JP2007038927A

JP2007038927A - 車両の不安定状態検知装置

Info

Publication number: JP2007038927A
Application number: JP2005226928A
Authority: JP
Inventors: Wataru Takahashi; 亘高橋; Kenichi Kohata; 健一降幡; Toshihiko Iwama; 俊彦岩間; Takahiro Sato; 貴洋佐藤; Teruhiko Suzuki; 輝彦鈴木
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】精度良く的確に車両の不安定状態を検知でき、以って車両の横転を防止することが可能な装置を提供する。
【解決手段】車両の前側ロール角（又はロール角速度）及び後側ロール角（又はロール角速度）を検出し、各ロール角（又はロール角速度）から各ロール角速度（又はロール角）を演算し、下記の条件、
条件(1):│後側ロール角│≧│前側ロール角│
条件(2):│前側ロール角速度│＜│後側ロール角速度│
条件(3):後側ロール角＊後側ロール角速度＞0
条件(4):前側ロール角速度＊後側ロール角速度＜0
の内、条件(2)と(3)と(1)の全て又は条件(2)と(3)と(4)の全てを満たした時に車両が不安定状態にあると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は車両の不安定状態検知装置に関し、特にトレーラを牽引するトラクタなどの車両における不安定状態を検知して横転を防止する装置に関するものである。

車両の横転防止の従来技術としては、(1)左右の車台とサスペンション間に設置された車高センサの出力からロール角及びロール角速度を求め、これらが横転限界を超えると予想されるロール角及びロール角速度の閾値1を超えた場合には、警報を発しドライバ車両速度の減速を促し、更に限界に近い閾値2を超えた場合には装置側から減速制御を行い横転を回避するもの(例えば、特許文献1参照。)、(2)車両に設置された車速センサおよび横加速度センサの出力に基づき、車速が或る閾値を超え且つ横加速度が所定の閾値を超えた状態が所定の時間継続した場合には車両横転の危険があると判断し自動的に車両の減速制御を行なうもの(例えば、特許文献2参照。)、及び(3)車両に設置された車速センサ、操蛇角センサ、及び、荷重センサの出力と予め用意された車速、操蛇角、積載量と横転危険領域を関係付けるマップから、横転の危険があると判断された場合には警報を発しドライバに減速を促し横転を回避するもの(例えば、特許文献3参照。)がある。
特開2002-166745号公報特開2001-58563号公報特開平10-100773号公報

上記の特許文献1及び2に関しては、それぞれ予め多くの閾値を実験に基づき車両又は車型毎に設定する必要があり、あらゆる状況に対応して最適値を求めるのが困難であること、また適切な値を設定できたとしても、制御する制動力が断続的で強弱が無いためスムーズな制御が行なわれず、ドライバに違和感を与えるか、または、極端な場合には、ドライバが驚き急ハンドル等不安全な運動行為に走る可能性があり危険である。

上記の特許文献3については、単なる警報発生装置であり、実際の横転防止動作はドライバ任せであり、ドライバが気付かなければ横転防止できない場合があり、また、警報をそのまま制動動作に置き換えたとしても、車両姿勢を車速、操舵角、荷重から予測するものであり精度が悪く的確な横転防止制御は不可能である。

従って本発明は、精度良く的確に不安定状態を検知でき、以って横転を防止することが可能な装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明に係る車両の不安定状態検知装置は、車両の前側ロール角を検出する手段と、該車両の後側ロール角を検出する手段と、該前側ロール角から前側ロール角速度を演算し、該後側ロール角から後側ロール角速度を演算するとともに下記の条件、
条件(1):│後側ロール角│≧│前側ロール角│
条件(2):│前側ロール角速度│＜│後側ロール角速度│
条件(3):後側ロール角＊後側ロール角速度＞0
条件(4):前側ロール角速度＊後側ロール角速度＜0
の内、条件(2)と(3)と(1)の全て又は条件(2)と(3)と(4)の全てを満たした時に該車両は不安定状態にあると判定するコントローラと、を備えたことを特徴とする。

上記の本発明の原理を、図1に示した特性グラフを参照して以下に説明する。

図1において、細い点線は、前側（フロント）ロール角θf[deg]を示し、太い点線は後側（リア）ロール角θr[deg]を示し、太い実線は前側ロール角速度ωf[deg/s]を示し、さらに太い一点鎖線は後側ロール角速度ωr[deg/s]を示している。

まず前提として、「車両の不安定状態」とは、後側のロール運動が大きくなり且つ前側が後側に追従し切れていない状態を指す。

このような場合、上記の条件(1)〜(4)の技術的な意義を以下の通り示す。

条件(1):前側のロール角θfに比べ後側のロール角θrが大きいので不安定傾向を呈する。

条件(2):前側のロール角速度ωfに比べ後側のロール角速度ωrが大きいので不安定傾向を呈する。

条件(3):後側のロール運動が増加傾向にあるので不安定傾向を呈する。

条件(4):前側及び後側共にロール運動の方向が異なるので不安定傾向を呈する。

そこで、後側のロール運動が大きくなる状態とは、条件(2)＆(3)(ロール角速度ωr大＆ロール運動増加)で示される。また、前側が後側に追従している状態とは、前側と後側のロール運動が同一方向であり(not条件(4))、且つ後側のロール角θrが前側のロール角θfよりも小さい(not条件(1))状態である。これは、not条件(4)＆not条件(1)に相当するので、前側が後側に追従していない状態とは、条件(1)or(4)に相当することになる。

従って、図1において、条件(2)＆(3)＆(4)によって不安定状態になる兆候を示す領域αが定まり、条件(2)＆(3)＆(1)により不安定領域βが定まり、以って不安定状態と判定する領域γが上記の条件を満たす不安定状態であると判定することができる。

なお、上記の本発明では、車両の前側及び後側のロール角θf,θrを検出し、これに基づいてコントローラがそれぞれのロール角速度ωf,ωrを求めることにより不安定状態の判定を行なっているが、車両の前側ロール角速度ωf及び後側ロール角速度ωrを検出し、これらから前側及び後側のロール角θf,θrをそれぞれ求めて同様の条件を満たした時に不安定状態と判定するようにしてもよい。

上記のロール角を検出手段としては車高センサを用いることができる。

また、該コントローラは、該車両が不安定状態にあると判定したとき、両ロール角の差(θf−θr)及び両ロール角速度の差(ωf−ωr)に基づいて必要なブレーキトルクを算出し制動手段を制御することができる。

これにより、適切なタイミングで制動力を発生させて車両の不安定状態を脱することができる。

一方、ロール角速度が徐々に大きくなるような定常旋回時においては、ωfやωrがほぼ0になってしまうため、上記のような不安定状態の判定を行うことが困難となる。

そこで、ロール角そのものが過大な値を示すような時にも制動力を発生させることが好ましい。

これに対処するため、該コントローラは、該車両が不安定状態にないと判定したときでも、両ロール角の少なくとも一方が所定値以上の場合に、上記のブレーキトルクにさらに、該後側ロール角と該所定値との差に対応したブレーキトルクを加えて該制動手段を制御すればよい。

なお、該車両は例えばトラクタである。トラクタの場合、トレーラの影響を受けるため、車両前側と後側のロール角の相違が大きくなるため、より効果が大きい。

本発明によれば、車両の前側及び後側にそれぞれ設置された2つのロール角検出手段又は2つのロール角速度検出手段の出力に基づき、これらの前後出力の差に比例して連続的に制動力を発生することが可能となり、ドライバに違和感を与えることなく、あらゆる状況で的確に横転を防止することが可能となる。

図2は、本発明に係る車両の不安定状態検知装置の構成実施例を示す。この実施例による車両の不安定状態検知装置は、ロール角検出手段として4つの車高センサ1_-1〜1_-4(以下、符号“1”で総称することがある。)を設けている。この車高センサ1は、図3(1)及び(2)に示すように、車両100の前側において車高センサ1_-1及び1_-2を設け、後側において車高センサ1_-3及び1_-4を設けてばね上〜ばね下間の車高を検出している。

これら車高センサ1の出力は、コントローラ2に与えられる。このコントローラ2は、車高センサ1に接続されて、ばね上〜ばね下間の相対ロール角(以下、単にロール角と称する。)θf及びθrを演算するロール角演算部2_-1と、このロール角演算部2_-1で求めたロール角θf及びθrに基づいて、ばね上〜ばね下間のロール角速度ωf及びωrをそれぞれ演算するロール角速度演算部2_-2と、これらのロール角速度ωf及びωrに基づいて車両100のロール状態を判定するロール状態判定部2_-3と、車両総重量推定部2_-4と、ロール状態判定部2_-3における判定結果と車両総重量推定部2_-4から与えられる車両総重量と輪重センサ3_-1〜3_-4(以下、符号“3”で総称することがある。)からの輪重とに基づきブレーキ力配分を演算するブレーキ力配分演算部2_-5と、で構成されている。

なお、車両総重量推定部2_-4においては、予め車両総重量が分かっている場合には手動で外部より設定してもよいが、自動的に求める場合には、車速信号生成部4からの車速信号Vと、ギアシフト信号生成部5からのギアシフト信号Grと、ブレーキOn/Off信号生成部6からのブレーキ信号(Br_-SW)と、エンジンECU8に接続されたエンジントルク生成部7からのエンジントルクと、クラッチOn/Off信号生成部9からのクラッチ信号(Cr_-SW)とに基づいて車両総重量(W)を推定することも可能である。

さらに、コントローラ2には、ブレーキECU10を介してブレーキユニット11に接続されており、ブレーキ力配分演算部2_-5で演算したブレーキトルクをブレーキユニット11に与えることにより制動力を発生させている。

以下、図2に示した実施例の動作を図4に示したフローチャートに従って説明する。

まずコントローラ2におけるロール角演算部2_-1は、車高センサ1_-1〜1_-4で検出された車高Hfl,Hfr,Hrl,Hrrと、予め与えられている車高センサ取付けトレッドTf,Trとを用いて、ステップS1に示す式(1)及び(2)に従い、車両100のロール角θf及びθrを演算する。

このようにロール角演算部2_-1において演算されたロール角θf及びθrはロール角速度演算部2_-2において時間微分されることにより、それぞれロール角速度ωf及びωrが得られる(ステップS2)。

なお、上記の実施例においては、ステップS1でロール角θf及びθrを求め、ステップS2でロール角速度ωf及びωrを演算しているが、この逆、すなわち図3(1)及び図(2)に示すように、車両100の前後においてロール角速度センサ20_-1及び20_-2を設けてロール角速度ωf及びωrをそれぞれ検出し、このように検出したロール角速度ωf及びωrを時間積分することにより、ロール角θf及びθrをそれぞれ求めてもよい。

このように、ロール角θf及びθr並びにロール角速度ωf及びωrを求めた後、ロール状態判定部2_3において上記の条件(1)〜(4)の各々の判定を行なう。

まず、図1に示した条件(2)を満足しているか否かを判定する(ステップS3)。このステップでは、前側ロール角速度の絶対値│ωf│が後側のロール角速度の絶対値│ωr│より小さいか否かを判定する。この判定結果が“Yes”であることが分かったときには、前側に比べ後側のロール角速度が大きいので不安定傾向と判定する。

次に、条件(3)が満足されているか否かを判定する(ステップS4)。すなわち、後側ロール角θrと後側ロール角速度ωrとの積θr＊ωrが正である場合には、後側のロール運動が増加傾向にあると判定できるので、この場合も不安定傾向を示すものと判定する。

次に、条件(1)を判定する(ステップS5)。ここでは、前側ロール角θfと後側ロール角θrとを絶対値で比較し、後側ロール角｜θr｜が前側ロール角｜θf｜以上である場合には不安定傾向と判定する。

以上のステップS3〜S5を経て、条件(2)＆(3)＆(1)が満たされ、上記のように車両が不安定状態であると判定されることになる。

ステップS5において条件(1)の判定結果が“No”であったときには、条件(4)を判定する(ステップS6)。この条件(4)においては、前側及び後側の各ロール角速度ωfとωrを乗算し、この積ωf＊ωrが負であることが分かったときには、前側及び後側のロール運動の方向が互いに異なるので不安定傾向を示すものと判定される。

従って、この場合にも、条件(2)＆(3)＆(4)が満たされて車両の不安定状態と判定されることになる。

勿論、条件(1)と(4)はどちらかが“YES”となれば不安定状態を呈するので、逆の順序で行ってもよい。

上記のように、ステップS5又はステップS6を経由して車両の不安定状態が判定されたとき、車両に対して制動を掛けることになる。このため、まずブレーキ力配分演算部2_-5においては、予め与えられている制御定数C1及びC2を用い、ステップS7に示す式(3)に従って要求減速度Axを算出する。

そして、このようにして求めた要求減速度Axと、輪重センサ3_-1〜3_-4でそれぞれ検出された輪重Fzfl,Fzfr,Fzrl,Fzrrと、車両重量推定部2_-4によって与えられる車両総重量Wと、予め与えられているタイヤ半径R0とに基づいて、ステップS8に示す式(4)に従い、各車輪のブレーキトルクBiを算出する。

なお、車両総重量推定部2_-4においては、上述の如く、車速信号生成部4からの車速信号Vと、クラッチOn/Off信号Cr_SWと、ブレーキOn/Off信号Br_SWと、ギアシフト信号生成部5からのギアシフト信号Grによって示されるギア比と、エンジントルク生成部7からのエンジントルクとを用いて車両総重量Wを推定することが可能であることは良く知られている。

このようにして求めたブレーキトルクBiがブレーキECU10を経由してブレーキユニット11に与えられることにより、対応する制動力を発生させることができる。

一方、ロール状態判定部2_3は、上記のステップS3、S4及びS6のいずれかにおいて、判定結果が“No”であった場合には、ステップS9に進んで条件(5)を判定する。

この条件(5)においては、上記のような車両の不安定状態ではない場合であっても、ロール角θf及びθrの内の少なくともいずれか一方の絶対値が閾値Thθを越えていないかどうかを判定する。これは、上述したとおり、車両がほぼ定常旋回状態の場合は徐々にロール角速度が大きくなるため、ロール角速度ωf,ωrはほぼ0となり、上記の条件判定では車両の不安定状態を見つけることができない。

このため、ステップ9の条件(5)を判定することにより、準定常状態(例えば、舵角一定でゆっくり加速し、ロール角速度を伴なわない状態でのロール運動)に対処しようとするものである。

この結果、例えば後側ロール角θr（又は前側ロール角θf）が閾値Thθを超えている場合にはステップS10に示す式(5)に従って要求減速度Axを算出する。この場合の要求減速度Axは、ステップS7で算出した要求減速度Axに対して、後側ロール角の絶対値│θr│と閾値Thθとの差分に対応する要求減速度を加えたものに相当している。

この後、ステップ8において同様に各車輪に対するブレーキトルクを算出することになる。

なお、ステップS9において判定結果が“No”であった場合には、いずれの不安定状態にも該当しないので、各車輪に対するブレーキトルクBiを“0”とし、制動力を発生しないようにしている(ステップS11)。

なお、本発明は上記の実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載の通り、種々の変形例を可能とするものである。

本発明に係る車両の不安定状態検知装置の原理を説明するための特性グラフ図である。本発明に係る車両の不安定状態検知装置の実施例を示したブロック図である。本発明に係る車両の不安定状態検知装置で用いるロール角センサ又はロール角速度センサの車両における配置例を示した図である。図2に示した本発明に係る車両の不安定状態検知装置に用いられるコントローラの動作手順例を示したフローチャート図である。

符号の説明

1, 1_-1〜1_-4 車高センサ
2 コントローラ
2_-1 ロール角演算部
2_-2 ロール角速度演算部
2_-3 ロール状態判定部
2_-4 車両総重量推定部
2_-5 ブレーキ力配分演算部
3, 3_-1〜3_-4 輪重センサ
4 車速信号生成部
5 ギアシフト信号生成部
6 ブレーキOn/Off信号生成部
7 エンジントルク生成部
8 エンジンECU
9 クラッチOn/Off信号生成部
10 ブレーキECU
11 ブレーキユニット
20_-1,20_-2 ロール角速度センサ
100 車両
図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

車両の前側ロール角を検出する手段と、
該車両の後側ロール角を検出する手段と、
該前側ロール角から前側ロール角速度を演算し、該後側ロール角から後側ロール角速度を演算するとともに下記の条件、
条件(1):│後側ロール角│≧│前側ロール角│
条件(2):│前側ロール角速度│＜│後側ロール角速度│
条件(3):後側ロール角＊後側ロール角速度＞0
条件(4):前側ロール角速度＊後側ロール角速度＜0
の内、条件(2)と(3)と(1)の全て又は条件(2)と(3)と(4)の全てを満たした時に該車両は不安定状態にあると判定するコントローラと、
を備えたことを特徴とする車両の不安定状態検知装置。
車両の前側ロール角速度を検出する手段と、
該車両の後側ロール角速度を検出する手段と、
該前側ロール角速度から前側ロール角を演算し、該後側ロール角速度から後側ロール角を演算するとともに下記の条件、
条件(1):│後側ロール角│≧│前側ロール角│
条件(2):│前側ロール角速度│＜│後側ロール角速度│
条件(3):後側ロール角＊後側ロール角速度＞0
条件(4):前側ロール角速度＊後側ロール角速度＜0
の内、条件(2)と(3)と(1)の全て又は条件(2)と(3)と(4)の全てを満たした時に該車両は不安定状態にあると判定するコントローラと、
を備えたことを特徴とする車両の不安定状態検知装置。
請求項1又は2において、
該ロール角を検出する手段が、車高センサであることを特徴とした車両の不安定状態検知装置。
請求項1又は2において、
該コントローラは、該車両が不安定状態にあると判定したとき、両ロール角の差及び両ロール角速度の差に基づいて必要なブレーキトルクを算出し制動手段を制御することを特徴とした車両の不安定状態検知装置。
請求項4において、
該コントローラは、該車両が不安定状態にはないと判定したときでも、該ロール角の少なくとも一方が所定値以上の場合に、該ブレーキトルクにさらに、そのロール角と該所定値との差に対応したブレーキトルクを加えて該制動手段を制御することを特徴とした車両の不安定状態検知装置。
請求項1から5のいずれか一つにおいて、
該車両がトラクタであることを特徴とした車両の不安定状態検知装置。