JPS62163867A - 車両運動状態量推定装置 - 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） この発明は、予め想定された車両モデルにより、車両の
運動状態量を推定して求める車両運動状態量推定装置に
関する。

（従来の技術） 従来、車両の運動状態量を検出する装置としては、ヨー
レートセンサや横加速度センサ等の実測の容易な運動状
態量を検出する装置のみしか実現あるいは提案されてい
なかった。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、近年の車両の電子制御技術の向上に伴っ
て、多種多様な運動状態量の検出が必要となって来たの
忙反して、運動状態ｆＫは実測の困難なものが多く、こ
れものセンシング装置は実現されていない。また、１つ
の運動状態量に対して１つのセンシング装置を設けると
、多種の運動状態量を必要とする場合には、センシング
装置の数が多数となり、車載が困難となる虞れもある。

そこで、本願出願人は、先に、特願昭６０−５０５５８
号において、車両の運動特性を車両諸元や車両運動方程
式によって数学モデルとして設定した車両モデルを用い
て、演算により車両運動状態量を求めるようにした装置
を提案している。

この装置によれば、ステアリングハンドルの操舵角と車
速を、各々のセンサで検出して、上記車両モデルへ与え
ることで、ヨー運動や横方向運動等の穐々の運動状態量
をセンサを用いずに求めることができる。

そして、この車両モデルの運動特性と実際の車両の運動
特性との間のモデリング誤差が生じることを防止するた
めに、横加速度やヨーレート等の実際の車両運動状態量
を検出してフィードバックし、上記車両モデルの車両諸
元を補正するようにしている。

ところが上記装置は、車両モデルの車両諸元の補正を、
車両の定常旋回運動特性と過渡運動特性（２両の直進走
行状態と定常旋回運動状態との間、あるいは定常旋回運
動状態から旋回半径の異なる他の定常旋回運動に移る間
の遷移状態を言う）との相互関係を考慮せずに行うと、
不都合が生じることが考えられる。

すなわち、車両モデルの定常旋回運動特性の修正を行っ
た後に、過渡運動特性の修正をする場合、両者の相互関
係を考慮せずに、車両モデルの車両諸元の補正を行うと
、一旦正しい特性に修正された定常旋回運動特性が再び
正しい特性から外れてしま５ｍ合が在り得る。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するために、本発明は、第１図に示す
手段を備える。

運動状態量推定手段１００は、予め車両諸元および車両
運動方程式によって数学モデルとして設定された車両モ
デル１０１を用いて車両運動状態量を演算により求める
。

運動状態量検出手段１０２は、車両運動状態量のうち、
少なくとも１つの実際値を検出する。

比較手段１０Ｂは、運動状態量推定手段１００で推定さ
れた車両運動状態量の推定値Ｍと運動状態量検出手段１
０２で検出された運動状態量の検出値Ｍとを比較する。

第１の車両諸元補正手段１０４は、比較手段１０８によ
る比較結果に基づいて、車両モデル１０１の定常旋回運
動特性を修正するように、車両モデル１０１０車両諸元
を補正する。

第２の車両諸元補正手段１０５は、比較手段１０３によ
る比較結果に基づいて、車両モデル１０１の定常旋回運
動特性を変化させないで、かつ、車両モデル１０１の過
渡運動特性を修正するように、車両モデル１０１０車両
諸元を補正する。

（作用） 本発明は、運動状態量推定手段１００によって、車両運
動状態量を推定して求めることで、複数のセンシング装
置を用いなくても、必要とする車両運動状態量を得るこ
とができる。

また、本発明は、車両モデル１０１の運動特性と実際の
車両の運動特性との誤差を少なくするために、運動状態
量検出手段１０２と比較手段１０８と、第１の車両諸元
補正手段１０４、および第２の車両諸元補正手段１０５
を備えている。

さらに、本発明は、第２の車両諸元補正手段１０５にお
いて、車両モデルの定常旋回運動特性を変化させないで
、かつ車両モデルの過渡運動特性を修正するようにした
ことで、一旦、正しく修正された定常旋回運動特性が、
過渡運動特性の修正時に正しい特性から外れてしまい、
再び修正を要することになることを解消し、迅速かつ適
正な車両モデルの運動特性の修正が行える。

（実施例） 本発明の一実施例の構成を第２図に示す。

演算処理装置ｌは、マイクロコンピュータあるいは他の
電気回路によって構成されるものであり、同図では、説
明を容易とするために機能ブロックで表わしである。

本実施例装置が搭載される車両（以下「自車Ｊと言５）
２００車体重心付近には、車両２０に生じるヨーレート
ψを検出するヨーレートセンサ８と、車両に生じる横加
速度αを検出する横加速度センサ６が取付けられており
、さらに、前記横加速度センサ６に対して一定距離ｅだ
け車体の前後方向に間隔を置いて、もうひとつの横加速
度センサ７が配置されている。

また、車体重心点付近には、自軍２０の横方向速度ｖｙ
を検出する横方向速度センサ９が取付けられている。こ
の横方向速度センサ９には、例えば、光学式対地速度セ
ンサを、その検知方向を車両の横軸に平行な方向に設定
したもの等を用いる。１ハンドル操舵角センサ２は、図
示しないステアリングハンドルの操舵角θＳを検出する
ものであり車速センサ８は、車両２０の車速Ｖを検出す
るものである。

演算処理装置１は、機能別に分類すると、定常旋回運動
判別部１１と、定常ヨーレート検出部１２と、運動状態
量推定部１４と、２つの比較部１５．１６、および２つ
の補正部１７．１８とに分けられる。

定常旋回運動判別部１１は、２つの横加速度センサ６．
７で検出される横加速度αとαＲと、ヨーレートセンサ
８で検出されるヨーレート↓および車速センサ８で検出
される車速Ｖとに基づいて、車両２０が定常旋回運動中
であるか否かを判別し、定常旋回運動中であると判定し
た場合には、その旨を表わす情報Ｆ□を発生する。尚、
定常旋回運動の判別手法の詳細は、本出願人が先に提案
したＩ＃願昭６０−８５８０７号を参照されたい。

定常ヨーレート検出部１２は、車両が定常旋回運動中に
おけるヨーレート（以下「定常ヨーレート礼」とする）
を求めるもので、前記情報Ｆ０が発生したときにヨーレ
ートセンサ８で検出されるヨーレートを定常ヨーレート
ラ、として出力する。

運動状態量推定部１４は、予め設定された車両モデル（
車両諸元と運動方程式で設定された、車両運動のシミュ
レーションモデルである）に関する演算によって、ステ
アリングハンドルの操舵角（以下「ハンドル操舵角」と
略称する）θ８と、車速Ｖに対応する運動状態量の推定
値を求める。

この運動状態量の推定値は、ヨーレートの推定値÷と横
方向速度の推定値ｖｙの他、ヨー角加速度やタイヤコー
ナリングフォース、あるいはロール角等の適宜必要とさ
れる運動状態量が推定される。

比較部１５は、定常ヨーレートの検出値礼とヨーレート
推定値ψとの大小比較を行うものであり、比較部１６は
、横方向速度の検出値Ｖアと横方向速度推定値ｖｙとの
大小比較を行う。

補正部１７は、比較部１５の比較結果に基づいて、運動
状態量推定部１４の車両モデルを形成する車両諸元のう
ちの前輪コーナリングパワーＫＦと後輪コーナリングパ
ワーＫＲＯ値を補正することにより、車両モデルの定常
旋回運動特性を実際の車両の定常旋回運動特性に近づけ
る。

補正部１８は、比較部１６の比較結果に基づいて、前記
車両モデルの前輪コーナリングパワーＫＦと後輪コーナ
リングパワー殖の値を補正することにより、車両モデル
の過渡運動特性を実際の車両の過渡運動特性に近づける
。この補正部１８で行われる補正は、車両モデルの定常
旋回運動特性を変化させないよりにして行われる。

第８図〜＠６図は、上記演算処理装置ｌをマイクロコン
ピュータを用いて構成した場合に、この演算処理装ｋｌ
で実行される処理を示すフローチャートである。

第８図に示す定常旋回運動判別処理は、第２図中の定常
旋回運動判別部１１と同一の機能を有している。

すなわち、２つの横加速度センサ６．７で検出される横
加速度α、αＲと、ヨーレートセンサ８で検出されるヨ
ーレート↓と、車速センサ８で検出される車速Ｖに基づ
いて、車両２０が定常旋回運動中であるか否かを判別す
る（ステップ２１１゜２１２）。

そして、定常旋回運動中であると判定したときには、定
常フラグＦ０を一セットしくステップ２１Ｂ）、その旨
を記憶する。また、定常旋回運動中でない場合には、定
常フラグＦ□をリセットする（ステップ２１４）。

第４図に示す運動状態量検出処理は、第２図中の定常ヨ
ーレート検出部１２と同じ機能を有している。

ステップ２２１の処理では、ヨーレート検出値−の読込
みを行い、次のステップ２２２で、前記定常フラグＦ０
がｒｌＪであるか否かを判別する。

ステップ２２２の判定がＹＥＳであれば、その時の車両
は、定常旋回運動中であることＫなるから、ヨーレート
センサ８で検出されるヨーレート↓を定常ヨーレート歩
　　として更新記憶する（ステップ２２Ｂ）。ステップ
２２２の判定がＮＯであれば、定常ヨーレート苓　は更
新されない。

第５図に示す運動状態量推定処理は、第２図中の運動状
態蓋推定部１４と同一の機能を有している。

すなわち、ハンドル操舵角θ８と車速Ｖとに対応する運
動状態量を予め設定された車両モデルに関する演算から
求める。

上記車両モデルは、自軍の車両諸元と運動方程式によっ
て設定されたシミュレーションモデルであり、変数とし
てハンドル操舵角θ８と車速Ｖを与えることにより、こ
れらθ８と■に対応する運動状態量が推定できる。

上記運動状態量の推定値には、ヨーレートの推τ 定値ψと横方向速度の推定値ｖｙが含まれている（ステ
ップ２８３）。

また、運動状態量の推定値の精度を向上させるために１
後述する比較・補正処理で補正された前輪コーナリング
パワーＫＦと後輪コーナリングパワーＫＲが車両モデル
の車両諸元として用いられる（ステップ２８２）。

第６図（Ａ）　、　（Ｂ）　Ｋ示す比較・補正処理は、
第２図中の比較部１５．１６と補正部１７．１８に相当
するものである。

この処理は、車両が定常旋回運動中であるとぎ、すなわ
ち、定常フラグＦ、　−１であるときに実行される（ス
テップ２４０）。

ステップ２４２〜２４７の処理は、前記車両モデルの定
常旋回運動特性を修正する処理である。

一般に、定常旋回運動時に問題となるのは、定常ＵＳ−
Ｏ８％性（ＵＳは７７ダー、Ｘ、ｆ７、ＯＳはオーバー
ステアを意味する）であり、この定常ＵＳ−ＯＳ特性が
、実際の特性と車両モデルが保有する特性の間で異なる
と、ヨーレートの値に差異が生じる。

従って、ステップ２４２の処理で、ヨーレート検出値−
とヨーレート推定値−の一致判別を行い、−と鼻の差が
一定値以上在る場合には、車両モデルの定常ＵＳ−Ｏ３
特性を実際の特性に一致させるように、前、後輪コーナ
リングパワーＫＦ。

ＫＲの補正を行う。

τ　　　。

すなわち、ステップ２４２では、ψと９８の偏差１、−
一　１が基準値Δ会より大きいか否かにより、　　Ｓ ÷と輻の一ンー判別を行う。

ここで、−と−が基準値Δ−以上の偏差でずれていると
きには、ステップ２４８の処理により、１÷１と１会、
１０大小関係を判別し、１会１）ｌ礼１ならば、ステッ
プ２４４，２４５の処理が行われ、また、１↓１＜１ゐ
ｓｌならば、ステップ２４６，２４７の処理が行われる
。

ステップ２４４と２４６の処理は、ステップ２４８の判
定が連続してｎ回、ＹＥＳあるいはＮｏとなることを判
別して、補正の必要性の判断の確実性を高めるための処
理である。

そして、ステップ２４５と２４７では、予め設定されて
いる補正量Δｋ（なお、この補正量Δにの値は可変とす
ることも可能である）を用いて、前輪コーナリングパワ
ーＫｙと後輪コーナーＪ　ｙ　ｆパワーＫＲを補正する
。

すなわち、１＝Ｉ）Ｉ＝＋のときには、旋回時、実際の
車両は車両モデルよりも前輪が外側へ滑っている状態で
旋回運動をしていることになるので、ステップ２４５に
より、車両モデルの前輪コーナリングパワーＫＦをΔに
だけ減じ、後輪コーナリングパワーＫＲをΔにだけ増加
させる。これにより、車両モデルの定常ＵＳ−Ｏ３特性
をアンダーステア方向に修正して実際の車両の特性に近
づける。

τ また、１ψ１＜１会。１のと大には、旋回時、実際の車
両は車両モデルよりも後輪が外側へ滑っている状態で旋
回をしていることになるので、ステップ２４７により、
車両モデルの後輪コーナリングパワーＫＲをΔにだけ減
じ、前輪コーナリングパワーＫｙをΔにだけ増加させる
。これにより、車両モデルの定常ＵＳ−Ｏ３特性は、オ
ーバーステア方向に修正されて、実際の車両の特性に近
づ（。

このように、前、後輪コーナリングパワーに１ｒ　。

ＫＲを増減させることで、定常ＵＳ−Ｏ８Ｉｆ！ｊ性が
調整できる理由を以下に述べる。

定常旋回運動時のヨーレート÷８は、 で表わされる。ここで、 Ｌ：ホイールベース Ｎニステアリングギア比 Ａ：スタビリテイファクタ であり、さらに、スタビリテイファクタＡは、で表わさ
れる。但し、 Ｍ　：車両の質量 り、：前軸と重心間の距離 ＬＲ：後軸と重心間の距離 である。

従って、上記（２）式の分子（ＬＦＫＦ　　ＬＲＫＲ）
のうち、ＫＦを犬あるいはＫＲを小にすれば、ヨーレー
トゲインは大きくなり、定常ＵＳ−Ｏ８特性は、オーバ
ーステア側へ移行することになるし、逆にＫｐを小ある
いはＫＲを大にすれば、アンダーステア側へ移行する。

このよ５に、ステップ２４８〜２４９の処理によって、
ヨーレート推定値÷がヨーレート検出値イ。

に一致するようにＫＦ　、　ＫＲの値が補正されると、
ステップ２４２の判定がＹＥＳとなり、次に、第６図（
Ｂ）に示す処理が実行される。

ステップ２５１〜２５９の処理は、前記車両モデルの過
渡運動特性を修正する処理である。この過渡運動特性の
修正を行う理由は、前記ステップ２４２〜２４７の処理
によって、車両モデルの定常旋回運動特性が、実際の特
性に一致するように補正されても、過渡運動特性までは
補正できない、すなわち、ＵＳ−Ｏ８特性は、前記（２
）式から判るよ５に、ＫＦとＫＲの比率で決定され、こ
れらの太きさには左右されないためである。

そこで、車両モデルの過渡特性を実際の特性に一致させ
るには、横方向速度の検出値ｖｙと横方向速度の推定値
ｖｙとの比較を行い、両者が一致するように前、後輪コ
ーナリングパワーの補正を行う。

なお、ここでは、ハンドル操舵角θ８が右操舵時を正方
向とし、それによって発生する車両の右方向への移動速
度、つまり車両の前後車軸に対して右方向の横方向速度
をＶアの正の値として定義する。

よって、θ８〉０で、かつｖｙ＜ｖｙの場合、若　。

しくは、θ　〈０で、かつＶア〉ｖｙの場合には、ハン
ドル操作によって発生する実際の車両の横方向速度Ｖア
の絶対ｆｌＶｙＩが、車両モデルで演算しさいという事
を示すものであるから前輪の補正量ΔＫＦ＊と後輪の補
正量ΔＫＲを用いて、前記車両モデルの車両諸元である
前輪コーナリングパワーＫＦト後輪コーナリングパワー
ＫＨの逆数Ｋｙ　’　ＫＲを増加する方向つまり前輪コ
ーナリングパワーＫｙと後輪コーナリングパワーＫＲを
減じる方向へ補　４正する（ステップ２５７）。すなわ
ち、補正前の前輪コーナリングパワーおよび後輪コーナ
リングパワーの値をＫＦａ　’　ＫＲａとし、補正後の
値をＫＦｂ’ＫＲｂとすると、 なる関係によってＫＦ、　ＫＲを補正する。

逆に、θ　〉０で、かつ■ア〉ｖｙの場合、若しくは、
θ　〈０で、かつｖｙ＜ｖｙの場合には、ハンドル操作
によって発生する実際の車両の横方向速度Ｖの絶対量１
ｖア１が車両モデルで演算した横という事を示すもので
あるからＫＦ、ＫＲを増加させる方向へ補正する（ステ
ップ２５９）。すなわち、 なる関係によってＫｙ　、　ＫＲを補正する。

ここで、上記（８）〜（６）式の補正演算に用いられて
いる前輪の補正量Δに＊と後輪の補正量ΔｋＲ＊は、の
関係を有するように設定されている（固定値または可変
設定も可能である）。但し、ＬＦは前軸と重心間の距離
、ＬＲは後輪と重心間の距離である。

この（７）式の関係は、（８）〜（６）式の補正演算に
よって、前記ステップ２４２〜２４７で修正された車両
モデルの定常旋回運動特性が変化しないＪｌ　５に配意
されたものである。

すなわち、車両のスタビリテイファクタＡは、一般に、 で表わされる。但し、Ｗは車両の１量である。この式（
８）を変形してみると、 となる。この（９）式に、上記補正後の前輪コーナリン
グパワーＫＦｌ）と後輪コーナリングパワーＫＲｂを代
入したときのスタビリテイファクタ（これを「ＡｏＪと
する）は、 であり、ここで、１／ＫＲｂと１／ＫＦｂに前記（８）
〜（６）式を代入すると、 但し、ＫＦａ、ＫＲａは補正前の値であるから、ＫＦａ
−ＫＦ”’Ｒａ−ＫＲと置換えである。

そして、（７）式の関係から、 （±ΔＫＲ＊ＬＦ工ΔＫＦ　ＬＲ）　−０であるから、 ＡＯ干Ａ となる。すなわち、式（８）〜（６）の補正演算後も、
車両モデルのスタビリテイファクタは変化しないこと忙
なる。

なお、ステップ２５６．２５８の処理は、前記ステップ
２４４．２４６と同様に、ステップ２５８あるいは２５
４の判断の確実性を高めるための処理である。

これにより、Ｋ、　、　ＫＲの補正は、定常旋回運動が
なされる間に、篩１：　ｌ会１　、　Ｖｙｚ　Ｖｙとな
る様にＫＦ　、　ＫＲの値を補正するよ５にしている。

なお、上記実施例では、横方向速度ｖｙを検出して、そ
の推定値■アと比較させる例を示したが、上記横方向速
度検出値ｖｙの代わりに、横すべり角β等の他の横すべ
り因子を検出し、同様にその推定値と比較するようにし
ても良い。

また、本発明は、複数の運動状態量を求める装置として
、各種の車両の制御に利用できる。

例えば、路面状態の変化に伴う前、後輪のタイヤ等価コ
ーナリングパワーの計測器として使用できる。また、路
面摩擦係数とタイヤコーナリングパワーとの間には、強
い相関があるため、本発明装置で決定された車両モデル
のコーナリングパワーから路面摩擦係数を求め、ブレー
キや駆動系の制御に利用することも可能である。

さらに、本願出願人が、先に、特願昭５９−１８８１５
８号や特願昭５９−１８８１５４号等で提案した車両用
舵角制御袋ｆＫ、本発明を適用することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したよ５に、本発明は、予め設定された
車両モデルに関する演算により、複数の車両運動状態量
を推定によって求めることができるＯ 従って、実測困難な運動状態量をも求めることができる
し、また、単一の運動状態量のセンシング装置を複数備
えることと同等の機能を有することになる。

また、本発明は、実際の車両運動状態量を検出して、こ
の検出値と、車両モデルを用いて推定した車両運動状態
量の推定値とを比較し、この比較結果に基づいて、上記
車両モデルの定常旋回運動特性と過渡運動特性を修正す
るようにしたことで、これらの車両モデルの特性を実際
の車両の旋回運動特性および過渡運動特性に近づけるこ
とができ、モデリング誤差を軽減できる。

さらに、本発明は、上記車両モデルの過渡運動特性を修
正する際に、車両モデルの定常旋回運動特性を変化させ
ないように当該車両モデルの車両諸元を補正することで
、一旦正しく修正された定常旋回運動特性が、再び正し
い特性から外れてしまい、再修正を要することになるこ
とを防止し、迅速かつ適正な車両モデルの運動特性の修
正が行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、 第２図は本発明の一実施例の構成図、 第８図〜第６図は第２図中の演算処理装置で実行される
処理を示すフローチャートである。 １００・・・運動状態量推定手段 １０１・・・車両モデル １０２・・・運動状態量検出手段 １０Ｂ・・・比較手段 １０４・・・第１の車両諸元補正手段 １０５・・・第２の車両諸元補正手段 ｌ・・・演算処理装置 ２・・・ハンドル操舵角センサ ８°°°車速センサ　　　　６，７・・・横加速度セン
サ８・・・ヨーレートセンサ　９・・・横方向速度セン
サ２０・・・車両　　　　　　　θ８・・・ハンドル操
舵角Ｖ・・・車速　　　　　　　α、αＲ・・・横加速
度ψ・・・ヨーレート　　　　　会８・・・定常ヨーレ
ート■ア・・・横方向速度 ＫＦ・・・前輪コーナリングパワー ＫＲ・・・後輪コーナリングパワー τ ψ・・・ヨーレート推定値　ｖｙ・・・横方向速度推定
値Δｋ・・・補正量 ΔｋＦ＊・・・前輪の補正量　　ΔｋＲ＊・・・後輪の
補正量第１図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　予め車両諸元および車両運動方程式によつて数学
   モデルとして設定された車両モデルを用いて、車両運動
   状態量を演算により求める運動状態量推定手段と、 車両運動状態量のうち、少なくとも１つの実際値を検出
   する運動状態量検出手段と、 前記運動状態量推定手段で推定された車両運動状態量の
   推定値と前記運動状態量検出手段で検出された車両運動
   状態量の検出値とを比較する比較手段と、 該比較手段による比較結果に基づいて、前記運動状態量
   推定手段における車両モデルの定常旋回運動特性を修正
   するように、当該車両モデルの車両諸元を補正する第１
   の車両諸元補正手段と、前記比較手段による比較結果に
   基づいて、前記車両モデルの定常旋回運動特性を変化さ
   せないで、かつ、当該車両モデルの過渡運動特性を修正
   するように、当該車両モデルの車両諸元を補正する第２
   の車両諸元補正手段とを具備することを特徴とする車両
   運動状態量推定装置。