JP2021003950A - 接地荷重推定装置、制御装置および接地荷重推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】十分に高い精度で車両における接地荷重を推定可能な技術を実現する。【解決手段】接地荷重推定装置（１００）は、車両の車輪角速度、定常荷重および慣性荷重を取得し、定常荷重および慣性荷重を用いて第一ゲインを第一ゲイン演算部（１２２）で演算し、車輪角速度の変動に第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動をタイヤ有効半径変動演算部（１２１）で演算し、タイヤ有効半径変動に第一ゲインを乗じて路面荷重を推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、接地荷重推定装置、制御装置および接地荷重推定方法に関する。

従来、車両における車輪の接地荷重を推定し、当該推定結果を用いて車両の制動力および駆動力などを制御し、車両の走行安定性を高める技術が知られている。接地荷重の推定には、車両の走行安定性を高める観点から、十分に高い精度が求められている。当該接地荷重を推定する技術としては、車両の挙動をモデル化した車両運動モデルに基づいて、検出した車両状態量から接地荷重を推定する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１３１０６２号公報

しかしながら、当該接地荷重は、路面の凹凸の影響によっても変動する。したがって、上述のような従来技術は、接地荷重を推定するためのモデルが車体の姿勢変化を伴う荷重変化のみを考慮しているモデルであるため、路面からの車両への影響の反映が不十分となることがある。よって、車両の接地荷重の精度を高める観点から検討の余地が残されている。

本発明の一態様は、十分に高い精度で車両における接地荷重を推定可能な技術を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る接地荷重推定装置は、車両の路面荷重を参照して前記車両の接地荷重を推定する接地荷重推定装置であって、前記車両の車輪角速度を取得する車輪速センサを含み、当該車輪角速度、前記車両の定常荷重および慣性荷重を含む前記車両に関する物理量を取得する取得部と、前記取得部が取得した前記物理量のうち、少なくとも前記定常荷重および前記慣性荷重を用いて、少なくとも前記車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算する第一ゲイン演算部、および、前記取得部が取得した前記車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するタイヤ有効半径変動演算部、を含み、前記タイヤ有効半径変動に前記第一ゲインを乗じて前記車両の路面荷重を推定する路面荷重推定部と、を備える。

また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、車両に作用する接地荷重を推定して、前記接地荷重を直接的または間接的に用いて、前記車両に備えられた一または複数の他の装置を制御装置であって、前記車両の車輪角速度を取得する車輪速センサを含み、当該車輪角速度、前記車両の定常荷重および慣性荷重を含む前記車両に関する物理量を取得する取得部と、前記取得部が取得した前記物理量のうち、少なくとも前記定常荷重および前記慣性荷重を用いて、少なくとも前記車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算する第一ゲイン演算部、および、前記取得部が取得した前記車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するタイヤ有効半径変動演算部、を含み、前記タイヤ有効半径変動に前記第一ゲインを乗じて前記車両の路面荷重を推定する路面荷重推定部と、を備える。

さらに、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る接地荷重推定方法は、車両の路面荷重を参照して前記車両の接地荷重を推定する接地荷重推定方法であって、前記車両の車輪角速度、前記車両の定常荷重および慣性荷重を含む前記車両に関する物理量を取得するステップと、少なくとも前記定常荷重および前記慣性荷重を用いて、少なくとも前記車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算するステップと、前記車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するステップと、前記タイヤ有効半径変動に前記第一ゲインを乗じて路面荷重を推定するステップと、を含む。

本発明の一態様によれば、十分に高い精度で車両における接地荷重を推定することができる。

本発明の実施形態１に係る接地荷重推定装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態１における路面荷重推定部の機能的構成の一例を示すブロック図である。 車両の車輪に係る物理量を説明するための図である。 本発明の実施形態２における慣性荷重推定部の機能的構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態２における基準慣性荷重演算部の機能的構成の一例を示すブロック図である。 車体のロール挙動に係る物理量を説明するための図である。 車体のピッチ挙動に係る物理量を説明するための図である。 車体の重心周りにおけるロール角加速度を説明するための図である。 車両の実舵角に対する旋回半径を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る接地荷重推定装置が適用される車両の構成の一例を模式的に示す図である。

本発明における実施形態では、車両の走行安定性を高めるための制御に通常使用されるセンサを用いて取得可能な車両の物理量を参照して、車両の車輪における接地荷重を十分に高い精度で推定する。なお、本明細書において物理量を「参照」とは、当該物理量を直接または間接的に使用することの総称であり、これらの一方または両方を意味する。

〔接地荷重推定装置〕
本発明の実施形態における接地荷重推定装置は、車両の路面荷重を参照して当該車両の接地荷重を推定する。当該接地荷重推定装置は、取得部と路面荷重推定部とを備える。

［取得部］
取得部は、車両に関する物理量を取得する装置である。取得部は、後述する路面荷重推定部に、また必要に応じて慣性荷重推定部に、当該物理量を出力する。取得部の例には、各種センサ、および、当該物理量を演算して出力する装置、が含まれる。

本実施形態において、センサは、車両の走行に係る標準的な制御に通常使用されるセンサ（以下「汎用センサ」とも言う）であってよく、ロールレートセンサおよびピッチレートセンサを含まなくてよい。取得部としてのセンサ（汎用センサ）の例には、車両の前後加速度を取得する前後加速度センサ、車両の横加速度を取得する横加速度センサ、車両の車輪角速度を取得する車輪速センサ、および、車両の旋回情報を取得する旋回情報センサ、が含まれる。旋回情報センサの例には、ヨーレートセンサおよび操舵角センサが含まれる。

上記の物理量の例には、車両の定常荷重、車両の慣性荷重、前後加速度センサの値、横加速度センサの値、車輪速センサの値、旋回情報センサの値、車両の質量、車両の重心高、ロール慣性モーメント、ピッチ慣性モーメント、車両の前車軸重心間距離、車両の後車軸重心間距離、車両のフロントトレッド長、および、車両のリアトレッド長、が含まれる。

［路面荷重推定部］
路面荷重推定部は、取得部が取得した物理量に基づいて車両の路面荷重を推定する。路面荷重とは、路面の凹凸などの路面の効果による接地荷重の変動を意味する。路面荷重推定部は、限定されないが、汎用センサで取得される物理量、取得した物理量を参照して得られる物理量、および、車両に特有の物理量、を使用して路面荷重を推定することが、路面荷重の推定についてのセンサなどの取得部のコストを削減する観点から好ましい。

当該路面荷重推定部は、第一ゲイン演算部と、タイヤ有効半径変動演算部とを含む。第一ゲイン演算部は、少なくとも車両の定常荷重および車両の慣性荷重から第一ゲインを演算する。第一ゲインは、少なくとも、車両が備える車輪（例えばタイヤ）の剛性を示すパラメータである。第一ゲインは、車輪に固有の値であり、後述するように、車輪に特定の接地荷重を印加した場合の車輪の剛性を実質的に表す式から求めることができる。

タイヤ有効半径変動演算部は、車輪角速度の変動に、第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算する。タイヤ有効半径変動とは、路面の影響による車輪速の変動以外の物理量（例えば前述の汎用センサの検出値など）を用いて当該車輪速の変動を表す値である。車輪角速度の変動は、車輪速センサの検出結果を参照して求めることが可能である。当該車輪角速度の変動は、接地荷重の推定工程における車輪角速度の変動を実質的に表すものであればよく、当該変動の近似値であってもよい。

第二ゲインは、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすためのパラメータである。一般に、車両の接地荷重のような車両の状態量の推定では、車両の実際の走行に関する条件が、車両の通常の走行に関する所定の条件から外れる程、推定結果と実際の走行状態とのずれが大きくなる傾向にある。第二ゲインは、例えば、接地荷重の推定値が、車両の走行について想定される様々な条件において、車両の接地荷重の実測値と実質的に同じとなるような適当な数値を、実験またはシミュレーションを通じて導き出すことにより決めることができる。

路面荷重推定部は、本実施形態の効果が得られる範囲において、さらなる構成を含んでいてもよい。たとえば、路面荷重推定部は、第二ゲイン補正部をさらに含んでいてもよい。

第二ゲイン補正部は、車輪速センサの値から車両のスリップ比関連値を演算し、少なくともスリップ比関連値および車両の加加速度から第二ゲインを補正する。この場合、上記の取得部は、車両の加加速度をさらに取得する。当該加加速度は、例えば加速度センサによって取得することが可能である。

［慣性荷重推定部］
本実施形態の接地荷重推定装置は、本発明の効果が得られる範囲において、さらなる構成を有していてもよい。たとえば、取得部は、物理量に基づいて車両の慣性荷重を推定する慣性荷重推定部をさらに含んでいてもよい。

慣性荷重推定部は、基準慣性荷重演算部と補正値演算部とを含む。慣性荷重推定部は、基準慣性荷重演算部で演算した基準慣性荷重に、補正値演算部で演算した慣性荷重補正値を加算して慣性荷重を推定する。慣性荷重とは、車両の旋回の効果および加減速の効果による接地荷重の変動を意味する。基準慣性荷重演算部は、車両の物理量を用いて基準慣性荷重を演算する。基準慣性荷重とは、後述する車両の慣性荷重を表す方程式の解を意味する。慣性荷重補正値とは、基準慣性荷重と、真の慣性荷重とのずれを低減するように基準慣性荷重を補正する補正値である。

本実施形態において、基準慣性荷重の演算に使用する物理量は、前述の汎用センサで取得される物理量および車両に特有の物理量であってよい。たとえば、基準慣性荷重演算部は、前後加速度センサの値、横加速度センサの値、車両の質量、車両の重心高、ロール慣性モーメント、ピッチ慣性モーメント、車両の前車軸重心間距離、車両の後車軸重心間距離、フロントトレッド長、および、リアトレッド長を用いて、車両の各車輪における基準慣性荷重を、車両のモデルに基づき演算することができる。

ここで、上記の「車両のモデル」とは、基準慣性荷重の演算について、それを実現可能にするためのモデルである。当該モデルは、基準慣性荷重を演算するための数式に応じて適宜に決めることができる。たとえば、車両のモデルは、線形システムで表される運動方程式の最小ノルム法による解のモデルであってよい。

補正値演算部は、車両の物理量を用いて慣性荷重補正値を演算する。補正値演算部が慣性荷重補正値の演算に使用する物理量も、前述したように、汎用センサで取得される物理量および車両に特有の物理量であってよい。たとえば、補正値演算部は、車両の質量、車両の重心高、車輪速センサの値、旋回情報センサの値、ロール慣性モーメント、フロントトレッド長、および、リアトレッド長を用いて、慣性荷重補正値を演算することができる。旋回情報センサの値には、ヨーレートセンサの値、または、操舵角センサの値を好適に用いることができる。

［接地荷重の推定方法］
本実施形態において、車両の接地荷重は、車両の車輪角速度、車両の定常荷重および慣性荷重を含む車両に関する物理量を取得するステップと、少なくとも定常荷重および慣性荷重を用いて、少なくとも車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算するステップと、車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するステップと、タイヤ有効半径変動に第一ゲインを乗じて路面荷重を推定するステップとを含む方法によって推定することが可能である。車両の接地荷重を推定する当該方法は、前述した接地荷重推定装置を用いて実施することができる。

本実施形態において、車両の接地荷重は、車両の路面荷重を参照して推定される。たとえば、車両の接地荷重は、車両の定常荷重および慣性荷重に車両の路面荷重を足すことにより推定することができる。なお、本実施形態において、定常荷重とは、車両の１Ｇにおける接地荷重であり、例えば、車両の質量に基づく算出値であってもよいし、車両に特有の定数であってもよい。接地荷重推定装置が慣性荷重推定部をさらに含む場合には、慣性荷重推定部が推定した慣性荷重と路面荷重推定部が推定した路面荷重と定常荷重とを足すことにより、車両の接地荷重の推定値を得ることができる。

［制御装置］
本発明の実施形態における制御装置は、車両に作用する接地荷重を推定して、前記接地荷重を直接的または間接的に用いて、前記車両に備えられた一または複数の他の装置を制御する。本実施形態の制御装置は、前述の接地荷重推定装置を含む以外は、車両が備える一以上の装置を接地荷重に基づいて制御する公知の装置と同様に構成することが可能である。なお、接地荷重を間接的に用いる場合とは、例えば、推定した接地荷重を用いて更なる推定を行い、該更なる推定の結果の値を用いて他の装置を制御する構成が含まれる。

以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。

〔実施形態１：接地荷重推定装置の第一の実施形態〕
［接地荷重推定装置の機能的構成］
図１は、本発明の実施形態１に係る接地荷重推定装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。図１に示されるように、接地荷重推定装置１００は、慣性荷重推定部１１０、路面荷重推定部１２０、前後加速度センサおよび横加速度センサ（前後、横加速度センサ）１３１、操舵角センサまたはヨーレートセンサ（操舵角／ヨーレートセンサ）１３２、車輪速センサ１３３、定常荷重提供部１４１、遅延部１４２および加算部１４３、１４４を備えている。

前後、横加速度センサ１３１、操舵角／ヨーレートセンサ１３２および車輪速センサ１３３は、慣性荷重推定部１１０に接続されている。前後、横加速度センサ１３１、および車輪速センサ１３３は、路面荷重推定部１２０に接続されている。前後、横加速度センサ１３１、操舵角／ヨーレートセンサ１３２および車輪速センサ１３３は、慣性荷重推定部１１０が取得すべき車両に関する物理量を提供しており、慣性荷重推定部１１０に対して、取得部となっている。

慣性荷重推定部１１０は、算出した慣性荷重の信号を出力する。慣性荷重推定部１１０は、遅延部１４２を介して加算部１４３に接続されている。定常荷重提供部１４１は、定常荷重の信号を出力する。定常荷重提供部１４１も加算部１４３に接続されている。加算部１４３は、加算部１４４および路面荷重推定部１２０のそれぞれに接続されている。路面荷重推定部１２０は、加算部１４４と接続されている。

前後、横加速度センサ１３１、操舵角／ヨーレートセンサ１３２、車輪速センサ１３３は、定常荷重提供部１４１および慣性荷重推定部１１０は、路面荷重推定部１２０が取得すべき車両に関する物理量を提供しており、路面荷重推定部１２０に対して、取得部となっている。

また、図示しないが、慣性荷重推定部１１０および路面荷重推定部１２０は、それぞれ、車両が有する制御系のネットワーク（例えば後述のＣＡＮなど）に接続されており、当該ネットワークを介して、車両の質量、車両の重心の高さ、車両の重心に対応する路面上の点を基準とするロール慣性モーメント、当該路面上の点を基準とするピッチ慣性モーメント、前車軸重心間距離、後車軸重心間距離、フロントトレッド長、および、リアトレッド長などの、車両に特有の物理量を取得する。当該ネットワークも、本実施形態における取得部に該当する。

本実施形態における路面荷重の推定について、その機能的構成およびそのロジックを以下に説明する。

［路面荷重推定部の機能的構成］
図２は、本実施形態における路面荷重推定部の機能的構成の一例を示すブロック図である。本実施形態において、路面荷重推定部１２０は、図２に示されるように、タイヤ有効半径変動演算部１２１、第一ゲイン演算部１２２および第二ゲイン補正部１２３を有している。

［接地荷重推定のロジック］
本実施形態における接地荷重は、以下の式（１）により表される。式（１）において、Ｆ_{ｚ０ｎｏｍ}は、１Ｇ状態における接地荷重を表し、ｄＦ_{ｚ０，ｉｎｅｒｔｉａ}は、慣性荷重を表し、ｄＦ_{ｚ０，ｒｏａｄ}は、路面荷重を表す。前述したように、慣性荷重とは、車両の旋回の効果および加減速の効果による接地荷重の変動を意味し、路面荷重とは、路面の凹凸などの路面の効果による接地荷重の変動を意味する。

［路面荷重推定のロジック］
車両の車輪について、非線形なタイヤ特性は、下記式（５１）および式（５２）で表される。式（５２）においては、「Ｆ_ｚ０」は、式（５３）に示されるように、定常荷重と慣性荷重の和である。

上記式中、ａ_１は第一ゲインを表し、ａ_１１は第一パラメータを表し、ａ_１２は第二パラメータを表す。

第一ゲインａ_１は、車両が備える車輪の剛性を示す。第一ゲインａ_１は、タイヤの接地荷重に対するバネ定数の関係におけるバネ定数で表される。当該関係は、非線形の曲線で表されるが、式（５２）に示されるように、一次式に近似することが可能である。

第一パラメータａ_１１および第二パラメータａ_１２は、いずれも、第一ゲインａ_１を幅広い条件に適用させるための調整パラメータである。第一パラメータは、上記の近似による一次式における傾きで表され、第二パラメータは、当該一次式の切片で表される。

図３は、車両の車輪に係る物理量を説明するための図である。図３中、Ｒ_ｅはタイヤの有効半径を表し、ωはタイヤの角速度を表し、ｕ_０はタイヤの周速を表している。タイヤのスリップ比を考慮すると、タイヤの有効半径Ｒ_ｅは、下記式（５４）で表される。式（５４）の全微分により下記式（５５）が導き出される。

スリップ比が変化しないと仮定すると、式（５５）から式（５６）が導かれ、さらに式（５７）が導き出される。上記式中、ａ_２は第二ゲインを表す。第二ゲインａ_２は、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための調整パラメータである。第二ゲインは、例えば、車輪角速度が変化する条件で走行する車両の接地荷重について、実測値と推定値とを比較し、様々な走行条件において当該推定値が実測値に対して実質的に同等に有効になるように適宜に設定することにより決めることができる。

式（５７）中のかっこ内は、式（５８）に示されるように近似できる。式（５８）中、「ｍｏｖａｖｇ（ω）」は、角速度の移動平均を表す。よって、式（５７）から式（５９）が導き出される。

式（５９）を式（５１）に代入すると、式（６０）が導き出される。式（６０）より、路面荷重が算出される。式（６０）は、ｍｏｖａｖｇ（ω）を含む。そのため、路面荷重の算出は、ｍｏｖａｖｇ（ω）の取得に要する時間に応じて（例えば０．０５秒）遅くなる。

第二ゲインａ_２は、下記式（６１）で表すことができる。式（６１）中、ａ_２１は第三パラメータを表す。第三パラメータａ_２１は、第二ゲインと同様の調整パラメータである。式（６１）では、第三パラメータは、結果的には第二ゲインと同じとなる。

第二ゲインは、第三パラメータに加えて、特定の路面状態によりタイヤにもたらされる影響を補正するためのさらなる補正値を用いて表現することが可能である。たとえば、第二ゲインは式（６２）で表すことが可能である。

式（６２）中、Ｆ_ｓは、スリップ比の影響を補正するための補正値を表し、Ｆ_ｊｅｒｋは、加加速度による誤差を補正するための補正値を表す。この場合、第三パラメータは、これらの補正値が対象とする走行条件以外の車両の走行時における、当該補正値による補正の影響を緩和するための調整パラメータである。このような補正を行う場合、路面荷重は、式（６３）から算出することができる。

式（６２）、式（６３）において、Ｆ_ｓ、Ｆ_ｊｅｒｋは、それぞれ、スリップ比および加加速度の過剰な変化が推定値に及ぼす影響を緩和するための補正値である。Ｆ_ｓ、Ｆ_ｊｅｒｋは、それぞれ、後述の第二ゲイン補正部によるスリップ比関連値の算出値、または、取得部による加加速度の取得値、を増減するものであってもよいし、所定の閾値に応じて当該算出値または取得値を実質的に取り消すものであってもよい。

［路面荷重の推定］
路面荷重推定部１２０において、第一ゲイン演算部１２２は、少なくとも定常荷重および慣性荷重を用いて第一ゲインａ_１を演算する。路面荷重推定部１２０は、慣性荷重推定部１１０で得られた慣性荷重の推定値と、定常荷重提供部１４１から出力される定常荷重との合計値を取得する。第一ゲインａ_１は、前述したように車両が備える車輪（タイヤ）の剛性（バネ定数）で表され、接地荷重に対する当該バネ定数の非線形の曲線に近似する一次式で表すことができる。ここでの接地荷重は、上記の定常荷重と慣性荷重との合計値である。第一ゲイン演算部１２２は、式（５２）に当該合計値を代入することにより、第一ゲインを演算する。

第二ゲイン補正部１２３は、取得部から車両の加加速度をさらに取得する。具体的には、第二ゲイン補正部１２３は、ＣＡＮなどのネットワークを介して車両の加加速度を取得する。

また、第二ゲイン補正部１２３は、車輪速センサの値から車両のスリップ比関連値を演算する。具体的には、第二ゲイン補正部１２３は、式（６２）におけるＦ_ｓに対応する数値を取得する。

さらに、第二ゲイン補正部１２３は、少なくともスリップ比関連値および加加速度に基づいて第二ゲインを補正する。第二ゲインは、前述したように、調整パラメータとして設定されているとする。具体的には、第二ゲイン補正部１２３は、式（６２）に基づいて、スリップ比および加加速度の影響を緩和するＦ_ｓおよびＦ_ｊｅｒｋを決定し、それらを用いて式（６２）に基づいて、第二ゲインを補正する。

Ｆ_ｓは、スリップ比関連値の変化が大きい場合に、その変化による推定値の変動を抑制するように設定することができる。たとえば、Ｆ_ｓは、スリップ比関連値に掛ける係数であり、スリップ比関連値が所定の値を下回る場合には０であり、所定の値以上である場合には、そのスリップ比関連値を採用するように、１であってよい。

Ｆ_ｊｅｒｋは、加加速度の変化が大きい場合に、その変化による推定値の変動を抑制するように設定することができる。たとえば、Ｆ_ｊｅｒｋは、取得した加加速度に掛ける係数であり、加加速度が所定の値よりも大きい場合には０であり、所定値以下である場合には、取得した加加速度を採用するように、１であってよい。

第二ゲイン補正部１２３は、式（６２）に示されるように、Ｆ_ｓおよびＦ_ｊｅｒｋに第三パラメータを掛けて補正された第二ゲインを算出する。式（６１）における第三パラメータａ２１と式（６２）における第三パラメータａ_２１とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。

タイヤ有効半径変動演算部１２１は、車輪角速度の変動に第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算する。車輪角速度の変動は、車輪角速度ωの変動値ｄωを含む数値であり、例えば式（５７）中のＲ_ｅ（ｄω／ω）である。具体的は、タイヤ有効半径変動演算部１２１は、式（６０）における右辺のａ_１以外を掛けることにより、タイヤ有効半径変動を演算する。

路面荷重推定部１２０は、タイヤ有効半径変動演算部１２１が演算したタイヤ有効半径変動に第一ゲインを乗じて路面荷重を推定する。具体的には、路面荷重推定部１２０は、式（６０）に基づき、タイヤ有効半径変動に第一ゲインを乗じて路面荷重の推定値を得る。

［慣性荷重推定における補正のロジック］
一方、慣性荷重ｄＦ_{Ｚ０，ｉｎｅｒｔｉａ}は、慣性荷重推定部１１０により、たとえば、特開２００８−０７４１８４号公報の段落００２４に記載の方法によって求めることができる。

［慣性荷重の推定］
前後、横加速度センサ１３１は、車両における前後加速度および横加速度を検出して出力し、（操舵角／ヨーレートセンサ）１３２は、車両における操舵角またはヨーレートを検出して出力し、車輪速センサ１３３は、車両の車輪における車輪速を検出して出力する。また、前述のネットワークは、車両に関する種々の物理量を出力する。このように、前述の取得部は、車両に関する物理量を取得して出力する。

［接地荷重の推定］
慣性荷重推定部１１０は、慣性荷重ｄＦ_{Ｚ０，ｉｎｅｒｔｉａ}を遅延部１４２に出力する。遅延部１４２は、必要に応じて、その後の制御に応じた適当なタイミングとなるように遅らせて当該慣性荷重を出力する。たとえば、遅延部１４２は、前述した式（６０）におけるｍｏｖａｖｇ（ω）による遅延に合わせて同位相となるように慣性荷重を出力する。加算部１４３は、定常荷重提供部１４１から出力された定常荷重Ｆ_{Ｚ０ｎｏｍ}と慣性荷重とを合算する。定常荷重と慣性荷重との合計値は、路面荷重推定部１２０および加算部１４４に出力される。

一方で、路面荷重推定部１２０は、路面荷重の推定値を出力する。当該路面荷重の推定値は、定常荷重と慣性荷重とを参照して得られている。

路面荷重推定部１２０から出力された路面荷重の推定値は、加算部１４４において、上記の合計値と合算される。こうして、定常荷重、慣性荷重および路面荷重の合計値が、車両の接地荷重の推定値Ｆ_ｚ０として得られる。

［作用効果］
本実施形態では、前述したタイヤ有効半径変動に前述の第一ゲインを乗じて路面荷重を推定することから、路面荷重を、路面の凹凸の影響を十分に反映して推定することが可能である。そして、このような路面荷重を参照して接地荷重を推定することから、十分に高い精度で車両における接地荷重を推定することが可能である。

本実施形態によれば、車両に接地荷重をより直接的に検出するセンサを搭載し、接地荷重の実測値を求める一方で、本実施形態による接地荷重の推定値を求め、両者を比較すると、当該実測値に実質的に重なるほどに高い精度を有する接地荷重Ｆ_ｚ０の推定値を得ることができる。

また、本実施形態では、路面荷重の推定において、定常荷重と推定した慣性荷重とを参照する。よって、これらを参照しない場合に比べて、路面荷重をより高い精度で推定することができる。

また、本実施形態では、車輪の加減速の変化に応じて第二ゲインを補正することにより、路面荷重の推定精度をより一層高めることができる。

さらに、本実施形態では、汎用センサで取得可能な物理量を用いて基準慣性荷重を演算するとともに慣性荷重補正値を演算する。よって、センサに係るコストを削減することができる。

〔実施形態２：接地荷重推定装置の第二の実施形態〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

図４は、本実施形態における慣性荷重推定部の機能的構成の一例を示すブロック図である。図４に示されるように、慣性荷重推定部１１０は、基準慣性荷重演算部１１１および補正値演算部１１２を有している。

図５は、本実施形態における基準慣性荷重演算部の機能的構成の一例を示すブロック図である。基準慣性荷重演算部１１１は、図５に示されるように、システム行列部３０１、入力行列部３０２、加算部３０３および遅延部３０４を含む。システム行列部３０１は、加算部３０３に接続しており、加算部３０３は、遅延部３０４に接続しており、遅延部３０４は、システム行列部３０１に接続している。入力行列部３０２は、外部、例えば前述したネットワークに接続されており、かつ加算部３０３に接続している。

本実施形態において、慣性荷重ｄＦ_{ｚ０，ｉｎｅｒｔｉａ}は以下のように導出される。

［慣性荷重推定のロジック］
ｄＦ_{ｚ０，ｉｎｅｒｔｉａ}は、下記式（２Ａ）、（２Ｂ）および（２Ｃ）の三つの運動方程式によって表される。式（２Ａ）は、上下方向の運動を表現しており、式（２Ｂ）は、ロール挙動を表現しており、式（２Ｃ）は、ピッチ挙動を表現している。なお、本明細書において、車輪の位置について、前を「ｆ」、後ろを「ｒ」、右を「ｒ」、左を「ｌ」で表現する。また、車両に関する方向として、前後方向を「ｘ」、横方向を「ｙ」、上下方向を「ｚ」で表現する。

ただし、鉛直加速度ａ_ｚ、ロール角加速度ｐドットおよびピッチ角加速度ｑドットは、車両に一般的に搭載される汎用センサでは検知できないため、汎用センサを搭載している車両については、上記の式から演算した接地荷重は、上記の鉛直加速度などの影響が実質的には考慮されていない。この接地荷重を、「基準慣性荷重」とも言い、「ｄＦ_ｅｓｔ ^（ｋ）」で表す。そのため、これらを補正するための補正値を以下「慣性荷重補正値」とも言い、「ｄＦ_{Ｚ０，ｃｏｒｒ}」で表す。ｄＦ_ｅｓｔ ^（ｋ）とｄＦ_{Ｚ０，ｃｏｒｒ}との関係は、下記式（３）で表される。

図６は、車体のロール挙動に係る物理量を説明するための図であり、図７は、車体のピッチ挙動に係る物理量を説明するための図である。図６および図７に示されるように、ｍは、車両の質量を表し、ｈ_０は、車両重心の高さを表し、ａは、車両の加速度を表す。Ｉ_１、Ｉ_２は、それぞれ、重心ＣＯＧ１、ＣＯＧ２を通る軸周りの慣性モーメントを用いて路面点周りでの慣性モーメントを算出するための補正値を表す。重心ＣＯＧ１は、車体２００の幅方向における重心を表し、重心ＣＯＧ２は、車体２００の前後方向における重心を表す。

また、図６に示されるように、Ｉ_ｘ＋Ｉ_１は、路面点周りでのロール慣性モーメントを表し、Ｉ_ｘは、重心ＣＯＧ１を通るロール軸周りの慣性モーメントを表し、ｔ_ｒｒは、車両のリアトレッドの半分の長さ（リアトレッド長に１／２を乗じたもの）を表し、ｔ_ｒｆは、車両のフロントトレッドの半分の長さ（フロントトレッド長に１／２を乗じたもの）を表す。また、ｐドットは、路面点を中心とするロール角加速度を表す。

さらに、図７に示されるように、Ｉ_ｙ＋Ｉ_２は、路面点周りでのピッチ慣性モーメントを表し、Ｉ_ｙは、重心ＣＯＧ２を通るピッチ軸周りの慣性モーメントを表す。また、ｌ_ｆは、前後方向における車体２００の重心ＣＯＧ２と前の車軸との距離（前車軸重心間距離）を表し、ｌ_ｒは、重心ＣＯＧ２と後ろの車軸との距離（後車軸重心間距離）を表し、ｌ_ｆ＋ｌ_ｒは、ホイールベースを示す。また、ｑドットは、路面点を中心とするピッチ角加速度である。

ある時点における慣性荷重の変動の算出値をｄＦ_ｅｓｔ ^（ｋ）とすると、そのベクトルは以下の式（４）で表される。下記式（４）中、ｋは算出回数を表す。

また、式（２Ａ）〜（２Ｃ）を行列に変形すると、下記式（５）で表され、式（５）から下記式（６）が導き出される。式（６）中の右辺における３×３行列を行列Ｋ’とも言い、右辺かっこ内の３×１行列を行列ａ’とも言う。

ここで、「ｄＦ_ｚ０ｆｌ」を「Ｚ」とすると、式（４）は、下記式（７）で表される。Ｚは、式（２Ａ）〜（２Ｃ）を満足する変数である。式（７）の右辺第一項における４×１行列は、ベクトルａを表している。式（７）中の右辺第二項における４×３行列を行列Ｋとも言い、同項の３×１行列を行列Ｕとも言う。ベクトルａは、式（２Ａ）〜（２Ｃ）を満足する単位ベクトルを表す。ベクトルａは、式（６）における行列Ｋ’および行列ａ’を用いると、式（８）の行列で表される。また、式（７）中の行列Ｋは、式（６）における行列Ｋ’を用いると、式（９）の行列で表される。

式（７）の右辺における行列Ｋおよび行列Ｕの積をベクトルｄＦ_{ｅｓｔ，ｐ}とすると、式（７）は、下記式（１０）で表される。ｄＦ_{ｅｓｔ，ｐ}は、式（２Ａ）〜（２Ｃ）における任意の解を表す。このように、前述の運動方程式（２Ａ）〜（２Ｃ）は、式（１０）で表される。すなわち、運動方程式（２Ａ）〜（２Ｃ）の解は、直線式で表され、求めるべき接地荷重の算出値は、当該式が表す直線のいずれかに存在する。

＜最小ノルム法の適用＞
ところで、運動方程式（２Ａ）〜（２Ｃ）では、変数（ｄＦ_ｚ０ｆｌ、ｄＦ_ｚ０ｆｒ、ｄＦ_ｚ０ｒｌおよびｄＦ_ｚ０ｒｒ）が四つあり、それに対して方程式が三つである。そこで、式（１９）に最小ノルム法（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｎｏｒｍ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）を適用する。下記式（１１）で表される条件、すなわち、上記運動方程式の解のうち、前回における接地荷重の変動の算出値との差分が最小になる値、を式（１０）の解と定義する。式（１１）中、ｄＦ_ｅｓｔ ^{（ｋ−１）}は、接地荷重の前回の算出値を表す。ｄＦ_{ｅｓｔ，ｐ}は、上記運動方程式の解のうちの任意の解を表している。

上記の定義を適用すると、式（１０）から、以下に示すようにして式（１２）が導き出される。なお、式（１２）中、ａハットはベクトルａの単位ベクトルである。

＜線形モデル化＞
式（１２）を線形モデルで表現すると、式（１２）は下記式（１３）で表され、さらに式（１４）で表される。

上記式中、Ｕは入力値を表し、Ａはシステム行列を表し、Ｂは入力行列を表す。以下に示すように、ベクトルｄＦ_{ｅｓｔ，ｐ}は、行列Ｋと行列Ｕの積で表される。なお、行列Ｋおよび行列Ｕは以下のように表され、ＡおよびＢは、それぞれ、行列を用いて以下のように表される。

（ａ_ｚ、ｐドットおよびｑドットの影響の補正）
また、慣性荷重補正値ｄＦ_{Ｚ０，ｃｏｒｒ}は、下記式（１５）で表すことができる。式（１５）中の右辺における大かっこの中の第一項（Ｋ_ａとａベクトルの積）は、最小ノルム法によるａ_ｚ、ｐドットおよびｑドットの誤差を補正するものである。式（１５）中、ａベクトルは下記式（１６）で表され、ｐベクトルは、下記式（１７）で表される。

（ロール角加速度（ｐドット）の影響の補正）
慣性荷重補正値は、汎用センサから取得可能な物理量を用い、ａ_ｚ、ｐドットおよびｑドットの影響の大きさおよび頻度に応じた適切な式から算出することが可能である。たとえば、式（１５）中、Ｋ_ｐは調整パラメータを表し、ΣＦ_ｙ０は車両のロール時おけるタイヤ横力の総和を表す。

式（１５）中の右辺における大かっこの中の第一項（Ｋ_ａとａベクトルとの積）は、最小ノルム法によるａ_ｚ、ｐドットおよびｑドットの誤差を補正するものである。Ｋ_ａは、調整パラメータであり、式（１５）で得られる推定値と実測値とを比較して、推定値が実測値に対して車両の接地荷重の推定において実質的に同じになるように適宜に設定することにより決めることができる。

式（１５）中の右辺における大かっこの中の式の第二項は、ｐドットの影響を補正するものであり、車両の旋回時に重要となる。Ｋ_ｐは、例えば、旋回時の車両における接地荷重の実測値と式（１５）を用いて推定される接地荷重の推定値とを比較し、実測値を測定した車両の走行条件から拡張された条件においても当該推定値が実質的に有効になるように適宜に設定することにより決めることができる。

ここで、ｐドットの影響を「ｅのｐドット」と表現すると、当該影響は下記式（１８）で表される。式（１８）の左辺がｐドットの影響「ｅのｐドット」である。式（１８）中におけるＢに乗じる３×１行列は、前述の行列Ｕにおいて、ａ_ｘ、ａ_ｙ、ａ_ｚおよびｑドットのいずれもゼロとした行列である。

ここで、図８は、車体の重心周りにおけるロール角加速度を説明するための図である。図８に示されるように、図８中のpドットは、車体の重心ＣＯＧ１周りのロール角速度を表す。この車体の重心周りにおけるｐドットは、下記式（１９）で表される。式（１９）中の右辺における行列の積は、無視できるほどに微小であり、ゼロと見なすことができる。

ΣＦ_ｙ０は、車両のロール時おけるタイヤ横力の総和であり、式（２０）で表される。ここで、図９は、車両の実舵角に対する旋回半径を説明するための図である。図９は、車両が左に旋回する場合を示している。図９は、前輪のみで操舵する車両の旋回を示している。図９において、Ｃは旋回中心であり、Ｏは車輪と車軸の交点である。「Ｒ_ｔｕｒｎ」は、旋回半径を表し、旋回中心Ｃから車両の重心ＣＯＧ３までの距離である。「Ｒ_{ｔｕｒｎ，ｌ}」は、車体の幅方向における旋回中心Ｃから車両左側の車輪の交点Ｏまでの距離を表し、「Ｒ_{ｔｕｒｎ，ｌ}」は、車体の幅方向における旋回中心Ｃから車両右側の車輪の交点Ｏまでの距離を表す。δは実舵角である。

Ｖ_ｆｌベクトルおよびＶ_ｆｒベクトルは、前輪点での進行方向ベクトルであり、β_ｆｌおよびβ_ｆｒは前輪スリップ角である。β_ｆｌは、線Ｌω_ｆｌに対してＶ_ｆｌベクトルがなす角度で表され、β_ｆｒは、線Ｌω_ｆｒに対してＶ_ｆｒベクトルがなす角度で表される。破線Ｌω_ｆｌは、車輪の転がり方向に沿って延在する線であり、車輪の中心Ｏ_ｆｌを通る直線である。破線Ｌω_ｆｒは、車輪の転がり方向に沿って延在する線であり、車輪の中心Ｏ_ｆｒを通る直線である。Ｖ_ｒｌベクトルおよびＶ_ｒｒベクトルは、後輪点での進行方向ベクトルである。β_ｒｌおよびβ_ｒｒは後輪スリップ角であり、車体２００の前後方向に対してＶ_ｒｌベクトルおよびＶ_ｒｒベクトルがなす角度で表される。なお、車両が前輪および後輪の両方で操舵する場合では、β_ｆｌおよびβ_ｆｒは、後輪での操舵を考慮して適宜に補正される。

式（２０）中の「Ｒ_ｔｕｒｎ」は、式（２１）で表されることから、式（２０）は、式（２２）で表される。「Ｒ_ｔｕｒｎ」については、後に説明する。下記式（２２）中、「ｕ」は、車輪の周速の平均値であり、式（２３）で表される。式（２３）中、ωは車輪の角速度を表し、「Ｒ_{ｅ，ｉｎｉｔ}」は、タイヤ半径の初期値を表す。また、「δ」は、式（２４）で表される。式（２４）中、δ_ｓは、操舵角センサの検出値を表し、ｋ_δは、ステアリングギヤレシオを表す。

よって、ｐドットの影響を「ｅのｐドット」とすると、当該「ｅのｐドット」は、下記式（２５）で表される。

ここで、式（２１）について説明する。Ｒ_{ｔｕｒｎ，ｌ}は、式（２６）で表される。同様に、Ｒ_{ｔｕｒｎ，ｒ}は、式（２７）で表される。

Ｒ_ｔｕｒｎは、車両のホイールベースに比べて十分に大きく、Ｒ_ｔｕｒｎに比べると、βおよびδはいずれも十分に小さい。Ｒ_ｔｕｒｎは、式（２６）および（２７）を用いると、式（２８）で表される。式（２８）の導出過程において、式（２９）に示されるように、車両の左右の車輪間において、前後の車輪におけるβの差同士の積は十分に小さく、ゼロと見なすことができる。また、式（３０）に示されるように、車両の前方の車輪におけるβの和から後方の車輪におけるβの和を引いたｆ（β）も、Ｒ_ｔｕｒｎに比べると十分に小さく、ゼロと見なすことができる。よって、「Ｒ_ｔｕｒｎ」は、前述の式（２１）で表される。

なお、「Ｒ_ｔｕｒｎ」を実舵角δで表現するように説明したが、実舵角δに代えてヨーレートを用いても、「Ｒ_ｔｕｒｎ」を適切に表現することができる。

［接地荷重の推定］
前後、横加速度センサ１３１は、車両における前後加速度および横加速度を検出して出力し、（操舵角／ヨーレートセンサ）１３２は、車両における操舵角またはヨーレートを検出して出力し、車輪速センサ１３３は、車両の車輪における車輪速を検出して出力する。また、前述のネットワークは、車両に関する種々の物理量を出力する。このように、前述の取得部は、車両に関する物理量を取得して出力する。

基準慣性荷重演算部１１１は、取得部が取得した物理量を用いて基準慣性荷重ｄＦ_ｅｓｔ ^（ｋ）を演算する。具体的には、基準慣性荷重演算部１１１は、前述の式（１４）に基づいて、最小ノルム法を適用した解として、基準慣性荷重を演算する。たとえば、システム行列部３０１は、前回の接地荷重の算出値ｄＦ_ｅｓｔ ^{（ｋ−１）}に前述の行列Ａを掛けて増幅して加算部３０３に出力し、入力行列部３０２は、前述の行列Ｕに行列Ｂを掛けて増幅して加算部３０３に出力する。加算部３０３は、これらを加算して基準慣性荷重を算出する。基準慣性荷重は、基準慣性荷重演算部１１１から出力される。遅延部３０４は、次回における基準慣性荷重の算出において、入力した基準慣性荷重が前回の算出値となるようにタイミングを調整して、入力した基準慣性荷重を出力する。

補正値演算部１１２は、取得部が取得した物理量を用いて慣性荷重補正値ｄＦ_{Ｚ０，ｃｏｒｒ}を演算する。具体的には、補正値演算部１１２は、式（１５）に基づいて、ｐドット、ａ_ｚおよびｑドットの影響を補正する慣性荷重補正値を算出する。

慣性荷重推定部１１０は、基準慣性荷重演算部１１１が演算した基準慣性荷重に、補正値演算部１１２が演算した慣性荷重補正値を加算して慣性荷重の推定値ｄＦ_{Ｚ０，ｉｎｅｒｔｉａ}を得る。具体的には、慣性荷重推定部１１０は、前述の式（３）に基づいて慣性荷重の推定値を得る。

慣性荷重推定部１１０は、慣性荷重ｄＦ_{Ｚ０，ｉｎｅｒｔｉａ}を遅延部１４２に出力する。遅延部１４２は、必要に応じて、その後の制御に応じた適当なタイミングとなるように遅らせて当該慣性荷重を出力する。たとえば、遅延部１４２は、前述した式（６０）におけるｍｏｖａｖｇ（ω）による遅延ににあわせて同位相となるように慣性荷重を出力する。加算部１４３は、定常荷重提供部１４１から出力された定常荷重Ｆ_{Ｚ０ｎｏｍ}と慣性荷重とを合算する。定常荷重と慣性荷重との合計値は、路面荷重推定部１２０および加算部１４４に出力される。

一方で、路面荷重推定部１２０は、路面荷重の推定値を出力する。路面荷重推定部１２０から出力された路面荷重の推定値は、加算部１４４において、上記の合計値と合算される。そして、定常荷重、慣性荷重および路面荷重の合計値が、車両の接地荷重の推定値Ｆ_ｚ０として得られる。

［作用効果］
本実施形態は、前述した実施形態１の効果に加えて、少なくとも以下の効果をさらに奏する。本実施形態では、慣性荷重の推定において、最小ノルム法を適用して得られる運動方程式の解を用いることができる。よって、高い精度での接地荷重の推定により効果的であり、またそのような推定を、車両の幅広い走行条件に適用できるような補正を行うのにより効果的である。

〔実施形態３：懸架装置の制御装置の実施形態〕
本実施形態に係る物理量推定装置を、車両が有する懸架装置を制御する制御装置に適用する例について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

本実施形態の制御装置は、懸架装置を有する車両に作用する接地荷重を推定して、前記懸架装置の減衰力を当該接地荷重に応じて制御する。当該制御装置は、前述した接地荷重推定装置を含み、当該接地荷重推定装置で推定した接地荷重に応じて懸架装置の減衰力を制御する以外は、懸架装置における公知の制御装置と同様に構成することが可能である。

図１０は、上記の接地荷重推定装置を有する車両の構成の一例を模式的に示す図である。図１０に示されるように、車両９００は、懸架装置（サスペンション）１５０、車体２００、車輪３００、車速（Ｖ）を検出する車速センサ４５０、エンジン５００およびＥＣＵ（Electronic Control Unit）６００を備えている。ＥＣＵ６００は、前述したプロセッサに該当し、前述の接地荷重推定装置を含む。

なお、符号中のアルファベットＡ〜Ｅは、それぞれ、車両９００における位置を表している。Ａは、車両９００の左前の位置を表し、Ｂは、車両９００の右前の位置を表し、Ｃは、車両９００の左後ろを表し、Ｄは、車両９００の右後ろを表し、Ｅは、車両９００の後ろを表している。

また、車両９００は、車両９００の前後方向の加速度を検出する前後加速度センサ３４０などの各種センサを有している。当該センサは、前述した汎用センサに該当する。また、車両９００は、記憶媒体を有している。記憶媒体には、物理量の推定に要する種々の情報が記憶されている。当該情報の例には、車輪半径および車両の質量（車重）などの車両に関する種々の物理量が含まれる。

各種センサの出力値のＥＣＵ６００への供給、および、ＥＣＵ６００から各部への制御信号の伝達は、ＣＡＮ（Controller Area Network）３７０を介して行われる。各センサは、後述の物理量の推定のために新たに設けられてもよいが、コストの面から、車両９００に既存のセンサであることが好ましい。

本実施形態によれば、車両の接地荷重について実測値と同等の精度を有する推定値に基づいて、懸架装置の減衰力が制御される。よって、汎用センサ以外の特別なセンサを用いずとも、車両の走行安定性を十分に高めることができる。

なお、本実施形態では、制御装置において推定した接地荷重を直接的に用いて、車両の懸架装置の減衰力を制御している。本発明では、懸架装置と同様に、推定した接地荷重を、車両が有する種々の装置の制御に用いることができる。このような装置の例には、通常の懸架装置に加えて、電子制御式サスペンション、操舵装置、および、電子制御式駆動力伝達装置、が含まれる。推定した接地荷重は、車両におけるこれらの装置の一またはそれ以上の装置の制御に用いることが可能である。これらの装置の制御において、接地荷重の推定結果は、当該装置の制御に、本実施形態のように直接的に用いられてもよいし、間接的に用いられてもよい。接地荷重の推定結果における間接的な使用とは、例えば、他の状態量に変換し、変換後の状態量の推定値を当該他の装置の制御に用いること、である。上記の他の装置の制御において前述の接地荷重の推定値を用いることにより、本実施形態と同様に、汎用センサ以外の特別なセンサを用いずとも、車両の走行安定性を十分に、あるいはより一層高めることができる。

〔ソフトウェアによる実現例〕
接地荷重推定装置１００の制御ブロック（特に慣性荷重推定部１１０および路面荷重推定部１２０）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。

後者の場合、接地荷重推定装置１００は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。

上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。

また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

〔変形例〕
なお、本発明において、接地荷重を求める方法として、例えば特開２００８−０７４１８４号公報の段落００２４に記載の方法を用いてもよい。

前述の実施形態１では、接地荷重の推定において期待する精度に応じて、その一部の構成を適宜に省略することが可能である。たとえば、実施形態１では、第二ゲインの補正を実施しない場合は、第二ゲイン演算部を省略してもよい。

あるいは、演算処理の簡略化などの理由から、演算処理の一部を適宜に省略または統合してもよい。たとえば、実施形態２において路面荷重を算出するにあたり、第一ゲインａ_１および第二ゲインａ_２を乗じた値を求め、得られたゲイン値を例えば前述の式（６０）に適用することによって路面荷重を算出してもよい。

〔まとめ〕
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態における接地荷重推定装置（１００）は、車両（９００）の路面荷重を参照して車両の接地荷重を推定する接地荷重推定装置であって、車両の車輪角速度を取得する車輪速センサ（１３３）を含み、当該車輪角速度、車両の定常荷重および慣性荷重を含む車両に関する物理量を取得する取得部と、取得部が取得した物理量のうち、少なくとも定常荷重および慣性荷重を用いて、少なくとも車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算する第一ゲイン演算部（１２２）、および、取得部が取得した車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するタイヤ有効半径変動演算部（１２１）、を含み、タイヤ有効半径変動に第一ゲインを乗じて車両の路面荷重を推定する路面荷重推定部（１２０）と、を備える。

この構成によれば、路面から車両への影響を考慮した路面荷重の推定結果を得ることができ、十分に高い精度で車両における接地荷重を推定することが可能となる。

本発明の実施形態において、取得部は、車両の加加速度をさらに取得し、路面荷重推定部は、第二ゲインを補正する第二ゲイン補正部（１２３）をさらに備え、第二ゲイン補正部は、車輪速センサの値を用いて車両のスリップ比関連値を演算し、少なくともスリップ比関連値および加加速度に基づいて第二ゲインを補正してもよい。

この構成によれば、汎用センサで取得可能か、あるいは車両に特有の物理量に基づいて車両の路面荷重を十分に高い精度で推定することができ、またこのような路面荷重を含むより高い精度の接地荷重を推定することが可能となる。

本発明の実施形態において、取得部は、車両の物理量に基づいて車両の慣性荷重を推定する慣性荷重推定部（１１０）をさらに備えてもよい。慣性荷重推定部は、当該物理量を用いて基準慣性荷重を演算する基準慣性荷重演算部（１１１）と、当該物理量を用いて慣性荷重補正値を演算する補正値演算部（１１２）と、を含み、慣性接地荷重に慣性荷重補正値を加算して慣性荷重を推定してもよい。

この構成によれば、センサに係るコストを削減可能であるとともに十分に高い精度で車両における接地荷重を推定することができる。

本発明の実施形態において、取得部は、物理量として、車両の前後加速度を取得する前後加速度センサの値、車両の横加速度を取得する横加速度センサの値、車両の車輪角速度を取得する車輪速センサの値、車両の旋回情報を取得する旋回情報センサの値、車両の質量、車両の重心高、ロール慣性モーメント、ピッチ慣性モーメント、車両の前車軸重心間距離、車両の後車軸重心間距離、車両のフロントトレッド長、および、車両のリアトレッド長を取得してよい。また、基準慣性荷重演算部は、前後加速度センサの値、横加速度センサの値、車両の質量、車両の重心高、ロール慣性モーメント、ピッチ慣性モーメント、車両の前車軸重心間距離、車両の後車軸重心間距離、フロントトレッド長、および、リアトレッド長を用いて、基準慣性荷重を車両のモデルに基づき演算してよい。さらに、補正値演算部は、車両の質量、車両の重心高、車輪速センサの値、旋回情報センサの値、ロール慣性モーメント、フロントトレッド長、および、リアトレッド長を用いて慣性荷重補正値を演算してよい。

この構成によれば、汎用センサで取得可能か、車両特有の物理量に基づいて十分に高い精度で接地荷重を推定することが可能である。

本発明の実施形態において、上記のモデルは、線形システムで表される運動方程式の最小ノルム法による解のモデルであってもよい。

この構成によれば、適切な運動方程式から適切な補正が施された解を用いて接地荷重の推定値を得ることが可能であるので、車両の幅広い走行条件に適用される接地荷重の推定値を高い精度で得る観点から、より一層効果的である。

本発明の実施形態における制御装置は、車両に作用する接地荷重を推定して、接地荷重を直接的または間接的に用いて、車両に備えられた一または複数の他の装置を制御する制御装置（ＥＣＵ６００）である。当該制御装置は、車両の車輪角速度を取得する車輪速センサを含み、当該車輪角速度、車両の定常荷重および慣性荷重を含む車両に関する物理量を取得する取得部と、取得部が取得した物理量のうち、少なくとも定常荷重および慣性荷重を用いて、少なくとも車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算する第一ゲイン演算部、および、取得部が取得した車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するタイヤ有効半径変動演算部、を含み、タイヤ有効半径変動に第一ゲインを乗じて車両の路面荷重を推定する路面荷重推定部と、を備える。

この構成によれば、路面から車両への影響を考慮した路面荷重の推定結果を参照する十分に高い精度の接地荷重に基づいて車両における当該車両の運転状態を制御する上記の他の装置を制御することができ、車両の走行安定性を十分に高めることができる。

本発明の実施形態において、上記の他の装置は、電子制御式サスペンション、操舵装置、および、電子制御式駆動力伝達装置、からなる群から選ばれる一以上の装置であってよい。

この構成によれば、車両の走行安定性を高める観点からより一層効果的である。

本発明の実施形態における接地荷重推定方法は、車両の路面荷重を参照して当該車両の接地荷重を推定する接地荷重推定方法であって、車両の車輪角速度、車両の定常荷重および慣性荷重を含む車両に関する物理量を取得するステップと、少なくとも定常荷重および慣性荷重を用いて、少なくとも車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算するステップと、車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するステップと、タイヤ有効半径変動に第一ゲインを乗じて路面荷重を推定するステップと、を含む。

この構成によれば、路面から車両への影響を考慮した路面荷重の推定結果を得ることができ、十分に高い精度で車両における接地荷重を推定することができる。

１００ 接地荷重推定装置
１１０ 慣性荷重推定部
１１１ 基準慣性荷重演算部
１１２ 補正値演算部
１２０ 路面荷重推定部
１２１ タイヤ有効半径変動演算部
１２２ 第一ゲイン演算部
１２３ 第二ゲイン補正部
１３１ 横加速度センサ
１３２ 操舵角／ヨーレートセンサ
１３３ 車輪速センサ
１４１ 定常荷重提供部
１４２、３０４ 遅延部
１４３、１４４、３０３ 加算部
１５０ 懸架装置（サスペンション）
２００ 車体
３００ 車輪
３０１ システム行列部
３０２ 入力行列部
３４０ 前後加速度センサ
３７０ ＣＡＮ
４５０ 車速センサ
５００ エンジン
６００ ＥＣＵ
９００ 車両

［慣性荷重推定のロジック］
ｄＦ_{ｚ０，ｉｎｅｒｔｉａ}は、下記式（２Ａ）、（２Ｂ）および（２Ｃ）の三つの運動方程式によって表される。式（２Ａ）は、上下方向の運動を表現しており、式（２Ｂ）は、ロール挙動を表現しており、式（２Ｃ）は、ピッチ挙動を表現している。なお、本明細書において、車輪の位置について、前を「ｆ」、後ろを「ｒ」、右を「ｒ」、左を「ｌ」で表現する。また、車両に関する方向として、前後方向を「ｘ」、横方向を「ｙ」、上下方向を「ｚ」で表現する。

前述の実施形態１では、接地荷重の推定において期待する精度に応じて、その一部の構成を適宜に省略することが可能である。たとえば、実施形態１では、第二ゲインの補正を実施しない場合は、第二ゲイン補正部を省略してもよい。

Claims (8)

1. 車両の路面荷重を参照して前記車両の接地荷重を推定する接地荷重推定装置であって、
   前記車両の車輪角速度を取得する車輪速センサを含み、当該車輪角速度、前記車両の定常荷重および慣性荷重を含む前記車両に関する物理量を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記物理量のうち、少なくとも前記定常荷重および前記慣性荷重を用いて、少なくとも前記車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算する第一ゲイン演算部、および、前記取得部が取得した前記車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するタイヤ有効半径変動演算部、を含み、前記タイヤ有効半径変動に前記第一ゲインを乗じて前記車両の路面荷重を推定する路面荷重推定部と、
   を備える接地荷重推定装置。
2. 前記取得部は、前記車両の加加速度をさらに取得し、
   前記路面荷重推定部は、前記第二ゲインを補正する第二ゲイン補正部をさらに備え、
   前記第二ゲイン補正部は、前記車輪速センサの値を用いて前記車両のスリップ比関連値を演算し、少なくとも前記スリップ比関連値および前記加加速度に基づいて前記第二ゲインを補正する、請求項１に記載の接地荷重推定装置。
3. 前記取得部は、前記物理量に基づいて前記車両の慣性荷重を推定する慣性荷重推定部をさらに含み、
   前記慣性荷重推定部は、
   前記物理量を用いて基準慣性荷重を演算する基準慣性荷重演算部と、
   前記物理量を用いて慣性荷重補正値を演算する補正値演算部と、を含み、
   前記基準慣性荷重に前記慣性荷重補正値を加算して慣性荷重を推定する、
   請求項１または２に記載の接地荷重推定装置。
4. 前記取得部は、前記物理量として、前記車両の前後加速度を取得する前後加速度センサの値、前記車両の横加速度を取得する横加速度センサの値、前記車両の車輪角速度を取得する車輪速センサの値、前記車両の旋回情報を取得する旋回情報センサの値、前記車両の質量、前記車両の重心高、ロール慣性モーメント、ピッチ慣性モーメント、前記車両の前車軸重心間距離、前記車両の後車軸重心間距離、前記車両のフロントトレッド長、および、前記車両のリアトレッド長を取得し、
   前記基準慣性荷重演算部は、前記前後加速度センサの値、前記横加速度センサの値、前記車両の質量、前記車両の重心高、前記ロール慣性モーメント、前記ピッチ慣性モーメント、前記車両の前車軸重心間距離、前記車両の後車軸重心間距離、前記フロントトレッド長、および、前記リアトレッド長を用いて、前記基準慣性荷重を前記車両のモデルに基づき演算し、
   前記補正値演算部は、前記車両の質量、前記車両の重心高、前記車輪速センサの値、前記旋回情報センサの値、前記ロール慣性モーメント、前記フロントトレッド長、および、前記リアトレッド長を用いて前記慣性荷重補正値を演算する、請求項３に記載の接地荷重推定装置。
5. 前記モデルは、線形システムで表される運動方程式の最小ノルム法による解のモデルである、請求項４に記載の接地荷重推定装置。
6. 車両に作用する接地荷重を推定して、前記接地荷重を直接的または間接的に用いて、前記車両に備えられた一または複数の他の装置を制御する制御装置であって、
   前記車両の車輪角速度を取得する車輪速センサを含み、当該車輪角速度、前記車両の定常荷重および慣性荷重を含む前記車両に関する物理量を取得する取得部と、
   前記取得部が取得した前記物理量のうち、少なくとも前記定常荷重および前記慣性荷重を用いて、少なくとも前記車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算する第一ゲイン演算部、および、前記取得部が取得した前記車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するタイヤ有効半径変動演算部、を含み、前記タイヤ有効半径変動に前記第一ゲインを乗じて前記車両の路面荷重を推定する路面荷重推定部と、
   を備える制御装置。
7. 前記他の装置は、電子制御式サスペンション、操舵装置、および、電子制御式駆動力伝達装置、からなる群から選ばれる一以上の装置である、請求項６に記載の制御装置。
8. 車両の路面荷重を参照して前記車両の接地荷重を推定する接地荷重推定方法であって、
   前記車両の車輪角速度、前記車両の定常荷重および慣性荷重を含む前記車両に関する物理量を取得するステップと、
   少なくとも前記定常荷重および前記慣性荷重を用いて、少なくとも前記車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算するステップと、
   前記車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するステップと、
   前記タイヤ有効半径変動に前記第一ゲインを乗じて路面荷重を推定するステップと、
   を含む接地荷重推定方法。

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