(57)【要約】【課題】車両の旋回挙動を精度よく検出する。【解決手段】車速Ｖ、操舵輪のタイヤ横力Ｙｆ、及びヨーレートの実測値γｓを検出し、検出した車速Ｖ、及びタイヤ横力Ｙｆに応じてヨーレートの推定値γｅを算出し、算出した推定値γｅ、及び検出した実測値γｓの差分Δγに応じて、車両のアンダーステア傾向やオーバーステア傾向を判定する。但し、車速Ｖが低速の所定値Ｖ１以下であれば、この所定値Ｖ１を代入して推定値γｅを算出する。また、推定値γｅの算出処理に、一次遅れのローパスフィルタを追加することで、推定値γｅの位相を実測値γｓの位相に一致させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車速を検出する車速検出手段と、操舵輪のタイヤ横力を検出する横力検出手段と、前記車速検出手段が検出した車速、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出する推定値算出手段と、ヨーレートの実測値を検出する実測値検出手段と、前記推定値算出手段が算出した推定値、及び前記実測値検出手段が検出した実測値の差分に応じて車両の旋回挙動を検出する挙動検出手段と、を備えることを特徴とする旋回挙動検出装置。
【請求項２】
前記推定値算出手段は、次式に従い、前記車速検出手段が検出した車速、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出することを特徴とする請求項１に記載の旋回挙動検出装置。
γｅ＝｛Ｙｆ×（Ｌ／Ｌｒ）｝／（ｍ×Ｖ）
γｅ   ：ヨーレートの推定値
Ｙｆ   ：操舵輪のタイヤ横力
Ｌ     ：ホイールベース
Ｌｒ   ：車両重心点と従動輪車軸との距離
ｍ     ：車両重量
Ｖ     ：車速
【請求項３】
前記推定値算出手段は、算出する推定値の位相を、前記実測値検出手段の検出する実測値の位相に一致させるフィルタを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回挙動検出装置。
【請求項４】
前記推定値算出手段は、前記車速検出手段の検出した車速が所定値以下であるときは、当該所定値、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の旋回挙動検出装置。
【請求項５】
車両重量を検出する重量検出手段を備え、
前記推定値算出手段は、前記重量検出手段が検出した車両重量、前記車速検出手段が検出した車速、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の旋回挙動検出装置。
【請求項６】
車両の重心点を検出する重心点検出手段を備え、
前記推定値算出手段は、前記重心点検出手段が検出した車両重心点、前記車速検出手段が検出した車速、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の旋回挙動検出装置。
【請求項７】
車速、操舵輪のタイヤ横力、及びヨーレートの実測値を検出し、検出した車速、及びタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出し、算出した推定値、及び検出した実測値の差分に応じて車両の旋回挙動を検出することを特徴とする旋回挙動検出方法。
【請求項８】
車速、及び操舵輪のタイヤ横力を検出し、検出した車速、及び操舵輪のタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出することを特徴とするヨーレート推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回挙動検出装置、旋回挙動検出方法、及びヨーレート推定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車速や操舵角に基づいて算出したヨーレートの推定値と、センサで検出したヨーレートの実測値とを比較することで、オーバーステアであるかアンダーステアであるかを判断し、車両の旋回挙動を制御するものがあった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−２４６００６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、実際に発生するヨーレートは、路面摩擦係数の影響を受けるので、車速や操舵角に基づいて算出したヨーレートの推定値には、摩擦係数に応じた補正が必要となる。しかしながら、摩擦係数を正確に検出すること自体が難しいため、ヨーレートの推定、延いてはオーバーステアやアンダーステアなど、旋回挙動の検出も難しかった。
本発明の課題は、車両の旋回挙動を精度よく検出することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る車両挙動検出装置は、車速、操舵輪のタイヤ横力、及びヨーレートの実測値を検出し、検出した車速、及びタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出し、算出した推定値、及び検出した実測値の差分に応じて車両の旋回挙動を検出する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る車両挙動装置によれば、ヨーレートの推定値を算出する際に、タイヤ横力を用いるので、路面摩擦係数の影響を受けることなく正確に推定することができ、車両の旋回挙動も精度よく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
《構成》
図１は、ステアリングバイワイヤの概略構成図である。
図中、１はステアリングホイールであり、ステアリングシャフト２に連結されている。また、３Ｌ及び３Ｒは操舵輪であり、ナックルアーム４、タイロッド５、及びラックアンドピニオン６を順に介してピニオンシャフト７に連結されている。ステアリングシャフト２及びピニオンシャフト７の両者は機械的に分離された非連結状態にあり、夫々、図示しないハウジング等によって回動自在に保持されている。
ステアリングシャフト２には、運転者によるステアリング操作に対して擬似的な操舵反力を発生させる反力モータ８が設けられており、ピニオンシャフト７には、ステアリングシャフト２の操舵角に応じてピニオンシャフト７を転舵させる転舵モータ９が設けられている。
【０００７】
ステアリングシャフト２には、操舵角θｓを検出する操舵角センサ１１が設けられ、ピニオンシャフト７には、転舵角θｗを検出する転舵角センサ１２が設けられている。左右輪の夫々のハブユニットには、タイヤ横力を検出するハブセンサ１３が設けられ、変速機の出力側には、車速Ｖを検出する車速センサ１４が装着されている。バネ上となる車体には、ヨーレートの実測値γｓを検出するヨーレートセンサ１５が設けられている。なお、操舵角センサ１１及び転舵角センサ１２は、右旋回時に正の値を検出し、左旋回時に負の値を検出するように構成されている。
【０００８】
ハブセンサ１３は、例えばホール素子と着磁式のエンコーダを用いて、ハブユニット内における内輪と外輪の変位差の変化を検出することでタイヤ横力を検出するものである。なお、これに限定されるものではなく、軸受の外側に歪ゲージを設け、軸受の変形を検出することでタイヤ横力を検出するものでもよい。
これら操舵角センサ１１、転舵角センサ１２、ハブセンサ１３、車速センサ１４、及びヨーレートセンサ１５で検出される各種信号が、例えばマイクロコンピュータで構成されたコントローラ２０へ入力される。なお、ハブセンサ１３で検出される左右輪のタイヤ横力は、その合計値Ｙｆが入力される。
【０００９】
コントローラ２０は、図２に示すように、転舵モータ９を駆動制御する転舵角制御部２１と、反力モータ８を駆動制御する操舵反力制御部２２と、車両の旋回挙動を検出する旋回挙動検出部２３と、車両の旋回挙動を制御する旋回挙動制御部２４と、を備える。
転舵角制御部２１は、ステアリングシャフト２の操舵角θｓ及びピニオンシャフト７の転舵角θｗを入力し、操舵角θｗに応じて転舵モータ９を駆動することで転舵角θｗを制御する。
【００１０】
操舵反力制御部２２は、タイヤ横力Ｙｆ及び車速Ｖを入力し、反力モータ８を駆動することでステアリング操作に対する操舵反力Ｔｒを制御する。具体的には、図３のマップを参照し、タイヤ横力Ｙｆに応じて操舵反力Ｔｒを算出する。このマップは、タイヤ横力Ｙｆが大きいほど、これに比例して操舵反力Ｔｒが大きくなるように設定されている。
旋回挙動検出部２３は、図４に示すように、タイヤ横力Ｙｆ及び車速Ｖに応じてヨーレートの推定値γｅを算出する推定値算出部３１と、検出した実測値γｓ及び算出した推定値γｅの差分に応じて車両の旋回挙動を判定する判定部３２と、を備える。
【００１１】
推定値算出部３１は、下記（１）式に従い、タイヤ横力Ｙｆ及び車速Ｖに応じてヨーレートの推定値γｅを算出する。
γｅ＝｛Ｙｆ×（Ｌ／Ｌｒ）｝／（ｍ×Ｖ）            …………（１）
γｅ   ：ヨーレートの推定値
Ｙｆ   ：操舵輪のタイヤ横力
Ｌ     ：ホイールベース
Ｌｒ   ：車両重心点と後輪車軸との距離
ｍ     ：車両重量
Ｖ     ：車速
【００１２】
但し、車速Ｖが低速の所定値Ｖ１以下であるときには、上記（１）式には、所定値Ｖ１を代入することとする。この所定値Ｖ１は、例えば２０ｋｍ／ｈ程度の値である。
上記（１）式について説明する。
一般車両の車両運動方程式は下記（２）式で表される。
ｍａｙ＝Ｙｆ＋Ｙｒ
Ｉγ＝ＹｆＬｆ＋ＹｒＬｒ                            …………（２）
ａｙ   ：横加速度
Ｉ     ：ヨーイング慣性モーメント
Ｙｒ   ：後輪タイヤ横力
Ｌｆ   ：車両重心点と前輪車軸との距離
【００１３】
定常旋回（安定）時は下記（３）式で表される。
ｍａｙ＝Ｙｆ＋Ｙｒ＝ｍＶγ
ＹｆＬｆ＝ＹｒＬｒ                           …………（３）
上記（３）式を整理すると下記（４）式が導かれる。
Ｙｆ｛（Ｌｆ＋Ｌｒ）／Ｌｒ｝＝ｍＶγ         …………（４）
上記（４）式をγについて解くと前記（１）式が導かれる。
判定部３２は、推定値γｅよりも実測値γｓが小さく、その差分Δγが所定値Δγ１よりも大きいときは、アンダーステア傾向であると判定し、推定値γｅよりも実測値γｓが大きく、その差分Δγが所定値Δγ２よりも大きいときは、オーバーステア傾向であると判定する。
【００１４】
図５は、オーバーステア傾向の具体例であり、例えばブレーキによる荷重移動により、後輪のタイヤ横力Ｙｒが飽和し、前輪のタイヤ横力Ｙｆが増加すると、ヨーレートが増加し、オーバーステア傾向となる。
旋回挙動制御部２４は、アンダーステア傾向、又はオーバーステア傾向を抑制する方向に転舵角θｗを修正するための補正指令を転舵角制御部２１へ出力し、これに伴って操舵反力Ｔｒを修正するための補正指令を操舵反力制御部２２へ出力する。
【００１５】
《作用》
実際に発生するヨーレートは、路面摩擦係数の影響を受けるので、車速Ｖや操舵角θｓに基づいて算出したヨーレートの推定値には、摩擦係数に応じた補正が必要となる。しかしながら、摩擦係数を正確に検出すること自体が難しいため、ヨーレートの正確な推定が難しかった。
そこで、本実施形態では、前記（１）式に従い、タイヤ横力Ｙｆ及び車速Ｖに応じてヨーレートの推定値γｅを算出する。このようにタイヤ横力Ｙｆを用いることで、路面摩擦係数の影響を受けることなく、ヨーレートを正確に推定することができる。したがって、車両の旋回挙動も精度よく検出することができる。
但し、車速Ｖが低速の所定値Ｖ１以下であるときには、この所定値Ｖ１を前記（１）式に代入して推定値γｅを算出する。すなわち、前記（１）式によれば、車速Ｖが低くなるほど推定値γｅが大きくなるので、代入する車速Ｖに下限値を設けることで、こうした推定値γｅの極大化を防ぎ、実態に即した推定値γｅを算出することができる。
【００１６】
《応用例》
なお、本実施形態では、ホール素子と着磁式のエンコーダを用いてタイヤ横力Ｙｆを検出しているが、この種のハブセンサ１３は、車速が極低速である場合に、精度よくタイヤ横力Ｙｆを検出できない可能性がある。そこで、車速Ｖが低速の所定値Ｖ１以下であるときには、転舵モータ９の駆動電流を検出したり、ラック軸力を検出したり、ピニオントルクを検出したりして、これらを代用してヨーレートの推定値γｅを算出してもよい。これにより、車速Ｖが低速であっても、ヨーレートの推定を継続して実行することができる。
【００１７】
また、本実施形態では、タイヤ横力Ｙｆ及び車速Ｖに応じてヨーレートの推定値γｅを算出しているが、これに限定されるものではない。すなわち、前記（１）式によれば、車両重量ｍも可変要素である。そこで、車両重量ｍを固定値とする代わりに、ストロークセンサで検出したサスペンションストロークや加速度センサで検出した車両のピッチング状態に基づいて車両重量ｍを検出し、これも前記（１）に代入して推定値γｅを算出すればよい。同様に、車両重心点と後輪車軸との距離Ｌｒも可変要素であるため、ストロークセンサで検出したサスペンションストロークや加速度センサで検出した車両のピッチング状態に基づいて車両重心点を検出したうえで後輪車軸との距離Ｌｒを算出し、これも前記（１）に代入して推定値γｅを算出すればよい。このように、車両重量ｍや車両重心点を検出し、推定値γｅの算出に反映させることで、より正確な推定を行うことができる。
【００１８】
また、本実施形態では、ステアリングバイワイヤについて説明したが、これに限定されるものではなく、アンダーステア傾向やオーバーステア傾向を検出するために、ヨーレートを推定するものであれば、他の如何なるものにも適用可能である。さらには、車両挙動の検出のためではなく、単にヨーレートを推定するだけのものにも適用可能である。
【００１９】
《効果》
以上より、車速センサ１４が「車速検出手段」に対応し、ハブセンサ１３が「横力検出手段」に対応し、推定値算出部３１が「推定値算出手段」に対応し、ヨーレートセンサ１５が「実測値検出手段」に対応し、判定部３２が「挙動検出手段」に対応している。
（１）車速を検出する車速検出手段と、操舵輪のタイヤ横力を検出する横力検出手段と、前記車速検出手段が検出した車速、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出する推定値算出手段と、ヨーレートの実測値を検出する実測値検出手段と、前記推定値算出手段が算出した推定値、及び前記実測値検出手段が検出した実測値の差分に応じて車両の旋回挙動を検出する挙動検出手段と、を備える。
このように、ヨーレートの推定値を算出する際に、タイヤ横力を用いるので、路面摩擦係数の影響を受けることなく、正確に推定することができ、車両の旋回挙動も精度よく検出することができる。
【００２０】
（２）前記推定値算出手段は、次式に従い、前記車速検出手段が検出した車速、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出することを特徴とする請求項１に記載の旋回挙動検出装置。
γｅ＝｛Ｙｆ×（Ｌ／Ｌｒ）｝／（ｍ×Ｖ）
γｅ   ：ヨーレートの推定値
Ｙｆ   ：操舵輪のタイヤ横力
Ｌ     ：ホイールベース
Ｌｒ   ：車両重心点と従動輪車軸との距離
ｍ     ：車両重量
Ｖ     ：車速
このように、ヨーレートの推定値を算出する際に、タイヤ横力を用いるので、路面摩擦係数の影響を受けることなく、正確に推定することができ、車両の旋回挙動も精度よく検出することができる。
【００２１】
（３）前記推定値算出手段は、前記車速検出手段の検出した車速が所定値以下であるときは、当該所定値、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出する。
このように、代入する車速に下限値を設けることで、推定値の極大化を防ぎ、実態に即した推定値を算出することができる。
（４）車両重量を検出する重量検出手段を備え、前記推定値算出手段は、前記重量検出手段が検出した車両重量、前記車速検出手段が検出した車速、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出する。
このように、車両重量を検出し、推定値の算出に反映させることで、より正確な推定を行うことができる。
【００２２】
（５）車両の重心点を検出する重心点検出手段を備え、前記推定値算出手段は、前記重心点検出手段が検出した車両重心点、前記車速検出手段が検出した車速、及び前記横力検出手段が検出したタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出する。
このように、車両重心点を検出し、推定値の算出に反映させることで、より正確な推定を行うことができる。
【００２３】
（６）車速、操舵輪のタイヤ横力、及びヨーレートの実測値を検出し、検出した車速、及びタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出し、算出した推定値、及び検出した実測値の差分に応じて車両の旋回挙動を検出する。
このように、ヨーレートの推定値を算出する際に、タイヤ横力を用いるので、路面摩擦係数の影響を受けることなく、正確に推定することができ、車両の旋回挙動も精度よく検出することができる。
（７）車速、及び操舵輪のタイヤ横力を検出し、検出した車速、及び操舵輪のタイヤ横力に応じてヨーレートの推定値を算出する。
このように、ヨーレートの推定値を算出する際に、タイヤ横力を用いるので、路面摩擦係数の影響を受けることなく、正確に推定することができる。
【００２４】
《第２実施形態》
《構成》
この第２実施形態は、推定値γｅの算出処理に、一次遅れのローパスフィルタを追加したものである。すなわち、推定値算出部３１は、下記（５）式に従い、ヨーレートの推定値γｅを算出する。
γｅ＝｛｛Ｙｆ×（Ｌ／Ｌｒ）｝／（ｍ×Ｖ）｝
×（１／１＋Ｔｓ）          …………（５）
【００２５】
《作用》
ハブセンサ１３は、バネ下となるハブユニットに取り付けられているが、ヨーレートセンサ１５は、バネ上となる車体に取り付けられている。したがって、厳密には、タイヤ横力Ｙｆに応じて算出したヨーレートの推定値γｅに対して、ヨーレートセンサ１５で検出するヨーレートの実測値γｓには、位相遅れが発生することになる。すなわち、この位相ずれが、旋回挙動の判定に影響を及ぼすことになる。
そこで、本実施形態では、前記（５）式に従い、推定値γｅの算出処理に、一次遅れのローパスフィルタを追加することで、推定値γｅの位相を実測値γｓの位相に一致させている。これにより、推定値γｅと実測値γｓとの位相ずれを解消し、旋回挙動の判定精度を向上させることができる。
【００２６】
《効果》
（１）前記推定値算出手段は、算出する推定値の位相を、前記実測値検出手段の検出する実測値の位相に一致させるフィルタを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の旋回挙動検出装置。
これにより、推定値と実測値との位相ずれを解消し、旋回挙動の判定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ステアリングバイワイヤの概略構成である。
【図２】コントローラのブロック図である。
【図３】操舵反力の算出に用いるマップである。
【図４】旋回挙動検出部のブロック図である。
【図５】オーバーステア傾向の具体例である。
【符号の説明】
【００２８】
３Ｌ、３Ｒ  操舵輪
８  反力モータ
９  転舵モータ
１１  操舵角センサ
１２  転舵角センサ
１３  ハブセンサ
１４  車速センサ
１５  ヨーレートセンサ
２０  コントローラ
２１  転舵角制御部
２２  操舵反力制御部
２３  旋回挙動検出部
２４  旋回挙動制御部
３１  推定値算出部
３２  判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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