JPH02106470A - 車両の運動状態量推定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、車両のヨーレート（ヨー角速度）や横方向
速度など、車両の運動状態量を推定する運動状態量推定
装置に関し、この推定装置は、該装置により推定された
運動情報を制御情報として舵角制御装置や能動型サスペ
ンションに与える場合などに好適なものである。

〔従来の技術〕

一般に、車両の平面運動は、ヨー運動と横方向運動の２
自由度で良く近似できるから、車両の運動特性を制御す
る場合、状態変数としてヨーレートψと横方向速度■、
又は車両重心点での横すべり角βを用いるのが適当であ
る。

このような手法にかかる従来の具体例としては、例えば
、本出願人に係る特開昭６２−２４１７７２号記載の装
置（発明の名称は「車両用実舵角制御装置」）が知られ
ている。この実舵角制御装置は、自車の運動状態量を特
徴とする特性を数学モデル化した規範モデルから得られ
る運動状態量の出力目標値に追従させるように舵角を指
令制御するものであり、状態変数にヨーレートψと横方
向速度■、とをとり、状態フィードバックを用いて後輪
の実舵角を制御する例示がなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕 このような従来装置においては、状態変数ψ。

ｖｙを両方とも検出しなければならず、この検出装置と
しては、ヨーレートセンサとしてのレートジャイロ及び
横方向速度センサとしての対地車速計が搭載されるもの
である。

しかしながら、ヨーレートψや横方向速度■。

はその発生量が小さく、横風や路面傾斜などの外乱の影
響を受は易いので、その検出に用いるレートジャイロ及
び対地車速計は、検出精度の高いセンサであることが要
求され、しかもこの内、対地車速計は、車体外部に装備
した光源から路面に向けて照射される光信号のドツプラ
ー効果を用いた計測器（この種の計測器は、例えば特開
昭６０−２５３９９０号公報に示されている）が現時点
では実用に供する程度であるため、制御システム全体が
非常に高価になって、一般車両に搭載するには不向きで
あるという状況があった。

この発明は、このような従来技術の有する状況を打破し
ようとしてなされたもので、車両のヨーレート、横方向
速度などの運動状態量を求める際、そのコストを極力抑
え、一般車両に容易に搭載可能にすることを、その解決
しようとする課題としている。

〔課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、この発明の請求項（１）記
載の装置では、第１図（ａ）に示す如く、操舵角を直接
に検出する操舵角検出手段と、車両のヨーイング運動に
関する運動状態量及び横方向運動に関する運動状態量の
何れか一方を直接に検出する運動状態量検出手段と、前
記操舵角検出手段及び運動状態量検出手段による検出情
報を入力し、車両の平面運動に関する数学モデルに応じ
て設定されるゲイン行列のオブザーバに基づき、車両の
ヨーイング運動に関する運動状態量及び横方向運動に関
する運動状態量の内、検出しない方の運動状態量を実時
間で推定する運動状Ｂ量推定演算手段とを有している。

また、請求項（２）記載の装置では、第１図（ｂ）に示
す如く、請求項（１）記載の装置に、車速を検出する車
速検出手段を付加し、前記運動状態量推定演算手段は、
前記車速検出手段の検出値に応してゲイン行列の値を変
化させるようにしている。

〔作用〕

この発明の請求項（１）記載の装置では、操舵角が操舵
角検出手段により直接に検出され、車両のヨーイング運
動に関する運動状態量及び横方向運動に関する運動状態
量の何れか一方が運動状態量検出手段により直接に検出
される。そして、運動状ＪｌＪｉ量推定演算手段は、操
舵角検出手段及び運動状態量検出手段による検出情報を
入力し、車両の平面運動に関する数学モデルに応じて設
定されるゲイン行列のオブザーバに基づき、車両のヨー
イング運動に関する運動状態量及び横方向運動に関する
運動状態量の内、検出しない方の運動状態量を実時間で
推定する。

また、請求項（２）記載の装置では、運動状態量推定演
算手段が車速検出手段による車速情報に応じてゲイン行
列の値を変化させるから、より正確な運動状態量が推定
される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第２図乃至第８図に基づい
て説明する。

まず、第２図は運動状態量推定装置のブロック図を、第
３図は当該推定装置が適用された車両を示す図である。

第２図において、運動状態量推定装置２は、ヨーレート
センサ４．車速センサ６、操舵角センサ８、及び演算部
１０を有している。ヨーレートセンサ４はレートジャイ
ロで構成され、検知した車両のヨーレートに応じたヨー
レート信号ψを演算部１０に出力するようになっている
。また、車速センサ６は車速に応じた車速信号■を、操
舵角センサ８は操舵角に応じた操舵角信号θを演算部１
０に夫々出力するようになっている。

演算部１０は、各センサ４，６．８から出力された検出
信号ψ、■、θに対し夫々各別にフィルタリング処理及
びデジタル変換処理を施す信号処理回路１２ａ、１２ｂ
、１２ｃと、コノ信号処理回路１２ａ−１２ｃにより信
号処理された各信号ψ、■、θを入力し、後述する手法
を用いて横方向速度■アを推定するマイクロコンピュー
タ１４と、このマイクロコンピュータ１４から出力され
る推定値■、に応じた信号をアナログ量に変換するＡ／
Ｄ変換器１６と、このＡ／Ｄ変換器１６の変換値を増幅
する増幅器１８とを備えている。

本実施例におけるマイクロコンピュータ１４は最小次元
オブザーバを機能的に構成し、これにより前述した推定
演算を行うようになっている。

ここで、かかる最小次元オブザーバの設計方法について
説明する。

車両の規範モデルにより与えられる横とヨーの２自由度
平面運動に関する状態方程式及び出力法定式は、次式で
表される。

’：ｒｐ　＝ＡＰ　Ｔ、ｒ　＋ｂｐ　ｕ、　　”　　　
　（１−ａ））’Ｐ　＝ＣＰ　）ＣＰ　　　　　　　　
　　　　（１−ｂ）ここで、ＩＰは状態変数ベクトル、
ｕｒは入力変数＋Ｖｐは出力変数、ＡＰはシステム行列
＋ｂＰは係数ベクトルである。

状態変数にヨーレートψ、横方向速度■２、入力変数に
操舵角θ、出力変数にψをとると、上記（１−ａ）、　
　（１−ｂ）式から、 但し、 ２Ｖ 　　Ｖ Ｖ Ｖ ｂｐ＋　　　＝　　　２ＬＦＫＦ　　／（１２Ｎ）ｂ、
□　−２ＫＦ／（ＭＮ） であり、Ｍ：車両質量、■２ ・・・　（２−ａ） ：ヨー慣性モーメン ト、ＬＦ：前輪・重心点間距離、Ｌｌｌ　＝後輪・重心
点間距離、　ＫＦ　　：前輪の等価コーナリングパワＫ
Ｒ：後輪のコーナリングパワー、Ｎニステアリングギヤ
比、■は車速である。

ここで、車速■以外の上記係数の値は実験などにより予
め測定し、既知であるとする。

そこで、現代制御理論における最小次元オブザーバの手
法を適用すると、推定横加速度乞は、次式で与えられる
。

Ｖｙ＝ω＋αψ　　　　　　　　　　　・・・　（３）
但し、この推定に用いる係数ω、αは め＝５・ω＋６・θ十Ｋ・φ α＝（ａｐｚｚ（Ｖ）　　Ｔ）／ａｐ＋ｚ（Ｖ）であり
、 ５＝γ Ｇ＝ｂｐｚ−αｂ□ に＝ａ　（’ａ　　　ａｐ＋＋（Ｖ））　＋ａＰ２１（
Ｖ）である。ここで、Ｔは任意に定めるオブザーバの極
である。

以上の第（３）式によりオブザーバは構成され、該オブ
ザーバの機能ブロック図は第４図に示すようになる。

つまり、マイクロコンピュータ１４は、上記第（３）式
の演算を、後述する第５図の処理によってΔＬ時間毎に
繰り返して行うように構成されており、これにより横方
向速度■、の推定値９ｙを出力するものである。そして
、ゲイン行列Ｑ、　ｆ）、　　Ｋ。

αは、車両数値モデルに基づき設定されるが、車両数値
モデルは車速■の関数であるため、これらのゲイン行列
も車速■の関数となる。そこで、本実施例では、各ゲイ
ン行列は予め計算しておき、マイクロコンピュータ１４
のメモリ上に記憶テーブルとして格納しである。

次に、本実施例の推定演算動作を第５図のフローチャー
トに基づき説明する。

まず、同図のステップ■では、マイクロコンピュータ１
４は、ヨーレートセンサ４．車速センサ６、及び操舵角
センサ８に係るヨーレート信号ψ。

車速信号■、及び操舵角信号θを夫々読み込み、その値
をヨーレートセンサ速■、及び操舵角θとして一時記憶
する。

次いでステップ■に移行し、記憶テーブルをルックアッ
プすることにより、車速値■に応じた各ゲイン行列を作
成する。

次いでステップ■に移行し、今回の演算周期での係数ω
の値を、 ω＝Ｓめｄｔ　　　　　　　　　　　・・・　（４）か
ら求める。この演算は、具体的には、Δを時間前の（ｉ
−１）回目の演算値ω（ｉ−１）を用い、現時点ｉ回目
のω（ｉ）を、 ω（ｉ）＝ω（ｉ−１）＋ΔＬ−め　　・・・　（５）
の式から求める。

次いでステップ■に移行し、前記第（３）式に係るオブ
ザーバ行列を作成し、その横方向速度９ｙを推定演算す
る。

次いでステップ■に移行し、係数の演算値ω（ｉ）をω
（ｉ−１）に更新し、ステップ■に移行する。このステ
ップ■では、推定値Ｖｙ　（ｉ）　、即ち現時点での横
方向速度に応じた信号をＤ／Ａ変換器１６及び増幅器１
８を介して出力する。

以上の処理はΔを時間毎に繰り返して行われるから、こ
の演算周期Δｔを適宜に設定することにより、横方向速
度９ｙを実時間で且つ正確に推定できる。

ここで、上記オブザーバによるシミュレーション結果の
一例を第６図乃至第８図に示す。これらの内、第６図は
、操舵角θを入力として与えた状態を示し、これによる
と、操舵人力に対して推定値９ｙは実際値Ｖ、に対して
全く誤差ｖ、−ｇ。

が出ない。第７図は、横風による外乱のみを与えた状態
を示し、これによると、外乱が入力している最中は推定
値９ｙは実際値■、対し誤差■。

Ｖｙを有するが、外乱終了とともに誤差Ｖｙ　　Ｖｙは
速やかに零に収束する。さらに、第８図は、操舵中に横
風による外乱を受けた状態を示し、これによると、誤差
Ｖｙ　　Ｖｙは操舵中であっても外乱の終了とともに速
やかに零に収束することが分かる。これによって、上記
オブザーバが有効に機能していることが確認された。な
お、ここでは、横風による外乱を風速２２．５　（ｍ／
ｓ）とし、車両モデルは国産小型車相当のものを用いて
いる。

以上のように、この推定装置は、比較的低コストなマイ
クロコンピュータでオブザーバを構成することにより、
車両の運動状態量としての横方向速度■、を高精度に推
定できる。したがって、従来のように高価なレートジャ
イロ、対地車速計の内の対地車速計を搭載しなくても済
み、その分、装置全体が低コストになり、一般車両にも
容易に適用できるものとなる。

ここで、本実施例では、操舵角センサ８．信号処理回路
１２Ｃ１及び第５図ステップ■の処理により操舵角検出
手段が構成され、ヨーレートセンサ４．信号処理回路１
２ａ、及び第５図ステップ■の処理により運動状態量検
出手段が構成され、車速センサ６、信号処理回路１２ｂ
、及び第５図ステップ■の処理により車速検出手段が構
成され、第５図ステップ■〜■、Ｄ／Ａ変換器１６．及
び増幅器１８により運動状態量推定演算手段が構成され
る。

なお、上記実施例においては、オブザーバのゲイン行列
を車速■により可変としたが、これは固定値としても可
能である。

また、この発明においては、運動状態量検出手段がヨー
レートを検出し、運動状態量推定演算手段が車両重心点
での横すべり角βを推定するものであってもよいし、そ
の反対であってもよい。また、両手段が各々、横方向速
度を検出して、ヨーレートを推定するようにし、レート
ジャイロを搭載しなくても済むように構成してもよい。

さらにまた、この発明におけるオブザーバを構成するハ
ードウェアは前述したマイクロコンピュータに限定され
ることなく、例えばアナログ電子回路を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の請求項（１）記載の装
置では、操舵角検出値と、ヨーイング運動に関する運動
状態量又は横方向運動に関する運動状態量の何れか一方
の検出値とにより、他方をオブザーバを用いて推定演算
する構成としたため、従来とは異なり、高価で取扱いの
困難なレートジャイロ、対地車速計などの計測器の内、
少なくともヨーイング運動及び横方向運動に関する内の
一方を搭載しなくても済むから、この推定装置による推
定結果を適用して車両の例えば舵角制御などを行う場合
、搭載しなくてもよい計測器分だけ、その適用制御装置
全体の製造コストを低減させることができ、これにより
一般車両にも容易に搭載可能になり、従来抱えていたコ
スト面の困難な状況を改善できるという効果がある。

また、請求項（２）記載の装置によれば、運動状態量推
定演算手段におけるゲイン行列を車速に応じて変化させ
るとしたため、運動状態量をより高精度に推定できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）は夫々この発明の特許請求の範囲（
１）（２）との対応図、第２図はこの発明の一実施例を
示すブロック図、第３図はその実施例を適用した車両の
概略説明図、第４図は第２図のマイクロコンピュータに
より構成される最小次元オブザーバの機能ブロック図、
第５図は第２図のマイクロコンピュータにより演算処理
されるフローチャート、第６図乃至第８図はシミュレー
ション結果の一例を示すグラフである。 図中、２は運動状態量推定装置、４はヨーレートセンサ
、６は車速センサ、８は操舵角センサ、１２ａ〜１２ｃ
は信号処理回路、１４はマイクロコンピュータ、１６は
Ｄ／Ａ変換器、１８は増幅器である。 第１図（Ｇ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）操舵角を直接に検出する操舵角検出手段と、車両
   のヨーイング運動に関する運動状態量及び横方向運動に
   関する運動状態量の何れか一方を直接に検出する運動状
   態量検出手段と、前記操舵角検出手段及び運動状態量検
   出手段による検出情報を入力し、車両の平面運動に関す
   る数学モデルに応じて設定されるゲイン行列のオブザー
   バに基づき、車両のヨーイング運動に関する運動状態量
   及び横方向運動に関する運動状態量の内、検出しない方
   の運動状態量を実時間で推定する運動状態量推定演算手
   段とを有したことを特徴とする車両の運動状態量推定装
   置。
2. （２）前記請求項（１）記載の装置に、車速を検出する
   車速検出手段を付加し、前記運動状態量推定演算手段は
   、前記車速検出手段の検出値に応じてゲイン行列の値を
   変化させるようにしたことを特徴とする車両の運動状態
   量推定装置。
3. （３）前記運動状態量検出手段はヨーレートを直接に検
   出する手段であり、前記運動状態量推定演算手段は横方
   向速度又は車両重心点での横すべり角を推定する手段で
   ある請求項（１）又は（２）記載の車両の運動状態量推
   定装置。
4. （４）前記運動状態量検出手段は横方向速度又は車両重
   心点での横すべり角を直接に検出する手段であり、前記
   運動状態量推定演算手段はヨーレートを推定する手段で
   ある請求項（１）又は（２）記載の車両の運動状態量推
   定装置。