JP3368713B2 - 車体スリップ角検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，車両の走行運動の制御
に有益な車体スリップ角を検出する装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】車体スリップ角を演算によって検出（算
出）するには、例えば下記１式又は２式を用いればよ
い。

【０００３】

【数１】

【０００４】

【数２】

【０００５】但し、式中、β：車体スリップ角、Ｃ
ｐ_f ：前輪コーナリングパワ、Ｃｐ_r ：後輪コーナリン
グパワ、ｍ：車体慣性質量、ψ' ：ヨーレート、Ｖ：車
速、Ｉ：ヨーイング慣性モーメント、δ_f ：前輪転舵
角、Ｌ_f ：車両重心点−前車軸間距離、Ｌ_r ：車両重心
点−後車軸間距離であり、後輪を転舵しない場合のもの
である（出典：「自動車の運動と制御」（山海堂）：安
部 正人、ｐ56（3.12),（3.13）式の変形）。後輪を転
舵する場合には、後輪転舵角δ_r の項を追加すればよ
い。

【０００６】このうち、車体慣性質量ｍ，ヨーイング慣
性モーメントＩ，車両重心点−前車軸間距離Ｌ_f ，車両
重心点−後車軸間距離Ｌ_r が既知であるとすると、車両
走行中のヨーレートψ' ，車速Ｖ，前輪転舵角δ_f を検
出することができれば、車体スリップ角βを検出或いは
算出することができる。これらの変数は既存の検出器，
ヨーレートジャイロや車速センサ，ロータリ式ポテンシ
ョメータなどによって比較的容易に検出することができ
る。また、前輪転舵角δ_f については、ステアリングホ
イールの操舵角θをステアリングギヤ比Ｎで除して検出
或いは算出することも可能である。なお、単位スリップ
角当たりのコーナリングフォースの変化量であるコーナ
リングパワＣｐ_f ，Ｃｐ_r については、タイヤ諸元等か
ら一定値としていることが多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、既知のよう
にタイヤが発生するコーナリングフォースは、車輪スリ
ップ角が小さい場合には当該スリップ角の増加と共に傾
き一定，即ちコーナリングパワは一定値で増加するが、
或る車輪スリップ角以上では増加率が小さくなり、更に
車輪スリップ角が増加すると減少してしまう。つまり、
車輪スリップ角の大きさによってコーナリングパワは変
化してしまうことになる。なお、前記車輪スリップ角の
大きさには、重心点周りのヨーレート等のヨーイング運
動量や車速等が影響しており、またコーナリングフォー
スそのものにも、前記横加速度の他に、ヨー角加速度等
のヨーイング運動量が影響している。

【０００８】また、このコーナリングフォースはタイヤ
と路面との摩擦力に比例するから、路面摩擦係数状態
（以下，単にμとも記す）をパラメータとして変化する
ことになり、従ってコーナリングパワも路面μに応じて
変化することになる。また、前記コーナリングフォース
がタイヤと路面との摩擦力に比例するものであることか
ら、各車輪に係る荷重分担量（以下，単に輪荷重とも記
す）に応じてもコーナリングパワは変化することにな
る。

【０００９】しかしながら、前記従来の車体スリップ角
検出装置では、コーナリングパワを一定値としているた
め、例えば車輪スリップ角が大きくなる旋回横加速度の
大きなときや、低μ路面を走行しているときなどに、コ
ーナリングパワが小さくなると、車体スリップ角の検出
精度或いは算出精度が低下してしまうという問題があ
る。更に厳密に考えると、車両の重心点位置は、加減速
等に伴う前後加速度によって変化するから、前後車軸−
重心点間距離も変化して、前記１式又は２式による車体
スリップ角も変化してしまう。また、前述のように車輪
スリップ角の大きさには重心点周りのヨーイング運動量
が影響しているから、前記前後車軸−重心点間距離の変
化に伴って車輪スリップ角も変化する。また、前記加減
速等に伴う前後加速度によって前後輪荷重も変化する。
これらの諸変数の影響で、実質的な車体スリップ角の正
確な検出或いは算出は困難とされていた。

【００１０】本発明はこれらの諸問題に鑑みて開発され
たものであり、車輪スリップ角，旋回横加速度，ヨーイ
ング運動量，車速，各輪荷重等によるコーナリングパワ
の変化を考慮して、正確な車体スリップ角を検出するこ
とのできる車体スリップ角検出装置を提供することを目
的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】而して、本発明のうち請
求項１に係る車体スリップ角検出装置は、図１の基本構
成図に示すように、車両に発生する横加速度を検出する
横加速度検出手段と、車両に発生するヨーイング運動量
を検出するヨーイング運動量検出手段と、車速を検出す
る車速検出手段と、各車輪の転舵角を検出する車輪転舵
角検出手段と、少なくとも前記車速検出手段で検出され
た車速検出値及び前記ヨーイング運動量検出手段で検出
されたヨーイング運動量検出値に基づいて各車輪のスリ
ップ角を求め、それら各車輪のスリップ角及び前記横加
速度検出手段で検出された横加速度検出値に基づいて各
車輪のコーナリングパワを検出するコーナリングパワ検
出手段と、少なくとも前記ヨーイング運動量検出手段で
検出されたヨーイング運動量検出値および車速検出手段
で検出された車速検出値及び車輪転舵角検出手段で検出
された車輪転舵角検出値及びコーナリングパワ検出手段
で検出されたコーナリングパワ検出値に基づいて車体の
スリップ角を算出する車体スリップ角算出手段とを備え
たことを特徴とするものである。

【００１２】また本発明のうち請求項２に係る車体スリ
ップ角検出装置は、前記コーナリングパワ検出手段が、
車両に発生する前後加速度を検出する前後加速度検出手
段と、前記前後加速度検出手段で検出された前後加速度
検出値から各車輪の荷重を算出する輪荷重算出手段と、
少なくとも前記輪荷重算出手段で算出された輪荷重算出
値及び前記車体スリップ角算出手段で算出された車体ス
リップ角算出値の前回値に基づいて各車輪のスリップ角
を検出する車輪スリップ角検出手段と、前記輪荷重算出
手段で算出された輪荷重算出値及び前記横加速度検出手
段で検出された横加速度検出値及び前記ヨーイング運動
量検出手段で検出されたヨーイング運動量検出値から各
車輪のコーナリングフォースを算出する車輪コーナリン
グフォース算出手段と、前記車輪コーナリングフォース
算出手段で算出された車輪コーナリングフォース算出値
及び前記車輪スリップ角検出手段で検出された車輪スリ
ップ角検出値から各車輪のコーナリングパワを算出する
コーナリングパワ算出手段とを備えたことを特徴とする
ものである。

【００１３】また本発明のうち請求項３に係る車体スリ
ップ角検出装置は、前記車輪スリップ角検出手段が、前
記輪荷重算出手段で算出された輪荷重算出値から各車軸
−重心点間距離を算出する車軸重心点間距離算出手段
と、前記車軸重心点間距離算出手段で算出された各車軸
−重心点間距離算出値及び前記ヨーイング運動量検出手
段で検出されたヨーイング運動量検出値及び車速検出手
段で検出された車速検出値及び車輪転舵角検出手段で検
出された車輪転舵角検出値及び前記車体スリップ角算出
手段で算出された車体スリップ角算出値の前回値から各
車輪のスリップ角を算出する車輪スリップ角算出手段と
を備えたことを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】上記構成により、本発明のうち請求項１に係る
車体スリップ角検出装置では、少なくとも前記各車輪の
コーナリングパワに影響を及ぼす前記横加速度検出値及
び前記ヨーイング運動量検出値に基づく分だけ、当該車
輪の実質的なコーナリングパワを正確に検出することが
できるので、前記車体スリップ角算出手段は、少なくと
もそのコーナリングパワ検出値及び前記ヨーイング運動
量検出値及び車速検出値及び車輪転舵角検出値を用いる
分だけ、車体のスリップ角を正確に算出することができ
る。

【００１５】また、本発明のうち請求項２に係る車体ス
リップ角検出装置では、前記加減速時等に輪荷重に影響
を及ぼす前後加速度検出値に応じて各車輪の正確な輪荷
重が算出され、この正確な輪荷重算出値及び前記車体ス
リップ角算出値を用いる分だけ正確な車輪スリップ角が
検出される。また、前記正確な輪荷重算出値及び横加速
度検出値及びヨーイング運動量検出値を用いる分だけ、
各車輪の正確なコーナリングフォースが算出される。そ
して、これらの正確な車輪コーナリングフォース算出値
及び車輪スリップ角検出値を用いる分だけ正確なコーナ
リングパワが算出されるから、この正確なコーナリング
パワ算出値により、前記車体スリップ角の算出精度が向
上する。

【００１６】また、本発明のうち請求項３に係る車体ス
リップ角検出装置では、前記加減速時等の前後加速度検
出値に影響された正確な輪荷重算出値を用いる分だけ、
正確な前後各車軸−重心点間距離が算出され、この正確
な各車軸−重心点間距離算出値及びヨーイング運動量検
出値及び車速検出値及び前記正確な車輪転舵角検出値を
用いる分だけ、正確な車輪スリップ角を算出することが
できるから、この正確な車輪スリップ角算出値により、
前記車体スリップ角の算出精度が更に向上する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の車体スリップ角検出装置の一
実施例を添付する図面に基づいて説明する。この車体ス
リップ角検出装置は、車体のスリップ角の情報を得るこ
とで車両運動を改善することのできる，例えばトラクシ
ョンコントロールシステム等の車両運動制御装置の情報
提供手段として講じられたものである。

【００１８】車両には、図２に示すようにステアリング
ホイールの操舵角を検出する操舵角センサ１と、車両の
前後方向車速を検出する車速センサ２と、車両に実際に
発生しているヨーレートをヨーイング運動量として検出
するヨーレートセンサ３と、車両に実際に発生している
横加速度を検出する横加速度センサ４と、車両に実際に
発生している前後加速度を検出する前後加速度センサ５
と、車体スリップ角情報を出力するコントロールユニッ
ト６とを備えている。

【００１９】前記操舵角センサ１は、ステアリングホイ
ールの操舵角に応じ且つ当該ステアリングホイールを右
切りしたときに正値，左切りしたときに負値となる電圧
出力からなる操舵角θを前記コントロールユニット６に
出力する。また、前記車速センサ２は、車両前方車速に
応じて正方向に増加する電圧出力からなる車速Ｖを前記
コントロールユニット６に出力する。また、ヨーレート
センサ３は、実際に車両に発生している実ヨーレートに
比例し且つ右旋回で正値，左旋回で負値となる電圧出力
からなる実ヨーレートψ’を前記コントロールユニット
６に出力する。また、前記横加速度センサ４は、実際に
車両に発生している車両横方向加速度に比例し且つ右旋
回で正値，左旋回で負値となる電圧出力からなる横加速
度Ｙｇを前記コントロールユニット６に出力する。ま
た、前記前後加速度センサ５は、実際に車両に発生して
いる車両前後方向加速度に比例し且つ前方加速度で正
値，後方加速度で負値となる電圧出力からなる前後加速
度Ｘｇを前記コントロールユニット６に出力する。

【００２０】前記コントロールユニット６は、図２に示
すようにマイクロコンピュータ７を備えている。このマ
イクロコンピュータ７は、前記各センサ１〜５からの検
出信号を各検出値として読込むための波形整形機能やＦ
／Ｖ変換機能やＡ／Ｄ変換機能等を有する入力インタフ
ェース回路７ａと、マイクロプロセサ等の演算処理装置
７ｂと、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶装置７ｃと、前記演算
処理装置７ｂで得られた車体スリップ角情報をアナログ
信号として出力するためのＤ／Ａ変換機能を有する出力
インタフェース回路７ｄとを備えている。このマイクロ
コンピュータ７では、後段に詳述する図３の演算処理に
従って，前記操舵角θから前輪の転舵角δ_f を算出し、
前記前後加速度Ｘｇから前後輪荷重Ｗ_f ，Ｗ_r を算出す
ると共に当該前後輪荷重Ｗ_f ，Ｗ_r を用いて前後車軸−
重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r を算出し、更に前記前後輪荷重
Ｗ_f ，Ｗ_r 及び横加速度Ｙｇ及びヨーレートψ' の時間
微分値であるヨー角加速度ψ" に基づいて前後輪横力Ｙ
_f ，Ｙ_r を算出し、更に前記前後車軸−重心点間距離Ｌ
_f ，Ｌ_r 及びヨーレートψ' 及び車速Ｖ等を用いて前後
輪スリップ角β_f ，β_r を算出して、前後輪コーナリン
グパワＣｐ_f ，Ｃｐ _r を算出し、これらの各算出値及び
前記検出値を用いて前記１式に従って車体スリップ角β
を算出して出力する。

【００２１】次に、前記コントロールユニット６のマイ
クロコンピュータ７で行われる車体スリップ角算出のた
めの演算処理を，図３のフローチャートに基づいて説明
する。この演算処理は、所定のサンプリング時間（例え
ば５msec. ）ΔＴ毎のタイマ割込処理として実行され
る。なお、このフローチャートでは特に情報の入出力ス
テップＳを設けていないが、演算処理装置７ｂの演算処
理で算出されたり設定されたりした情報は随時前記記憶
装置７ｃに更新記憶され、また記憶装置７ｃに記憶され
ているプログラムを含む情報は随時演算処理装置７ｂの
バッファ等に通信記憶されるものとする。

【００２２】この演算処理では、まずステップＳ１で、
前記操舵角センサ１で検出された操舵角θ，車速センサ
２で検出された車速Ｖ，ヨーレートセンサ３で検出され
たヨーレートψ' ，横加速度センサ４で検出された横加
速度Ｙｇ，前後加速度センサ５で検出された前後加速度
Ｘｇを読込む。次にステップＳ２に移行して、前記ステ
ップＳ１で読込まれた操舵角θをステアリングギヤ比Ｎ
で除して前輪転舵角δ_f を算出する。

【００２３】次にステップＳ３に移行して、前記ステッ
プＳ１で読込まれた前後加速度Ｘｇを用いて下記３式及
び４式に従って前輪荷重Ｗ_f 及び後輪荷重Ｗ_r を算出す
る。但し、式中、Ｈｇは車両重心点の地上からの高さ
（以下，単に車両重心地上高とも記す）、Ｌはホイール
ベース、Ｗは車両重量であり、またＷ_f0は車両に一切の
前後加速度が作用していないときの前輪静荷重、Ｗ_r0は
後輪静荷重である。

【００２４】 次にステップＳ４に移行して、前記ステップＳ３で算出
された前輪荷重Ｗ_f 及び後輪荷重Ｗ_r を用いて下記５式
及び６式に従って前車軸−重心点間距離Ｌ_f 及び後車軸
−重心点間距離Ｌ_r を算出する。

【００２５】 次にステップＳ５に移行して、前記ステップＳ３で算出
された前輪荷重Ｗ_f 及び後輪荷重Ｗ_r ，ステップＳ１で
読込まれた横加速度Ｙｇ，及びヨーレートψ'の時間微
分値であるヨー角加速度ψ" を用い、下記７式及び８式
に従って前輪横力Ｙ_f 及び後輪横力Ｙ_r を算出する。な
お、前記ヨー角加速度ψ" は、ヨーレートの今回値ψ'
_(n) と前回値ψ' _(n-1) との差分値を前記サンプリング
時間ΔＴで除して求めたり、或いは９０°の位相進み成
分を有するハイパスフィルタ処理によって得たりするこ
とができる。また、式中Ｉは車両のヨーイング慣性モー
メントである。

【００２６】 次にステップＳ６に移行して、前記記憶装置７ｃに更新
記憶されている車体スリップ角（の前回値）β及び前記
ステップＳ４で算出された前後車軸−重心点間距離
Ｌ_f ，Ｌ_r 及び前記ステップＳ２で算出された前輪転舵
角δ_f 及び前記ステップＳ１で読込まれたヨーレート
ψ' 及び車速Ｖを用いて下記１１式及び１２式に従って
前輪スリップ角β_f 及び後輪スリップ角β_r を算出す
る。

【００２７】 次にステップＳ７に移行して、前記ステップＳ５で算出
された前輪横力Ｙ_f 及び後輪横力Ｙ_r 及びステップＳ２
で算出された前輪転舵角δ_f 及びステップＳ６で算出さ
れた前輪スリップ角β_f 及び後輪スリップ角β_r を用い
て下記９式及び１０式に従って前輪タイヤコーナリング
フォースＣＦ_f 及び後輪タイヤコーナリングフォースＣ
Ｆ_r を算出する。

【００２８】 ＣＦ_f ＝Ｙ_f ・ cos（δ_f ＋β_f ） ……… (9) ＣＦ_r ＝Ｙ_r ・ cosβ_r ………(10) 次にステップＳ８に移行して、前記ステップＳ６で算出
された前後輪スリップ角β_f ，β_r 及び前記ステップＳ
７で算出された前後輪タイヤコーナリングフォースＣＦ
_f ，ＣＦ_r を用いて下記１３式及び１４式に従って前輪
コーナリングパワＣｐ_f 及び後輪コーナリングパワＣｐ
_r を算出する。

【００２９】 Ｃｐ_f ＝ＣＦ_f ／β_f ………(13) Ｃｐ_r ＝ＣＦ_r ／β_r ………(14) 次にステップＳ９に移行して、前記各ステップで算出さ
れた算出値及び検出された検出値を用いて、前記１式に
従って車体スリップ角βを算出してから、メインプログ
ラムに復帰する。なお、車体スリップ角βの算出には前
記２式を採用してもよい。

【００３０】次に、前記図３の車体スリップ角算出演算
処理の作用について説明する。前述のように、前記１式
又は２式に従って車体スリップ角βを算出するにあたっ
ては、容易に或いは直接的に検出される変数の他にも数
々の変数があり、その一つが前記コーナリングパワＣｐ
_f ，Ｃｐ_r であり、車軸−重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r であ
る。このうち、コーナリングパワＣｐ_f ，Ｃｐ_r を算出
するためのコーナリングフォースＣＦ_f ，ＣＦ_r 及び車
輪スリップ角β_f ，β_r のうち、コーナリングフォース
ＣＦ_f ，ＣＦ_r は、前輪転舵角δ_F ，横加速度Ｙｇ，ヨ
ー角加速度ψ" 等の容易に検出可能な変数の他に、輪荷
重Ｗ_f ，Ｗ_r によって変化し、当該輪荷重Ｗ_f ，Ｗ_r は
車両に発生する前後加速度Ｘｇによって変化し、前記車
軸−重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r もこの前後加速度Ｘｇによ
って変化する。また、前記車輪スリップ角β_f ，β
_r は、前記車軸−重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r によって変化
する。これらの変数変化に対応する前記図３の演算処理
の作用について、図４の車両二輪モデルを用いながら説
明する。

【００３１】まず、前記図３の演算処理のステップＳ２
では、操舵角θをステアリングギヤ比Ｎで除した対車体
前輪転舵角δ_f が算出される。これにより、後述する前
輪タイヤコーナリングフォースＣＦ_f の発生方向が明確
になる。次のステップＳ３では、質点と考えられる車両
重心点での車両重量Ｗに前後加速度Ｘｇを乗じて慣性力
とし、この慣性力を偶力とし且つ車両重心地上高Ｈｇを
腕とするモーメントを、ホイールベースＬで前後輪に分
担させて、前後輪の輪荷重変化量ΔＷが得られる（参
照：「車両運動性能とシャシーメカニズム」（グランプ
リ出版）、ｐ７１）。ここでは、前後加速度Ｘｇが前方
加速度で正値としたため、当該前方加速度で小さくなる
前輪荷重Ｗ_f は、前輪静荷重Ｗ_f0から前記輪荷重変化量
ΔＷを減じる前記３式で算出され、当該前方加速度で大
きくなる後輪荷重Ｗ_r は、前輪静荷重Ｗ_r0 に前記輪荷
重変化量ΔＷを和す前記４式で算出される。

【００３２】そして、次のステップＳ４では、前後輪荷
重Ｗ_f ，Ｗ_r の逆比に対応する前車軸から重心点までの
距離Ｌ_f 及び後車軸から重心点までの距離Ｌ_r が前記５
式及び６式で算出される。次のステップＳ５では、前後
輪横力Ｙ_f ，Ｙ_r が算出される。ここで、前後各輪に
は、前記輪荷重Ｗ_f ，Ｗ_r に横加速度Ｙｇを乗じた横力
横加速度成分が発生すると共に、車両のヨーイング慣性
モーメントＩにヨー角加速度ψ" を乗じ，更にホイール
ベースＬで除して偶力化された横力ヨー角加速度成分も
発生する。図４では、横加速度Ｙｇの方向とヨー角加速
度ψ" （図ではヨーレートψ' ）との方向を車両前方で
一致、車両後方で逆向きとなるように設定したために、
前記横力横加速度成分に横力ヨー角加速度成分を和す前
記７式に従って前輪横力Ｙ_f が算出され、前記横力横加
速度成分から横力ヨー角加速度成分を減じる前記８式に
従って後輪横力Ｙ_r が算出される。なお、前記７式及び
８式は、下記１５式及び１６式で表される図４の運動釣
合い式を、前記５式及び６式を用いながら変形しても算
出設定される。

【００３３】 Ｗ×Ｙｇ＝Ｙ_f ＋Ｙ_r ………(15) 次のステップＳ６では、車体スリップ角βに、車両重心
点周りで前後輪が路面に対してスリップしている前後輪
スリップ角変化量Δβ_f ，Δβ_r を増減して車輪スリッ
プ角β_f ，β_r が算出される。これらの前後輪スリップ
角変化量Δβ_f，Δβ_r は、路面に対する位相角である
から、重心点周りの自転速度であるヨーレートψ' を車
速Ｖで除した位相角成分を、半径である前記前後車軸−
重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r 倍化して得られる。そして、図
４では車両前方速度Ｖを正値とし且つ右旋回時に発生す
る正値のヨーレートψ' の方向を前輪でスリップ角が増
加し且つ後輪でスリップ角が減少する方向に一致させた
ため、前記車体スリップ角βに前記前輪スリップ角変化
量Δβ_f を和し且つ前輪転舵角δ_f を減じる前記１１式
に従って前輪スリップ角β_f が算出され、前記車体スリ
ップ角βから前記後輪スリップ角変化量Δβ_r を減じる
前記１２式に従って後輪スリップ角β_r が算出される。
なお、後輪が転舵される場合には、その後輪転舵角δ_r
を前記１２式で算出される後輪スリップ角β_r に付加す
ればよい（このときは後輪を何れの方向に操舵するか，
即ち前輪と同方向（同位相）なのか逆方向（逆位相）な
のかに応じて増減が変わる）。

【００３４】次のステップＳ７では、前記９式によって
前記前輪横力Ｙ_f を当該前輪のスリップしている方向と
直交方向への成分に分解した前輪タイヤコーナリングフ
ォースＣＦ_f が算出され、同じく１０式によって後輪横
力Ｙ_r を当該後輪のスリップしている方向と直交方向へ
の成分に分解した後輪タイヤコーナリングフォースＣＦ
_r が算出される。なお、後輪が転舵される場合には前記
１０式の代わりに、後輪転舵角δ_r に対応する下記１
０’式を用いればよいが、その場合には、合わせて前記
１式又は２式でも後輪転舵角による車体スリップ角変化
の影響を考慮しなければならない。

【００３５】 ＣＦ_r ＝Ｙ_r ・ cos（δ_r ＋β_r ） ……… (10') そして、次のステップＳ８では前記前後輪タイヤコーナ
リングフォースＣＦ_f，ＣＦ_r を夫々、前記前後輪スリ
ップ角β_f ，β_r で夫々除して真の前後輪コーナリング
パワＣｐ_f ，Ｃｐ_r が算出されるから、この真の前後輪
コーナリングパワＣｐ_f ，Ｃｐ_r 及び前記真の前後車軸
−重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r を用いた前記１式又は２式で
は正確な車体スリップ角βの算出が期待される。

【００３６】以上より、前記実施例は本発明のうち請求
項１乃至３の全てに係る車体スリップ角検出装置を実施
化したものであり、前記操舵角センサ１及び図３の演算
処理のステップＳ１及びステップＳ２が本発明の車体ス
リップ角検出装置の車輪転舵角検出手段に相当し、以下
同様に，前記車速センサ２及び図３の演算処理のステッ
プＳ１が車速検出手段に相当し、前記ヨーレートセンサ
３及び図３の演算処理のステップＳ１がヨーイング運動
量検出手段に相当し、前記横加速度センサ４及び図３の
演算処理のステップＳ１が横加速度検出手段に相当し、
前記前後加速度センサ５及び図３の演算処理のステップ
Ｓ１が前後加速度検出手段に相当し、図３の演算処理の
ステップＳ３が輪荷重算出手段に相当し、図３の演算処
理のステップＳ４が車軸重心点間距離算出手段に相当
し、図３の演算処理のステップＳ５が車輪コーナリング
フォース算出手段に相当し、図３の演算処理のステップ
Ｓ７が車輪スリップ角算出手段に相当し、図３の演算処
理のステップＳ６及びステップＳ８がコーナリングパワ
算出手段に相当し、図３の演算処理のステップＳ４及び
ステップＳ７が車輪スリップ角検出手段に相当し、図３
の演算処理のステップＳ１乃至ステップＳ３及びステッ
プＳ５及びステップＳ６及びステップＳ８がコーナリン
グパワ検出手段に相当し、図３の演算処理のステップＳ
９が車体スリップ角算出手段に相当する。

【００３７】次に前記図３の演算処理による車体スリッ
プ角βの算出精度について図５のタイミングチャートを
用いて説明する。同図５のタイミングチャートは、時刻
ｔ₀₀から加速を開始し、時刻ｔ₁₀まで直進走行状態で一
様に加速し続け、車両が中・高速走行状態となる当該時
刻ｔ₁₀から加速を止めて加減速のない状態に維持すると
共に、ステアリングホイールを右切増しして定速旋回走
行状態に移行し、時刻ｔ₁₅からほぼ定常旋回走行状態と
なった後、時刻ｔ₂₀でステアリングホイールを右切りし
たままブレーキペダルを踏込んで旋回中制動状態に移行
したものを実験によりシミュレートしたものであり、同
図５ａには操舵角θの経時変化を，同図５ｂにはヨーレ
ートψ' の経時変化を，同図５ｃには横加速度Ｙｇの経
時変化を，同図５ｄには前後加速度Ｘｇの経時変化を，
同図５ｅには実際に車体で検出された実車体スリップ角
β_R の経時変化を，同図５ｆには前記図３の演算処理に
よって算出された車体スリップ角βの経時変化を，同図
５ｇには前記１式又は２式でコーナリングパワＣｐ_f ，
Ｃｐ_r 及び前後車軸−重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r を一定値
とした従来の演算処理によって算出された車体スリップ
角β_A の経時変化を夫々示し、特に同図５ｇのうち、前
記１式で算出された従来の車体スリップ角β _A(1)は一点
鎖線で、前記２式で算出された従来の車体スリップ角β
_A(2)は実線で示す。

【００３８】まず、操舵角θ，ヨーレートψ' ，横加速
度Ｙｇ，前後加速度Ｘｇ，実車体スリップ角β_R に着目
すると、前記時刻ｔ₀₀から時刻ｔ₁₀までの時間は、正値
の前方加速度Ｘｇによって前述した前後輪荷重Ｗ_f ，Ｗ
_r 及び前後車軸−重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r が変化してい
ることが予測されるが、操舵角θが変化せず、その結
果，ヨーレートψ' 及び横加速度Ｙｇが発生しないため
に、実車体スリップ角β _R はほぼ“０”である。

【００３９】一方、時刻ｔ₁₀では徐々に加速しながらス
テアリングホイールを右切増しして操舵角θが正値で増
加すると、それに伴って前輪転舵角δ_f も増加し、前輪
スリップ角β_f は比較的絶対値の小さい領域で増加す
る。このとき、低車速であることから旋回中心が車両重
心点より後車軸側となり、その結果，実車体スリップ角
β_R は前輪転舵角δ_f と同方向の右側正値に表れる。

【００４０】しかしながら、車速が上がり、横加速度Ｙ
ｇが前記定常旋回走行状態における一定値に漸近する時
刻ｔ₁₃頃から、旋回中心が車両重心点より前方になり、
その結果，実車体スリップ角β_R も右側正値で減少し始
め、旋回走行状態となる時刻ｔ₁₅までには、前輪転舵角
δ_f と逆向きの左側負値になる。この旋回走行状態から
時刻ｔ₂₀でブレーキペダルを踏込んで制動すると、前方
に作用する前後加速度Ｘｇによって前輪側に荷重が移動
し、相対的に後輪荷重Ｗ _r が減少することから、前述の
ように当該後輪タイヤコーナリングフォースＣＦ _r は図
６に破線で示すように全体的に減少する。また、制動効
果によって後輪はグリップ力を失い、車両はスピンしな
がら旋回内側に巻き込み、ヨーレートψ'は大幅に増加
する一方で、実車体スリップ角β_R は左側負値で減少し
ようとするため、図示されない後輪スリップ角β_r も更
に増加し（数値的には負値で減少する）、これにより後
輪タイヤコーナリングフォースＣＦ_r は更に減少し、既
に減少している前輪タイヤコーナリングフォースＣＦ_f
の影響と相まって実車体スリップ角β_R は左側負値で益
々減少する。このとき、各輪のコーナリングパワＣ
ｐ _f ，Ｃｐ_r は大幅に減少している。また、重心点が前
方に移動することから、前車軸−重心点間距離Ｌ_f は減
少し、後車軸−重心点間距離Ｌ_r は増加している。

【００４１】このような車輪荷重Ｗ_f ，Ｗ_r ，前後車軸
−重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r ，コーナリングパワＣｐ_f ，
Ｃｐ_r の変化を考慮した前記図３の演算処理で算出され
る車体スリップ角βは、実車体スリップ角β_R に比較的
よく一致している。これに対して、前記各変数の変化を
考慮せず且つ小さな横加速度領域，即ち小さな車輪スリ
ップ角β_f ，β_r に対してタイヤコーナリングフォース
ＣＦ_f ，ＣＦ_r がリニアに増加する領域でコーナリング
パワＣｐ_f ，Ｃｐ_r が一定値に固定され、しかもこうし
た小さな横加速度領域で算出される車体スリップ角が実
車体スリップ角に一致するように、前輪コーナリングパ
ワＣｐ_f が後輪コーナリングパワＣｐ_r より小さく設定
されている従来の演算処理で、前記１式又は２式に従っ
て算出された従来の車体スリップ角β_A(1)，β_A(2)は、
これらの前提条件が一致する前記時刻ｔ₁₀直後について
は実車体スリップ角β_R によく一致しているものの、前
輪転舵角δ_f が大きくなって前輪スリップ角β_f が大き
くなり、その結果，前輪コーナリングパワＣｐ_f がより
小さくなる前記時刻ｔ₁₃以前から一致しなくなってしま
う。

【００４２】また、特に旋回中制動によって実際の後輪
コーナリングパワＣｐ_r が急激に減少する前記時刻ｔ₂₀
からは、従来の車体スリップ角β_A(1)，β_A(2)は全く逆
方向に算出されてしまう。この結果について考察する
と、前記１式の右辺第３項の分子又は２式の右辺第３項
の分母にある（Ｌ_f ×Ｃｐ_f −Ｌ_r ×Ｃｐ_r ）（＝α値
と記す）が大きく影響していることが分かる。即ち、前
述のように前輪コーナリングパワＣｐ_f が後輪コーナリ
ングパワＣｐ_r より小さい固定値に設定されていると、
前記α値は常時負値となり、前記１式又は２式の右辺第
３項は全体として正方向への加算分として作用する（当
該第３項に係る符号が（−）である）。そして、前記時
刻ｔ₂₀以後のように、ヨーレートψ' が急増し且つ車速
Ｖが急減すると、当該１式又は２式で正方向に加算され
る右辺第３項が急増するため、全体としての従来の車体
スリップ角β_A(1)，β_A(2)の算出値は、実車体スリップ
角β _R と逆向きに正方向に急増する。

【００４３】しかしながら、前記時刻ｔ₂₀以後のような
旋回中制動によって車両がスピンしているような状態で
は、確かに後車軸−重心点間距離Ｌ_r も増加するのだ
が、その増加量よりも後輪コーナリングパワＣｐ_r の減
少量の方が大きいために、前記α値は正値となってお
り、ヨーレートψ' の急増と車速Ｖの急減とにより、前
記１式又は２式の右辺第３項は負値として急減するた
め、これらを正確に算出する前記図３の演算処理では実
車体スリップ角β_R と同等の車体スリップ角βを算出す
ることができる。

【００４４】また、前記図３の演算処理では横加速度Ｙ
ｇ及びヨーレートψ' から車輪コナリングパワＣｐ_f ，
Ｃｐ_r を算出するようにしているため、路面μが低く、
そのため各車輪タイヤコーナリングフォースＣＦ_f ，Ｃ
Ｆ_r が図６の破線のように減少し、そのコーナリングパ
ワＣｐ_f ，Ｃｐ_r も減少するような場合にあっても、各
車輪タイヤコーナリングフォースＣＦ_f ，ＣＦ_r 又はそ
の横力Ｙ_f ，Ｙ_r の低下と共に低下する発生横加速度Ｙ
ｇやヨーレートψ' を検出し続ければ、当該路面μに応
じたコーナリングパワＣｐ_f ，Ｃｐ_r を正確に算出する
ことができる。

【００４５】なお、前記実施例においては前後輪荷重Ｗ
_f ，Ｗ_r 及び前後車軸−重心点間距離Ｌ_f ，Ｌ_r を正確
に算出したが、これらに関しては概ね静的なものであっ
てもよく、その場合にも前記１式又は２式による車体ス
リップ角の算出精度はさほど低下しないことが分かって
いる。また、前記実施例においてはステアリングホイー
ルの操舵角θから前輪転舵角δ_f を算出により求める場
合についてのみ詳述したが、この前輪転舵角δ_f は、例
えばタイロッドやサスペンションアーム系に設けられた
ポテンショメータ等の前輪転舵角検出器により直接検出
するようにしてもよい。

【００４６】また、本発明の車体スリップ角検出装置
は、車体スリップ角を検出することによって車両特性を
向上し得る制御装置ならば，如何様なものにも適用可能
である。また、前記実施例はコントロールユニットとし
てマイクロコンピュータを適用した場合について説明し
たが、これに代えてカウンタ，比較器等の電子回路を組
み合わせて構成することもできる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の車体スリッ
プ角検出装置によれば、前記横加速度及び前記ヨーイン
グ運動量に基づいて、当該車輪の実質的なコーナリング
パワを正確に検出することができるので、それを用いる
分だけ、車体のスリップ角の算出精度が向上する。

【００４８】また、前後加速度に応じて各車輪の正確な
輪荷重を算出し、この正確な輪荷重算出値を用いて正確
な車輪スリップ角を検出すれば、各車輪の正確な横力を
算出することができ、そこから正確なコーナリングパワ
が算出されるから、前記車体スリップ角の算出精度が更
に向上する。また、前後加速度に影響された正確な輪荷
重算出値を用いて正確な前後各車軸−重心点間距離を算
出し、この正確な各車軸−重心点間距離算出値を用いて
正確な車輪スリップ角を算出すれば、前記車体スリップ
角の算出精度がより一層向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車体スリップ角検出装置の基本構成図
である。

【図２】本発明の車体スリップ角検出装置を適用した車
両のコントロールユニットの一例を示す概略構成図であ
る。

【図３】図２のコントロールユニットで行われる車体ス
リップ角算出のための演算処理の一例を示すフローチャ
ートである。

【図４】図３の演算処理を説明するための車両運動特性
図である。

【図５】車両運動に応じて算出される車体スリップ角の
タイミングチャートである。

【図６】車輪スリップ角に対するタイヤサイドフォース
の特性図である。

【符号の説明】

１は操舵角センサ ２は車速センサ ３はヨーレートセンサ ４は横加速度センサ ５は前後加速度センサ ６はコントロールユニット ７はマイクロコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 137:00 Ｇ０１Ｐ 15/00 Ｂ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に発生する横加速度を検出する横加
   速度検出手段と、車両に発生するヨーイング運動量を検
   出するヨーイング運動量検出手段と、車速を検出する車
   速検出手段と、各車輪の転舵角を検出する車輪転舵角検
   出手段と、少なくとも前記車速検出手段で検出された車
   速検出値及び前記ヨーイング運動量検出手段で検出され
   たヨーイング運動量検出値に基づいて各車輪のスリップ
   角を求め、それら各車輪のスリップ角及び前記横加速度
   検出手段で検出された横加速度検出値に基づいて各車輪
   のコーナリングパワを検出するコーナリングパワ検出手
   段と、少なくとも前記ヨーイング運動量検出手段で検出
   されたヨーイング運動量検出値および車速検出手段で検
   出された車速検出値及び車輪転舵角検出手段で検出され
   た車輪転舵角検出値及びコーナリングパワ検出手段で検
   出されたコーナリングパワ検出値に基づいて車体のスリ
   ップ角を算出する車体スリップ角算出手段とを備えたこ
   とを特徴とする車体スリップ角検出装置。
2. 【請求項２】 前記コーナリングパワ検出手段は、車両
   に発生する前後加速度を検出する前後加速度検出手段
   と、前記前後加速度検出手段で検出された前後加速度検
   出値から各車輪の荷重を算出する輪荷重算出手段と、少
   なくとも前記輪荷重算出手段で算出された輪荷重算出値
   及び前記車体スリップ角算出手段で算出された車体スリ
   ップ角算出値の前回値に基づいて各車輪のスリップ角を
   検出する車輪スリップ角検出手段と、前記輪荷重算出手
   段で算出された輪荷重算出値及び前記横加速度検出手段
   で検出された横加速度検出値及び前記ヨーイング運動量
   検出手段で検出されたヨーイング運動量検出値から各車
   輪のコーナリングフォースを算出する車輪コーナリング
   フォース算出手段と、前記車輪コーナリングフォース算
   出手段で算出された車輪コーナリングフォース算出値及
   び前記車輪スリップ角検出手段で検出された車輪スリッ
   プ角検出値から各車輪のコーナリングパワを算出するコ
   ーナリングパワ算出手段とを備えたことを特徴とする請
   求項１に記載の車体スリップ角検出装置。
3. 【請求項３】 前記車輪スリップ角検出手段は、前記輪
   荷重算出手段で算出された輪荷重算出値から各車軸−重
   心点間距離を算出する車軸重心点間距離算出手段と、前
   記車軸重心点間距離算出手段で算出された各車軸−重心
   点間距離算出値及び前記ヨーイング運動量検出手段で検
   出されたヨーイング運動量検出値及び車速検出手段で検
   出された車速検出値及び車輪転舵角検出手段で検出され
   た車輪転舵角検出値及び前記車体スリップ角算出手段で
   算出された車体スリップ角算出値の前回値から各車輪の
   スリップ角を算出する車輪スリップ角算出手段とを備え
   たことを特徴とする請求項２に記載の車体スリップ角検
   出装置。