(57)【要約】【課題】  車体加速度とスリップ率の位相差にかかわらず、高い路面摩擦係数推定精度を確保できる路面摩擦係数推定装置を提供する。【解決手段】  駆動輪，従動輪速度Ｖd，Ｖfを検出する車輪速度演算部２０１と、加速度Ａfを算出するバンドパスフィルタ２０３と、スリップ率Ｓを算出するスリップ率演算部２０２と、加速度Ａfとスリップ率Ｓとの関係を１次式で近似した回帰直線の傾きである回帰係数Ｋ1，Ｋ2を演算し、回帰係数Ｋ1，Ｋ2から路面摩擦係数μを算出する回帰係数相関係数演算部２０８と、を有する路面摩擦係数推定装置２において、スリップ率Ｓの位相を変更する位相補償器２０６と、加速度Ａfとスリップ率Ｓの位相差を検出する位相差検出手段と、位相差がゼロとなるように位相補償器２０６のフィルタパラメータを変更する位相補償特性補正部２０７と、を備える。【選択図】      図２
2006082620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各車輪の車輪速を検出する車輪速検出手段と、
前記各車輪速に基づいて、車体加速度を算出する加速度算出手段と、
前記各車輪速に基づいて、タイヤのスリップ率を算出するスリップ率算出手段と、
前記車体加速度とスリップ率との関係を１次式で近似した回帰直線の傾きである回帰係数を演算し、前記回帰係数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、
を有する路面摩擦係数推定装置において、
前記車体加速度とスリップ率の少なくとも一方の位相を変更する位相補償手段と、
前記車体加速度とスリップ率の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差がゼロとなるように前記位相補償手段の位相補償特性を変更する位相補償特性変更手段と、
を備えることを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の路面摩擦係数推定装置において、
前記位相差検出手段は、車体加速度とスリップ率との相関係数に基づいて位相差を検出し、
前記位相補償特性変更手段は、前記相関係数が位相差の大きいときに相当するあらかじめ設定された最大しきい値以下のとき、相関係数がより大きくなる方向に位相補償特性を変更することを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の路面摩擦係数推定装置において、
前記位相補償特性変更手段は、前記相関係数が前記車体加速度とスリップ率との相関関係が小さい場合に相当するあらかじめ設定された最小しきい値よりも小さいとき、位相補償特性の前回値を保持することを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の路面摩擦係数推定装置において、
前記位相補償手段は、車体加速度とスリップ率のどちらか一方の位相を変更することを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の路面摩擦係数推定装置において、
前記位相補償手段は、車体加速度とスリップ率の位相を共に変更することを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の路面摩擦係数推定装置において、
前記位相差検出手段は、車体加速度とスリップ率の位相差の大きさと、車体加速度の位相が、スリップ率に対して進んでいるのか、あるいは遅れているのかを示す位相差の向きとを検出し、
前記位相補償特性変更手段は、前記位相差の大きさと向きに応じて前記位相補償特性を変更することを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の路面摩擦係数推定装置において、
前記位相補償手段は、デジタルフィルタであることを特徴とする路面摩擦係数推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤと路面との間の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来の路面摩擦係数推定装置は、各車輪速から車体加速度とタイヤのスリップ率とを演算し、加速度とスリップ率との互いの１次の回帰係数、すなわち傾きを求め、この傾きとあらかじめ設定されたしきい値とを比較するこことにより、路面摩擦係数を推定している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３３４９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術にあっては、車体加速度を従動輪速度の微分値を近似して求めるのに対し、タイヤのスリップ率は計算が簡易で、演算速度を向上できる駆動輪速度と従動輪速度から算出する方法で求めるため、加速度に対しタイヤのスリップ率に位相遅れが生じる。従って、均一な摩擦係数を持つ路面を走行しているにもかかわらず、加速度とスリップ率の位相差に伴って回帰係数が増減するため、摩擦係数推定値が一定とならず、安定した推定精度を確保できないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、車体加速度とスリップ率の位相差にかかわらず、高い路面摩擦係数推定精度を確保できる路面摩擦係数推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明では、
各車輪の車輪速を検出する車輪速検出手段と、
前記各車輪速に基づいて、車体加速度を算出する加速度算出手段と、
前記各車輪速に基づいて、タイヤのスリップ率を算出するスリップ率算出手段と、
前記車体加速度とスリップ率との関係を１次式で近似した回帰直線の傾きである回帰係数を演算し、前記回帰係数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、
を有する路面摩擦係数推定装置において、
前記車体加速度とスリップ率の少なくとも一方の位相を変更する位相補償手段と、
前記車体加速度とスリップ率の位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差がゼロとなるように前記位相補償手段の位相補償特性を変更する位相補償特性変更手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明にあっては、車体加速度とスリップ率の位相差がゼロとなるように、位相補償手段の位相補償特性がリアルタイムで変更されるため、両者の相関関係を高めることができる。よって、車体加速度とスリップ率の位相差にかかわらず、高い路面摩擦係数推定精度を確保できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の路面摩擦係数推定装置を適用した車両のブロック図である。
【０００９】
車輪速センサ１は、各車輪FL，FR，RL，RRの回転速度を検出する。検出した各車輪FL，FR，RL，RRの各車輪速は、路面摩擦係数推定装置２へ出力される。
【００１０】
路面摩擦係数推定装置２は、各車輪FL，FR，RL，RRの車輪速センサ１の信号を入力とし、従動輪FL，FRの平均車輪速度（従動輪速度）Ｖf、駆動輪RL，RRの平均車輪速度（駆動輪速度）Ｖd、車体加速度（加速度）Ａfおよびタイヤのスリップ率Ｓを演算し、それらを基にタイヤと路面間の摩擦係数を推定する。
【００１１】
図２は、実施例１の路面摩擦係数推定装置２の制御ブロック図であり、路面摩擦係数推定装置２は、車輪速度演算部２０１と、スリップ率演算部２０２と、ローパスフィルタ（以下、フィルタ）２０３と、バンドパスフィルタ２０４と、位相補償器特性設定部２０５と、位相補償器２０６と、位相補償器特性補正部２０７と、回帰係数相関係数演算部２０８と、を備えている。
【００１２】
車輪速度演算部２０１は、車輪速センサ１からの情報を定期的に検出し、従動輪速度Ｖfと駆動輪速度Ｖdとをそれぞれ演算する（車輪速検出手段）。スリップ率演算部（スリップ率算出手段）２０２は、従動輪速度Ｖfと駆動輪速度Ｖdとに基づいて、車両のスリップ率Ｓを演算する。
【００１３】
フィルタ２０３は、デジタルフィルタであり、スリップ率Ｓにフィルタ処理を施す。バンドパスフィルタ（加速度算出手段）２０４は、フィルタ２０３同様デジタルフィルタであり、従動輪速度Ｖfをフィルタ処理し、加速度Ａf*を出力する。
【００１４】
位相補償器特性設定部２０５は、従動輪速度Ｖfとフィルタ処理後の加速度Ａf*と位相補償器特性補正部２０７の出力とに基づいて、位相補償器２０６の特性を設定する。位相補償器（位相補償手段）２０６は、位相補償器特性設定部２０５の出力に基づく補償特性により、フィルタ処理後のスリップ率Ｓ*の位相を変更する。
【００１５】
位相補償器特性補正部（位相補償特性変更手段）２０７は、加速度Ａf*と位相補償されたスリップ率Ｓ*(-)と路面摩擦係数μとが入力される。位相補償器特性補正部２０７は、加速度Ａf*とスリップ率Ｓ*(-)の変化状態と相関係数を基に、位相補償器特性設定部２０５を介して位相補償器２０６のパラメータ（位相補償特性）をリアルタイムに補正・更新する。
【００１６】
回帰係数相関係数演算部（路面摩擦係数算出手段）２０８は、加速度Ａf*と位相補償されたスリップ率Ｓ*(-)とが入力される。回帰係数相関係数演算部２０８は、加速度Ａf*−スリップ率Ｓ特性の傾き（１次の回帰係数）と相関係数を演算する。また、加速度Ａf*−スリップ率Ｓ特性の傾き（１次の回帰係数）から路面摩擦係数μを推定する。
【００１７】
フィルタ２０３の後段に設けた位相補償器２０６は、設定された位相補償特性に基づき、スリップ率Ｓ*の位相を遅らせる。スリップ率Ｓ*の位相を遅らせると高周波入力に対するゲインも下がるため、ノイズに対する影響をさらに小さくすることができる。
【００１８】
また、位相補償器２０６は、フィルタ２０３と同時に演算することができる。しかも、その伝達関数はフィルタ単体の伝達関数と同型でパラメータが異なるのみである。つまり、フィルタ２０３と位相補償器２０６を同時に演算する場合には、フィルタ処理と位相補償器２０６とを明示的に区別することができなくなり、あたかもフィルタ単体処理をかけているだけとなる。
【００１９】
すなわち、実施例１は位相補償器２０６の有無にかかわらず適応することができ、位相補償器２０６を設ける場合にはフィルタ２０３のパラメータを固定として上述した構成により位相補償器２０６のパラメータを更新すると考えれば良く、位相補償器２０６を設けない場合には、フィルタ２０３のパラメータを直接更新すると考えれば良い。
【００２０】
位相補償器２０６を設けない場合の構成を、図３に示す。フィルタ特性補正部（位相補償特性変更手段）２０９は、図２に示した位相補償器特性補正部２０７と同様の処理により、フィルタ（位相補償手段）２０３のパラメータを更新する。なお、図３ではスリップ率Ｓに対するフィルタ特性を更新する例を示したが、加速度Ａf*に対するフィルタパラメータを更新する構成としても同様に実現できる。
【００２１】
上述したように、位相補償器２０６とフィルタ２０３は同時に演算できることから、以下の説明では、位相補償器２０６のパラメータとフィルタ２０３のパラメータを明示的に区別せず、フィルタパラメータと表記する。なお、位相補償器２０６を明示する必要がある場合には、位相補償器２０６のパラメータと表記する。
【００２２】
次に、作用を説明する。
［路面摩擦係数推定制御処理］
図４は、路面摩擦係数推定装置２で実施される路面摩擦係数推定制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、この処理は、所定の制御周期（例えば、10msec）で実行される。
【００２３】
ステップS1では、各車輪速センサ１からの信号に基づいて、各車輪FL，FR，RL，RRの回転速度（右前輪車輪速ＶFR，左前輪車輪速ＶFL，右後輪車輪速ＶRR，左後輪車輪速ＶRL）を演算し、ステップS2へ移行する。各車輪速センサ１は回転速度に応じて周波数が変化する信号を出力するため、その信号の周期を計測することにより車輪速度を演算することができる。
【００２４】
ステップS2では、駆動輪速度Ｖdと従動輪速度Ｖfを演算し、ステップS3へ移行する。例えば、後輪駆動車の場合には、Ｖd，Ｖfは下記の式(1)，(2)となるが、本発明は後輪駆動車に限ったものではない。
Ｖf＝（ＶFR＋ＶFL）／２  …(1)
Ｖd＝（ＶRR＋ＶRL）／２  …(2)
【００２５】
ステップS3では、加速度Ａfを演算し、同時にフィルタ処理を施し、ステップS4へ移行する。従動輪は路面を滑ることなく転がるだけであると仮定し、加速度Ａfを従動輪速度Ｖfの微分値で近似する。従動輪速度Ｖfから加速度Ａfへの連続系での伝達関数は下記の式(3)となる。
Ａf／Ｖf＝ｓ  …(3)
ここで、ｓはラプラス演算子である。
【００２６】
路面の凹凸やセンサロータ歯の加工精度などにより、車輪速センサ１の出力には高周波のノイズ成分が含まれている。ノイズを含むセンサ出力に基づいて演算された加速度Ａfにはノイズが残ったままであるため、このノイズを取り除かないと路面摩擦係数μの推定精度が悪化する。そこで、加速度Ａfに含まれる高周波のノイズを除去する目的でローパスフィルタ処理を行う。連続系での２次のローパスフィルタ２０３の伝達関数Ｆ(s)は下記の式(4)となる。
Ｆ(s)＝ωn12／（ｓ2＋２ζ1ωn1ｓ＋ωn12）  …(4)
ここで、ｓはラプラス演算子であり、ローパスフィルタ２０３のゲイン特性と位相特性は固有周波数ωn1と減衰周波数ζ1をパラメータとして設計できる。
【００２７】
微分演算とローパスフィルタ２０３を組み合わせた連続系での伝達関数Ｇ(s)は、下記の式(5)となる。
Ｇ(s)＝ｓ・Ｆ(s)＝ωn12・ｓ／（ｓ2＋２ζ1ωn1ｓ＋ωn12）  …(5)
【００２８】
Ｇ(s)を離散化したＧ(z)が従動輪速度Ｖfから加速度Ａfへの離散系での伝達関数となる。
【数１】
2006082620.tif 000003
ここで、Ｔsは所定の制御周期である。
【００２９】
フィルタパラメータωn1とζ1は、例えば、
ωn1＝２π
ζ1＝1.00
のように設定する。
【００３０】
ステップS4では、スリップ率Ｓを演算し、ステップS5へ移行する。スリップ率Ｓは、下記の式(7)により求める。
Ｓ＝（Ｖf−Ｖd）／max（Ｖf，Ｖd）  …(7)
【００３１】
ステップS5では、ステップS2およびステップS3で演算された従動輪速度Ｖfと加速度Ａfの情報に基づいて、位相補償器２０６の特性を設定し、ステップS6へ移行する。特性がωn1とζ1であるローパスフィルタ処理後のスリップ率をＳ*、位相補償後のスリップ率をＳ*(-)とし、位相補償器２０６の連続系での伝達関数Ｈ(s)を、下記の式(8)とする。
Ｓ*(-)／Ｓ*＝Ｈ(s)
＝（ωn22／ωn12）・｛（ｓ2＋２ζ1ωn1ｓ＋ωn12／ｓ2＋２ζ2ωn2ｓ＋ωn22）｝  …(8)
ωn2とζ2は位相補償器２０６の特性を表すパラメータである。
【００３２】
ωn2とζ2は、例えば速度および加速度の微分値を軸とした２次元マップにより決定する。実施例１では、ωn1＝２π，ζ1＝1.00に対する位相補償器２０６の特性パラメータであるωn2のマップは図５のように設定した。また、ζ2は1.00の固定値とした。
【００３３】
ステップS6では、スリップ率Ｓにフィルタ処理および位相補償処理を行い、ステップS7へ移行する。スリップ率Ｓにフィルタ処理が必要な理由は、加速度Ａfにフィルタ処理が必要なことと同様である。フィルタの特性を加速度Ａfに施すフィルタと等しくするため、フィルタの次数およびフィルタパラメータは加速度Ａf側に施すフィルタと同じ値（ωn1＝２π，ζ1＝1.00）に設定する。フィルタ前のスリップ率Ｓからフィルタ後のスリップ率Ｓ*への連続系での伝達関数Ｆ(s)は、前述の式(4)と同一である。
【００３４】
さらに、フィルタ後のスリップ率Ｓ*に対して位相補償処理を実施する。位相補償器２０６の連続系での伝達関数Ｈ(s)は、前述の式(8)と同一である。よって、式(4)と式(8)とをまとめると、フィルタ前のスリップ率Ｓから位相補償後のスリップ率Ｓ*(-)への伝達関数は、下記の式(9)となる。
【数２】
2006082620.tif 000004
【００３５】
これは結局スリップ率Ｓに対するフィルタＦ(s)で、パラメータをωn1からωn2へ、ζ1からζ2へ変更したものに他ならない。つまり、ローパスフィルタ２０３と位相補償器２０６を同時に演算できることになり、位相補償器２０６をおいても演算量は増加しない。また、フィルタ２０３と位相補償器２０６を同時に演算すると、位相補償器２０６は明示的には存在していないものと見なすことができる。つまり、フィルタ２０３のパラメータを固定にして位相補償器２０６のパラメータを可変にすること（図２に示した構成）と、位相補償器２０６を設けずにフィルタ２０３のパラメータを可変にすること（図３に示した構成）とは等価である。このため、本発明は位相補償器２０６の有無にかかわらず適応することができる。
【００３６】
ステップS7では、フィルタ後の加速度Ａf*に対する位相補償後のスリップ率Ｓ*(-)の回帰係数Ｋ1と、位相補償後のスリップ率Ｓ*(-)に対するフィルタ後の加速度Ａf*の回帰係数Ｋ2を、下記の式(10)，(11)を用いて演算し、ステップS8へ移行する。
【数３】
2006082620.tif 000005
ここで、Ｐは、回帰係数演算に使用するデータ数である。
【００３７】
ステップS8では、加速度Ａf*とスリップ率Ｓ*(-)の間の相関の強さを表す相関係数Ｒを演算し、ステップS9へ移行する。実施例１では、相関係数の２乗値である決定係数Ｒ2を用いた。決定係数Ｒ2は下記の式(12)で演算できる。
Ｒ2＝Ｋ1・Ｋ2  …(12)
【００３８】
ステップS9では、ステップS8で演算された決定係数Ｒ2と、事前に設定した最大しきい値との比較を行う（位相差検出手段に相当）。実施例１では、最大しきい値を0.8に設定した。決定係数Ｒ2が0.8より大きい場合はステップS10へ移行し、路面摩擦係数推定値を確定する。そうでない場合は、ステップS11へ移行し、路面μ推定値は更新せずに前回の推定値のままとする。これは、決定係数Ｒ2が大きい場合は、スリップ率Ｓと加速度Ａfの間に相関があり、得られた回帰係数Ｋ1，Ｋ2は適切であるが、決定係数Ｒ2が小さい場合は、両者の間に相関がなく得られた回帰係数Ｋ1，Ｋ2は不適切であるため、その値で路面摩擦係数を推定しないようにするためである。
【００３９】
ステップS10では、ステップS7で求めた回帰係数Ｋ1あるいはＫ2に基づいて、例えば、以下のように路面摩擦係数推定値を確定し、ステップS11へ移行する。
Ｋ2≦-200        高μ路（μ＝0.8以上）
-200≦Ｋ2≦-100  中μ路（μ＝0.4〜0.8）
-100<Ｋ2<０    低μ路（μ＝0.4以下）
この傾きＫ2のしきい値は、走行実験データ等から得ることができる。
【００４０】
ステップS11では、ステップS9までに演算された加速度Ａf*とスリップ率Ｓ*(-)と決定係数Ｒ2とに基づいて、位相補償器２０６の特性を変更するフィードバック制御を実施し、リターンへ移行する。
【００４１】
［決定係数Ｒ2に応じたフィルタパラメータのフィードバック制御処理］
図６は、図５に示したフローチャートにおいて、ステップS11で実行される決定係数Ｒ2に応じたフィルタパラメータのフィードバック制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。
【００４２】
ステップS111では、ステップS8（図４）で演算された決定係数Ｒ2が、所定の範囲にあるかどうかを判別する。YESの場合にはフィルタパラメータ補正を行うと判断し、ステップS112へ移行する。NOの場合はリターンへ移行し、フィルタパラメータ補正は行わない。
【００４３】
ここで、パラメータを変更するかどうかの決定係数Ｒ2の範囲は、例えば、
0.50<Ｒ2<0.95
のように設定することができる。
【００４４】
これは、すでに車体加速度Ａfとスリップ率Ｓ間の相関が、例えば、Ｒ2>0.95のように十分強い場合には、加速度Ａfとスリップ率Ｓ間の位相はそろっており、フィルタパラメータを変更する必要がないためである。また、加速度Ａfとスリップ率Ｓ間の相関が、例えば、Ｒ2<0.50のように極端に低い場合には、一定速状態や一定加速度状態、あるいは強い外乱入力時等が考えられる。そのような場合にフィルタパラメータを補正していくことによって、本来期待されていない特性に変更されてしまい、さらに、変更していった結果、発散するおそれがあるため、フィルタパラメータの調整は行わない。つまり、ここで設定する所定の範囲はフィルタパラメータを変更することによって、加速度Ａfとスリップ率Ｓ間の相関関係がさらに上がることが期待される範囲である。
【００４５】
ステップS112では、加速度Ａfとスリップ率Ｓ、どちらの位相が遅れているか、または進んでいるかを判断する。実施例１では、スリップ率Ｓ演算後に位相補償器２０６を置いているため、スリップ率Ｓの位相が加速度Ａfの位相に対して遅れているか進んでいるかを判断する。YESの場合にはステップS113へ移行し、NOの場合にはステップS114へ移行する。
【００４６】
ステップS113では、ステップS112でスリップ率Ｓの位相が加速度Ａfの位相に対して遅れていると判断された場合に、フィルタパラメータをスリップ率Ｓの位相が進む方向に補正し、ステップS114へ移行する。補正するパラメータはステップS6（図４）で述べたωn2とζ2のどちらでも構わないが、実施例１ではωn2をより大きい値へ補正する。
【００４７】
ステップS114では、ステップS112でスリップ率Ｓの位相が加速度Ａfの位相に対して進んでいると判断された場合に、フィルタパラメータをスリップ率Ｓの位相が遅れる方向に補正する。補正するパラメータはステップS6（図４）で述べたωn2とζ2のどちらでも構わないが、実施例１ではωn2をより小さい値へ補正する。
【００４８】
［従来技術の課題］
タイヤと路面間の摩擦係数を推定する装置としては、例えば、特開２００１−３３４９２０号公報に記載の技術が知られている。この装置は、４つのタイヤの回転速度（車輪速度）から車体加速度とタイヤのスリップ率を演算し、所定個数の加速度とスリップ率のデータから、１次の回帰直線の傾き、すなわち回帰係数を求め、この値とあらかじめ設定されたしきい値とを比較することにより、タイヤと路面間の摩擦係数を推定している。なお、加速度Ａfに対するスリップ率Ｓの１次の回帰係数Ｋ1、あるいはスリップ率Ｓに対する加速度Ａfの１次の回帰係数Ｋ2は、上述した式(10)，(11)で求めることができる。
【００４９】
車体加速度とスリップ率との関係は、タイヤと路面のμ−Ｓ曲線と同等であり、路面摩擦係数μの違いにより図７のようになる。μ−Ｓ曲線は、本来曲線であるが、通常の走行次に発生するスリップ率Ｓの範囲では、ほぼ直線となっている。すなわち、μ−Ｓ曲線はＹ＝ａＸ＋ｂという方程式で表すことができる。回帰係数Ｋ2はこのμ−Ｓ曲線の勾配ａに相当する。ここで、Ｙは車体加速度であり、Ｘはスリップ率である。線形領域での勾配は路面摩擦係数が大きいほど急になる。この回帰係数Ｋ2の値に基づき路面摩擦係数の推定を行っている。
【００５０】
（問題点１）
通常、従動輪は路面を滑ることなく転がると仮定して、車体加速度を従動輪速度の微分値で近似して求めている。また、スリップ率は、駆動輪速度と従動輪速度の情報を用いて演算している。従動輪速度と駆動輪速度の位相を比較した場合、従動輪速度の位相は駆動輪速度の位相に対して常に遅れているため、従動輪速度のみを用いて演算した車体加速度は、駆動輪速度と従動輪速度の情報を用いて演算したスリップ率に対して常に位相が遅れてしまう。
【００５１】
そもそも駆動輪速度の位相に対して従動輪速度の位相が遅れてしまうのは、加速時には、まずエンジンから駆動輪へのトルク増加によって駆動輪の回転数が増加し、駆動輪速度が増加する。次にそのときのスリップ率に応じた力が駆動輪で発生し、その力によって車両が前進方向に力を受けて車体速度が増加する。車体速度が増加したことによって従動輪がさらに回され、従動輪速度が増加するというダイナミクスになっていることに起因する。
【００５２】
減速時にはエンジンブレーキトルクによりエンジンから駆動輪へのトルクが減少するだけで、トルクや力の向きのみが変わり発生する現象は同じであるので、やはり駆動輪速度の位相に対して従動輪速度の位相が遅れてしまう。さらに、タイヤやサスペンション系などの弾性体の動特性も車体加速度とスリップ率間の位相差を引き起こす原因となる。
【００５３】
仮に車体加速度を駆動輪速度の微分値で近似したとしても、駆動輪速度の位相は従動輪速度の位相に対して常に進んでいるため、駆動輪速度のみを用いて演算した車体加速度は駆動輪速度と従動輪速度の情報を用いて演算するスリップ率に対して常に位相が進んでしまい、車体加速度とスリップ率間の位相差を解決することはできない。
【００５４】
従来技術では、路面摩擦係数を車体加速度−スリップ率特性の線形領域における傾きから推定するため、スリップ率に対して位相が遅れたあるいは位相が進んだ加速度を対応させて加速度−スリップ率特性をプロットすると、図８(a)，(c)に示すようなリサージュとなる。このようにリサージュを描いている状態で回帰係数を求めると、均一な摩擦係数を持つ路面を走行しているにもかかわらず、演算された回帰係数は増減を繰り返すため、摩擦係数推定値が一定値とならず、推定精度が悪化する。
【００５５】
（問題点２）
車輪速センサ出力のノイズ除去のためのフィルタとして、移動平均法あるいは加重移動平均法を用いるが、この方法ではフィルタの特性が平均処理を行うデータ数をパラメータとして決定されるため、周波数領域でのフィルタのゲイン特性と位相特性とを同時に設計することが困難である。
【００５６】
（問題点３）
平均移動法あるいは加重平均移動法では、平均を取るために過去のデータを蓄積する必要があり、メモリリソースを多く消費するため、車載システムとしての実現性に乏しい。
【００５７】
（問題点４）
移動平均法あるいは加重移動平均法のパラメータは、事前に設定した所定の条件の下で実験的に一意に決定されるが、タイヤやサスペンション系など、弾性体の動特性の経時変化やタイヤ交換によるタイヤや車両の動特性の変化に対してロバストではない。
【００５８】
［位相差のフィードバックによるフィルタ特性補正作用］
これに対し、実施例１の路面摩擦係数推定装置２では、スリップ率Ｓの演算にデジタルフィルタであるローパスフィルタ２０３を適用し、加速度Ａfとスリップ率Ｓ間の位相差がゼロとなるようにフィルタパラメータをリアルタイムに変更することにより、上記問題を解決している。
【００５９】
図９〜図１２に、実施例１の作用をシミュレーションにより検証した結果を示す。シミュレーション条件は下記の通りである。
従動輪速度Ｖf  60km/h  ±1km/h
駆動輪速度Ｖd  60km/h  ±1km/h
従動輪速度と駆動輪速度の角周波数：0.5[rad/s]
従動輪速度と駆動輪速度の位相差：π/6[rad]
バンドパスフィルタ２０４のパラメータ：ｆn1＝2π/ωn1＝1.0[Hz]  ζ1=1.0
スリップ率へのフィルタパラメータ初期値：ｆn2＝2π/ωn2＝1.0[Hz]  ζ2=1.0
フィルタパラメータ変更条件：0.5<Ｒ2<0.95
【００６０】
図９(a)に示すように、駆動輪速度Ｖdに対して従動輪速度Ｖfは位相が遅れているため、初期状態ではスリップ率Ｓの位相に対して加速度Ａfの位相に遅れが生じている（図９(b)，(c)）。よって、図１１に示すように、加速度Ａf−スリップ率Ｓ特性がリサージュを描き、それに伴って１次の回帰係数Ｋ1，Ｋ2も周期的に変動する（図１２(a)，(b)）。また、リサージュの先端付近に達したときに相関関係が低下するため、リジェクトされ、路面摩擦係数の推定がキャンセルされる（図１２(d)）。
【００６１】
しかし、実施例１では、スリップ率Ｓの位相と加速度Ａfの位相とを一致させるようにスリップ率Ｓへのフィルタパラメータが徐々に変更される（図１０(b)）。その結果、スリップ率Ｓの位相が加速度Ａfの位相にそろってくるため（図９）、リサージュのふくらみが徐々に小さくなる（図１１）。また、それに伴って加速度Ａfとスリップ率Ｓ間の相関も上がるため、１次の回帰係数Ｋ1，Ｋ2も安定して演算されるようになるばかりか、リジェクトが起こりにくくなる。そして、最終的には相関係数の目標値であるＲ2>0.95が実現される（図１２(c)）。
【００６２】
なお、図１０(b)に示すように、最適なパラメータに収束した後は、十分時間が経過した後にも発散やチャタリングは見られないことがわかる。
【００６３】
以上のように、実施例１では、スリップ率Ｓへのフィルタパラメータを更新することで、加速度とスリップ率間の位相差をリアルタイムに補正でき、両者の相関関係を高めることができるため、精度の高い路面摩擦係数の推定が可能となる。また、フィルタパラメータはフィードバックにより自動的に補正されていくため、事前にデータ計測を行っておく必要もなく、車両やタイヤ特性の変化により、加速度とスリップ率間の位相特性に変化が起こっても、フィルタパラメータを常に最適な状態に保つことができる。
【００６４】
次に、効果を説明する。
実施例１の路面摩擦係数推定装置２にあっては、下記に列挙する効果が得られる。
【００６５】
(1) 駆動輪速度Ｖd、従動輪速度Ｖfを検出する車輪速度演算部２０１と、従動輪速度Ｖfに基づいて、加速度Ａfを算出するバンドパスフィルタ２０３と、駆動輪速度Ｖdと従動輪速度Ｖfに基づいて、タイヤのスリップ率Ｓを算出するスリップ率演算部２０２と、加速度Ａfとスリップ率Ｓとの関係を１次式で近似した回帰直線の傾きである回帰係数Ｋ1，Ｋ2を演算し、回帰係数Ｋ1，Ｋ2に基づいて路面摩擦係数μを算出する回帰係数相関係数演算部２０８と、を有する路面摩擦係数推定装置２において、加速度Ａfとスリップ率Ｓの少なくとも一方の位相を変更する位相補償器２０６（またはフィルタ２０３）と、加速度Ａfとスリップ率Ｓの位相差を検出する位相差検出手段と、位相差がゼロとなるように位相補償器２０６（またはフィルタ２０３）のフィルタパラメータを変更する位相補償特性補正部２０７と、を備えるため、位相補償後の加速度Ａfとスリップ率Ｓの関係が線形に近づき、１次の回帰係数Ｋ1，Ｋ2が安定して演算され、より正確な路面摩擦係数μを安定して推定することができる。
【００６６】
また、車速や装着しているタイヤの特性、車両サスペンション系の動特性の如何にかかわらず、加速度Ａfとスリップ率Ｓの関係を直線に近づけるように、すなわち図８において、(a)または(c)を(b)に近づけるようにフィルタパラメータがリアルタイムに変更されるため、車両の走行状態の変化、タイヤ特性や車両サスペンション系特性の経時変化やタイヤ交換に伴う特性変化に対しても、特別な操作を必要とせず、フィルタパラメータを自動的に最適値に保つことができる。
【００６７】
さらに、フィルタパラメータの設定のために事前に行う必要があるさまざまな基礎特性計測実験を減らすことができるため、ロジック構成が簡素化でき、開発工数の低減につながる。
【００６８】
(2) 位相差検出手段は、加速度Ａfとスリップ率Ｓとの決定係数Ｒ2に基づいて位相差を検出し、位相補償特性補正部２０７は、決定係数Ｒ2が位相差の大きいときに相当するあらかじめ設定された最大しきい値（0.8）以下のとき、決定係数Ｒ2がより大きくなる方向にフィルタパラメータを変更する。すなわち、加速度Ａfとスリップ率Ｓ間の相関が十分大きい場合（決定係数Ｒ2≧0.8）には、現状のフィルタパラメータがほぼ最適であるため変更する必要がない。しかし、加速度Ａfとスリップ率Ｓ間の相関が小さくフィルタパラメータの変更で相関関係を高めることができると期待される場合には、フィルタパラメータの変更を行うことで、より高い相関を持った加速度Ａfとスリップ率Ｓが演算されるようになり、加速度−スリップ率曲線がより直線に近づき、１次の回帰係数Ｋ1，Ｋ2がほぼ一定値に求まるようになり、推定精度が向上する。
【００６９】
(3) 位相補償特性補正部２０７は、決定係数Ｒ2が加速度Ａfとスリップ率Ｓとの相関係数が小さい場合に相当する最小しきい値0.5よりも小さいとき、フィルタパラメータを一定とする。すなわち、もともと加速度Ａfとスリップ率Ｓの相関が極端に低い場合（Ｒ2<0.5）に、フィルタパラメータを変更した結果、本来期待されていない値に収束したり、大きな値に発散したりすることを防ぐことができる。その結果、加速度Ａfとスリップ率Ｓの間に相関関係が見いだせる場合（Ｒ2≧0.5）にのみ加速度−スリップ率特性の状態に基づいて、所定時間の決定係数Ｒ2がさらに大きくなる方向にフィルタパラメータを変更することとなる。
【００７０】
(4) 位相補償器２０６（またはフィルタ２０３）は、スリップ率Ｓの位相を変更する。すなわち、加速度Ａfとスリップ率Ｓの位相差は相対関係であるため、加速度Ａfとスリップ率Ｓのどちらか一方のパラメータを固定し、他方のみを変更することで、位相差を小さく、あるいはゼロとすることができる。
【００７１】
(5) 位相補償特性補正部２０７は、加速度Ａfとスリップ率Ｓとの位相差の大きさと向きに応じてフィルタパラメータを変更する。位相差の向きとは、加速度Ａfの位相が、スリップ率Ｓに対して進んでいるか、遅れているかの向きを意味する。すなわち、一方のフィルタが他方のフィルタに対して強すぎても弱すぎても、位相差が発生するため、加速度Ａfとスリップ率Ｓの相関関係が小さくなり、路面摩擦係数推定精度が悪化するが、加速度−スリップ率曲線の変化の状態をモニタすることで、フィルタ特性を強めれば良いのか、弱めれば良いのかを知ることができ、位相差を小さくする方向へパラメータを収束させることができる。
【００７２】
(6) 位相補償器２０６（またはフィルタ２０３）を、デジタルフィルタとしたため、周波数領域でのゲイン特性と位相特性の設計が容易である。また、デジタルフィルタは移動平均処理のように過去の入力を多く記憶しておく必要がないことに加え、加重移動平均処理のように２重にフィルタを施さずに同等の性能を持つフィルタがパラメータの設定次第で実現できるため、プログラム容量、演算時間の観点からリアルタイム処理に有利であり、車載システムとしての実現性が高い。
【実施例２】
【００７３】
実施例２では、加速度Ａfの位相とスリップ率Ｓの位相とを共に変更する例である。
【００７４】
まず、構成を説明する。
図１３は実施例２の路面摩擦係数推定装置２０の制御ブロック図であり、実施例２は、図２に示した実施例１に対し、位相補償器特性設定部２１１と位相補償器２１２とを加えた構成である。
【００７５】
位相補償器特性設定部２１１は、従動輪速度Ｖfとフィルタ処理後の加速度Ａf*と位相補償器特性補正部２０７の出力とに基づいて、位相補償器２１２の特性を設定する。位相補償器２１２は、位相補償器特性設定部２１１の出力に基づく補償特性により、フィルタ処理後の加速度Ａf*の位相を変更する。
【００７６】
実施例１で説明したように、フィルタと位相補償器は同時に演算することができる。その伝達関数は、フィルタ単体の伝達関数と同型でパラメータが異なるのみである。そこで、図１３は等価的に図１４に書き換えることができる。つまり、実施例１で述べたように、本発明は位相補償器の有無にかかわらず適応することができる。
【００７７】
次に、作用を説明する。
［フィルタパラメータのフィードバック制御処理］
図１５は、図５のフローチャートにおいて、ステップS11で実行されるフィルタパラメータのフィードバック制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、図１５において、ステップS211、ステップS212は、図６のステップS111、ステップS112と同一処理を行うため、説明を省略する。
【００７８】
ステップS213では、ステップS212において、スリップ率Ｓの位相が加速度Ａfの位相に対して遅れいていると判断された場合に、加速度Ａfのフィルタ２０４に設定されているパラメータが所定の下限値以下でないかどうかをチェックする。所定の下限値以下の小さいパラメータを設定するとフィルタの効果が強すぎて、本来の波形から大きくずれたものとなってしまうため、極端に小さいパラメータを設定しないようにする効果がある。
【００７９】
ステップS214では、ステップS213で加速度Ａfのフィルタ２０４に設定されているパラメータが下限値以下でないと判断された場合に、加速度Ａfの位相が遅れる方向に、つまり加速度Ａfへのフィルタ２０４のパラメータωn1をさらに小さい値に変更し、リターンへ移行する。
【００８０】
ステップS215では、ステップS3で加速度Ａfのフィルタ２０４に設定されているパラメータが下限値以下と判断された場合に、スリップ率Ｓの位相が進む方向に、つまりスリップ率Ｓへのフィルタ２０３のパラメータωn2をさらに大きい値に変更し、リターンへ移行する。
【００８１】
ステップS216では、ステップS212において、スリップ率Ｓの位相が加速度Ａfの位相に対して進んでいると判断された場合に、スリップ率Ｓへのフィルタに設定されているパラメータが所定の下限値以下でないかどうかをチェックする。所定の下限値以下の小さいパラメータを設定するとフィルタの効果が強すぎて、本来の波形から大きくずれたものになってしまうため、極端に小さいパラメータを設定しないようにする効果がある。
【００８２】
ステップS217では、ステップS216でスリップ率Ｓのフィルタ２０３に設定されているパラメータが下限値以下でないと判断された場合に、スリップ率Ｓの位相が遅れる方向に、つまりスリップ率Ｓへのフィルタ２０３のパラメータωn2をさらに小さい値に変更し、リターンへ移行する。
【００８３】
ステップS218では、ステップS216でスリップ率Ｓのフィルタ２０３に設定されているパラメータが下限値以下と判断された場合に、加速度Ａfの位相が進む方向に、つまり加速度Ａfへのフィルタ２０４のパラメータωn1をさらに大きい値に変更する。
【００８４】
［位相差のフィードバックによるフィルタ特性補正作用］
図１６〜図１９に、実施例２の効果をシミュレーションにより検証した結果を示す。シミュレーション条件は下記の通りである。
従動輪速度Ｖf  60km/h  ±1km/h
駆動輪速度Ｖd  60km/h  ±1km/h
従動輪速度と駆動輪速度の角周波数：0.5[rad/s]
従動輪速度と駆動輪速度の位相差：π/7[rad]
バンドパスフィルタ２０４のパラメータ：ｆn1＝2π/ωn1＝1.0[Hz]  ζ1=1.0
スリップ率へのフィルタパラメータ初期値：ｆn2＝2π/ωn2＝1.0[Hz]  ζ2=1.0
フィルタパラメータ変更条件：0.5<Ｒ2<0.95
パラメータωn下限リミット値：ωn＝0.3
【００８５】
図１６(a)に示すように、駆動輪速度Ｖdに対して従動輪速度Ｖfは位相が遅れているため、初期状態ではスリップ率Ｓの位相に対して加速度Ａfの位相に遅れが生じている。よって、図１８に示すように、加速度Ａf−スリップ率Ｓ特性がリサージュを描き、それに伴って１次の回帰係数Ｋ1，Ｋ2も周期的に変動する（図１９(a)，(b)）。また、リサージュの先端付近に達したときに相関関係が低下するため、リジェクトされ、路面摩擦係数の推定がキャンセルされる（図１９(d)）。
【００８６】
しかし、実施例２では、スリップ率Ｓの位相と加速度Ａfの位相とを一致させるように、まず、スリップ率Ｓへのフィルタパラメータが徐々に変更される（図１７(b)）。その結果、スリップ率Ｓの位相が加速度Ａfの位相にそろってくるため（図１６）、リサージュのふくらみが小さくなる（図１８）。また、それに伴って加速度Ａfとスリップ率Ｓ間の相関も上がるため、１次の回帰係数Ｋ1，Ｋ2も安定して演算されるようになるばかりか、リジェクトが起こりにくくなる。
【００８７】
しかし、フィルタ２０３のパラメータ変更だけでは、パラメータの変更リミット値（ωn＝0.3）に到達しても位相を十分に補償できないため、58秒付近からは加速度Ａfへのフィルタパラメータがさらに相関が高まる方向に自動的に変更され、最終的には相関係数の目標値であるＲ2>0.95が実現される（図１５(c)）。
【００８８】
なお、図１７(a)，(b)に示すように、最適なパラメータに収束した後は、十分時間が経過した後にも発散やチャタリングは見られないことがわかる。
【００８９】
次に、効果を説明する。
実施例２の路面摩擦係数推定装置２０にあっては、実施例１の効果(1)〜(3)、(5)、(6)に加え、下記の効果が得られる。
【００９０】
(7) 位相補償器２１２（またはバンドパスフィルタ２０４）は、加速度Ａfの位相を変化させ、位相補償器２０６（またはローパスフィルタ２０３）は、スリップ率Ｓの位相を変化させる。すなわち、加速度Ａfとスリップ率Ｓの両方のフィルタパラメータを変更することで、その組み合わせから一方のみを変更した場合には設定できなかったあらゆる特性を実現でき、最も相関を強くする最適なフィルタパラメータの組み合わせを求めることができる。
【００９１】
（他の実施例）
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１，２に基づいて説明したが、具体的な構成については、この実施例１，２に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００９２】
路面摩擦係数推定装置は必ずしも他のシステムから独立して設置する必要はなく、車輪速センサの信号を入力とするコントローラ（例えば、ABSコントローラ）に上記路面摩擦係数推定演算プログラムを組み込むことも可能である。
【００９３】
実施例１，２では、スリップ率演算部の後段に位相補償器を設置したが、車体加速度演算部の後段に設置することもできる。車体加速度演算後に位相補償を実施する場合には、車体加速度の位相を進ませる。車体加速度の位相を進ませると、高周波入力に対するゲインが上がるため、ノイズに弱くなるが、応答性が向上する。
【００９４】
実施例１，２では、デジタルフィルタとして２次のローパスフィルタを用いた例を示したが、デジタルフィルタの次数は２次に限ったものではない。
【００９５】
実施例２では、スリップ率へのフィルタパラメータ変更後、加速度へのフィルタパラメータを変更する例を示したが、加速度へのフィルタパラメータ変更後にスリップ率へのフィルタパラメータを変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】実施例１の路面摩擦係数推定装置を適用した車両のブロック図である。
【図２】実施例１の路面摩擦係数推定装置２の制御ブロック図である。
【図３】実施例１において位相補償器を設けない場合の路面摩擦係数推定装置２の構成を示す制御ブロック図である。
【図４】路面摩擦係数推定装置２で実施される路面摩擦係数推定制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】位相補償器２０６の初期特性マップ例を示す図である。
【図６】実施例１のフィルタパラメータのフィードバック制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】μ−Ｓ曲線図である。
【図８】加速度とスリップ率との位相差の変化による加速度−スリップ率特性の変化を示す図である。
【図９】実施例１の車体加速度とスリップ率の各位相のタイムチャートである。
【図１０】実施例１の作用を示すフィルタパラメータのタイムチャートである。
【図１１】実施例１の作用を示す加速度−スリップ率特性図である。
【図１２】実施例１の作用を示す回帰係数Ｋ1，Ｋ2、決定係数Ｒ2およびリジェクトフラグのタイムチャートである。
【図１３】実施例２の路面摩擦係数推定装置２０の制御ブロック図である。
【図１４】実施例２において位相補償器を設けない場合の路面摩擦係数推定装置２の構成を示す制御ブロック図である。
【図１５】実施例２のフィルタパラメータのフィードバック制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１６】実施例２の車体加速度とスリップ率の各位相のタイムチャートである。
【図１７】実施例２の作用を示すフィルタパラメータのタイムチャートである。
【図１８】実施例２の作用を示す加速度−スリップ率特性図である。
【図１９】実施例２の作用を示す回帰係数Ｋ1，Ｋ2、決定係数Ｒ2およびリジェクトフラグのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００９７】
FL，FR，RL，RR  車輪
１  車輪速センサ
２  路面摩擦係数推定装置
２０１  車輪速度演算部
２０２  スリップ率演算部
２０３  ローパスフィルタ
２０４  バンドパスフィルタ
２０５  位相補償器特性設定部
２０６  位相補償器
２０７  位相補償器特性補正部
２０８  回帰係数相関係数演算部
【図１】
2006082620.tif 000006
【図２】
2006082620.tif 000007
【図３】
2006082620.tif 000008
【図４】
2006082620.tif 000009
【図５】
2006082620.tif 000010
【図６】
2006082620.tif 000011
【図７】
2006082620.tif 000012
【図８】
2006082620.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2006082620.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2006082620.tif 000018
【図１４】
2006082620.tif 000019
【図１５】
2006082620.tif 000020
【図１６】
2006082620.tif 000021
【図１７】
2006082620.tif 000022
【図１８】
2006082620.tif 000023
【図１９】
2006082620.tif 000024