JP2005001522A - 車輌の横転判定方法及び車輌の横転判定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】横転判定装置1は、ロール角速度を検出するレートセンサ10と、車速度を検出する車速センサ20と、操舵角を検出する操舵角センサ30と、車輌の横転を判定するコントローラ40と、当該判定結果に基づいて作動可能な安全装置50と、を備えており、コントローラ40は、ロール角を演算するロール角演算部41と、横加速度Gを演算する横加速度演算部42と、ロール角速度及びロール角をパラメータとする二次元マップ上の基準閾値を、ロール角及び横加速度に基づいて変化させる変化係数を演算する係数演算部43と、当該変化係数に基づいて閾値を変化させ、ロール角速度及びロール角が二次元マップ上の横転領域内に位置する場合に横転する可能性があると判定する横転判定部44と、を有している。
【選択図】図1
Description
【技術分野】
本発明は、車輌のロール角速度及びロール角に基づいて、車輌の横転の可能性を検出する車輌の横転判定方法及び車輌の横転判定装置に関する。
【0002】
【背景技術】
車輌の横転を判定する方法として、車輌のロール角速度及びロール角をパラメータとする二次元マップ上に、車輌の平均的な使用時を基準とした閾値を設定し、センサにより実際に検出したロール角速度及びロール角を二次元マップ上にプロットし、前記ロール角速度及びロール角が前記閾値を越えた場合に、車輌が横転する可能性があると判定するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
しかしながら、実際の車輌の使用は、上記の平均的な使用に限定されず、例えば、乗員の人数の増減、搭載物の重量の増減及び搭載物の配置変更等の多様な使用態様があり、これらの使用状態に応じて、車輌の重心位置等の特性が変化する場合がある。また、長年の使用により、例えば、サスペンションの弾性力の減少(へたり)等により車輌の重心位置等の特性が変化しているような場合も考えられる。
【0004】
このような実際の使用状態に応じた多様な車輌の特性の変化に対して、上記のような平均的な使用を基準として設定された固定の閾値のみを用いた横転判定方法においても横転の判定は確保されるものの、最適な横転の判定が可能であるとは言い難かった。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−260786号公報
【0006】
【発明の開示】
本発明は、車輌のロール角速度及びロール角に基づいて、車輌の横転の可能性を判定する車輌の横転判定方法及び車輌の横転判定装置に関し、特に、実際の使用状態に応じた車輌の特性変化に応じて、最適な横転の判定が可能な車輌の横転判定方法及び車輌の横転判定装置を提供することを目的とする。
【0007】
上記目的を達成するために、本発明によれば、車輌のロール角速度及びロール角をパラメータとする二次元マップ上に所定の閾値を設定し、実際のロール角速度及びロール角が前記閾値を越えた場合に、前記車輌が横転する可能性があると判定する車輌の横転判定方法であって、前記車輌の横加速度を、前記ロール角と共に検出するステップと、前記横加速度と前記ロール角とに基づいて、前記閾値を変化させるステップとをさらに備えた車輌の横転判定方法が提供される。
【0008】
また、上記目的を達成するために、本発明によれば、車輌のロール角速度を検出するロール角速度検出手段と、前記車輌のロール角を検出するロール角検出手段と、前記車輌のロール角速度及びロール角をパラメータとする二次元マップ上に所定の閾値を設定し、前記ロール角速度検出手段に検出されたロール角速度、及び、前記ロール角検出手段により検出されたロール角が前記閾値を越えた場合に、車輌が横転する可能性があると判定する横転判定手段と、を備えた車輌の横転判定装置であって、前記車輌の横加速度を検出する横加速度検出手段と、前記横加速度と前記ロール角とに基づいて、前記閾値を変化させる閾値変化手段と、をさらに備えた車輌の横転判定装置が提供される。
【0009】
本発明では、ロール角速度検出手段が車輌のロール角速度を検出し、ロール角検出手段が車輌のロール角を検出し、当該ロール角速度及びロール角が、車輌のロール角速度及びロール角をパラメータとする二次元マップ上に設定された所定の閾値を越えた場合に、前記横転判定手段が前記車輌の横転の可能性を判定する車輌の横転判定方法及び横転判定装置において、横加速度検出手段により前記車輌に生じている横加速度を検出し、閾値変化手段が、当該検出された横加速度と前記ロール角とに基づいて前記閾値を変化させる。
【0010】
これにより、例えば、乗員の人員の増減、搭載物の重量の増減又は搭載物の配置変更、或いは、サスペンションの弾性力の減少等により、車輌の特性が、閾値の基準となっている平均的な使用状態での車輌特性から変化した場合に、当該車輌の特性変化に応じて閾値を適宜変化させて、車輌の横転の判定の感度を敏感/鈍感にすることが可能となるので、車輌の最適な横転の判定が可能となる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0012】
図1は本発明の実施形態に係る車輌の横転判定装置の全体構成を示すブロック図、図2は本発明の実施形態に係る車輌の横転の判定に使用される二次元マップを示す図、図3は車輌の横転を説明するための図、図4は本発明の実施形態に係る車輌の横転判定方法における閾値の変化の理論を説明するための図であり、図4(A)は基準ロール角にある車輌を示す図、図4(B)は基準ロール角より大きなロール角にある車輌を示す図、図5は本発明の実施形態に係る車輌の横転判定方法の手順を示すフローチャートである。
【0013】
図1に示すように、本発明の実施形態に係る車輌の横転判定装置1は、ロール角速度及び前記ロール角が所定の閾値を越えた場合に、車輌が横転する可能性があると判定し、当該判定結果に基づいて安全装置50を作動させる装置であり、車輌61の前進/後退方向を中心とした回転方向(ロール方向)のロール角速度ωを検出するレートセンサ10と、車輌61の車速度Vを検出する車速センサ20と、例えば、ステアリング(不図示)等から車輌61の操舵角φを検出する操舵角センサ30と、ロール角速度及びロール角に基づいて車輌61の横転の可能性を判定するコントローラ40と、当該判定結果に基づいて作動可能な、例えば、カーテンエアバッグやプリテンショナーシートベルト等の安全装置50と、を備えている。
【0014】
そして、レートセンサ10、車速センサ20及び操舵角センサ30は、それぞれが検出したロール角速度ω、車速度V及び操舵角φをコントローラ40に出力可能なようにそれぞれ接続されており、コントローラ40は、横転判定結果に基づいて安全装置50に起動信号を出力可能なように安全装置50のインフレータ(不図示)等に接続されている。
【0015】
横転判定装置1のコントローラ40は、例えば、CPU、ROM、RAM等から構成されており、車輌61のロール角θを演算するロール角演算部41と、車輌61の横加速度Gを演算する横加速度演算部42と、図2に示すようなロール角速度ω及びロール角θをパラメータとする二次元マップ上の基準閾値S0を、ロール角θ及び横加速度Gに基づいて変化させるための変化係数αを演算する係数演算部43と、図2に示す二次元マップ上の閾値と、検出されたロール角速度ω及び演算されたロール角θとを比較し、当該ロール角速度ω及びロール角θが二次元マップ上の横転領域RA内に位置する場合に、車輌61が横転する可能性があると判定する横転判定部44と、を有している。
【0016】
なお、図2に示す二次元マップ上の基準閾値S0は、例えば、乗員の人数、搭載物の重量及び配置等が平均的な使用状態での車輌の特性に基づいて設定されており、図4(A)に示すように、この平均的な使用状態の車輌61が所定の定状円旋回して所定の横加速度Gが加わっている場合、当該車輌61は基準ロール角θ0分ロールし、当該車輌61の重心位置gvが地面からの高さh0となる。
【0017】
コントローラ40のロール角演算部41は、ロール角速度ωを入力可能なようにレートセンサ10に接続されており、レートセンサ10により検出されたロール角速度ωに対して積分演算を行うことによりロール角θを算出する。また、このロール角演算部41は、演算したロール角θを出力可能なように係数演算部43に接続されていると共に、当該演算したロール角θと共にレートセンサ10により検出されたロール角速度ωを出力可能なように横転判定部44に接続されている。また、レートセンサ10からの出力変動の影響を除去するために、レートセンサ10とロール角演算部41との間には、ハイパスフィルタ(HPF:High Pass Filter)10aが設けられている。
【0018】
コントローラ40の横加速度演算部42は、車速度V及び操舵角φを入力可能なように車速センサ20及び操舵角センサ30にそれぞれ接続されており、入力された車速度Vと操舵角φとから車輌61の横加速度Gを算出する。この横加速度Gの具体的な算出方法としては、例えば、車速度Vと操舵角φとから、車速度Vの横方向(車輌61の前進/後退に対して直交する方向)の成分である横車速度Vxを算出し、当該横車速度Vxに対して微分演算を行うことにより、横加速度Gが算出される。なお、一定の操舵角以上の場合だけ横加速度Gを演算するようにして、横加速度及び横傾斜角が小さい直線走行時に生じる誤差をなくし、精度の向上を図るようにしても良い。
【0019】
このように、本実施形態では、車輌に他の用途で既に設置されている車速センサ及び操舵角センサからの検出結果を用いて横加速度を演算することにより、横転判定装置を安価に構成出来る。
【0020】
コントローラ40の係数演算部43は、ロール角θ及び横加速度Gを入力可能なように、ロール角演算部41及び横加速度演算部42にそれぞれ接続されており、入力されたロール角θと横加速度Gとから、車輌61の使用状態による特性変化に適応するように基準閾値S0を変化させるための変化係数αを演算する。この変化係数αの具体的な算出方法としては、例えば、ロール角θを横加速度Gで除算することにより、変化係数αを算出する(α=θ/G)。
【0021】
ここで、車輌61の横転について説明すると、図3に示すように、質量mの車輌61は、ロール角速度ωでのロール回転のロール角速度エネルギーが、当該ロール回転開始前の車輌の重心位置gvからロール回転における当該重心位置gvの最高位置までの高さの差Hの位置エネルギーを越えた場合、即ち、(1/2)mω2>mgHの関係が成立すると車輌61が横転する。
【0022】
これに対し、図4(B)に示すように、上述の基準閾値S0の設定の際と比較して、例えば、乗員62が増加し、搭載物63を搭載し、車輌重心gv’が地面からの高さh1となり重心位置が高くなった場合には(h0<h1)、基準閾値S0の場合と比較して重心位置エネルギーの差が小さくなり、横転の可能性が増加する。
【0023】
そこで、本実施形態の横転判定装置1の係数演算部43では、この状態の車輌61に基準閾値S0と同一の横加速度Gが加わっている場合に、車輌61のロール角が基準ロール角θ0より大きなロール角θ1となるので(θ0<θ1)、当該ロール角θ1と横加速度Gとに基づいて、使用状態により車輌の重心位置が変化したものと判断し、横転の判定を敏感にするように、二次元マップ上の閾値を、基準閾値S0を原点に近づけた第1の閾値S1とする第1の変化係数α1を算出する(=θ1/G)。この第1の閾値S1における第1の変化係数α1は、基準閾値S0における基準変化係数α0(=θ0/G)に対して大きな数値となっている(α1>α0)。
【0024】
また、車輌61のサスペンションの弾力性が減少しているような場合にも、上記の乗員や搭載物が増加した場合と同様に、同一の横加速度に対してロール角が大きくなるので、横転の判定を敏感にするように、二次元マップ上の基準閾値S0を原点に近づける変化係数を算出する。
【0025】
これに対し、上述の基準閾値S0の設定の際と比較して、例えば、乗員や搭載物が減少し、特に図示しないが、車輌重心が高さh2となり重心位置が低くなった場合には(h0>h2)、基準閾値S0の場合と比較して重心位置エネルギーの差が大きくなるので、横転する可能性が低くなる。そのため、本実施形態の横転判定装置1の係数演算部43では、この状態の車輌61に横加速度Gが加わっている場合に、車輌61のロール角が基準ロール角θ0より小さなロール角θ2となるので(θ0>θ2)、ロール角θ2と横加速度Gとに基づいて、使用状態により車輌の重心位置が変化したものと判断し、横転の判定を鈍感にするように、二次元マップ上の閾値を、基準閾値S0を原点から遠ざけた第2の閾値S2とする第2の変化係数α2(=θ2/G)を算出する。この第2の閾値S2における第2の変化係数α2は、基準閾値S0における基準変化係数α0に対して小さな数値となっている(α2<α0)。
【0026】
この係数演算部43は、演算した閾値変化変数αを出力可能なように横転判定部44に接続されている。また、横加速度演算部42と係数演算部43との間には、時定数が長いローパスフィルタ(LPF:Low Pass Filter)43bが設けられており、動的な動きによる誤差を吸収可能なように構成されている。なお、変化係数αの算出方法は、本発明では上記の算出方法に特に限定されることなく、車輌特性の非線形性を考慮して、例えば、テーブルルックアップや近似高次数関数により算出しても良い。
【0027】
コントローラ40の横転判定部44は、上記のように算出された変化係数αを入力可能なように係数演算部43に接続されており、先ず、入力された変化係数αの値に応じて、閾値Sを適宜変化させる。
【0028】
より具体的には、基準変化係数α0より大きな第1の変化係数α1が入力された場合には(α0<α1)、基準閾値S0を二次元マップの原点に近づけるような第1の閾値S1に変化させて横転領域RAを拡大させる。このように閾値を二次元マップ上の原点に近づけることにより、横転の判定を敏感にすることが出来る。
【0029】
これに対し、基準変化係数α0より小さな変化係数α2が入力された場合には(α0>α2)、基準閾値S0を二次元マップの原点から遠ざける第2の閾値S2に変化させて横転領域RAを縮小させる。このように閾値を二次元マップ上の原点から遠ざけることにより、横転の判定を鈍感にすることが出来る。
【0030】
なお、基準閾値S1から第1の閾値S1又は第2の閾値S2への変動量は、車輌61の開発段階時において、変化係数αをパラメータとして設定されるものである。
【0031】
さらに、この横転判定部44は、ロール角速度ω及びロール角θを入力可能なように、ロール角演算部41に接続されており、図2に示す二次元マップ上に、入力されたロール角速度ω及びロール角θをプロットし、当該ロール角速度ω及びロール角θが横転領域RA内に位置する場合には、車輌61が横転する可能性があると判定し、横転領域RA内に位置しない場合には、車輌61が横転する可能性はないと判定する。
【0032】
例えば、図2に示すように、ロール角速度ω及びロール角θのプロットL1が、二次元マップ上の横転領域RA内に達しない場合には車輌61が横転する可能性はないと判定する。これに対し、図2に示すように、ロール角速度ω及びロール角θのプロットL2が、二次元マップ上の横転領域RA内に達するような場合には、車輌61が横転する可能性があると判定する。
【0033】
そして、コントローラ40の横転判定部44は、ロール角速度ω及びロール角θが横転領域RA内に位置して、車輌61が横転する可能性があると判定した場合には、安全装置50に起動信号を出力し、安全装置50は、当該起動信号に基づいて、例えば、カーテンエアバッグやプリテンショナーシートベルトのインフレータ等が作動し、車輌61の横転に備えて乗員を保護する。
【0034】
次に、図5に示すフローチャートに従って、本発明の実施形態に係る横転検出装置の動作について説明する。
【0035】
先ず、レートセンサ10が車輌61のロール角速度ωを検出して、当該ロール角速度ωがコントローラ40のロール角演算部41に入力される(図5のステップS10)。そして、コントローラ40のロール角演算部41が、入力されたロール角速度ωに対し積分演算を行い、車輌61のロール角θを算出する(ステップS20)。
【0036】
次に、ステップS10のロール角速度ωの検出と同時に、車速センサ20により検出された車輌61の車速度Vと、操舵角センサ30により検出された車輌61の操舵角φとが、コントローラ40の横加速度演算部42に入力される(ステップS30)。そして、コントローラ40の横加速度演算部42が、入力された車速度Vと操舵角φとから、車速度Vの横方向の成分である横車速度Vxを算出し、当該横車速度Vxを微分することにより、車輌61の横加速度Gを算出する(ステップS40)。
【0037】
次に、ロール角演算部41により演算されたロール角θと、横加速度演算部42により演算された横加速度Gとが、係数演算部43に入力され、当該係数演算部43が、入力されたロール角θと横加速度Gとから変化係数αを算出する(ステップS50)。
【0038】
次に、係数演算部43により算出された変化係数αが横転判定部44に入力され、当該横転判定部44が、入力された変化係数αの値を基準変化係数αと比較して、当該比較結果に基づいて、基準閾値S0を変化させる(ステップS60)。この際、入力された変化係数が、上述の第1の変化係数α1のように、基準変化係数α0より大きな数値である場合には、図2に示すように、車輌61のロール角速度及びロール角をパラメータとする二次元マップ上の基準閾値S1を原点に近づけるように第1の閾値S1に変化させて、当該二次元マップ上の横転領域RAを拡大させる。これに対し、入力された変化係数が、上述の第2の変化係数α2のように、基準変化係数α0より小さな数値である場合には、図2に示すように、二次元マップ上の基準閾値S1を原点から遠ざけるように第2の閾値S2に変化させて、当該二次元マップ上の横転領域RAを縮小させる。なお、入力された変化係数が、基準変化係数α0と同一の数値である場合には、二次元マップ上の基準閾値S0を変化させない。
【0039】
変化係数αの数値に基づいて二次元マップ上の閾値を変化させたら、横転判定部44は、ロール角演算部41から入力されたロール角速度ω及びロール角θとを二次元マップ上にプロットし、当該プロットが横転領域RAに入るか否かの判断を行う(ステップS70)。この際、当該プロットが横転領域RAに入ったら車輌61が横転する可能性があると判定し(ステップS70においてYES)、安全装置50に対して起動信号を出力し、当該起動信号に基づいて安全装置50が作動する(ステップS80)。
【0040】
これに対し、ステップS70の横転判定部44による判定において、入力されたロール角速度ω及びロール角θのプロットが横転領域RAに入ることがない場合には、車輌61が横転する可能性がないと判定し(ステップS70においてNO)、ステップS10からステップS70までの動作を繰り返し、車輌61の横転を常時監視する。
【0041】
以上のように、本実施形態では、車輌の横転の可能性の判定に当たり、ロール角速度及びロール角をパラメータとする二次元マップ上の閾値を、ロール角と横加速度とに基づいて適宜変化させて、横転の判定を敏感にしたり、鈍感にしたりすることが可能となるので、車輌の使用状態等による特性変化に対して車輌の最適な横転の判定が可能となる。
【0042】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【0043】
例えば、上述の実施形態では、車速センサにより検出された車速度と、操舵角センサにより検出された操舵角とに基づいて横加速度を算出するように説明したが、本発明においては、特にこれに限定されることなく、横加速度を検出するセンサを設け、演算することなく直接的に横加速度を検出するような構成としても良い。
【0044】
また、上述の実施形態では、レートセンサにより検出されたロール角速度に基づいてロール角を算出するように説明したが、本発明においては、特にこれに限定されることなく、絶対傾斜角センサを設け、演算することなく直接的にロール角を検出するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施形態に係る車輌の横転判定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図2】図2は、本発明の実施形態に係る車輌の横転の判定に使用される二次元マップを示す図である。
【図3】図3は、車輌の横転を説明するための図である。
【図4】図4は、本発明の実施形態に係る車輌の横転判定方法における閾値の変化の理論を説明するための図であり、図4(A)は、基準ロール角にある車輌を示す図、図4(B)は基準ロール角より大きなロール角にある車輌を示す図である。
【図5】図5は、本発明の実施形態に係る車輌の横転判定方法の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…横転判定装置
10…レートセンサ
20…車速センサ
30…操舵角センサ
40…コントローラ
41…ロール角演算部
42…横加速度演算部
43…係数演算部
44…横転判定部
50…安全装置
61…車輌
Claims (6)
- 車輌のロール角速度及びロール角をパラメータとする二次元マップ上に所定の閾値を設定し、実際のロール角速度及びロール角が前記閾値を越えた場合に、前記車輌が横転する可能性があると判定する車輌の横転判定方法であって、
前記車輌の横加速度を、前記ロール角と共に検出するステップと、
前記横加速度と前記ロール角とに基づいて、前記閾値を変化させるステップとをさらに備えた車輌の横転判定方法。 - 前記閾値を変化させるステップにおいて、
前記車輌に所定の横加速度が生じている際に、所定のロール角より大きなロール角が生じた場合に、前記閾値を前記二次元マップの原点に近づけるように変化させ、
前記車輌に所定の横加速度が生じている際に、前記所定のロール角より小さなロール角が生じた場合に、前記閾値を前記二次元マップの原点から遠ざけるように変化させる請求項1記載の車輌の横転判定方法。 - 前記車輌の横加速度は、前記車輌の車速度と操舵角とから算出される請求項1又は2記載の車輌の横転判定方法。
- 車輌のロール角速度を検出するロール角速度検出手段と、
前記車輌のロール角を検出するロール角検出手段と、
前記車輌のロール角速度及びロール角をパラメータとする二次元マップ上に所定の閾値を設定し、前記ロール角速度検出手段に検出されたロール角速度、及び、前記ロール角検出手段により検出されたロール角が前記閾値を越えた場合に、車輌が横転する可能性があると判定する横転判定手段と、を備えた車輌の横転判定装置であって、
前記車輌の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
前記横加速度と前記ロール角とに基づいて、前記閾値を変化させる閾値変化手段と、をさらに備えた車輌の横転判定装置。 - 前記閾値変化手段は、
前記車輌に所定の横加速度が生じている際に、所定のロール角より大きなロール角が生じた場合に、前記閾値を前記二次元マップの原点に近づけるように変化させ、
前記車輌に所定の横加速度が生じている際に、前記所定のロール角より小さなロール角が生じた場合に、前記閾値を前記二次元マップの原点から遠ざけるように変化させる請求項4記載の車輌の横転判定装置。 - 前記車輌の車速度を検出する車速検出手段と、
前記車輌の操舵角を検出する操舵角検出手段と、をさらに備え、
前記車輌の横加速度は、前記車速度と前記操舵角とから算出される請求項4又は5記載の車輌の横転判定装置。
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