JP3008401B2 - 車両状態量推定装置 - Google Patents

車両状態量推定装置

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JP3008401B2 JP63197776A JP19777688A JP3008401B2 JP 3008401 B2 JP3008401 B2 JP 3008401B2 JP 63197776 A JP63197776 A JP 63197776A JP 19777688 A JP19777688 A JP 19777688A JP 3008401 B2 JP3008401 B2 JP 3008401B2
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  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、操舵制御装置やアクティブサスペンション
制御装置等に、制御情報であるヨー角速度(ヨーレー
ト)や横方向速度等の実際の車両状態量の情報を得る手
段として適応される車両状態量推定装置に関する。
(従来の技術) 従来、車両状態量検出装置を含む車両用実舵角制御装
置としては、特開昭62−241773号公報等に記載されてい
るものが知られている。
この従来の車両状態量検出装置では、車両状態量であ
る操舵角θと車速Vと横加速度αとヨーレートと横
方向速度Vyは全てセンサにより直接検出している。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような車両状態量のうち、操舵角
θと車速Vに関しては、検出量が大きくて、しかも操
舵角成分及び車速成分が他の運動状態成分の影響をほと
んど受けないで独立して発生する為に正確な値を検出可
能であるが、横加速度αとヨーレートと横方向速度Vy
は、発生してもその発生量が小さく、しかも横風や路面
傾斜等の外乱の影響を大きく受ける為に正確な値を直接
検出することは困難である。
そこで、より正確な運動状態量を得る為にパラメータ
同定された車両の運動方程式によりオブザーバを構成
し、操舵角θと車速Vと横加速度αとに基づいてヨー
レート及び横方向速度Vyを推定する装置が考えられ
る。
しかし、この場合にも、ヨーレート及び横方向速度
Vyを推定演算するのに最小限必要な情報である横加速度
αが、車両のロールやピッチあるいは路面の傾斜等の外
乱影響により正確な値を直接検出することが出来ないも
のである為、推定演算による車両状態量であるヨーレー
ト及び横方向速度Vyにも誤差が生じ易いという問題が
あった。
そして、このヨーレート及び横方向速度Vyの誤差
は、これらの推定値を制御情報とする舵角制御等の制御
精度を低下させてしまう。
本発明は、上述のような問題に着目してなされたもの
で、ヨー方向運動及び横方向運動の正確な運動情報を同
時に実時間で推定出来る車両状態量推定装置の開発を課
題とする。
(課題を解決するための手段) 上記課題を解決するために本発明の車両状態量推定装
置では、第1図のクレーム対応図に示すように、操舵角
θを直接検出する操舵角検出手段aと、 車両のヨー角加速度を直接検出するヨー角加速度検
出手段bと、 平面運動に関する車両運動数学モデルによるオブザー
バの極を任意に設定し、オブザーバのゲインベクトル を求めるゲインベクトル演算手段cと、 平面運動に関する車両運動数学モデルによるオブザー
バのインプットマトリクス を求めるインプットマトリクス演算手段dと、 平面運動に関する車両運動数学モデルによるオブザー
バのシステムマトリクス を求めるシステムマトリクス演算手段eと、 前記システムマトリクス とヨーレート及び横方向速度からなる推定車両状態量 とゲインベクトル とヨー角加速度とインプットマトリクス と操舵角θにより同一次元オブザーバを構成するオブ
ザーバ行列式 を作成し、オブザーバ行列式 を求めるオブザーバ行列式演算手段fと、 前記オブザーバ行列式 に対し、少なくとも2つ以上の積分器もしくは積分相当
の演算を行なうことによりヨーレート及び横方向速度
Vyの運動情報を同時に実時間で推定する運動情報推定演
算手段gと、 を備えている事を特徴とする手段とした。
尚、前記検出手段に、車速Vを直接検出する車速検出
手段hを加え、 車速Vを含めてゲインベクトル とシステムマトリクス を求め、 前記オブザーバ行列式演算手段gを、車速Vにかかわ
らず良好な収束性が得られるオブザーバ行列式 を求める手段としても良い。
(作 用) まず、ゲインベクトル演算手段cにおいて、平面運動
に関する車両運動数学モデルによるオブザーバの極を任
意に設定し、オブザーバのゲインベクトル が求められ、インプットマトリクス演算手段dにおい
て、平面運動に関する車両運動数学モデルによるオブザ
ーバのインプットマトリクス が求められ、システムマトリクス演算手段eにおいて、
平面運動に関する車両運動数学モデルによるオブザーバ
のシステムマトリクス が求められる。そして、オブザーバ行列式演算手段fに
おいて、システムマトリクス とヨーレート及び横方向速度からなる推定車両状態量 とゲインベクトル とヨー角加速度とインプットマトリクス と操舵角θによりオブザーバの構造を決めるオブザー
バ行列式 が作成され、オブザーバ行列式 が求められる。さらに、運動情報推定演算手段gにおい
て、オブザーバ行列式 に対し、少なくとも2つ以上の積分器もしくは積分相当
の演算を行なうことによりヨーレート及び横方向速度
Vyの運動情報が同時に実時間で推定される。尚、検出手
段に、車速Vを直接検出する車速検出手段hが加えられ
ている場合には、車速Vによりゲインベクトル とシステムマトリクス が求められ、オブザーバ行列式演算手段gにおいて、車
速Vにかかわらず良好な収束性が得られるオブザーバ行
列式 が求められる。
従って、車両のロールやピッチあるいは路面傾斜等の
外乱影響が少ないヨー角加速度の検出値を入力情報と
するものである為、正確なヨーレート及び横方向速度
Vy等の運動情報推定値を得ることが出来る。
尚、車速Vの検出値を含めた場合には、より正確なヨ
ーレート及び横方向速度Vyの運動情報推定値を得るこ
とが出来る。
(実施例) 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
まず、構成を説明する。
第2図は実施例の車両状態量推定装置が適応された車
両を示す図であり、1は車速センサ、2は操舵角セン
サ、3はヨー角加速度センサ、4は演算処理装置であ
る。
また、第3図は実施例の車両状態推定装置のブロック
図を示し、前記演算処理装置4は、各センサ1,2,3から
の検出信号をフィルタリング処理やデジタル変換処理す
る信号処理回路5,6,7と、信号処理された車速V,操舵角
θS,ヨー角加速度によりヨーレート及び横方向速度
Vyを推定演算する演算回路8と、ヨーレート及び横方
向速度Vyの推定演算値をアナログ信号に変換するD/A変
換器9,10と、信号を増幅する増幅器11,12とを備えてい
る。
次に、作用を説明する。
まず、ヨーレート及び横方向速度Vyの推定演算処理
作動を、第4図のフローチャート図により述べる。
ステップ100では、車速センサ1,操舵角センサ2及び
ヨー角加速度センサ3により直接検出された車速V,操舵
角θS,ヨー角加速度の各検出信号が取り込まれる。
ステップ101〜ステップ105では、信号処理回路5,6,7
で検出信号がフィルタリング処理やデジタル変換処理さ
れ、演算回路8で後述する同一次元オブザーバ手法を用
いてヨーレート及び横方向速度Vyが推定演算される。
ステップ106では、推定演算されたヨーレート及び
横方向速度VyがD/A変換器9,10でアナログ信号に変換さ
れ、増幅器11,12で信号増幅された後、ヨーレート及
び横方向速度Vyに相当する出力値にして出力される。
次に、前記同一次元オブザーバ手法について述べる。
まず、車両の運動方程式は、 但し、 M;車両質量、IZ;ヨー慣性モーメント LF;前軸から重心点間距離 LR;後軸から重心点間距離 KF;前輪の等価コーナリングパワー KR;後輪のコーナリングパワー N;ステアリングギヤ比 θS;操舵角 と表される。また、それぞれの係数の値は実験等により
予め測定しておく。
(ステップ1) システムマトリクス アウトプットベクター を転置し、可制御正準変換行列 を求める。
但し、 (ステップ2) オブザーバの極γ1を任意に設定し、オブザーバ
のゲインベクトル を求める。
(ステップ3) オブザーバのシステムマトリクス を求め、同一次元オブザーバを構成する。
但し、y=−DPF・θ 以上のステップ1〜3によりオブザーバは構成され
る。ここで、(10)式の をオブザーバ行列式と定義する。
そして、この同一次元オブザーバ手法により第4図に
示すステップ101〜ステップ105までの演算処理が行なわ
れる。ここで、ステップ101はインプットマトリクス演
算手段に相当し、ステップ102はゲインベクトル演算手
段及びシステムマトリクス演算手段に相当し、ステップ
103及びステップ104はオブザーバ行列式演算手段に相当
し(ステップ103の式は上記式(10)に対応する。)、
ステップ105は運動情報推定演算手段に相当する。
尚、ステップ105での積分処理は、例えば、演算処理
がΔt時間毎に起動されるとすると、 のようにして算出される。
また、前記演算部8をブロック図に示すと、第5図に
示すようになる。
以上説明してきたように、実施例の車両状態量推定装
置にあっては、車速Vと操舵角θとヨー角加速度の
検出信号を入力し、平面運動に関する車両運動数学モデ
ルに基づき設定されたオブザーバ行列式を車速Vに応じ
て変化させ、積分相当の演算によりヨーレート及び横
方向速度Vyを同時に実時間で推定するようにした為、横
風や路面等の外乱影響が小さく正確なヨーレート及び
横方向速度Vyの値を推定することが出来る。
ちなみに、第6図〜第9図は、操舵角θ=0の直進
走行時に(第6図)、約40m/sの横風外乱を受けた場合
(第7図)のヨーレート(第8図)及び横方向速度Vy
(第9図)の推定演算のシュミレーション結果である
が、第8図及び第9図に示すように、丸印の直接検出値
と三角印の推定演算値とは、外乱を受けた瞬間は異なる
が、その後、直ちに両値は等しく収束する。
以上、実施例を図面に基づいて説明してきたが、具体
的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲における変更等があっても本発
明に含まれる。
(発明の効果) 以上説明してきたように、請求項1記載の車両状態量
推定装置にあっては、操舵角とヨー角加速度の検出信号
を入力し、平面運動に関する車両運動数学モデルによる
オブザーバの極を任意に設定し、オブザーバのゲインベ
クトルを求めるゲインベクトル演算手段と、平面運動に
関する車両運動数学モデルによるオブザーバのインプッ
トマトリクスを求めるインプットマトリクス演算手段
と、平面運動に関する車両運動数学モデルによるオブザ
ーバのシステムマトリクスを求めるシステムマトリクス
演算手段と、前記システムマトリクスとヨーレート及び
横方向速度からなる推定車両状態量とゲインベクトルと
ヨー角加速度とインプットマトリクスと操舵角により同
一次元オブザーバを構成するオブザーバ行列式を作成
し、オブザーバ行列式を求めるオブザーバ行列式演算手
段と、前記オブザーバ行列式に対し、少なくとも2つ以
上の積分器もしくは積分相当の演算を行なうことにより
ヨーレート及び横方向速度の運動情報を同時に実時間で
推定する運動情報推定演算手段と、を備えた構成とした
為、ヨーレート及び横方向速度の正確な運動情報を同時
に実時間で推定出来るという効果が得られる。
請求項2記載の車両状態量推定装置にあっては、請求
項1記載の車両状態量推定装置において、検出手段に車
速を直接検出する車速検出手段を加え、車速を含めてゲ
インベクトルとシステムマトリクスを求め、オブザーバ
行列式演算手段を、車速にかかわらず良好な収束性が得
られるオブザーバ行列式を求める手段とした為、車速に
かからず良好な収束性(推定値が真値に収束する速さ)
が得られ、より正確なヨーレート及び横方向速度を推定
演算することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の車両状態量推定装置を示すクレーム対
応図、第2図は実施例の車両状態量推定装置を適応した
車両を示す図、第3図は実施例の車両状態量推定装置の
ブロック図、第4図は実施例装置での車両状態量の推定
演算処理作動の流れを示すフローチャート図、第5図は
実施例装置のオブザーバの制御ブロック図、第6図は操
舵角特性図、第7図は横風特性図、第8図はヨーレート
の検出値と推定値との比較特性図、第9図は横方向速度
の検出値と推定値との比較特性図である。 a……操舵角検出手段 b……ヨー加速度検出手段 c……運動情報推定演算手段 d……車速検出手段 e……システムマトリクス演算手段 f……オブザーバ行列式演算手段 g……運動情報推定演算手段 h……車速検出手段 θ……操舵角 ……ヨー角加速度 ……ヨーレート Vy……横方向速度 V……車速
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−241773(JP,A) 特開 昭60−191876(JP,A) 特開 昭62−160960(JP,A) 特開 昭62−83247(JP,A) 特開 昭61−67666(JP,A) 特開 昭62−70766(JP,A) 特開 昭62−4674(JP,A) 実開 昭60−74061(JP,U) 計測自動制御学会編、「自動制御ハン ドブック(基礎編)」,第1版,株式会 社オーム社,昭和58年10月30日,P. 472−475 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 13/00 - 13/04 B62D 6/00 - 6/10 G01P 15/00 - 15/16 JICSTファイル(JOIS)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】操舵角θを直接検出する操舵角検出手段
    と、 車両のヨー角加速度を直接検出するヨー角加速度検出
    手段と、 平面運動からなる車両運動数学モデルによるオブザーバ
    の極を任意に設定し、オブザーバのゲインベクトル を求めるゲインベクトル演算手段と、 平面運動からなる車両運動数学モデルによるオブザーバ
    のインプットマトリクス を求めるインプットマトリクス演算手段と、 平面運動からなる車両運動数学モデルによるオブザーバ
    のシステムマトリクス を求めるシステムマトリクス演算手段と、 前記システムマトリクス とヨーレート及び横方向速度からなる推定車両状態量 とゲインベクトル とヨー角加速度とインプットマトリクス と操舵角θにより同一次元オブザーバを構成するオブ
    ザーバ行列式 を作成し、オブザーバ行列式 を求めるオブザーバ行列式演算手段と、 前記オブザーバ行列式 に対し、少なくとも2つ以上の積分器もしくは積分相当
    の演算を行なうことによりヨーレート及び横方向速度
    Vyの運動情報を同時に実時間で推定する運動情報推定演
    算手段と、 を備えている事を特徴とする車両状態量推定装置。
  2. 【請求項2】前記検出手段に車速Vを直接検出する車速
    検出手段を加え、 車速Vを含めてゲインベクトル とシステムマトリクス を求め、 前記オブザーバ行列式演算手段を、車速Vにかかわらず
    良好な収束性が得られるオブザーバ行列式 を求める手段としたことを特徴とする請求項1記載の車
    両状態量推定装置。
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