JP2008087724A - Tire lateral force arithmetic unit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tire lateral force arithmetic unit suppressing discomfort and inoperability of to an occupant. <P>SOLUTION: This tire lateral force arithmetic unit is provided with a tire skid angle computer (tire skid angle estimating means) 102 for finding a tire skid angle, a wheel load computer (wheel load estimating means) 103 for finding a wheel load, and a tire lateral force computer (tire lateral force estimating means) 105 for finding a tire lateral force, based on the tire skid angle estimated value, the wheel load estimated value and a tire longitudinal force, using an approximate expression for approximating a relation between the tire longitudinal force and a tire slip ratio within a range of a prescribed tire slip ratio, and using a relation between the tire slip ratio and the tire lateral force. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、タイヤ横力を演算するタイヤ横力演算装置に関する。   The present invention relates to a tire lateral force calculation device that calculates tire lateral force.

この種の技術としては、特許文献１に記載の技術が開示されている。   As this type of technology, the technology described in Patent Document 1 is disclosed.

特許文献１にでは、タイヤ摩擦円特性を考慮して車両運動を制御する技術として、線形車両モデルの逆モデルに基づいたフィードフォワード制御器を用いて、目標ヨーレートを実現する操作量を算出するものが開示されている。ここで、線形車両モデルは、タイヤすべり角に対するタイヤ横力の非線形性に対応するために、現時刻のタイヤすべり角近傍で、タイヤ横力特性を線形近似して得られる。
特開平５−１９３５１０号公報 In Patent Document 1, as a technique for controlling vehicle motion in consideration of tire friction circle characteristics, a feedforward controller based on an inverse model of a linear vehicle model is used to calculate an operation amount for realizing a target yaw rate. Is disclosed. Here, the linear vehicle model is obtained by linearly approximating the tire lateral force characteristics in the vicinity of the tire slip angle at the current time in order to cope with the nonlinearity of the tire lateral force with respect to the tire slip angle.
JP-A-5-193510

しかしながら、上記従来技術では、タイヤ縦力を含んだタイヤの摩擦円特性は考慮されない。このため、制駆動時には精度のよい制御結果が得られず、乗員に乗り心地や操安性の違和感を与える虞があった。   However, in the above prior art, the frictional circle characteristic of the tire including the tire longitudinal force is not considered. For this reason, an accurate control result cannot be obtained at the time of braking / driving, and there is a possibility that the rider feels uncomfortable in ride comfort and maneuverability.

本発明に上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、乗員に与える乗り心地や操安性の違和感を抑制できるタイヤ横力演算装置を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to the above problems, and an object of the present invention is to provide a tire lateral force calculation device capable of suppressing the discomfort of ride comfort and maneuverability given to the occupant.

上記目的を達成するため、タイヤすべり角を推定または検出するタイヤすべり角推定手段と、輪荷重を推定または検出する輪荷重推定手段と、所定のタイヤスリップ率の範囲でタイヤ縦力からタイヤスリップ率への関係を近似した近似式と、タイヤスリップ率とタイヤ横力との関係とを用いて、タイヤすべり角推定値と輪荷重推定値とタイヤ縦力とから、タイヤ横力を求めるタイヤ横力推定手段と、を備えた。   In order to achieve the above object, a tire slip angle estimating means for estimating or detecting a tire slip angle, a wheel load estimating means for estimating or detecting a wheel load, and a tire slip ratio from a tire longitudinal force within a predetermined tire slip ratio range. The tire lateral force to obtain the tire lateral force from the tire slip angle estimated value, the wheel load estimated value, and the tire longitudinal force using the approximate expression that approximated the relationship to the tire and the relationship between the tire slip ratio and the tire lateral force And an estimation means.

タイヤ横力の演算において、応答速度の速い実タイヤスリップ率を検出する必要がないため、演算周期を短くすることなく、タイヤスリップ率の演算精度を向上することができる。また、所定のタイヤスリップ率の範囲におけるタイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係を利用するため、収束演算を用いずに摩擦円を考慮した精度よいタイヤ力の演算が可能になり、演算負荷を下げられる。   In the calculation of the tire lateral force, it is not necessary to detect the actual tire slip rate with a fast response speed, so that the calculation accuracy of the tire slip rate can be improved without shortening the calculation cycle. In addition, since the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip rate within a predetermined tire slip rate range is used, it is possible to calculate the tire force with high accuracy in consideration of the friction circle without using the convergence calculation, and the calculation load is reduced. Be lowered.

そのため、摩擦円を考慮した制御を安価に実現できると共に、演算精度が向上するため、乗り心地や操安性が向上し、違和感が抑制される。また、タイヤ摩擦円を考慮して、ヨーレート制御を行うフィードフォワード制御器を設計できるため、目標ヨーレートを精度良く実現でき、乗り心地や操安性が向上する。   Therefore, the control considering the friction circle can be realized at a low cost, and the calculation accuracy is improved, so that the ride comfort and the maneuverability are improved, and the uncomfortable feeling is suppressed. In addition, since a feedforward controller that performs yaw rate control can be designed in consideration of the tire friction circle, the target yaw rate can be realized with high accuracy, and riding comfort and operability are improved.

以下、本発明のタイヤ横力演算装置を実現する最良の形態を、実施例１および実施例２に基づいて説明する。   Hereinafter, the best mode for realizing the tire lateral force calculation device of the present invention will be described based on Example 1 and Example 2.

まず構成を説明する。   First, the configuration will be described.

図１は、本発明のタイヤ横力演算装置を適用した、左右後輪をそれぞれ別々の電気モータで独立駆動する電気自動車の構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of an electric vehicle to which the left and right rear wheels are independently driven by separate electric motors, to which the tire lateral force calculation device of the present invention is applied.

電気自動車は、駆動力発生源としての電気モータ３ＲＬ、３ＲＲを備えており、各々のモータの回転軸は、減速機４ＲＬ、４ＲＲを介して、電気自動車の後輪２ＲＬ、２ＲＲに連結されている。２つのモータの出力特性、および、２つの減速機の減速比、および、２つの車輪の半径はいずれも同じである。   The electric vehicle includes electric motors 3RL and 3RR as driving force generation sources, and the rotation shafts of the respective motors are connected to the rear wheels 2RL and 2RR of the electric vehicle via speed reducers 4RL and 4RR. . The output characteristics of the two motors, the reduction ratio of the two reduction gears, and the radius of the two wheels are all the same.

モータ３ＲＬ、３ＲＲはいずれも、永久磁石をロータに埋め込んだ三相同期モータである。リチウムイオンバッテリ６との電力授受を制御する駆動回路５ＲＬ、５ＲＲが、それらのモータの力行および回生トルクを、統合コントローラ３０から受信するトルク指令値tTRL(左後輪)、tTRR(右後輪)とそれぞれ一致するように調整する。そして、駆動回路５ＲＬ、５ＲＲは、各々のモータの出力トルクと、モータ回転軸に取り付けられた回転位置センサ（不図示）により検出したモータ回転速度を各々統合コントローラ３０へ送信する。   Each of the motors 3RL and 3RR is a three-phase synchronous motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor. Torque command values tTRL (left rear wheel), tTRR (right rear wheel) that drive circuits 5RL and 5RR that control power transfer to and from the lithium ion battery 6 receive the power running and regenerative torque of those motors from the integrated controller 30. And adjust to match each. Then, the drive circuits 5RL and 5RR transmit the output torque of each motor and the motor rotation speed detected by a rotation position sensor (not shown) attached to the motor rotation shaft to the integrated controller 30, respectively.

前輪２ＦＬ、２ＦＲは、運転者が操作するステアリングホイール１１の回転運動によりステアリングギヤ１４を介して機械的に主操舵される他に、補助操舵用モータ１２によりステアリングギヤ１４を全体的に車幅方向へ変位させることで補助操舵される。即ち、前輪２ＦＬ、２ＦＲの舵角はステアリングホイール１１による主舵角と補助操舵用モータ１２による補助舵角との和となる。前輪舵角は、制御回路１３が補助操舵用モータ１２の出力を調整することで、統合コントローラ３０が送信する目標前輪舵角と一致するように制御される。前輪２ＦＬ、２ＦＲには回転数を検出する回転センサ２５、２６が取り付けられており、各々の回転数を検出して統合コントローラ３０へ送信する。   The front wheels 2FL and 2FR are mechanically steered mechanically via the steering gear 14 by the rotational movement of the steering wheel 11 operated by the driver, and the steering gear 14 is entirely moved in the vehicle width direction by the auxiliary steering motor 12. Auxiliary steering is performed by displacing to. That is, the steering angles of the front wheels 2FL and 2FR are the sum of the main steering angle by the steering wheel 11 and the auxiliary steering angle by the auxiliary steering motor 12. The front wheel rudder angle is controlled to match the target front wheel rudder angle transmitted by the integrated controller 30 by adjusting the output of the auxiliary steering motor 12 by the control circuit 13. The front wheels 2FL and 2FR are provided with rotation sensors 25 and 26 for detecting the rotation speed, and each rotation speed is detected and transmitted to the integrated controller 30.

後輪２ＲＬ、２ＲＲは、図示しない操舵用モータによりステアリングギヤ１５を全体的に車幅方向へ変位させることで操舵される。後輪舵角は、制御回路１３が操舵用モータの出力を調整することで、統合コントローラ３０が送信する目標後輪舵角と一致するように制御される。   The rear wheels 2RL and 2RR are steered by displacing the steering gear 15 as a whole in the vehicle width direction by a steering motor (not shown). The rear wheel steering angle is controlled so as to coincide with the target rear wheel steering angle transmitted by the integrated controller 30 by the control circuit 13 adjusting the output of the steering motor.

この他に、統合コントローラ３０には、アクセルペダルセンサ２３によって検出するアクセル開度信号APOと、ステアリングホイール１１の回転軸に取り付けられた操舵角センサ２１によって検出するステアリングホイールの回転角信号STRと、ヨーレートセンサ８によって検出するヨーレート信号γと、前輪軸中央に取り付けられた加速度センサ２７によって検出される前輪前後方向加速度信号axfと、前輪横方向加速度信号ayfと、後輪軸中央に取り付けられた加速度センサ２８によって検出される後輪前後方向加速度信号axrと、後輪横方向加速度信号ayrと、重心位置に取り付けられたすべり角センサ２９から出力される車体すべり角信号βが入力される。   In addition, the integrated controller 30 includes an accelerator opening signal APO detected by the accelerator pedal sensor 23, a steering wheel rotation angle signal STR detected by the steering angle sensor 21 attached to the rotation shaft of the steering wheel 11, and The yaw rate signal γ detected by the yaw rate sensor 8, the front wheel longitudinal acceleration signal axf detected by the acceleration sensor 27 attached at the center of the front wheel axis, the front wheel lateral acceleration signal ayf, and the acceleration sensor attached at the center of the rear wheel axis. The rear wheel longitudinal acceleration signal axr detected by the vehicle 28, the rear wheel lateral acceleration signal ayr, and the vehicle slip angle signal β output from the slip angle sensor 29 attached to the position of the center of gravity are input.

次に統合コントローラ３０において実行される処理について説明する。   Next, processing executed in the integrated controller 30 will be described.

実施例１のタイヤ横力演算装置を適用した電気自動車においては、各種センサからの入力信号に応じて、車両運動モデルを用いて目標タイヤすべり角β0 *、目標ヨーレートγ0 *を実現する目標前後輪舵角δf *,δr *を算出している。 In the electric vehicle to which the tire lateral force calculation apparatus according to the first embodiment is applied, a target for realizing the target tire slip angle β 0 * and the target yaw rate γ 0 * using a vehicle motion model in accordance with input signals from various sensors. The front and rear wheel steering angles δ f * , δ r * are calculated.

従来技術として、タイヤ摩擦円特性を考慮して車両運動を制御するものが知られている（例えば、特開平５−１９３５１０号公報）。この従来技術では、線形車両モデルの逆モデルに基づいたフィードフォワード制御器を用いて、目標ヨーレートを実現する操作量を算出するものである。ここで、線形車両モデルは、タイヤすべり角に対するタイヤ横力の非線形性に対応するために、現時刻のタイヤすべり角近傍で、タイヤ横力特性を線形近似して得られる。   As a conventional technique, there is known a technique that controls the vehicle motion in consideration of the tire friction circle characteristic (for example, JP-A-5-193510). In this prior art, an operation amount for realizing a target yaw rate is calculated using a feedforward controller based on an inverse model of a linear vehicle model. Here, the linear vehicle model is obtained by linearly approximating the tire lateral force characteristics in the vicinity of the tire slip angle at the current time in order to cope with the nonlinearity of the tire lateral force with respect to the tire slip angle.

しかしながら、この従来技術では、タイヤ縦力を含んだタイヤの摩擦円特性は考慮されない。このため、制駆動時には精度のよい制御結果が得られず、乗員に乗り心地や操安性に違和感を与える虞がある。   However, in this prior art, the frictional circle characteristic of the tire including the tire longitudinal force is not taken into consideration. For this reason, an accurate control result cannot be obtained at the time of braking / driving, and there is a possibility that the rider may feel uncomfortable in ride comfort and operability.

また別の従来技術として、公知のタイヤモデルであるブラッシュモデルを用い、所望のタイヤ縦力、タイヤ横力を実現する目標タイヤスリップ率を収束演算により求めているものが知られている（例えば、特開２００４−２５９９６号公報）。この従来技術では、得られた目標タイヤスリップ率と、車輪速と車体速とから求められる実スリップ率との偏差を用いて、望んだ車両状態を実現する。   As another conventional technique, a brush model that is a well-known tire model is used, and a target tire slip ratio that achieves a desired tire longitudinal force and tire lateral force is obtained by convergence calculation (for example, JP 2004-25996 A). In this prior art, the desired vehicle state is realized by using a deviation between the obtained target tire slip ratio and the actual slip ratio obtained from the wheel speed and the vehicle body speed.

しかしながら、この従来技術では、目標タイヤスリップ率の算出に収束演算を必要とする。また、応答速度が速い実スリップ率を精度良く検出するためには、高速な検出周期を必要とする。これらの理由から、制御精度を保障しようとすると、演算負荷が高くなり、演算装置が高価になる可能性がある。また、実スリップ率は検出精度に限界があるため、制御精度が落ちる可能性があり、結果として乗員に乗り心地や操安性に違和感を与える虞がある。   However, this conventional technique requires a convergence calculation to calculate the target tire slip ratio. Further, in order to accurately detect the actual slip rate with a fast response speed, a high-speed detection cycle is required. For these reasons, if the control accuracy is to be ensured, the calculation load increases and the calculation device may become expensive. In addition, since the actual slip rate has a limit in detection accuracy, the control accuracy may be lowered, and as a result, the rider may feel uncomfortable in ride comfort and maneuverability.

実施例１は、応答速度の速い実タイヤスリップ率を検出することなく、タイヤスリップ率の演算精度を向上させ、また、収束演算を用いずに摩擦円を考慮した精度よいタイヤ力の演算を行おうとするものである。   In the first embodiment, the calculation accuracy of the tire slip ratio is improved without detecting the actual tire slip ratio with a fast response speed, and the tire force is accurately calculated in consideration of the friction circle without using the convergence calculation. It is something to try.

まず、本発明のタイヤ横力演算装置の特徴であるスリップ率検出値を用いずに、タイヤ縦力からタイヤ横力を演算する方法を説明する。   First, a method for calculating the tire lateral force from the tire longitudinal force without using the slip ratio detection value, which is a feature of the tire lateral force calculating device of the present invention, will be described.

図２は、タイヤ縦力とタイヤスリップ率の関係を示すグラフである。なお、タイヤ縦力およびタイヤスリップ率はそれぞれ正の値と負の値をとるが図２では、絶対値で示している。   FIG. 2 is a graph showing the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip ratio. The tire longitudinal force and the tire slip ratio take positive and negative values, respectively, but are shown as absolute values in FIG.

図２のハッチングした範囲で示すように、あるタイヤスリップ率の絶対値の範囲では、タイヤスリップ率の絶対値の増加に伴いタイヤ縦力の絶対値は増加する（図２実線）。そして、あるタイヤスリップ率の絶対値でタイヤ縦力の絶対値はピーク値をとり、それ以上タイヤスリップ率の絶対値が増加するとタイヤ縦力の絶対値は減少する（図２点線）。   As shown in the hatched range in FIG. 2, in the absolute value range of a certain tire slip ratio, the absolute value of the tire longitudinal force increases as the absolute value of the tire slip ratio increases (solid line in FIG. 2). Then, the absolute value of the tire longitudinal force takes a peak value at an absolute value of a certain tire slip rate, and the absolute value of the tire longitudinal force decreases as the absolute value of the tire slip rate further increases (dotted line in FIG. 2).

そのため、従来、タイヤスリップ率とタイヤ縦力との関係が一意に決まらず、タイヤ縦力からタイヤスリップ率を容易に求める手法が存在しなかった。ゆえに、タイヤ縦力からタイヤスリップ率を演算する際には、収束演算等の手法を用いる必要があった。   Therefore, conventionally, the relationship between the tire slip rate and the tire longitudinal force has not been uniquely determined, and there has been no method for easily obtaining the tire slip rate from the tire longitudinal force. Therefore, when calculating the tire slip ratio from the tire longitudinal force, it is necessary to use a method such as a convergence calculation.

タイヤ縦力の絶対値があるタイヤスリップ率の絶対値でピーク値をとり、そのピーク値を境にタイヤ縦力の絶対値が減少し始めるのは、タイヤが路面との接地面全域でスリップするためである。しかしながら、ABS制御やトラクションコントロールなどによってスリップを抑制している場合には、タイヤが路面との接地面全域でスリップする範囲は使用しない。   The absolute value of the tire longitudinal force takes a peak value with the absolute value of the tire slip ratio, and the absolute value of the tire longitudinal force starts to decrease at the peak value. The tire slips over the entire contact surface with the road surface. Because. However, when slip is suppressed by ABS control, traction control, etc., the range where the tire slips across the entire contact surface with the road surface is not used.

実施例１では、タイヤスリップ率の使用範囲を、タイヤ縦力が最小となるタイヤスリップ率からタイヤ縦力が最大となるタイヤスリップ率までに限定し、タイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係が一意に得られるようにした。   In Example 1, the use range of the tire slip ratio is limited from the tire slip ratio at which the tire longitudinal force is minimized to the tire slip ratio at which the tire longitudinal force is maximized, and the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip ratio is Made it unique.

次に、タイヤ縦力とタイヤスリップ率との対応付けについて述べる。   Next, the correspondence between the tire longitudinal force and the tire slip rate will be described.

図２のハッチング部に示すタイヤスリップ率の範囲で、タイヤ縦力の増加に応じてタイヤスリップ率とタイヤスリップ率の変化率が増大し、タイヤ縦力の絶対値が最大となるときタイヤスリップ率の変化率が無限大となるようにする。これによりタイヤ摩擦円特性を考慮する際にタイヤ縦力に関して精度のよい演算ができるようになる。   In the range of the tire slip ratio shown in the hatched portion of FIG. 2, when the tire slip ratio and the rate of change of the tire slip ratio increase as the tire longitudinal force increases, the tire slip ratio becomes maximum when the absolute value of the tire longitudinal force becomes maximum. So that the rate of change is infinite. As a result, when the tire frictional circle characteristic is taken into account, it is possible to perform an accurate calculation regarding the tire longitudinal force.

また、以下に述べるように、輪荷重とタイヤすべり角に応じた、タイヤ縦力からスリップ率の関係の変化も対応付ける。   Further, as will be described below, the change in the relationship between the tire longitudinal force and the slip ratio according to the wheel load and the tire slip angle is also associated.

図３は、タイヤスリップ率の絶対値がゼロ近傍であるときの、タイヤ縦力に対するタイヤスリップ率の絶対値の変化率と、輪荷重との関係を示すグラフである。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the wheel load and the rate of change of the absolute value of the tire slip ratio with respect to the tire longitudinal force when the absolute value of the tire slip ratio is near zero.

タイヤスリップ率の絶対値がゼロ近傍のときの、タイヤ縦力の絶対値に対するタイヤスリップ率の変化率を、輪荷重の増加に応じて、図３示す曲線のように下に凸の曲線の傾向を示すように設定する。これにより、車両が旋回中に加減速を行う場合にタイヤ力演算の精度が向上する。   When the absolute value of the tire slip rate is close to zero, the change rate of the tire slip rate with respect to the absolute value of the tire longitudinal force shows a tendency of a downwardly convex curve as shown in FIG. Set as shown. Thereby, when the vehicle performs acceleration / deceleration while turning, the accuracy of the tire force calculation is improved.

図４は、輪荷重に応じたタイヤ縦力とタイヤスリップ率の関係を示すグラフである。   FIG. 4 is a graph showing the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip ratio according to the wheel load.

任意のタイヤ縦力において、輪荷重の増加に応じてタイヤスリップ率が減少するように設定する。このように係数を設定することで、制駆動時に旋回を行う場合のタイヤ力演算精度が向上する。   For an arbitrary tire longitudinal force, the tire slip ratio is set to decrease as the wheel load increases. By setting the coefficient in this way, the tire force calculation accuracy when turning during braking / driving is improved.

図５は、タイヤすべり角に応じたタイヤ縦力とタイヤスリップ率の関係を示すグラフである。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip ratio according to the tire slip angle.

任意のタイヤ縦力において、タイヤすべり角の増加に応じてタイヤスリップ率が増加するように設定する。このような関係を有することで、タイヤすべり角が変化する場合のタイヤ力演算精度が向上する。   For an arbitrary tire longitudinal force, the tire slip ratio is set to increase as the tire slip angle increases. By having such a relationship, the tire force calculation accuracy when the tire slip angle changes is improved.

例えば、タイヤ縦力Fxiからタイヤスリップ率κを求める式は、タイヤすべり角α、輪荷重をFzを用いて、次のように表される。
κ = tan(sin-1(Fxi/D0)/C0)/B0 … （１）
B0(α,Fz) = exp(-|kBx・α|)・Bx(Fz) … （２）
C0(α,Fz) = exp(-|kCx・α|)・Cx … （３）
D0(α,Fz) = exp(-|kDx・α|)・Dx(Fz) … （４） For example, the formula for obtaining the tire slip ratio κ of tire longitudinal force Fx i is a tire slip angle alpha, the wheel load by using the Fz, it is expressed as follows.
κ = tan (sin -1 (Fx i / D 0 ) / C 0 ) / B 0 … (1)
B 0 (α, Fz) = exp (-| kBx · α |) · Bx (Fz) (2)
C 0 (α, Fz) = exp (-| kCx · α |) · Cx (3)
D 0 (α, Fz) = exp (-| kDx · α |) · Dx (Fz) (4)

ここで、Bx、Cx、Dxはマジックフォーミュラタイヤモデルによって決定されるパラメータであり、kBx、kCx、kDxは輪荷重Fziによって決定されるパラメータである。式（１）は、マジックフォーミュラのタイヤモデルをベースにした近似式である。 Here, Bx, Cx, Dx is a parameter determined by the magic formula tire model, kBx, kCx, kDx are parameters determined by the wheel load Fz i. Expression (1) is an approximate expression based on a tire model of a magic formula.

このスリップ率演算値κと、公知のマジックフォーミュラやブラッシュモデルといったスリップ率を用いてタイヤ力を演算する式とから、タイヤ横力を演算することができる。   The tire lateral force can be calculated from the slip ratio calculated value κ and an equation for calculating the tire force using a slip ratio such as a known magic formula or brush model.

図６は、実施例１で用いたタイヤ横力演算装置によって、輪荷重とタイヤすべり角を変化させて演算したタイヤの摩擦円特性を、マジックフォーミュラと比較した結果を示す図であり、（ａ）はタイヤすべり角が小さいとき、（ｂ）はタイヤすべり角が大きいときの結果を示している。図６に示すように、実施例１のタイヤ横力演算方法によって、輪荷重やタイヤすべり角が変化した場合にも、精度よくタイヤ摩擦円特性を模擬できる。   FIG. 6 is a diagram showing a result of comparing the frictional circle characteristics of a tire calculated by changing the wheel load and the tire slip angle by the tire lateral force calculation device used in Example 1 with a magic formula. ) Shows the results when the tire slip angle is small, and (b) shows the results when the tire slip angle is large. As shown in FIG. 6, even when the wheel load or the tire slip angle is changed by the tire lateral force calculation method of the first embodiment, the tire friction circle characteristic can be accurately simulated.

なお、本実施例では無視したが、タイヤと路面間の摩擦係数に対する補正を行ってもよい。また、タイヤ縦力からタイヤスリップ率を求める手法は、タイヤ縦力、タイヤスリップ率、輪荷重、タイヤすべり角の関係が上述で述べた傾向を示すように設定されていれば、近似式に限らずマップ等を用いても良い。   Although ignored in the present embodiment, the coefficient of friction between the tire and the road surface may be corrected. Further, the method for obtaining the tire slip ratio from the tire longitudinal force is not limited to the approximate expression as long as the relationship between the tire longitudinal force, the tire slip ratio, the wheel load, and the tire slip angle is set so as to show the above-described tendency. A map or the like may be used instead.

図７は、統合コントローラ３０のブロック図である。   FIG. 7 is a block diagram of the integrated controller 30.

統合コントローラ３０では、目標タイヤすべり角および目標ヨーレートに対する制御が、例えば２０ms毎に実行される。   In the integrated controller 30, control with respect to the target tire slip angle and the target yaw rate is executed, for example, every 20 ms.

規範入力演算器101では、ここでは示さない上位のコントローラで演算される目標車体すべり角β0 *と目標ヨーレートγ0 *、および現在の車体すべり角βとヨーレートγを入力し、次の式(５)、式(６)を用いて規範入力を演算する。

Figure 2008087724
Figure 2008087724
ただし、ωβ、ωγは設計時に決定する規範応答の時定数である。 The normative input calculator 101 inputs a target vehicle slip angle β 0 * and a target yaw rate γ 0 * calculated by a host controller not shown here, and a current vehicle slip angle β and yaw rate γ. 5) Calculate the normative input using equation (6).
Figure 2008087724
Figure 2008087724
However, ω β and ω γ are time constants of normative responses determined at the time of design.

タイヤすべり角演算器102では、車体すべり角βと、車速Vと、ヨーレートγと、前輪舵角δfと、後輪舵角δrから次の式(７)、式(８)を用いて各輪のタイヤすべり角αi(i=fl,fr,rl,rr)を演算する。なおfl,fr,rl,rrはそれぞれ左前輪、右前輪、左後輪、右後輪を表している。
αfl = αfr = β+(Lf/V)・γ-δf … （７）
αrl = αrr = β-(Lr/V)・γ-δr … （８）
ただし、Lfは前輪軸重心点距離、Lrは後輪軸重心点距離とする。なお、このタイヤすべり角演算器102は、本発明のタイヤすべり角推定手段に相当する。 The tire slip angle calculator 102 uses the following equations (7) and (8) from the vehicle slip angle β, the vehicle speed V, the yaw rate γ, the front wheel rudder angle δ f, and the rear wheel rudder angle δ r. The tire slip angle α i (i = fl, fr, rl, rr) of each wheel is calculated. Fl, fr, rl, and rr represent the left front wheel, the right front wheel, the left rear wheel, and the right rear wheel, respectively.
α fl = α fr = β + (L f / V) · γ-δ f (7)
α rl = α rr = β- (L r / V) · γ-δ r (8)
However, L f is the front wheel axis center of gravity distance, and L r is the rear wheel axis center of gravity distance. The tire slip angle calculator 102 corresponds to the tire slip angle estimating means of the present invention.

輪荷重演算器103では、前輪前後方向加速度信号axfと、前輪横方向加速度信号ayfと、後輪前後方向加速度信号axrと、後輪横方向加速度信号ayrから、次の式(９)、式(１０)、式(１１)、式(１２)を用いて車両各輪の輪荷重Fzi(i=fl,fr,rl,rr)を求める。
Fzfl = Zf-ΔZd-2ΔZc・(Zf-ΔZd)/(Zf+Zr) … （９）
Fzfr = Zf-ΔZd+2ΔZc・(Zf-ΔZd)/(Zf+Zr) … （１０）
Fzrl = Zr+ΔZd-2ΔZc・(Zr+ΔZd)/(Zf+Zr) … （１１）
Fzrr = Zr+ΔZd+2ΔZc・(Zr+ΔZd)/(Zf+Zr) … （１２）
Zf = m・g・Lr/L … （１３）
Zr = m・g・Lf/L … （１４）
ΔZd = m・ax・hcg/2L … （１５）
ΔZc = m・ay・hcg/2Lt … （１６）
ax = (axf+axr)/2 … （１７）
ay = (Lr・ayf+Lf・ayr)/L … （１８）
ただし、ｍは車重、Lfは前輪軸重心点距離、Lrは後輪軸重心点距離、Ltはトレッドベース距離/2、Lはホイールベース長さ、hcgは重心高さとする。 In the wheel load calculator 103, from the front wheel longitudinal acceleration signal axf, the front wheel lateral acceleration signal ayf, the rear wheel longitudinal acceleration signal axr, and the rear wheel lateral acceleration signal ayr, the following equations (9) and ( 10), Formula (11), and Formula (12) are used to determine the wheel load Fz i (i = fl, fr, rl, rr) of each vehicle wheel.
Fz fl = Zf-ΔZd-2ΔZc ・ (Zf-ΔZd) / (Zf + Zr) (9)
Fz fr = Zf-ΔZd + 2ΔZc ・ (Zf-ΔZd) / (Zf + Zr) (10)
Fz rl = Zr + ΔZd-2ΔZc · (Zr + ΔZd) / (Zf + Zr) (11)
Fz rr = Zr + ΔZd + 2ΔZc · (Zr + ΔZd) / (Zf + Zr) (12)
Zf = m · g · Lr / L (13)
Zr = m · g · Lf / L (14)
ΔZd = m · ax · hcg / 2L (15)
ΔZc = m · ay · hcg / 2Lt (16)
ax = (axf + axr) / 2 (17)
ay = (Lr · ayf + Lf · ayr) / L (18)
Where m is the vehicle weight, Lf is the front wheel shaft center of gravity distance, Lr is the rear wheel shaft center of gravity distance, Lt is the tread base distance / 2, L is the wheel base length, and hcg is the center of gravity height.

なお、実施例１では無視したが、サスペンションによる荷重変化の遅れを考慮しても良い。また、各輪の輪荷重は加速度センサを用いずに、前後加速度と横加速度の目標値を代用しても良く、この場合には加速度センサ２８はなくても良い。   Although ignored in the first embodiment, a delay in load change due to the suspension may be considered. Further, the wheel load of each wheel may be substituted with the target values of the longitudinal acceleration and the lateral acceleration without using the acceleration sensor. In this case, the acceleration sensor 28 may not be provided.

この輪荷重演算器103は、本発明の輪荷重推定手段に相当する。   The wheel load calculator 103 corresponds to the wheel load estimating means of the present invention.

タイヤ縦力演算器104では、タイヤ縦力Fxi(i=fl,fr,rl,rr)を駆動力発生装置の出力トルクtTから演算する。なお、タイヤ縦力を車両運動の目標値として与える場合には、目標タイヤ縦力Fxi *を使用してもよい。 The tire longitudinal force calculator 104 calculates the tire longitudinal force Fx i (i = fl, fr, rl, rr) from the output torque tT of the driving force generator. Note that when the tire longitudinal force is given as the target value of the vehicle motion, the target tire longitudinal force Fx i * may be used.

タイヤ横力演算器105では、タイヤすべり角演算器102、輪荷重演算器103、タイヤ縦力演算器104より得られた、タイヤすべり角αi、輪荷重Fzi、タイヤ縦力Fxiを用いて、前述のタイヤ横力演算方法に基づいてタイヤ横力Fyiを演算する。なお、このタイヤ横力演算器105は、本発明のタイヤ横力推定手段に相当する。 The tire lateral force calculator 105 uses the tire slip angle α i , the wheel load Fz i , and the tire longitudinal force Fx i obtained from the tire slip angle calculator 102, the wheel load calculator 103, and the tire longitudinal force calculator 104. Thus, the tire lateral force Fy i is calculated based on the above-described tire lateral force calculating method. The tire lateral force calculator 105 corresponds to the tire lateral force estimating means of the present invention.

図８は、タイヤ横力演算器内部105で行われる演算のブロック図である。   FIG. 8 is a block diagram of calculations performed in the tire lateral force calculator interior 105.

図８に示すように、係数演算器201では、タイヤすべり角αi、輪荷重Fziから、前述の式(２)、式(３)、式(４)から係数B0,C0,D0を決定する。 As shown in FIG. 8, the coefficient calculator 201 calculates the coefficients B 0 , C 0 , D from the above-described equations (2), (3), and (4) from the tire slip angle α i and the wheel load Fz i. Determine 0 .

タイヤスリップ率演算器202では、係数演算器201で得られた係数B0,C0,D0を用いて、式(１)よりタイヤスリップ率推定値κを求める。なお、このタイヤスリップ率演算器202は、本発明のタイヤスリップ率演算手段に相当する。 The tire slip ratio calculator 202 uses the coefficients B 0 , C 0 , D 0 obtained by the coefficient calculator 201 to determine the tire slip ratio estimated value κ from the equation (1). The tire slip ratio calculator 202 corresponds to the tire slip ratio calculator of the present invention.

摩擦円特性演算器203では、タイヤスリップ率演算器202の演算結果とタイヤすべり角αiより、摩擦円特性によるタイヤ力補正量を式(１９)に基づいて演算する。
Fy0 = cos(CG・tan-1・(BG・(κ-am1))) … （１９）
CG = am0 … （２０）
BG = am2・cos(tan-1(am3α)) … （２１） The frictional circle characteristic calculator 203 calculates the tire force correction amount based on the frictional circle characteristic based on the equation (19) from the calculation result of the tire slip ratio calculator 202 and the tire slip angle α i .
Fy 0 = cos (CG ・ tan −1・ (BG ・ (κ-am 1 ))) (19)
CG = am 0 … (20)
BG = am 2・ cos (tan -1 (am 3 α)) (21)

なお、式(１９)はマジックフォーミュラモデルであり、ami (i=0,1,2,3)はタイヤ緒元で決まる定数である。 Equation (19) is a magic formula model, and am i (i = 0,1,2,3) is a constant determined by the tire specifications.

タイヤモデル204では、タイヤすべり角αiと輪荷重Fziと摩擦円特性演算器203の結果から、マジックフォーミュラに基づいた式(２２)によりタイヤ横力Fyiを演算する。
Fyi = (Dy・sin(cy・tan-1(By・(α+shy)))+svy)・Fy0 … （２２）
Dy = μ(a1・Fz+a2)・Fz … （２３）
Cy = a0 … （２４）
BCDy = a3・sin(2・tan-1(Fz/a4)) … （２５）
By = BCDy/(Dy・Cy) … （２６）
shy = a8・γ … （２７）
svy = a11・Fz・γ … （２８）
ここで、ai (i=0,1,2,3,4,8,11)はタイヤ緒元で決まる定数である。なお、このタイヤモデル204は本発明のタイヤ横力演算手段に相当する。 In the tire model 204, the tire lateral force Fy i is calculated from the tire slip angle α i , the wheel load Fz i, and the result of the frictional circle characteristic calculator 203 by the formula (22) based on the magic formula.
Fy i = (Dy · sin (cy · tan -1 (By · (α + shy))) + svy) · Fy 0 … (22)
Dy = μ (a 1 · Fz + a 2 ) · Fz (23)
Cy = a 0 (24)
BCDy = a 3 · sin (2 · tan -1 (Fz / a 4 )) (25)
By = BCDy / (Dy / Cy) (26)
shy = a 8・ γ (27)
svy = a 11・ Fz ・ γ (28)
Here, a i (i = 0,1,2,3,4,8,11) is a constant determined by the tire specifications. The tire model 204 corresponds to the tire lateral force calculation means of the present invention.

図７へもどり、コーナリングパワー演算器106では、タイヤすべり角演算器102、輪荷重演算器103、タイヤ縦力演算器104より得られた、タイヤすべり角αi、輪荷重Fzi、タイヤ縦力Fxiを用いて各輪のコーナリングパワーを演算する。各輪のコーナリングパワーは、タイヤすべり角演算器102で得られたタイヤすべり角まわりで、前述のタイヤ横力演算方法に基づいて演算したタイヤ横力Fyiを、タイヤすべり角で偏微分することにより式（２９）のように表される。ただし、添え字iは左前輪、右前輪、左後輪、右後輪を示すfl、fr、rl、rrとする。
Cp = ∂Fyi/∂α (i=fl,fr,rl,rr)… （２９） Returning to FIG. 7, in the cornering power calculator 106, the tire slip angle α i , the wheel load Fz i , the tire longitudinal force obtained from the tire slip angle calculator 102, the wheel load calculator 103, and the tire longitudinal force calculator 104 are obtained. calculating a cornering power of each wheel using the fx i. The cornering power of each wheel is obtained by partial differentiation of the tire lateral force Fy i calculated based on the tire lateral force calculation method described above around the tire slip angle obtained by the tire slip angle calculator 102 with the tire slip angle. Is expressed as in equation (29). Note that the subscript i is fl, fr, rl, and rr indicating the left front wheel, right front wheel, left rear wheel, and right rear wheel.
Cp = ∂Fy i / ∂α (i = fl, fr, rl, rr)… (29)

線形車両逆モデル107では、平面における車両運動を、横方向、ヨー回転方向で表した運動方程式の逆モデルに基づいて、目標タイヤすべり角α* i(i=fl,fr,rl,rr)を演算する。 In the linear vehicle inverse model 107, the target tire slip angle α * i (i = fl, fr, rl, rr) is calculated based on the inverse model of the equation of motion expressed in the horizontal direction and the yaw rotation direction. Calculate.

なお、線形車両の運動方程式は、各輪のすべり角αiおよび前後輪の舵角δiは、|αi|≪1、|δi|≪1として線形近似され、式(３０)、式(３１)のように表される。
mV(dβ*/dt+γ*) = Fyfl *+Fyfr *+Fyrl *+Fyrr * … （３０）
Iγ(dγ*/dt) = Lf(Fyfl *+Fyfr *)-Lr(Fyrl *+Fyrr *) … （３１）
ただし、ｍは車重、Vは車体速度、β*は目標車体すべり角、γ*は目標ヨーレート、Fxiはタイヤ縦力、Fy* iは目標タイヤ横力、Iγはヨー慣性モーメント、Lfは前輪軸重心点距離、Lrは後輪軸重心点距離、Ltはトレッドベース距離/2とする。 Note that the linear vehicle motion equation is such that the slip angle α i of each wheel and the rudder angle δ i of the front and rear wheels are linearly approximated as | α i | << 1, | δ i | << 1. It is expressed as (31).
mV (dβ * / dt + γ * ) = Fy fl * + Fy fr * + Fy rl * + Fy rr * … (30)
I γ (dγ * / dt) = Lf (Fy fl * + Fy fr * ) -Lr (Fy rl * + Fy rr * )… (31)
Where m is the vehicle weight, V is the vehicle speed, β * is the target vehicle slip angle, γ * is the target yaw rate, Fx i is the tire longitudinal force, Fy * i is the target tire lateral force, I γ is the yaw inertia moment, Lf Is the front wheel axle center point distance, Lr is the rear wheel axle center point distance, and Lt is the tread base distance / 2.

dβ*/dt(=β *)やdγ*/dt(=γ *)は、例えば規範入力演算器101より得ることができる。 dβ * / dt (= β * ) and dγ * / dt (= γ * ) can be obtained from the reference input computing unit 101, for example.

ここで、目標タイヤ横力Fyi xは、タイヤ縦力演算器104、コーナリングパワー演算器106およびタイヤすべり角演算器102で求めた、タイヤ横力Fyi、コーナリングパワーCpi、タイヤすべり角αiを用いて式（３２）のように表される。
Fyi * = Fyi+Cp(αi *-αi) … （３２）
ただし、αi *は目量タイヤすべり角とする。 Here, the target tire lateral force Fy i x is the tire lateral force Fy i , cornering power Cp i , tire slip angle α obtained by the tire longitudinal force calculator 104, the cornering power calculator 106, and the tire slip angle calculator 102. Using i , it is expressed as in equation (32).
Fy i * = Fy i + Cp (α i * −α i ) (32)
However, α i * is a scaled tire slip angle.

ここで目標タイヤすべり角は、線形近似することで式（３３）、式（３４）で表される。
αfl * = αfr * … （３３）
αrl * = αrr * … （３４） Here, the target tire slip angle is expressed by equations (33) and (34) by linear approximation.
α fl * = α fr * … (33)
α rl * = α rr * … (34)

よって、式(３０)、式(３１)、式(３２)、式(３３)、式(３４)より目標タイヤすべり角αi *は式(３５)、式(３６)で表される。

Figure 2008087724
Figure 2008087724
Therefore, the target tire slip angle α i * is expressed by Expression (35) and Expression (36) from Expression (30), Expression (31), Expression (32), Expression (33), and Expression (34).
Figure 2008087724
Figure 2008087724

舵角演算部108では、線形車両逆モデル107により得られた目標タイヤすべり角αf *,αr *と目標車両すべり角β*と目標ヨーレートγ*とから、操作量となる目標前後輪舵角δf *,δr *を式(３７)、式(３８)に基づいて演算する。
δf * = β*+(Lf/V)γ*-αf * … （３７）
δr * = β*+(Lr/V)γ*-αr * … （３８）
なお、式(３７)、式(３８)は、式(７)、式(８)から求められる。 The rudder angle calculation unit 108 uses the target tire slip angle α f * , α r * , the target vehicle slip angle β *, and the target yaw rate γ * obtained by the linear vehicle inverse model 107 as a target front and rear wheel rudder. The angles δ f * and δ r * are calculated based on the equations (37) and (38).
δ f * = β * + (L f / V) γ * -α f * (37)
δ r * = β * + ( L r / V) γ * -α r * ... (38)
Expressions (37) and (38) are obtained from Expressions (7) and (8).

図９は、実施例１のタイヤ横力演算装置（本発明手法）によって車体すべり角とヨーレートの制御を行った場合と、従来手法のように輪荷重とタイヤ縦力を無視したモデルによるコントローラによって車体すべり角とヨーレートの制御を行った場合のシミュレーション結果である。このシミュレーションにおいては、タイヤ縦力が正方向、つまり車両前方方向に発生したときの結果である。図９（ａ）は車体すべり角の結果を、（ｂ）はヨーレートの結果を示し、実線は目標値、破線は従来手法、一点鎖線は本発明手法を示している。   FIG. 9 shows a case where the vehicle slip angle and yaw rate are controlled by the tire lateral force calculation device (the method of the present invention) of Example 1, and a controller based on a model that ignores wheel load and tire longitudinal force as in the conventional method. It is a simulation result at the time of controlling body slip angle and yaw rate. In this simulation, the result is when the tire longitudinal force is generated in the positive direction, that is, in the forward direction of the vehicle. 9A shows the result of the vehicle slip angle, FIG. 9B shows the result of the yaw rate, the solid line shows the target value, the broken line shows the conventional method, and the alternate long and short dash line shows the method of the present invention.

図９に示すように、本発明手法を用いて実施例１の統合コントローラ３０が演算した目標車体すべり角、目標ヨーレートは、目標値に追従している。一方、従来手法を用いたコントローラが演算した目標車体すべり角、目標ヨーレートは共に目標値に対して誤差が生じることがわかる。この結果から、本発明手法は従来手法と比べタイヤ縦力の変化や、輪荷重の変化に対する応答性に大きな効果があり、乗り心地や操安性が向上するといえる。   As shown in FIG. 9, the target vehicle slip angle and the target yaw rate calculated by the integrated controller 30 of the first embodiment using the method of the present invention follow the target values. On the other hand, it can be seen that the target vehicle slip angle and the target yaw rate calculated by the controller using the conventional method both have an error with respect to the target value. From this result, it can be said that the technique of the present invention has a great effect on the response to changes in the tire longitudinal force and the wheel load compared to the conventional technique, and the ride comfort and the handling are improved.

実施例１の効果を以下に示す。   The effect of Example 1 is shown below.

（１）実施例１のタイヤ横力演算装置においては、タイヤすべり角を求めるタイヤすべり角演算器（タイヤすべり角推定手段）102と、輪荷重を求める輪荷重演算器（輪荷重推定手段）103と、所定のタイヤスリップ率の範囲でタイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係を近似した近似式と、タイヤスリップ率とタイヤ横力との関係とを用いて、タイヤすべり角推定値と輪荷重推定値とタイヤ縦力とから、タイヤ横力を求めるタイヤ横力演算器（タイヤ横力推定手段）105とを備えた。   (1) In the tire lateral force calculation device according to the first embodiment, a tire slip angle calculator (tire slip angle estimating means) 102 for determining a tire slip angle, and a wheel load calculator (wheel load estimating means) 103 for determining a wheel load. Tire slip angle estimate and wheel load using an approximate expression that approximates the relationship between tire longitudinal force and tire slip rate within a predetermined tire slip rate range and the relationship between tire slip rate and tire lateral force. A tire lateral force calculator (tire lateral force estimating means) 105 for obtaining tire lateral force from the estimated value and tire longitudinal force is provided.

タイヤ横力の演算において、応答速度の速い実タイヤスリップ率を検出する必要がないため、演算周期を短くすることなく、タイヤスリップ率の演算精度を向上することができる。また、所定のタイヤスリップ率の範囲におけるタイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係を利用するため、収束演算を用いずに摩擦円を考慮した精度よいタイヤ力の演算が可能になり、演算負荷を下げられる。   In the calculation of the tire lateral force, it is not necessary to detect the actual tire slip rate with a fast response speed, so that the calculation accuracy of the tire slip rate can be improved without shortening the calculation cycle. In addition, since the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip rate within a predetermined tire slip rate range is used, it is possible to calculate the tire force with high accuracy in consideration of the friction circle without using the convergence calculation, and the calculation load is reduced. Be lowered.

以上の効果により、摩擦円を考慮した制御を安価に実現できると共に、演算精度が向上するため、乗り心地や操安性が向上し、違和感が抑制される。また、タイヤ摩擦円を考慮して、ヨーレート制御を行うフィードフォワード制御器を設計できるため、目標ヨーレートを精度良く実現でき、乗り心地や操安性が向上する。   Due to the above effects, control considering the friction circle can be realized at low cost, and the calculation accuracy is improved, so that the ride comfort and the maneuverability are improved and the uncomfortable feeling is suppressed. In addition, since a feedforward controller that performs yaw rate control can be designed in consideration of the tire friction circle, the target yaw rate can be realized with high accuracy, and riding comfort and operability are improved.

（２）タイヤ横力演算器（タイヤ横力推定手段）105は、所定のタイヤスリップ率の範囲でタイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係を近似した近似式を用いて、タイヤすべり角推定値と輪荷重推定値と前記タイヤ縦力からタイヤスリップ率を演算するタイヤスリップ率演算器（タイヤスリップ率演算手段）202と、タイヤすべり角推定値と輪荷重推定値とタイヤスリップ率とからタイヤ横力を求めるタイヤモデル（タイヤ横力演算手段）204とを備えた。   (2) The tire lateral force calculator (tire lateral force estimating means) 105 uses an approximate expression that approximates the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip ratio within a predetermined tire slip ratio range, and estimates the tire slip angle. Tire slip ratio calculator (tire slip ratio calculating means) 202 for calculating a tire slip ratio from the tire load estimated value and the tire longitudinal force, tire slip angle estimated value, wheel load estimated value and tire slip ratio A tire model (tire lateral force calculation means) 204 for obtaining a force.

よって、タイヤ横力演算において応答速度の速いタイヤスリップ率を検出する必要がないため、短い演算周期を必要とせず演算負荷を下げられる。そのため、摩擦円を考慮した制御を安価に実現できる。   Therefore, since it is not necessary to detect a tire slip rate with a fast response speed in the tire lateral force calculation, a calculation load can be reduced without requiring a short calculation cycle. Therefore, it is possible to realize control in consideration of the friction circle at a low cost.

（３）所定のタイヤスリップ率範囲は、任意の輪荷重推定値において、タイヤ縦力が最小となるタイヤスリップ率から、タイヤ縦力が最大となるタイヤスリップ率までの範囲とした。   (3) The predetermined tire slip ratio range is a range from a tire slip ratio at which the tire longitudinal force is minimum to a tire slip ratio at which the tire vertical force is maximum in an arbitrary estimated wheel load value.

そのため、タイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係が一意に得ることが可能となる。よって、高価な演算装置を用いて収束演算等を行わなければ実現できなかった演算を、安価な演算装置で実現できるようになりコストの低減できる。   Therefore, the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip rate can be uniquely obtained. Therefore, an operation that could not be realized without performing a convergence operation or the like using an expensive arithmetic device can be realized with an inexpensive arithmetic device, and the cost can be reduced.

（４）所定のタイヤスリップ率範囲において、タイヤ縦力絶対値の増加に応じてタイヤスリップ率絶対値が増加するとともに、タイヤ縦力絶対値の増加に応じてタイヤスリップ率絶対値の変化率が増大し、タイヤ縦力絶対値が最大となるときに、タイヤスリップ率絶対値の変化率が無限大になるようにした。   (4) In a predetermined tire slip ratio range, the absolute value of the tire slip ratio increases as the absolute value of the tire longitudinal force increases, and the change rate of the absolute value of the tire slip ratio increases as the absolute value of the tire longitudinal force increases. When the absolute value of the tire longitudinal force increases, the rate of change in the absolute value of the tire slip ratio is infinite.

そのため、タイヤ摩擦円特性を高精度に考慮した制御を実現できるため、乗り心地や操安性が向上し、違和感が抑制される。   Therefore, since the control considering the tire frictional circle characteristic with high accuracy can be realized, the ride comfort and the maneuverability are improved, and the uncomfortable feeling is suppressed.

（５）所定のタイヤスリップ率の範囲でタイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係を近似した近似式を、タイヤスリップ率絶対値がゼロ近傍のときの、タイヤ縦力に対するタイヤスリップ率絶対値の変化率が、輪荷重の増加に応じて、下に凸の曲線で表される関係に設定した。   (5) An approximate expression that approximates the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip ratio within a predetermined tire slip ratio range is the absolute value of the tire slip ratio relative to the tire longitudinal force when the tire slip ratio absolute value is near zero. The rate of change was set to a relationship represented by a downwardly convex curve in accordance with an increase in wheel load.

よって、車両が加速円旋回する場合などに、タイヤ力演算の精度が向上し、精度のよい制御を実現できるため、乗り心地や操安性が向上し、違和感が抑制される。   Therefore, when the vehicle turns in an acceleration circle, the accuracy of the tire force calculation is improved, and accurate control can be realized, so that the ride comfort and the maneuverability are improved, and the uncomfortable feeling is suppressed.

（６）所定のタイヤスリップ率の範囲でタイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係を近似した近似式を、輪荷重の増加に応じて、タイヤ縦力に対するタイヤスリップ率を減少させるように設定した。   (6) An approximate expression that approximates the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip rate within a predetermined tire slip rate range is set so as to decrease the tire slip rate with respect to the tire longitudinal force according to an increase in wheel load. .

そのため、車両が旋回中の制駆動時にタイヤ力演算を高精度に行え、精度のよい制御を実現できるため、乗り心地や操安性が向上し、違和感が抑制される。   Therefore, tire force calculation can be performed with high accuracy during braking / driving while the vehicle is turning, and accurate control can be realized. Therefore, riding comfort and operability are improved, and a sense of incongruity is suppressed.

（７）所定のタイヤスリップ率の範囲でタイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係を近似した近似式を、すべり角の増加に応じて、タイヤ縦力に対するタイヤスリップ率を増加させるように設定した。   (7) An approximate expression that approximates the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip rate within a predetermined tire slip rate range is set so as to increase the tire slip rate with respect to the tire longitudinal force according to an increase in the slip angle. .

そのため、車両旋回中にタイヤ力演算の精度が向上する。よって、精度のよい制御を実現できるため、乗り心地や操安性が向上し、違和感が抑制される。   Therefore, the accuracy of tire force calculation is improved during vehicle turning. Therefore, since accurate control can be realized, riding comfort and operability are improved, and a sense of incongruity is suppressed.

（８）所定のタイヤスリップ率の範囲でタイヤ縦力とタイヤスリップ率との関係を近似した近似式は、タイヤスリップ率をκ、タイヤ縦力をFxiと、輪荷重およびタイヤすべり角から決められる係数B0,C0,D0を用いた式、
κ＝tan(sin-1(Fxi/D0)/C0)/B0
とした。 (8) An approximate expression that approximates the relationship between tire longitudinal force and tire slip rate within a predetermined tire slip rate range is determined from tire slip rate κ, tire longitudinal force Fx i , wheel load and tire slip angle. Formula using the coefficients B 0 , C 0 , D 0
κ = tan (sin -1 (Fx i / D 0 ) / C 0 ) / B 0
It was.

応答速度の速いタイヤスリップ率を検出することなく、タイヤ横力を具体的に演算することができるため、短い演算周期を必要とせず演算負荷を下げられる。また、タイヤ縦力の影響を考慮した精度よいタイヤ横力の演算を、低い演算負荷で得られる。以上の効果により、安価な演算装置で、高精度に摩擦円を考慮した制御を実現できるため、乗り心地や操安性が向上し、違和感が抑制される。   Since the tire lateral force can be specifically calculated without detecting a tire slip rate with a fast response speed, the calculation load can be reduced without requiring a short calculation cycle. In addition, accurate calculation of the tire lateral force in consideration of the influence of the tire longitudinal force can be obtained with a low calculation load. Due to the above effects, a low-priced arithmetic device can realize control with high precision in consideration of the friction circle, so that ride comfort and handling are improved and a sense of incongruity is suppressed.

次に、実施例２について説明する。   Next, Example 2 will be described.

実施例２は、最適経路生成などの車両挙動予測で用いられる内部車両モデルの演算例である。最適経路生成とは、計算機内部に持った車両モデルで予測演算された結果が、規定した評価関数を最適にするように、最適制御により自車の最適経路生成を行うものである。例えば、「自動車の最適経路生成」（計測と制御2006 Vol.45 No.3 pp.209-215、西羅光（日産）、川邊武俊（九州大））記載の手法などが知られている。現実的なコントローラで精度よく最適経路を生成するためには、低い演算負荷で精度の良い演算を行える車両モデルが必要とされる。   The second embodiment is a calculation example of an internal vehicle model used in vehicle behavior prediction such as optimal route generation. The optimal route generation is to generate an optimal route of the vehicle by optimal control so that the result of the prediction calculation by the vehicle model held in the computer optimizes the specified evaluation function. For example, a method described in “Optimum route generation of automobile” (measurement and control 2006 Vol.45 No.3 pp.209-215, Sairakou (Nissan), Taketoshi Kawabuchi (Kyushu Univ.)) Is known. In order to generate an optimal route with high accuracy using a realistic controller, a vehicle model capable of performing high-precision calculation with a low calculation load is required.

実施例１と同じ構成については、同一の符号を付して説明を省略する。   About the same structure as Example 1, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図１０に、本発明のタイヤ横力演算装置を用いた車両モデルのブロック図を示す。   FIG. 10 shows a block diagram of a vehicle model using the tire lateral force calculation device of the present invention.

ここで、タイヤすべり角演算器301は実施例１のタイヤすべり角演算器102と、輪荷重演算器302は実施例１の輪荷重演算器103と同様の演算を行う。   Here, the tire slip angle calculator 301 performs the same calculation as the tire slip angle calculator 102 of the first embodiment, and the wheel load calculator 302 performs the same calculation as the wheel load calculator 103 of the first embodiment.

ステア遅れ演算器303では、前後輪舵角は時定数1/ωδの一次遅れで追従するものとして、次の式(３９)、式(４０)に示す演算を行っている。

Figure 2008087724
Figure 2008087724
The steer delay calculator 303 performs the calculations shown in the following equations (39) and (40) on the assumption that the front and rear wheel steering angles follow the first-order lag of the time constant 1 / ω δ .
Figure 2008087724
Figure 2008087724

タイヤ横力演算器304では、実施例１のタイヤ横力演算器105と同様、図８のブロック図に示したタイヤ横力演算手法に基づいてタイヤ横力の演算を行う。   Similar to the tire lateral force calculator 105 of the first embodiment, the tire lateral force calculator 304 calculates the tire lateral force based on the tire lateral force calculation method shown in the block diagram of FIG.

タイヤ力遅れ演算器305では、タイヤ縦力Fxi、タイヤ横力は時定数1/ωx、1/ωyの一次遅れで追従するものとして(４１) (４２)式に示す演算を行っている。ただし、添え字iは左前輪、右前輪、左後輪、右後輪を示すfl、fr、rl、rrとする。
Fxi' = -ωx・Fxi'+ωx・Fxi … （４１）
Fyi' = -ωy・Fyi'+ωy・Fyi … （４２） The tire force delay calculator 305 performs the calculations shown in equations (41) and (42) on the assumption that the tire longitudinal force Fx i and the tire lateral force follow with the first order delay of the time constants 1 / ω x and 1 / ω y. Yes. Note that the subscript i is fl, fr, rl, and rr indicating the left front wheel, right front wheel, left rear wheel, and right rear wheel.
Fx i '= -ω x · Fx i ' + ω x · Fx i (41)
Fy i '= -ω y · Fy i ' + ω y · Fy i (42)

線形車両モデル306では、平面における車両運動を、前後方向、横方向、ヨー回転方向の３自由度として式(４３)、式(４４)、式(４５)に示した運動方程式の演算を行う。ここで、式(４３)、式(４４)、式(４５)は各輪のすべり角αi、前後輪の舵角δiを|αi|≪1、|δi|≪1として、線形近似している。添え字iは左前輪、右前輪、左後輪、右後輪を示すfl、fr、rl、rrとする。
m・(dV/dt) = Fxfl+Fxfr+Fxrl+Fxrr … （４３）
m・V・(dβ/dt+γ) = Fxfl+Fxfr+Fxrl+Fxrr … （４４）
Iγ(dγ/dt) = Lf(Fxfl+Fxfr)-Lr(Fxrl+Fxrr)+Lt｛(Fxfl+Fxfr)-(Fxrl+Fxrr)｝ … （４５）
ここで、mは車重、Vは車体速度、βは車体滑り角、γはヨーレート、Fxiはタイヤ縦力、Fyiはタイヤ横力、Iγはヨー慣性モーメント、Lfは前輪軸重心点距離、Lrは後輪軸重心点距離、Ltはトレッドベース距離/2とする。 In the linear vehicle model 306, the motion equation shown in the equations (43), (44), and (45) is calculated with the vehicle motion in the plane as three degrees of freedom in the front and rear direction, the lateral direction, and the yaw rotation direction. Here, Equation (43), Equation (44), and Equation (45) are linear when the slip angle α i of each wheel and the rudder angle δ i of the front and rear wheels are set to | α i | << 1, | δ i | << 1. Approximate. The subscript i is fl, fr, rl, and rr indicating the left front wheel, right front wheel, left rear wheel, and right rear wheel.
m · (dV / dt) = Fx fl + Fx fr + Fx rl + Fx rr (43)
m ・ V ・ (dβ / dt + γ) = Fx fl + Fx fr + Fx rl + Fx rr (44)
I γ (dγ / dt) = L f (Fx fl + Fx fr ) -L r (Fx rl + Fx rr ) + L t {(Fx fl + Fx fr )-(Fx rl + Fx rr )} (45 )
Where m is the vehicle weight, V is the vehicle speed, β is the vehicle body slip angle, γ is the yaw rate, Fx i is the tire longitudinal force, Fy i is the tire lateral force, I γ is the yaw moment of inertia, and L f is the front wheel axle center of gravity. The point distance, Lr is the rear wheel axle center point distance, and Lt is the tread base distance / 2.

次に、回避運動を想定した入力を車両モデルに与え、車両運動を演算した結果を示す。   Next, the result of calculating the vehicle motion by giving an input assuming the avoidance motion to the vehicle model is shown.

図１１は、従来のようにマジックフォーミュラを用いて演算したシミュレーション結果と、本発明のタイヤ横力演算装置（本発明手法）を用いて演算したシミュレーション結果を示したタイムチャートである。このシミュレーションでは、従来手法を用いたモデルの演算周期を１msとし、本発明手法を用いたモデルの演算周期を20msとして演算したときのものである。入力は、どちらも同じ前輪舵角と、パルス状に与えた後輪駆動力とする。   FIG. 11 is a time chart showing a simulation result calculated using a magic formula as in the prior art and a simulation result calculated using the tire lateral force calculation device (the method of the present invention) of the present invention. In this simulation, the calculation cycle of the model using the conventional method is 1 ms, and the calculation cycle of the model using the method of the present invention is 20 ms. The inputs are the same front wheel steering angle and the rear wheel driving force given in pulses.

図１１（ａ）は入力として与える前輪舵角、（ｂ）は横力の応答、（ｃ）は横方向位置、（ｄ）はヨーレートを示し、実線は目標値、破線は従来手法、一点鎖線は本発明手法を示している。   11 (a) is a front wheel steering angle given as an input, (b) is a response of lateral force, (c) is a lateral position, (d) is a yaw rate, a solid line is a target value, a broken line is a conventional method, a one-dot chain line Shows the method of the present invention.

この結果より、本発明手法を用いた車両運動の演算結果は、従来手法の車両運動演算結果を模擬できていることが分かる。   From this result, it can be seen that the calculation result of the vehicle motion using the method of the present invention can simulate the vehicle motion calculation result of the conventional method.

また、従来手法では、演算周期を20msとした場合、タイヤスリップ率が発散してしまい、車両運動を演算することができなかった。これに対し、本発明手法は演算精度を落とすことなく、演算負荷を改善することに大きな効果があることが分かる   Further, in the conventional method, when the calculation cycle is set to 20 ms, the tire slip rate diverges and the vehicle motion cannot be calculated. On the other hand, it can be seen that the method of the present invention has a great effect on improving the calculation load without reducing the calculation accuracy.

次に、実施例２の効果について述べる。   Next, effects of the second embodiment will be described.

以上の結果から、計算機内部に持った車両モデルを用いて経路生成等の演算を行う場合、モデルとして本発明手法を用いることで、安価な演算装置で、高精度に摩擦円を考慮した制御を実現できるため、乗り心地や操安性が向上し、違和感が抑制される。   From the above results, when performing computations such as route generation using a vehicle model held inside the computer, by using the method of the present invention as a model, it is possible to control with high accuracy in consideration of the friction circle with an inexpensive computing device. Since it can be realized, ride comfort and handling are improved, and a sense of incongruity is suppressed.

以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１および実施例２に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は、実施例１および実施例２に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。   Although the best mode for carrying out the present invention has been described based on the first and second embodiments, the specific configuration of the present invention is not limited to the first and second embodiments. The present invention includes any design changes that do not depart from the spirit of the invention.

例えば、実施例１および実施例２では、本発明のタイヤ横力演算装置を電気自動車に適用した例を示したが、前後輪の操舵が可能な車両であれば電気自動車に限らず、さまざまな車両に適用できる。   For example, in Example 1 and Example 2, the tire lateral force calculation device of the present invention is applied to an electric vehicle. However, the vehicle is not limited to an electric vehicle as long as the vehicle can steer front and rear wheels. Applicable to vehicles.

実施例１のタイヤ横力演算装置を適用した、左右後輪をそれぞれ別々の電気モータで独立駆動する電気自動車の構成図である。It is a block diagram of the electric vehicle to which the left and right rear wheels are independently driven by separate electric motors, to which the tire lateral force calculation device of Example 1 is applied. 実施例１のタイヤ縦力とタイヤスリップ率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the tire longitudinal force of Example 1, and a tire slip ratio. 実施例１のタイヤスリップ率の絶対値がゼロ近傍であるときの、タイヤ縦力に対するタイヤスリップ率の絶対値の変化率と、輪荷重との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the change rate of the absolute value of the tire slip ratio with respect to a tire longitudinal force, and wheel load when the absolute value of the tire slip ratio of Example 1 is near zero. 実施例１の輪荷重に応じたタイヤ縦力とタイヤスリップ率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the tire longitudinal force according to the wheel load of Example 1, and a tire slip ratio. 実施例１のタイヤすべり角に応じたタイヤ縦力とタイヤスリップ率の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the tire longitudinal force according to the tire slip angle of Example 1, and a tire slip ratio. 実施例１のタイヤ横力演算装置によって、輪荷重とタイヤすべり角を変化させて演算したタイヤの摩擦円特性を、マジックフォーミュラと比較した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having compared the frictional-circle characteristic of the tire calculated by changing the wheel load and the tire slip angle with the magic formula by the tire lateral force calculating apparatus of Example 1. 実施例１の統合コントローラのブロック図である。2 is a block diagram of an integrated controller according to Embodiment 1. FIG. 実施例１のタイヤ横力演算器内部で行われる演算のブロック図である。It is a block diagram of the calculation performed inside the tire lateral force calculator of Example 1. 実施例１のタイヤ横力演算装置によって車体すべり角とヨーレートの制御を行った場合と、従来手法のように輪荷重とタイヤ縦力を無視したモデルによるコントローラによって車体すべり角とヨーレートの制御を行った場合のシミュレーション結果である。The vehicle slip angle and yaw rate are controlled by the tire lateral force calculation device of the first embodiment, and the vehicle slip angle and yaw rate are controlled by a controller that ignores wheel load and tire longitudinal force as in the conventional method. It is a simulation result in the case of. 実施例２のタイヤ横力演算装置を用いた車両モデルのブロック図を示す。The block diagram of the vehicle model using the tire lateral force calculating apparatus of Example 2 is shown. 実施例２のタイヤ横力演算装置を用いて演算したシミュレーション結果と、従来のマジックフォーミュラを用いて演算したシミュレーション結果とを示したタイムチャートである。It is the time chart which showed the simulation result computed using the tire lateral force calculating apparatus of Example 2, and the simulation result computed using the conventional magic formula.

符号の説明Explanation of symbols

102 タイヤすべり角演算器
103 輪荷重演算器
104 タイヤ縦力演算器
105 タイヤ横力演算器
107 線形車両逆モデル
108 舵角演算部
201 係数演算器
202 タイヤスリップ率演算器
204 タイヤモデル 102 Tire slip angle calculator
103 Wheel load calculator
104 Tire longitudinal force calculator
105 Tire lateral force calculator
107 Linear vehicle inverse model
108 Rudder angle calculator
201 Coefficient calculator
202 Tire slip ratio calculator
204 tire model

Claims (8)

タイヤすべり角を推定または検出するタイヤすべり角推定手段と、
輪荷重を推定または検出する輪荷重推定手段と、
所定のタイヤスリップ率の範囲でタイヤ縦力からタイヤスリップ率への関係を近似した近似式と、タイヤスリップ率とタイヤ横力との関係とを用いて、タイヤすべり角推定値と輪荷重推定値とタイヤ縦力とから、タイヤ横力を求めるタイヤ横力推定手段と、
を備えたことを特徴とするタイヤ横力演算装置。 Tire slip angle estimating means for estimating or detecting a tire slip angle;
A wheel load estimating means for estimating or detecting a wheel load;
Estimated tire slip angle and estimated wheel load using an approximate expression that approximates the relationship from tire longitudinal force to tire slip rate within a predetermined tire slip rate range and the relationship between tire slip rate and tire lateral force Tire lateral force estimating means for obtaining tire lateral force from tire longitudinal force and tire longitudinal force;
A tire lateral force calculation device comprising: 請求項１に記載のタイヤ横力演算装置において、
前記タイヤ横力推定手段は、
前記所定のタイヤスリップ率の範囲で前記タイヤ縦力と前記タイヤスリップ率との関係を近似した近似式を用いて、前記タイヤすべり角推定値と前記輪荷重推定値と前記タイヤ縦力から前記タイヤスリップ率を演算するタイヤスリップ率演算手段と、
前記タイヤすべり角推定値と前記輪荷重推定値と前記タイヤスリップ率とからタイヤ横力を求めるタイヤ横力演算手段と、
を有することを特徴とするタイヤ横力演算装置。 In the tire lateral force calculation device according to claim 1,
The tire lateral force estimating means includes
From the tire slip angle estimated value, the wheel load estimated value, and the tire longitudinal force, an approximate expression that approximates the relationship between the tire longitudinal force and the tire slip ratio within the range of the predetermined tire slip ratio is used. Tire slip ratio calculating means for calculating the slip ratio;
Tire lateral force calculation means for obtaining tire lateral force from the tire slip angle estimated value, the wheel load estimated value, and the tire slip rate;
A tire lateral force calculation device comprising: 請求項１または請求項２に記載のタイヤ横力演算装置において、
前記所定のタイヤスリップ率範囲は、任意の輪荷重推定値において、前記タイヤ縦力が最小となるタイヤスリップ率から、前記タイヤ縦力が最大となるタイヤスリップ率までの範囲であることを特徴とするタイヤ横力演算装置。 In the tire lateral force calculation device according to claim 1 or 2,
The predetermined tire slip ratio range is a range from a tire slip ratio at which the tire longitudinal force is minimum to a tire slip ratio at which the tire vertical force is maximum at an arbitrary estimated wheel load. Tire lateral force calculation device. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のタイヤ横力演算装置において、
前記所定のタイヤスリップ率範囲において、前記タイヤ縦力絶対値の増加に応じてタイヤスリップ率絶対値が増加するとともに、前記タイヤ縦力絶対値の増加に応じて前記タイヤスリップ率絶対値の変化率が増大し、前記タイヤ縦力絶対値が最大となるときに、前記タイヤスリップ率絶対値の変化率が無限大になることを特徴とするタイヤ横力演算装置。 In the tire lateral force calculation device according to any one of claims 1 to 3,
In the predetermined tire slip ratio range, the absolute value of the tire slip ratio increases as the absolute value of the tire longitudinal force increases, and the rate of change of the absolute value of the tire slip ratio as the absolute value of the tire longitudinal force increases. When the absolute value of the tire longitudinal force increases and the absolute value of the tire longitudinal force becomes maximum, the change rate of the absolute value of the tire slip ratio becomes infinite. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のタイヤ横力演算装置において、
前記近似式を、前記タイヤスリップ率絶対値がゼロ近傍のときの、前記タイヤ縦力に対する前記タイヤスリップ率絶対値の変化率が、前記輪荷重の増加に応じて、下に凸の曲線で表される関係に設定することを特徴とするタイヤ横力演算装置。 In the tire lateral force calculation device according to any one of claims 1 to 4,
When the absolute value of the tire slip ratio is close to zero, the change rate of the absolute value of the tire slip ratio with respect to the tire longitudinal force is expressed by a downwardly convex curve as the wheel load increases. The tire lateral force calculation device is characterized in that the relationship is set to the relationship. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のタイヤ横力演算装置において、
前記近似式を、前記輪荷重の増加に応じて、前記タイヤ縦力に対する前記タイヤスリップ率を減少させるように設定ことを特徴とするタイヤ横力演算装置。 In the tire lateral force calculation device according to any one of claims 1 to 5,
The tire lateral force calculation device according to claim 1, wherein the approximate expression is set so as to decrease the tire slip ratio with respect to the tire longitudinal force in accordance with an increase in the wheel load. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のタイヤ横力演算装置において、
前記近似式を、前記すべり角の増加に応じて、前記タイヤ縦力に対する前記タイヤスリップ率を増加させるように設定することを特徴とするタイヤ横力演算装置。 In the tire lateral force calculation device according to any one of claims 1 to 6,
The tire lateral force calculation device according to claim 1, wherein the approximate expression is set so as to increase the tire slip ratio with respect to the tire longitudinal force in accordance with an increase in the slip angle. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のタイヤ横力演算装置において、
前記近似式は、前記タイヤスリップ率をκ、前記タイヤ縦力をFxiと、前記輪荷重および前記タイヤすべり角から決められる係数B0,C0,D0を用いた式、
κ＝tan(sin-1(Fxi/D0)/C0)/B0
であることを特徴とするタイヤ横力演算装置。 In the tire lateral force calculation device according to any one of claims 1 to 7,
The approximate expression is an expression using the tire slip ratio κ, the tire longitudinal force Fx i, and the coefficients B 0 , C 0 , D 0 determined from the wheel load and the tire slip angle,
κ = tan (sin -1 (Fx i / D 0 ) / C 0 ) / B 0
A tire lateral force calculation device characterized by the above.
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