JP6679348B2 - 車両の前後速度推定装置 - Google Patents
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Description
ところで、横滑り角の推定に関しては、例えば、ハンドル角と車両速度を入力変数とする車両モデルより横滑り角を推定する技術が提案されている(特許文献2)。推定した横滑り角と車輪の回転速度から、車体の前後速度を推定できる。
前記左右の転舵輪3の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段14と、
前記車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段15と、
前記車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段16と、
前記車両の前後加速度を測定する前後加速度測定手段17と、
前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する走行状態判定手段26と、
前記車輪回転速度測定手段14で測定された前記左右の転舵輪3の車輪回転速度、および、前記ハンドル角測定手段15で測定されたハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する車両モデル応答計算手段25と、
前記左右の転舵輪3の車輪回転速度、前記ハンドル角、前記ヨーレート測定手段16で測定されたヨーレート、および前記車両モデル応答計算手段25で推定された規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する第1の車速推定手段27と、
前記前後加速度測定手段17で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する第2の車速推定手段28と、
前記走行状態判定手段26で判定された前記車両の走行状態に基づき、定められた規則に従って前記第1の車速推定手段27および前記第2の車速推定手段28のいずれか一方により推定した車両の前後速度を選択する車速選択手段29と、を備え、
この車速選択手段29は、前記定められた規則として、通常時は前記第1の車速推定手段27によって推定した車両の前後速度を選択して出力し、前記走行状態判定手段26により前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、前記第2の車速推定手段28によって推定した車両の前後速度を選択して出力することを特徴とする。
前記定められた規則は、設計等によって任意に定める規則であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な規則を求めて定められる。
前記車両の走行状態は、タイヤの線形領域で走行している通常走行状態と、タイヤの非線形領域で走行している限界走行状態とを含む。
前記定められた限界走行状態は、設計等によって任意に定める走行状態であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切なタイヤの非線形領域を求めて定められる。
この明細書において、「車輪回転速度」とは、単位時間あたりの車輪回転数と同義である。
前記車両モデルとして、例えば、平面2自由度モデル(通称:平面2輪モデル)を用いているが、この平面2輪モデルに限定されるものではない。
前記走行状態判定手段26は、前記横加速度測定手段17で測定された横加速度と前記規範横加速度との偏差が閾値以上のとき、または前記ヨーレート測定手段16で測定されたヨーレートと前記規範ヨーレートとの偏差が閾値以上のとき、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定しても良い。
前記各閾値は、それぞれ設計等によって任意に定める値であって、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適切な値を求めて定められる。
図1は、この実施形態に係る車両の前後速度推定装置のシステム構成を平面視で概略示す図である。この前後速度推定装置を搭載した車両である電気自動車1は、左右の後輪2が動力源となる電動のモータ4で駆動される駆動輪であり、左右の前輪3が従動輪となる。左右の前輪3は転舵輪とされている。各モータ4は、それぞれ駆動力および制動力を発生可能である。各モータ4は、インホイールモータ駆動装置IWMを構成する。
図1に示すように、前後速度推定装置10は、この車両の前後速度を推定する装置である。前後速度推定装置10は、車両に搭載されたECU11と、モータ4に対して設けられたインバータ装置12と、センサ類13とを有する。ECU11は、マイクロコンピュータ等のコンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。ECU11とインバータ装置12とは、例えば、CAN(コントロール・エリア・ネットワーク)等の車内通信網で接続されている。
車両モデル応答計算手段25は、車輪回転速度測定手段14で測定された左右の前輪3の車輪回転速度、および、ハンドル角測定手段15で測定された車両のハンドル角を入力として、車両モデルを用いて、規範横滑り角βref、規範ヨーレートγref、規範横加速度Ayrefを計算する。なお車両モデルから得られる状態量には「規範」が付けられている。前記車両モデルとして、この例では、後述する平面2自由度モデル(通称:平面2輪モデル)を用いている。
図3に示すように、走行状態判定手段26は、車両モデル応答計算手段25が計算した規範横加速度Ayrefと、実際に車両に発生している横加速度Ayとの偏差(以下、「横加速度偏差」と称す)ΔAyがある閾値以上のとき、または車両モデル応答計算手段25が計算した規範ヨーレートγrefと、実際に車両に発生しているヨーレートγとの偏差(以下、「ヨーレート偏差」と称す)Δγがある閾値以上のとき、車両の走行状態が限界走行状態であると判定する。
走行状態判定手段26は、前述のいずれの条件にもあてはまらないとき、車両モデルを用いて推定した規範横滑り角βrefの推定精度が良好な状態(以下、「通常走行状態」と称す)と判定する。
式(a1),(a2)において、ωFL,ωFRは左右の前輪3の車輪回転速度、βは横滑り角、δhはハンドル角、γはヨーレート、δは実舵角、RFは前輪の車輪半径、lf(図5)は重心P(図5)から前輪3の車軸位置までの距離、nはステアリングギヤ比である。横滑り角βは、車両諸元およびハンドル角δhと転舵輪の車輪回転速度ωFL,ωFRを入力変数とする車両モデルから推定する規範横滑り角である。
1.モデル化
ロール運動を無視した4輪モデルでは、各輪で前後方向と横方向の力および速度を考えるため、運動方程式を記述すると非常に複雑になる。
そこで、左右輪のタイヤ特性に差が無く、実舵角が小さいとした場合について考える。これにより図5に示すように、トレッドの影響を無視することができるため、運動方程式の記述が容易となる。この図5は平面2輪モデルと呼ばれるモデルである。
車両重量をm、実舵角をδ、前輪の車軸〜重心位置間の距離をlf、後輪の車軸〜重心位置間の距離をlr、車両を真上から見たときの重心回りのモーメント(ヨーレート)をr、前後輪の横滑り角をそれぞれβf,βr、前後輪に働く横力(コーナリングフォース)をそれぞれYf,Yrとする。
ここで前後輪の横滑り角、実舵角の絶対値がそれぞれ「1」よりも非常に小さい、つまり|βf|、|βr|、|δ|≪1とすれば、これらの方向は、車両の横方向に一致すると考えて良い。車両を真上から見た場合において、角度を全て反時計回りを正として、車両の横方向の運動を記述する式は、以下のようになる。
そのため、図3に示すように、限界走行状態のときには第2の車速推定手段28を用いて車両の前後速度を推定する。第2の車速推定手段28は、加速度センサ17が出力する車両の前後加速度Axを用いて、以下の式(b1)から車両の前後速度Vxを推定する。
インホイールモータ駆動装置IWMにおいては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、2軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。
前述の実施形態では、インホイールモータ方式の電気自動車を用いて説明したが、非インホイールモータ方式の車両、例えば、車体に設置された2台のモータの出力をドライブシャフト等を介して左右の駆動輪に伝達するいわゆる2モータオンボード方式の車両でも本制御の適用が可能である。
本実施形態の前後速度推定装置で推定した前後速度を、車輪の空転を防止するトラクション制御装置に用いても良い。
2…後輪(駆動輪)
3…前輪(従動輪、転舵輪)
14…車輪回転速度測定手段
15…ハンドル角測定手段
16…ヨーレート測定手段
17…加速度センサ(前後加速度測定手段、横加速度測定手段)
21…横滑り防止制御装置
22…制動制御装置
25…車両モデル応答計算手段
26…走行状態判定手段
27…第1の車速推定手段
28…第2の車速推定手段
29…車速選択手段
Claims (4)
- 従動輪となる左右の転舵輪と、左右の駆動輪とを備えた車両における前後速度を推定する前後速度推定装置であって、
前記左右の転舵輪の車輪回転速度をそれぞれ測定する一対の車輪回転速度測定手段と、
前記車両のハンドル角を測定するハンドル角測定手段と、
前記車両のヨーレートを測定するヨーレート測定手段と、
前記車両の前後加速度を測定する前後加速度測定手段と、
前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であるか否かを判定する走行状態判定手段と、
前記車輪回転速度測定手段で測定された前記左右の転舵輪の車輪回転速度、および、前記ハンドル角測定手段で測定されたハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横滑り角を推定する車両モデル応答計算手段と、
前記左右の転舵輪の車輪回転速度、前記ハンドル角、前記ヨーレート測定手段で測定されたヨーレート、および前記車両モデル応答計算手段で推定された規範横滑り角を用いて車両の前後速度を推定する第1の車速推定手段と、
前記前後加速度測定手段で測定された前後加速度を積分演算して車両の前後速度を推定する第2の車速推定手段と、
前記走行状態判定手段で判定された前記車両の走行状態に基づき、定められた規則に従って前記第1の車速推定手段および前記第2の車速推定手段のいずれか一方により推定した車両の前後速度を選択する車速選択手段と、を備え、
この車速選択手段は、前記定められた規則として、通常時は前記第1の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力し、前記走行状態判定手段により前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定されると、前記第2の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を選択して出力することを特徴とする車両の前後速度推定装置。 - 請求項1に記載の車両の前後速度推定装置において、前記車両の横加速度を測定する横加速度測定手段を備え、前記車両モデル応答計算手段において、前記左右の転舵輪の車輪回転速度および前記ハンドル角を入力として、車両モデルにより規範横加速度または規範ヨーレートを推定し、
前記走行状態判定手段は、前記横加速度測定手段で測定された横加速度と前記規範横加速度との偏差が閾値以上のとき、または前記ヨーレート測定手段で測定されたヨーレートと前記規範ヨーレートとの偏差が閾値以上のとき、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定する車両の前後速度推定装置。 - 請求項1または請求項2に記載の車両の前後速度推定装置において、前記車両の横滑りを防止する横滑り防止制御装置と、前記車両の制動力を制御する制動制御装置とを備え、前記走行状態判定手段は、前記横滑り防止制御装置および前記制動制御装置のいずれか一方または両方が作動しているとき、前記車両の走行状態が定められた限界走行状態であると判定する車両の前後速度推定装置。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の車両の前後速度推定装置において、前記走行状態判定手段が定められた限界走行状態であると判定したとき、この判定直前に前記第1の車速推定手段によって推定した車両の前後速度を、前記第2の車速推定手段における前後加速度の積分演算の初期値とする車両の前後速度推定装置。
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