JP4861897B2 - 車両状態推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の振動モデルにばね下部分およびばね上部分の実相対距離（ダンパーのストローク）を適用することで、ばね上加速度を含む種々の車両状態量を算出可能な車両状態推定装置に関する。

ばね下部分、ばね上部分、ダンパー、タイヤおよび懸架ばねから構成される振動モデルに、センサで検出したばね上部分の加速度および推定したばね下部分の加速度の偏差を適用することで、ばね下部分およびばね上部分の相対速度を推定するものが、下記特許文献１により公知である。
特許第３０９８４２５号公報

ところで上記従来のものは、路面の変位（凹凸）を外乱として扱っているため、振動モデルは車両の振動状態を正確に示しておらず、路面変位を含む種々の車両状態量を精度良く算出することが難しいという問題があった。

下記特許文献２に於いては、入力変位算出手段が、実車の実状態変数と振動モデルによる推定状態変数の偏差を最小化するような基準に基づき路面変位を推定し、振動モデルからの推定ばね下加速度が、実車の実ばね下加速度と合致するように、入力変位算出手段をチューニングすることにより、種々の車両状態量を算出し得るようにしている。これによれば、路面入力を的確に考慮していることから、比較的精度良く種々の車両状態量を算出することができる。
平成１８年８月２９日出願の先行出願（特願２００６−２３１７８６）

しかしながら、上記先行特許或いは先行出願に於いては、振動モデルが、車両の各車輪毎に設定されているため、車両の旋回時、スラローム走行時のように車体に横加速度が加わる場合には、車両状態量を精度良く算出することが困難である。

また、懸架装置に於ける摩擦抵抗や、ダンパーの特性変化（環境の変化等の外的な要因で引き起こされるものや、制御上の必要により意図的に引き起こされるものを含む）も、車両の挙動を把握する上で必ずしも無視できない影響を及ぼす。

このような従来技術の問題点及び発明者の知見に基づき、本発明の主な目的は、振動モデルを用いた車両状態量の算出を精度良く行い得るようにすることにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、実車のばね下質量及びばね上質量間の実相対距離を検出する実相対距離検出手段と、前記実車をモデル化したときのばね下質量、ばね上質量、ダンパー、タイヤ及び 懸架ばねを含む振動モデルを記憶する振動モデル記憶手段と、前記振動モデルに於けるばね下質量及びばね上質量間の相対距離を推定する相対距離推定手段と、前記振動モデルにより推定した推定相対距離と前記実相対距離検出手段で検出した実相対距離との間の偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差算出手段により算出した偏差に基づいて前記振動モデルに入力する入力値を算出する入力値算出手段と、前記入力値算出手段により算出した前記入力値を前記振動モデルに適用して車両状態量を算出する車両状態量算出手段とを有し、前記入力値算出手段が、前記車両状態量算出手段により与えられる推定ばね上速度と、前記実車に於いて実測された実ばね上速度とが可及的に一致するようにチューニングされることを特徴とする車両状態推定装置が提案される。

また、前記入力値算出手段が、前記車両状態量算出手段により与えられる推定ばね上速度と、前記実車に於いて実測された実ばね上速度とが可及的に一致するようにチューニングされる代わりに、或いはそれに加えて、前記振動モデルを、横加速度、ロール剛性及びロール慣性を考慮したものとするようにすると良い。

このように、本発明によれば、ばね下部分及びばね上部分間の推定相対距離と実相対距離との間の偏差に基づいて算出した入力値を振動モデルに入力して車両状態量を算出し、更に車体の横加速度、ロール剛性及びロール慣性を考慮するため、例えばスタビライザが車両状態に及ぼす影響を的確に把握し、様々な条件下に於ける車両状態量を精度良く算出することができる。このとき、入力値算出手段は、前記車両状態量算出手段により与えられる推定ばね上速度と、前記実車に於いて実測された実ばね上速度とが可及的に一致するようにチューニングすると良い。

振動モデルを更に高精度にするためには、ダンパーの温度依存特性を考慮したり、ダンパーが電流により可変な特性を有するものからなる場合には、ダンパーの電流依存特性を考慮すると良い。また、懸架装置等に於ける可動部分の摩擦特性を考慮することも、振動モデルを更に高精度にする上で有用である。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。図１は、１対の前輪及び１対の後輪を有する実車を加振するための設備を示すもので、本実施例の場合、２組の加振機を用いて、それぞれロール角の影響を考慮し得るように、前輪及び後輪をそれぞれ独立に加振し得るようにしている。以下の記載に於いては、車両を、それぞれ左右２輪を有する前部及び後部を表す２つのモデルとし、それらを重ね合わせることにより、車両全体の挙動を評価するようにしている。しかしながら、所望に応じて、ピッチ角の影響を考慮して車両全体の挙動を評価するようにすることもできる。その場合には、対応した振動モデルを設定する必要がある。

この実車をモデル化したものが図１の右側に示されており、左右のタイヤが、それぞれ質量ｍ₁（ばね下質量）及びばね定数ｋ₁を有する。車体は、質量（ばね上質量）ｍ₂及びロール方向についての慣性２次モーメント（ロール慣性）Ｉを有し、ばね定数ｋ₂の懸架ばね及び減衰係数ｃのダンパーを有する懸架装置を介して左右輪上に支持されている。また、左右の車輪は、ばね定数ｋ₃を有するスタビライザＳにより互いに連結されている。左右のタイヤの変位はｘ₁、ｘ₂、車体の変位は、車体の中心軸線（重心）から左右にＷ／２離隔した点に於ける変位ｘ₃、ｘ₄によりそれぞれ表される。従って、車体のロール角θは、θ＝（ｘ₄−ｘ₃）／Ｗにより表される。

図２及び図３は本発明の実施の形態を示すもので、図２は車両状態推定装置の運用時の作用説明用ブロック図、図３は車両状態推定装置のオブザーバゲインの設定（チューニング）時の作用説明用ブロック図である。図２に示すように、本実施の形態の車両状態推定装置は、振動モデル記憶手段Ｍ１と、実相対距離検出手段Ｍ２と、偏差算出手段Ｍ３と、入力変位算出手段Ｍ４と、車両状態量算出手段Ｍ５とを備える。

振動モデル記憶手段Ｍ１は、図１に示されるような設備により実車のパラメータを同定することによりモデル化して得られた振動モデルを予め記憶する。実相対距離検出手段Ｍ２は、左右各輪について、ばね下部分およびばね上部分の実際の相対距離である実相対距離Ｌ₁ ^＊、Ｌ₂ ^＊を検出するもので、具体的にはダンパーの伸縮ストロークを検出するストロークセンサで構成される。

偏差算出手段Ｍ３は、振動モデル記憶手段Ｍ１に記憶された振動モデルに基づいて車両状態量算出手段Ｍ５が算出（推定）したばね下部分およびばね上部分の相対距離である推定相対距離Ｌ₁＝（ｘ₃−ｘ₁）、Ｌ₂＝（ｘ₄−ｘ₂）と、前記実相対距離検出手段Ｍ２で検出した実相対距離Ｌ₁ ^＊、Ｌ_２ ^＊との偏差δ₁＝Ｌ₁ ^＊−Ｌ₁、δ₂＝Ｌ_２ ^＊−Ｌ₂を算出する。

入力変位算出手段Ｍ４は、前記偏差算出手段Ｍ３で算出した偏差δ₁、δ₂を基に所定の方程式をパラメータが安定性を示すように極配置法によりゲインを設定する。この設定したゲインにより振動モデルで算出したばね下変位ｘ₁、ｘ₂及びその速度ｄｘ₁／ｄｔ、ｄｘ₂／ｄｔ、ばね上変位ｘ₃、ｘ₄及びその速度ｄｘ₃／ｄｔ、ｄｘ₄／ｄｔ、ロール角θ及びその速度ｄθ／ｄｔを夫々補正し、車両モデルに演算パラメータ（入力値）として入力し、車両状態量算出手段Ｍ５で再びモデルストロークＬを算出する。入力変位算出手段Ｍ４で使用されるゲインは、図３に示すように、実車に実際のばね上速度を検出するばね上速度センサ（図示しない）を仮に設けておき、振動モデルにより推定した推定ばね上速度と、ばね上速度センサにより検出した実ばね上速度とを比較器Ｍ７により比較し、ゲインによって変化する推定ばね上速度が実ばね上速度に一致するように設定（チューニング）される。このようにしてゲインの設定が完了すると、前記振動モデルは実車のばね下変位ｘ₁、ｘ₂、ばね上変位ｘ₃、ｘ₄及びロール角θを正確にシミュレートすることが保証されるため、ばね上速度センサは不要になって取り外される。

振動モデルは、所望に応じて様々な非線形要素を考慮したものとして、更に高精度に車両状態量を算出し得るようにすることができる。そのような手法の１つとして、車両状態量算出手段Ｍ５を、ダンパーの温度依存特性を考慮し或いは、ダンパーが電流により可変な特性を有するものからなるような場合には、ダンパーの電流依存特性を考慮したものとするためのダンパー特性補正手段Ｍ８や、懸架装置、その他の可動部分の摩擦特性を考慮したものとするための摩擦抵抗補正手段Ｍ９や、横加速度Ｇを検出する横加速度センサＭ６と入力変位算出手段Ｍ４で設定したゲインとにより車輪位置での荷重変動量を考慮したものとするための荷重変化量補正手段Ｍ１０を含むものとすることができる。特に、そのような特性を仮想的な外力として扱えば、演算過程を簡略化することができる。

図２に戻り、入力変位算出手段Ｍ４が算出したゲインにより補正されたばね下変位ｘ₁、ｘ₂、及びその速度ｄｘ₁／ｄｔ、ｄｘ₂／ｄｔ、ばね上変位ｘ₃、ｘ₄及びその速度ｄｘ₃／ｄｔ、ｄｘ₄／ｄｔ、ロール角θ及びその速度ｄθ／ｄｔ（入力値）を入力として振動モデルが加振されると、車両状態量算出手段Ｍ５は振動モデルの振動状態を算出する。

前記車両状態量には、ｘ₁、ｘ₂そのものであるばね下変位、ｄｘ₁／ｄｔ、ｄｘ₂／ｄｔに相当するばね下速度、ｄ²ｘ₁／ｄｔ²、ｄ²ｘ₂／ｄｔ²に相当するばね下加速度、ｘ₃、ｘ₄そのものであるばね上変位、ｄｘ₃／ｄｔ、ｄｘ₄／ｄｔに相当するばね上速度、ｄ²ｘ₃／ｄｔ²、ｄ²ｘ₄／ｄｔ²に相当するばね上加速度、ｄ（ｘ₃−ｘ₁）／ｄｔ、ｄ（ｘ₄−ｘ₂）／ｄｔに相当するダンパーのストローク速度等が含まれる。

以上のように、振動モデルにより推定した推定ばね上速度と、ばね上速度センサで検出した実ばね上速度とが一致するように振動モデルのゲインを設定するとともに、このゲインに基づいて算出した車体状態量を用いて振動モデルを加振するので、振動モデルと実車との一致度の信頼性を高めて車両状態量を精度良く算出することができる。本実施例では、入力変位算出手段のチューニングは、実ばね上速度を実測して行ったが、ばね上加速度、ばね下加速度、ばね下加速度を含むその他の車両状態量を実測して行うこともできる。

ばね上加速度ｄ²ｘ₃／ｄｔ²、ｄ²ｘ₄／ｄｔ²を算出することができるので、特別のばね上加速度センサを必要とせずに、ばね上加速度ｄ²ｘ₃／ｄｔ²、ｄ²ｘ₄／ｄｔ²を用いたスカイフツク制御を行うことができる。また、ダンパー特性、可動部分の摩擦特性、車輪位置の荷重変動量を考慮した車両モデルで車両状態量を演算するため、より正確に車両状態をシミュレートできる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。例えば、車両状態量算出手段Ｍ５で算出する車両状態量は、路面変位、ばね下変位、ばね下速度、ばね下加速度、ばね上変位、ばね上速度、ばね上加速度およびストローク速度に限定されるものではない。

本発明に基づき実車をモデル化する手順を示す説明図。 本発明の車両状態推定装置の運用時の作動を示すブロック図。 本発明の車両状態推定装置のオブザーバゲインの設定（チューニング）時の作動を示すブロック図。

符号の説明

Ｍ１ 振動モデル記憶手段
Ｍ２ 実相対距離検出手段
Ｍ３ 偏差算出手段
Ｍ４ 入力変位算出手段
Ｍ５ 車両状態員算出手段
Ｍ６ ばね上速度センサ
Ｍ７ 比較器
Ｍ８ ダンパー特性補正手段
Ｍ９ 摩擦抵抗補正手段
Ｍ１０ 荷重変化量補正手段

Claims (4)

1. 実車のばね下質量及びばね上質量間の実相対距離を検出する実相対距離検出手段と、
   前記実車をモデル化したときのばね下質量、ばね上質量、ダンパー、タイヤ及び 懸架ばねを含む振動モデルを記憶する振動モデル記憶手段と、
   前記振動モデルに於けるばね下質量及びばね上質量間の相対距離を推定する相対距離推定手段と、
   前記振動モデルにより推定した推定相対距離と前記実相対距離検出手段で検出した実相対距離との間の偏差を算出する偏差算出手段と、
   前記偏差算出手段により算出した偏差に基づいて前記振動モデルに入力する入力値を算出する入力値算出手段と、
   前記入力値算出手段により算出した前記入力値を前記振動モデルに適用して車両状態量を算出する車両状態量算出手段とを有し、
   前記入力値算出手段が、前記車両状態量算出手段により与えられる推定ばね上速度と、前記実車に於いて実測された実ばね上速度とが可及的に一致するようにチューニングされることを特徴とする車両状態推定装置。
2. 前記振動モデルが、ダンパーの温度依存特性を考慮したものからなることを特徴とする、請求項１に記載の車両状態推定装置。
3. 前記振動モデルの前記ダンパーが電流により可変な特性を有するものからなり、前記振動モデルが、ダンパーの電流依存特性を考慮したものからなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両状態推定装置。
4. 前記振動モデルが、可動部分の摩擦特性を考慮したものからなることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の車両状態推定装置。

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