JP6748765B1 - 接地荷重推定装置、制御装置および接地荷重推定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態における接地荷重推定装置は、車両の路面荷重を参照して当該車両の接地荷重を推定する。当該接地荷重推定装置は、取得部と路面荷重推定部とを備える。
取得部は、車両に関する物理量を取得する装置である。取得部は、後述する路面荷重推定部に、また必要に応じて慣性荷重推定部に、当該物理量を出力する。取得部の例には、各種センサ、および、当該物理量を演算して出力する装置、が含まれる。
路面荷重推定部は、取得部が取得した物理量に基づいて車両の路面荷重を推定する。路面荷重とは、路面の凹凸などの路面の効果による接地荷重の変動を意味する。路面荷重推定部は、限定されないが、汎用センサで取得される物理量、取得した物理量を参照して得られる物理量、および、車両に特有の物理量、を使用して路面荷重を推定することが、路面荷重の推定についてのセンサなどの取得部のコストを削減する観点から好ましい。
本実施形態の接地荷重推定装置は、本発明の効果が得られる範囲において、さらなる構成を有していてもよい。たとえば、取得部は、物理量に基づいて車両の慣性荷重を推定する慣性荷重推定部をさらに含んでいてもよい。
本実施形態において、車両の接地荷重は、車両の車輪角速度、車両の定常荷重および慣性荷重を含む車両に関する物理量を取得するステップと、少なくとも定常荷重および慣性荷重を用いて、少なくとも車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算するステップと、車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するステップと、タイヤ有効半径変動に第一ゲインを乗じて路面荷重を推定するステップとを含む方法によって推定することが可能である。車両の接地荷重を推定する当該方法は、前述した接地荷重推定装置を用いて実施することができる。
本発明の実施形態における制御装置は、車両に作用する接地荷重を推定して、前記接地荷重を直接的または間接的に用いて、前記車両に備えられた一または複数の他の装置を制御する。本実施形態の制御装置は、前述の接地荷重推定装置を含む以外は、車両が備える一以上の装置を接地荷重に基づいて制御する公知の装置と同様に構成することが可能である。なお、接地荷重を間接的に用いる場合とは、例えば、推定した接地荷重を用いて更なる推定を行い、該更なる推定の結果の値を用いて他の装置を制御する構成が含まれる。
[接地荷重推定装置の機能的構成]
図1は、本発明の実施形態1に係る接地荷重推定装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。図1に示されるように、接地荷重推定装置100は、慣性荷重推定部110、路面荷重推定部120、前後加速度センサおよび横加速度センサ(前後、横加速度センサ)131、操舵角センサまたはヨーレートセンサ(操舵角/ヨーレートセンサ)132、車輪速センサ133、定常荷重提供部141、遅延部142および加算部143、144を備えている。
図2は、本実施形態における路面荷重推定部の機能的構成の一例を示すブロック図である。本実施形態において、路面荷重推定部120は、図2に示されるように、タイヤ有効半径変動演算部121、第一ゲイン演算部122および第二ゲイン補正部123を有している。
本実施形態における接地荷重は、以下の式(1)により表される。式(1)において、Fz0nomは、1G状態における接地荷重を表し、dFz0,inertiaは、慣性荷重を表し、dFz0,roadは、路面荷重を表す。前述したように、慣性荷重とは、車両の旋回の効果および加減速の効果による接地荷重の変動を意味し、路面荷重とは、路面の凹凸などの路面の効果による接地荷重の変動を意味する。
車両の車輪について、非線形なタイヤ特性は、下記式(51)および式(52)で表される。式(52)においては、「Fz0」は、式(53)に示されるように、定常荷重と慣性荷重の和である。
路面荷重推定部120において、第一ゲイン演算部122は、少なくとも定常荷重および慣性荷重を用いて第一ゲインa1を演算する。路面荷重推定部120は、慣性荷重推定部110で得られた慣性荷重の推定値と、定常荷重提供部141から出力される定常荷重との合計値を取得する。第一ゲインa1は、前述したように車両が備える車輪(タイヤ)の剛性(バネ定数)で表され、接地荷重に対する当該バネ定数の非線形の曲線に近似する一次式で表すことができる。ここでの接地荷重は、上記の定常荷重と慣性荷重との合計値である。第一ゲイン演算部122は、式(52)に当該合計値を代入することにより、第一ゲインを演算する。
一方、慣性荷重dFZ0,inertiaは、慣性荷重推定部110により、たとえば、特開2008−074184号公報の段落0024に記載の方法によって求めることができる。
前後、横加速度センサ131は、車両における前後加速度および横加速度を検出して出力し、(操舵角/ヨーレートセンサ)132は、車両における操舵角またはヨーレートを検出して出力し、車輪速センサ133は、車両の車輪における車輪速を検出して出力する。また、前述のネットワークは、車両に関する種々の物理量を出力する。このように、前述の取得部は、車両に関する物理量を取得して出力する。
慣性荷重推定部110は、慣性荷重dFZ0,inertiaを遅延部142に出力する。遅延部142は、必要に応じて、その後の制御に応じた適当なタイミングとなるように遅らせて当該慣性荷重を出力する。たとえば、遅延部142は、前述した式(60)におけるmovavg(ω)による遅延に合わせて同位相となるように慣性荷重を出力する。加算部143は、定常荷重提供部141から出力された定常荷重FZ0nomと慣性荷重とを合算する。定常荷重と慣性荷重との合計値は、路面荷重推定部120および加算部144に出力される。
本実施形態では、前述したタイヤ有効半径変動に前述の第一ゲインを乗じて路面荷重を推定することから、路面荷重を、路面の凹凸の影響を十分に反映して推定することが可能である。そして、このような路面荷重を参照して接地荷重を推定することから、十分に高い精度で車両における接地荷重を推定することが可能である。
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
dFz0,inertiaは、下記式(2A)、(2B)および(2C)の三つの運動方程式によって表される。式(2A)は、上下方向の運動を表現しており、式(2B)は、ロール挙動を表現しており、式(2C)は、ピッチ挙動を表現している。なお、本明細書において、車輪の位置について、前を「f」、後ろを「r」、右を「r」、左を「l」で表現する。また、車両に関する方向として、前後方向を「x」、横方向を「y」、上下方向を「z」で表現する。
ところで、運動方程式(2A)〜(2C)では、変数(dFz0fl、dFz0fr、dFz0rlおよびdFz0rr)が四つあり、それに対して方程式が三つである。そこで、式(19)に最小ノルム法(Minimum Norm Solution)を適用する。下記式(11)で表される条件、すなわち、上記運動方程式の解のうち、前回における接地荷重の変動の算出値との差分が最小になる値、を式(10)の解と定義する。式(11)中、dFest (k−1)は、接地荷重の前回の算出値を表す。dFest,pは、上記運動方程式の解のうちの任意の解を表している。
式(12)を線形モデルで表現すると、式(12)は下記式(13)で表され、さらに式(14)で表される。
また、慣性荷重補正値dFZ0,corrは、下記式(15)で表すことができる。式(15)中の右辺における大かっこの中の第一項(Kaとaベクトルの積)は、最小ノルム法によるaz、pドットおよびqドットの誤差を補正するものである。式(15)中、aベクトルは下記式(16)で表され、pベクトルは、下記式(17)で表される。
慣性荷重補正値は、汎用センサから取得可能な物理量を用い、az、pドットおよびqドットの影響の大きさおよび頻度に応じた適切な式から算出することが可能である。たとえば、式(15)中、Kpは調整パラメータを表し、ΣFy0は車両のロール時おけるタイヤ横力の総和を表す。
前後、横加速度センサ131は、車両における前後加速度および横加速度を検出して出力し、(操舵角/ヨーレートセンサ)132は、車両における操舵角またはヨーレートを検出して出力し、車輪速センサ133は、車両の車輪における車輪速を検出して出力する。また、前述のネットワークは、車両に関する種々の物理量を出力する。このように、前述の取得部は、車両に関する物理量を取得して出力する。
本実施形態は、前述した実施形態1の効果に加えて、少なくとも以下の効果をさらに奏する。本実施形態では、慣性荷重の推定において、最小ノルム法を適用して得られる運動方程式の解を用いることができる。よって、高い精度での接地荷重の推定により効果的であり、またそのような推定を、車両の幅広い走行条件に適用できるような補正を行うのにより効果的である。
本実施形態に係る物理量推定装置を、車両が有する懸架装置を制御する制御装置に適用する例について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
接地荷重推定装置100の制御ブロック(特に慣性荷重推定部110および路面荷重推定部120)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
なお、本発明において、接地荷重を求める方法として、例えば特開2008−074184号公報の段落0024に記載の方法を用いてもよい。
以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態における接地荷重推定装置(100)は、車両(900)の路面荷重を参照して車両の接地荷重を推定する接地荷重推定装置であって、車両の車輪角速度を取得する車輪速センサ(133)を含み、当該車輪角速度、車両の定常荷重および慣性荷重を含む車両に関する物理量を取得する取得部と、取得部が取得した物理量のうち、少なくとも定常荷重および慣性荷重を用いて、少なくとも車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算する第一ゲイン演算部(122)、および、取得部が取得した車輪角速度の変動に、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するタイヤ有効半径変動演算部(121)、を含み、タイヤ有効半径変動に第一ゲインを乗じて車両の路面荷重を推定する路面荷重推定部(120)と、を備える。
110 慣性荷重推定部
111 基準慣性荷重演算部
112 補正値演算部
120 路面荷重推定部
121 タイヤ有効半径変動演算部
122 第一ゲイン演算部
123 第二ゲイン補正部
131 横加速度センサ
132 操舵角/ヨーレートセンサ
133 車輪速センサ
141 定常荷重提供部
142、304 遅延部
143、144、303 加算部
150 懸架装置(サスペンション)
200 車体
300 車輪
301 システム行列部
302 入力行列部
340 前後加速度センサ
370 CAN
450 車速センサ
500 エンジン
600 ECU
900 車両
Claims (7)
- 車両の路面荷重を参照して前記車両の接地荷重を推定する接地荷重推定装置であって、
前記車両の車輪角速度を取得する車輪速センサを含み、当該車輪角速度、前記車両の加加速度、前記車両の定常荷重および慣性荷重を含む前記車両に関する物理量を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記物理量のうち、少なくとも前記定常荷重および前記慣性荷重を用いて、少なくとも前記車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算する第一ゲイン演算部、前記車輪速センサの値を用いて前記車両のスリップ比関連値を演算し、少なくとも前記スリップ比関連値および前記加加速度に基づいて、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを補正する第二ゲイン補正部、および、前記取得部が取得した前記車輪角速度の変動に前記第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するタイヤ有効半径変動演算部、を含み、前記タイヤ有効半径変動に前記第一ゲインを乗じて前記車両の路面荷重を推定する路面荷重推定部と、
を備える接地荷重推定装置。 - 前記取得部は、前記物理量に基づいて前記車両の慣性荷重を推定する慣性荷重推定部をさらに含み、
前記慣性荷重推定部は、
前記物理量を用いて基準慣性荷重を演算する基準慣性荷重演算部と、
前記物理量を用いて慣性荷重補正値を演算する補正値演算部と、を含み、
前記基準慣性荷重に前記慣性荷重補正値を加算して慣性荷重を推定する、
請求項1に記載の接地荷重推定装置。 - 前記取得部は、前記物理量として、前記車両の前後加速度を取得する前後加速度センサの値、前記車両の横加速度を取得する横加速度センサの値、前記車両の車輪角速度を取得する車輪速センサの値、前記車両の旋回情報を取得する旋回情報センサの値、前記車両の質量、前記車両の重心高、ロール慣性モーメント、ピッチ慣性モーメント、前記車両の前車軸重心間距離、前記車両の後車軸重心間距離、前記車両のフロントトレッド長、および、前記車両のリアトレッド長を取得し、
前記基準慣性荷重演算部は、前記前後加速度センサの値、前記横加速度センサの値、前記車両の質量、前記車両の重心高、前記ロール慣性モーメント、前記ピッチ慣性モーメント、前記車両の前車軸重心間距離、前記車両の後車軸重心間距離、前記フロントトレッド長、および、前記リアトレッド長を用いて、前記基準慣性荷重を前記車両のモデルに基づき演算し、
前記補正値演算部は、前記車両の質量、前記車両の重心高、前記車輪速センサの値、前記旋回情報センサの値、前記ロール慣性モーメント、前記フロントトレッド長、および、前記リアトレッド長を用いて前記慣性荷重補正値を演算する、請求項2に記載の接地荷重推定装置。 - 前記モデルは、線形システムで表される運動方程式の最小ノルム法による解のモデルである、請求項3に記載の接地荷重推定装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の接地荷重推定装置を備え、前記接地荷重推定装置が推定した接地荷重を直接的または間接的に用いて、前記車両に備えられた一または複数の他の装置を制御することを特徴とする制御装置。
- 前記他の装置は、電子制御式サスペンション、操舵装置、および、電子制御式駆動力伝達装置、からなる群から選ばれる一以上の装置である、請求項5に記載の制御装置。
- 車両の路面荷重を参照して前記車両の接地荷重を推定する接地荷重推定方法であって、
前記車両の車輪角速度、前記車両の加加速度、前記車両の定常荷重および慣性荷重を含む前記車両に関する物理量を取得するステップと、
少なくとも前記定常荷重および前記慣性荷重を用いて、少なくとも前記車両が備える車輪の剛性を示す第一ゲインを演算するステップと、
前記車輪角速度を用いて前記車両のスリップ比関連値を演算し、少なくとも前記スリップ比関連値および前記加加速度に基づいて、車輪角速度の変動が推定結果に及ぼす影響を減らすための第二ゲインを補正するステップと、
前記車輪角速度の変動に前記第二ゲインを乗じてタイヤ有効半径変動を演算するステップと、
前記タイヤ有効半径変動に前記第一ゲインを乗じて路面荷重を推定するステップと、
を含む接地荷重推定方法。
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