(57)【要約】【課題】  制駆動トルクにより発生する車輪速を高い精度で推定できるようにする。【解決手段】  車両運動状態推定装置１０は、車体１と各車輪２とが前，後輪側のサスペンション装置５，８を介して結合された車両に搭載されている。車両運動状態推定装置１０は、各車輪速センサ１１による車輪速検出値と、車両の上下運動に起因する車輪速変化と、から各車輪２の実車輪速を推定する。前記車両の上下運動に起因する車輪速変化は、車両の制駆動トルクと、車両加速度と、車両の走行抵抗力と、サスペンションのストローク変化とをパラメータとして推定演算により求められる。サスペンション装置５，８のストローク変化は、ストローク起因の前後力を考慮して求められる。【選択図】        図１
2020117196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪と車体がサスペンションを介して結合された車両における車両運動状態推定装置であって、
車輪速センサによる車輪速検出値と、前記車両の上下運動に起因する車輪速変化と、から前記車輪の実車輪速を推定する構成とし、
前記車両の上下運動に起因する車輪速変化は、前記車両の制駆動トルクと、車両加速度と、車両の走行抵抗力と、前記サスペンションのストローク変化とをパラメータとして推定演算により求め、
さらに、前記サスペンションのストローク変化は、ストローク起因の前後力を考慮して求めることを特徴とする車両運動状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両走行時の運動状態を推定できるようにした車両運動状態推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、４輪自動車等の車両には、走行時の振動を緩衝するためセミアクティブサスペンション等の減衰力可変ダンパが搭載されている。この種の従来技術による減衰力可変ダンパの制御装置として、各車輪の車輪速を検出する車輪速センサと、前記車輪速センサが検出した車輪速検出値に基づいて車輪速変動量を算出する車輪速変動量算出手段と、前記車輪速変動量に基づいて車両の状態量（車体のばね上速度またはサスペンションのストローク速度）を算出する状態量算出手段と、前記状態量算出手段が算出した前記ばね上速度またはストローク速度に基づいて減衰力可変ダンパの減衰力を制御する制御手段と、を備えた装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２２８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来技術では、例えば加速度センサや車高センサ等を用いないセンサレス制御を行うため、車輪速度から車両の上下方向運動に起因する車輪速変化を抽出することで制御を行っている。車輪速度を測定する車輪速センサは、回転部品と固定部品に分かれているため、その測定信号は車体ピッチングやサスペンション変位、接地荷重変動、制駆動トルクの４つの因子で変化する、と想定されている。
【０００５】
この中で、制駆動トルクによって変化する車輪速は、車両の制駆動トルク、車両加速度、走行抵抗力（空気抵抗力、転がり抵抗力、勾配抵抗力）を考慮して推定していた。しかし、従来技術では、サスペンションのストローク変化に起因した車体にかかる前後力が考慮されていない。このため、車両の各車輪における実車輪速を必ずしも高い精度で推定することはできないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、前，後輪トルク、車両加速度、走行抵抗力に加え、ストローク変化による力を考慮することで制駆動トルクによって発生する車輪速を高い精度で推定することができるようにした車両運動状態推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明は、車輪と車体がサスペンションを介して結合された車両における車両運動状態推定装置であって、車輪速センサによる車輪速検出値と、前記車両の上下運動に起因する車輪速変化と、から前記車輪の実車輪速を推定する構成とし、前記車両の上下運動に起因する車輪速変化は、前記車両の制駆動トルクと、車両加速度と、車両の走行抵抗力と、前記サスペンションのストローク変化とをパラメータとして推定演算により求められ、さらに、前記サスペンションのストローク変化は、ストローク起因の前後力を考慮して求められることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、前，後輪トルク（即ち、車両の制駆動トルク）、車両加速度、走行抵抗力に加え、ストローク変化による力を考慮することで制駆動トルクによって変化する車輪速を高い精度で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態による車両運動状態推定装置を搭載した４輪自動車を示す全体構成図である。
【図２】車体と車輪との間に設けたサスペンション装置を示す模式図である。
【図３】図１中の車両運動状態推定装置を具体化して示す制御ブロック図である。
【図４】図１の４輪自動車の平面モデルを示す模式図である。
【図５】図１の４輪自動車を立体モデルとして示す車両モデル図である。
【図６】車体ピッチングによって生じる車輪速変動を示す模式図である。
【図７】サスペンションの変位により生じる車輪速変動を示す模式図である。
【図８】上下方向の相対変位と前後変位との非線形な関係を示す特性線図である。
【図９】接地荷重とタイヤ有効回転半径との関係を示す特性線図である。
【図１０】接地荷重変動によって生じる車輪速変動を示す模式図である。
【図１１】４輪自動車の側面モデルを示す模式図である。
【図１２】車両前輪側の２輪平面モデルを示す模式図である。
【図１３】車高とトー角、キャンバー角との関係を示す特性線図である。
【図１４】実施の形態による車両運動状態推定装置で車高変化による横力を推定演算する制御ブロック図である。
【図１５】実施の形態による車両運動状態推定装置で制駆動トルクにより変化する車輪速を推定する制御ブロック図である。
【図１６】制駆動トルクにより変化する車輪速を推定する比較例の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態による車両運動状態推定装置を、４輪自動車に適用した場合を例に挙げ、図１ないし図１５を参照しつつ詳細に説明する。なお、説明の煩雑化を避けるため、車両の各車輪位置等については、左前（ｆｌ），右前（ｆｒ），左後（ｒｌ），右後（ｒｒ）を示す添字を、符号に付して説明する。左前、右前、左後、右後を総称するときには、符号から添字を省いて説明する。同様に、前（ｆ），後（ｒ）を示す添字を、符号に付して説明する。前、後を総称するときには、符号から添字を省いて説明するものとする。
【００１１】
図において、車体１は車両（自動車）のボディを構成している。車体１の下側には、左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rl、右後輪２rr（以下、総称して車輪２という）が設けられている。各車輪２は、例えば図２に示す模式図のように、タイヤ３を含んで構成されている。タイヤ３は、例えば路面の細かい凹凸を吸収するばねとして作用する。車両の車体１と各車輪２とは、例えば前輪側のサスペンション装置５と後輪側のサスペンション装置８とを介して結合されている。
【００１２】
また、左前輪２flと右前輪２frとの間には、例えば図５に示すように、車体１のロール抑制等を行うために前側のスタビライザ４Ｆが設けられている。左後輪２rlと右後輪２rrとの間にも、同様に後側のスタビライザ４Ｒが設けられている。このスタビライザ４は、車両に設けられたスタビライザ機構である。スタビライザ４は、左右に離間した一対の取付ブッシュ等を介して車体１に取付けられている。前側のスタビライザ４Ｆは、ロールもしくは、左前輪２flと右前輪２frとの間で上下動の差が発生することによって、ねじれ剛性によるスタビライザ反力を発生する。同様に、後側のスタビライザ４Ｒは、ロールもしくは、左後輪２rlと右後輪２rrとの間で上下動の差が発生することによって、ねじれ剛性によるスタビライザ反力を発生する。
【００１３】
図２に示すように、前輪側のサスペンション装置５は、車体１と車輪２（左前輪２fl、右前輪２fr）との間に介装されている。サスペンション装置５は、懸架ばねとしてのスプリング６と、該スプリング６と並列になって車体１と２つの車輪２（左前輪２fl、右前輪２fr）との間にそれぞれ介装された減衰力調整式緩衝器としての減衰力可変ダンパ（以下、ダンパ７という）と、により構成されている。後輪側のサスペンション装置８は、車体１と車輪２（左後輪２rl、右後輪２rr）との間に介装されている。サスペンション装置８は、懸架ばねとしてのスプリング９と、該スプリング９と並列になって車体１と車輪２（左後輪２rl、右後輪２rr）との間に設けられたダンパ７とを備えている。
【００１４】
ここで、前，後輪側のサスペンション装置５，８は夫々のダンパ７が、例えばセミアクティブダンパ等の減衰力調整式の油圧緩衝器を用いて構成されている。これらのダンパ７には、発生減衰力の特性（減衰特性）をハードな特性（硬特性）からソフトな特性（軟特性）に調整するため、減衰力調整バルブ等からなるアクチュエータ（図示せず）が付設されている。各ダンパ７は、外部からの指令により前記アクチュエータが駆動され、作動流体の流れが可変に制御されることによって減衰特性が変化する。具体的には、ダンパ７は、車体１と車輪２間の相対速度および目標減衰係数（補正減衰係数）に応じてその減衰力特性（即ち、減衰特性）が調整される。即ち、コントローラ（例えば、後述の車両運動状態推定装置１０）は、相対速度および目標減衰係数に応じた指令電流を出力する。ダンパ７は、前記コントローラから出力される指令電流に応じて可変に調整された減衰力を発生することができる。
【００１５】
なお、前，後輪側のサスペンション装置５，８は、懸架ばねとしてのスプリング６，９に替えて、例えばエアサスペンションのエアスプリング（図示せず）を用いる構成であってもよい。この場合は、左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rl、右後輪２rr側の各エアスプリングに対して、作動流体（圧縮エア）を供給または排出することによって、車輪２と車体１との間の距離である車高を調整することができる。
【００１６】
図１に示す車両の車体１には、車両運動状態推定装置１０が搭載されている。この車両運動状態推定装置１０は、その入力側が各車輪２側の車輪速センサ１１、加速度センサ１２、ジャイロセンサ１３、操舵角センサ１４、制駆動制御ユニット１５および操舵制御ユニット１６に接続され、出力側には、制駆動制御ユニット１５および操舵制御ユニット１６が接続されている。
【００１７】
各車輪速センサ１１、加速度センサ１２、ジャイロセンサ１３および操舵角センサ１４は、一般的に車両に搭載されているセンサである。４個の車輪速センサ１１は、車輪２（即ち、左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rlおよび右後輪２rr）の回転速度を夫々の車輪速度として個別に測定し検出する。加速度センサ１２は、車体１の重心Ｇ（図４、図５参照）に作用する加速度（例えば、前後加速度Ｇｘ、横加速度Ｇｙ）を検出する。ジャイロセンサ１３は、車体１の重心Ｇ周りの回転角速度であるヨーレイトを検出する。操舵角センサ１４は、車両を運転するドライバの操舵によって生じるステアリングホイールの操舵角（回転角）、または車輪２の舵角を検出するセンサである。
【００１８】
制駆動制御ユニット１５は、ドライバのハンドル操作や車両運動状態推定装置１０の出力等に基づいて車両の原動機（例えば、エンジンとしての内燃機関や電動機）で発生する駆動力、および／またはブレーキ装置（図示せず）等で発生する制動力を制御する制御ユニットである。また、操舵制御ユニット１６は、ドライバのハンドル操作や車両運動状態推定装置１０の出力等に基づいて車輪２（例えば、左前輪２flと右前輪２fr）の操舵角を制御する制御ユニットである。
【００１９】
ここで、制駆動制御ユニット１５と操舵制御ユニット１６との何れか一方、または両方には、前述のセンサで検出した信号を入力として、車輪２の前後方向の車輪スリップであるスリップ率、横方向の車輪スリップである横すべり角等の平面運動状態量を推定し、出力する平面運動推定部を備えていてもよい。また、車体１は、制駆動制御ユニット１５や操舵制御ユニット１６に対して、制御指令や推定値を送信する上位コントローラ（図示せず）を備えていてもよく、この上位コントローラは、車両運動状態推定装置１０の出力である上下運動状態量を入力として、制御指令や推定値を生成する構成であってもよい。
【００２０】
なお、以下の説明では、前述のセンサ（車輪速センサ１１、加速度センサ１２、ジャイロセンサ１３および操舵角センサ１４）で検出された信号値と、制駆動制御ユニット１５あるいは操舵制御ユニット１６、またはその両方で推定し出力された値とを、走行状態情報として記載する。そして、車両運動状態推定装置１０は、前述の走行状態情報を入力として、相対速度やピッチレイト等の車体１の上下運動状態量を推定し、その結果を制駆動制御ユニット１５等に出力する。
【００２１】
次に、車両運動状態推定装置１０の具体的構成について、図３を参照して説明する。図３は、前述した車両の走行状態情報に基づいて、車体１と車輪２との相対変位や相対速度等の上下運動状態量を推定し、出力する車両運動状態推定装置１０の構成を概念図として示している。
【００２２】
車両運動状態推定装置１０は、回転運動状態量を推定する回転運動推定部２１と、上下運動起因の車輪速変動を推定する車輪速変動推定部２２と、バウンス運動状態量を推定するバウンス運動推定部２３と、補正値を推定する補正値推定部２４とから構成されている。車両運動状態推定装置１０は、図３に示すように、回転運動状態量とバウンス運動状態量とを纏めて出力するものである。なお、以下の説明では、この出力（回転運動状態量とバウンス運動状態量）を上下運動状態量として述べる。
【００２３】
回転運動推定部２１は、走行状態情報を入力として、運動方程式やフィルタ、ゲインに基づいて、車体１の重心Ｇ周りの回転角であるロール角θｘとピッチ角θｙと、回転角速度であるロールレイトとピッチレイトとを推定し、回転運動状態量推定値を出力する。ここで、回転運動推定部２１を車両運動状態推定装置１０に含めずに、車両運動状態推定装置１０に接続されている他のユニット（例えば、制駆動制御ユニット１５等）に搭載し、推定した回転運動状態量推定値を車両運動状態推定装置１０に入力する構成であってもよい。このため、車両運動状態推定装置１０における回転運動状態量推定値の取得方法は、図３に示す構成に限定されるものではない。
【００２４】
車輪速変動推定部２２は、走行状態情報と回転運動状態量推定値とを入力として、路面上下変位や車両の上下運動によって生じる上下運動起因の車輪速変動を推定する。そして、車輪速変動推定部２２は、このように推定した上下運動起因の車輪速変動をバウンス運動推定部２３に出力する。
【００２５】
バウンス運動推定部２３は、前記走行状態情報と、前記回転運動状態量推定値と、前記上下運動起因の車輪速変動と、後述の補正値とを入力として、車体１と車輪２との相対変位や相対速度等のバウンス運動状態量を推定する。そして、バウンス運動推定部２３は、このように推定したバウンス運動状態量を出力する。補正値推定部２４は、前記走行状態情報と、バウンス運動状態量推定値とを入力として、補正値を推定し、この推定値をバウンス運動推定部２３に出力する。
【００２６】
次に、前記車輪速変動推定部２２、バウンス運動推定部２３および補正値推定部２４について、さらに詳細に説明する。まず、車輪速変動推定部２２における上下運動起因の車輪速変動の推定方法について、図４を参照し、具体例を挙げて説明する。
【００２７】
図４は、４輪自動車の平面モデルを示す図である。車体１のばね上の重心Ｇを原点とし、車両の前後方向をｘ軸、車両の左右方向をｙ軸、車両の上下方向をｚ軸とする。図４は、前輪操舵の４輪自動車による旋回中の運動を示したものである。
【００２８】
図４、図５に示すように、車輪２の操舵角である実舵角をδ、車両の進行方向の速度をＶ、車両の前後方向の速度をＶｘ、車両の左右方向の速度をＶｙ、ジャイロセンサ１３で検出したｚ軸周りの回転角速度であるヨーレイトをｒ、車両の進行方向と前後方向のなす角を車体横すべり角β、車輪２（左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rlおよび右後輪２rr）の進行方向と回転面のなす角を車輪横すべり角βfl，βfr，βrl，βrr、車輪速センサ１１で検出した車輪速Ｖwsを、それぞれＶwsfl，Ｖwsfr，Ｖwsrl，Ｖwsrrとし、前輪軸と後輪軸との距離であるホイールベースをＬ、前，後輪軸からばね上重心Ｇまでの車両前後方向の距離をＬｆ，Ｌｒとし、前，後輪のトレッドをｄｆ，ｄｒとする。なお、添え字の「ｆ」は前輪、「ｒ」は後輪、「fl」は左前輪、「fr」は右前輪、「rl」は左後輪、「rr」は右後輪を表している。また、添え字の「ｚ」は、上下方向のｚ軸に関連した表記であり、「Ｖz」は、各車輪２の上下運動起因の車輪速変動を表している。
【００２９】
車輪速変動推定部２２で推定演算される上下運動起因の車輪速変動Ｖzfl，Ｖzfr，Ｖzrl，Ｖzrrは、下記の数１式で求められる。ここで、数１式の上下運動起因の車輪速変動Ｖzfl，Ｖzfr，Ｖzrl，Ｖzrrは、ばね上重心位置換算の車輪速Ｖwxfl，Ｖwxfr，Ｖwxrl，Ｖwxrrと、加速度センサ１２で検出した車体１の重心Ｇに作用する前後加速度Ｇｘ、横加速度Ｇｙと、重力加速度ｇと、回転運動推定部２１で推定したロール角θｘとピッチ角θｙ等とに基づいて算出される。
【００３０】
【数１】
2020117196.tif 000003
【００３１】
なお、数１式の車両の前後方向の速度Ｖｘは、前述の制駆動制御ユニット１５等のコントローラで推定された平面運動状態量や、ＧＰＳを用いて検出した位置情報を時間微分して算出した値や、図示しないが車両運動状態推定装置１０に設けた前記平面運動推定部で推定された平面運動状態量であってもよい。このために、車両の前後方向の速度Ｖｘの取得方法は、前述の構成に限定されるものではない。
【００３２】
また、数１式の車輪横すべり角βfl、βfr、βrl、βrrは、制駆動制御ユニット１５等のコントローラで推定された平面運動状態量や、ＧＰＳを用いて検出した車体横すべり角βに基づいて算出した値や、図示しないが車両運動状態推定装置１０に設けた前記平面運動推定部で推定された平面運動状態量であってもよい。このため、車輪横すべり角βfl、βfr、βrl、βrrの取得方法は、前述の構成に限定されるものではない。
【００３３】
また、数１式のロール角θｘとピッチ角θｙは、前述の制駆動制御ユニット１５等のコントローラで推定された値や、ステレオカメラ等を用いて検出した値であってもよい。このため、ロール角θｘとピッチ角θｙの取得方法は、前述の構成に限定されるものではない。
【００３４】
以上から、車輪速変動推定部２２は、走行状態情報である車輪速センサ１１で検出した車輪速Ｖwsfl，Ｖwsfr，Ｖwsrl，Ｖwsrrと、ジャイロセンサ１３で検出したｚ軸周りの回転角速度であるヨーレイトｒ等とを入力として、上下運動起因の車輪速変動Ｖzfl，Ｖzfr，Ｖzrl，Ｖzrrを推定演算する。そして、車輪速変動推定部２２は、数１式のように推定した上下運動起因の車輪速変動Ｖzfl，Ｖzfr，Ｖzrl，Ｖzrrをバウンス運動推定部２３に出力する。
【００３５】
次に、バウンス運動推定部２３におけるバウンス運動状態量の推定方法と、補正値推定部２４における補正値の推定方法とを、図５〜図１１に示す具体例を挙げて説明する。
【００３６】
バウンス運動推定部２３では、検出あるいは推定される観測量を出力ベクトルｙとし、バウンス運動状態量を状態ベクトルｘとして、車両運動を状態方程式化し、その状態方程式に基づくオブザーバによって、出力ベクトルｙと入力ベクトルｕから状態ベクトルｘを推定し、出力する。従って、以下の数２式で表されるような状態方程式を導出する必要がある。
【００３７】
【数２】
2020117196.tif 000004
【００３８】
そこで、数２式の状態方程式の導出について以下に説明する。
図５は、４輪自動車のフルビークルモデルを示す図であり、路面上下変位を伴う４輪自動車の運動を示している。ここで、車体１側のばね上質量をｍbf，ｍbrとし、車輪２側のばね下質量をｍwf，ｍwrとする。そして、車輪２（左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rlおよび右後輪２rr）毎のばね上の上下変位をＺ2fl，Ｚ2fr，Ｚ2rl，Ｚ2rrとし、ばね下の上下変位をＺ1fl，Ｚ1fr，Ｚ1rl，Ｚ1rrとし、路面上下変位をＺ0fl，Ｚ0fr，Ｚ0rl，Ｚ0rrとする。また、ばね上の重心Ｇのロール角θｘ、ピッチ角θｙとし、スプリング６，９のサスペンションばね定数をＫsf，Ｋsrとし、ダンパ７のサスペンション減衰係数をＣsfl，Ｃsfr，Ｃsrl，Ｃsrrとし、スタビライザ４Ｆ，４Ｒのばね定数をＫstf，Ｋstrとする。
【００３９】
路面上下変位を伴う車両の上下運動は、下記の数３式〜数７式で求められる。数３式は、車体１側のばね上に作用する上下方向の力に関する運動方程式であり、数４式は、車輪２側のばね下に作用する上下方向の力に関する運動方程式である。数５式は、ばね上とばね下の間に作用する上下方向の力に関する運動方程式である。数６式は、ばね上とばね下との上下方向の相対変位Ｚ21fl，Ｚ21fr，Ｚ21rl，Ｚ21rrを、車輪２（左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rlおよび右後輪２rr）毎に求める演算式である。数７式は、ｘ軸周りの回転角であるロール角θｘと、ｙ軸周りの回転角であるピッチ角θｙとの関係式である。
【００４０】
【数３】
2020117196.tif 000005
【００４１】
【数４】
2020117196.tif 000006
【００４２】
【数５】
2020117196.tif 000007
【００４３】
【数６】
2020117196.tif 000008
【００４４】
【数７】
2020117196.tif 000009
【００４５】
次に、前述の車輪速変動推定部２２で推定し、出力された上下運動起因の車輪速変動Ｖzを構成する車体ピッチング起因の車輪速変動Ｖzaと、サスペンション変位起因の車輪速変動Ｖzbと、接地荷重変動起因の車輪速変動Ｖzcと、制駆動トルクによる車輪速変動Ｖzdとについて、例えば図６〜図１１を参照して説明する。なお、図６、図７、図１０、図１１に示す車輪２は、各輪で共通のため、例えば左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rlおよび右後輪２rrの添え字を省略し、車輪２として総称する。車体１側は、ばね上質量ｍbであり、車輪２側は、ばね下質量ｍwである。
【００４６】
まず、車体ピッチング起因の車輪速変動Ｖzaの具体例を説明する。図６は、車体ピッチングによって生じる車輪速変動を示す図であり、うねり路等を走行中に生じた車体１と車輪２（タイヤ３）の相対角速度によって車輪速変動Ｖzaが生じる様子を模式的に表したものである。この車体ピッチング起因の車輪速変動Ｖzaは、ピッチ角θｙの時間微分であるピッチレイト（ｄθy／ｄｔ）を、ばね上重心Ｇの高さをｈとして、以下の数８式で求められる。
【００４７】
【数８】
2020117196.tif 000010
【００４８】
次に、サスペンション変位起因の車輪速変動Ｖzbについて説明する。図７は、サスペンションの変位によって生じる車輪速変動を示す図であり、うねり路等を走行中に生じた車体１と車輪２（タイヤ３）の上下方向の相対変位Ｚ21に伴い、車輪２（タイヤ３）の中心Ｏwがサスペンションの瞬間回転中心Ｏs周りに変位することで、車輪２（タイヤ３）に前後変位Ｘzbが生じる様子を模式的に表したものである。
【００４９】
図８に点線で示す特性線３１は、図６の車体１と車輪２（タイヤ３）の上下方向の相対変位Ｚ21と、車輪２（タイヤ３）の前後変位Ｘzbとの関係を表す特性線図である。ここで、図８は、車両（車体１）が水平面に静止しているときを原点とした特性線図であり、図８に示す角度σは、特性線３１の原点における線形近似勾配である。下記の数９式のように、車輪２（タイヤ３）の前後変位Ｘzbの時間微分であるサスペンション変位起因の車輪速変動Ｖzb1は、車体１と車輪２（タイヤ３）の上下方向の相対変位Ｚ21の時間微分である相対速度を（ｄＺ21／ｄｔ）として、求められる。なお、数９式は前述の線形近似勾配σを用いているため、線形で近似可能な範囲ではＶzbとＶzb1は等しくなる。
【００５０】
【数９】
2020117196.tif 000011
【００５１】
一方、図８に示す車輪２（タイヤ３）の前後変位Ｘzbおよび車体１と車輪２（タイヤ３）の上下方向の相対変位Ｚ21が大きい領域において、数９式では推定精度が悪化するという課題がある。そのため本発明では、補正値推定部２４においてバウンス運動状態量推定値を入力として、この非線形な特性に基づく補正値を推定して出力し、バウンス運動推定部２３に入力することで前述の課題を解決する。
【００５２】
次に、補正値推定部２４における補正値の推定方法の具体例を説明する。一例として図８に示す特性線３１（前後変位Ｘzb）は、以下の数１０式で表される２次関数で近似することができる。ここで、α1は上下方向の相対変位Ｚ21の２次の係数、α２は相対変位Ｚ21の１次の係数、α３は切片、Ｚ21oは車両（車体１）が水平面に静止しているときの相対変位である。なお、本実施の形態では２次関数で近似しているが、３次以上の関数等で近似してもよく、特性線図の近似方法は、限定されるものではない。
【００５３】
【数１０】
2020117196.tif 000012
【００５４】
補正の対象は速度項であるため、この数１０式を時間微分したサスペンション変位起因の車輪速変動Ｖzb2は、以下の数１１式で求められる。
【００５５】
【数１１】
2020117196.tif 000013
【００５６】
以上の数９式と数１１式に基づいて、補正値推定部２４で推定するサスペンション変位起因の車輪速変動の変化分Ｖzbdfl，Ｖzbdfr，Ｖzbdrl，Ｖzbdrrは、以下の数１２式で求められる。
【００５７】
【数１２】
2020117196.tif 000014
【００５８】
なお、数１２式は、前後サスペンション共に相対変位Ｚ21と前後変位Ｘzbの関係が非線形であることを想定した式であり、例えば前輪側が線形特性、後輪側が非線形特性の場合には、数１２式のＶzbdfl、Ｖzbdfrは、夫々の値を零（０）とすることで線形特性と非線形特性の両方に対応可能である。また、数１２式のサスペンション変位起因の車輪速変動の非線形成分は、特性線図等を用いて算出してもよく、サスペンション変位起因の車輪速変動の非線形成分の算出方法は限定されるものではない。
【００５９】
また、数１２式で用いている線形近似勾配σを、σ＝０とし、補正値推定部２４においてサスペンション変位起因の車輪速変動Ｖzbを推定して出力し、バウンス運動推定部２３に入力する方法であってもよい。また、数１２式の車両（車体１）が水平面に静止しているときの相対変位Ｚ21ofl，Ｚ21ofr，Ｚ21orl，Ｚ21orrは、乗車人数の増減や荷物の積載に伴う質量増減等によって変化する。
【００６０】
そのため、高精度なバウンス運動状態量の推定を実現するには、ステレオカメラ等の外界認識センサや加速度センサ１２等の検出信号から、車両（車体１）が水平面に静止しているときの相対変位Ｚ21ofl，Ｚ21ofr，Ｚ21orl，Ｚ21orrを推定することが望ましい。
【００６１】
また、数１２式の車両（車体１）が水平面に静止しているときの相対変位Ｚ21ofl，Ｚ21ofr，Ｚ21orl，Ｚ21orrを、零（０）とした上で、ロバスト性の高いバウンス運動状態量の推定演算を実現するには、使用頻度が最も高い質量等の条件における上下方向の相対変位Ｚ21の２次の係数α１と、相対変位Ｚ21の１次の係数α2と、切片α3と、線形近似勾配σを用いることが望ましい。
【００６２】
また、数１２式は、車両（車体１）が水平面に静止しているときの相対変位Ｚ21ofl，Ｚ21ofr，Ｚ21orl，Ｚ21orrと、車体１と車輪２（タイヤ３）の上下方向の相対変位Ｚ21fl，Ｚ21fr，Ｚ21rl，Ｚ21rrと、車体１と車輪２（タイヤ３）の上下方向の相対変位の時間微分（ｄＺ21fl／ｄｔ），（ｄＺ21fr／ｄｔ），（ｄＺ21rl／ｄｔ），（ｄＺ21rr／ｄｔ）とを入力として、車両（車体１）が水平面に静止しているときの相対変位Ｚ21ofl，Ｚ21ofr，Ｚ21orl，Ｚ21orrと、サスペンション変位起因の車輪速変動の変化分Ｖzbdfl，Ｖzbdfr，Ｖzbdrl，Ｖzbdrrを出力するマップであってもよく、サスペンション変位起因の車輪速変動の変化分Ｖzbdfl，Ｖzbdfr，Ｖzbdrl，Ｖzbdrrの推定方法は、前述のものに限定されるものではない。
【００６３】
次に、接地荷重変動起因の車輪速変動Ｖzcについて、図９、図１０を参照して説明する。図１０は、接地荷重変動によって生じる車輪速変動を示す図であり、車輪２（タイヤ３）に作用する接地荷重の変動Ｆzdの増加に伴い、タイヤ有効回転半径Ｒが減少し、それによって車輪速変動Ｖzcが増加する様子を模式的に表したものである。また、図９に示す特性線３２は、接地荷重Ｆｚとタイヤ有効回転半径Ｒの関係を表している。
【００６４】
この接地荷重変動起因の車輪速変動Ｖzcは、図９に示す特性線３２の線形近似勾配をη、タイヤ有効回転半径Ｒの変化量をＲd、タイヤ上下ばね定数をＫt、車輪速をＶwx、ばね下上下変位をＺ1、路面上下変位をＺ0として、以下の数１３式で求められる。ここで、数１３式の線形近似勾配ηを用いたタイヤ有効回転半径Ｒの変化量Ｒｄの導出方法は一つの例であり、図９に示す特性線図や特性線図の近似式を用いてもよく、タイヤ有効回転半径Ｒの変動量の導出方法は、上記のものに限定されるものではない。
【００６５】
【数１３】
2020117196.tif 000015
【００６６】
次に、トルク接地荷重変動起因の車輪速変動Ｖzdについて説明する。図１１は車両を側面から見た車両モデルを示している。この図１１では、例えば車両の左側に位置する二輪しか図示していないが、実際には四輪分を考慮している。各車輪２（左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rl、右後輪２rr）には、それぞれ制駆動トルクＴfl，Ｔfr，Ｔrl，Ｔrrが作用している。
【００６７】
ここで、車体１の前後方向速度Ｖbと、車輪２（左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rl、右後輪２rr）の前後方向速度Ｖfl，Ｖfr，Ｖrl，Ｖrrと、車輪座標系からみた車輪２毎の前後力Ｆxfl，Ｆxfr，Ｆxrl，Ｆxrrと、同じく車輪座標系からみた車輪２のストローク変化により生じる横力Fsfl，Fsfr，Fsrl，Fsrrとは、車両のジオメトリとタイヤの特性によって決まる。
【００６８】
車輪２（左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rl、右後輪２rr）のトー角αfl，αfr，αrl，αrrと、車体１の質量ｍｂと、各車輪２の質量ｍfl，ｍfr，ｍrl，ｍrrと、前，後輪の慣性モーメントＩfl，Ｉfr，Ｉrl，Ｉrrとの関係は、車両の総質量ｍｔとした場合に、ｍｔ＝ｍｂ＋ｍfl＋ｍfr＋ｍrl＋ｍrrとなり、これによる車両の運動方程式は、下記の数１４〜数１８式で求められる。
【００６９】
【数１４】
2020117196.tif 000016
【００７０】
【数１５】
2020117196.tif 000017
【００７１】
【数１６】
2020117196.tif 000018
【００７２】
【数１７】
2020117196.tif 000019
【００７３】
【数１８】
2020117196.tif 000020
【００７４】
ここで、空気抵抗力Ｆa は、空気密度ρ、車両の前方投影面積Ａ、空気抵抗係数Ｃd として、下記の数１９に式より求められる。勾配抵抗力Ｆθ は、車両の総質量ｍtotal（即ち、ｍｔ）、路面勾配θ、重力加速度ｇ、前，後の路面上下入力Ｚ0f，Ｚ0rとして、下記の数２０式により求められる。
【００７５】
【数１９】
2020117196.tif 000021
【００７６】
【数２０】
2020117196.tif 000022
【００７７】
また、図１２は、車両の前輪（左前輪２fl、右前輪２fr）側を上方からみた図である。左前輪２flはトー角が角度αflとなっている。この際、トー角による横力とキャンバー角による横力が発生しており、これらの合力をFsflとしている。また、右前輪２frはトー角が角度αfrとなっている。この際、トー角による横力とキャンバー角による横力が発生しており、これらの合力をｓfrとしている。ダンパ７のストローク（即ち、車高）とトー角、キャンバー角との間には、図１３に示す特性線３３，３４のような関係がある。トー角とキャンバー角の変化が小さいとき、タイヤに発生する横力はそれぞれの角度に比例することが知られているので、図１４に示す演算を行うことで車高変化による横力Ｆｓを求めることができる。
【００７８】
ここで、図１４中に示す第１のマップ演算部３５は、車高に対するトー角をマップ演算する機能を有し、車高信号が入力されると、このときのトー角を演算結果の信号（即ち、演算信号）として出力する。第２のマップ演算部３６は、車高に対するキャンバー角をマップ演算する機能を有し、車高信号が入力されると、このときのキャンバー角を演算結果の信号（即ち、演算信号）として出力する。第１のゲイン演算部３７は、第１のマップ演算部３５から出力されるトー角の演算信号に対しゲインを積算し、トー角の変化による横力の信号を出力する。第２のゲイン演算部３８は、第２のマップ演算部３６から出力されるキャンバー角の演算信号に対しゲインを積算し、キャンバー角の変化による横力の信号を出力する。
【００７９】
次に、加算器３９は、第１のゲイン演算部３７から出力される横力の信号と、第２のゲイン演算部３８から出力される横力の信号とを加算し、加算した信号を車高変化による横力Ｆｓとして出力する。図１４に示す第１，第２のマップ演算部３５，３６、第１，第２のゲイン演算部３７，３８および加算器３９は、例えば図３に示す車両運動状態推定装置１０の一部を構成している。なお、前述の数１８式は車両直進状態を対象としているが、車両操舵による転舵角を考慮する演算としてもよい。
【００８０】
次に、車輪２（左前輪２fl、右前輪２fr、左後輪２rl、右後輪２rr）のスリップを考慮する場合、それぞれのスリップ比λfl，λfr，λrl，λrrは、下記の数２１〜２４式により求められる。
【００８１】
【数２１】
2020117196.tif 000023
【００８２】
【数２２】
2020117196.tif 000024
【００８３】
【数２３】
2020117196.tif 000025
【００８４】
【数２４】
2020117196.tif 000026
【００８５】
以上により、制駆動トルクによる車輪速変動Ｖzdfl，Ｖzdfr，Ｖzdrl，Ｖzdrrは、下記の数２５〜２８式で求められる。
【００８６】
【数２５】
2020117196.tif 000027
【００８７】
【数２６】
2020117196.tif 000028
【００８８】
【数２７】
2020117196.tif 000029
【００８９】
【数２８】
2020117196.tif 000030
ただし、係数Ａfl，Ａfr，Ａrl，Ａrrは、下記の数２９〜３２式により求められる。
【００９０】
【数２９】
2020117196.tif 000031
【００９１】
【数３０】
2020117196.tif 000032
【００９２】
【数３１】
2020117196.tif 000033
【００９３】
【数３２】
2020117196.tif 000034
【００９４】
【数３３】
2020117196.tif 000035
【００９５】
【数３４】
2020117196.tif 000036
【００９６】
以上の数８〜２８式で表される車輪速変動を用いて、上下運動起因の車輪速変動Ｖzfl，Ｖzfr，Ｖzrl，Ｖzrrは、以下の数３５〜３８式により求めることができる。
【００９７】
【数３５】
2020117196.tif 000037
【００９８】
【数３６】
2020117196.tif 000038
【００９９】
【数３７】
2020117196.tif 000039
【０１００】
【数３８】
2020117196.tif 000040
【０１０１】
ここで、車輪速Ｖzfl，Ｖzfr，Ｖzrl，Ｖzrrは、時々刻々変化するため、バウンス運動推定部２３が後述の時不変の定数で構成された線形オブザーバである場合、車輪速の変動を考慮する必要がある。
【０１０２】
前記数３５〜３８式における接地荷重変動起因の車輪速変動Ｖzcfl，Ｖzcfr，Ｖzcrl，Ｖzcrrを、定常車輪速Ｖwsによる接地荷重変動起因の車輪速変動の項と、接地荷重変動起因の車輪速変動の変化分Ｖzcdfl，Ｖzcdfr，Ｖzcdrl，Ｖzcdrrによる項に分離したものを、以下の数３９〜４２式で表す。
【０１０３】
【数３９】
2020117196.tif 000041
【０１０４】
【数４０】
2020117196.tif 000042
【０１０５】
【数４１】
2020117196.tif 000043
【０１０６】
【数４２】
2020117196.tif 000044
【０１０７】
即ち、補正値推定部２４では、相対変位Ｚ21や相対速度ｄＺ21／ｄｔなどのバウンス運動状態量推定値を入力とし、数１２式と数３９〜４２式とに基づいて、サスペンション変位起因の車輪速変動の変化分Ｖzbdfl，Ｖzbdfr，Ｖzbdrl，Ｖzbdrrと、数３９〜４２式に示す接地荷重変動起因の車輪速変動の変化分Ｖzcdfl，Ｖzcdfr,Ｖzcdrl，Ｖzcdrrを推定し、出力する。
【０１０８】
上述の数２式に示す状態方程式を下記の数４３式により求める。これにより、状態行列Ａや入力行列Ｂなどを時不変の定数とした線形オブザーバにより、相対変位Ｚ21や相対速度（ｄＺ21／ｄｔ）等のバウンス運動状態量である状態ベクトルｘを推定可能となる。なお、状態行列Ａや入力行列Ｂなどの詳細については省略する。
【０１０９】
【数４３】
2020117196.tif 000045
【０１１０】
以上が本発明における車両の上下運動状態量の推定方法であり、このような構成の車両運動状態推定装置１０を用いることで、非線形なサスペンション特性を有する車両であっても、車輪速センサ等の一般的に車載されているセンサと車両ダイナミクスモデルを用いて上下運動状態量の推定が可能である。
【０１１１】
一方、図１６に示す比較例（例えば、特許文献１の従来技術）では、車輪速演算部４７において、制駆動トルクによって変化する車輪速を推定演算の結果として出力部４８へと出力するのに、車両の制駆動トルク（即ち、第１の入力情報部４２）と、車両加速度（即ち、第２の入力情報部４３）と、走行抵抗力（即ち、第３の入力情報部４４）とからの入力情報を考慮して推定演算を行っていた。第３の入力情報部４４は、例えば空気抵抗力、転がり抵抗力、勾配抵抗力を含む走行抵抗力を入力情報としている。しかし、図１６に示す比較例では、サスペンションのストローク変化に起因した車体にかかる前後力が考慮されていないため、車両の各車輪における実車輪速を必ずしも高い精度で推定することができない。
【０１１２】
そこで、本実施の形態では、図１５に示す車輪速演算部４０で出力部４１へと推定演算の結果（即ち、制駆動トルクにより変化する車輪速）を出力するのに、第１，第２，第３の入力情報部４２，４３，４４に加えて、第４の入力情報部４５からの入力情報を考慮する構成としている。即ち、第１の入力情報部４２は、車両の制駆動トルクを推定演算のパラメータとして車輪速演算部４０に出力し、第２の入力情報部４３は、車両加速度を推定演算のパラメータとして車輪速演算部４０に出力する。
【０１１３】
また、第３の入力情報部４４は、走行抵抗力（例えば、空気抵抗力、転がり抵抗力、勾配抵抗力）を推定演算のパラメータとして車輪速演算部４０に出力し、第４の入力情報部４５は、ダンパ７（即ち、サスペンション）のストローク変化を推定演算のパラメータとしてストローク起因前後力演算部４６に出力する。そして、このストローク起因前後力演算部４６は、車輪座標系からみた車輪２毎の前後力Ｆxfl，Ｆxfr，Ｆxrl，Ｆxrrを推定演算のパラメータとして車輪速演算部４０に出力する構成としている。
【０１１４】
このように、本実施の形態では、車両の上下運動に起因する車輪速変化を推定演算するのに、前記車両の制駆動トルクＴfl，Ｔfr，Ｔrl，Ｔrr、車両加速度、車両の走行抵抗力およびサスペンションのストローク変化を用いる構成とし、この上で、前記サスペンションのストローク変化は、ストローク起因の前後力Ｆxfl，Ｆxfr，Ｆxrl，Ｆxrrを考慮して求める構成としている。これにより、前，後輪トルク（即ち、車両の制駆動トルク）、車両加速度、走行抵抗力に加え、ストローク変化による力を考慮することで制駆動トルクによって変化する車輪速を高い精度で推定することができる。
【０１１５】
次に、上記実施の形態に含まれる車両運動状態推定装置として、例えば、以下に述べる態様のものが考えられる。
【０１１６】
第１の態様としては、車輪と車体がサスペンションを介して結合された車両における車両運動状態推定装置であって、車輪速センサによる車輪速検出値と、前記車両の上下運動に起因する車輪速変化と、から前記車輪の実車輪速を推定する構成とし、前記車両の上下運動に起因する車輪速変化は、前記車両の制駆動トルクと、車両加速度と、車両の走行抵抗力と、前記サスペンションのストローク変化とをパラメータとして推定演算により求められ、さらに、前記サスペンションのストローク変化は、ストローク起因の前後力を考慮して求められることを特徴としている。
【符号の説明】
【０１１７】
１  車体
２  車輪
３  タイヤ
５，８  サスペンション装置
６，９  スプリング（懸架ばね）
７  ダンパ（減衰力調整式緩衝器）
１０  車両運動状態推定装置
１１  車輪速センサ
１２  加速度センサ
１３  ジャイロセンサ
１４  操舵角センサ
１５  制駆動制御ユニット
１６  操舵制御ユニット
２１  回転運動推定部
２２  車輪速変動推定部
２３  バウンス運動推定部
２４  補正値推定部
４０  車輪速演算部
４１  出力部（制駆動トルクにより変化する車輪速）
４２  第１の入力情報部（車両の制駆動トルク）
４３  第２の入力情報部（車両加速度）
４４  第３の入力情報部（走行抵抗力）
４５  第４の入力情報部（サスペンションのストローク変化）
４６  ストローク起因前後力演算部
【図１】
2020117196.tif 000046
【図２】
2020117196.tif 000047
【図３】
2020117196.tif 000048
【図４】
2020117196.tif 000049
【図５】
2020117196.tif 000050
【図６】
2020117196.tif 000051
【図７】
2020117196.tif 000052
【図８】
2020117196.tif 000053
【図９】
2020117196.tif 000054
【図１０】
2020117196.tif 000055
【図１１】
2020117196.tif 000056
【図１２】
2020117196.tif 000057
【図１３】
2020117196.tif 000058
【図１４】
2020117196.tif 000059
【図１５】
2020117196.tif 000060
【図１６】
2020117196.tif 000061