JP4375161B2

JP4375161B2 - 車両安定化制御装置

Info

Publication number: JP4375161B2
Application number: JP2004238516A
Authority: JP
Inventors: 英一小野; 朋子菅原; 裕治村岸
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2004-08-18
Filing date: 2004-08-18
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2024-08-18
Also published as: US20060041367A1; JP2006056318A

Description

本発明は、車両安定化制御装置に係り、特にヨー角速度センサ及びロール角速度センサに代えて１つの角速度センサを用いてスピン抑制制御を行なうことにより、スピン抑制のみならずロールオーバーも同時に抑制することができる車両安定化制御装置に関する。

車両の横転を防止するために、車両運動のロール角とロール角速度との各信号に着目し、ロール運動が発散傾向にあるか否かを判定する技術が知られている（特許文献１）。しかしながら、この技術ではロール角及びロール角速度の２つの物理量を検出する必要がある。

また、ロール角やロール角速度を検出することなく車両横転を防止する技術として、ヨー角速度センサで検出されたヨー角速度、車速から推定される横加速度、及び横加速度センサで検出した横加速度を比較することによってロール角を推定し、推定されたロール角に基づいて、車両横転判定を行なう技術が知られている（特許文献２）。
特開２００１−７１７８７号公報特開平１１−２５８２６０号公報

しかしながら、上記の従来技術では、ヨー角速度と横加速度とからロール角を推定することができるものの、ロール角速度を推定することができない。このため、ロール角のみに基づいて横転判定を行なったり、推定されたロール角を時間微分してロール角速度を推定し、推定されたロール角と推定されたロール角速度とに基づいて横転判定を行なう必要がある。このため、ロール角速度を推定する時間分判定が遅れたり、微分演算に基づくロール角速度推定値に含まれるノイズの影響によって横転判定の精度が劣化する、という問題がある。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、スピンとロールオーバとの各現象を区別することなく１つの角速度センサを用いて防止することができる、車両安定化制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の車両安定化制御装置は、車速を検出する車速センサと、車両鉛直上向きの軸を車両前方方向に所定角度傾けた軸回りの角速度、あるいは車両鉛直下向きの軸を車両後方方向に所定角度傾けた軸回りの角速度を検出する角速度センサと、車体の横加速度を検出する横加速度センサ、あるいは操舵角を検出する操舵角センサと、を含んで構成したことを特徴とする。

本発明によれば、スピンとロールオーバとの各現象を区別することなく１つの角速度センサを用いて防止することができる。

また、本発明には、前記横加速度センサで検出された横加速度、あるいは前記操舵角センサで検出された操舵角と前記車速センサで検出された車速とに基づいて、車体のロール角速度を予測するロール角速度予測手段と、ロール角速度が前記ロール角速度予測手段で予測されたロール角速度の予測値と一致していると仮定して、前記角速度センサで検出された角速度、前記ロール角速度の予測値、及び前記所定角度に基づいて、前記角速度センサで検出された角速度をヨー角速度の換算値に換算するヨー角速度換算手段と、前記車速センサで検出された車速、前記ヨー角速度換算手段で換算されたヨー角速度の換算値、及び検出定された前記横加速度あるいは前記操舵角に基づいて、車体を安定化させる安定化制御を行なう制御手段と、を更に設けることができる。

また、本発明の制御手段は、車速、横加速度、及びヨー角速度の換算値を用いて演算した車体スリップ角速度、該車体スリップ角速度から演算した車体スリップ角を用いてスピン抑制制御を行なうようにすることができる。
また、本発明の制御手段は、安定化制御として、スピン抑制のために前輪旋回外輪への制動力を付加するように制御することができる。

横加速度に対してヨー角速度が大きく発生すると車体のスピンの発生に繋がり、横加速度に対してロール角速度が大きく発生すると車体のロールオーバの発生に繋がる。本発明は、スピンとロールオーバとの各現象の防止にはともに同一の制御である前輪旋回外輪に制動力を加える制御が効果的であることに着目してなされたもので、ヨー角速度を検出するための車両鉛直上向きの軸を車両前方方向（ロール角速度を検出する軸方向）に所定角度傾けるか、または車両鉛直下向きの軸を車両後方方向に所定角度傾け、この傾けた軸回りの角速度を１つの角速度センサで検出することにより、ヨー角速度及びロール角速度に関する角速度を区別することなく検出する。

そして、検出された横加速度または舵角操舵角と車速とに基づいて車体のロール角速度を予測し、角速度センサで検出された角速度をヨー角速度の換算値に換算し、検出された車速、ヨー角速度の換算値、及び検出された横加速度あるいは操舵角に基づいて、車体を安定化させる制御、例えば、車体スリップ角速度と車体スリップ角とを用いたスピン抑制制御を行なう。

以上説明したように、本発明によれば、車両鉛直上向きの軸を車両前方方向に所定角度傾けた軸回りの角速度、あるいは車両鉛直下向きの軸を車両後方方向に所定角度傾けた軸回りの角速度を検出する角速度センサを用いているため、スピンとロールオーバとの各現象を区別することなく１つの角速度センサを用いて防止することができる、という効果が得られる。

また、本発明において、ヨー角速度センサ及びロール角速度センサに代えて１つの角速度センサを用いて車体安定化制御を行なえば、スピン抑制のみならずロールオーバーも同時に抑制することができる、という効果が得られる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

ます、図２に示すように、車両運動の軸を重心から車両前方方向に向かってｘ軸、車両左方向に向かってｙ軸、鉛直上向きに向かってｚ軸としたときの各軸回りの回転角速度を各々ロール角速度、ピッチ角速度、ヨー角速度と定義する。

図１に示すように、本実施の形態には、車両鉛直上向きの軸（例えば、ｚ軸）を車両前方方向（車両鉛直上向きの軸をｚ軸とした場合は、ｘ軸方向）に所定角度θ傾けたａ軸回りの角速度ωを検出する角速度センサ１０、車体の横加速度を検出する横加速度センサ１２、及び車速を検出する車速センサ１４が設けられている。なお、ａ軸は、ｘｚ平面内、ｘｚ平面と平行な面内に設けることができる。

横加速度センサ１２は、横加速度センサ１２で検出された横加速度ｇ_y に基づいて、車体のロール角速度の予測値ｐ_eを予測するロール角速度予測装置１６、及び車両安定化制御手段２０に接続されている。

角速度センサ１０及びロール角速度予測装置１６は、角速度センサ出力ω、ロール角速度の予測値ｐ_e、及び所定角度θに基づいて、角速度センサ出力をヨー角速度の換算値ｒ_Tに換算するヨー角速度換算装置１８に接続されている。

また、車両安定化制御手段２０の入力端には、更に、車速センサ１４及びヨー角速度換算装置１８が接続されおり、車両安定化制御手段２０の出力端には、前輪の制動力を制御するためのアクチュエータ２２が接続されている。

本実施の形態のロール角速度予測装置１６、ヨー角速度換算装置１８、及び車両安定化制御手段２０の全体または各々は、１つのマイクロコンピュータで構成されている。

以下、本実施の形態の動作について説明する。

角速度センサ１０で検出された角速度（センサ出力）ω、ヨー角速度ｒ、及びロール角速度ｐの間には以下の関係が成立する。

ω＝ｐｓｉｎθ＋ｒｃｏｓθ ・・・（１）
次に、ロール角速度予測手段によるロール角速度の予測について説明する。車両のロール運動は、左右輪ともに充分に接地した線形領域では、ロール角速度ｐは以下の（２）式のように近似することができる。

ただし、ｍ：車両質量、ｈ：車両重心高、Ｉｘ：ロール慣性、Ｃｘ：ロール粘性、Ｋｘ：ロール剛性、ｇ_y：横加速度であり、ｓはラプラス演算子を表している。

上記（２）式は、例えばＴｕｓｔｉｎ変換による離散化によってコンピュータ内で演算が可能である。Ｔｕｓｔｉｎ変換は、サンプリング時間をＴ，時間進みオペレータをｚとした場合、以下の（３）式で記述することができ、（３）式を（２）式に代入することによって、ロール角速度は下記の（４）式のように離散化することができる。

ロール角速度予測装置１６は、上記（４）式の演算を行い、得られた結果をロール角速度予測値ｐ_eとして出力する。

ここで、ロール角速度ｐがロール角速度予測手段で予測されたロール角速度予測値ｐ_eと一致している、すなわち、左右輪ともに充分接地し、線形領域でロール運動していると仮定すると、下記（５）式に示すようにセンサ出力ωをヨー角速度に換算することができる。

このヨー角速度換算値ｒ_Tと横加速度ｇ_yとに基づいて、ヨー方向の車両安定化制御を実施すれば、ヨー角速度実測値を用いたときと同様のスピン抑制、ドリフト抑制性能が得られる。例えば、車速ｖ、ヨー角速度換算値ｒ_T、及び横加速度ｇ_yから車体スリップ角β、車体スリップ角速度β_dを推定し、図３に示すようにスピン抑制制御領域か否かを判断し、スピン抑制制御領域内でアクチュエータを制御することにより、前輪旋回外輪を制動してスピンの抑制制御を実施することができる（特許第３３０３５００号参照）。

スピン抑制制御領域は、車体スリップ角βと車体スリップ角速度β_dとの和の絶対値が所定値以上か否かを判断し、和の絶対値が所定値以上の領域をスピン抑制制御領域とすることができる。

また、車体スリップ角速度β_dは、車速ｖを用いて下記の（６）式で演算することができ、車体スリップ角βは、車体スリップ角速度を積分して演算することができる。

なお、車体スリップ角の演算精度を向上させるためには、積分によって生じるドリフト抑制のためにモデルに基づく推定と積分の融合による手法なども有効である（特許第３３４４６４８号参照）。

また、ロール運動が線形領域から逸脱した場合には、（１）式及び（５）式より次の（７）式が得られるので、ヨー角速度換算値ｒ_Tはヨー角速度の真値ｒにロール成分（ｐ−ｐ_e）ｔａｎθが付加されて表される。

ｒ_T＝ｒ＋（ｐ−ｐ_e）ｔａｎθ ・・・（７）
上記（７）は、横転の危険が増加し、ロール角速度真値ｐがロール角速度予測値ｐ_eに比較して大きくなった場合、付加されたロール成分が大きくなるので、ヨー角速度換算値ｒ_Tがヨー角速度真値ｒに比較して大きくなることを表している。

ところで、上記（６）式よりヨー角速度換算値ｒ_Tが増加すると、車体スリップ角速度β_d、及び車体スリップ角βともに減少するので、ヨー角速度換算値ｒ_Tの増加は、逆の符号での車体スリップ角速度β_d、及び車体スリップ角βの増加に対応している。このため、横転の危険が増加しロール角速度真値ｐがロール角底度予測値ｐ_eに比較して大きくなった場合、車体スリップ角速度β_d、及び車体スリップ角βともに負の方向に増大することによって図３のスピン抑制制御領域内に入り易くなる。

ここで、スピン抑制のための前輪旋回外輪への制動力の付加は、車両に外向きにモーメントを加えるものであり、スピン抑制の効果と共にロール抑制にも効果がある。このため、横転の危険が増加しロール角速度真値ｐがロール角速度予測値ｐ_eに比較して大きくなった場合には、前輪旋回外輪への制動力付加制御が働き、ロール抑制、すなわち横転が防止される。

以上説明したように、車両安定化制御のための角速度センサを車両鉛直上向きから車両前方方向に傾けた軸回りの角速度を検出するように取付けると共に、この角速度センサの出力をヨー角速度に換算したヨー角速度換算値をスピン抑制のための車両安定化制御に利用することにより、スピンのみならずロールオーバも同時に抑制することが可能になる。

次に、スピン及びロール抑制制御の例として、車速１００ｋｍ／ｈでのダブルレーンチェンジ時における横転防止の様子を図４〜図８に示す。図４〜図８中の車両Ａは制御を行なわない車両、車両Ｂは従来のスピン抑制制御を行なう車両、車両Ｃは本発明によるスピン及びロール抑制制御を行なう車両である。車両Ｃの角速度センサ１０は、図２中のｚ軸をｘ方向に３０度傾けた軸に設定した。

図４〜図７に、車両Ａ〜Ｃの操舵角、横加速度、ロール角速度、ヨー角速度の時間変化示す。車両Ａ，Ｂは、ロール角が増大し横転に至っているが、車両Ｃはロール傾向を抑制し横転が防止されている。図８は、車両Ａ〜Ｃの走行中におけるスリップ角β及びスリップ角速度βｄの状態遷移図である。２本の直線で示す横転抑制制御領域境界線の外側の領域では車両安定化制御が働いている。車両Ｂにおいてヨー角速度センサから取得した角速度を用いてβ−βｄの状態を算出すると、車両のロール傾向が大きくなっても制御領域内に入れない場合があり、車両安定化制御が行なわれず横転に至る。この場合でも、傾けたセンサから取得した角速度ωを用いてβ−βｄの状態を算出すると、制御領域内に入っていることが分かる。これは、傾けたセンサから取得した角速度ωに基づいてβ−βｄの状態を算出すると車両の不安定化傾向を予測し易くなることを示している。車両Ｃでは角速度ωに基づくβ−βｄの状態も通常領域に入っており、安定化制御が効果的に行なわれたことを示している。

なお、上記では、ロール角速度の予測に検出した横加速度を用いる例について説明したが、操舵角と車速とを検出し、検出した操舵角と車速とに基づいて推定したロール角速度を用いても良い。また、角速度センサによって車両鉛直下向きの軸を車両後方方向に所定角度傾けた軸回りの角速度を検出するようにしてもよい。

本発明の実施の形態を示すブロック図である。車両運動を説明する各軸の方向を示す図である。スピン抑制制御領域を示す線図である。スピン及びロール抑制制御を行なったときの各車両の操舵角の時間変化を示す線図である。スピン及びロール抑制制御を行なったときの各車両の横加速度の時間変化を示す線図である。スピン及びロール抑制制御を行なったときの各車両のロール角速度の時間変化を示す線図である。スピン及びロール抑制制御を行なったときの各車両のヨー角速度の時間変化を示す線図である。車両Ａ〜Ｃの走行中におけるスリップ角β及びスリップ角速度βｄの状態遷移図である。

符号の説明

１０角速度センサ
１２横加速度センサ
２２ソレノイドコイル

Claims

車速を検出する車速センサと、
車両鉛直上向きの軸を車両前方方向に所定角度傾けた軸回りの角速度、あるいは車両鉛直下向きの軸を車両後方方向に所定角度傾けた軸回りの角速度を検出する角速度センサと、
車体の横加速度を検出する横加速度センサ、あるいは操舵角を検出する操舵角センサと、
前記横加速度センサで検出された横加速度、あるいは前記操舵角センサで検出された操舵角と前記車速センサで検出された車速とに基づいて、車体のロール角速度を予測するロール角速度予測手段と、
ロール角速度が前記ロール角速度予測手段で予測されたロール角速度の予測値と一致していると仮定して、前記角速度センサで検出された角速度、前記ロール角速度の予測値、及び前記所定角度に基づいて、前記角速度センサで検出された角速度をヨー角速度の換算値に換算するヨー角速度換算手段と、
前記車速センサで検出された車速、前記ヨー角速度換算手段で換算されたヨー角速度の換算値、及び検出された前記横加速度あるいは前記操舵角に基づいて、車体を安定化させる安定化制御を行なう制御手段と、
を含むことを特徴とする車両安定化制御装置。
前記制御手段は、車速、横加速度、及びヨー角速度の換算値を用いて演算した車体スリップ角速度、該車体スリップ角速度から演算した車体スリップ角を用いてスピン抑制制御を行なう請求項１記載の車両安定化制御装置。
前記角速度センサは、以下の関係で表される前記角速度ωを検出する請求項１又は２記載の車両安定化制御装置。
ω＝ｐｓｉｎθ＋ｒｃｏｓθ
ただし、θは前記所定角度、ｒはヨー角速度、ｐはロール角速度である。
前記制御手段は、前記安定化制御として、スピン抑制のために前輪旋回外輪への制動力を付加するように制御する請求項１〜請求項３の何れか１項記載の車両安定化制御装置。