JP3047762B2 - 車両状態推定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両状態推定装置に係
り、特に、車両の走行中に車両の運動状態に対応するタ
イヤモデルを設定し、そのタイヤモデルに基づいて車両
の走行状態を推定する車両状態推定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平５−６９８４５
号公報に開示される如く、操舵輪のスリップ角と、操舵
輪に作用する復元トルクとの関係から車両の走行状態が
安定であるか否かを検出する装置が知られている。

【０００３】すなわち、車両に作用する横加速度Ｇの変
化に対する操舵輪の復元トルクＴの変化率ΔＴ／ΔＧ
は、タイヤがスキッド限界に達する直前でほぼ“０”に
達する。上記公報記載の装置は、かかる特性に着目した
ものであり、ΔＴ／ΔＧの絶対値が所定値以上であるか
否かに基づいて操舵輪のグリップ状態を判定しようとす
るものである。

【０００４】この場合、復元トルクＴの変化率ΔＴ／Δ
Ｇの絶対値が所定値以上であれば、操舵輪は適正なグリ
ップ状態を維持して走行していると、つまり、車両の走
行状態は安定であると判断することができ、一方、ΔＴ
／ΔＧの絶対値が所定値未満であれば、操舵輪がスキッ
ド限界に達していると、つまり、車両の走行状態は不安
定であると判断することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置は、トレーラ試験機等を用いて予め設定したスリップ
角と復元トルクとの関係に基づいて操舵輪がスキッド限
界に達したか否かを判定する装置である。

【０００６】より具体的には、操舵輪の状態、路面μ等
を標準状態に設定したうえで、操舵輪がスキッド限界に
達したと判断し得る復元トルクＴの横加速度Ｇに対する
変化率ΔＴ／ΔＧを求め、そのΔＴ／ΔＧの値をしきい
値として、操舵輪が適正なグリップ状態を維持している
か否かを判断する構成である。

【０００７】従って、例えば操舵輪の空気圧、溝深さ、
路面μ、車両の積載状態等が変化し、操舵輪がスキッド
限界に達した際に表れる操舵トルクＴの変化率ΔＴ／Δ
Ｇの値が予め設定した値から変動した場合には、正確に
操舵輪のグリップ状態を検出することが困難となる。

【０００８】この意味で、上記従来の車両状態推定装置
は、標準的な走行状況下では適切に車両状態を推定する
ことができるものの、操舵輪の状態や路面μ等が変化す
る現実の使用環境下で、常に正確に車両状態を推定する
ことができないという問題を有するものであった。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、車両の運動状態に基づいて適宜タイヤモデルを
設定し、そのタイヤモデルを用いて車輪の状態を推定す
ることにより、常に正確に車両状態を推定し得る車両状
態推定装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】図１は、上記の課題を解
決する車両状態推定装置の原理構成図を示す。すなわ
ち、上記の目的は図１に示すように、操舵角を検出する
操舵角検出手段Ｍ１と、車速を検出する車速検出手段Ｍ
２と、車両挙動を検出する車両挙動検出手段Ｍ３と、車
両荷重を検出する荷重検出手段Ｍ４と、操舵角、車速、
及び車両挙動に基づいて車輪のスリップ角を推定するス
リップ角推定手段Ｍ５と、操舵角、車速、及び車両挙動
に基づいて車輪の特性値を推定する特性値推定手段Ｍ６
と、前記スリップ角推定手段Ｍ５の推定結果、前記特性
値推定手段Ｍ６の推定結果、及び前記荷重検出手段Ｍ４
の検出結果に基づいて、任意の車輪荷重に対する特性値
とスリップ角の関係を表すタイヤモデルを設定するタイ
ヤモデル設定手段Ｍ７と、該タイヤモデル設定手段Ｍ７
が設定したタイヤモデルに基づいて車両状態を推定する
車両状態推定手段Ｍ８とを備えることを特徴とする車両
状態推定装置により達成される。

【００１１】

【作用】本発明において、前記操舵角検出手段Ｍ１、前
記車速検出手段Ｍ２、及び前記車両挙動検出手段Ｍ３
は、それぞれ操舵輪の操舵角、車速、及び車両挙動を検
出する。

【００１２】そして、前記スリップ角推定手段Ｍ５は、
これら操舵角、車速、及び車両挙動に基づいて、スリッ
プ角、すなわち、車輪の進行方向と車輪の中心面とのな
す角を推定する。また、前記特性値推定手段Ｍ６は、操
舵角、車速、及び車両挙動に基づいて、車輪のグリップ
状態を表す特性値、すなわち、コーナリングフォース、
前後力、又は復元トルク等の少なくとも１つを推定す
る。

【００１３】ところで、車輪の特性値と車輪のスリップ
角は互いに相関を有している。また、両者の関係は、車
輪状態、路面μ、車輪荷重等の変化に追従して変化す
る。これに対して、前記タイヤモデル設定手段Ｍ７は、
前記スリップ角推定手段Ｍ５及び前記特性値推定手段Ｍ
６の推定結果、及び前記荷重検出手段Ｍ４の検出結果に
基づいて、任意の車輪荷重に対する特性値とスリップ角
との関係を表すタイヤモデルを設定する。

【００１４】従って、車両が使用されるにあたり、車輪
状態や路面μ等が変化した場合、その後、前記スリップ
角推定手段Ｍ５及び前記特性値推定手段Ｍ６では、その
状況に応じたスリップ角及び特性値が推定され、更に前
記タイヤモデル設定手段Ｍ７では変化後の状況に対応し
たタイヤモデルが設定されることになる。

【００１５】そして、前記車両状態推定手段Ｍ８は、上
記の如く車輪状態や路面μの変化が適宜反映されるタイ
ヤモデルを用いて車輪のグリップ状態を判断し、その判
断結果に基づいて車両が如何なる状態であるかを推定す
る。

【００１６】

【実施例】図２は、本発明の一実施例である車両状態推
定装置を構成する各種センサの搭載状態を表す斜視図を
示す。また、図３は、本実施例の車両状態推定装置のブ
ロック構成図を示す。

【００１７】図２及び図３に示す如く、本実施例の車両
状態推定装置は、操舵角センサ１０、車速センサ１２、
ヨーレートセンサ１４ａ及び横加速度センサ１４ｂを内
蔵するフリージャイロ１４、及び各輪に配設される荷重
センサ１６ａ〜１６ｄを備えている。

【００１８】ここで、操舵角センサ１０は、操舵輪であ
る前輪の操舵角δを検出するセンサであり、ステアリン
グラックに組み付けられる。車速センサ１２は、駆動輪
である前輪の回転速度に応じた信号を発するセンサであ
り、前輪に連結されるドライブシャフトの近傍に組み付
けられる。

【００１９】ヨーレートセンサ１４ａは、車両の重心軸
回りのヨー角速度γを検出するセンサであり、また、横
加速度センサ１４ｂは、車両の重心に作用する横加速度
Ｇを検出するセンサである。尚、フリージャイロ１４
は、車両の重心位置に配設されている。

【００２０】また、荷重センサ１６ａ〜１６ｄは、４つ
の車輪のそれぞれにかかる荷重を検出するセンサであ
り、本実施例においては、ショックアブソーバの上端に
配設されている。上述した操舵角センサ１０、車速セン
サ１２、ヨーレートセンサ１４ａ、横加速度センサ１４
ｂ、及び荷重センサ１６ａ〜１６ｄの出力は、図３に示
す如く電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０に供給されてい
る。

【００２１】ＥＣＵ２０は、本実施例の車両状態推定装
置の要部であり、上述した各センサから供給される出力
に基づいて各車輪が適正なグリップ状態を維持している
か否かを判断し、その結果に基づいて車両が安定走行中
であるか否かを推定する。以下、本実施例において車両
状態を推定すべくＥＣＵ２０が実行する処理の内容につ
いて説明する。

【００２２】ところで、ＥＣＵ２０は、マジックフォー
ミュラによるタイヤモデリングに基づいて車両状態を推
定する点、すなわち、車両の走行中に、特定の車輪荷重
Ｆ_Zに対する車輪のスリップ角β（車輪の進行方向と車
輪の中心面とのなす角）とコーナリングフォースＣ_F と
の関係を検出し、その検出結果に基づいて、任意の車輪
荷重Ｆ_Z に対して成立するスリップ角βとコーナリング
フォースＣ_F との関係（以下、タイヤモデルと称す）を
設定し、そのタイヤモデルを基に車両状態を推定する点
に特徴を有している。

【００２３】図４は、ＥＣＵ２０がかかる処理を行うに
あたり、各センサの出力に基づいて車輪のスリップ角
β、及びコーナリングフォースＣ_F を推定するために用
いる４輪車の等価的な２輪車モデルである。同図に示す
如く、重心−前輪車軸間距離をＬ_f 、重心−後輪車軸間
距離をＬ_r、車速をＶ、車軸に対する重心の進行方向角
度をβ_c 、前輪のスリップ角をβ_f、後輪のスリップ角
をβ_r 、重心回りのヨー角速度をγ、操舵角をδ、前２
輪のコーナリングフォースの合力を２Ｃ_Ff、後２輪のコ
ーナリングフォースの合力を２Ｃ_Frとすると、次式の如
き運動方程式が成立する。但し、次式中ｍは車両重量、
Ｉはヨー慣性モーメントである。

【００２４】 ｍＶ（ dβ_c /dt ＋γ）＝２Ｃ_Ff＋２Ｃ_Fr ・・・（１） Ｉ・ dγ/dt ＝Ｌ_f ・２Ｃ_Ff−Ｌ_r ・２Ｃ_Fr ・・・（２） β_f ＝β_c ＋Ｌ_f γ／Ｖ−δ ・・・（３） β_r ＝β_c −Ｌ_r γ／Ｖ ・・・（４） すなわち、上記（１）式中左辺第１項（ｍＶ・ dβ_c /d
t ）は、車両の重心に作用する並進方向加速度（Ｖ・ d
β_c /dt ）と車両重量（ｍ）との乗算値であり、また左
辺第２項（ｍＶγ）は車両に作用する遠心力である。従
って、それらの合計値は車両に作用する横力の合計値と
なり、右辺に表される２Ｃ_Ff＋２Ｃ_Frと均衡する。

【００２５】また、上記（２）式中左辺（Ｉ・ dγ/dt
）は、慣性モーメントＩの物体を角加速度 dγ/dt で
回転させるために必要なトルクを表している。これに対
して、右辺第１項（Ｌ_f ・２Ｃ_Ff）は前２輪の横力２Ｃ
_Ffに起因して生ずる旋回方向のトルクを、また、右辺第
２項（−Ｌ_r ・２Ｃ_Fr）は後２輪の横力２Ｃ_Frに起因し
て生ずる反旋回方向のトルクをそれぞれ表している。従
って、右辺の合計値は、車両を旋回させる方向に作用す
るトルクの合計値となり左辺と均衡する。

【００２６】更に、図４に示す如くヨー角速度がγであ
る場合、前輪の速度ベクトルＶ_f は、旋回内方へ向かう
大きさＬ_f γのベクトルと車速Ｖとの合成ベクトルと、
また、後輪の速度ベクトルＶ_r は、旋回外方へ向かう大
きさＬ_r γのベクトルと車速Ｖとの合成ベクトルと把握
することができる。

【００２７】そして、この場合、車速Ｖの方向と前輪の
進行方向とがなす角、及び車速Ｖの方向と後輪の進行方
向とがなす角は、それぞれＬ_f γ／Ｖ、及びＬ_r γ／Ｖ
と表すことができる。従って、前輪の中心面とその進行
方向との成す角であるβ_f 、及び、後輪の中心面とその
進行方向との成す角であるβ_f は、それぞれ上記（３）
式、又は（４）式の如く表せることになる。

【００２８】ところで、上記（１）式中、“Ｖ（ dβ_c
/dt ＋γ）”は、車両に作用する横方向の加速度の合計
値である。従って、その値は、横加速度センサ１４ｂの
出力値として得ることができる。尚、以下の記載におい
ては、上記“Ｖ（ dβ_c /dt＋γ）”の値を“横加速度
Ｇ”と称することにする。

【００２９】また、上記（１）式、及び（２）式中ｍ，
Ｉ，Ｌ_f ，Ｌ_r は、車両の諸元によって決定される値で
あり定数として扱うことができる。従って、車速センサ
１２が検出する車速Ｖ、ヨーレートセンサ１４ａが検出
するヨー角速度γ、及び横加速度センサ１４ｂが検出す
る横加速度Ｇを代入すれば、上記（１）式及び（２）式
は前後輪コーナリングフォースＣ_Ff，Ｃ_Frについての連
立２次方程式となり、これを解くことでＣ_Ff，Ｃ_Frを求
めることができる。

【００３０】一方、上記（３）式、及び（４）式中β_c
は、横加速度Ｇ＝Ｖ（ dβ_c /dt ＋γ）を車速Ｖで除算
し、更にその値からヨー角速度γを減じたものを積分す
ることで求めることができる。従って、車速Ｖ、ヨー角
速度γ、及び横加速度Ｇを代入すれば、上記（３）式及
び（４）式から前後輪のスリップ角β_f ，β_r を求める
ことができる。

【００３１】このように、上記図４に示す４輪車の等価
的な２輪車モデルを用いた場合、上記図２及び図３に示
す本実施例のハードウェア構成により、前後輪のスリッ
プ角β_f ，β_r （以下、両者を総称する場合には単にス
リップ角βと称す）、及び前後輪のコーナリングフォー
スＣ_Ff，Ｃ_Fr（以下、両者を総称する場合には単にコー
ナリンフォースＣ_F と称す）を推定することが可能であ
る。

【００３２】ところで、車輪のコーナリングフォースＣ
_F は、スリップ角βが生じることにより車輪の接地面が
弾性変形することで生み出される。この場合、スリップ
角βが適当な範囲内にあれば、車輪は適正なグリップ状
態を維持することができ、その弾性変形量はほぼβに比
例する。

【００３３】しかしながら、車輪の弾性変形可能領域は
有限であるため、βが増加し続ければ、遂には弾性変形
量が飽和状態に至り、車輪が適正なグリップ状態を維持
し得なくなる。このため、車輪のスリップ角βとコーナ
リングフォースＣ_F との関係は、車輪の状態、車輪荷
重、路面μ等が同一であれば、図５に示す如くβがある
臨界値に達するまではＣ_F がほぼβに比例し、βが臨界
値を超える領域では、Ｃ_F がほぼ最大値ｍａｘ、又は最
小値ｍｉｎに飽和する特性を示す。従って、車輪のスリ
ップ角βがＣ_F の比例領域内にあるか否かが判別できれ
ば、車輪が適正なグリップ状態を維持しているか否かが
判断できることになる。

【００３４】尚、図５に示すβ−Ｃ_F 特性線図は、タイ
ヤのトレッドパターンや車輪のキャンバ角等に起因し
て、特性線図の点対象中心（Ｃ_F が最大値ｍａｘと最小
値ｍｉｎの平均値となる点）が原点からシフトしている
場合を例示している。この場合、点対象の中心が（β，
Ｃ_F ）＝（Ｓｈ，Ｓｖ）の点であるとすれば、（Ｘ，
Ｙ）＝（β−Ｓｈ，Ｃ_F −Ｓｖ）なる座標軸（Ｘ，Ｙ）
を設定することで、図６に示す如く点対象の中心を原点
（０、０）に一致させることができる。また、かかる変
換を施した場合、Ｘ＞０の領域とＸ＜０の領域とを同等
に扱うことが可能となり車輪の特性を解析するうえで便
利である。

【００３５】このため、本実施例においては、後述の如
くスリップ角βとコーナリングフォースＣ_F との関係を
解析し、その解析結果に基づいて両者の関係に関するタ
イヤモデルを設定するにあたり、（Ｘ，Ｙ）＝（β−Ｓ
ｈ，Ｃ_F −Ｓｖ）なる座標軸（Ｘ，Ｙ）を用いることと
している。

【００３６】ところで、車輪に生ずるコーナリングフォ
ースＣ_F は、車輪と路面との間に生ずる摩擦力に等し
い。このため、車輪の状態や路面μが同一であっても、
車輪荷重Ｆ_Z が変化すれば、スリップ角βとコーナリン
グフォースＣ_F との関係にも変化が生ずる。

【００３７】これに対して、本実施例の車両状態推定装
置においては、操舵角センサ１０、車速センサ１２、ヨ
ーレートセンサ１４ａ、及び横加速度センサ１４ｂの検
出結果に基づいて、車両の実運動状態に対応したスリッ
プ角β、及びコーナリングフォースＣ_F が推定できると
共に、荷重センサ１６ａ〜１６ｄを用いて、各車輪の車
輪荷重を検出し得ることは前記した通りである。

【００３８】従って、ＥＣＵ２０においては、スリップ
角βとコーナリングフォースＣ_F の推定値を、車輪荷重
Ｆ_Z 毎に整理して記憶することが可能であり、それらの
記憶データを上述した（Ｘ，Ｙ）座標にあてはめること
で、図７に示す如く車輪荷重Ｆ_Z 毎に複数の特性曲線を
求めることができる。尚、図７は、車輪荷重２ＫＮ，４
ＫＮ，６ＫＮにつき特性曲線を求めた場合を例示したも
のである。

【００３９】ところで、図８は、スリップ角βとコーナ
リングフォースＣ_F との関係を表す特性線図の一般形を
示したものである。尚、同図においてＤは（β，Ｃ_F ）
を（Ｘ，Ｙ）座標上に表した場合におけるＹの最大値、
ＸｍはＹが最大となるＸの値、ＹｓはＹの収束値、ＢＣ
ＤはＸ＝０における特性曲線の傾きである。

【００４０】この場合、図８中（Ｘ，Ｙ）座標中に表さ
れる特性曲線は、次式の如き一般式で表すことができ
る。 Ｙ（Ｘ）＝Ｄ sin［Ｃ tan^-1｛Ｂ・Ｘ−Ｅ（Ｂ・Ｘ− tan^-1（Ｂ・Ｘ））｝］ 但し、 Ｃ＝２／π sin^-1（Ｙｓ／Ｄ） Ｅ＝｛Ｂ・Ｘｍ− tan（π／２Ｃ）｝／｛Ｂ・Ｘｍ− tan^-1（Ｂ・Ｘｍ）｝ ・・・（５） ここで、車輪のスリップ角βとコーナリングフォースＣ
_F との関係が車輪荷重Ｆ_Z に応じて変化することは前記
した通りであり、Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ等の上記係数は車輪荷
重Ｆ_Z の関数として把握される値である。

【００４１】尚、係数Ｃは、上記（５）式を用いて表す
べきタイヤの特性によってほぼ一義的に決まる値であ
り、本実施例においてはコーナリングフォースＣ_F につ
いての特性を表す定数として扱うことができる。従っ
て、上記図７に示す如く、異なる数種の車輪荷重Ｆ_Z に
ついて設定した複数の特性曲線からそれぞれの車輪荷重
Ｆ_Z に応じた係数を読み取り、読み取った値に基づいて
各係数についての一般式が特定できれば、図９に示す如
く、任意の車輪荷重Ｆ_Z についての特性曲線を表すタイ
ヤモデルが設定できる。尚、図９は、１ＫＮ〜８ＫＮの
車輪荷重Ｆ_Z について、８本の特性曲線を設定した場合
を例示したものである。

【００４２】そして、このように、任意の車輪荷重Ｆ_Z
についての特性曲線を表すタイヤモデルが設定できれ
ば、車輪が適正なグリップ状態を維持し得るスリップ率
βの領域を、現実の車輪荷重Ｆ_Z に対応して精度良く認
識することができ、推定されたβがその領域内に納まっ
ているか否かに基づいて、車両の走行状態が安定か否か
を精度良く推定することができる。

【００４３】更に、上記図９に示す如きタイヤモデル
は、車両の走行中における現実の運動状態に基づいて設
定したモデルである。このため、車輪の状態や路面μが
変化して、車輪荷重Ｆ_Z に対するスリップ角βとコーナ
リングフォースＣ_F との関係が変動すれば、その変動が
適切にタイヤモデルに反映され、常に実車の状況に応じ
た適切な推定を行うことができる。

【００４４】本実施例の車両状態推定装置は、かかる手
法を用いて車両状態の推定を行う装置であり、以下、具
体的に、上述の推定手法を実現すべくＥＣＵ２０が実行
する処理の内容について説明する。図１０は、ＥＣＵ２
０が、上記図７に示す如く複数の車輪荷重Ｆ_Z について
の特性曲線を同定すべく実行する特性曲線同定ルーチン
の一例のフローチャートを示す。尚、本ルーチンは、所
定時間毎に起動する定時割り込みルーチンである。

【００４５】図１０に示すルーチンが起動すると、先ず
ステップ１００において、データサンプリングとして、
車輪荷重Ｆ_Z ＝ｉｎ（ｎ＝１〜３）のそれぞれについ
て、適当な数だけスリップ角βとコーナリングフォース
Ｃ_F の組を演算する。ここで、本実施例においては、ｉ
₁ ＝２ＫＮ，ｉ₂ ＝４ＫＮ，ｉ₃ ＝６ＫＮである。

【００４６】上記のデータサンプリングを終えたら、ス
テップ１０２でｉｎをｉ₁ （＝２ＫＮ）に設定した後、
ステップ１０４へ進み、Ｆ_Z ＝ｉｎについての（β、Ｃ
_F ）を読み込む。ステップ１０６，１０８，１１０は、
それぞれ上記の如く読み込んだデータのうち、βが所定
値“＋α”である場合のＣ_F をＣ_F+として、βが所定値
“−α”である場合のＣ_F をＣ_F-として、また、βが
“０”である場合のＣ_F をＣ_F0として読み込むステップ
である。

【００４７】そして、上記の処理を終えたら、ステップ
１１２において、上記の如く記憶したＣ_F+、Ｃ_F-、及び
Ｃ_F0を用いて、（Ｃ_F+＋Ｃ_F-）／２−Ｃ_F0なる演算を行
い、その演算値をＳｖとして記憶する。つまり、ＥＣＵ
２０において、各種センサの出力に基づいて車輪のスリ
ップ角β、及びコーナリングフォースＣ_F を推定し、そ
れらを用いて上記図７に示す如き複数の特性曲線を同定
する場合、（β、Ｃ_F ）座標上のデータを（Ｘ，Ｙ）座
標上のデータに変換する必要があり、そのためには、Ｙ
＝Ｃ_F −Ｓｖなる演算を行うことが必要である。

【００４８】この場合、ＳｖはＣ_F の最大値ｍａｘと最
小値ｍｉｎの平均値であることから（上記図５参照）、
ｍａｘ，ｍｉｎを求めて演算することが最も適切ではあ
るが、通常走行時には必ずしもｍａｘ，ｍｉｎが検出さ
れない。このため、本実施例においては、上記ステップ
１０６〜１１２の処理を行うことで、通常走行時に必ず
検出されるスリップ角βの範囲内でＳｖを特定しようと
したものである。

【００４９】このようにしてＳｖを特定したら、Ｓｖに
対応して求まるＳｈを特定すべく、ステップ１１４にお
いてＣ_F ＝Ｓｖにおけるスリップ角βをβ₀ とし、続く
ステップ１１６でβ₀ をＳｈとして記憶する。以後ステ
ップ１１８において、（Ｘ，Ｙ）＝（β−Ｓｈ，Ｃ_F −
Ｓｖ）なる（Ｘ，Ｙ）をＦｚ＝ｉｎにおけるデータとし
て記憶し、続くステップ１２０で、上記（Ｘ，Ｙ）の集
合からＦｚ＝ｉｎに対応する特性曲線を同定する。

【００５０】そして、ステップ１２２でｉｎ＝ｉ₃ か否
かを判別し、ｉｎ＝ｉ₃ であれば今回の処理を終了し、
ｉｎ＝ｉ₃ でなければステップ１２４でｎをインクリメ
ントして上記ステップ１０４以降の処理を再度実行す
る。この結果、本ルーチンが終了する時点では、図７に
示す如く、Ｆ_Z ＝ｉ₁ ，ｉ₂ ，ｉ₃ についての３本の特
性曲線が（Ｘ，Ｙ）座標上に同定できることになる。

【００５１】図１１は、上記の如く同定した３本の特性
曲線から、任意の車輪荷重Ｆ_Z について適用可能なタイ
ヤモデルを設定すべくＥＣＵ２０が実行するタイヤモデ
ル設定ルーチンの一例のフローチャートを示す。以下、
同図に沿って、タイヤモデルを設定するための処理内容
について詳説する。

【００５２】図１１に示すルーチンが起動すると、先ず
ステップ２００において、Ｆ_Z ＝ｉ ₁ ，ｉ₂ ，ｉ₃ につ
いての特性曲線から、それぞれＹの最大値を読み取り、
それらの値をＤ₁ ，Ｄ₂ ，Ｄ₃ （以下、これらを総称す
る場合はＤｎと記す）として記憶する。

【００５３】ステップ２０２では、各特性曲線に対応し
た路面μ、すなわちμ₁ 、μ₂ 、μ ₃ （以下、これらを
総称する場合はμｎと記す）を演算する。ここで上記Ｄ
ｎは、路面μｎと車輪荷重Ｆ_Z ＝ｉｎの乗算値であり、
μｎ＝Ｄｎ／ｉｎなる演算により求めることができる。

【００５４】ところで、車輪と路面との間に形成される
路面μは、車輪荷重Ｆ_Z の１次関数として次式の如く表
せることが知られている。 μ＝ａ₁ Ｆ_Z ＋ａ₂ ・・・（６） 従って、上記ステップ２０２で求めたμｎの値とｉｎと
を、それぞれ上記（６）式中μ、及びＦ_Z に代入すれ
ば、２つの未知数に対して３つの式を設定することがで
き、それらの式の解を適合させることで、未知数ａ₁ ，
ａ₂ を特定することが可能である。本ルーチンにおい
て、ステップ２０４は、かかる手順に従ってμに関する
係数ａ₁ ，ａ₂ を演算するステップである。

【００５５】更に、上記の如くａ₁ ，ａ₂ が判明すれ
ば、特性曲線中Ｙの最大値であるＤは、次式の如くＦ_Z
の関数として設定できる。 Ｄ＝μ・Ｆ_Z ＝（ａ₁ Ｆ_Z ＋ａ₂ ）Ｆ_Z ・・・（７） そこで本実施例においては、上記の如くａ₁ ，ａ₂ が判
明したら、続くステップ２０６においてかかる演算を行
い、Ｄについての一般式Ｄ（Ｆ_Z ）を設定する。この場
合、以後、車輪荷重Ｆ_Z が特定されれば、そのＦ_Z に対
するＤが即座に特定できることになる。

【００５６】ステップ２０８では、Ｆ_Z ＝ｉ₁ ，ｉ₂ ，
ｉ₃ についての特性曲線から、それぞれＸ＝０における
特性曲線の傾きを読み取り、それらの値をＢＣＤ₁ ，Ｂ
ＣＤ ₂ ，ＢＣＤ₃ （以下、これらを総称する場合はＢＣ
Ｄｎと記す）として記憶する。

【００５７】ここで、特性曲線の原点近傍における傾き
ＢＣＤは、２つの係数ａ₃ ，ａ₄ を用いて次式の如く表
せることが知られている。 ＢＣＤ＝ａ₃ sin｛２ tan^-1（Ｆ_Z ／ａ₄ ）｝ ・・・（８） 従って、上記ステップ２０８で求めたＢＣＤｎと、対応
するｉｎとをそれぞれ上記（８）式中ＢＣＤ、及びＦ_Z
に代入すれば、２つの未知数に対して３つの式を設定す
ることができ、未知数ａ₃ ，ａ₄ を特定することが可能
である。更に、上記の如く判明したａ₃ ，ａ₄ を代入し
た場合、上記（８）式をＢＣＤについての一般式ＢＣＤ
（Ｆ_Z ）と扱うことができる。

【００５８】そこで、本ルーチンにおいては、上記ステ
ップ２０８の処理が終了した後、ステップ２１０におい
てＢＣＤに関する係数ａ₃ ，ａ₄ を演算し、更に、その
後ステップ２１２で、ＢＣＤについての一般式ＢＣＤ
（Ｆ_Z ）を設定することとしている。この場合、以後、
車輪荷重Ｆ_Z が特定されれば、そのＦ_Z に対するＢＣＤ
が即座に特定できる。

【００５９】ステップ２１４では、Ｆ_Z ＝ｉ₁ ，ｉ₂ ，
ｉ₃ についての特性曲線から、それぞれＳｈ₁ ，Ｓ
ｈ₂ ，Ｓｈ₃ を読み取り（以下、これらを総称する場合
はＳｈｎと記す）それらの値を記憶する処理を行う。こ
こで、特性曲線の原点ずれの補正値Ｓｈは、２つの係数
ａ₅ ，ａ₆ を用いてＦｚの１次関数として次式の如く表
せることが知られている。

【００６０】 Ｓｈ＝ａ₅ Ｆ_Z ＋ａ₆ ・・・（９） 従って、上記ステップ２１４で求めたＳｈｎと、対応す
るｉｎとをそれぞれ上記（９）式中Ｓｈ、及びＦ_Z に代
入すれば、２つの未知数に対して３つの式を設定するこ
とができ、未知数ａ₅ ，ａ₆ を特定することが可能であ
る。更に、上記の如く判明したａ₅ ，ａ₆ を代入した場
合、上記（９）式をＳｈについての一般式Ｓｈ（Ｆ_Z ）
と扱うことができる。

【００６１】そこで、本ルーチンにおいては、上記ステ
ップ２１４の処理が終了した後、ステップ２１６におい
てＳｈに関する係数ａ₅ ，ａ₆ を演算し、更に、その後
ステップ２１８で、Ｓｈについての一般式Ｓｈ（Ｆ_Z ）
を設定することとしている。この場合、以後、車輪荷重
Ｆ_Z が特定されれば、そのＦ_Z に対するＳｈが即座に特
定できる。

【００６２】ステップ２２０は、Ｆ_Z ＝ｉ₁ ，ｉ₂ ，ｉ
₃ についての特性曲線から、それぞれＳｖ₁ ，Ｓｖ₂ ，
Ｓｖ₃ を読み取り（以下、これらを総称する場合はＳｈ
ｎと記す）それらの値を記憶するステップである。ここ
で、特性曲線の原点ずれの補正値Ｓｖは、２つの係数ａ
₇ ，ａ₈ を用いてＦｚの１次関数として次式の如く表せ
ることが知られている。

【００６３】 Ｓｈ＝ａ₇ Ｆ_Z ＋ａ₈ ・・・（１０） 従って、上記ステップ２２０で求めたＳｖｎと、対応す
るｉｎとをそれぞれ上記（１０）式中Ｓｖ、及びＦ_Z に
代入すれば、２つの未知数に対して３つの式を設定する
ことができ、未知数ａ₇ ，ａ₈ を特定することが可能で
ある。更に、上記の如く判明したａ₇ ，ａ₈ を代入した
場合、上記（１０）式をＳｖについての一般式Ｓｖ（Ｆ
_Z ）と扱うことができる。

【００６４】そこで、本ルーチンにおいては、上記ステ
ップ２２０の処理が終了した後、ステップ２２２におい
てＳｖに関する係数ａ₇ ，ａ₈ を演算し、更に、その後
ステップ２２４で、Ｓｖについての一般式Ｓｖ（Ｆ_Z ）
を設定することとしている。この場合、以後、車輪荷重
Ｆ_Z が特定されれば、そのＦ_Z に対するＳｖが即座に特
定できる。

【００６５】次に、ステップ２２６では、Ｆ_Z ＝ｉ₁ ，
ｉ₂ ，ｉ₃ についての特性曲線から、それぞれＹが最大
となるＸの値を読み取り、それらの値をＸｍ₁ ，Ｘ
ｍ₂ ，Ｘｍ₃ （以下、これらを総称する場合はＸｍｎと
記す）として記憶する。また、ステップ２２８では、上
記ステップ２００で読み込んだＤｎと、上記ステップ２
０８で読み込んだＢＣＤｎと、予め定数として設定した
Ｃとを用いて、Ｆ_Z ＝ｉ₁ ，ｉ₂ ，ｉ₃ についての特性
曲線に対応するＢ＝ＢＣＤｎ／（Ｃ・Ｄｎ）を演算し、
その結果をＢ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ （以下、これらを総称する
場合はＢｎと記す）として記憶する。

【００６６】そして、ステップ２３０では、これらＢ
ｎ、Ｃ、Ｘｍｎを、上記（５）式但し書きに示すＥ＝
｛Ｂ・Ｘｍ− tan（π／２Ｃ）｝／｛Ｂ・Ｘｍ− tan^-1
（Ｂ・Ｘｍ）｝に代入し、Ｆ_Z ＝ｉ₁ ，ｉ₂ ，ｉ₃ につ
いての特性曲線それぞれに対応するＥを演算し、その結
果をＥ₁ ，Ｅ₂ ，Ｅ₃ （以下、これらを総称する場合は
Ｅｎと記す）として記憶する。

【００６７】ここで、上記（５）式中に用いられるＥ
は、３つの係数ａ₉ ，ａ₁₀，ａ₁₁を用いて次式の如く表
せることが知られている。 Ｅ＝（ａ₉ Ｆ_Z ＋ａ₁₀）｛１−ａ₁₁・ sin（β＋Ｓｈ）｝ ・・・（１１） 従って、上記ステップ２２０で求めたＥｎと、上記ステ
ップ２１４で求めたＳｈｎと、対応するｉｎ及びスリッ
プ角βとをそれぞれ上記（１１）式中Ｅ，Ｓｈ，Ｆ_Z ，
βに代入すれば、３つの未知数に対して３つの式を設定
することができ、未知数ａ₉ ，ａ₁₀，ａ₁₁を特定するこ
とが可能である。更に、上記の如く判明したａ₉ ，
ａ₁₀，ａ₁₁を代入した場合、上記（１１）式をＥについ
ての一般式Ｅ（Ｆ_Z ）と扱うことができる。

【００６８】このため、本ルーチンにおいては、上記ス
テップ２３０の処理が終了したら、次いでステップ２３
２においてＥに関する係数ａ₉ ，ａ₁₀，ａ₁₁を演算し、
更に、その後ステップ２３４で、Ｅについての一般式Ｅ
（Ｆ_Z ）を設定して今回の処理を終了することとしてい
る。この場合、以後、車輪荷重Ｆ_Z が特定されれば、そ
のＦ_Z に対するＥが即座に特定できる。

【００６９】このように、ＥＣＵ２０が本ルーチンを実
行する場合、上記（５）式中に含まれる各係数Ｂ，Ｃ，
Ｄ，Ｅ、及び（β，Ｃ_F ）座標を（Ｘ，Ｙ）座標に変換
するために用いるＳｈ，Ｓｖを、全てＦ_Z に対して一義
的に決定することができる。従って、ＥＣＵ２０におい
ては、必要に応じて任意のＦ_Z について図９に示す如き
特性曲線を、すなわち、任意のＦ_Z に対するスリップ角
βとコーナリングフォースＣ_F との関係を表すタイヤモ
デルを設定することができる。

【００７０】図１２は、ＥＣＵ２０が上記の如く設定し
たタイヤモデルを用いて車両の走行状態を推定すべく実
行する車両状態推定ルーチンの一例のフローチャートを
示す。同図に示すルーチンにおいては、先ずステップ３
００において、着目した車輪にかかる現実の車輪荷重Ｆ
_Z を読み込む。

【００７１】次に、ステップ３０２では、上記の如く設
定したタイヤモデルを用いて、車輪荷重がＦ_Z である場
合にコーナリングフォースＣ_F の変換値Ｙが最大となる
Ｘ、すなわちＸｍ（図８参照）、及びスリップ角βを変
換値Ｘに変換する際の変換値Ｓｈを算出する。

【００７２】そして、ステップ３０４では、着目した車
輪についてのスリップ角βを読み込み、更に、ステップ
３０６では、上記ステップ３０２で読み込んだＳｈを用
いて、スリップ角βを（Ｘ，Ｙ）座標上の値Ｘ＝β−Ｓ
ｈに変換する処理を行う。この場合、現実のスリップ角
βの変換後の値ＸがＸｍ以下であれば、コーナリングフ
ォースＣ_F がスリップ角βに比例する領域である、すな
わち車輪が適正なグリップ状態を維持していると判断で
き、一方、ＸがＸｍを超えていればスリップ角βがコー
ナリングフォースＣ_F に対して飽和状態に達している、
すなわち車輪がスキッド限界に達していると判断でき
る。

【００７３】このため、本ルーチンにおいては、上述の
処理に続き、ステップ３０８においてＸ≦Ｘｍの成立性
を判断する。そして、上記条件が成立する場合はステッ
プ３１０へ進んで車両の走行状態が安定である旨を出力
して今回の処理を終了し、一方、上記条件が不成立であ
る場合はステップ３１２へ進んで車両の走行状態が不安
定である旨を出力して今回の処理を終了する。

【００７４】この場合、車両の走行状態を推定する因子
に、各車輪の車輪荷重が反映されているため、車両の積
載状態等が変化した場合においても、常に高い推定精度
を維持することができる。また、ＥＣＵ２０が設定する
タイヤモデルには、現実の車両の運動状態が反映されて
いるため、タイヤの空気圧、溝深さ、路面μ等が変動す
れば、それらの変動状況が適宜タイヤモデルに反映され
る。このため、本実施例の車両状態推定装置によれば、
車両の走行条件の変化に追従して変動する適切なタイヤ
モデルに基づいた状態推定が行われることになり、常に
高い精度をもって車両状態を推定することができる。

【００７５】ところで、上記実施例は、車輪の特性値と
してコーナリングフォースＣ_F に着目し、コーナリング
フォースＣ_F についてタイヤモデルを設定する構成とし
ているが、車輪の特性値はこれに限るものではなく、例
えば車両前後方向に発生する車輪の前後力、又は車輪を
直進方向に向かわせる復元トルク等を特性値として捕ら
え、それらについてタイヤモデルを設定することも可能
である。

【００７６】尚、上記実施例においては、操舵各センサ
１０が前記した操舵角検出手段Ｍ１に、車速センサ１２
が前記した車速検出手段Ｍ２に、フリージャイロ１４が
前記した車両挙動検出手段Ｍ３に、また、荷重センサ１
６ａ〜１６ｄが前記した荷重検出手段Ｍ４にそれぞれ相
当している。

【００７７】また、ＥＣＵ２０が上記図４に示す４輪車
の等価的な２輪車モデルを用いて車輪のスリップ角βを
推定することにより前記したスリップ角推定手段Ｍ５
が、また、車輪のコーナリングフォースＣ_F を推定する
ことにより特性値推定手段Ｍ６が実現されている。

【００７８】更に、それらの推定値を基に、ＥＣＵ２０
が上記図１０に示す特性曲線同定ルーチン、及び上記図
１１に示すタイヤモデル設定ルーチンを実行することに
より前記したタイヤモデル設定手段Ｍ７が、上記図１２
に示す車両状態推定ルーチンを実行することで、前記し
た車両状態推定手段Ｍ８がそれぞれ実現されている。

【００７９】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、タイヤモ
デル設定手段において、車輪状態や路面μの変動が適宜
反映されたタイヤモデル、すなわち、車輪荷重に対する
特性値とスリップ角との関係を設定することができる。

【００８０】このため、本発明に係る車両状態推定装置
によれば、現実の車輪荷重に対応し、また、車輪状態や
路面μの変動が反映された特性値とスリップ角との関係
に基づいて車輪のグリップ状態を判断することができ、
車両の走行中において常に精度良く車両の走行状態を推
定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車両状態推定装置の原理構成図で
ある。

【図２】本発明の一実施例である車両状態推定装置を構
成する各種センサの搭載状態を表す斜視図である。

【図３】本実施例の車両状態推定装置のブロック構成図
である。

【図４】本実施例において車輪のスリップ角β及びコー
ナリングフォースＣ_F を推定するために用いる４輪車の
等価的な２輪車モデルである。

【図５】車輪のスリップ角βとコーナリングフォースＣ
_F との関係を表す特性曲線の一例である。

【図６】車輪のスリップ角βとコーナリングフォースＣ
_F との関係を表す特性曲線を、変換座標上に表した場合
の一例である。

【図７】本実施例の車両状態推定装置において実測値に
基づいて同定された特性曲線の一例である。

【図８】車輪のスリップ角βとコーナリングフォースＣ
_F との関係を表す一般形である。

【図９】本実施例に車両状態推定装置において設定され
るタイヤモデルの一例である。

【図１０】本実施例において実行される特性曲線同定ル
ーチンの一例のフローチャートである。

【図１１】本実施例において実行されるタイヤモデル設
定ルーチンの一例のフローチャートである。

【図１２】本実施例において実行される車両状態推定ル
ーチンの一例のフローチャートである。

【符号の説明】

Ｍ１ 操舵角検出手段 Ｍ２ 車速検出手段 Ｍ３ 車両挙動検出手段 Ｍ４ 荷重検出手段 Ｍ５ スリップ角推定手段 Ｍ６ 特性値推定手段 Ｍ７ タイヤモデル設定手段 Ｍ８ 車両状態推定手段 １０ 操舵角センサ １２ 車速センサ １４ フリージャイロ １４ａ ヨーレートセンサ １４ｂ 横加速度センサ １６ａ〜１６ｄ 荷重センサ ２０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６２Ｄ 113:00 137:00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操舵角を検出する操舵角検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 車両挙動を検出する車両挙動検出手段と、 車両荷重を検出する荷重検出手段と、 操舵角、車速、及び車両挙動に基づいて車輪のスリップ
   角を推定するスリップ角推定手段と、 操舵角、車速、及び車両挙動に基づいて車輪の特性値を
   推定する特性値推定手段と、 前記スリップ角推定手段の推定結果、前記特性値推定手
   段の推定結果、及び前記荷重検出手段の検出結果に基づ
   いて、任意の車輪荷重に対する特性値とスリップ角の関
   係を表すタイヤモデルを設定するタイヤモデル設定手段
   と、 該タイヤモデル設定手段が設定したタイヤモデルに基づ
   いて車両状態を推定する車両状態推定手段とを備えるこ
   とを特徴とする車両状態推定装置。