JP5540641B2 - Tire condition estimation device - Google Patents

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Description

本発明は、自動車に適用されるタイヤ状態推定装置に関する。   The present invention relates to a tire state estimation device applied to an automobile.

タイヤ状態を推定する従来技術として、特許文献1に記載の技術などが知られている。この特許文献1では、セルフアライニングトルク(以下SATと記載)検出値と横方向状態量と縦方向状態量とから、タイヤ特性から導出されたマップを用いて、タイヤ状態を推定する。ここでのタイヤ状態とは、タイヤ力が限界に至るまでの余裕を表わすグリップ度という無次元量である。SATは、タイヤの転舵中心とタイヤ横力の着力点とがずれることによるタイヤの転舵中心まわりのトルクである。横方向状態量は、例えば、タイヤすべり角若しくはタイヤ横力を指し、前後方向状態量はタイヤ縦力を指す。   As a conventional technique for estimating a tire state, a technique described in Patent Document 1 is known. In Patent Document 1, a tire state is estimated using a map derived from tire characteristics from a self-aligning torque (hereinafter referred to as SAT) detection value, a lateral state quantity, and a longitudinal state quantity. Here, the tire state is a dimensionless quantity called a grip degree representing a margin until the tire force reaches a limit. The SAT is a torque around the turning center of the tire due to a deviation between the turning center of the tire and the point where the tire lateral force is applied. The lateral state quantity indicates, for example, a tire slip angle or a tire lateral force, and the front-rear direction quantity indicates a tire longitudinal force.

特許文献1では、SATを検出するためのセンサとそれに対応する電子回路が必要になり、車両原価を押し上げる要因となる。たとえば、SATを検出するために、転舵輪(操向輪)のタイロッドにはたらく軸力を検出するための軸力センサを取り付けることが考えられるが、現行車では一般的でない車両構成となるためコスト増加につながる。また、特許文献1では、タイヤ状態推定をするために横方向状態量としてタイヤすべり角もしくはタイヤ横力を必要とするが、これらを検出するためにはタイヤすべり角を検出する為のセンサやタイヤ横力センサ等の高価なセンサを必要とする。   In Patent Document 1, a sensor for detecting SAT and an electronic circuit corresponding to the sensor are required, which increases the vehicle cost. For example, in order to detect SAT, it is conceivable to install an axial force sensor for detecting the axial force acting on the tie rods of steered wheels (steering wheels). Leads to an increase. Further, in Patent Document 1, a tire slip angle or a tire lateral force is required as a lateral state quantity in order to estimate the tire state. In order to detect these, a sensor or tire for detecting the tire slip angle is required. An expensive sensor such as a lateral force sensor is required.

特許4213994号Japanese Patent No. 4213994

ここで、転舵輪(操向輪)のタイロッドにはたらく軸力は、例えば電動パワーステアリング等を備えた車両であれば、電動パワーステアリングのアシストモータの出力トルク(アシストトルク)等から推定することも可能である。しかしながら、一般的に市販されている車両の後輪などの、転舵機構を持たない輪(非操向輪)のSATは、軸力センサや横力センサ等の特殊なセンサを用いずに検出することが特に困難であり、タイヤ状態を精度よく推定できない可能性がある。このため、例えばこの推定タイヤ状態に基づいて車両運動制御を行った場合には、推定精度が十分に確保できないと制御性能が低下し、自動車の乗り心地が悪化する可能性がある。   Here, the axial force acting on the tie rod of the steered wheel (steering wheel) can be estimated from the output torque (assist torque) of the assist motor of the electric power steering, for example, if the vehicle is equipped with the electric power steering or the like. Is possible. However, the SAT of a wheel that does not have a steering mechanism (non-steered wheel) such as a rear wheel of a commercially available vehicle is detected without using a special sensor such as an axial force sensor or a lateral force sensor. It is particularly difficult to do so, and there is a possibility that the tire condition cannot be accurately estimated. For this reason, for example, when vehicle motion control is performed based on the estimated tire state, if the estimation accuracy cannot be sufficiently ensured, the control performance may be reduced, and the ride quality of the automobile may be deteriorated.

そこで、本発明のタイヤ状態推定装置は、タイヤすべり角の前回値、タイヤすべり率及びタイヤ縦力に応じてタイヤ力最大値を推定し、前記タイヤ力最大値、前記タイヤすべり率、前記タイヤ縦力及び車両状態測定値に基づいてタイヤすべり角を推定することを特徴としている。   Therefore, the tire condition estimation device of the present invention estimates the tire force maximum value according to the previous value of the tire slip angle, the tire slip rate and the tire longitudinal force, and the tire force maximum value, the tire slip rate, the tire longitudinal The tire slip angle is estimated based on force and vehicle state measurement values.

本発明によれば、転舵機構を持たない輪(非操向輪)のようにSATの検出が困難な輪のタイヤ状態でも精度よく推定できるため、車両運動制御の性能向上が期待でき、自動車の乗り心地の向上が見込まれる。また、タイヤ状態推定に必要な車両状態は既設のセンサで検出でき、タイヤすべり角やタイヤ横力などを検出するための特殊なセンサを必要としないため、車両原価の増加を抑制できる。   According to the present invention, since it is possible to accurately estimate the tire state of a wheel that is difficult to detect SAT, such as a wheel that does not have a steering mechanism (non-steering wheel), an improvement in vehicle motion control performance can be expected. The ride comfort is expected to improve. Further, the vehicle state necessary for estimating the tire state can be detected by an existing sensor, and a special sensor for detecting a tire slip angle, a tire lateral force, or the like is not required, so that an increase in vehicle cost can be suppressed.

本発明に係るタイヤ状態推定装置の第1実施形態が適用される車両構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the vehicle structure to which 1st Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係るタイヤ状態推定装置の第1実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図。The block diagram which shows the calculation content of the tire state estimation in 1st Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention. タイヤ力最大値をタイヤ力を用いて模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows a tire force maximum value typically using a tire force. 図2のタイヤ力最大値推定手段における演算内容を示すブロック図。The block diagram which shows the calculation content in the tire force maximum value estimation means of FIG. 本発明に係るタイヤ状態推定装置の第2実施形態が適用される車両構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the vehicle structure to which 2nd Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係るタイヤ状態推定装置の第2実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図。The block diagram which shows the calculation content of the tire state estimation in 2nd Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention. タイヤ横方向における前輪タイヤ力最大値を後輪タイヤ力を用いて模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically the front-wheel tire force maximum value in a tire lateral direction using a rear-wheel tire force. 第2実施形態のタイヤ状態推定装置における各輪のタイヤ力最大値推定結果を示す特性図であり、(a)は左前輪のタイヤ力最大値を示す特性図、(b)は右前輪のタイヤ力最大値を示す特性図、(c)は左後輪のタイヤ力最大値を示す特性図、(b)は右後輪のタイヤ力最大値を示す特性図。It is a characteristic view which shows the tire force maximum value estimation result of each wheel in the tire state estimation apparatus of 2nd Embodiment, (a) is a characteristic view which shows the tire force maximum value of a left front wheel, (b) is a tire of a right front wheel. A characteristic diagram showing a maximum force value, (c) a characteristic diagram showing a tire force maximum value of a left rear wheel, and (b) a characteristic diagram showing a tire force maximum value of a right rear wheel. 本発明に係るタイヤ状態推定装置の第3実施形態が適用される車両構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the vehicle structure to which 3rd Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係るタイヤ状態推定装置の第3実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図。The block diagram which shows the calculation content of the tire state estimation in 3rd Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るタイヤ状態推定装置の第4実施形態が適用される車両構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the vehicle structure to which 4th Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係るタイヤ状態推定装置の第4実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図。The block diagram which shows the calculation content of the tire state estimation in 4th Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るタイヤ状態推定装置の第5実施形態が適用される車両構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the vehicle structure to which 5th Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention is applied. 本発明に係るタイヤ状態推定装置の第5実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図。The block diagram which shows the calculation content of the tire state estimation in 5th Embodiment of the tire state estimation apparatus which concerns on this invention.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1実施形態は、4輪独立に駆動を行う車両構成に本発明のタイヤ状態推定装置を適用したものである。   In the first embodiment, the tire state estimation device of the present invention is applied to a vehicle configuration in which four wheels are driven independently.

図1に第1実施形態の車両構成を示す。この車両は、駆動力発生源として左前輪駆動モータ40FL、右前輪駆動モータ40FR、左後輪駆動モータ40RL、右後輪駆動モータ40RR備えており、駆動モータ出力軸はそれぞれ各輪2FL、2FR、2RL、2RRに連結されている。駆動モータ40L、40Rは、永久磁石をロータに埋め込んだ三相同期モータである。駆動回路41は、駆動モータ出力トルクが統合コントローラ30から受信するトルク指令値と一致するようにリチウムイオンバッテリ42からの電力で4つの駆動モータ40FL、40FR、40RL、40RRを駆動する。そして、駆動回路41は、各駆動モータ40FL、40FR、40RL、40RRの出力トルクと、各駆動モータ40FL、40FR、40RL、40RRのモータ回転軸に取り付けられた回転位置センサ(不図示)により検出したモータ回転速度を各々統合コントローラ30へ送信する。   FIG. 1 shows a vehicle configuration of the first embodiment. This vehicle is provided with a left front wheel drive motor 40FL, a right front wheel drive motor 40FR, a left rear wheel drive motor 40RL, and a right rear wheel drive motor 40RR as drive force generation sources, and the drive motor output shafts are respectively for the wheels 2FL, 2FR, It is connected to 2RL and 2RR. The drive motors 40L and 40R are three-phase synchronous motors in which permanent magnets are embedded in the rotor. The drive circuit 41 drives the four drive motors 40FL, 40FR, 40RL, and 40RR with electric power from the lithium ion battery 42 so that the drive motor output torque matches the torque command value received from the integrated controller 30. The drive circuit 41 detects the output torque of each drive motor 40FL, 40FR, 40RL, 40RR and a rotational position sensor (not shown) attached to the motor rotation shaft of each drive motor 40FL, 40FR, 40RL, 40RR. Each motor rotation speed is transmitted to the integrated controller 30.

前輪2FL、2FRは、運転者が操作するステアリングホイール11の回転運動によりステアリングギア12を介して機械的に操舵される。   The front wheels 2FL and 2FR are mechanically steered via the steering gear 12 by the rotational movement of the steering wheel 11 operated by the driver.

統合コントローラ30には、各駆動モータ電流と、アクセルペダルセンサ23によって検出するアクセル開度信号APOと、ステアリングホイール11の回転軸に取り付けられた操舵角センサ21によって検出するステアリングホイールの回転角信号STRと、ヨーレートセンサ8によって検出するヨーレート信号γと、重心位置に取り付けられた加速度センサ28によって検出される横方向加速度信号ay(車両横加速度ay)と、各車輪2FL、2FR、2RL、2RRに取り付けられた回転センサ(図示せず)によって検出されるそれぞれの車輪速度(車輪角速度)ωfl、ωfr、ωrl、ωrrとが入力される。   The integrated controller 30 includes each drive motor current, an accelerator opening signal APO detected by an accelerator pedal sensor 23, and a steering wheel rotation angle signal STR detected by a steering angle sensor 21 attached to the rotation shaft of the steering wheel 11. And a yaw rate signal γ detected by the yaw rate sensor 8, a lateral acceleration signal ay (vehicle lateral acceleration ay) detected by the acceleration sensor 28 attached to the position of the center of gravity, and attached to each wheel 2FL, 2FR, 2RL, 2RR. Respective wheel speeds (wheel angular speeds) ωfl, ωfr, ωrl, and ωrr detected by a rotation sensor (not shown) are input.

図2は、第1実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図を示している。図2のタイヤすべり率推定手段100では、各車輪速度からタイヤすべり率を検出する。駆動時のタイヤすべり率s(i,j)は、タイヤすべり率の定義から、数式(1)を用い、車速Vx(縦方向速度)と車輪速度ω(i,j)に基づいて求められる。   FIG. 2 is a block diagram showing calculation details of tire state estimation in the first embodiment. The tire slip rate estimating means 100 in FIG. 2 detects the tire slip rate from each wheel speed. The tire slip ratio s (i, j) during driving is obtained based on the vehicle speed Vx (vertical speed) and the wheel speed ω (i, j) from the definition of the tire slip ratio using Formula (1).

Figure 0005540641
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ここで、車速Vxは、たとえば、各輪のうち最も遅い車輪速度をもとに計算する。制動時のタイヤすべり率s(i,j)は、数式(2)で定義される。   Here, the vehicle speed Vx is calculated based on, for example, the slowest wheel speed among the wheels. The tire slip rate s (i, j) during braking is defined by Equation (2).

Figure 0005540641
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ここで、車速Vxは、たとえば、各輪のうち最も速い車輪速度をもとに計算する。あるいは、車両動特性からオブザーバを構成して車両状態に基づいて車速Vxを推定してもよい(「Nonlinear State and Tire Force Estimation for Advanced Vehicle Control」、Laura R. Ray、IEEE Transaction on control systems technology, Vol.3, No.1, 1995 )。   Here, the vehicle speed Vx is calculated based on, for example, the fastest wheel speed among the wheels. Alternatively, an observer may be configured from the vehicle dynamics and the vehicle speed Vx may be estimated based on the vehicle state (“Nonlinear State and Tire Force Estimate for Advanced Vehicle Control”, Laura R. Ray, Tranaction control ration). Vol.3, No.1, 1995).

図2のタイヤ縦力検出手段200では、駆動モータ電流と駆動輪速度とからタイヤ縦力を検出する。駆動時には、駆動モータ電流と車輪速度に基づいてタイヤ縦力が求められる。数式(3)に示すように、駆動トルクTd(i,j)は、トルク定数Ktを比例定数として駆動モーター電流it(i,j)に比例する。   The tire longitudinal force detection means 200 in FIG. 2 detects the tire longitudinal force from the drive motor current and the drive wheel speed. At the time of driving, the tire longitudinal force is obtained based on the driving motor current and the wheel speed. As shown in Equation (3), the drive torque Td (i, j) is proportional to the drive motor current it (i, j) with the torque constant Kt as a proportional constant.

Figure 0005540641
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ここで、添え字i,jは、上述のように、各輪の物理量を定義する。また、各輪については、数式(4)で表される運動方程式が成り立つ。   Here, the subscripts i and j define the physical quantity of each ring as described above. For each wheel, the equation of motion expressed by Equation (4) is established.

Figure 0005540641
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ここで、Fx(i,j)はタイヤ縦力、ω’(i,j)は車輪加速度、Rwはタイヤ有効半径、Iwは各輪の慣性モーメントである。よって、数式(3)、数式(4)よりタイヤ縦力Fx(i,j)は、数式(5)で表され、駆動モーター電流it(i,j)と車輪加速度ω’(i,j)に基づいて求められる。   Here, Fx (i, j) is a tire longitudinal force, ω ′ (i, j) is a wheel acceleration, Rw is a tire effective radius, and Iw is an inertia moment of each wheel. Therefore, the tire longitudinal force Fx (i, j) is expressed by the following equation (5) from the equations (3) and (4), and the drive motor current it (i, j) and the wheel acceleration ω ′ (i, j). Based on.

Figure 0005540641
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制動時には、たとえば、ブレーキ圧と車輪速度ω(i,j)とタイヤ縦力Fx(i,j)との間の関係を予めマップ化しておくことにより、左右後輪縦力を左右後輪速度と左右後輪ブレーキ圧から求めることができる。協調回生ブレーキを用いる場合には,ブレーキを制御しているコントロールユニットの信号に基づいて,タイヤ縦力Fx(i,j)を求めればよい。   At the time of braking, for example, the relationship between the brake pressure, the wheel speed ω (i, j), and the tire longitudinal force Fx (i, j) is mapped in advance so that the left and right rear wheel longitudinal forces are converted into the left and right rear wheel speeds. And the left and right rear wheel brake pressures. When the cooperative regenerative brake is used, the tire longitudinal force Fx (i, j) may be obtained based on the signal of the control unit that controls the brake.

図2のタイヤ力最大値推定手段300では、タイヤすべり率検出手段100で検出されたタイヤすべり率s(i,j)とタイヤ縦力検出手段200で検出されたタイヤ縦力Fx(i,j)とからタイヤ力最大値を推定する。ここで推定するタイヤ力最大値は、タイヤ力が発生する方向におけるタイヤ力の最大値である(図3)。   In the tire force maximum value estimating means 300 of FIG. 2, the tire slip ratio s (i, j) detected by the tire slip ratio detecting means 100 and the tire longitudinal force Fx (i, j) detected by the tire longitudinal force detecting means 200 are used. ) To estimate the maximum tire force. The tire force maximum value estimated here is the maximum value of the tire force in the direction in which the tire force is generated (FIG. 3).

タイヤ力最大値推定手段300は、タイヤすべり率s(i,j)が、予め設定したタイヤすべり率閾値よりも小さいときはノミナル値(所定値)を出力し、タイヤすべり率閾値よりも大きいときは後述する様に、タイヤすべり率とタイヤ縦力とからタイヤモデルを用いて推定したタイヤ力最大値を出力する。ここで、ノミナル値は、例えば、車両重量と車両重心の位置から求めた静的輪荷重(車両静止時の輪荷重)である。タイヤすべり率閾値を設ける理由は、タイヤすべり率が極めて小さいときは、タイヤ縦力のタイヤ力最大値に対する感度が低下し、タイヤモデルを用いたタイヤ力最大値の推定が困難になるためである。なお、タイヤすべり率閾値は、後述するタイヤモデルを用いたタイヤ力最大値の推定において、推定誤差が予め定められた所定の誤差範囲内に保たれる最小のタイヤすべり率に定める。 The tire force maximum value estimation means 300 outputs a nominal value (predetermined value) when the tire slip rate s (i, j) is smaller than a preset tire slip rate threshold value, and is larger than the tire slip rate threshold value. Outputs the maximum tire force value estimated from the tire slip rate and the tire longitudinal force using a tire model, as will be described later. Here, the nominal value is, for example, a static wheel load (wheel load when the vehicle is stationary) obtained from the vehicle weight and the position of the vehicle center of gravity. The reason for setting the tire slip ratio threshold is that when the tire slip ratio is extremely small, the sensitivity to the tire force maximum value of the tire longitudinal force decreases, and it becomes difficult to estimate the tire force maximum value using the tire model. . The tire slip ratio threshold value is set to the minimum tire slip ratio at which an estimation error is kept within a predetermined error range in estimating a tire force maximum value using a tire model described later.

タイヤすべり率s(i,j)がその閾値(タイヤすべり率閾値)よりも大きいときは、以下の演算に基づいてタイヤ力最大値を推定する。図2のタイヤ力最大値推定手段300における演算内容を示したブロック図を図4に示す。図4のタイヤ力計算部310では、数式(6)を用いてタイヤ縦力Fx(i,j)をタイヤ力F(i,j)に変換する。   When the tire slip rate s (i, j) is larger than the threshold value (tire slip rate threshold value), the tire force maximum value is estimated based on the following calculation. FIG. 4 shows a block diagram showing the calculation contents in the tire force maximum value estimating means 300 of FIG. 4 converts the tire longitudinal force Fx (i, j) into the tire force F (i, j) using Equation (6).

Figure 0005540641
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ただし、θ(i,j)はタイヤ接地面長手方向とタイヤ力のなす角であり、ブラッシュタイヤモデルでは、タイヤすべり率s(i,j)を用いて、数式(7)で表される。   However, θ (i, j) is an angle formed by the tire contact surface longitudinal direction and the tire force. In the brush tire model, the tire slip ratio s (i, j) is used and is expressed by Expression (7).

Figure 0005540641
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ここで、パラメータλ(i,j)は図2のタイヤすべり率検出手段100で検出したタイヤすべり率s(i,j)と図2のタイヤすべり角推定手段500で推定したタイヤすべり角αi(前回値)を用いて、数式(8)、(9)で定義される。なお、初回演算時には、タイヤすべり角推定手段500にてタイヤすべり角αiが算出されていないので(前回値がないので)、タイヤすべり角αiとして予め設定された値(例えば、ゼロ)を用いている。   Here, the parameter λ (i, j) is the tire slip rate s (i, j) detected by the tire slip rate detecting means 100 in FIG. 2 and the tire slip angle αi (estimated by the tire slip angle estimating means 500 in FIG. (Previous value) is used to define the equations (8) and (9). At the time of the initial calculation, since the tire slip angle αi is not calculated by the tire slip angle estimating means 500 (since there is no previous value), a preset value (for example, zero) is used as the tire slip angle αi. Yes.

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ここで、αはタイヤすべり角、sはタイヤすべり率、FXはタイヤ縦力、Fyはタイヤ横力である。   Here, α is a tire slip angle, s is a tire slip rate, FX is a tire longitudinal force, and Fy is a tire lateral force.

そして、数式(6)、(7)、(8)、(9)より、タイヤ力F(i,j)は、数式(10)、(11)を用いて計算される。   And tire force F (i, j) is calculated using numerical formulas (10) and (11) from numerical formulas (6), (7), (8), and (9).

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図4のタイヤ粘着比計算部320では、タイヤ力F(i,j)とタイヤすべり率s(i,j)とタイヤすべり角αi(前回値)とからタイヤ力粘着比を計算する。なお、初回演算時には、タイヤすべり角推定手段500にてタイヤすべり角αiが算出されていないので(前回値がないので)、タイヤすべり角αiとして予め設定された値(例えば、ゼロ)を用いている。   4 calculates the tire force adhesion ratio from the tire force F (i, j), the tire slip rate s (i, j), and the tire slip angle αi (previous value). At the time of the initial calculation, since the tire slip angle αi is not calculated by the tire slip angle estimating means 500 (since there is no previous value), a preset value (for example, zero) is used as the tire slip angle αi. Yes.

ブラッシュモデルによると、タイヤ力F(i,j)は数式(12)のように表される(「Tire and Vehicle Dynamics」, Pacejka, Butterworth Heinemannによる)。   According to the brush model, the tire force F (i, j) is expressed by the following equation (12) (according to “Tire and Vehicle Dynamics”, Pacejka, Butterworth Heinemann).

Figure 0005540641
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ここで、ξ(i,j)は無次元化したタイヤ粘着域長である。したがって、タイヤ力F(i,j)とタイヤ力最大値μ(i,j)Fz(i,j)との比を無次元化タイヤ力Fn(i,j)とすると、数式(13)ように表現できる。   Here, ξ (i, j) is a dimensionless tire adhesion area length. Therefore, when the ratio of the tire force F (i, j) and the tire force maximum value μ (i, j) Fz (i, j) is a non-dimensionalized tire force Fn (i, j), Equation (13) Can be expressed.

Figure 0005540641
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一方、粘着長余裕ξm(i,j)を1と無次元化した粘着域長ξ(i,j)との差で定義すると、数式(14)、(15)のように表現できる。   On the other hand, if the adhesion length margin ξm (i, j) is defined by the difference between 1 and the dimensionless adhesion area length ξ (i, j), it can be expressed as Equations (14) and (15).

Figure 0005540641
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ここで、パラメータλ(i,j)は数式(8)、(9)で定義される。さらに、タイヤ力粘着比Pf(i,j)は無次元化タイヤ力Fn(i,j)と粘着長余裕ξm(i,j)の比で定義する。すると、粘着長余裕ξm(i,j)は数式(13)、(14)、(15)から次の数式(16)、(17)を用いて、タイヤ力F(i,j)とタイヤすべり率s(i,j)とタイヤすべり角αi(前回値)とから計算される。   Here, the parameter λ (i, j) is defined by equations (8) and (9). Further, the tire force adhesion ratio Pf (i, j) is defined by the ratio between the dimensionless tire force Fn (i, j) and the adhesion length margin ξm (i, j). Then, the adhesion length margin ξm (i, j) is calculated using the following formulas (16) and (17) from the formulas (13), (14), and (15), and the tire force F (i, j) and the tire slip. It is calculated from the rate s (i, j) and the tire slip angle αi (previous value).

Figure 0005540641
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図4の無次元化タイヤ力計算部330ではタイヤ力粘着比Pf(i,j)から無次元化タイヤ力を計算する。タイヤ力粘着比は、その定義式である数式(16)、(17)と粘着長余裕ξm(i,j)の定義式である数式(14)、(15)とブラッシュモデルによる無次元化タイヤ力Fn(i,j)の定義式である数式(13)とから、数式(18)のように表現できる。   The dimensionless tire force calculation unit 330 in FIG. 4 calculates the dimensionless tire force from the tire force adhesion ratio Pf (i, j). The tire force adhesion ratio is defined by the following formulas (16) and (17) and the formulas (14) and (15) which are the definition formulas of the adhesion length margin ξm (i, j) and the non-dimensionalized tire based on the brush model. From Expression (13), which is a defining expression of force Fn (i, j), it can be expressed as Expression (18).

Figure 0005540641
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一方、無次元化タイヤ力Fn(i,j)はブラッシュモデルから数式(13)のように表される。したがって、タイヤ力粘着比Pf(i,j)と無次元化タイヤ力Fn(i,j)との関係は、数式(19)で表現される写像Zで記述される。   On the other hand, the dimensionless tire force Fn (i, j) is expressed by the brush model as shown in Equation (13). Therefore, the relationship between the tire force adhesion ratio Pf (i, j) and the non-dimensional tire force Fn (i, j) is described by a mapping Z expressed by Expression (19).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、粘着域長ξ(i,j)は媒介変数となっている。実際にタイヤ力粘着比Pf(i,j)から無次元化タイヤ力Fn(i,j)を求めるには、たとえば、この写像を予めマップ化して実装してもよいし、ニュートン法などを用いて数値的に本数式を解いてもよい。   Here, the adhesion zone length ξ (i, j) is a parameter. In actuality, in order to obtain the dimensionless tire force Fn (i, j) from the tire force adhesion ratio Pf (i, j), for example, this mapping may be mapped in advance, or the Newton method may be used. You may solve this equation numerically.

図4のタイヤ力最大値計算部340ではタイヤ力F(i,j)と無次元化タイヤ力Fn(i,j)とからタイヤ力最大値Fp(i,j)を計算する。タイヤ力最大値Fp(i,j)は、各々の輪の路面摩擦係数と輪荷重の積で与えられるので、数式(20)を用いて計算できる。   4 calculates the tire force maximum value Fp (i, j) from the tire force F (i, j) and the dimensionless tire force Fn (i, j). Since the tire force maximum value Fp (i, j) is given by the product of the road surface friction coefficient of each wheel and the wheel load, it can be calculated using Expression (20).

Figure 0005540641
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ここで推定されるタイヤ力最大値Fp(i,j)はタイヤ力F(i,j)が生じる方向θ(i,j)のタイヤ力の発生限界であることに注意されたい(図3参照)。タイヤ摩擦円が真円でない場合に、図2のタイヤ横力推定手段400において横方向や縦方向のタイヤ力発生限界が必要なときは、タイヤ摩擦円の形状を考慮して数式(20)で与えられるタイヤ力最大値Fp(i,j)を変換する必要がある。本実施形態では、図2のタイヤ横力推定手段400でブラッシュモデルを用いてタイヤ横力を推定する際、タイヤ力F(i,j)が生じる方向のタイヤ力の発生限界を必要とするので、この変換をする必要はない。   Note that the tire force maximum value Fp (i, j) estimated here is the generation limit of the tire force in the direction θ (i, j) in which the tire force F (i, j) occurs (see FIG. 3). ). In the case where the tire friction circle is not a perfect circle and the tire lateral force estimation means 400 of FIG. 2 requires a tire force generation limit in the lateral direction or the longitudinal direction, the formula (20) is considered in consideration of the shape of the tire friction circle. It is necessary to convert the given tire force maximum value Fp (i, j). In the present embodiment, when the tire lateral force is estimated by the tire lateral force estimating means 400 of FIG. 2 using the brush model, the generation limit of the tire force in the direction in which the tire force F (i, j) is generated is required. There is no need to do this conversion.

従来、タイヤ力最大値を推定する手法として、路面摩擦係数と輪荷重を別々に推定して、それらの積から推定することが一般的であったが、路面摩擦係数と輪荷重の両方を高精度に推定することは困難であり、タイヤ力最大値推定精度の悪化につながっていた。一方、本手法によると、ブラッシュモデルの特性を利用してタイヤ力最大値Fp(i,j)を直接推定できる点に特徴があり、タイヤ力最大値Fp(i,j)を精度よく推定できる。つまり、タイヤ摩擦円に異方性がある場合でも、高精度にタイヤ状態が推定でき、この推定値を車両運動制御に用いた場合には、より乗り心地の良い制御が可能になる。   Conventionally, as a method of estimating the maximum tire force value, it has been common to estimate the road friction coefficient and wheel load separately and to estimate them from the product of them, but both the road friction coefficient and wheel load are increased. It was difficult to estimate the accuracy, leading to a deterioration of the tire force maximum value estimation accuracy. On the other hand, the present method is characterized in that the tire force maximum value Fp (i, j) can be directly estimated using the characteristics of the brush model, and the tire force maximum value Fp (i, j) can be accurately estimated. . That is, even when there is anisotropy in the tire friction circle, the tire state can be estimated with high accuracy, and when this estimated value is used for vehicle motion control, control with better riding comfort is possible.

図2のタイヤ横力推定手段400では、タイヤ力最大値推定手段300で推定されたタイヤ力最大値とタイヤすべり角推定手段500で推定されたタイヤすべり角とタイヤすべり率検出手段100で検出されたタイヤすべり率とからタイヤ横力を推定する。例えば、ブラッシュタイヤモデルを用いると、タイヤすべり率s(i,j)と、タイヤ力最大値Fp(i,j)と、タイヤすべり角推定値αi(前回値)とから、タイヤ横力Fy(i,j)が推定される。なお、初回演算時には、タイヤすべり角推定手段500にてタイヤすべり角αiが算出されていないので(前回値がないので)、タイヤすべり角αiとして予め設定された値(例えば、ゼロ)を用いている。   In the tire lateral force estimating means 400 of FIG. 2, the tire force maximum value estimated by the tire force maximum value estimating means 300 and the tire slip angle and tire slip rate detecting means 100 estimated by the tire slip angle estimating means 500 are detected. The tire lateral force is estimated from the tire slip rate. For example, when a brush tire model is used, the tire lateral force Fy () is calculated from the tire slip rate s (i, j), the tire force maximum value Fp (i, j), and the tire slip angle estimated value αi (previous value). i, j) is estimated. At the time of the initial calculation, since the tire slip angle αi is not calculated by the tire slip angle estimating means 500 (since there is no previous value), a preset value (for example, zero) is used as the tire slip angle αi. Yes.

駆動時には、タイヤ横力Fy(i,j)は数式(21)で計算できる。   At the time of driving, the tire lateral force Fy (i, j) can be calculated by Expression (21).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、数式(21)中のξ(i、j)は、数式(22)で表される。   Here, ξ (i, j) in Equation (21) is expressed by Equation (22).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

制動時には、タイヤ横力Fy(i,j)は数式(23)で計算できる。   At the time of braking, the tire lateral force Fy (i, j) can be calculated by Expression (23).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、数式(23)中のξ(i、j)は、数式(24)で表される。   Here, ξ (i, j) in Equation (23) is expressed by Equation (24).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

なお、タイヤすべり角とタイヤすべり率とタイヤ力最大値とからタイヤ横力を計算できるタイヤモデルならば、ブラッシュモデルに限らず用いることができる。   A tire model that can calculate the tire lateral force from the tire slip angle, the tire slip rate, and the tire force maximum value can be used without being limited to the brush model.

図2のタイヤすべり角推定手段500では、タイヤ横力推定手段400で推定されたタイヤ横力とタイヤ縦力検出手段200で検出されたタイヤ縦力と予め検出したヨーレート、車両横加速度及び縦方向速度とからタイヤすべり角を推定する。   In the tire slip angle estimating means 500 of FIG. 2, the tire lateral force estimated by the tire lateral force estimating means 400, the tire longitudinal force detected by the tire longitudinal force detecting means 200, the yaw rate detected in advance, the vehicle lateral acceleration, and the longitudinal direction. The tire slip angle is estimated from the speed.

まず、本オブザーバの導出を示す。駆動力を考慮したときの縦方向と横方向の車両動特性はそれぞれ数式(25)、数式(26)で表される。   First, the derivation of this observer is shown. The vehicle dynamic characteristics in the vertical direction and the horizontal direction when the driving force is taken into consideration are expressed by Expression (25) and Expression (26), respectively.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、mは車両重量、Vyは横方向速度、γはヨーレートである。また、車体すべり角βは、縦方向速度Vxと横方向速度Vyのなす角であり、数式(27)で表される。   Here, m is the vehicle weight, Vy is the lateral speed, and γ is the yaw rate. The vehicle body slip angle β is an angle formed by the vertical speed Vx and the horizontal speed Vy, and is represented by Expression (27).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

と表される。この数式(27)の両辺を微分すると、数式(28)となる。 It is expressed. Differentiating both sides of Equation (27) yields Equation (28).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

である。この数式(28)に数式(25)、数式(26)で表される車両動特性を代入し、車体すべり角βが十分小さいときに、Vy=βVxがが成り立つことを考慮すると、数式(29)となる。 It is. Considering that Vy = βVx is established when the vehicle dynamic characteristics represented by Equation (25) and Equation (26) are substituted into Equation (28) and the vehicle body slip angle β is sufficiently small, Equation (29) )

Figure 0005540641
Figure 0005540641

以上の結果を踏まえて、推定した横力と実際の横力の差が零になるように車体すべり角βを推定するオブザーバを構成する(数式30)。   Based on the above results, an observer for estimating the vehicle slip angle β is configured so that the difference between the estimated lateral force and the actual lateral force becomes zero (Equation 30).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、Kはオブザーバゲイン、Fyrは数式(21)(23)を用いて算出して推定された後輪横力推定値(左右の後輪横力合計の推定値)、Fyrmesは後輪横力検出値(左右の後輪横力合計の検出値)である。本実施形態では、後輪横力検出値は、次の車両の前輪横力と後輪横力のつりあい関係式である数式(31)を用いて、車両横加速度ayとヨーレートから演算して検出する。   Here, K is an observer gain, Fyr is an estimated rear wheel lateral force value estimated using equations (21) and (23) (estimated value of total left and right rear wheel lateral forces), and Fyrmes is a rear wheel lateral force. This is the force detection value (the detection value of the total lateral force of the left and right rear wheels). In the present embodiment, the rear wheel lateral force detection value is detected by calculating from the vehicle lateral acceleration ay and the yaw rate using Formula (31), which is a balance relational expression between the front wheel lateral force and the rear wheel lateral force of the next vehicle. To do.

Figure 0005540641
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従って数式(30)は、数式(31)を用いてヨーレートと車横加速度から演算して検出される横力Fyrmesと、数式(21)(23)を用いて推定された横力Fyrとの差が減少する様に構成されたオブザーバとなる。 Thus equation (30), a lateral force Fyrmes detected by calculating the yaw rate and the vehicle both lateral acceleration using equation (31), equation (21) (23) of the estimated lateral force Fyr using The observer is configured to reduce the difference.

さらに、次式(32)、(33)の関係を用いて、推定された車体すべり角βと検出されたヨーレートγおよび前輪転舵角δfとから、前輪タイヤすべり角αfおよび後輪タイヤすべり角αrを求める。   Further, using the relationship of the following equations (32) and (33), the front tire slip angle αf and the rear tire slip angle are calculated from the estimated vehicle slip angle β and the detected yaw rate γ and front wheel turning angle δf. αr is obtained.

Figure 0005540641
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Figure 0005540641
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こうして推定された前輪タイヤすべり角を図2のタイヤ力最大値推定手段300とタイヤ横力推定手段400で用いる。このように、推定した横力と実際の横力の差が零になるように車体すべり角βを推定するオブザーバを構成することで、タイヤすべり角ならびにその他のタイヤ状態を精度よく推定できる。   The front tire slip angle thus estimated is used in the tire force maximum value estimation means 300 and the tire lateral force estimation means 400 shown in FIG. In this way, by configuring the observer for estimating the vehicle slip angle β so that the difference between the estimated lateral force and the actual lateral force becomes zero, the tire slip angle and other tire states can be accurately estimated.

本アルゴリズムで得られる推定量は、例えば、車両挙動を安定化する制御に用いることができる。一般に、車両速度を一定として走行して転舵角を増加させ続けると、やがてタイヤ横力が横力最大値を超えて車両挙動が不安定になる。そこで、本推定アルゴリズムによって得られたタイヤ横力とタイヤ力最大値に基づいて、例えば、タイヤ横力がタイヤ力最大値を超える前に前輪転舵角を減少させる制御を行うと、車両挙動を安定に保つことができる。   The estimated amount obtained by this algorithm can be used for control for stabilizing the vehicle behavior, for example. In general, if the vehicle speed is kept constant and the turning angle is continuously increased, the tire lateral force eventually exceeds the maximum lateral force and the vehicle behavior becomes unstable. Therefore, based on the tire lateral force and the tire force maximum value obtained by this estimation algorithm, for example, if control is performed to reduce the front wheel turning angle before the tire lateral force exceeds the tire force maximum value, the vehicle behavior is It can be kept stable.

このような第1実施形態においては、タイヤ状態を推定するにあたって、SAT(セルフアライニングトルク)を検出するためのセンサとそれに対応する電子回路が不要であり、車両原価を低減できる。また、タイヤ状態推定に必要な車両状態は既設のセンサで検出でき、タイヤすべり角やタイヤ横力などを検出するための特殊なセンサを必要としないため、車両原価を低減できる。さらに、転舵機構を持たない輪(非操向輪)においてSATの検出が困難な場合であってもタイヤ状態を精度よく推定できるため、車両運動制御の性能向上が期待でき、自動車の乗り心地の向上が見込まれる。   In such a 1st embodiment, in estimating a tire state, a sensor for detecting SAT (self-aligning torque) and an electronic circuit corresponding to it are unnecessary, and a vehicle cost can be reduced. Further, the vehicle state necessary for estimating the tire state can be detected by an existing sensor, and a special sensor for detecting a tire slip angle, a tire lateral force, or the like is not required, so that the vehicle cost can be reduced. Furthermore, since it is possible to accurately estimate the tire condition even when it is difficult to detect SAT in a wheel that does not have a steering mechanism (non-steering wheel), it can be expected to improve the performance of vehicle motion control, and the ride quality of the vehicle. Improvement is expected.

また、タイヤすべり率とタイヤすべり角の前回値とタイヤ縦力とからタイヤ力粘着比を計算するタイヤ力粘着比計算部と、タイヤ力粘着比とタイヤ縦力とからタイヤ力最大値を求めるタイヤ力最大値計算部を有するタイヤ力最大値推定手段を備えるので、精度よくタイヤ力最大値を推定でき、この推定値を車両運動制御に用いた場合には、より乗り心地の良い制御が可能になる。   In addition, a tire force adhesion ratio calculation unit that calculates a tire force adhesion ratio from the previous value of tire slip ratio and tire slip angle and tire longitudinal force, and a tire that obtains a maximum tire force value from the tire force adhesion ratio and tire longitudinal force Since the tire force maximum value estimation means having the force maximum value calculation unit is provided, it is possible to estimate the tire force maximum value with high accuracy, and when this estimated value is used for vehicle motion control, it is possible to perform control with better riding comfort. Become.

さらに、タイヤ力最大値だけでなく、タイヤ横力とタイヤすべり角の前回値をも用いてタイヤすべり角が推定されるので、この推定値を車両運動制御に用いた場合には、より乗り心地のよい制御が可能になる。   Furthermore, since the tire slip angle is estimated using not only the maximum tire force value but also the previous values of the tire lateral force and tire slip angle, if this estimated value is used for vehicle motion control, it is more comfortable to ride. Better control.

そして、タイヤすべり率が所定の値を超えたときにタイヤ力最大値を推定し、所定の値を超えないときは静的な輪荷重に基づき推定された値を出力することを特徴としているので、加減速を行わないときも一定の精度でタイヤ状態を推定することができる。   And when the tire slip rate exceeds a predetermined value, the tire force maximum value is estimated, and when it does not exceed the predetermined value, a value estimated based on a static wheel load is output. Even when acceleration / deceleration is not performed, the tire state can be estimated with a certain accuracy.

以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上述した第1実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。   Hereinafter, although other embodiment of this invention is described, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as 1st Embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably.

次に、本発明の第2実施形態について説明する。この第2実施形態は、後輪2RL、2RRを左右独立に駆動し、前輪2FL、2FRを従動輪とした車両構成に本発明のタイヤ状態推定装置を適用したものである。図5に第2実施形態の車両構成を示す。この車両は、駆動力発生源として左後輪駆動モータ40RLと右後輪駆動モータ40RRを備えており、それぞれ左後輪2RL、右後輪2RRに直結されている。各駆動モータ40RL、40RRは、永久磁石をロータに埋め込んだ三相同期モータである。駆動回路41は、駆動モータ出力トルクが統合コントローラ30から受信するトルク指令値と一致するようにリチウムイオンバッテリ42からの電力で左右の駆動モータ40RL、40RRを駆動する。そして、駆動回路41は、各駆動モータ40RL、40RRの出力トルクと、各駆動モータ40RL、40RRのモータ回転軸に取り付けられた回転位置センサ(不図示)により検出したモータ回転速度を各々統合コントローラ30へ送信する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the tire state estimation device of the present invention is applied to a vehicle configuration in which rear wheels 2RL and 2RR are driven independently on the left and right sides and front wheels 2FL and 2FR are driven wheels. FIG. 5 shows a vehicle configuration of the second embodiment. This vehicle includes a left rear wheel drive motor 40RL and a right rear wheel drive motor 40RR as driving force generation sources, and is directly connected to the left rear wheel 2RL and the right rear wheel 2RR, respectively. Each drive motor 40RL, 40RR is a three-phase synchronous motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor. The drive circuit 41 drives the left and right drive motors 40RL, 40RR with the electric power from the lithium ion battery 42 so that the drive motor output torque matches the torque command value received from the integrated controller 30. The drive circuit 41 then integrates the output torque of each drive motor 40RL, 40RR and the motor rotation speed detected by a rotation position sensor (not shown) attached to the motor rotation shaft of each drive motor 40RL, 40RR, respectively. Send to.

前輪2FL、2FRは、運転者が操作するステアリングホイール11の回転運動によりステアリングギア12を介して機械的に主操舵される。   The front wheels 2FL and 2FR are mechanically steered mechanically via the steering gear 12 by the rotational movement of the steering wheel 11 operated by the driver.

統合コントローラ30には、アクセルペダルセンサ23によって検出するアクセル開度信号APOと、ステアリングホイール11の回転軸に取り付けられた操舵角センサ21によって検出するステアリングホイールの回転角信号STRと、ヨーレートセンサ8によって検出するヨーレート信号γと、重心位置に取り付けられた加速度センサ28によって検出される横方向加速度信号ay(車両横加速度ay)と、各車輪2FL、2FR、2RL、2RRに取り付けられた回転センサによって検出されるそれぞれの車輪速度(車輪角速度)ωfl、ωfr、ωrl、ωrrとが入力される。   The integrated controller 30 includes an accelerator opening signal APO detected by an accelerator pedal sensor 23, a steering wheel rotation angle signal STR detected by a steering angle sensor 21 attached to the rotation shaft of the steering wheel 11, and a yaw rate sensor 8. Detected by a yaw rate signal γ to be detected, a lateral acceleration signal ay (vehicle lateral acceleration ay) detected by the acceleration sensor 28 attached to the center of gravity position, and a rotation sensor attached to each wheel 2FL, 2FR, 2RL, 2RR. Each wheel speed (wheel angular speed) ωfl, ωfr, ωrl, ωrr is input.

図6は、第2実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図を示している。   FIG. 6 is a block diagram showing the calculation contents of the tire state estimation in the second embodiment.

図6のタイヤすべり率検出手段100では、第1実施形態と同様の演算(第1実施形態のタイヤすべり率検出手段100と同様の演算)によって、各車輪速度から後輪タイヤすべり率を検出する。第1実施形態では四輪にそれぞれについて検出したが、この第2実施形態では左右後輪のみについてタイヤすべり率を検出する。   In the tire slip ratio detecting means 100 of FIG. 6, the rear wheel tire slip ratio is detected from each wheel speed by the same calculation as the first embodiment (the same calculation as the tire slip ratio detection means 100 of the first embodiment). . In the first embodiment, four wheels are detected, but in this second embodiment, the tire slip rate is detected only for the left and right rear wheels.

図6のタイヤ縦力検出手段200では、第1実施形態と同様の演算(第1実施形態のタイヤ縦力検出手段200と同様の演算)によって、駆動モータ電流と駆動輪速度とから後輪タイヤ縦力を検出する。   In the tire longitudinal force detection means 200 of FIG. 6, the rear wheel tire is calculated from the drive motor current and the drive wheel speed by the same calculation as the first embodiment (the same calculation as the tire vertical force detection means 200 of the first embodiment). Detects longitudinal force.

図6の後輪タイヤ力最大値推定手段300では、第1実施形態における図2のタイヤ力最大値推定手段300と同様の演算によって、後輪タイヤすべり率と後輪タイヤ縦力とタイヤすべり角推定手段800(後述)で推定された後輪タイヤすべり角とから後輪タイヤ力最大値を推定する。   The rear wheel tire force maximum value estimation means 300 in FIG. 6 performs the same calculation as the tire force maximum value estimation means 300 in FIG. 2 in the first embodiment, thereby rear wheel tire slip ratio, rear wheel tire longitudinal force, and tire slip angle. The rear wheel tire force maximum value is estimated from the rear wheel tire slip angle estimated by the estimating means 800 (described later).

図6の後輪タイヤ横力推定手段400では、第1実施形態における図2のタイヤ横力推定手段400と同様の演算によって、後輪タイヤ力最大値と後輪タイヤすべり率とタイヤすべり角推定手段800(後述)で推定された後輪タイヤすべり角とから、後輪タイヤ横力を推定する。   The rear wheel tire lateral force estimating means 400 in FIG. 6 estimates the rear wheel tire force maximum value, the rear wheel tire slip ratio, and the tire slip angle by the same calculation as the tire lateral force estimating means 400 in FIG. 2 in the first embodiment. The rear wheel tire lateral force is estimated from the rear wheel tire slip angle estimated by means 800 (described later).

なお、図6の後輪タイヤ力最大値推定手段300及び後輪タイヤ横力推定手段400において、初回演算時には、タイヤすべり角推定手段800(後述)にて後輪タイヤすべり角αrが算出されていないので(前回値がないので)、後輪タイヤすべり角αrとして予め設定された値(例えば、ゼロ)を用いている。   In the rear wheel tire force maximum value estimating means 300 and the rear wheel tire lateral force estimating means 400 of FIG. 6, the tire slip angle estimating means 800 (described later) calculates the rear wheel tire slip angle αr at the time of the initial calculation. Since there is no value (since there is no previous value), a preset value (for example, zero) is used as the rear tire slip angle αr.

図6の前輪タイヤ力最大値推定手段600では、後輪タイヤ縦力と後輪タイヤ力最大値とから前輪タイヤ力最大値を推定する。まず、車両のロールピッチ方向モーメントのつりあいから導かれた、車体にはたらく縦方向力と横方向力と各輪荷重との関係に注目する。   The front wheel tire force maximum value estimation means 600 in FIG. 6 estimates the front wheel tire force maximum value from the rear wheel tire longitudinal force and the rear wheel tire force maximum value. First, attention is paid to the relationship between the longitudinal force acting on the vehicle body, the lateral force, and each wheel load, which is derived from the balance of moments in the roll pitch direction of the vehicle.

Figure 0005540641
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ここで、Fz(f,l)は左前輪荷重、Fz(f,r)は右前輪荷重、Fz(r,l)は左後輪荷重、Fz(r,r)は右後輪荷、hcgは車両重心までの地面からの高さ、ltはトレッド幅を表わす。また、FxallとFyallはそれぞれ、車両全体にはたらく縦力または横力の合計値であり、縦力合計値Fxallは図6のタイヤ縦力検出手段200で推定された左右の後輪縦力の和で計算できる。すなわち、縦力合計値Fxallは、数式(38)を用いて算出される。   Here, Fz (f, l) is the left front wheel load, Fz (f, r) is the right front wheel load, Fz (r, l) is the left rear wheel load, Fz (r, r) is the right rear wheel load, hcg. Is the height from the ground to the center of gravity of the vehicle, and lt is the tread width. Further, Fxall and Fall are the total values of the longitudinal force or lateral force acting on the entire vehicle, and the total longitudinal force value Fxall is the sum of the left and right rear wheel longitudinal forces estimated by the tire longitudinal force detecting means 200 of FIG. It can be calculated with That is, the longitudinal force total value Fxall is calculated using the mathematical formula (38).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

また、タイヤ力が働く方向の左後輪の路面摩擦係数μrlと、右後輪の路面摩擦係数μrrはそれぞれ、数式(39)を用いて算出される。   Further, the road surface friction coefficient μrr of the left rear wheel and the road surface friction coefficient μrr of the right rear wheel in the direction in which the tire force acts are calculated using Expression (39), respectively.

Figure 0005540641
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ただし、第1実施形態と同様に、添え字jはl:左輪またはr:右輪に対応する。   However, as in the first embodiment, the subscript j corresponds to l: left wheel or r: right wheel.

さらに、前後輪で路面摩擦係数μが等しいと仮定すると、左右輪の路面摩擦係数は、数式(40)を用いて算出される。   Furthermore, assuming that the road surface friction coefficient μ is the same between the front and rear wheels, the road surface friction coefficient of the left and right wheels is calculated using Equation (40).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

また、左右前輪のタイヤ力最大値はそれぞれ数式(41)のように書ける。   Further, the maximum tire force values for the left and right front wheels can be written as shown in Equation (41).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

数式(34)から数式(41)より、左右前輪のタイヤ力最大値Fp(f,j)は数式(42)のように表現できる。   From Formula (34) to Formula (41), the maximum tire force value Fp (f, j) for the left and right front wheels can be expressed as Formula (42).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

なお、この数式(42)は以下のように導出される。   The mathematical formula (42) is derived as follows.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

結局、左右前輪タイヤ力最大値Fp(f,j)は、左右後輪タイヤ力最大値Fp(r,l)、Fp(r,r)と左右後輪縦力Fx(r,l)、Fx(r,r)とから計算できる。   After all, the left and right front wheel tire force maximum values Fp (f, j) are the left and right rear wheel tire force maximum values Fp (r, l), Fp (r, r) and the left and right rear wheel longitudinal forces Fx (r, l), Fx. It can be calculated from (r, r).

ここで推定されたFp(f,j)は後輪タイヤ力が生じる方向θ(r,j)における前輪タイヤ力の発生限界である。一方、図6の前輪タイヤ横力推定手段700で前輪タイヤ横力の計算に必要となるのは、前輪タイヤ力が働く方向であるタイヤ横方向における前輪タイヤ力(コーナリングフォース)の発生限界である。したがって、後輪タイヤ力が生じる方向における前輪タイヤ力の発生限界をタイヤ横方向における発生限界に変換する(図7)。   Fp (f, j) estimated here is a generation limit of the front wheel tire force in the direction θ (r, j) in which the rear wheel tire force is generated. On the other hand, what is required for calculating the front wheel tire lateral force by the front wheel tire lateral force estimating means 700 in FIG. 6 is the limit of occurrence of the front wheel tire force (cornering force) in the tire lateral direction in which the front wheel tire force acts. . Therefore, the generation limit of the front tire force in the direction in which the rear wheel tire force is generated is converted into the generation limit in the tire lateral direction (FIG. 7).

タイヤ力の発生方向θ(r,j)を0から360度まで変化させたときに、対応するタイヤ力最大値の分布が、例えば、楕円で表現されるとき(タイヤ摩擦円に異方性が有るとき)、後輪タイヤ力が生じる方向のタイヤ力最大値Fp(f,j)からタイヤ横方向における前輪タイヤ力最大値Fpy(f,j)へは数式(44)で変換される。   When the tire force generation direction θ (r, j) is changed from 0 to 360 degrees, the corresponding distribution of the maximum tire force value is expressed, for example, as an ellipse (the tire friction circle has anisotropy). When there is, the tire force maximum value Fp (f, j) in the direction in which the rear wheel tire force is generated is converted to the front wheel tire force maximum value Fpy (f, j) in the tire lateral direction by Expression (44).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、Rμはタイヤ力最大値を表わす楕円の扁平度を示す係数であり、縦方向路面摩擦係数μxと横方向路面摩擦係数μyから、数式(45)で定義される。   Here, Rμ is a coefficient indicating the flatness of the ellipse representing the tire force maximum value, and is defined by Expression (45) from the longitudinal road surface friction coefficient μx and the lateral road surface friction coefficient μy.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

また、θ(r,j)は後輪タイヤ力が生じる方向であり、数式(7)を用いて後輪タイヤすべり率s(r,j)、後輪タイヤすべり角αrとから計算される。   Θ (r, j) is a direction in which the rear wheel tire force is generated, and is calculated from the rear wheel tire slip rate s (r, j) and the rear wheel tire slip angle αr using Equation (7).

図6の前輪タイヤ横力推定手段700では、前輪タイヤ力推定手段600で推定された前輪タイヤ力最大値(タイヤ横方向における前輪タイヤ力最大値)とタイヤすべり角推定手段800で推定された前輪タイヤすべり角(前回値)とから前輪タイヤ横力を推定する。なお、初回演算時には、タイヤすべり角推定手段800にて前輪タイヤすべり角αfが算出されていないので(前回値がないので)、前輪タイヤすべり角αfとして予め設定された値(例えば、ゼロ)を用いている。   In the front wheel tire lateral force estimating means 700 of FIG. 6, the front wheel tire force maximum value (front wheel tire force maximum value in the tire lateral direction) estimated by the front wheel tire force estimating means 600 and the tire slip angle estimating means 800 are estimated. The front wheel tire lateral force is estimated from the tire slip angle (previous value). At the time of the initial calculation, since the front wheel tire slip angle αf is not calculated by the tire slip angle estimating means 800 (since there is no previous value), a value (for example, zero) set in advance as the front wheel tire slip angle αf is used. Used.

前輪タイヤ横力Fyの推定には、例えば、次のフィアラの理論に基づくモデル式(「自動車の運動と制御」安部正人著、平成19年3月10日、山海堂刊)を用いる。なお、以下では、このモデル式をフィアラモデルという。   For estimating the front wheel tire lateral force Fy, for example, a model formula based on the following Fiara theory ("Automobile motion and control" written by Masato Abe, published on March 10, 2007, published by Sankai-do) is used. Hereinafter, this model formula is referred to as a fiara model.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、Ψ(f,j)は、数式(47)で表される。   Here, Ψ (f, j) is expressed by Expression (47).

Figure 0005540641
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数式(47)中のαfは前輪タイヤすべり角である。なお、タイヤすべり角とタイヤ力最大値とからタイヤ横力を計算できるタイヤモデルならば、フィアラモデルに限らず用いることができる。   In equation (47), αf is the front tire slip angle. A tire model that can calculate the tire lateral force from the tire slip angle and the maximum tire force can be used without being limited to the filar model.

図6のタイヤすべり角推定手段800では、タイヤ縦力検出手段200で検出された後輪タイヤ縦力と後輪タイヤ横力推定手段400で推定された後輪タイヤ横力と前輪タイヤ横力推定手段700で推定された前輪タイヤ横力とから前後輪タイヤすべり角を推定する。第1実施形態と同様に、制駆動力を考慮した車両動特性から、車体すべり角βに関する次式のオブザーバを導出する。   In the tire slip angle estimating means 800 of FIG. 6, the rear wheel tire longitudinal force detected by the tire longitudinal force detecting means 200 and the rear wheel tire lateral force and the front wheel tire lateral force estimated by the rear wheel tire lateral force estimating means 400 are estimated. The front and rear wheel tire slip angles are estimated from the front wheel tire lateral force estimated by means 700. Similar to the first embodiment, an observer of the following expression regarding the vehicle slip angle β is derived from the vehicle dynamic characteristics in consideration of the braking / driving force.

Figure 0005540641
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さらに、第1実施形態と同様に、数式(32)、(33)を用いて、車体すべり角βとヨーレートγと車速Vxとから前輪タイヤすべり角αf、後輪タイヤすべり角αrを求める。   Further, similarly to the first embodiment, the front tire slip angle αf and the rear tire slip angle αr are obtained from the vehicle slip angle β, the yaw rate γ, and the vehicle speed Vx using the equations (32) and (33).

計算機シミュレーションにより加速円旋回を行ったときの、本実施形態を用いたタイヤ力最大値推定結果を図8に示す。各輪ともタイヤ力最大値推定値が真値に一致していることから、本実施例が適切に動作していることがわかる。   FIG. 8 shows a tire force maximum value estimation result using the present embodiment when an acceleration circle turn is performed by computer simulation. Since the tire force maximum value estimated value matches the true value for each wheel, it can be seen that the present example is operating properly.

このような第2実施形態においても、上述した第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この第2実施形態においては、従動輪が存在する場合にも、各輪のタイヤ状態を精度よく推定することができる。   In such a second embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment described above can be obtained. In the second embodiment, the tire condition of each wheel can be accurately estimated even when driven wheels are present.

次に、本発明の第3実施形態について説明する。この第3実施形態は、前輪2FL、2FRを左右独立に駆動し、後輪2RL、2RRを従動輪とした車両構成に本発明のタイヤ状態推定装置を適用したものである。   Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the tire state estimation device of the present invention is applied to a vehicle configuration in which front wheels 2FL and 2FR are driven independently on the left and right sides and rear wheels 2RL and 2RR are driven wheels.

図9に第3実施形態の車両構成を示す。この車両は、駆動力発生源として左前輪駆動モータ40FLと右前輪駆動モータ40FRを備えており、それぞれ左前輪2FL、右前輪2FRに直結されている。各駆動モータ40FL、40FRは、永久磁石をロータに埋め込んだ三相同期モータである。駆動回路41は、駆動モータ出力トルクが統合コントローラ30から受信するトルク指令値と一致するようにリチウムイオンバッテリ42からの電力で左右の駆動モータ40FL、40FRを駆動する。そして、駆動回路41は、駆動モータ40FL、40FRの出力トルクと、駆動モータ40FL、40FRのモータ回転軸に取り付けられた回転位置センサ(不図示)により検出したモータ回転速度を各々統合コントローラ30へ送信する。   FIG. 9 shows a vehicle configuration of the third embodiment. This vehicle includes a left front wheel drive motor 40FL and a right front wheel drive motor 40FR as driving force generation sources, which are directly connected to the left front wheel 2FL and the right front wheel 2FR, respectively. Each drive motor 40FL, 40FR is a three-phase synchronous motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor. The drive circuit 41 drives the left and right drive motors 40FL, 40FR with electric power from the lithium ion battery 42 so that the drive motor output torque matches the torque command value received from the integrated controller 30. Then, the drive circuit 41 transmits the output torque of the drive motors 40FL and 40FR and the motor rotation speed detected by a rotation position sensor (not shown) attached to the motor rotation shaft of the drive motors 40FL and 40FR to the integrated controller 30, respectively. To do.

前輪2FL、2FRは、運転者が操作するステアリングホイール11の回転運動によりステアリングギア12を介して機械的に主操舵される。   The front wheels 2FL and 2FR are mechanically steered mechanically via the steering gear 12 by the rotational movement of the steering wheel 11 operated by the driver.

統合コントローラ30には、アクセルペダルセンサ23によって検出するアクセル開度信号APOと、ステアリングホイール11の回転軸に取り付けられた操舵角センサ21によって検出するステアリングホイールの回転角信号STRと、ヨーレートセンサ8によって検出するヨーレート信号γと、各車輪2FL、2FR、2RL、2RRに取り付けられた回転センサによって検出されるそれぞれの車輪速度(車輪角速度)ωfl、ωfr、ωrl、ωrrとが入力される。   The integrated controller 30 includes an accelerator opening signal APO detected by an accelerator pedal sensor 23, a steering wheel rotation angle signal STR detected by a steering angle sensor 21 attached to the rotation shaft of the steering wheel 11, and a yaw rate sensor 8. The yaw rate signal γ to be detected and the respective wheel speeds (wheel angular speeds) ωfl, ωfr, ωrl, ωrr detected by the rotation sensors attached to the wheels 2FL, 2FR, 2RL, 2RR are input.

また、この第3実施形態は、後述のように、タイヤすべり角推定値の誤差補正をヨーレートに基づいて行うようオブザーバを構成するため、上述した第1、第2実施形態と異なり、加速度センサ28を必要としないものである。   Further, in the third embodiment, as will be described later, since the observer is configured to perform error correction of the tire slip angle estimated value based on the yaw rate, the acceleration sensor 28 differs from the first and second embodiments described above. Is not required.

図10は、第3実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図を示している。   FIG. 10 is a block diagram showing the calculation contents of the tire state estimation in the third embodiment.

図10のタイヤすべり率検出手段100では、第1実施形態における図2のタイヤすべり率検出手段100と同様にして、各車輪速度から前輪タイヤすべり率を検出する。   The tire slip ratio detecting means 100 in FIG. 10 detects the front wheel tire slip ratio from each wheel speed in the same manner as the tire slip ratio detecting means 100 in FIG. 2 in the first embodiment.

図10のタイヤ縦力検出手段200では、第1実施形態における図2のタイヤ縦力検出手段200と同様にして、駆動モータ電流と駆動輪速度とから前輪タイヤ縦力を検出する。   The tire longitudinal force detection means 200 of FIG. 10 detects the front wheel tire longitudinal force from the drive motor current and the drive wheel speed in the same manner as the tire longitudinal force detection means 200 of FIG. 2 in the first embodiment.

図10の前輪タイヤ力最大値推定手段300では、第1実施形態における図2のタイヤ力推定手段300と同様の演算により、前輪タイヤ縦力と前輪タイヤすべり率とタイヤすべり角推定手段1000(後述)で推定された前輪タイヤすべり角とから前輪タイヤ力最大値を推定する。   The front wheel tire force maximum value estimation means 300 in FIG. 10 performs the same calculation as the tire force estimation means 300 in FIG. 2 in the first embodiment, thereby calculating the front wheel tire longitudinal force, the front wheel tire slip ratio, and the tire slip angle estimation means 1000 (described later). ) Estimate the maximum value of the front wheel tire force from the front wheel tire slip angle.

図10の前輪タイヤ横力推定手段400では、第1実施形態における図2のタイヤ横力推定手段400と同様の演算により、前輪タイヤ力最大値と前輪タイヤすべり率とタイヤすべり角推定手段1000(後述)で推定された前輪タイヤすべり角とから前輪タイヤ横力を推定する。   The front wheel tire lateral force estimating means 400 of FIG. 10 performs the same calculation as the tire lateral force estimating means 400 of FIG. 2 in the first embodiment, thereby calculating the front wheel tire maximum force value, the front wheel tire slip ratio, and the tire slip angle estimating means 1000 ( The front wheel tire lateral force is estimated from the front tire slip angle estimated in (below).

なお、図10の前輪タイヤ力最大値推定手段300及び前輪タイヤ横力推定手段400において、初回演算時には、タイヤすべり角推定手段1000(後述)にて前輪タイヤすべり角αfが算出されていないので(前回値がないので)、前輪タイヤすべり角αfとして予め設定された値(例えば、ゼロ)を用いている。   In the front wheel tire force maximum value estimation means 300 and the front wheel tire lateral force estimation means 400 in FIG. 10, the tire slip angle estimation means 1000 (described later) does not calculate the front wheel tire slip angle αf at the time of the initial calculation ( Since there is no previous value), a preset value (for example, zero) is used as the front tire slip angle αf.

図10の後輪タイヤ力最大値推定手段600では、前輪タイヤ縦力と前輪タイヤ力最大値とから後輪タイヤ力最大値を推定する。第2実施形態と同様にして、車両に働くロールおよびピッチ方向のモーメントの釣り合いを考慮すると、左右の後輪タイヤ力最大値Fp(r,j)は前輪タイヤ力最大値Fp(f,j)から数式(49)を用いて推定される。   The rear wheel tire force maximum value estimation means 600 in FIG. 10 estimates the rear wheel tire force maximum value from the front wheel tire longitudinal force and the front wheel tire force maximum value. In the same manner as in the second embodiment, when considering the balance between the roll acting on the vehicle and the moment in the pitch direction, the left and right rear wheel tire force maximum value Fp (r, j) is the front wheel tire force maximum value Fp (f, j). Is estimated using Equation (49).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで推定されたFp(r,j)は前輪タイヤ力が生じる方向θ(f,j)における後輪タイヤ力の発生限界である。   Fp (r, j) estimated here is the limit of generation of the rear wheel tire force in the direction θ (f, j) in which the front wheel tire force is generated.

一方、図10の後輪タイヤ横力推定手段900で後輪タイヤ横力の推定に必要であるのは、後輪タイヤ力が生じる方向であるタイヤ横方向の後輪タイヤ力の発生限界である。したがって、第2実施形態と同様の演算によって、前輪タイヤ力が生じる方向の後輪タイヤ力の発生限界をタイヤ横方向の限界と変換する。タイヤ力の発生方向を0から360度まで変化させたときに、対応するタイヤ力の分布が、たとえば、楕円で表現されるとき、この変換は数式(50)で実現できる。   On the other hand, what is necessary for the estimation of the rear wheel tire lateral force by the rear wheel tire lateral force estimating means 900 in FIG. 10 is the generation limit of the rear wheel tire force in the tire lateral direction, which is the direction in which the rear wheel tire force is generated. . Therefore, the generation limit of the rear wheel tire force in the direction in which the front wheel tire force is generated is converted to the limit in the tire lateral direction by the same calculation as in the second embodiment. When the tire force generation direction is changed from 0 to 360 degrees, when the corresponding tire force distribution is expressed by an ellipse, for example, this conversion can be realized by Expression (50).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、Rμはタイヤ力最大値楕円の扁平度を表わす係数であり数式(45)で定義される。また、θ(f,j)は前輪タイヤ力が生じる方向であり、数式(7)を用いて前輪タイヤすべり率s(f,j)と前輪タイヤすべり角αfとから定義される。   Here, Rμ is a coefficient representing the flatness of the tire force maximum ellipse, and is defined by Equation (45). Θ (f, j) is the direction in which the front wheel tire force is generated, and is defined from the front wheel tire slip rate s (f, j) and the front wheel tire slip angle αf using Equation (7).

図10の後輪タイヤ横力推定手段900では、後輪タイヤ力最大値(タイヤ横方向における後輪タイヤ力最大値)とタイヤすべり角推定手段1000で推定された後輪タイヤすべり角αrとから後輪タイヤ横力Fy(r,j)を推定する。タイヤ横力のモデルとしてフィアラモデルを用いると、後輪タイヤ横力は数式(51)で推定される。   In the rear wheel tire lateral force estimating means 900 of FIG. 10, the rear wheel tire force maximum value (the rear wheel tire force maximum value in the tire lateral direction) and the rear wheel tire slip angle αr estimated by the tire slip angle estimating means 1000 are used. The rear wheel tire lateral force Fy (r, j) is estimated. When the Fiara model is used as a tire lateral force model, the rear wheel tire lateral force is estimated by Expression (51).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、Ψ(r,j)は、数式(52)で表される。   Here, Ψ (r, j) is expressed by Equation (52).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

なお、タイヤすべり角とタイヤ力最大値とからタイヤ横力を計算できるタイヤモデルならば、フィアラモデルに限らず用いることができる。   A tire model that can calculate the tire lateral force from the tire slip angle and the maximum tire force can be used without being limited to the filar model.

図10のタイヤすべり角推定手段1000では、前輪タイヤ横力推定手段400で推定した前輪タイヤ横力と、後輪タイヤ横力推定手段900で推定した後輪タイヤ横力と、検出されたヨーレートおよび縦方向速度とから前後輪のタイヤすべり角を推定する。第1、第2実施形態とは異なり、車両横加速度を用いずにオブザーバを構成するため、加速度センサ28を省略でき、車両原価を低減することができるうえ、加速度センサ28に混入するノイズによる推定制度への悪影響を無くすことができる。   In the tire slip angle estimating means 1000 of FIG. 10, the front wheel tire lateral force estimated by the front wheel tire lateral force estimating means 400, the rear wheel tire lateral force estimated by the rear wheel tire lateral force estimating means 900, the detected yaw rate and Estimate the tire slip angle of the front and rear wheels from the longitudinal speed. Unlike the first and second embodiments, since the observer is configured without using the vehicle lateral acceleration, the acceleration sensor 28 can be omitted, the vehicle cost can be reduced, and estimation by noise mixed in the acceleration sensor 28 can be performed. The adverse effects on the system can be eliminated.

本オブザーバを導出するため、縦方向と横方向の車両動特性から、車体すべり角βについて数式(53)が成り立つことを利用する。   In order to derive this observer, the fact that Formula (53) holds for the vehicle body slip angle β from the vehicle dynamic characteristics in the vertical direction and the horizontal direction is used.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

また、回転運動の車両動特性から、ヨーレートγについて数式(54)が成り立つ。   Further, from the vehicle dynamic characteristics of the rotational motion, the mathematical formula (54) is established for the yaw rate γ.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、Iは車両ヨー慣性モーメント、ltはトレッド幅である。以上2式において、本実施形態では特に、Fxrl=Fxrr=0である。さらに、状態ベクトルx、本車両運動系の入力u、出力yを次のように定める。   Here, I is the vehicle yaw moment of inertia, and lt is the tread width. In the above two formulas, particularly in the present embodiment, Fxrl = Fxrr = 0. Further, the state vector x, the input u of the vehicle motion system, and the output y are determined as follows.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

Figure 0005540641
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Figure 0005540641
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f(.)を状態方程式、h(.)を出力方程式とすれば、数式(53)、(54)から本車両運動系は次式で表現できる。   If f (.) is a state equation and h (.) is an output equation, the vehicle motion system can be expressed by the following equation from equations (53) and (54).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

よって、状態ベクトルxを推定するオブザーバは次式で設計できる。   Therefore, the observer for estimating the state vector x can be designed by the following equation.

Figure 0005540641
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上式(59)において、Kはオブザーバゲインベクトルであり、yはヨーレートセンサ8で検出したヨーレート検出値である。したがって、数式(59)のようにオブザーバを設計することにより、ヨーレート検出値とヨーレート推定値との誤差が減少するようにオブザーバを構成している。このようにして推定された状態ベクトルxに含まれる車体すべり角βから、すべり角とヨーレートと車速との間の関係を用いて、前輪タイヤすべり角αf、後輪タイヤすべり角αrを推定する。さらに、推定された前輪タイヤすべり角αfを前輪タイヤ力最大値推定手段300と前輪タイヤ横力推定手段400で用い、後輪タイヤすべり角αrを後輪タイヤ横力推定手段900で用いる。   In the above equation (59), K is an observer gain vector, and y is a yaw rate detection value detected by the yaw rate sensor 8. Therefore, the observer is configured so that an error between the detected yaw rate value and the estimated yaw rate value is reduced by designing the observer as in Expression (59). From the vehicle slip angle β included in the state vector x estimated in this way, the front tire slip angle αf and the rear tire slip angle αr are estimated using the relationship between the slip angle, the yaw rate, and the vehicle speed. Further, the estimated front wheel tire slip angle αf is used in the front wheel tire maximum force estimating means 300 and the front wheel tire lateral force estimating means 400, and the rear wheel tire slip angle αr is used in the rear wheel tire lateral force estimating means 900.

次に、本発明の第4実施形態について説明する。図11に示すように、この第4実施形態は、上述した第2実施形態と略同一の車両構成となっているが、前輪(操向輪)のセルフアライニングトルク(SAT)が検出できる車両構成となっている。これにより、前後輪で路面摩擦係数μが等しくないときにもタイヤ状態を推定することができる。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 11, the fourth embodiment has substantially the same vehicle configuration as the second embodiment described above, but the vehicle can detect the self-aligning torque (SAT) of the front wheels (steering wheels). It has a configuration. Thus, the tire condition can be estimated even when the road surface friction coefficient μ is not equal between the front and rear wheels.

前輪2FL、2FRは、運転者が操作するステアリングホイール11の回転運動によりステアリングギア12を介して機械的に主操舵される他に、補助操舵用モータ24によるアシストトルクで補助操舵される。ステアリングシャフトに取り付けられたトルクセンサ22でドライバートルクを検出し、補助操舵用モータ24の入力電流を検出して、それぞれ統合コントローラ30へ送信する。
その他の構成については第2実施形態と同じであるので、説明を省略する。
The front wheels 2FL, 2FR are not only mechanically steered mechanically via the steering gear 12 by the rotational movement of the steering wheel 11 operated by the driver, but are also auxiliary steered by assist torque by the auxiliary steering motor 24. A driver torque is detected by a torque sensor 22 attached to the steering shaft, and an input current of the auxiliary steering motor 24 is detected and transmitted to the integrated controller 30.
Since other configurations are the same as those of the second embodiment, description thereof is omitted.

このような第3実施形態においても、上述した第2実施形態と同様の作用効果を得ることができる。   Also in the third embodiment, the same operational effects as those of the second embodiment described above can be obtained.

図12は、第4実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図を示している。   FIG. 12 is a block diagram showing the calculation contents of the tire state estimation in the fourth embodiment.

図12のタイヤすべり率検出手段100では、第2実施形態と同様の演算(第2実施形態のタイヤすべり率検出手段100と同様の演算)によって、各車輪速度から後輪タイヤすべり率を検出する。   In the tire slip ratio detecting means 100 of FIG. 12, the rear wheel tire slip ratio is detected from each wheel speed by the same calculation as the second embodiment (the same calculation as the tire slip ratio detecting means 100 of the second embodiment). .

図12のタイヤ縦力検出手段200では、第2実施形態と同様の演算(第2実施形態のタイヤ縦力検出手段200と同様の演算)によって、駆動モータ電流と駆動輪速度とから後輪タイヤ縦力を検出する。   In the tire longitudinal force detection means 200 of FIG. 12, the rear wheel tire is calculated from the drive motor current and the drive wheel speed by the same calculation as in the second embodiment (the same calculation as in the tire vertical force detection means 200 of the second embodiment). Detects longitudinal force.

図12の後輪タイヤ力最大値推定手段300では、第2実施形態と同様の演算(第2実施形態の後輪タイヤ力最大値推定手段300と同様の演算)によって、後輪タイヤすべり率と後輪タイヤ縦力とタイヤすべり角推定手段1400(後述)で推定された後輪タイヤすべり角とから後輪タイヤ力最大値を推定する。   In the rear-wheel tire force maximum value estimation means 300 in FIG. 12, the rear-wheel tire slip rate is calculated by the same calculation as in the second embodiment (the same calculation as in the rear-wheel tire force maximum value estimation means 300 in the second embodiment). The maximum value of the rear wheel tire force is estimated from the rear wheel tire longitudinal force and the rear wheel tire slip angle estimated by the tire slip angle estimating means 1400 (described later).

図12の後輪タイヤ横力推定手段400では、第2実施形態と同様の演算(第2実施形態の後輪タイヤ横力推定手段400と同様の演算)によって、後輪タイヤ力最大値と後輪タイヤすべり率とタイヤすべり角推定手段1400(後述)で推定された後輪タイヤすべり角とから、後輪タイヤ横力を推定する。   In the rear wheel tire lateral force estimating means 400 of FIG. 12, the rear wheel tire maximum force value and the rear are calculated by the same calculation as that of the second embodiment (the same calculation as that of the rear wheel tire lateral force estimation means 400 of the second embodiment). The rear wheel tire lateral force is estimated from the wheel tire slip rate and the rear wheel tire slip angle estimated by the tire slip angle estimating means 1400 (described later).

なお、図12の後輪タイヤ力最大値推定手段300及び後輪タイヤ横力推定手段400において、初回演算時には、タイヤすべり角推定手段1400(後述)にて後輪タイヤすべり角αrが算出されていないので(前回値がないので)、後輪タイヤすべり角αrとして予め設定された値(例えば、ゼロ)を用いている。   In the rear wheel tire maximum force estimating means 300 and the rear wheel tire lateral force estimating means 400 in FIG. 12, the rear wheel tire slip angle αr is calculated by a tire slip angle estimating means 1400 (described later) at the time of initial calculation. Since there is no value (since there is no previous value), a preset value (for example, zero) is used as the rear wheel tire slip angle αr.

図12のセルフアライニングトルク(SAT)検出手段1100では、電動パワーステアリングアシストトルクと電動パワーステアリングドライバートルクとから前輪SATを検出する。図11に示す構成のトルクセンサ21で検出されるドライバートルクTstrと、補助操舵用モータ24の入力電流から計算したアシストトルクTassとから、左右輪各々のSATの平均値を前輪のセルフアライニングトルクTsatとして推定する。すなわち、前輪SATは数式(60)によって求められる。   The self-aligning torque (SAT) detecting means 1100 in FIG. 12 detects the front wheel SAT from the electric power steering assist torque and the electric power steering driver torque. From the driver torque Tstr detected by the torque sensor 21 having the configuration shown in FIG. 11 and the assist torque Tass calculated from the input current of the auxiliary steering motor 24, the average value of the SAT of each of the left and right wheels is calculated as the self-aligning torque of the front wheels. Estimated as Tsat. That is, the front wheel SAT is obtained by the equation (60).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

図12の前輪タイヤ力最大値推定手段1200では、前輪SATと図12のタイヤすべり角推定手段1400(後述)で推定された前輪タイヤすべり角とから前輪タイヤ力最大値を推定する。例えば、フィアラモデルによるとSATは数式(61)のように表現される。   12 estimates the front wheel tire force maximum value from the front wheel SAT and the front wheel tire slip angle estimated by the tire slip angle estimation means 1400 (described later) in FIG. For example, according to the fiara model, SAT is expressed as shown in Equation (61).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、Fpfは前輪タイヤ力最大値、αfは前輪タイヤすべり角、lcはタイヤ接地面長である。この式に前輪タイヤすべり角と前輪SATを代入して、3次方程式を解くことにより前輪タイヤ力最大値Fpfを求めることができる。   Here, Fpf is a front wheel tire force maximum value, αf is a front wheel tire slip angle, and lc is a tire contact surface length. The front wheel tire maximum force Fpf can be obtained by substituting the front wheel tire slip angle and the front wheel SAT into this equation and solving the cubic equation.

図12の前輪タイヤ横力推定手段1300では、前輪タイヤ力最大値と前輪タイヤすべり角とから前輪タイヤ横力を推定する。たとえば、フィアラタイヤモデルを用いると前輪タイヤ横力Fyfは次式で推定される。   The front wheel tire lateral force estimating means 1300 in FIG. 12 estimates the front wheel tire lateral force from the front wheel tire maximum force value and the front wheel tire slip angle. For example, when a fiara tire model is used, the front wheel tire lateral force Fyf is estimated by the following equation.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

ここで、ここで、Ψfは、数式(63)で表される。   Here, ψf is expressed by Equation (63).

Figure 0005540641
Figure 0005540641

お、タイヤすべり角とタイヤ力最大値とからタイヤ横力を計算できるタイヤモデルならば、フィアラタイヤモデルに限らず用いることができる。
Your name, if the tire model that can calculate the tire lateral force from the tire slip angle and a tire force maximum value, can be used not only to Fiala tire model.

図12のタイヤすべり角推定手段1400では、後輪タイヤ横力推定手段400で推定された後輪タイヤ横力推定値と前輪タイヤ横力推定手段1300で推定された前輪タイヤ横力と検出されたヨーレート、縦方向速度および車両横加速度とから前後輪タイヤすべり角を推定する。   The tire slip angle estimating means 1400 in FIG. 12 detects the rear wheel tire lateral force estimated value estimated by the rear wheel tire lateral force estimating means 400 and the front wheel tire lateral force estimated by the front wheel tire lateral force estimating means 1300. The front and rear tire slip angles are estimated from the yaw rate, longitudinal speed, and vehicle lateral acceleration.

これまでの実施形態とは異なり、本実施形態の前輪タイヤ横力推定手段1300で推定される前輪タイヤ横力は、左右輪それぞれに生じる横力の平均値なので、これを考慮して第1実施形態と同様の操作でオブザーバを導出すると次式が得られる。   Unlike the previous embodiments, the front wheel tire lateral force estimated by the front wheel tire lateral force estimating means 1300 of the present embodiment is an average value of the lateral forces generated on the left and right wheels, and therefore, the first implementation is performed in consideration of this. When the observer is derived by the same operation as the form, the following equation is obtained.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

この式より推定された車体すべり角βをもとに、第1実施形態と同様に前輪タイヤすべり角αfと後輪タイヤすべり角αrを推定する。   Based on the vehicle slip angle β estimated from this equation, the front wheel tire slip angle αf and the rear wheel tire slip angle αr are estimated in the same manner as in the first embodiment.

このような第4実施形態においても、タイヤ状態を精度よく推定できるため、車両運動制御の性能向上が期待でき、自動車の乗り心地の向上が見込まれる。   Also in the fourth embodiment, since the tire state can be accurately estimated, the performance improvement of the vehicle motion control can be expected, and the ride comfort of the automobile is expected to be improved.

次に、本発明の第5実施形態について説明する。図13に示すように、この第5実施形態は、上述した第2実施形態と略同一構成となっているが、車両の駆動力発生源がモータからエンジン等の内燃機関に変更されている。   Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 13, the fifth embodiment has substantially the same configuration as the second embodiment described above, but the driving force generation source of the vehicle is changed from a motor to an internal combustion engine such as an engine.

図13において、50はエンジン等の内燃機関であり、駆動力を供給する。図13における51は、トランスミッションであり、適切なギアを選択し、そのギアを介して駆動力を車軸に伝達する。選択されているギアの情報は統合コントローラ30に送信される。また、図には示さないが、各車輪には回転センサが取り付けられ、検出した各車輪速度の(車輪角速度)ωfl、ωfr、ωrl、ωrrが統合コントローラ30に入力されている。   In FIG. 13, reference numeral 50 denotes an internal combustion engine such as an engine, which supplies driving force. Reference numeral 51 in FIG. 13 denotes a transmission, which selects an appropriate gear and transmits a driving force to the axle via the gear. Information on the selected gear is transmitted to the integrated controller 30. Although not shown in the figure, a rotation sensor is attached to each wheel, and the detected wheel speeds (wheel angular velocities) ωfl, ωfr, ωrl, and ωrr are input to the integrated controller 30.

図14は、第5実施形態におけるタイヤ状態推定の演算内容を示すブロック図を示している。   FIG. 14 is a block diagram showing the calculation contents of the tire state estimation in the fifth embodiment.

図14のタイヤすべり率検出手段100では、第2実施形態と同様の演算(第2実施形態のタイヤすべり率検出手段100と同様の演算)によって、各車輪速度から後輪タイヤすべり率を検出する。   In the tire slip ratio detection means 100 of FIG. 14, the rear wheel tire slip ratio is detected from each wheel speed by the same calculation as the second embodiment (the same calculation as the tire slip ratio detection means 100 of the second embodiment). .

図14のタイヤ縦力検出手段1500では、駆動トルクと駆動輪速度とから後輪タイヤ縦力を検出する。後輪タイヤ縦力の検出には、たとえば、数式(65)を用いる。   14 detects the rear wheel tire longitudinal force from the driving torque and the driving wheel speed. For example, mathematical expression (65) is used to detect the rear wheel tire longitudinal force.

Figure 0005540641
Figure 0005540641

Td(r,j)は後輪に生じる駆動トルクであり、例えば、選択されているギア比と内燃機関の回転数とから、予め作成されたこれらの関係を示すマップを用いて推定される。   Td (r, j) is a driving torque generated in the rear wheel, and is estimated from, for example, a selected gear ratio and the rotational speed of the internal combustion engine, using a map that shows these relationships created in advance.

また、図14の後輪タイヤ力最大値推定手段300、後輪タイヤ横力推定手段400、前輪タイヤ力最大値推定手段600、前輪タイヤ横力推定手段700、タイヤすべり角推定手段800は、第2実施形態と同様の演算内容によって各推定値を得るものである。   Further, rear wheel tire force maximum value estimation means 300, rear wheel tire lateral force estimation means 400, front wheel tire force maximum value estimation means 600, front wheel tire lateral force estimation means 700, and tire slip angle estimation means 800 in FIG. Each estimated value is obtained by the same calculation content as in the second embodiment.

このような第5実施形態においても、上述した第2実施形態と同様の作用効果を得ることができる。   Also in the fifth embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the second embodiment described above.

2FL…左前輪
2FR…右前輪
2RL…左後輪
2RR…右後輪
11…ステアリングホール
30…統合コントローラ
2FL ... Left front wheel 2FR ... Right front wheel 2RL ... Left rear wheel 2RR ... Right rear wheel 11 ... Steering hole 30 ... Integrated controller

Claims (9)

タイヤすべり角を推定するタイヤすべり角推定手段と、
タイヤすべり角の前回値、タイヤすべり率及びタイヤ縦力に応じてタイヤ力最大値を推定するタイヤ力最大値推定手段と、を有し、
前記タイヤすべり角推定手段は、前記タイヤ力最大値、前記タイヤすべり率、前記タイヤ縦力及び車両状態測定値に基づいてタイヤすべり角を推定し、
前記タイヤ力最大値推定手段は、前記タイヤすべり角の前回値と、前記タイヤすべり率及び前記タイヤ縦力とからタイヤ力粘着比を計算するタイヤ力粘着比計算部と、前記タイヤ力粘着比と前記タイヤ縦力とからタイヤ力最大値を求めるタイヤ力最大値計算部と、を有することを特徴とするタイヤ状態推定装置。
Tire slip angle estimating means for estimating tire slip angle;
Tire force maximum value estimating means for estimating the tire force maximum value according to the previous value of the tire slip angle, the tire slip rate and the tire longitudinal force,
The tire slip angle estimating means estimates a tire slip angle based on the tire force maximum value, the tire slip ratio, the tire longitudinal force and a vehicle state measurement value ,
The tire force maximum value estimating means includes a tire force adhesion ratio calculation unit for calculating a tire force adhesion ratio from the previous value of the tire slip angle, the tire slip ratio and the tire longitudinal force, and the tire force adhesion ratio. And a tire force maximum value calculation unit for obtaining a tire force maximum value from the tire longitudinal force .
タイヤすべり角を推定するタイヤすべり角推定手段と、
タイヤすべり角の前回値、タイヤすべり率及びタイヤ縦力に応じてタイヤ力最大値を推定するタイヤ力最大値推定手段と、を有し、
前記タイヤすべり角推定手段は、前記タイヤ力最大値、前記タイヤすべり率、前記タイヤ縦力及び車両状態測定値に基づいてタイヤすべり角を推定し、
前記タイヤ力最大値推定手段は、タイヤ摩擦円の異方性を考慮してタイヤ力最大値を推定することを特徴とするタイヤ状態推定装置。
Tire slip angle estimating means for estimating tire slip angle;
Tire force maximum value estimating means for estimating the tire force maximum value according to the previous value of the tire slip angle, the tire slip rate and the tire longitudinal force,
The tire slip angle estimating means estimates a tire slip angle based on the tire force maximum value, the tire slip ratio, the tire longitudinal force and a vehicle state measurement value ,
The tire force maximum value estimating means estimates the tire force maximum value in consideration of the anisotropy of the tire friction circle .
タイヤすべり角を推定するタイヤすべり角推定手段と、
タイヤすべり角の前回値、タイヤすべり率及びタイヤ縦力に応じてタイヤ力最大値を推定するタイヤ力最大値推定手段と、を有し、
前記タイヤすべり角推定手段は、前記タイヤ力最大値、前記タイヤすべり率、前記タイヤ縦力及び車両状態測定値に基づいてタイヤすべり角を推定し、
前記タイヤ力最大値推定手段は、前記タイヤすべり率が所定のタイヤすべり率閾値を超えたときには、前記タイヤすべり角の前回値、前記タイヤすべり率及び前記タイヤ縦力に基づき推定された値をタイヤ力最大値とし、前記タイヤすべり率が前記タイヤすべり率閾値を超えないときには、静的な輪荷重に基づき推定された値をタイヤ力最大値とすることを特徴とするタイヤ状態推定装置。
Tire slip angle estimating means for estimating tire slip angle;
Tire force maximum value estimating means for estimating the tire force maximum value according to the previous value of the tire slip angle, the tire slip rate and the tire longitudinal force,
The tire slip angle estimating means estimates a tire slip angle based on the tire force maximum value, the tire slip ratio, the tire longitudinal force and a vehicle state measurement value ,
When the tire slip rate exceeds a predetermined tire slip rate threshold, the tire force maximum value estimating means determines the tire slip angle and the estimated value based on the tire slip angle and the tire longitudinal force. A tire condition estimating device characterized in that when the tire slip rate is not greater than the tire slip rate threshold value, the tire force maximum value is a value estimated based on a static wheel load .
前記タイヤすべり率閾値は、該タイヤすべり率閾値を超えた場合の前記タイヤ力最大値の推定誤差が所望の誤差範囲となるように定められていることを特徴とする請求項に記載のタイヤ状態推定装置。 The tire according to claim 3 , wherein the tire slip ratio threshold is determined such that an estimation error of the tire force maximum value when the tire slip ratio threshold is exceeded is within a desired error range. State estimation device. タイヤすべり角を推定するタイヤすべり角推定手段と、
タイヤすべり角の前回値、タイヤすべり率及びタイヤ縦力に応じてタイヤ力最大値を推定するタイヤ力最大値推定手段と、を有し、
前記タイヤすべり角推定手段は、前記タイヤ力最大値、前記タイヤすべり率、前記タイヤ縦力及び車両状態測定値に基づいてタイヤすべり角を推定し、
前記タイヤ力最大値と前記タイヤすべり角の前回値とからタイヤ横力を推定するタイヤ横力推定手段を有し、
前記タイヤすべり角推定手段は、推定されたタイヤ横力、前記タイヤ縦力及び前記車両状態測定値から前記タイヤすべり角を推定することを特徴とするタイヤ状態推定装置。
Tire slip angle estimating means for estimating tire slip angle;
Tire force maximum value estimating means for estimating the tire force maximum value according to the previous value of the tire slip angle, the tire slip rate and the tire longitudinal force,
The tire slip angle estimating means estimates a tire slip angle based on the tire force maximum value, the tire slip ratio, the tire longitudinal force and a vehicle state measurement value ,
Tire lateral force estimating means for estimating tire lateral force from the tire tire maximum value and the previous value of the tire slip angle;
The tire slip angle estimating unit estimates the tire slip angle from the estimated tire lateral force, the tire longitudinal force, and the vehicle state measurement value .
駆動輪タイヤ横力を推定する駆動輪タイヤ横力推定手段と、従動輪タイヤ横力を推定する従動輪タイヤ横力推定手段と、を有し、
前記タイヤすべり角推定手段は、推定された駆動輪タイヤ横力、推定された従動輪タイヤ横力及び前記車両状態測定値を用いて駆動輪のタイヤすべり角と、従動輪のタイヤすべり角を推定するものであって、
前記タイヤ力最大値推定手段は、駆動輪のタイヤ力最大値を推定する駆動輪タイヤ力最大値推定手段と、従動輪のタイヤ力最大値を推定する従動輪タイヤ力最大値推定手段と、を有し、
駆動輪タイヤ力最大値推定手段は、駆動輪のタイヤすべり角の前回値、駆動輪タイヤすべり率及び駆動輪のタイヤ縦力に応じて駆動輪タイヤ力最大値を推定し、
従動輪タイヤ力最大値推定手段は、前記駆動輪タイヤ力最大値及び駆動輪のタイヤ縦力とに応じて従動輪タイヤ力最大値を推定し、
前記駆動輪タイヤ横力推定手段は、前記駆動輪タイヤすべり角の前回値、前記駆動輪タイヤ最大値及び前記駆動輪タイヤすべり率から前記駆動輪タイヤ横力を推定し、
前記従動輪タイヤ横力推定手段は、前記従動輪タイヤすべり角の前回値、前記従動輪タイヤ最大値から前記従動輪タイヤ横力を推定することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。
Driving wheel tire lateral force estimating means for estimating driving wheel tire lateral force; and driven wheel tire lateral force estimating means for estimating driven wheel tire lateral force;
The tire slip angle estimating means estimates the tire slip angle of the driving wheel and the tire slip angle of the driven wheel using the estimated driving wheel tire lateral force, the estimated driven wheel tire lateral force and the vehicle state measurement value. To do,
The tire force maximum value estimating means includes driving wheel tire force maximum value estimating means for estimating the tire force maximum value of the driving wheel, and driven wheel tire force maximum value estimating means for estimating the tire force maximum value of the driven wheel. Have
The driving wheel tire force maximum value estimating means estimates the driving wheel tire force maximum value according to the previous value of the tire slip angle of the driving wheel, the driving wheel tire slip rate and the tire longitudinal force of the driving wheel,
The driven wheel tire force maximum value estimating means estimates the driven wheel tire force maximum value according to the driving wheel tire force maximum value and the tire longitudinal force of the driving wheel,
The drive wheel tire lateral force estimating means estimates the drive wheel tire lateral force from the previous value of the drive wheel tire slip angle, the drive wheel tire force maximum value and the drive wheel tire slip rate,
The driven wheel tire lateral force estimation means, the previous value of the driven wheel tire slip angle, any one of the driven wheel tire force maximum of the claims 1-4, characterized in that estimating the driven wheel tire lateral force The tire state estimation device described in 1.
前記従動輪タイヤ横力推定手段は、タイヤ摩擦円の異方性を考慮して従動輪タイヤ横力を推定することを特徴とする請求項に記載のタイヤ状態推定装置。 The tire condition estimating device according to claim 6 , wherein the driven wheel tire lateral force estimating means estimates the driven wheel tire lateral force in consideration of anisotropy of a tire friction circle. 前記車両状態測定値には、ヨーレートを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。 Wherein the vehicle state measurements, tire condition estimating apparatus according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises a yaw rate. 前記車両状態測定値には、ヨーレートと車両横加速度を含むことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のタイヤ状態推定装置。 The tire state estimation device according to any one of claims 1 to 7 , wherein the vehicle state measurement value includes a yaw rate and a vehicle lateral acceleration.
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