车辆状态推定装置、车辆控制装置及车辆状态推定方法

摘要

本发明提供车辆状态推定装置、车辆控制装置及车辆状态推定方法，不管车辆特性如何变化，都能够根据轮速高精度地推定车辆的状态量。本发明是一种车辆状态推定装置，其特征在于，具备：轮速检测单元(4)，检测车辆的各车轮的轮速；车速检测单元，检测上述车辆的车速；及状态量推定单元(21)，根据基于由轮速检测单元(4)检测出的各车轮的轮速的左右轮逆相的轮速、及用预定的前后轮的轴距除以由上述车速检测单元检测出的上述车速而得到的值，推定车辆的簧下状态量和/或簧上状态量。

权利要求

1.一种车辆状态推定装置，其特征在于，具备：

轮速检测单元，检测车辆的各车轮的轮速；

车速检测单元，检测所述车辆的车速；及

状态量推定单元，根据基于由所述轮速检测单元检测出的所述各车轮的轮速的左右轮逆相的轮速、及用预定的前后轮的轴距除以由所述车速检测单元检测出的所述车速而得到的值，推定所述车辆的簧下状态量和/或簧上状态量，所述状态量推定单元利用用预定的前后轮的轴距除以所述车速而得到的值，将表示前轮位置的左右轮逆相的轮速及后轮位置的左右轮逆相的轮速的下述“数学式1”变换为下述“数学式2”作为所述左右轮逆相的轮速，[数学式1]

[数学式2]

其中、

所述状态量推定单元根据上述“数学式2”，推定下述“数学式3”所示的所述车辆的前轮簧下左右轮逆相上下位移及下述“数学式4”所示的所述车辆的后轮簧下左右轮逆相上下位移作为所述簧下状态量，并推定下述“数学式5”所示的所述车辆的簧上侧倾角作为所述簧上状态量，[数学式3]

[数学式4]

[数学式5]

在上述“数学式1”至“数学式5”中，ΔωF为前轮位置的左右轮逆相的轮速，ΔωR为后轮位置的左右轮逆相的轮速，Δω1为右前轮轮速，Δω2为左前轮轮速，Δω3为右后轮轮速，Δω4为左后轮轮速，αXF、αXR为相对于悬架上下行程的车轴前后位移，αθF、αθR为相对于悬架上下行程的车轴纵倾角，rF为前轮轮胎半径，rR为后轮轮胎半径，WF、WR分别为车宽度方向上的从车轴位置到车身重心的左右距离，等于左右车轮的轮距的一半， 为簧上侧倾角，ZA1～ZA4为右前、左前、右后、左后的各车轮的簧下的上下位移变动量，ZAF为前轮簧下左右轮逆相上下位移，ZAR为后轮簧下左右轮逆相上下位移，L为轴距，U为车速，s为拉普拉斯算子。

2.根据权利要求1所述的车辆状态推定装置，其中，

所述车辆状态推定装置还具备装载状态推定单元，所述装载状态推定单元基于由所述状态量推定单元推定出的所述前轮簧下左右轮逆相上下位移、所述后轮簧下左右轮逆相上下位移及所述簧上侧倾角，算出侧倾共振频率及所述簧上状态量对所述簧下状态量的传递函数最大值，并基于算出的所述侧倾共振频率及所述传递函数最大值，推定所述车辆的装载状态。

3.一种车辆控制装置，其特征在于，具备：

轮速检测单元，检测车辆的各车轮的轮速；

车速检测单元，检测所述车辆的车速；

状态量推定单元，根据基于由所述轮速检测单元检测出的所述各车轮的轮速的左右轮逆相的轮速、及用预定的前后轮的轴距除以由所述车速检测单元检测出的所述车速而得到的值，推定所述车辆的簧下状态量和/或簧上状态量；及控制单元，基于由所述状态量推定单元推定出的所述簧下状态量和/或所述簧上状态量，控制所述车辆的悬架装置，所述状态量推定单元利用用预定的前后轮的轴距除以所述车速而得到的值，将表示前轮位置的左右轮逆相的轮速及后轮位置的左右轮逆相的轮速的下述“数学式1”变换为下述“数学式2”作为所述左右轮逆相的轮速，[数学式1]

[数学式2]

其中、

所述状态量推定单元根据上述“数学式2”，推定下述“数学式3”所示的所述车辆的前轮簧下左右轮逆相上下位移及下述“数学式4”所示的所述车辆的后轮簧下左右轮逆相上下位移作为所述簧下状态量，并推定下述“数学式5”所示的所述车辆的簧上侧倾角作为所述簧上状态量，[数学式3]

[数学式4]

[数学式5]

在上述“数学式1”至“数学式5”中，ΔωF为前轮位置的左右轮逆相的轮速，ΔωR为后轮位置的左右轮逆相的轮速，Δω1为右前轮轮速，Δω2为左前轮轮速，Δω3为右后轮轮速，Δω4为左后轮轮速，αXF、αXR为相对于悬架上下行程的车轴前后位移，αθF、αθR为相对于悬架上下行程的车轴纵倾角，rF为前轮轮胎半径，rR为后轮轮胎半径，WF、WR分别为车宽度方向上的从车轴位置到车身重心的左右距离，等于左右车轮的轮距的一半， 为簧上侧倾角，ZA1～ZA4为右前、左前、右后、左后的各车轮的簧下的上下位移变动量，ZAF为前轮簧下左右轮逆相上下位移，ZAR为后轮簧下左右轮逆相上下位移，L为轴距，U为车速，s为拉普拉斯算子。

4.一种车辆状态推定方法，其特征在于，包括：

轮速检测步骤，检测车辆的各车轮的轮速；

车速检测步骤，检测所述车辆的车速；及

状态量推定步骤，根据基于在所述轮速检测步骤中检测出的所述各车轮的轮速的左右轮逆相的轮速、及用预定的前后轮的轴距除以在所述车速检测步骤中检测出的所述车速而得到的值，推定所述车辆的簧下状态量和/或簧上状态量，所述状态量推定步骤中，利用用预定的前后轮的轴距除以所述车速而得到的值，将表示前轮位置的左右轮逆相的轮速及后轮位置的左右轮逆相的轮速的下述“数学式1”变换为下述“数学式2”作为所述左右轮逆相的轮速，[数学式1]

[数学式2]

其中、

所述状态量推定步骤中，根据上述“数学式2”，推定下述“数学式3”所示的所述车辆的前轮簧下左右轮逆相上下位移及下述“数学式4”所示的所述车辆的后轮簧下左右轮逆相上下位移作为所述簧下状态量，并推定下述“数学式5”所示的所述车辆的簧上侧倾角作为所述簧上状态量，[数学式3]

[数学式4]

[数学式5]

在上述“数学式1”至“数学式5”中，ΔωF为前轮位置的左右轮逆相的轮速，ΔωR为后轮位置的左右轮逆相的轮速，Δω1为右前轮轮速，Δω2为左前轮轮速，Δω3为右后轮轮速，Δω4为左后轮轮速，αXF、αXR为相对于悬架上下行程的车轴前后位移，αθF、αθR为相对于悬架上下行程的车轴纵倾角，rF为前轮轮胎半径，rR为后轮轮胎半径，WF、WR分别为车宽度方向上的从车轴位置到车身重心的左右距离，等于左右车轮的轮距的一半， 为簧上侧倾角，ZA1～ZA4为右前、左前、右后、左后的各车轮的簧下的上下位移变动量，ZAF为前轮簧下左右轮逆相上下位移，ZAR为后轮簧下左右轮逆相上下位移，L为轴距，U为车速，s为拉普拉斯算子。

说明书

车辆状态推定装置、车辆控制装置及车辆状态推定方法

技术领域

[0001] 本发明涉及车辆状态推定装置、车辆控制装置及车辆状态推定方法。

背景技术

[0002] 以往公开有一种根据轮速推定车辆的状态量的技术。

[0003] 例如，在专利文献1中公开了一种侧倾检测装置，检测车辆绕前后轴的旋转运动，该侧倾检测装置具备：第一及第二轮速检测单元，分别检测车辆左右的轮速；第一及第二轮速变动量提取单元，基于该检测出的左右轮速，求出分别关于左右轮的簧上共振频率区域的轮速的变动量；及侧倾运算单元，基于该求出的关于左右轮的变动量的逆相成分，计算绕车辆前后轴的旋转运动的大小。

[0004] 专利文献：

[0005] 专利文献1：日本特开平5-319051号公报

发明内容

[0006] 发明要解决的课题

[0007] 然而，在现有技术中，需要相对于各输入(路面、转向、加速、制动等)的簧上、簧下运行情况的传递特性，这些传递特性根据车辆状态(装载状态等)而变化。因此，在现有技术中，在根据轮速推定车辆的状态量的情况下，根据车辆状态的变化(装载状态的变化等)而车辆特性(相对于簧下运行情况的簧上运行情况的传递特性等)发生变化，因此难以进行高精度的推定。这样一来，现有技术中关于提高根据轮速推定车辆的状态量的情况的精度这一点还有进一步改良的余地。

[0008] 本发明的目的在于提供车辆状态推定装置、车辆控制装置及车辆状态推定方法，不管车辆特性如何变化，都能够根据轮速高精度地推定车辆的状态量。

[0009] 用于解决课题的方案

[0010] 本发明的车辆状态推定装置的特征在于，具备：轮速检测单元，检测车辆的各车轮的轮速；车速检测单元，检测上述车辆的车速；及状态量推定单元，根据基于由上述轮速检测单元检测出的上述各车轮的轮速的左右轮逆相的轮速、及用预定的前后轮的轴距除以由上述车速检测单元检测出的上述车速而得到的值，推定上述车辆的簧下状态量和/或簧上状态量。

[0011] 在上述车辆状态推定装置中，优选为，上述状态量推定单元利用用预定的前后轮的轴距除以上述车速而得到的值，将表示前轮位置的左右轮逆相的轮速及后轮位置的左右轮逆相的轮速的下述“数学式1”变换为下述“数学式2”，作为上述左右轮逆相的轮速，[0012] [数学式1]

[0013]

[0014]

[0015] [数学式2]

[0016]

[0017]

[0018] 其中、

[0019] 上述状态量推定单元根据上述“数学式2”，推定下述“数学式3”所示的上述车辆的前轮簧下左右轮逆相上下位移及下述“数学式4”所示的上述车辆的后轮簧下左右轮逆相上下位移作为上述簧下状态量，并推定下述“数学式5”所示的上述车辆的簧上侧倾角作为上述簧上状态量，

[0020] [数学式3]

[0021]

[0022] [数学式4]

[0023]

[0024] [数学式5]

[0025]

[0026] 在上述“数学式1”至“数学式5”中，ΔωF为前轮位置的左右轮逆相的轮速，ΔωR为后轮位置的左右轮逆相的轮速，Δω1为FR轮轮速，Δω2为FL轮轮速，Δω3为RR轮轮速，Δω4为RL轮轮速，αXF、αXR为相对于悬架上下行程的车轴前后位移，αθF、αθR为相对于悬架上下行程的车轴纵倾角，rF、rR为轮胎半径(前轮、后轮)，WF、WR为从车轴位置到车身重心的左右距离(左右车轮的轮距的一半)， 为簧上侧倾角，ZA1～ZA4为右前、左前、右后、左后的各车轮的簧下的上下位移变动量，ZAF为前轮簧下左右轮逆相上下位移，ZAR为后轮簧下左右轮逆相上下位移，L为轴距，U为车速，s为拉普拉斯算子。

[0027] 在上述车辆状态推定装置中，优选为，上述车辆状态推定装置还具备装载状态推定单元，上述装载状态推定单元基于由上述状态量推定单元推定出的上述前轮簧下左右轮逆相上下位移、上述后轮簧下左右轮逆相上下位移及上述簧上侧倾角，算出侧倾共振频率及上述簧上状态量对上述簧下状态量的传递函数最大值，并基于算出的上述侧倾共振频率及上述传递函数最大值，推定上述车辆的装载状态。

[0028] 本发明的车辆控制装置的特征在于，具备：轮速检测单元，检测车辆的各车轮的轮速；车速检测单元，检测上述车辆的车速；状态量推定单元，根据基于由上述轮速检测单元检测出的上述各车轮的轮速的左右轮逆相的轮速、及用预定的前后轮的轴距除以由上述车速检测单元检测出的上述车速而得到的值，推定上述车辆的簧下状态量和/或簧上状态量；及控制单元，基于由上述状态量推定单元推定出的上述簧下状态量和/或上述簧上状态量，控制上述车辆的悬架装置。

[0029] 本发明的车辆状态推定方法的特征在于，包括：轮速检测步骤，检测车辆的各车轮的轮速；车速检测步骤，检测上述车辆的车速；及状态量推定步骤，根据基于在上述轮速检测步骤中检测出的上述各车轮的轮速的左右轮逆相的轮速、及用预定的前后轮的轴距除以在上述车速检测步骤中检测出的上述车速而得到的值，推定上述车辆的簧下状态量和/或簧上状态量。

[0030] 发明效果

[0031] 本发明涉及的车辆状态推定装置具备：轮速检测单元，检测车辆的各车轮的轮速；车速检测单元，检测上述车辆的车速；及状态量推定单元，根据基于由上述轮速检测单元检测出的上述各车轮的轮速的左右轮逆相的轮速、及用预定的前后轮的轴距除以由上述车速检测单元检测出的上述车速而得到的值，推定上述车辆的簧下状态量和/或簧上状态量。根据本发明涉及的车辆状态推定装置，起到如下效果：不管车辆特性如何变化，都能够根据轮速高精度地推定车辆的状态量。

附图说明

[0032] 图1是实施方式涉及的车辆的概略结构图。

[0033] 图2是实施方式涉及的车辆状态推定装置的框图。

[0034] 图3是说明车轮的旋转角度的变动量的图。

[0035] 图4是前后位移变动量的说明图。

[0036] 图5是由纵倾产生的前后位移变动量的说明图。

[0037] 图6是由车辆的旋转产生的前后位移变动量的说明图。

[0038] 图7是由悬架装置的行程产生的前后位移变动量的说明图。

[0039] 图8是由纵倾产生的簧下纵倾角的说明图。

[0040] 图9是由悬架装置的行程产生的簧下纵倾角的说明图。

[0041] 图10是将图2的车辆状态推定装置的框图和本发明的实施方式涉及的理论公式建立对应关系而表示的图。

[0042] 图11是表示装载量、重心高度和侧倾共振频率的关系的图。

[0043] 图12是表示装载量、重心高度和传递函数最大值的关系的图。

具体实施方式

[0044] 以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式涉及的车辆状态推定装置、车辆控制装置及车辆状态推定方法。另外，本发明不限于该实施方式。并且，下述实施方式中的构成要素包含本领域技术人员能够容易地想到的要素或者实质上相同的要素。

[0045] <实施方式>

[0046] 参照图1至图12对实施方式进行说明。本实施方式涉及车辆状态推定装置、车辆控制装置及车辆状态推定方法。图1是实施方式涉及的车辆的概略结构图，图2是本发明的实施方式涉及的车辆状态推定装置的框图，图3是说明车轮的旋转角度的变动量的图，图4是前后位移变动量的说明图，图5是由因纵倾产生的前后位移变动量的说明图，图6是由车辆的旋转产生的前后位移变动量的说明图，图7是由悬架装置的行程产生的前后位移变动量的说明图，图8是由纵倾产生的簧下纵倾角的说明图，图9是由悬架装置的行程产生的簧下纵倾角的说明图，图10是将图2的车辆状态推定装置的框图和本发明的实施方式涉及的理论公式建立对应关系而表示的图。图11是表示装载量、重心高度和侧倾共振频率的关系的图。图12是表示装载量、重心高度和传递函数最大值的关系的图。

[0047] 本实施方式涉及的车辆状态推定装置101利用左右轮逆相的轮速和簧上、簧下运行情况的关系不受车辆特性(簧下质量等)影响的特征，根据左右轮逆相的轮速推定左右轮逆相的簧下、簧上运行情况。另外，本实施方式涉及的车辆状态推定装置101根据推定出的左右轮逆相的簧下、簧上运行情况算出簧上对簧下的传递函数，根据该传递函数推定车辆的装载状态等，并反映到悬架控制、制动器控制的模型设定。以下对其详细内容进行说明。

[0048] 参照图1，对本实施方式涉及的车辆100进行说明。如图1所示，车辆100构成为包含车辆状态推定装置101、车轮2(2FR、2FL、2RR、2RL)、悬架装置10(10FR、10FL、10RR、10RL)。本实施方式的车辆状态推定装置101构成为至少包含ECU1(具有作为后述的状态量推定单元、装载状态推定单元的功能)以及轮速检测单元(4FR、4FL、4RR、4RL)。另外，如后所述，本实施方式的ECU1还具有作为控制悬架装置10(10FR、10FL、10RR、10RL)的控制单元的功能。因此，车辆100搭载有ECU1以及包含轮速检测单元4的车辆控制装置102。

[0049] 车辆100具有右前轮2FR、左前轮2FL、右后轮2RR以及左后轮2RL作为车轮2。另外，车辆100具有右前悬架装置10FR、左前悬架装置10FL、右后悬架装置10RR以及左后悬架装置10RL作为悬架装置10。另外，在本说明书中，各构成要素的附图标记的下标FR表示与右前轮
2FR相关的要素。同样地，附图标记的下标FL表示与左前轮2FL相关的要素，下标RR表示与右后轮2RR相关的要素，下标RL表示与左后轮2RL相关的要素。

[0050] 悬架装置10将簧下和簧上连接。在此，簧下是包含前方、后方的臂部部件、转向节等，在车辆100中相对于悬架装置10与车轮2侧连接的部分。簧上是车辆100中由悬架装置10支撑的部分，例如是车身3。悬架装置10通过伸缩而容许簧上和簧下的相对位移。悬架装置10例如相对于铅垂轴以预定的角度倾斜地设置。

[0051] 悬架装置10构成为包含减震器11(11FR、11FL、11RR、11RL)和悬架促动器12(12FR、12FL、12RR、12RL)。减震器11产生使簧上和簧下的相对运动衰减的衰减力。悬架促动器12调节减震器11产生的衰减力(衰减系数)。悬架促动器12能够使减震器11的衰减特性从相对缓和的衰减特性(衰减力小)至相对急剧的衰减特性(衰减力大)变化成任意的特性。

[0052] 在各车轮2FR、2FL、2RR、2RL上配置有用于检测各车轮的轮速的轮速检测单元4(4FR、4FL、4RR、4RL)。右前轮速检测单元4FR检测右前轮2FR的轮速。同样地，左前轮速检测单元4FL、右后轮速检测单元4RR、左后轮速检测单元4RL分别检测左前轮2FL、右后轮2RR、左后轮2RL的轮速。表示各轮速检测单元4FR、4FL、4RR、4RL的检测结果的信号输出到ECU1。

[0053] 本实施方式的ECU1是具有计算机的电子控制单元。ECU1具有作为推定车辆状态的各推定单元的功能。另外，ECU1与各车轮2FR、2FL、2RR、2RL的悬架装置10电连接，控制悬架装置10。

[0054] 参照图2说明本实施方式的ECU1的功能。在图2中，Δω1～Δω4表示各轮轮速变动。Δω1表示FR轮轮速。Δω2表示FL轮轮速。Δω3表示RR轮轮速。Δω4表示RL轮轮速。ZAF表示前轮簧下左右轮逆相上下位移。ZAR表示后轮簧下左右轮逆相上下位移。 表示簧上侧倾角。WF、WR表示从车轴位置到车身重心的左右距离(左右车轮的轮距的一半)。αXF、αXR表示相对于悬架上下行程的车轴前后位移。αθF、αθR表示相对于悬架上下行程的车轴纵倾角。rF、rR表示轮胎半径(前轮、后轮)。L表示轴距。U表示车速。s表示拉普拉斯算子。

[0055] 如图2的框图所示，本实施方式涉及的ECU1构成为包含状态量推定单元21，根据基于由轮速检测单元4检测出的各车轮2FR、2FL、2RR、2RL的轮速的左右轮逆相的轮速“1/2·(ΔωR－ΔωL)”、及用预定的前后轮的轴距L除以由检测车辆100的车速的车速检测单元检测出的车辆100的车速U而得到的值“L/U”，推定车辆100的簧下状态量(ZAF、ZAR)和/或簧上状态量 在此，在图2中虽未图示，但检测车辆100的车速的车速检测单元是ECU1内的处理部之一。在本实施方式中，车速检测单元可以基于由轮速检测单元4检测出的各车轮2FR、2FL、2RR、2RL的轮速来检测车辆100的车速，也可以基于轮速以外的前后加速度的积分值等来检测车辆100的车速。另外，文字上的点(·)标记表示微分值。

[0056] 状态量推定单元21具有各推定单元21a～21k。推定单元21a将由轮速检测单元4检测出的车轮2FR的轮速(在图2中是Δω1FR轮轮速)和由轮速检测单元4检测出的车轮2FL的轮速(在图2中是Δω2FL轮轮速)相加。此时，推定单元21a对于车轮2FR的轮速的值加上负值(－Δω1)。推定单元21b向通过推定单元21a获得的值“－Δω1+Δω2”乘以“1/2”，推定单元21c向通过推定单元21b获得的值“(－Δω1+Δω2)/2”进一步乘以“1/(WF(αXF/rF－αθF))”。

[0057] 推定单元21d将由轮速检测单元4检测出的车轮2RR的轮速(在图2中是Δω3RR轮轮速)和由轮速检测单元4检测出的车轮2RL的轮速(在图2中是Δω4RL轮轮速)相加。此时，推定单元21d对于车轮2RR的轮速的值加上负值(－Δω3)。推定单元21e将由推定单元21d获得的值“－Δω3+Δω4”乘以“1/2”，推定单元21f将由推定单元21e获得的值“(－Δω3+Δω4)/2”进一步乘以“1/(WR(αXR/rR－αθR))”。

[0058] 推定单元21g从由推定单元21c获得的值“{(－Δω1+Δω2)/2}·{1/(WF(αXF/rF－αθF))}”减去由推定单元21f获得的值“{(－Δω3+Δω4)/2}·{1/(WR(αXR/rR－αθR))}”。并且，推定单元21h将由推定单元21g获得的值乘以“1/{(1/WF)－(1/WR)e＾－L/U·s}”，获得车辆100的前轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAF)作为车辆100的簧下状态量。进而，推定单元21i将由推定单元21h获得的值乘以“e＾－L/U·s”，获得车辆100的后轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAR)作为车辆100的簧下状态量。另外，推定单元21j从将由推定单元21h获得的值乘以“1/WF”而得到的值减去由推定单元21c获得的值，获得车辆100的簧上侧倾角 作为车辆100的簧上状态量。本实施方式的ECU1基于推定出的车辆100的簧下状态量及/或车辆100的簧上状态量，控制悬架装置10。

[0059] 接着，说明本实施方式的状态量推定单元21进行的车辆100的簧下状态量(ZAF、ZAR)及簧上状态量 的推定处理的详细内容。

[0060] 首先，根据本实施方式的车辆状态推定装置101进行的车辆状态量的推定涉及的理论公式详细地进行说明。轮胎旋转速度变动量ω可以通过下述“数学式6”算出。另外，轮胎旋转速度变动量ω是车轮2的旋转速度的变动量。轮胎旋转速度变动量ω是旋转速度相对于与当前的车速对应的车轮2的旋转速度的变动量，例如是由于路面输入、簧上的运行情况而产生的变动量。换言之，轮胎旋转速度变动量ω是相对于稳定移动的量的变动量(动态的变动量)。轮胎旋转速度变动量ω如以下参照图3的说明所示，可以通过车轮2的半径r和簧下的前后位移变动量XA如“数学式6”所示进行表示。

[0061] [数学式6]

[0062]

[0063] 图3中虚线所示的车轮2的位置是车轮2稳定地移动的情况下的车轮位置，例如是对应于车速决定的某预定时刻的车轮位置。实线所示的车轮2的位置表示预定时刻的实际的车轮位置。由于路面输入、操作输入，虚线所示的车轮位置和实线所示的车轮位置会产生车辆前后方向的位置的变动。该车辆前后方向上的车轮位置的变动与簧下的前后位移变动量XA对应。与簧下的前后位移变动量XA对应的车轮2的旋转角度的变动量β如图3所示能够近似于XA/r。轮胎旋转速度变动量ω是对旋转角度的变动量β进行微分而得到的值，因此能够如“数学式6”所示近似地求出。

[0064] 在此，对“数学式6”的右边的括号内的第一项进行说明。该第一项是车轴位置TC(参照图4)中的簧上的前后位移变动量XB的微分值。另外，车轴位置TC是指各车轮2的中心轴线上且车轮2的宽度方向的中央的点。车轴位置TC上的簧上的前后位移变动量XB能够作为图4所示的簧上(重心位置PG)的前后位移变动量XBG、基于图5所示的簧上纵倾角θBG的变动量与基于图6所示的簧上横摆角ΨBG的变动量之和来表示。

[0065] 如图4所示，在簧上沿着车辆前后方向进行位置变动的情况下，在车轴位置TC观察到的簧上的前后位移变动量XB中包含由簧上的车辆100的前后方向的位置变动产生的分量XBa。由该车辆100的前后方向的位置变动产生的分量XBa如下述式(1)所示，可以作为重心位置PG的簧上的前后位移变动量XBG表示。

[0066] XBa＝XBG…(1)

[0067] 如图5所示，在车辆100产生纵倾的情况下，在车轴位置TC观察到的簧上的前后位移变动量XB中包含由纵倾产生的分量XBb。由该纵倾产生的分量XBb基于簧上纵倾角θBG以下述式(2)表示。在此，H是车轴位置TC和重心位置PG在高度方向上的距离。

[0068] XBb＝－θBG×H…(2)

[0069] 如图6所示，在车辆100产生了横摆方向的运行情况(绕铅垂轴的旋转)的情况下，在车轴位置TC观察到的簧上的前后位移变动量XB中包含由横摆方向的运行情况产生的分量XBc。由横摆方向的运行情况产生的分量XBc基于簧上横摆角ΨBG以下述式(3)表示。在此，W是车宽方向上的重心位置PG和车轴位置TC的距离。

[0070] XBc＝ΨBG×W…(3)

[0071] 以上三个分量XBa、XBb、XBc之和是在车轴位置TC观察到的簧上的前后位移变动量XB。即，能够导出下述式(4)。

[0072] XB＝－θBG×H+XBG+ΨBG×W…(4)

[0073] 接着，对“数学式6”的右边的括号内的第二项进行说明。该第二项是与簧上和簧下的相对位移、即悬架装置10的上下行程相关的项。由于悬架装置10的行程，如图7所示，车轮2和作为簧上的车身3在上下方向上产生相对位移。在此，在悬架装置10相对于上下方向在车辆前后方向上倾斜的情况下，车轮2和车身3在车辆前后方向上也产生相对位移。簧上和簧下的前后位移变动量之差(XA-XB)可以由下述式(5)表示。

[0074] XA－XB＝αX(ZA－ZB)…(5)

[0075] 在此，ZA为簧下的上下位移变动量，ZB是车辆前后方向的车轴位置TC上的簧上的上下位移变动量，αX是悬架装置10的每单位行程量的簧上和簧下的车辆前后方向的相对位移量。

[0076] 根据上述“数学式6”以及上述式(1)至式(5)，可以导出下述“数学式7”。

[0077] [数学式7]

[0078]

[0079] 接着，参照图8和图9对簧下纵倾角θA进行说明。簧下纵倾角θA是簧下的纵倾角，表示簧下相对于路面的在车辆前后方向上的倾斜角。在车辆100中，存在由于悬架装置10的伸缩而簧上纵倾角θBG和簧下纵倾角θA不同的情况。换言之，簧下纵倾角θA包含与簧上纵倾角θBG对应的分量θAa和由悬架装置10的伸缩产生的分量θAb。

[0080] 如图8所示，与簧上纵倾角θBG对应的分量θAa与簧上纵倾角θBG相等。即，与簧上纵倾角θBG对应的分量θAa可以由下述式(6)表示。

[0081] θAa＝θBG…(6)

[0082] 图9中表示由于路面输入等而车辆100的前轮2FR、2FL的悬架装置10FR、10FL伸缩、后轮2RR、2RL的悬架装置10RR、10RL不伸缩的状态。由悬架装置10的伸缩产生的分量θAb如图9所示，可以由下述式(7)表示。

[0083] θAb＝－αθ(ZA－ZB)…(7)

[0084] 在此，αθ是悬架装置10的每单位行程量的簧下纵倾角。

[0085] 通过上述式(6)及式(7)，簧下纵倾角θA的角速度变动(簧下纵倾角θA的微分值)可以如下述“数学式8”进行表示。

[0086] [数学式8]

[0087]

[0088] 接着，对轮速变动量Δω进行说明。轮速变动量Δω是由轮速检测单元4检测出的轮速的变动量。轮速变动量Δω可以由下述“数学式9”表示。由轮速检测单元4检测出的轮速不仅包含由对于路面的前后方向的相对移动产生的旋转速度分量，还包含由簧下纵倾角θA的变化产生的旋转速度分量。即，轮速变动量Δω如“数学式9”所示，是轮胎旋转速度变动量ω和簧下纵倾角θA的角速度变动之差。ECU1具有轮速变动量推定单元，从由轮速检测单元4检测出的轮速除以与当前车速对应的轮速，算出轮速变动量Δω。

[0089] [数学式9]

[0090]

[0091] 当将上述“数学式7”、“数学式8”代入到“数学式9”时，能够导出下述“数学式10”。

[0092] [数学式10]

[0093]

[0094] 接着，对上下位移变动量进行说明。车轴位置TC上的簧上的上下位移变动量ZB可以由下述式(8)表示。下述式(8)的右边第一项是簧上的重心位置PG的上下位移变动量。另外，式(8)的右边第二项是由簧上的纵倾产生的上下位移变动量(近似值)。另外，式(8)的右边第三项是由簧上的侧倾产生的上下位移变动量(近似值)。

[0095]

[0096] 在此，L为车辆前后方向上的车轴位置TC与重心位置PG的距离(参照图4)， 为簧上侧倾角。另外，关于车轴位置TC与重心位置PG的距离L，前轮2FR、2FL的情况下的该距离LF和后轮2RR、2RL的情况下的该距离LR也可以是不同的值。

[0097] 关于上述式(8)，如果以右前轮2FR为例进行说明，则右前轮2FR的车轴位置TC的簧上的上下位移变动量ZB1可以通过在重心位置PG的上下位移变动量ZBG上加上或减去由簧上的纵倾产生的上下位移变动量和由簧上的侧倾产生的上下位移变动量而求出。例如，在簧上以前轮侧下沉的方式纵倾的情况下，从重心位置PG的上下位移变动量ZBG减去由簧上的纵倾产生的上下位移变动量(L×θBG)。另外，在簧上以车辆右侧下沉的方式侧倾的情况下，减去由簧上的侧倾产生的上下位移变动量

[0098] 与此相反，在簧上以前轮侧上浮的方式纵倾的情况下，向重心位置PG的上下位移变动量ZBG加上由簧上的纵倾产生的上下位移变动量(L×θBG)。另外，在簧上以车辆右侧上浮的方式侧倾的情况下，加上由簧上的侧倾产生的上下位移变动量 对于其他车轮2FL、2RR、2RL也能够同样地算出车轴位置TC上的簧上的上下位移变动量ZB。

[0099] 通过上述式(8)，车轴位置TC上的簧上的上下位移变动速度可以如下述“数学式11”进行表示。

[0100] [数学式11]

[0101]

[0102] 若从上述“数学式6”扩充到“数学式11”，通过矩阵对四轮量的轮速变动量进行表述，则可以得到下述“数学式12”。另外，矩阵“D”由下述“数学式13”表示，矩阵“G”由下述“数学式14”表示，矩阵“E”由下述“数学式15”表示，矩阵“F”由下述“数学式16”表示，矩阵“C”由下述“数学式17”表示。

[0103] [数学式12]

[0104]

[0105] [数学式13]

[0106]

[0107] [数学式14]

[0108]

[0109] [数学式15]

[0110]

[0111] [数学式16]

[0112]

[0113] [数学式17]

[0114]

[0115] 在此，Δω1为右前轮2FR的轮速变动量，Δω2为左前轮2FL的轮速变动量，Δω3为右后轮2RR的轮速变动量，Δω4为左后轮2RL的轮速变动量。即，各变量的下标1表示与右前轮2FR相关的值，下标2表示与左前轮2FL相关的值，下标3表示与右后轮2RR相关的值，下标4表示与左后轮2RL相关的值。

[0116] 其他变量如下所示。

[0117] ω1、ω2、ω3、ω4为右前、左前、右后、左后的各车轮2的轮胎旋转速度变动量。

[0118] θA1、θA2、θA3、θA4为右前、左前、右后、左后的各车轮2的位置的簧下纵倾角。

[0119] XA1、XA2、XA3、XA4为右前、左前、右后、左后的各车轮2的簧下前后位移变动量。

[0120] XB1、XB2、XB3、XB4为右前、左前、右后、左后的各车轮2的车轴位置TC上的簧上的前后位移变动量。

[0121] ZA1、ZA2、ZA3、ZA4为右前、左前、右后、左后的各车轮2的簧下的上下位移变动量。

[0122] ZB1、ZB2、ZB3、ZB4为右前、左前、右后、左后的各车轮2的车轴位置TC上的簧上的上下位移变动量。

[0123] YBG为簧上的重心位置PG的左右位移变动量。

[0124] rF为前轮2FR、2FL的半径。

[0125] rR为后轮2RR、2RL的半径。

[0126] LF为前轮2FR、2FL的车轴位置TC与重心位置PG的车辆前后方向的距离。

[0127] LR为后轮2RR、2RL的车轴位置TC与重心位置PG的车辆前后方向的距离。

[0128] WF为前轮2FR、2FL的车轴位置TC与重心位置PG的左右方向(车宽方向)距离。

[0129] WR为后轮2RR、2RL的车轴位置TC与重心位置PG的左右方向(车宽方向)距离。

[0130] HF为前轮2FR、2FL的车轴位置TC与重心位置PG的上下方向的距离。

[0131] HR为后轮2RR、2RL的车轴位置TC与重心位置PG的上下方向的距离。

[0132] αXF为悬架装置10FR、FL的每单位行程量的各前轮2FR、2FL的簧上和簧下的车辆前后方向的相对位移量。

[0133] αXR为悬架装置10RR、RL的每单位行程量的各后轮2RR、2RL的簧上和簧下的车辆前后方向的相对位移量。

[0134] αθF为悬架装置10FR、FL的每单位行程量的各前轮2FR、2FL的簧下纵倾角。

[0135] αθR为悬架装置10RR、RL的每单位行程量的各后轮2RR、2RL的簧下纵倾角。

[0136] 接着，若将上述“数学式12”展开，则能够获得下述“数学式18”。

[0137] [数学式18]

[0138]

[0139] 在此，Δω1至Δω4分别表示右前、左前、右后、左后的各车轮2的轮速。另外，矩阵“D”由上述“数学式13”表示，矩阵“G”由上述“数学式14”表示，矩阵“E”由上述“数学式15”表示，矩阵“F”由上述“数学式16”表示，矩阵“C”由上述“数学式17”表示。ZBG、θBG、XBG、YBG、ΨBG分别表示在六个方向上、即上下方向(ZBG)、簧上纵倾角方向(θBG)、车辆前后方向(XBG)、车辆左右方向(YBG)、簧上侧倾角方向 以及簧上横摆角方向(ΨBG)的各方向上的簧上的上下位移变动量。ZA1～ZA4分别表示右前FR、左前FL、右后RR、左后RL的各车轮的簧下的上下位移变动量。

[0140] 并且，根据上述“数学式18”所示的四轮量的轮速变动量{Δω1、Δω2、Δω3、Δω4}可以分别获得前轮位置的左右轮逆相的轮速“ΔωF＝(－Δω1+Δω2)/2”以及后轮位置的左右轮逆相的轮速“ΔωR＝(－Δω3+Δω4)/2”。

[0141] 前轮位置的左右轮逆相的轮速“ΔωF＝(－Δω1+Δω2)/2”是用右前FR的轮速Δω1与左前FL的轮速Δω2之差除以2得到的值，具体来说是用上述“数学式18”的四行的矩阵中从上数第一行和第二行之差除以2得到的值。后轮位置的左右轮逆相的轮速“ΔωR＝(－Δω3+Δω4)/2”是用右后RR的轮速Δω3与左后RL的轮速Δω4之差除以2得到的值，具体来说是用上述“数学式18”的四行的矩阵中从上数第三行和第四行之差除以2得到的值。

[0142] 在此，相对于左右轮逆相输入，ZBG＝θBG＝XBG＝0，并且考虑到直行时的ΨBG≈0，根据上述“数学式18”的第一行和第二行、第三行和第四行的差计算左右轮逆相分量时，可以得到下述“数学式19”。

[0143] [数学式19]

[0144]

[0145]

[0146] 具体来说，如果考虑左右轮逆相输入，则如上述“数学式18”所示，簧上的移动为6个{ZBG、θBG、XBG、YBG、 ΨBG}，但其中的3个{ZBG、θBG、XBG}不再产生。这是由于，如果考虑左右轮逆相输入，则车辆100的正中的位置无法上下移动，并且在纵倾方向上也不移动，在前后方向上也不移动。因此，关于上下方向(ZBG)、簧上纵倾角方向(θBG)、车辆前后方向(XBG)上的簧上的移动，可以认为是0。由此，由逆相输入产生的是车辆左右方向(YBG)、簧上侧倾角方向 以及簧上横摆角方向(ΨBG)的3个簧上的移动。另外，对于路面输入的四个方向的移动也非常微小，因此在簧上横摆角方向(ΨBG)上也可以视为0。因此，上述“数学式18”所示的簧上的移动的6个{ZBG、θBG、XBG、YBG、 ΨBG}中的4个{ZBG、θBG、XBG、ΨBG}为0。因此，前轮位置的左右轮逆相的轮速“ΔωF＝(－Δω1+Δω2)/2”以及后轮位置的左右轮逆相的轮速“ΔωR＝(－Δω3+Δω4)/2”分别可以如上述“数学式19”所示地进行表示。

[0147] 在上述“数学式19”中，未知数是 {(－ZA1+ZA2)/2}、{(－ZA3+ZA4)/2}这3个。在上述“数学式19”中，对于3个未知数存在两个式子，因此需要减少一个未知数，使其成为两个。

[0148] 前轮输入和后轮输入存在轴距L/车速U的输入时间差，因此若考虑到这一点，则在上述“数学式19”的未知数中，对于{(－ZA1+ZA2)/2}和{(－ZA3+ZA4)/2}，如下述“数学式20”所示，可以分别置换成“ZAF”和“ZAFe＾－(L/U·s)”。

[0149] [数学式20]

[0150]

[0151]

[0152] 其中、

[0153] 这样一来，在上述“数学式20”中，未知数是 和ZAF这2个。在上述“数学式20”中，对于两个未知数存在两个式子，因此根据上述“数学式20”求取各未知数时，前轮簧下上下速度的左右轮逆相分量ZAF、后轮簧下上下速度的左右轮逆相分量ZAR、簧上侧倾角速度分别由下述“数学式21”、“数学式22”、“数学式23”表示。其结果是，不使用车辆模型就能够推定簧下、簧上(侧倾)的状态量。

[0154] [数学式21]

[0155]

[0156] [数学式22]

[0157]

[0158] [数学式23]

[0159]

[0160] 如以上说明所示，状态量推定单元21利用用预定的前后轮的轴距L除以车速U而得到的值“L/U”，将表示前轮位置的左右轮逆相的轮速“ΔωF＝(－Δω1+Δω2)/2”及后轮位置的左右轮逆相的轮速“ΔωR＝(－Δω3+Δω4)/2”的上述“数学式19”变换为上述“数学式20”，作为左右轮逆相的轮速。并且，状态量推定单元21根据上述“数学式20”推定上述“数学式21”所示的车辆100的前轮簧下左右轮逆相上下位移“ZAF”以及上述“数学式22”所示的车辆100的后轮簧下左右轮逆相上下位移“ZAR”，作为簧下状态量。另外，状态量推定单元21推定上述“数学式23”所示的车辆100的簧上侧倾角 作为簧上状态量。

[0161] 这样一来，本实施方式的状态量推定单元21能够基于左右轮逆相的轮速“1/2·(ΔωR－ΔωL)”以及前后轮的轴距/车速“L/U”，推定簧下、簧上运行情况。该状态量推定单元21进行的推定方法是基于与由于车辆特性发生变化的簧上上下位移变动(ZBG)、簧上纵倾角(θBG)、簧上前后位移变动(XBG)不相关的左右轮逆相的轮速的推定方法，因此不管车辆特性如何变化，都能够高精度地推定簧下、簧上运行情况。实际上，能够通过上述“数学式21”推定“前轮簧下左右轮逆相上下位移”，通过上述“数学式22”推定“后轮簧下左右轮逆相上下位移”，通过上述“数学式23”推定“簧上侧倾角”。

[0162] 接着，对本实施方式涉及的车辆状态推定装置101进行的车辆状态的推定方法以及上述理论公式的对应关系等进行说明。若将上述理论公式“数学式21”、“数学式22”、“数学式23”与上述图2的框图建立对应关系，则如图10所示。

[0163] 在图10中的与“数学式21”对应的部分中，状态量推定单元21的推定单元21g从由状态量推定单元21的推定单元21c获得的值“{(－Δω1+Δω2)/2}·{1/(WF(αXF/rF－αθF))}”减去由状态量推定单元21的推定单元21f获得的值“{(－Δω3+Δω4)/2}·{1/(WR(αXR/rR－αθR))}”。并且，状态量推定单元21的推定单元21h将由推定单元21g获得的值乘以“1/{(1/WF)－(1/WR)e＾－L/U·s}”，获得车辆100的前轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAF)作为车辆100的簧下状态量。获得的车辆100的前轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAF)由上述“数学式21”所示。

[0164] 在图10中的与“数学式22”对应的部分中，状态量推定单元21的推定单元21i将由推定单元21h获得的值乘以“e＾－L/U·s”，获得车辆100的后轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAR)作为车辆100的簧下状态量。获得的车辆100的后轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAR)由上述“数学式22”所示。

[0165] 在图10中的与“数学式23”对应的部分中，状态量推定单元21的推定单元21j从由推定单元21h获得的值乘以“1/WF”而得到的值减去通过推定单元21c获得的值，获得车辆100的簧上侧倾角 作为车辆100的簧上状态量。获得的车辆100的簧上侧倾角
由上述“数学式23”所示。

[0166] 在本实施方式中，车辆状态推定装置101还具备装载状态推定单元，上述装载状态推定单元基于由上述状态量推定单元21推定出的前轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAF)、后轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAR)及簧上侧倾角 算出侧倾共振频率(ωn)及簧上状态量对簧下状态量的传递函数最大值(p)，并基于算出的侧倾共振频率(ωn)及传递函数最大值(p)，推定车辆100的装载状态。在本实施方式中，车辆100的装载状态包括装载量(M)、簧上重心高度(H)。

[0167] 具体来说，装载状态推定单元如下述“数学式24”所示，基于簧下左右轮逆相上下位移(ZAF、ZAR)以及簧上侧倾角 计算簧上对簧下(侧倾)的传递函数。

[0168] [数学式24]

[0169]

[0170] 在此，上述“数学式24”的左边的上方的项 表示仅仅由于前轮输入产生的车辆100的侧倾的移动。另外，上述“数学式24”的左边的下方的项
表示仅由于后轮输入产生的车辆100的侧倾的移动。上述“数学式24”的
左边的 表示偏微分符号。在上述“数学式24”所述的传递函数中，无论是前轮的路面输入还是后轮的路面输入，车辆100都会侧倾，因此以将这两个输入合成的方式通过重回归分析的式子表示车辆100的侧倾的移动。另外，上述“数学式24”所示的传递函数的计算概念基于文献“实际行驶时的车辆的重心地解析技术；吉见刚、香村伸吾、盐谷崇洋著；汽车技术会春季学会演讲会前刷集、69－13号、27－32页、2013年5月22日发行”。

[0171] 并且，装载状态推定单元根据由算出的上述“数学式24”所示的传递函数决定的传递函数的共振频率(ωn)、最大值(p)等与装载状态的关系来推定装载状态。在此，如图11所示，当装载量增加而重心高度提高时，侧倾共振频率(ωn)变低，当装载量减少而重心高度下降时，侧倾共振频率(ωn)变高。另外，如图12所示，当装载量增加而重心高度提高时，传递函数最大值(p)变小，当装载量减少而重心高度下降时，传递函数最大值(p)变大。若将图11及图12所示的侧倾共振频率(ωn)和传递函数最大值(p)与装载量(M)和重心高度(H)的关系数式化，则得到下述“数学式25”。

[0172] [数学式25]

[0173]

[0174]

[0175] 在此，在上述“数学式25”中，ωn表示侧倾共振频率，p表示传递函数最大值，M表示装载量，H表示簧上重心高度(与空车时的差)， 表示侧倾共振频率相对于装载量的灵敏度， 表示侧倾共振频率相对于重心高度的灵敏度， 表示
传递函数最大值相对于装载量的灵敏度， 表示传递函数最大值相对于重心高
度的灵敏度，ωn0表示空车时侧倾共振频率，p0表示空车时传递函数最大值。

[0176] 装载状态推定单元根据通过上述“数学式24”算出的传递函数的侧倾共振频率(ωn)和传递函数最大值(p)，利用上述“数学式25”，如下述“数学式26”所示，通过进行逆运算来推定装载量(M)和簧上重心高度(H)作为车辆100的装载状态。

[0177] [数学式26]

[0178]

[0179] 这样一来，本实施方式的装载状态推定单元能够基于根据前轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAF)、后轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAR)、簧上侧倾角 算出的侧倾共振频率(ωn)和簧上对簧下的传递函数最大值(p)来推定装载状态(装载量(M)和簧上重心高度(H))。因此，根据本实施方式，不需要使用追加的传感器等就能够根据检测出的轮速和车速高精度地推定车辆100的装载状态。

[0180] 另外，在本实施方式中，车辆控制装置102具备控制单元，上述控制单元基于由状态量推定单元21推定出的簧下状态量(前轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAF)、后轮簧下左右轮逆相上下位移(ZAR)及簧上状态量(簧上侧倾角 )来控制车辆100的悬架装置10。具体来说，控制单元如上所述基于由装载状态推定单元推定出的车辆100的装载状态(装载量(M)和簧上重心高度(H))来控制车辆100的悬架装置10。

[0181] 如以上说明所示，本实施方式的车辆状态推定装置101以及车辆控制装置102能够执行以下所示的车辆状态推定方法。

[0182] 车辆状态推定装置101及车辆控制装置102所执行的车辆状态推定方法包括：轮速检测步骤，检测车辆100的各车轮的轮速；车速检测步骤，检测车辆100的车速；及状态量推定步骤，根据基于在轮速检测步骤中检测出的各车轮的轮速的左右轮逆相的轮速、及用预定的前后轮的轴距除以在车速检测步骤中检测出的车辆100的车速而得到的值，推定车辆100的簧下状态量和/或簧上状态量。另外，车辆状态推定方法还具备装载状态推定步骤，基于在状态量推定步骤中推定出的前轮簧下左右轮逆相上下位移、后轮簧下左右轮逆相上下位移及簧上侧倾角，算出侧倾共振频率及簧上状态量对簧下状态量的传递函数最大值，并基于算出的侧倾共振频率及传递函数最大值，推定车辆100的装载状态。在本实施方式中，轮速检测单元4执行轮速检测步骤。状态量推定单元21执行状态量推定步骤。装载状态推定单元21执行装载状态推定步骤。

[0183] 在上述实施方式中，在理论公式中使用近似式，但可以替代近似式而使用更详细(高次)的式子。例如，也可以使用考虑了车轮2的轮胎的变形等的高次的式子。

[0184] 在上述实施方式中，作为控制单元的ECU1基于簧下状态量及簧上状态量来控制悬架装置10，但控制所使用的状态量并不限定于此。控制单元也可以基于簧下状态量及簧上状态量的至少任一方来控制悬架装置10。

[0185] 基于簧下状态量及/或簧上状态量的控制的对象也可以是悬架装置10以外的装置。基于车辆的运行情况控制的其他装置例如制动装置、加减速装置、转向装置也可以由控制单元控制。

[0186] 附图标记说明

[0187] 1   ECU

[0188] 2   车轮

[0189] 3   簧上(车身)

[0190] 4   轮速检测单元

[0191] 10  悬架装置

[0192] 11  减震器

[0193] 12  悬挂促动器

[0194] 21  状态量推定单元

[0195] 100 车辆

[0196] 101 车辆状态推定装置

[0197] 102 车辆控制装置

[0198] PG  重心位置

[0199] TC  车轴位置