JP4140720B2 - 車両挙動再現システム - Google Patents
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Description
これら車両モデルは、車両運動力学よって車両挙動を記述しており、特に、非線形状態空間モデルや非線形状態オブザーバの設定については、詳細な技術が提案されている(たとえば、非特許文献1参照)。
また、車両運動力学による従来のシステムは、主に線形2輪モデルで記述されており、車両のロールやピッチ運動を無視している(たとえば、非特許文献2参照)。
さらに、簡単化を用いた従来システムとしては、タイヤ横滑り角と車輪の横力の関係が「コーナリング・スティフネス」と呼ばれる一定の比例要素を仮定したシステムも提案されている(たとえば、特許文献1、2参照)。
以下、この発明の実施の形態1について、図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、以下の説明中、各変数の添字「ij」は車両の各車輪位置を示しており、たとえば、「FL」であれば左前輪(Front Left wheel)、「FR」であれば右前輪(Front Right wheel)、「RL」であれば左後輪(Rear Left wheel)、「RR」であれば右後輪(Rear Right wheel)を意味する。
図2はこの発明の実施の形態1におけるタイヤ横滑り角αijおよび垂直力(車輪荷重)FZijに依存した車輪の横力FYijの特性曲線を示す説明図である。
図3はこの発明の実施の形態1におけるタイヤ横滑り角αijおよび垂直力FZijに依存した横力FYijの特性曲線および適合済コーナリング・スティフネスcijの実行プロセスを示す説明図である。
状態空間モデル/オブザーバーユニット120内の状態空間モデルは、車両の動的な挙動を記述している。
また、状態空間モデル/オブザーバーユニット120内の状態空間オブザーバは、ヨーレート算出値ψ'Mとヨーレートセンサ検出値ψ'Sとの偏差が0となるように状態空間モデルのパラメータを調整する。
これにより、状態空間モデルは、実際の車両を表現した数式となる。また、状態空間モデル(微分方程式)に存在する変数のうち、車両上にセンサが搭載されていないことから測定不可能な変数(この場合では、車体横滑り角β)であっても、正確な値として算出することができる。
車載センサ(図示せず)から取得可能な各種情報(横方向の加速度ay、前後方向の加速度ax、車輪舵角δwおよびヨーレートψ'sの検出値)は、適合済コーナリング・スティフネスcijを用いた車両挙動再現システム10に入力される。
たとえば、急ブレーキ状態においては、荷重移動によってフロント車軸における車輪の垂直力FZijが増加し、カーブ運転状態においては、遠心力によって内側の車輪よりも外側の車輪の方が垂直力FZijが大きくなる。
なお、車輪の垂直力FZijを求める方程式は、たとえば、前述の非特許文献1に参照されるように、トルクのつりあいの方程式に基づいて得られる。
車体横滑り角βは、状態空間モデル/オブザーバーユニット120内で観測され、その後、セレクタ130で選択された後、遅延手段135を介して導出される。
なお、タイヤ横滑り角演算手段125で用いられる2輪モデルに基づく基本方程式は、前述の非特許文献1に説明されている。
遅延手段135により、車体横滑り角βの最初の観測値は、測定の第2タイムステップ(次の所定時間単位)までは有効化されないので、タイヤ横滑り角演算手段125には、車体横滑り角βの時刻t1(最初の所定時間単位)における適切な初期値が設定される。
車輪の横力FYijは、横力演算手段110から出力されて、コーナリング・スティフネス適合手段115に入力される。
なお、横力FYijは、非線形近似方程式によって計算されるが、これについては、図2を参照しながら後述する。
なお、コーナリング・スティフネスの導出方法やコーナリング・スティフネスの適合処理(適合済コーナリング・スティフネスcijの導出処理)については、図3を参照しながら後述する。
状態空間モデル/オブザーバーユニット120に含まれる状態空間モデルは、主に、解信号A(Vc、β、ψ'M)を算出するための微分方程式のセットにより構成されている。
なお、状態空間オブザーバの設計は、制御理論に長けた当業者にとっては既知であり、非線形状態空間モデルや非線形状態オブザーバの設定については、前述の非特許文献1に詳述されている。
また、状態空間モデル/オブザーバーユニット120の出力値は、適合済コーナリング・スティフネスcijを用いた車両挙動再現システム10の処理結果として外部に出力される。
図2内の特性曲線は、車輪の横力演算手段110において基本的な方程式が実行されていることを示している。
図2の特性曲線から明らかなように、タイヤ横滑り角αijおよび垂直力FZijから横力演算手段110によって算出される個々の車輪の横力FYijは、各タイヤ横滑り角αijおよび各垂直力FZijに対して非線形の関係にある。
横力FYijは、図2に基づく上記非線形の関係を適用して、以下の近似方程式(1)により算出される。
式(1)によれば、定常運転状態以外の極端な運転状況においても、車輪の横力FYijを近似することができる。
横力FYijは、横力演算手段110によってシミュレーション・ステップ毎に計算される。
次に、図3を参照しながら、コーナリング・スティフネス適合手段115内で処理される基本的な方程式について説明する。
こうして算出された適合済コーナリング・スティフネスcijを用いることにより、非線形曲線の線形近似を、状態空間モデル/オブザーバーユニット120に適用することができる。
横力演算手段110により算出された横力FYij(tk)は、タイヤ横滑り角αij(tk)とともにコーナリング・スティフネス適合手段115に入力され、コーナリング・スティフネス適合手段115は、適合処理後の適合済コーナリング・スティフネスcij(tk)を出力する。
セレクタ130は、解信号Aから車体横滑り角βを選択し、選択された車体横滑り角βは、遅延手段135を介して所定時間単位の時刻ステップ(tk)の遅延後に、タイヤ横滑り角演算手段125にフィードバック入力される。
次に、コーナリング・スティフネス適合手段115により、車輪の横力FYijとタイヤ横滑り角αijとを用いて、適合方程式(2)により個々の車輪におけるコーナリング・スティフネスを、運転状況に応じて計算ステップ(所定時間単位)毎に適合させ、適合済コーナリング・スティフネスcijを生成する。
この発明の実施の形態1によれば、交通事故の予兆として、しばしば発生する典型的な不適正な運転挙動を、正確に記述することができる。
また、車両挙動再現システム10は、状態空間モデルの機能を用いた非線形手法による正確さも兼ね備えており、状態空間モデルによる記述は、完全な制御装置の設計理論が存在することから、制御に適用するのに有用である。
また、図1の車両挙動再現システム10によれば、車両運動を安定限界まで記述することができるので、従来システムと比べて、適用範囲を著しく拡張することができる。
Claims (1)
- 車載センサからの各種情報に基づき、車両の運転状況にかかわらず前記車両の挙動を正確に記述するために、コーナリング・スティフネスを前記運転状況に適合させるように演算する車両挙動再現システムであって、
前記車両の各車輪に印加される荷重を垂直力として求める垂直力演算手段と、
前記垂直力及びタイヤ横滑り角演算手段で求めるタイヤ横滑り角を用いて前記各車輪に作用する横力を求める横力演算手段と、
前記横力及びタイヤ横滑り角演算手段で求めるタイヤ横滑り角を用いて前記各車輪におけるコーナリング・スティフネスを適合させるように演算するコーナリング・スティフネス適合手段と、
前記車両の運動理論に関連する変数を計算するために前記運動理論に関連した連立微分方程式の解を求める状態空間モデル/オブザーバーユニットであって、前記適合手段において演算されたコーナリング・スティフネスを用いた状態空間モデル/オブザーバーユニットと、
前記状態空間モデル/オブザーバーユニットから生成される解信号のうちタイヤ横滑り角を選択するセレクタと、
前記特定信号に対して所定時間単位で遅延させる遅延手段と、
前記運転状況及び前記遅延手段の出力とに応じて各車輪におけるタイヤ横滑り角を求めるタイヤ横滑り角演算手段とを備え、
前記横力演算手段は、前記垂直力をF Z 、タイヤ横滑り角をα、タイヤ特有の定数パラメータをk 1 、k 2 、k 3 として、前記各車輪における横力F Y を、以下の式、
前記状態空間モデル/オブザーバーユニットは、直接測定できない変数を求める状態空間オブザーバを含むことを特徴とする車両挙動再現システム。
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