(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のばね下への鉛直方向の荷重である接地荷重を算出する接地荷重算出部と、
少なくとも前記車両が備えるＧセンサのセンサ値を用いて入力量を算出する入力量算出部と、
前記入力量算出部が算出した前記入力量を車両モデルに入力して、第一の前記車両の状態量を算出する第一状態量算出部と、
前記接地荷重算出部が算出した前記接地荷重とタイヤのばね定数ゲインとから長さの単位で表される観測量でありタイヤ半径の変化量であるタイヤストローク変位を算出する観測量算出部と、
前記観測量算出部が算出した前記観測量とカルマンゲインとを用いて、前記第一状態量算出部が算出した前記第一の車両の状態量をカルマンフィルタリングによって補正することにより第二の前記車両の状態量を算出する、カルマンフィルタリングブロックを構成する第二状態量算出部と、
を備える状態量算出装置。
【請求項２】
車両が備えるセンサの値と前記車両の車重および前記車両の定常状態の荷重である定常荷重を含む前記車両に固有の物理量を含む車両諸元とのみから前記車両のばね下への鉛直方向の荷重である接地荷重を算出する接地荷重算出部であって、前記センサの値および前記車両諸元として前記車重を含む前記固有の物理量を用いて、前記車両に作用する慣性力による挙動変化によって生じる前記接地荷重の成分である慣性荷重を算出する慣性荷重算出部と、前記センサの値、前記車両諸元として前記車重および前記車両の定常状態の荷重である定常荷重を含む前記固有の物理量および前記慣性荷重を用いて路面の凹凸による前記接地荷重の成分である路面荷重を算出する路面荷重算出部と、を備える接地荷重算出部と、
前記接地荷重算出部が算出した前記接地荷重とタイヤのばね定数ゲインとから、長さの単位で表される現在のタイヤの半径の変化量であるタイヤストローク変位を算出するタイヤ変化量算出部と、
前記タイヤ変化量算出部が算出した前記タイヤの変化量であるタイヤストローク変位を車両モデルに入力し、前記車両の状態量を算出する状態量算出部と、
を備える状態量算出装置。
【請求項３】
前記接地荷重算出部は、
慣性力による前記車両の挙動の変化によって生じる接地荷重成分である慣性荷重を算出する慣性荷重算出部と、
車輪速変動、定常値および前記慣性荷重から路面の凹凸による接地荷重成分である路面荷重を算出する路面荷重算出部と、
前記慣性荷重および前記路面荷重から前記接地荷重を演算する接地荷重演算部と、をさらに備える、請求項１に記載の状態量算出装置。
【請求項４】
前記接地荷重算出部は、
サスペンションジオメトリの変化による車輪速変動成分を除去することにより車輪速を補正する車輪速補正部をさらに備える、請求項２または３に記載の状態量算出装置。
【請求項５】
前記車両モデルは、車両全体の挙動を示す単一のモデルである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の状態量算出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の状態量算出装置と、
前記状態量算出装置が算出した前記車両の状態量を用いて前記車両が備える装置を制御する制御部と、
を備える制御装置。
【請求項７】
前記車両が備える装置は、電子制御式駆動力伝達装置、電子制御式サスペンションおよび電子制御式ステアリング装置からなる群から選ばれる一以上の装置である、請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
理想の車両状態を算出する規範モデルをさらに備え、
前記制御部は、理想の車両状態と前記状態量との差を減少させるように、前記車両が備える装置を制御する、
請求項６または７に記載の制御装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか一項に記載の制御装置を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、状態量算出装置、制御装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の状態量を算出し、得られた算出値を用いて車両の制動力および駆動力などを制御し、車両の走行安定性を高める技術が知られている。当該技術には、サスペンションの変位による車輪の前後動成分を車輪速から入手し、当該前後動成分からサスペンションの変動（サスストローク速度）を算出し、得られたサスストローク速度を用いてサスペンションの制御を行う技術が知られている（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２０１３−０１０４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の従来技術では、車両の設計次第によっては、サスストローク速度の演算精度が低下することがある。たとえば、サスペンションの立ち角度が路面に対して垂直に近い程、サスペンションの変位に対する車輪の前後動量が小さくなる傾向がある。このように、従来の技術は、サスペンションの変動などの車両の状態量を、サスペンションの立ち角度のような車両の設計事項に関わらずに高い精度で算出する観点から、検討の余地が残されている。
【０００５】
本発明の一態様は、車両の状態量を高い精度で算出する技術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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態量算出装置は、車両のばね下への鉛直方向の荷重である接地荷重を算出する接地荷重算出部と、前記接地荷重算出部が算出した前記接地荷重とタイヤのばね定数ゲインとから、現在のタイヤの変化量を算出するタイヤ変化量算出部と、前記タイヤ変化量算出部が算出した前記タイヤの変化量を車両モデルに入力し、前記車両の状態量を算出する状態量算出部と、を備える。
【０００７】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態量算出装置は、車両のばね下への鉛直方向の荷重である接地荷重を算出する接地荷重算出部と、少なくとも前記車両が備えるＧセンサのセンサ値を用いて入力量を算出する入力量算出部と、前記入力量算出部が算出した前記入力量を車両モデルに入力して、第一の前記車両の状態を算出する第一状態量算出部と、前記接地荷重算出部が算出した前記接地荷重とタイヤのばね定数ゲインとから観測量を算出する観測量算出部と、前記観測量算出部が算出した前記観測量を用いて、前記第一状態量算出部が算出した前記第一の車両の状態量を補正することにより第二の前記車両の状態量を算出する第二状態量算出部と、を備える。
【０００８】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る状態量算出装置は、車両のばね下への鉛直方向の荷重である接地荷重を算出する接地荷重算出部と、少なくとも前記車両が備えるＧセンサのセンサ値を用いて入力量を算出する入力量算出部と、前記入力量算出部が算出した前記入力量を車両モデルに入力して、第一の前記車両の状態量を算出する第一状態量算出部と、前記接地荷重算出部が算出した前記接地荷重を用いて観測量を構成する観測量構成部と、前記観測量構成部が構成した前記観測量を用いて、前記第一状態量算出部が算出した前記第一の車両の状態量を補正することにより第二の前記車両の状態量を算出する第二状態量算出部と、を備える。
【０００９】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る制御装置は、上記の状態量算出装置と、前記状態量算出装置が算出した前記車両の状態量を用いて前記車両が備える装置を制御する制御部と、を備える。
【００１０】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る車両は、上記の制御装置を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、車両の状態量を高い精度で算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る車両の構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る制御装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る制御装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
【００１４】
［車両の構成例］
〔構成の概要〕
図１は、本発明の実施形態に係る車両９００の構成の一例を模式的に示す図である。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、状態量算出装置、制御装置）６００、発電装置７００およびバッテリ８００を備えている。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。
【００１５】
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。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。
【００１６】
〔懸架装置（サスペンション）〕
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。
【００１７】
〔ステアリング装置〕
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
〔駆動力伝達装置〕
車両９００は、不図示の駆動力伝達装置を有している。駆動力伝達装置は、例えばエンジンの動力を前輪または後輪に伝達する装置であり、ギア伝達機構を有する。当該ギア伝達機構は、前輪または後輪における個々の車輪の回転数の差を状況に応じて与える差動装置であり、車両９００の走行状況に応じて差動を制限する差動制限装置を有している。本実施型形態において、差動装置および差動制限装置は、限定されない。差動装置は、例えばベベルギア式差動装置であってよく、差動制限装置は、多板クラッチ式リミテッドスリップディファレンシャル（ＬＳＤ）またはヘリカルギア式ＬＳＤなどのトルク感応型であってもよいし、ビスカスＬＳＤなどの回転差感応型であってもよい。
【００２６】
〔その他の構成〕
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、車両９００は、不図示のＲＡＭ（Random Access Memory）を有する。ＲＡＭは、車重、慣性荷重、車両諸元などの定常値あるいは推定値、算出値を格納する。定常値は、例えば車両９００に固有の物理量の値である。
【００３２】
さらに、車両９００は、懸架装置１００、ステアリング装置および駆動力伝達装置のそれぞれにおいて、これらの装置の動作を制御するための不図示のＥＣＵを備える。たとえば、車両９００は、懸架装置１００を制御するためのダンパＥＣＵを有している。このような、車両９００が有する装置専用のＥＣＵは、当該制御対象となる装置に備えられていてもよいし、車両９００を制御するためのＥＣＵ６００に備えられていてもよい。このように、車両９００における懸架装置１００、ステアリング装置および駆動力伝達装置は、いずれも、電子制御可能に構成されており、電子制御式サスペンション、電子制御式ステアリング装置および電子制御式駆動力伝達装置とも言える。
【００３３】
〔サスペンション制御の概要〕
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。
【００３４】
〔ステアリング制御の概要〕
また、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。
【００３５】
〔駆動力伝達装置の制御の概要〕
ＥＣＵ６００は、例えば、差動制限の制御量を供給することによって駆動力伝達装置を制御する。その具体的な一例を挙げると、ＥＣＵ６００は、走行状況に応じて多板クラッチ式ＬＳＤにおけるクラッチの圧着の強さを調整することにより、エンジンの駆動力を前輪、後輪間で、あるいは前輪または後輪における左右の車輪間で分配し、エンジンの駆動力で回転する車輪の個々の回転数を制御する。
【００３６】
〔状態量算出のロジックの説明〕
＜状態量の定義＞
本実施形態における車両９００の状態量Ｘの一例は、下記式で表される。ここで、状態量Ｘはｎ×１の行列で表されるベクトルであり、本実施例ではｎ＝１６である。なお、本明細書において、下付きの添え字ｆｌ、ｆｒ、ｒｌおよびｒｒは、それぞれ、車両９００における左前輪、右前輪、左後輪および右後輪を表す。また、下付きの添え字ｉｉは、車両９００における上記の車輪のうちの任意の一以上を表す。
【００３７】
【数１】
0006810779.tif 000002
【００３８】
上記式中、ｗは、ばね上重心点上下速度であり、車体２００のばね上速度のｚ軸方向成分である。ｐ、ｑ、ｒは、それぞれ、ロールレート、ピッチレートおよびヨーレートであり、例えば、車体２００のばね上角速度のｘ軸回転方向、ｙ軸回転方向およびｚ軸回転方向の成分である。なお、本実施形態において、ｘ軸は車体２００の前後方向、ｙ軸は車体２００の横方向、ｚ軸は車体２００の鉛直方向を示す。
【００３９】
また、上記式中、ｗ１ｆｌ、ｗ１ｆｒ、ｗ１ｒｌおよびｗ１ｒｒは、各車輪におけるばね下上下速度である。ＤａｍｐＳｔｆｌ、ＤａｍｐＳｔｆｒ、ＤａｍｐＳｔｒｌおよびＤａｍｐＳｔｒｒは、各車輪におけるサスストローク変位である。ＴｉｒｅＳｔｆｌ、ＴｉｒｅＳｔｆｒ、ＴｉｒｅＳｔｒｌおよびＴｉｒｅＳｔｒｒは、各車輪におけるタイヤストローク変位である。
【００４０】
＜状態量に関する運動方程式＞
状態量Ｘを構成する各要素の運動方程式の一例は、以下の式（１）〜（７）で表される。各物理量の上に付されたドット「・」は時間微分を表す。
【００４１】
【数２】
0006810779.tif 000003
【００４２】
式（１）中、ΣＲｚは車体２００の重心に作用する鉛直方向力、ｍ２は車体２００のばね上質量、ｕは車体２００の前後方向のばね上速度、そして、ｖは車体２００の横方向のばね上速度、を表す。
【００４３】
式（２）〜（４）中、Ｉｚｘは車体２００のばね上における横方向（例えばｙ軸）の慣性乗積、Ｉｘは車体２００の重心を通るｘ軸周りの慣性モーメント、Ｉｙは車体２００の重心を通るｙ軸周りの慣性モーメント、そして、Ｉｚは車体２００の重心を通るｚ軸周りの慣性モーメント、を表す。また、式（２）〜（４）中、Ｍｘは車体２００の重心に作用するｘ軸周りのモーメント、Ｍｙは車体２００の重心に作用するｙ軸周りのモーメント、そして、Ｍｚは車体２００の重心に作用するｚ軸周りのモーメント、を表す。
【００４４】
【数３】
0006810779.tif 000004
【００４５】
式（５）中、ｍ１ｉｉは任意の車輪のばね下質量、Ｒｚｉｉは各車輪のばね下にかかるサスペンション反力、そしてｋ１ｉｉは任意の車輪のタイヤばね定数、を表す。
【００４６】
【数４】
0006810779.tif 000005
【００４７】
式（６）中、ＤａｍｐＶｉｉは、各車輪のサスストローク速度を表し、ｗｉｉは、各車輪のばね上におけるサスポイントの上下速度を表す。式（７）中、ＴｉｒｅＶｉｉは、各車輪におけるタイヤストローク速度を表し、ｗ０ｉｉは、任意の車輪点における路面変位の微分値を表す。ｗｉｉは、以下の式（６ａ）〜（６ｄ）で表される。式（６ａ）〜（６ｄ）中、ｔｒｆ、ｔｒｒは車体２００の前後トレッド半長を表し、ｌｆ、ｌｒは車体２００の前後車軸重心間距離を表す。
【００４８】
【数５】
0006810779.tif 000006
【００４９】
＜外力／モーメントを表す式＞
上記の運動方程式中の外力あるいはモーメントについては、例えば以下に説明する式（８）〜（２３）で表される。たとえば、サスペンション反力は、以下の式（８）〜（１１）で表される。
【００５０】
【数６】
0006810779.tif 000007
【００５１】
式（８）〜（１１）中、Ｒｚｆｌ，Ｒｚｆｒ，Ｒｚｒｌ，Ｒｚｒｒは各車輪におけるサスペンション反力を表し、ＤａｍｐＦｆｌ，ＤａｍｐＦｆｒ，ＤａｍｐＦｒｌ，ＤａｍｐＦｒｒは各車輪におけるダンパ減衰力を表す。また、式（８）〜（１１）中、ｋ２ｆ、ｋ２ｒは前輪および後輪の懸架ばねのばね定数、Ｃ２ｆ、Ｃ２ｒは前輪および後輪に関する後述する車両モデルの安定性を高めるためのパラメータ、そしてｋａｆ、ｋａｒは前輪および後輪におけるスタビライザの剛性、を表す。
【００５２】
また、車体２００の重心に作用する前後方向力ΣＲｘ、車体２００の重心に作用する横方向力ΣＲｙ、および重心に作用する鉛直方向力ΣＲｚ、はそれぞれ以下の式（１２）〜（１４）で表される。
【００５３】
【数７】
0006810779.tif 000008
【００５４】
式（１２）、式（１３）中、ΣＦｘ０は、車両９００の全タイヤの前後力を表し、ΣＦｙ０は、車両９００の全タイヤの横力を表す。
【００５５】
【数８】
0006810779.tif 000009
【００５６】
式（１５）〜（１７）中、ＭｘＲは、車体２００の重心に作用するサスペンションのｘ軸周りの反力モーメントを表し、ＭｙＲは、車体２００の重心に作用するサスペンションのｙ軸周りの反力モーメントを表し、ＭｚＲは、車体２００の重心に作用するサスペンションのｚ軸周りの反力モーメントを表す。また、式（１５）〜（１７）中、ｈ１は、車両９００の重心から各輪のばね下までのｚ軸方向距離の平均を表す。
【００５７】
【数９】
0006810779.tif 000010
【００５８】
式（１８）〜（２０）中、Ｍｘｔｉｒｅは、車体２００の重心に作用するタイヤのｘ軸周りの反力モーメントを表し、Ｍｙｔｉｒｅは、車体２００の重心に作用するタイヤのｙ軸周りの反力モーメントを表し、Ｍｚｔｉｒｅは重心に作用するタイヤのｚ軸周りの反力モーメントを表す。また、Ｒ０は、タイヤ半径を表す。なお、Ｍｘ、ＭｙおよびＭｚは、下記式（２１）〜（２３）で表される。
【００５９】
【数１０】
0006810779.tif 000011
【００６０】
＜運動方程式の変形＞
本実施形態におけるＥＣＵ６００への入力値は、例えば、以下の行列Ｕ１、Ｕ２で表すことができる。ここで、Ｕ１およびＵ２はｑ×１の行列で表されるベクトルであり、Ｕ１においてはｑ＝８、Ｕ２においてはｑ＝６である。また、ＥＣＵ６００への観測値は、以下の行列Ｙで表すことができる。ここで、Ｙはｐ×１の行列で表されるベクトルであり、例えば本実施形態においてはｐ＝５である。
【００６１】
【数１１】
0006810779.tif 000012
【００６２】
上述した運動方程式は、以下の式（２４）および式（２５）で表すことができる。
【００６３】
【数１２】
0006810779.tif 000013
【００６４】
ヤコビ行列（Ｊｘ，Ｊｕ）を用い、式（２４）から下記式（２６）を導出し、式（２５）から式（２７）を導出する。式（２６）および式（２７）における右辺の最終項は、誤差を表している。
【００６５】
【数１３】
0006810779.tif 000014
【００６６】
ここで、ｆ（Ｘ０，Ｕ０）＝０、ｈ（Ｘ０）＝０とすると、式（２６）における右辺の第二項、第三項は、それぞれ式（２８）、式（２９）で表され、式（２７）における右辺の第二項は、式（３０）で表される。
【００６７】
【数１４】
0006810779.tif 000015
【００６８】
よって、式（２４）は、下記式（３１）で表される。このように、前述の運動方程式は、線形的に演算される線形システムで表される。ここで、式（３１）を離散化すると、下記式（３２）、式（３３）および、式（３４）が導出される。式（３２）中、Ａｃは、車両９００の固有の特性を表すシステム行列として表される。式（３３）中、Ｂｃは、入力による車両９００への影響を表す入力行列として表される。式（３４）中、Ｃｃは、車両９００からの観測量を出力するための観測行列として表される。当該車両モデルは、状態量および上記行列Ｕ１、Ｕ２から明らかなように車両９００の要素を含んでおり、車両全体の挙動を示す単一のモデルとなっている。
【００６９】
【数１５】
0006810779.tif 000016
【００７０】
＜行列の離散化＞
Ａｃ、ＢｃおよびＣｃ行列は、前述の通り下記式（３２）、式（３３）および、式（３４）によって離散化される。つまり、Ａｃは離散化されたシステム行列、Ｂｃは離散化された入力行列および、Ｃｃは離散化された観測行列を表す。なお、式（３２）中、Ｌ−１は逆ラプラス演算処理を表し、ｓはラプラス演算子を表し、Ｉは単位行列を表す。また、式（３３）中、Δｔはサンプル時間を表す。
【００７１】
【数１６】
0006810779.tif 000017
【００７２】
＜車両モデル＞
本実施形態における車両状態量推定の為の車両モデルは、下記式（３５）、式（３６）で表すことができる。当該車両モデルは、前述したように、車両９００の要素を含む、車両全体の挙動を示す単一のモデルである。ここで、下付きのｋは、離散状態における任意のステップを表しており、ｋ−１は、ｋに対して１ステップ前のステップを表す。
【００７３】
【数１７】
0006810779.tif 000018
【００７４】
上記式（３５）、式（３６）において、Ｘｋハットは車両モデルの状態量、つまり推定車両状態量である。Ｘｋハットは、下記の行列で表される。
【００７５】
【数１８】
0006810779.tif 000019
【００７６】
また、Ｕｋハットは入力値であり、例えば下記式のＵ１ｋハット、Ｕ２ｋハットで表される。
【００７７】
【数１９】
0006810779.tif 000020
【００７８】
また、Ｙｋハットは観測量であり、すなわち推定車両観測量である。Ｙｋハットは下記の行列で表される。
【００７９】
【数２０】
0006810779.tif 000021
【００８０】
［実施形態１］
本実施形態では、前述したロジックに従う状態量を算出し、当該状態量を用いて懸架装置１００の動作を制御する。
【００８１】
〔ＥＣＵの機能的構成〕
図２は、本発明の実施形態１に係る制御装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。
【００８２】
図２に示されるように、ＥＣＵ（制御装置）６００は、接地荷重算出部６１０、入力量算出部６２０、第一状態量算出部６３０、観測量算出部６４０、第二状態量算出部６５０およびダンパＥＣＵ６６０を備える。また、本実施形態における制御に用いる車両に関する物理量を取得するための取得部として、ＥＣＵ６００には、ヨーレートセンサ３５０、車輪速センサ３２０、舵角センサ４４０、横Ｇセンサ３３０および前後Ｇセンサ３４０、ならびにＲＡＭ６０１が接続されている。接地荷重算出部６１０、入力量算出部６２０、第一状態量算出部６３０、観測量算出部６４０および第二状態量算出部６５０は、状態量算出装置に該当する。
【００８３】
接地荷重算出部６１０は、接地荷重を算出する。接地荷重とは、車両のばね下への鉛直方向の荷重である。接地荷重算出部６１０は、慣性荷重算出部６１１、路面荷重算出部６１２、接地荷重演算部６１３および車輪速センサ３２０が取得した車輪速Ｖｗから車輪速変動ΔＶｗを算出する車輪速変動算出部６１４を備えている。
【００８４】
慣性荷重算出部６１１は、慣性荷重を算出する。慣性荷重は、車両９００に作用する慣性力による挙動変化によって生じる接地荷重成分である。たとえば、慣性荷重算出部６１１は、車輪速センサ３２０が取得した車輪速Ｖｗ、舵角センサ４４０が取得した操舵角δｓ、横Ｇセンサ３３０が取得した横加速度ａｙ、前後Ｇセンサ３４０が取得した前後加速度ａｘ、ならびに、ＲＡＭ６０１に格納されている車重ｍ等の車両諸元を入力値として各車輪の慣性荷重ｄＦｚ０ｉｎｅｒｔｉａｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを算出する。なお、車両の物理量の前に「ｄ」を伴う場合は、当該物理量の変動または差分を意味する。
【００８５】
路面荷重算出部６１２は、車輪速、車輪速変動、定常荷重Ｆｚ０ｎｏｍおよび慣性荷重から路面荷重を算出する。路面荷重は、路面の凹凸による接地荷重成分である。たとえば、路面荷重算出部６１２は、車輪速変動算出部６１４が算出した車輪速変動ΔＶｗ、慣性荷重算出部６１１が算出した各車輪の慣性荷重ｄＦｚ０ｉｎｅｒｔｉａｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒ、ならびに、ＲＡＭ６０１に格納されている車重ｍ、定常荷重Ｆｚ０ｎｏｍおよび車両諸元等、を入力値として各車輪の路面荷重ｄＦｚ０ｒｏａｄｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを算出する。
【００８６】
接地荷重演算部６１３は、慣性荷重および路面荷重から接地荷重を演算する。たとえば、接地荷重演算部６１３は、慣性荷重算出部６１１が算出した各車輪の慣性荷重ｄＦｚ０ｉｎｅｒｔｉａｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒ、路面荷重算出部６１２が算出した各車輪の路面荷重ｄＦｚ０ｒｏａｄｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒ、および定常荷重Ｆｚ０ｎｏｍ（不図示）を入力値として、各車輪の接地荷重ｄＦｚ０ｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを算出する。
【００８７】
入力量算出部６２０は、少なくとも前記車両が備えるＧセンサのセンサ値を用いて入力量を算出する。たとえば、入力量算出部６２０は、Ｇセンサ値、車両重量およびダンパ電流値から入力量を算出する。入力量算出部６２０は、演算部６２１、マップ６２２および入力量構成部６２３を備えている。
【００８８】
演算部６２１は、例えば、横Ｇセンサ３３０が取得した横加速度ａｙ、前後Ｇセンサ３４０が取得した前後加速度ａｘ、ならびに、ＲＡＭ６０１に格納されている車重ｍを入力値として、車体２００の重心に作用する前後方向力ΣＲｘおよび車体２００の重心に作用する横方向力ΣＲｙを算出する。
【００８９】
マップ６２２は、サスストローク速度およびダンパ電流とダンパ減衰量との相関性を示すものであり、グラフまたは式として表され得る。マップ６２２は、例えば、後述する各車輪のサスストローク速度ＤａｍｐＶｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒおよび各車輪のダンパ電流ＤａｍｐＣｕｒｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを入力値として、当該入力値に応じた各車輪のダンパ減衰量ＤａｍｐＦｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを出力する。ダンパ電流ＤａｍｐＣｕｒｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒは、ダンパＥＣＵ６４０からのフィードバック値である。
【００９０】
入力量構成部６２３は、演算部６２１が算出した前後方向力ΣＲｘおよび横方向力ΣＲｙと、マップ６２２が出力したダンパ減衰量ＤａｍｐＦｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒとを入力値として、入力量を構成する。当該入力量は、例えば、前述した行列Ｕ２で表される。
【００９１】
第一状態量算出部６３０は、入力量算出部６２０が算出した入力量を前述した車両モデルに入力して車両９００の第一状態量を算出する。第一状態量算出部６３０は、演算部６３１、６３３、遅延部６３２、抽出部６３４および加算部６３５を備えている。
【００９２】
演算部６３１は、入力量構成部６２３が算出した入力量と入力行列Ｂとの積を算出する。これにより、車両モデルに対する入力量の影響が、後に算出される第一状態量に反映される。
【００９３】
遅延部６３２は、後述するステップｋの第二状態量Ｘ２ｋハットを一ステップ前のステップｋ−１の第二状態量Ｘ２ｋ−１ハットとする。
【００９４】
演算部６３３は、遅延部６３２が生成した第二状態量Ｘ２ｋ−１ハットとシステム行列Ａとの積を算出する。これにより、車両モデル固有の特性が、後に算出される第一状態量に反映される。
【００９５】
抽出部６３４は、遅延部６３２が生成した第二状態量Ｘ２ｋ−１ハットから各車輪のサスストローク速度ＤａｍｐＶｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを算出する。たとえば、抽出部６３４は、第二状態量Ｘ２ｋ−１ハットから各車輪のサスストロークの成分を抽出し、抽出した成分を適宜に微分し、あるいは適当なゲインによって調整して、各車輪のサスストローク速度ＤａｍｐＶｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを算出する。得られる算出値は、上記サスストローク速度で構成される４×１行列で表され、前述のマップ６２２の入力値となる。
【００９６】
加算部６３５は、演算部６３１が算出した入力量と入力行列Ｂとの積と、演算部６３３が算出した第二状態量Ｘ２ｋ−１ハットとシステム行列Ａとの積とを足し合わせて第一状態量Ｘ’２ｋハットを算出する。
【００９７】
観測量算出部６４０は、接地荷重算出部６１０が算出した接地荷重とタイヤのばね定数ゲインとから観測量を算出する。観測量算出部６４０は、タイヤストローク算出部６４１および観測量構成部６４２を備えている。
【００９８】
各車輪のタイヤストローク変位ＴｉｒｅＳｔｉｉは、下記式（３７）で表される。タイヤストローク算出部６４１は、接地荷重演算部６１３が算出した各車輪の接地荷重ｄＦｚ０ｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒとタイヤばね定数ゲインＧとから、各車輪のタイヤストロークＴｉｒｅＳｔｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを算出する。タイヤストローク変位は、タイヤの変化量の一態様である。
【００９９】
【数２１】
0006810779.tif 000022
【０１００】
観測量構成部６４２は、現在のタイヤの変化量を含む観測量を構成する。たとえば、観測量構成部６４２は、タイヤストローク算出部６４１が算出したタイヤストローク変位と、ヨーレートセンサ３５０が取得したヨーレートの検出値とを入力値として、観測量Ｙｋを構成する。タイヤストローク変位は、タイヤ半径の変化量であり、タイヤの変化量の一態様である。観測量Ｙｋは、例えば、５×１行列であり、以下のように表される。ここで、添え字下付きのｓｅｎｓは、観測量であることを意味する。
【０１０１】
【数２２】
0006810779.tif 000023
【０１０２】
ここで、ｒｓｅｎｓ  ｋはヨーレートセンサ３５０の検出値であり、ＴｉｒｅＳｔｉｉ  ｓｅｎｓ  ｋはタイヤストローク算出部６４１が算出したタイヤストローク変位である。
【０１０３】
なお、観測量算出部６４０は、タイヤストローク算出部６４１を備えず、観測量構成部６４２が、接地荷重演算部６１３が演算した接地荷重を直接、観測量として構成する構成としてもよい。
【０１０４】
第二状態量算出部６５０は、観測量算出部６４０が算出した観測量Ｙｋを用いて、第一状態量算出部６３０が算出した車両９００の第一状態量Ｘ’２ｋハットを補正することにより車両９００の第二状態量をＸ２ｋハット算出する。第二状態量算出部６５０は、演算部６５１、６５３、減算部６５２および加算部６５４を備えている。
【０１０５】
演算部６５１は、既出の状態量から観測量を算出する。たとえば、演算部６５１は、遅延部６３２が出力したｎ×１行列で表されるＸ２ｋ−１ハットに、ｐ×ｎ行列で表される出力行列Ｃを乗じて、状態量から予測される予測観測量Ｙｋハットを算出する。
【０１０６】
減算部６５２は、観測量構成部６４２が構成した観測量Ｙｋから、演算部６５１が算出した推定観測量Ｙｋハットを減算して観測量の減算値を算出する。Ｙｋは、実測に基づく観測量であり、Ｙｋハットは推定された観測量と言える。
【０１０７】
演算部６５３は、減算部６５２が算出した観測量の減算値にカルマンゲインＫを乗じる。カルマンゲインＫは、カルマンフィルタのゲインである。
【０１０８】
加算部６５４は、加算部６３５が算出した第一状態量Ｘ’２ｋハットと、実測に基づく観測量から推定観測量を引いた差分にカルマンゲインＫを乗じた数値とを足し合わせる。こうして補正された状態量である第二状態量Ｘ２ｋハットが算出される。第二状態量Ｘ２ｋハットは、前述した遅延部６３２に出力される。
【０１０９】
このように、第二状態量算出部６５０は、カルマンゲインをさらに用いて第一状態量Ｘ’２ｋハットを補正している。したがって、第二状態量算出部６５０は、カルマンフィルタリングブロックを構成している、とも言える。
【０１１０】
ダンパＥＣＵ６６０は、車両９００の状態量の算出値を用いて懸架装置１００を制御する。ダンパＥＣＵ６６０は、車両９００が備える装置を制御する制御部に該当する。ダンパＥＣＵ６７０は、例えば、遅延部６３２から出力される第二状態量Ｘ２ｋ−１ハット、および、抽出部６３４が第二状態量Ｘ２ｋ−１ハットから抽出した各車輪のサスストローク速度ＤａｍｐＶｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒ、を入力値として、懸架装置１００の動作を、例えばスカイフック制御により制御する。
【０１１１】
〔作用効果〕
以上の説明から明らかなように、本実施形態において、ＥＣＵ６００は、前述の接地荷重算出部６１０、入力量算出部６２０、第一状態量算出部６３０、観測量算出部６４０および第二状態量算出部６５０を備える。ＥＣＵ６００では、接地荷重に基づく観測量が変位、つまり長さの単位で表現され、当該観測量を用いて状態量が算出される。一方で、懸架装置１００の制御を行う場合、懸架装置１００の制御量は、通常、制御対象となる物の変位情報、すなわち長さの単位で表される物理量、で表される。したがって、観測量が制御量と同じ次元の情報として表されることから、上記の制御において当該観測量を用いた演算結果による状態量の制御結果が安定する。変位情報を表さない、つまり長さの単位以外の観測量を上記のような制御の演算に用いる場合では、演算結果に基づいて制御される制御対象物の変位による挙動が定まらないことがあり、その結果、制御のための演算結果が収束せずに発散することがある。したがって、このような長さの単位以外を制御の演算に用いる場合では、発散してしまった演算結果を用いることにより制御精度等の悪化が発生してしまうことがある。また、それを防ぐためには、常に演算結果が所定の範囲に収まるように、系全体をオフセットさせる処理など、別な手段を講じる必要がある。よって、本実施形態では、位置情報を表さない単位の観測量に基づいて状態量を算出する場合に比べて、より単純な構成で状態量の算出を安定させることが可能である。
【０１１２】
また、本実施形態では、汎用センサの取得値から観測量が算出され、このような観測量が状態量の補正に用いられる。すなわち、本実施形態では、当該観測量で補正された状態量が算出される。したがって、本実施形態では、観測量による状態量の補正を行わない場合に比べて、状態量のよりよい推定結果が得られる。したがって、本実施形態によれば、前述の観測量を用いない場合に比べて、車両の状態量を高い精度で算出することができる。
【０１１３】
さらに、本実施形態では、センサ値として汎用センサの取得値を用いて観測量が算出される。よって、特別なセンサを用いずとも、上記のように高い精度で車両の状態量を算出することが可能である。
【０１１４】
本実施形態では、観測量は現在のタイヤの変化量を含む。このため、走行している車両の状態を表す物理量として適している。したがって、この構成は、車両の走行状態を高い精度で制御するための状態量としてより効果的である。
【０１１５】
また、本実施形態では、タイヤの変化量は、タイヤ半径の変化量であり、すなわちタイヤストローク変位である。タイヤストローク変位は、タイヤの変化量の中でも状態量の算出により多く寄与することが期待される。よって、この構成は、状態量の算出における誤差を抑制する観点からより一層効果的である。
【０１１６】
また、本実施形態では、第二状態量算出部６５０は、カルマンフィルタリングブロックを構成しており、カルマンゲインをさらに用いたカルマンフィルタリングによって車両９００の第一状態量を補正する。このように、本実施形態では、カルマンフィルタによって補正された、より好適な観測量に基づいて第一状態量が算出される。よって、上記の構成は、このような補正を含まない観測量を用いて状態量を算出する場合に比べて、適切に補正された観測量に基づいてより適切に補正された状態量を算出する観点からより一層効果的である。
【０１１７】
また、本実施形態において、接地荷重算出部６１０は、前述の慣性荷重算出部６１１、路面荷重算出部６１２および接地荷重演算部６１３を備えている。したがって、汎用センサの検出値から接地荷重を正確に推定することが可能である。よって、この構成は、特別なセンサを用いることなく観測量の精度を高める観点からより一層効果的である。
【０１１８】
また、本実施形態の車両モデルは、車両全体の挙動を表現できる単一のモデルを用いている。このため、全車輪に及ぼされる車両全体の影響が状態量の算出に反映される。たとえば、任意の車輪に及ぼされた影響が、車体や別の車輪等に更なる影響を及ぼしている状況が挙げられる。状態量の算出を車輪毎で完結させる一輪モデルを車輪数の分だけ組み合わせて用いる場合では、このような状況において算出した状態量は、実際の車両の挙動とはかけ離れてしまう場合がある。したがって、この構成は、状態量の算出を車輪毎で完結させる一輪モデルを用いる場合に比べて、車両の状態量を適切に算出できる状況の範囲を広げる観点からより一層効果的である。
【０１１９】
また、本実施形態では、ＥＣＵ６００は、上記の状態量算出装置と、前述の制御部としてのダンパＥＣＵ６６０とを備える。したがって、上記のように算出した状態量を用いて車両９００が備える装置を適切に制御することが可能であり、その結果、走行する車両９００の走行状態が適切に制御される。したがって、この構成は、上記の状態量を用いずに制御する場合に比べて、車両の走行安定性をより一層高めることができる。
【０１２０】
また、本実施形態では、車両９００が備える装置は、例えば電子制御式ステアリング装置としての懸架装置１００である。この構成によれば、走行している車両の懸架装置をより適切に制御することができる。
【０１２１】
さらに、本実施形態では、車両９００は、上記のＥＣＵ６００を備えている。したがって、車両９００の走行状態が適切に制御される。よって、この構成によれば、走行安定性が高められる車両９００を提供することができる。
【０１２２】
また、本実施形態では、車両のばね下への鉛直方向の荷重である接地荷重を算出するステップと、Ｇセンサ値、車両重量およびダンパ電流値から入力量を算出するステップと、前記入力量を算出するステップで算出した前記入力量を車両モデルに入力して、第一の前記車両の状態量を算出するステップと、前記接地荷重を算出するステップで算出した前記接地荷重とタイヤのばね定数ゲインとから観測量を算出するステップと、前記観測量を算出するステップで算出した前記観測量を用いて、前記第一の前記車両の状態量を算出するステップで算出した前記第一の車両の状態量を補正することにより、第二の前記車両の状態量を算出するステップとを含む、状態量の算出方法が実施される。したがって、前述したように、車両９００の状態量を高い精度で算出することができる。
【０１２３】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【０１２４】
本実施形態では、ＥＣＵ６００は、車輪速補正部をさらに備える。車輪速補正部は、例えば、車輪速センサ３２０が取得した車輪速Ｖｗを入力値とし、車輪速Ｖｗからサスペンションジオメトリの変化による車輪速変動成分を除去することにより車輪速を補正する。車輪速補正部は、このように補正した車輪速Ｖｗを接地荷重算出部６１０に出力する。接地荷重算出部６１０は、補正された車輪速Ｖｗを用いて、前述のようにして接地荷重を算出する。車輪速補正部は、車輪速Ｖｗに代えて車輪速差ΔＶｗを補正してもよい。
【０１２５】
たとえば、サスペンションの軸方向が鉛直方向に対して斜めである場合、サスペンションが伸縮することにより、タイヤは、当該軸方向の力を受け、車輪速は、当該力に応じて変動する。車輪速センサ３２０は、上記の力に応じて変動する車輪速を検出するが、前述した状態量の算出では、このようなサスペンションの作動に伴う車輪速の変動分は、ノイズとなる。車輪速補正部は、車輪速センサ３２０の取得値から、このようなノイズとなる成分を除く。よって、本実施形態では、接地荷重算出部６１０は、当該ノイズが除かれた車輪速Ｖｗを用いて接地荷重を算出することができ、観測量算出部６４０では、当該接地荷重を用いて各車輪のタイヤストロークが算出され得る。このように、本実施形態では、状態量を算出する前にノイズとなる成分が除去される。
【０１２６】
本実施形態では、ＥＣＵ６００は、サスペンションジオメトリの変化による車輪速変動成分を除去することにより車輪速を補正する車輪速補正部をさらに備える。この構成は、ＥＣＵ６００が当該車輪速補正部を備えない場合に比べて、高い精度の状態量を算出する観点からより一層効果的である。
【０１２７】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【０１２８】
本実施形態では、ＥＣＵ６００は、理想の車両状態を算出する規範モデルをさらに備えている。当該規範モデルは、例えば車両９００の走行状態に関する一以上のモデルである。本実施形態では、例えば第一モデルおよび第二モデルである。第一モデルは走行性をより重視するモデルであり、第二モデルは、乗り心地をより重視するモデルである。第一モデルおよび第二モデルは、前述した状態量の算出で用いられる適当な形態となっている。たとえば、これらのモデルは、算出値に対するゲイン処理におけるゲインの形態で、あるいはマップの形態で表され得る。これらのモデルは、例えば、第一モデル用のゲイン、第二モデル用のマップなどの形態でＲＡＭ６０１に格納されている。
【０１２９】
また、ＥＣＵ６００は、車両９００の運転者からの規範モデルの指示を受けるモデル入力部をさらに備えていてよい。当該モデル入力部が、第一モデルおよび第二モデルのいずれかを選択する運転者の操作を受け付けると、ＥＣＵ６００は、当該操作に応じて規範モデルを選択し、選択したモデルに対応するゲインあるいはマップを用いて状態量を算出する。
【０１３０】
ダンパＥＣＵ６６０は、理想の車両状態と状態量との差を減少させるように懸架装置１００を制御する。たとえば、ダンパＥＣＵ６６０は、第一モデルに基づいて状態量が算出される場合では、タイヤの接地感をより高めるように、乗り心地を高めるための制御量よりも、操作安定性を高めるための制御量を多くして、懸架装置１００を制御する。また、第二モデルに基づいて状態量が算出される場合では、走行時における車両９００の搭乗者の快適さがより高められるように、操作安定性を高めるための制御量よりも、乗り心地を高めるための制御量を多くして、懸架装置１００を制御する。
【０１３１】
本実施形態では、ＥＣＵ６００が上記の規範モデルをさらに備え、ダンパＥＣＵ６６０が理想の車両状態と状態量との差を減少させるように懸架装置１００を制御する。この構成は、前述のような高い精度で算出される状態量を用いて所望の車両状態を実現する観点からより一層効果的である。
【０１３２】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【０１３３】
図３は、本発明の実施形態３に係る制御装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。実施形態３のＥＣＵ６００ａは、入力量算出部６２０に代えて６７０を備え、観測量算出部６４０および第二状態量算出部６５０を備えない点で、前述の実施形態のＥＣＵ６００と異なる。たとえば、図３に示されるように、ＥＣＵ６００ａは、接地荷重算出部６１０、タイヤ変化量算出部６７０、第一状態量算出部６３０およびダンパＥＣＵ６６０を備えている。また、ＥＣＵ６００ａには、車輪速センサ３２０、舵角センサ４４０、横Ｇセンサ３３０、前後Ｇセンサ３４０およびＲＡＭ６０１が接続されている。
【０１３４】
タイヤ変化量算出部６７０のタイヤの変化量を算出する。タイヤの変化量は、例えば、タイヤの半径の変化量であるタイヤストローク変位である。タイヤ変化量算出部６７０は、タイヤストローク算出部６４１、マップ６２２および演算部６７１を備えている。
【０１３５】
演算部６７１は、タイヤストローク算出部６４１が算出した各車輪のタイヤストロークＴｉｒｅＳｔｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒと、マップ６２２が出力したダンパ減衰量ＤａｍｐＦｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒとを、前述した行列Ｕ１ｋに入力して行列Ｕｋを得る。
【０１３６】
第一状態量算出部６３０において、演算部６３１は、演算部６７１が算出した行列Ｕｋに前述した入力行列Ｂを乗じる。入力行列Ｂは、入力によるシステム（運動方程式）への影響を表す行列である。
【０１３７】
遅延部６３２は、状態量Ｘｋハットを一ステップ前のものにする。実施形態４にいて、状態量をＸ１ｋハットとし、ステップｋ−１の状態量Ｘ１ｋ−１ハットとする。
【０１３８】
演算部６３３は、状態量Ｘ１ｋ−１ハットとシステム行列Ａとの積を算出する。
【０１３９】
抽出部６３４は、前述したように、状態量Ｘ１ｋ−１ハットから各車輪のサスストロークの成分を抽出し、適宜に調整して、各車輪のサスストローク速度ＤａｍｐＶｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを算出する。得られる算出値は、マップ６２２の入力値となる。
【０１４０】
加算部６３５は、行列Ｕｋと入力行列Ｂとの積と、状態量Ｘ１ｋ−１ハットとシステム行列Ａとの積とを足し合わせ、状態量Ｘ１ｋハットを算出する。
【０１４１】
ダンパＥＣＵ６６０は、車両９００の状態量の算出値を用いて懸架装置１００を制御する。ダンパＥＣＵ６６０は、遅延部６３２から状態量Ｘ１ｋ−１ハットを取得し、抽出部６３４から各車輪のサスストローク速度ＤａｍｐＶｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを取得する。これらの取得値に応じて、懸架装置１００の動作を、例えばスカイフック制御により制御する。また、各車輪のダンパ電流ＤａｍｐＣｕｒｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒをマップ６２２に出力する。
【０１４２】
以上の説明から明らかなように、本実施形態において、ＥＣＵ６００ａは、前述の接地荷重算出部６１０、タイヤ変化量算出部６７０および第一状態量算出部６３０を備えている。ＥＣＵ６００ａでは、接地荷重に基づいてタイヤ変化量が状態量の算出に用いられる。したがって、前述の実施形態と同様に、変位、つまり長さの単位で表現される算出値であるタイヤ変化量に基づいて状態量を算出するため、状態量の算出結果が安定する。よって、本実施形態でも、前述の実施形態と同様に、変位情報を表さない、つまり長さの単位以外の観測量に基づいて状態量を算出する場合に比べて、状態量の算出を安定させることが可能である。
【０１４３】
また、本実施形態では、センサ値として汎用センサの取得値を用いて観測量が算出される。よって、特別なセンサを用いずとも、上記のように高い精度で車両の状態量を算出することが可能である。
【０１４４】
本実施形態では、タイヤの変化量がタイヤストローク変位である。このため、前述した実施形態と同様に、この構成は、状態量の算出における誤差を抑制する観点からより一層効果的である。
【０１４５】
また、本実施形態において、接地荷重算出部６１０は、前述の慣性荷重算出部６１１、路面荷重算出部６１２および接地荷重演算部６１３を備えている。したがって、汎用センサの検出値から接地荷重を正確に推定することが可能である。よって、この構成は、特別なセンサを用いることなく接地荷重およびタイヤ変化量を算出することができ、より高い精度で状態量を算出することが可能である。
【０１４６】
また、本実施形態、の車両モデルは、車両全体の挙動を表現できる単一のモデルを用いている。このため、全車輪に及ぼされる車両全体の影響が状態量の算出に反映される。たとえば、任意の車輪に及ぼされた影響が、車体や別の車輪等に更なる影響を及ぼしている状況が挙げられる。状態量の算出を車輪毎で完結させる一輪モデルを車輪数の分だけ組み合わせて用いる場合では、このような状況において算出した状態量は、実際の車両の挙動とはかけ離れてしまう場合がある。したがって、この構成は、前述した実施形態と同様に、状態量の算出を車輪毎で完結させる一輪モデルを用いる場合に比べて、車両の状態量を適切に算出できる状況の範囲を広げる観点からより一層効果的である。
【０１４７】
また、本実施形態では、ＥＣＵ６００ａは、さらにダンパＥＣＵ６６０を備える。したがって、この構成は、前述した実施形態と同様に、上記の状態量を用いずに制御する場合に比べて、車両の走行安定性をより一層高めることができる。
【０１４８】
また、本実施形態では、車両９００が備える装置は、例えば電子制御式ステアリング装置としての懸架装置１００である。よって、この構成によれば、前述した実施形態と同様に、走行している車両の懸架装置をより適切に制御することができる。
【０１４９】
さらに、本実施形態では、車両９００は、上記のＥＣＵ６００を備えている。したがって、この構成によれば、前述した実施形態と同様に、走行安定性が高められる車両９００を提供することができる。
【０１５０】
〔実施形態５〕カメラで接地荷重を推定
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【０１５１】
本実施形態のＥＣＵは、車両９００が進行方向の路面を撮影可能なカメラを搭載し、路面荷重算出部６１２が、当該カメラが撮影した映像に基づいて路面荷重を算出する以外は、前述した実施形態と同様である。
【０１５２】
本実施形態において、上記カメラは、車両９００の進行方向の路面を撮影する。路面荷重算出部６１２は、撮影された路面の凹凸のデータを取得する。また、路面荷重算出部６１２は、車両９００の現在の走行状態、センサの取得値およびＲＡＭ６０１に格納された車両諸元に基づき、撮影した路面を走行する時の各車輪における各車輪の路面荷重ｄＦｚ０ｒｏａｄｆｌ，ｆｒ，ｒｌ，ｒｒを算出する。
【０１５３】
上記のカメラは、車両９００の進行方向における凹凸などの路面状態を撮影可能であればよく、たとえば、ドライブレコーダが有するカメラであってもよい。
【０１５４】
本実施形態では、進行方向の路面の画像から路面荷重を推定することから、状態量を予測することができ、実際に路面の特定箇所（撮影した箇所）を通過する前に、当該特定箇所を通過しているときの状態量を予測することが可能である。したがって、上記の構成は、前述した実施形態に比べて、状態量に基づく車両の走行状態における制御の遅れの発生を防止することができる、という効果を奏す。本実施形態のＥＣＵは、前述の実施形態の効果のうちの路面荷重算出部６１２以外の構成に応じた効果をさらに奏する。
【０１５５】
〔実施形態６〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【０１５６】
本実施形態のＥＣＵは、ステアリングＥＣＵをさらに備える以外は、前述の実施形態と同様の構成を備える。
【０１５７】
ステアリングＥＣＵは、ＥＣＵが算出する状態量Ｘｋハット（またはＸｋ−１ハット）に基づいて、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。
【０１５８】
本実施形態では、前述した状態量に基づいて、車両９００が操舵に応じて好ましい挙動を行うように、サスペンションを制御することが可能である。また、本実施形態では、前述した状態量に基づいて、サスペンションからの出力値またはサスペンション周りにおけるセンサの取得値を参照して、搭乗者に好ましい感覚（例えば、乗り心地および操舵安定性など）を提供するようにサスペンションの動作を制御する。
【０１５９】
以上の説明から明らかなように、本実施形態は、ダンパＥＣＵに加えてステアリングＥＣＵをさらに備える。よって、車両９００の走行安定性および操舵安定性の両方をより一層高めることができる。また、本実施形態は、前述の実施形態の効果のうちのステアリングＥＣＵ以外の構成に応じた効果をさらに奏する。
【０１６０】
〔実施形態７〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
【０１６１】
本実施形態のＥＣＵは、ステアリングＥＣＵと動力伝達ＥＣＵとを備えている以外は、前述の実施形態と同様の構成を備える。
【０１６２】
動力伝達ＥＣＵは、ＥＣＵが算出する状態量Ｘｋハット（またはＸｋ−１ハット）に基づいて、車両９００の車輪に伝達すべきエンジン５００の駆動力の分配量を、前後車輪間あるいは左右車輪間で調整することにより、当該駆動力による各車輪における回転数を制御する。ステアリングＥＣＵについては、実施形態６で説明したとおりである。
【０１６３】
本実施形態では、前述した状態量に基づいて、車両９００が操舵に応じて好ましい挙動を行うように、前後車輪間または左右車輪間でのエンジン駆動力の配分を制御することが可能である。よって、本実施形態によれば、操舵安定性と走行性の両方を向上させることが可能である。走行性向上の一例としては、エンジン駆動力の左右車輪間への配分により車体にヨーを発生させ、アンダーステアあるいはオーバーステアを抑制して車両の旋回能力を高めることが挙げられる。また、本実施形態は、前述の実施形態の効果のうちの動力伝達ＥＣＵ以外の構成に応じた効果をさらに奏する。
【０１６４】
〔ソフトウェアによる実現例〕
本発明における状態量算出装置または制御装置の制御ブロック（特にＥＣＵ６００、６００ａ）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、ソフトウェアによって実現してもよい。
【０１６５】
後者の場合、状態量算出装置または制御装置は、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コンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサ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。
【０１６６】
上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、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、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。
【０１６７】
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、本発明の一態様は、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。
【０１６８】
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】
【０１６９】
１００  懸架装置
２００  車体
３００、３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄ  車輪
３１０、３１０Ａ、３１０Ｂ、３１０Ｃ、３１０Ｄ  タイヤ
３２０  車輪速センサ
３３０  横Ｇセンサ
３４０  前後Ｇセンサ
３５０  ヨーレートセンサ
４１０  操舵部材
４２０  ステアリングシャフト
４３０  トルクセンサ
４４０  舵角センサ
４６０  トルク印加部
４７０  ラックピニオン機構
４８０  ラック軸
５００  エンジン
５１０  エンジントルクセンサ
５２０  エンジン回転数センサ
５３０  ブレーキ圧センサ
６００、６００ａ  ＥＣＵ
６０１  ＲＡＭ
６１０  接地荷重算出部
６１１  慣性荷重算出部
６１２  路面荷重算出部
６１３  接地荷重演算部
６２０  入力量算出部
６２１、６３１、６３３、６５１、６５３、６７１  演算部
６２２  マップ
６２３  入力量構成部
６３０  第一状態量算出部
６３２  遅延部
６３４  抽出部
６３５、６５４  加算部
６４０  観測量算出部
６４１  タイヤストローク算出部
６４２  観測量構成部
６５０  第二状態量算出部
６５２  減算部
６７０  タイヤ変化量算出部
７００  発電装置
８００  バッテリ
９００  車両
【要約】
【課題】車両の状態量を高い精度で算出する技術を実現する。
【解決手段】車両（９００）が有するＥＣＵ（６００）は、接地荷重算出部（６１０）、入力量算出部（６２０）、第一状態量算出部（６３０）、観測量算出部（６４０）、第二状態量算出部（６５０）およびダンパＥＣＵ（６６０）を備えている。ＥＣＵ（６００）は、Ｇセンサ値等から算出した値を車両モデルに入力して、車両（９００）の第一状態量を算出し、接地荷重とタイヤのばね定数ゲインとから算出した観測量を用いて第一状態量を補正することで車両（９００）の第二状態量を算出する。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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