车体速度推定设备 【技术领域】
本发明涉及车体速度推定设备，并具体而言涉及在针对如下所述的事实的情况下通过包括时间变化参数的观测器来推定横向车体速度、或者纵向车体速度和横向车体速度，所述事实是：在使横向车体速度、或者纵向车体速度和横向车体速度作为刚体运动方程(其中纵向车体速度和横向车体速度被视为状态量且横摆角速度被视为根据时间而变化且与状态量不相关的时间变化参数)的输入的情况下，该运动方程是可观测的控制对象。
背景技术
传统地，基于其中将轮胎的横向力描述为轮胎的滑移角的函数的横向车辆运动模型，来执行对与车体横向速度相对应的车体滑移角的推定。此车辆运动模型利用其中将横摆角速度和横向速度或滑移角作为状态量的运动方程。在大多数情况下，车辆运动模型构造有其输出为横摆角速度或横向加速度的观测器。
但是，实际车辆运动模型包括作为模型的、轮胎的滑移角和横向力之间的关系。因此，在其中实际车辆模型和所使用的车辆模型不一致的非线性区域中，需要通过校正装置进行复杂校正，例如对作为参数的转弯动力(cornering power)进行校正(日本专利申请早期公开(JP-A)No.62-83247)，或者切换为不使用模型的积分技术(JP-A No.8-332934)。
此外，用于推定车辆的不稳定行为的技术(“Development ofTechnique for Estimating Unstable Behavior of Vehicle”，Shiozawa等人，Society of Automotive Engineers of Japan，JSAE Paper No.20065708)公知作为传统的用于基于车体的纵向和横向运动来推定滑移角的技术。基于在车体处产生的加速度与离心加速度一致的假定，此技术是根据车体的纵向加速度的值和横向加速度的值来推定离心加速度的方向，并根据推定得到的离心加速度的方向来推定滑移角的技术。
但是，在前述JP-A No.62-83247和JP-A No.8-332934的技术中，不容易适当地执行上述复杂的校正。此外，如果积分方法持续较长时间段，则存在诸如由车内传感器的漂移误差影响推定和推定精度劣化等的之类的问题。
此外，在前述“Development of Technique for Estimating UnstableBehavior of Vehicle”，Shiozawa等人，Society of Automotive Engineers ofJapan，JSAE Paper No.20065708的技术中，因为不需要使用车辆运动模型，所以具有推定不受车辆在其上行驶的路面的影响的优势。但是，因为此技术假定在车体处产生的加速度与离心加速度一致，所以存在如下问题：在例如车辆的加速/减速等时产生除离心加速度以外的加速度的状况下，不能精确地推定滑移角。
【发明内容】
为克服上述问题进行了本发明，并且本发明的目的在于提供一种车体速度推定设备，其在不使用受到车辆在其上行驶的路面影响的车辆运动模型的情况下，通过基于将作为车体的刚体运动的纵向车体速度和横向车体速度用作状态量的运动方程来推定车体速度，无论车辆在其上行驶的路面如何变化，总是提供精确的推定。
为了实现上述目的，第一方面被构造为包括：姿态角推定装置，其对作为车体的相对于竖直轴的姿态角的侧倾角和俯仰角进行推定；纵向速度计算装置，其基于各个车轮的车轮速度对作为在车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度进行计算；以及车体速度推定装置，其通过利用所述纵向车体速度和作为在车辆横向上的车体速度的横向车体速度作为车辆运动的状态量，并基于车辆运动的纵向加速度、横向加速度和横摆角速度的各自的检测值，所述侧倾角和所述俯仰角的各个推定值，以及所述纵向车体速度的计算值与由所述横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积，来对所述横向车体速度进行推定。
此外，第二方面被构造为包括：姿态角推定装置，其对作为车体的相对于竖直轴的姿态角的侧倾角和俯仰角进行推定；纵向速度计算装置，其基于各个车轮的车轮速度对作为在车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度进行计算；以及车体速度推定装置，其通过利用所述纵向车体速度和作为在车辆横向上的车体速度的横向车体速度作为车辆运动的状态量，通过利用所述纵向车体速度的计算值与所述纵向车体速度的推定值之间的偏差和由横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积作为反馈量，并基于车辆运动的纵向加速度、横向加速度和横摆角速度的各自的检测值，所述侧倾角和所述俯仰角的各个推定值，以及所述偏差和由所述横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积，来对所述纵向车体速度和所述横向车体速度进行推定。
第一方面和第二方面构造了用作车体速度推定装置的观测器，其包括作为与状态量不相关的时间变化参数的横摆角速度，并针对如下事实：当其中纵向车体速度和横向车体速度被视为状态量而横摆角速度被视为与状态量不相关的时间变化参数的刚体运动方程以纵向车体速度和横向车体速度作为其输出时，该运动方程是可观测的控制对象。
此观测器基于如下运动方程构造而成：该运动方程在不使用受到车辆在其上行驶的路面影响的车辆运动模型的情况下，将用作车体的刚体运动的纵向车体速度和横向车体速度用作状态量。因此，在不受轮胎特性的波动等的影响的情况下，并且无论车辆在其上行驶的路面如何变化，无论行驶状态如何，总是可以实现对车体速度的精确推定。
此外，在构造其输出为纵向车体速度的观测器的情况下，通过使由车轮速度计算得到的纵向车体速度的计算值和在观测器处推定得到的纵向车体速度的推定值之间的偏差作为反馈量，相对于由于车载传感器的漂移导致的集成误差的效应仍可以实现良好的推定。
通过使得将纵向车体速度的计算值与纵向车体速度的推定值之间的偏差乘以由横摆角速度的绝对值获得的值(例如，与横摆角速度成正比的增益(其是所述绝对值的预定倍数的值))而得到的乘积作为反馈量，可以在不依赖于作为时间变化参数的横摆角速度的值的情况下，总是适当地实现观测器的极化配置。
在第一和第二方面中，可以通过利用车辆运动不会在停留在非线性区域很长时间的固有特性，来如下构造车体速度推定装置。
即，第一方面的车体速度推定装置可以被构造为通过将使所述横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值添加到所述状态量，并通过添加使所述横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值以及车辆转向角的检测值，来对所述横向车体速度进行推定。
此外，第二方面的车体速度推定装置可以被构造为通过将使所述横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值添加到所述状态量，通过将使所述横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值与由低通滤波处理获得的所述值的推定值之间的偏差添加到所述反馈量，并通过添加由低通滤波处理获得的所述值与由低通滤波处理获得的所述值的推定值之间的偏差以及车辆转向角的检测值，来对所述纵向车体速度和所述横向车体速度进行推定。
反馈发挥作用，使得通过利用车辆运动不会在停留在非线性区域很长时间的汽车固有特性(即，通过利用将横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值)构造观测器，来使观测器输出慢慢地(leisurely)遵循线性模型的输出。因此，车体滑移角的从线性模型的值偏离的现象受到抑制，并且即使在其中横摆角速度基本为0的车辆笔直行驶的状态下，也可以推定得到精确的横向车体速度，或推定得到精确的纵向车体速度和横向车体速度。
第三方面被构造为包括：姿态角推定装置，其对作为车体的相对于竖直轴的姿态角的侧倾角和俯仰角进行推定；纵向速度计算装置，其基于各个车轮的车轮速度对作为在车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度进行计算；以及车体速度推定装置，其通过利用所述纵向车体速度、作为在车辆横向上的车体速度的横向车体速度、以及通过使横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值作为车辆运动的状态量，并基于车辆运动的纵向加速度、横向加速度、横摆角速度和车辆转向角的各自的检测值，所述侧倾角和所述俯仰角的各个推定值，根据相对于路面的俯仰角推定值进行校正得到的所述纵向车体速度的计算值的校正值，通过根据所述俯仰角的推定值对所述纵向加速度的检测值进行校正获得的竖直车体速度的计算值，所述纵向车体速度的计算值的校正值与由所述横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积，通过使所述横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值，侧倾角速度的检测值或推定值，以及俯仰角速度的检测值或推定值，来对所述横向车体速度进行推定，其中所述相对于路面的俯仰角推定值是根据所述纵向加速度的检测值来推定得到的。
第四方面被构造为包括：姿态角推定装置，其对作为车体的相对于竖直轴的姿态角的侧倾角和俯仰角进行推定；纵向速度计算装置，其基于各个车轮的车轮速度对作为在车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度进行计算；以及车体速度推定装置，其通过利用所述纵向车体速度、作为在车辆横向上的车体速度的横向车体速度、以及通过使横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值作为车辆运动的状态量，通过利用第一偏差和由横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积以及第二偏差作为反馈量，并基于车辆运动的纵向加速度、横向加速度、横摆角速度和车辆转向角的各自的检测值，通过根据所述乘积、所述第二偏差和所述俯仰角的推定值校正所述纵向加速度的检测值获得的竖直车体速度的计算值，所述侧倾角和所述俯仰角的各个推定值，侧倾角速度的检测值或推定值，俯仰角速度的检测值或推定值，来对所述纵向车体速度和所述横向车体速度进行推定，其中，所述第一偏差是根据相对于路面的俯仰角推定值进行校正得到的所述纵向车体速度的计算值的校正值与所述纵向车体速度的校正值的推定值之间的偏差，所述相对于路面的俯仰角推定值是根据所述纵向加速度的检测值来推定得到的，所述第二偏差是通过使所述横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值与通过低通滤波处理获得的所述值的推定值之间的偏差。
第三方面和第四方面使用了根据相对于路面的俯仰角推定值进行校正得到的纵向车体速度的计算值的校正值，以及根据相对于路面的俯仰角推定值进行校正得到的竖直车体速度的计算值的校正值，所述相对于路面的俯仰角推定值是根据纵向加速度的检测值来推定得到的。因此，在观测器内，将竖直车体速度对车体纵向和横向的影响纳入考虑。由此，即使在相对于地面的俯仰角较大的情况(例如在上坡上加速时等)下，也可以提高推定精度。可以精确地推定横向车体速度，或者可以精确地推定纵向车体速度和横向车体速度。
本发明可以由使得计算机实现如下功能的程序来构造。第一程序使得计算机实现如下功能：对作为车体的相对于竖直轴的姿态角的侧倾角和俯仰角进行推定；基于各个车轮的车轮速度对作为在车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度进行计算；以及通过利用所述纵向车体速度和作为在车辆横向上的车体速度的横向车体速度作为车辆运动的状态量，并基于车辆运动的纵向加速度、横向加速度和横摆角速度的各自的检测值，所述侧倾角和所述俯仰角的各个推定值，以及所述纵向车体速度的计算值与由所述横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积，来对所述横向车体速度进行推定。
第二程序使得计算机实现如下功能：对作为车体的相对于竖直轴的姿态角的侧倾角和俯仰角进行推定；基于各个车轮的车轮速度对作为在车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度进行计算；以及通过利用所述纵向车体速度、作为在车辆横向上的车体速度的横向车体速度、以及通过使横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值作为车辆运动的状态量，并基于车辆运动的纵向加速度、横向加速度、横摆角速度和车辆转向角的各自的检测值，所述侧倾角和所述俯仰角的各个推定值，根据相对于路面的俯仰角推定值进行校正得到的所述纵向车体速度的计算值的校正值，通过根据所述俯仰角的推定值对所述纵向加速度的检测值进行校正获得的竖直车体速度的计算值，所述纵向车体速度的计算值的校正值与由所述横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积，通过使所述横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值，侧倾角速度的检测值或推定值，以及俯仰角速度的检测值或推定值，来对所述横向车体速度进行推定，其中所述相对于路面的俯仰角推定值是根据所述纵向加速度的检测值来推定得到的。
第三程序使得计算机实现如下功能：对作为车体的相对于竖直轴的姿态角的侧倾角和俯仰角进行推定；基于各个车轮的车轮速度对作为在车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度进行计算；以及通过利用所述纵向车体速度和作为在车辆横向上的车体速度的横向车体速度作为车辆运动的状态量，通过利用所述纵向车体速度的计算值与所述纵向车体速度的推定值之间的偏差和由横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积作为反馈量，并基于车辆运动的纵向加速度、横向加速度和横摆角速度的各自的检测值，所述侧倾角和所述俯仰角的各个推定值，以及所述偏差和由所述横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积，来对所述纵向车体速度和所述横向车体速度进行推定。
第四程序使得计算机实现如下功能：对作为车体的相对于竖直轴的姿态角的侧倾角和俯仰角进行推定；基于各个车轮的车轮速度对作为在车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度进行计算；以及通过利用所述纵向车体速度、作为在车辆横向上的车体速度的横向车体速度、以及通过使横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值作为车辆运动的状态量，通过利用第一偏差和由横摆角速度的检测值的绝对值获得的值的乘积以及第二偏差作为反馈量，并基于车辆运动的纵向加速度、横向加速度、横摆角速度和车辆转向角的各自的检测值，通过根据所述乘积、所述第二偏差和所述俯仰角的推定值对所述纵向加速度的检测值进行校正获得的竖直车体速度的计算值，所述侧倾角和所述俯仰角的各个推定值，侧倾角速度的检测值或推定值，俯仰角速度的检测值或推定值，来对所述纵向车体速度和所述横向车体速度进行推定，其中，所述第一偏差是根据相对于路面的俯仰角推定值进行校正得到的所述纵向车体速度的计算值的校正值与所述纵向车体速度的校正值的推定值之间的偏差，所述相对于路面的俯仰角推定值是根据所述纵向加速度的检测值来推定得到的，所述第二偏差是通过使所述横向加速度的检测值经历低通滤波处理获得的值与通过低通滤波处理获得的所述值的推定值之间的偏差。
此外，本发明可以被构造为存储上述程序中的至少一者的记录介质。
如上所述，本发明具有如下效果：因为在不使用受到车辆在其上行驶的路面影响的车辆运动模型的情况下并且基于将作为车体刚体运动的纵向速度和横向速度用作状态量的运动方程来构造观测器，所以无论车辆在其上行驶的路面如何变化，可以总是推定得到精确的车体速度。
【附图说明】
图1是示出第一示例实施例的车体速度推定设备的框图；
图2是示出本示例实施例的坐标系的解释图；
图3是示出在第一示例实施例中在不足转向时的推定结果的图；
图4是示出在第一示例实施例中在过度转向时的推定结果的图；
图5是示出第一示例实施例的修改示例的框图；
图6是示出第二示例实施例的车体速度推定设备的框图；
图7是在与第一示例实施例中的推定结果相比的情况下，示出在第二示例实施例中在行驶时同时变换车道的车体滑移角的推定结果的图；
图8是示出第二示例实施例的修改示例的框图；
图9是用于解释当相对于地面的俯仰角变大时竖直车体速度升高的状态的解释图；
图10是示出第三示例实施例的车体速度推定设备的框图；
图11是示出当在竖直车体速度为正值的下坡上相对于地面的俯仰角变大并且执行转向增大时车体滑移角的推定结果的图；
图12是示出第三示例实施例的修改示例的框图；并且
图13是示出在由程序实现第三示例实施例的情况下的处理的流程图。
【具体实施方式】
此后将参照附图详细描述本发明的示例实施例。如图1所示，在第一示例实施例的车体速度推定设备处设置有姿态角推定装置10和纵向速度计算装置12，姿态角推定装置10对作为车体的相对于竖直轴的姿态角的侧倾角和俯仰角进行推定，并且纵向速度计算装置12基于各个车轮的车轮速度对作为车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度U进行计算。
姿态角推定装置10可以被构造为包括：纵向车体速度推定装置，其基于各个车轮的车轮速度来对纵向车体速度进行推定；纵向/横向加速度状态量偏差计算装置，其基于纵向车体速度的推定值和与车辆运动的三轴加速度(其是纵向加速度、横向加速度和竖直加速度)和车辆运动的三轴角速度(其是侧倾角速度、俯仰角速度和横摆角速度)的检测值对应的传感器信号，对根据车辆的姿态角产生的纵向加速度状态量的偏差和横向加速度状态量的偏差进行计算；低通滤波器，其根据表示纵向加速度状态量的偏差的信号和表示横向加速度状态量的偏差的信号执行处理以仅使与所针对的运动相对应的信号通过；以及姿态角推定装置，其基于传感器信号、在低通滤波处理之后表示纵向加速度状态量的偏差的信号、以及在低通滤波处理之后表示横向加速度状态量的偏差的信号，对姿态角进行推定。
可以由与各个车辆相对应设置的车轮速度传感器来检测各个车轮的车轮速度。可以根据各个车轮的车轮速度，或者根据各个车轮的车轮速度和车轮速度的微分值，来对纵向车体速U进行推定。例如，在制动时，将四个车轮的车轮速度的最大值作为纵向车体速度U输出，并在驱动时，可以将被驱动车轮的车轮速度的平均值作为纵向车体速度U输出。根据车轮速度对车辆纵向上的车体速度进行推定的运算法则已经建立在ABS内，并且通常其信号被表示为Vs0。当使用此信号时，作为在车辆纵向上的车体速度的纵向车体速度U可以由Vs0表示。
此外，在本示例实施例的车体速度推定设备处设置有纵向/横向加速度检测装置14和横摆角速度传感器16，纵向/横向加速度检测装置14由分别检测作为车辆运动的xy轴加速度的横向加速度Gy和纵向加速度Gx的纵向/横向加速度传感器构造而成，横摆角速度传感器16检测横摆角速度R。如图2所示，x轴对应于车辆纵向，y轴对应于车辆侧向(横向)，并且z轴对应于车辆竖直方向。
姿态角推定装置10、纵向/横向加速度检测装置14、和横摆角速度传感器16连接到车体速度观测器18，车体速度观测器18用作根据将在下文描述的运动方程来推定并输出横向车体速度的推定值和纵向车体速度的推定值的车体速度推定装置。
横摆角速度传感器16连接到车体速度观测器18，并连接到绝对值计算装置20，绝对值计算装置20计算横摆角速度的绝对值。纵向速度计算装置12连接到减法器24，减法器24计算偏差，所述偏差与纵向车体速度的计算值减去纵向车体速度的推定值得到的值相等。减法器24连接到乘法器22，乘法器22计算由绝对值计算装置20计算得到的横摆角速度的绝对值和由减法器24计算得到的偏差的乘积。乘法器22连接到车体速度观测器18以将横摆角速度的绝对值和由减法器24计算得到的偏差的乘积作为反馈量进行反馈。
姿态角推定装置10、纵向速度计算装置12、绝对值计算装置20、乘法器22、减法器24和车体速度观测器18可以由实现各个装置和观测器等的功能的一个或多个计算机、或者一个或多个电子电路构造而成。
接着，将描述由车体速度观测器对车体速度(纵向车体速度和横向车体速度)的推定。对从固定于刚体并检测三轴加速度和三轴角速度的三轴传感器输出的传感器信号与运动状态量之间的关系进行表达的刚体运动方程可以如下描述。
U·+QW-RV=gsinθ+Gx---(1)]]> V·+RU-PW=-gcosθsinφ+Gy---(2)]]> W·+PV-QU=-gcosθcosφ+Gz---(3)]]> φ·=P+Qsinφtanθ+Rcosφtanθ---(4)]]> θ·=Qcosφ-Rsinφ---(5)]]> 在以上公式中，Gx：纵向加速度，Gy：横向加速度，Gz：竖直加速度，P：侧倾角速度，Q：俯仰角速度，R：横摆角速度，U：纵向车体速度，V：横向车体速度，W：竖直车体速度，φ：侧倾角，θ：俯仰角，g：重力加速度。注意，这里，坐标系被描述为右手坐标系，其中车体的向上方向是z轴的正方向，并且由欧拉角(Euler angle)表示这些角(见图2)。
在本示例实施例中，由姿态角推定装置10推定车体的姿态角(即，车体相对于竖直轴的侧倾角和俯仰角)，并基于这些姿态角已知的假定来推定纵向车体速度U和横向车体速度V。可以根据纵向车体速度U和横向车体速度V之间的关系，基于以下公式(6)来获得车体滑移角β。
β=tan-1VU---(6)]]> 接着将描述传统的对车体滑移角的推定。传统地，当由观测器推定车体滑移角时，通常，忽略纵向车体速度的动力学特性，并使用假定竖直车体速度为0的以下公式(7)和(8)的车辆运动模型。
V·=-cf+crmUV-(U+cflf+crlrmU)R+cfmδf-gcosθφsin---(7)]]> R·=-cflf-crlrIzUV-cflf2+crlr2IzUR+cfIzδf---(8)]]> 在以上公式中，m：车辆质量，cf、cr：前后车轮转弯动力，lf、lr：纵轴和重心之间的距离，δf：前轮的实际转向角，Iz：绕z轴的惯性矩。
公式(7)是被描述为使得可用转弯力模型代替公式(2)的横向加速度Gy的运动方程。公式(8)是与横摆角速度相关并通过使用转弯力模型来描述的运动方程。
通过以此方式由包括转弯力特性的模型进行描述，可以对其输出为横摆角速度R的可观测系统进行描述，并且可以构造对横向车体速度进行推定的观测器。
但是，这里推定得到的横向车体速度基于公式(7)和公式(8)实现的前提，并存在待解决的问题，即在其中滑移角较大的非线性区域或者在转弯动力变化的低μ路面上不能获得精确的推定。
为了解决此问题，用于执行非线性判断或者切换为伪积分方法等的技术已经得到了考虑。但是，如此后将描述的，本示例实施例考虑了不利用与轮胎产生力相关的模型的观测器结构。
传统地，忽略一些动力学特性的以上公式(1)包括横向车体速度V的项，可以通过利用此横向车体速度来构造观测器。这里，横摆角速度被视为独立参数，并且公式(1)和公式(2)如下调整。注意，与传统相同的方式，将竖直车体速度假定为0，
ddtUV=0R-R0·UV+gsinθ+Gx-gcosθsinφ+Gy---(9)]]> 此外，考虑到系统的输入是纵向车体速度U，即由以公式(10)表示，公式(9)和公式(10)成为可观测系统。
y=10·UV---(10)]]> 注意，如先前解释的，通过ABS的推定车体速度Vs0来获得纵向车体速度U。因此，例如，观测器增益K由以下公式(11)表达，公式(11)包括由横摆角速度的绝对值获得的值。
K=1.4|R|0---(11)]]> 当观测器增益如上表达时，观测器由以下运动方程来表达。
ddtx~=0R-R0·x~+gsinθ+Gx-gcosθsinφ+Gy+K·(y-y~)---(12-1)]]> =(0R-R0-K·10)·x~+gsinθ+Gx-gcosθsinφ+Gy+K·y---(12-2)]]> =(0R-R0-1.4|R|0·10)·x~+gsinθ+Gx-gcosθsinφ+Gy+1.4|R|0·y---(12-3)]]> =-1.4|R|R-R0·x~+gsinθ+Gx-gcosθsinφ+Gy+1.4|R|0·U---(12-4)]]> -1.4|R|R-R0·U~V~+gsinθ+Gx-gcosθsinφ+Gy+1.4|R|0·U---(12-5)]]> 因此，可以构造稳定的观测器(具有ω＝|R|rad/s的二阶巴特沃斯极)，在该观测器中，纵向车体速度的计算值和纵向车体速度的推定值之间的偏差与由横摆率角速度的绝对值获得的观测增益的乘积是反馈量。
如图1所示的第一示例实施例通过使用以上公式(12-1)来推定纵向车体速度和横向车体速度。在本示例实施例中，使纵向车体速度和横向车体速度成为观测器的状态量，并且通过使用从纵向车体速度的计算值减去纵向车体速度的推定值(观测器输出)获得的偏差，横摆角速度R的绝对值，由姿态角推定装置10推定得到的侧倾角φ和俯仰角θ，在纵向/横向加速度检测装置14处检测得到的纵向加速度Gx和横向加速度Gy，以及在横摆角速度传感器16处检测得到的横摆角速度R，来推定纵向车体速度和横向车体速度。
接着将基于实验数据来描述通过上述观测器进行滑移角推定的效果。图3示出了在过度转向时的推定结果，图4示出了在不足转向时的推定结果。在图3的过度转向时的推定结果中，在转弯时，滑移角增大并且在纵向上的速度降低。在本示例实施例中，即使在伴随着这种纵向上的速度的改变的状况下，因为精确地推定了纵向车体速度和横向车体速度，所以仍推定得到精确的车体滑移角。
在本示例实施例中，基于对车体的刚体运动进行描述的纵向和横向上的两个运动方程来构造观测器。因此，可以分立地推定纵向速度的加速度/减速度(其是在纵向上的加速/减速的状态量)以及横向速度的升高量/降低量(其是横向的状态量)。因此，即使在伴随着加速/减速的车辆运动的情况下，也可以精确地推定横向速度。
接着将描述上述第一示例实施例的修改示例。在此修改示例中，通过使用以上公式(12-5)来推定横向车体速度。因此，在图示第一示例实施例的图1中用于计算反馈量的减法器24被省略，并且如图5所示，纵向速度计算装置12直接连接到乘法器22。在乘法器22处，计算横摆角速度R的绝对值与纵向车体速度U的计算值的乘积。在车体速度观测器18处根据以上公式(12-5)来推定横向车体速度。
接着将描述本发明的第二示例实施例。上述第一示例实施例的运算法则具有如下特征：通过刚体的纵向和横向运动方程来构造其输出为纵向速度(纵向车体速度)的观测器。但是，在本示例实施例中，为了提高尤其是在作为时间变化参数的横摆角速度较小时的精度，“车辆运动不会停留在非线性区域很长时间”的汽车固有特性将用在观测器的反馈输出中。
这里，因为将“车辆运动不会停留在非线性区域很长时间”的固有特性添加到观测器的约束条件，所以将其中由以下公式(13)(其表达了“在横向上的轮胎产生力的测量值＝模型值”)表达的公式的两边均经历低通滤波处理的关系添加到系统。
Gy=-cf+crmVs0V-cflf-crlrmVs0R+cfmδf---(13)]]> 在以上公式中，m：车辆质量，cf、cr：前后车轮转弯动力，lf、lr：纵轴和重心之间的距离，δf：前轮的实际转向角。此时，通过对右边进行低通滤波处理而获得的状态量，即通过对横向减速度的检测值进行低通滤波处理而获得的值被新添加到观测器的状态量。这里，此状态量是横向加速度滤波推定值此时，观测器可以如下描述。
ddtU~V~gyf~=0R0-R000-cf+crmVs0τy-1τy·U~V~gyf~+gsinθ+Gx-gcosθsinφ+Gy-cflf-crlrmVs0τyR+cfmτyδf+K·(y-y~)---(14)]]> y~=100001·U~V~gyf~---(15)]]> y=Vs0gyf---(16)]]> 在以上公式中，gfy是在使横向加速度Gy经历以下滤波处理之后的值。
ddtgyf=-1τygyf+1τyGy---(17)]]> 在以上公式中，τy表示在以上(13)中被纳入考虑的低通滤波器的从数秒到大于或等于数十秒的时间常数。
此外，观测器增益可以由以下公式(18)来表达。
K=1.4|R|00Kv0Kg---(18)]]> 在以上公式中，Kv、Kg是常数。
因此，可以如图6所示构造第二示例实施例，第二示例实施例利用了根据以上公式(14)的运动方程来推定纵向车体速度和横向车体速度的观测器。
将在下文描述第二示例实施例。注意，图6中的与图1对应的部分由相同的附图标记表示，并且省略其说明。
在本示例实施例中，为了根据以上公式(13)对横向加速度的检测值进行低通滤波处理，使用如下所述构造的纵向加速度检测装置14A和横向加速度检测装置14B来代替第一示例实施例的纵向/横向加速度检测装置14：由检测纵向加速度的纵向加速度传感器来构造纵向加速度检测装置14A，并且由检测横向加速度的横向加速度传感器来构造横向加速度检测装置14B。低通滤波器26连接到横向加速度检测装置14B，以对横向加速度Gy的检测值进行低通滤波处理。
低通滤波器26连接到减法器28，减法器28通过从使横向加速度Gy经历低通滤波处理获得的低通滤波处理值减去低通滤波处理值的推定值(使横向加速度经历低通滤波处理获得的值的推定值)来计算偏差。减法器28连接到车体速度观测器18，以将通过从低通滤波处理值减去低通滤波处理值的推定值获得的偏差作为反馈量输入。
此外，由对前轮的实际转向角δf进行检测的转向角传感器构造成的转向角检测装置29连接到车体速度观测器18。
根据公式(14)，车体速度观测器18计算横向车体速度的推定值、纵向车体速度的推定值、以及低通滤波处理值的推定值。
为了示出第二示例实施例的效果，图7示出了与第一示例实施例的推定结果相比，在行驶的同时变换车道的情况下车体滑移角推定的结果。
在横摆角速度变为较大值时的车道变换期间，在第一示例实施例和第二示例实施例两者中均能够精确地推定车体滑移角。但是，可以理解的是，在横摆角速度基本为0时的笔直行驶的状态下，在第一示例实施例中观测器的反馈不起作用，并且推定值的误差逐渐增大。
相反，在第二示例实施例中，通过利用“车辆运动不会停留在非线性区域很长时间”的汽车固有特性，反馈发挥作用，使得观测器输出慢慢地(leisurely)遵循线性模型的输出。结果，从车体滑移角的线性模型的值偏离的现象得到抑制，并且在笔直行驶的状态下也输出车体滑移角的精确值。
接着将参照图8描述第二示例实施例的修改示例。
在将公式(18)纳入考虑的情况下，公式(14)可以如以下公式(19)所述。
ddtU~V~gyf~=-1.4|R|R0-R0-Kv0-cf+crmVs0τy-1τy-Kg·U~V~gyf~+gsinθ+Gx-gcosθsinφ+Gy-lfcf-lrcrmVs0τyR+cfmτyδf]]> +1.4|R|00Kv0Kg·y---(19)]]> 此修改示例通过利用以上公式(19)来推定横向车体速度。表示第二示例实施例的图6中的减法器24和减法器28被省略。如图8所示，纵向速度计算装置12连接到乘法器22，并且低通滤波器26直接连接到车体速度观测器18。车体速度观测器18根据以上公式(19)来推定横向车体速度。
接着将描述本发明的第三示例性实施例。上述第二示例实施例的运算规则即使在伴随着加速/减速的情况下也可以根据精确的纵向车体速度和横向车体速度来推定精确的车体滑移角。但是，在上坡等上加速时，存在如下担心：在相对于地面的俯仰角较大的区域中，推定精度劣化。这是因为如图9所示，当相对于地面的俯仰角θe变为较大时，竖直车体速度W升高，并且公式(1)的QW和公式(2)的PW不再可忽略。
这里，如果悬架的俯仰刚度是kp并且忽略与俯仰运动相关的动力学特性，则获得以下相对于俯仰力矩的平衡的等式。
-hmGx＝kpθe (20)
这里，m：车辆质量，h：重心高度，G：纵向加速度的检测值的传感器信号。这描述了，对由轮胎的纵向力产生的俯仰力矩进行表达的公式(20)的左侧与对由悬架竖直力产生的俯仰力矩进行表达的右侧相平衡。根据公式(20)，相对于地面的俯仰角可以由以下公式(21)来描述。
θe=-hmkpGx---(21)]]> 此外，可以分别如以下公式(22)和公式(23)所述的那样，通过利用相对于地面的俯仰角θe，来对纵向车体速度U和竖直车体速度W进行校正。
U=Vs0cosθe=Vs0cos(hmkpGx)---(22)]]> W=Vs0sinθe=-Vs0sin(hmkpGx)---(23)]]> 这里，以与第二示例实施例相同的方式，将“车辆运动不会停留在非线性区域很长时间”的汽车固有特性添加到约束条件。因此，其中使表示“在横向上的轮胎产生力的测量值＝模型值”的以下公式(24)的两侧经历低通滤波处理的关系被添加到系统。
Gy=-cf+crmVs0V-cflf-crlrmVs0R+cfmδf---(24)]]> 在以上公式中，在不忽略竖直车体速度W的情况下，通过利用公式(1)与公式(2)之间的关系来构造观测器。以与第二示例实施例相同的方式，将通过对右侧进行低通滤波处理获得的状态量新添加到观测器的状态量。这里，此状态量是横向加速度滤波推定值此时，可以如以下公式(25)的运动方程所示来描述观测器。
ddtU~V~gyf~=0R0-R000-cf+crmVs0τy-1τy·U~V~gyf~+-QW~gsinθ+GxPW~-gcosθsinφ+Gy-lfcf-lrcrmVs0τy+cfmτyδf]]> +K·(y-y~)---(25)]]> y~=100001·U~V~gyf~---(26)]]> y=Vs0cosθegyf---(27)]]> 在以上公式中，gfy是在使横向加速度Gy经历以下滤波处理之后的值。
ddtgyf=-1τygyf+1τyGy---(28)]]> 此外，观测器增益可以由以下公式(29)来表达。
K=1.4|R|00Kv0Kg---(29)]]> 在以上公式中，Kv、Kg是常数。
第三示例实施例利用根据以上公式(25)来推定纵向车体速度和横向车体速度的观测器，并将参照图10进行描述。注意，图10中的与图6对应的部分由相同的附图标记表示，并且省略其说明。
由检测车辆的侧倾角速度的侧倾角速度传感器构造的侧倾角速度检测装置30、以及由检测车辆的俯仰角速度的俯仰角速度传感器构造的俯仰角速度检测装置32连接到本示例实施例的车体速度观测器18。注意，可以使用推定侧倾角速度的侧倾角速度推定装置来代替侧倾角速度检测装置，并且可以使用推定俯仰角速度的俯仰角速度推定装置来代替俯仰角速度检测装置。
在本示例实施例中，构造了利用竖直车体速度的检测值的观测器，这与上述示例实施例不同。因此，设置了根据相对于地面的俯仰角和纵向车体速度来计算竖直车体速度的计算装置。
此外，纵向加速度检测装置14A经由根据以上公式(21)来推定相对于地面的俯仰角θe的相对于地面俯仰角推定装置34，而连接到校正值计算装置36，校正值计算装置36基于在纵向速度计算装置12处计算得到的纵向车体速度Vs0并基于相对于地面的俯仰角θe，根据以上公式(22)来计算纵向车体速度的校正值，并根据以上公式(23)来计算竖直车体速度。
校正值计算装置36连接到车体速度观测器18，以将由纵向车体速度计算得到的竖直车体速度输入到车体速度观测器18，并连接到减法器38，减法器38对纵向车体速度的校正值减去纵向车体速度的校正值的推定值得到的偏差进行计算。减法器38连接到乘法器22，乘法器22对横摆角速度R的绝对值和减法器38处计算得到的偏差的乘积进行计算。
在本示例实施例中，根据以上公式(25)来推定纵向车体速度和横向车体速度。
图11是示出在竖直车体速度是正值的下坡上执行增大转向时车体滑移角的推定结果的图。作为比较，还示出了根据第一示例实施例的推定结果。在此行驶状态下，侧倾角速度和竖直车体速度两者均为正值，因此，这些值的乘积也为正值。与第一示例实施例中的推定公式相比，在第三实施例中，横向车体速度推定公式计算为在正向上大了以下量的值：该量将侧倾角速度和竖直车体速度的乘积纳入考虑而得到。可以理解的是，结果，可以计算得到与实际值接近的推定值。
接着将参照图12描述第三示例实施例的修改示例。将以上公式(29)纳入考虑，公式(25)可以如下所述。
ddtU~V~gyf~=-1.4|R|R0-R0-Kv0-cf+crmVs0τy-1τy-Ks·U~V~gyf~+-QW~+gsinθ+GxPW~-gcosθsinφ+Gy-lfcf-lrcrmVs0τyR+cfmτyδf]]> +1.4|R|00Kv0Kg·y---(25)]]> 此修改示例通过利用以上公式(30)来推定横向车体速度。示出了第三示例实施例的图10中的减法器38和减法器28被省略。如图12所示，校正值计算装置36连接到乘法器22，并将纵向车体速度的计算值的校正值输入到乘法器22，并且低通滤波器26直接连接到车体速度观测器18。在车体速度观测器18处根据以上公式(30)来推定横向车体速度。
以上第一示例实施例描述了姿态角推定装置10、纵向速度计算装置12、绝对值计算装置20、乘法器22、减法器24和车体速度观测器18可以由实现各个装置和观测器等的功能的一个或多个计算机或者一个或多个电子电路构造而成。以与第一示例实施例相同的方式，第二示例实施例和第三示例实施例也可以由实现低通滤波器、包括相对于地面俯仰计算装置和校正值计算装置在内的各个装置、和观测器等的功能的一个或多个计算机或者一个或多个电子电路构造而成。
在以上第三示例实施例中，可以用计算机实现姿态角推定装置10、纵向速度计算装置12、绝对值计算装置20、相对于地面俯仰角推定装置34、校正值计算装置36和车体速度观测器18的各个装置的功能。根据通过计算来推定横向车体速度和纵向车体速度的程序而进行的信息处理可以由如图13的流程图所示的处理来实现。
注意，使计算机实现第一至第三示例实施例的各个装置或者第一和第二示例实施例的修改示例的各个装置的功能的程序可以由与如图13的流程图所示的处理相似的处理来实现，因此省略其说明。
计算机由通过总线彼此连接的CPU、ROM和RAM以及在需要时连接的HDD构造而成。通过计算来推定横向车体速度和纵向车体速度的程序被记录在ROM中或与计算机的CPU连接的HDD等的记录介质上。
为了描述这些处理，在步骤100，如上所述，获取分别由纵向加速度检测装置14A、横向加速度检测装置14B、横摆角速度传感器16、侧倾角速度检测装置30、俯仰角速度检测装置32和转向角检测装置29检测得到的纵向加速度、横向加速度、三轴角速度(横摆角速度、侧倾角速度、俯仰角速度)和转向角。在接下来的步骤102，通过执行与姿态角推定装置10相似的计算，来推定侧倾角和俯仰角的各自推定值。在步骤104，通过执行与纵向速度计算装置12相似的计算来计算纵向车体速度。
在接下来的步骤106，通过利用纵向加速度的检测值，根据以上公式(21)来计算相对于地面的俯仰角θe。在步骤108，通过利用计算得到的相对于地面的俯仰角θe，根据以上公式(22)来校正纵向车体速度的检测值，并且根据公式(23)来计算竖直车体速度的检测值。
在随后的步骤110，对在横向加速度检测装置14B处检测得到的横向加速度的检测值进行低通滤波处理。在接下来的步骤112，通过利用在步骤100获取的检测值以及在前述各个步骤计算得到的值，根据以上公式(25)来计算通过使纵向车体速度、横向车体速度和横向加速度的检测值经历低通滤波处理而获得的各个值的推定值。
可以通过利用当前纵向车体速度的计算值和前次纵向车体速度的推定值，来计算纵向车体速度的计算值与纵向车体速度的推定值的偏差。
此外，如上所述的图5、图8和图12分别是图1、图6和图10的修改方案。在图5、图8和图12中相似地，也将纵向速度用作反馈量。