(57)【要約】【課題】精度よく動摩擦係数を算出する。【解決手段】動摩擦係数演算装置は、少なくとも１つの車輪を有する車体の、当該車輪の接地面の動摩擦係数を算出する。車体は、車体の水平加速度を示す第１計測値ａcを出力する水平加速度センサ、および、車輪の所定位置の角速度または加速度を示す第２計測値を出力する車輪センサを有している。車両は、第１計測値ａc、および第２計測値を受け取る入力インタフェースと、車輪の第２計測値および第１所定値から得られる、車輪の最外周における回転速度 、を時間微分して得られた演算値ａeと、第１計測値ａcとの差分を、重力加速度に対応する第２所定値で除算して接地面の動摩擦係数を算出する演算回路とを備えている。【選択図】図２
2018001943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの車輪を有する車体の、前記少なくとも１つの車輪の接地面の動摩擦係数を算出する動摩擦係数演算装置であって、
前記車体は、前記車体の水平加速度を示す第１計測値ａcを出力する水平加速度センサ、および、前記少なくとも１つの車輪の所定位置の角速度または加速度を示す第２計測値を出力する車輪センサを有しており、
前記第１計測値ａc、および前記第２計測値を受け取る入力インタフェースと、
前記第２計測値および第１所定値から得られる、前記少なくとも１つの車輪の最外周における回転速度、を時間微分して得られた演算値ａeと、前記第１計測値ａcとの差分を、重力加速度に対応する第２所定値で除算して前記接地面の動摩擦係数を算出する演算回路と
を備えた、動摩擦係数演算装置。
【請求項２】
前記車輪センサが前記第２計測値として前記少なくとも１つの車輪の所定位置の加速度ａrを出力する場合において、
前記演算回路は、前記車輪センサが鉛直上向きに位置した時および鉛直下向きに位置した時における２つの前記第２計測値を用いて、重力の影響を相殺した計測値を求め、前記計測値を利用して、前記演算値ａeを算出する、請求項１に記載の動摩擦係数演算装置。
【請求項３】
前記第１所定値として前記少なくとも１つの車輪の半径値を記憶する記憶装置をさらに備え、
前記演算回路は、前記演算値ａeと前記第１計測値ａcとの差分が０になる条件下で、前記第２計測値に基づいて得られる前記少なくとも１つの車輪の角速度の微分値、および、前記第１計測値ａcから前記半径の推定値を算出し、
前記記憶装置は前記半径の推定値を前記第１所定値として更新する、請求項１に記載の動摩擦係数演算装置。
【請求項４】
前記演算回路は、前記半径の推定値が、予め用意された上限値および下限値の範囲内に入っているか否かを判定し、入っている場合には前記記憶装置は前記半径の推定値を前記第１所定値として更新する、請求項３に記載の動摩擦係数演算装置。
【請求項５】
前記車体の横方向の加速度を示す第３計測値ａ’を出力する横加速度センサと、
前記車体のヨーレートを示す第４計測値Ωを出力するヨーレートセンサと、
をさらに備え、
前記演算回路は、前記第４計測値Ωおよび第１計測値ａcの時間積分値として得られる速度ｖを乗じた値と、前記第３計測値ａ’との差分を、前記第２所定値で除算して、前記車体の横方向の動摩擦係数を算出する、請求項１から４のいずれかに記載の動摩擦係数演算装置。
【請求項６】
前記車体は、前記車体の垂直方向の加速度ａgを示す計測値を出力する垂直加速度センサをさらに有しており、
前記演算回路は、
演算値ａeから前記第１計測値ａcを減じて得られた値をさらに前記垂直方向の加速度ａgで除算して、前記進行方向の動摩擦係数を算出し、
前記第４計測値Ωに前記第１計測値ａcの時間積分値として得られる速度ｖを乗じた値から前記第３計測値ａ’を減じ、前記減じた値を前記垂直方向の加速度ａgで除算して、前記車体の横方向の動摩擦係数を算出する、請求項１から４のいずれかに記載の動摩擦係数演算装置。
【請求項７】
少なくとも１つの車輪を有する車体の、前記少なくとも１つの車輪の接地面の動摩擦係数を演算する方法であって、
前記車体は、前記車体の水平加速度を示す第１計測値ａcを出力する水平加速度センサ、および、前記少なくとも１つの車輪の所定位置の角速度または加速度を示す第２計測値を出力する車輪センサを有しており、
前記第１計測値ａc、および、前記第２計測値を受け取り、
前記第２計測値および第１所定値から得られる、前記少なくとも１つの車輪の最外周における回転速度、を時間微分して得られた演算値ａeと、前記第１計測値ａcとの差分を算出し、
前記差分を重力加速度に対応する第２所定値で除算して前記接地面の動摩擦係数を算出する、方法。
【請求項８】
前記第１所定値として前記少なくとも１つの車輪の半径値を用意し、
前記演算値ａeと前記第１計測値ａcとの差分が０になる条件下で、前記第２計測値に基づいて得られる前記少なくとも１つの車輪の角速度の微分値、および、前記第１計測値ａcから前記半径の推定値を算出し、
前記半径の推定値を前記第１所定値として更新する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記半径の推定値が、予め用意された上限値および下限値の範囲内に入っているか否かを判定し、
入っている場合に前記半径の推定値を前記第１所定値として更新する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記車体は、前記車体の垂直方向の加速度を示す計測値を出力する垂直加速度センサをさらに有しており、
演算値ａeから前記第１計測値ａcを減じて得られた値をさらに前記垂直方向の加速度ａgで除算して、前記進行方向の動摩擦係数を算出し、
前記第４計測値Ωに前記第１計測値ａcの時間積分値として得られる速度ｖを乗じた値から前記第３計測値ａ’を減じ前記減じた値を前記垂直方向の加速度ａgで除算して、前記車体の横方向の動摩擦係数を算出する、請求項７から９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの車輪を有する車体に搭載されたコンピュータによって実行され、前記少なくとも１つの車輪の接地面の動摩擦係数を演算するコンピュータプログラムであって、
前記車体は、前記車体の水平加速度を示す第１計測値ａcを出力する水平加速度センサ、および、前記少なくとも１つの車輪の所定位置の角加速度または加速度を示す第２計測値ａrを出力する車輪センサを有しており、
前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータに対し、
前記第１計測値ａc、および前記第２計測値を受け取るステップと、
前記第２計測値および第１所定値から得られる、前記少なくとも１つの車輪の最外周における回転速度、を時間微分して得られた演算値ａeと、前記第１計測値ａcとの差分を算出するステップと、
前記差分を重力加速度に対応する第２所定値で除算して前記接地面の動摩擦係数を算出するステップと
を実行させる、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車体の加速度とタイヤの加速度の違いから、動摩擦係数を演算する動摩擦係数演算装置、その方法、およびそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、雨天候時に路面が濡れている場合や急激なハンドリング操作をした場合など、路面とタイヤとの間の摩擦力が低下すると、タイヤがスリップして車両のコントロールを失い、思わぬ方向に車両が移動して事故を引き起こすことがあった。このようなスリップや急発進などによって発生する事故を防止するために、アンチロック・ブレーキ・システム（Ａｎｔｉ−Ｌｏｃｋ  Ｂｒａｋｅ  Ｓｙｓｔｅｍ、以下、「ＡＢＳ」と記述する。）、トラクション・コントロール・システム、さらには、これらに加えてヨーセンサを設けたスタビリティーコントロールシステムなどが開発された。例えば、ＡＢＳは、各タイヤの回転状態を検出し、この検出結果に基づいて各タイヤがロック状態に入るのを防止するように制動力を制御するシステムである。このような車両制御システムの一例として、例えば、車両の減速度および／または加速度を調節するための制御信号が対応の設定値により形成される車両の制御方法および装置において、走行路面傾斜により発生する車両加速度または車両減速度を表わす補正係数が形成され、この補正係数が上記設定値に重ね合わされて、車両の減速度および／または加速度の設定を改善するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献２においては、複数の車輪を有する車両の実ヨーイング運動状態量として重心点の横すべり角変化速度β’を取得し、その変化速度β’の絶対値が設定値β０’以上で有れば、ブレーキ液圧ΔＰを左右後輪の何れかのブレーキに作用させる。これにより、変化速度β’の絶対値が大きいほど値が大きく且つ変化速度β’の絶対値を減少させる向きのヨーイングモーメントを発生させる。このヨーイングモーメント制御中にも、ブレーキ液圧ΔＰが作用させられた車輪においてスリップ制御が必要か否かの判定を行う。スリップ制御が必要になれば、ブレーキ液圧ΔＰを抑制することによりスリップ率を適正範囲に保つスリップ制御を行うようにしている。
【０００４】
このように、車両においてはトラクション制御、制動力制御、或いはトルク配分制御等について様々な制御技術が提案され、実用化されている。これらの技術では、動摩擦係数を制御パラメータの演算や補正に用いるものが多く、その制御を確実に実行するためには、正確な動摩擦係数を推定する必要がある。
【０００５】
この動摩擦係数の推定においては、例えば、予め車両の運動方程式に基づく車両運動モデルを設定し、センサ入力から求められる実際の車両運動と車両運動モデルの挙動を比較して動摩擦係数を推定する技術が種々提案されている。例えば、特許文献３では適応制御を利用した動摩擦係数を推定する技術が提案されている。また、特許文献４ではオブザーバにより推定した車体すべり角を車両運動モデルに基づいた高μ路および低μ路での基準値と比較して動摩擦係数を推定する技術等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１８２５７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７７２１号公報
【特許文献３】特開平８−２２７４号公報
【特許文献４】特開２０００−７１９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本開示は、幅広い領域で精度よく動摩擦係数を算出する動摩擦係数演算装置、動摩擦係数演算方法、および動摩擦係数演算プログラムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様は、少なくとも１つの車輪を有する車体の、前記少なくとも１つの車輪の接地面の動摩擦係数を算出する動摩擦係数演算装置であって、前記車体は、前記車体の水平加速度を示す第１計測値ａｃを出力する水平加速度センサ、および、前記少なくとも１つの車輪の所定位置の角速度または加速度を示す第２計測値を出力する車輪センサを有しており、前記第１計測値ａc、および前記第２計測値を受け取る入力インタフェースと、前記第２計測値および第１所定値から得られる、前記少なくとも１つの車輪の最外周における回転速度、を時間微分して得られた演算値ａeと、前記第１計測値ａcとの差分を、重力加速度に対応する第２所定値で除算して前記接地面の動摩擦係数を算出する演算回路とを備えた動摩擦係数測定装置を含む。
【０００９】
上述の一般的かつ特定の態様は、システム、方法およびコンピュータプログラムを用いて実装され、またはシステム、方法およびコンピュータプログラムの組み合わせを用いて実現され得る。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の動摩擦係数演算装置によれば、走行中に精度よく動摩擦係数を演算できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一実施形態に係る動摩擦係数演算装置を搭載した車体の側面図である。
【図２】第一実施形態に係る動摩擦係数演算装置１の構成を示すブロック図である。
【図３】主として車体にかかる力の方向、および、車輪角速度センサの取り付け位置を示す図である。
【図４】主として車体にかかる力の方向、および、車輪加速度センサの取り付け位置を示す図である。
【図５Ａ】図４の車輪加速度センサの設置に関する変形例を示す図である。
【図５Ｂ】図４の車輪加速度センサの設置に関する更なる変形例を示す図である。
【図６】第一実施形態に係る動摩擦係数演算装置１の動摩擦係数演算の流れを示すフローチャートである。
【図７】車輪半径の推定校正の流れを示すフローチャートである。
【図８】図７のフローチャートの変形例を示す図である。
【図９】第二実施形態に係る動摩擦係数演算装置２の構成を示すブロック図である。
【図１０】横方向の動摩擦力が発生しない場合の車体が感じる遠心力を示す図である。
【図１１】横方向の動摩擦力が発生する場合の車体が感じる遠心力および動摩擦力を示す図である。
【図１２】第二実施形態に係る動摩擦係数演算装置の動摩擦係数演算の流れを示すフローチャートである。
【図１３】第三実施形態に係る動摩擦係数演算装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】車両１００の３つの回転軸（ヨー軸、ロール軸およびピッチ軸）を示す図である。
【図１５】主として、車体にかかる力の方向、および、車輪角速度センサの取り付け位置を示す図である。
【図１６】ロールセンサおよびピッチセンサの測定方向角度の説明図である。
【図１７】傾斜面における動摩擦力の説明図である。
【図１８】傾斜面における動摩擦力の説明図である。
【図１９】第三実施形態に係る動摩擦係数演算装置の動摩擦係数演算の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照しながら、本発明による動摩擦係数測定装置および動摩擦係数測定装置を有する車両の実施形態を説明する。
【００１３】
（本開示の基礎となる知見）
車両運動モデルを用いて動摩擦係数を推定する技術は、センサ入力から求められる車両運動と車両運動モデルの挙動が同一条件下（タイヤと路面間の摩擦係数が同じ場合）で一致していることを前提としている。しかしながら、実際の走行時においては、車両を数値モデル化する際のモデル化誤差の影響により、これらを完全に一致させるのは困難である。このような場合、モデル化の誤差の影響が動摩擦係数の違いとして計算されるため、動摩擦係数の推定値は実際とは異なる値になる。
【００１４】
結果として、従来の車両制御システムでは、車両の重心位置などの、車体側に設置した速度センサ、加速度センサ又はヨーレートセンサを用いて検出した車両自体の速度や加速度、ヨーモーメント（旋回力）に基づいて車両制御を行っていた。しかしながらこれでは、サスペンションのバネやダンパーを通して路面とタイヤとの間で生じた摩擦力の変化を検出するため検出精度が低いとともに、検出するまでに時間がかかり、車両の安定性回復のための車両制御にも時間がかかるという問題があった。
【００１５】
車両運動モデルを用いて動摩擦係数を推定するよりも、動摩擦係数を正確に測定できればその方が望ましいが、幅広い車両運動領域で精度よく動摩擦係数を測定することが困難であった。
【００１６】
本開示は、幅広い領域で精度よく動摩擦係数を演算する動摩擦係数演算装置、動摩擦係数演算方法、および動摩擦係数演算プログラムを提供する。
【００１７】
まず、動摩擦係数の演算方法の概要と車輪半径の校正の概要を説明する。その説明の後、車両の直線運動、回転を含む運動、傾斜地における運動をそれぞれ考慮した各実施形態の説明を行う。
【００１８】
まず、動摩擦係数の演算方法の概要について説明をする。
【００１９】
動摩擦係数とは、垂直抗力に対する路面との摩擦力の比のことで、単純な平面を走る車の場合、動摩擦係数は（路面との摩擦力）÷（車重）と表される。
【００２０】
一般的に力はＦ＝ｍ・ａ（ｍは質量、ａは加速度）と書かれるが、動摩擦係数には質量ｍは現れない。車両の車重がｍ・ｇ（ｇは重力加速度）と表現されるため、動摩擦係数を求める際にｍはキャンセルされるためである。このため、各車輪での動摩擦係数などを求める際には、各車輪での荷重などは求める必要は必ずしもない。
【００２１】
また、摩擦力は空気抵抗と動摩擦抵抗から表される。摩擦力の大きさは、（車を引っ張る力）−（車が引っ張られる力）によって表される。「車を引っ張る力」は、各駆動輪に与えられる推進力の総和である。一方、車が引っ張られる力は、車体が実際に受けている推進力である。なお、「車を引っ張る力」は駆動輪のみを対象としない。すなわち、「車を引っ張る力」は非駆動輪（従動輪）をも対象とし得る。従動輪の場合には、「車を引っ張る力」は、従動輪が車から引っ張られる力である。
【００２２】
本開示では、車を引っ張る力を車輪の回転する角加速度から求め、車が引っ張られる力を車体の加速度から求めることにする。この角加速度と加速度との差を重力加速度で除算することで動摩擦係数を求めることができる。この計算によれば、摩擦力に含まれる空気抵抗は計算されない。なぜなら、タイヤが回転できる釣り合いには、空気抵抗が含まれているからである。その代わりに、車を引っ張る力には本来必要な空気抵抗が求められていない事になる。このため、求めた動摩擦係数は空気抵抗を含めない、路面との摩擦から求めた動摩擦係数を取得することになる。
【００２３】
次に車輪半径の校正処理の概要を説明する。
【００２４】
上記のように動摩擦係数を取得する上で、車体を引っ張る力を正確に求める必要がある。この力は角加速度から演算によって求めることができる。ただし、その演算を行う際、車輪半径の情報が必要になる。この値を一定と考えることもできるが、車重や空気圧によって変化することが容易に想像できる。よって車輪半径を校正することが必要になる。本願発明者は、車重や空気圧は一回の走行で大きく変化することはないとみなすことができると考え、走行時に車輪半径を校正することとした。
【００２５】
校正方法として、車体１０の水平加速度と各車輪の回転加速度とが等しいという仮定を置く。このような仮定は、車両が十分小さい加速度、及び速度の小さい状況で走行している状況が該当する。ここで、車を引っ張る力には空気抵抗（速度の二乗に比例）も含まれることに注意する。十分小さい加速度、及び速度の小さい状況を測定することで、動摩擦力が働いていないとし、動摩擦係数を計算より求めることができる。
【００２６】
本発明の一態様の概要は以下のとおりである。
【００２７】
（１）本発明の一態様である動摩擦係数演算装置は、少なくとも１つの車輪を有する車体の、前記少なくとも１つの車輪の接地面の動摩擦係数を算出する動摩擦係数演算装置であって、前記車体は、前記車体の水平加速度を示す第１計測値ａcを出力する水平加速度センサ、および、前記少なくとも１つの車輪の所定位置の角速度または加速度を示す第２計測値を出力する車輪センサを有しており、前記第１計測値ａc、および前記第２計測値を受け取る入力インタフェースと、前記第２計測値および第１所定値から得られる、前記少なくとも１つの車輪の最外周における回転速度、を時間微分して得られた演算値ａeと、前記第１計測値ａcとの差分を、重力加速度に対応する第２所定値で除算して前記接地面の動摩擦係数を算出する演算回路とを備えている。
【００２８】
（２）前記車輪センサが前記第２計測値として前記少なくとも１つの車輪の所定位置の加速度ａrを出力する場合において、前記演算回路は、たとえば、前記車輪センサが鉛直上向きに位置した時および鉛直下向きに位置した時における２つの前記第２計測値を用いて、重力の影響を相殺した計測値を求め、前記計測値を利用して、前記演算値ａeを算出する。
【００２９】
（３）前記動摩擦係数演算装置は、たとえば、前記第１所定値として前記少なくとも１つの車輪の半径値を記憶する記憶装置をさらに備え、前記演算回路は、前記演算値ａeと前記第１計測値ａcとの差分が０になる条件下で、前記第２計測値に基づいて得られる前記少なくとも１つの車輪の角速度の微分値、および、前記第１計測値ａcから前記半径の推定値を算出し、前記記憶装置は前記半径の推定値を前記第１所定値として更新する。
【００３０】
（４）前記演算回路は、たとえば、前記半径の推定値が、予め用意された上限値および下限値の範囲内に入っているか否かを判定し、入っている場合には前記記憶装置は前記半径の推定値を前記第１所定値として更新する。
【００３１】
（５）項目１から４のいずれかに記載の動摩擦係数演算装置は、たとえば、前記車体の横方向の加速度を示す第３計測値ａ’を出力する横加速度センサと、前記車体のヨーレートを示す第４計測値Ωを出力するヨーレートセンサとをさらに備え、前記演算回路は、前記第４計測値Ωおよび第１計測値ａcの時間積分値として得られる速度ｖを乗じた値と、前記第３計測値ａ’との差分を、前記第２所定値で除算して、前記車体の横方向の動摩擦係数を算出する。
【００３２】
（６）項目１から４のいずれかに記載の動摩擦係数演算装置において、前記車体は、たとえば、前記車体の垂直方向の加速度ａgを示す計測値を出力する垂直加速度センサをさらに有しており、前記演算回路は、演算値ａeから前記第１計測値ａcを減じて得られた値をさらに前記垂直方向の加速度ａgで除算して、前記進行方向の動摩擦係数を算出し、前記第４計測値Ωに前記第１計測値ａcの時間積分値として得られる速度ｖを乗じた値から前記第３計測値ａ’を減じ、前記減じた値を前記垂直方向の加速度ａgで除算して、前記車体の横方向の動摩擦係数を算出する。
【００３３】
（７）本発明の他の一態様である動摩擦係数を演算する方法は、少なくとも１つの車輪を有する車体の、前記少なくとも１つの車輪の接地面の動摩擦係数を演算する方法であって、前記車体は、前記車体の水平加速度を示す第１計測値ａcを出力する水平加速度センサ、および、前記少なくとも１つの車輪の所定位置の角速度または加速度を示す第２計測値を出力する車輪センサを有しており、前記第１計測値ａc、および、前記第２計測値を受け取り、前記第２計測値および第１所定値から得られる、前記少なくとも１つの車輪の最外周における回転速度、を時間微分して得られた演算値ａeと、前記第１計測値ａcとの差分を算出し、前記差分を重力加速度に対応する第２所定値で除算して前記接地面の動摩擦係数を算出する。
【００３４】
（８）前記方法は、たとえば、前記第１所定値として前記少なくとも１つの車輪の半径値を用意し、前記演算値ａeと前記第１計測値ａcとの差分が０になる条件下で、前記第２計測値に基づいて得られる前記少なくとも１つの車輪の角速度の微分値、および、前記第１計測値ａcから前記半径の推定値を算出し、前記半径の推定値を前記第１所定値として更新する。
【００３５】
（９）前記方法は、たとえば、前記半径の推定値が、予め用意された上限値および下限値の範囲内に入っているか否かを判定し、入っている場合に前記半径の推定値を前記第１所定値として更新する。
【００３６】
（１０）項目７から９のいずれかに記載の方法において、前記車体は、前記車体の垂直方向の加速度を示す計測値を出力する垂直加速度センサをさらに有しており、前記方法は、たとえば、演算値ａeから前記第１計測値ａcを減じて得られた値をさらに前記垂直方向の加速度ａgで除算して、前記進行方向の動摩擦係数を算出し、前記第４計測値Ωに前記第１計測値ａcの時間積分値として得られる速度ｖを乗じた値から前記第３計測値ａ’を減じ前記減じた値を前記垂直方向の加速度ａgで除算して、前記車体の横方向の動摩擦係数を算出する。
【００３７】
（１１）本発明のさらに他の一態様であるコンピュータプログラムは、少なくとも１つの車輪を有する車体に搭載されたコンピュータによって実行され、前記少なくとも１つの車輪の接地面の動摩擦係数を演算するコンピュータプログラムであって、前記車体は、前記車体の水平加速度を示す第１計測値ａcを出力する水平加速度センサ、および、前記少なくとも１つの車輪の所定位置の角加速度または加速度を示す第２計測値ａrを出力する車輪センサを有しており、前記コンピュータプログラムは、前記コンピュータに対し、前記第１計測値ａc、および前記第２計測値を受け取るステップと、前記第２計測値および第１所定値から得られる、前記少なくとも１つの車輪の最外周における回転速度、を時間微分して得られた演算値ａeと、前記第１計測値ａcとの差分を算出するステップと、前記差分を重力加速度に対応する第２所定値で除算して前記接地面の動摩擦係数を算出するステップとを実行させる。
【００３８】
以下、本開示の例示的な実施形態を説明する。
【００３９】
（第一実施形態）
本実施形態では、車両が平地で直進する例において、動摩擦係数を演算する例を説明する。
【００４０】
図１は、本実施形態にかかる動摩擦係数演算装置１を搭載した車両１００の側面図である。
【００４１】
車両１００は、動摩擦係数演算装置１と、車輪２０ａ、２０ｂと、水平加速度センサ１１１と、車輪角速度センサ１１２ａおよび１１２ｂとを有している。
【００４２】
車輪２０ａ、２０ｂを含む全ての車輪は、操舵機構および／または車軸（axle）等の他の部品を介して車体１０に取り付けられる。つまり車体１０は、車輪２０ａ、２０ｂを有している。
【００４３】
水平加速度センサ１１１は、車体１０に取り付けられ、水平方向の車両１００の加速度を検出する。水平加速度センサ１１１は、計測値をたとえば有線で動摩擦係数演算装置１に送る。
【００４４】
車輪角速度センサ１１２ａおよび１１２ｂは、それぞれ駆動輪である車輪２０ａ、２０ｂに設けられる。車輪とは、ホイールおよびタイヤを含む。車両１００は四輪駆動車であり、図示されない反対側の車輪にも、車輪角速度センサ１１２ａの対となる角速度センサが設けられ、同様に車輪角速度センサ１１２ｂの対となる角速度センサが設けられる。車両１００が前輪駆動または後輪駆動の場合には、２つの前輪または２つの後輪の各々に角速度センサが設けられる。
【００４５】
車輪角速度センサ１１２ａ、１１２ｂの各々は、たとえば車輪２０ａ、２０ｂのタイヤ内のホイール外周部、または、車輪２０ａ、２０ｂが取り付けられた車軸に設けられる。
【００４６】
車輪角速度センサ１１２ａおよび１１２ｂの各々は、車輪の角速度を検出し、計測値をたとえば無線で動摩擦係数演算装置１に送る。車輪角速度センサ１１２ａおよび１１２ｂが車輪２０ａおよび２０ｂのタイヤ内のホイール外周部に設けられている場合、無線送信のための電力は、たとえばタイヤ内に設けられた発電装置（図示せず）から供給される。発電装置は、たとえばタイヤの回転、変形または振動を利用して発電するが、具体的な構成は省略する。なお、以下の説明では、車輪角速度センサ１１２ａおよび１１２ｂを総称して「車輪角速度センサ１１２」と呼ぶ。
【００４７】
動摩擦係数演算装置１は車体１０に取り付けられる。動摩擦係数演算装置１は、水平加速度センサ１１１から水平方向の加速度の計測値、および、車輪角速度センサ１１２ａおよび１１２ｂから車輪の角速度の計測値を受け取り、各計測値と動摩擦係数演算装置１の内部に保持する情報とを利用して後述の演算を行うことにより、動摩擦係数をリアルタイムで算出する。
【００４８】
図２は第一実施形態に係る動摩擦係数演算装置１の構成を示すブロック図である。上述のように動摩擦係数演算装置１は、水平加速度センサ１１１および車輪角速度センサ１１２から計測値を受け取る。本明細書では、水平加速度センサ１１１および車輪角速度センサ１１２を「センサ処理部１１」と総称する。
【００４９】
動摩擦係数演算装置１は、演算処理部１２と、入力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１４と、出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１５とを有している。
【００５０】
演算処理部１２は、演算回路１２１および記憶装置１３を有する。
【００５１】
演算回路１２１は、たとえばコンピュータであるプロセッサまたはマイコンである。演算回路１２１は、センサ処理部１１から得られた各種の計測値と、記憶装置１３に保存されている情報とを利用して演算を行う。
【００５２】
記憶装置１３は、半導体記憶装置（たとえばＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ））、磁気記憶装置（たとえばＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ））または、光ディスクおよびその記録再生装置である。  記憶装置１３には、予め用意された車輪半径値１３１および加速度値・速度値１３２の情報が保存されている。
【００５３】
入力Ｉ／Ｆ１４は、センサ処理部１１から送信された計測値を受信するインタフェース装置である。入力Ｉ／Ｆ１４は、無線通信回路および／または有線通信回線が接続されるコネクタを含む。
【００５４】
出力Ｉ／Ｆ１５は、データを有線または無線で動摩擦係数演算装置１の外部に出力するインタフェース装置である。出力Ｉ／Ｆ１５は、たとえばＣＡＮ（Controller Area Network）規格またはＦｌｅｘＲａｙ規格の車載通信ネットワークに接続されており、当該通信ネットワークに接続された制御ユニットに動摩擦係数の演算結果を送信する。この制御ユニットとして、たとえばトラクション制御ユニット、制動力制御ユニットおよびトルク配分制御ユニットの少なくとも一つが挙げられる。
【００５５】
図３を参照しながら、動摩擦係数演算におけるセンサの設置構成を説明する。
【００５６】
図３は、主として車体１０にかかる力の方向、および、車輪角速度センサ１１２の取り付け位置を示す。この例では、水平加速度センサ１１１は車体１０の重心位置に、車輪角速度センサ１１２は車体１０の車軸に設置されている、とする。水平加速度センサ１１１は、車体１０が実際に加速した水平方向の加速度ａcを測定する。車軸に設置されている車輪角速度センサ１１２は、回転する車軸の角速度を測定する。
【００５７】
下記数１を参照しながら、演算回路１２１の演算を説明する。
【００５８】
車輪角速度センサ１１２から得られた角速度ωri（ｉ：駆動輪の数）を用いて、各車輪の動摩擦係数μiは数１のように表される。ここで、Ｆeiは車輪ｉが車体１０を引っ張る力、Ｆｃは車両１００の車体１０が引っ張られる力、Ｆｃｉは、Ｆｃを車輪ｉごとに分散させて見たときの、車体１０が引っ張られる力、ｍは車体１０の質量、ｍｉは車輪ｉが支える車体１０の質量、ｒciは車輪ｉの半径、ｖeiおよびａeiは車輪ｉの最外周における回転速度および加速度である。なお、動摩擦係数μｉは非負の値を取る。本明細書においては、数式中の動摩擦係数μｉの算出式に絶対値は付していないが、負の値として得られた場合には、演算回路１２１はその絶対値を最終的な演算値として出力する。
【数１】
2018001943.tif 000003
【００５９】
式Ｆi＝Ｆei−Ｆciの右辺第１項は、運動方程式により、車輪ｉが加速しようとする加速度ａeiと部分質量ｍiとの積として得られる。右辺第２項は、運動方程式により、車体の実際の加速度と部分質量ｍiとの積として得られる。右辺第１項と第２項との差が、車輪ｉが受けた、進行方向と反対側に引っ張られる力Ｆである。
【００６０】
演算回路１２１（図２）は、入力Ｉ／Ｆ１４を介して車体１０の水平加速度ａcを示す計測値、および、各車輪の角速度ωriを示す計測値を受け取る。そして数１に示されるように、演算回路１２１は、各車輪の角速度ωriおよびタイヤ半径値（車軸の回転中心からタイヤの最外周までの距離）を利用して、各車輪の回転速度ｖeiを求め、回転速度ｖeiの時間変化量、つまり回転速度ｖeiを微分して得られる加速度ａeiを示す値を求める。そして、演算回路１２１は、上述した最後の２つの式により、加速度ａei、車体１０の水平加速度ａcおよび重力加速度に対応する値を用いて動摩擦係数を算出する。「重力加速度に対応する値」とは、演算回路１２１によって行われる実際の数値演算では、厳密な重力加速度の値ではなく、演算に必要とされる精度を確保可能な程度の桁数に丸められた値が用いられることを意味する。
【００６１】
上述の説明では車輪角速度センサ１１２を用いる例を説明した。しかしながら、他の例として、車輪角速度センサ１１２に代えて車輪加速度センサ１１２０を用いることもできる。
【００６２】
図４は、主として車体１０にかかる力の方向、および、車輪加速度センサ１１２０の取り付け位置を示す。車輪加速度センサ１１２０は、車輪２０の半径ｒの位置に設置されているとする。この場合、車輪ｉの動摩擦係数μｉは数２のように表される。
【数２】
2018001943.tif 000004
【００６３】
ここで、δｔは微小時間を表し、例えば、装置が扱える最小単位時間である。数２と数１との相違点は、数２では、半径ｒの位置の車輪加速度センサ１１２０によって検出された回転加速度ａriを利用して、半径ｒciの位置、つまり車輪ｉの外周、の回転速度ｖeiを求めていることである。求めたい加速度ａeiは、回転速度ｖeiの時間微分によって得られる。よって、車輪加速度センサ１１２０によって検出された加速度を取得すれば、加速度ａeiを求めることができる。
【００６４】
図５Ａは、図４の車輪加速度センサの設置に関する変形例を示す。各駆動輪には２つの車輪加速度センサが設けられている。タイヤの直径上の、中心からそれぞれｒだけ離れた２つの位置のそれぞれに、車輪加速度センサ１１２０−１および１１２０−２を設ける。２つの車輪加速度センサ１１２０−１および１１２０−２が鉛直方向と平行になった瞬間の出力の平均値を利用すると、重力の影響が相殺された角速度の計測値を得ることができる。これにより、１つの車輪加速度センサ１１２０を用いる場合よりも精度の高い角速度計測値を得ることができる。
【００６５】
なお、更なる変形例として、２つの車輪加速度センサ１１２０ではなく、１つの車輪加速度センサ１１２０を用いた場合でも、精度の高い計測値の取得が可能である。
【００６６】
図５Ｂは、図４の車輪加速度センサの設置に関する更なる変形例を示す。車輪加速度センサ１１２０は各駆動輪に１つだけ設けられている。たとえば車輪が所定回転数以上の高速で回転しており、かつ、車輪加速度センサ１１２０が車軸（回転中心）の位置からみて鉛直下向きおよび鉛直上向きの位置に来た瞬間の出力の平均値を利用してもよい。
【００６７】
なお、図５Ａおよび図５Ｂのいずれの例においても、「鉛直方向と平行になった瞬間」、または、
「車輪加速度センサが鉛直下向きおよび鉛直上向きの位置に来た瞬間」は、車輪加速度センサ１１２０の出力波形から容易に特定することができる。定速走行時の出力波形は、一定の遠心力に相当する加速度と重力加速度とが合成された加速度を示しており、その値は車輪加速度センサの位置に応じて振動する。たとえば、出力波形が最も大きくなった時が、車輪加速度センサが鉛直下向きに位置した時であり、出力波形値はｒω2＋ｇに相当する。出力波形が最も小さくなった時が、車輪加速度センサが鉛直上向きに位置した時であり、出力波形値はｒω2−ｇに相当する。
【００６８】
上述のように、動摩擦係数演算装置１は、車輪角速度センサ１１２および車輪加速度センサ１１２０のいずれを用いたとしても、各センサの出力値および車輪の半径値を利用して、各車輪の最外周の回転速度ｖeiを求め、その時間微分値である加速度を求めている。そして動摩擦係数演算装置１は、求めた加速度と車体の加速度と重力加速度とを利用して動摩擦係数を算出できる。本明細書では、車輪角速度センサ１１２および車輪加速度センサ１１２０を包括して「車輪センサ」と呼ぶことがある。
【００６９】
高速回転時の角速度を利用することにより、重力の影響を実質的に相殺した計測値を得ることができる。図５Ａの変形例では車輪加速度センサ１１２０を複数設けることによってコストが増加するが、図５Ｂの変形例では１つの車輪加速度センサ１１２０でよいため、廉価に測定精度を向上させることができる。
【００７０】
上述の数１および数２による演算回路１２１の処理を概説すると以下のとおりである。演算回路１２１は、角速度または加速度を示す計測値および第１所定値（半径値ｒci）から得られる、駆動輪の最外周における回転速度、を時間微分して得られた演算値ａeと、水平加速度の計測値ａcとの差分を、重力加速度に対応する所定値で除算して接地面の動摩擦係数を算出する。
【００７１】
図６を参照しながら、本実施形態による動摩擦係数の出力および車輪半径の校正の動作を説明する。以下では数１の処理を説明する。
【００７２】
図６は、動摩擦係数演算装置１における動摩擦係数演算の流れを示すフローチャートである。演算回路１２１（図２）は、水平加速度センサ１１１から加速度の計測値ａc（ｔ）、車輪角速度センサ１１２から角速度の計測値ωri（ｔ）および時間ｔの情報を取得する（Ｓ２０１）。時間ｔの情報は、たとえば動摩擦係数演算装置１のシステムタイマー（図示せず）のカウンタ値を利用することができる。
【００７３】
演算回路１２１は微小時間の初期化処理を行った後（Ｓ２０２）、記憶装置１３から車輪半径値ｒci、加速度の計測値ａc（ｔ−δｔ）、角速度の計測値ωri（ｔ−δｔ）を得る。なおａc（ｔ−δｔ））およびωri（ｔ−δｔ）の初期値は０とする。以後の処理では、時刻ｔに取得された加速度および角速度の各計測値は記憶装置１３に格納され、時刻δｔ後の処理において、ａc（ｔ−δｔ））およびωri（ｔ−δｔ）として利用される。
【００７４】
次に、演算回路１２１は、数１に従って加速度ａeiを求め、さらにａeiとａcとの差分を重力加速度に対応する所定値で除算して、車輪ごとの動摩擦係数μiを求める（Ｓ２０３）。その後、演算回路１２１は、次の計算の初期化作業を行って（Ｓ２０４、Ｓ２０５）、動摩擦係数μiを出力Ｉ／Ｆ１５から出力する（Ｓ２０６）。このフローの順番は必ずしもこの順番でなくてもよく、本開示の趣旨に基づき順番を変えてもよい。
【００７５】
次に、図７および図８を参照しながら、車輪半径の推定および校正処理を説明する。これらの処理は、車輪角速度センサ１１２と数１、および、車輪加速度センサ１１２０と数２、のいずれの例についても行うことができる。
【００７６】
図７は、車輪半径の推定校正の流れを示すフローチャートである。演算回路１２１（図２）は、水平加速度センサ１１１から加速度の計測値ａc（ｔ）を受け取り、さらに、車輪角速度センサ１１２から角速度の計測値ωri（ｔ）、または、車輪加速度センサ１１２０から車輪の回転加速度ａri（ｔ）を受け取り、速度ｖri（ｔ）求める（Ｓ２１１）。
【００７７】
この速度ｖri（ｔ）は、車輪角速度センサ１１２が設置された半径位置ｒ（たとえば車輪角速度センサ１１２が取り付けられた車軸の半径値）における周速度であり、ｖri（ｔ）＝ｒ・ωri（ｔ）  として求められる。車輪加速度センサ１１２０を用いる場合には、たとえば、車輪の回転加速度ａri（ｔ）と車輪加速度センサ１１２０が取り付けられた半径位置ｒとを用いて、ｖri（ｔ）＝｛ｒ・ａri（ｔ）｝1/2によって速度ｖri（ｔ）を求めればよい。この式は、ａri（ｔ）＝ｒ・｛ωri（ｔ）｝2およびｖri（ｔ）＝ｒ・ωri（ｔ）から導出される。
【００７８】
なお半径位置ｒは既知であって、たとえば記憶装置１３に予め格納されている。これらの演算により、演算回路１２１は、半径位置ｒにおける速度ｖri（ｔ）を求めることができる。
【００７９】
いま、数１および／または数２の、前２輪および後２輪の各々についての動摩擦係数の算出式において、右辺の分子＝０が成立する場合を考える。右辺の分子＝０が成立する状況とは、車体１０の水平加速度ａcが、各車輪の回転加速度ａeiと等しいことを意味する。本願発明者によれば、このような状況をよく表す条件として、加速度ａc（ｔ）および周速度ｖri（ｔ）が、例えば、それぞれ、０．１ｍ／ｓ2、１ｍ／ｓより小さい場合を想定した。つまり演算回路１２１は、加速度ａc（ｔ）および周速度ｖri（ｔ）がそれぞれ０．１ｍ／ｓ2、１ｍ／ｓより小さいかどうかを判定して（Ｓ２１２）、いずれも小さいと判定したとき、演算回路１２１は車輪の外周半径ｒciを求める。具体的には演算回路１２１は以下の演算を行う。
【００８０】
まず、ａei＝ｒci・（ωrの微分）であるから、ｒci＝ａei／（ωrの微分）である。このａeiとして、右辺の分子＝０が成立する条件から求められた、ａei＝ａcを代入すると、ｒci＝ａc／（ωrの微分）が得られる。ａcは水平加速度センサ１１１による加速度の計測値である。「ωrの微分」は、車輪角速度センサ１１２を用いる場合には、角速度の計測値ωri（ｔ）の時間微分値であり、車輪加速度センサ１１２０を用いる場合には、｛ａri（ｔ）／ｒ｝1/2の時間微分値である。よって、演算回路１２１は車輪の外周半径ｒciを求めることができる。
【００８１】
演算回路１２１は、求めた新たな外周半径ｒciの値によって、記憶装置１３の既存の外周半径ｒciの値を書き換えて更新する（Ｓ２１３）。なお、０．１ｍ／ｓ2、１ｍ／ｓは、車両によって異なる値を設定しても良い。
【００８２】
一方、加速度ａc（ｔ）および周速度ｖri（ｔ）のいずれかが、０．１ｍ／ｓ2、１ｍ／ｓ以上のときは、校正の必要がないとして、処理はステップＳ２１１に戻る。
【００８３】
図８は、図７のフローチャートの変形例である。この変形では、図７のステップＳ２１３が、ステップＳ２２３〜Ｓ２２５に拡張されている。この拡張は、計算誤差を防ぐことを目的とする。
【００８４】
ステップＳ２２３において、車輪の半径値ｒを計算した後、演算回路１２１は、得られた半径値ｒが下限ｒminと上限ｒMaxとの間に入っているかどうかを判定する。演算回路１２１は、得られた半径値ｒが下限ｒminと上限ｒMaxとの間に入っていればステップＳ２２５に進み、入っていなければ処理はステップＳ２１１に戻る。
【００８５】
ステップＳ２２５において、演算回路１２１は、得られた半径値ｒで、記憶装置１３に格納されている既存の半径値ｒを書き換える。これにより、明らかな計算誤差が含まれる場合の書き換えを防止できる。
【００８６】
なお、車輪半径値は車輪ごとに求めても良い。
【００８７】
上述の説明では、車輪角速度センサ１１２および車輪加速度センサ１１２０の一方を利用して、駆動輪ごとの動摩擦係数を求めた。しかしながら、車輪角速度センサ１１２および車輪加速度センサ１１２０の両方を利用してもよい。このような態様は、以下に説明する第二および第三実施形態にも適用され得る。
【００８８】
（第二実施形態）
本実施形態では、車両が旋回しながら走行しているときの車両の横方向の動摩擦係数を算出する動摩擦係数演算装置を説明する。
【００８９】
図９は第二実施形態に係る動摩擦係数演算装置２の構成を示すブロック図である。
【００９０】
本実施形態では、車両は、第一実施形態において説明した水平加速度センサ１１１および車輪角速度センサ１１２に加え、横加速度センサ１１３およびヨーレートセンサ１１５を有している。動摩擦係数演算装置２は、これらの各センサから計測値を受け取る。本明細書では、センサ１１１、１１２、１１３、１１５を「センサ処理部１１０」と総称する。
【００９１】
動摩擦係数演算装置２は、これらの各センサから計測値を受け取り、動摩擦係数を算出する。本実施形態では、以下に特に説明する構成以外の構成は、第一実施形態の構成と同じである。同じ構成の説明は省略する。なお、図１に示す車両１０では、動摩擦係数演算装置１に代えて動摩擦係数演算装置２が設けられ、追加的に横加速度センサ１１３およびヨーレートセンサ１１５が設けられることになる。本実施形態でも、引き続き車両には参照符号１００を付して説明する。
【００９２】
以下、動摩擦係数演算装置２の処理を説明する。
【００９３】
演算回路１２１は、センサ処理部１１０から得られた各種計測値の情報と、記憶装置１３に記憶されている情報とを用いて演算し、演算された演算結果が出力Ｉ／Ｆ１５に出力する。出力された演算結果は他の処理に利用される。記憶装置１３には、車輪半径値１３１と加速度値・速度値１３２が保存されている。
【００９４】
次に、横方向の動摩擦係数演算に使用される横加速度センサ１１３とヨーレートセンサ１１５の設置位置を説明する。なお以下でいう「横方向」とは、車輪の接地平面上における、車体１０の進行方向に対して直角になる方向を意味する。
【００９５】
図１０は、横方向の動摩擦力が発生しない場合の車体１０が感じる遠心力を示す。一方、図１１は、横方向の動摩擦力が発生する場合の車体１０が感じる遠心力および動摩擦力を示す。
【００９６】
図１０および図１１に示されるように、横加速度センサ１１３およびヨーレートセンサ１１５は車体１０の重心位置に設置されている。横加速度センサ１１３は、車体１０の横方向の加速度ａ’を測定して計測値の信号を出力する。ヨーレートセンサ１１５は車体１０が回転（旋回）する時の回転軸（ヨー軸）に垂直な面での角速度（ヨーレート）Ωを測定して計測値の信号を出力する。
【００９７】
数３は、図１０に示す、横方向の動摩擦力が発生しない場合の遠心力を表す式である。
（数３）
Ｆ＝ｍΩｖ
【００９８】
数３の速度ｖは車両１０の接線方向の速度であり、通常計測される走行速度として近似できる。よって、速度ｖは水平加速度センサ１１１の時間積分によって得ることができる。
【００９９】
一方、数４は、図１１に示す、車体の進行方向に対する横方向の動摩擦力が発生する場合の横方向の動摩擦係数μpを表す式である。
【数４】
2018001943.tif 000005
【０１００】
数４におけるＦは、上述の数３によって与えられる遠心力である。一方、Ｆ’は、車体１０が感じる遠心力であり、横加速度センサ１１３の出力値ａ’と質量ｍとの積（Ｆ’＝ｍ・ａ’）として得られる。数４の最右辺は、車両の質量ｍをキャンセルして得られた値である。Ｆ’およびａ’ともに、Ｆおよびａの微分を意味しないことに留意されたい。
【０１０１】
第一実施形態では、各駆動輪の動摩擦係数を求めた。しかしながら本実施形態では、各駆動輪の横方向の動摩擦係数ではなく、車両を質点として見たときの車両全体の動摩擦係数を求めている。
【０１０２】
なお、速度ｖは、数５に示すように、水平加速度センサ１１１によって求まる加速度ａcの積分値として求めてもよい。
【数５】
2018001943.tif 000006
【０１０３】
車輪角速度センサ１１２に代えて車輪加速度センサを用いてもよい。たとえば、図４に示すように車輪２０ａおよび２０ｂの半径ｒの位置に車輪加速度センサを設置してもよい。この場合、動摩擦係数μiは数２のように表される。さらに、図５Ａに示すように２つの車輪加速度センサを用いてもよいし、図５Ｂに示すように１つの車輪加速度センサを用いてもよい。これらは第一実施形態で説明したとおりである。
【０１０４】
次に、図１２を参照しながら、上記の第二実施形態における動摩擦係数の出力および車輪半径の校正の動作を説明する。
【０１０５】
図１２は、動摩擦係数演算装置２における動摩擦係数演算の流れを示すフローチャートである。演算回路１２１は、水平加速度センサ１１１からは水平加速度の計測値ａc（ｔ）、車輪角速度センサ１１２からは車輪の角速度の計測値ωri（ｔ）、横加速度センサ１１３からは車両１０の横加速度の計測値ａ’、ヨーレートセンサ１１５からは旋回の角速度の計測値ωを取得する（Ｓ２３１）。演算回路１２１は、微小時間の初期化を行った後（Ｓ２３２）、記憶装置１３から車輪半径値ｒci、ａc（ｔ−δｔ））、ωri（ｔ−δｔ）を読み出して、数１に従って車輪毎の動摩擦係数μiを求め、さらに数４に従って横方向の動摩擦係数μpを求める（Ｓ２３３）。演算回路１２１は、次の計算の初期化作業を行って（Ｓ２３４、Ｓ２３５）、求めた動摩擦係数μiおよびμpを出力する（Ｓ２３６）。このフローの順番は必ずしもこの順番でなくてもよく、本開示の趣旨に基づき順番を変えてもよい。
【０１０６】
第一実施形態と同様、本実施形態においても、車輪半径の推定校正処理を行うことが可能である。その処理は図７に示す処理と同じである。また、計算誤差を防ぐために、車輪の半径に下限ｒmin、上限ｒMaxを設定しておき、求めた半径値ｒが上限と下限との間に入っている場合にのみ、記憶装置１３のｒciを書き換えても良い。この処理は図８に示す処理と同じである。図７および図８の処理はいずれも、動摩擦係数演算装置２の処理として採用され得る。また、第一実施形態と同様、本実施形態においても、車輪半径値は車輪ごとに求めても良い。
【０１０７】
（第三実施形態）
本実施形態では、車両が傾斜しながら走行しているときの車両の動摩擦係数を算出する動摩擦係数演算装置を説明する。
【０１０８】
図１３は第三実施形態に係る動摩擦係数演算装置３の構成を示すブロック図である。
【０１０９】
本実施形態では、車両は、水平加速度センサ１１１、車輪角速度センサ１１２、横加速度センサ１１３、垂直加速度センサ１１４、およびヨーレートセンサ１１５を有している。本明細書では、センサ１１１〜１１５を「センサ処理部２１０」と総称する。
【０１１０】
動摩擦係数演算装置３は、これらの各センサから計測値を受け取り、動摩擦係数を算出する。本実施形態では、以下に特に説明する構成以外の構成は、第一実施形態または第二実施形態の構成と同じである。同じ構成の説明は省略する。なお、図１に示す車両１０では、動摩擦係数演算装置１に代えて動摩擦係数演算装置３が設けられ、さらに横加速度センサ１１３、垂直加速度センサ１１４、およびヨーレートセンサ１１５が設けられる。本実施形態では、車両には参照符号１００を付して説明する。
【０１１１】
垂直加速度センサ１１４、およびヨーレートセンサ１１５の詳細は以下のとおりである。
【０１１２】
図１４は、車両１００の３つの回転軸（ヨー軸、ロール軸およびピッチ軸）を示す。垂直加速度センサ１１４は、車体１０の重心位置ＣＧに設置されている。
【０１１３】
垂直加速度センサ１１４は、車体１０の垂直方向、換言すると、車体１０のヨー軸方向、の加速度を測定して計測値の信号を出力する。
【０１１４】
上述したヨーレートセンサ１１５は、ヨー軸に垂直な面での角速度（ヨーレート）Ωを測定して計測値の信号を出力する。
【０１１５】
図１５は、主として、車体１０にかかる力の方向、および、車輪角速度センサ１１２の取り付け位置を示す。
【０１１６】
また図１６は、鉛直方向下向きに作用する重力加速度ｇが示されている。また、図１６では、ロール軸の傾斜角をψ、ピッチ軸の傾斜角をφと表している。垂直加速度センサ１１４は、ｇ・ｃｏｓφ・ｃｏｓψに相当する値を出力する。
【０１１７】
動摩擦係数演算装置３の構成を説明する。
【０１１８】
以下では、車体の傾きの補正方法の説明をして、車体の傾きの検出方法を説明する。
【０１１９】
まず、図１７および図１８を参照しながら、垂直抗力および車を引っ張る力の補正に関して説明する。図１７および図１８は、傾斜面における動摩擦力の説明図である。
【０１２０】
図１７のように、車体の進行方向に角度φの下向き傾斜がある場合、車体１０の垂直加速度センサ１１４の出力値（加速度ａg）を用いて、進行方向の動摩擦係数に対して、数６に示されるような修正が行われる。
【数６】
2018001943.tif 000007
【０１２１】
図１７の例では、横方向の動摩擦係数μpは、数４に示す演算によって求められる。
【０１２２】
また、図１８のように、進行方向に対して垂直な面内で見たときに角度Ψの傾斜がある場合も、車体の垂直加速度センサ１１４を用いることにより、垂直な面内の傾斜を検出することができる。このとき、進行方向の動摩擦係数と垂直な面内の動摩擦係数に対して、数７および数８に示されるような修正が行われる。
【数７】
2018001943.tif 000008
【数８】
2018001943.tif 000009
【０１２３】
これらの図１７、図１８のような場合を含めた汎用的な状態を想定する場合、進行方向の動摩擦係数と垂直な面内の動摩擦係数に対して、数９、数１０のような修正が行われる。
【数９】
2018001943.tif 000010
【数１０】
2018001943.tif 000011
【０１２４】
（重力加速度の測定方法の説明）
停車時には、車体のヨー軸、ロール軸およびピッチ軸周りの運動はない。よって、ヨーレートセンサ１１５の計測値は０である。一方、垂直加速度センサ１１４の計測値は０ではない。停車時であっても、重力加速度ｇが作用しているからである。
【０１２５】
演算回路１２１は、数１１の関係式を用いて、重力加速度ｇを求めることもできる。
【数１１】
2018001943.tif 000012
【０１２６】
演算回路１２１が重力加速度ｇの算出および更新を行うタイミングは任意である。たとえば、演算回路１２１は、信号等に従って車両が停止するごとに算出および更新を行ってもよいし、予め定められた時間および／または走行距離を超えた後に最初に車両１００が停止したタイミングで算出および更新を行ってもよい。
【０１２７】
なお、重力加速度ｇを算出するか否かは任意である。重力加速度ｇを固定値として扱う場合には重力加速度ｇを求める必要はない。重力加速度ｇを算出する場合であっても、算出頻度は重力ベクトル方向の算出頻度と同じでなくてもよい。たとえば既定割合だけ小さい頻度で重力加速度ｇを算出してもよい。
【０１２８】
第一実施形態および第二実施形態と同様、本実施形態でも車輪角速度センサ１１２に代えて車輪加速度センサ１１２０を用いてもよい。たとえば、図４に示すように車輪２０ａおよび２０ｂの半径ｒの位置に車輪加速度センサを設置してもよい。この場合、動摩擦係数μiは数２のように表される。さらに、図５Ａに示すように２つの車輪加速度センサを用いてもよいし、図５Ｂに示すように１つの車輪加速度センサを用いてもよい。これらは第一実施形態で説明したとおりである。
【０１２９】
図１９を参照しながら、上記の実施形態における動摩擦係数の出力および車輪半径の校正の動作を説明する。
【０１３０】
図１９は、動摩擦係数演算装置３における動摩擦係数演算の流れを示すフローチャートである。演算回路１２１（図１３）は、各センサ１１１、１１３〜１１５から、水平加速度の計測値ａc（ｔ）、車輪の角速度の計測値ωri（ｔ）、車両１０の横加速度の計測値ａ’、ヨー角速度の計測値ω、ロール角速度の計測値Ψs、およびピッチ角速度の計測値φsを受け取る（Ｓ２６１）。
【０１３１】
演算回路１２１は微小時間の初期化を行った後（Ｓ２６２）、記憶装置１３から車輪半径値ｒci、ａc（ｔ−δｔ））、ωri（ｔ−δｔ）を得る。次に、演算回路１２１は、数９に従って車輪毎の動摩擦係数μiを求め、さらに数１０に従って横方向の動摩擦係数μpを求める（Ｓ２６３）、次の計算の初期化作業を行って（Ｓ２６４、Ｓ２６５）、動摩擦係数μiおよびμpを出力する（Ｓ２６６）。このフローの順番は必ずしもこの順番でなくてもよく、本開示の趣旨に基づき順番を変えてもよい。
【０１３２】
第一実施形態と同様、本実施形態においても、車輪半径の推定校正処理を行うことが可能である。その処理は図７に示す処理と同じである。また、計算誤差を防ぐために、車輪の半径に下限ｒmin、上限ｒMaxを設定しておき、求めた半径値ｒが上限と下限との間に入っている場合にのみ、記憶装置１３のｒciを書き換えても良い。この処理は図８に示す処理と同じである。図７および図８の処理はいずれも、動摩擦係数演算装置２の処理として採用され得る。また、第一実施形態と同様、本実施形態においても、車輪半径値は車輪ごとに求めても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１３３】
本開示の動摩擦係数演算装置は、走行中の車両の動摩擦係数を演算によって正確に取得し走行に利用することで、当該動摩擦係数演算装置を設置した車両は路面に依存せずに安定した走行が可能になる。
【符号の説明】
【０１３４】
１  動摩擦係数演算装置
１１  センサ処理部
１２  演算処理部
１３  記憶装置
１１１  水平加速度センサ
１１２  車輪角速度センサ
１１３  横加速度センサ
１１４  垂直加速度センサ
１１５  ヨーレートセンサ
１２１  演算回路
１２２  出力インタフェース
１３１  車輪半径値
１３２  加速度値・速度値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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