JP6823664B2 - タイヤ力推定装置およびタイヤ力推定方法 - Google Patents
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Description
このような車両の一例として、自動二輪車を挙げられる。自動二輪車は、車輪として、1つの前輪および1つの後輪を有する。自動二輪車では、少なくとも一方の車輪が駆動輪であり、本実施例では、後輪が駆動輪であり、前輪が従動輪かつ操舵輪である。駆動輪には、エンジンや電気モータなどの動力源で発生されたトルクが伝達される。駆動輪には、いわゆるエンジンブレーキ力や回生制動力など、駆動源の慣性を利用する制動力も作用する。自動二輪車は、前輪を制動する前輪ブレーキ装置、および後輪を制動する後輪ブレーキ装置を備えている。どちらのブレーキ装置も油圧式であり、対象とする車輪にブレーキ圧と概ね比例した制動力を付与する。
まず、路面の勾配およびカントは考慮しないものとする。タイヤ力推定装置1は、タイヤ力として、路面から車輪に鉛直方向上向きに働く「鉛直力N」、路面から車輪に横方向に働く「横力Fy」、路面から車輪に前後方向に働く「前後力Fx」を推定できる。なお、鉛直方向、前後方向、および横方向は、互いに直交する。前後方向は、前述した前後軸に沿って延びる方向である。横方向は、直進走行状態において車軸が延びる方向である。車体の上下軸周りの向きの変化に応じて、前後方向および横方向は変化する。
タイヤ力推定装置1は、タイヤ力を推定する方法の手順に関した推定プログラムを格納する記憶部と、車体のバンク角(車体の前後軸周りの傾斜角)や前後方向加速度といった車両状態を示す入力値が与えられる入力部1aと、入力部1aに与えられる入力値および記憶部に記憶されるプログラムを参照してタイヤ力の推定を実行する演算部1bと、演算部1bの演算結果(タイヤ力)を外部に出力する出力部1cとを有する制御器によって実現される。なお、記憶部は、入力値、および入力値に基づいてプログラム実行中に取得される中間値を一時的に記憶してもよい。このような制御器の一例として、車載ECU(Electric Control Unit)を挙げられる。記憶部は、車両、搭乗者および積載物の質量を統合した乗車質量の推定値である推定質量、車体重心から路面までの距離、ホイールベース等の車体の幾何学的情報などの情報を予め記憶してもよい。ただし、このような情報は、タイヤ力推定装置1の外部から入力部1aに与えられてもよいし、推定プログラムの実行中に演算部1bによって中間値として取得されてもよい。
説明の便宜上、第2タイヤ力推定部12から説明する。図1および2に示すように、第2タイヤ力推定部12は、路面から車輪に前後方向に働く前後力を推定する。第2タイヤ力推定部12によって推定される「前後力」には、総和前後力Fx、前輪前後力Fxf、後輪前後力Fxrが含まれる。第2タイヤ力推定部12は、式(1)に従って総和前後力Fxを推定する。
次に、第1タイヤ力推定部11について説明する。図1および3に示すように、第1タイヤ力推定部11は、車体の前後軸に垂直な平面内での車体の運動状態の時間変化に応じて、路面から車輪に働く力を推定する。ここでの「前後軸」は、前輪接地点および後輪接地点を通過して前後方向に延びる仮想的な軸線である。単に「運動状態」という場合、並進運動での運動状態も、回転運動での運動状態も含意する。また、「運転状態」は、慣性質量と速度との積と同等の「運動量」を含意できる。「運動状態の時間変化」は、並進運動においては、慣性質量と運動方向における加速度との積と同等であり、回転運動では、慣性モーメントと運動方向における角加速度との積と同等である。用語「運動状態の時間変化に応じて」は、並進運動では「運動方向における加速度に応じて」と同等であり、回転運動では「運動方向における角加速度に応じて」と同等である。よって、第1タイヤ力推定部11は、車体の前後軸に垂直な平面内での車体の加速度および/または角加速度に応じて、路面から車輪に働く力を推定する、とも言える。
上記のとおり、タイヤ力推定装置1は、車体の前後軸に垂直な平面内での車体の運動状態の時間変化に応じて、路面から車輪に働く力を推定する第1タイヤ力推定部11を備えている。前後軸に垂直な平面内での車体重心の運動状態の時間変化は、例えば、バンク角(前後軸周りの車体の傾斜角)の変化に伴って生じる。そして、運動の第2法則より、車体の運動状態の時間変化は車体に働く外力と相関する(車体速度の時間変化と外力は比例し、車体の運動量の時間変化は外力と釣り合う)。この外力は、路面から車輪に働くタイヤ力が支配的である。このようなことから、前後軸に垂直な平面内での車体の運動状態の時間変化を考慮することにより、バンク角が時間経過と共に変化していくような過渡状況下でも、タイヤ力を精度よく推定できる。
11 第1タイヤ力推定部
12 第2タイヤ力推定部
Claims (12)
- 車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両の車輪に路面から働く力であるタイヤ力を推定するタイヤ力推定装置であって、
前記前後軸に垂直な平面内での車体の鉛直方向の運動状態の時間変化に応じて、路面から車輪に働く鉛直力を推定する第1タイヤ力推定部を備える、タイヤ力推定装置。 - 前記第1タイヤ力推定部は、第1運動方程式、第2運動方程式および第3運動方程式を用いて、路面から車輪に働く鉛直力および横力を推定し、
前記第1運動方程式が、車体の鉛直方向運動状態の時間変化と、鉛直力との釣り合いの関係を表し、
前記第2運動方程式が、車体の横方向運動状態の時間変化と、横力との釣り合いの関係を表し、
前記第3運動方程式が、車体の前後軸周り運動状態の時間変化と、鉛直力および横力との釣り合いの関係を表す、請求項1に記載のタイヤ力推定装置。 - 前記第1タイヤ力推定部は、車体のバンク角の時間変化と関連する値に基づいて、前記鉛直方向運動状態の時間変化、前記横方向運動状態の時間変化、および前記前後軸周り運動状態の時間変化を取得する、請求項2に記載のタイヤ力推定装置。
- 前記車両が、前記車輪として前輪および後輪を有し、
前記第1タイヤ力推定部は、前記前後軸に垂直な平面内での車体の運動状態の時間変化に応じて、前記路面から前記前輪および前記後輪に働く前記力の総和を推定し、前記力の前記総和を路面から前記前輪に働く前輪力と路面から前記後輪に働く後輪力とに分配するようにして、前記前輪力および前記後輪力を推定する、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のタイヤ力推定装置。 - 車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両の車輪に路面から働く力であるタイヤ力を推定するタイヤ力推定装置であって、
前記前後軸に垂直な平面内での車体の鉛直方向の運動状態の時間変化に応じて、路面から車輪に働く力を推定する第1タイヤ力推定部を備え、
前記車両が、前記車輪として前輪および後輪を有し、
前記第1タイヤ力推定部は、
前記前後軸に垂直な平面内での車体の運動状態の時間変化に応じて、前記路面から前記前輪および前記後輪に働く前記力の総和を推定し、
車体の前後方向運動状態の時間変化に応じて、前記力の前記総和を路面から前記前輪に働く前輪力と路面から前記後輪に働く後輪力とに分配するようにして、前記前輪力および前記後輪力を推定する、タイヤ力推定装置。 - 前記第1タイヤ力推定部は、バンク角に応じて、前記前輪力と前記後輪力とへの分配比率を変化させる、請求項5に記載のタイヤ力推定装置。
- 路面から前記車輪に前後方向に働く前後力を推定する第2タイヤ力推定部を備え、
前記第2タイヤ力推定部は、
車体の前後方向運転状態の時間変化に基づいて、路面から前記前輪および前記後輪に働く前後力の総和を推定し、
前記前輪の制動力に基づいて、路面から前記前輪に働く前輪前後力を推定し、
推定された前記前後力の前記総和と前記前輪前後力とに基づいて、路面から前記後輪に働く後輪前後力を推定する、請求項4乃至6のいずれか1項に記載のタイヤ力推定装置。 - 車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両の車輪に働く力であるタイヤ力を推定するタイヤ力推定装置であって、前記車両は前記車輪として前輪および後輪を有し、前記装置は、
路面から前記前輪に鉛直方向上向きに働く前輪鉛直力、路面から前記後輪に鉛直方向上向きに働く後輪鉛直力を推定する第1タイヤ力推定部を備え、
前記第1タイヤ力推定部は、
前記前輪鉛直力と前記後輪鉛直力との総和である総和鉛直力を、前記前輪および前記後輪を代表または統合した1輪の仮想車輪に路面から働く力として推定し、
車体の前後方向運動状態の時間変化とバンク角とに応じて、前記総和鉛直力を前記前輪鉛直力と前記後輪鉛直力とに分配することで、前記前輪鉛直力および前記後輪鉛直力を推定する、タイヤ力推定装置。 - 車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両の車輪に路面から働く力であるタイヤ力を推定する方法であって、
前記車両は、車体の前後軸周りの角度であるバンク角を検出するバンク角センサを有し、
前記方法は、
前記バンク角センサから与えられた前記バンク角に基づいて、前記バンク角の一階時間微分値であるバンク角速度、および前記バンク角の二階時間微分値であるバンク角加速度を求め、
前記バンク角、前記バンク角速度および前記バンク角加速度に応じて、路面から車輪に鉛直方向に働く鉛直力および路面から車輪に横方向に働く横力を推定する、タイヤ力推定方法。 - 車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両の車輪に路面から働く力であるタイヤ力を推定する方法であって、前記車両は前記車輪として前輪および後輪を有し、前記方法は、
路面から前記前輪に鉛直方向上向きに働く前輪鉛直力と路面から前記後輪に鉛直方向上向きに働く後輪鉛直力との総和である総和鉛直力を、前記前輪および前記後輪を代表または統合した1輪の仮想車輪に路面から仮想車輪に働く力として推定し、
車体の前後方向運動状態の時間変化とバンク角とに応じて、前記総和鉛直力を前記前輪鉛直力と前記後輪鉛直力とに分配することで、前記前輪鉛直力および前記後輪鉛直力を推定する、タイヤ力推定方法。 - 車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両の車輪に働く力であるタイヤ力を推定するタイヤ力推定装置であって、前記車両は前記車輪として前輪および後輪を有し、前記装置は、
路面から前記前輪に横方向に働く前輪横力、路面から前記後輪に横方向に働く後輪横力を推定する第1タイヤ力推定部を備え、
前記第1タイヤ力推定部は、
前記前輪横力と前記後輪横力との総和である総和横力を、前記前輪および前記後輪を代表または統合した1輪の仮想車輪に路面から働く力として推定し、
車体の前後方向運動状態の時間変化とバンク角とに応じて、前記総和横力を前記前輪横力と前記後輪横力とに分配することで、前記前輪横力および前記後輪横力を推定する、タイヤ力推定装置。 - 車体を前後軸周りに傾斜させた状態であるバンク状態で旋回する車両の車輪に路面から働く力であるタイヤ力を推定する方法であって、前記車両は前記車輪として前輪および後輪を有し、前記方法は、
路面から前記前輪に横方向に働く前輪横力と路面から前記後輪に横方向に働く後輪横力との総和である総和横力を、前記前輪および前記後輪を代表または統合した1輪の仮想車輪に路面から仮想車輪に働く力として推定し、
車体の前後方向運動状態の時間変化とバンク角とに応じて、前記総和横力を前記前輪横力と前記後輪横力とに分配することで、前記前輪横力および前記後輪横力を推定する、タイヤ力推定方法。
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