JP5131693B2 - ヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両に用いられるヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置及び方法に関する。特に、ヨーレイトがゼロに近いところでの故障誤検知防止を図ったヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置及び方法に関する。

旋回時のステアリング特性の改善を図るために、旋回量及び駆動トルクに応じて左右の駆動力配分比をフィードフォワード制御するとともに、このフィードフォワード制御を補正する目的で、車両の適所に設けられたヨーレイトセンサ及び横加速度センサを用いてフィードバック制御を行うことが知られている（特許文献１参照）。これらのセンサが故障すると、制御に悪影響が生じ得る。そのため、センサの故障を検知し、故障が生じた場合にはそれに応じて適切に対処する必要がある。上記特許文献では、ヨーレイトセンサの出力から実ヨーレイトγを算出すると共に、横加速度センサの出力Ｇｙと車速Ｖと横滑り角速度ｄβ／ｄｔとから規範ヨーレイト（または推定ヨーレイト）γ′を算出し、実ヨーレイトγと規範ヨーレイトγ′のいずれか一方の変化率がいずれか他方の変化率に比較して大きいときには、両センサの一方が故障であると判断することが開示されている。規範ヨーレイトは、例えば、以下の式（１）により求めることができる。尚、横滑り角速度ｄβ／ｄｔは、車速Ｖ、横加速度Ｇｙ及びヨーレイトγから算出することができる。
γ′＝Ｇｙ／Ｖ＋ｄβ／ｄｔ．．．式（１）

より簡単な方法として、規範ヨーレイトγ′に所定のゲインを掛けた値と実ヨーレイトγとを比較してセンサの故障検知を行うことが考えられる。例えば、横軸を規範ヨーレイトγ′とし、縦軸を実ヨーレイトγとする図１のグラフにおいて、次の式（２）及び（３）で表される２つの直線の間に定められる領域（図１において斜線で示した領域）内に実ヨーレイトγと規範ヨーレイトγ′があるときは、ヨーレイトセンサと横加速度センサの両方とも正常であると判断し、満たさないときは、少なくともいずれかのセンサが故障であると判断することができる。
γ＝ｋ１・γ′．．．式（２）
γ＝ｋ２・γ′．．．式（３）
ここで、０＜ｋ１＜１、１＜ｋ２である。

言い換えると、
γ＞ｋ１・γ′且つγ＞ｋ２・γ′．．．条件（１）
または、
γ＜ｋ１・γ′且つγ＜ｋ２・γ′．．．条件（２）
のいずれかが成り立つ場合、どちらかのセンサに異常があるとし、条件（１）と（２）の両方とも成り立たないときは、両センサは正常であると判断することができる。

ここで、ヨーレイトγと横加速度Ｇｙの関係について考える。２輪モデルに基づく車両の運動方程式からヨーレイトγに対する横加速度Ｇｙの伝達関数（Ｇｙ／γ）を求めると、次の式（３）のようになる。
（Ｇｙ／γ）＝Ｖ・［（Ｉ・ｓ^２）／（Ｌ・Ｋｒ）＋（Ｌｒ／Ｖ）・ｓ＋１］／［（ｍ・Ｌｆ・Ｖ）・ｓ／（Ｌ・Ｋｒ）＋１］．．．式（４）
ここで、s：ラプラス演算子、ｍ：車両質量、Ｉ：ヨーイング慣性モーメント、Ｌ：ホイールベース、Ｌｆ：車両重心点と前車軸間の距離、Ｌｒ：車両重心点と後車軸間の距離、Ｋｆ：前輪コーナリングパワー、Ｋｒ：後輪コーナリングパワー、Ｖ：車速、である。

ある車両における上記式（４）で表される伝達関数のゲイン及び位相を図２に示す。図２からわかるように、低周波数領域では、ヨーレイトγと横加速度Ｇｙの位相の関係は一定（即ち、概ねゼロ）であるが、高周波数領域（図２の領域Ａ）では位相の関係が一定でなくなる（即ち、横加速度Ｇｙがヨーレイトγに対して遅れる）。

図３は、センサが正常な場合の、実ヨーレイトγと規範ヨーレイトγ′の時間変化の一例を示すグラフである。上記のように高周波数領域において横加速度Ｇｙが（実）ヨーレイトγに対して遅れるため、横加速度Ｇｙに基づいて求められる規範ヨーレイトγ′も実ヨーレイトγに対して遅れることとなる。その結果、条件（１）及び（２）に基づくセンサの故障判定を行うと、図３においてハッチングで示した部分（即ち、実ヨーレイトγの符号が切り替わるγ＝０近傍）では、センサが正常であるにもかかわらず故障していると誤検知してしまう。

特開平１０−１４２２５６号公報

本発明は上記従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、その主たる目的は、実ヨーレイトがゼロに近い領域でも故障を誤検知することのない簡単な構成のヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置及び方法を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明に基づくと、ヨーレイトセンサ（１）の出力から実ヨーレイト（γ）を算出する実ヨーレイト算出部（１１）と、横加速度センサ（２）の出力と車速（３）とから規範ヨーレイト（γ′）を算出する規範ヨーレイト算出部（１２）と、前記実ヨーレイト及び前記規範ヨーレイトに基づき前記ヨーレイトセンサと前記横加速度センサのいずれかに故障があるか否かを判定する故障判定部（１３）とを有し、前記故障判定部は、前記実ヨーレイトの大きさが所定値より大きい場合、前記規範ヨーレイトに所定のゲイン（ｋ１、ｋ２）を掛けた値と前記実ヨーレイトとを比較することによって前記センサの故障判定を行い、前記実ヨーレイトの大きさが所定値より小さい場合、前記規範ヨーレイトがゼロ（γ′＝０）のとき所定のオフセット値（α１、α２）を有し且つ所定の範囲において前記ゲインに関連づけられた平均変化率を有する前記規範ヨーレイトの単調増加関数によって定められる値と前記実ヨーレイトとを比較することによって前記センサの故障判定を行うことを特徴とするヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置（１０）が提供される。上記規範ヨーレイトの単調増加関数は、例えば、γ′＋α１（α１＜０）とγ′＋α２（α２＞０）とすることができる（この場合、平均変化率は１）。

また、本発明に基づくと、ヨーレイトセンサ（１）の出力から実ヨーレイト（γ）を算出する工程（ＳＴ１）と、横加速度センサ（２）の出力と車速（３）とから規範ヨーレイト（γ′）を算出する工程（ＳＴ２）と、前記実ヨーレイトの大きさが所定値より大きい場合、前記規範ヨーレイトに所定のゲイン（ｋ１、ｋ２）を掛けた値と前記実ヨーレイトとを比較することによって前記センサの故障判定を行い、前記実ヨーレイトの大きさが所定値より小さい場合、前記規範ヨーレイトがゼロのとき所定のオフセット値（α１、α２）を有し且つ所定の範囲において前記ゲインに関連づけられた平均変化率を有する規範ヨーレイトの単調増加関数によって定められる値と前記実ヨーレイトとを比較することによって前記センサの故障判定を行う工程（ＳＴ３、ＳＴ４）とを有することを特徴とするヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出方法が提供される。

上記において、実ヨーレイト及び規範ヨーレイトの代わりに実横加速度及び規範横加速度を用いることも可能である。

上記したような本発明の構成によると、実ヨーレイトγの絶対値が所定値より小さい場合（即ち、実ヨーレイトγ＝０の近傍にある場合）、適切なオフセット値を有する規範ヨーレイトの単調増加関数と実ヨーレイトとを比較してセンサ故障判定をするので、横加速度の位相遅れに起因する規範ヨーレイトの位相遅れがあっても、故障を誤検知することがない。また、規範ヨーレイトの位相遅れの影響が実質的にない、実ヨーレイトの大きさが十分に大きい領域では、従来と同様に規範ヨーレイトに所定のゲインを掛けた値と実ヨーレイトとを比較してセンサの故障検出を行うので、単純な構成で故障検知を実現できる。実ヨーレイト及び規範ヨーレイトの代わりに実横加速度及び規範横加速度を用いた場合も同様に、実横加速度と規範横加速度の間の位相ずれに起因する故障誤検知を防止して、簡単な構成で精度良くヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障を検知することができる。

図４は、本発明に基づくヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置の好適実施形態を示すブロック図である。図示されているように、この故障検出装置１０は、ヨーレイトセンサ１の出力から実ヨーレイトγを算出する実ヨーレイト算出部１１と、横加速度センサ２の出力と車速センサ３の出力とから規範ヨーレイトγ′を算出する規範ヨーレイト算出部１２と、実ヨーレイトγ及び規範ヨーレイトγ′に基づきヨーレイトセンサ１と横加速度センサ２のいずれかに故障があるか否かを判定する故障判定部１３とを有する。規範ヨーレイト算出部１２は、式（１）に基づいて規範ヨーレイトγ′を算出する。このような故障検出装置は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって具現することができる。

横軸を規範ヨーレイトγ′とし、縦軸を実ヨーレイトγとする図５のグラフを参照して、故障判定部１３における故障判定処理について説明する。故障判定部１３は、実ヨーレイトγと規範ヨーレイトγ′が、図５のグラフにおいて斜線で示された領域内にあるとき、ヨーレイトセンサ１と横加速度センサ２は両方とも正常であると判定し、そうでないとき、いずれかのセンサに異常があると判定する。図５において斜線で示された領域は、図１において斜線で示した領域と異なり、実ヨーレイトγ（または規範ヨーレイトγ′）がゼロに近い領域において、異常判定を行うため実ヨーレイトγと比較される閾値（規範ヨーレイトγ′の関数）にオフセット（α１、α２）が設けられている。これによって、実ヨーレイトγがゼロに近い領域において、横加速度Ｇｙの位相遅れ（即ち、規範ヨーレイトγ′の位相遅れ）により実ヨーレイトγと規範ヨーレイトγ′の間に不一致が生じていても、それをセンサ１、２の異常と誤検知することがない。

図６のフローチャートを参照して、故障判定装置１０の動作をより詳細に説明する。ステップＳＴ１でヨーレイトセンサ１の出力から実ヨーレイトγを算出し、ステップＳＴ２で横加速度センサ２の出力から規範ヨーレイトγ′を算出した後、ステップＳＴ３において、次の条件が成り立つか否か判定する。
γ＜ｋ１・γ′、γ＜ｋ２・γ′且つγ＜γ′＋α１．．．条件（３）
ここで、α１＜０である。

ステップＳＴ３において、条件（３）が成り立つと判定された場合、ヨーレイトセンサ１と横加速度センサ２のいずれかが異常であると判定する。ステップＳＴ３において、条件（３）が成り立たないと判定された場合、ステップＳＴ４で、次の条件（４）が成り立つか否か判定する。
γ＞ｋ１・γ′、γ＞ｋ２・γ′且つγ＞γ′＋α２．．．条件（４）
ここで、０＜ｋ１＜１、１＜ｋ２、０＜α２である。

これによれば、実ヨーレイトγ（または規範ヨーレイトγ′）の大きさ（絶対値）が十分大きい場合（即ちγ＝０近傍でない場合）、故障判定部１３は、従来と同様に、実ヨーレイトγを、規範ヨーレイトに所定のゲイン（ｋ１、ｋ２）を掛けた値と比較してセンサ故障の有無を判定する。一方、実ヨーレイトγ（または規範ヨーレイトγ′）の大きさが所定値以下の場合（即ち、γ＝０近傍の場合）、故障判定部１３は、実ヨーレイトγを、規範ヨーレイトγ′にオフセット値（α１、α２）を加えた値と比較してセンサ故障の有無を判定する（γ′＋α１＜γ＜γ′＋α２のときセンサ正常。そうでないとき異常有り）。そのため、γ＝０近傍において、横加速度Ｇｙの位相遅れにより実ヨーレイトγと規範ヨーレイトγ′とが一致しない場合でも、センサが故障であると誤判定するのを防止することができる。

このように、本実施形態によれば、実ヨーレイトγの絶対値が所定値以下（即ち、実ヨーレイトγ＝０の近傍）の場合、規範ヨーレイトγ′を所定の量だけオフセットした値と実ヨーレイトγを比較することとしたので、横加速度Ｇｙの位相遅れに起因する規範ヨーレイトγ′の位相遅れがあっても、故障の誤検知を効果的に防止することができる。また、規範ヨーレイトγ′の位相遅れの影響のない（または小さい）実ヨーレイトγの絶対値が所定値より大きい領域では、規範ヨーレイトγ′に所定のゲインを掛けた値と実ヨーレイトγとを比較してセンサの故障検出を行うので、単純な構成で故障検知を実現できる。

上記実施例では、実ヨーレイトγと規範ヨーレイトγ′とを比較してヨーレイトセンサまたは横加速度センサの故障検出を行ったが、同様に、実横加速度Ｇｙと規範（推定）横加速度Ｇｙ′とを比較してヨーレイトセンサまたは横加速度センサの故障検出を行うことも可能である。図７は、そのような実施形態に基づくヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置のブロック図である。

図７に示すように、この故障検出装置１０′は、横加速度センサ２の出力から実横加速度Ｇｙを算出する実横加速度算出部１４と、ヨーレイトセンサ１の出力と車速センサ３の出力とから規範横加速度Ｇｙ′を算出する規範横加速度算出部１５と、実横加速度Ｇｙ及び規範横加速度Ｇｙ′に基づきヨーレイトセンサ１と横加速度センサ２のいずれかに故障があるか否かを判定する故障判定部１６とを有する。規範横加速度算出部１５は、次の式（５）に基づいて規範横加速度Ｇｙ′を算出するものとすることができる。
Ｇｙ′＝Ｖ（γ−ｄβ／ｄｔ）・・・式（５）
尚、横滑り角ｄβ／ｄｔは、車速Ｖ、横加速度Ｇｙ及びヨーレイトγから算出することができる。

横軸を規範横加速度Ｇｙ′とし、縦軸を実横加速度Ｇｙとする図８のグラフを参照して、故障判定部１６における故障判定処理について説明する。図８において、０＜ｋ３＜１、１＜ｋ４、α３＜０、０＜α４である。故障判定部１６は、実横加速度Ｇｙと規範横加速度Ｇｙ′が、図８のグラフにおいて斜線で示された領域内にあるとき、ヨーレイトセンサ１と横加速度センサ２は両方とも正常であると判定し、そうでないとき、いずれかのセンサに異常があると判定する。図８において斜線で示された領域は、実横加速度Ｇｙ（または規範横加速度Ｇｙ′）がゼロに近い領域において、異常判定を行うため実横加速度Ｇｙと比較される閾値（規範横加速度Ｇｙ′の関数）にオフセット（α３、α４）が設けられている。これによって、実横加速度Ｇｙがゼロに近い領域において、横加速度Ｇｙに対するヨーレイトγの位相進み（即ち、規範横加速度Ｇｙ′の位相進み）により実横加速度Ｇｙと規範横加速度Ｇｙ′の間に不一致が生じていても、それをセンサ１、２の異常と誤検知することがない。

上記において、本発明を好適実施形態に基づいて説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱することなく様々な変形変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、γ＝０近傍でγ′＋α１及びγ′＋α２を実ヨーレイトγと比較し、センサ故障検知を行うものとしたが、本発明は必ずしもそれに限定されない。例えば、γ′＋α１の代わりに、ａ・γ′＋α１（ｋ１＜ａ＜ｋ２）を用いることも可能である。一般に、γ′＝０のとき適切なオフセット値を有し、γ＝０（即ち、γ′＝０）の近傍においてｋ１より大きくｋ２より小さい平均変化率を有するγ′の単調増加関数によって定められる値と実ヨーレイトγとを比較するものとすることができる。同様に、実横加速度Ｇｙ及び規範横加速度Ｇｙ′を用いてセンサの故障検知をする場合は、Ｇｙ′＝０のとき適切なオフセット値を有し、Ｇ＝０（即ち、Ｇ′＝０）の近傍において図８のｋ３より大きくｋ４より小さい平均変化率を有するＧｙ′の単調増加関数によって定められる値と実横加速度Ｇｙとを比較するものとすることができる。

従来のセンサ故障検出方法を説明するための実ヨーレイトγと規範ヨーレイトγ′の関係を示すグラフ。 ２輪モデルに基づくヨーレイトγに対する横加速度Ｇｙの伝達関数のゲイン及び位相を表す図。 実ヨーレイトと規範ヨーレイトの時間変化の一例を示すグラフ。 本発明に基づくヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置の好適実施形態を示すブロック図。 本発明に基づくセンサ故障検出方法を説明するための実ヨーレイトと規範ヨーレイトの関係を示すグラフ。 本発明に基づくセンサ故障判定装置の動作を示すフローチャート。 本発明に基づくヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置の別の実施形態を示すブロック図。本発明に基づくセンサ故障検出方法を説明するための実ヨーレイトと規範ヨーレイトの関係を示すグラフ。 図７に示した実施形態におけるセンサ故障検出方法を説明するための実横加速度と規範横加速度の関係を示すブラフ。

符号の説明

１ ヨーレイトセンサ
２ 横加速度センサ
３ 車速センサ
１０、１０′ センサ故障検出装置
１１ 実ヨーレイト算出部
１２ 規範ヨーレイト算出部
１３ 故障判定部
１４ 実横加速度算出部
１５ 規範横加速度算出部
１６ 故障判定部
γ 実ヨーレイト
γ′ 規範ヨーレイト
Ｇｙ 実横加速度
Ｇｙ′ 規範横加速度

Claims (4)

1. ヨーレイトセンサの出力から実ヨーレイトを算出する実ヨーレイト算出部と、
   横加速度センサの出力と車速とから規範ヨーレイトを算出する規範ヨーレイト算出部と、
   前記実ヨーレイト及び前記規範ヨーレイトに基づき前記ヨーレイトセンサと前記横加速度センサのいずれかに故障があるか否かを判定する故障判定部とを有し、
   前記故障判定部は、前記実ヨーレイトの絶対値の大きさが所定値より大きい場合、前記規範ヨーレイトに所定のゲインを掛けた値と前記実ヨーレイトとを比較することによって前記センサの故障判定を行い、前記実ヨーレイトの絶対値の大きさが所定値より小さい場合、高周波数領域における横加速度のヨーレイトに対する位相遅れに対応して設定されるオフセット値を前記規範ヨーレイトがゼロのときに有し且つ所定の範囲において所定の平均変化率を有する規範ヨーレイトの単調増加関数によって定められる値と前記実ヨーレイトとを比較することによって前記センサの故障判定を行うことを特徴とするヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置。
2. 横加速度センサの出力から実横加速度を算出する実横加速度算出部と、
   ヨーレイトセンサの出力と車速とから規範横加速度を算出する規範横加速度算出部と、
   前記実横加速度及び前記規範横加速度に基づき前記ヨーレイトセンサと前記横加速度センサのいずれかに故障があるか否かを判定する故障判定部とを有し、
   前記故障判定部は、前記実横加速度の絶対値の大きさが所定値より大きい場合、前記規範横加速度に所定のゲインを掛けた値と前記実横加速度とを比較することによって前記センサの故障判定を行い、前記実横加速度の絶対値の大きさが所定値より小さい場合、高周波数領域における横加速度のヨーレイトに対する位相遅れに対応して設定されるオフセット値を前記規範横加速度がゼロのときに有し且つ所定の範囲において所定の平均変化率を有する規範横加速度の単調増加関数によって定められる値と前記実横加速度とを比較することによって前記センサの故障判定を行うことを特徴とするヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出装置。
3. ヨーレイトセンサの出力から実ヨーレイトを算出する工程と、
   横加速度センサの出力と車速とから規範ヨーレイトを算出する工程と、
   前記実ヨーレイトの絶対値の大きさが所定値より大きい場合、前記規範ヨーレイトに所定のゲインを掛けた値と前記実ヨーレイトとを比較することによって前記センサの故障判定を行い、前記実ヨーレイトの絶対値の大きさが所定値より小さい場合、高周波数領域における横加速度のヨーレイトに対する位相遅れに対応して設定されるオフセット値を前記規範ヨーレイトがゼロのときに有し且つ所定の範囲において所定の平均変化率を有する規範ヨーレイトの単調増加関数によって定められる値と前記実ヨーレイトとを比較することによって前記センサの故障判定を行う工程とを有することを特徴とするヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出方法。
4. 横加速度センサの出力から実横加速度を算出する工程と、
   ヨーレイトセンサの出力と車速とから規範横加速度を算出する工程と、
   前記実横加速度の絶対値の大きさが所定値より大きい場合、前記規範横加速度に所定のゲインを掛けた値と前記実横加速度とを比較することによって前記センサの故障判定を行い、前記実横加速度の絶対値の大きさが所定値より小さい場合、高周波数領域における横加速度のヨーレイトに対する位相遅れに対応して設定されるオフセット値を前記規範横加速度がゼロのときに有し且つ所定の範囲において所定の平均変化率を有する規範横加速度の単調増加関数によって定められる値と前記実横加速度とを比較することによって前記センサの故障判定を行う工程とを有することを特徴とするヨーレイトセンサ及び横加速度センサの故障検出方法。

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