JP3645099B2 - 車両の重心移動速度推定演算装置 - Google Patents
車両の重心移動速度推定演算装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の姿勢安定制御に関する。本発明は、ヨーあるいはロールなど走行中の車両の挙動に基づいて、車両の姿勢を安定な方向に自動的に制御する装置に利用する。本発明は、例えば、車両が走行中に横すべり状態になる可能性があることを自動的に検知演算して、全部または一部の車輪のブレーキ圧力を自動的に制御することにより、その車両を横すべりが生じる可能性の小さい状態に回復させる自動制御装置に利用することができる。本発明は、例えば高速走行中の大きいハンドル操作など、車両の特性を越える運転操作により車両が運転者の意図しない挙動に達したときに自動的に安定な状態を回復させる姿勢制御に関する。本発明は、バス・トラックなど商業車両の横転防止に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からブレーキの電子制御装置や車両安定化制御装置（ＶＳＣ、Vehicle Stability Control)などが知られている。ブレーキにかかわる電子制御装置の代表的なシステムはＡＢＳ（Antilock Brake System)である。これは車輪に回転センサを設けて車輪回転を検出し、ブレーキ圧力が大きいときに車輪回転が停止すると、車輪と路面との間にスリップがあったものとして、ブレーキ圧力を断続制御するものである。ＡＢＳは乗用車あるいは貨物車に広く普及し、ブレーキをかけながらもハンドルがきく装置として広く知られるところとなった。車両安定化制御装置（ＶＳＣ）の代表的な装置としては、横すべり防止装置が知られている。これは、運転者が操作入力する操舵角（ハンドル角度）から、運転者が進もうとしている針路を読取り、その針路に対して車速が大きすぎると、運転者がブレーキペダルを踏まなくとも自動的に減速のための制御がなされ、さらに針路から外れないように左右のブレーキ圧力を配分するなどの制御が行われる装置である。
【０００３】
すでに知られている車両姿勢安定化装置（ＶＳＣ）（特開昭６３−２７９９７６号公報、特開平２−１１２７５５号公報など）をさらに説明すると、車両の走行中に運転者が操舵を行うと、車両の向きが変化し車両にロールが生じる。このとき操舵による旋回内輪のタイヤが路面のグリップ限界を越えると、内輪がいわゆるホイール・リフト傾向となり、車両が横すべりをはじめる。例えば、直線走行状態から運転者が左に操舵を行うと車両は右に傾斜する。このとき、正常な状態ではその操舵に応じて車両が旋回するが、走行速度に対して操舵の速さが大きすぎると、車両は右に傾斜しながら左車輪が浮きぎみな状態となり、運転者の意図する方向より右寄りに進行することになる。このような車両の挙動は、走行レーンの逸脱や、極端な場合には車両の横転を招く原因となる。
【０００４】
通常走行状態において、操舵の大きさと速さ、車両の速度、車両の横移動の速さ、および車両の向きの変化の速さ（ヨーレイト、垂直軸まわりの車両の回転加速度）を検出して演算することにより、車輪の横すべり開始点または内輪のホイールリフト開始点を予測し、横すべりあるいはホイールリフトが始まる前に車輪のブレーキ圧力を制御する装置が開発された。この車輪のブレーキ圧力制御は、必ずしも全輪同一のブレーキ圧力ではなく、一つの車輪について大きいあるいは小さいブレーキ圧力を印加して、車両の横すべりを防止するものである。このような装置は、原理的な構造や設計のみならず、経済性および耐久性などもよく検討され、乗用車については市販品に実装される段階に達した。
【０００５】
このような従来例装置は、現在の操舵および制動を含む運転操作に係るパラメータと、現在の車両の挙動に係るパラメータから、すなわち現時点のパラメータからヨーレイトを演算し、これがあらかじめその車両について設定記憶された横すべりの可能性があるヨーレイトに達すると判定されたときに、自動的に車両のブレーキ圧力を制御するように構成されている。この横すべりの可能性は、運転操作入力および各種センサ出力である車両の挙動データから伝達関数による演算が実行される。
【０００６】
従来の伝達関数演算装置ではこの伝達関数による演算は、高速フーリエ演算が広く用いられている演算方法である。すなわち操作入力についてのデータおよび挙動データを周波数分解し、フーリエ関数を利用して応答を近似演算するものである。高速フーリエ演算は、コンピュータ装置にインストールして利用できる汎用のアナライザが簡単に入手できるなど便利な点がある。
【０００７】
従来の姿勢制御装置を図３ないし図５を参照して説明する。図３は従来の姿勢制御の全体構成例を示す図である。車両１は姿勢制御装置の被制御対象である。車両１には、操舵、制動、加速、その他運転操作入力が与えられ、それに対する応答が車両の挙動である。この車両１には姿勢制御装置２が搭載される。そしてこの姿勢制御装置２は車両安定化制御装置（ＶＳＣ）３および電子制御制動装置４を含む。この電子制御制動装置４は従来のＡＢＳ手段に代表される装置である。
【０００８】
その車両の挙動をデータとして観測するために、その車両１に搭載されたセンサ類１１からは挙動データが出力される。挙動データは、速度、横方向加速度、ヨーレイト、ロールレイト、車輪回転情報、その他である。
【０００９】
車両安定化制御装置３は、運転操作入力および挙動データを入力として、車両の挙動を予測演算し、その結果を電子制御制動装置４に与える。電子制御制動装置４は、同じく運転操作入力および挙動データを取込み、それに加えて車両安定化制御装置（ＶＳＣ）３の出力を取込み、車両１に対する運転操作入力および外乱入力に対する安全方向への自動制御出力を送出し、これは修正入力となる。
【００１０】
図４は従来の姿勢制御装置のシステム構成図である。制御装置５１はプログラム制御されるコンピュータ回路を含む車両に搭載された電子装置であり、車両の運転操作入力およびその車両の挙動データを入力としその車両の運動状態を演算出力する車両安定化制御装置（ＶＳＣ）と、この車両安定化制御装置の演算出力にしたがって運転操作入力および外乱入力を安全側に修正する修正入力をその車両に与える制御手段とを含む。
【００１１】
この車両にはヨーレイトセンサ５２、横方向加速度センサ５３、ロールレイトセンサ６０、および前後方向加速度センサ６１が実装され、これらの各検出出力は制御装置５１に接続されている。４個の車輪５４にはそれぞれ車輪回転センサ５５が取付けられ、これらの検出出力も制御装置５１に接続される。ブレーキ・ブースタ・アクチュエータ５６にはブレーキ圧センサ５７が取付けられ、この検出出力は同じく制御装置５１に接続される。操舵ハンドル５８には操舵角センサ５９が取付けられ、その出力は制御装置５１に接続される。内燃機関を制御するガバナ６２にはガバナセンサ６３が組み込まれ、ガバナ６２の状態を検出しその検出出力は制御装置５１に接続される。図５は前記各センサの車両への実装例を示す斜視図である。図４および図５には２軸構造の車両が示されているが、大型車両の場合には３軸あるいは４軸構造が用いられる。
【００１２】
このような車両の姿勢制御を行う装置では、車両の重心位置はきわめて重要なパラメータである。大型貨物自動車に代表される大型商業車両では、積荷の状態によってその重心位置が変化する。バスの場合には、特に路線バスでは、乗客の乗り降りにより車両の重心位置が変化する。車両の横転防止をはかる姿勢制御に関しては、車両の重心高さが重要なパラメータになる。
【００１３】
従来、車両の重心は静的に計測することができるが、走行状態でリアルタイムに計測する方法はない。すなわち、重心位置を計測しようとする車両を水平な路面に停車させた状態で各車輪の荷重分担を計測し、つぎにその車両を前後方向に勾配のある路面および左右方向に勾配のある路面に移動させて、各車輪の荷重分担を計測することにより、重心高さを含む重心位置を三次元的に計測することができる。
【００１４】
そこで、本願出願人は、特願平１０−１１５６０１号あるいは特願平１０−１１５６２２号（いずれも本願出願時に未公開、以降、先願という）により、このような姿勢制御装置に用いるために、リアルタイムで重心位置およびその高さを推定演算するための装置を提案した。すなわち、この先願は、車両の右左折または車線変更のときの操舵角およびその際発生するロール角にしたがって重心高さを求めるものである。ロールを含む自由度を持つ力学モデルの操舵角に対するロールの伝達関数と、実車より採取されるデータよりＡＲ法（自己回帰法）を用いて求められる操舵角に対するロールの伝達関数とは相等しいということから、係数比較を行い重心高さの導出を試みるものである。
【００１５】
ここで、ＡＲ法とは、現在のデータを得るために、過去のデータに重み係数をかけて逆上って演算を行う方法である。一般にＡＲ法と高速フーリエ演算法（ＦＦＴ）を比較すると、ＦＦＴでは汎用のアナライザが簡単に入手できること、計算が開始されると演算は短時間で完結すること、などの利点があるが、周波数の低い（周期の長い）成分に対して適正な分解能を得るためには、その周期の２倍ほどの時間にわたるデータが必要である。例えば大型車両の挙動データには、百分の１ヘルツ（周期百秒）というような周波数成分が含まれているので、実時間により演算ができないことになる。これに対してＡＲ法では、過去のデータに重み係数をかけて逆上って演算を行うので、相応の結果が逐一得られることになり実時間制御のための演算として適している。また、ＦＦＴ法ではデータの数が２の冪乗、すなわち２n でなければならないが、ＡＲ法ではデータの数に制約がなくその時点毎に保持するデータを用いて演算できるから自由度が大きくなる。またＦＦＴ法ではクローズド・ループ、すなわち演算結果が挙動データに直ちに帰還されるループ制御を行うような場合の演算が原理的に不可能であるが、ＡＲ法ではクローズド・ループ演算に適するものであり、自動車の姿勢制御のようにつねにループ制御が行われている装置では有利である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
先願では重心位置およびその高さをリアルタイムで求める技術を提案したが、重心移動速度を求めることについては言及していない。重心移動速度は車輪のスリップ等を制御する際に重要なパラメータである。この重心移動速度は、車両が旋回するとき、あるいは、加速または減速するときに、重心位置が移動する速度のことをいう。
【００１７】
先願の重心位置および高さの推定演算では、車速を求めるために、前輪の左右車輪回転速度の平均値を車速として採用している。しかし、旋回中の車速を求める場合にも直進中と同じように、単に、前輪の左右の車輪回転速度の平均値を求めるとしたら、フロントアクスルから重心位置の距離分のズレを生じ、各輪のスリップ率を制御する際に誤動作を生じる結果となる。さらに、前述した車両安定化装置（ＶＳＣ）を搭載している場合には、旋回時のブレーキが左右の車輪に対してそれぞれ独立に効くことがあり、車速の演算に誤差を生じる可能性が大きい。
【００１８】
そこで、正確な車速データを得るために、現在の車両の状況に適合した最適な車輪回転センサの出力を切替選択することが要求される。
【００１９】
本発明はこのような背景に行われたものであって、誤差の少ない重心移動速度を推定演算することができる重心移動速度推定演算装置を提供することを目的とする。本発明は、大型車両とくに商業車に適する姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、挙動データに低い周波数成分が多く含まれる大型車両に適応するための姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、積荷あるいは乗客の状態が変化する車両に適応するための姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、積荷あるいは乗客の状態が変化しても、車両モデルが自動的に追従する姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、車両の特性を越えた運転制御による大型自動車の走行レーンからの逸脱防止および横転防止を目的とする。本発明は、車両の重心高さをリアルタイムに推定することができる装置を提供することを目的とする。本発明は、車両の姿勢制御装置の制御精度を向上させることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、幾何モデルにより各輪の車輪速より重心の前後左右速度をヨーレイト、操舵角およびＶＳＣの作動状況を加味して推定することを特徴とする。すなわち、重心移動速度を推定する基準となる車輪を操舵角、ヨーレイト、ＶＳＣ作動状況に合わせて切替えることを特徴とする。
【００２１】
すなわち、本発明は車両の重心移動速度推定演算装置であって、車輪毎の回転速度をそれぞれ検出する車輪回転センサと、この車輪回転センサにより検出された車輪の回転速度にしたがって車速を演算する手段と、この車速を演算する手段により演算された車速にしたがって車両の重心移動速度を推定演算する手段とを備えた車両の重心移動速度推定演算装置である。
【００２２】
ここで、本発明の特徴とするところは、車両の操舵角およびヨーレイトおよび車両安定化装置の状況を検出する手段と、この検出する手段の検出結果にしたがって前記車速を演算する手段に入力される前記車輪回転センサの出力を切替選択する手段とを備えたところにある。これにより、誤差の少ない重心移動速度を推定演算することができる。
【００２３】
前記切替選択する手段は、前記状況を検出する手段の検出結果にしたがって前記操舵角が所定値以下を示すとき左右前輪に設けられた車輪回転センサの出力を選択する手段を含むことが望ましい。この所定値は、例えば、操舵角の遊びの範囲であり、操舵角が所定値以下を示すときには、車両は直進状態であると判定することができるので、左右前輪の車輪回転速度の平均値により車速を演算することが適当である。
【００２４】
また、前記切替選択する手段は、前記状況を検出する手段の検出結果にしたがって前記車両安定化装置が作動中であるとき当該車両安定化装置による制動を受けない側の前後輪に設けられた車輪回転センサの出力を選択する手段を含むことが望ましい。車両安定化装置は、左右輪を独立に制動制御することができる。このとき、制動制御が行われている側の車輪では、スリップが発生している可能性もある。したがって、制動制御を行っていない側の車輪についてその車輪回転センサの出力を選択することにより、正確な車速を演算することができる。
【００２５】
さらに、前記切替選択する手段は、前記状況を検出する手段の検出結果にしたがってヨーレイトが左旋回を示すとき左側の前後輪に設けられた車輪回転センサの出力を選択しヨーレイトが右旋回を示すとき右側の前後輪に設けられた車輪回転センサの出力を選択する手段を含むことが望ましい。ヨーレイトを監視することにより、旋回方向を検出し、旋回方向の内側となる車輪の車輪回転センサを選択することにより、重心移動方向側の車輪回転速度を得ることができる。したがって、旋回方向の外側となる車輪の車輪回転センサを選択した場合と比較して重心移動速度推定演算結果の誤差を小さくすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図１を参照して説明する。図１は本発明実施例の幾何モデルを示す図である。なお、全体構成は図３ないし図５と共通である。
【００２７】
本発明は車両の重心移動速度推定演算装置であって、図４および図５に示すように、車輪毎の回転速度をそれぞれ検出する車輪回転センサ５５と、この車輪回転センサ５５により検出された車輪の回転速度にしたがって車速を演算する手段である制御装置５１とを備え、さらに、この制御装置５１は、演算された車速にしたがって車両の重心移動速度を推定演算する車両の重心移動速度推定演算装置である。
【００２８】
ここで、本発明の特徴とするところは、制御装置５１は、車両の操舵角およびヨーレイトおよび自己に内蔵されている車両安定化制御装置３の状況を検出し、この検出結果にしたがって自己に入力される車輪回転センサ５５の出力を切替選択するところにある。
【００２９】
制御装置５１は、前記操舵角が所定値以下を示すとき左右前輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。また、車両安定化制御装置３が作動中であるとき当該車両安定化制御装置３による制動を受けない側の前後輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。さらに、ヨーレイトセンサ５２の出力を監視し、ヨーレイトが左旋回を示すとき左側の前後輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択しヨーレイトが右旋回を示すとき右側の前後輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。
【００３０】
【実施例】
本発明実施例を図１および図２を参照して説明する。図２は本発明実施例の動作を示すフローチャートである。図１に示すように幾何モデルを用い、重心の前後速度Ｖｘ、左右速度Ｖｙとしたときの重心に対する車輪位置を基準にヨーレイトおよびタイヤ切れ角による各輪の前後左右車輪回転速度の変動分を加味し、各輪の車輪回転速度を求める式（１）〜（４）を示す。
【００３１】
【数１】
この式（１）および式（３）を展開すれば、右側ブレーキング時は左側の前後車輪回転速度より、重心の速度Ｖｘ、Ｖｙは式（５）および式（６）のように求まる。
【００３２】
式（３）より、
【００３３】
【数２】
同様に、この式（２）および式（４）を展開すれば、左側ブレーキング時は右側の前後車輪回転速度より、重心の速度Ｖｘ、Ｖｙは式（７）および式（８）のように求まる。
【００３４】
式（４）より、
【００３５】
【数３】
これを実車の制御に適用する場合には、ハンドルの遊びの除去および旋回内輪の判定、ＶＳＣ制御の判定により車速推定輪を切替えるロジックが必要であり、これを図２に示す。図２に示すように、操舵角が±５°以上か否かを判定し（Ｓ１）、±５°以下であれば車両はほぼ直進状態であり、前車輪の左右回転速度の平均値を車速とする（Ｓ２）。したがって、制御装置５１は、前左右輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。また、±５°以上であれば、車両は旋回状態であり、ＶＳＣが動作中か否かを判定し（Ｓ３）、ＶＳＣが作動中であれば、ＶＳＣ非作動側の前後車輪回転速度より車速を推定する（Ｓ４）。したがって、制御装置５１は、右前後輪または左前後輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。このとき、式（５）、（６）または式（７）、（８）を用いる。また、ＶＳＣが作動中でなければ、ヨーレイトの符号を判定する（Ｓ５）。このときヨーレイトの符号が正であれば左旋回中であり、左（内輪側）前後車輪回転速度により車速を推定する（Ｓ６）。したがって、制御装置５１は、左前後輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。このとき、式（５）、（６）を用いる。ヨーレイトの符号が負であれば右旋回中であり、右（内輪側）前後車輪回転速度により車速を推定する（Ｓ７）。したがって、制御装置５１は、右前後輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。このとき、式（７）、（８）を用いる。このようにして求めた前後方向の重心移動速度Ｖｘおよび左右方向の重心移動速度Ｖｙにしたがって、
重心移動速度Ｖ＝√（Ｖｘ2 ＋Ｖｙ2 ）
を求めることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誤差の少ない重心移動速度を推定演算することができる。大型車両とくに商業車に適する姿勢制御装置を実現することができる。挙動データに低い周波数成分が多く含まれる大型車両に適応するための姿勢制御装置を実現することができる。積荷あるいは乗客の状態が変化する車両に適応するための姿勢制御装置を実現することができる。積荷あるいは乗客の状態が変化しても、車両モデルが自動的に追従する姿勢制御装置を実現することができる。車両の特性を越えた運転制御による大型自動車の走行レーンからの逸脱防止および横転防止を行うことができる。車両の重心高さをリアルタイムに推定することができる。車両の姿勢制御装置の制御精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の幾何モデルを示す図。
【図２】本発明実施例の動作を示すフローチャート。
【図３】従来の姿勢制御の全体構成例を示す図。
【図４】従来の姿勢制御装置のシステム構成図。
【図５】前記各センサの車両への実装例を示す斜視図。
【符号の説明】
１ 車両
２ 姿勢制御装置
３ 車両安定化制御装置（ＶＳＣ）
４ 電子制御制動装置 （ＥＢＳ）
５ オブザーバ
６ 数値モデル
７ 演算手段
８ 評価手段
９ 制御量演算手段
１１ センサ類
５１ 制御装置
５２ ヨーレイトセンサ
５３ 横方向加速度センサ
５４ 車輪
５５ 車輪回転センサ
５６ ブレーキ・ブースタ・アクチュエータ
５７ ブレーキ圧センサ
５８ 操舵ハンドル
５９ 操舵角センサ
６０ ロールレイトセンサ
６１ 前後方向加速度センサ
６２ ガバナ
６３ ガバナセンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車の姿勢安定制御に関する。本発明は、ヨーあるいはロールなど走行中の車両の挙動に基づいて、車両の姿勢を安定な方向に自動的に制御する装置に利用する。本発明は、例えば、車両が走行中に横すべり状態になる可能性があることを自動的に検知演算して、全部または一部の車輪のブレーキ圧力を自動的に制御することにより、その車両を横すべりが生じる可能性の小さい状態に回復させる自動制御装置に利用することができる。本発明は、例えば高速走行中の大きいハンドル操作など、車両の特性を越える運転操作により車両が運転者の意図しない挙動に達したときに自動的に安定な状態を回復させる姿勢制御に関する。本発明は、バス・トラックなど商業車両の横転防止に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からブレーキの電子制御装置や車両安定化制御装置（ＶＳＣ、Vehicle Stability Control)などが知られている。ブレーキにかかわる電子制御装置の代表的なシステムはＡＢＳ（Antilock Brake System)である。これは車輪に回転センサを設けて車輪回転を検出し、ブレーキ圧力が大きいときに車輪回転が停止すると、車輪と路面との間にスリップがあったものとして、ブレーキ圧力を断続制御するものである。ＡＢＳは乗用車あるいは貨物車に広く普及し、ブレーキをかけながらもハンドルがきく装置として広く知られるところとなった。車両安定化制御装置（ＶＳＣ）の代表的な装置としては、横すべり防止装置が知られている。これは、運転者が操作入力する操舵角（ハンドル角度）から、運転者が進もうとしている針路を読取り、その針路に対して車速が大きすぎると、運転者がブレーキペダルを踏まなくとも自動的に減速のための制御がなされ、さらに針路から外れないように左右のブレーキ圧力を配分するなどの制御が行われる装置である。
【０００３】
すでに知られている車両姿勢安定化装置（ＶＳＣ）（特開昭６３−２７９９７６号公報、特開平２−１１２７５５号公報など）をさらに説明すると、車両の走行中に運転者が操舵を行うと、車両の向きが変化し車両にロールが生じる。このとき操舵による旋回内輪のタイヤが路面のグリップ限界を越えると、内輪がいわゆるホイール・リフト傾向となり、車両が横すべりをはじめる。例えば、直線走行状態から運転者が左に操舵を行うと車両は右に傾斜する。このとき、正常な状態ではその操舵に応じて車両が旋回するが、走行速度に対して操舵の速さが大きすぎると、車両は右に傾斜しながら左車輪が浮きぎみな状態となり、運転者の意図する方向より右寄りに進行することになる。このような車両の挙動は、走行レーンの逸脱や、極端な場合には車両の横転を招く原因となる。
【０００４】
通常走行状態において、操舵の大きさと速さ、車両の速度、車両の横移動の速さ、および車両の向きの変化の速さ（ヨーレイト、垂直軸まわりの車両の回転加速度）を検出して演算することにより、車輪の横すべり開始点または内輪のホイールリフト開始点を予測し、横すべりあるいはホイールリフトが始まる前に車輪のブレーキ圧力を制御する装置が開発された。この車輪のブレーキ圧力制御は、必ずしも全輪同一のブレーキ圧力ではなく、一つの車輪について大きいあるいは小さいブレーキ圧力を印加して、車両の横すべりを防止するものである。このような装置は、原理的な構造や設計のみならず、経済性および耐久性などもよく検討され、乗用車については市販品に実装される段階に達した。
【０００５】
このような従来例装置は、現在の操舵および制動を含む運転操作に係るパラメータと、現在の車両の挙動に係るパラメータから、すなわち現時点のパラメータからヨーレイトを演算し、これがあらかじめその車両について設定記憶された横すべりの可能性があるヨーレイトに達すると判定されたときに、自動的に車両のブレーキ圧力を制御するように構成されている。この横すべりの可能性は、運転操作入力および各種センサ出力である車両の挙動データから伝達関数による演算が実行される。
【０００６】
従来の伝達関数演算装置ではこの伝達関数による演算は、高速フーリエ演算が広く用いられている演算方法である。すなわち操作入力についてのデータおよび挙動データを周波数分解し、フーリエ関数を利用して応答を近似演算するものである。高速フーリエ演算は、コンピュータ装置にインストールして利用できる汎用のアナライザが簡単に入手できるなど便利な点がある。
【０００７】
従来の姿勢制御装置を図３ないし図５を参照して説明する。図３は従来の姿勢制御の全体構成例を示す図である。車両１は姿勢制御装置の被制御対象である。車両１には、操舵、制動、加速、その他運転操作入力が与えられ、それに対する応答が車両の挙動である。この車両１には姿勢制御装置２が搭載される。そしてこの姿勢制御装置２は車両安定化制御装置（ＶＳＣ）３および電子制御制動装置４を含む。この電子制御制動装置４は従来のＡＢＳ手段に代表される装置である。
【０００８】
その車両の挙動をデータとして観測するために、その車両１に搭載されたセンサ類１１からは挙動データが出力される。挙動データは、速度、横方向加速度、ヨーレイト、ロールレイト、車輪回転情報、その他である。
【０００９】
車両安定化制御装置３は、運転操作入力および挙動データを入力として、車両の挙動を予測演算し、その結果を電子制御制動装置４に与える。電子制御制動装置４は、同じく運転操作入力および挙動データを取込み、それに加えて車両安定化制御装置（ＶＳＣ）３の出力を取込み、車両１に対する運転操作入力および外乱入力に対する安全方向への自動制御出力を送出し、これは修正入力となる。
【００１０】
図４は従来の姿勢制御装置のシステム構成図である。制御装置５１はプログラム制御されるコンピュータ回路を含む車両に搭載された電子装置であり、車両の運転操作入力およびその車両の挙動データを入力としその車両の運動状態を演算出力する車両安定化制御装置（ＶＳＣ）と、この車両安定化制御装置の演算出力にしたがって運転操作入力および外乱入力を安全側に修正する修正入力をその車両に与える制御手段とを含む。
【００１１】
この車両にはヨーレイトセンサ５２、横方向加速度センサ５３、ロールレイトセンサ６０、および前後方向加速度センサ６１が実装され、これらの各検出出力は制御装置５１に接続されている。４個の車輪５４にはそれぞれ車輪回転センサ５５が取付けられ、これらの検出出力も制御装置５１に接続される。ブレーキ・ブースタ・アクチュエータ５６にはブレーキ圧センサ５７が取付けられ、この検出出力は同じく制御装置５１に接続される。操舵ハンドル５８には操舵角センサ５９が取付けられ、その出力は制御装置５１に接続される。内燃機関を制御するガバナ６２にはガバナセンサ６３が組み込まれ、ガバナ６２の状態を検出しその検出出力は制御装置５１に接続される。図５は前記各センサの車両への実装例を示す斜視図である。図４および図５には２軸構造の車両が示されているが、大型車両の場合には３軸あるいは４軸構造が用いられる。
【００１２】
このような車両の姿勢制御を行う装置では、車両の重心位置はきわめて重要なパラメータである。大型貨物自動車に代表される大型商業車両では、積荷の状態によってその重心位置が変化する。バスの場合には、特に路線バスでは、乗客の乗り降りにより車両の重心位置が変化する。車両の横転防止をはかる姿勢制御に関しては、車両の重心高さが重要なパラメータになる。
【００１３】
従来、車両の重心は静的に計測することができるが、走行状態でリアルタイムに計測する方法はない。すなわち、重心位置を計測しようとする車両を水平な路面に停車させた状態で各車輪の荷重分担を計測し、つぎにその車両を前後方向に勾配のある路面および左右方向に勾配のある路面に移動させて、各車輪の荷重分担を計測することにより、重心高さを含む重心位置を三次元的に計測することができる。
【００１４】
そこで、本願出願人は、特願平１０−１１５６０１号あるいは特願平１０−１１５６２２号（いずれも本願出願時に未公開、以降、先願という）により、このような姿勢制御装置に用いるために、リアルタイムで重心位置およびその高さを推定演算するための装置を提案した。すなわち、この先願は、車両の右左折または車線変更のときの操舵角およびその際発生するロール角にしたがって重心高さを求めるものである。ロールを含む自由度を持つ力学モデルの操舵角に対するロールの伝達関数と、実車より採取されるデータよりＡＲ法（自己回帰法）を用いて求められる操舵角に対するロールの伝達関数とは相等しいということから、係数比較を行い重心高さの導出を試みるものである。
【００１５】
ここで、ＡＲ法とは、現在のデータを得るために、過去のデータに重み係数をかけて逆上って演算を行う方法である。一般にＡＲ法と高速フーリエ演算法（ＦＦＴ）を比較すると、ＦＦＴでは汎用のアナライザが簡単に入手できること、計算が開始されると演算は短時間で完結すること、などの利点があるが、周波数の低い（周期の長い）成分に対して適正な分解能を得るためには、その周期の２倍ほどの時間にわたるデータが必要である。例えば大型車両の挙動データには、百分の１ヘルツ（周期百秒）というような周波数成分が含まれているので、実時間により演算ができないことになる。これに対してＡＲ法では、過去のデータに重み係数をかけて逆上って演算を行うので、相応の結果が逐一得られることになり実時間制御のための演算として適している。また、ＦＦＴ法ではデータの数が２の冪乗、すなわち２n でなければならないが、ＡＲ法ではデータの数に制約がなくその時点毎に保持するデータを用いて演算できるから自由度が大きくなる。またＦＦＴ法ではクローズド・ループ、すなわち演算結果が挙動データに直ちに帰還されるループ制御を行うような場合の演算が原理的に不可能であるが、ＡＲ法ではクローズド・ループ演算に適するものであり、自動車の姿勢制御のようにつねにループ制御が行われている装置では有利である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
先願では重心位置およびその高さをリアルタイムで求める技術を提案したが、重心移動速度を求めることについては言及していない。重心移動速度は車輪のスリップ等を制御する際に重要なパラメータである。この重心移動速度は、車両が旋回するとき、あるいは、加速または減速するときに、重心位置が移動する速度のことをいう。
【００１７】
先願の重心位置および高さの推定演算では、車速を求めるために、前輪の左右車輪回転速度の平均値を車速として採用している。しかし、旋回中の車速を求める場合にも直進中と同じように、単に、前輪の左右の車輪回転速度の平均値を求めるとしたら、フロントアクスルから重心位置の距離分のズレを生じ、各輪のスリップ率を制御する際に誤動作を生じる結果となる。さらに、前述した車両安定化装置（ＶＳＣ）を搭載している場合には、旋回時のブレーキが左右の車輪に対してそれぞれ独立に効くことがあり、車速の演算に誤差を生じる可能性が大きい。
【００１８】
そこで、正確な車速データを得るために、現在の車両の状況に適合した最適な車輪回転センサの出力を切替選択することが要求される。
【００１９】
本発明はこのような背景に行われたものであって、誤差の少ない重心移動速度を推定演算することができる重心移動速度推定演算装置を提供することを目的とする。本発明は、大型車両とくに商業車に適する姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、挙動データに低い周波数成分が多く含まれる大型車両に適応するための姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、積荷あるいは乗客の状態が変化する車両に適応するための姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、積荷あるいは乗客の状態が変化しても、車両モデルが自動的に追従する姿勢制御装置を提供することを目的とする。本発明は、車両の特性を越えた運転制御による大型自動車の走行レーンからの逸脱防止および横転防止を目的とする。本発明は、車両の重心高さをリアルタイムに推定することができる装置を提供することを目的とする。本発明は、車両の姿勢制御装置の制御精度を向上させることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、幾何モデルにより各輪の車輪速より重心の前後左右速度をヨーレイト、操舵角およびＶＳＣの作動状況を加味して推定することを特徴とする。すなわち、重心移動速度を推定する基準となる車輪を操舵角、ヨーレイト、ＶＳＣ作動状況に合わせて切替えることを特徴とする。
【００２１】
すなわち、本発明は車両の重心移動速度推定演算装置であって、車輪毎の回転速度をそれぞれ検出する車輪回転センサと、この車輪回転センサにより検出された車輪の回転速度にしたがって車速を演算する手段と、この車速を演算する手段により演算された車速にしたがって車両の重心移動速度を推定演算する手段とを備えた車両の重心移動速度推定演算装置である。
【００２２】
ここで、本発明の特徴とするところは、車両の操舵角およびヨーレイトおよび車両安定化装置の状況を検出する手段と、この検出する手段の検出結果にしたがって前記車速を演算する手段に入力される前記車輪回転センサの出力を切替選択する手段とを備えたところにある。これにより、誤差の少ない重心移動速度を推定演算することができる。
【００２３】
前記切替選択する手段は、前記状況を検出する手段の検出結果にしたがって前記操舵角が所定値以下を示すとき左右前輪に設けられた車輪回転センサの出力を選択する手段を含むことが望ましい。この所定値は、例えば、操舵角の遊びの範囲であり、操舵角が所定値以下を示すときには、車両は直進状態であると判定することができるので、左右前輪の車輪回転速度の平均値により車速を演算することが適当である。
【００２４】
また、前記切替選択する手段は、前記状況を検出する手段の検出結果にしたがって前記車両安定化装置が作動中であるとき当該車両安定化装置による制動を受けない側の前後輪に設けられた車輪回転センサの出力を選択する手段を含むことが望ましい。車両安定化装置は、左右輪を独立に制動制御することができる。このとき、制動制御が行われている側の車輪では、スリップが発生している可能性もある。したがって、制動制御を行っていない側の車輪についてその車輪回転センサの出力を選択することにより、正確な車速を演算することができる。
【００２５】
さらに、前記切替選択する手段は、前記状況を検出する手段の検出結果にしたがってヨーレイトが左旋回を示すとき左側の前後輪に設けられた車輪回転センサの出力を選択しヨーレイトが右旋回を示すとき右側の前後輪に設けられた車輪回転センサの出力を選択する手段を含むことが望ましい。ヨーレイトを監視することにより、旋回方向を検出し、旋回方向の内側となる車輪の車輪回転センサを選択することにより、重心移動方向側の車輪回転速度を得ることができる。したがって、旋回方向の外側となる車輪の車輪回転センサを選択した場合と比較して重心移動速度推定演算結果の誤差を小さくすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を図１を参照して説明する。図１は本発明実施例の幾何モデルを示す図である。なお、全体構成は図３ないし図５と共通である。
【００２７】
本発明は車両の重心移動速度推定演算装置であって、図４および図５に示すように、車輪毎の回転速度をそれぞれ検出する車輪回転センサ５５と、この車輪回転センサ５５により検出された車輪の回転速度にしたがって車速を演算する手段である制御装置５１とを備え、さらに、この制御装置５１は、演算された車速にしたがって車両の重心移動速度を推定演算する車両の重心移動速度推定演算装置である。
【００２８】
ここで、本発明の特徴とするところは、制御装置５１は、車両の操舵角およびヨーレイトおよび自己に内蔵されている車両安定化制御装置３の状況を検出し、この検出結果にしたがって自己に入力される車輪回転センサ５５の出力を切替選択するところにある。
【００２９】
制御装置５１は、前記操舵角が所定値以下を示すとき左右前輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。また、車両安定化制御装置３が作動中であるとき当該車両安定化制御装置３による制動を受けない側の前後輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。さらに、ヨーレイトセンサ５２の出力を監視し、ヨーレイトが左旋回を示すとき左側の前後輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択しヨーレイトが右旋回を示すとき右側の前後輪に設けられた車輪回転センサ５５の出力を選択する。
【００３０】
【実施例】
本発明実施例を図１および図２を参照して説明する。図２は本発明実施例の動作を示すフローチャートである。図１に示すように幾何モデルを用い、重心の前後速度Ｖｘ、左右速度Ｖｙとしたときの重心に対する車輪位置を基準にヨーレイトおよびタイヤ切れ角による各輪の前後左右車輪回転速度の変動分を加味し、各輪の車輪回転速度を求める式（１）〜（４）を示す。
【００３１】
【数１】
【００３２】
式（３）より、
【００３３】
【数２】
【００３４】
式（４）より、
【００３５】
【数３】
重心移動速度Ｖ＝√（Ｖｘ2 ＋Ｖｙ2 ）
を求めることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、誤差の少ない重心移動速度を推定演算することができる。大型車両とくに商業車に適する姿勢制御装置を実現することができる。挙動データに低い周波数成分が多く含まれる大型車両に適応するための姿勢制御装置を実現することができる。積荷あるいは乗客の状態が変化する車両に適応するための姿勢制御装置を実現することができる。積荷あるいは乗客の状態が変化しても、車両モデルが自動的に追従する姿勢制御装置を実現することができる。車両の特性を越えた運転制御による大型自動車の走行レーンからの逸脱防止および横転防止を行うことができる。車両の重心高さをリアルタイムに推定することができる。車両の姿勢制御装置の制御精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例の幾何モデルを示す図。
【図２】本発明実施例の動作を示すフローチャート。
【図３】従来の姿勢制御の全体構成例を示す図。
【図４】従来の姿勢制御装置のシステム構成図。
【図５】前記各センサの車両への実装例を示す斜視図。
【符号の説明】
１ 車両
２ 姿勢制御装置
３ 車両安定化制御装置（ＶＳＣ）
４ 電子制御制動装置 （ＥＢＳ）
５ オブザーバ
６ 数値モデル
７ 演算手段
８ 評価手段
９ 制御量演算手段
１１ センサ類
５１ 制御装置
５２ ヨーレイトセンサ
５３ 横方向加速度センサ
５４ 車輪
５５ 車輪回転センサ
５６ ブレーキ・ブースタ・アクチュエータ
５７ ブレーキ圧センサ
５８ 操舵ハンドル
５９ 操舵角センサ
６０ ロールレイトセンサ
６１ 前後方向加速度センサ
６２ ガバナ
６３ ガバナセンサ
Claims (4)
- 車輪毎の回転速度をそれぞれ検出する車輪回転センサと、この車輪回転センサにより検出された車輪の回転速度にしたがって車両の重心移動速度を推定演算する手段とを備えた車両の重心移動速度推定演算装置であり、
前記推定演算する手段は、
前後方向の重心移動速度をＶｘ、左右方向の重心移動速度をＶｙとするとき、
Ｖｘ＝Ｖｓｒｌ−ωＬ
Ｖｙ＝（Ｖｓｆｌ／ｓｉｎδｆｌ）−ωＡ−（Ｖｘ＋ωＬ）（１／ｔａｎδｆｌ）
または
Ｖｘ＝Ｖｓｒｒ＋ωＬ
Ｖｙ＝（Ｖｓｆｒ／ｓｉｎδｆｌ）−ωＡ−（Ｖｘ−ωＲ）（１／ｔａｎδｆｌ）
により演算する手段と、
車両の重心移動速度Ｖを
Ｖ＝√（Ｖｘ2＋Ｖｙ2）
として演算する手段と
を含み、
車両の操舵角およびヨーレイトおよび車両安定化装置の状況を検出する手段と、この検出する手段の検出結果にしたがって前記推定演算する手段に入力される前記車輪回転センサの出力が示す車輪回転速度を切替選択する手段とを備えた
ことを特徴とする車両の重心移動速度推定演算装置。
ただし、Ｖｓｆｌ：前左輪の車輪回転速度
Ｖｓｆｒ：前右輪の車輪回転速度
Ｖｓｒｌ：後左輪の車輪回転速度
Ｖｓｒｒ：後右輪の車輪回転速度
δｆｌ：操舵角
ω：旋回角度
Ｒ：重心位置を通り車体の前後方向に平行な直線から後右輪までの距離
Ｌ：重心位置を通り車体の前後方向に平行な直線から後左輪までの距離
Ａ：重心位置を通り車体の左右方向に平行な直線から前車軸までの距離
とする。 - 前記切替選択する手段は、前記状況を検出する手段の検出結果にしたがって前記操舵角が所定値以下を示すとき左右前輪に設けられた車輪回転センサの出力が示す車輪回転速度を選択する手段を含む請求項１記載の車両の重心移動速度推定演算装置。
- 前記切替選択する手段は、前記状況を検出する手段の検出結果にしたがって前記車両安定化装置が作動中であるとき当該車両安定化装置による制動を受けない側の前後輪に設けられた車輪回転センサの出力が示す車輪回転速度を選択する手段を含む請求項１記載の車両の重心移動速度推定演算装置。
- 前記切替選択する手段は、前記状況を検出する手段の検出結果にしたがってヨーレイトが左旋回を示すとき左側の前後輪に設けられた車輪回転センサの出力が示す車輪回転速度を選択し、ヨーレイトが右旋回を示すとき右側の前後輪に設けられた車輪回転センサの出力が示す車輪回転速度を選択する手段を含む請求項１記載の車両の重心移動速度推定演算装置。
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