JP6679348B2 - Vehicle front-rear speed estimation device - Google Patents
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Description
この発明は、車両の前後速度推定装置に関し、特に駆動輪と転舵輪が異なる位置に配置される車両の前後速度推定装置に関する。 The present invention relates to a vehicle front-rear speed estimation device, and more particularly to a vehicle front-rear speed estimation device in which driving wheels and steered wheels are arranged at different positions.
車輪の空転を防止する、例えばトラクション制御を行うためには、駆動輪の位置での車両速度が必要である。駆動輪と転舵輪が異なる位置に配置される車両の場合、駆動輪の回転軸と直交する平面と車体の前後方向とが平行になるように駆動輪と車両が配置されている。このため、駆動輪の位置での車両速度は、車両の前後速度とヨーレートから計算できる。車両の前後速度は、従動輪の車輪回転速度を用いることで精度良く推定できる。ここで、車両に生じている横滑り角が大きい場合には、車両の横滑り角の影響を補正する必要がある。 In order to prevent the wheels from slipping, for example to perform traction control, the vehicle speed at the position of the drive wheels is required. In the case of a vehicle in which the drive wheels and the steered wheels are arranged at different positions, the drive wheels and the vehicle are arranged such that the plane orthogonal to the rotation axis of the drive wheels and the front-back direction of the vehicle body are parallel to each other. Therefore, the vehicle speed at the position of the drive wheels can be calculated from the vehicle front-rear speed and the yaw rate. The front-rear speed of the vehicle can be accurately estimated by using the wheel rotation speed of the driven wheels. Here, when the sideslip angle occurring in the vehicle is large, it is necessary to correct the influence of the sideslip angle of the vehicle.
例えば、旋回円の接線方向加速度と法線方向加速度、およびヨーレートを用いて横滑り角速度を求め、その横滑り角速度を積分することで横滑り角を推定する技術が提案されている(特許文献1)。この推定した横滑り角を用いて、旋回中の車両の前後速度を推定している。
ところで、横滑り角の推定に関しては、例えば、ハンドル角と車両速度を入力変数とする車両モデルより横滑り角を推定する技術が提案されている(特許文献2)。推定した横滑り角と車輪の回転速度から、車体の前後速度を推定できる。
For example, a technique has been proposed in which the sideslip angular velocity is obtained using the tangential acceleration and the normal direction acceleration of the turning circle, and the yaw rate, and the sideslip angle is estimated by integrating the sideslip angular velocity (Patent Document 1). The longitudinal velocity of the vehicle during turning is estimated by using the estimated sideslip angle.
With respect to the estimation of the sideslip angle, for example, a technique has been proposed in which the sideslip angle is estimated from a vehicle model in which the steering wheel angle and the vehicle speed are input variables (Patent Document 2). The longitudinal speed of the vehicle body can be estimated from the estimated sideslip angle and the rotational speed of the wheels.
特許文献1では、旋回円の接線方向加速度と法線方向加速度、およびヨーレートを用いて横滑り角速度を求め、その横滑り角速度を積分することで横滑り角を推定している。ところが、積分演算では誤差(ドリフト)が蓄積されやすい。そのため、長時間の積分演算を行うと横滑り角の推定精度が悪化しやすいため、正確に車両の前後速度を推定できない可能性がある。
In
特許文献2では、車両モデルから横滑り角を推定している。図6に示すように、タイヤに生じている横滑り角に対して、タイヤが発生できる横力(コーナリングフォース)が線形の関係にある領域(以下、「タイヤの線形領域」と称す)では、良好な精度で横滑り角を推定できるが、タイヤに生じる横滑り角に対して、タイヤが発生できる横力が非線形の関係にある領域(以下、「タイヤの非線形領域」と称す)では、横滑り角の推定精度が悪化する。この場合、正確に車両の前後速度を推定することができない。
In
他の方法として、前後加速度の積分演算から車両の前後速度を推定することが考えられる。しかし、やはり積分演算では誤差(ドリフト)が蓄積されやすく、正確に車両の前後速度を推定することができない。 As another method, it is possible to estimate the longitudinal velocity of the vehicle from the integral calculation of the longitudinal acceleration. However, an error (drift) is likely to be accumulated in the integral calculation, and the longitudinal speed of the vehicle cannot be accurately estimated.
この発明の目的は、従動輪となる転舵輪と、駆動輪とを備えた車両において、車両の走行状態にかかわらず精度よく車両の前後速度を推定することができる車両の前後速度推定装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a vehicle front-rear speed estimation device capable of accurately estimating the front-rear speed of a vehicle regardless of the traveling state of the vehicle in a vehicle including steered wheels that are driven wheels and drive wheels. It is to be.
この発明の車両の前後速度推定装置は、従動輪となる左右の転舵輪3と、左右の駆動輪2とを備えた車両における前後速度を推定する前後速度推定装置10であって、
前記左右の転舵輪3の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段14と、
前記車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段15と、
前記車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段16と、
前記車両の前後加速度を測定する前後加速度測定手段17と、
前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する走行状態判定手段26と、
前記車輪回転速度測定手段14で測定された前記左右の転舵輪3の車輪回転速度、および、前記ハンドル角測定手段15で測定されたハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する車両モデル応答計算手段25と、
前記左右の転舵輪3の車輪回転速度、前記ハンドル角、前記ヨーレート測定手段16で測定されたヨーレート、および前記車両モデル応答計算手段25で推定された規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する第1の車速推定手段27と、
前記前後加速度測定手段17で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する第2の車速推定手段28と、
前記走行状態判定手段26で判定された前記車両の走行状態に基づき、定められた規則に従って前記第1の車速推定手段27および前記第2の車速推定手段28のいずれか一方により推定した車両の前後速度を選択する車速選択手段29と、を備え、
この車速選択手段29は、前記定められた規則として、通常時は前記第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を選択して出力し、前記走行状態判定手段26により前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、前記第2の車速推定手段28によって推定した車両の前後速度を選択して出力することを特徴とする。
前記定められた規則は、設計等によって任意に定める規則であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な規則を求めて定められる。
前記車両の走行状態は、タイヤの線形領域で走行している通常走行状態と、タイヤの非線形領域で走行している限界走行状態とを含む。
前記定められた限界走行状態は、設計等によって任意に定める走行状態であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切なタイヤの非線形領域を求めて定められる。
この明細書において、「車輪回転速度」とは、単位時間あたりの車輪回転数と同義である。
A front-rear speed estimating device for a vehicle according to the present invention is a front-rear
A pair of wheel rotation speed measuring means 14 for measuring the wheel rotation speeds of the left and right steered
Steering wheel angle measuring means 15 for measuring the steering wheel angle of the vehicle,
Yaw rate measuring means 16 for measuring the yaw rate of the vehicle,
Longitudinal acceleration measuring means 17 for measuring longitudinal acceleration of the vehicle,
A traveling state determination means 26 for determining whether or not the traveling state of the vehicle is a predetermined limit traveling state,
A vehicle in which a reference sideslip angle is estimated by a vehicle model using the wheel rotation speeds of the left and right steered
The front-rear speed of the vehicle is estimated using the wheel rotation speeds of the left and right steered
Second vehicle speed estimating means 28 for estimating the longitudinal speed of the vehicle by integrating the longitudinal acceleration measured by the longitudinal acceleration measuring means 17
Before and after the vehicle estimated by either one of the first vehicle speed estimating means 27 and the second vehicle speed estimating means 28 according to a predetermined rule based on the traveling state of the vehicle determined by the traveling state determining means 26. A vehicle speed selecting means 29 for selecting a speed,
The vehicle speed selecting means 29 selects and outputs the longitudinal speed of the vehicle estimated by the first vehicle speed estimating means 27 in the normal state as the determined rule and outputs the vehicle speed. The traveling state determining means 26 causes the vehicle to travel. When it is determined that the state is the predetermined limit traveling state, the longitudinal speed of the vehicle estimated by the second vehicle
The determined rule is a rule arbitrarily determined by design or the like, and is determined by seeking an appropriate rule by either one or both of a test and a simulation.
The running state of the vehicle includes a normal running state where the tire is running in a linear region and a limit running state where the tire is running in a non-linear region.
The defined limit running state is a running state arbitrarily set by design or the like, and is set by, for example, obtaining an appropriate non-linear region of the tire by one or both of a test and a simulation.
In this specification, the "wheel rotation speed" has the same meaning as the wheel rotation speed per unit time.
この構成によると、車両モデル応答計算手段25は、左右の転舵輪3の車輪回転速度、およびハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する。
前記車両モデルとして、例えば、平面2自由度モデル(通称:平面2輪モデル)を用いているが、この平面2輪モデルに限定されるものではない。
According to this configuration, the vehicle model response calculation means 25 estimates the reference sideslip angle by the vehicle model, using the wheel rotation speeds of the left and right steered
As the vehicle model, for example, a plane two-degree-of-freedom model (commonly called a plane two-wheel model) is used, but it is not limited to this plane two-wheel model.
第1の車速推定手段27は、左右の転舵輪3の車輪回転速度、ハンドル角、ヨーレート、および規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する。車速選択手段29は、通常時(例えば、タイヤの線形領域で走行している状態(以下、「通常走行状態」という)において、第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を選択して出力する。通常走行状態では、良好な精度で規範横滑り角を推定できるため、前記のように第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を選択して出力することで、正確に車両の前後速度を推定することができる。
The first vehicle speed estimation means 27 estimates the longitudinal speed of the vehicle by using the wheel rotation speeds of the left and right steered
走行状態判定手段26により車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、車速選択手段29は、第2の車速推定手段28によって推定した車両の前後速度を選択して出力する。限界走行状態では、規範横滑り角の推定精度が悪化するため、第1の車速推定手段27を適用せず、第2の車速推定手段28を適用する。第2の車速推定手段28は、前後加速度測定手段17で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する。このように積分演算する時間を限界走行状態と判定したときに限定することで、誤差(ドリフト)の蓄積による推定精度の悪化を防止できる。以上説明したように車両の走行状態にかかわらず精度よく車両の前後速度を推定することができる。
When the traveling state determination means 26 determines that the traveling state of the vehicle is in the predetermined limit traveling state, the vehicle speed selection means 29 selects and outputs the longitudinal speed of the vehicle estimated by the second vehicle speed estimation means 28. To do. In the limit traveling state, the estimation accuracy of the reference sideslip angle deteriorates, so the first vehicle speed estimating means 27 is not applied, but the second vehicle
前記車両の横加速度を測定する横加速度測定手段17を備え、前記車両モデル応答計算手段25において、前記左右の転舵輪3の車輪回転速度および前記ハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横加速度または規範ヨーレートを推定し、
前記走行状態判定手段26は、前記横加速度測定手段17で測定された横加速度と前記規範横加速度との偏差が閾値以上のとき、または前記ヨーレート測定手段16で測定されたヨーレートと前記規範ヨーレートとの偏差が閾値以上のとき、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定しても良い。
前記各閾値は、それぞれ設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な値を求めて定められる。
A lateral
The running state determining means 26 determines whether the deviation between the lateral acceleration measured by the lateral acceleration measuring means 17 and the reference lateral acceleration is a threshold value or more, or the yaw rate and the reference yaw rate measured by the yaw rate measuring means 16. When the deviation is greater than or equal to the threshold value, it may be determined that the traveling state of the vehicle is the predetermined limit traveling state.
Each of the thresholds is a value arbitrarily determined by design or the like, and is determined by determining an appropriate value by one or both of a test and a simulation, for example.
この構成によると、実際に車両に発生している横加速度と規範横加速度との偏差が閾値以上のとき、または実際に車両に発生しているヨーレートと規範ヨーレートとの偏差が閾値以上のとき、定められた限界走行状態であるとみなすことができる。この限界走行状態において第2の車速推定手段28を適用することで、精度よく且つ正確に車両の前後速度を推定することができる。 According to this configuration, when the deviation between the lateral acceleration actually occurring in the vehicle and the reference lateral acceleration is equal to or greater than the threshold value, or when the deviation between the yaw rate actually occurring in the vehicle and the reference yaw rate is equal to or greater than the threshold value, It can be considered that the vehicle is in a predetermined limit traveling state. By applying the second vehicle speed estimating means 28 in this limit traveling state, it is possible to accurately and accurately estimate the longitudinal speed of the vehicle.
前記車両の横滑りを防止する横滑り防止制御装置21と、前記車両の制動力を制御する制動制御装置22とを備え、前記走行状態判定手段26は、前記横滑り防止制御装置21および前記制動制御装置22のいずれか一方または両方が作動しているとき、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定しても良い。このような限界走行状態において第2の車速推定手段28を適用することで、精度よく且つ正確に車両の前後速度を推定することができる。
The vehicle is provided with a skid
前記走行状態判定手段26が定められた限界走行状態であると判定したとき、この判定直前に前記第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を、前記第2の車速推定手段28における前後加速度の積分演算の初期値としても良い。この場合、第2の車速推定手段28により推定する車両の前後速度をより精度よく推定することができる。 When the traveling state determining means 26 determines that the vehicle is in a predetermined limit traveling state, the front-rear speed of the vehicle estimated by the first vehicle speed estimating means 27 immediately before the determination is determined by the second vehicle speed estimating means 28. The initial value of the integral calculation of the longitudinal acceleration may be used. In this case, the longitudinal speed of the vehicle estimated by the second vehicle speed estimating means 28 can be estimated more accurately.
この発明の車両の前後速度推定装置は、従動輪となる左右の転舵輪と、左右の駆動輪とを備えた車両における前後速度を推定する前後速度推定装置であって、前記左右の転舵輪の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段と、前記車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段と、前記車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段と、前記車両の前後加速度を測定する前後加速度測定手段と、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する走行状態判定手段と、前記車輪回転速度測定手段で測定された前記左右の転舵輪の車輪回転速度、および、前記ハンドル角測定手段で測定されたハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する車両モデル応答計算手段と、前記左右の転舵輪の車輪回転速度、前記ハンドル角、前記ヨーレート測定手段で測定されたヨーレート、および前記車両モデル応答計算手段で推定された規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する第1の車速推定手段と、前記前後加速度測定手段で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する第2の車速推定手段と、前記走行状態判定手段で判定された前記車両の走行状態に基づき、定められた規則に従って前記第1の車速推定手段および前記第2の車速推定手段のいずれか一方により推定した車両の前後速度を選択する車速選択手段と、を備える。この車速選択手段は、前記定められた規則として、通常時は前記第1の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力し、前記走行状態判定手段により前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、前記第2の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力する。このため、従動輪となる転舵輪と、駆動輪とを備えた車両において、車両の走行状態にかかわらず精度よく車両の前後速度を推定することができる。 A front-rear speed estimation device for a vehicle according to the present invention is a front-rear speed estimation device for estimating a front-rear speed in a vehicle including left and right steered wheels which are driven wheels and left and right drive wheels. A pair of wheel rotation speed measuring means for respectively measuring wheel rotation speeds, a steering wheel angle measuring means for measuring a steering wheel angle of the vehicle, a yaw rate measuring means for measuring a yaw rate of the vehicle, and a longitudinal acceleration of the vehicle. Longitudinal acceleration measuring means, running state determining means for determining whether the running state of the vehicle is a predetermined limit running state, and wheel rotation of the left and right steered wheels measured by the wheel rotation speed measuring means. Vehicle model response calculating means for estimating a reference sideslip angle by a vehicle model using speed and the steering wheel angle measured by the steering wheel angle measuring means as inputs, and the left and right sides. A first vehicle speed estimation for estimating the longitudinal speed of the vehicle using the wheel rotation speed of the steered wheels, the steering wheel angle, the yaw rate measured by the yaw rate measuring means, and the reference sideslip angle estimated by the vehicle model response calculating means. Based on the traveling state of the vehicle determined by the traveling state determining means, second means for estimating the longitudinal speed of the vehicle by integrating the longitudinal acceleration measured by the longitudinal acceleration measuring means, and estimating the longitudinal speed of the vehicle. A vehicle speed selecting means for selecting a longitudinal speed of the vehicle estimated by one of the first vehicle speed estimating means and the second vehicle speed estimating means according to a predetermined rule. The vehicle speed selecting means normally selects and outputs the longitudinal speed of the vehicle estimated by the first vehicle speed estimating means as the determined rule, and outputs the traveling state of the vehicle by the traveling state determining means. When it is determined that the vehicle is in the limit traveling state, the longitudinal speed of the vehicle estimated by the second vehicle speed estimating means is selected and output. Therefore, in a vehicle including steered wheels that are driven wheels and drive wheels, the longitudinal speed of the vehicle can be accurately estimated regardless of the traveling state of the vehicle.
この発明の実施形態に係る車両の前後速度推定装置を図1ないし図6と共に説明する。
図1は、この実施形態に係る車両の前後速度推定装置のシステム構成を平面視で概略示す図である。この前後速度推定装置を搭載した車両である電気自動車1は、左右の後輪2が動力源となる電動のモータ4で駆動される駆動輪であり、左右の前輪3が従動輪となる。左右の前輪3は転舵輪とされている。各モータ4は、それぞれ駆動力および制動力を発生可能である。各モータ4は、インホイールモータ駆動装置IWMを構成する。
A vehicle longitudinal speed estimating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a system configuration of a vehicle longitudinal speed estimation device according to this embodiment in a plan view. In an
図2に示すように、インホイールモータ駆動装置IWMは、モータ4、減速機6、および車輪用軸受7を有し、これらの一部または全体が後輪2内に配置される。モータ4の回転は、減速機6および車輪用軸受7を介して後輪2に伝達される。車輪用軸受7のハブ輪7aのフランジ部には摩擦ブレーキ装置8を構成するブレーキロータ8aが固定され、同ブレーキロータ8aは後輪2と一体に回転する。モータ4は、例えば、ロータ4aのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。このモータ4は、ハウジング4cに固定したステータ4bと、回転出力軸9に取り付けたロータ4aとの間にラジアルギャップを設けたモータである。
As shown in FIG. 2, the in-wheel motor drive device IWM has a
制御系について説明する。
図1に示すように、前後速度推定装置10は、この車両の前後速度を推定する装置である。前後速度推定装置10は、車両に搭載されたECU11と、モータ4に対して設けられたインバータ装置12と、センサ類13とを有する。ECU11は、マイクロコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。ECU11とインバータ装置12とは、例えば、CAN(コントロール・エリア・ネットワーク)等の車内通信網で接続されている。
The control system will be described.
As shown in FIG. 1, the front-rear
センサ類13は、左右の前輪3の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段14と、車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段15と、車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段16と、車両の前後加速度および横加速度を測定する加速度センサ17とを有する。またセンサ類13は、アクセル操作手段18の操作量を検出するアクセルセンサ18a、およびブレーキ操作手段19の操作量を検出するブレーキセンサ19aを有する。
The
ECU11は、この例では次に示す車両コントローラ20と、車両の横滑りを防止する制御を行う横滑り防止制御装置(略称ESC)21と、車両の制動力を制御する制動制御装置(略称ABS)22とを有する。車両コントローラ20には、アクセル操作手段18からの加速指令、およびブレーキ操作手段19からの減速指令が入力され、前記加速指令と前記減速指令の差に応じた制駆動トルクを、インバータ装置12のモータコントローラ12aに与える。モータコントローラ12aは、与えられる制駆動トルクに従い、電流指令に変換して、インバータ12bに電流指令を与える。
In this example, the
図3に示すように、車両コントローラ20は、車両の前後速度推定装置本体23と、スリップ率制御装置24とを有する。前後速度推定装置本体23は、車両モデル応答計算手段25、走行状態判定手段26、第1の車速推定手段27、第2の車速推定手段28、および車速選択手段29を有する。
車両モデル応答計算手段25は、車輪回転速度測定手段14で測定された左右の前輪3の車輪回転速度、および、ハンドル角測定手段15で測定された車両のハンドル角を入力として、車両モデルを用いて、規範横滑り角βref、規範ヨーレートγref、規範横加速度Ayrefを計算する。なお車両モデルから得られる状態量には「規範」が付けられている。前記車両モデルとして、この例では、後述する平面2自由度モデル(通称:平面2輪モデル)を用いている。
As shown in FIG. 3, the
The vehicle model response calculation means 25 uses the vehicle model with the wheel rotation speed of the left and right
走行状態判定手段26は、車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する。車両の走行状態は、図6に示すように、タイヤの線形領域で走行している通常走行状態と、タイヤの非線形領域で走行している限界走行状態とを含む。
図3に示すように、走行状態判定手段26は、車両モデル応答計算手段25が計算した規範横加速度Ayrefと、実際に車両に発生している横加速度Ayとの偏差(以下、「横加速度偏差」と称す)ΔAyがある閾値以上のとき、または車両モデル応答計算手段25が計算した規範ヨーレートγrefと、実際に車両に発生しているヨーレートγとの偏差(以下、「ヨーレート偏差」と称す)Δγがある閾値以上のとき、車両の走行状態が限界走行状態であると判定する。
The traveling state determination means 26 determines whether or not the traveling state of the vehicle is the predetermined limit traveling state. As shown in FIG. 6, the running state of the vehicle includes a normal running state where the tire is running in a linear region and a limit running state where the tire is running in a non-linear region.
As shown in FIG. 3, the traveling
前記限界走行状態は、車両モデルを用いて推定した規範横滑り角βrefの推定精度が悪化している状態である。実際に車両に発生している横加速度Ayは、横加速度測定手段および前後加速度測定手段である加速度センサ17により測定される。実際に車両に発生しているヨーレートγは、ヨーレート測定手段16により測定される。
The limit traveling state is a state in which the estimation accuracy of the reference sideslip angle β ref estimated using the vehicle model is deteriorated. The lateral acceleration A y actually generated in the vehicle is measured by the
また走行状態判定手段26は、横滑り防止制御装置21および制動制御装置22のいずれか一方または両方が作動しているとき、車両の走行状態が限界走行状態であると判定する。
走行状態判定手段26は、前述のいずれの条件にもあてはまらないとき、車両モデルを用いて推定した規範横滑り角βrefの推定精度が良好な状態(以下、「通常走行状態」と称す)と判定する。
Further, the traveling state determination means 26 determines that the traveling state of the vehicle is the limit traveling state when one or both of the skid
When none of the above-mentioned conditions is satisfied, the traveling state determination means 26 determines that the estimation accuracy of the reference sideslip angle β ref estimated using the vehicle model is good (hereinafter, referred to as “normal traveling state”). To do.
第1の車速推定手段27は、左右の前輪の車輪回転速度ωFL,ωFR、横滑り角β、ハンドル角δh、およびヨーレートγを用いて、以下の式(a1),(a2)から車両の前後速度Vxを推定する。 The first vehicle speed estimating means 27 uses the wheel rotational speeds ω FL and ω FR of the left and right front wheels, the sideslip angle β, the steering wheel angle δ h , and the yaw rate γ to calculate the vehicle from the following equations (a1) and (a2). to estimate the longitudinal velocity V x of.
図4は、各記号とこの車両の位置の対応関係を示す図である。同図4および図3等を適宜参照しつつ説明する。
式(a1),(a2)において、ωFL,ωFRは左右の前輪3の車輪回転速度、βは横滑り角、δhはハンドル角、γはヨーレート、δは実舵角、RFは前輪の車輪半径、lf(図5)は重心P(図5)から前輪3の車軸位置までの距離、nはステアリングギヤ比である。横滑り角βは、車両諸元およびハンドル角δhと転舵輪の車輪回転速度ωFL,ωFRを入力変数とする車両モデルから推定する規範横滑り角である。
FIG. 4 is a diagram showing the correspondence between each symbol and the position of this vehicle. The description will be made with reference to FIG. 4 and FIG.
In equations (a1) and (a2), ω FL and ω FR are wheel rotational speeds of the left and right
車両モデルについて説明する。
1.モデル化
ロール運動を無視した4輪モデルでは、各輪で前後方向と横方向の力および速度を考えるため、運動方程式を記述すると非常に複雑になる。
そこで、左右輪のタイヤ特性に差が無く、実舵角が小さいとした場合について考える。これにより図5に示すように、トレッドの影響を無視することができるため、運動方程式の記述が容易となる。この図5は平面2輪モデルと呼ばれるモデルである。
The vehicle model will be described.
1. Modeling In a four-wheel model ignoring roll motion, describing the equation of motion becomes very complicated because the forces and velocities in the front-back direction and lateral direction are considered for each wheel.
Therefore, consider a case where there is no difference in the tire characteristics of the left and right wheels and the actual steering angle is small. As a result, as shown in FIG. 5, the influence of the tread can be ignored, which facilitates the description of the equation of motion. This FIG. 5 is a model called a plane two-wheel model.
2.運動方程式
車両重量をm、実舵角をδ、前輪の車軸〜重心位置間の距離をlf、後輪の車軸〜重心位置間の距離をlr、車両を真上から見たときの重心回りのモーメント(ヨーレート)をr、前後輪の横滑り角をそれぞれβf,βr、前後輪に働く横力(コーナリングフォース)をそれぞれYf,Yrとする。
ここで前後輪の横滑り角、実舵角の絶対値がそれぞれ「1」よりも非常に小さい、つまり|βf|、|βr|、|δ|≪1とすれば、これらの方向は、車両の横方向に一致すると考えて良い。車両を真上から見た場合において、角度を全て反時計回りを正として、車両の横方向の運動を記述する式は、以下のようになる。
2. The equation of motion vehicle weight m, the actual steering angle [delta], the center of gravity when the distance between the front wheel axle-center-of-gravity position l f, the distance between the axle-center-of-gravity position of the rear wheel viewed l r, the vehicle from above Let r be the moment of rotation (yaw rate), β f and β r be the sideslip angles of the front and rear wheels, and Y f and Y r be the lateral forces (cornering forces) acting on the front and rear wheels, respectively.
If the absolute values of the sideslip angles of the front and rear wheels and the actual steering angle are much smaller than “1”, that is, | β f |, | β r |, | δ | << 1, these directions are You may think that it corresponds to the lateral direction of the vehicle. When the vehicle is viewed from directly above, the equations describing the lateral motion of the vehicle are as follows, where all angles are positive in the counterclockwise direction.
3.伝達関数
式(11)、(12)を代数方程式として解くことで、操舵に対するβ、rの伝達関数を得ることができる。
3. Transfer Functions By solving equations (11) and (12) as algebraic equations, the transfer functions of β and r for steering can be obtained.
車両モデルから横滑り角βを推定する場合、通常走行状態には良好な精度で推定できるが、限界走行状態には精度が悪化する。
そのため、図3に示すように、限界走行状態のときには第2の車速推定手段28を用いて車両の前後速度を推定する。第2の車速推定手段28は、加速度センサ17が出力する車両の前後加速度Axを用いて、以下の式(b1)から車両の前後速度Vxを推定する。
When the sideslip angle β is estimated from the vehicle model, it can be estimated with good accuracy in the normal traveling state, but the accuracy is deteriorated in the limit traveling state.
Therefore, as shown in FIG. 3, the vehicle front-rear speed is estimated using the second vehicle speed estimating means 28 in the limit traveling state. The second vehicle speed estimation means 28 estimates the vehicle longitudinal speed V x from the following equation (b1) using the vehicle longitudinal acceleration A x output by the
ここでVxoは、走行状態判定手段26が限界走行状態と判断する直前に、式(a1),(a2)から求められる車両の前後速度Vxを用いる。換言すれば、走行状態判定手段26が限界走行状態であると判定したとき、この判定直前に第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度Vxを、第2の車速推定手段28における前後加速度の積分演算の初期値とする。第2の車速推定手段28では、積分演算する時間を限界走行状態に限定することで、誤差(ドリフト)の蓄積による推定精度の悪化を防止する。 Here, as V xo , the longitudinal velocity V x of the vehicle obtained from the equations (a1) and (a2) is used immediately before the traveling state determination means 26 determines that the vehicle is in the limit traveling state. In other words, when the traveling state determining means 26 determines that the vehicle is in the limit traveling state, the front-rear speed V x of the vehicle estimated by the first vehicle speed estimating means 27 immediately before this determination is calculated by the second vehicle speed estimating means 28. The initial value of the integral calculation of longitudinal acceleration. The second vehicle speed estimation means 28 limits the time for integral calculation to the limit traveling state, thereby preventing the estimation accuracy from deteriorating due to the accumulation of errors (drift).
車速選択手段29は、走行状態判定手段26が通常走行状態と判断した場合には、第1の車速推定手段27で推定した車両の前後速度Vxを選択して出力する。車速選択手段29は、走行状態判定手段26が限界走行状態と判断した場合には、第2の車速推定手段28で推定した車両の前後速度Vxを選択して出力する。 The vehicle speed selection means 29 selects and outputs the longitudinal speed V x of the vehicle estimated by the first vehicle speed estimation means 27 when the traveling state determination means 26 determines that the vehicle is in the normal traveling state. The vehicle speed selection means 29 selects and outputs the longitudinal velocity V x of the vehicle estimated by the second vehicle speed estimation means 28 when the traveling state determination means 26 determines that the vehicle is in the limit traveling state.
図3,図4に示すように、スリップ率制御装置24は、例えば、前後速度推定装置本体23が推定した車両の前後速度Vxと、車両に発生しているヨーレートから駆動輪の位置での車両速度Vdrvを計算する。図4では、左後輪2の位置での車両速度がVdrvLと表記され、右後輪2の位置での車両速度がVdrvRと表記されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the slip
図3,図4に示すように、さらにスリップ率制御装置24は、前記駆動輪の位置での車両速度Vdrvと駆動輪の車輪回転速度からスリップ率を計算し、このスリップ率と目標とするスリップ率との偏差から、フィードバック制御で各駆動輪のモータに発生させる制駆動トルクを制御する。このスリップ率制御を行う際、前記前後速度推定装置を適用することで、精度よく車両の前後速度Vxを推定することができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the slip
以上説明した前後速度推定装置10によれば、タイヤの線形領域で走行している、いわゆる通常走行状態では、良好な精度で規範横滑り角を推定できるため、第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を選択して出力することで、正確に車両の前後速度を推定することができる。
According to the longitudinal
走行状態判定手段26により車両の走行状態が限界走行状態であると判定されると、車速選択手段29は、第2の車速推定手段28によって推定した車両の前後速度を選択して出力する。限界走行状態では、規範横滑り角の推定精度が悪化するため、第1の車速推定手段27を適用せず、第2の車速推定手段28を適用する。第2の車速推定手段28は、加速度センサ17で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する。このように積分演算する時間を限界走行状態と判定したときに限定することで、誤差(ドリフト)の蓄積による推定精度の悪化を防止できる。以上説明したように車両の走行状態にかかわらず精度よく車両の前後速度を推定することができる。
When the traveling state determination means 26 determines that the traveling state of the vehicle is the limit traveling state, the vehicle speed selection means 29 selects and outputs the longitudinal speed of the vehicle estimated by the second vehicle speed estimation means 28. In the limit traveling state, the estimation accuracy of the reference sideslip angle deteriorates, so the first vehicle speed estimating means 27 is not applied, but the second vehicle speed estimating means 28 is applied. The second vehicle speed estimating means 28 integrates the longitudinal acceleration measured by the
他の実施形態について説明する。
インホイールモータ駆動装置IWMにおいては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、2軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。
前述の実施形態では、インホイールモータ方式の電気自動車を用いて説明したが、非インホイールモータ方式の車両、例えば、車体に設置された2台のモータの出力をドライブシャフト等を介して左右の駆動輪に伝達するいわゆる2モータオンボード方式の車両でも本制御の適用が可能である。
本実施形態の前後速度推定装置で推定した前後速度を、車輪の空転を防止するトラクション制御装置に用いても良い。
Another embodiment will be described.
In the in-wheel motor drive device IWM, a cycloid type speed reducer, a planetary speed reducer, a two-axis parallel speed reducer, and other speed reducers can be applied, and a so-called direct motor type without a speed reducer is used. Good.
Although the above-described embodiment has been described using the in-wheel motor type electric vehicle, the outputs of the non-in-wheel motor type vehicle, for example, two motors installed in the vehicle body are output to the left and right via a drive shaft or the like. This control can also be applied to a so-called two-motor on-board vehicle that transmits to the drive wheels.
The longitudinal velocity estimated by the longitudinal velocity estimating device of the present embodiment may be used for a traction control device that prevents wheels from idling.
以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments for carrying out the present invention have been described based on the embodiments, the embodiments disclosed this time are exemplifications in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the scope of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.
1…電気自動車(車両)
2…後輪(駆動輪)
3…前輪(従動輪、転舵輪)
14…車輪回転速度測定手段
15…ハンドル角測定手段
16…ヨーレート測定手段
17…加速度センサ(前後加速度測定手段、横加速度測定手段)
21…横滑り防止制御装置
22…制動制御装置
25…車両モデル応答計算手段
26…走行状態判定手段
27…第1の車速推定手段
28…第2の車速推定手段
29…車速選択手段
1 ... Electric vehicle (vehicle)
2 ... Rear wheel (driving wheel)
3 ... Front wheels (driven wheels, steered wheels)
14 ... Wheel rotation speed measuring means 15 ... Steering wheel angle measuring means 16 ... Yaw rate measuring means 17 ... Acceleration sensor (longitudinal acceleration measuring means, lateral acceleration measuring means)
21 ... Side slip
Claims (4)
前記左右の転舵輪の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段と、
前記車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段と、
前記車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段と、
前記車両の前後加速度を測定する前後加速度測定手段と、
前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する走行状態判定手段と、
前記車輪回転速度測定手段で測定された前記左右の転舵輪の車輪回転速度、および、前記ハンドル角測定手段で測定されたハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する車両モデル応答計算手段と、
前記左右の転舵輪の車輪回転速度、前記ハンドル角、前記ヨーレート測定手段で測定されたヨーレート、および前記車両モデル応答計算手段で推定された規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する第1の車速推定手段と、
前記前後加速度測定手段で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する第2の車速推定手段と、
前記走行状態判定手段で判定された前記車両の走行状態に基づき、定められた規則に従って前記第1の車速推定手段および前記第2の車速推定手段のいずれか一方により推定した車両の前後速度を選択する車速選択手段と、を備え、
この車速選択手段は、前記定められた規則として、通常時は前記第1の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力し、前記走行状態判定手段により前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、前記第2の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力することを特徴とする車両の前後速度推定装置。 A front-rear speed estimation device that estimates a front-rear speed in a vehicle including left and right steered wheels that are driven wheels and left and right drive wheels,
A pair of wheel rotation speed measuring means for measuring the wheel rotation speeds of the left and right steered wheels, respectively,
Steering wheel angle measuring means for measuring the steering wheel angle of the vehicle,
Yaw rate measuring means for measuring the yaw rate of the vehicle,
Longitudinal acceleration measuring means for measuring longitudinal acceleration of the vehicle,
A traveling state determining means for determining whether the traveling state of the vehicle is a predetermined limit traveling state,
Vehicle model response calculation for estimating a reference sideslip angle by a vehicle model using the wheel rotation speeds of the left and right steered wheels measured by the wheel rotation speed measurement means and the steering wheel angle measured by the steering wheel angle measurement means as inputs Means and
A first longitudinal speed estimation of the vehicle using the wheel rotational speeds of the left and right steered wheels, the steering wheel angle, the yaw rate measured by the yaw rate measurement means, and the reference sideslip angle estimated by the vehicle model response calculation means. Vehicle speed estimation means of
Second vehicle speed estimating means for estimating the longitudinal speed of the vehicle by integrating the longitudinal acceleration measured by the longitudinal acceleration measuring means,
Based on the traveling state of the vehicle determined by the traveling state determination means, the longitudinal speed of the vehicle estimated by one of the first vehicle speed estimation means and the second vehicle speed estimation means is selected according to a predetermined rule. And a vehicle speed selection unit that
The vehicle speed selecting means normally selects and outputs the longitudinal speed of the vehicle estimated by the first vehicle speed estimating means as the determined rule, and outputs the traveling state of the vehicle by the traveling state determining means. When it is determined that the vehicle is in the limit traveling state, the vehicle front-rear speed estimating device selects and outputs the vehicle front-rear speed estimated by the second vehicle speed estimating means.
前記走行状態判定手段は、前記横加速度測定手段で測定された横加速度と前記規範横加速度との偏差が閾値以上のとき、または前記ヨーレート測定手段で測定されたヨーレートと前記規範ヨーレートとの偏差が閾値以上のとき、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定する車両の前後速度推定装置。 The vehicle longitudinal speed estimating apparatus according to claim 1, further comprising a lateral acceleration measuring unit that measures a lateral acceleration of the vehicle, wherein the vehicle model response calculating unit includes wheel rotational speeds of the left and right steered wheels and the steering wheel angle. , Input the standard lateral acceleration or standard yaw rate from the vehicle model,
The running state determination means, when the deviation between the lateral acceleration measured by the lateral acceleration measuring means and the reference lateral acceleration is equal to or greater than a threshold value, or the deviation between the yaw rate measured by the yaw rate measuring means and the reference yaw rate. A front-rear speed estimation device for a vehicle, which determines that the traveling state of the vehicle is a predetermined limit traveling state when it is equal to or more than a threshold.
In the vehicle longitudinal speed estimation device according to any one of claims 1 to 3, when the traveling state determination means determines that the vehicle is in a predetermined limit traveling state, immediately before the determination, the first A vehicle longitudinal speed estimating device, wherein the longitudinal speed of the vehicle estimated by the vehicle speed estimating means is used as an initial value of the integral calculation of the longitudinal acceleration in the second vehicle speed estimating means.
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