JPS62160960A - 車両運動状態量推定装置 - Google Patents

車両運動状態量推定装置

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JPS62160960A
JPS62160960A JP61001978A JP197886A JPS62160960A JP S62160960 A JPS62160960 A JP S62160960A JP 61001978 A JP61001978 A JP 61001978A JP 197886 A JP197886 A JP 197886A JP S62160960 A JPS62160960 A JP S62160960A
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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、予め想定された車両モデルにより、車両の
運動状り量を推定して求める車両運動状態量推定装置に
関する。
（従来の技術） 従来、車両の運動状態量を検出する装置としては、ヨー
レートセンサや横加速度センサ等の実測の容易な運動状
態量を検出する装置のみしか実現あるいは提案されてい
なかった。
（発明が解決しようとする問題点） しかし７ながら、近年の車両の電子制御技術の向上に伴
って、多種多様な運動状態量の検出が必要となって来た
のに反して、運動状態量には実測の困難なものが多（、
これらのセンシング装置は実現されていない。また、１
つの運動状態量に対して１つのセンシング装置を設ける
と、多種の運動状態量を必要とする場合には、センシン
グ装置の数が多数となり、車載が困難となる虞れもある
。
そこで、本願出願人は、先に、特願昭６０−６０５５８
号にお℃・て、車両の運動特性を車両諸元や車両運動方
程式によって数学モデルとして設定した車両モデルを用
いて、演算により正画の運動状態量を求めるようにした
装置を提案している。
この装置によれば、ステアリングツ・ンドルの慄舵角と
車速を、各々のセンサで検出して上記車両゛モデルへ与
えることで、ヨー運動や横方向運動等の種々の運動状態
量を、センサを用いずに求めることができる。
ところが、このような車両モデルを用℃・て種々の車両
運動状態量を求めるには、演算精度を高くするために、 （１）車両モデルのモデリング精度が高いこと、すなわ
ち、多自由度モデルとする必要がある。
（２）特に、ディジタル演算で積分を行う場合には、１
パ積分間隔が短（、積分誤差が少ないことが望ましい。
等の条件が付く。
しかし、一般に、束載用のマイクロコンピュータは、演
算能力が比較的少ないため、上述の条件１を全て満足す
ることは困難である。すなわち、上記の条件を満足する
には、演算時間が長（なり、車両運動状ｔｌｅｆの演算
をリアルタイムで行えなくなってしまう。
そこで、演算時間の制約を受けないアナログ演−・・算
器を用いて上記の演算を行うことが考えられる”が、ア
ナログ演算器は、ダイナミックレンジを大きくすること
やノイズマージンを確保することが困難である。このた
め、非線形方程式や時変微分方程式をアナログ演算器で
演算することが難しい。
（問題点を解決するための手段） この発明は、上記問題点を解決するために、前述のよう
な車両モデルを用いて車両運動状態量を求める車両運動
状態量推定装置において、前記車両モデルを構成する複
数の車両運動方程式のうち、１′″少なくとも、非線形
もしくは、時変微分方程式の演算をディジタル演算によ
って行うディジタル演算部と、前記複数の也両運動方程
式のうち、前記ディジタル演算部で演算される方程式以
外の方程式をアナログ演算により行うアナログ演算部と
を（具備するものである。
（作用） 本発明は、上記のように、アナログ演算器では演算する
ことが困難な、非線形もしくは時変微分方程式の演算に
ついては、ディジタル演算部を用−・・いて、ディジタ
ル演算を行うとともに、残りの車両運動状態量について
は、アナログ演算部あるいはディジタル演算部の何れか
を用いて演算することで、ディジタル演算部の演算量の
負担を軽減するとともに、アナログ演算を並行して行う
ことで、−゛演算時間を短縮できる。
（実施例） 本発明の一実施例の構成を第１図に示す。
本実施例は、ステアリングハンドル（図示略）の操舵角
θＳと車速Ｖとを、それぞれ操舵角セン　１′”す６お
よび甫速センサ７で検出し、これらの操舵角θ８および
車速Ｖを、車両モデルに与えて、ヨーレートや横すべり
角等の所望の運動状態量を推定により求めるものである
。
上記車両モデルは、車両諸元および複数の車両１・運動
方和式によって数学モデルとして設定されており、アナ
ログ演算回路で構成されるステア系モデル１とローリン
グモデル２．およびマイクロコンピュータ５内に設けら
れた２自由度近似（ヨーと横の２自由度）の直両運動モ
デルによって、計・・４自由度の車両モデルとなってい
る。
ステア系モデル１は、操舵角センサ６で検出されるステ
アリングハンドルの操舵角θＳと、マイクロコンピュー
タ５で推定によって求められた復元トルクＭＦをＤ／Ａ
コンバータ４を介してアナローブ信号化した信号を入力
して、ステア系モデルを用いて前輪舵角δＦを推定する
。この前輪舵角りを表わすアナログ信号は、Ａ／Ｄコン
バータ８を介してディジタル信号に変換されてマイクロ
コンピュータ５へ入力される。
ローリングモデル２には、Ｄ／Ａコンバータ４を介して
マイクロコンピュータ５から推定によって求められた横
加速度αを表わすディジタル信云がアナログ信号に変換
して入力されている。そして、ローリングモデル２は、
入力された横加速度αの１・信号をローリングモデルに
与えて、ロール角φを推定する。このロール角φを表わ
す信号は、Ａ／Ｄコンバータ８を介してディジタル信号
に変換されテ、マイクロコンピュータ５へ人力される。
マイクロコンピュータ５は、Ａ／Ｄコンバータ８−・・
を介して入力される前輪舵角δＦとロール角φを゛表わ
すディジタル信号と、車速センサ７で検出される車速Ｖ
の検出信号を入力して、前記２自由度近似屯両運動モデ
ルを用℃・て、上記復元トルクと横加速度αを推定する
とともに、ヨーレートや横□すべり角等の所望の直両運
動状態量を推定し、これらの推定値ジを出力する。
４自由度車両モデルを車両運動方程式で表わすと次のよ
うになる。
（但し、ＭＦ　＝　２　（ξ、＋ξ。）ＣＦである）工
ｚψ＝　２　ＬＦＣＦ−２ＬＲＧＲ・・・（２）Ｍ（ｖ
ｙ＋ｖ・ψ）＝２ＣＦ＋２ＯＲ・・・（８）　ｌ（但し
、ＣＦ”ＫＦβＦ　、ｃＲ＝ＫＲβ、。
βＦ＝δＦ　”　Ｒ８Ｆ　’φ−（Ｖ、　＋ＬＦｉ　）
／Ｖ　。
βＲ”　Ｒ２Ｈ”φ−（Ｖｙ−ＬＲ９）　）　／Ｖであ
る）Ｘｚφ＝−Ｃφａ−にφ−φ＋（ＨＩ！−Ｈ，）Ｍ
ｃｔ　　　−（４）（但し、α＝ξ＋Ｖ・ψである） ここで、 Ｍ：質量 工ｚ：ヨー慣性 ＬＦ：前軸と重心間の距離 ＬＲ：後軸と重心間の距離 ＫＦ：前輪コーナリングパワー ＫＲ：後輪コーナリングパワー Ｎニステアリングギヤ比 工に＝キングピン廻りのイナーシャ ＤＫ＝キングピン廻りの粘性係数 Ｋｓ：タイヤ側から見たステアリング剛性ξＮ：ニュー
マチックトレール ξＧ＝キャスタートレール エＸ：ロール慣性 Ｃφ：ローリング運動粘性係数 にφ：ロール剛性 Ｒ８Ｆ：フロント・ロール・ステア係数〔ｒａｄ／、ａ
ｄ〕Ｒ８Ｒ’リア・ロール・ステア係数〔ｒａｄ／ｒａ
ｄ〕−゛Ｈ，！９：重心高 Ｈφ：ロール・センタ高 ψ　：ヨーレート ψ　：ヨー角加速度 ■ｙ：横方向速度 ■ｙ：横方向並進加速度 β　：重心点横すべり角 ＣＦ：前輪コーナリングフォース ＯＲ＝後輪コーナリングフォース βＦ：前輪タイヤ横すべり角 βＲ：後輪タイヤ横すべり角 である。
そして、前記（１）式が、キングピン廻りの運動１桿式
であり、前記ステア系モデル１を構成する方程式である
。また、（４）式は、ローリング運動Ｉ゛方穆式であり
、前記ローリングモデル２を構成する方程式である。（
１１）式はヨーイング運動方程式、（８）式は横方向運
動力模式であり、前記２自由度近似車両運動モデルを構
成する方程式である。
上記ステア系モデル１について側に説明すると、−・・
前記（２）式において、操舵角θＳとタイヤから入　１
カされる復元力ＭＦを入力と考えて状態方程式を立てる
と次のようになる。
甑　　△、　汐　　１Ｂ、　　　１１゜ここで、行列Ａ
、、Ｈの要素は、全て、車両諸元により決定される値で
あるから、ステア系モデ１″ル、すなわち、前記（１）
式は、時不変線形方程式である。従って、この（１）式
を演算する回路は、アナログ演算回路を用いて構成する
ことができる。
このステア系モデル１の構成をブロック線図で表わすと
第２図のようになる。また、具体的なアｌ゛ナログ回路
で構成した回路の一例を第８図に示す。
次にローリングモデル２について更に説明すると、前記
（４）式において、ローリング運動における入力を重心
点に働（横加速度αと考えて状態方程式を立てると次の
ようになる。
Ｘ　　　　Ａ　　　Ｘ２．　　　Ｂ２　　　Ｌｔ２ここ
で、やはり、行列Ａ２．Ｂ２の要素は、全て車両諸元に
より決定される値であるから、ローリングモデルも時不
変線形であることになり、前記（４）式を演算する回路
は、アナログ演算回路を用いて構成することができる。
このローリングモデル２の構成をブロック線図で表わす
と、第４図のようになる。また、具体的なアナログ回路
で構成した回路の一例を第５図に示す。
次Ｋ、２自由度近似車両運動モデルについて更１）に説
明すると、前記（２）　、　（８）式において、前輪舵
角δＦ　、　ｆｆＤ輪ロールステアＲ８Ｆ・φ、後輪ロ
ールステアＲ８Ｒ・φを入力と考えて状態方程式を立て
ると次のようになる。
Ｘ３　　　　　　　　　ム、　　　　　　　χ３ここで
、行列Ａ３の各要素には、車速Ｖが含まれ′ており、車
速Ｖは、時間と共に変化する時変数である。従って、ヨ
ーイング運動と横方向運動の２自由度平面運動をシミュ
レートする２自由度近似庫両運動モデルは、時変系であ
る。このため、前記（ｇ）　、　（８）式は、アナログ
演算回路を用いて演算２・・することは困難であり、本
実施例のように、マイクロコンピュータ５を用いてディ
ジタル演算によって演算することが必要となる。
この理由を説明すると、時変系の方程式を演算する場合
には、パラメータ（ここでは、上記行列Ａ２の各要素）
の変化幅が大きくなる可能性があるため、アナログ演算
回路のように、限られたダイナミックレンジのものでは
、精度良（演算することが困難であるためである。
これに対し、ディジタル演算回路の場合には、ｊ′□１
データ当りのｂｉｔ長を十分長（とることで、十分大き
なダイナミックレンジを確保できるので、上記のような
時変系の方程式を精度良く演算することができる。
上述のように、本実施例では、４自由度の厄両１モデル
を構成する車両運動方程式のうち、時変微分方御式であ
るヨーイング運動方程式と横方向運動方程式をマイクロ
コンピュータ５を用いたディジタル演算で解き、時不変
線形の方程式であるキングピン廻りの運動方程式とロー
リング運動男根−・・式を、アナログ演算回路で解くよ
うに構成したこ゛とで、マイクロコンピュータ５で行う
演算の負担を軽減して演算速度を速くでき、かつ、アナ
ログ演算回路では精度が低下する演算については、マイ
クロコンピュータ５で行うことで、全体として高速、高
精度の運動状態量の推定演算が行える。
特に、ステア系の運動は、平面運動（ヨーイング運動と
横方向運動）やローリング運動の固有振動数が１　”−
２Ｈｚであるのに対し、その固有振動数は約８０　Ｈ２
と大きい。このため、仮に、ステ　゛パア系モデル１を
ディジタル演算で行う場合に、アナログ演算で行う場合
と同一レベルの精度を確保するためには、平面運動を演
算する場合に比して１０倍以上の演算速度が必要になる
。
これに対して、アナログ演算回路は、連続系で１゛ある
ため、上記固有振動数の大小は、全（影響しないので好
適である。
なお、上記マイクロコンピュータ５は、　ＴＴＬＩＯ等
のディジタル演亘素子を用いた工Ｃ杉のディジタル演算
回路で構成することも可能であり、この−・”場合の回
路構成をブロック図で示すと第６図のよ“うになる。
また、上記実施例では、ローリングモデル２をアナログ
演算回路で構成した例を示したが、これは、ディジタル
演算で行うことも可能である。
さらに、本発明は、上記実施例のように、４自由度の車
両モデルを具備するものに限定されることはな（，５自
由度以上の多自由度車両モデルを具備するものであって
も良い（勿論、２または８自由度でも良い）。この場合
、時変系の微分方稈゛□式で表わされる車両の平面運動
については、ディジタル演算を行うようにすることは言
うまでもない。
また、本発明は、本願出願人が、先に、特願昭６０−１
４８８４０号で提案した癒両運動状態推定装装置のよう
に、車両モデルの運動特性と実際の車両の運動特性との
誤差を修正するために、ヨーレートや横加速度等の車両
運動状態量をセンサで検出し、この検出した車両運動状
態量を用いて、上記車両モデルのパラメータ同定を行う
ようにすることも　□できる。
さらに、本発明は、本願出願人が先に、特願昭５９−１
４７０１８号や特願昭５９−１８８１５８号等で提案し
ている車両用操舵制御装置のような、車両モデルを用い
て車両運動状態量を推定し、この車両運動状ｋｉｔの推
定値を自軍で実現するように車輪の舵角を制御する装置
に適用でざる。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明は、予め設定された
車両モデルを用いて、演算により車両の１゛″運動状態
蛍を求めるようにしたことで、複数の車両運動状態蓋を
多（のセンサを用いることなく求めることができ、単一
の運動状態量のセンシング装置を複数備えることと同等
の性能を有することになる。また、センシングの困難な
運動状態量を゛も容易に求めることができる。
さらに、本発明は、前記車両モデルを構成する複数の車
両運動方程式を解く演算部として、ディジタル演算部と
アナログ演算部の両者を具備し、アナログ演算器では、
演算することが困難な、非・・線形もしくは、時変微分
方程式の演算についてはミデイジタル演算部を用いて、
ディジタル演算を行うとともに、残りの車両運動方程式
については、アナログ演算部あるいはディジタル演算部
の何れかを用いて演算することで、ディジタル演算部の
一゛演算量の負担を軽減するとともに、アナログ演算を
並行して行うことで、演算時間を短縮できる。
これにより、高精度かつ高速の演算が可能となり、車載
用のマイクロコンピュータを用いた装置でも、十分に、
車両運動状態の変化に追従して、演算す□ることか可能
となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の構成図、 第２図は第１図中のステア系モデルの構成を示すブロッ
ク線図、 第８図は同ステア系モデルの具体的回路構成の一例を示
す回路図、 第４図は第１図中のローリングモデルの構成を示すブロ
ック線図、 第５図は同ローリングモデルの具体的回路構成・・の−
例を示す回路図、 第６図は第１図中のマイクロコンピユータケＩＣ形のデ
ィジタル回路で構成した場合の回路構成を示すブロック
図である。 ｌ・・・ステア系モデル（アナログ演算部）、２・・・
ローリングモデル（アナログ演算部）８・・・Ａ／Ｄコ
ンバータ ４・・・Ｄ／Ａコンバータ ５・・・マイクロコンピュータ（ディジタル演算部）６
・・・操舵角センサ　　　７・・・取運センサα・・・
横加速度　　　　　φ・・・ロール角δＦ・・・前輪舵
角　　　　　ＭＦ・・・復元トルクθＳ・・・操舵角　
　　　　　Ｖ・・・車速Ｓ１・・・車両運動状態量推定
値 第２図 第４図 手　　続　　補　　正　　書 昭和６１年３月６日 特許庁長官　　宇　　賀　　道　　部　　殿１、事件の
表示 昭和６１年特許願第１９７８号 ２、発明の名称 車両運動状態量推定装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （８９９）日産自動車株式会社 ４、代理人

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １．　予め車両諸元および複数の車両運動方程式によっ
    て数学モデルとして設定された車両モデルを用いて、車
    両運動状態量を演算により求める車両運動状態量推定装
    置において、 前記複数の車両運動方程式のうち、少なくとも、非線形
    もしくは時変微分方程式の演算をデイジタル演算によっ
    て行うデイジタル演算部と、 前記複数の直両運動方程式のうち、前記デイジタル演算
    部で演算される方程式以外の方程式をアナログ演算によ
    り行うアナログ演算部とを具備することを特徴とする車
    両運動状態量推定装置。
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