JPH0663930B2 - 車両状態量推定装置 - Google Patents
車両状態量推定装置Info
- Publication number
- JPH0663930B2 JPH0663930B2 JP1261036A JP26103689A JPH0663930B2 JP H0663930 B2 JPH0663930 B2 JP H0663930B2 JP 1261036 A JP1261036 A JP 1261036A JP 26103689 A JP26103689 A JP 26103689A JP H0663930 B2 JPH0663930 B2 JP H0663930B2
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- Japan
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- vehicle
- state quantity
- motion
- angular acceleration
- yaw angular
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- Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
- Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
- Navigation (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、入力ノイズを伴なう車両の運動状態（ヨーレ
ートや横方向速度等）をノイズを含む観測データから推
定する車両状態量推定装置に関する。
ートや横方向速度等）をノイズを含む観測データから推
定する車両状態量推定装置に関する。
（従来の技術） 従来、車両状態量推定装置を含む車両用実舵角制御装置
としては、特開昭62−241773号公報等に記載されている
ものが知られている。
としては、特開昭62−241773号公報等に記載されている
ものが知られている。
この従来の車両状態量検出装置では、車両状態量である
操舵角θＳと車速Ｖと横加速度αとヨーレートと横方
向速度Vyは全てセンサにより直接検出している。
操舵角θＳと車速Ｖと横加速度αとヨーレートと横方
向速度Vyは全てセンサにより直接検出している。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような車両状態量のうち、操舵角θ
Ｓと車速Ｖに関しては、検出量が大きくて、しかも操舵
角成分及び車速成分が他の運動状態成分の影響をほとん
ど受けないで独立して発生する為に正確な値を検出可能
であるが、ヨーレートや横方向速度Vyや横加速度α
は、発生してもその発生量が小さく、しかも横風や路面
傾斜等の外乱の影響を大きく受ける為に正確な値を直接
検出することは困難である。
Ｓと車速Ｖに関しては、検出量が大きくて、しかも操舵
角成分及び車速成分が他の運動状態成分の影響をほとん
ど受けないで独立して発生する為に正確な値を検出可能
であるが、ヨーレートや横方向速度Vyや横加速度α
は、発生してもその発生量が小さく、しかも横風や路面
傾斜等の外乱の影響を大きく受ける為に正確な値を直接
検出することは困難である。
そこで、本出願人は、より正確な運動状態量を得る為
に、特願昭63−197776号の出願でオブザーバの手法を用
いて車両運動状態量を推定する装置を提案した。
に、特願昭63−197776号の出願でオブザーバの手法を用
いて車両運動状態量を推定する装置を提案した。
しかしながら、オブザーバ手法を用いて車両運動状態量
を推定する装置である為、観測データがノイズに乱され
ない確定的である場合には正確な車両運動状態量を推定
することができるものの、実際には前後輪タイヤから入
力される路面外乱やヨー角加速度センサが持つノイズ成
分により装置出力であるヨーレートや横方向速度Vy等
が乱されてしまう。
を推定する装置である為、観測データがノイズに乱され
ない確定的である場合には正確な車両運動状態量を推定
することができるものの、実際には前後輪タイヤから入
力される路面外乱やヨー角加速度センサが持つノイズ成
分により装置出力であるヨーレートや横方向速度Vy等
が乱されてしまう。
また、このノイズをローパスフィルタ等を加えて除去し
た場合には、フィルタの持つ位相遅れ等により正確にヨ
ーレートや横方向速度Vy等を検出することができな
い。
た場合には、フィルタの持つ位相遅れ等により正確にヨ
ーレートや横方向速度Vy等を検出することができな
い。
そして、このヨーレートや横方向速度Vy等の誤差は、
これらの推定値を制御情報とする舵角制御等の制御精度
を低下させてしまう。
これらの推定値を制御情報とする舵角制御等の制御精度
を低下させてしまう。
本発明は、上述のような問題に着目してなされたもの
で、所定の観測データに基づいてヨーイング及び横運動
の車両運動情報を推定する車両状態量推定装置におい
て、システムノイズや観測ノイズに影響されないで正確
な車両運動情報を推定することを課題とする。
で、所定の観測データに基づいてヨーイング及び横運動
の車両運動情報を推定する車両状態量推定装置におい
て、システムノイズや観測ノイズに影響されないで正確
な車両運動情報を推定することを課題とする。
（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するために本発明の車両状態量推定装置
では、操舵角とヨー角加速度とを観測データに含み、ヨ
ーイング及び横運動の車両運動情報を推定するにあたっ
てのフィードバックゲインをカルマンフィルタの設計手
法により求める手段とした。
では、操舵角とヨー角加速度とを観測データに含み、ヨ
ーイング及び横運動の車両運動情報を推定するにあたっ
てのフィードバックゲインをカルマンフィルタの設計手
法により求める手段とした。
即ち、第１図のクレーム対応図に示すように、操舵角θ
Ｓを直接検出する操舵角検出手段ａと、車両のヨー角加
速度を直接検出するヨー角加速度検出手段ｂと、操舵
角θＳとヨー角加速度の検出信号を入力し、平面運動
に関する車両運動数学モデルと、該車両運動数学モデル
及び前記ヨー角加速度検出手段ｂに加わるノイズと、路
面から車両に入力される外乱とを考慮したゲイン行列
と、少なくとも２つ以上の積分器もしくは積分相当の演
算により、ヨーイングと横運動の車両運動情報のうち少
なくとも一方を実時間で推定する運動情報推定演算手段
ｃと、を備えている事を特徴とする。
Ｓを直接検出する操舵角検出手段ａと、車両のヨー角加
速度を直接検出するヨー角加速度検出手段ｂと、操舵
角θＳとヨー角加速度の検出信号を入力し、平面運動
に関する車両運動数学モデルと、該車両運動数学モデル
及び前記ヨー角加速度検出手段ｂに加わるノイズと、路
面から車両に入力される外乱とを考慮したゲイン行列
と、少なくとも２つ以上の積分器もしくは積分相当の演
算により、ヨーイングと横運動の車両運動情報のうち少
なくとも一方を実時間で推定する運動情報推定演算手段
ｃと、を備えている事を特徴とする。
尚、前記検出手段に、車速Ｖを検出する車速検出手段ｄ
を加え、運動情報推定演算手段ｃは、車両運動数学モデ
ルに基づき設定されるゲイン行列を車速Ｖに応じて変化
させる手段としても良い。
を加え、運動情報推定演算手段ｃは、車両運動数学モデ
ルに基づき設定されるゲイン行列を車速Ｖに応じて変化
させる手段としても良い。
（作 用） 例えば、車両のヨーレート及び横方向速度Vyを推定す
る時には、運動情報推定演算手段ｃにおいて、操舵角検
出手段ａにより直接検出された操舵角θＳと、ヨー角加
速度検出手段ｂにより直接検出されたヨー角加速度の
検出信号を入力し、平面運動に関する車両運動数学モデ
ルと、該車両運動数学モデル及び前記ヨー角加速度検出
手段ｂに加わるノイズと、路面から車両に入力される外
乱とを考慮したゲイン行列と、少なくとも２つ以上の積
分器もしくは積分相当の演算により、実時間でヨーレー
ト及び横方向速度Vyが推定される。
る時には、運動情報推定演算手段ｃにおいて、操舵角検
出手段ａにより直接検出された操舵角θＳと、ヨー角加
速度検出手段ｂにより直接検出されたヨー角加速度の
検出信号を入力し、平面運動に関する車両運動数学モデ
ルと、該車両運動数学モデル及び前記ヨー角加速度検出
手段ｂに加わるノイズと、路面から車両に入力される外
乱とを考慮したゲイン行列と、少なくとも２つ以上の積
分器もしくは積分相当の演算により、実時間でヨーレー
ト及び横方向速度Vyが推定される。
従って、車両運動情報推定にノイズを考慮したカルマン
フイルタ手法が適用されることで、車両運動情報推定値
からノイズ影響が除去され、正確なヨーレートや横方
向速度Vy等の運動情報推定値を得ることが出来る。
フイルタ手法が適用されることで、車両運動情報推定値
からノイズ影響が除去され、正確なヨーレートや横方
向速度Vy等の運動情報推定値を得ることが出来る。
尚、検出手段に車速Ｖを直接検出する車速検出手段ｄが
加えられている場合には、運動情報推定演算手段ｃにお
いて、車両運動数学モデルに基づき設定されるゲイン行
列を車速Ｖに応じて変化させることが行われる。
加えられている場合には、運動情報推定演算手段ｃにお
いて、車両運動数学モデルに基づき設定されるゲイン行
列を車速Ｖに応じて変化させることが行われる。
このとき、車速Ｖの推定情報に含むことで、より正確に
ヨーレート及び横方向速度Vy等の運動情報推定値を得
ることが出来る。
ヨーレート及び横方向速度Vy等の運動情報推定値を得
ることが出来る。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
第２図は実施例の車両状態量推定装置が適応された車両
を示す図であり、１は車速センサ、２は操舵角センサ、
３はヨー角加速度センサ（特願昭60−211257号参照）、
４は演算処理装置である。
を示す図であり、１は車速センサ、２は操舵角センサ、
３はヨー角加速度センサ（特願昭60−211257号参照）、
４は演算処理装置である。
また、第３図は実施例の車両状態量推定装置のブロック
図を示し、前記演算処理装置４は、各センサ1,2,3から
の検出信号をフィルタリング処理やデジタル変換処理す
る信号処理回路5,6,7と、信号処理された車速V,操舵角
θS,ヨー角加速度によりヨーレート及び横方向速度
Vyを推定演算する演算回路８と、ヨーレート及び横方
向速度Vyの推定演算値をアナログ信号に変換するＤ／Ａ
変換器9,10と、信号を増幅する増幅器11,12とを備え、
ヨーレート及び横方向速度Vyがアナログ量で出力され
る。
図を示し、前記演算処理装置４は、各センサ1,2,3から
の検出信号をフィルタリング処理やデジタル変換処理す
る信号処理回路5,6,7と、信号処理された車速V,操舵角
θS,ヨー角加速度によりヨーレート及び横方向速度
Vyを推定演算する演算回路８と、ヨーレート及び横方
向速度Vyの推定演算値をアナログ信号に変換するＤ／Ａ
変換器9,10と、信号を増幅する増幅器11,12とを備え、
ヨーレート及び横方向速度Vyがアナログ量で出力され
る。
次に、作用を説明する。
ヨーレート及び横方向速度Vyを推定検出する方法とし
てカルマンフィルタ手法を用いる。以下にその設計方法
を示す。
てカルマンフィルタ手法を用いる。以下にその設計方法
を示す。
まず、車両の運動方程式は、 但し、 M;車両質量、IZ;ヨー慣性モーメント LF;前軸から重心点間距離 LR;後軸から重心点間距離 eKF;前輪の等価コーナリングパワー KR;後輪のコーナリングパワー N;ステアリングギヤ比 qF;前輪から入力される路面外乱 qR;後輪から入力される路面外乱 W;横加速度センサに加わるノイズ V;進行速度 ；ヨーレート Vy;横方向速度 α；横方向加速度 と表される。また、それぞれの係数の値は実験等により
予め測定しておく。
予め測定しておく。
今回、ディジタルコンピュータを使用するのでシステム
表現を離散時間系で記述する。
表現を離散時間系で記述する。
但し、 T;サンプリングタイム カルマンフィルタは、一般予測型のものとして次式によ
って構成される。
って構成される。
真値と推定値との誤差は次式となる。
但し、 推定誤差の共分散行列Ｅは次式となる。
路面外乱及びヨー角加速度センサのノイズは、ホワイト
ノイズと仮定すると、 となる。
ノイズと仮定すると、 となる。
従って、（５）式は、 となる。
制御時間を無限大とすると上式は、 いま とすると、 上式の両辺をKijで偏微分し、Ｘ＝∂Ｋ／∂kijとおく
と、 であるから、 となるためには、 である。従って、 と求まる。
と、 であるから、 となるためには、 である。従って、 と求まる。
そして、前記（９）式に（13）式を代入すると、 となる。
上記（14）式を整理すると、 但し、 となり、定常リカッチ方程式を解くことにより推定誤差
共分散 が求まる。
共分散 が求まる。
第４図は実施例の状態量推定装置の制御ブロック図であ
る。
る。
また、第５図はオブザーバ方式でのヨー角加速度の検
出値特性とヨーレート及び横方向速度Vyの推定値シミ
ュレーション特性であり、第６図は実施例のカルマンフ
ィルタ方式でのヨー角加速度の検出値特性とヨーレー
ト及び横方向速度Vyの推定値シミュレーション特性で
ある。
出値特性とヨーレート及び横方向速度Vyの推定値シミ
ュレーション特性であり、第６図は実施例のカルマンフ
ィルタ方式でのヨー角加速度の検出値特性とヨーレー
ト及び横方向速度Vyの推定値シミュレーション特性で
ある。
尚、シミュレーションに用いた各係数の値を示すと、 ［車両］ Ｗ＝1225［kgf］ IZ＝200［kgf・ｍ・ｓ２］ LF＝1.0［ｍ］ LR＝1.5［ｍ］ eKF＝3750［kgf／rad］ KR＝5000［kgf／rad］ Ｎ＝20 Ｖ＝100［km／ｈ］ ［ノイズ］ qF＝10［kgf］ qR＝10［kgf］ Ｗ＝0.2［rad／ｓ２］ そして、このシミュレーション特性比較により、実施例
装置では、車両運動情報推定にノイズを考慮したカルマ
ンフィルタ手法が適用されることで推定値からノイズ影
響が除去され、オブザーバ手法の場合に比べ、真値に近
い正確なヨーレートや横方向速度Vyの推定値が得られ
た。
装置では、車両運動情報推定にノイズを考慮したカルマ
ンフィルタ手法が適用されることで推定値からノイズ影
響が除去され、オブザーバ手法の場合に比べ、真値に近
い正確なヨーレートや横方向速度Vyの推定値が得られ
た。
以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体的
な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲における変更等があっても本発明
に含まれる。
な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の
要旨を逸脱しない範囲における変更等があっても本発明
に含まれる。
例えば、実施例装置では推定する運動状態量がヨーレー
ト及び横方向速度である例を示したが、いずれか一方や
ヨーイングや横運動に関する他の運動状態量を推定する
装置であっても良い。
ト及び横方向速度である例を示したが、いずれか一方や
ヨーイングや横運動に関する他の運動状態量を推定する
装置であっても良い。
（発明の効果） 以上説明してきたように、本発明にあっては、所定の観
測データに基づいてヨーイング及び横運動の車両運動情
報を推定する車両状態量推定装置において、操舵角とヨ
ー角加速度とを観測データに含み、ヨーイング及び横運
動の車両運動情報を推定するにあたってのフィードバッ
クゲインをカルマンフィルタの設計手法により求める手
段とした為、システムノイズや観測ノイズに影響されな
いで正確な車両運動情報を推定することが出来るという
効果が得られる。
測データに基づいてヨーイング及び横運動の車両運動情
報を推定する車両状態量推定装置において、操舵角とヨ
ー角加速度とを観測データに含み、ヨーイング及び横運
動の車両運動情報を推定するにあたってのフィードバッ
クゲインをカルマンフィルタの設計手法により求める手
段とした為、システムノイズや観測ノイズに影響されな
いで正確な車両運動情報を推定することが出来るという
効果が得られる。
第１図は本発明の車両状態量推定装置を示すクレーム対
応図、第２図は実施例の車両状態量推定装置を適応した
車両を示す図、第３図は実施例の車両状態量推定装置の
演算回路ブロック図、第４図は実施例装置での車両状態
量の推定制御ブロック図、第５図はオブザーバ方式での
ヨー角加速度の検出値特性とヨーレート及び横方向
速度Vyの推定値シミュレーション特性図、第６図は実施
例のカルマンフィルタ方式でのヨー角加速度の検出値
特性とヨーレート及び横方向速度Vyの推定値シミュレ
ーション特性図である。 ａ……操舵角検出手段 ｂ……ヨー加速度検出手段 ｃ……運動情報推定演算手段 ｄ……車速検出手段 θＳ……操舵角 ……ヨー角加速度 ……ヨーレート（ヨーイング） Vy……横方向速度（横運動） Ｖ……車速
応図、第２図は実施例の車両状態量推定装置を適応した
車両を示す図、第３図は実施例の車両状態量推定装置の
演算回路ブロック図、第４図は実施例装置での車両状態
量の推定制御ブロック図、第５図はオブザーバ方式での
ヨー角加速度の検出値特性とヨーレート及び横方向
速度Vyの推定値シミュレーション特性図、第６図は実施
例のカルマンフィルタ方式でのヨー角加速度の検出値
特性とヨーレート及び横方向速度Vyの推定値シミュレ
ーション特性図である。 ａ……操舵角検出手段 ｂ……ヨー加速度検出手段 ｃ……運動情報推定演算手段 ｄ……車速検出手段 θＳ……操舵角 ……ヨー角加速度 ……ヨーレート（ヨーイング） Vy……横方向速度（横運動） Ｖ……車速
Claims (3)
- 【請求項１】操舵角を直接検出する操舵角検出手段と、 車両のヨー角加速度を直接検出するヨー角加速度検出手
段と、 操舵角とヨー角加速度の検出信号を入力し、平面運動に
関する車両運動数学モデルと、該車両運動数学モデル及
び前記ヨー角加速度検出手段に加わるノイズと、路面か
ら車両に入力される外乱とを考慮したゲイン行列と、 少なくとも２つ以上の積分器もしくは積分相当の演算に
より、ヨーイングと横運動の車両運動情報のうち少なく
とも一方を実時間で推定する運動情報推定演算手段と、 を備えている事を特徴とする車両状態量推定装置。 - 【請求項２】請求項１記載の車両状態量推定装置におい
て、 前記検出手段に車速を検出する車速検出手段を加え、運
動情報推定演算手段は、車両運動数学モデルに基づき設
定されるゲイン行列を車速に応じて変化させる手段とし
た事を特徴とする車両状態量推定装置。 - 【請求項３】請求項１または２記載の車両状態量推定装
置において、 予測されるヨー角加速度検出手段に加わるノイズと路面
から車両に入力される外乱により生ずる真値と推定値の
誤差が最小となるようにゲイン行列を定めた事を特徴と
する車両状態量推定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1261036A JPH0663930B2 (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 車両状態量推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1261036A JPH0663930B2 (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 車両状態量推定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03122541A JPH03122541A (ja) | 1991-05-24 |
| JPH0663930B2 true JPH0663930B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=17356164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1261036A Expired - Fee Related JPH0663930B2 (ja) | 1989-10-04 | 1989-10-04 | 車両状態量推定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0663930B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6308115B1 (en) * | 1998-07-29 | 2001-10-23 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Vehicle running condition judgement device |
| CN114260890B (zh) * | 2020-08-26 | 2023-11-03 | 北京市商汤科技开发有限公司 | 机器人的状态确定方法及装置、机器人及存储介质 |
-
1989
- 1989-10-04 JP JP1261036A patent/JPH0663930B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03122541A (ja) | 1991-05-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |