CN110023166B - 车辆运动状态推断装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于提供一种在发生前后、横向的车轮滑移的加减速或转弯等行驶时可以根据车轮速度传感器信号来高精度地推断车辆的上下运动量的车辆运动状态推断装置。本发明根据车轮速度传感器信号的变动分量来推断、去除因车轮滑移而产生的变动分量，由此提取因悬架的位移而产生的变动分量，根据提取到的因悬架的位移而产生的变动分量来推断车辆的上下运动量。

Description

车辆运动状态推断装置
技术领域
本发明涉及车辆的运动状态推断，例如涉及推断上下运动量的车辆运动状态推断装置。
背景技术
相对于使用车高传感器、上下加速度传感器等追加传感器来直接检测车辆的上下运动量的方法而言，已知有例如专利文献1记载那样的使用车轮速度传感器等的、不基于追加传感器的上下运动量的推断方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平6-48139号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1记载的上下运动量的推断方法没有考虑到因加减速或转弯等而发生的前后、横向的车轮滑移所引起的车轮速度的变动，精度有可能大幅降低。
本发明是为了解决所述问题，其目的在于提供一种在发生前后、横向的车轮滑移的加减速或转弯等行驶时可以根据车轮速度传感器信号来高精度地推断车辆的上下运动量的车辆运动状态推断装置。
解决问题的技术手段
为了达成所述目的，本发明的车辆运动状态推断装置根据车轮速度传感器信号的变动分量来推断、去除车轮滑移起因分量，由此提取悬架的位移所引起的悬架位移起因分量，并根据悬架位移起因分量来推断车辆的上下运动量。
发明的效果
根据本发明，不论有无车轮滑移，都能高精度地推断车辆运动状态。
根据本说明书的记述、附图，将明确本发明相关的更多特征。此外，上述以外的课题、构成及效果将通过以下实施方式的说明来加以明确。
附图说明
图1为车辆运动状态推断装置50a的概念图。
图2为车辆运动状态推断装置50b的概念图。
图3为表示悬架位移与车轮速度变动的几何学关系的图。
图4为表示四轮整车模型的图。
图5为表示轮胎上下力与轮胎有效旋转半径的关系的图。
图6为表示实施方式1的搭载有车辆运动状态推断装置50a或50b的车辆构成的图。
图7为平面运动量推断部51的概念图。
图8为表示实施方式1的四轮车平面模型的图。
图9为表示实施方式1的四轮车的等效的两轮车平面模型的图。
图10为表示实施方式1的车轮滑移率与轮胎前后力的关系的图。
图11为实施方式1的车轮速度变动推断部52的概念图。
图12为表示实施方式1的伴随加减速的轮胎的前后方向的运动的图。
图13为实施方式1的车轮速度变动推断部52'的概念图。
图14为表示实施方式1的车轮速度变动推断部52'进行的推断判断的流程图。
图15为表示实施方式1的车辆运动状态推断装置50a或50b的处理结果的时间变化的图。
图16为实施方式2的车辆运动状态推断装置50c的概念图。
图17为表示实施方式2的车辆运动状态推断装置50c的处理结果的时间变化的图。
图18为实施方式3的车辆运动状态推断装置50d的概念图。
图19为表示实施方式3的车辆运动状态推断装置50d进行的修正判断的流程图。
图20为表示实施方式3的车轮旋转加速度与预测推断误差的关系的图。
图21为表示实施方式3的车辆运动状态推断装置50d的处理结果的时间变化的图。
图22为表示实施方式4的搭载有车辆运动状态推断装置50a或50b或50c或50d的车辆构成的图。
图23为实施方式4的悬架控制单元81的概念图。
图24为表示实施方式4的悬架控制单元81的处理结果的时间变化的图。
具体实施方式
一边酌情参考附图，一边对本发明的具体实施方式进行详细说明。
在实施方式的说明之前，下面以本发明的理解变得容易的方式使用图1～图3对基于车轮速度传感器和加速度传感器等的检测值的车辆的上下运动量的推断方法进行说明。
图1为根据车轮速度传感器、加速度传感器等的检测值来进行相对速度、纵倾率等上下运动量的推断的车辆运动状态推断装置50a的概念图。
例如，由车轮速度传感器、加速度传感器等检测到的车辆运动状态量检测值和由操舵角传感器、行程传感器等检测到的驾驶员输入量检测值被输入至车辆运动状态推断装置50a。
继而，根据输入的检测值来输出上下运动量推断值。此处，车辆运动状态量检测值为车轮速度、车体的前后加速度、横向加速度、横摆率等值。此外，驾驶员输入量检测值为操舵角、加速踏板开度、制动踏板踩踏力等值。
车辆运动状态推断装置50a具备平面运动量推断部51、车轮速度变动推断部52及上下运动量推断部53。
平面运动量推断部51使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值以及上下运动量推断部53的上下运动量推断值来推断轮胎的前后方向的车轮滑移即滑移率、横向的车轮滑移即侧偏角、轮胎的前后方向上产生的轮胎前后力等车辆的平面运动量，并作为平面运动量推断值输出。
此处，所谓轮胎的横向，是与轮胎的旋转面垂直的方向(轮胎的转轴方向)，所谓轮胎的前后方向，是在轮胎的设置平面上与所述轮胎的横向正交的方向(轮胎的滚动方向)。
车轮速度变动推断部52使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、平面运动量推断部51的平面运动量推断值以及上下运动量推断部53的上下运动量推断值来推断因车轮滑移而发生的车轮滑移引起的车轮速度变动，并从车轮速度传感器1的信号的变动分量中加以去除，由此提取因悬架的位移而发生的悬架位移引起的车轮速度变动，并作为车轮速度变动推断值输出。
上下运动量推断部53使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值以及车轮速度变动推断部52的车轮速度变动推断值来推断相对速度、纵倾率等车辆的上下运动量，并作为上下运动量推断值输出。
通过使用如上构成的车辆运动状态推断装置50a，即便在发生了车轮滑移的情况下也能仅提取悬架位移引起的车轮速度变动，因此能够实现精度比以往高的上下运动量的推断。
图2为根据车轮速度传感器、加速度传感器等的检测值、滑移率、轮胎前后力等平面运动量推断值来进行相对速度、纵倾率等上下运动量的推断的车辆运动状态推断装置50b的概念图。
图2的车辆运动状态推断装置50b与图1的车辆运动状态推断装置50a的主要差异在于，变更成如下构成：去掉平面运动量推断部51，输入由车辆中另行搭载、连接的防侧滑装置(ESC)或ABS装置等外部装置推断出的平面运动量推断值。在图2所示的构成中，滑移率、轮胎前后力等平面运动量推断值由外部装置加以推断。
通过像这样利用由车辆运动状态推断装置的外部装置推断出的值代替推断值的一部分，可以降低车辆运动状态推断装置的计算负荷，从而能以更廉价的计算机来实现车辆的运动状态的推断。
使用图3、图4，对上下运动量推断部53中的上下运动量的推断方法的具体例进行说明。
图3为表示悬架位移与车轮速度变动的几何学关系的图。
图3展示了从左右方向观察车辆而得到的伴随悬架位移的轮胎7的旋转速度的变化即车轮速度变动，将悬架位移引起的车轮速度变动设为ωz，将轮胎有效旋转半径设为R，将悬架的瞬时旋转中心设为Os，将轮胎7与路面的接触点设为Og，将连结Os与Og之间的线与路面所成的角设为θ，将悬架的弹簧常数设为ks，将悬架的阻尼系数设为cs，将悬架位移即簧上与簧下的相对位移设为zbw。
相对位移zbw的时间微分即相对速度dzbw/dt由以下式(1)表示。
[数式1]
Figure BDA0002062338070000041
此处，式(1)为相对速度dzbw/dt的推断方法的一例，也可使用以悬架位移引起的车轮速度变动ωz为输入而输出相对速度dzbw/dt的增益或特性图谱，相对速度dzbw/dt的推断方法无限定。
现有技术是将车轮速度传感器信号的变动分量本身用作式(1)的悬架位移引起的车轮速度变动ωz。但是，该车轮速度传感器信号的变动分量不仅包含悬架位移引起的变动分量，还包含车轮滑移引起的变动分量，因此，在发生了车轮滑移的情况下，存在推断误差增大这一问题。
相对于此，本发明是根据车轮速度传感器的信号等来推断车轮滑移引起的车轮速度变动，并从车轮速度传感器信号的变动分量中去除，由此提取悬架位移引起的车轮速度变动ωz，从而解决所述问题。
再者，车轮滑移引起的车轮速度变动的推断方法等的具体例将在后文叙述的实施方式1之后加以叙述。
以上为本发明中的相对速度dzbw/dt的推断方法的一例，可以使用该相对速度的推断值来推断簧上上下速度、纵倾率等其他上下运动量。
接着，使用图4、图5，对根据推断出的相对速度来推断簧上上下速度、纵倾率等上下运动量的方法进行说明。
图4为表示四轮整车模型的图。在本实施方式中，将车辆的重心点8设为原点，将车辆的前后方向设为x，将车辆的左右方向设为y，将车辆的上下方向设为z。
图4展示的是加减速时或转弯时或者得到路面位移的输入的四轮车的运动。
此处，将车辆的前后加速度设为Gx，将车辆的左右方向的加速度即横向加速度设为Gy，将簧上质量设为mb，将前后悬架的簧下质量设为mwf、mwr，将弹簧常数设为ksf、ksr，将阻尼系数设为csf、csr，将前后稳定器的弹簧常数设为kstf、kstr，将前后轮胎的上下弹簧常数设为ktf、ktr。
此外，将左前、右前、左后、右后悬架中的簧上上下位移设为zbfl、zbfr、zbrl、zbrr，将簧下上下位移设为zwfl、zwfr、zwrl、zwrr，将路面位移设为zgfl、zgfr、zgrl、zgrr，将轮胎上下力的变动设为ΔFzfl、ΔFzfr、ΔFzrl、ΔFzrr。
此外，将作用簧上质量mb的重心点8距路面的高度设为h，将重心点8与前轮轴的距离以及与后轮轴的距离设为lf、lr，将前轮轴与后轮轴的距离即轴距设为l，将车辆前后轮的设为df、dr。
关于簧上的上下运动，将簧上上下加速度设为d2zb/dt2而由以下式(2)表示。
[数式2]
Figure BDA0002062338070000051
此处，Fbwfr、Fbwfl、Fbwrr、Fbwrl为作用于簧上的上下力，由以下式(3)表示。
[数式3]
Figure BDA0002062338070000061
此处，zbwfl、zbwfr、zbwrl、zbwrr为簧上与簧下的相对位移，由以下式(4)表示。
再者，dzbwfl/dt、dzbwfr/dt、dzbwrl/dt、dzbwrr/dt为相对位移zbwfl、zbwfr、zbwrl、zbwrr的时间微分即簧上与簧下的相对速度。
此外，相对位移zbwfl、zbwfr、zbwrl、zbwrr是对使用式(1)推断出的相对速度dzbwfl/dt、dzbwfr/dt、dzbwrl/dt、dzbwrr/dt分别进行时间积分而算出。
[数式4]
Figure BDA0002062338070000062
接着，关于左前、右前、左后、右后悬架中的簧下的上下运动，将簧下上下加速度设为d2zwfl/dt2、d2zwfr/dt2、d2zwrl/dt2、d2zwrr/dt2而由以下式(5)表示。
[数式5]
Figure BDA0002062338070000063
接着，将左前、右前、左后、右后的轮胎上下力的变动设为ΔFzfl、ΔFzfr、ΔFzrl、ΔFzrr，使用式(5)而由以下式(6)表示。
进一步地，本发明作为对象的普通车辆的簧下质量相对于簧上质量而言极小。因此，在相对速度dzbwfl/dt、dzbwfr/dt、dzbwrl/dt、dzbwrr/dt的时间微分即簧上与簧下的相对加速度d2zbwfl/dt2、d2zbwfr/dt2、d2zbwrl/dt2、d2zbwrr/dt2中，簧下上下加速度d2zwfl/dt2、d2zwfr/dt2、d2zwrl/dt2、d2zwrr/dt2占主导，可以像以下式(6)那样加以近似。
[数式6]
Figure BDA0002062338070000071
此处，d2zbwfl/dt2、d2zbwfr/dt2、d2zbwrl/dt2、d2zbwrr/dt2为相对速度dzbwfl/dt、dzbwfr/dt、dzbwrl/dt、dzbwrr/dt的时间微分即簧上与簧下的相对加速度。
此外，关于左前、右前、左后、右后的轮胎上下力Fzfl、Fzfr、Fzrl、Fzrr，将静止时的左前、右前、左后、右后的轮胎上下力设为Fz0fl、Fz0fr、Fz0rl、Fz0rr，使用由式(6)表示的轮胎上下力的变动而由以下式(7)表示。
[数式7]
Figure BDA0002062338070000072
图5为表示轮胎上下力与轮胎有效旋转半径的关系的图。
通过对图5所示的特性图谱输入使用式(7)推断出的左前、右前、左后、右后的轮胎上下力Fzfl、Fzfr、Fzrl、Fzrr，可以推断左前、右前、左后、右后的轮胎有效旋转半径Rfl、Rfr、Rrl、Rrr。
再者，该方法为轮胎有效旋转半径的推断方法的一例，也可使用图5所示的特性的近似式或增益等，轮胎有效旋转半径的推断方法无限定。
接着，关于簧上上下速度dzb/dt、纵倾率dθy/dt、侧倾率dθx/dt，将车体的纵倾惯性力矩设为Iy，将侧倾惯性力矩设为Ix而由以下式(8)～式(10)表示。
[数式8]
Figure BDA0002062338070000081
[数式9]
Figure BDA0002062338070000082
[数式10]
Figure BDA0002062338070000083
以上为本发明中的车辆的上下运动量的推断方法的一例。
[实施方式1]
使用图6～图15，对实施方式1中的车辆运动状态推断装置50a及50b的处理概要进行说明。
图6展示了对通过制动驱动力来控制车辆运动的车辆运用了车辆运动状态推断装置50a或50b的车辆10a的构成图。
本实施方式的车辆运动状态推断装置50a或50b搭载于车辆10a中，从车轮速度传感器1、加速度传感器2、陀螺仪传感器3、驱动控制单元5、制动控制单元6获取与车辆运动相关的状态量的检测值，从操舵角传感器4获取与驾驶员操作相关的状态量的检测值。
此处，驱动控制单元5是根据驾驶员的操作或者来自控制器的指令将由内燃机或电动机产生的制动驱动扭矩经由变速器和差动装置等传递至轮胎、使轮胎产生制动驱动力的单元。
此外，制动控制单元6是根据驾驶员的操作或者来自控制器的指令将由主油缸或泵等产生的液压传递至各轮、使各轮上配备的制动卡钳工作、由此使轮胎产生制动力的单元。
车辆运动状态推断装置50a或50b像图1或图2中叙述过的那样使用检测值或推断值来推断车轮滑移引起的车轮速度变动并从车轮速度传感器信号的变动分量中去除，由此提取悬架位移引起的车轮速度变动，从而推断簧上上下速度、纵倾率等上下运动量，并将其结果输出至驱动控制单元5或制动控制单元6或者这两方。
此处，输入至车辆运动状态推断装置50b的平面运动量推断值是获取并使用例如由作为构成制动控制单元6的装置之一的防侧滑装置或者未图示的自动驾驶控制装置等推断出的值。
首先，对平面运动量推断部51中的平面运动量的推断方法的一例进行说明。
图7为作为构成车辆运动状态推断装置50a的推断部之一的平面运动量推断部51的概念图。
平面运动量推断部51像图1中叙述过的那样使用车轮速度传感器和加速度传感器等的检测值即车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、以及上下运动量推断部53的推断值即上下运动量推断值来推断、输出前后方向的车轮滑移即滑移率、横向的车轮滑移即侧偏角、轮胎的前后方向上产生的轮胎前后力等平面运动量。
平面运动量推断部51具备车轮速度换算部51a、车体前后速度推断部51b、路面摩擦系数推断部51c、滑移率推断部51d、侧偏角推断部51e及轮胎前后力推断部51f。
车轮速度换算部51a使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、上下运动量推断值以及侧偏角推断部51e的侧偏角推断值来推断、输出将车轮速度传感器1的信号换算成车辆的重心点8的前后方向的速度而得的值即车轮速度换算值。
关于左前、右前、左后、右后的车轮速度换算值Vxfl、Vxfr、Vxrl、Vxrr，将实际舵角设为δ，将横摆率设为r，将左前、右前、左后、右后的车轮旋转速度设为ωfl、ωfr、ωrl、ωrr，将轮胎有效旋转半径设为Rfl、Rfr、Rrl、Rrr，将轮胎侧偏角设为βfl、βfr、βrl、βrr而由以下式(11)表示。
[数式11]
Figure BDA0002062338070000091
接着，车体前后速度推断部51b使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、上下运动量推断值以及车轮速度换算部51a的推断值来推断、输出车辆的重心点8的前后方向的速度即车体前后速度。
车体前后速度Vx由以下式(12)、式(13)表示。
[数式12]
Gx≥0时，
Figure BDA0002062338070000092
[数式13]
Gx＜0时，
Figure BDA0002062338070000101
此处，式(12)、式(13)为车体前后速度Vx的推断方法的一例，也可为对使用GPS检测到的位置信息进行时间微分而推断出的值，车体前后速度Vx的推断方法并不限定于上述内容。
接着，路面摩擦系数推断部51c使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值以及上下运动量推断值来推断、输出路面摩擦系数。路面摩擦系数μ由以下式(14)表示。
[数式14]
Figure BDA0002062338070000102
接着，滑移率推断部51d使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、上下运动量推断值以及车轮速度换算部51a和车体前后速度推断部51b的推断值来推断、输出车轮的前后方向的滑移即滑移率。
左前、右前、左后、右后的滑移率λfl、λfr、λrl、λrr由以下式(15)、式(16)表示。
[数式15]
Gx＞0时，
Figure BDA0002062338070000103
[数式16]
Gx＜0时，
Figure BDA0002062338070000104
接着，侧偏角推断部51e使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、上下运动量推断值以及车体前后速度推断部51b、路面摩擦系数推断部51c及滑移率推断部51d的推断值来推断、输出车轮的横向的滑移即侧偏角。
图8为表示四轮车模型的图。
图8展示了转弯中的四轮车的运动，将实际舵角设为δ，将车辆的行进方向的速度设为V，将车辆的左右方向的速度设为Vy，将以速度V进行转弯的车辆所产生的行进方向与车体前后方向所成的角设为侧偏角β，将作用于左前、右前、左后、右后轮胎的侧偏力设为Yfl、Yfr、Yrl、Yrr。
图9为表示四轮车的等效的两轮车模型的图。
图9是替换为如下模型而得：在视为相对于图8而言左右轮胎的侧偏角较小而且其值较小、实际舵角也较小的范围内忽略车辆的轮距，前后的左右轮集中在前后轮轴与车轴的交点。
此处，侧偏力2Yf、2Yr是图9所示的作用于前后轮胎的左右的侧偏力的合力。
此处，作为侧偏角推断部51e中的侧偏角推断的一例，对使用图9所示的四轮车的等效的两轮车模型的左前、右前、左后、右后轮胎的侧偏角βfl、βfr、βrl、βrr的推断方法进行说明。
首先，关于横向速度Vy的时间微分即dVy/dt和绕z轴产生的横摆率r的时间微分即dr/dt，将车辆的质量设为m，将前后轮胎的每单位侧偏角的侧偏力即侧偏刚度分别设为Kf、Kr，将车辆的横摆惯性力矩设为Iz而由以下式(17)、式(18)表示。
[数式17]
Figure BDA0002062338070000111
[数式18]
Figure BDA0002062338070000112
进一步地，若构成反馈横摆率r的输出偏差的观测器并以状态方程和输出方程来表示式(17)、式(18)，则变为以下式(19)、式(20)。
[数式19]
Figure BDA0002062338070000113
[数式20]
Figure BDA0002062338070000121
其中，
Figure BDA0002062338070000122
Figure BDA0002062338070000123
(Vy^,r^)为(Vy,r)的推断值。
观测器以偏差e减少的方式对观测器输入进行修正，状态量的推断误差得以降低。根据该式(19)、式(20)，获得横向速度的推断值Vy^，车体的侧偏角的推断值β^由以下式(21)表示。
[数式21]
Figure BDA0002062338070000124
于是，左前、右前、左后、右后轮胎的侧偏角βfl、βfr、βrl、βrr由以下式(22)表示。
[数式22]
Figure BDA0002062338070000125
接着，轮胎前后力推断部51f使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、上下运动量推断值以及路面摩擦系数推断部51c、滑移率推断部51d及侧偏角推断部51e的推断值来推断、输出轮胎的前后方向上产生的力即轮胎前后力。轮胎前后力是根据利用来自车载传感器的检测值推断出的路面摩擦系数、车轮滑移以及轮胎上下力来加以推断。
图10为表示路面摩擦系数μ为1.0、作用规定的轮胎上下力时的车轮滑移与轮胎前后力的关系的图。
在轮胎前后力推断部51f中，针对每一轮胎上下力而具有多个图10所示那样的特性图谱。
对该特性图谱输入轮胎的上下力、滑移率、侧偏角，对输出的值乘以路面摩擦系数，由此推断左前、右前、左后、右后的轮胎前后力Fxfl、Fxfr、Fxrl、Fxrr。
再者，该方法为轮胎前后力的推断方法的一例，也可使用图10所示的特性的近似式或增益等，轮胎前后力的推断方法无限定。
以上为实施方式1中的平面运动量推断部51的车轮滑移、轮胎前后力等平面运动量的推断方法的一例。
接着，对车轮速度变动推断部52中的车轮速度变动的推断方法的一例进行说明。
图11为作为构成车辆运动状态推断装置50a或50b的推断部之一的车轮速度变动推断部52的概念图。
车轮速度变动推断部52像图1及图2中叙述过的那样使用车轮速度传感器和加速度传感器等的检测值即车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、平面运动量推断部51的推断值或者由防侧滑装置等推断出的平面运动量推断值、以及上下运动量推断部53的推断值即上下运动量推断值来推断因车轮滑移而发生的车轮滑移引起的车轮速度变动，并从车轮速度传感器1的信号的变动分量中去除，由此提取、输出因悬架的位移而发生的悬架位移引起的车轮速度变动。
车轮速度变动推断部52具备车轮速度变动推断部(车轮滑移引起)52a和车轮速度变动推断部(悬架位移引起)52b。
车轮速度变动推断部(车轮滑移引起)52a使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、平面运动量推断值以及上下运动量推断值来推断、输出因车轮滑移而发生的车轮滑移引起的车轮速度变动。
图12为表示伴随着加减速的轮胎的前后方向的运动的图。
图12展示了从左右方向观察车辆而得到的伴随着加减速的轮胎7的旋转速度的变化即车轮速度变动，将车轮旋转角加速度设为dωxy/dt，将轮胎的旋转惯性力矩设为It，将轮胎有效旋转半径设为R，将制动驱动扭矩设为T，将轮胎前后力设为Fx，将悬架的弹簧常数设为ks，将悬架的阻尼系数设为cs。
车轮旋转角加速度dωxy/dt的时间积分即车轮旋转速度ωxy由以下式(23)表示。再者，该车轮旋转速度ωxy是相对于某一瞬间的轮胎能够产生的轮胎前后力而言输入了过剩的制动驱动扭矩的情况下发生的车轮滑移引起的车轮速度变动。车轮滑移引起的车轮速度变动是根据轮胎制动驱动力和轮胎前后力加以推断。轮胎制动驱动扭矩由车载传感器加以检测，或者根据由车载传感器检测到的检测值加以推断。
[数式23]
Figure BDA0002062338070000141
此处，式(23)为车轮滑移引起的车轮速度变动ωxy的推断方法的一例，也可使用以制动驱动扭矩等为输入而输出车轮滑移引起的车轮速度变动ωxy的增益或特性图谱，车轮滑移引起的车轮速度变动ωxy的推断方法无限定。
接着，车轮速度变动推断部52b使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、平面运动量推断值、上下运动量推断值以及车轮速度变动推断部(车轮滑移引起)52a的推断值来推断、输出因悬架位移而发生的悬架位移引起的车轮速度变动。
关于左前、右前、左后、右后的悬架位移引起的车轮速度变动ωzfl、ωzfr、ωzrl、ωzrr，将左前、右前、左后、右后的车轮速度传感器1的信号的变动分量设为ωsfl、ωsfr、ωsrl、ωsrr而由以下式(24)表示。
[数式24]
Figure BDA0002062338070000142
图13为作为构成车辆运动状态推断装置50a或50b的推断部之一的车轮速度变动推断部52'的概念图。
图13的车轮速度变动推断部52'与图11的车轮速度变动推断部52的主要差异在于，追加构成了推断判断部52c。
图14为表示车轮速度变动推断部52'的推断判断部52c的处理概要的流程图。
首先，推断判断部52c获取车轮速度传感器和加速度传感器等的检测值即车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值、平面运动量推断部51的推断值或者由防侧滑装置等推断出的平面运动量推断值、以及上下运动量推断部53的推断值即上下运动量推断值(步骤S1401)。
接着，判定步骤S1401中获取到的车轮滑移是否大于规定阈值(步骤S1402)，在大于的情况下(步骤S1402中为“是”)，进入至步骤S1403，输出推断许可判断，在小于的情况下(步骤S1402中为“否”)，进入至步骤S1404，输出推断禁止判断。
针对该推断判断部52c的推断判断结果，在车轮速度变动推断部52'的车轮速度变动推断部(车轮滑移引起)52a中，在推断许可判断时进行通常处理，在推断禁止判断时不进行推断处理，仅进行对通常处理中输出的车轮滑移引起的车轮速度变动定义0并输出的处理。车轮滑移引起的车轮速度变动是在车轮滑移大于规定阈值的情况下进行推断。
通过像这样根据车轮滑移的大小来判断推断处理的许可/禁止，能够降低定速行驶时等车轮滑移较小的状况下的车辆运动状态推断装置的计算负荷，从而能够减少耗电和发热等。
以上为实施方式1中的车轮速度变动推断部52推断车轮滑移引起以及悬架位移引起的车轮速度变动的推断方法的一例，通过将由该车轮速度变动推断部52推断出的悬架位移引起的ωz输入至式(1)，能够实现精度比以往高的上下运动量的推断。
图15为表示路面上下位移、由车辆运动状态推断装置50a或50b推断出的滑移率、车轮速度变动、车轮速度变动(悬架位移引起)、相对速度的时间变化的图。滑移率为图7中叙述过的滑移率推断部51d中的处理结果的一例，车轮速度变动和车轮速度变动(悬架位移引起)为图12～图14中叙述过的车轮速度变动推断部52或52'中的处理结果的一例，相对速度为图1及图2中叙述过的上下运动量推断部53中的处理结果的一例。此处，假定车轮速度变动只是因悬架位移及车轮滑移而产生。
首先，图15所示的到时间t为止的期间进行的是滑移率大致为0的定速行驶，车轮速度变动的(3)悬架位移引起的变动量与(1)车轮速度传感器信号的变动分量大致相等。
结果，根据车轮速度变动的(1)车轮速度传感器信号的变动分量来推断上下运动量的未考虑车轮滑移(以往)的相对速度的推断值与根据车轮速度变动的(3)悬架位移引起的变动量来推断上下运动量的考虑了车轮滑移(本发明)的相对速度的推断值大致相等，两者是接近真值的值。
接着，图15所示的时间t之后的期间进行的是加速行驶，随着因加速而发生的车轮滑移，车轮速度变动中产生(2)车轮滑移引起的变动量。
车轮速度变动的(1)车轮速度传感器信号的变动分量是由(2)车轮滑移引起的变动量与(3)悬架位移引起的变动量的和表示，因此，根据车轮速度变动的(1)车轮速度传感器信号的变动分量来推断上下运动量的未考虑车轮滑移(以往)的相对速度的推断值与真值之间产生车轮滑移造成的推断误差。
相对于此，从车轮速度变动的(1)车轮速度传感器信号的变动分量中去除(2)车轮滑移引起的变动量、仅根据提取到的(3)悬架位移引起的变动量来推断上下运动量的考虑了车轮滑移(本发明)的相对速度的推断值能够实现精度比以往高的推断。
[实施方式2]
在实施方式2中，对与实施方式1的差异进行说明，与实施方式1相同的说明从略。
再者，实施方式2与实施方式1的主要差异在于，追加了第二上下运动量推断部54和修正处理部55，所述第二上下运动量推断部54通过不同于第一上下运动量推断部53(与实施方式1的上下运动量推断部53相同)的方法来推断上下运动量，所述修正处理部55根据第一上下运动量推断部53和第二上下运动量推断部54的推断值对第一上下运动量推断部53的推断值进行修正，使用图16和图17，对实施方式2中的车辆运动状态推断装置50c的处理概要进行说明。
图16为根据车轮速度传感器、加速度传感器等的检测值来进行相对速度、纵倾率等上下运动量的推断的车辆运动状态推断装置50c的概念图。
车辆运动状态推断装置50c具备平面运动量推断部51、车轮速度变动推断部52、第一上下运动量推断部53、第二上下运动量推断部54及修正处理部55。
第二上下运动量推断部54使用车辆运动状态量检测值、驾驶员输入量检测值以及平面运动量推断部51和车轮速度变动推断部52的推断值而通过不同于第一上下运动量推断部53的方法来推断、输出纵倾率等上下运动量。
作为该第二上下运动量推断部54的上下运动量的推断方法的一例，关于纵倾率dθy2/dt、侧倾率dθx2/dt，将纵倾修正增益设为Jx，将侧倾修正增益设为Jy，将侧倾轴到重心点8的高度设为hx，将转弯横向加速度设为Gyc而由以下式(25)、式(26)表示。
[数式25]
Figure BDA0002062338070000161
[数式26]
Figure BDA0002062338070000162
接着，修正处理部55将第二上下运动量推断部54的推断值假定为真值，算出、输出根据第一上下运动量推断部53与第二上下运动量推断部54的推断值的差对第一上下运动量推断部53的推断值进行修正而得的值即推断修正值。
作为该修正处理部55的上下运动量的修正方法的一例，关于左前、右前、左后、右后悬架中的簧上与簧下的相对速度的推断修正值dzbwcfl/dt、dzbwcfr/dt、dzbwcrl/dt、dzbwcrr/dt，将第一上下运动量推断部53得到的左前、右前、左后、右后悬架中的簧上与簧下的相对速度的推断值分别设为dzbwfl/dt、dzbwfr/dt、dzbwrl/dt、dzbwrr/dt，将第一上下运动量推断部53得到的纵倾率和侧倾率的推断值分别设为dθy1/dt、dθx1/dt而由以下式(27)表示。
[数式27]
Figure BDA0002062338070000171
对利用该式(27)求出的修正后的簧上与簧下的相对速度的推断修正值dzbwcfl/dt、dzbwcfr/dt、dzbwcrl/dt、dzbwcrr/dt进行时间微分或时间积分并输入至式(2)～式(10)，对轮胎上下力等第一上下运动量推断部53的其他推断值进行修正，由此，能够实现精度比以往高的上下运动量的推断。
图17为表示路面上下位移、由车辆运动状态推断装置50c推断出的滑移率、车轮速度变动、纵倾率、相对速度的时间变化的图。
图17中，是在上下位移的周期固定的路面上进行加减速行驶，因加减速而发生车轮滑移，使得车轮速度变动中产生(2)车轮滑移引起的变动量。
此外，第一上下运动量推断部53的纵倾率推断值相较于第二上下运动量推断部54而言推断误差较大，进而，无修正的相对速度(第一上下运动量推断部53的推断值)的推断误差较大。
相对于此，根据第一上下运动量推断部53与第二上下运动量推断部54的推断值的差对第一上下运动量推断部53的推断值进行修正而得的有修正的相对速度(修正处理部55的输出值)能够实现精度比无修正高的上下运动量的推断。
[实施方式3]
在实施方式3中，对与实施方式2的差异进行说明，与实施方式2相同的说明从略。
再者，实施方式3与实施方式2的主要差异在于，追加了根据第二上下运动量推断部54的预测推断误差来判断第一上下运动量推断部53的推断值的修正的许可或禁止的修正判断部56，使用图18～图21，对实施方式3中的车辆运动状态推断装置50d的处理概要进行说明。
图18为根据车轮速度传感器、加速度传感器等的检测值来进行相对速度、纵倾率等上下运动量的推断的车辆运动状态推断装置50d的概念图。
车辆运动状态推断装置50d具备平面运动量推断部51、车轮速度变动推断部52、第一上下运动量推断部53、第二上下运动量推断部54、修正处理部55及修正判断部56。
图19为表示车辆运动状态推断装置50d的修正判断部56的处理概要的流程图。
首先，修正判断部56获取车轮速度传感器和加速度传感器等的检测值即车辆运动状态量检测值以及驾驶员输入量检测值(步骤S1901)。
接着，对步骤S1901中获取到的车轮速度传感器信号进行时间微分，算出车轮旋转加速度(步骤S1902)。
接着，根据步骤S1902中算出的车轮旋转加速度来导出第二上下运动量推断部54的预测推断误差(步骤S1903)。
此处，第二上下运动量推断部54预先配备图20所示那样的特性图谱，在步骤S1903中对该特性图谱输入车轮旋转加速度而导出第二上下运动量推断部54的预测推断误差(推断误差的预测值)。
图20为表示车轮旋转加速度与预测推断误差的关系的图。
图20所示的预测推断误差是预先由陀螺仪传感器等检测以及由第二上下运动量推断部54推断出的上下运动量的推断误差的大小。
接着，判定步骤S1903中导出的预测推断误差是否小于规定阈值(步骤S1904)，在小于的情况下(步骤S1904中为“是”)，进入至步骤S1905，输出修正许可判断，在大于的情况下(步骤S1904中为“否”)，进入至步骤S1906，输出修正禁止判断。即，在特性图谱输出的推断误差的预测值小于规定值的情况下，对由第一上下运动量推断单元推断出的上下运动量进行修正。
针对该修正判断部56的修正判断结果，在车辆运动状态推断装置50d的第二上下运动量推断部54中，在修正许可判断时进行通常处理，在修正禁止判断时不进行推断处理，仅进行对通常处理中输出的纵倾率等定义0并输出的处理。
通过像这样根据第二上下运动量推断部54的预测推断误差来判断修正处理的许可/禁止，能够抑制修正造成的推断精度的劣化。
图21为表示路面上下位移、由车辆运动状态推断装置50d推断出的滑移率、车轮速度变动、第二上下运动量推断部54的预测推断误差、纵倾率、相对速度的时间变化的图。
图21中，是在上下位移的周期发生变化的路面上进行加减速行驶，因加减速而发生车轮滑移，使得车轮速度变动中产生(2)车轮滑移引起的变动量。
此外，图21所示的到时间t1为止的期间和时间t2之后的期间是第二上下运动量推断部54的预测推断误差大于阈值的期间，第二上下运动量推断部54的纵倾率推断值相较于第一上下运动量推断部53而言推断误差较大，进而，没有修正判断部56的修正判断的情况下的相对速度的推断值的推断误差较大。
相对于此，有修正判断的相对速度的推断值相较于修正禁止判断期间内无修正判断的相对速度的推断值而言推断误差较小，能够实现精度始终比无修正判断高的上下运动量的推断。
[实施方式4]
在实施方式4中，对与实施方式1～实施方式3的差异进行说明，与实施方式1～实施方式3相同的说明从略。
再者，实施方式4与实施方式1～实施方式3的主要差异在于，构成的是对实施方式1～实施方式3的车辆10a追加了悬架控制单元81和可控悬架装置82的车辆10b，使用图22～图24，主要对实施方式4中的悬架控制单元81的处理概要进行说明。此外，实施方式4中的车辆运动状态推断装置可为实施方式1的车辆运动状态推断装置50a或50b、或者实施方式2的车辆运动状态推断装置50c、或者实施方式3的车辆运动状态推断装置50d中的任一方。
图22展示了实施方式4中的搭载有车辆运动状态推断装置50a或50b或50c或50d的车辆10b的构成图。
图22是对图6追加了悬架控制单元81和可控悬架装置82的构成。
可控悬架装置82是能够调整阻尼特性的阻尼力调整式减震器或者能够调整车体与车轮之间的上下方向的力的主动悬架。
悬架控制单元81根据加速度传感器、陀螺仪传感器等的检测值和由车辆运动状态推断装置50a或50b或50c或50d推断出的簧上上下速度等的推断值来生成控制可控悬架装置82的阻尼特性或者上下方向的力的控制信号。
接着，作为悬架控制单元81进行的控制的一例，使用图23对乘坐感受控制的处理概要进行说明。
图23为实施方式4中的进行可控悬架装置82的一功能即乘坐感受控制的悬架控制单元81的概念图。
由加速度传感器和陀螺仪传感器检测到的车辆运动状态量检测值、由车辆运动状态推断装置50a或50b推断出的上下运动量推断值、或者由车辆运动状态推断装置50c或50d推断出的上下运动量推断修正值被输入至悬架控制单元81。
悬架控制单元81具备目标阻尼力算出部81a和阻尼力图谱81b。
目标阻尼力算出部81a根据车辆运动状态量检测值和上下运动量推断值或上下运动量推断修正值来算出可控悬架装置82的目标阻尼力。
阻尼力图谱81b是预先存储的可控悬架装置82的特性的图谱信息，以由目标阻尼力算出部81a算出的目标阻尼力和车辆运动状态量检测值为输入来导出、输出控制可控悬架装置82的指令电流。
图24为实施方式4中的悬架控制单元81的处理结果的一例。
图24是以车轮滑移大致为0的条件下的处理结果为真值、对时间t之后车轮滑移增加的长波状道路中有无考虑车轮滑移对乘坐感受产生的影响进行比较而得的结果，为表示簧上上下速度、纵倾率、侧倾率的时间变化的图。
如图24所示，考虑了车轮滑移(本发明)相对于根据包含车轮滑移引起的车轮速度变动的车轮速度传感器信号的变动分量来推断上下运动量的未考虑车轮滑移(以往)而言，簧上上下速度和纵倾率较小，与真值大致相等，相较于以往而言能够改善乘坐感受。
通过以上构成，即便在发生了车轮滑移的情况下，也能仅提取悬架位移引起的车轮速度变动而根据推断出的上下运动量来生成控制悬架的指令电流，因此，能够实现性能比以往的使用包含车轮滑移引起的车轮速度变动的车轮速度传感器信号的变动分量的情况高的悬架控制。
以上，对本发明的实施方式进行了详细叙述，但本发明并不限定于所述实施方式，可以在不脱离权利要求书记载的本发明的精神的范围内进行各种设计变更。例如，所述实施方式是为了以易于理解的方式说明本发明所作的详细说明，并非一定限定于具备说明过的所有构成。此外，可以将某一实施方式的构成的一部分替换为其他实施方式的构成，此外，也可以对某一实施方式的构成加入其他实施方式的构成。进而，可以对各实施方式的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、替换。
符号说明
1 车轮速度传感器
2 加速度传感器
3 陀螺仪传感器
4 操舵角传感器
5 驱动控制单元
6 制动控制单元
7 轮胎
8 重心点
10a、10b 车辆
50a、50b、50c、50d 车辆运动状态推断装置
51 平面运动量推断部
51a 车轮速度换算部
51b 车体前后速度推断部
51c 路面摩擦系数推断部
51d 滑移率推断部
51e 侧偏角推断部
51f 轮胎前后力推断部
52、52' 车轮速度变动推断部
52a 车轮速度变动推断部(车轮滑移引起)
52b 车轮速度变动推断部(悬架位移引起)
52c 推断判断部
53 上下运动量推断部、第一上下运动量推断部
54 第二上下运动量推断部
55 修正处理部
56 修正判断部
81 悬架控制单元(悬架控制装置)
81a 目标阻尼力算出部
81b 阻尼力图谱
82 可控悬架装置。

Claims (10)

1.一种车辆运动状态推断装置，其特征在于，
推断因前后、横向的车轮滑移而发生的车轮滑移引起的车轮速度变动，通过从车轮速度传感器的信号中去除所述车轮滑移引起的车轮速度变动来推断因悬架的位移而发生的悬架位移引起的车轮速度变动，根据所述悬架位移引起的车轮速度变动来推断车辆的上下运动量。
2.根据权利要求1所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，
所述车轮滑移引起的车轮速度变动是根据轮胎制动驱动扭矩和轮胎前后力进行推断。
3.根据权利要求2所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，
所述轮胎制动驱动扭矩是由车载传感器加以检测或者根据由所述车载传感器检测到的检测值加以推断。
4.根据权利要求2或3所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，
所述轮胎前后力是根据利用车载传感器的检测值推断出的路面摩擦系数、所述车轮滑移以及轮胎上下力进行推断。
5.根据权利要求2或3所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，
所述轮胎前后力是由连接于所述车辆运动状态推断装置的外部的外部装置加以推断。
6.根据权利要求1所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，
所述车轮滑移引起的车轮速度变动是在所述车轮滑移大于规定值的情况下进行推断。
7.根据权利要求1所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，
所述车轮滑移是根据GPS得到的所述车辆的位置信息进行推断。
8.根据权利要求1所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，具有：
第一上下运动量推断单元，其推断因前后、横向的车轮滑移而发生的车轮滑移引起的车轮速度变动，根据所述车轮速度传感器的信号和所述车轮滑移引起的车轮速度变动来推断因悬架的位移而发生的悬架位移引起的车轮速度变动，根据所述悬架位移引起的车轮速度变动来推断车辆的上下运动量；以及
第二上下运动量推断单元，其通过不同于该第一上下运动量推断单元的方法来推断所述上下运动量；
根据由所述第一上下运动量推断单元推断出的上下运动量与由所述第二上下运动量推断单元推断出的上下运动量的差，对由所述第一上下运动量推断单元推断出的所述上下运动量进行修正。
9.根据权利要求8所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，
预先配备输出所述第二上下运动量推断单元的推断误差的预测值的特性图谱，在所述特性图谱输出的推断误差的预测值小于规定值的情况下，对由所述第一上下运动量推断单元推断出的上下运动量进行修正。
10.一种悬架控制装置，其特征在于，其得到由根据权利要求1至9中任一项所述的车辆运动状态推断装置推断出的上下运动量的输入，
经由悬架的阻尼力来控制所述推断出的上下运动量。
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