JP2008265545A - Center of gravity position estimating device of vehicle and center of gravity position/yaw inertia moment estimating device - Google Patents

Center of gravity position estimating device of vehicle and center of gravity position/yaw inertia moment estimating device Download PDF

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Daisuke Akaho
大輔 赤穂
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for estimating the horizontal position of center of gravity of a vehicle without grounding load value of a wheel. <P>SOLUTION: This device for estimating the center of gravity position in the vehicle estimates the horizontal position of the center of gravity of the vehicle based on the balance of yaw moment generated in a vehicle body due to the tire generating force applied from the road surface to the wheel in the horizontal direction between the wheel of the vehicle and the road surface when the magnitude of the yaw angle acceleration of the vehicle is smaller than a predetermined reference value. The yaw inertia moment of the vehicle may be estimated using the estimated center of gravity position. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車等の車両の重心位置又は重心位置及びヨー慣性モーメントを検出又は推定する装置に係り、より詳細には、車両の走行中に上記の如き車両の状態量を推定/検出する装置に係る。   The present invention relates to an apparatus for detecting or estimating the position of the center of gravity of a vehicle such as an automobile or the position of the center of gravity and the yaw moment of inertia, and more specifically, an apparatus for estimating / detecting a state quantity of the vehicle as described above while the vehicle is traveling. Concerning.

自動車等の車両の走行制御又は運動制御に於いて、その制御量を決定する上で、車両の重心の位置、ヨー慣性モーメントの大きさは、できるだけ正確に決定されていることが好ましい。例えば、車両の旋回中やまたぎ路(左右輪の摩擦状態が異なる路面)上の走行中に於いて、しばしば、車両挙動制御、即ち、車輪上の制駆動力の配分又は舵角を調節することにより、挙動を安定化する制御が実行されるとき、車両の重心周りのヨーモーメントを発生し(制御ヨーモーメント)、車両の走行軌道に対して車両のヨーレートが適当な値となるよう制御され、或いは、車両がスピン状態又はドリフトアウト状態に陥ることが回避される(例えば、特許文献1参照)。そのような場合に車両上に発生させられる制御ヨーモーメントは、車両に対して力を発生する車輪と重心までの距離や、車両のヨー慣性モーメントを考慮して算定される。従って、車両の走行又は運動制御を成功裡に達成するためには、制御ヨーモーメントの算定に必要な車両の重心の位置、ヨー慣性モーメントは、より正確に分かっている方がよい。   In the travel control or motion control of a vehicle such as an automobile, it is preferable that the position of the center of gravity of the vehicle and the magnitude of the yaw moment of inertia are determined as accurately as possible. For example, vehicle behavior control, that is, adjusting the distribution of the braking / driving force on the wheels or the steering angle, is often performed while the vehicle is turning or traveling on a straddle road (road surfaces with different frictional states of the left and right wheels). Thus, when the control to stabilize the behavior is executed, a yaw moment around the center of gravity of the vehicle is generated (control yaw moment), and the vehicle yaw rate is controlled to an appropriate value with respect to the vehicle travel path, Or it is avoided that a vehicle falls into a spin state or a drift-out state (for example, refer patent document 1). The control yaw moment generated on the vehicle in such a case is calculated in consideration of the distance between the wheel that generates a force on the vehicle and the center of gravity, and the yaw inertia moment of the vehicle. Therefore, in order to successfully achieve vehicle travel or motion control, it is better to know the position of the center of gravity of the vehicle and the yaw moment of inertia necessary for calculating the control yaw moment more accurately.

しかしながら、実際の車両に於いては、重心位置、ヨー慣性モーメントは、乗員数、積載する荷物の量及びそれらの車両上の分布又は配置によって変化してしまう。そこで、従来より、上記の如き車両の走行又は運動制御を最適に実行するために、車両の走行中に、重心位置、或いは、ヨー慣性モーメントを推定する装置又は方法が種々提案されている。例えば、特許文献2に於いては、車量の各輪の垂直(接地)荷重を計測し、その荷重の配分に基づいて、車両の水平方向の位置を推定することが提案されている。また、特許文献3は、車両の舵角制御にあたって車両の前後輪の接地荷重の変化に基づいてヨー慣性モーメントの変化を検出する手段を開示している。更に、特許文献4、5に於いては、車両のロール変化又はピッチ変化に伴う重心位置のずれを算出することを提案している。
特開2005−280688 特開平6−323894 実開昭63−181581 特開2006−76403 特開2006−117067
However, in an actual vehicle, the position of the center of gravity and the yaw moment of inertia change depending on the number of passengers, the amount of luggage to be loaded, and their distribution or arrangement on the vehicle. In view of this, various apparatuses or methods for estimating the position of the center of gravity or the yaw moment of inertia during the traveling of the vehicle have been proposed in order to optimally execute the traveling or motion control of the vehicle as described above. For example, in Patent Document 2, it is proposed to measure a vertical (ground contact) load of each wheel of a vehicle quantity and to estimate a horizontal position of the vehicle based on the distribution of the load. Patent Document 3 discloses means for detecting a change in yaw moment of inertia based on a change in ground load on front and rear wheels of a vehicle in steering angle control of the vehicle. Further, Patent Documents 4 and 5 propose to calculate the shift of the center of gravity position due to the roll change or pitch change of the vehicle.
JP-A-2005-280688 JP-A-6-323894 Japanese Utility Model Sho 63-181581 JP 2006-76403 A JP2006-117067

車両の重心の水平方向位置の検出又は推定に関して、上記の如き従来の技術に於ける装置又は方法では、車両の各輪の接地荷重から算定される車両上の於ける重量の分布に基づいて車両の重心位置が決定される。かかる手法は、重心の定義から考えても直接的であるところ、実際の車両では、車体は、弾性的に伸縮するサスペンションを介して車輪に支持されているので、各輪で計測される接地荷重の値は、サスペンションの振動若しくは伸縮の程度又は弾性係数若しくは粘弾性係数の変化の影響を受けることとなる。また、サスペンションの伸縮時に於ける各部の摩擦や弾性若しくは粘弾性的性質の経年変化によっても、接地荷重の値の精度は劣化し、従って、重心位置の検出又は推定の精度も劣化することとなる。更に、車両の重心高、ヨー慣性モーメント等が、車両の重心の水平方向位置を用いて検出又は推定される場合には、それらの値も精度が悪くなることとなる。しかしながら、従来の技術に於いて、車両の各輪の接地荷重の検出値を用いずに車両の重心の水平方向位置の検出又は推定を精度よく行うことのできる装置又は方法は、提案されていない。   Regarding the detection or estimation of the horizontal position of the center of gravity of a vehicle, the conventional apparatus or method described above is based on the weight distribution on the vehicle calculated from the ground contact load of each wheel of the vehicle. Is determined. This method is straightforward from the viewpoint of the definition of the center of gravity, but in an actual vehicle, the vehicle body is supported by the wheels via elastically extending and contracting suspensions. The value of is influenced by the degree of vibration or expansion / contraction of the suspension or the change of the elastic coefficient or viscoelastic coefficient. In addition, the accuracy of the value of the ground contact load also deteriorates due to the aging of the friction, elasticity or viscoelastic property of each part during expansion and contraction of the suspension, and therefore the accuracy of detection or estimation of the center of gravity position also deteriorates. . Further, when the height of the center of gravity of the vehicle, the yaw moment of inertia, and the like are detected or estimated using the horizontal position of the center of gravity of the vehicle, the accuracy of those values also deteriorates. However, no device or method has been proposed in the prior art that can accurately detect or estimate the horizontal position of the center of gravity of the vehicle without using the detected value of the ground contact load of each wheel of the vehicle. .

かくして、本発明の一つの課題は、車両の各輪の接地荷重の検出値を用いずに、従って、サスペンション等の車体の懸架装置の経年劣化等の影響されることなく、車両の走行中に車両の重心の(特に水平方向の)位置を推定することのできる新規な装置を提供することである。   Thus, one problem of the present invention is that the detected value of the ground load of each wheel of the vehicle is not used, and therefore, the vehicle is not affected by the aging deterioration of the suspension device of the vehicle body such as the suspension, etc. It is to provide a novel device capable of estimating the position of the center of gravity of a vehicle (particularly in the horizontal direction).

また、本発明のもう一つの課題は、上記の如き車両の重心の位置の推定装置により推定された車両の重心位置を用いて、又は、上記の装置に於いて、ヨー慣性モーメントを推定する装置を提供することである。   Another object of the present invention is an apparatus for estimating the yaw moment of inertia using the position of the center of gravity of the vehicle estimated by the apparatus for estimating the position of the center of gravity of the vehicle as described above. Is to provide.

更に、本発明のもう一つの課題は、上記の如き車両の重心の位置の推定装置であって、比較的廉価な手段を用いて、上記の如き車両の重心の水平方向位置、ヨー慣性モーメント及び/又は重心高を推定することのできる装置を提供することである。   Furthermore, another object of the present invention is an apparatus for estimating the position of the center of gravity of the vehicle as described above, which uses relatively inexpensive means and uses the horizontal position, the yaw moment of inertia and the position of the center of gravity of the vehicle as described above. An object of the present invention is to provide an apparatus capable of estimating the height of the center of gravity.

本発明によれば、概して述べれば、車両の車輪のタイヤと路面との間にて車両の水平方向に作用する力学的成分、即ち、タイヤの前後力、横力等を用いて車両の水平方向の重心位置を推定する装置が提供される。   According to the present invention, generally speaking, a mechanical component acting in the horizontal direction of the vehicle between the tire of the vehicle wheel and the road surface, that is, the horizontal direction of the vehicle using the longitudinal force, lateral force, etc. of the tire. An apparatus for estimating the position of the center of gravity is provided.

本発明の一つの態様によれば、本発明の装置は、車両に於ける重心の位置を推定する装置であって、車両のヨー角加速度の大きさが所定の基準値より小さいとき、車両の車輪と路面との間にて路面から車輪へ水平方向に作用するタイヤ発生力、即ち、タイヤの前後力(制駆動力)及び又は横力による車両の車体に発生するヨーモーメントの釣り合いに基づいて車両の重心の水平方向位置を推定することを特徴とする。   According to one aspect of the present invention, the apparatus of the present invention is an apparatus for estimating the position of the center of gravity in a vehicle, and when the magnitude of the yaw angular acceleration of the vehicle is smaller than a predetermined reference value, Based on the balance of yaw moment generated in the vehicle body due to the front and rear force (braking / driving force) and / or lateral force of the tire that acts horizontally between the wheel and the road surface from the road surface to the wheel. The horizontal position of the center of gravity of the vehicle is estimated.

走行中の車両の水平方向の運動、即ち、ヨー方向の運動は、車両の前後及び横方向の力と、車両の重心周りのヨーモーメントとにより表される。特に、車両の重心周りのヨーモーメントの運動方程式は、
I・dγ/dt=Mfl+Mfr+Mrl+Mrr …(1)
となる。ここで、Iは、ヨー慣性モーメント、γは、ヨーレート、Mi(i=fl、fr、rl、rrであり、それぞれ、左前輪、右前輪、左後輪、右後輪を表す。以下同様。)は、各輪に於いて水平方向に路面から作用する力(路面反力)に起因するヨーモーメントである。かかる式(1)に於いて、各輪のヨーモーメントMiは、各輪に作用する路面反力と、その作用点と重心との距離との外積であり、車両に於ける各輪の位置は設計値であるので予め知ることができる。従って、もしヨー慣性モーメントIの誤差の寄与が各輪の発生するヨーモーメントの大きさに比して実質的に無視し得る程度に小さければ、各輪に作用する路面反力を用いることにより、式(1)のヨーモーメントの釣り合いに基づいて(式(1)は、ダランベールの原理によれば、ヨーモーメントの釣り合いの式とみなされる。)、ヨー慣性モーメントIの不正確さによらず、各輪と重心との間の距離と方向との関係が決定され、かくして、車両に於ける重心の位置を特定することが可能となる。
The horizontal movement of the running vehicle, that is, the movement in the yaw direction, is represented by the longitudinal and lateral forces of the vehicle and the yaw moment around the center of gravity of the vehicle. In particular, the equation of motion of the yaw moment around the center of gravity of the vehicle is
I · dγ / dt = Mfl + Mfr + Mrl + Mrr (1)
It becomes. Here, I is the yaw moment of inertia, γ is the yaw rate, Mi (i = fl, fr, rl, rr), and represents the left front wheel, the right front wheel, the left rear wheel, and the right rear wheel, respectively. ) Is a yaw moment resulting from a force (road reaction force) acting from the road surface in the horizontal direction in each wheel. In this equation (1), the yaw moment Mi of each wheel is the outer product of the road surface reaction force acting on each wheel and the distance between the point of action and the center of gravity, and the position of each wheel in the vehicle is Since it is a design value, it can be known in advance. Therefore, if the contribution of the error of the yaw moment of inertia I is so small that it can be substantially ignored compared to the magnitude of the yaw moment generated by each wheel, by using the road surface reaction force acting on each wheel, Based on the balance of yaw moment in equation (1) (equation (1) is considered to be the equation of balance of yaw moment according to D'Alembert's principle), regardless of the inaccuracy of yaw moment of inertia I, The relationship between the distance and direction between each wheel and the center of gravity is determined, thus making it possible to specify the position of the center of gravity in the vehicle.

そこで、本発明の装置では、ヨーレートγの時間変化、即ち、ヨー角加速度dγ/dtの大きさが、式(1)の左辺の値の誤差を無視し得る程度まで小さくなったときに、タイヤ発生力による車両の車体に発生するヨーモーメントの釣り合いに基づいて車両の重心の水平方向位置を推定し、これにより、各輪の垂直荷重を用いずに、即ち、サスペンション等の車体の懸架装置の運動又は経年劣化等に影響されることなく、重心位置を推定することが可能となる。なお、本発明の装置では、上記の議論から理解される如く、典型的には、車両のヨー角加速度の大きさの所定の基準値が、実質的に0若しくは所定の微小値に設定され、ヨー角加速度の大きさがかかる所定の基準値より小さくなり、ヨーモーメントの運動方程式(1)が、下記の如く、
0=Mfl+Mfr+Mrl+Mrr …(2)、
とみなすことができるときに、重心の水平方向位置が推定されることが好ましい。しかしながら、ヨー慣性モーメントIの誤差が無視し得る程度であるときには、式(1)の左辺の寄与を考慮した釣り合いの式に基づいて、重心位置が推定されてもよいことは理解されるべきである。
Therefore, in the apparatus of the present invention, when the time change of the yaw rate γ, that is, the magnitude of the yaw angular acceleration dγ / dt becomes small enough to ignore the error in the value on the left side of the equation (1), the tire The horizontal position of the center of gravity of the vehicle is estimated on the basis of the balance of the yaw moment generated in the vehicle body by the generated force, so that the vertical load of each wheel is not used, that is, the suspension device of the vehicle body such as a suspension is used. The center-of-gravity position can be estimated without being affected by movement or aging degradation. In the device of the present invention, as understood from the above discussion, typically, the predetermined reference value of the magnitude of the yaw angular acceleration of the vehicle is set to substantially 0 or a predetermined minute value, The magnitude of the yaw angular acceleration becomes smaller than the predetermined reference value, and the equation of motion (1) of the yaw moment is as follows:
0 = Mfl + Mfr + Mrl + Mrr (2),
It is preferable that the horizontal position of the center of gravity is estimated. However, when the error of the yaw inertia moment I is negligible, it should be understood that the center-of-gravity position may be estimated based on a balance equation that takes into account the contribution of the left side of equation (1). is there.

上記の本発明のヨーモーメントの釣り合いに基づいて車両の重心の水平方向位置を推定する装置に於いて、車両の重心の水平方向位置のうち、車両の左右方向の位置は、車両が直進走行中のときに有利に推定することができる。車両が直進走行中(ヨー角加速度は、実質的に0である。)に於いては、式(2)が成立し、又、車輪上の横力も実質的に0であるので、横力のモーメントを考慮しなくてよい。従って、車輪のタイヤ発生力に起因するヨーモーメントは、車輪の前後力と、それに垂直な方向の、重心から各輪までの車両の左右方向の距離とにより表されることとなるので、式(2)に基づいて、車両の左右方向に於ける車輪の位置と重心位置との関係が決定され、これにより、車両の重心の車両の左右方向の位置を推定することができる。従って、本発明の装置の一つの態様に於いては、車両が直進走行中か否かを判定する手段を含み、車両が直進走行中と判定されたときに、車両の左側の車輪(左輪)に於いて発生するタイヤ発生力によるヨーモーメントと車両の右側の車輪(右輪)に於いて発生するタイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて車両の重心の水平方向の重心位置のうちの左右方向の位置が推定されるよう構成されてよい。また、車両が直進走行中か否かは、車両のヨーレートの大小により判定することができる。従って、本発明の装置の別の態様に於いては、車両のヨーレートが所定値(実質的に0又は所定の微小量であってよい。)より小さいときに、車両の左輪に於いて発生するタイヤ発生力によるヨーモーメントと車両の右輪に於いて発生するタイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて前記車両の重心の水平方向の重心位置のうちの左右方向の位置を推定するようになっていてよい。なお、車両が直進走行中であるか否かは、車両の操舵輪の舵角が所定値より小さいか否かにより判定されてもよい。   In the apparatus for estimating the horizontal position of the center of gravity of the vehicle based on the balance of the yaw moment of the present invention described above, the horizontal position of the center of gravity of the vehicle is determined so that the vehicle is traveling straight ahead. Can be advantageously estimated. When the vehicle is traveling straight (yaw angular acceleration is substantially 0), equation (2) is satisfied, and the lateral force on the wheels is substantially 0. It is not necessary to consider the moment. Therefore, the yaw moment resulting from the wheel tire generating force is represented by the longitudinal force of the wheel and the distance in the left-right direction of the vehicle from the center of gravity to each wheel in the direction perpendicular thereto. Based on 2), the relationship between the position of the wheel and the center of gravity position in the left-right direction of the vehicle is determined, whereby the position of the center of gravity of the vehicle in the left-right direction of the vehicle can be estimated. Accordingly, in one aspect of the device of the present invention, the vehicle includes means for determining whether or not the vehicle is traveling straight, and when it is determined that the vehicle is traveling straight, the left wheel (left wheel) of the vehicle is determined. Of the horizontal center of gravity of the vehicle based on the balance between the yaw moment generated by the tire generated force at the wheel and the yaw moment generated by the tire generated force at the right wheel (right wheel) of the vehicle. The position in the left-right direction may be estimated. Further, whether or not the vehicle is traveling straight can be determined based on the yaw rate of the vehicle. Accordingly, in another aspect of the apparatus of the present invention, it occurs at the left wheel of the vehicle when the vehicle yaw rate is less than a predetermined value (which may be substantially zero or a predetermined minute amount). Based on the balance between the yaw moment generated by the tire generated force and the yaw moment generated by the tire generated force at the right wheel of the vehicle, the horizontal position of the center of gravity of the vehicle in the horizontal direction is estimated. It may be. Note that whether or not the vehicle is traveling straight may be determined based on whether or not the steering angle of the steering wheel of the vehicle is smaller than a predetermined value.

他方、車両の重心の水平方向位置のうち、車両の前後方向の位置は、車両が定常旋回中のときに有利に推定することができる。定常旋回中(ヨー角加速度は、実質的に0である。)に於いては、タイヤ発生力に横力成分が発生し、横力及び前後力により生ずるヨーモーメントが、重心を車両の前後方向で挟んで釣り合った状態となる。そのときのヨーモーメントの釣り合いに於いては、前後輪それぞれの位置と重心との間の横力に対して垂直方向の距離(即ち、前輪のモーメントアームと後輪のモーメントアームのそれぞれの長さ)の違いが寄与することとなるので、式(2)に基づいて、車両の前後方向に於ける車輪の位置と重心位置との関係が決定され、これにより、車両の重心の車両の前後方向の位置を推定することができる。そこで、本発明の装置のもう一つの態様に於いては、車両が定常旋回走行中か否かを判定する手段を含み、車両が旋回走行中と判定されたときに、車両の前輪に於いて発生するタイヤ発生力によるヨーモーメントと車両の後輪に於いて発生するタイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて車両の重心の水平方向の重心位置のうちの前後方向の位置を推定するようになっていてよい。また、車両が定常旋回中か否かは、車両のヨーレートの大小により判定することができる。従って、本発明の装置の別の態様に於いては、車両のヨー角加速度が所定の基準値より小さく、ヨーレートが所定値より大きいときに、車両の前輪に於いて発生するタイヤ発生力によるヨーモーメントと車両の後輪に於いて発生するタイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて車両の重心の水平方向の重心位置のうちの前後方向の位置を推定するようになっていてよい。   On the other hand, among the horizontal positions of the center of gravity of the vehicle, the position in the front-rear direction of the vehicle can be advantageously estimated when the vehicle is in steady turning. During steady turning (yaw angular acceleration is substantially 0), a lateral force component is generated in the tire generating force, and the yaw moment generated by the lateral force and the longitudinal force causes the center of gravity to move in the longitudinal direction of the vehicle. It will be in the state of being balanced between. In the balance of yaw moment at that time, the distance perpendicular to the lateral force between the position of the front and rear wheels and the center of gravity (that is, the length of the moment arm of the front wheel and the moment arm of the rear wheel). ), The relationship between the wheel position and the center of gravity position in the longitudinal direction of the vehicle is determined based on the formula (2). Can be estimated. Therefore, in another aspect of the apparatus of the present invention, the apparatus includes a means for determining whether or not the vehicle is traveling in a steady turn. When the vehicle is determined to be turning, the front wheel of the vehicle Estimating the front-rear direction position of the horizontal center of gravity of the vehicle based on the balance between the yaw moment generated by the tire generated force and the yaw moment generated by the tire generated force at the rear wheel of the vehicle It may be. Whether the vehicle is in a steady turn can be determined by the magnitude of the yaw rate of the vehicle. Therefore, in another aspect of the apparatus of the present invention, when the yaw angular acceleration of the vehicle is smaller than a predetermined reference value and the yaw rate is larger than a predetermined value, the yaw due to the tire generating force generated at the front wheels of the vehicle. Based on the balance between the moment and the yaw moment generated by the tire-generated force generated at the rear wheel of the vehicle, the position in the front-rear direction of the horizontal center-of-gravity position of the center of gravity of the vehicle may be estimated.

なお、特に、定常旋回中で且定速走行中である場合には、車輪上の前後力が実質的に0であるので、車輪のタイヤ発生力に起因するヨーモーメントは、車輪の横力と、それに垂直な方向の、重心から各輪までの車両の前後方向の距離とにより表されることとなる(ただし、車輪の舵角を考慮する場合には、車両の前後方向に作用する力のモーメントが釣り合いの式に於いて考慮される。)。その場合、ヨーモーメントの釣り合いの式は、簡単され、従って、重心位置のための演算も容易になり、精度も向上する。   It should be noted that the yaw moment resulting from the wheel tire generating force is the same as the wheel lateral force, particularly when the vehicle is in a steady turn and running at a constant speed, because the longitudinal force on the wheel is substantially zero. , And the distance in the longitudinal direction of the vehicle from the center of gravity to each wheel in the direction perpendicular to it (however, when considering the steering angle of the wheels, the force acting in the longitudinal direction of the vehicle) Moments are taken into account in the balance equation). In that case, the equation for balancing the yaw moment is simplified, and therefore the calculation for the position of the center of gravity is facilitated and the accuracy is improved.

上記の一連の本発明の装置の実施の形態に於いては、好適には、推定演算が容易となるように、車両の重心の水平方向位置は、車両に於ける所定の基準位置、例えば、車両の幾何学的な中心位置や設計上の重心位置、からの(車両の)前後方向及び左右方向の)距離により特定されてよい(重心を基準として、各輪の位置の距離と方向を特定するようになっていてもよいことは理解されるべきである。)。また、本発明の装置に於いて、上記の如く、重心の位置は、ヨーモーメントの釣り合いに基づいて推定されるところ、実際の装置に於いて、ヨーモーメントの釣り合いの式を用いて解かれた重心の位置の演算式が用いられ、かかる演算式は、車両の各輪の路面から車輪へ水平方向に作用するタイヤ発生力と舵角と、車両の諸元(トレッド長、車軸間距離等)とにより表される。従って、本発明の装置に於いて、重心の位置は、前記のタイヤ発生力と舵角とに基づいて推定されるようになっていてよい。   In the above-described series of embodiments of the device of the present invention, preferably, the horizontal position of the center of gravity of the vehicle is a predetermined reference position in the vehicle, for example, so that the estimation calculation is easy. The distance and direction of each wheel position can be specified (based on the center of gravity as a reference) by the distance from the geometric center position of the vehicle and the design center of gravity position (in the vehicle front-rear direction and left-right direction). It should be understood that it may come to be.) In the apparatus of the present invention, as described above, the position of the center of gravity is estimated based on the balance of the yaw moment, but in the actual apparatus, it is solved using the formula of the balance of the yaw moment. A calculation formula for the position of the center of gravity is used, and the calculation formula is such that the tire generation force and the steering angle acting on the wheels from the road surface to the wheels in the horizontal direction, and the vehicle specifications (tread length, axle distance, etc.) And is represented by Therefore, in the apparatus of the present invention, the position of the center of gravity may be estimated based on the tire generating force and the steering angle.

更に、車輪へ水平方向に作用するタイヤ発生力は、車輪に装備される前後力・横力センサ又は横力センサにより計測された値であってよい。前記の如きセンサは、現在のところ、廉価に入手可能である。従って、本発明によれば、廉価に重心位置をよりよい精度にて推定することが可能となる。   Further, the tire generated force acting on the wheel in the horizontal direction may be a value measured by a longitudinal force / lateral force sensor or a lateral force sensor provided on the wheel. Such sensors are currently available at low cost. Therefore, according to the present invention, it is possible to estimate the center of gravity position with better accuracy at a low cost.

また、上記の本発明の装置は、車両の走行中、ヨー角加速度、ヨーレート等の値について所定の条件が成立した場合であれば、車両の走行中、任意の時期に重心位置の推定が実行することができる。そこで、推定を逐次的に繰り返し、その平均値を取ることにより、推定結果の精度が向上されるようになっていてよい。この点に関し、推定結果は、各輪のタイヤ発生力の大きさが大きいほど精度が良いと考えられる。そこで、上記の本発明の装置に於いて、車両の重心の水平方向位置が車両に於ける所定の基準位置からの距離により特定される場合には、車両の重心の水平方向位置の基準位置からの距離の一時値を車両の走行中逐次的に算定する手段と、逐次的に算定された車両の重心の水平方向位置の一時値の重み付け平均値を演算する手段とが設けられ、重み付け平均値が、車両の重心の水平方向位置の一時値に重み係数を乗じた値の平均値であり、重み係数がタイヤ発生力の大きさと共に増大し、重み付け平均値が車両の重心の水平方向位置の前記の基準位置からの距離として推定されるようになっていてよい。   Further, the above-described apparatus according to the present invention performs estimation of the center of gravity position at any time during traveling of the vehicle if predetermined conditions are satisfied with respect to values such as yaw angular acceleration and yaw rate during traveling of the vehicle. can do. Therefore, the accuracy of the estimation result may be improved by sequentially repeating the estimation and taking the average value. In this regard, it is considered that the estimation result is more accurate as the tire generation force of each wheel is larger. Therefore, in the above-described apparatus of the present invention, when the horizontal position of the center of gravity of the vehicle is specified by the distance from the predetermined reference position in the vehicle, the reference position of the horizontal position of the center of gravity of the vehicle is determined. Means for sequentially calculating a temporary value of the distance of the vehicle during traveling of the vehicle, and means for calculating a weighted average value of the temporary value of the horizontal position of the center of gravity of the vehicle calculated sequentially. Is the average value of the temporary value of the horizontal position of the center of gravity of the vehicle multiplied by the weighting factor, the weighting factor increases with the magnitude of the tire generating force, and the weighted average value is the value of the horizontal position of the center of gravity of the vehicle. It may be estimated as a distance from the reference position.

ところで、上記の本発明の装置に於いて、重心位置が精度よく推定され、上記の式(1)の右辺の値の精度が良くなれば、ヨー角加速度が大きいときに、即ち、式(1)の値が有意な値を取る時には、式(1)に基づいて、車両のヨー慣性モーメントを推定できることとなる。そこで、上記の本発明の装置は、更に、推定された車両の重心の水平方向位置を用いて算出される車輪へ水平方向に作用するタイヤ発生力により車両の車体に発生するヨーモーメントと車両のヨー角加速度とに基づいて車両のヨー慣性モーメントを推定する手段が含まれていてよい。なお、重心位置の推定の場合と同様に、ヨー慣性モーメントの推定は、車両の走行中、逐次実行でき、また、推定精度は、ヨー角加速度の大きさが大きいほど向上するので、前記の装置は、車両のヨー慣性モーメントの一時値を車両の走行中逐次的に算定する手段と、逐次的に算定された車両のヨー慣性モーメントの一時値の重み付け平均値を演算する手段とを含み、重み付け平均値が、車両のヨー慣性モーメントの一時値に重み係数を乗じた値の平均値であり、重み係数がヨー角加速度の大きさと共に増大し、重み付け平均値が車両のヨー慣性モーメントとして推定されるようになっていてよい。(車両のヨー慣性モーメントも推定する場合には、車両の状態量推定装置と称されてもよく、そのような装置も本発明の範囲に属する。)   By the way, in the above-described apparatus of the present invention, if the position of the center of gravity is accurately estimated and the accuracy of the value on the right side of the equation (1) is improved, the yaw angular acceleration is large, that is, the equation (1). ) Takes a significant value, the vehicle yaw moment of inertia can be estimated based on equation (1). Therefore, the above-described apparatus of the present invention further includes the yaw moment generated in the vehicle body by the tire generating force acting horizontally on the wheels calculated using the estimated horizontal position of the center of gravity of the vehicle, and the vehicle Means for estimating the yaw moment of inertia of the vehicle based on the yaw angular acceleration may be included. As in the case of estimating the center of gravity position, the estimation of the yaw moment of inertia can be performed sequentially while the vehicle is running, and the estimation accuracy improves as the magnitude of the yaw angular acceleration increases. Includes means for sequentially calculating a temporary value of the yaw inertia moment of the vehicle while the vehicle is traveling, and means for calculating a weighted average value of the temporary values of the yaw inertia moment of the vehicle that are sequentially calculated. The average value is the average value of the temporary value of the yaw inertia moment of the vehicle multiplied by the weighting factor, the weighting factor increases with the magnitude of the yaw angular acceleration, and the weighted average value is estimated as the yaw inertia moment of the vehicle. You may be supposed to. (If the yaw moment of inertia of the vehicle is also estimated, it may be referred to as a vehicle state quantity estimating device, and such a device also belongs to the scope of the present invention.)

また、上記の本発明の一連の装置の態様に於いて、車両に車輪の接地荷重を検出する手段が設けられている場合には、その検出値を用いて重心高も推定できるようになっていてよい。その場合、本発明によれば、サスペンションの影響を実質的に受けることなく推定された上記の重心の水平方向位置と併せて、重心高の検出ができ、従って、車両の乗員・積載物の変化に対応して、従前に比して向上された車両の走行・運動制御が実行できることが期待される。かくして、本発明の装置の一つの態様に於いては、更に、車両の前後方向のタイヤ発生力に基づいて算定される車両の車体に作用するピッチモーメントと路面から車両の車輪に車両の垂直方向に作用するピッチモーメントとの釣り合いに基づいて車両の重心高を推定する手段を含んでいてよい。この場合も、重心高の推定は、車両の走行中、逐次実行でき、推定精度は、タイヤ発生力の大きさが大きいほど向上するので、車両の重心高の一時値を車両の走行中逐次的に算定する手段と、逐次的に算定された車両の重心高の一時値の重み付け平均値を演算する手段とを含み、重み付け平均値が、車両の重心高の一時値に重み係数を乗じた値の平均値であり、重み係数が前記タイヤ発生力の大きさと共に増大し、重み付け平均値が車両の重心高として推定されるようになっていてよい。   Further, in the above-described series of apparatus embodiments of the present invention, when the vehicle is provided with means for detecting the ground contact load of the wheel, the height of the center of gravity can be estimated using the detected value. It's okay. In that case, according to the present invention, the height of the center of gravity can be detected together with the estimated horizontal position of the center of gravity estimated substantially without being affected by the suspension. Corresponding to the above, it is expected that the running / motion control of the vehicle can be executed which is improved as compared with the past. Thus, in one aspect of the apparatus of the present invention, the pitch moment acting on the vehicle body calculated based on the tire generating force in the longitudinal direction of the vehicle and the vehicle surface from the road surface to the vehicle wheel in the vertical direction. Means for estimating the height of the center of gravity of the vehicle based on the balance with the pitch moment acting on the vehicle may be included. Also in this case, the estimation of the center of gravity height can be performed sequentially while the vehicle is traveling, and the estimation accuracy improves as the magnitude of the tire generating force increases. And a means for calculating a weighted average value of the temporary value of the center of gravity of the vehicle calculated sequentially, and the weighted average value is a value obtained by multiplying the temporary value of the height of the center of gravity of the vehicle by a weighting factor. The weight coefficient increases with the magnitude of the tire generating force, and the weighted average value may be estimated as the height of the center of gravity of the vehicle.

上記の本発明の車両の重心位置を推定する装置に於いて、理解されるべきことは、その重心位置の推定結果は、車両の走行中の水平方向に於いて車輪に作用する力学的成分、即ち、車両のヨー方向の挙動に直接影響を及ぼす力学的成分により与えられるという点である。既に述べた如く、車両の重心の水平方向位置又はヨー慣性モーメントの値は、典型的には、車両のヨー方向の挙動の安定化する制御に於いて、制御対象の特性を表すパラメータとして、制御量(制御ヨーモーメント)を決定するために用いられる。即ち、本発明によれば、制御対象の応答を決定する特性が、その値を使用する制御に於いて調節される物理量に対する応答によって決定されることとなる。従って、実際に制御を実行する段階に、即ち、その物理量を積極的に制御する段階に、期待通りの制御対象の応答結果が得られる可能性が高くなり、全く別の手法により求められた重心位置を用いる場合よりも、良好な制御結果を与えることができると期待される。換言すれば、本発明による重心位置は、ヨー挙動に於ける重心位置と見なすべき位置に特定されることになるので(ヨー挙動とは関係ないパラメータにより決定された重心位置は、ヨー挙動に於いて重心とみなすべき位置と一致しているとは限らない。)、本発明の装置は、車両のヨー挙動制御に特に適した重心位置が決定できる装置であるということができる。   In the apparatus for estimating the center of gravity position of the vehicle of the present invention described above, it should be understood that the estimation result of the center of gravity position is a mechanical component acting on the wheels in the horizontal direction while the vehicle is running, That is, it is given by a mechanical component that directly affects the behavior of the vehicle in the yaw direction. As described above, the horizontal position of the center of gravity of the vehicle or the value of the yaw moment of inertia is typically used as a parameter that represents the characteristics of the controlled object in the control that stabilizes the behavior of the vehicle in the yaw direction. Used to determine the quantity (control yaw moment). That is, according to the present invention, the characteristic that determines the response of the control target is determined by the response to the physical quantity adjusted in the control using the value. Therefore, there is a high possibility that the response result of the control target as expected is obtained at the stage of actually executing the control, that is, at the stage of actively controlling the physical quantity, and the center of gravity obtained by a completely different method is obtained. It is expected that a better control result can be given than when the position is used. In other words, the centroid position according to the present invention is specified as a position to be regarded as the centroid position in the yaw behavior (the centroid position determined by the parameters not related to the yaw behavior is Therefore, it can be said that the apparatus of the present invention can determine a position of the center of gravity particularly suitable for controlling the yaw behavior of the vehicle.

また、後述の好ましい実施形態に於いて、重心位置推定のための車輪に作用する力学的成分の検出は、この分野に於いて比較的容易に入手可能な前後力・横力センサや六分力計を用いて実行されてよく、その場合、重心位置決定のための装置の開発コスト又は時間を低く抑えることができ、非常に有利である。   Further, in a preferred embodiment described later, detection of a mechanical component acting on a wheel for estimating the center of gravity is performed by using a longitudinal force / lateral force sensor or a six component force that is relatively easily available in this field. It can be implemented using a meter, in which case the development cost or time of the device for determining the position of the center of gravity can be kept low, which is very advantageous.

本発明のその他の目的及び利点は、以下に於いて、部分的に明らかになり、指摘される。   Other objects and advantages of the present invention will be in part apparent and pointed out hereinafter.

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を幾つかの好ましい実施形態について詳細に説明する。図中、同一の符号は、同一の部位を示す。   The present invention will now be described in detail with reference to a few preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. In the figure, the same reference numerals indicate the same parts.

車両の重心位置推定の原理
以下に説明される本発明の幾つかの実施形態に於いては、車両の重心の前後方向の位置、左右方向(横方向)の位置、ヨー慣性モーメント、重心高が推定される。以下、具体的な本発明の装置の実施形態についての説明に先立って、本発明に於ける前記の各量の推定原理について説明する。
Principle of vehicle center-of-gravity position estimation In some embodiments of the present invention described below, the position of the center of gravity of the vehicle in the front-rear direction, the position in the left-right direction (lateral direction), the yaw inertia moment, and the height of the center of gravity Presumed. Hereinafter, prior to description of a specific embodiment of the apparatus of the present invention, the principle of estimation of each quantity in the present invention will be described.

(i)車両の重心周りのヨーモーメント
四輪自動車の重心周りのヨーモーメントは、「発明の開示」の欄に於いて述べた如く、式(1)、即ち、
I・dγ/dt=Mfl+Mfr+Mrl+Mrr …(1)
により与えられる。図1を参照して、車両1の各輪2のタイヤ発生力に起因するヨーモーメントMiは、各輪の前後力Fxi及び横力Fyiを用いて、以下の如く与えられる。

Figure 2008265545
ここに於いて、Trは、トレッド長、Lは、前輪と後輪の車軸間距離、δは、前輪の舵角である。また、Gx、Gyは、それぞれ、車両の中心(トレッド長と車軸間距離の中点)からの車両の重心位置までの前後方向及び左右方向の距離である。もし、設計上の重心位置が車両の中心位置に一致していない場合は、上記の式に於いて、Tr/2及び/又はL/2が適宜変更されればよいことは理解されるべきである。なお、力は、前方及び左方向を正とし、モーメントは、左回転方向を正としているが、重心位置は、前方及び右方向を正としている。 (I) Yaw moment around the center of gravity of the vehicle The yaw moment around the center of gravity of the four-wheeled vehicle is expressed by the equation (1), as described in the section of “Disclosure of the Invention”:
I · dγ / dt = Mfl + Mfr + Mrl + Mrr (1)
Given by. Referring to FIG. 1, yaw moment Mi resulting from tire generating force of each wheel 2 of vehicle 1 is given as follows using longitudinal force Fxi and lateral force Fyi of each wheel.
Figure 2008265545
Here, Tr is the tread length, L is the distance between the axles of the front and rear wheels, and δ is the steering angle of the front wheels. Gx and Gy are distances in the front-rear direction and the left-right direction from the center of the vehicle (the midpoint of the tread length and the distance between the axles) to the position of the center of gravity of the vehicle. It should be understood that Tr / 2 and / or L / 2 may be appropriately changed in the above formula if the designed center of gravity position does not coincide with the center position of the vehicle. is there. Note that the force is positive in the forward and left directions, and the moment is positive in the left rotation direction, but the center of gravity is positive in the forward and right directions.

上記の式(1)に於いて、ヨー角加速度が小さく、左辺が、各輪のヨーモーメントMiに比して無視し得るほど小さいときには、既に述べた如く、ヨー慣性モーメントの大きさによらず、前記の式(2)、
0=Mfl+Mfr+Mrl+Mrr …(2)
が成立し、ヨーモーメントの釣り合いが、各輪のタイヤ発生力、重心位置、舵角により与えられる。車両の重心位置Gx、Gyは、式(2)の関係を用いて算出される。
In the above formula (1), when the yaw angular acceleration is small and the left side is negligibly small compared to the yaw moment Mi of each wheel, as described above, regardless of the magnitude of the yaw moment of inertia. , The above formula (2),
0 = Mfl + Mfr + Mrl + Mrr (2)
Is established, and the balance of the yaw moment is given by the tire generating force, the center of gravity position, and the steering angle of each wheel. The center-of-gravity positions Gx and Gy of the vehicle are calculated using the relationship of Expression (2).

(ii)車両の重心の左右方向位置Gy
式(2)に於いて、車両が直進走行しているとき、dγ/dt=0、δ=0、横力Fyi=0となる。従って、式(2)は、
0=Mfl+Mfr+Mrl+Mrr
=-Fxfl(Tr/2+Gy)+Fxfr(Tr/2-Gy)-Fxrl(Tr/2+Gy)+Fxrr(Tr/2-Gy)
となるので、Gyについて解くと、

Figure 2008265545
となる。即ち、左右輪間の前後力の比を
(Fxfr+Fxrr):(Fxfl+Fxrl)=1:a
と置くと、左右方向の重心位置Gyは、
Gy=Tr/2・{(1−a)/(1+a)} …(4b)
により特定される。従って、車両が直進走行、特に、加減速走行しているとき(定速では、走行抵抗を(仮に)無視すると前後力が発生しない。)、タイヤの前後力を用いて左右方向の重心位置Gyが得られることとなる。 (ii) Position Gy in the left-right direction of the center of gravity of the vehicle
In the equation (2), when the vehicle is traveling straight ahead, dγ / dt = 0, δ = 0, and lateral force Fyi = 0. Therefore, equation (2) becomes
0 = Mfl + Mfr + Mrl + Mrr
= -Fxfl (Tr / 2 + Gy) + Fxfr (Tr / 2-Gy) -Fxrl (Tr / 2 + Gy) + Fxrr (Tr / 2-Gy)
So, if you solve for Gy,
Figure 2008265545
It becomes. That is, the ratio of the longitudinal force between the left and right wheels
(Fxfr + Fxrr) :( Fxfl + Fxrl) = 1: a
The center of gravity position Gy in the left-right direction is
Gy = Tr / 2 · {(1-a) / (1 + a)} (4b)
Specified by. Therefore, when the vehicle is traveling straight, particularly when accelerating / decelerating (at constant speed, if the traveling resistance is ignored (provisionally), no longitudinal force is generated), the center-of-gravity position Gy in the left-right direction using the longitudinal force of the tire. Will be obtained.

(iii)車両の重心の前後方向位置Gx
車両の旋回中のとき、舵角が一定(dγ/dt=0)であれば、式(2)によりGxは、下記の式により与えられる。
Gx=A/B …(5a)
ここで、

Figure 2008265545
である。また、車両が定速走行中、即ち、車輪の前後力Fxi=0であれば、Gxは、
Figure 2008265545
により与えられる。なお、上記の式(5a)、(5b)に於いて、舵角δが、δ≪1を満たし、車両の中心から重心までの距離GyがTr、Lに比して小さいときには、cosδ〜1;sinδ〜δと置き、且、Gy・δ〜0と置いて、式(5a)の分子A及び分母Bは、
Figure 2008265545
と近似されてよい。また、車両が定速走行中の場合の式(5b)は、
Figure 2008265545
と近似されてよい(この場合、Gyが無くなる。)
上記の式に於いて、Gyの値は、式(4)による算出されたGyの値が代入される。(通常、車両が発進する際、車両は、まず、直進に加速されるので、式(5)により、Gxの推定が実行される際、式(4)によるGyは利用可能である。)しかしながら、タイヤの前後力が測定できない場合は、車両の設計値(諸元)が代入される(式(5b’)を使用する場合は除く。)。 (iii) The longitudinal position Gx of the center of gravity of the vehicle
If the rudder angle is constant (dγ / dt = 0) while the vehicle is turning, Gx is given by the following equation according to equation (2).
Gx = A / B (5a)
here,
Figure 2008265545
It is. Further, if the vehicle is traveling at a constant speed, that is, if the longitudinal force Fxi of the wheel is 0, Gx is
Figure 2008265545
Given by. In the above formulas (5a) and (5b), when the steering angle δ satisfies δ << 1, and the distance Gy from the center of the vehicle to the center of gravity is smaller than Tr and L, cos δ˜1 , Where sin δ˜δ and Gy · δ˜0, the numerator A and the denominator B of formula (5a) are
Figure 2008265545
May be approximated. Further, the equation (5b) when the vehicle is traveling at a constant speed is
Figure 2008265545
(In this case, Gy disappears.)
In the above equation, the value of Gy calculated by equation (4) is substituted for the value of Gy. (Normally, when the vehicle starts, the vehicle is first accelerated in a straight line, so that Gy according to equation (4) can be used when Gx is estimated according to equation (5).) When the longitudinal force of the tire cannot be measured, the design value (specifications) of the vehicle is substituted (except when the equation (5b ′) is used).

(iv)ヨー慣性モーメントI
dγ/dt≠0のとき、式(1)より、ヨー慣性モーメントは、
I=(Mfl+Mfr+Mrl+Mrr)/(dγ/dt) …(6)
により与えられる。Miの演算は、式(3)を用いて行われるところ、それらの式のGx、Gyは、上記の式(4a)〜(5b’)により算定された値が代入される。
(iv) Yaw moment of inertia I
When dγ / dt ≠ 0, from equation (1), the yaw moment of inertia is
I = (Mfl + Mfr + Mrl + Mrr) / (dγ / dt) (6)
Given by. The calculation of Mi is performed using the formula (3), and the values calculated by the above formulas (4a) to (5b ′) are substituted for Gx and Gy of those formulas.

(v)重心高Gz
重心高は、車両が直進加減速走行中のときの車両に作用するピッチモーメントの釣り合いにより算定される。例えば、車両が減速する際には、図2に示されている如く、重心に慣性力が作用して車両にピッチモーメントが作用する。これと釣り合うためには、路面からの車輪の鉛直方向の力(接地荷重の反力)によるピッチモーメントが変化しなくてはならない(車両は、車輪も含めて剛体と仮定し、車両加減速時の重心高の変化は、無視する。)。そこで、車両の直進加減速走行中に於ける後輪の接地点周りのピッチモーメントの釣り合いを考えると、以下の通りとなる。
mg・(L/2+Gx)+Ft・Gz=Wf・L …(7)
ここで、mgは、車重×重力加速度、Ftは、加減速力に対する慣性力、Wfは、前輪荷重に対する路面から車輪への反力である。また、式(7)に於いて、第一項は、重力によるピッチモーメント、第二項は、慣性力に対するピッチモーメント、第三項は、路面からの反力によるピッチモーメントである。かくして、式(7)より、Gzは、
Gz={Wf・L−mg・(L/2+Gx)}/Ft …(8a)
により与えられる。慣性力Ftは、各輪の前後力の総和であってよい。Wfは、前輪の接地荷重の和であり、荷重センサ等により検出される。また、車両の全輪に荷重センサが設けられている場合、車両の静止状態に於けるピッチモーメントの釣り合いが、
mg・(L/2+Gx)=Wfo・L …(9)
により与えられるので(Wfoは、車両の静止状態での前輪の接地荷重の総和に等しい。)、式(8)は、
Gz=(Wf−Wfo}・L/Ft …(8b)
により与えられてよい(Gxが、式(5a)〜(5b’)で与えられる場合、式(9)により、前輪荷重のみにより、車重mが算定できることとなる。)。
(V) Center of gravity height Gz
The height of the center of gravity is calculated based on the balance of the pitch moment acting on the vehicle when the vehicle is traveling straight ahead. For example, when the vehicle decelerates, as shown in FIG. 2, an inertial force acts on the center of gravity and a pitch moment acts on the vehicle. In order to balance this, the pitch moment due to the vertical force of the wheels from the road surface (the reaction force of the ground load) must change (the vehicle is assumed to be a rigid body including the wheels, and the vehicle is accelerated / decelerated) Ignore changes in the height of the center of gravity.) Therefore, considering the balance of the pitch moment around the ground contact point of the rear wheel during the vehicle's straight acceleration / deceleration running, the following is obtained.
mg · (L / 2 + Gx) + Ft · Gz = Wf · L (7)
Here, mg is vehicle weight × gravity acceleration, Ft is an inertial force with respect to acceleration / deceleration force, and Wf is a reaction force from the road surface to the wheel with respect to the front wheel load. In the equation (7), the first term is the pitch moment due to gravity, the second term is the pitch moment with respect to the inertial force, and the third term is the pitch moment due to the reaction force from the road surface. Thus, from equation (7), Gz is
Gz = {Wf · L−mg · (L / 2 + Gx)} / Ft (8a)
Given by. The inertial force Ft may be the sum of the longitudinal forces of each wheel. Wf is the sum of the ground load of the front wheels, and is detected by a load sensor or the like. In addition, when load sensors are provided on all the wheels of the vehicle, the balance of the pitch moment when the vehicle is stationary is
mg · (L / 2 + Gx) = Wfo · L (9)
(Wfo is equal to the sum of the ground contact loads of the front wheels when the vehicle is stationary).
Gz = (Wf−Wfo} · L / Ft (8b)
(When Gx is given by the equations (5a) to (5b ′), the vehicle weight m can be calculated from the front wheel load only by the equation (9)).

なお、上記と同様に、後輪の接地荷重を用いて、前輪の接地点周りのピッチモーメントの釣り合いに基づき、重心高Gzを算出することも可能であることは理解されるべきである。また、全輪に於いて接地荷重Wiが検出できる場合、重心の水平方向位置Gx、Gyは、前後輪の荷重比又は左右輪の荷重比により算定可能である。即ち、前後輪の荷重比が
Wfl+Wfr:Wrl+Wrr=1:b
のとき、Gxは、
Gx=(L/2)・(1−b)/(1+b) …(10a)
により与えられ、
Wfr+Wrr:Wfl+Wrl=1:c
のとき、
Gy=(Tr/2)・(1−c)/(1+c)…(10b)
により与えられる。これらの値は、Gx、Gyの初期値として利用されてよい。
It should be understood that the center-of-gravity height Gz can be calculated based on the balance of the pitch moment around the front wheel contact point using the rear wheel contact load as described above. Further, when the ground contact load Wi can be detected in all the wheels, the horizontal positions Gx and Gy of the center of gravity can be calculated from the load ratio of the front and rear wheels or the load ratio of the left and right wheels. That is, the load ratio of the front and rear wheels is Wfl + Wfr: Wrl + Wrr = 1: b
Then Gx is
Gx = (L / 2). (1-b) / (1 + b) (10a)
Given by
Wfr + Wrr: Wfl + Wrl = 1: c
When,
Gy = (Tr / 2) · (1-c) / (1 + c) (10b)
Given by. These values may be used as initial values of Gx and Gy.

(vi)推定値の重み付け平均値
上記の重心位置Gx、Gy、ヨー慣性モーメントI、重心高Gzの推定値は、逐次的に、それぞれの値の推定が可能な又は推定に有利な条件が成立したときに算定される。この点に関し、推定は、後述の各種センサの検出値を使用して実行されるので、推定値には、センサの検出値の誤差に起因する誤差が含まれる。そこで、上記推定値の誤差を低減するために、逐次的に推定された各値の平均値を演算し、その平均値を最終的な推定結果値とするようになっていてよい。その際、各センサの値は、通常、検出値が大きいほど精度が良いと考えられるので、逐次算定された結果値(一時値)に、対応するセンサの検出値が大きいほど大きくなる重みを付けた平均値(重み付き平均値)を演算するようになっていてよい。
(Vi) Weighted average value of estimated values The estimated values of the center of gravity positions Gx, Gy, the yaw inertia moment I, and the center of gravity height Gz satisfy the conditions that allow the respective values to be estimated sequentially or that are advantageous to the estimation. Calculated when In this regard, since the estimation is performed using detection values of various sensors, which will be described later, the estimation value includes an error due to an error in the detection value of the sensor. Therefore, in order to reduce the error of the estimated value, an average value of each estimated value may be calculated, and the average value may be used as a final estimated result value. At that time, the value of each sensor is generally considered to be more accurate as the detected value is larger. Therefore, the result value (temporary value) calculated sequentially is weighted so as to increase as the detected value of the corresponding sensor increases. The average value (weighted average value) may be calculated.

重心位置Gx、Gy、重心高Gzについては、タイヤ発生力の総和(の絶対値)が大きいほど大きくなる重みを付けた平均値が以下の式により算定される。

Figure 2008265545
ここに於いて、積分は、装置の作動開始時又は適宜選択された時刻から現在の時刻Tまでの値について行う。Gx,y,z_mは、重心位置Gx、Gy又は重心高Gzの重み付き平均値であり、Gx,y,z(τ)は、時刻τの重心位置Gx、Gy又は重心高Gzの推定結果の一時値(式(4a)〜(5b’)のいずれかの値)である。Ft(τ)は、時刻τのときのタイヤ発生力の総和(ベクトル和)の絶対値であり、Ω(Ft)は、Ftをパラメータとする重み係数である。重み係数Ωは、図3(A)に例示されている如く、タイヤ発生力の総和(ベクトル和)の絶対値Ftが大きくなるほど増大する任意に設定されてよい関数である。Ftは、各輪の前後力の総和Fx及び横力の総和Fyより、
Ft=(Fx+Fy1/2 …(12a)
により与えられる。FxとFyは、図1を参照して、それぞれ、
Fx=(Fxfl+Fxfr)cosδ+Fxrl+Fxrr-(Fyfr+Fyfl)sinδ
Fy=(Fyfl+Fyfr)cosδ+Fyrl+Fyrr-(Fxfr+Fxfl)sinδ …(12b)
により与えられる。かくして、上記の式(11)によれば、タイヤ発生力が大きいときの推定一時値の平均値Gx,y,z_mに於ける寄与が大きくなり、これにより、推定精度が向上されることが期待される。 For the center of gravity positions Gx and Gy and the center of gravity height Gz, an average value with a weight that increases as the total sum of tire generation forces (the absolute value thereof) increases is calculated by the following equation.
Figure 2008265545
Here, the integration is performed for values from the start of operation of the apparatus or a time selected as appropriate to the current time T. Gx, y, z_m is a weighted average value of the centroid position Gx, Gy or centroid height Gz, and Gx, y, z (τ) is the estimated result of the centroid position Gx, Gy or centroid height Gz at time τ. It is a temporary value (any one of the formulas (4a) to (5b ′)). Ft (τ) is an absolute value of the sum (vector sum) of tire generation forces at time τ, and Ω (Ft) is a weighting coefficient using Ft as a parameter. As illustrated in FIG. 3A, the weighting coefficient Ω is a function that can be arbitrarily set to increase as the absolute value Ft of the total sum (vector sum) of tire generation forces increases. Ft is the sum of front and rear forces Fx and the sum of lateral forces Fy of each wheel.
Ft = (Fx 2 + Fy 2 ) 1/2 (12a)
Given by. Fx and Fy are respectively referred to FIG.
Fx = (Fxfl + Fxfr) cosδ + Fxrl + Fxrr- (Fyfr + Fyfl) sinδ
Fy = (Fyfl + Fyfr) cosδ + Fyrl + Fyrr− (Fxfr + Fxfl) sinδ (12b)
Given by. Thus, according to the above equation (11), the contribution in the average value Gx, y, z_m of the estimated temporary value when the tire generating force is large is increased, and this is expected to improve the estimation accuracy. Is done.

ヨー慣性モーメントIの重み付き平均値は、ヨー角加速度dγ/dtの絶対値が大きいほど、そのときの推定の一時値の平均値に於ける寄与が大きくなるよう演算される。具体的には、ヨー慣性モーメントIの重み付き平均値I_mは、

Figure 2008265545
により与えられる。ここで、I(τ)は、時刻τに推定されたヨー慣性モーメントの一時値であり、Ψは、図3(B)に示されている如く、dγ/dtの絶対値が大きくなるほど大きくなる重み係数である。 The weighted average value of the yaw moment of inertia I is calculated such that the larger the absolute value of the yaw angular acceleration dγ / dt, the greater the contribution to the average value of the estimated temporary value at that time. Specifically, the weighted average value I_m of the yaw moment of inertia I is
Figure 2008265545
Given by. Here, I (τ) is a temporary value of the yaw moment of inertia estimated at time τ, and ψ increases as the absolute value of dγ / dt increases, as shown in FIG. It is a weighting factor.

なお、重心位置、重心高、ヨー慣性モーメントは、後述の如く所定の周期にて反復する演算サイクルに於いて逐次算定されるので、重み付き平均値は、前回のまでの推定結果の平均値を用いて、下記の如く算出されてもよい。重心位置、重心高については、
Gx,y,z_m[n]=Gx,y,z[n]・ω(Ft)+Gx,y,z_m[n−1]・(1−ω(Ft) …(11a)
ヨー慣性モーメントについては、
I_m[n]=I[n]ψ(dγ/dt)+I_m[n−1]・(1−ψ(dγ/dt)) …(13a)
ここで、[n]は、それぞれ、今回サイクルの値、[n−1]は、前回サイクルの値を示す。ω(Ft)、ψ(dγ/dt)は、それぞれ、括弧内のパラメータの大きさが大きくなるとともに増大する1を越えないよう任意設定されてよい重み係数である。
Since the center of gravity position, center of gravity height, and yaw moment of inertia are sequentially calculated in a calculation cycle that repeats at a predetermined cycle as described later, the weighted average value is the average value of the estimation results up to the previous time. And may be calculated as follows: For the center of gravity position and center of gravity height,
Gx, y, z_m [n] = Gx, y, z [n] .omega. (Ft) + Gx, y, z_m [n-1]. (1-.omega. (Ft) (11a)
For yaw moment of inertia,
I_m [n] = I [n] ψ (dγ / dt) + I_m [n−1] · (1-ψ (dγ / dt)) (13a)
Here, [n] represents the value of the current cycle, and [n−1] represents the value of the previous cycle. ω (Ft) and ψ (dγ / dt) are weighting factors that may be arbitrarily set so as not to exceed 1, which increases as the size of the parameter in parentheses increases.

装置の構成
図4は、任意の四輪自動車に搭載される本発明の重心位置/ヨー慣性モーメント推定装置の好ましい実施形態の構成をブロック図の形式で表したものである。同図を参照して、重心位置/ヨー慣性モーメントの算定をする演算処理装置50には、車両の各輪の車軸に装備され路面から車輪に作用する前後力Fxi及び横力Fyiを検出するための前後力・横力センサ(タイヤの前後力と横力を検出できるセンサ又は前後力を検出する前後力センサと横力を検出する横力センサとの組合せ)又は横力Fyiを検出するための横力センサ10i、車両のヨーレートγを検出するヨーレートセンサ12、前輪舵角δを検出する舵角センサ14からのそれぞれの信号が入力される。後述の実施例2の如く、タイヤの前後力が測定できない場合には、タイヤの前後力の発生の有無を検知するために、Gセンサ20からの前後加速度αを表す信号が入力されるようになっていてよい。また、後述の実施例3の場合には、各輪の接地荷重Wiを検出するために各輪に荷重センサ16iが備えられ、かかる荷重センサの出力も演算処理装置50へ入力される(図中、一点鎖線の如く、六分力計が備えられれば、タイヤの前後力・横力・接地荷重が検出できる。)。更に、通常の車両と同様に、各輪に於いて車輪速センサ18iが設けられ、その信号に基づいてされる車速Vxが算出されるようになっていてよい(車速は、車両に搭載される別の電子制御装置の値を利用するようになっていてよい。)。なお、図示していないが、演算処理装置50は、通常の形式の、双方向コモン・バスにより相互に連結されたCPU、ROM、RAM及び入出力ポート装置を有するマイクロコンピュータを含んでいてよい。上記の一連のセンサ又は検出計器は、市販されている任意のセンサ又は検出計器が用いられてよく、センサからの信号は、演算処理装置50に於いて、数値演算が可能となるよう適宜処理(ノイズ除去、AD変換処理等)される。典型的には、本発明の装置の推定結果は、車両の走行/運動制御に利用されるので、車両の駆動制御装置、制動制御装置と通信し、車両の作動状態についての情報を受信するとともに、推定結果をそれらの制御装置へ送信できるようになっていてよい。以下、いつくかの本発明の装置の実施例の作動について説明する。
Diagram 4 of the device is a representation of a preferred embodiment structure of the gravity center position / yaw inertia moment estimation apparatus of the present invention which is mounted on any four-wheeled vehicle in the form of a block diagram. Referring to the figure, an arithmetic processing unit 50 for calculating the position of the center of gravity / yaw moment of inertia detects a longitudinal force Fxi and a lateral force Fyi that are mounted on the axle of each wheel of the vehicle and act on the wheel from the road surface. For detecting a lateral force Fyi (a sensor capable of detecting a longitudinal force and a lateral force of a tire or a combination of a longitudinal force sensor for detecting a longitudinal force and a lateral force sensor for detecting a lateral force) Signals from the lateral force sensor 10i, the yaw rate sensor 12 that detects the yaw rate γ of the vehicle, and the steering angle sensor 14 that detects the front wheel steering angle δ are input. When the longitudinal force of the tire cannot be measured as in Example 2 described later, a signal representing the longitudinal acceleration α from the G sensor 20 is input in order to detect whether or not the longitudinal force of the tire is generated. It may be. In the case of Example 3 to be described later, each wheel is provided with a load sensor 16i for detecting the ground load Wi of each wheel, and the output of the load sensor is also input to the arithmetic processing unit 50 (in the drawing). If a six-component force meter is provided, as indicated by the alternate long and short dash line, the longitudinal force, lateral force, and ground load of the tire can be detected.) Further, as in a normal vehicle, a wheel speed sensor 18i is provided in each wheel, and a vehicle speed Vx calculated based on the signal may be calculated (the vehicle speed is mounted on the vehicle). The value of another electronic control unit may be used.) Although not shown, the arithmetic processing unit 50 may include a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output port device which are connected to each other by a bidirectional common bus. As the above-described series of sensors or detection instruments, any commercially available sensors or detection instruments may be used, and signals from the sensors are appropriately processed in the arithmetic processing unit 50 so that numerical computations are possible ( Noise removal, AD conversion processing, etc.). Typically, since the estimation result of the device of the present invention is used for vehicle travel / motion control, it communicates with the vehicle drive control device and brake control device, and receives information about the operating state of the vehicle. The estimation result may be transmitted to those control devices. In the following, the operation of some embodiments of the apparatus of the present invention will be described.

図5は、タイヤの前後力と横力が計測又は利用可能な場合の推定装置の演算処理の流れをフローチャートの形式で表したものである。図示の演算処理は、車両の運転中、所定のサイクルにて反復して実行される(実施例2、3に於いて同様)。   FIG. 5 is a flowchart showing the flow of calculation processing of the estimation device when the longitudinal force and lateral force of the tire can be measured or used. The arithmetic processing shown in the figure is repeatedly executed in a predetermined cycle during operation of the vehicle (the same applies to the second and third embodiments).

同図を参照して、演算処理に於いては、ヨー角加速度dγ/dtの絶対値が所定の基準値Δγo以下であるか否か(ステップ10)、ヨーレートγの絶対値が所定値γo以下であるか否か(ステップ20)、タイヤ前後力の総和の絶対値が所定値以上であるか否か(ステップ30)が順に判定される。|dγ/dt|は、γの値を時間微分することにより与えられる。Ftは、上記の式(12a)により与えられてよい。なお、車両の前後方向Gセンサが車両に搭載されていれば、その信号に基づいて車両が直進加減速走行中か否かが判定されてもよい。また、γo、Δγ、Ftoは、それぞれ、任意に設定されてよい正の所定基準値又は所定値である(以下同様)。   Referring to the figure, in the arithmetic processing, whether or not the absolute value of yaw angular acceleration dγ / dt is equal to or smaller than a predetermined reference value Δγo (step 10), and the absolute value of yaw rate γ is equal to or smaller than a predetermined value γo. Whether or not (step 20) and whether or not the absolute value of the total sum of the tire longitudinal forces is equal to or greater than a predetermined value (step 30). | Dγ / dt | is given by time-differentiating the value of γ. Ft may be given by equation (12a) above. Note that if the vehicle front-rear direction G sensor is mounted on the vehicle, it may be determined based on the signal whether the vehicle is traveling straight ahead. Γo, Δγ, and Fto are positive predetermined reference values or predetermined values that may be arbitrarily set (the same applies hereinafter).

ヨーレートγとヨー角加速度dγ/dtの絶対値が、各々、所定値以下であり、且、タイヤ前後力の総和の絶対値が所定値以上であるとき、即ち、
|dγ/dt|≦Δγo
|γ|≦γo
Ft≧Fto …(14a)
のときは、車両が直進加減速走行中であるということとなる。従って、その場合には、既に述べた如く、重心の左右方向位置Gyが、式(4a)又は(4b)により、演算される(ステップ40)。そして、更に、式(11)又は(11a)を用いてGyの重み付け平均値が算定され、重み付け平均値Gy_mが重心の左右方向位置Gyの最終的な推定値とされる(ステップ45)。なお、演算処理の初期値は、車両の設計時の値(諸元)が用いられてよい(以下同様)。
When the absolute values of the yaw rate γ and the yaw angular acceleration dγ / dt are each equal to or less than a predetermined value, and the absolute value of the sum of the tire longitudinal forces is equal to or greater than a predetermined value, that is,
| Dγ / dt | ≦ Δγo
| Γ | ≦ γo
Ft ≧ Fto (14a)
In this case, the vehicle is traveling straight ahead. Accordingly, in this case, as described above, the left-right direction position Gy of the center of gravity is calculated according to the equation (4a) or (4b) (step 40). Further, the weighted average value of Gy is calculated using the equation (11) or (11a), and the weighted average value Gy_m is set as the final estimated value of the center-of-gravity position Gy (step 45). In addition, the value (specification) at the time of vehicle design may be used as the initial value of the arithmetic processing (the same applies hereinafter).

ヨー角加速度dγ/dtの絶対値が所定値Δγo以下であるが、ヨーレートγが所定値より大きいとき、即ち、
|dγ/dt|≦Δγo
|γ|>γo …(14b)
のときは、車両が定常旋回中であるということとなる。従って、その場合には、重心の前後方向位置が、式(5a)又は(5a’)により演算され(ステップ50)、更に、式(11)又は(11a)を用いてGxの重み付け平均値が算定され、重み付け平均値Gx_mが重心の前後方向位置Gxの最終的な推定値とされる(ステップ55)。なお、ヨーレートが所定値γoよりも大きい場合であっても、その絶対値が小さい場合には、横力が小さく、従って、推定されるGxの精度が低くなる可能性がある。従って、図中点線に示されている如く、ステップ20の後、所定値γoよりも大きな第二の所定値γ1よりも大きいときにのみ、Gxの推定が実行されるようになっていてもよい(ステップ25)。また、図示していないが、更に、タイヤ前後力が実質的に0であるか否か、即ち、定速走行であるか否かを判定し、定速走行中であるときに、推定の演算に於いて、タイヤの前後力を使用しない式(5b)又は(5b’)が用いられるようになっていてもよい。
When the absolute value of the yaw angular acceleration dγ / dt is equal to or smaller than the predetermined value Δγo, the yaw rate γ is larger than the predetermined value, that is,
| Dγ / dt | ≦ Δγo
| Γ |> γo (14b)
In this case, the vehicle is in a steady turn. Therefore, in that case, the longitudinal position of the center of gravity is calculated by the equation (5a) or (5a ′) (step 50), and the weighted average value of Gx is further calculated using the equation (11) or (11a). The weighted average value Gx_m is calculated as the final estimated value of the longitudinal position Gx of the center of gravity (step 55). Even if the yaw rate is larger than the predetermined value γo, if the absolute value is small, the lateral force is small, and therefore the accuracy of the estimated Gx may be lowered. Therefore, as shown by the dotted line in the figure, after step 20, the estimation of Gx may be executed only when the second predetermined value γ1 larger than the predetermined value γo is larger. (Step 25). Further, although not shown, it is further determined whether or not the tire longitudinal force is substantially zero, that is, whether or not the vehicle is traveling at a constant speed. In this case, the formula (5b) or (5b ′) that does not use the longitudinal force of the tire may be used.

ヨー角加速度dγ/dtの絶対値が所定値Δγoより大きいときには、式(1)の両辺の値が0ではないので、式(6)により、ヨー慣性モーメントの推定が実行され(ステップ60)、次いで、式(13)又は(13a)により、ヨー慣性モーメントの重み付け平均値I_mが算定され、重み付け平均値I_mがヨー慣性モーメントIの最終的な推定値とされる(ステップ65)。なお、Gxの推定の場合と同様に、Iの推定精度を向上するべく、図中点線に示されている如く、ステップ10の後、基準値Δγoよりも大きな第二の基準値Δγ1よりも大きいときにのみ、Iの推定が実行されるようになっていてもよい(ステップ15)。   When the absolute value of the yaw angular acceleration dγ / dt is larger than the predetermined value Δγo, the values of both sides of the equation (1) are not 0, so the yaw inertia moment is estimated by the equation (6) (step 60). Next, the weighted average value I_m of the yaw inertia moment is calculated by the equation (13) or (13a), and the weighted average value I_m is set as the final estimated value of the yaw inertia moment I (step 65). As in the case of Gx estimation, in order to improve the estimation accuracy of I, as shown by the dotted line in the figure, after step 10, it is larger than the second reference value Δγ1 that is larger than the reference value Δγo. Only occasionally, an estimation of I may be performed (step 15).

かくして、上記の演算処理によれば、車両の走行中、重心位置とヨー慣性モーメントが、タイヤの前後力及び/又は横力に基づいて推定され、且、反復して推定を実行しつつ、その重み付き平均値を最終的な推定値とすることにより、推定精度の向上が為されることとなる。この点に関し、理解されるべきことは、車両の走行開始時に於いては、重心位置とヨー慣性モーメントとして、車両の諸元が与えられるので、実際の値との誤差が大きい可能性があるが、走行中、推定を繰り返す構成により、車両が走れば走るほど、重心位置とヨー慣性モーメントの精度が向上されるということである。   Thus, according to the above arithmetic processing, the center of gravity position and the yaw moment of inertia are estimated based on the longitudinal force and / or the lateral force of the tire while the vehicle is running, By using the weighted average value as the final estimated value, the estimation accuracy is improved. In this regard, it should be understood that when the vehicle starts running, the vehicle specifications are given as the center of gravity position and the yaw moment of inertia, so there may be a large error from the actual value. With the configuration in which estimation is repeated during traveling, the accuracy of the center of gravity position and the yaw moment of inertia improves as the vehicle travels.

図6は、タイヤの横力が計測又は利用可能な場合の推定装置の演算処理の流れをフローチャートの形式で表したものである。この場合、タイヤの前後力が計測できないので、重心の左右方向位置の推定が実行できないこととなる。同図を参照して、演算処理に於いては、まず、タイヤの前後力が発生していないか否かが、Gセンサ値、又は、車両の駆動制御装置又は制動制御装置等からの駆動装置又は制動装置の作動状況を表す信号に基づいて判定される(ステップ110)。そして、ヨー角加速度dγ/dtの絶対値が所定の基準値Δγo以下であるか否か(ステップ120)、ヨーレートγの絶対値が所定値γo以下であるか否か(ステップ130)が順に判定される。   FIG. 6 is a flowchart showing the calculation process flow of the estimation apparatus when the lateral force of the tire can be measured or used. In this case, since the longitudinal force of the tire cannot be measured, it is impossible to estimate the position of the center of gravity in the left-right direction. Referring to the figure, in the arithmetic processing, first, whether or not the front-rear force of the tire is generated is determined based on the G sensor value or the driving device from the vehicle driving control device or the braking control device. Alternatively, the determination is made based on a signal indicating the operating state of the braking device (step 110). Then, it is sequentially determined whether or not the absolute value of the yaw angular acceleration dγ / dt is equal to or smaller than a predetermined reference value Δγo (step 120) and whether or not the absolute value of the yaw rate γ is equal to or smaller than the predetermined value γo (step 130). Is done.

ヨーレートγの絶対値が所定値γoより大きいときには、実施例1の場合と同様に、式(14b)が成立し、車両が定常旋回中であるということとなる。しかしながら、本実施例では、タイヤ前後力が計測されないので、重心の前後方向位置が、タイヤ前後力を使用しない式(5b)又は(5b’)により演算され(ステップ150)、更に、式(11)又は(11a)を用いてGxの重み付け平均値が算定され、重み付け平均値Gx_mが重心の前後方向位置Gxの最終的な推定値とされる(ステップ155)。なお、本実施例では、ステップ130の後に車両が直進走行中か否かの判定は行わないので、所定値γoは、実施例1の第二の所定値γ1相当であってもよい。   When the absolute value of the yaw rate γ is larger than the predetermined value γo, the equation (14b) is established as in the case of the first embodiment, and the vehicle is in a steady turn. However, since the tire longitudinal force is not measured in this embodiment, the longitudinal position of the center of gravity is calculated by the equation (5b) or (5b ′) that does not use the tire longitudinal force (step 150), and further, the equation (11) ) Or (11a) is used to calculate the weighted average value of Gx, and the weighted average value Gx_m is used as the final estimated value of the longitudinal position Gx of the center of gravity (step 155). In this embodiment, since it is not determined after step 130 whether the vehicle is traveling straight ahead, the predetermined value γo may be equivalent to the second predetermined value γ1 of the first embodiment.

ヨー角加速度dγ/dtの絶対値が所定値Δγoより大きいときは、実施例1の場合と同様に、式(6)により、ヨー慣性モーメントの推定が実行され(ステップ160)、次いで、式(13)又は(13a)により、ヨー慣性モーメントの重み付け平均値I_mが算定され、重み付け平均値I_mがヨー慣性モーメントIの最終的な推定値とされる(ステップ165)。Iの推定精度を向上するべく、図中点線に示されている如く、ステップ10の後、基準値Δγoよりも大きな第二の基準値Δγ1よりも大きいときにのみ、Iの推定が実行されるようになっていてもよい(ステップ125)。   When the absolute value of the yaw angular acceleration dγ / dt is larger than the predetermined value Δγo, the yaw inertia moment is estimated by the equation (6) as in the case of the first embodiment (step 160), and then the equation ( 13) or (13a), the weighted average value I_m of the yaw inertia moment is calculated, and the weighted average value I_m is set as the final estimated value of the yaw inertia moment I (step 165). In order to improve the estimation accuracy of I, as shown by the dotted line in the figure, after step 10, the estimation of I is executed only when it is larger than the second reference value Δγ1 larger than the reference value Δγo. (Step 125).

図7は、車両の各輪に荷重センサが搭載され、図5の実施例1の装置の場合に於いて、更に、各輪の接地荷重Wiが利用可能な場合の推定装置の演算処理の流れをフローチャートの形式で表したものである。この場合、基本的には、図5のフローチャートと同様の処理が実行されるが、ステップ40、45の重心の左右方向位置の推定後、接地荷重の値を用いて重心高Gzの推定が実行される。また、接地荷重値が利用可能なので、Gx、Gyの初期値は、式(10a)、(10b)を用いた演算値が用いられてよい。   FIG. 7 shows a calculation process flow of the estimation apparatus when a load sensor is mounted on each wheel of the vehicle and the ground load Wi of each wheel is available in the case of the apparatus of the first embodiment shown in FIG. Is represented in the form of a flowchart. In this case, basically, the same processing as in the flowchart of FIG. 5 is executed, but after estimating the horizontal position of the center of gravity in steps 40 and 45, the center of gravity height Gz is estimated using the value of the ground contact load. Is done. In addition, since ground contact load values can be used, calculation values using the equations (10a) and (10b) may be used as the initial values of Gx and Gy.

重心高の推定に於いては、まず、車速Vxが所定値Vxo以下であるか否かが判定される(ステップ70)。車速Vxが比較的高く、所定値Vxoを越える場合には、車体に対する空気抵抗等の寄与が無視できなくなるところ、図示の実施形態では、その寄与を勘定に入れていないので、重心高の推定は実行されない。(車体に対する空気抵抗等の寄与を考慮した実施形態は、本実施形態の説明に基づき当業者に於いて適宜構成可能であり、そのような場合も本発明に属すると理解されるべきである。)   In estimating the height of the center of gravity, it is first determined whether or not the vehicle speed Vx is equal to or less than a predetermined value Vxo (step 70). When the vehicle speed Vx is relatively high and exceeds a predetermined value Vxo, the contribution of air resistance or the like to the vehicle body cannot be ignored. In the illustrated embodiment, the contribution is not taken into account. Not executed. (Embodiments considering the contribution of air resistance and the like to the vehicle body can be appropriately configured by those skilled in the art based on the description of the embodiments, and it should be understood that such cases also belong to the present invention. )

他方、車速Vxが所定値Vxo以下であるときには、式(8a)又は(8b)を用いて、重心高の推定の一時値を算定し(ステップ75)、更に、式(11)又は(11a)を用いてGzの重み付け平均値Gz_mが算定され、その値が重心高Gzの最終的な推定値とされる(ステップ80)。   On the other hand, when the vehicle speed Vx is equal to or less than the predetermined value Vxo, a temporary value for estimating the center of gravity height is calculated using equation (8a) or (8b) (step 75), and further, equation (11) or (11a) Is used to calculate the weighted average value Gz_m of Gz, and this value is used as the final estimated value of the center of gravity height Gz (step 80).

かくして、上記の如く良好な精度にて推定された重心位置、ヨー慣性モーメント、重心高が、任意の車両制御のためのパラメータとして利用可能となる。   Thus, the position of the center of gravity, the moment of inertia of the yaw, and the height of the center of gravity estimated with good accuracy as described above can be used as parameters for arbitrary vehicle control.

以上に於いては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。   Although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various other embodiments are possible within the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.

例えば、上記のフローチャートは、利用可能なタイヤ力によって構成が種々変更されてよいことは理解されるべきである。重要なことは、重心の左右方向位置Gyは、車両が直進加減速走行中に有利に推定され、重心の前後方向位置Gxは、車両がヨーレート一定にて旋回中に有利に推定され、ヨー慣性モーメントは、ヨーレートが変化する場合、即ち、ヨー角加速度が実質的に0でない場合に有利に推定され、重心高は、車両が直進加減速走行中であって且車速が比較的低いときに有利に推定されるということである。従って、例示のフローチャートによらず、前記の一連のそれぞれの条件が成立するときに、それぞれ対応する推定が実行されてよく、そのような場合も本発明の範囲に属する。(例えば、実施例1に於いて、ステップ20とステップ30の判定の順序を逆にするなどして、重心の前後方向位置の推定が定速定常旋回中のみ実行されるようになっていてもよいであろう。)   For example, it should be understood that the above flow chart may be varied in configuration depending on the available tire force. Importantly, the lateral position Gy of the center of gravity is advantageously estimated while the vehicle is traveling straight ahead, and the longitudinal position Gx of the center of gravity is advantageously estimated when the vehicle is turning at a constant yaw rate, and the yaw inertia The moment is advantageously estimated when the yaw rate changes, that is, when the yaw angular acceleration is not substantially zero, and the height of the center of gravity is advantageous when the vehicle is traveling straight and accelerated and the vehicle speed is relatively low. It is estimated that. Therefore, regardless of the exemplary flowchart, when the above-described series of conditions are satisfied, the corresponding estimation may be executed, and such a case also belongs to the scope of the present invention. (For example, in the first embodiment, even if the order of determination in steps 20 and 30 is reversed, estimation of the longitudinal position of the center of gravity is performed only during constant speed steady turning. It will be good.)

また、上記の実施例では、車両の旋回状態がヨー角加速度とヨーレートとにより判定されているが、ヨーレートに代えて、横加速度又は舵角を参照して、同様の処理ができることは理解されるべきであり、そのような場合も本発明の範囲に属する。   In the above embodiment, the turning state of the vehicle is determined based on the yaw angular acceleration and the yaw rate, but it is understood that the same processing can be performed with reference to the lateral acceleration or the steering angle instead of the yaw rate. Such a case should be within the scope of the present invention.

図1は、本発明の装置により実行される重心位置、ヨー慣性モーメントの推定の原理を説明するための車両の模式的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a vehicle for explaining the principle of estimation of the center of gravity position and yaw moment of inertia executed by the apparatus of the present invention. 図2は、本発明の装置により実行される重心高の推定の原理を説明するための車両の模式的な側面図である。FIG. 2 is a schematic side view of the vehicle for explaining the principle of estimating the center of gravity height executed by the apparatus of the present invention. 図3(A)は、重心位置Gx、Gy、又は重心高Gzの重み付き平均値を算出する際に用いられる重み係数Ωとタイヤ発生力の総和の絶対値Ftとの関係を示すグラフ図である。図3(B)は、ヨー慣性モーメントの重み付き平均値を算出する際に用いられる重み係数Ψとヨー角加速度の絶対値|dγ/dt|との関係を示すグラフ図である。FIG. 3A is a graph showing the relationship between the weighting coefficient Ω used when calculating the weighted average value of the center of gravity position Gx, Gy or the center of gravity height Gz and the absolute value Ft of the sum of tire generating forces. is there. FIG. 3B is a graph showing the relationship between the weighting coefficient ψ used when calculating the weighted average value of the yaw moment of inertia and the absolute value | dγ / dt | of the yaw angular acceleration. 図4は、本発明の推定装置の構成をブロック図の形式で表したものである。FIG. 4 shows the configuration of the estimation apparatus of the present invention in the form of a block diagram. 図5は、本発明の推定装置の実施例1の演算処理の流れを示している。FIG. 5 shows the flow of arithmetic processing in the first embodiment of the estimation apparatus of the present invention. 図6は、本発明の推定装置の実施例2の演算処理の流れを示している。FIG. 6 shows the flow of arithmetic processing in the second embodiment of the estimation apparatus of the present invention. 図7は、本発明の推定装置の実施例3の演算処理の流れを示している。FIG. 7 shows a flow of arithmetic processing of the estimation apparatus according to the third embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…車両
2i…車輪
10i…各輪に搭載される前後力・横力センサ又は横力センサ
12…ヨーレートセンサ
14…前輪舵角センサ
16i…各輪に搭載される荷重センサ
18i…各輪に搭載される車輪速センサ
20…Gセンサ
50…演算処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle 2i ... Wheel 10i ... Longitudinal force / lateral force sensor or lateral force sensor mounted on each wheel 12 ... Yaw rate sensor 14 ... Front wheel rudder angle sensor 16i ... Load sensor mounted on each wheel 18i ... Mounted on each wheel Wheel speed sensor 20... G sensor 50.

Claims (16)

車両の重心の位置を推定する装置であって、前記車両のヨー角加速度の大きさが所定の基準値より小さいとき、前記車両の車輪と路面との間にて前記路面から前記車輪へ水平方向に作用するタイヤ発生力に起因する前記車両の車体に発生するヨーモーメントの釣り合いに基づいて前記車両の重心の水平方向位置を推定することを特徴とする装置。   An apparatus for estimating the position of the center of gravity of a vehicle, wherein when the yaw angular acceleration of the vehicle is smaller than a predetermined reference value, a horizontal direction from the road surface to the wheels between the wheel of the vehicle and the road surface An apparatus for estimating a horizontal position of the center of gravity of the vehicle based on a balance of yaw moments generated in a vehicle body of the vehicle due to a tire generating force acting on the vehicle. 請求項1の装置であって、前記車両の重心の水平方向位置が前記車両に於ける所定の基準位置からの前記車両の前後方向又は左右方向の距離により特定されることを特徴とする装置。   2. The apparatus according to claim 1, wherein a horizontal position of a center of gravity of the vehicle is specified by a distance in a front-rear direction or a left-right direction of the vehicle from a predetermined reference position in the vehicle. 請求項2の装置であって、前記車両の重心の水平方向位置の前記基準位置からの距離の一時値を前記車両の走行中逐次的に算定する手段と、前記逐次的に算定された車両の重心の水平方向位置の一時値の重み付け平均値を演算する手段とを含み、前記重み付け平均値が、前記車両の重心の水平方向位置の一時値に重み係数を乗じた値の平均値であり、前記重み係数が前記タイヤ発生力の大きさと共に増大し、前記重み付け平均値が前記車両の重心の水平方向位置の前記基準位置からの距離として決定されることを特徴とする装置。   3. The apparatus according to claim 2, wherein means for sequentially calculating a temporary value of the distance from the reference position of the horizontal position of the center of gravity of the vehicle while the vehicle is traveling, and Means for calculating a weighted average value of a temporary value of the horizontal position of the center of gravity, and the weighted average value is an average value of a value obtained by multiplying a temporary value of the horizontal position of the center of gravity of the vehicle by a weighting factor, The weighting factor increases with the magnitude of the tire generating force, and the weighted average value is determined as the distance from the reference position of the horizontal position of the center of gravity of the vehicle. 請求項1の装置であって、前記車両が直進走行中か否かを判定する手段を含み、前記車両が直進走行中と判定されたときに、前記車両の左輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントと前記車両の右輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて前記車両の重心の水平方向の重心位置のうちの左右方向の位置を推定することを特徴とする装置。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising means for determining whether or not the vehicle is traveling straight, and generating the tire that is generated at a left wheel of the vehicle when it is determined that the vehicle is traveling straight. Estimating the horizontal position of the horizontal center of gravity of the center of gravity of the vehicle based on the balance between the yaw moment due to the force and the yaw moment due to the tire generating force generated at the right wheel of the vehicle. Features device. 請求項1の装置であって、前記車両のヨーレートが所定値より小さいときに、前記車両の左輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントと前記車両の右輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて前記車両の重心の水平方向の重心位置のうちの左右方向の位置を推定することを特徴とする装置。   2. The apparatus according to claim 1, wherein when the yaw rate of the vehicle is smaller than a predetermined value, the yaw moment generated by the tire generating force generated at the left wheel of the vehicle and the tire generated at the right wheel of the vehicle. An apparatus for estimating a horizontal position of a horizontal center of gravity position of the center of gravity of the vehicle based on a balance with a yaw moment by a generated force. 請求項1の装置であって、前記車両が旋回走行中か否かを判定する手段を含み、前記車両が旋回走行中と判定されたときに、前記車両の前輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントと前記車両の後輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて前記車両の重心の水平方向の重心位置のうちの前後方向の位置を推定することを特徴とする装置。   The apparatus according to claim 1, further comprising means for determining whether or not the vehicle is turning, and the tire generation that occurs at the front wheels of the vehicle when the vehicle is determined to be turning. Estimating the position in the front-rear direction of the horizontal center of gravity of the vehicle based on the balance between the yaw moment due to the force and the yaw moment due to the tire-generated force generated at the rear wheel of the vehicle. Features device. 請求項1の装置であって、前記車両のヨーレートが所定値より大きいときに、前記車両の前輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントと前記車両の後輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて前記車両の重心の水平方向の重心位置のうちの前後方向の位置を推定することを特徴とする装置。   2. The apparatus according to claim 1, wherein when the yaw rate of the vehicle is larger than a predetermined value, the yaw moment generated by the tire generating force generated at the front wheel of the vehicle and the tire generated at the rear wheel of the vehicle. An apparatus for estimating a front-rear direction position of a horizontal center-of-gravity position of the center of gravity of the vehicle based on a balance with a yaw moment generated by a generated force. 請求項1の装置であって、前記車両のヨーレートが所定値より小さいときに、前記車両の左輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントと前記車両の右輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて前記車両の重心の水平方向の重心位置のうちの左右方向の位置を推定する手段と、前記車両のヨーレートが前記所定値より大きいときに、前記車両の前輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントと前記車両の後輪に於いて発生する前記タイヤ発生力によるヨーモーメントとの釣り合いに基づいて前記車両の重心の水平方向の重心位置のうちの前後方向の位置を推定する手段とを含むことを特徴とする装置。   2. The apparatus according to claim 1, wherein when the yaw rate of the vehicle is smaller than a predetermined value, the yaw moment generated by the tire generating force generated at the left wheel of the vehicle and the tire generated at the right wheel of the vehicle. Means for estimating a horizontal position of the center of gravity of the vehicle in the horizontal direction based on a balance with a generated yaw moment, and when the yaw rate of the vehicle is greater than the predetermined value, Based on the balance between the yaw moment generated by the tire generating force generated at the front wheel and the yaw moment generated by the tire generated force at the rear wheel of the vehicle, Means for estimating the position in the front-rear direction. 請求項1の装置であって、前記車両の重心の水平方向位置が前記車両の各輪のタイヤ発生力と舵角とに基づいて推定されることを特徴とする装置。   2. The apparatus according to claim 1, wherein a horizontal position of a center of gravity of the vehicle is estimated based on a tire generation force and a steering angle of each wheel of the vehicle. 請求項9の装置であって、前記車輪へ水平方向に作用するタイヤ発生力が前記車輪に装備される前後力・横力センサ又は横力センサにより計測された値であることを特徴とする装置。   10. The apparatus according to claim 9, wherein a tire generating force acting in a horizontal direction on the wheel is a value measured by a longitudinal force / lateral force sensor or a lateral force sensor mounted on the wheel. . 請求項1の装置であって、更に、前記推定された車両の重心の水平方向位置を用いて算出される前記車輪へ水平方向に作用するタイヤ発生力により前記車両の車体に発生するヨーモーメントと前記車両のヨー角加速度とに基づいて前記車両のヨー慣性モーメントを推定する手段を含むことを特徴とする装置。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising a yaw moment generated in a vehicle body of the vehicle by a tire generating force acting in a horizontal direction on the wheels, calculated using the estimated horizontal position of the center of gravity of the vehicle. An apparatus comprising means for estimating a yaw moment of inertia of the vehicle based on a yaw angular acceleration of the vehicle. 請求項11の装置であって、前記車両のヨー慣性モーメントの一時値を前記車両の走行中逐次的に算定する手段と、前記逐次的に算定された車両のヨー慣性モーメントの一時値の重み付け平均値を演算する手段とを含み、前記重み付け平均値が、前記車両のヨー慣性モーメントの一時値に重み係数を乗じた値の平均値であり、前記重み係数が前記ヨー角加速度の大きさと共に増大し、前記重み付け平均値が前記車両のヨー慣性モーメントとして決定されることを特徴とする装置。   12. The apparatus according to claim 11, wherein means for sequentially calculating a temporary value of the yaw moment of inertia of the vehicle while the vehicle is traveling, and a weighted average of the temporary values of the yaw moment of inertia of the vehicle calculated sequentially. Means for calculating a value, wherein the weighted average value is an average value obtained by multiplying a temporary value of the yaw inertia moment of the vehicle by a weighting factor, and the weighting factor increases with the magnitude of the yaw angular acceleration. The weighted average value is determined as a yaw moment of inertia of the vehicle. 請求項11の装置であって、前記車両のヨー角加速度の大きさが前記所定の基準値より小さいときには、前記車両の車輪と路面との間にて前記路面から前記車輪へ水平方向に作用するタイヤ発生力に起因する前記車両の車体に発生するヨーモーメントの釣り合いに基づいて車両の重心の水平方向位置を推定し、前記車両のヨー角加速度の大きさが前記所定の基準値より大きいときに前記車両のヨー慣性モーメントを推定することを特徴とする装置。   12. The apparatus according to claim 11, wherein when the yaw angular acceleration of the vehicle is smaller than the predetermined reference value, the vehicle acts in a horizontal direction from the road surface to the wheel between the vehicle wheel and the road surface. When the horizontal position of the center of gravity of the vehicle is estimated based on the balance of the yaw moment generated in the vehicle body caused by the tire generating force, and the magnitude of the yaw angular acceleration of the vehicle is greater than the predetermined reference value An apparatus for estimating a yaw moment of inertia of the vehicle. 請求項1の装置であって、更に、前記車両の前後方向のタイヤ発生力に基づいて算定される前記車両の車体に作用するピッチモーメントと前記路面から前記車両の車輪に前記車両の垂直方向に作用するピッチモーメントとの釣り合いに基づいて前記車両の重心高を推定する手段を含むことを特徴とする装置。   The apparatus according to claim 1, further comprising: a pitch moment acting on a vehicle body of the vehicle calculated based on a tire generating force in a longitudinal direction of the vehicle; and a vehicle wheel from the road surface to a vehicle wheel in a vertical direction of the vehicle. An apparatus comprising: means for estimating a height of the center of gravity of the vehicle based on a balance with an acting pitch moment. 請求項14の装置であって、前記車両の重心高の一時値を前記車両の走行中逐次的に算定する手段と、前記逐次的に算定された車両の重心高の一時値の重み付け平均値を演算する手段とを含み、前記重み付け平均値が、前記車両の重心高の一時値に重み係数を乗じた値の平均値であり、前記重み係数が前記タイヤ発生力の大きさと共に増大し、前記重み付け平均値が前記車両の重心高として推定されることを特徴とする装置。   15. The apparatus according to claim 14, wherein means for sequentially calculating a temporary value of the height of the center of gravity of the vehicle while the vehicle is traveling, and a weighted average value of the temporary values of the height of the center of gravity of the vehicle that are sequentially calculated. Means for calculating, wherein the weighted average value is an average value obtained by multiplying a temporary value of the height of the center of gravity of the vehicle by a weighting factor, and the weighting factor increases with the magnitude of the tire generating force, A weighted average value is estimated as the height of the center of gravity of the vehicle. 請求項14の装置であって、前記ヨー角加速度が前記所定の基準値よりも小さく前記車両のヨーレートが所定値よりも小さいときに、前記車両の重心の水平方向の重心位置のうちの左右方向の位置と前記車両の重心高とを推定し、前記ヨー角加速度が前記所定の基準値よりも小さく前記車両のヨーレートが前記所定値よりも大きいときに、前記車両の重心の水平方向の重心位置のうちの前後方向の位置を推定し、前記ヨー角加速度が前記所定の基準値よりも大きいときに、前記車両のヨー慣性モーメントを推定することを特徴とする装置。   15. The apparatus according to claim 14, wherein when the yaw angular acceleration is smaller than the predetermined reference value and the yaw rate of the vehicle is smaller than a predetermined value, the horizontal direction of the horizontal center of gravity position of the vehicle center of gravity. And the center of gravity in the horizontal direction of the center of gravity of the vehicle when the yaw angular acceleration is smaller than the predetermined reference value and the vehicle yaw rate is greater than the predetermined value. And a yaw moment of inertia of the vehicle is estimated when the yaw angular acceleration is greater than the predetermined reference value.
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