JP2017159717A - Vehicle forward/backward speed estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、車両の前後速度推定装置に関し、特に駆動輪と転舵輪が異なる位置に配置される車両の前後速度推定装置に関する。 The present invention relates to a vehicle longitudinal speed estimation apparatus, and more particularly to a vehicle longitudinal speed estimation apparatus in which drive wheels and steered wheels are arranged at different positions.
車輪の空転を防止する、例えばトラクション制御を行うためには、駆動輪の位置での車両速度が必要である。駆動輪と転舵輪が異なる位置に配置される車両の場合、駆動輪の回転軸と直交する平面と車体の前後方向とが平行になるように駆動輪と車両が配置されている。このため、駆動輪の位置での車両速度は、車両の前後速度とヨーレートから計算できる。車両の前後速度は、従動輪の車輪回転速度を用いることで精度良く推定できる。ここで、車両に生じている横滑り角が大きい場合には、車両の横滑り角の影響を補正する必要がある。 In order to prevent idling of the wheel, for example, to perform traction control, the vehicle speed at the position of the drive wheel is required. In the case of a vehicle in which the drive wheel and the steered wheel are arranged at different positions, the drive wheel and the vehicle are arranged so that a plane perpendicular to the rotation axis of the drive wheel and the longitudinal direction of the vehicle body are parallel to each other. For this reason, the vehicle speed at the position of the drive wheel can be calculated from the longitudinal speed and the yaw rate of the vehicle. The longitudinal speed of the vehicle can be accurately estimated by using the wheel rotational speed of the driven wheel. Here, when the skid angle generated in the vehicle is large, it is necessary to correct the influence of the skid angle of the vehicle.
例えば、旋回円の接線方向加速度と法線方向加速度、およびヨーレートを用いて横滑り角速度を求め、その横滑り角速度を積分することで横滑り角を推定する技術が提案されている(特許文献1)。この推定した横滑り角を用いて、旋回中の車両の前後速度を推定している。
ところで、横滑り角の推定に関しては、例えば、ハンドル角と車両速度を入力変数とする車両モデルより横滑り角を推定する技術が提案されている(特許文献2)。推定した横滑り角と車輪の回転速度から、車体の前後速度を推定できる。
For example, a technique has been proposed in which a side slip angular velocity is obtained using a tangential acceleration and a normal direction acceleration of a turning circle, and a yaw rate, and the side slip angle is estimated by integrating the side slip angular velocity (Patent Document 1). The estimated longitudinal slip angle is used to estimate the longitudinal speed of the turning vehicle.
By the way, regarding the estimation of the skid angle, for example, a technique for estimating the skid angle from a vehicle model using the steering wheel angle and the vehicle speed as input variables has been proposed (Patent Document 2). The longitudinal speed of the vehicle body can be estimated from the estimated side slip angle and wheel rotational speed.
特許文献1では、旋回円の接線方向加速度と法線方向加速度、およびヨーレートを用いて横滑り角速度を求め、その横滑り角速度を積分することで横滑り角を推定している。ところが、積分演算では誤差(ドリフト)が蓄積されやすい。そのため、長時間の積分演算を行うと横滑り角の推定精度が悪化しやすいため、正確に車両の前後速度を推定できない可能性がある。
In
特許文献2では、車両モデルから横滑り角を推定している。図6に示すように、タイヤに生じている横滑り角に対して、タイヤが発生できる横力(コーナリングフォース)が線形の関係にある領域(以下、「タイヤの線形領域」と称す)では、良好な精度で横滑り角を推定できるが、タイヤに生じる横滑り角に対して、タイヤが発生できる横力が非線形の関係にある領域(以下、「タイヤの非線形領域」と称す)では、横滑り角の推定精度が悪化する。この場合、正確に車両の前後速度を推定することができない。
In
他の方法として、前後加速度の積分演算から車両の前後速度を推定することが考えられる。しかし、やはり積分演算では誤差(ドリフト)が蓄積されやすく、正確に車両の前後速度を推定することができない。 As another method, it is conceivable to estimate the longitudinal speed of the vehicle from the integral calculation of the longitudinal acceleration. However, an error (drift) is easily accumulated in the integral calculation, and the vehicle longitudinal speed cannot be accurately estimated.
この発明の目的は、従動輪となる転舵輪と、駆動輪とを備えた車両において、車両の走行状態にかかわらず精度よく車両の前後速度を推定することができる車両の前後速度推定装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vehicle longitudinal speed estimation device capable of accurately estimating the longitudinal speed of a vehicle in a vehicle including steered wheels that are driven wheels and drive wheels, regardless of the traveling state of the vehicle. It is to be.
この発明の車両の前後速度推定装置は、従動輪となる左右の転舵輪3と、左右の駆動輪2とを備えた車両における前後速度を推定する前後速度推定装置10であって、
前記左右の転舵輪3の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段14と、
前記車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段15と、
前記車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段16と、
前記車両の前後加速度を測定する前後加速度測定手段17と、
前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する走行状態判定手段26と、
前記車輪回転速度測定手段14で測定された前記左右の転舵輪3の車輪回転速度、および、前記ハンドル角測定手段15で測定されたハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する車両モデル応答計算手段25と、
前記左右の転舵輪3の車輪回転速度、前記ハンドル角、前記ヨーレート測定手段16で測定されたヨーレート、および前記車両モデル応答計算手段25で推定された規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する第1の車速推定手段27と、
前記前後加速度測定手段17で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する第2の車速推定手段28と、
前記走行状態判定手段26で判定された前記車両の走行状態に基づき、定められた規則に従って前記第1の車速推定手段27および前記第2の車速推定手段28のいずれか一方により推定した車両の前後速度を選択する車速選択手段29と、を備え、
この車速選択手段29は、前記定められた規則として、通常時は前記第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を選択して出力し、前記走行状態判定手段26により前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、前記第2の車速推定手段28によって推定した車両の前後速度を選択して出力することを特徴とする。
前記定められた規則は、設計等によって任意に定める規則であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な規則を求めて定められる。
前記車両の走行状態は、タイヤの線形領域で走行している通常走行状態と、タイヤの非線形領域で走行している限界走行状態とを含む。
前記定められた限界走行状態は、設計等によって任意に定める走行状態であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切なタイヤの非線形領域を求めて定められる。
この明細書において、「車輪回転速度」とは、単位時間あたりの車輪回転数と同義である。
A vehicle longitudinal speed estimation apparatus according to the present invention is a longitudinal
A pair of wheel rotation speed measuring means 14 for measuring the wheel rotation speeds of the left and right steered
Handle angle measuring means 15 for measuring the handle angle of the vehicle;
Yaw rate measuring means 16 for measuring the yaw rate of the vehicle;
Longitudinal acceleration measuring means 17 for measuring longitudinal acceleration of the vehicle;
Traveling state determination means 26 for determining whether the traveling state of the vehicle is a predetermined limit traveling state;
A vehicle for estimating a standard side slip angle by a vehicle model using the wheel rotational speed of the left and right steered
The vehicle front-rear speed is estimated using the wheel rotational speed of the left and right steered
A second vehicle speed estimating means 28 for estimating the longitudinal speed of the vehicle by integrating the longitudinal acceleration measured by the longitudinal acceleration measuring means 17;
Before and after the vehicle estimated by either one of the first vehicle speed estimating means 27 or the second vehicle speed estimating means 28 in accordance with a predetermined rule based on the traveling state of the vehicle determined by the traveling state determining means 26. Vehicle speed selection means 29 for selecting the speed,
The vehicle speed selection means 29 selects and outputs the vehicle front-rear speed estimated by the first vehicle speed estimation means 27 under normal conditions as the determined rule, and the travel state determination means 26 travels the vehicle. If it is determined that the vehicle is in a limited running state, the vehicle longitudinal speed estimated by the second vehicle speed estimating means 28 is selected and output.
The determined rule is a rule arbitrarily determined by design or the like, and is determined by seeking an appropriate rule by one or both of testing and simulation, for example.
The traveling state of the vehicle includes a normal traveling state where the vehicle is traveling in a linear region of the tire and a limit traveling state where the vehicle is traveling in a nonlinear region of the tire.
The determined limit driving state is a driving state arbitrarily determined by design or the like, and is determined by determining an appropriate non-linear region of the tire by, for example, one or both of a test and a simulation.
In this specification, “wheel rotation speed” is synonymous with the number of wheel rotations per unit time.
この構成によると、車両モデル応答計算手段25は、左右の転舵輪3の車輪回転速度、およびハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する。
前記車両モデルとして、例えば、平面2自由度モデル(通称:平面2輪モデル)を用いているが、この平面2輪モデルに限定されるものではない。
According to this configuration, the vehicle model response calculation means 25 estimates the reference side slip angle from the vehicle model, using the wheel rotation speeds and the steering wheel angles of the left and right steered
As the vehicle model, for example, a planar two-degree-of-freedom model (common name: a planar two-wheel model) is used, but is not limited to this planar two-wheel model.
第1の車速推定手段27は、左右の転舵輪3の車輪回転速度、ハンドル角、ヨーレート、および規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する。車速選択手段29は、通常時(例えば、タイヤの線形領域で走行している状態(以下、「通常走行状態」という)において、第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を選択して出力する。通常走行状態では、良好な精度で規範横滑り角を推定できるため、前記のように第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を選択して出力することで、正確に車両の前後速度を推定することができる。
The first vehicle speed estimation means 27 estimates the vehicle front-rear speed using the wheel rotation speed, the steering wheel angle, the yaw rate, and the standard skid angle of the left and right steered
走行状態判定手段26により車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、車速選択手段29は、第2の車速推定手段28によって推定した車両の前後速度を選択して出力する。限界走行状態では、規範横滑り角の推定精度が悪化するため、第1の車速推定手段27を適用せず、第2の車速推定手段28を適用する。第2の車速推定手段28は、前後加速度測定手段17で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する。このように積分演算する時間を限界走行状態と判定したときに限定することで、誤差(ドリフト)の蓄積による推定精度の悪化を防止できる。以上説明したように車両の走行状態にかかわらず精度よく車両の前後速度を推定することができる。 When the traveling state determining means 26 determines that the traveling state of the vehicle is a determined limit traveling state, the vehicle speed selecting means 29 selects and outputs the vehicle longitudinal speed estimated by the second vehicle speed estimating means 28. To do. In the limit running state, the estimation accuracy of the standard side slip angle is deteriorated, so the first vehicle speed estimation means 27 is not applied and the second vehicle speed estimation means 28 is applied. The second vehicle speed estimating means 28 estimates the longitudinal speed of the vehicle by integrating the longitudinal acceleration measured by the longitudinal acceleration measuring means 17. By limiting the time for the integral calculation to the limit running state in this way, it is possible to prevent the estimation accuracy from deteriorating due to accumulation of error (drift). As described above, the longitudinal speed of the vehicle can be accurately estimated regardless of the traveling state of the vehicle.
前記車両の横加速度を測定する横加速度測定手段17を備え、前記車両モデル応答計算手段25において、前記左右の転舵輪3の車輪回転速度および前記ハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横加速度または規範ヨーレートを推定し、
前記走行状態判定手段26は、前記横加速度測定手段17で測定された横加速度と前記規範横加速度との偏差が閾値以上のとき、または前記ヨーレート測定手段16で測定されたヨーレートと前記規範ヨーレートとの偏差が閾値以上のとき、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定しても良い。
前記各閾値は、それぞれ設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な値を求めて定められる。
A lateral acceleration measuring means 17 for measuring the lateral acceleration of the vehicle, wherein the vehicle model response calculating
The running
Each threshold is a value arbitrarily determined by design or the like, and is determined by obtaining an appropriate value by one or both of testing and simulation, for example.
この構成によると、実際に車両に発生している横加速度と規範横加速度との偏差が閾値以上のとき、または実際に車両に発生しているヨーレートと規範ヨーレートとの偏差が閾値以上のとき、定められた限界走行状態であるとみなすことができる。この限界走行状態において第2の車速推定手段28を適用することで、精度よく且つ正確に車両の前後速度を推定することができる。 According to this configuration, when the deviation between the lateral acceleration actually generated in the vehicle and the reference lateral acceleration is greater than or equal to the threshold, or when the deviation between the yaw rate actually generated in the vehicle and the reference yaw rate is greater than or equal to the threshold, It can be considered that the vehicle is in a predetermined limit driving state. By applying the second vehicle speed estimating means 28 in this limit traveling state, the longitudinal speed of the vehicle can be estimated accurately and accurately.
前記車両の横滑りを防止する横滑り防止制御装置21と、前記車両の制動力を制御する制動制御装置22とを備え、前記走行状態判定手段26は、前記横滑り防止制御装置21および前記制動制御装置22のいずれか一方または両方が作動しているとき、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定しても良い。このような限界走行状態において第2の車速推定手段28を適用することで、精度よく且つ正確に車両の前後速度を推定することができる。
The vehicle includes a skid
前記走行状態判定手段26が定められた限界走行状態であると判定したとき、この判定直前に前記第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を、前記第2の車速推定手段28における前後加速度の積分演算の初期値としても良い。この場合、第2の車速推定手段28により推定する車両の前後速度をより精度よく推定することができる。
When it is determined that the traveling
この発明の車両の前後速度推定装置は、従動輪となる左右の転舵輪と、左右の駆動輪とを備えた車両における前後速度を推定する前後速度推定装置であって、前記左右の転舵輪の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段と、前記車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段と、前記車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段と、前記車両の前後加速度を測定する前後加速度測定手段と、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する走行状態判定手段と、前記車輪回転速度測定手段で測定された前記左右の転舵輪の車輪回転速度、および、前記ハンドル角測定手段で測定されたハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する車両モデル応答計算手段と、前記左右の転舵輪の車輪回転速度、前記ハンドル角、前記ヨーレート測定手段で測定されたヨーレート、および前記車両モデル応答計算手段で推定された規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する第1の車速推定手段と、前記前後加速度測定手段で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する第2の車速推定手段と、前記走行状態判定手段で判定された前記車両の走行状態に基づき、定められた規則に従って前記第1の車速推定手段および前記第2の車速推定手段のいずれか一方により推定した車両の前後速度を選択する車速選択手段と、を備える。この車速選択手段は、前記定められた規則として、通常時は前記第1の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力し、前記走行状態判定手段により前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、前記第2の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力する。このため、従動輪となる転舵輪と、駆動輪とを備えた車両において、車両の走行状態にかかわらず精度よく車両の前後速度を推定することができる。 A vehicle longitudinal speed estimation apparatus according to the present invention is a longitudinal speed estimation apparatus that estimates longitudinal speed in a vehicle including left and right steered wheels that are driven wheels and left and right drive wheels, A pair of wheel rotational speed measuring means for measuring the wheel rotational speed, a handle angle measuring means for measuring a steering angle of the vehicle, a yaw rate measuring means for measuring the yaw rate of the vehicle, and a longitudinal acceleration of the vehicle; Longitudinal acceleration measuring means, traveling state determining means for determining whether or not the vehicle traveling state is a predetermined limit traveling state, and wheel rotation of the left and right steered wheels measured by the wheel rotational speed measuring means Vehicle model response calculating means for estimating a reference side slip angle by a vehicle model using the speed and the handle angle measured by the handle angle measuring means as inputs, and the left and right First vehicle speed estimation for estimating the longitudinal speed of the vehicle using the wheel rotation speed of the steered wheel, the steering wheel angle, the yaw rate measured by the yaw rate measuring means, and the reference side slip angle estimated by the vehicle model response calculating means A vehicle speed estimating means for integrating the longitudinal acceleration measured by the longitudinal acceleration measuring means to estimate the longitudinal speed of the vehicle, and based on the traveling state of the vehicle determined by the traveling state determining means Vehicle speed selecting means for selecting a vehicle front-rear speed estimated by one of the first vehicle speed estimating means and the second vehicle speed estimating means according to a predetermined rule. The vehicle speed selection means selects and outputs the vehicle front-rear speed estimated by the first vehicle speed estimation means as a predetermined rule, and outputs the vehicle traveling state by the traveling state determination means. If it is determined that the vehicle is in the limit running state, the vehicle longitudinal speed estimated by the second vehicle speed estimating means is selected and output. For this reason, in a vehicle provided with steered wheels that are driven wheels and drive wheels, the longitudinal speed of the vehicle can be accurately estimated regardless of the traveling state of the vehicle.
この発明の実施形態に係る車両の前後速度推定装置を図1ないし図6と共に説明する。
図1は、この実施形態に係る車両の前後速度推定装置のシステム構成を平面視で概略示す図である。この前後速度推定装置を搭載した車両である電気自動車1は、左右の後輪2が動力源となる電動のモータ4で駆動される駆動輪であり、左右の前輪3が従動輪となる。左右の前輪3は転舵輪とされている。各モータ4は、それぞれ駆動力および制動力を発生可能である。各モータ4は、インホイールモータ駆動装置IWMを構成する。
A vehicle longitudinal speed estimation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a system configuration of a vehicle longitudinal speed estimation apparatus according to this embodiment in plan view. An
図2に示すように、インホイールモータ駆動装置IWMは、モータ4、減速機6、および車輪用軸受7を有し、これらの一部または全体が後輪2内に配置される。モータ4の回転は、減速機6および車輪用軸受7を介して後輪2に伝達される。車輪用軸受7のハブ輪7aのフランジ部には摩擦ブレーキ装置8を構成するブレーキロータ8aが固定され、同ブレーキロータ8aは後輪2と一体に回転する。モータ4は、例えば、ロータ4aのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。このモータ4は、ハウジング4cに固定したステータ4bと、回転出力軸9に取り付けたロータ4aとの間にラジアルギャップを設けたモータである。
As shown in FIG. 2, the in-wheel motor drive device IWM has a
制御系について説明する。
図1に示すように、前後速度推定装置10は、この車両の前後速度を推定する装置である。前後速度推定装置10は、車両に搭載されたECU11と、モータ4に対して設けられたインバータ装置12と、センサ類13とを有する。ECU11は、マイクロコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。ECU11とインバータ装置12とは、例えば、CAN(コントロール・エリア・ネットワーク)等の車内通信網で接続されている。
The control system will be described.
As shown in FIG. 1, the longitudinal
センサ類13は、左右の前輪3の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段14と、車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段15と、車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段16と、車両の前後加速度および横加速度を測定する加速度センサ17とを有する。またセンサ類13は、アクセル操作手段18の操作量を検出するアクセルセンサ18a、およびブレーキ操作手段19の操作量を検出するブレーキセンサ19aを有する。
The
ECU11は、この例では次に示す車両コントローラ20と、車両の横滑りを防止する制御を行う横滑り防止制御装置(略称ESC)21と、車両の制動力を制御する制動制御装置(略称ABS)22とを有する。車両コントローラ20には、アクセル操作手段18からの加速指令、およびブレーキ操作手段19からの減速指令が入力され、前記加速指令と前記減速指令の差に応じた制駆動トルクを、インバータ装置12のモータコントローラ12aに与える。モータコントローラ12aは、与えられる制駆動トルクに従い、電流指令に変換して、インバータ12bに電流指令を与える。
In this example, the
図3に示すように、車両コントローラ20は、車両の前後速度推定装置本体23と、スリップ率制御装置24とを有する。前後速度推定装置本体23は、車両モデル応答計算手段25、走行状態判定手段26、第1の車速推定手段27、第2の車速推定手段28、および車速選択手段29を有する。
車両モデル応答計算手段25は、車輪回転速度測定手段14で測定された左右の前輪3の車輪回転速度、および、ハンドル角測定手段15で測定された車両のハンドル角を入力として、車両モデルを用いて、規範横滑り角βref、規範ヨーレートγref、規範横加速度Ayrefを計算する。なお車両モデルから得られる状態量には「規範」が付けられている。前記車両モデルとして、この例では、後述する平面2自由度モデル(通称:平面2輪モデル)を用いている。
As shown in FIG. 3, the
The vehicle model response calculation means 25 uses the vehicle model with the wheel rotation speeds of the left and right
走行状態判定手段26は、車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する。車両の走行状態は、図6に示すように、タイヤの線形領域で走行している通常走行状態と、タイヤの非線形領域で走行している限界走行状態とを含む。
図3に示すように、走行状態判定手段26は、車両モデル応答計算手段25が計算した規範横加速度Ayrefと、実際に車両に発生している横加速度Ayとの偏差(以下、「横加速度偏差」と称す)ΔAyがある閾値以上のとき、または車両モデル応答計算手段25が計算した規範ヨーレートγrefと、実際に車両に発生しているヨーレートγとの偏差(以下、「ヨーレート偏差」と称す)Δγがある閾値以上のとき、車両の走行状態が限界走行状態であると判定する。
The traveling
As shown in FIG. 3, the traveling
前記限界走行状態は、車両モデルを用いて推定した規範横滑り角βrefの推定精度が悪化している状態である。実際に車両に発生している横加速度Ayは、横加速度測定手段および前後加速度測定手段である加速度センサ17により測定される。実際に車両に発生しているヨーレートγは、ヨーレート測定手段16により測定される。
The limit running state is a state where the estimation accuracy of the standard side slip angle β ref estimated using the vehicle model is deteriorated. The lateral acceleration Ay actually generated in the vehicle is measured by the
また走行状態判定手段26は、横滑り防止制御装置21および制動制御装置22のいずれか一方または両方が作動しているとき、車両の走行状態が限界走行状態であると判定する。
走行状態判定手段26は、前述のいずれの条件にもあてはまらないとき、車両モデルを用いて推定した規範横滑り角βrefの推定精度が良好な状態(以下、「通常走行状態」と称す)と判定する。
Further, the traveling state determination means 26 determines that the traveling state of the vehicle is the limit traveling state when one or both of the skid
When none of the above-mentioned conditions is satisfied, the traveling
第1の車速推定手段27は、左右の前輪の車輪回転速度ωFL,ωFR、横滑り角β、ハンドル角δh、およびヨーレートγを用いて、以下の式(a1),(a2)から車両の前後速度Vxを推定する。 The first vehicle speed estimation means 27 uses the following formulas (a1) and (a2) to calculate the vehicle using the wheel rotational speeds ω FL and ω FR of the left and right front wheels, the side slip angle β, the handle angle δ h , and the yaw rate γ. to estimate the longitudinal velocity V x of.
図4は、各記号とこの車両の位置の対応関係を示す図である。同図4および図3等を適宜参照しつつ説明する。
式(a1),(a2)において、ωFL,ωFRは左右の前輪3の車輪回転速度、βは横滑り角、δhはハンドル角、γはヨーレート、δは実舵角、RFは前輪の車輪半径、lf(図5)は重心P(図5)から前輪3の車軸位置までの距離、nはステアリングギヤ比である。横滑り角βは、車両諸元およびハンドル角δhと転舵輪の車輪回転速度ωFL,ωFRを入力変数とする車両モデルから推定する規範横滑り角である。
FIG. 4 is a diagram showing the correspondence between each symbol and the position of the vehicle. This will be described with reference to FIGS. 4 and 3 as appropriate.
In equations (a1) and (a2), ω FL and ω FR are the wheel rotational speeds of the left and right
車両モデルについて説明する。
1.モデル化
ロール運動を無視した4輪モデルでは、各輪で前後方向と横方向の力および速度を考えるため、運動方程式を記述すると非常に複雑になる。
そこで、左右輪のタイヤ特性に差が無く、実舵角が小さいとした場合について考える。これにより図5に示すように、トレッドの影響を無視することができるため、運動方程式の記述が容易となる。この図5は平面2輪モデルと呼ばれるモデルである。
A vehicle model will be described.
1. Modeling In the four-wheel model ignoring roll motion, it is very complicated to describe the equation of motion because the force and velocity in the front-rear and lateral directions are considered for each wheel.
Therefore, a case where there is no difference in tire characteristics between the left and right wheels and the actual steering angle is small will be considered. Thereby, as shown in FIG. 5, since the influence of the tread can be ignored, the equation of motion can be easily described. FIG. 5 shows a model called a planar two-wheel model.
2.運動方程式
車両重量をm、実舵角をδ、前輪の車軸〜重心位置間の距離をlf、後輪の車軸〜重心位置間の距離をlr、車両を真上から見たときの重心回りのモーメント(ヨーレート)をr、前後輪の横滑り角をそれぞれβf,βr、前後輪に働く横力(コーナリングフォース)をそれぞれYf,Yrとする。
ここで前後輪の横滑り角、実舵角の絶対値がそれぞれ「1」よりも非常に小さい、つまり|βf|、|βr|、|δ|≪1とすれば、これらの方向は、車両の横方向に一致すると考えて良い。車両を真上から見た場合において、角度を全て反時計回りを正として、車両の横方向の運動を記述する式は、以下のようになる。
2. Equation of motion The vehicle weight is m, the actual rudder angle is δ, the distance between the front axle and the center of gravity is l f , the distance between the rear axle and the center of gravity is l r , and the center of gravity when the vehicle is viewed from directly above The turning moment (yaw rate) is r, the side slip angles of the front and rear wheels are β f and β r , respectively, and the lateral force (cornering force) acting on the front and rear wheels is Y f and Y r , respectively.
Here, if the absolute values of the side slip angle and the actual rudder angle of the front and rear wheels are very smaller than “1”, that is, | β f |, | β r |, | δ | << 1, these directions are It can be considered that it matches the lateral direction of the vehicle. When the vehicle is viewed from directly above, the formula describing the lateral movement of the vehicle with all angles counterclockwise as positive is as follows.
3.伝達関数
式(11)、(12)を代数方程式として解くことで、操舵に対するβ、rの伝達関数を得ることができる。
3. Transfer functions By solving equations (11) and (12) as algebraic equations, β and r transfer functions for steering can be obtained.
車両モデルから横滑り角βを推定する場合、通常走行状態には良好な精度で推定できるが、限界走行状態には精度が悪化する。
そのため、図3に示すように、限界走行状態のときには第2の車速推定手段28を用いて車両の前後速度を推定する。第2の車速推定手段28は、加速度センサ17が出力する車両の前後加速度Axを用いて、以下の式(b1)から車両の前後速度Vxを推定する。
When the side slip angle β is estimated from the vehicle model, it can be estimated with good accuracy in the normal running state, but the accuracy is deteriorated in the limit running state.
Therefore, as shown in FIG. 3, when the vehicle is in the limit traveling state, the longitudinal speed of the vehicle is estimated using the second vehicle speed estimating means 28. The second vehicle speed estimation means 28 estimates the vehicle longitudinal speed V x from the following equation (b1) using the vehicle longitudinal acceleration A x output from the
ここでVxoは、走行状態判定手段26が限界走行状態と判断する直前に、式(a1),(a2)から求められる車両の前後速度Vxを用いる。換言すれば、走行状態判定手段26が限界走行状態であると判定したとき、この判定直前に第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度Vxを、第2の車速推定手段28における前後加速度の積分演算の初期値とする。第2の車速推定手段28では、積分演算する時間を限界走行状態に限定することで、誤差(ドリフト)の蓄積による推定精度の悪化を防止する。
Here, V xo uses the vehicle longitudinal speed V x obtained from the equations (a1) and (a2) immediately before the traveling state determination means 26 determines that the traveling state is the limit traveling state. In other words, when the traveling
車速選択手段29は、走行状態判定手段26が通常走行状態と判断した場合には、第1の車速推定手段27で推定した車両の前後速度Vxを選択して出力する。車速選択手段29は、走行状態判定手段26が限界走行状態と判断した場合には、第2の車速推定手段28で推定した車両の前後速度Vxを選択して出力する。
図3,図4に示すように、スリップ率制御装置24は、例えば、前後速度推定装置本体23が推定した車両の前後速度Vxと、車両に発生しているヨーレートから駆動輪の位置での車両速度Vdrvを計算する。図4では、左後輪2の位置での車両速度がVdrvLと表記され、右後輪2の位置での車両速度がVdrvRと表記されている。
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the slip
図3,図4に示すように、さらにスリップ率制御装置24は、前記駆動輪の位置での車両速度Vdrvと駆動輪の車輪回転速度からスリップ率を計算し、このスリップ率と目標とするスリップ率との偏差から、フィードバック制御で各駆動輪のモータに発生させる制駆動トルクを制御する。このスリップ率制御を行う際、前記前後速度推定装置を適用することで、精度よく車両の前後速度Vxを推定することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the slip
以上説明した前後速度推定装置10によれば、タイヤの線形領域で走行している、いわゆる通常走行状態では、良好な精度で規範横滑り角を推定できるため、第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を選択して出力することで、正確に車両の前後速度を推定することができる。
According to the longitudinal
走行状態判定手段26により車両の走行状態が限界走行状態であると判定されると、車速選択手段29は、第2の車速推定手段28によって推定した車両の前後速度を選択して出力する。限界走行状態では、規範横滑り角の推定精度が悪化するため、第1の車速推定手段27を適用せず、第2の車速推定手段28を適用する。第2の車速推定手段28は、加速度センサ17で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する。このように積分演算する時間を限界走行状態と判定したときに限定することで、誤差(ドリフト)の蓄積による推定精度の悪化を防止できる。以上説明したように車両の走行状態にかかわらず精度よく車両の前後速度を推定することができる。
When the traveling
他の実施形態について説明する。
インホイールモータ駆動装置IWMにおいては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、2軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。
前述の実施形態では、インホイールモータ方式の電気自動車を用いて説明したが、非インホイールモータ方式の車両、例えば、車体に設置された2台のモータの出力をドライブシャフト等を介して左右の駆動輪に伝達するいわゆる2モータオンボード方式の車両でも本制御の適用が可能である。
本実施形態の前後速度推定装置で推定した前後速度を、車輪の空転を防止するトラクション制御装置に用いても良い。
Another embodiment will be described.
The in-wheel motor drive device IWM is a so-called direct motor type in which a cycloid reducer, a planetary reducer, a two-axis parallel reducer, and other reducers can be applied. Also good.
In the above-described embodiment, an in-wheel motor type electric vehicle has been described. However, the output of two motors installed in a non-in-wheel motor type vehicle, for example, a vehicle body, is output to the left and right via a drive shaft or the like. This control can also be applied to a so-called two-motor on-board vehicle that transmits to the drive wheels.
The longitudinal speed estimated by the longitudinal speed estimation device of the present embodiment may be used in a traction control device that prevents the wheels from idling.
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 As mentioned above, although the form for implementing this invention based on embodiment was demonstrated, embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1…電気自動車(車両)
2…後輪(駆動輪)
3…前輪(従動輪、転舵輪)
14…車輪回転速度測定手段
15…ハンドル角測定手段
16…ヨーレート測定手段
17…加速度センサ(前後加速度測定手段、横加速度測定手段)
21…横滑り防止制御装置
22…制動制御装置
25…車両モデル応答計算手段
26…走行状態判定手段
27…第1の車速推定手段
28…第2の車速推定手段
29…車速選択手段
1 ... Electric car (vehicle)
2 ... Rear wheel (drive wheel)
3 ... Front wheels (driven wheels, steered wheels)
14 ... Wheel rotational speed measuring means 15 ... Handle angle measuring means 16 ... Yaw rate measuring means 17 ... Accelerometer (longitudinal acceleration measuring means, lateral acceleration measuring means)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記左右の転舵輪の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段と、
前記車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段と、
前記車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段と、
前記車両の前後加速度を測定する前後加速度測定手段と、
前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する走行状態判定手段と、
前記車輪回転速度測定手段で測定された前記左右の転舵輪の車輪回転速度、および、前記ハンドル角測定手段で測定されたハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する車両モデル応答計算手段と、
前記左右の転舵輪の車輪回転速度、前記ハンドル角、前記ヨーレート測定手段で測定されたヨーレート、および前記車両モデル応答計算手段で推定された規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する第1の車速推定手段と、
前記前後加速度測定手段で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する第2の車速推定手段と、
前記走行状態判定手段で判定された前記車両の走行状態に基づき、定められた規則に従って前記第1の車速推定手段および前記第2の車速推定手段のいずれか一方により推定した車両の前後速度を選択する車速選択手段と、を備え、
この車速選択手段は、前記定められた規則として、通常時は前記第1の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力し、前記走行状態判定手段により前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、前記第2の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力することを特徴とする車両の前後速度推定装置。 A longitudinal speed estimation device for estimating longitudinal speed in a vehicle having left and right steered wheels that are driven wheels and left and right drive wheels,
A pair of wheel rotation speed measuring means for respectively measuring the wheel rotation speeds of the left and right steered wheels;
A handle angle measuring means for measuring a handle angle of the vehicle;
Yaw rate measuring means for measuring the yaw rate of the vehicle;
Longitudinal acceleration measuring means for measuring longitudinal acceleration of the vehicle;
Traveling state determination means for determining whether the traveling state of the vehicle is a predetermined limit traveling state;
Vehicle model response calculation for estimating a standard skid angle by a vehicle model using the wheel rotational speeds of the left and right steered wheels measured by the wheel rotational speed measuring means and the steering wheel angle measured by the steering wheel angle measuring means as inputs. Means,
A first vehicle front-rear speed is estimated using the wheel rotational speeds of the left and right steered wheels, the steering wheel angle, the yaw rate measured by the yaw rate measuring means, and the reference skid angle estimated by the vehicle model response calculating means. Vehicle speed estimation means,
Second vehicle speed estimation means for integrating the longitudinal acceleration measured by the longitudinal acceleration measurement means to estimate the longitudinal speed of the vehicle;
Based on the traveling state of the vehicle determined by the traveling state determining unit, the vehicle longitudinal speed estimated by one of the first vehicle speed estimating unit and the second vehicle speed estimating unit is selected according to a predetermined rule. Vehicle speed selecting means for
The vehicle speed selection means selects and outputs the vehicle front-rear speed estimated by the first vehicle speed estimation means as a predetermined rule, and outputs the vehicle traveling state by the traveling state determination means. A vehicle longitudinal speed estimation device that selects and outputs the vehicle longitudinal speed estimated by the second vehicle speed estimation means when it is determined that the vehicle is in a limit running state.
前記走行状態判定手段は、前記横加速度測定手段で測定された横加速度と前記規範横加速度との偏差が閾値以上のとき、または前記ヨーレート測定手段で測定されたヨーレートと前記規範ヨーレートとの偏差が閾値以上のとき、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定する車両の前後速度推定装置。 The vehicle longitudinal speed estimation device according to claim 1, further comprising a lateral acceleration measuring unit that measures a lateral acceleration of the vehicle, wherein the vehicle model response calculating unit includes a wheel rotational speed and a steering wheel angle of the left and right steered wheels. Is used as the input to estimate the standard lateral acceleration or standard yaw rate from the vehicle model,
The running state determination unit is configured such that a deviation between the lateral acceleration measured by the lateral acceleration measuring unit and the reference lateral acceleration is equal to or greater than a threshold value, or a deviation between the yaw rate measured by the yaw rate measuring unit and the reference yaw rate is A vehicle front-rear speed estimation device that determines that the traveling state of the vehicle is a predetermined limit traveling state when the threshold is equal to or greater than a threshold value.
4. The vehicle longitudinal speed estimation device according to claim 1, wherein when the travel state determination unit determines that the vehicle is in a predetermined limit travel state, the first immediately before the determination is performed. A vehicle longitudinal speed estimation device that uses the vehicle longitudinal speed estimated by the vehicle speed estimation means as an initial value of an integration calculation of longitudinal acceleration in the second vehicle speed estimation means.
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