JP2008155889A - 車両の走行安定状態判定装置及びこれを用いた走行状態安定制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両が安定か不安定かを判断する車両の走行安定状態判定装置と、この判定結果に基づいて、車両が安定になるように制御する装置の提供。
【解決手段】車両１００の横加速度を検出する手段１２と、ステアリング１１１の操舵角を検出する手段１１と、車体スリップ角を検出する１３と、該検出された横加速度と、操舵角と、車体スリップ角とに基づいて、前記車両の前記横加速度と前記操舵角との比率を示す第１の比率、及び前記スリップ角と前記横加速度との比率を示す第２の比率を算出する演算手段２０と、該演算手段により算出された前記第１の比率及び前記第２の比率に基づいて、車両の走行安定状態を判定する走行状態判定手段３０、とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行中の車両が安定状態にあるか否かを判定する走行安定状態判定装置と、走行安定状態判定装置により車両の走行状態が安定でないと判定されたときには、走行状態を安定化する制御を行う走行状態安定制御装置に関する。

従来から、車両の旋回時の運転者の操舵を支援したり、操舵時の回頭性や走行安定性を向上させるため、種々の提案がなされている。

例えば、車両の旋回限界を予測する技術として、車両の旋回により生ずる状態変化値として操舵角に対する横加速度の比を算出し、車両旋回時に、車速によらず、状態変化値が一定となるようにステアリングギア比を設定することにより、旋回限界を超える操舵を防止した技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、高速走行時の走行安定特性を向上させるため、車両が所定速度の車速で走行中に、左右いずれかの方向に操舵が行われた場合には、ホイールベースが短くなるように制御し、操舵が中立位置に戻ったときには、ホイールベースが長くなるように、リーフスプリングに取り付けたアクチュエータを作動させて制御を行う技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−１２４５２８号公報 特開平３−１８６４１１号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載の内容では、操舵角に対する横加速度の比を車速に依存せず一定に設定して、運転者が旋回限界を操舵角のみで判断できることを容易にした技術しか開示されておらず、車両の走行安定性を向上させるような技術は開示されていない。

また、上述の特許文献２に記載の内容では、車速と操舵角の検出信号にのみ基づいて、車速が所定速度以上のときのみアクチュエータの作動制御を行うので、高速走行時の走行安定特性しか考慮されていない。また、車速と操舵角のみの検出信号からでは、車両の走行状態を正確には把握できない。

ところで、車両の安定性を向上させる技術として、ＡＢＳ（Ａｎｔｉｌｏｃｋ Ｂｒａａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）やＶＳＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ、車両安定性制御）システム等の技術が知られているが、これらは大きな車両挙動の乱れがないと作動せず、また制動力の制御により車両の安定化を試みたものであるため、車両挙動の乱れが大きくなる前の段階を含めて、常時車両を安定化させるような制御を行うことは不可能であるという問題があった。

そこで、本発明は、車両の走行中に車両の状態量を検出し、車両が安定か不安定な状態かを判断する車両の走行安定状態判定装置と、この判定結果に基づいて、車両の状態が安定になるように制御する走行状態安定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、第１の発明に係る車両の走行安定状態判定装置は、車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
前記車両のステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記車両の車体スリップ角を検出するスリップ角検出手段と、
前記横加速度検出手段により検出された前記車両の横加速度と、前記操舵角検出手段により検出された操舵角と、前記スリップ角検出手段により検出された車体スリップ角とに基づいて、前記車両の前記横加速度と前記操舵角との比率を示す第１の比率、及び前記スリップ角と前記横加速度との比率を示す第２の比率を算出する演算手段と、
該演算手段により算出された前記第１の比率及び前記第２の比率に基づいて、車両の走行安定状態を判定する走行状態判定手段、
とを備えたことを特徴とする。これにより、車体の積載状態の変化等に関わらず、車両の走行安定状態を逐次判定することができる。

第２の発明は、第１の発明に係る走行安定状態判定装置において、前記走行状態判定手段は、所定の走行安定状態又は走行不安定状態を示す関係式であって、前記第１の比率及び前記第２の比率を変数として用いて表現された関係式と、前記演算手段により算出された前記第１の比率及び前記第２の比率と、の関係に基づいて走行安定状態を判定することを特徴とする。これにより、車両の走行安定状態を、その程度や傾向も考慮して定量的及び定性的に判定することができる。

第３の発明に係る走行状態安定制御装置は、第１又は第２の発明に係る走行安定状態判定装置を備え、
前記走行状態判定手段により、走行状態が安定でないと判定されたときには、前記ステアリングのギア比及び／又は前記車両のホイールベースを調整することにより、前記車両を安定状態にする制御を行なう走行状態制御手段、
を備えたことを特徴とする。これにより、車両の走行状態が安定でないと判定されたときには、車両の走行状態を安定化する制御を行うことができる。

第４の発明は、第３の発明に係る走行状態安定制御装置において、
前記走行状態判定手段により、前記操舵角に対する前記横加速度の比率が大きいと判定されたときには、
前記走行状態制御手段は、前記操舵角に対するタイヤの切れ角を小さくする前記ギア比の制御、及び／又は前記車両のホイールベースを長くする制御を行うことを特徴とする。これにより、操舵角に対する横加速度の比率が大きいと判断されたときには、操舵角に対する横加速度の比率が小さくなる制御を行い、車両の走行状態を安定にする制御を行うことができる。

第５の発明は、第３又は第４の発明に係る走行状態安定制御装置において、
前記走行状態判定手段により、前記横加速度に対する前記車体スリップ角の比率が大きいと判定されたときには、
前記走行状態制御手段は、前記車両の後輪の等価コーナリングパワーを増大する制御と、前記操舵角に対するタイヤの切れ角を大きくする前記ギア比の制御、及び／又は前記ホイールベースを短くする制御を行うことを特徴とする。これにより、横加速度に対する車体スリップ角の比率が大きいと判断されたときには、後輪の等価コーナリングパワーを増幅することによりタイヤのグリップ力を増加させ、車体スリップ角を小さくする制御を行うとともに、ステアリングのギア比及び／又はホイールベースを制御して、操舵角に対する横加速度の比率を一定のままとする制御を行うことにより、車両を安定化する制御を行うことができる。

本発明によれば、走行中の車両の走行安定状態を逐次判定することができ、また、この判定結果に基づいて、逐次車両の走行状態を安定化させる制御を行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本実施例に係る車両の走行安定状態判定装置８０及びこれを用いた走行状態安定制御装置９０の機能ブロック図である。

本実施例に係る走行安定状態判定装置８０は、走行状態検出部１０と、演算手段２０と、走行状態判定手段３０とから構成される。本実施例に係る走行状態安定制御装置９０は、上述の走行安定状態判定装置８０に加えて、更に走行状態制御手段４０を備えている。ここで、演算手段２０、走行状態判定手段３０及び走行状態制御手段４０は、一体的に走行状態安定ＥＣＵ（電子制御ユニット）５０として構成されてよい。なお、図１において、走行安定状態判定装置８０及び走行状態安定制御装置９０は、車両１００の外部にある様に図示されているが、拡大して図示したため便宜上そのように表されているにすぎず、実際には、車両１００内に備えられてよい。

また、図１において、車両１００に備えられた他の構成要素として、アクチュエータ６０と、ステアリングギア比可変手段６１と、ホイールベース可変手段６２と、後輪等価コーナリングパワー可変手段６３とを備える。また、本実施例に係る走行安定状態判定装置８０及び走行状態安定制御装置９０と、無線又は有線で通信可能なメインＥＣＵ（電子制御ユニット）を備えてもよい。更に、必要に応じて、ディスプレイ等の表示手段３１を備えてもよい。

図１において、走行状態検出部１０は、車両１００の走行状態を検出する検出手段であり、操舵角検出手段１１と、横加速度検出手段１２と、スリップ角検出手段１３を含む。

操舵角検出手段１１は、ステアリング１１１の操舵角（以下、操舵角をアルファベット文字でＭＡと表記する。）を検出する手段である。操舵角検出手段１１は、例えばステアリング１１１のコンビネーションスイッチ部に設けられたステアリングセンサ１１ａ等であってよく、操舵方向と操舵量に基づく操舵角ＭＡを検出できる手段であればよい。例えば、磁気抵抗の変化を利用してステアリング１１１の回転を検出する形式であってもよい。

横加速度検出手段１２は、車両１００の横加速度を検出するための手段である。通常用いられる加速度センサを適用してよく、その種類や形式は問わない。横加速度だけでなく、前後の加速度を検出できるものでもよい。また、ジャイロセンサ等を併せ持った加速度センサであってもよい。

スリップ角検出手段１３は、車両１００の車体スリップ角を検出するための手段である。車体のスリップ角は、車両における車体前後方向軸方向と、実際の進行方向とがなす角度である。

図２は、車体のスリップ角βを示した図である。図２において、車両の実際の進行方向は、車両重心の進行方向として表されている。車体のスリップ角βは、車体の向いている方向と、車体速度のなす方向の差分によって表される角度であるので、前後方向速度をＶｘ、横方向速度をＶｙとすると、β＝ｔａｎ^―１（Ｖｙ／Ｖｘ）で表せる。しかしながら、一般に正確にＶｘ、Ｖｙを直接求めるのは困難であるので、種々の車体スリップ角βを推定する方法が知られており、本実施例に係るスリップ角検出手段１３も、種々の車体スリップ角推定方法を適用してよい。

図１に戻ると、スリップ角検出手段１３は、例えば、加速度センサ、ヨーレートセンサ及び速度センサを含み、これらの測定値に基づいて車体スリップ角βを推定検出してよい。ヨーレートセンサは、車両を上から見て、車両が水平方向に回転する速度（ヨーレート）を検出するセンサである。ヨーレートセンサは、車両１００の重心のヨーレートを検出することが好ましいため、重心付近に設けられていることが望ましい。また、速度センサは、車体の前後方向速度を検出するセンサであり、車輪速度センサを利用してよい。

このようなセンサを備えたときに、例えば、横加速度検出手段１２で検出した横加速度をＧｙ、ヨーレートセンサで検出したヨーレートをγ、速度センサで検出した車体速度をＶｂとすると、車体スリップ角βは、β＝∫{（Ｇｙ／Ｖｘ）−γ}ｄｔと表すことができる。例えば、この式に基づいて、車体スリップ角βを推定してよい。その他、種々の車体スリップ角βを求める方法が提案されているので、好適な方法を利用してよく、それに応じてスリップ角検出手段１３は、必要なセンサ等を備えてよい。

このように、走行状態検出部１０は、操舵角検出手段１１と、横加速度検出手段１２と、スリップ角検出手段１３により、車両１００のステアリング１１１の操舵角ＭＡ、横加速度Ｇｙ及び車体スリップ角βを検出する。なお、走行状態検出部１０の検出手段は、車両１００の走行状態を取得するのに必要なデータを検出する手段であるので、必要に応じて、他の要素を検出してもよい。操舵角検出手段１１、横加速度検出手段１２及びスリップ角検出手段１３で検出された検出結果は、演算手段２０に送られる。

演算手段２０は、操舵角検出手段１１で検出された車両１００のステアリング１１１の操舵角ＭＡと、横加速度検出手段１２で検出された車両１００の横加速度Ｇｙと、スリップ角検出手段１３で検出された車体スリップ角βに基づいて、第１の比率として横加速度Ｇｙに対する操舵角ＭＡの比率Ｇｙ／ＭＡを、第２の比率として横加速度Ｇｙに対する車体スリップ角βの比率β／Ｇｙを算出する。この、第１の比率Ｇｙ／ＭＡ及び第２の比率β／Ｇｙを用いて、走行状態を判定したり、また走行状態を安定化させる制御を行ったりするので、演算手段２０において、今後の処理演算のための変数変換を行う。なお、演算手段２０の具体的な演算内容については、後述する。演算手段２０で算出された、走行状態を示すデータとなる第１の比率Ｇｙ／ＭＡ及び第２の比率β／Ｇｙは、走行状態判定手段３０に送られる。

走行状態判定手段３０は、演算手段２０で算出された第１の比率Ｇｙ／ＭＡ及び第２の比率β／Ｇｙが、安定状態にあるか否かの判定を行う。具体的には、走行状態判定手段３０は、予め設定された、第１の比率Ｇｙ／ＭＡ及び第２の比率β／Ｇｙを変数として表現された走行安定状態又は走行不安定状態を示す関係式を記憶している。そして、この関係式と実際の走行状態を示す第１の比率Ｇｙ／ＭＡ及び第２の比率β／Ｇｙとの関係に基づいて、安定状態の判定を行う。例えば、不安定状態を示す関係式がある不等式で領域表現されていれば、その関係式を実際の走行状態を示す値が満たすようであれば、不安定状態にあるし、満たさないようであれば安定状態にある、という方法で判断できる。また、例えば、走行状態が不安定領域にあるときでも、不安定領域のどの辺りにあり、不安定の性質と大きさがどの程度なのかという点についても判定してよい。なお、走行状態判定手段３０の具体的な処理演算の内容は後述する。

今まで説明した、走行状態検出部１０から走行状態判定手段３０までが、走行状態判定装置８０を構成する。演算手段２０と走行状態判定手段３０は、別々に構成されてもよいが、同一の走行状態安定ＥＣＵ５０内に構成されてもよい。走行状態ＥＣＵ５０は、演算処理を行う計算機から構成されてよい。走行状態判定装置８０として単独で使用する場合には、例えば、走行状態の判定結果を、車両１００内のディスプレイ等の表示手段３１に表示してもよい。

走行状態判定手段３０で判定された走行状態判定結果に基づいて、更に走行状態を安定化させる車両１００の制御を行う場合には、走行状態判定手段３０の判定結果は、走行状態制御手段４０に送られる。

走行状態制御手段４０は、走行状態判定手段３０で判定された走行状態の安定性の判定結果に基づいて、必要に応じて、車両１００の走行状態を安定化の方向に向かわせるために、アクチュエータ６０の制御を行う。例えば、走行状態判定手段３０の判定結果が安定状態であれば、走行状態制御手段４０は特に安定化の制御を行う必要はないが、不安定状態にあるときには、アクチュエータ６０を制御し、車両１００の走行状態を安定化させる。走行状態の安定化制御は、走行状態判定手段３０の判定結果の特性に基づいて、適切な制御を行なうようにする。例えば、第２の比率β／Ｇｙが大きすぎ、あまり第１の比率Ｇｙ／ＭＡが大きくない状態で不安定状態にある場合には、第２の比率β／Ｇｙを小さくするような制御を行うようにしてよい。なお、走行状態制御手段４０の具体的な演算処理内容については、後述する。

今まで説明した、走行状態検出部１０から走行状態制御手段４０までが、走行状態制御装置９０を構成する。走行状態制御手段４０は、単独に設けられてもよいが、演算手段２０及び走行状態判定手段３０とともに、走行状態安定ＥＣＵ５０内に設けられてもよい。

アクチュエータ６０は、走行状態制御手段４０の制御対象を駆動させ、車両１００の走行状態が安定化に向かうようにする。アクチュエータ６０は、例えば、ステアリングギア比可変手段６１、ホイールベース可変手段６２、後輪等価コーナリングパワー可変手段６３を含む。

ステアリングギア比可変手段６１は、ステアリング１１１の操舵角に対する前輪のタイヤ（ホイール）の切れ角を変更するための手段である。ステアリングギア比可変手段６１は、例えば、ステアリングギアボックスのギア比を変化させることにより、ステアリング１１１の操舵角に対するタイヤの切れ角の比を変更してよく、ギア比を変更する方法や手段については、任意のものを適用してよい。

ホイールベース可変手段６２は、車両１００のホイールベース、即ち前輪と後輪１６３の距離を変える手段である。ホイールベース可変手段６２は、例えば、前輪と後輪１６３を接続しているフレームの一部にジョイント部分を設け、そのジョイント部分が上下して前輪と後輪１６３の距離を変化させ、それに合わせて車体等も必要な変化を行うように構成してもよい。また、油圧等を利用して、車輪を前後に移動させるように構成してもよく、ホイールベースを変更できれば、その方法や手段は問わない。

後輪等価コーナリングパワー可変手段６３は、後輪１６３の等価コーナリングパワーを変化させる手段である。等価コーナリングパワーは、単位スリップ角当たりのタイヤに発生する横力を意味し、タイヤのグリップ能力を示している。後輪等価コーナリングパワー可変手段６３は、例えば、後輪１６３のタイヤの空気圧を調整して、等価コーナリングパワーを制御してよく、走行中に空気圧を小さくすると、後輪等価コーナリングパワーは増大する。従って、この場合は、例えば後輪１６３のタイヤの空気圧を調整するために必要な、コンプレッサ、減圧弁、増圧弁等を備えたタイヤ空気圧調整手段が後輪等価コーナリングパワー可変手段となる。他に、後輪等価コーナリングパワーを可変調整できる手段があれば、それらを適用してもよく、後輪等価コーナリングパワー可変手段６３の形式や種類は問わない。

アクチュエータ６０は、本実施例に係る走行状態制御装置９０においては、３種類のアクチュエータ６０（ステアリングギア比可変手段６１、ホイールベース可変手段６２、後輪等価コーナリングパワー可変手段６３）を例に挙げて説明したが、横加速度Ｇｙの操舵角ＭＡに対する比率Ｇｙ／ＭＡ及びスリップ角βの横加速度Ｇｙに対する比率β／Ｇｙを調整することができるアクチュエータ６０であれば、他のアクチュエータ６０を適宜利用してもよい。

メインＥＣＵ７０は、車両１００の全体の制御を行うＥＣＵであり、車両１００の各ＥＣＵと有線又は無線で通信を行う。走行状態安定ＥＣＵ５０とも有線又は無線で通信を行い、走行状態安定ＥＣＵに必要な指令を送る。メインＥＣＵ７０は、プログラム等で演算処理を行う計算機等で構成されてよい。

次に、図３を用いて、本実施例に係る走行安定状態判定装置８０及び走行状態安定制御装置９０の構成要素である走行状態安定ＥＣＵ５０で実行される、走行安定状態判定及び走行状態安定制御のための演算処理の内容について説明する。走行状態安定ＥＣＵ５０は、図１で説明したように、演算手段２０と、走行状態判定手段３０とから構成され、必要に応じて、更に走行状態制御手段４０を含む。

図３は、本実施例に係る走行状態安定ＥＣＵ５０で行う演算処理内容を説明するための図である。図３において、横軸は操舵角ＭＡに対する横加速度Ｇｙの比率Ｇｙ／ＭＡ［（ｍ／ｓ^２）／ｄｅｇ］、縦軸は横加速度Ｇｙに対する車体スリップ角βの比率β／Ｇｙ［ｒａｄ／（ｍ／ｓ^２）］を示している。

演算手段２０は、まず、操舵角検出手段１１で検出された車両１００のステアリング１１１の操舵角ＭＡと、横加速度検出手段１２で検出された車両１００の横加速度Ｇｙと、スリップ角検出手段１３で検出された車体スリップ角βに基づいて、第１の比率として横加速度Ｇｙに対する操舵角ＭＡの比率Ｇｙ／ＭＡを、第２の比率として横加速度Ｇｙに対する車体スリップ角βの比率β／Ｇｙを算出する。演算手段２０の次に処理を行う走行状態判定手段３０は、これらの第１の比率及び第２の比率を座標として、これらの値に基づいて走行状態が安定であるか否かの判定を行う。よって、演算手段２０では、これらの第１の比率及び第２の比率をまず算出し、走行状態検出部１０で検出された走行状態データを、図３のグラフ上にプロットできる状態にする必要がある。図３において、黒●でプロットされた点が複数示されているが、これらが、種々の走行状態において、走行状態検出部１０で検出された値に基づいて、演算手段２０で算出された走行状態を示すデータである。

なお、第１の比率及び第２の比率は、図３のグラフにおいては、各々、操舵角ＭＡに対する横加速度Ｇｙの比率Ｇｙ／ＭＡ、及び横加速度Ｇｙに対する車体スリップ角βの比率β／Ｇｙで表されているが、両者の比で表現できればよいので、双方逆の比とし、横加速度Ｇｙに対する操舵角ＭＡの比率ＭＡ／Ｇｙ［ｄｅｇ／（ｍ／ｓ^２）］、及び車体スリップ角βに対する横加速度Ｇｙの比率Ｇｙ／β［（ｍ／ｓ^２）／ｒａｄ］と表現してもよい。但し、この場合は図３のグラフ上の数値や特性は異なったものとなる。なお、これ以降は、操舵角ＭＡに対する横加速度Ｇｙの比率Ｇｙ／ＭＡを第１の比率とし、横加速度Ｇｙに対する車体スリップ角βの比率β／Ｇｙを第２の比率とした例について説明するが、これらの説明は、第１の比率をＭＡ／Ｇｙとし、第２の比率をＧｙ／βとして比率関係を反対にした変数で処理する場合にも、応用して適用可能である。

次に、走行状態判定手段３０で行われる演算処理内容の説明を行う。

走行状態判定手段３０は、演算手段２０で算出された、第１の比率である横加速度Ｇｙと操舵角ＭＡとの比率Ｇｙ／ＭＡ又はＭＡ／Ｇｙと、第２の比率である車体スリップ角βと横加速度Ｇｙとの比率β／Ｇｙ又はＧｙ／βとに基づいて、現在の車両１００の走行状態が安定か否かの状態判定を行う。また、走行状態判定手段３０は、予め設定された所定の安定状態を示す関係式を記憶しており、この所定の関係式と、演算手段２０で算出された実際の車両の走行状態との関係に基づいて、実際の走行状態が安定か否かの判定を行う。

図３において、グラフ内右上の領域が、車両１００の走行状態が不安定な領域であり、グラフ内左下の領域が、車両１００の走行状態が安定な領域である。例えば、閾値としてβ／Ｇｙ＝０．０８及び（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）＝５．０×１０^−３の関係式を設定する場合、β／Ｇｙ≧０．０８又は（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）≧５．０×１０^−３の関係式を満たす領域が走行不安定な状態を示している。図３において、黒●でプロットされた点のうちβ／Ｇｙ＝０．０８及び（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）＝５．０×１０^−３のラインより下にある点は安定状態にあり、β／Ｇｙ＝０．０８又は（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）＝５．０×１０^−３のラインより上にある点は不安定状態にあることを意味する。

まず、β／Ｇｙ≧０・０８を不安定状態として関係式を設定している理由について説明する。第２の比率であるβ／Ｇｙは、横加速度Ｇｙに対する車体スリップ角βを示しており、車両１００の挙動としては、車体スリップ角βの割合が大きい程、車両のスリップが起き易い状態を示している。即ち、横加速度に対して、車体スリップ角βの比率が大き過ぎる状態は、同一の横加速度Ｇｙに対して、より車両１００のスリップが起き易い状態であることを意味するから、不安定状態にあると考えられる。よって、図３の例においては、β／Ｇｙが所定値以上の場合を不安定状態として表現している。

次に、（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）≧５．０×１０^−３を不安定状態として関係式を設定している理由について説明する。左辺の（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）は、約分すればβ／ＭＡとなり、ステアリング１１１の操舵角ＭＡに対する車体スリップ角βの比率を示している。つまり、操舵角ＭＡに対して、車体スリップ角βの割合が大き過ぎるということは、操舵角がある程度以上を超えると、車両１００が大きなスリップを起こしてしまう可能性が高いということを意味するので、β／ＭＡが所定値以上の場合を、不安定状態をして関係式を設定しているのである。なお、図３において、（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）≧５．０×１０^−３の関係式以外に、（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）＝３．０×１０^−３〜７．０×１０^−３のように、（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）に対して平行に、等高線のように関係式を設定している。これらは、車両の種類や特性に応じて、種々の閾値を有する関係式を設定し得ることを意味している。例えば、状況に応じて設定関係式を変更するように構成してもよい。

このように、図３の例においては、車体スリップ角βの横加速度Ｇｙに対する比率β／Ｇｙと、車体スリップ角βの操舵角ＭＡに対する比率β／ＭＡを関係式の設定基準としており、双方とも車体スリップ角βが大きくなった状態を不安定状態として規定している。しかしながら、これらの関係式の設定は、車両の種類や特性等に応じて変更可能であるから、例えば、第１比率のＧｙ／ＭＡの値で関係式を設定したり、定数ではなく、第１比率と第２比率を用いた方程式で表現して設定してもよい。

また、図３においては、不安定状態を関係式で設定する例について説明したが、例えば、安定状態を示す関係式は、β／Ｇｙ＜０・０８かつ（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）＜５．０×１０^−３のように表現すればよく、この領域内に第１比率Ｇｙ／ＭＡ及び第２比率β／Ｇｙがあれば安定状態にあると判定してもよい。

なお、走行状態判定手段３０を、走行安定状態判定装置８０に適用する場合は、図１で説明したように、判定結果を表示手段３１に表示するようにしてよい。その際、安定状態にあるか不安定状態にあるかのみを表示してもよいし、段階を分けて安定度又は不安程度を表示するようにしてもよい。また、図３のようにグラフ表示し、視覚的に安全状態が分かるように表示してもよい。

次に、走行状態制御手段４０で実行される演算処理内容の説明を行う。

走行状態制御手段４０は、走行状態判定手段３０で判定された判定結果に基づき、車両１００の走行状態を安定化させる制御を行う。具体的には、実際の走行状態を示す検出結果が、図３のグラフにおいて、上部の不安定領域にあったときには、下部の安定領域に移動させるような制御を行う。

例えば、一例として、検出値の第２の比率β／Ｇｙが、０．０８以上であったときには、プロット点を左、即ち第１の比率Ｇｙ／ＭＡを減少させる方向にいくら平行移動させたとしても、β／Ｇｙを減少させ、縦の座標移動を行わなければ、安定状態の領域に到達することはできない。このような場合には、走行状態制御手段４０は、第２の比率β／Ｇｙを減少させるため、後輪１６３の等価コーナリングパワーを増大させる制御を行う。後輪１６３の等価コーナリングパワーを増加させると、タイヤのグリップ力が増し、第２比率である車体スリップ角βの横加速度Ｇｙに対する比率β／Ｇｙも減少するが、第１比率である横加速度Ｇｙの操舵角ＭＡに対する比率Ｇｙ／ＭＡも減少してしまう。従って、プロット点は、図３のグラフ中の左下の方向に移動することになる。これでも、車両１００を安定状態にすることは可能であるので、安定化制御としては問題無いが、単にβ／Ｇｙのみを減少させて、縦軸方向にのみプロット点を移動させたい場合には、更に以下の制御を行う。

例えば、Ｇｙ／ＭＡ減少分の補正を行うために、ステアリング１１１の操舵角ＭＡに対するタイヤの切れ角を大きくするか、又はホイールベースを短くする制御を行う。ステアリング１１１の操舵角ＭＡに対するタイヤの切れ角を大きくする、即ち、ステアリング１１１のギア比をクイックにすれば、同じステアリング１１１の操舵角ＭＡに対して、タイヤの切れ角が大きくなるので、横加速度Ｇｙは大きくなり、第１比率のＧｙ／ＭＡは増加し、減少分を補正できる。また、車両１００のホイールベースを短くすれば、同じ操舵角に対して車両１００は旋回し易くなり、横加速度Ｇｙは増加し、Ｇｙ／ＭＡは増加するので、同様に減少分を補正できる。このように、後輪１６３の等価コーナリングパワーを増大させるとともに、ステアリング１１１のギア比をクイックにするか、又はホイールベースを短くすることにより、プロット点を縦方向にのみ下げ、不安定状態から安定状態へと走行状態を移行することができる。

次に、図３において、第２の比率のβ／Ｇｙは閾値以下であったが、（β／Ｇｙ）・（Ｇｙ／ＭＡ）が閾値以上であったために、不安定状態であった場合の安定化制御の例について説明する。

この場合は、上述の例とは異なり、プロット点から第１の比率Ｇｙ／ＭＡを減少させて平行移動させれば、安定状態領域に含まれることになる。従って、例えば、ステアリング１１１の操舵角に対するタイヤの切れ角を小さくする、即ち、ステアリング１１１のギア比をスローにするか、又は車両１００のホイールベースを長くすればよい。ステアリング１１１のギア比をスローにすれば、同じ操舵角に対してタイヤは切れ角が少なくなり、旋回量が減少するので、横加速度Ｇｙは減少し、Ｇｙ／ＭＡも減少することになる。同様に、ホイールベースを長くすれば、同じ操舵角に対して車両１００は旋回し難くなるので、横加速度Ｇｙは減少し、Ｇｙ／ＭＡは減少することになる。

このように、走行状態判定手段３０により、車両１００の走行状態が不安定であると判定されたときには、走行状態制御手段４０は、第２の比率β／Ｇｙ又は第１の比率Ｇｙ／ＭＡを変化させて、走行状態を安定状態に移行させる制御を行うことにより、車両１００の走行状態を安定状態にすることができる。

なお、図３においては、第２の比率β／Ｇｙ又は第１の比率Ｇｙ／ＭＡの一方を変化させて安定化制御を行う例を説明したが、両者を組み合わせて、自由に制御を行ってもよい。例えば、プロット点の位置と、関係式の距離を算出し、最短距離で安全状態に移動させるような制御を行ってもよい。

また、図３においては、グラフを用いて説明を行ったが、実際に走行状態安定ＥＣＵ５０が演算処理を行う際には、総て数式と数値で処理可能な内容であることは言うまでもない。

このように、車両が不安定状態にあるときには、例え実際にスリップが起こっていなくても、車両の緒元を逐次制御して、常に車両１００が安定状態になるような制御を行うことにより、大きな挙動変化が無いと作動しないＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）やＶＳＣ（車両安定性制御）システムの問題点を解消することができる。また、車両１００は、積載状態が異なると、同じ車両でも車両挙動が不安定になる特性が異なってくるが、本実施例に係る車両安定状態判定装置８０及び車両状態安定制御装置９０は、常に車両の実際の走行状態を示す値を検出し、これに基づいて車両の諸元を最適化させる制御を行うことから、車両の状態に関わらず、常にきめ細かい安定化制御を行うことが可能となる。

次に、図４を用いて、本実施例に係る車両の走行安定状態判定装置８０及び走行状態安定制御装置９０の処理フローについて説明する。図４は、本実施例に係る車両の走行安定状態判定装置８０及び走行状態安定制御装置９０の処理フロー図である。なお、図１及び図３で説明した構成要素には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。

ステップ１００では、車両状態検出部１０により、車両１００の走行状態量を取得する。具体的には、操舵角検出手段１１によりステアリング１１１の操舵角ＭＡ、横加速度検出手段１２により横加速度Ｇｙ、スリップ角検出手段１３により車体スリップ角βを検出する。

ステップ１１０では、演算手段２０により第１の比率Ｇｙ／ＭＡ及び第２の比率β／Ｇｙを算出し、走行状態判定手段３０により、それらの算出した値が、安定状態にあるか否かを判定する。安定状態にある、即ち図３における下部の安定状態領域にあると判定されたときには、ステップ１００に戻り、車両１００の走行状態量の取得を繰り返す。

一方、不安定状態にある、即ち図３における上部の不安定状態領域にあると判定されたときには、ステップ１２０に進む。

ステップ１２０では、走行状態判定手段３０により、第２比率β／Ｇｙが所定値以上、即ち閾値以上であるか否かが判断される。これは、図３で説明した例を挙げれば、β／Ｇｙ≧０・０８であるか否かが判断されていることを意味する。β／Ｇｙが所定値以上であれば、ステップ１３０に進む。

ステップ１３０では、走行状態制御手段４０により、後輪等価コーナリングパワーを増大するとともに、ステアリングギア比をクイックにするか、又はホイールベースを短くする制御を行う。図３において説明したように、これにより、β／Ｇｙを下げ、走行状態を安定状態にすることが可能となる。なお、後輪等価コーナリングパワーを増大する制御は、例えば、後輪等価コーナリングパワー可変手段６３によりタイヤの空気圧を減少する制御であってよい。また、ステアリングギア比をクイックにする制御は、ステアリングギア可変手段６１により、ギア比を変化させることにより実現してよい。ホイールベースを短くする制御は、ホイールベース可変手段６２を作動させ、前輪と後輪１６３を接続するフレームの一部にジョイント手段を設け、そこで車体とともに折り曲げるようにしてホイールベースを短くしてよい。

ステップ１３０を終了した後は、ステップ１００に戻り、車両１００の走行状態量の取得を繰り返す。

ステップ１２０に戻り、β／Ｇｙが所定値以上でない、即ち、β／Ｇｙが所定値未満でかつ不安定状態のときには、ステップ１４０に進む。

ステップ１４０では、走行状態制御手段４０により、ステアリング１１１のギア比をスローにするか、又は車両１００のホイールベースを長くする制御が実行される。図３において説明したように、これにより、第１の比率Ｇｙ／ＭＡが減少する制御を行うことができる。ステアリングギア比をスローにする制御は、ステップ１３０と同様に、ステアリングギア可変手段６１により実行され、ホイールベースを長くする制御は、ホイールベース可変手段６２により実行される。

ステップ１４０の処理実行後は、ステップ１００に戻り、車両の走行状態量の取得を繰り返す。

以上のような処理フローの実行により、本実施例に係る車両の走行安定状態判定装置８０及び走行状態安定制御装置９０の処理が実現される。

図５は、本実施例に係る走行安定状態判定装置８０及び走行状態安定制御装置９０を、車両１００に適用した場合の、車両１００内の構成要素の配置構成の一例を示した図である。図１と同様の構成要素には同一の参照符号を付している。

図５において、主要構成要素は、操作系及びその検出機構１５と、車両挙動検出機構及び判断装置５５、アクチュエータ可変機構６５とから構成される。

操作系及びその検出機構１５は、運転者の車両１００の操作に関する入力と、それらの検出機構から構成される。例えば、ステアリング１１１と操舵角検出手段１１の他、アクセル、ブレーキ、クラッチ及びこれらの検出機構を含んでよい。図１乃至図４の説明においては、操舵角検出手段１１で検出された操舵角ＭＡを用いて走行安定状態の判定及び安定化制御を行う例について説明したが、他のアクセルやブレーキ等の操作入力についても、走行状態を示すデータとして使用可能であれば、これらも利用してよい。

なお、操作系及びその検出機構１５で検出された操作系の検出結果は、車両挙動検出機構及び判断装置５５に送られる。

車両挙動検出機構及び判断装置５５は、車両の挙動を検出するとともに、これと操作系及びその検出機構１５から送られてきた検出結果に基づいて、走行状態が安定しているか否か、及び走行状態の安定化のために必要な制御内容の判断を行う。

車両挙動検出機構及び判断装置５５は、車両の横加速度及び／又は前後加速度を検出する横加速度検出手段１２、車輪速度を検出する車輪速センサ１３ａの他、ジャイロセンサ、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）等を含んでよい。例えば、ジャイロセンサでヨーレート等の水平面上の左右の動きを検出し、ＧＰＳを用いて、ジャイロセンサの較正をリアルタイムでかけ続け、ドリフトを防ぐようにしてもよい。

車両挙動検出機構及び判断装置５５は、これらの検出データに基づいて、車両１００の横加速度Ｇｙ及び車体スリップ角βを算出する。なお、より正確な演算処理を行いたければ、例えば前輪と後輪１６３のスリップ角を各々算出し、これらに基づいて走行状態を判断してもよい。

車両挙動検出機構及び判断装置５５は、車両１００の重心付近に設けられてよい。横加速度Ｇｙやヨーレートγの検出は、車両１００の重心付近にある方が、重心を基準として検出できるので、検出データとして好ましいからである。

車両挙動検出機構及び判断装置５５は、判断装置としてＥＣＵで構成され、図１及び図３で説明した、走行状態安定ＥＣＵ５０と同様の動作を行ってよい。車両挙動検出機構及び判断装置５５は、必要と判断した安定化制御を実行するため、アクチュエータ可変機構６５を駆動する。

アクチュエータ可変機構６５は、ステアリングギア比可変手段６１、ホイールベース可変手段６２及び／又は後輪等価コーナリングパワー可変手段６３を含んでよい。

ステアリングギア比可変手段６１は、ステアリングギアの比を変更し、ステアリング１１１の操舵角に対して前輪のタイヤの切れ角を変更するものであればよく、例えば、ステアリングシャフトに連結して設けられてよい。

ホイールベース可変手段６２は、例えば、前輪と後輪１６３を連結するフレームの略中央にジョイントが設けられ、これが上下して車両間の距離を変更できるものであってもよい。また、図６に示したような、リーフスプリングを備えたホイールベース可変手段６２であってもよい。

図６は、ホイールベース可変手段６２の別の態様の一例を示した図である。図６において、後輪１６３は、車軸部材６２１に固定されている。また、フレーム６２２には、固定部材６２３が固定して設けられ、可動部材６２５、６２６が回動可能に接続されて設けられている。可動部材６２５と可動部材６２６との間には、リーフスプリング６２０が接続されて設けられ、リーフスプリング６２０には、車軸部材６２１が固定されている。また、固定部材６２３と可動部材６２４には、油圧シリンダ６２４が設けられている。

このような構成において、油圧シリンダ６２４を駆動すると、可動部材６２５、６２６は前後方向に回動し、それに伴ってリーフスプリング６２０を介して車軸部材６２１も前後方向に移動し、ホイールベースの長さを調整できる。ホイールベース可変手段６２は、例えば、図６に示したような態様によりホイールベースを調整してもよく、他にもホイールベースの長さを調整できる機構であれば、種々適用してよい。

図５に戻り、後輪等価コーナリングパワー可変手段６３は、後輪１６３の等価コーナリングパワーを増大させたり減少させたりして調整する手段である。例えば、後輪１６３のタイヤの空気圧を減少させると等価コーナリングパワーは増大し、増加させると等価コーナリングパワーは減少するので、後輪等価コーナリングパワー可変手段６３は、コンプレッサ、増圧弁及び減圧弁等の空気圧調整手段を備えた、タイヤ空気圧調整システムであってよい。この場合は、例えば、コンプレッサで生成された圧縮空気を供給する配管が後輪１６３のタイヤにエアシールを介して設けられ、タイヤ空気圧を圧力センサで測定し、タイヤプレッシャーコンピュータ等により増圧弁及び減圧弁を開閉制御し、空気圧を調整するタイヤ空気圧調整システムとして構成されてよい。

このように、後輪等価コーナリングパワー可変手段６３は、後輪１６３のタイヤ空気圧を調整することにより等価コーナリングパワーを制御できるが、他の種類のアクチュエータにより実現してもよく、等価コーナリングパワーを調整できる手段であれば、種類や形式を問わず好適に適用可能である。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

本実施例に係る車両の走行安定状態判定装置８０及びこれを用いた走行状態安定制御装置９０の機能ブロック図である。 車体のスリップ角βを示した図である。 本実施例に係る走行状態安定ＥＣＵ５０で行う演算処理内容の説明図である。 本実施例に係る車両の走行安定状態判定装置８０及び走行状態安定制御装置９０の処理フロー図である。 本実施例に係る走行安定状態判定装置８０及び走行状態安定制御装置９０を、車両１００に適用した場合の、車両１００内の構成要素の配置構成の一例を示した図である。 ホイールベース可変手段６２の別の態様の一例を示した図である。

符号の説明

１０ 走行状態検出部
１１ 操舵角検出手段
１１ａ 操舵角センサ
１２ 横加速度検出手段
１３ スリップ角検出手段
１３ａ 車輪速センサ
１５ 操作系及びその検出機構
２０ 演算手段
３０ 走行状態判定手段
３１ 表示手段
４０ 走行状態制御手段
５０ 走行状態安定ＥＣＵ
５５ 車両挙動検出機構及び判断装置
６０ アクチュエータ
６１ ステアリングギア比可変手段
６２ ホイールベース可変手段
６３ 後輪等価コーナリングパワー可変手段
６５ アクチュエータ可変機構
７０ メインＥＣＵ
８０ 走行安定状態判定装置
９０ 走行状態安定制御装置
１００ 車両
１１１ ステアリング
１６３ 後輪
６２０ リーフスプリング
６２１ 車軸部材
６２２ フレーム
６２３ 固定部材
６２４ 油圧シリンダ
６２５、６２６ 可動部材

Claims (5)

1. 車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
   前記車両のステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
   前記車両の車体スリップ角を検出するスリップ角検出手段と、
   前記横加速度検出手段により検出された前記車両の横加速度と、前記操舵角検出手段により検出された操舵角と、前記スリップ角検出手段により検出された車体スリップ角とに基づいて、前記車両の前記横加速度と前記操舵角との比率を示す第１の比率、及び前記スリップ角と前記横加速度との比率を示す第２の比率を算出する演算手段と、
   該演算手段により算出された前記第１の比率及び前記第２の比率に基づいて、車両の走行安定状態を判定する走行状態判定手段、
   とを備えたことを特徴とする車両の走行安定状態判定装置。
2. 前記走行状態判定手段は、所定の走行安定状態又は走行不安定状態を示す関係式であって、前記第１の比率及び前記第２の比率を変数として用いて表現された関係式と、前記演算手段により算出された前記第１の比率及び前記第２の比率と、の関係に基づいて走行安定状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の走行安定状態判定装置。
3. 請求項１又は２に記載の走行安定状態判定装置を備え、
   前記走行状態判定手段により、走行状態が安定でないと判定されたときには、前記ステアリングのギア比及び／又は前記車両のホイールベースを調整することにより、前記車両を安定状態にする制御を行なう走行状態制御手段、
   を備えたことを特徴とする走行状態安定制御装置。
4. 前記走行状態判定手段により、前記操舵角に対する前記横加速度の比率が大きいと判定されたときには、
   前記走行状態制御手段は、前記操舵角に対するタイヤの切れ角を小さくする前記ギア比の制御、及び／又は前記車両のホイールベースを長くする制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の走行状態安定制御装置。
5. 前記走行状態判定手段により、前記横加速度に対する前記車体スリップ角の比率が大きいと判定されたときには、
   前記走行状態制御手段は、前記車両の後輪の等価コーナリングパワーを増大する制御と、前記操舵角に対するタイヤの切れ角を大きくする前記ギア比の制御、及び／又は前記ホイールベースを短くする制御を行うことを特徴とする請求項３又は４に記載の走行状態安定制御装置。

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