CN105966394A - 车身状态量估计装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车身状态量估计装置。装置包括路面输入计算单元，路面输入计算单元通过使车辆运动模型矩阵和轮速影响元素模型矩阵的乘积的逆矩阵作用在车辆的轮速上来计算对于车轮的路面输入的估计值。车辆运动模型矩阵代表了力学的车辆运动模型，且轮速影响元素模型矩阵使用由于围绕车身的重心的俯仰而导致的影响量、悬架几何影响量和车轮滚动半径的变化的影响量。所述装置也包括车身状态量计算单元，车身状态量计算单元通过使车辆运动模型矩阵作用在计算出的路面输入的估计值上来计算车身状态量的估计值。

Description

车身状态量估计装置

技术领域

本发明涉及车身状态量估计装置。

背景技术

公开了从使用轮速的时间微分值计算出的车轮转矩来计算车身俯仰的技术(见日本专利申请公布No.2011-17303(JP 2011-17303 A))。也公开了基于轮速的波动来保证对于从路面施加到车轮的竖直力的估计的精度的技术(见日本专利申请公布No.2014-19252(JP 2014-19252 A))。此外，公开了基于轮速的波动估计车轮上的竖直载荷的波动的技术(见日本专利申请公布No.2014-8884(JP 2014-8884 A))。以上所述的技术用于估计车身状态量且基于估计进行车辆控制，例如阻尼控制。在此，车身状态量包括车身的俯仰、跳动等。

然而，希望以更高的精度估计车身状态量来以更高的精度控制车辆。

发明内容

本发明考虑到以上情况而已经被开发出来，且提供了能够以提高的精度估计车身状态量的车身状态量估计装置。

根据本发明的第一方面的车身状态量估计装置是能够适应于车辆的车身状态量估计装置，车辆包括轮速传感器，轮速传感器获得被安装到车辆上的车轮的轮速。车身状态量估计装置包括：路面输入计算单元，所述路面输入计算单元通过使车辆运动模型矩阵和轮速影响元素模型矩阵的乘积的逆矩阵作用在所获得的轮速上来计算对于车轮的路面输入的估计值。车辆运动模型矩阵代表了车辆的力学的车辆运动模型，且轮速影响元素模型矩阵代表使用三个轮速影响元素作为影响轮速的元素的轮速影响元素模型。轮速影响元素包括由于围绕车身重心的俯仰导致的影响量、悬架几何影响量和车轮滚动半径的变化的影响量。估计装置也包括车身状态量计算单元，所述车身状态量计算单元通过使车辆运动模型矩阵作用在由路面输入计算单元计算出的路面输入的估计值上来计算车身状态量的估计值。

在根据本发明的第一方面的车身状态量估计装置中，在车辆运动模型中，车辆的车身的归一化的惯性矩为1，且轮速可包括车辆的前轮的轮速和车辆的后轮的轮速，而路面输入可包括对于车辆的前轮的路面输入和对于后轮的路面输入。路面输入计算单元可通过使与前轮相关的逆矩阵的元素作用在所获得的前轮的轮速上来计算对于前轮的路面输入的估计值，且可通过使与后轮相关的逆矩阵的元素作用在所获得的后轮的轮速上来计算对于后轮的路面输入的估计值。因此，与前轮相关的估计值和与后轮相关的估计值被彼此独立地计算，使得降低了对于车身状态量估计装置的计算负荷。

在根据本发明的第一方面的车身状态量估计装置中，在车辆运动模型中，车辆的车身的归一化的惯性矩为1，且轮速可包括车辆的前轮的轮速。路面输入计算单元可通过使与前轮相关的逆矩阵的元素作用在所获得的前轮的轮速上来计算对于前轮的路面输入的估计值，且可通过使车辆的轴距延迟量作用在对于前轮的路面输入的估计值上来计算对于后轮的路面输入的估计值。因此，对于后轮的路面输入的估计值使用对于前轮的路面输入的估计值来计算，且随后的估计值的计算与前轮和后轮独立地或分开地进行，使得降低了对于车身状态量估计装置的计算负荷。

根据本发明的第二方面的车辆的阻尼控制系统包括获得车辆的轮速的传感器和电子控制单元，所述电子控制单元构造为：i)通过使车辆运动模型矩阵和轮速影响元素模型矩阵的乘积的逆矩阵作用在所获得的轮速上来计算对于车轮的路面输入的估计值，车辆运动模型矩阵代表车辆的力学的车辆运动模型，轮速影响元素模型矩阵代表使用三个轮速影响元素作为影响轮速的元素的轮速影响元素模型，轮速影响元素包括由于围绕车身重心的俯仰导致的影响量、悬架几何影响量和车轮滚动半径的变化的影响量；ii)通过使车辆运动模型矩阵作用在计算出的路面输入的估计值上来计算车身状态量的估计值；和iii)基于车身状态量的估计值控制车辆的动力源。

根据本发明，通过使车辆运动模型矩阵和轮速影响元素模型矩阵的乘积的逆矩阵作用在由轮速传感器所获得的轮速上来计算对于车轮的路面输入的估计值，且通过使车辆运动模型矩阵进一步作用在因此计算出的路面输入的估计值上来计算车身状态量的估计值。在计算中，使用了轮速影响元素模型矩阵，所述轮速影响元素模式矩阵代表使用如下至少三个轮速影响元素的轮速影响元素模型，即由于围绕车身重心的俯仰导致的影响量、悬架几何影响量和车轮滚动半径的变化的影响量。轮速影响元素模型矩阵的使用使得可涉及三个轮速影响元素对于轮速的影响而计算车身状态量的估计值；因此，可有利地以提高的精度估计车身状态量。

附图说明

将在下文中参考附图描述本发明的典型实施例的特征、优点和技术和工业重要性，其中类似的附图标记指示类似的元件，且其中：

图1A是示出了车辆的一般构造的示例的图，在所述车辆中使用了根据本发明的第一实施例的车身状态量估计装置；

图1B是示出了根据第一实施例的车身状态量估计装置的一般构造的图；

图2A和图2B是用于解释在根据第一实施例的车身状态量估计装置中使用的车辆的力学的车辆运动模型的一个示例的图；

图3A和图3B是用于解释作为影响轮速的元素的由于围绕车身的重心的俯仰导致的影响量的图，其中图3A是俯仰发生前的图，且图3B是俯仰发生后的图；

图4是用于解释作为影响轮速的元素的悬架几何影响量的图；

图5A是用于解释作为影响轮速的元素的车轮的滚动半径的变化的影响量的图；

图5B是用于解释作为影响轮速的元素的车轮的滚动半径的变化的影响量的图；

图6是指示了根据第一实施例的呈控制块的形式的车身状态量估计装置的功能的示意图；

图7是指示了根据第二实施例的呈控制块的形式的车身状态量估计装置的功能的示意图；

图8是指示了根据第三实施例的呈控制块的形式的车身状态量估计装置的功能的示意图；并且

图9A至图9C是示出了根据第一实施例的车身状态量估计装置的一个示例中的俯仰率的估计值和实测值以及涉及这些值的传递函数的图，其中图9A示出了俯仰率的估计值和实测值随时间的变化，图9B使用对数轴示出了通过将估计值除以实测值而获得的值的增益比的频率分布，且图9C使用对数轴示出了通过将估计值除以实测值得到的值的相位比的频率分布。

具体实施方式

参考附图，将详细描述根据本发明的一些实施例的车身状态量估计装置。应理解的是本发明不限制于这些实施例。

(第一实施例)

图1A和图1B图示了车辆的一般构造的示例，在所述车辆中使用了根据本发明的第一实施例的车身状态量估计装置。在图1中所图示的车辆10上安装了例如汽油发动机、柴油发动机或LPG发动机的内燃机作为动力源21。然而，动力源21可以是电机，例如马达，或可以包括例如马达的电机和内燃机。

当在车辆10的行驶方向上观察时，动力源21安装在车辆10的前部分中，且车辆10是使用左后轮30RL和右后轮30RR作为驱动轮的后轮驱动车辆。在此方面，车辆10的动力源21的安装位置不限制于前部分，而是动力源21可以安装在车辆10的后部分或中间部分中。车辆10的驱动类型也不限制于后轮驱动，而是可以具有任何其它驱动类型，例如使用左前轮30FL和右前轮30FR的前轮驱动类型和四轮驱动类型。

如在图1B中所示，通过安装在车辆10上的电子控制单元(ECU)50(将在后文中描述)的功能实现作为车身状态量估计装置的车身状态量估计单元1。然而，车身状态量估计单元1不限制于ECU 50，而是可以由不同于ECU50的ECU构成，且可连接到ECU 50。

如在图1A中所示，其中使用了车身状态量估计单元1的车辆10除四个车轮外具有由驾驶员操作的加速器踏板60和加速器踏板传感器70。加速器踏板传感器70检测作为加速器踏板60的下压量的加速器踏板下压量θa，且向ECU 50输出对应于加速器踏板下压量θa的电信号。车辆10包括动力源21和传动系20，该传动系20构造为将由动力源21生成的动力(驱动转矩)经由变速器(例如包括变矩器)22、差速装置23等传递到车轮30RL、30RR。车辆10也包括将车辆10的车身分别与车轮30FL、30FR、30RL、30RR连接的悬架机构80FL、80FR、80RL、80RR和分别检测悬架机构80FL、80FR、80RL、80RR的行程量SFL、SFR、SRL、SRR且输出指示了所述行程量的信号的行程传感器90FL、90FR、90RL、90RR。车辆10进一步包括轮速传感器40FL、40FR、40RL、40RR，所述轮速传感器设置在各车轮中且输出指示了各车轮的轮速VwFL、VwFR、VwRL、VwRR的信号。虽然在附图中未图示，但车辆10设置有用于控制前轮或前轮和后轮的转向角的转向装置，这类似于多种已知的车辆的情况。

通过包括车身状态量估计单元1的ECU 50来控制传动系20。ECU 50包括：微型计算机，所述微型计算机具有经由多种已知类型中的任何类型的双向公用总线而彼此连接的CPU、ROM、RAM和输入/输出端口装置；和驱动电路。ECU 50从在车辆10的各部分中设置的传感器接收多种信号。信号包括指示了如下量的信号：轮速VwFL、VwFR、VwRL、VwRR；行程量SFL、SFR、SRL、SRR；发动机速度(动力源21的输出转速或当动力源21是马达时马达的输出轴的转速)Er；变速器22的输出转速Dr；加速器踏板下压量θa；对应于动力源21的运行环境的参数；和在车辆10中设置的换档杆(未示出)的换档位置。当动力源21是汽油发动机时，以上所指示的参数包括冷却剂温度、进气温度、进气压力、大气压力、节气门开度、燃料喷射量、燃料喷射正时和点火正时。当动力源21是马达时，参数包括供给到马达的电流的量和电池的蓄电状态(SOC)。ECU 50也接收不同于以上所指示的信号的多种检测信号，以获得对于应在第一实施例的车辆10中执行(进行)的各种控制所要求的各种参数。

然后，将描述车身状态量估计单元1。如在图1B中所示，车身状态量估计单元1包括路面输入计算单元1a和车身状态量计算单元1b。

路面输入计算单元1a构造为通过使预先确定的逆矩阵作用在分别从轮速传感器40FL、40FR、40RL、40RR获得的轮速VwFL、VwFR、VwRL、VwRR上来计算对于车轮30FR、30FR、30RL、30RR的路面输入的估计值。

车身状态量计算单元1b通过使车辆运动模型矩阵作用在由路面输入计算单元1a计算出的路面输入的估计值上来计算车身状态量的估计值。

路面输入计算单元1a和车身状态量计算单元1b将在下文中更具体地描述。路面输入计算单元1a通过使预先确定的逆矩阵作用在轮速VwFL、VwFR、VwRL、VwRR上来计算对于车轮30FR、30FR、30RL、30RR的路面输入的估计值。在此，预先确定的逆矩阵是作为车辆运动模型矩阵和轮速影响元素模型矩阵的乘积的逆矩阵，所述车辆运动模型矩阵代表了车辆的力学的车辆运动模型，所述轮速影响元素模型矩阵代表了包括影响轮速的元素的轮速影响元素模型。

然后，将描述车辆10的力学的车辆运动模型。图2A和图2B是用于解释车辆的力学的车辆运动模型的一个示例的图，在根据第一实施例的车身状态量估计装置中使用所述车辆的力学的车辆运动模型。

如在图2A中所示，在车辆10的车身中规定了车身的重心Gg在竖直方向(z方向)上的跳动振动(在跳动方向上的振动)和围绕车身的重心在俯仰方向(θ方向)上的俯仰振动(在俯仰方向上的振动)。在图2A的模型中使用了二轮模型，其中车轮由作为前轮的车轮30F和作为后轮的车轮30R代表。在图2A中，z_wf、z_wr是从路面RS对于车轮30F和车轮30R的路面输入，且特别地是路面RS在z方向上的高度改变。

在涉及车辆10的车身的跳动方向或俯仰方向的力学的车辆运动模型中，如在图2B中通过示例所示，车身被视作具有质量m_b和惯性矩I_p的刚体S，且刚体S被认为由前轮悬架和后轮悬架支承，所述前轮悬架具有弹性模量k_sf和阻尼比c_sf，所述后轮悬架具有弹性模量k_sr和阻尼比c_sr(车辆10的车身的簧载质量振动模型)。在图2B中，r是车轮半径，且h是重心Cg距路面的高度，而L_f、L_r分别是从重心Cg到前轮的车轴和后轮的车轴的距离，且T是施加到后轮的驱动转矩。在此情况中，车身的重心Cg在跳动方向上的运动方程(在跳动方向上的力学的运动模型)和在俯仰方向上的运动方程(在俯仰方向上的力学的运动模型)可由如下方程(1)表达。

$m_b{\stackrel{\·\·}{z}}_b=2F_{zf}+2F_{zr}$

$I_p{\stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}}_p=-2F_{zf}{L}_f+2F_{zr}{L}_r\mathrm{...}\left(1\right)$

$F_{zf}=k_{sf}{z}_{sf}+c_{sf}{\stackrel{\·}{z}}_{sf}$

$F_{zr}=k_{sr}{z}_{sr}+c_{sr}{\stackrel{\·}{z}}_{sr}$

在以上的方程(1)中，z_b是重心Cg在z方向上的坐标，且z_sf、z_sr分别是车轮30F、30R的中心在的z方向上的坐标，而F_zf、F_zr分别是从路面施加到车轮30F、30R的力。θ_p是围绕车身的重心的俯仰角。

在此方面，z_sf、z_sr、z_bf、z_br可由如下的方程(2)表达，其中z_bf、z_br是通过重心Cg且平行于车辆10的纵向方向延伸的线在前轮的车轴和后轮的车轴上的坐标。

$\begin{array}{c}{z}_{\mathrm{sf}}=z_{\mathrm{wf}}-z_{\mathrm{bf}}\\ z_{\mathrm{sr}}=z_{\mathrm{wr}}-z_{\mathrm{br}}\\ z_{\mathrm{bf}}=z_b-{\mathrm{\θ}}_p{L}_f\\ z_{\mathrm{br}}=z_b+{\mathrm{\θ}}_p{L}_r\end{array}---\left(2\right)$

在此情况中，作为车身状态量的dz/dt、dθ/dt和状态变量F_zf、F_zr、dz_sf/dt、dz_sr/dt可相对于z_wf、z_wr使用给定的矩阵A(t)表达。如果对此方程进行拉普拉斯变换，则可由如下的方程(3)表达：

$\left(\begin{array}{c}z\\ \mathrm{\θ}\\ F_{zf}\\ F_{zr}\\ z_{sf}\\ z_{sr}\end{array}\right)=A\left(s\right)\left(\begin{array}{c}{z}_{wf}\\ z_{wr}\end{array}\right)\mathrm{...}\left(3\right)$

其中s＝jω，且矩阵A(s)是6×2的矩阵。如在下面的方程(6)中所指示，可使用在方程(4)中所指示的Tf、Tf和在方程(5)中所指示的A1、B1、C1、D1、E1、F1来表达A(s)。在dz/dt、dθ/dt、dz_sf/dt、dz_sr/dt通过拉普拉斯变换被转换为zs、θs、z_srs、z_srs的同时，s被包括在上面的方程(3)中的矩阵A(s)中。在下文中，A(s)将简单地标示为“矩阵A”。

$\begin{array}{c}{T}_f=k_{\mathrm{sf}}+c_{\mathrm{sf}}s\\ T_r=k_{\mathrm{sr}}+c_{\mathrm{sr}}s\end{array}---\left(4\right)$

$A1=\left[\begin{array}{cc}{m}_b{s}^2+2T_f+2T_r& -2T_f{L}_f+2T_r{L}_r\\ -2T_f{L}_f+2T_r{L}_r& I_p{s}^2+2T_f{L_f}^2+2T_r{L_r}^2\end{array}\right],CI=\left[\begin{array}{cc}-T_f& T_f{L}_f\\ -T_r& -T_r{L}_r\end{array}\right],E1=\left[\begin{array}{cc}-1& L_f\\ -1& -L_r\end{array}\right],$

$B1=\left[\begin{array}{cc}2T_f& 2T_r\\ -2T_f{L}_{f_r}& 2T_r{L}_r\end{array}\right],D1=\left[\begin{array}{cc}{T}_f& 0\\ 0& T_r\end{array}\right],F1=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\end{array}\right]\mathrm{...}\left(5\right)$

$A\left(s\right)=\left[\begin{array}{c}A{1}^{-1}B1\\ C1A{1}^{-1}B1+D1\\ E1A{1}^{-1}B1+F1\end{array}\right]\mathrm{...}\left(6\right)$

矩阵A是代表了车辆的力学的车辆运动模型的车辆运动模型矩阵，且车身状态量可通过使矩阵A作用在路面输入上来计算。

然后，将描述车轮影响元素模型。在第一实施例中，将参考其中包括如下三个车轮影响元素作为影响轮速的元素的情况描述模型，即：由于围绕车身重心的俯仰导致的影响量、悬架几何的影响量和车轮的滚动半径的变化的影响量。

图3A和图3B是用于解释作为影响轮速的元素的由于围绕车身重心的俯仰导致的影响量的图。在此示例中，轮速传感器的主体部分设置在车身(刚体S)中，且由传感器的主体部分检测在车轮上设置的被检测体的旋转，使得车轮角速度作为轮速被获得。

将考虑由围绕车身的重心Cg的俯仰而对于车轮角速度施加的影响量。当如在图3A和图3B中所示发生俯仰运动时，由于围绕车身的重心的俯仰导致的对于车轮角速度的影响量大致由如下的方程(7)表示为角速度ω_body，其中由于围绕车身的重心Cg的俯仰而发生两个旋转，即θ是轮速中心安装在其上的载架的旋转，并且θ_w是由于车轮30(车轮30F或车轮30R)的前/后移动而导致的车轮的旋转。

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{body}=-({\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}}_w+\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}})\\ =-(\frac{h-r}{r}\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}})=-\frac{h}{r}\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}\end{array}\mathrm{...}\left(7\right)$

图4是用于解释作为影响车轮角速度的元素的由于悬架的几何规格导致的悬架几何影响量的图。符号O标示了如在车辆的侧视图中观察的悬架的瞬时中心。符号L标示了从瞬时中心O到车轮30的中心的距离。在图4中，θ是当车轮30从由实线指示的位置改变到由虚线指示的位置时基于车轮30的外周的位置改变而进行的载架的旋转，且θ_w是由于车轮30的前/后移动导致的车轮的旋转。在此情况中，悬架几何影响量的平移分量(沿车辆的纵向方向的分量)和旋转分量大致由如下的方程(8a)代表为角速度ω_sust、ω_susb，其中tanθ_t等于tanθ_w，且dz_s/dt是车轮30的中心在z方向上的速度。悬架几何影响量大致由如下的方程(8b)代表为角速度ω_sus，所述角速度ω_sus是ω_sust和ω_susb的加和，其中θ_b是抗俯冲角或抗提升角。

${\mathrm{\ω}}_{sust}=\frac{{\mathrm{tan\θ}}_t}{r}{\stackrel{\·}{z}}_s,{\mathrm{\ω}}_{susb}=\frac{1}{L}{\stackrel{\·}{z}}_s\mathrm{...}\left(8a\right)$

${\mathrm{\ω}}_{sus}={\mathrm{\ω}}_{sust}+{\mathrm{\ω}}_{susb}=\frac{{\stackrel{\·}{z}}_s}{r}({\mathrm{tan\θ}}_t+\frac{r}{L})=\frac{{\mathrm{tan\θ}}_b}{r}{\stackrel{\·}{z}}_s\mathrm{...}\left(8b\right)$

图5A和图5B是用于解释作为影响车轮角速度的元素的车轮滚动半径的变化的影响量的图。在图5A中，当路面RS是平路面时，V是车轮30的旋转速度，且r是滚动半径，而ω是角速度。F_z0是车轮30从路面RS接收的力。如在图5B中所示，当路面RS上存在隆起时，F_z0改变为F_z0+δF_z0，ω改变为ω＋δω，且车轮30的滚动半径r改变为r‐δr，而V维持恒定。

在此情况中，ω满足在方程(9a)中指示的关系。车轮滚动半径的变化的影响量也大致地由方程(9b)代表为角速度ω_tire。在方程(9b)中，df_tire是F_z0的无限小的改变，且k_t是车轮30的弹性模量。η也是滚动半径相对于载荷的斜率与车轮30的静载荷半径相对于载荷的斜率的比。

$\mathrm{\ω}=\frac{V}{r},\frac{\∂\mathrm{\ω}}{\∂r}=-\frac{V}{r^2}\mathrm{...}\left(9a\right)$

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{tire}=-\frac{V}{r^2}dr=-\frac{V}{r^2}\frac{dr}{{\mathrm{df}}_{tire}}{\mathrm{df}}_{tire}\\ =-\frac{V}{r^2}\frac{-\mathrm{\η}}{k_t}{\mathrm{df}}_{tire}=\frac{V\mathrm{\η}}{k_t{r}^2}{\mathrm{df}}_{tire}\end{array}\mathrm{...}\left(9b\right)$

考虑到包括影响车轮角速度的三个影响量的模型，来自以上的方程(7)(8b)和(9b)的车轮角速度ω由如下的方程(10)表达。

$\mathrm{\ω}=a_1{F}_z+a_2\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+a_3{\stackrel{\·}{z}}_s\mathrm{...}\left(10\right)$

在方程(10)中，系数a₁、a₂、a₃是作为前轮的车轮30F和作为后轮的车轮30R之间的差异，且相对于车轮30F、30R的车轮角速度ω_f、ω_r分别成列地表示为表1中的F_r、R_r。在此，带有后缀“f”和“r”的参数分别指示了与车轮30F和车轮30R相关的参数。R_w标示了车轮的滚动半径。θ_r也是抗提升角，且θ_f也是抗俯冲角。

表1

因此，使用拉普拉斯变换由方程(11)代表车轮角速度ω_f、ω_r。此外，如果方程(11)以矩阵形式表达，则所述方程(11)表达为2×6矩阵B(s)(将在下文中简称为“矩阵B”)，如在方程(12)中所指示。

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_f=a_{1f}{F}_{zf}+a_{2f}\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+a_{3f}{\stackrel{\·}{z}}_{sf}=a_{1f}{F}_{zf}+a_{2f}\mathrm{\θ}s+a_{3f}{z}_{sf}s\\ {\mathrm{\ω}}_r=a_{1r}{F}_{zr}+a_{2r}\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}+a_{3r}{\stackrel{\·}{z}}_{sr}=a_{1r}{F}_{zr}+a_{2r}\mathrm{\θ}s+a{3r}_{}{z}_{sr}s\end{array}\mathrm{...}\left(11\right)$

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_f\\ {\mathrm{\ω}}_r\end{array}\right)=\left[\begin{array}{cccccc}0& a_{2f}s& a_{1f}& 0& a_{3f}s& 0\\ 0& a_{2r}s& 0& a_{1r}& 0& a_{3r}s\end{array}\right]\left(\begin{array}{c}z\\ \mathrm{\θ}\\ F_{zf}\\ F_{sf}\\ z_{sf}\\ z_{sr}\end{array}\right)=B\left(s\right)\left(\begin{array}{c}z\\ \mathrm{\θ}\\ F_{zf}\\ F_{zr}\\ z_{sf}\\ z_{sr}\end{array}\right)\mathrm{...}\left(12\right)$

矩阵B是代表了轮速影响元素模型的轮速影响元素模型矩阵，且可通过使矩阵B作用在车身状态量上来计算车轮角速度。

因此，如果使用如上所指示的方程(3)和方程(12)，则具有作为分量的车轮角速度ω_f、ω_r的向量表达为通过如下方式获得的向量，即通过使作为矩阵B和矩阵A的乘积的矩阵BA作用在(乘以)路面输入上，如在下面的方程(13)中所指示。具有作为分量的路面输入z_wf、z_wr的向量也表达为通过如下方式获得的向量，即通过使作为矩阵BA的逆矩阵的矩阵(BA)^-1作用在(乘以)车轮角速度上，如由下面的方程(14)所指示。此外，具有作为车身状态量的z、θ且具有作为分量的状态变量F_zf、、F_zr、z_sf、z_sr的向量通过顺序地使矩阵(BA)^-1和矩阵A作用在(乘以)车轮角速度上来获得，如在下面的方程(15)中所指示。以此方式，可以估计所有车身状态量，例如dz/dt和dθ/dt。

$\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_f\\ {\mathrm{\ω}}_r\end{array}\right)=BA\left(\begin{array}{c}{z}_{wf}\\ z_{wr}\end{array}\right)\mathrm{...}\left(13\right)$

$\left(\begin{array}{c}{z}_{wf}\\ z_{wr}\end{array}\right)={\left(BA\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_f\\ {\mathrm{\ω}}_r\end{array}\right)\mathrm{...}\left(14\right)$

$\left(\begin{array}{c}z\\ \mathrm{\θ}\\ F_{zf}\\ F_{zr}\\ z_{sf}\\ z_{sr}\end{array}\right)=A{\left(BA\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_f\\ {\mathrm{\ω}}_r\end{array}\right)\mathrm{...}\left(15\right)$

相应地，dθ/dt(通过拉普拉斯变换为θs)例如可根据如下的方程(16)获得。

$\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}=\mathrm{\θ}s\\ =A(2,:)\left(\begin{array}{c}{z}_{wf}\\ z_{wr}\end{array}\right)\·s\\ =A(2,:){\left(BA\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_f\\ {\mathrm{\ω}}_r\end{array}\right)\·s\end{array}\mathrm{...}\left(16\right)$

图6是指示了具有控制块的形式的车身状态量估计单元1的功能的示意图。如在图6中所示，路面输入计算单元1a通过将具有所获得的车轮角速度ω_f、ω_r作为分量的向量与逆矩阵(BA)^‐1相乘来计算路面输入z_wf、z_wr的估计值。车身状态量计算单元1b通过将具有路面输入z_wf、z_wr的估计值的向量与矩阵A相乘来计算具有z、θ、F_zf、F_zr、z_sf、z_sr作为分量的向量x的估计值。对于作为结果的向量x进行拉普拉斯变换，使得可获得车身状态量的估计值，例如俯仰率dθ/dt的估计值。

根据第一实施例，通过使车辆运动模型矩阵A和轮速影响元素模型矩阵B的乘积的逆矩阵(BA)^‐1作用在所获得的车轮角速度ω_f、ω_r上来计算对于车轮的路面输入z_wf、z_wr的估计值，且通过使车辆运动模型矩阵A进一步作用在因此计算出的路面输入的估计值上来计算车身状态量的估计值。此时，使用了轮速影响元素模型矩阵，所述轮速影响元素模型矩阵代表使用了如下至少三个轮速影响元素的轮速影响元素模型，即由于围绕车辆的重心的俯仰导致的影响量、悬架几何影响量和车辆的滚动半径的变化的影响量。通过使用此模型矩阵，可考虑到三个轮速影响元素对于轮速的影响来计算车身状态量的估计值；因此，可以以更高的精度估计车身状态量。

(第二实施例)

将描述根据本发明的第二实施例的车身状态量估计装置。根据第二实施例的车身状态量估计装置具有大体上与根据第一实施例的车身状态量估计单元1相同的构造；因此，将仅描述差异。

在根据第二实施例的车身状态量估计装置中，在如在图3A和图3B中所示的车辆10的车身的力学的车辆运动模型中，将车辆的车身的归一化的惯性矩设定为1。作为结果，质量m_f(＝m_b×L_r/(L_r+L_f))，m_r(＝m_b×L_f/(L_r+L_f))被视作分别放置在前轮的车轴上和后轮的车轴上，且因此矩阵A和矩阵(BA)^‐1被对角化。

图7是指示了具有控制块的形式的根据第二实施例的车身状态量估计装置的功能的示意图。因为矩阵A和矩阵(BA)^‐1如上所述被对角化，所以路面输入计算单元1a通过使矩阵(BA)^‐1中的与前轮相关的元素(BA)_f ^‐1作用在作为所获得的车轮角速度ω_f、ω_r中的一个车轮角速度的车轮角速度ω_f上来计算路面输入z_wf的估计值。车身状态量计算单元1b通过使矩阵A中的与前轮相关的元素A_f作用在路面输入z_wf的估计值上来计算dz_bf/dt的估计值。也与以上的计算独立地，路面输入计算单元1a通过使矩阵(BA)^‐1中的与后轮相关的元素(BA)_r ^‐1作用在作为所获得的车轮角速度ω_r上来计算路面输入z_wr的估计值。车身状态量计算单元1b通过使矩阵A中的与后轮相关的元素A_r作用在路面输入z_wr的估计值上来计算dz_br/dt的估计值。此外，车身状态量计算单元1b可估计俯仰率dθ/dt的估计值，这通过由减法器1ba获得dz_bf/dt的估计值与dzbr/dt的估计值之间的差且由除法器1bb将所述差除以wb来进行。在此，wb是轴距(＝L_r+L_f)。

根据第二实施例，与前轮相关的估计值和与后轮相关的估计值可彼此独立地计算；因此，降低了车身状态量估计装置的计算负荷。

(第三实施例)

将描述根据本发明的第三实施例的车身状态量估计装置。根据第三实施例的车身状态量估计装置具有大体上与根据第一实施例的车身状态量估计单元1相同的构造；因此，将仅描述差异。

在根据第三实施例的车身状态量估计装置中，在车辆10的车身的力学的车辆运动模型中，车辆的车身的归一化的惯性矩也被设定为1。因此，矩阵A和矩阵(BA)^‐1被对角化。

图8是指示了具有控制块的形式的根据第三实施例的车身状态量估计装置的功能的示意图。因为如上所述矩阵A和矩阵(BA)^‐1被对角化，所以路面输入计算单元1a通过使矩阵(BA)^‐1中的与前轮相关的元素(BA)_f ^‐1作用在作为所获得的车轮角速度ω_f上来计算路面输入z_wf的估计值。车身状态量计算单元1b通过使矩阵A中的与前轮相关的元素A_f作用在路面输入z_wf的估计值上来计算dz_bf/dt的估计值。也与以上的计算独立地，车身状态量计算单元1b通过将轴距滤波器1bc应用于计算出的路面输入z_wf而从所述路面输入z_wf计算路面输入z_wr的估计值，且通过使矩阵A中的与后轮相关的元素A_r进一步作用在路面输入z_wr的估计值上来计算dz_br/dt的估计值。轴距滤波器1bc使得轴距延迟量(e^‐(L/V)s，其中V是车辆速度，L是轴距(＝L_r+L_f))作用在计算出的路面输入z_wf上，。此外，车身状态量计算单元1b可获得俯仰率dθ/dt的估计值，这通过由减法器1ba获得dz_br/dt的估计值与dz_bf/dt的估计值之间的差且由除法器1bb将所述差除以wb来进行。

根据第三实施例，后轮的路面输入z_wr的估计值使用前轮的路面输入z_wf的估计值来计算，且估计值的随后的计算相对于前轮和后轮独立地进行。因此，降低了车身状态量估计装置的计算负荷。

然后，作为本发明的示例，在车辆上进行了行驶实验，所述车辆上安装了基于第一实施例的车身状态量估计装置，且车身的俯仰率由在车身中设置的传感器测量且与由车身状态量估计装置估计的俯仰率进行比较。

图9A至图9C指示了在根据第一实施例的车身状态量估计装置的示例中的俯仰率的估计值和实测值以及与这些值相关的传递函数。图9A示出了俯仰率的估计值和实测值随时间的变化。图9B和图9C使用对数轴示出了每个通过将估计值除以实测值所获得的增益比和相位比的频率分布。在图9A至图9C中的每个图中，实线指示了估计值，且虚线指示了实测值。如在图9B和图9C中所示，增益比接近1，且相位比接近零，由此可确认估计值相对于实测值以高精度被估计。

通过根据以上所述的实施例中的每个实施例的车身状态量估计装置估计的车身状态量可用于车辆10的阻尼控制，所述阻尼控制根据类似于JP 2011-17303A的情况中的构造和方法来执行。

在执行阻尼控制时，例如当由于从路面到作为车辆10的左前轮和右前轮的车轮30FL、30FR和作为车辆10的左后轮和右后轮的车轮30RL、30RR的输入而使车辆10在俯仰方向或跳动方向上发生具有1至4Hz的频率分量更特别地具有大约1.5Hz的频率分量的振动时，ECU 50可构造为通过控制动力源21以便生成相反相位的驱动转矩以因此调整从车轮(当驱动时为驱动轮)施加到路面的“车轮转矩”(作用在车轮和与车轮接触的路面之间的转矩)来抑制该振动。然后，ECU 50控制动力源21的动力或驱动转矩，以执行车轮转矩控制，以在作为用于将驱动转矩传递到路面的驱动轮的车轮30RL、30RR中生成作为抑制簧载质量振动的车轮转矩的阻尼转矩，且因此抑制振动。当由ECU 50执行阻尼控制时，阻尼转矩施加到车轮30RL、30RR，以抑制簧载质量振动。

悬架机构80FL、80FR、80RL、80RR可构造为主动悬架，且ECU 50可构造为基于估计的车身状态量来主动地控制悬架机构80FL、80FR、80RL、80RR，以执行对于车辆10的姿态控制。

虽然在根据前述实施例中的每个实施例的车身状态量估计装置中将二轮模型用作车辆10的力学的车辆运动模型，但本发明不限制于使用二轮模型。例如，四轮模型可用作车辆运动模型，且例如估计装置可接收针对各车轮30FL、30FR、30RL、30RR由轮速传感器40FL、40FR、40RL、40RR获得的轮速VwFL、VwFR、VwRL、VwRR作为车轮角速度。然后，例如通过使用代表了与四轮模型对应的车辆运动模型的车辆运动模型矩阵和代表了使用以上所述的三个轮速影响元素的轮速影响元素模型的轮速影响元素模型矩阵来计算估计值，估计装置可估计车辆的侧倾率。

虽然根据前述实施例中的每个实施例的车身状态量估计装置使车辆运动模型矩阵和轮速影响元素模型矩阵的乘积的逆矩阵作用在轮速上，但可替代矩阵使用卡尔曼滤波器。

应理解的是本发明不限制于以上所述的实施例，而是本发明包括通过合适地将以上所述的各实施例的组成元素组合来构造的那些实施例。另外的效果和修改的示例可由本领域一般技术人员从以上描述中容易地导出。因此，本发明的进一步的延伸的形式不限制于以上所述的实施例，而是可进行多种改变或修改。

Claims (4)

1.一种能适应于车辆的车身状态量估计装置，所述车辆包括轮速传感器，所述轮速传感器获得被安装到所述车辆上的车轮的轮速，所述车身状态量估计装置包括：

路面输入计算单元，所述路面输入计算单元通过使车辆运动模型矩阵和轮速影响元素模型矩阵的乘积的逆矩阵作用在获得的轮速上来计算对于所述车轮的路面输入的估计值，所述车辆运动模型矩阵代表所述车辆的力学的车辆运动模型，所述轮速影响元素模型矩阵代表使用三个轮速影响元素作为影响所述轮速的元素的轮速影响元素模型，所述轮速影响元素包括由于围绕车身的重心的俯仰导致的影响量、悬架几何影响量和车轮滚动半径的变化的影响量；和

车身状态量计算单元，所述车身状态量计算单元通过使所述车辆运动模型矩阵作用在由所述路面输入计算单元计算出的所述路面输入的估计值上来计算车身状态量的估计值。

2.根据权利要求1所述的车身状态量估计装置，其中：

在所述车辆运动模型中，所述车辆的车身的归一化的惯性矩为1；

所述轮速包括所述车辆的前轮的轮速和所述车辆的后轮的轮速；

所述路面输入包括对于所述车辆的前轮的路面输入和对于所述后轮的路面输入；并且

所述路面输入计算单元通过使与所述前轮相关的逆矩阵的元素作用在获得的前轮的轮速上来计算对于所述前轮的路面输入的估计值，并且通过使与所述后轮相关的逆矩阵的元素作用在获得的后轮的轮速上来计算对于所述后轮的路面输入的估计值。

3.根据权利要求1所述的车身状态量估计装置，其中：

在所述车辆运动模型中，所述车辆的车身的归一化的惯性矩为1；

所述轮速包括所述车辆的前轮的轮速；并且

所述路面输入计算单元通过使与所述前轮相关的逆矩阵的元素作用在获得的前轮的轮速上来计算对于所述前轮的路面输入的估计值，并且通过使所述车辆的轴距延迟量作用在对于所述前轮的路面输入的估计值上来计算对于后轮的路面输入的估计值。

4.一种车辆的阻尼控制系统，包括：

传感器，所述传感器获得所述车辆的轮速；和

电子控制单元，所述电子控制单元被构造成：

通过使车辆运动模型矩阵和轮速影响元素模型矩阵的乘积的逆矩阵作用在获得的轮速上来计算对于车轮的路面输入的估计值，所述车辆运动模型矩阵代表所述车辆的力学的车辆运动模型，所述轮速影响元素模型矩阵代表使用三个轮速影响元素作为影响所述轮速的元素的轮速影响元素模型，所述轮速影响元素包括由于围绕车身的重心的俯仰导致的影响量、悬架几何影响量和车轮滚动半径的变化的影响量，

通过使所述车辆运动模型矩阵作用在计算出的路面输入的估计值上，来计算车身状态量的估计值，并且

基于所述车身状态量的估计值，控制所述车辆的动力源。