JP5271209B2 - 路面摩擦係数推定装置 - Google Patents
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Description
V=((Vfl+Vfr+Vrl+Vrr)−Vw_max)/3 …(1)
ここで、Vw_maxは最大速の車輪速を示し、一輪浮きによる誤判定を避けるために、Vw_maxの車輪速以外の3輪の平均値より車体速度Vを算出するようになっている。
TM_trq=Teg・t・i …(2)
ここで、tはトルクコンバータのトルク比で、例えば、予め設定されているトルクコンバータの回転速度比e(Nt/Ne)と、トルクコンバータのトルク比tとのマップを参照することにより求められる。
ΔWx=(1/2)・(h/(lf+lf))・m・(dV/dt) …(3)
ここで、hは重心高、lfは前軸−重心間距離、mは車両質量である。
ΔWy=(1/2)・(h/d)・m・(d2y/dt2) …(4)
ここで、dはトレッドである。
Fz_fl=(1/2)・(lr/(lf+lr))・m・g−ΔWx−ΔWy…(5)
Fz_fr=(1/2)・(lr/(lf+lr))・m・g−ΔWx+ΔWy…(6)
Fz_rl=(1/2)・(lf/(lf+lr))・m・g+ΔWx−ΔWy…(7)
Fz_rr=(1/2)・(lf/(lf+lr))・m・g+ΔWx+ΔWy…(8)
ここで、lrは後軸−重心間距離、gは重力加速度である。
βf=β+(lf/V)・γ−δf …(9)
ここで、βは車体すべり角、γはヨーレートであり、以下の(10)、(11)式により算出される。
β=((1−(m/(2・(lf+lr)))・(lf/(lr・Kr))
・V2)/(1+A・V2))・(lr/(lf+lr))・δf…(10)
γ=(1/(1+A・V2))・(V/(lf+lr))・δf…(11)
ここで、Aは車両のスタビリティファクタであり、以下の(12)式により算出される。
A=−(m/(2・(lf+lr)2))
・(lf・Kf−lr・Kr)/(Kf・Kr) …(12)
ここで、Kfは前輪の等価コーナリングパワー、Krは後輪の等価コーナリングパワーである。
となっている。
Sf=(rB/2)・KB・PB …(14)
ここで、rBは制動力配分比、KBは制動力係数である。
ここで、ηは駆動系伝達効率、ifはファイナルギヤ比、rは動荷重半径である。
となっている。
Fx_fl=Fx_fr=(1/2)・rB・m・(dV/dt)
Fx_rl=Fx_rr=(1/2)・rB・m・(dV/dt)
であるとして、
Fx_star=(Fx_fl+Fx_fr)/2=(1/2)・rB・m・(dV/dt)…(17)
また、慣性走行を含む駆動状態の場合、
Fx_star=(1/2)・rd・m・(dV/dt) …(18)
また、推定車輪制駆動力算出部1hは、新たな推定車輪制駆動力を算出すると、過去に算出したサンプリング時間の異なる複数の推定車輪制駆動力により、ベクトル量である推定車輪制駆動力Fx_starを新たに設定して、路面摩擦係数算出部1nに出力する。本実施の形態では、推定車輪制駆動力Fx_starの例として、新しくサンプリングされた順に、Fx_star[0]、Fx_star[1]、・・・、Fx_star[m]、・・・、Fx_star[18]、Fx_star[19]の合計20個の成分から構成されているもので説明する。すなわち、
となっている。このように、推定車輪制駆動力算出部1hは、推定車輪制駆動力算出手段として設けられている。
Fr_star=ζ1・(2・π/hs)・Tp) …(20)
ここで、ζ1はラック&ピニオンの効率で、hsは比ストロークである。また、Tpはピニオンギヤトルクであり、例えば、以下の(21)式により算出される。
Tp=Th+ζ2・nw・Tm …(21)
ここで、ζ2はウォームギヤ効率で、nwはウォームギヤ比である。また、Tmは電動パワーステアリングモータトルクであり、例えば、以下の(22)式により算出される。
Tm=sign(Th)・km・(1/31/2)・iq …(22)
ここで、sign(Th)は、操舵トルクThの符号であり、kmはモータトルク定数である。
となっている。このように、推定ラック推力算出部1iは、推定ラック推力算出手段として設けられている。
/(lf+lr) …(24)
ここで、Iはヨーイング慣性モーメントであり、(dγ/dt)はヨー角加速度である。
となっている。このように、推定横力算出部1jは、推定横力算出手段として設けられている。
Fx_model=−Ks・Sf・ξs2−6・μ・Fz_f・cosθ・((1/6)
−(1/2)・ξs2+(1/3)・ξs3) …(26)
ここで、Ksはドライビングスティフネスであり、Fz_fは前輪の接地荷重であり、以下の(27)式で算出される。
Fz_f=(Fz_fl+Fz_fr)/2 …(27)
また、ξsは、以下の(28)式で算出される。
更に、λは、以下の(29)式で算出され、前輪すべり角βf、前輪スリップ率Sfを用いて図で示すと図4に示すようにθを用いて(30)式で表される。
cosθ=Sf/λ …(30)
となっている。このように、基準車輪制駆動力算出部1kは、基準車輪制駆動力算出手段として設けられている。
Fr_model=(1/ln)・(SAT+εc・Fy) …(32)
ここで、lnはニューマチックトレール、εcはキャスタトレールである。
…(33)
ここで、ltはタイヤ接地長さである。sinθは以下の(34)式で算出される。
Fy=−Kf・(1+Sf)・tanβf・ξs2−6・μ・Fz_f・sinθ・((1/6)
−(1/2)・ξs2+(1/3)・ξs3) …(35)
となっている。このように、基準ラック推力算出部1lは、基準ラック推力算出手段として設けられている。
Fy_model=−Kf・(1+Sf)・tanβf・ξs2−6・μ・Fz_f・sinθ
・((1/6)−(1/2)・ξs2+(1/3)・ξs3) …(37)
となっている。このように、基準横力算出部1mは、基準横力算出手段として設けられている。
・(Ks2・λ・Sf[0]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
∂Fx_model/∂μ[1][n-1]=(1/(27・μ3[n-1]・Fz_f2))
・(Ks2・λ・Sf[1]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
:
∂Fx_model/∂μ[m][n-1]=(1/(27・μ3[n-1]・Fz_f2))
・(Ks2・λ・Sf[m]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
:
∂Fx_model/∂μ[18][n-1]=(1/(27・μ3[n-1]・Fz_f2))
・(Ks2・λ・Sf[18]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
∂Fx_model/∂μ[19][n-1]=(1/(27・μ3[n-1]・Fz_f2))
・(Ks2・λ・Sf[19]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
・(Ks・λ・(1+Sf[0])・tanβf[0] ・(Ks2・λ2・lt
・(−5・Kf+8・Ks・Sf[0])−15・Fz_f2・μ2[n-1]・(6・Kf・εc+3・Kf・lt−8・Ks・Sf[0]・lt)+10・Ks・λ・Fz_f・μ[n-1]・(2・Kf・εc+3・Kf・lt−6・Ks・Sf[0]・lt))
∂Fr_model/∂μ[1][n-1]=(−1/(135・Fz_f3・μ4[n-1]・ln))
・(Ks・λ・(1+Sf[1])・tanβf[1] ・(Ks2・λ2・lt
・(−5・Kf+8・Ks・Sf[1])−15・Fz_f2・μ2[n-1]・(6・Kf・εc+3・Kf・lt−8・Ks・Sf[1]・lt)+10・Ks・λ・Fz_f・μ[n-1]・(2・Kf・εc+3・Kf・lt−6・Ks・Sf[1]・lt))
:
∂Fr_model/∂μ[m][n-1] =(−1/(135・Fz_f3・μ4[n-1]・ln))
・(Ks・λ・(1+Sf[m])・tanβf[m] ・(Ks2・λ2・lt
・(−5・Kf+8・Ks・Sf[m])−15・Fz_f2・μ2[n-1]・(6・Kf・εc+3・Kf・lt−8・Ks・Sf[m]・lt)+10・Ks・λ・Fz_f・μ[n-1]・(2・Kf・εc+3・Kf・lt−6・Ks・Sf[m]・lt))
:
∂Fr_model/∂μ[18][n-1]=(−1/(135・Fz_f3・μ4[n-1]・ln))
・(Ks・λ・(1+Sf[18])・tanβf[18] ・(Ks2・λ2・lt
・(−5・Kf+8・Ks・Sf[18])−15・Fz_f2・μ2[n-1]・(6・Kf・εc+3・Kf・lt−8・Ks・Sf[18]・lt)+10・Ks・λ・Fz_f・μ[n-1]・(2・Kf・εc+3・Kf・lt−6・Ks・Sf[18]・lt))
∂Fr_model/∂μ[19][n-1]=(−1/(135・Fz_f3・μ4[n-1]・ln))
・(Ks・λ・(1+Sf[19])・tanβf[19] ・(Ks2・λ2・lt
・(−5・Kf+8・Ks・Sf[19])−15・Fz_f2・μ2[n-1]・(6・Kf・εc+3・Kf・lt−8・Ks・Sf[19]・lt)+10・Ks・λ・Fz_f・μ[n-1]・(2・Kf・εc+3・Kf・lt−6・Ks・Sf[19]・lt))
・(Kf・Ks・λ・(1+Sf[0])・tanβf[0]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
∂Fy_model/∂μ[1][n-1]=(1/(27・μ3[n-1]・Fz_f2))
・(Kf・Ks・λ・(1+Sf[1])・tanβf[1]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
:
∂Fy_model/∂μ[m][n-1]=(1/(27・μ3[n-1]・Fz_f2))
・(Kf・Ks・λ・(1+Sf[m])・tanβf[m]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
:
∂Fy_model/∂μ[18][n-1]=(1/(27・μ3[n-1]・Fz_f2))
・(Kf・Ks・λ・(1+Sf[18])・tanβf[18]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
∂Fy_model/∂μ[19][n-1]=(1/(27・μ3[n-1]・Fz_f2))
・(Kf・Ks・λ・(1+Sf[19])・tanβf[19]・(−9・μ[n-1]・Fz_f+2・Ks・λ))
次に、路面摩擦係数算出部1nは、以下の(43)式により、路面摩擦係数の変化量δμを算出する。
δμ=(Jmodel[n-1]T・Jmodel[n-1]+Wμ)−1・Jmodel[n-1]・(F_star−F_model [n-1]) …(43)
ここで、Wμは予め実験等により設定しておいた路面摩擦係数の変化量δμの重み関数であり、重みを大きくすることで路面摩擦係数の推定の安定性向上に繋がるが、収束時間が長くなる。Jmodel[n-1]は、上述の(39)式で示す通りであり、F_star、F_model [n-1]は、それぞれ以下の(44)式、(45)式で示す。
μ[n]=μ[n-1]+δμ …(46)
次いで、路面摩擦係数算出部1nは、(46)式で算出した路面摩擦係数の今回の値μ[n]を用いて、基準車輪制駆動力Fx_model、基準ラック推力Fr_model、基準横力Fy_modelを、以下の(47)式のように算出する。
L[n]=(F_star−F_model [n])T(F_star−F_model [n])+Wμ・δμ2
…(48)
そして、この評価関数の前回値L[n-1]と今回値L[n]とを比較して、予め設定した値ε未満に収束しているか否か判定し、収束している場合は、そこで収束演算を止め、演算された路面摩擦係数の今回の値μ[n]を路面摩擦係数μとして出力する。また、ε未満に収束していない場合は、再び、ヤコビアンJ[n-1]からの算出を繰り返す。このように、路面摩擦係数算出部1nは、路面摩擦係数推定手段としての機能を有している。
1a 車体速度算出部
1b 車体加減速度算出部
1c トランスミッション出力トルク算出部
1d 運転状態判定部
1e 接地荷重算出部
1f 前輪すべり角算出部
1g 前輪スリップ率算出部
1h 推定車輪制駆動力算出部(推定車輪制駆動力算出手段)
1i 推定ラック推力算出部(推定ラック推力算出手段)
1j 推定横力算出部(推定横力算出手段)
1k 基準車輪制駆動力算出部(基準車輪制駆動力算出手段)
1l 基準ラック推力算出部(基準ラック推力算出手段)
1m 基準横力算出部(基準横力算出手段)
1n 路面摩擦係数算出部(路面摩擦係数推定手段)
Claims (3)
- 実際に生じているラック推力を推定ラック推力として算出する推定ラック推力算出手段と、
少なくともタイヤの縦ひずみと横ひずみを表現するパラメータと路面摩擦係数とをパラメータとして含むタイヤのブラッシュモデルにより算出するラック推力を基準ラック推力として算出する基準ラック推力算出手段と、
実際に生じている車輪の制駆動力を推定車輪制駆動力として算出する推定車輪制駆動力算出手段と、
少なくともタイヤの縦ひずみと横ひずみを表現するパラメータと路面摩擦係数とをパラメータとして含むタイヤのブラッシュモデルにより算出する車輪の制駆動力を基準車輪制駆動力として算出する基準車輪制駆動力算出手段と、
実際に生じている横力を推定横力として算出する推定横力算出手段と、
少なくともタイヤの縦ひずみと横ひずみを表現するパラメータと路面摩擦係数とをパラメータとして含むタイヤのブラッシュモデルにより算出する横力を基準横力として算出する基準横力算出手段と、
上記推定ラック推力と上記基準ラック推力との偏差と上記推定車輪制駆動力と上記基準車輪制駆動力との偏差と上記推定横力と上記基準横力との偏差が最小となるように上記路面摩擦係数の値を最適化計算により求める路面摩擦係数推定手段と、
を備えたことを特徴とする路面摩擦係数推定装置。 - 上記タイヤの縦ひずみと横ひずみを表現するパラメータは、少なくともタイヤの横すべり角とスリップ率とで算出するパラメータであることを特徴とする請求項1記載の路面摩擦係数推定装置。
- 上記路面摩擦係数推定手段は、上記それぞれの偏差を二乗した値に、前回算出した路面摩擦係数に対する今回の路面摩擦係数の修正量を二乗した値と予め設定した重み関数を乗算した値を加算して評価関数を形成し、該評価関数を路面摩擦係数で偏微分した値が0となることを利用して上記路面摩擦係数の修正量を算出し、今回の路面摩擦係数を求めることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の路面摩擦係数推定装置。
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