JP2022104270A - 車両状態推定装置、車両状態推定方法、及び、車両状態推定プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】 車両状態を推定する車両状態推定装置において、車両状態の推定値を常に数値積分によって取得する場合に比べて、車両状態の推定精度を高める。【解決手段】 加速度、及び、角速度を取得する慣性計測センサ5と、車輪速を取得する車輪速センサ9とを備えた車両Sに搭載され、車両状態を推定する車両状態推定装置1であって、慣性計測センサによる加速度及び角速度と、車輪速センサによる車輪速とに基づいて、車両状態を推定する車両状態推定部31と、車輪が滑走状態にあるかを判定する判定部41とを有し、車両状態推定部は、車輪速に基づいて推定される定常車速と、加速度及び角速度に基づいて時間積分により算出される過渡車速とに対し、車輪が滑走状態にあるときには車速の推定値を過渡車速に近くなるように決定し、車輪が滑走状態にないときには車速の推定値を定常車速に近くなるように決定する。【選択図】 図4
Description
本発明は、車両の走行状態、特に、車速や姿勢角を推定する車両状態推定装置、車両状態推定方法、及び、車両状態推定プログラムに関する。
車両の重心の並進運動を記述する方程式と、車両の回転運動を記述する方程式とからなる2輪モデルに基づいて、車両の走行状態を推定する車両走行状態推定装置が公知である(例えば、特許文献1)。特許文献1の車両走行推定装置は、操舵角センサ、ヨーレートセンサ、横加速度センサ、及び車速センサからの情報を基に、車両の走行状態として、車両横滑り角や、路面の摩擦係数等を推定する。
特許文献1に記載されているように、車速や姿勢角等の車両状態は一般に微分方程式である運動方程式によって記述される。そのため、車両状態を取得するためには、運動方程式を数値積分する必要がある。しかし、数値積分には誤差が伴うため、時間の経過に伴って、車両状態の推定精度が低下するという問題がある。
本発明は、以上の背景を鑑み、車両状態を推定する車両状態推定装置、車両状態推定方法、及び、車両状態推定プログラムにおいて、車両状態の推定値を常に数値積分によって取得する場合に比べて、車両状態の推定精度を高めることを課題とする。
上記課題を解決するために本発明のある態様は、加速度、及び、角速度を取得する慣性計測センサ(5)と、車輪速を取得する車輪速センサ(9)とを備えた車両(S)に搭載され、車速を含む車両状態を推定する車両状態推定装置(1)であって、前記慣性計測センサによって取得される前記加速度及び前記角速度と、前記車輪速センサによって取得される前記車輪速とに基づいて、前記車両状態を推定する車両状態推定部(31)と、車輪が滑走状態にあるか否かを判定する判定部(41)と、を有し、前記車両状態推定部は、前記車輪速に基づいて推定される定常車速と、前記加速度及び前記角速度に基づいて時間積分により算出される過渡車速とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記車速の推定値を前記過渡車速に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にないときには前記車速の推定値を前記定常車速に近くなるように決定する。
車輪が滑走状態にないときには、車輪速によって得られる車速は真値に近い。一方、車輪が滑走状態にあるときには、車輪速によって得られる車速は真値から遠く、誤差は大きい。
この態様によれば、車輪が滑走状態にないときには、車速の推定値が、車輪速センサによって取得された定常車速に近い値に決定されるため、運動方程式を数値積分した過渡車速に近い値に決定される場合に比べて、車速の推定精度を高めることができる。また、車輪が滑走状態にあるときには、車速の推定値が過渡車速に近い値に決定されるため、車輪速に基づいて算出される定常車速に近い場合に比べて、推定精度を高めることができる。
上記の態様において、好ましくは、前記車両状態は前記車両の姿勢角を含み、前記車両状態推定部は、記車輪速及び前記慣性計測センサによって取得される前記加速度を用いて、推定される重力の向きに基づく定常姿勢角と、前記慣性計測センサによって取得される前記角速度を時間積分することによって算出される過渡姿勢角とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記過渡姿勢角に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記定常姿勢角に近くなるように決定する。
車輪が滑走状態にないときには、車輪速によって得られる車速は真値に近い。そのため、車輪速や、慣性計測センサによって取得される加速度等から算出される定常姿勢角が姿勢角の真値に近い。一方、車輪が滑走状態にあるときには、車輪速によって得られる車速は真値から離れる。そのため、車輪速等から算出される定常姿勢角よりも、角速度を数値積分した過渡姿勢角が姿勢角の真値に近い。
この態様によれば、車輪が滑走状態にないときには、姿勢角の推定値は定常姿勢角に近くなるように決定されるため、過渡姿勢角に近くなるように決定される場合に比べて、推定精度を高めることができる。車輪が滑走状態にあるときには、姿勢角は過渡姿勢角に近くなるように決定されるため、定常姿勢角に近くなるように決定される場合に比べて、推定精度を高めることができる。
上記の態様において、好ましくは、前記車両状態推定部は、前記車速の相対導関数が、重力加速度と、前記慣性計測センサによって取得される前記加速度と、前記車速の推定値及び前記慣性計測センサによって取得される前記角速度の外積と、所定の加速度ゲインで前記車速が前記定常車速に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す速度オブザーバ方程式と、前記姿勢角の時間微分が、前記過渡姿勢角と、所定の姿勢角ゲインで前記姿勢角が前記定常姿勢角に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す姿勢角オブザーバ方程式と、に基づいて、前記車速、及び、前記姿勢角を推定する。
この態様によれば、速度オブザーバ方程式、及び、姿勢角オブザーバ方程式にそれぞれ質量及び摩擦係数が含まれていないため、車両の質量及び摩擦係数の値を要することなく、車速及び姿勢角を算出することができる。よって、車両の使用状態に依らない車両状態の推定が可能となる。
上記の態様において、好ましくは、前記車両状態推定部は、前記車輪が前記滑走状態にあるときには、前記滑走状態にないときに比べて、前記加速度ゲイン、及び、前記姿勢角ゲインを小さくするとよい。
この態様によれば、車輪が滑走状態にないときには、車速の推定値を定常車速に近い値に決定することができ、姿勢角の推定値を定常姿勢角に近い値に決定することができる。車輪が滑走状態にあるときには、車速の推定値を過渡車速に近い値に決定することができ、姿勢角の推定値を過渡姿勢角に近い値に決定することができる。
上記の態様において、好ましくは、前記判定部は、アンチロック・ブレーキシステム(43)及びトラクションコントロールシステム(45)の少なくとも一方を含む。
この態様によれば、車輪が滑走状態にあることを、アンチロック・ブレーキシステム又はトラクションコントロールシステムの作動によって簡便に取得することができる。
上記課題を解決するために本発明のある態様は、加速度及び角速度を取得する慣性計測センサ(5)と、車輪速を取得する車輪速センサ(9)とを備えた車両(S)において、車速を含む車両状態を推定する車両状態推定方法であって、車輪が滑走状態にあるか否かを判定する判定し、前記車輪速に基づいて推定される定常車速と、前記加速度及び前記角速度に基づいて時間積分により算出される過渡車速とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記車速の推定値を前記過渡車速に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にないときには前記車速の推定値を前記定常車速に近くなるように決定する。
この態様によれば、車輪が滑走状態にないときには、車速の推定値が、車輪速センサによって取得された定常車速に近い値に決定されるため、運動方程式を数値積分した過渡車速に近い値に決定される場合に比べて、車速の推定精度を高めることができる。また、車輪が滑走状態にあるときには、車速の推定値が過渡車速に近い値に決定されるため、車輪速に基づいて算出される定常車速に近い場合に比べて、推定精度を高めることができる。
上記の態様において、好ましくは、前記車両状態は前記車両の姿勢角を含み、前記車輪速及び前記慣性計測センサによって取得される前記加速度を用いて、推定される重力の向きに基づく定常姿勢角と、前記慣性計測センサによって取得される前記角速度を時間積分することによって算出される過渡姿勢角とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記過渡姿勢角に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記定常姿勢角に近くなるように決定する。
この態様によれば、車輪が滑走状態にないときには、姿勢角の推定値は定常姿勢角に近くなるように決定されるため、過渡姿勢角に近くなるように決定される場合に比べて、推定精度を高めることができる。車輪が滑走状態にあるときには、姿勢角は過渡姿勢角に近くなるように決定されるため、定常姿勢角に近くなるように決定される場合に比べて、推定精度を高めることができる。
上記の態様において、好ましくは、前記車速の相対導関数が、重力加速度と、前記慣性計測センサによって取得される前記加速度と、前記車速の推定値及び前記慣性計測センサによって取得される前記角速度の外積と、所定の加速度ゲインで前記車速が前記定常車速に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す速度オブザーバ方程式と、前記姿勢角の時間微分が、前記過渡姿勢角と、所定の姿勢角ゲインで前記姿勢角が前記定常姿勢角に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す姿勢角オブザーバ方程式と、において、前記車速、及び、前記姿勢角を推定し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには、前記滑走状態にないときに比べて、前記加速度ゲイン、及び、前記姿勢角ゲインを小さくする。
この態様によれば、速度オブザーバ方程式、及び、姿勢角オブザーバ方程式にそれぞれ質量及び摩擦係数が含まれていないため、車両の質量及び摩擦係数の値を要することなく、車速及び姿勢角を算出することができる。よって、車両の使用状態に依らない車両状態の推定が可能となる。
また、車輪が滑走状態にないときには、車速の推定値を定常車速に近い値に決定することができ、姿勢角の推定値を定常姿勢角に近い値に決定することができる。車輪が滑走状態にあるときには、車速の推定値を過渡車速に近い値に決定することができ、姿勢角の推定値を過渡姿勢角に近い値に決定することができる。
上記課題を解決するために本発明のある態様は、加速度及び角速度を取得する慣性計測センサ(5)と、車輪速を取得する車輪速センサ(9)とを備えた車両(S)において、車速を含む車両状態を推定する車両状態推定プログラムであって、車輪が滑走状態にあるか否かを判定する判定し、前記車輪速に基づいて推定される定常車速と、前記加速度及び前記角速度に基づいて時間積分により過渡車速とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記車速の推定値を前記過渡車速に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にないときには前記車速の推定値を前記定常車速に近くなるように決定する。
この態様によれば、車輪が滑走状態にないときには、車速の推定値が、車輪速センサによって取得された定常車速に近い値に決定されるため、運動方程式を数値積分した過渡車速に近い値に決定される場合に比べて、車速の推定精度を高めることができる。また、車輪が滑走状態にあるときには、車速の推定値が過渡車速に近い値に決定されるため、車輪速に基づいて算出される定常車速に近い場合に比べて、推定精度を高めることができる。
上記の態様において、好ましくは、前記車両状態は前記車両の姿勢角を含み、前記車輪速及び前記慣性計測センサによって取得される前記加速度を用いて、推定される重力の向きに基づく定常姿勢角と、前記慣性計測センサによって取得される前記角速度を時間積分することによって算出される過渡姿勢角とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記過渡姿勢角に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記定常姿勢角に近くなるように決定する。
この態様によれば、車輪が滑走状態にないときには、姿勢角の推定値は定常姿勢角に近くなるように決定されるため、過渡姿勢角に近くなるように決定される場合に比べて、推定精度を高めることができる。車輪が滑走状態にあるときには、姿勢角は過渡姿勢角に近くなるように決定されるため、定常姿勢角に近くなるように決定される場合に比べて、推定精度を高めることができる。
上記の態様において、好ましくは、前記車速の相対導関数が、重力加速度と、前記慣性計測センサによって取得される前記加速度と、前記車速の推定値及び前記慣性計測センサによって取得される前記角速度の外積と、所定の加速度ゲインで前記車速が前記定常車速に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す速度オブザーバ方程式と、前記姿勢角の時間微分が、前記過渡姿勢角と、所定の姿勢角ゲインで前記姿勢角が前記定常姿勢角に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す姿勢角オブザーバ方程式と、において、前記車速、及び、前記姿勢角を推定し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには、前記滑走状態にないときに比べて、前記加速度ゲイン、及び、前記姿勢角ゲインを小さくする。
この態様によれば、速度オブザーバ方程式、及び、姿勢角オブザーバ方程式にそれぞれ質量及び摩擦係数が含まれていないため、車両の質量及び摩擦係数の値を要することなく、車速及び姿勢角を算出することができる。よって、車両の使用状態に依らない車両状態の推定が可能となる。
また、車輪が滑走状態にないときには、車速の推定値を定常車速に近い値に決定することができ、姿勢角の推定値を定常姿勢角に近い値に決定することができる。車輪が滑走状態にあるときには、車速の推定値を過渡車速に近い値に決定することができ、姿勢角の推定値を過渡姿勢角に近い値に決定することができる。
以上の構成によれば、車両状態を推定する車両状態推定装置、車両状態推定方法、及び、車両状態推定プログラムにおいて、車両状態の推定値を常に数値積分によって取得する場合に比べて、車両状態の推定精度を高めることができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る車両状態推定装置、車両状態推定方法、及び、車両状態推定プログラムの実施形態について説明する。
図2に示すように、実施形態に係る車両状態推定装置1は自律的に走行可能な車両S、に設けられている。
以下、説明の便宜上、図1に示すように、路面に固定され、水平方向、且つ、互いに直交する二つの方向にそれぞれ延びるX軸及びY軸と、鉛直上向きのZ軸とを持つ座標系を固定座標系(慣性座標系ともいう)と記載する。
図2に示すように、車両Sは車両Sの挙動を制御して自律的に走行させるための車両制御システム3を備えている。車両制御システム3は、2つの慣性計測センサ5、7と、車輪速センサ9と、外界認識装置(不図示)と、操舵・加減速装置13と、HMI15と、制御装置17とを含む。
慣性計測センサ5、7はそれぞれ車体に固定されている。慣性計測センサ5、7の一方(以下、主慣性計測センサ5)はいわゆる6軸の慣性計測センサであって、3軸の加速度Gsensと、これら3軸の角速度ωとを検出する。
主慣性計測センサ5は加速度Gsensを計測する。主慣性計測センサ5は加速度Gsensをx軸、y軸、及びz軸からなる主慣性計測センサ5に固定された(すなわち、車体に固定された)座標系(以下、加速度座標系)を基準として出力する。但し、x軸の正の方向が車体前方、y軸の正の方向が車体左方、z軸の正の方向が車体上方となるように、主慣性計測センサ5は車体に固定されている。すなわち、x軸は車体前後方向に、y軸は車体左右方向に、z軸は車体上下方向となるように設定されている。以下、説明の便宜上、加速度座標系の原点を主慣性計測センサ5の設けられた位置とする。
本実施形態では、主慣性計測センサ5は、車体に保持され、それぞれが検出電極を有する3つの筐体と、それぞれ筐体に収容され、筐体にx軸、y軸、及びz軸方向に2つずつのばねを介して保持された錘とを有している。主慣性計測センサ5は、錘及び検出電極間の静電容量の変化を検出することによって、主慣性計測センサ5はその錘に加わる慣性力を計測し、その慣性力をおもりの質量で割り、向きを反転させることで、加速度を算出して出力する。但し、主慣性計測センサ5はこの態様には限定されず、例えば、主慣性計測センサ5は、慣性力によって歪みが生じ、その歪みに応じた電圧を発生する圧電素子を用いたものであってもよい。このとき、主慣性計測センサ5は圧電素子に発生する電圧を検出することにより慣性力を取得し、その慣性力に基づいて、加速度を算出して出力するものであってもよい。
主慣性計測センサ5によって出力される加速度Gsensのx成分、y成分、及び、z成分をそれぞれGsensx、Gsensy、Gsenszとすると、固定座標系において車両Sに加わる加速度G(=ΣF/m。ΣFは重力を含む車両Sに加わる力の総和、mは車両Sの質量を示す)は、以下の式(1)を満たす。
但し、i,j,及びkはそれぞれ、加速度座標系におけるx軸、y軸、及びz軸方向の単位ベクトルを示し、Gvは重力加速度を示している。式(1)は、主慣性計測センサ5によって計測される加速度Gsensが、車両Sに加わる加速度Gに重力加速度Gvによる影響を考慮して補正したもの(G-GV)であることを示している。
重力加速度Gvによる影響を考慮した補正は、以下のように説明される。例えば、車両Sに加わる力の総和が0であり、車両Sが停止しているときには、式(1)に基づけば、主慣性計測センサ5が出力する加速度Gsensは、重力加速度Gvの-1倍に等しい。これは、主慣性計測センサ5が慣性力に基づいて加速度を算出しているためであって、錘に加わる重力を慣性力と区別することができないためである。換言すれば、主慣性計測センサ5が錘に加わる鉛直下向きの重力を筐体(車体)が鉛直上向きに加速していることによる慣性力であると見做して、加速度を出力するためである。重力加速度Gvによる影響を考慮する補正は、主慣性計測センサ5が慣性力に基づいて加速度を算出していることによる影響を考慮したものである。
主慣性計測センサ5によって計測される加速度Gsensには、車体の旋回による影響が含まれる。主慣性計測センサ5は角速度ωを、加速度Gsensと同様に、加速度座標系を基準として出力する。角速度ωのx成分はロールレート、角速度ωのy成分はピッチレート、角速度ωのz成分はヨーレートに相当する。主慣性計測センサ5は、取得した角速度ωと、加速度Gsensとをそれぞれ、制御装置17に出力する。
慣性計測センサ5、7の他方(以下、副慣性計測センサ7)はいわゆる3軸の慣性計測センサであって、主慣性計測センサ5と同様の原理に基づいて、固定座標系におけるx軸方向の加速度G'sensxと、y軸方向の加速度G'sensyと、z軸まわりの角速度ω'zとを取得し、それぞれ制御装置17に出力する。
副慣性計測センサ7は、車両状態の推定以外の目的、例えば横滑り防止装置(VSA)等の装置に設けられるものであってもよい。
車輪速センサ9は、車両Sに設けられた少なくとも一つの車輪の車輪速を取得する。車輪速センサ9は駆動輪の車輪速を取得してもよい。車輪速センサ9は取得した車輪速を制御装置17に出力する。
外界認識装置は、車両Sの周辺に係る情報を取得する装置であって、例えば、車載カメラや、レーダ、ライダ等を含む。
操舵・加減速装置13は、車両Sの操舵、及び、加減速を行う。操舵・加減速装置13は、車両Sを操舵するステアリング装置、内燃機関やモータ等の車両Sに駆動力を付与する駆動装置、及び、車両Sを減速させるブレーキ装置を含む。
HMI15は乗員からの入力を受け付けるとともに、乗員に通知を行う装置であって、本実施形態では、タッチパネルによって構成されている。HMI15は乗員から自律走行の開始を指示する入力を受け付けるとともに、車両状態の推定精度が低下したときに、自律走行ができない旨の通知を行う。
制御装置17は、プロセッサ、RAM等を備えたいわゆるマイクロコンピュータであって、2つの慣性計測センサ5、7、車輪速センサ9、外界認識装置、操舵・加減速装置13、及び、HMI15に接続されている。
制御装置17は、車両状態を推定する車両状態推定器31(車両状態推定部)と、主慣性計測センサ5の異常を判定するための異常判定器33(異常判定部)と、HMI15への入力に基づいて車両Sの自律走行のレベルを管理する状態管理部35と、自車位置を推定する自車位置推定部37と、車両Sを操舵・加減速し、自律走行させる走行制御部39とを含む。車両状態推定器31が推定する車両状態には、車速、車速の時間変化率(以下、運動加速度)、及び、姿勢角が含まれる。
HMI15から自律走行の開始を指示する入力があると、異常判定器33が主慣性計測センサ5の異常の有無を判定する。異常判定器33が主慣性計測センサ5に異常がないと判定すると、状態管理部35は自車位置推定部37に指示を行い、外界認識装置からの信号と、主慣性計測センサ5(6軸慣性計測センサ)の計測値に基づき車両状態推定器31が推定した車両状態とに基づいて、自車位置推定部37に自車位置を推定させる。走行制御部39は、自車位置推定部37によって推定された自車位置を用いて、操舵・加減速装置13を制御し、車両Sを自律走行させる。
車両制御システム3は、更に、車輪がスリップしている状態(以下、滑走状態)にあるか否かを判定するスリップ判定装置41(判定部)を備えている。スリップ判定装置41は、アンチロック・ブレーキシステム43(ABS)、及び、トラクションコントロールシステム45(TCS)を含む。
アンチロック・ブレーキシステム43(ABS)は、急制動によって車輪の回転が止まり(すなわち、車輪がロックし)、車輪がスリップすることを防止する。本実施形態では、アンチロック・ブレーキシステム43は車輪速及び車速に基づいて、車輪がロックしてスリップしているか否かを判定する。車輪がスリップしていると判定したときには、アンチロック・ブレーキシステム43は、車輪のスリップが発生したことを示すフラグ信号を制御装置17に出力し、制動力を緩め、車輪速を回復させた後、ブレーキ圧を保持、上昇を繰り返して、車両Sを減速させる。
トラクションコントロールシステム45(TCS)は、発進や急加速における車輪の空転を防止する。本実施形態では、トラクションコントロールシステム45は、車輪速及び車速を比較することにより、車輪が空転しスリップしていることを判定する。車輪が空転しスリップしていると判定したときには、トラクションコントロールシステム45は、車輪がスリップしたことを示すフラグ信号を制御装置17に出力し、駆動輪の回転速度の制御を行う。
車両状態推定装置1は、制御装置17(より詳細には、車両状態推定器31)とスリップ判定装置41とを含み、車速及び姿勢角を含む車両状態を推定する。
以下、車両状態推定器31について説明する。車両状態推定器31は、主慣性計測センサ5、車輪速センサ9、及び、スリップ判定装置41からの信号に基づいて、車速、運動加速度、及び、姿勢角を含む車両状態の推定値を算出し、算出した推定値によって車両状態を更新する。
ここでいう運動加速度aは、車速u(=uxi+uyj+uzk)とするとき、以下の式(2)で表される。
運動加速度aは車速の加速度座標系に対する時間変化であって、車速の相対導関数ともよばれる。一方、車速の固定座標系に対する時間変化(du/dt)は固定座標系の加速度Gに相当し、車速の絶対導関数ともよばれる。加速度Gと、運動加速度aとは以下の関係式を満たす。
車両状態推定器31は姿勢角を、オイラー角(又は、タイト・ブライアン角ともいう)によって出力する。すなわち、ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψとすると、姿勢角Ωは以下の式(4)によって、表される。
以下、車速の推定値を推定車速v、運動加速度の推定値を推定運動加速度α、姿勢角の推定値を推定姿勢角Θとし、更新前の推定車速をv0、更新前の推定姿勢角をΘ0として、説明を行う。
車両状態推定器31(車両状態推定部)は、車両状態を推定するための機能部として、作動判定部51と、運動加速度計算部53と、運動加速度補正計算部55と、運動加速度積分器57と、姿勢角変化率計算部59(角速度座標変換部ともいう)と、重力項推定部61と、角度分解部63と、姿勢角変化率補正計算部65と、姿勢角変化率積分器67とを有する。これらの機能部は、プロセッサによって実行される車両状態推定プログラムによって構成されている。
作動判定部51は、アンチロック・ブレーキシステム43が算出したフラグ信号、及び、トラクションコントロールシステム45からのフラグ信号に基づいて、速度の推定に係るオブザーバゲイン(以下、加速度ゲインK)と、姿勢の推定に係るオブザーバゲイン(以下、姿勢角ゲインKANG)とを設定する。作動判定部51は、決定した加速度ゲインK及び姿勢角ゲインKANGを、運動加速度補正計算部55に出力する。
但し、作動判定部51は、アンチロック・ブレーキシステム43からのアンチロック・ブレーキシステム43の作動を示すフラグ信号、及び、トラクションコントロールシステム45からのトラクションコントロールシステム45の作動を示すフラグ信号のいずれか一方が入力されているときには、車輪がスリップしていると判定して、それ以外の場合に比べて、加速度ゲインK及び姿勢角ゲインKANGをそれぞれ小さく設定する。
運動加速度計算部53には、主慣性計測センサ5によって取得される角速度ω及び加速度Gsensと、更新前の推定車速v0と、更新前の推定姿勢角Θ0(=[φ0,θ0,ψ0]T)とが入力される。運動加速度計算部53は、式(5)に基づいて、加速度座標系における重力加速度Gv(θ0,φ0)を算出する。
但し、式(5)において、gは、重力加速度の大きさ(~9.8m/s2)を示す。
その後、運動加速度計算部53は、式(5)によって算出された重力加速度Gv(θ0,φ0)と、更新前の推定車速v0と、慣性計測センサによって取得される角速度ω及び加速度Gsensとをそれぞれ、式(6)に代入することによって、過渡運動加速度αwを計算する。その後、運動加速度計算部53は、更新前の推定車速v0と過渡運動加速度αwとを、運動加速度補正計算部55に出力する。
式(1)及び式(3)から理解できるように、式(6)は式(1)と式(3)とにより導出される。
また、運動加速度計算部53は、主慣性計測センサ5によって取得される角速度ωと、更新前の推定車速v0とを用いて、式(7)により、運搬加速度αc(向心加速度ともいう)を算出し、重力項推定部61に出力する。
運動加速度補正計算部55には車輪速センサ9から車輪速が、運動加速度計算部53から更新前の推定車速v0と運動加速度αwが、作動判定部51から加速度ゲインKがそれぞれ入力される。
運動加速度補正計算部55は車輪速センサ9から入力された車輪速に基づいて、車速の推定値である定常車速vmeasを取得する。定常車速vmeasは、車輪がスリップしていない状況下において、車速と概ね合致する。しかし、車輪がスリップしている状況下においては、定常車速vmeasは車速に合致しない。
運動加速度補正計算部55は、更に、運動加速度αw、更新前の推定車速v0、定常車速vmeas、及び、加速度ゲインKを、式(8)に代入することによって、推定運動加速度αを算出して更新する。
式(8)の右辺は、過渡運動加速度αwをフィードバック項(-K(v0-vmeas))によって補正したものに相当する。式(2)を参照すると理解できるように、式(8)は速度に関する微分方程式であって、式(8)は速度に関する、いわゆるオブザーバ方程式に相当する(以下、式(8)を速度オブザーバ方程式という)。換言すれば、運動加速度補正計算部55は、過渡運動加速度αwをフィードバック項によって補正した速度に関する微分方程式である速度オブザーバ方程式(式(8))を用いて、推定運動加速度αを算出する。
運動加速度補正計算部55は算出した推定運動加速度αを、重力項推定部61と、自車位置推定部37とに出力する。
運動加速度積分器57には、運動加速度補正計算部55から推定運動加速度αが入力される。運動加速度積分器57は、推定運動加速度αを時間積分し、その時間積分した値(∫αdt)によって、推定車速vを更新する。
但し、運動加速度積分器57は、推定運動加速度αを時間積分するときに、単位ベクトルi,j,kの時間変化を無視し、推定運動加速度αのx成分、y成分、及びz成分をそれぞれ積分することによって、推定車速vを取得してもよい。より具体的には、例えば、運動加速度積分器57は、更新前の推定車速v0(算出時のx、y、z成分がそれぞれv0x、v0y、v0zとする)と、推定運動加速度α(算出時のx、y、z方向の成分がそれぞれαx、αy、αzとする)とを用いて、いわゆるオイラー法を用いて算出してもよい。より具体的には、運動加速度積分器57は、(v0y+αxΔt)i+(v0y+αyΔt)j+(v0z+αzΔt)k(但し、i,j,kはそれぞれ、推定車速算出時のx、y、z方向の単位ベクトル。Δtは推定計算の制御周期であって、より詳細には、更新前の推定車速v0を算出してからの経過時間)を算出し、算出した値を、推定車速vとして出力してもよい。
運動加速度積分器57は、更新した推定車速vを運動加速度計算部53と、走行制御部39とに出力する。
姿勢角変化率計算部59には、主慣性計測センサ5によって取得される角速度ωと、更新前の姿勢角の推定値(推定姿勢角Θ0)とが入力される。姿勢角変化率計算部59は、角速度ωと更新前の推定姿勢角Θ0とを式(9)に代入し、姿勢角の時間変化率である姿勢角変化率ΔΘT(θ0,φ0,ω)を算出して、姿勢角変化率補正演算部に出力する。
式(9)は、姿勢角変化率ΔΘT(θ0,φ0,ω)が角速度ωを座標変換することによって予測される姿勢角変化率に相当することを示している。
重力項推定部61には、慣性計測センサによって取得される加速度Gsensと、運動加速度補正計算部55によって更新された推定運動加速度αと、運動加速度計算部53から運搬加速度αcとが入力される。重力項推定部61は、式(10)に、加速度Gsensと、更新後の推定運動加速度αと、運搬加速度αcとを代入することによって、重力項Gstdを算出し、角度分解部63に出力する。
式(10)は、重力項Gstdが、慣性計測センサによって取得される加速度Gsensから、推定運動加速度α0、及び、運搬加速度αc(=ω×v0)を差し引き、重力加速度が慣性力から算出されることを考慮して反転したものに相当していることを示している。
角度分解部63には、重力項推定部61から重力項Gstdが入力される。角度分解部63は、重力項Gstdの成分gestX、gestY、及び、gestZを式(11)に基づいて取得する。
角度分解部63は、次に、式(12)に重力項Gstdを代入することによって、定常姿勢角Θgravを取得し、姿勢角変化率補正計算部65に出力する(但し、gは~9.8m/s2)。
但し、式(12)では、重力項Gstdからヨー角ψを算出せず、ロール角φ、及び、ピッチ角θのみを算出した。式(11)及び(12)は、式(5)を参照すると理解できるように、定常姿勢角Θgravが推定される重力加速度(すなわち、重力項Gstd)が鉛直下向きであることを用いて推定される姿勢角であることを示している。
姿勢角変化率補正計算部65には、角度分解部63から定常姿勢角Θgravが入力され、作動判定部51から姿勢の推定に係る姿勢角ゲインKANGが入力される。姿勢角変化率補正計算部65は角度分解部63から入力された定常姿勢角Θgravと、姿勢の推定に係る姿勢角ゲインKANGと、更新前の推定姿勢角Θ0とに基づいて、式(13)を用いて、推定姿勢角の時間変化率ΔΘ(すなわち、推定姿勢角の時間微分)を取得し、姿勢角変化率積分器67に出力する。
式(13)の右辺は、姿勢角変化率ΔΘT(θ0,φ0,ω)をフィードバック項(-KANG(Θ0-Θgrav))によって補正したものに相当する。式(13)は、姿勢角に関する微分方程式であって、式(13)は姿勢角に関する、いわゆるオブザーバ方程式に相当する(以下、式(13)を姿勢角オブザーバ方程式という)。換言すれば、姿勢角変化率補正計算部65は姿勢角変化率ΔΘT(θ0,φ0,ω)をフィードバック項によって補正した姿勢角オブザーバ方程式(式(13))を用いて、推定姿勢角時間変化率を算出する。
姿勢角変化率補正計算部65は更に、更新前の推定姿勢角Θ0と、重力項Gstdに基づいて推定された定常姿勢角Θgravとを異常判定器33に出力する。
姿勢角変化率積分器67には、推定姿勢角の時間変化率ΔΘが入力される。姿勢角変化率積分器67は、推定姿勢角の時間変化率ΔΘを時間積分し、その時間積分した値(すなわち、∫ΔΘdt)によって、推定姿勢角Θを更新する。
より具体的には、姿勢角変化率積分器67は、時間積分した値を、更新前の推定姿勢角Θ0に更新するまでに要した時間Δtと推定姿勢角の時間変化率ΔΘとの積を加えることによって算出し、その積分した値(Θ0+ΔΘΔt)によって、推定姿勢角Θを更新してもよい。
姿勢角変化率積分器67は、更新した推定姿勢角Θを、運動加速度計算部53及び走行制御部39に出力する。
次に、異常判定器33について説明する。異常判定器33は、異常判定プログラムを実行することによって、図3に示す異常判定処理を車両Sが自律走行している間、常時行い、主慣性計測センサ5の異常の有無を判定する異常判定方法を実施する。以下、図3に沿って、異常判定器33が行う異常判定処理について説明する。
異常判定器33は、異常判定処理の最初のステップST1において、主慣性計測センサ5によって取得されたGsensのx成分Gsensxと、副慣性計測センサ7によって取得されたx方向の加速度G'sensxとが合致しているか否かを判定する。異常判定器33は、主慣性計測センサ5によって取得されたGsensのx成分Gsensxと、副慣性計測センサ7によって取得されたx方向の加速度G'sensxとを相関比較し、合致しているか否かを判定してもよい。また、異常判定器33は、主慣性計測センサ5によって取得されたGsensのx成分Gsensxと、副慣性計測センサ7によって取得されたx方向の加速度G'sensxとの差が、所定の閾値以下であるときに、両者が合致していると判定してもよい。異常判定器33は、両者が合致しているときにはステップST2を、合致していないときには、ステップST3をそれぞれ実行する。
異常判定器33は、ステップST2において、主慣性計測センサ5によって取得されたGsensのy成分Gsensyと、副慣性計測センサ7によって取得されたy方向の加速度G'sensyとが合致しているか否かを判定する。異常判定器33は、主慣性計測センサ5によって取得されたGsensのy成分Gsensxと、副慣性計測センサ7によって取得されたy方向の加速度G'sensyとを相関比較し、合致しているか否かを判定してもよい。異常判定器33は、主慣性計測センサ5によって取得されたGsensのy成分Gsensxと、副慣性計測センサ7によって取得されたy方向の加速度G'sensyとの差が、所定の閾値以下であるときに、両者が合致していると判定してもよい。異常判定器33は、両者が合致しているときにはステップST4を、合致していないときにはステップST3をそれぞれ実行する。
異常判定器33は、ステップST3において、主慣性計測センサ5の異常の有無を示すフラグ(センサ異常フラグ)を異常があることを示す値(例えば、1)に設定する。設定が終了すると、異常判定器33は異常判定処理を終了する。
異常判定器33は、ステップST4において、主慣性計測センサ5によって取得された角速度ωのz成分ωzと、副慣性計測センサ7によって取得されたz方向の角速度ω'zとが合致しているか否かを判定する。異常判定器33はωzとω'zとを相関比較し、合致しているか否かを判定してもよい。また、異常判定器33はωzとω'zとの差が所定の閾値以下であるときに両者が合致していると判定してもよい。異常判定器33は合致していると判定したときにはステップST5を、合致していないと判定したときにはステップST3をそれぞれ実行する。
異常判定器33は、ステップST5において、車両状態推定器31(より詳細には、姿勢角変化率積分器67)から出力された更新前の推定姿勢角Θ0のx、y成分と、定常姿勢角Θgravのx、y成分が合致しているか否かを判定する。異常判定器33は、対応する各成分の差分を推定誤差とし、その推定誤差がそれぞれ対応する所定の閾値以下であるときに、両者が合致していると判定するとよい。両者が合致していると判定したときには、異常判定器33はステップST6を、x、y方向の要素のうちいずれかが対応する閾値よりも大きいときにはステップST3を、それぞれ実行する。
異常判定器33は、ステップST6において、センサ異常フラグを正常である(異常がない)ことを示す値(例えば、0)に設定し、センサ異常フラグを状態管理部35に出力する。出力が完了すると、異常判定器33は異常判定処理を終了する。
状態管理部35は、異常判定器33から入力されたセンサ異常フラグが、センサが正常であることを示す値であるときには、車両Sを自律走行させる。一方、センサ異常フラグが、センサが異常であることを示す値であるときには、車両Sの自律走行を禁止する。より具体的には、センサ異常フラグが、センサが異常であることを示す値である場合には、状態管理部35は、HMI15に車両Sの自律走行を希望する旨の入力の受付を行わない。また、車両Sの自律走行時に、異常であることを示す値であるセンサ異常フラグが入力された場合には、状態管理部35はHMI15にセンサに異常があることを示す表示を行う。更に、状態管理部35は、速やかに車両Sの自律走行を停止させ、車両Sを乗員の運転操作に基づいて走行する手動運転状態へ移行させるとよい。
次に、このように構成した車両状態推定装置1の動作について説明する。
アンチロック・ブレーキシステム43から作動を示すフラグ信号、及び、トラクションコントロールシステム45から作動を示すフラグ信号のいずれもが出力されていないとき(すなわち、車輪がスリップしていないとき)には、作動判定部51は、加速度ゲインK及び姿勢角ゲインKANGをいずれかのフラグ信号が出力されているときに比べて十分大きな値に設定する。
車両状態推定器31は、式(8)に基づいて、推定車速を算出する。式(8)の左辺は運動加速度、すなわち、車速の微分に相当するため、式(8)は車速に関する微分方程式(式(6)。以下、加速度方程式)に、フィードバック項(-K(v0-vmeas))を加えたオブザーバ方程式に相当する。作動判定部51が加速度ゲインKを十分大きい値に設定すると、車両状態推定器31は、推定車速をフィードバック項(-K(v0-vmeas))が零に近づくように値を決定する。すなわち、車両状態推定器31は推定車速を、定常車速に近い値に決定する。
車両状態推定器31は、式(13)に基づいて、推定姿勢角を算出する。式(13)の左辺は、姿勢角の微分に相当するため、式(13)は、姿勢角に関する微分方程式(ΔΘ=ΔΘT。以下、姿勢角方程式)に、フィードバック項(-KANG(Θ0-Θgrav))を加えたオブザーバ方程式に相当する。作動判定部51が姿勢角ゲインKANGを十分大きな値に設定すると、車両状態推定器31は、推定姿勢角をフィードバック項(-KANG(Θ0-Θgrav))が零に近づくように値を決定する。すなわち、車両状態推定器31は推定姿勢角を、定常姿勢角Θgravに近い値に決定する。
アンチロック・ブレーキシステム43から作動を示すフラグ信号、及び、トラクションコントロールシステム45から作動を示すフラグ信号のいずれか一方が出力されているとき(すなわち、車輪がスリップしているとき)には、作動判定部51は、加速度ゲインK、及び、姿勢角ゲインKANGを十分小さな値に設定する。
作動判定部51が加速度ゲインKを十分小さい値に設定すると、車両状態推定器31は、推定車速を、加速度方程式の右辺を数値積分した過渡車速に近い値に決定する。また、作動判定部51が姿勢角ゲインKANGを十分小さい値に設定すると、車両状態推定器31は、推定姿勢角を、姿勢角方程式の右辺を数値積分した過渡姿勢角に近い値に決定する。
次に、このように構成した車両状態推定器31の効果について説明する。
車輪がスリップしていない(すなわち、滑走状態にない)ときには、車輪速によって得られる車速は真値に近い。一方、車輪が滑走状態にあるときには、車輪速によって得られる車速は真値から遠く、誤差は大きくなる。
車輪がスリップしていないときには、図4(A)に示すように、推定車速(車速の推定値。二点鎖線)が、車輪速センサ9によって取得された定常車速(破線)に近い値に決定される。一方、加速度方程式の右辺を数値積分した過渡車速(一点鎖線)には、数値積分による誤差が含まれる。よって、推定車速が定常車速に近い値に決定されることによって、過渡車速に近い値に決定される場合に比べて、推定車速が真値(実線)に近くなり、車速の推定精度を高めることができる。
また、車輪がスリップしていないときには、車輪速に基づく車速が真値に近く、姿勢角方程式の右辺を数値積分した過渡姿勢角には数値積分による誤差が含まれるため、車輪速や、慣性計測センサによって取得される加速度等から算出される定常姿勢角が、過渡姿勢角に比べて、姿勢角の真値に近くなる。
車輪がスリップしていないときには、推定姿勢角(姿勢角の推定値)は定常姿勢角に近くなるように決定される。よって、推定姿勢角が、過渡姿勢角に近くなるように決定される場合に比べて、推定精度を高めることができる。
一方、車輪がスリップしている(すなわち、滑走状態にある)ときには、図4(B)に示すように、推定車速(車速の推定値。二点鎖線)が、加速度方程式の右辺を数値積分した過渡車速(一点鎖線)に近い値となるように決定される。これにより、車速の推定値が、定常車速(破線)に近い値となるように決定される場合に比べて、推定車速が真値(実線)に近くなり、車速の測定精度を高めることができる。
車輪がスリップしているときには、車輪速に基づいて算出される定常姿勢角よりも、過渡姿勢角が真値に近くなる。車輪がスリップしているときには、推定姿勢角が過渡姿勢角に近い値となるように決定されるため、定常姿勢角に近い値となるように決定される場合に比べて、姿勢角の測定精度を高めることができる。
図4(A)に示すように、過渡車速は時間の経過とともに、車速の真値から離れるように変化する。本実施形態では、加速度ゲインKが十分大きく、車輪がスリップしていないときには、推定車速は、概ね車輪速センサ9によって取得される定常車速に等しくなるように算出され、車輪がスリップし始めると、加速度ゲインKが変更されて、推定車速は、スリップし始めたときの推定車速を初期値として数値積分することによって得られる過渡車速に近い値に算出される。これにより、過渡車速の算出に用いる数値積分するための積分区間の下限(下端ともいう)をスリップし始める時刻に設定することができる。これにより、積分区間の下限を車両の走行が開始された時刻とした場合に比べて、過渡車速の算出に用いる積分区間を短くすることができるため、スリップ時の推定車速(すなわち、過渡車速)の誤差を低減することができる。
車両Sの質量は車両Sへの積載量等の使用状態によって変動し、路面と車輪(タイヤ)との間の摩擦係数もまた路面状況に応じて大きく変動する。よって、タイヤのパラメータによって変動するコーナリンングパワー係数などを、不確定性を有するパラメータを用いて表し、車両Sの運動方程式を構築すると、使用条件や路面状況を考慮してパラメータを変更する必要があり、車両状態の推定が容易ではない。
本実施形態では、式(8)及び式(13)に示すように、速度オブザーバ方程式と、姿勢角オブザーバ方程式にそれぞれ質量及び摩擦係数が含まれていない。車両Sの質量及び摩擦係数等の不確定性を有するパラメータに依存することなく、車速及び姿勢角を算出することができる。よって、車両Sの使用状態や路面状況に依らない車両状態の推定が可能となる。
加速度ゲインK、及び、姿勢角ゲインKANGを変更することによって、推定車速(推定姿勢角)を、車輪がスリップしていないときには定常車速(定常姿勢角)に近い値に、車輪がスリップしているときには過渡車速(過渡姿勢角)に近い値にそれぞれ決定することができる。また、推定車速(推定姿勢角)を、オブザーバ方程式を積分更新していくこと取得するため、過渡/定常の両面の特性のフュージョンを行うことができ、定常/非定常運動の全域に渡って尤もらしい値に決定することができる。
上記実施形態では、アンチロック・ブレーキシステム43又はトラクションコントロールシステム45の作動に基づいて、車輪がスリップするか否かを判定し、加速度ゲインK、及び姿勢角ゲインKANGを設定する。このように、アンチロック・ブレーキシステム43又はトラクションコントロールシステム45の作動を判定に用いることで、車輪が滑走状態にあることを簡便に取得することができる。
次に、異常判定器33の動作、及び、効果について説明する。
車輪がスリップしたときには、車輪速に基づく車速は真値とは異なるため、主慣性計測センサ5(6軸慣性計測センサ)によって取得される車両前後方向の加速度と、車輪速に基づいて取得される車両前後方向の加速度とが乖離する場合がある。従って、主慣性計測センサ5による前後方向の加速度と、車輪速センサ9による前後方向の加速度を比較することによって、主慣性計測センサ5の異常を判定することは難しい。
異常判定器33は、ステップST1において、主慣性計測センサ5(6軸慣性計測センサ)によって取得された車両前後方向の加速度と、副慣性計測センサ7(3軸慣性計測センサ)によって取得された車両前後方向の加速度とを比較し、両者が合致しない場合に、主慣性計測センサ5(6軸慣性計測センサ)の異常があると判定する。そのため、車輪速センサ9による前後方向の加速度を用いる場合に比べて、車輪がスリップしている場合であっても、前後方向の加速度の検出における主慣性計測センサ5の異常を適切に判定することができる。これにより、車両前方の車両Sの移動量が精度よく取得できているかどうか、すなわち、自己位置を適切に評価できているかを適切に判定することができる。
異常判定器33は、ステップST2において、主慣性計測センサ5の左右方向の加速度と、副慣性計測センサ7によって取得された車両前後方向の加速度とを比較し、両者が合致しない場合に、主慣性計測センサ5の異常があると判定する。また、異常判定器33は、ステップST3において、主慣性計測センサ5によって取得された角速度ωのz成分ωz(すなわち、ヨーレート)と、副慣性計測センサ7によって取得されたz方向の角速度ω'z(すなわち、ヨーレート)が合致しているか否かを判定する。
このように、異常判定器33は、主慣性計測センサ5によって取得される前後方向の加速度、左右方向の加速度、及び、ヨーレートを副慣性計測センサ7によって取得される値と比較することによって、異常の有無を判定する。これにより、2つのセンサによる相互監視機構を構成することができるとともに、6軸慣性計測センサよりも安価な3軸慣性計測センサを用いることで、2つの6軸慣性計測センサを用いるよりもコストを下げることができる。
また、異常判定器33は、主慣性計測センサ5によって取得される前後方向の加速度、左右方向の加速度、及び、ヨーレートを副慣性計測センサ7によって取得される値と比較するため、異常が発生すると、自己位置の推定値に誤差が大きくなりやすい前後方向の加速度、左右方向の加速度、及び、ヨーレートの異常をより確実に検知することができる。
異常判定器33は、ステップST5において、姿勢角方程式(式(13))を数値積分することにより得られる姿勢角の推定値(すなわち、推定姿勢角Θ0)と、定常姿勢角Θgravとを算出し、両者の差のx成分及びy成分を推定誤差とする。6軸慣性計測センサの異常時などにおいて推定誤差が過大となるため、異常判定器33はこの推定誤差を用いて、6軸慣性計測センサの異常の有無を判定することができる。
より詳細には、異常判定器33は、ステップST5において、推定姿勢角Θ0のx成分及び定常姿勢角Θgravのx成分の差分と、推定姿勢角Θ0のy成分及び定常姿勢角Θgravのy成分の差分とをそれぞれ算出し、算出された差分がそれぞれ対応する閾値以下であるか否かを判定する。これにより、異常判定器33は、ステップST2及びステップST4において評価されていないロール方向、及び、ピッチ方向の主慣性計測センサ5(6軸慣性計測センサ)の異常を検知することができる。
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。
上記実施形態では、スリップ判定装置41は、アンチロック・ブレーキシステム43と、トラクションコントロールシステム45とを備えていたが、この態様には、限定されない。例えば、スリップ判定装置41はビークルスタビリティアシスト装置(VSA、横滑り抑制装置)を備え、旋回時に車輪の横滑りなどを抑制するための制御を行ったときに、車輪が滑走状態にあると判定するものであってもよい。また、スリップ判定装置41は舵角センサを備え、舵角センサによって検出される舵角の時間変化率が所定の閾値以上であるときに、車輪が滑走状態にあると判定するものであってもよい。また、滑走状態には、車輪が滑走状態となり易い状態や、路面状況によっては滑走状態になりえる状態、また、滑走状態に移る直前の状態を含めてもよい。
上記実施形態では、主慣性計測センサ5(6軸慣性計測センサ)の位置における速度を算出していたが、この態様には限定されない。例えば、主慣性計測センサ5によって取得された推定速度を式(14)によって変換することによって、車両Sの所定の位置の速度を推定するように構成してもよい。
但し、式(14)において、vは変換後速度、v0は変換前速度、ωは主慣性計測センサ5によって検出された角速度であり、Lは主慣性計測センサ5が設けられた位置を起点、速度を推定すべき車両の位置を終点とするベクトルを示す。
上記実施形態では、異常判定器33は、ST5において、姿勢角方程式による姿勢角の推定値(すなわち、推定姿勢角Θ0)と、定常姿勢角Θgravとの差に基づいて、推定誤差を算出していたがこの態様には、限定されない。例えば、異常判定器33は、ST5において、主慣性計測センサ5によって計測されたz軸方向(又はx軸方向)の加速度や、副慣性計測センサ7によって計測されたx軸方向の加速度を予め定められた補正式を用いて補正することによってピッチ方向(ロール角)の角速度の推定値を算出し、その推定値と、主慣性計測センサ5によって計測されたピッチ方向(ロール方向)の角速度とを相関比較する(又は、閾値以下であるかを判定する)ことによって、主慣性計測センサ5の異常を判定してもよい。
1 :車両状態推定装置
5 :主慣性計測センサ(6軸慣性計測センサ)
9 :車輪速センサ
31 :車両状態推定器(車両状態推定部)
41 :スリップ判定装置(判定部)
43 :アンチロック・ブレーキシステム(ABS)
45 :トラクションコントロールシステム(TCS)
S :車両
5 :主慣性計測センサ(6軸慣性計測センサ)
9 :車輪速センサ
31 :車両状態推定器(車両状態推定部)
41 :スリップ判定装置(判定部)
43 :アンチロック・ブレーキシステム(ABS)
45 :トラクションコントロールシステム(TCS)
S :車両
Claims (11)
- 加速度、及び、角速度を取得する慣性計測センサと、車輪速を取得する車輪速センサとを備えた車両に搭載され、車速を含む車両状態を推定する車両状態推定装置であって、
前記慣性計測センサによって取得される前記加速度及び前記角速度と、前記車輪速センサによって取得される前記車輪速とに基づいて、前記車両状態を推定する車両状態推定部と、
車輪が滑走状態にあるか否かを判定する判定部と、を有し、
前記車両状態推定部は、前記車輪速に基づいて推定される定常車速と、前記加速度及び前記角速度に基づいて時間積分により算出される過渡車速とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記車速の推定値を前記過渡車速に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にないときには前記車速の推定値を前記定常車速に近くなるように決定する車両状態推定装置。 - 前記車両状態は前記車両の姿勢角を含み、
前記車両状態推定部は、前記車輪速及び前記慣性計測センサによって取得される前記加速度を用いて、推定される重力の向きに基づく定常姿勢角と、前記慣性計測センサによって取得される前記角速度を時間積分することによって算出される過渡姿勢角とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記過渡姿勢角に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記定常姿勢角に近くなるように決定する請求項1に記載の車両状態推定装置。 - 前記車両状態推定部は、
前記車速の相対導関数が、重力加速度と、前記慣性計測センサによって取得される前記加速度と、前記車速の推定値及び前記慣性計測センサによって取得される前記角速度の外積と、所定の加速度ゲインで前記車速が前記定常車速に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す速度オブザーバ方程式と、
前記姿勢角の時間微分が、前記過渡姿勢角と、所定の姿勢角ゲインで前記姿勢角が前記定常姿勢角に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す姿勢角オブザーバ方程式と、に基づいて、前記車速、及び、前記姿勢角を推定する請求項2に記載の車両状態推定装置。 - 前記車両状態推定部は、前記車輪が前記滑走状態にあるときには、前記滑走状態にないときに比べて、前記加速度ゲイン、及び、前記姿勢角ゲインを小さくする請求項3に記載の車両状態推定装置。
- 前記判定部は、アンチロック・ブレーキシステム及びトラクションコントロールシステムの少なくとも一方を含む請求項1~請求項4のいずれか1つの項に記載の車両状態推定装置。
- 加速度及び角速度を取得する慣性計測センサと、車輪速を取得する車輪速センサとを備えた車両において、車速を含む車両状態を推定する車両状態推定方法であって、
車輪が滑走状態にあるか否かを判定する判定し、
前記車輪速に基づいて推定される定常車速と、前記加速度及び前記角速度に基づいて時間積分により算出される過渡車速とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記車速の推定値を前記過渡車速に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にないときには前記車速の推定値を前記定常車速に近くなるように決定する車両状態推定方法。 - 前記車両状態は前記車両の姿勢角を含み、
前記車輪速及び前記慣性計測センサによって取得される前記加速度を用いて、推定される重力の向きに基づく定常姿勢角と、前記慣性計測センサによって取得される前記角速度を時間積分することによって算出される過渡姿勢角とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記過渡姿勢角に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記定常姿勢角に近くなるように決定する請求項6に記載の車両状態推定方法。 - 前記車速の相対導関数が、重力加速度と、前記慣性計測センサによって取得される前記加速度と、前記車速の推定値及び前記慣性計測センサによって取得される前記角速度の外積と、所定の加速度ゲインで前記車速が前記定常車速に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す速度オブザーバ方程式と、
前記姿勢角の時間微分が、前記過渡姿勢角と、所定の姿勢角ゲインで前記姿勢角が前記定常姿勢角に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す姿勢角オブザーバ方程式と、において、前記車速、及び、前記姿勢角を推定し、
前記車輪が前記滑走状態にあるときには、前記滑走状態にないときに比べて、前記加速度ゲイン、及び、前記姿勢角ゲインを小さくする請求項7に記載の車両状態推定方法。 - 加速度及び角速度を取得する慣性計測センサと、車輪速を取得する車輪速センサとを備えた車両において、車速を含む車両状態を推定する車両状態推定プログラムであって、
車輪が滑走状態にあるか否かを判定する判定し、
前記車輪速に基づいて推定される定常車速と、前記加速度及び前記角速度に基づいて時間積分により過渡車速とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記車速の推定値を前記過渡車速に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にないときには前記車速の推定値を前記定常車速に近くなるように決定する車両状態推定プログラム。 - 前記車両状態は前記車両の姿勢角を含み、
前記車輪速及び前記慣性計測センサによって取得される前記加速度を用いて、推定される重力の向きに基づく定常姿勢角と、前記慣性計測センサによって取得される前記角速度を時間積分することによって算出される過渡姿勢角とに対し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記過渡姿勢角に近くなるように決定し、前記車輪が前記滑走状態にあるときには前記姿勢角の推定値を前記定常姿勢角に近くなるように決定する請求項9に記載の車両状態推定プログラム。 - 前記車速の相対導関数が、重力加速度と、前記慣性計測センサによって取得される前記加速度と、前記車速の推定値及び前記慣性計測センサによって取得される前記角速度の外積と、所定の加速度ゲインで前記車速が前記定常車速に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す速度オブザーバ方程式と、
前記姿勢角の時間微分が、前記過渡姿勢角と、所定の姿勢角ゲインで前記姿勢角が前記定常姿勢角に近づくようにフィードバックさせるフィードバック項との和に等しいことを示す姿勢角オブザーバ方程式と、において、前記車速、及び、前記姿勢角を推定し、
前記車輪が前記滑走状態にあるときには、前記滑走状態にないときに比べて、前記加速度ゲイン、及び、前記姿勢角ゲインを小さくする請求項10に記載の車両状態推定プログラム。
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