JP3959860B2 - 車両の車体横滑り角推定方法及び推定装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の車体横滑り角推定方法及び推定装置に関し、特に、低車速域での車体横滑り角の推定精度の向上を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の技術としては、例えば特開平８−２６８３０６号公報（以下、第１従来例と称す）及び特開平８−３３２９３４号公報（以下、第２従来例と称す）に開示されたものが知られている。
【０００３】
第１従来例は、オブザーバー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滑り角を計算する一方で、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し、その補正係数をオブザーバー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なっていて、これにより、オブザーバー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、というものである。
【０００４】
また、第２従来例は、車速、ヨーレート、及び横加速度をパラメータとする積分演算により車両の横滑り物理量を演算する横滑り物理量演算ブロックと、検出された車両の状態量を入力変数として車両モデルにより車両の横滑り量を推定する横滑り物理量推定ブロックと、車両の旋回挙動が不安定なときには積分演算の積分時定数を大きくする積分時定数設定ブロックとを有し、横滑り物理量演算ブロックにより演算された横滑り物理量及び横滑り物理量推定ブロックにより推定された横滑り物理量に基づき最終演算ブロックにより最終的に車両の横滑り物理量を演算するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、一般的にタイヤの横力やコーナリングフォースは、タイヤスリップ角が大きな領域では非線形な特性を有するため、タイヤモデルに基づいた推定式を用いて車両の車体横滑り角を推定する場合に、タイヤ特性（タイヤ横滑り角とコーナリングフォースとの関係）が非線形な領域では車体横滑り角の推定精度が低下することが判っている。
【０００６】
そのため、例えば上記第１従来例のように、検出横加速度と推定横加速度との比に応じた補正係数を用いる等して推定式に含まれるコーナリングパワーを補正することにより、車体横滑り角の推定精度が低下しないようにすることが考えられる。しかし、このような補正係数を用いる方法であっても、車体質量、車体ヨーイング慣性モーメント、車両重心から前後車軸までの水平距離、車両前後速度、コーナリングパワー等を使用した車両の旋回運動モデルを使用するため、車速が低い領域では近似式が有効でないために、横滑り角の推定精度が悪化するという未解決の課題がある。特に、後輪を駆動する自動車の発進直後の駆動力により所謂パワーオーバーステアと呼ばれる現象をはじめ、低速走行時にも車体横滑り角が増大する可能性は高くこのような領域で横滑り角を高精度で推定することが望まれている。
【０００７】
また、第２従来例のように、車速、ヨーレート、及び横加速度をパラメータとする積分演算により車両の横滑り物理量を演算する場合には、上記第１従来例のような低車速域での推定精度の悪化という問題点は発生しないものの、積分処理を使用しているためにセンサ間の動特性の違い、積分誤差によって推定値が真値から外れていくドリフトが発生する可能性があり、このために車両モデルを使用する方法との併用等が必要となるという未解決の課題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、低車速域での車体横滑り角の推定精度を向上させることができる横滑り角推定方法及び推定装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段課題】
上記目的を達成するために、請求項１に係る車両の車体横滑り角推定方法は、駆動輪となる後輪の車輪速の大きな方の値が、非駆動輪となる前輪のそれに対してある一定値又は一定比率以上大きく、且つ前輪の車輪速又は車体速度がある一定値より小さい場合に、車両の前後方向速度及びヨーレートを検出すると共に、車両の前後方向加速度及び横方向加速度を検出し、車両の前後方向及び横方向について、夫々当該車両が鉛直軸周りの運動をしている状態を記述する運動モデルにおいて検出した前後方向速度、ヨーレート、前後方向加速度及び横方向加速度を既知量とし、推定前後方向速度及び推定横方向速度を未知量とし、前記前後方向速度及び前記推定前後方向速度の誤差をフィードバック信号として使用するオブザーバ演算を行って推定前後方向速度及び推定横方向速度を算出し、算出した推定前後方向速度及び推定横方向速度に基づいて車体の横滑り角を推定する低速用車体横滑り角推定方法を使用し、それ以外の場合に他の高速用車体横滑り角推定方法を使用するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項２に係る車両の車体横滑り角推定方法は、請求項１に係る発明において、前記前後方向速度は、車輪速度及び車輪速度の推定値の何れかを使用することを特徴としている。
【００１３】
なおさらに、請求項３に係る車両の車体横滑り角推定装置は、車両の各車輪の車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、車体に発生するヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、車体に発生する前後方向加速度を検出する前後方向加速度検出手段と、車体に発生する横方向加速度を検出する横方向加速度検出手段と、前記車輪速度算出手段で検出した車輪速度と前記ヨーレート検出手段で検出したヨーレートとに基づいて前後方向速度を算出する前後方向速度算出手段と、車両の前後方向及び横方向について、夫々当該車両が鉛直軸周りの運動をしている状態を記述する運動モデルにおいて検出した前後方向速度、ヨーレート、前後方向加速度及び横方向加速度を既知量とし、推定前後方向速度及び推定横方向速度を未知量とし、前記前後方向速度算出手段で算出した前後方向速度と推定前後方向速度との誤差信号をフィードバックするオブザーバ演算を行って前後方向及び横方向速度を推定する速度推定手段と、該速度推定手段で推定した前後方向及び横方向速度に基づいて横滑り角を算出する横滑り角算出手段とを備えた低速用車体横滑り角推定装置と、該低速用車体横滑り角推定装置とは異なる構成を有する高速用車体横滑り推定装置とを備え、駆動輪となる後輪の車輪速の大きな方の値が、非駆動輪となる前輪のそれに対してある一定値又は一定比率以上大きく、且つ前輪の車輪速又は車体速度がある一定値より小さい場合に、前記低速用車体横滑り角推定装置を選択し、それ以外の場合に、前記高速用車体横滑り角推定装置を選択するようにしたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、駆動輪となる後輪の車輪速の大きな方の値が、非駆動輪となる前輪のそれに対してある一定値又は一定比率以上大きく、且つ前輪の車輪速又は車体速度がある一定値より小さい場合に、前後方向の運動を記述する運動モデルにおいて検出した前後方向速度、ヨーレート、前後方向加速度及び横方向加速度を既知量とし、推定前後方向速度及び推定横方向速度を未知量とし、前記前後方向速度及び前記推定前後方向速度の誤差をフィードバック信号として使用するオブザーバ演算を行って推定前後方向速度及び推定横方向速度を算出し、算出した推定前後方向速度及び推定横方向速度に基づいて車体の横滑り角を推定するので、低車速域で高精度の横滑り角の推定を行うことができると共に、推定値が初期値を誤って与えた等の何らかの理由で真値を離れた場合にも真値に収束させることができ、前述した第２従来例のようにドリフトが生じることがなく、中・高車速域では、他の推定方法に切換えることより、高精度の横滑り角推定を継続し、全ての車速域で横滑り角を高精度に推定することができるという効果が得られる。
【００１５】
また、前後方向速度を検出するので、正確な実測が可能であり、より高精度の横滑り角推定を行うことができるという効果が得られる。
【００１６】
さらに、請求項２に係る発明によれば、前後方向速度を、車輪速度及び車輪速度の推定値の何れかを使用して算出するので、実際の車両の走行状態に応じた値として算出することができ、より高精度の横滑り角推定を行うことができるという効果が得られる。
【００１８】
なおさらに、請求項３に係る発明によれば、請求項１に係る発明と同様に、低車速域では低速用車体横滑り角推定装置で、高精度の横滑り角の推定を行うことができると共に、推定値が初期値を誤って与えた等の何らかの理由で真値を離れた場合にも真値に収束させることができ、前述した第２従来例のようにドリフトが生じることがなく、中・高車速域では高速用車体横滑り角推定装置で高精度の横滑り角の推定を行うことができ、全ての車速域で横滑り角を高精度に推定することができるという効果が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図であり、本実施の形態における車両は、車体横滑り角等の状態量を推定する車両状態量推定装置１０と、目標制動力設定装置２０と、制動力制御装置３０と、を備えて構成されている。なお、目標制動力設定装置２０は、車体横滑り角推定装置１０から供給される各値等に基づいて適切な制動力を設定するための装置であって、その具体的構成は、実行される制御（例えば、ＶＤＣ，ＡＢＳ，ＴＣＳ等のように車両に適用可能な制御）に応じて適宜決定されるものであるが、その内容は本発明の本質ではないため、その具体的な説明は省略する。また、制動力制御装置３０も、実行される制御に応じて適宜公知の構成が採用可能であるから、その具体的な説明も省略する。
【００２０】
そして、車両状態量推定装置１０は、実際にはマイクロコンピュータや必要なインタフェース回路等によって構成され、車両に発生しているヨーレートを検出するヨーレートセンサ１１から供給される実ヨーレートｒと、車両に発生している前後加速度を検出する前後加速度センサ１２から供給される前後加速度αX と、車両に発生している横加速度を検出する横加速度センサ１３から供給される横加速度αY と、各車輪の車輪速を検出する車輪速センサ１４から供給される車輪速ＶｗFL〜ＶｗRRとに基づいて、所定の演算処理を実行して、車体の横滑り角βを推定する。
【００２１】
すなわち、車両の前後方向及び横方向について車両が鉛直軸周りの運動をしている状態を記述する一般的な２輪運動モデルは、図２に示すように、操舵機構を有する前輪１Ｆ及び操舵機構を有さない後輪１Ｒを有し、前輪操舵角をδ、前輪横滑り角をβf 、後輪横滑り角をβr 、重心点２での車速をＶ、前後方向速度をＶX 、横方向速度をＶY 、前後加速度をαX 、横加速度をαY 、ヨーレートをγ、横滑り角をβとし、重心点から前輪側車軸までの水平距離をＬf 、重心点から後輪側車軸までの水平距離をＬr としたときに、その運動方程式は、車両の質量をＭ、車両のヨー方向回転慣性モーメントをＩZ 、前後輪のタイヤコーナリングパワーをＣＰf ，ＣＰr とすると、下記（１）式及び（２）式で表すことができる。
【００２２】
ＭＶX （β′＋γ）＝２ＣＰf βf ＋２ＣＰr βr …………（１）
ＩZ γ′＝２Ｌf ＣＰf βf −２Ｌf ＣＰf βf …………（２）
そして、横滑り角が大きな状態の運動を正確に記述するために、図２の運動モデルから車両の前後加速度αX 横加速度αY と前後方向速度ＶX 及び横方向速度ＶY との関係は、下記（３）式及び（４）式で表すことができる。
【００２３】
αX ＝ＶX ′＋ＶY γ …………（３）
αY ＝ＶY ′−Ｖx γ …………（４）
ここで、ＶX ′は前後方向速度ＶX の微分値、ＶY ′は横方向速度の微分値である。
【００２４】
上記（３）式は、車両が減速を行っている場合に、もし車両が重心点での横方向の速度成分とヨーレートとが発生していれば、前後加速度センサの検出値と、前後方向加速度の微分値が一致しないことを示している。
【００２５】
また、上記（４）式は、車両に遠心力が働いている場合には、車両の横方向速度ＶY の微分値ＶY ′と横加速度センサの検出値とが一致しないことを示している。
【００２６】
これら（３）式及び（４）式から分かるように、車両にヨーレートが発生している状態では、前後方向及び横方向の車両の運動はヨーレートを介して密接に関係している。
【００２７】
また、前後方向速度ＶX が横方向速度ＶY に対して十分に大きくない状況においては、それを考えて車両の運動をモデル化する必要がある。そこで、上記（３）式及び（４）式に使われる変数のうち車両においてセンサによって直接測定が可能な物理量は、ヨーレートγ、前後方向加速度α及び横方向加速度αY である。
【００２８】
また、車両の前後方向の速度ＶX は、車輪の速度等によって比較的容易に測定若しくは推定することが可能である。さらに、上記（３）式及び（４）式は、前後方向の加速度αX 及び横方向の加速度αy と前後方向速度ＶX 及び横方向速度ＶY との関係を表す式であるが、同時に前後方向速度ＶX 及び横方向速度ＶY を状態量とした下記（５）及び（６）式で表される運動方程式と考えることが可能となる。
【００２９】
ＶX ′＝−ＶY γ＋αX …………（５）
ＶY ′＝ＶX γ＋αY …………（６）
したがって、上記（５）式及び（６）式を直接使用して車両の運動を記述することが可能となる。
【００３０】
このため、上記（５）式及び（６）式をもとに前後方向速度ＶX を既知量としてのその誤差信号を用い、未知量である横方向速度ＶY を推定するオブザーバを設定すれば、横滑り角が大きな領域においても横滑り角を高精度で求めることが可能となる。
【００３１】
ここで、前記（５）式及び（６）式は非線型な運動式となっているために下記（７）式及び（８）式に示すオブザーバを使用する。
ここで、Ｋ11，Ｋ21は誤差信号に対して線型なフィードバックを与えるゲイン、Ｋ12，Ｋ22は誤差の符号についてのみフィードバックを与えるゲインとなっている。これらのゲインの値は実験結果などから決定することができる。
【００３２】
そして、上記（７）式及び（８）式で推定された前後方向速度Ｖ＾X 及び横方向速度Ｖ＾Y を用いて、下記（９）式に従って最終的な横滑り角β＾を算出する。
【００３３】
β＾＝ｔａｎ-1（Ｖ＾Y ／Ｖ＾X ） …………（９）
このように、上記第１の実施形態においては、車両状態量推定装置１０で、ヨーレイトセンサ１１で検出した実ヨーレートγ、前後加速度センサ１２で検出した前後加速度αX ，横加速度センサ１３で検出した横加速度αY 、車輪速センサ１４で検出した車輪速ＶｗFL〜ＶｗRRに基づいて算出される前後方向速度ＶX に基づいて前記（７）式および（８）式のオブザーバ演算を行うことにより、横方向速度ＶY に推定前後方向速度Ｖ＾X と実際に検出した前後方向速度ＶX との誤差信号をフィードバックして、推定横方向速度Ｖ＾Y を算出し、これと推定前後方向速度Ｖ＾X とに基づいて推定横滑り角β＾を算出することができる。
【００３４】
このとき、前記（７）式および（８）式で推定前後方向速度Ｖ＾X と実際に検出した前後方向速度ＶX との誤差信号をフィードバックするようにしているだけであり、非線型な運動を線型化してモデル化する必要がないので、低車速の急発進時などに車両の挙動が不安定になり車両に大きな横滑り角を発生してスピンしている状態においても、より正確な横滑り角の推定を行うことができる。
【００３５】
しかも、推定前後方向速度Ｖ＾X と実際に検出した前後方向速度ＶX との誤差信号をフィードバックするので、推定値が初期値を誤って与えた等の何らかの理由で真値から離れた場合にも真値に収束することになり、前述した第２従来例のように積分処理を利用した方式におけるドリフトの発生を確実に防止することができる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態を図３について説明する。
この第２の実施形態は、前後方向速度ＶX を車輪速度又はその推定値から求めるようにしたものである。
【００３７】
すなわち、前輪又は後輪駆動車では非駆動輪が存在するために、駆動時において非駆動輪の車輪速を使用して前後方向速度を算出することが可能である。
一般に、低速時に大きな横滑り角が発生するのは、後輪駆動車などが急発進を行った場合が想定される。そのような状態では、前輪には駆動力等が発生していないために車輪速度は概略その位置でのタイヤの前後方向の車体速度と考えて差し支えない。このた、下記（１０）式を用いることで、車輪の回転速度より車輪位置での前後方向速度を得ることができる。
【００３８】
ＶｗX ＝Ｖｗ・ｃｏｓδ …………（１０）
ここで、Ｖｗは車輪の回転速度を並進速度に換算したものであり、δは舵角（後輪では零又は４輪操舵システム登載時にはその舵角となる）、ＶｗX はＶｗの車体の前後方向の成分であり、車輪のスリップが零の状態では車輪位置での車体の前後方向速度となる。
【００３９】
また、前記第１の実施形態における（７）および（８）式のオブザーバ演算で使用されるのは、重心位置での前後方向速度であるが、これは下記（１１）式を用いて重心位置での前後方向速度に変換することで算出することができる。
【００４０】
ＶX ＝ＶｗX ＋（−１）i ・γ・ｔｒ／２ …………（１１）
ここで、ｔｒはトレッド、ｉは車輪位置を表す添え字で奇数が左輪、偶数が右輪を夫々表す。
【００４１】
そして、前記（７）および（８）式のオブザーバ演算で必要な前後方向速度ＶX として上記（１１）式を適用することにより、後輪駆動車が加速している場合の横滑り角β＾を算出することができる。
【００４２】
一方、制動時においては、車輪速の推定を行うために、車両の四輪の内の一輪の制動力を意図的に下げてスリップを抑制することにより、概略スリップがないときと同じと見なせることになり、前後方向速度ＶｗX を算出することが可能となる。また、全ての車輪において制動力によって車輪のスリップが発生している状態でも、例えば車輪の回転運動のモデルを使用し、車輪速度を他の手段によりって推定することによって前記（７）および（８）式のオブザーバ演算で必要な前後方向速度ＶX を算出することができる。ここで、タイヤの摩擦係数は摩擦係数推定手段によって与えられる。
【００４３】
このように加速状態および減速状態の何れの状態においても、車輪の回転を使用して、車輪位置若しくは重心位置での前後方向速度を求めることができる。
具体的には、図３に示すように、車両状態量推定装置１０に、前述したヨーレートセンサ１１、前後加速度センサ１２、横加速度センサ１３及び車輪速センサ１４に加えて、前輪１Ｆの操舵角を検出する操舵角センサ１５で検出した操舵角δ及びマスタシリンダ圧を検出するマスタシリンダ圧センサ１６で検出したマスタシリンダ圧ＭＰが入力されると共に、制動力制御装置３０からの制動力制御状態であるか否かを表す制動力制御状態信号ＳＢが入力され、且つこの車両状態量推定装置１０で、図４に示す状態量演算処理を実行することにより、車輪速度に基づいて推定横滑り角β＾を算出する。
【００４４】
この状態量演算処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理によって実行され、先ずステップＳ１でマスタシリンダ圧センサ１６で検出したマスタシリンダ圧ＭＰを読込み、これが予め設定した比較的小さい１ＭＰａ程度の閾値ＭＰS 以上であるか否かを判定することにより、運転者がブレーキペダルを踏込んだ制動状態であるか否かを判定し、ＭＰ＜ＭＰS であるときには運転者による制動状態でないと判断して、ステップＳ２に移行し、制動力制御装置３０からの制動力制御状態信号ＳＢを読込んで、これがオン状態であるか否かを判定することにより、ブレーキペダルの踏込以外のトラクション制御又はヨーモーメント抑制制御による制動力制御が行われているか否かを判定し、制動力制御が行われていないときにはステップＳ３に移行して、非駆動輪となる前輪の左右何れか一方の車輪速度ＶｗFL，ＶｗFRを車輪速度Ｖｗとして設定してからステップＳ４に移行する。
【００４５】
このステップＳ４では、車輪速度Ｖｗをもとに前記（１０）式の演算を行って前後方向速度ＶｗX を算出し、次いでステップＳ５に移行して、ヨーレートセンサ１１で検出したヨーレートγ(n) を読込んでからステップＳ６に移行する。
【００４６】
このステップＳ６では、前後方向速度ＶｗX 及びヨーレートγ(n) をもとに前記（１１）式の演算を行って、重心位置での前後方向加速度ＶX (n) を算出する。
【００４７】
次いで、ステップＳ７に移行して、重心位置での前後方向速度ＶX (n) をもとに下記（１２）式及び（１３）式に従って車両の前後方向推定車体速度Ｖ＾X (n) 及び横方向推定車体速度Ｖ＾Y (n) を算出する。
【００４８】
Ｖ＾X (n) ＝Ｖ＾X (n) ＋Δｔ（−Ａ＋αX (n) −Ｂ−Ｃ） ……（１２）
Ｖ＾Y (n) ＝Ｖ＾Y (n) ＋Δｔ（Ｄ＋αY (n) −Ｅ−Ｆ） ……（１２）
Ａ＝Ｖ＾Y (n-1) γ(n-1)
Ｂ＝Ｋ11（Ｖ＾X (n-1) −ＶX (n) ）
Ｃ＝Ｋ12sign（Ｖ＾X (n-1) −ＶX (n) ）
Ｄ＝Ｖ＾X (n-1) γ(n-1)
Ｅ＝Ｋ21（Ｖ＾X (n-1) −ＶX (n) ）
Ｆ＝Ｋ22sign（Ｖ＾X (n-1) −ＶX (n) ）
次いで、ステップＳ８に移行して、車両の前後方向推定車体速度Ｖ＾X (n) 及び横方向推定車体速度Ｖ＾Y (n) をもとに、前記（９）式に従って推定横滑り角β＾(n) を算出し、次いでステップＳ９に移行して、算出した車両の前後方向推定車体速度Ｖ＾X (n) 及び横方向推定車体速度Ｖ＾Y (n) を前回値Ｖ＾X (n-1) 及びＶ＾Y (n-1) として記憶してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００４９】
一方、ステップＳ１の判定結果が、運転者がブレーキペダルを踏込んでいる制動状態であるときには、ステップＳ１０に移行して、例えばアンチロックブレーキ制御装置で使用する推定車体速度を参照して、これを車輪速度Ｖｗとして設定してから前記ステップＳ４に移行する。
【００５０】
また、ステップＳ２の判定結果が、車両が制動力制御を行っているときには、ステップＳ１１に移行して、非駆動輪に制動制御力を解除可能な車輪があるか否かを判定し、解除可能な車輪があるときにはステップＳ１２に移行して、該当車輪の制御力を解除してから該当車輪の車輪速を車輪速度Ｖｗとして設定してから前記ステップＳ４に移行し、解除可能な車輪がないときには前記ステップＳ１０に移行する。
【００５１】
この図４の横滑り角演算処理において、ステップＳ１〜Ｓ６の処理前後方向速度算出手段に対応し、ステップＳ７の処理が速度推定手段に対応し、ステップＳ８の処理が横滑り角算出手段に対応している。
【００５２】
したがって、運転者がブレーキペダルを踏込んでおらず、トラクション制御やヨーレート制御等の制動力制御が行われていないときには、非駆動輪となる前輪１Ｆの左右輪の何れか一方の車輪速ＶｗFL又はＶｗFRに基づいて重心位置における前後方向速度ＶX (n) を算出し、これと前回の推定前後方向速度Ｖ＾X (n-1) 及び推定横方向速度Ｖ＾Y (n-1) と、前後加速度αX 及び横加速度αY に基づくオブザーバ演算によって推定前後方向速度Ｖ＾X (n) 及び推定横方向速度Ｖ＾Y (n) を算出し、これらに応じて推定横滑り角β＾(n) を算出する。
【００５３】
一方、運転者が制動操作を行っていないが、トラクション制御やヨーレート制御が行われている場合には、トラクション制御では非駆動輪となる前輪では制動力制御されていないので、これらの何れかの車輪速が選択され、ヨーレート制御では内輪側又は外輪側の何れかの車輪が制動力制御されないので、この車輪が選択されて、これらに基づいて重心位置における前後方向速度ＶX (n) を算出する。
【００５４】
また、運転者が制動操作を行っている場合や制動操作を行っていないがトラクション制御やヨーレート制御によって全ての車輪が制動力制御されている場合には、例えばアンチロックブレーキ制御での推定車体速度に基づいて重心位置における前後方向速度を算出する。
【００５５】
この結果、車両の制動状態に応じてそのときの前後方向速度を的確に表す車輪速を選択して、これに基づいて重心位置おける前後方向速度を算出することができ、高精度で横滑り角を推定することができる。
【００５６】
なお、上記第２の実施形態においては、運転者の制動操作をマスタシリンダ圧センサ１６でマスタシリンダ圧を検出することにより検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブレーキペダルの踏込み時にオンとなるブレーキランプスイッチのスイッチ信号等によって検出するようにしてもよい。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施形態を図５について説明する。
この第３の実施形態は、前述した第１及び第２の実施形態においては、推定横滑り角を算出する際に、操舵角δを使用していないので、低車速域での前後方向加速度αX に対して横方向加速度αY が大きい状態では高精度で横滑り角を推定することができるが、それ以外の高車速域では、推定精度が低下することになるため、高車速域では他の推定方法に切換えることにより、全ての車速域で高精度の横滑り角推定を行うことができるようにしたものである。
【００５８】
すなわち、車両状態量推定装置１０で、図５に示す推定方法切換処理を実行する。
この推定方法切換処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ２１で、前回使用した推定方法が前述した第１従来例と同様の運動モデルを使用した高速用横滑り角推定方法であったか否かを判定し、高速用横滑り角推定方法であったときには、ステップＳ２２に移行して、駆動輪としての後輪１Ｒの左右輪のうちの高い車輪速ＶｗRHから非駆動輪としての前輪１Ｆの左右輪のうちの高い車輪速ＶｗFHを減算した値（ＶｗRH−ＶｗFH）が予め設定した設定値ΔＶｗ1 より大きく且つ非駆動輪としての前輪１Ｆの高い車輪速ＶｗFHが予め設定した設定車速ＶｗS1より小さいか否かを判定し、（ＶｗRH−ＶｗFH）＞ΔＶｗ1 且つＶｗFH＜ＶｗS1であるときには、低車速域での駆動輪スピン状態であると判断して、ステップＳ２３に移行する。
【００５９】
このステップＳ２３では、前述した第１の実施形態又は第２の実施形態による前後方向速度ＶX (n) と推定前後方向速度Ｖ＾X (n) との誤差信号をフィードバックすることにより、推定前後方向速度Ｖ＾X (n) 及び推定横方向速度Ｖ＾Y (n) を算出し、これらから推定横滑り角β＾(n) を算出する横滑り角推定方法を使用する低速用横滑り角推定方法によって推定横滑り角β＾(n) を算出してからステップＳ２４に移行する。
【００６０】
このステップＳ２４では、後述する高車速用横滑り角推定方法で推定ヨーレートγ＾(n) を使用するので、ヨーレートセンサ１１で検出した実ヨーレートγ(n) を推定ヨーレートγ＾(n) として記憶してからステップＳ２５に移行して、今回の推定結果（γ(n) 、β(n) 、ＶX (n) 、ＶY (n) ）を前回値として記憶すると共に、使用した横滑り推定方法に応じた種別を表すフラグＦを設定してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００６１】
一方、ステップＳ２２の判定結果が設定条件を満足しないときには、ステップＳ２６に移行して、高速用横滑り角推定方法によって推定横滑り角β＾(n) を算出し、次いでステップＳ２７に移行して、ステップＳ２３での低速用横滑り角推定方法で使用する推定前後方向速度Ｖ＾X として車速Ｖ(n) を設定すると共に、下記（１３）式に従って推定横方向速度Ｖ＾Y (n) を算出してから前記ステップＳ２５に移行する。
【００６２】
Ｖ＾X (n) ＝Ｖ(n) ＊ｔａｎ（β＾(n) ） …………（１３）
また、ステップＳ２１の判定結果が前回の推定方法が低速用横滑り角推定方法であるときには、ステップＳ２８に移行して、前記ステップＳ２２と同様に駆動輪としての後輪１Ｒの左右輪のうちの高い車輪速ＶｗRHから非駆動輪としての前輪１Ｆの左右輪のうちの高い車輪速ＶｗFHを減算した値（ＶｗRH−ＶｗFH）が予め設定した前記設定値ΔＶｗ1 より大きい設定値ΔＶｗ2 より大きく且つ非駆動輪としての前輪１Ｆの高い車輪速ＶｗFHが予め設定した前記設定車速ＶｗS1よ大きい設定車速ＶｗS2より大きいか否かを判定し、（ＶｗRH−ＶｗFH）＞ΔＶｗ1 且つＶｗFH＞ＶｗS2であるときには、高車速域であるか駆動輪にホイールスピンを生じていないものと判断して前記ステップＳ２６に移行し、そうでないときには駆動輪にホイールスピンを生じているものと判断して前記ステップＳ２３に移行する。
【００６３】
また、ステップＳ２６での高速用横滑り角推定方法は、前述した図２の２輪運動モデルから前輪のタイヤの横滑り角βf 及び後輪のタイヤの横滑り角βr は、下記（１４）式及び（１５）式で表すことができる。
【００６４】
βf ＝ｔａｎ-1｛（ＶY −Ｌf γ）／ＶX ｝＋δ …………（１４）
βr ＝ｔａｎ-1｛（ＶY −Ｌr γ）／ＶX ｝ …………（１５）
さらに、車速ＶX がある程度大きい状態では線形化が可能であり、下記（１６）式で表される車体横滑り角βと車体前後方向速度ＶX 及び横方向速度ＶY との関係を用い、前記（１４）式及び（１５）式に代えて下記（１７）式及び（１８）式の関係が得られ、以上より最終的に下記（１９）式及び（２０）式の線形２輪モデルが得られる。
【００６５】
この線形２輪モデルは制御設計を行うために下記（２１）〜（２８）の状態空間で表現できる。
【００６６】
【数１】
【００６７】
そして、上記（２１）式及び（２２）式の車両モデルに対し、オブザーバは下記（３０）式ように設計される。
ｘ＾′＝Ａｘ＾＋Ｂｕ＋Ｌｙ〜 …………（３０）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは車両の運動を計算するための行列である。ｘ＾は、推定された状態量、Ｌは状態推定量の補正量を決定するゲインである。ここで、誤差信号ｙ〜は、下記（３１）式によって求められ、推定状態量ｘ＾は下記（３２）式で求められる。
【００６８】
ｙ〜＝ｙ−（Ｃｘ＾＋Ｄｕ） …………（３１）
【００６９】
【数２】
【００７０】
したがって、図６におけるステップＳ３１で前記（２５）式〜（２８）式の行列Ａ〜Ｄを計算し、次いでステップＳ３２に移行して、前記（２９）式及び（３０）式を使用して推定ヨーレートγ＾及び推定横滑り量β＾を算出し、次いでステップＳ３３に移行して、算出した推定ヨーレートγ＾及び推定横滑り量β＾を前回値として記憶してから処理を終了する。
【００７１】
この第３の実施形態によると、車両の発進時等の低車速域で駆動輪となる後輪にホイールスピンを生じる状態となると、前回の処理時に高速用横滑り角推定方法が選択されているものとしても、ステップＳ２２からステップＳ２３に移行して、第１又は第２の実施形態による前後方向速度ＶX (n) と推定前後方向速度Ｖ＾X (n) との誤差信号をフィードバックすることにより、推定前後方向速度Ｖ＾X (n) 及び推定横方向速度Ｖ＾Y (n) を算出し、これらから推定横滑り角β＾(n) を算出する横滑り角推定方法を使用する低速用横滑り角推定方法によって推定横滑り角β＾(n) を算出するので、高精度で推定横滑り角β＾を算出することができる。
【００７２】
この状態から、駆動輪としての後輪のホイールスピンが収まるか、車速が速くなると、ステップＳ２８での判定条件を満足しなくなると、ステップＳ２６に移行して、図８に示す高速用横滑り角推定処理が実行されるので、高車速域で高精度の横滑り角推定を行うことができる。
【００７３】
なお、上記第３の実施形態においては、高速用横滑り推定方法として、（２５）式〜（３１）式を使用して推定ヨーレートγ＾及び推定横滑り角β＾を算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前述した第１従来例や第２従来例のような他の横滑り角推定方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】２輪運動モデルを示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態における演算処理の概要を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態における演算処理の概要を示すフローチャートである。
【図６】第３の実施形態における高速用横滑り角演算処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 車両状態量推定装置
１１ ヨーレートセンサ
１２ 前後加速度センサ
１３ 横加速度センサ
１４ 車輪速センサ
１５ 操舵角センサ
１６ マスタシリンダ圧センサ
２０ 目標制動力設定装置
３０ 制動力制御装置
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の車体横滑り角推定方法及び推定装置に関し、特に、低車速域での車体横滑り角の推定精度の向上を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の技術としては、例えば特開平８−２６８３０６号公報（以下、第１従来例と称す）及び特開平８−３３２９３４号公報（以下、第２従来例と称す）に開示されたものが知られている。
【０００３】
第１従来例は、オブザーバー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滑り角を計算する一方で、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し、その補正係数をオブザーバー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なっていて、これにより、オブザーバー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、というものである。
【０００４】
また、第２従来例は、車速、ヨーレート、及び横加速度をパラメータとする積分演算により車両の横滑り物理量を演算する横滑り物理量演算ブロックと、検出された車両の状態量を入力変数として車両モデルにより車両の横滑り量を推定する横滑り物理量推定ブロックと、車両の旋回挙動が不安定なときには積分演算の積分時定数を大きくする積分時定数設定ブロックとを有し、横滑り物理量演算ブロックにより演算された横滑り物理量及び横滑り物理量推定ブロックにより推定された横滑り物理量に基づき最終演算ブロックにより最終的に車両の横滑り物理量を演算するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、一般的にタイヤの横力やコーナリングフォースは、タイヤスリップ角が大きな領域では非線形な特性を有するため、タイヤモデルに基づいた推定式を用いて車両の車体横滑り角を推定する場合に、タイヤ特性（タイヤ横滑り角とコーナリングフォースとの関係）が非線形な領域では車体横滑り角の推定精度が低下することが判っている。
【０００６】
そのため、例えば上記第１従来例のように、検出横加速度と推定横加速度との比に応じた補正係数を用いる等して推定式に含まれるコーナリングパワーを補正することにより、車体横滑り角の推定精度が低下しないようにすることが考えられる。しかし、このような補正係数を用いる方法であっても、車体質量、車体ヨーイング慣性モーメント、車両重心から前後車軸までの水平距離、車両前後速度、コーナリングパワー等を使用した車両の旋回運動モデルを使用するため、車速が低い領域では近似式が有効でないために、横滑り角の推定精度が悪化するという未解決の課題がある。特に、後輪を駆動する自動車の発進直後の駆動力により所謂パワーオーバーステアと呼ばれる現象をはじめ、低速走行時にも車体横滑り角が増大する可能性は高くこのような領域で横滑り角を高精度で推定することが望まれている。
【０００７】
また、第２従来例のように、車速、ヨーレート、及び横加速度をパラメータとする積分演算により車両の横滑り物理量を演算する場合には、上記第１従来例のような低車速域での推定精度の悪化という問題点は発生しないものの、積分処理を使用しているためにセンサ間の動特性の違い、積分誤差によって推定値が真値から外れていくドリフトが発生する可能性があり、このために車両モデルを使用する方法との併用等が必要となるという未解決の課題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、低車速域での車体横滑り角の推定精度を向上させることができる横滑り角推定方法及び推定装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段課題】
上記目的を達成するために、請求項１に係る車両の車体横滑り角推定方法は、駆動輪となる後輪の車輪速の大きな方の値が、非駆動輪となる前輪のそれに対してある一定値又は一定比率以上大きく、且つ前輪の車輪速又は車体速度がある一定値より小さい場合に、車両の前後方向速度及びヨーレートを検出すると共に、車両の前後方向加速度及び横方向加速度を検出し、車両の前後方向及び横方向について、夫々当該車両が鉛直軸周りの運動をしている状態を記述する運動モデルにおいて検出した前後方向速度、ヨーレート、前後方向加速度及び横方向加速度を既知量とし、推定前後方向速度及び推定横方向速度を未知量とし、前記前後方向速度及び前記推定前後方向速度の誤差をフィードバック信号として使用するオブザーバ演算を行って推定前後方向速度及び推定横方向速度を算出し、算出した推定前後方向速度及び推定横方向速度に基づいて車体の横滑り角を推定する低速用車体横滑り角推定方法を使用し、それ以外の場合に他の高速用車体横滑り角推定方法を使用するようにしたことを特徴としている。
【００１１】
さらに、請求項２に係る車両の車体横滑り角推定方法は、請求項１に係る発明において、前記前後方向速度は、車輪速度及び車輪速度の推定値の何れかを使用することを特徴としている。
【００１３】
なおさらに、請求項３に係る車両の車体横滑り角推定装置は、車両の各車輪の車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、車体に発生するヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、車体に発生する前後方向加速度を検出する前後方向加速度検出手段と、車体に発生する横方向加速度を検出する横方向加速度検出手段と、前記車輪速度算出手段で検出した車輪速度と前記ヨーレート検出手段で検出したヨーレートとに基づいて前後方向速度を算出する前後方向速度算出手段と、車両の前後方向及び横方向について、夫々当該車両が鉛直軸周りの運動をしている状態を記述する運動モデルにおいて検出した前後方向速度、ヨーレート、前後方向加速度及び横方向加速度を既知量とし、推定前後方向速度及び推定横方向速度を未知量とし、前記前後方向速度算出手段で算出した前後方向速度と推定前後方向速度との誤差信号をフィードバックするオブザーバ演算を行って前後方向及び横方向速度を推定する速度推定手段と、該速度推定手段で推定した前後方向及び横方向速度に基づいて横滑り角を算出する横滑り角算出手段とを備えた低速用車体横滑り角推定装置と、該低速用車体横滑り角推定装置とは異なる構成を有する高速用車体横滑り推定装置とを備え、駆動輪となる後輪の車輪速の大きな方の値が、非駆動輪となる前輪のそれに対してある一定値又は一定比率以上大きく、且つ前輪の車輪速又は車体速度がある一定値より小さい場合に、前記低速用車体横滑り角推定装置を選択し、それ以外の場合に、前記高速用車体横滑り角推定装置を選択するようにしたことを特徴としている。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、駆動輪となる後輪の車輪速の大きな方の値が、非駆動輪となる前輪のそれに対してある一定値又は一定比率以上大きく、且つ前輪の車輪速又は車体速度がある一定値より小さい場合に、前後方向の運動を記述する運動モデルにおいて検出した前後方向速度、ヨーレート、前後方向加速度及び横方向加速度を既知量とし、推定前後方向速度及び推定横方向速度を未知量とし、前記前後方向速度及び前記推定前後方向速度の誤差をフィードバック信号として使用するオブザーバ演算を行って推定前後方向速度及び推定横方向速度を算出し、算出した推定前後方向速度及び推定横方向速度に基づいて車体の横滑り角を推定するので、低車速域で高精度の横滑り角の推定を行うことができると共に、推定値が初期値を誤って与えた等の何らかの理由で真値を離れた場合にも真値に収束させることができ、前述した第２従来例のようにドリフトが生じることがなく、中・高車速域では、他の推定方法に切換えることより、高精度の横滑り角推定を継続し、全ての車速域で横滑り角を高精度に推定することができるという効果が得られる。
【００１５】
また、前後方向速度を検出するので、正確な実測が可能であり、より高精度の横滑り角推定を行うことができるという効果が得られる。
【００１６】
さらに、請求項２に係る発明によれば、前後方向速度を、車輪速度及び車輪速度の推定値の何れかを使用して算出するので、実際の車両の走行状態に応じた値として算出することができ、より高精度の横滑り角推定を行うことができるという効果が得られる。
【００１８】
なおさらに、請求項３に係る発明によれば、請求項１に係る発明と同様に、低車速域では低速用車体横滑り角推定装置で、高精度の横滑り角の推定を行うことができると共に、推定値が初期値を誤って与えた等の何らかの理由で真値を離れた場合にも真値に収束させることができ、前述した第２従来例のようにドリフトが生じることがなく、中・高車速域では高速用車体横滑り角推定装置で高精度の横滑り角の推定を行うことができ、全ての車速域で横滑り角を高精度に推定することができるという効果が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の全体構成を示すブロック図であり、本実施の形態における車両は、車体横滑り角等の状態量を推定する車両状態量推定装置１０と、目標制動力設定装置２０と、制動力制御装置３０と、を備えて構成されている。なお、目標制動力設定装置２０は、車体横滑り角推定装置１０から供給される各値等に基づいて適切な制動力を設定するための装置であって、その具体的構成は、実行される制御（例えば、ＶＤＣ，ＡＢＳ，ＴＣＳ等のように車両に適用可能な制御）に応じて適宜決定されるものであるが、その内容は本発明の本質ではないため、その具体的な説明は省略する。また、制動力制御装置３０も、実行される制御に応じて適宜公知の構成が採用可能であるから、その具体的な説明も省略する。
【００２０】
そして、車両状態量推定装置１０は、実際にはマイクロコンピュータや必要なインタフェース回路等によって構成され、車両に発生しているヨーレートを検出するヨーレートセンサ１１から供給される実ヨーレートｒと、車両に発生している前後加速度を検出する前後加速度センサ１２から供給される前後加速度αX と、車両に発生している横加速度を検出する横加速度センサ１３から供給される横加速度αY と、各車輪の車輪速を検出する車輪速センサ１４から供給される車輪速ＶｗFL〜ＶｗRRとに基づいて、所定の演算処理を実行して、車体の横滑り角βを推定する。
【００２１】
すなわち、車両の前後方向及び横方向について車両が鉛直軸周りの運動をしている状態を記述する一般的な２輪運動モデルは、図２に示すように、操舵機構を有する前輪１Ｆ及び操舵機構を有さない後輪１Ｒを有し、前輪操舵角をδ、前輪横滑り角をβf 、後輪横滑り角をβr 、重心点２での車速をＶ、前後方向速度をＶX 、横方向速度をＶY 、前後加速度をαX 、横加速度をαY 、ヨーレートをγ、横滑り角をβとし、重心点から前輪側車軸までの水平距離をＬf 、重心点から後輪側車軸までの水平距離をＬr としたときに、その運動方程式は、車両の質量をＭ、車両のヨー方向回転慣性モーメントをＩZ 、前後輪のタイヤコーナリングパワーをＣＰf ，ＣＰr とすると、下記（１）式及び（２）式で表すことができる。
【００２２】
ＭＶX （β′＋γ）＝２ＣＰf βf ＋２ＣＰr βr …………（１）
ＩZ γ′＝２Ｌf ＣＰf βf −２Ｌf ＣＰf βf …………（２）
そして、横滑り角が大きな状態の運動を正確に記述するために、図２の運動モデルから車両の前後加速度αX 横加速度αY と前後方向速度ＶX 及び横方向速度ＶY との関係は、下記（３）式及び（４）式で表すことができる。
【００２３】
αX ＝ＶX ′＋ＶY γ …………（３）
αY ＝ＶY ′−Ｖx γ …………（４）
ここで、ＶX ′は前後方向速度ＶX の微分値、ＶY ′は横方向速度の微分値である。
【００２４】
上記（３）式は、車両が減速を行っている場合に、もし車両が重心点での横方向の速度成分とヨーレートとが発生していれば、前後加速度センサの検出値と、前後方向加速度の微分値が一致しないことを示している。
【００２５】
また、上記（４）式は、車両に遠心力が働いている場合には、車両の横方向速度ＶY の微分値ＶY ′と横加速度センサの検出値とが一致しないことを示している。
【００２６】
これら（３）式及び（４）式から分かるように、車両にヨーレートが発生している状態では、前後方向及び横方向の車両の運動はヨーレートを介して密接に関係している。
【００２７】
また、前後方向速度ＶX が横方向速度ＶY に対して十分に大きくない状況においては、それを考えて車両の運動をモデル化する必要がある。そこで、上記（３）式及び（４）式に使われる変数のうち車両においてセンサによって直接測定が可能な物理量は、ヨーレートγ、前後方向加速度α及び横方向加速度αY である。
【００２８】
また、車両の前後方向の速度ＶX は、車輪の速度等によって比較的容易に測定若しくは推定することが可能である。さらに、上記（３）式及び（４）式は、前後方向の加速度αX 及び横方向の加速度αy と前後方向速度ＶX 及び横方向速度ＶY との関係を表す式であるが、同時に前後方向速度ＶX 及び横方向速度ＶY を状態量とした下記（５）及び（６）式で表される運動方程式と考えることが可能となる。
【００２９】
ＶX ′＝−ＶY γ＋αX …………（５）
ＶY ′＝ＶX γ＋αY …………（６）
したがって、上記（５）式及び（６）式を直接使用して車両の運動を記述することが可能となる。
【００３０】
このため、上記（５）式及び（６）式をもとに前後方向速度ＶX を既知量としてのその誤差信号を用い、未知量である横方向速度ＶY を推定するオブザーバを設定すれば、横滑り角が大きな領域においても横滑り角を高精度で求めることが可能となる。
【００３１】
ここで、前記（５）式及び（６）式は非線型な運動式となっているために下記（７）式及び（８）式に示すオブザーバを使用する。
【００３２】
そして、上記（７）式及び（８）式で推定された前後方向速度Ｖ＾X 及び横方向速度Ｖ＾Y を用いて、下記（９）式に従って最終的な横滑り角β＾を算出する。
【００３３】
β＾＝ｔａｎ-1（Ｖ＾Y ／Ｖ＾X ） …………（９）
このように、上記第１の実施形態においては、車両状態量推定装置１０で、ヨーレイトセンサ１１で検出した実ヨーレートγ、前後加速度センサ１２で検出した前後加速度αX ，横加速度センサ１３で検出した横加速度αY 、車輪速センサ１４で検出した車輪速ＶｗFL〜ＶｗRRに基づいて算出される前後方向速度ＶX に基づいて前記（７）式および（８）式のオブザーバ演算を行うことにより、横方向速度ＶY に推定前後方向速度Ｖ＾X と実際に検出した前後方向速度ＶX との誤差信号をフィードバックして、推定横方向速度Ｖ＾Y を算出し、これと推定前後方向速度Ｖ＾X とに基づいて推定横滑り角β＾を算出することができる。
【００３４】
このとき、前記（７）式および（８）式で推定前後方向速度Ｖ＾X と実際に検出した前後方向速度ＶX との誤差信号をフィードバックするようにしているだけであり、非線型な運動を線型化してモデル化する必要がないので、低車速の急発進時などに車両の挙動が不安定になり車両に大きな横滑り角を発生してスピンしている状態においても、より正確な横滑り角の推定を行うことができる。
【００３５】
しかも、推定前後方向速度Ｖ＾X と実際に検出した前後方向速度ＶX との誤差信号をフィードバックするので、推定値が初期値を誤って与えた等の何らかの理由で真値から離れた場合にも真値に収束することになり、前述した第２従来例のように積分処理を利用した方式におけるドリフトの発生を確実に防止することができる。
【００３６】
次に、本発明の第２の実施形態を図３について説明する。
この第２の実施形態は、前後方向速度ＶX を車輪速度又はその推定値から求めるようにしたものである。
【００３７】
すなわち、前輪又は後輪駆動車では非駆動輪が存在するために、駆動時において非駆動輪の車輪速を使用して前後方向速度を算出することが可能である。
一般に、低速時に大きな横滑り角が発生するのは、後輪駆動車などが急発進を行った場合が想定される。そのような状態では、前輪には駆動力等が発生していないために車輪速度は概略その位置でのタイヤの前後方向の車体速度と考えて差し支えない。このた、下記（１０）式を用いることで、車輪の回転速度より車輪位置での前後方向速度を得ることができる。
【００３８】
ＶｗX ＝Ｖｗ・ｃｏｓδ …………（１０）
ここで、Ｖｗは車輪の回転速度を並進速度に換算したものであり、δは舵角（後輪では零又は４輪操舵システム登載時にはその舵角となる）、ＶｗX はＶｗの車体の前後方向の成分であり、車輪のスリップが零の状態では車輪位置での車体の前後方向速度となる。
【００３９】
また、前記第１の実施形態における（７）および（８）式のオブザーバ演算で使用されるのは、重心位置での前後方向速度であるが、これは下記（１１）式を用いて重心位置での前後方向速度に変換することで算出することができる。
【００４０】
ＶX ＝ＶｗX ＋（−１）i ・γ・ｔｒ／２ …………（１１）
ここで、ｔｒはトレッド、ｉは車輪位置を表す添え字で奇数が左輪、偶数が右輪を夫々表す。
【００４１】
そして、前記（７）および（８）式のオブザーバ演算で必要な前後方向速度ＶX として上記（１１）式を適用することにより、後輪駆動車が加速している場合の横滑り角β＾を算出することができる。
【００４２】
一方、制動時においては、車輪速の推定を行うために、車両の四輪の内の一輪の制動力を意図的に下げてスリップを抑制することにより、概略スリップがないときと同じと見なせることになり、前後方向速度ＶｗX を算出することが可能となる。また、全ての車輪において制動力によって車輪のスリップが発生している状態でも、例えば車輪の回転運動のモデルを使用し、車輪速度を他の手段によりって推定することによって前記（７）および（８）式のオブザーバ演算で必要な前後方向速度ＶX を算出することができる。ここで、タイヤの摩擦係数は摩擦係数推定手段によって与えられる。
【００４３】
このように加速状態および減速状態の何れの状態においても、車輪の回転を使用して、車輪位置若しくは重心位置での前後方向速度を求めることができる。
具体的には、図３に示すように、車両状態量推定装置１０に、前述したヨーレートセンサ１１、前後加速度センサ１２、横加速度センサ１３及び車輪速センサ１４に加えて、前輪１Ｆの操舵角を検出する操舵角センサ１５で検出した操舵角δ及びマスタシリンダ圧を検出するマスタシリンダ圧センサ１６で検出したマスタシリンダ圧ＭＰが入力されると共に、制動力制御装置３０からの制動力制御状態であるか否かを表す制動力制御状態信号ＳＢが入力され、且つこの車両状態量推定装置１０で、図４に示す状態量演算処理を実行することにより、車輪速度に基づいて推定横滑り角β＾を算出する。
【００４４】
この状態量演算処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理によって実行され、先ずステップＳ１でマスタシリンダ圧センサ１６で検出したマスタシリンダ圧ＭＰを読込み、これが予め設定した比較的小さい１ＭＰａ程度の閾値ＭＰS 以上であるか否かを判定することにより、運転者がブレーキペダルを踏込んだ制動状態であるか否かを判定し、ＭＰ＜ＭＰS であるときには運転者による制動状態でないと判断して、ステップＳ２に移行し、制動力制御装置３０からの制動力制御状態信号ＳＢを読込んで、これがオン状態であるか否かを判定することにより、ブレーキペダルの踏込以外のトラクション制御又はヨーモーメント抑制制御による制動力制御が行われているか否かを判定し、制動力制御が行われていないときにはステップＳ３に移行して、非駆動輪となる前輪の左右何れか一方の車輪速度ＶｗFL，ＶｗFRを車輪速度Ｖｗとして設定してからステップＳ４に移行する。
【００４５】
このステップＳ４では、車輪速度Ｖｗをもとに前記（１０）式の演算を行って前後方向速度ＶｗX を算出し、次いでステップＳ５に移行して、ヨーレートセンサ１１で検出したヨーレートγ(n) を読込んでからステップＳ６に移行する。
【００４６】
このステップＳ６では、前後方向速度ＶｗX 及びヨーレートγ(n) をもとに前記（１１）式の演算を行って、重心位置での前後方向加速度ＶX (n) を算出する。
【００４７】
次いで、ステップＳ７に移行して、重心位置での前後方向速度ＶX (n) をもとに下記（１２）式及び（１３）式に従って車両の前後方向推定車体速度Ｖ＾X (n) 及び横方向推定車体速度Ｖ＾Y (n) を算出する。
【００４８】
Ｖ＾X (n) ＝Ｖ＾X (n) ＋Δｔ（−Ａ＋αX (n) −Ｂ−Ｃ） ……（１２）
Ｖ＾Y (n) ＝Ｖ＾Y (n) ＋Δｔ（Ｄ＋αY (n) −Ｅ−Ｆ） ……（１２）
Ａ＝Ｖ＾Y (n-1) γ(n-1)
Ｂ＝Ｋ11（Ｖ＾X (n-1) −ＶX (n) ）
Ｃ＝Ｋ12sign（Ｖ＾X (n-1) −ＶX (n) ）
Ｄ＝Ｖ＾X (n-1) γ(n-1)
Ｅ＝Ｋ21（Ｖ＾X (n-1) −ＶX (n) ）
Ｆ＝Ｋ22sign（Ｖ＾X (n-1) −ＶX (n) ）
次いで、ステップＳ８に移行して、車両の前後方向推定車体速度Ｖ＾X (n) 及び横方向推定車体速度Ｖ＾Y (n) をもとに、前記（９）式に従って推定横滑り角β＾(n) を算出し、次いでステップＳ９に移行して、算出した車両の前後方向推定車体速度Ｖ＾X (n) 及び横方向推定車体速度Ｖ＾Y (n) を前回値Ｖ＾X (n-1) 及びＶ＾Y (n-1) として記憶してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００４９】
一方、ステップＳ１の判定結果が、運転者がブレーキペダルを踏込んでいる制動状態であるときには、ステップＳ１０に移行して、例えばアンチロックブレーキ制御装置で使用する推定車体速度を参照して、これを車輪速度Ｖｗとして設定してから前記ステップＳ４に移行する。
【００５０】
また、ステップＳ２の判定結果が、車両が制動力制御を行っているときには、ステップＳ１１に移行して、非駆動輪に制動制御力を解除可能な車輪があるか否かを判定し、解除可能な車輪があるときにはステップＳ１２に移行して、該当車輪の制御力を解除してから該当車輪の車輪速を車輪速度Ｖｗとして設定してから前記ステップＳ４に移行し、解除可能な車輪がないときには前記ステップＳ１０に移行する。
【００５１】
この図４の横滑り角演算処理において、ステップＳ１〜Ｓ６の処理前後方向速度算出手段に対応し、ステップＳ７の処理が速度推定手段に対応し、ステップＳ８の処理が横滑り角算出手段に対応している。
【００５２】
したがって、運転者がブレーキペダルを踏込んでおらず、トラクション制御やヨーレート制御等の制動力制御が行われていないときには、非駆動輪となる前輪１Ｆの左右輪の何れか一方の車輪速ＶｗFL又はＶｗFRに基づいて重心位置における前後方向速度ＶX (n) を算出し、これと前回の推定前後方向速度Ｖ＾X (n-1) 及び推定横方向速度Ｖ＾Y (n-1) と、前後加速度αX 及び横加速度αY に基づくオブザーバ演算によって推定前後方向速度Ｖ＾X (n) 及び推定横方向速度Ｖ＾Y (n) を算出し、これらに応じて推定横滑り角β＾(n) を算出する。
【００５３】
一方、運転者が制動操作を行っていないが、トラクション制御やヨーレート制御が行われている場合には、トラクション制御では非駆動輪となる前輪では制動力制御されていないので、これらの何れかの車輪速が選択され、ヨーレート制御では内輪側又は外輪側の何れかの車輪が制動力制御されないので、この車輪が選択されて、これらに基づいて重心位置における前後方向速度ＶX (n) を算出する。
【００５４】
また、運転者が制動操作を行っている場合や制動操作を行っていないがトラクション制御やヨーレート制御によって全ての車輪が制動力制御されている場合には、例えばアンチロックブレーキ制御での推定車体速度に基づいて重心位置における前後方向速度を算出する。
【００５５】
この結果、車両の制動状態に応じてそのときの前後方向速度を的確に表す車輪速を選択して、これに基づいて重心位置おける前後方向速度を算出することができ、高精度で横滑り角を推定することができる。
【００５６】
なお、上記第２の実施形態においては、運転者の制動操作をマスタシリンダ圧センサ１６でマスタシリンダ圧を検出することにより検出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ブレーキペダルの踏込み時にオンとなるブレーキランプスイッチのスイッチ信号等によって検出するようにしてもよい。
【００５７】
次に、本発明の第３の実施形態を図５について説明する。
この第３の実施形態は、前述した第１及び第２の実施形態においては、推定横滑り角を算出する際に、操舵角δを使用していないので、低車速域での前後方向加速度αX に対して横方向加速度αY が大きい状態では高精度で横滑り角を推定することができるが、それ以外の高車速域では、推定精度が低下することになるため、高車速域では他の推定方法に切換えることにより、全ての車速域で高精度の横滑り角推定を行うことができるようにしたものである。
【００５８】
すなわち、車両状態量推定装置１０で、図５に示す推定方法切換処理を実行する。
この推定方法切換処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ２１で、前回使用した推定方法が前述した第１従来例と同様の運動モデルを使用した高速用横滑り角推定方法であったか否かを判定し、高速用横滑り角推定方法であったときには、ステップＳ２２に移行して、駆動輪としての後輪１Ｒの左右輪のうちの高い車輪速ＶｗRHから非駆動輪としての前輪１Ｆの左右輪のうちの高い車輪速ＶｗFHを減算した値（ＶｗRH−ＶｗFH）が予め設定した設定値ΔＶｗ1 より大きく且つ非駆動輪としての前輪１Ｆの高い車輪速ＶｗFHが予め設定した設定車速ＶｗS1より小さいか否かを判定し、（ＶｗRH−ＶｗFH）＞ΔＶｗ1 且つＶｗFH＜ＶｗS1であるときには、低車速域での駆動輪スピン状態であると判断して、ステップＳ２３に移行する。
【００５９】
このステップＳ２３では、前述した第１の実施形態又は第２の実施形態による前後方向速度ＶX (n) と推定前後方向速度Ｖ＾X (n) との誤差信号をフィードバックすることにより、推定前後方向速度Ｖ＾X (n) 及び推定横方向速度Ｖ＾Y (n) を算出し、これらから推定横滑り角β＾(n) を算出する横滑り角推定方法を使用する低速用横滑り角推定方法によって推定横滑り角β＾(n) を算出してからステップＳ２４に移行する。
【００６０】
このステップＳ２４では、後述する高車速用横滑り角推定方法で推定ヨーレートγ＾(n) を使用するので、ヨーレートセンサ１１で検出した実ヨーレートγ(n) を推定ヨーレートγ＾(n) として記憶してからステップＳ２５に移行して、今回の推定結果（γ(n) 、β(n) 、ＶX (n) 、ＶY (n) ）を前回値として記憶すると共に、使用した横滑り推定方法に応じた種別を表すフラグＦを設定してからタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００６１】
一方、ステップＳ２２の判定結果が設定条件を満足しないときには、ステップＳ２６に移行して、高速用横滑り角推定方法によって推定横滑り角β＾(n) を算出し、次いでステップＳ２７に移行して、ステップＳ２３での低速用横滑り角推定方法で使用する推定前後方向速度Ｖ＾X として車速Ｖ(n) を設定すると共に、下記（１３）式に従って推定横方向速度Ｖ＾Y (n) を算出してから前記ステップＳ２５に移行する。
【００６２】
Ｖ＾X (n) ＝Ｖ(n) ＊ｔａｎ（β＾(n) ） …………（１３）
また、ステップＳ２１の判定結果が前回の推定方法が低速用横滑り角推定方法であるときには、ステップＳ２８に移行して、前記ステップＳ２２と同様に駆動輪としての後輪１Ｒの左右輪のうちの高い車輪速ＶｗRHから非駆動輪としての前輪１Ｆの左右輪のうちの高い車輪速ＶｗFHを減算した値（ＶｗRH−ＶｗFH）が予め設定した前記設定値ΔＶｗ1 より大きい設定値ΔＶｗ2 より大きく且つ非駆動輪としての前輪１Ｆの高い車輪速ＶｗFHが予め設定した前記設定車速ＶｗS1よ大きい設定車速ＶｗS2より大きいか否かを判定し、（ＶｗRH−ＶｗFH）＞ΔＶｗ1 且つＶｗFH＞ＶｗS2であるときには、高車速域であるか駆動輪にホイールスピンを生じていないものと判断して前記ステップＳ２６に移行し、そうでないときには駆動輪にホイールスピンを生じているものと判断して前記ステップＳ２３に移行する。
【００６３】
また、ステップＳ２６での高速用横滑り角推定方法は、前述した図２の２輪運動モデルから前輪のタイヤの横滑り角βf 及び後輪のタイヤの横滑り角βr は、下記（１４）式及び（１５）式で表すことができる。
【００６４】
βf ＝ｔａｎ-1｛（ＶY −Ｌf γ）／ＶX ｝＋δ …………（１４）
βr ＝ｔａｎ-1｛（ＶY −Ｌr γ）／ＶX ｝ …………（１５）
さらに、車速ＶX がある程度大きい状態では線形化が可能であり、下記（１６）式で表される車体横滑り角βと車体前後方向速度ＶX 及び横方向速度ＶY との関係を用い、前記（１４）式及び（１５）式に代えて下記（１７）式及び（１８）式の関係が得られ、以上より最終的に下記（１９）式及び（２０）式の線形２輪モデルが得られる。
【００６５】
【００６６】
【数１】
そして、上記（２１）式及び（２２）式の車両モデルに対し、オブザーバは下記（３０）式ように設計される。
ｘ＾′＝Ａｘ＾＋Ｂｕ＋Ｌｙ〜 …………（３０）
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは車両の運動を計算するための行列である。ｘ＾は、推定された状態量、Ｌは状態推定量の補正量を決定するゲインである。ここで、誤差信号ｙ〜は、下記（３１）式によって求められ、推定状態量ｘ＾は下記（３２）式で求められる。
【００６８】
ｙ〜＝ｙ−（Ｃｘ＾＋Ｄｕ） …………（３１）
【００６９】
【数２】
したがって、図６におけるステップＳ３１で前記（２５）式〜（２８）式の行列Ａ〜Ｄを計算し、次いでステップＳ３２に移行して、前記（２９）式及び（３０）式を使用して推定ヨーレートγ＾及び推定横滑り量β＾を算出し、次いでステップＳ３３に移行して、算出した推定ヨーレートγ＾及び推定横滑り量β＾を前回値として記憶してから処理を終了する。
【００７１】
この第３の実施形態によると、車両の発進時等の低車速域で駆動輪となる後輪にホイールスピンを生じる状態となると、前回の処理時に高速用横滑り角推定方法が選択されているものとしても、ステップＳ２２からステップＳ２３に移行して、第１又は第２の実施形態による前後方向速度ＶX (n) と推定前後方向速度Ｖ＾X (n) との誤差信号をフィードバックすることにより、推定前後方向速度Ｖ＾X (n) 及び推定横方向速度Ｖ＾Y (n) を算出し、これらから推定横滑り角β＾(n) を算出する横滑り角推定方法を使用する低速用横滑り角推定方法によって推定横滑り角β＾(n) を算出するので、高精度で推定横滑り角β＾を算出することができる。
【００７２】
この状態から、駆動輪としての後輪のホイールスピンが収まるか、車速が速くなると、ステップＳ２８での判定条件を満足しなくなると、ステップＳ２６に移行して、図８に示す高速用横滑り角推定処理が実行されるので、高車速域で高精度の横滑り角推定を行うことができる。
【００７３】
なお、上記第３の実施形態においては、高速用横滑り推定方法として、（２５）式〜（３１）式を使用して推定ヨーレートγ＾及び推定横滑り角β＾を算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前述した第１従来例や第２従来例のような他の横滑り角推定方法を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】２輪運動モデルを示す説明図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図４】第２の実施の形態における演算処理の概要を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態における演算処理の概要を示すフローチャートである。
【図６】第３の実施形態における高速用横滑り角演算処理の一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 車両状態量推定装置
１１ ヨーレートセンサ
１２ 前後加速度センサ
１３ 横加速度センサ
１４ 車輪速センサ
１５ 操舵角センサ
１６ マスタシリンダ圧センサ
２０ 目標制動力設定装置
３０ 制動力制御装置
Claims (3)
- 駆動輪となる後輪の車輪速の大きな方の値が、非駆動輪となる前輪のそれに対してある一定値又は一定比率以上大きく、且つ前輪の車輪速又は車体速度がある一定値より小さい場合に、車両の前後方向速度及びヨーレートを検出すると共に、車両の前後方向加速度及び横方向加速度を検出し、車両の前後方向及び横方向について、夫々当該車両が鉛直軸周りの運動をしている状態を記述する運動モデルにおいて検出した前後方向速度、ヨーレート、前後方向加速度及び横方向加速度を既知量とし、推定前後方向速度及び推定横方向速度を未知量とし、前記前後方向速度及び前記推定前後方向速度の誤差をフィードバック信号として使用するオブザーバ演算を行って推定前後方向速度及び推定横方向速度を算出し、算出した推定前後方向速度及び推定横方向速度に基づいて車体の横滑り角を推定する低速用車体横滑り角推定方法を使用し、それ以外の場合に他の高速用車体横滑り角推定方法を使用するようにしたことを特徴とする車両の車体横滑り角推定方法。
- 前記前後方向速度は、車輪速度及び車輪速度の推定値の何れかを使用することを特徴とする請求項１記載の車両の車体横滑り角推定方法。
- 車両の各車輪の車輪速度を算出する車輪速度算出手段と、車体に発生するヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、車体に発生する前後方向加速度を検出する前後方向加速度検出手段と、車体に発生する横方向加速度を検出する横方向加速度検出手段と、前記車輪速度算出手段で検出した車輪速度と前記ヨーレート検出手段で検出したヨーレートとに基づいて前後方向速度を算出する前後方向速度算出手段と、車両の前後方向及び横方向について、夫々当該車両が鉛直軸周りの運動をしている状態を記述する運動モデルにおいて検出した前後方向速度、ヨーレート、前後方向加速度及び横方向加速度を既知量とし、推定前後方向速度及び推定横方向速度を未知量とし、前記前後方向速度算出手段で算出した前後方向速度と推定前後方向速度との誤差信号をフィードバックするオブザーバ演算を行って前後方向及び横方向速度を推定する速度推定手段と、該速度推定手段で推定した前後方向及び横方向速度に基づいて横滑り角を算出する横滑り角算出手段とを備えた低速用車体横滑り角推定装置と、該低速用車体横滑り角推定装置とは異なる構成を有する高速用車体横滑り推定装置とを備え、駆動輪となる後輪の車輪速の大きな方の値が、非駆動輪となる前輪のそれに対してある一定値又は一定比率以上大きく、且つ前輪の車輪速又は車体速度がある一定値より小さい場合に、前記低速用車体横滑り角推定装置を選択し、それ以外の場合に、前記高速用車体横滑り角推定装置を選択するようにしたことを特徴とする車両の車体横滑り角推定装置。
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