JPH08268257A

JPH08268257A - 実車速推定装置

Info

Publication number: JPH08268257A
Application number: JP7072903A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Kohata; 健一降幡
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】車体のロール及びピッチングを推定し、この推
定値に基づいて横加速度及び前後加速度の出力値を補正
して実車速を精度よく推定できる装置を提供する。【構成】横加速度センサ及び前後加速度センサの各出力
を重力加速度が含まれる定数によって重力加速度成分が
除去されるように補正し、ヨーレート及び横加速度から
直進中であると判定したときには前後加速度を積分して
実車速を推定し、該ヨーレート及び横加速度から旋回中
であると判定したときには横加速度をヨーレートで割っ
た絶対値を実車速として推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は、実車速推定装置に関
し、特に四輪駆動車のＡＢＳ（アンチ・スキッド・コン
トロール・ブレーキ）システムに実車速を与えるための
実車速推定装置に関するものである。

【０００１】

【従来の技術】ＡＢＳシステムなどに実車速（対地速
度）を入力する場合には、従来は、車両の駆動輪と転動
輪（非駆動輪）のうち転動輪の回転速度と転動輪の動荷
重半径の積から実車速を求めていた。

【０００２】この動荷重半径とは、車両が実際に走行す
る際には荷重などにより車輪の半径が変化するが、この
変化を考慮した実質的な半径のことである。転動輪の回
転速度を用いる理由は、駆動輪は路面に対しスリップを
生じるものの転動輪はそのようなスリップがないため、
転動輪の回転速度と実車速との間には密接な関係がある
からである。

【０００３】しかしながら、このようにして転動輪の回
転速度と動荷重半径の積から実車速を求める方法は、四
輪駆動車の場合には、転動輪が存在しないので用いるこ
とができなかった。

【０００４】また、車両の回転部分と非接触式のセンサ
（光学式のセンサ、レーダ式センサなど）で実車速を検
出できるものが存在するが、いずれも量産車両に搭載す
るにはあまりにも高価であり、採用し難いものである。

【０００５】このような問題に対し、本出願人による特
開平６−１０７１５５号公報に記載された技術には、車
両の前後方向の加速度（前後Ｇ）を検出する前後加速度
センサ、車両の横方向の加速度（横Ｇ）を検出する横加
速度センサ、更には車両の上下軸回りの回転速度（車体
の進行方向が変化する速さ、即ち角速度）を検出するヨ
ーレートセンサからの出力を積分し、この積分した値か
ら車両の前後方向および左右方向の速度を求める技術が
開示されている。

【０００６】このように前後加速度センサ、横加速度セ
ンサ、およびヨーレートセンサを用いて実車速を求める
事ができれば、四輪駆動車にも採用でき、しかもあまり
高価でない装置が提供できることになる。

【０００７】しかしながら、上記の特開平６−１０７１
５５号公報の技術は、実際には正確に実車速を検出ある
いは推定することができない。これは、絶対空間におけ
る車両の運動を検出し、この検出値を積分して様々な物
理量（実車速など）を推定する場合には地球の自転の影
響を考慮する必要があるからである。

【０００８】上記の特開平６−１０７１５５号公報の技
術では、車両の直進時は地球の自転の影響は受けなくて
済むので、前後加速度センサの積分誤差を考慮すれば、
ほぼ実車速を推定できる。

【０００９】しかしながら、車両が旋回している間は、
地球の自転によって生じている地表の速度方向に対して
車両の角度（ヨー角即ちヨーレート）が変わるので、車
両に搭載された加速度センサはこの変化を前後加速度
（加速度）として検出してしまう。このため単純に、車
両に搭載された加速度センサの出力を積分しただけで
は、正確に実車速を推定することができない。

【００１０】さらに正確に推定するためには、この地表
の速度は緯度によって異なるのでＧＰＳなどの手段を使
って車両の地球上の位置を把握し、かつ、緯度線に対す
る車両の角度もヨーレートセンサの出力を常に積分し検
出している必要がある。従って、この先行技術によって
は、実際には実車速を正確に推定することはできない。

【００１１】そこで本出願人は、さらに、ヨーレートセ
ンサ、横加速度センサ、および前後加速度センサからの
出力を基に実車速を正確に推定することができる実車速
推定装置を先に特願平６−２６５０９９号として出願
（平成６年１０月２８日）している。

【００１２】この特願平６−２６５０９９号に係る実車
速推定装置は、横加速度を検出するセンサと、前後加速
度を検出するセンサと、ヨーレートを検出するセンサ
と、該ヨーレートが第１の所定値以下のときまたは該ヨ
ーレートが第１の所定値より大きくても該横加速度が第
２の所定値より小さければ直進中であるとして前後加速
度を積分して実車速を推定し、該ヨーレートが第１の所
定値より大きく且つ該横加速度が該第２の所定値より大
きいときは旋回中であると判定し該横加速度を該ヨーレ
ートで割った絶対値を実車速として推定する演算手段
と、を備えている。

【００１３】すなわち、上記の演算手段は、ヨーレート
センサに検出されたヨーレートが第１の所定値より小さ
い時、またはヨーレートが第１の所定値より大きくても
横加速度センサに検出された横加速度が第２の所定値よ
りも小さい時は、車両が直進状態にあると判断できるの
で、前後加速度センサからの出力を積分して実車速を推
定する。

【００１４】一方、ヨーレートが第１の所定値より大き
く且つ横加速度が第２の所定値より大きい時は、地球の
自転によって生じている地表の速度方向に対して車両の
ヨーレートが変わる旋回状態にあると判断できるので、
定常円旋回時の運動方程式の解から実車速の式、即ち横
加速度をヨーレートで割った値の絶対値を実車速として
推定する。

【００１５】この推定の理由を図５により説明すると、
車両が旋回している状態では旋回中心Ｏを中心にして描
かれる円上で、実車速Ｖは円周方向に向かう。横加速度
である車体横加速度Ｇｙは、求心加速度Ｇｃと僅かに方
向がずれる。ヨーレートＲは車両の上下軸回りの回転速
度である。

【００１６】したがって、この図において実車速Ｖは次
の式で表される。Ｖ＝｜Ｇｃ｜／｜Ｒ｜・・・式(1)

【００１７】そして、一般走行では、車体重心位置での
車体スリップ角は小さいので、上記の車体横加速度Ｇｙ
と求心加速度Ｇｃとはほぼ等しくなり、実車速Ｖは、Ｖ＝｜Ｇｙ｜／｜Ｒ｜・・・式(2) として推定できることになる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな実車速の推定演算においても、横加速度センサ及び
前後加速度センサが車体に固定されているため、旋回時
や加減速時に車体のロール又はピッチングの発生により
重力加速度を検出してしまい、実際の横加速度及び前後
加速度とは異なる値を出力してしまう。

【００１９】この結果、推定された実車速の精度が悪い
という問題点があった。

【００２０】従って本発明は、車体のロール及びピッチ
ングを推定し、この推定値に基づいて横加速度及び前後
加速度の出力値を補正して実車速を精度よく推定できる
装置を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る実車速推定装置は、横加速度を検出す
るセンサと、前後加速度を検出するセンサと、ヨーレー
トを検出するセンサと、該ヨーレートが第１の所定値以
下のときまたは該ヨーレートが第１の所定値より大きく
ても該横加速度が第２の所定値より小さければ直進中で
あるとして前後加速度を積分して実車速を推定し、該ヨ
ーレートが第１の所定値より大きく且つ該横加速度が該
第２の所定値より大きいときは旋回中であると判定し該
横加速度を該ヨーレートで割った絶対値を実車速として
推定する演算手段とを備えるとともに、該演算手段が、
該横加速度及び該前後加速度をそれぞれ重力加速度を含
む定数により重力加速度成分を除去する補正を行ってか
ら該推定を行うことを特徴としている。

【００２２】この場合、上記の演算手段は、該直進中で
あると判定したとき、更に該前後加速度が第３の所定値
より大きいときのみ該前後加速度を積分し該前後加速度
が第３の所定値以下であれば該前後加速度をそのままの
値として実車速を推定することができる。

【００２３】

【作用】本発明では、上記の特願平６−２６５０９９号
において用いる横加速度センサと前後加速度センサの各
出力を以下のようにして補正している。

【００２４】まず、ロールを例に説明すると、一般に車
両が旋回状態に入ると、遠心力が働き、図１に示すよう
に車体はローリングする。この時のロール角φと実際の
（真の）横加速度を示すＧｙとの関係は定常的には次式
のように表すことが出来る。 φ＝ｍ・Ｇｙ・ｈｒ／Ｋｒ・・・式(3) ただし、ｍは車両重量、ｈｒはロールセンタの高さ、Ｋ
ｒはロール剛性係数を示している。

【００２５】また、横加速度センサの出力をＧｙｓとす
ると、Ｇｙｓは図示のようにロール方向の横加速度成分
Ｇｙ’とロール方向の重力加速度（Ｇｗ）成分Ｇｗ’と
を含んでおり、次式のように表される。Ｇｙｓ＝Ｇｙ’＋Ｇｗ’ ・・・式(4)

【００２６】そして、Ｇｙ’は実際の横加速度成分Ｇｙ
とは、Ｇｙ’＝Ｇｙｃｏｓφ ・・・式(5) の関係にあり、また、Ｇｗ’は重力加速度Ｇｗ（一定）
と、Ｇｗ’＝Ｇｗｓｉｎφ ・・・式(6) の関係にある。

【００２７】したがって、この式(6) に示すロール方向
の重力加速度成分Ｇｗ’を式(4) から除去する必要があ
る。

【００２８】そこで、これらの式(5) 及び(6) を式(4)
に代入して変形すると、実際の横加速度成分Ｇｙと横加
速度センサ出力Ｇｙｓとの関係は次式のようになる。Ｇｙ＝（Ｇｙｓ−ｓｉｎφ・Ｇｗ）／ｃｏｓφ ・・・式(7)

【００２９】いま、ロール角φが小さいことを考える
と、式(7) は次式のように書き換えることができる。Ｇｙ＝Ｇｙｓ−φ・Ｇｗ・・・式(8)

【００３０】この式(8) に式(3) を代入して整理する
と、横加速度センサ出力Ｇｙｓと実際の横加速度成分Ｇ
ｙとの関係は次式で表される。Ｇｙ＝Ｋｃｙ・Ｇｙｓ・・・式(9) ただし、Ｋｃｙは次式で表される定数である。Ｋｃｙ＝Ｋｒ／（Ｋｒ＋ｍ・ｈｒ・Ｇｗ）・・・式(10)

【００３１】このように、式(9) におけるＫｃｙは定数
であり、また横加速度センサ出力Ｇｙｓには重力加速度
成分Ｇｗ’が含まれていないことから、横加速度センサ
出力Ｇｙｓから重力加速度成分を除去した形で実際の横
加速度が推定されたことになる。

【００３２】同様にして、前後方向についても上記の式
(9) の如く前後加速度センサの出力Ｇｘｓを次式のよう
に補正することができる。Ｇｘ＝Ｋｃｘ・Ｇｘｓ・・・式(11) ただし、Ｋｃｘは次式で表される定数である。Ｋｃｘ＝Ｋｐ／（Ｋｐ＋ｍ・ｈｐ・Ｇｗ）・・・式(12) なお、Ｋｐはピッチング剛性係数、ｈｐはピッチングセ
ンタの高さを示す。

【００３３】このようにして横加速度センサの出力及び
前後加速度センサの出力を補正した後、本発明では、特
願平６−２６５０９９号に開示された実車速推定装置と
同様にして実車速を推定すればよい。

【００３４】なお、上記のように直進中であると判定し
たとき、更に該前後加速度が第３の所定値より大きいか
否かを判定し、大きいときのみ該前後加速度を積分し、
該前後加速度が第３の所定値以下であれば実車速は変化
していないものと判断できるので前後加速度をそのまま
の値としてもよい。

【００３５】

【実施例】図２は本発明に係る実車速推定装置の一実施
例を示しており、横加速度センサ１は車両の左右方向の
加速度を検出するセンサ、前後加速度センサ２は車両の
前後方向の加速度を検出するセンサ、そしてヨーレート
センサ３は車両の上下軸回りの回転速度を検出するヨー
レートセンサである。

【００３６】これらのセンサ１，２，３からの出力信号
は、演算手段１０に入力される。この演算手段１０はロ
ーパスフィルタ（ＬＰＦ）４とＡ／Ｄ変換部５と補正部
６と演算部７とＤ／Ａ変換部８とで構成されている。

【００３７】センサ１，２，３からの出力信号はまずロ
ーパスフィルタ４によりノイズが瀘波される。ローパス
フィルタ４の出力信号は、更にＡ／Ｄ変換部５に送られ
てノイズが除去された後のアナログ信号をデジタル信号
に変換する。

【００３８】Ａ／Ｄ変換部５は補正部６に送られて、上
記の式(9)及び(11)に基づいて横加速度センサ１及び前
後加速度センサ２の各出力の補正を行って、その補正値
を演算部７に与える。

【００３９】この演算部７では上記の補正値並びにイグ
ニッションスイッチ（ＩＧＮ・ＳＷ）９からのＯＮ・Ｏ
ＦＦ信号に基づき後述するように演算を行い実車速を推
定する。

【００４０】演算部７からの出力信号は、Ｄ／Ａ変換部
８でデジタル信号をアナログ信号に変換した後にＡＢＳ
システム（図示せず）等における実車速の制御に用いら
れる。

【００４１】演算手段１０における演算の処理手順は、
図３および図４のフローチャートに示されており、以
下、これらのフローチャートを参照して説明する。

【００４２】まず図３のメインルーチンから説明する
と、ステップＳ１で演算が開始された後に、ステップＳ
２にてイグニッションスイッチがＯＮかＯＦＦか、すな
わちスイッチフラグがＯＮかＯＦＦかを判定し、ＯＮの
場合にはステップＳ３に進み、さらにスイッチフラッグ
（ＳＷフラグ）がＯＮかＯＦＦかを判定し、スイッチフ
ラグがＯＦＦの場合には、ステップＳ４にてパラメータ
Ｖ１，Ｇｘ１を初期化する。

【００４３】パラメータＶ１は前回のサンプリングにお
ける実車速であり、Ｇｘ１は前回のサンプリングにおけ
る前後加速度センサ２からの出力（前後方向の加速度）
である。これらの初期値は、車両が停止しているのが通
常であるから、最初は“０”にリセットされる。また、
スイッチフラグをＯＮにする。

【００４４】その後、ステップＳ５に進み、図４に示す
サブルーチンにジャンプして実車速を演算した後、ステ
ップＳ７により図３のルーチンを終了する。

【００４５】また、ステップＳ２において、イグニッシ
ョンスイッチ９がＯＦＦの場合には、スイッチフラグを
ＯＦＦに設定してステップＳ７により図３のルーチンを
終了する。このようにして１サイクルの処理を終わる。
同様に連続的にステップＳ１〜ステップＳ７を繰り返し
て、実車速（今回のサンプリングにおける）Ｖ２が演算
される。

【００４６】次に、図４の実車速演算ルーチンについて
説明する。上述したように図３のルーチンのステップＳ
５に進んだ後に、この図４のステップＳ５１にジャンプ
する。そして、ステップＳ５２で前後加速度センサ２か
らの出力Ｇｘｓ及び横加速度センサ１からの出力Ｇｙｓ
をＡ／Ｄ変換部５を経由してデータとして補正部６に読
み込み、ヨーレートセンサ３からの出力Ｒを同じくＡ／
Ｄ変換部５を経由して演算部７に読み込む。

【００４７】まず、補正部６においては、上記の式(9)
及び(11)に基づいて、横加速度センサ出力Ｇｙｓ及び前
後加速度センサ出力Ｇｘｓに係数（定数）Ｋｃｙ及びＫ
ｃｘをそれぞれ乗じることにより実際の横加速度を示す
Ｇｙ及び前後加速度を示すＧｘに補正する（ステップＳ
５３）。

【００４８】このようにして補正されて得られる横加速
度成分Ｇｙと前後加速度成分Ｇｘは演算部７に与えら
れ、ステップＳ５４に進む。

【００４９】ステップＳ５４では、ヨーレートＲの絶対
値（図中においてＡＢＳ( )は( )内の数値の絶対値を
示す）が所定の値Ｒｃ（Ｒｃは正の定数である）より大
きいか否かが判定される。大きい場合にはステップＳ５
５に進む。

【００５０】ステップＳ５５では、横加速度成分Ｇｙの
絶対値が所定の値Ｇｙｃ（Ｇｙｃは正の定数である）よ
り大きいか否かが判定される。大きい場合には車両は旋
回状態であると判定されるので、ステップＳ５６で、旋
回状態における（今回サンプリングの）実車速Ｖ２が計
算される。

【００５１】これは上記の式(1) 及び(2) について説明
した通りである。

【００５２】このようにしてステップＳ５６で今回サン
プリングにおける実車速Ｖ２が求められる。このように
して求められた今回サンプリングにおける実車速Ｖ２は
ステップＳ５７で、前回サンプリングにおける実車速Ｖ
１として更新される。そしてステップＳ６１で図３のメ
インルーチンに戻る。

【００５３】ステップＳ５４に戻って、ヨーレートＲの
絶対値が所定値Ｒｃ以下の場合、あるいはステップＳ５
５で横加速度成分Ｇｙの絶対値が所定値Ｇｙｃ以下の場
合には、旋回状態ではなく直進状態であると判断されス
テップＳ５８に進む。

【００５４】ステップＳ５８では、前後加速度成分Ｇｘ
の絶対値が所定値Ｇｘｃ（Ｇｘｃは正の定数である）よ
り大きい場合には実車速が変化している直進状態である
として、ステップＳ５９に進んで実車速の計算が行われ
る。

【００５５】この計算は、図示の如く、前回サンプリン
グにおける実車速Ｖ１に、今回サンプリングにおける前
後加速度成分Ｇｘ２に制御周期であるΔｔの積を加えた
ものを、今回サンプリングにおける実車速Ｖ２＝Ｖ１＋
Ｇｘ２×Δｔと推定するものである。

【００５６】ステップＳ５８でＧｘの絶対値が所定値Ｇ
ｘｃ以下であることが分かった場合には、実車速は変化
していないものとしてステップＳ６０に進み、前回サン
プリングのＶ１を今回サンプリングの実車速Ｖ２に更新
する。

【００５７】このようにした後に、ステップＳ５７で今
回サンプリングの実車速Ｖ２を前回サンプリングの実車
速Ｖ１に更新し、今回サンプリングのＧｘ２を前回サン
プリングのＧｘ１に更新してステップＳ６１で図３のメ
インルーチンに戻る。

【００５８】以上のように、車両が直進状態であると見
做される場合には、前後加速度センサ２からの出力を積
分して実車速を推定し（ステップＳ５９）、旋回状態で
あると見なされる場合には、一般的に車両走行において
は舗装の良好な道路での直進加減速でもＧは０．３〜
０．４Ｇ程度しかないことに着目して、定常円旋回時の
運動方程式の解を基に実車速を推定している（ステップ
Ｓ５６）。

【００５９】このような推定方式によれば、旋回状態で
加速度センサの出力を積分することはないので、地球の
自転の影響を受けることを回避できる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る実車
速推定装置によれば、横加速度センサ及び前後加速度セ
ンサの各出力を重力加速度が含まれる定数によって重力
加速度成分が除去されるように補正し、ヨーレート及び
横加速度から直進中であると判定したときには前後加速
度を積分して実車速を推定し、該ヨーレート及び横加速
度から旋回中であると判定したときには横加速度をヨー
レートで割った絶対値を実車速として推定するように構
成したので、四輪駆動車のように転動輪が存在しない車
両においても、安価で、かつ重力加速度の影響を受けな
い正確な実車速を推定することができる実車速推定装置
を提供できる。また、四輪駆動車に限らず二輪駆動車に
応用しても同様に正確に実車速を推定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実車速推定装置の作用原理を説明
するための概念図である。

【図２】本発明に係る実車速推定装置の一実施例を示し
たブロック図である。

【図３】本発明に係る実車速推定装置に用いられる演算
手段での処理手順（メインルーチン）を示したフローチ
ャート図である。

【図４】図３のステップ５の実車速演算サブルーチンを
示したフローチャート図である。

【図５】本出願人による特願平６−２６５０９９号にお
ける作用原理を説明するための概念図である。

【符号の説明】

１横加速度センサ２前後加速度センサ３ヨーレートセンサ４ローパスフィルタ５Ａ／Ｄ変換部６センサ出力補正部７実車速推定演算部８Ｄ／Ａ変換部９イグニッションステップＳＷ１０演算手段図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】横加速度を検出するセンサと、前後加速度
を検出するセンサと、ヨーレートを検出するセンサと、
該ヨーレートが第１の所定値以下のときまたは該ヨーレ
ートが第１の所定値より大きくても該横加速度が第２の
所定値より小さければ直進中であるとして前後加速度を
積分して実車速を推定し、該ヨーレートが第１の所定値
より大きく且つ該横加速度が該第２の所定値より大きい
ときは旋回中であると判定し該横加速度を該ヨーレート
で割った絶対値を実車速として推定する演算手段と、を
備えた実車速推定装置において、該演算手段が、該横加速度及び該前後加速度をそれぞれ
重力加速度を含む定数により重力加速度成分を除去する
補正を行ってから該推定を行うことを特徴とする実車速
推定装置。
【請求項２】該演算手段は、該直進中であると判定した
とき、更に該前後加速度が第３の所定値より大きいとき
のみ該前後加速度を積分し該前後加速度が第３の所定値
以下であれば該前後加速度をそのままの値として実車速
を推定することを特徴とした請求項１に記載の実車速推
定装置。