JPH05208608A - 自動車の少なくとも１つの運動変数の決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 測定変数である両方の車軸における横方向加
速度およびかじ取角から，自動車の横方向速度ｖ_ｙおよ
び／またはヨー速度ωまたはこれらに依存する運動変数
の決定方法を提供することである。 【構成】 これらの信号を評価するために適応同価カル
マンフィルタの組合せが必要となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【産業上の利用分野】本発明は，自動車の少なくとも１
つの運動変数（たとえば横方向速度ｖ_ｙ，ヨー速度ω，
姿勢角β，横滑り角α_ｖ，α_ｈおよびサイドフォースＦ
_ｙｖ，Ｆ_ｙｈなど）の決定方法に関するものである。

【従来の技術】車両におけるヨー速度ωおよび／または
横方向速度ｖ_ｙならびに横滑り角αおよびサイドフォー
スＦ_ｙは測定がむずかしいかまたは高価なセンサを用い
た場合のみ測定可能である。先行の特許出願Ｐ第４０３
０６３５．４号において，高価なヨーセンサを用いて小
さな横滑り角を求めることが既知である。しかしなが
ら，このような変数は車台周りの制御において重要な役
割をなすものである。

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は，価格
の安いセンサを用いて重心の前方および後方における車
両の横方向速度ならびに両車軸のかじ取角を測定するこ
とにより運動変数を求めることであり，この場合後車軸
のかじ取角は０（後車軸のかじ取が行われない）であっ
てもよいものとする。

【課題を解決するための手段】本発明の方法を用いれ
ば，まず横方向速度およびヨー速度が与えられる。次に
これらから簡単な方法で横滑り角α，タイヤフォースＦ
_ｙおよび姿勢角βが求められる。

【実施例】図１に示すように，従来の検討においてはタ
イヤ運動は定数パラメータＣ_αを有する線形式で近似さ
れる： Ｆ_ｙ＝Ｃ_α・α （１） この数式はきわめて小さい横滑り角に対してのみ成立す
る。横滑り角がさらに大きくなると，実際のサイドフォ
ースと（１）式によりモデル化されたサイドフォースと
はもはや一致しなくなる。したがってまず一方で，すべ
ての横滑り角範囲にわたり成立するサイドフォースＦ_ｙ
のための数式を提供することが本発明の目的であった。
次にこの数式を用いて，オンラインで測定変数δ_ｖ，δ
_ｈ，ａ_ｙｖ，ａ_ｙｈから適応同価カルマンフィルタの組
合せによりまずヨー速度ωおよび横方向速度ｖ_ｙが決定
され最後に横滑り角αおよびサイドフォースＦ_ｙが決定
されるという技術的に実現可能な方法が見出される。こ
の課題の最初の部分は図２に記載の数式により解決さ
れ，該数式は，タイヤ運動が可変パラメータｋ_ｙ（α）
およびｈ_ｙ（α）を用いて関係式 Ｆ_ｙ（α）＝ｋ_ｙ（α）・α＋ｈ_１（α） （２） により記載可能であることを示している。数式（１）と
比較すると， − 横滑り角範囲が完全に記述可能であることおよび − タイヤ性能がαの関数として異なるパラメータｋ_ｙ
（α）およびｈ_ｙ（α） により実際に近い形で記
述されることがわかる。 このパラメータを簡単な方法で決定することが問題であ
る。これは図３に示す装置により達成される。α，ｋ_ｙ
（α）およびｈ_ｙ（α）の値がわかると，Ｆ_ｙが数式
（２）から簡単に計算可能である。図３の装置は技術的
に実現可能であり，ｋ_ｙ，ｈ_ｙおよびαは次のように評
価される。評価装置の入力変数は，測定された重心の前
方の横方向加速度ａ_ｙｖ，測定された重心の後方の横方
向加速度ａ_ｙｈ，前方かじ取角δ_ｖおよび後方かじ取角
δ_ｈであり，これらはのちに必要となる。横方向加速度
は，一方では和として（図３の上の系列）また他方では
差として（図３の下の系列）組み合わされ（ブロック１
および２）またこの形でさらに処理される。評価装置の
全体構成は２つの副系列に分割されており，この場合両
方の副系列は同一構造を有しておりただ入力変数が異な
るだけである。したがって以後は片方の副系列のみを考
察することにする。副系列は２つの適応同価カルマンフ
ィルタ３および４からなり，この場合フィルタ３は数式
（１）によりサイドフォースを近似させまた第２の拡張
フィルタ４（Ｅ−）は数式（２）によるサイドフォース
を記述する。各フィルタは「入力変数の評価値」を供給
する。両方の評価値の差を形成することにより（差形成
器５），関数ｇ（ｈ_ｙｖ，ｈ_ｙｈ）が上の副系列におい
てまた関数ｈ（ｈ_ｙｖ，ｈ_ｙｈ）が下の副系列において
ｈ_ｙｖおよびｈ_ｙｈから得られる。したがって２つの等
式と２つの未知数とを有する解くことが可能な等式列が
存在する（ブロック６）。さらにフィルタ４を用いた評
価は関係式 ｋ_ｙｖ（α）＝ｍ・Ｐｕｌ １／２ ｋ_ｙｈ（α）＝ｍ・Ｐｕｌ ２／２ からパラメータｋ_ｙｖ（α）およびｋ_ｙｈ（α）を供給
する。本発明を用いて，パラメータｋ_ｙｖ，ｋ_ｙｈ，ｈ
_ｙｖおよびｈ_ｙｈもまた開いた形で決定可能である。フ
ィルタ４のパラメータベクトルから状態変数である横方
向速度ｖ_ｙおよびヨー速度ωが再形成可能である（誘導
は以下を参照）。これらの両方の運動変数から次の関係
式 により横滑り角αが計算され，したがって数式（２）に
よりサイドフォースを計算するためのすべての値がここ
で利用可能となる。フィルタ３においてＡＫＦの基本等
式から次の数式が得られる： ｙ（ｋ）＝［ｙ（ｋ−１）ｙ（ｋ−３）／ｕ_１（ｋ−
１）ｕ_１（ｋ−２）ｕ_１（ｋ−３）／ｕ_２（ｋ−１）ｕ
_２（ｋ−２）ｕ_２（ｋ−３）］ ここで記号は次の意味を有する。 ｙ（ｋ）＝ａｙ（ｋ）＝ａ_ｙｖ（ｋ）±ａ_ｙｈ（ｋ） ｕ_１（ｋ）＝δ_ｖ（ｋ） ｕ_２（ｋ）＝δ_ｈ（ｋ） はデータベクトル ｍ（ｋ−１）ｍ （ｋ−１）＝［ｙ（ｋ−２）ｙ（ｋ−３）ｕ_１（ｋ−
１）ｕ_１（ｋ−２）ｕ_１（ｋ−３）ｕ_２（ｋ−１）ｕ_２
（ｋ−２）ｕ_２（ｋ−３）］^Ｔ およびエラー から評価アルゴリズムを用いて帰納的に計算され： ここで ｒ（ｋ）は「推計学的近似」の場合たとえば次
のように選択される： 状態ベクトルｘ ＝［ωｖ_ｙ］^Ｔ はこのとき次のように求めることが可能であり： ここでマトリックスＭ＊（ｋ−１）はデータベクトル
ｍ ^Ｔ（ｋ−１）からおよびパラ ｐ ^＊（ｋ）＝ ［ｐ_ｙ１（ｋ）ｐ_ｙ２（ｋ）／ｐ_ｕ１２
（ｋ）／ｐ_ｕ１３（ｋ）ｐ_ｕ２２（ｋ）ｐ
_ｕ２３（ｋ）］ フィルタ４においてＥ−ＡＫＦのための基本等式から次
の関係が求められ： ｙ（ｋ）＝［ｙ（ｋ−２），ｙ（ｋ−３）／ｕ_１（ｋ−
１），ｕ_１（ｋ−２），ｕ_１（ｋ−３）／ｕ_２（ｋ−
１），ｕ_２（ｋ−２），ｕ_２（ｋ−３）／ｕ_３（ｋ−
１），ｕ_３（ｋ−２），ｕ_３（ｋ−３）］・ ここで記号は次の意味を有する。 ｙ（ｋ）＝ａ_ｙ（ｋ）＝ａ_ｙｖ（ｋ）±ａ_ｙｈ（ｋ）， ｕ_１（ｋ）＝δ_ｖ（ｋ）， ｕ_２（ｋ）＝δ_ｈ（ｋ）ｕｎｄ ｕ_３（ｋ）＝γ（ｋ） （γ（ｋ）は自由に選択可能な関数である）。 パラメータベクトルｐ ＝［ｐ_ｙ１ｐ_ｙ２／ｐ_ｕ１１ｐ_ｕ１２ｐ_ｕ１３／ｐ
_ｕ２１ｐ_ｕ２２ｐ_ｕ２３／ｐ_ｕ３１ｐ_ｕ３２ｐ_ｕ３３］
^Ｔ はデータベクトル ｍ（ｋ−１） ｍ（ｋ−１）＝［ｙ（ｋ−２）ｙ（ｋ−３）／ｕ_１（ｋ
−１）ｕ_１（ｋ−２）ｕ_１（ｋ−３）／ ｕ_２（ｋ−１）ｕ_２（ｋ−２）ｕ_２（ｋ−３）／ｕ
_３（ｋ−１）ｕ_３（ｋ−２）ｕ_３（ｋ−３）］ およびエラー から評価アルゴリズムを用いて帰納的に計算され： ここでたとえばγ（ｋ）は「推計学的近似」においては
次のように選択される： 状態ベクトルｘ ＝［ωｖ_ｙ］^Ｔ はこのとき次のように求められ： ここでマトリックスＭ＊（Ｋ−１）はデータベクトルｍ
^Ｔ（ｋ−１）からおよびパラ これからωおよびｖ_ｙのほかに他の運動変数を誘導する
ことが可能である。 ここで ｖ_Ｘ：車両速度 １_Ｖ：重心−前軸間距離 １_ｌ：重心−後軸間距離 ｍ_Ｆ：車両質量

【図面の簡単な説明】

【図１】サイドフォースＦ_ｙ−横滑り角αの特性曲線を
Ｆ_ｙ＝Ｃ_α・αの式に近似させたところを示す図であ
る。

【図２】サイドフォースＦ_ｙ−横滑り角αの特性曲線を
式Ｆ_ｙ＝Ｋ_ｙ・α＋ｈ_ｙに近似させたところを示す図で
ある。

【図３】入力変数δ_ｖ，δ_ｈ，ａ_ｙｖ，ａ_ｙｈから自動
車の運動変数ω，ｖ_ｙ，α，β，Ｆ_ｙを求める評価装置
である。

【符号の説明】

１ 和形成器 ２ 差形成器 ３ カルマンフィルタ ４ 拡張カルマンフィルタ ５ 差形成器 ６ 計算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ソルシュテン・ベルトラム ドイツ連邦共和国 4000 デュッセルドル フ 13，パウルーレーベーシュトラーセ 21

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動車の少なくとも１つの運動変数（た
   とえば横方向速度ｖ_ｙ，ヨー速度ω，姿勢角β，横滑り
   角α_ｖ，α_ｈおよびサイドフォースＦ_ｙｖ，Ｆ_ｙｈな
   ど）の決定方法において：測定変数である重心の前方の
   横方向加速度ａ_ｙｖおよび重心の後方の横方向加速度ａ
   _ｙｈが決定されることと；これらの横方向加速度が，和
   （ａ_ｙｖ＋ａ_ｙｈ）の形で２つの第１の適応同値カルマ
   ンフィルタ（１．フィルタ対）に並列に供給されまた差
   （ａ_ｙｖ−ａ_ｙｈ）の形で２つの第２の適応同値の同一
   構成のカルマンフィルタ（２．フィルタ対）に並列に供
   給されることと；各フィルタ対の１つのフィルタ（ＡＫ
   Ｆ）が，タイヤのサイドフォースＦ_ｙが関係式 Ｆ_ｙ＝Ｃ_α・α ここで α：横滑り角 Ｃ_α：定数 によって近似されるように構成されていることと；各フ
   ィルタ対の他方の拡張フィルタ（Ｅ−ＡＫＦ）が，タイ
   ヤのサイドフォースＦ_ｙが関係式 Ｆ_ｙ＝ｋ_ｙ（α）・α＋ｈ_ｙ（α） ここで ｋ_ｙ（α）およびｈ_ｙ（α）はαの関数 によって近似されるように構成されていることと；各フ
   ィルタ対のフィルタから与えられた入力変数の評価値か
   ら差が形成され，これにより２つの関数ｇ（ｈ_ｙｖ；ｈ
   _ｙｈ）ないしｈ（ｈ_ｙｖ；ｈ_ｙｈ）が得られることと；
   このようにして得られた２つの未知数ｈ_ｙｖおよびｈ
   _ｙｈを含む等式系からこれらの未知数が決定されさらに
   次の変数ｋ_ｙｖ，ｋ_ｙｈおよびω，ｖ_ｙのうちの少なく
   とも１つが最後に記載のフィルタ（Ｅ−ＡＫＦ）から得
   られることと；および場合によりこれらの値から最終的
   に，他の運動変数（たとえば姿勢角β，横滑り角α_ｖ，
   α_ｈおよびサイドフォースＦ_ｙｖ，Ｆ_ｙｈ）などが再形
   成されることと；を特徴とする自動車の少なくとも１つ
   の運動変数の決定方法。