(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-02
(45)【発行日】2023-11-13
(54)【発明の名称】車両制御装置
(51)【国際特許分類】
B60L 15/20 20060101AFI20231106BHJP
G01M 17/007 20060101ALI20231106BHJP
G01M 1/12 20060101ALI20231106BHJP
【ＦＩ】
B60L15/20 J
G01M17/007 Z
G01M1/12
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020070186
(22)【出願日】2020-04-09
(65)【公開番号】P2021168532
(43)【公開日】2021-10-21
【審査請求日】2023-02-03
(73)【特許権者】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】片山 想太郎
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 貴廣
(72)【発明者】
【氏名】松原 満
【審査官】佐々木 淳
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１５２９２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０９６９７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２５３９７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３５０４６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１２３８９５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６０Ｌ １／００－５８／４０
Ｇ０１Ｍ １７／００７
Ｇ０１Ｍ １／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の車輪と、各車輪にトルクを発生させるトルク発生器と、各車輪の回転角を測定する回転角測定器と、を有する車両に搭載された車両制御装置であって、
前記トルク発生器にトルク指令を送信するトルク指令器と、
前記車両の車両パラメータを推定する推定器と、を具備し、
前記推定器は、前記車両パラメータ、前記トルク、および、前記回転角の関係に関する推定マップまたは関係式を記憶しており、前記車輪に発生させたトルクと、そのときの前記車輪の回転角と、前記推定マップまたは前記関係式に基づいて、前記車両パラメータを推定するものであり、
前記車両パラメータは、前記車両の重心位置であり、
前記複数の車輪は、左前輪、右前輪、左後輪、右後輪であり、
前記トルク指令器は、前記左前輪と前記右前輪のトルク発生器に同方向の回転を生じさせるトルク指令を送信するとともに、前記左後輪と前記右後輪のトルク発生器に逆方向の回転を生じさせるトルク指令を送信し、
前記推定器は、前輪の回転角と後輪の回転角に基づいて、前記車両の前後方向の重心位置を推定することを特徴とする車両制御装置。
【請求項2】
複数の車輪と、各車輪にトルクを発生させるトルク発生器と、各車輪の回転角を測定する回転角測定器と、を有する車両に搭載された車両制御装置であって、
前記トルク発生器にトルク指令を送信するトルク指令器と、
前記車両の車両パラメータを推定する推定器と、を具備し、
前記推定器は、前記車両パラメータ、前記トルク、および、前記回転角の関係に関する推定マップまたは関係式を記憶しており、前記車輪に発生させたトルクと、そのときの前記車輪の回転角と、前記推定マップまたは前記関係式に基づいて、前記車両パラメータを推定するものであり、
前記車両パラメータは、前記車両の重心位置であり、
前記複数の車輪は、左前輪、右前輪、左後輪、右後輪であり、
前記トルク指令器は、前記左前輪と前記左後輪のトルク発生器に同方向の回転を生じさせるトルク指令を送信するとともに、前記右前輪と前記右後輪のトルク発生器に逆方向の回転を生じさせるトルク指令を送信し、
前記推定器は、左輪の回転角と右輪の回転角に基づいて、前記車両の左右方向の重心位置を推定することを特徴とする車両制御装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置において、前記推定器は、前記トルク指令が指定するトルクを用いて、推定処理を実施することを特徴とする車両制御装置。
【請求項4】
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置において、前記トルク発生器がモータである場合、
前記推定器は、前記モータに流れる電流値から演算したトルクを用いて、推定処理を実施することを特徴とする車両制御装置。
【請求項5】
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置において、前記車両が停止中であり、かつ、電源スイッチがオンされた場合に、
前記トルク指令器による前記トルク指令の送信と
前記回転角測定器による前記車輪の回転角の測定と、
前記推定器による前記車両パラメータの推定を実施することを特徴とする車両制御装置。
【請求項6】
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置において、前記車両が停止中であり、かつ、走行開始指令を検知した場合に、
前記トルク指令器による前記トルク指令の送信と
前記回転角測定器による前記車輪の回転角の測定と、
前記推定器による前記車両パラメータの推定を実施することを特徴とする車両制御装置。
【請求項7】
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置において、前記車両が停止中であり、かつ、ドアの開閉を検知した場合に、
前記トルク指令器による前記トルク指令の送信と
前記回転角測定器による前記車輪の回転角の測定と、
前記推定器による前記車両パラメータの推定を実施することを特徴とする車両制御装置。
【請求項8】
複数の車輪と、各車輪にトルクを発生させるトルク発生器と、各車輪の回転角を測定する回転角測定器と、を有する車両に搭載された車両制御装置であって、
前記トルク発生器にトルク指令を送信するトルク指令器と、
前記車両の車両パラメータを推定する推定器と、を具備し、
前記推定器は、前記車両パラメータ、前記トルク、および、前記回転角の関係に関する推定マップまたは関係式を記憶しており、前記車輪に発生させたトルクと、そのときの前記車輪の回転角と、前記推定マップまたは前記関係式に基づいて、前記車両パラメータを推定するものであり、
さらに、前記車輪を制動する制動装置を有しており、
前記推定器は、特定の車輪にトルクを発生させ、他の車輪を制動したときの、前記車輪
の回転角に基づいて、前記車両パラメータを推定することを特徴とする車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両重量と重心位置を推定する車両制御装置、車両制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
高度な車両制御の実現には、その前提として、車両重量や重心位置等の様々な車両パラメータの正確な推定が必要である。しかし、車両重量や重心位置は、搭乗者や貨物の状況に応じて逐次変動する車両パラメータであるため、モデルベースの車両制御の実現には、車両重量と重心位置を逐次推定する必要がある。
【0003】
車両重量や重心位置を逐次測定する方法として、例えば、特許文献１に開示されている方法がある。この方法では、エアサスペンションによって車両の前後方向の勾配を調整し、勾配センサと前軸および後軸にそれぞれ備え付けられた軸重計によって車両重量と重心位置を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１１－９９６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、同文献の手法は、エアサスペンション、勾配センサ、軸重計を必要とするが、これらは必ずしもすべての車両に搭載されているものではない。
【0006】
本発明は、エアサスペンション、勾配センサ、軸重計を搭載しない、一般的な車両においても、車両重量と重心位置を推定できる車両制御装置、および、車両制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明の車両制御装置は、複数の車輪と、各車輪にトルクを発生させるトルク発生器と、各車輪の回転角を測定する回転角測定器と、を有する車両に搭載された車両制御装置であって、前記トルク発生器にトルク指令を送信するトルク指令器と、前記車両の車両パラメータを推定する推定器と、を具備し、前記推定器は、前記車両パラメータ、前記トルク、および、前記回転角の関係に関する推定マップまたは関係式を記憶しており、前記車輪に発生させたトルクと、そのときの前記車輪の回転角と、前記推定マップまたは前記関係式に基づいて、前記車両パラメータを推定するものとした。
【0008】
また、本発明の車両制御方法は、複数の車輪を有する車両の車両パラメータを推定する車両制御方法であって、前記車輪にトルクを発生させるトルク発生ステップと、前記車輪の回転角を測定する回転角測定ステップと、前記トルクと前記回転角に基づいて、前記車両パラメータを推定する車両パラメータ推定ステップと、を有するものとした。
【発明の効果】
【0009】
本発明の車両制御装置によれば、エアサスペンション、勾配センサ、軸重計を搭載しない、一般的な車両においても、車両重量や重心位置を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】車両の要部構成を示す平面図。
【図3】車両重量と重心位置を推定する処理のフローチャート。
【図4A】トルクと回転角から重心位置を推定するためのマップ。
【図4B】トルクと回転角から車両重量を推定するためのマップ。
【図5】トルク無発生時の車両に作用する力を示す側面図。
【図6】トルク発生時の車両に作用する力を示す側面図
【図7】車両重量及び重心位置の推定処理のフローチャート。
【図8】車両重量及び重心位置の推定処理のフローチャート。
【図9】トルク無発生時の車両に作用する力を示した前面図。
【図10】トルク無発生時の車両に作用する力を示した上面図。
【図11】トルク発生時の車両に作用する力を示した前面図。
【図12】トルク発生時の車両に作用する力を示した上面図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。
【実施例1】
【0012】
【0013】
＜車両１の基本構成＞
まず、車両１の基本構成について、図１と図２を参照して説明する。図１における、ｆｌ、ｆｒ、ｒｌ、ｒｒは、左前輪、右前輪、左後輪、右後輪に対応した構成であることを特定する符号である。また、図２における、ｆ＊は前輪側の何れか（ｆｌ、ｆｒ）、ｒ＊は後輪側の何れか（ｒｌ、ｒｒ）に対応した構成であることを特定する符号である。同様に、後述の図９等における、＊ｌは左輪側の何れか（ｆｌ、ｒｌ）、＊ｒは右輪側の何れか（ｆｒ、ｒｒ）に対応した構成であることを特定する符号である。なお、位置を特定しない場合、上記の符号を付さないこととする。
まず、車両１の基本構成について、図１と図２を参照して説明する。図１における、ｆｌ、ｆｒ、ｒｌ、ｒｒは、左前輪、右前輪、左後輪、右後輪に対応した構成であることを特定する符号である。また、図２における、ｆ＊は前輪側の何れか（ｆｌ、ｆｒ）、ｒ＊は後輪側の何れか（ｒｌ、ｒｒ）に対応した構成であることを特定する符号である。同様に、後述の図９等における、＊ｌは左輪側の何れか（ｆｌ、ｒｌ）、＊ｒは右輪側の何れか（ｆｒ、ｒｒ）に対応した構成であることを特定する符号である。なお、位置を特定しない場合、上記の符号を付さないこととする。
【0014】
図１は、車両１の要部構成図であり、前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とする。また、図２は、車両１の側面図である。これらに示すように、車両１は、車輪２、トルク発生器３、回転角測定器４、サスペンション装置５、車両制御装置６（推定器７、トルク指令器８を内蔵）、車軸９、電源スイッチ１２と、電源スイッチ検出器１３を有する。車輪２は、車軸９とサスペンション装置５を介して、車両１を支持している。なお、図２において、Ｒは、車輪２の半径であり、Ｌは、車軸９と後述する瞬間回転中心１０の距離である。車両１が停止中であれば、瞬間回転中心１０は車両１に固定されていると見做すことができる。
【0015】
＜車両制御装置６の概要＞
車両制御装置６は、トルク発生器３と回転角測定器４を利用し、車両重量Ｗと重心位置Ｃを推定する機能を備えている。この車両制御装置６は、具体的には、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、補助記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えたＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のコンピュータである。そして、主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、後述する各機能を実現するが、以下では、このような周知技術を適宜省略しながら説明する。
車両制御装置６は、トルク発生器３と回転角測定器４を利用し、車両重量Ｗと重心位置Ｃを推定する機能を備えている。この車両制御装置６は、具体的には、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、補助記憶装置、および、通信装置などのハードウェアを備えたＥＣＵ（Electronic Control Unit）等のコンピュータである。そして、主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、後述する各機能を実現するが、以下では、このような周知技術を適宜省略しながら説明する。
【0016】
車両制御装置６が、車両重量Ｗと重心位置Ｃを推定する場合、まず、車両制御装置６が内蔵するトルク指令器８は、トルク指令（トルクの大きさと向きに関する情報）をトルク発生器３に送信する。トルク発生器３は、トルク指令器８から送信されたトルク指令に従って、それぞれの車輪２に指定されたトルクＴを発生させる。トルクＴが発生すると、車輪２には車軸９を回転中心とする回転挙動が観測される。回転角測定器４は、車輪２の回転角Δθを検出し、車両制御装置６が内蔵する推定器７に伝達する。
【0017】
推定器７は、車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸの推定に用いる、推定マップＭＡを記憶している。この推定マップＭＡは、トルク発生器３が車輪２に発生させたトルクＴの大きさ、車輪２の回転角Δθ、車両重量Ｗ、前後方向の重心位置ＣＸの関係を登録したものである。このため、推定器７は、トルク発生器３が車輪２に発生させたトルクＴの大きさと向き、車輪２の回転角Δθから、推定マップＭＡに基づいて、車両重量Ｗや前後方向の重心位置ＣＸを推定することができる。
【0018】
＜推定処理のフローチャート＞
図３は、車両制御装置６が、車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸの推定する処理を説明するためのフローチャートである。
図３は、車両制御装置６が、車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸの推定する処理を説明するためのフローチャートである。
【0019】
まず、ステップＳ１では、車両制御装置６は、電源スイッチ検出器１３を介して、電源スイッチ１２がオンになったかを検知する。電源スイッチ１２は、運転者が車両１の駆動系（エンジンやモータ等）を起動するためのスイッチであり、電源スイッチ１２をオフからオンに切り替えたときに、次のステップＳ２に進む。なお、電源スイッチ１２がオフであるときも、車両制御装置６には所定の電力が供給されているものとする。
【0020】
ステップＳ２では、車両制御装置６は、車両１が静止中であるかを検知する。具体的には、加速度計や速度計が計測した加速度や速度が一定値以下である場合、あるいは、回転角測定器４が計測した車輪２の角速度が一定値以下である場合に、車両１が静止中であると判定し、次のステップＳ３に進む。
【0021】
ステップＳ３では、トルク指令器８は、所望の大きさと向きのトルクＴを発生させるトルク指令をトルク発生器３へ送信し、トルク発生器３を介して車輪２に所望の大きさと向きのトルクＴを与える。例えば、前輪側の車輪２ｆ＊に同方向の回転を生じさせるトルクＴを与え、後輪側の車輪２ｒ＊に前輪側と逆方向の回転を生じさせるトルク－Ｔを与える。
【0022】
上記したように、推定部７では、推定マップＭＡに基づいて、車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸを推定する。このため、車輪２に与えるトルクは、推定マップＭＡの範囲内の値である必要がある。そこで、トルク指令器８では、推定器７の推定マップＭＡの範囲内で、所望のトルク指令を生成する。ただし、車両重量Ｗ等の推定には車輪２の回転が必須であるため、トルク指令器８は、車輪２の転がり抵抗より大きいトルクＴを発生させるトルク指令を推定マップＭＡの範囲内で生成する。
【0023】
ステップＳ４では、回転角測定器４は、トルク発生器３が与えたトルクＴによる車輪２の車軸９の周りの回転角Δθを検出する。各輪の回転角Δθを検出したのち、次のステップＳ５に進む。なお、トルク発生器３としてモータを用いる場合、モータが備えるレゾルバやエンコーダを、回転角測定器４として用いることができる。
【0024】
ステップＳ５では、推定器７は、トルク指令器８が出力したトルク指令が示すトルクＴの大きさと向き、および、回転角測定器４が測定した車輪２の回転角Δθに基づいて、車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸを推定する。
【0025】
ここで、推定器７に記憶した推定マップＭＡを用いた車両パラメータの推定方法を具体的に説明する。なお、ここでは、前輪側の車輪２ｆ＊に＋Ｔのトルクを与え、後輪側の車輪２ｒ＊に－Ｔのトルクを与えた結果、前輪側の車輪２ｆ＊が＋Δθだけ回転し、後輪側の車輪２ｒ＊が－Δθだけ回転したものとする。
【0026】
図４Ａは、前後方向の重心位置ＣＸを推定するための推定マップＭＡの一例である。ここでは、前後方向の重心位置ＣＸをＣｏＧ（Centre of Gravity）で規定している。本実施例におけるＣｏＧは、前輪側の車輪２ｆ＊の接地点から前後方向の重心位置ＣＸまでの水平距離を、前輪側の車輪２ｆ＊の接地点から後輪側の車輪２ｒ＊の接地点までの水平距離で除算した値であり、例えば、ＣｏＧ＝0.5であれば、前輪の接地点と後輪の接地点のちょうど中間に重心位置ＣＸがあることを示す。
【0027】
図４Ａに例示する推定マップＭＡを利用する場合、推定器７は、まず、トルク指令器８が指定したトルクの向きと大きさ（例えば、＋Ｔ）と、回転角測定器４が測定した回転角（例えば、Δθ）が交差する位置を特定する。（＋Ｔ、Δθ）で特定される位置を、図中では白丸で示している。次に、白丸に最も近いＣｏＧ曲線を特定する。この例では、白丸の上側にＣｏＧ＝0.53の曲線があり、下側にＣｏＧ＝0.54の曲線があるが、白丸は下側のＣｏＧ曲線に寄っているので、推定器７は、現在の重心位置ＣＸをＣｏＧ＝0.54と推定する。なお、推定器７は、白丸から下側のＣｏＧ曲線までの距離と、白丸から上側のＣｏＧ曲線までの距離の比を考慮し、ＣｏＧ＝0.536のような、より詳細な重心位置ＣＸを演算しても良い。
【0028】
また、図４Ｂは、車両重量Ｗを推定するための推定マップＭＡの一例である。図４Ｂに例示する推定マップＭＡを利用する場合も、推定器７は、まず、トルク指令器８が指定したトルクの向きと大きさ（例えば、＋Ｔ）と、回転角測定器４が測定した回転角（例えば、Δθ）が交差する位置を特定する。（＋Ｔ、Δθ）で特定される位置を、図中では白丸で示している。次に、白丸に最も近い曲線を特定する。この例では、白丸が車両重量Ｗ＝2000ｋｇの曲線上にあるので、推定器７は、現在の車両重量Ｗを2000ｋｇと推定する。
【0029】
【0030】
停車中の車両１にて、トルク発生器３が車輪２にトルクを与えると、車輪２は力とモーメントがつりあう位置まで回転する。これに伴い、重心位置ＣＸから車軸９までの距離が僅かに変化する。このときの車軸９の軌跡は、図２の瞬間回転中心１０を中心とした、一定長さの半径Ｌの円の円弧と捉えることができる。
【0031】
車軸９の重心位置ＣＸからの距離、すなわち、車輪２の回転角Δθは、サスペンション構造から車両重量Ｗと重心位置ＣＸに依存する。そこで、車両重量Ｗと、重心位置ＣＸと、トルク発生器３が車輪２へ発生させたトルクの大きさから、車輪２の大きさを推定することができる。以降、本実施例における推定マップＭＡ作成に用いる具体的な関係式の導出について述べる。
【0032】
まず、力とモーメントのつりあいについて以下に述べる。
【0033】
【0034】
＜トルク無発生時の力のつりあい＞
図５に示すように、トルク無発生時の車輪２には、地面との摩擦力Ｆ１と、地面からの垂直抗力Ｆ２と、サスペンション構造による拘束力Ｆ３と、サスペンション装置５からの垂直方向力Ｆ４が作用する。なお、車両１が静止しているため、サスペンション構造による拘束力Ｆ３は、瞬間回転中心１０から車輪２の接地点に向けて作用する。
図５に示すように、トルク無発生時の車輪２には、地面との摩擦力Ｆ１と、地面からの垂直抗力Ｆ２と、サスペンション構造による拘束力Ｆ３と、サスペンション装置５からの垂直方向力Ｆ４が作用する。なお、車両１が静止しているため、サスペンション構造による拘束力Ｆ３は、瞬間回転中心１０から車輪２の接地点に向けて作用する。
【0035】
図５の車両１では、以下の力のつりあいが成立する。
（ａ）垂直抗力Ｆ２と、車両１にかかる重力Ｇの間の鉛直方向の力のつりあい。
（ｂ）前輪側の摩擦力Ｆ１ｆ＊と、後輪側の摩擦力Ｆ１ｒ＊の間の水平方向の力のつりあい。
（ｃ）摩擦力Ｆ１と、拘束力Ｆ３の水平方向成分の間の水平方向の力のつりあい。
（ｄ）垂直抗力Ｆ２と、拘束力Ｆ３の鉛直方向成分と、垂直方向力Ｆ４の間の鉛直方向の力のつりあい。
（ｅ）車輪２の接地点まわりのモーメントのつりあい。
（ａ）垂直抗力Ｆ２と、車両１にかかる重力Ｇの間の鉛直方向の力のつりあい。
（ｂ）前輪側の摩擦力Ｆ１ｆ＊と、後輪側の摩擦力Ｆ１ｒ＊の間の水平方向の力のつりあい。
（ｃ）摩擦力Ｆ１と、拘束力Ｆ３の水平方向成分の間の水平方向の力のつりあい。
（ｄ）垂直抗力Ｆ２と、拘束力Ｆ３の鉛直方向成分と、垂直方向力Ｆ４の間の鉛直方向の力のつりあい。
（ｅ）車輪２の接地点まわりのモーメントのつりあい。
【0036】
＜トルク発生時の力のつりあい＞
一方、図６に示すように、トルク発生時の車輪２には、地面との摩擦力Ｆ１’と、地面からの垂直抗力Ｆ２’と、サスペンション構造による拘束力Ｆ３’と、サスペンション装置５からの垂直方向力Ｆ４’と、トルク発生器３による車軸９まわりのトルクＴと、が作用する。なお、車両１が静止しているため、サスペンション構造による拘束力Ｆ３’は、瞬間回転中心１０から車輪２の接地点に向けて作用する。
一方、図６に示すように、トルク発生時の車輪２には、地面との摩擦力Ｆ１’と、地面からの垂直抗力Ｆ２’と、サスペンション構造による拘束力Ｆ３’と、サスペンション装置５からの垂直方向力Ｆ４’と、トルク発生器３による車軸９まわりのトルクＴと、が作用する。なお、車両１が静止しているため、サスペンション構造による拘束力Ｆ３’は、瞬間回転中心１０から車輪２の接地点に向けて作用する。
【0037】
図６の車両１では、以下の力のつりあいが成立する。
（ａ’）垂直抗力Ｆ２’と、車両１にかかる重力Ｇの間に鉛直方向の力のつりあい。
（ｂ’）前輪側の摩擦力Ｆ１’ｆ＊と、後輪側の摩擦力Ｆ１’ｒ＊の間の水平方向の力のつりあい。
（ｃ’）摩擦力Ｆ１’と、拘束力Ｆ３’の水平方向成分と、トルクＴによって車輪２の接地点にはたらく力の間の水平方向の力のつりあい。
（ｄ’）垂直抗力Ｆ２’と、拘束力Ｆ３’の鉛直方向成分と、垂直方向力Ｆ４’の間の鉛直方向の力のつりあい。
（ｅ’）車輪２の接地点まわりのモーメントのつりあい。
（ａ’）垂直抗力Ｆ２’と、車両１にかかる重力Ｇの間に鉛直方向の力のつりあい。
（ｂ’）前輪側の摩擦力Ｆ１’ｆ＊と、後輪側の摩擦力Ｆ１’ｒ＊の間の水平方向の力のつりあい。
（ｃ’）摩擦力Ｆ１’と、拘束力Ｆ３’の水平方向成分と、トルクＴによって車輪２の接地点にはたらく力の間の水平方向の力のつりあい。
（ｄ’）垂直抗力Ｆ２’と、拘束力Ｆ３’の鉛直方向成分と、垂直方向力Ｆ４’の間の鉛直方向の力のつりあい。
（ｅ’）車輪２の接地点まわりのモーメントのつりあい。
【0038】
なお、拘束力Ｆ３、Ｆ３’の方向、すなわち、瞬間回転中心１０と車輪２の接地点を結ぶ直線の鉛直方向からの傾き角度は、トルク無発生時（図５）とトルク発生時（図６）で変化する。これらの傾き角度が変化したとき、車輪２の接地点からの前後方向における車両１の重心位置ＣＸの位置関係も変化する。
【0039】
＜サスペンション構造による幾何的制約＞
次に、サスペンション構造による幾何的制約について述べる。
次に、サスペンション構造による幾何的制約について述べる。
【0040】
瞬間回転中心１０と車輪２の接地点を結ぶ直線の鉛直方向からの傾き角度を、図４に示すトルク無発生時にｂ、図５に示すトルク発生時にａとする。
トルク発生器３が車輪２にトルクＴを発生させたことによる車輪２の回転角をそれぞれΔθとする。このとき、次に式１から式４が成立する。
トルク発生器３が車輪２にトルクＴを発生させたことによる車輪２の回転角をそれぞれΔθとする。このとき、次に式１から式４が成立する。
【0041】
【数1】
【0042】
【数2】
【0043】
【数3】
【0044】
【数4】
【0045】
以上の力とモーメントのつりあいと幾何的制約は、以下の（１）－（９）にまとめられる。
トルク無発生時の車両全体の鉛直方向の力のつりあい（上記（ａ）参照）
トルク無発生時の車両全体の水平方向の力のつりあい（上記（ｂ）参照）
トルク無発生時の重心点まわりの水平面のモーメントのつりあい（上記（ｅ）参照）
トルク無発生時の各車輪における鉛直方向および水平方向の力のつりあい（上記（ｃ）（ｄ）参照）
トルク発生時の車両全体の鉛直方向の力のつりあい（上記（ａ’）参照）
トルク発生時の車両全体の水平方向の力のつりあい（上記（ｂ’）参照）
トルク発生時の重心点まわりの水平面のモーメントのつりあい（上記（ｅ’）参照）
トルク発生時の各車輪における鉛直方向および水平方向の力のつりあい（上記（ｃ’）（ｄ’）参照）
トルクＴによる各車輪の回転角と、瞬間回転中心１０と各車輪の接地点をそれぞれ結ぶ直線の鉛直方向からの傾き角度変化の関係（上記（式１）～（式４）参照）
以上の（１）－（９）に基づいて、車両重量Ｗ、前後方向の重心位置ＣＸ、かつ、トルク発生器３が車輪２に発生させるトルクＴである条件下での、トルク無発生時からトルク発生時にかけての車輪２の回転角Δθが算出される。従って、車両重量Ｗ、重心位置ＣＸ、トルクＴを様々な値に設定した際の回転角Δθをそれぞれ算出することで、図４Ａや図４Ｂのような推定マップＭＡを作成することができる。
トルク無発生時の車両全体の鉛直方向の力のつりあい（上記（ａ）参照）
トルク無発生時の車両全体の水平方向の力のつりあい（上記（ｂ）参照）
トルク無発生時の重心点まわりの水平面のモーメントのつりあい（上記（ｅ）参照）
トルク無発生時の各車輪における鉛直方向および水平方向の力のつりあい（上記（ｃ）（ｄ）参照）
トルク発生時の車両全体の鉛直方向の力のつりあい（上記（ａ’）参照）
トルク発生時の車両全体の水平方向の力のつりあい（上記（ｂ’）参照）
トルク発生時の重心点まわりの水平面のモーメントのつりあい（上記（ｅ’）参照）
トルク発生時の各車輪における鉛直方向および水平方向の力のつりあい（上記（ｃ’）（ｄ’）参照）
トルクＴによる各車輪の回転角と、瞬間回転中心１０と各車輪の接地点をそれぞれ結ぶ直線の鉛直方向からの傾き角度変化の関係（上記（式１）～（式４）参照）
以上の（１）－（９）に基づいて、車両重量Ｗ、前後方向の重心位置ＣＸ、かつ、トルク発生器３が車輪２に発生させるトルクＴである条件下での、トルク無発生時からトルク発生時にかけての車輪２の回転角Δθが算出される。従って、車両重量Ｗ、重心位置ＣＸ、トルクＴを様々な値に設定した際の回転角Δθをそれぞれ算出することで、図４Ａや図４Ｂのような推定マップＭＡを作成することができる。
【0046】
ただし、（１）－（９）は三角関数が含まれている非線形方程式であるため、（１）－（９）から車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸを陽に計算することはできない。したがって、例えば勾配法やニュートン法や粒子群最適化を用いて算出する必要がある。また、推定マップＭＡの作成には、（１）－（９）による方程式の数が未知変数の数以上になるように複数のパターンのトルクＴの値の組み合わせについて（１）－（９）を解く必要がある。
【0047】
図６に示すように、それぞれの車輪２に与えるトルクを大きくすると、摩擦力Ｆ１’がより大きくなるため、車軸９は重心位置ＣＸにより近づく。その結果、回転角Δθが大きくなるため、図４Ａに示すような推定マップＭＡが得られる。
【0048】
従って、車両重量Ｗと、トルクＴと、回転角Δθが既知であれば、図４Ａから対応する前後方向の重心位置ＣＸを取得することができる。以上が（１）－（９）を用いた推定マップＭＡの作成原理である。
【0049】
なお、本実施例では（１）－（９）から車両重量Ｗ、前後方向の重心位置ＣＸ、トルクＴに対応した車輪２の回転角Δθを算出することで推定マップＭＡを作成する原理を示したが、実際の車両１’（不図示）の測定値から作成することもできる。
【0050】
すなわち、実際の車両１’の車両重量Ｗ’、前後方向の重心位置ＣＸ’、トルクＴに対応した車輪２のトルクＴによって生じる回転角Δθを実車両で計測することで推定マップＭＡを作成することも可能である。
【0051】
また、トルク発生器３がトルクＴを車輪２に発生させたときの車輪２の回転角Δθを計測したときに、（１）－（９）を逐次解くことで車両重量Ｗおよび前後方向の重心位置ＣＸを推定することもできる。
【0052】
推定器７が演算手段と（１）－（９）に関する関係式を有している場合を考える。このとき、推定器７は、トルク発生器３がそれぞれ車輪２に発生させたトルクＴの大きさと向きと車輪２の回転角Δθの検出値のもとで（１）－（９）に関する関係式を解き、車両重量Ｗおよび前後方向の重心位置ＣＸを推定する。
【0053】
また、（１）－（９）による方程式の数が未知変数の数以上になるように複数のパターンのトルクＴの値の組み合わせについて（１）－（９）を解く必要がある。このとき、複数のパターンのトルクＴの値の組み合わせを車輪２に発生させ、その時の車輪２の回転角Δθを計測する。
【0054】
以上で説明した何れかの方法により、推定マップＭＡまたは関係式を作成することができる。従って、本実施例の車両制御装置によれば、エアサスペンション、勾配センサ、軸重計を搭載しない、一般的な車両においても、推定マップＭＡまたは関係式を利用することで、車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸを推定することができる。
【0055】
なお、本実施例では、トルク指令器８は、トルク発生器３が車輪２に発生させるトルクの向きと大きさに関する情報を推定器７にも送るため、推定器７はトルク発生器３が車輪２に発生させるトルクの向きと大きさを取得できる。しかし、トルク発生器３がモータであり、モータが自身に流れる電流を計測する電流計測器を備えている場合、モータに流れた電流を、電流計測器を用いて測定することで、車両制御装置６はトルク発生器３がそれぞれ車輪２に発生させたトルクの大きさと向きを演算することが可能である。従って、本実施例の車両制御装置６では、回転角測定器４のみを用いて車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸを推定することもできる。
【0056】
また、車両１のトルク発生器３が前輪側の車輪２ｆｌ、２ｆｒ、と後輪側２ｒｌ、２ｒｒに異なる大きさと向きのトルクを発生することができる場合であれば、トルク発生器３がインホイールモータ、集中駆動系パワートレイン、内燃機関を用いたパワートレインのいずれであっても、本実施例で示した車両制御装置６は車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸを推定することができる。
【0057】
＜変形例１＞
トルク発生器３が摩擦トルクを発生させて車輪２の回転を抑制する摩擦トルク発生器（制動装置）を有している場合、摩擦トルク発生器を用いた推定を行うことも可能である。
トルク発生器３が摩擦トルクを発生させて車輪２の回転を抑制する摩擦トルク発生器（制動装置）を有している場合、摩擦トルク発生器を用いた推定を行うことも可能である。
【0058】
具体的には、トルク発生器３が特定の車輪にトルクを発生させ、摩擦トルク発生器が他の車輪に摩擦トルクを発生させたときの車輪２の回転角Δθに関して、上記した（１）－（９）と同様の力とモーメントのつりあいの式を立て推定マップＭＡと同様に推定マップＭＡ’を作成することができる。
【0059】
このように、推定器７が推定マップＭＡ’を用いて車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸを推定する際にも、トルク発生器３は車輪２のうち特定の車輪にトルクを、摩擦トルク発生器は他の車輪のうち特定の車輪に摩擦トルクを発生させ、車輪２の回転角Δθを取得し、推定マップＭＡ’から車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸを選択することができる。
【0060】
＜変形例２＞
車両制御装置６が車両重量Ｗ等を推定する際には、車輪２の回転挙動が生じるため、必然的に車両１にも挙動が生じることになる。このような車両１の挙動で搭乗者に違和感を与えることは望ましくないため、搭乗者が違和感を抱かないタイミングで車輪２に回転挙動を与えることが望ましい。
車両制御装置６が車両重量Ｗ等を推定する際には、車輪２の回転挙動が生じるため、必然的に車両１にも挙動が生じることになる。このような車両１の挙動で搭乗者に違和感を与えることは望ましくないため、搭乗者が違和感を抱かないタイミングで車輪２に回転挙動を与えることが望ましい。
【0061】
例えば、車輪２にトルクを与えるタイミングを、車両１の起動時に設定すれば、搭乗者は車両の挙動タイミングを予測できるため、搭乗者に格別の違和感を与えることなく推定作業を終えることができる。
【0062】
【0063】
図７は、走行開始指令受信装置を備えた車両１で実施される処理のフローチャートである。本変形例においては、Ｓ２「車両が静止中か？」が真であり、かつ、Ｓ６「加速度指令を検知したか？」または「速度指令を検知したか？」が真である場合、例えば、車両１の静止中に運転者がアクセルを踏み込んだ後であって、車両１が実際に動き出す前に、ステップＳ３～Ｓ５を実施する。
【0064】
車両の走行開始時には、車両に挙動が生じると搭乗者は予測するため、車両走行開始時である、車両が静止していてかつ加速度入力が車両制御装置へ入力されたときに車輪に挙動を生じさせることで搭乗者に違和感を与えず推定を行うことが可能である。
【0065】
【0066】
図８は、ドア開閉センサを備えた車両１で実施される処理のフローチャートである。本変形例においては、Ｓ２「車両が静止しているか？」が真であり、かつ、Ｓ７「ドアの開閉が切り替わったか？」が真である場合、具体的には、車両１の静止中に人の乗り降りや、貨物の出し入れがあった場合に、ステップＳ３～Ｓ５を実施する。
【0067】
本変形例でも、図３の場合と同様に、決まったタイミングで車輪に挙動を与えることで、搭乗者に違和感を与えない推定を行うことができる。さらに、ドアの開閉の切り替えにより車両に挙動が生じることから、搭乗者はドア開閉の切り替えのタイミングで車両に挙動を生じさせることに関して違和感を抱きづらい。なお、ドア毎に、ステップＳ３～Ｓ５を実施するまでの猶予時間を異ならせても良い。例えば、前ドアの開閉があった場合は、直ちにステップＳ３～Ｓ５を実施し、後ろドアの開閉があった場合は、５秒後にステップＳ３～Ｓ５を実施することとしても良い。
【実施例2】
【0068】
次に、本発明の実施例２に係る車両制御装置６を説明する。なお、実施例１との共通点は、重複説明を省略する。
【0069】
実施例１の車両制御装置６では、車両重量Ｗと、前後方向の重心位置ＣＸを推定した。これに対し、本実施例の車両制御装置６では、車両重量Ｗと重心位置ＣＸに加え、左右方向の重心位置ＣＹも推定する。このため、本実施例の推定器７は、トルクＴと、回転角Δθと、車両重量Ｗと、前後方向の重心位置ＣＸと、左右方向の重心位置ＣＹの関係を記憶した推定マップＭＢを有している。なお、重心位置ＣＹを規定するＣｏＧは、左輪側の車輪２＊ｌの接地点から左右方向の重心位置ＣＹまでの水平距離を、左輪側の車輪２＊ｌの接地点から右輪側の車輪２＊ｒの接地点までの水平距離で除算した値として規定することができる。
【0070】
本実施例では、左右方向の重心位置ＣＹも推定するため、実施例１のＳ３、Ｓ４、Ｓ５とはやや異なる処理を実施する。
【0071】
すなわち、本実施例のステップＳ３では、実施例１のステップＳ３と同等の処理の後、さらに、左側の車輪２＊ｌに同方向の回転を生じさせるトルクＴを与え、右側の車輪２＊ｒには左車輪と逆方向の回転を生じさせるトルク－Ｔを与える。そして、本実施例のステップＳ４では、車輪２の回転角Δθも計測する。
【0072】
このようなトルクは、車両１の左側か右側どちらか一方の前後の車輪を近づくように回転させ、左側か右側のもう一方の前後の車輪が離れるように回転させるものである。このとき、瞬間回転中心１０は車体に固定されており、車軸９から瞬間回転中心１０への各距離は一定であるため、車両１の左側か右側のうち一方では車体がわずかに上方に持ち上がり、もう一方では下方に下がることになる。車体の変動は、車両重量Ｗと左右方向の重心位置ＣＹに依存するため、このときの車体の変動と車輪２との関係が分かれば車両重量Ｗと左右方向の重心位置ＣＹが推定できる。
【0073】
このときトルク発生器３が車輪２に発生させたトルクと車輪２の回転角Δθのもとで、推定マップＭＢに基づいて車両１の左右方向における車両１の重心位置ＣＹを求める。
【0074】
推定マップＭＢは以下の原理に基づいて作成される。
【0075】
停車している車両１において、トルク発生器３が車輪２へそれぞれ前述したようにトルクを発生させることで、車輪２は力とモーメントがつりあう位置まで回転し、車軸９の車両１の重心位置Ｃからの距離が変化する。
【0076】
車軸９の車両１の重心位置Ｃからの距離、すなわち車輪２の回転角Δθはサスペンション構造から車両重量Ｗと重心位置Ｃに依存する。
【0077】
そこで、車両重量Ｗと重心位置Ｃとトルク発生器３が車輪２へ発生させたトルクの大きさから車輪２の挙動を算出することができる。
【0078】
実施例１の推定マップＭＡは、車両重量Ｗと前後方向の重心位置ＣＸのみを記憶している一方、本実施例の推定マップＭＢは、車両重量Ｗと、前後方向の重心位置ＣＸに加え、左右方向の重心位置ＣＹを記憶している。
【0079】
図９は、トルク無発生時の車両１を前方から見た図であり、図１０は、図９の車両１を上方から見た平面図である。一方、図１１は、トルク発生時の車両１を前方から見た図であり、図１２は、図１１の車両１を上方から見た平面図である。
【0080】
トルク発生器３が車輪２にトルクを発生させていない図９においては、車輪２のまわりに力のモーメントのつりあいがなりたつ。また、図１０においては、車輪２と地面との摩擦力Ｆ１の間に前後方向力のつりあいが成り立つ。
【0081】
一方、トルク発生器３が車輪２にトルクを発生させている図１１においては、車輪２まわりのモーメントのつりあいが成り立つ。また、図１２においては、車輪２と地面との摩擦力Ｆ１’の間に前後方向力のつりあいが成り立つ。
【0082】
実施例１で述べた（１）－（９）に以上の力のモーメントのつりあいを加え、車両重量Ｗ、車両１の重心位置ＣＸ、ＣＹ、トルクＴを様々な値に設定した際の車輪２のトルク無発生時のからトルク発生時にかけての回転角Δθを算出することで、本実施例の推定マップＭＢを作成することができる。
【0083】
ただし、非線形方程式を含む（１）－（９）および実施例２で述べた力のモーメントのつりあいから車両重量Ｗと前後方向と左右方向における車両１の重心位置ＣＸ、ＣＹを陽に計算することはできないため、例えば勾配法やニュートン法や粒子群最適化を用いて算出する必要がある。
【0084】
本実施例の車両制御装置６では、回転角測定器４のみを用いて車両重量Ｗと、前後方向の重心位置ＣＸと、左右方向の重心位置ＣＹを、推定マップＭＢに基づいて推定することができる。なお、本実施例においても、推定マップＭＢに代えて、関係式を用いて各種の車両パラメータを演算しても良い。
【符号の説明】
【0085】
１：車両
２：車輪
３：トルク発生器
４：回転角測定器
５：サスペンション装置
６：車両制御装置
７：推定器
８：トルク指令器
９：車軸
１０：瞬間回転中心
Ｆ１、Ｆ１’：摩擦力
Ｆ２、Ｆ２’：垂直抗力
Ｆ３、Ｆ３’：拘束力
Ｆ４、Ｆ４’：垂直方向力
２：車輪
３：トルク発生器
４：回転角測定器
５：サスペンション装置
６：車両制御装置
７：推定器
８：トルク指令器
９：車軸
１０：瞬間回転中心
Ｆ１、Ｆ１’：摩擦力
Ｆ２、Ｆ２’：垂直抗力
Ｆ３、Ｆ３’：拘束力
Ｆ４、Ｆ４’：垂直方向力
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】