JP2896410B2

JP2896410B2 - ヨーレートセンサ

Info

Publication number: JP2896410B2
Application number: JP19140690A
Authority: JP
Inventors: 政雄秀島
Original assignee: Matsuda KK
Current assignee: Matsuda KK
Priority date: 1990-07-18
Filing date: 1990-07-18
Publication date: 1999-05-31
Anticipated expiration: 2014-05-31
Also published as: JPH0476460A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、車両に搭載され、車両の旋回あるいは振れ
によるヨー運動の方向と大きさ（ヨーレート）を検出す
るためのヨーレートセンサに関する。

（従来の技術）操舵輪の操舵操作により前輪のみでなく後輪をも転舵
するようにした四輪操舵式（すなわち4WS）の車両で
は、高速走行時は操舵輪の操作方向と同方向に後輪を転
舵し（同相）、しかもその転舵量を抑えて車体の安定を
保てるようにし、一方、車庫入れ時等は操舵輪の操作方
向と逆方向に後輪を転舵し（逆相）、しかもその転舵量
を大きくして十分小回りがきくように制御を行うのが普
通である。そして、この制御は、一般に車速と舵角の二
つをパラメータとして行われる。

ところで、車両の旋回操作時には、旋回によって生ず
る角速度を直接検出し、その検出値を後輪転舵の制御量
を演算するパラメータに加えることで、より応答性の良
い制御が可能になる。また、車両が走行中に例えば横風
等の横方向外力を受けて左右に振れるような時には、振
れを検出し、それを打ち消す方向に後輪を転舵制御する
ことで、車両を直進状態に保持することが可能となる。
そこで、例えば特開昭57-44568号公報に記載されている
ように、車両の旋回あるいは振れをヨーレートセンサに
よって直接検出し、ヨーレートに応じて4WSのきり角を
変えるようにしたものが提案されている。

（発明が解決しようとする課題）可動物体の振れを検出するセンサとして代表的なもの
にジャイロがあるが、このような高価なものを車両の制
御システムに用いることは実用的でない。そこで、車両
の4WS制御等への入力信号にヨーレートを用いる場合
に、ヨーレートセンサとしては、例えば、ビデオカメラ
の画振れ等を防止するシステムに用いられている音叉型
あるいは振動子型の角速度センサを転用することが考え
られる。

上記角速度センサは、例えば、圧電バイモルフからな
る駆動素子と検知素子を直交接合した振動ユニットと、
モニター素子と検知素子を直交接合した振動ユニットと
を連結板で連結して、この連結板を一点で支持して音叉
構造とし、一方の駆動素子に一定の駆動信号を加えるこ
とで連結板を介し音叉全体を共振させ、これに角速度が
加わったときに圧電バイモルフの面に直角に発生する力
を電圧に変換しセンサ出力として取り出すようにしたも
のである。

しかしながら、このような角速度センサを車両の制御
システムに用いようとしたときには、つぎのような問題
が発生する。すなわち、通常の角速度センサの場合、出
力電圧がゼロ（Ｖ）で角速度ゼロとし、出力電圧がプラ
ス側のときは例えば右側の振れとして検出し、マイナス
側のときは左側の振れとして検出するのが普通であっ
て、その場合、ゼロ点（基準点）は、制御系の他の回路
と共通のグランドレベルであって変動しないため、認識
が容易である。しかしながら、車両の制御システムのた
めのヨーレートセンサとしてこれを用いる場合、車両に
はマイナス電源がないため、上記のようにグランドレベ
ルをゼロ点としたのでは左右両方の振れあるいは旋回を
検出することができない。そこで、車載ヨーレートセン
サの場合には、センサ内電源電圧が例えば5Vであれば、
ゼロ点はその真中の2.5Vというように設定し、それを基
準に左右の角加速度等を演算することになる。しかし、
その場合には、大元のバッテリ電圧の変動によってセン
サ内電源電圧が変わるので、ゼロ点自体が変動して正確
に認識できなくなることがあり、それによりセンサ出力
の精度が悪化し、制御の安定性が損なわれるという問題
が発生する。たとえば、高速道路等の直進走行でトンネ
ルから出たときを例にとると、トンネルを抜けたときに
急に横風を受けて車両が流されると、ヨーレートセンサ
の出力は第３図に示すように大きく変動するが、ハンド
ル操作で直進姿勢に戻ればヨーレート（）はゼロとな
るはずであって、本来ならセンサ出力は第３図に点線で
示すようにゼロに復帰しなければいけない。しかし、上
記のようにゼロ点の認識が正確でなくなると、本来なら
ヨーレートがゼロに復帰するはずのところでセンサ出力
がドリフトするようなことになり、これを入力情報とし
たのでは制御の安定性が保てなくなる。

また、コントロールユニットの方にマイナス側を読め
るような回路を設けることによってゼロ点をグランドレ
ベルに一致させるようにすることも考えられるが、それ
ではコントロールユニットが大型で高価なものとなって
しまうということで問題がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、
ゼロ点が正確に認識できて、センサ出力の精度を高める
ことができ、かつ安価に構成できるヨーレートセンサを
得ることを目的とする。

（課題を解決するための手段）本発明によるヨーレートセンサは、車両に搭載され、
該車両のヨー運動の方向と大きさに応じた電圧値を出力
する計測部と、該計測部から出力された電圧を基準電圧
と比較してヨーレートを演算し、その演算結果を車両の
走行制御装置の制御パラメータとして出力するコントロ
ールユニット部とを備えたものであって、計測部の電源
電圧が車両のバッテリ電源から生成されるよう構成さ
れ、コントロールユニット部が、計測部の電源電圧の半
分の電圧値を基準電圧として、計測部からの出力電圧が
該基準電圧より高いときは車両が進行方向に対して左右
方向の一方側へヨー運動していると判定し、計測部から
の出力電圧が基準電圧より低いときは車両が進行方向に
対して左右方向の他方向側へヨー運動していると判定す
るよう構成されているとともに、計測部の電源電圧の変
動に応じて基準電圧を調整する基準電圧調整手段が設け
られていることを特徴とする。

（作用）車両が旋回あるいは振れによって進行方向に対しいず
れかの方向にヨー運動すると、そのヨー運動の方向と大
きさに応じた電圧値がヨーレートセンサの計測部からコ
ントロールユニット部に出力される。そして、この電圧
値を基準電圧と比較することによってヨーレートが演算
され、その演算結果が車両の走行制御装置の制御パラメ
ータとしてコントロールユニット部から出力される。

ここで、計測部の電源電圧は車両のバッテリ電源から
生成される。そして、その計測部の電源電圧の半分の電
圧値が基準電圧とされ、計測部からの出力電圧が該基準
電圧より高いときは車両が進行方向に対して左右方向の
一方側へヨー運動していると判定され、計測部からの出
力電圧が基準電圧より低いときは車両が進行方向に対し
て左右方向の他方向側へヨー運動していると判定され
る。また、計測部の電源電圧がコントロールユニット部
に出力され、基準電圧調整手段により、電源電圧の変動
に応じて基準電圧の調整が行われる。その結果、電源電
圧の変動に拘わらず常に正確な基準点（ゼロ点）が認識
され、それにより、ヨーレートの演算精度が向上する。

（実施例）第１図は本発明の一実施例の全体システム図である。
図で１はそれ自体公知の音叉型角速度センサによって構
成される計測部、２は上記計測部に接続されたコントロ
ールユニット部であって、これら計測部１およびコント
ロールユニット部２によりヨーレートセンサが構成され
る。

上記計測部１を構成する角速度センサは、上述のよう
にそれ自体公知のものであって、圧電バイモルフからな
る駆動素子と検知素子を直交接合した振動ユニットと、
モニター素子と検知素子を直交接合した振動ユニットと
を連結板で連結して、この連結板を一点で支持して音叉
構造とし、一方の駆動素子に一定の駆動信号を加え音叉
全体を共振させるようにしたものであって、これを垂直
に立てて車両に搭載することにより、垂直軸回りに角速
度が加わったときにその角速度の方向と大きさに応じた
電圧がヨーレート出力（出力）として取り出される。

計測部１の電源は、バッテリ電源（12V）から引いた5
Vの電源３とされている。一方、コントロールユニット
部２は、CPU4と、２個のA/D変換器5,6と、電源７とを備
えている。そして、計測部１から取り出される上記ヨー
レート出力は一方のA/D変換器５を介しCPU4に入力され
る。また、計測部１の電源電圧がヨーレート検出の基準
電圧を設定するための基準出力（Vref出力）として取り
出され、それがもう一つのA/D変換器６を介してCPU4に
入力される。

車両が左右に旋回したり振れたりするときの角速度
（°/s）に対し、上記計測部１からは第２図に示すよう
な電圧がヨーレート出力として取り出される。ここで、
電源電圧が5Vとして、半分の2.5Vが基準電圧として設定
される。そして、この基準電圧よりヨーレート出力が高
いときは、進行方向に向かって右側へのヨー運動と判定
され、基準電圧よりヨーレート出力が低いときは左側へ
のヨー運動と判定される。そして、基準電圧との差に応
じたヨーレート（）が、振れの方向と角速度を示す信
号として出力される。また、上記基準電圧は、電源電圧
の変動に応じ、常に正確なゼロ点となるよう調整され、
その結果、ゼロ点の正確な認識が可能となり、左右ヨー
レートの検出精度が向上する。

CPUでは、また、上記のようにして検出されるヨーレ
ート（）と別途入力される車速および舵角の三つをパ
ラメータとして4WS制御の後輪きり角の制御量が演算さ
れる。この制御量は、ヨーレート（）が大きいと同相
側にきり角が大きくなり、舵角が大きいと逆相側にきり
角が大きくなるよう設定されるものであって、それに車
速がパラメータとして加わり、車速が大きい時にはヨー
レート（）優先で、また、車速が小さい時には舵角優
先で制御量の演算が行われる。ただし、実際には、後輪
転舵の方向と角度の設定はマップによって行われる。そ
して、制御信号が後輪転舵用のアクチュエータに出力さ
れ、設定量だけ後輪が転舵される。

（発明の効果）本発明によれば、電源電圧の半分を基準電圧とし、そ
の基準電圧に対する大小からヨー運動の方向を判定する
ため、マイナス電源を新たに追加する必要がなくて安価
にヨーレートセンサを構成できるとともに、電源電圧の
変動に応じて基準電圧を調整するため、電源電圧の変動
に拘わらず常にヨーレート演算の基準点を正確に認識す
ることができ、それにより、ヨーレートの演算精度が向
上し、安定性の高い車両走行制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体システム図、第２図は
同実施例におけるヨーレートセンサの出力特性図、第３
図は従来のヨーレートセンサの車両走行時における出力
特性の例を示すタイムチャートである。 1:計測部、2:コントロールユニット部、3:電源、5,6:A/
D変換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01P 15/00 B62D 6/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】車両に搭載され、該車両のヨー運動の方向
と大きさに応じた電圧値を出力する計測部と、該計測部
から出力された電圧を基準電圧と比較してヨーレートを
演算し、その演算結果を車両の走行制御装置の制御パラ
メータとして出力するコントロールユニット部とを備え
たヨーレートセンサであって、前記計測部の電源電圧が前記車両のバッテリ電源から生
成されるよう構成され、前記コントロールユニット部が、前記計測部の電源電圧
の半分の電圧値を基準電圧として、前記計測部からの出
力電圧が該基準電圧より高いときは前記車両が進行方向
に対して左右方向の一方側へヨー運動していると判定
し、前記計測部からの出力電圧が前記基準電圧より低い
ときは前記車両が進行方向に対して左右方向の他方向側
へヨー運動していると判定するよう構成されているとと
もに、前記計測部の電源電圧の変動に応じて前記基準電圧を調
整する基準電圧調整手段が設けられていることを特徴と
するヨーレートセンサ。