JP4500126B2

JP4500126B2 - ヨーレートセンサの故障診断装置

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Publication number: JP4500126B2
Application number: JP2004225999A
Authority: JP
Inventors: 憲孝林
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: US20060025910A1; US7353096B2; JP2006044384A

Description

本発明は、ヨーレートセンサの異常を的確に判定するヨーレートセンサの故障診断装置に関する。

近年、車両においては、操縦安定性の向上や回頭性の向上を図るため、自動ブレーキ制御や駆動力配分制御等の様々な車両挙動制御が行われるようになっている。これらの制御では、車両の現在の挙動を知るため、ヨーレートを検出するヨーレートセンサが多く搭載されている。このため、ヨーレートセンサに異常が生じると車両挙動制御自体の異常となるため、ヨーレートセンサの故障診断を確立することが望まれている。

こうした、センサの故障診断を行うものとして、例えば、特開２００３−１０４１３９号公報においては、センサ値がゼロ点となる車両運動状態のとき、及び、センサ値が予め設定しておいた基準値となる車両運動状態のときに検出されたセンサ値について、ゼロ点或いは基準値に対するセンサ値のずれを観測し、センサの異常を判断する技術が開示されている。
特開２００３−１０４１３９号公報

しかしながら、上述の特許文献１で開示される故障診断では、ゼロ点と予め設定しておいた基準値となる車両運動状態のときでしか異常が判定できないため、時々刻々、連続的に変化するパラメータを検出して異常を判定することができず、車両の走行状態によっては異常判定が長い時間に渡り困難となり、異常判定が大きく遅れてしまうという問題がある。

特に、ヨーレートセンサを用いた制御、例えば、制動力を制御して車両にヨーモーメントを発生させるような車両挙動制御では、ヨーレートセンサからの出力は、そのまま制御値と直結するため、車両がどのような運動状態であっても、リアルタイムに正確な値を検出することが要求される。従って、ヨーレートセンサに異常が発生した場合には、どのような車両運動状態であっても即座に異常を検出して制御を修正することが必要となる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、たとえ車両がどのような運動状態であっても連続的に監視して、ヨーレートセンサの異常を即座に且つ正確に検出することができるヨーレートセンサの故障診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、ヨーレートを検出するヨーレートセンサと、車両の各輪に作用する力を検出する車輪力検出手段と、上記各輪に作用する力を基に定常旋回状態と非定常旋回状態とを判定する車両運動状態判定手段と、車両が上記定常旋回状態の際に上記ヨーレートセンサからのヨーレートの値と上記各輪に作用する力の値を基に演算したヨーレートの値とを比較して上記ヨーレートセンサの異常を判定するヨーレート比較異常判定手段と、車両が上記非定常旋回状態の際に上記ヨーレートセンサからのヨーレートの値から演算したヨーモーメントの値と上記各輪に作用する力の値を基に演算したヨーモーメントの値とを比較して上記ヨーレートセンサの異常を判定するヨーモーメント比較異常判定手段とを備えたことを特徴としている。

本発明によるヨーレートセンサの故障診断装置によれば、たとえ車両がどのような運動状態であっても連続的に監視して、ヨーレートセンサの異常を即座に且つ正確に検出することが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜図３は本発明の実施の一形態を示し、図１はヨーレートセンサの故障診断装置の機能ブロック図、図２はヨーレートセンサの故障診断プログラムのフローチャート、図３は各輪に作用する力の説明図である。

図１において、符号１は車両に搭載され、ヨーレートセンサ２の異常を判定するヨーレートセンサの故障診断装置を示し、このヨーレートセンサの故障診断装置１は、運動状態判定部１ａと、直進・定常旋回状態ヨーレート値判定部１ｂと、非定常旋回状態ヨーレート値判定部１ｃを備えて主要に構成されている。

ヨーレートセンサの故障診断装置１には、上述のヨーレートセンサ２からヨーレートγｓが入力され、また、車速センサ３から車速Ｖが入力される。

また、ヨーレートセンサの故障診断装置１には、４輪４fl、４fr、４rl、４rr（図３参照）のそれぞれのアクスルハウジング（図示せず）に埋設した、力検出センサ５fl、５fr、５rl、５rrが接続されている。これら力検出センサ５fl、５fr、５rl、５rrは、車輪力検出手段としてのものであって、例えば、特開平９−２２４０号公報に開示されるセンサであり、各輪に作用する前後方向（以下、ｘ方向）、横方向（以下、ｙ方向）、上下方向（以下、ｚ方向）の各力を、それぞれのアクスルハウジングに生じる変位量に基づき検出するものである。具体的には、左前輪の力検出センサ５flからは、左前輪の前後、横、上下方向に作用する力Ｆflx、Ｆfly、Ｆflzが入力され、右前輪の力検出センサ５frからは、右前輪の前後、横、上下方向に作用する力Ｆfrx、Ｆfry、Ｆfrzが入力され、左後輪の力検出センサ５rlからは、左後輪の前後、横、上下方向に作用する力Ｆrlx、Ｆrly、Ｆrlzが入力され、右後輪の力検出センサ５rrからは、右後輪の前後、横、上下方向に作用する力Ｆrrx、Ｆrry、Ｆrrzが入力される。

ヨーレートセンサの故障診断装置１は、上述の各入力信号に基づきヨーレートセンサ２の異常を判定し、ヨーレートセンサ２に異常がある場合には、信号を警報ランプ６（例えば、図示しないメータパネルに設けたアラームランプ）に出力し点灯させる。

また、ヨーレートセンサの故障診断装置１は、ヨーレートセンサ２に異常がある場合には、ヨーレートセンサ切替部７に信号を出力して、ヨーレートセンサ２以外により推定されるヨーレートの値を代替出力させる。このヨーレートの値の代替値は、例えば、力検出センサ５fl、５fr、５rl、５rrからの値を基に演算するのであれば、以下の（２）式により演算する。

図３に示すように、車両の重心位置から前軸までの長さをｌｆ、重心位置から後軸までの長さをｌｒ、前輪のトレッドをｄｆ、後輪のトレッドｄｒ、ヨー慣性モーメントＩ、ヨーレートをγとすると、車両に発生するモーメントＭz(t)は次の（１）式となる。
Ｍz(t)＝Ｉ・（ｄγ／ｄｔ）＝ｌｆ・（Ｆfly＋Ｆfry）−ｌｒ・（Ｆrly＋Ｆrry）
＋（ｄｆ／２）・（Ｆfrx−Ｆflx）−（ｄｒ／２）・（Ｆrlx−Ｆrrx）…（１）
従って、
γ＝∫（（ｌｆ・（Ｆfly＋Ｆfry）−ｌｒ・（Ｆrly＋Ｆrry）
＋（ｄｆ／２）・（Ｆfrx−Ｆflx）
−（ｄｒ／２）・（Ｆrlx−Ｆrrx））／Ｉ）ｄｔ
…（２）

また、車両に横加速度センサが搭載されている場合では、この横加速度センサで検出した横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）sと、車速センサ３から検出される車速Ｖを用いて、以下の（３）式により推定することもできる。
γ＝（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）s／Ｖ …（３）

ヨーレートセンサの故障診断装置１の運動状態判定部１ａは、力検出センサ５fl、５fr、５rl、５rrから、それぞれ横方向に作用する力Ｆfly、Ｆfry、Ｆrly、Ｆrryが入力される。そして、これら横方向に作用する力Ｆfly、Ｆfry、Ｆrly、Ｆrryから、次の３つの車両運動状態（直進状態、定常旋回状態、非定常旋回状態）を判定し、直進状態、定常旋回状態の場合には直進・定常旋回状態ヨーレート値判定部１ｂにヨーレートセンサの異常判定を行わせる信号を出力し、非定常旋回状態の場合には非定常状態ヨーレート値判定部１ｃにヨーレートセンサの異常判定を行わせる信号を出力する。すなわち、運動状態判定部１ａは、車両運動状態判定手段として設けられている。ここで、定常旋回状態とは、定速走行にて定常円を旋回する状態を示し、非定常旋回状態とは、直進・定常円旋回以外の状態を示し、例えば、非定速走行にて定常円旋回を行う状態、又は、非定常円で旋回する状態を示す。

定常旋回状態においては、車両にヨーモーメントは発生せず、また、前後力は発生しないため、また、直進状態では、車両に横方向の力が作用していない状態であるため、左前輪と右前輪に作用する横力の合計、及び、左後輪と右後輪に作用する横力の合計は、それぞれゼロとみなせるので、上述の（１）式は、以下（４）式となり、（５）式、或いは、（６）式が成り立つ。

Ｍz(t)＝Ｉ・（ｄγ／ｄｔ）＝ｌｆ・（Ｆfly＋Ｆfry）
−ｌｒ・（Ｆrly＋Ｆrry）≒０ …（４）
Ｆfly＋Ｆfry≒０ …（５）
Ｆrly＋Ｆrry≒０ …（６）

以上をまとめると、
（直進状態）…（４）式が成り立ち、且つ、（５）式が成り立つ場合。或いは、（４）式が成り立ち、且つ、（６）式が成り立つ場合。
具体的には、本実施の形態では、
（４）式より、ｌｆ・（Ｆfly＋Ｆfry）−ｌｒ・（Ｆrly＋Ｆrry）≦ε…（７）
（５）式より、Ｆfly＋Ｆfry≦ε …（８）
の（７）式と（８）式とが成立する場合に直進状態と判定する。ここで、εは０に近い値で、例えば、０．００５deg/secである。

（定常旋回状態）…（直進状態）以外で（４）式が成り立つ場合。
具体的には、本実施の形態では、上述の（７）式が成り立ち、（８）式が成り立たない場合に、定常旋回状態と判定する。

（非定常旋回状態）…（直進状態）、（定常旋回状態）以外の場合、すなわち、（４）式が成り立たない場合である。

本実施の形態では、上述の（７）式が成り立たない場合に、定常旋回状態と判定する。

尚、直進状態の判定は、（７）式を用いずに（８）式が成立するか否かにより判定を行うようにしても良い。

直進・定常旋回状態ヨーレート値判定部１ｂは、ヨーレートセンサ２からヨーレートγｓが入力され、車速センサ３から車速Ｖが入力され、力検出センサ５fl、５fr、５rl、５rrから、それぞれ横、上下方向に作用する力Ｆfly、Ｆflz、Ｆfry、Ｆfrz、Ｆrly、Ｆrlz、Ｆrry、Ｆrrzが入力される。

そして、車両が直進状態の場合には、ヨーレートセンサ２からヨーレートγｓの絶対値｜γｓ｜が略０、すなわち、予め設定した値ε１（例えば、０．００５deg/sec）以下か否か判定する。そして、｜γｓ｜≦ε１の場合にはヨーレートセンサ２は正常、｜γｓ｜＞ε１の場合にはヨーレートセンサ２は異常と判定する。

また、車両が定常旋回状態の場合には、上述の各入力信号Ｖ、Ｆfly、Ｆflz、Ｆfry、Ｆfrz、Ｆrly、Ｆrlz、Ｆrry、Ｆrrzを基に以下（１０）式によりヨーレートγを演算し、ヨーレートセンサ２からのヨーレートγｓと比較し、ヨーレートセンサ２が正常か異常か判定する。

すなわち、車両の横方向の運動方程式は、車両質量をｍ、横すべり角をβとして、次の（９）式で表される。
ｍ・Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋γ）＝Ｆfly＋Ｆfry＋Ｆrly＋Ｆrry …（９）
定常旋回状態の場合は、（ｄβ／ｄｔ）＝０であり、また、車両質量ｍを各輪に作用する上下方向の力の和として考慮すると、ヨーレートγは、以下（１０）式で表される。
γ＝（１／Ｖ）・（Ｆfly＋Ｆfry＋Ｆrly＋Ｆrry）
／（Ｆflz＋Ｆfrz＋Ｆrlz＋Ｆrrz） …（１０）

そして、（１０）式により演算されるヨーレートγからヨーレートセンサ２により検出されたヨーレートγｓを減算し（γ−γｓ）、この絶対値が略０、すなわち、予め設定した値ε１（例えば、０．００５deg/sec）以下か否か判定する。すなわち、｜γ−γｓ｜≦ε１の場合にはヨーレートセンサ２は正常、｜γ−γｓ｜＞ε１の場合にはヨーレートセンサ２は異常と判定する。こうして、直進・定常旋回状態ヨーレート値判定部１ｂでヨーレートセンサ２の異常が判定された場合には、警報ランプ６、及び、ヨーレートセンサ切替部７に信号が出力される。すなわち、直進・定常旋回状態ヨーレート値判定部１ｂは、ヨーレート比較異常判定手段として設けられている。

非定常旋回状態ヨーレート値判定部１ｃは、ヨーレートセンサ２からヨーレートγｓが入力され、力検出センサ５fl、５fr、５rl、５rrから、それぞれ前後、横方向に作用する力Ｆflx、Ｆfly、Ｆfrx、Ｆfry、Ｆrlx、Ｆrly、Ｆrrx、Ｆrryが入力される。

そして、力検出センサ５fl、５fr、５rl、５rrからの値を基に、前述の（１）式から車両に働くヨーモーメントＭz(t)を求め、ヨーレートセンサ２からヨーレートγｓを基に、以下（１１）式から車両に働くヨーモーメントＭs(t)を求める。
Ｍs(t)＝Ｉ・（ｄγｓ／ｄｔ） …（１１）

こうして求められるＭz(t)とＭs(t)を離散化し、ある時間内に計測したサンプル数をＮ（例えば、２００点）として、これらＭz(t)とＭs(t)の相関係数ｒを以下（１２）式により演算する。そして、相関係数ｒが高いほど（本実施の形態では１．０〜ｒｃ：ｒｃは例えば０．８）、強い相関があると判断して、ヨーレートセンサ２は正常と判定し、相関係数ｒが低いほど（ｒｃ以下）、相関がないと判断して、ヨーレートセンサ２は異常と判定する。こうして、非定常旋回状態ヨーレート値判定部１ｃでヨーレートセンサ２の異常が判定された場合には、警報ランプ６、及び、ヨーレートセンサ切替部７に信号が出力される。すなわち、非定常旋回状態ヨーレート値判定部１ｃは、ヨーモーメント比較異常判定手段として設けられている。

次に、上述のヨーレートセンサの故障診断装置１で実行されるヨーレートセンサの故障診断プログラムを図２のフローチャートで説明する。

まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、必要なパラメータ、すなわち、ヨーレートγｓ、車速Ｖ、各車輪の前後、横、上下方向に作用する力Ｆflx、Ｆfly、Ｆflz、Ｆfrx、Ｆfry、Ｆfrz、Ｆrlx、Ｆrly、Ｆrlz、Ｆrrx、Ｆrry、Ｆrrzが読み込まれる。

次に、Ｓ１０２に進み、運動状態判定部１ａにおいて、前述の如く、現在の車両の運動状態が、直進状態か、定常旋回状態か、非定常旋回状態か判定する。

次いで、Ｓ１０３に進み、Ｓ１０２の判定の結果、車両が直進状態か否か判定し、直進状態の場合には、Ｓ１０４に進んで、ヨーレートセンサ２からヨーレートγｓの絶対値｜γｓ｜が略０、すなわち、予め設定した値ε１（例えば、０．００５deg/sec）以下か否か判定する。そして、｜γｓ｜≦ε１の場合にはヨーレートセンサ２は正常とみなし、そのままプログラムを抜け、｜γｓ｜＞ε１の場合にはヨーレートセンサ２は異常と判定して、Ｓ１０５に進んで、警報ランプ６を点灯してセンサ異常警報を行い、更に、Ｓ１０６に進んで、ヨーレートセンサ切替部７に信号を出力し、前述の如く、ヨーレートセンサ２以外により推定されるヨーレートの値を代替出力させ、プログラムを抜ける。

一方、Ｓ１０３で車両は直進状態ではないと判定された場合は、Ｓ１０７に進み、車両は定常旋回状態か否か判定する。Ｓ１０７の判定の結果、車両が定常旋回状態と判断された場合は、Ｓ１０８に進み、車速Ｖ、各輪の力の値Ｆfly、Ｆflz、Ｆfry、Ｆfrz、Ｆrly、Ｆrlz、Ｆrry、Ｆrrzを基に前述の（１０）式によりヨーレートγを演算する。

次いで、Ｓ１０９に進み、Ｓ１０８により演算されるヨーレートγからヨーレートセンサ２により検出されたヨーレートγｓを減算し（γ−γｓ）、この絶対値が略０、すなわち、予め設定した値ε１（例えば、０．００５deg/sec）以下か否か判定する。この結果、｜γ−γｓ｜≦ε１の場合にはヨーレートセンサ２は正常とみなし、そのままプログラムを抜け、｜γ−γｓ｜＞ε１の場合にはヨーレートセンサ２は異常と判定して、Ｓ１０５に進み、警報ランプ６を点灯してセンサ異常警報を行い、更に、Ｓ１０６に進んで、ヨーレートセンサ切替部７に信号を出力し、前述の如く、ヨーレートセンサ２以外により推定されるヨーレートの値を代替出力させ、プログラムを抜ける。

また、Ｓ１０７で車両が定常旋回状態ではないと判定した場合には、Ｓ１１０に進み、前述の（１）式から車両に働くヨーモーメントＭz(t)を演算し、Ｓ１１１に進んで、ヨーレートセンサ２からヨーレートγｓを基に、前述の（１１）式から車両に働くヨーモーメントＭs(t)を演算する。

次いで、Ｓ１１２に進み、ヨーモーメントＭz(t)とヨーモーメントＭs(t)との相関係数ｒを前述の（１２）式により演算して、Ｓ１１３に進み、相関係数ｒの判定を行う。この相関係数ｒの判定の結果、相関係数ｒがｒｃ（例えば、０．８）以下と判定された場合には、ヨーモーメントＭz(t)とヨーモーメントＭs(t)とには相関がなく、ヨーレートセンサ２は異常と判断して、Ｓ１０５に進み、警報ランプ６を点灯してセンサ異常警報を行い、更に、Ｓ１０６に進んで、ヨーレートセンサ切替部７に信号を出力し、前述の如く、ヨーレートセンサ２以外により推定されるヨーレートの値を代替出力させ、プログラムを抜ける。

逆に、相関係数ｒがｒｃよりも大きいと判定された場合は、ヨーモーメントＭz(t)とヨーモーメントＭs(t)とには強い相関があり、ヨーレートセンサ２は正常とみなし、そのままプログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の形態によれば、車両がどのような運動状態であっても、ヨーレートセンサ２からの出力を監視して、異常を検出できるようになっているので、ヨーレートセンサ２の異常を即座に且つ正確に検出することが可能となる。

また、車両が非定常旋回状態の場合には、ヨーレートを微分した成分で表せられるヨーモーメント同士で比較判定するようになっているので、積分して無理にヨーレート値に戻して比較することがないため、積分演算により生じる累積誤差等が判定結果に含まれず、正確な判定をすることができる。

更に、車両が非定常旋回状態の場合には、ヨーレートを微分した成分で表せられるヨーモーメント同士の相関係数を評価することにより異常検出するので、車両のヨー慣性モーメントＩが変動しても、精度の良い判定が行え、また、リアルタイムに評価することができる。

また、ヨーレートセンサ２の異常が検出された場合には、ヨーレートセンサ切替部７から他のヨーレートの値を出力するようになっているので、制御が中断されることもない。

ヨーレートセンサの故障診断装置の機能ブロック図ヨーレートセンサの故障診断プログラムのフローチャート各輪に作用する力の説明図

符号の説明

１ヨーレートセンサの故障診断装置
１ａ運動状態判定部（車両運動状態判定手段）
１ｂ直進・定常旋回状態ヨーレート値判定部（ヨーレート比較異常判定手段）
１ｃ非定常旋回状態ヨーレート値判定部（ヨーモーメント比較異常判定手段）
２ヨーレートセンサ
３車速センサ
４fl、４fr、４rl、４rr ４輪
５fl、５fr、５rl、５rr 力検出センサ（車輪力検出手段）
６警報ランプ
７ヨーレートセンサ切替部
代理人弁理士伊藤進

Claims

ヨーレートを検出するヨーレートセンサと、
車両の各輪に作用する力を検出する車輪力検出手段と、
上記各輪に作用する力を基に車両の定常旋回状態と非定常旋回状態とを判定する車両運動状態判定手段と、
車両が上記定常旋回状態の際に上記ヨーレートセンサからのヨーレートの値と上記各輪に作用する力の値を基に演算したヨーレートの値とを比較して上記ヨーレートセンサの異常を判定するヨーレート比較異常判定手段と、
車両が上記非定常旋回状態の際に上記ヨーレートセンサからのヨーレートの値から演算したヨーモーメントの値と上記各輪に作用する力の値を基に演算したヨーモーメントの値とを比較して上記ヨーレートセンサの異常を判定するヨーモーメント比較異常判定手段と、
を備えたことを特徴とするヨーレートセンサの故障診断装置。
上記車両運動状態判定手段は、上記各輪に作用する力を基に車両の直進状態を判定し、
上記ヨーレート比較異常判定手段は、車両が上記直進状態の際に上記ヨーレートセンサからのヨーレートの値と予め設定された値とを比較して上記ヨーレートセンサの異常を判定することを特徴とする請求項１記載のヨーレートセンサの故障診断装置。
上記車両運動状態判定手段は、左右車輪の横力の合計が予め設定しておいた値より小さい場合に直進状態と判定し、車両にヨーモーメントが発生しておらず前後力が発生していないとみなせる場合であって、且つ、上記各輪の横力の合計が上記予め設定しておいた値を超える場合には定常旋回状態と判定し、車両にヨーモーメントが発生する状態を非定常旋回状態と判定することを特徴とする請求項１記載のヨーレートセンサの故障診断装置。
上記ヨーモーメント比較異常判定手段は、車両が非定常旋回状態の際に上記ヨーレートセンサからのヨーレートの値から演算した上記ヨーモーメントの値と上記各輪に作用する力の値を基に演算した上記ヨーモーメントの値とからこれらヨーモーメント間の相関係数を演算し、該相関係数の値に応じて上記ヨーレートセンサの異常を判定することを特徴とする請求項１記載のヨーレートセンサの故障診断装置。
ヨーレートを検出するヨーレートセンサと、
車両の各輪に作用する力を検出する車輪力検出手段と、
上記各輪に作用する力を基に車両の非定常旋回状態を判定する車両運動状態判定手段と、
車両が上記非定常旋回状態の際に上記ヨーレートセンサからのヨーレートの値から演算したヨーモーメントの値と上記各輪に作用する力の値を基に演算したヨーモーメントの値とを比較して上記ヨーレートセンサの異常を判定するヨーモーメント比較異常判定手段と、
を備えたことを特徴とするヨーレートセンサの故障診断装置。
上記ヨーモーメント比較異常判定手段は、車両が非定常旋回状態の際に上記ヨーレートセンサからのヨーレートの値から演算した上記ヨーモーメントの値と上記各輪に作用する力の値を基に演算した上記ヨーモーメントの値とからこれらヨーモーメント間の相関係数を演算し、該相関係数の値に応じて上記ヨーレートセンサの異常を判定することを特徴とする請求項５記載のヨーレートセンサの故障診断装置。
上記ヨーレート比較異常判定手段は、車両が上記定常旋回状態の際に上記ヨーレートセンサからのヨーレートの値と上記各輪に横方向に作用する力の値の合計を車速と車両質量で除して演算したヨーレートの値とを比較して上記ヨーレートセンサの異常を判定することを特徴とする請求項１記載のヨーレートセンサの故障診断装置。