JP2569591B2 - 車両運転補助装置 - Google Patents

車両運転補助装置

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JP2569591B2
JP2569591B2 JP62216730A JP21673087A JP2569591B2 JP 2569591 B2 JP2569591 B2 JP 2569591B2 JP 62216730 A JP62216730 A JP 62216730A JP 21673087 A JP21673087 A JP 21673087A JP 2569591 B2 JP2569591 B2 JP 2569591B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/148Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering provided with safety devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)
  • Hydraulic Control Valves For Brake Systems (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
  • Regulating Braking Force (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、より安全に、且つより運転者の操作意思に
沿うように車両運動を制御するための車両運転補助装置
に関する。
【従来の技術】
一般の車両で所望の車両運動を実現させる場合、ステ
アリング角とアクセル、ブレーキ、シフト位置等に対応
した駆動トルクとを操作するが、通常は、直前の操作量
に対する車両運動の結果を学習しつつ、適当な操作量と
なるように、運転者が自身の経験によつて決定していく
という方法が執られる。 近年、車両の運動性向上のため、後輪を操舵して、後
輪のコーナリングフオースを積極的に発生させることに
より、ヨーイング、あるいは車体横滑り角を制御し、よ
り安全に、且つより運転者の操作意思に沿うように車両
運動を制御し得るシステム(4WS)が注目されている。
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、現時点ではこのようなシステムにおい
ても、所望の車両運動と適切な操作量との関係は運転者
の経験と適応性に依るところが大きいというのが実状で
ある。即ち、車両運動を左右する要因は、ステアリング
角(=操舵角)及び駆動力の他に、車速、路面摩擦係
数、タイヤ摩擦係数等があり、これらが相互に関連して
実際の車両運動が定まる。このため、運転者が自らの車
両のステアリング特性だけでなく、そのときの実際の車
両の運動状態、環境状態等を加味しながら操作量を決定
する必要がある。 ところが、前述の4輪操舵システムは、前輪の操舵
角、あるいは車速に応じて後輪に(車体横滑り角によつ
て発生する以外の)コーナリングフオースを単に発生さ
せようとしたものであり、目標コーナリングフオースと
なるように、スロツトル開度やブレーキ等のアクチユエ
ータを変更・制御するというものではなかつた。従つて
「現実にどのようなコーナリングフオースが発生してい
るか」を考慮したものではなかつた。 これに対し、特開昭61-229678号公報には、操舵角と
車速から目標コーナリングフオースを求め、該目標コー
ナリングフオースとなるように車輪の転舵角を制御する
技術が開示されている。 又、特開昭62-116355号公報には、限界コーナリング
フオースを求め、その範囲で制御するようにした技術が
開示されている。 しかしながら、上記特開昭61-229678号公報に開示さ
れた技術は前記目標コーナリングフオースが限界コーナ
リングフオースを超えている場合のことは、特に考慮し
ておらず、従って、この場合には、たとえ車輪の転舵角
を目標コーナリングフオースとなるように制御したとし
ても、該目標コーナリングフオースを得ることができな
いという問題がある。 一方、特開昭62-116355号公報に開示された技術によ
れば、限界コーナリングフオースを超えていなければ、
特に何もせず、超えた場合にこれから脱出するべく車両
の転舵角を制御するというものであったため、目標値自
体が限界コーナリングフオースを超えていたときには、
脱出後再び限界域に入ってしまい、限界値付近で制御の
ハンチングを発生し易くなるという問題がある。
【発明の目的】 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされた
もので、主にステアリング操作時に、車両の現在の運動
状態及び環境状態に応じて、より安全に、且つより運転
者の操作意思に沿うように車両運動を制御することがで
きる車両運転補助装置を提供することを目的とする。
【問題点を解決するための手段】
本発明は、車両運転補助装置において、車両の現在の
運動状態を検出するセンサと、前記車両の現在の運動状
態から、車両に現に作用している実コーナリングフオー
スを求める手段と、車速及びステアリング角に依存し
て、車両に作用すべき目標コーナリングフオースを求め
る手段と、前記実コーナリングフオースと目標コーナリ
ングフオースとの関係から、限界コーナリングフオース
を求める手段と、該限界コーナリングフオースと前記目
標コーナリングフオースとを比較する手段と、目標コー
ナリングフオースが限界コーナリングフオースを超えて
いたときは、該目標コーナリングフオースを限界コーナ
リングフオースを超えないように変更する手段と、前記
実コーナリングフオースが、前記限界コーナリングフオ
ースの範囲内とされた前記目標コーナリングフオースと
一致するように、ステアリング角、スロツトル開度、ブ
レーキ油圧、ギヤ比のうち、少なくとも一つを変更する
手段とを備えることにより、前記目的を達成したもので
ある。
【作用】
本発明においては、車両の現在の運動状態を検出する
センサ、例えば車速センサ、車両加速度センサ、ヨーレ
ートセンサ等のデータから、車両に現に作用している実
コーナリングフオースを推定する。次いで、車速及びス
テアリング角度に依存して、車両に作用すべき目標コー
ナリングフオースを算出する。次いで、この目標コーナ
リングフオースと実コーナリングフオースとの関係から
限界コーナリングフオースを求める。その上で、この限
界コーナリングフオースが前記目標コーナリングフオー
スを超えてしまつていた場合には、目標コーナリングフ
オース自体をこれが限界コーナリングフオース以下とな
るように補正する。そのため実コーナリングフオース
は、必ず限界コーナリングフオースの範囲内に存在する
目標コーナリングフオースに一致するように制御される
ことになる。その結果、車両に現に作用している実コー
ナリングフオースを(ハンチング等を発生することな
く)常に最適値あるいは限界値に安定して維持すること
ができ、それだけ安全に、且つ運転者の操作意思に沿う
ように車両運動を制御することができるようになる。
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明
する。 本実施例では、アクセル開度−スロツトル開度、ブレ
ーキ踏力−ブレーキ油圧の対応関係を制御し、且つ、ス
テアリング操舵角−実ステアリング角の対応関係も制御
するようにしている。又、変速機として、変速段を電気
的に変更する電子制御式の自動変速機を採用しており、
その変速段(ギヤ比)も制御可能である。 本実施例は、第2図に示す如く構成されている。 図において、10は各演算を実行するコンピユータ(以
下ECUと称する)である。このECUには、通常のエンジン
制御等に用いられる車載マイクロコンピユータを採用す
ることができる。 この実施例装置は、車両の現在の運動状態を検出する
センサ20として、車速センサ21と、車両縦(前後)加速
度センサ22と、車両横(左右)加速度センサ23と、ヨー
レートセンサ24とを備え、それぞれのデータは全てECU
に入力されるようになつている。 前記車速センサ21は、現在の車速を検出するためにセ
ンサで、例えば車輪110又は自動変速機120の出力軸に設
置して、その回転数を検出するようにしたマグネツトピ
ツクアツプを採用することができる。なお、より正確な
測定値を得るためには、レーザ光を直接路面に投射し、
その反射光から路面に対する相対移動速度を直接検出可
能な光学式の対地速センサを採用することもできる。 前記車両縦加速度センサ22は、車両の前後(x軸)方
向の加速度を検出するためのセンサで、車両の中央に設
置した歪ゲージ型加速度センサを採用することができ
る。 前記車両横加速度センサ23は、車両の左右(y軸)方
向の加速度を検出するためのセンサで、同じく車両の中
央に設置した歪ゲージ型加速度センサを採用することが
できる。 前記ヨーレートセンサ24は、同じく車両10の中央に設
置して、車両10のz軸(車両中心を通る鉛直方向の軸)
回りの回転速度を検出するための振動式レートジヤイロ
又はガスレートジヤイロとすることができる。 この実施例装置は、運転者によつて操作される車両の
各種アクチユエータの現在の実操作量を検出するための
センサ30として、アクセル開度センサ31、ブレーキ踏力
センサ32、シフト位置センサ33、ステアリング角センサ
34を備え、これらのデータも全てECUに入力されるよう
になつている。 前記アクセル開度センサ31は、運転者の加速意思を検
出するためのセンサで、アクセルペダル(図示省略)に
取付けた可変抵抗型センサを採用することができる。 前記ブレーキ踏力センサ32は、運転者の減速意思を検
出するためのセンサで、ブレーキペダル(図示省略)に
取付けた圧電型センサとすることができる。なお、この
ブレーキ踏力センサは、ブレーキストロークセンサに代
えてもよい。 前記シフト位置センサ33は、運転者の走行態様意思を
間接的に検出するためのセンサで前記自動変速機120の
現在のシフト位置(ギヤ比)を検出する。このセンサは
該自動変速機120のシフト位置を制御するための電磁ソ
レノイドのON-OFF状態を検出するセンサとすることがで
きる。 前記ステアリングセンサ34は、運転者によるステアリ
ング(図示省略)の操作量を検出するためのセンサで、
ステアリングシヤフトに取付けて前輪舵角量を検出する
ようにした可変抵抗型センサとすることができる。 又、本実施例装置には、スロツトルアクチユエータ40
と、ブレーキアクチユエータ50と、シフト位置アクチユ
エータ60と、タイヤ角アクチユエータ70とが備えられて
いる。 前記スロツトルアクチユエータ40は、ECUからの指令
により、エンジンE/Gのスロツトル(図示せず)の開度
を変化させるためのアクチユエータで、DC、AC、パルス
モータ等が用いられている。これは、アクセル開度θac
cに対するスロツトル開度θthの対応関係を変化できる
ものであればよく、本実施例では、第3図に示す如く、
アクセルペダル41とスロツトルリンク42の間に、その長
さが変化できるリンク機構43を設け、これをアンプ44を
介して入力されるECUからの指令により電気的に変化さ
せる方式とされている。 前記ブレーキアクチユエータ50は、ECUからの指令に
よりブレーキ作動圧を変化させるためのアクチユエータ
で、スロツトルアクチユエータの場合と同様に、運転者
のブレーキ踏力BPXに対するブレーキ作動圧の対応関係
を変化できればよく、本実施例では、第4図に示す如
く、ブレーキペダル51を踏むことによつて発生したブレ
ーキ油圧Pbを制御するためのプロポーシヨニングバルブ
52の特性を、アンプ53を介して入力されるECUからの指
令により電気的に変化させる方式とされている。 前記シフト位置アクチユエータ60は、ECUからの指令
により自動変速機120のシフト位置(ギヤ比)を変化さ
れるためのアクチユエータで、アクチユエータ自体は従
来のものをそのまま使用している。より具体的には、車
速−スロツトル開度マツプによつてシフト位置を求める
際に、本制御によつて補正されたスロツトル開度を用い
るようにしている。 前記タイヤ角アクチユエータ70は、ECUからの指令に
よりタンヤ角を変化させるためのアクチユエータで、本
実施例では、第5図に示す如く、パワーシリンダ46の両
側のシリンダ室内に供給する油圧を制御するための、ア
ンプ48を介して入力されるECUからの指令によつて制御
可能なパワーステアリングポンプ50と、同じくアンプ52
を介して入力されるECUからの指令によりシリンダ室間
の導通状態を制御するバルブ54を備えた、通常の速度感
応型パワーステアリングのアクチユエータをそのまま利
用している。この場合、ECUからはステアリング角を基
礎とした出力を後述するように適宜補正した指令が出さ
れることになる。 この実施例装置は、第1図に示されるような制御ブロ
ツクの構成を備え、第6図に示されるような制御手順に
従つて車両運動の補助制御を行う。なお、この流れ図全
体は、制御性能に影響されない周期で演算されている。
以下両図を同時に参照しながら説明する。 まず、ステツプ201において、各センサの現在値を読
み込む。 ステツプ202においては、ステアリング角及び車速の
値から目標コーナリングフオースcF1 *を算出する。この
算出にあたつては、例えば第7図に示されるように、ス
テアリング角と車速をパラメータとして予め定められた
三次元マツプを用いることができる。このマツプは、運
転者がステアリングによつてより車両運動を制御し易い
ようなコーナリングフオースが発生するように設定され
ている。 ステツプ203においては、車両の現在の運動状態から
車両に現に作用している実コーナリングフオースcF1
推定する。この推定は次のようにして実行することがで
きる。 今、車両10の旋回半径がトレツド(左右車輪の間隔)
より非常に大きく、左右車両の荷重移動はタイヤ特性に
影響を与えないと仮定すると、自動車の運動は、第8図
に示すような二輪モデルによつて表わすことが可能とな
る。 ここで、 O−XYZ……路面に固定された絶対座標系、 o−xyz……車両10の重心点Cに固定された動座標系、 I……Z軸回りの車両慣性モーメント、 m……車両質量、 V……動座標系原点(重心点C)の対地速度 vx……Vのx軸方向成分、 vy……Vのy軸方向成分、 ω……x軸のX−Y平面投影とX軸のなす角 (ヨー角)の時間的変化の割合い (ヨーレート)、 β……x軸のX−Y 平面投影とVのX−Y平面投影のなす角度
(重心点横滑り角)、 Tf……前輪110fの駆動力、 cF1……前輪コーナリングフオース、 δ……前輪ホイール面とx軸のX−Y平面投影 のなす角度(実舵角)、 Vf……前輪ホイールの対地速度、 α……前輪ホイール面とX−Y平面との交線と VfのX−Y平面投影のなす角度 (前輪横滑り角)、 Tr……後輪110rの駆動力、 cF2……後輪コーナリングフオース、 Vr……後輪ホイールの対地速度、 α……後輪ホイール面とX−Y平面との交線と VrのX−Y平面投影のなす角度 (後輪横滑り角)、 l……ホイールベース(前後輪の間隔)、 l1……前輪110fと重心点Cの間隔、 l2……後輪110rと重心点Cの間隔 とすると、車両の運動方程式は、次のように表わされ
る。なお、車体前方をx軸、右側にy軸、鉛直下方にz
軸とし、z軸回りの運動は、時計回りを正回転としてい
る。 y軸方向の運動 my=−cF1cos(α+δ) −cF2cosα+Tf sinδ−mv×ω ……(1) (mv×ωは、遠心力を表わす項) z軸回りの運動 I=−l1cF1cos(α+δ) +l2cF2cosα +(l1Tf sinδ)Tf ……(2) 通常の走行を仮定すると、前輪横滑り角α、後輪横
滑り角α、重心点横滑り角β、実舵角δ、ヨーレート
ω、横(左右)方向速度vy、縦(前後)方向加速度x
は、微小であるため、sinθ≒θ、cosθ=1、tanθ≒
θ、微小項の積=0とおくことができる。 すると、前出(1)式、(2)式はそれぞれ次の
(3)式、(4)式に示す如くとなる。 my=−cF1cosαcosδ +cF1sinαsinδ −cF2cosα+Tf sinδ −mvxω =−cF1−cF2+Tf δ −mvxω ……(3) I=−l1cF1cosαcosδ +l1cF1sinαsinδ +l2cF2cosα +l1Tf sinδ =−l1cF1+l2cF2 +l1Tf δ ……(4) (3)、(4)より前輪のコーナリングフオースcF1
は次式のようにして求められる。 cF2=−my−cF1+Tf δ−mvxω ……(5) I=−l1cF1 +l2(−my−cF1+Tf δ −mvxω)+l1Tf δ =−(l1+l2)cF1 −(y+vxω)ml2 +(l1+l2)Tf δ ……(6) ここでl1+l2=lであるため、 cF1={−I−(y+vxω)ml2} /l+Tf δ ……(7) ここではヨーレイトセンサ24の出力ωの時間微分値、
yは横加速度センサ23の出力vxは車速センサ21の出力
からそれぞれ得ることができる。 この実施例装置では前輪のみが操舵(制御)可能であ
るため、実際には前輪のコーナリングフオースcF1のみ
を推定するが、4輪が操舵(制御)可能な車両にあつ
は、同様の方式で後輪のコーナリングフオースも推定
し、4輪を積極的に制御してゆくことも可能である。 このようにして前輪の実コーナリングフオースcF1
推定された後、ステツプ204に進み、ステツプ202におい
て求められた目標コーナリングフオースcF1 *とこの実コ
ーナリングフオースcF1との差ΔcF1を算出する。 次いで、ステツプ205に進み、この差ΔcF1より限界コ
ーナリングフオースcF1maxを推定する。この推定方法及
びその根拠は以下の通りである。即ち一般に限界コーナ
リングフオースcF1maxは、タイヤの摩擦係数、路面状態
に依存して変化するが、このタイヤ摩擦係数あるいは路
面状態の検出は通常極めて困難である。そこで、この実
施例では、ステツプ204で求めた目標コーナリングフオ
ースcF1 *と実コーナリングフオースcF1との差ΔcF1が、
ある所定時間内に目標コーナリングフオースcF1 *が変化
しないにも拘わらず零とならない場合、そのときの実コ
ーナリングフオースcF1を限界値として推定するように
する。一方、この差ΔcF1が零となつた場合には、限界
コーナリングフオースcF1maxが実コーナリングフオース
cF1に対して余裕があることになるため、限界コーナリ
ングフオースcF1maxを無限大と推定するものである。 ステツプ206においては、ステツプ205で求めた限界コ
ーナリングフオースcF1maxとステツプ202で求めた目標
コーナリングフオースcF1 *とを比較する。目標コーナリ
ングフオースcF1 *が限界コーナリングフオースcF1maxよ
り大きいときは、この目標コーナリングフオースcF1 *
の制御は不能であるため、ステツプ207に進んで目標コ
ーナリングフオースcF1 *が限界コーナリングフオースcF
1maxに一致するように第7図に示された目標マツプ自体
を変更し、この変更された目標マツプに従つてステアリ
ング角、車速より改めて目標コーナリングフオースcF1 *
を算出し直す(ステツプ202)。 一方、目標コーナリングフオースcF1 *が限界コーナリ
ングフオースcF1maxより小さい場合は、基本目標コーナ
リングフオースcF1 *への制御が可能であるためステツプ
208に進み、ステツプ204で求めた差ΔcF1の値から駆動
力Tfの変更量ΔTfとステアリング角δの変更量Δδを求
める。この求めかたとしては、例えば次のような方法を
採用することができる。 (7)式より、、y、vx、ωが一定ならば、ΔcF
1=ΔTf・Δδとおくことができる。従つて、例えば として求めることができる。 他に、ΔTfを優先して変更したり、あるいはΔδを優
先して変更したりする方法等が考えられる。又、ここで
は、y、vx、ωが一定として考えたが、制御周期を
加味し、Δt秒後のそれぞれの推定量を求めるようにし
てもよい。 ステツプ209においては、アクセル開度センサ31、ス
テアリング角センサ34のデータから、基本となる駆動力
Tf0とステアリング角δを求める。これは、ステツプ2
02と同様、運転者にとつて操作し易い値のマツプを予め
設定しておき、該マツプを用いて求めるようにする。 ステツプ210においては、ステツプ208、ステツプ209
の結果から、最終的に実現すべき目標駆動力Tf*、目標
ステアリング角δを算出する。目標駆動力Tf*は、ス
テツプ209で求めた基本駆動力Tf0に、コーナリングフオ
ースとの関係で変更すべき駆動力変更量ΔTfを加えるこ
とにより求めることができる。又、目標ステアリング角
δは、ステツプ209で求め基本ステアリング角δ
に、コーナリングフオースとの関係で補正すべきステ
アリング角変更量Δδを加えることにより算出すること
ができる。 ステツプ211においては、目標駆動力Tf*を実現するた
めの目標ギヤ比γ、目標スロツトル開度θth*、目標
ブレーキ圧PB *を算出する。通常は、Tf*≧0ならばギヤ
比とスロツトル開度を制御し、Tf*<0ならばブレーキ
圧を制御するようにする。但し、エンジンブレーキが必
要な場合は、Tf*<0でもギヤ比、スロツトル開度で制
御を実行する。 ステツプ212においては、これらの目標ギヤ比γ
目標スロツトル開度θth*、目標ブレーキ圧PB *、及び目
標ステアリング角δに対応する出力をECUから各アク
チユエータへ送信する。その結果、運転者が操作するア
クセル開度及びステアリング角に応じた制御を基本とし
ながら、現実のコーナリングフオースを考慮し、安全
で、且つより運転者の操作意思に沿うような制御を実行
することができる。 なお、本発明における各種センサの種類及びこれらの
構造は、上記実施例に限定されない。又、限界コーナリ
ングフオースの推定の仕方、及び駆動力変更量、ステア
リング角変更量の算出方法も上記実施例に限定されな
い。
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、運転中のコーナ
リングフオースを最適に発生させることができ、レーン
変更や旋回走行に当つて運転者の操作を補正することが
でき、より安全で、且つより運転者の操作意思に沿つた
走行を実現することができるという優れた効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に係る車両運転補助装置の実施例の要
旨構成を示すブロツク線図、第2図は、上記実施例装置
における各センサ及びアクチユエータの配置例を示す、
自動車の平面略線図、第3図は、前記実施例で用いられ
ているスロツトルアクチユエータを示す略線図、第4図
は、同じくブレーキアクチユエータを示す断面図、第5
図は、同じくステアリングアクチユエータを示す略断面
図、第6図は、前記実施例装置における制御手順を示す
流れ図、第7図は、目標コーナリングフオースを求める
ためのマツプの例を示す線図、第8図は実コーナリング
フオースを求め方を説明するための、二輪モデルを示す
模式図である。 ECU……制御用コンピユータ、21……車速センサ、22…
…車両縦加速度センサ、23……車両縦加速度センサ、24
……ヨーレイトセンサ、31……アクセル開度センサ、32
……ブレーキセンサ、33……シフト位置センサ、34……
ステアリング角センサ、40……スロツトルアクチユエー
タ、50……ブレーキアクチユエータ、60……シフト位置
アクチユエータ、70……ステアリングアクチユエータ、
v……車速、δ……ステアリング角、θth……スロツト
ル開度、PB……ブレーキ油圧、γ……ギヤ比、cF1……
実コーナリングフオース、cF1 *……目標コーナリングフ
オース、cF1max……限界コーナリングフオース、ΔTf…
…駆動力変更量、Δδ……ステアリング角変更量。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両の現在の運動状態を検出するセンサ
    と、 前記車両の現在の運動状態から、車両に現に作用してい
    る実コーナリングフオースを求める手段と、 車速及びステアリング角に依存して、車両に作用すべき
    目標コーナリングフオースを求める手段と、 前記実コーナリングフオースと目標コーナリングフオー
    スとの関係から、限界コーナリングフオースを求める手
    段と、 該限界コーナリングフオースと前記目標コーナリングフ
    オースとを比較する手段と、 目標コーナリングフオースが限界コーナリングフオース
    を超えていたときは、該目標コーナリングフオースを限
    界コーナリングフオースを超えないように変更する手段
    と、 前記実コーナリングフオースが、前記限界コーナリング
    フオースの範囲内とされた前記目標コーナリングフオー
    スと一致するように、ステアリング角、スロツトル開
    度、ブレーキ油圧、ギヤ比のうち、少なくとも一つを変
    更する手段と、 を備えたことを特徴とする車両運転補助装置。
JP62216730A 1987-08-31 1987-08-31 車両運転補助装置 Expired - Lifetime JP2569591B2 (ja)

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