JPH08268306A - 車両の旋回に伴って変化する運動状態量の推定方法 - Google Patents

車両の旋回に伴って変化する運動状態量の推定方法

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JPH08268306A
JPH08268306A JP7073832A JP7383295A JPH08268306A JP H08268306 A JPH08268306 A JP H08268306A JP 7073832 A JP7073832 A JP 7073832A JP 7383295 A JP7383295 A JP 7383295A JP H08268306 A JPH08268306 A JP H08268306A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 車両の旋回運動モデルに基づいてオブザーバ
を想定して、同オブザーバを用いて車両の横滑り角を精
度よく推定する。 【構成】 車両の旋回運動モデル１０に基づきヨーレー
トを参照入力とするオブザーバを想定する。オブザーバ
の状態方程式に基づいて計算した推定横滑り角及び推定
ヨーレートと検出前後速度とにより推定横加速度を計算
するとともに、検出横加速度と前記計算した推定横加速
度との比を補正係数として計算する。補正係数をオブザ
ーバの状態方程式におけるコーナリングパワーに関する
因子に乗算する。このオブザーバの状態方程式に基づい
て横滑り角を推定すると、コーナリングパワーが的確に
補正されているので、横滑り角の推定精度が良好にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、舵角、舵角速度などの
車両の舵角変化を表す物理量を入力変数とするととも
に、横滑り角、ヨーレート、横加速度などの車両の旋回
に伴って変化する複数の運動状態量を状態変数とする車
両の旋回運動モデルを含み、前記複数の運動状態量のう
ちの少なくとも一つの運動状態量を参照入力とするオブ
ザーバを想定し、同オブザーバの状態方程式に基づいて
前記一つの運動状態量と共に他の運動状態量を推定する
ようにした車両の旋回に伴って変化する運動状態量の推
定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、例えば特開平２−４５８０２
号公報に示されているように、車両の舵角及びヨー角加
速度を検出し、これらの検出した舵角及びヨー角加速度
を用いた車両の運動方程式に基づくオブザーバ手法によ
りヨーレート及び横加速度を推定するものは知られてい
る。また、例えば特開昭６２−８３２４７号公報に示さ
れているように、車速及び舵角を検出するとともに同検
出した車速及び舵角を用いた車両モデルに基づく演算に
より横速度、ヨーレートなどを推定する車両の運動状態
量の推定方法において、さらに横加速度及びヨーレート
を検出するとともに検出した横加速度、車速及びヨーレ
ートにより横滑り角を計算し、前記推定ヨーレートと実
際に検出したヨーレートとの偏差が一定値以上あると
き、および車両の定常円旋回時において検出ヨーレート
に対する前記計算した横滑り角の比と推定ヨーレートに
対する推定横滑り角の比との偏差が一定値以上のとき、
車両の旋回運動モデルのコーナリングパワーの値を予め
決められた固定量だけ増減補正するようにしたものも知
られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一般的に、タイヤの横
滑り角が大きくて同横滑り角に対するコーナリングフォ
ースが非線形領域に入ったり、タイヤが経時変化した
り、タイヤと路面との摩擦係数が低下したり、タイヤの
接地荷重配分が極端に変化したりすると、タイヤのコー
ナリングパワーは前記度合に応じて連続的に変化するも
のである。しかし、上記前者のオブザーバにおいては、
車両の運動方程式中に用いられているコーナリングパワ
ーは固定されているので、車両の旋回に伴って変化する
運動状態量であるヨーレート及び横加速度を高精度で推
定することができない。また、後者の車両の運動状態量
の推定方法は、基本的には車速及び舵角のみを用いた古
典的な演算方法を採用して車両の運動状態量を計算して
いるので、タイヤがスリップしたりして車両の挙動に異
常が発生すると、車両の運動状態量に大きな誤差が発生
する。また、同推定方法ではコーナリングパワーの補正
を行っているが、前記補正は、上述した所定の条件の基
に、単に定性的に予め決められた固定量だけコーナリン
グパワーを増減するのみであるので、タイヤのコーナリ
ングパワーを正確に補正することができない。したがっ
て、この補正によっても、車両の旋回に伴って変化する
運動状態量を精度よく推定することはできない。
【０００４】本発明は、上記問題に対処するためになさ
れもので、タイヤのコーナリングパワーが各種状況によ
り変化しても、車両の旋回に伴って変化する運動状態量
を正確に検出することを解決課題としている。
【０００５】
【発明の解決原理及び目的】この課題解決のために、ま
ず、図１，２に示すように、舵角、舵角速度などの車両
の舵角変化を表す物理量を入力変数Ｕ(ｕ1，ｕ2)とする
とともに、旋回に伴って変化する複数の運動状態量を状
態変数Ｘ(ｘ1，ｘ2)とする車両の旋回運動モデル１ａを
含むオブザーバ１を想定する。そして、一つの状態変数
ｘ1 を参照入力として選定し、同状態変数ｘ1と共に他
の状態変数ｘ2を推定する。このオブザーバのシステム
行列がコーナリングパワーに関係して変化する要素を含
むことは、この種の運動状態量がタイヤのコーナリング
パワーに関係して変化することからして明らかである。
【０００６】ここで、本発明の第１の解決原理として
は、図１に示すように、前記オブザーバ１により推定し
た状態変数ｘ1，ｘ2のうちの少なくともいずれか一方を
用いて、前記状態変数ｘ1，ｘ2に対応した運動状態量と
は異なる別の運動状態量ｚ* を計算する推定演算器２を
設けるとともに、同推定した運動状態量ｚ* と同じ運動
状態量ｚをセンサなどにより実際に検出して入力するこ
とである。そして、両運動状態量ｚ*，ｚの相違により
連続して変化する補正値αを計算し、前記システム行列
内のコーナリングパワーに関係して変化する要素を前記
補正値αに基づいて補正する。この場合、両運動状態量
ｚ*,ｚとして車両の旋回に伴って変化するものを選定す
れば、運動状態量ｚはコーナリングパワーに関係して変
化することは明らかであり、実際のコーナリングパワー
とシステム行列内のコーナリングパワーに関係した要素
との関係は、両運動状態量ｚ*,ｚに反映されているはず
である。したがって、補正値演算器３はコーナリングパ
ワーを補正するための適切な補正値αを計算できる。
【０００７】また、本発明の第２の解決原理は、図２に
示すように、第１の解決原理のように状態変数ｘ1，ｘ2
に対応しない運動状態量ｚ,ｚ*を検出及び推定すること
なく、補正値演算器３が、参照入力である状態変数（運
動状態量）ｘ1と、同状態変数ｘ1に対応してオブザーバ
１にて推定した運動状態量ｘ1*とにより補正値αを計算
するようにしたことである。したがって、この場合も、
補正値演算器３はコーナリングパワーを補正するための
適切な補正値αを計算できる。
【０００８】本発明は、これらの第１又は第２の解決原
理を用いることにより、オブザーバ内のコーナリングパ
ワーに関係した要素を連続的かつ適切に補正して、車両
の旋回に伴って変化する運動状態量であって検出不能又
は簡単に検出できない運動状態量を高精度で推定する推
定方法を提供しようとすることを目的とするものであ
る。
【０００９】
【発明の構成上の特徴及びその作用効果】上記目的を達
成するために、本発明の第１の構成上の特徴（請求項１
に係る発明の構成上の特徴）は、上述した本発明の第１
の解決原理を利用したもので、舵角、舵角速度などの車
両の舵角変化を表す物理量を入力変数とするとともに、
車両の旋回に伴って変化する少なくとも第１及び第２の
運動状態量を状態変数とする車両の旋回運動モデルを含
み、第１の運動状態量を参照入力とするオブザーバを想
定し、同オブザーバの状態方程式に基づいて第１及び第
２の運動状態量を推定する車両の旋回に伴って変化する
運動状態量の推定方法において、前記物理量、第１の運
動状態量、並びに第１及び第２の運動状態量とは異なり
かつ車両の旋回に伴って変化する第３の運動状態量を検
出し、オブザーバの状態方程式に基づいて推定した第１
及び第２の運動状態量の少なくとも一方を用いて前記検
出した第３の運動状態量と同じ運動状態量を推定演算
し、前記検出した第３の運動状態量と前記推定演算した
第３の運動状態量とを用いて両第３の運動状態量の相違
によりコーナリングパワーのための連続した補正量を計
算し、前記計算した補正量で前記オブザーバの状態方程
式におけるコーナリングパワーに関係した要素を定量的
に補正するようにしたことにある。
【００１０】このように構成した本発明の第１の特徴に
よれば、上記第１の解決原理でも述べたように、車両の
旋回運動に伴って変化する運動状態量はタイヤのコーナ
リングパワーの影響を受けるはずであるので、前記両第
３の運動状態量の相違により計算される補正量は、オブ
ザーバの状態方程式におけるコーナリングパワーに関す
る要素の変化量を表す連続量として計算され得る。そし
て、この補正量により、オブザーバの状態方程式におけ
るコーナリングパワーに関係した要素は、定量的かつ精
度よく補正される。その結果、この第１の特徴によれ
ば、オブザーバにて推定される第１及び第２の運動状態
量が高精度で推定され、車両の旋回に伴って変化する運
動状態量であって検出不能又は簡単に検出できない運動
状態量を常に高精度で推定できるようになる。
【００１１】また、本発明の第２の構成上の特徴（請求
項２に係る発明の構成上の特徴）は前記第１の構成上の
特徴をより具体化したもので、舵角を入力するとともに
横滑り角及びヨーレートを状態変数とする車両の旋回運
動モデルを含み、ヨーレートを参照入力とするオブザー
バを想定し、車両の前後速度、舵角、ヨーレート及び横
加速度を検出し、オブザーバの状態方程式に基づいて計
算した推定横滑り角及び推定ヨーレートと前記検出した
前後速度とにより推定横加速度を計算し、前記検出した
横加速度と前記計算した推定横加速度との比を補正係数
として計算し、前記計算した補正係数をオブザーバの状
態方程式におけるコーナリングパワーに関する因子に乗
算するようにしたことにある。
【００１２】このように構成した第２の構成上の特徴に
おける車両の旋回運動モデルにおいては、横滑り角β、
ヨーレートγ、前輪舵角δf 、後輪舵角δr及び前後速
度Ｖxは、前輪及び後輪の各コーナリングフォースＦf，
Ｆrを媒介変数として、下記数１〜４のように表され
る。
【００１３】
【数１】dβ/dt＝(Ｆf＋Ｆr)／ＭＶx−γ
【００１４】
【数２】dγ/dt＝(ａfＦf−ａrＦr)／Ｉｚ
【００１５】
【数３】Ｆf＝ｃf(δf−β−ａfγ／Ｖx)
【００１６】
【数４】Ｆr＝ｃr(δr−β＋ａrγ／Ｖx) 前記数１〜４において、Ｍは車体質量、Ｉz は車体ヨー
イング慣性モーメント、ａf,ａrは車両重心から前輪車
軸及び後輪車軸までの各水平距離、ｃf,ｃrは前輪及び
後輪の各コーナリングパワーである。また、車両の横加
速度Ｇy と前輪及び後輪の各コーナリングフォースＦf,
Ｆrとの関係は、下記数５により表される。
【００１７】
【数５】Ｆf＋Ｆr＝ＭＧy 一方、この第２の構成上の特徴におけるオブザーバにお
いては、ヨーレートが参照入力とされて、状態方程式に
基づいて横滑り角β*及びヨーレートγ*が推定される。
そして、上記第２の構成上の特徴によれば、推定横滑り
角β* 、推定ヨーレートγ*及び検出前後速度Ｖxにより
推定横加速度Ｇy*が計算され、検出横加速度Ｇyと前記
推定横加速度Ｇy*との比が補正係数α（＝Ｇy／Ｇy*）
として計算される。この補正係数αは、前記数５から解
るように、実前輪コーナリングフォースＦf と実後輪コ
ーナリングフォースＦr の和(Ｆf＋Ｆr)と、オブザーバ
による推定前輪コーナリングフォースＦf*と推定後輪コ
ーナリングフォースＦr*の和(Ｆf*＋Ｆr*) との比を表
すことになる（なぜならば、α＝ＭＧy／ＭＧy*＝(Ｆf
＋Ｆr)／(Ｆf*＋Ｆr*) ）。
【００１８】一方、上記第２の構成上の特徴において
は、補正係数αをオブザーバの状態方程式におけるコー
ナリングパワーｃf,ｃr に関する因子に乗算するように
している。これは、前記数３，４から明らかなように、
推定前輪コーナリングフォースＦf*及び推定後輪コーナ
リングフォースＦr*をα倍したことに相当する。これに
よれば、前記コーナリングフォースの両和(Ｆf＋Ｆr)，
(Ｆf*＋Ｆr*)が等しくなるので、オブザーバ内のコーナ
リングパワーｃf,ｃr に関する因子を的確に補正するこ
とができて、同コーナリングパワーｃf,ｃrが変化して
も推定横滑り角β*を正確に計算できる。特に、この場
合には、補正係数αを前輪及び後輪に対して共通に用い
ていて、媒介変数であるコーナリングフォースを具体的
に計算しなくてもよいので、前輪及び後輪の各コーナリ
ングパワーｃf,ｃr（＝ｃp）が共通である場合には、簡
単かつ精度よく推定横滑り角β*を計算できる。
【００１９】また、本発明の第３の構成上の特徴（請求
項３に係る発明の構成上の特徴）も、前記第１の構成上
の特徴をより具体的にしたもので、前記第２の構成上の
特徴と同様なオブザーバの状態方程式に基づいて横滑り
角及びヨーレートを推定する車両の旋回に伴って変化す
る運動状態量の推定方法において、車両の前後速度、舵
角、ヨーレート及び横加速度を検出し、前記検出した前
後速度、ヨーレート及び横加速度を用いて実コーナリン
グフォースを計算し、オブザーバの状態方程式に基づい
て計算した推定横滑り角及び推定ヨーレートと前記検出
した前後速度とにより推定コーナリングフォースを計算
し、前記計算した実コーナリングフォースと推定コーナ
リングフォースとの比を補正係数として計算し、前記計
算した補正係数をオブザーバの状態方程式のコーナリン
グパワーに関する因子に乗算するようにしたことにあ
る。
【００２０】このように構成した第３の構成上の特徴に
おいては、検出前後速度Ｖx 、検出ヨーレートγ及び検
出横加速度Ｇyにより実コーナリングフォースＦf,Ｆrが
計算されるとともに、推定横滑り角β* 、推定ヨーレー
トγ*及び検出前後速度Ｖxにより推定コーナリングフォ
ースＦf*,Ｆr*が計算されて、実コーナリングフォース
Ｆf,Ｆrと推定コーナリングフォースＦf*,Ｆr*との各比
が補正係数αf,αrとして計算される。これらの補正係
数αf,αrは、前記数３，４から解るように、実前輪コ
ーナリングフォースＦf及び実後輪コーナリングフォー
スＦrと、オブザーバによる推定前輪コーナリングフォ
ースＦf*及び推定後輪コーナリングフォースＦr*の各比
をそれぞれ表すことになる（なぜならば、αf＝Ｆf／Ｆ
f*，αr＝Ｆr／Ｆr* ）。
【００２１】一方、第３の構成上の特徴においては、補
正係数αf,αrをオブザーバの状態方程式のコーナリン
グパワーｃf,ｃrに関する因子に乗算するようにしてい
る。これは、前記数３，４から明らかなように、推定前
輪コーナリングフォースＦf*及び推定後輪コーナリング
フォースＦr*をそれぞれαf，αr倍したことに相当す
る。これによれば、推定前輪コーナリングフォースＦf*
が実前輪コーナリングフォースＦfに等しく、かつ推定
後輪コーナリングフォースＦr*が実後輪コーナリングフ
ォースＦrに等しくなるので、オブザーバ内の前輪及び
後輪の各コーナリングパワーｃf,ｃrに関する因子を的
確に補正することができて、同コーナリングパワーｃf,
ｃrが変化しても推定横滑り角β* を正確に計算でき
る。特に、この場合には、補正係数αf，αrを前輪及び
後輪に対して個別に扱うようにしたので、前輪及び後輪
の各コーナリングパワーｃf,ｃrが異なっていても、推
定横滑り角β*を精度よく計算できる。
【００２２】本発明の第４の構成上の特徴（請求項４に
係る構成上の特徴）は、上述の発明の第２の解決原理を
利用したもので、前記第１の構成上の特徴と同様なオブ
ザーバの状態方程式に基づいて車両の旋回に伴って変化
する複数の運動状態量を推定する推定方法において、車
輪の舵角変化を表す物理量及び第１の運動状態量を検出
し、前記検出した第１の運動状態量とオブザーバの状態
方程式に基づいて推定した第１の運動状態量とを用いて
前記両第１の運動状態量の相違によりコーナリングパワ
ーのための連続した補正量を計算し、前記計算した補正
量で前記オブザーバの状態方程式におけるコーナリング
パワーに関係した要素を定量的に補正したことにある。
【００２３】このように構成した本発明の第４の特徴に
おいても、車両の旋回運動に伴って変化する運動状態量
はタイヤのコーナリングパワーの影響を受けるはずであ
る。したがって、参照入力とした運動状態量の検出値と
推定値の相違により計算される補正量は、オブザーバの
状態方程式におけるコーナリングパワーに関係する要素
の変化量を表す連続量として計算され得る。そして、こ
の補正量により、オブザーバの状態方程式におけるコー
ナリングパワーに関係した要素は、定量的かつ精度よく
補正される。その結果、この第４の特徴においても、オ
ブザーバにて推定される運動状態量が高精度で推定さ
れ、車両の旋回に伴って変化する運動状態量であって検
出不能又は簡単に検出できない運動状態量を高精度で推
定できるようになる。
【００２４】また、本発明の第５の構成上の特徴（請求
項５に係る発明の構成上の特徴）は、前記第４の構成上
の特徴をより具体化したもので、舵角速度を入力変数と
するとともに、少なくとも横加速度を状態変数とする車
両の旋回運動モデルを含み、横加速度を参照入力とする
オブザーバを想定し、同オブザーバの状態方程式に基づ
いて少なくとも横加速度を含む車両の旋回に伴って変化
する運動状態量を推定する車両の旋回に伴って変化する
運動状態量の推定方法において、車両の舵角速度及び横
加速度を検出し、前記検出した横加速度と前記オブザー
バの状態方程式に基づいて推定した推定横加速度との比
を補正係数として計算し、前記計算した補正係数を前記
オブザーバの状態方程式におけるコーナリングパワーに
関する因子に乗算するようにしたことにある。
【００２５】このように構成した本発明の第５の特徴に
よれば、補正係数は、実際に検出した横加速度とオブザ
ーバに基づく推定横加速度との比として計算される。そ
して、この補正係数は、前記本発明の第２の特徴で述べ
たとおり、コーナリングパワーの適正な補正値を表す。
したがって、横加速度以外の車両の旋回に伴って変化す
る運動状態量が高精度で推定されるようになる。
【００２６】
【実施例】
ａ．第１実施例 まず、上述した本発明の第１の解決原理に基づいて実現
された第１実施例について説明する。
【００２７】＜基本的な理論＞本発明の第１実施例を具
体的に説明する前に、同実施例に用いた基本的な理論に
ついて説明しおく。車両の旋回運動において、前輪舵角
をδf とし、後輪舵角をδrとし、車両の横滑り角をβ
とし、ヨーレートをγとすると、これらの変数δf,δr,
β,γは下記数６〜数９の関係にあることはよく知られ
ている。
【００２８】
【数６】dβ/dt＝(Ｆf＋Ｆr)／ＭＶx−γ
【００２９】
【数７】dγ/dt＝(ａfＦf−ａrＦr)／Ｉz
【００３０】
【数８】Ｆf＝ｃp(δf−β−ａfγ／Ｖx)
【００３１】
【数９】Ｆr＝ｃp(δr−β＋ａrγ／Ｖx) なお、前記数６〜９において、Ｍは車体質量、Ｉz は車
体ヨーイング慣性モーメント、ａf，ａrは車両重心から
前輪車軸及び後輪車軸までの各水平距離、ｃpは前輪及
び後輪に共通なコーナリングパワーである。また、Ｆ
f，Ｆrは前輪及び後輪の各コーナリングフォース、Ｖx
は車両の前後速度である。前記数６〜９からコーナリン
グフォースＦf，Ｆrを消去すると、前輪舵角δf及び後
輪舵角δrを入力変数とするとともに、横滑り角β及び
ヨーレートγを状態変数とする車両の旋回運動モデルの
状態方程式は下記数１０のようになる。
【００３２】
【数１０】
【００３３】ただし、システム行列の各要素ａ11,ａ12,
ａ21,ａ22及び制御行列の各要素ｂ11,ｂ12,ｂ21,ｂ22は
下記数１１，１２に示すとおりである。
【００３４】
【数１１】
【００３５】
【数１２】
【００３６】したがって、前記数１０の状態方程式に基
づいてヨーレートγを観測可能な状態変数（参照入力）
とするオブザーバを構成し、 車両諸元Ｍ，Ｉz，ａf，
ａr、ｃp を車両により決まる定数として扱うととも
に、前後速度Ｖx、前輪舵角δf、後輪舵角δr 及びヨー
レートγを検出すれば、ヨーレートγと共に横滑り角β
を推定できる。以下、このオブザーバにて推定される変
数を推定変数と命名すると共に各変数に＊マークをつけ
て表す。
【００３７】コーナリングパワーｃp を定数として扱え
る場合には問題ないが、タイヤの横滑り角が大きくなっ
て同横滑り角に対するコーナリングフォースが非線形領
域に入ったり、タイヤが経時変化したり、タイヤと路面
の摩擦係数が低下したり、タイヤの接地荷重配分が極端
に変化したりして、コーナリングパワーｃp （横滑り角
に対するコーナリングフォースの変化率）が、図１０，
１１に示すように変化した場合には、横滑り角を精度よ
く推定できない。そこで、コーナリングパワーｃp に対
して補正係数αを想定してオブザーバにおけるコーナリ
ングパワーをαｃp として表すことにする。その結果、
オブザーバにより推定した前輪及び後輪の各コーナリン
グフォースはαＦf*，αＦr*となる。これに対して、実
際の前輪及び後輪の各コーナリングフォースをＦf，Ｆr
と表すと、Ｆf＝αＦf*，Ｆr＝αＦr*となる補正係数α
を見つけることができれば、前記オブザーバを用いて横
滑り角及びヨーレートを精度よく推定できるはずであ
る。この補正係数αを用いれば、前記推定コーナリング
フォースαＦf*，αＦr*と実コーナリングフォースＦ
f，Ｆrとの間には、下記数１３の関係が成立する。
【００３８】
【数１３】Ｆf＋Ｆr＝αＦf*＋αＦr* 一方、車両の実際の横加速度Ｇy を検出するとともに、
オブザーバにおける推定横加速度Ｇy*を想定すると、下
記数１４，１５が成立する。
【００３９】
【数１４】Ｆf＋Ｆr＝ＭＧy
【００４０】
【数１５】Ｆf*＋Ｆr*＝ＭＧy* これらの数１３〜１５から推定コーナリングフォースα
Ｆf*，αＦr*及び実コーナリングフォースＦf，Ｆrを消
去することにより、補正係数αは、下記数１６のように
推定横加速度Ｇy*に対する実横加速度Ｇy の比により表
される。
【００４１】
【数１６】α＝Ｇy／Ｇy* したがって、この計算した補正係数αをオブザーバを構
成する車両の旋回運動モデルにフィードバックして、同
オブザーバ内におけるコーナリングパワーｃｐに補正係
数αを乗算することにより同コーナリングパワーｃｐを
補正すれば、推定横滑り角β*及び推定ヨーレートγ*を
精度よく算出することができる。
【００４２】＜オブザーバの構成＞上記基本理論に基づ
いて構成したオブザーバについて説明する。このオブザ
ーバは、図３に示すように、車両の旋回運動モデル１０
を含むとともに、ヨーレートγを参照入力とするための
ゲイン演算器１１及び偏差演算器１２を有する。車両の
旋回運動モデル１０の状態方程式dＸ/dt＝ＡＸ＋ＢＵ
は、下記数１７〜１９のように表され、出力方程式Ｙ＝
ＣＸは下記数２０のように表される。
【００４３】
【数１７】
【００４４】
【数１８】
【００４５】
【数１９】
【００４６】
【数２０】
【００４７】ゲイン演算器１１は、偏差演算器１２から
の偏差γ−γ*に下記数２１にて規定されるゲインＫを
乗算して旋回運動モデル１０にフィードバックする。
【００４８】
【数２１】
【００４９】また、車両の旋回運動モデル１０には、微
分器１３、加算器１４、乗算器１５、除算器１６、ロー
パスフィルタ１７及びリミッタ１８からなって、同モデ
ル１０内のコーナリングパワーｃp に関する因子を補正
するためのフィードバック回路が設けられている。微分
器１３、加算器１４及び乗算器１５は、下記数２２にて
計算される推定横加速度Ｇy*を計算するためのものであ
る。
【００５０】
【数２２】Ｇy*＝(dβ*/dt＋γ*)Ｖx 除算器１６は、上記数１６の演算を実行して補正係数α
を計算するためのものである。ローパスフィルタ１７は
補正係数αの高周波ノイズを除去するためのもので、カ
ットオフ角周波数をωc（例えば20rad/s程度）とする下
記数２３の伝達関数により規定されるものである。
【００５１】
【数２３】
【００５２】数２３中のｓはラプラス演算子である。リ
ミッタ１８は、推定値の発散防止用のもので、補正係数
αを下限値αmin（例えば０．２）及び上限値αmax（例
えば１．２）の間に維持する。
【００５３】このように構成したオブザーバの状態方程
式（微分方程式）は下記数２４のようになる。
【００５４】
【数２４】dＸ*/dt＝(Ａ−ＫＣ)Ｘ*＋Ｋγ＋ＢＵ この数２４を前記数１７〜２１により規定される要素を
用いて具体的に表すと、下記数２５のようになる。
【００５５】
【数２５】
【００５６】ここで、オブザーバの極ｐ1,ｐ2を適当な
値（例えば、−２０程度）に選定すれば、推定横滑り角
β*及び推定ヨーレートγ*は収束する。ただし、前記数
２５中のフィードバックゲインＫの要素ｋ1,ｋ2は下記
数２６，２７により表される値である。
【００５７】
【数２６】
【００５８】
【数２７】ｋ2 ＝ａ11＋ａ22−ｐ1−ｐ2 このように構成したオブザーバにおいては、車両の前後
速度Ｖx（いわゆる車速）、前輪舵角δf、後輪舵角δ
r、ヨーレートγ及び横加速度Ｇyを検出して同オブザー
バに入力し、前記数２５の状態方程式を解けば、推定横
滑り角β*及びヨーレートγ*を計算できる。この計算に
おいて、補正係数αは、微分器１３、加算器１４、乗算
器１５、除算器１６、ローパスフィルタ１７及びリミッ
タ１８の作用により、推定横加速度Ｇy*に対する実横加
速度Ｇy の比に計算される。したがって、このオブザー
バによれば、補正係数αにより補正したコーナリングパ
ワーαｃp を用いて、車体の推定横滑り角β*及びヨー
レートγ*を精度よく計算できる。
【００５９】＜具体的実施例＞次に、上述したオブザー
バをプログラム処理により実現して車両に適用した具体
的実施例について説明する。この実施例は、車両に搭載
され、図４に示すように、車両の前後速度Ｖxを検出す
る車速センサ２１、前輪舵角δfを検出する前輪舵角セ
ンサ２２、後輪舵角δr を検出する後輪舵角センサ２
３、ヨーレートγを検出するヨーレートセンサ２４及び
横加速度Ｇy を検出する横加速度センサ２５を備えてい
る。これらの各センサ２１〜２５はマイクロコンピュー
タ３０に接続され、同コンピュータ３０は、図５のフロ
ーチャートに対応したプログラムを内蔵のタイマの作用
により所定時間Ｔ（演算周期Ｔ）毎に繰り返し実行す
る。
【００６０】このプログラムは図５のステップ１００に
て開始され、マイクロコンピュータ３０はステップ１０
２にて各センサ２１〜２５から前後速度Ｖx、前輪舵角
δf、後輪舵角δr、ヨーレートγ及び横加速度Ｇyを入
力し、ステップ１０４にて前後速度Ｖxが所定車速Ｖmin
（例えば５Ｋｍ／ｈ）以上であるか否かを判定する。前
後速度Ｖxが所定車速Ｖmin未満であれば、ステップ１０
４にて「ＮＯ」と判定してプログラムをステップ１３０
に進める。ステップ１３０においては、今回の推定横滑
り角β*iを「０」に、今回の推定ヨーレートγ*iを前記
入力した検出ヨーレートγに、今回の推定横加速度Ｇy*
iを「０」に、今回の補正係数αiを「１」に設定する。
その後、ステップ１２８にて、前回の推定横滑り角β*i
-1、推定ヨーレートγ*i-1、推定横加速度Ｇy*i-1及び
補正係数αi-1を、今回の推定横滑り角β*i、推定ヨー
レートγ*i、推定横加速度Ｇy*i及び補正係数αiにそれ
ぞれ更新して、ステップ１３４にてプログラムの実行を
終了する。
【００６１】一方、前後速度Ｖxが所定車速Ｖmin 以上
であれば、ステップ１０４にて「ＹＥＳ」と判定して、
ステップ１０６にて前後速度Ｖxを用いた前記数１８，
１９の演算の実行により要素ａ11,ａ12,ａ21,ａ22,
ｂ11,ｂ12,ｂ21,ｂ22 を計算し、ステップ１０８にてａ
11ａ22−ａ12ａ21が「０」であるか否かを判定する。こ
れは、ａ11ａ22−ａ12ａ21が「０」である場合における
推定横滑り角β*又は推定ヨーレートγ*の発散を避ける
ためである。したがって、この場合には、ステップ１０
８にて「ＹＥＳ」と判定して、ステップ１３２にて今回
の推定横滑り角β*i、推定ヨーレートγ*i、推定横加速
度Ｇy*i及び補正係数αiを、前回の推定横滑り角β*i-
1、推定ヨーレートγ*i-1、推定横加速度Ｇy*i-1及び補
正係数αi-1に設定して、ステップ１２８の更新処理を
経てプログラムの実行を終了する。なお、この場合に
は、ステップ１２８の更新処理をスキップしてもよい。
【００６２】また、ａ11ａ22−ａ12ａ21が「０」でなけ
れば、ステップ１０８にて「ＮＯ」と判定して、ステッ
プ１１０にてフィードバックゲインＫの各要素ｋ1,ｋ2
を、予め決めた極ｐ1,ｐ2、及び前記計算した各要素ａ
11,ａ12,ａ21,ａ22を用いた上記数２６，２７の演算の
実行により計算する。次に、ステップ１１２にて、これ
らの計算した各要素ａ11〜ａ22，ｂ11〜ｂ22，ｋ1,ｋ2
及び前記入力したδf，δr，γを用いて上記数２５の状
態方程式を解くことにより今回の推定横滑り角β*i及び
推定ヨーレートγ*iを計算する。この計算においては、
双一次変換（タスティン変換）などの手法を用いて上記
数２５の状態方程式をマイクロコンピュータ３０の演算
周期Ｔを考慮して離散値系に変換し、前回の推定横滑り
角β*i-1及び推定ヨーレートγ*i-1を利用して今回の推
定横滑り角β*i及び推定ヨーレートγ*iを逐次計算する
とよい。
【００６３】前記ステップ１１２の処理後、ステップ１
１４にて、推定横滑り角β*の今回の微分値dβ*i/dtを
計算するとともに、同計算した微分値dβ*i/dt、前記計
算した今回の推定ヨーレートγ*i及び前記入力した前後
速度Ｖx を用いた上記数２２の演算の実行により今回の
推定横加速度Ｇy*i を計算する。次に、ステップ１１６
にて、前記計算した今回の推定横加速度Ｇy*iと前記入
力した検出横加速度Ｇyを用いた上記数１６の演算の実
行により今回の補正係数αi を計算する。そして、ステ
ップ１１８にて前記計算した今回の補正係数αi に上記
数２３の伝達関数により定義されたローパスフィルタ処
理を施し、ステップ１２０〜１２６にてローパスフィル
タ処理の施された今回の補正係数αi を下限値αminと
上限値αmaxの間に制限する。そして、ステップ１２８
にて、前述のように前回の推定横滑り角β*i-1、推定ヨ
ーレートγ*i-1、推定横加速度Ｇy*i-1及び補正係数αi
-1を、今回の推定横滑り角β*i、推定ヨーレートγ*i、
推定横加速度Ｇy*i 及び補正係数αiにそれぞれ更新し
て、ステップ１３４にてプログラムの実行を終了する。
【００６４】その結果、この第１の具体的実施例によれ
ば、横滑り角が大きかったり、タイヤが経時変化した
り、タイヤと路面との摩擦係数が低下したり、タイヤの
接地荷重配分が極端に変化したりして、前輪及び後輪の
コーナリングパワーｃp が変化しても、同コーナリング
パワーｃp の変化が補正係数αにより補正され、同補正
されたコーナリングパワーαｃp を用いて、推定横滑り
角β*及びヨーレートγ*が計算されることになる。その
結果、推定横滑り角β*及び推定ヨーレートγ*が精度よ
く計算され、これらのうちの推定横滑り角β* を各種車
両の制御に用いることができる。また、前記のようにし
て計算した推定横滑り角β*に前後速度Ｖｘを乗算する
ことにより車体の横速度Ｖｙ＝β*Ｖxを算出し、同横速
度Ｖyを各種車両の制御に利用することもできる。
【００６５】ｂ．第２実施例 次に、上記第１実施例においては前輪及び後輪のコーナ
リングパワーをｃp として共通に扱ったが、これらの各
コーナリングパワーをｃf，ｃrとして個別に扱った第２
実施例について説明する。なお、この第２実施例も上述
した本発明の第１の解決原理に基づくものである。
【００６６】＜基本的な理論＞この第２実施例の場合に
おいても、車両の旋回運動に対して上記第１実施例の数
６，７は成立するが、同実施例の数８，９は下記数２
８，２９のようになる。
【００６７】
【数２８】Ｆf＝ｃf(δf−β−ａfγ／Ｖx)
【００６８】
【数２９】Ｆr＝ｃr(δr−β＋ａrγ／Ｖx) 前記数６，７及び数２８，２９からコーナリングフォー
スＦf，Ｆrを消去すると、前輪舵角δf及び後輪舵角δr
を入力変数とし、横滑り角β及びヨーレートγを状態変
数とする車両の旋回運動モデルの状態方程式は下記数３
０のようになる。
【００６９】
【数３０】
【００７０】ただし、システム行列の各要素ａ11,ａ12,
ａ21,ａ22及び制御行列の各要素ｂ11,b12,ｂ21,ｂ22は
下記数３１，３２に示すとおりである。
【００７１】
【数３１】
【００７２】
【数３２】
【００７３】したがって、この場合も、前記数３０の状
態方程式に基づいてヨーレートγを観測可能な状態変数
とするオブザーバを構成し、 車両諸元Ｍ，Ｉz，ａf，
ａr，ｃf，ｃr を車両により決まる定数として扱うとと
もに、前後速度Ｖx、前輪舵角δf、後輪舵角δr及びヨ
ーレートγを検出すれば、ヨーレートγと共に横滑り角
βを推定できる。
【００７４】しかし、この場合も、コーナリングパワー
ｃf，ｃrを定数として扱える場合には問題ないが、上述
した理由によってコーナリングパワーｃf，ｃrが種々の
状況に応じて変化すると（図１０，１１参照）、横滑り
角βを精度よく推定できない。そこで、コーナリングパ
ワーｃf，ｃrに対して補正係数αf，αrをそれぞれ想定
してオブザーバにおけるコーナリングパワーをαfｃf，
αrｃrとして表すことにする。その結果、オブザーバに
おける推定前輪及び後輪コーナリングフォースはαfＦf
*，αrＦr*となる。したがって、この場合も、実際の前
輪及び後輪コーナリングフォースをＦf，Ｆrで表すと、
Ｆf＝αfＦf*，Ｆr＝αrＦr*となる補正係数αf，αrを
見つけることができれば、前記オブザーバにて横滑り角
及びヨーレートを精度よく推定できるはずである。
【００７５】一方、車両の旋回運動モデルを含むオブザ
ーバにおいて、車体の横方向の合力及び車体のモーメン
トの釣合から、下記数３３，３４が成立する。
【００７６】
【数３３】Ｆf*＋Ｆr*＝ＭＧy*＝Ｍ(dβ*/dt＋γ*)Ｖx
【００７７】
【数３４】ａfＦf*−ａrＦr*＝Ｉz(dγ*/dt) これらの数３３，３４から推定前輪コーナリングフォー
スＦf*及び推定後輪コーナリングフォースＦr*は下記数
３５，３６のようにそれぞれ表される。
【００７８】
【数３５】Ｆf*＝{ａfＭＶx(dβ*/dt＋γ*)＋Ｉz(dγ*/
dt)}／(ａf＋ａr)
【００７９】
【数３６】Ｆr*＝{ａfＭＶx(dβ*/dt＋γ*)−Ｉz(dγ*/
dt)}／(ａf＋ａr) また、前記数３５，３６は実際の車両でも同様であり、
実際の車両の前輪及び後輪コーナリングフォースをＦ
f，Ｆrとすれば、下記数３７，３８が成立する。
【００８０】
【数３７】Ｆf＝{ａfＭＶx(dβ/dt＋γ)＋Ｉz(dγ/dt)}
／(ａf＋ａr)
【００８１】
【数３８】Ｆr＝{ａfＭＶx(dβ/dt＋γ)−Ｉz(dγ/dt)}
／(ａf＋ａr) 一方、実際の横滑り角速度dβ/dtは、検出した横加速度
Ｇy、前後速度Ｖx及びヨーレートγを用いて下記数３９
のように表される。
【００８２】
【数３９】dβ/dt＝Ｇy／Ｖx−γ したがって、Ｆf＝αfＦf*，Ｆr＝αrＦr*の関係、及び
前記数３５〜３９から、補正係数αf，αrを求めること
ができる。そして、これらの計算した補正係数αf，αr
をオブザーバを構成する車両の旋回運動モデルにフィー
ドバックして、同モデル内におけるコーナリングパワー
ｃf，ｃrに対して補正係数αf，αrをそれぞれ乗算すれ
ば、推定横滑り角β*及び推定ヨーレートγ*を精度よく
算出することができる。
【００８３】＜オブザーバの構成＞上記の基本理論に基
づいて構成したオブザーバについて説明する。このオブ
ザーバも、図６に示すように、車両の旋回運動モデル４
０を含むとともに、ヨーレートγを参照入力とするため
のゲイン演算器４１及び偏差演算器４２を有する。車両
の旋回運動モデル４０の状態方程式dＸ/dt＝ＡＸ＋ＢＵ
は下記数４０〜４２のように表される。
【００８４】
【数４０】
【００８５】
【数４１】
【００８６】
【数４２】
【００８７】出力方程式Ｙ＝ＣＸが上記数２０により表
され、かつゲイン演算器４１のゲインＫが上記数２１に
より表される点も、上記第１実施例と同じである。
【００８８】車両の旋回運動モデル４０により計算され
た推定横すべり角β* は微分器４３を介して推定コーナ
リングフォース演算器４５に供給されるとともに、同計
算された推定ヨーレートγ* は直接及び微分器４４を介
して推定コーナリングフォース演算器４５に供給され
る。推定コーナリングフォース演算器４５はさらに検出
前後速度Ｖx を入力して、上記数３５，３６により推定
前輪コーナリングフォースＦf*及び推定後輪コーナリン
グフォースＦr*をそれぞれ計算して補正係数演算器５１
に供給する。
【００８９】この補正係数演算器５１には、実コーナリ
ングフォース演算器４６からの実前輪コーナリングフォ
ースＦf及び実後輪コーナリングフォースＦrも入力され
ている。実コーナリングフォース演算器４６は、検出ヨ
ーレートγ、同ヨーレートγを微分器４７にて微分した
ヨーレート微分値dγ/dt、実横滑り角速度dβ/dt及び検
出前後速度Ｖx を入力して、上記数３７，３８に基づい
て実前輪コーナリングフォースＦf及び実後輪コーナリ
ングフォースＦrをそれぞれ計算する。実横滑り角速度d
β/dtは、検出ヨーレートγ、検出前後速度Ｖx及び検出
横加速度Ｇyを入力する横滑り角速度演算器４８にて上
記数３９により計算される。
【００９０】補正係数演算器５１は、Ｆf＝αfＦf*，Ｆ
r＝αrＦr*の関係により、補正係数αf，αrをそれぞれ
計算する。これらの補正係数αf，αrは、上記第１実施
例の場合と同様に構成した高周波ノイズを除去するため
のローパスフィルタ５２，５３、及び推定値の発散防止
のために同補正係数αf，αrを下限値αfmin，αrmin
（例えば０．２）及び上限値αfmax，αrmax（例えば
１．２）の間に制限するリミッタ５４，５５を介して、
車両の旋回運動モデル４０にフィードバックされる。
【００９１】このように構成したオブザーバの状態方程
式（微分方程式）も数２４，２５のように表され、オブ
ザーバの極ｐ1,ｐ2を適当な値（例えば、−２０程度）
に選定してフィードバックゲインＧの要素ｋ1,ｋ2を上
記数２６，２７により定めれば、推定横滑り角β*及び
推定ヨーレートγ*は収束する。
【００９２】したがって、このオブザーバにおいては、
車両の前後速度Ｖx （いわゆる車速）、前輪舵角δf、
後輪舵角δr、ヨーレートγ及び横加速度Ｇy を検出し
て同オブザーバに入力し、上記第１実施例と同様に数２
５の微分方程式を解けば、推定横滑り角β*及びヨーレ
ートγ*を計算できる。この計算において、補正係数
αf，αrは、各演算器４５，４６，４８，５１の作用に
より、推定前輪コーナリングフォースＦf*及び推定後輪
コーナリングフォースＦr*に対する実前輪コーナリング
フォースＦf及び実後輪コーナリングフォースＦrの各比
にそれぞれ計算される。したがって、このオブザーバに
よれば、補正係数αf，αrにより補正した前輪及び後輪
の各コーナリングパワーαfｃf，αrｃrを用いて、車体
の推定横滑り角β* 及びヨーレートγ*を精度よく算出
できる。また、この第２実施例においては、前輪及び後
輪用コーナリングパワーｃf，ｃrを独立して補正してい
るので、前輪と後輪の各コーナリングパワーが異なって
いても、上記第１実施例に比べてより精度よく車体の横
滑り角及びヨーレートが推定される。
【００９３】＜具体的実施例＞次に、上述したオブザー
バをプログラム処理により実現して車両に適用した具体
的実施例について説明する。この実施例は、図４に示す
ように、上記第１実施例とハード的には同様に構成され
ているが、マイクロコンピュータ３０は図７のフローチ
ャートに対応したプログラムを内蔵のタイマの作用によ
り所定時間Ｔ（演算周期Ｔ）毎に繰り返し実行する。
【００９４】このプログラムは図７のステップ２００に
て開始され、マイクロコンピュータ３０はステップ２０
２にて各センサ２１〜２５から前後速度Ｖx、前輪舵角
δf、後輪舵角δr、ヨーレートγ及び横加速度Ｇyを入
力する。その後、上記第１実施例と同様に、前後速度Ｖ
xが所定車速Ｖmin未満であれば、ステップ２０４にて
「ＮＯ」と判定して、ステップ２４２にて、今回の推定
横滑り角β*iを「０」に、今回の推定ヨーレートγ*iを
前記入力した検出ヨーレートγに、今回の推定前輪コー
ナリングフォースＦf*i及び推定後輪コーナリングフォ
ースＦr*iを共に「０」に、今回の補正係数αfi，αri
を共に「１」に設定する。その後、ステップ２４０に
て、前回の推定横滑り角β*i-1、推定ヨーレートγ*i-
1、推定前輪コーナリングフォースＦf*i-1、推定後輪コ
ーナリングフォースＦr*i-1、及び補正係数αfi-1，αr
i-1を、今回の推定横滑り角β*i、推定ヨーレートγ*
i、推定前輪コーナリングフォースＦf*i、推定後輪コー
ナリングフォースＦr*i、及び補正係数αfi，αriにそ
れぞれ更新して、ステップ２４６にてプログラムの実行
を終了する。
【００９５】一方、前後速度Ｖxが所定車速Ｖmin 以上
であれば、ステップ２０４にて「ＹＥＳ」と判定して、
ステップ２０６にて前後速度Ｖxを用いた前記数４１，
４２の演算の実行により要素ａ11,ａ12,ａ21,ａ22,
ｂ11,ｂ12,ｂ21,ｂ22 を計算し、ステップ２０８にて上
記第１実施例と同様にａ11ａ22−ａ12ａ21が「０」であ
るか否かを判定する。ａ11ａ22−ａ12ａ21が「０」であ
れば、ステップ２０８にて「ＹＥＳ」と判定して、ステ
ップ２４４にて、今回の推定横滑り角β*i、推定ヨーレ
ートγ*i、推定前輪コーナリングフォースＦf*i、推定
後輪コーナリングフォースＦr*i、及び補正係数αfi，
αriを、前回の推定横滑り角β*i-1、推定ヨーレートγ
*i-1、推定前輪コーナリングフォースＦf*i-1及び推定
後輪コーナリングフォースＦr*i-1、及び補正係数αfi-
1，αri-1にそれぞれ設定し、ステップ２４０の更新処
理を経てプログラムの実行を終了する。なお、この場合
には、ステップ２４０の更新処理をスキップしてもよい
ことは上記第１実施例と同じである。
【００９６】また、ａ11ａ22−ａ12ａ21が「０」でなけ
れば、ステップ２０８にて「ＮＯ」と判定して、上記第
１実施例と同様な上記数２５〜２７の演算により、ステ
ップ２１０，２１２にてフィードバックゲインＫの各要
素ｋ1,ｋ2 、今回の推定横滑り角β*i及び推定ヨーレー
トγ*iを計算する。次に、ステップ２１４にて、推定横
滑り角β*及び推定ヨーレートγ*の今回の微分値dβ*i/
dt，dγ*i/dtを計算するとともに、同計算した微分値d
β*i/dt，dγ*i/dt、前記計算した今回の推定ヨーレー
トγ*i 及び前記入力した前後速度Ｖxを用いた上記数３
５，３６の演算により今回の推定前輪コーナリングフォ
ースＦf*i及び推定後輪コーナリングフォースＦr*iをそ
れぞれ計算する。
【００９７】前記ステップ２１４の処理後、ステップ２
１６にて、前記入力した横加速度Ｇy、前後速度Ｖx及び
ヨーレートγを用いた上記数３９の演算の実行により、
実横滑り角速度dβ/dtを計算する。次に、ステップ２１
８にて、前記入力したヨーレートγの微分値dγ/dtを計
算するとともに、この計算した微分値dγ/dt、前記計算
した実横滑り角速度dβ/dt、前記入力した前後速度Ｖx
及びヨーレートγ用いた上記数３７，３８の演算の実行
により今回の実前輪及び後輪コーナリングフォースＦf
i，Ｆriを計算する。そして、ステップ２２０にて、推
定前輪及び後輪コーナリングフォースＦf*i，Ｆr*iに対
する実前輪及び後輪コーナリングフォースＦfi，Ｆriの
各比Ｆfi／Ｆf*i，Ｆri／Ｆr*iを今回の補正係数αfi，
αriとして計算する。
【００９８】この補正係数αfi，αriの計算後、ステッ
プ２２２にて、前記計算した補正係数αfi，αriに上記
数２３の伝達関数により定義されたローパスフィルタ処
理をそれぞれ施す。また、ステップ２２４〜２３８にて
ローパスフィルタ処理の施された補正係数αfi，αriを
下限値αfmin，αrminと上限値αfmax，αrmaxの間に制
限する。そして、ステップ２４０にて、前述のように前
回の推定横滑り角β*i-1、推定ヨーレートγ*i-1 、推
定前輪コーナリングフォースＦf*i-1、推定後輪コーナ
リングフォースＦr*i-1 、及び補正係数αfi-1，αri-1
を、今回の推定横滑り角β*i、推定ヨーレートγ*i 、
推定前輪コーナリングフォースＦf*i、推定後輪コーナ
リングフォースＦr*i、及び補正係数αfi，αriにそれ
ぞれ更新して、ステップ２４６にてプログラムの実行を
終了する。
【００９９】その結果、この第２の具体的実施例におい
ても、上記第１実施例と同様な車両の各種状況の変化に
より前輪及び後輪の各コーナリングパワーｃf，ｃrが変
化しても、同コーナリングパワーｃf，ｃrの変化が補正
係数αfi，αriにより補正され、同補正されたコーナリ
ングパワーαfiｃf，αriｃrを用いて、推定横滑り角β
*及びヨーレートγ*が計算されることになる。その結
果、推定横滑り角β*及び推定ヨーレートγ*が精度よく
計算され、これらのうちの推定横滑り角β* を各種車両
の制御に用いることができる。また、この場合も、推定
横滑り角β*に前後速度Ｖx を乗算することにより車体
の横速度Ｖy＝β*Ｖxを算出し、同横速度Ｖyを各種車両
の制御に利用できる。
【０１００】ｃ．第３実施例 次に、上述した第２の解決原理に基づく第３実施例につ
いて説明する。
【０１０１】＜基本的な理論＞本発明の第３の具体的実
施例について説明する前に、同実施例に用いた基本的な
理論について説明しておく。この場合、車両の旋回運動
において、前輪舵角δf、後輪舵角δr、横加速度Ｇy 及
びヨーレートγが下記数４３〜数４６の関係にあること
を利用している。なお、この第３実施例においても、上
記第１実施例の場合と同様にコーナリングパワーｃp に
関しては、前輪及び後輪にとって共通なものとして扱っ
ている。
【０１０２】
【数４３】dＧy/dt＝(dＦf/dt＋dＦr/dt)／Ｍ
【０１０３】
【数４４】 d2γ/dt2＝{ａf(dＦf/dt)−ａr(Ｆr/dt)}／Ｉz
【０１０４】
【数４５】dＦf/dt＝ｃp{(dδf/dt)−Ｇy／Ｖx＋γ−ａ
f(dγ/dt)／Ｖx}
【０１０５】
【数４６】dＦr/dt＝ｃp{(dδr/dt)−Ｇy／Ｖx＋γ＋ａ
r(dγ/dt)／Ｖx} 前記数４３〜４６からコーナリングフォースＦf，Ｆrを
消去すると、前輪舵角速度dδf/dt及び後輪舵角速度dδ
r/dtを入力変数とするとともに、横加速度Ｇy、ヨー加
速度（ヨーレートγの時間微分値）dγ/dt及びヨーレー
トγを状態変数とする車両の旋回運動モデルの状態方程
式は下記数４７のようになる。
【０１０６】
【数４７】
【０１０７】ただし、システム行列の各要素ａ11,ａ12,
ａ13,ａ21,ａ22,ａ23,ａ31,ａ32,ａ33及び制御行列の各
要素ｂ11,ｂ12,ｂ21,ｂ22,ｂ31,ｂ32 は下記数４８〜５
８に示すとおりである。
【０１０８】
【数４８】ａ11＝−２ｃp／ＭＶｘ
【０１０９】
【数４９】ａ12＝−(ａfｃp−ａrｃp)／ＭＶx
【０１１０】
【数５０】ａ13＝２ｃp／Ｍ
【０１１１】
【数５１】ａ21＝−(ａfｃp−ａrｃp)／ＩzＶx
【０１１２】
【数５２】ａ22＝−(ａf 2ｃp＋ａr 2ｃp)／ＩzＶx
【０１１３】
【数５３】ａ23＝(ａfｃp−ａrｃp)／Ｉz
【０１１４】
【数５４】ａ31＝０ ａ32＝１ ａ33＝０
【０１１５】
【数５５】ｂ11＝ｂ12＝ｃp／Ｍ
【０１１６】
【数５６】ｂ21＝ａfｃp／Ｉz
【０１１７】
【数５７】ｂ22＝−ａrｃp／Ｉｚ
【０１１８】
【数５８】ｂ31＝ｂ32＝０ したがって、前記数４７の状態方程式に基づいて横加速
度Ｇy を観測可能な状態変数（参照入力）とするオブザ
ーバを構成し、 車両諸元Ｍ，Ｉz，ａf，ａr、ｃpを車
両により決まる定数として扱うとともに、前後速度Ｖx
、前輪舵角速度dδf/dt、後輪舵角速度dδr/dt 及び横
加速度Ｇyを検出すれば、横加速度Ｇyと共にヨー加速度
dγ/dt及びヨーレートγを推定できる。この場合も、こ
のオブザーバにて推定される変数を推定変数と命名する
と共に各変数に＊マークをつけて表す。
【０１１９】しかし、この場合も、コーナリングパワー
ｃp を定数として扱える場合には問題ないが、同コーナ
リングパワーｃp が変化する場合（図１０，１１参照）
には、ヨー加速度及びヨーレートを精度よく推定できな
いことは上記第１実施例と同じある。したがって、この
第３実施例においても、コーナリングパワーｃp に対す
る補正係数αを想定するとともに、オブザーバにおける
コーナリングパワーをαｃp として表すことにする。一
方、この補正係数αは、上記第１実施例で説明したよう
に、α＝Ｇy／Ｇy*として表される。その結果、この計
算した補正係数αをオブザーバを構成する車両の旋回運
動モデルにフィードバックして、同オブザーバ内におけ
るコーナリングパワーｃp に補正係数αを乗算すること
により同コーナリングパワーｃpを補正すれば、推定横
加速度Ｇy*、推定ヨー加速度dγ/dt*及び推定ヨーレー
トγ*を精度よく算出することができる。
【０１２０】＜オブザーバの構成＞上記基本理論に基づ
いて構成したオブザーバについて説明する。このオブザ
ーバは、図８に示すように、車両の旋回運動モデル６０
を含むとともに、横加速度Ｇy を参照入力とするための
ゲイン演算器６１及び偏差演算器６２を有する。また、
入力変数としての前輪舵角速度dδf/dt及び後輪舵角速
度dδr/dtは、前輪舵角δf及び後輪舵角δrをそれぞれ
時間微分する微分器６３，６４を介して車両の旋回運動
モデル６０に供給される。車両の旋回運動モデル６０の
状態方程式dＸ/dt＝ＡＸ＋ＢＵは、下記数５９〜７０の
ように表され、出力方程式Ｙ＝ＣＸは下記数７１のよう
に表される。
【０１２１】
【数５９】
【０１２２】
【数６０】ａ11＝−２αｃp／ＭＶx
【０１２３】
【数６１】ａ12＝−αｃp(ａf−ａr)／ＭＶx
【０１２４】
【数６２】ａ13＝２αｃp／Ｍ
【０１２５】
【数６３】ａ21＝−αｃp(ａf−ａr)／ＩzＶx
【０１２６】
【数６４】ａ22＝−αｃp(ａf 2＋ａr 2)／ＩzＶx
【０１２７】
【数６５】ａ23＝αｃp(ａf−ａr)／Ｉｚ
【０１２８】
【数６６】ａ31＝０ ａ32＝１ ａ33＝０
【０１２９】
【数６７】ｂ11＝ｂ12＝αｃp／Ｍ
【０１３０】
【数６８】ｂ21＝ａfαｃp／Ｉz
【０１３１】
【数６９】ｂ22＝−ａrαｃp／Ｉz
【０１３２】
【数７０】ｂ31＝ｂ32＝０
【０１３３】
【数７１】
【０１３４】ゲイン演算器６１は、偏差演算器６２から
の偏差Ｇy−Ｇy*に下記数７２にて規定されるゲインＫ
を乗算して旋回運動モデル６０にフィードバックする。
【０１３５】
【数７２】
【０１３６】また、車両の旋回運動モデル６０には、除
算器１６、ローパスフィルタ１７及びリミッタ１８から
なって、同モデル６０内のコーナリングパワーｃp に関
する因子を補正するためのフィードバック回路が設けら
れている。除算器１６は、検出された横加速度Ｇy を旋
回運動モデル６０にて推定された推定横加速度Ｇy*で除
算して補正係数αを計算する。ローパスフィルタ１７及
びリミッタ１８は上記第１実施例と全く同じである。
【０１３７】このように構成したオブザーバの状態方程
式（微分方程式）は下記数７３のようになる。
【０１３８】
【数７３】dＸ*/dt＝(Ａ−ＫＣ)Ｘ*＋ＫＧy＋ＢＵ この数７３を前記数５９〜７２により規定される要素を
用いて具体的に表すと、下記数７４のようになる。
【０１３９】
【数７４】
【０１４０】ここで、オブザーバの極ｐ1,ｐ2,ｐ3を適
当な値（例えば、−２０程度の値）に選定すれば、推定
横加速度Ｇy*、推定ヨー加速度dγ/dt*及び推定ヨーレ
ートγ*は収束する。ただし、前記数７４中のフィード
バックゲインＫの要素ｋ1,ｋ2,ｋ3は下記数７５〜７８
により表される値である。
【０１４１】
【数７５】ｋ1＝ａ11＋ａ22＋ａ33−ｐ1−ｐ2−ｐ3
【０１４２】
【数７６】
【０１４３】
【数７７】
【０１４４】
【数７８】Ｋb＝ａ12 2ａ23−ａ13 2ａ32−ａ12ａ13ａ22
＋ａ12ａ13ａ33 ただし、ａ31＝ａ33＝０，ａ32＝１である。
【０１４５】このように構成したオブザーバにおいて
は、車両の前後速度Ｖx（いわゆる車速）、前輪舵角速
度dδf/dt、後輪舵角速度dδr/dt及び横加速度Ｇyを検
出して同オブザーバに入力し、前記数７４の状態方程式
を解けば、推定横加速度Ｇy*、推定ヨー加速度dγ/dt*
及び推定ヨーレートγ*を計算できる。この計算におい
て、補正係数αは、除算器１６、ローパスフィルタ１７
及びリミッタ１８の作用により、推定横加速度Ｇy*に対
する実横加速度Ｇy の比に計算される。したがって、こ
のオブザーバによれば、補正係数αにより補正したコー
ナリングパワーαｃp を用いて、車体の推定横加速度Ｇ
y*、推定ヨー加速度dγ/dt*及び推定ヨーレートγ*を精
度よく計算できる。
【０１４６】＜具体的実施例＞次に、上述したオブザー
バをプログラム処理により実現して車両に適用した具体
的実施例について説明する。この実施例は、図４に示す
ように、ヨーレートセンサ２４を除いて上記第１実施例
とハード的には同様に構成されているが、マイクロコン
ピュータ３０は図９のフローチャートに対応したプログ
ラムを内蔵のタイマの作用により所定時間Ｔ（演算周期
Ｔ）毎に繰り返し実行する。
【０１４７】このプログラムは図９のステップ３００に
て開始され、マイクロコンピュータ３０はステップ３０
２にて各センサ２１〜２３，２５から前後速度Ｖx 、前
輪舵角δf、後輪舵角δr及び横加速度Ｇyを入力し、ス
テップ３０３にて前輪舵角δf及び後輪舵角δrをそれぞ
れ時間微分して前輪舵角速度dδf/dt及び後輪舵角速度d
δr/dtを計算する。その後、上記第１実施例と同様に、
前後速度Ｖx が所定車速Ｖmin未満であれば、ステップ
３０４にて「ＮＯ」と判定して、ステップ３２８にて、
今回の推定横加速度Ｇy*iを前記入力した横加速度Ｇy
に、今回の推定ヨー加速度dγ/dt*iを「０」に、今回の
推定ヨーレートγ*iを「０」に、今回の補正係数αiを
「１」に設定する。その後、ステップ３２６にて、前回
の推定横加速度Ｇy*i-1、推定ヨー加速度dγ/dt*i-1、
推定ヨーレートγ*i-1、及び補正係数αi-1を、今回の
推定横加速度Ｇy*i、推定ヨー加速度dγ/dt*i、推定ヨ
ーレートγ*i、及び補正係数αiにそれぞれ更新して、
ステップ３３２にてプログラムの実行を終了する。
【０１４８】一方、前後速度Ｖxが所定車速Ｖmin 以上
であれば、ステップ３０４にて「ＹＥＳ」と判定して、
ステップ３０６にて前後速度Ｖx を用いた前記数６０〜
７０の演算の実行により要素ａ11,ａ12,ａ13,ａ21,
ａ22,ａ23,ａ31,ａ32,ａ33,ｂ11,ｂ12,ｂ21,ｂ22,ｂ31,
ｂ32を計算する。ただし、ａ31,ａ32,ａ33,ｂ31,ｂ32に
関しては、「０」又は「１」を設定するのみである。前
記ステップ３０６の処理後、ステップ３０８にて値Ｋb
（数７８参照）が「０」であるか否かを判定する。値Ｋ
bが「０」であれば、ステップ３０８にて「ＹＥＳ」と
判定して、ステップ３３０にて、今回の推定横加速度Ｇ
y*i、推定ヨー加速度dγ/dt*i、推定ヨーレートγ*i、
及び補正係数αiを、前回の推定横加速度Ｇy*i-1、推定
ヨー加速度dγ/dt*i-1、推定ヨーレートγ*i-1、及び補
正係数αi-1にそれぞれ設定し、ステップ３２６の更新
処理を経てプログラムの実行を終了する。なお、この場
合には、ステップ３２６の更新処理をスキップしてもよ
いことは上記第１実施例と同じである。
【０１４９】また、値Ｋbが「０」でなければ、ステッ
プ３０８にて「ＮＯ」と判定して、前記数７４〜７７の
演算により、ステップ３１０，３１２にてフィードバッ
クゲインＫの各要素ｋ1,ｋ2,ｋ3 、今回の推定横加速度
Ｇy*i、推定ヨー加速度dγ/dt*i及び推定ヨーレートγ*
iを計算する。次に、上記第１実施例と同様に、ステッ
プ３１４にて今回の補正係数αiを計算し、ステップ３
１６のローパスフィルタ処理、ステップ３１８〜３２４
の補正係数αiの上下限制限処理、並びにステップ３２
６の前回の各推定値Ｇy*i-1，dγ/dt*i-1，γ*i-1及び
補正係数αi-1の更新処理後、ステップ３３２にてプロ
グラムの実行を終了する。
【０１５０】その結果、この第３の具体的実施例におい
ても、上記第１実施例と同様な各種状況により前輪及び
後輪のコーナリングパワーｃp が変化しても、同コーナ
リングパワーｃpの変化が補正係数αiにより補正され、
同補正されたコーナリングパワーαfｃpiを用いて、推
定横加速度Ｇy* 、推定ヨー加速度dγ/dt*及び推定ヨー
レートγ*が計算されることになる。その結果、推定横
加速度Ｇy* 、推定ヨー加速度dγ/dt*及び推定ヨーレー
トγ*が精度よく計算され、これらのうちの推定横滑り
角β* を各種車両の制御に用いることができる。
【０１５１】なお、この第３実施例においては、前輪舵
角センサ２２及び後輪舵角センサ２３により前輪舵角δ
f及び後輪舵角δr をそれぞれ検出し、ステップ３０３
の処理によりこれらの各舵角δf，δrを時間微分して前
輪舵角速度dδf/dt及び後輪舵角速度dδr/dtを計算する
ようにした。しかし、前記各センサ２２，２３に代え
て、前輪舵角速度dδf/dt及び後輪舵角速度dδr/dtを直
接検出する前輪舵角速度センサ及び後輪舵角速度センサ
をそれぞれ設けるようにしてもよい。この場合、ステッ
プ３０２にて前輪舵角速度センサ及び後輪舵角速度セン
サから前輪舵角速度dδf/dt及び後輪舵角速度dδr/dtを
それぞれ入力するようにすればよく、これによれば前記
ステップ３０３の処理は不要となる。
【０１５２】ｄ．その他の変形例 なお、上記第１〜第３実施例においては後輪が操舵され
ることを前提としたが、後輪が操舵されない車両では後
輪舵角δr及び後輪舵角速度dδr/dtは常に「０」であ
り、この場合には上記第１〜第３実施例の後輪舵角δr
又は後輪舵角速度dδr/dtを固定値「０」として扱えば
よく、後輪舵角センサ２３も不要である。
【０１５３】また、上記第１〜第３実施例においては、
車両の横滑り角β、ヨーレートγ、横加速度Ｇy 、ヨー
加速度dγ/dtなどをオブザーバの状態変数として採用す
るようにしたが、車両の旋回に伴って変化する運動状態
量であれば、車両の横速度、横滑り角速度などの他の運
動状態量を前記状態変数として採用するようにしてもよ
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の解決原理を説明するためのブ
ロック図である。
【図２】 本発明の第２の解決原理を説明するためのブ
ロック図である。
【図３】 本発明の第１実施例に係る車両の旋回運動モ
デルに基づいて想定したオブザーバと、同オブザーバ内
のコーナリングパワーを補正するための補正回路のブロ
ック図である。
【図４】 本発明の第１〜第３の具体的実施例に係る車
両の旋回に伴って変化する運動状態量の推定装置のブロ
ック図である。
【図５】 本発明の第１実施例に係り、図４のマイクロ
コンピュータにて実行されるプログラムを表すフローチ
ャートである。
【図６】 本発明の第２実施例に係る車両の旋回運動モ
デルに基づいて想定したオブザーバと、同オブザーバ内
のコーナリングパワーを補正するための補正回路のブロ
ック図である。
【図７】 本発明の第２実施例に係り、図４のマイクロ
コンピュータにて実行されるプログラムを表すフローチ
ャートである。
【図８】 本発明の第３実施例に係る車両の旋回運動モ
デルに基づいて想定したオブザーバと、同オブザーバ内
のコーナリングパワーを補正するための補正回路のブロ
ック図である。
【図９】 本発明の第３実施例に係り、図４のマイクロ
コンピュータにて実行されるプログラムを表すフローチ
ャートである。
【図１０】 タイヤ特性の変化に起因したコーナリング
パワーの変化状態を示すグラフである。
【図１１】 路面摩擦係数の変化に起因したコーナリン
グパワーの変化状態を示すグラフである。
【符号の説明】
１ａ…車両の旋回運動モデル、１…オブザーバ、２…推
定値演算器、３…補正値演算器、１０…車両の旋回運動
モデル、１１…ゲイン演算器、１２…偏差演算器、１３
…微分器、１４…加算器、１５…乗算器、１６…除算
器、２１…車速センサ、２２…前輪舵角センサ、２３…
後輪舵角センサ、２４…ヨーレートセンサ、２５…横加
速度センサ、３０…マイクロコンピュータ、４０…車両
の旋回運動モデル、４１…ゲイン演算器、４２…偏差演
算器、４３，４４，４７…微分器、４５…推定コーナリ
ングフォース演算器、４６…実コーナリングフォース演
算器、４８…横滑り角速度演算器、５１…補正係数演算
器。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車輪の舵角変化を表す物理量を入力変数
    とするとともに、車両の旋回に伴って変化する少なくと
    も第１及び第２の運動状態量を状態変数とする車両の旋
    回運動モデルを含み、前記第１の運動状態量を参照入力
    とするオブザーバを想定し、同オブザーバの状態方程式
    に基づいて前記第１及び第２の運動状態量を推定する車
    両の旋回に伴って変化する運動状態量の推定方法におい
    て、 前記物理量、前記第１の運動状態量、並びに前記第１及
    び第２の運動状態量とは異なりかつ車両の旋回に伴って
    変化する第３の運動状態量を検出し、 前記オブザーバの状態方程式に基づいて推定した第１及
    び第２の運動状態量の少なくとも一方を用いて前記検出
    した第３の運動状態量と同じ運動状態量を推定演算し、 前記検出した第３の運動状態量と前記推定演算した第３
    の運動状態量とを用いて両第３の運動状態量の相違によ
    りコーナリングパワーのための連続した補正量を計算
    し、 前記計算した補正量で前記オブザーバの状態方程式にお
    けるコーナリングパワーに関係した要素を定量的に補正
    するようにしたことを特徴とする車両の旋回に伴って変
    化する運動状態量の推定方法。
  2. 【請求項２】 舵角を入力変数とするとともに横滑り角
    及びヨーレートを状態変数とする車両の旋回運動モデル
    を含みヨーレートを参照入力とするオブザーバを想定
    し、同オブザーバの状態方程式に基づいて横滑り角及び
    ヨーレートを推定する車両の旋回に伴って変化する運動
    状態量の推定方法において、 車両の前後速度、舵角、ヨーレート及び横加速度を検出
    し、 前記オブザーバの状態方程式に基づいて計算した推定横
    滑り角及び推定ヨーレートと前記検出した前後速度とに
    より推定横加速度を計算し、 前記検出した横加速度と前記計算した推定横加速度との
    比を補正係数として計算し、 前記計算した補正係数を前記オブザーバの状態方程式に
    おけるコーナリングパワーに関する因子に乗算するよう
    にしたことを特徴とする車両の旋回に伴って変化する運
    動状態量の推定方法。
  3. 【請求項３】 舵角を入力変数とするとともに横滑り角
    及びヨーレートを状態変数とする車両の旋回運動モデル
    を含みヨーレートを参照入力とするオブザーバを想定
    し、同オブザーバの状態方程式に基づいて横滑り角及び
    ヨーレートを推定する車両の旋回に伴って変化する運動
    状態量の推定方法において、 車両の前後速度、舵角、ヨーレート及び横加速度を検出
    し、 前記検出した前後速度、ヨーレート及び横加速度を用い
    て実コーナリングフォースを計算し、 前記オブザーバの状態方程式に基づいて計算した推定横
    滑り角及び推定ヨーレートと前記検出した前後速度とに
    より推定コーナリングフォースを計算し、 前記計算した実コーナリングフォースと推定コーナリン
    グフォースとの比を補正係数として計算し、 前記計算した補正係数を前記オブザーバの状態方程式の
    コーナリングパワーに関する因子に乗算するようにした
    ことを特徴とする車両の旋回に伴って変化する運動状態
    量の推定方法。
  4. 【請求項４】 車輪の舵角変化を表す物理量を入力変数
    とするとともに、車両の旋回に伴って変化する少なくと
    も第１及び第２の運動状態量を状態変数とする車両の旋
    回運動モデルを含み、前記第１の運動状態量を参照入力
    とするオブザーバを想定し、同オブザーバの状態方程式
    に基づいて前記第１及び第２の運動状態量を推定する車
    両の旋回に伴って変化する運動状態量の推定方法におい
    て、 前記物理量及び前記第１の運動状態量を検出し、 前記検出した第１の運動状態量と前記オブザーバの状態
    方程式に基づいて推定した第１の運動状態量とを用いて
    前記両第１の運動状態量の相違によりコーナリングパワ
    ーのための連続した補正量を計算し、 前記計算した補正量で前記オブザーバの状態方程式にお
    けるコーナリングパワーに関係した要素を定量的に補正
    するようにしたことを特徴とする車両の旋回に伴って変
    化する運動状態量の推定方法。
  5. 【請求項５】 舵角速度を入力変数とするとともに、少
    なくとも横加速度を状態変数とする車両の旋回運動モデ
    ルを含み、同横加速度を参照入力とするオブザーバを想
    定し、同オブザーバの状態方程式に基づいて少なくとも
    横加速度を含む車両の旋回に伴って変化する運動状態量
    を推定する車両の旋回に伴って変化する運動状態量の推
    定方法において、 車両の舵角速度及び横加速度を検出し、 前記検出した横加速度と前記オブザーバの状態方程式に
    基づいて推定した推定横加速度との比を補正係数として
    計算し、 前記計算した補正係数を前記オブザーバの状態方程式に
    おけるコーナリングパワーに関する因子に乗算するよう
    にしたことを特徴とする車両の旋回に伴って変化する運
    動状態量の推定方法。
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