JP2009166587A

JP2009166587A - 車両用ヨーレート演算装置

Info

Publication number: JP2009166587A
Application number: JP2008005507A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tanaka; 英之田中; Takanori Matsunaga; 隆徳松永; Kazuo Hitosugi; 和夫一杉; Koji Fujioka; 宏司藤岡; Toshihide Satake; 敏英佐竹; Kohei Mori; 考平森
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2008-01-15
Publication date: 2009-07-30

Abstract

【課題】ヨーレートセンサを用いることなく、車両に発生するヨーレートを精度よく演算する車両用ヨーレート演算装置を得る。
【解決手段】車両の左前輪１ＦＬ、右前輪１ＦＲ、左後輪１ＲＬ、右後輪１ＲＲにそれぞれ配置された車輪速センサ２ＦＬ、２ＦＲ、２ＲＬ、２ＲＲにより、車輪速度を検出し、この車輪速センサ２ＦＬ、２ＦＲ、２ＲＬ、２ＲＲの出力である車輪速信号ＶＦＬ、ＶＦＲ、ＶＲＬ、ＶＲＲは、ヨーレート演算装置３へ入力され、まず、車速が演算され、次いで車速と、予めメモリに記憶されたスタビリティファクタとを用いて、ヨーレートが演算される。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両の左右車輪速を用いて、車両のヨーレートを演算するヨーレート演算装置に関するものである。

従来より、自動車などの旋回時の挙動を表すパラメータとして、ヨーレートは車両運動制御やナビゲーションシステムなどに広く用いられている。
一方で、実際に車両挙動を検出するためのヨーレートセンサは、高価な場合が多く、コスト的な面からヨーレートセンサが搭載されない車両では代替技術が必要となる。
例えば、特許文献１には、左右の車輪速差を車両のトレッド幅で割ることにより、ヨーレートを演算するもの、また特許文献２には左右の車輪速差にタイヤの空気圧などを考慮したものから、ヨーレートを演算するものが開示されている。
また、特許文献３には、左右の車輪速差に基づき、ヨーレートセンサの異常を判定するものが開示されている。

特開平１１−３４８３０号公報（第３〜７頁、図１）特開平７−２９１１５４号公報（第３〜７頁、図２）特開平４−２５４２５９号公報（第２〜６頁、図２）

しかしながら、特許文献１及び特許文献２で演算されるヨーレートは、車両のアンダーステア特性やオーバステア特性を考慮していないため、実際に車両に発生しているヨーレート真値とは異なるという課題がある。
また、安価なヨーレートセンサを搭載している車両に関しても、ヨーレートセンサは、その構成上、温度などによるドリフトの影響で、正確なヨーレート値を得ることが困難である場合があり、ヨーレートセンサ値の信頼性を判定する手段が必要となる。

また、特許文献３では、車両のアンダーステア特性やオーバステア特性と考慮していないため、実際に車両に発生しているヨーレート真値とは異なるため、タイヤがスリップ状態でなくてもヨーレートセンサが異常と判定される可能性があるという課題がある。
このように、従来の車両ヨーレートの演算方法では、車両のアンダーステア特性やオーバステア特性を考慮していないため、実際に車両に発生しているヨーレート真値とは異なるという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ヨーレートセンサを用いることなく、車両に発生するヨーレートを精度よく演算する車両用ヨーレート演算装置を得ることを目的としている。

この発明に係わる車両用ヨーレート演算装置においては、車両の左右車輪の車輪速と、車両ごとに予めメモリに記憶されたスタビリティファクタとに基づき、車両に発生するヨーレートを算出するヨーレート算出手段を備えたものである。

この発明は、以上説明したように、車両の左右車輪の車輪速と、車両ごとに予めメモリに記憶されたスタビリティファクタとに基づき、車両に発生するヨーレートを算出するヨーレート算出手段を備えたので、ヨーレートセンサを用いることなく、車両のヨーレートを精度よく演算することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１によるヨーレート演算装置の全体構成を示すブロック図である。
図１において、車両の左右前輪１ＦＬ、１ＦＲと、車両の左右後輪１ＲＬ、１ＲＲが示されている。操舵輪である左右前輪１ＦＬ、１ＦＲは、運転者によるステアリングホイール４の操作により、ラックアンドピニオン機構５を通じ転舵される。
左前輪１ＦＬ、右前輪１ＦＲ、左後輪１ＲＬ、右後輪１ＲＲには、それぞれ車輪速度を検出する車輪速センサ２ＦＬ〜２ＲＲが設けられている。また、車輪速センサ２ＦＬ〜２ＲＲの出力である車輪速信号ＶＦＬ〜ＶＲＲは、ヨーレート演算装置３へ入力され、これに基づき、ヨーレートが演算される。

なお、本発明は、ヨーレート演算を行なうことなので、図１では詳細に記載していないが、例えばヨーレート演算装置３は、４輪車輪速を取得可能なＡＢＳコントローラに含まれてもよく、その他４輪車輪速を取得可能なマイクロコンピュータを含む一般的なコントローラの中に含まれてもよい。

図２は、この発明の実施の形態１によるヨーレート演算装置の動作を示すフローチャートである。

次に、図２のフローチャートを参照して、ヨーレート演算装置３の動作について説明する。
まず、ヨーレート演算装置３は、左前輪車輪速信号ＶＦＬ、右前輪車輪速信号ＶＦＲ、左後輪車輪速信号ＶＲＬ、右後輪車輪速信号ＶＲＲを読み込み、自身のメモリに記憶する（ステップＳ１０１）。
続いて、左前輪車輪速信号ＶＦＬ、右前輪車輪速信号ＶＦＲ、左後輪車輪速信号ＶＲＬ、右後輪車輪速信号ＶＲＲに基づき、当技術分野において周知の要領にて車速Ｖが演算される（ステップＳ１０２）。次に、予め車両に応じて設定され、メモリに記憶されているスタビリティファクタＡ、後輪のトレッド幅（左右のタイヤの中心間距離）Ｔｒを用いて、数式１に従って、ヨーレートγが算出される（ステップＳ１０３、ヨーレート算出手段）。

以上のように、予め車両に応じて定められた、操縦安定性能であるスタビリティファクタを考慮することにより、車輪速を用いて精度よくヨーレートを演算することが可能になる。
なお、上述では、前後左右車輪の車輪速を用いてヨーレートを演算したが、少なくとも前方または後方の左右車輪の車輪速を用いれば、ヨーレートを演算することができる。

次に、発明の理解を助けるために、スタビリティファクタに関して簡単に説明すると、スタビリティファクタが正の車両は、アンダーステア傾向（ハンドル操作に対する車両の回頭性が低い）、スタビリティファクタがゼロの車両は、ニュートラルステアといってハンドル操作に対する車両の回頭性性能が車速に応じて変わらない。最後に、スタビリティファクタが負の車両は、オーバステア傾向（ハンドル操作に対する車両の回頭性が高い）となる特性がある。

なお、実施の形態１では、各車輪速信号をそのまま演算信号として用いたが、各車輪速には、タイヤの回転に同期したノイズや電気的なノイズが含まれる。一般的な車両のヨーレートの応答周波数は、１Ｈｚ程度であり、ローパスフィルタなどの公知の技術手段で１Ｈｚ以上の周波数成分を除去するノイズ除去手段をステップＳ１０１とステップＳ１０２の間に入れてもよい。
例えばノイズ除去手段は、カットオフ周波数３Ｈｚのローパスフィルタなどを用いればよく、このカットオフ周波数は、車速や車両に応じて変更してもよい。
このように、車両に発生するヨーレート周波数成分のみ抽出することにより、より精度の高いヨーレート信号を得ることができるヨーレート算出手段を得ることが可能となる。

また、実施の形態１で演算される車輪速は、前後方向のスリップが考慮されていない。実際車両が走行する環境下においては、エンジンによる駆動トルクで車輪は回転させられ、ブレーキによる制動トルクで車輪は回転運動を止められる。このとき実際の車両速度に対する各車輪速を、スリップ状態を示すスリップ率として、数式２に従い算出する。

ただし、添え字ｉはＦＬ、ＦＲ、ＲＲ、ＲＬを示す。
一般的にスリップ率が大きい場合は、過大な駆動トルクによるホイールスピンや、急制動による車輪のロックなどが発生している状態であり、本実施の形態１のように車輪速からヨーレートを算出するヨーレート演算装置においては、このような状態のときはヨーレート演算精度が低下する。
上記のような事由により、ステップＳ１０２とステップＳ１０３の間に、ヨーレート算出出力精度検出手段を設け、ヨーレート算出出力精度検出手段では数式２に基づき算出されるスリップ率が０．１以上のとき、ステップＳ１０３で算出されるヨーレート演算値の精度が低下していることを検出する機能をヨーレート演算装置３に含んでもよい。
より好ましくは、数式２に基づき算出されるスリップ率が０．０５以上のとき算出されるヨーレート演算値の精度が低下していることを検出する機能をヨーレート演算装置３に含むとよい。
このようにタイヤのスリップ率に応じて、ヨーレート算出の精度を判断するヨーレート算出出力精度検出手段を設けることにより、より精度の高いヨーレート信号を得ることができるヨーレート演算装置を得ることが可能となる。

なお、ヨーレート演算装置３で演算されたヨーレート信号は、例えば車両の４輪駆動力の制御コントローラや電動パワーステアリングの制御コントローラなどに用いると良い。このように、演算されたヨーレートを車両制御に用いることにより、機能的な車両制御が可能となるが、その詳細に関しては本発明とは関係ないため、その説明を省略する。

実施の形態１によれば、ヨーレートセンサを搭載しない車両においても、車両の４輪車輪速信号と車両のスタビリティファクタとトレッド幅から精度よいヨーレートが演算可能となる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２によるヨーレート演算装置の全体構成を示すブロック図である。
図３において、１ＦＬ〜１ＲＲ、２ＦＬ〜２ＲＲ、３〜５は図１におけるものと同一のものである。図３では、ハンドル角を検出するハンドル角センサ３１と、横方向加速度を検出する横方向加速度センサ３２と、ヨーレートを検出するヨーレートセンサ３３の３つが追加されている。

図４は、この発明の実施の形態２によるヨーレート演算装置の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１では、高価なヨーレートセンサのない車両においても、車両の４輪車輪速信号と車両のスタビリティファクタとトレッド幅からヨーレートを算出するようにしたが、実施の形態２では、ヨーレートセンサを有する車両に対して適用した場合についてのものである。
上述のように、ヨーレートセンサは、温度変化などの種々の要因により、ゼロ点がドリフトする。このような状態になると実際に車両に発生しているヨーレートとヨーレートセンサで検出されるヨーレートが一致しなくなり、ヨーレートセンサ信号を用いて車両挙動を制御するコントローラは、適切な制御ができないことがある。

次に、図４に示すフローチャートを参照して、実施の形態２のヨーレート演算装置３の動作について説明する。
まず、ヨーレート演算装置３は、実施の形態１と同様に、左前輪車輪速信号ＶＦＬ、右前輪車輪速信号ＶＦＲ、左後輪車輪速信号ＶＲＬ、右後輪車輪速信号ＶＲＲを読み込み、自身のメモリに記憶したあと、予め記憶してある車両のスタビリティファクタとトレッド幅に応じてヨーレートの演算を行ない、ヨーレート信号として、メモリに記憶する（ステップＳ２０１）。
なお、このプロセスにおいて、実施の形態１で説明したノイズ除去手段やヨーレート算出出力精度検出手段を有してもよい。

次に、ヨーレートセンサ３３の出力であるヨーレートセンサ信号を読み込み、メモリに記憶する（ステップＳ２０２）。続いて、記憶されたヨーレート信号とヨーレートセンサ信号を比較することにより、ヨーレートセンサ信号が異常かどうかを判定する（ステップＳ２０３、ヨーレートセンサ異常判定手段）。
具体的には、ヨーレート信号とヨーレートセンサ信号の差をとり、例えば絶対値で０．１ｒａｄ．／ｓ以上の差があれば、ヨーレートセンサ信号が異常であると判断する。なお、実際には車両に応じて許容される誤差が異なるため、差をとった場合の異常と判定される値に関しては、車両に応じて設定される。
また、ここでは単純に差を例にとって説明したが、割合など２つの信号を比較することが可能な公知の手段により、ヨーレートセンサの異常を判定してもよい。

また、本実施の形態２では、ヨーレートセンサ３３の異常を判定する構成に関して説明したが、車両のヨーレート関係の深い、ハンドル角、横方向加速度に関しても同様に、その異常判定が可能である。
ハンドル角センサ３１に関しては、ハンドル角センサ異常判定手段により、例えば、数式３に表されるハンドル角より計算されるハンドル角規範ヨーレート信号γθと、ヨーレート信号に基づいて、ハンドル角センサの異常を判定することが可能となる。

ただし、Ｌは予めメモリに記憶された車両のホイールベース、Ｇｒｐは予めメモリに記憶された車両のステアリングギア比、θはハンドル角センサ信号を示す。

横方向加速度センサに関しては、横方向加速度センサ異常判定手段により、例えば、数式４で表される横方向加速度より計算される横方向加速度規範ヨーレート信号γＧと、ヨーレート信号に基づいて、横方向加速度センサ３２の異常を判定することが可能となる。

ただし、Ｇｙは横方向加速度センサ信号を示す。

実施の形態２によれば、ヨーレートセンサなどを搭載した車両において、実際に車両に発生しているヨーレートとヨーレートセンサで検出されるヨーレートが一致しないことを検出することにより、ヨーレートセンサ信号を用いて車両挙動を制御するコントローラで適切な制御ができない状況を解消することが可能となる。

この発明の実施の形態１によるヨーレート演算装置の全体構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態１によるヨーレート演算装置の動作を示すフローチャートである。この発明の実施の形態２によるヨーレート演算装置の全体構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態２によるヨーレート演算装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ＦＬ左前輪、１ＦＲ右前輪、１ＲＬ左後輪、１ＲＲ右後輪、
２ＦＬ左前輪車輪速センサ、２ＦＲ右前輪車輪速センサ、
２ＲＬ左後輪車輪速センサ、２ＲＲ右後輪車輪速センサ、
３ヨーレート演算装置、４ステアリングホイール、
５ラック＆ピニオン軸及びステアリングギアＢＯＸ、
３１ハンドル角センサ、３２横方向加速度センサ、３３ヨーレートセンサ。

Claims

車両の左右車輪の車輪速と、上記車両ごとに予めメモリに記憶されたスタビリティファクタとに基づき、上記車両に発生するヨーレートを算出するヨーレート算出手段を備えたことを特徴とする車両用ヨーレート演算装置。
上記ヨーレート算出手段は、上記車輪速から外乱周波数成分を除去するノイズ除去手段を有することを特徴とする請求項１記載の車両用ヨーレート演算装置。
上記車両の各車輪のスリップ率を演算し、この演算されたスリップ率に応じて上記ヨーレート算出手段の算出精度を判断するヨーレート算出出力精度検出手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用ヨーレート演算装置。
上記車両に発生するヨーレートを検出するヨーレートセンサの出力と上記ヨーレート算出手段の出力とを比較し、上記ヨーレートセンサの異常を判定するヨーレートセンサ異常判定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用ヨーレート演算装置。
上記車両のハンドル角を検出するハンドル角センサの出力に基づき、ハンドル角規範ヨーレートを算出し、この算出したハンドル角規範ヨーレートと上記ヨーレート算出手段の出力とを比較し、上記ハンドル角センサの異常を判定するハンドル角センサ異常判定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用ヨーレート演算装置。
上記車両の横方向加速度を検出する横方向加速度センサの出力に基づき、横方向加速度規範ヨーレートを算出し、この算出した横方向加速度規範ヨーレートと上記ヨーレート算出手段の出力とを比較し、上記横方向加速度センサの異常を判定する横方向加速度センサ異常判定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の車両用ヨーレート演算装置。