JP5141778B2 - 車両状態推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両の種々の状態又は運動特性を推定する装置に係り、より詳細には、車両の走行中に車両の重心の前後方向位置の推定が可能な装置、或いは、推定された車両の重心の前後方向位置から前後輪の車軸荷重やコーナリングパワー等の車両特性が推定可能な装置に係る。

近年の自動車等の車両に於いて、車両の走行中の運動を安定化させるために種々の挙動制御、運動制御又は走行制御が実行されるようになってきている。これらの制御では、車体運動或いはタイヤのモデルを用いて、車両の運動状態（ヨーイング・ローリング等）が安定化されるよう車両の各輪の制駆動力或いは舵角の制御が行われる。例えば、ＡＢＳ(Anti-lock Braking System)、ＴＲＣ(Traction Control)等の制御に於いては、各輪のタイヤ力が摩擦円を超えて過大にならないよう各輪のスリップ率を調節するべく、各輪に付加される制駆動力の大きさが制御される。また、ＶＳＣ（Vehicle Stability Control）の場合には、車両のヨー方向の運動を安定化させるために、車両の左右輪の制駆動力差或いは舵角が制御され、これにより、車両の重心周りのヨーモーメント制御が達成される。

当業者に於いて理解される如く、上記の如き車両の挙動、運動又は走行制御の実行に際して、しばしば、かかる制御のためのパラメータとして、車両重量、スタビリティファクタ、車両の重心から前後輪の車軸までの距離、各輪荷重或いは各輪コーナリングパワー等の車両の積載物の量と配置（積載状態）に依存して変動する特性値が必要となる場合がある。これらのパラメータは、典型的な自家用自動車の場合には、車両の乗員数や積載量の変動が少ないので、近似的に定数として与えられる。しかしながら、トラックやバスといった中型〜大型の車両など、車両の積載物の量及び位置の変動が大きい車両の場合、制御をより正確に実行できるようにするためには、車両の積載量に依存して変動し得るパラメータを車両の使用中又は走行中に検出し、挙動、運動又は走行制御に於いて利用できるようになっていることが好ましい。そこで、従来の技術に於いて、かかる車両の積載状態に依存して変動するパラメータのうち、車両重量については、車両の走行中の駆動力と加速度との関係又は制動力と減速度との関係から推定することが提案されている（特許文献１）。また、スタビリティファクタは、走行中の車両の舵角、ヨーレート、車速などの検出値から決定できることが知られている（特許文献２、３）。更に、特許文献４に於いては、荷重センサを用いて各輪荷重を直接に検出し、それらの値から、車両重量と車両重心の前後方向位置を推定し、その推定された値を車両の挙動制御に利用する装置が提案されている。
特開２００２−３３３３６５ 特開２００４−２６０７３ 特開平１１−９４７１１ 特開２００５−１９９８８２

上記の特許文献４に記載されている如く、車両の前後輪の車軸に荷重センサを取り付け、各車軸に掛かる荷重を直接に検出すれば、車両の積載状態に依存して変動するパラメータ、例えば、車両重心の前後方向位置、各輪のコーナリングパワー等、を推定することが可能となる。しかしながら、その場合、車軸の転がり軸受けユニットに荷重センサを取り付けるための設計及び組立が必要となる。従って、もし前後車軸に掛かる荷重を直接に検出する装備を要することなく、上記の如き車両の積載状態に依存して変動するパラメータを推定することが可能となれば、荷重センサ取り付けのための労力と費用が必要なくなり有利である。この点に関し、本発明の発明者の開発研究により、走行中の車両に於いて、車両重量とスタビリティファクタとが決定できれば、車両の積載状態に依存して変動するパラメータの一つである車両重心の前後方向位置が推定され、また、これにより、前後輪に於ける車軸荷重、或いは、前後車輪に於けるコーナリングパワーが推定できることが見出された。

かくして、本発明の一つの課題は、車両の走行中でも、前後車軸に掛かる荷重を直接に検出することなく、車両重心の前後方向位置を推定することのできる車両状態推定装置を提供することである。

また、本発明のもう一つの課題は、上記の如き車両状態推定装置であって、推定された車両重心の前後方向位置を用いて、前後輪の車軸荷重又は前後輪に於けるコーナリングパワーを推定することのできる装置を提供することである。

車両の運動制御の分野に於いて、車両の運動特性を記述する際に用いられるスタビリティファクタ（ＫＨ）は、車両重量Ｍ、ホイールベースＬ、前輪軸から車両重心までの距離Ｌｆ、後輪軸から車両重心までの距離Ｌｒ、前輪タイヤのコーナリングパワーＫｆ及び後輪タイヤのコーナリングパワーＫｒ（前後輪コーナリングパワーは、所謂２輪モデルの場合の値である。）の関数であることが知られている。即ち、スタビリティファクタは、
ＫＨ＝Ψ（Ｍ，Ｌ，Ｌｆ，Ｌｒ，Ｋｆ，Ｋｒ） …（１）
の形式で表される。かかるＫＨの関数Ψの変数のうち、前輪タイヤのコーナリングパワーＫｆ及び後輪タイヤのコーナリングパワーＫｒは、それぞれ、前輪車軸荷重Ｍｆ、後輪車軸荷重Ｍｒの関数として、即ち、
Ｋｆ＝κｆ（Ｍｆ） …（２ａ）；
Ｋｒ＝κｒ（Ｍｒ） …（２ｂ）
の形式にて表されることが知られている。また、前輪車軸荷重Ｍｆ及び後輪車軸荷重Ｍｒは、鉛直方向の力のモーメントの釣り合いから、
Ｍｆ＝Ｍ・Ｌｒ／Ｌ …（３ａ）
Ｍｒ＝Ｍ・Ｌｆ／Ｌ …（３ｂ）
により与えられる。そして、Ｌ、Ｌｆ及びＬｒについては、
Ｌ＝Ｌｆ＋Ｌｒ …（４）
の関係が成り立つ。そうすると、式（２ａ）、（２ｂ）、（３ａ）、（３ｂ）、（４）の関係を用いて、式（１）から変数Ｋｆ、Ｋｒ及びＬｒ（又はＬｆ）を消去することができ、式（１）の関数は、
ＫＨ＝Ψ（Ｍ，Ｌ，Ｌｆ） …（５）
［又はＫＨ＝Ψ（Ｍ，Ｌ，Ｌｒ）］
の形式に改めることが可能となる。従って、式（５）に於いて、Ｌｆ（又はＬｒ）について解けば、Ｌｆ（又はＬｒ）は、スタビリティファクタＫＨ、車両重量Ｍ、ホイールベースＬの関数として、即ち、
Ｌｆ＝λ（ＫＨ，Ｍ，Ｌ） …（６）
［又はＬｒ＝λ（ＫＨ，Ｍ，Ｌ）］
の形式にて表される。そして、かかる式（６）からＬｆ（又はＬｒ）を算出することにより、車両の前後方向に於ける重心の位置が分かることとなる。つまり、車両の前後方向に於ける重心の位置は、スタビリティファクタＫＨと、車両重量Ｍと、式（２ａ）、（２ｂ）の関数κｆ、κｒの具体的な表式、即ち、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係及び後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係とから推定することが可能となる。

かくして、上記の知見から、本発明の一つの態様に於いて、車両状態推定装置は、車両重量値と、スタビリティファクタ値と、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係と、後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係とに基づいて車両の前後方向に於ける重心位置を推定することを特徴とする。かかる構成に於いて、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係及び後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係は、予め求めることが可能である（実施形態の欄参照）。従って、上記の本発明の装置によれば、前後輪の車軸荷重を直接検出することなく、即ち、荷重センサを要せずに、車両の走行中に車両の前後方向に於ける重心の位置を推定することが可能となる。

上記の本発明の装置の構成に於いて、現在の又は車両の使用時若しくは走行時の車両重量値とスタビリティファクタ値とは、公知の手法により、例えば、特許文献１又は２に記載の手法により推定又は決定されたものであってよい。前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係及び後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係、即ち、式（２ａ）、（２ｂ）の関数κｆ、κｒの形式は、各輪に使用されるタイヤの特性によって決定されるので、予め実験的に又は理論的に得られる。従って、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係及び後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係は、それぞれ、予め求められた前輪車軸荷重に対する前輪コーナリングパワーの値の群及び予め求められた後輪車軸荷重に対する後輪コーナリングパワーの値の群から決定されるようになっていてよい。

また、車軸荷重とコーナリングパワーとの関係に関して、タイヤのコーナリングパワーの値は、一般的には、車軸荷重の増大と伴に増大し、最終的には飽和することが知られている。この点に関し、かかるタイヤのコーナリングパワーの値は、典型的には、車軸荷重の値の二次関数としてより良く近似されることが見出されている。即ち、式（２ａ）、（２ｂ）は、具体的には、
Ｋｆ＝κｆ（Ｍｆ）＝ａｆ・Ｍｆ^２＋ｂｆ・Ｍｆ＋ｃｆ …（２ｃ）；
Ｋｒ＝κｒ（Ｍｒ）＝ａｒ・Ｍｒ^２＋ｂｒ・Ｍｒ＋ｃｒ …（２ｄ）
と表すことができる。ここで、ａｆ、ｂｆ、ｃｆ、ａｒ、ｂｒ、ｃｒは、それぞれ定数係数である。従って、上記の本発明の装置に於いて、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係が、前輪コーナリングパワーを前輪車軸荷重の二次関数として近似して得られた関係であり、後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係が、後輪コーナリングパワーを後輪車軸荷重の二次関数として近似して得られた関係であるよう構成されていてよい。かかる構成の場合、前輪及び後輪のタイヤについての車軸荷重とコーナリングパワーとの関係を定める定数係数は、予め求めておくことができるので、本発明の装置に於いては、前輪及び後輪のそれぞれの車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係として、式（２ｃ）、（２ｄ）中の定数係数ａｆ、ｂｆ、ｃｆ、ａｒ、ｂｒ、ｃｒを記憶しておくだけでよくなり、従って、本発明の装置の記憶容量が低減でき、また、精度よく車両の前後方向に於ける重心位置を推定することが可能となる。なお、近似式は、二次関数に限らず、多項式近似、対数近似などの他の手法で得られたものであってもよい。

一方、前後輪の車軸荷重とコーナリングパワーとの関係として、式（２ｃ）、（２ｄ）の形式、即ち、二次関数の形式を用いると、式（５）に於けるＬｆ又はＬｒの次数が高くなり、従って、式（６）の関数λの構成が複雑となり、演算負荷が増大することとなる。そこで、かかる演算負荷を低減するために、上記の本発明の装置に於いて、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係が、前輪コーナリングパワーを前輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係であり、後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係が、後輪コーナリングパワーを後輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係であるよう構成されてよい。即ち、式（２ａ）、（２ｂ）として、
Ｋｆ＝κｆ（Ｍｆ）＝ａｆ・Ｍｆ＋ｂｆ …（２ｅ）
Ｋｒ＝κｒ（Ｍｒ）＝ａｒ・Ｍｒ＋ｂｒ …（２ｆ）
を用いて決定された式（６）の関数λを用いて、車両の前後方向に於ける重心の位置を推定するようになっていてよい。この場合、式（５）に於けるＬｆ又はＬｒの次数が低くなり、式（６）の構成がより単純となり、Ｌｆ又はＬｒの算出の際の演算負荷が低減される点で有利である。

しかしながら、前後輪の車軸荷重とコーナリングパワーとの関係として、上記の如き一次近似により得られた関数が用いられる場合には、かかる車軸荷重とコーナリングパワーとの関係（即ち、車軸荷重の関数として得られるコーナリングパワーの値）の精度、従って、推定される車両の前後方向に於ける重心位置の精度が、一次近似を適用する車軸荷重とこれに対応するコーナリングパワーの値の群の値域に依存して変動する。後述の実施形態の欄の説明に於いてより詳細に説明される如く、推定演算に用いられる車軸荷重とコーナリングパワーとの関係の精度を良くするためには、真の車軸荷重にできるだけ近い領域に於ける車軸荷重値とその車軸荷重値に対応するコーナリングパワー値の群から近似的に得られた関係を用いることが望ましい。

そこで、本発明の装置の一つの態様に於いては、推定演算に用いられる車軸荷重とコーナリングパワーとの関係の精度を良くするために、車両重量に基づいて暫定の車両の前後方向に於ける重心位置が決定され、暫定の重心位置から暫定前輪車軸荷重値と暫定後輪車軸荷重値とが決定され、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係として、暫定前輪車軸荷重値を略中心とした所定の前輪車軸荷重の範囲に於いて前輪コーナリングパワーを前輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係が用いられ、後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係として、暫定後輪車軸荷重値を略中心とした所定の後輪車軸荷重の範囲に於いて後輪コーナリングパワーを後輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係が用いられて、車両の前後方向に於ける重心位置が推定されるようになっていてよい。真の前輪及び後輪の車軸荷重値は、車両重量に大きく依存して変化する。従って、少なくとも現在の車両重量に応じて前輪及び後輪の車軸荷重値を暫定的に決定し、それらの暫定値の近傍（即ち、所定の車軸荷重の範囲）に於ける車軸荷重値とコーナリングパワー値との組の群を用いた一次近似により得られた車軸荷重とコーナリングパワーとの関係を用いることにより、最終的に推定される車両の前後方向に於ける重心位置の精度を向上することが可能となる。

上記の如き車両重量に基づいて暫定の車両の前後方向に於ける重心位置を決定する一つの態様として、暫定の車両の前後方向に於ける重心位置は、車両重量と車両の積載物の想定される配置とに基づいて決定されるようになっていてよい。一般的に、車両の積載物が配置される位置は、車両の形状又は形式によってある程度想定可能である。従って、車両重量と車両の積載物の想定される配置とを考慮することにより、暫定の車両の前後方向に於ける重心位置が決定できることとなる。

また、車両重量に基づいて暫定の車両の前後方向に於ける重心位置を決定するもう一つの態様として、暫定の車両の前後方向に於ける重心位置は、車両重量と車両の操舵応答特性に基づいて決定されるようになっていてよい。特許文献２に記載されている如く、車両の操舵応答特性は、車両の慣性モーメントに依存する。そして、車両の慣性モーメントは、車両重量と車両の積載物の配置、従って、車両の重心位置に依存する。従って、車両の重心の概ねの位置は、車両重量と車両の操舵応答特性に基づいて決定することが可能であり、従って、暫定の車両の前後方向に於ける重心位置が決定できることとなる。

ところで、上記の暫定の車両の前後方向に於ける重心位置の決定を経て車両の前後方向に於ける重心位置を推定する態様に於いて、推定された重心位置は、暫定の重心位置よりも精度が高くなっていることが期待される。従って、重心位置の推定結果の値を暫定の車両の前後方向に於ける重心位置に再度設定して、前後輪各々の車軸荷重とコーナリングパワーとの関係を決定し、それらの関係を用いて再度車両の前後方向に於ける重心位置の推定演算を行えば、より精度の良い、即ち、真の重心位置により近い推定重心位置が得られることが期待される。

かくして、本発明の装置に於いて、更に、推定された車両の前後方向に於ける重心位置が新たな暫定の車両の前後方向に於ける重心位置に設定され、その新たな暫定の重心位置から新たな暫定前輪車軸荷重値と新たな暫定後輪車軸荷重値とが決定され、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係として、新たな暫定前輪車軸荷重値を略中心とした所定の前輪車軸荷重の範囲に於いて前輪コーナリングパワーを前記前輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係が用いられ、後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係として、新たな暫定後輪車軸荷重値を略中心とした所定の後輪車軸荷重の範囲に於いて後輪コーナリングパワーを後輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係が用いられて、車両の前後方向に於ける重心位置が推定されるようになっていてよい。かかる構成により、車軸荷重とコーナリングパワーとの関係が一次近似により与えられる場合であっても、より向上された重心位置の推定精度が得られることが期待される。なお、一旦推定された車両の前後方向に於ける重心位置を新たな暫定の車両の前後方向に於ける重心位置に設定することを経て行われる重心位置の推定演算は反復して実行されてよい（収束演算）。

更に、上記の如き、重心位置の推定の収束演算は、暫定の重心位置と推定された重心位置との差が十分に小さくなったとき、車軸荷重とコーナリングパワーとの関係がより正確に決定されていると期待される。従って、本発明の装置に於いて、更に、車両の前後方向に於ける重心位置の推定演算が、暫定の車両の前後方向に於ける重心位置（又は新たな暫定の車両の前後方向に於ける重心位置）と推定された車両の前後方向に於ける重心位置との差の大きさが所定の大きさより小さくなるまで反復して実行されるようになっていてよい。

かくして、上記のいずれかの態様によって、車両の前後方向に於ける重心位置が推定されると、式（３ａ）、（３ｂ）の関係から、現在の前輪及び後輪の車軸荷重値が得られ、更に、式（２ａ）、（２ｂ）の関係から、現在の前輪及び後輪のコーナリングパワー値が得られる。従って、上記の本発明の装置のもう一つの態様に於いて、更に、推定された車両の前後方向に於ける重心位置に基づいて前輪車軸荷重値、後輪車軸荷重値、前輪コーナリングパワー値及び後輪コーナリングパワー値のうちの少なくとも一つが推定されるようになっていてよい。これにより、上に列記された各値の如き、車両の積載状態に依存して変動する特性値を用いる任意の車両の挙動・運動・走行制御が、車軸荷重を直接検出するセンサを要することなく、より精度良く実行可能となることが期待される。

本発明の装置の実施の形態に於いては、推定される重心位置のガード処理、即ち、何等かの不具合（例えば、車両重量値又はスタビリティファクタ値が精度良く得られない場合など）によって、推定された重心位置の結果が真の位置から大きく外れることを回避するための措置が取られるようになっていてよい。その場合、車両重量値から積載量の重量（積載重量）を算出し、算出された積載重量を有する積載物が配置可能な範囲の限界（例えば、荷台の最前部又は最後部）に配置されたと仮定したときの車両の重心位置（重心位置閾値）を決定し、推定演算により得られた重心位置が、かかる重心位置閾値により画定される範囲を超える場合には、現在の重心位置が、重心位置閾値にあると設定するようになっていてよい。かかる構成により、推定された重心位置の結果の誤差が過剰に大きくなったまま、その推定された重心位置又はかかる重心位置に基づいて導出されるパラメータが任意の車両の挙動・運動・走行制御に利用されてしまうことが回避される。

また、重心位置の推定の収束演算について、暫定の車両の前後方向に於ける重心位置（又は新たな暫定の車両の前後方向に於ける重心位置）と推定された車両の前後方向に於ける重心位置との差の大きさが所定の大きさより小さくならなくても、かかる演算は、（ａ）所定回数演算が繰り返されたとき、（ｂ）推定された車両の前後方向に於ける重心位置が或る位置に収束しないとき（Ｌｆ又はＬｒが単調増加又は単調減少しないとき）或いは（ｃ）推定された車両の前後方向に於ける重心位置が重心位置閾値により画定される範囲を逸脱したときに終了するようになっていてよい。

総じて、上記の本発明の装置によれば、既に触れたように、前後輪の車軸に掛かる荷重を直接に検出することなく、車両重心の前後方向位置、前後輪に於ける各車軸荷重、前後車輪に於けるコーナリングパワーといった、車両の積載状態に依存して変動する特性値又は状態値を推定することが可能となる。理解されるべきことは、本発明の装置によれば、車両重量とスタビリティファクタが車両の走行中に任意の方法で推定又は検出されれば、車両の走行中であっても、車両重心の前後方向位置等の推定が可能となることである。かかる特徴により、車両の積載状態が使用状況によって大きく変動する車両であっても、任意の車両の挙動・運動・走行制御がより精度良く実行できるようになることが期待される。

本発明のその他の目的及び利点は、以下に於いて、部分的に明らかになり、指摘される。

図１（Ａ）は、本発明の好ましい実施形態である車両状態推定装置が搭載される車両の模式図である（矢印は、車両の旋回中、発生するコーナリングフォースＫｆ・βｆとＫｒ・βｒを示している（βｆ、βｒは、それぞれ前後輪のスリップ角。）。）。図１（Ｂ）は、本発明の好ましい実施形態である車両状態推定装置の内部構成を制御ブロックの形式で表したものである。 図２は、本発明の車両状態推定装置の処理の流れをフローチャートの形式で表したものである。 図３は、車両の前後方向の重心位置の閾値を決定する際に仮定される積載物の重心の位置Ｓ_minとＳ_maxを表す車両の模式図である。荷台１４の側壁は、破線にて示されている。 図４は、実験的に得られた前後輪の車軸荷重に対するコーナリングパワーのデータ値のプロット（白点・黒点）、それらの二次近似式κf_(II)、κr_(II)及びそれらの一次近似式κf_(I)、κr_(I)を表したグラフ図である。近似式は、車両の使用時に想定される車軸荷重値の全域に亙るデータから得られたものである。 図５（Ａ）は、図２のステップ４０の一つの実施形態（例３、４）に於ける処理をフローチャートの形式にて表したものである。図５（Ｂ）は、車両本体の重心位置Ｇｏと暫定前後方向重心位置を決定する際に仮定される積載物の配置Ｓ_proの位置とこれにより暫定的に決定される車両の重心位置Ｇ_proとを示す車両の模式図である。 図６は、暫定的な車両の重心位置Ｇ_proに基づいて決定される車軸荷重値近傍の範囲のデータについての一次近似式κf_(I)_pro、κr_(I)_proを表した図４と同様のグラフ図である。 図７は、積載重量Ｍｓと操舵応答時定数係数Ｔｐとを変数として、暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proを与えるマップを示したものである。矢印は、Ｌｆ_proの長さの変化を表し、点線は、等長線を示している。 図８は、図２のステップ４０の一つの実施形態（例５）に於ける処理をフローチャートの形式にて表したものである。 図９は、図２のステップ４０の一つの実施形態（例６）に於ける処理に於いて用いられる車両重量ＭとスタビリティファクタＫＨを変数として前輪軸−重心間距離Ｌｆを与えるマップを３Ｄグラフの形式で表したものである。

符号の説明

１０…車両
１２ｆ…前輪
１２ｒ…後輪
１４…荷台
Ｓ…積載物

装置の概略
図１（Ａ）は、自動車等の車両の前後方向の重心位置、前輪及び後輪の車軸荷重、コーナリングパワーを推定する本発明による車両状態推定装置の好ましい実施形態が搭載される車両１０を示している。車両１０は、公知の任意の形式の車両であってよく、一対の前輪１２ｆ及び一対の後輪１２ｒと、任意の積載物Ｓが載置される荷台１４とを有している。なお、図示の例では、簡単のため、車両後方部に上部が開放された荷台を有するトラックとして描かれているが、本発明の車両状態推定装置の搭載される車両は、箱型荷台を後方に有するトラック、前方にも荷台を有する車両、バス、その他の任意の積載物が積載可能な車両であってよい。

一般に、車両の挙動、運動又は走行制御が実行される際、しばしば、車両の前後方向の重心位置（車軸−重心間距離）、前輪及び後輪の車軸荷重、コーナリングパワーといったパラメータが使用される場合がある。しかしながら、図示の如き車両１０に於いて、上に列記された如きパラメータは、荷台１４に積載される積載物Ｓの重量又はその配置に依存して変動する。勿論、前輪及び後輪の車軸に車軸荷重をセンサ等により直接検出できるようになっていれば（特許文献４）、上記の如きパラメータは、荷重センサの検出値に基づいて算出可能であるが、その場合、車軸荷重センサを車軸近傍に取り付けるための設計・工程に関わる労力及び費用が必要となる。そこで、本発明の車両状態推定装置では、車軸荷重センサを用いることなく、車両の使用中又は走行中に車両の前後方向の重心位置、前輪及び後輪の車軸荷重、コーナリングパワーを推定することが試みられる。

車両の運動制御の分野に於いて、「発明の開示」の欄に於いて述べた如く、しばしば、車両の旋回運動特性を記述する際の指標の一つとして、スタビリティファクタＫＨが用いられる。典型的な４輪車両（二輪モデル、即ち、左右輪のタイヤ力が等価である仮定したモデル）に於いて、スタビリティファクタＫＨは、

にて表されることが知られている。ここで、Ｍは、車両重量であり、Ｌは、ホイールベース（前後輪の車軸間距離）であり、Ｌｆ、Ｌｒは、それぞれ、前輪軸及び後輪軸から車両１０の重心Ｇの位置までの距離である。また、Ｋｆ、Ｋｒは、それぞれ、前輪及び後輪のコーナリングパワー（二輪モデルの場合）であり、車両１０の旋回中に、前輪及び後輪と路面との間に発生するコーナリングフォース（Ｋｆ・βｆ、Ｋｒ・βｒ）の係数である。

上記の式（７）に於いて、図１（Ａ）から理解される如く、また、「発明の開示」の欄で述べた如く、Ｌ、Ｌｆ、Ｌｒの間には、
Ｌ＝Ｌｆ＋Ｌｒ …（４）
が成立する。また、前輪及び後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒは、後に詳細に説明される如く、それぞれ前輪及び後輪の車軸荷重Ｍｆ、Ｍｒの関数として表すことが可能であり（車軸荷重とコーナリングパワーの関係）、車軸荷重Ｍｆ、Ｍｒは、鉛直方向の力のモーメントの釣り合いから、下記の式
Ｍｆ＝Ｍ・Ｌｒ／Ｌ …（３ａ）
Ｍｒ＝Ｍ・Ｌｆ／Ｌ …（３ｂ）
により、前輪軸／後輪軸−重心間距離Ｌｆ、Ｌｒに関連付けられる。結局、式（７）に於ける前輪及び後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒは、前輪軸／後輪軸−重心間距離Ｌｆ又はＬｒの関数として表されることになるので、式（７）をＬｆ又はＬｒについて解けば、Ｌｆ又はＬｒが、車両重量Ｍ、スタビリティファクタＫＨの関数として表すことが可能である（上記式（６）参照）。かくして、本発明の装置では、任意の公知の手法で取得又は演算して得られる車両重量Ｍ、スタビリティファクタＫＨを用いて、Ｌｆ（又はＬｒ）を算出し、しかる後にＬｒ（又はＬｆ）、前輪及び後輪の車軸荷重Ｍｆ、Ｍｒ、前輪及び後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒが算出される。

装置の構成と作動
図１（Ｂ）は、本発明の一つの実施形態による車両状態推定装置及び周辺機器の構成をブロック図の形式で表したものである。なお、本実施形態の装置は、自動車等の車両に搭載された電子制御装置又はコンピュータ（双方向コモン・バスにより相互に連結されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート装置を有する通常の形式のものであってよい。）の、プログラムに従った作動により実現されてよい。同図を参照して、本発明の装置は、車両前後方向重心位置推定部５０と、前後輪それぞれのコーナリングパワーと車軸荷重の関係を表すデータを記憶したデータメモリ５０ａと、車両重量推定部５０ｂと、スタビリティファクタ推定部５０ｃとを含む。図示の如く、車両重量推定部５０ｂは、典型的には、車両の走行中の制駆動力値（又はこれを推定するためのスロットル開度、ブレーキ圧など）と前後加速度センサ等で検出された加減速度値との入力に基づき、公知の任意の手法（例えば、特許文献１に記載の方法であってよい。）により、現在の（積載物の重量を含む）車両の重量Ｍを推定する。スタビリティファクタ推定部５０ｃは、ヨーレート値、車速値、舵角値、横加速度値等を用いて公知の任意の手法（例えば、特許文献２に記載の方法であってよい。）により、現在のスタビリティファクタ値ＫＨを推定する。データメモリ５０ａには、後で説明される実施形態に於けるコーナリングパワーと車軸荷重との関係を表す関数の形式に依存して、関数の係数或いは予め実験的に（又は理論的に）得られたコーナリングパワー値と車軸荷重値の組のデータ群とが格納される。車両前後方向重心位置推定部５０は、後に説明される態様にて、車両重量Ｍ、スタビリティファクタ値ＫＨ及びコーナリングパワーと車軸荷重との関係を表す関数の係数又はデータ群を適宜読み込み、前輪軸／後輪軸−重心間距離Ｌｆ、Ｌｒ、車軸荷重Ｍｆ、Ｍｒ、コーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを逐次算出し、それらの算出結果値が任意の運動制御装置等６０に於いて利用できるようにする。なお、後に詳細に説明される実施形態の一つに於いて用いる目的で操舵応答時定数係数Ｔｐを推定して、その値を車両前後方向重心位置推定部５０へ出力する操舵応答時定数係数推定部５０ｄが設けられていてよい。

図２は、車両前後方向重心位置推定部５０に於ける演算処理の構成をフローチャートの形式で表したものである。図示の処理は、車両の走行中、所定の期間、反復して実行されてよい。同図を参照して、車両前後方向重心位置推定部５０では、まず、車両重量Ｍ、スタビリティファクタ値ＫＨがそれぞれ取得される（ステップ１０、２０）。次いで、車両重量Ｍを用いて、「車両前後方向重心位置閾値」、即ち、車両重量Ｍから算出される積載物が積載可能な荷台部分の最前方又は最後方に置かれていると仮定した場合の車両の前輪軸−重心間距離Ｌｆ_min、Ｌｆ_maxが算出される（ステップ３０）。かかる閾値Ｌｆ_min、Ｌｆ_maxは、車両重量Ｍ、スタビリティファクタＫＨを用いて得られる車両の前輪軸−重心間距離の推定値Ｌｆのガード処理に用いられる。そして、前輪軸−重心間距離Ｌｆ及び後輪軸重心間距離Ｌｒ（車両前後方向重心位置）の推定値が、下記に詳細に説明される態様のいずれかによって算出され（ステップ４０）、前輪車軸荷重Ｍｆ、後輪車軸荷重Ｍｒ、前輪（等価）コーナリングパワーＫｆ、後輪（等価）コーナリングパワーＫｒが算出される（ステップ５０、６０）。以下、上記の各ステップの演算処理について詳細に説明する。

（ａ）車両重量Ｍ、スタビリティファクタ値ＫＨの取得（ステップ１０、２０）
既に触れたように、車両重量Ｍ、スタビリティファクタ値ＫＨは、公知の任意の形式にて推定された値が用いられてよい。簡単には、例えば、車両重量Ｍは、直線走行中に車両を加減速したときの車両の発生駆動力（Ｆ）と加速度（α）との関係（又は発生制動力と減速度との関係）に走行抵抗Ｒを考慮して下記の式を用いて与えられる。
Ｍ＝（Ｆ−Ｒ）／α …（８）
勿論、式（８）に限らず、種々の形式の車両重量の推定方法が用いられてよく、そのような場合も本発明の範囲に属する。また、スタビリティファクタ値ＫＨは、簡単には、車両の定常旋回中のヨーレートγ、舵角δ、車速Ｖから
ＫＨ＝｛（Ｖ・δ／Ｌ・γ）−１｝／Ｖ^２ …（９）
により算出可能である。なお、特許文献２の如く、ヨーレートの舵角に対する一次遅れを考慮して推定されるようになっていてもよく、そのような場合も本発明の範囲に属する。

（ｂ）車両前後方向重心位置閾値の演算（ステップ３０）
既に触れた如く、本発明の装置では、車両重量Ｍ、スタビリティファクタＫＨを用いて車両前後方向重心位置が推定される。しかしながら、変数パラメータとして用いられる車両重量Ｍ、スタビリティファクタＫＨの精度が低い場合又は後述のそれらの仮値が使用されている場合には、推定された車両前後方向重心位置が過剰に真の位置から外れてしまうことも起き得る。そこで、積載物の重量が決定された段階で、荷台の構成と積載物の重量とから想定可能な車両前後方向重心位置の範囲、即ち、閾値が算出される。

詳細には、まず、車両重量Ｍと無積載時の車両の重量Ｍｏとから、積載物の重量Ｍｓが
Ｍｓ＝Ｍ−Ｍｏ …（１０）
により算出される。ここで、無積載時の車両の重量Ｍｏは、車両本体のみの重量、運転者の重量を含めた車両の重量或いは実際の乗員人数分の重量を含めた車両の重量である。（実際の乗員人数分の重量を考慮する場合、着座センサ又はシートベルトスイッチにより、実際の乗員人数が検出され、その人数に平均的な体重値が乗ぜられて得られる重量値が車両本体のみの重量に加算されてよい。）

次いで、図３に示されている如く、積載物が荷台１４の最前部Ｓminの位置にある場合の前輪軸−重心間距離Ｌf_minと、積載物が荷台１４の最後部Ｓmaxの位置にある場合の前輪軸−重心間距離Ｌf_maxとが下記の式により算出される。
Ｌf_min＝（Ｍｏ・Ｌｆｏ＋Ｍｓ・Ｌf_Smin）／Ｍ …（１１）
Ｌf_max＝（Ｍｏ・Ｌｆｏ＋Ｍｓ・Ｌf_Smax）／Ｍ …（１２）
ここで、Ｌf_Sminは、前輪軸−位置Ｓmin間の前後方向距離であり、Ｌf_Smaxは、前輪軸−位置Ｓmax間の前後方向距離であり、Ｌｆｏは、積載物を除いた車両の重心Ｇｏと前輪軸との間の前後方向距離である。かくして、下記のステップ４０にて算出される前輪軸−重心間距離Ｌｆは、
Ｌf_min≦Ｌｆ≦Ｌf_max …（１３）
の条件を満たすことが期待され、もし範囲［Ｌf_min，Ｌf_max］を逸脱する場合には、Ｌｆは、Ｌf_min又はＬf_maxに設定されることとなる。なお、式（１１）、（１２）中、可変のパラメータは、Ｍｓだけである。従って、随時、式（１１）、（１２）を演算するのではなく、積載重量Ｍｓを変数としたＬf_min，Ｌf_maxのマップがそれぞれ準備され、ステップ３０に於いて、参照されるようになっていてもよい。

（ｃ）車両前後方向重心位置の演算（ステップ４０）
「発明の開示」の欄に於いて述べた如く、本発明の装置では、式（７）のスタビリティファクタＫＨを与える式（式（１）の具体例）に於いて、式（２ａ）、（２ｂ）、（３ａ）、（３ｂ）、（４）の関係を用いて、式（７）から変数Ｋｆ、Ｋｒ及びＬｒ（又はＬｆ）を消去した式をＬｆ（又はＬｒ）ついて解いて得られる式（６）の形式の関数を用いて、前輪軸−重心間距離Ｌｆが算出される。この点に関し、式（６）の構成は、式（２ａ）、（２ｂ）の形式によって種々の態様が考えられる。以下、車両重量ＭとスタビリティファクタＫＨとを変数として、前輪軸−重心間距離Ｌｆを算出する幾つかの例について説明する。

（ｉ）例１−車軸荷重とコーナリングパワーの関係を二次関数式で表す場合
図４のグラフは、実験的に得られた車軸荷重に対するコーナリングパワーのデータ値をプロットしたものを表している。同図に於いて、白丸は、シングルタイヤの前輪の場合の値を示し、黒丸は、ダブルタイヤの後輪の場合の値を示している。図から理解される如く、車軸荷重に対するコーナリングパワーの値は、車軸荷重の増大に対して単調増加した後、飽和するよう変化する。かかるコーナリングパワー値は、同図の一点鎖線κｆ(II)、κｒ(II)により示されている如き車軸荷重Ｍｆ、Ｍｒの二次関数式：
κｆ(II)＝ａｆ・Ｍｆ^２＋ｂｆ・Ｍｆ＋ｃｆ …（１４ａ）；
κｒ(II)＝ａｒ・Ｍｒ^２＋ｂｒ・Ｍｒ＋ｃｒ …（１４ｂ）
により近似的により良く表すことができる。そして、車軸荷重Ｍｆ、Ｍｒは、式（３ａ）、（３ｂ）、（４）を用いて、Ｌｆの関数の形式で表される。そこで、本実施例では、式（２ａ）、（２ｂ）として、式（１４ａ）、（１４ｂ）を用いて式（７）をＬｆの関数の形式に変換した式から得られた式：
Ｌｆ＝λ（ＫＨ，Ｍ，Ｌ，af，bf，cf，ar，br，cr） …（６ａ）
を用いてＬｆが算出される。式（１４ａ）、（１４ｂ）に於ける定数係数ａｆ、ｂｆ、ｃｆ、ａｒ、ｂｒ、ｃｒは、予め実験的に得られた車軸荷重に対するコーナリングパワーのデータ値から、最小自乗法その他の任意の二次近似の手法を用いて決定されてよい。また、本例の構成に於いて、予め算出された式（１４ａ）、（１４ｂ）に於ける定数係数ａｆ、ｂｆ、ｃｆ、ａｒ、ｂｒ、ｃｒがデータメモリに格納され、ステップ４０の実行時に読み出されるようになっていてよい。なお、式（６ａ）の具体的な表式の記載は省略されるが、当業者に於いて算出可能であることは理解されるべきである。

（ii）例２−車軸荷重とコーナリングパワーの関係を一次関数式で表す場合
上記の例１に於いては、車軸荷重とコーナリングパワーの関係を表す式として、車軸荷重の二次関数が用いられたが、式（６ａ）の関数λの構成が複雑となり、演算負荷が増大する。そこで、本実施例では、式（２ａ）、（２ｂ）として、図４中の実線κｆ(I)、κｒ(I)により示されている如く、コーナリングパワー値を車軸荷重の一次関数として表した式：
κｆ(I)＝ａｆ・Ｍｆ＋ｂｆ …（１５ａ）；
κｒ(I)＝ａｒ・Ｍｒ＋ｂｒ …（１５ｂ）
が用いられて得られた式（６）により、Ｌｆが算出される。Ｌｆの具体的な表式は、
Lf=(L/2)・(KH・L・af・M・ar-KH・L・af・br+KH・L・bf・ar+af・M+bf-ar・M+br+(2br・bf+KH²・L²・af²・br²-2KH・L・af・br²+KH²・L²・bf²・ar²+2KH・L・bf²・ar-2bf・ar・M+2ar・M・br+af²・M²+bf²+ar²・M²+br²+KH²・L²・af²・M²・ar²+2KH²・L²・af²・M・ar・br+2KH²・L²・af・M・ar²・bf+2KH・L・af²・M²・ar-2KH・L・af・M²・ar²+2KH²・L²・af・br・bf・ar+2KH・L・af²・br・M-2KH・L・bf・ar²・M+4KH・L・af・M・ar・bf-4KH・L・af・M・ar・br+2KH・L・af・br・bf-2KH・L・bf・ar・br-2af・M・br-2af・M²・ar+2af・M・bf)^1/2)/((KH・L・af・ar+af-ar)M) …（１６）
となる。式（１５ａ）、（１５ｂ）に於ける定数係数ａｆ、ｂｆ、ａｒ、ｂｒの具体的な値は、予め実験的に得られた車軸荷重に対するコーナリングパワーのデータ値から最小自乗法その他の任意の一次近似の手法を用いて決定されてよい。

(iii)例３−暫定車両前後方向重心位置を用いて車軸荷重とコーナリングパワーの関係を一次関数式で表す場合
車両の重心位置は実際の積載重量に依存して大きく変動する。従って、積載重量を考慮せずに、上記の例２の如く車軸荷重とコーナリングパワーの関係を一次近似式により表すと、実際の積載重量に依存して、算出された前輪軸−重心間距離Ｌｆの精度が低下する可能性がある。実際、図４中のκｆ(II)とκｆ(I)、或いは、κｒ(II)とκｒ(I)の間の差分の大きさが大きくなっている部分が存在する（κｆ(I)、κｒ(I)は、想定される車軸荷重の全域に亙って車軸荷重値に対するコーナリングパワーのデータ値を一次近似することにより得られた。）。そこで、本実施例では、車軸荷重とコーナリングパワーの関係を一次近似式で表す際に利用する予め実験的に得られた車軸荷重に対するコーナリングパワーのデータ値の範囲を、実際の積載重量に於いて想定される範囲に制限することにより、車軸荷重とコーナリングパワーの関係の一次近似式の精度を向上し、これにより、算出されるＬｆの精度の向上が図られる。

図５（Ａ）は、本実施例に於けるステップ４０の処理をより詳細にフローチャートの形式で表したものである。かかる処理に於いては、まず、図５（Ｂ）に例示されている如く、実際の積載物が荷台の適当な位置（例えば、荷台の中心）に置かれた状態Ｓ_proを仮定したときの暫定的な車両前後方向重心位置Ｇ_proを決定する（ステップ４１）。具体的には、例えば、実際の積載物の重心が荷台の略中心に位置すると仮定して（前輪軸−荷台中心間距離Ｌｆ_Sproを仮定して）、暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_pro、暫定後輪軸−重心間距離Ｌｒ_proが下記の式により決定される。
Ｌｆ_pro＝（Ｍｏ・Ｌｆｏ＋Ｍｓ・Ｌｆ_Spro）／Ｍ …（１７ａ）
Ｌｒ_pro＝Ｌ−Ｌｆ_pro …（１７ｂ）
これにより、暫定の前輪軸荷重Ｍｆ_pro、暫定の後輪軸荷重Ｍｒ_proが下記の式により与えられる（ステップ４２）。
Ｍｆ_pro＝Ｍ・Ｌｒ_pro／Ｌ …（１８ａ）
Ｍｒ_pro＝Ｍ・Ｌｆ_pro／Ｌ …（１８ｂ）

次いで、上記の如く得られた暫定の前輪軸荷重Ｍｆ_pro、暫定の後輪軸荷重Ｍｒ_proを略中心とした所定の範囲、例えば、±１００ｋｇ、の車軸荷重値とそれらに対応するコーナリングパワーのデータ値を用いて、例２の如く、式（１５ａ）、（１５ｂ）の形式のコーナリングパワーと車軸荷重との関係式、即ち、定数係数ａｆ、ｂｆ、ａｒ、ｂｒが決定される（ステップ４３）。かかる定数係数は、データメモリ５０ａに予め記憶されている、車両の使用中に想定される車軸荷重の全域に亙る車軸荷重値に対するコーナリングパワーのデータ値の群の中から暫定の前輪軸荷重Ｍｆ_pro、暫定の後輪軸荷重Ｍｒ_proを略中心とした所定の範囲のデータ値の群を読み出し、それらのデータ値群から最小自乗法その他の任意の一次近似の手法を用いて決定されてよい。この場合、図６に例示されている如く、一次近似に使用される値域が所定の範囲に制限されているため、実際のデータ値又は二次式κｆ(II)、κｒ(II)との差分が小さくなり、式（１５ａ）、（１５ｂ）の形式のコーナリングパワーと車軸荷重の関係式の精度が向上されることが期待される。

かくして、得られた定数係数ａｆ、ｂｆ、ａｒ、ｂｒと、車両重量Ｍと、スタビリティファクタＫＨとから式（１６）を用いて、前輪軸−重心間距離Ｌｆが算出される。なお、暫定重心位置の決定時の積載物の重心位置は、荷台の中心に限らず、任意に設定されてよく、そのような場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。図示の車両１０の如き荷台が車両の後方に設置されている場合には、荷台の構造から積載物の配置個所は、或る程度限定される。従って、暫定重心位置の決定時の積載物の重心位置は、そのような荷台の構造に基づいて設定されてよい。

（iv）例４−操舵応答特性から決定された暫定車両前後方向重心位置を用いて車軸荷重とコーナリングパワーの関係を一次関数式で表す場合
例３の如く決定された暫定的な車両前後方向重心位置Ｇ_proをコーナリングパワーと車軸荷重との関係を表す一次関数の決定に用いる場合、演算結果の精度を向上するためには、暫定的な車両前後方向重心位置Ｇ_proが真の重心位置にできるだけ近接していることが好ましい。本実施例では、そのようにできるだけ暫定的な車両前後方向重心位置Ｇ_proを真の重心位置に近接したものとするために、暫定的な車両前後方向重心位置Ｇ_proが車両の操舵応答特性を参照して決定される。特許文献２に記載されている如く、操舵応答特性の指標の一つである操舵応答時定数係数Ｔｐは、車両のヨー慣性モーメントＩの関数：
Ｔｐ＝Ｉ／Ｌ^２（１／Ｋｆ＋１／Ｋｒ） …（１９）
により与えられることが知られている。車両のヨー慣性モーメントＩは、積載重量が重くなるほど増大するとともに、積載位置が車両の重心から離れるほど増大する。即ち、操舵応答時定数係数Ｔｐは、積載重量が重くなるほど及び積載位置が車両の重心から離れるほど増大する。かくして、かかる操舵応答時定数係数と積載物の重量及び配置との関係を用いて、より精度よく、暫定的な車両前後方向重心位置Ｇ_proを決定することが試みられる。

具体的には、まず、操舵応答時定数係数推定部５０ｄに於いて公知の任意の態様にて（特許文献２に記載された方法であってよい。）推定された操舵応答時定数係数Ｔｐが取得される。そして、操舵応答時定数係数Ｔｐと積載重量Ｍｓとをパラメータとした図７に示されている如き予め求められたマップを用いて暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proが決定される。図示されている車両１０の如く、荷台１４が車両の後方に設けられている場合には、図７に例示されている如く、積載重量Ｍｓが大きくなるほど、且つ、操舵応答時定数係数Ｔｐが大きくなるほど、車両全体の重心は、後方へ移動し、前輪軸−重心間距離Ｌｆが長くなることが理解される。かくして、決定された暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proを用いて、例３と同様に、暫定後輪軸−重心間距離Ｌｒ_pro、暫定の前輪軸荷重Ｍｆ_pro、暫定の後輪軸荷重Ｍｒ_proが順次決定され、式（１５ａ）、（１５ｂ）の形式のコーナリングパワーと車軸荷重との関係式、即ち、定数係数ａｆ、ｂｆ、ａｒ、ｂｒが決定される。そして、式（１６）を用いて、前輪軸−重心間距離Ｌｆが算出される。

（ｖ）例５−車軸荷重とコーナリングパワーの関係を表す一次関数式を収束演算により決定する場合
例３又は例４の如く、暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proの決定及びこれを用いた車軸荷重とコーナリングパワーの関係を表す一次関数式の決定を経て式（１６）から推定算出された前輪軸−重心間距離Ｌｆは、暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proよりも真の前輪軸−重心間距離Ｌｆに近い値となっていることが期待される。従って、更に、一旦算出された前輪軸−重心間距離Ｌｆを暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proに設定した状態にて、車軸荷重とコーナリングパワーの関係を表す一次関数式を決定すれば、更に、精度よく前輪軸−重心間距離Ｌｆが推定されることが期待される。そこで、本実施例では、一旦推定された前輪軸−重心間距離Ｌｆを暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proに設定して、かかる新たに設定された暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proを用いた車軸荷重とコーナリングパワーの関係を表す一次関数式の決定及び式（１６）による前輪軸−重心間距離Ｌｆの算出を、暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proと式（１６）により得られた前輪軸−重心間距離Ｌｆとの差分が十分に小さくなるまで反復することにより、前輪軸−重心間距離Ｌｆの推定値の精度の向上が図られる。

図８は、本実施例に於けるステップ４０の処理をより詳細にフローチャートの形式で表したものである。同図を参照して、まず、最初の暫定前輪軸−重心間距離Ｌｆ_proが例３又は例４で説明されている如く決定される（ステップ４１）。しかる後、暫定後輪軸−重心間距離Ｌｒ_pro、暫定の前輪軸荷重Ｍｆ_pro、暫定の後輪軸荷重Ｍｒ_proの決定（ステップ４２）、式（１５ａ）、（１５ｂ）の定数係数ａｆ、ｂｆ、ａｒ、ｂｒの決定（ステップ４３）、式（１６）による前輪軸−重心間距離Ｌｆの算出（ステップ４４）が実行される。かくして、前輪軸−重心間距離Ｌｆが算出されると、ＬｆとＬｆ_proとの差分の大きさが所定の閾値より小さいか否か、即ち
｜Ｌｆ−Ｌｆ_pro｜＜Ｌ（閾値） …（２０）
が成立しているか否かが判定される（ステップ４５）。ここで、もし条件（２０）が成立していないと判定されたときには、算出されたＬｆをＬｆ_proに設定し（ステップ４６）、ステップ４２、４３及び４４が繰り返される。そして、かかる処理が反復して実行された結果、条件（２０）が成立したとき、そのときの算出された前輪軸−重心間距離Ｌｆが最終的な前輪軸−重心間距離Ｌｆとして決定される。

なお、ステップ４５の判定に於いて、以下の場合は、条件（２０）が成立していなくても、ステップ４２、４３及び４４の反復実行（収束演算）を停止するようになっていてよい。
（１）収束演算を所定回数以上（例えば、３回以上）実行したとき。
（２）Ｌｆの値が単調増加又は単調減少しないとき［最新のＬｆとその一つ前のＬｆとの差分の符号が逆転したとき。］。
（３）Ｌｆの値が[Ｌｆ_min，Ｌｆ_max]の範囲から逸脱したとき。

（vi）例６−車両重量Ｍ、スタビリティファクタＫＨを変数パラメータとするマップを利用する場合
既に理解される如く、前輪軸−重心間距離Ｌｆは、車両重量Ｍ、スタビリティファクタＫＨを変数として与えられる。そこで、図９に示される如き車両重量Ｍ、スタビリティファクタＫＨを変数パラメータとして前輪軸−重心間距離Ｌｆを与えるマップを予め調製し、車両の走行中には、車両重量ＭとスタビリティファクタＫＨとの値からマップを参照して、前輪軸−重心間距離Ｌｆを決定するようになっていてよい。この場合、上記の例１〜５の場合に比して、演算処理の負荷が大幅に低減される点で有利である。

なお、例１〜６のいずれの場合に於いても、既に触れた如く、算出されたＬｆの値が前記の範囲［Ｌf_min，Ｌf_max］を逸脱する場合には、Ｌｆは、Ｌf_min又はＬf_maxに設定される（ガード処理）。即ち、
Ｌｆ＜Ｌf_minのとき、Ｌｆ←Ｌf_min …（２１ａ）
Ｌf_max＜Ｌｆのとき、Ｌｆ←Ｌf_max …（２１ｂ）
と設定される。

かくして、上記の例１〜６のいずれかの態様により、前輪軸−重心間距離Ｌｆが決定されると、
Ｌｒ＝Ｌ−Ｌｆ …（２２）
により、後輪軸−重心間距離が算出される。

（ｄ）前輪車軸荷重Ｍｆ、後輪車軸荷重Ｍｒ、前輪（等価）コーナリングパワーＫｆ、後輪（等価）コーナリングパワーＫｒの算出（ステップ５０、６０）
かくして、前輪軸−重心間距離Ｌｆと後輪軸−重心間距離Ｌｒが算出されると、式（３ａ）、（３ｂ）を用いて、前輪車軸荷重Ｍｆ、後輪車軸荷重Ｍｒがそれぞれ算出され（ステップ５０）、式（１４ａ）、（１４ｂ）［例１、６の場合］又は式（１５ａ）、（１５ｂ）［例２〜５の場合］を用いて、前輪コーナリングパワーＫｆ、後輪コーナリングパワーＫｒが算出される。

（ｅ）車両重量Ｍ又はスタビリティファクタ値ＫＨが推定されていないとき
ところで、ステップ１０又は２０の実行時に車両重量Ｍ又はスタビリティファクタ値ＫＨが推定されていないとき、例えば、車両の走行の開始後、車両重量Ｍが推定可能な直線加減速走行が実施されていないとき、或いは、スタビリティファクタ値ＫＨが推定可能な旋回走行が実施されていないときには、車両重量Ｍ又はスタビリティファクタ値ＫＨとして、仮値が用いられるようになっていてよい。例えば、車両重量Ｍが推定されていないときの車両重量Ｍの仮値は、規定された車両総重量、即ち、車両本体の重量と定員の重量と最大許容積載重量の規定値との和が用いられてよい（規定車両総重量を仮値とするのは、車両の運転者にとって、積載量が多いほど車両の操縦がしにくくなるためである。）。

一方、スタビリティファクタ値ＫＨが推定されていないときのスタビリティファクタ値ＫＨの仮値は、積載物が荷台の略中央に配置され、積載物の重心が荷台の中央にあると仮定して、式（７）を用いて算出されてよい。式（７）に於いて、スタビリティファクタ値ＫＨを算出するためには、前輪軸−重心間距離Ｌｆ、後輪軸−重心間距離Ｌｒ、前後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒの各値が必要となる。かかる仮値のための前輪軸−重心間距離Ｌｆ、後輪軸−重心間距離Ｌｒは、
Ｌｆ＝（Ｍｏ・Ｌｆｏ＋（Ｍ−Ｍｏ）・Ｌｆｓｃ）／Ｍ …（２２ａ）
Ｌｒ＝Ｌ−Ｌｆ …（２２ｂ）
により算出されてよい。ここで、Ｍｏは、車両本体の重量（無積載時の重量）であり、Ｌｆｏは、車両本体の重心から前輪軸までの前後方向距離であり、Ｌｆｓｃは、荷台の中心から前後方向距離である（車両重量Ｍは、同値が推定されていないときは、前記の如く規定車両総重量であってよい。）。また、前後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒは、式（３ａ）、（３ｂ）の関係式に式（２２ａ）、（２２ｂ）の結果を代入して得られた車軸荷重値Ｍｆ、Ｍｒを、上記の前後輪の各々のコーナリングパワーと車軸荷重Ｍｆ、Ｍｒの予め得られている関係式（１４ａ）、（１４ｂ）に代入することにより算出されてよい。

かくして、上記の本発明の装置によれば、車軸荷重をセンサ等で直接検出することなく、車両の前後方向の重心位置、前後輪の車軸荷重、コーナリングパワーが推定することが可能となる。

以上に於いては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば、上記の例では、ステップ４０に於いて、前輪軸−重心間距離Ｌｆを初めに算出し、後輪軸−重心間距離Ｌｒを算出しているが、スタビリティファクタＫＨの式（７）を後輪軸−重心間距離Ｌｒについて解くことにより得られた式を用いて後輪軸−重心間距離Ｌｒを先に算出し、式（４）の関係から、前輪軸−重心間距離Ｌｆを算出するようになっていてもよい。

また、上記の例では、スタビリティファクタＫＨと前後輪軸−重心間距離とコーナリングパワーとの関係を表す式（１）として、二輪モデルを仮定して得られる式（７）を用いているが、式（１）に相当する関係式として、車両の構造に応じて別の式が用いられてよく、そのような場合も本発明の範囲に属することは理解されるべきである。

Claims (11)

1. 車両の状態を推定する装置であって、車両重量値と、スタビリティファクタ値と、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係と、後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係とに基づいて車両の前後方向に於ける重心位置を推定することを特徴とする装置。
2. 請求項１の装置であって、前記推定された車両の前後方向に於ける重心位置に基づいて前輪車軸荷重値、後輪車軸荷重値、前輪コーナリングパワー値及び後輪コーナリングパワー値のうちの少なくとも一つを推定することを特徴とする装置。
3. 請求項１又は２の装置であって、前記前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係が、前記前輪コーナリングパワーを前記前輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係であり、前記後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係が、前記後輪コーナリングパワーを前記後輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係であることを特徴とする装置。
4. 請求項３の装置であって、前記車両重量に基づいて暫定の車両の前後方向に於ける重心位置が決定され、前記暫定の重心位置から暫定前輪車軸荷重値と暫定後輪車軸荷重値とが決定され、前記前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係として、前記暫定前輪車軸荷重値を略中心とした所定の前輪車軸荷重の範囲に於いて前記前輪コーナリングパワーを前記前輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係が用いられ、前記後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係として、前記暫定後輪車軸荷重値を略中心とした所定の後輪車軸荷重の範囲に於いて前記後輪コーナリングパワーを前記後輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係が用いられて、前記車両の前後方向に於ける重心位置が推定されることを特徴とする装置。
5. 請求項４の装置であって、前記推定された車両の前後方向に於ける重心位置が新たな暫定の車両の前後方向に於ける重心位置に設定され、前記新たな暫定の重心位置から新たな暫定前輪車軸荷重値と新たな暫定後輪車軸荷重値とが決定され、前記前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係として、前記新たな暫定前輪車軸荷重値を略中心とした所定の前輪車軸荷重の範囲に於いて前記前輪コーナリングパワーを前記前輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係が用いられ、前記後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係として、前記新たな暫定後輪車軸荷重値を略中心とした所定の後輪車軸荷重の範囲に於いて前記後輪コーナリングパワーを前記後輪車軸荷重の一次関数として近似して得られた関係が用いられて、前記車両の前後方向に於ける重心位置が推定されることを特徴とする装置。
6. 請求項５の装置であって、前記暫定の車両の前後方向に於ける重心位置又は前記新たな暫定の車両の前後方向に於ける重心位置と前記推定された車両の前後方向に於ける重心位置との差の大きさが所定の大きさより小さくなるまで前記車両の前後方向に於ける重心位置の推定演算が反復して実行されることを特徴とする装置。
7. 請求項４乃至６のいずれかの装置であって、最初の暫定の車両の前後方向に於ける重心位置が前記車両重量と前記車両の積載物の想定される配置とに基づいて決定されることを特徴とする装置。
8. 請求項４乃至６のいずれかの装置であって、最初の暫定の車両の前後方向に於ける重心位置が前記車両重量と前記車両の操舵応答特性に基づいて決定されることを特徴とする装置。
9. 請求項１又は２の装置であって、前記前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係が、前記前輪コーナリングパワーを前記前輪車軸荷重の二次関数として近似して得られた関係であり、前記後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係が、前記後輪コーナリングパワーを前記後輪車軸荷重の二次関数として近似して得られた関係であることを特徴とする装置。
10. 請求項１又は２の装置であって、前記前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係が予め求められた前記前輪車軸荷重に対する前記前輪コーナリングパワーの値の群から決定され、前記後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係が予め求められた前記後輪車軸荷重に対する前記後輪コーナリングパワーの値の群から決定されることを特徴とする装置。
11. 請求項１又は２の装置であって、前輪車軸荷重と前輪コーナリングパワーとの関係と、後輪車軸荷重と後輪コーナリングパワーとの関係とに基づいて得られる車両重量値及びスタビリティファクタ値を変数とする関数を用いて車両の前後方向に於ける重心位置を推定することを特徴とする装置。

Images