JPH06227419A

JPH06227419A - 操舵限界判定装置

Info

Publication number: JPH06227419A
Application number: JP4050693A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Kido; 滋之城戸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-02-04
Filing date: 1993-02-04
Publication date: 1994-08-16

Abstract

(57)【要約】【目的】操舵角θに対するヨーレートγの位相遅れτ
を用い、車両の運動が運転者の操舵に素早く追従しない
操舵限界にあるか否かを判定することにより、判定精度
が高い操舵限界判定装置を提供する。【構成】操舵角センサ１０により検出される操舵角θ
のうちの特定周波数成分に対する、ヨーレートセンサ１
２により検出されるヨーレートγのうちの特定周波数成
分の位相遅れτを位相遅れ検出回路１８により検出し、
コントローラ２０により、その検出した位相遅れτが基
準位相遅れτ₀より大きい場合には、操舵限界にあると
判定してスロットルアクチュエータ３０を介してエンジ
ンのサブスロットルバルブを絞ることにより、車両を自
動的に減速させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の運動が運転者に
よる操舵に素早く応答しない操舵限界にあるか否かを判
定する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は先に、車両の安全性を向上さ
せるために、次のような提案をした。それは、車両の運
動が運転者による操舵に素早く応答しない操舵限界にあ
るか否かを判定し、操舵限界にあると判定した場合には
その旨を運転者に警告したり、車両を自動的に減速させ
るなどして車両の安全性を向上させるという提案であ
る。

【０００３】この提案を実施するためには、運転者によ
る操舵が限界にあるか否かを判定する操舵限界判定技術
が不可欠である。

【０００４】一方、特開昭６１−２２９６１６号公報に
は、車両の運動の不安定度を検出する技術として次のよ
うなものが開示されている。それは、ヨーレートセンサ
により車両の実ヨーレートを検出し、操舵角センサおよ
び車速センサにより操舵角および車速をそれぞれ検出
し、それら検出した操舵角および車速に基づいて基準ヨ
ーレートを決定し、その決定した基準ヨーレートと上記
検出した実ヨーレートとの、同時期における差に基づ
き、車両の運動の不安定度を検出する技術である。

【０００５】そして、この従来の車両運動不安定度検出
技術を応用すれば、上記操舵限界判定技術は例えば次の
ような内容とすることが考えられる。すなわち、ヨーレ
ートの実際値と基準値との差が大きいか否かを判定し、
大きいと判定した場合には、現在、操舵限界にあると判
定する内容とすることが考えられるのである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ヨーレートの
実際値と基準値との差に基づいて操舵限界判定を行う場
合には次のような問題がある。ヨーレートの基準値は車
両モデルを想定して決定されるのが一般的であるが、こ
の車両モデルが常に正確に実際の車両に一致するとは限
らない。実際の車両の特性は常に一定であるわけではな
く、種々の要因によって変化するのが一般的であるから
である。そのため、基準値そのものに誤差が生じる場合
があり、この場合には、操舵限界判定を精度よく行うこ
とができないという問題があるのである。また、たとえ
車両モデルを常に正確に実際の車両に一致するように想
定したとしても、車両が例えばアイスバーン等の如き摩
擦係数が低い路面を走行する場合には、そもそも車両に
発生し得るヨーレートが小さいため、たとえ操舵限界に
陥ったとしてもヨーレートの基準値と実際値との間に顕
著な差が発生せず、検出されるべき操舵限界を検出する
ことができない。

【０００７】このような事情を背景として、本発明は、
操舵角に対する車両の旋回状態量の応答遅れに基づいて
操舵限界判定を行うことにより、上記の問題を解決する
ことを課題としてなされたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明は、操舵限界判定装置を図１に示されているよ
うに、(a) 運転者による車両のステアリングホイールの
操舵角を逐次検出する操舵角センサ１と、(b) その車両
の旋回状態量を逐次検出する旋回状態量センサ２と、
(c) その旋回状態量センサ２により検出される旋回状態
量の時間的変化の、操舵角センサ１により検出される操
舵角の時間的変化に対する応答遅れが基準応答遅れより
大きい場合には、現在、操舵限界にあると判定する操舵
限界判定手段３とを含むものとしたことを特徴とする。

【０００９】なお、ここに「旋回状態量」は、車両のヨ
ーレートのみならず、車両の横加速度，車体の横スリッ
プ角等をも含んでいる。

【００１０】また、本発明は、例えば、操舵限界にある
と判定した場合に、その旨を運転者に警告する操舵限界
警告装置として実施したり、操舵限界にある判定した場
合に、車両の安定性が通常より向上するように車両の運
動を制御する車両制御装置として実施することができ
る。なお、その「車両の運動を制御する」方式には例え
ば、車両を自動的に減速させる方式を採用することがで
きる。

【００１１】

【作用】車両の運動が運転者による操舵に素早く追従し
ない操舵限界状態では、操舵角に対する車両の旋回状態
量の応答速度が運転正常状態におけるより遅くなり、結
局、旋回状態量の時間的変化の、操舵角の時間的変化に
対する応答遅れが運転正常状態におけるより大きくな
る。したがって、その応答遅れが、例えば車両の安全性
等との関係において大きいか否かを判定することによ
り、操舵限界にあるか否かを判定することができること
になる。

【００１２】このような知見に基づき、本発明に係る操
舵限界判定装置においては、操舵限界判定手段３によ
り、旋回状態量センサ２により検出される旋回状態量の
時間的変化の、操舵角センサ１により検出される操舵角
の時間的変化に対する応答遅れが基準応答遅れより大き
い場合には、現在、操舵限界にあると判定される。

【００１３】

【発明の効果】そのため、本発明によれば、操舵限界判
定の精度が、前述の、旋回状態量の実際値と基準値との
比較による場合に比べて高くなり、操舵限界判定装置の
判定結果の信頼性が向上するという効果が得られる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の二実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１５】まず、第１の実施例について説明する。第
１の実施例は、車両のヨーレートγ（これが本発明にお
ける「旋回状態量」の一態様である）がステアリングホ
イールの操舵角θに素早く追従しない操舵限界にあるか
否かを逐次判定し、操舵限界にあると判定した場合に
は、車両のエンジンの出力を低下させることにより車両
の安定性を向上させる車両制御装置である。また、この
車両制御装置は、操舵角θおよびヨーレートγのそれぞ
れの時間的変化を表す波のうち、互いに同じ基準周波数
ｆ₀（例えば、約０．５Hz）を持つ周波数成分（以下、
「特定周波数成分」という）を抽出し、操舵角θの特定
周波数成分に対するヨーレートγの特定周波数成分の位
相遅れτ（これが本発明における「応答遅れ」の一態様
である）をハード的に検出し、その検出した位相遅れτ
が基準位相遅れτ₀（例えば、約９０deg ）より大きい
場合に、操舵限界にあると判定するものとされている。
なお、図３には、操舵角θおよびヨーレートγの周波数
ｆと位相遅れτとの関係が操舵の正常時と限界時とにつ
いてそれぞれ、グラフで表されている。

【００１６】そのため、この車両制御装置は、図２に示
されているように、操舵角θを検出する操舵角センサ１
０とヨーレートγを検出するヨーレートセンサ１２とを
備えており、それらセンサ１０，１２はそれぞれバンド
パスフィルタ（図において「ＢＰＦ」で表す）１４，１
６を経て位相遅れ検出回路１８に接続されている。

【００１７】それら各バンドパスフィルタ１４，１６
は、操舵角センサ１０およびヨーレートセンサ１２から
出力される信号の中から、上記基準周波数ｆ₀を持つ成
分のみを取り出すためのものである。

【００１８】また、位相遅れ検出回路１８は、各バンド
パスフィルタ１４，１６からそれぞれ供給された特定周
波数成分を表す信号のうち現時点から一定時間（例え
ば、約５秒）前までに供給されたもの同士を比較するこ
とにより、ヨーレートγの特定周波数成分の信号、操舵
角θの特定周波数成分の信号に対する位相遅れτを検出
する電子回路である。この位相遅れ検出回路１８は、具
体的には、操舵角θおよびヨーレートγのそれぞれにつ
いて特定周波数成分の信号のゼロクロス点を検出し（ク
ロスする向きに関連付けて）、操舵角θおよびヨーレー
トγ間におけるそのゼロクロス点の時間差を検出し、そ
の検出した時間差Δｔと前記基準周波数ｆ₀とに基づい
て現在の位相遅れτ（deg ）を検出する。

【００１９】この位相遅れ検出回路１８にはコントロー
ラ２０が接続され、そのコントローラ２０にはスロット
ルアクチュエータ３０が接続されている。

【００２０】スロットルアクチュエータ３０は、車両の
エンジンの吸気マニホールド内に互いに直列に配置され
たメインスロットルバルブとサブスロットルバルブとの
うちのそのサブスロットルバルブの開度を電気的に変化
させるものである。なお、メインスロットルバルブの開
度は、運転者によるアクセルペダルの踏込みによって機
械的に変化させられる。すなわち、このスロットルアク
チュエータ３０はサブスロットルバルブと共同して、運
転者の意思とは無関係に、エンジンの出力を低下させる
ことによって車両を減速させるものなのである。

【００２１】一方、コントローラ２０は、図示しないＣ
ＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，バス，入力インターフェースお
よび出力インターフェースを含むコンピュータを主体と
して構成されており、その入力インターフェースにおい
て前記位相遅れ検出回路１８に接続され、その出力イン
ターフェースにおいて前記スロットルアクチュエータ３
０に接続されている。なお、位相遅れ検出回路１８は、
位相遅れτを検出するごとに、その結果をコントローラ
２０に供給し、それに応じてコントローラ２０は、その
検出された位相遅れτをＲＡＭに記憶させるように設計
されている。

【００２２】ＲＯＭには図４にフローチャートで表され
ている車両減速ルーチンが予め記憶されている。このル
ーチンがＣＰＵによりＲＡＭ等を使用しつつ実行される
ことにより、スロットルアクチュエータ３０を介してサ
ブスロットルバルブの開度が制御されることになる。

【００２３】ここで、図４の車両減速ルーチンの内容を
説明する。このルーチンは一定時間ごとに実行される。
各回の実行時には、まず、ステップＳ１（以下、単に
「Ｓ１」という。他のステップについても同じとする）
において、ＲＡＭから最新の位相遅れτが読み込まれ
る。続いて、Ｓ２において、その読み込まれた位相遅れ
τが基準位相遅れτ₀（ＲＯＭに予め記憶されている）
より大きいか否かが判定される。大きくない場合には判
定がＮＯとなり、本ルーチンの一回の実行が直ちに終了
する。これに対して、最新の位相遅れτが基準位相遅れ
τ₀より大きい場合には、Ｓ２の判定がＹＥＳとなり、
Ｓ３において、スロットルアクチュエータ３０を作動さ
せてサブスロットルバルブの開度を減少させることによ
り、車両が自動的に減速させられる。なお、この減速は
例えば、車速が、減速開始時における車速と予め設定さ
れた減速比との積に一致するまで行われるものとされ
る。以上で本ルーチンの一回の実行が終了する。

【００２４】したがって、本実施例においては、操舵角
θに対するヨーレートγの位相遅れτと基準位相遅れτ
₀との比較によって操舵限界判定が行われるため、前述
の、ヨーレートγの実際値と基準値との、同時期におけ
る値の比較によって操舵限界判定が行われる場合より、
その判定の精度が向上するという効果が得られる。

【００２５】なお付言すれば、車両モデルを常に正確に
実際の車両に一致するように想定すれば、ヨーレートγ
の実際値と基準値との比較による操舵限界判定でも、判
定の信頼性が向上する。しかし、この場合には、基準値
決定のために、操舵角θの時間的変化および車速Ｖの時
間的変化のみならず、例えば、路面の摩擦係数μ，車輪
荷重Ｆz ，車輪のタイヤ圧Ｐｗ等の、車輪の旋回特性に
影響を及ぼす要因をできる限り多く考慮することが必要
となり、本実施例のように、操舵角θに対するヨーレー
トγの応答遅れτを用いる場合より、装置にかかる負担
が増すと考えられる。なお、本実施例においては、基準
応答遅れτ₀が固定値とされていたが、例えば、車速Ｖ
に応じて可変とするようにして本発明を実施することは
可能である。

【００２６】また、たとえ車両モデルを常に正確に実際
の車両に一致するように想定したとしても、車両が例え
ばアイスバーン等の如き路面の摩擦係数が低い路面を走
行する状態であって、そもそも車両に発生し得るヨーレ
ートγが小さく、それの実際値と基準値との間に顕著な
差が発生しない状態では、ヨーレートγの実際値と基準
値との比較による操舵限界判定では、誤った結果が得ら
れる可能性がある。しかし、そのような低μ路上で実際
に操舵限界に陥ったならば、ヨーレートγの基準値と実
際値との間に顕著な位相差は発生するから、本実施例に
おいては、そのような低μ路上であっても、正確な判定
をすることができるのである。

【００２７】また、本実施例においては、操舵限界にあ
ると判定されたならば車両が自動的に減速させられるた
め、車両の安全性が向上するという効果も得られる。

【００２８】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、操舵角センサ１０が本発明における「操舵
角センサ１」の一態様を構成し、ヨーレートセンサ１２
が「旋回状態量センサ２」の一態様を構成し、コントロ
ーラ２０のうち図４のＳ１および２を実行する部分が、
バンドパスフィルタ１４，１６および位相遅れ検出回路
１８と共同して、「操舵限界判定手段３」の一態様を構
成しているのである。

【００２９】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。この実施例も先の第１の実施例と同様に、操舵角
θに対するヨーレートγの位相遅れτが基準位相遅れτ
より大きい場合に操舵限界にあると判定して車両を自動
的に減速させる車両制御装置である。ただし、この車両
制御装置は、位相遅れτをソフト的に検出する点で、ハ
ード的に検出する第１の実施例とは異なる。

【００３０】この第２の実施例である車両制御装置は、
図５に示されているように、先の第１の実施例と同様
に、操舵角センサ１０およびヨーレートセンサ１２を備
えている。それらセンサ１０，１２はコントローラ４０
に接続され、このコントローラ４０は前記スロットルア
クチュエータ３０に接続されている。

【００３１】コントローラ４０は、前記コントローラ２
０と同様に、コンピュータを主体として構成されてお
り、それの入力インターフェースにおいて両センサ１
０，１２に接続され、それの出力インターフェースにお
いてスロットルアクチュエータ３０に接続されている。

【００３２】ＲＯＭには図６にフローチャートで表され
ている位相遅れ検出ルーチンと前述の図４の車両減速ル
ーチンとを含む各種ルーチンが予め記憶されている。図
６の位相遅れ検出ルーチンがＣＰＵによりＲＡＭ等を使
用しつつ実行されることにより、操舵角θに対するヨー
レートγの位相遅れτがソフト的に検出され、また、図
４の車両減速ルーチンがＣＰＵによりＲＡＭ等を使用し
つつ実行されることにより、操舵限界にあるか否かが判
定され、操舵限界にある場合には、スロットルアクチュ
エータ３０を介してサブスロットルバルブの開度が減少
させられることによって車両が自動的に減速させられ
る。

【００３３】ここで、図６の位相遅れ検出ルーチンの内
容を説明する。なお、図４の車両減速ルーチンについて
は説明を省略する。

【００３４】このルーチンは一定時間ごとに実行され
る。各回の実行時には、まず、Ｓ１１において、操舵角
センサ１０から現在の操舵角θが読み込まれる。続い
て、Ｓ１２において、ヨーレートセンサ１２から現在の
ヨーレートγが読み込まれる。その後、Ｓ１３におい
て、コンピュータ内の図示しないクロックから現在の時
間ｔが読み込まれる。続いて、Ｓ１４において、それら
現在の操舵角θおよびヨーレートγが現在の時間ｔに関
連付けてＲＡＭに記憶される。

【００３５】その後、Ｓ１５において、ＲＡＭに記憶さ
れている時間ｔを参照することにより、現時点から一定
時間前までに検出された複数の操舵角θおよび複数のヨ
ーレートγがＲＡＭから読み込まれる。続いて、Ｓ１６
において、それら読み込まれた複数の操舵角θを入力、
それら読み込まれた複数のヨーレートγを出力とする系
が想定され、それら入力と出力との関係を規定する伝達
関数の式が特定される。操舵角θを入力、ヨーレートγ
を出力とする系が同定されるのである。その伝達関数に
は例えば、

【００３６】

【数１】

【００３７】なる式を採用することができる。したがっ
て、この場合には、このＳ１６においては、その式にお
ける「ｂ₁」，「ｂ₀」，「ａ₂」，「ａ₁」および
「ａ₀」という未知のパラメータの値が特定されること
になる。なお、上記式において「ｓ」はラプラス変数で
ある。

【００３８】その後、Ｓ１７において、上記特定された
伝達関数の式に基づき、操舵角θを入力、ヨーレートγ
を出力とする系の、前記基準周波数ｆ₀における位相遅
れτが算出される。続いて、Ｓ１８において、その算出
された位相遅れτがＲＡＭに記憶される。以上で本ルー
チンの一回の実行が終了する。

【００３９】したがって、本実施例においても、先の第
１の実施例におけると同様に、操舵限界判定の精度が向
上するという効果と、操舵限界にあると判定されたなら
ば車両が自動的に減速させられるために車両の安全性が
向上するという効果とが得られる。

【００４０】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、操舵角センサ１０が本発明における「操舵
角センサ１」の一態様を構成し、ヨーレートセンサ１２
が「旋回状態量センサ２」の一態様を構成し、コントロ
ーラ４０のうち図６の位相遅れ検出ルーチンおよび図４
のＳ１および２を実行する部分が、「操舵限界判定手段
３」の一態様を構成しているのである。

【００４１】なお、以上説明した実施例においてはいず
れも、運転者によりステアリングホイールが操作された
角度（すなわち、中立位置からの回転角度）が操舵角θ
として検出されるようになっていたが、例えば、前輪の
舵角δ_F（いわゆる実舵角）を検出し、それを操舵角θ
として用いるようにして本発明を実施することができ
る。すなわち、本発明における「操舵角」は、運転者の
操舵の意思を十分に忠実に反映した物理量であれば足り
るのである。

【００４２】以上、本発明の二実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、これらの他にも特許請求の範囲を逸
脱することなく、当業者の知識に基づいて種々の変形，
改良を施した態様で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を概念的に示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例である車両制御装置を示
すシステム図である。

【図３】その車両制御装置において利用される、操舵角
およびヨーレートの周波数ｆとそれらの間の位相遅れτ
との関係を説明するためのグラフである。

【図４】図２におけるコントローラのコンピュータによ
り実行される車両減速ルーチンを示すフローチャートで
ある。

【図５】本発明の第２の実施例である車両制御装置を示
すシステム図である。

【図６】図５におけるコントローラのコンピュータによ
り実行される位相遅れ検出ルーチンを示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１０操舵角センサ１２ヨーレートセンサ１４，１６バンドパスフィルタ１８位相遅れ検出回路２０，４０コントローラ３０スロットルアクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運転者による車両のステアリングホイー
ルの操舵角を逐次検出する操舵角センサと、前記車両の旋回状態量を逐次検出する旋回状態量センサ
と、その旋回状態量センサにより検出される旋回状態量の時
間的変化の、前記操舵角センサにより検出される操舵角
の時間的変化に対する応答遅れが基準応答遅れより大き
い場合には、現在、操舵限界にあると判定する操舵限界
判定手段とを含むことを特徴とする操舵限界判定装置。