JP4449737B2 - 横加速度検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に生じる横加速度を検出する横加速度検出装置に関する。

車両の走行制御においては、車体に発生する横加速度（横Ｇ）を検出し、この横加速度を利用したブレーキ制御等が行われる。このような横加速度を検出するにあたり、横加速度センサを設けることが考えられるが、部品点数の増大を避けるために、他の検出値を利用して横加速度を推定するものが知られている。その例として、従来、旋回左右輪の速度差を検出し、この速度差から横加速度を算出する方法がある。

他方、電動パワーステアリング装置においては、操舵系にトルクを付与するモータに供給される電圧・電流値を利用した制御が行われている。たとえば、特開平１１−６７７６号公報に開示されたタイヤ横力の推定方法においては、操舵トルクおよびモータの電圧・電流に基づいてラックギアに作用する軸方向荷重とラックギアとピニオンギアとの軸心間距離と、キャスタトレールおよびニューマチックトレールと、舵角とに基づいて操向車輪の横力を算出するというものである。
特開平１１−６７７６号公報

しかし、旋回左右輪の速度差から横加速度を算出する方法では、車両が走行を開始した直後であることや装着タイヤの種類などの条件によっては算出される横加速度の精度が低いものとなるという問題があった。

また、上記特許文献１に開示された電動パワーステアリング装置においては、操舵トルクやモータの電圧・電流値を利用して、操向車輪の横力を算出するが、その他の物理量については特に言及していない。このため、車両に発生する横力の推定を行うことはできないものであった。

そこで、本発明の課題は、横加速度センサなどを設けることなく、車両の横加速度を精度よく検出することができる横加速度検出装置を提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る横加速度検出装置は、電流および電圧が供給されることにより、車両における車輪を転舵させる転舵力を操舵系に付与する転舵力発生手段と、転舵力発生手段の作動時における電流値または電圧値を検出する電流／電圧値検出手段と、電流／電圧値検出手段で検出された電流値または電圧値に基づいて、車両の横加速度を算出する演算手段と、転舵輪の切り方向が切り増し方向か切り戻し方向かを判断する転舵輪切り方向判断手段を備え、演算手段は、切り方向判断手段によって転舵輪の切り方向が切り増し方向と判断した場合に、転舵輪の切り方向が切り戻し方向と判断した場合よりも広い電流値または電圧値の範囲で、車両の横加速度を算出するものである。

本発明に係る横加速度検出装置においては、転舵力発生手段における電流の電流／電圧値に基づいて、車両の横加速度を検出している。このため、横加速度センサなどを設けることなく、車両の横加速度を検出することができる。また、後の実施形態で説明するように、転舵力発生手段における電流の電流／電圧値と車両の横加速度には、一定の相関関係があることが分かった。この相関関係を用いて転舵力発生手段における電流の電流／電圧値から車両の横加速度を検出することができるので、精度よく車両の横加速度を検出することができる。

転舵輪の切り方向が切り増し方向にあるときには、切り戻し方向にある場合よりも、タイヤからの力を直接受けているので、精度よく横加速度を算出することができる。したがって、転舵輪の切り方向が切り増し方向にある場合に、転舵輪の切り方向が切り戻し方向と判断した場合よりも広い電流／電圧値の範囲で、車両の横加速度を算出しても、精度よくよ加速度を算出することができる。

また、上記課題を解決した本発明に係る横加速度検出装置は、電流および電圧が供給されることにより、車両における車輪を転舵させる転舵力を操舵系に付与する転舵力発生手段と、転舵力発生手段の作動時における電流値または電圧値を検出する電流／電圧値検出手段と、電流／電圧値検出手段で検出された電流値または電圧値に基づいて、車両の横加速度を算出する演算手段と、転舵輪の切り方向が切り増し方向か切り戻し方向かを判断する転舵輪切り方向判断手段を備え、演算手段は、転舵輪切り方向判断手段によって転舵輪の切り方向が切り増し方向である場合にのみ横加速度を算出するものである。

転舵輪の切り方向が切り増し方向にあるときには、切り戻し方向にある場合よりも、精度よく横加速度を算出することができる。したがって、精度よく横加速度を算出するために、切り増し方向にある場合にのみ横加速度を算出することもできる。

さらに、上記課題を解決した本発明に係る横加速度検出装置は、電流および電圧が供給されることにより、車両における車輪を転舵させる転舵力を操舵系に付与する転舵力発生手段と、転舵力発生手段における電流の電流値または電圧値を検出する電流／電圧値検出手段と、電流／電圧値検出手段で検出された電流値または電圧値に基づいて、車両の横加速度を算出する演算手段と、を備え、演算手段は、電流／電圧値検出手段で検出された電流値または電圧値の絶対値が所定値以下のときに、演算手段による横加速度の算出を行うものである。

電流／電圧値が大きくなると、外力として働く成分が大きくなり、精度よい横加速度の算出の妨げとなることが考えられる。このことから、電流／電圧値が所定値以下である場合、より精度よく横加速度を算出することができる。したがって、精度よく横加速度を算出するために、電流／電圧値が所定値以下である場合に、横加速度を算出する態様とすることもできる。

本発明に係る横加速度検出装置によれば、横加速度センサなどを設けることなく、車両の横加速度を精度よく検出することができる横加速度検出装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る横加速度検出装置を備える車両の概略構成図である。

図１に示すように、車両１にはステアリングホイール２が設けられている。ステアリングホイール２には、ステアリングシャフト３の一端部が接続されており、ステアリングシャフト３の他端部には、ラックアンドピニオン機構におけるピニオンギア４が設けられている。また、ステアリングシャフト３の他端部側には、ラックアンドピニオン機構のラック軸５が配置されており、ピニオンギア４とラック軸５が噛み合ってラックアンドピニオン機構が構成されている。これらのステアリングホイール２、ステアリングシャフト３、およびラックアンドピニオン機構等によって、本発明の操舵系が構成されている。

また、ラック軸５の両端部には、それぞれ図示しないタイロッドを介して転舵輪７が取り付けられている。これらのステアリングホイール２、ステアリングシャフト３、ラックアンドピニオン機構等によって、操舵系が構成されている。また、運転者がステアリングホイール２を回転操作すると、ステアリングホイール２の回転がステアリングシャフト３およびラックアンドピニオン機構を介してラック軸５の先端に取り付けられた転舵輪７に伝達され、転舵輪７が左右のいずれかに転舵する。

また、車両１には、電動パワーステアリング装置１０が設けられている。電動パワーステアリング装置１０は、操舵角センサ１１、ＥＰＳＥＣＵ１２、電動モータ１３、およびギア機構１４を有している。

操舵角センサ１１は、ステアリングシャフト３に取り付けられており、ステアリングシャフト３の回転角を検出することによって、操舵角を検出している。操舵角センサ１１は、検出した操舵角をＥＰＳＥＣＵ１２に出力している。ＥＰＳＥＣＵ１２は、操舵角センサ１１から出力される操舵角、後述するトルクセンサ２３より出力されるトルク値などに基づいて、操舵系に付加する補助操舵力を算出する。ＥＰＳＥＣＵ１２は、算出した補助操舵力に対応する電流値を電動モータ１３に出力する。電動モータ１３は、出力された電流値に応じて、ギア機構１４を介してステアリングロッドに補助操舵力を付与している。

また、車両１には、横加速度検出装置２０が設けられている。横加速度検出装置２０は、本発明の演算手段であるＥＣＵ２１、電動モータ１３の電流および電圧を検出する本発明の電流電圧値検出手段である電流電圧センサ２２、およびトルク検出手段であるトルクセンサ２３が設けられている。また、電動モータ１３は、横加速度検出装置２０における転舵力発生手段としても機能している。

ＥＣＵ２１は、電流電圧センサ２２から出力された電流値若しくは電圧値、またはトルクセンサ２３から出力されたトルクに基づいて、横加速度を算出している。ＥＣＵ２１には、電動モータ１３に流れる電流の電流値と横加速度との関係を示すマップ、電動モータ１３にかかる電圧値と横加速度との関係を示すマップ、および操舵系に掛かるトルクと横加速度との関係を示すマップが記憶されている。これらのマップに、それぞれ電動モータ１３に流れる電流値またはトルク値を参照することにより、横加速度が算出される。

電流電圧センサ２２は、電動モータ１３に流れる電流の電流値および電圧値を検出している。電流電圧センサ２２は、検出した電流値および電圧値をＥＣＵ２１に出力している。トルクセンサ２３は、ステアリングシャフト３に取り付けられており、ステアリングシャフト３に掛かるトルク（トルク値）を検出している。また、トルクセンサ２３は、検出したトルク値をＥＣＵ２１に出力している。

以上の構成を有する本実施形態に係る横加速度検出装置２０の動作について説明する。

本実施形態に係る横加速度検出装置２０においては、電動パワーステアリング装置１０における電動モータ１３が作動した際、電流電圧センサ２２によって電動モータ１３に流れる電流の電流値および電圧値を検出する。電流電圧センサ２２は、検出した電流値および電圧値をＥＣＵ２１に出力する。また、トルクセンサ２３では、操舵系におけるトルク値を検出している。トルクセンサ２３は、検出したトルク値をＥＣＵ２１に出力する。

ＥＣＵ２１では、電流電圧センサ２２から出力された電流値若しくは電圧値、またはトルクセンサ２３から出力されたトルク値に基づいて、車両の横加速度を検出する。ＥＣＵ２１には、電動モータ１３に流れる電流の電流値と横加速度との関係を示すマップ、電動モータ１３にかかる電圧値と横加速度との関係を示すマップ、および操舵系に掛かるトルク値と横加速度との関係を示すマップが記憶されている。このマップを参照することにより、電動モータ１３に流れる電流の電流値若しくは電圧値、または操舵系に掛かるトルク値に基づいて、横加速度を算出することができる。

ここで、電動モータ１３に流れる電流の電流値と、車両の横加速度との関係、および操舵系に掛かるトルクと、車両の横加速度との関係について説明する。本発明者らは、電動モータ１３に流れる電流の電流値と、車両の横加速度との関係を調べるために実験を行った。この実験は、路面がドライ状態で、車両がＲ＝６０（ｍ）の条件を満たすようにして車両を走行させた際に、データを取得することによって行った。この実験から得られたグラフを図２に示す。

図２は、車両の横Ｇと電動モータ１３に流れる電流の電流値（以下、「アシスト電流値」という）との関係を示すグラフである。図２に示す結果から、車両の横加速度（以下「横Ｇ」という）とアシスト電流値との間には一定の相関関係があることが分かった。このことから、アシスト電流を検出することにより、車両の横Ｇを検出することができることが分かった。特に、アシスト電流値が−１０Ａ〜１０Ａ（横Ｇが−０．４Ｇ〜０．４Ｇ）の範囲において、比例関係に近い相関関係が認められる。このことから、アシスト電流値が−１０Ａ〜１０Ａ（横Ｇが−０．４Ｇ〜０．４Ｇ）の範囲にあるときに、アシスト電流からさらに精度よく横Ｇを検出できることが分かった。

また、本発明者らは、操舵系に掛かるトルクと、横Ｇとの関係を調べるために実験を行った。この実験は、車速１００ｋｍ／ｈ、転舵角を±９０°とした範囲でスラローム走行することによって行った。この実験から得られたグラフを図３に示す。なお、スラローム走行を行った際の車速の時間変化を図４（ａ）に、舵角の時間変化を図４（ｂ）にそれぞれ示す。また、トルク値の時間変化を図５（ａ）に、横Ｇの時間変化を図５（ｂ）にそれぞれ示す。この実験から得られたグラフを図３に示す。

図３は、車両の横Ｇと操舵系に掛かるトルクのトルク値との関係を示すグラフである。図３に示す結果から、車両の横Ｇと操舵系のトルク値との間には一定の相関関係があることが分かった。このことから、操舵系のトルク値を検出することにより、車両の横Ｇを検出することができることが分かった。特に、切り増し時の０Ｎｍ〜５Ｎｍ、０Ｎｍ〜−５Ｎｍおよび切り戻し時の−３Ｎｍ〜０Ｎｍ、３Ｎｍ〜０Ｎｍ（横Ｇが−０．４Ｇ〜０．４Ｇ）の範囲において、明確な相関関係が認められる。ここでは、右側へステアリングホイール２を切った際のトルク値を正としている。このことから、切り増し時の０Ｎｍ〜５Ｎｍ、０Ｎｍ〜−５Ｎｍ（横Ｇが−０．４Ｇ〜０．４Ｇ）の範囲内にあるときに、アシスト電流からさらに精度よく横Ｇを検出できることが分かった。これは、電流／電圧値が大きくなると、外力として働く成分が大きくなり、精度よい横加速度の算出の妨げとなることに起因すると考えられる。

さらに、ステアリングホイール２の切り方向が切り増し方向にある場合、具体的には、トルク値が３Ｎｍから５Ｎｍ（横Ｇが０から０．４Ｇ）程度まで増加している領域Ｐ、およびトルク値が−３Ｎｍから−５Ｎｍ（横Ｇが０Ｇから−０．４Ｇ）程度まで減少している領域Ｑでは、横Ｇの変化量に対して、トルクセンサ値の変化量が小さくなっている。このことから、転舵輪の切り方向が切り増し方向である場合には、横Ｇをさらに精度よく検出することができることが分かる。これは、転舵輪の切り方向が切り増し方向にあるときには、切り戻し方向にある場合よりも、タイヤからの力を直接受けていることに起因すると考えられる。

ＥＣＵ２１に記憶されるマップは、図２および図３に示すグラフをそれぞれマップ化したものである。ＥＣＵ２１では、電流電圧センサ２２から出力される電流値またはトルクセンサ２３から出力されるトルク値を図２または図３に示すマップを参照することにより、横Ｇを検出することができる。また、検出された電圧値を電流値に変換して、図２に示すマップに参照することによって横Ｇを検出することができる。

また、電動モータ１３に流れる電流の電流値と、車両の横Ｇとの関係を調べるために行った実験と同一条件下で実験を行い、トルクセンサ２３で検出される操舵系のトルク値と、車両の横Ｇとの関係を調べた。この実験で得られた操舵系のトルク値と車両の横Ｇとの関係を図６に示す。

さらに、操舵系に掛かるトルクと、横Ｇとの関係を調べるために行った実験と同一条件下で実験を行い、電流電圧センサ２２で検出される電動モータ１３を流れる電流の電流値と、車両の横Ｇとの関係を調べた。この実験で得られた電動モータ１３を流れる電流の電流値と車両の横Ｇとの関係を図７に示す。

図６および図７から分かるように、図６に示す波形は、図２に示す波形と非常に近くなっており、図７に示す波形は、図３に示す波形と非常に近い物となっている。したがって、電動モータ１３を流れる電流の電流値およびトルクセンサ２３で検出される操舵系に掛かるトルクのトルク値から、横Ｇを精度よく検出することができる。

また、電流電圧センサ２２から検出された電圧を用いる場合には、別途電圧と横Ｇとの関係を示すマップを用意して、このマップを参照して横Ｇを検出することもできる。また、電動電圧センサ２２で検出された電圧値から電動モータ１３に流れる電流の電流値を算出し、上記のマップに参照して横Ｇを求めることもできる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、電流電圧センサ２２およびトルクセンサ２３を設け、電流値、電圧値、およびトルク値をすべて検出できるようにしているが、これらのうちの１つを検出して横Ｇを求める態様とすることもできる。

また、上記実施形態では、横Ｇを算出する範囲については特に言及していないが、横Ｇを精度よく算出できる範囲、具体的には−１０Ａ〜１０Ａ（横Ｇが−０．４Ｇ〜０．４Ｇ）の範囲や、切り増し時の０Ｎｍ〜５Ｎｍ、０Ｎｍ〜−５Ｎｍおよび切り戻し時の−３Ｎｍ〜０Ｎｍ、３Ｎｍ〜０Ｎｍ（横Ｇが−０．４Ｇ〜０．４Ｇ）の範囲などを中心に横Ｇを算出する態様とすることもできるし、これらの範囲のみについて横Ｇを算出する態様とすることもできる。

本実施形態に係る横加速度検出装置を備える車両の概略構成図である。 切り角を一定とした走行を行った実験における車両の横加速度とアシスト電流値との関係を示すグラフである。 スラローム走行を行った実験における車両の横加速度と操舵系に掛かるトルク値との関係を示すグラフである。 スラローム走行を行った実験におけるグラフであり、（ａ）は、車速の時間変化を示すグラフ、（ｂ）は舵角の時間変化を示すグラフである。 スラローム走行を行った実験におけるグラフであり、（ａ）は、トルク値の時間変化を示すグラフ、（ｂ）は横加速度の時間変化を示すグラフである。 切り角を一定とした走行を行った実験における車両の横加速度と操舵系に掛かるトルク値との関係を示すグラフである。 スラローム走行を行った実験における車両の横加速度とアシスト電流値との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…車両、２…ステアリングホイール、３…ステアリングシャフト、４…ピニオンギア、５…ラック軸、７…転舵輪、１０…電動パワーステアリング装置、１３…電動モータ、２０…横加速度検出装置、２１…ＥＣＵ、２２…電流電圧センサ、２３…トルクセンサ。

Claims (2)

1. 電流および電圧が供給されることにより、車両における車輪を転舵させる転舵力を操舵系に付与する転舵力発生手段と、
   前記転舵力発生手段の作動時における電流値または電圧値を検出する電流／電圧値検出手段と、
   前記電流／電圧値検出手段で検出された電流値または電圧値に基づいて、車両の横加速度を算出する演算手段と、
   転舵輪の切り方向が切り増し方向か切り戻し方向かを判断する転舵輪切り方向判断手段を備え、
   前記演算手段は、前記切り方向判断手段によって転舵輪の切り方向が切り増し方向と判断した場合に、転舵輪の切り方向が切り戻し方向と判断した場合よりも広い電流値または電圧値の範囲で、車両の横加速度を算出することを特徴とする横加速度検出装置。
2. 電流および電圧が供給されることにより、車両における車輪を転舵させる転舵力を操舵系に付与する転舵力発生手段と、
   前記転舵力発生手段の作動時における電流値または電圧値を検出する電流／電圧値検出手段と、
   前記電流／電圧値検出手段で検出された電流値または電圧値に基づいて、車両の横加速度を算出する演算手段と、
   転舵輪の切り方向が切り増し方向か切り戻し方向かを判断する転舵輪切り方向判断手段を備え、
   前記演算手段は、前記転舵輪切り方向判断手段によって転舵輪の切り方向が切り増し方向である場合にのみ横加速度を算出することを特徴とする横加速度検出装置。

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