JP5103629B2 - 車両動作測定装置および、車両非正常動作防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、舵角検出機構を搭載することなく横滑りを検出できる車両動作測定装置、車両非正常動作防止装置およびドライブレコーダに関する。

近年、運転者支援をするために、横滑り測定装置が備えられた車両が提供されるようになっている。横滑り測定装置は横滑り発生の初期段階で当該横滑りを検出し運転操作を支援することができ、特に、降雪時や雨天時における事故の未然防止等に有効である。
従来、横滑りを検出技術として、加速度、ヨーレート、車体速度、舵角をパラメータとして横滑り角を算出する技術（車両用車輪スリップ角検出装置）が知られている（特開２０００−２５５９９参照）。
特許文献１の横滑り測定装置では、横滑り角の検出に舵角をパラメータの一つに採用している。ところが、舵角の検出には大掛かりな機構が必要となる。このため、横滑り測定装置は車両への搭載が希求されているにもかかわらず一般の車両には搭載されることは少ない。
ところで、運転履歴を記録して運転者に安全運転等の指標を提供し、あるいは万が一事故が発生した場合にその原因を明確にすることができるドライブレコーダも提供されるようになっている。
ドライブレコーダに、従来の横滑り測定装置を搭載することも着想し得ようが、この装置を搭載するためには、前述した舵角検出のための機構を搭載することになるため、ドライブレコーダ自体が大掛かりにならざるを得ない。

本発明の目的は、舵角検出機構を搭載することなく横滑りを検出できる車両動作測定装置、車両非正常動作防止装置およびドライブレコーダを提供することにある。
発明の概要
（１）車両の走行状態により変化する舵角以外の複数の走行時パラメータを検出する走行時パラメータ検出部と、
車両の走行状態によっては変化しない少なくとも１つの車両属性定数を取得する車両属性定数取得部と、
前記複数の走行時パラメータから選ばれる第１のパラメータの組と、前記車両属性定数のうち質量を含む少なくとも１つの定数と、から、
横すべり量仮推定関数、
β _E ＝Ｌ _r ×（γ／Ｖ）−（ｍ×Ｌ _f ／（２×Ｌ×Ｃ _r ））×ａ _y
γ：ヨーレート
ａ _y ：車両横加速度
Ｌ：前後車軸間距離
Ｌ _f ：車両重心から前輪車軸までの概略距離
Ｌ _r ：車両重心から後輪車軸までの概略距離
ｍ：車両重量
Ｃ _r ：コーナリングスティフネス値
により横すべり量仮推定値を演算する横すべり量仮推定部と、
前記複数の走行時パラメータから選ばれる第２のパラメータの組と、前記車両属性定数のうち質量を含まない少なくとも１つの定数とから、
横すべり量微分相当値関数、
β ^D ＝（ａ _y ／Ｖ）−γ
により前記横すべり量微分相当値を演算する横すべり量微分相当値演算部と、
前記横すべり量仮推定値と、前記横すべり量微分相当値とから横すべり量を本推定する横すべり量本推定部と、
を備えたことを特徴とする車両動作測定装置。
（２）車両の走行状態により変化する舵角以外の複数の走行時パラメータを検出する走行時パラメータ検出部と、
車両の走行状態によっては変化しない少なくとも１つの車両属性定数を取得する車両属性定数取得部と、
を備え横すべり量の推定を行う車両動作測定装置であって、
定常時のモデルから横滑り角β１を
β ₁ ＝Ｌ _r ×（γ／Ｖ）−（ｍ×Ｌ _f ／（２×Ｌ×Ｃ _r ））×ａ _y
γ：ヨーレート
ａ _y ：車両横加速度
Ｌ：前後車軸間距離
Ｌ _f ：車両重心から前輪車軸までの概略距離
Ｌ _r ：車両重心から後輪車軸までの概略距離
ｍ：車両重量
Ｃ _r ：コーナリングスティフネス値
Ｖ：車両速度
より推定する横滑り角推定部と、
当該横滑り角推定部の出力β₁に第１フィルタ処理を行う第１フィルタを備えた定常時処理系と、
横滑り角速度ｄβ／ｄｔを検出する横滑り角速度検出部と、当該横滑り角速度算出部の出力を積分しこの積分値β₂、
β ₂ ＝∫（ｄβ／ｄｔ）ｄｔ
に第２フィルタ処理を行う第２フィルタを備えた横滑り時処理系と、
を備え、
前記第１フィルタがローパスフィルタ〔１／（１＋Ｇ _s ）〕、第２フィルタがハイパスフィルタ〔Ｇ _s ／（１＋Ｇ _s ）〕で表され、
前記両処理系の出力を加算し、横滑り角の測定値が、
〔１／（１＋Ｇ _s ）〕β ₁ ＋〔Ｇ _s ／（１＋Ｇ _s ）〕β ₂ であることを特徴とする車両動作測定装置を特徴とする車両動作測定装置。
（３）（２）に記載の車両動作測定装置と横滑り防止制御手段を備え、前記横滑り防止制御手段（典型的にはプロセッサ等のハードウェアとＲＯＭ等に格納されたソフトウェア（プログラム）とからなる）は前記横滑り角の測定結果に応じて、ブレーキ信号を生成しブレーキシステムに送出することを特徴とする車両非正常動作防止装置。

本発明の車両動作測定装置の第１実施形態（横滑り測定装置）を示すブロック図である。 図１の車両動作測定装置の第１実施形態を説明するための車両図である。 図１の車両動作測定装置の具体例を示す説明図である。 図１の車両動作測定装置のより詳細な具体例を示す説明図である。 図１の車両動作測定装置を搭載したドライブレコーダを示す説明図である。 本発明の車両動作測定装置の第２実施形態（横滑り測定装置）を示すブロック図である。 図６の第２実施形態の実測結果を示す図である。 図６の第２実施形態の実測結果を示す図である。 図６の第２実施形態の実測結果を示す図である。 図６の第２実施形態の実測結果を示す図である。 本発明の車両動作測定装置の第３実施形態（転倒危険度測定装置）を示すブロック図である。

発明の効果
本発明では、走行時パラメータと、車両属性定数のうち少なくとも質量を含む１つまたは複数の定数とから横すべり量仮推定値を演算するとともに、走行時パラメータと、車両属性定数のうち質量を含まない定数とから横すべり量微分相当値を演算し、これらの横すべり量仮推定値と横すべり量微分相当値とから、横滑り量を求めるようにした。
また、本発明では、定常時動作における制御と横滑り発生時における制御とを連続関数（１つの式で表された伝達関数）により遷移させるようにしたので、定常時と横滑り発生時との中間（たとえば小規模な横滑り発生時）においても適切な制御をすることができる。
これにより、舵角検出機構を搭載することなく横滑り量を推定できる。すなわち、低コストかつ簡易な構成により横滑りを測定できる。

〔第１実施形態〕
図１は本発明の車両動作測定装置（横滑り防止装置）の第１実施形態を示すブロック図である。
図１において、横滑り測定装置１は、走行時パラメータ検出部１１と、車両属性定数取得部１２と、横すべり量仮推定部１３と、横すべり量微分相当値演算部１４と、横すべり量本推定部１５とからなる。
また、各パラメータの説明を補助するための車両図を図２に示す。
図２において、車両２は、前輪を符号２１で、前輪車軸を符号２２で、後輪を２３で、後輪車軸を符号２４で、重心を符号２５でそれぞれ示してある。
また、重心から前輪車軸２２までの距離をＬ_fで、重心２５から後輪車軸までの距離をＬ_rで、前輪車軸２２と後輪車軸２４との距離をＬで、車両重量をｍでそれぞれ示し、車両２の進行方向をｘで、横方向をｙで示してある。
走行時パラメータ検出部１１は、車両の走行状態により変化する舵角以外の複数の走行時パラメータを検出する。
走行時パラメータは、ヨーレートγ、車両速度Ｖ、後輪車軸横方向加速度ａ_r（または車両横加速度ａ_y）、コーナリングスティフネス値Ｃ_r等である。
図１では走行時パラメータのうち横すべり量仮推定部１３に送出される第１のパラメータの組をＤＰ１で示し、横すべり量微分相当値演算部１４に送出される第１のパラメータの組をＤＰ２で示してある。
車両属性定数取得部１２は、車両の走行状態によっては変化しない少なくとも１つの車両属性定数を取得する。
車両属性定数ＶＣは、車両重量ｍ、重心から前輪車軸までの距離Ｌ_f、重心から後輪車軸までの距離Ｌ_r、である。
図１では車両属性定数のうち横すべり量仮推定部１３に送出される定数をＶＣ１で示し、横すべり量微分相当値演算部１４に送出される定数をＶＣ２で示してある。
横すべり量仮推定部１３は、走行時パラメータ（複数の走行時パラメータから選ばれる第１のパラメータの組ＤＰ１と、第２のパラメータの組ＤＰ２とからなる）と、車両属性定数ＶＣのうち少なくとも質量ｍを含む１つまたは複数の定数（これらの定数については後述する）と、から横すべり量仮推定値β_Eを演算する。
横すべり量微分相当値演算部１４は、走行時パラメータと、車両属性定数のうち質量ｍを含まない（またはコーナリングスティフネス値Ｃ_r）を含まない定数とから横すべり量微分相当値β^Dを演算する。
横すべり量本推定部１５は、横すべり量仮推定値β_Eと、横すべり量微分相当値β^Dとから横すべり量Ｂ（ベータ）を本推定する。
横すべり量本推定部１５は、フィードバック系により構成することができ、たとえば、横すべり量仮推定部１３の出力（β_E）を後述する加算手段１５４を介して取り込みこれを微分する微分手段１５１と、横すべり量微分相当値演算部１４の出力（β^D）から微分手段１５１の出力（ｄβ_E／ｄｔ）を減算する減算手段１５２と、減算手段１５２の出力に所定のゲイン（Ｇ）を与えて微分手段１５１にフィードバックするフィードバック手段１５３と、横すべり量仮推定部１３の出力（β_E）にフィードバック手段１５３の出力Ｇ・（β^D−ｄβ_E／ｄｔ）を加算する加算手段１５４とにより構成することができる。
以下、図１の横滑り測定装置１のより詳細な構成を図３および図４により説明する。
図３において、横滑り測定装置１は車両２に搭載されており、走行時パラメータ検出部１１から、Ｖ，γ，ａ_r，ａ_y，Ｃ_rを取得する。
図３では、前処理部１６において、γ、ａ_r、ａ_yに含まれる雑音ν₁，ν₂，ν₃を、ローパスフィルタ（伝達関数１／（１＋τｓ））により除去している。
Ｃ_rは、定数と考えることもできるが、本実施形態では走行時パラメータの一つとしている。
実際には、雑音ν₁，ν₂，ν₃は仮想的にＶ，γ，ａ_r，ａ_yに含まれるが、図３では前処理部１６をモデル化して示し、雑音ν₁，ν₂，ν₃は仮想的にＶ，γ，ａ_r，ａ_yとは別に示してある。
また、横滑り測定装置１は、車両属性定数取得部１２から、ｍ，Ｌ，Ｌ_f，Ｌ_fを取得する。
横すべり量仮推定部１３は、横すべり量仮推定関数、
β_E＝Ｌ _r ×（γ／Ｖ）−（ｍ×Ｌ _f ／（２×Ｌ×Ｃ _r ））×ａ _r （１）
により横すべり量を仮推定することができる。ここでは、上述したＫ_１およびＫ_２を、
Ｋ_１＝Ｌ_r
Ｋ_２＝ｍＬ_f／（２×Ｌ×Ｃ_r）
としている。Ｌは、前後車軸間距離である。
ところで、後輪車軸横加速度ａ_rと、車両横加速度ａ_yとの間には、
ａ_r＝ａ_y−Ｌ_１×（ｄγ／ｄｔ） （２）
の関係があり、かつａ_y≫Ｌ_１×（ｄγ／ｄｔ）であるので、ａ_r≒ａ_yと近似できる。
したがって、（１）式は、
β_E＝Ｌ _r ×（γ／Ｖ）−（ｍ×Ｌ _f ／（２×Ｌ×Ｃ _r ））×ａ _y （３）
と表すことができる。
図３では横すべり量仮推定部１３は、（３）式を演算している。
横すべり量微分相当値演算部１４は、横すべり量微分相当値関数（幾何学的関数）、
β^D＝（ａ_y／Ｖ）−γ （４）
により横すべり量微分相当値を演算する。
図３では、フィードバック手段１５３の伝達関数Ｇは、定数（比例値）ｋとしてある。
伝達関数Ｇが定数ｋの場合には、たとえば、車両横加速度ａ_yにオフセットがあるようなときに、車両横加速度ａ_yが正確に測定できない（オフセット誤差が累積する）ことがある。
このため、図４に示すように、フィードバック手段１５３の伝達関数Ｇ（ｓ）として、周波数特性（たとえば、車両の固有振動周波数）や非線形特性を付加することでノイズを低減し推定精度を向上できる。
このようにゲインに周波数依存性を持たせることにより、オフセット誤差の累積等を除去することができ、推定精度が向上する。
本発明のドライブレコーダの実施形態を図５に示す。
図５において、ドライブレコーダ３は、ビデオカメラ３１と、映像保存部３２と、トリガー発生部３３と、前後加速度検出部３４と、横加速度検出部３５と、速度検出部３６と、横滑り測定部３７とからなる。
横加速度検出部３５と、速度検出部３６と、横滑り測定部３７とにより、図１から図４で述べた横滑り測定装置１の機能が奏される。
すなわち、トリガー発生部３３は、速度検出部３６や前後加速度検出部３４の検出結果に基づきトリガーを発生し、ビデオカメラ３１により撮影した、トリガー発生前後の所定時間の画像を映像保存部３２に保存する。また、トリガー発生部３３は、横滑り測定部３７の検出結果に基づきトリガーを発生し、ビデオカメラ３１により撮影した、トリガー発生前後の所定時間の画像を映像保存部３２に保存する。なお、図５では、撮影画像を所定時間一時的に保存するビデオバッファや、速度や加速度を記録する記憶部や、操作表示部は図示していない。
〔第２実施形態〕
図６は本発明の車両動作測定装置（横滑り測定装置）の第２実施形態を示すブロック図である。
図６において、車両の走行状態により変化する舵角以外の複数の走行時パラメータを検出する走行時パラメータ検出部と、車両の走行状態によっては変化しない少なくとも１つの車両属性定数を取得する車両属性定数取得部とを備えているが図示は省略してある。
図６において横滑り防止装置４は、定常時処理系４１と横滑り時処理系４２とからなる。
定常時処理系４１では、定常時のモデルから横滑り角β₁を推定する横滑り角推定部４１１と、当該横滑り角推定部の出力に第１フィルタ処理（定常時重視処理）を行う第１フィルタ４１２を備えている。
横滑り時処理系４２では、横滑り角速度ｄβ／ｄｔを検出する横滑り角速度検出部４２１と、当該横滑り角速度算出部の出力を積分する積分器４２２と、この積分値β₂に第２フィルタ処理（横滑り重視処理）を行うフィルタ４２３とを備えている。
なお図６には、定常時処理系４１における処理関数（（５）式）、横滑り時処理系４２における処理関数（（６）式）、加算器４３における処理結果（（７）式）を示す。
加算器４３は、定常時処理系４１と横滑り時処理系４２の出力を加算して横滑り角（《β》）を測定する。
なお、
β_１＝Ｌ _r ×（γ／Ｖ）−（ｍ×Ｌ _f ／（２×Ｌ×Ｃ _r ））×ａ _y
β_２＝∫（ｄβ／ｄｔ）ｄｔ
Ｌ：前後車軸間距離
Ｌ_f：車両重心から前輪車軸までの概略距離
Ｌ_r：車両重心から後輪車軸までの概略距離
ｍ：車両重量
Ｃ_r：コーナリングスティフネス値
Ｖ：車両速度
である（図２参照）。
本実施形態では、第１フィルタ４１２がローパスフィルタ〔１／（１＋Ｇ_s）〕、第２フィルタ４２２がハイパスフィルタ〔Ｇ_s／（１＋Ｇ_s）〕で表される。
したがって、横滑り角の測定値が、〔１／（１＋Ｇ_s）〕β₁＋〔Ｇ_s／（１＋Ｇ_s）〕β₂で表される。
図示はしないが、車両非正常動作防止装置は、車両動作測定装置と横滑り防止制御手段を備え、横滑り防止制御手段（典型的にはプロセッサ等のハードウェアとＲＯＭ等に格納されたソフトウェア（プログラム）とからなる）は横滑り角の測定結果に応じて、ブレーキ信号を生成しブレーキシステムに送出する。
なお、第１、第２実施形態の横滑り防止装置は、舵角センサを用いた従来型の横滑り防止装置と併用することもできる。
本実施形態の横滑り防止装置と、従来型の横滑り防止装置（舵角センサ）との測定結果を比較し、両測定結果が不一致のときには、横滑り防止装置による制御を禁止するようにできる。
また、舵角センサが故障していることを何らかの手段で検出した場合には、本発明による横滑り防止装置を優先して駆動するようにする、横滑り防止装置による制御を禁止するといった適宜の選択が可能である。
図７にタイヤ−路面間摩擦係数が０．４のときの実際値（実線）と演算値（破線）を波形図で示す。
図７（Ａ）は、定常時処理系４１の出力を示し、図７（Ｂ）に横滑り時処理系４２の出力を示し、図７（Ｃ）に加算器４３の出力を示す。また、図８にタイヤ−路面間摩擦係数が０．８のときの実際値（実線）と演算値（破線）を波形図で示す。
図８（Ａ）は、定常時処理系４１の出力を示し、図８（Ｂ）に横滑り時処理系４２の出力を示し、図８（Ｃ）に加算器４３の出力を示す。図７、図８では、
横加速度：分散値１×１０^-2（ｍ／ｓ²）²、オフセット値０．０５ｍ／ｓ²
ヨーレート：分散値１×１０^-4（ｒａｄ／ｓ）²、オフセット値０
とした。
図９に乾燥路面（μ＝０．８）で各パラメータＶ，ａ_y，γ，βの値を示し、図１０に低摩擦路面（μ＝０．３）で各パラメータＶ，ａ_y，γ，βの値を示す。
〔第３実施形態〕
図１１は本発明の車両動作測定装置（転倒危険度測定装置）の第３実施形態を示すブロック図である。
図６において、車両の走行状態により変化する舵角以外の複数の走行時パラメータを検出する走行時パラメータ検出部と、車両の走行状態によっては変化しない少なくとも１つの車両属性定数を取得する車両属性定数取得部とを備えているが図示は省略してある。
図１１では、走行時パラメータ検出部により検出された（Ａ）ロール角φ、またはロール角φおよびピッチ角θである第１走行時パラメータ、（Ｂ）前記第１走行時パラメータ以外の、少なくとも左右加速度ａ_y、上下加速度ａ_zを含む第２走行時パラメータβが転倒危険度演算部５１に入力される。
なお図１ではβは微分器５２により演算されその微分値も転倒危険度演算部５１に入力されている。
転倒危険度演算部５１は、第１走行時パラメータβおよび第２走行時パラメータ（φまたはφおよびθ）に基づき転倒危険度を演算する。
第２走行時パラメータβは、前方加速度ａ_xのヨーレートγの一方または双方をさらに含むことができる。
なお、本実施形態でも、車両非正常動作防止装置は、車両動作測定装置と横滑り防止制御手段を備え、前記横滑り防止制御手段（典型的にはプロセッサ等のハードウェアとＲＯＭ等に格納されたソフトウェア（プログラム）とからなる）は前記横滑り角の測定結果に応じて、ブレーキ信号を生成しブレーキシステムに送出することができる。
さらに、本実施形態の転倒危険度測定装置もドライブレコーダに搭載することができる。
図１１では、この演算はテーブル５４に書き込まれた各パラメータを参照して実行される。

Claims (3)

1. 車両の走行状態により変化する舵角以外の複数の走行時パラメータを検出する走行時パラメータ検出部と、
   車両の走行状態によっては変化しない少なくとも１つの車両属性定数を取得する車両属性定数取得部と、
   前記複数の走行時パラメータから選ばれる第１のパラメータの組と、前記車両属性定数のうち質量を含む少なくとも１つの定数と、から、
   横すべり量仮推定関数、
   β _E ＝Ｌ _r ×（γ／Ｖ）−（ｍ×Ｌ _f ／（２×Ｌ×Ｃ _r ））×ａ _y
   γ：ヨーレート
   ａ _y ：車両横加速度
   Ｌ：前後車軸間距離
   Ｌ _f ：車両重心から前輪車軸までの概略距離
   Ｌ _r ：車両重心から後輪車軸までの概略距離
   ｍ：車両重量
   Ｃ _r ：コーナリングスティフネス値
   により横すべり量仮推定値を演算する横すべり量仮推定部と、
   前記複数の走行時パラメータから選ばれる第２のパラメータの組と、前記車両属性定数のうち質量を含まない少なくとも１つの定数とから、
   横すべり量微分相当値関数、
   β ^D ＝（ａ _y ／Ｖ）−γ
   により前記横すべり量微分相当値を演算する横すべり量微分相当値演算部と、
   前記横すべり量仮推定値と、前記横すべり量微分相当値とから横すべり量を本推定する横すべり量本推定部と、
   を備えたことを特徴とする車両動作測定装置。
2. 車両の走行状態により変化する舵角以外の複数の走行時パラメータを検出する走行時パラメータ検出部と、
   車両の走行状態によっては変化しない少なくとも１つの車両属性定数を取得する車両属性定数取得部と、
   を備え横すべり量の推定を行う車両動作測定装置であって、
   定常時のモデルから横滑り角β１を
   β ₁ ＝Ｌ _r ×（γ／Ｖ）−（ｍ×Ｌ _f ／（２×Ｌ×Ｃ _r ））×ａ _y
   γ：ヨーレート
   ａ _y ：車両横加速度
   Ｌ：前後車軸間距離
   Ｌ _f ：車両重心から前輪車軸までの概略距離
   Ｌ _r ：車両重心から後輪車軸までの概略距離
   ｍ：車両重量
   Ｃ _r ：コーナリングスティフネス値
   Ｖ：車両速度
   より推定する横滑り角推定部と、
   当該横滑り角推定部の出力β₁に第１フィルタ処理を行う第１フィルタを備えた定常時処理系と、
   横滑り角速度ｄβ／ｄｔを検出する横滑り角速度検出部と、当該横滑り角速度算出部の出力を積分しこの積分値β₂、
   β ₂ ＝∫（ｄβ／ｄｔ）ｄｔ
   に第２フィルタ処理を行う第２フィルタを備えた横滑り時処理系と、
   を備え、
   前記第１フィルタがローパスフィルタ〔１／（１＋Ｇ _s ）〕、第２フィルタがハイパスフィルタ〔Ｇ _s ／（１＋Ｇ _s ）〕で表され、
   前記両処理系の出力を加算し、横滑り角の測定値が、
   〔１／（１＋Ｇ _s ）〕β ₁ ＋〔Ｇ _s ／（１＋Ｇ _s ）〕β ₂ であることを特徴とする車両動作測定装置を特徴とする車両動作測定装置。
3. 請求項２に記載の車両動作測定装置と横滑り防止制御手段を備え、前記横滑り防止制御手段は前記横滑り角の測定結果に応じて、ブレーキ信号を生成しブレーキシステムに送出することを特徴とする車両非正常動作防止装置。

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