(57)【要約】【課題】車両が定常旋回状態ではないときでも高精度にヨーレートを推定する。【解決手段】ヨーレート推定装置１は、車両が定常旋回状態にあるか否かの旋回状態を判定し、この結果に基づいて車両のヨーレートを推定する制御ユニット７を備えている。この制御ユニット７は、カメラ４で撮像した道路のカーブ半径を求める画像処理部８と、横加速度センサ２で検出した横加速度、車速センサ３で検出した車速、画像処理部８で求めたカーブ半径、操舵速度センサ５で検出した操舵速度、及び前後加速度センサ６で検出した前後加速度に基づいて、車両のヨーレートを推定するヨーレート推定部９とを備えている。ヨーレート推定部９は、車両が定常旋回状態ではないときは、第１ヨーレート及び第２ヨーレートの加重平均をとって第３ヨーレートを推定し、この第３ヨーレートを最終ヨーレートに設定する。【選択図】図１
2008049828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車速を検出する車速検出手段と、
前記車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
前記車速検出手段により検出される車速及び前記横加速度検出手段により検出される横加速度に基づいて前記車両の第１ヨーレートを推定する第１ヨーレート推定手段と、
前記第１ヨーレート推定手段による推定法と異なる推定法で前記車両の第２ヨーレートを推定する第２ヨーレート推定手段と、
前記第１ヨーレート及び前記第２ヨーレートに基づいて前記車両の第３ヨーレートを推定する第３ヨーレート推定手段と、
前記車両の旋回状態を判定する旋回状態判定手段とを備え、
前記第３ヨーレート推定手段は、前記旋回状態判定手段により前記車両が定常旋回状態ではないと判定されたときには、前記車両が定常旋回状態であると判定されたときに比べて、前記第１ヨーレートに対する前記第２ヨーレートの重み付けを大きくして前記第３ヨーレートを推定することを特徴とするヨーレート推定装置。
【請求項２】
前記車両が走行する道路のカーブ半径を推定するカーブ半径推定手段を更に備え、
前記第３ヨーレート推定手段は、前記カーブ半径推定手段により推定されるカーブ半径が小さい場合は大きい場合と比較して前記第１ヨーレートに対する前記第２ヨーレートの重み付けが大きいことを特徴とする請求項１に記載のヨーレート推定装置。
【請求項３】
前記車両の操舵速度を検出する操舵速度検出手段を更に備え、
前記第３ヨーレート推定手段は、前記操舵速度検出手段により検出される操舵速度が高い場合は小さい場合と比較して前記第１ヨーレートに対する前記第２ヨーレートの重み付けが大きいことを特徴とする請求項１に記載のヨーレート推定装置。
【請求項４】
前記車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段を更に備え、
前記第３ヨーレート推定手段は、前記前後加速度検出手段により検出される前後加速度が高い場合は小さい場合と比較して前記第１ヨーレートに対する前記第２ヨーレートの重み付けが大きいことを特徴とする請求項１に記載のヨーレート推定装置。
【請求項５】
前記車両が走行する道路のカーブ半径を推定するカーブ半径推定手段を更に備え、
前記第２ヨーレート推定手段は、前記カーブ半径推定手段により推定されるカーブ半径及び前記車速検出手段により検出される車速に基づいて前記第２ヨーレートを推定することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のヨーレート推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のヨーレートを推定するヨーレート推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヨーレート推定装置としては、例えば非特許文献１や特許文献１に記載されたものが知られている。非特許文献１に記載のヨーレート推定装置は、ホイール速度と横加速度に基づきヨーレートを推定している。特許文献１に記載のヨーレート推定装置は、内外輪速度差に基づくヨーレートを推定するに際して、定常旋回状態時における車速と横加速度に基づくヨーレートの推定値から、内外輪速度差に基づくヨーレート推定のパラメータを算出している。
【非特許文献１】SAE TECHNICAL PAPER SERIES 2000-01-0696, Estimation of Vehicle SideSlip Angle and Yaw Rate, Aleksander Hac and Melinda D. Simpson, Delphi Automotive System
【特許文献１】特許第３６４９０３６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、非特許文献１のような横加速度を用いたヨーレート推定装置では、定常旋回状態ではないときに、精度が悪くなるという問題がある。また、特許文献１では、旋回時における内外輪の回転数差により生じるヨーレート推定誤差を小さくすることが可能となるが、非定常旋回状態におけるヨーレートの推定については何ら考慮されていない。
【０００４】
本発明の目的は、車両が定常旋回状態ではないときでも高精度にヨーレートを推定することができるヨーレート推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のヨーレート推定装置は、車両の車速を検出する車速検出手段と、車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、車速検出手段により検出される車速及び横加速度検出手段により検出される横加速度に基づいて車両の第１ヨーレートを推定する第１ヨーレート推定手段と、記第１ヨーレート推定手段による推定法と異なる推定法で車両の第２ヨーレートを推定する第２ヨーレート推定手段と、第１ヨーレート及び第２ヨーレートに基づいて車両の第３ヨーレートを推定する第３ヨーレート推定手段と、車両の旋回状態を判定する旋回状態判定手段とを備え、第３ヨーレート推定手段は、旋回状態判定手段により車両が定常旋回状態ではないと判定されたときには、車両が定常旋回状態であると判定されたときに比べて、第１ヨーレートに対する第２ヨーレートの重み付けを大きくして第３ヨーレートを推定することを特徴とするものである。
【０００６】
このように本発明においては、車両の横加速度を用いて車両の第１ヨーレートを推定し、この第１ヨーレートの推定法と異なる推定法（例えばカーブ半径など）を用いて車両の第２ヨーレートを推定し、これらの第１ヨーレート及び第２ヨーレートに基づいて車両の第３ヨーレートを推定する。そして、車両の旋回状態に応じて車両の最終的なヨーレートを求める。例えば、車両が定常旋回状態であるときは、第１ヨーレートをそのまま最終的なヨーレートとし、車両が定常旋回状態ではない（非定常旋回状態である）ときは、第３ヨーレートを最終的なヨーレートとする。このとき、車両が定常旋回状態ではないときは、車両が定常旋回状態であるときに比べて、第１ヨーレートに対する第２ヨーレートの重み付けを大きくした第３ヨーレートが得られる。これにより、車両が定常旋回状態にあるときだけでなく、定常旋回状態ではないときにも、高精度にヨーレートを推定することが可能となる。
【０００７】
本発明のヨーレート推定装置では、車両が走行する道路のカーブ半径を推定するカーブ半径推定手段を更に備え、第３ヨーレート推定手段は、カーブ半径推定手段により推定されるカーブ半径が小さい場合は大きい場合と比較して第１ヨーレートに対する第２ヨーレートの重み付けが大きいことが好ましい。一般に車両が走行する道路のカーブ半径が小さくなるほど、車両が非定常旋回状態になりやすくなる。従って、カーブ半径推定手段により車両が実際に走行する道路のカーブ半径を推定し、この推定したカーブ半径に基づいて第３ヨーレートを推定することができる。このとき、カーブ半径が小さい場合は、カーブ半径が大きい場合と比較して、第１ヨーレートに対する第２ヨーレートの重み付けが大きくなるように第３ヨーレートを推定することで、車両が走行する道路のカーブ半径に起因するヨーレート推定の誤差を確実に小さくすることができる。
【０００８】
本発明のヨーレート推定装置では、車両の操舵速度を検出する操舵速度検出手段を更に備え、第３ヨーレート推定手段は、操舵速度検出手段により検出される操舵速度が高い場合は小さい場合と比較して第１ヨーレートに対する第２ヨーレートの重み付けが大きいこととしても良い。一般にドライバーが操舵を操作する操舵速度が高くなるほど、車両が非定常旋回状態になりやすくなる。従って、操舵速度検出手段により操舵速度を検出し、この検出した操舵速度に基づいて第３ヨーレートを推定することができる。このとき、操舵速度が高い場合は、操舵速度が小さい場合と比較して、第１ヨーレートに対する第２ヨーレートの重み付けが大きくなるように第３ヨーレートを推定することで、操舵速度に起因するヨーレート推定の誤差を確実に小さくすることができる。
【０００９】
本発明のヨーレート推定装置では、車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段を更に備え、第３ヨーレート推定手段は、前後加速度検出手段により検出される前後加速度が高い場合は小さい場合と比較して第１ヨーレートに対する第２ヨーレートの重み付けが大きいこととしても良い。一般にドライバーのアクセル操作によって生じる車両の前後加速度が高くなるほど、車両が非定常旋回状態になりやすくなる。従って、前後加速度検出手段により前後加速度を検出し、この検出した前後加速度に基づいて第３ヨーレートを推定することができる。このとき、前後加速度が高い場合は、前後加速度が小さい場合と比較して、第１ヨーレートに対する第２ヨーレートの重み付けが大きくなるように第３ヨーレートを推定することで、前後加速度に起因するヨーレート推定の誤差を確実に小さくすることができる。
【００１０】
本発明のヨーレート推定装置では、車両が走行する道路のカーブ半径を推定するカーブ半径推定手段を更に備え、第２ヨーレート推定手段は、カーブ半径推定手段により推定されるカーブ半径及び車速検出手段により検出される車速に基づいて第２ヨーレートを推定することが好ましい。これにより、第１ヨーレートの推定法とは異なる推定法によって、第２ヨーレートを確実に推定することができる。また、車両が実際に走行する道路のカーブ半径を用いて第２ヨーレートを推定するため、車両の走行状態だけでなく、道路環境をも含めてヨーレートを推定することができ、より広範囲の条件をもとにヨーレートを推定することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車両が定常旋回状態ではないときでも高精度にヨーレートを推定することができるので、車両の旋回状態にかかわらず車両の挙動を正確に把握することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明に係るヨーレート推定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。
【００１３】
図１は、本実施形態に係るヨーレート推定装置の構成を示すブロック図である。ヨーレート推定装置１は、図示しない車両に搭載されており、図１に示すように、車両の横加速度を検出する横加速度センサ２と、車両の速度（車速）を検出する車速センサ３と、車両に搭載されて進行方向前方の道路を撮像するカメラ４と、車両の操舵速度を検出する操舵速度センサ５と、車両の前後加速度を検出する前後加速度センサ６と、車両の旋回状態を判定し、この結果に基づいて車両のヨーレートを推定する制御ユニット７を備えている。
【００１４】
制御ユニット７は、カメラ４で撮像した車両の進行方向前方における道路画像を画像処理して、道路のカーブ半径を求める画像処理部８と、横加速度センサ２で検出した横加速度、車速センサ３で検出した車速、画像処理部８で求めたカーブ半径、操舵速度センサ５で検出した操舵速度、及び前後加速度センサ６で検出した前後加速度に基づいて、車両のヨーレートを推定するヨーレート推定部９とを備えている。
【００１５】
図２は、ヨーレート推定部９のヨーレート推定処理手順を示すフローチャートである。図２に示すように、ヨーレートの推定が開始されると、まず、横加速度センサ２で検出した横加速度と、車速センサ３で検出した車速とに基づき車両の第１ヨーレートを推定する（ステップ１）。第１ヨーレートの推定は、第１ヨーレートをωｌａ、横加速度をａｙ（ｍ／ｓ２）、車速をＶ（ｍ／ｓ）としたときに、
【数１】
2008049828.tif 000003
によって第１ヨーレートωｌａを求めることにより行う。
【００１６】
なお、第１ヨーレートをより正確に推定するためには車速Ｖではなく車前後速Ｖｘを用いる必要があるが、実際上は車速Ｖを用いても誤差はそれ程大きくならないため、ヨーレート推定装置１では車速Ｖを用いて第１ヨーレートを推定する。
【００１７】
そして、車両が定常旋回状態であるか否かを判定する（ステップ２）。具体的には、（１）画像処理部８で求めたカーブ半径の変位量が設定値よりも大きい場合は、車両がカーブに進入、又は車両がカーブから退出するものと判断し、（２）操舵速度センサ５で検出した操舵速度が設定値よりも高い場合は、操舵速度が高いと判断し、（３）前後加速度センサ６で検出した前後加速度が設定値よりも高い場合は、前後加速度が高いと判断し、それぞれ定常旋回状態ではない（非定常旋回状態である）と判定する。
【００１８】
このとき、車両が定常旋回状態であると判定されると、第１ヨーレートを最終ヨーレートωｅｓｔと設定する（ステップ３）。
【００１９】
一方、車両が定常旋回状態ではないと判定されると、画像処理部８で求めたカーブ半径と車速センサ３で検出した車速とに基づき第２ヨーレートを推定する（ステップ４）。第２ヨーレートの推定は、第２ヨーレートをωｃａｍ、道路のカーブ半径をＲ（ｍ）、車速をＶ（ｍ／ｓ）としたときに、
【数２】
2008049828.tif 000004
によって第２ヨーレートωｃａｍを求めることにより行う。
【００２０】
このようにして、第１ヨーレート及び第２ヨーレートを推定すると、第１ヨーレート及び第２ヨーレートの加重平均をとることで、車両の第３ヨーレートを推定する（ステップ５）。第３ヨーレートの推定は、第３ヨーレートをωｅｓｔ、第１ヨーレートの設計価重み関数をｗ１、第２ヨーレートの設計価重み関数をｗ２としたときに、
【数３】
2008049828.tif 000005
によって第３ヨーレートωｅｓｔを求めることにより行う。
【００２１】
また、数式３における重み関数ｗ１及びｗ２は、前後加速度をａｘ（ｍ/ｓ２）、操舵速度をγ（ｒａｄ／ｓ）、操舵角速度をδ（ｒａｄ）、横加速度を用いてヨーレートを推定する第１ヨーレートの適合関数をＫｌａ、道路のカーブ半径を用いてヨーレートを推定する第２ヨーレートの適合関数をＫｃａｍとしたときに、
【数４】
2008049828.tif 000006
となる。なお、第１ヨーレートの適合関数Ｋｌａ及び第２ヨーレートの適合関数Ｋｃａｍは、実験により適切な値が設定される。
【００２２】
そして、推定された第３ヨーレートを最終ヨーレートと設定する（ステップ６）。
【００２３】
上記数式３及び数式４から分かるように、（ａ）道路のカーブ半径が小さくなり、（ｂ）操舵速度が高くなり、（ｃ）前後加速度が高くなると、第１ヨーレートωｌａの重み付けが小さくなると共に第２ヨーレートωｃａｍの重み付けが大きくなる。これは、道路のカーブ半径が小さくなると、ドライバーは急な動作を行う傾向が高くなり、また、ドライバーが急な動作を行っていると、操舵速度が高くなったり前後加速度が高くなったりするためである。このため、（ａ）〜（ｃ）のときは、ヨーレートの推定精度が低下する第１ヨーレートωｌａの重み付けを小さくして、第２ヨーレートωｃａｍの重み付けを大きくする。
【００２４】
一方、（Ａ）道路のカーブ半径が大きくなり、（Ｂ）操舵速度が低くなり、（Ｃ）前後加速度が低くなると、第１ヨーレートωｌａの重み付けが大きくなり、第２ヨーレートωｃａｍの重み付けが小さくなる。すなわち、（Ａ）〜（Ｃ）のときは車両が定常旋回状態に近づくため、ヨーレートの推定精度が高くなる第１ヨーレートωｌａの重み付けを大きくして、第２ヨーレートωｃａｍの重み付けを小さくする。
【００２５】
以上において、制御ユニット７におけるヨーレート推定部９のステップ１は、「車速検出手段３により検出される速度及び横加速度検出手段２により検出される横加速度に基づいて車両の第１ヨーレートを推定する第１ヨーレート推定手段」を構成する。同ヨーレート推定部９のステップ４は、「第１ヨーレート推定手段による推定法と異なる推定法で車両の第２ヨーレートを推定する第２ヨーレート推定手段」を構成する。同ヨーレート推定部９のステップ５は、「第１ヨーレート及び第２ヨーレートに基づいて第３ヨーレートを推定する第３ヨーレート推定手段」を構成する。カメラ４、操舵速度センサ５、前後加速度センサ６、制御ユニット７における画像処理部８及びヨーレート推定部９のステップ２は、「車両の旋回状態を判定する旋回状態判定手段」を構成する。
【００２６】
図３は、ヨーレートの推定をシミュレーションするための条件として、車両が走行する道路におけるカーブの曲率の一例を示した図である。横加速度及び車速に基づく従来のヨーレート（第１ヨーレートに相当）の推定法によりシミュレーションを行ったところ、図４に示すような結果となった。図４に示すように、カーブに進入するとき（Ｉ）とカーブから退出するとき（ＩＩＩ）のヨーレート推定誤差が大きくなっていることが分かる。つまり、カーブに進入するとき（Ｉ）とカーブから退出するとき（ＩＩＩ）は、操舵速度センサ５により検出された操舵速度が設定値よりも高くなることで、又は前後加速度センサ６により検出された前後加速度が設定値よりも高くなることで定常旋回状態ではなくなり、ヨーレートの推定誤差が大きくなっている。
【００２７】
これに対して、ヨーレート推定装置１によりヨーレートの推定のシミュレーションを行った場合には、図５に示すように、道路のカーブ半径（曲率）Ｒ、操舵速度γ、前後加速度ａｘの変動に基づいて、第１ヨーレートの重み付けｗ１と第２ヨーレートの重み付けｗ２とを調整することにより、図６に示すような結果となった。
【００２８】
図５に示すように、カーブに進入するとき（Ｉ）は、車両が定常旋回状態ではないと判定されるため、第１ヨーレートと第２ヨーレートの加重平均をとる第３ヨーレートが推定され、カーブの曲率が大きくなる（カーブ半径が小さくなる）に従って、第１ヨーレートωｌａの重み付けｗ１が小さくなると共に第２ヨーレートωｃａｍの重み付けｗ２が大きくなる。カーブから退出するとき（ＩＩＩ）は、車両が定常旋回状態ではないと判定されるため、第１ヨーレートと第２ヨーレートの加重平均をとる第３ヨーレートが推定され、カーブの曲率が小さくなる（カーブ半径が大きくなる）に従って、第１ヨーレートωｌａの重み付けｗ１が大きくなると共に第２ヨーレートωｃａｍの重み付けｗ２が小さくなる。一方、カーブの曲率（カーブ半径）が一定の道路を走行している間（ＩＩ）は、車両が定常旋回状態であると判定されるため、第１ヨーレートが最終ヨーレートとなる。
【００２９】
従って、図６に示すように、車両が定常旋回状態であるときには、図４に示す従来のヨーレート推定法と同等の結果が得られるが、車両が定常旋回状態でないときには、ヨーレートの推定誤差が十分小さくなったことが分かる。これにより、本実施形態によるヨーレート推定法の有効性が明らかになったと言える。
【００３０】
以上のようなヨーレート推定装置１によれば、車両が実際に旋回する道路をカメラ４で撮像して画像処理することで、道路のカーブ半径Ｒを推定し、このカーブ半径Ｒと車速とに基づき第２ヨーレートを推定する。そして、車両が定常旋回状態ではないときは、車両の旋回状態に応じた重み付けにより第１ヨーレートと第２ヨーレートとの加重平均をとることで、第３ヨーレートを求める。このため、車両が定常旋回状態ではないときに第１ヨーレートの推定精度が低下したとしても、第３ヨーレートを最終ヨーレートとすることでヨーレート推定の精度低下を抑制することができる。これにより、車両が定常旋回状態であるときでも、非定常旋回状態であるときでも、高精度にヨーレートを推定することが可能となる。
【００３１】
また、車両が実際に走行する道路のカーブ半径Ｒを用いて第２ヨーレートを推定するため、車両の走行状態だけでなく、車両が実際に走行する道路環境を含めた広範囲の条件をもとにヨーレートを推定することが可能となる。
【００３２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、カーブ半径と車速に基づき第２ヨーレートを推定したが、第１ヨーレートと異なる推定法で第２ヨーレートを推定すれば如何なる推定法でもよく、例えば、ヨーレートセンサ（不図示）で検出されるヨーレートや、車輪速センサ（不図示）で検出される内外輪の車輪速などに基づいて第２ヨーレートを推定してもよい。
【００３３】
また、カメラ４で撮像した道路画像を画像処理部８で画像処理することで、車両進行方向前方における道路の半径を求めて（推定して）いるが、道路のカーブ半径を推定することができれば如何なる手段でカーブ半径を推定してもよく、例えば、ナビゲーションシステム等によりカーブ半径を推定したり、路車間通信等によりカーブ半径情報を取得することによりカーブ半径を推定したりしてもよい。
【００３４】
また、車両が定常旋回状態であるか否かの判定は、画像処理部８で推定した道路のカーブ半径、操舵速度センサ５で検出した操舵速度、及び前後加速度センサ６で検出した前後加速度に基づいて判断しているが、これらのうち単体で判断してもよく、適宜組み合わせて判断してもよい。また、第３ヨーレートの推定は、画像処理部８で求めた道路のカーブ半径、操舵速度センサ５で検出した操舵速度、及び前後加速度センサ６で検出した前後加速度に基づいた第１ヨーレート及び第２ヨーレートの重み付けにより算出しているが、これらのうち単体で算出してもよく、適宜組み合わせて算出してもよい。
【００３５】
また、車両が定常旋回状態であるときは、第１ヨーレートを最終ヨーレートとしているが、車両の旋回状態に関わらず、第３ヨーレートを最終ヨーレートとしてもよい。この場合には、車両が定常旋回状態でないときには、定常旋回状態であるときと比較して、第１ヨーレートに対する第２ヨーレートの重み付けを大きくして、つまり第２ヨーレートを重視して第３ヨーレートを推定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施形態に係るヨーレート推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】制御ユニットにおけるヨーレート推定部のヨーレート推定処理手順を示すフローチャートである。
【図３】車両が走行するカーブの曲率の一例を示した図である。
【図４】横加速度を用いた従来のヨーレート推定法により推定されたヨーレートを示す図である。
【図５】第１ヨーレートの重み付けと第２ヨーレートの重み付けの関係を示す図である。
【図６】本実施形態に係るヨーレート推定装置により推定されたヨーレートを示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…ヨーレート推定装置、２…横加速度センサ（横加速度検出手段）、３…車速センサ（車速検出手段）、４…カメラ（旋回状態判定手段、カーブ半径推定手段）、５…操舵速度センサ（操舵速度検出手段、旋回状態判定手段）、６…前後加速度センサ（前後加速度検出手段、旋回状態判定手段）、７…制御ユニット、８…画像処理部（旋回状態判定手段、カーブ半径推定手段）、９…ヨーレート推定部（第１ヨーレート推定手段、第２ヨーレート推定手段、第３ヨーレート推定手段、旋回状態判定手段）。
【図１】
2008049828.tif 000007
【図２】
2008049828.tif 000008
【図３】
2008049828.tif 000009
【図４】
2008049828.tif 000010
【図５】
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【図６】
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