(57)【要約】【課題】路面摩擦係数の検出の際に車両の偏向を十分に抑制して正確に路面摩擦係数を検出できる路面摩擦係数検出装置を提供すること。【解決手段】車両に設けられた左右の車輪２、２をそれぞれ独立して駆動可能としたモータ３と、ハンドル４１の操舵角に対し転舵輪の転舵角を任意に調整可能とした操舵機構４とを備えて構成され、車輪２に制駆動力を付与して車輪２をスリップさせ、そのスリップを生ずる際の制駆動力に基づいて路面摩擦係数を算出すると共に、その制駆動力を付与する際に制駆動力の付与により生ずる車両の偏向を抑制するように転舵角を制御する。これにより、路面摩擦係数を検出するために制駆動力を付与しても車両状態が不安定になることを防止できる。従って、強い制駆動力を付与することが可能となり、正確な路面摩擦係数の検出が行える。【選択図】図１
2006044465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に設けられた左右の車輪をそれぞれ独立して駆動可能とした駆動手段と、
ハンドルの操舵角に対し転舵輪の転舵角を任意に調整可能とした操舵機構と、
前記車輪に制駆動力を付与して前記車輪をスリップさせ、そのスリップを生ずる際の制駆動力に基づいて路面摩擦係数を算出する路面摩擦係数算出手段と、
前記制駆動力を付与する際に、その制駆動力の付与により生ずる車両の偏向を抑制するように前記転舵角を制御する舵角制御手段と、
を備えた路面摩擦係数検出装置。
【請求項２】
前記舵角制御手段は、前記制駆動力を付与する際に、その制駆動力の付与により生ずる車両のヨーモーメントを抑制するように前記転舵角を制御することを特徴とする請求項１に記載の路面摩擦係数検出装置。
【請求項３】
前記舵角制御手段は、前記制駆動力を付与する際に、その制駆動力の付与により生ずる車体スリップ角を抑制するように前記転舵角を制御することを特徴とする請求項１に記載の路面摩擦係数検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両が走行する路面の摩擦係数を検出する路面摩擦係数検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、路面摩擦係数検出装置として、例えば特開２００２−１６０６２１号公報に記載されるように、アンチスキッド制御を実行可能な車両に適用される路面摩擦係数推定装置であって、所定の制動力になるまで又は所定のスリップ状態になるまで左右一対の車輪に制動力を付与し、その際の制動力に基づき路面の摩擦係数を推定するものが知られている。この装置は、路面の摩擦係数推定のために一対の車輪に制動力を付与する際、アンチスキッド制御の開始しきい値を低く設定して、アンチスキッド制御を早期に開始させ、車両に急激に余分なヨーモーメントが生ずることを防止しようとするものである。
【特許文献１】特開２００２−１６０６２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような路面摩擦係数検出装置にあっては、アンチスキッド制御を実行可能な車両にしか適用することができない。また、アンチスキッド制御を早期させるだけでは、路面摩擦係数の検出の際に車両に生ずる偏向を十分に抑制することは困難である。このため、路面摩擦係数を検出するために付与する車輪の制動力を大きくすることができず、正確に路面摩擦係数を検出することが難しい。
【０００４】
そこで本発明は、路面摩擦係数の検出の際に車両の偏向を十分に抑制して正確に路面摩擦係数を検出できる路面摩擦係数検出装置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】
【０００５】
すなわち、本発明に係る路面摩擦係数検出装置は、車両に設けられた左右の車輪をそれぞれ独立して駆動可能とした駆動手段と、ハンドルの操舵角に対し転舵輪の転舵角を任意に調整可能とした操舵機構と、前記車輪に制駆動力を付与して前記車輪をスリップさせ、そのスリップを生ずる際の制駆動力に基づいて路面摩擦係数を算出する路面摩擦係数算出手段と、前記制駆動力を付与する際に、その制駆動力の付与により生ずる車両の偏向を抑制するように前記転舵角を制御する舵角制御手段とを備えて構成されている。
【０００６】
この発明によれば、路面摩擦係数を検出するために制駆動力を付与した場合に、その制駆動力の付与により生ずる車両の偏向を抑制するように転舵角を制御することができる。このため、路面摩擦係数を検出するために制駆動力を付与しても車両状態が不安定になることを防止できる。従って、強い制駆動力を付与することが可能であり、正確な路面摩擦係数の検出が行える。
【０００７】
また本発明に係る路面摩擦係数検出装置において、前記舵角制御手段が、前記制駆動力を付与する際に、その制駆動力の付与により生ずる車両のヨーモーメントを抑制するように前記転舵角を制御することが好ましい。
【０００８】
また本発明に係る路面摩擦係数検出装置において、前記舵角制御手段が、前記制駆動力を付与する際に、その制駆動力の付与により生ずる車体スリップ角を抑制するように前記転舵角を制御することが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、路面摩擦係数の検出の際に車両の偏向を十分に抑制できる路面摩擦係数検出装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
（第一実施形態）
図１は本発明の第一実施形態に係る路面摩擦係数検出装置の構成概要図である。
【００１１】
本図に示すように、路面摩擦係数検出装置１は、路上を走行する車両に搭載される装置であって、その車両が走行する路面の摩擦係数を検出するものである。路面摩擦係数検出装置１は、車両に設けられた左右の車輪２をそれぞれ独立して駆動可能としたモータ３を備えている。モータ３は、車輪２ごとにそれぞれ設けられ、独立して駆動可能とした駆動手段である。このモータ３としては、例えば、車輪２に組み込まれて構成されるインホイールモータが用いられる。なお、本実施形態に係る路面摩擦係数検出装置１は、四輪の全てにそれぞれモータ３を設けた車両に搭載されるものであるが、本発明に係る路面摩擦係数検出装置はそのようなものに限られるものではなく、前輪の左右二輪のみ又は後輪の左右二輪のみにモータ３を設けた車両に適用してもよい。
【００１２】
路面摩擦係数検出装置１は、ハンドル４１の操舵角に対し転舵輪の転舵角を任意に調整可能とした操舵機構４を備えている。操舵機構４は、路面摩擦係数検出時以外の通常時において、ハンドル４１の操作による操舵量に応じて転舵輪である車輪２を転舵させるものである。ハンドル４１には、ステアリングシャフト４３が接続されている。ステアリングシャフト４３は、ラックアンドピニオン式などで構成されるギヤ装置４４を介して前輪である車輪２、２に接続されている。ギヤ装置４４は、ステアリングシャフト４３の回転入力によりタイロッド４５を移動させて車輪２、２を転舵させる。
【００１３】
ステアリングシャフト４３の途中には、操舵センサ４７及び伝達比可変機構４８が設けられている。操舵センサ４７は、ハンドル４１の操舵角度を検出する操舵角検出手段として機能するものである。伝達比可変機構４８は、ハンドル４１の操舵角に対して転舵輪の転舵角を任意に調整可能とするものであり、例えばハンドル４１側に接続される入力軸とギヤ装置４４側に接続される出力軸とを有し、その入力軸と出力軸を任意に相対的に回転可能としたものが用いられる。具体的な一例を挙げると、入力軸と出力軸との間にモータ及び減速機を設け、モータを駆動制御することにより、ハンドル４１の操舵角に対して転舵角を任意に調整するものが用いられる。また、伝達比可変機構４８としては、ハンドル４１の操舵角に対して転舵角を任意に調整可能とするものであれば、入力軸と出力軸を機械的に完全に分離したものなどその他のタイプのものを用いてもよい。
【００１４】
車両の各車輪２には、ブレーキ装置５がそれぞれ設けられている。ブレーキ装置５は、車輪２の制動を行うものであり、油圧回路６を通じて伝達される油圧に応じて作動する。油圧回路６には、ブレーキ液の流路（図示なし）が形成され、強制的に油圧を加えるためのポンプ（図示なし）が設けられている。このポンプを作動させることにより、流路に油圧が発生し、強制的に制動力を付与することが可能となる。車両の各車輪２には、車輪速センサ７がそれぞれ設けられている。車輪速センサ７は、車輪２の回転速度を検出する車輪速検出手段である。
【００１５】
路面摩擦係数検出装置１には、ＥＣＵ１０が設けられている。ＥＣＵ１０は、装置全体の制御を行うものであり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。ＥＣＵ１０は、モータ３と接続され、モータ３に対し駆動制御信号を出力してモータ３の駆動制御を行う。また、ＥＣＵ１０は、伝達比可変機構４８と接続され、伝達比可変機構４８に対し操舵制御信号を出力し、ハンドル４１の操舵角に対し実操舵角を調整する操舵制御を行う。ＥＣＵ１０は、操舵角センサ４７と接続され、操舵角センサ４７の検出信号を入力する。また、ＥＣＵ１０は、車輪速センサ７と接続され、車輪速センサ７の検出信号を入力する。
【００１６】
また、ＥＣＵ１０は、車輪２に対し強制的に制駆動力を付与して車輪２をスリップさせ、そのスリップを生ずる際の制駆動力に基づいて路面摩擦係数を算出する路面摩擦係数算出手段として機能する。また、ＥＣＵ１０は、その制駆動力を付与する際に、その制駆動力の付与により生ずる車両の偏向（ヨーモーメント、車体スリップ角）を抑制するように転舵角を制御する操舵制御手段としても機能する。
【００１７】
次に、本実施形態に係る路面摩擦係数検出装置１の動作を説明する。
【００１８】
図２は、本実施形態に係る路面摩擦係数検出装置１の動作を示すフローチャートである。図２のフローチャートの制御処理は、例えば、車両のイグニションスイッチがオンされることにより開始され、所定の時間間隔で繰り返し実行される。図２のＳ１０に示すように、まず、路面摩擦係数の検出条件が成立しているか否かが判断される。路面摩擦係数の検出条件としては、例えば、車両が所定の速度以上の車速で走行しており、かつ、路面状態変化が所定回数ｎ連続したことなどが設定される。路面摩擦係数の検出条件が成立していないと判断されたときには、制御処理を終了する。
【００１９】
一方、路面摩擦係数の検出条件が成立していると判断されたときには、制駆動力付与処理が行われる（Ｓ１２）。この制駆動力付与処理は、特定の車輪２に対し強制的に制動力又は駆動力のいずれかを与える処理である。制動力を付与する場合には、ＥＣＵ１０から油圧回路６に油圧制御信号が出力され、強制的に油圧を発生させ、制動力を与えるべき車輪２のブレーキ装置５を作動させる。これにより、特定の車輪２に対し強制的に制動力を与えて、その車輪２をスリップ状態とすることができる。
【００２０】
また、駆動力を付与する場合には、ＥＣＵ１０からモータ３に対し駆動制御信号が出力され、特定のモータ３を他のモータ３より大きい駆動力で駆動させる。これにより、特定の車輪２に対し強制的に大きい駆動力を与えて、その車輪２をスリップ状態とすることができる。
【００２１】
そして、Ｓ１４に移行し、舵角制御処理が行われる。この舵角制御処理は、Ｓ１２の制駆動力の付与により生ずる車両の偏向を抑制するように転舵角を調整する処理である。例えば、次の式（１）を用いて、転舵角の補正角Δδが算出される。
【００２２】
【数１】
2006044465.tif 000003
【００２３】
そして、次の式（２）に示すように、この補正角Δδをハンドル４１の操舵に応じた転舵角δに加算して補正転舵角δ′とする。
【００２４】
【数２】
2006044465.tif 000004
【００２５】
この式（１）、（２）において、Ｓはラプラス演算子、Ｇｒｍは直接モーメント付与によるヨーレートゲイン、Ｇｒは操舵によるヨーレートゲイン、Ｔｒは操舵によるヨーレート時定数、Ｔｒｍは直接モーメント付与によるヨーレート時定数、Ｍは制駆動力付与によって発生するモーメントである。
【００２６】
式（１）、（２）における制駆動力付与によるモーメントＭは、次の式（３）により算出することができる。
【００２７】
【数３】
2006044465.tif 000005
【００２８】
この式（３）において、Ｆｉ（ｉ＝１〜４：ｉ＝１は左前輪、ｉ＝２は右前輪、ｉ＝３は左後輪、ｉ＝４は右後輪。ｉについて、以下同様。）は車輪２に付与される制駆動力、Ｄｆは前側のトレッド幅、Ｄｒは後側のトレッド幅、Ｊｉ（ｉ＝１〜４）は各車輪の慣性質量、ωｉ（ｉ＝１〜４）は車輪角速度、Ｒｆは前輪のタイヤ半径、Ｒｒは後輪のタイヤ半径である。なお、本来であれば各車輪２が発生する前後力としては路面摩擦係数を考慮しなければならないが、ここでは各車輪２の慣性質量と付与する制駆動力より求まるモーメントに基づいてフィードフォワード的に操舵補正角を求めている。
【００２９】
式（１）の補正角Δδは、以下の式（４）、（５）に基づいて導くことができる。
【００３０】
【数４】
2006044465.tif 000006
【００３１】
【数５】
2006044465.tif 000007
【００３２】
式（４）は、ハンドル操作により転舵輪を転舵角δだけ転舵した際に生ずるヨーレートＹｒ（Ｓ）を示したものである。式（５）は、強制的に制駆動力を与えた場合に生ずるヨーレートＹｒｍ（Ｓ）を示したものである。
【００３３】
この式（４）、（５）において、Ｇｒは、ハンドル操舵によるヨーレートゲインである。このヨーレートゲインＧｒは、式（６）により算出される。Ｇｒｍは、強制的に制駆動力を与えた場合に生ずるヨーレートゲインである。このヨーレートゲインＧｒｍは、式（７）により算出される。ωｎは、固有角周波数であり、式（８）により算出される。Ｔｒは、ハンドル操舵により生じたヨーレートにおけるヨーレート時定数である。このヨーレート時定数Ｔｒは、式（９）により算出される。
【００３４】
Ｔｒｍは、強制的に制駆動力を与えた場合に生ずるヨーレートにおけるヨーレート時定数である。このヨーレート時定数Ｔｒｍは、式（１０）により算出される。
ζは、減衰係数であり、式（１１）により算出される。
【００３５】
【数６】
2006044465.tif 000008
【００３６】
【数７】
2006044465.tif 000009
【００３７】
【数８】
2006044465.tif 000010
【００３８】
【数９】
2006044465.tif 000011
【００３９】
【数１０】
2006044465.tif 000012
【００４０】
【数１１】
2006044465.tif 000013
【００４１】
この式（６）〜（１１）において、Ｖは車速であり、Ｌは車両のホイルベース、ｋｈはスタビリティファクタである。また、Ｋｆ及びＫｒは前後輪コーナリングパワー（各一輪分）、ｍは車重、Ｉはヨー方向の慣性モーメント、Ｌｆは車両の重心から前軸までの距離、Ｌｒは車両の重心から後軸までの距離である。
【００４２】
ここで、制駆動力の付与によるモーメントＭを抑制するための転舵の補正角Δδは、次の式（１２）を満たすものである。すなわち、制駆動力の付与によるモーメントＭによって生ずるヨーレートＹｒｍ（式（５）により導かれるＹｒｍ）と操舵調整により生ずる補正舵角Δδによって生ずるＹｒ（式（４）により導かれるＹｒ）との和がゼロとなることにより、車両のヨーモーメントが抑制される。
【００４３】
【数１２】
2006044465.tif 000014
【００４４】
そして、式（１２）をΔδについて解くことにより、上述した式（１）を得ることができる。
【００４５】
このように、Ｓ１４の舵角制御処理において、伝達比可変機構４８の出力調整を行い、転舵輪の転舵角として補正角Δδを加えることにより、強制的な制駆動力の付与による車両の偏向を適切に抑制することができる。
【００４６】
そして、図２のＳ１６に移行し、路面摩擦係数算出処理が行われる。路面摩擦係数算出処理は、Ｓ１２における制駆動力付与により車輪２がスリップ状態となった際の制駆動力に基づいて路面摩擦係数を算出する処理である。この路面摩擦係数算出処理の終了後、制御処理を終了する。
【００４７】
以上のように、本実施形態に係る路面摩擦係数検出装置１によれば、路面摩擦係数を検出するために強制的に制駆動力を付与した場合に、その制駆動力の付与により生ずる車両のヨーモーメントを抑制し車両の偏向を防止するように転舵角を制御することができる。このため、路面摩擦係数を検出するために制駆動力を付与しても車両状態が不安定になることを防止できる。従って、強い制駆動力を付与することが可能であり、正確な路面摩擦係数の検出が行える。
（第二実施形態）
上述した第一実施形態に係る路面摩擦係数検出装置は、強制的な制駆動力の付与の際に生ずるヨーモーメントを抑制して車両の偏向を防止するように転舵角を制御するものであったが、本実施形態に係る路面摩擦係数検出装置は、強制的な制駆動力の付与の際に生ずる車体スリップ角を抑制して車両の偏向を防止するように転舵角を制御するものである。
【００４８】
本実施形態に係る路面摩擦係数検出装置は、図１に示す第一実施形態に係る路面摩擦係数検出装置と同様なハード構成を有するものであり、図２に示す第一実施形態に係る路面摩擦係数検出装置とほぼ同様な制御処理を行うものであるが、図２のＳ１４における舵角制御の処理内容が第一実施形態に係る路面摩擦係数検出装置と異なっている。
【００４９】
本実施形態に係る路面摩擦係数検出装置における舵角制御処理は、以下のように行われる。例えば、次の式（１３）を用いて、転舵角の補正角Δδが算出される。
【００５０】
【数１３】
2006044465.tif 000015
【００５１】
そして、次の式（１４）に示すように、この補正角Δδをハンドル４１の操舵に応じた転舵角δに加算して補正転舵角δ′とする。
【００５２】
【数１４】
2006044465.tif 000016
【００５３】
この式（１３）、（１４）において、Ｓはラプラス演算子、Ｇβｍは直接モーメント付与による車体スリップ角ゲイン、Ｇβは操舵による車体スリップ角ゲイン、Ｔβは操舵による車体スリップ角時定数、Ｍは制駆動力付与によって発生するモーメントである。
【００５４】
式（１３）、（１４）における制駆動力付与によるモーメントＭは、上述した式（３）により算出することができる。
【００５５】
式（１３）の補正角Δδは、以下の式（１５）、（１６）に基づいて導くことができる。
【００５６】
【数１５】
2006044465.tif 000017
【００５７】
【数１６】
2006044465.tif 000018
【００５８】
式（１５）は、ハンドル操作により転舵輪を転舵角δだけ転舵した際に生ずる車体スリップ角β（Ｓ）を示したものである。式（１６）は、強制的に制駆動力を与えた場合に生ずる車体スリップ角βｍ（Ｓ）を示したものである。
【００５９】
この式（１５）、（１６）において、Ｇβは、ハンドル操舵による車体スリップ角ゲインである。このヨーレートゲインＧβは、式（１７）により算出される。Ｇβｍは、強制的に制駆動力を与えた場合に生ずる車体スリップ角ゲインである。この車体スリップ角ゲインＧβｍは、式（１８）により算出される。ωｎは、固有角周波数であり、上述した式（８）により算出される。Ｔβは、ハンドル操舵により生じた車体スリップ角における車体スリップ角時定数である。この車体スリップ角時定数Ｔβは、式（１９）により算出される。ζは、減衰係数であり、上述した式（１１）により算出される。
【００６０】
【数１７】
2006044465.tif 000019
【００６１】
【数１８】
2006044465.tif 000020
【００６２】
【数１９】
2006044465.tif 000021
【００６３】
この式（１７）〜（１９）において、Ｖは車速であり、Ｌは車両のホイルベース、ｋｈはスタビリティファクタである。また、Ｋｆ及びＫｒは前後輪コーナリングパワー（各一輪分）、ｍは車重、Ｉはヨー方向の慣性モーメント、Ｌｆは車両の重心から前軸までの距離、Ｌｒは車両の重心から後軸までの距離である。
【００６４】
ここで、制駆動力の付与によるモーメントＭを抑制するための転舵の補正角Δδは、次の式（２０）を満たすものである。すなわち、制駆動力の付与によるモーメントＭによって生ずる車体スリップ角βｍ（式（１６）により導かれるβｍ）と操舵調整により生ずる補正舵角Δδによって生ずるβ（式（１５）により導かれるβ）との和がゼロとなることにより、車両の車体スリップ角が抑制される。
【００６５】
【数２０】
2006044465.tif 000022
【００６６】
そして、式（２０）をΔδについて解くことにより、上述した式（１３）を得ることができる。
【００６７】
このように、Ｓ１４の舵角制御処理において、伝達比可変機構４８の出力調整を行い、転舵輪の転舵角として補正角Δδを加えることにより、強制的な制駆動力の付与による車両の偏向を適切に抑制することができる。
【００６８】
以上のように、本実施形態に係る路面摩擦係数検出装置によれば、路面摩擦係数を検出するために強制的に制駆動力を付与した場合に、その制駆動力の付与により生ずる車体スリップ角を抑制し車両の偏向を防止するように転舵角を制御することができる。このため、路面摩擦係数を検出するために制駆動力を付与しても車両状態が不安定になることを防止できる。従って、強い制駆動力を付与することが可能であり、正確な路面摩擦係数の検出が行える。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第一実施形態に係る路面摩擦係数検出装置の構成概略図である。
【図２】図１の路面摩擦係数検出装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１…路面摩擦係数検出装置、２…車輪、３…モータ、４…操舵機構、５…ブレーキ装置、６…油圧回路、７…車輪速センサ、１０…ＥＣＵ、４１…ハンドル、４３…ステアリングシャフト、４４…ギヤ装置、４７…操舵角センサ、４８…伝達比可変機構。
【図１】
2006044465.tif 000023
【図２】
2006044465.tif 000024