| 【発明の名称】 |
車両状態量推定装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】神永 眞杉
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| 【要約】 |
【課題】車両モデルに含まれる状況に応じて変動するモデルパラメータを、オブザーバにおける推定精度に悪影響を与えずに補正したい。
【解決手段】運転者２によって操作されて車両状態量が適宜変化する車両１に、それら車両状態量のうち測定可能な車両状態量に基づいて、測定が不可能な車両状態量等を推定する車両状態量推定装置３を付加する。そして、その車両状態量推定装置３内には、推定を行うオブザーバ４と、オブザーバ４内のモデルパラメータを適応則に従って補正するパラメータ補正部５と、を設ける。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の車両状態量を用いて数学的に構成された車両モデルに含まれる前記複数の車両状態量のうち、測定可能な車両状態量を検出する車両状態量検出手段と、前記車両モデルに基づいた推定式と前記車両状態量検出手段が検出した前記車両状態量とを用いて、前記複数の車両状態量のうちの所望の車両状態量の推定値を求めるオブザーバと、前記車両状態量の検出値と推定値との誤差に基づき、その誤差が０になるように、適応則に従って前記車両モデルに含まれるモデルパラメータを補正するパラメータ補正手段と、を備えたことを特徴とする車両状態量推定装置。
【請求項２】 前記パラメータ補正手段は、前記適応則に従った演算式に前記誤差を入力して得られた値を積分して、前記モデルパラメータの補正値を求めるようになっている請求項１記載の車両状態量推定装置。
【請求項３】 前記パラメータ補正手段は、前記適応則に従った演算式に前記誤差を入力して得られた値を所定の漸化式に入力して、前記モデルパラメータの補正値を求めるようになっている請求項１記載の車両状態量推定装置。
【請求項４】 前記パラメータ補正手段は、前記誤差に代えて若しくは前記誤差と共に、前記車両状態量を代用する代用状態量の検出値と推定値との誤差に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両状態量推定装置。
【請求項５】 前記オブザーバは、前記代用状態量を使用しないようになっている請求項４記載の車両状態量推定装置。
【請求項６】 前記代用状態量は、前記車両状態量の微分値である請求項４又は請求項５記載の車両状態量推定装置。
【請求項７】 前記パラメータ補正手段は、前記車両状態量又は前記代用状態量の前記誤差の符号に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっている請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の車両状態量推定装置。
【請求項８】 前記パラメータ補正手段は、前記車両状態量又は前記代用状態量の前記誤差を入力とした関数の出力を用いて前記モデルパラメータを補正するようになっており、その関数の出力は、前記入力としての前記誤差の絶対値が所定のしきい値を越えると飽和するようになっている請求項４乃至請求項７のいずれかに記載の車両状態量推定装置。
【請求項９】 前記複数の車両状態量は、ヨーレート，車体横滑り角，車速，横加速度及び操舵角を含んでおり、前記車両状態量検出手段は、少なくともヨーレート，車速，横加速度及び操舵角を検出するようになっており、前記オブザーバは、ヨーレートと、車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方と、を推定するようになっている請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の記載の車両状態量推定装置。
【請求項１０】 前記複数の車両状態量は、ヨーレート，車体横滑り角，車速，横加速度及び操舵角を含んでおり、前記車両状態量検出手段は、少なくともヨーレート，車速，横加速度及び操舵角を検出するようになっており、前記オブザーバは、ヨーレートと、車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方と、を推定するようになっており、前記パラメータ補正手段は、前記ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方を代用する代用状態量の検出値と推定値との誤差と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっている請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の車両状態量推定装置。
【請求項１１】 前記オブザーバは、前記代用状態量を使用しないようになっている請求項１０記載の車両状態量推定装置。
【請求項１２】 前記代用状態量は、車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方の微分値であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差、及び、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっている請求項１０又は１１記載の車両状態量推定装置。
【請求項１３】 前記代用状態量は、車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方の微分値であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差の符号と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっている請求項１０又は１１記載の車両状態量推定装置。
【請求項１４】 前記代用状態量は、車体横滑り角及び車体横速度うちの少なくとも一方の微分値であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差を入力とした関数の出力と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっており、前記関数の出力は、前記入力の絶対値が所定のしきい値を越えると飽和するようになっている請求項１０又は１１記載の車両状態量推定装置。
【請求項１５】 前記代用状態量は、横加速度であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっている請求項１０又は１１記載の車両状態量推定装置。
【請求項１６】 前記代用状態量は、横加速度であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差の符号と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっている請求項１０又は１１記載の車両状態量推定装置。
【請求項１７】 前記代用状態量は、横加速度であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差を入力とした関数の出力と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっており、前記関数の出力は、前記入力の絶対値が所定のしきい値を越えると飽和するようになっている請求項１０又は１１記載の車両状態量推定装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、車両状態量を推定する車両状態量推定装置に関し、特に、モデルパラメータと車両状態量とを用いて数学的に構成された車両モデルを利用して、測定が困難な車両状態量を推定するようになっている装置において、車両モデルに含まれるモデルパラメータのうち、状況に応じて変化してしまうコーナリングパワー等のモデルパラメータを適宜補正することにより、高精度の推定が行えるようにしたものである。
【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号公報に開示されたもの（第１従来例）が知られている。かかる公報に開示された従来の方法にあっては、オブザーバ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、というものであった。
【０００３】また、オブザーバに適応アルゴリズムを適用したものとして、例えば、「Rajamani,Hedrick " Adaptive observers for active Automotive suspensions ; theory and experiment " IEEE transactions on Control system technology vol.3,no.1 」に開示されたもの（第２従来例）が知られている。その他、適応アルゴリズムに従ったものにおいて出力信号の符号を使用するものとし、例えば、「Tom Connolly " Longitudinal Transition Maneuvers in an Automated HighwaySystem " 1996 ASME,ICE 」や「Chia-shang Liu and Huei Peng " Road Friction coefficent estimation for vehicle Path prediction " 14th IAUSD Synposium on Dynamics of Vehicles on roads and tracks pp.100-102」に開示されたもの（第３従来例）が知られている。
【０００４】
【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。
【０００５】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。
【０００６】しかし、上記第１従来例にあっては、タイヤのコーナリングパワーを、横加速度の検出値と推定値との比に応じて単純に補正するだけであるから、かかる補正演算と、オブザーバによる車両状態量の推定演算とが、同時に相互に補正を行う構造になってしまい、いずれかの誤差が他方の誤差に対して影響を与える構造となっている。このため、数学的には極めて不安定であり、従ってオブザーバにおいて高い推定精度が得られることは保証できないのである。
【０００７】本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、車両モデルが状況に応じて変動するモデルパラメータを含んでいても、そのモデルパラメータを、オブザーバにおける推定精度に悪影響を与えずに適宜補正することにより、安定した車両状態量の推定が行える車両状態量推定装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、請求項１に係る発明である車両状態量推定装置は、複数の車両状態量を用いて数学的に構成された車両モデルに含まれる前記複数の車両状態量のうち、測定可能な車両状態量を検出する車両状態量検出手段と、前記車両モデルに基づいた推定式と前記車両状態量検出手段が検出した前記車両状態量とを用いて、前記複数の車両状態量のうちの所望の車両状態量の推定値を求めるオブザーバと、前記車両状態量の検出値と推定値との誤差に基づき、その誤差が０になるように、適応則に従って前記車両モデルに含まれるモデルパラメータを補正するパラメータ補正手段と、を備えた。
【０００９】また、請求項２に係る発明は、上記請求項１に係る発明である車両状態量推定装置において、前記パラメータ補正手段を、前記適応則に従った演算式に前記誤差を入力して得られた値を積分して、前記モデルパラメータの補正値を求めるようにした。
【００１０】これに対し、請求項３に係る発明は、上記請求項１に係る発明である車両状態量推定装置において、前記パラメータ補正手段を、前記適応則に従った演算式に前記誤差を入力して得られた値を所定の漸化式に入力して、前記モデルパラメータの補正値を求めるようにした。
【００１１】そして、請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３に係る発明である車両状態量推定装置において、前記パラメータ補正手段を、前記誤差に代えて若しくは前記誤差と共に、前記車両状態量を代用する代用状態量の検出値と推定値との誤差に基づいて前記モデルパラメータを補正するようにした。
【００１２】また、請求項５に係る発明は、上記請求項４に係る発明である車両状態量推定装置において、前記オブザーバは、前記代用状態量を使用しないようにした。そして、請求項６に係る発明は、上記請求項４又は５に係る発明である車両状態量推定装置において、前記代用状態量を、前記車両状態量の微分値とした。
【００１３】さらに、請求項７に係る発明は、上記請求項４〜６に係る発明である車両状態量推定装置において、前記パラメータ補正手段を、前記車両状態量又は前記代用状態量の前記誤差の符号に基づいて前記モデルパラメータを補正するようにしたものである。
【００１４】また、請求項８に係る発明は、上記請求項４〜７に係る発明である車両状態量推定装置において、前記パラメータ補正手段を、前記車両状態量又は前記代用状態量の前記誤差を入力とした関数の出力を用いて前記モデルパラメータを補正するようにし、その関数の出力を、前記入力としての前記誤差の絶対値が所定のしきい値を越えると飽和するようにした。
【００１５】そして、請求項９に係る発明は、上記請求項１〜８に係る発明である車両状態量推定装置において、前記複数の車両状態量は、ヨーレート，車体横滑り角，車速，横加速度及び操舵角を含んでおり、前記車両状態量検出手段は、少なくともヨーレート，車速，横加速度及び操舵角を検出するようになっており、前記オブザーバは、ヨーレートと、車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方と、を推定するようにした。
【００１６】一方、請求項１０に係る発明は、上記請求項１〜３に係る発明である車両状態量推定装置において、前記複数の車両状態量は、ヨーレート，車体横滑り角，車速，横加速度及び操舵角を含んでおり、前記車両状態量検出手段は、少なくともヨーレート，車速，横加速度及び操舵角を検出するようになっており、前記オブザーバは、ヨーレートと、車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方と、を推定するようになっており、前記パラメータ補正手段は、前記ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方を代用する代用状態量の検出値と推定値との誤差と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようにした。
【００１７】請求項１１に係る発明は、上記請求項１０に係る発明である車両状態量推定装置において、前記オブザーバは、前記代用状態量を使用しないようにした。また、請求項１２に係る発明は、上記請求項１０又は１１に係る発明である車両状態量推定装置において、前記代用状態量は、車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方の微分値であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差、及び、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差に基づいて前記モデルパラメータを補正するようにした。
【００１８】そして、請求項１３に係る発明は、上記請求項１０又は１１に係る発明である車両状態量推定装置において、前記代用状態量は、車体横滑り角及び車体横速度のうちの少なくとも一方の微分値であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差の符号と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようにした。
【００１９】さらに、請求項１４に係る発明は、上記請求項１０又は１１に係る発明である車両状態量推定装置において、前記代用状態量は、車体横滑り角及び車体横速度うちの少なくとも一方の微分値であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差を入力とした関数の出力と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっており、前記関数の出力は、前記入力の絶対値が所定のしきい値を越えると飽和するようにした。
【００２０】一方、請求項１５に係る発明は、上記請求項１０又は１１に係る発明である車両状態量推定装置において、前記代用状態量は、横加速度であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようにした。
【００２１】そして、請求項１６に係る発明は、上記請求項１０又は１１に係る発明である車両状態量推定装置において、前記代用状態量は、横加速度であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差の符号と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようにしたものである。
【００２２】さらに、請求項１７に係る発明は、上記請求項１０又は１１に係る発明である車両状態量推定装置において、前記代用状態量は、横加速度であり、前記パラメータ補正手段は、ヨーレートの検出値と推定値との誤差と、前記代用状態量の検出値と推定値との誤差を入力とした関数の出力と、に基づいて前記モデルパラメータを補正するようになっており、前記関数の出力は、前記入力の絶対値が所定のしきい値を越えると飽和するようにした。
【００２３】ここで、図１に示すようなシステムを考える。即ち、図１に示すシステムは、運転者２によって操作されて車両状態量δf ，δr ，ｒ，Ｖ，αlat ，…が適宜変化する車両１に、それら車両状態量のうち測定可能な車両状態量に基づいて、測定が不可能な車両状態量等を推定する車両状態量推定装置３を付加したものである。また、車両状態量としては、ここでは運転者２の操作によって車両１に直接生じる前輪舵角δf ，後輪舵角δr や、そのような操作が車両１に及ぼされる結果として生じるヨーレートｒ，車速Ｖ，横加速度αlat 等を想定している。
【００２４】そして、車両１が、下記の（１），（２）式のような数学的なモデルで表せるものとする。
【００２５】
【数１】
【００２６】……（１）
ｙ＝Ｃｘ＋Ｄｕ ……（２）
ここで、ｘは実際の車両状態量を示し、、ｙはこの車両状態量推定装置３の出力を示す。
【００２７】また、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、それぞれｍ×ｍ，ｍ×ｎ，ｌ×ｍ，ｌ×ｎの行列であって、ｍは上記ヨーレートｒ等のように運転者２の操作が車両１に及ぼされた結果として生じる車両状態量のうち車両モデルに用いられているものの個数、ｎは上記前輪舵角δf のように運転者２の操作によって車両１に直接生じる車両状態量のうち車両モデルに用いられているものの個数、ｌは車両状態量推定装置３内のオブザーバ４によって推定される車両状態量の個数である。
【００２８】そして、上記（１），（２）式で表される車両モデルに対し、オブザーバ４は、以下のように設計される。なお、以下の説明において、右肩に“＾”が付されている記号は、それがモデルパラメータの場合には車両状態量推定装置３内のパラメータ補正部５の適応演算によって求められていることを、それが車両状態量であればオブザーバ４の推定演算によって求められていることを表している。同様に、右肩に“〜”が付されている記号は、オブザーバ４によって求められた推定値と、実際に検出された検出値との誤差であること、或いは、パラメータ補正部５によって求められた補正値と、真の値との誤差であることを表している。また、Ｌは推定された車両状態量の補正量を決定するためのゲインである。
【００２９】
【数２】
【００３０】……（３）
【００３１】
【外１】
【００３２】
【数３】
【００３３】……（４）
そして、オブザーバ４で使用されるモデルパラメータと、実際の車両モデルとの間には誤差があり、それらは下記の（５），（６）式のように表される。
【００３４】
【数４】
【００３５】……（５）
【００３６】
【数５】
【００３７】……（６）
また、車両状態量ｘの誤差ｅは、下記の（７）式で表され、その誤差ｅの微分値は下記の（８）式で表される。
【００３８】
ｅ＝ｘ−ｘ＾ ……（７）
【００３９】
【数６】
【００４０】……（８）
そして、この（８）式は下記の（９）式のように変形が可能である。
【００４１】
【数７】
【００４２】……（９）
この（９）式の右辺第２項は、車両モデルにおいて変動すると考えられる適応パラメータθと、その適応パラメータθ以外の車両状態量等のパラメータによって構成される既知量Ｗとを用いると、下記の（10）式のように書き換えることができる。
【００４３】
【数８】
【００４４】……（10）
適応パラメータθの誤差信号は、下記の（11）式のように表される。
【００４５】
【数９】
【００４６】……（11）
そして、下記の（12）式は、Ｐ，Ｑが正定の重み付けの行列である場合、リヤプノフ関数として知られている式である。さらに、下記の（12）式の一次導関数である下記の（13）式が負定であれば、リヤプノフ関数Ｖlyapは０に収束することが、リヤプノフの法則により知られている。
【００４７】
【外２】
【００４８】
【数１０】
【００４９】……（12）
【００５０】
【数１１】
【００５１】……（13）
ここで、上記（13）式は、上記（10）式を用いると下記の（14）式のように書き換えることが可能である。
【００５２】
【数１２】
【００５３】……（14）
なお、この（14）式の第２項は、ゲインＬを適宜選定することで負定の関数となり、上記（12）式は０に収束する。そこで、下記の（15）式を満足するようにモデルパラメータを選択すればよいことになる。
【００５４】
【数１３】
【００５５】……（15）
さらに、上記（11）式を微分することによって得られる下記の（16）式の関数を使用することで、下記の（17）式で表される適応則が得られる。
【００５６】
【数１４】
【００５７】……（16）
【００５８】
【数１５】
【００５９】……（17）
この（17）式に、下記の（18）式を満足するＰ，Ｃ，Ｍが存在するような出力信号ｙを使用すれば、最終的な適応則である（19）式が定まる。
【００６０】
【数１６】
【００６１】……（18）
【００６２】
【数１７】
【００６３】……（19）
【００６４】
【外３】
【００６５】
【数１８】
【００６６】……（20）
【００６７】
【外４】
【００６８】また、上記（20）式は数学的には正しいが、コンピュータ等の離散値のモデルを扱う装置には不適当である。そこで、離散値系のシステムにあっては、請求項３に係る発明のように、下記の（21）式に示すような漸化式で適応パラメータθを求めることになる。なお、Δｔは、離散値系におけるサンプリングタイムである。
【００６９】
θ＾(k) ＝θ＾(k-1) ＋ΔｔＱ-1ＷT Ｍ（ｙ(k-1) −Ｃｘ＾(k-1) −Ｄｕ(k-1) ）
……（21）
【００７０】
【外５】
【００７１】即ち、下記の（22）式のような車両状態量を有するシステムにおいて、その車両状態量のうちの一の車両状態量ｘ1 が測定不能であり、他の車両状態量ｘ2 が測定可能であるものとし、さらに、車両状態量ｘ1 の微分値は測定可能であるシステムを考える。
【００７２】
【数１９】
【００７３】……（22）
かかるシステムは、下記の（23）式のように表される。
【００７４】
【数２０】
【００７５】……（23）
また、このような車両状態量ｘにおいて、その車両状態量ｘの誤差ｅは、下記の（24）式のように表される。
【００７６】
【数２１】
【００７７】……（24）
【００７８】
【外６】
【００７９】
【数２２】
【００８０】……（25）
そこで、このような場合には、測定が不能な車両状態量ｘ1 ではなく、請求項４に係る発明のように、それを代用する代用状態量を考える。
【００８１】
【外７】
【００８２】
【数２３】
【００８３】……（26）
微分値（ｄｘ1 ＾／ｄｔ）は、下記の（27）式により求められる。
【００８４】
【数２４】
【００８５】……（27）
これにより、本来の出力信号ｙから適応則を求めることが不可能な場合であっても、実質的に有効な適応則を得ることができ、車両モデルのモデルパラメータが変動した場合であってもそれを補正して高精度な推定が行えるのである。
【００８６】かかる場合の具体例としては、オブザーバが測定する車両状態量であって、測定が不可能な車両状態量として車体横滑り角βが、その微分値として車体横滑り角速度（ｄβ／ｄｔ）が考えられる。
【００８７】次に、上記（22）〜（24）式で表されるシステムを想定するとともに、下記の（28）式のようなリヤプノフ関数Ｖlyapは上述の第３従来例にも示されるものであり、その一次導関数は下記の（29）式で与えられ、さらに下記の（30）式を用いると下記の（31）式のように書き換えることができる。
【００８８】
【数２５】
【００８９】……（28）
【００９０】
【数２６】
【００９１】……（29）
【００９２】
【数２７】
【００９３】……（30）
【００９４】
【数２８】
【００９５】……（31）
さらに、上記（９）式並びに下記の（33）式を用いると、下記の（34）式が得られる。
【００９６】
【数２９】
【００９７】……（32）
【００９８】
【数３０】
【００９９】……（33）
これにより、適応則としては下記の（34）式が得られ、請求項７に係る発明のように、誤差ｅの符号ｅ* を使用することで、適応パラメータθの補正が可能であることが判る。
【０１００】
【数３１】
【０１０１】……（34）
さらに、上記（30）式の代わりに、請求項８に係る発明のように、図２に示すような飽和関数を用いることもできる。この場合の誤差ｅ* は、下記の（35）式のようになる。
【０１０２】
【数３２】
【０１０３】……（35）
かかる飽和関数は、図２に示すように、誤差ｅ1 ，ｅ2 を入力とした関数であって、入力としての誤差ｅ1 ，ｅ2 の絶対値が所定のしきい値Φ未満であれば出力は０〜１の間でリニアに変化し、入力としての誤差ｅ1 ，ｅ2 の絶対値がしきい値Φを越えると例えば１又は−１に飽和するような関数である。
【０１０４】このような構成であっても、請求項１に係る発明と同様の作用が得られる。さらに、上記（25）〜（27）式に示したような状態推定方法にあっては、基本的には図３に示すような信号の流れで車両状態量の推定を行っている。そして、ここでは代用状態量を使用して、車両状態量の推定と、適応パラメータθとの推定を行っている。
【０１０５】しかし、代用状態量は、本来の信号そのものではないため、その本来の信号に対して誤差を含んでいる場合が多い。しかも、車両状態量の推定は、モデルパラメータの適応に比べて誤差に対し敏感である。そこで、請求項５に係る発明に従って、図４に示すように、代用状態量の使用を、モデルパラメータの適応のみに限定することが望ましいのである。かかる目的は、例えば、上記（27）式に代えて下記の（37）式を用いることにより達成される。
【０１０６】
【数３３】
【０１０７】……（37）
【０１０８】
【発明の効果】本発明によれば、車両状態量の検出値と推定値との誤差に基づき、その誤差が０になるように、適応則に従って車両モデルに含まれるモデルパラメータを補正するパラメータ補正手段を設けたため、モデルパラメータが状況に応じて変動したとしても、それを良好に補正してオブザーバにおける推定精度を向上でき、高精度に車両状態量を推定することでき、しかも適応則に従って補正しているからシステムの安定性も確保できるという効果がある。
【０１０９】特に、請求項４〜８に係る発明にあっては、モデルパラメータを補正する適応則に本来必要な車両状態量の測定が不能であったとしても、モデルパラメータを適宜補正することができるという効果がある。
【０１１０】さらに、請求項７に係る発明のように誤差の符号に基づいてモデルパラメータを補正する、或いは、請求項８に係る発明のように誤差を所定の関数に入力した場合の出力に基づいてモデルパラメータを補正するようにすれば、車両状態量検出手段の検出精度がそれほど高くない場合でも、補正したモデルパラメータの安定性が確保されるという効果がある。
【０１１１】
【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５は本発明の一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（ヨーレートｒ，目標ヨーレートｒd ，車速Ｖ及び車体横滑り角β＾）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。
【０１１２】そして、車体横滑り角推定装置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から供給されるヨーレートｒ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αlat と、車速を検出する車速センサ１４から供給される車速Ｖと、前輪及び後輪のそれぞれの操舵角を検出する操舵角センサ１５から供給される前輪舵角δf ，δr とに基づいて、所定の演算処理を実行して、車体横滑り角β＾を求めるようになっている。
【０１１３】ここで、車体横滑り角推定装置１０は、図６に示すような車両モデルに基づいた後述する推定式と、各センサから供給される各検出信号とに基づいて、車体横滑り角β＾を推定するオブザーバ機能と、このオブザーバ機能の基礎となっている車両モデルのモデルパラメータのうち、状況に応じて変化するモデルパラメータであるコーナリングパワーＣＰf ，ＣＰr を補正するパラメータ補正機能と、を実現するように構成されている。
【０１１４】そして、図６に示す車両モデルは、数学的には下記の（38）〜（46）式のように表すことができる。但し、各式中、Ｍは車両の質量、Ｉはヨー慣性、βは車体の横滑り角、ｒはヨーレート、αは横加速度、ａは車両重心から前輪側車軸までの水平距離、ｂは車両重心から後輪側車軸までの水平距離、Ｖは車速、δf は前輪舵角、δr は後輪舵角、Ｙf は前輪のタイヤ横力、Ｙr は後輪のタイヤ横力、ＣＰf は前輪のコーナリングパワー、ＣＰr は後輪のコーナリングパワーであって、図６中、ＷF は前輪、ＷR は後輪である。また、前輪舵角δf は、運転者によるステアリングホイールの操舵角と、前輪操舵系のステアリングギア比とから求めることもできる。
【０１１５】
【数３４】
【０１１６】……（38）
【０１１７】
【数３５】
【０１１８】……（39）
【０１１９】
【数３６】
【０１２０】……（40）
【０１２１】
【数３７】
【０１２２】……（41）
【０１２３】
【数３８】
【０１２４】……（42）
【０１２５】
【数３９】
【０１２６】……（43）
【０１２７】
【数４０】
【０１２８】……（44）
【０１２９】
【数４１】
【０１３０】……（45）
【０１３１】
【数４２】
【０１３２】……（46）
そして、このような車両モデルにおいて、各車両状態量のうち状況に応じて変動するために補正が必要な適応パラメータθと、それ以外の既知量Ｗとは、上記（９），（10）式から、下記のように求められる。
【０１３３】
【数４３】
【０１３４】……（47）
【０１３５】
【数４４】
【０１３６】……（48）
【０１３７】
【数４５】
【０１３８】……（49）
【０１３９】
【数４６】
【０１４０】……（50）
【０１４１】
【数４７】
【０１４２】……（51)【０１４３】
【数４８】
【０１４４】……（52)また、ここで車体横滑り角β及びその推定値β＾の一次導関数を、下記のように定義する。
【０１４５】
【数４９】
【０１４６】そして、誤差信号を、車両状態量としてのヨーレートｒと、車両状態量としての車体横滑り角βの代用状態量であるその一次導関数βdot と、から生成することとし、さらにそれら誤差を入力とした図２に示したような飽和する関数を用いれば、本実施の形態における適応則は、下記の（53) 式のようになる。ここで、ｐ1 ，ｐ2 ，ｑ1 及びｑ2 は重み付けを行う正の定数であり、これら定数を含む行列は正定の行列となる。
【０１４７】
【数５０】
【０１４８】……（53)ここで、代用状態量βdot 及びその推定値β＾dot ，は、下記の（54），（55）式によって求めることができる。
【０１４９】
【数５１】
【０１５０】……（54）
【０１５１】
【数５２】
【０１５２】……（55）
そして、上記（53) ，（55）式は、車体横滑り角推定装置１０内のマイクロコンピュータにおける演算処理に用いるために、下記の（56) ，（57) 式のような漸化式とすることができる。
【０１５３】
【数５３】
【０１５４】……（56)【０１５５】
【数５４】
【０１５６】……（57)図７は、車体横滑り角推定装置１０内における処理の概要を示すフローチャートであって、以下図７に従って本実施の形態の動作を説明する。
【０１５７】先ず、そのステップ１０１において、予め記憶してあるモデルパラメータ，各センサからの入力値，前回の処理で推定した車体横滑り角β＾，ヨーレートｒ＾等を用いて、上記（39）〜（46），（49）〜（52) 式に従って各パラメータＡ11〜Ａ22，Ｂ11〜Ｂ22，Ｗ11〜Ｗ22を演算する。
【０１５８】次いで、ステップ１０２に移行し、横加速度αlat ，車速Ｖ及びヨーレートｒの各検出値に基づき、上記（54）式に従って、代用状態量としての微分値βdotを演算する。
【０１５９】次いで、ステップ１０３に移行し、前回の処理で推定した車体横滑り角β＾，ヨーレートｒ＾等を用いて、上記（55）式に従って、代用状態量としての微分値β＾dot を演算する。
【０１６０】そして、ステップ１０４に移行し、上記（56) 式の適応則に従って、コーナリングパワーＣＰf ，ＣＰr の補正値ＣＰf ＾，ＣＰr ＾を演算し、この演算された補正値ＣＰr ＾，ＣＰr ＾を今後のモデルパラメータとして用いる。
【０１６１】次いで、ステップ１０５に移行し、上記（57) 式に従って、車体横滑り角β及びヨーレートｒの各推定値β＾，ｒ＾を演算する。推定値β＾，ｒ＾は、ステップ１０６において、目標ヨーレートｒd や車速Ｖ等とともに目標制動力設定装置２０に出力される。なお、目標ヨーレートｒd は、例えば前輪舵角δf 及び車速Ｖに基づいて所望の車両ステア特性を実現するように設定されるようになっている。
【０１６２】そして、ステップ１０７に移行し、今回の処理で求めた各推定値等をメモリに保存し、これで今回の図７の処理を終了し、次の割り込みタイミングなったら上記ステップ１０１に戻って上述の処理を繰り返し実行する。
【０１６３】このように、本実施の形態にあっては、上記（56) 式に示した適応則に従ってコーナリングパワーＣＰf ，ＣＰr を適宜補正するようにしているから、システムの安定性を損なうことなくモデルパラメータを真の値に近づけることができ、もって車体横滑り角β＾等の推定精度を向上することができる。
【０１６４】しかも、上記（56) 式に用いる誤差信号として、誤差そのものではなく、図２に示すような関数に誤差を入力した場合の出力を用いているため、所謂スライディングモード制御を実行したことと等価である。このため、ヨーレートセンサ１１等の検出精度がそれほど高くない場合であっても、安定性の高い適応演算が行える。
【０１６５】さらに、車体横滑り角βに代えて微分値βdot を代用状態量として適用しているから、車体横滑り角βの実測が不可能であるにも関わらず、適応則を用いてコーナリングパワーＣＰf ，ＣＰr の補正が行えるという利点もある。
【０１６６】ここで、本実施の形態にあっては、ヨーレートセンサ１１，横加速度センサ１３，車速センサ１４及び操舵角センサ１５によって車両状態量検出手段が構成され、車体横滑り角推定装置１０内におけるステップ１０５の処理がオブザーバに対応し、車体横滑り角推定装置１０内におけるステップ１０４の処理がパラメータ補正手段に対応する。
【０１６７】なお、上記実施の形態では、図２に示すような飽和する関数を用いて適応則に用いる最終的な誤差信号を得るようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば、元の誤差の符号（正負）を用いるようにしてもよく、そのような構成とした場合でも、上記実施の形態と同様に車体横滑り角β等の推定精度を向上することができる。しかも、符号に基づく適応であれば、上記関数を用いた場合と同様に、安定性の高い適応演算が行える。
【０１６８】また、ヨーレートセンサ１１等の検出精度が十分に高い場合には、誤差そのものを適用則に用いるようにしても構わない。さらに、上記実施の形態では、車体横滑り角βの代用状態量として、その微分値βdot を用いているが、車体横滑り角βの代用状態量はこれに限定されるものではない。例えば、代用状態量として横加速度αlat を用いることができる。この場合、横加速度αlat の推定値αlat ＾は、上記（54）式から、下記の（58)式により求めることができる。
【０１６９】
αlat ＾＝Ｖ（β＾dot ＋ｒ） ……（58)そして、かかる場合の適応則は、誤差信号として本来の誤差を図２に示したような関数の出力を用いるのであれば、下記の（59) 式のようになる。なお、かかる関数の出力に代えて、本来の誤差の符号を用いてもよいし、或いは、誤差そのものを用いてもよい。
【０１７０】
【数５５】
【０１７１】……（59)即ち、車体横滑り角βの代用状態量としては、上述のようにその微分値βdotが好適であるし、また、その微分値βdot に対して、他の推定対象であるヨーレートｒを含んだ線型の関係式でもって関係が表現される例えば横加速度αlat のようなものでもよく、要は、車体横滑り角βに近似した挙動を示す微分値βdotのような車両状態量や、車体横滑り角β若しくはそれに近似した挙動を示す他の車両状態量、若しくは車体横滑り角βとヨーレートｒから線形結合等の演算を用いて得られる車両状態量に近似した車両状態量であれば、代用状態量として十分に適用可能である。
【０１７２】また、上記実施の形態では、車体横滑り角βを推定するようにしているが、これに限定されるものではなく、例えば車体横速度を推定する装置であっても本発明は適用可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３９９７
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２５日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０２０５ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３２３３４３ |
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