JP4678311B2 - 車両の進行方向判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の進行方向判定装置に関し、特に、車両が前進又は後退の何れの方向に進行しているかを判定する車両の進行方向判定装置に係る。

車両が前進又は後退の何れの方向に進行しているかを判定する方法に関しては、例えば下記の特許文献１には自動車の後退走行の検出方法が開示されている。この特許文献１には、「ヨー角速度およびモデルのヨー角速度が求められかつこれらの値ならびに定数を用いて係数Θｔが計算され，この値が所定の比較値と比較される。この比較から，前進走行または後退走行のいずれが存在するかが検出される。」旨記載されている。

尚、下記の特許文献２には、本願で用いる操舵トルク、セルフアライニングトルク等について説明されている。また、下記の非特許文献１には、タイヤのコーナリング特性について解説されており、その第１７頁には車輪（タイヤ）のニューマチックトレールについて説明されている。

特開平６−１６７５０８号公報 特開２００３−３１２３１９号公報 安部正人著「自動車の運動と制御」、株式会社山海堂、１９９４年５月３１日第２刷発行、第１０頁乃至第１８頁

上記特許文献１に記載の後退走行の検出方法によれば、ヨー角速度、即ち実ヨーレイトと、モデルのヨー角速度、即ち車両モデルのヨーレイトとの比較結果に基づき前進走行または後退走行が判定されるので、車両モデルと実際の車両に大きなズレが生じ、あるいはヨーレイト検出手段が適切に機能しない場合には、誤判定のおそれがある。このため、車両モデルを用いることなく簡単な手段によって車両の進行方向を確実に判定し得ることが必要である。また、複数の検出手段を用いて冗長系とすることが望ましい。

そこで、本発明は、簡単且つ適切な手段によって車両の進行方向を確実に判定し得る車両の進行方向判定装置を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、請求項１に記載のように、ステアリング操作に応じて転舵する車輪に付与される操舵トルクを取得する操舵トルク取得手段と、前記車輪に生ずるスリップ角を取得するスリップ角取得手段と、前記車両の少なくとも前進時における前記車輪のスリップ角と操舵トルクの対応関係を予め特定し、該対応関係を記憶する対応関係記憶手段を備え、前記スリップ角取得手段が取得したスリップ角と前記操舵トルク取得手段が取得した操舵トルクの関係を、前記対応関係記憶手段に記憶された対応関係と比較する比較手段と、該比較手段の比較結果に基づき前記車両の進行方向を判定する進行方向判定手段とを備えることとしたものである。尚、操舵トルク取得手段は、車輪に対する操舵トルクを直接検出する手段、あるいは、演算により操舵トルクを推定する手段の何れとしてもよい。同様に、スリップ角取得手段は、車輪のスリップ角を直接検出する手段、あるいは、演算によりスリップ角を推定する手段の何れとしてもよい。

前記対応関係記憶手段としては、前記スリップ角と前記操舵トルクの関係を、前記車両の前進時と後退時の各々について予めマップに記録しておき、前記スリップ角取得手段が取得したスリップ角と前記操舵トルク取得手段が取得した操舵トルクの関係を、前記マップと比較するように構成することができる。これによれば、当該取得結果の関係が、前記マップにおける前進時と後退時の何れの関係に近似しているかの判定結果に基づき、前記車両の進行方向を判定することができる。あるいは、前記スリップ角と前記操舵トルクの関係を、前記車両の前進時のみについて予めマップに記録しておき、前記スリップ角取得手段が取得したスリップ角と前記操舵トルク取得手段が取得した操舵トルクの関係を、前記マップと比較するように構成することができる。これによれば、当該取得結果の関係が、例えば、前記マップの関係に対し所定範囲を超えて離隔している場合には、前記車両の後退時と判定することができる。

上記の進行方向判定装置において、請求項２に記載のように、前記車両の状態量を検出する車両状態量検出手段を備えたものとし、該車両状態量検出手段の検出結果に基づき、前記操舵トルク取得手段が、前記操舵トルクを演算するように構成するとよい。更に、請求項３に記載のように、前記操舵トルク取得手段は、前記車輪に生ずるセルフアライニングトルクを取得するセルフアライニングトルク取得手段を備えたものとし、該セルフアライニングトルク取得手段が取得したセルフアライニングトルクに基づき、前記操舵トルクを推定するように構成するとよい。前記セルフアライニングトルク取得手段は、請求項４に記載のように、前記車両状態量検出手段の検出結果に基づき前記セルフアライニングトルクを演算するように構成することができる。

また、上記の進行方向判定装置において、請求項５に記載のように、前記車両の状態量を検出する車両状態量検出手段を備えたものとし、該車両状態量検出手段の検出結果に基づき、前記スリップ角取得手段が、前記スリップ角を演算するように構成するとよい。前記車両状態量検出手段の検出結果としては、車速、操舵角、前後加速度及び横加速度があり、これらに基づき前記スリップ角を演算することができる。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に記載の車両の進行方向判定装置においては、車両の少なくとも前進時における車輪のスリップ角と操舵トルクの対応関係を予め特定し、この対応関係を記憶する対応関係記憶手段を備え、スリップ角取得手段が取得したスリップ角と操舵トルク取得手段が取得した操舵トルクの関係を、対応関係記憶手段に記憶された対応関係と比較し、その比較結果に基づき車両の進行方向を判定することとしており、スリップ角取得手段と操舵トルク取得手段という簡単な手段によって車両の進行方向を確実に判定することができる。特に、本発明によれば、従前の車両モデルを必要とせず、しかも容易に冗長系を構成することができるので、安定した状態で確実に進行方向を判定することができる。更に、請求項２乃至５に記載のように構成すれば、簡単且つ安価な装置で、確実に車両の進行方向を判定することができる。

以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る進行方向判定装置の概要を示すもので、ステアリング操作に応じて転舵する車輪（ＴＲとする）に付与される操舵トルクを取得する操舵トルク取得手段Ｍ１と、車輪ＴＲに生ずるスリップ角を取得するスリップ角取得手段Ｍ２と、スリップ角取得手段Ｍ２が取得したスリップ角と操舵トルク取得手段Ｍ１が取得した操舵トルクを比較する比較手段Ｍ３と、その比較結果に基づき車両の進行方向を判定する進行方向判定手段Ｍ４とを備えている。

比較手段Ｍ３としては、図１に破線で示すように、少なくとも車両の前進時における車輪ＴＲのスリップ角と操舵トルクの対応関係を予め特定し、対応関係を記憶する対応関係記憶手段Ｍ３１を備えたものとするとよい。これによれば、スリップ角取得手段Ｍ２が取得したスリップ角と操舵トルク取得手段Ｍ１が取得した操舵トルクの関係を、対応関係記憶手段Ｍ３１に記憶された対応関係と比較し、比較結果に基づき車両の進行方向を判定することができる。

例えば、図４に示すように、スリップ角と操舵トルクの関係を、車両の前進時と後退時の各々について、対応関係記憶手段Ｍ３１を構成するマップに予め記録しておき、スリップ角取得手段Ｍ２が取得したスリップ角と操舵トルク取得手段Ｍ１が取得した操舵トルクの関係を、図４のマップと比較するように構成することができる。これによれば、当該取得結果の関係が、マップにおける前進時（図４に実線で示す）と後退時（図４に破線で示す）の何れの関係に近似しているかの判定結果に基づき、車両の進行方向を判定することができる。あるいは、スリップ角と操舵トルクの関係を、車両の前進時（図４の実線）のみについて予めマップに記録しておき、当該取得結果の関係を、マップと比較するように構成することができる。これによれば、当該取得結果の関係が、マップの関係（図４の実線）に対し所定範囲を超えて離隔している場合には、車両の後退時と判定することができる。

図１に破線で示すように、更に、車両の状態量を検出する車両状態量検出手段Ｍ０を備えたものとすれば、その検出結果に基づき、操舵トルクを演算するように構成することができる。更に、図１に破線で示すように、セルフアライニングトルク取得手段Ｍ１１を備えたものとし、取得したセルフアライニングトルクに基づき、操舵トルクを推定するように構成することもできる。あるいは、車両状態量検出手段Ｍ０の検出結果に基づきセルフアライニングトルクを演算するように構成することもできる。尚、車輪ＴＲに対する操舵トルク及びセルフアライニングトルクはセンサによって直接検出することもでき、これについては後述する。

また、スリップ角取得手段Ｍ２も、車両状態量検出手段Ｍ０の検出結果に基づきスリップ角を演算するように構成することができる。車両状態量としては、車速（Ｖ）、操舵角（δｆ）、前後加速度（Ｇｘ）及び横加速度（Ｇｙ）があり、これらに基づきスリップ角を演算することができる。尚、前後加速度（Ｇｘ）及び横加速度（Ｇｙ）によってヨーレイト（γ）を演算することができるので、必ずしもヨーレイトセンサを必要としない。

図２は本実施形態における進行方向判定装置を含む車両の運動制御装置の構成を示すもので、本実施形態では電動パワーステアリング装置ＥＰＳを備えており、運転者によるステアリングホイールＳＷの操作に応じて操舵輪（前述の車輪ＴＲ）に付与される操舵トルクが、操舵トルクセンサＴＳによって検出され、この検出操舵トルクに応じてＥＰＳモータ（電動モータ）が駆動されて操舵輪（車輪ＴＲ）が転舵され、運転者のステアリング操作力が軽減される。車輪ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ（前述の車輪ＴＲは、操舵輪である車輪ＦＬ，ＦＲを代表する）には夫々ホイールシリンダＷｆｌ，Ｗｆｒ，Ｗｒｌ，Ｗｒｒが装着されており、これらのホイールシリンダＷｆｌ等に液圧調整装置ＢＣが接続されている。この液圧調整装置ＢＣは各車輪に対する制動力を制御するもので、複数の電磁弁から成る従前の一般的な装置と同様の構成とすることができるので、ここでは図示を省略する。尚、車輪ＦＬは運転席からみて前方左側の車輪を示し、以下車輪ＦＲは前方右側、車輪ＲＬは後方左側、車輪ＲＲは後方右側の車輪を示している。

車両前方の車輪ＦＬ，ＦＲは運転者によるステアリングホイールＳＷの操作によって操舵され、その操舵角δｆが操舵角センサＳＳによって検出される。また、本実施形態では、上記のように操舵トルクセンサＴＳが装着されており、これによって操舵トルクが直接検出される。尚、ステアリングシャフト（図示せず）にロードセル等を装着し、あるいは、サスペンション部材に歪み計を設け、その検知信号からセルフアライニングトルクを計測することも可能であり、このセルフアライニングトルクに基づき、操舵トルクを推定することもできる。

各車輪には車輪速度センサＷｓ１乃至Ｗｓ４が設けられており、これらの検出車輪速度に基づき車体速度を推定演算することができる。また、車両の前後加速度を検出する前後加速度センサＸＧ、車両の横加速度を検出する横加速度センサＹＧが設けられており、これらの検出結果に基づいてヨーレイトγを演算することができる。上記の各検出信号は電子制御ユニットＥＣＵに入力されるように構成されている。電子制御ユニットＥＣＵは、車両安定化制御のほか、トラクション制御、アンチスキッド制御等を行なうもので、これらの制御用のＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ（図示せず）を備えているが、本願発明とは直接関係しないので、説明は省略する。

上記のように構成された本実施形態においては、電子制御装置ＥＣＵにより各種制御が行われるが、これらを処理するメインルーチンは一般的であるので省略する。図３は、車両の進行方向判定の処理を示すもので、ステップ１０１乃至１０７が所定の周期で繰り返される。先ず、ステップ１０１においては、車両状態量検出手段Ｍ１によって検出された車両の状態量が電子制御ユニットＥＣＵに入力され、適宜処理される。続いて、ステップ１０２において、判定対象車輪（車輪ＴＲとする）の車輪スリップ角（αとする）が演算される。この車輪スリップ角αは、例えば以下のように演算される。

即ち、車輪ＴＲの車輪スリップ角αは、前述の横加速度Ｇｙ、車速Ｖ、ヨーレイトγ、及び（前輪の）操舵角δｆに基づき、α＝∫｛（Ｇｙ／Ｖ）−γ｝−δｆとして求められる。尚、ヨーレイトγは前述のように前後加速度（Ｇｘ）及び横加速度（Ｇｙ）によって演算することができる。そして、ステップ１０３に進み、上記車輪スリップ角αに基づき（例えばマップにより）推定操舵トルク（Ｔｅ）が取得される。また、ステップ１０４においては、操舵トルクセンサＴＳによって検出された操舵トルクが実操舵トルク（Ｔａ）として入力される。尚、前述のセルフアライニングトルク取得手段Ｍ１１で取得されるセルフアライニングトルクに基づき実操舵トルク（Ｔａ）を推定することとしてもよい。

而して、ステップ１０５に進み、ステップ１０３で取得された推定操舵トルクＴｅと、ステップ１０４で取得された実操舵トルクＴａの差の絶対値（｜Ｔｅ−Ｔａ｜）が基準値Ｋｔと比較される。この絶対値（｜Ｔｅ−Ｔａ｜）が基準値Ｋｔ未満と判定されたときにはステップ１０６に進み、車両が前進移動と判定され、基準値Ｋｔ以上と判定されたときにはステップ１０７に進み、車両が後退移動と判定される。即ち、後者の場合は、前述の、取得結果の関係がマップの関係（図４の実線）に対し所定範囲を超えて離隔している場合に該当し、車両の後退移動と判定される。尚、判定後の処理については、従前と同様であるので説明は省略する。このように、車両が前進移動中であるか後退移動中であるかを、簡単且つ適切な手段によって確実に判定することができる。

以上のように本実施形態によれば、車両が前進移動中であるか後退移動中であるかを、簡単且つ安価な装置によって確実に判定することができる。特に、従前の車両モデルを必要とせず、しかも容易に冗長系を構成することができるので、安定した状態で確実に進行方向を判定することができる。また、高価なヨーレイトセンサを必要とすることなく、車両の後退を判定することができる。従って、シフト位置情報を有さないマニュアルトランスミッション搭載車両に適用すれば、安価な装置で容易に車両の後退を判定することができる。また、オートマチックトランスミッション搭載車両に適用すれば、シフト位置情報の正否判定に供することができる。

本発明の車両の進行方向判定装置の一実施形態を示すブロック図である。 本発明の進行方向判定装置を含む車両の運動制御装置の一実施形態を示す構成図である。 本発明の一実施形態における進行方向判定を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態において、車両の前進時と後退時の車輪スリップ角と操舵トルクのマップの一例を示すグラフである。

符号の説明

Ｍ０ 車両状態量検出手段
Ｍ１ 操舵トルク取得手段
Ｍ２ スリップ角取得手段
Ｍ３ 操舵トルク取得手段
Ｍ４ 進行方向判定手段
Ｍ１１ セルフアライニングトルク取得手段
Ｍ３１ 対応関係記憶手段
ＳＷ ステアリングホイール
ＳＳ 操舵角センサ
ＴＳ 操舵トルクセンサ
ＸＧ 前後加速度センサ
ＹＧ 横加速度センサ
ＢＣ 液圧調整装置
ＥＣＵ 電子制御ユニット
ＦＲ，ＦＬ，ＲＲ，ＲＬ 車輪

Claims (5)

1. ステアリング操作に応じて転舵する車輪に付与される操舵トルクを取得する操舵トルク取得手段と、前記車輪に生ずるスリップ角を取得するスリップ角取得手段と、前記車両の少なくとも前進時における前記車輪のスリップ角と操舵トルクの対応関係を予め特定し、該対応関係を記憶する対応関係記憶手段を備え、前記スリップ角取得手段が取得したスリップ角と前記操舵トルク取得手段が取得した操舵トルクの関係を、前記対応関係記憶手段に記憶された対応関係と比較する比較手段と、該比較手段の比較結果に基づき前記車両の進行方向を判定する進行方向判定手段とを備えたことを特徴とする車両の進行方向判定装置。
2. 前記車両の状態量を検出する車両状態量検出手段を備え、該車両状態量検出手段の検出結果に基づき、前記操舵トルク取得手段が、前記操舵トルクを演算することを特徴とする請求項１記載の車両の進行方向判定装置。
3. 前記操舵トルク取得手段が、前記車輪に生ずるセルフアライニングトルクを取得するセルフアライニングトルク取得手段を備え、該セルフアライニングトルク取得手段が取得したセルフアライニングトルクに基づき、前記操舵トルクを推定することを特徴とする請求項１記載の車両の進行方向判定装置。
4. 前記セルフアライニングトルク取得手段が、前記車両状態量検出手段の検出結果に基づき前記セルフアライニングトルクを演算することを特徴とする請求項３記載の車両の進行方向判定装置。
5. 前記車両の状態量を検出する車両状態量検出手段を備え、該車両状態量検出手段の検出結果に基づき、前記スリップ角取得手段が、前記スリップ角を演算することを特徴とする請求項１記載の車両の進行方向判定装置。

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