JP2021187176A - Vehicle state detection device - Google Patents

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尚杜 吉川
Naoto Yoshikawa
裕昭 佐々木
Hiroaki Sasaki
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Toyota Motor Corp
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Abstract

To provide a vehicle state detection device which can detect a spin behavior without requiring a detection value of a steering angle sensor.SOLUTION: A vehicle state detection device 10 acquires information about a vehicle body speed Vx, lateral acceleration Ay and a yaw rate Yr of a vehicle from a sensor mounted on the vehicle. The vehicle state detection device calculates an actual lateral speed differential value dVy indicating an actual lateral speed differential value of the vehicle and a standard lateral speed differential value dVyStd indicating a lateral speed differential value of a vehicle becoming the standard from the acquired information about the vehicle body speed Vx, lateral acceleration Ay and raw rate Yr. The vehicle state detection device determines that the vehicle performs a spin behavior when a difference dVyError obtained by subtracting the standard lateral speed differential value dVyStd from the actual lateral speed differential value dVy exceeds a prescribed threshold.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、車両の状態を検出する車両状態検出装置に関する。 The present invention relates to a vehicle state detection device that detects the state of a vehicle.

特許文献1には、車両がオーバーステアであるかアンダーステアであるかを高精度に推定する旋回状態推定装置に関する技術が開示されている。この旋回状態推定装置は、車両の車速及び操舵角に基づいて規範となる車両の横すべり角速度(以下「規範横すべり角速度」とも称する。)を算出し、実際の車両の横すべり角速度の絶対値から規範横すべり角速度の絶対値を減算して得られる差分が、所定の正の閾値を上回る場合はオーバーステアであると推定し、所定の負の閾値を下回る場合はアンダーステアであると推定する。 Patent Document 1 discloses a technique relating to a turning state estimation device that estimates whether a vehicle is oversteer or understeer with high accuracy. This turning state estimation device calculates the normative side slip angular velocity (hereinafter, also referred to as "normative side slip angular velocity") based on the vehicle speed and steering angle of the vehicle, and calculates the normative skid angle speed from the absolute value of the actual vehicle side slip angular velocity. If the difference obtained by subtracting the absolute value of the angular velocity exceeds a predetermined positive threshold, it is estimated to be oversteer, and if it is below a predetermined negative threshold, it is estimated to be understeer.

特開2008−087548号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-0875448

車両のオーバーステア又はアンダーステアの状態や、車両のスピン挙動のような車両の不安定な状態を高精度に検出することは、横すべり防止装置(ESC;Electronic Stability Control)に代表される装置等による車両旋回時の挙動安定化制御を適切に行うために必要となる。このような検出は、車両に搭載するセンサで検出される車速や加速度といった車両状態情報から算出する値に基づいて行われることが一般的である。 To detect the oversteer or understeer state of the vehicle or the unstable state of the vehicle such as the spin behavior of the vehicle with high accuracy is a vehicle using a device represented by an electronic stability control (ESC). It is necessary to properly control the behavior stabilization during turning. Such detection is generally performed based on a value calculated from vehicle state information such as vehicle speed and acceleration detected by a sensor mounted on the vehicle.

前述の技術では、規範横すべり角速度を算出するために、車両の速度を検出する車速センサ及びステアリングの操舵角を検出する舵角センサが必要となる。しかしながら、スピン挙動を起こす虞のある過度な操舵を行う場合(例えば連邦自動車安全基準(FMVSS;Federal Motor Vehicle Safety Standards)のESC試験における80kph直進中に270degの操舵を行う場合等)、舵角センサの検出値は過大な規範横すべり角速度を算出させ、スピン挙動の検出が遅れる又は不正確になる等、適切に行われない虞がある。また舵角センサが故障した場合に、装置による検出ができない、もしくは不正確になる。 In the above-mentioned technique, in order to calculate the standard side slip angular velocity, a vehicle speed sensor for detecting the speed of the vehicle and a steering angle sensor for detecting the steering angle of the steering are required. However, when excessive steering that may cause spin behavior (for example, when steering 270 deg while traveling straight at 80 kph in the ESC test of Federal Motor Vehicle Safety Standards (FMVSS)), the steering angle sensor The detected value of is calculated as an excessive standard side slip angle velocity, and there is a possibility that the detection of the spin behavior is delayed or inaccurate, and is not performed properly. In addition, if the rudder angle sensor fails, the device cannot detect it or it becomes inaccurate.

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、舵角センサの検出値を必要とせずにスピン挙動を検出することが可能な車両状態検出装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a vehicle state detection device capable of detecting spin behavior without requiring a detection value of a steering angle sensor.

本発明は、車両状態検出装置に関連する。
車両状態検出装置は、
プロセッサと、車両に搭載されるセンサにより検出される車両の車体速、横加速度及びヨーレートの情報が格納されるメモリと、を備えている。
The present invention relates to a vehicle condition detection device.
The vehicle condition detector is
It includes a processor and a memory that stores information on the vehicle body speed, lateral acceleration, and yaw rate detected by sensors mounted on the vehicle.

プロセッサは、車体速、横加速度及びヨーレートから車両の実際の横速度微分値を示す実横速度微分値を算出する実横速度微分値算出処理と、車体速、横加速度及びヨーレートから規範となる車両の横速度微分値を示す規範横速度微分値を算出する規範横速度微分値算出処理と、実横速度微分値から規範横速度微分値を引いた差分が所定の閾値を超えた場合に、車両がスピン挙動をしていると判定するスピン挙動判定処理と、を行うように構成されている。 The processor uses the actual lateral speed differential value calculation process that calculates the actual lateral speed differential value indicating the actual lateral speed differential value of the vehicle from the vehicle body speed, lateral acceleration and yaw rate, and the vehicle that becomes the standard from the vehicle body speed, lateral acceleration and yaw rate. When the difference between the normative lateral velocity differential value calculation process for calculating the normative lateral velocity differential value and the difference obtained by subtracting the normative lateral velocity differential value from the actual lateral velocity differential value exceeds a predetermined threshold, the vehicle Is configured to perform spin behavior determination processing for determining that is performing spin behavior.

車両の横速度微分値は、車両が旋回運動する場合において、旋回の程度を表す1つの値であり、車両の実際の横速度微分値(以下「実横速度微分値」とも称する。)と規範とする車両の横速度微分値(以下「規範横速度微分値」とも称する。)のずれを評価することでスピン挙動しているか否かを判定することができる。本発明者は、車両の数理モデルである線形2輪モデルを用いて得られる規範横速度微分値が、操舵角に依らずに車体速、横加速度及びヨーレートから算出できることを見出した。 The lateral speed differential value of the vehicle is one value indicating the degree of turning when the vehicle makes a turning motion, and is defined as the actual lateral speed differential value of the vehicle (hereinafter, also referred to as "actual lateral speed differential value"). It is possible to determine whether or not the vehicle is performing spin behavior by evaluating the deviation of the lateral velocity differential value (hereinafter, also referred to as "normative lateral velocity differential value") of the vehicle. The present inventor has found that the normative lateral velocity derivative value obtained by using a linear two-wheel model which is a mathematical model of a vehicle can be calculated from the vehicle body speed, the lateral acceleration and the yaw rate regardless of the steering angle.

本発明によれば、車両の実際の横速度微分値から、車体速、横加速度及びヨーレートから算出される規範横速度微分値を引いた差分を評価することで、スピン挙動をしているか否かを判定する。これにより、舵角センサの検出値を必要とせずにスピン挙動の検出が可能となり、安全性の向上が見込める。 According to the present invention, whether or not the spin behavior is performed by evaluating the difference obtained by subtracting the normative lateral velocity differential value calculated from the vehicle body speed, the lateral acceleration and the yaw rate from the actual lateral velocity differential value of the vehicle. Is determined. This makes it possible to detect the spin behavior without the need for the detection value of the steering angle sensor, which is expected to improve safety.

実施の形態に係る車両の数理モデルを模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the mathematical model of the vehicle which concerns on embodiment. 実施の形態に係る車両状態検出装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the vehicle state detection apparatus which concerns on embodiment. 実施の形態に係る車両状態検出装置により実行される処理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the process executed by the vehicle state detection apparatus which concerns on embodiment. 実横速度微分値算出処理により実行される処理を示す図である。It is a figure which shows the process executed by the real lateral velocity differential value calculation process. 規範横速度微分値算出処理により実行される処理を示す図である。It is a figure which shows the process which is executed by the norm lateral velocity differential value calculation process. スピン挙動判定処理に関連する処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process related to the spin behavior determination process.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

1.概要
1−1.車両の数理モデル
図1は、本発明の実施の形態に係る車両1の数理モデルを模式的に示す図である。車両1は、旋回中心Cを中心として旋回軌道2に沿うように左旋回している。本実施の形態において、車両1は線形2輪モデルによりモデル化される。線形2輪モデルとは、車両1を一つの剛体と見なす、ヨー回転方向及び横方向の平面運動のみを考慮する、前輪及び後輪の左右のタイヤ特性は等しく前輪と後輪はそれぞれ一つのタイヤにより表す、等の仮定により、運動の自由度を減らし線形化された車両1の数理モデルである。
1. 1. Overview 1-1. Mathematical Model of Vehicle FIG. 1 is a diagram schematically showing a mathematical model of vehicle 1 according to an embodiment of the present invention. The vehicle 1 is turning left with the turning center C as the center along the turning track 2. In this embodiment, the vehicle 1 is modeled by a linear two-wheel model. The linear two-wheel model considers the vehicle 1 as one rigid body, considers only the plane motion in the yaw rotation direction and the lateral direction, and the left and right tire characteristics of the front and rear wheels are equal, and the front and rear wheels are one tire each. It is a mathematical model of the vehicle 1 linearized by reducing the degree of freedom of motion by assuming that it is represented by.

図1に示す車両1のそれぞれの値を説明する。Vは、車両1の速度(以下「車速V」とも称する。)である。Vxは、車速Vの車体軸前後方向の速度成分(以下「車体速Vx」とも称する。)である。Vyは、車速Vの車体軸左右方向の速度成分(以下「横速度Vy」とも称する。)である。Yrは、車両1の重心Gを回転軸とするヨーレートである。Lは、車両1の前輪軸a1と後輪軸a2との距離(ホイールベース)である。Lfは、車両1の前輪軸a1と重心軸a3との距離である。Lrは、車両1の後輪軸a2と重心軸a3との距離である。βは、車両1の横すべり角である。δは、車両1の操舵角である。Ffは、前輪のタイヤで生ずるコーナリングフォースである。Frは、後輪のタイヤで生ずるコーナリングフォースである。Ayは、車両1の加速度の車体軸左右方向の成分(以下「横加速度Ay」とも称する。)である。横加速度Ayは、車両1に搭載される加速度センサにより検出される車両1の車体軸左右方向の加速度である。 The respective values of the vehicle 1 shown in FIG. 1 will be described. V is the speed of the vehicle 1 (hereinafter, also referred to as “vehicle speed V”). Vx is a speed component of the vehicle speed V in the front-rear direction of the vehicle body axis (hereinafter, also referred to as “vehicle speed Vx”). Vy is a speed component of the vehicle speed V in the left-right direction of the vehicle body axis (hereinafter, also referred to as “lateral speed Vy”). Yr is a yaw rate with the center of gravity G of the vehicle 1 as the rotation axis. L is the distance (wheelbase) between the front wheel axle a1 and the rear wheel axle a2 of the vehicle 1. Lf is the distance between the front wheel axle a1 and the center of gravity axis a3 of the vehicle 1. Lr is the distance between the rear wheel axle a2 of the vehicle 1 and the center of gravity axis a3. β is the side slip angle of the vehicle 1. δ is the steering angle of the vehicle 1. Ff is a cornering force generated by the front tires. Fr is a cornering force generated by the tires of the rear wheels. Ay is a component of the acceleration of the vehicle 1 in the left-right direction of the vehicle body axis (hereinafter, also referred to as “lateral acceleration Ay”). The lateral acceleration Ay is the acceleration in the left-right direction of the vehicle body axis of the vehicle 1 detected by the acceleration sensor mounted on the vehicle 1.

線形2輪モデルにおける車両1の運動方程式は、以下の並進運動の運動方程式(1a)及び回転運動の運動方程式(2a)で表すことができる。 The equation of motion of the vehicle 1 in the linear two-wheel model can be expressed by the following equations of motion of translational motion (1a) and equations of motion of rotational motion (2a).

Figure 2021187176
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Figure 2021187176
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ここで、mは車両質量、dVyは横速度Vyの時間微分値(以下「横速度微分値dVy」とも称する。)、Iは重心Gの周りのヨー慣性モーメント、dYrはヨーレートYrの時間微分値、をそれぞれ表している。また式(1a)より、横加速度Ayは以下の式(3a)となる。 Here, m is the vehicle mass, dVy is the time derivative of the lateral velocity Vy (hereinafter, also referred to as “lateral velocity differential value dVy”), I is the yaw moment of inertia around the center of gravity G, and dYr is the time derivative of the yaw rate Yr. , Represent each. Further, from the equation (1a), the lateral acceleration Ay becomes the following equation (3a).

Figure 2021187176
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車体速Vxは、車体軸前方方向を正とする。コーナリングフォースFf、コーナリングフォースFr、横速度Vy及び横加速度Ayは、それぞれ車体軸左方向を正とする。ヨーレートYr、横すべり角β及び操舵角δは、それぞれ時計回りを正とする。よって図1に示される左旋回の場合、車体速Vxは正値、コーナリングフォースFf及びFrは正値、横速度Vy及び横すべり角βは負値、ヨーレートYr、横加速度Ay及び操舵角δは正値、となる。 The vehicle body speed Vx is positive in the front direction of the vehicle body axis. The cornering force Ff, the cornering force Fr, the lateral speed Vy, and the lateral acceleration Ay are positive in the left direction of the vehicle body axis, respectively. The yaw rate Yr, the side slip angle β, and the steering angle δ are positive in the clockwise direction, respectively. Therefore, in the case of left turn shown in FIG. 1, the vehicle body speed Vx is a positive value, the cornering force Ff and Fr are positive values, the lateral speed Vy and the lateral slip angle β are negative values, the yaw rate Yr, the lateral acceleration Ay and the steering angle δ are positive values. The value is.

横すべり角βが十分小さいとき、以下の近似式(4)及び(5)を与えることができる。またこのとき、コーナリングフォースFf及びFrは、以下の式(6)及び(7)で与えることができる。 When the side slip angle β is sufficiently small, the following approximate equations (4) and (5) can be given. At this time, the cornering forces Ff and Fr can be given by the following equations (6) and (7).

Figure 2021187176
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Figure 2021187176
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Figure 2021187176
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Figure 2021187176
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ここで、dβは横すべり角βの時間微分値(以下「横すべり角速度dβ」とも称する。)、Kf及びKrは車両1の特性により定まるコーナリングフォースFf及びFrの比例係数(コーナリングパワー)、をそれぞれ表している。 Here, dβ represents the time derivative value of the side slip angle β (hereinafter, also referred to as “side slip angular velocity dβ”), and Kf and Kr represent the proportional coefficients (cornering power) of the cornering force Ff and Fr determined by the characteristics of the vehicle 1, respectively. ing.

式(5)より、横加速度Ayの式(3a)は以下の式(3b)で表すこともできる。 From the equation (5), the equation (3a) of the lateral acceleration Ay can also be expressed by the following equation (3b).

Figure 2021187176
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式(5)乃至式(7)より、式(1a)及び式(2a)は以下の式(1b)及び式(2b)で表される。式(1b)及び式(2b)が、本実施の形態に係る車両1の数理モデルが表す運動方程式となる。 From the formulas (5) to (7), the formulas (1a) and (2a) are represented by the following formulas (1b) and (2b). Equations (1b) and (2b) are equations of motion represented by the mathematical model of the vehicle 1 according to the present embodiment.

Figure 2021187176
Figure 2021187176

Figure 2021187176
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1−2.スピン挙動の判定
車両1が定常的な旋回運動を行っている場合、横すべり角βが安定し、一定のヨーレートYrで旋回運動を行う。一方で、過度な操舵や急転舵等により、車両1の横すべり角βが安定せずに、旋回運動に対して過度なヨーレートYrが発生している状態がスピン挙動である。スピン挙動は、一般に車両がオーバーステアの状態に発生する。
1-2. Judgment of spin behavior When the vehicle 1 is performing a steady turning motion, the side slip angle β is stable and the turning motion is performed at a constant yaw rate Yr. On the other hand, the spin behavior is a state in which the side slip angle β of the vehicle 1 is not stable due to excessive steering, sudden turning, or the like, and an excessive yaw rate Yr is generated with respect to the turning motion. Spin behavior generally occurs when the vehicle is oversteered.

前述のように、車両1がスピン挙動を行っている場合、横すべり角βが安定していない。従って、横すべり角速度dβの大きさを評価することにより車両1のスピン挙動を判定することができる。 As described above, when the vehicle 1 is performing the spin behavior, the side slip angle β is not stable. Therefore, the spin behavior of the vehicle 1 can be determined by evaluating the magnitude of the side slip angular velocity dβ.

ところで、図1に示されるように、横すべり角βの絶対値が大きくなる場合、横速度Vyの絶対値も大きくなる。すなわち、横すべり角速度dβは横速度微分値dVyと相関がある。従って、横速度微分値dVyの大きさを評価することによっても車両のスピン挙動を判定することができる。 By the way, as shown in FIG. 1, when the absolute value of the lateral slip angle β becomes large, the absolute value of the lateral velocity Vy also becomes large. That is, the lateral slip angular velocity dβ correlates with the lateral velocity differential value dVy. Therefore, the spin behavior of the vehicle can also be determined by evaluating the magnitude of the lateral velocity differential value dVy.

図1に示されるように、左旋回中にオーバーステア状態でスピン挙動となる場合、横速度微分値dVyは負である。一方で、右旋回中にオーバーステア状態でスピン挙動となる場合、横速度微分値dVyは正である。横速度微分値dVyの絶対値が大きいほど、横すべり角速度dβの絶対値が大きく、より過度なスピン挙動を行っているということができる。 As shown in FIG. 1, when the spin behavior occurs in the oversteer state during the left turn, the lateral velocity differential value dVy is negative. On the other hand, when the spin behavior occurs in the oversteer state during a right turn, the lateral velocity differential value dVy is positive. It can be said that the larger the absolute value of the lateral velocity differential value dVy is, the larger the absolute value of the lateral slip angular velocity dβ is, and the more excessive spin behavior is performed.

本実施の形態に係る車両状態検出装置は、横速度微分値dVyを評価することで車両1のスピン挙動を判定する。 The vehicle state detection device according to the present embodiment determines the spin behavior of the vehicle 1 by evaluating the lateral velocity differential value dVy.

2.構成
図2は、本発明の実施の形態に係る車両状態検出装置10の構成例を示すブロック図である。車両状態検出装置10は、典型的には、車両1に搭載されるECU(Electronic Control Unit)である。車両状態検出装置10は、複数のECUの組み合わせであってもよい。あるいは、車両状態検出装置10は、車両1の外部の情報処理装置であってもよい。
2. 2. Configuration FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the vehicle state detection device 10 according to the embodiment of the present invention. The vehicle state detection device 10 is typically an ECU (Electronic Control Unit) mounted on the vehicle 1. The vehicle state detection device 10 may be a combination of a plurality of ECUs. Alternatively, the vehicle state detection device 10 may be an information processing device external to the vehicle 1.

車両状態検出装置10は、センサ群20と、アクチュエータ群30と、に電気的又は無線で接続されている。 The vehicle state detection device 10 is electrically or wirelessly connected to the sensor group 20 and the actuator group 30.

車両状態検出装置10の処理回路は、インターフェース11と、メモリ12と、プロセッサ13と、を備えている。インターフェース11は、車両1に搭載される各種センサの検出値を入力とし、車両1が備える各種アクチュエータに対する操作信号を出力とする。入力された各種センサの検出値は、メモリ12に格納される。メモリ12は、データを一時的に記録するRAM(Random Access Memory)と、制御プログラムや制御プログラムの定数値等を保存するROM(Read Only Memory)と、を含んでいる。プロセッサ13は、制御プログラム等をメモリ12から読み出して実行し、取り込んだ入力値に基づいて操作信号を生成する。 The processing circuit of the vehicle state detection device 10 includes an interface 11, a memory 12, and a processor 13. The interface 11 inputs the detection values of various sensors mounted on the vehicle 1 and outputs operation signals for various actuators included in the vehicle 1. The input detection values of the various sensors are stored in the memory 12. The memory 12 includes a RAM (Random Access Memory) for temporarily recording data and a ROM (Read Only Memory) for storing a control program, constant values of the control program, and the like. The processor 13 reads a control program or the like from the memory 12 and executes it, and generates an operation signal based on the captured input value.

センサ群20は、車速センサ21と、横加速度センサ22と、ヨーレートセンサ23と、を含んでいる。車速センサ21は、車体速Vxを検出し出力する。車速センサ21は、典型的には、車輪速センサである。横加速度センサ22は、横加速度Ayを検出し出力する。横加速度センサ22は、典型的には、Gセンサである。ヨーレートセンサ23は、ヨーレートYrを検出し出力する。ヨーレートセンサ23は、典型的には、ジャイロセンサである。 The sensor group 20 includes a vehicle speed sensor 21, a lateral acceleration sensor 22, and a yaw rate sensor 23. The vehicle speed sensor 21 detects and outputs the vehicle body speed Vx. The vehicle speed sensor 21 is typically a wheel speed sensor. The lateral acceleration sensor 22 detects and outputs the lateral acceleration Ay. The lateral acceleration sensor 22 is typically a G sensor. The yaw rate sensor 23 detects and outputs the yaw rate Yr. The yaw rate sensor 23 is typically a gyro sensor.

アクチュエータ群30は、モーメント制御アクチュエータ31を含んでいる。モーメント制御アクチュエータ31は、入力される目標モーメントに基づいて、車両1にヨーモーメントを発生させる。これにより、車両1の状態に応じて、車両1のヨー方向の運動を制御することができ車両1の挙動を安定化させる。 The actuator group 30 includes a moment control actuator 31. The moment control actuator 31 generates a yaw moment in the vehicle 1 based on the input target moment. As a result, the movement of the vehicle 1 in the yaw direction can be controlled according to the state of the vehicle 1 and the behavior of the vehicle 1 is stabilized.

本発明の実施の形態に係る車両状態検出装置10は、後述するように、アクチュエータ群30にスピン挙動判定値及び目標モーメントを出力する。モーメント制御アクチュエータ31は、車両1がスピン挙動をしている場合に、目標モーメントに基づいてヨーモーメントを発生させる。これにより、車両1のスピン挙動を抑制することができる。 The vehicle state detection device 10 according to the embodiment of the present invention outputs a spin behavior determination value and a target moment to the actuator group 30 as described later. The moment control actuator 31 generates a yaw moment based on the target moment when the vehicle 1 is in a spin behavior. As a result, the spin behavior of the vehicle 1 can be suppressed.

車両状態検出装置10は、センサ群20から少なくとも車体速Vx、横加速度Ay及びヨーレートYrの情報を取得し、アクチュエータ群30に少なくともスピン挙動判定値及び目標モーメントを出力する。スピン挙動判定値は、車両1がスピン挙動をしているか否かを示す値である。スピン挙動判定値は、例えば、車両1がスピン挙動をしていない場合は0とし、車両1がスピン挙動をしていると判定された場合に1とするブール値である。目標モーメントは、前述のように、スピン挙動を抑制するためのヨーモーメントの目標値である。 The vehicle state detection device 10 acquires at least information on the vehicle body speed Vx, lateral acceleration Ay, and yaw rate Yr from the sensor group 20, and outputs at least the spin behavior determination value and the target moment to the actuator group 30. The spin behavior determination value is a value indicating whether or not the vehicle 1 is performing spin behavior. The spin behavior determination value is, for example, a Boolean value set to 0 when the vehicle 1 does not have a spin behavior and 1 when it is determined that the vehicle 1 has a spin behavior. As described above, the target moment is the target value of the yaw moment for suppressing the spin behavior.

3.車両状態検出装置の機能
図3は、車両状態検出装置10のプロセッサ13により実行される処理を模式的に示す図である。車両状態検出装置10のプロセッサ13により実行される処理は、実横速度微分値算出処理S10と、規範横速度微分値算出処理S20と、スピン挙動判定処理S30と、目標モーメント算出処理S40と、を含んでいる。
3. 3. Functions of the Vehicle Condition Detection Device FIG. 3 is a diagram schematically showing a process executed by the processor 13 of the vehicle state detection device 10. The processes executed by the processor 13 of the vehicle state detection device 10 include the actual lateral velocity differential value calculation process S10, the normative lateral velocity differential value calculation process S20, the spin behavior determination process S30, and the target moment calculation process S40. Includes.

実横速度微分値算出処理S10において、プロセッサ13は、車両1の実際の横速度微分値dVy(実横速度微分値dVy)を算出する。規範横速度微分値算出処理S20において、プロセッサ13は、車両1の規範横速度微分値dVyStdを算出する。規範横速度微分値dVyStdは、規範となる横速度微分値dVyであり、後述するように、車体速Vx、横加速度Ay及びヨーレートYrから線形2輪モデルを用いて算出される。実横速度微分値算出処理S10及び規範横速度微分値算出処理S20の後、プロセッサ13は、実横速度微分値dVyから規範横速度微分値dVyStdを引いた差分dVyErrorを算出する。スピン挙動判定処理S30において、プロセッサ13は、差分dVyErrorに基づいて、車両1がスピン挙動をしているか否かを判定し、スピン挙動判定値を出力する。目標モーメント算出処理S40において、プロセッサ13は、差分dVyErrorに基づいて、スピン挙動を抑制するための目標モーメントを算出し出力する。 In the actual lateral velocity differential value calculation process S10, the processor 13 calculates the actual lateral velocity differential value dVy (actual lateral velocity differential value dVy) of the vehicle 1. In the normative lateral velocity differential value calculation process S20, the processor 13 calculates the normative lateral velocity differential value dVyStd of the vehicle 1. The normative lateral velocity differential value dVyStd is a normative lateral velocity differential value dVy, and is calculated from the vehicle body speed Vx, the lateral acceleration Ay, and the yaw rate Yr using a linear two-wheel model, as will be described later. After the actual lateral velocity differential value calculation process S10 and the standard lateral velocity differential value calculation process S20, the processor 13 calculates the difference dVyError obtained by subtracting the nominal lateral velocity differential value dVyStd from the actual lateral velocity differential value dVy. In the spin behavior determination process S30, the processor 13 determines whether or not the vehicle 1 is performing the spin behavior based on the difference dVyError, and outputs the spin behavior determination value. In the target moment calculation process S40, the processor 13 calculates and outputs a target moment for suppressing the spin behavior based on the difference dVyError.

3−1.実横速度微分値算出処理
式(3a)より、実横速度微分値dVyは以下の式(8)により算出することができる。実横速度微分値dVyは、車体速Vx、横加速度Ay及びヨーレートYrにより算出できることがわかる。図4に、実横速度微分値算出処理S10の処理を示す。
3-1. From the actual lateral velocity differential value calculation processing equation (3a), the actual lateral velocity differential value dVy can be calculated by the following equation (8). It can be seen that the actual lateral velocity differential value dVy can be calculated from the vehicle body velocity Vx, the lateral acceleration Ay, and the yaw rate Yr. FIG. 4 shows the process of the actual lateral velocity differential value calculation process S10.

Figure 2021187176
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3−2.規範横速度微分値算出処理
以下、線形2輪モデルにより算出される規範横速度微分値dVyStdについて説明する。式(1b)及び式(2b)より、操舵角δに対する横すべり角βの伝達関数Gδ β(s)及び操舵角δに対するヨーレートYrの伝達関数Gδ (s)は、それぞれ以下の式(9)及び式(10)で表すことができる。
3-2. Normative lateral velocity differential value calculation process The normative lateral velocity differential value dVyStd calculated by the linear two-wheel model will be described below. From the equations (1b) and (2b), the transfer function G δ β (s) of the side slip angle β with respect to the steering angle δ and the transfer function G δ r (s) of the yaw rate Yr with respect to the steering angle δ are obtained by the following equations (s), respectively. It can be expressed by 9) and the equation (10).

Figure 2021187176
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Figure 2021187176
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ここで、sは複素数でありラプラス変換による関数の変数である。β(s)、Yr(s)及びδ(s)はそれぞれ横すべり角β、ヨーレートYr及び操舵角δのラプラス変換による像関数である。Gδ β(0)及びGδ (0)はそれぞれ定常状態における操舵角δに対する横すべり角βの伝達関数及び操舵角δに対するヨーレートYrの伝達関数であり、以下の式(11)及び式(12)で表される。ω及びζはそれぞれ車両1の数理モデルにおける固有周波数及び減衰率である。Tβ及びTはそれぞれ伝達関数Gδ β(s)及び伝達関数Gδ (s)の1次進み要素の時定数であり、以下の式(13)及び式(14)で表される。Khは車両1のスタビリティファクタで以下の式(15)で表される。 Here, s is a complex number and is a variable of the function by Laplace transform. β (s), Yr (s) and δ (s) are image functions obtained by Laplace transform of the side slip angle β, the yaw rate Yr and the steering angle δ, respectively. G δ β (0) and G δ r (0) are the transfer function of the side slip angle β with respect to the steering angle δ and the transfer function of the yaw rate Yr with respect to the steering angle δ in the steady state, respectively. It is represented by 12). ω n and ζ are natural frequencies and attenuation factors in the mathematical model of vehicle 1, respectively. T β and Tr are the time constants of the linear advancing elements of the transfer function G δ β (s) and the transfer function G δ r (s), respectively, and are represented by the following equations (13) and (14). .. Kh is a stability factor of the vehicle 1 and is expressed by the following equation (15).

Figure 2021187176
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式(3b)、式(9)及び式(10)より、操舵角δに対する横加速度Ayの伝達関数Gδ (s)は以下の式(16)で表される。Hy(s)及びG(s)は以下の式(17)及び式(18)である。 From the equations (3b), (9) and (10), the transfer function G δ y (s) of the lateral acceleration Ay with respect to the steering angle δ is expressed by the following equation (16). Hy (s) and G (s) are the following equations (17) and (18).

Figure 2021187176
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一方、式(3b)より、以下の式(19)を与えることができる。dβ(s)は横すべり角速度dβのラプラス変換による像関数である。 On the other hand, the following equation (19) can be given from the equation (3b). dβ (s) is an image function by Laplace transform of the lateral slip angular velocity dβ.

Figure 2021187176
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式(10)、式(16)及び式(19)より、以下の式(20)を与えることができる。 From the formula (10), the formula (16) and the formula (19), the following formula (20) can be given.

Figure 2021187176
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式(20)のVx・dβは、式(5)に示されるように、横速度微分値dVyを意味する。式(20)を用いて、規範横速度微分値算出処理S20は、規範横速度微分値dVyStdを算出し出力する。規範横速度微分値dVyStdは、式(20)に示されるように、操舵角δを用いることなく、車体速Vx、横加速度Ay及びヨーレートYrにより算出できることがわかる。図5に、規範横速度微分値算出処理S20の処理を示す。 Vx · dβ in the equation (20) means the lateral velocity differential value dVy as shown in the equation (5). Using the equation (20), the normative lateral velocity differential value calculation process S20 calculates and outputs the normative lateral velocity differential value dVyStd. It can be seen that the normative lateral velocity differential value dVyStd can be calculated by the vehicle body speed Vx, the lateral acceleration Ay and the yaw rate Yr without using the steering angle δ as shown in the equation (20). FIG. 5 shows the process of the normative lateral velocity differential value calculation process S20.

3−3.スピン挙動判定処理
図6は、スピン挙動判定処理S30に関連する処理を示すフローチャートである。図6に示される処理フローは、一定サイクル毎に繰り返し実行される。
3-3. Spin behavior determination process FIG. 6 is a flowchart showing a process related to the spin behavior determination process S30. The processing flow shown in FIG. 6 is repeatedly executed at regular intervals.

ステップS31において、プロセッサ13は、車両1が左旋回中であるか右旋回中であるかを判定する。左旋回中であるか右旋回中であるかは、例えば横加速度センサ22で検出される横加速度Ayの符号により判定できる。もしくは、ヨーレートセンサ23により検出されるヨーレートYrの符号であってもよい。前述のように、左旋回中のとき、横加速度Ay及びヨーレートYrは正値となり、右旋回中のとき、横加速度Ay及びヨーレートYrは負値となる。左旋回中であると判定される場合(ステップS31;Yes)、処理はステップS32に進む。右旋回中であると判定される場合(ステップS31;No)、処理はステップS33に進む。 In step S31, the processor 13 determines whether the vehicle 1 is turning left or turning right. Whether it is turning left or turning right can be determined, for example, by the sign of the lateral acceleration Ay detected by the lateral acceleration sensor 22. Alternatively, it may be a code of the yaw rate Yr detected by the yaw rate sensor 23. As described above, when turning left, the lateral acceleration Ay and the yaw rate Yr become positive values, and when turning right, the lateral acceleration Ay and the yaw rate Yr become negative values. If it is determined that the vehicle is turning left (step S31; Yes), the process proceeds to step S32. If it is determined that the vehicle is turning to the right (step S31; No), the process proceeds to step S33.

ステップS32において、プロセッサ13は、左旋回中に車両1がスピン挙動をしているか否かを判定する。左旋回中におけるスピン挙動時は、前述のように、横速度微分値dVyが負値となる。従って、差分dVyErrorが所定の閾値dVyThの負数より小さくなるとき、プロセッサ13は、車両1がスピン挙動をしていると判定する。車両1がスピン挙動していると判定される場合(ステップS32;Yes)、処理はステップS34に進む。車両1がスピン挙動していないと判定される場合(ステップS32;No)、処理はステップS36に進む。 In step S32, the processor 13 determines whether or not the vehicle 1 is spinning while turning left. During the spin behavior during left turn, the lateral velocity differential value dVy becomes a negative value as described above. Therefore, when the difference dVyError becomes smaller than the negative number of the predetermined threshold value dVyTh, the processor 13 determines that the vehicle 1 is in the spin behavior. If it is determined that the vehicle 1 is spinning (step S32; Yes), the process proceeds to step S34. If it is determined that the vehicle 1 is not spinning (step S32; No), the process proceeds to step S36.

ステップS33において、プロセッサ13は、右旋回中に車両1がスピン挙動をしているか否かを判定する。右旋回中におけるスピン挙動時は、前述のように、横速度微分値dVyが正値となる。従って、差分dVyErrorが所定の閾値dVyThの正数より大きくなるとき、プロセッサ13は、車両1がスピン挙動をしていると判定する。車両1がスピン挙動をしていると判定される場合(ステップS33;Yes)、処理はステップS35に進む。車両1がスピン挙動をしていないと判定される場合(ステップS33;No)、処理はステップS36に進む。 In step S33, the processor 13 determines whether or not the vehicle 1 is spinning during a right turn. During the spin behavior during a right turn, the lateral velocity differential value dVy becomes a positive value as described above. Therefore, when the difference dVyError becomes larger than the positive number of the predetermined threshold value dVyTh, the processor 13 determines that the vehicle 1 is in the spin behavior. When it is determined that the vehicle 1 is performing the spin behavior (step S33; Yes), the process proceeds to step S35. If it is determined that the vehicle 1 is not performing the spin behavior (step S33; No), the process proceeds to step S36.

閾値dVyThは、スピン挙動抑制制御の介入閾値であり、例えば実車両適合により決められる値である。またステップS32における閾値dVyThと、ステップS33における閾値dVyThと、は異なる値となるように設定されていてもよい。 The threshold value dVyTh is an intervention threshold value for spin behavior suppression control, and is a value determined by, for example, adapting to an actual vehicle. Further, the threshold value dVyTh in step S32 and the threshold value dVyTh in step S33 may be set to be different values.

尚、「差分dVyErrorが閾値dVyThを超える」とは、「左旋回中に差分dVyErrorが閾値dVyThの負数より小さくなること」と、「右旋回中に差分dVyErrorが閾値dVyThの正数より大きくなること」と、の両方を意味する。 In addition, "the difference dVyError exceeds the threshold value dVyThh" means "the difference dVyError becomes smaller than the negative number of the threshold value dVyThh during the left turn" and "the difference dVyError becomes larger than the positive number of the threshold value dVyThh during the right turn". That means both.

ステップS34及びステップS35は、実質的に同じ処理を表している。ステップS34及びステップS35において、プロセッサ13は、スピン挙動判定値を1とする。その後、処理を終了する。 Step S34 and step S35 represent substantially the same processing. In step S34 and step S35, the processor 13 sets the spin behavior determination value to 1. After that, the process ends.

ステップS36において、プロセッサ13は、スピン挙動判定値を0とする。その後、処理を終了する。 In step S36, the processor 13 sets the spin behavior determination value to 0. After that, the process ends.

3−4.目標モーメント算出処理
目標モーメント算出処理S40は、例えば差分dVyErrorに対する目標モーメントを与える2次元マップを用いることにより、目標モーメントを出力する。2次元マップは、例えば実車適合によって差分dVyErrorに対して適当な目標モーメントを与えるように作成することができる。
3-4. Target moment calculation process The target moment calculation process S40 outputs a target moment by using, for example, a two-dimensional map that gives a target moment to the difference dVyError. The two-dimensional map can be created so as to give an appropriate target moment to the difference dVyError by, for example, adapting to the actual vehicle.

4.効果
以上説明したように、本実施の形態の車両状態検出装置10によれば、横速度微分値dVyを用いることで、舵角センサの検出値を必要とせずにスピン挙動をしているか否かを判定することができる。これにより、過度な操舵を行う場合や舵角センサが故障した場合であっても、スピン挙動を判定することができる。
4. Effect As described above, according to the vehicle state detection device 10 of the present embodiment, whether or not the spin behavior is performed without requiring the detection value of the steering angle sensor by using the lateral velocity differential value dVy. Can be determined. As a result, the spin behavior can be determined even when excessive steering is performed or the steering angle sensor fails.

ところで式(20)において、1/Hy(s)及び1/Hr(s)は、ローパスフィルタとなっている。従って規範横速度微分値dVyStdは、横加速度Ay及びヨーレートYrの高周波成分を含んでおり、横加速度センサ22及びヨーレートセンサ23のセンサノイズが含まれる。従って、差分dVyErrorの算出において、センサノイズが取り除かれることになる。このように、本実施の形態の車両状態検出装置10は、ノイズキャンセル効果を副次的に持っている。これにより、路面外乱による横加速度センサ22及びヨーレートセンサ23のセンサノイズに伴う不要な出力を軽減することができ、ロバスト性が向上する。またスピン抑制制御の介入閾値dVyThを小さくとることができる。 By the way, in the formula (20), 1 / Hy (s) and 1 / Hr (s) are low-pass filters. Therefore, the normative lateral velocity differential value dVyStd includes the high frequency components of the lateral acceleration Ay and the yaw rate Yr, and includes the sensor noise of the lateral acceleration sensor 22 and the yaw rate sensor 23. Therefore, the sensor noise is removed in the calculation of the difference dVyError. As described above, the vehicle state detection device 10 of the present embodiment has a noise canceling effect as a secondary effect. As a result, unnecessary output due to sensor noise of the lateral acceleration sensor 22 and the yaw rate sensor 23 due to road surface disturbance can be reduced, and robustness is improved. In addition, the intervention threshold dVyTh for spin suppression control can be set small.

5.実施の形態の車両状態検出装置の変形例
実施の形態の車両状態検出装置10は、以下のように変形した態様を採用しても良い。
5. Modification example of the vehicle state detection device of the embodiment The vehicle state detection device 10 of the embodiment may adopt the modified mode as follows.

車両状態検出装置10は、横加速度センサ22の検出値に路面のカント角に対する補正(以下「カント補正」とも称する。)を行うように構成されていても良い。車両1がカント角のある路面を旋回する場合、典型的な横加速度センサ22であるGセンサは、路面のカント角による重力加速度の影響を受ける。このために、Gセンサの検出値は、横加速度Ayに対して無視できないずれが生ずる可能性がある。車両状態検出装置10は、このずれを補正する。カント補正は、例えばロールレートセンサを用いて、カント角を推定することにより行われる。ロールレートセンサは、一般的にジャイロセンサに含まれている。センサ群20に、更にロールレートセンサを含んでいても良い。ロールレートセンサが搭載されない場合は、Gセンサの検出値の低周波成分を用いてカント角を推定することによりカント補正を行ってもよい。 The vehicle state detection device 10 may be configured to correct the cant angle of the road surface (hereinafter, also referred to as “cant correction”) for the detected value of the lateral acceleration sensor 22. When the vehicle 1 turns on a road surface having a cant angle, the G sensor, which is a typical lateral acceleration sensor 22, is affected by the gravitational acceleration due to the cant angle of the road surface. Therefore, the detected value of the G sensor may have a non-negligible deviation with respect to the lateral acceleration Ay. The vehicle state detection device 10 corrects this deviation. The cant correction is performed by estimating the cant angle using, for example, a roll rate sensor. The roll rate sensor is generally included in the gyro sensor. The sensor group 20 may further include a roll rate sensor. When the roll rate sensor is not mounted, the cant correction may be performed by estimating the cant angle using the low frequency component of the detected value of the G sensor.

1 車両
10 車両状態検出装置
11 インターフェース
12 メモリ
13 プロセッサ
20 センサ群
21 車速センサ
22 横加速度センサ
23 ヨーレートセンサ
30 アクチュエータ群
31 モーメント制御アクチュエータ
S10 実横速度微分値算出処理
S20 規範横速度微分値算出処理
S30 スピン挙動判定処理
S40 目標モーメント算出処理
1 Vehicle 10 Vehicle state detection device 11 Interface 12 Memory 13 Processor 20 Sensor group 21 Vehicle speed sensor 22 Lateral acceleration sensor 23 Yaw rate sensor 30 Actuator group 31 Moment control actuator S10 Actual lateral speed differential value calculation processing S20 Normal lateral speed differential value calculation processing S30 Spin behavior determination process S40 Target moment calculation process

Claims (1)

車両の状態を検出する車両状態検出装置であって、
プロセッサと、
前記車両に搭載されるセンサにより検出される前記車両の車体速、横加速度及びヨーレートの情報が格納されるメモリと、
を備え、
前記プロセッサは、
前記車体速、前記横加速度及び前記ヨーレートから、前記車両の実際の横速度微分値を示す実横速度微分値を算出する実横速度微分値算出処理と、
前記車体速、前記横加速度及び前記ヨーレートから、規範となる前記車両の前記横速度微分値を示す規範横速度微分値を算出する規範横速度微分値算出処理と、
前記実横速度微分値から前記規範横速度微分値を引いた差分が所定の閾値を超えた場合に、前記車両がスピン挙動をしていると判定するスピン挙動判定処理と、を行うように構成されていることを特徴とする車両状態検出装置。
It is a vehicle condition detection device that detects the condition of the vehicle.
With the processor
A memory that stores information on the vehicle body speed, lateral acceleration, and yaw rate detected by the sensor mounted on the vehicle, and
Equipped with
The processor
The actual lateral speed differential value calculation process for calculating the actual lateral speed differential value indicating the actual lateral speed differential value of the vehicle from the vehicle body speed, the lateral acceleration, and the yaw rate, and
A normative lateral velocity differential value calculation process for calculating a normative lateral velocity differential value indicating the lateral velocity differential value of the vehicle as a norm from the vehicle body speed, the lateral acceleration, and the yaw rate.
When the difference obtained by subtracting the normative lateral velocity differential value from the actual lateral velocity differential value exceeds a predetermined threshold value, the spin behavior determination process for determining that the vehicle is performing spin behavior is performed. A vehicle condition detection device characterized by being
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