JP4024187B2 - 荷重移動状態推定装置及びローリング状態推定装置 - Google Patents

荷重移動状態推定装置及びローリング状態推定装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重移動状態推定装置及びローリング状態推定装置に係り、より詳細には、左右車輪の荷重移動状態を推定する荷重移動状態推定装置及び車両のローリング状態を推定するローリング状態推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両のロール角およびロール角速度をパラメータとする二次元マップ上に、ロール角およびロール角速度が比較的大きい横転領域とロール角およびロール角速度が比較的小さい非横転領域とに分けると共に、横転領域と非横転領域との境界ライン（閾値ライン）を、車両の操舵角の変化方向に応じて、変化させ、車両の実際のロール角およびロール角速度の履歴ラインが境界ライン（閾値ライン）を横切ったときに車両が横転する可能性が有ると判定する車両の横転判定方法が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１-７１７８７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、車両の実際のロール角及びロール角速度を検出する必要があり、そのためのセンサーを設けなければならない。
【０００５】
本発明は、上記事実に鑑み成されたもので、ロール角及びロール角速度を検出することなく、左右車輪の荷重移動状態を推定する荷重移動状態推定装置及び車両のローリング状態を推定するローリング状態推定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため請求項１記載の発明にかかる左右車輪荷重移動状態推定装置は、左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値を推定または検出するセルフアライニングトルク合成値推定・検出手段と、前記左右車輪に荷重移動がない場合の前記左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値であるセルフアライニングトルクモデル値を演算するセルフアライニングモデル値演算手段と、前記セルフアライニングトルク推定・検出手段で推定または検出されたセルフアライニングトルクの合成値と、前記セルフアライニングモデル値演算手段で演算されたセルフアライニングトルクモデル値と、に基づいて、前記左右車輪の荷重移動状態を推定する荷重移動状態推定手段と、を備えている。
【０００７】
即ち、本発明のセルフアライニングトルク合成値推定・検出手段は、左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値を推定または検出する。
【０００８】
セルフアライニングモデル値演算手段は、左右車輪に荷重移動がない場合の左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値であるセルフアライニングトルクモデル値を演算する。
【０００９】
なお、請求項２記載の発明のように、車輪のスリップ角を推定するスリップ角推定手段を備え、セルフアライニングモデル値演算手段は、スリップ角推定手段により推定されたスリップ角に基づいて、セルフアライニングモデル値を推定するようにしてもよい。なお、車輪のスリップ角に代えて、車輪の横力を用いるようにしてもよい。即ち、車輪の横力を推定する横力推定手段を備え、セルフアライニングモデル値演算手段は、横力推定手段により推定された横力に基づいて、セルフアライニングモデル値を推定するようにしてもよい。つまり、前記車輪に発生する横方向状態量を演算する横方向状態量演算手段を備え、セルフアライニングモデル値演算手段は、横方向状態量演算手段により演算された横方向状態量に基づいて、セルフアライニングモデル値を推定するようにしてもよい。
【００１０】
上記のように、セルフアライニングトルクモデル値は、左右車輪に荷重移動がない場合の左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値である。一方、左右車輪に荷重移動があった場合には、左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値には、左右車輪に荷重移動の影響が及び、左右車輪に荷重移動がない場合に比べてセルフアライニングトルクの合成値は、大きくなる。従って、左右車輪に荷重移動がない場合の左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値と、左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値と、から、左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値への左右車輪の荷重移動の影響を把握することができる。
【００１１】
以上説明したように、左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値と、左右車輪に荷重移動がない場合のセルフアライニングトルクの合成値と、を用いれば、ロール角及びロール角速度を検出することなく、左右車輪の荷重移動状態を推定することができる。
【００１２】
そこで、荷重移動状態推定手段は、セルフアライニングトルク推定・検出手段で推定または検出されたセルフアライニングトルクの合成値と、セルフアライニングモデル値演算手段で演算されたセルフアライニングトルクモデル値と、に基づいて、左右車輪の荷重移動状態を推定する。
【００１３】
請求項３記載の発明にかかる車両ローリング状態推定装置は、左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値を推定または検出するセルフアライニングトルク合成値推定・検出手段と、前記左右車輪に荷重移動がない場合の前記左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値であるセルフアライニングトルクモデル値を演算するセルフアライニングモデル値演算手段と、前記セルフアライニングトルク推定・検出手段で推定または検出されたセルフアライニングトルクの合成値と、前記セルフアライニングモデル値演算手段で演算されたセルフアライニングトルクモデル値と、に基づいて、前記左右車輪の荷重移動状態を推定する荷重移動状態推定手段と、前記荷重移動状態推定手段により推定された荷重移動状態に基づいて、車両のローリング状態を推定するローリング状態推定手段と、を含む。
【００１４】
即ち、上記請求項１記載の発明のように、本発明の荷重移動状態推定手段は、セルフアライニングトルク推定・検出手段で推定または検出されたセルフアライニングトルクの合成値と、セルフアライニングモデル値演算手段で演算されたセルフアライニングトルクモデル値と、に基づいて、左右車輪の荷重移動状態を推定する。
【００１５】
ここで、左右車輪の荷重移動状態が分かると、ロール角及びロール角速度を検出することなく、この荷重移動状態から車両のローリング状態が分かる。
【００１６】
そこで、ローリング状態推定手段は、荷重移動状態推定手段により推定された荷重移動状態に基づいて、車両のローリング状態を推定する。
【００１７】
ここで、ローリング状態推定手段は、請求項４に記載のように、車両のローリング状態として、車両の横転状態を推定するようにしてもよい。
【００１８】
なお、ローリング状態推定手段は、請求項５に記載のように、荷重移動状態推定手段により推定された荷重移動状態の変化状態及び荷重移動状態に基づいて、車両のローリング状態を推定するようにしてもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２０】
図１に示すように、荷重移動状態推定装置を含む車両ローリング状態推定装置は、左右車輪（本実施の形態では左右の前輪）各々の接地面に発生するセルフアライニングトルク（ＳＡＴ）の合成値を推定する、セルフアライニングトルク合成値推定・検出手段としてのＳＡＴ推定器１２と、車速及び操舵角を検出し、検出した車速及び操舵角から車輪のスリップ角を演算する、スリップ角推定手段としてのスリップ角演算器１４と、スリップ角演算器１４により演算されたスリップ角に基づいて、左右車輪に荷重移動がない場合の左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値であるセルフアライニングモデル値を推定する、セルフアライニングモデル値演算手段としてのＳＡＴモデル値演算器１６と、左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値と、セルフアライニングトルクモデル値と、に基づいて、左右車輪の荷重移動状態を推定する、荷重移動状態推定手段としての荷重移動率推定器１８と、推定された荷重移動状態に基づいて、車両のローリング状態としての車両横転を推定する、ローリング状態推定手段としての車両横転推定器２０と、を備えている。
【００２１】
次に、左右車輪の荷重移動状態及び車両の横転の推定原理を説明する。
【００２２】
車輪単体のＳＡＴは、次式のように記述できることが知られている（安部：自動車の運動と制御、37/39、山海堂（1992））。
【００２３】
【数１】
Figure 0004024187
【００２４】
ただし、l：接地長、cf：コーナリングパワー、α：スリップ角、ε：グリップ余裕度（グリップ度）であり、
【００２５】
【数２】
Figure 0004024187
【００２６】
が成立する。ただし、Fy：横力、μ：路面摩擦係数（μ）、Fz：接地荷重である。
【００２７】
ところで、荷重変化時には、接地長は荷重の平方根に比例して長くなるとともに、コーナリングパワーは荷重に比例して大きくなる、すなわち、
【００２８】
【数３】
Figure 0004024187
【００２９】
と記述できる。ただし、０は非荷重移動状態の値を表している。また、横力は、荷重に比例して発生すると近似できることから、左右輪のグリップ余裕度は、荷重移動に関わらず一定であると考えることができる。このため、ハンドル軸に伝達される左右２輪分のＳＡＴ（左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値）は、
【００３０】
【数４】
Figure 0004024187
【００３１】
と記述される。ただし、接地長、タイヤ剛性に関するl、rの添え字は、左右輪を意味している。また、 ghは、トータルステアリングギヤ比である。さらに、Δは、前輪左右輪の荷重変動率、すなわち
【００３２】
【数５】
Figure 0004024187
【００３３】
を表している。ここで、左右２輪間に荷重移動が生じない場合のハンドル軸に伝達される左右２輪分のＳＡＴをＳＡＴモデル値Ts0（左右車輪に荷重移動がない場合の左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値）として設定すると、
【００３４】
【数６】
Figure 0004024187
【００３５】
となる。一方、横力は、スリップ角の関数として、
【００３６】
【数７】
Figure 0004024187
【００３７】
と記述できる（安部：自動車の運動と制御、37/39、山海堂（1992））ことから、グリップ余裕度は、(2)式に(8)、(9)式を代入することによって、
【００３８】
【数８】
Figure 0004024187
【００３９】
と表される。したがって、μを車両横転の危惧される高μの値に設定すれば、(10)式よりスリップ角からグリップ余裕度を演算することができ、これを(7)式に代入することによってＳＡＴモデル値を演算することができる。なお、ここでは、スリップ角からグリップ余裕度の推定を行ったが、横力推定値
【００４０】
【数９】
Figure 0004024187
【００４１】
から
【００４２】
【数１０】
Figure 0004024187
【００４３】
として演算しても良い。
【００４４】
そして、ハンドル軸に伝達される左右２輪分のＳＡＴとＳＡＴモデル値の比γは、
【００４５】
【数１１】
Figure 0004024187
【００４６】
となる。したがって、(12)式をΔについて解くことによってＳＡＴ推定値とＳＡＴモデル値の比から荷重移動率を求めることができる。
【００４７】
ここで、図２は、(12)式を荷重移動率について解いた結果である。ＳＡＴ推定値とＳＡＴモデル値の比γが例えば1.3以上になった場合、荷重移動率は0.87以上となり左右２輪間の荷重移動量が大きく横転の危険性があることがわかる。即ち、荷重移動率から車両のローリング状態、即ち、例えば、車両の横転状態を推定することができる。
【００４８】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００４９】
ＳＡＴ推定器１２は、図示しないハンドルに取り付けられたトルクセンサによって検出されたドライバの操舵トルクと電動パワステの電流値にトルク定数を乗じて算出されたアシストトルクの和から操舵系の摩擦を除去して路面とタイヤ間で発生するＳＡＴを推定する。これにより、上記（５）式のＴsが得られる。
【００５０】
摩擦除去の演算は、以下のロジックによって行われる。図３（Ａ）の２本の直線の幅は、操舵系の摩擦によって生じたヒステリシスの大きさを表したものであり、それぞれの直線の傾きは1である。図３（Ｂ）は、摩擦除去演算の方法を示すものである。操舵トルクとアシストトルクの和、スリップ角ともに０となる直進状態では、ヒステリシス特性は発生しておらず、このときのＳＡＴ推定値は０を出力する。つぎに操舵が行われ、ＳＡＴが発生した場合、ＳＡＴ推定値は、操舵トルクとアシストトルクの和に対しK1の傾きで演算される。コンピュータ内では、離散化されたロジックにより、
【００５１】
【数１２】
Figure 0004024187
【００５２】
と演算される。ただし、TSATは、ＳＡＴ推定値、TDAは、操舵トルクとアシストトルクの和である。この傾きK1は、1に比較して小さく設定されており、クーロン摩擦などによって操舵トルクとアシストトルクの和が変動してもＳＡＴ推定値の変動は小さいことを表現するものである。さらに、操舵が行われ、(13)によるＳＡＴ推定値の演算値が図３（Ｂ）におけるＡ点まで達し、さらに操舵トルクとアシストトルクの和が増加する場合には、モデルの下限に沿って次式に従って増加する。
【００５３】
【数１３】
Figure 0004024187
【００５４】
また、さらに操舵が行われてＢ点まで達したところで切り増しが終了し、操舵トルクとアシストトルクの和が減少し始めた場合には、傾きK1で(13)式に従ってＳＡＴ推定値は減少する。この領域では、操舵トルクとアシストトルクの和の変動に対し、ＳＡＴ推定値の変動は小さくなるように設定されている。これは、旋回時の保舵状態においてドライバの操舵力を多少変化させてもパワステシステムのクーロン摩擦などの影響によってＳＡＴ推定値には影響が現れないことを表現したものである。なお、Ｂ点からＳＡＴの減少によって到達したＣ点において再び操舵トルクとアシストトルクの和が増加する場合には、(13)式に従いＢ点に向かってＳＡＴ推定値は増加する。また、切戻しによりＣ点からさらにＳＡＴ操舵トルクとアシストトルクの和が減少し、モデル上限に達した場合には、ＳＡＴ推定値は上限に沿って(14)式に従って減少する。
【００５５】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、高μ路面走行時の操舵トルクとアシストトルクの和とこの値から(13)、(14)式に基づいてヒステリシス特性を除去したＳＡＴ推定値を示したものである。摩擦除去の効果によって、クーロン摩擦などの影響と考えられる保舵時の変動がほぼ補償されていることがわかる。
【００５６】
スリップ角演算器１４は、車速と操舵角から車両線形モデルに基づき前輪スリップ角を演算する。
【００５７】
【数１４】
Figure 0004024187
【００５８】
ただし、v：横速度（m/s）、r：ヨーレート（rad/s）、αE：前輪スリップ角推定値（rad）、u：車速（m/s）、cf、cr：前後輪コーナリングパワー（N/rad）、Lf、Lr：前後軸重心間距離（m）、M：車両質量（kg）、Iz：ヨー慣性（kgm2）、gh：ハンドル実舵間ギヤ比、θp：ハンドル角である。 (15)、(16)式をサンプル時間τで離散化し、車速の関数として表現すると、
【００５９】
【数１５】
Figure 0004024187
【００６０】
という形式で表現される。
【００６１】
ＳＡＴモデル値演算器１６は、左右輪に荷重移動がない場合のＳＡＴをスリップ角に基づき(7)、(10)式にしたがって演算する。
【００６２】
荷重移動量推定器１８は、ＳＡＴ推定値とＳＡＴモデル値の比γを計算し、比γから、図２のマップを利用して、旋回に伴う左右輪間の荷重移動率を推定する。
【００６３】
車両横転推定器２０は、荷重移動率が一定値（例えば、０．８７）以上の値を示したときに車両が横転する可能性が高いと判定する。
【００６４】
なお、車両横転推定器２０は、荷重移動率に加えて荷重移動率の変化速度に基づいて車両の横転の可能性を例えば、図５のマップに基づいて判定することもできる。このように、荷重移動率に加えて荷重移動率の変化速度に基づいて車両の横転の可能性を判定すると、荷重移動率のみに基づいて判定する場合に比較してより高精度に推定することが可能となる。
【００６５】
以上説明したように本実施の形態では、ハンドル軸に伝達される左右２輪分のＳＡＴと、左右車輪に荷重移動がない場合の左右２輪間に荷重移動が生じない場合のハンドル軸に伝達される左右２輪分のＳＡＴと、を用いているので、ロール角及びロール角速度を検出することなく、左右車輪の荷重移動状態を推定することができ、更には、ロール角及びロール角速度を検出することなく、車両の横転を推定することができる。
【００６６】
前述した実施の形態では、車輪のスリップ角を用いているが、本発明はこれに限定されず、車輪の横力を用いるようにしてもよい。
【００６７】
また、前述した実施の形態では、前輪のスリップ角を用いて、左右の前輪各々のセルフアライニングトルクの合成値を検出しているが、本発明はこれに限定されず、後輪のスリップ角を用いて、左右の前輪各々のセルフアライニングトルクの合成値を検出するようにしてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値と、左右車輪に荷重移動がない場合のセルフアライニングトルクの合成値と、を用いているので、ロール角及びロール角速度を検出することなく、左右車輪の荷重移動状態を推定することができる、という効果を有する。
【００６９】
また、本発明は、左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値と、左右車輪に荷重移動がない場合のセルフアライニングトルクの合成値と、を用いているので、ロール角及びロール角速度を検出することなく、車両のローリング状態を推定することができる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る車両横転推定装置のブロック図である。
【図２】ハンドル軸に伝達される左右２輪分のＳＡＴと左右２輪間に荷重移動が生じない場合のハンドル軸に伝達される左右２輪分のＳＡＴをＳＡＴモデル値との比γと、左右車輪の荷重移動率と、の関係を示したグラフである。
【図３】（Ａ）は、ＳＡＴ推定値の上下限を示した図であり、（Ｂ）は、ＳＡＴ推定値の演算方法を説明する図である。
【図４】ヒステリシス特性除去の効果を説明する説明図である。
【図５】車両の横転を推定するための、荷重移動率と荷重移動率の変化速度との関係を示したマップである。
【符号の説明】
１２ ＳＡＴ推定器
１４ スリップ各演算器
１６ ＳＡＴモデル値演算器
１８ 荷重移動率推定器
２０ 車両横転推定器

Claims (5)

  1. 左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値を推定または検出するセルフアライニングトルク合成値推定・検出手段と、
    前記左右車輪に荷重移動がない場合の前記左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値であるセルフアライニングトルクモデル値を演算するセルフアライニングモデル値演算手段と、
    前記セルフアライニングトルク推定・検出手段で推定または検出されたセルフアライニングトルクの合成値と、前記セルフアライニングモデル値演算手段で演算されたセルフアライニングトルクモデル値と、に基づいて、前記左右車輪の荷重移動状態を推定する荷重移動状態推定手段と、
    を備えた左右車輪荷重移動状態推定装置。
  2. 前記車輪のスリップ角を推定するスリップ角推定手段を備え、
    前記セルフアライニングモデル値演算手段は、前記スリップ角推定手段により推定されたスリップ角に基づいて、前記セルフアライニングモデル値を推定する、
    請求項１記載の左右車輪荷重移動状態推定装置。
  3. 左右車輪各々の接地面に発生するセルフアライニングトルクの合成値を推定または検出するセルフアライニングトルク合成値推定・検出手段と、
    前記左右車輪に荷重移動がない場合の前記左右車輪各々のセルフアライニングトルクの合成値であるセルフアライニングトルクモデル値を演算するセルフアライニングモデル値演算手段と、
    前記セルフアライニングトルク推定・検出手段で推定または検出されたセルフアライニングトルクの合成値と、前記セルフアライニングモデル値演算手段で演算されたセルフアライニングトルクモデル値と、に基づいて、前記左右車輪の荷重移動状態を推定する荷重移動状態推定手段と、
    前記荷重移動状態推定手段により推定された荷重移動状態に基づいて、車両のローリング状態を推定するローリング状態推定手段と、
    を含む車両ローリング状態推定装置。
  4. 前記ローリング状態推定手段は、前記車両のローリング状態として、前記車両の横転状態を推定することを特徴とする請求項３記載の車両ローリング状態推定装置。
  5. 前記ローリング状態推定手段は、前記荷重移動状態推定手段により推定された荷重移動状態の変化状態及び前記荷重移動状態に基づいて、前記車両のローリング状態を推定する請求項３又は請求項４記載の車両ローリング状態推定装置。
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