JP2008087548A - Turning state estimation device, automobile, and turning state estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、旋回状態推定装置、これを備えた自動車、及び旋回状態推定方法に関するものである。 The present invention relates to a turning state estimation device, an automobile equipped with the same, and a turning state estimation method.
従来、規範ヨーレート応答モデルと実ヨーレートとの差分に応じて、アンダーステア状態であるかオーバーステア状態であるかを判定するものがあった（特許文献１参照）。
しかしながら、ヨーレートの検出値は、車両重心周りの自転運動のみならず旋回中心に対する公転運動をも含んでしまうため、この検出値に基づく実ヨーレートでは、アンダーステア状態であるかオーバーステア状態であるかの判定精度が低下してしまう可能性がある。
本発明の課題は、アンダーステアであるかオーバーステアであるかを高精度に推定することである。
However, since the detected value of the yaw rate includes not only the rotational motion around the center of gravity of the vehicle but also the revolving motion with respect to the turning center, whether the actual yaw rate based on this detected value is understeered or oversteered The determination accuracy may be reduced.
An object of the present invention is to estimate with high accuracy whether understeering or oversteering.
上記の課題を解決するために、本発明に係る旋回状態推定装置は、車両の横すべり角速度を実測すると共に、車速及び操舵角に応じて規範となる横すべり角速度を算出し、実測した横すべり角速度と算出した横すべり角速度との差分に応じて、車両がオーバーステア状態にあるかアンダーステア状態にあるかを推定することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the turning state estimation device according to the present invention measures the side slip angular velocity of the vehicle, calculates a standard side slip angular velocity according to the vehicle speed and the steering angle, and calculates the measured side slip angular velocity. It is characterized in that it is estimated whether the vehicle is in an oversteer state or an understeer state according to a difference from the side slip angular velocity.
本発明に係る旋回状態推定装置によれば、実測した横すべり角速度と算出した横すべり角速度との差分に応じて、車両がオーバーステア状態にあるかアンダーステア状態にあるかを推定することで、車両重心周りの自転運動のみを考慮でき、ステア状態を高精度に推定することができる。 According to the turning state estimation device according to the present invention, by estimating whether the vehicle is in an oversteer state or an understeer state according to a difference between the actually measured side slip angular velocity and the calculated side slip angular velocity, Only the rotation motion of can be taken into consideration, and the steer state can be estimated with high accuracy.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
《第１実施形態》
《構成》
図１は、車両の概略構成である。自動車１には、運転者のステアリング操作に対する前輪２ＦＬ・２ＦＲの舵角比を変更可能な舵角比可変機構３と、前輪２ＦＬ・２ＦＲとは別に後輪２ＲＬ・２ＲＲを転舵可能な転舵機構４と、これら舵角比可変機構３及び転舵機構４を駆動制御するコントローラ５とを搭載する。
コントローラ５は、操舵角センサ１１、車輪速センサ１２、横加速度センサ１３、及びヨーレートセンサ１４の各検出信号を入力し、図２のステア状態推定処理と、図４の旋回挙動制御処理とを実行する。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
<< First Embodiment >>
"Constitution"
FIG. 1 is a schematic configuration of a vehicle. The
The
先ず、図２のステア状態推定処理について説明する。
ステップＳ１では、各種データを読込む。
続くステップＳ２では、規範横すべり角速度ｄβ／ｄｔ＊を算出する。ここでは、車両の応答モデルとして広く知られている車両の線形２自由度二輪モデルを利用し、下記の数式に従って、規範横すべり角速度ｄβ／ｄｔ＊を算出する。
First, the steer state estimation process of FIG. 2 will be described.
In step S1, various data are read.
In the subsequent step S2, the reference side slip angular velocity dβ / dt * is calculated. Here, using a linear two-degree-of-freedom two-wheel model of a vehicle that is widely known as a response model of the vehicle, a reference side slip angular velocity dβ / dt * is calculated according to the following formula.
各要素は下記で表される。 Each element is represented below.
ここで、Ａは車両のスタビリティファクタ、ｍは車両質量、ＩZは車両のヨー慣性モーメント、Ｃfは前輪コーナリングパワー、Ｃrは後輪コーナリングパワー、ｌfは重心と前輪軸との距離、ｌrは重心と後輪軸との距離、ｌはホイールベースである。
続くステップＳ３では、下記の数式に従って、横加速度ａy、ヨーレートγ、車速Ｖから実横すべり角速度ｄβ／ｄｔを算出する。なお、ａy及びγは、各センサの出力信号を車両重心位置の運動状態量に換算してから使用する。
Where A is the vehicle stability factor, m is the vehicle mass, I Z is the vehicle yaw moment of inertia, C f is the front wheel cornering power, Cr is the rear wheel cornering power, and l f is the distance between the center of gravity and the front wheel axis. , L r is the distance between the center of gravity and the rear wheel axle, and l is the wheel base.
In the subsequent step S3, the actual side slip angular velocity dβ / dt is calculated from the lateral acceleration a y , the yaw rate γ, and the vehicle speed V according to the following formula. It should be noted that a y and γ are used after the output signals of the sensors are converted into motion state quantities at the vehicle center of gravity.
続くステップＳ４では、下記に示すように、実横すべり角速度ｄβ／ｄｔの絶対値から規範横すべり角速度ｄβ／ｄｔ＊の絶対値を減算して差分Δｄβ／ｄｔを算出する。 In the following step S4, as shown below, the difference Δdβ / dt is calculated by subtracting the absolute value of the normative skid angular velocity dβ / dt * from the absolute value of the actual skid angular velocity dβ / dt.
続くステップＳ５では、差分Δｄβ／ｄｔがＯＳ用閾値を上回っているか否かを判定する。ＯＳ用閾値は、例えば５.０［deg/s］程度である。ここで、差分Δｄβ／ｄｔがＯＳ用閾値を上回っているときには、車両がオーバーステア状態にあると推定しステップＳ６に移行する。一方、差分Δｄβ／ｄｔがＯＳ用閾値を下回っているときには、車両がオーバーステア状態にはないと推定してステップＳ７に移行する。
ステップＳ６では、ＯＳフラグを“１”にセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。
In a succeeding step S5, it is determined whether or not the difference Δdβ / dt exceeds the OS threshold. The OS threshold is, for example, about 5.0 [deg / s]. Here, when the difference Δdβ / dt exceeds the OS threshold, it is estimated that the vehicle is in an oversteer state, and the process proceeds to step S6. On the other hand, when the difference Δdβ / dt is below the OS threshold, it is estimated that the vehicle is not in the oversteer state, and the process proceeds to step S7.
In step S6, the OS flag is set to “1” and then the process returns to the predetermined main program.
ステップＳ７では、差分Δｄβ／ｄｔがＵＳ用閾値を下回っているか否かを判定する。ＵＳ用閾値は、例えば−５.０［deg/s］程度である。ここで、差分Δｄβ／ｄｔがＵＳ用閾値を下回っているときには、車両がアンダーステア状態にあると推定しステップＳ８に移行する。一方、差分Δｄβ／ｄｔがＵＳ用閾値を上回っているときには、車両がアンダーステア状態にはないと推定してステップＳ９に移行する。 In step S7, it is determined whether or not the difference Δdβ / dt is below the US threshold. The US threshold is, for example, about −5.0 [deg / s]. If the difference Δdβ / dt is below the US threshold, it is estimated that the vehicle is in an understeer state, and the process proceeds to step S8. On the other hand, when the difference Δdβ / dt exceeds the US threshold, it is estimated that the vehicle is not in the understeer state, and the process proceeds to step S9.
ステップＳ８では、ＵＳフラグを“１”にセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。
ステップＳ９では、ＯＳフラグ及びＵＳフラグを“０”にリセットしてから所定のメインプログラムに復帰する。
なお、ＯＳ用閾値やＵＳ用閾値は、車両の質量、慣性モーメント、タイヤや路面の状況に応じて変更することが望ましい。
In step S8, the US flag is set to “1” and then the process returns to the predetermined main program.
In step S9, the OS flag and the US flag are reset to “0” and then the process returns to the predetermined main program.
The OS threshold and the US threshold are preferably changed according to the mass of the vehicle, the moment of inertia, the condition of the tire and the road surface.
図３は、ステア状態推定処理のブロック図である。
次に、図４の旋回挙動制御処理について説明する。
ステップＳ１１では、各種データを読込む。
続くステップＳ１２では、下記の数式に従って、前後輪のコーナリングフォースＹf及びＹrを算出する。
FIG. 3 is a block diagram of the steer state estimation process.
Next, the turning behavior control process of FIG. 4 will be described.
In step S11, various data are read.
In step S12, according to the following equations to calculate the cornering force Y f and Y r of the front and rear wheels.
続くステップＳ１３では、下記に示すように、前後輪のコーナリングフォースＹf及びＹrの夫々を各車輪の荷重で除して、前後輪タイヤの負荷率Ｋf及びＫrを算出する。ｆ
Ｋf＝Ｙf／Ｗf
Ｋr＝Ｙr／Ｗr
続くステップＳ１４では、下記に示すように、前後輪の負荷率の差分｜Ｋf−Ｋr｜に定数Ｋｇを乗じて、舵角修正量Δδを算出する。
Δδ＝｜Ｋf−Ｋr｜×Ｋｇ
In step S13, as shown below, respectively cornering force Y f and Y r of the front and rear wheels by dividing a load of each wheel, and calculates the load factor K f and K r of front and rear wheel tires. f
K f = Y f / W f
K r = Y r / W r
In the following step S14, as shown below, the steering angle correction amount Δδ is calculated by multiplying the difference | K f −K r | between the load factors of the front and rear wheels by a constant Kg.
Δδ = | K f −K r | × Kg
続くステップＳ１５では、前述したＯＳフラグが“１”にセットされているか否かを判定する。ここで、ＯＳフラグ“１”にセットされているときには、車両がオーバーステア状態にあると判断してステップＳ１６に移行する。一方、ＯＳフラグが“０”にリセットされているときには、車両がオーバーステア状態にはないと判断してステップＳ１７に移行する。
ステップＳ１６では、前輪負荷率Ｋfが後輪負荷率Ｋrより小さければ（Ｋf＜Ｋr）、前輪舵角をΔδだけ切り戻すと共に、後輪舵角をΔδだけ切り増してから所定のメインプログラムに復帰する。
In a succeeding step S15, it is determined whether or not the above-described OS flag is set to “1”. Here, when the OS flag “1” is set, it is determined that the vehicle is in an oversteer state, and the process proceeds to step S16. On the other hand, when the OS flag is reset to “0”, it is determined that the vehicle is not in the oversteer state, and the process proceeds to step S17.
In step S16, if the front wheel load factor K f is smaller than the rear wheel load factor K r (K f <K r ), the front wheel rudder angle is turned back by Δδ, and the rear wheel rudder angle is increased by Δδ and then a predetermined value is obtained. Return to the main program.
一方、ステップＳ１７では、前述したＵＳフラグが“１”にセットされているか否かを判定する。ここで、ＵＳフラグ“１”にセットされているときには、車両がアンダーステア状態にあると判断してステップＳ１８に移行する。一方、ＵＳフラグが“０”にリセットされているときには、車両がアンダーステア状態にはないと判断してそのまま所定のメインプログラムに復帰する。
ステップＳ１８では、前輪負荷率Ｋfが後輪負荷率Ｋrより大きければ（Ｋf＞Ｋr）、前輪舵角をΔδだけ切り増すと共に、後輪舵角をΔδだけ切り戻してから所定のメインプログラムに復帰する。
On the other hand, in step S17, it is determined whether or not the aforementioned US flag is set to “1”. Here, when the US flag “1” is set, it is determined that the vehicle is in an understeer state, and the process proceeds to step S18. On the other hand, when the US flag is reset to “0”, it is determined that the vehicle is not in the understeer state, and the process directly returns to the predetermined main program.
In step S18, if the front wheel load factor K f is greater than the rear wheel load factor K r (K f > K r ), the front wheel steering angle is increased by Δδ, and the rear wheel steering angle is switched back by Δδ and then a predetermined value is obtained. Return to the main program.
《作用》
次に、第１実施形態の作用について説明する。
車両のステア状態を推定するにあたって、車両の横すべり角速度ｄβ／ｄｔを実測すると共に、車速及び操舵角に応じて規範となる横すべり角速度ｄβ／ｄｔ＊を算出する（ステップＳ２、Ｓ３）。そして、実横すべり角速度ｄβ／ｄｔの絶対値から規範横すべり角速度ｄβ／ｄｔ＊の絶対値を減算して差分Δｄβ／ｄｔを算出し（ステップＳ４）、この差分が正値のＯＳ用閾値を上回っているときには、車両がオーバーステア状態にあると推定し（ステップＳ６）、差分が負値のＵＳ用閾値を下回っているときには、車両がアンダーステア状態にあると推定する（ステップＳ８）。
<Action>
Next, the operation of the first embodiment will be described.
In estimating the steer state of the vehicle, the side slip angular velocity dβ / dt of the vehicle is measured, and a standard side slip angular velocity dβ / dt * is calculated according to the vehicle speed and the steering angle (steps S2 and S3). Then, the difference Δdβ / dt is calculated by subtracting the absolute value of the normative skid angular velocity dβ / dt * from the absolute value of the actual skid angular velocity dβ / dt (step S4), and this difference exceeds the positive OS threshold. If the difference is below the negative US threshold, the vehicle is estimated to be in an understeer state (step S8).
図５は、ステア状態の判定結果である。このように、横すべり角速度において、実測値と規範値とを比較し、その差分に応じてステア状態を判定すれば、車両重心周りの自転運動のみを考慮できるので、従来のように車両重心周りの自転運動のみならず旋回中心に対する公転運動をも含んでしまうヨーレートに基づいてステア状態を推定するよりも、高精度に推定することができる。 FIG. 5 shows the determination result of the steer state. In this way, in the side slip angular velocity, comparing the measured value with the reference value and determining the steer state according to the difference, it is possible to consider only the rotational motion around the vehicle center of gravity, so as in the past, It is possible to estimate with higher accuracy than estimating the steer state based on the yaw rate that includes not only the rotation but also the revolution about the turning center.
また、ステアリング操作によってヨーレートが過渡的に変化するときに、特に摩擦係数の低い路面では、ヨーレートの実測値と規範値との差が増大しにくいため、オーバーステア状態又はアンダーステア状態であると判断できるまでに時間がかかっていた。これに対して、横すべり角速度であれば、ヨーレートよりも実測値と規範値の差が出やすいので、オーバーステア状態やアンダーステア状態になったときに、これを速やかに検知することができる。 Further, when the yaw rate changes transiently due to the steering operation, the difference between the measured value of the yaw rate and the norm value is unlikely to increase particularly on a road surface with a low friction coefficient, so it can be determined that the vehicle is in an oversteer state or an understeer state. It took a long time before. On the other hand, since the difference between the actual measurement value and the reference value is more likely than the yaw rate if the angular velocity is a side-slip angular velocity, this can be quickly detected when an oversteer state or an understeer state occurs.
また、特に本実施形態のように４輪操舵（４ＷＳ）においては、横すべり角を積極的にコントロールするため、横すべり角速度も変化しやすいが、あくまでも実測値と規範値との差分に応じてステア状態を推定しているので、図６に示すように、横すべり角速度の大きさ（絶対値）や変化率に関らず、ステア状態を正確に推定することができる。 In particular, in the case of four-wheel steering (4WS) as in this embodiment, the side slip angle speed is actively controlled, so the side slip angular velocity is likely to change. However, the steer state depends on the difference between the actually measured value and the reference value. Therefore, as shown in FIG. 6, the steer state can be accurately estimated regardless of the magnitude (absolute value) of the side-slip angular velocity and the rate of change.
《応用例》
なお、上記の第１実施形態では、実横すべり角速度の絶対値から規範横すべり角速度の絶対値を減算して差分を算出しているが、勿論、規範横すべり角速度の絶対値から実横すべり角速度の絶対値を減算して差分を算出してもよい。この場合、ＯＳ用閾値及びＵＳ用閾値の正負を反転させればよい。
また、上記の第１実施形態では、伝達関数に従って、規範横すべり角速度を算出しているが、車両の動特性をモデル化した車両モデルに従って、規範横すべり角速度を算出してもよい。これによれば、規範横すべり角速度を正確に算出することができる。
《Application example》
In the first embodiment, the difference is calculated by subtracting the absolute value of the standard side slip angular velocity from the absolute value of the actual side slip angular velocity. Of course, the absolute value of the actual side slip angular velocity is calculated from the absolute value of the standard side slip angular velocity. May be subtracted to calculate the difference. In this case, the sign of the OS threshold and the US threshold may be reversed.
In the first embodiment, the reference side slip angular velocity is calculated according to the transfer function. However, the reference side slip angular velocity may be calculated according to a vehicle model that models the dynamic characteristics of the vehicle. According to this, the reference side slip angular velocity can be accurately calculated.
《効果》
以上より、ステップＳ３の処理が「実測手段」に対応し、ステップＳ２の処理が「算出手段」に対応し、ステップＳ４〜Ｓ９の処理が「推定手段」に対応している。
（１）車両の横すべり角速度を実測する実測手段と、車速及び操舵角に応じて規範となる横すべり角速度を算出する算出手段と、実測手段が実測した横すべり角速度と算出手段が算出した横すべり角速度との差分に応じて、車両がオーバーステア状態にあるかアンダーステア状態にあるかを推定する推定手段とを備える。
このように、実測した横すべり角速度と算出した横すべり角速度との差分に応じて、車両がオーバーステア状態にあるかアンダーステア状態にあるかを推定することで、車両重心周りの自転運動のみを考慮でき、ステア状態を高精度に推定することができる。
"effect"
As described above, the process in step S3 corresponds to “measurement means”, the process in step S2 corresponds to “calculation means”, and the processes in steps S4 to S9 correspond to “estimation means”.
(1) An actual measurement means for actually measuring the side slip angular speed of the vehicle, a calculation means for calculating a standard side slip angular speed according to the vehicle speed and the steering angle, and a side slip angular speed actually measured by the actual measurement means and a side slip angular speed calculated by the calculation means. Estimating means for estimating whether the vehicle is in an oversteer state or an understeer state according to the difference.
In this way, by estimating whether the vehicle is in an oversteer state or understeer state according to the difference between the actually measured side slip angular velocity and the calculated side slip angular velocity, only the rotation motion around the vehicle center of gravity can be considered. The steer state can be estimated with high accuracy.
（２）推定手段は、算出した横すべり角速度の絶対値よりも実測した横すべり角速度の絶対値が大きく且つ前記差分が所定量を上回っているときにはオーバーステア状態にあると推定し、算出した横すべり角速度よりも実測した横すべり角速度が小さく且つ前記差分が所定量を上回っているときにはアンダーステア状態にあると推定する。
これにより、オーバーステアであるかアンダーステアであるかを容易に且つ正確に推定することができる。
(2) When the absolute value of the actually measured side slip angular velocity is larger than the absolute value of the calculated side slip angular velocity and the difference exceeds a predetermined amount, the estimating means estimates that the vehicle is in an oversteer state, and from the calculated side slip angular velocity Also, when the actually measured side slip angular velocity is small and the difference exceeds a predetermined amount, it is estimated that the vehicle is in an understeer state.
Thereby, it can be estimated easily and correctly whether it is oversteer or understeer.
（３）算出手段は、伝達関数に従って、規範となる横すべり角速度を算出する。
摩擦係数が低い路面では、操舵入力に対して車両挙動の応答が遅れることになるが、この遅れを考慮した応答モデルを伝達関数によって表現できるので、摩擦係数の低い路面であっても規範となる横すべり角速度を正確に算出することができる。
（４）算出手段は、車両の動特性をモデル化した車両モデルに従って、規範となる横すべり角速度を算出する。
これによれば、規範横すべり角速度を正確に算出することができる。
(3) The calculating means calculates a standard side-slip angular velocity according to the transfer function.
On the road surface with a low friction coefficient, the response of the vehicle behavior is delayed with respect to the steering input, but a response model that takes this delay into account can be expressed by a transfer function, so even on a road surface with a low friction coefficient The side slip angular velocity can be accurately calculated.
(4) The calculating means calculates a normative side-slip angular velocity according to a vehicle model that models the dynamic characteristics of the vehicle.
According to this, the reference side slip angular velocity can be accurately calculated.
《第２実施形態》
《構成》
この第２実施形態は、操舵方向を考慮してオーバーステア状態であるかアンダーステア状態であるかを推定するものである。
すなわち、前記ステップＳ４では、差分Δｄβ／ｄｔの算出を下記のように変更する。
<< Second Embodiment >>
"Constitution"
The second embodiment estimates whether the vehicle is in an oversteer state or an understeer state in consideration of the steering direction.
That is, in step S4, the calculation of the difference Δdβ / dt is changed as follows.
ここで、sign(θ)は、
θ＞０のときに１
θ＜０のときに−１
θ＝０
とする。
Where sign (θ) is
1 when θ> 0
-1 when θ <0
θ = 0
And
《作用》
次に、第２実施形態の作用について説明する。
実横すべり角速度と規範横すべり角速度との差分を算出するときに、操舵方向に応じて双方の値の正負を反転させることにより差分Δｄβ／ｄｔの正負を反転させる。これは、操舵方向に横すべり角速度が生じるときに正値となり、操舵逆方向に横すべり角速度が生じるときに負値となることを意味する。
<Action>
Next, the operation of the second embodiment will be described.
When calculating the difference between the actual side slip angular velocity and the reference side slip angular velocity, the sign of the difference Δdβ / dt is inverted by inverting the sign of both values according to the steering direction. This means that a positive value is obtained when a side slip angular velocity is generated in the steering direction, and a negative value is obtained when a side slip angular velocity is generated in the reverse steering direction.
図７は、ステア状態の判定結果である。このように、操舵方向を加味してステア状態を推定することにより、操舵入力に対して車両挙動が遅れるようなシーンにおいても、オーバーステア状態であるかアンダーステア状態であるかを正確に且つ容易に推定することができる。 FIG. 7 shows the determination result of the steer state. In this way, by estimating the steering state in consideration of the steering direction, it is possible to accurately and easily determine whether the vehicle is oversteered or understeered even in a scene where the vehicle behavior is delayed with respect to the steering input. Can be estimated.
《効果》
（１）推定手段は、差分と操舵方向とに応じて、車両がオーバーステア状態にあるかアンダーステア状態にあるかを推定する。
これにより、操舵入力に対して車両挙動が遅れるようなシーンでも、オーバーステア状態であるかアンダーステア状態であるかを正確に且つ容易に推定することができる。
"effect"
(1) The estimation means estimates whether the vehicle is in an oversteer state or an understeer state according to the difference and the steering direction.
Thereby, even in a scene where the vehicle behavior is delayed with respect to the steering input, it is possible to accurately and easily estimate whether the vehicle is in the oversteer state or the understeer state.
１ 自動車
２ＦＬ〜２ＲＲ 車輪
３ 舵角比可変機構
４ 転舵機構
５ コントローラ
１１ 操舵角センサ
１２ 車輪速センサ
１３ 横加速度センサ
１４ ヨーレートセンサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記旋回状態推定装置は、
車両の横すべり角速度を実測する実測手段と、車速及び操舵角に応じて規範となる横すべり角速度を算出する算出手段と、前記実測手段が実測した横すべり角速度と前記算出手段が算出した横すべり角速度との差分に応じて、車両がオーバーステア状態にあるかアンダーステア状態にあるかを推定する推定手段と、該推定手段の推定結果に応じて車両のオーバーステア状態及びアンダーステア状態を抑制する制御手段と、を備えることを特徴とする自動車。 In a car equipped with a turning state estimation device,
The turning state estimation device is
Actual measurement means for actually measuring the side slip angular speed of the vehicle, calculation means for calculating a standard side slip angular speed according to the vehicle speed and the steering angle, and the difference between the side slip angular speed actually measured by the actual measurement means and the side slip angular speed calculated by the calculation means An estimation means for estimating whether the vehicle is in an oversteer state or an understeer state, and a control means for suppressing the oversteer state and the understeer state of the vehicle according to an estimation result of the estimation means. A car characterized by that.
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