WO2014091553A1 - 車両の状態検出装置 - Google Patents

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resolver
phase detection
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倉田 史
鈴木 隆史
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Toyota Motor Corp
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    • B60W2520/00Input parameters relating to overall vehicle dynamics
    • B60W2520/28Wheel speed

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle state detection device that detects an external force acting on a vehicle.
  • the present invention has been made to cope with the above-described problem, and an object of the present invention is to detect a force acting on a vehicle by using a rotation angle sensor of a motor, which is an existing sensor provided in the vehicle.
  • the feature of the vehicle state detection device of the present invention is: A motor (30, 71); A magnetic detection signal that includes a rotor (42) rotated by rotation of the motor and a stator (43) provided around the rotor, and outputs a magnetic detection signal that changes according to a relative positional relationship between the rotor and the stator.
  • a rotation angle sensor (40, 72) having an output unit (41) and a rotation angle calculation unit (50) for calculating a rotation angle of the motor based on a magnetic detection signal output from the magnetic detection signal output unit;
  • a vehicle state detection device applied to a vehicle equipped with, Fluctuations (Ya, Yb, Xa, Xb) of the magnetic detection signal output from the magnetic detection signal output unit not caused by a change in the rotation angle of the motor, or the rotation angle not caused by a change in the rotation angle of the motor
  • a vehicle to which the state detection device of the present invention is applied is equipped with a motor whose rotation angle is detected by a rotation angle sensor.
  • the rotation angle sensor includes a rotor that rotates by rotation of a motor and a stator provided around the rotor, and a magnetic detection signal output unit that outputs a magnetic detection signal that changes according to the relative positional relationship between the rotor and the stator;
  • a rotation angle calculation unit that calculates a rotation angle of the motor based on the magnetic detection signal output from the magnetic detection signal output unit.
  • the magnetism detection signal output unit provides a magnetism generation unit on one of the rotor and the stator, and a magnetism detection unit on the other, and outputs a magnetism detection signal corresponding to the relative position between the rotor and the stator.
  • the rotor of the magnetic detection signal output unit may be formed integrally with the rotor shaft of the motor, or may be connected to the rotor shaft of the motor.
  • the rotor of the magnetic detection signal output unit When the rotor of the magnetic detection signal output unit is formed integrally with the rotor shaft of the motor, the rotor rotates integrally with the rotor shaft.
  • the magnetism generator may be of a type that generates magnetism from an exciting coil, or may be of a type that generates magnetism from a permanent magnet.
  • the relative position between the rotor and the stator of the rotation angle sensor is a direction other than the rotation direction, for example, a radial direction orthogonal to the rotor axis, Alternatively, it is displaced in the rotor axial direction.
  • the magnetic detection signal output from the magnetic detection signal output unit and the calculated rotation angle calculated by the rotation angle calculation unit vary.
  • the greater the force applied to the vehicle the greater the displacement of the relative position, and the greater the variation in the calculated rotation angle calculated by the magnetic detection signal output from the magnetic detection signal output unit and the rotation angle calculation unit.
  • the present invention obtains an index representing the magnitude of the force acting on the vehicle from the outside.
  • the state detection device of the present invention includes an external force index acquisition means.
  • the external force index acquisition means is a calculation calculated by a rotation angle calculation unit that is not caused by a change in the magnetic detection signal output from the magnetic detection signal output unit that is not caused by a change in the rotation angle of the motor or a change in the rotation angle of the motor. Detects fluctuations in rotation angle. And the magnitude
  • the present invention it is possible to detect not only the rotation angle of the motor but also the magnitude of the force acting on the vehicle using the rotation angle sensor. As a result, the magnitude of the external force acting on the vehicle can be detected without providing a dedicated sensor, and cost reduction, weight reduction, size reduction, and the like can be achieved.
  • the external force index acquisition means detects the fluctuation of the magnetic detection signal output from the magnetic detection signal output unit not caused by the change in the rotation angle of the motor, from the output value of the magnetic detection signal and the estimated motor rotation angle.
  • the deviation from the estimated value of the derived magnetic detection signal may be detected as the magnitude of the fluctuation of the magnetic detection signal.
  • the external force index acquisition means detects the fluctuation of the calculated rotation angle calculated by the rotation angle calculation unit that is not caused by the change in the rotation angle of the motor, and the calculated rotation angle calculated by the rotation angle calculation unit
  • the deviation from the estimated rotation angle value may be detected as the magnitude of fluctuation in the calculated rotation angle.
  • the estimated rotation angle is, for example, the rotation angle read from the rotation angle sensor before unit time (for example, one reading cycle before), and the estimated rotation estimated that the motor has rotated after reading the rotation angle. It can be obtained by adding the angle increment.
  • Another feature of the present invention is that the motor is mounted on the unsprung portion (10) of the vehicle.
  • the lower part of the spring is a part provided below the vehicle (on the road surface side) with the suspension spring as a boundary. Since the lower part of the spring is a part that receives an external force input from the road surface, a change in relative position different from the rotational direction of the rotor and the stator of the rotation angle sensor is easily obtained by the external force input from the road surface. Thereby, according to this invention, the external force input into the lower part of a spring from a road surface can be detected favorably.
  • an external force input from the road surface may directly act on the rotation angle sensor to obtain a change in the relative position between the rotor and the stator of the rotation angle sensor, or a change in the relative position between the rotor and the stator of the motor may occur. It may be transmitted to the rotation angle sensor to obtain a change in the relative position between the rotor and the stator of the rotation angle sensor, or a combination of both.
  • road surface determination means 140, S14 to S16, S18 to S32, S44 to S
  • S45, S78 to S81, and S95 to S98 for determining the state of the road surface on which the vehicle is traveling based on the force index acquired by the external force index acquisition means.
  • the road surface determination means determines the state of the road surface on which the vehicle is traveling based on the force index acquired by the external force index acquisition means. Therefore, according to the present invention, it is possible to determine the road surface state where the vehicle is traveling using the rotation angle sensor.
  • the rotation angle sensor comprises: An exciting coil (44) to which an alternating current signal for excitation is supplied, and a sin phase detection signal that is excited by the exciting coil and is a voltage signal having an amplitude corresponding to a sin value of a relative rotation angle of the rotor with respect to the stator are output.
  • a sin phase detection coil (45) and a cos phase detection coil (46) which is excited by the excitation coil and outputs a cos phase detection signal which is a voltage signal having an amplitude corresponding to a cos value of a relative rotation angle of the rotor with respect to the stator.
  • a resolver (41) having The resolver rotation angle sensor includes a resolver calculation unit (50) that calculates a rotation angle of the motor based on a sin phase detection signal and a cos phase detection signal output from the resolver.
  • a resolver rotation angle sensor is provided as the rotation angle sensor.
  • the resolver rotation angle sensor includes a resolver and a resolver calculation unit.
  • the resolver includes an excitation coil on one of the rotor and the stator, and a sin phase detection coil and a cos phase detection coil on the other, and a voltage having an amplitude corresponding to the sin value of the relative rotation angle from the sin phase detection coil to the stator of the rotor.
  • a signal is output, and a voltage signal having an amplitude corresponding to the cos value of the relative rotation angle with respect to the stator of the rotor is output from the cos phase detection coil.
  • the resolver calculation unit calculates the rotation angle of the motor based on the sin phase detection signal and the cos phase detection signal output from the resolver.
  • the external force index acquisition means can acquire an index of the magnitude of the external force that acts on the unsprung portion due to fluctuations in the output of the detection coil or fluctuations in the calculated rotation angle.
  • the resolver includes the rotor (42) provided with the excitation coil (44), and the stator (43) includes the sin phase detection coil (45) and the cos phase detection coil (46). ) And the sin phase detection coil and the cos phase detection coil are arranged such that the ratio of one of the sin phase detection coil and the cos phase detection coil relative to the rotor is higher in the vehicle vertical direction than the other. The other of the coil and the cos phase detection coil is arranged so that the ratio of the position in the vehicle front-rear direction relative to the rotor is larger than the other.
  • the direction of the force acting on the lower part of the spring from the road surface is the vehicle vertical direction and the vehicle longitudinal direction.
  • a direction discriminating means S26 to S32.
  • the relative position between the resolver rotor and the stator is mainly displaced in the vertical direction of the vehicle.
  • the relative position between the resolver rotor and the stator is mainly displaced in the vehicle longitudinal direction.
  • the rotor is provided with an exciting coil
  • the stator is provided with a sin phase detection coil and a cos phase detection coil.
  • the stator is disposed such that one of the sin phase detection coil and the cos phase detection coil has a higher ratio in the vehicle vertical direction relative to the rotor than the other.
  • the sin phase detection coil and the cos phase detection coil The other of the two is disposed so that the ratio of the position in the vehicle front-rear direction with respect to the rotor is larger than the other. For this reason, the fluctuation of the detection signal of the sin phase detection coil is not caused by the change in the rotation angle of the motor between when the unsprung part mainly vibrates in the vehicle vertical direction and when the unsprung part mainly vibrates in the vehicle front-rear direction. And the magnitude of fluctuation of the detection signal of the cos phase detection coil are different. For example, in a configuration in which the sin phase detection coil is arranged so that the ratio of the vehicle vertical direction position relative to the rotor is larger than the cos phase detection coil (in this case, the cos phase detection coil is the sin phase detection coil). When the lower part of the spring vibrates mainly in the vertical direction of the vehicle, the fluctuation in the output of the detection signal of the sin phase detection coil is cos. It becomes larger than the fluctuation of the output of the detection signal of the phase detection coil.
  • the direction discriminating means determines the direction of the force applied from the road surface to the lower part of the spring based on the fluctuation of the sin phase detection signal and the fluctuation of the cos phase detection signal not caused by the change in the rotation angle of the motor.
  • the rotation angle sensor can be used not only to obtain an index of the magnitude of the force acting on the unsprung portion from the road surface, but also to discriminate the direction of the force into the vehicle vertical direction and the vehicle longitudinal direction. Therefore, it is possible to detect the state of the vehicle in more detail.
  • Another feature of the present invention is that when the outputs of both the sin phase detection signal and the cos phase detection signal are lower than a threshold value, a vehicle lateral force acts from the road surface to the lower part of the spring. And a horizontal force detecting means (S43 to S45).
  • the rotation center axis of the resolver rotor When the rotation center axis of the resolver rotor is provided in the vehicle left-right direction (vehicle width direction), when a force acts in the vehicle left-right direction from the road surface to the lower part of the spring, the relative position between the rotor and the stator is the rotor axis. Displace in the direction. Due to this displacement, the outputs of both the sin phase detection signal and the cos phase detection signal are reduced as compared with the case where the displacement is not performed. Utilizing this, the left / right direction force detection means applies the vehicle left / right force from the road surface to the lower part of the spring when both the output of the sin phase detection signal and the cos phase detection signal are lower than the threshold value. Judge that it is working. Therefore, according to the present invention, the state of the vehicle can be detected in more detail using the rotation angle sensor.
  • Another feature of the present invention is that the resonance frequency of the support portions (31, 38) that support the rotor in the motor or the resolver is set to be different from the unsprung resonance frequency.
  • the resonance frequency of the support part that supports the rotor of the motor or the support part that supports the rotor of the resolver is included in the unsprung resonance frequency band, the lower part of the spring vibrates at the unsprung resonance frequency.
  • the detection signal or the calculated rotation angle may fluctuate, and the accuracy of the index indicating the magnitude of the external force input from the road surface to the lower part of the spring may be reduced. Therefore, in the present invention, since the resonance frequency of the support portion that supports the shaft in the motor or resolver is set to be different from the unsprung resonance frequency, it represents the magnitude of the external force input from the road surface to the lower part of the spring.
  • the indicator will be more appropriate.
  • the resonance frequency of the support portion is determined by the rigidity of the support portion, and increases as the rigidity increases. Therefore, by adjusting the rigidity of the support portion, the resonance frequency of the support portion can be prevented from being included in the unsprung resonance frequency band.
  • the resonance frequency in the vehicle vertical direction of the support portions (31, 38) for supporting the rotor in the motor or the resolver is set different from the resonance frequency in the vehicle front-rear direction.
  • the frequency component of the rotation angle calculated by the rotation angle calculation unit is analyzed, and the magnitude of the resonance frequency component of the support unit in the vehicle vertical direction included in the frequency component of the rotation angle and the resonance of the support unit in the vehicle longitudinal direction
  • Frequency utilization direction discrimination means S51 to S57
  • the resonance frequency in the vehicle vertical direction and the resonance frequency in the vehicle longitudinal direction of the support portion that supports the rotor of the motor or the support portion that supports the rotor of the resolver are set to be different.
  • the resonance frequency in the vehicle vertical direction of the support part and the resonance frequency in the vehicle front-rear direction are They can be set differently. For this reason, when the unsprung portion vibrates due to an external force input from the road surface to the unsprung portion, the rotation angle calculated by the rotation angle calculation unit depending on whether the vibration of the unsprung portion is in the vehicle vertical direction or in the vehicle longitudinal direction.
  • the frequency use direction discriminating means analyzes the frequency component of the rotation angle calculated by the rotation angle calculation unit, and calculates the resonance frequency component in the vehicle vertical direction of the support portion included in the frequency component of the rotation angle.
  • the direction of the force applied from the road surface to the lower part of the spring is determined as the vehicle vertical direction and the vehicle front-rear direction. Therefore, according to the present invention, the state of the vehicle can be detected in more detail using the rotation angle sensor.
  • the motor is an in-wheel motor (30) mounted on a lower part of a vehicle and driving a wheel.
  • an index representing the magnitude of the force acting on the lower part of the spring from the road surface is acquired using a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the in-wheel motor. Therefore, the rotation angle sensor of the in-wheel motor can be used effectively. Further, the vibration state of the wheel can be detected with high accuracy. For this reason, for example, the road surface state on the traveling road of the vehicle can be appropriately determined.
  • the motor is a motor (71) that is mounted under a spring of a vehicle and applies only braking force to the wheels.
  • an index representing the magnitude of the force acting on the lower part of the spring from the road surface is obtained using a rotation angle sensor of a motor mounted on the lower part of the vehicle and applying only a braking force to the wheels.
  • a rotation angle sensor of a motor mounted on the lower part of the vehicle For example, as this motor, a motor provided in the electric parking brake device presses the brake pad against the brake disk while the vehicle is stopped, or an electric brake actuator presses the brake pad against the brake disc according to the driver's brake pedal operation.
  • a motor can be used.
  • the motor rotation angle sensor outputs a magnetic detection signal and a calculated rotation angle regardless of whether or not the motor is driven. Therefore, the external force index acquisition means can detect a change in the magnetic detection signal or a change in the calculated rotation angle that is not caused by a change in the rotation angle of the motor.
  • the rotation angle sensor that detects the rotation angle of the motor for generating the braking force.
  • the vibration state of the wheel can be detected.
  • the motor is a motor (71) that is mounted below the spring of the vehicle and does not rotate while the vehicle is running, and the rotation angle of the motor after the previous operation of the motor is completed.
  • storage means S63, S68
  • the external force index acquisition means (S76 to S77, S94) is stored in the storage means or the magnitude of the magnetic detection signal derived from the rotation angle stored in the storage means while the vehicle is running.
  • the purpose is to detect fluctuations (Xa, Xb) in the magnitude of the magnetic detection signal output from the magnetic detection signal output section relative to the magnitude of the magnetic detection signal.
  • the storage means stores the rotation angle of the motor or the magnitude of the magnetic detection signal after the end of the previous operation of the motor. Then, the external force index acquisition means is for the magnitude of the magnetic detection signal derived from the rotation angle stored in the storage means or the magnitude of the magnetic detection signal stored in the storage means while the vehicle is running.
  • the external force index acquisition means can acquire the index of the magnitude of the force input from the road surface to the unsprung portion.
  • the present invention it is possible to detect the magnitude of the force acting on the lower part of the spring from the road surface using the rotation angle sensor of the motor that does not rotate during traveling.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle on which the vehicle state detection device according to the first embodiment is mounted.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the rotation angle sensor.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing the arrangement of the sin phase detection coil and the cos phase detection coil in the rotation angle sensor.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the spring constant of the resolver.
  • FIG. 5 is a graph showing the transition of the differential value of the detection angle output from the rotation angle sensor.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a first traveling road surface determination routine.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a second traveling road surface determination routine.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a motor in which a resolver is incorporated.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing the axial displacement between the resolver rotor and the resolver stator.
  • FIG. 10 is a flowchart showing a third traveling road surface determination routine.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an input direction determination routine.
  • 12 is a schematic front view of the inner surface of the motor casing as seen from the direction of arrow a in FIG.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view of the inner surface of the motor casing as seen from the direction of arrow b in FIG.
  • FIG. 14 is a schematic configuration diagram of a vehicle on which the vehicle state detection device according to the second embodiment is mounted.
  • FIG. 15 is a flowchart showing a stop angle storage routine.
  • FIG. 16 is a flowchart showing a fourth traveling road surface determination routine.
  • FIG. 17 is a flowchart showing a stop amplitude storage routine.
  • FIG. 18 is a flowchart showing a fifth traveling road surface determination routine.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of a vehicle 1 on which a vehicle state detection device according to the first embodiment is mounted.
  • the vehicle 1 includes a left front wheel 10FL, a right front wheel 10FR, a left rear wheel 10RL, and a right rear wheel 10RR.
  • the left front wheel 10FL, the right front wheel 10FR, the left rear wheel 10RL, and the right rear wheel 10RR are supported by the vehicle body B via independent suspensions 20FL, 20FR, 20RL, and 20RR, respectively.
  • wheels 10FL, 10FR, 10RL, and 10RR are collectively referred to as wheels 10.
  • the suspension 20 is, for example, a known strut suspension including a strut incorporating a shock absorber, a coil spring and a suspension arm, and a wishbone suspension including a coil spring, a shock absorber and upper and lower suspension arms.
  • the four-wheel independent suspension type suspension can be adopted.
  • a member provided on the vehicle lower side (road surface side) than the coil spring of the suspension 20, that is, a member on the wheel 10 side supported by the vehicle body B by the suspension 20 is referred to as a spring lower portion.
  • the motors 30FL, 30FR, 30RL, and 30RR are incorporated in the left front wheel 10FL, right front wheel 10FR, left rear wheel 10RL, and right rear wheel 10RR.
  • Each motor 30 is a so-called in-wheel motor, and is fixed to the lower part of the spring together with the wheel 10 and is connected to each wheel 10 so that power can be transmitted.
  • the driving force and braking force generated by each wheel 10 can be controlled independently by controlling the rotation of each motor 30 independently. It has become.
  • a brushless motor is used as the motor 30.
  • Each motor 30 is connected to a motor driver 35.
  • the motor driver 35 is, for example, an inverter, and four sets are provided so as to correspond to the motors 30.
  • the motor driver 35 converts the DC power supplied from the battery 60 into AC power, and the AC power is independent of each motor 30. And supply. Thereby, each motor 30 is drive-controlled and gives a driving force to each wheel 10. Since the motor 30 is a brushless motor, it is necessary to detect the motor rotation angle and control the current phase. For this reason, each of the motors 30FL, 30FR, 30RL, and 30RR incorporates rotation angle sensors 40FL, 40FR, 40RL, and 40RR for detecting the motor rotation angle.
  • each of the wheels 10FL, 10FR, 10RL, 10RR is provided with a brake mechanism 70FL, 70FR, 70RL, 70RR, respectively.
  • Each brake mechanism 70 is a known braking device such as a disc brake or a drum brake. These brake mechanisms 70 are connected to a brake actuator 75, and a brake caliper piston (not shown) is operated by hydraulic pressure supplied from the brake actuator 75 to generate a braking force on each wheel 10.
  • the motor driver 35 and the brake actuator 75 are connected to the electronic control unit 100, respectively.
  • the electronic control unit 100 (hereinafter referred to as the ECU 100) has a microcomputer composed of a CPU, ROM, RAM and the like as main components, and executes various programs to independently operate the motors 30 and the brake mechanism 70. To control. For this reason, the ECU 100 determines that the accelerator sensor 61 detects the accelerator operation amount from the accelerator pedal depression amount (or angle, pressure, etc.) and the driver from the brake pedal depression amount (or angle, pressure, etc.).
  • a brake sensor 62 for detecting the brake operation amount of the vehicle and wheel speed sensors 63FL, 63FR, 63RL, 63RR for detecting the wheel speed of each wheel 10 are connected to each other, and a sensor representing the accelerator operation amount, the brake operation amount, and the wheel speed of the four wheels. Input the signal.
  • the ECU 100 also receives a signal representing the motor rotation angle output from each rotation angle sensor 40. Further, the ECU 100 inputs sensor signals necessary for motor control, such as a signal representing a current value flowing from the motor driver 35 to each motor 30 and a signal representing a voltage value supplied to the motor driver 35 from the motor driver 35.
  • the wheel speed may be obtained by calculation from the amount of change per unit time of the motor rotation angle output from the rotation angle sensor 40. In that case, the wheel speed sensor 63 can be omitted.
  • the ECU 100 includes a braking / driving force calculation unit 110, a motor control unit 120, a hydraulic brake control unit 130, and an unsprung state detection unit 140.
  • the braking / driving force calculation unit 110 is based on the signals input from the accelerator sensor 61 and the brake sensor 62, and the requested driving force and the requested braking force (target driving force and target braking force corresponding to the driver's accelerator operation amount and brake operation amount).
  • Braking force that is, the total required braking / driving force required for running or braking the vehicle 1 is calculated. Then, the total required braking / driving force is distributed to each wheel required braking / driving force generated by the motor 30 of each wheel 10 according to a predetermined rule. When the value of the required braking / driving force is positive, the driving force is required, and when the required braking / driving force is negative, the braking force is required.
  • the motor control unit 120 generates a motor drive control signal (for example, a PWM control signal) so that a current corresponding to each wheel required braking / driving force flows to the motor 30, and outputs the motor drive control signal to the motor drive circuit 35.
  • a motor drive control signal for example, a PWM control signal
  • the motor control unit 120 inputs the motor rotation angle detected by the rotation angle sensor 40, calculates the motor electrical angle corresponding to the motor rotation angle, and uses this motor electrical angle to calculate the current flowing through the motor. Control the phase angle.
  • the motor 30 is operated as a generator to generate regenerative braking torque.
  • the motor control unit 120 can generate the maximum regenerative braking / driving force that can be generated by the motor 30.
  • the braking torque is set to the braking torque, and the amount that is insufficient in the regenerative braking torque is calculated as the hydraulic braking command value, and the hydraulic braking command value is commanded to the hydraulic brake control unit 130.
  • the hydraulic brake control unit 130 outputs a control signal to the brake actuator 75 according to the hydraulic braking command value, and operates the brake mechanism 70 to generate hydraulic braking torque.
  • the brake actuator 75 includes a power hydraulic pressure source composed of a booster pump, an accumulator, and the like, a control valve that adjusts the pressure of the brake hydraulic oil and supplies the brake cylinder to the brake cylinder, and the control valve according to a command from the hydraulic brake control unit 130. Is adjusted. Thereby, the hydraulic braking force according to the hydraulic braking command value is generated.
  • the ECU 100 obtains the total required braking / driving force that is the braking / driving force required for the vehicle 1 based on the signals input from the accelerator sensor 61 and the brake sensor 62, and generates the total required braking / driving force.
  • the driving state of the vehicle 1 is controlled by outputting a signal for controlling the drive / regeneration state of each motor 30 and the operation of the brake actuator 75, that is, each brake mechanism 70.
  • the unsprung state detection unit 140 detects the external force acting on the lower part of the spring (wheel 10) using the rotation angle sensor 40 that detects the rotation angle of the motor 30, and determines the state of the traveling road surface.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the rotation angle sensor 40.
  • the rotation angle sensor 40 is a resolver rotation angle sensor that includes a resolver 41 and a resolver calculator 50 that calculates a rotation angle of the motor 30 from a detection signal output from the resolver 41.
  • the resolver 41 is fixed to the motor 30 and the resolver calculator 50 is provided in the ECU 100.
  • the resolver 41 and the resolver calculator 50 may be fixed to the motor 30 as a unit. Good.
  • the resolver 41 includes a resolver rotor 42 having an excitation coil 44 fixed thereto, and a resolver stator 43 having a sin phase detection coil 45 and a cos phase detection coil 46 fixed thereto.
  • the resolver rotor 42 may be one in which an excitation coil 44 is fixed to the surface of the rotor shaft 32 using a part of the rotor shaft 32 of the motor 30, or the rotor of the motor 30. It may be connected to the shaft 32.
  • the center axis L of the rotor shaft 32 of the motor 30 faces the same direction as the rotation center axis of the wheel 10, and the rotation center axis of the resolver rotor 42 also has the same direction as the rotor shaft 32 of the motor 30 and the rotation center axis of the wheel 10. That is, it is directed in the vehicle left-right direction (vehicle width direction).
  • the resolver stator 43 is fixed to a member fixed to the lower part of the spring, such as a motor casing 31 (see FIG. 8) or a resolver casing, so as to surround the outer periphery of the resolver rotor 42 with a gap from the resolver rotor 42.
  • the excitation coil 44 is supplied with an excitation voltage (AC voltage).
  • AC voltage an excitation voltage
  • a power transmission coil is provided in the resolver stator 43
  • a power reception coil is provided in the resolver rotor 42
  • an AC excitation current is supplied to the power transmission coil so that the power reception coil (not shown) is not supplied.
  • An excitation voltage (AC voltage) is generated by contact, and this excitation voltage may be supplied to the excitation coil 44.
  • the exciting coil 44 rotates in accordance with the rotation of the motor 30. For this reason, the magnetic flux generated from the exciting coil 44 in the radial direction of the resolver rotor 42 rotates with the rotation of the motor 30.
  • the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46 are arranged on the rotation plane of the excitation coil 44 and output an alternating voltage signal by the magnetic flux generated by the excitation coil 44.
  • the amplitude value of the AC voltage signal generated in the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46 varies depending on the rotational position of the excitation coil 44 with respect to the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46. That is, the sin phase detection coil outputs an AC voltage signal having an amplitude corresponding to the sin value of the rotation angle of the resolver rotor 42, and the cos phase detection coil 46 has an amplitude corresponding to the cos value of the rotation angle of the resolver rotor 42. Output an AC voltage signal
  • the sin phase detection coil 45 is provided in the vehicle vertical direction with respect to the resolver rotor 42, and the cos phase detection coil 46 is provided in the vehicle longitudinal direction with respect to the resolver rotor 42.
  • the sin phase detection coil 45 is provided on one side in the vehicle vertical direction with respect to the resolver rotor 42, and the cos phase detection coil 46 is provided on one side in the vehicle longitudinal direction with respect to the resolver rotor 42.
  • the sin phase detection coil 45 may be provided in both the vehicle vertical direction of the resolver rotor 42 and the two sin phase detection coils 45 may be connected in series.
  • the cos phase detection coil 46 may be provided in both the vehicle longitudinal direction of the resolver rotor 42 so that the two cos phase detection coils 46 are connected in series. Further, the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46 are interchanged so that the sin phase detection coil 45 is provided in the vehicle longitudinal direction of the resolver rotor 42 and the cos phase detection coil 46 is provided in the vehicle vertical direction of the resolver rotor 42. It may be.
  • the positions of the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46 are defined in this way is to determine the vibration direction of the lower part of the spring (wheel 10), as will be described later.
  • one of the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46 is arranged so that the ratio of the position in the vehicle vertical direction with respect to the resolver rotor 42 is larger than the other, and the other is the resolver compared to the other. What is necessary is just to satisfy
  • the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46 are arranged obliquely in the vertical direction with respect to the resolver rotor 42, it is only necessary to satisfy the above conditions. In addition, when it is not necessary to determine the vibration direction of the unsprung part (wheel 10), the above condition is unnecessary.
  • the rotation angle of the resolver rotor 42 (actual angle rotated from the relative reference position with respect to the resolver stator 43) is ⁇ and the excitation signal supplied to the excitation coil 44 is sin ( ⁇ t), it is output from the sin phase detection coil 45.
  • the sin phase detection voltage Ea that is the voltage value of the sin phase detection signal and the cos phase detection voltage Eb that is the voltage value of the cos phase detection signal output from the cos phase detection coil 46 are expressed by the following equations (1), ( 2).
  • the voltage amplitude of each detection signal is set to 1.
  • Ea sin ⁇ ⁇ sin ( ⁇ t) (1)
  • Eb cos ⁇ ⁇ sin ( ⁇ t) (2)
  • the resolver 41 outputs the sin phase detection signal and the cos phase detection signal to the resolver calculator 50.
  • the resolver calculator 50 includes a first multiplier 51, a second multiplier 52, a subtractor 53, a synchronous detector 54, a controller 55, a cos table 56, a sin table 57, and an excitation signal generator. 58.
  • the output angle ⁇ that is the output value of the controller 55 becomes the rotation angle detected by the rotation angle sensor 40, that is, the sensor value, and the motor control unit 120 of the ECU 100, the unsprung state It is transmitted to the detection unit 140.
  • the resolver calculator 50 calculates the output angle ⁇ (detection angle ⁇ ) using a so-called tracking loop so that the output angle ⁇ coincides with the actual rotation angle ⁇ .
  • the excitation signal generator 58 outputs an AC voltage signal for generating an excitation signal (sin ( ⁇ t)) in the excitation coil 44 of the resolver 41.
  • This AC voltage signal is supplied to the exciting coil 44 in a non-contact manner via a transmitting coil, a receiving coil, etc. (not shown).
  • the voltage amplitude of the excitation signal is set to 1. Further, it is assumed that there is no phase delay of the excitation signal.
  • the cos table 56 receives the output angle ⁇ output from the controller 55, calculates a cosine value cos ⁇ of the output angle ⁇ , and outputs the calculation result to the first multiplier 51.
  • the first multiplier 51 outputs the result (sin ⁇ ⁇ sin ( ⁇ t) ⁇ cos ⁇ ) obtained by multiplying the sin phase detection voltage Ea by cos ⁇ to the subtractor 53.
  • the sin table 57 receives the output angle ⁇ output from the controller 55, calculates a sine value sin ⁇ of the output angle ⁇ , and outputs the calculation result to the second multiplier 52.
  • the second multiplier 52 outputs the result (cos ⁇ ⁇ sin ( ⁇ t) ⁇ sin ⁇ ) obtained by multiplying the cos phase detection voltage Eb by sin ⁇ to the subtractor 53.
  • the subtractor 53 subtracts the output value of the second multiplier 52 from the output value of the first multiplier 51.
  • the subtractor 53 outputs the subtraction value Ec to the synchronous detector 54.
  • the synchronous detector 54 synchronously detects the subtraction value Ec using a synchronous clock generated from the excitation signal.
  • This control deviation sin ( ⁇ ) is output to the controller 55.
  • the controller 55 controls the output angle ⁇ so that the input control deviation sin ( ⁇ ) becomes zero.
  • ⁇ , that is, the output angle ⁇ is calculated so that the output angle ⁇ detected by the rotation angle sensor 40 follows the actual rotation angle ⁇ of the resolver rotor 42.
  • the transfer function G (s) of the controller 55 can be expressed by the following equation (4), for example.
  • G (s) Kg / (( ⁇ 1 s + 1) ( ⁇ 2 s + 1)) (4)
  • Kg is a gain constant
  • ⁇ 1 and ⁇ 2 are time constants
  • s is a Laplace operator.
  • the detection angle ⁇ output from the rotation angle sensor 40 is calculated by the sin phase detection voltage Ea and the cos phase detection voltage Eb.
  • the sin phase detection voltage Ea is determined by the relative positional relationship between the excitation coil 44 and the sin phase detection coil 45
  • the cos phase detection voltage Eb is determined by the relative positional relationship between the excitation coil 44 and the cos phase detection coil 46. Therefore, the resolver 41 is manufactured such that the relative position of the rotation shaft of the resolver rotor 42 with respect to the resolver stator 43 is kept constant, and the outer periphery of the resolver rotor 42 and the inner periphery of the resolver stator 43 are maintained at a constant separation. Is done.
  • parts do not have infinite rigidity, and have a finite spring constant KL and spring constant KV as shown in FIG.
  • the relative positional relationship between the resolver rotor 42 and the resolver stator 43 that is, the distance between the excitation coil 44, the sin phase detection coil 45, and the cos phase detection coil 46 varies depending on the magnitude of the input external force. End up. In general, the distance is not changed as much as possible, that is, the rigidity of peripheral components is designed so that the rotation center axis of the resolver rotor 42 is maintained at a fixed position with respect to the resolver stator 43. In practice, it is difficult to keep the distance constant.
  • FIG. 5 shows the transition of the differential value of the detected angle ⁇ when the vehicle 1 is traveling at a constant speed in order to represent the fluctuation of the detected value of the rotation angle sensor 40.
  • FIG. 5A shows experimental data when the vehicle 1 is traveling on a rough road
  • FIG. 5B shows experimental data when the vehicle 1 is traveling on a good road on the same scale. Show.
  • the fluctuation amount of the detection angle ⁇ output from the rotation angle sensor 40 (the fluctuation amount not caused by the change in the rotation angle of the motor 30) is a good road when the vehicle 1 is traveling on a rough road. Larger than when driving.
  • a change in the detected angle ⁇ that is not caused by a change in the rotation angle of the motor 30 is detected, and the magnitude of this change is determined based on the magnitude of the force acting on the vehicle 1 from the outside. Get as an indicator. And based on this parameter
  • the reason why the detection angle ⁇ of the rotation angle sensor 40 varies will be considered.
  • the resolver 41 shown in FIG. 2 consider a case where the resolver rotor 42 moves in the vehicle upward direction relative to the resolver stator 43 and the excitation coil 44 approaches the sin phase detection coil 45.
  • the sin phase detection voltage Ea and the cos phase detection voltage Eb are expressed by the following equations (5) and (6).
  • K K ⁇ sin ⁇ ⁇ sin ( ⁇ t) (5)
  • Eb cos ⁇ ⁇ sin ( ⁇ t) (6)
  • K is a coefficient that is inversely proportional to the square of the distance between the excitation coil 44 and the sin phase detection coil 45 (because the strength of the electromagnetic wave is inversely proportional to the square of the distance).
  • the subtraction value Ec which is the output of the subtractor 53 of the resolver computing unit 50, is expressed by the following equation (7).
  • the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46 are provided at positions facing each other, and a structure that reduces the influence of the variation in the distance is employed. Even in such a structure, an increase in the output of the detection coil 45 (46) closer to the excitation coil 44 (an increase in voltage amplitude value) results in a decrease in the output of the detection coil 45 (46) away from the excitation coil 44. Therefore, the variation in the distance affects the detection angle ⁇ of the resolver calculator 50.
  • the unsprung state detection unit 140 provided in the ECU 100 receives input from the outside based on the detection angle ⁇ output from the rotation angle sensor 40 or the detection voltages Ea and Eb output from the resolver 41.
  • the vibration state of the unsprung portion is detected, and the state of the road surface on which the vehicle 1 is traveling is determined based on the detection result.
  • the unsprung state detector 140 corresponds to the vehicle state detector of the present invention.
  • FIG. 6 shows a first traveling road surface determination routine executed by the unsprung state detection unit 140 of the ECU 100.
  • the first traveling road surface determination routine is repeatedly executed at a predetermined short calculation cycle while the vehicle 1 is traveling. Therefore, the unsprung state detection unit 140 reads the wheel speed detected by the wheel speed sensor 63 at a predetermined cycle during the period when the ignition switch is on, and when the wheel speed exceeds the traveling determination value. Then, the first traveling road surface determination routine is executed. Further, the unsprung state detection unit 140 executes a first traveling road surface determination routine for each wheel 10.
  • the unsprung state detection unit 140 reads the detection angle ⁇ output from the rotation angle sensor 40 in step S11. Subsequently, in step S12, the unsprung state detection unit 140 calculates an estimated angle ⁇ ′ that is an estimated value of the motor rotation angle.
  • the detection angle ⁇ n ⁇ 1 of the rotation angle sensor 40 read before a predetermined time (described here as one calculation cycle) is set to a predetermined time (one calculation cycle).
  • the unit time rotation estimated value ⁇ can be calculated (estimated) based on the requested braking / driving force calculated by the braking / driving force calculation unit 110 one calculation cycle before and the wheel speed detected one calculation cycle before.
  • the unit time rotation estimated value ⁇ which is an angle estimated that the motor 30 has rotated during one calculation cycle from the wheel speed before one calculation cycle and the wheel speed change amount changed during the one calculation cycle.
  • the unsprung state detection unit 140 stores association data such as a map for deriving the estimated unit time rotation ⁇ from the required braking / driving force and the wheel speed in a non-volatile memory (not shown). With reference to this, a unit time rotation estimated value ⁇ is calculated. Then, the estimated angle ⁇ ′ is calculated by adding the unit time rotation estimated value ⁇ to the detected angle ⁇ n ⁇ 1 read before one calculation cycle.
  • the fluctuation amount X is a value representing the magnitude of fluctuation of the detected angle ⁇ that is not caused by the change in the rotation angle of the motor 30.
  • the fluctuation amount X is generated by the force input from the road surface to the lower part of the spring, and increases as the force input from the road surface increases. Therefore, an index indicating the degree of the force acting from the road surface to the lower part of the spring. Can be used as
  • step S14 the unsprung state detection unit 140 compares the variation amount X with the road surface determination threshold value Xref, and determines whether or not the variation amount X is larger than the road surface determination threshold value Xref.
  • the road surface determination threshold value Xref is a threshold value for discriminating a traveling road on which the vehicle 1 is traveling into a good road (flat road) with a good road surface condition and a bad road (uneven road) with a bad road surface condition. Is set.
  • the unsprung state detection unit 140 determines that the traveling road is a bad road in step S15, and the variation amount X is equal to or less than the road surface determination threshold value Xref.
  • step S16 it is determined that the traveling road is a good road.
  • the routine is temporarily terminated. Then, this routine is repeatedly executed at a predetermined calculation cycle. In this case, every time the unsprung state detection unit 140 determines the road surface state, the determination result is sequentially output to the suspension ECU (not shown).
  • the suspension ECU changes the damping force of the shock absorber based on the road surface determination result. Thereby, the damping force which suppresses the vibration of the vehicle body in the vertical direction can be appropriately generated.
  • the road surface determination result output by the unsprung state detection unit 140 corresponds to the fluctuation amount X at the moment (calculation timing), and therefore does not become a fixed determination result, but the determination input on the suspension ECU side.
  • the final damping force may be set by processing the result data (for example, calculating a rough road determination ratio).
  • the vehicle state detection device of the present embodiment described above detection that is not caused by a change in the rotation angle of the motor 30 using the rotation angle sensor 40 that detects the rotation angle of the motor 30 provided under the spring.
  • the variation amount X of the angle ⁇ is detected, and the variation amount X is acquired as an index of the magnitude of the force input from the road surface to the lower part of the spring. Therefore, it is possible to detect the magnitude of the force acting on the vehicle 1 (under the spring) from the outside without providing a dedicated sensor for detecting an external force such as an acceleration sensor. And based on this fluctuation amount X, the road surface state of the traveling road can be determined. Accordingly, cost reduction, weight reduction, size reduction, and the like can be achieved.
  • the motor 30 for driving the wheels that is, the rotation angle sensor of the in-wheel motor
  • a change in the relative position between the resolver rotor 42 and the resolver stator 43 is easily obtained by an input from the outside (road surface).
  • the external force input from the road surface to the lower part of the spring can be detected well, and the road surface state can be determined well.
  • a resolver rotation angle sensor is used as the rotation angle sensor 40, it is easy to detect a change in the detection angle ⁇ that is not caused by a change in the rotation angle of the motor 30.
  • the road surface state is determined by comparing the fluctuation amount X with the road surface determination threshold value Xref. For example, the magnitude of the fluctuation amount X and the input acceleration of the unsprung portion (corresponding to the magnitude of the force) are determined.
  • the acceleration detection means for detecting the unsprung input acceleration from the fluctuation amount X during the vehicle travel is obtained by obtaining the relationship with the ECU 100 by experiments or the like and storing the relationship data in the ECU 100. Can be adopted.
  • the unsprung state detection unit 140 may sequentially output the input acceleration of the unsprung portion to the suspension ECU (not shown).
  • the suspension ECU changes the damping force of the shock absorber based on the input acceleration. Thereby, the damping force which suppresses the vibration of the vehicle body in the vertical direction can be generated more appropriately.
  • FIG. 7 shows a second traveling road surface determination routine executed by the unsprung state detection unit 140 of the ECU 100.
  • the second traveling road surface determination routine is executed independently for each wheel 10 at the same timing as the first traveling road surface determination routine described above.
  • the ratio of one of the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46 of the resolver 41 to the position in the vehicle vertical direction with respect to the resolver rotor 42 is greater than the other. It is necessary to satisfy the condition that the other is arranged so that the ratio of the other position relative to the resolver rotor 42 to the vehicle front-rear direction is greater than the other.
  • the sin phase detection coil 45 is arranged so that the ratio of the sin phase detection coil 45 in the vehicle vertical direction is larger than the cos phase detection coil 46 (the cos phase detection coil 46 is a sin phase detection coil). It is assumed that the ratio of the vehicle front-rear direction is larger than that of the vehicle 45).
  • the unsprung state detection unit 140 calculates the estimated angle ⁇ ′ in step S21. In calculating the estimated angle ⁇ ′, the same process as step S12 of the first traveling road surface determination routine is performed. Therefore, the unsprung state detection unit 140 also detects the detected angle ⁇ output from the rotation angle sensor 40, the requested braking / driving force calculated by the braking / driving force calculation unit 110, and the wheel speed sensor 63 in the second traveling road surface determination routine. The output wheel speed is read at a predetermined calculation cycle, and the estimated angle ⁇ ′ is calculated based on these values.
  • step S22 the unsprung state detection unit 140 should output the sin phase detection coil 45 based on the estimated angle ⁇ ′ when the rotational angle position of the resolver rotor 42 becomes the estimated angle ⁇ ′.
  • a voltage value (referred to as sin phase estimated voltage Ea ′) is calculated. This calculation can be performed by substituting ⁇ 'for the value of ⁇ in the above equation (1) and substituting ⁇ t of the excitation signal output from the excitation signal generator 58 for the value of ⁇ t.
  • step S23 the unsprung state detection unit 140 should output the cos phase detection coil 46 when the rotational angle position of the resolver rotor 42 becomes the estimated angle ⁇ ′ based on the estimated angle ⁇ ′.
  • a voltage value (referred to as cos phase estimated voltage Eb ′) is calculated. In this case, calculation is performed in the same manner as in step S22 using the above equation (2).
  • the unsprung state detection unit 140 reads the sin phase detection voltage Ea that is the output voltage of the sin phase detection coil 45 of the resolver 41 in step S24, and the output of the cos phase detection coil 46 of the resolver 41 in step S25.
  • the cos phase detection voltage Eb which is a voltage is read.
  • the fluctuation amount Yb (
  • the resolver rotor 42 vibrates in the vehicle vertical direction with respect to the resolver stator 43.
  • the sin phase detection voltage Ea output from the sin phase detection coil 45 disposed in the vehicle up-down direction of the resolver rotor 42 includes a large amount of fluctuation that is not caused by the change in the rotation angle of the motor 30.
  • the resolver rotor 42 vibrates in the vehicle front-rear direction with respect to the resolver stator 43.
  • the cos phase detection voltage Eb output from the cos phase detection coil 46 disposed in the vehicle longitudinal direction of the resolver rotor 42 includes a large amount of fluctuation that is not caused by a change in the rotation angle of the motor 30.
  • the fluctuation amount Ya can be used as an index representing the magnitude of the force acting in the vehicle vertical direction from the road surface to the lower part of the spring.
  • the fluctuation amount Yb can be used as an index representing the magnitude of the force acting in the vehicle longitudinal direction from the road surface to the lower part of the spring.
  • the vehicle vertical direction is simply referred to as the vertical direction
  • the vehicle longitudinal direction is simply referred to as the longitudinal direction.
  • the unsprung state detection unit 140 compares the fluctuation amount Ya with the vertical direction determination threshold value Yaref, and determines whether or not the fluctuation amount Ya is larger than the vertical direction determination threshold value Yaref.
  • the vertical direction determination threshold value Yaref is a threshold value for determining whether or not the road below the spring tends to vibrate in the vertical direction, and is set in advance.
  • the unsprung state detection unit 140 is a bad road in which vehicle vibration is generated in the vertical direction on the travel path on which the vehicle 1 is traveling in step S29. Is determined.
  • the unsprung state detection unit 140 compares the fluctuation amount Yb with the front-rear direction determination threshold Ybref in step S30, and the fluctuation amount Yb is the front-rear direction. It is determined whether or not it is larger than the determination threshold Ybref.
  • the front-rear direction determination threshold Ybref is a threshold for determining whether or not the road below the spring easily vibrates in the front-rear direction, and is set in advance.
  • the unsprung state detection unit 140 determines that the travel path on which the vehicle 1 is traveling is a rough road in which vehicle vibration occurs in the front-rear direction in step S31. Judge that there is. If the fluctuation amount Yb is equal to or smaller than the front-rear direction determination threshold Ybref, it is determined in step S32 that the travel path on which the vehicle 1 is traveling is a good road.
  • the unsprung state detection unit 140 ends this routine once. Then, this routine is repeatedly executed at a predetermined calculation cycle. Each time the unsprung state detection unit 140 determines the road surface state, it sequentially outputs the determination result to the suspension ECU (not shown).
  • the suspension ECU changes the damping force of the shock absorber based on the road surface determination result. In this case, since the suspension ECU can determine whether the vibration acting on the lower part of the spring is in the vertical direction or the front-rear direction, the vibration in the vertical direction is excluded except when the vibration is detected in the front-rear direction. When is detected, the damping force of the shock absorber can be controlled. Therefore, damping force control can be performed more appropriately.
  • step S28 when the fluctuation amount Ya is larger than the vertical direction determination threshold Yaref (S28: Yes), it is determined that the traveling road is a bad road in which vehicle vibration occurs in the vertical direction, but step S28.
  • the same determination process as in step S30 is added between step S29 and when the determination is “Yes”, the state in which the unsprung portion vibrates in both the vertical direction and the horizontal direction. In the case of “No”, the process of step S29 may be performed.
  • the arrangement ratio of the resolver 41 in the sin phase detection coil 45 and the cos phase detection coil 46 is made different in the vertical direction and the front-rear direction, and the sin phase detection voltage Ea
  • the magnitude of the force acting on the lower part of the spring from the road surface is obtained separately in the vertical direction and the front-rear direction.
  • the relationship between the magnitude of the fluctuation amount Ya and the vertical acceleration of the unsprung part or the relation between the magnitude of the fluctuation amount Yb and the longitudinal acceleration of the unsprung part is obtained through experiments and the relationship data is stored in the ECU 100.
  • vertical / front / rear acceleration detecting means for detecting the vertical acceleration or the longitudinal acceleration of the lower part of the spring from the fluctuation amount Ya or the fluctuation amount Ya during traveling of the vehicle.
  • a third traveling road surface determination process will be described as a modified example of the traveling road surface determination process executed by the unsprung state detection unit 140.
  • the direction of the force acting on the unsprung portion (the direction of vibration of the unsprung portion) is determined as a vertical direction and a front-rear direction (two directions on a plane orthogonal to the resolver rotor 42).
  • the force acting in the axial direction of the resolver rotor 42 is detected below the spring. Therefore, by performing the third traveling road surface determination process and the second traveling road surface determination process in parallel, it is possible to detect the three-direction forces acting on the unsprung portion.
  • the resolver rotor 42 Since the resolver rotor 42 is provided such that its axial direction is directed in the vehicle left-right direction, when a force acts in the vehicle left-right direction from the road surface to the lower part of the spring, the relative position between the resolver rotor 42 and the resolver stator 43 is determined by the resolver rotor. 42 is displaced in the axial direction. Due to this displacement, the outputs of both the sin phase detection signal and the cos phase detection signal are reduced as compared with the case where the displacement is not performed. By utilizing this, in the third traveling road surface determination process, the magnitude of the force acting in the vehicle left-right direction (hereinafter simply referred to as the left-right direction) is detected.
  • the rigidity of the motor 30 is designed so that the resolver rotor 42 can be displaced in the axial direction with respect to the resolver stator 43 by an external force acting in the left-right direction.
  • FIG. 8 is a sectional view showing a schematic configuration of the motor 30 in which the resolver 41 is incorporated. Since the axial cut surface of the motor 30 is substantially vertically symmetrical, only the upper part is shown in this figure.
  • the resolver 41 is incorporated in the motor casing 31 of the motor 30, and a part of the rotor shaft 32 of the motor 30 is used as the resolver rotor 42.
  • the exciting coil 44 of the resolver 41 is fixedly provided on the surface of the rotor shaft 32 where the driving magnet 33 is not fixed, and the detection coils 45 and 46 (sin phase detection) are located at positions facing the exciting coil 44.
  • a coil 45 and a cos phase detection coil 46) are fixed to the motor casing 31.
  • the resolver 41 includes a resolver rotor 42 that includes the rotor shaft 32 and the excitation coil 44 as main parts, and a resolver stator 43 that includes the motor casing 31 and detection coils 45 and 46 as main parts.
  • the resolver 41 outputs a detection signal corresponding to the rotation angle of the motor 30.
  • reference numeral 37 represents a stator coil.
  • the rotor shaft 32 of the motor 30 is supported by the motor casing 31 via a ball bearing 34, but the ball bearing is provided so that the resolver rotor 42 can be displaced in the axial direction with respect to the resolver stator 43 by an external force acting in the left-right direction.
  • a ring-shaped disc spring 35 is provided at a position coaxial with the rotor shaft 32 between the motor casing 31 and the motor casing 31. Thereby, the axial support rigidity of the rotor shaft 32 can be designed to be small.
  • the rotor shaft 32 In a normal state, the rotor shaft 32 is positioned at a position where the reaction forces of the left and right disc springs 35 are balanced, so that the excitation coil 44 and the detection coils 45 and 46 face each other (on the same plane orthogonal to the rotor shaft 32). Is located).
  • the disc spring 35 When an external force acts in the left-right direction, the disc spring 35 is elastically deformed and the rotor shaft 32 is displaced in the axial direction. As shown in FIG. 9, the relative position in the axial direction between the resolver rotor 42 and the resolver stator 43 is Displace.
  • two disc springs 35 are used for adjusting the axial support rigidity.
  • other elastic bodies may be interposed, and no rigidity adjusting member is used.
  • the plate thickness of the motor casing 31 may be adjusted.
  • An existing motor can be used as it is as long as the resolver rotor 42 can be displaced in the axial direction with respect to the resolver stator 43.
  • the resolver 41 is provided in the motor casing 31, but the resolver 41 may be provided outside the motor casing 31.
  • the support rigidity may be adjusted as described above, or the support rigidity of the resolver rotor 42 may be adjusted.
  • FIG. 10 shows a third traveling road surface determination routine executed by the unsprung state detection unit 140 of the ECU 100.
  • the third traveling road surface determination routine is executed independently for each wheel 10 in parallel with the second traveling road surface determination routine described above.
  • the unsprung state detection unit 140 reads the sin phase detection voltage Ea that is the output voltage of the sin phase detection coil 45 of the resolver 41 in step S41, and in step S42, the cos phase detection coil of the resolver 41.
  • the cos phase detection voltage Eb which is the output voltage of 46 is read.
  • the unsprung state detection unit 140 calculates the fluctuation amount Z by the following equation (8).
  • Z sin 2 ( ⁇ t) ⁇ (Ea 2 + Eb 2 ) (8)
  • the fluctuation amount Z is a value larger than zero. Further, the larger the amount that the resolver rotor 42 is displaced in the axial direction with respect to the resolver stator 43, the larger the fluctuation amount Z becomes. Therefore, the fluctuation amount Z can be used as an index representing the degree of the force acting in the left-right direction from the road surface to the lower part of the spring.
  • step S44 the unsprung state detection unit 140 compares the variation amount Z with the left-right direction determination threshold value Zref, and determines whether the variation amount Z is larger than the left-right direction determination threshold value Zref.
  • the left-right direction determination threshold value Zref is a threshold value for determining whether or not the road on which the vehicle 1 is traveling is a road in which the lower part of the spring tends to vibrate in the left-right direction. If the fluctuation amount Z is greater than the left / right direction determination threshold value Zref, the unsprung state detection unit 140 determines that the travel path is a bad road in which vehicle vibration occurs in the left / right direction in step S45, and executes this routine. Exit once. On the other hand, when the fluctuation amount Z is equal to or smaller than the left-right direction determination threshold value Zref, the process of step S44 is skipped and this routine is temporarily ended. Then, this routine is repeatedly executed at a predetermined calculation cycle.
  • the vibration direction of the unsprung portion (direction of force acting on the unsprung portion) is divided into the vertical direction, the front-rear direction, and the left-right direction. Can be determined.
  • the relationship between the magnitude of the fluctuation amount Z and the lateral acceleration of the unsprung portion is obtained by experiments and the relationship data is stored in the ECU 100, so that the fluctuation amount Z can be detected from the variation amount Z during the vehicle travel. It is possible to employ a configuration provided with a left-right acceleration detecting means for detecting left-right acceleration.
  • the unsprung portion has a high vibration level mainly near the resonance frequency in the vertical direction and the front-rear direction.
  • the resonance frequency in the vertical direction of the unsprung portion is approximately 10 hertz
  • the resonance frequency in the longitudinal direction of the unsprung portion is approximately 20 hertz.
  • the detection signals Ea, Eb or the detection angle ⁇ may fluctuate, and the accuracy of the index indicating the magnitude of the external force input from the road surface to the lower part of the spring may be lowered.
  • the resolver rotor 42 is formed integrally with the rotor shaft 32 of the motor 30, and therefore supports a rotor shaft 32 of the motor 30 (for example, supports the ball bearing 34 in the motor casing 31). Is designed to have a value different from the unsprung resonance frequency in the vertical direction and the front-rear direction (a value that does not enter the region near the unsprung resonance frequency).
  • the resonance frequency of the support portion increases as the rigidity of the support portion increases, and conversely decreases as the rigidity decreases.
  • the resonance frequency of the support portion can be avoided from the unsprung resonance frequency by setting the rigidity of the support portion.
  • the rigidity of the support portion that supports the resolver rotor 42 is adjusted so that the resonance frequency of the support portion does not enter the region near the unsprung resonance frequency. It is good to do so. Even in such a case, if the influence of the vibration of the rotor shaft 32 on the resolver rotor 42 is strong, the resonance frequency of the support portion that supports the rotor shaft 32 of the motor 30 also does not enter the region near the unsprung resonance frequency. Good.
  • FIG. 11 shows an input direction determination routine executed by the unsprung state detection unit 140 of the ECU 100.
  • the input direction determination routine is executed independently for each wheel 10 at the same timing as the first traveling road surface determination routine described above.
  • This input direction determination process is a process for determining the direction of the force acting on the unsprung portion in the vertical direction and the front-rear direction, and is performed in parallel with the above-described arbitrary traveling road surface determination routine, thereby further improving the road surface condition. It can be detected with high accuracy.
  • the support part that supports the resolver rotor 42 has a resonance frequency in the vertical direction and a resonance frequency in the front-rear direction. Are designed to be different from each other.
  • the resonance frequency of the motor casing 31 that supports the rotor shaft 32 is designed to be different from each other in the vertical direction and the front-rear direction. ing.
  • the resonance frequency can be arbitrarily set by adjusting the support rigidity.
  • FIG. 12 is a schematic front view of the support portion when the inner surface of the motor casing 31 is viewed from the direction of arrow a in FIG. 8, and FIG. 13 is a schematic perspective view of the support portion as viewed from the direction of arrow b in FIG.
  • a cylindrical portion 38 that supports the rotor shaft 32 via a ball bearing 34 is integrally formed on the inner surface of the motor casing 31 coaxially with the rotor shaft 32.
  • Four ribs 39 are formed on the outer periphery of the cylindrical portion 38. Two of the four ribs 39 are formed to extend in parallel to each other in the left direction from the outer periphery of the cylindrical portion 38, and the other two are formed to extend in parallel to each other in the right direction.
  • Each rib 39 is formed such that the height of the wall surface integrally rising from the inner surface of the motor casing 31 decreases as the distance from the cylindrical portion 38 increases.
  • the rib 39 is not formed in the vertical direction of the cylindrical portion 38.
  • the support rigidity of the rotor shaft 32 in the motor casing 31 is high in the horizontal direction and low in the vertical direction.
  • the resonance frequency in the left-right direction is higher than the resonance frequency in the up-down direction.
  • the left and right resonance frequencies in the support portion are set to be different from the unsprung resonance frequency (for example, higher than the unsprung resonance frequency) as described above.
  • step S51 When the input direction determination routine (FIG. 11) is activated, the unsprung state detection unit 140 reads the detection angle ⁇ output from the rotation angle sensor 40 in step S51. Subsequently, in step S52, frequency analysis of the detection angle ⁇ is performed. Immediately after this routine is started, since the frequency analysis cannot be performed because the number of samplings of the detection angle ⁇ is small, the process of step S51 is repeated, and after the number of samplings of the detection angle ⁇ reaches a predetermined value capable of frequency analysis, A frequency analysis is performed on the most recent predetermined number of detection angles ⁇ .
  • the magnitude of the resonant frequency component in the vertical direction of the support portion of the resolver rotor 42 (referred to as frequency intensity Aa) and the longitudinal direction of the support portion of the resolver rotor 42 are determined.
  • the magnitude of the resonance frequency component included (referred to as frequency intensity Ab) is examined. For example, by FFT operation (Fast Fourier Transform), the frequency intensity Aa centering on the resonance frequency in the vertical direction of the support portion of the resolver rotor 42 and the resonance frequency in the front-rear direction of the support portion of the resolver rotor 42 are centered.
  • the frequency intensity Ab is calculated.
  • the support portion of the resolver rotor 42 (the support portion of the rotor shaft 32) tends to vibrate at its own vertical resonance frequency. Further, when the lower part of the spring vibrates in the front-rear direction, the support portion of the resolver rotor 42 (the support portion of the rotor shaft 32) tends to vibrate at its own front-rear direction resonance frequency.
  • the direction of the force input to the unsprung portion is determined as the vertical direction and the front-rear direction.
  • the unsprung state detection unit 140 compares the frequency intensity Aa and the vertical direction determination threshold Aaref, and determines whether the frequency intensity Aa is larger than the vertical direction determination threshold Aaref.
  • the vertical direction determination threshold value Aaref is a threshold value set in advance for determining whether or not the vibration direction of the unsprung portion is the vertical direction, and when the unsprung portion vibrates in the vertical direction, the frequency intensity Aa. When the lower part of the spring does not vibrate in the vertical direction, the value is set to be larger than the frequency intensity Aa. If the frequency intensity Aa is greater than the vertical direction determination threshold Aaref, the unsprung state detection unit 140 determines in step S54 that a vertical force is input to the lower part of the spring.
  • the unsprung state detection unit 140 compares the frequency intensity Ab with the front / rear direction determination threshold Abref in step S55, and the frequency intensity Ab is determined as the front / rear direction determination. It is determined whether or not the threshold value Abref is greater.
  • the front-rear direction determination threshold value Abref is a threshold value set in advance for determining whether the vibration direction of the unsprung portion is the front-rear direction. When the unsprung portion vibrates in the front-rear direction, the frequency intensity Ab When the lower part of the spring does not vibrate in the front-rear direction, the value is set larger than the frequency intensity Ab.
  • the unsprung state detection unit 140 determines that a front / rear direction force is input to the lower part of the spring in step S56. If the frequency intensity Ab is equal to or less than the front / rear direction determination threshold Abref, it is determined in step S57 that the travel path on which the vehicle 1 is traveling is a good road.
  • the unsprung state detection unit 140 ends this routine once. Then, this routine is repeatedly executed at a predetermined calculation cycle. Each time the unsprung state detection unit 140 determines the input direction, the determination result is sequentially output to the suspension ECU (not shown). Therefore, since the suspension ECU can grasp the vibration direction of the unsprung portion, it can appropriately control the damping force of the shock absorber.
  • the frequency intensities Aa and Ab may be acquired as an index of the magnitude of the force acting on the unsprung portion because it is possible to determine whether or not there is an external input acting on the unsprung portion.
  • the rotation state sensor 40 that detects the rotation angle of the motor 30 that drives the wheel 10 is used to detect the vibration state of the unsprung portion (detect the force acting on the unsprung portion).
  • the vibration of the lower part of the spring is detected by using a rotation angle sensor 72 that detects the rotation angle of a motor 71 (referred to as an EPB motor 71) used in the electric parking brake system.
  • the state (the magnitude of the force acting under the spring) is detected.
  • EPB motors 71RL and 71RR are fixedly provided under the springs of the rear wheels 10RL and 10RR, and a brake pad (not shown) is pressed against the brake disk by the rotation of the EPB motor 71 to control the wheel 10.
  • the output shaft of the EPB motor 71 is directed in the same direction as the rotation axis of the wheel 10, that is, the vehicle left-right direction, and the output shaft is rotated by a screw feed mechanism provided between the output shaft and the brake pad. Is converted into a force (a force in the left-right direction) that presses the brake pad.
  • the rotation angle sensor 72 that detects the rotation angle of the EPB motor 71 is a resolver rotation angle sensor that includes the resolver 41 and the resolver calculator 50 similar to those in the first embodiment described above.
  • the ECU 100 includes an electric parking brake control unit 150 (referred to as an EPB control unit 150), and drives the EPB motor 71 to drive an electric parking brake (based on a predetermined operation by the driver). Switching control is performed between an operation state in which EPB is activated and a release state in which EPB is released.
  • the EPB motor 71 is a brushless motor, and the ECU 100 drives and controls the EPB motor 71 based on the rotation angle detected by the rotation angle sensor 72.
  • the EPB motor 71 rotates only when the parking brake operating state is switched, and does not rotate while the vehicle 1 is traveling. For this reason, it is difficult to perform the traveling road surface determination as in the first embodiment while the vehicle 1 is traveling. This is because the rotation angle at which the EPB motor 71 is stopped is not always a constant position, and the detection voltage output from the resolver 41 of the rotation angle sensor 72 changes depending on the rotation angle (stop position).
  • FIG. 15 illustrates a stop angle storage routine executed by the unsprung state detection unit 140.
  • the stop angle storage routine is repeatedly executed at a predetermined short cycle during the period when the vehicle 1 is stopped.
  • the unsprung state detection unit 140 reads the operation signal of the EPB control unit 150 in step S61 and determines whether or not an EPB release operation has been performed.
  • the EPB control unit 150 drives the motor 71 to retract the brake pad from the disk, and outputs an EPB release signal when the retract is completed.
  • the unsprung state detection unit 140 determines “No” in step S61 and ends the present routine.
  • the unsprung state detection unit 140 reads the detection angle ⁇ output from the rotation angle sensor 72 in step S62, and in step S63, the detection angle ⁇ is set as the stop angle ⁇ stop in a nonvolatile manner. This routine is temporarily terminated ( ⁇ stop ⁇ ⁇ ). Since this routine is repeatedly executed, the latest stop angle ⁇ stop is stored.
  • FIG. 16 illustrates a fourth traveling road surface determination routine executed by the unsprung state detection unit 140 according to the second embodiment.
  • the fourth traveling road surface determination routine is repeatedly executed at a predetermined short calculation cycle while the vehicle 1 is traveling.
  • the unsprung state detection unit 140 reads the stop angle ⁇ stop stored in the nonvolatile memory in step S71. Subsequently, in step S72, based on the stop angle ⁇ stop, a voltage value (sin phase estimated voltage Ea) that the sin phase detection coil 45 should output when the rotational angle position of the resolver rotor 42 becomes the stop angle ⁇ stop. ').
  • This calculation can be performed by substituting ⁇ stop for the value of ⁇ in the above equation (1) and substituting ⁇ t of the excitation signal output from the excitation signal generator 58 for the value of ⁇ t.
  • step S73 the unsprung state detection unit 140 should output the cos phase detection coil 46 when the rotation angle position of the resolver rotor 42 becomes the stop angle ⁇ stop based on the stop angle ⁇ stop.
  • a voltage value (referred to as cos phase estimated voltage Eb ′) is calculated. In this case, calculation is performed in the same manner as in step S72 using the above equation (2).
  • the unsprung state detection unit 140 reads the sin phase detection voltage Ea that is the output voltage of the sin phase detection coil 45 of the resolver 41 in step S74, and the output of the cos phase detection coil 46 of the resolver 41 in step S75.
  • the cos phase detection voltage Eb which is a voltage is read.
  • the fluctuation amount Xb (
  • the detection voltages Ea and Eb include fluctuations in the detection voltages Ea and Eb due to the vibration of the resolver 41, but the degree of fluctuation changes according to the stop angle ⁇ stop of the motor 71. Therefore, in this routine, the influence of the stop angle ⁇ stop is removed by calculating the difference between the estimated voltages Ea ′, Eb ′ and the output voltages Ea, Eb according to the stop angle ⁇ stop.
  • step S78 the unsprung state detection unit 140 compares the variation amount Xa with the determination threshold value Xaref and determines whether or not the variation amount Xa is larger than the determination threshold value Xaref.
  • the unsprung state detection unit 140 determines that the traveling road on which the vehicle 1 is traveling is a bad road in step S79.
  • the unsprung state detection unit 140 compares the variation amount Xb with the determination threshold value Xbref in step S80, and the variation amount Xb is larger than the determination threshold value Xbref. Determine whether or not.
  • the unsprung state detection unit 140 determines that the traveling road on which the vehicle 1 is traveling is a bad road in step S79. On the other hand, when the fluctuation amount Xb is equal to or less than the determination threshold value Xbref, the unsprung state detection unit 140 determines that the travel path on which the vehicle 1 is traveling is a good road in step S81.
  • the unsprung state detection unit 140 ends this routine once. Then, this routine is repeatedly executed at a predetermined calculation cycle. Each time the unsprung state detection unit 140 determines the road surface state, it sequentially outputs the determination result to the suspension ECU (not shown). The suspension ECU changes the damping force of the shock absorber based on the road surface determination result.
  • the rotation angle of the EPB motor 71 is changed by using the rotation angle sensor 72 that detects the rotation angle of the EPB motor 71 provided under the spring.
  • Variation amounts Xa and Xb of the detected voltage that are not caused are detected, and the variation amounts Xa and Xb are acquired as an index of the magnitude of the force input from the road surface to the lower part of the spring. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.
  • the stop rotation angle of the EPB motor 71 during travel of the vehicle 1 is not constant, the road surface is calculated by calculating the difference between the estimated voltages Ea ′ and Eb ′ and the output voltages Ea and Eb according to the stop angle ⁇ stop.
  • the stop angle ⁇ stop is stored as the stop state of the EPB motor 71.
  • the amplitudes of the sin detection voltage Ea and the cos phase detection voltage Eb at the stop position of the EPB motor 71 are stored. (Voltage from which excitation voltage sin ( ⁇ t) has been removed) is stored, and road surface determination is performed using the stored amplitude.
  • FIG. 17 shows a stop amplitude storage routine executed by the unsprung state detection unit 140. The stop amplitude storage routine is repeatedly executed at a predetermined short period during the period when the vehicle 1 is stopped.
  • the unsprung state detection unit 140 reads an operation signal from the EPB control unit 150 in step S65, and determines whether or not an EPB release operation has been performed. This process is the same as step S61 in the stop angle storage routine. When the unsprung state detection unit 140 does not detect the EPB release signal, the unsprung state detection unit 140 determines “No” in step S65 and ends this routine once. On the other hand, when the EPB release signal is detected, the unsprung state detection unit 140 reads the sin phase detection voltage Ea and the cos phase detection voltage Eb output from the resolver 41 in step S66.
  • the unsprung state detection unit 140 calculates the amplitude Vastop and the amplitude Vbstop, which are values obtained by dividing the sin phase detection voltage Ea and the cos phase detection voltage Eb by the excitation signal sin ( ⁇ t), respectively, as follows: 9) and (10).
  • the unsprung state detection unit 140 uses the excitation signal sin ( ⁇ t) when the sin phase detection voltage Ea and the cos phase detection voltage Eb are read.
  • the amplitude Vastop and the amplitude Vbstop are referred to as a stop amplitude Vastop and a stop amplitude Vbstop.
  • Vastop
  • Vbstop
  • step S68 the unsprung state detection unit 140 stores the calculated stop amplitudes Vastop and Vbstop in the nonvolatile memory, and temporarily terminates this routine. Since this routine is repeatedly executed, the latest stop amplitudes Vastop and Vbstop (stop amplitudes Vastop and Vbstop when EPB was released immediately before) are stored. In this example, stop amplitudes Vastop and Vbstop are stored, but instead, a sin phase detection voltage Ea, a cos phase detection voltage Eb, and an excitation signal sin ( ⁇ t) may be stored. This is because the amplitude Vastop and the amplitude Vbstop can be substantially obtained.
  • the unsprung state detection unit 140 executes the fifth traveling road surface determination process using the stop amplitudes Vastop and Vbstop.
  • FIG. 18 illustrates a fifth traveling road surface determination routine executed by the unsprung state detection unit 140 according to the second embodiment.
  • the fifth traveling road surface determination routine is repeatedly executed at a predetermined short calculation cycle while the vehicle 1 is traveling.
  • the unsprung state detection unit 140 reads the stop amplitude Vastop and the stop amplitude Vbstop stored in the nonvolatile memory in step S91. Subsequently, in step S92, the unsprung state detection unit 140 detects the sin phase detection voltage Ea that is the output voltage of the sin phase detection coil 45 of the resolver 41 and the cos phase that is the output voltage of the cos phase detection coil 46 of the resolver 41. The detection voltage Eb is read. Subsequently, in step S93, the unsprung state detection unit 140 obtains the current amplitude Va (current amplitude Va and current amplitude Va) obtained by dividing the sin phase detection voltage Ea by the excitation signal sin ( ⁇ t) by the following equations (11) and (12).
  • a current amplitude Vb (referred to as current amplitude Vb) obtained by dividing the cos phase detection voltage Eb by the excitation signal sin ( ⁇ t).
  • the unsprung state detection unit 140 uses the excitation signal sin ( ⁇ t) when the sin phase detection voltage Ea and the cos phase detection voltage Eb are read.
  • Va
  • Vb
  • a fluctuation amount Xb (
  • the relative position of the rotation center axis of the resolver rotor 42 is displaced in the radial direction in proportion to the magnitude of the vibration, and the variation amount Xa , Xb increases. Therefore, the fluctuation amounts Xa and Xb can be used as an index of the magnitude of the force input to the unsprung portion.
  • the unsprung state detection unit 140 determines whether or not the variation amount Xa is larger than the determination threshold value Xaref in step S95, and if the variation amount Xa is larger than the determination threshold value Xaref, in step S96.
  • the traveling road on which the vehicle 1 is traveling is determined to be a bad road.
  • the unsprung state detection unit 140 determines whether or not the variation amount Xb is larger than the determination threshold value Xbref in step S97, and the variation amount Xb is determined.
  • step S96 If it is larger than the threshold value Xbref, it is determined in step S96 that the traveling road on which the vehicle 1 is traveling is a bad road. On the other hand, when the fluctuation amount Xb is equal to or less than the determination threshold value Xbref, the unsprung state detection unit 140 determines that the travel path on which the vehicle 1 is traveling is a good road in step S98.
  • the unsprung state detection unit 140 ends this routine once. Then, this routine is repeatedly executed at a predetermined calculation cycle. Each time the unsprung state detection unit 140 determines the road surface state, it sequentially outputs the determination result to the suspension ECU (not shown). The suspension ECU changes the damping force of the shock absorber based on the road surface determination result.
  • the rotation angle sensors 40 and 72 that detect the rotation angle of the motor 30 and the EPB motor 71 provided in the lower part of the spring are used to input the degree of vibration of the lower part of the spring, that is, the lower part of the spring.
  • the present invention does not necessarily use the rotation angle sensor of the motor provided in the lower part of the spring, and the rotation angle sensor of the motor provided in the upper part of the spring. May be used to obtain an index of the magnitude of the external force acting on the spring top.
  • the motor provided under the spring is not limited to a motor for driving and a motor for EPB.
  • the motor is rotated according to the brake operation of the driver while the vehicle is running, and the brake pad is pressed against the brake disc.
  • a motor for applying power may be used.
  • a resolver rotation angle sensor including a resolver and a resolver calculator is employed as the rotation angle sensor.
  • the rotation angle sensor For example, according to the rotation position (rotation angle) of a rotor including a permanent magnet.
  • the vibration state of the lower part of the spring which serves as an index of the magnitude of the force acting on the vehicle 1 from the outside, is detected based on the fluctuation of the detection signal of the resolver 41 or the fluctuation of the detection angle.
  • the road surface state is determined based on this vibration state, the present invention does not necessarily need to determine the road surface state, and the method of using the index of the magnitude of the force acting on the vehicle 1 from the outside is arbitrarily set. It can be done.
  • the two embodiments or modifications may be arbitrarily combined.
  • the determination accuracy may be improved by combining a plurality of modified examples.

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Abstract

 バネ下状態検出部140は、インホイールモータ30の回転角を検出するレゾルバ回転角センサ40の出力する検出角度φと、モータ回転角の推定角度φ'との差の大きさである変動量X(=|φ-φ'|)を計算する(S11~S13)。推定角度φ'は、1演算周期前の検出角度φn-1に、1演算周期の間にモータ30が回転したと推定される角度を加算して算出できる。バネ下状態検出部140は、変動量Xが路面判定閾値Xrefよりも大きい場合には、車両1が走行している走行路を悪路であると判定する(S14,S15)。これにより、回転角センサ40を利用して、路面判定を行うことができる。

Description

車両の状態検出装置
 本発明は、車両に働く外力を検出する車両の状態検出装置に関する。
 従来から、車両の走行状態を検出して、走行状態に応じた減衰力をダンパーに発生させる装置が知られている。例えば、特許文献1に提案された制御装置では、バネ下部(車輪)の上下方向の加速度を検出するバネ下加速度センサ、バネ上部(車体)の上下方向の加速度を検出するバネ上加速度センサ、車両のロールレートを検出するロールレートセンサ、車両のピッチレートを検出するピッチレートセンサを備え、それらのセンサの検出信号に基づいて、サスペンションのダンパーの減衰力を制御している。
特開2006-160185号
 しかしながら、車両の状態を検出するためには、たくさんのセンサが必要となる。例えば、バネ下部の振動状態を検出するためには、左右前後輪あわせて4つのバネ下加速度センサが必要となる。このように車両に働く力を検出するために専用のセンサを設けた場合には、コスト、重量、設置スペース等においてディメリットが発生する。
 本発明は、上記問題に対処するためになされたもので、車両に設けられた既存のセンサであるモータの回転角センサを利用して車両に働く力を検出することを目的とする。
 上記目的を達成するために、本発明の車両の状態検出装置の特徴は、
 モータ(30,71)と、
 前記モータの回転により回転するロータ(42)と前記ロータの周囲に設けられるステータ(43)とを備えて前記ロータと前記ステータの相対位置関係に応じて変化する磁気検出信号を出力する磁気検出信号出力部(41)と、前記磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号に基づいて前記モータの回転角を算出する回転角演算部(50)とを有する回転角センサ(40,72)とを備えた車両に適用される車両の状態検出装置であって、
 前記モータの回転角の変化に起因しない前記磁気検出信号出力部から出力された磁気検出信号の変動(Ya,Yb,Xa,Xb)、あるいは、前記モータの回転角の変化に起因しない前記回転角演算部により算出された算出回転角の変動(X)を検出し、前記変動の大さを外部から車両に働いた力の大きさの指標として取得する外力指標取得手段(140)を備えたことにある。
 本発明の状態検出装置が適用される車両は、回転角センサにより回転角が検出されるモータを搭載している。回転角センサは、モータの回転により回転するロータとロータの周囲に設けられるステータとを備えてロータとステータとの相対位置関係に応じて変化する磁気検出信号を出力する磁気検出信号出力部と、磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号に基づいてモータの回転角を算出する回転角演算部とを備えている。例えば、磁気検出信号出力部は、ロータとステータの一方に磁気発生部、他方に磁気検出部を設けて、ロータとステータとの相対位置に応じた磁気検出信号を出力する。磁気検出信号出力部のロータは、例えば、モータのロータシャフトに一体的に形成されてもよいし、モータのロータシャフトに連結されるものであってもよい。磁気検出信号出力部のロータは、モータのロータシャフトに一体的に形成されている場合にはロータシャフトと一体となって回転し、モータのロータシャフトに連結されている場合には、ロータシャフトから回転力が伝達されて回転する。また、磁気発生部は、例えば、励磁コイルから磁気を発生させる方式のものであってもよいし、永久磁石から磁気を発生させる方式のものであってもよい。
 外部から車両に力が加わって、その力がモータに伝達されると、回転角センサのロータとステータとの相対位置が、回転方向以外の方向、例えば、ロータ軸に対して直交する径方向、あるいは、ロータ軸方向に変位する。これに伴って、磁気検出信号出力部から出力される磁気検出信号および回転角演算部により算出される算出回転角が変動する。また、車両に加わった力が大きいほど、上記相対位置の変位が大きくなり、磁気検出信号出力部から出力された磁気検出信号および回転角演算部により算出された算出回転角の変動が大きくなる。
 このことを利用して、本発明は、外部から車両に働いた力の大きさの程度を表す指標を取得する。そのための構成として、本発明の状態検出装置は、外力指標取得手段を備えている。外力指標取得手段は、モータの回転角の変化に起因しない磁気検出信号出力部から出力された磁気検出信号の変動、あるいは、モータの回転角の変化に起因しない回転角演算部により算出された算出回転角の変動を検出する。そして、この変動の大きさを外部から車両に働いた力の大きさの指標として取得する。
 これにより、本発明によれば、回転角センサを用いて、モータの回転角だけでなく車両に働いた力の大きさの程度を検出することができる。この結果、専用のセンサを設けなくても車両に働く外力の大きさを検出することができ、コスト低減、軽量化、小型化等を図ることができる。
 例えば、外力指標取得手段は、モータの回転角の変化に起因しない磁気検出信号出力部から出力された磁気検出信号の変動を検出するにあたっては、磁気検出信号の出力値とモータ回転角推定値から導かれる磁気検出信号の推定値との偏差を、磁気検出信号の変動の大きさとして検出してもよい。また、例えば、外力指標取得手段は、モータの回転角の変化に起因しない回転角演算部により算出された算出回転角の変動を検出するにあたっては、回転角演算部により算出された算出回転角と回転角推定値との偏差を、算出回転角の変動の大きさとして検出してもよい。この場合、回転角推定値は、例えば、単位時間前に(例えば、1読み込み周期前)回転角センサから読み込んだ回転角と、その回転角を読み込んだ後にモータが回転したと推定される推定回転角増加分とを加算することで求めることができる。
 本発明の他の特徴は、前記モータは、車両のバネ下部(10)に搭載されたものであることにある。
 路面から入力される外力は、バネ下部に働く。バネ下部とは、サスペンションバネを境にして、車両の下方(路面側)に設けられる部分である。バネ下部は、路面から入力される外力を受ける部位となるため、路面から入力される外力によって、回転角センサのロータとステータとにおける回転方向とは異なる相対位置の変化が得られやすい。これにより、本発明によれば、路面からバネ下部に入力される外力を良好に検出することができる。この場合、路面から入力される外力が直接回転角センサに働いて回転角センサのロータとステータとの相対位置の変化が得られるものでもよいし、モータのロータとステータとにおける相対位置の変化が回転角センサに伝達されて、回転角センサのロータとステータとの相対位置の変化が得られるもの、あるいは、両者が組み合わされたものであってもよい。
 本発明の他の特徴は、外力指標取得手段により取得した力の指標に基づいて、車両の走行している路面の状態を判定する路面判定手段(140,S14~S16,S18~S32,S44~S45,S78~S81,S95~S98)を備えたことにある。
 車両が悪路を走行している場合には良路を走行している場合に比べて、バネ下部に大きな外力が入力し、バネ下部が大きく振動する。これにより、モータの回転角の変化に起因しない回転角センサの磁気検出信号および算出回転角の変動が大きくなる。このことを利用して、路面判定手段は、外力指標取得手段により取得した力の指標に基づいて、車両の走行している路面の状態を判定する。従って、本発明によれば、回転角センサを利用して車両の走行している路面状態を判定することができる。
 本発明の他の特徴は、前記回転角センサは、
 励磁用交流信号が供給される励磁コイル(44)と、前記励磁コイルによって励磁されて前記ロータの前記ステータに対する相対回転角のsin値に応じた振幅の電圧信号であるsin相検出信号を出力するsin相検出コイル(45)と、前記励磁コイルによって励磁されて前記ロータの前記ステータに対する相対回転角のcos値に応じた振幅の電圧信号であるcos相検出信号を出力するcos相検出コイル(46)とを有するレゾルバ(41)と、
 前記レゾルバの出力するsin相検出信号とcos相検出信号とに基づいて、前記モータの回転角を算出するレゾルバ演算部(50)とを備えたレゾルバ回転角センサであることにある。
 本発明では、回転角センサとしてレゾルバ回転角センサが設けられる。レゾルバ回転角センサは、レゾルバと、レゾルバ演算部とを備えている。レゾルバは、ロータとステータとの一方に励磁コイルを、他方にsin相検出コイルとcos相検出コイルとを備え、sin相検出コイルからロータのステータに対する相対回転角のsin値に応じた振幅の電圧信号を出力し、cos相検出コイルからロータのステータに対する相対回転角のcos値に応じた振幅の電圧信号を出力する。レゾルバ演算部は、レゾルバの出力するsin相検出信号とcos相検出信号とに基づいて、モータの回転角を算出する。
 レゾルバに外力が働くと、その外力が大きいほどロータとステータとの相対位置が回転方向以外の方向に変位する。これにより、モータの回転角の変化に起因しないsin相検出コイルの出力変動とcos相検出コイルの出力変動とが発生し、レゾルバ演算部によって算出されるモータの回転角(即ち、レゾルバのロータの回転角)の変動も発生する。従って、外力指標取得手段は、検出コイルの出力の変動あるいは算出回転角の変動によってバネ下部に働く外力の大きさの指標を取得することができる。
 本発明の他の特徴は、前記レゾルバは、前記ロータ(42)に前記励磁コイル(44)が設けられ、前記ステータ(43)に前記sin相検出コイル(45)と前記cos相検出コイル(46)とが設けられるとともに、前記sin相検出コイルと前記cos相検出コイルとにおける一方が他方に比べて前記ロータに対して車両上下方向位置となる割合が多くなるように配置され、前記sin相検出コイルと前記cos相検出コイルとにおける他方が一方に比べて前記ロータに対して車両前後方向位置となる割合が多くなるように配置されており、
 前記モータの回転角の変化に起因しない前記sin相検出信号の変動と前記cos相検出信号の変動とに基づいて、路面から前記バネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する方向判別手段(S26~S32)を備えたことにある。
 例えば、路面から入力された外力によってバネ下部が車両上下方向に振動した場合には、レゾルバのロータとステータとの相対位置が主に車両上下方向に変位する。また、路面から入力された外力によってバネ下部が車両前後方向に振動した場合には、レゾルバのロータとステータとの相対位置が主に車両前後方向に変位する。本発明におけるレゾルバは、ロータに励磁コイルが設けられ、ステータにsin相検出コイルとcos相検出コイルとが設けられる。ステータには、sin相検出コイルとcos相検出コイルとにおける一方が他方に比べてロータに対して車両上下方向位置となる割合が多くなるように配置され、sin相検出コイルとcos相検出コイルとにおける他方が一方に比べてロータに対して車両前後方向位置となる割合が多くなるように配置されている。このため、バネ下部が主に車両上下方向に振動した場合と、バネ下部が主に車両前後方向に振動した場合とで、モータの回転角の変化に起因しないsin相検出コイルの検出信号の変動の大きさとcos相検出コイルの検出信号の変動の大きさとが異なる。例えば、sin相検出コイルがcos相検出コイルに比べてロータに対して車両上下方向位置となる割合が多くなるように配置されている構成では(この場合、cos相検出コイルがsin相検出コイルに比べてロータに対して車両前後方向位置となる割合が多くなるように配置されている)、バネ下部が主に車両上下方向に振動した場合、sin相検出コイルの検出信号の出力の変動がcos相検出コイルの検出信号の出力の変動よりも大きくなる。
 このことを利用して方向判別手段は、モータの回転角の変化に起因しないsin相検出信号の変動とcos相検出信号の変動とに基づいて、路面からバネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する。従って、本発明によれば、回転角センサを使って、路面からバネ下部に働いた力の大きさの指標を取得できるだけでなく、その力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別することができるため、車両の状態を一層詳細に検出することができる。
 本発明の他の特徴は、前記sin相検出信号と前記cos相検出信号との両方の出力が閾値よりも低下している場合に、路面から前記バネ下部に車両左右方向の力が働いていると判定する左右方向力検出手段(S43~S45)を備えたことにある。
 レゾルバのロータの回転中心軸が車両左右方向(車幅方向)に向けて設けられている場合、路面からバネ下部に車両左右方向に力が働くと、ロータとステータとの相対位置がロータの軸方向に変位する。この変位により、sin相検出信号とcos相検出信号との両方の出力が、変位していない場合に比べて低下する。このことを利用して、左右方向力検出手段は、sin相検出信号とcos相検出信号との両方の出力が閾値よりも低下している場合に、路面からバネ下部に車両左右方向の力が働いていると判定する。従って、本発明によれば、回転角センサを使って、車両の状態を一層詳細に検出することができる。
 本発明の他の特徴は、前記モータまたは前記レゾルバにおけるロータを支持する支持部(31,38)の共振周波数がバネ下共振周波数とは異なるように設定されていることにある。
 モータのロータを支持する支持部、あるいは、レゾルバのロータを支持する支持部の共振周波数がバネ下共振周波数帯域に含まれていると、バネ下部がバネ下共振周波数で振動している場合であっても、検出信号あるいは算出回転角が変動してしまい、路面からバネ下部に入力された外力の大きさを表す指標の正確性が低下する可能性がある。そこで、本発明においては、モータまたはレゾルバにおけるシャフトを支持する支持部の共振周波数がバネ下共振周波数とは異なるように設定されているため、路面からバネ下部に入力された外力の大きさを表す指標が一層適正なものとなる。尚、支持部の共振周波数は、支持部の剛性により決定され、剛性が高いほど高くなる。従って、支持部の剛性を調整することにより、支持部の共振周波数がバネ下共振周波数帯域に含まれないようにすることができる。
 本発明の他の特徴は、前記モータまたは前記レゾルバにおけるロータを支持する支持部(31,38)の車両上下方向の共振周波数と車両前後方向の共振周波数とが異なるように設定されており、
 前記回転角演算部によって算出された回転角の周波数成分を分析し、前記回転角の周波数成分に含まれる前記支持部の車両上下方向の共振周波数成分の大きさと前記支持部の車両前後方向の共振周波数成分の大きさとに基づいて、路面から前記バネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する周波数利用方向判別手段(S51~S57)を備えたことにある。
 本発明では、モータのロータを支持する支持部、あるいは、レゾルバのロータを支持する支持部の車両上下方向の共振周波数と車両前後方向の共振周波数とが異なるように設定されている。例えば、ロータの支持部の剛性を、車両上下方向の剛性と車両前後方向の剛性とが互いに異なるように設定することによって、支持部の車両上下方向の共振周波数と車両前後方向の共振周波数とが互いに異なるように設定することができる。このため、路面からバネ下部に入力した外力によりバネ下部が振動した場合、バネ下部の振動が車両上下方向である場合と車両前後方向である場合とで、回転角演算部によって算出された回転角の周波数成分が相違するようになる。つまり、バネ下部の振動が車両上下方向である場合には、回転角演算部によって算出された回転角の周波数成分に車両上下方向の共振周波数成分が多く含まれ、バネ下部の振動が車両前後方向である場合には、回転角演算部によって算出された回転角の周波数成分に車両前後方向の共振周波数成分が多く含まれるようになる。このことを利用して、周波数利用方向判別手段は、回転角演算部によって算出された回転角の周波数成分を分析し、回転角の周波数成分に含まれる支持部の車両上下方向の共振周波数成分の大きさと支持部の車両前後方向の共振周波数成分の大きさとに基づいて、路面からバネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する。従って、本発明によれば、回転角センサを使って、車両の状態を一層詳細に検出することができる。
 本発明の他の特徴は、前記モータは、車両のバネ下部に搭載されて車輪を駆動するインホイールモータ(30)であることにある。
 本発明においては、インホイールモータの回転角を検出する回転角センサを利用して路面からバネ下部に働いた力の大きさを表す指標を取得する。従って、インホイールモータの回転角センサを有効利用することができる。また、車輪の振動状態を精度よく検出することができる。このため、例えば、車両の走行路における路面状態を適切に判定することができる。
 本発明の他の特徴は、前記モータは、車両のバネ下部に搭載されて車輪に制動力のみを付与するモータ(71)であることにある。
 本発明においては、車両のバネ下部に搭載されて車輪に制動力のみを付与するモータの回転角センサを利用して路面からバネ下部に働いた力の大きさを表す指標を取得する。例えば、このモータとしては、電動パーキングブレーキ装置に設けられ車両の停止中にブレーキパッドをブレーキディスクに押しつけるモータや、電動ブレーキアクチュエータに設けられドライバーのブレーキペダル操作に応じてブレーキパッドをブレーキディスクに押しつけるモータを使用することができる。モータ回転角センサは、モータが駆動されているか否かに関わらず、磁気検出信号および算出回転角を出力する。従って、外力指標取得手段は、モータの回転角の変化に起因しない磁気検出信号の変動あるいは算出回転角の変動を検出することができる。この結果、本発明によれば、制動力発生用のモータの回転角を検出する回転角センサを利用して、路面からバネ下部に働いた力の大きさを検出することができる。例えば、車輪の振動状態を検出することができる。
 本発明の他の特徴は、前記モータは、車両のバネ下部に搭載され、車両走行中においては回転しないモータ(71)であって、前記モータの直前回の作動終了後の前記モータの回転角あるいは前記磁気検出信号の大きさを記憶する記憶手段(S63,S68)を備え、
 前記外力指標取得手段(S76~S77,S94)は、車両の走行中において、前記記憶手段に記憶されている回転角から導いた磁気検出信号の大きさ、あるいは、前記記憶手段に記憶されている磁気検出信号の大きさに対する、前記磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号の大きさの変動(Xa,Xb)を検出することにある。
 車両走行中において回転しないモータの場合、回転角センサのロータも回転しないため、磁気検出信号の出力値は、ロータの停止している位置に応じた値となる。ロータの停止している回転位置(停止角度)は常に一定であるとは限らないため、磁気検出信号の出力値だけでは、外部からバネ下部に働いた力の大きさを判断することが難しい。そこで、本発明においては、記憶手段が、モータの直前回の作動終了後のモータの回転角あるいは磁気検出信号の大きさを記憶する。そして、外力指標取得手段が、車両の走行中において、記憶手段に記憶されている回転角から導いた磁気検出信号の大きさ、あるいは、記憶手段に記憶されている磁気検出信号の大きさに対する、磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号の大きさの変動を検出する。これにより、外力指標取得手段は、路面からバネ下部に入力された力の大きさの指標を取得することができる。この結果、本発明によれば、走行中に回転しないモータの回転角センサを利用して、路面からバネ下部に働いた力の大きさを検出することができる。
 尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。
図1は、第1実施形態に係る車両状態検出装置が搭載される車両の概略構成図である。 図2は、回転角センサの概略構成図である。 図3は、回転角センサにおけるsin相検出コイルとcos相検出コイルとの配置を表す説明図である。 図4は、レゾルバのバネ定数を表す説明図である。 図5は、回転角センサの出力する検出角度の微分値の推移を表すグラフである。 図6は、第1走行路面判定ルーチンを表すフローチャートである。 図7は、第2走行路面判定ルーチンを表すフローチャートである。 図8は、レゾルバの組み込まれたモータの概略構成を表す断面図である。 図9は、レゾルバロータとレゾルバステータとの軸方向の変位を表す説明図である。 図10は、第3走行路面判定ルーチンを表すフローチャートである。 図11は、入力方向判定ルーチンを表すフローチャートである。 図12は、モータケーシングの内面を図8の矢印a方向から見た概略正面図である。 図13は、モータケーシングの内面を図8の矢印b方向から見た概略斜視図である。 図14は、第2実施形態に係る車両状態検出装置が搭載される車両の概略構成図である。 図15は、停止角度記憶ルーチンを表すフローチャートである。 図16は、第4走行路面判定ルーチンを表すフローチャートである。 図17は、停止振幅記憶ルーチンを表すフローチャートである。 図18は、第5走行路面判定ルーチンを表すフローチャートである。
 以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図1は、第1実施形態としての車両状態検出装置が搭載された車両1の構成を概略的に示している。
 車両1は、左前輪10FL、右前輪10FR、左後輪10RL、右後輪10RRを備えている。左前輪10FL、右前輪10FR、左後輪10RL、右後輪10RRは、それぞれ独立したサスペンション20FL、20FR、20RL、20RRを介して車体Bに支持されている。以下、各車輪10FL、10FR、10RL、10RRの任意のものを特定する必要がない場合には、それらを車輪10と総称する。また、各車輪10に対応して設けられる構成については、その符号の末尾に、左前輪10FLに対応して設けられる構成には「FL」、右前輪10FRに対応して設けられる構成には「FR」、左後輪10RLに対応して設けられる構成には「RL」、右後輪10RRに対応して設けられる構成には「RR」を付し、それらの任意のものを特定する必要が無い場合には、末尾符号を省略する。
 サスペンション20は、例えば、ショックアブソーバを内蔵したストラット、コイルスプリングおよびサスペンションアームなどから構成されるストラット型サスペンションや、コイルスプリング、ショックアブソーバおよび上下のサスペンションアームなどから構成されるウイッシュボーン型サスペンションなどの公知の4輪独立懸架方式のサスペンションを採用することができる。
 このサスペンション20のコイルスプリングよりも車両下方(路面側)に設けられる部材、つまり、サスペンション20によって車体Bに支持されている車輪10側の部材をバネ下部と呼ぶ。
 左前輪10FL、右前輪10FR、左後輪10RL、右後輪10RRのホイール内部には、モータ30FL、30FR、30RL、30RRが組み込まれている。各モータ30は、いわゆるインホイールモータであって、それぞれ車輪10とともにバネ下部に固定され、各車輪10に動力伝達可能に連結されている。この車両1においては、各モータ30の回転をそれぞれ独立して制御することにより、各車輪10に発生させる駆動力、制動力(電力回生による制動力)をそれぞれ独立して制御することができるようになっている。モータ30としては、例えば、ブラシレスモータが使用される。
 各モータ30は、モータドライバ35に接続される。モータドライバ35は、例えば、インバータであって、各モータ30に対応するように4組設けられ、バッテリ60から供給される直流電力を交流電力に変換して、その交流電力を各モータ30に独立して供給する。これにより、各モータ30は、駆動制御されて、各車輪10に対して駆動力を付与する。モータ30は、ブラシレスモータであるため、モータ回転角を検出して電流位相を制御する必要がある。このため、各モータ30FL、30FR、30RL、30RRには、モータ回転角を検出するための回転角センサ40FL、40FR、40RL、40RRが組み込まれている。
 また、各車輪10FL、10FR、10RL、10RRには、それぞれ、ブレーキ機構70FL、70FR、70RL、70RRが設けられている。各ブレーキ機構70は、例えば、ディスクブレーキやドラムブレーキなどの公知の制動装置である。これらのブレーキ機構70は、ブレーキアクチュエータ75に接続され、ブレーキアクチュエータ75から供給される油圧によりブレーキキャリパのピストン(図示省略)などが作動して各車輪10に制動力を生じさせる。
 上記モータドライバ35およびブレーキアクチュエータ75は、電子制御ユニット100にそれぞれ接続されている。電子制御ユニット100(以下、ECU100と呼ぶ)は、CPU、ROM、RAMなどからなるマイクロコンピュータを主要構成部品とするものであり、各種プログラムを実行して各モータ30およびブレーキ機構70の作動を独立して制御するものである。このため、ECU100には、アクセルペダルの踏み込み量(あるいは、角度や圧力など)から運転者のアクセル操作量を検出するアクセルセンサ61、ブレーキペダルの踏み込み量(あるいは、角度や圧力など)から運転者のブレーキ操作量を検出するブレーキセンサ62、各車輪10の車輪速を検出する車輪速センサ63FL、63FR、63RL、63RRが接続され、アクセル操作量、ブレーキ操作量、4輪の車輪速を表すセンサ信号を入力する。また、ECU100は、各回転角センサ40の出力するモータ回転角を表す信号を入力する。また、ECU100は、モータドライバ35から各モータ30に流れる電流値を表す信号、モータドライバ35に供給される電圧値を表す信号など、モータ制御に必要なセンサ信号をモータドライバ35から入力する。尚、回転角センサ40の出力するモータ回転角の単位時間あたりの変化量から車輪速を演算により求めるようにしてもよい。その場合には、車輪速センサ63を省略することができる。
 ECU100は、制駆動力演算部110と、モータ制御部120と、油圧ブレーキ制御部130と、バネ下状態検出部140とを備えている。制駆動力演算部110は、アクセルセンサ61およびブレーキセンサ62から入力される信号に基づいて、運転者のアクセル操作量およびブレーキ操作量に応じた要求駆動力および要求制動力(目標駆動力および目標制動力)、すなわち、車両1を走行または制動させるために必要とされるトータル要求制駆動力を演算する。そして、トータル要求制駆動力を予め定められた規則に従って、各車輪10のモータ30で発生させる各輪要求制駆動力に配分する。要求制駆動力の値が正の場合は、駆動力が要求されている場合であり、要求制駆動力が負の場合は、制動力が要求されている場合である。
 モータ制御部120は、各輪要求制駆動力に応じた電流がモータ30に流れるようにモータ駆動制御信号(例えば、PWM制御信号)を生成してモータ駆動回路35に出力する。この場合、モータ制御部120は、回転角センサ40により検出されるモータ回転角を入力して、モータ回転角に対応するモータ電気角を計算し、このモータ電気角を使ってモータに流す電流の位相角を制御する。各輪要求制駆動力が負の場合には、モータ30を発電機として作動させて回生制動トルクを発生させる。この場合、モータ制御部120は、各輪要求制駆動力(制動力)がモータ30で発生できる回生制動トルクよりも大きい場合には、各輪要求制駆動力をモータ30で発生可能な最大回生制動トルクに設定し、回生制動トルクでは不足する分を油圧制動指令値として算出し、油圧ブレーキ制御部130に対して油圧制動指令値を指令する。油圧ブレーキ制御部130は、油圧制動指令値に従って、ブレーキアクチュエータ75に制御信号を出力して、ブレーキ機構70を作動させて油圧制動トルクを発生させる。ブレーキアクチュエータ75は、昇圧ポンプ、アキュムレータ等からなる動力液圧源と、ブレーキ作動油の圧力を調整してブレーキシリンダに供給する制御弁等を備え、油圧ブレーキ制御部130からの指令にしたがって制御弁の開度が調整される。これにより、油圧制動指令値に応じた油圧制動力を発生させる。
 このようにして、ECU100は、アクセルセンサ61およびブレーキセンサ62から入力される信号に基づいて車両1に要求される制駆動力であるトータル要求制駆動力を求め、そのトータル要求制駆動力を発生させるように各モータ30の駆動・回生状態、および、ブレーキアクチュエータ75すなわち各ブレーキ機構70の動作をそれぞれ制御する信号を出力することにより、車両1の走行状態を制御する。
 バネ下状態検出部140は、モータ30の回転角を検出する回転角センサ40を利用してバネ下部(車輪10)に働く外力を検出して、走行路面の状態について判定する。まず、回転角センサ40について説明する。図2は、回転角センサ40の概略構成図である。回転角センサ40は、レゾルバ41と、レゾルバ41の出力する検出信号からモータ30の回転角を演算するレゾルバ演算器50とを備えたレゾルバ回転角センサである。本実施形態においては、レゾルバ41をモータ30に固定して設け、レゾルバ演算器50をECU100内に設けるが、レゾルバ41とレゾルバ演算器50とをユニットとしてモータ30に固定して設けるようにしてもよい。
 レゾルバ41は、励磁コイル44を固定して備えたレゾルバロータ42と、sin相検出コイル45とcos相検出コイル46とを固定して備えたレゾルバステータ43とを備える。レゾルバロータ42は、図8に示すように、モータ30のロータシャフト32の一部を利用して、ロータシャフト32の表面に励磁コイル44を固定したものであってもよいし、モータ30のロータシャフト32に連結して設けられるものであってもよい。モータ30のロータシャフト32の中心軸Lは、車輪10の回転中心軸と同じ方向を向いており、レゾルバロータ42の回転中心軸もモータ30のロータシャフト32および車輪10の回転中心軸と同じ方向、つまり、車両左右方向(車幅方向)に向いている。
 レゾルバステータ43は、レゾルバロータ42から隙間をあけてレゾルバロータ42の外周を取り囲むようにモータケーシング31(図8参照)あるいはレゾルバケーシング等、バネ下部に固定された部材に固定される。
 励磁コイル44には、励磁電圧(交流電圧)が供給される。励磁電圧の供給は、図示していないが、例えば、レゾルバステータ43に送電コイルを、レゾルバロータ42に受電コイルを設け、送電コイルに交流の励磁電流を流すことにより受電コイル(図示略)に非接触で励磁電圧(交流電圧)を発生させ、この励磁電圧を励磁コイル44に供給するようにすればよい。励磁コイル44は、モータ30の回転にあわせて回転する。このため、励磁コイル44からレゾルバロータ42の径方向に向けて発生する磁束が、モータ30の回転とともに回転する。
 sin相検出コイル45およびcos相検出コイル46は、励磁コイル44の回転平面上に配置され、励磁コイル44で発生する磁束により交流電圧信号を出力する。sin相検出コイル45およびcos相検出コイル46で発生する交流電圧信号の振幅値は、sin相検出コイル45およびcos相検出コイル46に対する励磁コイル44の回転位置に応じて変化する。つまり、sin相検出コイルは、レゾルバロータ42の回転角のsin値に応じた振幅となる交流電圧信号を出力し、cos相検出コイル46は、レゾルバロータ42の回転角のcos値に応じた振幅となる交流電圧信号を出力する
 このレゾルバ41においては、sin相検出コイル45は、レゾルバロータ42に対して車両上下方向に設けられ、cos相検出コイル46は、レゾルバロータ42に対して車両前後方向に設けられる。この図2に示す例では、sin相検出コイル45は、レゾルバロータ42に対して車両上下方向の一方に、cos相検出コイル46は、レゾルバロータ42に対して車両前後方向の一方に設けられているが、例えば、図3に示すように、sin相検出コイル45は、レゾルバロータ42の車両上下方向の両方に設けて、2つのsin相検出コイル45を直列に接続するようにするとよい。また、cos相検出コイル46についても、レゾルバロータ42の車両前後方向の両方に設けて、2つのcos相検出コイル46を直列に接続するようにするとよい。また、sin相検出コイル45とcos相検出コイル46とを入れ替えて、sin相検出コイル45をレゾルバロータ42の車両前後方向に設け、cos相検出コイル46をレゾルバロータ42の車両上下方向に設けるようにしてもよい。
 このようにsin相検出コイル45とcos相検出コイル46の位置を規定するのは、後述するようにバネ下部(車輪10)の振動方向を判別するためである。この場合、sin相検出コイル45とcos相検出コイル46とにおける一方が他方に比べてレゾルバロータ42に対して車両上下方向位置となる割合が多くなるように配置され、他方が一方に比べてレゾルバロータ42に対して車両前後方向位置となる割合が多くなるように配置されるという条件を満たしていればよい。例えば、sin相検出コイル45とcos相検出コイル46とをレゾルバロータ42に対して斜め上下方向に配置するものであっても、上記の条件を満たしていればよい。尚、バネ下部(車輪10)の振動方向の判別を必要としない場合には、上記の条件は不要となる。
 レゾルバロータ42の回転角(レゾルバステータ43に対する相対的な基準位置から回転した実際の角度)をθ、励磁コイル44に供給する励磁信号をsin(ωt)とすると、sin相検出コイル45から出力されるsin相検出信号の電圧値であるsin相検出電圧Ea、および、cos相検出コイル46から出力されるcos相検出信号の電圧値であるcos相検出電圧Ebは、次式(1)、(2)にて表すことができる。尚、ここでは、説明を簡単にするために、各検出信号の電圧振幅を1としている。
 Ea=sinθ・sin(ωt) ・・・(1)
 Eb=cosθ・sin(ωt) ・・・(2)
 レゾルバ41は、このsin相検出信号、cos相検出信号をレゾルバ演算器50に出力する。
 レゾルバ演算器50は、第1乗算器51と、第2乗算器52と、減算器53と、同期検波器54と、制御器55と、cosテーブル56と、sinテーブル57と、励磁信号発生器58によって構成される。このレゾルバ演算器50においては、制御器55の出力値である出力角度φが、回転角センサ40によって検出された回転角、つまり、センサ値となって、ECU100のモータ制御部120,バネ下状態検出部140に送信される。このレゾルバ演算器50では、出力角度φが実際の回転角θと一致するように、いわゆるトラッキングループを使って出力角度φ(検出角度φ)を演算する。
 励磁信号発生器58は、レゾルバ41の励磁コイル44に励磁信号(sin(ωt))を発生させるための交流電圧信号を出力する。この交流電圧信号は、図示しない送信コイル、受信コイル等を介して非接触にて励磁コイル44に供給される。尚、ここでは、説明を簡単にするために、励磁信号の電圧振幅を1としている。また、励磁信号の位相遅れは、無いものとしている。
 cosテーブル56は、制御器55の出力する出力角度φを入力し、出力角度φの余弦値cosφを計算して、その計算結果を第1乗算器51に出力する。第1乗算器51は、sin相検出電圧Eaにcosφを乗算した結果(sinθ・sin(ωt)・cosφ)を減算器53に出力する。同様に、sinテーブル57は、制御器55の出力する出力角度φを入力し、出力角度φの正弦値sinφを計算して、その計算結果を第2乗算器52に出力する。第2乗算器52は、cos相検出電圧Ebにsinφを乗算した結果(cosθ・sin(ωt)・sinφ)を減算器53に出力する。減算器53は、第1乗算器51の出力値から第2乗算器52の出力値を減算する。この減算器53の出力値である減算値Ecは、次式(3)のように表される。
 Ec=(sinθ・cosφ-cosθ・sinφ)・sin(ωt)
   =sin(θ-φ)・sin(ωt) ・・・(3)
 減算器53は、減算値Ecを同期検波器54に出力する。同期検波器54は、励磁信号から生成される同期クロックにて減算値Ecを同期検波する。これにより、減算値Ecからsin(ωt)が除去された制御偏差sin(θ-φ)が算出される。この制御偏差sin(θ-φ)は、制御器55に出力される。制御器55は、入力した制御偏差sin(θ-φ)がゼロになるように出力角度φを制御する。このようなトラッキングループにより、φ=θ、つまり、回転角センサ40の検出値である出力角度φが実際のレゾルバロータ42の回転角θに追従するように出力角度φが算出される。尚、制御器55の伝達関数G(s)は、例えば、次式(4)にて表すことができる。
 G(s)=Kg/((τs+1)(τs+1)) ・・・(4)
 ここで、Kgは、ゲイン定数、τ,τは、それぞれ時定数、sは、ラプラス演算子である。
<回転角センサを使った走行路面判定の原理>
 回転角センサ40から出力される検出角度φは、sin相検出電圧Eaおよびcos相検出電圧Ebによって計算される。また、sin相検出電圧Eaは、励磁コイル44とsin相検出コイル45との相対位置関係によって決まり、cos相検出電圧Ebは、励磁コイル44とcos相検出コイル46との相対位置関係によって決まる。従って、レゾルバ41は、レゾルバステータ43に対するレゾルバロータ42の回転軸の相対位置が一定に保たれて、レゾルバロータ42の外周と、レゾルバステータ43の内周とが一定の離隔を維持するように製造される。しかし、一般的に、機械製品においては、部品が無限大の剛性を持つことはなく、図4に示すように、有限値のバネ定数KL、バネ定数KVを持つ。
 インホイールモータを駆動して走行する車両1のように、バネ下部にモータ30を組み付けた構造においては、モータ30だけでなく、回転角センサ40のレゾルバ41に対しても路面からの外力が入力される。この場合、路面から入力される外力が直接回転角センサ40に働いて回転角センサ40のレゾルバロータ42とレゾルバステータ43との相対位置が変化するケースと、モータ30のロータとステータとにおける相対位置の変化が回転角センサ40に伝達されて、回転角センサ40のレゾルバロータ42とレゾルバステータ43との相対位置が変化するケースとが考えられる。このため、レゾルバロータ42とレゾルバステータ43との相対位置関係、つまり、励磁コイル44とsin相検出コイル45,cos相検出コイル46との距離が、入力した外力の大きさに応じて変化してしまう。一般的には、この距離ができるだけ変化しないように、つまり、レゾルバステータ43に対してレゾルバロータ42の回転中心軸が一定位置を維持するように、周辺部品の剛性を確保する設計が行われるが、実際には、完全に距離を一定に維持させることは難しい。
 このため、車両1の走行中においては、回転角センサ40の出力する検出角度φには、モータ30の回転角の変化に起因しない変動分が含まれる。図5は、回転角センサ40の検出値の変動を表すために、車両1が定速走行しているときの検出角度φの微分値の推移を表したものである。図5(a)は、車両1が悪路を走行している場合の実験データ、図5(b)は、車両1が良路を走行している場合の実験データを、互いに同じスケールにて示している。この図から分かるように、回転角センサ40の出力する検出角度φの変動分(モータ30の回転角の変化に起因しない変動分)は、車両1が悪路を走行しているときには良路を走行しているときに比べて大きくなる。
 本実施形態においては、こうした現象を捉えることにより、モータ30の回転角の変化に起因しない検出角度φの変動を検出し、この変動の大きさを外部から車両1に働いた力の大きさの指標として取得する。そして、この指標に基づいて、車両1が走行している路面状態を判定する。つまり、モータ30の回転角の変化に起因しないセンサ値の変動(振動)が大きいほど、路面からバネ下部(車輪)に入力された力が大きいとみなして、この力の大きさに基づいて、車両1の走行路が悪路であるか良好路であるかについて判定する。
 ここで、回転角センサ40の検出角度φに変動が生じる理由を考察する。例えば、図2に示すレゾルバ41において、レゾルバロータ42がレゾルバステータ43に対して相対的に車両上方向に移動して励磁コイル44がsin相検出コイル45に接近した場合を考える。この場合、sin相検出電圧Eaおよびcos相検出電圧Ebは、次式(5),(6)のように表される。
 Ea=K・sinθ・sin(ωt) ・・・(5)
 Eb=cosθ・sin(ωt) ・・・(6)
 ここで、Kは、励磁コイル44とsin相検出コイル45との距離の2乗に反比例する係数である(電磁波の強さは、距離の2乗に反比例するため)。
 この場合、レゾルバ演算器50の減算器53の出力である減算値Ecは、次式(7)にて表される。
Ec=(K・sinθ・cosφ-cosθ・sinφ)・sin(ωt)
  ={(K-1)・sinθ・cosφ+sin(θ-φ)}・sin(ωt)
                             ・・・(7)
 このため、制御器55が減算値Ecがゼロとなるようにφを演算しても、(K-1)に依存した項の影響により、制御器55の出力する検出角度φは、θとは異なる値に計算されてしまう。
 図2に示す例は、レゾルバ41の原理を説明するために、sin相検出コイル45、cos相検出コイル46をそれぞれ1つしか記載していないが、実際には、例えば、図3に示すように、sin相検出コイル45、cos相検出コイル46は、それぞれ対向する位置に設けられ、上記距離の変動の影響を軽減する構造が採用されている。こうした構造であっても、励磁コイル44に接近する側の検出コイル45(46)の出力増加(電圧振幅値の増加)が、励磁コイル44から遠ざかる側の検出コイル45(46)の出力減少を上回るため、上記距離の変動がレゾルバ演算器50の検出角度φに影響する。
 こうした現象を利用して、ECU100に設けられるバネ下状態検出部140は、回転角センサ40の出力する検出角度φ、あるいは、レゾルバ41の出力する検出電圧Ea,Ebに基づいて、外部からの入力によるバネ下部の振動状態を検出し、この検出結果に基づいて、車両1の走行している路面の状態を判定する。このバネ下状態検出部140は、本発明の車両の状態検出装置に相当するものである。
<走行路面判定処理1>
 次に、バネ下状態検出部140が実行する走行路面判定処理について、いくつかの例を説明する。図6は、ECU100のバネ下状態検出部140が実行する第1走行路面判定ルーチンを表す。第1走行路面判定ルーチンは、車両1が走行しているあいだ、所定の短い演算周期にて繰り返し実行される。従って、バネ下状態検出部140は、イグニッションスイッチがオンされている期間中、所定の周期にて車輪速センサ63により検出される車輪速を読み込み、車輪速が走行判定値を超えている場合に、第1走行路面判定ルーチンを実行する。また、バネ下状態検出部140は、各車輪10毎に第1走行路面判定ルーチンを実行する。
 本ルーチンが起動すると、バネ下状態検出部140は、ステップS11において、回転角センサ40の出力する検出角度φを読み込む。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS12において、モータ回転角の推定値である推定角度φ’を計算する。
 この推定角度φ’の算出にあたっては、例えば、所定時間前(ここでは、1演算周期前として説明する)に読み込んだ回転角センサ40の検出角度φn-1に、所定時間(1演算周期)のあいだにモータ30が回転したと推定される角度である単位時間回転推定値Δφを加算した値を推定角度φ’(=φn-1+Δφ)とする。単位時間回転推定値Δφは、1演算周期前に制駆動力演算部110が算出した要求制駆動力と1演算周期前に検出された車輪速とに基づいて算出(推定)することができる。例えば、1演算周期当たりの車輪速の変化量は、要求制駆動力が分かれば、車体質量、タイヤ特性、サスペンション特性に基づいて推定することができる。従って、1演算周期前の車輪速と、1演算周期のあいだに変化した車輪速変化量とから、1演算周期のあいだにモータ30が回転したと推定される角度である単位時間回転推定値Δφを算出することができる。バネ下状態検出部140は、不揮発性メモリ(図示略)に、要求制駆動力および車輪速から単位時間回転推定値Δφを導き出すマップ等の関係付けデータを記憶しており、この関係付けデータを参照して、単位時間回転推定値Δφを演算する。そして、1演算周期前に読み込んだ検出角度φn-1に単位時間回転推定値Δφを加算することにより推定角度φ’を算出する。
 続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS13において、検出角度φと推定角度φ’との差の大きさである変動量X(=|φ-φ’|)を計算する。レゾルバステータ43に対して、レゾルバロータ42の回転中心軸の相対位置が変位していない場合には、モータ30の回転角の変化に起因しない検出角度φの変動は小さい(演算誤差程度のものとなる)が、路面からバネ下部に入力された力によりモータ30あるいはレゾルバ41が振動すると、レゾルバロータ42の回転中心軸の相対位置が径方向に変位して、モータ30の回転角の変化に起因しない検出角度φの変動が大きくなる。このため、変動量Xは、モータ30の回転角の変化に起因しない検出角度φの変動の大きさを表す値となる。変動量Xは、路面からバネ下部に入力された力により発生するものであり、路面から入力された力が大きいほど大きくなるため、路面からバネ下部に働いた力の大きさの程度を表す指標として利用することができる。
 バネ下状態検出部140は、ステップS14において、変動量Xと路面判定閾値Xrefとを比較し、変動量Xが路面判定閾値Xrefよりも大きいか否かを判断する。路面判定閾値Xrefは、車両1が走行している走行路を、路面状態の良い良路(平坦路)と、路面状態の悪い悪路(凹凸路)とに判別するための閾値であって予め設定されている。バネ下状態検出部140は、変動量Xが路面判定閾値Xrefよりも大きい場合には、ステップS15において、走行路を悪路であると判定し、変動量Xが路面判定閾値Xref以下となる場合には、ステップS16において、走行路を良路であると判定する。
 バネ下状態検出部140は、ステップS15あるいはステップS16において走行路面判定を行うと、本ルーチンを一旦終了する。そして、所定の演算周期にて本ルーチンを繰り返し実行する。この場合、バネ下状態検出部140は、路面状態を判定する都度、その判定結果をサスペンションECU(図示略)に逐次出力する。サスペンションECUは、路面判定結果に基づいてショックアブソーバの減衰力を変更する。これにより、車体の上下方向の振動を抑制する減衰力を適切に発生させることができる。尚、バネ下状態検出部140の出力する路面判定結果は、その瞬時(演算タイミング)における変動量Xに応じたものであるため、一定の判定結果とならないが、サスペンションECU側で、入力した判定結果データを加工する(例えば、悪路判定の比率計算する)などして、最終的な減衰力を設定するとよい。
 以上説明した本実施形態の車両の状態検出装置によれば、バネ下部に設けられたモータ30の回転角を検出する回転角センサ40を利用して、モータ30の回転角の変化に起因しない検出角度φの変動量Xを検出し、この変動量Xを路面からバネ下部に入力した力の大きさの指標として取得する。従って、加速度センサのような外力を検出する専用のセンサを設けなくても、外部から車両1(バネ下部)に働く力の大きさを検出することができる。そして、この変動量Xに基づいて、走行路の路面状態を判定することができる。従って、コスト低減、軽量化、小型化等を図ることができる。また、車輪を駆動するモータ30、つまり、インホイールモータの回転角センサを利用するため、外部(路面)からの入力によってレゾルバロータ42とレゾルバステータ43との相対位置の変化が得られやすい。これにより、路面からバネ下部に入力される外力を良好に検出することができ、路面状態を良好に判定することができる。また、回転角センサ40としてレゾルバ回転角センサを使用しているため、モータ30の回転角の変化に起因しない検出角度φの変動の検出が容易となる。
 また、本実施形態では、変動量Xと路面判定閾値Xrefとを比較して、路面状態を判定しているが、例えば、変動量Xの大きさとバネ下部の入力加速度(力の大きさに対応する)との関係を実験等によって求めておき、その関係データをECU100に記憶しておくことで、車両走行中に、変動量Xからバネ下の入力加速度を検出する加速度検出手段を設けた構成を採用することができる。この場合、バネ下状態検出部140は、バネ下部の入力加速度をサスペンションECU(図示略)に逐次出力するとよい。サスペンションECUは、入力加速度に基づいてショックアブソーバの減衰力を変更する。これにより、車体の上下方向の振動を抑制する減衰力を一層適切に発生させることができる。
<変形例:走行路面判定処理2>
 次に、バネ下状態検出部140が実行する走行路面判定処理の変形例として第2走行路面判定処理について説明する。図7は、ECU100のバネ下状態検出部140が実行する第2走行路面判定ルーチンを表す。第2走行路面判定ルーチンは、上述した第1走行路面判定ルーチンと同様のタイミングにて、各車輪10毎に独立して実行される。
 第2走行路面判定処理を実行するにあたっては、レゾルバ41のsin相検出コイル45とcos相検出コイル46とにおける一方が他方に比べてレゾルバロータ42に対して車両上下方向位置となる割合が多くなるように配置され、他方が一方に比べてレゾルバロータ42に対して車両前後方向位置となる割合が多くなるように配置されるという条件がみたされている必要がある。ここでは、図3に示すように、sin相検出コイル45がcos相検出コイル46に比べて車両上下方向となる割合が多くなるように配置されている(cos相検出コイル46がsin相検出コイル45に比べて車両前後方向となる割合が多くなるように配置されている)ものとして説明する。
 本ルーチンが起動すると、バネ下状態検出部140は、ステップS21において、推定角度φ’を計算する。この推定角度φ’の算出にあたっては、第1走行路面判定ルーチンのステップS12と同様の処理にて行う。従って、バネ下状態検出部140は、この第2走行路面判定ルーチンにおいても、回転角センサ40の出力する検出角度φ、制駆動力演算部110の算出した要求制駆動力、車輪速センサ63の出力する車輪速を所定の演算周期で読み込み、これらの値に基づいて、推定角度φ’を計算する。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS22において、推定角度φ’に基づいて、レゾルバロータ42の回転角度位置が、この推定角度φ’となるときにsin相検出コイル45が出力するはずである電圧値(sin相推定電圧Ea’と呼ぶ)を計算する。この計算は、上記式(1)におけるθの値にφ’を代入し、ωtの値に励磁信号発生器58の出力する励磁信号のωtを代入することによって計算することができる。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS23において、推定角度φ’に基づいて、レゾルバロータ42の回転角度位置が、この推定角度φ’となるときにcos相検出コイル46が出力するはずである電圧値(cos相推定電圧Eb’と呼ぶ)を計算する。この場合、上記式(2)を使って、ステップS22と同様に計算する。
 続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS24において、レゾルバ41のsin相検出コイル45の出力電圧であるsin相検出電圧Eaを読み込み、ステップS25において、レゾルバ41のcos相検出コイル46の出力電圧であるcos相検出電圧Ebを読み込む。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS26において、sin相検出電圧Eaとsin相推定電圧Ea’との差の大きさである変動量Ya(=|Ea-Ea’|)を計算し、ステップS27において、cos相検出電圧Ebとcos相推定電圧Eb’との差の大きさである変動量Yb(=|Eb-Eb’|)を計算する。
 レゾルバステータ43に対して、レゾルバロータ42の回転中心軸の相対位置が変位していない場合には、モータ30の回転角の変化に起因しない検出電圧Ea,Ebの変動は小さい(演算誤差程度のものとなる)。このため、検出コイル45,46の出力電圧Ea,Ebは、推定電圧Ea’,Eb’とほぼ等しい値となる。一方、路面からバネ下部に入力された力によりモータ30あるいはレゾルバ41が振動すると、レゾルバロータ42の回転中心軸の相対位置が径方向に変位する。このとき、バネ下部に入力した力が車両上下方向の力である場合には、レゾルバロータ42がレゾルバステータ43に対して車両上下方向に振動する。この場合には、レゾルバロータ42の車両上下方向に配置されたsin相検出コイル45の出力するsin相検出電圧Eaに、モータ30の回転角の変化に起因しない変動分が多く含まれてくる。また、バネ下部に入力した力が車両前後方向の力である場合には、レゾルバロータ42がレゾルバステータ43に対して車両前後方向に振動する。この場合には、レゾルバロータ42の車両前後方向に配置されたcos相検出コイル46の出力するcos相検出電圧Ebに、モータ30の回転角の変化に起因しない変動分が多く含まれてくる。このため、変動量Yaは、路面からバネ下部に車両上下方向に働いた力の大きさの程度を表す指標として利用することができる。また、変動量Ybは、路面からバネ下部に車両前後方向に働いた力の大きさの程度を表す指標として利用することができる。以下、車両上下方向を単に上下方向と呼び、車両前後方向を単に前後方向と呼ぶ。
 バネ下状態検出部140は、ステップS28において、変動量Yaと上下方向判定閾値Yarefとを比較し、変動量Yaが上下方向判定閾値Yarefよりも大きいか否かを判断する。上下方向判定閾値Yarefは、バネ下部が上下方向に振動しやすい道路か否かを判別するための閾値であって予め設定されている。バネ下状態検出部140は、変動量Yaが上下方向判定閾値Yarefより大きい場合には、ステップS29において、車両1が走行している走行路を、上下方向に車両振動の発生する悪路であると判定する。
 一方、変動量Yaが上下方向判定閾値Yaref以下である場合には、バネ下状態検出部140は、ステップS30において、変動量Ybと前後方向判定閾値Ybrefとを比較し、変動量Ybが前後方向判定閾値Ybrefよりも大きいか否かを判断する。前後方向判定閾値Ybrefは、バネ下部が前後方向に振動しやすい道路か否かを判別するための閾値であって予め設定されている。バネ下状態検出部140は、変動量Ybが前後方向判定閾値Ybrefよりも大きい場合には、ステップS31において、車両1が走行している走行路を、前後方向に車両振動の発生する悪路であると判定する。また、変動量Ybが前後方向判定閾値Ybref以下となる場合には、ステップS32において、車両1が走行している走行路を良路であると判定する。
 バネ下状態検出部140は、走行路面判定が完了すると、本ルーチンを一旦終了する。そして、所定の演算周期にて本ルーチンを繰り返し実行する。バネ下状態検出部140は、路面状態を判定する都度、その判定結果をサスペンションECU(図示略)に逐次出力する。サスペンションECUは、路面判定結果に基づいてショックアブソーバの減衰力を変更する。この場合、サスペンションECUは、バネ下部に働く振動が上下方向であるのか前後方向であるのかについて判別することができるため、前後方向に振動が検出されている場合を除外して、上下方向の振動が検出されている場合に、ショックアブソーバの減衰力を制御することができる。従って、減衰力制御を一層適切に行うことができる。
 尚、この例では、変動量Yaが上下方向判定閾値Yarefより大きい場合には(S28:Yes)、走行路を上下方向に車両振動の発生する悪路であると判定しているが、ステップS28とステップS29との間に、ステップS30と同様の判断処理を追加するようにして、その判定が「Yes」の場合には、上下方向と左右方向との両方向にバネ下部が振動している状態であると判定し、「No」の場合には、ステップS29の処理を行うようにしてもよい。
 以上説明した第2走行路面判定処理によれば、レゾルバ41のsin相検出コイル45とcos相検出コイル46とにおける配置の割合を上下方向と前後方向とで異なるようにし、sin相検出電圧Eaとcos相検出電圧Ebとにおけるモータ30の回転角の変化に起因しない変動量Ya,Ybを検出することにより、路面からバネ下部に働いた力の大きさを上下方向と前後方向とに分けて取得する。これにより、先の実施形態の効果に加えて、車両1に働く力の方向を上下方向と前後方向とに分けて判別することができるという効果を奏する。例えば、変動量Yaの大きさとバネ下部の上下方向加速度との関係、あるいは、変動量Ybの大きさとバネ下部の前後方向加速度との関係を実験等によって求めておき、その関係データをECU100に記憶しておくことで、車両走行中に、変動量Yaあるいは変動量Yaからバネ下部の上下方向加速度あるいは前後方向加速度を検出する上下・前後加速度検出手段を設けた構成を採用することができる。
<変形例:走行路面判定処理3>
 次に、バネ下状態検出部140が実行する走行路面判定処理の変形例として第3走行路面判定処理について説明する。上述した第2走行路面判定処理では、バネ下部に働いた力の方向(バネ下部の振動の方向)を上下方向と前後方向(レゾルバロータ42に直交する平面上の2方向)とに判別する構成であったが、この第3走行路面判定処理では、バネ下部にレゾルバロータ42の軸方向に働いた力を検出する。従って、この第3走行路面判定処理と第2走行路面判定処理とを並行して行うことで、バネ下部に働く3方向の力を検出することができる。
 レゾルバロータ42は、その軸方向が車両左右方向に向けられて設けられているため、路面からバネ下部に車両左右方向に力が働くと、レゾルバロータ42とレゾルバステータ43との相対位置がレゾルバロータ42の軸方向に変位する。この変位により、sin相検出信号とcos相検出信号との両方の出力が、変位していない場合に比べて低下する。このことを利用して、第3の走行路面判定処理では、車両左右方向(以下、単に左右方向と呼ぶ)に働いた力の大きさを検出する。この実施形態においては、左右方向に働いた外力によってレゾルバロータ42がレゾルバステータ43に対して軸方向に変位できるようにモータ30の剛性が設計されている。
 図8は、レゾルバ41の組み込まれたモータ30の概略構成を表す断面図である。モータ30の軸方向切断面は、ほぼ上下対称となるため、この図では上部のみを示している。この実施形態においては、モータ30のモータケーシング31内にレゾルバ41が組み込まれており、モータ30のロータシャフト32の一部がレゾルバロータ42として利用されている。つまり、ロータシャフト32における駆動用のマグネット33が固定されていない部分の表面にレゾルバ41の励磁コイル44が固定して設けられ、この励磁コイル44に向かいあう位置に検出コイル45,46(sin相検出コイル45、cos相検出コイル46)がモータケーシング31に固定して設けられている。従って、レゾルバ41は、ロータシャフト32と励磁コイル44とを主要部として備えたレゾルバロータ42と、モータケーシング31と検出コイル45,46とを主要部として備えたレゾルバステータ43とにより構成されている。この構成により、レゾルバ41は、モータ30の回転角に応じた検出信号を出力する。図中、符号37はステータコイルを表す。
 モータ30のロータシャフト32は、ボールベアリング34を介してモータケーシング31に支持されるが、左右方向に働いた外力によってレゾルバロータ42がレゾルバステータ43に対して軸方向に変位できるように、ボールベアリング34とモータケーシング31との間には、ロータシャフト32と同軸位置にリング状の皿ばね35が設けられている。これにより、ロータシャフト32の軸方向の支持剛性を小さめに設計することができる。通常時においては、左右の皿ばね35の反力が釣り合った位置にロータシャフト32が位置決めされるため、励磁コイル44と検出コイル45,46とが向かい合う位置(ロータシャフト32に直交する同一平面上となる位置)に配置される。そして、左右方向に外力が働くと、皿ばね35が弾性変形してロータシャフト32が軸方向に変位し、図9に示すように、レゾルバロータ42とレゾルバステータ43との軸方向の相対位置が変位する。
 尚、この実施形態においては、軸方向の支持剛性の調整にあたって、2つの皿ばね35を使っているが、他の弾性体を介在させるようにしてもよいし、剛性調整用の部材を用いなくても、例えば、モータケーシング31の板厚を調整するなどしてもよい。また、既存のモータでも、レゾルバロータ42がレゾルバステータ43に対して軸方向に変位できるものであれば、そのまま使用することもできる。また、この実施形態においては、レゾルバ41をモータケーシング31内に設けているが、レゾルバ41をモータケーシング31の外部に設けたものであってもよい。レゾルバ41をモータ30と別体に設けた場合、支持剛性の調整にあたっては、上記の通りでもよいし、レゾルバロータ42の支持剛性を調整してもよい。
 図10は、ECU100のバネ下状態検出部140が実行する第3走行路面判定ルーチンを表す。第3走行路面判定ルーチンは、上述した第2走行路面判定ルーチンと並行して、各車輪10毎に独立して実行される。
 本ルーチンが起動すると、バネ下状態検出部140は、ステップS41において、レゾルバ41のsin相検出コイル45の出力電圧であるsin相検出電圧Eaを読み込み、ステップS42において、レゾルバ41のcos相検出コイル46の出力電圧であるcos相検出電圧Ebを読み込む。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS43において、次式(8)により変動量Zを計算する。
 Z=sin(ωt)-(Ea+Eb) ・・・(8)
 この変動量Zの計算にあたって、バネ下状態検出部140は、励磁信号発生器58から出力される励磁信号のωtを読み込んで式(8)に代入する。sin相検出電圧Eaは、sinθ・sin(ωt)で表され、cos相検出電圧Ebは、cosθ・sin(ωt)で表されるため、両者の二乗和(Ea+Eb)を計算すると(sinθ+cosθ)・sin(ωt)=sin(ωt)となる。従って、レゾルバロータ42がレゾルバステータ43に対して軸方向に変位していなければ、変動量Zは基本的にはゼロになるはずである。一方、レゾルバロータ42がレゾルバステータ43に対して軸方向に変位している場合には、sin相検出電圧Eaとcos相検出電圧Ebとは、どちらも、正規の値よりも低い電圧値となる。このため、変動量Zは、ゼロよりも大きな値となる。また、レゾルバロータ42がレゾルバステータ43に対して軸方向に変位している量が大きいほど、変動量Zが大きくなる。従って、この変動量Zは、路面からバネ下部に左右方向に働いた力の大きさの程度を表す指標として利用することができる。
 バネ下状態検出部140は、ステップS44において、変動量Zと左右方向判定閾値Zrefとを比較し、変動量Zが左右方向判定閾値Zrefよりも大きいか否かを判断する。左右方向判定閾値Zrefは、車両1が走行している走行路を、左右方向にバネ下部が振動しやすい道路か否かを判別するための閾値であって予め設定されている。バネ下状態検出部140は、変動量Zが左右方向判定閾値Zrefよりも大きい場合には、ステップS45において、走行路を左右方向に車両振動の発生する悪路であると判定して本ルーチンを一旦終了する。一方、変動量Zが左右方向判定閾値Zref以下となる場合には、ステップS44の処理をスキップして本ルーチンを一旦終了する。そして、所定の演算周期にて本ルーチンを繰り返し実行する。
 従って、第3走行路面判定ルーチンと第2走行路面判定ルーチンとを並行して実行することにより、バネ下部の振動方向(バネ下部に働く力の方向)を上下方向、前後方向、左右方向に分けて判定することができる。この場合、変動量Zの大きさとバネ下部の左右方向加速度との関係を実験等によって求めておき、その関係データをECU100に記憶しておくことで、車両走行中に、変動量Zからバネ下部の左右方向加速度を検出する左右加速度検出手段を設けた構成を採用することができる。
<ロータの支持部の剛性について>
 路面から入力された外力に起因して発生するバネ下部の振動を検出する場合には、もともと振動レベルの高い周波数を避けて行った方がよい。バネ下部は、主に、上下方向と前後方向とにおける共振周波数付近で振動レベルが高くなる。例えば、バネ下部の上下方向の共振周波数は約10ヘルツ、バネ下部の前後方向の共振周波数は約20ヘルツである。モータ30のロータシャフト32を支持する支持部、あるいは、レゾルバロータ42を支持する支持部の共振周波数がバネ下共振周波数近傍帯域に含まれていると、バネ下部がバネ下共振周波数帯域で振動している場合でも、検出信号Ea,Ebあるいは検出角度φが変動してしまい、路面からバネ下部に入力された外力の大きさを表す指標の正確性が低下する可能性がある。本実施形態においては、レゾルバロータ42は、モータ30のロータシャフト32に一体的に形成されているため、モータ30のロータシャフト32を支持する支持部(例えば、モータケーシング31におけるボールベアリング34を支持している部分)の共振周波数が、上下方向および前後方向のバネ下共振周波数とは異なる値(バネ下共振周波数近傍域に入らない値)となるように設計されている。支持部の共振周波数は、支持部の剛性を大きくするほど高くなり、逆に、剛性を小さくするほど低くなる。従って、支持部の剛性の設定により、支持部の共振周波数をバネ下共振周波数から避けるようにすることができる。尚、レゾルバ41がモータ30と別体に設けられている場合には、レゾルバロータ42を支持する支持部の剛性を調整して、その支持部の共振周波数がバネ下共振周波数近傍域に入らないようにするとよい。また、その場合でも、ロータシャフト32の振動がレゾルバロータ42に及ぼす影響が強い場合には、モータ30のロータシャフト32を支持する支持部の共振周波数もバネ下共振周波数近傍域に入らないようにするとよい。
<入力方向判定処理>
 次に、バネ下状態検出部140が実行する入力方向判定処理について説明する。図11は、ECU100のバネ下状態検出部140が実行する入力方向判定ルーチンを表す。入力方向判定ルーチンは、上述した第1走行路面判定ルーチンと同様のタイミングにて、各車輪10毎に独立して実行される。この入力方向判定処理は、バネ下部に働く力の方向を上下方向と前後方向とに判別する処理であって、上述した任意の走行路面判定ルーチンと並行して実施することにより、路面状況を一層精度良く検出することができる。
 バネ下部に働く力の方向(バネ下部の振動する方向)を上下方向と前後方向とに判別するにあたって、レゾルバロータ42を支持する支持部は、その上下方向の共振周波数と前後方向の共振周波数とが互いに異なるように設計されている。本実施形態においては、レゾルバロータ42は、モータ30のロータシャフト32に設けられているため、ロータシャフト32を支持するモータケーシング31の共振周波数が上下方向と前後方向とで互いに異なるように設計されている。共振周波数は、支持剛性を調整することにより任意に設定することができる。
 図12は、モータケーシング31の内面を図8の矢印a方向から見た支持部の概略正面図であり、図13は、図8の矢印b方向から見た支持部の概略斜視図である。モータケーシング31の内面には、ボールベアリング34を介してロータシャフト32を支持する円筒部38がロータシャフト32と同軸状に一体的に形成されている。この円筒部38の外周には、4つのリブ39が形成されている。4つのリブ39のうちの2つは、円筒部38の外周から左方向に互いに平行に延びるように形成され、他の2つは、右方向に互いに平行に延びるように形成されている。また、各リブ39は、円筒部38から離れるほど、モータケーシング31内面から一体的に立ち上がった壁面の高さが低くなるように形成されている。このリブ39は、円筒部38の上下方向には形成されていない。このため、モータケーシング31におけるロータシャフト32の支持剛性は、左右方向が高く、上下方向が低くなっている。このため、レゾルバロータ42を支持する支持部(円筒部38を含むモータケーシング31)においては、左右方向の共振周波数が上下方向の共振周波数に比べて高くなっている。また、支持部における左右方向および上下方向の共振周波数は、上述したようにバネ下共振周波数とは異なるように(例えば、バネ下共振周波数よりも高い周波数)設定されている。
 入力方向判定ルーチン(図11)が起動すると、バネ下状態検出部140は、ステップS51において、回転角センサ40の出力する検出角度φを読み込む。続いて、ステップS52において、検出角度φの周波数分析を行う。本ルーチンが起動した直後は、検出角度φのサンプリング数が少ないため周波数分析を行えないため、ステップS51の処理を繰り返し、検出角度φのサンプリング数が周波数分析可能な所定値に到達した後から、直近の所定数の検出角度φの周波数分析を行う。この場合、サンプリングした検出角度φの周波数特性から、レゾルバロータ42の支持部の上下方向の共振周波数成分の含まれる大きさ(周波数強度Aaと呼ぶ)と、レゾルバロータ42の支持部の前後方向の共振周波数成分の含まれる大きさ(周波数強度Abと呼ぶ)を調べる。例えば、FFT演算(高速フーリエ変換:Fast Fourier Transform)により、レゾルバロータ42の支持部の上下方向の共振周波数を中心とした周波数強度Aaと、レゾルバロータ42の支持部の前後方向の共振周波数を中心とした周波数強度Abとを算出する。
 バネ下部が上下方向に振動している場合には、レゾルバロータ42の支持部(ロータシャフト32の支持部)が自身の上下方向の共振周波数にて振動しやすい。また、バネ下部が前後方向に振動している場合には、レゾルバロータ42の支持部(ロータシャフト32の支持部)が自身の前後方向の共振周波数にて振動しやすい。このことを利用して、入力方向判定ルーチンでは、バネ下部に入力された力の方向を上下方向と前後方向とに判別する。
 バネ下状態検出部140は、ステップS53において、周波数強度Aaと上下方向判定閾値Aarefとを比較し、周波数強度Aaが上下方向判定閾値Aarefよりも大きいか否かを判断する。上下方向判定閾値Aarefは、バネ下部の振動方向が上下方向であるか否かを判別するために予め設定された閾値であって、バネ下部が上下方向に振動している場合には周波数強度Aaに比べて小さくなり、バネ下部が上下方向に振動していない場合には周波数強度Aaに比べて大きくなる値に設定されている。バネ下状態検出部140は、周波数強度Aaが上下方向判定閾値Aarefよりも大きい場合には、ステップS54において、バネ下部に上下方向の力が入力されていると判定する。
 一方、周波数強度Afaが上下方向判定閾値Aaref以下である場合には、バネ下状態検出部140は、ステップS55において、周波数強度Abと前後方向判定閾値Abrefとを比較し周波数強度Abが前後方向判定閾値Abrefよりも大きいか否かを判断する。前後方向判定閾値Abrefは、バネ下部の振動方向が前後方向であるか否かを判別するために予め設定された閾値であって、バネ下部が前後方向に振動している場合には周波数強度Abに比べて小さくなり、バネ下部が前後方向に振動していない場合には周波数強度Abに比べて大きくなる値に設定されている。バネ下状態検出部140は、周波数強度Abが前後方向判定閾値Abrefよりも大きい場合には、ステップS56において、バネ下部に前後方向の力が入力されていると判定する。また、周波数強度Abが前後方向判定閾値Abref以下となる場合には、ステップS57において、車両1が走行している走行路を良路であると判定する。
 バネ下状態検出部140は、走行路面判定が完了すると、本ルーチンを一旦終了する。そして、所定の演算周期にて本ルーチンを繰り返し実行する。バネ下状態検出部140は、入力方向を判定する都度、その判定結果をサスペンションECU(図示略)に逐次出力する。従って、サスペンションECUは、バネ下部の振動方向を把握することができるため、ショックアブソーバの減衰力制御を適正に実施することができる。尚、周波数強度Aa,Abは、バネ下部に働く外部からの入力の有無を判定できるため、バネ下部に働く力の大きさの指標として取得するようにしてもよい。
<第2実施形態:他のモータを使った実施形態>
 上述した第1実施形態は、車輪10を駆動するモータ30の回転角を検出する回転角センサ40を使って、バネ下部の振動状態を検出(バネ下部に働く力を検出)する構成であるが、この第2実施形態においては、図14に示すように、電動パーキングブレーキシステムに使用するモータ71(EPBモータ71と呼ぶ)の回転角を検出する回転角センサ72を使って、バネ下部の振動状態(バネ下に働く力の大きさ)を検出する構成である。この電動パーキングブレーキシステムにおいては、後輪10RL,10RRのバネ下部にEPBモータ71RL,71RRを固定して備え、このEPBモータ71の回転により、図示しないブレーキパッドをブレーキディスクに押しつけて車輪10に制動力を働かせる。EPBモータ71は、その出力シャフトが車輪10の回転軸と同じ方向、つまり、車両左右方向に向けられており、出力シャフトとブレーキパッドとの間に設けられたねじ送り機構により、出力シャフトの回転する力がブレーキパッドを押しつける力(左右方向の力)に変換される。このEPBモータ71の回転角を検出する回転角センサ72は、上述した第1実施形態と同様のレゾルバ41とレゾルバ演算器50とから構成されるレゾルバ回転角センサである。
 この第2実施形態においては、ECU100は、電動パーキングブレーキ制御部150(EPB制御部150と呼ぶ)を備えており、ドライバーの所定の操作に基づいて、EPBモータ71を駆動して電動パーキングブレーキ(EPBと呼ぶ)が作動する作動状態と、EPBが解除される解除状態とに切替制御する。例えば、EPBモータ71はブラシレスモータであって、ECU100は、回転角センサ72により検出される回転角に基づいて、EPBモータ71を駆動制御する。
 EPBモータ71は、パーキングブレーキの作動状態を切り替えるときにのみ回転し、車両1の走行中には回転しない。このため、車両1の走行中に、第1実施形態のような走行路面判定を行うことは難しい。なぜなら、EPBモータ71の停止している回転角度がいつも一定位置であるとは限らないため、回転角センサ72のレゾルバ41の出力する検出電圧が回転角度(停止位置)によって変化するからである。
<停止角度記憶処理>
 そこで、この第2実施形態においては、EPBモータ71が停止したときの回転角センサ72により検出される回転角を記憶し、この記憶した回転角を使って走行路面判定を行う。図15は、バネ下状態検出部140の実行する停止角度記憶ルーチンを表す。停止角度記憶ルーチンは、車両1が停車している期間中において所定の短い周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動すると、バネ下状態検出部140は、ステップS61において、EPB制御部150の作動信号を読み込み、EPBの解除操作が行われたか否かを判断する。EPB制御部150は、ドライバーによりEPBの解除操作が行われた場合には、モータ71を駆動してブレーキパッドをディスクから退避させ、退避が完了するとEPB解除信号を出力する。バネ下状態検出部140は、EPB解除信号を検出していないときには、ステップS61において「No」と判定して本ルーチンを一旦終了する。一方、EPB解除信号を検出した場合には、バネ下状態検出部140は、ステップS62において、回転角センサ72の出力する検出角度φを読み取り、ステップS63において、検出角度φを停止角度φstopとして不揮発性メモリに記憶して本ルーチンを一旦終了する(φstop←φ)。本ルーチンは、繰り返し実行されることから、最新の停止角度φstopが記憶されていることになる。
<走行路面判定処理4>
 バネ下状態検出部140は、この停止角度φstopを参照して、第4走行路面判定処理を実行する。図16は、第2実施形態におけるバネ下状態検出部140の実行する第4走行路面判定ルーチンを表す。第4走行路面判定ルーチンは、車両1が走行しているあいだ、所定の短い演算周期にて繰り返し実行される。
 本ルーチンが起動すると、バネ下状態検出部140は、ステップS71において、不揮発性メモリに記憶されている停止角度φstopを読み込む。続いて、ステップS72において、停止角度φstopに基づいて、レゾルバロータ42の回転角度位置が、この停止角度φstopとなるときにsin相検出コイル45が出力するはずである電圧値(sin相推定電圧Ea’と呼ぶ)を計算する。この計算は、上記式(1)におけるθの値にφstopを代入し、ωtの値に励磁信号発生器58の出力する励磁信号のωtを代入することによって計算することができる。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS73において、停止角度φstopに基づいて、レゾルバロータ42の回転角度位置が、この停止角度φstopとなるときにcos相検出コイル46が出力するはずである電圧値(cos相推定電圧Eb’と呼ぶ)を計算する。この場合、上記式(2)を使って、ステップS72と同様に計算する。
 続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS74において、レゾルバ41のsin相検出コイル45の出力電圧であるsin相検出電圧Eaを読み込み、ステップS75において、レゾルバ41のcos相検出コイル46の出力電圧であるcos相検出電圧Ebを読み込む。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS76において、sin相検出電圧Eaとsin相推定電圧Ea’との差の大きさである変動量Xa(=|Ea-Ea’|)を計算し、ステップS77において、cos相検出電圧Ebとcos相推定電圧Eb’との差の大きさである変動量Xb(=|Eb-Eb’|)を計算する。
 レゾルバステータ43に対して、レゾルバロータ42の回転中心軸の相対位置が変化していない場合には、EPBモータ71の回転角の変化に起因しない検出電圧Ea,Ebの変動は小さい(演算誤差程度のものとなる)。このため、検出コイル45,46の出力電圧Ea,Ebは、推定電圧Ea’,Eb’とほぼ等しい値となる。一方、路面からバネ下部に入力された力によりEPBモータ71あるいはレゾルバ41が振動すると、レゾルバロータ42の回転中心軸の相対位置が振動の大きさに比例して径方向に変位する。この場合、検出電圧Ea,Ebには、レゾルバ41の振動による検出電圧Ea,Ebの変動が含まれるが、モータ71の停止角度φstopに応じて変動の程度が変化する。そのために、本ルーチンでは、停止角度φstopに応じた推定電圧Ea’,Eb’と出力電圧Ea,Ebとの差分を計算することにより、停止角度φstopによる影響を除去するようにしている。
 続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS78において、変動量Xaと判定閾値Xarefとを比較し、変動量Xaが判定閾値Xarefよりも大きいか否かを判断する。バネ下状態検出部140は、変動量Xaが判定閾値Xarefよりも大きい場合には、ステップS79において、車両1が走行している走行路を悪路であると判定する。一方、変動量Xaが判定閾値Xaref以下である場合には、バネ下状態検出部140は、ステップS80において、変動量Xbと判定閾値Xbrefとを比較し、変動量Xbが判定閾値Xbrefよりも大きいか否かを判断する。バネ下状態検出部140は、変動量Xbが判定閾値Xbrefよりも大きい場合には、ステップS79において、車両1が走行している走行路を悪路であると判定する。一方、変動量Xbが判定閾値Xbref以下である場合には、バネ下状態検出部140は、ステップS81において、車両1が走行している走行路を良路であると判定する。
 バネ下状態検出部140は、走行路面判定が完了すると、本ルーチンを一旦終了する。そして、所定の演算周期にて本ルーチンを繰り返し実行する。バネ下状態検出部140は、路面状態を判定する都度、その判定結果をサスペンションECU(図示略)に逐次出力する。サスペンションECUは、路面判定結果に基づいてショックアブソーバの減衰力を変更する。
 以上説明した第2実施形態の車両の状態検出装置によれば、バネ下部に設けられたEPBモータ71の回転角を検出する回転角センサ72を利用して、EPBモータ71の回転角の変化に起因しない検出電圧の変動量Xa,Xbを検出し、この変動量Xa,Xbを路面からバネ下部に入力した力の大きさの指標として取得する。従って、第1実施形態と同様の作用効果が得られる。また、車両1の走行中におけるEPBモータ71の停止回転角は一定ではないため、停止角度φstopに応じた推定電圧Ea’,Eb’と出力電圧Ea,Ebとの差分を計算することにより、路面から入力された力の大きさの指標を適切に取得することができ、精度のよい路面判定を行うことができる。
<第2実施形態の変形例>
<停止電圧記憶処理>
 上述した第2実施形態においては、EPBモータ71の停止状態として、停止角度φstopを記憶したが、この変形例においては、EPBモータ71の停止位置におけるsin検出電圧Ea,cos相検出電圧Ebの振幅(励磁電圧sin(ωt)を除去した電圧)を記憶し、この記憶した振幅を使って路面判定を行う。図17は、バネ下状態検出部140の実行する停止振幅記憶ルーチンを表す。停止振幅記憶ルーチンは、車両1が停車している期間中において所定の短い周期で繰り返し実行される。
 本ルーチンが起動すると、バネ下状態検出部140は、ステップS65において、EPB制御部150の作動信号を読み込み、EPBの解除操作が行われたか否かを判断する。この処理は、停止角度記憶ルーチンにおけるステップS61と同じ処理である。バネ下状態検出部140は、EPB解除信号を検出していないときには、ステップS65において「No」と判定して本ルーチンを一旦終了する。一方、EPB解除信号を検出した場合には、バネ下状態検出部140は、ステップS66において、レゾルバ41の出力するsin相検出電圧Eaとcos相検出電圧Ebを読み込む。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS67において、sin相検出電圧Eaとcos相検出電圧Ebを、それぞれ励磁信号sin(ωt)で除算した値である振幅Vastop,振幅Vbstopを次式(9),(10)により計算する。この場合、バネ下状態検出部140は、sin相検出電圧Eaとcos相検出電圧Ebとを読み込んだときの、励磁信号sin(ωt)を使って計算する。以下、振幅Vastop,振幅Vbstopを停止振幅Vastop,停止振幅Vbstopと呼ぶ。
 Vastop=|Ea/sin(ωt)| ・・・(9)
 Vbstop=|Eb/sin(ωt)| ・・・(10)
 バネ下状態検出部140は、ステップS68において、計算した停止振幅Vastop,Vbstopを不揮発性メモリに記憶して本ルーチンを一旦終了する。本ルーチンは、繰り返し実行されることから、最新の停止振幅Vastop,Vbstop(直前回にEPBが解除されたときの停止振幅Vastop,Vbstop)が記憶されていることになる。尚、この例では、停止振幅Vastop,Vbstopを記憶しているが、それに代えて、sin相検出電圧Eaとcos相検出電圧Ebと、励磁信号sin(ωt)とを記憶してもよい。実質的に振幅Vastop,振幅Vbstopを求められるからである。
<走行路面判定処理5>
 バネ下状態検出部140は、この停止振幅Vastop,Vbstopを使用して第5走行路面判定処理を実行する。図18は、第2実施形態におけるバネ下状態検出部140の実行する第5走行路面判定ルーチンを表す。第5走行路面判定ルーチンは、車両1が走行しているあいだ、所定の短い演算周期にて繰り返し実行される。
 本ルーチンが起動すると、バネ下状態検出部140は、ステップS91において、不揮発性メモリに記憶されている停止振幅Vastop、停止振幅Vbstopを読み込む。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS92において、レゾルバ41のsin相検出コイル45の出力電圧であるsin相検出電圧Eaと、レゾルバ41のcos相検出コイル46の出力電圧であるcos相検出電圧Ebを読み込む。続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS93において、次式(11),(12)により、sin相検出電圧Eaを励磁信号sin(ωt)で除算した現時点の振幅Va(現在振幅Vaと呼ぶ)と、cos相検出電圧Ebを励磁信号sin(ωt)で除算した現時点の振幅Vb(現在振幅Vbと呼ぶ)とを計算する。この場合、バネ下状態検出部140は、sin相検出電圧Eaとcos相検出電圧Ebとを読み込んだときの、励磁信号sin(ωt)を使って計算する。
 Va=|Ea/sin(ωt)| ・・・(11)
 Vb=|Eb/sin(ωt)| ・・・(12)
 続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS94において、停止振幅Vastopと現在振幅Vaとの差の大きさである変動量Xa(=|Va-Vastop|)、および、停止振幅Vbstopと現在振幅Vbとの差の大きさである変動量Xb(=|Vb-Vbstop|)を計算する。
 レゾルバステータ43に対して、レゾルバロータ42の回転中心軸の相対位置が変化していない場合には、EPBモータ71の回転角の変化に起因しない振幅Va,Vbの変動は小さい(演算誤差程度のものとなる)。このため、現在振幅Va,Vbは、停止振幅Vastop,Vbstopとほぼ等しい値となる。一方、路面からバネ下部に入力された力によりEPBモータ71あるいはレゾルバ41が振動すると、レゾルバロータ42の回転中心軸の相対位置が振動の大きさに比例して径方向に変位し、変動量Xa,Xbが大きくなる。従って、この変動量Xa,Xbをバネ下部に入力した力の大きさの指標とすることができる。
 続いて、バネ下状態検出部140は、ステップS95において、変動量Xaが判定閾値Xarefよりも大きいか否かを判断し、変動量Xaが判定閾値Xarefよりも大きい場合には、ステップS96において、車両1が走行している走行路を悪路であると判定する。一方、変動量Xaが判定閾値Xaref以下である場合には、バネ下状態検出部140は、ステップS97において、変動量Xbが判定閾値Xbrefよりも大きいか否かを判断し、変動量Xbが判定閾値Xbrefよりも大きい場合には、ステップS96において、車両1が走行している走行路を悪路であると判定する。一方、変動量Xbが判定閾値Xbref以下である場合には、バネ下状態検出部140は、ステップS98において、車両1が走行している走行路を良路であると判定する。
 バネ下状態検出部140は、走行路面判定が完了すると、本ルーチンを一旦終了する。そして、所定の演算周期にて本ルーチンを繰り返し実行する。バネ下状態検出部140は、路面状態を判定する都度、その判定結果をサスペンションECU(図示略)に逐次出力する。サスペンションECUは、路面判定結果に基づいてショックアブソーバの減衰力を変更する。
 以上説明した変形例においても、上述した第2実施形態と同様の作用効果を奏する。
 以上、本実施形態および変形例について説明したが、本発明は上記実施形態および変形例に限定されることなく、本発明の範囲内において他の種々の変形例を採用することができる。例えば、上述した実施形態および変形例を複数組み合わせるようにしてもよい。
 例えば、本実施形態においては、バネ下部に設けたモータ30,EPBモータ71の回転角を検出する回転角センサ40,72を利用して、バネ下部の振動の程度、つまり、バネ下部に入力される力の大きさの指標を取得する構成であるが、本発明は、必ずしも、バネ下部に設けられたモータの回転角センサを利用する必要はなく、バネ上部に設けられたモータの回転角センサを利用して、バネ上部に働く外力の大きさの指標を取得するようにしてもよい。
 また、バネ下部に設けられるモータは、走行駆動用のモータ、EPB用のモータに限らず、例えば、車両の走行中にドライバーのブレーキ操作に応じて回転してブレーキパッドをブレーキディスクに押しつけて制動力を付与するモータであってもよい。
 また、本実施形態においては、回転角センサとしてレゾルバとレゾルバ演算器とを備えたレゾルバ回転角センサを採用しているが、例えば、永久磁石を備えたロータの回転位置(回転角)に応じて変化する磁気検出信号を出力する方式の回転角センサ等、磁気検知式の回転角センサであれば使用することができる。
 また、本実施形態においては、レゾルバ41の検出信号の変動、あるいは、検出角度の変動に基づいて、外部から車両1に働いた力の大きさの指標となるバネ下部の振動状態を検出し、この振動状態に基づいて路面状態を判定しているが、本発明は、必ずしも路面状態の判定を行う必要は無く、外部から車両1に働いた力の大きさの指標の利用方法は任意に設定できるものである。
 また、外部から車両1に働く力の大きさの指標を取得するにあたって、2つの実施形態あるいは変形例を任意に組み合わせて実施するようにしてもよい。また、車両1に働く力の方向の判定にあたっても、複数の変形例を組み合わせて実施するようにして判定精度を向上させるようにしてもよい。

Claims (11)

  1.  モータと、
     前記モータの回転により回転するロータと前記ロータの周囲に設けられるステータとを備えて前記ロータと前記ステータの相対位置関係に応じて変化する磁気検出信号を出力する磁気検出信号出力部と、前記磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号に基づいて前記モータの回転角を算出する回転角演算部とを有する回転角センサと
     を備えた車両に適用される車両の状態検出装置であって、
     前記モータの回転角の変化に起因しない前記磁気検出信号出力部から出力された磁気検出信号の変動、あるいは、前記モータの回転角の変化に起因しない前記回転角演算部により算出された算出回転角の変動を検出し、前記変動の大さを外部から車両に働いた力の大きさの指標として取得する外力指標取得手段を備えたことを特徴とする車両の状態検出装置。
  2.  前記モータは、車両のバネ下部に搭載されたものであることを特徴とする請求項1記載の車両の状態検出装置。
  3.  前記外力指標取得手段により取得した力の指標に基づいて、車両の走行している路面の状態を判定する路面判定手段を備えたことを特徴とする請求項2記載の車両の状態検出装置。
  4.  前記回転角センサは、
     励磁用交流信号が供給される励磁コイルと、前記励磁コイルによって励磁されて前記ロータの前記ステータに対する相対回転角のsin値に応じた振幅の電圧信号であるsin相検出信号を出力するsin相検出コイルと、前記励磁コイルによって励磁されて前記ロータの前記ステータに対する相対回転角のcos値に応じた振幅の電圧信号であるcos相検出信号を出力するcos相検出コイルとを有するレゾルバと、
     前記レゾルバの出力するsin相検出信号とcos相検出信号とに基づいて、前記モータの回転角を算出するレゾルバ演算部とを備えたレゾルバ回転角センサであることを特徴とする請求項2または3記載の車両の状態検出装置。
  5.  前記レゾルバは、前記ロータに前記励磁コイルが設けられ、前記ステータに前記sin相検出コイルと前記cos相検出コイルとが設けられるとともに、前記sin相検出コイルと前記cos相検出コイルとにおける一方が他方に比べて前記ロータに対して車両上下方向位置となる割合が多くなるように配置され、前記sin相検出コイルと前記cos相検出コイルとにおける他方が一方に比べて前記ロータに対して車両前後方向位置となる割合が多くなるように配置されており、
     前記モータの回転角の変化に起因しない前記sin相検出信号の変動と前記cos相検出信号の変動とに基づいて、路面から前記バネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する方向判別手段を備えたことを特徴とする請求項4記載の車両の状態検出装置。
  6.  前記sin相検出信号と前記cos相検出信号との両方の出力が閾値よりも低下している場合に、路面から前記バネ下部に車両左右方向の力が働いていると判定する左右方向力検出手段を備えたことを特徴とする請求項4または5記載の車両の状態検出装置。
  7.  前記モータまたは前記レゾルバにおけるロータを支持する支持部の共振周波数がバネ下共振周波数とは異なるように設定されていることを特徴とする請求項4ないし請求項6の何れか一項記載の車両の状態検出装置。
  8.  前記モータまたは前記レゾルバにおけるロータを支持する支持部の車両上下方向の共振周波数と車両前後方向の共振周波数とが異なるように設定されており、
     前記回転角演算部によって算出された回転角の周波数成分を分析し、前記回転角の周波数成分に含まれる前記支持部の車両上下方向の共振周波数成分の大きさと前記支持部の車両前後方向の共振周波数成分の大きさとに基づいて、路面から前記バネ下部に働いた力の方向を車両上下方向と車両前後方向とに判別する周波数利用方向判別手段を備えたことを特徴とする請求項4ないし請求項7の何れか一項記載の車両の状態検出装置。
  9.  前記モータは、車両のバネ下部に搭載されて車輪を駆動するインホイールモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項8の何れか一項記載の車両の状態検出装置。
  10.  前記モータは、車両のバネ下部に搭載されて車輪に制動力のみを付与するモータであることを特徴とする請求項1ないし請求項8の何れか一項記載の車両の状態検出装置。
  11.  前記モータは、車両のバネ下部に搭載され、車両走行中においては回転しないモータであって、
     前記モータの直前回の作動終了後の前記モータの回転角あるいは前記磁気検出信号の大きさを記憶する記憶手段を備え、
     前記外力指標取得手段は、車両の走行中において、前記記憶手段に記憶されている回転角から導いた磁気検出信号の大きさ、あるいは、前記記憶手段に記憶されている磁気検出信号の大きさに対する、前記磁気検出信号出力部の出力する磁気検出信号の大きさの変動を検出することを特徴とする請求項10記載の車両の状態検出装置。
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