JP2016168887A

JP2016168887A - 車体状態量推定装置

Info

Publication number: JP2016168887A
Application number: JP2015048734A
Authority: JP
Inventors: 延慶劉; Nobunori Ryu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2016-09-23
Anticipated expiration: 2035-03-11
Also published as: US10053106B2; US20160264148A1; JP6248970B2; CN105966394A; CN105966394B

Abstract

【課題】車体状態量の推定をより精度高く行うことができる車体状態量推定装置を提供すること。
【解決手段】車両に取付けられた車輪の車輪速度を取得する車輪速度取得手段を備える車両に適応される車体状態量推定装置であって、前記車両の力学的な車両運動モデルを表す車両運動モデル行列と、前記車輪速度に影響を与える要素であって前記車体の重心周りのピッチによる影響量、サスジオメトリ影響量および車輪転がり半径変化影響量の３つの車輪速度影響要素を用いた車輪速度影響要素モデルを表す車輪速度影響要素モデル行列と、の積の逆行列を、前記取得した車輪速度に作用させて、前記車輪に対する路面入力の推定値を算出する路面入力算出部と、前記算出した路面入力の推定値に前記車両運動モデル行列を作用させて前記車体状態量の推定値を算出する車体状態量算出部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、車体状態量推定装置に関する。

従来、車輪速度の時間微分値を用いて算出した車輪トルクから車体のピッチを算出する技術が開示されている（特許文献１）。また、車輪速変動に基づいて、路面から車輪に加わる上下力の推定精度を確保する技術が開示されている（特許文献２）。さらに、車輪速変動に基づいて車輪接地荷重変動を推定する技術が開示されている（特許文献３）。上記技術は、車体状態量の推定およびその推定に基づく車両の制御、たとえば車両の制振制御に用いられている。ここで、車体状態量とは、車体のピッチ、バウンス等である。

特開２０１１−１７３０３号公報特開２０１４−１９２５２号公報特開２０１４−８８８４号公報

しかしながら、より精度の高い車両の制御を行うためには、より精度の高い車体状態量の推定が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車体状態量の推定をより精度高く行うことができる車体状態量推定装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る車体状態量推定装置は、車両に取付けられた車輪の車輪速度を取得する車輪速度取得手段を備える車両に適応される車体状態量推定装置であって、前記車両の力学的な車両運動モデルを表す車両運動モデル行列と、前記車輪速度に影響を与える要素であって前記車体の重心周りのピッチによる影響量、サスジオメトリ影響量および車輪転がり半径変化影響量の３つの車輪速度影響要素を用いた車輪速度影響要素モデルを表す車輪速度影響要素モデル行列と、の積の逆行列を、前記取得した車輪速度に作用させて、前記車輪に対する路面入力の推定値を算出する路面入力算出部と、前記算出した路面入力の推定値に前記車両運動モデル行列を作用させて前記車体状態量の推定値を算出する車体状態量算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明の一態様に係る車体状態量推定装置は、前記車両運動モデルにおいて、前記車両の車体の正規化慣性モーメントは１であり、前記車輪速度は、前記車両の前輪の車輪速度と後輪の車輪速度とを含み、前記路面入力は、前記車両の前輪に対する路面入力と後輪に対する路面入力とを含み、前記路面入力算出部は、前記逆行列の前輪に関する要素を前記取得した前輪の車輪速度に作用させて前記前輪に対する路面入力の推定値を算出するとともに、前記逆行列の後輪に関する要素を前記取得した後輪の車輪速度に作用させて前記後輪に対する路面入力の推定値を算出することを特徴とする。
このように、前輪に関する推定値の算出と後輪に関する推定値の算出を独立して行うことで、車体状態量推定装置の演算の負荷が軽減される。

本発明の一態様に係る車体状態量推定装置は、前記車両運動モデルにおいて、前記車両の車体の正規化慣性モーメントは１であり、前記車輪速度は、前記車両の前輪の車輪速度であり、前記路面入力算出部は、前記逆行列の前輪に関する要素を前記取得した前輪の車輪速度に作用させて前記前輪に対する路面入力の推定値を算出するとともに、前記前輪に対する路面入力の推定値に前記車両のホイールベース遅れ量を作用させて前記後輪に対する路面入力の推定値を算出することを特徴とする。
このように、前輪の路面入力の推定値を用いて後輪の路面入力の推定値を算出し、さらにその後の推定値の算出を前輪と後輪とで独立して行うことで、車体状態量推定装置の演算の負荷が軽減される。

本発明によれば、車両運動モデル行列と車輪速度影響要素モデル行列との積の逆行列を、車輪速度取得手段が取得した車輪速度に作用させて、車輪に対する路面入力の推定値を算出し、算出した路面入力の推定値にさらに車両運動モデル行列を作用させて車体状態量の推定値を算出する際に、車体の重心周りのピッチによる影響量、サスジオメトリ影響量および車輪転がり半径変化影響量の少なくとも３つの車輪速度影響要素を用いた車輪速度影響要素モデルを表す車輪速度影響要素モデル行列を用いることで、３つの車輪速度影響要素の車輪速度への影響を取り込んだ車体状態量の推定値を算出できるため、車体状態量の推定をより精度高く行うことができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る車体状態量推定装置が適用された車両の概略構成例を示す図である。図２は、実施の形態１に係る車体状態量推定装置において用いられる車両の力学的な車両運動モデルの一例を説明する図である。図３は、車輪速度に影響を与える要素である車体の重心周りのピッチによる影響量を説明する図である。図４は、車輪速度に影響を与える要素であるサスジオメトリ影響量を説明する図である。図５は、車輪速度に影響を与える要素である車輪転がり半径変化影響量を説明する図である。図６は、実施の形態１に係る車体状態量推定装置の機能を制御ブロックの形式で示した模式図である。図７は、実施の形態２に係る車体状態量推定装置の機能を制御ブロックの形式で示した模式図である。図８は、実施の形態３に係る車体状態量推定装置の機能を制御ブロックの形式で示した模式図である。図９は、実施の形態１に係る車体状態量推定装置の実施例によるピッチレートの推定値と実測値およびこれに関する伝達関数を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明に係る車体状態量推定装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る車体状態量推定装置が適用された車両の概略構成例を示す図である。図１（ａ）に例示する車両１０は、動力源２１として、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＬＰＧエンジンなどの内燃機関を搭載するものとして説明するが、動力源２１は、モータなどの電動機でもよいし、モータなどの電動機と内燃機関とを併用したものでもよい。

また、車両１０は、動力源２１が車両１０の前進方向における前側部分に搭載され、駆動輪を左右の後輪である車輪３０ＲＬ、３０ＲＲとする後輪駆動となっている。なお、車両１０の動力源２１の搭載位置は、前側部分のみに限定されるものではなく、後側部分、中央部分のいずれに搭載されても良い。また、車両１０の駆動形式は、後輪駆動のみに限定されるものではなく、左右の前輪である車輪３０ＦＬ、３０ＦＲを駆動する前輪駆動や、４輪駆動のいずれの形式であってもよい。

また、図１（ｂ）に示すように、車体状態量推定装置としての車体状態量推定部１は、車両１０に搭載された後述する電子制御装置（ECU：Electric Control Unit）５０の機能により実現されるものとして説明するが、これに限らない。車体状態量推定部１は、ＥＣＵ５０とは別個のＥＣＵにより構成され、ＥＣＵ５０に接続するようにしてもよい。

車体状態量推定部１が適用される車両１０は、図１（ａ）に示すように、４つの車輪に加えて、運転者が操作するアクセルペダル６０と、アクセルペダル６０の踏込量であるアクセルペダル踏込量θａを検出し、アクセルペダル踏込量θａに対応した電気信号をＥＣＵ５０に出力するアクセルペダルセンサ７０を有する。車両１０には、動力源２１と、動力源２１にて発生した動力（駆動トルク）を変速機（例えば、トルクコンバータなどを含む）２２、ディファレンシャル装置２３等を介して、車輪３０ＲＬ、３０ＲＲへ伝達するよう構成された駆動装置２０を備えている。車両１０の車体と各車輪３０ＦＬ、３０ＦＲ、３０ＲＬ、３０ＲＲとをそれぞれ連結するサスペンション機構８０ＦＬ、８０ＦＲ、８０ＲＬ、８０ＲＲと、サスペンション機構８０ＦＬ、８０ＦＲ、８０ＲＬ、８０ＲＲのストローク量をそれぞれ検知してストローク量ＳＦＬ、ＳＦＲ、ＳＲＬ、ＳＲＲを表す信号を出力するストロークセンサ９０ＦＬ、９０ＦＲ、９０ＲＬ、９０ＲＲとを備えている。さらに、各車輪に備えられ各車輪の車輪速度ＶｗＦＬ、ＶｗＦＲ、ＶｗＲＬ、ＶｗＲＲを表す信号を出力する車輪速センサ４０ＦＬ、４０ＦＲ、４０ＲＬ、４０ＲＲを備えている。なお、ここでは図示していないが、車両１０には、種々の公知の車両と同様に前輪又は前後輪の舵角を制御するためのステアリング装置が設けられる。

駆動装置２０は、車体状態量推定部１を含むＥＣＵ５０により制御される。ＥＣＵ５０は、種々の公知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および入出力ポート装置を有するマイクロコンピュータおよび駆動回路を含んで構成される。ＥＣＵ５０には、車両１０の各部に設けられたセンサからの車輪速度ＶｗＦＬ、ＶｗＦＲ、ＶｗＲＬ、ＶｗＲＲ、ストローク量ＳＦＬ、ＳＦＲ、ＳＲＬ、ＳＲＲ、エンジン回転速度（動力源２１の出力回転速度であり、動力源２１がモータであれば、モータの出力軸の回転速度）Ｅｒ、変速機２２の出力回転速度Ｄｒ、アクセルペダル踏込量θａ、動力源２１の運転環境に対応するパラメータとして、動力源２１がガソリンエンジンであれば冷却水温度、吸入空気温度、吸入空気圧、大気圧、スロットル開度、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期など（動力源２１がモータであれば供給電流量、バッテリの蓄電状態ＳＯＣ（State of Charge）など）、車両１０に設けられた不図示の変速機２２のシフトポジション等の信号が入力される。なお、ＥＣＵ５０は、上記以外に、本実施の形態１の車両１０において実行されるべき各種制御に必要な種々のパラメータを得るための各種検出信号が入力される。

つぎに、車体状態量推定部１について説明する。図１（ｂ）に示すように、車体状態量推定部１は、路面入力算出部１ａと、車体状態量算出部１ｂとを備えている。

路面入力算出部１ａは、車輪速センサ４０ＦＬ、４０ＦＲ、４０ＲＬ、４０ＲＲで取得した車輪速度ＶｗＦＬ、ＶｗＦＲ、ＶｗＲＬ、ＶｗＲＲに所定の逆行列を作用させて、車輪３０ＦＬ、３０ＦＲ、３０ＲＬ、３０ＲＲに対する路面入力の推定値を算出するように構成されている。

車体状態量算出部１ｂは、路面入力算出部１ａが算出した路面入力の推定値に車両運動モデル行列を作用させて車体状態量の推定値を算出する。

路面入力算出部１ａ、車体状態量算出部１ｂについてさらに具体的に説明する。路面入力算出部１ａは、車輪速度ＶｗＦＬ、ＶｗＦＲ、ＶｗＲＬ、ＶｗＲＲに所定の逆行列を作用させて、車輪３０ＦＬ、３０ＦＲ、３０ＲＬ、３０ＲＲに対する路面入力の推定値を算出する。ここで、所定の逆行列とは、車両の力学的な車両運動モデルを表す車両運動モデル行列と、車輪速度に影響を与える要素を含む車輪速度影響要素モデルを表す車輪速度影響要素モデル行列と、の積の逆行列である。

つぎに、車両１０の力学的な車両運動モデルについて説明する。図２は、実施の形態１に係る車体状態量推定装置において用いられる、車両の力学的な車両運動モデルの一例を説明する図である。

図２（ａ）に示すように、車両１０の車体において、車体の重心Ｃｇの鉛直方向（ｚ方向）のバウンス振動（バウンス方向の振動）と、車体の重心周りのピッチ方向（θ方向）のピッチ振動（ピッチ方向の振動）を規定する。また、このモデルでは、車輪を前輪である車輪３０Ｆと後輪である車輪３０Ｒにより表す二輪モデルを使用している。ｚ_ｗｆ、ｚ_ｗｒは、それぞれ、車輪３０Ｆ、車輪３０Ｒに対する路面ＲＳからの路面入力であり、具体的にはｚ方向における路面ＲＳの変位である。

車両１０の車体のバウンス方向またはピッチ方向に関する力学的な車両運動モデルは、例えば、図２（ｂ）に示すように、車体を質量ｍ_ｂおよび慣性モーメントＩ_ｐの剛体Ｓとみなし、この剛体Ｓが、弾性率ｋ_ｓｆと減衰率ｃ_ｓｆの前輪サスペンションと弾性率ｋ_ｓｒと減衰率ｃ_ｓｒの後輪サスペンションにより支持されているとする（車両１０の車体のバネ上振動モデル）。ｒは車輪の半径である。ｈは重心Ｃｇの路面からの高さである。Ｌ_ｆ、Ｌ_ｒは、それぞれ、重心Ｃｇから前車輪軸および後車輪軸までの距離である。Ｔは後輪に対する駆動トルクである。この場合、車体の重心Ｃｇのバウンス方向の運動方程式（バウンス方向の力学的運動モデル）とピッチ方向の運動方程式（ピッチ方向の力学的運動モデル）は、下記の式（１）により表すことができる。

上記の式（１）において、ｚ_ｂは重心Ｃｇのｚ方向の座標であり、ｚ_ｓｆ、ｚ_ｓｒはそれぞれ車輪３０Ｆ、３０Ｒの中心のｚ方向の座標であり、Ｆ_ｚｆ、Ｆ_ｚｒは、それぞれ路面から車輪３０Ｆ、３０Ｒに作用する力である。θ_ｐは、車体の重心周りのピッチ角である。

なお、ｚ_ｓｆ、ｚ_ｓｒ、ｚ_ｂｆ、ｚ_ｂｒは、下記の式（２）により表すことができる。ｚ_ｂｆ、ｚ_ｂｒは、重心Ｃｇを通り車両１０の長さ方向に平行な線の、前車輪軸および後車輪軸上における座標である。

このとき、ｚ_ｗｆ、ｚ_ｗｒに対して、車体状態量であるｄｚ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ、および状態変数Ｆ_ｚｆ、Ｆ_ｚｒ、ｄｚ_ｓｆ／ｄｔ、ｄｚ_ｓｒ／ｄｔは所定の行列Ａ（ｔ）を用いて表すことができるが、これをラプラス変換すると、式（３）で表すことができる。ここで、ｓ＝ｊωである。

行列Ａ（ｓ）は６×２の行列である。行列Ａ（ｓ）は、式（４）に示すＴｆ、Ｔｒ、式（５）に示す行列Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１を用いて式（６）のように表すことができる。なお、ラプラス変換によりｄｚ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔ、ｄｚ_ｓｆ／ｄｔ、ｄｚ_ｓｒ／ｄｔはθｓ、ｚ_ｓｆｓ、ｚ_ｓｒｓとなるが、式（４）ではｓは行列Ａ（ｓ）の中に含めている。行列Ａ（ｓ）は以下では行列Ａと省略する。

行列Ａは、車両の力学的な車両運動モデルを表す車両運動モデル行列であり、路面入力に作用させて車体状態量を算出できるものである。

つぎに、車輪速度影響要素モデルについて説明する。本実施の形態１では、車輪速度に影響を与える要素として、前記車体の重心周りのピッチによる影響量、サスジオメトリ影響量、および車輪転がり半径変化影響量の３つの車輪速度影響要素を含む場合のモデルについて説明する。

図３は、車輪速度に影響を与える要素である車体の重心周りのピッチによる影響量を説明する図である。ここで、車輪速センサは、車体（剛体Ｓ）に本体部が設けられ、本体部のセンサにより車輪に設けられた被検知体の回転を検知して、車輪速度として車輪角速度を取得するものとする。

車体の重心Ｃｇ周りのピッチが車輪角速度に与える影響量を考える。ここで、図３（ａ）から図３（ｂ）のようにピッチが発生した場合、車体の重心Ｃｇ周りのピッチにより発生する２つの回転、すなわち、車輪速センサが取り付けられているキャリアの回転をθ、車輪３０（車輪３０Ｆまたは車輪３０Ｒ）の前後動による車輪の回転をθ_ｗとすると、車輪角速度に対する車体の重心周りピッチによる影響量は、角速度ω_ｂｏｄｙとして近似的に式（７）で表される。

図４は、車輪角速度に影響を与える要素であるサスペンションの幾何学的な諸元によるサスジオメトリ影響量を説明する図である。符号Ｏは、車両を側面視したときのサスペンションの瞬間中心である。符号Ｌは、瞬間中心Ｏから車輪３０の中心までの距離である。車輪３０が、外縁を実線で示す位置から破線で示す位置まで変化したときの、この変化に基づくキャリアの回転をθ、車輪３０の前後動による車輪の回転をθ_ｗとする。このとき、サスジオメトリ影響量の並進成分（車両の長さ方向に沿った成分）および回転成分は、それぞれ、角速度ω_ｓｕｓｔ，ω_ｓｕｓｂとして近似的に式（８ａ）で表される。ここで、ｔａｎθ_ｔはｔａｎθ_ｗと等しく、ｄｚ_ｓ／ｄｔは車輪３０の中心のｚ方向における速度である。サスジオメトリ影響量は、ω_ｓｕｓｔとω_ｓｕｓｂとの和である角速度ω_ｓｕｓとして近似的に式（８ｂ）で表される。ここでθ_ｂはアンチダイブ角またはアンチリフト角である。

図５は、車輪角速度に影響を与える要素である車輪転がり半径変化影響量を説明する図である。図５（ａ）に示すＶは路面ＲＳが平坦なときの車輪３０の回転速度であり、ｒは転がり半径であり、ωは角速度である。Ｆ_ｚ０は車輪３０が路面ＲＳから受ける力である。ここで、図５（ｂ）に示すように、路面ＲＳに隆起がある場合に、Ｖが一定のまま、Ｆ_ｚ０がＦ_ｚ０＋δＦ_ｚ０に変化し、ωがω＋δωに変化し、車輪３０の転がり半径ｒがｒ−δｒに変化するとする。

このとき、ωについては式（９ａ）が成り立つ。また、車輪転がり半径変化影響量は、それぞれ、角速度ω_ｔｉｒｅとして近似的に式（９ｂ）で表される。なお、式（９ｂ）において、ｄｆ_ｔｉｒｅはＦ_ｚ０の微小変化であり、ｋ_ｔは車輪３０の弾性率である。また、ηは、車輪３０の静荷重半径の荷重に対する勾配に対する、転がり半径の荷重に対する勾配の比である。

以上の車輪角速度に影響を与える３つの影響量を含むモデルを考慮すると、式（７）、（８ｂ）、（９ｂ）から、車輪角速度ωは、式（１０）で表される。

ここで、係数ａ_１、ａ_２、ａ_３は、前輪である車輪３０Ｆと後輪である車輪３０Ｒで異なり、車輪３０Ｆ、３０Ｒに対する車輪角速度ω_ｆ、ω_ｒに対しては、それぞれ表１のＦ_ｒ、Ｒ_ｒに示すような係数となる。添え字の「ｆ」、「ｒ」はそれぞれ車輪３０Ｆ、車輪３０Ｒに対するパラメータを示している。また、Ｒ_ｗは車輪の転がり半径を表している。また、θ_ｒはアンチリフト角、θ_ｆはアンチダイブ角である。

したがって、車輪角速度ω_ｆ、ω_ｒは、ラプラス変換により式（１１）で表される。さらに式（１１）を行列の形式で表すと式（１２）のように２×６の行列Ｂ（ｓ）（以下行列Ｂと省略する）で表される。

行列Ｂは、車輪速度影響要素モデルを表す車輪速度影響要素モデル行列であり、車体状態量に作用させて車輪角速度を算出できるものである。

したがって、上述した式（３）と式（１２）とを用いると、式（１３）に示すように車輪角速度ω_ｆ、ω_ｒを成分とするベクトルは、路面入力に行列Ｂと行列Ａの積である行列ＢＡを作用させた（掛け算した）ものとして表される。また、式（１４）に示すように路面入力ｚ_ｗｆ、ｚ_ｗｒを成分とするベクトルは、車輪角速度に行列ＢＡの逆行列である行列（ＢＡ）^−１を作用させた（掛け算した）ものとして表される。さらには、車体状態量であるｚ、θ、および状態変数Ｆ_ｚｆ、Ｆ_ｚｒ、ｚ_ｓｆ、ｚ_ｓｒを成分とするベクトルは、式（１５）に示すように車輪角速度に行列（ＢＡ）^−１、行列Ａを順次作用させる（掛け算する）ことで求められる。これにより、ｄｚ／ｄｔ、ｄθ／ｄｔなどの車体状態量を全て推定できる。

したがって、たとえば、ｄθ／ｄｔ（ラプラス変換によりθｓ）は、式（１６）により求められる。

図６は、車体状態量推定部１の機能を制御ブロックの形式で示した模式図である。図６に示すように、路面入力算出部１ａは、取得した車輪角速度ω_ｆ、ω_ｒを成分とするベクトルに逆行列（ＢＡ）^−１を掛け算して路面入力ｚ_ｗｆ、ｚ_ｗｒの推定値を算出する。車体状態量算出部１ｂは、路面入力ｚ_ｗｆ、ｚ_ｗｒの推定値を成分とするベクトルに行列Ａを掛け算して、ｚ、θ、Ｆ_ｚｆ、Ｆ_ｚｒ、ｚ_ｓｆ、ｚ_ｓｒを成分とするベクトルｘの推定値を算出する。これをラプラス逆変換することにより車体状態量の推定値、例えばピッチレートｄθ／ｄｔの推定値を推定できる。

本実施の形態１によれば、車両運動モデル行列Ａと車輪速度影響要素モデル行列Ｂとの積の逆行列（ＢＡ）^−１を、取得した車輪角速度ω_ｆ、ω_ｒに作用させて、車輪に対する路面入力ｚ_ｗｆ、ｚ_ｗｒの推定値を算出し、算出した路面入力の推定値にさらに車両運動モデル行列Ａを作用させて、車体状態量の推定値を算出する。このとき、車両の重心周りピッチによる影響量、サスジオメトリ影響量および車輪転がり半径変化影響量の少なくとも３つの車輪速度影響要素を用いた車輪速度影響要素モデルを表す車輪速度影響要素モデル行列を用いることで、３つの車輪速度影響要素の車輪速度への影響を取り込んだ車体状態量の推定値を算出できるため、車体状態量の推定をより精度高く行うことができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る車体状態量推定装置について説明する。本実施の形態２に係る車体状態量推定装置は、実施の形態１に係る車体状態量推定部１と略同じ構成を有しているので、以下では相違点のみを説明する。

本実施の形態２に係る車体状態量推定装置では、図３に示す車両１０の車体の力学的な車両運動モデルにおいて、車両の車体の正規化慣性モーメントを１としている。これにより、車体は、前車輪軸および後車輪軸のそれぞれの上に質点ｍ_ｆ（＝ｍ_ｂ×Ｌ_ｒ／（Ｌ_ｒ＋Ｌ_ｆ））、ｍ_ｒ（＝ｍ_ｂ×Ｌ_ｆ／（Ｌ_ｒ＋Ｌ_ｆ））があるものと見なされるので、行列Ａおよび行列（ＢＡ）^−１が対角化される。

図７は、実施の形態２に係る車体状態量推定装置の機能を制御ブロックの形式で示した模式図である。上述したように、行列Ａおよび行列（ＢＡ）^−１は対角化されるので、路面入力算出部１ａは、取得した車輪角速度ω_ｆ、ω_ｒのうち、車輪角速度ω_ｆを行列（ＢＡ）^−１のうち前輪に関する要素（ＢＡ）_ｆ ^−１を作用させて路面入力ｚ_ｗｆの推定値を算出する。車体状態量算出部１ｂは、路面入力ｚ_ｗｆの推定値に行列Ａのうち前輪に関する要素Ａ_ｆを作用させて、ｄｚ_ｂｆ／ｄｔの推定値を算出する。また、これと独立して、路面入力算出部１ａは、取得した車輪角速度ω_ｒを行列（ＢＡ）^−１のうち後輪に関する要素（ＢＡ）_ｒ ^−１を作用させて路面入力ｚ_ｗｒの推定値を算出する。車体状態量算出部１ｂは、路面入力ｚ_ｗｒの推定値に行列Ａのうち後輪に関する要素Ａ_ｒを作用させて、ｄｚ_ｂｒ／ｄｔの推定値を算出する。さらに、車体状態量算出部１ｂは、減算部１ｂａによってｄｚ_ｂｒ／ｄｔの推定値とｄｚ_ｂｆ／ｄｔの推定値との差分をとり、この差分を除算部１ｂｂによりｗｂで除算することによりピッチレートｄθ／ｄｔの推定値を推定できる。ここで、ｗｂはホイールベース（＝Ｌ_ｒ＋Ｌ_ｆ）である。

本実施の形態２によれば、前輪に関する推定値の算出と後輪に関する推定値の算出を独立して行うことができるので、車体状態量推定装置の演算の負荷が軽減される。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る車体状態量推定装置について説明する。本実施の形態３に係る車体状態量推定装置は、実施の形態１に係る車体状態量推定部１と略同じ構成を有しているので、以下では相違点のみを説明する。

本実施の形態３に係る車体状態量推定装置でも、車両１０の車体の力学的な車両運動モデルにおいて、車両の車体の正規化慣性モーメントを１としている。これにより、行列Ａおよび行列（ＢＡ）^−１が対角化される。

図８は、実施の形態３に係る車体状態量推定装置の機能を制御ブロックの形式で示した模式図である。上述したように、行列Ａおよび行列（ＢＡ）^−１は対角化されるので、路面入力算出部１ａは、取得した車輪角速度ω_ｆを行列（ＢＡ）^−１のうち前輪に関する要素（ＢＡ）_ｆ ^−１を作用させて路面入力ｚ_ｗｆの推定値を算出する。車体状態量算出部１ｂは、路面入力ｚ_ｗｆの推定値に行列Ａのうち前輪に関する要素Ａ_ｆを作用させて、ｄｚ_ｂｆ／ｄｔの推定値を算出する。また、これと独立して、車体状態量算出部１ｂは、算出された路面入力ｚ_ｗｆに対してホイールベース遅れ量（ｅ^{−（Ｌ／Ｖ）ｓ}、ここで、Ｖは車速、Ｌはホイールベース（＝Ｌ_ｆ＋Ｌ_ｒ）である）を作用させるホイールベースフィルタ１ｂｃを作用させて、路面入力ｚ_ｗｆから路面入力ｚ_ｗｒの推定値を算出し、さらに行列Ａのうち後輪に関する要素Ａ_ｒを作用させて、ｄｚ_ｂｒ／ｄｔの推定値を算出する。さらに、車体状態量算出部１ｂは、減算部１ｂａによってｄｚ_ｂｒ／ｄｔの推定値とｄｚ_ｂｆ／ｄｔの推定値との差分をとり、この差分を除算部１ｂｂによりｗｂで除算することによりピッチレートｄθ／ｄｔの推定値を推定できる。

本実施の形態３によれば、前輪の路面入力ｚ_ｗｆの推定値を用いて後輪の路面入力ｚ_ｗｒの推定値を算出し、さらにその後の推定値の算出を前輪と後輪とで独立して行うので、車体状態量推定装置の演算の負荷が軽減される。

つぎに、本発明の実施例として、実施の形態１に基づく車体状態量推定装置を搭載した車両を構成して走行実験を行い、車体に備えたセンサにより車体のピッチレートを測定し、車体状態量推定装置において推定したピッチレートと比較した。

図９は、実施の形態１に係る車体状態量推定装置の実施例によるピッチレートの推定値と実測値およびこれに関する伝達関数を示す図である。図９（ａ）はピッチレートの推定値と実測値との時間変化を示す。図９（ｂ）、（ｃ）は、推定値を実測値で除算した値のゲイン比と位相比との周波数分布を、対数軸として示す。図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、ゲイン比は１に近く、位相比はゼロに近くなり、実測値に対して精度よく推定できていることが確認された。

なお、上記各実施の形態に係る車体状態量推定装置により推定された車両状態量は、特許文献１の場合と同様の構成、方式で行う車両１０の制振制御に用いることができる。

制振制御を行う場合、たとえば、ＥＣＵ５０は、路面から車両１０の左右前輪である車輪３０ＦＬ、３０ＦＲ、左右後輪である車輪３０ＲＬ、３０ＲＲへの入力により、例えば、１〜４Ｈｚ、さらに言えば１．５Ｈｚ近傍の周波数成分の車両１０のピッチ方向又はバウンス方向の振動が生じた場合に動力源２１を制御し逆位相の駆動トルクを出力することで車輪（駆動時には、駆動輪）が路面に対して作用している「車輪トルク」（車輪と接地路面上との間に作用するトルク）を調節し上記振動を抑制するように構成することができる。そして、ＥＣＵ５０が、動力源２１の動力、すなわち駆動トルクを制御することで、駆動トルクを路面に伝達する駆動輪としての車輪３０ＲＬ、３０ＲＲにバネ上振動を抑制する車輪トルクである制振トルクを発生させる車輪トルク制御を行い、上記振動を抑制する。ＥＣＵ５０が実行する制振制御においては、この制振トルクを車輪３０ＲＬ、３０ＲＲに作用させることによって、バネ上振動が抑制される。

また、サスペンション機構８０ＦＬ、８０ＦＲ、８０ＲＬ、８０ＲＲをアクティブサスペンションで構成し、ＥＣＵ５０を、推定された車両状態量に基づいてサスペンション機構８０ＦＬ、８０ＦＲ、８０ＲＬ、８０ＲＲをアクティブに制御することで車両１０の姿勢制御を行うことができるように構成してもよい。

また、上記各実施の形態に係る車体状態量推定装置では、車両１０の力学的な車両運動モデルとして二輪モデルを使用しているが、本発明はこれに限られない。車両運動モデルとして四輪モデルを用い、車輪３０ＦＬ、３０ＦＲ、３０ＲＬ、３０ＲＲに対する車輪速センサ４０ＦＬ、４０ＦＲ、４０ＲＬ、４０ＲＲから取得した車輪速度ＶｗＦＬ、ＶｗＦＲ、ＶｗＲＬ、ＶｗＲＲをたとえば車輪角度速度として入力し、四輪モデルに対応した車両運動モデルを表す車両運動モデル行列と、上述した３つの車輪速度影響要素を用いた車輪速度影響要素モデルを表す車輪速度影響要素モデル行列とを用いた推定値の算出を行うことによって、たとえば車両のロールレートの推定を行うこともできる。

また、上記各実施の形態に係る車体状態量推定装置では、車両運動モデル行列と、車輪速度影響要素モデル行列との積の逆行列を、車輪速度に作用させているが、このような行列の代わりにカルマンフィルタを用いてもよい。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１車体状態量推定部
１ａ路面入力算出部
１ｂ車体状態量算出部
１０車両
３０、３０Ｆ、３０ＦＬ、３０ＦＲ、３０Ｒ、３０ＲＬ、３０ＲＲ車輪
４０ＦＬ、４０ＦＲ、４０ＲＬ、４０ＲＲ車輪速センサ
５０ＥＣＵ
Ｃｇ重心
Ｏ瞬間中心
ＲＳ路面
Ｓ剛体
ＶｗＦＬ、ＶｗＦＲ、ＶｗＲＬ、ＶｗＲＲ車輪速度

Claims

車両に取付けられた車輪の車輪速度を取得する車輪速度取得手段を備える車両に適応される車体状態量推定装置であって、
前記車両の力学的な車両運動モデルを表す車両運動モデル行列と、前記車輪速度に影響を与える要素であって前記車体の重心周りのピッチによる影響量、サスジオメトリ影響量および車輪転がり半径変化影響量の３つの車輪速度影響要素を用いた車輪速度影響要素モデルを表す車輪速度影響要素モデル行列と、の積の逆行列を、前記取得した車輪速度に作用させて、前記車輪に対する路面入力の推定値を算出する路面入力算出部と、
前記算出した路面入力の推定値に前記車両運動モデル行列を作用させて前記車体状態量の推定値を算出する車体状態量算出部と、
を備えることを特徴とする車体状態量推定装置。
前記車両運動モデルにおいて、前記車両の車体の正規化慣性モーメントは１であり、
前記車輪速度は、前記車両の前輪の車輪速度と後輪の車輪速度とを含み、前記路面入力は、前記車両の前輪に対する路面入力と後輪に対する路面入力とを含み、
前記路面入力算出部は、前記逆行列の前輪に関する要素を前記取得した前輪の車輪速度に作用させて前記前輪に対する路面入力の推定値を算出するとともに、前記逆行列の後輪に関する要素を前記取得した後輪の車輪速度に作用させて前記後輪に対する路面入力の推定値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の車体状態量推定装置。
前記車両運動モデルにおいて、前記車両の車体の正規化慣性モーメントは１であり、
前記車輪速度は、前記車両の前輪の車輪速度であり、
前記路面入力算出部は、前記逆行列の前輪に関する要素を前記取得した前輪の車輪速度に作用させて前記前輪に対する路面入力の推定値を算出するとともに、前記前輪に対する路面入力の推定値に前記車両のホイールベース遅れ量を作用させて前記後輪に対する路面入力の推定値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の車体状態量推定装置。