WO2013042245A1 - 車両重心位置推定装置 - Google Patents

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WO2013042245A1
WO2013042245A1 PCT/JP2011/071632 JP2011071632W WO2013042245A1 WO 2013042245 A1 WO2013042245 A1 WO 2013042245A1 JP 2011071632 W JP2011071632 W JP 2011071632W WO 2013042245 A1 WO2013042245 A1 WO 2013042245A1
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WO
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vehicle
center
gravity
gravity position
acceleration
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Application number
PCT/JP2011/071632
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English (en)
French (fr)
Inventor
昌明 岡本
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/12—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to parameters of the vehicle itself, e.g. tyre models
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/12—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to parameters of the vehicle itself, e.g. tyre models
    • B60W40/13—Load or weight
    • B60W2040/1315—Location of the centre of gravity

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle center-of-gravity position estimation device.
  • Patent Document 1 As a conventional vehicle center-of-gravity position estimation device mounted on a vehicle, for example, in Patent Document 1, when the yaw angular acceleration of a vehicle is smaller than a predetermined reference value, the road surface between the wheels of the vehicle and the road surface A vehicle center-of-gravity position estimation device for estimating the horizontal position of the center of gravity of a vehicle based on a balance of yaw moments generated in the vehicle body of the vehicle due to tire generating force acting in the horizontal direction from the wheel to the wheel is disclosed. .
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device described in Patent Document 1 as described above appropriately estimates the center-of-gravity position of the vehicle with a simpler configuration, for example.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle center-of-gravity position estimation device that can appropriately estimate the center-of-gravity position of a vehicle.
  • a vehicle center-of-gravity position estimation apparatus includes three accelerations in three orthogonal directions generated on the vehicle when a specific type of external force is applied to the vehicle, The center-of-gravity position of the vehicle is estimated based on each angular velocity around the axial direction.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device may change the center-of-gravity position estimation mode based on the traveling speed of the vehicle or each angular acceleration around the three-axis direction.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device is configured to output the specific type of external force specified according to each angular acceleration around the three-axis directions when the traveling speed of the vehicle is equal to or lower than a first predetermined speed set in advance.
  • the center of gravity position can be estimated based on the above.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device is configured to specify a specific one of the three axial directions with respect to the vehicle as the specific type of external force when the traveling speed of the vehicle is equal to or lower than a first predetermined speed set in advance.
  • the specific direction of the vehicle based on the relationship between each acceleration in a direction other than the specific direction in the three axis directions and each angular acceleration around the direction other than the specific direction when an external force in the direction is applied.
  • the position of the center of gravity can be estimated.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device is configured to specify a specific one of the three axial directions with respect to the vehicle as the specific type of external force when the traveling speed of the vehicle is equal to or lower than a first predetermined speed set in advance.
  • a direction external force is applied, the external force in a direction other than the specific direction in the three axis directions and the angular acceleration around the specific direction are regarded as 0, and the center of gravity position of the vehicle in the specific direction is determined. It can be estimated.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device can specify the specific direction based on each angular acceleration around the three-axis direction.
  • the traveling speed of the vehicle is equal to or higher than a second predetermined speed set in advance, the vehicle is traveling on a flat road, and the vehicle is traveling under acceleration / deceleration.
  • the center of gravity of the vehicle in the three-axis direction can be estimated based on the estimated acceleration value at the center of gravity.
  • a vehicle center-of-gravity position estimation device configured to estimate the vehicle center-of-gravity position around the traveling speed of the vehicle or the three orthogonal directions generated in the vehicle.
  • the center-of-gravity position estimation mode is changed based on each angular acceleration.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device has an effect of appropriately estimating the center-of-gravity position of the vehicle.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle on which the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus according to the embodiment is mounted.
  • FIG. 2 is a side view of a vehicle on which the vehicle gravity center position estimation device according to the embodiment is mounted.
  • FIG. 3 is a top view of a vehicle on which the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus according to the embodiment is mounted.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a relative position vector in the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of gravity center position estimation control in the vehicle gravity center position estimation apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle on which the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus according to the modification is mounted.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle on which the vehicle center of gravity position estimation device according to the embodiment is mounted.
  • FIG. 2 is a side view of the vehicle on which the vehicle center of gravity position estimation device according to the embodiment is mounted.
  • FIG. 4 is a top view of a vehicle on which the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus according to the embodiment is mounted,
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a relative position vector in the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus according to the embodiment, and
  • FIG. FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle on which the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus according to the modification is mounted.
  • This embodiment typically includes the following components.
  • Acceleration sensor (3-axis).
  • Angular velocity sensor (3 axes).
  • Vehicle speed sensor ((4)
  • An estimation apparatus mainly composed of a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and an interface.
  • the control according to the present embodiment is installed in an existing motion control device such as a so-called VSC (Vehicle Stability Control) system.
  • VSC Vehicle Stability Control
  • the center-of-gravity position (front / rear / left / right / up / down position) of the vehicle is estimated from the detection value of the sensor used.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus 1 is mounted on a vehicle 2 and estimates the center-of-gravity position of the vehicle 2 as shown in FIG.
  • wheels 4 are provided on a rigid vehicle body 3 via a suspension device such as a suspension.
  • a driving source primary mover
  • the braking device when the driver operates the accelerator pedal, the braking device generates a braking force [N] on the ground contact surface between the wheel 4 and the road surface in response to this, thereby braking and stopping. it can.
  • the vehicle 2 can steer the wheel 4 which is a steered wheel by the driver operating the steering wheel, and can thereby turn.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 includes a triaxial acceleration sensor 5, a triaxial angular velocity sensor 6, a vehicle velocity sensor 7, and an estimation device 8.
  • the triaxial acceleration sensor 5 is provided at an arbitrary known position in the vehicle body 3 of the vehicle 2 and detects acceleration generated in the vehicle body 3.
  • the triaxial acceleration sensor 5 detects each acceleration in the triaxial directions orthogonal to each other.
  • the three-axis directions orthogonal to each other are directions along the x-axis, y-axis, and z-axis that are orthogonal to each other, as shown in FIGS.
  • the front-rear direction is the x-axis direction along the x-axis, and is the traveling direction of the vehicle 2 when the vehicle 2 travels straight.
  • the left-right direction is the y-axis direction along the y-axis, and is the vehicle width direction of the vehicle 2 that is perpendicular to the traveling direction.
  • the vertical direction is the z-axis direction along the z-axis, and is the height direction of the vehicle 2 that is orthogonal to the traveling direction and the vehicle width direction.
  • the front-rear direction may be referred to as the x-axis direction
  • the left-right direction may be referred to as the y-axis direction
  • the up-down direction may be referred to as the z-axis direction.
  • the three-axis acceleration sensor 5 can be used as the three-axis acceleration sensor 5, and the vehicle 2 is accelerated in the front-rear direction (hereinafter sometimes referred to as “front-rear direction acceleration”) and the acceleration in the left-right direction (hereinafter “left-right direction”). Acceleration ”(sometimes referred to as“ acceleration ”) and vertical acceleration (hereinafter also referred to as“ vertical acceleration ”) can be detected in synchronization with each other.
  • the triaxial acceleration sensor 5 is electrically connected to the estimation device 8 and can transmit each detected acceleration to the estimation device 8. Note that the triaxial acceleration sensor 5 may be composed of a plurality of sensors instead of a single sensor.
  • the triaxial angular velocity sensor 6 is provided at an arbitrary position in the vehicle body 3 of the vehicle 2 and detects an angular velocity generated in the vehicle body 3.
  • the triaxial angular velocity sensor 6 detects angular velocities around the triaxial directions orthogonal to each other.
  • the triaxial angular velocity sensor 6 detects angular velocities generated in the vehicle body 3 of the vehicle 2 in the roll direction, the pitch direction, and the yaw direction, respectively.
  • the roll direction is the direction around the x-axis.
  • the pitch direction is the direction around the y-axis.
  • the yaw direction is the direction around the z axis.
  • angular velocity in the roll direction of the vehicle 2 (hereinafter sometimes referred to as “roll direction angular velocity”) and the angular velocity in the pitch direction (hereinafter referred to as “pitch direction”).
  • the angular velocity in the yaw direction (hereinafter sometimes referred to as “the angular velocity in the yaw direction”) can be detected in synchronization with each other.
  • the triaxial angular velocity sensor 6 is electrically connected to the estimation device 8 and can transmit each detected angular velocity to the estimation device 8.
  • the triaxial angular velocity sensor 6 may be composed of a plurality of sensors instead of a single sensor.
  • the triaxial acceleration sensor 5 and the triaxial angular velocity sensor 6 are provided so that the attachment positions are substantially the same here, but the invention is not limited thereto, and the triaxial acceleration sensor 5 and the triaxial angular velocity sensor 6 may be provided at positions separated from each other.
  • the vehicle speed sensor 7 detects a vehicle speed that is the traveling speed of the vehicle 2.
  • the vehicle speed sensor 7 detects the vehicle speed of the vehicle 2 based on, for example, the wheel speed of each wheel 4 of the vehicle 2.
  • the vehicle speed sensor 7 is electrically connected to the estimation device 8 and can transmit the detected vehicle speed to the estimation device 8.
  • the estimation device 8 is an electronic circuit mainly composed of a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and an interface.
  • the estimation device 8 may be shared by an ECU that comprehensively controls each part of the vehicle 2, or is configured separately from the ECU and exchanges information such as a detection signal, a drive signal, and a control command with each other. It may be a configuration.
  • the estimation device 8 is electrically connected to various sensors such as the triaxial acceleration sensor 5, the triaxial angular velocity sensor 6, and the vehicle speed sensor 7, and a detection device, and receives an electrical signal corresponding to the detection result.
  • the estimation device 8 executes a stored control program based on various input signals, various mathematical formulas, and maps input from various sensors, and thereby the center of gravity position of the vehicle 2, typically in the front-rear direction, left-right direction, and so on. Estimate the center of gravity in the direction and vertical direction. Then, the estimation device 8 outputs an electrical signal corresponding to the estimated center-of-gravity position in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction of the vehicle 2 to the motion control device 9.
  • the motion control device 9 automatically controls the motion of the vehicle 2 and includes, for example, a VSC actuator that can individually increase, decrease, and maintain the braking force independently of each wheel 4. Is done.
  • the motion control device 9 performs various automatic motion controls by controlling each part of the vehicle 2 using the center-of-gravity positions in the front-rear direction, the left-right direction, and the vertical direction of the vehicle 2 estimated by the estimation device 8.
  • the estimation device 8 of the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 of the present embodiment is configured so that each acceleration in the triaxial direction generated in the vehicle 2 when a specific type of external force is applied to the vehicle 2 and each of the three axial directions.
  • the center of gravity position of the vehicle 2 can be estimated appropriately with a simple configuration.
  • the estimation device 8 combines the theoretical formula of acceleration measured at the mounting position of the three-axis acceleration sensor 5 and the three-axis angular velocity sensor 6 with the three-dimensional rigid body motion equation, so ⁇ Left / right / up / down) can be estimated. Note that the calculation described below is basically performed by the estimation device 8.
  • the three-dimensional motion of a rigid body such as the vehicle body 3 of the vehicle 2 can be expressed by, for example, the Newton Euler equation of motion shown in the following equation (1).
  • m is mass
  • J is an inertia tensor around the center of gravity
  • f c ⁇ vector is an external force vector
  • ⁇ c ⁇ vector is an external force moment vector around the center of gravity
  • Ac vector represents the translational acceleration vector of the center of gravity
  • ⁇ vector represents the angular velocity vector of the rigid body
  • ⁇ dot vector represents the angular acceleration vector of the rigid body
  • ⁇ tilde represents the outer product of the angular velocity vectors.
  • the distortion symmetric matrix “ ⁇ ⁇ tilde” can be expressed by the following mathematical formula (2) in the component display.
  • ⁇ x is the angular velocity around the rigid x-axis (roll direction)
  • ⁇ y is the angular velocity around the rigid y-axis (pitch direction)
  • ⁇ z is the rigid z Indicates the angular velocity around the axis (yaw direction)
  • the subscripts “x”, “y”, and “z” are the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, respectively, as described above. It will be described as representing the component of
  • the acceleration vector “a ⁇ vector” observed at the observation point S arbitrarily on the rigid body can be expressed by the following mathematical formula (3).
  • the observation point S is typically an object fixed reference coordinate system having a coordinate origin O as a reference point (for example, an intermediate position of the four wheels 4), as shown in FIGS. Is a position different from the center of gravity position C, and corresponds to a known installation position of the triaxial acceleration sensor 5.
  • the triaxial angular velocity sensor 6 may be installed at an arbitrary position even if it is not the observation point S.
  • ⁇ ⁇ dot ⁇ tilde represents a distortion symmetric matrix representing the outer product of angular acceleration vectors
  • p ⁇ vector represents a relative position vector between the centroid position C and the observation point S.
  • the relative position vector “p ⁇ vector” between the gravity center position C and the observation point S can be expressed by, for example, the following mathematical formula (4).
  • C vector represents the position vector (unknown) of the center of gravity position C
  • S vector represents the position vector (known) of the installation position of the observation point S.
  • acceleration vector “a ⁇ vector” observed at the observation point S arbitrarily on the rigid body may be expressed by the following equation (5) using the mass “m” and the external force vector “f c ⁇ vector”. it can.
  • the estimation device 8 acquires an acceleration vector “a vector”, an angular velocity vector “ ⁇ vector”, and an angular acceleration vector “ ⁇ dot vector” at an observation point S installed at an arbitrary known position ( If the condition 1) and the translation acceleration vector “a c ⁇ vector” at the center of gravity C or the mass “m” and the external force vector “f c ⁇ vector” are obtained (condition 2), the relative position vector “p ⁇ The vector "can be calculated and the center of gravity position C can be estimated.
  • the acceleration vector “a ⁇ vector”, the angular velocity vector “ ⁇ ⁇ vector”, and the angular acceleration vector “ ⁇ ⁇ dot ⁇ vector” at the observation point S are, for example, the motion control device 9 mounted on the vehicle 2. It can be obtained from the triaxial acceleration sensor 5 and the triaxial angular velocity sensor 6 incorporated as a part of the above. If the vehicle 2 is not equipped with the motion control device 9 or the like, the acceleration vector “a vector”, the angular velocity vector “ ⁇ vector”, and the angular acceleration vector “ ⁇ dot vector” are separately It can be obtained from a triaxial acceleration sensor 5 and a triaxial angular velocity sensor 6 provided at an arbitrary observation point S of the vehicle body 3.
  • the translation acceleration vector “ ac ⁇ vector” at the centroid position C cannot be basically acquired because the centroid position C is unknown. Further, the mass “m” and the external force vector “f c ⁇ vector” cannot be basically acquired because the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus 1 of this embodiment does not include a load meter or the like.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus 1 when a specific type of external force is applied to the vehicle 2, typically an event in which the external force in one of the three axial directions is dominant occurs. When it can be considered that the condition 2 is satisfied, the condition 2 is approximated to estimate the position of the center of gravity of the vehicle 2. Further, here, the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus 1 estimates the center-of-gravity position of the vehicle 2 by approximating the condition 2 even when the acceleration of the center-of-gravity position C can be estimated.
  • an external force acting on the vehicle 2 is dominant due to an external force in one of the three axial directions.
  • the case where it can be considered that an external force in one of the three axial directions is dominant occurs, for example, an event that forms an impact force input form on the vehicle 2 (however, the magnitude of the input is unknown) ) Occurs.
  • an occupant gets on the vehicle 2 and closes the door of the vehicle 2 it can be considered that an external force in the left-right direction with respect to the vehicle 2 is dominant.
  • the external force in the vertical direction with respect to the vehicle 2 can be regarded as dominant.
  • the wheel 4 hits the stop just before stopping when the vehicle 2 is parked, it can be considered that the external force in the front-rear direction with respect to the vehicle 2 is dominant. Further, for example, when the vehicle 2 gets over / under the road step at a very low speed, it can be considered that the external force in the vertical direction with respect to the vehicle 2 is dominant.
  • the vehicle speed can be regarded as almost 0 and the angular speed ⁇ can be regarded as almost 0. Therefore, the above formula (5) can be replaced by the following formula (6).
  • each symbol is represented by the following numerical formula (8).
  • an event that can be regarded as an external force in the left-right direction with respect to the vehicle 2 is dominant for example, when the door is strongly closed
  • the external force in the left-right direction acts on the vehicle 2 as the external force in a specific direction among the three axis directions, thereby Since no pitching moment due to input is generated, the external force in the direction other than the left-right direction (specific direction) in the three axis directions and the angular acceleration around the left-right direction can be regarded as almost zero.
  • the external force "f x" in the longitudinal direction (x axis direction), the external force “f z” in the vertical direction (z-axis direction), around the left-right direction (about the y-axis), i.e., in the pitch direction angular acceleration " ⁇ “ y ⁇ dot” is expressed by the following mathematical formula (9).
  • the left-right direction (y-axis direction) that is the same as the direction of the input external force cannot be solved because the external force “f y ” and mass “m” are unknown.
  • the longitudinal acceleration “a x ” acquired (measured) by the triaxial acceleration sensor 5 and the triaxial angular velocity sensor 6, Acceleration “a z ”, forward / backward direction (around the x axis), ie, angular acceleration “ ⁇ x ⁇ dot” in the roll direction, up / down direction (around the z axis), ie, angular acceleration in the yaw direction “ ⁇ z ⁇ dot ""
  • the estimation device 8 uses the first and third formulas of Equation (10) to calculate the relative position “ py ” between the observation point S and the gravity center position C in the left-right direction (y-axis direction), that is, The deviation position in the left-right direction can be estimated.
  • the solution can be expressed by using the least square method, from the formula (11) that is the estimated model formula to the formula (12) that is the least square solution.
  • ⁇ x is the x-axis direction acceleration deviation with respect to the x-axis direction acceleration average value during the event occurrence
  • ⁇ z is the z-axis direction acceleration average during the event occurrence
  • ⁇ x ⁇ dot is the angular acceleration deviation around the x axis with respect to the average angular acceleration around the x axis during the event
  • ⁇ z ⁇ dot is around the z axis during the event
  • An angular acceleration deviation around the z-axis with respect to the average angular acceleration value “ ⁇ x ” represents an error in the x-axis direction
  • “ ⁇ z ” represents an error in the z-axis direction.
  • the x-axis acceleration deviation “ ⁇ x ”, the z-axis acceleration deviation “ ⁇ z ”, the x-axis angular deviation “ ⁇ x ⁇ dot”, and the z-axis angular deviation “ ⁇ z ⁇ dot” are respectively It is expressed by Equation (13).
  • N represents the number of measurement data points during the event occurrence.
  • the estimation device 8 uses the mathematical expression (13) to calculate the deviation from the average value and then apply the least square method to the measured acceleration and angular acceleration, thereby determining the sensor mounting axis direction. It is possible to eliminate as much error factors as possible, such as a shift, a change with time, and an influence of gravitational acceleration accompanying a change in posture of the vehicle body 3.
  • the solution estimated by the above equation (12) includes an error.
  • the determination coefficient “CD (Coefficient of Determination)” expressed by the following mathematical formula (14) is an index representing the estimation accuracy of the solution estimated by the mathematical formula (12).
  • the error “ ⁇ x ” and the error “ ⁇ z ” can be calculated by substituting the relative position “p y ” estimated by the above equation (12) into the above equation (11).
  • the determination coefficient “CD” takes a value between 0 and 1, and is an index indicating that the closer to 1, the better the accuracy.
  • the latest value “ py new ” of the relative position is obtained by using the determination coefficient “CD” to obtain the relative position “ py ” obtained by the above equation (12) before the occurrence of the current event. It is updated by performing a weighted average with the previous value “ py old ” of the relative position.
  • the estimation device 8 uses, for example, the following equation (15), the relative position “ py ” obtained by the above equation (12), and the determination coefficient “CD” obtained by the above equation (14): By sequentially updating the latest value “ py new ” of the relative position based on the previous value “ py old ” of the relative position, it is possible to estimate the relative position of the center of gravity with high accuracy. An appropriate design value may be used as the initial value of the previous value “ py old ” of the relative position.
  • the estimation device 8 also applies the front-rear direction (x-axis) almost in the same manner even when an event that can be considered that external forces in the front-rear direction (x-axis direction) and the vertical direction (z-axis direction) are dominant occurs.
  • the latest value “p x new ” of the relative position in the direction) and the latest value “p z new ” of the relative position in the vertical direction (z-axis direction) can be calculated.
  • the estimation mode in which the x-axis direction input is dominant is “mode 1”
  • the estimation mode in which the y-axis direction input is dominant is “mode 2”
  • the estimation mode in which the z-axis direction input is dominant is “mode 3”.
  • the least square estimation formula, the estimation accuracy index, and the latest value of the relative position between the observation point S and the gravity center position C in each mode can be expressed by the following formulas (16) to (24), respectively.
  • Mode 1 Estimation mode with dominant x-axis direction input
  • the estimation device 8 uses the following formulas (16) to (18) to obtain the latest value “p x new ” of the relative position between the observation point S and the gravity center position C in the front-rear direction (x-axis direction). calculate.
  • Mode 2 Estimation mode with dominant y-axis direction input
  • the estimation device 8 uses the following formulas (19) to (21) to obtain the latest value “ py new ” of the relative position between the observation point S and the center of gravity position C in the left-right direction (y-axis direction). calculate.
  • Mode 3 estimation mode in which input in the z-axis direction is dominant
  • the estimation device 8 uses the following formulas (22) to (24) to obtain the latest value “p z new ” of the relative position between the observation point S and the center of gravity position C in the vertical direction (z-axis direction). calculate.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 can be regarded as an event in which an external force in one of the three axis directions is dominant, the vehicle 2 is stopped or is traveling at a very low speed.
  • the latest values “p x new ”, “p y new ”, and “p z new ” of the relative position between the observation point S and the gravity center position C were estimated for the state.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 can estimate the acceleration of the center-of-gravity position C described below, even if the vehicle 2 is traveling, the relative position between the observation point S and the center-of-gravity position C is relatively small.
  • the latest position values “p x new ”, “p y new ”, and “p z new ” can be estimated.
  • the vehicle gravity center position estimation apparatus 1 can increase the opportunity of the gravity center position estimation of the vehicle 2, and can perform more accurate gravity center position estimation. This will be specifically described below.
  • the acceleration vector “ ac ⁇ vector” at the center of gravity C of the vehicle 2 traveling on the actual road surface tends to be difficult to predict when the influence of the road surface disturbance in the vertical direction is large.
  • the acceleration vector “ ac ⁇ vector” at the center of gravity C of the vehicle 2 can be approximated as shown in the following equation (25). .
  • V is the vehicle speed of the vehicle 2
  • V ⁇ dot is the vehicle acceleration / deceleration of the vehicle 2
  • ⁇ y is the angular velocity around the y axis (pitch direction)
  • ⁇ z is It represents the angular velocity around the z-axis (yaw direction).
  • the estimation device 8 obtains the estimation model formula, the least squares solution, and the estimation accuracy index from this formula (26), and finally the latest value of the relative position between the observation point S and the center of gravity position C. Can be estimated simultaneously in the three axis directions.
  • the estimated model formula can be expressed by the following formula (27).
  • N represents the number of measurement data points during the event occurrence.
  • the estimation device 8 uses this mathematical formula (29) to calculate the deviation from the average value and then applies the method of least squares.
  • error factors such as the influence of gravitational acceleration accompanying the posture change 3 can be eliminated as much as possible.
  • the estimation device 8 uses the following mathematical formulas (32) to (34) to calculate the latest value “p x new ” of the relative position in the front-rear direction (x-axis direction) and the horizontal direction (y-axis direction). latest value of the relative position "p y new new” is calculated collectively the latest value of the relative position in the vertical direction (z-axis direction) "p z new new”.
  • the estimation device 8 of the present embodiment has one estimation mode 8 according to the state of the vehicle 2 from a total of five estimation modes including the mode 1 to the mode 4 described above and the mode 0 in which the gravity center position is not estimated.
  • the mode is selected, and the center of gravity position of the vehicle 2 is estimated in the selected estimation mode.
  • the estimation device 8 changes the center-of-gravity position estimation mode based on the vehicle speed of the vehicle 2 or each angular acceleration around the three axis directions.
  • the estimation device 8 determines the estimation mode suitable for the current state of the vehicle 2 based on the vehicle speed of the vehicle 2 and each angular acceleration around the three-axis directions. And the center-of-gravity position estimation mode is changed according to the determination result.
  • the estimation device 8 determines that the current state is mode 1 (x It is determined that the state is in accordance with the estimation mode in which the axial direction input is dominant, and mode 1 is selected as the estimation mode.
  • mode 1 is selected as the estimation mode.
  • the vehicle speed “V” detected by the vehicle speed sensor 7 is equal to or lower than a first predetermined speed “V 1 ” set in advance.
  • the estimation device 8 determines that the current state is mode 2 (y-axis direction). It is determined that the input is in a state in accordance with the dominant estimation mode), and mode 2 is selected as the estimation mode.
  • mode 2 As shown in the conditional expression (35), the vehicle speed “V” detected by the vehicle speed sensor 7 is equal to or lower than a first predetermined speed “V 1 ” set in advance.
  • the estimation device 8 changes the current state to mode 3 (z-axis direction). It is determined that the input is in a state in accordance with the dominant estimation mode), and mode 3 is selected as the estimation mode.
  • mode 3 is selected as the estimation mode.
  • the vehicle speed “V” detected by the vehicle speed sensor 7 is equal to or lower than a first predetermined speed “V 1 ” set in advance.
  • the first predetermined speed “V 1 ”, the threshold values “ ⁇ 1 ”, “ ⁇ 2 ”, and “ ⁇ 3 ” are set in advance according to the actual vehicle evaluation and the like and stored in the estimation device 8. Store it in the department.
  • the estimation device 8 determines that the current state is the mode. 4 (estimated mode during flat road acceleration / deceleration traveling or turning traveling) is determined, and mode 4 is selected as the estimation mode. (4-a) As shown in the following conditional expression (39), the vehicle speed “V” detected by the vehicle speed sensor 7 is equal to or higher than a preset second predetermined speed “V 2 ”. Here, the second predetermined speed “V 2 ” is set to a higher speed than the first predetermined speed “V 1 ”.
  • the predetermined period, the second predetermined speed “V 2 ”, the threshold value “ ⁇ 1 ”, the threshold value “ ⁇ 2 ”, and the threshold value “ ⁇ 4 ” described above are set in advance according to the actual vehicle evaluation and the like, and the estimation device 8 Is stored in the storage unit.
  • the estimation device 8 selects the mode 0 as the estimation mode and does not estimate the center of gravity position.
  • the estimation device 8 uses the latest value “p x new ” of the relative position in the front-rear direction (x-axis direction) and the latest value of the relative position in the left-right direction (y-axis direction) in any of the modes 1 to 4.
  • “ py new ” and the latest value “p z new ” of the relative position in the vertical direction (z-axis direction) are calculated, the center of gravity position of the vehicle 2 is estimated and updated based on these values.
  • the position of the center of gravity of the vehicle 2 that is finally output from the estimation device 8 to the motion control device 9 is calculated as follows.
  • the estimation device 8 uses the latest values “p x new ”, “p y new ”, “p z new ” of the estimated relative positions, the positions “S x ”, “S y ”, “ Based on S z ”, the center-of-gravity positions“ C x ”,“ C y ”, and“ C z ”of the vehicle 2 that are finally output to the motion control device 9 are calculated from the following equation (43). can do.
  • the estimation device 8 substitutes the latest values “p x new ”, “p y new ”, and “p z new ” of the relative positions for the relative positions “p x ”, “p y ”, and “p z ”. .
  • the estimation device 8 is based on a specific type of external force specified according to each angular acceleration around the three axis directions.
  • the center of gravity position of the vehicle 2 can be estimated. That is, when the vehicle speed of the vehicle 2 is equal to or lower than the first predetermined speed, the estimation device 8 uses a specific direction of the three axes with respect to the vehicle 2 as a specific type of external force (in the above example, the left-right direction).
  • the center-of-gravity position in a specific direction of the vehicle 2 can be estimated based on Expression (11)).
  • the estimation device 8 can specify the specific direction based on each angular acceleration around the three axis directions by executing the mode determination process as described above.
  • the estimation device 8 is configured to apply a specific type of external force to the vehicle 2 in a specific direction among the three axial directions.
  • the center-of-gravity position in the specific direction of the vehicle 2 can be estimated by regarding the external force in the direction other than the specific direction among the three axis directions and the angular acceleration around the specific direction as 0. That is, the estimation device 8 regards the external force in a direction other than the specific direction according to the predetermined condition among the three axis directions and the angular acceleration around the axis along the specific direction as 0 when the predetermined condition is satisfied.
  • the center of gravity position of the vehicle 2 in the specific direction is estimated.
  • the estimation device 8 is configured so that the vehicle speed of the vehicle 2 is equal to or higher than the second predetermined speed, the vehicle 2 is traveling on a flat road, and the vehicle 2 is traveling under acceleration / deceleration as described above.
  • the center of gravity position of the vehicle 2 in the three-axis direction can be estimated based on the estimated acceleration value at the center of gravity position of the vehicle 2.
  • the estimation device 8 acquires the detection results of each acceleration in the three-axis direction, each angular velocity around the three-axis direction, and the vehicle speed from the three-axis acceleration sensor 5, the three-axis angular velocity sensor 6, and the vehicle speed sensor 7, and various filters In addition to processing, differential calculation is performed on the angular velocity to calculate each angular acceleration around the three axis directions (ST1).
  • the estimation device 8 determines an estimation mode suitable for the current state of the vehicle 2 by performing a mode determination process based on the vehicle speed, each acceleration, and each angular acceleration acquired and calculated in ST1 (ST2).
  • the estimation device 8 determines whether or not the estimation mode determined in ST2 is mode 0 (ST3). If the estimation device 8 determines that the estimation mode is mode 0 (ST3: Yes), the estimation device 8 ends the current control cycle without estimating the center of gravity position, and shifts to the next control cycle. *
  • the estimation device 8 determines whether or not the estimation mode determined in ST2 is mode 1 (ST4).
  • the estimation device 8 estimates the latest value “p x new ” of the relative position using Equation (16) to Equation (18),
  • the center-of-gravity position in the front-rear direction is updated using the above equation (43) (ST5), the current control cycle is terminated, and the next control cycle is started.
  • estimation apparatus 8 determines whether or not the estimation mode determined in ST2 is mode 2 (ST6).
  • the estimation device 8 determines that the estimation mode is mode 2 (ST6: Yes)
  • the estimation device 8 estimates the latest value “ py new ” of the relative position using the equation (19) to the equation (21),
  • the center-of-gravity position in the left-right direction is updated using the above equation (43) (ST7), the current control cycle is terminated, and the next control cycle is started.
  • estimation apparatus 8 determines whether or not the estimation mode determined in ST2 is mode 3 (ST8).
  • the estimation device 8 determines that the estimation mode is mode 3 (ST8: Yes)
  • the estimation device 8 estimates the latest value “p z new ” of the relative position using the above equation (22) to the equation (24),
  • the center of gravity position in the vertical direction is updated using the above equation (43) (ST9), the current control cycle is terminated, and the next control cycle is started.
  • the estimation device 8 determines in ST8 that the estimation mode is not mode 3 (ST8: No), that is, when it is determined that the estimation mode determined in ST2 is mode 4, the formula (32) to the formula (34) ), The latest values “p x new ”, “p y new ”, and “p z new ” of the relative position are collectively estimated. And the estimation apparatus 8 updates the gravity center position of the front-back direction, the left-right direction, and the up-down direction using said numerical formula (43) (ST10), complete
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 configured as described above can estimate the center-of-gravity position in the direction if the direction of the external force can be estimated even if the magnitude of the external force acting on the vehicle 2 is unknown. That is, the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 determines the “mass” and the like when the type of external force acting on the vehicle 2 (for example, the force generated when the door is closed, the force generated when sitting on the seat, etc.) is determined. Without this, the position of the center of gravity can be estimated from the triaxial acceleration and the triaxial angular velocity.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 can appropriately estimate the center-of-gravity position in the three-axis direction of the vehicle 2 with a simple configuration without using, for example, a load sensor for each wheel 4. For this reason, the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 does not require design and manufacturing assembly for attaching a sensor or the like for detecting an axle load to the vehicle 2, so that, for example, manufacturing cost can be suppressed. it can.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 properly manages the center of gravity of the vehicle 2 in the three-axis directions every time even when there are variations in the number of passengers, the amount of loaded luggage, the positions of the vehicles, and the like.
  • the position can be estimated.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 can estimate the center-of-gravity position of the vehicle 2 not only during normal traveling of the vehicle 2 but also when the vehicle 2 is stopped or traveling at a low speed. This makes it possible to estimate the position of the center of gravity with higher accuracy.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 can reflect a more accurate estimation result of the center-of-gravity position in the automatic motion control by the motion control device 9, more accurate automatic motion control can be realized.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 accurately grasps the geometrical positional relationship between the center of gravity position of the vehicle 2 and the four wheels 4 in, for example, automatic operation control for improving the straight running stability of the vehicle 2.
  • the linear stabilization control device of the motion control device 9 can calculate the vehicle stabilization control moment amount more accurately.
  • the vehicle 2 is in an unstable state (for example, a spin state or a drift-out).
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 can control the yaw moment control and the rollover prevention control even when the motion control device 9 executes the yaw moment control and the rollover prevention control as the automatic operation control.
  • the control accuracy can be improved appropriately.
  • the center of gravity position of the vehicle 2 is estimated based on each angular velocity around the direction.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 when the center-of-gravity position of the vehicle 2 is estimated, the traveling speed of the vehicle 2 or the three axes orthogonal to each other generated in the vehicle 2 Based on each angular acceleration around the direction, the estimation mode of the center of gravity position of the vehicle 2 is changed.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation device 1 is based on the triaxial acceleration and the triaxial angular velocity when a specific type of external force is applied to the vehicle 2 without using a load sensor or the like for each wheel 4, for example.
  • the center-of-gravity position in the three-axis direction of the vehicle 2 can be estimated appropriately.
  • vehicle center-of-gravity position estimation device according to the above-described embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope described in the claims.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus 201 is a case where the estimation apparatus 8 estimates the center-of-gravity position in the three-axis direction of the vehicle 2 based on the estimated acceleration value at the center of gravity position of the vehicle 2.
  • the acceleration estimated value at the center of gravity of the vehicle 2 estimated from the vehicle speed, the vehicle acceleration / deceleration, the yaw angular velocity, the pitch angular velocity, and the like is used.
  • the estimation device 8 may use, for example, an estimated acceleration value of the center of gravity position that is estimated and calculated internally by the motion control device 9.
  • the vehicle center-of-gravity position estimation apparatus 201 has been described as the one in which the estimation apparatus 8 performs the mode determination process based on the vehicle speed, the vehicle acceleration / deceleration, each acceleration, each angular acceleration, and the like, the present invention is not limited thereto.
  • 6 includes, for example, a door open / close detector 210 that detects a door open / close signal in the vehicle 2, an accelerator sensor 211 that detects an accelerator operation (acceleration request operation) signal in the vehicle 2, and a vehicle 2
  • a brake sensor 212 that detects a brake operation (braking request operation) signal, a steering angle sensor 213 that detects a steering angle signal in the vehicle 2, and the like are provided.
  • the estimation device 8 may perform mode determination processing based on, for example, a door opening / closing signal, an accelerator operation signal, a brake operation signal, a steering angle signal, and the like detected by the estimation device 8 or mounted on the vehicle 2.
  • the mode determination process may be performed based on the vehicle state quantity that is estimated and calculated internally by the control device.
  • the estimation device 8 applies the least square method after calculating the deviation between the measured value and the average value using, for example, Equation (13) or Equation (29).
  • the present invention is not limited to this, and measured values may be used as they are.
  • the estimation device 8 has been described as sequentially updating the latest value of the relative position, for example, by calculating a weighted average using the determination coefficient “CD”. Instead, the relative position obtained by Equation (16), Equation (19), Equation (22), Equation (32), etc. may be used as it is as the latest value of the relative position.

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Abstract

　車両重心位置推定装置（１）は、車両（２）に対して特定種類の外力が作用した際に車両（２）に発生する相互に直交する３軸方向の各加速度及び３軸方向周りの各角速度に基づいて車両（２）の重心位置を推定することを特徴とする。典型的には、車両重心位置推定装置（１）は、車両（２）の走行速度、又は、３軸方向周りの各角加速度に基づいて車両（２）重心位置の推定モードを変更する。したがって、車両重心位置推定装置（１）は、車両（２）に対して特定種類の外力が作用した際の３軸加速度及び３軸角速度に基づいて、適正に車両（２）の３軸方向の重心位置を推定することができる。

Description

車両重心位置推定装置
　本発明は、車両重心位置推定装置に関する。
　車両に搭載される従来の車両重心位置推定装置として、例えば、特許文献１には、車両のヨー角加速度の大きさが所定の基準値より小さいとき、車両の車輪と路面との間にて路面から車輪へ水平方向に作用するタイヤ発生力に起因する車両の車体に発生するヨーモーメントの釣り合いに基づいて、車両の重心の水平方向位置を推定する車両の車両重心位置推定装置が開示されている。
特開２００８－２６５５４５号公報
　ところで、上述のような特許文献１に記載の車両の車両重心位置推定装置は、例えば、より簡易な構成で適正に車両の重心位置を推定することが望まれている。
　本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、適正に車両の重心位置を推定することができる車両重心位置推定装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る車両重心位置推定装置は、車両に対して特定種類の外力が作用した際に前記車両に発生する相互に直交する３軸方向の各加速度及び前記３軸方向周りの各角速度に基づいて前記車両の重心位置を推定することを特徴とする。
　また、上記車両重心位置推定装置は、前記車両の走行速度、又は、前記３軸方向周りの各角加速度に基づいて前記重心位置の推定モードを変更するものとすることができる。
　また、上記車両重心位置推定装置は、前記車両の走行速度が予め設定される第１所定速度以下である場合に、前記３軸方向周りの各角加速度に応じて特定される前記特定種類の外力に基づいて前記重心位置を推定するものとすることができる。
　また、上記車両重心位置推定装置は、前記車両の走行速度が予め設定される第１所定速度以下である場合に、前記特定種類の外力として、前記車両に対して前記３軸方向のうちの特定方向の外力が作用した際に、前記３軸方向のうちの前記特定方向以外の方向の各加速度と当該特定方向以外の方向周りの各角加速度との関係に基づいて、前記車両の前記特定方向の重心位置を推定するものとすることができる。
　また、上記車両重心位置推定装置は、前記車両の走行速度が予め設定される第１所定速度以下である場合に、前記特定種類の外力として、前記車両に対して前記３軸方向のうちの特定方向の外力が作用した際に、前記３軸方向のうちの前記特定方向以外の方向の外力、及び、前記特定方向周りの角加速度を０とみなして、前記車両の前記特定方向の重心位置を推定するものとすることができる。
　また、上記車両重心位置推定装置は、前記３軸方向周りの各角加速度に基づいて前記特定方向を特定するものとすることができる。
　また、上記車両重心位置推定装置は、前記車両の走行速度が予め設定される第２所定速度以上であり、かつ、前記車両が平坦路を走行中であり、さらに、前記車両が加減速走行中、又は、旋回走行中である場合に、前記重心位置での加速度推定値に基づいて、前記車両の前記３軸方向の重心位置を推定するものとすることができる。
　上記目的を達成するために、本発明に係る車両重心位置推定装置は、車両の重心位置を推定する際に、前記車両の走行速度、又は、前記車両に発生する相互に直交する３軸方向周りの各角加速度に基づいて、前記重心位置の推定モードを変更することを特徴とする。
　本発明に係る車両重心位置推定装置は、適正に車両の重心位置を推定する、という効果を奏する。
図１は、実施形態に係る車両重心位置推定装置が搭載される車両の概略構成を表すブロック図である。 図２は、実施形態に係る車両重心位置推定装置が搭載される車両の側面図である。 図３は、実施形態に係る車両重心位置推定装置が搭載される車両の上面図である。 図４は、実施形態に係る車両重心位置推定装置における相対位置ベクトルについて説明する模式図である。 図５は、実施形態に係る車両重心位置推定装置における重心位置推定制御の一例を説明するフローチャートである。 図６は、変形例に係る車両重心位置推定装置が搭載される車両の概略構成を表すブロック図である。
　以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
［実施形態］
　図１は、実施形態に係る車両重心位置推定装置が搭載される車両の概略構成を表すブロック図、図２は、実施形態に係る車両重心位置推定装置が搭載される車両の側面図、図３は、実施形態に係る車両重心位置推定装置が搭載される車両の上面図、図４は、実施形態に係る車両重心位置推定装置における相対位置ベクトルについて説明する模式図、図５は、実施形態に係る車両重心位置推定装置における重心位置推定制御の一例を説明するフローチャート、図６は、変形例に係る車両重心位置推定装置が搭載される車両の概略構成を表すブロック図である。
　本実施形態は、典型的には、下記の構成要素を有している。
（１）加速度センサ（３軸）。
（２）角速度センサ（３軸）。
（３）車両速度センサ。
（４）ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする推定装置。
　そして、本実施形態は、これらの構成要素によって、例えば、車軸荷重を検出するためのセンサ等を用いることなく、いわゆるＶＳＣ（Ｖｅｈｉｃｌｅ　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）システム等の運動制御装置に搭載されている既設の制御に用いられるセンサの検出値から車両の重心位置（前後・左右・上下位置）を推定するものである。
　具体的には、本実施形態の車両重心位置推定装置１は、図１に示すように、車両２に搭載され、車両２の重心位置を推定するものである。車両２は、剛体である車体３にサスペンション等の懸架装置を介して車輪４が設けられる。車両２は、運転者がアクセルペダルを操作することで、これに応じて内燃機関や電動機等の走行用駆動源（原動機）が車輪４と路面との接地面に駆動力［Ｎ］を発生させ、これにより走行することができる。また、車両２は、運転者がブレーキペダルを操作することで、これに応じて制動装置が車輪４と路面との接地面に制動力［Ｎ］を発生させ、これにより制動、停止することができる。また、車両２は、運転者がステアリングホイールを操作することで操舵輪である車輪４を操舵することができ、これにより、旋回することができる。
　そして、本実施形態の車両重心位置推定装置１は、３軸加速度センサ５と、３軸角速度センサ６と、車両速度センサ７と、推定装置８とを備える。
　３軸加速度センサ５は、車両２の車体３における任意の既知の位置に設けられ、車体３に発生する加速度を検出するものである。３軸加速度センサ５は、相互に直交する３軸方向の各加速度をそれぞれ検出する。ここで、相互に直交する３軸方向とは、図２、図３に示すように、相互に直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に沿った方向であり、典型的には、車両２の前後方向、左右方向、上下方向である。前後方向とは、ｘ軸に沿ったｘ軸方向であり、車両２が直進走行する際の車両２の走行方向である。左右方向とは、ｙ軸に沿ったｙ軸方向であり、走行方向と水平に直交する車両２の車幅方向である。上下方向とは、ｚ軸に沿ったｚ軸方向であり、走行方向及び車幅方向と直交する車両２の高さ方向である。以下の説明では、前後方向をｘ軸方向、左右方向をｙ軸方向、上下方向をｚ軸方向という場合がある。
　３軸加速度センサ５は、種々の形式のセンサを用いることができ、車両２の前後方向の加速度（以下、「前後方向加速度」という場合がある。）、左右方向の加速度（以下、「左右方向加速度」という場合がある。）、上下方向の加速度（以下、「上下方向加速度」という場合がある。）をそれぞれ同期して検出することができる。３軸加速度センサ５は、推定装置８に電気的に接続されており、検出した各加速度をこの推定装置８に送信することができる。なお、３軸加速度センサ５は、ひとつのセンサではなく複数のセンサで構成されてもよい。
　３軸角速度センサ６は、車両２の車体３における任意の位置に設けられ、車体３に発生する角速度を検出するものである。３軸角速度センサ６は、相互に直交する３軸方向周りの各角速度をそれぞれ検出する。ここでは、３軸角速度センサ６は、車両２の車体３に発生するロール方向、ピッチ方向、ヨー方向の角速度をそれぞれ検出する。ここで、ロール方向とは、ｘ軸周り方向である。ピッチ方向とは、ｙ軸周り方向である。ヨー方向とは、ｚ軸周り方向である。
　３軸角速度センサ６は、種々の形式のセンサを用いることができ、車両２のロール方向の角速度（以下、「ロール方向角速度」という場合がある。）、ピッチ方向の角速度（以下、「ピッチ方向角速度」という場合がある。）、ヨー方向の角速度（以下、「ヨー方向角速度」という場合がある。）をそれぞれ同期して検出することができる。３軸角速度センサ６は、推定装置８に電気的に接続されており、検出した各角速度をこの推定装置８に送信することができる。なお、３軸角速度センサ６は、ひとつのセンサではなく複数のセンサで構成されてもよい。また、３軸加速度センサ５と３軸角速度センサ６とは、ここでは取り付け位置がほぼ同じ位置となるように設けられるが、これに限らず、相互に離間した位置に設けられていてもよい。
　車両速度センサ７は、車両２の走行速度である車速を検出するものである。車両速度センサ７は、例えば、車両２の各車輪４の車輪速度等に基づいて車両２の車速を検出する。車両速度センサ７は、推定装置８に電気的に接続されており、検出した車速をこの推定装置８に送信することができる。
　推定装置８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。推定装置８は、例えば、車両２の各部を統括的に制御するＥＣＵによって兼用されてもよいし、ＥＣＵとは別個に構成され相互に検出信号や駆動信号、制御指令等の情報の授受を行う構成であってもよい。推定装置８は、３軸加速度センサ５、３軸角速度センサ６、車両速度センサ７等の各種センサ、検出装置が電気的に接続され、検出結果に対応した電気信号が入力される。推定装置８は、各種センサから入力された各種入力信号や各種数式、マップに基づいて、格納されている制御プログラムを実行することにより、車両２の重心位置、典型的には、前後方向・左右方向・上下方向の重心位置を推定する。そして、推定装置８は、推定した車両２の前後方向・左右方向・上下方向の重心位置に対応した電気信号を運動制御装置９に出力する。
　ここで、運動制御装置９は、車両２の運動を自動で制御するものであり、例えば、各車輪４独立に制動力を個別に増加、減少、保持することができるＶＳＣアクチュエータ等を含んで構成される。運動制御装置９は、推定装置８が推定した車両２の前後方向・左右方向・上下方向の重心位置を用いて車両２の各部を制御して種々の自動運動制御を行う。
　そして、本実施形態の車両重心位置推定装置１の推定装置８は、車両２に対して特定種類の外力が作用した際に車両２に発生する３軸方向の各加速度及び３軸方向周りの各角速度に基づいて車両２の重心位置を推定することで、簡易な構成で適正に車両の重心位置を推定することができるようにしている。
　ここでは、推定装置８は、３軸加速度センサ５、３軸角速度センサ６の取り付け位置で計測される加速度の理論式と、３次元剛体運動方程式とを組み合わせることで、車両２の重心位置（前後・左右・上下）を推定可能に構成されている。なお、下記で説明する演算は、基本的には、推定装置８によって行われる。
　ここでまず、推定装置８による重心位置の推定についての基本原理を説明する。
　車両２の車体３のような剛体の３次元運動は、例えば、下記の数式（１）に示すニュートン・オイラーの運動方程式で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　上記の数式（１）において、「ｍ」は質量、「Ｊ」は重心点周りの慣性テンソル、「ｆc・ベクトル」は外力ベクトル、「τc・ベクトル」は重心点周りの外力モーメントベクトル、「ａc・ベクトル」は重心の並進加速度ベクトル、「Ω・ベクトル」は剛体の角速度ベクトル、「Ω・ドット・ベクトル」は剛体の角加速度ベクトル、「Ω・チルダ」は角速度ベクトルの外積を表す歪対称行列を表している。なお、歪対称行列「Ω・チルダ」は、成分表示では、下記の数式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記の数式（２）において、「Ωx」は剛体のｘ軸周り（ロール方向）の角速度、「Ωy」は剛体のｙ軸周り（ピッチ方向）の角速度、「Ωz」は剛体のｚ軸周り（ヨー方向）の角速度を表している（以下、下付の添え字「ｘ」、「ｙ」、「ｚ」は、上記と同様に、それぞれｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の成分を表すものとして説明する。）。
　このとき、剛体上の任意に観測点Ｓで観測される加速度ベクトル「ａ・ベクトル」は、下記の数式（３）で表すことができる。ここで、観測点Ｓは、典型的には、図２、図３、図４に示すように、座標原点Ｏを基準点（例えば、４つの車輪４の中間位置）とする物体固定基準座標系において重心位置Ｃとは異なる位置であり、３軸加速度センサ５の既知の設置位置に相当する。なお、３軸角速度センサ６は、観測点Ｓでなくても任意の位置に設置されていればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記の数式（３）において、「Ω・ドット・チルダ」は角加速度ベクトルの外積を表す歪対称行列、「ｐ・ベクトル」は、重心位置Ｃと観測点Ｓとの相対位置ベクトルを表している。この重心位置Ｃと観測点Ｓとの相対位置ベクトル「ｐ・ベクトル」は、例えば、下記の数式（４）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　上記の数式（４）において、「Ｃ・ベクトル」は重心位置Ｃの位置ベクトル（未知）、「Ｓ・ベクトル」は観測点Ｓの設置位置の位置ベクトル（既知）を表している。
　また、剛体上の任意に観測点Ｓで観測される加速度ベクトル「ａ・ベクトル」は、質量「ｍ」、外力ベクトル「ｆc・ベクトル」を用いて、下記の数式（５）で表すこともできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　したがって、上記の数式（３）、又は、数式（５）を満たせば、数式（１）中の慣性テンソル「Ｊ」、重心点周りの外力モーメントベクトル「τc・ベクトル」とは無関係に（すなわち、これらを推定、検出することなく）、未知の重心位置Ｃと既知の観測点Ｓとの相対位置ベクトル「ｐ・ベクトル」が求まり、この結果、重心位置Ｃが求まることとなる。すなわち、推定装置８は、任意の既知の位置に設置された観測点Ｓにおける加速度ベクトル「ａ・ベクトル」、角速度ベクトル「Ω・ベクトル」、角加速度ベクトル「Ω・ドット・ベクトル」が取得され（条件１）、かつ、重心位置Ｃにおける並進加速度ベクトル「ａc・ベクトル」、あるいは、質量「ｍ」、外力ベクトル「ｆc・ベクトル」が得られれば（条件２）、相対位置ベクトル「ｐ・ベクトル」を算出し、重心位置Ｃを推定することができる。
　上記条件１に関し、観測点Ｓにおける加速度ベクトル「ａ・ベクトル」、角速度ベクトル「Ω・ベクトル」、角加速度ベクトル「Ω・ドット・ベクトル」は、例えば、車両２が搭載している運動制御装置９等の一部として組み込まれている３軸加速度センサ５、３軸角速度センサ６から取得することができる。また、車両２が運動制御装置９等を搭載しないものである場合には、加速度ベクトル「ａ・ベクトル」、角速度ベクトル「Ω・ベクトル」、角加速度ベクトル「Ω・ドット・ベクトル」は、別途、車体３の任意の観測点Ｓに設けられた３軸加速度センサ５、３軸角速度センサ６から取得することができる。
　一方、上記条件２に関し、重心位置Ｃにおける並進加速度ベクトル「ａc・ベクトル」は、重心位置Ｃが未知であるため、基本的には取得できない。また、質量「ｍ」、外力ベクトル「ｆc・ベクトル」は、本実施形態の車両重心位置推定装置１が荷重計等を備えていないため、基本的には取得できない。
　そこで、本実施形態の車両重心位置推定装置１は、車両２に対して特定種類の外力が作用した場合、典型的には、３軸方向のうちの１方向の外力が支配的な事象が発生したとみなせる場合、上記条件２を近似的に扱って、車両２の重心位置を推定する。またここでは、車両重心位置推定装置１は、重心位置Ｃの加速度を推定できる場合についても、上記条件２を近似的に扱って、車両２の重心位置を推定する。
　まず、車両２に作用する外力として、３軸方向のうちの１方向の外力が支配的な事象が発生したとみなせる場合について説明する。ここで、３軸方向のうちの１方向の外力が支配的な事象が発生したとみなせる場合とは、例えば、車両２に衝撃力的な入力形態となる事象（ただし、入力の大きさは不明）が生じた場合である。一例として、車両２に乗員が乗車する際に車両２のドアを強閉する場合は、車両２に対する左右方向の外力が支配的であるとみなすことができる。また、例えば、車両２に乗員が乗車する際に車両２のシートに座り込む動作を行った場合、車両２に対する上下方向の外力が支配的であるとみなすことができる。また、例えば、車両２の駐車時に停止寸前に車輪４が輪止めに当たった場合、車両２に対する前後方向の外力が支配的であるとみなすことができる。また、例えば、車両２が微低速で路面段差を乗り越し／乗り下げする場合、車両２に対する上下方向の外力が支配的であるとみなすことができる。
　上記事象は、いずれも車速がほぼ０、角速度Ωもほぼ０とみなせるので、上記の数式（５）は、下記の数式（６）で表すように置き換えることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　そして、上記の数式（６）は、成分表示では、例えば、下記の数式（７）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　なお、上記の数式（６）、数式（７）において、各記号は下記の数式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　以下では、例として、車両２に対する左右方向の外力が支配的であるとみなすことができる事象（例えば、ドア強閉時）が発生した場合を取り上げて説明する。車両２に対する左右方向の外力が支配的であるとみなすことができる事象が発生した場合は、３軸方向のうちの特定方向の外力として左右方向の外力が車両２に作用することで、左右方向入力に起因するピッチングモーメントは発生しないことから、３軸方向のうちの左右方向（特定方向）以外の方向の外力、及び、左右方向周りの角加速度をほぼ０とみなすことができる。すなわちこの場合、前後方向（ｘ軸方向）の外力「ｆx」、上下方向（ｚ軸方向）の外力「ｆz」、左右方向周り（ｙ軸周り）、すなわち、ピッチ方向の角加速度「Ωy・ドット」は、下記の数式（９）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　これにより、上記の数式（７）は、下記の数式（１０）で表すように置き換えることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　上記の数式（１０）において、入力外力の方向と同じ左右方向（ｙ軸方向）については、その外力「ｆy」と質量「ｍ」が未知であるため解けない。一方、前後方向（ｘ軸方向）、上下方向（ｚ軸方向）については、３軸加速度センサ５、３軸角速度センサ６によって取得（計測）された前後方向の加速度「ａx」、上下方向の加速度「ａz」、前後方向周り（ｘ軸周り）、すなわち、ロール方向の角加速度「Ωx・ドット」、上下方向周り（ｚ軸周り）、すなわち、ヨー方向の角加速度「Ωz・ドット」だけで表されることになる。
　したがって、推定装置８は、数式（１０）の第一式と、第三式を用いて、左右方向（ｙ軸方向）における観測点Ｓと重心位置Ｃとの相対位置「ｐy」、すなわち、左右方向の偏差位置を推定することができる。この場合、その解は、最小二乗法を用いて、推定モデル式である数式（１１）から最小二乗解である数式（１２）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　上記の数式（１１）、（１２）において、「αx」は当該事象発生中のｘ軸方向加速度平均値に対するｘ軸方向加速度偏差、「αz」は当該事象発生中のｚ軸方向加速度平均値に対するｚ軸方向加速度偏差、「ωx・ドット」は当該事象発生中のｘ軸周り角加速度平均値に対するｘ軸周り角加速度偏差、「ωz・ドット」は当該事象発生中のｚ軸周り角加速度平均値に対するｚ軸周り角加速度偏差、「εx」はｘ軸方向における誤差、「εz」はｚ軸方向における誤差を表している。ｘ軸方向加速度偏差「αx」、ｚ軸方向加速度偏差「αz」、ｘ軸周り角加速度偏差「ωx・ドット」、ｚ軸周り角加速度偏差「ωz・ドット」は、それぞれ下記の数式（１３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　上記の数式（１３）において、「Ｎ」は当該事象発生中の計測データ点数を表している。推定装置８は、この数式（１３）を用いて、計測された加速度、角加速度に関し、一旦、平均値との偏差を演算した上で最小二乗法を適用することで、センサの取り付け軸向きのずれ、経時変化、車体３の姿勢変化に伴う重力加速度の影響等の誤差要因を極力排除することができる。
　ここで、上記の数式（１２）で推定される解は、誤差を含んでいる。下記の数式（１４）で表す決定係数「ＣＤ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｏｆ　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）」は、数式（１２）で推定される解の推定精度を表す指標である。ここで誤差「εx」、誤差「εz」は上記の数式（１２）で推定された相対位置「ｐy」を上記の数式（１１）に代入することで算出できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　決定係数「ＣＤ」は、０～１の値をとり、１に近いほど精度が良好であることを示す指標である。
　相対位置の最新値「ｐy new」は、例えば、この決定係数「ＣＤ」を用いて、上記の数式（１２）で求めた相対位置「ｐy」を、今回の事象発生以前に求まっていた相対位置の前回値「ｐy old」と加重平均することで更新される。推定装置８は、例えば、下記の数式（１５）を用いて、上記の数式（１２）で求めた相対位置「ｐy」と、上記の数式（１４）で求めた決定係数「ＣＤ」と、相対位置の前回値「ｐy old」とに基づいて相対位置の最新値「ｐy new」を逐次的に更新していくことで、精度の良い重心相対位置を推定することができる。なお、相対位置の前回値「ｐy old」の初期値は、適宜の設計値を用いればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　以上の説明では、車両２に対する左右方向（ｙ軸方向）の外力が支配的であるとみなすことができる事象（例えば、ドア強閉時）が発生した場合を取り上げて説明した。推定装置８は、さらに、前後方向（ｘ軸方向）、上下方向（ｚ軸方向）の外力が支配的であるとみなすことができる事象が発生した場合についても、ほぼ同様に前後方向（ｘ軸方向）における相対位置の最新値「ｐx new」、上下方向（ｚ軸方向）における相対位置の最新値「ｐz new」を算出することができる。
　ここで、ｘ軸方向入力が支配的な推定モードを「モード１」、ｙ軸方向入力が支配的な推定モードを「モード２」、ｚ軸方向入力が支配的な推定モードを「モード３」とする。この場合、各モードにおける最小二乗推定式、推定精度指標、観測点Ｓと重心位置Ｃとの相対位置の最新値は、それぞれ下記の数式（１６）から数式（２４）で表すことができる。
［モード１：ｘ軸方向入力が支配的な推定モード］
　この場合、推定装置８は、下記の数式（１６）から数式（１８）を用いて前後方向（ｘ軸方向）における観測点Ｓと重心位置Ｃとの相対位置の最新値「ｐx new」を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
［モード２：ｙ軸方向入力が支配的な推定モード］
　この場合、推定装置８は、下記の数式（１９）から数式（２１）を用いて左右方向（ｙ軸方向）における観測点Ｓと重心位置Ｃとの相対位置の最新値「ｐy new」を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
［モード３：ｚ軸方向入力が支配的な推定モード］
　この場合、推定装置８は、下記の数式（２２）から数式（２４）を用いて上下方向（ｚ軸方向）における観測点Ｓと重心位置Ｃとの相対位置の最新値「ｐz new」を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000022
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000023
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000024
　次に、重心位置Ｃの加速度を推定できる場合について説明する。車両重心位置推定装置１は、上記で説明したように、３軸方向のうちの１方向の外力が支配的な事象が発生したとみなせる場合、車両２が停止、又は、微低速で走行中の状態を対象にして、観測点Ｓと重心位置Ｃとの相対位置の最新値「ｐx new」、「ｐy new」、「ｐz new」を推定した。
　これに対して、車両重心位置推定装置１は、以下で説明する重心位置Ｃの加速度を推定できる場合では、車両２が走行中の状態であっても、観測点Ｓと重心位置Ｃとの相対位置の最新値「ｐx new」、「ｐy new」、「ｐz new」を推定することができる。これにより、車両重心位置推定装置１は、車両２の重心位置推定の機会を増やすことができ、より精度の高い重心位置推定を行うことができる。以下、具体的に説明する。
　基本式としては、上述の数式（３）を用いる。実路面を走行中の車両２の重心位置Ｃにおける加速度ベクトル「ａc・ベクトル」は、上下方向の路面外乱の影響が大きい場合には、予測が困難になる傾向にある。
　一方、車両２が平坦路を走行中であると仮定すれば、車両２の重心位置Ｃにおける加速度ベクトル「ａc・ベクトル」は、下記の数式（２５）に示すように、近似することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000025
　上記の数式（２５）において、「Ｖ」は車両２の車速、「Ｖ・ドット」は車両２の車両加減速度、「Ωy」はｙ軸周り（ピッチ方向）の角速度、「Ωz」はｚ軸周り（ヨー方向）の角速度を表している。
　そして、下記の数式（２６）は、数式（３）と数式（２５）とから得られる重心位置Ｃと観測点Ｓとの相対位置ベクトル「ｐ・ベクトル」に関する近似式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000026
　推定装置８は、この数式（２６）から、上記と同様に、推定モデル式、最小二乗解、推定精度指標を得て、最終的に、観測点Ｓと重心位置Ｃとの相対位置の最新値を３軸方向とも同時に推定することができる。
　すなわち、この場合、推定モデル式は、下記の数式（２７）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000027
　ここで、計測加速度ベクトルと推定加速度ベクトルとの差「ｂ・ベクトル」を下記の数式（２８）で表した場合、上記の数式（２７）において、「β・ベクトル」は当該事象発生中の差「ｂ・ベクトル」平均値に対する差「ｂ・ベクトル」偏差、「ω・ドット・ベクトル」は当該事象発生中の角加速度ベクトル平均値に対する角加速度ベクトル偏差、「ω・ベクトル」は当該事象発生中の角速度ベクトル平均値に対する角速度ベクトル偏差、「ε・ベクトル」は誤差ベクトルを表している。差「ｂ・ベクトル」偏差「β・ベクトル」、角加速度ベクトル偏差「ω・ドット・ベクトル」、角速度ベクトル偏差「ω・ベクトル」は、それぞれ下記の数式（２９）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000028
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000029
　上記の数式（２９）において、「Ｎ」は当該事象発生中の計測データ点数を表している。推定装置８は、この数式（２９）を用いて、平均値との偏差を演算した上で最小二乗法を適用することで、上記と同様に、センサの取り付け軸向きのずれ、経時変化、車体３の姿勢変化に伴う重力加速度の影響等の誤差要因を極力排除することができる。
　そして、「Ａ」及び「Ｂ」を下記の数式（３０）、数式（３１）で表した場合、車両２が平坦路走行中であって加減速走行中、又は、旋回走行中の推定モードを「モード４」とすると、このモード４における最小二乗推定式、推定精度指標、観測点Ｓと重心位置Ｃとの相対いちの最新ちは、それぞれ下記の数式（３２）から数式（３４）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000031
［モード４：平坦路でかつ加減速走行中、又は、旋回走行中の推定モード］
　この場合、推定装置８は、下記の数式（３２）から数式（３４）を用いて、前後方向（ｘ軸方向）における相対位置の最新値「ｐx new」、左右方向（ｙ軸方向）における相対位置の最新値「ｐy new」、上下方向（ｚ軸方向）における相対位置の最新値「ｐz new」を一括で算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000032
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000033
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000034
　そして、本実施形態の推定装置８は、上記で説明したモード１からモード４に、重心位置の推定を行わないモード０を加えた合計５つの推定モードから、車両２の状態に応じて１つのモードを選択して、選択した推定モードで車両２の重心位置を推定する。本実施形態の推定装置８は、車両２の重心位置を推定する際に、車両２の車速、又は、３軸方向周りの各角加速度に基づいて、重心位置の推定モードを変更する。ここでは、推定装置８は、以下で説明するように、車両２の車速、及び、３軸方向周りの各角加速度に基づいて現在の車両２の状態に適した推定モードを判定するモード判定処理を行って、この判定結果に応じて重心位置の推定モードを変更する。
　具体的には、推定装置８は、下記の２つの条件（１－ａ）及び（１－ｂ）を満たした状態が予め設定された所定期間継続した場合に、現在の状態がモード１（ｘ軸方向入力が支配的な推定モード）に則した状態であると判定し、推定モードとしてモード１を選択する。

（１－ａ）下記の条件式（３５）に示すように、車両速度センサ７が検出した車速「Ｖ」が予め設定された第１所定速度「Ｖ1」以下であること。

（１－ｂ）下記の条件式（３６）に示すように、３軸角速度センサ６が検出した角速度に応じたｙ、ｚ軸周りの角加速度「Ωy・ドット」、「Ωz・ドット」が予め設定された閾値「Θ1」以上であること。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000035
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000036
　同様に、推定装置８は、下記の２つの条件（２－ａ）及び（２－ｂ）を満たした状態が予め設定された所定期間継続した場合に、現在の状態がモード２（ｙ軸方向入力が支配的な推定モード）に則した状態であると判定し、推定モードとしてモード２を選択する。

（２－ａ）上記の条件式（３５）に示すように、車両速度センサ７が検出した車速「Ｖ」が予め設定された第１所定速度「Ｖ1」以下であること。

（２－ｂ）下記の条件式（３７）に示すように、３軸角速度センサ６が検出した角速度に応じたｘ、ｚ軸周りの角加速度「Ωx・ドット」、「Ωz・ドット」が予め設定された閾値「Θ2」以上であること。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000037
　同様に、推定装置８は、下記の２つの条件（３－ａ）及び（３－ｂ）を満たした状態が予め設定された所定期間継続した場合に、現在の状態がモード３（ｚ軸方向入力が支配的な推定モード）に則した状態であると判定し、推定モードとしてモード３を選択する。

（３－ａ）上記の条件式（３５）に示すように、車両速度センサ７が検出した車速「Ｖ」が予め設定された第１所定速度「Ｖ1」以下であること。

（３－ｂ）下記の条件式（３８）に示すように、３軸角速度センサ６が検出した角速度に応じたｘ、ｙ軸周りの角加速度「Ωx・ドット」、「Ωy・ドット」が予め設定された閾値「Θ3」以上であること。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000038
　なお、以上で説明した所定期間、第１所定速度「Ｖ1」、閾値「Θ1」、「Θ2」、「Θ3」は、実車評価等に応じて予め設定し、推定装置８の記憶部に記憶しておく。
　さらに、推定装置８は、下記の３つの条件（４－ａ）、（４－ｂ）及び（４－ｃ）を満たした状態が予め設定された所定期間継続した場合に、現在の状態がモード４（平坦路でかつ加減速走行中、又は、旋回走行中の推定モード）に則した状態であると判定し、推定モードとしてモード４を選択する。

（４－ａ）下記の条件式（３９）に示すように、車両速度センサ７が検出した車速「Ｖ」が予め設定された第２所定速度「Ｖ2」以上であること。ここで、第２所定速度「Ｖ2」は、上記の第１所定速度「Ｖ1」より高い速度に設定される。

（４－ｂ）下記の条件式（４０）に示すように、３軸加速度センサ５が検出した上下方向（ｚ軸方向）の加速度「ａz」が予め設定された閾値「Δ1」以下であること。

（４－ｃ）下記の条件式（４１）に示すように、車両速度センサ７が検出した車速に応じた車両加減速度「Ｖ・ドット」が予め設定された閾値「Δ2」以上、あるいは、３軸角速度センサ６が検出した角速度に応じたｚ軸周りの角加速度「Ωz・ドット」が予め設定された閾値「Θ4」以上であること。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000039
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000040
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000041
　なお、以上で説明した所定期間、第２所定速度「Ｖ2」、閾値「Δ1」、閾値「Δ2」、閾値「Θ4」は、実車評価等に応じて予め設定し、推定装置８の記憶部に記憶しておく。
　そして、推定装置８は、車両２の状態が上記モード１からモード４のいずれにも該当しないと判定した場合、推定モードとしてモード０を選択し、重心位置の推定を行わない。
　そして、推定装置８は、上記モード１からモード４のいずれのモードで前後方向（ｘ軸方向）における相対位置の最新値「ｐx new」、左右方向（ｙ軸方向）における相対位置の最新値「ｐy new」、上下方向（ｚ軸方向）における相対位置の最新値「ｐz new」が算出された場合には、これらに基づいて車両２の重心位置を推定、更新する。
　この場合、推定装置８が最終的に運動制御装置９に出力する車両２の重心位置は、下記のようにして算出される。
　すなわち、重心位置Ｃの位置ベクトル「Ｃ・ベクトル」は、既知の観測点Ｓの位置ベクトル「Ｓ・ベクトル」、推定した重心位置Ｃと観測点Ｓとの相対位置ベクトル「ｐ・ベクトル」を用いて下記の数式（４２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000042
　そして、推定装置８は、推定した相対位置の最新値「ｐx new」、「ｐy new」、「ｐz new」、既知の観測点Ｓの位置「Ｓx」、「Ｓy」、「Ｓz」に基づいて、下記の数式（４３）から、最終的に運動制御装置９に出力する車両２の３軸方向の重心位置「Ｃx」、「Ｃy」、「Ｃz」を算出することができる。この場合、推定装置８は、相対位置「ｐx」、「ｐy」、「ｐz」に相対位置の最新値「ｐx new」、「ｐy new」、「ｐz new」を代入する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000043
　この結果、推定装置８は、上記のようにして、車速が予め設定される第１所定速度以下である場合に、３軸方向周りの各角加速度に応じて特定される特定種類の外力に基づいて車両２の重心位置を推定することができる。すなわち、推定装置８は、車両２の車速が第１所定速度以下である場合に、特定種類の外力として、車両２に対して３軸方向のうちの特定方向（上記の例では左右方向）の外力が作用した際に、３軸方向のうちの特定方向以外の方向（上記の例では前後方向、上下方向）の各加速度とこの特定方向以外の方向周りの各角加速度との関係（上記の例では数式（１１））に基づいて、車両２の特定方向の重心位置を推定することができる。この場合、推定装置８は、上述したようにモード判定処理を実行することで３軸方向周りの各角加速度に基づいて特定方向を特定することができる。
　さらに言えば、推定装置８は、車両２の車速が第１所定速度以下である場合に、特定種類の外力として、車両２に対して３軸方向のうちの特定方向の外力が作用した際に、３軸方向のうちの特定方向以外の方向の外力、及び、特定方向周りの角加速度を０とみなして、車両２の特定方向の重心位置を推定することができる。つまり、推定装置８は、所定条件を満たしたときに、３軸方向のうちの所定条件に応じた特定方向以外の方向の外力、及び、特定方向に沿った軸周りの角加速度を０とみなして、車両２の特定方向の重心位置を推定する。
　またさらに、推定装置８は、上記のようにして、車両２の車速が第２所定速度以上であり、かつ、車両２が平坦路を走行中であり、さらに、車両２が加減速走行中、又は、旋回走行中である場合に、車両２の重心位置での加速度推定値に基づいて、車両２の３軸方向の重心位置を推定することができる。
　次に、図５のフローチャートを参照して推定装置８による重心位置推定制御の一例を説明する。なお、これらの制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。
　まず、推定装置８は、３軸加速度センサ５、３軸角速度センサ６、車両速度センサ７から３軸方向の各加速度及び３軸方向周りの各角速度、車速の検出結果を取得し、種々のフィルタ処理を行うと共に、角速度について微分演算し、３軸方向周りの各角加速度を算出する（ＳＴ１）。
　次に、推定装置８は、ＳＴ１で取得、演算した車速、各加速度、各角加速度に基づいてモード判定処理を行うことで現在の車両２の状態に適した推定モードを判定する（ＳＴ２）。
　次に、推定装置８は、ＳＴ２で判定した推定モードがモード０であるか否かを判定する（ＳＴ３）。推定装置８は、推定モードがモード０であると判定した場合（ＳＴ３：Ｙｅｓ）、重心位置の推定を行わずに、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。　　　
　推定装置８は、ＳＴ３にて推定モードがモード０でないと判定した場合（ＳＴ３：Ｎｏ）、ＳＴ２で判定した推定モードがモード１であるか否かを判定する（ＳＴ４）。推定装置８は、推定モードがモード１であると判定した場合（ＳＴ４：Ｙｅｓ）、上記の数式（１６）から数式（１８）を用いて相対位置の最新値「ｐx new」を推定し、上記の数式（４３）を用いて前後方向の重心位置を更新して（ＳＴ５）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
　推定装置８は、ＳＴ４にて推定モードがモード１でないと判定した場合（ＳＴ４：Ｎｏ）、ＳＴ２で判定した推定モードがモード２であるか否かを判定する（ＳＴ６）。推定装置８は、推定モードがモード２であると判定した場合（ＳＴ６：Ｙｅｓ）、上記の数式（１９）から数式（２１）を用いて相対位置の最新値「ｐy new」を推定し、上記の数式（４３）を用いて左右方向の重心位置を更新して（ＳＴ７）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
　推定装置８は、ＳＴ６にて推定モードがモード２でないと判定した場合（ＳＴ６：Ｎｏ）、ＳＴ２で判定した推定モードがモード３であるか否かを判定する（ＳＴ８）。推定装置８は、推定モードがモード３であると判定した場合（ＳＴ８：Ｙｅｓ）、上記の数式（２２）から数式（２４）を用いて相対位置の最新値「ｐz new」を推定し、上記の数式（４３）を用いて上下方向の重心位置を更新して（ＳＴ９）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
　推定装置８は、ＳＴ８にて推定モードがモード３でないと判定した場合（ＳＴ８：Ｎｏ）、すなわち、ＳＴ２で判定した推定モードがモード４であると判定した場合、数式（３２）から数式（３４）を用いて、相対位置の最新値「ｐx new」、「ｐy new」、「ｐz new」を一括で推定する。そして、推定装置８は、上記の数式（４３）を用いて前後方向、左右方向、上下方向の重心位置を更新して（ＳＴ１０）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
　上記のように構成される車両重心位置推定装置１は、車両２に作用する外力の大きさが不明であっても、外力の方向が推定できれば、その方向における重心位置を推定することができる。つまり、車両重心位置推定装置１は、車両２に作用する外力の種類（例えば、ドアを閉めるときに発生する力、シートに座り込むときに発生する力等）が判明すると、「質量」等が判明しなくとも、３軸加速度及び３軸角速度から重心位置を推定することができる。
　この結果、車両重心位置推定装置１は、例えば、各車輪４ごとに荷重センサ等を用いることなく、簡易な構成で適正に車両２の３軸方向の重心位置を推定することができる。このため、車両重心位置推定装置１は、車両２に車軸荷重を検出するためのセンサ等を取り付けるための設計、及び、製造組立が不要であることから、例えば、製造コストの抑制を図ることができる。
　そして、車両重心位置推定装置１は、車両２の乗員数や積載荷物の量、それらの配置位置等に変動があった場合であっても、その都度、適正に車両２の３軸方向の重心位置を推定することができる。
　また、車両重心位置推定装置１は、車両２の通常走行中だけでなく、車両２の停止中や微低速走行中でも車両２の重心位置を推定することができることから、重心位置推定の機会を増やすことができ、より精度の高い重心位置の推定が可能となる。
　また、車両重心位置推定装置１は、より精度の高い重心位置の推定結果を運動制御装置９による自動運動制御に反映させることができることから、より精度の高い自動運動制御を実現することができる。車両重心位置推定装置１は、例えば、車両２の直進安定性向上のための自動運転制御においては、車両２の重心位置と４つの車輪４との幾何学的な位置関係を正確に把握することで、前後・左右荷重移動量の推定精度を向上させることができる。これにより、例えば、運動制御装置９の直進安定化制御装置は、車両安定化制御モーメント量をより正確に演算することができ、この結果、車両２が不安定状態（例えば、スピン状態やドリフトアウト状態）に陥ることをより確実に抑制することができる。この他、車両重心位置推定装置１は、運動制御装置９が自動運転制御として、ヨーモーメント制御や転覆防止制御等を実行するものであった場合であっても、これらヨーモーメント制御や転覆防止制御の制御精度を適正に向上させることができる。
　以上で説明した実施形態に係る車両重心位置推定装置１によれば、車両２に対して特定種類の外力が作用した際に車両２に発生する相互に直交する３軸方向の各加速度及び３軸方向周りの各角速度に基づいて車両２の重心位置を推定する。また、以上で説明した実施形態に係る車両重心位置推定装置１によれば、車両２の重心位置を推定する際に、車両２の走行速度、又は、車両２に発生する相互に直交する３軸方向周りの各角加速度に基づいて、車両２の重心位置の推定モードを変更する。
　したがって、車両重心位置推定装置１は、例えば、各車輪４ごとに荷重センサ等を用いることなく、車両２に対して特定種類の外力が作用した際の３軸加速度及び３軸角速度に基づいて、適正に車両２の３軸方向の重心位置を推定することができる。
　なお、上述した本発明の実施形態に係る車両重心位置推定装置は、上述した実施形態に限定されず、請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。
　例えば、図６に例示する変形例に係る車両重心位置推定装置２０１は、推定装置８が車両２の重心位置での加速度推定値に基づいて、車両２の３軸方向の重心位置を推定する場合、車速、車両加減速度、ヨー角速度、ピッチ角速度等から推定される車両２の重心位置での加速度推定値を用いるものとして説明したがこれに限らない。推定装置８は、例えば、運動制御装置９が内部で推定演算している重心位置の加速度推定値を用いてもよい。
　また、車両重心位置推定装置２０１は、推定装置８が車速、車両加減速度、各加速度、各角加速度等に基づいてモード判定処理を行うものとして説明したがこれに限らない。図６に示す車両重心位置推定装置２０１は、例えば、車両２におけるドア開閉信号を検出するドア開閉検出器２１０、車両２におけるアクセル操作（加速要求操作）信号を検出するアクセルセンサ２１１、車両２におけるブレーキ操作（制動要求操作）信号を検出するブレーキセンサ２１２、車両２における操舵角信号を検出する操舵角センサ２１３等を備る。そして、推定装置８は、例えば、これらが検出するドア開閉信号、アクセル操作信号、ブレーキ操作信号、操舵角信号等に基づいてモード判定処理を行ってもよいし、また、車両２に搭載される制御装置が内部で推定演算している車両状態量に基づいてモード判定処理を行ってもよい。
　また、以上の説明では、推定装置８は、例えば、数式（１３）や数式（２９）等を用いて、計測された値と平均値との偏差を演算した上で最小二乗法を適用するものとして説明したが、これに限らず計測された値をそのまま用いてもよい。
　また、以上の説明では、推定装置８は、例えば、決定係数「ＣＤ」を用いて加重平均を演算することで、相対位置の最新値を逐次的に更新するものとして説明したが、これに限らず、数式（１６）、数式（１９）、数式（２２）、数式（３２）等で求めた相対位置をそのまま相対位置の最新値として用いてもよい。
１、２０１　　車両重心位置推定装置
２　　車両
３　　車体
４　　車輪
５　　３軸加速度センサ
６　　３軸角速度センサ
７　　車両速度センサ
８　　推定装置
９　　運動制御装置
２１０　　ドア開閉検出器
２１１　　アクセルセンサ
２１２　　ブレーキセンサ
２１３　　操舵角センサ

Claims (8)

  1. 　車両に対して特定種類の外力が作用した際に前記車両に発生する相互に直交する３軸方向の各加速度及び前記３軸方向周りの各角速度に基づいて前記車両の重心位置を推定することを特徴とする、
    　車両重心位置推定装置。
  2. 　前記車両の走行速度、又は、前記３軸方向周りの各角加速度に基づいて前記重心位置の推定モードを変更する、
    　請求項１に記載の車両重心位置推定装置。
  3. 　前記車両の走行速度が予め設定される第１所定速度以下である場合に、前記３軸方向周りの各角加速度に応じて特定される前記特定種類の外力に基づいて前記重心位置を推定する、
    　請求項１又は請求項２に記載の車両重心位置推定装置。
  4. 　前記車両の走行速度が予め設定される第１所定速度以下である場合に、前記特定種類の外力として、前記車両に対して前記３軸方向のうちの特定方向の外力が作用した際に、前記３軸方向のうちの前記特定方向以外の方向の各加速度と当該特定方向以外の方向周りの各角加速度との関係に基づいて、前記車両の前記特定方向の重心位置を推定する、
    　請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車両重心位置推定装置。
  5. 　前記車両の走行速度が予め設定される第１所定速度以下である場合に、前記特定種類の外力として、前記車両に対して前記３軸方向のうちの特定方向の外力が作用した際に、前記３軸方向のうちの前記特定方向以外の方向の外力、及び、前記特定方向周りの角加速度を０とみなして、前記車両の前記特定方向の重心位置を推定する、
    　請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の車両重心位置推定装置。
  6. 　前記３軸方向周りの各角加速度に基づいて前記特定方向を特定する、
    　請求項４又は請求項５に記載の車両重心位置推定装置。
  7. 　前記車両の走行速度が予め設定される第２所定速度以上であり、かつ、前記車両が平坦路を走行中であり、さらに、前記車両が加減速走行中、又は、旋回走行中である場合に、前記重心位置での加速度推定値に基づいて、前記車両の前記３軸方向の重心位置を推定する、
    　請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の車両重心位置推定装置。
  8. 　車両の重心位置を推定する際に、前記車両の走行速度、又は、前記車両に発生する相互に直交する３軸方向周りの各角加速度に基づいて、前記重心位置の推定モードを変更することを特徴とする、
    　車両重心位置推定装置。
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