JPS624674A - 車両運動状態推定装置 - 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ステアリ
ングハンドル操舵角と車速とから車両運動状態を推定す
るとともに、実測可能な運動状態量をフィードバックす
ることで、前記推定値あるいは、該推定値に基づいて行
われる制御の精度向上を図った車両運動状態推定装置に
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
に反して、運動状態量には実測の因難なものが多く、こ
れら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し、車載が困難となる虞れもある。

（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１０６は、予め車両諸元および運動
方程式によって設定された少なくとも１つの車両モデル
に基づく演算によし、ハンドル操舵角検出手段１００で
検出されるステアリングハンドルの操舵角θ８と車速検
出手段１０１で検出される車速Ｖに対応する運動状態量
を推定する。

比較手段１０７は、定常旋回運動検出手段１０２によっ
て、車両が定常旋回運動中であることが検出さｎるとき
に、横加速度検出手段１０３で検出ざｎる車両の横加速
度αまたはヨーレート検出手段１０４で検出される車両
のヨーレートφの少なくとも一方および横すべり因子検
出手段１０５で前記α、φに基づいて検出される横すべ
り因子βと、前記運動状態量推定手段１０６で推定され
る運動状態量のうちの横加速度またはヨーレートの少な
くとも一方および横すペレ因子の推定値α又はす、βと
の比較を行う。

車両諸元補正手段１０８は、上記比較手段１０７による
比較結果に対応して、前記運動状態量推定手段における
車両諸元を補正する。

（作用） 上記運動状態量推定手段１０６によって、予め想定され
た車両モデルから運動状態量が推定される。これは、適
宜必要な運動状態量を推定によって求めることで、実測
困難な運動状態量をも求めることができる。従って、こ
の運動状態量推定手段１０６は、単一の運動状態量のセ
ンシング装置を複数設けたものと同等の効果を呈する。

また、上記運動状態量の推定値あるいは、推定値に基づ
く制御の精度を向上させるため、定常旋回運動時の横加
速度またはヨーレートの少なくとも一方および横すべ９
因子の検出値α又は会、βをフィードバックしている。

（実施例） 本発明の第１実施例の構成を第２図に示す。

演算処理装置１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口、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「自軍」と呼ぶ）
２０の車体重心位置付近には、車両２０に生じるヨーレ
ートφ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φ、さらに、前記横加速度センサ６に対して一定距離
ｔだけ車体の前後方向に間隔を置いて、もう一つの横加
速度センサ７が配置されている。

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θ８を演出するものであり、車速センサ
３は、車両２０の車速Ｖを検出するものである。

演算処理装置゛ｌは、機能別に分類するとく定常旋回運
動判別部１１と、定常田−レート検出部１２と、横すぺ
９角検出部１３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φおよび車速センサ３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。

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φ８」とする
）を求めるもので、前記情報Ｆ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
≠８として出力する。

横すべり角検出部１８は、車両に発生する横すべり角β
を求めるもので、前記横加速度αとヨーレートφと車速
Ｖの各検出値から、所定の演算によ抄、横すべり角βを
間接的に検出する。

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）０８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、ヨーレートの推定僅少と横
すぺ９角の推定値β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、定常ヨーレートか、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、横す
べり角検出値βと定常ヨーレートΦ８のである。

補正部１７．１８は、比較部１５あるいは１６の比較結
果に対応して、運動状態量推定部１４の演算に用いられ
る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の１直を補正する。

第８図〜第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、この演算処理装置１
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
レート金と、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Ｆをセットしくステップ１１８）、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
７ラグ！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図中の定常ミ
ーレート検出部１２および横すべり角検出部１８と同じ
機能を有している。

ステップ２２１の処理では、横加速度α゛とヨーレート
会および車速Ｖの各検出値が読込まれ、このとき、定常
７ラグＦがセットされているか否かの判別が、次のステ
ップ２２２で行われる。

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になるから、ヨーレート
センサ８で検出されるヨーレー）φを定常ヨーレート幅
として更新記憶する（ステップ２２８）。ステップ２２
２の判定がＮＯであれば、定常ヨーレートφ８は更新さ
れない。

ステップ２２４の処理では、上記α、φ、■を用いて、
横すべり角βを求める。これは・なる演算により求めら
れる。この演算で求められた横すべ９角βは、実際に車
両２０に生じる横すぺ９角に極めて近い値となり、間接
的に、実際の横すべり角を検出していることに等しい。

第５図に示す運動状態量推定処理は、第２図中の運動状
態量推定部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Ｖに対応する運動状態量が推定できる。

上記運動状Ｍ−ｋｋの推定値には、ヨーレートの推定値
φと横すべり角の推定値βが含まれている（ステップ２
３８）。

また、運動状態量の推定値の精度を向上させるために、
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ｎる（ステップ２８２）。

第６図に示す比較・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き、すなわち、
定常７ラグＦがセットされているときに実行される（ス
テップ２４１）。

ステップ２４２〜２４５の処理は、運動状態゛推定値を
求めるのに用い゛られる車両モデルの定常旋回運動時の
運動特性（以下「定常運動特性」とする）の、実際の定
常運動特性との誤差を補正する処理である。

一般に、定常旋回運動時に問題となるのは、定常ＵＳ　
−Ｏ８特性（Ｏ８はアンダーステア、ＯＳはオーバース
テアを意味する）であり、この定常ＵＳ　−Ｏ８特性が
、実際の特注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０ 従って、ステップ２４２の処理で、ヨーレート検出値金
とヨーレート推定値φの一致判別を行い、少とφの差が
一定値以上在る場合には、車両モデルの定常ＵＳ　−Ｏ
８特性を実際の特性に一致させるように、前、後輪コー
ナリングパワーに、　、　ＫＲの補正を行う。

＋匈＋　＜　＋φ１のときには、旋回時、前輪が外側へ
滑っているものと判定し、前輪コーナリングパワーＩＦ
を所定量Δにだけ増加させ、後輪コーナリングパワーＫ
Ｒを所定量Δにだけ減少させる（ステップ２４８．ａ４
４）。これにより、車両モデルの定常ＵＳ　−Ｏ８特性
は、オーバーステア方向に補正され１実際の特性に近づ
く。

また、１φ、ｌ＞ｌφ１のときには、旋回時、後輪が外
側へ滑っているものと判定し、後輪コーナリングパワー
ＫＲを所定量Δにだけ増加させ、前輪コーナリングパワ
ーＫＦを所定量Δにだけ減少させる（ステップ２４３，
２４５）。こｎにより、車両モデルの定常ＵＳ　−Ｏ３
特性は、アンダーステア方向へ補正され、実際の特性に
近づく。

このように、前、後輪コーナリングパワーＫＦ。

ＫＲを増減させることで、定常ＵＳ　−Ｏ８特性が調整
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φ８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７アクタ であし、さらに、スタビリテイ７アクタ人は、で表わさ
れる。但し、 Ｍ：車両の質量 ＬＦ：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（８）式の分子（Ｌｙ　Ｋｙ　−ＬＲＫＲ
）のうち、ＫＦを大あるいはＫＲを小にすれば、ヨーレ
ートゲインは大きくなし、定常ＵＳ−Ｏ３特性は、オー
バーステア側へ移行することになるし、逆にＫＦ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
。

ステップ２４６〜２４９の処理は、車両モデルの過渡運
動時（直進状態から旋回運動に移り、前記定常旋回運動
に至る間の状態を言う）の運動特性（以下「過渡特性」
とする）の、実際の過渡特性との誤差を補正する処理で
ある。

前記ステップ２４２〜２４５の処理によって、車両モデ
ルの定常運動特性が、実際の特性に一致するように補正
されても、過渡特性までは補正できない。こｎは、ＵＳ
　−Ｏ８特性は、前記式（３）から判るように、ＫＦと
ＫＲの比率で決定され、これらの大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、横すべり角の検出値βと満すぺり角の推定値β
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。

一般に、定常旋回運動時における横すべり角β８で表わ
さｎる。ここで、βＢ／φ８を求めると、となる。この
式（５）より、ＫＲの大小によってβ８／匂が決定され
ることが判る。

従って、（β／φ８）と（β／φ）とが一致しない場合
（ステップ２４６の判定がＮｏのとき）には、（β／φ
Ｓ）〉（β／φ）であれば、後輪コーナリングパワーＫ
Ｒを所定量ΔＫＢだけ減少させるとともに、前輪コーナ
リングパワーＫＦも所定量ΔＫｙだけ減少させる（ステ
ップ２４）、２４８）。また、（β／幅）　＜　（β／
φ）であれば、後輪コーナリングパワーＫＲを所定量Δ
ＫＲだけ増加させるとともに、前輪コーナリングパワー
に７も所定量ΔＫＦだけ増加させる。

こｎにより、車両モデルの過渡特性は、実際の特性に近
づくように補正される。また、後輪コーナリングパワー
ＫＨの増減に合わせて前輪コーナリングパワーＩＦの増
減を行うことで、ＫＦとＫＲの比率を変化させないよう
にし、ステップ２４２〜２４５の処理で補正された定常
ＵＳ　−Ｏ８特性を維持した！！″亥、過渡特性の補正
が行える。

以上の各処理によって、本実施例装置は、ハンドル操舵
角θ８と車速Ｖとの２つの変数を検出することで、予め
設定された自軍の車両モデルに関する演算により複数の
運動状態量を推定することができ、自軍の運動状態量を
複数のセンサにより検出することと同等の機能を有する
ことになる。

また、実測の比較的容易なヨーレート金と横加速度α、
αＲを検出して、定常ヨーレート≠８と横すべり角βを
求めてフィードバックすることで、上記車両モデルが保
有する定常運動特性と過渡運動特性の両者を、実際の特
性に一致するように補正し、上記運動状態量の推定値の
精度を向上させることができる。

なお、上記横すべり角検出値βの代わりに、横方向速度
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。

次に、本発明の第２実施例として、前記第１実施例にお
ける比較・補正処理を、第７図に示すような処理に置換
した例を示す。なお、他の構成および処理は第１実施例
と同一のものとする。

第１実施例における比較・補正処理は、定常運動特性と
過渡特性の補正を並行して行うものであったのに対し、
本実施例における比較・補正処理は、定常運動特性の補
正が終了した後に、過渡特性を補正するようにしたもの
である。なお、同図中において、第６図中の処理と同一
処理を行うステップには、同一符号を付しである。

定常旋回運動時に、車両モデルの定常運動特性と実際の
特性とが不一致の状態になると、車両モデルのヨーレー
ト、すなわち、ヨーレート推定値φと実際の定常ヨーレ
ートの検出値金、とに差が生じる。

この場合には、ステップ２４２〜２４５の処理によって
、前、後輪コーナリングパワーＩＦ　、　ＫＨの比率を
所定量Δにずつ変化させて、車両モデルの定常運動特性
を実際の特性に近づける。

そして、本実施例では、？がφ８に略等しくなるまで、
ステップ２４２〜２４５の定常運動特性の補正処理が繰
返し実行される。

φｚ９’Ｂとなった後に、過渡特性の補正処理（ステッ
プ２５０〜２５３，２４８，２４９）が行われる。

この過渡特性の補正処理は、第１実施例の場合と異なり
、φ２φ８となっていることが前提になっているため、
横すべり角の推定値βと実際の横すぺ９角の検出値βと
の大小に対応して、前、後輪コーナリングパワーに、　
、　ＫＲを補正する。ここでは、ハンドル操舵角θ８が
正（右操舵時を正方向と、する）であるか否かによって
、タイヤコーナリングパワーと横すべり角との関係が逆
転するため、ステップ２５１の処理が設けられている。

よって、θ８〉０で、かつβくβの場合、若しくは、θ
８くＯで、かつβ〉βの場合には、Ｋ、、ＫＲを所定量
ずつ減少させ、θ８〉０で、かつβ〉βの場合、若しく
は、θ８く０で、かつβ〈βの場合には、Ｋｙ　、　Ｋ
Ｒを所定量ずつ増加させる。こｎによって、車両モデル
の過渡特性は、実際の特性に近づいて行き、β２βとな
るまで、過渡特性の補正処理が操返し実行される。

なお、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側層できる。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、／＃−頴昭５９−１８８
１５３号や特願昭５９−１８８１５４号等で提案した車
両用舵角制御装置に、本発明を適用することができる。

すなわち、上記の車両用舵角制御装置は、予め、目標と
する運動性能を備える車両の車両モデル（これを「目頭
車両モデル」とする）と、自軍の車両モデルとを設定し
、目標車両モデルに基づいて運動状態量を推定し、この
推定値を自軍で実現するのに必要な車輪舵角を自軍の車
両モデＡ・に基づいて推定するとともに、この推定した
車輪舵角に一致するように、自軍の車輪舵角を制御する
ものであり、このような制御によって、自軍の運動性能
を目標とする運動性能に等しくするものである０ 従って、上記車輪舵角の推定を行う部分に、本発明を導
入すれば、より精度の良い車輪舵角の推定値が得られ、
定常旋回運動時および過渡運動時の両時において、目標
とする運動性能の実現精度が向上することになる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、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、ステアリングハンドル
の操舵角と車速の実測値から、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。

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。

さらに、設定する車両モデルを適宜選択することで、推
定される運動状態量を、自軍の実際の運動状態量とは異
なるもの、例えば、理想運動特性を保有する車両モデル
を設定して、車両運動制御に利用することもできる。

そして、測定の容易なヨーレートと横加速度の検出手段
を設けて、定常目−レートおよび横すべり角を求め、こ
ｎらをフィードバックすることで、上記車両モデルが保
有する定常運動特性と過渡運動特性の両者を、実際の特
性に一致させるように補正することができ、上記運動状
態量の推定値の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、 第２図は本発明の第１実施例の構成を一部機能ブロック
にて示す図、 第３図〜第６図はｆ！４２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、 第７図は本発明の第２実施例において実行される処理の
うちの一部を示す７０−チャートである。 １０Ｇ・・・ハンドル操舵角検出手段 １０１・・・車速検出手段 １０２・・・定常旋回運動検出手段 １０ｉ９・・・横加速度検出手段 １０４・・・ヨーレート検出手段 １０５・・・横すべり因子検出手段 １０６・・・運動状態量推定手段 １０７・・・比較手段 １０８・・・車両諸元補正手段 １・・・演算処理装置 ２・・・ハンドル操舵角センサ３・・・車速センサ６．
７・・・横加速センサ　　　８・・・ヨーレートセンサ
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　　　　　　φ８・・・定常ヨ
ーレートβ・・・横すべり角 に、・−・前輪コーナリングフォース ＫＲ・・・後輪コーナリングフォース φ・・・ヨーレート推定値 β・・・横すべり角推定値 特許出願人　日産自動車株式会社 第１図 第３図 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステアリングハンドルの操舵角を検出するハンドル
   操舵角検出手段と、 車速を検出する車速検出手段と、 車両が定常旋回運動中であることを検出する定常旋回運
   動検出手段と、 車両に生じる横加速度を検出する横加速度検出手段と、 車両に生じるヨーレートを検出するヨーレート検出手段
   と、 前記横加速度およびヨーレートの検出値に基づいて、車
   両に生じる横すべり角等の横すベり因子を検出する横す
   べり因子検出手段と、 予め車両諸元および運動方程式によつて設定された少な
   くとも１つの車両モデルに基づく演算により、前記ステ
   アリングハンドル操舵角および車速に対応する運動状態
   量を推定する運動状態量推定手段と、 前記定常旋回運動検出手段によつて、車両が定常旋回運
   動中であることが検出されるときに、前記横加速度また
   はヨーレートの少なくとも一方および横すベり因子の検
   出値と、前記運動状態量推定値のうちの横加速度または
   ヨーレートの 少なくとも一方および横すベり因子の推定値との比較を
   行う比較手段と、 該比較手段による比較結果に対応して前記運動状態量推
   定手段における車両諸元を補正する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推定装置。