CN111615480B - 车辆、车辆运动状态推断装置以及车辆运动状态推断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够高精度地推断具有非线性悬架特性的车辆的弹跳运动的状态量的车辆、车辆运动状态推断装置、以及车辆运动状态推断方法。本发明的车辆运动状态推断装置是车轮与车体经由悬架结合在一起的车辆上的车辆运动状态推断装置，具有：弹跳运动推断部，其根据车辆的行驶状态信息来推断并输出车辆的弹跳运动的状态量；以及修正值推断部，其根据弹跳运动推断部的输出来算出对弹跳运动推断部的输出进行修正的修正值，修正值推断部考虑悬架的非线性特性来算出修正值。

Description

车辆、车辆运动状态推断装置以及车辆运动状态推断方法

技术领域

本发明涉及一种车辆运动状态量的推断，尤其涉及推断弹跳运动状态量的车辆、车辆运动状态推断装置以及车辆运动状态推断方法。

背景技术

作为获取车辆的弹跳运动状态量的方法，除了使用车高传感器和上下加速度传感器等专用传感器直接进行检测的方法以外，还有例如像专利文献1记载的那样利用轮速传感器等平常车载的传感器、使用车辆动态模型而不使用专用传感器来进行推断的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-47553号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1记载的弹跳运动状态量的推断方法中，悬架的特性尤其是车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系假定的是线性，在所述关系运用于非线性的车辆的情况下，弹跳运动状态量的推断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车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系为非线性的车辆中能够高精度地推断弹跳运动状态量的车辆、车辆运动状态推断装置以及车辆运动状态推断方法。

解决问题的技术手段

出于以上原因，本发明如下：“一种车辆运动状态推断装置，其为车轮与车体经由悬架结合在一起的车辆上的车辆运动状态推断装置，具有：弹跳运动推断部，其根据车辆的行驶状态信息来推断并输出车辆的弹跳运动的状态量；以及修正值推断部，其根据弹跳运动推断部的输出来算出对弹跳运动推断部的输出进行修正的修正值；修正值推断部考虑悬架的非线性特性来算出修正值”。

此外，本发明如下：“一种车辆运动状态推断装置，其为车轮与车体经由悬架结合在一起的车辆上的车辆运动状态推断装置，具有：上下运动推断部，其根据车辆的行驶状态信息来推断并输出车辆的上下运动的状态量；以及修正值推断部，其根据上下运动推断部的输出来算出对上下运动推断部的输出进行修正的修正值；修正值推断部考虑悬架的非线性特性来算出修正值”。

此外，本发明如下：“一种车辆，其中，车轮与车体经由悬架结合在一起，该车辆搭载有制动驱动控制单元、操舵控制单元及车辆运动状态推断装置，所述制动驱动控制单元控制制动驱动，所述操舵控制单元控制车轮的操舵角，所述车辆运动状态推断装置将输出给予制动驱动控制单元及操舵控制单元，该车辆运动状态推断装置的特征在于，

车辆运动状态推断装置是根据技术方案1至8中任一项所述的车辆运动状态推断装置”。

此外，本发明如下：“一种车辆运动状态推断方法，其为车轮与车体经由悬架结合在一起的车辆上的车辆运动状态推断方法，其特征在于，根据车辆的行驶状态信息来推断车辆的上下运动的状态量，根据车辆的上下运动的状态量来算出其修正值，而且，修正值是考虑了悬架的非线性特性的修正值”。

此外，本发明如下：“一种车辆运动状态推断方法，其为车轮与车体经由悬架结合在一起的车辆上的车辆运动状态推断方法，其特征在于，根据车辆的行驶状态信息来求车辆的转动运动状态量，根据行驶状态信息和转动运动状态量来求轮速变动量，根据转动运动状态量和轮速变动量来求车辆的弹跳运动量，将弹跳运动量和转动运动状态量作为车辆的上下运动状态量，而且，根据行驶状态信息和弹跳运动量或上下运动状态量来求弹跳运动量或上下运动状态量的修正值，修正值是考虑了悬架的非线性特性的修正值”。

发明的效果

根据本发明，不论悬架特性是线性还是非线性，都能高精度地推断车辆运动状态。

附图说明

图1为表示搭载有实施例1的车辆运动状态推断装置50的车辆构成例的图。

图2为表示实施例1的车辆运动状态推断装置50的概念构成例的图。

图3为表示实施例1的4轮车平面模型的图。

图4为表示实施例1的4轮整车模型的图。

图5为表示实施例1的因车体纵倾而发生的轮速变动的图。

图6为表示实施例1的因悬架的位移而发生的轮速变动的图。

图7为表示实施的相对位移与前后位移的线性关系的图。

图8为表示实施的因接地载荷变动而发生的轮速变动的图。

图9为表示实施的接地载荷与轮胎有效转动半径的关系的图。

图10为表示实施例1的车辆运动量推断装置50得到的处理结果的时间变化的图。

图11为表示实施例2的车辆运动状态推断装置50的概念构成例的图。

图12为表示搭载有实施例3的车辆运动状态推断装置50的车辆构成例的图。

图13为表示实施例3的悬架控制单元81的概念构成例的图。

图14为表示实施例3的悬架控制单元81得到的处理结果的时间变化的图。

具体实施方式

下面，使用附图，对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

使用图1至图10，对实施例1的车辆运动状态推断装置50进行说明。

图1展示了搭载有车辆运动状态推断装置50的车辆10的构成例图。

车辆运动状态推断装置50搭载于车辆10上，连接到轮速传感器1、加速度传感器2、陀螺仪传感器3、操舵角传感器4、制动驱动控制单元5、操舵控制单元6。

上述搭载于车辆10上的传感器(轮速传感器1、加速度传感器2、陀螺仪传感器3、操舵角传感器4)是平常搭载的传感器，并非所谓的专用传感器。

车辆运动状态推断装置50借助轮速传感器1来检测车体8的前后左右4处车轮7的转速，借助加速度传感器2来检测作用于车体8重心的加速度，借助陀螺仪传感器4来检测绕车体8重心的转动角速度即横摆率，借助操舵角传感器3来检测因驾驶车辆10的驾驶员的操舵而产生的方向盘的转动角或者车轮7的舵角。

此外，车辆运动状态推断装置50根据使用上述传感器进行处理得到的结果将控制输出直接或间接地给予制动驱动控制单元5、操舵控制单元6。再者，图1展示的是直接给予控制输出的构成例，在间接地进行的情况下，例如可以经由上位控制器来进行。

其中，制动驱动控制单元5是根据驾驶员的操作、车辆运动状态推断装置50的输出等对使内燃机、电动机、制动钳等产生的制动驱动进行控制的单元。此外，操舵控制单元6是根据驾驶员的操作、车辆运动状态推断装置50的输出等对车轮7的操舵角进行控制的单元。

此处，也可在制动驱动控制单元5或操舵控制单元6或者它们两方当中配备有平面运动推断部，所述平面运动推断部以由前文所述的传感器(轮速传感器1、加速度传感器2、陀螺仪传感器3、操舵角传感器4)检测到的值为输入来推断并输出车轮7的前后方向的车轮打滑即打滑率、横向的车轮打滑即侧滑角等平面运动状态量。

此外，车辆10也可具备对制动驱动控制单元5和操舵控制单元6发送控制指令和推断值的上位控制器，上位控制器可为以作为车辆运动状态推断装置50的输出的上下运动状态量为输入来生成控制指令和推断值的构成。

后面，将由前文所述的传感器(轮速传感器1、加速度传感器2、陀螺仪传感器3、操舵角传感器4)检测到的值和由制动驱动控制单元5或操舵控制单元6或者它们两方推断、输出的值称为行驶状态信息。

车辆运动状态推断装置50以前文所述的行驶状态信息为输入来推断相对速度和纵倾率等车辆10的上下运动状态量，并将其结果输出至制动驱动控制单元5等。

接着，使用图2，对图1的车辆10上搭载的车辆运动状态推断装置50的概念构成例进行说明。

图2为根据前文所述的行驶状态信息来推断、输出相对位移和相对速度等上下运动状态量的车辆运动状态推断装置50的概念图。

以行驶状态信息(轮速传感器1、加速度传感器2、陀螺仪传感器3、操舵角传感器4的输出以及由制动驱动控制单元5或操舵控制单元6或者它们两方推断、输出的值)为输入的车辆运动状态推断装置50由转动运动推断部51、轮速变动推断部52、弹跳运动推断部53、修正值推断部54及输出部56构成，归纳并输出转动运动状态量和弹跳运动状态量，所述转动运动推断部51推断转动运动状态量，所述轮速变动推断部52推断上下运动所引起的轮速变动，所述弹跳运动推断部53推断弹跳运动状态量，所述修正值推断部54推断修正值。再者，后面将该输出称为上下运动状态量。

其中，在车辆运动状态推断装置50的转动运动推断部51中，以行驶状态信息为输入而根据运动方程和滤波、增益来推断绕车体8重心的转动角即侧倾角θx和纵倾角θy还有转动角速度即侧倾率θx/dt和纵倾率θy/dt，将这些内容作为转动运动状态量推断值y(θ)输出。

再者，此处也可为如下构成，即，不将转动运动推断部51包含在车辆运动状态推断装置50中，而是搭载于制动驱动控制单元5等连接到车辆运动状态推断装置50的单元中，将推断出的转动运动状态量推断值输入至车辆运动状态推断装置50，车辆运动状态推断装置50中的转动运动状态量推断值的获取方法没有限定。

在车辆运动状态推断装置50的轮速变动推断部52中，以行驶状态信息和转动运动状态量推断值y(θ)为输入来推断因路面上下位移和车辆的上下运动而产生的上下运动所引起的轮速变动，并输出轮速变动推断值y(V)。

弹跳运动推断部53以行驶状态信息、转动运动状态量推断值y(θ)、上下运动所引起的轮速变动推断值y(V)以及后文叙述的修正值u为输入来推断相对位移和相对速度等弹跳运动状态量，并输出弹跳运动状态量推断值x。

修正值推断部54以行驶状态信息和弹跳运动状态量推断值x为输入来推断并输出修正值u。

下面，对轮速变动推断部52、弹跳运动推断部53以及修正值推断部54进行更详细的说明。

首先，使用图3，对轮速变动推断部52中的上下运动所引起的轮速变动推断值y(V)的推断方法的具体例进行说明。图3为表示4轮车平面模型的图。

在实施例1中，对于4轮车平面模型，以弹簧上重心9为原点，以车辆的前后方向为x轴，以车辆的左右方向为y轴，以车辆的上下方向为z轴。

再者，图3展示的是转弯中的前轮操舵的4轮车的运动。

此处，将车轮7的操舵角即实际舵角设为δ，将车辆的行进方向的速度设为V，将车辆的前后方向的速度设为Vx，将车辆的左右方向的速度设为Vy，将由陀螺仪传感器3检测到的绕z轴的转动角速度即横摆率设为r，将车辆的行进方向与前后方向所成的角设为车体侧滑角β，将车轮7的行进方向与转动面所成的角设为车轮侧滑角βfl、βfr、βrl、βrr，将由轮速传感器1检测到的轮速设为Vwsfl、Vwsfr、Vwsrl、Vwsrr，将前轮轴与后轮轴的距离即轴距设为l，将前后轮轴起到弹簧上重心为止的车辆前后方向的距离设为lf、lr，将前后轮的轮距设为df、dr。

再者，上述记号显示中的下标即f表示前轮、r表示后轮、fl表示左前轮、fr表示右后轮、rl表示左后轮、rr表示右后轮。

使用该图3，由轮速变动推断部52加以推断的上下运动所引起的轮速变动由以下式(1)表示。

[式1]

此处，式(1)的Vzfl、Vzfr、Vzrl、Vzrr为上下运动所引起的轮速变动，Vwxfl、Vwxfr、Vwxrl、Vwxrr为弹簧上重心位置换算的轮速，Gx和Gy为由加速度传感器2检测到的作用于车体8重心的前后加速度和横向加速度，g为重力加速度，θx和θy为由转动运动推断部51推断出的侧倾角和纵倾角。

再者，式(1)的车辆的前后方向的速度Vx也可为由前文所述的操舵控制单元6等控制器推断出的平面运动状态量、对使用GPS检测到的位置信息进行时间微分算出的值、或者由虽未图示但设置在车辆运动状态推断装置50中的平面运动推断部推断出的平面运动状态量，车辆的前后方向的速度Vx的获取方法不作限定。

此外，式(1)的车轮侧滑角βfl、βfr、βrl、βrr也可为由前文所述的操舵控制单元6等控制器推断出的平面运动状态量、根据使用GPS检测到的车体侧滑角β算出的值、或者由虽未图示但设置在车辆运动状态推断装置50中的平面运动推断部推断出的平面运动状态量，车轮侧滑角βfl、βfr、βrl、βrr的获取方法不作限定。

此外，式(1)的侧倾角θx和纵倾角θy也可为由前文所述的操舵控制单元6等控制器推断出的值或者使用立体相机等检测到的值，侧倾角θx和纵倾角θy的获取方法不作限定。

根据以上内容，在轮速变动推断部52中，以行驶状态信息也就是由轮速传感器1检测到的轮速Vwsfl、Vwsfr、Vwsrl、Vwsrr、由陀螺仪传感器3检测到的绕z轴的转动角速度即横摆率r等为输入来推断并输出上下运动所引起的轮速变动Vzfl、Vzfr、Vzrl、Vzrr。再者，在本说明书中或者图2等当中，有时会对推断出的上下运动所引起的轮速变动Vzfl、Vzfr、Vzrl、Vzrr进行统称而记作轮速变动推断值y(V)。

接着，使用图4～图9，对图2的弹跳运动推断部53中的弹跳运动状态量x的推断方法和修正值推断部54中的修正值u的推断方法的具体例进行说明。

在弹跳运动推断部53中，以检测或推断出的观测量为输出向量y、以弹跳运动状态量为状态向量x，将车辆运动状态方程化，借助基于该状态方程的观测器而根据输出向量y和输入向量u来推断并输出状态向量x。

因而，须导出以下式(2)所示那样的状态方程。

[式2]

下面，对式(2)的状态方程的导出进行说明。

图4为表示4轮整车模型的图。图4展示了伴有路面上下位移的4轮车的运动。再者，图4中的记号表示等是根据图3的4轮车平面模型的例子来进行的。

并且，在图4的4轮整车模型中，还将弹簧上质量记作mbf、mbr，将弹簧下质量记作mwf、mwr，将弹簧上上下位移记作z2fl、z2fr、z2rl、z2rr，将弹簧下上下位移记作z1fl、z1fr、z1rl、z1rr，将路面上下位移记作z0fl、z0fr、z0rl、z0rr，将弹簧上重心9的侧倾角、纵倾角分别记作θx、θy，将悬架弹簧常数记作ksf、ksr，将悬架阻尼系数记作csfl、csfr、csrl、csrr，将稳定弹簧常数记作kstf、kstr。

伴有路面上下位移的车辆的上下运动由式(3)～式(7)表示。

式(3)是作用于弹簧上的上下方向的力F_S相关的运动方程，式(4)是作用于弹簧下的上下方向的力F_S、k_t(z)相关的运动方程，式(5)是作用于弹簧上与弹簧下之间的上下方向的力相关的运动方程，式(6)是弹簧上与弹簧下的上下方向的相对位移z₂₁，式(7)是绕x轴的转动角即侧倾角θx与绕y轴的转动角即纵倾角θy的关系式。

[式3]

[式4]

[式5]

[式6]

[式7]

接着，使用图5～图9，对由前文所述的轮速变动推断部52推断、输出的构成上下运动所引起的轮速变动Vz的车体纵倾所引起的轮速变动Vza、悬架位移所引起的轮速变动Vzb、以及接地载荷变动所引起的轮速变动Vzc进行说明。

再者，图5～图9中，表示右左轮的fl等下标由于在各轮中通用所以予以省略。

首先，对车体纵倾所引起的轮速变动Vza的具体例进行说明。

图5为表示因车体纵倾而发生的轮速变动的图，示意性地展示了因在起伏路面等上面行驶时产生的车体8与车轮7的相对角速度而发生轮速变动Vza的情形。

将纵倾角θx的时间微分即纵倾率设为dθx/dt、将弹簧上重心8的高度设为h，由以下式(8)表示该车体纵倾所引起的轮速变动Vza。

[式8]

接着，对悬架位移所引起的轮速变动Vzb的具体例进行说明。

图6为表示因悬架的位移而发生的轮速变动的图，示意性地展示了随着在起伏路面等上面行驶时产生的车体8与车轮7的上下方向的相对位移z21而车轮7的中心Ow绕悬架的瞬间转动中心Os位移、由此导致车轮7发生前后位移Xzb的情形。

图7为表示图6的车体8与车轮7的上下方向的相对位移z21与车轮7的前后位移Xzb的关系的特性线图。

此处，图7是以车辆10静止在水平面上时为原点的特性线图，图7所示的σ为特性线图的原点上的线性近似斜率。

将车体8与车轮7的上下方向的相对位移z21的时间微分即相对速度设为dz21/dt，由以下式(9)表示该车轮7的前后位移Xzb的时间微分即悬架位移所引起的轮速变动Vzb1。

[式9]

再者，式(9)使用的是前文所述的线性近似斜率σ，因此，在能以线性加以近似的范围内，Vzb与Vzb1相等。

另一方面，在图7所示的车轮7的前后位移Xzb以及车体8与车轮7的上下方向的相对位移z21较大的区域内，式(9)存在推断精度变差这一问题。

因此，在本发明中，在修正值推断部54中以弹跳运动状态量推断值x为输入来推断、输出基于该非线性特性的修正值并输入至弹跳运动推断部53，由此来解决前文所述的问题。

对图2的修正值推断部54中的修正值的推断方法的具体例进行说明。

作为一例，图7所示的特性线图能以由以下式(10)表示的2次函数加以近似。

此处，α1为车体8与车轮7的上下方向的相对位移z21的2次项系数，α2为车体8与车轮7的上下方向的相对位移z21的1次项系数，α3为截距，z21o为车辆10静止在水平面上时的相对位移。

再者，虽然实施例1中是以2次函数加以近似，但也能以3次以上的函数等加以近似，特性线图的近似方法不作限定。

[式10]

X_zb＝α₁(z₂₁-z_21o)²+α₂(z₂₁-z_21o)+α³…(10)

由于修正对象为速度项，因此，该式(10)作时间微分得到的悬架位移所引起的轮速变动Vzb2由以下式(11)表示。

[式11]

根据以上式(9)和式(11)，由修正值推断部54推断的悬架位移所引起的轮速变动的变化量Vzbdfl、Vzbdfr、Vzbdrl、Vzbdrr由以下式(12)表示。

[式12]

再者，式(12)是对前后悬架都设想相对位移z21与前后位移Xzb的关系为非线性的公式，例如在前轮侧为线性特性、后轮侧为非线性特性的情况下，可以通过对式(12)的Vzbdfl、Vzbdfr定义0来应对线性特性和非线性特性两方。

此外，式(12)的悬架位移所引起的轮速变动的非线性分量也可使用特性线图等来算出，悬架位移所引起的轮速变动的非线性分量的算出方法不作限定。

此外，也可为如下方法：将式(12)中使用的线性近似斜率σ设为0，在修正值推断部54中推断、输出悬架位移所引起的轮速变动Vzb并输入至弹跳运动推断部53。

此外，式(12)的车辆10静止在水平面上时的相对位移z21ofl、z21ofr、z21orl、z21orr根据伴随乘车人数的增减、货物的装载而来的质量增减等而发生变化。

因此，要实现高精度的弹跳运动状态量的推断，较理想为根据立体相机等外界识别传感器、加速度传感器2等的检测值来推断车辆10静止在水平面上时的相对位移z21ofl、z21ofr、z21orl、z21orr。

此外，要在将式(12)的车辆10静止在水平面上时的相对位移z21ofl、z21ofr、z21orl、z21orr设为0的基础上实现稳健性高的弹跳运动状态量的推断，较理想为利用使用频次最高的质量等条件下的z21的2次项系数α1、z21的1次项系数α2、截距α3以及线性近似斜率σ。

此外，式(12)也可为以车辆10静止在水平面上时的相对位移z21ofl、z21ofr、z21orl、z21orr、车体8与车轮7的上下方向的相对位移z21fl、z21fr、z21rl、z21rr、以及车体8与车轮7的上下方向的相对位移的时间微分即dz21fl/dt、dz21fr/dt、dz21rl/dt、dz21rr/dt为输入来输出车辆10静止在水平面上时的相对位移z21ofl、z21ofr、z21orl、z21orr和悬架位移所引起的轮速变动的变化量Vzbdfl、Vzbdfr、Vzbdrl、Vzbdrr的图谱，悬架位移所引起的轮速变动的变化量Vzbdfl、Vzbdfr、Vzbdrl、Vzbdrr的推断方法不作限定。

接着，对接地载荷变动所引起的轮速变动Vzc的具体例进行说明。

图8为表示因接地载荷变动而发生的轮速变动的图，示意性地展示了随着作用于车轮7的接地载荷的变动Fzd的增加而轮胎有效转动半径R减少、由此使得轮速变动Vzc增加的情形。

图9为表示接地载荷Fz与轮胎有效转动半径R的关系的特性线图。

将图9所示的特性线图的线性近似斜率设为η，将轮胎有效转动半径的变化量设为Rd，将轮胎上下弹簧常数设为kt，将轮速设为Vwx，将弹簧下上下位移设为z1，将路面上下位移设为z0，由以下式(13)表示该接地载荷变动所引起的轮速变动Vzc。

此处，式(13)的使用线性近似斜率η的轮胎有效转动半径的变化量Rd的导出方法为一例，也可使用图9所示的特性线图或者特性线图的近似式，轮胎有效转动半径的变动量的导出方法不作限定。

[式13]

使用以上式(8)～式(13)所示的轮速变动和悬架位移所引起的轮速变动的变化量、由以下式(14)表示上下运动所引起的轮速变动Vzfl、Vzfr、Vzrl、Vzrr。

[式14]

此处，由于轮速Vwxfl、Vwxfr、Vwxrl、Vwrr时时刻刻都在变化，因此，在弹跳运动推断部53为后文叙述的由非时变的常数构成的线性观测器的情况下，须考虑轮速的变动。

由以下式(15)表示将式(14)的接地载荷变动所引起的轮速变动Vzcfl、Vzcfr、Vzcrl、Vzcrr分离成恒定轮速Vws下的接地载荷变动所引起的轮速变动的项与接地载荷变动所引起的轮速变动的变化量Vzcdfl、Vzcdfr、Vzcdrl、Vzcdrr的项的状态。

[式15]

即，在修正值推断部54中，以相对位移z21、相对速度dz21/dt等弹跳运动状态量推断值为输入而根据式(12)和式(15)来推断悬架位移所引起的轮速变动的变化量Vzbdfl、Vzbdfr、Vzbdrl、Vzbdrr和式(15)所示的接地载荷变动所引起的轮速变动的变化量Vzcdfl、Vzcdfr、Vzcdrl、Vzcdrr，并作为修正值推断值u输出。

上述式(2)所示的状态方程的各要素当中，状态向量x和输出向量y、输入向量u由以下式(16)表示。

再者，输入向量u是由前文所述的作为修正值推断部54的输出的悬架位移所引起的轮速变动的变化量Vzbdfl、Vzbdfr、Vzbdrl、Vzbdrr和式(14)所示的接地载荷变动所引起的轮速变动的变化量Vzcdfl、Vzcdfr、Vzcdrl、Vzcdrr构成的。

[式16]

根据该式(16)，状态向量x为图2的车辆运动状态推断装置50中的弹跳运动状态量推断值，输出向量y的各项中的轮速V相关的项为图2的车辆运动状态推断装置50中的轮速变动推断值y(V)，输出向量y的各项中的角度θ相关的项为图2的车辆运动状态推断装置50中的转动运动状态量推断值y(θ)，输入向量u表示图2的车辆运动状态推断装置50中的修正值推断值u。

由此，可以通过将状态矩阵A、输入矩阵B等设为非时变的常数的线性观测器而以较低计算负荷推断相对位移z21、相对速度dz21/dt等弹跳运动状态量即状态向量x。再者，状态矩阵A、输入矩阵B等的详情从略。

以上为本发明中的车辆的上下运动状态量的推断方法的一例，通过使用这种构成的车辆运动状态推断装置50，即便是具有非线性悬架特性的车辆，也能使用轮速传感器等平常车载的传感器和车辆动态模型来推断上下运动状态量。

接着，使用图10，对车辆运动状态推断装置50的处理结果的一例进行说明。

图10为表示相对位移z21与前后位移Xzb的关系为非线性的车辆的相对速度、弹簧上上下速度的时间变化的一例的图。

图10所示的实线是使用车高传感器和上下加速度传感器等专用传感器检测、推断出的真值，单点划线是未考虑悬架的非线性的现有方法得到的推断值，虚线是考虑了悬架的非线性的本发明的车辆运动状态推断装置50的推断值。

图10所示的未考虑非线性的现有方法得到的推断值中，相对速度主要是与真值的相位差较大，弹簧上上下速度是与真值的振幅误差和相位差较大。

相对于此，考虑了非线性的本发明的推断值在相对速度和弹簧上上下速度上都与真值大致相等，能够实现精度比现有方法高的推断。

再者，图10所示的处理结果是输入至车辆运动状态推断装置50的行驶状态信息的更新周期使用20ms的值进行处理得到的结果，若能获取比前文所述短的更新周期的行驶状态信息，则行驶状态信息的更新周期越短，越能高精度地推断高频带的上下运动状态量。

实施例2

在实施例2中，主要说明与实施例1不同的地方，与实施例1同样的部分则省略说明。

再者，实施例2与实施例1的主要差异在于，构成的是将实施例1的转动运动推断部51和弹跳运动推断部53汇集到上下运动推断部55中的车辆运动状态推断装置50，使用图11来主要说明上下运动推断部55的处理概要。

图11为根据由前文所述的轮速传感器1和加速度传感器2等检测或推断出的行驶状态信息来推断、输出相对速度、纵倾角等上下运动状态量的车辆运动状态推断装置50的概念图。

车辆运动状态推断装置50具备轮速变动推断部52、修正值推断部54及上下运动推断部55。

轮速变动推断部52以行驶状态信息和后文叙述的上下运动状态量推断值(y(θ),x)为输入来推断因路面上下位移和车辆的上下运动而产生的上下运动所引起的轮速变动，并输出轮速变动推断值y(V)。

修正值推断部54以行驶状态信息和后文叙述的上下运动状态量推断值(y(θ),x)为输入来推断、输出修正值u。

上下运动推断部55以行驶状态信息、上下运动所引起的轮速变动y(V)以及修正值u为输入来推断、输出相对速度和纵倾角等上下运动状态量(y(θ),x)。

该上下运动推断部55是与构成实施例1的车辆运动状态推断装置50的弹跳运动推断部53相同的观测器，在推断上下运动状态量时，须考虑以下式(17)所示的绕车体8的x轴的侧倾力矩和绕y轴的纵倾力矩相关的运动方程。

[式17]

此处，Ix为侧倾惯性力矩，Iy为纵倾惯性力矩。

进而，状态方程的各要素当中，状态向量x和输出向量y、输入向量u从实施例1的式(16)变更为以下式(18)。

[式18]

通过使用如上构成的上下运动推断部55，能够降低车辆运动状态推断装置50的计算负荷，从而能以更廉价的计算机实现车辆的运动状态的推断。

实施例3

在实施例3中，主要说明与实施例1和实施例2不同的地方，与实施例1和实施例2同样的部分则省略说明。

再者，实施例3与实施例1和实施例2的主要差异在于，构成的是追加了悬架控制单元81和受控悬架装置82的车辆10，使用图12～图14来主要说明实施例3中的悬架控制单元81的处理概要。

图12展示了实施例3中的搭载有车辆运动状态推断装置50的车辆10的构成图。

图12是对图1追加悬架控制单元81和受控悬架装置82而成的构成。

受控悬架装置82是可以调整阻尼特性的阻尼力可调式减震器或者可以调整车体与车轮之间的上下方向的力的主动式悬架。

悬架控制单元81根据加速度传感器2和陀螺仪传感器3等的检测值以及由车辆运动状态推断装置50推断出的弹簧上上下速度等的推断值来生成对受控悬架装置82的阻尼特性或上下方向的力进行控制的控制指令值。

此处，在对受控悬架装置82运用车辆运动状态推断装置50的情况下，由于悬架阻尼系数csfl、csfr、csrl、csrr可变，因此，在弹跳运动推断部53为由非时变的常数构成的线性观测器的情况下，须考虑阻尼力的变化。

由以下式(19)表示将实施例1的式(4)的悬架阻尼系数下的阻尼力的项分离成恒定阻尼系数csf、csr下的阻尼力的项与因该差分而产生的阻尼力变化量Fcdfl、Fcdfr、Fcdrl、Fcdrr的项的状态。

[式19]

在修正值推断部54中以行驶状态信息和弹跳运动状态量推断值为输入来推断、输出该式(19)所示的阻尼力变化量Fcdfl、Fcdfr、Fcdrl、Fcdrr，并输入至构成包含阻尼力变化量Fcdfl、Fcdfr、Fcdrl、Fcdrr的输入向量u的弹跳运动推断部53，由此能考虑阻尼力的变化。

接着，使用图13，对作为悬架控制单元81的控制的一例的乘坐感受控制的处理概要进行说明。

图13为实施例2中的进行受控悬架装置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2、陀螺仪传感器3等检测或推断出的行驶状态信息以及由车辆运动状态推断装置50推断出的上下运动状态量推断值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根据行驶状态信息和上下运动状态量推断值来算出受控悬架装置82的目标阻尼力。

阻尼力图谱81b是预先存储的受控悬架装置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、输出对受控悬架装置82进行控制的控制指令值。

接着，使用图14，对悬架控制单元81的处理结果的一例进行说明。

图14是对相对位移z21与前后位移Xzb的关系为非线性的车辆运用实施例2的悬架控制单元81的结果的一例。

图14所示的实线是根据使用车高传感器和上下加速度传感器等专用传感器检测、推断出的上下运动状态量来控制受控悬架装置82的结果，根据由本发明的车辆运动状态推断装置50推断出的上下运动状态量来控制受控悬架装置82的结果。

图14所示的本发明的不带专用传感器的控制下的车底板上下位移、侧倾角、纵倾角与带专用传感器的控制下大致相等，能够实现与带专用传感器的控制同等的乘坐感受。

通过以上构成，即便是悬架具有非线性特性的车辆，也能推断相对速度和弹簧上上下速度等弹跳运动状态量而根据推断值来生成控制悬架的指令电流，因此，能够实现性能比以往的未考虑非线性特性的方法高的悬架控制。

再者，图14所示的处理结果是输入至车辆运动状态推断装置50和悬架控制单元81的行驶状态信息的更新周期使用20ms的值进行处理得到的结果，若能获取比前文所述短的更新周期的行驶状态信息，则行驶状态信息的更新周期越短，越能高精度地推断高频带的上下运动状态量，从而能实现更高性能的悬架控制。

符号说明

1 轮速传感器

2 加速度传感器

3 陀螺仪传感器

4 操舵角传感器

5 制动驱动控制单元

6 操舵控制单元

7 车轮

8 车体

9 弹簧上重心

10 车辆

50 车辆运动状态推断装置

51 转动运动推断部

52 轮速变动推断部

53 弹跳运动推断部

54 修正值推断部

55 上下运动推断部

56 输出部

81 悬架控制单元

81a 目标阻尼力算出部

81b 阻尼力图谱

82 受控悬架装置。

Claims (18)

1.一种车辆运动状态推断装置，其为车轮与车体经由悬架结合在一起的车辆上的车辆运动状态推断装置，其特征在于，

具有：弹跳运动推断部，其根据车辆的行驶状态信息来推断并输出车辆的弹跳运动的状态量；以及修正值推断部，其根据所述弹跳运动推断部的输出来算出对所述弹跳运动推断部的输出进行修正的修正值，所述修正值推断部以所述弹跳运动的状态量为输入，来输出基于所述悬架的非线性特性即车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系的修正值。

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，

通过将所述修正值输入至所述弹跳运动推断部来修正所述弹跳运动推断部的输出。

3.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，

所述弹跳运动推断部将所述悬架的非线性特性即车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系假定为线性特性，所述修正值推断部以所述弹跳运动的状态量为输入，来输出基于所述悬架的非线性特性与由所述弹跳运动推断部假定的线性特性的差的修正值。

4.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，

所述行驶状态信息为车轮的转速、车体的前后方向及横向的加速度、横摆率、以及操舵角。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，

具备检测车辆周边的环境信息的外界识别传感器，根据所述环境信息来推断车辆静止在水平面上时的相对位移。

6.一种车辆运动状态推断装置，其为车轮与车体经由悬架结合在一起的车辆上的车辆运动状态推断装置，其特征在于，

具有：上下运动推断部，其根据车辆的行驶状态信息来推断并输出车辆的上下运动的状态量；以及修正值推断部，其根据所述上下运动推断部的输出来算出对所述上下运动推断部的输出进行修正的修正值，所述修正值推断部以所述上下运动的状态量为输入，来输出基于所述悬架的非线性特性即车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系的修正值。

7.根据权利要求6所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，

通过将所述修正值输入至所述上下运动推断部来修正所述上下运动推断部的输出。

8.根据权利要求6所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，

所述上下运动推断部将所述悬架的非线性特性即车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系假定为线性特性，所述修正值推断部以所述上下运动的状态量为输入，来输出基于所述悬架的非线性特性与由所述上下运动推断部假定的线性特性的差的修正值。

9.根据权利要求6所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，

所述行驶状态信息为车轮的转速、车体的前后方向及横向的加速度、横摆率、以及操舵角。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的车辆运动状态推断装置，其特征在于，

具备检测车辆周边的环境信息的外界识别传感器，根据所述环境信息来推断车辆静止在水平面上时的相对位移。

11.一种车辆，其中，车轮与车体经由悬架结合在一起，该车辆搭载有制动驱动控制单元、操舵控制单元及车辆运动状态推断装置，所述制动驱动控制单元控制制动驱动，所述操舵控制单元控制车轮的操舵角，所述车辆运动状态推断装置将输出给予所述制动驱动控制单元及所述操舵控制单元，所述车辆的特征在于，

所述车辆运动状态推断装置是根据权利要求1至10中任一项所述的车辆运动状态推断装置。

12.根据权利要求11所述的车辆，其特征在于，

具备轮速传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、操舵角传感器作为传感器，

所述车辆的行驶状态信息为所述传感器的输出。

13.根据权利要求11或12所述的车辆，其特征在于，

具备控制悬架的悬架控制装置，

根据由所述车辆运动状态推断装置推断出的状态量来控制悬架上产生的力。

14.一种车辆运动状态推断方法，其为车轮与车体经由悬架结合在一起的车辆上的车辆运动状态推断方法，其特征在于，

根据车辆的行驶状态信息来推断车辆的上下运动的状态量，根据所述车辆的上下运动的状态量来算出其修正值，而且，根据所述上下运动的状态量，来求出基于所述悬架的非线性特性即车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系的修正值。

15.根据权利要求14所述的车辆运动状态推断方法，其特征在于，

所述车辆的上下运动的状态量是使用根据所述车辆的行驶状态信息求出的车辆的弹跳运动的状态量来求出的，根据所述车辆的弹跳运动的状态量来算出所述车辆的弹跳运动的状态量的修正值，而且，根据所述弹跳运动的状态量，来求出基于所述悬架的非线性特性即车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系的所述车辆的弹跳运动的状态量的修正值。

16.根据权利要求14或15所述的车辆运动状态推断方法，其特征在于，

所述行驶状态信息为车轮的转速、车体的前后方向及横向的加速度、横摆率、以及操舵角。

17.一种车辆运动状态推断方法，其是车轮与车体经由悬架结合在一起的车辆上的车辆运动状态推断方法，其特征在于，

根据车辆的行驶状态信息来求车辆的转动运动状态量，根据所述行驶状态信息和所述转动运动状态量来求轮速变动量，根据所述转动运动状态量和所述轮速变动量来求车辆的弹跳运动量，将所述弹跳运动量和所述转动运动状态量作为车辆的上下运动状态量，

而且，根据所述行驶状态信息和所述弹跳运动量来求所述弹跳运动量的修正值，根据所述行驶状态信息和所述上下运动状态量来求所述上下运动状态量的修正值，

根据所述弹跳运动的状态量，来求出基于所述悬架的非线性特性即车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系的所述车辆的弹跳运动的状态量的修正值，

根据所述上下运动的状态量，来求出基于所述悬架的非线性特性即车体与车轮的上下方向的相对位移与车轮的前后位移的关系的所述车辆的上下运动的状态量的修正值。

18.根据权利要求17所述的车辆运动状态推断方法，其特征在于，

所述行驶状态信息为车轮的转速、车体的前后方向及横向的加速度、横摆率、以及操舵角。

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