(57)【要約】【課題】車両の状態を好適に推定する。【解決手段】車両状態推定部１２００は、車両状態に関する状態量についての演算を行う主演算部１２１０を備えており、主演算部１２１０への入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両状態を推定する車載用の車両状態推定装置であって、
車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる
ことを特徴とする車両状態推定装置。
【請求項２】
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部を更に備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の車両状態推定装置。
【請求項３】
前記接地荷重変動算出部は、
車輪角速度、
バネ上前後速度の推定値、
ピッチレートの推定値、及び、
ヨーレートの推定値
を参照して、車輪の接地荷重変動を計算する
ことを特徴とする請求項２に記載の車両状態推定装置。
【請求項４】
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部を更に備え、
前記接地荷重変動算出部は、車輪有効半径を更に参照して車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とする請求項３に記載の車両状態推定装置。
【請求項５】
前記接地荷重変動算出部は、スリップ比の推定値を更に参照して車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の車両状態推定装置。
【請求項６】
前記１又は複数の入力値には、操作入力が含まれることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項７】
車輪の接地荷重変動を少なくとも参照して、車輪の路面変位を算出する路面変位算出部を更に備え、前記１又は複数の入力値には、車輪の路面変位が含まれていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項８】
前記１又は複数の入力値には、車輪に関する仮想的なバネ及びダンパによる力が含まれる
ことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項９】
前記１又は複数の入力値には、
前後Ｇセンサが検出したバネ上前後方向の加速度、
横Ｇセンサが検出したバネ上横方向の加速度、及び、
ヨーレートセンサが検出したヨーレート
が含まれることを特徴とする請求項１から８に記載の車両状態推定装置。
【請求項１０】
車両の前後方向のバネ上速度、車両の横方向のバネ上速度、車両のバネ上鉛直速度、車両のロールレート、車両のピッチレート、車両のヨーレート、及び、車輪のバネ下鉛直速度を推定することを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項１１】
車両のロール角、車両のピッチ角、車両のヨー角、各車輪のサスストローク変位、各車輪のバネ下鉛直変位、実舵角、実舵角速度、各車輪のスリップ比、各車輪のスリップ角、各車輪のタイヤ前後力、各車輪の横力、各車輪の接地荷重変動、各車輪のタイヤ有効半径、及び各車輪での路面変位の少なくとも何れかを推定する
ことを特徴とする請求項１０に記載の車両状態推定装置。
【請求項１２】
前記出力値は、バネ上鉛直速度、ロールレート、及びピッチレートを含む請求項１から１１の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項１３】
前記入力値は、更に、制御量演算部の出力値を含み、
前記出力値は、更に、
車両の前後方向のバネ上速度、車両の横方向のバネ上速度、車両のヨーレート、車両のロール角、車両のピッチ角、車両のヨー角、各車輪のサスストローク変位、各車輪のバネ下鉛直変位、各車輪のバネ下鉛直速度、実舵角、実舵角速度の少なくとも何れかを含んでいる
ことを特徴とする請求項１２に記載の車両状態推定装置。
【請求項１４】
車両状態を推定する車両状態推定部と、
規範車両モデルに関する演算を行う規範車両モデル演算部と、
前記車両状態推定部の出力値である推定出力から、前記規範車両モデル演算部の出力値である規範出力を減算する減算部と、
前記減算部による減算結果を積分する積分部と、
前記車両状態推定部の演算対象である推定状態量を増幅する第１の増幅部と、
前記積分部による積分結果を増幅する第２の増幅部と、
前記規範車両モデル演算部の演算対象である状態量を増幅する第３の増幅部と、
前記第１の増幅部による増幅結果、前記第２の増幅部による増幅結果、及び前記第３の増幅部による増幅結果を加算する加算部と
を備えており、
前記車両状態推定部は、
車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部
を備えており、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１５】
サスペンションの減衰力を制御するサスペンション制御装置であって、
車両状態を推定する車両状態推定部を備え、
前記車両状態推定部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部
を備えており、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる
ことを特徴とするサスペンション制御装置。
【請求項１６】
サスペンションと前記サスペンションの減衰力を制御するサスペンション制御部とを備えたサスペンション装置であって、
前記サスペンション制御部は、車両状態を推定する車両状態推定部を備え、
前記車両状態推定部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部
を備えており、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる
いることを特徴とするサスペンション装置。
【請求項１７】
運転者が操舵操作する操舵部材に対して印加するアシストトルク又は反力トルクを制御するステアリング制御装置であって、
車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる
ことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項１８】
運転者が操舵操作する操舵部材と、前記操舵部材に対して印加するアシストトルク又は反力トルクを制御するステアリング制御部とを備えたステアリング装置であって、
前記ステアリング制御部は、
車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる
ことを特徴とするステアリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の状態を推定する車両状態推定装置、制御装置、サスペンション制御装置、サスペンション装置、ステアリング制御装置、及びステアリング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の乗り心地を向上させ、また、高い操縦安定性を実現するために、車両の状態を推定し、推定した状態に基づいて車両を制御する技術が知られている。また、このような技術では、車両の状態を推定するために車両モデルが用いられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、車両の車高に関する動的なモデルに従ってあらかじめ設定された最適フィードバックゲインに基づき、車両調整部材の制御量を定める技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、車両のモデルに基づき推定ヨーレート及び規範ヨーレートを取得し、これらのヨーレートに基づいてステアリング特性を制御する技術が開示されている。また、その他の技術として例えば、特許文献３〜５が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】昭６１−１７８２１２号公報（１９８６年８月９日）
【特許文献２】特開２００４−１８９１１７号公報（２００４年７月８日公開）
【特許文献３】特開２０１６−１０７８６２号公報（２０１６年６月２０日公開）
【特許文献４】特開２０１６−１６８８８７号公報（２０１６年９月２３日公開）
【特許文献５】特開２０１４−８８８５号公報（２０１４年１月２０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、車両の状態を好適に推定することのできる車両状態推定装置及び制御装置を実現することを目的とする。また、上記車両状態推定装置及び上記制御装置の推定結果を利用することで、高い乗り心地および高い操縦安定性を実現することができるサスペンション制御装置、サスペンション装置、ステアリング制御装置、及びステアリング装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもと、本発明に係る車両状態推定装置は、車両状態を推定する車載用の車両状態推定装置であって、車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、前記演算部は、１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる。
【０００８】
また、かかる目的のもと、本発明に係る制御装置は、車両状態を推定する車両状態推定部と、規範車両モデルに関する演算を行う規範車両モデル演算部と、前記車両状態推定部の出力値である推定出力から、前記規範車両モデル演算部の出力値である規範出力を減算する減算部と、前記減算部による減算結果を積分する積分部と、前記車両状態推定部の演算対象である推定状態量を増幅する第１の増幅部と、前記積分部による積分結果を増幅する第２の増幅部と、前記規範車両モデル演算部の演算対象である状態量を増幅する第３の増幅部と、前記第１の増幅部による増幅結果、前記第２の増幅部による増幅結果、及び前記第３の増幅部による増幅結果を加算する加算部とを備えており、前記車両状態推定部は、車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、前記演算部は、１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部を備えており、前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる。
【０００９】
また、本発明に係るサスペンション制御装置は、サスペンションの減衰力を制御するサスペンション制御装置であって、車両状態を推定する車両状態推定部を備え、前記車両状態推定部は、１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部を備えており、前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる。
【００１０】
また、本発明に係るサスペンション装置は、サスペンションと前記サスペンションの減衰力を制御するサスペンション制御部とを備えたサスペンション装置であって、前記サスペンション制御部は、車両状態を推定する車両状態推定部を備え、前記車両状態推定部は、１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部を備えており、前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる。
【００１１】
また、本発明に係るステアリング制御装置は、運転者が操舵操作する操舵部材に対して印加するアシストトルク又は反力トルクを制御するステアリング制御装置であって、車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、前記演算部は、１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる。
【００１２】
また、本発明に係るステアリング装置は、運転者が操舵操作する操舵部材と、前記操舵部材に対して印加するアシストトルク又は反力トルクを制御するステアリング制御部とを備えたステアリング装置であって、前記ステアリング制御部は、車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、前記演算部は、１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る車両状態推定装置によれば、車両の状態を好適に推定することができる。また、本発明に係るサスペンション制御装置、サスペンション装置、ステアリング制御装置、及びステアリング装置によれば、高い乗り心地および高い操縦安定性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る車両の概略構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る懸架装置における油圧緩衝装置の概略構成例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るＥＣＵの概略構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る規範車両モデル演算部の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る車両状態推定部の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る車両状態推定部が参照するタイヤ剛性に関するマップである。
【図７】本発明の実施形態２に係るＥＣＵの概略構成例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態２に係る車両状態推定部の構成例を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施形態２に係る車両状態推定部が備える推定状態量再構築部の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施形態１について、詳細に説明する。
【００１６】
（車両９００の構成）
図１は、本実施形態に係る車両９００の概略構成例を示す図である。図１に示すように、車両９００は、懸架装置（サスペンション）１００、車体２００、車輪３００、タイヤ３１０、操舵部材４１０、ステアリングシャフト４２０、トルクセンサ４３０、舵角センサ４４０、トルク印加部４６０、ラックピニオン機構４７０、ラック軸４８０、エンジン５００、ＥＣＵ（Electronic Control Unit、制御装置、ステアリング制御装置、サスペンション制御装置、サスペンション制御部）６００、発電装置７００およびバッテリ８００を備えている。ここで、懸架装置１００、及びＥＣＵ６００は、本実施形態に係るサスペンション装置を構成する。また、操舵部材４１０、ステアリングシャフト４２０、トルクセンサ４３０、舵角センサ４４０、トルク印加部４６０、ラックピニオン機構４７０、ラック軸４８０、及びＥＣＵ６００は、ステアリング装置を構成する。なお、車両９００としては、ガソリン車、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ車）、電気自動車（ＥＶ車）等を挙げることができる。
【００１７】
タイヤ３１０が装着された車輪３００は、懸架装置１００によって車体２００に懸架されている。車両９００は、四輪車であるため、懸架装置１００、車輪３００およびタイヤ３１０については、それぞれ４つ設けられている。
【００１８】
なお、左側の前輪、右側の前輪、左側の後輪および右側の後輪のタイヤ及び車輪をそれぞれ、タイヤ３１０Ａ及び車輪３００Ａ、タイヤ３１０Ｂ及び車輪３００Ｂ、タイヤ３１０Ｃ及び車輪３００Ｃ、並びに、タイヤ３１０Ｄ及び車輪３００Ｄとも称する。以下、同様に、左側の前輪、右側の前輪、左側の後輪および右側の後輪にそれぞれ付随した構成を、符号「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」及び「Ｄ」を付して表現することがある。
【００１９】
懸架装置１００は、油圧緩衝装置、アッパーアーム及びロアーアームを備えている。また、油圧緩衝装置は、一例として、当該油圧緩衝装置が発生させる減衰力を調整する電磁弁であるソレノイドバルブを備えている。ただし、これは本実施形態を限定するものではなく、油圧緩衝装置は、減衰力を調整する電磁弁として、ソレノイドバルブ以外の電磁弁を用いてもよい。例えば、上記電磁弁として、電磁流体（磁性流体）を利用した電磁弁を備える構成としてもよい。
【００２０】
エンジン５００には、発電装置７００が付設されており、発電装置７００によって生成された電力がバッテリ８００に蓄積される。
【００２１】
運転者の操作する操舵部材４１０は、ステアリングシャフト４２０の一端に対してトルク伝達可能に接続されており、ステアリングシャフト４２０の他端は、ラックピニオン機構４７０に接続されている。
【００２２】
ラックピニオン機構４７０は、ステアリングシャフト４２０の軸周りの回転を、ラック軸４８０の軸方向に沿った変位に変換するための機構である。ラック軸４８０が軸方向に変位すると、タイロッド及びナックルアームを介して車輪３００Ａ及び車輪３００Ｂが転舵される。
【００２３】
トルクセンサ４３０は、ステアリングシャフト４２０に印加される操舵トルク、換言すれば、操舵部材４１０に印加される操舵トルクを検出し、検出結果を示すトルクセンサ信号をＥＣＵ６００に提供する。より具体的には、トルクセンサ４３０は、ステアリングシャフト４２０に内設されたトーションバーの捩れを検出し、検出結果をトルクセンサ信号として出力する。なお、トルクセンサ４３０として磁歪式トルクセンサを用いてもよい。
【００２４】
舵角センサ４４０は、操舵部材４１０の舵角を検出し、検出結果をＥＣＵ６００に提供する。
【００２５】
トルク印加部４６０は、ＥＣＵ６００から供給されるステアリング制御量に応じたアシストトルク又は反力トルクを、ステアリングシャフト４２０に印加する。トルク印加部４６０は、ステアリング制御量に応じたアシストトルク又は反力トルクを発生させるモータと、当該モータが発生させたトルクをステアリングシャフト４２０に伝達するトルク伝達機構とを備えている。
【００２６】
なお、本明細書における「制御量」の具体例として、電流値、デューティー比、減衰率、減衰比等が挙げられる。
【００２７】
なお、上述の説明において「トルク伝達可能に接続」とは、一方の部材の回転に伴い他方の部材の回転が生じるように接続されていることを指し、例えば、一方の部材と他方の部材とが一体的に成形されている場合、一方の部材に対して他方の部材が直接的又は間接的に固定されている場合、及び、一方の部材と他方の部材とが継手部材等を介して連動するよう接続されている場合を少なくとも含む。
【００２８】
また、上記の例では、操舵部材４１０からラック軸４８０までが常時機械的に接続されたステアリング装置を例に挙げたが、これは本実施形態を限定するものではなく、本実施形態に係るステアリング装置は、例えばステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置であってもよい。ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング装置に対しても本明細書において以下に説明する事項を適用することができる。
【００２９】
ＥＣＵ６００は、車両９００が備える各種の電子機器を統括制御する。より具体的には、ＥＣＵ６００は、トルク印加部４６０に供給するステアリング制御量を調整することにより、ステアリングシャフト４２０に印加するアシストトルク又は反力トルクの大きさを制御する。
【００３０】
また、ＥＣＵ６００は、サスペンション制御量を供給することによって懸架装置１００を制御する。より具体的には、ＥＣＵ６００は、懸架装置１００に含まれる油圧緩衝装置が備えるソレノイドバルブに対して、サスペンション制御量を供給することによって当該ソレノイドバルブの開閉を制御する。この制御を可能とするために、ＥＣＵ６００からソレノイドバルブへ駆動電力を供給する電力線が配されている。
【００３１】
また、車両９００は、車輪３００毎に設けられ各車輪３００の車輪速（車輪の角速度ω）を検出する車輪速センサ３２０を備えている。また、車両９００は、車両９００の横方向の加速度を検出する横Ｇセンサ３３０、車両９００の前後方向の加速度を検出する前後Ｇセンサ３４０、車両９００のヨーレートを検出するヨーレートセンサ３５０、エンジン５００が発生させるトルクを検出するエンジントルクセンサ５１０、エンジン５００の回転数を検出するエンジン回転数センサ５２０、及びブレーキ装置が有するブレーキ液に印加される圧力を検出するブレーキ圧センサ５３０を備える構成としてもよい。これらの各種センサによる検出結果は、ＥＣＵ６００に供給される。
【００３２】
なお、図示は省略するが、車両９００は、ブレーキ時の車輪ロックを防ぐためのシステムであるＡＢＳ（Antilock Brake System）、加速時等における車輪の空転を抑制するＴＣＳ（Traction Control System）、及び、旋回時のヨーモーメント制御やブレーキアシスト機能等のための自動ブレーキ機能を備えた車両挙動安定化制御システムであるＶＳＡ（Vehicle Stability Assist）制御可能なブレーキ装置を備えている。
【００３３】
ここで、ＡＢＳ、ＴＣＳ、及びＶＳＡは、推定した車体速に応じて定まる車輪速と、車輪速センサ３２０によって検出された車輪速とを比較し、これら２つの車輪速の値が、所定の値以上相違している場合にスリップ状態であると判定する。ＡＢＳ、ＴＣＳ、及びＶＳＡは、このような処理を通じて、車両９００の走行状態に応じて最適なブレーキ制御やトラクション制御を行うことにより、車両９００の挙動の安定化を図るものである。
【００３４】
また、上述した各種のセンサによる検出結果のＥＣＵ６００への供給、及び、ＥＣＵ６００から各部への制御信号の伝達は、ＣＡＮ（Controller Area Network）３７０を介して行われる。
【００３５】
（懸架装置１００）
図２は、本実施形態に係る懸架装置１００における油圧緩衝装置の概略構成例を示す概略断面図である。図２に示すように、懸架装置１００は、シリンダ１０１と、シリンダ１０１内に摺動可能に設けられたピストン１０２と、ピストン１０２に固定されたピストンロッド１０３とを備えている。シリンダ１０１は、ピストン１０２によって上室１０１ａと下室１０１ｂとに仕切られており、上室１０１ａ及び下室１０１ｂは作動油によって満たされている。なお、図２において図示は省略しているが、懸架装置１００には、バーストを防止するようにガス室が設けられている。
【００３６】
また、図２に示すように、懸架装置１００は、上室１０１ａと下室１０１ｂとを連通させる連通路１０４を備えており、当該連通路１０４上には、懸架装置１００の減衰力を調整するソレノイドバルブ１０５が設けられている。
【００３７】
ソレノイドバルブ１０５は、ソレノイド１０５ａと、ソレノイド１０５ａによって駆動され、連通路１０４の流路断面積を変更するバルブ１０５ｂとを備えている。
【００３８】
ソレノイド１０５ａはＥＣＵ６００から供給されるサスペンション制御量に応じてバルブ１０５ｂを出し入れし、それにより連通路１０４の流路断面積が変更され、懸架装置１００の減衰力が変更される。
【００３９】
なお、懸架装置１００として、アクティブサスペンションやエアサスペンションを用いてもよい。
【００４０】
（ＥＣＵ６００）
以下では、参照する図面を替えて、ＥＣＵ６００について具体的に説明する。図３は、ＥＣＵ６００の概略構成例を示す図である。
【００４１】
図３に示すように、ＥＣＵ６００は、制御量演算部１０００、及び車両状態推定部（車両状態推定装置）１２００を備えている。なお、図３に示す車両各部１３００は、制御量演算部１０００による演算結果を参照して制御される車両９００の各部、及び車両９００の状態量を取得するための各種のセンサを表している。制御対象の車両９００の各部の一例として、懸架装置１００やトルク印加部４６０が挙げられ、各種センサの一例として、各車両の角速度センサ、横Ｇセンサ３３０、前後Ｇセンサ３４０、及びヨーレートセンサ３５０が挙げられる。
【００４２】
（制御量演算部）
制御量演算部１０００は、図３に示すように、規範車両モデル演算部１１００、減算部１０１２、積分部１０１４、第１の増幅部１０２１、第２の増幅部１０２２、第３の増幅部１０２３、及び加算部１０２４を備えている。
【００４３】
規範車両モデル演算部１１００は、入力値に対して規範用車両モデルを用いた演算を行い、演算結果である規範出力を減算部１０１２に供給する。また、規範車両モデル演算部１１００は、演算対象である種々の状態量を、規範状態量として第３の増幅部１０２３に供給する。規範車両モデル演算部１１００が出力する規範出力は、車両制御における目標値としての意味を有する。ここで、規範出力は、上記演算対象である種々の状態量の少なくとも一部を構成する。
【００４４】
規範車両モデル演算部１１００への入力の一例として、図３に示すように、車輪の角速度ωfl〜ωrr、操作入力、及び、後述の車両状態推定部１２００において推定する各車輪の接地荷重変動Fz0fl〜Fz0rrから算出する各車輪の路面変位z0fl〜z0rrが挙げられる。ここで、操作入力には、操舵部材４１０の操舵角が含まれる。ここで、各車輪の接地荷重変動Fz0fl〜Fz0rrとは、各車輪の接地荷重の変動分のことを指す。
【００４５】
また、規範車両モデル演算部１１００が減算部１０１２に供給する規範出力の例として、車体２００の前後方向のバネ上速度u、横方向のバネ上速度v、バネ上鉛直速度w、ロールレートp、ピッチレートq、ヨーレートr、ロール角phi、ピッチ角theta、ヨー角psi、各車輪のサスストローク変位SusStfl〜SusStrr、各車輪のバネ下鉛直変位z1flm〜z1rrm、各車輪のバネ下鉛直速度w1flm〜w1rrm、実舵角δ、及び実舵角速度dδの少なくとも何れか又はそれらの組み合わせによって表現することができる物理量が挙げられる。また、規範車両モデル演算部１１００が第３の増幅部１０２３に供給する規範状態量の例として、車体２００の前後方向のバネ上速度u、横方向のバネ上速度v、バネ上鉛直速度w、ロールレートp、ピッチレートq、ヨーレートr、ロール角phi、ピッチ角theta、ヨー角psi、各車輪のサスストローク変位SusStfl〜SusStrr、各車輪のバネ下鉛直変位z1flm〜z1rrm、各車輪のバネ下鉛直速度w1flm〜w1rrm、実舵角δ、及び実舵角速度dδの少なくとも何れかが挙げられる。なお、規範車両モデル演算部１１００の具体的な構成は後述する。
【００４６】
減算部１０１２は、後述する車両状態推定部１２００からの推定出力を取得し、取得した推定出力から、規範車両モデル演算部１１００が出力する規範出力を減算し、減算結果を積分部１０１４に供給する。
【００４７】
車両状態推定部１２００が推定し、減算部１０１２に供給する推定出力の一例として、車体２００の前後方向のバネ上速度、横方向のバネ上速度、バネ上鉛直速度、ロールレート、ピッチレート、ロール角、ピッチ角、ヨー角、各車輪のサスストローク変位、各車輪のバネ下鉛直変位、各車輪のバネ下鉛直速度、実舵角、及び実舵角速度の少なくとも何れか又はそれらの組み合わせによって表現することができる物理量が挙げられる。また、車両状態推定部１２００が推定し、第１の増幅部１０２１に供給する推定状態量の一例として、車体２００の前後方向のバネ上速度u、横方向のバネ上速度v、バネ上鉛直速度w、ロールレートp、ピッチレートq、ヨーレートr、ロール角phi、ピッチ角theta、ヨー角psi、各車輪のサスストローク変位SusStfl〜SusStrr、各車輪のバネ下鉛直変位z1flm〜z1rrm、各車輪のバネ下鉛直速度w1flm〜w1rrm、実舵角δ、及び実舵角速度dδの少なくとも何れかが挙げられる。
【００４８】
なお、本発明の車両状態推定装置により、推定可能な物理量は、車両状態推定部１２００における演算対象の「各状態量」、「各状態量の何れかの組み合わせで表現することができる物理量」、「タイヤモデル演算部１２４０で計算されるタイヤ前後力及びタイヤ横力」、「スリップ算出部１２３０で計算されるスリップ比及びスリップ角」、「タイヤ接地荷重変動算出部１２２０の出力を利用し得られるタイヤ接地荷重」、「タイヤ有効半径演算部１２７０で計算されるタイヤ有効半径」、及び「路面変位算出部１２８０で算出される路面変位」である。
【００４９】
積分部１０１４は、減算部１０１２による減算結果を積分する。積分した結果は、第２の増幅部１０２２に供給される。
【００５０】
第１の増幅部１０２１は、車両状態推定部１２００から供給される推定状態量を、増幅係数K1を用いて増幅し、増幅した結果を加算部１０２４に供給する。
【００５１】
第２の増幅部１０２２は、積分部１０１４による積分結果を、増幅係数K2を用いて増幅し、増幅した結果を加算部１０２４に供給する。
【００５２】
第３の増幅部１０２３は、規範車両モデル演算部１１００から供給される規範状態量を、増幅係数K3を用いて増幅し、増幅結果を加算部１０２４に供給する。
【００５３】
加算部１０２４は、第１の増幅部１０２１による増幅結果と、第２の増幅部１０２２による増幅結果と、第３の増幅部１０２３による増幅結果とを加算し、加算した結果を車両状態推定部１２００、及び車両各部１３００に供給する。加算部１０２４による加算結果は、制御量演算部１０００による演算結果を表している。
【００５４】
制御量演算部１０００は、車両状態推定部１２００の出力値である推定出力から、規範車両モデル演算部１１００の出力値である規範出力を減算する減算部１０１２と、減算部１０１２による減算結果を積分する積分部１０１４と、車両状態推定装置１２００による演算対象である推定状態量を増幅する第１の増幅部１０２１と、積分部１０１４による積分結果を増幅する第２の増幅部１０２２と、規範車両モデル演算部１１００の演算対象である規範状態量を増幅する第３の増幅部１０２３と、第１の増幅部１０２１による増幅結果、第２の増幅部１０２２による増幅結果、及び第３の増幅部１０２３による増幅結果を加算する加算部１０２４を備えているので、車両９００は、偏差なく規範モデル特性に追従することができる。
【００５５】
また、制御量演算部１０００が、積分部１０１４を備えていることにより、車両９００は、偏差なく規範モデル特性に追従することができる。
【００５６】
（規範車両モデル演算部）
続いて、図４を参照して規範車両モデル演算部１１００の構成について具体的に説明する。図４は、規範車両モデル演算部１１００の構成例を示すブロック図である。図４に示すように、規範車両モデル演算部１１００は、主演算部１１１０、規範車両モデルタイヤ接地荷重算出部１１２０、スリップ算出部１１３０、タイヤモデル演算部１１４０、及び、操縦安定性・乗心地制御部１１５０を備えている。
【００５７】
（主演算部）
主演算部１１１０は、１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての線形演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する。主演算部１１１０のことを単に演算部と呼称することもある。
【００５８】
主演算部１１１０は、図４に示すように、第１の入力行列演算部１１１１、第２の入力行列演算部１１１２、第３の入力行列演算部１１１３、第４の入力行列演算部１１１８、加算部１１１４、積分部１１１５、システム行列演算部１１１６、観測行列演算部１１１７を備えている。ここで、第１の入力行列演算部１１１１、第２の入力行列演算部１１１２、第３の入力行列演算部１１１３、及び、第４の入力行列演算部１１１８を第１の演算部とも呼称する。
【００５９】
路面入力に対する入力行列B0に関する演算を行う第１の入力行列演算部１１１１には、一例として路面変位（鉛直方向の変位）z0fl、z0fr、z0rl、z0rrが入力される。ここで、路面変位z0fl、z0fr、z0rl、z0rrとしては、後述する車両状態推定部１２００にて算出したものを用いる。また、添え字「fl」、「fr」、「rl」、「rr」はそれぞれ左前、右前、左後、右後の車輪に関するものであることを明示するための添え字である。以下、z0fl、z0fr、z0rl、z0rrをまとめて、z0fl〜z0rrと表すこともある。他のパラメータについても同様である。
【００６０】
第１の入力行列演算部１１１１は、入力された路面変位 z0fl〜z0rrに対して、入力行列 B0を演算し、演算した結果を加算部１１１４に供給する。
【００６１】
操作量に対する入力行列B1に関する演算を行う第２の入力行列演算部１１１２は、一例として、操舵部材４１０の操舵角に対して入力行列 B1を演算し、演算した結果を加算部１１１４に供給する。
【００６２】
タイヤ前後/横力に対する入力行列B2に関する演算を行う第３の入力行列演算部１１１３は、後述するタイヤモデル演算部１１４０から供給される各車輪のタイヤ前後力 Fx0fl〜Fx0rr、及び各車輪のタイヤ横力Fy0fl〜Fy0rrに対して入力行列 B2を演算し、演算した結果を加算部１１１４に供給する。
【００６３】
制御結果を反映した、追加サスペンション力、アシストトルク、及び反力トルクに対する入力行列B3に関する演算を行う第４の入力行列演算部１１１８は、後述する操縦安定性・乗心地制御部１１５０の出力に対して入力行列B3を演算し、演算した結果を加算部１１１４に供給する。
【００６４】
加算部１１１４は、第１の入力行列演算部１１１１、第２の入力行列演算部１１１２、第３の入力行列演算部１１１３、第４の入力行列演算部１１１８、及び後述するシステム行列演算部１１１６からの出力を加算し、加算結果を積分部１１１５に供給する。
【００６５】
積分部１１１５は、加算部１１１４から供給される加算結果を積分する。積分部１１１５による積分結果は、前述した第３の増幅部１０２３、システム行列演算部１１１６、及び、観測行列演算部１１１７に供給される。また、積分部１１１５による積分結果のうち、z1flm〜z1rrmは、規範車両モデルタイヤ接地荷重算出部１１２０に供給される。
【００６６】
システム行列演算部（第２の演算部）１１１６は、積分部１１１５による積分結果に対して、システム行列Aを演算し、演算した結果を加算部１１１４に供給する。
【００６７】
観測行列演算部（第３の演算部）１１１７は、積分部１１１５による積分結果に対して、観測行列 Cを演算し、演算した結果を規範出力として、前述した減算部１０１２に供給する。また、観測行列Cを演算した結果はスリップ算出部１１３０にも供給される。
【００６８】
なお、主演算部１１１０が備える各部における演算は、線形演算として実行される。したがって、上記の構成を有する主演算部１１１０によれば、１又は複数の入力値を参照した車両状態に関する状態量についての線形演算を好適に行うことができる。
【００６９】
また、主演算部１１１０への入力は上記の例に限られるものではなく、例えば、
・操舵トルク
・各車輪の車輪角速度
・各車輪の実舵角
・各車輪の駆動トルク
の少なくとも何れかを主演算部１１１０に入力する構成とし、主演算部１１１０がこれらの入力値に対する線形演算を実行する構成としてもよい。この場合、例えば、主演算部１１１０が、各システム行列 A、入力行列 B、及び観測行列 Cによって表現される各車両モデルを切り替える車両モデル切替部を備える構成とし、当該車両モデル切替部が、上記の入力を参照して各車両モデルを切り替える構成とすることができる。
【００７０】
また、車両９００が、積載量検知手段を備える構成とし、主演算部１１１０には、当該積載量検知手段による検出値を入力する構成としてもよい。この場合、例えば、主演算部１１１０が、各積載量に応じたシステム行列A、入力行列B、及び観測行列Cによって表現される各車両モデルを切り替える車両モデル切替部を備える構成とし、当該車両モデル切替部が、積載量検知手段による検出値に応じて各車両モデルを切り替える構成とすることができる。なお、上記積載量検知手段は、センサで積載量を検知する構成であってもよいし、センサレスで積載量を検知する構成であってもよい。
主演算部１１１０への入力は、
・ヨーレート
・前後Ｇ
・横Ｇ
・ブレーキ圧
・ＶＳＡフラグ、ＴＣＳフラグ、ＡＢＳフラグ
・エンジントルク
・エンジン回転数
の少なくとも何れかをさらに含む構成としてもよい。この場合、例えば、主演算部１１１０が、各システム行列A、入力行列B、及び観測行列Cによって表現される各車両モデルを切り替える車両モデル切替部を備える構成とし、当該車両モデル切替部が、上記の入力を参照して各車両モデルを切り替える構成とすることができる。
【００７１】
（主演算部による演算対象の状態量の例）
主演算部１１１０による演算対象の状態量の一例を状態量ベクトルxとして表現すれば以下の通りである。
【００７２】
以下、x方向は、車両９００の進行方向（前後方向）を示し、z方向は鉛直方向を示し、y方向はx方向及びz方向の双方に垂直な方向（横方向）のことを示す。
【００７３】
【数１】
2019089504.tif 000003
ここで、
u、v、wは、車体２００のバネ上速度のx、y、z方向成分であり、
p、q、rは、車体２００のバネ上角速度のx軸、y軸、z軸方向成分、すなわち、ロールレート、ピッチレート、及び、ヨーレートである。また、
【数２】
2019089504.tif 000004
はそれぞれオイラー角の３成分（それぞれ、phi、theta、psiとも表記する。また、phiはロール角、thetaはピッチ角、psiはヨー角を表す。）であり、
SusStfl〜SusStrrは、各車輪のサスストローク変位であり、上記は、バネ上と同じ動きをするボディ座標系で観測した状態量である。
【００７４】
また、z1flm〜z1rrmは、各車輪のバネ下鉛直変位であり、w1flm〜w1rrmは、各車輪のバネ下鉛直速度である。ただし、z1flm〜z1rrm、w1flm〜w1rrmは、ｘ方向及びｙ方向の並進運動、並びにｚ軸方向の回転運動（ヨー）のみ、バネ上と同じ動きをする座標系で観測した状態量である。
【００７５】
また、δは、実舵角であり、
dδは、実舵角速度である。
【００７６】
なお、実舵角δ、及び実舵角速度dδは、各車輪３００それぞれについて個別に設定する構成としてもよいが、本明細書中では、一例として前輪のみについて設定されるものとし、かつ、タイヤの切戻りは考慮していない。
【００７７】
（主演算部出力の例）
主演算部１１１０が出力する規範出力の種類は、観測行列Cをどのように選ぶかによって決定される。一例として、主演算部１１１０が出力する規範出力を特定状態量ベクトルyとして表現すれば以下のように、車体２００の前後方向のバネ上速度u、横方向のバネ上速度v、バネ上鉛直速度w、ロールレートp、ピッチレートq、ヨーレートr、ロール角phi、ピッチ角theta、ヨー角psi、各車輪のサスストローク変位SusStfl〜SusStrr、各車輪のバネ下鉛直変位z1flm〜z1rrm、各車輪のバネ下鉛直速度w1flm〜w1rrm、実舵角δ、及び実舵角速度dδを含んでいる。
【００７８】
【数３】
2019089504.tif 000005
また、主演算部１１１０が出力する規範出力は、上述した状態量ベクトルxに含まれる状態量の何れか又はそれらの組み合わせによって表現することができる物理量である。
【００７９】
（主演算部による演算対象の運動方程式の一例）
主演算部１１１０による演算対象の運動方程式の一例を示せば以下の通りである。また、各物理量の上に付されたドット「・」は時間微分を表す。
・バネ上並進及び回転運動に関する下記運動方程式
【数４】
2019089504.tif 000006
・オイラー角に関する下記運動方程式
【数５】
2019089504.tif 000007
・バネ下鉛直運動に関する下記運動方程式
【数６】
2019089504.tif 000008
・実舵に関する下記運動方程式（ただし、タイヤ切戻りを考慮せず）
【数７】
2019089504.tif 000009
・各車輪のサスペンション力
【数８】
2019089504.tif 000010
・サスストローク変位
【００８０】
【数９】
2019089504.tif 000011
上記の運動方程式及び関係式において、
mは車両のバネ上質量（すなわち車体２００の質量）であり、
Fx、Fy、Fzは、車両のバネ上（すなわち車体２００）に作用するx、y、z方向の力であり、
Mx、My、Mzは、車両のバネ上に作用するx、y、z軸に関するモーメントであり、
Ix、Iy、Izは、車両のバネ上のx、y、z軸に関する慣性モーメントであり、
Izxは、ｙ軸の慣性乗積である。
【００８１】
k2f、k2rは、前輪及び後輪に関するスプリングのバネ定数であり、
c2f、c2rは、前輪及び後輪に関するダンパの減衰係数であり、
Fcontfl、Fcontfr、Fcontrl、Fcontrrは、制御の結果、追加されるサスペンション力である。
【００８２】
また、Fzfl、Fzfr、Fzrl、Fzrrは各車輪のサスペンション力であり、
zfl〜zrrは、各車輪におけるバネ上鉛直変位であり、
wfl〜wrrは、各車輪におけるバネ上鉛直速度であり、
z1fl〜z1rrは、各車輪におけるバネ下鉛直変位であり、
w1fl〜w1rrは、各車輪におけるバネ下鉛直速度であり、
上記は、バネ上と同じ動きをするボディ座標系で観測した状態量である。
【００８３】
Fz0fl〜Fz0rrは、上述した接地荷重変動であり、
m1はバネ下質量である。また、Fzflm〜Fzrrmは、各輪のバネ下にかかるサスペンション反力であり、x方向及びy方向の並進運動、並びにz軸方向の回転運動（ヨー）のみ、バネ上と同じ動きをする座標系で、観測した物理量である。
【００８４】
また、αは操舵角であり、
Isは、キングピン軸周りの車輪慣性モーメントであり、
csは、キングピン等価粘性摩擦係数であり、
ksは、キングピン軸周りの等価弾性係数である。
【００８５】
Mcontは、制御の結果、追加されるアシストトルクである。
【００８６】
上記に挙げた運動方程式以外にも、主演算部１１１０は車輪回転運動に関する運動方程式を演算対象としてもよい。また、上記に挙げた運動方程式に現れる物理量は、互いに結びつけられる複数の関係式（例えば各座標変換等）が存在しており、各運動方程式は、これらの関係式と共に解かれる。
【００８７】
（運動方程式の線形化と主演算部への実装）
上述した運動方程式は一般に非線形であり、以下のように表現できる。
【数１０】
2019089504.tif 000012
ここで、xは状態量を示すベクトルであり、f(x)、g(x)は、xの関数であり、ベクトルとして表現される。
【００８８】
上記非線形の運動方程式をテイラー展開し、ヤコビ行列に各状態量の初期値を代入することにより以下に示す行列Aが得られ、同様の方法で以下に示す行列B、Cが得られる。
【００８９】
その結果、線形化された運動方程式が、以下のように状態空間にて表現される。
【００９０】
【数１１】
2019089504.tif 000013
ここで、行列Aは、上述したシステム行列Aに対応し、行列Bは、上述した入力行列B0、B1、B2、B3に対応し、行列Cは、上述した観測行列Cに対応する。
【００９１】
以上の説明から、図４に示した主演算部１１１０は、対象とする運動方程式を線形的に演算する構成であることが分かる。
【００９２】
（規範車両モデル演算部のその他の構成）
続いて、規範車両モデル演算部１１００が備える構成のうち、主演算部１１１０以外の構成について説明する。
【００９３】
（規範車両モデルタイヤ接地荷重算出部）
規範車両モデルタイヤ接地荷重算出部１１２０は、積分部１１１５による積分結果として、算出される状態量の一部である各車輪のバネ下鉛直変位z1flm〜z1rrm、後述する車両状態推定部１２００にて算出する各車輪の路面変位z0fl〜z0rr、及び、接地荷重の定常値Fz0constfl〜Fz0constrr
を用いて、規範車両モデルタイヤ接地荷重F'z0fl〜F'z0rrを以下の式を用いて算出する。
【００９４】
F'z0fl = -k1(z1flm-z0fl) + Fz0constfl
F'z0rl = -k1(z1rlm-z0rl) + Fz0constrl
F'z0fr = -k1(z1frm-z0fr) + Fz0constfr
F'z0rr = -k1(z1rrm-z0rr) + Fz0constrr
算出した規範車両モデルタイヤ接地荷重F'z0fl〜F'z0rrは、タイヤモデル演算部１１４０に入力される。
【００９５】
（スリップ算出部）
スリップ算出部１１３０は、観測行列演算部１１１７による演算結果、及び車輪速センサ３２０が検出した各車輪の車輪角速度ωfl〜ωrrを参照して、各車輪のスリップ比sfl〜srrを算出し、観測行列演算部１１１７による演算結果として各車輪のスリップ角βfl〜βrrを算出し、算出した結果を積算部１１３１及びタイヤモデル演算部１１４０に供給する。
【００９６】
（タイヤモデル演算部）
タイヤモデル演算部１１４０は、主演算部１１１０による演算結果の少なくとも一部を直接的または間接的に参照した非線形演算を行う。図４に示す例では、タイヤモデル演算部１１４０は、観測行列演算部１１１７による演算により得られる各車輪のスリップ比sfl〜srr、各車輪のスリップ角βfl〜βrr、及び規範車両モデルタイヤ接地荷重算出部１１２０が算出した規範車両モデルタイヤ接地荷重F'z0fl〜F'z0rrを参照して非線形演算を行う。すなわち、図４に示す例では、タイヤモデル演算部１１４０は、主演算部１１１０による演算結果の少なくとも一部を間接的に参照した非線形演算を行う。
【００９７】
より具体的には、タイヤモデル演算部１１４０は、各車輪のスリップ比sfl〜srr、各車輪のスリップ角βfl〜βrr、及び各車輪の規範車両モデルタイヤ接地荷重F'z0fl〜F'z0rrを参照して、タイヤモデルに関する演算式を用いて、各車輪のタイヤ前後力Fx0fl〜Fx0rr、及び各車輪のタイヤ横力Fy0fl〜Fy0rrを算出する。タイヤモデル演算部１１４０による具体的な演算式は、本実施形態を限定するものではないが、例えば、左前輪を代表すると、一般に知られている近似式
【数１２】
2019089504.tif 000014
を用いることができる。ここで、第１式におけるFPx0flは、直進時の左前輪のタイヤ前後力を表している。各変数は、タイヤの特性やF'z0flに依存する値である。第２式におけるFPy0flは、タイヤ前後力を伴わない際のタイヤ横力を表している。
【００９８】
ここで、本実施形態に係る規範車両モデル演算部１１００において、主演算部１１１０は線形演算を行い、タイヤモデル演算部１１４０は主演算部１１１０による演算結果の少なくとも一部を直接的または間接的に参照した非線形演算を行う。このように線形演算部と非線形演算部とを分離させた構成を採用することにより、車両モデルを用いた状態量の演算を好適に行うことができる。
【００９９】
また、タイヤモデル演算部１１４０は、タイヤモデルに基づく非線形演算を行うので、非線形演算を線形演算から好適に分離することができる。
【０１００】
また、上述のように、第３の入力行列演算部１１１３は、タイヤモデル演算部１１４０による非線形演算結果を入力として取り込むので、主演算部１１１０による線形演算に非線形演算結果を好適に取り込むことができる。したがって、主演算部１１１０は線形演算を行いつつ精度の高い演算を行うことができる。
【０１０１】
（操縦安定性・乗心地制御部１１５０）
操縦安定性・乗心地制御部１１５０は、規範車両モデル各部を制御するための制御量を決定し、各部へ供給するために、観測行列演算部１１１７が出力する規範出力に対して作用する。操縦安定性・乗心地制御部１１５０による出力は、第４の入力行列演算部１１１８に供給され、入力行列B3が演算される。
【０１０２】
一例として、操縦安定性・乗心地制御部１１５０は、スカイフック制御、ロール姿勢制御、ピッチ姿勢制御及びバネ下制御、実舵角制御処理及び、制御量選択処理を行う。
【０１０３】
ここで、スカイフック制御とは、路面の凹凸を乗り越える際の規範車両モデルの動揺を抑制し、乗り心地を高める乗り心地制御（制振制御）のことである。
【０１０４】
スカイフック制御では、一例として、バネ上鉛直速度、４輪のストローク速度、ピッチレート、及びロールレートを参照して、スカイフック目標制御量を決定し、その結果を制御量選択処理の対象とする。
【０１０５】
ロール姿勢制御では、転舵時ロールレート、及び操舵角を参照して、ロール目標制御量を算出し、その結果を制御量選択処理の対象とする。
【０１０６】
ピッチ姿勢制御では、加減速時ピッチレートを参照してピッチ制御を行い、ピッチ目標制御量を算出し、その結果を制御量選択処理の対象とする。
【０１０７】
バネ下制御では、各車輪のバネ下鉛直速度を参照して、バネ下制振制御目標制御量を決定し、決定結果を制御量選択処理の対象とする。実舵角制御では、実舵角を参照して、目標制御量を算出し、その結果を制御量選択処理の対象とする。
【０１０８】
制御量選択処理では、スカイフック目標制御量、ロール目標制御量、ピッチ目標制御量、バネ下制振制御目標制御量、及び実舵角目標制御量のうち、最も大きい値を有する目標制御量を選択し出力してもよい。
【０１０９】
（車両状態推定部）
続いて、参照する図面を替えて、車両状態推定部１２００について具体的に説明する。車両状態推定部１２００は、入力値に対して推定用車両モデルを用いた演算を行い、演算結果である推定出力を減算部１０１２に供給する。また、車両状態推定部１２００は、演算対象である種々の状態量を、第１の増幅部１０２１に供給する。
【０１１０】
図５は、車両状態推定部１２００の構成例を示すブロック図である。図５に示すように、車両状態推定部１２００は、主演算部１２１０、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０、スリップ算出部１２３０、タイヤモデル演算部１２４０、仮想バネ・ダンパ力算出部１２６０、タイヤ有効半径演算部１２７０、路面変位算出部１２８０、積分部１２３１、積分部１２７１、及び加算部１２７５を備えている。
【０１１１】
（主演算部）
推定用車両モデルを用いた演算を行う主演算部１２１０は、１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての線形演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する。主演算部１２１０のことを単に演算部と呼称することもある。
【０１１２】
主演算部１２１０は、図５に示すように、第１の入力行列演算部１２１１、第２の入力行列演算部１２１２、第３の入力行列演算部１２１３、第４の入力行列演算部１２１８、第５の入力行列演算部１２１９、加算部１２１４、積分部１２１５、システム行列演算部１２１６、観測行列演算部１２１７を備えている。ここで、第１の入力行列演算部１２１１、第２の入力行列演算部１２１２、第３の入力行列演算部１２１３、第４の入力行列演算部１２１８、及び、第５の入力行列演算部１２１９を第１の演算部とも呼称する。
【０１１３】
接地荷重変動入力に対する入力行列B00'に関する演算を行う第１の入力行列演算部１２１１には、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０により得られる接地荷重変動Fz0fl〜Fz0rrが入力される。
【０１１４】
第１の入力行列演算部１２１１は、入力された接地荷重変動Fz0fl〜Fz0rrに対して、入力行列B00'を演算し、演算した結果を加算部１２１４に供給する。
【０１１５】
操作量に対する入力行列B1'に関する演算を行う第２の入力行列演算部１２１２は、一例として、操舵部材４１０の操舵角に対して入力行列B1'を演算し、演算した結果を加算部１２１４に供給する。なお、第２の入力行列演算部１２１２が演算する入力行列B1'は、第２の入力行列演算部１１１２が演算する入力行列B1と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【０１１６】
タイヤ前後/横力に対する入力行列B2'に関する演算を行う第３の入力行列演算部１２１３は、後述するタイヤモデル演算部１２４０から供給される各車輪のタイヤ前後力Fx0fl〜Fx0rr、及び各車輪のタイヤ横力Fy0fl〜Fy0rrに対して入力行列B2'を演算し、演算した結果を加算部１２１４に供給する。なお、第３の入力行列演算部１２１３が演算する入力行列B2'は、第３の入力行列演算部１１１３が演算する入力行列 B2と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【０１１７】
また、制御量演算部１０００の出力に対する入力行列B4'に関する演算を行う第４の入力行列演算部１２１８には、制御量演算部１０００の出力が入力される。第４の入力行列演算部１２１８は、制御量演算部１０００の出力に対して、入力行列B4'を演算し、演算した結果を加算部１２１４に供給する。
【０１１８】
仮想バネ・ダンパ力に対する入力行列B5'に関する演算を行う第５の入力行列演算部１２１９は、後述する仮想バネ・ダンパ力１２６０の出力に対して入力行列B5'を演算し、演算した結果を加算部１２１４に供給する。
【０１１９】
加算部１２１４は、第１の入力行列演算部１２１１、第２の入力行列演算部１２１２、第３の入力行列演算部１２１３、第４の入力行列演算部１２１８、第５の入力行列演算部１２１９、及び後述するシステム行列演算部１２１６からの出力を加算し、加算結果を積分部１２１５に供給する。
【０１２０】
積分部１２１５は、加算部１２１４から供給される加算結果を積分する。積分部１２１５による積分結果は、推定状態量として出力されると共に、システム行列演算部１２１６、観測行列演算部１２１７及び、仮想バネ・ダンパ力算出部１２６０に供給される。
【０１２１】
システム行列演算部（第２の演算部）１２１６は、積分部１２１５による積分結果に対して、システム行列A'を演算し、演算した結果を加算部１２１４に供給する。
【０１２２】
観測行列演算部（第３の演算部）１２１７は、積分部１２１５による積分結果に対して、観測行列C'を演算し、演算した結果を推定出力として、前述した減算部１０１２に供給する。また、観測行列C'を演算した結果はスリップ算出部１２３０にも供給される。
【０１２３】
なお、主演算部１２１０が備える各部における演算は、線形演算として実行される。したがって、上記の構成を有する主演算部１２１０によれば、１又は複数の入力値を参照した車両状態に関する状態量についての線形演算を好適に行うことができる。
【０１２４】
また、主演算部１１１０と同様に、主演算部１２１０への入力は上記の例に限られるものではなく、例えば、
・操舵トルク
・各車輪の車輪角速度
・各車輪の実舵角
・各車輪の駆動トルク
の少なくとも何れかを主演算部１２１０に入力する構成とし、主演算部１２１０がこれらの入力値に対する線形演算を実行する構成としてもよい。この場合、例えば、主演算部１２１０が、各システム行列A'、入力行列B'、及び観測行列C'によって表現される各車両モデルを切り替える車両モデル切替部を備える構成とし、当該車両モデル切替部が、上記の入力を参照して各車両モデルを切り替える構成とすることができる。
【０１２５】
また、車両９００が、積載量検知手段を備える構成とし、主演算部１２１０には、当該積載量検知手段による検出値を入力する構成としてもよい。この場合、例えば、主演算部１２１０が、各積載量に応じたシステム行列A'、入力行列B'、及び観測行列C'によって表現される各車両モデルを切り替える車両モデル切替部を備える構成とし、当該車両モデル切替部が、積載量検知手段による検出値に応じて各車両モデルを切り替える構成とすることができる。なお、上記積載量検知手段は、センサで積載量を検知する構成であってもよいし、センサレスで積載量を検知する構成であってもよい。
【０１２６】
主演算部１２１０への入力は、
・ヨーレート
・前後Ｇ
・横Ｇ
・ブレーキ圧
・ＶＳＡフラグ、ＴＣＳフラグ、ＡＢＳフラグ
・エンジントルク
・エンジン回転数
の少なくとも何れかをさらに含む構成としてもよい。この場合、例えば、主演算部１２１０が、各システム行列A'、入力行列B'、及び観測行列C'によって表現される各車両モデルを切り替える車両モデル切替部を備える構成とし、当該車両モデル切替部が、上記の入力を参照して各車両モデルを切り替える構成とすることができる。
【０１２７】
（主演算部による演算対象の状態量の例）
主演算部１２１０による演算対象の状態量は、主演算部１１１０による演算対象の状態量と同様であるのでここでは詳細な説明を省略する。なお、主演算部１２１０が出力する規範出力は、主演算部１１１０と同様に、上述した状態量ベクトルxに含まれる状態量の何れか又はそれらの組み合わせによって表現することができる物理量である。
【０１２８】
（運動方程式の線形化と主演算部への実装）
運動方程式の線形化と主演算部１２１０への実装は、主演算部１１１０への実装において説明した事項と同様であるのでここでは詳細な説明を省略する。なお、主演算部１１１０への実装において説明した、線形化された運動方程式における行列A、Cは、主演算部１２１０における行列A'、C'に対応し、線形化された運動方程式における行列Bは、主演算部１２１０における行列B00'、B1'、B2'、B4'、B5'に対応する。
【０１２９】
以上の説明から、図５に示した主演算部１２１０は、対象とする運動方程式を線形的に演算する構成であることが分かる。
【０１３０】
（車両状態推定部のその他の構成）
続いて、車両状態推定部１２００が備える構成のうち、主演算部１２１０以外の構成について説明する。
【０１３１】
（スリップ算出部）
スリップ算出部１２３０は、観測行列演算部１２１７による演算結果、及び車輪速センサ３２０が検出した各車輪の車輪角速度ωfl〜ωrrを参照して、各車輪のスリップ比sfl〜srrを算出し、観測行列演算部１２１７による演算結果として各車輪のスリップ角βfl〜βrrを算出し、算出した結果を積分部１２３１、及びタイヤモデル演算部１２４０に供給する。積算部１２３１は、スリップ算出部１２３０から供給される算出結果を積分し、積分後のスリップ比ｓを算出する。積算部１２３１により算出された積分後のスリップ比ｓは、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０に供給される。
【０１３２】
（タイヤ接地荷重変動算出部）
タイヤ接地荷重変動算出部１２２０は、積分部１２１５により演算された前後方向のバネ上速度uの推定値、ピッチレートｑの推定値、及びヨーレートｒの推定値、車輪速センサ３２０が検出した各車輪の車輪角速度ωfl〜ωrr、積算部１２３１による積分結果及び後述する積分部１２７１による積分結果を参照して、各車輪の接地荷重変動Fz0fl〜Fz0rrを算出する。算出した接地荷重変動Fz0fl〜Fz0rrは、各車輪の接地荷重定常値Fz0constfl〜Fz0constrrと加算されたうえで、各車輪の接地荷重F'z0fl〜F'z0rrとしてタイヤモデル演算部１２４０、第１の入力行列演算部１２１１及び後述するタイヤ有効半径演算部１２７０に供給される。
【０１３３】
タイヤ接地荷重変動算出部１２２０は、
【数１３】
2019089504.tif 000015
によって、接地荷重変動Fz0fl〜Fz0rrを算出する。ここで、係数keは、タイヤ有効半径Reに応じて決定されるタイヤ剛性に関する係数であり、例えば、図６に示すマップにより、タイヤ有効半径Refl、Refr、Rerl、Rerrに応じて決定される。ここで、タイヤ有効半径Refl〜Rerrは、後述するタイヤ有効半径演算部１２７０によって算出される。また、keは、線形特性として、固定値を用いてもよい。
【０１３４】
また、各車輪の車輪速度Vfl〜Vrrは、車体２００の前後方向のバネ上速度u、ピッチレートq、ヨーレートr、及び各車輪のスリップ比sfl〜srrを用いて、以下のように表される。また、dVfl〜dVrr、およびdωfl〜dωrrは、Vfl〜Vrr、およびωfl〜ωrrの変動値を表している。
【数１４】
2019089504.tif 000016
ここで、h0は、路面から車体２００の重心までの距離を表しており、trfは、車体２００のフロントのトレッド幅に０．５を乗じたものを表しており、trrは、車体２００のリアのトレッド幅に０．５を乗じたものを表している。
【０１３５】
このように、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０は、車輪角速度ω、バネ上前後速度u、ピッチレートq及び、ヨーレートr、タイヤ有効半径Re、及びスリップ比sを参照して、車輪の接地荷重変動を計算し、フィードバック的に第１の入力行列演算部１２１１に入力する。
【０１３６】
なお、本実施形態において、上述した車体２００の前後方向のバネ上速度u、ピッチレートq、ヨーレートr、及び各車輪のスリップ比sfl〜srr、及び各車輪のタイヤ有効半径Refl〜Rerrは、何れもセンサ値ではなく、ＥＣＵ６００の各部において算出した値を用いている。このため、追加のセンサを要することなく、状態量を好適に演算することができる。
【０１３７】
（タイヤモデル演算部）
タイヤモデル演算部１２４０は、主演算部１２１０による演算結果の少なくとも一部を直接的または間接的に参照した非線形演算を行う。図５に示す例では、タイヤモデル演算部１２４０は、観測行列演算部１２１７による演算により得られる各車輪のスリップ比sfl〜srr、各車輪のスリップ角βfl〜βrr、及びタイヤ接地荷重変動算出部１２２０が演算する接地荷重変動Fz0fl〜Fz0rrと定常値Fz0constfl〜Fz0constrrとを加算して得られる各車輪の接地荷重F'z0fl〜F'z0rrを参照して非線形演算を行う。すなわち、図５に示す例では、タイヤモデル演算部１２４０は、主演算部１２１０による演算結果の少なくとも一部を間接的に参照した非線形演算を行う。
【０１３８】
より具体的には、タイヤモデル演算部１２４０は、各車輪のスリップ比sfl〜srr、各車輪のスリップ角βfl〜βrr、及び各車輪の接地荷重F'z0fl〜F'z0rrを参照して、タイヤモデルに関する演算式を用いて、各車輪のタイヤ前後力Fx0fl〜Fx0rr、及び各車輪のタイヤ横力Fy0fl〜Fy0rrを算出する。タイヤモデル演算部１２４０による具体的な演算式は、本実施形態を限定するものではないが、例えば、タイヤモデル演算部１１４０が用いる数式と同様の数式を用いることができる。
【０１３９】
なお、主演算部１２１０による演算結果の少なくとも一部を直接的または間接的に参照した非線形演算を行うタイヤモデル演算部１２４０は、各車輪のタイヤ前後力Fx0fl〜Fx0rr、及び各車輪のタイヤ横力Fy0fl〜Fy0rrを算出するタイヤ力推定装置としても捉えることができる。
【０１４０】
（仮想バネ・ダンパ力算出部）
仮想バネ・ダンパ力算出部１２６０は、積分部１２１５により演算した結果の一部である各車輪のバネ下鉛直変位z1flm〜z1rrm、及び各車輪のバネ下鉛直速度w1flm〜w1rrm、を参照して、各車輪に関する仮想バネ及び仮想ダンパによる力Fs1fl〜Fs1rrを以下の式により算出し、算出結果を第５の入力行列演算部１２１９に供給する。
【数１５】
2019089504.tif 000017
ここでks1f〜ks1rは、各車輪のバネ下変位に乗ぜられる係数であり、cs1f〜cs1rは、各車輪のバネ下速度に乗ぜられる係数である。ここで、この仮想バネ・ダンパ力を考慮するために、バネ下鉛直運動に関する運動方程式としては、
【数１６】
2019089504.tif 000018
が用いられる。
【０１４１】
（タイヤ有効半径演算部）
タイヤ有効半径演算部１２７０は、入力された定常値加算後の接地荷重F'z0fl〜F'z0rrを参照して、各車輪のタイヤ有効半径Refl、Refr、Rerl、Rerrを以下の式によって演算し、演算した結果を積算部１２７１を介してタイヤ接地荷重変動算出部に１２２０に供給する。
【数１７】
2019089504.tif 000019
ここで、BReff、DReff、FReff、Fz0nomは、実験結果等から得られるフィッティング係数である。また、k1は、タイヤの上下変位に対する剛性であり、定数である。
【０１４２】
積算部１２３１は、スリップ算出部１２３０から供給される算出結果を積分し、積分後のスリップ比sfl〜srrを算出する。積算部１２３１により算出された積分後のスリップ比sfl〜srrは、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０に供給される。
【０１４３】
積算部１２７１は、タイヤ有効半径演算部１２７０から供給される演算結果を積分し、積分後のタイヤ有効半径Refl〜Rerrを算出する。積分部１２７１により算出された積分後のタイヤ有効半径Refl〜Rerrは、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０に供給される。
【０１４４】
（路面変位算出部）
路面変位算出部１２８０は、主演算部１２１０が演算した各車輪のバネ下変位z1flm〜z1rrm、及び、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０が算出した各車輪の接地荷重変動Fz0fl〜Fz0rrを用いて、
【数１８】
2019089504.tif 000020
により、各車輪の路面変位z0fl〜z0rrを算出する。算出した路面変位z0fl〜z0rrは、規範車両モデル演算部１１００に供給される。
【０１４５】
ここで、本実施形態に係る車両状態推定部１２００において、主演算部１２１０は線形演算を行い、タイヤモデル演算部１２４０は主演算部１２１０による演算結果の少なくとも一部を直接的または間接的に参照した非線形演算を行う。このように線形演算部と非線形演算部とを分離させた構成を採用することにより、車両モデルを用いた状態量の演算を好適に行うことができる。
【０１４６】
また、タイヤモデル演算部１２４０は、タイヤモデルに基づく非線形演算を行うので、非線形演算を線形演算から好適に分離することができる。
【０１４７】
また、上述のように、第３の入力行列演算部１２１３は、タイヤモデル演算部１２４０による非線形演算結果を入力として取り込むので、主演算部１２１０による線形演算に非線形演算結果を好適に取り込むことができる。したがって、主演算部１２１０は線形演算を行いつつ精度の高い演算を行うことができる。
【０１４８】
また、上述のように、本実施形態に係る車両状態推定部１２００の主演算部１２１０には、各車輪の接地荷重変動算出部１２２０で算出した接地荷重変動Fz0fl、Fz0fr、Fz0rl、Fz0rrが入力される。このような構成とすることによって、追加センサを備える必要なく、状態量をより精度よく演算することができる。
【０１４９】
このように、本実施形態に係る車両状態推定部１２００によれば、標準的に装備された車載センサ情報のみを利用し、路面入力起因および操舵入力起因により生じる車両挙動を区別せず同一の車両挙動推定部(車両モデル)を利用することで、車両の状態を好適に推定することができる。特に、従来の技術では不可能であった、路面入力および操舵入力が同時に生じる際の車両挙動の推定を実現することができる。
【０１５０】
また、上述のように、本実施形態に係る車両状態推定部１２００は、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０を備えているので、車両状態推定部１２００に入力される各車輪の接地荷重変動を好適に算出することができる。
【０１５１】
また、上述のように、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０は、車輪角速度、バネ上前後速度の推定値、ヨーレートの推定値、及びピッチレートの推定値を参照して、車輪の接地荷重変動を好適に算出することができる。
【０１５２】
また、上述のように、車両状態推定部１２００は、タイヤ有効半径演算部１２７０を更に備え、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０は、タイヤ有効半径演算部１２７０が算出する車輪有効半径を更に参照して車輪の接地荷重変動をより好適に算出することができる。
【０１５３】
また、上述のように、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０は、スリップ比の推定値を更に参照して車輪の接地荷重変動を好適に算出することができる。
【０１５４】
また、本実施形態に係る車両状態推定部１２００は、車輪の接地荷重変動を少なくとも参照して、車輪の路面変位を算出する路面変位算出部を備えているので、車輪の路面変位を好適に算出することができる。
【０１５５】
また、上述のように、本実施形態に係る車両状態推定部１２００は、仮想バネ・ダンパ力算出部１２６０を備えており、仮想バネ・ダンパ力算出部１２６０は、仮想バネ及び仮想ダンパによる力（単に仮想的なバネの力ともいう）Fs1fl〜Fs1rrを算出し、算出結果を第５の入力行列演算部１２１９に供給する。
【０１５６】
発明者の知見によれば、仮想バネ及び仮想ダンパによる力を考慮しない場合、車両状態推定部１２００による状態量の推定において、推定結果が発散しやすいという傾向がある。上記のように仮想的なバネ・ダンパ力Fs1fl〜Fs1rrを算出し、算出結果を車両状態推定部１２００の主演算部１２１０に供給することによって、このような発散を抑制することができる。
【０１５７】
また、本実施形態に係るサスペンション制御装置、及びサスペンション装置は、車両状態推定部１２００を備え、車両状態推定部１２００による推定結果を利用してサスペンションの制御を行う。このため、高い乗り心地および高い操縦安定性を実現することができる。
【０１５８】
また、本実施形態に係るステアリング制御装置、及びステアリング装置は、車両状態推定部１２００を備え、車両状態推定部１２００による推定結果を利用してステアリングの制御を行う。このため、高い乗り心地および高い操縦安定性を実現することができる。
【０１５９】
〔実施形態２〕
以下、本発明の実施形態２について、詳細に説明する。なお、既に説明した部材と同様の部材については同じ符号を付し、その説明を省略する。
【０１６０】
（車両９００の構成）
本実施形態に係る車両９００は、実施形態１と同様に、車輪速センサ３２０に加え、車両９００の横方向の加速度を検出する横Ｇセンサ３３０、車両９００の前後方向の加速度を検出する前後Ｇセンサ３４０、及び、車両９００のヨーレートを検出するヨーレートセンサ３５０を備えている。
【０１６１】
これらの各種センサによる検出結果は、ＥＣＵ６００ａに供給される。
【０１６２】
（ＥＣＵ６００ａ）
本実施形態に係る車両９００は、実施形態１において説明したＥＣＵ６００に代えて、ＥＣＵ６００ａを備えている。
【０１６３】
以下では、図７〜図９を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ６００ａについて具体的に説明する。図７は、ＥＣＵ６００ａの概略構成例を示す図である。
【０１６４】
図７に示すように、ＥＣＵ６００ａは、ＥＣＵ６００と同様に、規範車両モデル演算部１１００を備えている。また、ＥＣＵ６００ａは、ＥＣＵ６００が備える車両状態推定部１２００に代えて、車両状態推定部１２００ａを備えている。
【０１６５】
また、ＥＣＵ６００ａには、車両各部１３００から、
【数１９】
2019089504.tif 000021
が入力される。ここで、ωは、実施形態１と同様に、車輪速センサ３２０が検出した車輪の角速度を表しており、ドット付のusは、前後Ｇセンサ３４０が検出した車両のバネ上前後方向加速度を表しており、ドット付のvsは、横Ｇセンサ３３０が検出した車両のバネ上横方向加速度を表している。また、ＥＣＵ６００ａには実施形態１と同様に操作入力も入力される。なお、本実施形態において、下付き添え字「s」が付された状態量は、当該状態量がセンサによって検出されたものであることを示している。
【０１６６】
図７に示したＥＣＵ６００ａのその他の構成は、実施形態１と同様であるためここでは説明を省略する。
【０１６７】
（車両状態推定部）
図８を参照して本実施形態に係る車両状態推定部１２００ａについて説明する。図８は、車両状態推定部１２００ａの構成例を示すブロック図である。
【０１６８】
図８に示すように、本実施形態に係る車両状態推定部１２００ａは、実施形態１に係る車両状態推定部１２００が備える各構成に加え、フロント路面変位算出部１２８５、リア路面変位算出部１２９０、第１の入力行列演算部１２１１ａ、第２の入力行列演算部１２１１ｂ、推定状態量再構築部１２１０ａ、ゲイン適用部１２１１ｃ、及び、減算部１２１１ｄを備えている。なお、車両状態推定部１２００ａは、実施形態１に係る車両状態推定部１２００が備える路面変位算出部１２８０を備えていない。
【０１６９】
図８に示すように、車両状態推定部１２００ａには、実施形態１に係る車両状態推定部１２００への各種の入力に加え、
・前後Ｇセンサ３４０が検出した車両のバネ上前後方向加速度（ドット付のus）
・横Ｇセンサ３３０が検出した車両のバネ上横方向加速度（ドット付のvs）
・ヨーレートセンサ３５０が検出した車両のヨーレートrs
も入力される。また、推定状態量再構築部１２１０ａには、初期速度u_iniも入力される。
【０１７０】
（フロント路面変位算出部）
フロント路面変位算出部１２８５は、主演算部１２１０が演算した前輪のバネ下鉛直変位z1flm、z1frm、及び、タイヤ接地荷重変動算出部１２２０が算出した前輪の接地荷重変動Fz0fl、Fz0frを用いて、前輪の路面変位z0fl、z0frを算出する。フロント路面変位算出部１２８５による路面変位z0fl、z0fr
の具体的な算出処理は、路面変位算出部１２８０と同様であるのでここでは説明を省略する。
【０１７１】
（リア路面変位算出部）
リア路面変位算出部１２９０は、前輪の接地荷重変動、及び前輪のバネ下変位に基づき、後輪の路面変位を算出する。より具体的には、前輪の接地荷重変動Fz0fl、Fz0fr、及び前輪のバネ下鉛直変位z1flm、z1frmに基づき、以下の式を用いて、後輪の路面変位z0rl、z0rrを算出する。
【数２０】
2019089504.tif 000022
ここで、k１は、タイヤ上下変位に対する剛性であり、定数である。
【０１７２】
また、リア路面変位算出部１２９０は、前輪の接地荷重変動Fz0fl、Fz0fr、及び前輪のバネ下鉛直変位z1flm、z1frmに基づき、算出した路面変位z0rl、z0rrを、前輪の路面変位に比べて、
t=WH/Vave
の時間的遅れを伴わせて、第２の入力行列演算部１２１１ｂに入力する。ここで、WHは、車両９００のホイールベースの長さを表しており、Vaveは、例えば、車輪速センサ３２０による検出結果の四輪の平均値を利用できる。ここで、Vaveについては、推定のバネ上前後速度を利用してもよいし、ＧＰＳセンサの利用などの別手段で取得したものを利用してもよい。
【０１７３】
（第２の入力行列演算部）
リア路面変位に対する入力行列B0r'に関する演算を行う第２の入力行列演算部１２１１ｂは、上述したリア路面変位算出部１２９０の出力に対して入力行列B0r'を演算し、演算した結果を加算部１２１４に供給する。
【０１７４】
減算部１２１１ｄは、推定状態量再構築部１２１０ａの出力である、バネ上前後方向加速度の推定値、バネ上横方向加速度の推定値及びヨーレートの推定値から、前後Ｇセンサ３４０が検出した車両のバネ上前後方向加速度（ドット付のus）、横Ｇセンサ３３０が検出した車両のバネ上横方向加速度（ドット付のvs）、及びヨーレートセンサ３５０が検出した車両のヨーレートrsを減算して得られる結果を、ゲイン適用部１２１１ｃに供給する。
【０１７５】
（ゲイン適用部）
ゲイン適用部１２１１ｃは、減算部１２１１ｄの出力に対してオブザーバゲインを乗じることによって得られた結果を、加算部１２１４に入力する。
【０１７６】
減算部１２１１ｄ及びゲイン適用部１２１１ｃが存在することによって、実施形態１において説明したバネ上並進及び回転運動に関する運動方程式のうち、Fx、Fy、Mzに関する運動方程式は、本実施形態に係る車両状態推定部１２００ａでは、以下のように変更される。
【数２１】
2019089504.tif 000023
ここで、ドット付のuは、車両のバネ上前後方向加速度の推定値を示しており、ドット付のusは、上述の通り、前後Ｇセンサ３４０が検出した車両のバネ上前後方向加速度である。ドット付のuと、ドット付のusとの差分は、上述した減算部１２１１ｄによって算出される。vについても同様である。また、rは、ヨーレートの推定値を示しており、rsは、ヨーレートセンサ３５０が検出したヨーレートを示している。rとrsとの差分は、上述した減算部１２１１ｄによって算出される。
【０１７７】
また、L1、L2、L3は、ゲイン適用部１２１１ｃによって乗ぜられる各オブザーバゲインを表している。
【０１７８】
なお。L1、L2、L3としては、それぞれ一定値を用いる構成としてもよいが、車体の速度に応じて変化する値を用いる構成としてもよい。
【０１７９】
（推定状態量再構築部）
図９は、推定状態量再構築部１２１０ａの構成例を示すブロック図である。推定状態量再構築部１２１０ａは、図９に示すように、加算部１２２１、及び推定状態量再計算部１２２２を備えている。推定状態量再構築部１２１０ａには、再構築前の状態量が入力される。再構築前の状態量のうち、車体２００の前後方向のバネ上速度uは、加算部１２２１にて、初期速度u_iniと加算されたうえで、推定状態量再計算部１２２２に入力される。また、推定状態量再計算部１２２２には以下が入力される。
・車体２００の横方向のバネ上速度v
・車体２００の上下方向のバネ上速度w
・オイラー角の３成分（phi、theta、psi）
・前後Ｇセンサ３４０が検出した車両のバネ上前後方向加速度（ドット付のus）
・横Ｇセンサ３３０が検出した車両のバネ上横方向加速度（ドット付のvs）
そして、推定状態量再計算部１２２２は、以下の式に基づき、再計算後の前後方向のバネ上速度unew、再計算後の横方向のバネ上速度vnew、車両のバネ上前後方向加速度の推定値（ドット付のu）、及び車両のバネ上横方向加速度の推定値（ドット付のv）を算出する。
【数２２】
2019089504.tif 000024
ここで、下付き添え字「g」が付された状態量は、地上に固定されたグローバル座標系での状態量を示しており、下付き添え字「g」が付されていない状態量は、バネ上と同じ動きをするボディ座標系での状態量を示している。また、車体２００の上下方向のバネ上の加速度であるドット付のwとしては、推定された状態量を元に計算する。
【０１８０】
また、GRBは、ボディ座標系からグローバル座標系への座標変換行列を示しており、また、BRGは、グローバル座標系からボディ座標系への座標変換行列を示しており、それぞれ、以下の式で与えられる。
【０１８１】
【数２３】
2019089504.tif 000025
推定状態量再計算部１２２２によって再計算された前後方向のバネ上速度unew及び横方向のバネ上速度vnewは、図９に示すように、他の状態量と共に、再構築後の状態量として推定状態量再構築部１２１０ａから出力され、システム行列演算部１２１６及び減算部１２１１ｃに入力される。また、推定状態量再計算部１２２２によって計算された、ドット付きのｕ、ドット付きのｖは、状態量ｒとともに、減算部１２１１ｄに入力される。
【０１８２】
〔ソフトウェアによる実現例〕
ＥＣＵ６００、６００ａの制御ブロック（制御量演算部１０００、規範車両モデル演算部１１００、車両状態推定部１２００、１２００ａ）は、集積回路（ＩＣチップ）等に形成された論理回路（ハードウェア）によって実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【０１８３】
後者の場合、ＥＣＵ６００、６００ａは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ（またはＣＰＵ）で読み取り可能に記録されたＲＯＭ（Read Only Memory）または記憶装置（これらを「記録媒体」と称する）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などを備えている。そして、コンピュータ（またはＣＰＵ）が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【０１８４】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１８５】
１００  懸架装置（サスペンション）
２００  車体
６００、６００ａ  ＥＣＵ（制御装置、サスペンション制御装置、サスペンション制御部、ステアリング制御装置）
１０００  制御量演算部
１０１２  減算部、
１０１４  積分部
１０２１  第１の増幅部
１０２２  第２の増幅部
１０２３  第３の増幅部
１０２４  加算部
１１００  規範車両モデル演算部
１１１０  主演算部（演算部）
１１１１  第１の入力行列演算部
１１１２  第２の入力行列演算部
１１１３  第３の入力行列演算部
１１１４  加算部
１１１５  積分部
１１１６  システム行列演算部
１１１７  観測行列演算部
１１４０  タイヤモデル演算部
１２００、１２００ａ  車両状態推定部（車両状態推定装置）
１２１０  主演算部（演算部、線形演算部）
１２１１  第１の入力行列演算部（第１の演算部）
１２１２  第２の入力行列演算部（第１の演算部）
１２１３  第３の入力行列演算部（第１の演算部）
１２１４  加算部
１２１５  積分部
１２１６  システム行列演算部（第２の演算部）
１２１７  観測行列演算部（第３の演算部）
１２４０  タイヤモデル演算部（非線形演算部）
【図１】
2019089504.tif 000026
【図２】
2019089504.tif 000027
【図３】
2019089504.tif 000028
【図４】
2019089504.tif 000029
【図５】
2019089504.tif 000030
【図６】
2019089504.tif 000031
【図７】
2019089504.tif 000032
【図８】
2019089504.tif 000033
【図９】
2019089504.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月14日(2018.3.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両状態を推定する車載用の車両状態推定装置であって、
車両モデルを用いた演算を行う演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
車輪有効半径を参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とする車両状態推定装置。
【請求項２】
前記接地荷重変動算出部は、
車輪角速度、
バネ上前後速度の推定値、
ピッチレートの推定値、及び、
ヨーレートの推定値
を参照して、車輪の接地荷重変動を計算する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両状態推定装置。
【請求項３】
前記接地荷重変動算出部は、スリップ比の推定値を更に参照して車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両状態推定装置。
【請求項４】
前記１又は複数の入力値には、操作入力が含まれることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項５】
車輪の接地荷重変動を少なくとも参照して、車輪の路面変位を算出する路面変位算出部を更に備え、前記１又は複数の入力値には、車輪の路面変位が含まれていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項６】
前記１又は複数の入力値には、車輪に関する仮想的なバネ及びダンパによる力が含まれる
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項７】
前記１又は複数の入力値には、
前後Ｇセンサが検出したバネ上前後方向の加速度、
横Ｇセンサが検出したバネ上横方向の加速度、及び、
ヨーレートセンサが検出したヨーレート
が含まれることを特徴とする請求項１から６に記載の車両状態推定装置。
【請求項８】
車両の前後方向のバネ上速度、車両の横方向のバネ上速度、車両のバネ上鉛直速度、車両のロールレート、車両のピッチレート、車両のヨーレート、及び、車輪のバネ下鉛直速度を推定することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項９】
車両のロール角、車両のピッチ角、車両のヨー角、各車輪のサスストローク変位、各車輪のバネ下鉛直変位、実舵角、実舵角速度、各車輪のスリップ比、各車輪のスリップ角、各車輪のタイヤ前後力、各車輪の横力、各車輪の接地荷重変動、各車輪のタイヤ有効半径、及び各車輪での路面変位の少なくとも何れかを推定する
ことを特徴とする請求項８に記載の車両状態推定装置。
【請求項１０】
前記出力値は、バネ上鉛直速度、ロールレート、及びピッチレートを含む請求項１から９の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項１１】
前記入力値は、更に、制御量演算部の出力値を含み、
前記出力値は、更に、
車両の前後方向のバネ上速度、車両の横方向のバネ上速度、車両のヨーレート、車両のロール角、車両のピッチ角、車両のヨー角、各車輪のサスストローク変位、各車輪のバネ下鉛直変位、各車輪のバネ下鉛直速度、実舵角、実舵角速度の少なくとも何れかを含んでいる
ことを特徴とする請求項１０に記載の車両状態推定装置。
【請求項１２】
車両状態を推定する車両状態推定部と、
規範車両モデルに関する演算を行う規範車両モデル演算部と、
前記車両状態推定部の出力値である推定出力から、前記規範車両モデル演算部の出力値である規範出力を減算する減算部と、
前記減算部による減算結果を積分する積分部と、
前記車両状態推定部の演算対象である推定状態量を増幅する第１の増幅部と、
前記積分部による積分結果を増幅する第２の増幅部と、
前記規範車両モデル演算部の演算対象である状態量を増幅する第３の増幅部と、
前記第１の増幅部による増幅結果、前記第２の増幅部による増幅結果、及び前記第３の増幅部による増幅結果を加算する加算部と
を備えており、
前記車両状態推定部は、
車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部
を備えており、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
サスペンションの減衰力を制御するサスペンション制御装置であって、
車両状態を推定する車両状態推定部を備え、
前記車両状態推定部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、
を備えており、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
車輪有効半径を参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とするサスペンション制御装置。
【請求項１４】
サスペンションと前記サスペンションの減衰力を制御するサスペンション制御部とを備えたサスペンション装置であって、
前記サスペンション制御部は、車両状態を推定する車両状態推定部を備え、
前記車両状態推定部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、
を備えており、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
車輪有効半径を参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とするサスペンション装置。
【請求項１５】
運転者が操舵操作する操舵部材に対して印加するアシストトルク又は反力トルクを制御するステアリング制御装置であって、
車両モデルを用いた演算を行う演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
車輪有効半径を参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項１６】
運転者が操舵操作する操舵部材と、前記操舵部材に対して印加するアシストトルク又は反力トルクを制御するステアリング制御部とを備えたステアリング装置であって、
前記ステアリング制御部は、
車両モデルを用いた演算を行う演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
車輪有効半径を参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とするステアリング装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６１−１７８２１２号公報（１９８６年８月９日）
【特許文献２】特開２００４−１８９１１７号公報（２００４年７月８日公開）
【特許文献３】特開２０１６−１０７８６２号公報（２０１６年６月２０日公開）
【特許文献４】特開２０１６−１６８８８７号公報（２０１６年９月２３日公開）
【特許文献５】特開２０１４−８８８５号公報（２０１４年１月２０日公開）
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月28日(2018.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両状態を推定する車載用の車両状態推定装置であって、
車両モデルを用いた演算を行う演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
前記車輪有効半径を直接的に参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とする車両状態推定装置。
【請求項２】
前記接地荷重変動算出部は、
車輪角速度、
バネ上前後速度の推定値、
ピッチレートの推定値、及び、
ヨーレートの推定値
を参照して、車輪の接地荷重変動を計算する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両状態推定装置。
【請求項３】
前記接地荷重変動算出部は、スリップ比の推定値を更に参照して車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両状態推定装置。
【請求項４】
前記１又は複数の入力値には、操作入力が含まれることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項５】
車輪の接地荷重変動を少なくとも参照して、車輪の路面変位を算出する路面変位算出部を更に備え、前記１又は複数の入力値には、車輪の路面変位が含まれていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項６】
前記１又は複数の入力値には、車輪に関する仮想的なバネ及びダンパによる力が含まれる
ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項７】
前記１又は複数の入力値には、
前後Ｇセンサが検出したバネ上前後方向の加速度、
横Ｇセンサが検出したバネ上横方向の加速度、及び、
ヨーレートセンサが検出したヨーレート
が含まれることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項８】
車両の前後方向のバネ上速度、車両の横方向のバネ上速度、車両のバネ上鉛直速度、車両のロールレート、車両のピッチレート、車両のヨーレート、及び、車輪のバネ下鉛直速度を推定することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項９】
車両のロール角、車両のピッチ角、車両のヨー角、各車輪のサスストローク変位、各車輪のバネ下鉛直変位、実舵角、実舵角速度、各車輪のスリップ比、各車輪のスリップ角、各車輪のタイヤ前後力、各車輪の横力、各車輪の接地荷重変動、各車輪のタイヤ有効半径、及び各車輪での路面変位の少なくとも何れかを推定する
ことを特徴とする請求項８に記載の車両状態推定装置。
【請求項１０】
前記出力値は、バネ上鉛直速度、ロールレート、及びピッチレートを含む請求項１から９の何れか１項に記載の車両状態推定装置。
【請求項１１】
前記入力値は、更に、制御量演算部の出力値を含み、
前記出力値は、更に、
車両の前後方向のバネ上速度、車両の横方向のバネ上速度、車両のヨーレート、車両のロール角、車両のピッチ角、車両のヨー角、各車輪のサスストローク変位、各車輪のバネ下鉛直変位、各車輪のバネ下鉛直速度、実舵角、実舵角速度の少なくとも何れかを含んでいる
ことを特徴とする請求項１０に記載の車両状態推定装置。
【請求項１２】
車両状態を推定する車両状態推定部と、
規範車両モデルに関する演算を行う規範車両モデル演算部と、
前記車両状態推定部の出力値である推定出力から、前記規範車両モデル演算部の出力値である規範出力を減算する減算部と、
前記減算部による減算結果を積分する積分部と、
前記車両状態推定部の演算対象である推定状態量を増幅する第１の増幅部と、
前記積分部による積分結果を増幅する第２の増幅部と、
前記規範車両モデル演算部の演算対象である状態量を増幅する第３の増幅部と、
前記第１の増幅部による増幅結果、前記第２の増幅部による増幅結果、及び前記第３の増幅部による増幅結果を加算する加算部と
を備えており、
前記車両状態推定部は、
車両モデルを用いた演算を行う演算部を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部
を備えており、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれる
ことを特徴とする制御装置。
【請求項１３】
サスペンションの減衰力を制御するサスペンション制御装置であって、
車両状態を推定する車両状態推定部を備え、
前記車両状態推定部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、
を備えており、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
前記車輪有効半径を直接的に参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とするサスペンション制御装置。
【請求項１４】
サスペンションと前記サスペンションの減衰力を制御するサスペンション制御部とを備えたサスペンション装置であって、
前記サスペンション制御部は、車両状態を推定する車両状態推定部を備え、
前記車両状態推定部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出する演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、
を備えており、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
前記車輪有効半径を直接的に参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とするサスペンション装置。
【請求項１５】
運転者が操舵操作する操舵部材に対して印加するアシストトルク又は反力トルクを制御するステアリング制御装置であって、
車両モデルを用いた演算を行う演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
前記車輪有効半径を直接的に参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項１６】
運転者が操舵操作する操舵部材と、前記操舵部材に対して印加するアシストトルク又は反力トルクを制御するステアリング制御部とを備えたステアリング装置であって、
前記ステアリング制御部は、
車両モデルを用いた演算を行う演算部と、
車輪の接地荷重の変動分である接地荷重変動を算出する接地荷重変動算出部と、
車輪有効半径を算出するタイヤ有効半径演算部と、を備え、
前記演算部は、
１又は複数の入力値を参照し、車両状態に関する状態量についての演算を行うことによって１又は複数の出力値を算出し、
前記１又は複数の入力値には、車輪の接地荷重変動が含まれており、
前記接地荷重変動算出部は、
前記車輪有効半径を直接的に参照して、前記車輪の接地荷重変動を算出する
ことを特徴とするステアリング装置。