JP7413895B2 - 路面μ推定装置 - Google Patents
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Description
つまり、上記構成によれば、システムノイズ分散値の係数として、マハラノビス距離を用いることで、実際の路面μの変化を定量的にシステムノイズ分散値に反映させることができるようになる。これにより、実際の路面μの変化がシステムノイズ分散値を通じてカルマンゲインに反映され、実際の路面μの変化に応じた推定応答性が設定されるようになる。したがって、実際の路面μの変化に適した推定応答性で路面μ推定値を演算することができる。
上記構成によれば、非線形カルマンフィルタとして拡張カルマンフィルタを採用することで、路面μ推定装置の汎用性を高める点で効果的である。
以下、路面μ推定装置を車両の作動を制御する車両用制御装置に適用した第1実施形態を図面に従って説明する。
路面μ推定装置40には、車両の車速値Vを検出する車速センサ31の他、車両Aの重心点を通る上下方向のz軸周りの回転角速度であるヨーレートrを検出するヨーレートセンサ34と、車両Aの前後方向に対して鉛直な幅方向であるy軸方向に作用する加速度である横加速度ayを検出する横加速度センサ35とが接続されている。また、路面μ推定装置40には、操舵制御装置2に構成される機能であるラック軸力推定装置36が出力するラック軸力推定値RFeが入力されるようになっている。ラック軸力推定装置36は、操舵制御装置2で得られる情報に基づいて、ラック軸12に作用する軸力であるラック軸力を推定した情報であるラック軸力推定値RFeを演算するオブザーバ等で構成されている。ラック軸力推定装置36は、ラック軸力推定値RFeを演算すると、当該ラック軸力推定値RFeを路面μ推定装置40に対して提供するように出力する。本実施形態において、ラック軸力推定装置36は、ラック軸力を検出するためのセンサとしての機能を果たす。つまり、路面μ推定装置40には、ラック軸力を検出するためのセンサとして機能するラック軸力推定装置36が接続されている。そして、路面μ推定装置40は、これら各センサから入力される車両Aの走行状態によって変化する物理量を示す信号を変数として、路面μ推定値μeを演算する。
路面μ推定装置40は、図示しない中央処理装置(CPU)やメモリを備えており、所定の演算周期ごとにメモリに記憶されたプログラムをCPUが実行する。これにより、各種の処理が実行される。
そして、拡張カルマンフィルタEKFは、上記式(1)を主に用いて事前推定を行う事前推定処理部Epriと、上記式(1)によって得られる結果が反映される上記式(2)を主に用いて事後推定を行う事後推定処理部Eposとを備えている。事前推定処理部Epriは、現在である時刻「k」以前、すなわち当該現在に対して前回である時刻「k-1」の状態推定量xe(k-1)を基に、当該時刻「k」の値を予測した値である事前推定量x-e(k)と、当該事前推定量x-eの推定の精度を示す指標である事前確率P-とを状態方程式f(x,u)に基づき演算するように事前推定を行う。事後推定処理部Eposは、現在である時刻「k」での観測量y(k)や、観測推定量yeや、事前推定処理部Epriが演算した事前確率P-を基に、事前推定処理部Epriが演算した事前推定量x-e(k)を補正して時刻「k」での状態推定量xe(k)を演算するように事後推定を行う。
事前推定量演算部61には、上記事後推定量演算部74で演算された時刻「k」に対して時刻「k-1」での状態推定量xe(k-1)と、時刻「k」での入力量u(k)とが入力される。事前推定量演算部61は、状態推定量xe(k-1)と、入力量u(k)とに基づいて、上記式(1)で示した状態方程式f(x,u)による下記式(3),(4)を用いて、時刻「k」での事前推定量x-e(k)を演算する。
事前確率演算部63には、上記事前推定量演算部61に入力されたのと同様の状態推定量xe(k-1)と、上記システムノイズ分散値演算部62で演算されるシステムノイズ分散値Q(k-1)と、上記事後確率演算部75で演算される時刻「k-1」での事後確率P(k-1)とが入力される。事前確率演算部63は、状態推定量xe(k-1)と、システムノイズ分散値Q(k-1)と、事後確率P(k-1)とに基づいて、下記式(10),(11)を用いて、時刻「k」での事前確率P-(k)を演算する。
このように、事前推定処理部Epriは、事前推定量x-eを推定するが、当該事前推定量x-eには上記式(1)で示したようにモデルや変数に対して生じる誤差が含まれているので、その影響で事前推定量x-eの推定の精度がどの程度になるか事前確率P-として演算しておくものである。
観測推定量演算部71には、上記事前推定量演算部61で演算された事前推定量x-e(k)と、上記事前推定量演算部61に入力されたのと同様の入力量u(k)とが入力される。観測推定量演算部71は、事前推定量x-e(k)と、入力量u(k)とに基づいて、上記式(2)で示した観測方程式h(x,u)による下記式(12),(13)を用いて、時刻「k」での観測推定量ye(k)を演算する。
事後推定量演算部74には、上記事前推定量演算部61で演算された事前推定量x-e(k)と、観測偏差Δy(k)と、上記カルマンゲイン演算部72で演算されたカルマンゲインK(k)とが入力される。事後推定量演算部74は、事前推定量x-e(k)と、観測偏差Δy(k)と、カルマンゲインK(k)とに基づいて、下記式(16)を用いて、時刻「k」での状態推定量xe(k)を演算する。
このように、事後推定処理部Eposは、観測偏差Δyに基づき演算するカルマンゲインKを用いて状態推定量xeを補正するとともに、当該状態推定量xeを補正する結果で状態推定量xeの推定の精度がどの程度になるか事後確率Pとして演算しておくものである。
本実施形態によれば、観測量yは、路面μを変数として含むため、実際の路面μに変化があると、その影響が観測偏差Δyについてのばらつき具合、すなわち路面μ変化距離λμとして現れる。つまり、路面μ変化距離λμは、路面μの変化具合の指標として用いることができる。
(1)本実施形態では、図5に示すように、実際の路面μが大きく変化する状況では、こうした変化を素早く検出して、当該変化に対して素早く追従することができるようになる。図5の場合、図中に破線で示す本実施形態の適用ありの場合、図中に一点鎖線で示す本実施形態の適用なしの場合と比較して、追従にかかる時間を時間偏差Δt分短縮することができる。したがって、実際の路面μが大きく急速に変化する状況であっても、路面μ推定値μeの推定精度の低下を抑制することができる。
つまり、本実施形態によれば、システムノイズ分散値Qの係数として、マハラノビス距離を用いることで、実際の路面μの変化を定量的にシステムノイズ分散値Qに反映させることができるようになる。これにより、実際の路面μの変化がシステムノイズ分散値Qを通じてカルマンゲインKに反映され、実際の路面μの変化に応じた推定応答性が設定されるようになる。したがって、実際の路面μの変化に適した推定応答性で路面μ推定値μeを演算することができる。
(第2実施形態)
次に、路面μ推定装置の第2実施形態について説明する。なお、既に説明した実施形態と同一構成等は、同一の符号を付す等して、その重複する説明を省略する。
図6に示すように、ハブユニットセンサ37は、転舵輪4を、車載される内燃機関の動力を伝達する図示しないドライブシャフトとともに車体に対して回転自在に支持する軸受装置としての各ハブユニットHL,HRに内蔵されている。つまり、本実施形態の各ハブユニットHL,HRは、路面と、転舵輪4との間に発生する力として、当該転舵輪4に作用する力を直接的に検出することができるセンサ機能付きのハブユニットである。
(4)本実施形態のように、観測量yを演算する際にラック軸力推定装置36が出力するラック軸力推定値RFeの替わりに、転舵輪4に設けられたハブユニットセンサ37から得られるタイヤ横力Fyf及び前輪モーメント荷重Mzfを用いる場合、サスペンションやステアリング各部の摩擦ロスがなくなる。このため、キングピントルクTkpaとしてより精度の高い値を得ることができるようになる。したがって、路面μ推定値μeの推定精度を高めるのに効果的である。
・上記各実施形態では、μ変化量として、路面μの変化具合を検出できるのであれば、マハラノビス距離である路面μ変化距離λμの代わりに、ユークリッド距離や、標準偏差等、他の統計で用いる指標を用いるようにしてもよい。
・上記各実施形態では、路面μ推定値μeの利用の仕方として、車両Aの走行が安定するように利用すればよく、上述した例の他、例えば、前輪又は後輪の左右の駆動力の配分を調整するために利用することもできる。
・上記各実施形態において、路面μ推定装置40,102を構成するCPUは、コンピュータプログラムを実行する1つ以上のプロセッサ、あるいは各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する特定用途向け集積回路等の1つ以上の専用ハードウェア回路、あるいは上記プロセッサ及び上記専用ハードウェア回路の組み合わせを含む回路としてもよい。また、メモリには、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体によって構成してもよい。これは、操舵制御装置2等、各制御装置2,41,42,43,44,101についても同様である。
62…システムノイズ分散値演算部
72…カルマンゲイン演算部
73…観測ノイズ分散値演算部
76…路面μ変化距離演算部
A…車両
EKF…拡張カルマンフィルタ(非線形カルマンフィルタ)
Claims (5)
- 路面の路面摩擦係数である路面μを状態変数とし、前記路面μを変数に含む観測値を持つ非線形カルマンフィルタを用いて前記路面μの推定値である路面μ推定値を演算する路面μ推定装置において、
前記路面μ推定値のばらつき具合を示す指標として、システムノイズ分散値を演算するシステムノイズ分散値演算部と、
前記観測値が含むノイズである観測ノイズのばらつき具合を示す指標として、観測ノイズ分散値を演算する観測ノイズ分散値演算部と、
前記路面μ推定値を演算するなかで得られる前記観測値の推定値である観測推定値と前記観測値との偏差である観測偏差に関し、前記観測偏差の過去のばらつき具合を示す指標に対して新たに得られる前記観測偏差のずれ具合を示す指標を演算し、当該指標を前記路面μの変化量を示すμ変化量として演算するμ変化量演算部と、
前記システムノイズ分散値と、前記観測ノイズ分散値とに基づいて、前記非線形カルマンフィルタにおける前記路面μ推定値の修正量を示すカルマンゲインを演算するカルマンゲイン演算部と、を備え、
前記システムノイズ分散値演算部は、前記システムノイズ分散値を演算する際に、前記μ変化量を加味する
ことを特徴とする路面μ推定装置。 - 前記μ変化量は、当該μ変化量に対して前記システムノイズ分散値が比例するように、当該システムノイズ分散値の係数として演算されるものである請求項1に記載の路面μ推定装置。
- 前記μ変化量は、前記観測偏差について過去のばらつき具合を示す指標からなる情報群があることを前提とし、当該情報群に対して新たに得られる前記観測偏差のずれ具合を定量的に示すマハラノビス距離である請求項2に記載の路面μ推定装置。
- 前記観測値として、車両に生じている横加速度及びヨーレートと、車両の転舵輪を上方から見た場合の転舵の中心のアライニングトルクとを少なくとも含んでいる請求項1~請求項3のうちいずれか一項に記載の路面μ推定装置。
- 前記非線形カルマンフィルタは、拡張カルマンフィルタである請求項1~請求項4のうちいずれか一項に記載の路面μ推定装置。
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