JPH11180330A - 操舵角演算装置 - Google Patents

操舵角演算装置

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JPH11180330A
JPH11180330A JP35331197A JP35331197A JPH11180330A JP H11180330 A JPH11180330 A JP H11180330A JP 35331197 A JP35331197 A JP 35331197A JP 35331197 A JP35331197 A JP 35331197A JP H11180330 A JPH11180330 A JP H11180330A
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wheel speed
wheel
calculating
steering angle
calculating means
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JP35331197A
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English (en)
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Katsuya Ikemoto
克哉 池本
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スリット等の分解能により、操舵角の演算精
度に限界が生じるため、操舵角を用いた車両制御等に不
都合が生じていた。 【解決手段】 左右の車輪の回転に基づいて車輪速をそ
れぞれ求める車輪速計測手段と、左右の車輪速の差を表
す車輪速差を求める車輪速差演算手段と、左右の車輪速
の平均値を表す車輪速平均を求める車輪速平均演算手段
と、車輪速平均に対する、車両の直進時における左右の
車輪速の差の比を表す車輪速比を求める車輪速比演算手
段と、車輪速比と車輪速平均との積を車輪速差から減算
して得られる補正量を演算する補正車輪速差演算手段
と、車輪速平均および補正車輪速差に基づいて車両の操
舵角を演算する第1の演算手段と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の左右の車輪
速を計測することにより、車両の操舵角、或いは、車両
が走行している走行路の曲率を求める装置に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】従来の車両の操舵角演算装置としては、
例えば、特公平8−5292号公報に記載されたものが
ある。このような従来の技術における操舵角演算装置
は、ステアリングシャフトに、外周に沿ってスリットを
刻んだ円板を取り付け、ステアリングシャフト近傍に配
設された発光素子を通じて検出されるパルス数によっ
て、ステアリングの操舵角を演算していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の操舵角演算装置
における操舵情報検出手段から得られる操舵角の分解能
は、操舵情報検出手段に操舵角の情報を提供するスリッ
トの分解能(即ち、円板の外周に沿って設けられるスリ
ットの数)による制約を受け、また、この値は量子化さ
れたものであるため、飛び飛びの値を有する。このた
め、操舵角を用いて車両制御あるいは車両情報の演算を
行う場合に、操舵角情報検出手段から得られる結果の変
化点で演算結果が急激に変化することがあり、演算結果
としての操舵角の連続性が失われるという課題があっ
た。
【0004】従って、本願発明は上述のような課題を解
決するためになされたものであり、車輪速から高い精度
を有する操舵角を求めると共に、自車走行路の曲率をも
求めることができる操舵角演算装置を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明の一側面に係る
操舵角演算装置は、車輪の車輪速をそれぞれ求める車輪
速計測手段と、左右の車輪速の差を表す車輪速差を求め
る車輪速差演算手段と、左右の車輪速の平均値を表す車
輪速平均を求める車輪速平均演算手段と、車輪速平均に
対する、車両の直進時における車輪速差の比を表す車輪
速比を求める車輪速比演算手段と、車輪速比と車輪速平
均との積を車輪速差から減算して得られる補正車輪速差
を演算する補正車輪速差演算手段と、車輪速平均および
補正車輪速差を用いて車両の操舵角を演算する第1の演
算手段と、を備える。
【0006】この発明の他の側面に係る操舵角演算装置
は、車輪の車輪速をそれぞれ求める車輪速計測手段と、
左右の車輪速の差を表す車輪速差を求める車輪速差演算
手段と、左右の車輪速の平均値を表す車輪速平均を求め
る車輪速平均演算手段と、車輪速平均に対する、車両の
直進時における車輪速差の比を表す車輪速比を求める車
輪速比演算手段と、車輪速比と車輪速平均との積を車輪
速差から減算して得られる補正車輪速差を演算する補正
車輪速差演算手段と、車輪速平均および補正車輪速差に
基づいて走行路の曲率を表す走行路曲率を演算する第1
の演算手段と、を備える。
【0007】また、上記第1の演算手段は、車輪速平均
および補正車輪速差に基づいてさらに車両の操舵角を演
算する。
【0008】また、上記車輪速は、車両の従動輪の車輪
速である。
【0009】また、上記車輪速比演算手段は、車輪速比
の瞬間値に統計的処理を行ってから車輪速比を出力す
る。
【0010】また、上記車輪速比演算手段は、ローパス
フィルタを備え、ローパスフィルタを通過させた値を車
輪速の比として出力する。
【0011】また、上記車輪速比演算手段は、車輪速の
単位時間あたりの変化量に基づいて、今回演算により得
られた車輪速比の更新を行うか否かを判断する。
【0012】さらに、上記車輪速計測手段は、車輪速を
計測する左右の車輪にかかる荷重をそれぞれ計測する荷
重演算手段と、荷重から左右の車輪の扁平度をそれぞれ
演算する扁平度演算手段と、扁平度に基づいて車輪速を
補正する車輪速補正手段とを備える。
【0013】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、この発明
の実施の形態1に係る操舵角演算装置の機能を概略的に
示すブロック図である。図2は、この発明の実施の形態
1に係る操舵角演算装置における処理内容の一態様を示
す図である。なお、図1に示す各機能ブロックは、図示
しない操舵角演算装置のコンピュータが所定のプログラ
ムを実行することによって得られるものである。以下そ
の内容について説明する。
【0014】図1において、図示しない検出装置で検出
される左右各々の従動輪の回転速度に対応したパルス信
号が左車輪速計測手段1と、右車輪速計測手段2に入力
される。これらの計測手段1、2は、上記パルス信号に
基づいて左右各輪の車輪速を演算する。
【0015】左車輪速計測手段1および右車輪速計測手
段2においてそれぞれ検出される左右の車輪速Wlおよ
びWrは共に車輪速差演算手段3に入力される。車輪速
差演算手段3は、以下に記す式に基づいて左右の車輪速
の差である車輪速差Wdを演算する。 Wd=Wl−Wr また、左右の車輪速Wl、Wrは車輪速平均演算手段4
にも入力され、ここでは以下に記す式に基づいて車輪速
の平均値である車輪速平均Wmが演算される。 Wm=(Wl+Wr)/2
【0016】そして、以上のように車輪速差Wdおよび
車輪速平均Wmが演算されると、さらにこれらの値は車
輪速比演算手段5に入力される。ここで、直進時の車輪
速差WdをWds、また、直進時の車輪速平均をWms
とすると、直進時の車輪速比Whは、以下に記す式によ
って演算される。 Wh=Wds/Wms このような車輪速比Whは、例えば図2に示すような直
進時の車輪速比の瞬間値に基づく統計的処理としてのヒ
ストグラムの加重平均に基づいて求められるものであ
り、車輪速の瞬間値のみに基づいて直接演算されるもの
ではない。
【0017】直進時の車輪速比Whが演算されると、車
輪速平均Wmと共に車輪速比Whは補正車輪速差演算手
段6に入力され、以下の式に基づいて補正車輪速差Vc
が演算される。 Vc=Wd−Wh×Wm
【0018】次に、操舵角を演算する第1の演算手段と
しての操舵角演算手段7において行われる操舵角Sの演
算について説明する。旋回走行路曲率をR、ヨー角速度
をψ、前輪操舵角をδf、後輪操舵角をδrとすると、
ヨー角速度ψは以下の式で表される。 ψ=A・(δf−δr) (1) ここで、Aはヨー加速度定常ゲインであり、車両のホイ
ールベースをL、車速をVとすると、 A=V/[L(1+K・V2)] (2) で表される。ここで、Kはスタビリティファクタであ
り、コーナリングパワーや車両のホイールベース等に基
づいて決定され、車両の挙動状態を表すパラメータであ
る。
【0019】いま、車両が定常円旋回をしているとする
と、ヨー角速度ψは一定値となり、また、ψ=V/R
(Vは車速)と表すことができるので、車速Vと車輪速
平均Wmとが等しいとすれば、上式は(1)式および
(2)式を用いると次式のように変形できる。 R=V/ψ=V/A(δf−δr)=[L・(1+K・Wm2)]/(δf− δr) (3)
【0020】さらに、(3)式において後輪の操舵角を
0とするとδr=0であり、また、走行路曲率Rは、ト
レッド(左右の車輪間の距離)がTrの車両の左右の車
輪が半径Rの定常円を一周する際にかかる時間は両車輪
で等しいことに基づいて、さらに、旋回時の左右の車輪
速の差を補正した値が補正車輪速差Vcであることを考
慮すると、走行路曲率Rは、 R=Tr・Wm/Vc (4) と表すことができるので、(3)式は次のように変形す
ることができ、 Tr・Wm/Vc=[L・(1+K・Wm2)]/δf (5) となり、(4)式をさらに変形すると、 δf/L=[(1+K・Wm2)・Vc]/(Tr・Wm) (6) が得られる。
【0021】ここで操舵角をSとし、S=δf・Eの関
係を満たすステアリングギア比Eに対して、C=1/
(L・E)の関係を満たす定数Cを用いると、 C=δf/L・S であるから、これより、 δf/L=C・S (7) となる。
【0022】従って、(6)式および(7)式より、操
舵角Sは S=[(1+K・Wm2)・Vc]/(C・Tr・W
m) と表すことができる。また、上述したように、Kはスタ
ビリティファクタ、Cは車両のホイールベースLとステ
アリングギア比Eに基づく定数、Trは車両のトレッド
であるから、以上より、左右輪の車輪速Wl、Wrに基
づく車輪速比Wmや補正車輪速差Vcに基づいて、操舵
角演算手段7で操舵角Sを演算することができる。
【0023】以上、従動輪の車輪速に基づいて操舵角の
演算を行う場合について説明したが、駆動輪の車輪速に
基づいても同様に操舵角を求めることができる。また、
上述した操舵角演算装置を、従来のようにステアリング
シャフトと共に回動するスリットを用いて車両の操舵角
を演算する装置と組み合わせてもよい。
【0024】即ち、例えば車両の操舵角がスリット同士
の間に位置するような場合、スリットの分解能に基づい
て演算できる範囲についてはスリットの分解能に基づい
て演算を行い、スリットの分解能に基づいて演算できな
い範囲についてはこの発明の操舵角演算装置によって車
輪速に基づいて演算を行い、スリットによって得られる
操舵角(大まかな操舵角)と、この発明の操舵角演算装
置によって演算される操舵角(細かい操舵角)とを足し
合わせることによって、車両の操舵角を演算することも
可能である。
【0025】以上説明したように、この発明の操舵角演
算手段は、左右の車輪速に基づいて操舵角を演算するこ
とができるので、従来のようにハードウェアの分解能に
左右されることなく、高精度に操舵角を演算することが
出来る。また、車輪速比の瞬間値のヒストグラムの加重
平均を車輪速比演算手段の演算結果として用いることに
より、時々刻々と変化する車輪速による操舵角の演算処
理への弊害を抑制することができる。
【0026】また、特に従動輪の車輪速に基づいて操舵
角を演算する際には、駆動力によって発生するスリップ
等の影響による誤差が生じないので、駆動輪の車輪速を
使用する場合に較べて、より正確に操舵角の演算を行う
ことができる。さらに、操舵角は車輪速比に基づいて演
算されるので、車輪の径に関係なく高精度の演算を行う
ことができる。これにより、各車輪の摩耗状況や空気圧
の違いによる外形の差によって操舵角の演算に弊害が生
じることがないだけでなく、応急用タイヤを履いている
際にも操舵角の演算に弊害が生じることもない。
【0027】実施の形態2.図3は、この発明の実施の
形態2に係る操舵角演算装置の機能を示すブロック図で
ある。図3に示すように、実施の形態2に係る操舵角演
算手段は、走行路曲率Rを演算して出力する第1の演算
手段としての走行路曲率演算手段8をさらに備える。な
お、機能ブロックにおけるその他の構成は実施の形態1
に準ずるものである。また、走行路曲率Rは、実施の形
態1においても記したように、車輪速平均Wm、補正車
輪速差Vcおよび車両のトレッド(左右の車輪間の距
離)Trを用いて次式で表すことができる。 R=Tr・Wm/Vc
【0028】実施の形態1において説明したように、車
輪速平均Wmおよび補正車輪速差Vcは、左車輪速計測
手段1および右車輪速計測手段2によって計測される左
右の車輪速WlおよびWrに基づいて演算されるもので
ある。従って、この発明の実施の形態2においては、上
式に基づいて走行路曲率Rを左右の車輪速WlおよびW
rに基づいて演算することができると共に、実施の形態
1と同様に操舵角を演算することもできる。なお、図3
には操舵角演算手段7と共に走行路曲率演算手段8を示
したが、走行路曲率のみの演算を行うプログラムを実行
することにより、操舵角演算手段7を備えずに走行路曲
率演算手段8のみの機能ブロックを有する構成としても
よい。
【0029】このように、この発明の実施の形態2に係
る操舵角演算手段は、左右の車輪速に基づいて、車両の
操舵角とは別個に、走行路曲率を演算することができ
る。
【0030】実施の形態3.図4は、この発明の実施の
形態3に係る操舵角演算装置における直進時の車輪速比
の処理の他の態様を示す図である。実施の形態1におい
ては、車輪速比Whをヒストグラムの加重平均から求め
ていたが、実施の形態3においては、車輪速比の瞬間値
にローパスフィルタを用いた処理を施す。
【0031】図4に示すように、車輪速比の瞬間値は時
々刻々と変化する特性を示すので、これに所定の通過帯
域を有するローパスフィルタを用いれば、同図に示すよ
うに操舵角の演算に弊害をもたらすような余分な成分
(車輪速比の主な間的な大きな変動等)を除去すること
ができる。また、このローパスフィルタ処理後の車輪速
比を車輪速比演算手段の演算結果として用いれば、実施
の形態1と同様に、従来のようにハードウェアの分解能
に制限されることなく、高精度に操舵角を演算すること
が出来る。
【0032】実施の形態4.図5は、この発明の実施の
形態5に係る操舵角演算装置における直進時の車輪速比
の更新処理の流れを示すフローチャートである。図5に
示す処理は、この発明に係る操舵角演算装置のコンピュ
ータが行うものである。
【0033】まず、ステップ10で車輪速平均Wmが演
算される。次にステップ11で車輪速平均値を時間微分
して得られる車輪速の単位時間当りの変化量としての車
輪速加速度が演算される。そして、ステップ12では、
車輪速加速度と車輪速加速度閾値との比較が行われる。
その結果、車輪速加速度の方が大きい場合は(等しい場
合も含む)フローがステップ13に進行し、車輪速比の
更新を行わずに一世代前の車輪速比が現在の車輪速比と
して操舵角Sの演算に用いられる。また、車輪加速度が
車輪速加速度閾値より小さい場合はフローがステップ1
4に進行し、現在検出された車輪速に基づいて車輪速比
の統計的処理またはローパスフィルタ処理が行われ、最
新の車輪速比が操舵角Sの演算に用いられる。
【0034】以上説明したように、この発明の実施の形
態4に係る操舵角演算装置においては、車輪速加速度に
基づいて、操舵角の演算に用いる直進時の車輪速比Wh
のデータの更新を行うか否かを判断するので、車輪速W
l、Wrが不安定なものとなる大きな加減速時において
も、不正確な車輪速比を用いないため、車両の運転状況
や路面状況などの外乱による影響を受けることなく、常
に安定した高精度の操舵角の演算を行うことができる。
【0035】実施の形態5.図6はこの発明の実施の形
態5に係る操舵角演算装置の処理内容の一部を示すブロ
ック図である。図6に示す処理は、左右の車輪について
それぞれ実施されるものである。
【0036】ここでは、一例として左側の従動輪に処理
を施す場合について説明する。図示しない荷重センサか
ら左側の従動輪にかかる荷重に応じて出力される荷重セ
ンサ出力は、荷重演算手段15に入力され、ここで左側
の従動輪にかかる荷重が演算される。以下、荷重をPで
表す。
【0037】そして、荷重Pは扁平度演算手段に入力さ
れ、ここでは左側の従動輪の車輪扁平度Qが次式によっ
て演算される。 Q=Ra/Rp ここに、Raは扁平後の車輪半径であり、Rpは扁平前
の車輪半径である。なお、扁平前の車輪半径Rpは予め
扁平度演算手段16に入力されているものとし、扁平後
の車輪半径Raは、例えば次式のような荷重Pを引数と
する関数で表される車輪固有のものである。 Ra=f(P)
【0038】このようにして扁平度演算手段15によっ
て演算された車輪扁平度Qと、左車輪速計測手段1によ
って演算された車輪速Wlから、車輪速補正手段17に
おいて左側の従動輪の車輪速Wlを補正して、補正後の
車輪速Wlcを次式により求める。 Wlc=Wl×Q
【0039】以上、車輪の扁平率の変化に基づく車輪速
の補正について、左側の従動輪を例にとって説明した
が、右側の従動輪についても同一の処理が行われるもの
である。
【0040】以上説明したように、この発明の実施の形
態5に係る操舵角演算装置によれば、カーブを走行して
いる際や、積載状態などにより通常時よりも車輪にかか
る荷重が増加して車輪の扁平度が変化した場合でも、精
度良く操舵角を求めることができる。
【0041】
【発明の効果】この発明の操舵角演算装置は、車輪の車
輪速をそれぞれ求める車輪速計測手段と、左右の車輪速
の差を表す車輪速差を求める車輪速差演算手段と、左右
の車輪速の平均値を表す車輪速平均を求める車輪速平均
演算手段と、車輪速平均に対する、車両の直進時におけ
る車輪速差の比を表す車輪速比を求める車輪速比演算手
段と、車輪速比と車輪速平均との積を車輪速差から減算
して得られる補正車輪速差を演算する補正車輪速差演算
手段と、車輪速平均および補正車輪速差を用いて車両の
操舵角を演算する第1の演算手段と、を備えるので、精
度良く、操舵角を求めることができる。
【0042】この発明の他の実施の形態による操舵角演
算装置は、車輪の車輪速をそれぞれ求める車輪速計測手
段と、左右の車輪速の差を表す車輪速差を求める車輪速
差演算手段と、左右の車輪速の平均値を表す車輪速平均
を求める車輪速平均演算手段と、車輪速平均に対する、
車両の直進時における車輪速差の比を表す車輪速比を求
める車輪速比演算手段と、車輪速比と車輪速平均との積
を車輪速差から減算して得られる補正車輪速差を演算す
る補正車輪速差演算手段と、車輪速平均および補正車輪
速差に基づいて走行路の曲率を表す走行路曲率を演算す
る第1の演算手段と、を備えるので、精度良く走行路曲
率を演算することができる。
【0043】また、上記第1の演算手段は、車輪速平均
および補正車輪速差に基づいてさらに車両の操舵角を演
算するので、精度良く操舵角を演算することができる。
【0044】また、上記車輪速は、車両の従動輪の車輪
速であるので、操舵角の演算を依り正確に行うことがで
きる。
【0045】また、上記車輪速比演算手段は、車輪速比
の瞬間値に統計的処理を行ってから車輪速比を出力する
ので、タイヤの減圧による車輪の回転むら、路面の凹
凸、などの外乱により、車輪速比の不当な変化を抑制す
ることができる。
【0046】また、上記車輪速比演算手段は、ローパス
フィルタを備え、ローパスフィルタを通過させた値を車
輪速の比として出力するので、タイヤの減圧、操舵角の
誤差、路面の凹凸、などの外乱により、車輪速比の不当
な変化を抑制することができる。
【0047】また、上記車輪速比演算手段は、車輪速の
単位時間あたりの変化量に基づいて、今回演算により得
られた車輪速比の更新を行うか否かを判断するので、車
輪速の変化が不安定なものとなる大きな加減速時におい
ても、車輪速差を求めることができ、車両の運転状況や
路面状況などの外乱による影響を受けることなく、常に
安定した高精度の操舵角の演算を行うことができる。
【0048】さらに、上記車輪速計測手段は、車輪速を
計測する左右の車輪にかかる荷重をそれぞれ計測する荷
重演算手段と、荷重から左右の車輪の扁平度をそれぞれ
演算する扁平度演算手段と、扁平度に基づいて車輪速を
補正する車輪速補正手段とを備えるので、カーブを走行
している際や、積載状態などにより通常時よりも車輪に
かかる荷重が増加して車輪の扁平度が変化した場合で
も、精度良く操舵角を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、この発明の実施の形態1に係る操舵
角演算装置の機能を概略的に示すブロック図である。
【図2】 図2は、この発明の実施の形態1に係る操舵
角演算装置における処理内容の一態様を示す図である。
【図3】 図3は、この発明の実施の形態2に係る操舵
角演算装置の機能を示すブロック図である。
【図4】 図4は、この発明の実施の形態3に係る操舵
角演算装置における直進時の車輪速比の処理の他の態様
を示す図である。
【図5】 図5は、この発明の実施の形態5に係る操舵
角演算装置における直進時の車輪速比の更新処理の流れ
を示すフローチャートである
【図6】 図6はこの発明の実施の形態5に係る操舵角
演算装置の処理内容の一部を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 左車輪速計測手段(車輪速計測手段)、2 右車輪
速計測手段(車輪速計測手段)、3 車輪速差演算手
段、4 車輪速平均演算手段、5 車輪速比演算手段、
6 補正車輪速差演算手段、7 操舵角演算手段(第1
の演算手段)、8走行路曲率演算手段(第1の演算手
段)。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車輪の車輪速をそれぞれ求める車輪速計
    測手段と、 左右の車輪速の差を表す車輪速差を求める車輪速差演算
    手段と、 左右の車輪速の平均値を表す車輪速平均を求める車輪速
    平均演算手段と、 上記車輪速平均に対する、車両の直進時における車輪速
    差の比を表す車輪速比を求める車輪速比演算手段と、 上記車輪速比と上記車輪速平均との積を上記車輪速差か
    ら減算して得られる補正車輪速差を演算する補正車輪速
    差演算手段と、 上記車輪速平均および上記補正車輪速差を用いて車両の
    操舵角を演算する第1の演算手段と、 を備える操舵角演算装置。
  2. 【請求項2】 車輪の車輪速をそれぞれ求める車輪速計
    測手段と、 左右の車輪速の差を表す車輪速差を求める車輪速差演算
    手段と、 左右の車輪速の平均値を表す車輪速平均を求める車輪速
    平均演算手段と、 上記車輪速平均に対する、車両の直進時における車輪速
    差の比を表す車輪速比を求める車輪速比演算手段と、 上記車輪速比と上記車輪速平均との積を上記車輪速差か
    ら減算して得られる補正車輪速差を演算する補正車輪速
    差演算手段と、 上記車輪速平均および上記補正車輪速差に基づいて走行
    路の曲率を表す走行路曲率を演算する第1の演算手段
    と、 を備える操舵角演算装置。
  3. 【請求項3】 上記第1の演算手段は、上記車輪速平均
    と上記補正車輪速差とに基づいてさらに車両の操舵角を
    演算する請求項2記載の操舵角演算装置。
  4. 【請求項4】 上記車輪速は、車両の従動輪の車輪速で
    ある請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の操舵角
    演算装置。
  5. 【請求項5】 上記車輪速比演算手段は、上記車輪速比
    の瞬間値に統計的処理を行ってから上記車輪速比を出力
    する請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の操舵角
    演算装置。
  6. 【請求項6】 上記車輪速比演算手段は、ローパスフィ
    ルタを備え、当該ローパスフィルタを通過させた値を上
    記車輪速の比として出力する請求項1ないし請求項4の
    いずれかに記載の操舵角演算装置。
  7. 【請求項7】 上記車輪速比演算手段は、車輪速の単位
    時間あたりの変化量に基づいて、今回演算により得られ
    た車輪速比の更新を行うか否かを判断する請求項1ない
    し請求項6のいずれかに記載の操舵角演算装置。
  8. 【請求項8】 上記車輪速計測手段は、車輪速を計測す
    る左右の車輪にかかる荷重をそれぞれ計測する荷重演算
    手段と、上記荷重から左右の車輪の扁平度をそれぞれ演
    算する扁平度演算手段と、上記扁平度に基づいて車輪速
    を補正する車輪速補正手段とを備える請求項1ないし請
    求項7のいずれかに記載の操舵角演算装置。
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