JP5996572B2 - 車体のロール角推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、二輪車等の車体のロール角を推定する装置に関する。

二輪車等の車体のロール角（ロール方向の傾斜角）をリアルタイムで逐次推定することが必要となる場合が多々ある。例えば、二輪車の駆動輪のトランクションのコントロール等のために、車体のロール角の推定値が必要となる場合がある。

また、例えば特許文献１には、自動二輪車のヘッドランプの照射範囲を制御するために、車体のロール角（特許文献１の記載ではバンク角）を推定する技術が提案されている。

この技術では、ロール角の推定値を、ヨーレート及び車速の検出値から求められる遠心力によるロール方向のモーメントと重力によるロール方向のモーメントとが釣り合う状態でのロール角の値に近づけるように算出した補正量によって、ロールレートの検出値を補正し、その補正後の値を積分することによりロール角の推定値を算出するようにしている。

特開２０１０−１４９６８１号公報

特許文献１に提案されている技術では、遠心力によるロール方向のモーメントと重力によるロール方向のモーメントとが釣り合う状態でのロール角の値を収束目標値としてロール角の推定値を算出するようにしている。

このため、スラローム走行時、あるいは、旋回動作の過渡期のように、車体のロール角が一定もしくはほぼ一定に保たれないような状況では、ロール角の推定値の誤差が大きくなりやすいという不都合がある。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、車体の種々様々な運動状態で車体のロール角を安定に精度よく推定することができる装置を提供することを目的とする。

本発明の車体のロール角推定装置は、かかる目的を達成するために、車体のロール角を逐次推定する装置であって、
前記車体に搭載された加速度センサ及び角速度センサを含み、該車体の前後方向に延在する軸と該車体の車幅方向に延在する軸と該車体の上下方向に延在する軸とをそれぞれ該車体に対して固定されたローカル座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と定義したとき、ｘ軸方向の加速度であるｘ軸加速度とｙ軸方向の加速度であるｙ軸加速度とｘ軸周り方向の角速度であるｘ軸角速度とｚ軸周り方向の角速度であるｚ軸角速度とを検出可能に構成された加速度／角速度検出手段と、
前記車体の進行方向速度を検出する車体速度検出手段と、
前記車体のピッチ角を逐次推定する手段であり、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値と、前記加速度／角速度検出手段によるｘ軸加速度の検出値と、前記ピッチ角の前回推定値とを用いて現在のピッチ角の推定値を算出するピッチ角推定手段と、
前記車体のロール角速度を逐次推定する手段であり、前記加速度／角速度検出手段によるｘ軸角速度及びｚ軸角速度の各検出値と、前記ロール角の前回推定値と、前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値とを用いて現在のロール角速度の推定値を算出するロール角速度推定手段と、
前記車体のロール角の推定用の補正値を逐次算出する手段であり、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値と、前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度及びｙ軸加速度の各検出値と、前記ロール角の前回推定値と、前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値とを用いて前記補正値を算出する補正値算出手段と、
前記ロール角速度推定手段によるロール角速度の推定値を前記補正値算出手段による補正値の算出値により補正してなる値を積分することにより、又は、前記ロール角速度推定手段による前記ロール角速度の推定値を積分してなる値を前記補正値算出手段による補正値の算出値により補正することにより、前記車体の現在のロール角の推定値を算出するロール角推定値算出手段とを備えることを特徴とする（第１発明）。

なお、本発明において、「前回推定値」は、車体のロール角の推定を行う各演算処理周期の１つ前の演算処理周期で求められた推定値を意味する。

上記第１発明によれば、前記ピッチ角推定手段の処理では、車体の進行方向速度の検出値と、ｘ軸加速度の検出値と、ピッチ角の前回推定値とを用いてピッチ角の推定値を算出することで、車体の種々様々な運動状態で、積分演算を必要とせずに、ピッチ角の推定値を精度よく算出できる。

そして、ロール角速度推定手段の処理では、ｘ軸角速度に加えて、ロール角の前回推定値、ピッチ角の前回推定値及びｚ軸角速度の検出値が用いられるので、車体がピッチ方向に傾いた状態であるか否によらずに、ロール角速度の推定値を精度よく算出することができる。

また、補正値算出手段の処理では、車体の進行方向速度の検出値と、ｚ軸角速度及びｙ軸加速度の各検出値と、ロール角の前回推定値と、ピッチ角の前回推定値とを用いることで、ロール角速度の推定値を積分してなる値に誤差が蓄積する虞れがあっても、車体の種々様々な運動状態において、該誤差を適切に低減し得る補正値を算出することができる。

そして、ロール角推定値算出手段の処理では、ロール角速度の推定値を、前記補正値の算出値により補正してなる値を積分することにより、又は、ロール角速度の推定値を積分してなる値を前記補正値の算出値により補正することにより、ロール角の推定値が算出される。

これにより、本発明によれば、車体の種々様々な運動状態で車体のロール角を安定に精度よく推定することができる。

かかる第１発明では、前記補正値算出手段は、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値と、前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度の検出値と、前記ロール角の前回推定値と、前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値とを用いて前記ｙ軸加速度の推定値を算出し、前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値と前記ｙ軸加速度の推定値との偏差をフィードバック制御則によりゼロに近づけるように、該偏差に応じて前記補正値を算出するように構成されていることが好ましい（第２発明）。

ここで、前記ｙ軸加速度の推定値は、ロール角の推定値の誤差の影響を受けるため、前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値と上記推定値との偏差は、ロール角の推定値の誤差に応じたものとなる。

従って、当該偏差をフィードバック制御則によりゼロに近づけるように、該偏差に応じて前記補正値を算出することで、車体の種々様々な運動状態で、ロール角の推定値の誤差をゼロに近づけ得る適切な補正値を算出することができる。ひいては、ロール角の推定値の精度の安定性を高めることができる。

上記第１発明又は第２発明では、前記加速度／角速度検出手段によるｘ軸加速度の検出値に含まれる定常誤差成分であるｘ軸加速度誤差成分を推定するｘ軸加速度誤差成分推定手段をさらに備えており、前記ピッチ角推定手段は、前記ピッチ角の推定値を算出するために実行する処理の一部として、前記加速度／角速度検出手段によるｘ軸加速度の検出値から、前記ｘ軸加速度誤差成分推定手段によるｘ軸加速度誤差成分の推定値を除去する処理を含むように構成されていることが好ましい。

そして、この場合、前記ｘ軸加速度誤差成分推定手段は、前記ロール角速度推定手段によるロール角速度の前回推定値と、前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値と、前記ロール角推定値算出手段によるロール角の前回推定値と、前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度及びｚ軸角速度の各検出値と、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値とを用いて、前記車体の旋回運動時に前記ｘ軸加速度誤差成分に応じて値が変化する誤差指標値を算出する誤差指標値算出手段を含み、前記車体の旋回運動の開始直後の所定期間において該誤差指標値算出手段により算出された誤差指標値をゼロに近づけるように前記ｘ軸加速度誤差成分の推定値を決定するように構成されていることが好ましい（第３発明）。

すなわち、本願発明者の各種実験、検討によれば、ロール角速度の前回推定値と、ピッチ角の前回推定値と、ロール角の前回推定値と、ｙ軸加速度及びｚ軸角速度の各検出値と、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値とを用いて、車体の旋回運動時にｘ軸加速度誤差成分の影響を受けやすい指標値たる前記誤差指標値を算出することができる。

そして、前記車体の旋回運動の開始直後の所定期間において該誤差指標値算出手段により算出された誤差指標値をゼロに近づけるように前記ｘ軸加速度誤差成分の推定値を決定することにより、ｘ軸加速度誤差成分の推定値を適切に求めることができる。

ひいては、前記ピッチ角推定手段の処理において、ｘ軸加速度の検出値からｘ軸加速度誤差成分の推定値を除去することを適切に行って、該ｘ軸加速度誤差成分がピッチ角の推定値に影響しないようにすることができる。その結果、ピッチ角の推定精度をより一層高めることができる。

上記第３発明では、前記ｘ軸加速度誤差成分推定手段は、前記車体の旋回運動の開始直後の所定期間において前記誤差指標値を積分することにより得られる値を前記ｘ軸加速度誤差成分の推定値として算出するように構成されていることが好ましい（第４発明）。

この第４発明によれば、前記誤差指標値をゼロに近づけるように前記ｘ軸加速度誤差成分の推定値を決定することを、前記車体の旋回運動の開始直後の所定期間において前記誤差指標値を積分することによって、適切に実現できる。

上記第３発明又は第４発明では、より具体的には、前記誤差指標値算出手段は、前記ロール角速度推定手段によるロール角速度の前回推定値と前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値と前記ロール角推定値算出手段によるロール角の前回推定値とから算出されるｙ軸加速度の時間的変化率と、前記加速度／角速度検出手段による前記ｙ軸加速度及びｚ軸角速度の各検出値と前記ロール角推定値算出手段によるロール角の前回推定値と前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値と前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値とから算出されるｙ軸加速度の時間的変化率との偏差から、前記車体の旋回運動に応じて変動する成分である偏差変動成分を抽出する第１フィルタリング手段と、前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度の検出値から、前記車体の旋回運動に応じて変動する成分であるｚ軸角速度変動成分を抽出する第２フィルタリング手段とを含み、前記第１フィルタリング手段により抽出された偏差変動成分に、前記第２フィルタリング手段により抽出されたｚ軸角速度変動成分を乗じてなる値を前記誤差指標値として算出するように構成されていることが好ましい（第５発明）。

この第５発明によれば、ｘ軸加速度誤差成分の信頼性の高い推定値を算出する上で、好適な誤差指標値を算出することができる。

さらに上記第３〜第５発明では、前記車体の旋回運動の開始直後の所定期間は、前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度の検出値と、該検出値の時間的変化率との積が所定値以上の正の値となる期間であることが好ましい（第６発明）。

この第６発明によれば、前記誤差指標値をゼロに近づけるように前記ｘ軸加速度誤差成分の推定値を決定する処理を時刻する前記所定期間を適切に設定できる。

また、以上の第１〜第６発明では、前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値に含まれる定常誤差成分であるｙ軸加速度誤差成分を推定するｙ軸加速度誤差成分推定手段をさらに備えており、前記補正値算出手段は、前記補正値を算出するために実行する処理の一部として、前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値から、前記ｙ軸加速度誤差成分推定手段によるｙ軸加速度誤差成分の推定値を除去する処理を含むように構成されていることが好ましい。

そして、この場合、前記ｙ軸加速度誤差成分推定手段は、前記車体が直進状態であるか否かを判定する直進判定手段を含み、該直進判定手段により前記車体が直進状態であると判定される状態における前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値に基づいて前記ｙ軸加速度誤差成分の推定値を求めるように構成されていることが好ましい（第７発明）。

ここで、車体の直進状態は、ｙ軸加速度の実際の値がゼロもしくは所定範囲内となる状態である。従って、この状態において、加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値がゼロもしくは所定範囲内でない場合は、該検出値は、前記ｙ軸加速度誤差成分に相当する。

従って、前記直進判定手段により、車体が直進状態であると判定される状態における前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値に基づいてｙ軸加速度誤差成分の推定値を適切に求めることができる。

ひいては、前記補正値算出手段の処理において、ｙ軸加速度の検出値からｙ軸加速度誤差成分の推定値を除去することを適切に行って、該ｙ軸加速度誤差成分が補正値に影響しないようにすることができる。その結果、補正値算出手段による補正値の算出値の信頼性をより一層高めることができる。

かかる第７発明では、前記直進判定手段は、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値が所定速度以上であり、且つ、前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度の検出値と前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値との積の大きさが所定値以下であるという条件が成立する場合に、前記車体が直進状態であると判定するように構成されていることが好ましい（第８発明）。

この第８発明によれば、車体が直進状態であるか否かを高い信頼性で判定することができる。ひいては、ｙ軸加速度誤差成分の推定値の信頼性を高めることができる。

本発明の一実施形態のロール角推定装置の全体構成を示すブロック図。 実施形態のロール角推定装置を搭載する二輪車を部分的に示す斜視図。 図１に示す計測処理ユニットの機能的構成を示すブロック図。 図３に示すピッチ角推定部の処理を示すブロック図。 図３に示すｘ軸加速度誤差成分推定部の処理を示すブロック図。 （ａ）〜（ｄ）は図５におけるｘ軸加速度誤差成分推定部の処理を説明するためのグラフ。 他の実施形態におけるロール角推定値算出部の処理を示すブロック図。

本発明の一実施形態を図１〜図６を参照して以下に説明する。

図１及び図２を参照して、本実施形態のロール角推定装置１は、図２に示す如き二輪車１００の車体１０１のロール角を推定する装置として、該二輪車１００に搭載される。

ここで、本実施形態の以降の説明において想定される、図２に示す如きローカル座標系及びグローバル座標系について説明しておく。

ローカル座標系は、車体１０１に対して固定された座標系（車体１０１と一体に動く座標系）である。このローカル座標系は、図２に示すように、車体１０１の前後方向に延在する軸をｘ軸、車体１０１の車幅方向に延在する軸をｙ軸、車体１０１の上下方向に延在する軸をｚ軸とするｘｙｚ直交座標系として定義される。

また、グローバル座標系は、二輪車１００の走行環境（車体１０１の移動環境）から見た車体１０１の運動状態を表現するための慣性座標系である。このグローバル座標系は、ローカル座標系のｘ軸を水平面に投影してなる軸と同方向の水平軸をＸ軸、ローカル座標系のｙ軸を水平面に投影してなる軸と同方向の水平軸をＹ軸、鉛直方向（重力方向）の軸をＺ軸とするＸＹＺ直交座標系として定義される。

この場合、二輪車１００を水平面上に直進姿勢で静止させた状態では、ローカル座標系のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向は、それぞれグローバル座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に一致する。

補足すると、上記の如く定義されるグローバル座標系は、車体１０１の移動と共に移動する座標系であり、路面に常時固定された座標系ではない。

また、車体１０１のロール角、ピッチ角、ヨー角は、それぞれ、グローバル座標系のＸ軸周り方向の角度、Ｙ軸周り方向の角度、Ｚ軸周り方向の角度として表現される。本実施形態では、車体１０１のロール角、ピッチ角、ヨー角は、オイラー角で表現される角度である。

以上を前提として、ロール角推定装置１を詳細に説明する。

ロール角推定装置１は、図１に示すように、車体１０１の進行方向速度としての車速を検出する車速センサ２と、車体１０１に生じる加速度及び角速度を検出する慣性センサユニット３と、これらの車速センサ２及び慣性センサユニット３から入力される検出信号を基に、ロール角の推定等を行う計測処理ユニット６とを備える。

車速センサ２は、本発明における車体速度検出手段に相当する。この車速センサ２は、例えば、二輪車１００の後輪（図示しない）の回転速度に応じた検出信号を出力するロータリエンコーダ等の回転速度センサにより構成される。この場合、後輪の回転速度の検出値に対応する該後輪の車輪速（後輪の輪転による移動速度）が車速の検出値として得られる。

なお、前輪及び後輪の両方の回転速度を検出し、それらの回転速度の検出値を基に車速を算出するようにしてもよい。さらに、車速センサ２は、車体１０１の進行方向速度を検出可能なものであれば、他の形態のセンサ（例えば、ＧＰＳを利用した車速センサ等）であってもよい。

慣性センサユニット３は、本発明における加速度／角速度検出手段に相当する。この慣性センサユニット３は、図２に示す如く車体１０１の任意の適所に固定される。慣性センサユニット３は、本実施形態では、ローカル座標系のｘ軸方向の並進加速度（以降、ｘ軸加速度という）を検出するｘ軸加速度センサ４ｘと、ｙ軸方向の並進加速度（以降、ｙ軸加速度という）を検出するｙ軸加速度センサ４ｙと、ｘ軸周り方向の角速度（以降、ｘ軸角速度という）を検出するｘ軸角速度センサ５ｘと、ｚ軸周り方向の角速度（以降、ｚ軸角速度という）を検出するｚ軸角速度センサ５ｚとを該慣性センサユニット３の筐体内に内蔵している。

これにより、慣性センサユニット３は、車体１０１に生じるｘ軸及びｙ軸のそれぞれの軸方向の加速度と、ｘ軸及びｚ軸のそれぞれの軸周りの角速度とを検出可能に構成されている。なお、車体１０１がロール方向又はピッチ方向に傾いた状態では、慣性センサユニット３で検出されるｘ軸加速度又はｙ軸加速度には、重力に起因する加速度成分が含まれる。

補足すると、ｘ軸加速度センサ４ｘ及びｙ軸加速度センサ４ｙは、２つの検出軸を有する加速度センサとして一体に構成されていてもよい。同様に、ｘ軸角速度センサ５ｘ及びｚ軸角速度センサ５ｚは、２つの検出軸を有する角速度センサとして一体に構成されていてもよい。

また、慣性センサユニット３は、ｘ軸加速度センサ４ｘ及びｙ軸加速度センサ４ｙの代わりに、ローカル座標系のｘｙ平面上で、ｘ軸及びｙ軸と少なくとも一方が異なる２つの非平行な軸（互いに直交していなくてもよい）の各方向の加速度を検出する加速度センサを備えていてもよい。この場合であっても、当該２つの軸方向のそれぞれの加速度の検出値の組から、座標変換によって、ｘ軸方向及びｙ軸方向のそれぞれの加速度の検出値を一義的に得ることができる。

このような場合も、ｘ軸加速度センサとｙ軸加速度センサとを備えることと同等とみなすことができる。

同様に、慣性センサユニット３は、ｘ軸角速度センサ５ｘ及びｚ軸角速度センサ５ｚの代わりに、ローカル座標系のｘｚ平面上で、ｘ軸及びｚ軸と少なくとも一方が異なる２つの非平行な軸（互いに直交していなくてもよい）のそれぞれの周りの角速度を検出する角速度センサを備えていてもよい。

このような場合も、ｘ軸角速度センサとｚ軸角速度センサとを備えることと同等とみなすことができる。

計測処理ユニット６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、インターフェース回路等を含む電子回路ユニットにより構成され、二輪車１００の任意の適所に搭載される。なお、計測処理ユニット６は、相互に通信可能な複数の電子回路ユニットにより構成されていてもよい。

この計測処理ユニット６は、実装されるプログラムにより実現される機能、又はハードウェア構成により実現される機能として、図３のブロック図で示す機能を有する。

すなわち、計測処理ユニット６は、車体１０１のロール角速度φdot（ロール角φの時間的変化率）を推定するロール角速度推定部１１と、車体１０１のロール角φの推定値の誤差を低減するための操作量たる補正値δを算出する補正値算出部１２と、車体１０１のピッチ角θを推定するピッチ角推定部１３と、車体１０１のロール角φの推定値を算出するロール角推定値算出部１４とを主たる機能部として備える。

この場合、ロール角推定値算出部１４は、ロール角速度推定部１１によるロール角速度φdotの推定値と補正値算出部１２による補正値δの算出値とを基に、ロール角φの推定値を算出する。また、ピッチ角推定部１３によるピッチ角θの推定値は、ロール角速度推定部１１及び補正値算出部１２の処理に使用される。

さらに、計測処理ユニット６は、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｙ軸加速度の検出値に含まれる定常誤差成分（ｙ軸加速度センサ４ｙの出力のドリフト等に起因する誤差成分）であるｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrを推定するｙ軸加速度誤差成分推定部１５と、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｘ軸加速度の検出値に含まれる定常誤差成分（ｘ軸加速度センサ４ｘの出力のドリフト等に起因する誤差成分）であるｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrを推定するｘ軸加速度誤差成分推定部１６とを備える。

ｙ軸加速度誤差成分推定部１５によるｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrの推定値は、補正値算出部１２の処理で使用される。また、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６によるｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの推定値は、ピッチ角推定部１３の処理で使用される。

上記前記ロール角速度推定部１１、補正値算出部１２、ピッチ角推定部１３、ロール角推定値算出部１４、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５及びｘ軸加速度誤差成分推定部１６は、それぞれ、本発明におけるロール角速度推定手段、補正値算出手段、ピッチ角推定手段、ロール角推定値算出手段、ｙ軸加速度誤差成分推定手段、ｘ軸加速度誤差成分推定手段に相当するものである。

なお、計測処理ユニット６は、ロール角φの推定を行う機能以外の機能（例えば二輪車１００の運転制御機能等）を含んでいてもよい。あるいは、計測処理ユニット６の上記の各機能部は、二輪車１００の運転制御等を行う制御装置の一部の機能として該制御装置に含まれていてもよい。

ここで、計測処理ユニット６の処理を具体的に説明する前に、その処理に関する基本式を提示しておく。

前記ローカル座標系で見た車体１０１の角速度ベクトルを[ωx ωy ωz]^T、前記グローバル座標系で見た車体１０１の角速度ベクトルを[φdot θdot ψdot]^Tと表記すると、[ωx ωy ωz]^Tと[φdot θdot ψdot]^Tとの関係は、次式（１）により表される。なお、上付き添え字Ｔは、転置を意味する。

また、前記ローカル座標系で見た車体１０１の加速度ベクトルを[ａx ａy ａz]^T、前記グローバル座標系で見た車体１０１の加速度ベクトルを[Ａx Ａy Ａz]^Tと表記すると、[ａx ａy ａz]^Tと[Ａx Ａy Ａz]^Tとの関係は、次式（２）により表される。なお、式（２）では、Ａzは重力加速度定数ｇに近似的に一致するものとしている。

ここで、式（１）、（２）におけるφ、θ、ψは、それぞれ、グローバル座標系で見た車体１０１のロール角（Ｘ軸周りの傾斜角）、車体１０１のピッチ角（Ｙ軸周りの傾斜角）、ψは車体１０１のヨー角（Ｚ軸周りの回転角）である。これらの角度は、ローカル座標系とグローバル座標系との間の座標変換に関するオイラー角として表現される角度である。

また、φdot、θdot、ψdotは、それぞれ、換言すれば、ロール角φの時間的変化率（＝dφ/dt）としてのロール角速度、ピッチ角θの時間的変化率（＝dθ/dt）としてのピッチ角速度、ヨー角ψの時間的変化率（＝dψ/dt）としてのヨー角速度である。

本実施形態では、計測処理ユニット６は、上記式（１）、（２）に基づき構築された処理を実行することで、ロール角φを推定する。

なお、本実施形態では、式（１）、（２）におけるωx，ωz，ａx，ａyがそれぞれ、慣性センサユニット３で検出されるｘ軸角速度、ｚ軸角速度、ｘ軸加速度、ｙ軸加速度である。

補足すると、一般的に、加速度センサはある基準点での加速度を検出するものである。該基準点を以降、検出基準点と呼ぶ。本実施形態では、加速度センサ４ｘ，４ｙの検出基準点は後輪の接地点である。ただし、該検出基準点は、後輪の接地点でなくてもよい。

加速度センサ４ｘ，４ｙの検出基準点が後輪の接地点にない場合には、角速度センサの検出値の微分値（時間的変化率）である角加速度検出値を用いて、加速度検出値を後輪の接地点での加速度に変換すればよい。

例えば、ｙ軸加速度センサ４ｙの検出基準点が後輪の接地点よりも上方に所定の距離Ｌだけ離れた位置にある場合には、ｙ軸加速度センサ４ｙによるｙ軸加速度の検出値ａy’は、次式（Ａ）により後輪の接地点でのｙ軸加速度ａyに変換することができる。

ａy＝ａy’＋Ｌ・ωx_dot …（Ａ）

なお、ωx_dotは、ｘ軸角加速度（ｘ軸角速度の微分値）である。

以降、計測処理ユニット６の処理の詳細を説明する。計測処理ユニット６は、所定の演算処理周期で車速センサ２の検出信号と慣性センサユニット３の検出信号（各加速度センサ４ｘ，４ｙの検出信号及び各角速度センサ５ｘ，５ｚの検出信号）とをＡ／Ｄ変換器等を介して取り込み、それらの検出信号により示される車速Ｖ、ｘ軸加速度ａx、ｙ軸加速度ａy、ｘ軸角速度ωx、及びｚ軸角速度ωzの各検出値を取得する。

そして、計測処理ユニット６は、各演算処理周期において、ロール角速度推定部１１、補正値算出部１２、及びピッチ角推定部１３の処理を実行することで、各々、ロール角速度φdotの推定値、補正値δ、ピッチ角θの推定値を算出する。

さらに計測処理ユニット６は、各演算処理周期において、ロール角速度推定部１１及び補正値算出部１２により各々算出されたロール角速度φdotの推定値と補正値δとを用いてロール角推定値算出部１４の処理を実行することで、ロール角φの推定値を算出する。

上記ロール角速度推定部１１の具体的な処理を以下に説明する。なお、以降の説明では、各演算処理周期で計測処理ユニット６が算出する値又は取得する検出値に関し、現在の演算処理周期での値を今回値、１つ前の演算処理周期での値を前回値ということがある。この場合、ピッチ角θ等の推定値の前回値は、本発明における前回推定値に相当する。

前記式（１）のロール角速度φdotに関する式（第１行の式）は次式（３）である。この式（３）の右辺第２項は、通常、十分に微小なもの（≒０）となる。このため、式（３）の右辺は、次式（３ａ）に近似することができる。

φdot＝ωx＋sinφ・tanθ・ωy＋cosφ・tanθ・ωz …（３）
≒ωx＋cosφ・tanθ・ωz …（３ａ）

ロール角速度推定部１１は、この式（３ａ）を基本式として、ロール角速度φdotの推定値を算出する。

具体的には、ロール角速度推定部１１は、各演算処理周期において、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｘ軸角速度ωxの検出値ωx_sens（今回値）及びｚ軸角速度ωzの検出値ωz_sens（今回値）と、前回の演算処理周期でロール角推定値算出部１４及びピッチ角推定部１３により各々算出されたロール角φの推定値（前回値φ_pre）及びピッチ角θの推定値（前回値θ_pre）とを取得する。

そして、これらのωx_sens、ωz_sens、φ_pre、θ_preの値を、それぞれ、式（３ａ）のωx、ωz、φ、θの値として用いて、式（３ａ）の右辺の演算を行うことによって、ロール角速度φの推定値を算出する。

なお、この場合、式（３ａ）の右辺の演算に使用するωxの値、ωzの値として、それぞれの検出値ωx_sens，ωz_sensから、ローパス特性のフィルタにより高周波側のノイズ成分を除去してなるフィルタリング値を使用してもよい。

次に、ピッチ角推定部１３の具体的な処理を以下に説明する。

前記式（２）のｘ軸加速度ａxに関する式（第１行の式）は次式（４）である。この式（４）から次式（４ａ）が得られる。

ａx＝Ａx・cosθ−g・sinθ …（４）
θ＝sin^-1((Ａx・cosθ−ａx)／ｇ) …（４ａ）

また、Ａxは、グローバル座標系で見た車体１０１のＸ軸方向の加速度であるから、次式（５）で示すように、Ｘ軸方向の車体１０１の移動速度に相当する車速Ｖの時間的変化率Ｖdot（＝dＶ/dt）に一致する。

Ａx＝Ｖdot …（５）

この式（５）を前記式（４ａ）に適用すると、次式（４ｂ）が得られる。

θ＝sin^-1((Ｖdot・cosθ−ａx)／ｇ) …（４ｂ）

車体１０１のピッチ角θは、基本的には、この式（４ｂ）に基づいて推定できる。この場合、式（４ｂ）の右辺のＶdot、θ、ａxの値として、それぞれ、車速センサ２の検出信号に基づく車速Ｖの検出値Ｖ_sensの時間的変化率（今回値と前回値との間の時間的変化率）、前回の演算処理周期でピッチ角推定部１３により算出されたピッチ角θの推定値（前回値θ_pre）、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｘ軸加速度ａxの検出値ａx_sens（今回値）を使用することができる。

ただし、検出値ａx_sensには、一般に、ｘ軸加速度センサ４ｘの出力のドリフト等に起因する定常誤差成分であるｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrが含まれる。

そこで、本実施形態では、ピッチ角推定部１３は、式（４ｂ）のａxの値として、ａx_sensからａx_ofsterrを除去した値（＝ａx_sens＋ａx_ofsterr）を用いる次式（４ｃ）に基づいて、ピッチ角θの推定値を算出する。

θ＝sin^-1((Ｖdot・cosθ−ａx_sens−ａx_ofsterr)／ｇ) …（４ｃ）

具体的には、ピッチ角推定部１３は、図４のブロック図で示す処理により、ピッチ角θの推定値を算出する。

すなわち、ピッチ角推定部１３は、各演算処理周期において、車速センサ２の検出信号に基づく車速Ｖの検出値Ｖ_sensと、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｘ軸加速度ａxの検出値ａx_sensと、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６で算出されたｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの推定値とを取得する。

そして、ピッチ角推定部１３は、車速Ｖの検出値Ｖ_sensの時間的変化率Ｖdotを算出する処理を微分演算部１３ａで実行する。

この微分演算部１３ａでは、各演算処理周期において、Ｖ_sensの今回値と前回値との差を、演算処理周期の時間幅Δtで除算することにより、Ｖ_sensの時間的変化率Ｖdotを算出する。なお、図中の「Ｚ^-1」は離散系における遅延要素を表している。

そして、ピッチ角推定部１３は、微分演算部１３ａで算出したＶdotから、ローパス特性のフィルタ１３ｂにより高周波側のノイズ成分を除去してなるフィルタリング値（フィルタ１３ｂの出力値）に、ピッチ角θの推定値の前回値θ_preの余弦関数値cos(θ_pre)を乗じる処理を演算部１３ｃで実行する。

また、ピッチ角推定部１３は、ｘ軸加速度ａxの検出値ａx_sensから、ローパス特性のフィルタ１３ｄにより高周波側のノイズ成分を除去してなるフィルタリング値（フィルタ１３ｄの出力値）を、演算部１３ｃの出力値から減算する処理を演算部１３ｅで実行する。

そして、ピッチ角推定部１３は、演算部１３ｅの出力値から、ローパス特性のフィルタ１３ｆにより高周波側のノイズ成分を除去してなるフィルタリング値（フィルタ１３ｄの出力値）から、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６（詳細は後述する）により算出されたｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの推定値を減算する処理を演算部１３ｇで実行する。この演算部１３ｇの処理が、ａx_sensからｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの推定値を除去する処理である。

なお、フィルタ１３ｆは省略してもよい。ただし、本実施形態では、ノイズの影響を極力低減するために、フィルタ１３ｆを備えている。

この演算部１３ｇまでの処理によって、式（４ｃ）における(Ｖdot・cosθ−ａx_sens−ａx_ofsterr)の値が算出される。なお、この場合、(Ｖdot・cosθ−ａx_sens)は、ローパス特性のフィルタ１３ｂ，１３ｄ，１３ｆにより高周波側のノイズ成分を除去した後のフィルタリング値である。

そして、ピッチ角推定部１３は、式（４ｃ）に基づいて、演算部１３ｇの出力値を重力加速度定数ｇで除算してなる値の逆正弦関数の値をピッチ角θの推定値として算出する。

本実施形態では、以上の如く、ピッチ角推定部１３の処理を実行することで、車体１０１のピッチ角θの推定値が逐次算出される。

なお、ピッチ角推定部１３の演算処理で用いるＶdot、ａx_sens及びａx_ofsterrの値は、重力加速度定数ｇに対する相対比率（ｇを単位として表した加速度値）であってもよい。この場合には、演算部１３ｇの出力値を重力加速度定数ｇで除算する処理は不要である。

次に、補正値算出部１２の具体的な処理を以下に説明する。車体１０１のロール角φは、基本的には、ロール角速度推定部１１で算出されたロール角速度φdotの推定値を積分することで推定することができる。ただし、その場合、ロール角速度φdotの推定値に含まれる誤差が積分によって蓄積し、ひいては、ロール角φの推定値が発散する虞れがある。

補正値算出部１２は、このような誤差の蓄積を防止するための補正値δを算出する。

まず、前記式（２）において、ロール角φの値が含まれる式として、ｙ軸加速度ａyに関する式（第２行の式）に着目すると、この式は次式（６）である。この式（６）の右辺第１項は、通常、十分に微小なもの（≒０）となることから、式（６）の右辺は、次式（６ａ）に近似することができる。

ａy＝sinφ・sinθ・Ａx＋cosφ・Ａy＋sinφ・cosθ・ｇ …（６）
≒cosφ・Ａy＋sinφ・cosθ・ｇ …（６ａ）

そして、車体１０１の横滑りは、通常、十分に小さいとみなすことができることから、グローバル座標系で見た車体１０１のＹ軸方向の加速度としてのＡyは、次式（７）で示すように、遠心力によるＹ軸方向の加速度（＝ψdot・Ｖ）に一致するとみなすことができる。

Ａy＝ψdot・Ｖ …（７）

さらに、前記式（１）のヨー角速度ψdotに関する式（第３行の式）は次式（８）である。この式（８）の右辺は、本願発明者の各種実験によれば、実質的に、次式（８ａ）に近似するこができる。

ψdot＝(sinφ／cosθ)・ωy＋(cosφ／cosθ)・ωz …（８）
≒(１／cosθ)・ωz …（８ａ）

上記式（７）及び（８ａ）を式（６ａ）に適用することで、次式（６ｂ）が得られる。

ａy≒cosφ・(１／cosθ)・ωz・Ｖ＋sinφ・cosθ・ｇ …（６ｂ）

ここで、車速センサ２の検出信号に基づく車速Ｖの検出値と、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｚ軸角速度ωzの検出値と、ピッチ角θの推定値と、ロール角φの推定値とを使用することで、式（６ｂ）によりｙ軸加速度ａyの値を推定できることとなる。この場合、式（６ｂ）に基づくｙ軸加速度ａyの推定値（以降、これに参照符号ａy_estmを付する）は、ロール角φの推定値の誤差の影響を受けることとなる。

一方、ｙ軸加速度ａyの値は、慣性センサユニット３で検出される。従って、慣性センサユニット３の検出信号に基づくａyの検出値ａy_sensと、式（６ｂ）に基づくａyの推定値ａy_estmとの偏差（＝ａy_sens−ａy_estm）は、ロール角φの推定値の誤差に応じたものとなると考えられる。

このため、基本的には、当該偏差（ａy_sens−ａy_estm）を、フィードバック制御則によりゼロに近づけるように、フィードバック操作量としての補正値δを決定することで、ロール角φの推定値の誤差を適切に解消し得る補正値δを求めることが可能である。

ただし、ｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sensには、一般に、ｙ軸加速度センサ４ｙの出力のドリフト等に起因する定常誤差成分であるｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrが含まれる。

そこで、本実施形態では、補正値算出部１２は、ａy_sensからａy_ofsterrを除去した値（＝ａy_sens−ａy_ofsterr）と、式（６ｂ）に基づくａyの推定値ａy_estmとの偏差（＝(ａy_sens−ａy_ofsterr)−ａy_estm）を、フィードバック制御則によりゼロに近づけるように補正値δを算出する。

より具体的には、補正値算出部１２は、各演算処理周期において、車速センサ２の検出信号に基づく車速Ｖの検出値Ｖ_sens（今回値）と、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｚ軸角速度ωzの検出値ωz_sens（今回値）及びｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sens（今回値）と、ピッチ角推定部１３によるピッチ角θの推定値の前回値θ_preと、ロール角推定値算出部１４によるロール角φの推定値の前回値φ_preとを取得する。

そして、Ｖ_sens、ωz_sens、θ_pre、φ_preの値を、それぞれ、式（６ｂ）のＶ、ωz、θ、φの値として用いて、式（６ｂ）の右辺の演算を行うことによって、ｙ軸加速度ａyの推定値ａy_estmを算出する。

なお、この場合、式（６ｂ）の右辺の演算に使用するＶの値、ωzの値として、それぞれの検出値Ｖ_sens、ωz_sensから、ローパス特性のフィルタにより高周波側のノイズ成分を除去してなるフィルタリング値を使用してもよい。

そして、補正値算出部１２は、ｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sensの今回値（あるいは、ａy_sensからローパス特性のフィルタにより高周波側のノイズ成分を除去してなるフィルタリング値）と、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５（詳細は後述する）によるｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrの推定値とを用いて、次式（９）により、補正値δを算出する。

δ＝k1・((ａy_sens−ａy_ofsterr)−ａy_estm)
＋k2・∫((ａy_sens−ａy_ofsterr)−ａy_estm)dt …（９）

なお、式（９）のk1，k2は、あらかじめ定められた所定のゲイン値である。

従って、本実施形態では、補正値算出部１２は、ａyの検出値ａy_sensからｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrの推定値を除去した値と、式（６ｂ）に基づくａyの推定値ａy_estmとの偏差（＝ａy_sens−ａy_ofsterr−ａy_estm）を、フィードバック制御則の１つであるＰＩ制御則（比例・積分制御則）によりゼロに近づけるように補正値δを算出する。

なお、式（９）中の積分は、離散化されたものの積分演算である。このことは、本実施形態における他の積分についても同様である。

本実施形態では、以上の如く、補正値算出部１２の処理を実行することで、補正値δが逐次算出される。

次に、ロール角推定値算出部１４の具体的な処理を以下に説明する。本実施形態では、ロール角推定値算出部１４は、各演算処理周期において、図３に示す如く、補正値算出部１２で算出された補正値δ（今回値）により、ロール角速度推定部１１で算出されたロール角速度φdotの推定値（今回値）を補正してなる値（＝φdot−δ）を積分することによって、ロール角φの推定値を算出する。

この場合、補正値δは、前記したように算出されるので、ロール角φの推定値の誤差を低減するようにして、該推定値が算出される。

次に、説明を後回しにしたｙ軸加速度誤差成分推定部１５及びｘ軸加速度誤差成分推定部１６の処理を説明する。まず、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５の処理を説明する。

二輪車１００の直進状態（換言すれば、車体１０１の直進状態）では、ｙ軸加速度ａyの実際の値は、ゼロに一致もしくはほぼ一致すると考えられる。従って、二輪車１００の直進状態において、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sensがゼロでない場合、その検出値ａy_sensは、定常誤差成分としてのｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrに相当すると考えられる。

そこで、本実施形態では、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５は、二輪車１００の（車体１０１の）直進状態であるか否かを判定し、直進状態であると判定される状態でのｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sensに基づいて、ｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrを推定する。

さらに詳細には、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５は、各演算処理周期において、車速センサ２の検出信号に基づく車速Ｖの検出値Ｖ_sens（今回値）と、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｚ軸角速度ωzの検出値ωz_sens（今回値）と、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sens（今回値）とを取得する。

そして、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５は、Ｖ_sensの今回値（又はＶ_sensからローパス特性のフィルタにより高周波側のノイズ成分を除去してなるフィルタリング値）と、ωz_sensの今回値（又はωz_sensからローパス特性のフィルタにより高周波側のノイズ成分を除去してなるフィルタリング値）とに基づいて、二輪車１００が直進状態であるか否かを判定する。

具体的には、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５は、Ｖ_sensが、あらかじめ定められた所定速度以上の車速であり、且つ、遠心力によるｙ軸方向の加速度に相当するものとしてのωz_sensとＶ_sensとの積（＝ωz_sens・Ｖ_sens）があらかじめ定められた所定値以下であるという条件が成立する場合に、二輪車１００の直進状態であると判定する。

また、当該条件が成立しない場合には、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５は、二輪車１００の直進状態でないと判定する。

このように、直進状態であるか否かを判定する処理によって、本発明における直進判定手段が実現される。

ここで、Ｖ_sensに関する上記所定速度はゼロよりも若干大きい車速である。また、ωz_sens・Ｖ_sensに関する上記所定値は、ゼロよりも若干大きい値である。従って、車速Ｖがゼロもしくはそれに近い車速ではなく、且つ、遠心力が十分に小さいと見なせる場合に、二輪車１００の直進状態であると判定される。

また、二輪車１００が停止状態もしくはそれに近い状態、あるいは、旋回動作中は、直進状態でないと判定される。

そして、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５は、二輪車１００の直進状態であると判定した場合には、ｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sensをローパス特性のフィルタに通すことで、該検出値ａy_sensの直流成分をｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrとして抽出する。

従って、二輪車１００の直進状態であると判定される状況では、ａy_sensを入力するローパス特性のフィルタの出力値が、各演算処理周期において、ｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrの推定値として求められる。そして、この推定値が、前記した補正値算出部１２の演算処理に使用される。

このｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrの推定値、及び上記フィルタの内部状態量は、二輪車１００の直進状態であると判定される状況から直進状態でないと判定される状況に切替わると、次に直進状態であると判定されるまで保持される。そして、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５は、二輪車１００の直進状態でないと判定される状況では、当該保持されたａy_ofsterrの推定値を、補正値算出部１２に与える。

ｙ軸加速度誤差成分推定部１５の処理は以上の如く実行される。

次に、ｘ加速度誤差成分推定部１６の処理を説明する。慣性センサユニット３の検出信号に基づくｘ軸加速度ａxの検出値ａx_sensに定常誤差成分（ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterr）が含まれる場合、前記式（４ａ）から判るように、その定常誤差成分は、ピッチ角θの推定値に影響を及ぼす。

さらに、ピッチ角θの推定値に、上記定常誤差成分の影響による誤差が生じると、前記式（３ａ）から判るように、ｚ軸角速度ωzがゼロとなる場合を除いて、ロール角速度φdotの推定値に影響を及ぼすこととなる。

このように、ｘ軸加速度ａxの検出値ａx_sensの誤差は、ｚ軸角速度ωzがゼロとなる場合を除いて、すなわち、二輪車１００の旋回中（車体１０１の旋回運動時）において、ロール角速度φdotの推定値（ひいては、ロール角φの推定値）に影響を及ぼす。また、その影響は、ωzの値が大きいほど、大きくなる。

そこで、主に二輪車１００の旋回中に発生するｙ軸加速度ａyに着目する。前記式（２）のａyに関する近似式である前記式（６ａ）から次式（１０）が得られる。

ａy−cosφ・Ａy＝sinφ・cosθ・ｇ …（１０）

ロール角φの大きさが比較的小さい場合、式（１０）の左辺のcosφは、φの値の誤差の影響を受け難いものの、右辺のsinφは、φの値の誤差の影響を受けやすい。また、ｙ軸加速度ａyは、基本的には二輪車１００の旋回中に発生する加速度である。

従って、ｘ軸加速度ａxの検出値ａx_sensに定常誤差成分（ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterr）の影響によって、ロール角φの推定値の誤差が発生している場合、二輪車１００の旋回開始直後の、比較的ロール角φが小さなものとなっている状況で、式（１０）の右辺の値と左辺の値とに比較的顕著な差異を発生させるものと考えられる。

また、式（１０）の右辺及び左辺の時間的変化率（微分値）に着目した場合、該時間的変化率は、ｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterr等の影響を受けにくい。

そこで、本実施形態では、ｘ加速度誤差成分推定部１６は、式（１０）の右辺の時間的変化率(sinφ・cosθ・ｇ)_dotと、左辺の時間的変化率(ａy−cosφ・Ａy)_dotとの偏差、すなわち、次式（１１）により表されるofsterrを、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの推定用の基本指標値として求める。

ofsterr＝(sinφ・cosθ・ｇ)_dot−(ａy−cosφ・Ａy)_dot …（１１）

ここで、式（１１）の右辺の(sinφ・cosθ・ｇ)_dotは、次式（１２）で近似できる。

(sinφ・cosθ・ｇ)_dot≒φdot・cosφ・cosθ・g …（１２）

また、式（１１）の右辺の(ａy−cosφ・Ａy)_dotは、近似的に、ａyの検出値ａy_sensからcosφ・Ａyの推定値を差し引いた値の擬似微分値（(ａy_sens−cosφ・Ａy)の微分値をローパス特性のフィルタに通した値）にほぼ一致する。

従って、φdot、φ、θの推定値と、(ａy_sens−cosφ・Ａy)の擬似微分値とから基本指標値ofsterrを算出できる。

この場合、前記式（７）及び（８ａ）によりＡy＝(１／cosθ)・ωz・Ｖであるから、(ａy_sens−cosφ・Ａy)の値は、ａyの検出値ａy_sensと、φの推定値φ_preと、θの推定値θ_preと、ωzの検出値ωz_sensと、Ｖの検出値Ｖ_sensとから算出することができる。

そして、ｘ加速度誤差成分推定部１６は、この基本指標値ofsterrと、ｚ軸角速度ωzの値とを用いて、二輪車１００の旋回運動（車体１０１の旋回運動）の開始直後の所定期間で、次式（１３）の積分演算を実行することによって、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrを算出する。

ａx_ofsterr＝k3・(∫(ofsterr・ωz・Ｃ)dt) …（１３）

上記式（１３）におけるk3は、あらかじめ定められる所定値のゲイン、Ｃはｚ軸角速度ωzの値及びその時間的変化率に応じて設定する係数値である。この場合、式（１３）の積分演算では、ofsterrの値としては、車体１０１の旋回動作に応じたofsterrの変動成分（低周波成分を除去した成分）が使用される。同様に、ωzの値としては、車体１０１の旋回動作に応じたωzの検出値ωz_sensの変動成分（低周波成分を除去した成分）が使用される。なお、式（１３）における(ofsterr・ωz)は、本発明における誤差指標値に相当する。

より具体的には、ｘ加速度誤差成分推定部１６は、図５のブロック図で示す処理を実行することで、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrを算出する。

ｘ加速度誤差成分推定部１６は、各演算処理周期において、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｚ軸角速度ωzの検出値ωz_sens（今回値）と、慣性センサユニット３の検出信号に基づくｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sens（今回値）と、ロール角速度推定部１１によるロール角速度φdotの推定値（前回値φdot_pre）と、ロール角推定値算出部１４によるロール角φの推定値（前回値φ_pre）と、ピッチ角推定部１３によるピッチ角θの推定値（前回値θ_pre）とを取得する。

そして、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６は、θ_preの余弦関数値と、φ_preの余弦関数値と、φdot_preと、重力加速度定数ｇとの積を算出する処理を演算部１６ａで実行する。この処理は、前記式（１１）の第１項を、前記近似式（１２）により算出する処理に相当する。従って、この処理は、換言すれば、前回の演算処理周期で算出されたロール角速度φdotの推定値（前回値φdot_pre）とピッチ角θの推定値（前回値θ_pre）とロール角φの推定値（前回値φ_pre）とから推定されるｙ軸加速度の時間的変化率（＝(sinφ・cosθ・ｇ)_dot）を算出する処理である。

また、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６は、、ｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sensと、ロール角φの推定値（前回値φ_pre）と、(ａy_sens−cosφ・Ａy)の値時間的変化率（微分値）を算出する処理を微分演算部１６ｂで実行し、さらにその時間的変化率の算出値をローパス特性のフィルタ１６ｃに通すことで、ａy_sensの擬似微分値を算出する。この処理は、式（１１）の右辺第２項を算出する処理に相当する。

この場合、各演算処理周期での(ａy_sens−cosφ・Ａy)の値は、ｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sensと、ロール角φの推定値（前回値φ_pre）と、ピッチ角θの推定値（前回値θ_pre）と、ｚ軸角速度ωzの検出値ωz_sensと、車速Ｖの検出値Ｖ_sensとから、Ａy＝(１／cosθ)・ωz・Ｖという関係式を用いて算出される。

そして、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６は、前記演算部１６ａの出力値と、フィルタ１６ｃの出力値との偏差を算出する処理を演算部１６ｄで実行する。これにより、基本指標値ofsterrが算出される。

さらに、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６は、基本指標値ofsterrから、ローパス特性のフィルタ１６ｅにより、二輪車１００のエンジンの振動等に起因する周波数成分を除去し、さらに、ハイパス特性のフィルタ１６ｆによりofsterrの変動成分（所定周波数以下の定常成分を除いた変動成分）を抽出する。フィルタ１６ｆの出力値は、二輪車１００（車体１０１）の旋回運動に応じて発生するofsterrの変動成分に相当する。

また、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６は、ωz_sensから、ローパス特性のフィルタ１６ｇにより、二輪車１００のエンジンの振動等に起因する周波数成分を除去し、さらに、ハイパス特性のフィルタ１６ｈによりωz_sensの変動成分（所定周波数以下の定常成分を除いた変動成分）を抽出する。フィルタ１６ｈの出力値は、二輪車１００（車体１０１）の旋回運動に応じて発生するωz_sensの変動成分に相当する。

そして、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６は、フィルタ１６ｆの出力値に、フィルタ１６ｈの出力値と、係数値Ｃとを乗じてなる値を算出する処理を演算部１６ｉで実行する。これにより、式（１３）の積分を行う（ofsterr・ωz・Ｃ）の値が算出される。

この場合、係数値Ｃは、本実施形態では、ωz_sensとその時間的変化率である角加速度ωzdotとの積の値（＝ωz_sens・ωzdot）が、ゼロ、あるいは、ゼロよりも若干大きい正の値にあらかじめ定めた所定値ε以上であるか否かに応じて次式（１４ａ）又は（１４ｂ）により決定される。なお、ωzdotは、各演算処理周期において、ωz_sensの今回値と前回値との差を演算処理周期の時間幅Δｔで除算してなる値、あるいは、該値をローパス特性のフィルタに通してなるフィルタリング値として算出される。

ωz_sens・ωzdot≧εである場合
Ｃ＝１ …（１４ａ）
ωz_sens・ωzdot＜εである場合
Ｃ＝０ …（１４ｂ）

ここで、二輪車１００の旋回動作（車体１０１の旋回動作）が行われた場合、ωz_sensは、例えば図６（ａ）に例示する如く変化する。このとき、ωzdotは、図６（ｂ）に例示する如く、車体１０１の旋回動作の開始直後の初期は、ωz_sensと同極性になり、旋回動作の終期にωz_sensと逆極性になる。

従って、ωz_sensとωzdotとの積の値は、図６（ｃ）に例示する如く、車体１０１の旋回動作の開始直後の初期において、正の値となる。

このため、上記の如く式（１４ａ）又は（１４ｂ）により係数値Ｃを決定することで、図６（ｄ）に示す如く、車体１０１の旋回動作の開始直後の状態であると見なせる状況（ωz_sens・ωzdot≧εとなる状況）で係数値Ｃが１に設定され、他の状況では、係数値Ｃがゼロに設定されることとなる。

従って、演算部１６ｉの出力値は、車体１０１の旋回動作の開始直後の状態であると見なせる状況以外の状況では、フィルタ１６ｆ，１６ｈの出力値によらずに常にゼロとなる。

次いで、ｘ軸加速度誤差成分推定部１６は、演算部１６ｉの出力値を積分（あるいは、積算）し、さらにその積分値にゲイン値ｋ3を乗じる処理を積分演算部１６ｊで実行する。この処理が、式（１３）の右辺の演算処理である。これによりｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrが算出される。

この場合、係数値Ｃが上記の如く設定されるので、積分演算部１６ｊの積分処理は、実質的に、ωz_sens・ωzdot≧εとなる期間、すなわち、車体１０１の旋回動作の開始直後の状態であると見なせる期間でのみ、実行されることとなる。ひいては、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの算出及び更新処理は、実質的に、車体１０１の旋回動作の開始直後の状態であると見なせる期間でのみ、実行されることとなる。

そして、ωz_sens・ωzdot＜εとなる期間では、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの値は一定に保持される。

ｘ軸加速度誤差成分推定部１６の処理は以上の如く実行される。すなわち、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの推定値が、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの真値に一致すれば、基本指標値ofsterrがゼロになるものと考えられる。そこで、本処理では、該基本指標値ofsterr、ひいては、誤差指標値(ofsterr・ωz)がゼロに近づくように、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの推定値が徐々に修正される。そして、この処理により算出されるａx_ofsterrの推定値が、ピッチ角推定部１３の演算処理で使用される。

補足すると、本実施形態では、図５中で参照符号１６Ａを付した誤差指標値算出部が本発明における誤差指標値算出手段に相当する。そして、演算部１６ｉの出力値が本発明における誤差指標値に相当する。

また、フィルタ１６ｅ，１６ｆが本発明における第１フィルタリング手段に相当し、フィルタ１６ｇ，１６ｈが本発明における第２フィルタリング手段に相当する。そして、フィルタ１６ｆの出力値が本発明における偏差変動成分に相当し、フィルタ１６ｈの出力値が本発明におけるｚ軸角速度変動成分に相当する。

以上説明した実施形態によれば、ロール角速度推定部１１及びピッチ角推定部１３において、それぞれ、車体１０１の種々様々な運動状態において、ロール角速度φ、ピッチ角θを精度よく推定することができる。

そして、この場合、ピッチ角推定部１３では、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの推定値を使用することで、ｘ軸加速度誤差成分ａx_ofsterrの影響を補償できるので、ピッチ角θの推定精度を高めることができる。ひいては、ロール角速度推定部１１によるロール角速度φdotの推定精度も高めることができる。

さらに、補正値算出部１２では、ｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sensからｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrの推定値を除去してなる値とｙ軸加速度ａyの推定値ａy_estmとの偏差をゼロに近づけるようにフィードバック制御則（本実施形態ではＰＩ制御則）により補正値δが算出される。

このため、車体１０１の種々様々な運動状態で、ロール角φの推定値の誤差を低減する上で好適な補正値を安定に算出することができる。

よって、本実施形態によれば、ロール角の推定値を精度よく安定に算出することができる。

次に、以上説明した実施形態の変形態様をいくつか説明する。

前記実施形態では、ロール角推定値算出部１４は、ロール角速度φdotの推定値を補正値δにより補正するようにした。ただし、図７のブロック図で示す如く、ロール角速度φdotの推定値を積分してなる値を、補正値δにより補正するようにしてもよい。このようにした場合でも、補正値δは、ｙ軸加速度ａyの検出値ａy_sensからｙ軸加速度誤差成分ａy_ofsterrの推定値を除去してなる値とｙ軸加速度ａyの推定値ａy_estmとの偏差をゼロに近づけるように算出される。このため、結果的にφの推定値の誤差を低減するように、該推定値を算出できる。

また、ロール角速度推定部１１、補正値算出部１２、ピッチ角推定部１３、ｙ軸加速度誤差成分推定部１５、及びｘ軸加速度誤差成分推定部１６の処理において、加減乗除の演算、あるいは関数演算を実際に行う代わりに、あらかじめ作成したマップデータを使用して演算結果の値を求めるようにしてもよい。例えば、ロール角速度推定部１１の処理において、前記式（３ａ）の右辺の第２項を、φ、θ、ωzの値からマップデータにより求めるようにしてもよい。

また、前記実施形態では、加速度の検出基準点を後輪の接地点に設定したが、異なる点に設定してもよい。ただし、この場合は、座標系の変換を適宜行う必要がある。

また、前記実施形態では、誤差成分の推定をローカル座標系で行っているが、グローバル座標系で行ってもよい。

また、前記実施形態では、二輪車１００の車体１０１のロール角を推定する場合を例にとって説明したが、本発明を適用する車体は、二輪車１００以外の移動車両（例えば四輪自動車、自転車）の車体であってもよい。

また、本実施形態の演算処理を、本実施形態と異なる検出基準点、又は本実施形態と異なる座標系を使用して、等価変換することができる。このように、等価変換することができるものも、本実施形態と実質的に同一とみなすことができる。

また、演算結果が変わらないように本実施形態の演算手順を変更してもよい。このように演算手順を変更したものも、本実施形態と実質的に同一とみなすことができる。

また、ｚ軸方向の加速度を検出し、その検出値を用いて各種推定値の精度を高めるようにすることも可能である。

１…ロール角推定装置、２…車速センサ（車体速度検出手段）、３…慣性センサユニット（加速度／角速度検出手段）、４ｘ，４ｙ…加速度センサ、５ｘ，５ｚ…角速度センサ、１１…ロール角速度推定部（ロール角速度推定手段）、１２…補正値算出部（補正値算出手段）、１３…ピッチ角推定部（ピッチ角推定手段）、１４…ロール角推定値算出部（ロール角推定値算出手段）、１５…ｙ軸加速度誤差成分推定部（ｙ軸加速度誤差成分推定手段、直進判定手段）、１６…ｘ軸加速度誤差成分推定部（ｘ軸加速度誤差成分推定手段）、１６Ａ…誤差指標値推定部（誤差指標値推定手段）、１６ｅ，１６ｆ…フィルタ（第１フィルタリング手段）、１６ｇ，１６ｈ…フィルタ（第２フィルタリング手段）。

Claims (8)

1. 車体のロール角を逐次推定する装置において、
   前記車体に搭載された加速度センサ及び角速度センサを含み、該車体の前後方向に延在する軸と該車体の車幅方向に延在する軸と該車体の上下方向に延在する軸とをそれぞれ該車体に対して固定されたローカル座標系のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸と定義したとき、ｘ軸方向の加速度であるｘ軸加速度とｙ軸方向の加速度であるｙ軸加速度とｘ軸周り方向の角速度であるｘ軸角速度とｚ軸周り方向の角速度であるｚ軸角速度とを検出可能に構成された加速度／角速度検出手段と、
   前記車体の進行方向速度を検出する車体速度検出手段と、
   前記車体のピッチ角を逐次推定する手段であり、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値と、前記加速度／角速度検出手段によるｘ軸加速度の検出値と、前記ピッチ角の前回推定値とを用いて現在のピッチ角の推定値を算出するピッチ角推定手段と、
   前記車体のロール角速度を逐次推定する手段であり、前記加速度／角速度検出手段によるｘ軸角速度及びｚ軸角速度の各検出値と、前記ロール角の前回推定値と、前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値とを用いて現在のロール角速度の推定値を算出するロール角速度推定手段と、
   前記車体のロール角の推定用の補正値を逐次算出する手段であり、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値と、前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度及びｙ軸加速度の各検出値と、前記ロール角の前回推定値と、前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値とを用いて前記補正値を算出する補正値算出手段と、
   前記ロール角速度推定手段によるロール角速度の推定値を前記補正値算出手段による補正値の算出値により補正してなる値を積分することにより、又は、前記ロール角速度推定手段による前記ロール角速度の推定値を積分してなる値を前記補正値算出手段による補正値の算出値により補正することにより、前記車体の現在のロール角の推定値を算出するロール角推定値算出手段とを備えることを特徴とする車体のロール角推定装置。
2. 請求項１記載の車体のロール角推定装置において、
   前記補正値算出手段は、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値と、前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度の検出値と、前記ロール角の前回推定値と、前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値とを用いて前記ｙ軸加速度の推定値を算出し、前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値と前記ｙ軸加速度の推定値との偏差をフィードバック制御則によりゼロに近づけるように、該偏差に応じて前記補正値を算出するように構成されていることを特徴とする車体のロール角推定装置。
3. 請求項１又は２記載の車体のロール角推定装置において、
   前記加速度／角速度検出手段によるｘ軸加速度の検出値に含まれる定常誤差成分であるｘ軸加速度誤差成分を推定するｘ軸加速度誤差成分推定手段をさらに備えており、
   前記ピッチ角推定手段は、前記ピッチ角の推定値を算出するために実行する処理の一部として、前記加速度／角速度検出手段によるｘ軸加速度の検出値から、前記ｘ軸加速度誤差成分推定手段によるｘ軸加速度誤差成分の推定値を除去する処理を含むように構成されており、
   前記ｘ軸加速度誤差成分推定手段は、
   前記ロール角速度推定手段によるロール角速度の前回推定値と、前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値と、前記ロール角推定値算出手段によるロール角の前回推定値と、前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度及びｚ軸角速度の各検出値と、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値とを用いて、前記車体の旋回運動時に前記ｘ軸加速度誤差成分に応じて値が変化する誤差指標値を算出する誤差指標値算出手段を含み、前記車体の旋回運動の開始直後の所定期間において該誤差指標値算出手段により算出された誤差指標値をゼロに近づけるように前記ｘ軸加速度誤差成分の推定値を決定するように構成されていることを特徴とする車体のロール角推定装置。
4. 請求項３記載の車体のロール角推定装置において、
   前記ｘ軸加速度誤差成分推定手段は、前記車体の旋回運動の開始直後の所定期間において前記誤差指標値を積分することにより得られる値を前記ｘ軸加速度誤差成分の推定値として算出するように構成されていることを特徴とする車体のロール角推定装置。
5. 請求項３又は４記載の車体のロール角推定装置において、
   前記誤差指標値算出手段は、
   前記ロール角速度推定手段によるロール角速度の前回推定値と前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値と前記ロール角推定値算出手段によるロール角の前回推定値とから算出されるｙ軸加速度の時間的変化率と、前記加速度／角速度検出手段による前記ｙ軸加速度及びｚ軸角速度の各検出値と前記ロール角推定値算出手段によるロール角の前回推定値と前記ピッチ角推定手段によるピッチ角の前回推定値と前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値とから算出されるｙ軸加速度の時間的変化率との偏差から、前記車体の旋回運動に応じて変動する成分である偏差変動成分を抽出する第１フィルタリング手段と、
   前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度の検出値から、前記車体の旋回運動に応じて変動する成分であるｚ軸角速度変動成分を抽出する第２フィルタリング手段とを含み、
   前記第１フィルタリング手段により抽出された偏差変動成分に、前記第２フィルタリング手段により抽出されたｚ軸角速度変動成分を乗じてなる値を前記誤差指標値として算出するように構成されていることを特徴とする車体のロール角推定装置。
6. 請求項３〜５のいずれか１項に記載のロール角推定装置において、
   前記車体の旋回運動の開始直後の所定期間は、前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度の検出値と、該検出値の時間的変化率との積が所定値以上の正の値となる期間であることを特徴とする車体のロール角推定装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の車体のロール角推定装置において、
   前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値に含まれる定常誤差成分であるｙ軸加速度誤差成分を推定するｙ軸加速度誤差成分推定手段をさらに備えており、
   前記補正値算出手段は、前記補正値を算出するために実行する処理の一部として、前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値から、前記ｙ軸加速度誤差成分推定手段によるｙ軸加速度誤差成分の推定値を除去する処理を含むように構成されており、
   前記ｙ軸加速度誤差成分推定手段は、前記車体が直進状態であるか否かを判定する直進判定手段を含み、該直進判定手段により前記車体が直進状態であると判定される状態における前記加速度／角速度検出手段によるｙ軸加速度の検出値に基づいて前記ｙ軸加速度誤差成分の推定値を求めるように構成されていることを特徴とする車体のロール角推定装置。
8. 請求項７記載のロール角推定装置において、
   前記直進判定手段は、前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値が所定速度以上であり、且つ、前記加速度／角速度検出手段によるｚ軸角速度の検出値と前記車体速度検出手段による進行方向速度の検出値との積の大きさが所定値以下であるという条件が成立する場合に、前記車体が直進状態であると判定するように構成されていることを特徴とする車体のロール角推定装置。