JP2024098541A - Vehicle zero moment point calculation device - Google Patents
Vehicle zero moment point calculation device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024098541A JP2024098541A JP2023002085A JP2023002085A JP2024098541A JP 2024098541 A JP2024098541 A JP 2024098541A JP 2023002085 A JP2023002085 A JP 2023002085A JP 2023002085 A JP2023002085 A JP 2023002085A JP 2024098541 A JP2024098541 A JP 2024098541A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- vehicle
- moment point
- zero moment
- angular velocity
- pass filter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)
Abstract
【課題】サスペンションで吸収される、車両のロール共振周波数及びピッチ共振周波数より大きい周波数の振動の影響を低減して、車両のゼロモーメントポイントの位置を演算する。【解決手段】加速度センサ12は、車両前後方向(X軸方向)、車幅方向(Y軸方向)、及び高さ方向(Z軸方向)における車両の重心Cの加速度を検出する。角速度センサ14は、X、Y、及びZ軸周りにおける重心Cの角速度を検出する。ローパスフィルタ16は、加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号において、車両のロール共振周波数とピッチ共振周波数のうち大きい方の共振周波数よりも大きい周波数の信号成分を低減する。演算部20は、ローパスフィルタ14適用後の加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号、並びに、ローパスフィルタが適用され且つ微分された角速度センサ14の検出信号に基づいて、車両のゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。【選択図】図1[Problem] To calculate the position of the zero moment point of the vehicle by reducing the influence of vibrations of frequencies higher than the roll resonance frequency and pitch resonance frequency of the vehicle, which are absorbed by the suspension. [Solution] An acceleration sensor 12 detects the acceleration of the center of gravity C of the vehicle in the vehicle longitudinal direction (X-axis direction), vehicle width direction (Y-axis direction), and height direction (Z-axis direction). An angular velocity sensor 14 detects the angular velocity of the center of gravity C about the X-, Y-, and Z-axes. A low-pass filter 16 reduces signal components of frequencies higher than the larger of the roll resonance frequency and pitch resonance frequency of the vehicle in the detection signals of the acceleration sensor 12 and the angular velocity sensor 14. A calculation unit 20 calculates the position of the zero moment point ZMP of the vehicle based on the detection signals of the acceleration sensor 12 and the angular velocity sensor 14 after the application of the low-pass filter 14, and the detection signal of the angular velocity sensor 14 after the application of the low-pass filter 14 and differentiation. [Selected Figure] Figure 1
Description
本明細書は、車両のゼロモーメントポイント演算装置の改良を開示する。 This specification discloses an improvement to a vehicle zero moment point calculation device.
特許文献1には、車体と各車輪との間に設けられた、減衰係数を変更可能なサスペンションと、車体の上下方向の振動速度であるばね上速度が入力されるバンドパスフィルタであって、車体のばね上共振周波数より大きい周波数の信号成分をカットするバンドパスフィルタと、フィルタ処理されたばね上速度に基づいてサスペンションの減衰係数を変更する減衰係数制御手段と、を備える車両懸架装置が開示されている。特許文献1では、バンドパスフィルタを用いて高周波成分をカットすることで、実際のばね上速度と、フィルタ処理されたばね上速度との間の位相ずれに起因する、減衰係数の制御への影響を低減している。
ところで、従来、車両のゼロモーメントポイントの位置が演算されている。車両のゼロモーメントポイントとは、車両の重力と車両に掛かる慣性力との合力の方向に、車両の重心の位置から延びる線分と、路面とが交わる点を意味する。 Conventionally, the position of the zero moment point of a vehicle has been calculated. The zero moment point of a vehicle refers to the point where a line segment extending from the position of the center of gravity of the vehicle in the direction of the resultant force of the gravity of the vehicle and the inertial force acting on the vehicle intersects with the road surface.
図3は、ゼロモーメントポイントZMPと支持多角形Sとの位置関係を示す図である。図3では、X軸が車両前後方向、Y軸が車幅方向、Z軸が高さ方向を表している。支持多角形Sとは、車両の複数の車輪の接地点を頂点とした多角形である。図3の例では、車両が4輪の車両であるから、支持多角形Sは、各車輪の接地点を頂点とする四角形となっている。 Figure 3 is a diagram showing the positional relationship between the zero moment point ZMP and the support polygon S. In Figure 3, the X-axis represents the vehicle's longitudinal direction, the Y-axis represents the vehicle's width direction, and the Z-axis represents the height direction. The support polygon S is a polygon with vertices at the ground contact points of the vehicle's multiple wheels. In the example of Figure 3, since the vehicle has four wheels, the support polygon S is a quadrangle with vertices at the ground contact points of each wheel.
支持多角形Sに対するゼロモーメントポイントZMPの位置によって、車両の転倒リスクが評価されている。ゼロモーメントポイントZMPの位置が、支持多角形Sの中心に近い程、車両の転倒リスクが低く評価される。換言すれば、ゼロモーメントポイントZMPの位置が、支持多角形Sの中心から離れる程、車両の転倒リスクが高く評価される。車両の重心位置が支持多角形Sの中心の真上にあるならば、車両に掛かる慣性力の水平方向成分が大きい程(例えばカーブを曲がる場合に車両の速度が大きい程)、ゼロモーメントポイントZMPの位置が支持多角形Sの中心から離れることになる。また、車両が平らな路面に居る場合は、車両の重量が重い程(重力が大きい程)、慣性力によってゼロモーメントポイントZMPの位置が変化しにくくなる。 The risk of the vehicle tipping over is evaluated based on the position of the zero moment point ZMP relative to the support polygon S. The closer the zero moment point ZMP is to the center of the support polygon S, the lower the risk of the vehicle tipping over is evaluated. In other words, the farther the zero moment point ZMP is from the center of the support polygon S, the higher the risk of the vehicle tipping over is evaluated. If the center of gravity of the vehicle is directly above the center of the support polygon S, the greater the horizontal component of the inertial force acting on the vehicle (for example, the greater the vehicle's speed when turning a curve), the farther the zero moment point ZMP will be from the center of the support polygon S. Also, if the vehicle is on a flat road surface, the heavier the vehicle's weight (the greater the gravity), the less likely the position of the zero moment point ZMP will change due to inertial force.
ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算方法としては、いくつかの方法がある。例えば、3軸方向(車両前後方向、車幅方向、及び高さ方向)における車両の重心の加速度、及び、当該3軸周りにおける車両の重心の角速度に基づいて、ゼロモーメントポイントZMPの位置を演算することができる。 There are several methods for calculating the position of the zero moment point (ZMP). For example, the position of the zero moment point (ZMP) can be calculated based on the acceleration of the center of gravity of the vehicle in three axial directions (front-rear, width, and height) and the angular velocity of the center of gravity of the vehicle about the three axes.
図4は、車両の模式図であり、ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算に必要なパラメータを示す図である。図4でも、X軸が車両前後方向、Y軸が車幅方向、Z軸が高さ方向を表している。図4においては、車両の4つの車輪T1~T4と、車両の重心Cの位置が示されている。また、図4にも支持多角形S(車輪T1~T4の接地点を頂点とする四角形)が示されている。3軸方向における車両の重心の加速度、及び、3軸周りにおける車両の重心の角速度に基づくゼロモーメントポイントZMPの位置の演算式の一例として、以下の式(1)及び式(2)が挙げられる。
式(1)及び式(2)において、xzmp及びyzmpは、重心Cから路面に下ろした垂線と路面との交点Oを原点とした場合のXY座標系におけるゼロモーメントポイントZMPのX座標及びY座標を表す。mは車両の質量を表し、hは重心Cの路面からの高さを表す。ax、ay、azは、3軸方向における重心Cの並進加速度ベクトルa=[axay az]Tの要素である。gx、gy、gzは、軸方向における重心Cの重力加速度ベクトルg=[gxgy gz]Tの要素である。本明細書における重心Cの加速度とは、並進加速度ベクトルa及び重力加速度ベクトルgを包含する概念である。また、Lx、Lyは、3軸周りにおける重心C周りの角運動量ベクトルL=[LxLy Lz]Tの要素である。角運動量ベクトルLの時間微分は以下の式(3)で表される。
式(3)において、Iは重心C周りの慣性テンソル、ωは重心Cの角速度ベクトルω=[ωxωy ωz]Tである。 In equation (3), I is the inertia tensor around the center of gravity C, and ω is the angular velocity vector ω=[ω x ω y ω z ] T of the center of gravity C.
なお、式(1)及び式(2)における並進加速度ベクトルa及び重力加速度ベクトルgは、重心Cの近傍に設けられた加速度センサによって取得される。また、式(3)における角速度ベクトルωは、重心Cの近傍に設けられた角速度センサによって取得される。 Note that the translational acceleration vector a and the gravitational acceleration vector g in equations (1) and (2) are obtained by an acceleration sensor provided near the center of gravity C. Also, the angular velocity vector ω in equation (3) is obtained by an angular velocity sensor provided near the center of gravity C.
各車輪T1~T4の接地荷重を検出する接地荷重センサが設けられるなどして、各車輪T1~T4の接地荷重を検出可能であるならば、各車輪T1~T4の接地荷重に基づいて、ゼロモーメントポイントZMPの位置を演算することもできる。各車輪T1~T4の接地荷重に基づくゼロモーメントポイントZMPの位置の演算式の一例として、以下の式(4)及び式(5)が挙げられる。
式(4)及び式(5)において、F1~F4は、それぞれ車輪T1~T4の接地荷重を表す。lfは、重心Cから車両の前輪(T1又はT2)の接地点までの車両前後方向の距離であり、lrは、重心Cから車両の後輪(T3又はT4)の接地点までの車両前後方向の距離である。tlは、重心Cから車両の左輪(T1又はT3)の接地点までの車幅方向の距離であり、trは、重心Cから車両の右輪(T2又はT4)の接地点までの車幅方向の距離である。 In formulas (4) and (5), F 1 to F 4 represent the ground loads of the wheels T 1 to T 4 , respectively. l f is the distance in the vehicle longitudinal direction from the center of gravity C to the ground contact point of the front wheel (T1 or T2) of the vehicle, and l r is the distance in the vehicle longitudinal direction from the center of gravity C to the ground contact point of the rear wheel (T3 or T4) of the vehicle. t l is the distance in the vehicle width direction from the center of gravity C to the ground contact point of the left wheel (T1 or T3) of the vehicle, and tr is the distance in the vehicle width direction from the center of gravity C to the ground contact point of the right wheel (T2 or T4) of the vehicle.
上述のように、重心Cの加速度及び重心Cの角速度、あるいは、各車輪の接地荷重に基づいて、ゼロモーメントポイントZMPの位置を演算することができる。ここで、車両が振動している場合、当該振動は、重心Cの加速度、重心Cの角速度、及び、各車輪の接地荷重に影響を与えることになる。換言すれば、加速度センサは、車両の振動の影響を含む重心Cの加速度を検出し、角速度センサは、車両の振動の影響を含む重心Cの角速度を検出し、接地荷重センサは、車両の振動の影響を含む各車輪の接地荷重を検出する。 As described above, the position of the zero moment point ZMP can be calculated based on the acceleration and angular velocity of the center of gravity C, or the ground load of each wheel. Here, if the vehicle is vibrating, the vibration will affect the acceleration and angular velocity of the center of gravity C, and the ground load of each wheel. In other words, the acceleration sensor detects the acceleration of the center of gravity C including the influence of the vehicle vibration, the angular velocity sensor detects the angular velocity of the center of gravity C including the influence of the vehicle vibration, and the ground load sensor detects the ground load of each wheel including the influence of the vehicle vibration.
一方、車両には、サスペンションが設けられているのが一般的である。サスペンションとは、車体と車輪との間に設けられ、路面からの衝撃を車体に伝えないようにする緩衝装置である。サスペンションは、車重を支えつつ衝撃を吸収するばね(スプリング)を含んで構成される。 On the other hand, vehicles generally have suspensions. Suspensions are shock-absorbing devices that are installed between the vehicle body and the wheels to prevent shocks from the road surface from being transmitted to the vehicle body. Suspensions include springs that absorb shocks while supporting the weight of the vehicle.
ここで、車両の振動の高周波成分は、サスペンションによって吸収され易いという特徴がある。特に、車両前後方向(すなわちX軸)を回転軸とするローリング振動については、車両のロール共振周波数より大きい周波数の振動がサスペンションによって吸収され易く、車幅方向(すなわちY軸)を回転軸とするピッチング振動については、車両のピッチ共振周波数より大きい周波数の振動がサスペンションによって吸収され易い。ロール共振周波数とは、ローリング振動に関する車両の固有振動数であり、ピッチ共振周波数とは、ピッチング振動に関する車両の固有振動数である。ちなみに、ロール共振周波数及びピッチ共振周波数は、数Hz(例えば2~3Hz)程度である。 Here, high-frequency components of vehicle vibrations are characterized by being easily absorbed by the suspension. In particular, for rolling vibrations with the rotation axis in the longitudinal direction of the vehicle (i.e., the X-axis), vibrations with frequencies higher than the vehicle's roll resonance frequency are easily absorbed by the suspension, and for pitching vibrations with the rotation axis in the width direction of the vehicle (i.e., the Y-axis), vibrations with frequencies higher than the vehicle's pitch resonance frequency are easily absorbed by the suspension. The roll resonance frequency is the vehicle's natural frequency related to the roll vibration, and the pitch resonance frequency is the vehicle's natural frequency related to the pitch vibration. Incidentally, the roll resonance frequency and pitch resonance frequency are on the order of a few Hz (e.g., 2 to 3 Hz).
ロール共振周波数及びピッチ共振周波数より大きい周波数の振動は、サスペンションによってすぐ吸収されることから、これらの周波数帯の振動は、ゼロモーメントポイントZMPの位置にはあまり影響しない。したがって、ゼロモーメントポイントZMPの位置をより正確に演算すべく、車両のロール共振周波数及びピッチ共振周波数より大きい周波数成分の振動の影響を除外した、重心Cの加速度及び重心Cの角速度、あるいは、各車輪の接地荷重に基づいて、ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算をするとよい。 Vibrations with frequencies higher than the roll resonance frequency and pitch resonance frequency are quickly absorbed by the suspension, so vibrations in these frequency bands do not have much effect on the position of the zero moment point ZMP. Therefore, in order to calculate the position of the zero moment point ZMP more accurately, it is advisable to calculate the position of the zero moment point ZMP based on the acceleration of the center of gravity C and the angular velocity of the center of gravity C, or the ground contact load of each wheel, excluding the effects of vibrations with frequencies higher than the roll resonance frequency and pitch resonance frequency of the vehicle.
本明細書で開示される車両のゼロモーメントポイント演算装置の目的は、サスペンションで吸収される、車両のロール共振周波数及びピッチ共振周波数より大きい周波数の振動の影響を低減して、車両のゼロモーメントポイントの位置を演算することにある。 The purpose of the vehicle zero moment point calculation device disclosed in this specification is to calculate the position of the vehicle's zero moment point by reducing the effects of vibrations that are absorbed by the suspension and have frequencies higher than the vehicle's roll resonance frequency and pitch resonance frequency.
本明細書で開示される車両のゼロモーメントポイント演算装置は、サスペンションを有する車両のゼロモーメントポイントの位置を演算するゼロモーメントポイント演算装置であって、車両前後方向、車幅方向、及び高さ方向の3軸方向における前記車両の重心の加速度を検出する加速度センサと、前記3軸周りにおける前記車両の重心の角速度を検出する角速度センサと、前記加速度センサ及び前記角速度センサの検出信号が入力されるローパスフィルタであって、車両前後方向を回転軸とするローリング振動に関する前記車両の共振周波数であるロール共振周波数と、車幅方向を回転軸とするピッチング振動に関する前記車両の共振周波数であるピッチ共振周波数のうち、大きい方の共振周波数よりも大きい周波数の信号成分を低減するローパスフィルタと、前記角速度センサの検出信号を微分する微分処理部と、前記ローパスフィルタが適用された後の前記加速度センサ及び前記角速度センサの検出信号、並びに、前記ローパスフィルタが適用され且つ微分された前記角速度センサの検出信号に基づいて、前記車両のゼロモーメントポイントの位置を演算する演算部と、を備えることを特徴とする。 The zero moment point calculation device of a vehicle disclosed in this specification is a zero moment point calculation device that calculates the position of the zero moment point of a vehicle having a suspension, and is characterized by comprising an acceleration sensor that detects the acceleration of the center of gravity of the vehicle in three axial directions, i.e., the vehicle longitudinal direction, the vehicle width direction, and the vehicle height direction; an angular velocity sensor that detects the angular velocity of the center of gravity of the vehicle around the three axes; a low-pass filter to which the detection signals of the acceleration sensor and the angular velocity sensor are input, the low-pass filter reducing signal components of frequencies higher than the larger of the roll resonance frequency, which is the resonance frequency of the vehicle related to rolling vibrations with the vehicle longitudinal direction as the rotation axis, and the pitch resonance frequency, which is the resonance frequency of the vehicle related to pitching vibrations with the vehicle width direction as the rotation axis; a differentiation processing unit that differentiates the detection signal of the angular velocity sensor; and a calculation unit that calculates the position of the zero moment point of the vehicle based on the detection signals of the acceleration sensor and the angular velocity sensor after the low-pass filter has been applied, and the detection signal of the angular velocity sensor applied and differentiated by the low-pass filter.
当該構成によれば、ローパスフィルタによって、加速度センサ及び角速度センサの検出信号において、車両のロール共振周波数とピッチ共振周波数のうち、大きい方の共振周波数(本明細書では「選択共振周波数」と呼ぶ)より大きい周波数の信号成分が低減される。選択共振周波数より大きい周波数の信号成分は、サスペンションによって吸収される車両の振動の高周波成分に対応するものであり、ゼロモーメントポイントの位置の演算に用いない方がよい信号成分である。そして、演算部は、ローパスフィルタが適用された加速度センサ及び角速度センサの検出信号に基づいて、ゼロモーメントポイントの位置を演算する。これにより、サスペンションによって吸収される、車両の振動の高周波成分の影響を低減してゼロモーメントポイントの位置を演算することができる。つまり、より正確なゼロモーメントポイントの位置を演算することができる。 According to this configuration, the low-pass filter reduces signal components in the detection signals of the acceleration sensor and the angular velocity sensor that are greater than the larger of the vehicle's roll resonance frequency and pitch resonance frequency (referred to as the "selected resonance frequency" in this specification). Signal components with frequencies greater than the selected resonance frequency correspond to high-frequency components of the vehicle vibrations that are absorbed by the suspension, and are signal components that should not be used in calculating the position of the zero moment point. The calculation unit then calculates the position of the zero moment point based on the detection signals of the acceleration sensor and the angular velocity sensor to which the low-pass filter has been applied. This makes it possible to calculate the position of the zero moment point by reducing the influence of high-frequency components of the vehicle vibrations that are absorbed by the suspension. In other words, it is possible to calculate a more accurate position of the zero moment point.
前記微分処理部は、前記ローパスフィルタが適用された後の前記角速度センサの検出信号を微分するとよい。 The differential processing unit may differentiate the detection signal of the angular velocity sensor after the low-pass filter is applied.
角速度センサの検出信号が突発的に大きな値を示す場合がある。このような信号は、車両の重心の角速度が実際に突発的に変動したのではなく、ノイズである場合が多い。角速度センサの検出信号にこのようなノイズが含まれると、ノイズ部分において検出信号の時間変動もかなり大きくなることになる。仮に、ローパスフィルタが適用される前の角速度センサの検出信号を微分すると、このようなノイズ成分が強調されてしまうことになる。そして、その後にローパスフィルタを適用しても、強調されたノイズ成分が十分に低減できない可能性がある。当該構成によれば、ローパスフィルタが適用された後の角速度センサの検出信号が微分されるため、少なくとも微分後にローパスフィルタを適用する場合に比して、角速度センサの検出信号に含まれるノイズをより好適に低減することができる。 The detection signal of the angular velocity sensor may suddenly show a large value. Such a signal is often noise, not an actual sudden change in the angular velocity of the center of gravity of the vehicle. If such noise is included in the detection signal of the angular velocity sensor, the time fluctuation of the detection signal will also be quite large in the noise portion. If the detection signal of the angular velocity sensor before the low-pass filter is applied is differentiated, such noise components will be emphasized. Even if the low-pass filter is then applied, there is a possibility that the emphasized noise components cannot be sufficiently reduced. According to this configuration, the detection signal of the angular velocity sensor after the low-pass filter is applied is differentiated, so that the noise included in the detection signal of the angular velocity sensor can be more effectively reduced, at least compared to the case of applying the low-pass filter after differentiation.
また、本明細書で開示される車両のゼロモーメントポイント演算装置は、サスペンションを有する車両のゼロモーメントポイントの位置を演算するゼロモーメントポイント演算装置であって、前記車両の各車輪の接地荷重を検出する接地荷重センサと、前記接地荷重センサの検出信号が入力されるローパスフィルタであって、車両前後方向を回転軸とするローリング振動に関する前記車両の共振周波数であるロール共振周波数と、車幅方向を回転軸とするピッチング振動に関する前記車両の共振周波数であるピッチ共振周波数のうち、大きい方の共振周波数よりも大きい周波数の信号成分を低減するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタが適用された後の前記接地荷重センサに基づいて、前記車両のゼロモーメントポイントの位置を演算する演算部と、を備えることを特徴とする。 The zero moment point calculation device for a vehicle disclosed in this specification is a zero moment point calculation device that calculates the position of the zero moment point of a vehicle having a suspension, and is characterized by comprising: a ground load sensor that detects the ground load of each wheel of the vehicle; a low-pass filter to which the detection signal of the ground load sensor is input, the low-pass filter reducing signal components of frequencies higher than the larger of the roll resonance frequency, which is the resonance frequency of the vehicle related to rolling vibrations whose rotation axis is the longitudinal direction of the vehicle, and the pitch resonance frequency, which is the resonance frequency of the vehicle related to pitching vibrations whose rotation axis is the width direction of the vehicle; and a calculation unit that calculates the position of the zero moment point of the vehicle based on the ground load sensor after the low-pass filter has been applied.
当該構成によれば、ローパスフィルタによって、接地荷重センサの検出信号において、選択共振周波数より大きい周波数の信号成分が低減される。選択共振周波数より大きい周波数の信号成分は、サスペンションによって吸収される車両の振動の高周波成分に対応するものであり、ゼロモーメントポイントの位置の演算に用いない方がよい信号成分である。そして、演算部は、ローパスフィルタが適用された接地荷重センサの検出信号に基づいて、ゼロモーメントポイントの位置を演算する。これにより、サスペンションによって吸収される、車両の振動の高周波成分の影響を低減してゼロモーメントポイントの位置を演算することができる。つまり、より正確なゼロモーメントポイントの位置を演算することができる。 According to this configuration, the low-pass filter reduces signal components of frequencies higher than the selected resonant frequency in the detection signal of the ground load sensor. Signal components of frequencies higher than the selected resonant frequency correspond to high-frequency components of the vehicle vibration absorbed by the suspension, and are signal components that should not be used in calculating the position of the zero moment point. The calculation unit then calculates the position of the zero moment point based on the detection signal of the ground load sensor to which the low-pass filter has been applied. This makes it possible to calculate the position of the zero moment point by reducing the influence of high-frequency components of the vehicle vibration absorbed by the suspension. In other words, it is possible to calculate the position of the zero moment point more accurately.
本明細書で開示される車両のゼロモーメントポイント演算装置によれば、サスペンションで吸収される、車両のロール共振周波数及びピッチ共振周波数より大きい周波数の振動の影響を低減して、車両のゼロモーメントポイントの位置を演算することができる。 The vehicle zero moment point calculation device disclosed in this specification can calculate the position of the vehicle's zero moment point by reducing the effects of vibrations that are absorbed by the suspension and have frequencies higher than the vehicle's roll resonance frequency and pitch resonance frequency.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係る車両のゼロモーメントポイント演算装置10の機能ブロック図である。また、図4は、第1実施形態を表す図面としても参照可能であるため、以下、図1及び図4を参照しながら第1実施形態に係るゼロモーメントポイント演算装置10について説明する。
First Embodiment
Fig. 1 is a functional block diagram of a zero moment
ゼロモーメントポイント演算装置10は、自動車などの車両に設けられる。本実施形態では、ゼロモーメントポイント演算装置10は、4輪の車両に設けられる。
The zero moment
ゼロモーメントポイント演算装置10が設けられる車両(以下、単に「車両」と記載する)には、サスペンションが設けられる。上述のようにサスペンションとは、車体と車輪との間に設けられ、路面からの衝撃を車体に伝えないようにする緩衝装置であり、車重を支えつつ衝撃を吸収するばねを含んで構成される。
A vehicle (hereinafter simply referred to as "vehicle") in which the zero moment
加速度センサ12は、車両前後方向(X軸方向)、車幅方向(Y軸方向)、及び高さ方向(Z軸方向)の3軸方向における車両の重心Cの加速度を検出するセンサである。加速度センサ12は、重心Cの近傍に設けられる。加速度センサ12が検出する加速度は、重心Cの並進加速度(式(1)及び(2)におけるax,ay,azに相当)及び重力加速度(式(1)及び(2)におけるgx,gy,gzに相当)が含まれる。すなわち、加速度センサ12は、重心Cの並進加速度ベクトル及び重力加速度ベクトルを検出する。加速度センサ12は、各軸方向における重心Cの加速度を継続して検出する。すなわち、加速度センサ12は、各軸方向における重心Cの加速度の時間変化を検出する。各軸方向における単位時間当たりの加速度の変化方向の変動回数が、各軸方向における重心Cの加速度の周波数となる。
The
加速度センサ12の検出信号には、車両の振動による影響が含まれる。特に、本実施形態では、加速度センサ12は、3軸方向における重心Cの加速度を検出しているため、加速度センサ12の検出信号には、車両前後方向を回転軸とするローリング振動、及び、車幅方向を回転軸とするピッチング振動の両方の影響が含まれる。
The detection signal of the
角速度センサ14は、X軸、Y軸、及びZ軸の3軸周りにおける車両の重心Cの角速度を検出するセンサである。すなわち、角速度センサ14は、重心Cの角速度ベクトルを検出する。角速度センサ14も、各軸周りの重心Cの角速度を継続して検出する。すなわち、角速度センサ14は、各軸周りの重心Cの角速度の時間変化を検出する。各軸周りの単位時間当たりの角速度の変化方向の変動回数が、各軸周りの重心Cの加速度の周波数となる。
The
角速度センサ14の検出信号にも、車両の振動による影響が含まれる。特に、本実施形態では、角速度センサ14は、3軸周りにおける重心Cの角速度を検出しているため、角速度センサ14の検出信号にも、ローリング振動及びピッチング振動の両方の影響が含まれる。
The detection signal of the
加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号は、それぞれローパスフィルタ16に入力される。
The detection signals of the
ローパスフィルタ16は、加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号の高周波成分を低減するフィルタである。特に、ローパスフィルタ16は、車両のロール共振周波数とピッチ共振周波数のうち、大きい方の共振周波数である選択共振周波数よりも大きい周波数の信号成分を低減する。上述のように、ロール共振周波数とは、ローリング振動に関する車両の共振周波数であり、ピッチ共振周波数とは、ピッチング振動に関する車両の共振周波数である。ロール共振周波数とピッチ共振周波数は、一般的に互いに異なる周波数となる場合が多い。なお、車両のロール共振周波数及びピッチ共振周波数は、車両解析などにより予め取得することができる。
The low-
ローパスフィルタ16が適用された加速度センサ12の検出信号は、選択共振周波数より大きい周波数の信号成分が低減されつつ、選択共振周波数以下の信号成分は維持された検出信号となる。また、ローパスフィルタ16が適用された角速度センサ14の検出信号は、選択共振周波数より大きい周波数の信号成分が低減されつつ、選択共振周波数以下の信号成分は維持された検出信号となる。
The detection signal of the
上述の通り、加速度センサ12及び角速度センサ14は、いずれも、ローリング振動及びピッチング振動の両方の影響を受けた検出信号を出力する。したがって、本実施形態では、ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算に必要な周波数帯の検出信号をできるだけ残すべく、ローパスフィルタ16は、車両のロール共振周波数とピッチ共振周波数のうち、大きい方の共振周波数(つまり選択共振周波数)より大きい周波数の信号成分を低減している。
As described above, both the
仮に、ローパスフィルタ16が、車両のロール共振周波数とピッチ共振周波数のうち、小さい方の共振周波数より大きい周波数の信号成分を低減させるならば、ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算に用いた方がよい周波数帯の信号成分がローパスフィルタ16によって低減されてしまう場合がある。例えば、ピッチ共振周波数に対してロール共振周波数が大きい場合、ローパスフィルタ16によって、ピッチ共振周波数より大きい周波数の信号成分を低減させてしまうと、ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算に用いた方がよい信号成分(ピッチ共振周波数より大きくロール共振周波数以下の周波数のローリング振動を表す信号成分)が低減されてしまう。
If the low-
本実施形態では、サンプリング定理を考慮して、選択共振周波数より大きい周波数の信号成分を低減しつつ、選択共振周波数以下の信号成分は維持するために、ローパスフィルタ16のカットオフ周波数は、選択共振周波数の2倍の周波数に設定される。例えば、選択共振周波数が3Hzの場合、ローパスフィルタ16のカットオフ周波数は6Hzに設定される。
In this embodiment, taking into account the sampling theorem, the cutoff frequency of the low-
ローパスフィルタ16が適用された、加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号は、演算部20に入力される。
The detection signals of the
微分処理部18は、角速度センサ14の検出信号を微分する。図1に示す通り、本実施形態では、微分処理部18は、ローパスフィルタ16が適用された後の角速度センサ14の検出信号を微分している。
The
微分処理部18は、ローパスフィルタ16が適用される前の角速度センサ14の検出信号を微分してもよい。ただし、以下に説明するように、ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算において、角速度センサ14の検出信号に含まれるノイズの影響を低減すべく、微分処理部18は、ローパスフィルタ16が適用された後の角速度センサ14の検出信号を微分するのがよい。
The
角速度センサ14の検出信号が突発的に大きな値を示す場合がある。このような信号は、重心Cの角速度が実際に突発的に変動したのではなく、ノイズである場合が多い。角速度センサ14の検出信号にこのようなノイズが含まれると、ノイズ部分において検出信号の時間変動もかなり大きくなることになる。ローパスフィルタ16が適用される前の角速度センサ14の検出信号を微分すると、このようなノイズ成分が強調されてしまうことになる。そして、その後にローパスフィルタ16を適用しても、強調されたノイズ成分が十分に低減できない可能性がある。微分前にローパスフィルタ16を適用すれば、少なくとも微分後にローパスフィルタ16を適用する場合に比して、角速度センサ14の検出信号に含まれるノイズをより好適に低減できるようになる。
The detection signal of the
ローパスフィルタ16が適用され、且つ、微分処理部18により微分された、角速度センサ14の検出信号は、演算部20に入力される。
The detection signal of the
演算部20は、ローパスフィルタ16が適用された後の加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号、並びに、ローパスフィルタ16が適用され且つ微分された角速度センサ14の検出信号に基づいて、車両のゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。
The
演算部20は、上述の式(1)、式(2)、及び式(3)と同様の式ではあるが、ローパスフィルタ16が適用された、重心Cの加速度及び重心Cの角速度に基づいて、ゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。すなわち、演算部20は、以下の式(6)、式(7)、及び式(8)によって、ゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。
式(6)及び式(7)において、a’x、a’y、a’zは、ローパスフィルタ16が適用された後の重心Cの並進加速度ベクトルa’の要素を表し、g’x、g’y、g’zは、ローパスフィルタ16が適用された後の重心Cの重力加速度ベクトルg’の要素を表す。式(8)において、ω’は、ローパスフィルタ16が適用された後の重心Cの角速度ベクトルω’=[ω’xω’y ω’z]Tを表す。また、式(8)の右辺の第1項に含まれる
車両が有する運転制御部(図1において不図示)は、ゼロモーメントポイント演算装置10により演算されたゼロモーメントポイントZMPの位置に基づいて、ゼロモーメントポイントZMPが支持多角形Sの中心に近づくように、操舵や制駆動力の運転制御を行う。例えば、車両が高速でカーブに侵入した場合、運転制御部は、車両の支持多角形Sの中心とゼロモーメントポイントZMPとの距離に応じて、車両を減速させるなどの運転制御を行う。
The driving control unit (not shown in FIG. 1) of the vehicle controls the steering and braking/driving forces based on the position of the zero moment point ZMP calculated by the zero moment
第1実施形態に係るゼロモーメントポイント演算装置10の概要は以上の通りである。ゼロモーメントポイント演算装置10によれば、加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号に含まれる、ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算に用いない方がよい高周波成分(特に選択共振周波数より大きい周波数の信号成分)がローパスフィルタ16により低減される。そして、演算部20は、ローパスフィルタ16が適用された加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号に基づいて、ゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。これにより、サスペンションによって吸収される、車両の振動の高周波成分の影響を低減してゼロモーメントポイントZMPの位置を演算することができ、より正確なゼロモーメントポイントZMPの位置を演算することができる。
The outline of the zero moment
選択共振周波数より大きい周波数の信号成分を含む加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号に基づいてゼロモーメントポイントZMPの位置を演算すると、実際よりもゼロモーメントポイントZMPが支持多角形Sの中心から離れてしまい、不当に転倒リスクが高いと評価されてしまう。ゼロモーメントポイントZMPの位置に基づいて運転制御部が運転制御を行うならば、運転制御部によって、本来不要である運転制御が行われてしまう場合もある。本実施形態によれば、ゼロモーメントポイントZMPの位置がより正確に演算されるため、運転制御部による不要な運転制御を低減することができる。
If the position of the zero moment point ZMP is calculated based on the detection signals of the
<第2実施形態>
図2は、第2実施形態に係る車両のゼロモーメントポイント演算装置30の機能ブロック図である。また、図4は、第2実施形態を表す図面としても参照可能であるため、以下、図2及び図4を参照しながら第2実施形態に係るゼロモーメントポイント演算装置30について説明する。
Second Embodiment
Fig. 2 is a functional block diagram of a zero moment
第1実施形態では、加速度センサ12及び角速度センサ14の検出信号に基づいてゼロモーメントポイントZMPの位置を演算していたが、第2実施形態では、接地荷重センサ32の検出信号に基づいてゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。その他の点は、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。
In the first embodiment, the position of the zero moment point ZMP was calculated based on the detection signals of the
接地荷重センサ32は、車両の各車輪(図4の例では、車輪T1~T4)の接地荷重を検出するセンサである。接地荷重センサ32は、各車輪T1~T4に設けられる。
The
接地荷重センサ32の検出信号には、車両の振動による影響が含まれる。例えば、車両の振動によって車両の車輪近傍が下向きに動く場合は、当該車輪に設けられたサスペンションのばねが縮んで接地荷重が増大し、車両の振動によって車両の車輪近傍が上向きに動く場合は、当該車輪に設けられたサスペンションのばねが伸びて接地荷重が減少する。特に、各車輪T1~T4に設けられた接地荷重センサ32の検出信号には、ローリング振動及びピッチング振動の両方の影響が含まれる。
The detection signal of the
接地荷重センサ32の検出信号は、ローパスフィルタ34に入力される。
The detection signal of the
ローパスフィルタ34は、接地荷重センサ32の検出信号の高周波成分を低減するフィルタである。第2実施形態でも同様に、ローパスフィルタ34は、車両のロール共振周波数とピッチ共振周波数のうち、大きい方の共振周波数である選択共振周波数よりも大きい周波数の信号成分を低減する。
The low-
ローパスフィルタ34が適用された接地荷重センサ32の検出信号は、選択共振周波数より大きい周波数の信号成分が低減されつつ、選択共振周波数以下の信号成分は維持された検出信号となる。
The detection signal of the
上述の通り、接地荷重センサ32は、ローリング振動及びピッチング振動の両方の影響を受けた検出信号を出力する。したがって、第2実施形態でも、ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算に必要な周波数帯の検出信号をできるだけ残すべく、ローパスフィルタ16は、車両のロール共振周波数とピッチ共振周波数のうち、大きい方の共振周波数(つまり選択共振周波数)より大きい周波数の信号成分を低減している。
As described above, the
ローパスフィルタ34が適用された接地荷重センサ32の検出信号は、演算部36に入力される。
The detection signal of the
演算部36は、ローパスフィルタ34が適用された後の接地荷重センサ32の検出信号に基づいて、車両のゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。
The
演算部36は、上述の式(4)及び式(5)と同様の式ではあるが、ローパスフィルタ34が適用された、各車輪T1~T4の接地荷重に基づいて、ゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。すなわち、演算部36は、以下の式(9)及び式(10)によって、ゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。
式(9)及び式(10)において、F’1、F’2、F’3、F’4は、ローパスフィルタ34が適用された後の各車輪T1~T4の接地荷重を表す。
In equations (9) and (10), F' 1 , F' 2 , F' 3 , and F' 4 represent the ground contact loads of the wheels T 1 to T 4 after the
第2実施形態に係るゼロモーメントポイント演算装置30の概要は以上の通りである。ゼロモーメントポイント演算装置30によれば、接地荷重センサ32の検出信号に含まれる、ゼロモーメントポイントZMPの位置の演算に用いない方がよい高周波成分(特に選択共振周波数より大きい周波数の信号成分)がローパスフィルタ34により低減される。そして、演算部36は、ローパスフィルタ34が適用された接地荷重センサ32の検出信号に基づいて、ゼロモーメントポイントZMPの位置を演算する。これにより、サスペンションによって吸収される、車両の振動の高周波成分の影響を低減してゼロモーメントポイントZMPの位置を演算することができ、より正確なゼロモーメントポイントZMPの位置を演算することができる。
The outline of the zero moment
第2実施形態においても、選択共振周波数より大きい周波数の信号成分を含む接地荷重センサ32の検出信号に基づいてゼロモーメントポイントZMPの位置を演算すると、実際よりもゼロモーメントポイントZMPが支持多角形Sの中心から離れてしまい、不当に転倒リスクが高いと評価されてしまう。ゼロモーメントポイントZMPの位置に基づいて運転制御部が運転制御を行うならば、運転制御部によって、本来不要である運転制御が行われてしまう場合もある。本実施形態によれば、ゼロモーメントポイントZMPの位置がより正確に演算されるため、運転制御部による不要な運転制御を低減することができる。
Even in the second embodiment, if the position of the zero moment point ZMP is calculated based on the detection signal of the
以上、本開示に係る車両のゼロモーメントポイント演算装置の実施形態を説明したが、本開示に係る車両のゼロモーメントポイント演算装置は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 The above describes an embodiment of the vehicle zero moment point calculation device according to the present disclosure, but the vehicle zero moment point calculation device according to the present disclosure is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible without departing from the spirit of the device.
10,30 ゼロモーメントポイント演算装置、12 加速度センサ、14 角速度センサ、16,34 ローパスフィルタ、18 微分処理部、20,36 演算部、32 接地荷重センサ、C 重心、ZMP ゼロモーメントポイント。 10, 30 Zero moment point calculation device, 12 Acceleration sensor, 14 Angular velocity sensor, 16, 34 Low pass filter, 18 Differential processing unit, 20, 36 Calculation unit, 32 Ground load sensor, C Center of gravity, ZMP Zero moment point.
Claims (3)
車両前後方向、車幅方向、及び高さ方向の3軸方向における前記車両の重心の加速度を検出する加速度センサと、
前記3軸周りにおける前記車両の重心の角速度を検出する角速度センサと、
前記加速度センサ及び前記角速度センサの検出信号が入力されるローパスフィルタであって、車両前後方向を回転軸とするローリング振動に関する前記車両の共振周波数であるロール共振周波数と、車幅方向を回転軸とするピッチング振動に関する前記車両の共振周波数であるピッチ共振周波数のうち、大きい方の共振周波数よりも大きい周波数の信号成分を低減するローパスフィルタと、
前記角速度センサの検出信号を微分する微分処理部と、
前記ローパスフィルタが適用された後の前記加速度センサ及び前記角速度センサの検出信号、並びに、前記ローパスフィルタが適用され且つ微分された前記角速度センサの検出信号に基づいて、前記車両のゼロモーメントポイントの位置を演算する演算部と、
を備えることを特徴とする車両のゼロモーメントポイント演算装置。 A zero moment point calculation device for calculating a position of a zero moment point of a vehicle having a suspension, comprising:
an acceleration sensor for detecting acceleration of the center of gravity of the vehicle in three axial directions, i.e., a longitudinal direction, a width direction, and a height direction of the vehicle;
an angular velocity sensor for detecting an angular velocity of a center of gravity of the vehicle about the three axes;
a low-pass filter to which detection signals from the acceleration sensor and the angular velocity sensor are input, the low-pass filter reducing signal components of a frequency higher than the larger of a roll resonance frequency, which is a resonance frequency of the vehicle related to rolling vibrations whose rotation axis is in the vehicle longitudinal direction, and a pitch resonance frequency, which is a resonance frequency of the vehicle related to pitching vibrations whose rotation axis is in the vehicle width direction; and
a differential processing unit that differentiates a detection signal of the angular velocity sensor;
a calculation unit that calculates a position of a zero moment point of the vehicle based on the detection signals of the acceleration sensor and the angular velocity sensor after the low-pass filter has been applied, and the detection signal of the angular velocity sensor after the low-pass filter has been applied and differentiation has been performed; and
A vehicle zero moment point calculation device comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のゼロモーメントポイント演算装置。 The differential processing unit differentiates the detection signal of the angular velocity sensor after the low-pass filter is applied.
2. The zero moment point calculation device according to claim 1 .
前記車両の各車輪の接地荷重を検出する接地荷重センサと、
前記接地荷重センサの検出信号が入力されるローパスフィルタであって、車両前後方向を回転軸とするローリング振動に関する前記車両の共振周波数であるロール共振周波数と、車幅方向を回転軸とするピッチング振動に関する前記車両の共振周波数であるピッチ共振周波数のうち、大きい方の共振周波数よりも大きい周波数の信号成分を低減するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタが適用された後の前記接地荷重センサに基づいて、前記車両のゼロモーメントポイントの位置を演算する演算部と、
を備えることを特徴とする車両のゼロモーメントポイント演算装置。 A zero moment point calculation device for calculating a position of a zero moment point of a vehicle having a suspension, comprising:
a ground load sensor for detecting a ground load of each wheel of the vehicle;
a low-pass filter to which a detection signal of the ground load sensor is input, the low-pass filter reducing signal components of a frequency higher than the larger of a roll resonance frequency, which is a resonance frequency of the vehicle related to rolling vibrations whose rotation axis is in the vehicle longitudinal direction, and a pitch resonance frequency, which is a resonance frequency of the vehicle related to pitching vibrations whose rotation axis is in the vehicle width direction;
a calculation unit that calculates a position of a zero moment point of the vehicle based on the ground load sensor after the low pass filter is applied;
A vehicle zero moment point calculation device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023002085A JP2024098541A (en) | 2023-01-11 | 2023-01-11 | Vehicle zero moment point calculation device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023002085A JP2024098541A (en) | 2023-01-11 | 2023-01-11 | Vehicle zero moment point calculation device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024098541A true JP2024098541A (en) | 2024-07-24 |
Family
ID=91957650
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2023002085A Pending JP2024098541A (en) | 2023-01-11 | 2023-01-11 | Vehicle zero moment point calculation device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024098541A (en) |
-
2023
- 2023-01-11 JP JP2023002085A patent/JP2024098541A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210402841A1 (en) | Damping control apparatus and method for a vehicle | |
JP2009522169A (en) | Method for determining at least one motion state of a vehicle body | |
CN114559780B (en) | Vehicle attitude control method and device | |
US20190241038A1 (en) | Damping control apparatus for vehicle | |
EP1316449A2 (en) | Vehicle roll control | |
US8523192B2 (en) | Method and system for operating a motor vehicle | |
US20200331317A1 (en) | Vehicle, vehicle motion state estimation apparatus, and method for estimating vehicle motion state | |
KR102533560B1 (en) | Vehicle motion state estimation device, vehicle motion state estimation method, and vehicle | |
EP3441718A1 (en) | Orientation estimation device and transport equipment | |
JP2010083329A (en) | Suspension control device | |
JP6939660B2 (en) | Vehicle driving control system | |
JP2021187403A (en) | Vibration control control device and method for vehicles | |
WO2008138067A1 (en) | A method and system for estimating parameters of a vehicle | |
JP2017202789A (en) | Damping force control device for vehicle | |
US11919353B2 (en) | Damping control device and damping control method for vehicle | |
CN100443318C (en) | Determination of the Relative Motion of the Chassis and Body of a Wheeled Vehicle | |
US10759248B2 (en) | Traveling control system for vehicle | |
JP2020117196A (en) | Vehicle motion state estimation device | |
JP2024098541A (en) | Vehicle zero moment point calculation device | |
JP2019018773A (en) | Suspension control system | |
JP7501491B2 (en) | Vehicle suspension control device and vehicle suspension control method | |
JP2002116080A (en) | Apparatus for estimating and computing vehicle mass | |
Ünker | Gyroscopic suspension for a heavy vehicle | |
JP2008189268A (en) | Suspension control unit | |
JP2015196423A (en) | suspension control device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20250212 |