JP4926502B2 - 車両の安定性評価装置、及び、この安定性評価装置に基づいて運転支援を行う車両の運転支援制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のロールオーバーを精度良く評価し、ドライバに対する警報やサスペンション特性の可変を行う車両の安定性評価装置、及び、この安定性評価装置に基づいて運転支援を行う車両の運転支援制御装置に関する。

一般に、車両においては、旋回中、車体がロールする。このため、特に重心位置が高い車両においては、ロールが大きい場合、重心の横移動量が増えるために車体が不安定となりロールオーバーを招く虞がある。

例えば、特開２００１−２６０７８６号公報では、車両のロール角及びロール角速度をパラメータとする二次元マップ上に閾値ラインを設定し、車両の実際のロール角及びロール角速度の履歴ラインが閾値ラインを原点側の非横転領域から反原点側の横転領域に横切ったときに車両が横転する可能性があると判定する技術が開示されている。尚、この技術では、ロール角はロール角速度センサを積分することにより求め、また、閾値ラインは、車両の重心位置に作用する合力の方向に応じて可変される。
特開２００１−２６０７８６号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示される技術では、ロール角とロール角速度のみで車両の安定性を評価するのみであり、実際の重心の横移動量を考慮して車両の安定性を評価するものではないため、正確なロールオーバーの評価ができないという問題がある。すなわち、たとえロール角が大きくなっても重心の横移動量が変化しなければ、車両の安定性は十分確保できる場合があり、これとは逆に、ロール角が小さくても重心の横移動量が大きくなれば車両が不安定となる。また、上述の特許文献１では、ロール角をロール角速度センサを積分することにより求めているため、積分による誤差の累積が生じ、正確なロール角が求められなくなる虞もある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両の安定性の評価を適切に行うことが出来ると共に、ロール角を正確に求めることができ、車両の重心の横移動量を基に精度良く車両の安定性の評価を行うことができる車両の安定性評価装置、及び、この安定性評価装置に基づいて運転支援を行う車両の運転支援制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、車両の各車輪に作用する力をそれぞれ検出する作用力検出手段と、車両の横加速度を車両ロール時の重力成分を含んで検出する横加速度検出手段と、上記作用力検出手段によって検出された各車輪の横力を合計した横力合計値と、上記横加速度とに基づき、車両のロール角を演算するロール角演算手段と、少なくとも上記作用力と上記ロール角を基に車両の重心の横移動量を演算する重心横移動量演算手段と、上記重心横移動量の時間変化率を演算し、該変化率と上記重心横移動量の関係で、上記重心横移動量の絶対値が大きいほど、また、上記重心横移動量の時間変化率の絶対値が大きいほど、車両の安定性が不安定と評価する安定性評価手段とを備えた。

本発明による車両の安定性評価装置、及び、この安定性評価装置に基づいて運転支援を行う車両の運転支援制御装置によれば、車両の安定性の評価を適切に行うことが出来ると共に、ロール角を正確に求めることができ、車両の重心の横移動量を基に精度良く車両の安定性の評価を行うことが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図４は本発明の実施の第１形態を示し、図１は車両用運転支援装置の全体を示す機能ブロック図、図２は運転支援プログラムのフローチャート、図３はロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャート、図４はロール角、重心横移動量、ロール軸高さ、ＤＳＦ導出の関係説明図である。

図１において、符号１は車両用運転支援装置を示し、この車両用運転支援装置１のメイン制御部２には、車両の横加速度Ｇｙを検出する横加速度センサ１１、４輪それぞれに作用する力（４輪の横方向に作用する力Ｆyfl、Ｆyfr、Ｆyrl、Ｆyrr、上下方向に作用する力Ｆzfl、Ｆzfr、Ｆzrl、Ｆzrr）を検出する作用力検出手段としてのタイヤ作用力センサ１２fl、１２fr、１２rl、１２rrが接続されている。

上述のタイヤ作用力センサ１２fl、１２fr、１２rl、１２rrは、例えば、特開平９−２２４０号公報に開示されるセンサであり、４輪に作用する上述の各力（横方向に作用する力Ｆyfl、Ｆyfr、Ｆyrl、Ｆyrr、上下方向に作用する力Ｆzfl、Ｆzfr、Ｆzrl、Ｆzrr）をそれぞれのアクスルハウジングに生じる変位量に基づき検出するものである。

そして、メイン制御部２は、後述の運転支援プログラムに従って、横加速度Ｇｙ、４輪の横方向に作用する力Ｆyfl、Ｆyfr、Ｆyrl、Ｆyrr、上下方向に作用する力Ｆzfl、Ｆzfr、Ｆzrl、Ｆzrrに基づき、ロール角φｙを演算し、少なくともロール角φｙを基に車両の重心横移動量Δｙを演算して、この重心横移動量Δｙを基に車両の安定性を評価し、必要に応じて警報制御部１３、又は、アクティブサスペンション制御部１４に信号を出力して作動させるようになっている。

警報制御部１３は、警報手段としてのものであり、例えば、インストルメントパネル（図示せず）内に設けたアラーム用のＬＥＤを点灯させることにより行うようになっており、他に、ブザー、音声警告等の公知の警報装置により警報を行うものであっても良い。

また、アクティブサスペンション制御部１４は、サスペンション可変手段としてのものであり、例えば、ロールオーバー傾向の際に、旋回内側のサスペンションを旋回外側のサスペンションより柔らかめに設定する、いわゆる公知のアクティブサスペンションである。また、こうしたアクティブサスペンションに限定することなく、スタビライザの剛性を油圧により変えたり、或いは、電磁式のアクティブダンパ等によりロール剛性を可変するものであっても良い。

メイン制御部２は、図１に示すように、４輪横力合計値演算部２ａ、左側上下力合計値演算部２ｂ、右側上下力合計値演算部２ｃ、ロール角演算部２ｄ、重心横移動量演算部２ｅ、評価処理部２ｆから主要に構成されている。

４輪横力合計値演算部２ａは、タイヤ作用力センサ１２fl、１２fr、１２rl、１２rrから４輪の横方向に作用する力Ｆyfl、Ｆyfr、Ｆyrl、Ｆyrrが入力され、以下の（１）式により、４輪横力合計値Ｆｙを演算し、ロール角演算部２ｄ、重心横移動量演算部２ｅに出力する。
Ｆｙ＝Ｆyfl＋Ｆyfr＋Ｆyrl＋Ｆyrr …（１）

左側上下力合計値演算部２ｂは、タイヤ作用力センサ１２fl、１２rlから左側車輪の上下方向に作用する力Ｆzfl、Ｆzrlが入力され、以下の（２）式により、左側上下力合計値Ｆzlを演算し、重心横移動量演算部２ｅに出力する。
Ｆzl＝Ｆzfl＋Ｆzrl …（２）

右側上下力合計値演算部２ｃは、タイヤ作用力センサ１２fr、１２rrから右側車輪の上下方向に作用する力Ｆzfr、Ｆzrrが入力され、以下の（３）式により、右側上下力合計値Ｆzrを演算し、重心横移動量演算部２ｅに出力する。
Ｆzr＝Ｆzfr＋Ｆzrr …（３）

ロール角演算部２ｄは、横加速度センサ１１から横加速度Ｇｙが入力され、４輪横力合計値演算部２ａから４輪横力合計値Ｆｙが入力される。

図４（ａ）に示すように、車両が旋回中にロールした場合、横加速度センサ１１の出力値には、重力成分が含まれてしまうため、実際の横加速度よりも大きな値となる。そこで、タイヤ作用力センサ１２fl、１２fr、１２rl、１２rrからの横方向に作用する力Ｆyfl、Ｆyfr、Ｆyrl、Ｆyrrに基づいて、実際の横加速度（４輪横力合計値Ｆｙ）を求め（４輪横力合計値演算部２ａでの処理）、横加速度センサ１１からの横加速度Ｇｙとの比から、ロール角φｙを推定する。すなわち、このロール角演算部２ｄは、ロール角演算手段として設けられるもので、車両の質量をｍとすると、
φｙ＝arccos（Ｆｙ／（ｍ・Ｇｙ）） …（４）

重心横移動量演算部２ｅは、４輪横力合計値演算部２ａから４輪横力合計値Ｆｙが、左側上下力合計値演算部２ｂから左側上下力合計値Ｆzlが、右側上下力合計値演算部２ｃから右側上下力合計値Ｆzrが、ロール角演算部２ｄからロール角φｙが入力される。そして、以下の（７）式により、重心横移動量Δｙを演算し、評価処理部２ｆに出力する。

すなわち、図４（ｂ）、図４（ｃ）におけるロール軸周りのロールモーメントの釣り合いは、以下の（５）式により表せる。

ｍ・（ｈ−ρ）・Ｇｙ・cosφｙ＋ｍ・ｇ・Δｙ
＝（Ｆzr−Ｆzl）・（ｄ／２） …（５）
ここで、ｈは重心高さ、ρはロール軸高さ、ｇは重力加速度、ｄはトレッド長さである。

また、ロール角φｙが小さい時には以下の関係が成り立つ。

（ｈ−ρ）・φｙ＝Δｙ …（６）

従って、重心横移動量Δｙは、上述の（４）、（５）、（６）式から以下の（７）式により演算できる。
Δｙ＝（φｙ・ｄ・（Ｆzr−Ｆzl））／（２・（ｍ・ｇ・φｙ＋Ｆｙ）） …（７）

尚、ロール軸高さρは、以下の（８）式により演算される。
ρ＝ｈ−（（ｄ・（Ｆzr−Ｆzl））／（２・（ｍ・ｇ・φｙ＋Ｆｙ））） …（８）

すなわち、重心横移動量演算部２ｅは、重心横移動量演算手段として設けられている。

評価処理部２ｆは、重心横移動量演算部２ｅから重心横移動量Δｙが入力される。そして、重心横移動量Δｙを基に、現在走行中における動的な安定性を評価する動的安定性評価値ＤＳＦ（後述する）を演算し、この動的安定性評価値ＤＳＦの値に応じて車両の安定性を評価し、車両がロールオーバー傾向であると評価した場合には警報制御部１３に信号を出力して、ドライバに警報し、速度低下や、旋回半径を大きくするような運転操作を促す。そして更に、このロールオーバー傾向が予め設定しておいた時間（例えば、１秒以上）継続する場合には、アクティブサスペンション制御部１４に信号を出力し、旋回内側のサスペンションを旋回外側のサスペンションより柔らかめに設定させる。

動的安定性評価値ＤＳＦは、車両が静止した状態における静的な安定性を評価する静的安定性評価値ＳＳＦに対応して設定し演算するものであり、静的安定性評価値ＳＳＦとは、例えば、ＮＨＴＳＡ（米国高速道路***）が定めるＳＳＦ（Static Stability Factor）であって、以下の（９）式により定義付けられている。

ＳＳＦ＝ｄ／（２・ｈ） …（９）

上述の静的安定性評価値ＳＳＦに対し、走行中の重心横移動量Δｙの変化を考慮して、以下の（１０）式を動的安定性評価値ＤＳＦとして定義する。
ＤＳＦ＝（ｄ−２・Δｙ）／（２・ｈ） …（１０）
ここで、ｄ−２・Δｙ＝ｄ´とおくと、ＤＳＦ＝ｄ´／（２・ｈ）となり、図４（ｃ）に示すように、静的安定性評価値ＳＳＦと比較できる。

そして、本実施の第１形態においては、この動的安定性評価値ＤＳＦが、静的安定性評価値ＳＳＦを基に予め定める設定値（ＳＳＦ・ｋ１；ｋ１は例えば０．９）を下回った場合に車両がロールオーバー傾向であると評価するようになっている。このように、評価処理部２ｆは、安定性評価手段、及び、作動手段として設けられている。

次に、車両用運転支援装置１のメイン制御部２で実行される運転支援プログラムを、図２のフローチャートで説明する。このプログラムは所定時間毎に実行され、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、必要なパラメータが読み込まれる。

次いで、Ｓ１０２に進み、ロール角演算部２ｄは、前述の（４）式により、ロール角φｙを演算する。

次いで、Ｓ１０３に進み、重心横移動量演算部２ｅは、前述の（７）式により、重心横移動量Δｙを演算する。

次に、Ｓ１０４に進むと、後述の図３に示す、ロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャートに従って、ロールオーバーの評価処理を行い、ロールオーバー評価フラグＦｌの設定を行う。このロールオーバー評価フラグＦｌは、ロールオーバー傾向にある際に「１」にセットされ、それ以外の場合は「０」にクリアされるフラグとなっている。

そして、Ｓ１０５に進み、ロールオーバー評価フラグＦｌがセットされている（Ｆｌ＝１）か否か判定し、Ｆｌ＝１の場合は、Ｓ１０６に進んで警報制御部１３に作動信号を出力して、ドライバに警報し、速度低下や、旋回半径を大きくするような運転操作を促す。

そして、更にＳ１０７に進み、Ｆｌ＝１となっている時間が設定時間（例えば、１秒間）継続したか否か判定し、継続した場合は、Ｓ１０８に進んで、アクティブサスペンション制御部１４に信号を出力し、旋回内側のサスペンションを旋回外側のサスペンションより柔らかめに設定させる。

一方、Ｓ１０５で、Ｆｌ＝０の場合は、警報制御部１３を作動させることもなく、また、アクティブサスペンション制御部１４を作動させることもなく、そのままプログラムを抜ける。

また、Ｓ１０７で、Ｆｌ＝１が設定時間継続していない場合は、警報制御部１３のみとし、アクティブサスペンション制御部１４を作動させることはせず、そのままプログラムを抜ける。

次に、図３は、上述のＳ１０４で実行されるロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャートであり、まず、Ｓ２０１で、前述の（９）式により、静的安定性評価値ＳＳＦを演算する。

次いで、Ｓ２０２に進み、前述の（１０）式により、動的安定性評価値ＤＳＦを演算する。

次いで、Ｓ２０３に進み、動的安定性評価値ＤＳＦが、静的安定性評価値ＳＳＦを基に予め定める設定値（ＳＳＦ・ｋ１；ｋ１は例えば０．９）を下回っているか否か判定し、下回っている場合は、ロールオーバー傾向にあると判定して、Ｓ２０４に進んでロールオーバー評価フラグＦｌをセット（Ｆｌ＝１）し、逆に、上回っている場合は、ロールオーバー傾向にないと判定して、Ｓ２０５に進んでロールオーバー評価フラグＦｌをクリア（Ｆｌ＝０）する。

そして、Ｓ２０６に進んで、Ｓ２０４、或いは、Ｓ２０５で設定したロールオーバー評価フラグＦｌを出力してルーチンを抜ける。

このように、本発明の実施の第１形態によれば、ロール角φｙをタイヤ作用力センサ１２fl、１２fr、１２rl、１２rrからの横方向に作用する力Ｆyfl、Ｆyfr、Ｆyrl、Ｆyrr、横加速度センサ１１からの横加速度Ｇｙに基づいて演算するため、誤差のない正確な値が求められる。

そして、このロール角φｙを基に重心横移動量Δｙを演算し、この重心横移動量Δｙを基に動的安定性評価値ＤＳＦを演算して、静的安定性評価値ＳＳＦと比較し、ロールオーバー評価を行うようになっているので、自然で精度の良いロールオーバー評価が行える。

このロールオーバー評価の結果で、ロールオーバー傾向にある場合は、警報制御部１３に信号を出力して、ドライバに警報し、速度低下や、旋回半径を大きくするような運転操作を促し、更に、ロールオーバー傾向が継続する場合にはアクティブサスペンション制御部１４に信号を出力して車両安定性を良好に維持するようになっているので、車両の走行状態に応じた的確な運転支援が行える。

次に、図５は本発明の実施の第２形態による、ロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャートである。尚、本実施の第２形態は、ロールオーバー評価処理のみが前記実施の第１形態と異なり、他の構成、作用は前記第１形態と同様であるので図面、及び、詳しい説明は省略する。

すなわち、前記第１形態で説明した、Ｓ１０４におけるロールオーバー評価処理は、図５のフローチャートに示すように、まず、Ｓ３０１で、前述の（１０）式により、動的安定性評価値ＤＳＦを演算する。

そして、Ｓ３０２に進み、動的安定性評価値の時間あたりの減少量（ｄＤＳＦ／ｄｔ）が、予め設定しておいた閾値ｋ２よりも小さい（（ｄＤＳＦ／ｄｔ）＜−ｋ２）か否か（換言すれば、ＤＳＦの時間あたりの減少量が閾値ｋ２より大か否か；例えば、１００ｍｓあたりの動的安定性評価値ＤＳＦの減少量が０．１を超えているか否かを判定し、（ｄＤＳＦ／ｄｔ）＜−ｋ２の場合は、ロールオーバー傾向にあると判定して、Ｓ３０３に進んでロールオーバー評価フラグＦｌをセット（Ｆｌ＝１）し、逆に、（ｄＤＳＦ／ｄｔ）≧−ｋ２の場合は、ロールオーバー傾向にないと判定して、Ｓ３０４に進んでロールオーバー評価フラグＦｌをクリア（Ｆｌ＝０）する。

そして、Ｓ３０５に進んで、Ｓ３０３、或いは、Ｓ３０４で設定したロールオーバー評価フラグＦｌを出力してルーチンを抜ける。

このように、本発明の実施の第２形態によっても、前記第１形態と同様の効果を得ることができる。

次に、図６は本発明の実施の第３形態による、ロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャートである。尚、本実施の第３形態は、ロールオーバー評価処理のみが前記実施の第１形態と異なり、他の構成、作用は前記第１形態と同様であるので図面、及び、詳しい説明は省略する。

すなわち、前記第１形態で説明した、Ｓ１０４におけるロールオーバー評価処理は、図６のフローチャートに示すように、まず、Ｓ４０１で、前述の（１０）式により、動的安定性評価値ＤＳＦを演算する。

そして、Ｓ４０２に進み、動的安定性評価値ＤＳＦが、予め設定しておいた閾値ｋ３よりも小さい（ＤＳＦ＜ｋ３）か否かを判定し、ＤＳＦ＜ｋ３の場合は、ロールオーバー傾向にあると判定して、Ｓ４０３に進んでロールオーバー評価フラグＦｌをセット（Ｆｌ＝１）し、逆に、ＤＳＦ≧ｋ３の場合は、ロールオーバー傾向にないと判定して、Ｓ４０４に進んでロールオーバー評価フラグＦｌをクリア（Ｆｌ＝０）する。

そして、Ｓ４０５に進んで、Ｓ４０３、或いは、Ｓ４０４で設定したロールオーバー評価フラグＦｌを出力してルーチンを抜ける。

このように、本発明の実施の第３形態によっても、前記第１形態と同様の効果を得ることができる。

次に、図７、及び、図８は本発明の実施の第４形態を示し、図７はロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャート、図８は重心横移動量と重心横移動量の時間変化率の関係に応じて設定する評価値の説明図である。尚、本実施の第４形態は、ロールオーバー評価処理のみが前記実施の第１形態と異なり、他の構成、作用は前記第１形態と同様であるので図面、及び、詳しい説明は省略する。

すなわち、前記第１形態で説明した、Ｓ１０４におけるロールオーバー評価処理は、図７のフローチャートに示すように、まず、Ｓ５０１で、重心横移動量Δｙと重心横移動量変化率（ｄΔｙ／ｄｔ）のそれぞれの値の絶対値を基に、マップを参照し、評価値ＭＲを設定する。このマップは、例えば、図８に示すように、重心横移動量Δｙと重心横移動量変化率（ｄΔｙ／ｄｔ）との絶対値が決定されると、評価値ＭＲが決定される３次元マップとなっており、重心横移動量Δｙの絶対値が大きい領域ほど、又は、重心横移動量変化率（ｄΔｙ／ｄｔ）の絶対値が大きい領域ほど、評価値ＭＲが大きな値に設定されるようになっている。そして、境界Ｓｌで分けられる評価値ＭＲの大きな部分の領域（図８中の斜線で示す領域）の部分が不安定領域として設定され、評価値ＭＲの小さな部分の領域が安定性を有する領域として形成されている。

図８では、重心横移動量の絶対値が｜Δｙ｜１で、重心横移動量変化率の絶対値が｜ｄΔｙ／ｄｔ｜１の際に設定される評価値ＭＲ１は安定領域に存在し、重心横移動量の絶対値が｜Δｙ｜２で、重心横移動量変化率の絶対値が｜ｄΔｙ／ｄｔ｜２の際に設定される評価値ＭＲ２は不安定領域に存在する例を示す。

次に、Ｓ５０２に進み、Ｓ５０１で設定した評価値ＭＲが不安定領域に有るか否か判定し、評価値ＭＲが不安定領域に有る場合には、Ｓ５０３に進んでロールオーバー評価フラグＦｌをセット（Ｆｌ＝１）し、逆に、不安定領域に無い場合は、Ｓ５０４に進んでロールオーバー評価フラグＦｌをクリア（Ｆｌ＝０）する。

そして、Ｓ５０５に進んで、Ｓ５０３、或いは、Ｓ５０４で設定したロールオーバー評価フラグＦｌを出力してルーチンを抜ける。

このように、本発明の実施の第４形態によっても、前記第１形態と同様の効果を得ることができる。

尚、上述の各実施形態では、警報制御部１３とアクティブサスペンション制御部１４の両方を有した例で説明しているが、どちらか一方のみ有するものであっても良い。

本発明の実施の第１形態による、車両用運転支援装置の全体を示す機能ブロック図 同上、運転支援プログラムのフローチャート 同上、ロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャート 同上、ロール角、重心横移動量、ロール軸高さ、ＤＳＦ導出の関係説明図 本発明の実施の第２形態による、ロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャート 本発明の実施の第３形態による、ロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャート 本発明の実施の第４形態による、ロールオーバー評価処理ルーチンのフローチャート 同上、重心横移動量と重心横移動量の時間変化率の関係に応じて設定する評価値の説明図

符号の説明

１ 車両用運転支援装置
２ メイン制御部
２ａ ４輪横力合計値演算部
２ｂ 左側上下力合計値演算部
２ｃ 右側上下力合計値演算部
２ｄ ロール角演算部（ロール角演算手段）
２ｅ 重心横移動量演算部（重心横移動量演算手段）
２ｆ 評価処理部（安定性評価手段、作動手段）
１１ 横加速度センサ
１２fl、１２fr、１２rl、１２rr タイヤ作用力センサ（作用力検出手段）
１３ 警報制御部（警報手段）
１４ アクティブサスペンション制御部（サスペンション可変手段）

Claims (2)

1. 車両の各車輪に作用する力をそれぞれ検出する作用力検出手段と、
   車両の横加速度を車両ロール時の重力成分を含んで検出する横加速度検出手段と、
   上記作用力検出手段によって検出された各車輪の横力を合計した横力合計値と、上記横加速度とに基づき、車両のロール角を演算するロール角演算手段と、
   少なくとも上記作用力と上記ロール角を基に車両の重心の横移動量を演算する重心横移動量演算手段と、
   上記重心横移動量の時間変化率を演算し、該変化率と上記重心横移動量の関係で、上記重心横移動量の絶対値が大きいほど、また、上記重心横移動量の時間変化率の絶対値が大きいほど、車両の安定性が不安定と評価する安定性評価手段と、
   を備えたことを特徴とする車両の安定性評価装置。
2. 上記請求項１記載の車両の安定性評価装置による上記安定性評価手段での評価結果に基づいて、警報手段とサスペンション可変手段の少なくとも一方の作動手段を作動させることを特徴とする車両の運転支援制御装置。

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