特開 2024-157846 車両挙動計測装置

(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】P2024157846

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】車両挙動計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01M 17/007 20060101AFI20241031BHJP

   G01P 15/18 20130101ALI20241031BHJP

   G01M 17/02 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

G01M17/007 J

G01P15/18

G01M17/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072456

(22)【出願日】2023-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安木 佑介

(72)【発明者】

【氏名】重岡 恵二

(72)【発明者】

【氏名】石川 朝幸

(57)【要約】

【課題】車両の挙動と車輪の挙動とを正確に同期させて車両の状態の解析に用いる情報を取得できる車両挙動計測装置を実現する。
【解決手段】車両挙動計測装置は、ＧＰＳ信号を参照して第１の同期信号を生成する第１の同期信号生成部２０と、車両１０の挙動を検出して車両挙動信号を出力する車両挙動検出部２２と、前記第１の同期信号に同期して前記車両挙動信号を記録する第１の記録部２４と、を有する制御基板１２と、ＧＰＳ信号を参照して第２の同期信号を生成する第２の同期信号生成部２８と、車輪１６の状態を検出して車輪状態信号を出力する車輪状態検出部３０と、前記ホイールの回転角を検出して回転角信号を記録する慣性記録装置３４と、前記第２の同期信号に同期して前記車輪状態信号および前記回転角信号を記録する第２の記録部３６と、を有する計測基板１４を備え、前記第１の同期信号と前記第２の同期信号とは、同期している、ことを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両内部に設置される制御基板と、
ホイールまたはハブユニットに設置される計測基板と、
を備え、
前記制御基板は、
ＧＰＳ信号を参照して第１の同期信号を生成する第１の同期信号生成部と、
車両の挙動を検出して車両挙動信号を出力する車両挙動検出部と、
前記第１の同期信号に同期して前記車両挙動信号を記録する第１の記録部と、
を有し、
前記計測基板は、
ＧＰＳ信号を参照して第２の同期信号を生成する第２の同期信号生成部と、
車輪の状態を検出して車輪状態信号を出力する車輪状態検出部と、
前記ホイールの回転角を検出して回転角信号を記録する慣性記録装置と、
前記第２の同期信号に同期して前記車輪状態信号および前記回転角信号を記録する第２の記録部と、
を有し、
前記第１の同期信号と前記第２の同期信号とは、同期している、
ことを特徴とする車両挙動計測装置。

【請求項2】

前記第１の同期信号生成部は、前記第１の同期信号をアナログデータに変換するデジタルアナログ変換処理を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両挙動計測装置。

【請求項3】

前記慣性記録装置は、前記ホイールの回転軸中心に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両挙動計測装置。

【請求項4】

前記ハブユニットに固定されるアダプタをさらに有し、
前記アダプタは、
先端に凸部を有する円筒形状の部材であり、
車軸の先端のねじ山部に締結され、
前記ハブユニットに固定する側に開口部を有し、
当該開口部に
前記ねじ山部に対応するめねじ山と、
前記めねじ山よりも前記ハブユニットから遠位側に前記めねじ山よりも径が大きい逃がし部と、
を有し、
前記ホイールを装着したときに、前記凸部が前記ホイールの平面部から突出する長さを有し、
前記ホイールを装着したときに、前記凸部に前記計測基板が固定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両挙動計測装置。

【請求項5】

前記第１の同期信号生成部および前記第２の同期信号生成部は、それぞれ内部タイマーを有し、前記ＧＰＳのＰＰＳ信号を受信すると、それぞれ前記内部タイマーをリセットする、
ことを特徴とする請求項１に記載の車両挙動計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両および車輪の挙動を計測する車両挙動計測装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両の挙動と車輪の挙動とを計測して、車両の状態の解析に用いられる情報を取得する車両挙動計測装置が知られている。車両の状態を解析するためには、まず、車輪の挙動を精度良く検出する必要がある。そのため、検出方法や、検出したデータの受け渡し方法など、様々な工夫を加えた技術が提案されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、車軸６分力計のスリップリング支持機構が開示されている。特許文献１では、ナックルやアクスルケースのような車軸部材にスリップリングを連結支持させることにより、スリップリングの初期水平設定や取付作業が容易となり、車輪の挙動の測定精度も向上させることが可能とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７－２８６９１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、車両の状態をより正確に解析するためには、車両および車輪の挙動を精度良く検出することに加え、それぞれの挙動を示すデータを正確に同期させて利用することが必要である。ここで、車両の挙動と車輪の挙動とを同期させるときに、車輪の挙動を示すデータを車両側に伝送し、車両と車輪とのデータを揃えた上で解析が行われることがある。このデータの伝送を無線で行う場合には、送信速度に起因する計測チャネル数やサンプリング数の制約などの問題が発生し得る。また、データの伝送を有線で行う場合には、重量の増加や実装における工数の増加などの問題が発生し得る。

【0006】

そこで、無線や有線によらずに、車両の挙動と車輪の挙動とを正確に同期させて車両の状態の解析に用いる情報を取得できる車両挙動計測装置を実現する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本明細書で開示する車両挙動計測装置は、車両内部に設置される制御基板と、ホイールまたはハブユニットに設置される計測基板と、を備え、前記制御基板は、ＧＰＳ信号を参照して第１の同期信号を生成する第１の同期信号生成部と、車両の挙動を検出して車両挙動信号を出力する車両挙動検出部と、前記第１の同期信号に同期して前記車両挙動信号を記録する第１の記録部と、を有し、前記計測基板は、ＧＰＳ信号を参照して第２の同期信号を生成する第２の同期信号生成部と、車輪の状態を検出して車輪状態信号を出力する車輪状態検出部と、前記ホイールの回転角を検出して回転角信号を記録する慣性記録装置と、前記第２の同期信号に同期して前記車輪状態信号および前記回転角信号を記録する第２の記録部と、を有し、前記第１の同期信号と前記第２の同期信号とは、同期している、ことを特徴とする。

【0008】

上記の構成によれば、第１の同期信号と第２の同期信号とは、同期している。すなわち、第１の同期信号に同期して車両挙動信号を記録する第１の記録部と、第２の同期信号に同期して車輪状態信号および回転角信号を記録する第２の記録部と、に記録されたデータは、ＧＰＳ信号から得られた同じ同期信号で記録される。したがって、車両の挙動と、車輪状態および回転角から得られる車輪の挙動と、を正確に同期できる。

【0009】

また、前記車両挙動計測装置の前記第１の同期信号生成部は、前記第１の同期信号をアナログデータに変換するデジタルアナログ変換処理を行う、ことを特徴とする。

【0010】

上記の構成によれば、アナログデータの同期信号が得られ、各種のセンサで車両挙動を検出する際にこの同期信号を利用することができる。

【0011】

また、前記車両挙動計測装置の前記慣性記録装置は、前記ホイールの回転軸中心に配置される、ことを特徴とする。

【0012】

上記の構成によれば、慣性記録装置をホイールの回転軸中心に配置することで、偏心や遠心力の影響を受けることが抑えられる。

【0013】

また、前記車両挙動計測装置は、前記ハブユニットに固定されるアダプタをさらに有し、前記アダプタは、先端に凸部を有する円筒形状の部材であり、車軸の先端のねじ山部に締結され、前記ハブユニットに固定する側に開口部を有し、当該開口部に前記ねじ山部に対応するめねじ山と、前記めねじ山よりも前記ハブユニットから遠位側に前記めねじ山よりも径が大きい逃がし部と、を有し、前記ホイールを装着したときに、前記凸部が前記ホイールの平面部から突出する長さを有し、前記ホイールを装着したときに、前記凸部に前記計測基板が固定される、ことを特徴とする。

【0014】

上記の構成によれば、計測基板のより安定した設置が可能となる。

【0015】

また、前記車両挙動計測装置の前記第１の同期信号生成部および前記第２の同期信号生成部は、それぞれ内部タイマーを有し、前記ＧＰＳのＰＰＳ信号を受信すると、それぞれ前記内部タイマーをリセットする、ことを特徴とする。

【0016】

上記の構成によれば、ＧＰＳから受信したクロックによりリセットされることで、内部タイマーによる累積する時刻のずれが抑えられる。

【発明の効果】

【0017】

本明細書で開示の車両挙動計測装置によれば、無線や有線によらずに、車両の挙動と車輪の挙動とを正確に同期させて車両の状態の解析に用いる情報を取得できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】車両挙動計測装置の全体構成を模式的に示す図である。

【図2】車輪の計測基板の構成を示す回路図である。

【図3】車両の制御基板の構成を示す回路図である。

【図4】専用アダプタを設置した状態を示す概略平面図である。

【図5】図４に示す専用アダプタの断面を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照して車両挙動計測装置について説明する。なお、各図において、「Ｆｒ」、「Ｕｐ」、および、「Ｒｈ」は、それぞれ、車両前方、上方、および、右側方を示している。

【0020】

図１は、車両挙動計測装置の全体構成を模式的に示す図である。実施形態の車両挙動計測装置は、車両の挙動と車輪の挙動とをそれぞれ記録し、車両と車輪とのそれぞれにおいて生成した同期信号を同期させて記録を利用する装置である。車両挙動計測装置は、車両１０に設けられ、制御基板１２と、計測基板１４と、を備える。制御基板１２は、車両１０の内部、すなわち、車体上の適切な位置（例えば、コンソールボックスの近傍）に設置される。一方、計測基板１４は、車輪１６に設置される。より詳しくは、計測基板１４は、ホイールまたはハブユニットに固定される。

【0021】

図１に示すように、車両１０の内部には、第１の制御部１８と、第１の同期信号生成部２０と、を有する制御基板１２に加えて、車両挙動検出部２２も設けられる。第１の制御部１８は、マイクロコンピュータなどから構成されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含んで構成され、制御基板１２の各部の動作を制御する。図１に示すように、第１の同期信号生成部２０は、ＧＰＳ信号を受信して、第１の同期信号を生成する。車両挙動検出部２２は、車両の挙動を検出して、車両挙動信号を出力する。ここで、車両挙動信号とは、例えば、車両１０の前後、左右、および、上下方向にかかる加速度をそれぞれ計測可能な３軸加速度センサ（図示なし）などから構成される挙動センサ（図示なし）が検出した車両１０の挙動を表す信号である。制御基板１２は、さらに第１の記録部２４を有する。第１の記録部２４は、車両挙動検出部２２で検出された車両挙動信号を第１の同期信号に同期して記録する。なお、制御基板１２は、上記以外の車載機器を制御するための機能を有してもよい。

【0022】

次に、計測基板１４について説明する。図１においては、計測基板１４の構成を破線で囲んだＡ部に示している。図１のＡ部に示すように、計測基板１４は、第２の制御部２６と、第２の同期信号生成部２８と、車輪状態検出部３０と、慣性記録装置３４と、第２の記録部３６と、を有する。第２の制御部２６は、マイクロコンピュータなどから構成されたＥＣＵを含んで構成され、計測基板１４の各部の動作を制御する。第２の同期信号生成部２８は、ＧＰＳ信号を受信して、第２の同期信号を生成する。ここで、第２の同期信号生成部２８が生成する第２の同期信号と、上記した第１の同期信号生成部２０が生成した第１の同期信号とは、それぞれ独立して生成されるが、同じＧＰＳ信号に基づいて生成するため、両者は正確に同期している。

【0023】

車輪状態検出部３０は、車輪１６の状態を検出して車輪状態信号を出力する。ここで、車輪状態信号とは、車輪１６に設けられたセンサ３２が検出した車輪１６の状態を表す信号である。具体的には、例えば、ホイールとハブとの締結面にセンサ３２が設けられる場合には、センサ３２は面圧センサとして、タイヤの空気圧や、ホイールの歪みなどの状態を検出する。

【0024】

慣性記録装置３４は、ジャイロセンサとも呼ばれる角速度センサであって、ホイールの回転角を検出して回転角信号を記録する。ホイールは回転体であるため、各信号を検出したときに検出された値は、ホイールがどの位置にあった時の値であるかを把握することが必要である。そのため、本例においては、ホイールの回転角の検出機能を有する慣性記録装置３４を設けている。また、慣性記録装置３４は、ホイールの回転軸中心に配置される。一般に、ホイールの回転角などの角度の検出の精度を高めるためには、ロータリエンコーダを設けることがある。しかし、体格が大きくなるというデメリットもあるため、本例においては、慣性記録装置３４をホイールの回転軸中心（言い換えると、計測基板１４の略中央）に配置する構成としている。

【0025】

第２の記録部３６は、第２の同期信号に同期して、車輪状態信号および回転角信号を記録する。第２の記録部３６は、例えば、マイクロＳＤなどの不揮発性のメモリである。

【0026】

例えば、第１の記録部２４および第２の記録部３６は、データの格納や蓄積を行う機器であるデータロガーであってもよい。第１の制御部１８は、車両のデータロガーである第１の記録部２４に、第１の同期信号および車両挙動信号を記録させる。また、第２の制御部２６は、車輪１６のデータロガーである第２の記録部３６に、センサ３２から車輪の状態を示す信号および慣性記録装置３４からのホイールの回転角を示す信号を記録させる。なお、センサ３２からの検出信号は、通常アナログ信号であり、アンプなどで所定の増幅をした後、アナログ・デジタル変換し、デジタルデータとして第２の記録部３６に記録される。そして、走行終了後に、第１の制御部１８が、第２の記録部３６からデータを受け取り、第１の記録部２４と第２の記録部３６とのデータを照合する。このとき、第１の同期信号と第２の同期信号とは同期しているため、車両挙動計測装置は、車両の状態の解析に用いられる精度の良い情報の取得が可能となる。なお、車両状態の解析は、外部のコンピュータなどによって行ってもよい。

【0027】

次に、図２，３を参照して、第１の同期信号生成部２０および第２の同期信号生成部２８でそれぞれ生成される同期信号について説明する。図２は、車輪の計測基板の構成を示す回路図である。また、図３は、車両の制御基板の構成を示す回路図である。

【0028】

ＧＰＳ信号は、緯度、経度、時刻、などの情報を得ることのできるＮＭＥＡ信号と、原子時計を基とする１秒間に１つ出力される正確なＰＰＳ信号と、を含む。図２に示すように、本例では、この２種類の信号からの時間に関する情報を参照し、かつ、２つのタイマー３８，４０を用いることにより同期信号（すなわち、図２においては、第２の同期信号）を生成する。

【0029】

図２に示すように、ＮＭＥＡ信号は、時刻解析部４２に入力される。ＮＭＥＡ信号は、時刻についての情報を含み、時刻解析に用いられるため、時刻解析部４２から秒以上の時刻を表す信号が出力される。

【0030】

ＰＰＳ信号は、タイマー３８に入力される。ＰＰＳ信号の入力（例えば、立ち上がりエッジ）は、タイマー３８においてリセットに用いられる。タイマー３８は、１００ＭＨｚの内部クロックをカウントし、１秒ごとにオーバーフローする。また、ＰＰＳ信号により、１秒経過したらリセットされる。したがって、ＰＰＳ信号による１秒間のカウント値がタイマー３８に得られ、これが秒未満の信号として現在時刻演算部４６に供給される。

【0031】

さらに、タイマー３８からのオーバーフロー出力は、他端にＰＰＳ信号が入力されるＯＲ回路３８ａに入力される。このため、ＯＲ回路３８ａからは、タイマー３８のオーバーフロー出力またはＰＰＳ信号という同期した１Ｈｚの信号が出力され、これが現在時刻演算部４６に供給される。

【0032】

このように、タイマー３８は、ＰＰＳ信号により１秒ごとにリセットされるため、内部クロックの誤差は１秒以上累積されることはない。すなわち、ＧＰＳ信号（具体的には、ＰＰＳ信号）によりリセットされることで、内部タイマーによる累積する時刻のずれが抑えられる。

【0033】

タイマー４０は、センサ３２で検出されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換用に設けたタイマーである。タイマー４０では、１００ＭＨｚの内部クロックをカウントし、１００，０００になったことでオーバーフローする。したがって、１ｋＨｚの信号をオーバーフロー端子から出力する。そして、この１ｋＨｚの信号が、ＡＤコンバータ４４にサンプリングクロックとして供給される。したがって、ＡＤコンバータ４４は、入力されてくるセンサからの信号１およびセンサからの信号２という２つのアナログ信号を１ｋＨｚのサンプリングクロックに同期してＡＤ変換し、デジタル信号として出力する。ＡＤコンバータ４４の出力は、第２の記録部３６に供給されて記録される。この第２の記録部３６には、現在時刻演算部４６からＧＰＳ信号に基づいて生成された正確な時刻信号が供給されており、ＡＤコンバータ４４から供給されるデジタル信号が時刻に対応付けて保存される。すなわち、現在時刻演算部４６からの時刻信号に同期して、センサからの信号１，２が記録される。すなわち、現在時刻演算部４６から出力された信号が、第２の同期信号であるといえる。

【0034】

次に、図３を用いて、車両１０の制御基板１２の構成を説明する。なお、図２と共通の構成については、適宜説明を省略する。図３においては、制御基板１２は、タイマー４０の出力先をＤＡコンバータ４８としている。タイマー４０から出力された１ｋＨｚの信号は、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡコンバータ４８においてサンプリングクロックとして用いられる。ＤＡコンバータ４８は、現在時刻演算部４６から供給される時分秒を示す時刻信号を、アナログ信号に変換する。この例では、ＤＡコンバータ４８は、現在時刻のデジタル信号から、分、秒、および、ミリ秒（ｍｓ）の３つのアナログ信号を出力する。ＤＡコンバータ４８の出力は、他の車載センサや、車載制御部に供給され、ここで各種信号処理に利用される。言い換えると、第１の同期信号生成部２０は、第１の同期信号として、アナログ信号の同期信号を生成する。これは、車両挙動の詳細な計測や解析には、デジタルデータではなくアナログデータでの計測が多いことに対応するためである。このように、ＤＡコンバータ４８からアナログの同期信号を出力することで、アナログ信号を取り扱う機器において、ＧＰＳ信号からの正確な同期信号に基づいて計測や解析を行うことができる。なお、ＤＡコンバータ４８のアナログ出力は、ＢＮＣなどで出力することができる。

【0035】

また、ＤＡコンバータ４８の出力は、フルレンジ（例えば、０－５Ｖ）ではなく、最大電圧を抑えてよい。例えば、５Ｖ電源の出力を有していた制御基板１２の出力が、何らかの影響で、４．９５Ｖに低下してしまった場合に、時刻信号が０－４．９５Ｖに制約され、出力である同期信号が変化してしまうことを考慮するためであり、例えば、０－４Ｖで変換することで、出力の安定性を高めている。本例では、計測中は、Ｗｉ－Ｆｉによる無線通信は行わない。すなわち、計測中は、計測基板１４の第１の記録部２４などで記録するため、送信速度に起因するチャネル数やサンプリング数の制約なしに、所望する仕様での計測が可能となる。

【0036】

次に、図４，５を参照して、計測基板１４の車輪１６への締結について説明する。図４は、専用アダプタを設置した状態を示す概略平面図である。また、図５は、図４に示す専用アダプタの断面を模式的に示す図である。

【0037】

計測基板１４は、ノイズの影響を考慮すると、車輪１６の挙動を検出しているセンサ３２の近傍（例えば、ホイールまたはハブユニット）に固定して用いるのがよい。しかし、例えば、ホイールの仕様の違いによるホイールの歪みの差異を検出する場合には、計測対象であるホイールに接触しない方がよい。そこで、本例では、車両により仕様に大きな差のないハブ部に着目した。具体的には、ハブを固定するハブロックナットに代わり、専用のアダプタを設けて、ホイールに接触しない構成とした。

【0038】

図４では、専用アダプタ５０を濃墨部分として示している。図４に示すように、専用アダプタ５０は、車軸５２の先端のねじ山部（図示なし）に締結される。そして、専用アダプタ５０の前端部は、ベース部５４に固定される。図５を用いて、専用アダプタ５０の構成について説明すると、専用アダプタ５０は、円筒形状の本体部５６と、本体部５６から車両前方向に突出する凸部５８とで構成される。専用アダプタ５０は、ハブユニットに固定される側に開口部６０を有する。この開口部６０には、車軸５２の先端のねじ山部に対応するめねじ山６２と、めねじ山６２よりもハブユニットから遠位側に設けられめねじ山６２よりも径が大きい逃がし部６４と、を有する。すなわち、周面にめねじ山６２が形成された部分は、車軸５２の先端のおねじがねじ込まれるが、一定長さのめねじ山６２の先の部分は、おねじが自由に行き来できる逃がし部６４となっている。例えば、走行の多い実験車両の場合には、車軸が多少曲がっていることがある。そのため、めねじ山６２が長い場合には、車軸との締結ができないことがある。かかる事態に対応するため、本例では、逃がし部６４を設けている。なお、めねじ山６２および逃がし部６４の径の大小を示すため、図５において二点鎖線で表している。

【0039】

開口部６０は、ホイールを装着したときに、凸部５８がホイールの平面部から突出する長さとする。かかる構成により、ホイール締結後に、凸部５８に計測基板１４を固定するベース部５４を設置しても、ベース部５４はホイールの平面部と干渉しない。そのため、計測基板１４とホイールとの供回りが可能となる。なお、本例では、凸部５８を６角形状とする。これは、専用アダプタ５０はハブロックナットの代わりにハブを固定する役割があるため、６角部にハブロックナットと同様の規定トルクをかけて締結するためである。上記の構成により、計測基板１４の車輪１６へのより安定した設置が可能となる。

【0040】

なお、これまでの説明は一例であり、本明細書で開示する車両挙動計測装置は、車両内部に設置される制御基板と、ホイールまたはハブユニットに設置される計測基板とにおいて、それぞれ車両の挙動と車輪の挙動とを記録し、ＧＰＳ信号から得られた同期信号を同期させる構成であればよい。したがって、車両挙動計測装置のその他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、計測基板の車輪への設置は、１輪だけではなく、４輪に設置してもよい。

【符号の説明】

【0041】

１０ 車両、１２ 制御基板、１４ 計測基板、１６ 車輪（ホイール、ハブユニット）、１８ 第１の制御部、２０ 第１の同期信号生成部、２２車両挙動検出部、２４ 第１の記録部、２６ 第２の制御部、２８ 第２の同期信号生成部、３０ 車輪状態検出部、３２ センサ、３４ 慣性記録装置、３６ 第２の記録部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】