JPH072129A

JPH072129A - ヨーレートセンサの異常診断方法

Info

Publication number: JPH072129A
Application number: JP14904993A
Authority: JP
Inventors: Akira Takahashi; 明高橋; Minoru Hiwatari; 穣樋渡; Atsushi Mine; 篤美禰
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 1995-01-06

Abstract

(57)【要約】【目的】ヨーレートセンサの信号の異常を早期に適確
に診断して、ヨーレートを用いた制御の精度の悪化を防
止する。【構成】４輪駆動または２輪駆動の車両１に、車両１
の回転角速度に応じた信号を出力するヨーレートセンサ
４４を設ける。そして車両走行時に左右輪の速度差を算
出し、この速度差をトレッドにより除算して擬似ヨーレ
ートを算出し、ヨーレートセンサ４４の信号をこの擬似
ヨーレートと比較してヨーレートセンサ４４とその配線
の異常を、センサ信号の正確性が失われる早期に診断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両の４輪
操舵システム（４ＷＳ）等に使用されるヨーレートセン
サの異常診断方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両のヨーイング運動のヨーレー
ト（回転角速度）を高い精度で直接検出するヨーレート
センサが開発されてきている。このヨーレートセンサに
よると、前輪操舵の場合のみならず、路面状態、横風等
の外乱に対する車両の挙動の変化も迅速に検出すること
ができる。このため例えば４輪操舵システムにヨーレー
トセンサのヨーレートを積極的に用いて、後輪操舵制御
する方法が提案されている。この後輪操舵制御として、
例えばハンドル角の比例ゲインを操縦性を加味して逆相
方向に設定し、ヨーレートの比例ゲインを安定性を加味
して同相方向に設定し、これら両者により目標後輪舵角
を演算し、逆相舵角比例制御とヨーレートフィードバッ
ク制御で後輪操舵することが知られている。

【０００３】この制御方法によると、ヨーレートセンサ
が故障すると、車両を安定側に保つ同相制御を失う。そ
して後輪がハンドル角のみにより逆相操舵して車両がス
ピンし、且つ逆相制御モードに保持されて走行性が悪化
する不具合を招くおそれがある。このためヨーレートセ
ンサとその配線の異常の有無を迅速且つ正確に診断し
て、フェイルセーフすることが望まれる。

【０００４】従来、上記ヨーレートセンサの異常診断と
しては、以下の方法が考えられる。即ち、センサの特性
により正常時の出力電圧の最小と最大の値が分かってい
るので、これらの値から外れた場合に異常を判定する。
またヨーレートを生じない停車等の走行条件で、左右の
中立の基準電圧をチェックして異常の有無を診断する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術のものにあっては、ヨーレートセンサの最小、最大、
中立基準の出力電圧により異常診断する方法であるか
ら、センサやその配線が完全に故障した状態を検出する
にすぎない。このためヨーレートセンサの経年変化等に
より出力信号の値が徐々に不正確になるような異常は判
断できず、この場合にヨーレートを用いた制御では精度
が悪化する等の問題を生じる。

【０００６】本発明は、このような点に鑑み、ヨーレー
トセンサの信号の異常を早期に適確に診断して、ヨーレ
ートを用いた制御の精度の悪化を防止することを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明は、車両の回転角速度に応じた信号を出力するヨ
ーレートセンサを備えた車両において、車両走行時に左
右輪の速度差を算出し、この速度差をトレッドにより除
算して擬似ヨーレートを算出し、ヨーレートセンサの信
号をこの擬似ヨレートと比較してヨーレートセンサとそ
の配線の異常の有無を診断することを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記方法による本発明では、高μ路の路面で横
風等の影響の少ない状態で車両走行する場合に、左右輪
の速度差とトレッドにより、車両に生じる回転角速度と
略等しい擬似ヨーレートが算出される。そこでヨーレー
トセンサの信号をこの擬似ヨーレートと比較すること
で、走行中のヨーレート発生状態でそのセンサ信号の正
確性が判断され、センサの経年変化により徐々に信号が
不正確になる場合に、初期の段階で異常が適確に診断さ
れる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図２において、車両の駆動系と４輪操舵系の概略
について説明する。先ず、車両１においてエンジン２が
クラッチ３、変速機４に連結され、変速機４の出力側が
フロントデフ５、車軸６等を介して前輪７に伝動構成さ
れる。また変速機４の出力側は、プロペラ軸８、リヤデ
フ９、車軸１０等を介して後輪１１にも伝動構成され、
４輪駆動走行する。また４輪操舵系として、前輪操舵装
置２０と後輪操舵装置３０を有する。

【００１０】前輪操舵装置２０は、ハンドル２１を有す
るステアリングシャフト２２が、油圧式の制御バルブ２
３とパワーシリンダ２４、ロッド２５、ナックルアーム
２６を介して前輪７に連結され、ハンドル操作により前
輪７を手動操舵するように構成される。後輪操舵装置３
０は、電動モータ３１を有し、このモータ３１が減速用
のウォームギヤ３２を介して偏芯軸３３に連結され、こ
の偏芯軸３３からリンク３４、レバー３５、ナックルア
ーム３６等を介して後輪１１に連結され、モータ駆動に
より後輪１１を自動操舵するように構成される。また異
常時にモータ電源を切った場合には、ウォームギヤ３２
の非可逆性により後輪１１を路面外力に対して所定の舵
角状態に保持する。

【００１１】制御系として、ハンドル角θを検出するハ
ンドル角センサ４０、ハンドル角速度ｄθを検出するハ
ンドル角速度センサ４１、後輪舵角Ｅｒを検出する後輪
舵角センサ４２、後輪舵角速度ωｒを検出する後輪舵角
速度センサ４３を有する。また車両の回頭状態に応じた
回転角速度のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ
４４を有する。更に、制御用車速Ｖを演算するため前左
車輪速Ｎｆｌを検出する前左車輪速センサ４５、後右車
輪速Ｎｒｒを検出する後右車輪速センサ４６を有し、こ
れらセンサ信号が制御ユニット５０に入力して電気的に
処理され、後輪の操舵方向、舵角、舵角速度に応じたモ
ータ信号をモータ３１に出力する。

【００１２】制御ユニット５０は、前左車輪速Ｎｆｒｌ
後右車輪速Ｎｒｒが入力する車速算出部５１を有し、制
御用の車速Ｖを、Ｖ＝（Ｎｆｌ＋Ｎｒｒ）／２により算
出する。車速Ｖはハンドル角係数設定部５２に入力し
て、ハンドル角係数Ｋθを車速Ｖの関数で設定し、同時
にヨーレート係数設定部５３に入力して、ヨーレート係
数Ｋγを同様に車速Ｖの関数で設定する。ハンドル角係
数Ｋθは、図３（ａ）の舵角ゲインマップのように車速
全域で逆相であり、低中速域において車速Ｖが低いほど
値の絶対値が減少変化する特性である。ヨーレート係数
Ｋγは、同図のヨーレートゲインマップのように車速全
域で同相であり、車速Ｖの上昇に応じて緩やかに増大変
化する特性である。そこでこのマップを参照して両係数
Ｋθ、Ｋγを設定する。

【００１３】ハンドル角θとハンドル角係数Ｋθは乗算
部５４に入力して両者の乗算値Ｋθ・θを算出し、ヨー
レートγとヨーレート係数Ｋγも乗算部５５に入力して
両者の乗算値Ｋγ・γを算出する。これら２つの乗算値
Ｋθ・θ、Ｋγ・γは目標後輪舵角演算部５６に入力
し、目標後輪舵角ＥＴを、ＥＴ＝Ｋγ・γ＋Ｋθ・θ により算出する。従って、Ｋγ・γの項は車両を安定側
に保つ安定要素であり、Ｋθ・θの項は旋回を促進する
旋回要素である。

【００１４】ここでヨーレートγは車速全域で旋回や外
乱による車両回頭状態に応じて発生し、この係数Ｋγが
車速Ｖの増大関数の特性であるため、車速Ｖが大きいほ
どＫγ・γの値が大きくなる。ハンドル角θは一般に中
高速域では非常に小さく、このため係数Ｋθが逆相方向
に小さい特性でもＫθ・θの値は零付近になる。そこで
中高速域でヨーレートγを検出すると、Ｋγ・γの値に
より目標後輪舵角ＥＴは同相方向になって、安定性重視
で制御される。ハンドル角θの大きい低速域では逆相方
向のＫθ・θの値により旋回性重視で制御され、このと
きヨーレートγの同相方向のＫγ・γの値で安定側に補
正される。

【００１５】目標後輪舵角ＥＴと後輪舵角Ｅｒは偏差算
出部５７に入力して偏差ＥＤを、ＥＤ＝ＥＴ−Ｅｒによ
り算出する。この偏差ＥＤは目標後輪転舵速度設定部５
８に入力し、図３（ｂ）のマップにより偏差ＥＤに応じ
た目標後輪転舵速度ωｏを設定する。更に、目標後輪転
舵速度ωｏと後輪舵角速度ωｒは速度差算出部５９に入
力して速度差ωｄを、ωｄ＝ωｏ−ωｒにより算出す
る。そして速度差ωｄは制御量設定部６０に入力して、
速度差ωｄに応じた比例成分の制御量Ｋｐを設定し、駆
動部６１により制御量Ｋｐに応じた正転または逆転のモ
ータ電流Ｉをモータ３１に供給するように構成される。

【００１６】上記制御系において、ヨーレートセンサ４
４の異常診断について説明する。先ず、ヨーレートγは
車両１の垂直軸回りの回転角速度であり、左右輪の速度
差ΔＮに比例し、車両１のトレッドＴｄに反比例する。
このため左右輪の速度差ΔＮとトレッドＴｄを用いて、
車両１に生じる回転角速度と等しい擬似ヨーレートγ’
を、γ’＝ΔＮ／Ｔｄにより算出できる。そこで車両１
に取付けられて回転角速度を検出するヨーレートセンサ
４４の信号と擬似ヨーレートγ’と比較することで、常
時ヨーレートセンサ４４の信号の異常の有無を診断する
ことができる。また実施例の４輪駆動車の場合は、４輪
が駆動輪であるから、その速度差ΔＮの算出の際に車輪
スリップ等の影響を除くことで、診断精度を向上でき
る。

【００１７】そこで上述の車輪速センサ４５，４６以外
に、前右車輪速Ｎｆｒを検出する前右車輪速センサ４
７、後左車輪速Ｎｒｌを検出する後左車輪速センサ４８
を有して、４輪の車輪速が検出可能になっている。また
アクセルスイッチ４９を有し、このスイッチ信号が加減
速判定部６２に入力して、ＯＮの場合に加速を、ＯＦＦ
の場合に減速を判断する。この加減速信号と４輪の車輪
速Ｎｆｌ，Ｎｆｒ，Ｎｒｌ，Ｎｒｒは診断係数算出部６
３に入力して、加速と減速の場合に擬似ヨーレートγ’
と、駆動輪の場合の変動幅を考慮した大きめの定数ａ
（例えば±０．２５）により２つの診断係数Ｋ１，Ｋ２
を算出する。そして２つの診断係数Ｋ１，Ｋ２とヨーレ
ートセンサ４４のヨーレートγはセンサ異常診断部６４
に入力し、両者を比較してセンサ４４及びその配線の異
常の有無を診断するように構成される。

【００１８】また実施例の後輪操舵制御において、ヨー
レートセンサ４４が異常の場合のフェイルセーフについ
て説明する。ここでヨーレートセンサ４４の異常時は、
ハンドル角θのみによる制御となる。そこで異常信号が
ハンドル角係数設定部５２に入力し、図３（ａ）の一点
鎖線のような第１世代の臨時比例ゲインＫθ’に切換え
る。また故障信号は目標後輪舵角演算部５６に入力し
て、ハンドル角θと臨時比例ゲインＫθ’のみにより目
標後輪舵角ＥＴを算出して後輪操舵制御するように構成
される。

【００１９】次に、この実施例の作用を説明する。先
ず、エンジン２を運転し、変速機４の変速動力が駆動系
により前輪７と後輪１１に伝達することで、車両１が４
輪駆動で走行する。このときドライバがハンドル２１を
操作すると、前輪操舵装置２０により前輪７が転舵して
手動操舵され、且つ後輪操舵装置３０により走行状態、
ハンドル操作、車両の挙動に応じ後輪１１が自動的に操
舵制御される。

【００２０】このとき図４のフローチャートが所定時間
毎に実行してヨーレートセンサ４４の異常の有無が診断
される。即ち、ステップＳ１で４輪の車輪速Ｎｆｌ，Ｎ
ｆｒ，Ｎｒｌ，Ｎｒｒとヨーレートγを読込み、ステッ
プＳ２でアクセルスイッチ４９をチェックする。そして
スイッチＯＮの加速時にはステップＳ３に進み、４輪の
いずれかがスリップする際の診断精度の低下を防ぐた
め、左側前後輪と右側前後輪の遅い方の車輪速、例えば
Ｎｆｌ，Ｎｆｒをそれぞれ選択する。その後ステップＳ
４で左右輪の遅いもの同志Ｎｆｌ，Ｎｆｒを減算して左
右輪の速度差ΔＮを算出し、ステップＳ５で速度差ΔＮ
を前後トレッドの平均値Ｔｄで除算して擬似ヨーレート
γ’を算出する。そこで高μ路の路面で横風等の外乱の
影響が少なく、ドライバのハンドル操作に追従して車両
走行する状態では、擬似ヨーレートγ’が車両１に生じ
る回転角速度と略等しくなる。

【００２１】そしてステップＳ６では擬似ヨーレート
γ’と正常な場合の変動幅に応じた定数ａを用いて、小
さい方の診断係数Ｋ１と大きい方の診断係数Ｋ１とを算
出し、ステップＳ７に進んで回転角速度に対応した２つ
の診断係数Ｋ１，Ｋ２とヨーレートセンサ４４のヨーレ
ートγとを比較する。そしてヨーレートγの値が正確で
２つの診断係数Ｋ１，Ｋ２の範囲に入っている場合は、
ステップＳ８に進んで正常と判定する。またヨーレート
γの値が増減方向の一方にずれてその範囲から外れる
と、ステップＳ９に進んでセンサ４４またはそのハーネ
ス等の配線の異常を判定する。従って、或る走行条件で
の実際のヨーレート発生状態で、ヨーレートセンサ４４
の信号の正確性が判断され、センサ４４の経年変化等に
より信号が徐々に不正確になる場合に、初期の段階で異
常が適確に診断される。

【００２２】またアクセルスイッチＯＦＦの減速時に
は、ステップＳ２からステップＳ１０に進む。そして減
速時に４輪のいずれかがロックする際の診断精度の低下
を防ぐため、左側前後輪と右側前後輪の速い方の車輪
速、例えばＮｒｌ，Ｎｒｒをそれぞれ選択し、その後ス
テップＳ４以降に進んで同様に処理する。このため４輪
が駆動輪の場合に、車輪のスリップとロックの影響が無
い状態でヨーレートセンサ４４の信号が高い精度でが診
断される。

【００２３】続いてヨーレートセンサ４４が正常な場合
の後輪操舵制御について説明すると、車速Ｖに応じてハ
ンドル角係数Ｋθとヨーレート係数Ｋγを設定し、ハン
ドル角θとその係数Ｋθ、ヨーレートγとその係数Ｋγ
により目標後輪舵角ＥＴを演算する。そして目標後輪舵
角ＥＴと後輪舵角Ｅｒとの偏差ＥＤを算出し、偏差ＥＤ
に応じて目標後輪転舵速度ωｏを設定し、目標後輪転舵
速度ωｏと後輪舵角速度ωｒとの速度差ΔＮωｄを算出
し、速度差ΔＮωｄに応じた制御量Ｋｐのモータ電流Ｉ
を出力してモータ３１を駆動する。このため後輪操舵装
置３０では、モータ３１によりウォームギヤ３２、偏芯
軸３３が回転し、リンク３４、レバー３５が左右に揺動
して後輪１１が自動的に操舵される。この場合に後輪１
１は同相または逆相で、所望の舵角や舵角速度を得るよ
うに、逆相舵角比例制御とヨーレートフィードバック制
御される。

【００２４】従って、発進等の低速時にハンドル２１を
大きく切ると、目標後輪舵角ＥＴがＫθ・θの値により
負になり、後輪１１が逆相操舵して小回り旋回される。
このとき急旋回したり、路面μにより車両が回頭してヨ
ーレートγが大きくなると、Ｋγ・γの値により後輪１
１の逆相操舵が減少補正され、車両の挙動が安定化され
る。中高速時の旋回では目標後輪舵角ＥＴが主としてＫ
γ・γの値により正になって後輪１１が同相操舵され、
このため旋回時の車両の安定性が良くなる。また横風等
の外乱で車両が左右に急激に回頭すると、ヨーレートγ
が大きく増減変化してこの車両１の挙動変化が迅速に検
出される。そしてＫγ・γの値により後輪１１は車両１
が回頭するにもかかわず同相状態を保持するように操舵
される。このため車両１は横風により流されないように
安定して対向した姿勢になり、且つスムースに元の進路
に戻る。

【００２５】一方、ヨーレートセンサ４４の異常時に
は、その信号の正確性が失われる初期の段階で診断し
て、早期に異常信号が出力する。そしてハンドル角θに
対する比例ゲインとして臨時比例ゲインＫθ’に切換
え、このハンドル角θと臨時比例ゲインＫθ’により目
標後輪舵角ＥＴを演算して、後輪１１がハンドル角θと
車速Ｖの関数で操舵制御される。このため不正確なヨー
レートγによる不適当な後輪操舵の制御が早期に中止さ
れ、臨時比例ゲインＫθ’の制御モードで低速時の旋回
性と高速時の安定性が確保される。

【００２６】本発明の他の実施例として２輪駆動車の場
合について説明する。この２輪駆動車では、常に非駆動
の左右輪の速度差ΔＮを算出し、その左右輪のトレッド
Ｔｄで除算して擬似ヨーレートγ’を求める。また非駆
動輪の場合の少ない変動幅を考慮した小さめの定数ａ
（例えば±０．１５）により２つの診断係数Ｋ１，Ｋ２
を算出する。そして２つの診断係数Ｋ１，Ｋ２とヨーレ
ートセンサ４４のヨーレートγを比較することで、同様
にセンサ及びその配線の異常を診断することができる。

【００２７】以上、本発明の実施例について説明した
が、ヨーレートセンサの異常時に臨時比例ゲインＫθ’
で後輪を操舵するのではなく、目標後輪舵角ＥＴを零と
したいわゆる２輪操舵システム（２ＷＳ）に制御を固定
し、一般的な車両特性を確保するようにしても良いい
し、またヨーレートセンサの異常診断の場合に必要に応
じて種々の条件を付けることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によると、
ヨーレートセンサの異常診断において、左右輪の速度差
とトレッドにより擬似ヨーレートを算出し、この擬似ヨ
ーレートをヨーレートセンサの信号と比較して異状の有
無を診断するので、センサ信号の正確性が徐々に失われ
る初期に適確に異常を診断することができ、診断精度が
向上する。このためヨーレートを用いた後輪操舵等の制
御の精度も大幅に向上して、誤操舵を防止することがで
きる。４輪駆動車の場合は、車輪のスリップやロックの
影響を除いて左右輪の速度差を算出する方法であるか
ら、異常診断の精度が向上する。２輪駆動車の場合は、
非駆動の左右輪の速度差により、高い精度で診断でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るヨーレートセンサの異常診断方法
に適した制御系を示すブロック図である。

【図２】車両の駆動系と４輪操舵系の概略を示す構成図
である。

【図３】ハンドル角係数、ヨーレート係数、目標後輪転
舵速度のマップを示す図である。

【図４】ヨーレートセンサの異常診断制御を示すフロー
チャートである。

【符号の説明】

１車両３０後輪操舵装置４４ヨーレートセンサ４５〜４８車輪速センサ５０制御ユニット６２加減速判定部６３診断係数算出部６４センサ異常診断部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ６２Ｄ 117:00 137:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の回転角速度に応じた信号を出力す
るヨーレートセンサを備えた車両において、車両走行時
に左右輪の速度差を算出し、この速度差をトレッドによ
り除算して擬似ヨーレートを算出し、ヨーレートセンサ
の信号をこの擬似ヨレートと比較してヨーレートセンサ
とその配線の異常の有無を診断することを特徴とするヨ
ーレートセンサの異常診断方法。
【請求項２】車両が４輪駆動車の場合は、運転状態を
判断し、加速時には左右輪の遅いもの同志の速度差を、
減速時には左右輪の速いもの同志の速度差を用いて擬似
ヨーレートを算出し、この擬似ヨーレートと大きめの定
数による２つの診断係数を求め、これら２つの診断係数
とヨーレートセンサの信号とを比較することを特徴とす
る請求項１記載のヨーレートセンサの異常診断方法。
【請求項３】車両が２輪駆動車の場合は、非駆動の左
右輪の速度差を用いて擬似ヨーレートを算出し、この擬
似ヨーレートと小さめの定数による２つの診断係数を求
め、これら２つの診断係数とヨーレートセンサの信号と
を比較することを特徴とする請求項１記載のヨーレート
センサの異常診断方法。