JP2013007703A - Device for estimating tire ground contact length - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、タイヤ接地長を推定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for estimating a tire contact length.
タイヤ接地長を推定する技術としては、例えば特許文献1に記載の技術があった。
この従来技術では、転動するタイヤの加速度データを取得するためにタイヤのトレッド内部に加速度センサを設けている。そして、この従来技術では、先ず、転動するタイヤにおける接地近傍の時系列加速度データから、タイヤ接地面の踏み込み側のピーク値及び蹴り出し側のピーク値を取り出す。また、この従来技術では、これらのピーク値に基づいて、接地長を定めるための踏み込み側閾値と蹴り出し側閾値とを設定する。さらに、この従来技術では、加速度の計測時系列データの波形が、設定した踏み込み側閾値及び蹴り出し側閾値のそれぞれを横切る交点を求めることによって、タイヤ接地長を算出する。
As a technique for estimating the tire contact length, for example, there is a technique described in
In this prior art, an acceleration sensor is provided inside the tread of the tire in order to acquire acceleration data of the rolling tire. In this conventional technique, first, the peak value on the stepping side and the peak value on the kicking side of the tire contact surface are extracted from the time-series acceleration data in the vicinity of contact with the rolling tire. Moreover, in this prior art, the step-on side threshold value and the kick-out side threshold value for determining the contact length are set based on these peak values. Further, in this prior art, the tire contact length is calculated by obtaining the intersection point where the waveform of the acceleration measurement time-series data crosses the set stepping-side threshold value and the kicking-side threshold value.
しかしながら、前記従来技術では、転動するタイヤの加速度データを取得するためにタイヤのトレッド内部に加速度センサを設けることが必要であった。加速度センサの加速度情報は無線信号で車両に定期的に送信されるが、車両は、送信の状態や受信の状態の変化で、その情報全てを受信できるとは限らない。その結果、特許文献1に開示の技術では、タイヤの接地長の推定が安定して行えないおそれがあった。
本発明の目的は、車輪に加速度センサを設けることなくタイヤ接地長を安定して推定することを目的とする。
However, in the prior art, it is necessary to provide an acceleration sensor inside the tire tread in order to acquire acceleration data of the rolling tire. Although the acceleration information of the acceleration sensor is periodically transmitted to the vehicle as a radio signal, the vehicle cannot always receive all the information due to a change in the transmission state or the reception state. As a result, the technique disclosed in
An object of the present invention is to stably estimate a tire contact length without providing an acceleration sensor on a wheel.
前記課題を解決するために、本発明の一実施態様では、タイヤのセルフアライニングトルク、車両のヨーレート、及び車両の横加速度を検出する。また、本発明の一実施態様では、検出した車両のヨーレート及び車両の横加速度に基づいてタイヤの横力を推定する。また、本発明の一実施態様では、輪荷重の変化比を算出する。さらに、本発明の一実施態様では、セルフアライニングトルク及び輪荷重の変化比に基づいて、基準セルフアライニングトルクを算出する。そして、本発明の一実施態様では、算出した基準セルフアライニングトルクがピークになっていると判定すると、セルフアライニングトルクを横力で除算した値をタイヤの接地長として推定する。 In order to solve the above-mentioned problems, in one embodiment of the present invention, the self-aligning torque of the tire, the yaw rate of the vehicle, and the lateral acceleration of the vehicle are detected. In one embodiment of the present invention, the lateral force of the tire is estimated based on the detected vehicle yaw rate and vehicle lateral acceleration. In one embodiment of the present invention, the change ratio of the wheel load is calculated. Furthermore, in one embodiment of the present invention, the reference self-aligning torque is calculated based on the change ratio of the self-aligning torque and the wheel load. In one embodiment of the present invention, when it is determined that the calculated reference self-aligning torque has a peak, a value obtained by dividing the self-aligning torque by the lateral force is estimated as a tire contact length.
本発明によれば、基準セルフアライニングトルクがピークとなるときに、セルフアライニングトルクをタイヤ横力で除算してタイヤ接地長を推定する。その結果、本発明によれば、既存の車載センサで取得可能なセルフアライニングトルク及びタイヤ横力に基づいてタイヤ接地長を算出できる。
このように、本発明によれば、車輪に加速度センサを設けることなくタイヤ接地長を安定して推定できる。
According to the present invention, when the reference self-aligning torque reaches a peak, the tire contact length is estimated by dividing the self-aligning torque by the tire lateral force. As a result, according to the present invention, the tire ground contact length can be calculated based on the self-aligning torque and the tire lateral force that can be acquired by the existing vehicle-mounted sensor.
Thus, according to the present invention, it is possible to stably estimate the tire ground contact length without providing an acceleration sensor on the wheel.
(車両パラメータや変数等の説明)
以下の本実施形態の説明にあたり、次に定義する車両パラメータや変数等を使用する。
m:車両重量
Iz:車体ヨー慣性モーメント
hcg:車両重心点から接地面までの高さ
g:重力加速度
l:タイヤ接地長
lt:トレッドベースの半分の長さ
lf:車両重心点から前輪までの長さ
lr:車両重心点から後輪までの長さ
Cf:前輪のタイヤコーナリングスティフネス
Cr:後輪のタイヤコーナリングスティフネス
V:車速
α:タイヤすべり角
αf:前輪のタイヤすべり角
αr:後輪のタイヤすべり角
β:車体すべり角
β´:車体すべり角の時間微分値
γ:ヨーレート
γ´:ヨーレートの時間微分値
Gx:縦加速度
Gy:横加速度
μ:路面摩擦係数
δ:前輪の転舵角
Fy:タイヤ横力
Fz:輪荷重
Mz:セルフアライニングトルク
ここで、添え字「f」は前輪の値であることを示し、添え字「r」は後輪の値であることを示す。また、以下の説明中で使用する添え字「L」は左輪の値であることを示し、添え字「R」は右輪の値であることを示す。
(Explanation of vehicle parameters and variables)
In the following description of the present embodiment, vehicle parameters and variables defined below are used.
m: vehicle weight Iz : body yaw moment of inertia hcg : height from vehicle center of gravity to ground contact surface
g: acceleration of gravity l: tire contact length l t : half length of tread base l f : length from vehicle center of gravity to front wheel l r : length from vehicle center of gravity to rear wheel C f : front wheel tire Cornering stiffness C r : Tire cornering stiffness of rear wheel V: Vehicle speed α: Tire slip angle α f : Tire slip angle of front wheel α r : Tire slip angle of rear wheel β: Vehicle slip angle β ': Time differential of vehicle slip angle Value γ: Yaw rate γ ′: Time differential value of yaw rate G x : Longitudinal acceleration G y : Lateral acceleration μ: Road surface friction coefficient δ: Steering angle of front wheels F y : Tire lateral force F z : Wheel load M z : Self-application Lining torque Here, the subscript “f” indicates the value of the front wheel, and the subscript “r” indicates the value of the rear wheel. Also, the subscript “L” used in the following description indicates the value of the left wheel, and the subscript “R” indicates the value of the right wheel.
(タイヤ接地長推定の原理)
先ず、本実施形態のタイヤ接地長推定の原理を説明する。
フィアラタイヤモデルによれば、横力Fy及びセルフアライニングトルクMzは、下記(1)式及び(2)式によって表される。
Fy/(μ・Fz)=φ−(1/3)・φ2+(1/27)・φ3 ・・・(1)
Mz/(l・μ・Fz)=(1/6)・φ−(1/6)・φ2+(1/18)・φ3−(1/162)・φ4 ・・・(2)
(Principle of tire contact length estimation)
First, the principle of tire contact length estimation according to this embodiment will be described.
According to the filar tire model, the lateral force F y and the self-aligning torque M z are expressed by the following equations (1) and (2).
F y / (μ · F z ) = φ− (1/3) · φ 2 + (1/27) · φ 3 (1)
M z / (l · μ · F z ) = (1/6) · φ− (1/6) · φ 2 + (1/18) · φ 3 − (1/162) · φ 4. 2)
ここで、φは、下記(3)式によって表される。
φ=(Cf/(μ・Fz))・tanα ・・・(3)
そして、前記(1)式及び(2)式をμ・Fzについて解くと、タイヤ接地長lは、下記(4)式によって表される。
l=(φ−(1/3)・φ2+(1/27)・φ3)/((1/6)・φ−(1/6)・φ2+(1/18)・φ3−(1/162)・φ4)・Mz/Fy ・・・(4)
Here, φ is expressed by the following equation (3).
φ = (C f / (μ · F z )) · tan α (3)
When solving the equations (1) and (2) for the mu · F z, the tire contact length l is expressed by the following equation (4).
l = (φ− (1/3) · φ 2 + (1/27) · φ 3 ) / ((1/6) · φ− (1/6) · φ 2 + (1/18) · φ 3 − (1/162) · φ 4 ) · M z / F y (4)
この(4)式に示すように、横力レバーアーム相当のMz/Fyに乗算する係数がφの関数になる。ここで、前記(3)式によれば、φを算出するためには路面摩擦係数μの情報が必要となる。
本実施形態では、次のようにして、路面摩擦係数μの情報を用いることなくタイヤ接地長lを算出する。
As shown in this equation (4), the coefficient by which M z / F y corresponding to the lateral force lever arm is multiplied is a function of φ. Here, according to the above equation (3), information of the road surface friction coefficient μ is required to calculate φ.
In the present embodiment, the tire contact length l is calculated as follows without using information on the road surface friction coefficient μ.
図1は、前記(2)式に示す正規化セルフアライニングトルクMz/(l・μ・Fz)とφとの関係を示す図である。
正規化セルフアライニングトルクMz/(l・μ・Fz)は、図1に示すように、上に凸の関数となる。したがって、前記(2)式から、基準セルフアライニングトルクが極値をとるφは、下記(5)式によって表される。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the normalized self-aligning torque M z / (l · μ · F z ) and φ shown in the equation (2).
The normalized self-aligning torque M z / (l · μ · F z ) is an upward convex function as shown in FIG. Therefore, from the equation (2), φ at which the reference self-aligning torque takes an extreme value is expressed by the following equation (5).
φ=3/4 ・・・(5)
そして、このφを前記(4)式に代入すると、下記(6)式を得ることができる。
l=(296/27)・(Mz/Fy) ・・・(6)
以上から、正規化セルフアライニングトルクMz/(l・μ・Fz)がピークのとき、φは3/4とみなせるので、タイヤ接地長lを前記(6)式で表すことができる。そして、このときのセルフアライニングトルクMzと横力Fyとを得ることができれば、路面摩擦係数μを用いることなくタイヤ接地長lが推定できる。
φ = 3/4 (5)
Then, by substituting this φ into the equation (4), the following equation (6) can be obtained.
l = (296/27) · (M z / F y ) (6)
From the above, when the normalized self-aligning torque M z / (l · μ · F z ) is a peak, φ can be regarded as 3/4, and therefore the tire contact length l can be expressed by the above equation (6). If the self-aligning torque M z and the lateral force F y at this time can be obtained, the tire contact length l can be estimated without using the road surface friction coefficient μ.
(第1実施形態)
次に、第1実施形態を図面を参照しつつ説明する。
第1実施形態の車両は、前述のタイヤ接地長推定の原理を取り入れたタイヤ接地長推定装置を備えた車両である。
(First embodiment)
Next, a first embodiment will be described with reference to the drawings.
The vehicle according to the first embodiment is a vehicle including a tire contact length estimation device that adopts the above-described principle of tire contact length estimation.
(構成)
図2は、第1実施形態の車両構成例を示す図である。
この車両は、図2に示すように、操舵角センサ(又は回転角センサ)2、アクセルペダルセンサ3、車輪速センサ4FL,4FR,4RL,4RR、ヨーレートセンサ5、及び加速度センサ6を有している。
(Constitution)
FIG. 2 is a diagram illustrating a vehicle configuration example of the first embodiment.
This vehicle has a steering angle sensor (or rotation angle sensor) 2, an
操舵角センサ2は、ステアリングホイール7の回転軸8に取り付けられている。そして、操舵角センサ2は、回転軸8の回転を検出し、その検出したステアリングホイールの舵角信号を統合コントローラ50に出力する。また、アクセルペダルセンサ3は、アクセル開度を検出して得たアクセル開度信号AP0を統合コントローラ50に出力する。また、車輪速センサ4FL〜4RRは、前後左右輪9FL,9FR,9RL,9RRそれぞれに取り付けられている。そして、車輪速センサ4FL〜4RRは、検出した各輪9FL〜9RRの車輪速を統合コントローラ50に出力する。また、ヨーレートセンサ5は、車両のヨーレートを検出し、その検出したヨーレートを統合コントローラ50に出力する。また、加速度センサ6は、車両の前後加速度及び横加速度を検出し、その検出した車両の前後加速度及び横加速度を統合コントローラ50に出力する。
The steering angle sensor 2 is attached to the
また、この車両は、反力モータ11及び転舵モータ12FL,12FRを有している。
反力モータ11は、ステアリングホイール7に連結されている。そして、反力モータ11は、転舵時にタイヤで発生するセルフアライニングトルク相当の反力トルクをステアリングホイール7に付与する。これにより、セルフアライニングトルク相当の反力トルクは、運転者に伝達される。この反力モータ11は、統合コントローラ50によって制御される。
The vehicle also includes a
The
転舵モータ12FL,12FRは、前輪9FL,9FRを転舵駆動する。具体的には、転舵モータ12FL,12FRは、不図示のステアリングラックを車幅方向へ変位させることで前輪9FL,9FRを同相に転舵する。転舵モータ12FL,12FRは、該モータ12FL,12FRの出力トルクと、モータ回転軸に取り付けてある不図示の回転位置センサによって検出したモータの回転速度とを統合コントローラ50に出力する。この転舵モータ12FL,12FRは、統合コントローラ50によって制御される。
The steered motors 12FL and 12FR steer the front wheels 9FL and 9FR. Specifically, the steering motors 12FL and 12FR steer the front wheels 9FL and 9FR in phase by displacing a steering rack (not shown) in the vehicle width direction. The steered motors 12FL and 12FR output the output torque of the motors 12FL and 12FR and the rotation speed of the motor detected by a rotation position sensor (not shown) attached to the motor rotation shaft to the
また、この車両は、駆動力発生源としての駆動モータ21と、駆動モータ21を駆動制御する駆動回路22と、駆動モータ21に電力を供給するバッテリ23とを有している。例えば、バッテリ23はリチウムイオンバッテリである。
駆動モータ21は、その動力軸が左右後輪9RL,9RRに連結され、それら左右後輪9RL,9RRを駆動する。駆動回路22は、受信したトルク指令値に駆動モータ21の出力トルクが一致するように、バッテリ23からの電力で駆動モータ21を駆動する。
In addition, the vehicle includes a
The
統合コントローラ50は、駆動する各部を制御する。統合コントローラ50は、マイクロコンピュータ及びその周辺回路を備えるコントローラである。例えば、統合コントローラ50は、一般的なECU(Electronic Control Unit)と同様にCPU、ROM、RAM等で構成される。そして、ROMには、各種処理を実現する1又は2以上のプログラムが格納されている。CPUは、ROMに格納されている1又は2以上のプログラムに従って各種処理を実行する。
The
例えば、統合コントローラ50は、操舵角センサ2からのステアリングホイール7の舵角信号に基づいて転舵モータ12FL,12FRを駆動制御することによって、ステアリングラックを車幅方向へ変位させて前輪9FL,9FRを同相に転舵する。また、統合コントローラ50は、トルク指令値を駆動回路22に出力することによって駆動モータ21の回転駆動を制御する。
For example, the
以上のような構成において、統合コントローラ50は、タイヤ接地長推定装置を有している。
タイヤ接地長推定装置は、前述のタイヤ接地長推定の原理に基づいて、タイヤ接地長を推定する。
図3は、タイヤ接地長推定装置60の構成例を示すブロック図である。
In the configuration as described above, the
The tire contact length estimation device estimates the tire contact length based on the above-described principle of tire contact length estimation.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the tire contact
タイヤ接地長推定装置60は、図3に示すように、輪荷重変化比推定部61、セルフアライニングトルク検出部62、タイヤ横力推定部70、基準セルフアライニングトルクピーク判定部80、及びタイヤ接地長推定部63を有している。
輪荷重変化比推定部61は輪荷重変化比を推定する。
輪荷重変化比rFzは、下記(7)式によって定義される。
As shown in FIG. 3, the tire contact
The wheel load change
The wheel load change ratio r Fz is defined by the following equation (7).
rFz=(Fz0+△Fz)/Fz0 ・・・(7)
ここで、Fz0は各輪の静的な輪荷重を表す。△Fzは輪加重の加減速又は旋回等に応じて変化する輪荷重変化量を表す。
輪荷重変化比推定部61は、前記(7)式によって定義される輪荷重変化比rFzを左右前輪それぞれについて算出する。ここで、輪荷重変化量については、例えば、車両に働く静的なロール・ピッチモーメントのつりあいから導出された式によって、前後加速度Gxと横加速度Gyとに基づいて算出できる。すなわち例えば、左右前輪それぞれの輪荷重変化量は、下記(8)式及び(9)式を用いて算出される。
r Fz = (F z0 + ΔF z ) / F z0 (7)
Here, F z0 represents the static wheel load of each wheel. ΔF z represents a wheel load change amount that changes in accordance with wheel load acceleration / deceleration or turning.
The wheel load change
FzL+△FzL=m・(lr・g−hcg・Gx)(lt・g−hcg・Gy)/(2・lt・g・(lf+lr)) ・・・(8)
FzR+△FzR=m・(lr・g−hcg・Gx)(lt・g+hcg・Gy)/(2・lt・g・(lf+lr)) ・・・(9)
ここで、前後加速度Gx及び横加速度Gyについては、加速度センサ6のような既存の横滑り防止装置に内蔵されたセンサによって検出された値を用いれば良い。
F zL + ΔF zL = m · (l r · g−h cg · G x ) (l t · g−h cg · G y ) / (2 · l t · g · (l f + l r )) (8)
F zR + ΔF zR = m · (l r · g−h cg · G x ) (l t · g + h cg · G y ) / (2 · l t · g · (l f + l r )) (9)
Here, the longitudinal acceleration G x and the lateral acceleration G y, may be used detected value by the built-in sensors to the existing anti-skid device, such as an
ここで、前後加速度Gx(前後加速度センサの検出値)及び横加速度Gy(横加速度センサの検出値)を両方用いる必要はない。すなわち、何れか一方のみを用いるようにしても良い。例えば、前後加速度が零近傍にあるときにタイヤ接地長の推定を行う場合、前後加速度Gxを用いずに前記(8)式及び(9)式においてGxに関わる項を省略し、輪荷重変化量を算出する。また、横加速度が零近傍にあるときにタイヤ接地長の推定を行う場合、横加速度Gyを用いずに前記(8)式及び(9)式においてGyに関わる項を省略し、輪荷重変化量を算出する。 Here, it is not necessary to use both the longitudinal acceleration G x (detection value of the longitudinal acceleration sensor) and the lateral acceleration G y (detection value of the lateral acceleration sensor). That is, only one of them may be used. For example, when the tire ground contact length is estimated when the longitudinal acceleration is near zero, the term relating to G x is omitted in the equations (8) and (9) without using the longitudinal acceleration G x , and the wheel load The amount of change is calculated. Further, when estimating the tire contact length when the lateral acceleration is near zero, the terms related to G y are omitted in the above equations (8) and (9) without using the lateral acceleration G y , and the wheel load The amount of change is calculated.
そして、輪荷重変化比推定部61は、推定した輪荷重変化比を基準セルフアライニングトルクピーク判定部80に出力する。
セルフアライニングトルク検出部62はセルフアライニングトルクを検出する。
具体的には、セルフアライニングトルク検出部62は、転舵モータ12FL,12FRの指令電流に基づいて、モータトルク定数や、サスペンションリンク比を考慮して、セルフアライニングトルクを検出する。そして、セルフアライニングトルク検出部62は、検出したセルフアライニングトルクを基準セルフアライニングトルクピーク判定部80及びタイヤ接地長推定部63に出力する。
Then, the wheel load change
The self-aligning
Specifically, the self-aligning
タイヤ横力推定部70はタイヤ横力を推定する。
具体的には、タイヤ横力推定部70は、検出可能な車両状態に基づいてタイヤ横力を推定する。例えば、タイヤ横力推定部70は、2輪モデルから導出される下記(10)式によって、ヨーレート及び横加速度に基づいて前輪のタイヤ横力Fyfを推定する。
The tire lateral
Specifically, the tire lateral
ここで、2輪モデルとして、公知の2輪モデルを用いることができる。例えば、公知の2輪モデルには、「自動車の運動と制御 第2版」山海堂 安部正人著 55頁等に記載のものがある。また、ヨーレートγ´は、例えば、現在の処理ステップのヨーレート検出値と前回の処理ステップのヨーレート検出値との差分を予め設定したサンプリング時間で除して算出される。また、ここでのヨーレートγと横加速度Gyについては、ヨーレートセンサ5や加速度センサ6のような既存の横滑り防止装置に内蔵されたセンサによって検出された値を用いれば良い。
Here, a known two-wheel model can be used as the two-wheel model. For example, known two-wheel models include those described in “Motor Movement and Control, Second Edition,” Sankaido, Masato Abe, page 55, etc. Further, the yaw rate γ ′ is calculated, for example, by dividing the difference between the yaw rate detection value of the current processing step and the yaw rate detection value of the previous processing step by a preset sampling time. Also, the yaw rate γ and lateral acceleration G y here, may be used detected value by the built-in sensors to the existing anti-skid device, such as a
そして、本実施形態では、左右前輪のタイヤ接地長をそれぞれ独立に算出するために、次のようにして前輪のタイヤ横力Fyfを左右輪それぞれについて算出する。
図4は、左右それぞれの前輪のタイヤ横力を算出するためのタイヤ横力推定部70の構成例を示すブロック図である。
タイヤ横力推定部70は、図4に示すように、舵角検出部71、車速検出部72、ヨーレート検出部73、横加速度検出部74、輪荷重変化比推定部75、前輪すべり角推定部76、左右合計横力推定部77、及び最適化演算部78を有している。
In this embodiment, in order to independently calculate the tire ground contact lengths of the left and right front wheels, the tire lateral force F yf of the front wheels is calculated for the left and right wheels as follows.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the tire lateral
As shown in FIG. 4, the tire lateral
舵角検出部71は車輪の転舵角を検出する。そして、舵角検出部71は、検出した車輪の転舵角を前輪すべり角推定部76に出力する。
なお、タイヤ横力推定部70は、舵角検出部71を備えることなく、横滑り防止装置等の既存の車両制御装置において検出した転舵角を用いるようにしても良い。また、タイヤ横力推定部70は、操舵角センサ2の検出信号に基づいて前輪転舵角を推定しても良い。
The steering
The tire lateral
車速検出部72は車速を検出する。例えば、車速検出部72は、従動輪の車輪速に基づいて車速を検出する。そして、車速検出部72は、検出した車速を前輪すべり角推定部76に出力する。
なお、タイヤ横力推定部70は、車速検出部72を備えることなく、横滑り防止装置等の既存の車両制御装置において検出した車速を用いるようにしても良い。
The
The tire lateral
ヨーレート検出部73は車両のヨーレートを検出する。そして、ヨーレート検出部73は、検出した車両のヨーレートを左右合計横力推定部77に出力する。
なお、タイヤ横力推定部70は、ヨーレート検出部73を備えることなく、横滑り防止装置等の既存の車両制御装置において検出したヨーレートを用いるようにしても良い。
横加速度検出部74は車両の横加速度を検出する。そして、横加速度検出部74は、検出した車両の横加速度を左右合計横力推定部77に出力する。
The
The tire lateral
The lateral acceleration detector 74 detects the lateral acceleration of the vehicle. Then, the lateral acceleration detection unit 74 outputs the detected lateral acceleration of the vehicle to the left-right total lateral
なお、タイヤ横力推定部70は、横加速度検出部74を備えることなく、横滑り防止装置等の既存の車両制御装置において検出された横加速度を用いるようにしても良い。
輪荷重変化比推定部75は、図3に示した輪荷重変化比推定部61と同様な処理によって輪荷重変化比を推定する。そして、輪荷重変化比推定部61は、推定した輪荷重変化比を最適化演算部78に出力する。
The tire lateral
The wheel load change
なお、タイヤ横力推定部70は、輪荷重変化比推定部75を備えることなく、図3に示したタイヤ接地長推定装置60が有する輪荷重変化比推定部61の出力が最適化演算部78に入力されるような構成であっても良い。
前輪すべり角推定部76は、検出値である前輪転舵角δ及び車速Vに基づいて前輪すべり角を推定する。
具体的には、前輪すべり角推定部76は、下記(11)式及び(12)式により表される2輪モデルを用いて、前輪転舵角δ及び車速Vに基づいて前輪すべり角を推定する。
The tire
The front wheel
Specifically, the front wheel slip
ここで、Fyfは、前輪における左右輪合計のタイヤ横力である。Fyrは、後輪における左右輪合計のタイヤ横力である。フィアラタイヤモデルを用いると、Fyf、Fyrは、下記(13)式及び(14)式を用いてそれぞれ算出できる。
Fyf/(μ・Fzf0)=φf−(1/3)・φf 2+(1/27)・φf 3 ・・・(13)
Fyr/(μ・Fzr0)=φr−(1/3)・φr 2+(1/27)・φr 3 ・・・(14)
Here, F yf is the tire lateral force of the left and right wheels in the front wheels. F yr is the total tire lateral force on the left and right wheels at the rear wheel. When the fiara tire model is used, F yf and F yr can be calculated using the following equations (13) and (14), respectively.
F yf / (μ · F zf 0 ) = φ f − (1/3) · φ f 2 + (1/27) · φ f 3 (13)
F yr / (μ · F zr0 ) = φ r − (1/3) · φ r 2 + (1/27) · φ r 3 (14)
ここで、φf、φrは、下記(15)式及び(16)式によって表される。
φf=Cf/(μ・Fzf)・tanαf ・・・(15)
φr=Cr/(μ・Fzr)・tanαr ・・・(16)
ここで、路面摩擦係数μについてはノミナル値として0.9等に設定する。また、タイヤモデルとして、実験的に取得したマップを用いても良いし、マジックフォーミュラ等のモデルを用いても良い。
Here, φ f and φ r are expressed by the following equations (15) and (16).
φ f = C f / (μ · F zf ) · tan α f (15)
φ r = C r / (μ · F zr ) · tan α r (16)
Here, the road surface friction coefficient μ is set to 0.9 or the like as a nominal value. Further, as a tire model, an experimentally acquired map may be used, or a model such as a magic formula may be used.
そして、前輪すべり角推定部76は、下記(17)式及び(18)式を用いて、前述の車体すべり角β及びヨーレートγに基づいて、前輪、後輪のタイヤすべり角αf、αrを算出する。そして、前輪すべり角推定部76は、推定した前輪のタイヤすべり角αfを最適化演算部78に出力する。
αf=β+((lf・γ)/V)−δ ・・・(17)
αr=β−(lr・γ)/V ・・・(18)
ここで、δに前輪転舵角検出値を代入し、Vに車速検出値を代入する。
Then, the front wheel slip
α f = β + ((l f · γ) / V) −δ (17)
α r = β− (l r · γ) / V (18)
Here, the front wheel turning angle detection value is substituted for δ, and the vehicle speed detection value is substituted for V.
左右合計横力推定部77は、前記(10)式を用いて、ヨーレート検出値及び横加速度検出値に基づいて左右合計のタイヤ横力を推定する。そして、左右合計横力推定部77は、推定した左右合計のタイヤ横力を最適化演算部78に出力する。
最適化演算部78は、前輪すべり角推定部76が推定した前輪すべり角、左右合計横力推定部77が推定した左右合計タイヤ横力、輪荷重変化比推定部75が推定した輪荷重変化比に基づいて、左右輪それぞれのタイヤ横力を推定する。
The left / right total lateral
The
具体的には、先ず、最適化演算部78は、下記(19)式及び(20)式を用いて、輪荷重変化比に基づいて左右前輪の輪荷重FzL、FzRを算出する。
FzL=rFzL・FzL0 ・・・(19)
FzR=rFzR・FzR0 ・・・(20)
ここで、FzL0、FzR0は、それぞれ左右前輪の静的な輪荷重である。前輪の路面摩擦係数μが左右輪で等しいと仮定すると、下記(21)式〜(23)式が成立する。
Specifically, first, the
F zL = r FzL · F zL0 (19)
F zR = r FzR · F zR0 ··· (20)
Here, F zL0 and F zR0 are the static wheel loads of the left and right front wheels, respectively. Assuming that the road surface friction coefficient μ of the front wheels is the same for the left and right wheels, the following equations (21) to (23) are established.
FyL=f(αf,μ,FzL) ・・・(21)
FyR=f(αf,μ,FzR) ・・・(22)
Fyf=FyL+FyR ・・・(23)
ここで、FyL、FyRは左右前輪の横力である。f(αf,μ,Fz) は、タイヤモデルであり、実験的に取得したマップを用いても良いし、フィアラモデル等の解析モデルを用いても良い。
F yL = f (α f , μ, F zL ) (21)
F yR = f (α f , μ, F zR ) (22)
F yf = F yL + F yR (23)
Here, F yL and F yR are lateral forces of the left and right front wheels. f (α f , μ, F z ) is a tire model, and an experimentally acquired map may be used, or an analysis model such as a filar model may be used.
そして、前記(21)式〜(23)式において、前輪のタイヤすべり角αfに前輪すべり角推定部76が推定した前輪タイヤすべり角を代入する。また、左右輪荷重FzL 、FzRに前記(19)式及び(20)式で算出した値を代入する。さらに、Fyfに左右合計横力推定部77が推定した左右合計横力を代入する。すると、前記(21)式〜(23)式において、未知数はμ、FyL、FyRとなる。
Then, in the equations (21) to (23), the front wheel tire slip angle estimated by the front wheel slip
よって、最適化演算部78は、例えば、最適化計算アルゴリズムを用いて、これらの未知数について上式を数値的に解き、左右前輪のタイヤ横力 FyL、FyRを推定する。そして、最適化演算部78は、推定した左右輪それぞれのタイヤ横力をタイヤ接地長推定部63に出力する。
図3の説明に戻り、基準セルフアライニングトルクピーク判定部80は、基準セルフアライニングトルクのピークを判定する。
Therefore, the
Returning to the description of FIG. 3, the reference self-aligning torque
図5は、基準セルフアライニングトルクピーク判定部80の構成例を示すブロック図である。
基準セルフアライニングトルクピーク判定部80は、図5に示すように、接地長変化比演算部81、基準セルフアライニングトルク比例量演算部82、及びピーク判定部83を有している。
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration example of the reference self-aligning torque
As shown in FIG. 5, the reference self-aligning torque
接地長変化比演算部81は、輪荷重変化比に基づいて接地長変化比を算出する。
具体的には、接地長変化比演算部81は、下記(24)式を用いて接地長変化比rlを算出する。そして、接地長変化比演算部81は、算出した接地長変化比を基準セルフアライニングトルク比例量演算部82に出力する。
rl=(l0+△l)/l0 ・・・(24)
The contact length change
Specifically, the contact length change
r l = (l 0 + Δl) / l 0 (24)
ここで、 l0は車両が静止しているときのタイヤ接地長を表す。△lは制駆動力及び旋回運動に起因するタイヤ接地長の変動量を表す。接地長変化比演算部81は、例えば、下記(25)式のモデルを用いて、輪荷重変動比rFzに基づいてタイヤ接地長の変動量△lを算出する。
△l=l0・(rFz 1/2−1) ・・・(25)
Here, l 0 represents the tire contact length when the vehicle is stationary. Δl represents the fluctuation amount of the tire ground contact length caused by the braking / driving force and the turning motion. For example, the contact length change
Δl = l 0 · (r Fz 1/2 −1) (25)
なお、タイヤ接地長の変動量△lの推定方法は、前記(25)式に限られるものではない。すなわち例えば、タイヤ接地長の変動量と輪荷重変化比との関係を実験的に取得して、それにより作成したマップを参照することによって、タイヤ接地長の変動量を推定しても良い。
基準セルフアライニングトルク比例量演算部82は、基準セルフアライニングトルク比例量を算出する。
Note that the estimation method of the variation Δl in the tire contact length is not limited to the equation (25). That is, for example, the fluctuation amount of the tire contact length may be estimated by experimentally acquiring the relationship between the change amount of the tire contact length and the wheel load change ratio and referring to a map created thereby.
The reference self-aligning torque
具体的には、基準セルフアライニングトルク比例量演算部82は、下記(26)式を用いて、輪荷重変化比rFz、接地長変化比rl及びセルフアライニングトルクMzに基づいて、基準セルフアライニングトルク比例量Mznpを算出する。
Mznp=Mz/(rFz・rl) ・・・(26)
基準セルフアライニングトルク比例量演算部82は、算出した基準セルフアライニングトルク比例量をピーク判定部83に出力する。
ピーク判定部83は、基準セルフアライニングトルク比例量がピークをとるか否か判定する。
Specifically, the reference self-aligning torque proportional
M znp = M z / (r Fz · r l ) (26)
The reference self-aligning torque proportional
The peak determination unit 83 determines whether or not the reference self-aligning torque proportional amount takes a peak.
図6は、その判定処理の一例を説明する図である。
ピーク判定部83は、図6(a)に示すように、先ず、現在時刻の処理ステップからNサンプル時間の間の基準セルフアライニングトルク(基準セルフアライニングトルク比例量)を取得する。そして、ピーク判定部83は、図6(b)に示すように、現在時刻の処理ステップからNサンプル時間の間に取得した基準セルフアライニングトルクについて直線をフィッティングさせる。そして、ピーク判定部83は、フィッティングさせた直線の傾きの絶対値が予め設定した閾値より小さい場合、基準セルフアライニングトルクのピークと判定する。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the determination process.
As shown in FIG. 6A, the peak determination unit 83 first obtains a reference self-aligning torque (reference self-aligning torque proportional amount) between N sample times from the processing step at the current time. Then, as shown in FIG. 6B, the peak determination unit 83 fits a straight line with respect to the reference self-aligning torque acquired during the N sample time from the processing step of the current time. And the peak determination part 83 determines with the peak of a reference | standard self-aligning torque, when the absolute value of the inclination of the fitted straight line is smaller than the preset threshold value.
ここで、直線のフィッティングの例としては、最小2乗法等のアルゴリズムを挙げることができる。また、予め設定した閾値は、基準セルフアライニングトルクのピーク近傍を含めてピークを判定できるよう、0から予め設定した範囲内の値である。なお、フィッティングさせた直線の傾きが0となることを条件とすれば、ピークそのものを判定できることは言うまでもない。 Here, as an example of straight line fitting, an algorithm such as a least square method can be cited. The preset threshold value is a value within a preset range from 0 so that the peak can be determined including the vicinity of the peak of the reference self-aligning torque. Needless to say, the peak itself can be determined on condition that the slope of the fitted straight line is zero.
ここで、正規化セルフアライニングトルクではなく、基準セルフアライニングトルク比例量についてピークの判定を行う理由を説明する。
すなわち、先に説明したタイヤ接地長推定の原理に基づいてタイヤ接地長を推定するためには、本来、下記(27)式で定義される正規化セルフアライニングトルクMznがピークをとるか否か判定する必要がある。
Here, the reason for determining the peak for the reference self-aligning torque proportional amount instead of the normalized self-aligning torque will be described.
That is, in order to estimate the tire contact length based on the principle of tire contact length estimation described above, whether or not the normalized self-aligning torque M zn originally defined by the following equation (27) takes a peak or not? It is necessary to judge whether.
Mzn=Mz/(l・μ・Fz) ・・・(27)
しかし、正規化セルフアライニングトルクの分母は、これから推定しようとするタイヤ接地長lと推定が容易ではない路面摩擦係数μとを含んでいる。
このようなことから、下記(28)式により表される基準セルフアライニングトルク(基準セルフアライニングトルク比例量)Mznpを定義する。
M zn = M z / (l · μ · F z ) (27)
However, the denominator of the normalized self-aligning torque includes the tire contact length l to be estimated from now on and the road surface friction coefficient μ that is not easy to estimate.
For this reason, the reference self-aligning torque (reference self-aligning torque proportional amount) M znp expressed by the following equation (28) is defined.
Mznp=Mz/(rFz・rl) ・・・(28)
一方、輪荷重Fzは、下記(29)式を用いて、輪荷重変化比rFz及び静的な輪荷重Fz0に基づいて算出される。
Fz=rFz・Fz0 ・・・(29)
また、タイヤ接地長lは、下記(30)式を用いて、タイヤ接地長変化比rl及び静的なタイヤ接地長l0に基づいて算出される。
M znp = M z / (r Fz · r l ) (28)
On the other hand, the wheel load F z is calculated based on the wheel load change ratio r Fz and the static wheel load F z0 using the following equation (29).
F z = r Fz · F z0 (29)
The tire contact length l is calculated based on the tire contact length change ratio r l and the static tire contact length l 0 using the following equation (30).
l=rl・l0 ・・・(30)
これら(29)式及び(30)式を前記(28)式に代入すると、下記(31)式が導き出される。
Mznp=l0・μ・Fz0・Mz/(l・μ・Fz)
=l0・μ・Fz0・Mzn ・・・(31)
l = r l·l 0 (30)
By substituting these equations (29) and (30) into the equation (28), the following equation (31) is derived.
M znp = l 0 · μ · F z0 · M z / (l · μ · F z )
= L 0 · μ · F z0 · M zn (31)
ここで、l0・μ・Fz0を比例定数とみなせば、基準セルフアライニングトルクMznpは正規化セルフアライニングトルクMznに比例する値となる。よって、正規化セルフアライニングトルクMznのピークは、基準セルフアライニングトルクMznpのピークと一致する。このように、正規化セルフアライニングトルクMznではなく、基準セルフアライニングトルクMznpについてピークを判定することによって、前述の原理に基づいてタイヤ接地長を推定できる。 Here, if l 0 · μ · F z0 is regarded as a proportional constant, the reference self-aligning torque M znp is a value proportional to the normalized self-aligning torque M zn . Therefore, the peak of the normalized self-aligning torque M zn matches the peak of the reference self-aligning torque M znp . Thus, by determining the peak for the reference self-aligning torque M znp instead of the normalized self-aligning torque M zn , the tire contact length can be estimated based on the above-described principle.
そして、ピーク判定部83は、基準セルフアライニングトルクのピークの判定結果(ピーク判定信号)をタイヤ接地長推定部63に出力する。
図3の説明に戻り、タイヤ接地長推定部63は、基準セルフアライニングトルクピーク判定部80が基準セルフアライニングトルクがピーク(ピーク近傍を含む)であると判定したとき、セルフアライニングトルクとタイヤ横力とからタイヤ接地長を推定する。例えば、タイヤ力がフィアラモデルで記述されるときには、タイヤ接地長推定部63は、下記(32)式を用いて、タイヤ接地長lを推定できる。
Then, the peak determination unit 83 outputs a peak determination result (peak determination signal) of the reference self-aligning torque to the tire contact
Returning to the description of FIG. 3, when the reference self-aligning torque
l=(296/27)・(Mz/Fy) ・・・(32)
ここで、Mz/Fyは、タイヤ横力の着力点のタイヤ中心からの距離を表す。また、上式において、この量Mz/Fyに乗算される係数は、前記の理論値296/27でも良いが、実験的に求めた値を用いても良い。
次に、前述のタイヤ接地長推定をより精度良く行うための構成例を説明する。
l = (296/27) · (M z / F y ) (32)
Here, M z / F y represents the distance from the tire center of the point of application of the tire lateral force. In the above equation, the coefficient multiplied by the amount M z / F y may be the theoretical value 296/27, but may be a value obtained experimentally.
Next, a configuration example for more accurately performing the above-described tire contact length estimation will be described.
図7は、タイヤ接地長推定をより精度良く行うための構成例を示すブロック図である。
タイヤ接地長推定装置60は、図7に示すように、図3に示した構成に加えて推定停止条件判定部90を有している。
この構成例では、タイヤ接地長推定装置60は、推定停止条件判定部90が演算停止信号を図3に示した構成(本体部60A)に出力している間、タイヤ接地長の推定を行わないようにしている。例えば、タイヤ接地長推定装置60は、本体部60Aを構成する基準セルフアライニングトルクピーク判定部80及びタイヤ接地長推定部63の演算を停止させて、タイヤ接地長の推定を停止するようにしている。
FIG. 7 is a block diagram illustrating a configuration example for more accurately estimating the tire contact length.
As shown in FIG. 7, the tire contact
In this configuration example, the tire contact
図8は、推定停止条件判定部90の構成例を示すブロック図である。
推定停止条件判定部90は、図8に示すように、セルフアライニングトルク急変判定部100、ノイズレベル判定部110、及び旋回状態判定部120を有している。
図9は、セルフアライニングトルク急変判定部100の構成例を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration example of the estimated stop
As shown in FIG. 8, the estimated stop
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the self-aligning torque sudden
セルフアライニングトルク急変判定部100は、図9に示すように、舵角検出部101、舵角速度推定部102、セルフアライニングトルク検出部103、セルフアライニングトルク変化率推定部104、比演算部105、及びセルフアライニングトルク変化判定部106を有している。
舵角検出部101は、ステアリングホイール7の操舵角を検出する。例えば、舵角検出部101は、操舵角センサ2の信号を参照して舵角を検出する。そして、舵角検出部101は、検出した操舵角を舵角速度推定部102に出力する。
As shown in FIG. 9, the self-aligning torque sudden
The steering
なお、セルフアライニングトルク急変判定部100は、舵角検出部101を備えることなく、図4に示したタイヤ横力推定部70等の他の構成が有する舵角検出部101の出力が舵角速度推定部102に入力されるような構成であっても良い。
舵角速度推定部102は舵角速度を推定する。例えば、舵角速度推定部102は、下記(33)式を用いて、現在の処理ステップで得た舵角検出値δ(k)と前回の処理ステップで得た舵角検出値δ(k−1)との差分を予め設定したサンプル時間Tsで除して舵角速度推定値γδを算出する。そして、舵角速度推定部102は、算出した舵角速度推定値γδを比演算部105に出力する。
Note that the self-aligning torque sudden
The rudder angular
γδ=(δ(k)−δ(k−1))/Ts ・・・(33)
ここで、kは現在の計算時間ステップを示す。
なお、タイヤ接地長推定装置60は、舵角速度推定値が入力されるローパスフィルターを有しても良い。すなわち、タイヤ接地長推定装置60は、舵角検出値にノイズが含まれるときには、ローパスフィルターによってフィルタ処理して比演算部105に出力する。
γ δ = (δ (k) −δ (k−1)) / T s (33)
Here, k indicates the current calculation time step.
Note that the tire ground contact
セルフアライニングトルク検出部103は、図3に示したセルフアライニング変化判定部62と同様な処理によりセルフアライニングトルクを検出する。そして、セルフアライニングトルク検出部103は、検出したセルフアライニングトルクをセルフアライニングトルク変化率推定部104に出力する。
なお、セルフアライニングトルク急変判定部100は、セルフアライニングトルク検出部103を備えることなく、図3に示したタイヤ接地長推定装置60が有するセルフアライニングトルク検出部62の出力がセルフアライニングトルク変化率推定部104に入力されるような構成であっても良い。
The self-aligning
The self-aligning torque sudden
セルフアライニングトルク変化率推定部104は、セルフアライニングトルクに基づいてセルフアライニングトルク変化率を推定する。
例えば、セルフアライニングトルク変化率推定部104は、下記(34)式を用いて、現在の処理ステップで得たセルフアライニングトルク(Mz(k)と前回の処理ステップで得たセルフアライニングトルク(Mz(k−1)との差分を予め設定したサンプル時間Tsで除してセルフアライニングトルク変化率推定値γMzを算出する。そして、セルフアライニングトルク変化率推定部104は、算出したセルフアライニングトルク変化率推定値を比演算部105に出力する。
The self-aligning torque change
For example, the self-aligning torque change
γMz=(Mz(k)−Mz(k−1))/Ts ・・・(34)
比演算部105は、舵角速度推定値及びセルフアライニングトルク変化率推定値の比を算出する。すなわち、比演算部105は、下記(35)式を用いて、舵角速度推定値γδ及びセルフアライニングトルク変化率推定値γMzに基づいて比λを算出する。そして、比演算部105は、算出した比λをセルフアライニングトルク変化判定部106に出力する。
γ Mz = (M z (k) −M z (k−1)) / T s (34)
The
λ=γMz/γδ ・・・(35)
セルフアライニングトルク変化判定部106は、比演算部105が算出した比λに基づいて演算停止信号を出力する。
具体的には、セルフアライニングトルク変化判定部106は、比λの絶対値が予め設定した閾値よりも大きい場合、演算停止信号を出力する。すなわち、セルフアライニングトルク変化判定部106は、比λの絶対値が閾値よりも大きい場合、セルフアライニングトルクの変化が舵角の変化ではなく、路面摩擦係数の急な変化に起因するとして、タイヤ接地長の推定を行わないように演算停止信号を出力する。つまり、セルフアライニングトルク変化判定部106は、比λの絶対値が閾値よりも大きい場合、路面摩擦係数が大きく変化するとして、タイヤ接地長の推定を行わないように演算停止信号を出力する。
λ = γ Mz / γ δ (35)
The self-aligning torque
Specifically, the self-aligning torque
ここでいう閾値は、基準セルフアライニングトルクのピークが適切に得られ、タイヤ接地長が高い精度で得られるように設定される値であり、例えば、実験値、経験値、又は理論値によって設定される値である。
また、図10は、図8に示すノイズレベル判定部110の構成例を示すブロック図である。
The threshold value here is a value set so that the peak of the reference self-aligning torque can be appropriately obtained and the tire contact length can be obtained with high accuracy. For example, the threshold value is set by an experimental value, an empirical value, or a theoretical value. Is the value to be
FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration example of the noise
ノイズレベル判定部110は、図10に示すように、輪荷重変化比推定部111、接地長変化比演算部112、セルフアライニングトルク検出部113、基準セルフアライニングトルク演算部114、高周波成分検出部115、積分部116、及び判定部117を有している。
輪荷重変化比推定部111、接地長変化比演算部112、セルフアライニングトルク検出部113、及び基準セルフアライニングトルク演算部114は、前述の説明と同様な処理を行う。
As shown in FIG. 10, the noise
The wheel load change
なお、ノイズレベル判定部110は、これら輪荷重変化比推定部111等を備えることなく、他の構成が有する輪荷重変化比推定部111等の出力を利用しても良い。
高周波成分検出部115は、基準セルフアライニングトルクの高周波成分を抽出する。 例えば、高周波成分検出部115として、バターワースフィルターを高域通過特性を持つよう設計し折れ点周波数を適当に設定したものを用いる。これにより、高周波成分検出部115は、基準セルフアライニングトルクをフィルタ処理することで高周波成分を抽出する。そして、高周波成分検出部115は、抽出した基準セルフアライニングトルクの高周波成分を積分部116に出力する。
Note that the noise
The high
積分部116は、高周波成分の絶対値を一定の区間において積分する。具体的には、積分部116は、下記(36)式を用いてその積分値を算出する。そして、積分部116は、算出したGynoiseを判定部117に出力する。
The integrating
ここで、Gynoiseは、ノイズレベルであり、積分部116の出力になる。Gyhighは高周波成分である。t0は現在時刻である。Tは、積分区間であり、予め設定される値である。
判定部117は、積分部116の出力が予め設定した閾値よりも大きいときに基準セルフアライニングトルクに含まれるノイズレベルが大きいと判定し、演算停止信号を出力する。
Here, G Ynoise is the noise level, the output of the
The
ここでいう閾値は、基準セルフアライニングトルクのピークが適切に得られ、タイヤ接地長が高い精度で得られるように設定される値であり、例えば、実験値、経験値、又は理論値によって設定される値である。
例えば、想定した路面上で試験走行したときに算出された積分部116の出力を閾値として設定すれば、実計測時の積分部116の出力がこの設定した閾値よりも大きい場合、想定した路面よりもセルフアライニングトルクのノイズレベルが大きい路面であると推定できる。よって、判定部117は、想定した路面よりもセルフアライニングトルクのノイズレベルが大きい路面であると推定すると、タイヤ接地長の推定に不適切であると判定し、演算停止信号を出力する。
The threshold value here is a value set so that the peak of the reference self-aligning torque can be appropriately obtained and the tire contact length can be obtained with high accuracy. For example, the threshold value is set by an experimental value, an empirical value, or a theoretical value. Is the value to be
For example, if the output of the
又は、基準セルフアライニングトルクのピークがノイズレベルと比較して十分見出せるほどにノイズ信号比が高くなるとき以外は推定を行わないよう、この閾値を設定しても良い。
また、図11は、図8に示す旋回状態判定部120の構成例を示すブロック図である。
旋回状態判定部120は、図11に示すように、横加速度検出部121、低周波成分検出部122、及び横加速度状態判定部123を有している。
Alternatively, this threshold value may be set so that the estimation is not performed except when the noise signal ratio becomes high enough to find the peak of the reference self-aligning torque compared to the noise level.
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of the turning
As shown in FIG. 11, the turning
横加速度検出部121は車両の横加速度を検出する。例えば、横加速度検出値は、既存の横滑り防止装置において検出された値であっても良い。そして、横加速度検出部121は、検出した横加速度を低周波成分検出部122に出力する。
低周波成分検出部122は横加速度から低周波成分を抽出する。例えば、低域通過特性を持つバターワースフィルターの、折れ点周波数を適当に設定し、横加速度をフィルタ処理することで、低周波成分を抽出すれば良い。そして、低周波成分検出部122は、抽出した低周波成分を横加速度状態判定部123に出力する。
The
The low frequency
横加速度状態判定部123は、低周波成分検出部122からの横加速度低周波成分の絶対値が予め設定した閾値より小さい場合、基準セルフアライニングトルクがピークをもつ可能性が極めて低いと判定し、演算停止信号を出力する。
ここでいう閾値は、基準セルフアライニングトルクのピークが適切に得られ、タイヤ接地長が高い精度で得られるように設定される値であり、例えば、実験値、経験値、又は理論値によって設定される値である。
The lateral acceleration state determination unit 123 determines that the possibility that the reference self-aligning torque has a peak is extremely low when the absolute value of the lateral acceleration low frequency component from the low frequency
The threshold value here is a value set so that the peak of the reference self-aligning torque can be appropriately obtained and the tire contact length can be obtained with high accuracy. For example, the threshold value is set by an experimental value, an empirical value, or a theoretical value. Is the value to be
(動作等)
以上のような構成、処理によるタイヤ接地長推定装置60の動作の一例を説明する。
タイヤ接地長推定装置60では、輪荷重変化比推定部111は輪荷重変化比を推定し、推定した輪荷重変化比を基準セルフアライニングトルクピーク判定部80に出力する。また、セルフアライニング変化判定部113は、セルフアライニングトルクを検出し、検出したセルフアライニングトルクを基準セルフアライニングトルクピーク判定部80及びタイヤ接地長推定部63に出力する。さらに、タイヤ横力推定部70は、タイヤ横力を推定し、推定したタイヤ横力をタイヤ接地長推定部63に出力する。
(Operation etc.)
An example of the operation of the tire contact
In the tire ground contact
そして、基準セルフアライニングトルクピーク判定部80は、輪荷重変化比及びセルフアライニングトルクに基づいて、基準セルフアライニングトルクのピークを判定し、その判定結果をタイヤ接地長推定部63に出力する。
これにより、タイヤ接地長推定部63は、基準セルフアライニングトルクがピーク(ピーク近傍を含む)であるとき、セルフアライニングトルク及びタイヤ横力に基づいてタイヤ接地長を推定する。
Then, the reference self-aligning torque
Thereby, when the reference self-aligning torque is at a peak (including the vicinity of the peak), the tire contact
また、タイヤ接地長推定装置60では、推定停止条件判定部90を有する場合には、推定停止条件判定部90から演算停止信号が出力されるとタイヤ接地長の推定を停止する。
ここで、本実施形態において、セルフアライニングトルク検出部62は、例えば、セルフアライニングトルク検出手段を構成する。また、ヨーレート検出部73は、例えば、ヨーレート検出手段を構成する。また、横加速度検出部74は、例えば、横加速度検出手段を構成する。また、加速度センサ6は、例えば、前後加速度検出手段を構成する。また、タイヤ横力推定部70は、例えば、タイヤ横力推定手段を構成する。また、輪荷重変化比推定部61は、例えば、輪荷重変化比算出手段を構成する。また、基準セルフアライニングトルクピーク判定部80は、例えば、基準セルフアライニングトルクピーク判定手段を構成する。また、タイヤ接地長推定部63は、例えば、タイヤ接地長推定手段を構成する。また、ノイズレベル判定部110は、例えば、ノイズレベル判定手段を構成する。
Further, in the tire contact
Here, in the present embodiment, the self-aligning
(第1実施形態の効果)
第1実施形態は、次のような効果を奏する。
(1)基準セルフアライニングトルクピーク判定部80は、セルフアライニングトルク検出部62が検出したセルフアライニングトルク及び輪荷重変化比推定部61が推定した輪荷重変化比に基づいて基準セルフアライニングトルクがピーク(ピーク近傍を含む)になっているか否かを判定している。そして、タイヤ接地長推定部63は、ピークになっていると判定されると、セルフアライニングトルク検出部62が検出したセルフアライニングトルクをタイヤ横力推定部70が推定した横力で除算した値をタイヤの接地長として推定している。
(Effect of 1st Embodiment)
The first embodiment has the following effects.
(1) The reference self-aligning torque
これにより、タイヤ接地長推定装置60は、基準セルフアライニングトルクがピークとなるときに、セルフアライニングトルクをタイヤの横力で除算してタイヤ接地長を推定する。その結果、タイヤ接地長推定装置60は、既存の車載センサで取得可能なセルフアライニングトルク及びタイヤ横力に基づいてタイヤ接地長を推定できる。すなわち、タイヤ接地長推定装置60は、車輪に加速度センサを設けることなく、既存の車載センサを用いてタイヤ接地長を安定して推定できる。
Thereby, the tire ground contact
(2)基準セルフアライニングトルクピーク判定部80では、接地長変化比演算部81は、輪荷重の変化比から予め設定したタイヤの接地長の変化比のモデルを用いて輪荷重変化比に基づいてタイヤの接地長変化比を算出している。また、基準セルフアライニングトルク比例量演算部82は、セルフアライニングトルクを輪荷重変化比及び接地長変化比で除算して基準セルフアライニングトルクを算出している。
(2) In the reference self-aligning torque
ここで、本来ピークを検出しようとする正規化セルフアライニングトルクはセルフアライニングトルクを輪荷重、路面摩擦係数、及びタイヤ接地長で除した量で定義される。しかし、輪荷重とこれから推定するタイヤ接地長を直接推定することは困難である。これに対して、本実施形態では、セルフアライニングトルクを輪荷重変化比とタイヤ接地長変化比とで除した基準セルフアライニングトルク比例量を定義している。このとき、基準セルフアライニングトルク比例量は、正規化セルフアライニングトルクに比例する値になっている。 Here, the normalized self-aligning torque that is originally intended to detect the peak is defined by an amount obtained by dividing the self-aligning torque by the wheel load, the road surface friction coefficient, and the tire contact length. However, it is difficult to directly estimate the wheel load and the tire contact length estimated from the wheel load. On the other hand, in this embodiment, a reference self-aligning torque proportional amount obtained by dividing the self-aligning torque by the wheel load change ratio and the tire contact length change ratio is defined. At this time, the reference self-aligning torque proportional amount is a value proportional to the normalized self-aligning torque.
これにより、基準セルフアライニングトルクピーク判定部80は、基準セルフアライニングトルク比例量のピークを判定することで、正規化セルフアライニングトルクのピークを判定することを実現している。
この結果、タイヤ接地長推定装置60は、タイヤ接地長の推定精度を向上できる。
Accordingly, the reference self-aligning torque
As a result, the tire contact
(3)タイヤ横力推定部70では、左右合計横力推定部77は、車両運動特性から車両のヨーレート及び車両の横加速度に基づいて左右輪のタイヤ横力の合計値を推定している。また、前輪すべり角推定部76は、車両運動特性から舵角及び車速に基づいてタイヤすべり角を推定している。そして、最適化演算部78は、その推定した左右輪のタイヤ横力の合計値及びタイヤすべり角、並びに輪荷重変化比に基づいて、左右輪それぞれのタイヤ横力を算出している。
(3) In the tire
このように、タイヤ横力推定部70は、タイヤ横力を左右両輪に分配して左右輪それぞれのタイヤ横力を算出している。
これにより、タイヤ接地長推定装置60は、車両の各輪のタイヤ接地長を精度良く推定できる。
As described above, the tire lateral
As a result, the tire contact
(4)基準セルフアライニングトルクピーク判定部80は、現在時刻の処理ステップからNサンプル時間の間の基準セルフアライニングトルクを取得している。そして、基準セルフアライニングトルクピーク判定部80は、取得した基準セルフアライニングトルクについてフィッティングさせた直線の傾きの絶対値が予め設定した閾値より小さい場合、基準セルフアライニングトルクがピーク(ピーク近傍を含む)になっていると判定している。
(4) The reference self-aligning torque
これにより、基準セルフアライニングトルクピーク判定部80は、セルフアライニングトルクがノイズを含むような場合でも、そのようなセルフアライニングトルクから算出した基準セルフアライニングトルクのピークを高い精度で推定できる。
この結果、タイヤ接地長推定装置60は、そのピークのタイミングで推定されるタイヤ接地長の推定精度を向上させることができる。
Thereby, the reference self-aligning torque
As a result, the tire contact
(5)輪荷重変化比推定部61は、車両の横加速度に基づいて輪荷重変化比を推定している。
これにより、タイヤ接地長推定装置60は、横加速度に基づいて旋回時の輪荷重移動比を推定でき、例えば、その輪荷重移動比から算出される基準セルフアライニングトルクのピークを精度良く検出できる。さらに、タイヤ接地長推定装置60は、そのセルフアライニングトルク検出値をタイヤ横力で除算することでタイヤ接地長の推定精度を向上できる。
(5) The wheel load change
As a result, the tire ground contact
(6)輪荷重変化比推定部61は、車両の前後加速度に基づいて輪荷重変化比を推定している。
これにより、タイヤ接地長推定装置60は、横加速度に基づいて旋回時の輪荷重移動比を推定でき、例えば、その輪荷重移動比から算出される基準セルフアライニングトルクのピークを精度良く検出できる。さらに、タイヤ接地長推定装置60は、そのセルフアライニングトルク検出値をタイヤ横力で除算することでタイヤ接地長の推定精度を向上できる。
(6) The wheel load change
As a result, the tire ground contact
(7)タイヤ接地長推定装置60は、セルフアライニングトルク急変判定部100によってセルフアライニングトルクの変化率が予め設定した閾値よりも大きいと判定すると、タイヤの接地長の推定を停止している。
これにより、タイヤ接地長推定装置60は、セルフアライニングトルク変化率推定値の比が予め設定した閾値よりも大きいときにタイヤ接地長の推定を停止することで、路面摩擦係数の急変時等において基準セルフアライニングトルクのピークを検出するのを防止している。
(7) The tire contact
Thereby, the tire contact
この結果、タイヤ接地長推定装置60は、基準セルフアライニングトルクのピークを高い精度で検出でき、タイヤ接地長推定装置60は、そのピークのタイミングで推定されるタイヤ接地長の推定精度を向上させることができる。
(8)タイヤ接地長推定装置60は、ノイズレベル判定部110によって基準セルフアライニングトルクのノイズ強度が予め設定した閾値よりも大きいと判定すると、タイヤ接地長の推定を停止している。
As a result, the tire contact
(8) If the tire ground contact
これにより、タイヤ接地長推定装置60は、基準セルフアライニングトルク推定値のノイズ強度が予め定められた閾値よりも大きいときにタイヤ接地長の推定を停止することで、検出条件として相応しくなくシーンで基準セルフアライニングトルクのピークを検出するのを防止している。
この結果、タイヤ接地長推定装置60は、基準セルフアライニングトルクのピークを高い精度で検出でき、タイヤ接地長推定装置60は、そのピークのタイミングで推定されるタイヤ接地長の推定精度を向上させることができる。
As a result, the tire contact
As a result, the tire contact
(9)タイヤ接地長推定装置60は、旋回状態判定部120によって横加速度の絶対値が予め設定した閾値よりも小さいと判定すると、タイヤ接地長の推定を停止している。
これにより、タイヤ接地長推定装置60は、横加速度検出値の絶対値が予め設定した閾値よりも小さいときにタイヤ接地長の推定を停止することで、基準セルフアライニングトルクがピークをとる可能性の極めて低いシーンでタイヤ接地長の推定を実施してしまうのを防止できる。
この結果、タイヤ接地長推定装置60は、タイヤ接地長の演算資源を無駄にすることなく有効活用でき、その演算を実施するマイクロコンピュータの性能及び原価を低減することができる。
(9) If the tire contact
Accordingly, the tire contact
As a result, the tire contact
(本実施形態の変形例)
本実施形態では、推定停止条件判定部90は、図8に示した構成に限定されるものではない。
例えば、図12は、推定停止条件判定部90の他の構成例を示すブロック図である。
推定停止条件判定部90は、図12に示すように、制動検出部131及び駆動輪検出部132を有している。
(Modification of this embodiment)
In the present embodiment, the estimated stop
For example, FIG. 12 is a block diagram illustrating another configuration example of the estimated stop
As shown in FIG. 12, the estimated stop
制動検出部131は、車両の制動中と判定したとき、演算停止信号を出力する。また、駆動輪検出部132は、タイヤに駆動力伝達していると判定したとき、演算停止信号を出力する。
以上のような構成によって、タイヤ接地長推定装置60では、車両の制動中と判定したとき、又はタイヤに駆動力伝達していると判定したとき、タイヤ接地長の推定を停止する。
この場合、タイヤ接地長推定装置60は、制動中にタイヤ接地長の推定を停止することで、制動力によってタイヤの特性が変動するようなときのタイヤ接地長の推定を停止し、タイヤ接地長の推定精度を向上させることができる。
When it is determined that the vehicle is being braked, the
With the configuration described above, the tire contact
In this case, the tire contact
また、タイヤ接地長推定装置60は、例えば、セルフアライニングトルク検出輪が駆動輪でありその駆動時にタイヤ接地長の推定を停止することで、駆動力によってタイヤの特性が変動するようなときのタイヤ接地長の推定を停止できる。この結果、タイヤ接地長推定装置60は、タイヤ接地長の推定精度を向上させることができる。
また、本実施形態は、前述の電動車両に限られるものではなく、セルフアライニングトルクとタイヤ横力が推定又は検出できる車両であれば、既存の内燃機関を動力源とする車両等であって良い。
Further, the tire contact
Further, the present embodiment is not limited to the above-described electric vehicle, and may be a vehicle using an existing internal combustion engine as a power source as long as the vehicle can estimate or detect the self-aligning torque and the tire lateral force. good.
(第2実施形態)
次に第2実施形態を図面を参照して説明する。なお、前記第1実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
(構成等)
第2実施形態では、第1実施形態と同様な構成により同様な原理を用いてタイヤ接地長を推定する。そして、第2実施形態では、推定したタイヤ接地長に基づいて路面摩擦係数を推定する。
(Configuration etc.)
In the second embodiment, the tire ground contact length is estimated using the same principle with the same configuration as the first embodiment. In the second embodiment, the road surface friction coefficient is estimated based on the estimated tire contact length.
図13は、第2実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成例を示すブロック図である。
第2実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60は、図13に示すように、図3に示した第1実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成に加えて、路面摩擦係数推定部141を有している。
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of the tire ground contact
As shown in FIG. 13, the tire contact
路面摩擦係数推定部141は、次のように路面摩擦係数を推定する。
車両挙動を2輪モデルを用いてモデル化し、路面摩擦係数の時間変化が区分的に一定、すなわち、路面摩擦係数の時間による1階微分が0であると仮定すると、下記(37)式の車両運動方程式が成り立つ。
The road surface friction
Assuming that the vehicle behavior is modeled using a two-wheel model and that the time variation of the road surface friction coefficient is piecewise constant, that is, the first-order derivative with respect to time of the road surface friction coefficient is zero, the vehicle of the following equation (37) The equation of motion holds.
ここで、 β+(lf・γ/V)−δは前輪のタイヤすべり角を表す。β+(lr・γ/V)−δは後輪のタイヤすべり角を表す。また、ヨーレートと左右前輪のセルフアライニングトルク合計値が観測できると仮定すると、系の出力yは、下記(38)式として表される。 Here, β + (l f · γ / V) −δ represents the tire slip angle of the front wheel. β + (l r · γ / V) −δ represents the tire slip angle of the rear wheel. Further, assuming that the total value of the self-aligning torque of the yaw rate and the left and right front wheels can be observed, the output y of the system is expressed by the following equation (38).
ここで、jf()はセルフアライニングトルクモデルである。実際の左右前輪のセルフアライニングトルク合計値については、例えば、電動パワーステアリングシステムに備えられたアシストモータの電流と操舵トルクセンサで検出される操舵トルクとに基づいて算出できる。これらの数式を一般的な状態方程式の形式で表現すると、下記(39)式のようになる。 Here, j f () is a self-aligning torque model. The actual total self-aligning torque of the left and right front wheels can be calculated based on, for example, the current of the assist motor provided in the electric power steering system and the steering torque detected by the steering torque sensor. When these mathematical expressions are expressed in the form of a general state equation, the following expression (39) is obtained.
ここで、状態量はx=[β γ μ]Tである。入力はu=δである。この状態方程式に基づいて状態オブザーバを構成すると、下記(40)式を得ることができる。 Here, the state quantity is x = [β γ μ] T. The input is u = δ. When the state observer is configured based on this state equation, the following equation (40) can be obtained.
ここで、xの上に「^」を付した値(以下、x^と記載する。)、yの上に「^」を付した値は、それぞれ状態量及び出力の推定値を表す。また、x^´は、状態量の微分値を表す。状態オブザーバにおいて、状態量以外の変数である車速Vについては、例えば、車輪速から算出できる。また、オブザーバのゲインLは、オブザーバが安定極を有するように定められる値である。 Here, a value with “^” added to x (hereinafter referred to as “x ^”) and a value with “^” added to y represent a state quantity and an estimated output value, respectively. X ^ 'represents a differential value of the state quantity. In the state observer, the vehicle speed V that is a variable other than the state quantity can be calculated from the wheel speed, for example. The observer gain L is a value determined so that the observer has a stable pole.
また、図14は、セルフアライニングトルクモデルjf()の特性の一例を示す特性図である。
(38)式のセルフアライニングトルクモデルjf()は、図14に示すように、タイヤ接地長lに応じて大きく特性が変化する。例えば、セルフアライニングトルクモデルにフィアラモデルを用いた場合、図14に示すように、セルフアライニングトルクはタイヤ接地長に比例して変化する。したがって、セルフアライニングトルクモデルに基づいて路面摩擦係数を精度良く推定するためには、セルフアライニングトルクモデルにおいてこのタイヤ接地長を正しく設定することが必要になる。
FIG. 14 is a characteristic diagram showing an example of the characteristic of the self-aligning torque model j f ().
As shown in FIG. 14, the characteristics of the self-aligning torque model j f () in the equation (38) greatly change depending on the tire contact length l. For example, when a filar model is used as the self-aligning torque model, as shown in FIG. 14, the self-aligning torque changes in proportion to the tire contact length. Accordingly, in order to accurately estimate the road surface friction coefficient based on the self-aligning torque model, it is necessary to correctly set the tire contact length in the self-aligning torque model.
ここで、図15は、本実施形態を適用して得た路面摩擦係数とその比較例の路面摩擦係数とを示す特性図である。ここで、本実施形態を適用して得た路面摩擦係数場合とは、本実施形態により推定したタイヤ接地長を設定したセルフアライニングトルクモデルを用いて推定した路面摩擦係数である。また、比較例の路面摩擦係数とは、20%の誤差を含むタイヤ接地長を設定したセルフアライニングトルクモデルを用いて推定した路面摩擦係数である。 Here, FIG. 15 is a characteristic diagram showing a road surface friction coefficient obtained by applying this embodiment and a road surface friction coefficient of a comparative example. Here, the road surface friction coefficient obtained by applying the present embodiment is a road surface friction coefficient estimated using a self-aligning torque model in which the tire contact length estimated by the present embodiment is set. Moreover, the road surface friction coefficient of the comparative example is a road surface friction coefficient estimated using a self-aligning torque model in which a tire contact length including an error of 20% is set.
図15からもわかるように、本実施形態では、路面摩擦係数推定誤差を大幅に改善できる。
なお、セルフアライニングトルクモデルのようなタイヤモデルを用いて路面摩擦係数を推定する技術には、公知の技術がある。例えば、公知の技術として、特許第4213994号公報に記載のような技術がある。
また、第2実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60におけるその他の構成は、前記第1実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成と同様である。
As can be seen from FIG. 15, in this embodiment, the road surface friction coefficient estimation error can be greatly improved.
There are known techniques for estimating the road surface friction coefficient using a tire model such as a self-aligning torque model. For example, as a known technique, there is a technique as described in Japanese Patent No. 4213994.
In addition, the other configuration of the tire contact
(第2実施形態の効果)
第2実施形態は、第1実施形態の効果に加え次のような効果を奏する。
路面摩擦係数推定部141は、タイヤ接地長と路面摩擦係数とからセルフアライニングトルクを特定可能なセルフアライニングトルク(タイヤモデル)を用いて、タイヤ接地長に対応する路面摩擦係数を推定している。
(Effect of 2nd Embodiment)
The second embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
The road surface friction
これにより、路面摩擦係数推定部141は、高い精度で推定されたタイヤ接地長を用いることでセルフアライニングトルクモデル(タイヤモデル)に基づく路面摩擦係数を高い精度で推定できるようになる。
この結果、路面摩擦係数推定部141は、乗員積載位置による輪荷重の移動や、タイヤ空気圧の減少によるタイヤ特性の変動等によらず、路面摩擦係数を高い精度で推定できるようになる。
As a result, the road surface friction
As a result, the road surface
(第3実施形態)
次に第3実施形態を図面を参照して説明する。なお、前記第1実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
(構成等)
第3実施形態では、第1実施形態と同様な構成により同様な原理を用いてタイヤ接地長を推定する。そして、第3実施形態では、推定したタイヤ接地長に基づいてタイヤ空気圧を推定する。
(Configuration etc.)
In the third embodiment, the tire ground contact length is estimated using the same principle with the same configuration as the first embodiment. In the third embodiment, the tire air pressure is estimated based on the estimated tire contact length.
図16は、第3実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成例を示すブロック図である。
第3実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60は、図16に示すように、図3に示した第1実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成に加えて、タイヤ空気圧推定部142を有している。
FIG. 16 is a block diagram illustrating a configuration example of the tire ground contact
As shown in FIG. 16, the tire contact
タイヤ空気圧推定部142は、タイヤ空気圧とタイヤ接地長との関係に基づいてタイヤ空気圧を推定する。
図17は、タイヤ空気圧とタイヤ接地長との関係の一例を示す。
タイヤ空気圧は、図17に示すように、タイヤ接地長が大きいほど小さくなる特性を有する。そして、タイヤ空気圧は、タイヤ接地長が増加すると単調に減少する。
The tire
FIG. 17 shows an example of the relationship between tire pressure and tire contact length.
As shown in FIG. 17, the tire air pressure has a characteristic that it becomes smaller as the tire contact length becomes larger. The tire air pressure monotonously decreases as the tire contact length increases.
タイヤ空気圧推定部142は、このような関係に基づいてタイヤ接地長からタイヤ空気圧を推定する。例えば、このような関係を実験により取得してマップを作成しておき、タイヤ空気圧推定部142は、その作成したマップを参照してタイヤ接地長からタイヤ空気圧を推定する。
なお、第3実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60におけるその他の構成は、前記第1実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成と同様である。
The tire
In addition, the other structure in the tire contact
(第3実施形態の効果)
第3実施形態は、第1実施形態の効果に加え次のような効果を奏する。
タイヤ空気圧推定部142は、タイヤ接地長に基づいてタイヤの空気圧を推定している。
これにより、タイヤ空気圧推定部142は、タイヤにタイヤ空気圧センサを直接設けることなくタイヤ空気圧を推定できる。例えば、タイヤにタイヤ空気圧センサを直接設けてタイヤ空気圧を推定する技術としては、特開2010−254018号公報に記載の技術がある。
(Effect of the third embodiment)
The third embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
The tire air
Thereby, the tire
これにより、本実施形態によれば、タイヤ空気圧センサの原価と取り付けに関わる工賃が不用となるので、車両原価の低減が期待できる。
また、タイヤ空気圧推定部142は、高い精度で推定されたタイヤ接地長を用いることでタイヤ空気圧を高い精度で推定できるようになる。
Thus, according to the present embodiment, the cost of the tire air pressure sensor and the labor associated with the installation become unnecessary, so that a reduction in the vehicle cost can be expected.
Further, the tire
(第4実施形態)
次に第4実施形態を図面を参照して説明する。なお、前記第1実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
(構成等)
第4実施形態では、第1実施形態と同様な構成により同様な原理を用いてタイヤ接地長を推定する。そして、第4の実施形態では、推定したタイヤ接地長に基づいてタイヤ転がり抵抗を推定する。
(Configuration etc.)
In the fourth embodiment, the tire ground contact length is estimated using the same principle with the same configuration as that of the first embodiment. In the fourth embodiment, the tire rolling resistance is estimated based on the estimated tire contact length.
図18は、第4実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成例を示すブロック図である。
第4実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60は、図18に示すように、図3に示した第1実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成に加えて、タイヤ転がり抵抗推定部151、車間距離検出部152、加減速指令値生成部153、フィードフォワード制御部154、フィードバック制御部155、及び和演算部156を有している。
FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration example of the tire ground contact
As shown in FIG. 18, the tire contact
タイヤ転がり抵抗推定部151は、タイヤ接地長からタイヤ転がり抵抗を推定する。
図19は、タイヤ転がり抵抗とタイヤ接地長との関係の一例を示す特性図である。
タイヤ転がり抵抗は、図19に示すように、タイヤ接地長が大きいほど大きくなる特性を有する。そして、タイヤ転がり抵抗は、タイヤ接地長が増加すると単調に増加する。
タイヤ転がり抵抗推定部151は、このような関係に基づいてタイヤ接地長からタイヤ転がり抵抗を推定する。例えば、このような関係を実験により取得してマップを作成しておき、タイヤ転がり抵抗推定部151は、その作成したマップを参照してタイヤ接地長からタイヤ転がり抵抗を推定する。そして、タイヤ転がり抵抗推定部151は、推定したタイヤ転がり抵抗をフィードフォワード制御部154に出力する。
The tire rolling
FIG. 19 is a characteristic diagram showing an example of the relationship between tire rolling resistance and tire ground contact length.
As shown in FIG. 19, the tire rolling resistance has a characteristic of increasing as the tire contact length increases. The tire rolling resistance increases monotonously as the tire contact length increases.
The tire rolling
車間距離検出部152は車間距離を検出する。例えば、車間距離検出部152は、車両前方に備えられたレーザーレンジファインダーの信号を参照して、先行車両と自車両との間の距離を検出する。そして、車間距離検出部152は、検出した車間距離を加減速指令値生成部153、フィードフォワード制御部154、及びフィードバック制御部155に出力する。
The
加減速指令値生成部153は、車間距離検出部152が検出した車間距離検出値と目標車間距離との偏差、及び運転者が操作するアクセルペダルやブレーキペダルの開度に基づいて加減速指令値を生成する。そして、加減速指令値生成部153は、生成した加減速指令値をフィードフォワード制御部154に出力する。
フィードフォワード制御部154は、加減速指令値、車間距離、及びタイヤ転がり抵抗トルクに基づいてフィードフォワード制御信号を算出する。
The acceleration / deceleration command
The
ここで、制駆動トルクT(s)から車両前後加速度Gx(s)までの、ノミナルなダイナミックモデルをD(s)とおくと、下記(41)式が導き出される。
Gx(s)=D(s)T(s) ・・・(41)
これにより、フィードフォワード制御部154は、下記(42)式のようにダイナミックモデルの逆モデルD−1(s)に基づいて構成される。下記(42)式のUff(s)はフィードフォワード制御信号であり、フィードフォワード制御部154は、算出したフィードフォワード制御信号を和演算部156に出力する。
Here, when a nominal dynamic model from the braking / driving torque T (s) to the vehicle longitudinal acceleration G x (s) is D (s), the following equation (41) is derived.
G x (s) = D (s) T (s) (41)
Thereby, the
ここで、Res(s)(Rについてはその上に「^」を付した値)はタイヤ転がり抵抗トルク推定値である。Gxcom(s)は加減速指令値である。FLPF(s)は系をプロパーにするためのローパスフィルターである。第2項において、予め推定されたタイヤ転がり抵抗トルクを補償しており、これにより制御の結果生じる車両前後加速度の応答性と精度を向上させることができる。 Here, R es (s) (R is a value with “^” added thereto) is a tire rolling resistance torque estimated value. G xcom (s) is an acceleration / deceleration command value. F LPF (s) is a low-pass filter for making the system proper. In the second term, the tire rolling resistance torque estimated in advance is compensated, and thereby the responsiveness and accuracy of the vehicle longitudinal acceleration generated as a result of the control can be improved.
フィードバック制御部155は、車間距離に基づいてフィードバック制御信号を算出する。例えば、フィードバック制御部155は、積分制御器を用いて車間距離検出値と目標車間距離との偏差を減少させるようにフィードバック制御信号を算出する。そして、フィードバック制御部155は、算出したフィードバック制御信号を和演算部156に出力する。
The
和演算部156は、フィードフォワード制御信号とフィードバック制御信号との和から、制駆動トルクを制御するための制駆動トルク指令値を算出する。
なお、第4実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60におけるその他の構成は、前記第1実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成と同様である。
(第4実施形態の効果)
第4実施形態は、第1実施形態の効果に加え次のような効果を奏する。
The
In addition, the other structure in the tire contact
(Effect of 4th Embodiment)
The fourth embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
タイヤ転がり抵抗推定部151は、タイヤ接地長に基づいてタイヤ転がり抵抗を推定している。
これにより、タイヤ転がり抵抗推定部151は、高い精度で推定されたタイヤ接地長を用いることでタイヤ転がり抵抗を高い精度で推定できるようになる。
この結果、本実施形態のように、高い精度のタイヤ転がり抵抗推定値に基づいて駆動トルクを補正できる。また、本実施形態によれば、このようなタイヤ転がり抵抗推定値を用いることで、例えば、電気自動車の航続距離を高い精度で推定でき、運転者はより確実な走行計画を立てることができるようになる。また、本実施形態によれば、一定の車間距離を保ったまま自車両を先行車に追従させる制御において、タイヤ転がり抵抗推定値に応じて駆動トルクを補正することで、高い応答性と精度で目標の前後加速度を発生させることができる。
The tire rolling
Accordingly, the tire rolling
As a result, the driving torque can be corrected based on the estimated tire rolling resistance value with high accuracy as in the present embodiment. Further, according to the present embodiment, by using such tire rolling resistance estimation value, for example, the cruising distance of the electric vehicle can be estimated with high accuracy, and the driver can make a more reliable travel plan. become. In addition, according to the present embodiment, in the control for causing the host vehicle to follow the preceding vehicle while maintaining a constant inter-vehicle distance, the driving torque is corrected according to the estimated tire rolling resistance value, thereby achieving high responsiveness and accuracy. A target longitudinal acceleration can be generated.
(第5実施形態)
次に第5実施形態を図面を参照して説明する。なお、前記第1実施形態と同様な構成については同一の符号を付して説明する。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described with reference to the drawings. The same components as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.
(構成等)
第5実施形態では、第1実施形態と同様な構成により同様な原理を用いてタイヤ接地長を推定する。そして、第5実施形態は、推定したタイヤ接地長に基づいてタイヤコーナリングパワーを推定する。
図20は、第5実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成例を示すブロック図である。
(Configuration etc.)
In the fifth embodiment, the tire contact length is estimated using the same principle with the same configuration as that of the first embodiment. In the fifth embodiment, the tire cornering power is estimated based on the estimated tire contact length.
FIG. 20 is a block diagram illustrating a configuration example of the tire ground contact
第5実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60は、図20に示すように、図3に示した第1実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成に加えて、タイヤコーナリングパワー推定部161を有している。
タイヤコーナリングパワー推定部161は、タイヤ接地長からタイヤコーナリングパワーを推定する。
このタイヤコーナリングパワー推定部161は、次のような原理の下、タイヤコーナリングパワーを推定する。
As shown in FIG. 20, the tire contact
The tire cornering
The tire cornering
ブラッシュタイヤモデル(「Tire and Vehicle dynamics」, Butterworth Heinemann, Hans Pacejka著、p99等)によれば、タイヤ横力が飽和するタイヤすべり角はタイヤ接地長の2乗に反比例する。よって、タイヤ横力のタイヤすべり角に対する初期の傾きであるタイヤコーナリングパワーはタイヤ接地長の2乗に比例する。下記(43)式はそのような関係を示す。 According to the brush tire model ("Tire and Vehicle dynamics", Butterworth Heinemann, Hans Pacejka, p99, etc.), the tire slip angle at which the tire lateral force is saturated is inversely proportional to the square of the tire contact length. Therefore, the tire cornering power, which is the initial inclination of the tire lateral force with respect to the tire slip angle, is proportional to the square of the tire contact length. The following equation (43) shows such a relationship.
Cp=(l/l0)2・Cp0 ・・・(43)
ここで、l0は基準となるタイヤ接地長である。Cp0は、タイヤ接地長が基準値l0のときのタイヤコーナリングパワーである。
この(43)式が示すように、タイヤ接地長lの増加に応じて、タイヤコーナリングパワーCpが増加するのは、ブラッシュモデルにおいて接地面積が増加し、タイヤ微小要素に作用するタイヤ横力を積分する面積が増大するためである。
C p = (l / l 0 ) 2 · C p0 (43)
Here, l 0 is a reference tire contact length. C p0 is the tire cornering power when the tire contact length is the reference value 10 .
As shown in the equation (43), the tire cornering power C p increases as the tire ground contact length l increases because the ground contact area in the brush model increases and the tire lateral force acting on the tire microelements increases. This is because the area to be integrated increases.
なお、第5実施形態は、このようなブラッシュタイヤモデルを用いることに限定されるものではなく、実験的にタイヤ接地長とタイヤコーナリングパワーの関係を取得することによって作成されたマップを参照することで、タイヤコーナリングパワーを推定しても良い。
なお、第5実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60におけるその他の構成は、前記第1実施形態におけるタイヤ接地長推定装置60の構成と同様である。
In addition, 5th Embodiment is not limited to using such a brush tire model, Refer to the map created by acquiring the relationship between tire contact length and tire cornering power experimentally. Thus, the tire cornering power may be estimated.
In addition, the other structure in the tire contact
(第5実施形態の効果)
第5実施形態は、第1実施形態の効果に加え次のような効果を奏する。
タイヤコーナリングパワー推定部161は、タイヤ接地長に基づいてタイヤコーナリングパワーを推定している。
(Effect of 5th Embodiment)
The fifth embodiment has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
The tire cornering
これにより、タイヤコーナリングパワー推定部161は、高い精度で推定されたタイヤ接地長を用いることでタイヤコーナリングパワーを高い精度で推定できるようになる。
この結果、本実施形態では、このタイヤコーナリングパワーを用いることで、例えば、横滑り防止制御をより円滑に実施することができるようになる。すなわち、本実施形態によれば、乗員積載位置の変動やタイヤ空気圧の減少等の要因によってタイヤ接地長が変動した場合でも、横滑り防止制御における車両モデルを実車両運動のダイナミクスに補正できる。この結果、本実施形態では、これらの要因によらず、オーバーシュート量や整定時間等の制御設計値の変動を抑えることができる。
Accordingly, the tire cornering
As a result, in the present embodiment, by using the tire cornering power, for example, the skid prevention control can be more smoothly performed. That is, according to this embodiment, even when the tire ground contact length varies due to factors such as a change in the occupant loading position and a decrease in tire air pressure, the vehicle model in the skid prevention control can be corrected to the dynamics of the actual vehicle motion. As a result, in the present embodiment, fluctuations in control design values such as the amount of overshoot and settling time can be suppressed regardless of these factors.
なお、本実施形態の変形例として、タイヤ接地長推定装置60は、第2〜第5実施形態で示した路面摩擦係数推定部141、タイヤ空気圧推定部142、タイヤ転がり抵抗推定部151、及びタイヤコーナリングパワー推定部161のうちの少なくとも2つを組み合わせて備えているものであって良い。
この場合、タイヤ接地長推定装置60は、タイヤ転がり抵抗推定部151を少なくとも備える場合、前記第4実施形態と同様に、車間距離検出部152、加減速指令値生成部153、フィードフォワード制御部154、フィードバック制御部155、及び和演算部156を備えても良い。
As a modification of the present embodiment, the tire contact
In this case, when the tire contact
60 タイヤ接地長推定装置、61 輪荷重変化比推定部、62 セルフアライニングトルク検出部、63 タイヤ接地長推定部、70 タイヤ横力推定部、73 ヨーレート検出部、74 横加速度検出部、80 基準セルフアライニングトルクピーク判定部 60 tire contact length estimation device, 61 wheel load change ratio estimation unit, 62 self-aligning torque detection unit, 63 tire contact length estimation unit, 70 tire lateral force estimation unit, 73 yaw rate detection unit, 74 lateral acceleration detection unit, 80 reference Self-aligning torque peak determination unit
Claims (15)
車両のヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、
車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、
前記ヨーレート検出手段で検出されたヨーレートと、横加速度検出手段で検出された横加速度に基づいて、タイヤの横力を推定するタイヤ横力推定手段と、
静的な輪荷重に対する横加速度検出手段で検出された横加速度に基づいた輪荷重変化量の比である輪荷重の変化比を算出する輪荷重変化比算出手段と、
前記セルフアライニングトルク検出手段が検出したセルフアライニングトルク及び前記輪荷重変化比算出手段が算出した輪荷重の変化比に基づいて前記セルフアライニングトルクに比例する値として算出した基準セルフアライニングトルクがピークになっているか否かを判定する基準セルフアライニングトルクピーク判定手段と、
前記基準セルフアライニングトルクピーク判定手段が基準セルフアライニングトルクがピークになっていると判定すると、前記セルフアライニングトルク検出手段が検出したセルフアライニングトルクを前記タイヤ横力推定手段が推定した横力で除算した値からタイヤの接地長を推定するタイヤ接地長推定手段と、
を備えることを特徴とするタイヤ接地長推定装置。 Self-aligning torque detecting means for detecting the self-aligning torque of the tire;
Yaw rate detection means for detecting the yaw rate of the vehicle;
Lateral acceleration detecting means for detecting the lateral acceleration of the vehicle;
Tire lateral force estimation means for estimating the lateral force of the tire based on the yaw rate detected by the yaw rate detection means and the lateral acceleration detected by the lateral acceleration detection means;
A wheel load change ratio calculating means for calculating a wheel load change ratio that is a ratio of a wheel load change amount based on the lateral acceleration detected by the lateral acceleration detecting means with respect to the static wheel load;
A reference self-aligning torque calculated as a value proportional to the self-aligning torque based on the self-aligning torque detected by the self-aligning torque detecting means and the wheel load change ratio calculating means calculated by the wheel load change ratio calculating means. A reference self-aligning torque peak determination means for determining whether or not is a peak;
When the reference self-aligning torque peak determining means determines that the reference self-aligning torque is at a peak, the lateral force estimated by the tire lateral force estimating means is the self-aligning torque detected by the self-aligning torque detecting means. Tire contact length estimation means for estimating the tire contact length from the value divided by the force;
A tire ground contact length estimation device comprising:
輪荷重の変化比から予め設定したタイヤの接地長の変化比のモデルを用いて、前記輪荷重変化比算出手段が算出した輪荷重の変化比に基づいて、タイヤの接地長に対するタイヤの接地長の比であるタイヤの接地長の変化比を推定する接地長変化比推定手段と、
前記セルフアライニングトルク検出手段が検出したセルフアライニングトルクを前記輪荷重変化比算出手段が算出した輪荷重の変化比及び前記接地長変化比推定手段が推定した接地長の変化比で除算した値から基準セルフアライニングトルクを推定する基準セルフアライニングトルク推定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載したタイヤ接地長推定装置。 The reference self-aligning torque peak determining means is
Based on the wheel load change ratio calculated by the wheel load change ratio calculation means using a tire contact length change ratio model set in advance from the wheel load change ratio, the tire contact length relative to the tire contact length is calculated. A contact length change ratio estimating means for estimating a change ratio of the contact length of the tire, which is a ratio of
A value obtained by dividing the self-aligning torque detected by the self-aligning torque detecting means by the wheel load change ratio calculated by the wheel load change ratio calculating means and the contact length change ratio estimated by the contact length change ratio estimating means. A reference self-aligning torque estimating means for estimating a reference self-aligning torque from:
The tire contact length estimation device according to claim 1, comprising:
前記ヨーレート検出手段が検出したヨーレート及び前記横加速度検出手段が検出した横加速度に基づいて、車両運動特性から左右輪のタイヤ横力の合計値を推定するタイヤ横力合計値推定手段と、
車両運動特性から舵角及び車速に基づいて、タイヤのすべり角を推定するタイヤすべり角推定手段と、
前記タイヤ横力合計値推定手段が推定した左右輪のタイヤ横力の合計値、前記タイヤすべり角推定手段が推定したタイヤのすべり角、及び前記輪荷重変化比算出手段が算出した輪荷重の変化比に基づいて、左輪のタイヤ横力及び右輪のタイヤ横力をそれぞれ推定する左右輪タイヤ横力推定手段と、
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載したタイヤ接地長推定装置。 The tire lateral force estimating means includes
Based on the yaw rate detected by the yaw rate detection means and the lateral acceleration detected by the lateral acceleration detection means, a tire lateral force total value estimation means for estimating a total value of tire lateral forces of left and right wheels from vehicle motion characteristics;
Tire slip angle estimating means for estimating a tire slip angle based on a steering angle and a vehicle speed from vehicle motion characteristics;
The total tire lateral force value of the left and right wheels estimated by the tire lateral force total value estimating means, the tire slip angle estimated by the tire slip angle estimating means, and the wheel load change calculated by the wheel load change ratio calculating means Left and right wheel tire lateral force estimating means for estimating the left wheel tire lateral force and the right wheel tire lateral force, respectively, based on the ratio;
The tire ground contact length estimation device according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
前記輪荷重変化比算出手段は、検出された車両の前後加速度に基づいて、輪荷重変化比を算出することを特徴とする請求項5に記載したタイヤ接地長推定装置。 The longitudinal load detecting means for detecting longitudinal acceleration of the vehicle is further provided. The wheel load change ratio calculating means calculates the wheel load change ratio based on the detected longitudinal acceleration of the vehicle. The tire ground contact length estimation device described.
前記タイヤ接地長推定手段は、前記ノイズレベルが予め設定した閾値よりも大きい場合にノイズレベルが大きいと判定し、タイヤの接地長の推定を停止することを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載したタイヤ接地長推定装置。 Noise level determination means for determining a noise level of the reference self-aligning torque;
The tire contact length estimation means determines that the noise level is high when the noise level is larger than a preset threshold value, and stops estimating the contact length of the tire. The tire ground contact length estimation apparatus described in any one of the above.
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