JP2013216278A

JP2013216278A - 接地荷重推定装置

Info

Publication number: JP2013216278A
Application number: JP2012090599A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayakawa; 祐早川
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】より精度良く接地荷重を推定することができる接地荷重推定装置を提供する。
【解決手段】車両諸元と、横加速度と、前後加速度と、ロール角加速度と、ピッチ角加速度とから、各車輪の左右荷重移動量及び前後荷重移動量を算出し、前記車輪の左右荷重移動量及び前後荷重移動量、並びに上下加速度とから、車輪の接地荷重を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明は接地荷重推定装置に関する。

従来、車両の挙動に応じて車両の制動力・駆動力の制御を行うことで、車両の操縦安定性を向上することが行われている。車両の挙動を検出するためには、例えば車両の横方向の挙動を横加速度センサなどから検出することや、車両に荷重センサを設けて各車輪の接地荷重を測定することが挙げられる。しかし、これらの方法により接地荷重を検出しても検出精度に限界があり、また、車両に大型の荷重センサを設けることは現実的ではない。

そこで、車両のピッチモーメントに基づいて車輪の接地荷重を推定することが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、車両の横方向の挙動だけでなく、車両のピッチング方向における挙動を考慮して接地荷重を推定するため、車両の限界挙動付近における車輪の接地荷重を適切に推定している。

特開２００４−５８９６０号公報

しかしながら、現在、走行中の車両の操縦安定性をさらに向上させるべく、車両の接地荷重推定装置によりさらに精度良く各車輪の接地荷重を推定することが求められている。

そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、より精度良く接地荷重を推定することができる接地荷重推定装置を提供しようとするものである。

本発明の接地荷重推定装置は、車両諸元と、横加速度と、前後加速度と、ロール角加速度と、ピッチ角加速度とから、各車輪の左右荷重移動量及び前後荷重移動量を算出し、前記車輪の左右荷重移動量及び前後荷重移動量、並びに上下加速度とから、車輪の接地荷重を算出することを特徴とする。本発明の接地荷重推定装置では、ロール角加速度と、ピッチ角加速度とを用いて接地荷重を用いることで、より精度良く接地荷重を推定することができる。

前記車輪の接地荷重の算出は、初期状態における該車輪の接地荷重に前記上下加速度を乗じたものと、前記前後荷重移動量と、前記左右荷重移動量のうち当該車輪にかかる荷重移動比率であるフロント荷重移動比とから算出することが好ましい。これらを用いて接地荷重を推定することで、精度良く接地荷重を推定することができる。

本発明の好ましい実施形態としては、前記車両諸元は、車両重量、ロール半径、ロールセンタ高さ、ホイールベース、ロール慣性モーメント、ピッチ慣性モーメント、重心高さ及びトレッドであることが挙げられる。

本発明の接地荷重推定装置によれば、より精度良く接地荷重を推定することができるという優れた効果を奏し得る。

本実施形態の接地荷重推定装置を有する車両の模式図。本実施形態の接地荷重推定装置による推定方法を説明するためのフローチャート。

本発明の接地荷重推定装置について、以下説明する。

車両１は、エンジン２からの動力が伝達されるフロント駆動軸３と、フロント駆動軸３に設けられた前輪４ｒ、４ｌとを有する。車両１には、さらに後輪５ｒ、５ｌがそれぞれリア軸６に設けられている。車両１は、車両１の統合制御を行う制御部１０を有する。

本実施形態の接地荷重推定装置１１は、車両１の制御部１０に設けられている。接地荷重推定装置１１は、各車輪の接地荷重を算出して推定するものである。制御部１０には、車両１に設けられた前後加速度センサ２１、横加速度センサ２２、上下加速度センサ２３が接続されている。さらに、制御部１０には、ロールレートセンサ２４、ピッチレートセンサ２５が接続されている。これらのセンサは、一般的に車載されるセンサであることから、簡易に車載することができる。

接地荷重推定装置１１には、車両挙動制御装置１２が接続されている。車両挙動制御装置１２は、接地荷重推定装置１１で推定された接地荷重に基づいて車両の挙動を制御するものである。

制御部１０の接地荷重推定装置１１には、各センサからの検出結果、即ち前後加速度、横加速度、上下加速度、ロール角加速度、ピッチ角加速度が入力される。なお、ロールレートセンサ２４、ピッチレートセンサ２５では、それぞれ角速度を検出するものであり、ロールレートセンサ２４、ピッチレートセンサ２５で検出されたロール角速度及びピッチ角速度が接地荷重推定装置１１に入力されて、接地荷重推定装置１１でそれぞれ角速度から角加速度が導出される。なお、ロールレートセンサ２４、ピッチレートセンサ２５で検出した加速度から別の導出手段によりロール角加速度及びピッチ角加速度を導出して接地荷重推定装置１１に入力するように構成してもよい。

接地荷重推定装置１１は、これらのセンサからの入力値に基づいて各車輪における接地荷重を推定する。接地荷重推定装置１１が行う接地荷重の推定方法について、図２を用いて説明する。

初めに、ステップＳ１では、接地荷重推定装置は、センサからの入力値を検出する。ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２では、接地荷重推定装置は、以下の式に基づいて、各車輪の接地荷重を算出し、推定する。

前輪４ｒの第１接地荷重Ｗ_ＦＲ（ｔ）は、
（式１）

ここで、ΔＷ_ｌａｔ（ｔ）は時刻ｔにおける左右荷重移動量を、ΔＷ_ｌｏｎ（ｔ）は時刻ｔにおける前後荷重移動量を、Ａ_ｚ（ｔ）は時刻ｔにおける上下加速度を、Ｐ_ｆはフロント荷重移動比を示す。フロント荷重移動比Ｐ_ｆは、車両毎に予め規定される値である。

ただし、
（式２）

（式３）

である。
ここで、Ｔはトレッド、Ａ_ｙ（ｔ）は時刻ｔにおける横加速度であり、ｍは車両重量、ｈ_ｃｇは車両の重心高、ｈはロール半径、θ_ｒ（ｔ）は時刻ｔにおけるロール角、Ｉ_ｘはロール慣性モーメント、Ｌはホイール間距離（ホイールベース）、Ａ_ｘ（ｔ）は時刻ｔにおける前後加速度、θ_ｐ（ｔ）は時刻ｔにおけるピッチ角、Ｉ_ｙはピッチ慣性モーメントである。これらのうち、車両重量ｍ、車両の重心高ｈ_ｃｇ、ロール半径ｈ、ロール慣性モーメントＩ_ｘ、ピッチ慣性モーメントＩ_ｙは車両毎に予め規定される値である。

同様に、前輪４ｌの第１接地荷重Ｗ_ＦＬ（ｔ）については、
（式４）

後輪５ｒの第１接地荷重Ｗ_ＲＲ（ｔ）については、
（式５）

後輪５ｌの第１接地荷重Ｗ_ＲＬ（ｔ）については、
（式６）

である。

これらの各式は、以下の運動方程式から求められたものである。

左右方向におけるロール運動の運動方程式：
（式７）

左右荷重移動を示す運動方程式：
（式８）

ここで、ｋはロール剛性、ｃはロール減衰を示す。

これにより、上述した左右加重移動量を求めることができる。

また、前後方向におけるピッチング運動の運動方程式：
（式９）

前後荷重移動を示す運動方程式：
（式１０）

これにより、上述した前後加重移動量を求めることができる。

詳しくは後述するが、この運動方程式においては、ロール剛性及びロール減衰を示す項が含まれているが、これらのロール剛性及びロール減衰を示す項を共通項として削除してしまうことから、本実施形態においては左右荷重移動量及び前後荷重移動量を示す式中から非線形の値を示す項がなくなる。これにより、本実施形態ではより精度よく接地荷重を求めることができる。

接地荷重推定部は、ステップＳ１で入力されたセンサからの入力値と、予め車両毎に規定されている値（車両諸元）とに基づいて、上述した各式に基づいて各車輪の接地荷重を求める。ステップＳ３へ進む。

ところで、ステップＳ２で算出された各車輪の第１接地荷重は、各車輪単体の接地荷重であったので、車輪全体の接地荷重を考慮する必要がある。そこで、正確な車輪の接地荷重を求めるべく、ステップＳ３〜Ｓ１５では、車輪の接地荷重の値がマイナスである場合には、その接地荷重は対角線上に存在する他の車輪に荷重がかかる状態であるので、接地荷重の値を対角線上に存在する他の車輪に付加している。以下、具体的にステップＳ３〜Ｓ１５で説明する。

ステップＳ３では、まず、求めた前輪４ｌの第１接地荷重Ｗ_ＦＬ（ｔ）が０よりも大きいかどうかを判断する。大きい場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ６へ進む。小さい場合（ＮＯ）には、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、前輪４ｌの第１接地荷重Ｗ_ＦＬ（ｔ）を前輪４ｌの算出用接地荷重Ｗ_ＦＬ’に代入する。ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、前輪４ｌの第１接地荷重Ｗ_ＦＬ（ｔ）を０とする。ステップＳ６へ進む。

ステップＳ６では、求めた前輪４ｒの第１接地荷重Ｗ_ＦＲ（ｔ）が０よりも大きいかどうかを判断する。大きい場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ９へ進む。小さい場合（ＮＯ）には、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、前輪４ｒの第１接地荷重Ｗ_ＦＲ（ｔ）を前輪４ｒの算出用接地荷重Ｗ_ＦＲ’に代入する。ステップＳ８へ進む。

ステップＳ８では、前輪４ｒの第１接地荷重Ｗ_ＦＲ（ｔ）を０とする。ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９では、後輪５ｌの第１接地荷重Ｗ_ＲＬ（ｔ）が０よりも大きいかどうかを判断する。大きい場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２へ進む。小さい場合（ＮＯ）には、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０では、後輪５ｌの第１接地荷重Ｗ_ＲＬ（ｔ）を後輪５ｌの算出用接地荷重にＷ_ＲＬ’代入する。ステップＳ１１へ進む。

ステップＳ１１では、後輪５ｌの第１接地荷重Ｗ_ＲＬ（ｔ）を０とする。ステップＳ１２へ進む。

ステップＳ１２では、後輪５ｒの第１接地荷重Ｗ_ＲＲ（ｔ）が０よりも大きいかどうかを判断する。大きい場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１５へ進む。小さい場合（ＮＯ）には、ステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３では、後輪５ｒの第１接地荷重Ｗ_ＲＲ（ｔ）を後輪５ｒの算出用接地荷重Ｗ_ＲＲ’に代入する。ステップＳ１４へ進む。

ステップＳ１４では、後輪５ｒの第１接地荷重Ｗ_ＲＲ（ｔ）を０とする。ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、各車輪の接地荷重である第２接地荷重を算出する。即ち、以下の式により、正確に接地荷重を算出する。

前輪４ｌの第２接地荷重＝Ｗ_ＦＬ＋Ｗ_ＦＲ’＋Ｗ_ＲＬ’−Ｗ_ＲＲ’
前輪４ｒの第２接地荷重＝Ｗ_ＦＲ＋Ｗ_ＦＬ’−Ｗ_ＲＬ’＋Ｗ_ＲＲ’
後輪５ｌの第２接地荷重＝Ｗ_ＲＬ＋Ｗ_ＦＬ’−Ｗ_ＦＲ’＋Ｗ_ＲＲ’
後輪５ｒの第２接地荷重＝Ｗ_ＲＲ−Ｗ_ＦＬ’＋Ｗ_ＦＲ’＋Ｗ_ＲＬ’
各式においては、それぞれ対角線上に存在する車輪（例えば、前輪４ｌに対しては後輪５ｒ）の値を減ずると共に、それ以外の値については加算している。

このようにして、本実施形態の接地荷重推定装置１１は、各車輪単体の荷重である第１接地荷重を求めた上で、車輪全体の荷重を考慮した第２接地荷重を算出する。そして、接地荷重推定装置１１により算出された接地荷重に応じて、車両挙動制御装置１２により車両１の挙動が制御される。

このような本実施形態の接地荷重推定装置１１では、各車輪の接地荷重を求めるに当たって、新たにセンサを設けることなく、汎用のセンサである前後加速度センサ２１、横加速度センサ２２、上下加速度センサ２３、ロールレートセンサ２４及びピッチレートセンサ２５を用いて推定を行うことができる。

本実施形態の接地荷重推定装置１１では、ロール角加速度、ピッチ角加速度から各車輪の接地荷重を求めていることで精度が高い。即ち、接地荷重の推定式には、ロール剛性やロール減衰のような線形性がなく、ロール角により数値が変更されるようなものが含まれていない。上述のように接地荷重の推定式を算出する際に用いられる運動方程式には非線形性の項が含まれているが、最終的な接地荷重の推定式である式（１）、（４）〜（６）には線形性を有する値しか含まれていない。このように、本実施形態の接地荷重推定装置１１では、車両諸元のうち、ロール慣性モーメント、ピッチ慣性モーメントのような線形特性のある値だけで推定を行っていることから、簡易に精度良く推定を行うことができ、かつ、伝達関数により系の特性や安定性を解析することができる。

さらに本実施形態の接地荷重推定装置１１では、前後加速度、横加速度、上下加速度、ロール角加速度、ピッチ角加速度から各車輪の接地荷重を求めていることから、どの車輪にどのような力がかかっているかを検出することができる。例えば、各車輪の接地荷重を求めた上で、横加速度による荷重移動が接地荷重における荷重移動の大部分を占めるなどの変動原因を明確にすることができる。従って、変動要因に応じてサスペンション制御を補正することができる。

また、本実施形態の接地荷重推定装置１１では、第１接地荷重を求める際に車両諸元と、横方向加速度と、前後加速度と、上下加速度と、ロール角加速度と、ピッチ角加速度とから、車輪の接地荷重を推定することから、センサから簡単に各値を検出することができると共に、特に角加速度を用いて算出しない場合よりも精度良く接地荷重を検出することができる。このように、本実施形態の接地荷重推定装置１１では、車両の安定性を高めることができる。

本実施形態では、車両はエンジン２を駆動源とするものであったが、これに限定されない。例えば電気自動車やハイブリッド車等の電動車両に適用することも可能である。

１車両
２エンジン
３フロント駆動軸
４ｒ、４ｌ前輪
５ｒ、５ｌ後輪
６リア軸
１０制御部
１１接地荷重推定装置
１２車両挙動制御装置
２１前後加速度センサ
２２横加速度センサ
２３上下加速度センサ
２４ロールレートセンサ
２５ピッチレートセンサ

Claims

車両諸元と、横加速度と、前後加速度と、ロール角加速度と、ピッチ角加速度とから、各車輪の左右荷重移動量及び前後荷重移動量を算出し、
前記車輪の左右荷重移動量及び前後荷重移動量、並びに上下加速度とから、車輪の接地荷重を算出することを特徴とする接地荷重推定装置。
前記車輪の接地荷重の算出は、初期状態における該車輪の接地荷重に前記上下加速度を乗じたものと、前記前後荷重移動量と、前記左右荷重移動量のうち当該車輪にかかる荷重移動比率であるフロント荷重移動比とから算出することを特徴とする請求項１記載の接地荷重推定装置。
前記車両諸元は、車両重量、ロール半径、ロールセンタ高さ、ホイールベース、ロール慣性モーメント、ピッチ慣性モーメント、重心高さ及びトレッドであることを特徴とする請求項１又は２記載の接地荷重推定装置。