JPS6271866A - 車両の横方向運動検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、実測可能な運動状態量を検出して、該検出
値から、理論上の積分値を精度良く求めるようにした車
両の横方向運動検出装置に関する。

（従来の技術） 近年、車両の操安性や乗心地の改善等を行うために、マ
イクロコンピュータ等の制御回路を用いて、運動特性を
解析し、サスペンションやステアリング系等の制御を行
う技術が種々提案されている。

このような車両の運動特性を解析する場合には、多くの
運動情報を必要とするが、これらの運動情報を実画でき
るセンサの種類が少なく、横方向すべり速度や横すべり
角を直接検出できるセンサは・未だ実現されて（・ない
。

（発明が解決しようとする問題点） 上記横方向すべり速度や横すべり角を検出するには、現
在のところ、直接検出可能な運動状態量に演算を施して
求めるしかない。

すなわち、車速センサ、ヨーレートセンサおよび横加速
度センサを甲いて、車両の走行速度Ｖ、ヨーレート小、
横加速度αを検出する。そして、これらの検出値から、
横方向すべり加速度ｖ１．を先ず求める。すなわち、 ■　＝α−Ｖか　　　　　　　　　・・・・・・（１）
で求められる。

従って、このｖｙを積分すれば、咲方向すべり速度ｖｙ
が求まる。すなわち、 フする演算を行えば良い。

しかしながら、（２）式のような積分演算を通常の積分
器を用いて行おうとすると、一般に、積分器は、ドリフ
トを生じ易いため、ドリフトの％ｔｉ正を頻繁に行う必
要があるし、精度的にも思わしくな％、１゜ 同様に、車速Ｖが一定の場合には、横すべり角速度λは
、 で求められるので、横すべり角βは、。

β＝ブ／ｄｔ　　　　　　　　　　　　・聞・（４）な
る演算で求めれば良いのであるが、やはり、積分器が必
要となり、同様の問題が生じる。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は、車速セ／す、
ヨーレートセンサ、横加速度センサで、車速Ｖ、ヨーレ
ート小、横加速度αを直接検出し、これらの検出値から
、横方向すべり加速度※あるいは横すべり角速度表を求
め、積分器と同様のを用いて、Ｑｙから横方向すべり速
度、あるいは）から横すべり角βを求めるようにしたも
のである。

（作用） 擬似積分器は、その伝達特性Ｋが （但し、８はラプラス演算子、τ。は時定数）であるこ
とから、時定数τ。を適切な値に設定すれば、積分器と
同等の作用を呈するとともに、ドリン゛ト誤差を生ずる
ことがなく、極めて精度の良い積分出力が得られる。

（実施例） 本発明の一実施例の構成を第１ＩＮに示す。

ヨーレートセンサｌは、車両（図示時）の重心位置近く
に取付けられて、ヨーレート÷を検出するもので、レー
ト積分ジャイロを用いることが考えられる。

車速セ／す２は、トランスξッションの出力軸に取付け
られたスピードメータケーブルの回転速度に基づいて、
車速（走行速度）■を検出する。

横加速度センサ８は、加速度センサを、その検知方向を
車両の横方向として、車両重心位置に取付けられて、車
脚重心点の横加速度αを検出する。

演′Ｋａ４は、上記各センサ１〜８の出力を演算するも
ので、乗算器５と加算器６を備えている。

そして、前記（１）式の演算を行って、横方向すべり加
速度Ｖアを求める。なお、この演算６令ど、後述する擬
似積分器７をディジタル演算器で構成した場合には、演
算６壱の入力信号ｉ、ｖ、αをム／Ｄ変換器を用いてデ
ィジタル信号とする必要がある。

擬似積分器７は、ブロック線図で示すと第２図に示す構
成になっている。

この擬似積分器７の伝達特性には、前記（５）式で表わ
されるように設定されており、その周波数伝達特性は、
第８図中の実線Ｇ工で示すようになる。

図中破線Ｇ、で示す特性は、通常の積分器（伝達特性が
（１／ｓ）のもの）における周波数伝達特性である。

同図力ζら判るように、擬似積分器７の場合には、低周
波でゲインが一定となるため、通常の積分器のようにオ
フセット電圧やディジタル積分切捨てエラーの累積によ
ってドリフトが生じてし、まうことがなく、常に精度の
良い積分出力が得られる。

なお、時定数τ。は、車両の横方向運動周波数′よりも
十分に大きい値に設定することが望ましい。

横方向運動周波数は、第８図中のＡで示す範囲に現われ
ることが多い。

擬似積分器７の入力Ｑ　と出力（仮に、Φとする）との
間には、 となる。また、※　＝３ｖｙの関係があるから、と表わ
すことができる。

この（６）式の右辺は、入力をｖｙとする時定数τ。

の戸イパスフィルタの伝達関数に等しく、その出力Φ＝
ｖｙである。

すなわち、擬似積分器７は、■アを入力して、その積分
値ｖ７を出力するが、その作用は、Ｖ’Ｌｒをフィルタ
リンクするノ〜イパスフィルタに相白し、積分器のよう
なドリフトを生じることがない。

なお、横すべり角βを求める装置の場合には、第１図中
の演算器４の構成を、前記（Ｓ）式の演算を行う構成と
すれば良く、擬似積分器７においては、演算器の出力で
あるところの横すべり角速度うから横すべり角βを求め
る動作を行うことになる。

このときの作用も、擬似積分器７が、βをフィルタリン
グするノ・イパスフィルタに相当する作用を呈し、積分
器のようなドリフトを生じることはない。

第４図は、第１図に示した横方向すべり速度Ｖ　の検出
装置を、車両運動状態量推定装置に適用した例を示すブ
ロック図である。

との］ｉ雨運動状態量推定装置は、本願出願人が、先に
、特願昭６０−１４８８４０号において提案したもので
、実瓢氏思龜翫遷藤挑籐惨参慾実測可能な運動状態量を
センサにより検出し、この検出した実ｆｉｌｌ値によっ
て、自軍のシミュレーションモデルを用いた演算から、
自車の運動状態を推定して、必要とする運動状態量を求
めるものである。

演算処理装置１０は、マイクロコンピュータあるいは他
の電気回路で構成されるディジタル演算回路であり、図
中では、説明を容易とするために、その構成を機能ブロ
ックで示しである。

本実施例装置が搭載される車両２０の車両重心位置には
、第１図に示した検出装置の横加速度センサ８とヨーレ
ートセンサーが取付けられており、さらに、前記横加速
度センサ８に対して一定距離！たけ車体の前後方向に間
隔を置いて、もうひとつの横加速度センサ２１が配置さ
れている。

ハンドル操舵角センサ２２は、図示しないステアリング
・〜ンドルの操舵角θ　を検出するものである。

演算処理装置１０は、機能別に分類すると、定常旋回運
動部１１と、定常ヨーレート検出部１２と、運動状節１
推定部１４と、２つσ）比較部１５゜１６と、Ｚ−’）
Ｈ７）補市部１７．１８、および８１！１図に示した検
出装置の演算器４と擬似積分器すさ、もうひとつの擬似
積分器１８に分けられる。

定常旋回運動判別部１１は、２つの加速度センサ３，２
１で検出さ虹る種別速度αとα□と、ヨーレートセンサ
１で検出されるヨーレート金および車速センサ２で検出
される車速Ｖとに基づいて、車両２０が定常旋回運動中
であるか否かを判別し、定常旋回運動中であると判定し
た場合には、その旨を表わす情報Ｆを発生する。

定常ヨーレート検出部１２は、正画が定常旋回運動中に
おけるヨーレート（以下「定常ヨーレートふ　１とする
）を求めるもので、前記情報Ｆが発生したときにヨーレ
ートセンサｌで検出されるヨーレートを定常ヨーレート
乞として出力する。

運動状態量推定部１４は、予め設定された車両モデル（
車両諸元と運動方程式で設定された、車両運動のシミュ
レーションモデルである）に関スる演Ｘ＜よって、ステ
アリングノーンドルの操舵角（以下「・−ンドル操舵角
」と略称する）θ８と、車速Ｖに対応する運動状態量の
推定値を求める。

この運動状態量の推定値は、ヨーレートの推定値φと横
方向すべり加速度の推定値！、の他、ヨー角加速度やタ
イヤコーナリングフォース、あるいはロール角等の適宜
必要とされる運動状態量が推定される。

ここで、前記擬似積分器５で求められた横方向すべり速
度ｖｙを、後述の横方向すべり速度推定ｔｖｙと区別す
るために、「横方向すべり速度実際値ｖｙ」とする。

もうひとつの擬似積分器１３は、前記擬似積分器５と同
一構成のものであり、運動状聾量推定部１４で求められ
た横方向すべり加速度推定値１ンアから横方向すべり速
度推定値ｖｙを求める。

比較部１５は、定常ヨーレート会　　とヨーレート推定
値金とを大小比較するものであり、比較部１６は、横方
向すべり速度実際値■、と横方向すべり速度推定値ｖｙ
との大小比較を行うものである。

補正部１７．１８は、比較部１５あるいは１６の比較結
果に対応して、運動状態ｉｓ定部１４の演算に用いられ
る前輪コーナリングパワーＫＦト後輪コーナリングパワ
ーに只の値を補正する。

もうひとつの擬似積分器１８を設けた理由は、以下の如
くである。

例えば、ある時点ｔ０でヨーレートセンサーと車速セン
サ２と横加速度センｆ８で検出されたヨーレート小、車
速ｖ、０１加速度αから、演算器４によって、横方向す
べり加速度※　が求められたとする。この時点ｔ。から
、擬似積分器５によって横方向すべり速度ｖｙが求まる
までに遅延時間Δｔを要したとする。

他方、時点ｔ０で検出されたハンドル操舵角θ８と車速
Ｖとから、運動状聾量推定部１４において、略リアルタ
イムで横方向すべり加速度推定値ｖｙが出力される。

そして、もうひとつの擬似積分器ＩＢによって、上記横
方向すべり加速度推定値ｖｙから、横方向すべり速度推
定値ｖｙを求める間には、同様にΔｔの遅延時間が生じ
る。

従って、比較部１６においては、共に時点ｔ０における
運動状態でのｖｙおよびＶアが、同一時刻（ｔｏ十Δ１
）に入力されることになり、比較対象に時間差が生じる
ことがなくなる。

補正部１７．１８は、運動状態貴推定部１４のみでは、
運動状態量の推定値に誤差カー生じても、これを判別し
て補正することができないため、推定値と実際値を比較
して、推定値力を実際値に一致するように、前記亀岡モ
デルに対してフィードバック補正を行うものである。

一般に、定常旋回運動時に問題となるのは、定常ＵＳ　
−Ｏ８特性（ＵＳはアンダーステア、ａｓはオーバース
テアを意味する）であり、この定常［７Ｓ−ＯＳ特性が
、実際の特性と１両モデルが保有する鴫件の間で異なる
と、ヨーレートの呟に差異が生じる。

定値以上在る場合には、車両モデルの定常ＵＳ−Ｏ３特
性を実際の特性に一致させるように、前。

後輪コーナリングパワーＫＦ　’　ＫＲの補正を行う。

１小。＋　＜　＋ｊｌのときには、旋回時、前輪が外側
へ滑っているものと判定し、前輪コーナリングパワーＫ
Ｆを所定量Δにだけ増加させ、後輪−一ナリンクパワー
ＫＲを所定量Δにだけ減少させる。これ罠より、車両モ
デルの定常ＵＳ　−Ｏ８特性は、オーベーステア方向に
補正され、実際の特性に近づく。

また、１ｃｐｓＩ　＞　Ｉ÷１のときには、旋回時、後
輪が外側へ滑っているものと判定し、後輪コーナリング
パワーＫＲを所定量Δにだけ増加させ、前輪コーナリン
グパワーＫＦを所定量Δにだけ減少させる。

これにより、車両モデルの定常ＵＳ　−Ｏ３特性は、ア
ンダーステア方向へ補正され、実際の特性に近づく。

このように、前、後輪コーナリングパワーＫＦ　。

ＫＲを増減させることで、定常ＵＳ　−Ｏ８％性が調整
できる理由を以下に述べる。

定常旋回運動時のヨーレート会　は、 で表わされる。ここで、 Ｌ：ホイールペース Ｎニステアリングギア比 Ａ：スタビリテイファクタ であり、さらに、スタビリテイファクタＡは、で麦わさ
れる。但し、 Ｍ：車両の質量 り、：前輪と重心間の距離 ＬＲ：後軸と改心間の距離 である。

従つく、上記（８）式の分子（ＬＦＫＦ　−ＬＲＫＲ＞
のうち、ＫＦを大あるいはＫＲを小にすれば、ヨーレー
トゲインを了大きくなり、定常ＵＳ−Ｏ８特性は、オー
ツく一ステア側へ移行することになるし、逆にＫＦを小
あるいはＫＲを大にすれば、アンダーステア側へ移行す
る。

この定常旋回運動時のコーナリングパワーの補正は、定
常旋回運動判別部１１において発生した情報Ｆに応答し
て比較部１５が作動することで、補正部１７によって行
われる。

また、上記情報Ｆに応答して比較部１６が作動し、補正
部１８によってもコーナリングパワーの補正がなされる
。この補正部１８は、直進走行状態から旋回運動に移り
、前記定常旋回運動に至る間の過渡運動時の運動特性（
以下「過渡特性」とする）の、実際の過渡物性との誤差
を補正する。

前記比較部１５と補正部１７によって、車両モデルの定
常運動特性が、実際の特性に一致するように補正されて
も、過ｆｌｊ特性までは補正できない。

これは、ｔｖｓ−ｏｓ１４！ｆ性は、前記式（８）から
判るように、Ｋｙ　トＫＲの比塞で決定され、これらの
大きさには左右されないためである。

そこで、車両モデルの過渡特性を実際の特性に一致させ
るには、横方向すべり速度の実際値Ｖアと横方向すべり
速度の推定値ｖｙとの比較を行い、両者が一致するよう
に、前、後輪コーナリングパワーの補正を行う。

ｖｙ＞ｖｙであれば、後輪コーナリングパワーＫＲを所
定量ΔＫＲだけ減少させるとともに、前輪コーナリング
パワーに、も所定量ΔＫＦだけ減少させる。

ｖｙ＜ｖｙであれば、後輪コーナリングパワーＫＲを所
定量ΔＫＲだけ増加させるとともに、前輪コーナリング
パワーＫＦも所定量ΔＫＦだけ増加させる。

これにより、■両モデルの過渡特性は、実際の特性に近
づくように補正される。゛まだ、後輪コーナ１！ングパ
ワーＫＲの増減に合わせて前輪コーナリングパワーＫＦ
の増減を行うことで、ＫｙとＫＲの比率？変化させない
ようにし、前記補正部１７で補正された定常ＵＳ　−０
３％性を維持したまま、過渡特性の補正が行える。

以上の各動作によって、本実施例装置は、・〜ンドルφ
舵角θ８と鳳速Ｖとの２つの愛敬を検出することで、予
め設定された１康の重両モデルＶＣ関する演！ｔｉｃよ
り複数の運動状態量を推定することができ、自車の運動
状態量を複数の七ンケにより検出することと同等の機能
を有することになる。・また、実測の比較的容易なヨー
レート小と横加速度α、α、を検出して、定常ヨーレー
ト籠トヲ求めてフィードバックすることで、上記車両モ
デルが保有する定常運動特性と過渡運動特性の両者を、
実際の特性に一致するように補記し、上記運動状態量の
推定値の精度を向上させることができる。

そして、本実施例は、複数の運動状ｔｌｉｔを求める装
置として、種々の重両制御装置、例えば、運動状態量に
応じて、サスペンションの制御あるいはステアリング系
の制御を行う装置に利用できる。

なお、上記もうひとつの擬似積分器１８の代わりに、第
５図に示すようなバイパスフィルタ１９を用いても、同
様の効果が得られる。但し、この場合には、運動状！１
量推定部１４において、横方向すべり加速度推定値ｖｙ
の代わりに、横方向すべり速度の推定値ｖｙを求めるよ
うにする。

バイパスフィルタ１９の伝達特性は、前記式（６）に示
す本のとする。その構成は、第６図あるいは第７図に示
すようなディジタルフィルタである。

このバイパスフィルタ１９を用いることで、入力される
横方向すべり速度推定値ｖｙに対して、その出力Ｖ、？
　（フィルタリング後の横方向すべり速度推定値である
）は、擬似積分器５と同一の遅延時間Δｔの時間差を有
することになる。従って、比−較部１６において比較さ
れるＶ、７とＶアは、同一時点゛を計における運動状襲
による値となる。

また、上記第４図に示した運動状態量推定装置は、第１
図に示した横方向すべり速度の検出装置を利用したもの
であるが、この他に、前述した横す〆つ角の検出装置を
利用したものも同様にして実現できる。

この場合には、運動状態量推定部１４において、横方向
すべり加速度推定値ｖｙの代わりに、横すべり角速度の
推定値βを求めるようにし、比較部、１６において、擬
似積分器５で求められた横すべり角の実際値βと、もう
ひとつの擬似積分器１８で求められた横すべり角推定値
βとを比較するようにすれば良い。

さらに、第５図に示した例においても、運動状態量推定
部１４で、横方向すべり速度推定値ｖｙの代わりに、横
すべり角の推定値βを求めるようにすれば、前記償すべ
り角の検出装置を利用することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、実測可能な惠速
Ｖ、ヨーレート委、横加速度αを直接検出し、これらの
検出値から、横方向すべり加速度同様の働きを行う擬似
積分器を用いて、ｖｙから横方向ナベリ速度、あるいは
表から横すべり角βを求めるようにしたことによって、
擬似積分器の作用を呈するとともに、ドリフト誤差を生
ずることなく、極めて精度の良い積分出力が得られるこ
とになる。

従って、車両制御のように、高精度が要求される場合で
、精度の良い横方向すべり速度与あるいは横すべり角β
を必要とする制御装置に対して本発明は好適な検出装置
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、 第２図は第１図中の擬似積分器の構成を示すブロック線
図、 第８図は同擬似積分器の周波数伝達等性を示す図、 第４図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図、 第５図は本発明のさらに他の実施例の構成のうＴ−）第
４図に示した実施例との相違部分周辺を示すブロック図
、 第６図および第７図はｌ＠５図中のバイパスフィルタの
構成例を示すブロック線図である。 １・・・ヨーレートセンサ　２・・・車速センサ３・・
・横加速度センサ　　４・・・演算器７・・・擬似積分
器　　　　ｌＯ・・・演算処理装置１８・・−擬似積分
器　　　　１９・・・バイパスフィルタ２θ・・・車両
　　　　　　　２１・・・横加速度センサ２２・・・ハ
ンドル操舵角センサ α・・・横加速度　　　　　ψ・・・ヨーレート■・・
・車速 ｖｙ・・・一方向すべり加速度 Ｖア・・・横方向すべり速度 第１図 第２図 Ｌ　　　　　　　　　　　　　Ｊ ｉ５へ 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、車両の走行速度を検出する車速センサと、車両のヨ
   ーレートを検出するヨーレートセンサと、 車両の横加速度を検出する横加速度センサと、前記各セ
   ンサで検出される走行速度、ヨーレートおよび横加速度
   から、車両重心点の横方向すべり加速度あるいは横すべ
   り角速度を求める演算器と、 伝達特性Ｋとして、 ▲数式、化学式、表等があります▼ （但し、ｓはラプラス演算子、τ＿ｏは時定数）を有す
   ることで、前記演算器の出力から、前記横方向すべり加
   速度の積分値に相当する横方向すべり速度、あるいは前
   記横すべり角速度の積分値に相当する横すべり角を求め
   る擬似積分器とを具備してなることを特徴とする車両の
   横方向運動検出装置。