにしている。

【0041】

第１取付姿勢および第２取付姿勢のどちらにおいても加速度センサ２の検出部２ａが検出するＸ軸の加速度、Ｙ軸の加速度とＺ軸の加速度でなる加速度ベクトルは重力加速度のベクトルに一致し、第１取付姿勢の加速度センサ２と第２取付姿勢の加速度センサ２とではＸ軸の検出軸回りに９０度姿勢を回転させた位置関係にあるから、第１取付姿勢時のロール角度ｒと第２取付姿勢時のロール角度ｒとでは９０度差が生じる筈である。これらの条件から、変換行列演算部３は、重力加速度の方向を求めて、第１取付姿勢或いは第２取付姿勢にある加速度センサ２の車両Ｖに対するロール角度ｒとピッチ角度ｐとを求める。なお、第１取付姿勢の加速度センサ２に対して第２取付姿勢の加速度センサ２は、Ｘ軸の検出軸回りに１８０度未満の範囲で回転姿勢を回転させた位置関係にあって第１取付姿勢に対する第２取付姿勢の回転角度が既知であればよいので、第１取付姿勢に対する第２取付姿勢の回転角度が９０度でなくてもよい。

【0042】

このように、変換行列演算部３は、第１取付姿勢と第２取付姿勢とで加速度センサ２の検出部２ａが検出する３つの加速度から重力加速度の方向を求めるので、加速度センサ２の検出部２ａに個体差があっても正確に重力加速度の方向を求め得る。

【0043】

以上、変換行列演算部３がロール角度ｒとピッチ角度ｐとを求めれば、加速度センサ２の車両Ｖに対するロール角度ｒ、ピッチ角度ｐおよびヨー角度ωが既知となるので、加速度センサ２の検出部２ａが検出する車輪Ｗの加速度を車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向に沿った加速度に変換するための変換行列を求め得る。

【0044】

加速度センサ２の検出部２ａ検出する加速度ベクトル（Ｘ、Ｙ，Ｚ）を車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向に沿う加速度ベクトル（ｘ，ｙ，ｚ）へ変換する変換行列は、以下の式（６）で表すことができる。前述したように第２取付姿勢にある加速度センサ２のＸ軸の検出軸は、ヨー方向に沿っているので加速度センサ２の車両Ｖに対するヨー角度は０となり、第２取付姿勢にある加速度センサ２の車両Ｖに対するロール角度ｒおよびピッチ角度ｐは前述のように既知の値となる。

【0045】

【数6】

【0046】

よって、変換行列演算部３は、ヨー角度を０として、求めたロール角度ｒおよびピッチ角度ｐの値を式（６）に代入して変換行列を求める。式（６）の変換行列は、３行３列の９個のパラメータを有する行列であり、変換行列の各パラメータは、それぞれ式（１）のパラメータＡ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３，Ａ３１，Ａ３２，Ａ３３に相当している。

【0047】

なお、ロール角度ｒおよびピッチ角度ｐの演算にあたり、第１取付姿勢での加速度センサ２の重力の検出を先に行って、第２取付姿勢での加速度センサ２の重力の検出を後に行って、車輪Ｗの加速度の検出を第２取付姿勢の加速度センサ２で行うため、変換行列演算部３は、第２取付姿勢で加速度センサ２を使用することを前提として第２取付姿勢にある加速度センサ２のロール角度ｒとピッチ角度ｐとを変換行列に入力して前記パラメータを求めるが、第１取付姿勢で加速度センサ２を使用する場合には、変換行列演算部３は、第１取付姿勢における加速度センサ２のロール角度とピッチ角度を変換行列に入力して前記した９個のパラメータを求めてもよい。

【0048】

また、変換行列演算部３は、図示はしないが、加速度センサ２と無線通信可能な送受信部を備えており、図６の処理手順に示すように、加速度センサ２のロール角度とピッチ角度とを求めて変換行列の各パラメータを求める（ステップＦ１）と、加速度センサ２と無線通信を行って９個のパラメータのデータを加速度センサ２へ送信する（ステップＦ２）。

【0049】

９個のパラメータのデータを受け取った加速度センサ２は、当該パラメータの値を記憶し（ステップＦ３）、検出部２ａで３軸の加速度を検出し（ステップＦ４）、検出部２ａが検出した３軸の加速度からパラメータに基づき予め指定された車両Ｖの上下方向に沿う車輪Ｗの加速度のみを所定のサンプリングレートで求めて（ステップＦ５）、外部へ送信する（ステップＦ６）。加速度センサ２は、変換行列の各パラメータを受け取った後は、ステップＦ４からステップＦ６の処理を繰り返して順次求めた加速度を外部へ送信する。

【0050】

加速度センサ２の補正部２ｂは、変換行列を求める演算を行う必要が無く、単純に変換行列演算部３から得たパラメータを係数とした乗算と、加減算を行うのみで車両Ｖの上下方向に沿う車輪Ｗの加速度を求めることができるので、補正部２ｂを構成するＭＰＵには高度な演算が求められないので加速度センサ２のコストを低減できる。なお、加速度センサ２に補正部２ｂを設けずに、検出部２ａが検出した加速度をサンプリング周期毎に変換行列演算部３へ送信して、変換行列演算部３に前記パラメータを用いて車両Ｖのｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿う加速度を演算させることもできる。

【0051】

また、加速度センサ２は、車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向に沿う車輪Ｗの加速度のうち予め指定された加速度のみを外部へ送信するので、１度に送受信可能なデータ量が限られる場合でもあっても外部が要求するデータを無理なく送信できる。なお、加速度センサ２が送信するデータの受け手は、車両Ｖの種々のデータを収集する収集装置であってもよいし、緩衝器Ｓやその他の車両Ｖに設置される機器の制御を行うＥＣＵ等の制御装置であってもよい。また、変換行列演算部３は、前述した収集装置や制御装置を構成するハードウェアが変換行列を求めるプログラムを実行することで実現されてもよいし、収集装置や制御装置とは別個のハードウェアによって実現されてもよい。

【0052】

なお、変換行列演算部３は、第１取付姿勢および第２取付姿勢にある加速度センサ２の検出部２ａが検出するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３つの加速度から重力加速度の方向を求めているが、以下のように設計変更されてもよい。まず、加速度センサ２を鉛直方向に対して水平な面に静止させた状態で、検出部２ａに重力加速度を検出させて、変換行列演算部３に当該重力加速度を記憶させる。その後、加速度センサ２のＹ軸の検出軸が車両Ｖの前方を向くようにして緩衝器Ｓのアウターシェル１０に加速度センサ２を取り付け、検出部２ａによって加速度を検出する。予め、鉛直方向に対して水平な面に静止させた状態で加速度センサ２によって重力加速度の大きさと方向とが検出されているので、この重力加速度の大きさと方向と、加速度センサ２を緩衝器Ｓに取り付けた状態の検出部２ａが検出した加速度とから重力加速度の方向を正確に求めることができる。よって、予め、鉛直方向に対して水平な面に静止させた状態で加速度センサ２によって重力加速度の大きさと方向とを検出しておけば、加速度センサ２の緩衝器Ｓへの取付姿勢を第１取付姿勢と第２取付姿勢とに切り換える必要がないので加速度センサ２の緩衝器Ｓへの取り付けをブラケット１２を用いなくともよい。

【0053】

以上、本実施の形態の加速度検出装置１は、車両Ｖにおける車体Ｂと車輪Ｗとの間に介装されて車輪Ｗとともに振動する緩衝器（サスペンション装置）Ｓに取り付けられて互いに直交する３軸を検出軸として加速度を検出可能な加速度センサ２と、加速度センサ２が検出する加速度を車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向に沿う加速度に補正する変換行列を求める変換行列演算部３とを備え、加速度センサ２は、緩衝器（サスペンション装置）Ｓに対して検出軸のうち１つが車両を上方から見て車両の前後方向に一致する方向を向くように取り付けられ、変換行列演算部３は、車両Ｖが水平面に静止した状態において加速度センサ２が検出する３軸の加速度に基づいて変換行列を求める。このように構成された加速度検出装置１では、車両Ｖを水平面に静止させた状態で重力加速度を検出することでノイズの影響を受けずに正確に加速度センサ２の水平面に対するロール角度ｒ、ピッチ角度ｐを求めることができるとともに、加速度センサ２の１つの検出軸をヨー方向に沿わせるので、加速度センサ２が検出した車輪Ｗの加速度を正確に車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向の座標系に変換する変換行列を求め得る。よって、本実施の形態の加速度検出装置１によれば、ノイズ等の影響を受けずに正確な加速度センサ２のキャリブレーションが可能となり、車両Ｖにおける車輪Ｗの加速度を正確に検出できる。

【0054】

なお、本実施の形態の加速度検出装置１では、加速度センサ２の３つの検出軸のうちＸ軸の検出軸を車両Ｖの前後方向に一致する方向に向くように緩衝器（サスペンション装置）Ｓに取り付けているが、加速度センサ２の３つの検出軸は互いに直交しており、いずれの検出軸を車両Ｖの前後方向へ向けてもよいので、Ｙ軸或いはＺ軸の検出軸を車両Ｖの前後方向に向けてもよいし、演算では求められない加速度センサ２の車両Ｖに対するヨー角度を決めておけばよいので、加速度センサ２の３つの検出軸のうち１つを車両Ｖの左右方向に一致させて緩衝器（サスペンション装置）Ｓに取り付けてもよい。また、検出軸の１つが車両Ｖに対して所定のヨー角度となるように加速度センサ２をサスペンション装置に取り付けてもよい。つまり、車両Ｖを上方から見て車両Ｖの前後方向を沿う仮想線に対して検出軸のうち１つが交わる角度が所定のヨー角度となっていればよく、所定のヨー角度は何度でもよい。ただし、加速度センサ２の検出軸のうち１つが車両Ｖの前後方向を向くように緩衝器（サスペンション装置）Ｓに設置される場合、加速度センサ２がサスペンション装置Ｓの前方或いは後方に設置されるので、加速度センサ２の設置が容易となる。

【0055】

また、本実施の形態の加速度検出装置１では、加速度センサ２は、緩衝器（サスペンション装置）Ｓに対し、検出軸のうち１つが車両Ｖを上方から見て車両Ｖの前後方向に一致する方向を向く第１の取付姿勢と、第１取付姿勢に対して前方を向く検出軸回りに１８０度未満の回転範囲で回転させた姿勢となる第２取付姿勢とで取り付け可能であって、変換行列演算部３は、車両Ｖが水平面に静止した状態において、前記加速度センサが前記第１取付姿勢で検出した加速度と前記第２取付姿勢で検出した加速度に基づいて変換行列を求める。このように構成された加速度検出装置１によれば、第１取付姿勢と第２取付姿勢で加速度センサ２が検出した加速度から変換行列を高精度に求め得るので、加速度センサ２の個体差によらず正確なキャリブレーションが可能となる。この場合も、第１取付姿勢と第２取付姿勢とにある加速度センサ２の検出軸の１つが車両Ｖに対して所定のヨー角度となるように取り付けられてもよい。

【0056】

さらに、本実施の形態の加速度検出装置１では、加速度センサ２は、無線による送受信を可能とする送受信部２ｃを備え、変換行列演算部３は、求めた変換行列のパラメータを加速度センサ２に転送し、加速度センサ２は、検出した加速度をパラメータに基づいて補正して車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向に沿う加速度のうち予め指定された１つまたは２つの加速度のみを求めて無線により外部へ送信する。このように構成された加速度検出装置１によれば、加速度センサ２は高度な演算が求められることもなく変換行列演算部３から得たパラメータを係数とした乗算と、加減算を行うのみで指定された加速度を求めることができ、高価な演算処理装置を搭載する必要がないのでコストを低減でき、加速度センサ２は予め指定された加速度のみを外部へ送信するので、１度に送受信可能なデータ量が限られる場合でもあっても外部が要求するデータを無理なく送信でき、サンプリングレートも向上できる。

【0057】

さらに、本実施の形態の加速度検出装置１では、加速度センサ２は、緩衝器（サスペンション装置）Ｓに設けたられたブラケット１２を介して取り付けられ、ブラケット１２は、加速度センサ２を第１取付姿勢と第２取付姿勢とに選択的に取り付ける凹部（取付部）１２ａ，１２ｂを備えている。このように構成された加速度検出装置１によれば、加速度センサ２を緩衝器（サスペンション装置）Ｓへ取り付ける際に位置合わせが不要となり、第１取付姿勢と第２取付姿勢を正確に実現できるので正確なキャリブレーションを保証できるとともに、第１取付姿勢と第２取付姿勢との姿勢変えも容易となる。
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態の加速度検出装置１は、加速度センサ２Ａが方位センサ２ｅを備えており、変換行列演算部３Ａが車両Ｖの前方を所定の方位に向けた状態でかつ静止状態において加速度センサ２Ａが検出する３軸の加速度と方位センサ２ｅが検出する方位に基づいて変換行列を求める点で第１の実施の形態の加速度検出装置１と異なっている。

【0058】

加速度センサ２Ａは、図７に示すように、互いに直交する３つの検出軸に沿う３方向の加速度を検出可能な検出部２ａと、検出部２ａで検出した加速度を変換行列を用いて補正して車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向の加速度のうち予め指定された加速度を求める補正部２ｂと、補正部２ｂによって求められた加速度のデータを外部装置へ無線によって送信する送受信部２ｃと、これら検出部２ａ、補正部２ｂおよび送受信部２ｃを収容する筐体２ｄとを備える他に、２軸の方位センサ２ｅとを備えている。

【0059】

加速度センサ２Ａは、方位センサ２ｅを備えている点でのみ第１の実施の形態の加速度センサ２と異なっている。方位センサ２ｅは、検出部２ａのＸ軸に平行な検出軸と、検出部２ａのＹ軸に平行な検出軸との２つの検出軸を持つ方位センサとされており、Ｘ軸とＹ軸とが含まれる平面内に互いに直交する２つの方位検出軸を持っている。また、方位センサ２ｅが検出した方位は、変換行列を求めるために用いられ送受信部２ｃを介して変換行列演算部３に送信される。

【0060】

加速度センサ２Ａにおける方位センサ２ｅが検出した方位は、変換行列を求めるためだけに用いられるので、変換行列を求められた後は、方位センサ２ｅによる方位の検出は行われなくともよい。なお、方位センサ２ｅは、加速度センサ２の３つの検出軸のうち２つの検出軸を含む平面内に互いに直交する２軸の方位検出軸を持っていればよいので、加速度センサ２とはハードウェアとして分離されて設けられてもよい。

【0061】

また、加速度センサ２Ａは、緩衝器Ｓにおけるアウターシェル１０に取り付けられ、検出部２ａが所定のサンプリングレートで加速度を検出し、補正部２ｂが変換行列のパラメータを使用して指定された加速度のみを補正して、送受信部２ｃから補正後の加速度を送信する。なお、第２の実施の形態の加速度検出装置１では、加速度センサ２Ａの緩衝器Ｓに対する取付姿勢に制限はなく、加速度センサ２Ａは、緩衝器Ｓに対してブラケット１２を介して取り付けれてもよいし、ブラケット１２を用いずに取り付けられてもよい。

【0062】

加速度センサ２ＡのＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の検出軸は、車両Ｖに対してどの方向を向いているかは不明であるが、変換行列演算部３は、車両Ｖの前方を正確に北に向け、水平面に静止させた状態で加速度センサ２の検出部２ａが検出した加速度と、方位センサ２ｅが検出した方位とに基づいて変換行列を求める。

【0063】

車両Ｖの前方を正確に北に向けて水平面に車両Ｖを静止させると、方位センサ２ｅが検出した方位は、車両Ｖの前方の北に対して加速度センサ２Ａの車両Ｖの前後方向に対する向きを示す。よって、方位センサ２ｅが検出する方位から加速度センサ２Ａが車両Ｖのヨー方向においてどの程度回転しているか、つまり、ヨー角度ωを知ることができる。

【0064】

また、車両Ｖを水平面に車両Ｖを静止させると、重力加速度は車両Ｖに対して鉛直下方に作用する。よって、この状態で、加速度センサ２Ａの検出部２ａが検出した加速度から加速度センサ２Ａの車両Ｖに対するロール角度ｒおよびピッチ角度ｐを求めれば、ロール角度ｒとピッチ角度ｐを精度良く求めることができる。なお、加速度センサ２Ａで重力加速度を検知することによってロール角度ｒとピッチ角度ｐとを求め得ることは前述のとおりである。

【0065】

これにより、オイラー角であるロール角度ｒ、ピッチ角度ｐおよびヨー角度ωの３つの角度が求まるので、変換行列演算部３は、求めたロール角度ｒ、ピッチ角度ｐおよびヨー角度ωを式（６）に代入して、変換行列を求めて変換行列の各パラメータＡ１１，Ａ１２，Ａ１３，Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３，Ａ３１，Ａ３２，Ａ３３を求める。変換行列演算部３は、変換行列の各パラメータを求めると、加速度センサ２Ａと無線通信を行って９個のパラメータのデータを加速度センサ２Ａへ送信する。なお、本実施の形態の加速度検出装置１では、車両Ｖの前方を北に向けているが、予め変換行列を求める際に車両Ｖの前方を向けるべき方位を決めておけば、当該方位は北以外であってもよい。たとえば、車両Ｖの前方が西を向いており、方位センサ２ｅの検出によって加速度センサ２Ａの向きが北であることが分かれば、車両Ｖの前方に対するヨー角度は９０度であることが分かる。よって、変換行列を求める際に車両Ｖの前方を向けるべき方位を予め決めておけばよいので、車両Ｖの前方を向けるべき所定の方位は任意に変更可能である。

【0066】

９個のパラメータのデータを受け取った加速度センサ２Ａは、当該パラメータの値を記憶し、検出部２ａが検出した３軸の加速度から車両Ｖの上下方向に沿う車輪Ｗの加速度のみを所定のサンプリングレートで求めて、外部へ送信する。

【0067】

以上のように、第２の実施の形態の加速度検出装置１は、車両Ｖにおける車体Ｂと車輪Ｗとの間に介装されて伸縮する緩衝器（サスペンション装置）Ｓに取り付けられて互いに直交する３軸を検出軸として加速度を検出可能な加速度センサ２Ａと、加速度センサ２Ａが検出する加速度を車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向の加速度に補正する変換行列を求める変換行列演算部３とを備え、加速度センサ２Ａは、検出軸のうち２つの検出軸を含む平面内に互いに直交する２軸の方位検出軸を持ち方位を検出する方位センサ２ｅを有し、変換行列演算部３は、車両Ｖの前方を所定の方位に向けた状態でかつ静止状態において、所定の方位と、加速度センサ２Ａが検出する３軸の加速度と、方位センサ２ｅが検出する方位に基づいて変換行列を求める。

【0068】

このように構成された加速度検出装置１では、車両Ｖを水平面に静止させた状態で重力加速度を検出することでノイズの影響を受けずに正確に加速度センサ２の水平面に対するロール角度ｒ、ピッチ角度ｐを求めるとともに、車両Ｖを水平面に静止させた状態で方位センサ２ｅによってヨー角度ωを求めるのでヨー角度ωについても精度よく求め得る。よって、本実施の形態の加速度検出装置１によれば、加速度センサ２Ａが検出した車輪Ｗの加速度を正確に車両Ｖの前後方向、左右方向および上下方向の座標系に変換する変換行列を求め得る。以上より、本実施の形態の加速度検出装置１によれば、ノイズ等の影響を受けずに正確な加速度センサ２のキャリブレーションが可能となり、車両Ｖにおける車輪Ｗの加速度を正確に検出できる。

【0069】

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

【符号の説明】

【0070】

１・・・加速度検出装置、２，２Ａ・・・加速度センサ、２ｃ・・・送受信部、２ｅ・・・方位センサ、３・・・変換行列演算部、１２・・・ブラケット、１２ａ，１２ｂ・・・凹部（取付部）、Ｂ・・・車体、Ｓ・・・緩衝器（サスペンション装置）、Ｖ・・・車両、Ｗ・・・車体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】