加速度推定装置および車両
【課題】車両の進行方向の加速度を高精度で推定することができる加速度推定装置およびそれを備えた車両を提供することである。
【解決手段】等速用カルマンフィルタ３３０は、自動二輪車１００の停止時および等速走行時にｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定する。オフセット補正部３６０は、加速時および減速時にｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値に基づいてｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正する。加減速用カルマンフィルタ３４０は、加速時および減速時に車輪速度、補正されたｘ方向加速度およびｚ方向加速度に基づいて車体１のピッチ角を推定する。加速度補正部３７０は推定されたピッチ角、補正されたｘ方向加速度およびｚ方向加速度に基づいてＸ方向加速度およびＺ方向加速度を得る。車速演算部３８０はＸ方向加速度の時間積分によりＸ方向速度を算出する。
【解決手段】等速用カルマンフィルタ３３０は、自動二輪車１００の停止時および等速走行時にｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定する。オフセット補正部３６０は、加速時および減速時にｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値に基づいてｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正する。加減速用カルマンフィルタ３４０は、加速時および減速時に車輪速度、補正されたｘ方向加速度およびｚ方向加速度に基づいて車体１のピッチ角を推定する。加速度補正部３７０は推定されたピッチ角、補正されたｘ方向加速度およびｚ方向加速度に基づいてＸ方向加速度およびＺ方向加速度を得る。車速演算部３８０はＸ方向加速度の時間積分によりＸ方向速度を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
車両の加速度を推定する加速度推定装置およびそれを備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の走行速度は、車輪の回転速度に基づいて算出することができる。しかし、車両の急激な加速時には、車輪が路面に対して滑りながら回転することがある。また、急激な減速時（制動時）には、路面に対して滑ることがある。このような場合には、車輪の回転速度から算出された速度は、実際の車両の走行速度と一致しない。
【０００３】
そこで、加速度センサを用いて車両の前後方向の加速度を検出し、検出された加速度を積分することにより速度を算出することが行われる。
【０００４】
しかしながら、急激な加速時または減速時には、車体のピッチングにより車体が進行方向に対して上下に傾斜する。すなわち、急激な加速時には、車体の前部が浮き上がり、急激な減速時には、車体の前部が沈み込む。それにより、加速度センサにより検出される車両の前後方向の加速度は車両の走行方向の加速度と正確には一致しない。
【０００５】
特許文献１には、前後方向の加速度を検出する加速度センサの不要成分を除去することにより前後方向の加速度の推定値を算出する車両用前後加速度推定装置が記載されている。
【０００６】
特許文献１の前後加速度推定装置では、加速度センサの出力電圧の変化を周波数分析し、ＤＣオフセットによるもの、温度ドリフトによるもの、道路状況によるもの、車両の加減速によるもの、および車体のピッチングによるものに分類する。そして、カルマンフィルタを用いて加速度センサによる前後加速度の検出値から特定の周波数よりも高い周波数を有する変動成分のみを取り出す。
【０００７】
それにより、前後加速度の検出値から低い周波数を有するＤＣオフセットによる変動成分および温度ドリフトによる変動成分が除去される。その結果、経時変化および温度変化に影響されない前後方向加速度の推定値が得られるとされている。
【特許文献１】特開平１０−１０４２５９号公報
【特許文献２】特開平８−２６８２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の前後加速度推定装置では、加速度センサの検出値から特定の周波数帯域における不要成分を除去することができる。したがって、加速度センサの検出値から特定の周波数帯域の変動成分のみを除去することにより車体のピッチングによる変動成分を除去することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、特定の周波数帯域以外のピッチングによる変動成分を除去することはできない。そのため、車両の加速時および減速時に車両の前後方向の加速度を正確に推定することができない。
【００１０】
一方、特許文献２には、車両の実車速を推定する実車速推定装置が記載されている。この実車速推定装置では、ロール剛性係数およびピッチング剛性係数を定義し、それらのロール剛性係数およびピッチング剛性係数を用いて横加速度センサの出力および前後加速度センサの出力を補正している。
【００１１】
しかしながら、車両の加速時および減速時のピッチ角の変動は一定ではない。特許文献２の実車速推定装置では、前後加速度センサの出力とピッチ角との関係がピッチング剛性係数により定められているため、車両の任意のピッチングに対応して車両の進行方向の加速度を正確に推定することはできない。
【００１２】
本発明の目的は、車両の進行方向の加速度を正確に推定することができる加速度推定装置およびそれを備えた車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）第１の発明に係る加速度推定装置は、車両の加速度を推定する加速度推定装置であって、車両に設けられ、車両の前後方向の加速度を検出する第１の加速度センサと、車両に設けられ、車両の上下方向の加速度を検出する第２の加速度センサと、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて車両のピッチ角を推定するピッチ角推定手段と、ピッチ角推定手段により得られるピッチ角の推定値、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値に基づいて重力方向に直交する車両の進行方向の加速度を算出する加速度算出手段とを備えたものである。
【００１４】
その加速度推定装置においては、第１の加速度センサおよび第２の加速度センサが車両に設けられる。第１の加速度センサにより車両の前後方向の加速度が検出され、第２の加速度センサにより車両の上下方向の加速度が検出される。また、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいてピッチ角推定手段により車両のピッチ角が推定される。そして、ピッチ角の推定値、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値に基づいて車両の進行方向の加速度が算出される。
【００１５】
このようにして、車両の任意のピッチングによるピッチ角を高精度で推定することが可能となる。それにより、車両の進行方向の加速度を高い精度で検出することができる。
【００１６】
（２）加速度推定装置は、加速度算出手段により得られる進行方向の加速度の算出値を積分することにより進行方向の速度を算出する速度算出手段をさらに備えてもよい。この場合、車両の進行方向の速度を高い精度で検出することができる。
【００１７】
（３）ピッチ角推定手段は、重力方向に垂直な車両の進行方向の加速度、重力方向に平行な鉛直方向の加速度、第１の加速度センサの検出値、第２の加速度センサの検出値および車両のピッチ角の関係を用いて車両のピッチ角を推定する第１のカルマンフィルタを含んでもよい。
【００１８】
この場合、第１のカルマンフィルタにより車両のピッチ角が推定される。それにより、車両の前後方向の加速度の検出値および上下方向の加速度の検出値に任意の周波数のピッチングによる重力の影響が与えられる場合でも、車両のピッチ角をより高精度で検出することが可能となる。
【００１９】
（４）加速度推定装置は、車両の略等速時に、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットを推定するオフセット推定手段と、車両の加速時または減速時に、オフセット推定手段により得られた第１の加速度センサのオフセットの推定値および第２の加速度センサのオフセットの推定値に基づいて第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値を補正する補正手段とをさらに備え、ピッチ角推定手段は、車両の加速時または減速時に、補正手段により補正された第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて車両のピッチ角を推定してもよい。
【００２０】
ここで、車両の略等速時とは、車両の停止時および車両の走行速度の変化率が予め定められたしきい値以下のときをいう。しきい値は、例えば−０．２ｍ／ｓ２から＋０．２ｍ／ｓ２の範囲である。
【００２１】
この場合、車両の略等速時に、オフセット推定手段により第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットが推定される。ここで、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットは、短時間では変化しない。
【００２２】
車両の加速時または減速時には、車両の略等速時に得られた第１の加速度センサのオフセットの推定値および第２の加速度センサのオフセットの推定値に基づいて第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値が補正手段により補正される。そして、補正された第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて車両のピッチ角が推定される。それにより、車両のピッチ角をより高い精度で検出することができる。
【００２３】
（５）加速度推定装置は、車両の車輪速度を検出する車輪速度検出器をさらに備え、オフセット推定手段は、進行方向の加速度、鉛直方向の加速度、第１の加速度センサの検出値、第２の加速度センサの検出値、進行方向の速度、鉛直方向の速度、車輪速度検出器の検出値から得られる車両の速度、および車両のピッチ角の関係を用いて、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットを推定する第２のカルマンフィルタを含んでもよい。
【００２４】
この場合、第２のカルマンフィルタにより第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットが推定される。それにより、前後方向の加速度の検出値および上下方向の加速度の検出値に任意の周波数のピッチングによる重力の影響が与えられる場合でも、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットをより正確に推定することが可能となる。その結果、車両のピッチ角をより高い精度で検出することができる。
【００２５】
また、第１の加速度センサおよび第２の加速度センサに与えられる観測外乱が第２のカルマンフィルタにおいて除去される。それにより、車両の進行方向の加速度に基づいて制御される制御系が観測外乱により不安定になることが防止される。
【００２６】
（６）オフセット推定手段は、車輪速度検出器により検出される車輪速度の変化率が予め定められたしきい値以下の場合に、車両が略等速状態であると判定し、ピッチ角推定手段は、車輪速度検出器により検出される車輪速度の変化率がしきい値よりも高い場合に、車両が加速または減速していると判定してもよい。
【００２７】
この場合、車輪速度の変化率がしきい値以下の場合に車両が略等速状態であると判定され、オフセット推定手段により第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットが推定される。さらに、車輪速度の変化率がしきい値よりも高い場合に車両が加速または減速していると判定され、ピッチ角推定手段により車両のピッチ角が推定される。
【００２８】
それにより、車両の速度が小さく変化している場合でも、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットを高精度で検出することができる。その結果、車両の加速時または減速時に、車両のピッチ角をより高精度で検出することができる。
【００２９】
（７）第２の発明に係る車両は、車体と、車体に設けられた車輪と、車体に設けられた第１の発明に係る加速度推定装置と、加速度推定装置により得られる進行方向の加速度に基づいて車輪の回転を制御する制御手段とを備えたものである。
【００３０】
加速度推定装置により第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて車両のピッチ角が推定され、ピッチ角の推定値、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値に基づいて車両の進行方向の加速度が算出される。それにより、車両の進行方向の加速度を高い精度で検出することができる。
【００３１】
そして、加速度推定装置により得られる車両の進行方向の加速度に基づいて制御手段により車輪の回転が制御される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいてピッチ角推定手段により車両のピッチ角が推定される。そして、ピッチ角の推定値、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値に基づいて車両の進行方向の加速度が算出される。
【００３３】
このようにして、車両の任意のピッチングによるピッチ角を高精度で推定することが可能となる。それにより、車両の進行方向の加速度を高い精度で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下の実施の形態では、本発明に係る加速度推定装置を自動二輪車に適用した例を説明する。
【００３５】
（１）本実施の形態の基本思想
まず、本実施の形態に係る加速度検出装置を備える自動二輪車の減速時の加速度の関係について説明する。
【００３６】
図１は減速時に加速度センサが受ける加速度の関係を示す図である。
【００３７】
図１に示すように、自動二輪車１００の前輪ブレーキによる減速時には、フロントサスペンションが縮み、かつリアサスペンションが伸びた状態となり、自動二輪車１００が進行方向に対して前のめりに傾斜する。
【００３８】
自動二輪車１００の地上に固定された座標系を地上座標系とし、自動二輪車１００に取り付けられた加速度センサに固定された座標系をセンサ座標系とする。
【００３９】
地上座標系では、水平な地面６００上での自動二輪車１００の進行方向（重力に垂直な方向）をＸ方向と定義し、鉛直方向（重力の方向）をＺ方向と定義する。したがって、自動二輪車１００の姿勢にかかわらず地上座標系のＸ方向およびＺ方向は変化しない。
【００４０】
センサ座標系では、自動二輪車１００が水平状態にあるときの自動二輪車１００の水平軸の方向（車体１の前後方向）をｘ方向と定義し、自動二輪車１００の水平軸に垂直な方向（車体１の上下方向）をｚ方向と定義する。したがって、自動二輪車１００の姿勢によりセンサ座標系のｘ方向およびｚ方向は地上座標系のＸ方向およびＺ方向に対して傾斜する。
【００４１】
以下、地上座標系のＸ方向を単にＸ方向または進行方向と呼び、地上座標系のＺ方向を単にＺ方向または鉛直方向と呼ぶ。
【００４２】
図１よりセンサ座標系におけるｘ方向の加速度Ｇｘおよびｚ方向の加速度Ｇｚは、地上座標系におけるＸ方向の加速度ａｘおよびＺ方向の加速度ａｚを用いて次式で表される。
【００４３】
Ｇｘ＝ａｘｃｏｓθｐ−ａｚｓｉｎθｐ …（１）
Ｇｚ＝ａｘｓｉｎθｐ＋ａｚｃｏｓθｐ …（２）
上式（１），（２）において、θｐは車体１のピッチ角である。
【００４４】
本実施の形態の自動二輪車１００には、車体１のｘ方向の加速度Ｇｘを検出するｘ方向加速度センサおよびｚ方向の加速度Ｇｚを検出するｚ方向加速度センサが設けられる。
【００４５】
ｘ方向加速度センサによりｘ方向の加速度Ｇｘを検出し、ｚ方向加速度センサによりｚ方向の加速度Ｇｚを検出し、ピッチ角θｐを求めることにより、自動二輪車１００の地上座標系におけるＸ方向の加速度ａｘおよびＺ方向の加速度ａｚを測定することができる。
【００４６】
一般に、加速度センサにはオフセットが存在する。ここで、加速度センサのオフセットとは、加速度０ｍ／ｓ２のときの加速度センサの出力電圧の公称値と加速度センサの実際の出力電圧の値との差を加速度の単位（ｍ／ｓ２）に換算した値をいう。
【００４７】
以下、ｘ方向加速度センサのオフセットをｘ方向加速度オフセットと呼び、ｚ方向加速度センサのオフセットをｚ方向加速度オフセットと呼ぶ。
【００４８】
本実施の形態では、自動二輪車１００の略等速時に、後述する拡張カルマンフィルタを用いてｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定する。
【００４９】
ここで、略等速時とは、自動二輪車１００の停止時、自動二輪車１００の等速走行時および自動二輪車１００の走行速度の変化率が予め定められたしきい値以下のときを含む。以下の説明では、等速走行時および走行速度の変化率がしきい値以下のときを単に等速走行時と呼ぶ。
【００５０】
そして、自動二輪車１００の加速時および減速時に、ｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定値に基づいてｘ方向の加速度Ｇｘおよびｚ方向の加速度Ｇｚを補正し、ｘ方向の加速度Ｇｘおよびｚ方向の加速度Ｇｚの補正値に基づいて車体１のピッチ角θｐを推定する。さらに、ピッチ角θｐの推定値を用いて自動二輪車１００のＸ方向の加速度およびＺ方向の加速度を算出する。また、Ｘ方向の加速度を積分することにより自動二輪車１００のＸ方向の速度を算出する。
【００５１】
（２）本実施の形態に係る自動二輪車の全体の構成
図２は本実施の形態に係る自動二輪車１００の全体の概略構成を示す図である。この自動二輪車１００には、後述するＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）が搭載される。
【００５２】
図２に示すように、自動二輪車１００の車体１の前部に前輪２が取り付けられ、車体１の後部に後輪３が取り付けられている。
【００５３】
前輪２の中心部には前輪２とともに回転するセンサロータ４が設けられている。センサロータ４に前輪２の回転速度を検出する前輪速度センサ５が取り付けられている。また、前輪２を制動するために前輪２のブレーキディスクに接触するフロントブレーキキャリパ６が設けられている。
【００５４】
後輪３の中心部には後輪３とともに回転するセンサロータ７が設けられている。センサロータ７に後輪３の回転速度を検出する後輪速度センサ８が取り付けられている。また、後輪３を制動するために後輪３のブレーキディスクに接触するリアブレーキキャリパ９が設けられている。
【００５５】
車体１の前側の上部にはハンドル１１が左右に揺動可能に設けられ、ハンドル１１にフロントブレーキレバー１２および警告灯１３が設けられている。
【００５６】
車体１の中央部には、油圧ユニット１０が設けられている。車体１の中央部の下側にはリアブレーキペダル１４が設けられている。車体１の重心位置には、ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２が取り付けられている。ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２としては、傾斜検出、エアバックの衝撃検出、ハードディスクの落下検出等に用いられる２軸加速度センサまたは３軸加速度センサを用いることができる。
【００５７】
車体１の後部には、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略記する）３０およびフェイルセーフリレー３１が設けられている。
【００５８】
（３）ＡＢＳの構成
図３はＡＢＳの油圧系統および電気系統を示す模式図である。
【００５９】
図３に示すように、フロントブレーキレバー１２にマスタシリンダ１５が接続され、マスタシリンダ１５は油圧ユニット１０に接続されている。マスタシリンダ１５には、ブレーキスイッチ１７が設けられている。また、リアブレーキペダル１４にマスタシリンダ１６が接続され、マスタシリンダ１６は油圧ユニット１０に接続されている。マスタシリンダ１６には、ブレーキスイッチ１８が設けられている。
【００６０】
運転者がフロントブレーキレバー１２を操作すると、マスタシリンダ１５が油圧ユニット１０からフロントブレーキキャリパ６に供給される作動油の圧力を上昇させる。それにより、フロントブレーキキャリパ６が駆動され、前輪２が制動される。このとき、ブレーキスイッチ１７がオンすることによりＥＣＵ３０に前輪ブレーキ信号Ｂｆが与えられる。
【００６１】
また、運転者がリアブレーキペダル１４を操作するとマスタシリンダ１６が油圧ユニット１０からリアブレーキキャリバ９に供給される作動油の圧力を上昇させる。それにより、リアブレーキキャリバ９が駆動され、後輪３が制動される。このとき、ブレーキスイッチ１８がオンすることによりＥＣＵ３０に後輪ブレーキ信号Ｂｒが与えられる。
【００６２】
前輪２のセンサロータ４に設けられた前輪速度センサ５からＥＣＵ３０に前輪２の回転速度を示す前輪速度信号Ｒｆが与えられる。また、後輪３のセンサロータ７に設けられた後輪速度センサ８からＥＣＵ３０に後輪３の回転速度を示す後輪速度信号Ｒｒが与えられる。以下、前輪２の回転速度を前輪速度と呼び、後輪３の回転速度を後輪速度と呼ぶ。
【００６３】
ｘ方向加速度センサ２１からＥＣＵ３０にｘ方向加速度を示すｘ方向加速度信号Ａｘが与えられる。また、ｚ方向加速度センサ２２からＥＣＵ３０にｚ方向加速度を示すｚ方向加速度信号Ａｚが与えられる。
【００６４】
ＥＣＵ３０は、前輪ブレーキ信号Ｂｆまたは後輪ブレーキ信号Ｂｒに応答して油圧ユニット１０内の油圧ポンプ用モータを駆動するためのモータ駆動信号ＭＤをフェイルセーフリレー３１を介して油圧ユニット１０に出力する。
【００６５】
また、ＥＣＵ３０は、前輪速度信号Ｒｆ、後輪速度信号Ｒｒ、ｘ方向加速度信号Ａｘおよびｚ方向加速度信号Ａｚに基づいて、前輪用の減圧信号ＦＰおよび後輪用の減圧信号ＲＰをフェイルセーフリレー３１を介して油圧ユニット１０に出力する。
【００６６】
油圧ユニット１０は、前輪用の減圧信号ＦＰに応答してフロントブレーキキャリパ６に供給される作動油の圧力を減少させる。それにより、フロントブレーキキャリパ６による前輪２の制動が緩められる。また、自動二輪車１００は、後輪用の減圧信号ＲＰに応答してリアブレーキキャリパ９に供給される作動油の圧力を減少させる。それにより、リアブレーキキャリパ９による後輪３の制動が緩められる。
【００６７】
フェイルセーフリレー３１は、ＡＢＳの故障時に油圧ユニット１０のＡＢＳの動作を通常の制動動作に切り替える。ＡＢＳの故障時には、警告灯１３が点灯する。
【００６８】
（４）車速推定部の構成
図４は車速推定部の構成を示すブロック図である。
【００６９】
本実施の形態に係る加速度推定装置は図４の車速推定部３００に用いられる。車速推定部３００は、速度選択部３１０、フィルタ選択部３２０、等速用カルマンフィルタ３３０、加減速用カルマンフィルタ３４０、オフセット記憶部３５０、オフセット補正部３６０、加速度補正部３７０および車速演算部３８０を含む。車速推定部３００内の各構成要素は、図２および図３のＥＣＵ３０およびプログラムの機能により実現される。
【００７０】
速度選択部３１０には、前輪速度センサ５および後輪速度センサ８からそれぞれ前輪速度信号Ｒｆおよび後輪速度信号Ｒｒが与えられ、ｘ方向加速度センサ２１からｘ方向加速度信号Ａｘが与えられる。
【００７１】
速度選択部３１０は、自動二輪車１００の略等速時（停止時および等速走行時)には、前輪速度信号Ｒｆを車速として選択する。加減速時には、前輪速度信号Ｒｆおよび後輪速度信号Ｒｒに基づいて前輪速度と後輪速度とを比較し、加速時には前輪速度および後輪速度のうち小さい方の値を車速として選択し、減速時には前輪速度および後輪速度のうち大きい方の値を車速として選択する。なお、略等速状態または加減速状態の判定は、判定時に選択されている車速の変化率に基づいて行われる。また、速度選択部３１０により選択された車速は車速演算部３８０に出力される。
【００７２】
等速用カルマンフィルタ３３０には、速度選択部３１０から車速が与えられ、ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２からそれぞれｘ方向加速度信号Ａｘおよびｚ方向加速度信号Ａｚが与えられる。等速用カルマンフィルタ３３０は、自動二輪車１００の略等速時（停止時および等速走行時）に後述する方法でｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定し、ｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値を得る。
【００７３】
オフセット記憶部３５０は、等速用カルマンフィルタ３３０により得られたｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値を記憶する。
【００７４】
オフセット補正部３６０には、ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２からそれぞれｘ方向加速度信号Ａｘおよびｚ方向加速度信号Ａｚが与えられ、オフセット記憶部３５０からｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値が与えられる。オフセット補正部３６０は、自動二輪車１００の加速時および減速時に、ｘ方向加速度オフセット推定値、ｚ方向加速度オフセット推定値、ｘ方向加速度信号Ａｘおよびｚ方向加速度信号Ａｚに基づいてｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正する。
【００７５】
加減速用カルマンフィルタ３４０は、自動二輪車１００の加速時および減速時に、速度選択部３１０から与えられる車輪速度ならびにオフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度およびｚ方向加速度に基づいて車体１のピッチ角を推定し、ピッチ角推定値を得る。
【００７６】
フィルタ選択部３２０には、速度選択部３１０から略等速状態または加減速状態の判定結果を示す情報が与えられる。フィルタ選択部３２０は、判定結果を示す情報に基づき、略等速状態のときには等速用カルマンフィルタ３３０を動作させ、加速または減速状態のときには加減速用カルマンフィルタ３４０を動作させるとともに車速演算部３８０を動作させる。
【００７７】
加速度補正部３７０は、加減速用カルマンフィルタ３４０により得られたピッチ角推定値に基づいてオフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正することによりＸ方向加速度およびＺ方向加速度を得る。
【００７８】
車速演算部３８０は、動作直前に速度選択部３１０から得られる車速を初期値として加速度補正部３７０により得られるＸ方向加速度を時間積分することによりＸ方向速度（車速）を算出し、車速を示す車速信号ＶＸを出力する。
【００７９】
（５）車速推定部の動作
図５は車速推定部３００におけるｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定動作と車輪速度の変化との関係を説明するための図である。図５の縦軸はオフセットおよび車輪速度を表し、横軸は時間を表す。太い実線が車輪速度の変化を示し、細い実線がｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値の変化を示す。
【００８０】
自動二輪車１００の停止時および等速走行時に等速用カルマンフィルタ３３０においてｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定動作が行われ、加速時および減速時にはｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値が保持される。
【００８１】
図６は車速推定部３００の動作を示すフローチャートである。
【００８２】
車速推定部３００のフィルタ選択部３２０は、速度選択部３１０で選択された車輪速度の変化率が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、しきい値は、例えば−０．２〜＋０．２［ｍ／ｓ２］に設定される。
【００８３】
車輪速度の変化率が予め定められたしきい値以下の場合には、フィルタ選択部３２０は、自動二輪車１００が停止または等速走行しているとみなし、車輪速度から車速を算出する（ステップＳ２）。ここで、車速は後述するＸ方向速度観測値に相当する。
【００８４】
次に、等速用カルマンフィルタ３３０は、後述する方法でｘ方向加速度センサ２１のオフセット（ｘ方向加速度オフセット）およびｚ方向加速度センサ２２のオフセット（ｚ方向加速度オフセット）をそれぞれ推定し、ｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値を得る（ステップＳ３）。この場合、後述するＺ方向速度観測値はたとえば０とする。その後、ステップＳ１に戻る。
【００８５】
ステップＳ１において車輪速度の変化率が予め定められたしきい値よりも大きい場合には、フィルタ選択部３２０は、自動二輪車１００が加速または減速しているとみなし、オフセット記憶部３５０はｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値の前回値（ステップＳ３で推定された値）を記憶する（ステップＳ４）。
【００８６】
次に、オフセット補正部３６０は、オフセット記憶部３５０に記憶されたｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値に基づいて後述する方法でｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値をそれぞれ補正する（ステップＳ５）。
【００８７】
次いで、加減速用カルマンフィルタ３４０は、オフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値に基づいて後述する方法で車体１のピッチ角を推定し、ピッチ角推定値を得る（ステップＳ６）。
【００８８】
次に、加速度補正部３７０は、オフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度センサ２１の検出値、ｚ方向加速度センサ２２の検出値およびピッチ角推定値を用いて後述する方法でｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正することによりＸ方向加速度およびＹ方向加速度を算出する（ステップＳ７）。
【００８９】
さらに、車速演算部３８０は、Ｘ方向加速度を時間積分することにより車速を算出する（ステップＳ８）。その後、ステップＳ１に戻る。
【００９０】
（６）ＡＢＳ信号処理部の構成および動作
図７はＡＢＳ信号処理部の構成を示すブロック図である。
【００９１】
図７のＡＢＳ信号処理部は、車速推定部３００、第１の信号発生部４００および第２の信号発生部５００を含む。図７のＡＢＳ信号処理部は、図２および図３のＥＣＵ３０およびプログラムの機能により実現される。
【００９２】
第１の信号発生部４００は、加速度演算部４１０、スリップ判定部４２０、加速度判定部４３０および減圧信号発生部４４０を含む。第２の信号発生部５００は、加速度演算部５１０、スリップ判定部５２０、加速度判定部５３０および減圧信号発生部５４０を含む。
【００９３】
第１の信号発生部４００のスリップ判定部４２０には、前輪速度センサ５から前輪速度信号Ｒｆが与えられ、車速推定部３００から車速信号ＶＸが与えられる。加速度演算部４１０には、前輪速度センサ５から前輪速度信号Ｒｆが与えられる。
【００９４】
スリップ判定部４２０は、前輪速度信号Ｒｆに基づいて算出される車速と車速信号ＶＸにより示される車速との差が予め定められた基準値よりも大きいか否かに基づいて前輪２がスリップしているか否かを判定する。
【００９５】
加速度演算部４１０は、前輪速度信号Ｒｆに基づいて前輪２の加速度を算出する。加速度判定部４３０は、加速度演算部４１０により算出された加速度が負から正に変化したか否かに基づいて前輪２がスリップ状態から回復しているか否かを判定する。
【００９６】
減圧信号発生部４４０は、スリップ判定部４２０により前輪２がスリップしていると判定されたときに減圧信号ＦＰを図３の油圧ユニット１０に与え、加速度判定部４３０により前輪２がスリップ状態から回復していると判定されたときに減圧信号ＦＰを解除する。
【００９７】
第２の信号発生部５００のスリップ判定部５２０には、後輪速度センサ８から後輪速度信号Ｒｒが与えられ、車速推定部３００から車速信号ＶＸが与えられる。加速度演算部５１０には、後輪速度センサ８から後輪速度信号Ｒｒが与えられる。
【００９８】
スリップ判定部５２０は、後輪速度信号Ｒｒに基づいて算出される車速と車速信号ＶＸにより示される車速との差が予め定められた基準値よりも大きいか否かに基づいて後輪３がスリップしているか否かを判定する。
【００９９】
加速度演算部５１０は、後輪速度信号Ｒｒに基づいて後輪３の加速度を算出する。加速度判定部５３０は、加速度演算部５１０により算出された加速度が負から正に変化したか否かに基づいて後輪３がスリップ状態から回復しているか否かを判定する。
【０１００】
減圧信号発生部５４０は、スリップ判定部５２０により後輪３がスリップしていると判定されたときに減圧信号ＲＰを図３の油圧ユニット１０に与え、加速度判定部５３０により後輪３がスリップ状態から回復していると判定されたときに減圧信号ＲＰを解除する。
【０１０１】
（７）等速用カルマンフィルタ３３０によるオフセットの推定
次に、等速用カルマンフィルタ３３０によるｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定方法について説明する。
【０１０２】
ｘ方向加速度オフセット、ｚ方向加速度オフセット、観測雑音およびプロセス雑音を考慮すると、次の状態方程式が得られる。ｋはステップ（離散時刻）である。
【０１０３】
【数１】
【０１０４】
観測方程式は下記式のようになる。
【０１０５】
【数２】
【０１０６】
上式（３），（４）の行列の要素を表１に示す。
【０１０７】
【表１】
【０１０８】
上式（４）のＸ方向速度観測値Ｖｏｂｘ（ｋ）は図４の前輪速度センサ５から与えられる前輪速度信号Ｒｆにより得られる。Ｚ方向速度観測値Ｖｏｂｚ（ｋ）は、停止時および等速走行時にはほとんど０であると考えられるので、ここでは０．０ｍ／ｓに設定する。
【０１０９】
ｘ方向加速度観測値Ｇｏｂｘ（ｋ）はｘ方向加速度センサ２１からのｘ方向加速度信号Ａｘにより得られ、ｚ方向加速度観測値Ｇｏｂｚ（ｋ）はｚ方向加速度センサ２２からのｚ方向加速度信号Ａｚにより得られる。
【０１１０】
観測雑音およびプロセス雑音については、現実的および経験的に妥当性のある値をそれぞれ設定し、その値を基準としてシミュレーションにより調整する。
【０１１１】
上式（３）の左辺はステップｋ＋１における状態ベクトルｘｋ＋１であり、状態ベクトルｘｋ＋１は次式のように表される。
【０１１２】
【数３】
【０１１３】
上式（３）の右辺第１項は係数ベクトルＡおよびステップｋにおける状態ベクトルｘｋの積であり、係数ベクトルＡおよび状態ベクトルｘｋは次式のように表される。
【０１１４】
【数４】
【０１１５】
【数５】
【０１１６】
上式（３）の右辺第２項はステップｋにおけるプロセス雑音ベクトルｗｋであり、プロセス雑音ベクトルｗｋは次式のように表される。
【０１１７】
【数６】
【０１１８】
上式（３）の右辺第３項はステップｋにおける外力ベクトルｕｋであり、外力ベクトルｕｋは次式のように表される。
【０１１９】
【数７】
【０１２０】
上式（４）の左辺はステップｋにおける観測ベクトルｙｋであり、観測ベクトルｙｋは次式のように表される。
【０１２１】
【数８】
【０１２２】
上式（４）の右辺第１項は係数ベクトルＢおよびステップｋにおける状態ベクトルｘｋの積であり、係数ベクトルＢは次式のように表される。
【０１２３】
【数９】
【０１２４】
上式（４）の右辺第２項はステップｋにおける観測雑音ベクトルｖｋであり、観測雑音ベクトルｖｋは次式のように表される。
【０１２５】
【数１０】
【０１２６】
上式（５）〜（９）から上式（３）は次式のように表される。
【０１２７】
【数１１】
【０１２８】
上式（１０）〜（１２），（７）から上式（４）は次式のように表される。
【０１２９】
【数１２】
【０１３０】
ここで、ピッチ角θｐを状態量（状態ベクトルの要素）に含めて以下のように拡張カルマンフィルタを用いて逐次計算によりｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定する。
【０１３１】
ピッチ角θｐを含むステップｋにおける状態ベクトルｚｋは次式のように表される。
【０１３２】
【数１３】
【０１３３】
添え字Ｔは転置行列を表す。また、関数ｆｋ（ｚｋ）を次式のように表す。
【０１３４】
【数１４】
【０１３５】
上式（１４）において、係数ベクトルＦｋは次式のように表される。
【０１３６】
【数１５】
【０１３７】
定数Ａａｘは例えば０であり、定数Ａθｐは例えば１である。ここで、ステップｋにおける状態ベクトルｚｋの推定値をｚＥｋ｜ｋとし、ステップｋ−１における状態ベクトルｚｋの推定値をｚＥｋ｜ｋ−１とし、ステップｋにおける状態ベクトルｚｋ＋１の推定値をｚＥｋ＋１｜ｋとすると、フィルタ方程式は次式のようになる。
【０１３８】
【数１６】
【０１３９】
【数１７】
【０１４０】
上式（１６）において、Ｋｋはカルマンゲインであり、観測ベクトルｙｋは上式（１０）で表される。また、関数ｈｋ（ｚＥｋ｜ｋ−１）については後述する。
【０１４１】
カルマンゲインＫｋは次式のように表される。
【０１４２】
【数１８】
【０１４３】
上式（１８）において、Σｋ｜ｋ−１はステップｋ−１における状態ベクトルｚｋの推定誤差の共分散行列であり、Σｖｋは観測雑音ベクトルｖｋの共分散行列である。行列Ｈｋについては、後述する。
【０１４４】
状態ベクトルｚｋの推定誤差の共分散行列Σｋ｜ｋは次式のように表される。
【０１４５】
【数１９】
【０１４６】
誤差の共分散行列方程式は次式のように表される。
【０１４７】
【数２０】
【０１４８】
行列Ｇｋについては後述する。上式（１８），（１９）における行列Ｈｋは次式のように表される。
【０１４９】
【数２１】
【０１５０】
また、上式（１６）における関数ｈｋ（ｚＥｋ｜ｋ−１）は次式のように表される。
【０１５１】
【数２２】
【０１５２】
上式（２２）において、ｘＥｋ｜ｋ−１はステップｋ−１における状態ベクトルｘｋの推定値である。また、θｐＥｋ｜ｋ−１はステップｋ−１におけるピッチ角θｐ（ｋ）の推定値である。行列Ｃｋは次式のように表される。
【０１５３】
【数２３】
【０１５４】
上式（２０）における行列Ｇｋは次式のように表される。
【０１５５】
【数２４】
【０１５６】
上式（２４）において、Ｉは単位行列である。
【０１５７】
上記の拡張カルマンフィルタにより自動二輪車１００の停止時および等速走行時のｘ方向加速度オフセットεｏｆｆｘ（ｋ）およびｚ方向加速度オフセットεｏｆｆｚ（ｋ）とともにピッチ角θｐ（ｋ）を推定することができる。
【０１５８】
（８）等速用カルマンフィルタ３３０のシミュレーション
ここで、上記の等速用カルマンフィルタ３３０のシミュレーションを行い、ｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定した。
【０１５９】
図８は加速度オフセットの真値と加速度オフセットの推定誤差との関係を示す図である。
【０１６０】
図８の横軸はｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの真値を表し、縦軸は加速度オフセットの推定誤差を表す。加速度オフセットの推定誤差は、ｘ方向加速度オフセットの推定値とｘ方向加速度オフセットの真値との差およびｚ方向加速度オフセットの推定値とｚ方向加速度オフセットの真値との差である。
【０１６１】
図８において、ｚ方向加速度オフセットの推定誤差を白丸印で示し、ｘ方向加速度オフセットの推定誤差を黒三角印で示す。図８に示すように、ｘ方向加速度オフセットの推定誤差は０．０６ｍ／ｓ２以内であり、ｚ方向加速度オフセットの推定誤差は０．００１ｍ／ｓ２以内であった。
【０１６２】
図９は加速度オフセットの推定過程における加速度オフセットの推定値の時間的変化を示す図である。
【０１６３】
図９の横軸は時間を表し、縦軸は加速度オフセットを表す。図９において、ｚ方向加速度オフセットの真値を細い実線で示し、ｚ方向加速度オフセットの推定値を太い実線で示し、ｘ方向加速度オフセットの真値を細い点線で示し、ｘ方向加速度オフセットの推定値を太い点線で示す。
【０１６４】
図９に示すように、ｘ方向加速度オフセットの推定値およびｚ方向加速度オフセットの推定値は、共に２秒で完全に収束している。このことから、２秒以上の等速状態が存在すればｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定することが可能となる。
【０１６５】
（９）加減速用カルマンフィルタ３４０によるピッチ角の推定
次に、加減速用カルマンフィルタ３４０によるピッチ角の推定方法について説明する。
【０１６６】
観測雑音およびプロセス雑音を考慮すると、次の状態方程式が得られる。ｋはステップ（離散時刻）である。
【０１６７】
【数２５】
【０１６８】
観測方程式は下記式のようになる。
【０１６９】
【数２６】
【０１７０】
上式（２５），（２６）の行列の要素を表２に示す。
【０１７１】
【表２】
【０１７２】
ここで、ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）は図４のオフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度であり、ｘ方向加速度観測値Ｇｏｂｘ（ｋ）からｘ方向加速度オフセットεｏｆｆｘ（ｋ）を減算した値である。また、ｚ方向加速度補正値ＧＡｏｂｚ（ｋ）は図４のオフセット補正部３６０により補正されたｚ方向加速度であり、ｚ方向加速度観測値Ｇｏｂｚ（ｋ）からｚ方向加速度オフセットεｏｆｆｚ（ｋ）を減算した値である。
【０１７３】
観測雑音およびプロセス雑音については、現実的および経験的に妥当性のある値をそれぞれ設定し、その値を基準としてシミュレーションにより調整する。
【０１７４】
上式（２５）の左辺はステップｋ＋１における状態ベクトルｘｋ＋１であり、状態ベクトルｘｋ＋１は次式のように表される。
【０１７５】
【数２７】
【０１７６】
上式（２５）の右辺第１項は係数ベクトルＡおよびステップｋにおける状態ベクトルｘｋの積であり、係数ベクトルＡおよび状態ベクトルｘｋは次式のように表される。
【０１７７】
【数２８】
【０１７８】
【数２９】
【０１７９】
上式（２５）の右辺第２項はステップｋにおけるプロセス雑音ベクトルｗｋであり、プロセス雑音ベクトルｗｋは次式のように表される。
【０１８０】
【数３０】
【０１８１】
上式（２６）の左辺はステップｋにおける観測ベクトルｙｋであり、観測ベクトルｙｋは次式のように表される。
【０１８２】
【数３１】
【０１８３】
上式（２６）の右辺第１項は係数ベクトルＢおよびステップｋにおける状態ベクトルｘｋの積であり、係数ベクトルＢは次式のように表される。
【０１８４】
【数３２】
【０１８５】
上式（２６）の第２項はステップｋにおける観測雑音ベクトルｖｋであり、観測雑音ベクトルｖｋは次式のように表される。
【０１８６】
【数３３】
【０１８７】
上式（２７）〜（３０）から上式（２５）は次式のように表される。
【０１８８】
【数３４】
【０１８９】
上式（３１）〜（３３），（２９）から上式（２６）は次式のように表される。
【０１９０】
【数３５】
【０１９１】
ここで、ピッチ角θｐを状態量（状態ベクトルの要素）に含めて以下のように拡張カルマンフィルタを用いてピッチ角θｐを推定する。
【０１９２】
ピッチ角θｐを含むステップｋにおける状態ベクトルｚｋは次式のように表される。
【０１９３】
【数３６】
【０１９４】
添え字Ｔは転置行列を表す。また、関数ｆｋ（ｚｋ）を次式のように表す。
【０１９５】
【数３７】
【０１９６】
上式（３５）において、係数ベクトルＦｋは次式のように表される。
【０１９７】
【数３８】
【０１９８】
定数Ａａｘは例えば０であり、定数Ａθｐは例えば１である。ここで、ステップｋにおける状態ベクトルｚｋの推定値をｚＥｋ｜ｋとし、ステップｋ−１における状態ベクトルｚｋの推定値をｚＥｋ｜ｋ−１とし、ステップＫにおける状態ベクトルｚｋ＋１の推定値をｚＥｋ＋１｜ｋとすると、フィルタ方程式は次式のようになる。
【０１９９】
【数３９】
【０２００】
【数４０】
【０２０１】
上式（３７）において、Ｋｋはカルマンゲインであり、観測ベクトルｙｋは上式（３１）で表される。また、関数ｈｋ（ｚＥｋ｜ｋ−１）については後述する。
【０２０２】
カルマンゲインＫｋは次式のように表される。
【０２０３】
【数４１】
【０２０４】
上式（３９）において、Σｋ｜ｋ−１はステップｋ−１における状態ベクトルｚｋの推定誤差の共分散行列であり、Σｖｋは観測雑音ベクトルｖｋの共分散行列である。行列Ｈｋについては、後述する。
【０２０５】
状態ベクトルｚｋの推定誤差の共分散行列Σｋ｜ｋは次式のように表される。
【０２０６】
【数４２】
【０２０７】
誤差の共分散行列方程式は次式のように表される。
【０２０８】
【数４３】
【０２０９】
行列Ｇｋについては後述する。行列Ｈｋは次式のように表される。
【０２１０】
【数４４】
【０２１１】
また、上式（３７）における関数ｈｋ（ｚＥｋ｜ｋ−１）は次式のように表される。
【０２１２】
【数４５】
【０２１３】
上式（４３）において、ｘＥｋ｜ｋ−１はステップｋ−１における状態ベクトルｘｋの推定値である。また、θｐＥｋ｜ｋ−１はステップｋ−１におけるピッチ角θｐ（ｋ）の推定値である。行列Ｃｋは次式のように表される。
【０２１４】
【数４６】
【０２１５】
上式（４１）における行列Ｇｋは次式のように表される。
【０２１６】
【数４７】
【０２１７】
上式（４５）において、Ｉは単位行列である。
【０２１８】
上記の拡張カルマンフィルタにより自動二輪車１００の加速時および減速時のピッチ角θｐ（ｋ）を推定することができる。
【０２１９】
（１０）加速度補正部３７０による加速度の補正
加速度補正部３７０は、上記の加減速用カルマンフィルタ３４０により得られたピッチ角の推定値を用いて次式によりｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正する。それにより、Ｘ方向加速度推定値およびＺ方向加速度推定値を得る。
【０２２０】
【数４８】
【０２２１】
上式（４６）の行列の要素を表３に示す。
【０２２２】
【表３】
【０２２３】
ここで、ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）は図４のオフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度であり、ｘ方向加速度観測値Ｇｏｂｘ（ｋ）からｘ方向加速度オフセットεｏｆｆｘ（ｋ）を減算した値である。また、ｚ方向加速度補正値ＧＡｏｂｚ（ｋ）は図４のオフセット補正部３６０により補正されたｚ方向加速度であり、ｚ方向加速度観測値Ｇｏｂｚ（ｋ）からｚ方向加速度オフセットεｏｆｆｚ（ｋ）を減算した値である。
【０２２４】
上式（４６）により自動二輪車１００の加速時および減速時のＸ方向加速度推定値ａＥｘおよびＺ方向加速度推定値ａＥｚを算出することができる。
【０２２５】
（１１）加減速用カルマンフィルタ３４０のシミュレーション
ここで、上記の加減速用カルマンフィルタ３４０および加速度補正部３７０のシミュレーションを行い、Ｘ方向加速度およびＺ方向加速度を推定した。
【０２２６】
図１０はＸ方向加速度の推定結果を示す図である。図１０の横軸は時間を表し、縦軸は加速度を表す。
【０２２７】
図１０において、Ｘ方向加速度の真値を点線で示し、加減速用カルマンフィルタ３４０により得られたピッチ角推定値θＥｐを用いて加速度補正部３７０により得られたＸ方向加速度推定値ａＥｘを実線で示し、オフセット補正部３６０により得られたｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）を一点鎖線で示す。ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）は、ｘ方向加速度オフセットの影響が除去されているが、ピッチ角の影響を受けている。
【０２２８】
図１０に示すように、Ｘ方向加速度推定値ａＥｘはｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）に比較してＸ方向加速度の真値に近くなった。
【０２２９】
さらに、Ｘ方向加速度の真値、Ｘ方向加速度推定値ａＥｘおよびｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）を時間積分することにより車速を推定した。
【０２３０】
図１１は車速の推定結果を示す図である。図１１の横軸は時間を表し、縦軸は車速推定値を表す。
【０２３１】
図１１において、Ｘ方向加速度の真値を用いて算出された車速（Ｘ方向車速真値）を点線で示し、Ｘ方向加速度推定値ａＥｘを用いて算出されたＸ方向車速推定値を実線で示し、ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）を用いて算出されたｘ方向車速推定値を一点鎖線で示す。
【０２３２】
図１１に示すように、Ｘ方向加速度推定値ａＥｘを用いて算出されたＸ方向車速推定値は、ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）を用いて算出されたｘ方向車速推定値に比較してＸ方向車速真値に近くなった。
【０２３３】
（１２）本実施の形態の効果
（１２−１）
本実施の形態に係る自動二輪車１００においては、停止時および等速走行時に、車速推定部３００の等速用カルマンフィルタ３３０によりｘ方向加速度センサ２１のオフセットおよびｚ方向加速度センサ２２のオフセットが高精度で推定される。それにより、ｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値に任意の周波数のピッチングによる重力の影響が与えられる場合でも、ｘ方向加速度センサ２１のオフセットおよびｚ方向加速度センサ２２のオフセットを正確に推定することが可能となる。
【０２３４】
（１２−２）
また、ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２に与えられる観測外乱が等速用カルマンフィルタ３３０において除去される。それにより、車速推定部３００により得られるＸ方向の車速により制御されるＡＢＳが観測外乱により不安定になることが防止される。
【０２３５】
（１２−３）
また、自動二輪車１００の停止時または等速走行時に得られたｘ方向加速度センサ２１のオフセットの推定値およびｚ方向加速度センサ２２のオフセットの推定値がオフセット記憶部３５０に記憶され、自動二輪車１００の加速時または減速時には、オフセット記憶部３５０に記憶されたｘ方向加速度センサ２１のオフセットの推定値およびｚ方向加速度センサ２２のオフセットの推定値に基づいてｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値がオフセット補正部３６０により補正される。それにより、自動二輪車１００のｘ方向加速度およびｚ方向加速度を高い精度で検出することができる。
【０２３６】
（１２−４）
また、自動二輪車１００の加速時または減速時には、加減速用カルマンフィルタ３４０により車体１のピッチ角が推定される。それにより、任意の周波数のピッチングによるピッチ角を高価なジャイロセンサを用いることなく低コストかつ高精度で推定することが可能となる。
【０２３７】
（１２−５）
さらに、ピッチ角の推定値、ｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値に基づいて加速度補正部３７０により自動二輪車１００のＸ方向加速度およびＹ方向加速度が算出される。それにより、自動二輪車１００のＸ方向加速度を高い精度で検出することができる。
【０２３８】
また、車速演算部３８０によりＸ方向加速度からＸ方向の車速が高い精度で得られる。したがって、前輪２および後輪３共にブレーキをかけた場合に、前輪２および後輪３の滑りを検出することができるとともに、車速を高精度で検出することができる。
【０２３９】
また、後輪３の駆動中に前輪２にブレーキをかけた場合などのように前輪２および後輪３の両方が滑っている場合には、前輪２および後輪３の車輪速度からは車体１の重心速度を求めることができない。このような場合でも、本実施の形態の車速推定部３００を用いて前輪２および後輪３の滑りを検出することができるとともに、車速を高精度で検出することができる。
【０２４０】
（１３）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態では、本発明の加速度推定装置をＡＢＳに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の加速度推定装置を他のブレーキコントロールシステムに適用してもよく、トラクションコントロールシステムに適用してもよく、クルーズコントロールシステムに適用してもよい。トラクションコントロールシステムとは、駆動輪の駆動力またはエンジンの出力およびブレーキ力を制御することにより旋回時、発進時または加速時に最適な駆動力を得るシステムをいう。クルーズコントロールシステムとは、長距離または長時間の走行の際に自動的に車速を一定に制御するシステムをいう。
【０２４１】
また、本発明の加速度推定装置を電子スロットルによるドライバビリティコントロールに適用することもできる。ドライバビリティコントロールとは、運転の快適性能を得る制御をいう。本発明の加速度推定装置をドライバビリティコントロールに適用した場合には、加速度センサの誤差を低減することができるため、運転の快適性能を高精度に制御することができる。その結果、運転者に加速感の変化および変動を感じさせない滑らかな加速性を提供することが可能となる。
【０２４２】
さらに、本発明の加速度推定装置は、ナビゲーションシステムにおいてＧＰＳ（Global Positioning System）信号が受信できない場合に車両の加速度を推定するために利用することができる。
【０２４３】
（ｂ）上記実施の形態では、車速推定部３００内の各構成要素がＥＣＵ３０およびプログラムの機能により実現されるが、これに限定されず、車速推定部３００内の複数の構成要素の一部または全てを電子回路等のハードウエアにより実現してもよい。
【０２４４】
（ｃ）上記実施の形態では、オフセット推定部が拡張カルマンフィルタからなる等速用カルマンフィルタ３３０により構成されるが、これに限定されず、オフセット推定部が他の適応フィルタリング手法により実現されてもよい。例えば、ＬＭＳ（最小平均二乗）適応フィルタまたはＨ∞フィルタリング等を用いてもよい。
【０２４５】
（ｄ）上記実施の形態では、ピッチ角推定部が拡張カルマンフィルタからなる加減速用カルマンフィルタ３４０により構成されるが、これに限定されず、ピッチ角推定部が他の適応フィルタリング手法により実現されてもよい。例えば、ＬＭＳ適応フィルタまたはＨ∞フィルタリング等を用いてもよい。
【０２４６】
（ｅ）上記実施の形態の車速推定部３００は、自動二輪車１００に限らず、自動二輪車、四輪の自動車、三輪の自動車等の種々の車両に適用することができる。
【０２４７】
（１４）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０２４８】
上記実施の形態では、自動二輪車１００が車両の例であり、ｘ方向加速度センサ２１が第１の加速度センサの例であり、ｚ方向加速度センサ２２が第２の加速度センサの例であり、加減速用カルマンフィルタ３４０がピッチ角推定手段または第１のカルマンフィルタの例であり、加速度補正部３７０が加速度算出手段の例である。
【０２４９】
また、前輪速度センサ５が車輪速度検出器の例であり、等速用カルマンフィルタ３３０がオフセット推定手段または第２のカルマンフィルタの例であり、オフセット補正部３６０が補正手段の例であり、車速推定部３００が速度算出手段の例である。
【０２５０】
さらに、前輪２または後輪３が車輪の例であり、第１の信号発生部４００および第２の信号発生部５００が制御手段の例である。
【産業上の利用可能性】
【０２５１】
本発明は、自動二輪車、四輪の自動車、三輪の自動車等の種々の車両等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２５２】
【図１】減速時に加速度センサが受ける加速度の関係を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る自動二輪車の全体の概略構成を示す図である。
【図３】ＡＢＳの油圧系統および電気系統を示す模式図である。
【図４】車速推定部の構成を示すブロック図である。
【図５】車速推定部におけるｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定動作と車輪速度の変化率との関係を説明するための図である。
【図６】車速推定部の動作を示すフローチャートである。
【図７】ＡＢＳ信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図８】加速度オフセットの真値と加速度オフセットの推定誤差との関係を示す図である。
【図９】加速度オフセットの推定過程における加速度オフセットの推定値の時間的変化を示す図である。
【図１０】Ｘ方向加速度の推定結果を示す図である。
【図１１】車速の推定結果を示す図である。
【符号の説明】
【０２５３】
１ 車体
２ 前輪
３ 後輪
４ センサロータ
５ 前輪速度センサ
６ フロントブレーキキャリパ
７ センサロータ
８ 後輪速度センサ
９ リアブレーキキャリバ
１０ 油圧ユニット
１１ ハンドル
１２ フロントブレーキレバー
１３ 警告灯
１４ リアブレーキペダル
１５，１６ マスタシリンダ
１７，１８ ブレーキスイッチ
２１ ｘ方向加速度センサ
２２ ｚ方向加速度センサ
３０ ＥＣＵ
３１ フェイルセーフリレー
１００ 自動二輪車
３００ 車速推定部
３１０ 速度選択部
３２０ フィルタ選択部
３３０ 等速用カルマンフィルタ
３４０ 加減速用カルマンフィルタ
３５０ オフセット記憶部
３６０ オフセット補正部
３７０ 加速度補正部
３８０ 車速演算部
４００ 第１の信号発生部
５００ 第２の信号発生部
４１０，５１０ 加速度演算部
４２０，５２０ スリップ判定部
４３０，５３０ 加速度判定部
４４０，５４０ 減圧信号発生部
６００ 地面
ａｘ Ｘ方向の加速度
ａｚ Ｚ方向の加速度
Ｇｘ ｘ方向の加速度
Ｇｚ ｚ方向の加速度
θｐ ピッチ角
Ａｘ ｘ方向加速度信号
Ａｚ ｚ方向加速度信号
Ｂｆ 前輪ブレーキ信号
Ｂｒ 後輪ブレーキ信号
ＦＰ，ＲＰ 減圧信号
ＭＤ モータ駆動信号
Ｒｆ 前輪速度信号
Ｒｒ 後輪速度信号
ＶＸ 車速信号
【技術分野】
【０００１】
車両の加速度を推定する加速度推定装置およびそれを備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の走行速度は、車輪の回転速度に基づいて算出することができる。しかし、車両の急激な加速時には、車輪が路面に対して滑りながら回転することがある。また、急激な減速時（制動時）には、路面に対して滑ることがある。このような場合には、車輪の回転速度から算出された速度は、実際の車両の走行速度と一致しない。
【０００３】
そこで、加速度センサを用いて車両の前後方向の加速度を検出し、検出された加速度を積分することにより速度を算出することが行われる。
【０００４】
しかしながら、急激な加速時または減速時には、車体のピッチングにより車体が進行方向に対して上下に傾斜する。すなわち、急激な加速時には、車体の前部が浮き上がり、急激な減速時には、車体の前部が沈み込む。それにより、加速度センサにより検出される車両の前後方向の加速度は車両の走行方向の加速度と正確には一致しない。
【０００５】
特許文献１には、前後方向の加速度を検出する加速度センサの不要成分を除去することにより前後方向の加速度の推定値を算出する車両用前後加速度推定装置が記載されている。
【０００６】
特許文献１の前後加速度推定装置では、加速度センサの出力電圧の変化を周波数分析し、ＤＣオフセットによるもの、温度ドリフトによるもの、道路状況によるもの、車両の加減速によるもの、および車体のピッチングによるものに分類する。そして、カルマンフィルタを用いて加速度センサによる前後加速度の検出値から特定の周波数よりも高い周波数を有する変動成分のみを取り出す。
【０００７】
それにより、前後加速度の検出値から低い周波数を有するＤＣオフセットによる変動成分および温度ドリフトによる変動成分が除去される。その結果、経時変化および温度変化に影響されない前後方向加速度の推定値が得られるとされている。
【特許文献１】特開平１０−１０４２５９号公報
【特許文献２】特開平８−２６８２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の前後加速度推定装置では、加速度センサの検出値から特定の周波数帯域における不要成分を除去することができる。したがって、加速度センサの検出値から特定の周波数帯域の変動成分のみを除去することにより車体のピッチングによる変動成分を除去することが考えられる。
【０００９】
しかしながら、特定の周波数帯域以外のピッチングによる変動成分を除去することはできない。そのため、車両の加速時および減速時に車両の前後方向の加速度を正確に推定することができない。
【００１０】
一方、特許文献２には、車両の実車速を推定する実車速推定装置が記載されている。この実車速推定装置では、ロール剛性係数およびピッチング剛性係数を定義し、それらのロール剛性係数およびピッチング剛性係数を用いて横加速度センサの出力および前後加速度センサの出力を補正している。
【００１１】
しかしながら、車両の加速時および減速時のピッチ角の変動は一定ではない。特許文献２の実車速推定装置では、前後加速度センサの出力とピッチ角との関係がピッチング剛性係数により定められているため、車両の任意のピッチングに対応して車両の進行方向の加速度を正確に推定することはできない。
【００１２】
本発明の目的は、車両の進行方向の加速度を正確に推定することができる加速度推定装置およびそれを備えた車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）第１の発明に係る加速度推定装置は、車両の加速度を推定する加速度推定装置であって、車両に設けられ、車両の前後方向の加速度を検出する第１の加速度センサと、車両に設けられ、車両の上下方向の加速度を検出する第２の加速度センサと、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて車両のピッチ角を推定するピッチ角推定手段と、ピッチ角推定手段により得られるピッチ角の推定値、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値に基づいて重力方向に直交する車両の進行方向の加速度を算出する加速度算出手段とを備えたものである。
【００１４】
その加速度推定装置においては、第１の加速度センサおよび第２の加速度センサが車両に設けられる。第１の加速度センサにより車両の前後方向の加速度が検出され、第２の加速度センサにより車両の上下方向の加速度が検出される。また、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいてピッチ角推定手段により車両のピッチ角が推定される。そして、ピッチ角の推定値、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値に基づいて車両の進行方向の加速度が算出される。
【００１５】
このようにして、車両の任意のピッチングによるピッチ角を高精度で推定することが可能となる。それにより、車両の進行方向の加速度を高い精度で検出することができる。
【００１６】
（２）加速度推定装置は、加速度算出手段により得られる進行方向の加速度の算出値を積分することにより進行方向の速度を算出する速度算出手段をさらに備えてもよい。この場合、車両の進行方向の速度を高い精度で検出することができる。
【００１７】
（３）ピッチ角推定手段は、重力方向に垂直な車両の進行方向の加速度、重力方向に平行な鉛直方向の加速度、第１の加速度センサの検出値、第２の加速度センサの検出値および車両のピッチ角の関係を用いて車両のピッチ角を推定する第１のカルマンフィルタを含んでもよい。
【００１８】
この場合、第１のカルマンフィルタにより車両のピッチ角が推定される。それにより、車両の前後方向の加速度の検出値および上下方向の加速度の検出値に任意の周波数のピッチングによる重力の影響が与えられる場合でも、車両のピッチ角をより高精度で検出することが可能となる。
【００１９】
（４）加速度推定装置は、車両の略等速時に、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットを推定するオフセット推定手段と、車両の加速時または減速時に、オフセット推定手段により得られた第１の加速度センサのオフセットの推定値および第２の加速度センサのオフセットの推定値に基づいて第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値を補正する補正手段とをさらに備え、ピッチ角推定手段は、車両の加速時または減速時に、補正手段により補正された第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて車両のピッチ角を推定してもよい。
【００２０】
ここで、車両の略等速時とは、車両の停止時および車両の走行速度の変化率が予め定められたしきい値以下のときをいう。しきい値は、例えば−０．２ｍ／ｓ２から＋０．２ｍ／ｓ２の範囲である。
【００２１】
この場合、車両の略等速時に、オフセット推定手段により第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットが推定される。ここで、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットは、短時間では変化しない。
【００２２】
車両の加速時または減速時には、車両の略等速時に得られた第１の加速度センサのオフセットの推定値および第２の加速度センサのオフセットの推定値に基づいて第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値が補正手段により補正される。そして、補正された第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて車両のピッチ角が推定される。それにより、車両のピッチ角をより高い精度で検出することができる。
【００２３】
（５）加速度推定装置は、車両の車輪速度を検出する車輪速度検出器をさらに備え、オフセット推定手段は、進行方向の加速度、鉛直方向の加速度、第１の加速度センサの検出値、第２の加速度センサの検出値、進行方向の速度、鉛直方向の速度、車輪速度検出器の検出値から得られる車両の速度、および車両のピッチ角の関係を用いて、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットを推定する第２のカルマンフィルタを含んでもよい。
【００２４】
この場合、第２のカルマンフィルタにより第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットが推定される。それにより、前後方向の加速度の検出値および上下方向の加速度の検出値に任意の周波数のピッチングによる重力の影響が与えられる場合でも、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットをより正確に推定することが可能となる。その結果、車両のピッチ角をより高い精度で検出することができる。
【００２５】
また、第１の加速度センサおよび第２の加速度センサに与えられる観測外乱が第２のカルマンフィルタにおいて除去される。それにより、車両の進行方向の加速度に基づいて制御される制御系が観測外乱により不安定になることが防止される。
【００２６】
（６）オフセット推定手段は、車輪速度検出器により検出される車輪速度の変化率が予め定められたしきい値以下の場合に、車両が略等速状態であると判定し、ピッチ角推定手段は、車輪速度検出器により検出される車輪速度の変化率がしきい値よりも高い場合に、車両が加速または減速していると判定してもよい。
【００２７】
この場合、車輪速度の変化率がしきい値以下の場合に車両が略等速状態であると判定され、オフセット推定手段により第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットが推定される。さらに、車輪速度の変化率がしきい値よりも高い場合に車両が加速または減速していると判定され、ピッチ角推定手段により車両のピッチ角が推定される。
【００２８】
それにより、車両の速度が小さく変化している場合でも、第１の加速度センサのオフセットおよび第２の加速度センサのオフセットを高精度で検出することができる。その結果、車両の加速時または減速時に、車両のピッチ角をより高精度で検出することができる。
【００２９】
（７）第２の発明に係る車両は、車体と、車体に設けられた車輪と、車体に設けられた第１の発明に係る加速度推定装置と、加速度推定装置により得られる進行方向の加速度に基づいて車輪の回転を制御する制御手段とを備えたものである。
【００３０】
加速度推定装置により第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて車両のピッチ角が推定され、ピッチ角の推定値、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値に基づいて車両の進行方向の加速度が算出される。それにより、車両の進行方向の加速度を高い精度で検出することができる。
【００３１】
そして、加速度推定装置により得られる車両の進行方向の加速度に基づいて制御手段により車輪の回転が制御される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値の関係に基づいてピッチ角推定手段により車両のピッチ角が推定される。そして、ピッチ角の推定値、第１の加速度センサの検出値および第２の加速度センサの検出値に基づいて車両の進行方向の加速度が算出される。
【００３３】
このようにして、車両の任意のピッチングによるピッチ角を高精度で推定することが可能となる。それにより、車両の進行方向の加速度を高い精度で検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下の実施の形態では、本発明に係る加速度推定装置を自動二輪車に適用した例を説明する。
【００３５】
（１）本実施の形態の基本思想
まず、本実施の形態に係る加速度検出装置を備える自動二輪車の減速時の加速度の関係について説明する。
【００３６】
図１は減速時に加速度センサが受ける加速度の関係を示す図である。
【００３７】
図１に示すように、自動二輪車１００の前輪ブレーキによる減速時には、フロントサスペンションが縮み、かつリアサスペンションが伸びた状態となり、自動二輪車１００が進行方向に対して前のめりに傾斜する。
【００３８】
自動二輪車１００の地上に固定された座標系を地上座標系とし、自動二輪車１００に取り付けられた加速度センサに固定された座標系をセンサ座標系とする。
【００３９】
地上座標系では、水平な地面６００上での自動二輪車１００の進行方向（重力に垂直な方向）をＸ方向と定義し、鉛直方向（重力の方向）をＺ方向と定義する。したがって、自動二輪車１００の姿勢にかかわらず地上座標系のＸ方向およびＺ方向は変化しない。
【００４０】
センサ座標系では、自動二輪車１００が水平状態にあるときの自動二輪車１００の水平軸の方向（車体１の前後方向）をｘ方向と定義し、自動二輪車１００の水平軸に垂直な方向（車体１の上下方向）をｚ方向と定義する。したがって、自動二輪車１００の姿勢によりセンサ座標系のｘ方向およびｚ方向は地上座標系のＸ方向およびＺ方向に対して傾斜する。
【００４１】
以下、地上座標系のＸ方向を単にＸ方向または進行方向と呼び、地上座標系のＺ方向を単にＺ方向または鉛直方向と呼ぶ。
【００４２】
図１よりセンサ座標系におけるｘ方向の加速度Ｇｘおよびｚ方向の加速度Ｇｚは、地上座標系におけるＸ方向の加速度ａｘおよびＺ方向の加速度ａｚを用いて次式で表される。
【００４３】
Ｇｘ＝ａｘｃｏｓθｐ−ａｚｓｉｎθｐ …（１）
Ｇｚ＝ａｘｓｉｎθｐ＋ａｚｃｏｓθｐ …（２）
上式（１），（２）において、θｐは車体１のピッチ角である。
【００４４】
本実施の形態の自動二輪車１００には、車体１のｘ方向の加速度Ｇｘを検出するｘ方向加速度センサおよびｚ方向の加速度Ｇｚを検出するｚ方向加速度センサが設けられる。
【００４５】
ｘ方向加速度センサによりｘ方向の加速度Ｇｘを検出し、ｚ方向加速度センサによりｚ方向の加速度Ｇｚを検出し、ピッチ角θｐを求めることにより、自動二輪車１００の地上座標系におけるＸ方向の加速度ａｘおよびＺ方向の加速度ａｚを測定することができる。
【００４６】
一般に、加速度センサにはオフセットが存在する。ここで、加速度センサのオフセットとは、加速度０ｍ／ｓ２のときの加速度センサの出力電圧の公称値と加速度センサの実際の出力電圧の値との差を加速度の単位（ｍ／ｓ２）に換算した値をいう。
【００４７】
以下、ｘ方向加速度センサのオフセットをｘ方向加速度オフセットと呼び、ｚ方向加速度センサのオフセットをｚ方向加速度オフセットと呼ぶ。
【００４８】
本実施の形態では、自動二輪車１００の略等速時に、後述する拡張カルマンフィルタを用いてｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定する。
【００４９】
ここで、略等速時とは、自動二輪車１００の停止時、自動二輪車１００の等速走行時および自動二輪車１００の走行速度の変化率が予め定められたしきい値以下のときを含む。以下の説明では、等速走行時および走行速度の変化率がしきい値以下のときを単に等速走行時と呼ぶ。
【００５０】
そして、自動二輪車１００の加速時および減速時に、ｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定値に基づいてｘ方向の加速度Ｇｘおよびｚ方向の加速度Ｇｚを補正し、ｘ方向の加速度Ｇｘおよびｚ方向の加速度Ｇｚの補正値に基づいて車体１のピッチ角θｐを推定する。さらに、ピッチ角θｐの推定値を用いて自動二輪車１００のＸ方向の加速度およびＺ方向の加速度を算出する。また、Ｘ方向の加速度を積分することにより自動二輪車１００のＸ方向の速度を算出する。
【００５１】
（２）本実施の形態に係る自動二輪車の全体の構成
図２は本実施の形態に係る自動二輪車１００の全体の概略構成を示す図である。この自動二輪車１００には、後述するＡＢＳ（アンチロック・ブレーキ・システム）が搭載される。
【００５２】
図２に示すように、自動二輪車１００の車体１の前部に前輪２が取り付けられ、車体１の後部に後輪３が取り付けられている。
【００５３】
前輪２の中心部には前輪２とともに回転するセンサロータ４が設けられている。センサロータ４に前輪２の回転速度を検出する前輪速度センサ５が取り付けられている。また、前輪２を制動するために前輪２のブレーキディスクに接触するフロントブレーキキャリパ６が設けられている。
【００５４】
後輪３の中心部には後輪３とともに回転するセンサロータ７が設けられている。センサロータ７に後輪３の回転速度を検出する後輪速度センサ８が取り付けられている。また、後輪３を制動するために後輪３のブレーキディスクに接触するリアブレーキキャリパ９が設けられている。
【００５５】
車体１の前側の上部にはハンドル１１が左右に揺動可能に設けられ、ハンドル１１にフロントブレーキレバー１２および警告灯１３が設けられている。
【００５６】
車体１の中央部には、油圧ユニット１０が設けられている。車体１の中央部の下側にはリアブレーキペダル１４が設けられている。車体１の重心位置には、ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２が取り付けられている。ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２としては、傾斜検出、エアバックの衝撃検出、ハードディスクの落下検出等に用いられる２軸加速度センサまたは３軸加速度センサを用いることができる。
【００５７】
車体１の後部には、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略記する）３０およびフェイルセーフリレー３１が設けられている。
【００５８】
（３）ＡＢＳの構成
図３はＡＢＳの油圧系統および電気系統を示す模式図である。
【００５９】
図３に示すように、フロントブレーキレバー１２にマスタシリンダ１５が接続され、マスタシリンダ１５は油圧ユニット１０に接続されている。マスタシリンダ１５には、ブレーキスイッチ１７が設けられている。また、リアブレーキペダル１４にマスタシリンダ１６が接続され、マスタシリンダ１６は油圧ユニット１０に接続されている。マスタシリンダ１６には、ブレーキスイッチ１８が設けられている。
【００６０】
運転者がフロントブレーキレバー１２を操作すると、マスタシリンダ１５が油圧ユニット１０からフロントブレーキキャリパ６に供給される作動油の圧力を上昇させる。それにより、フロントブレーキキャリパ６が駆動され、前輪２が制動される。このとき、ブレーキスイッチ１７がオンすることによりＥＣＵ３０に前輪ブレーキ信号Ｂｆが与えられる。
【００６１】
また、運転者がリアブレーキペダル１４を操作するとマスタシリンダ１６が油圧ユニット１０からリアブレーキキャリバ９に供給される作動油の圧力を上昇させる。それにより、リアブレーキキャリバ９が駆動され、後輪３が制動される。このとき、ブレーキスイッチ１８がオンすることによりＥＣＵ３０に後輪ブレーキ信号Ｂｒが与えられる。
【００６２】
前輪２のセンサロータ４に設けられた前輪速度センサ５からＥＣＵ３０に前輪２の回転速度を示す前輪速度信号Ｒｆが与えられる。また、後輪３のセンサロータ７に設けられた後輪速度センサ８からＥＣＵ３０に後輪３の回転速度を示す後輪速度信号Ｒｒが与えられる。以下、前輪２の回転速度を前輪速度と呼び、後輪３の回転速度を後輪速度と呼ぶ。
【００６３】
ｘ方向加速度センサ２１からＥＣＵ３０にｘ方向加速度を示すｘ方向加速度信号Ａｘが与えられる。また、ｚ方向加速度センサ２２からＥＣＵ３０にｚ方向加速度を示すｚ方向加速度信号Ａｚが与えられる。
【００６４】
ＥＣＵ３０は、前輪ブレーキ信号Ｂｆまたは後輪ブレーキ信号Ｂｒに応答して油圧ユニット１０内の油圧ポンプ用モータを駆動するためのモータ駆動信号ＭＤをフェイルセーフリレー３１を介して油圧ユニット１０に出力する。
【００６５】
また、ＥＣＵ３０は、前輪速度信号Ｒｆ、後輪速度信号Ｒｒ、ｘ方向加速度信号Ａｘおよびｚ方向加速度信号Ａｚに基づいて、前輪用の減圧信号ＦＰおよび後輪用の減圧信号ＲＰをフェイルセーフリレー３１を介して油圧ユニット１０に出力する。
【００６６】
油圧ユニット１０は、前輪用の減圧信号ＦＰに応答してフロントブレーキキャリパ６に供給される作動油の圧力を減少させる。それにより、フロントブレーキキャリパ６による前輪２の制動が緩められる。また、自動二輪車１００は、後輪用の減圧信号ＲＰに応答してリアブレーキキャリパ９に供給される作動油の圧力を減少させる。それにより、リアブレーキキャリパ９による後輪３の制動が緩められる。
【００６７】
フェイルセーフリレー３１は、ＡＢＳの故障時に油圧ユニット１０のＡＢＳの動作を通常の制動動作に切り替える。ＡＢＳの故障時には、警告灯１３が点灯する。
【００６８】
（４）車速推定部の構成
図４は車速推定部の構成を示すブロック図である。
【００６９】
本実施の形態に係る加速度推定装置は図４の車速推定部３００に用いられる。車速推定部３００は、速度選択部３１０、フィルタ選択部３２０、等速用カルマンフィルタ３３０、加減速用カルマンフィルタ３４０、オフセット記憶部３５０、オフセット補正部３６０、加速度補正部３７０および車速演算部３８０を含む。車速推定部３００内の各構成要素は、図２および図３のＥＣＵ３０およびプログラムの機能により実現される。
【００７０】
速度選択部３１０には、前輪速度センサ５および後輪速度センサ８からそれぞれ前輪速度信号Ｒｆおよび後輪速度信号Ｒｒが与えられ、ｘ方向加速度センサ２１からｘ方向加速度信号Ａｘが与えられる。
【００７１】
速度選択部３１０は、自動二輪車１００の略等速時（停止時および等速走行時)には、前輪速度信号Ｒｆを車速として選択する。加減速時には、前輪速度信号Ｒｆおよび後輪速度信号Ｒｒに基づいて前輪速度と後輪速度とを比較し、加速時には前輪速度および後輪速度のうち小さい方の値を車速として選択し、減速時には前輪速度および後輪速度のうち大きい方の値を車速として選択する。なお、略等速状態または加減速状態の判定は、判定時に選択されている車速の変化率に基づいて行われる。また、速度選択部３１０により選択された車速は車速演算部３８０に出力される。
【００７２】
等速用カルマンフィルタ３３０には、速度選択部３１０から車速が与えられ、ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２からそれぞれｘ方向加速度信号Ａｘおよびｚ方向加速度信号Ａｚが与えられる。等速用カルマンフィルタ３３０は、自動二輪車１００の略等速時（停止時および等速走行時）に後述する方法でｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定し、ｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値を得る。
【００７３】
オフセット記憶部３５０は、等速用カルマンフィルタ３３０により得られたｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値を記憶する。
【００７４】
オフセット補正部３６０には、ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２からそれぞれｘ方向加速度信号Ａｘおよびｚ方向加速度信号Ａｚが与えられ、オフセット記憶部３５０からｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値が与えられる。オフセット補正部３６０は、自動二輪車１００の加速時および減速時に、ｘ方向加速度オフセット推定値、ｚ方向加速度オフセット推定値、ｘ方向加速度信号Ａｘおよびｚ方向加速度信号Ａｚに基づいてｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正する。
【００７５】
加減速用カルマンフィルタ３４０は、自動二輪車１００の加速時および減速時に、速度選択部３１０から与えられる車輪速度ならびにオフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度およびｚ方向加速度に基づいて車体１のピッチ角を推定し、ピッチ角推定値を得る。
【００７６】
フィルタ選択部３２０には、速度選択部３１０から略等速状態または加減速状態の判定結果を示す情報が与えられる。フィルタ選択部３２０は、判定結果を示す情報に基づき、略等速状態のときには等速用カルマンフィルタ３３０を動作させ、加速または減速状態のときには加減速用カルマンフィルタ３４０を動作させるとともに車速演算部３８０を動作させる。
【００７７】
加速度補正部３７０は、加減速用カルマンフィルタ３４０により得られたピッチ角推定値に基づいてオフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正することによりＸ方向加速度およびＺ方向加速度を得る。
【００７８】
車速演算部３８０は、動作直前に速度選択部３１０から得られる車速を初期値として加速度補正部３７０により得られるＸ方向加速度を時間積分することによりＸ方向速度（車速）を算出し、車速を示す車速信号ＶＸを出力する。
【００７９】
（５）車速推定部の動作
図５は車速推定部３００におけるｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定動作と車輪速度の変化との関係を説明するための図である。図５の縦軸はオフセットおよび車輪速度を表し、横軸は時間を表す。太い実線が車輪速度の変化を示し、細い実線がｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値の変化を示す。
【００８０】
自動二輪車１００の停止時および等速走行時に等速用カルマンフィルタ３３０においてｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定動作が行われ、加速時および減速時にはｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値が保持される。
【００８１】
図６は車速推定部３００の動作を示すフローチャートである。
【００８２】
車速推定部３００のフィルタ選択部３２０は、速度選択部３１０で選択された車輪速度の変化率が予め定められたしきい値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１）。ここで、しきい値は、例えば−０．２〜＋０．２［ｍ／ｓ２］に設定される。
【００８３】
車輪速度の変化率が予め定められたしきい値以下の場合には、フィルタ選択部３２０は、自動二輪車１００が停止または等速走行しているとみなし、車輪速度から車速を算出する（ステップＳ２）。ここで、車速は後述するＸ方向速度観測値に相当する。
【００８４】
次に、等速用カルマンフィルタ３３０は、後述する方法でｘ方向加速度センサ２１のオフセット（ｘ方向加速度オフセット）およびｚ方向加速度センサ２２のオフセット（ｚ方向加速度オフセット）をそれぞれ推定し、ｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値を得る（ステップＳ３）。この場合、後述するＺ方向速度観測値はたとえば０とする。その後、ステップＳ１に戻る。
【００８５】
ステップＳ１において車輪速度の変化率が予め定められたしきい値よりも大きい場合には、フィルタ選択部３２０は、自動二輪車１００が加速または減速しているとみなし、オフセット記憶部３５０はｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値の前回値（ステップＳ３で推定された値）を記憶する（ステップＳ４）。
【００８６】
次に、オフセット補正部３６０は、オフセット記憶部３５０に記憶されたｘ方向加速度オフセット推定値およびｚ方向加速度オフセット推定値に基づいて後述する方法でｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値をそれぞれ補正する（ステップＳ５）。
【００８７】
次いで、加減速用カルマンフィルタ３４０は、オフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値に基づいて後述する方法で車体１のピッチ角を推定し、ピッチ角推定値を得る（ステップＳ６）。
【００８８】
次に、加速度補正部３７０は、オフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度センサ２１の検出値、ｚ方向加速度センサ２２の検出値およびピッチ角推定値を用いて後述する方法でｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正することによりＸ方向加速度およびＹ方向加速度を算出する（ステップＳ７）。
【００８９】
さらに、車速演算部３８０は、Ｘ方向加速度を時間積分することにより車速を算出する（ステップＳ８）。その後、ステップＳ１に戻る。
【００９０】
（６）ＡＢＳ信号処理部の構成および動作
図７はＡＢＳ信号処理部の構成を示すブロック図である。
【００９１】
図７のＡＢＳ信号処理部は、車速推定部３００、第１の信号発生部４００および第２の信号発生部５００を含む。図７のＡＢＳ信号処理部は、図２および図３のＥＣＵ３０およびプログラムの機能により実現される。
【００９２】
第１の信号発生部４００は、加速度演算部４１０、スリップ判定部４２０、加速度判定部４３０および減圧信号発生部４４０を含む。第２の信号発生部５００は、加速度演算部５１０、スリップ判定部５２０、加速度判定部５３０および減圧信号発生部５４０を含む。
【００９３】
第１の信号発生部４００のスリップ判定部４２０には、前輪速度センサ５から前輪速度信号Ｒｆが与えられ、車速推定部３００から車速信号ＶＸが与えられる。加速度演算部４１０には、前輪速度センサ５から前輪速度信号Ｒｆが与えられる。
【００９４】
スリップ判定部４２０は、前輪速度信号Ｒｆに基づいて算出される車速と車速信号ＶＸにより示される車速との差が予め定められた基準値よりも大きいか否かに基づいて前輪２がスリップしているか否かを判定する。
【００９５】
加速度演算部４１０は、前輪速度信号Ｒｆに基づいて前輪２の加速度を算出する。加速度判定部４３０は、加速度演算部４１０により算出された加速度が負から正に変化したか否かに基づいて前輪２がスリップ状態から回復しているか否かを判定する。
【００９６】
減圧信号発生部４４０は、スリップ判定部４２０により前輪２がスリップしていると判定されたときに減圧信号ＦＰを図３の油圧ユニット１０に与え、加速度判定部４３０により前輪２がスリップ状態から回復していると判定されたときに減圧信号ＦＰを解除する。
【００９７】
第２の信号発生部５００のスリップ判定部５２０には、後輪速度センサ８から後輪速度信号Ｒｒが与えられ、車速推定部３００から車速信号ＶＸが与えられる。加速度演算部５１０には、後輪速度センサ８から後輪速度信号Ｒｒが与えられる。
【００９８】
スリップ判定部５２０は、後輪速度信号Ｒｒに基づいて算出される車速と車速信号ＶＸにより示される車速との差が予め定められた基準値よりも大きいか否かに基づいて後輪３がスリップしているか否かを判定する。
【００９９】
加速度演算部５１０は、後輪速度信号Ｒｒに基づいて後輪３の加速度を算出する。加速度判定部５３０は、加速度演算部５１０により算出された加速度が負から正に変化したか否かに基づいて後輪３がスリップ状態から回復しているか否かを判定する。
【０１００】
減圧信号発生部５４０は、スリップ判定部５２０により後輪３がスリップしていると判定されたときに減圧信号ＲＰを図３の油圧ユニット１０に与え、加速度判定部５３０により後輪３がスリップ状態から回復していると判定されたときに減圧信号ＲＰを解除する。
【０１０１】
（７）等速用カルマンフィルタ３３０によるオフセットの推定
次に、等速用カルマンフィルタ３３０によるｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定方法について説明する。
【０１０２】
ｘ方向加速度オフセット、ｚ方向加速度オフセット、観測雑音およびプロセス雑音を考慮すると、次の状態方程式が得られる。ｋはステップ（離散時刻）である。
【０１０３】
【数１】
【０１０４】
観測方程式は下記式のようになる。
【０１０５】
【数２】
【０１０６】
上式（３），（４）の行列の要素を表１に示す。
【０１０７】
【表１】
【０１０８】
上式（４）のＸ方向速度観測値Ｖｏｂｘ（ｋ）は図４の前輪速度センサ５から与えられる前輪速度信号Ｒｆにより得られる。Ｚ方向速度観測値Ｖｏｂｚ（ｋ）は、停止時および等速走行時にはほとんど０であると考えられるので、ここでは０．０ｍ／ｓに設定する。
【０１０９】
ｘ方向加速度観測値Ｇｏｂｘ（ｋ）はｘ方向加速度センサ２１からのｘ方向加速度信号Ａｘにより得られ、ｚ方向加速度観測値Ｇｏｂｚ（ｋ）はｚ方向加速度センサ２２からのｚ方向加速度信号Ａｚにより得られる。
【０１１０】
観測雑音およびプロセス雑音については、現実的および経験的に妥当性のある値をそれぞれ設定し、その値を基準としてシミュレーションにより調整する。
【０１１１】
上式（３）の左辺はステップｋ＋１における状態ベクトルｘｋ＋１であり、状態ベクトルｘｋ＋１は次式のように表される。
【０１１２】
【数３】
【０１１３】
上式（３）の右辺第１項は係数ベクトルＡおよびステップｋにおける状態ベクトルｘｋの積であり、係数ベクトルＡおよび状態ベクトルｘｋは次式のように表される。
【０１１４】
【数４】
【０１１５】
【数５】
【０１１６】
上式（３）の右辺第２項はステップｋにおけるプロセス雑音ベクトルｗｋであり、プロセス雑音ベクトルｗｋは次式のように表される。
【０１１７】
【数６】
【０１１８】
上式（３）の右辺第３項はステップｋにおける外力ベクトルｕｋであり、外力ベクトルｕｋは次式のように表される。
【０１１９】
【数７】
【０１２０】
上式（４）の左辺はステップｋにおける観測ベクトルｙｋであり、観測ベクトルｙｋは次式のように表される。
【０１２１】
【数８】
【０１２２】
上式（４）の右辺第１項は係数ベクトルＢおよびステップｋにおける状態ベクトルｘｋの積であり、係数ベクトルＢは次式のように表される。
【０１２３】
【数９】
【０１２４】
上式（４）の右辺第２項はステップｋにおける観測雑音ベクトルｖｋであり、観測雑音ベクトルｖｋは次式のように表される。
【０１２５】
【数１０】
【０１２６】
上式（５）〜（９）から上式（３）は次式のように表される。
【０１２７】
【数１１】
【０１２８】
上式（１０）〜（１２），（７）から上式（４）は次式のように表される。
【０１２９】
【数１２】
【０１３０】
ここで、ピッチ角θｐを状態量（状態ベクトルの要素）に含めて以下のように拡張カルマンフィルタを用いて逐次計算によりｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定する。
【０１３１】
ピッチ角θｐを含むステップｋにおける状態ベクトルｚｋは次式のように表される。
【０１３２】
【数１３】
【０１３３】
添え字Ｔは転置行列を表す。また、関数ｆｋ（ｚｋ）を次式のように表す。
【０１３４】
【数１４】
【０１３５】
上式（１４）において、係数ベクトルＦｋは次式のように表される。
【０１３６】
【数１５】
【０１３７】
定数Ａａｘは例えば０であり、定数Ａθｐは例えば１である。ここで、ステップｋにおける状態ベクトルｚｋの推定値をｚＥｋ｜ｋとし、ステップｋ−１における状態ベクトルｚｋの推定値をｚＥｋ｜ｋ−１とし、ステップｋにおける状態ベクトルｚｋ＋１の推定値をｚＥｋ＋１｜ｋとすると、フィルタ方程式は次式のようになる。
【０１３８】
【数１６】
【０１３９】
【数１７】
【０１４０】
上式（１６）において、Ｋｋはカルマンゲインであり、観測ベクトルｙｋは上式（１０）で表される。また、関数ｈｋ（ｚＥｋ｜ｋ−１）については後述する。
【０１４１】
カルマンゲインＫｋは次式のように表される。
【０１４２】
【数１８】
【０１４３】
上式（１８）において、Σｋ｜ｋ−１はステップｋ−１における状態ベクトルｚｋの推定誤差の共分散行列であり、Σｖｋは観測雑音ベクトルｖｋの共分散行列である。行列Ｈｋについては、後述する。
【０１４４】
状態ベクトルｚｋの推定誤差の共分散行列Σｋ｜ｋは次式のように表される。
【０１４５】
【数１９】
【０１４６】
誤差の共分散行列方程式は次式のように表される。
【０１４７】
【数２０】
【０１４８】
行列Ｇｋについては後述する。上式（１８），（１９）における行列Ｈｋは次式のように表される。
【０１４９】
【数２１】
【０１５０】
また、上式（１６）における関数ｈｋ（ｚＥｋ｜ｋ−１）は次式のように表される。
【０１５１】
【数２２】
【０１５２】
上式（２２）において、ｘＥｋ｜ｋ−１はステップｋ−１における状態ベクトルｘｋの推定値である。また、θｐＥｋ｜ｋ−１はステップｋ−１におけるピッチ角θｐ（ｋ）の推定値である。行列Ｃｋは次式のように表される。
【０１５３】
【数２３】
【０１５４】
上式（２０）における行列Ｇｋは次式のように表される。
【０１５５】
【数２４】
【０１５６】
上式（２４）において、Ｉは単位行列である。
【０１５７】
上記の拡張カルマンフィルタにより自動二輪車１００の停止時および等速走行時のｘ方向加速度オフセットεｏｆｆｘ（ｋ）およびｚ方向加速度オフセットεｏｆｆｚ（ｋ）とともにピッチ角θｐ（ｋ）を推定することができる。
【０１５８】
（８）等速用カルマンフィルタ３３０のシミュレーション
ここで、上記の等速用カルマンフィルタ３３０のシミュレーションを行い、ｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定した。
【０１５９】
図８は加速度オフセットの真値と加速度オフセットの推定誤差との関係を示す図である。
【０１６０】
図８の横軸はｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの真値を表し、縦軸は加速度オフセットの推定誤差を表す。加速度オフセットの推定誤差は、ｘ方向加速度オフセットの推定値とｘ方向加速度オフセットの真値との差およびｚ方向加速度オフセットの推定値とｚ方向加速度オフセットの真値との差である。
【０１６１】
図８において、ｚ方向加速度オフセットの推定誤差を白丸印で示し、ｘ方向加速度オフセットの推定誤差を黒三角印で示す。図８に示すように、ｘ方向加速度オフセットの推定誤差は０．０６ｍ／ｓ２以内であり、ｚ方向加速度オフセットの推定誤差は０．００１ｍ／ｓ２以内であった。
【０１６２】
図９は加速度オフセットの推定過程における加速度オフセットの推定値の時間的変化を示す図である。
【０１６３】
図９の横軸は時間を表し、縦軸は加速度オフセットを表す。図９において、ｚ方向加速度オフセットの真値を細い実線で示し、ｚ方向加速度オフセットの推定値を太い実線で示し、ｘ方向加速度オフセットの真値を細い点線で示し、ｘ方向加速度オフセットの推定値を太い点線で示す。
【０１６４】
図９に示すように、ｘ方向加速度オフセットの推定値およびｚ方向加速度オフセットの推定値は、共に２秒で完全に収束している。このことから、２秒以上の等速状態が存在すればｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットを推定することが可能となる。
【０１６５】
（９）加減速用カルマンフィルタ３４０によるピッチ角の推定
次に、加減速用カルマンフィルタ３４０によるピッチ角の推定方法について説明する。
【０１６６】
観測雑音およびプロセス雑音を考慮すると、次の状態方程式が得られる。ｋはステップ（離散時刻）である。
【０１６７】
【数２５】
【０１６８】
観測方程式は下記式のようになる。
【０１６９】
【数２６】
【０１７０】
上式（２５），（２６）の行列の要素を表２に示す。
【０１７１】
【表２】
【０１７２】
ここで、ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）は図４のオフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度であり、ｘ方向加速度観測値Ｇｏｂｘ（ｋ）からｘ方向加速度オフセットεｏｆｆｘ（ｋ）を減算した値である。また、ｚ方向加速度補正値ＧＡｏｂｚ（ｋ）は図４のオフセット補正部３６０により補正されたｚ方向加速度であり、ｚ方向加速度観測値Ｇｏｂｚ（ｋ）からｚ方向加速度オフセットεｏｆｆｚ（ｋ）を減算した値である。
【０１７３】
観測雑音およびプロセス雑音については、現実的および経験的に妥当性のある値をそれぞれ設定し、その値を基準としてシミュレーションにより調整する。
【０１７４】
上式（２５）の左辺はステップｋ＋１における状態ベクトルｘｋ＋１であり、状態ベクトルｘｋ＋１は次式のように表される。
【０１７５】
【数２７】
【０１７６】
上式（２５）の右辺第１項は係数ベクトルＡおよびステップｋにおける状態ベクトルｘｋの積であり、係数ベクトルＡおよび状態ベクトルｘｋは次式のように表される。
【０１７７】
【数２８】
【０１７８】
【数２９】
【０１７９】
上式（２５）の右辺第２項はステップｋにおけるプロセス雑音ベクトルｗｋであり、プロセス雑音ベクトルｗｋは次式のように表される。
【０１８０】
【数３０】
【０１８１】
上式（２６）の左辺はステップｋにおける観測ベクトルｙｋであり、観測ベクトルｙｋは次式のように表される。
【０１８２】
【数３１】
【０１８３】
上式（２６）の右辺第１項は係数ベクトルＢおよびステップｋにおける状態ベクトルｘｋの積であり、係数ベクトルＢは次式のように表される。
【０１８４】
【数３２】
【０１８５】
上式（２６）の第２項はステップｋにおける観測雑音ベクトルｖｋであり、観測雑音ベクトルｖｋは次式のように表される。
【０１８６】
【数３３】
【０１８７】
上式（２７）〜（３０）から上式（２５）は次式のように表される。
【０１８８】
【数３４】
【０１８９】
上式（３１）〜（３３），（２９）から上式（２６）は次式のように表される。
【０１９０】
【数３５】
【０１９１】
ここで、ピッチ角θｐを状態量（状態ベクトルの要素）に含めて以下のように拡張カルマンフィルタを用いてピッチ角θｐを推定する。
【０１９２】
ピッチ角θｐを含むステップｋにおける状態ベクトルｚｋは次式のように表される。
【０１９３】
【数３６】
【０１９４】
添え字Ｔは転置行列を表す。また、関数ｆｋ（ｚｋ）を次式のように表す。
【０１９５】
【数３７】
【０１９６】
上式（３５）において、係数ベクトルＦｋは次式のように表される。
【０１９７】
【数３８】
【０１９８】
定数Ａａｘは例えば０であり、定数Ａθｐは例えば１である。ここで、ステップｋにおける状態ベクトルｚｋの推定値をｚＥｋ｜ｋとし、ステップｋ−１における状態ベクトルｚｋの推定値をｚＥｋ｜ｋ−１とし、ステップＫにおける状態ベクトルｚｋ＋１の推定値をｚＥｋ＋１｜ｋとすると、フィルタ方程式は次式のようになる。
【０１９９】
【数３９】
【０２００】
【数４０】
【０２０１】
上式（３７）において、Ｋｋはカルマンゲインであり、観測ベクトルｙｋは上式（３１）で表される。また、関数ｈｋ（ｚＥｋ｜ｋ−１）については後述する。
【０２０２】
カルマンゲインＫｋは次式のように表される。
【０２０３】
【数４１】
【０２０４】
上式（３９）において、Σｋ｜ｋ−１はステップｋ−１における状態ベクトルｚｋの推定誤差の共分散行列であり、Σｖｋは観測雑音ベクトルｖｋの共分散行列である。行列Ｈｋについては、後述する。
【０２０５】
状態ベクトルｚｋの推定誤差の共分散行列Σｋ｜ｋは次式のように表される。
【０２０６】
【数４２】
【０２０７】
誤差の共分散行列方程式は次式のように表される。
【０２０８】
【数４３】
【０２０９】
行列Ｇｋについては後述する。行列Ｈｋは次式のように表される。
【０２１０】
【数４４】
【０２１１】
また、上式（３７）における関数ｈｋ（ｚＥｋ｜ｋ−１）は次式のように表される。
【０２１２】
【数４５】
【０２１３】
上式（４３）において、ｘＥｋ｜ｋ−１はステップｋ−１における状態ベクトルｘｋの推定値である。また、θｐＥｋ｜ｋ−１はステップｋ−１におけるピッチ角θｐ（ｋ）の推定値である。行列Ｃｋは次式のように表される。
【０２１４】
【数４６】
【０２１５】
上式（４１）における行列Ｇｋは次式のように表される。
【０２１６】
【数４７】
【０２１７】
上式（４５）において、Ｉは単位行列である。
【０２１８】
上記の拡張カルマンフィルタにより自動二輪車１００の加速時および減速時のピッチ角θｐ（ｋ）を推定することができる。
【０２１９】
（１０）加速度補正部３７０による加速度の補正
加速度補正部３７０は、上記の加減速用カルマンフィルタ３４０により得られたピッチ角の推定値を用いて次式によりｘ方向加速度およびｚ方向加速度を補正する。それにより、Ｘ方向加速度推定値およびＺ方向加速度推定値を得る。
【０２２０】
【数４８】
【０２２１】
上式（４６）の行列の要素を表３に示す。
【０２２２】
【表３】
【０２２３】
ここで、ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）は図４のオフセット補正部３６０により補正されたｘ方向加速度であり、ｘ方向加速度観測値Ｇｏｂｘ（ｋ）からｘ方向加速度オフセットεｏｆｆｘ（ｋ）を減算した値である。また、ｚ方向加速度補正値ＧＡｏｂｚ（ｋ）は図４のオフセット補正部３６０により補正されたｚ方向加速度であり、ｚ方向加速度観測値Ｇｏｂｚ（ｋ）からｚ方向加速度オフセットεｏｆｆｚ（ｋ）を減算した値である。
【０２２４】
上式（４６）により自動二輪車１００の加速時および減速時のＸ方向加速度推定値ａＥｘおよびＺ方向加速度推定値ａＥｚを算出することができる。
【０２２５】
（１１）加減速用カルマンフィルタ３４０のシミュレーション
ここで、上記の加減速用カルマンフィルタ３４０および加速度補正部３７０のシミュレーションを行い、Ｘ方向加速度およびＺ方向加速度を推定した。
【０２２６】
図１０はＸ方向加速度の推定結果を示す図である。図１０の横軸は時間を表し、縦軸は加速度を表す。
【０２２７】
図１０において、Ｘ方向加速度の真値を点線で示し、加減速用カルマンフィルタ３４０により得られたピッチ角推定値θＥｐを用いて加速度補正部３７０により得られたＸ方向加速度推定値ａＥｘを実線で示し、オフセット補正部３６０により得られたｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）を一点鎖線で示す。ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）は、ｘ方向加速度オフセットの影響が除去されているが、ピッチ角の影響を受けている。
【０２２８】
図１０に示すように、Ｘ方向加速度推定値ａＥｘはｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）に比較してＸ方向加速度の真値に近くなった。
【０２２９】
さらに、Ｘ方向加速度の真値、Ｘ方向加速度推定値ａＥｘおよびｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）を時間積分することにより車速を推定した。
【０２３０】
図１１は車速の推定結果を示す図である。図１１の横軸は時間を表し、縦軸は車速推定値を表す。
【０２３１】
図１１において、Ｘ方向加速度の真値を用いて算出された車速（Ｘ方向車速真値）を点線で示し、Ｘ方向加速度推定値ａＥｘを用いて算出されたＸ方向車速推定値を実線で示し、ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）を用いて算出されたｘ方向車速推定値を一点鎖線で示す。
【０２３２】
図１１に示すように、Ｘ方向加速度推定値ａＥｘを用いて算出されたＸ方向車速推定値は、ｘ方向加速度補正値ＧＡｏｂｘ（ｋ）を用いて算出されたｘ方向車速推定値に比較してＸ方向車速真値に近くなった。
【０２３３】
（１２）本実施の形態の効果
（１２−１）
本実施の形態に係る自動二輪車１００においては、停止時および等速走行時に、車速推定部３００の等速用カルマンフィルタ３３０によりｘ方向加速度センサ２１のオフセットおよびｚ方向加速度センサ２２のオフセットが高精度で推定される。それにより、ｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値に任意の周波数のピッチングによる重力の影響が与えられる場合でも、ｘ方向加速度センサ２１のオフセットおよびｚ方向加速度センサ２２のオフセットを正確に推定することが可能となる。
【０２３４】
（１２−２）
また、ｘ方向加速度センサ２１およびｚ方向加速度センサ２２に与えられる観測外乱が等速用カルマンフィルタ３３０において除去される。それにより、車速推定部３００により得られるＸ方向の車速により制御されるＡＢＳが観測外乱により不安定になることが防止される。
【０２３５】
（１２−３）
また、自動二輪車１００の停止時または等速走行時に得られたｘ方向加速度センサ２１のオフセットの推定値およびｚ方向加速度センサ２２のオフセットの推定値がオフセット記憶部３５０に記憶され、自動二輪車１００の加速時または減速時には、オフセット記憶部３５０に記憶されたｘ方向加速度センサ２１のオフセットの推定値およびｚ方向加速度センサ２２のオフセットの推定値に基づいてｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値がオフセット補正部３６０により補正される。それにより、自動二輪車１００のｘ方向加速度およびｚ方向加速度を高い精度で検出することができる。
【０２３６】
（１２−４）
また、自動二輪車１００の加速時または減速時には、加減速用カルマンフィルタ３４０により車体１のピッチ角が推定される。それにより、任意の周波数のピッチングによるピッチ角を高価なジャイロセンサを用いることなく低コストかつ高精度で推定することが可能となる。
【０２３７】
（１２−５）
さらに、ピッチ角の推定値、ｘ方向加速度センサ２１の検出値およびｚ方向加速度センサ２２の検出値に基づいて加速度補正部３７０により自動二輪車１００のＸ方向加速度およびＹ方向加速度が算出される。それにより、自動二輪車１００のＸ方向加速度を高い精度で検出することができる。
【０２３８】
また、車速演算部３８０によりＸ方向加速度からＸ方向の車速が高い精度で得られる。したがって、前輪２および後輪３共にブレーキをかけた場合に、前輪２および後輪３の滑りを検出することができるとともに、車速を高精度で検出することができる。
【０２３９】
また、後輪３の駆動中に前輪２にブレーキをかけた場合などのように前輪２および後輪３の両方が滑っている場合には、前輪２および後輪３の車輪速度からは車体１の重心速度を求めることができない。このような場合でも、本実施の形態の車速推定部３００を用いて前輪２および後輪３の滑りを検出することができるとともに、車速を高精度で検出することができる。
【０２４０】
（１３）他の実施の形態
（ａ）上記実施の形態では、本発明の加速度推定装置をＡＢＳに適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の加速度推定装置を他のブレーキコントロールシステムに適用してもよく、トラクションコントロールシステムに適用してもよく、クルーズコントロールシステムに適用してもよい。トラクションコントロールシステムとは、駆動輪の駆動力またはエンジンの出力およびブレーキ力を制御することにより旋回時、発進時または加速時に最適な駆動力を得るシステムをいう。クルーズコントロールシステムとは、長距離または長時間の走行の際に自動的に車速を一定に制御するシステムをいう。
【０２４１】
また、本発明の加速度推定装置を電子スロットルによるドライバビリティコントロールに適用することもできる。ドライバビリティコントロールとは、運転の快適性能を得る制御をいう。本発明の加速度推定装置をドライバビリティコントロールに適用した場合には、加速度センサの誤差を低減することができるため、運転の快適性能を高精度に制御することができる。その結果、運転者に加速感の変化および変動を感じさせない滑らかな加速性を提供することが可能となる。
【０２４２】
さらに、本発明の加速度推定装置は、ナビゲーションシステムにおいてＧＰＳ（Global Positioning System）信号が受信できない場合に車両の加速度を推定するために利用することができる。
【０２４３】
（ｂ）上記実施の形態では、車速推定部３００内の各構成要素がＥＣＵ３０およびプログラムの機能により実現されるが、これに限定されず、車速推定部３００内の複数の構成要素の一部または全てを電子回路等のハードウエアにより実現してもよい。
【０２４４】
（ｃ）上記実施の形態では、オフセット推定部が拡張カルマンフィルタからなる等速用カルマンフィルタ３３０により構成されるが、これに限定されず、オフセット推定部が他の適応フィルタリング手法により実現されてもよい。例えば、ＬＭＳ（最小平均二乗）適応フィルタまたはＨ∞フィルタリング等を用いてもよい。
【０２４５】
（ｄ）上記実施の形態では、ピッチ角推定部が拡張カルマンフィルタからなる加減速用カルマンフィルタ３４０により構成されるが、これに限定されず、ピッチ角推定部が他の適応フィルタリング手法により実現されてもよい。例えば、ＬＭＳ適応フィルタまたはＨ∞フィルタリング等を用いてもよい。
【０２４６】
（ｅ）上記実施の形態の車速推定部３００は、自動二輪車１００に限らず、自動二輪車、四輪の自動車、三輪の自動車等の種々の車両に適用することができる。
【０２４７】
（１４）請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応
以下、請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応の例について説明するが、本発明は下記の例に限定されない。
【０２４８】
上記実施の形態では、自動二輪車１００が車両の例であり、ｘ方向加速度センサ２１が第１の加速度センサの例であり、ｚ方向加速度センサ２２が第２の加速度センサの例であり、加減速用カルマンフィルタ３４０がピッチ角推定手段または第１のカルマンフィルタの例であり、加速度補正部３７０が加速度算出手段の例である。
【０２４９】
また、前輪速度センサ５が車輪速度検出器の例であり、等速用カルマンフィルタ３３０がオフセット推定手段または第２のカルマンフィルタの例であり、オフセット補正部３６０が補正手段の例であり、車速推定部３００が速度算出手段の例である。
【０２５０】
さらに、前輪２または後輪３が車輪の例であり、第１の信号発生部４００および第２の信号発生部５００が制御手段の例である。
【産業上の利用可能性】
【０２５１】
本発明は、自動二輪車、四輪の自動車、三輪の自動車等の種々の車両等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２５２】
【図１】減速時に加速度センサが受ける加速度の関係を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る自動二輪車の全体の概略構成を示す図である。
【図３】ＡＢＳの油圧系統および電気系統を示す模式図である。
【図４】車速推定部の構成を示すブロック図である。
【図５】車速推定部におけるｘ方向加速度オフセットおよびｚ方向加速度オフセットの推定動作と車輪速度の変化率との関係を説明するための図である。
【図６】車速推定部の動作を示すフローチャートである。
【図７】ＡＢＳ信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図８】加速度オフセットの真値と加速度オフセットの推定誤差との関係を示す図である。
【図９】加速度オフセットの推定過程における加速度オフセットの推定値の時間的変化を示す図である。
【図１０】Ｘ方向加速度の推定結果を示す図である。
【図１１】車速の推定結果を示す図である。
【符号の説明】
【０２５３】
１ 車体
２ 前輪
３ 後輪
４ センサロータ
５ 前輪速度センサ
６ フロントブレーキキャリパ
７ センサロータ
８ 後輪速度センサ
９ リアブレーキキャリバ
１０ 油圧ユニット
１１ ハンドル
１２ フロントブレーキレバー
１３ 警告灯
１４ リアブレーキペダル
１５，１６ マスタシリンダ
１７，１８ ブレーキスイッチ
２１ ｘ方向加速度センサ
２２ ｚ方向加速度センサ
３０ ＥＣＵ
３１ フェイルセーフリレー
１００ 自動二輪車
３００ 車速推定部
３１０ 速度選択部
３２０ フィルタ選択部
３３０ 等速用カルマンフィルタ
３４０ 加減速用カルマンフィルタ
３５０ オフセット記憶部
３６０ オフセット補正部
３７０ 加速度補正部
３８０ 車速演算部
４００ 第１の信号発生部
５００ 第２の信号発生部
４１０，５１０ 加速度演算部
４２０，５２０ スリップ判定部
４３０，５３０ 加速度判定部
４４０，５４０ 減圧信号発生部
６００ 地面
ａｘ Ｘ方向の加速度
ａｚ Ｚ方向の加速度
Ｇｘ ｘ方向の加速度
Ｇｚ ｚ方向の加速度
θｐ ピッチ角
Ａｘ ｘ方向加速度信号
Ａｚ ｚ方向加速度信号
Ｂｆ 前輪ブレーキ信号
Ｂｒ 後輪ブレーキ信号
ＦＰ，ＲＰ 減圧信号
ＭＤ モータ駆動信号
Ｒｆ 前輪速度信号
Ｒｒ 後輪速度信号
ＶＸ 車速信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の加速度を推定する加速度推定装置であって、
前記車両に設けられ、その車両の前後方向の加速度を検出する第１の加速度センサと、
前記車両に設けられ、その車両の上下方向の加速度を検出する第２の加速度センサと、
前記第１の加速度センサの検出値および前記第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて前記車両のピッチ角を推定するピッチ角推定手段と、
前記ピッチ角推定手段により得られるピッチ角の推定値、前記第１の加速度センサの検出値および前記第２の加速度センサの検出値に基づいて重力方向に直交する車両の進行方向の加速度を算出する加速度算出手段とを備えたことを特徴とする加速度推定装置。
【請求項２】
前記加速度算出手段により得られる前記進行方向の加速度の算出値を積分することにより前記進行方向の速度を算出する速度算出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の加速度推定装置。
【請求項３】
前記ピッチ角推定手段は、
重力方向に直交する前記車両の進行方向の加速度、重力方向と平行な鉛直方向の加速度、前記第１の加速度センサの検出値、前記第２の加速度センサの検出値および前記車両のピッチ角の関係を用いて前記車両のピッチ角を推定する第１のカルマンフィルタを含むことを特徴とする請求項１または２記載の加速度推定装置。
【請求項４】
前記車両の略等速時に、前記第１の加速度センサのオフセットおよび前記第２の加速度センサのオフセットを推定するオフセット推定手段と、
前記車両の加速時または減速時に、前記オフセット推定手段により得られた前記第１の加速度センサのオフセットの推定値および前記第２の加速度センサのオフセットの推定値に基づいて前記第１の加速度センサの検出値および前記第２の加速度センサの検出値を補正する補正手段とをさらに備え、
前記ピッチ角推定手段は、前記車両の加速時または減速時に、前記補正手段により補正された前記第１の加速度センサの検出値および前記第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて前記車両のピッチ角を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加速度推定装置。
【請求項５】
前記車両の車輪速度を検出する車輪速度検出器をさらに備え、
前記オフセット推定手段は、
前記進行方向の加速度、前記鉛直方向の加速度、前記第１の加速度センサの検出値、前記第２の加速度センサの検出値、前記進行方向の速度、前記鉛直方向の速度、前記車輪速度検出器の検出値から得られる前記車両の速度、および前記車両のピッチ角の関係を用いて、前記第１の加速度センサのオフセットおよび前記第２の加速度センサのオフセットを推定する第２のカルマンフィルタを含むことを特徴とする請求項４記載の加速度推定装置。
【請求項６】
前記オフセット推定手段は、前記車輪速度検出器により検出される車輪速度の変化率が予め定められたしきい値以下の場合に、前記車両が略等速状態であると判定し、
前記ピッチ角推定手段は、前記車輪速度検出器により検出される車輪速度の変化率が前記しきい値よりも高い場合に、前記車両が加速または減速していると判定することを特徴とする請求項４または５記載の加速度推定装置。
【請求項７】
車体と、
前記車体に設けられた車輪と、
前記車体に設けられた請求項１〜６のいずれかに記載の加速度推定装置と、
前記加速度推定装置により得られる進行方向の加速度に基づいて前記車輪の回転を制御する制御手段とを備えた車両。
【請求項１】
車両の加速度を推定する加速度推定装置であって、
前記車両に設けられ、その車両の前後方向の加速度を検出する第１の加速度センサと、
前記車両に設けられ、その車両の上下方向の加速度を検出する第２の加速度センサと、
前記第１の加速度センサの検出値および前記第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて前記車両のピッチ角を推定するピッチ角推定手段と、
前記ピッチ角推定手段により得られるピッチ角の推定値、前記第１の加速度センサの検出値および前記第２の加速度センサの検出値に基づいて重力方向に直交する車両の進行方向の加速度を算出する加速度算出手段とを備えたことを特徴とする加速度推定装置。
【請求項２】
前記加速度算出手段により得られる前記進行方向の加速度の算出値を積分することにより前記進行方向の速度を算出する速度算出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の加速度推定装置。
【請求項３】
前記ピッチ角推定手段は、
重力方向に直交する前記車両の進行方向の加速度、重力方向と平行な鉛直方向の加速度、前記第１の加速度センサの検出値、前記第２の加速度センサの検出値および前記車両のピッチ角の関係を用いて前記車両のピッチ角を推定する第１のカルマンフィルタを含むことを特徴とする請求項１または２記載の加速度推定装置。
【請求項４】
前記車両の略等速時に、前記第１の加速度センサのオフセットおよび前記第２の加速度センサのオフセットを推定するオフセット推定手段と、
前記車両の加速時または減速時に、前記オフセット推定手段により得られた前記第１の加速度センサのオフセットの推定値および前記第２の加速度センサのオフセットの推定値に基づいて前記第１の加速度センサの検出値および前記第２の加速度センサの検出値を補正する補正手段とをさらに備え、
前記ピッチ角推定手段は、前記車両の加速時または減速時に、前記補正手段により補正された前記第１の加速度センサの検出値および前記第２の加速度センサの検出値の関係に基づいて前記車両のピッチ角を推定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の加速度推定装置。
【請求項５】
前記車両の車輪速度を検出する車輪速度検出器をさらに備え、
前記オフセット推定手段は、
前記進行方向の加速度、前記鉛直方向の加速度、前記第１の加速度センサの検出値、前記第２の加速度センサの検出値、前記進行方向の速度、前記鉛直方向の速度、前記車輪速度検出器の検出値から得られる前記車両の速度、および前記車両のピッチ角の関係を用いて、前記第１の加速度センサのオフセットおよび前記第２の加速度センサのオフセットを推定する第２のカルマンフィルタを含むことを特徴とする請求項４記載の加速度推定装置。
【請求項６】
前記オフセット推定手段は、前記車輪速度検出器により検出される車輪速度の変化率が予め定められたしきい値以下の場合に、前記車両が略等速状態であると判定し、
前記ピッチ角推定手段は、前記車輪速度検出器により検出される車輪速度の変化率が前記しきい値よりも高い場合に、前記車両が加速または減速していると判定することを特徴とする請求項４または５記載の加速度推定装置。
【請求項７】
車体と、
前記車体に設けられた車輪と、
前記車体に設けられた請求項１〜６のいずれかに記載の加速度推定装置と、
前記加速度推定装置により得られる進行方向の加速度に基づいて前記車輪の回転を制御する制御手段とを備えた車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２７１６０６（Ｐ２００７−２７１６０６Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５０３１６（Ｐ２００７−５０３１６）
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２８日（２００７．２．２８）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【Ｆターム（参考）】
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