JPH05278624A

JPH05278624A - 車両旋回状態推定装置

Info

Publication number: JPH05278624A
Application number: JP11211092A
Authority: JP
Inventors: Akira Tanaka; 亮田中
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-04-03
Filing date: 1992-04-03
Publication date: 1993-10-26
Anticipated expiration: 2015-09-11
Also published as: JP3087441B2

Abstract

(57)【要約】【目的】路面の摩擦係数の如何を問わず、車両がスピン
状態にあるか否かを精度よく推定する。【構成】車体スリップ角センサにより検出された車体ス
リップ角βがしきい値β_th以上となり（Ｓ１，Ｓ２）、
かつ、そのときから短い時間が経過するまでの間にヨー
レートγの、一定微小時間当たりの変化分Δγがしきい
値Δγ_th以上となった場合には、車両が現在スピン状態
にあるから後輪舵角制御の制御特性を通常より安定側に
変更する必要があることを示すフラグＦをセットする
（Ｓ４〜Ｓ１２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両の旋回状態を推定す
る装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車両の旋回状態を推定する手法として例
えば次のようなものが既に知られている。それは、特開
平２−１８９２１４号公報に記載されているように、
車両重心点における横加速度の減少率が大きくなったと
きに車両がスピン状態に陥ったと推定する手法や、車
体のヨーレートの増加率が大きくなったときに車両がス
ピン状態に陥ったと推定する手法である。なお、ここに
おける「スピン状態」なる概念は、狭義のスピン状態の
みならずドリフトアウト状態をも含む概念である。

【０００３】横加速度の減少率とヨーレートの増加率と
のいずれかのみからスピン判定を行う場合には、その精
度を十分には高めることができない。そのため、同公報
には、横加速度の減少率とヨーレートの増加率との双方
からスピン判定を行う手法も記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このスピン判定手法
は、車両がスピンし始めると、車体の自転運動が活発に
なってヨーレートが素早く増加し始めるとともに、車両
が定常円旋回軌跡から旋回外側に逸脱して横加速度が素
早く減少し始めるという物理現象に着目して、ヨーレー
ト変化速度と横加速度変化速度とに基づいてスピン判定
を行うものであると推定される。

【０００５】しかし、横加速度の変化速度は、車両がス
ピンする路面の摩擦係数の如何によって異なり、具体的
には、車両の横加速度は、雪路，氷路等の低μ路ではア
スファルト路等の高μ路ほどには顕著に変化しない。そ
のため、この従来の手法を用いる場合には、特に低μ路
上で正しいスピン判定を行うことができない。

【０００６】このように、ヨーレート変化速度と横加速
度変化速度との双方から旋回状態を推定する従来の手法
には、常に正しい推定を行うことができるとは限らない
という問題があるのであり、本発明はこの問題を解決す
ることを課題として為されたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の要旨は、図１に示すように、(a) 車体のヨー
レートの実際値の変化速度を取得するヨーレート変化速
度取得手段１と、(b)車両重心点における車体スリップ
角の実際値を取得する車体スリップ角取得手段２と、
(c) 取得されたヨーレート変化速度と車体スリップ角と
に基づき、車両の旋回状態を推定する旋回状態推定手段
３とを含む車両旋回状態推定装置を提供することにあ
る。

【０００８】なお、本発明における「ヨーレート変化速
度取得手段１」は例えば、車体のヨーレートをヨーレ
ートセンサによって直接検出し、それの時間微分値とし
てヨーレート変化速度を取得する方式としたり、車両
の左右車輪の車輪速度の差を左右車輪のトレッドで割り
算することによって車体のヨーレートを間接に取得し、
それの時間微分値としてヨーレート変化速度を取得する
方式としたり、車体にそれの前後方向に離れて２個の
横加速度センサを配置し、それぞれの検出結果相互の関
係に基づいてヨーレート変化速度を取得する方式とする
ことができる。

【０００９】また、本発明における「車体スリップ角取
得手段２」は例えば、車体に前後方向と横方向とにお
いてそれぞれドップラ式速度センサを設けて２個の検出
結果相互の関係に基づいて車体スリップ角を取得する方
式としたり、車両の平面運動に関して成立する運動方
程式であって、 β＝∫（Ｇ_Y／Ｖ−γ）dt なる式（ただし、β：車体スリップ角，Ｇ_Y：車両重心
点における横加速度，Ｖ：車速，γ：ヨーレート）を用
いて車体スリップ角を取得する方式としたり、車両の
平面運動に関して成立する現代制御理論に基づくオブザ
ーバを用いて車体スリップ角を取得する方式とすること
ができる。なお、オブザーバを用いて車体スリップ角を
取得する方式の一例は、本出願人の特願平４−２０５９
２号明細書，特願平４−３２５７８号明細書等に記載さ
れている。

【００１０】また、本発明における「旋回状態推定手段
３」は例えば、車体スリップ角の絶対値が正のしきい値
以上であり、かつ、ヨーレート変化速度の絶対値も正の
しきい値以上である場合に、車両がスピン状態にあると
推定するものとすることができる。

【００１１】

【作用】車両が例えばスピンし始めると、車体の自転運
動が活発になってヨーレートが素早く増加し始めるとと
もに、車体の向きが進行方向からやや大きく外れて車体
スリップ角が大きくなる。この車体スリップ角は車体の
横加速度のように路面の摩擦係数の影響を強く受けるこ
とはなく、車両の旋回状態をより正確に反映する車両運
動状態量の一つである。

【００１２】そのような事実に基づき、本発明に係る車
両旋回状態推定装置においては、ヨーレート変化速度取
得手段１によりヨーレート変化速度が取得され、車体ス
リップ角取得手段２により車体スリップ角が取得され、
旋回状態推定手段３により、それらヨーレート変化速度
と車体スリップ角とに基づいて旋回状態が推定される。

【００１３】

【発明の効果】そのため、本発明によれば、車両が高μ
路上にあるか低μ路上にあるかを問わず、車両の旋回状
態を精度よく推定することができるという効果が得られ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例である車両旋回状態
推定装置を含む後輪舵角制御システムを図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１５】後輪舵角制御システムは図２に示すよう
に、旋回状態推定コンピュータ１０と後輪舵角制御コン
ピュータ１２とを備えている。

【００１６】旋回状態推定コンピュータ１０は、それの
入力部において、車体のヨーレートを検出するヨーレー
トセンサ２０と超音波ドップラ方式の車体スリップ角セ
ンサ２２とに接続され、一方、出力部において、後輪舵
角制御コンピュータ１２に接続されている。本出願人
は、車両が正常な状態からスピン状態に移行する際に
は、車体スリップ角βがある程度大きくなった後にヨー
レートγがある程度素早く変化するという現象が起こる
ということを実験的に確認しており、旋回状態推定コン
ピュータ１０は、そのような事実に基づいて、車両がス
ピン状態に陥ったか否かを推定するものとされている。
そのため、旋回状態推定コンピュータ１０はそれのＲＯ
Ｍにおいて図３にフローチャートで表されるプログラム
を記憶しており、そのプログラムをＣＰＵが実行するこ
とによって旋回状態を推定する。

【００１７】同図のプログラムにおいては、まず、ステ
ップＳ１（以下、単にＳ１で表す。他のステップについ
ても同じとする）において、車体スリップ角センサ２２
により車体スリップ角βが検出される。続いて、Ｓ２に
おいて、その車体スリップ角βの絶対値が正のしきい値
β_th以上であるか否かが判定される。今回はそうでない
と仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ３において、安定
化制御フラグＦがリセットされる。

【００１８】この安定化制御フラグＦは後輪舵角制御コ
ンピュータ１２に常時監視される。後輪舵角制御コンピ
ュータ１２はその安定化制御フラグＦのセット・リセッ
ト状態に基づいて、後輪舵角δ_Rを制御する特性を通常
の特性とそれより走行安定性を重視した特性とのいずれ
かに決定するのであり、具体的には、安定化制御フラグ
Ｆがリセットされた状態では通常特性に、セットされた
状態では走行安定性重視特性に決定するのである。

【００１９】Ｓ１〜Ｓ３の実行が繰り返されるうちに車
体スリップ角βの絶対値がしきい値β_th以上となったと
仮定すると、Ｓ２の判定がＹＥＳとなり、Ｓ４におい
て、カウンタｎの値が０に初期化される。その後、Ｓ５
において、第０回目のヨーレートγ₀がヨーレートセン
サ２０によって検出され、続いて、Ｓ６において、カウ
ンタｎの現在値が最大値ｎ_MAX（約０．１秒に相当す
る）以上となったか否かが判定される。今回はカウンタ
ｎの値が０であるから、判定がＮＯとなり、Ｓ７におい
て、一定短時間（例えば、５ｍｓ）が経過するのが待た
れ、その後、Ｓ８において、カウンタｎの値が１だけ増
加させられ、Ｓ９において、第ｎ回目のヨーレートγ_n
すなわち今回のヨーレートγ_nがヨーレートセンサ２０
によって検出される。続いて、Ｓ１０において、今回の
ヨーレートγ_nから前回のヨーレートγ_n-1を差し引い
た値の絶対値がヨーレート変化分Δγ（これが本発明に
おける「ヨーレート変化速度」の一態様である）として
演算され、Ｓ１１において、それが正のしきい値Δγ_th
以上となったか否かが判定される。ヨーレートγが素早
く変化し始めたか否かが判定されるのである。今回はそ
うではないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ６に戻
る。

【００２０】Ｓ６〜Ｓ１１の実行は、カウンタｎの値が
最大値ｎ_MAXに到達しないうちにヨーレートγが素早く
変化した場合には、Ｓ１１の判定がＹＥＳとなって終了
し、一方、ヨーレートγが素早く変化し始めないうちに
カウンタｎの値が最大値ｎ_MAXに到達した場合には、Ｓ
６の判定がＹＥＳとなって終了する。Ｓ１１の判定がＹ
ＥＳとなった場合には、車両がスピン状態にあると推定
されて、Ｓ１２において、安定化制御フラグＦがセット
される。その後、Ｓ１に戻る。

【００２１】その後、車体スリップ角βの今回値がしき
い値β_thより小さくなるか、または、そうはならない
が、ヨーレート変化分Δγの今回値がしきい値Δγ_th以
上となることなくＳ６の判定がＹＥＳとなれば、車両が
スピン状態にはないと推定されて、Ｓ３において、安定
化制御フラグＦがリセットされる。

【００２２】前記後輪舵角制御コンピュータ１２は後輪
舵角δ_Rをヨーレートフィードバック式で制御するもの
であって、具体的には、 δ_R＝Ｋ_B・γ なる式（ただし、Ｋ_Bはヨーレートフィードバックゲイ
ンであって、車速Ｖに応じて可変の値である）を用いて
後輪舵角δ_Rを制御するものである。そのため、後輪舵
角制御コンピュータ１２は、図２に示すように、それの
入力部において、前記ヨーレートセンサ２０と、車速Ｖ
を検出する車速センサ３０とに接続され、一方、出力部
において、後輪舵角δ_Rを変化させる後輪操舵アクチュ
エータ３２に接続されている。さらに、後輪舵角制御コ
ンピュータ１２はそれのＲＯＭにおいて図４のフローチ
ャートで表されるプログラムを記憶しており、そのプロ
グラムをＣＰＵが実行することによって後輪舵角制御を
行う。

【００２３】同図のプログラムにおいては、まず、Ｓ１
０１において、ヨーレートγと車速Ｖとがそれぞれ検出
され、続いて、Ｓ１０２において、旋回状態推定コンピ
ュータ１０から安定化制御フラグＦが読み込まれる。そ
の後、Ｓ１０３において、安定化制御フラグＦのセット
・リセット状態と、車速Ｖとに基づいてゲインＫ_Bの値
が決定される。

【００２４】後輪舵角制御コンピュータ１２のＲＯＭに
は、車速ＶとゲインＫ_Bとの関係が安定化制御フラグＦ
がセットされているときとリセットされているときとに
ついてそれぞれ記憶されている。その関係をグラフで表
すのが図５である。このグラフから明らかなように、安
定化制御フラグＦがセットされているときの方がリセッ
トされているときよりゲインＫ_Bの値が大きくなるよう
にされており、結局、安定化制御フラグＦがセットされ
ているときの方がリセットされているときより、後輪舵
角δ_Rが前輪舵角と同じ位相側に転舵される角度が大き
くなって、走行安定性が向上することになる。

【００２５】図４のＳ１０３においては、そのような関
係に従ってゲインＫ_Bの今回値が決定されるのであり、
その後、Ｓ１０４において、そのゲインＫ_Bの今回値と
ヨーレートγとの積が目標後輪舵角δ_Rの今回値に決定
され、Ｓ１０５において、その今回の目標後輪舵角δ_R
が実現されるように後輪操舵アクチュエータ３２が制御
される。その後Ｓ１０１に戻り、次回の後輪舵角制御が
開始される。

【００２６】したがって、本実施例においては、ヨーレ
ート変化速度と車体スリップ角βとに基づいて車両がス
ピン状態に陥ったか否かが推定されるから、車両が高μ
路上にあるか低μ路上にあるかを問わず、旋回状態を常
に正しく推定することができるという効果が得られる。

【００２７】さらに、本実施例においては、その推定結
果に従って後輪舵角δ_Rの制御特性が変化させられるか
ら、後輪舵角δ_Rが車両の実際の旋回状態との関係にお
いて常に適正に制御されるという効果も得られる。

【００２８】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、ヨーレートセンサ２０と、旋回状態推定コ
ンピュータ１０の、図３のＳ４，Ｓ５およびＳ７〜Ｓ１
０を実行する部分とが互いに共同して本発明における
「ヨーレート変化速度取得手段１」の一態様を構成し、
車体スリップ角センサ２２と、旋回状態推定コンピュー
タ１０の、同図のＳ１を実行する部分とが互いに共同し
て「車体スリップ角取得手段２」の一態様を構成し、旋
回状態推定コンピュータ１０の、同図のＳ２，Ｓ６，Ｓ
１１およびＳ１２を実行する部分が「旋回状態推定手段
３」の一態様を構成しているのである。

【００２９】なお、本実施例においては、車両がスピン
状態にあると推定されるごとに、スピン状態にあると推
定されている間に限って、後輪舵角制御の制御特性が安
定側に変更され、これにより車両のスピン状態から正常
状態への回復が早期に実現されることになる。しかし、
車両がスピン状態にあると推定されて制御特性が安定側
に変更されたときには既に、スピン状態がかなり進行し
てしまっている場合があり、この場合には、制御特性が
安定側に変更されたにもかかわらず車両姿勢の早期回復
が実現されないおそれがある。一方、ドライバは、一度
スピン状態に陥ると、二度とそのようなことがないよう
に運転の慎重さを増すのが普通であるが、それでもな
お、スピン状態に陥ってしまう場合がある。

【００３０】このような事態の発生を回避するために例
えば、次のような対策が考えられる。すなわち、車両が
スピン状態に陥ったと推定されたならば、その後車両が
そのスピン状態から脱したと推定されるか否かとは無関
係に、基準時間が経過するまでは、後輪舵角制御の制御
特性を安定側に維持する対策が考えられるのである。そ
の基準時間には例えば、約１０分とかいうように、車両
運動制御において一般的に観念される時間よりかなり長
い一定時間を選ぶことや、車両のイグニションスイッチ
がＯＦＦに操作されるまでの時間を選ぶことが望まし
い。このようにすれば、本来であればスピン状態に陥る
べき場合でも実際にスピン状態に陥らずに済むこととな
り、車両の操縦し易さが一層向上するという効果が得ら
れる。

【００３１】また、本実施例である車両旋回状態推定装
置による推定結果は、後輪舵角制御装置において用いら
れるようになっていたが、その他の車両運動制御装置に
おいて用いることが可能である。例えば、エンジンの
駆動トルクを前・後輪にそれぞれ配分する比率を制御す
る駆動トルク配分制御装置や、路面の傾斜，車両の加
減速・旋回等とは無関係に車体の姿勢を水平に維持する
サスペンション制御装置や、ドライバにより車両のス
テアリングホイールに加えられる操舵トルクがアシスト
される量を車速，エンジン回転数等との関係において適
正に制御する操舵トルクアシスト量制御装置などにおい
て用いることが可能なのである。

【００３２】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、その他にも、特許請求の範囲を逸脱
することなく、当業者の知識に基づいて種々の変形，改
良を施した態様で本発明を実施することができるのはも
ちろんである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を概念的に示すブロック図であ
る。

【図２】本発明の一実施例である車両旋回状態推定装置
を含む後輪舵角制御システムを示すシステム図である。

【図３】図２における旋回状態推定コンピュータが用い
るプログラムを示すフローチャートでる。

【図４】図２における後輪舵角制御コンピュータが用い
るプログラムを示すフローチャートである。

【図５】上記後輪舵角制御コンピュータが用いる車速Ｖ
とゲインＫ_Bと旋回状態との関係を説明するためのグラ
フである。

【符号の説明】

１０旋回状態推定コンピュータ１２後輪舵角制御コンピュータ２０ヨーレートセンサ２２車体スリップ角センサ３０車速センサ３２後輪操舵アクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車体のヨーレートの実際値の変化速度を
取得するヨーレート変化速度取得手段と、車両重心点における車体スリップ角の実際値を取得する
車体スリップ角取得手段と、取得されたヨーレート変化速度と車体スリップ角とに基
づき、車両の旋回状態を推定する旋回状態推定手段とを
含むことを特徴とする車両旋回状態推定装置。