JPH04237637A - 車両の運動推定装置、その方法及び車両の制御システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】本発明は、車両等移動体の時々刻
々の運動情報（位置、速度、角速度、加速度、角加速度
、力、トルク）を車両上に搭載した複数個の加速度セン
サの測定値から推定する車両の運動推定装置、その方法
、及び車両の制御システムに関する。 【従来の技術】車両の運動は、典型的な運動モデルとし
て、操舵可能な前方２輪と後方２輪の車輪が剛体とみな
せる車体に装着されている場合を考えることができる。 今、図１のごとく車体上にｘｙｚ軸を取り、この車両重
心点廻りの運動を３次元空間内の剛体運動と見做せば、
（１）　ｘ軸方向並進運動−前後動、（２）　ｙ軸方向
並進運動−左右動、（３）　ｚ軸方向並進運動−上下動
、（４）　ｘ軸廻り回転運動−ロ−リング、（５）　ｙ
軸廻り回転運動−ピッチング（６）　ｚ軸廻り回転運動
−ヨ−イング　　の６自由度の運動に分類することがで
きる。これらの運動は車両の走行時の諸特性に大きく関
係している。例えば、ヨ−イングやロ−リングは旋回時
の操縦安定性を決定する重要な要素であり、また、ピッ
チングや上下動は路面の不整や車両の加速減速によるも
ので乗り心地に影響する。ところで、近年、アンチロッ
クブレ−キやトラクションコントロ−ル、４輪駆動、４
輪操舵、さらには、アクティブサスペンションと車両の
運動状態に応じて車両特性を任意に制御するアクティブ
制御技術が急速に発展してきている。このような制御技
術においては、車両の時々刻々の運動、特に、加速度（
角加速度）を検出する必要があり、複数個の加速度セン
サが用いられることが多い。そして、その検出方法とし
ては、例えば、実用新案公報平２−３０７８０号では、
車両前後方向に２個の加速度センサを取り付け、そのセ
ンサ出力を演算して車両の横方向（左右）加速度、及び
ヨ−角加速度を検出する方法が開示されている。　　ま
た、これらの車両制御において、特に重要な量として車
両重心点及び各車輪の横滑り角や車輪のスリップ率が挙
げられる。前者は進行方向と横方向の速度の比から求め
られる角度であり、車両の操舵特性に影響する。また後
者は、実際の車両の速度と車輪の回転速度から求まる速
度の差を車両の速度で割った値であり、エンジンの駆動
力及びブレ−キの制動力が最も効率的に路面に伝達され
るための理想的なスリップ率が存在することが知られて
いる。そして、前述のアクティブ制御技術の中には、横
滑り角が０に近づくように４輪に伝わる駆動力を最適配
分するシステムや、車輪のスリップ率が理想的な値を取
るようにエンジン出力やブレ−キ力を制御するシステム
などが提案されてきている。 【発明が解決しようとする課題】しかし、走行時の車両
の運動は、上述の６自由度の運動が同時に連成されて起
こるのが一般的であり、運動に対し可観測であるために
は少なくとも６個の加速度センサを必要とする。また、
センサ自身が加速度運動をしている車両上に固定されて
いるので検出量は加速度座標系で取り扱われねばならな
い。さらに、センサの検出方向は車両の回転と共に（静
止座標系である）路面に対し回転してしまうため、この
補正のための座標変換（後述するオイラ−角変換）が必
要になる。しかしながら、上記従来技術ではこの問題に
言及した例はなく、検出の高精度化という点で限界があ
り、より高度な車両制御技術を実施していく際に問題と
なっていた。本発明の目的は、時々刻々の車両の挙動を
正確に把握することにより高度な車両制御が可能な車両
の運動推定装置、その方法及び車両の制御システムを提
供することにある。 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の車両の運動推定装置は車両の運動状態を検出
する検出手段からの情報に基づいて車両の運動を推定す
る車両の運動推定装置において、前記検出手段は前記車
両の前後、左右、上下の各方向成分の加速度を求めるた
めの検出手段であることである。また、本発明の車両の
運動推定方法は、車両の運動状態を検出する検出手段か
らの情報に基づいて車両の運動を推定する車両の運動推
定方法において、前記車両の前後、左右、上下の各方向
成分の加速度検出し、その検出された加速度から演算に
より車両の並進加速度、並進速度及び各軸まわりのトル
ク、角加速度、角速度に関する物理量を推定することで
ある。。更に、本発明の車両の制御システムは車両の運
動状態を検出する検出手段からの情報に基づいて車両の
制御をする車両の制御システムにおいて、前記車両の前
後、左右、上下の各方向の加速度検出手段と、車輪の回
転速度を検出する車輪速度検出手段と、サスペンション
の変位から車高を検出する車高検出手段と、車輪の舵角
を検出する舵角検出手段と、前記加速度検出手段、前記
車輪速度検出手段、前記車高検出手段及び前記舵角検出
手段からの検出情報の基づいて車両の制御を行う制御手
段とを備えている。 【作用】車両のバネ上の任意の位置に取り付けた６個の
加速度検出手段の出力から演算により、車両の各軸方向
（前後、左右、上下）の力、並進加速度、並進速度、及
び各軸廻り（ピッチング、ロ−リング、ヨ−イング）の
トルク、角加速度、角速度など車両の運動に関する種々
の物理量を推定する。また、車輪速センサや舵角センサ
など他の車両運動に関わるセンサにより得られたデ−タ
とともに時々刻々の車体の挙動を正確に把握することが
可能になるのでより高度な車両制御が実現できる。 【実施例】車両に本発明を適用した場合の実施例を図面
に基づき説明する。図１は、本実施例の装置の構成を示
す図である。本装置は、エンジン７１と、右前輪７２ａ
と、左前輪７２ｂと、右後輪７２ｃと、左後輪７２ｄと
、各輪車輪速センサ７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄと
、各輪のブレーキ７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄと、
ステアリング機構７５と、各輪サスペンション機構７６
ａ，７６ｂ，７６ｃ，７６ｄと、コントロールデフ７７
と、ステアリング７８と、アクセルペダル７９と、ブレ
ーキペダル８０と、舵角制御部８１と、スロットル制御
部８２と、ブレーキ油圧制御部８３と、ミッション制御
部８４と、６自由度運動センサ８５と、コントロールユ
ニット８６とで構成されている。車輪速センサ７３ａ，
７３ｂ，７３ｃ，７３ｄは、各輪と共に回転する検出歯
車と磁気ピックアップとで構成されている。磁気ピック
アップは、車輪回転角度に対応したパルス列を出力する
。 このパルス間隔を計測することにより車輪の各回転角度
における車輪速が検出できる。各輪のブレーキ７４ａ，
７４ｂ，７４ｃ，７４ｄは、各輪に制動力をあたえると
同時に、作動時のブレーキライン圧のセンサも兼ね備え
ている。サスペンション機構７６ａは、ダンパー等（図
示せず）にストロークセンサ６１ａ（図示せず）を具備
しており、走行時に各輪サスペンション機構のストロー
ク量を検出できる。他のサスペンション機構７６ｂ，７
６ｃ，７６ｄも同等のストロークセンサを具備している
。 これにより、車両のロール角、ピッチ角が検出できる。 また同時に、タイヤと路面とのキャンバ角の変化、トー
変化等のアライメント変化が検出できる。コントロール
デフ７７は、デファレンシャルギア内に差動制限用の油
圧差動湿式多板クラッチを組み込んだものであり、電子
制御で左右後輪の最大差動制限トルクが制御できるデフ
ァレンシャルギアである。これにより左右後輪の車輪速
差、駆動トルクに関わらず、通常の差動制限無しのデフ
ァレンシャルギアから左右後輪が直結状態であるロック
アップ状態にまで自由に制御できるものである。図２に
、舵角制御部８１と、スロットル制御部８２の動作内容
を示す。各制御部は、それぞれステアリング７８と、ア
クセルペダル７９と、ブレーキペダル８０により運転者
の指令を受け付け、運転者舵角、運転者スロットル開度
、運転者ブレーキライン圧として検出し、その情報をコ
ントロールユニット８５に出力する。また同時にコント
ロールユニット８５から制御指令を受け、それぞれステ
アリング機構７５、エンジン７１、各輪ブレーキ７４を
制御する。ここでコントロールユニット８５からの制御
指令が無い場合は、運転者の指令が、そのままステアリ
ング機構７５、エンジン７１、各輪ブレーキ７４を制御
することになる。図３は、加速度センサのレイアウトに
関する発明の第１の実施例を示している。図に示される
ように、加速度センサ１〜６は、点Ｓを中心とする互い
に直交する取付ステ−７〜９上に各ステ−２個ずつ配置
されている。今、ｘｙｚ座標軸を同図のように取ると、
取付ステ−７（ｘ軸方向）上の加速度センサ１〜２はｚ
軸、取付ステ−８（ｙ軸方向）上の加速度センサ３〜４
はｘ軸、取付ステ−９（ｚ軸方向）上の加速度センサ５
〜６はｙ軸、の各方向を検出するようになっている。こ
こで、加速度センサ１〜２，３〜４，５〜６の検出方向
はこれのみという訳ではなく、１〜２をｙ軸，３〜４を
ｚ軸，５〜６をｘ軸、あるいは各々、反対（負）方向に
とっても差し支えなく、４通りの方法がある。　　次に
、図４は、加速度センサのレイアウトに関する発明の第
２の実施例を示している。これは、３軸のうち任意の２
軸（図ではｘ軸とｙ軸）上に加速度センサを配置した場
合である。図に示されるように、取付ステ−１７（ｘ軸
方向）にはｙ軸方向の加速度を検出するセンサ１５〜１
６とｚ軸方向の加速度を検出するセンサ１１〜１２が配
置され、取付ステ−１８（ｙ軸方向）にはｘ軸方向の加
速度を検出するセンサ１３〜１４が配置されている。こ
の場合でも、加速度センサのの配置方法は幾通りかあり
、例えば、ｙ軸とｚ軸を入れ替えるとか軸の選び方で３
通りあり、また、選んだ２軸の役割の入替え、即ちｘ軸
上にｙ軸方向検出のセンサのみ配置し、ｙ軸上にｚ軸、
ｘ軸方向加速度検出のセンサを配置するなどの選び方で
各２通りある。また、図５は図４におけるｘ軸上の加速
度センサ１１〜１２，１５〜１６を、同時に２軸以上の
加速度が検出できる多軸検出型のセンサに置き換えた場
合である。図では、３軸検出型の加速度センサが用いら
れているが、このなかで使用されるのはｙ軸とｚ軸方向
を向いている部分である。また、この場合でも幾通りか
の組合わせ方があるのは言うまでもない。また、センサ
は必ずしも図３から図５に示すように特定の取付けステ
−上に固定される必要はない。例えば、車両上に仮想的
なＸ，Ｙ，Ｚ座標軸を取り、その座標軸上に加速度セン
サを上述したような方法で設けても同様な効果が得られ
る。さて、上述の６個の加速度センサの検出量から車両
の運動を推定する方法について述べる。ここで車両は（
少なくともサスペンションより上の車体については）剛
体であると仮定する。なお、センサレイアウトについて
は図３、図４、図５、或いはそれの異なる組合せの場合
、などどの場合でも本質的な違いはないので、図３の場
合を例に取って説明する。最初に、図６はここで用いら
れる４種類の座標系を示している。まず、Ｓ−ｘ１ｘ２
ｘ３はその座標軸上に加速度センサ１〜６が存在し、点
Ｓを原点に持つ、センサと共に（従って車両と共に）動
く運動座標系である。同様に、Ｇ−ｘｙｚは車両の重心
点Ｇを原点に持ち、座標軸の方向はＳ−ｘ１ｘ２ｘ３と
変わらない運動座標系である。一方、Ｏ−ＸＹＺは路面
に対し静止し、Ｚ軸の負方向を地球重力方向に持つ基準
となる静止座標系である。さらにＥ−Ｘ１Ｘ２Ｘ３は原
点は点Ｏと同一で軸方向はＳ−ｘ１ｘ２ｘ３及びＧ−ｘ
ｙｚと同一の（従って並進運動成分は持たず回転運動成
分のみ有する）回転座標系である。　　まず、図７に示
すように静止座標系Ｏ−ＸＹＺから見た運動座標系Ｓ−
ｘ１ｘ２ｘ３の原点Ｓ及びセンサ１〜６の位置Ｓ１〜Ｓ
６までの位置ベクトルをＲＳ、Ｒ１〜Ｒ６、また、Ｓか
らＳ１〜Ｓ６までの位置ベクトルをａ１〜ａ６とする。 この時、位置ベクトルの関係、及び位置ベクトルを微分
して得られる点Ｓ、Ｓ１〜Ｓ６の速度ベクトルＶＳ、Ｖ
１〜Ｖ６は、次式で表される。 【数１】 　　　　Ｒ１＝ＲＳ＋ａ１　　　　　　Ｒ２＝ＲＳ＋ａ
２　　　　　　Ｒ３＝ＲＳ＋ａ３　　　　Ｒ４＝ＲＳ＋
ａ４　　　　　　Ｒ５＝ＲＳ＋ａ５　　　　　　Ｒ６＝
ＲＳ＋ａ６ 及び、 【数２】 　　　　Ｖ１＝ＶＳ＋ωＳ×ａ１　　　　　　Ｖ２＝Ｖ
Ｓ＋ωＳ×ａ２　　　　　　Ｖ３＝ＶＳ＋ωＳ×ａ３　
　　　Ｖ４＝ＶＳ＋ωＳ×ａ４　　　　　　Ｖ５＝ＶＳ
＋ωＳ×ａ５　　　　　　Ｖ６＝ＶＳ＋ωＳ×ａ６ ここで、ωＳは車両の、従って静止座標系Ｏ−ＸＹＺか
ら見た運動座標系Ｓ−ｘ１ｘ２ｘ３の持つ角速度ベクト
ルであり、記号×は外積を表わしている。さらにＶ１〜
Ｖ６を微分すると、点Ｓ、Ｓ１〜Ｓ６での加速度ＡＳ、
Ａ１〜Ａ６が次式のように得られる。 【数３】Ａ１＝ＡＳ＋ＡωＳ×ａ１＋ωＳ×（ωＳ×ａ
１）Ａ２＝ＡＳ＋ＡωＳ×ａ２＋ωＳ×（ωＳ×ａ２）
Ａ３＝ＡＳ＋ＡωＳ×ａ３＋ωＳ×（ωＳ×ａ３）Ａ４
＝ＡＳ＋ＡωＳ×ａ４＋ωＳ×（ωＳ×ａ４）Ａ５＝Ａ
Ｓ＋ＡωＳ×ａ５＋ωＳ×（ωＳ×ａ５）Ａ６＝ＡＳ＋
ＡωＳ×ａ６＋ωＳ×（ωＳ×ａ６）但し、ＡωＳは車
両の角加速度ベクトルである。 【数２】、 【数３】で外積の項が現れるのは、点Ｓ１〜Ｓ６が点Ｓ
に対し回転運動を有するためである。ここで、Ａ１とＡ
２、Ａ３とＡ４、Ａ５とＡ６を対にして辺々差し引くと
次式を得る。 【数４】 　　　　Ａ１−Ａ２＝ＡωＳ×（ａ１−ａ２）＋〔ωＳ
×（ωＳ×ａ１）−ωＳ×（ωＳ×ａ２）〕　　　　Ａ
３−Ａ４＝ＡωＳ×（ａ３−ａ４）＋〔ωＳ×（ωＳ×
ａ３）−ωＳ×（ωＳ×ａ４）〕　　　　　　　　Ａ５
−Ａ６＝ＡωＳ×（ａ５−ａ６）＋〔ωＳ×（ωＳ×ａ
５）−ωＳ×（ωＳ×ａ６）〕一方、Ａ１とａ２、Ａ２
とａ１、Ａ３とａ４、Ａ４とａ３、Ａ５とａ６、Ａ６と
ａ５の外積を取り、同様に対にして辺々差し引くと次式
を得る。 【数５】 ａ２×Ａ１−ａ１×Ａ２＝−ＡＳ×（ａ１−ａ２）＋〔
ａ２×（ＡωＳ×ａ１）−ａ１×（ＡωＳ×　　　　　
　　　　　　　　　　　　　ａ２）〕＋〔ａ２×ωＳ×
（ωＳ×ａ１）−ａ１×ωＳ×（ωＳ×ａ２）〕ａ４×
Ａ３−ａ３×Ａ４＝−ＡＳ×（ａ３−ａ４）＋〔ａ４×
（ＡωＳ×ａ３）−ａ３×（ＡωＳ×　　　　　　　　
　　　　　　　　　　ａ４）〕＋〔ａ４×ωＳ×（ωＳ
×ａ３）−ａ３×ωＳ×（ωＳ×ａ４）〕ａ６×Ａ５−
ａ５×Ａ６＝−ＡＳ×（ａ５−ａ６）＋〔ａ６×（Ａω
Ｓ×ａ５）−ａ５×（ＡωＳ×　　　　　　　　　　　
　　　　　　　ａ６）〕＋〔ａ６×ωＳ×（ωＳ×ａ５
）−ａ５×ωＳ×（ωＳ×ａ６）〕ここで、座標系Ｓ−
ｘ１ｘ２ｘ３の各軸方向の単位ベクトルをｅ１（１，０
，０）、ｅ２（０，１，０）、ｅ３（０，０，１）とと
れば、位置ベクトルａ１〜ａ６の間に次の関係式が成り
立つ。 【数６】（ａ１−ａ２）＝（ｌ１＋ｌ２）ｅ１　　　　
（ａ３−ａ４）＝（ｄ１＋ｄ２）ｅ２　　　　（ａ５−
ａ６）＝（ｈ１＋ｈ２）ｅ３上の関係式とベクトル演算
の公式を用いて【数４】、 【数５】を変形すると次式が成り立つ。 【数７】 　　　　Ａ１−Ａ２＝（ｌ１＋ｌ２）〔ＡωＳ×ｅ１−
｛（ωＳ・ｅ１）ωＳ−ωＳ２ｅ１｝〕　　　　Ａ３−
Ａ４＝（ｄ１＋ｄ２）〔ＡωＳ×ｅ２−｛（ωＳ・ｅ２
）ωＳ−ωＳ２ｅ２｝〕　　　　Ａ５−Ａ６＝（ｈ１＋
ｈ２）〔ＡωＳ×ｅ３−｛（ωＳ・ｅ３）ωＳ−ωＳ２
ｅ３｝〕【数８】ｅ１×（ｌ２Ａ１＋ｌ１Ａ２）＝（ｌ
１＋ｌ２）ｅ１×ＡＳ　　　　ｅ２×（ｄ２Ａ１＋ｄ１
Ａ２）＝（ｄ１＋ｄ２）ｅ２×ＡＳ　　　　ｅ３×（ｈ
２Ａ１＋ｈ１Ａ２）＝（ｈ１＋ｈ２）ｅ３×ＡＳ但し、
記号・は内積を表す。ところで、点Ｓ１〜Ｓ６における
加速度ベクトルＡ１〜Ａ６は、本来、静止座標系Ｏ−Ｘ
ＹＺから見た量であるが、運動座標系Ｓ−ｘ１ｘ２ｘ３
の軸方向に平行な成分に分解して表わすと次式の如くと
なる。　　 【数９】 　　　　Ａ１＝Ａ１１ｅ１＋Ａ１２ｅ２＋Ａ１３ｅ３　
　　　Ａ２＝Ａ２１ｅ１＋Ａ２２ｅ２＋Ａ２３ｅ３　　
　　Ａ３＝Ａ３１ｅ１＋Ａ３２ｅ２＋Ａ３３ｅ３　　　
　Ａ４＝Ａ４１ｅ１＋Ａ４２ｅ２＋Ａ４３ｅ３　　　　
Ａ５＝Ａ５１ｅ１＋Ａ５２ｅ２＋Ａ５３ｅ３　　　　Ａ
６＝Ａ６１ｅ１＋Ａ６２ｅ２＋Ａ６３ｅ３ ここで、Ａ１２、Ａ２２、Ａ３３、Ａ４３、Ａ５１、Ａ
６１が６個の加速度センサによって観測される成分であ
る。また、ＡＳ、ＡωＳの各成分をやはり運動座標系Ｓ
−ｘ１ｘ２ｘ３の軸方向に平行な成分に分解して表わす
と次式の如くとなる。 【数１０】ＡＳ　＝　ＡＳ１ｅ１　＋　ＡＳ２ｅ２　＋
　ＡＳ３ｅ３ＡωＳ＝ＡωＳ１ｅ１＋ＡωＳ２ｅ２＋Ａ
ωＳ３ｅ３従って、 【数７】〜 【数１０】より、Ｓ点での並進加速度ベクトルＡＳ、及
び角加速度ベクトルＡωＳの各成分は、Ａ１２とＡ２２
よりＡＳ２、ＡωＳ２、Ａ３３とＡ４３よりＡＳ３、Ａ
ωＳ３、及びＡ５１とＡ６１よりＡＳ１、ＡωＳ１がそ
れぞれ得られ、次式で与えられる。 【数１１】 【数１２】 ここで、 【数１２】では角加速度成分ＡωＳ１、ＡωＳ２、Ａω
Ｓ３を求めるのに角速度成分ωＳ１、ωＳ２、ωＳ３の
値を必要とするが、これは得られた角加速度を時々刻々
積分すれば求めることができる。以上より、これで車両
上の任意の点Ｓでの並進加速度ベクトル、及び角加速度
ベクトルの運動座標系Ｓ−ｘ１ｘ２ｘ３の各軸に平行な
成分が定まったことになる。一般に、剛体の回転成分（
角速度、角加速度）は剛体上のどの点でも等しいので、
車両（少なくともサスペンション上の車体）を剛体と仮
定すれば、これが車両重心点廻りの角加速度となる。し
かしながら、並進成分は異なる。そこで、図４に示すご
とく、重心Ｇを座標原点とする運動座標系Ｇ−ｘｙｚを
とり、点Ｇから点Ｓまでの位置ベクトルをａＳ、また、
前述の静止座標系の原点Ｏから重心Ｇまでの位置ベクト
ルをＲＧとする。このとき、次式が成立する。 【数１３】ＲＳ＝ＲＧ＋ａＳ 辺々微分して次式を得る。 【数１４】ＶＳ＝ＶＧ＋ωＳ×ａＳ ここでＶＧは重心点Ｇでの並進速度ベクトルである。さ
らに微分して次式を得る。 【数１５】ＡＳ＝ＡＧ＋ＡωＳ×ａＳ＋ωＳ×（ωＳ×
ａＳ）ここでＡＧは重心点Ｇでの並進加速度ベクトルで
ある。 前述の運動座標系Ｓ−ｘ１ｘ２ｘ３のときの扱いと同様
に、 【数１５】を重心点Ｇを原点とする運動座標系Ｇ−ｘｙ
ｚの各軸に平行な成分（Ｓ−ｘ１ｘ２ｘ３とも平行）に
分解して考えて、ａＳ＝（ｘＳ，ｙＳ，ｚＳ）及びＡＧ
＝（ＡＧｘ，ＡＧｙ，ＡＧｚ）と置けば、各成分に対し
て次式を得る。 【数１６】 　　　　ＡＧｘ＝ＡＳ１−（ＡωＳ２ｚＳ−ＡωＳ３ｙ
Ｓ）−〔（ωＳ１ｘＳ＋ωＳ２ｙＳ＋ωＳ３ｚＳ）ωＳ
１　　　　　　　　　　−ωＳ２ｘＳ〕 　　　　ＡＧｙ＝ＡＳ２−（ＡωＳ３ｘＳ−ＡωＳ１ｚ
Ｓ）−〔（ωＳ１ｘＳ＋ωＳ２ｙＳ＋ωＳ３ｚＳ）ωＳ
２　　　　　　　　　　−ωＳ２ｙＳ〕 　　　　ＡＧｚ＝ＡＳ３−（ＡωＳ１ｙＳ−ＡωＳ２ｘ
Ｓ）−〔（ωＳ１ｘＳ＋ωＳ２ｙＳ＋ωＳ３ｚＳ）ωＳ
３　　　　　　　　　　−ωＳ２ｚＳ〕 となる。また、車両重心の速度ベクトルＶＧ＝（ＶＧｘ
，ＶＧｙ，ＶＧｚ）は、 【数１６】を積分することにより求めることができる。 次に、車両の回転と共に加速度センサも回転するために
センサの検出方向が時々刻々変化してしまう問題につい
て考える。地球の重力方向をｚ軸にとり、例えば、車両
のｚ軸廻りの運動（ヨ−イング）を検出する場合、ｘ軸
廻りの運動（ロ−リング）やｙ軸廻りの運動（ピッチン
グ）が連成されて発生すると車両が傾き、同時にセンサ
の検出方向も傾くので、正確なヨ−イングはそのままで
は検出できない。これまでに得た角加速度ＡωＳ１、Ａ
ωＳ２、ＡωＳ３は運動座標系Ｓ−ｘ１ｘ２ｘ３での各
成分であり、並進加速度ＡＳ１、ＡＳ２、ＡＳ３、ＡＧ
ｘ、ＡＧｙ、ＡＧｚは静止座標Ｏ−ＸＹＺで定義された
ベクトルＡＳ、ＡＧのある瞬間における運動座標系Ｓ−
　　ｘ１ｘ２ｘ３の各軸方向成分である。従って、Ｏ−
ＸＹＺの各軸方向成分を求めるためには、Ｓ−ｘ１ｘ２
ｘ３及びＧ−ｘｙｚに対して各瞬時において軸方向が等
しく原点がＯに等しい座標系Ｅ−Ｘ１Ｘ２Ｘ３を考え、
これまでの演算により求めた量をこの座標系に対応させ
、次に、Ｅ−Ｘ１Ｘ２Ｘ３とＯ−ＸＹＺの間で座標変換
を施せば、正しいデ−タが得られるはずである。図８は
、この傾きに対する補正を行うための変換法に関するも
ので、一般にオイラ−角変換と呼ばれている。図に示さ
れるごとく、Ｘ３軸とＺ軸のなす角をθ、ＸＹ平面とＸ
１Ｘ２平面の交線をＯＮとしたときのＯＮとＸ軸のなす
角をφ、ＯＮとＸ１軸のなす角をψとすれば、Ｅ−Ｘ１
Ｘ２Ｘ３系からＯ−ＸＹＺ系への変換行列は次のように
与えられる。 【数１７】 但し Ω１１＝ｃｏｓφｃｏｓψ−ｃｏｓθｓｉｎφｓｉｎψ
Ω１２＝−ｃｏｓφｓｉｎψ−ｃｏｓθｓｉｎψｃｏｓ
φΩ１３＝ｓｉｎθｓｉｎψ Ω２１＝ｓｉｎφｃｏｓψ＋ｃｏｓθｃｏｓφｓｉｎψ
Ω２２＝−ｓｉｎφｓｉｎψ＋ｃｏｓθｃｏｓφｃｏｓ
ψΩ２３＝−ｓｉｎθｃｏｓφ Ω３１＝ｓｉｎθｓｉｎψ Ω３２＝−ｓｉｎθｃｏｓψ Ω３３＝ｃｏｓθ であり、並進加速度ベクトルＡＯ＝（ＡＯＸ，ＡＯＹ，
ＡＯＺ）、角加速度ベクトルＡωＯ＝（ＡωＯＸ，Ａω
ＯＹ，ＡωＯＺ）は、何れも静止座標系Ｏ−ＸＹＺから
見た量である。ここで、角度θ、φ、ψは次のようにし
て求まる。今、Ｘ１Ｘ２Ｘ３方向の角速度成分が、ωＸ
１、ωＸ２、ωＸ３であるとすれば次の関係式が成り立
つ。 【数１８】 【数１８】について解くと、次式を得る。 【数１９ａ】 【数１９ｂ】 角速度は、ωＸ１＝ωＳ１、ωＸ２＝ωＳ２、ωＸ３＝
ωＳ３であり、θ、φ、ψの値はθ≠０または＝０に応
じて、【数１９ａ】、 【数１９ｂ】を積分して得られるので、以上より静止座
標系Ｏ−ＸＹＺでの並進加速度、並進速度、及び角加速
度、角速度が求まったことになる。次に、車両の重心に
加わる力、軸廻りのトルクを同定する。まず車両に働く
トルクに対し、運動座標系Ｇ−ｘｙｚ上で記述したオイ
ラ−方程式が適用され、次式で示される。 【数２０】 ここで、ＮＧはトルク、Ｌは運動中の車両の角運動量、
そしてＩは車両の座標系Ｇ−ｘｙｚでの慣性行列Ｉｉｊ
（慣性モ−メントＩｉｉ、慣性乗積Ｉｉｊ（ｉ≠ｊ））
である。 【数２０】を各軸方向成分に分解して、ｉｊの添字を１
→ｘ、２→ｙ、３→ｚと対応させれば、角速度ベクトル
ωＳ＝（ωＳ１，ωＳ２，ωＳ３）、及び角加速度ベク
トルＡωＳ＝（ＡωＳ１，ＡωＳ２，ＡωＳ３）を用い
て、トルクベクトルＮＧの各成分は次式で求められる。 【数２１】 　　ＮＧｘ＝（ＩｘｘＡωＳ１＋ＩｘｙＡωＳ２＋Ｉｘ
ｚＡωＳ３）＋〔ωＳ２（ＩｚｘωＳ１＋ＩｚｙωＳ２
　　　　　　　　　　＋ＩｚｚωＳ３）−ωＳ３（Ｉｙ
ｘωＳ１＋ＩｙｙωＳ２＋ＩｙｚωＳ３）〕　　ＮＧｙ
＝（ＩｙｘＡωＳ１＋ＩｙｙＡωＳ２＋ＩｙｚＡωＳ３
）＋〔ωＳ３（ＩｙｘωＳ１＋ＩｙｙωＳ２　　　　　
　　　　　＋ＩｙｚωＳ３）−ωＳ１（ＩｚｘωＳ１＋
ＩｚｙωＳ２＋ＩｚｚωＳ３）〕　　ＮＧｚ＝（Ｉｚｘ
ＡωＳ１＋ＩｚｙＡωＳ２＋ＩｚｚＡωＳ３）＋〔ωＳ
１（ＩｙｘωＳ１＋ＩｙｙωＳ２　　　　　　　　　　
＋ＩｙｚωＳ３）−ωＳ２（ＩｘｘωＳ１＋ＩｘｙωＳ
２＋ＩｘｚωＳ３）〕　　一方、重心に働く力は重心点
での加速度ベクトルＡＧ＝（ＡＧｘ，ＡＧｙ，ＡＧｚ）
と車両の質量Ｍを用いて、ごく簡単に次式で求められる
。 【数２２】ＦＧｘ　＝ＭＡＧｘ 　　　　ＦＧｙ　＝ＭＡＧｙ 　　　　ＦＧｚ　＝ＭＡＧｚ 　　以上、６個の加速度センサの測定値から車両の運動
に関する各物理量を演算、推定するモデル方程式につい
て説明してきた。ここで注意すべきことは、【数２２】
までの式の導出において移動体である車両を剛体とした
こと以外に何等の仮定を含んでいないことである。即ち
この計算式群は移動体の運動検出の基本式というべきも
のであり、マイクロコンピュ−タの計算能力や車両の運
動の限定などによる式の近似は、本質的に本発明に含ま
れていると考えるべきである。運動座標系Ｓ−ｘ１ｘ２
ｘ３のｘ１軸を車両前後方向、ｘ２軸を横方向、ｘ３軸
を上下方向に取ったとき、例えば車両の旋回運動中にｘ
３軸廻りの角速度（ヨ−角速度）ωＳ３に対して、ｘ１
軸廻りの角速度（ロ−ル角速度）ωＳ１、ｘ２軸廻りの
角速度（ピッチ角速度）ωＳ２が十分小さいと仮定でき
れば、 【数１２】は次のように近似できる。 【数２３】 同様に、 【数１７】のオイラ−角変換において方位角φに対し極
角θと方位角ψが微小である場合、ｃｏｓθ≒１、ｃｏ
ｓψ≒１、ｓｉｎθ≒θ、ｓｉｎψ≒ψと近似でき、変
換行列の係数は次式のようになる。 【数２４】Ω１１≒ｃｏｓφ−ψ（ｓｉｎφ）Ω１２≒
０ Ω１３≒θ・ψ Ω２１≒ｓｉｎφ＋ψ（ｃｏｓφ） Ω２２≒−（ｓｉｎφ）ψ＋（ｃｏｓφ）Ω２３≒−θ
ｃｏｓφ Ω３１≒θ・ψ Ω３２≒−θ Ω３３≒１ これらのモデル方程式の近似は要求される検出の精度に
よって任意に行うことができる。これらの演算は全てマ
イクロコンピュ−タ内部のソフトウエアとして実現でき
る。図９に車両運動推定のためのハ−ドウェア構成、図
１０から１４にマイクロコンピュ−タでの演算処理の流
れを示す。まず、ハ−ドウェアの全体構成は、図９に示
すように車両上のある点Ｓ１〜Ｓ６に図３のように配置
された（図４または図５の構成でも構わない）加速度セ
ンサ１〜６、各センサの信号増幅器２１〜２６、６個の
センサ出力（アナログ信号）をディジタル信号に変換す
るＡＤ変換器２７（マイクロコンピュ−タの機能の一部
として実現してもよい）、入力信号を一時ストアしてお
くためのバッファ６１、及びマイクロコンピュ−タ２８
により構成される。マイクロコンピュ−タ２８は、１個
若しくは複数個のＣＰＵ２８ａ、Ｉ／Ｏ２８ｂ、ＲＯＭ
２８ｃ、ＲＡＭ２８ｄ及びその他の周辺ＬＳＩで構成さ
れており、必要とされる演算速度、記憶容量に応じて任
意のハ−ドウェア構成（例えば複数個のシングルチップ
マイコン、ディジタルシグナルプロセッサ、或いは並列
処理が可能なパラレルプロセッサなど）が取られる。次
に図１０から１４に示すように、最初に運転スタ−ト時
のエンジンキ−がオンとなった状態でマイクロコンピュ
−タはリセットされ、初期設定のための処理が行われる
。 即ち、並進加速度、角加速度、並進速度、角速度などＲ
ＡＭ２８ｄに記憶されるデ−タは一度０に設定される。 次に、車両走行前の停止状態でＤＣ成分検出可能な加速
度センサ１〜６は地球重力加速度ｇのみを検出する。 今、加速度センサ１〜６から信号増幅器２１〜２６を経
て出力された電圧（アナログ信号）がｇ１〜ｇ６が検出
されたとする。このとき、ｇ１〜ｇ６はＡＤ変換器２７
、Ｉ／Ｏ２８ｂを介してマイクロコンピュ−タ内に入力
され、ＲＯＭ２８ｃにメモリされているセンサ座標値ｈ
１、ｈ２、１１、ｌ２、ｄ１、ｄ２と共にＣＰＵ２８ａ
にロ−ドされ、 【数１１】の演算式を実行するようにプログラムされた
手順に従い並進加速度（ｇＳ１，ｇＳ２，ｇＳ３）を求
める（ステップ１）。停止時には車両の角加速度、角速
度とも０であるから、これはそのまま重心の並進加速度
（ｇＧｘ，ｇＧｙ，ｇＧｚ）となる。このとき、【数１
７】のオイラ−角変換に基づく演算プログラムに従い、
新しい基準座標系Ｏ−ＸＹＺでの値が（０，０，ｇ）に
なるようにオイラ−角θ、φ、ψの初期値を決定しＲＡ
Ｍ２８ｄに値をストアする（ステップ２）。次に車両が
走行を開始すると、加速度センサ１〜６は車両運動の加
速度を検知し、信号増幅器２１〜２６からは電圧α１〜
α６が出力される。これらはＡＤ変換器２７、Ｉ／Ｏ２
８ｂを介してマイクロコンピュ−タ内に入力され、ＲＯ
Ｍ２８ｃにメモリされているセンサ座標値ｈ１、ｈ２、
１１、ｌ２、ｄ１、ｄ２と共にＣＰＵ２８ａにロ−ドさ
れ、１１、１２式に基づく演算プログラムを実行し、並
進加速度（ＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３）及び角加速度（Ａ
ωＳ１，ＡωＳ２，ＡωＳ３）を求め、演算結果をＲＡ
Ｍ２８ｄの指定領域にストアする（ステップ３）。そし
て次に、この１回の演算サイクル時間Δｔ（ＲＯＭ２８
ｃに設定しておくか、或いはマイクロコンピュ−タの内
蔵タイマ−により計測される）をロ−ドして、次式で示
すディジタル演算式が実行される（ステップ４）。 【数２５】ωＳ１＝ΩＳ１＋ＡωＳ１・ΔｔωＳ２＝Ω
Ｓ２＋ＡωＳ２・Δｔ ωＳ３＝ΩＳ３＋ＡωＳ３・Δｔ ここで、（ωＳ１，ωＳ２，ωＳ３）が求める角速度で
あり、（ΩＳ１，ΩＳ２，ΩＳ３）は演算１サイクル前
の角速度で（ＡωＳ１，ＡωＳ２，ＡωＳ３）は今回の
角加速度の値である。これらは、初期的には０に設定さ
れている。今回求められた角速度デ−タはＲＡＭ２８ｄ
の指定領域にストアされて、（ステップ３）で得た角加
速度　　（ＡωＳ１，ＡωＳ２，ＡωＳ３）と共に次回
の 【数２５】演算時にＣＰＵ２８ａにロ−ドされて用いら
れる。次に、ＲＯＭ２８ｃより車両重心点Ｇとセンサの
位置Ｓに関する座標のデ−タｘＳ、ｙＳ、ｚＳをロ−ド
し、ＲＡＭ２８ｄより（ステップ３）と（ステップ４）
で得た並進加速度（ＡＳ１，ＡＳ２，ＡＳ３）及び角加
速度（ＡωＳ１，ＡωＳ２，ＡωＳ３）角速度（ωＳ１
，ωＳ２，ωＳ３）をロ−ドし、 【数１６】に基づく演算プログラムを実行し、重心点で
の並進加速度（ＡＧｘ，ＡＧｙ，ＡＧｚ）を求め演算結
果をＲＡＭ２８ｄの指定領域にストアする（ステップ５
）。そして、（ステップ４）と同様に１回の演算サイク
ルΔｔをロ−ドして、次式を実行する。 【数２６】ＶＧｘ＝ＦＶＧｘ＋ＡＧｘ・ΔｔＶＧｙ＝Ｆ
ＶＧｙ＋ＡＧｙ・Δｔ ＶＧｚ＝ＦＶＧｚ＋ＡＧｚ・Δｔ ここで、（ＶＧｘ，ＶＧｙ，ＶＧｚ）は求める並進速度
であり、（ＦＶＧｘ，ＦＶＧｙ，ＦＶＧｚ）は１サイク
ル前の並進速度、（ＡＧｘ，ＡＧｙ，ＡＧｚ）は今回の
並進加速度の値である。 これらは、初期的には０に設定されており、以後求めら
れた並進速度デ−タはＲＡＭ２８ｄの指定領域にストア
され演算ごとに値が更新される（ステップ６）。次に、
（ステップ２）で初期設定されたオイラ−角θ、φ、ψ
と（ステップ４）で求めた角速度（ωＳ１，ωＳ２，ω
Ｓ３）をロ−ドし、 【数１９】に基づく演算プログラムを実行して、オイラ
−角θ、φ、ψの角速度を求める（ステップ７）。ここ
で、θ＝０とθ≠０のときでは演算式が異なり、特にθ
＝０のときは座標系Ｏ−ＸＹＺのＸＹ平面とＥ−Ｘ１Ｘ
２Ｘ３のＸ１Ｘ２平面の交線ＯＮが消失するのでφ、ψ
の定義ができない。このときの演算手順は図９で示され
る。 まず、ＲＡＭ２８ｄよりロ−ドしたオイラ−角θ、φ、
ψの１回前の値Θ、Φ、ΨのΘの値を参照し、Θ＝０（
或る範囲内で近似的に０としても可）か≠０の判別をす
る。Θ≠０のときはΘ、Φ、Ψ、及び角速度（ωＳ１，
ωＳ２，ωＳ３）の値より、 【数１９ａ】に基づく演算プログラムを実行して、オイ
ラ−角θ、φ、ψの角速度を求め、さらに次式に従って
オイラ−角θ、φ、ψを求める。 【数２７】 【数２８】 但し、Ξは１回前のξの値である（ステップ７ａ１）。 θの値は時々刻々変化するので＝０となったり≠０とな
ったりする。ある時点でθ≠０よりθ＝０となった場合
には１回前のオイラ−角Φ、ΨよりΞ＝Φ＋Ψとし【数
２８】よりξを求めれば良く（ステップ７ｂ２〜７ｃ２
）、逆にある時点でθ＝０よりθ≠０となった場合には
、Φ＝Ξ、Ψ＝０と初期設定し、 【数１９ａ】よりオイラー角φ、ψの角速度、【数２７
】よりφ、ψを得る（ステップ７ｂ１〜７ｃ１）。そし
て、重心点での並進加速度（ＡＧｘ，ＡＧｙ，ＡＧｚ）
、並進速度（ＶＧｘ，ＶＧｙ，ＶＧｚ）及び角加速度（
ＡωＳ１，ＡωＳ２，ＡωＳ３）、角速度（ωＳ１，ω
Ｓ２，ωＳ３）を順次、ＲＡＭ２８ｄよりロ−ドし、次
式に基づく演算プログラムを実行させる。 【数２９】 ここで、（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）は、Ｓ−ｘ１ｘ２ｘ３、
及びＧ−ｘｙｚ座標系での各ベクトルの成分の値、（Ｙ
１，Ｙ２，Ｙ３）はそのＯ−ＸＹＺ座標系に変換された
値である。但し、θ≠０のときとθ＝０のときで行列の
係数が次のように異なる。 （θ≠０のとき：ステップ７ｄ２） Ω１１＝ｃｏｓφｃｏｓψ−ｃｏｓθｓｉｎφｓｉｎψ
Ω１２＝−ｃｏｓφｓｉｎψ−ｃｏｓθｓｉｎψｃｏｓ
φΩ１３＝ｓｉｎθｓｉｎψ Ω２１＝ｓｉｎφｃｏｓψ＋ｃｏｓθｃｏｓφｓｉｎψ
Ω２２＝−ｓｉｎφｓｉｎψ＋ｃｏｓθｃｏｓφｃｏｓ
ψΩ２３＝−ｓｉｎθｃｏｓφ Ω３１＝ｓｉｎθｓｉｎψ Ω３２＝−ｓｉｎθｃｏｓψ Ω３３＝ｃｏｓθ （θ＝０のとき：ステップ７ｄ１） Ω１１＝ｃｏｓξ Ω１２＝−ｓｉｎξ Ω１３＝０ Ω２１＝ｓｉｎξ Ω２２＝ｃｏｓξ Ω２３＝０ Ω３１＝０ Ω３２＝０ Ω３３＝１ そして、Ｏ−ＸＹＺ座標系から見た重心点での並進加速
度（ＡＯｘ，ＡＯｙ，ＡＯｚ）、並進速度（ＶＯｘ，Ｖ
Ｏｙ，ＶＯｚ）及び角加速度（ＡωＯ１，ＡωＯ２，Ａ
ωＯ３）、角速度（ωＯ１，ωＯ２，ωＯ３）を順次求
め、ＲＡＭ２８ｄの指定領域に値をストアする（ステッ
プ８）。次に、マイクロコンピュ−タは、角加速度（Ａ
ωＳ１，ＡωＳ２，ＡωＳ３）と角速度（ωＳ１，ωＳ
２，ωＳ３）を順次、ＲＡＭ２８ｄよりロ−ドし、且つ
車両のデ−タとして座標系Ｇ−ｘｙｚでの慣性モ−メン
トＩｘｘ、Ｉｙｙ、Ｉｚｚ、慣性乗積Ｉｘｙ（＝Ｉｙｘ
）、Ｉｙｚ（＝Ｉｚｙ）、Ｉｚｘ＝（Ｉｘｚ）、をＲＯ
Ｍ２８ｃよりロ−ドして 【数２１】の第１式に基づく演算プログラムを実行し、
ｘ軸廻りに働くトルクＮＧｘを求め演算結果をＲＡＭ２
８ｄの指定領域に値をストアする。同様に、ｙ軸廻りに
働くトルクＮＧｙについては 【数２１】の第２式、ｚ軸廻りに働くトルクＮＧｚにつ
いては 【数２１】の第３式に基づく演算プログラムを実行し、
各々演算結果をＲＡＭ２８ｄの指定領域に値をストアす
る。また、マイクロコンピュ−タは、重心点での並進加
速度（ＡＧｘ，ＡＧｙ，ＡＧｚ）をＲＡＭ２８ｄより、
車両の質量ＭをＲＯＭ２８ｃよりロ−ドして各並進加速
度と質量Ｍとの乗算により重心点Ｇでの各軸方向に働く
力ＦＧｘ、ＦＧｙ、ＦＧｚを求め、各々演算結果をＲＡ
Ｍ２８ｄの指定領域に値をストアする（ステップ９）。 さらに、（ステップ７）における演算手順を繰り返すこ
とにより、Ｏ−ＸＹＺ座標系から見たトルク（ＮＯｘ，
ＮＯｙ，ＮＯｚ）、力（ＦＯｘ，ＦＯｙ，ＦＯｚ）を演
算し、各々演算結果をＲＡＭ２８ｄの指定領域に値をス
トアして１回の演算が終了して（ステップ１）に戻る（
ステップ１０）。 （ステップ１）から（ステップ１０）に至る演算の過程
はマイクロコンピュ−タ２８のある１回の演算サイクル
（時間Δｔ）の間に行われる。ここで、演算は（ステッ
プ１）から（ステップ１０）まで時間を追って順に行わ
れる必要はなく、並列の演算処理が可能である演算につ
いては複数個のＣＰＵを用いて同時に処理していくよう
に構成することも考えられる。次に、図１４はある車両
制御システムの全体構成の概念図を示している。ここで
は、本発明における車両運動の推定を行う運動検出装置
１００をサブシステムとしてシステムの１部に含む形と
なっている。即ち、図９の演算過程によりＲＡＭ２８ｄ
にストアされたある時点ｔでのデ−タ 　　（角加速度）：（ＡωＳ１，ＡωＳ２，ＡωＳ３）
、（ＡωＯ１，ＡωＯ２，ＡωＯ３）　　　　（角速度
）：（ωＳ１，ωＳ２，ωＳ３）　　　、（ωＯ１，ω
Ｏ２，ωＯ３）（並進加速度）：（ＡＳ１，ＡＳ２，Ａ
Ｓ３）　　　、（ＡＧｘ，ＡＧｙ，ＡＧｚ）　　　　　
　　　　　　　　　　　（ＡＯｘ，ＡＯｙ，ＡＯｚ）（
並進速度）　　：（ＶＧｘ，ＶＧｙ，ＶＧｚ）　　　、
（ＶＯｘ，ＶＯｙ，ＶＯｚ）（トルク）　　　　：（Ｎ
Ｇｘ，ＮＧｙ，ＮＧｚ）　　　、（ＮＯｘ，ＮＯｙ，Ｎ
Ｏｚ）（力）　　　　　　　　：（ＦＧｘ，ＦＧｙ，Ｆ
Ｇｚ）　　　、（ＦＯｘ，ＦＯｙ，ＦＯｚ）などは上位
の制御システムの指令により必要に応じて制御情報とし
て読み出され使用される。図１４の例は制御システムが
１個の統合制御システムとして集中制御されている例で
あるが、システム構成は、例えば図１６のように別個の
制御目的を持つ複数個の制御システムが自律分散的に構
成されている場合であっても構わない。この場合には、
運動検出装置１００で得たデ−タは車両上に構築された
ネットワ−ク１１０に送出され、各制御システムはネッ
トワ−ク１１０上を流れる制御情報のうち必要な情報の
みを非同期且つ自律的に取り込み使用する。 以上説明した車両の運動推定方法はセンサとして加速度
センサのみを用いた場合であった。次に、図１７は、加
速度センサ１〜６の他に車両の各車輪の回転速度を検出
する車輪速度センサ４０〜４３、前輪、後輪の実舵角を
検出する舵角センサ４４、４５（但し４５は４輪操舵車
の場合のみ）、サスペンションストロ−クの変位を検出
する車高センサ４６〜４９、地磁気を検出して方位を測
定する方位センサ５０が用いられている場合の実施例を
示している。これら個々のセンサは従来の車両制御シス
テムやナビゲ−ションシステム等において既に使用され
ているものであり、その構造、動作原理の詳細な説明は
省略する。しかし、このように多種のセンサを用いて車
両運動を測定すると、車両制御において重要ないくつか
の制御パラメ−タが推定できる。まず、図１９は図１７
の車両運動推定システムの機能のなかで、加速度センサ
１〜６、舵角センサ４４、４５、車高センサ４６〜４９
を使用して、車両重心点Ｇ及び各車輪（以後、前左輪：
ｆｌ、前右輪：ｆｒ、後左輪：ｒｌ、後右輪：ｒｒの添
字を用いて区別する）の横滑り角βＧ、βｆｌ、βｆｒ
、βｒｌ、βｒｒを推定する方法について示している。 横滑り角βは、一般に車両の操舵特性等に影響し、車両
若しくは車輪の進行方向速度Ｖａｄと横方向速度Ｖｔｒ
の比から次式のように求められる。 【数３０】 まず、車両重心点Ｇでの横滑り角βＧは、前に定義した
座標系Ｇ−ｘｙｚのｘ軸が車両進行方向に一致していれ
ば、図１０から１４の（ステップ６）で求めたＶＧｘ、
ＶＧｙを用いてＶａｄ＝ＶＧｘ、Ｖｔｒ＝ＶＧｙとする
か、（ステップ７）で求めたＶＯｘ、ＶＯｙを用いてＶ
ａｄ＝ＶＯｘ、Ｖｔｒ＝ＶＯｙとして、 【数３０】に基づく演算プログラムを実行することによ
って得られる。次に、各車輪の横滑り角を求めるには車
輪位置での並進速度を求める必要がある。このためにま
ず次のベクトル演算を考える。今、車両重心点Ｇからあ
る車輪の回転中心までの位置ベクトルをｒＴとすれば、
車両全体の角速度ベクトルωＳのとき車輪の並進速度ベ
クトルＶＴは次式で示される。 【数３１】ＶＴ＝ＶＧ＋ωＧ×ｒＴ＋ＶｈＶｈは車輪を
含むバネ下質量がサスペンションを介して車体（バネ上
質量−剛体）に対し運動するときの相対速度ベクトルで
ある。ここで、図１８に示すようにサスペンションの運
動が上下方向（ｚ軸）のみに限定されると仮定すると、
ベクトルｒＴに対してサスペンションの変位の影響はｚ
軸成分のみとなり、且つベクトルＶｈはｚ軸成分のみ有
する。このとき、前後左右の４輪の各位置ベクトル、各
速度ベクトルは次式のように仮定される。 【数３２】（前左輪）ｒＴｆｌ＝（ｘＴｆｌ，ｙＴｆｌ
，ｚＴｆｌ−ｈｆｌ） ＶＴｆｌ＝（ＶｘＴｆｌ，ＶｙＴｆｌ，ＶｚＴｆｌ−（
ｄｈｆｌ／ｄｔ））（前右輪） ｒＴｆｒ＝（ｘＴｆｒ，ｙＴｆｒ，ｚＴｆｒ−ｈｆｒ）
ＶＴｆｒ＝（ＶｘＴｆｒ，ＶｙＴｆｒ，ＶｚＴｆｒ−（
ｄｈｆｒ／ｄｔ））（後左輪） ｒＴｒｌ＝（ｘＴｒｌ，ｙＴｒｌ，ｚＴｒｌ−ｈｒｌ）
ＶＴｒｌ＝（ＶｘＴｒｌ，ＶｙＴｒｌ，ＶｚＴｒｌ−（
ｄｈｒｌ／ｄｔ））（後右輪） ｒＴｒｒ＝（ｘＴｒｒ，ｙＴｒｒ，ｚＴｒｒ−ｈｒｒ）
、ＶＴｒｒ＝（ＶｘＴｒｒ，ＶｙＴｒｒ，ＶｚＴｒｒ−
（ｄｈｒｒ／ｄｔ））但し、ｈｆｌ、ｈｆｒ、ｈｒｌ、
ｈｒｒは前後左右のサスペンションストロ−クの変位で
あり、（ｄｈｆｌ／ｄｔ）、（ｄｈｆｒ／ｄｔ）、（ｄ
ｈｒｌ／ｄｔ）、（ｄｈｒｒ／ｄｔ）はその微分値（速
度）である。これを 【数３１】に代入し各車輪の並進速度ベクトルＶＴｆｌ
、ＶＴｆｒ、ＶＴｒｌ、ＶＴｒｒの各成分を求めると次
の方程式群を得る。 【数３３】 そして、路面に対し車両の傾きが小さいとすれば各車輪
の横滑り角は 【数３３】の各ｘｙ軸方向並進速度成分と前輪及び後輪
の実舵角λｆ、λｒを用いて次式で与えられる。 【数３４】 但し、２輪操舵車の場合は常にλｒ＝０である。図１９
に戻り、各車輪の横滑り角を推定するアルゴリズムは次
のようになる。まず、ある時点において加速度センサ１
〜６、舵角センサ４４、４５、車高センサ４６〜４９の
測定値をＡＤ変換器２７を通過させてデジタル信号に変
換し、マイクロコンピュ−タのＩ／Ｏ２８ｂを介して入
力されバッファ６１に一時ストアされる（ステップ１）
。ここで車高センサの出力ｈｆｌ、ｈｆｒ、ｈｒｌ、ｈ
ｒｒについてはアナログ素子による微分回路６０を通過
させて微分値（ｄｈｆｌ／ｄｔ）、（ｄｈｆｒ／ｄｔ）
、（ｄｈｒｌ／ｄｔ）、（ｄｈｒｒ／ｄｔ）に比例する
出力を生成し、これもデジタル信号に変換されてマイク
ロコンピュ−タに入力されている。加速度センサ１〜６
の測定値がバッファ６１よりまず呼び出され、図１０か
ら１４の演算と同様の手順で処理され車両重心点の並進
速度（ＶＧｘ，ＶＧｙ，ＶＧｚ）、角速度（ωＳ１，ω
Ｓ２，ωＳ３）が求められる（ステップ２）。次に、マ
イクロコンピュ−タは、予めメモリされた各車輪の座標
値（ｘＴｆｌ，ｙＴｆｌ，ｚＴｆｌ）、（ｘＴｆｒ，ｙ
Ｔｆｒ，ｚＴｆｒ）、（ｘＴｒｌ，ｙＴｒｌ，ｚＴｒｌ
）、（ｘＴｒｒ，ｙＴｒｒ，ｚＴｒｒ）をＲＯＭ２８ｃ
より、車高センサ４６〜４９の測定値及びその微分値ｈ
ｆｌ、ｈｆｒ、ｈｒｌ、ｈｒｒ及び（ｄｈｆｌ／ｄｔ）
、（ｄｈｆｒ／ｄｔ）、（ｄｈｒｌ／ｄｔ）、（ｄｈｒ
ｒ／ｄｔ）をバッファ６１より、さらに、車両重心点の
並進速度（ＶＧｘ，ＶＧｙ，ＶＧｚ）、角速度（ωＳ１
，ωＳ２，ωＳ３）をＲＡＭ２８ｄより、順次ＣＰＵ２
８ａにロ−ドし 【数３３】に基づく演算プログラムを実行することによ
って各車輪の並進速度の値（ＶＴｘｆｌ，ＶＴｙｆｌ，
ＶＴｚｆｌ）、（ＶＴｘｆｒ，ＶＴｙｆｒ，ＶＴｚｆｒ
）、（ＶＴｘｒｌ，ＶＴｙｒｌ，ＶＴｚｒｌ）、（ＶＴ
ｘｒｒ，ＶＴｙｒｒ，ＶＴｚｒｒ）が求められ、各々の
演算結果がＲＡＭ２８ｄの指定領域にストアされる（ス
テップ３）。最後に、舵角センサ４４、４５の測定値λ
ｆ、λｒがバッファ６１より、ＲＡＭ２８ｄより（ステ
ップ２）での演算結果が順次ＣＰＵ２８ａにロ−ド入力
され、 【数３４】に基づく演算プログラムを実行することによ
って各車輪の横滑り角βｆｌ、βｆｒ、βｒｌ、βｒｒ
が求められ、各々の演算結果がＲＡＭ２８ｄの指定領域
にストアされて演算の１サイクルが終了する（ステップ
４）。次に、図２０は加速度センサ１〜６、舵角センサ
４４、４５、車高センサ４６〜４９に加えて、各車輪の
車輪速度センサ４０〜４３を用いて各車輪の時々刻々の
スリップ率を推定する方法について示している。一般に
車輪のスリップ率は車輪の半径をｒＴ、回転速度をωＴ
としたとき、ＵＴ＝ｒＴωＴより求まる車輪の進行方向
の並進速度と実際の並進速度との比で与えられる。各車
輪を示す添字をこれまで通りとしたとき、各車輪のスリ
ップ率ＳＬｆｌ、ＳＬｆｒ、ＳＬｒｌ、ＳＬｒｒは車輪
進行方向の並進速度として車輪速度より求まるＵＴｆｌ
、ＵＴｆｒ、ＵＴｒｌ、ＵＴｒｒと実際の速度ＶＴｆｌ
、ＶＴｆｒ、ＶＴｒｌ、ＶＴｒｒにより各々次式で与え
られる。 【数３５】ＳＬｆｌ＝１−（ＵＴｆｌ／ＶＴｆｌ）ＳＬ
ｆｒ＝１−（ＵＴｆｒ／ＶＴｆｒ）ＳＬｒｌ＝１−（Ｕ
Ｔｒｌ／ＶＴｒｌ）ＳＬｒｒ＝１−（ＵＴｒｒ／ＶＴｒ
ｒ）ここで、実際の並進速度ＶＴｆｌ、ＶＴｆｒ、ＶＴ
ｒｌ、ＶＴｒｒは、３３式で得られた値（ＶＴｘｆｌ，
ＶＴｙｆｌ，ＶＴｚｆｌ）、（ＶＴｘｆｒ，ＶＴｙｆｒ
，ＶＴｚｆｒ）、（ＶＴｘｒｌ，ＶＴｙｒｌ，ＶＴｚｒ
ｌ）、（ＶＴｘｒｒ，ＶＴｙｒｒ，ＶＴｚｒｒ）のｘｙ
成分と前後輪の実舵角λｆ、λｒを用いて各々次式で与
えられる。 【数３６】ＶＴｆｌ＝ＶＴｘｆｌｃｏｓλｆ＋ＶＴｙｆ
ｌｓｉｎλｆ　　　　ＶＴｆｒ＝ＶＴｘｆｒｃｏｓλｆ
＋ＶＴｙｆｒｓｉｎλｆ　　　　ＶＴｒｌ＝ＶＴｘｒｌ
ｃｏｓλｒ＋ＶＴｙｒｌｓｉｎλｒ　　　　ＶＴｒｒ＝
ＶＴｘｒｒｃｏｓλｒ＋ＶＴｙｒｒｓｉｎλｒ　　図２
０に戻り、各車輪のスリップ率を推定するアルゴリズム
は次のようになる。まず、ある時点においてまず、ある
時点において加速度センサ１〜６、及び微分回路６０を
通過させた信号の測定値をＡＤ変換器２７を通過させて
デジタル信号に変換し、マイクロコンピュ−タのＩ／Ｏ
２８ｂを介して入力されバッファ６１に一時ストアされ
る（ステップ１）。次に、図１３における（ステップ２
）、（ステップ３）と同様の演算手順により加速度セン
サ１〜６の測定値をもとにした実際の各車輪の並進速度
（ＶＴｘｆｌ，ＶＴｙｆｌ，ＶＴｚｆｌ）、（ＶＴｘｆ
ｒ，ＶＴｙｆｒ，ＶＴｚｆｒ）、（ＶＴｘｒｌ，ＶＴｙ
ｒｌ，ＶＴｚｒｌ）、（ＶＴｘｒｒ，ＶＴｙｒｒ，ＶＴ
ｚｒｒ）が求められる（ステップ２〜３）。そして、舵
角センサ４４、４５より得られた前後輪の実舵角λｆ、
λｒのデ−タを用いて、【数３６】に基づく演算プログ
ラムを実行させて車輪進行方向の並進速度ＶＴｆｌ、Ｖ
Ｔｆｒ、ＶＴｒｌ、ＶＴｒｒを求め、演算結果をＲＡＭ
２８ｄにストアする（ステップ４）。 最後に、車輪速度センサ４０〜４３の測定値ωＴｆｌ、
ωＴｆｒ、ωＴｒｌ、ωＴｒｒをバッファ６１より取り
込み、ＲＡＭ２８ｄより車輪半径ｒＴのデ−タをロ−ド
して乗算により車輪速度の並進速度換算値ＵＴｆｌ、Ｕ
Ｔｆｒ、ＵＴｒｌ、ＵＴｒｒを求める。そして、並進速
度ＶＴｆｌ、ＶＴｆｒ、ＶＴｒｌ、ＶＴｒｒを再度ロ−
ドして３５式に基づく演算プログラムを実行させて各車
輪のスリップ率ＳＬｆｌ、ＳＬｆｒ、ＳＬｒｌ、ＳＬｒ
ｒを求め、演算結果をＲＡＭ２８ｄにストアして演算の
１サイクルが終了する（ステップ４）。次に、図２１は
加速度センサ１〜６と方位センサ５０を用いて任意の時
間中に車両が移動した距離、方向を推定する方法につい
て示している。加速度センサ１〜６の測定値より図１０
から１４に示したアルゴリズムに従って基準座標系Ｏ−
ＸＹＺでの並進速度（ＶＯｘ、ＶＯｙ、ＶＯｚ）が求め
られる。これまで述べてきた方法と同様にマイクロコン
ピュ−タによる演算の１サイクルの時間をΔｔとすれば
、並進速度（ＶＯｘ、ＶＯｙ、ＶＯｚ）を初期設定時間
Ｔ＝０より次式の如く再度積分すれば移動した距離（Ｌ
Ｏｘ、ＬＯｙ、ＬＯｚ）が得られる。 【数３７】ＬＯｘ＝ＦＬＯｘ＋ＶＯｘΔｔＬＯｙ＝ＦＬ
Ｏｙ＋ＶＯｙΔｔ ＬＯｚ＝ＦＬＯｚ＋ＶＯｚΔｔ 但し、（ＦＬＯｘ，ＦＬＯｙ，ＦＬＯｚ）は１演算サイ
クル前の移動距離の値でありＴ＝０での初期値は０に設
定されている。また、（ＶＯｘ，ＶＯｙ，ＶＯｚ）は今
回の並進速度の値である。ここで、例えば基準座標系Ｏ
−ＸＹＺのＺ軸に地球重力方向、方位センサ５０により
得られる地球磁極方向をＺＸ平面上にあるとセットすれ
ば、【数３７】を時々刻々演算することにより設定時刻
から任意の時刻での東西南北方向への移動距離、及び標
高差を求めることができる。以上、本発明の詳細な内容
について図を用いて説明してきた。本発明は車両の運動
を推定することを目的としたものであるが、特に加速度
センサの測定値をもとに運動推定するアルゴリズムにつ
いてはこれに限定されるものでなく、船舶、鉄道車両、
航空機といった移動体全般に適用可能なものである。 【発明の効果】以上のように本発明によれば、移動体で
ある車両に対して少なくとも各軸方向に２個ずつ計６個
の加速度センサを搭載して車両の前後、左右、上下の各
方向の加速度を計測してマイクロコンピュ−タを用いて
車両の運動、即ち、任意の座標軸に対する計測点、車両
重心点、車両上の任意の位置での並進加速度、並進速度
（前後動、左右動、上下動）、任意の座標軸廻りの角加
速度、角速度（ロ−リング、ピッチング、ヨ−イング）
をマイクロコンピュ−タの内部ソフトウェアとして構築
されたモデル方程式により演算できる。さらに、車輪速
度センサ、車高センサ、舵角センサ、方位センサ等を併
用することにより車両の横滑り角やスリップ率など車両
運動において重要な量がリアルタイムに推定できる。従
って、本発明による車両の運動推定方法を内部ソフトウ
ェアに含む運動検出装置をサブシステムとして、より上
位のアクティブ制御システム−例えば、アンチロックブ
レ−キ、トラクションコントロ−ル、４輪駆動、４輪操
舵、アクティブサスペンションなどの制御システムの一
部として構成し、任意のタイミングで制御情報を上位の
システムに供給できるようにすれば、より高度で、より
正確な車両制御システムを構成できる。同様に、方位セ
ンサを併用して車両の移動距離や標高差を時々刻々測定
できるシステムを構成し、ナビゲ−ションシステムや自
動車情報通信システムなど上位のシステムに接続すれば
車両の経路誘導など高度な運転支援システムを構築する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す制御構成図である。

【図２】本発明の舵角制御部の構成を示す図である。

【図３】車両上に搭載する加速度センサのレイアウトの
第１の実施例である。

【図４】車両上に搭載する加速度センサのレイアウトの
第２の実施例である。

【図５】車両上に搭載する加速度センサのレイアウトの
第３の実施例である。

【図６】使用される運動座標系と静止座標系に関する説
明である。

【図７】センサの座標値及びベクトルの定義である。

【図８】オイラ−角変換での各変数の定義である。

【図９】車両運動推定システムのハ−ドウェア構成であ
る。

【図１０】マイクロコンピュ−タによる運動推定の演算
手順（加速度センサのみの場合その１）である。

【図１１】マイクロコンピュ−タによる運動推定の演算
手順（加速度センサのみの場合その２）である。

【図１２】マイクロコンピュ−タによる運動推定の演算
手順（加速度センサのみの場合その３）である。

【図１３】マイクロコンピュ−タによる運動推定の演算
手順（加速度センサのみの場合その４）である。

【図１４】マイクロコンピュ−タによる運動推定の演算
手順（加速度センサのみの場合その５）である。

【図１５】車両制御システムの全体構成の概念図（集中
制御）である。

【図１６】車両制御システムの全体構成の概念図（自律
分散制御）である。

【図１７】各種センサを併用した場合の運動推定システ
ムの全体構成である。

【図１８】車両重心点からの車輪位置の座標値である。

【図１９】車両重心点及び各車輪の横滑り角推定方法で
ある。

【図２０】各車輪のスリップ率推定方法である。

【図２１】設定時刻からの車両の移動方向、距離の推定
方法である。

【符号の説明】

加速度センサ１〜６、１１〜１６、マイクロコンピュ−
タ２８、運動検出装置１００、車輪速度センサ４０〜４
３、舵角センサ４４、４５、車高センサ４６〜４９、方
位センサ５０。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の運動状態を検出する検出手段からの
   情報に基づいて車両の運動を推定する車両の運動推定装
   置において、前記検出手段は前記車両の前後、左右、上
   下の各方向成分の加速度を求めるための検出手段である
   ことを特徴とする車両の運動推定装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の車両の運動推定装置におい
   て、前記加速度検出手段は前記車両の進行方向の前後方
   向の軸と、左右の軸と、上下の軸にそれぞれ２個ずつ配
   置されていることを特徴とする車両の運動推定装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の車両の運動推定装置におい
   て、それぞれの軸に配置された一対の加速度検出手段は
   それが位置する軸とは直交する軸方向の加速度を検出す
   る向きに配置されていることを特徴とする車両の運動推
   定装置。
4. 【請求項４】請求項１記載の車両の運動推定装置におい
   て、前記加速度検出手段は前記車両の進行方向の前後方
   向の軸、左右の軸、上下の軸のうち２つの軸に配置され
   、そのうちの一方には２対の加速度検出手段あるいは２
   軸の加速度を同時に検出できる多軸検出型の加速度検出
   手段が設けられていることを特徴とする車両の運動推定
   装置。
5. 【請求項５】請求項１記載の車両の運動推定装置におい
   て、前記加速度検出手段は、車両上のある１点を原点と
   した３次元直交座標を取ったとき、原点を除く各軸上に
   一対、即ち２個ずつ配置され、その一対の加速度検出手
   段は、その検出手段が位置する軸の軸方向とは直交する
   軸方向の加速度を検出できる向きに配置され、かつ、各
   一対の加速度検出手段の検出軸方向は他の加速度検出手
   段対に対しても直交する向きに取られていることを特徴
   とする車両の運動推定装置。
6. 【請求項６】請求項１記載の車両の運動推定装置におい
   て、前記加速度検出手段は、車両上のある１点を原点と
   した３次元直交座標を取ったとき、原点を除く３軸のう
   ちの２軸上に配置され、そのうちの１軸上には、加速度
   検出手段が位置する軸の軸方向とは直交する軸方向の加
   速度を検出できる向きに取られ、且つ、互いに検出軸方
   向が直交している２対の加速度検出手段が配置され、も
   う一方の軸上には、センサが位置する軸の軸方向とは直
   交する軸方向の加速度を検出できる向きに取られ、且つ
   、前記２対の加速度検出手段に対してもさらに検出軸方
   向が直交している１対の加速度検出手段が配置されてい
   ることを特徴とする車両の運動推定装置。
7. 【請求項７】車両の運動状態を検出する検出手段からの
   情報に基づいて車両の運動を推定する車両の運動推定方
   法において、前記車両の前後、左右、上下の各方向成分
   の加速度検出し、その検出された加速度から演算により
   車両の並進加速度、並進速度及び各軸まわりのトルク、
   角加速度、角速度に関する物理量を推定することを特徴
   とする車両の運動推定方法。
8. 【請求項８】請求項７記載の車両の運動推定方法におい
   て、ある方向成分の角加速度を他の２つの角速度を用い
   て推定することを特徴とする車両の運動推定方法。
9. 【請求項９】車両の運動状態を検出する検出手段からの
   情報に基づいて車両の制御をする車両の制御システムに
   おいて、前記車両の前後、左右、上下の各方向の加速度
   検出手段と、車輪の回転速度を検出する車輪速度検出手
   段と、サスペンションの変位から車高を検出する車高検
   出手段と、車輪の舵角を検出する舵角検出手段と、前記
   加速度検出手段、前記車輪速度検出手段、前記車高検出
   手段及び前記舵角検出手段からの検出情報の基づいて車
   両の制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする車
   両の制御システム。
10. 【請求項１０】請求項９記載の車両の制御システムにお
    いて、前記加速度検出手段によって得られる加速度から
    求められる並進速度と前記舵角検出手段から車輪の向き
    から求められる車両重心及び各車輪の横滑り角を推定す
    る手段を設けたことを特徴とする車両の制御システム。
11. 【請求項１１】請求項９記載の車両の制御システムにお
    いて、前記加速度検出手段によって得られる加速度から
    求められた並進速度と前記車輪速度検出手段から得られ
    る車輪の進行方向への速度から車輪のスリップ率を推定
    する手段を設けたことを特徴とする車両の制御システム
    。
12. 【請求項１２】請求項９記載の車両の制御システムにお
    いて、前記加速度検出手段によって得られる加速度から
    求められた横方向の並進速度と前記車輪速度検出手段か
    ら得られる車輪の進行方向への速度から車両の移動距離
    及び方向を推定することを特徴とする車両の制御システ
    ム。
13. 【請求項１３】請求項９記載の車両の制御システムにお
    いて、予め定められた座標系での車両の質量、慣性モ−
    メント、慣性乗積のデ−タを記憶する記憶手段を備えた
    ことを特徴とする車両の制御システム。