WO2011004459A1 - 車両制御装置及び演算装置 - Google Patents

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浩 大渕
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トヨタ自動車株式会社
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    • B60W40/114—Yaw movement

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device that controls a vehicle and a calculation device that calculates the height of the center of gravity of the vehicle and its correlation value.
  • the vehicle roll angle, the lateral acceleration acting on the vehicle, and the vehicle weight are detected, and the center of gravity height of the vehicle is estimated based on the equation of motion at the time of rolling based on these detection information
  • What is known is known (for example, Patent Document 1).
  • the vehicle control device sets a vehicle roll determination threshold based on the estimated center-of-gravity height, determines a driving state such as a lateral acceleration during turning according to the determination threshold, and automatically outputs a control signal. Deceleration control can be performed.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and is a vehicle control device capable of sufficiently exerting the effects of vehicle control, and the center of gravity height or the correlation between the center of gravity height and the center of gravity with sufficient accuracy.
  • An object of the present invention is to provide an arithmetic device capable of estimating a certain correlation value.
  • a vehicle control device is a vehicle control device that outputs a vehicle control signal based on a center of gravity height based on a vehicle behavior in a roll state or a pitch state or a correlation value correlated with a center of gravity height, The control signal is calculated based on the vehicle acceleration reflecting the roll angle or the pitch angle.
  • the roll angle or the pitch angle is determined when the vehicle is rolled or pitched. It is possible to perform vehicle control with high accuracy according to the above. Thereby, the effect of vehicle control can be sufficiently exhibited.
  • the computing device is a computing device that computes the height of the center of gravity of the vehicle or a correlation value correlated with the height of the center of gravity, and based on the acceleration of the vehicle reflecting the roll angle or pitch angle. Or a correlation value is calculated.
  • the center of gravity height or the correlation value can be calculated based on the acceleration of the vehicle reflecting the roll angle or the pitch angle.
  • the center of gravity height and its correlation value can be calculated with sufficient accuracy according to the pitch angle.
  • the effect of vehicle control can be sufficiently exerted, and the center of gravity height or the correlation value correlated with the center of gravity height can be estimated with sufficient accuracy.
  • FIG. 1 is a block diagram of a vehicle control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a control process in the vehicle control apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view of the vehicle as viewed from the side, and shows each acceleration and load acting on the vehicle.
  • FIG. 4 is a view of the vehicle in the pitch state as viewed from the side, and shows each acceleration and load acting on the vehicle.
  • FIG. 5 is a diagram used for limiting the range of the vehicle weight and the height of the center of gravity of the vehicle.
  • FIG. 6 is a view of a turning vehicle as seen from the front, and shows each acceleration acting on the vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram showing a block configuration of a vehicle control device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle control device 1 has a function of outputting a control signal to the vehicle based on the height of the center of gravity based on the behavior of the vehicle in the roll state or the pitch state and the vehicle weight (correlation value correlated with the height of the center of gravity).
  • the vehicle control device 1 has a function of calculating a control signal based on the vehicle acceleration reflecting the roll angle or the pitch angle.
  • the vehicle control device 1 includes an arithmetic device 2, an acceleration detector 3, a lateral acceleration detector 4, a front load detector 6, a rear load detector 7, a roll angle detector 8, and a pitch angle detector 9. Has been.
  • the acceleration detector 3 has a function of detecting the longitudinal acceleration of the vehicle, and is constituted by, for example, an acceleration sensor used in ABS or VSC. Alternatively, the acceleration detection unit 3 may detect the longitudinal acceleration based on the wheel speed.
  • the acceleration detection unit 3 has a function of outputting the detected longitudinal acceleration of the vehicle to the arithmetic device 2.
  • the lateral acceleration detection unit 4 has a function of detecting the lateral acceleration of the vehicle, and is configured by a lateral acceleration sensor.
  • the lateral acceleration detection unit 4 has a function of outputting the detected lateral acceleration to the arithmetic device 2.
  • the front axle load detection unit 6 has a function of detecting a load F f acting on the front axle FS of the vehicle M1 (see FIGS. 3 and 4), and is configured by a pressure sensor or the like provided on the front axle FS. Has been.
  • Rear shaft load detection section 7 (see FIGS. 3 and 4) load F r has a function of detecting that acts on shaft RS after the vehicle M1, and the like pressure sensor provided in the rear shaft RS Has been.
  • the front axle load detection unit 6 and the rear axle load detection unit 7 have a function of outputting the detected load to the arithmetic device 2.
  • the roll angle detector 8 has a function of detecting the roll angle of the vehicle M1, and is configured by a roll angle sensor.
  • the roll angle detector 8 can be shared with the sensor of the curtain airbag.
  • the roll angle detector 8 has a function of outputting the detected roll angle to the computing device 2.
  • the pitch angle detection unit 9 has a function of detecting the pitch angle of the vehicle M1, and is configured by a pitch angle sensor.
  • the pitch angle detection unit 9 has a function of outputting the detected pitch angle to the calculation device 2.
  • the arithmetic device 2 is an electronic control unit such as an ECU (Electronic Control Unit) that controls the entire vehicle control device 1, and is composed mainly of a CPU, for example, and includes a ROM, a RAM, an input signal circuit, an output signal circuit, and a power circuit. Etc.
  • the calculation device 2 has a function of calculating the height of the center of gravity and the vehicle weight of the vehicle based on the vehicle acceleration reflecting the roll angle or the pitch angle.
  • the computing device 2 includes a computing unit 11, a range limiting unit 12, and a selection unit 13.
  • the calculation unit 11 has a function of calculating a curve indicating the product of the vehicle weight and the center of gravity of the vehicle based on the behavior of the vehicle. Specifically, the calculation unit 11 calculates the product of the vehicle weight and the height of the center of gravity based on the balance of moments around the front and rear wheels of the vehicle when the vehicle is traveling on a flat road or slope. It has a function. Furthermore, when the vehicle is turning at a predetermined lateral acceleration, the calculation unit 11 has a function of calculating the product of the vehicle weight and the height of the center of gravity based on the balance of the moment due to the rolling moment and gravity.
  • the calculating part 11 can correct
  • the calculation unit 11 has a function of calculating a control signal value for vehicle control and outputting the control signal based on the vehicle weight value and the center-of-gravity height value selected by the selection unit 13. is doing.
  • the vehicle control include roll suppression control for suppressing the roll of the vehicle based on the height of the center of gravity, and fuel efficiency prediction control for predicting the fuel efficiency based on the vehicle weight.
  • the range limiting unit 12 shows the relationship between the vehicle weight and the center of gravity height, and superimposes a straight line determined in advance on the basis of the vehicle specifications on the curve calculated by the calculation unit 11 to thereby determine the vehicle weight and the center of gravity height. Has the function of limiting the range. Details of the method by which the range limiting unit 12 limits the range will be described later.
  • the selection unit 13 has a function of selecting the value of the vehicle weight and the value of the height of the center of gravity from the range limited by the range limitation unit 12.
  • the selection unit 13 selects a value larger than the middle value of the vehicle weight in the range limited by the range limitation unit 12 as the vehicle weight value, and the range limitation unit as the value of the center of gravity height.
  • 12 has a function of selecting a value larger than an intermediate value of the height of the center of gravity in the range limited to 12.
  • the selection unit 13 selects the vehicle weight value at the boundary position of the range limited by the range limiting unit 12 as the vehicle weight value, and is limited by the range limiting unit 12 as the value of the center of gravity height. It has a function of selecting the value of the center of gravity height at the boundary position of the range.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a control process in the vehicle control apparatus 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a view of the vehicle M1 as viewed from the side, and is a view showing each acceleration and load acting on the vehicle M1.
  • FIG. 4 is a view of the vehicle M1 in the pitch state as viewed from the side, and is a view showing each acceleration and load acting on the vehicle M1.
  • FIG. 5 is a diagram used to limit the range of the vehicle weight and the center of gravity height of the vehicle M1.
  • FIG. 6 is a view of the turning vehicle M1 as viewed from the front, and is a view showing each acceleration acting on the vehicle M1.
  • M represents the weight of the vehicle M1
  • h represents the height of the center of gravity G of the vehicle M1 with respect to the ground
  • L represents the wheel base of the vehicle M1
  • L f represents the distance in the horizontal direction from the front axle FS of the vehicle M1 to the center of gravity G
  • L r represents a distance in the horizontal direction from the axis RS after the vehicle M1 to the center of gravity G.
  • F f represents a load acting on the front shaft FS
  • F r represents a load acting on the rear shaft RS
  • g x represents longitudinal acceleration
  • g represents gravitational acceleration.
  • the calculation unit 11 receives each value from the acceleration detection unit 3, the lateral acceleration detection unit 4, the front shaft load detection unit 6, the rear shaft load detection unit 7, the roll angle detection unit 8, and the pitch angle detection unit 9 (Ste S10).
  • the longitudinal acceleration g x , the front axle load F f , the rear axle load F r , the lateral acceleration g y , the roll angle and the pitch angle are input, and the longitudinal acceleration g x ′ after a predetermined time has elapsed.
  • the front shaft load F f ′, the rear shaft load F r ′, the lateral acceleration g y ′, the roll angle and the pitch angle are also sequentially input.
  • the calculation unit 11 obtains an expression indicating the product (M ⁇ h) of the vehicle weight M and the center of gravity height h based on the expression of the moment balance around the front wheels (step S12).
  • an expression in the situation shown in FIG. 4 in the pitch state is obtained.
  • the calculation unit 11 obtains the formula (1) for balancing moments around the front wheels in the situation shown in FIG.
  • the computing unit 11 obtains Expression (3) by subtracting Expression (2) from Expression (1).
  • the arithmetic unit 11 obtains an equation (4) indicating a product (M ⁇ h) of the vehicle weight M and the height of the center of gravity h by modifying the equation (3).
  • the calculation unit 11 reflects the influence of the pitch angle on each acceleration. That is, the calculation unit 11 reflects the vehicle longitudinal axis direction component of the gravitational acceleration g and the vehicle longitudinal axis direction component of the longitudinal acceleration g x in the measurement value that can be detected by the acceleration detection unit 3 at the time of pitch. Calculation is performed by correcting the longitudinal acceleration in accordance with the pitch angle.
  • the measured value g sens of the acceleration detection unit 3 includes the vehicle longitudinal axis component g ⁇ sin ⁇ of the gravitational acceleration g and the vehicle longitudinal axis direction component g of the longitudinal acceleration g x.
  • the arithmetic unit 11 obtains the equation (6) as an expression representing the longitudinal acceleration g x. Further, when the longitudinal acceleration is changed to g x ′ and the pitch angle is changed from ⁇ to ⁇ ′, the calculation unit 11 acquires Expression (7).
  • the computing unit 11 obtains Expression (8) and Expression (9) by applying Expression (7) to the above Expression (3) and Expression (4). As a result, a curve C1 indicating the product of the vehicle weight M and the center of gravity height h is obtained as shown in FIG.
  • g sens (g x ⁇ cos ⁇ + g ⁇ sin ⁇ ) (5)
  • g x (g sens ⁇ g ⁇ sin ⁇ ) / cos ⁇ Equation (6)
  • g x ⁇ g x ′ (g sens ′ ⁇ g ⁇ sin ⁇ ′) / cos ⁇ ′ ⁇ (g sens ⁇ g ⁇ sin ⁇ ) / cos ⁇ (7)
  • (F r ⁇ F r ′) L M ⁇ h ⁇ (g sens ′ ⁇ g ⁇ sin ⁇ ′) / cos ⁇ ′ ⁇ (g sens ⁇ g ⁇ sin ⁇ ) / cos ⁇ (8)
  • M ⁇ h (F r -F r ') L / ⁇ (g sens'-g ⁇ sin ⁇ ') / cos ⁇ '- (g sens -g ⁇ sin ⁇ ) / cos ⁇ ... (9)
  • the range limiting unit 12 limits the range FD of the vehicle weight M and the center of gravity height h (step S14). Specifically, the range limiting unit 12 limits the range FD of the vehicle weight M and the center of gravity height h by overlapping the straight lines L1, L2 and the curve C1 on the graph shown in FIG. In the graph shown in FIG. 5, the horizontal axis indicates the vehicle weight M, and the vertical axis indicates the center of gravity height h.
  • the straight lines L1 and L2 are predetermined based on the specifications of the vehicle M1, and are diagrams showing the relationship between the vehicle weight M and the center of gravity height h.
  • the straight line L1 is preset by plotting the maximum center of gravity height assumed for a given vehicle weight M for each vehicle weight M.
  • the straight line L2 is preset by plotting the minimum height of the center of gravity assumed for a given vehicle weight M for each vehicle weight M.
  • the straight lines L1 and L2 both pass the coordinates (M min , h min ), and the inclination of the straight line L1 is set larger than the straight line L2.
  • Range restriction section 12 a curve C1 acquired in S12, by superimposing a linear L1, L2, obtains a vehicle weight M 1 and the center of gravity height h 1 at the intersection P1 of the curves C1 and the straight line L1, the curve C1 acquires vehicle weight M 2 and the center of gravity height h 2 at the intersection P2 of the straight lines L2 and.
  • the range limiting unit 12 sets the coordinate point P3 at the position of coordinates (M 1 , h 2 ) and sets the coordinate point P4 at the position of coordinates (M 2 , h 1 ).
  • the range limiting unit 12 is a rectangle having P1 (M 1 , h 1 ), P2 (M 2 , h 2 ), P3 (M 1 , h 2 ), and P4 (M 2 , h 1 ) as vertices.
  • the area surrounded is limited as a range FD of the vehicle weight M and the center of gravity height h.
  • the selection unit 13 selects the value of the vehicle weight M and the value of the center of gravity height h from the range FD limited in S14 (step S16).
  • the selection unit 13 selects an arbitrary vehicle weight value and a center-of-gravity height value from the range FD.
  • the control unit 13 performs control for suppressing the roll of the vehicle or control for prediction of fuel consumption. Each value is selected so that it becomes a severe condition when performing. In the control of the roll suppression of the vehicle, the condition becomes severer as the height h of the center of gravity of the vehicle becomes larger. In the control for predicting the fuel consumption, the condition becomes severer as the vehicle weight M becomes larger.
  • selector 13 as the vehicle weight M, select the M 2 is the value at the boundary position of the range FD, as the centroid height h, selects h 1 is the value at the boundary position of the range FD (i.e. P4 Select the value at).
  • the selection unit 13 replaces (M 2 , h 1 ) which is a value at the boundary position with a value of the vehicle weight M that is an intermediate value of the vehicle weight in the range FD (M 1 + M 2 )
  • a value greater than / 2 is selected, and a value greater than (h 1 + h 2 ) / 2, which is an intermediate value of the center of gravity height in the range FD, is selected as the value of the center of gravity height h.
  • a coordinate point P5 indicated by coordinates ((M 1 + M 2 ) / 2, (h 1 + h 2 ) / 2)) is a center point of the range FD.
  • the calculation unit 11 calculates a control signal value for vehicle control based on the vehicle weight value and the value of the center of gravity height selected in S16, and outputs the control signal.
  • the control signal is output, the control process shown in FIG. 2 ends, and the process starts again from S10.
  • FIGS. 2, 5 and 6 the control processing in the case of estimating the vehicle weight and the height of the center of gravity will be described in a case where the vehicle M1 is turning the lateral acceleration g y.
  • the input process in S10, the range limiting process in S14, and the selection process in S16 are the same processes as the control process for balancing moments around the front wheels when M1 is traveling on a flat road. Therefore, only the calculation process of S12 will be described.
  • M represents the vehicle weight of the vehicle M1
  • hs represents the distance between the roll center RC and the center of gravity G of the vehicle M1
  • ⁇ represents the roll angle
  • gy represents the lateral acceleration
  • g represents It shows gravitational acceleration.
  • hs is “the height of the center of gravity”.
  • the center of gravity height h is replaced with the center of gravity height hs.
  • the calculating part 11 calculates
  • the detected lateral acceleration g ysens is expressed by equation (11).
  • the calculation unit 11 transforms the expression (10) to acquire the expression (12), and acquires the expression (13).
  • a curve C2 indicating the product of the vehicle weight M and the center of gravity height hs is obtained.
  • the calculation device 2 calculates the height of the center of gravity and the vehicle weight based on the acceleration of the vehicle reflecting the roll angle and the pitch angle.
  • the control signal is calculated based on the weight.
  • the vehicle control apparatus 1 can calculate a control signal based on the acceleration of the vehicle reflecting the roll angle or the pitch angle, the vehicle control apparatus 1 sets the roll angle or the pitch angle when the vehicle is rolled or pitched. Accordingly, it is possible to perform vehicle control with high accuracy. Thereby, the effect of vehicle control can be sufficiently exhibited.
  • the calculation device 2 can calculate the height of the center of gravity or the vehicle weight that is the correlation value based on the acceleration of the vehicle reflecting the roll angle or the pitch angle. At the time of pitching, the height of the center of gravity and the vehicle weight can be calculated with sufficient accuracy according to the roll angle and pitch angle.
  • the vehicle control device 1 includes the acceleration detection unit 3, the lateral acceleration detection unit 4, the front axis load detection unit 6, the rear axis load detection unit 7, the roll angle detection unit 8, and the pitch angle detection unit 9.
  • the vehicle control device can perform both the vehicle control according to the roll angle and the vehicle control according to the pitch angle. It may be capable of performing only the corresponding vehicle control.
  • the curves C1 and C2 are all described as the same curve, but may be different curves depending on the acceleration, load, lateral acceleration, roll angle, and pitch angle.
  • the present invention can be used when performing vehicle control by estimating the vehicle weight and the height of the center of gravity.
  • SYMBOLS 1 Vehicle control apparatus, 2 ... Arithmetic unit, M1 ... Vehicle, M ... Vehicle weight (correlation value correlated with height of center of gravity), h, hs ... Height of center of gravity.

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Abstract

　車両制御の効果を十分に発揮させることのできる車両制御装置を提供する。車両制御装置１は、ロール又はピッチ時の車両の挙動に基づく重心高さ又は重心高さと相関のある相関値に基づいて、車両に制御信号を出力し、制御信号は、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて演算される。演算装置は、ロール角やピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて重心高さや車重を演算し、当該重心高さや車重に基づいて制御信号を演算している。このように、車両制御装置１は、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて制御信号を演算することができるため、車両のロール時やピッチ時において、ロール角やピッチ角に応じた精度のよい車両制御を行う。

Description

車両制御装置及び演算装置
　本発明は、車両の制御を行う車両制御装置及び車両の重心高さやその相関値を演算する演算装置に関する。
　従来の車両制御装置として、車両のロール角、車両に作用する横加速度、及び車両の重量をそれぞれ検出し、これらの検出情報に基づいてロール時の運動方程式に基づいて車両の重心高さを推定するものが知られている（例えば、特許文献１）。この車両制御装置は、推定した重心高さに基づいて車両のロールの判定閾値を設定し、この判定閾値に従って、旋回時の横加速度などの運転状態を判定し、制御信号を出力することで自動減速制御などを行うことができる。
特開平１１－８３５３４号公報
　ここで、上述の車両制御装置にあっては、十分な精度で重心高さの推定を行うことができない場合があった。これによって、上述の車両制御装置は、重心高さに基づいて制御信号を出力する場合に、十分な精度の制御信号を出力することができず、車両制御の効果が不十分となる可能性があった。よって、従来より重心高さの推定精度を向上させて、車両制御の効果を十分に発揮させることが求められていた。
　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、車両制御の効果を十分に発揮させることのできる車両制御装置、及び十分な精度で重心高さ又はその重心高さと相関のある相関値を推定することのできる演算装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る車両制御装置は、ロール状態又はピッチ状態における車両の挙動に基づく重心高さ又は重心高さと相関のある相関値に基づいて、車両の制御信号を出力する車両制御装置であって、制御信号は、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて演算されることを特徴とする。
　本発明に係る車両制御装置によれば、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて制御信号を演算することができるため、車両のロール時やピッチ時において、ロール角やピッチ角に応じた精度のよい車両制御を行うことができる。これによって、車両制御の効果を十分に発揮させることができる。
　また、本発明に係る演算装置は、車両の重心高さ又は重心高さと相関のある相関値を演算する演算装置であって、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて重心高さ又は相関値を演算することを特徴とする。
　本発明に係る演算装置によれば、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて重心高さ又は相関値を演算することができるため、車両のロール時やピッチ時において、ロール角やピッチ角に応じて十分に精度よく重心高さやその相関値を演算することができる。
　本発明によれば、車両制御の効果を十分に発揮させることができ、十分な精度で重心高さ又はその重心高さと相関のある相関値を推定することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る車両制御装置のブロック構成を示した図である。 図２は、本発明の実施形態に係る車両制御装置における制御処理を示すフローチャートである。 図３は、車両を側方から見た図であり、車両に作用する各加速度や荷重を示した図である。 図４は、ピッチ状態の車両を側方から見た図であり、車両に作用する各加速度や荷重を示した図である。 図５は、車両の車重及び重心高さの範囲を限定するために用いられる線図である。 図６は、旋回している車両を正面から見た図であり、車両に作用する各加速度を示した図である。
　以下、図面を参照して本発明に係る車両制御装置に好適な実施形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明の実施形態に係る車両制御装置１のブロック構成を示した図である。車両制御装置１は、ロール状態又はピッチ状態における車両の挙動に基づく重心高さ及び車重（重心高さと相関のある相関値）に基づいて、車両に制御信号を出力する機能を有している。また、車両制御装置１は、ロール角またはピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて制御信号を演算する機能を有している。車両制御装置１は、演算装置２、加速度検知部３、横加速度検知部４、前軸荷重検知部６、後軸荷重検知部７、ロール角検知部８、ピッチ角検知部９を備えて構成されている。
　加速度検知部３は、車両の前後加速度を検知する機能を有しており、例えば、ＡＢＳやＶＳＣで使用している加速度センサによって構成されている。あるいは、加速度検知部３は、車輪速に基づいて前後加速度を検知してもよい。加速度検知部３は、検知した車両の前後加速度を演算装置２に出力する機能を有している。横加速度検知部４は、車両の横加速度を検知する機能を有しており、横加速度センサによって構成されている。横加速度検知部４は、検知した横加速度を演算装置２へ出力する機能を有している。
　前軸荷重検知部６は、車両Ｍ１の前軸ＦＳに作用する荷重Ｆｆを検知する機能を有しており（図３、図４参照）、前軸ＦＳに設けられた圧力センサなどによって構成されている。後軸荷重検知部７は、車両Ｍ１の後軸ＲＳに作用する荷重Ｆｒを検知する機能を有しており（図３、図４参照）、後軸ＲＳに設けられた圧力センサなどによって構成されている。前軸荷重検知部６及び後軸荷重検知部７は、検知した荷重を演算装置２へ出力する機能を有している。
　ロール角検知部８は、車両Ｍ１のロール角を検知する機能を有しており、ロール角センサによって構成されている。ロール角検知部８は、カーテンエアバッグのセンサと共有することができる。ロール角検知部８は、検知したロール角を演算装置２へ出力する機能を有している。ピッチ角検知部９は、車両Ｍ１のピッチ角を検知する機能を有しており、ピッチ角センサによって構成されている。ピッチ角検知部９は、検知したピッチ角を演算装置２へ出力する機能を有している。
　演算装置２は、車両制御装置１全体の制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの電子制御ユニットであり、例えばＣＰＵを主体として構成され、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などを備えている。この演算装置２は、ロール角またはピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて車両の重心高さ及び車重を演算する機能を有している。演算装置２は、演算部１１、範囲限定部１２、選択部１３を備えて構成されている。
　演算部１１は、車両の挙動に基づいて車重と車両の重心高さとの積を示す曲線を演算する機能を有している。演算部１１は、具体的には、車両が平坦な道路や坂道を走行している場合に、車両の前輪や後輪周りのモーメントのつりあいに基づいて車重と重心高さとの積を演算する機能を有している。更に、演算部１１は、車両が所定の横加速度で旋回している場合に、ローリングモーメントや重力によるモーメントのつりあいに基づいて車重と重心高さとの積を演算する機能を有している。特に、本実施形態では、演算部１１は、ロール角やピッチ角に応じて前後加速度、重力加速度、横加速度を補正して演算することができる。更に、演算部１１は、選択部１３で選択された車重の値及び重心高さの値に基づいて、車両制御のための制御信号値を演算すると共に、当該制御信号を出力する機能を有している。車両制御としては、例えば、重心高さに基づいて車両のロールを抑制するためのロール抑制制御や、車重に基づいて燃費を予測する燃費予測制御が挙げられる。
　範囲限定部１２は、車重と重心高さとの関係を示し、車両の諸元に基づいて予め定められた直線を演算部１１で演算した曲線に重ね合わせることによって、車重及び重心高さの範囲を限定する機能を有している。範囲限定部１２が範囲を限定する方法の詳細については後述する。
　選択部１３は、範囲限定部１２で限定された範囲の中から、車重の値及び重心高さの値を選択する機能を有している。また、選択部１３は、車重の値として、範囲限定部１２で限定された範囲の中における車重の中間の値よりも大きい値を選択すると共に、重心高さの値として、範囲限定部１２で限定された範囲の中における重心高さの中間の値よりも大きい値を選択する機能を有している。また、選択部１３は、車重の値として、範囲限定部１２で限定された範囲の境界位置における車重の値を選択すると共に、重心高さの値として、範囲限定部１２で限定された範囲の境界位置における重心高さの値を選択する機能を有している。
　次に、図２～図６を参照して本実施形態に係る車両制御装置１の動作について説明する。図２は、本実施形態に係る車両制御装置１における制御処理を示すフローチャートである。図３は、車両Ｍ１を側方から見た図であり、車両Ｍ１に作用する各加速度や荷重を示した図である。図４は、ピッチ状態の車両Ｍ１を側方から見た図であり、車両Ｍ１に作用する各加速度や荷重を示した図である。図５は、車両Ｍ１の車重及び重心高さの範囲を限定するために用いられる線図である。図６は、旋回している車両Ｍ１を正面から見た図であり、車両Ｍ１に作用する各加速度を示した図である。
　まず、図２、図３、図４、図５を参照して、前輪周りのモーメントのつりあいを演算することによって、平坦な道路を走行している場合におけるピッチ状態での車両Ｍ１の車重及び重心高さを推定する場合における制御処理について説明する。図３及び図４において、Ｍは車両Ｍ１の車重を示し、ｈは地面を基準としたときの車両Ｍ１の重心Ｇの重心高さを示し、Ｌは車両Ｍ１のホイールベースを示し、Ｌｆは車両Ｍ１の前軸ＦＳから重心Ｇまでの水平方向における距離を示し、Ｌｒは車両Ｍ１の後軸ＲＳから重心Ｇまでの水平方向における距離を示している。また、Ｆｆは前軸ＦＳに作用する荷重を示し、Ｆｒは後軸ＲＳに作用する荷重を示し、ｇｘは前後加速度を示し、ｇは重力加速度を示している。
　まず、演算部１１は加速度検知部３、横加速度検知部４、前軸荷重検知部６、後軸荷重検知部７、ロール角検知部８、ピッチ角検知部９から各値を入力される（ステップＳ１０）。このＳ１０の処理では、前後加速度ｇｘ、前軸荷重Ｆｆ、後軸荷重Ｆｒ、横加速度ｇｙ、ロール角及びピッチ角が入力されると共に、所定時間経過後の前後加速度ｇｘ´、前軸荷重Ｆｆ´、後軸荷重Ｆｒ´、横加速度ｇｙ´、ロール角及びピッチ角も順次入力される。次に、演算部１１は、前輪周りのモーメントのつりあいの式に基づいて、車重Ｍと重心高さｈの積（Ｍ・ｈ）を示す式を求める（ステップＳ１２）。ここでは、ピッチ状態ではない図３に示す状況における（Ｍ・ｈ）を示す式を求めた後に、ピッチ状態である図４に示す状況における式を求める。具体的には、演算部１１は、図３に示す状況における前輪周りのモーメントのつりあいの式（１）を取得する。更に、演算部１１は、前後加速度がｇｘ´に変化し、後軸荷重がＦｒ´となった場合、式（１）と同様にモーメントのつりあいの式（２）を取得する。次に、演算部１１は、式（１）から式（２）を引くことによって式（３）を得る。また、演算部１１は、式（３）を変形することによって、車重Ｍと重心高さｈの積（Ｍ・ｈ）を示す式（４）を得る。
　Ｆｒ・Ｌ＝Ｍ・ｇ・Ｌｆ＋Ｍ・ｇｘ・ｈ　…式（１）
　Ｆｒ´・Ｌ＝Ｍ・ｇ・Ｌｆ＋Ｍ・ｇｘ´・ｈ　…式（２）
　（Ｆｒ―Ｆｒ´）Ｌ＝Ｍ・ｈ（ｇｘ－ｇｘ´）　…式（３）
　Ｍ・ｈ＝（Ｆｒ―Ｆｒ´）Ｌ／（ｇｘ－ｇｘ´）　…式（４）
　次に、演算部１１は、図４（ａ）に示すようにピッチ角φで車両Ｍ１がピッチしている場合に、各加速度にピッチ角の影響を反映させる。すなわち、演算部１１は、ピッチ時においては加速度検知部３で検知することのできる計測値に重力加速度ｇの車両前後軸方向成分及び前後加速度ｇｘの車両前後軸方向成分が反映されるため、ピッチ角に応じて前後加速度を補正して演算を行う。具体的には、図４（ｂ）に示すように、加速度検知部３の計測値ｇｓｅｎｓは、重力加速度ｇの車両前後軸方向成分ｇ・ｓｉｎφ、前後加速度ｇｘの車両前後軸方向成分ｇｘ・ｃｏｓφの和となるため、式（５）のように表される。従って、演算部１１は、前後加速度ｇｘを表す式として式（６）を得る。更に、演算部１１は、前後加速度がｇｘ´に変化し、ピッチ角がφからφ´に変化した場合、式（７）を取得する。演算部１１は、式（７）を上述の式（３）及び式（４）に当てはめることによって、式（８）及び式（９）を得る。これによって、図５に示すように車重Ｍと重心高さｈの積を示す曲線Ｃ１が得られる。
　ｇｓｅｎｓ＝（ｇｘ・ｃｏｓφ＋ｇ・ｓｉｎφ）　…式（５）
　ｇｘ＝（ｇｓｅｎｓ－ｇ・ｓｉｎφ）／ｃｏｓφ　…式（６）
　ｇｘ－ｇｘ´＝（ｇｓｅｎｓ´－ｇ・ｓｉｎφ´）／ｃｏｓφ´－（ｇｓｅｎｓ－ｇ・ｓｉｎφ）／ｃｏｓφ　…式（７）
　（Ｆｒ―Ｆｒ´）Ｌ＝Ｍ・ｈ｛（ｇｓｅｎｓ´－ｇ・ｓｉｎφ´）／ｃｏｓφ´－（ｇｓｅｎｓ－ｇ・ｓｉｎφ）／ｃｏｓφ｝　…式（８）
　Ｍ・ｈ＝（Ｆｒ―Ｆｒ´）Ｌ／｛（ｇｓｅｎｓ´－ｇ・ｓｉｎφ´）／ｃｏｓφ´－（ｇｓｅｎｓ－ｇ・ｓｉｎφ）／ｃｏｓφ｝　…式（９）
　範囲限定部１２は、車重Ｍ及び重心高さｈの範囲ＦＤを限定する（ステップＳ１４）。具体的に、範囲限定部１２は、図５に示すグラフ上において、直線Ｌ１，Ｌ２と曲線Ｃ１とを重ね合わせることによって、車重Ｍ及び重心高さｈの範囲ＦＤを限定する。なお、図５に示すグラフでは、横軸が車重Ｍを示し、縦軸が重心高さｈを示している。直線Ｌ１，Ｌ２は、車両Ｍ１の諸元に基づいて予め定められ、車重Ｍと重心高さｈとの関係を示した線図である。直線Ｌ１は、所定の車重Ｍに対して想定される最大の重心高さを各車重Ｍについてプロットすることで予め設定される。また、直線Ｌ２は、所定の車重Ｍに対して想定される最小の重心高さを各車重Ｍについてプロットすることで予め設定される。最低車重をＭｍｉｎ最低重心高さをｈｍｉｎとした場合、直線Ｌ１，Ｌ２はいずれも座標（Ｍｍｉｎ，ｈｍｉｎ）を通過し、直線Ｌ１の傾きは直線Ｌ２よりも大きく設定される。
　範囲限定部１２は、Ｓ１２で取得した曲線Ｃ１と、直線Ｌ１，Ｌ２を重ね合わせることによって、曲線Ｃ１と直線Ｌ１の交点Ｐ１における車重Ｍ１と重心高さｈ１を取得すると共に、曲線Ｃ１と直線Ｌ２の交点Ｐ２における車重Ｍ２と重心高さｈ２を取得する。次に、範囲限定部１２は、座標（Ｍ１，ｈ２）の位置に座標点Ｐ３を設定すると共に、座標（Ｍ２，ｈ１）の位置に座標点Ｐ４を設定する。これによって、範囲限定部１２は、Ｐ１（Ｍ１，ｈ１）、Ｐ２（Ｍ２，ｈ２）、Ｐ３（Ｍ１，ｈ２）、Ｐ４（Ｍ２，ｈ１）を頂点とする長方形で取り囲まれる領域を車重Ｍ及び重心高さｈの範囲ＦＤとして限定する。
　選択部１３は、Ｓ１４で限定された範囲ＦＤの中から、車重Ｍの値及び重心高さｈの値を選択する（ステップＳ１６）。選択部１３は、範囲ＦＤの中から任意の車重の値及び重心高さの値を選択するが、好ましくは、車両のロールを抑制するための制御を行う際や燃費の予測のための制御を行う際に厳しい条件となるように各値を選択する。車両のロール抑制の制御では車両の重心高さｈが大きいほど厳しい条件となり、燃費の予測のための制御では車重Ｍが大きいほど厳しい条件となる。従って、選択部１３は、車重Ｍとして、範囲ＦＤの境界位置における値であるＭ２を選択し、重心高さｈとして、範囲ＦＤの境界位置における値であるｈ１を選択する（すなわちＰ４における値を選択する）。特に好ましくは、選択部１３は、境界位置における値である（Ｍ２，ｈ１）に代えて、車重Ｍの値として、範囲ＦＤの中における車重の中間の値である（Ｍ１＋Ｍ２）／２よりも大きい値を選択すると共に、重心高さｈの値として、範囲ＦＤの中における重心高さの中間の値である（ｈ１＋ｈ２）／２よりも大きい値を選択することができる。なお、座標（（Ｍ１＋Ｍ２）／２，（ｈ１＋ｈ２）／２））で示される座標点Ｐ５は、範囲ＦＤの中心点である。
　Ｓ１６の処理が終了すると演算部１１は、Ｓ１６で選択された車重の値及び重心高さの値に基づいて、車両制御のための制御信号値を演算すると共に、当該制御信号を出力する。制御信号が出力されると図２に示す制御処理は終了し、再びＳ１０から処理を開始する。
　次に、図２、図５、図６を参照して、車両Ｍ１が横加速度ｇｙで旋回している場合における車重及び重心高さを推定する場合における制御処理について説明する。ただし、本制御処理では、Ｓ１０の入力処理、Ｓ１４の範囲限定処理、Ｓ１６の選択処理は、Ｍ１が平坦な道路を走行している場合での前輪周りのモーメントのつりあいの制御処理と同様の処理がなされるため、Ｓ１２の演算処理についてのみ説明する。図６において、Ｍは車両Ｍ１の車重を示し、ｈｓはロールセンタＲＣと車両Ｍ１の重心Ｇとの間の距離を示し、φはロール角を示し、ｇｙは横加速度を示し、ｇは重力加速度を示している。なお、この処理においては、ｈｓが「重心高さ」となる。図５では、重心高さｈが重心高さｈｓに置き換えられる。
　演算部１１は、車重Ｍと重心高さｈｓの積（Ｍ・ｈｓ）を示す式を求める（ステップＳ１２）。具体的には、演算部１１は、横加速度ｇｙ及び重力加速度ｇに対してロール角の影響が反映されるように、ロール角に基づいて各加速度の補正を行う。従って、演算部１１は、車両Ｍ１に作用する慣性力によるローリングモーメントをＭ・ｇｙ・ｃｏｓφ・ｈｓと表し、車両Ｍ１の傾きで生じる重力によるローリングモーメントをＭ・ｇ・ｓｉｎφ・ｈｓと表す。これによって、ロール剛性をＫφとすると、演算部１１は式（１０）を取得する。横加速度検知部４として、横加速度センサを車両Ｍ１のうちロールする箇所に取り付けると、検知される横加速度ｇｙｓｅｎｓは、式（１１）で示される。演算部１１は式（１０）を変形して式（１２）を取得し、式（１３）を取得する。これによって、図５に示すように車重Ｍと重心高さｈｓの積を示す曲線Ｃ２が得られる。
　Ｋφ・φ＝Ｍ・ｇｙ・ｃｏｓφ・ｈｓ＋Ｍ・ｇ・ｓｉｎφ・ｈｓ　…式（１０）
　ｇｙｓｅｎｓ＝ｇｙ・ｃｏｓφ＋ｇ・ｓｉｎφ　…式（１１）
　Ｋφ・φ＝Ｍ・ｈｓ（ｇｙ・ｃｏｓφ＋ｇ・ｓｉｎφ）　…式（１２）
　Ｍ・ｈｓ＝Ｋφ・φ／ｇｙｓｅｎｓ　…式（１３）
　以上によって、本実施形態に係る車両制御装置１によれば、演算装置２が、ロール角やピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて重心高さや車重を演算し、当該重心高さや車重に基づいて制御信号を演算している。このように、車両制御装置１は、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて制御信号を演算することができるため、車両のロール時やピッチ時において、ロール角やピッチ角に応じた精度のよい車両制御を行うことができる。これによって、車両制御の効果を十分に発揮させることができる。
　また、本実施形態に係る演算装置２は、ロール角又はピッチ角を反映させた車両の加速度に基づいて重心高さ又はその相関値である車重を演算することができるため、車両のロール時やピッチ時において、ロール角やピッチ角に応じて十分に精度よく重心高さや車重を演算することができる。
　本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、車両制御装置１は、加速度検知部３、横加速度検知部４、前軸荷重検知部６、後軸荷重検知部７、ロール角検知部８、ピッチ角検知部９を全て備えており、ロール角に応じた車両制御もピッチ角に応じた車両制御も両方行うことができたが、車両制御装置は、例えば、ロール角に応じた車両制御のみ、あるいはピッチ角に応じた車両制御のみを行うことのできるものであってもよい。
　また、図４では、曲線Ｃ１，Ｃ２がいずれも同一の曲線として説明されているが、加速度、荷重、横加速度、ロール角、ピッチ角によってそれぞれ異なる曲線となってもよい。
　本発明は、車重及び重心高さを推定して車両制御を行う際に利用可能である。
　１…車両制御装置、２…演算装置、Ｍ１…車両、Ｍ…車重（重心高さと相関のある相関値）、ｈ，ｈｓ…重心高さ。

Claims (2)

  1. 　ロール状態又はピッチ状態における車両の挙動に基づく重心高さ又は前記重心高さと相関のある相関値に基づいて、前記車両の制御信号を出力する車両制御装置であって、
    　前記制御信号は、ロール角又はピッチ角を反映させた前記車両の加速度に基づいて演算されることを特徴とする車両制御装置。
  2. 　車両の重心高さ又は前記重心高さと相関のある相関値を演算する演算装置であって、
    　前記車両のロール角又はピッチ角を反映させた前記車両の加速度に基づいて前記重心高さ又は前記相関値を演算することを特徴とする演算装置。
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