(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、
上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、
車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、
前輪すべり角を推定する前輪すべり角演算手段と、
車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右前輪のトー角を予め設定する量だけ可変する信号を出力し、該左右前輪のトー角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する一方、
車両が直進状態ではないと判定された際には、上記前輪すべり角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面摩擦係数推定装置。
【請求項２】
上記路面摩擦係数推定手段は、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に上記左右輪を予め設定したトーインの角度とする信号を出力し、該トーインの角度と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて予め設定する時間毎に路面摩擦係数を推定することを特徴とする請求項１記載の車両の路面摩擦係数推定装置。
【請求項３】
左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、
上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、
前方障害物を検出する障害物検出手段と、
車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、
前方障害物を検出した場合、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右輪を予め設定したトーアウトの角度とする信号を出力し、該トーアウトの角度と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面摩擦係数推定装置。
【請求項４】
左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、
上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、
前方の路面状況の変化を検出する路面状況検出手段と、
車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、
前方の路面状況の変化を検出した場合、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右輪を予め設定したトーインの角度とする信号を出力し、該トーインの角度と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面摩擦係数推定装置。
【請求項５】
左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、
上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、
制動操作の実行を検出する制動操作検出手段と、
車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、
制動操作の実行を検出した場合、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右輪を予め設定したトーアウトの角度とする信号を出力し、該トーアウトの角度と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面摩擦係数推定装置。
【請求項６】
前輪すべり角を推定する前輪すべり角演算手段を有し、
上記路面摩擦係数推定手段は、車両が直進状態ではないと判定された際には、上記前輪すべり角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定することを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れか一つに記載の車両の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、直進走行においても精度良く路面摩擦係数を推定する車両の路面摩擦係数推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両においてはトラクション制御，制動力制御，あるいはトルク配分制御等の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、必要な制御パラメータの演算、或いは、補正に路面摩擦係数を用いるものも多く、その制御を確実に実行するためには、精度良く路面摩擦係数を推定する必要がある。
【０００３】
このような路面摩擦係数を推定する技術としては、路面摩擦係数に応じてタイヤのすべり角に対するセルフアライニングトルクの大きさが変わることに注目して、例えば特開平１１−２８７７４９号公報では、ハンドル角と操舵トルクから路面摩擦係数を推定するものが開示されている。また、特開平６−２５８１９６号公報では、車輪振動の周波数分析を行うことにより、通常走行時の路面摩擦係数を可能とする技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−２８７７４９号公報
【特許文献２】特開平６−２５８１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述の特許文献１に開示される路面摩擦係数推定装置の技術では、ハンドル角と操舵トルクから路面摩擦係数を推定するため、車両が直進状態の場合には路面摩擦係数の推定が行えないという問題がある。また、上述の特許文献２に開示される路面摩擦係数推定装置の技術では、周波数分析を行うためには、ある一定時間、車輪振動のデータを取得し続ける必要があり、路面摩擦係数の推定に遅れが生じ、この路面摩擦係数推定値では、レスポンスの良い制御ができないという問題がある。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、直進走行状態であっても迅速に精度の良い路面摩擦係数の推定を行うことができる車両の路面摩擦係数推定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、前輪すべり角を推定する前輪すべり角演算手段と、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右前輪のトー角を予め設定する量だけ可変する信号を出力し、該左右前輪のトー角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する一方、車両が直進状態ではないと判定された際には、上記前輪すべり角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による車両の路面摩擦係数推定装置によれば、直進走行状態であっても迅速に精度の良い路面摩擦係数の推定を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。  
図１〜図１１は本発明の実施の一形態を示し、図１は路面摩擦係数推定装置を搭載する車両の概略構成図、図２は路面摩擦係数推定装置の機能ブロック図、図３は第1の路面μ推定処理部の機能ブロック図、図４は車体すべり角演算部の構成を示す機能ブロック図、図５は車両の横運動の２輪モデルを示す説明図、図６は一般的なオブザーバの構成を示す説明図、図７は前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性の説明図、図８は車速に基づき設定される規定時間の特性の説明図、図９は路面摩擦係数推定のフローチャート、図１０は第1の路面μ推定処理のフローチャート、図１１は第２の路面μ推定処理のフローチャートである。
【０００９】
図１において、符号１は車両を示し、この車両１のエンジン２による駆動力は、エンジン２後方の自動変速装置（トルクコンバータ等も含んで図示）３を介してセンタデファレンシャル装置４に伝達される。
【００１０】
センタデファレンシャル装置４に伝達された駆動力は、リヤドライブ軸５、プロペラシャフト６、ドライブピニオン軸部７を介して後輪終減速装置８に入力される一方、フロントドライブ軸９を介して前輪終減速装置１０に入力される。
【００１１】
後輪終減速装置８に入力された駆動力は、後輪左ドライブ軸１１rlを経て左後輪１２rlに伝達される一方、後輪右ドライブ軸１１rrを経て右後輪１２rrに伝達される。また、前輪終減速装置１０に入力された駆動力は、前輪左ドライブ軸１１flを経て左前輪１２flに伝達される一方、前輪右ドライブ軸１１frを経て右前輪１２frに伝達される。
【００１２】
また、符号１５は操舵装置を示し、本実施形態における操舵装置１５としては、個々の車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrの操舵角（車輪角）を独立して制御可能な四輪操舵機構が採用されている。この四輪操舵機構は、例えば、車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrとハンドル１６とが機械的に分離したステアバイワイヤ機構であり、ハンドル角と、左右前後の各車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrの操舵角との関係を任意に設定することができる。
【００１３】
すなわち、ドライバによって回転操作されるハンドル１６は、操舵入力軸１７の一端に固設され、操舵入力軸１７の他端は、動力伝達機構１８に接続されており、この動力伝達機構１８には、モータ１９の出力軸が接続されている。これにより、モータ１９において発生した動力は、動力伝達機構１８及び操舵入力軸１７を介し、操舵反力としてハンドル１６に伝達される。
【００１４】
個々の車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrには、車輪調整装置としての操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrが車輪単位で設けられている。
【００１５】
これにより、左右前輪１２fl，１２frの操舵角は、前輪側に設けられた一対の操舵アクチュエータ２０fl，２０frにより、それぞれ独立して調整される。
【００１６】
また、左右後輪１２rl，１２rrの操舵角は、後輪側に設けられた一対の操舵アクチュエータ２０rl，２０rrにより、それぞれ独立して調整される。
【００１７】
個々の操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrには、駆動ロッド２１fl，２１fr，２１rl，２１rrが挿通されており、それぞれの操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrの内部に設けられたモータのロータ（図示せず）の回転に応じて、駆動ロッド２１fl，２１fr，２１rl，２１rrが、車幅方向、すなわち、左右方向に伸縮可能となっている。
【００１８】
各駆動ロッド２１fl，２１fr，２１rl，２１rrの端部は、各車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrと連結されたタイロッド２２fl，２２fr，２２rl，２２rrに接続されており、駆動ロッド２１fl，２１fr，２１rl，２１rrに連動してタイロッド２２fl，２２fr，２２rl，２２rrが移動することにより、車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrが操舵される。
【００１９】
左前輪１２flと右後輪１２rrとは、それぞれの駆動ロッド１２fl，１２rrが伸張することにより、右方向に操舵され、駆動ロッド１２fl，１２rrが収縮することにより、左方向に操舵される。これに対して、右前輪１２flと左後輪１２rlとは、伸縮方向に対する操舵方向が前述の左前輪１２flと右後輪１２rrの場合とは逆になっている。
【００２０】
各操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrは、操舵制御装置２３により制御されるようになっている。操舵制御装置２３には、車速センサ３１で検出した車速Ｖ、操舵入力軸１７に取り付けられて、ハンドル１６の中立位置からの回転角をハンドル角θＨとして検出するハンドル角センサ３２からのハンドル角θＨ、各操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrにそれぞれ取り付けられて、それぞれのモータのロータの回転角度を検出することにより各車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrの操舵角を検出する操舵角センサ３３fl，３３fr，３３rl，３３rrからの操舵角等が入力される。
【００２１】
そして、操舵制御装置２３は、ハンドル角θＨに応じてモータ１９を制御することにより、ハンドル１６に与えられる操舵反力を制御する。これとともに、操舵制御装置２３は、各操舵アクチュエータ２０fl，２０fr，２０rl，２０rrを制御することにより、各車輪１２fl，１２fr，１２rl，１２rrの操舵角をそれぞれ制御する。例えば、操舵制御装置２３は、通常、ハンドル角θＨに基づいて、左右の前輪１２fl，１２frの操舵角を互いに正相に設定するとともに、左右の後輪１２rl，１２rrの操舵角も互いに正相に設定する。尚、本実施の形態において、正相は、操舵角が進行方向を基準に対応することであり、逆相は、車輪角が進行方向を基準に逆向きに対応することであるが、車輪角の対応は厳密に一致している必要はない。また、左方向への操舵を正の値と定義する。
【００２２】
また、操舵制御装置２３には、後述する路面摩擦係数推定装置５０からトーイン、或いは、トーアウトの信号が入力された場合には、各操舵アクチュエータ２０fl，２０frを作動させて左右の前輪１２fl，１２frに予め設定した値（例えば２〜３゜）の操舵角で可変させ、トーイン状態、或いは、トーアウト状態を実現させる。このように、操舵装置１５はトー角可変手段としての機能を有している。
【００２３】
一方、車両１には、前方の障害物を検出し、また、前方の路面状況の変化を検出するために前方環境認識装置３４が配設されており、検出した前方障害物、路面状況変化は、路面摩擦係数推定装置５０に入力される。
【００２４】
前方環境認識装置３４は、例えば、１組のカメラ３５Ｌ，３５Ｒで撮影した画像データを基に、前方障害物、路面状況変化の検出を行うようになっている。
【００２５】
１組のカメラ３５Ｌ，３５Ｒは、ステレオ光学系として例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）等の固体撮像素子を用いた１組の（左右の）ＣＣＤカメラで構成される。これら左右のＣＣＤカメラは、それぞれ車室内の天井前方に所定間隔をもって取り付けられ、車外の対象（歩行者、先行車、駐車車両、障害物等の立体物や白線等）を異なる視点からステレオ撮像し、前方環境認識装置３４に出力する。
【００２６】
前方環境認識装置３４における、１組のカメラ３５Ｌ，３５Ｒからの画像データの認識処理は、例えば以下のように行われる。まず、１組のカメラ３５Ｌ，３５Ｒで撮像した自車両１前方のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理によって距離情報（距離データ）を求める処理を行ない、このデータを基に、周知のグルーピング処理を行い、予め記憶しておいた３次元的な道路形状データ、側壁データ、立体物データ等の枠（ウインドウ）と比較し、白線データ、道路に沿って存在するガードレール、縁石等の側壁データ、車両、歩行者等の立体物データを抽出する。そして、立体物の中で、ガードレール、白線等により定める自車進行路を中心として、例えば左右１．１ｍの幅の領域を自車走行領域と定め、該自車走行領域に存在する立体物を前方障害物として抽出する。
【００２７】
また、前方の路面状況の検出は、撮像画像中に設定した監視領域の輝度値をヒストグラム処理し、その輝度分布を予め設定された複数の輝度分布パターンの何れかに分類することにより行う。例えば、特開２００５−８４９５９号公報に開示されるように、輝度分布のパターンにより、所定の狭い輝度範囲内に輝度値が集中するパターンは、一面雪路、白線のないきれいなドライ路面、ウェット路面である。
【００２８】
また、所定以上の輝度範囲に輝度値が分布され且つ黒側及び白側に輝度分布のピークが存在する輝度分布パターンは、融雪路、くっきりとした影を有するドライ路面である。
【００２９】
更に、所定以上の輝度範囲に輝度値が分布され且つ大半の輝度値が相対的に白側に偏って分布する輝度分布パターンは、一面雪路、ウェット路面である。
【００３０】
また、所定以上の輝度範囲に輝度値が分布され且つ大半の輝度値が相対的に黒側に偏って分布する輝度分布パターンは、白線のあるドライ路面である。
【００３１】
更に、所定以上の輝度範囲に輝度値が一様に分布する輝度分布パターンは、融雪路、ウェット路面、汚れたドライ路面である。
【００３２】
そして、これらを組合せ、場合分けすることにより、前方路面が雪路、ウェット路面、ドライ路面の何れかであるかを判定し、前回検出された路面状況と異なっている場合に路面状況に変化があると判断するのである。
【００３３】
このように、前方環境認識装置３４により検出された前方障害物、路面状況の変化は、路面摩擦係数推定装置５０に入力される。
【００３４】
また、車両１には、上述の車速センサ３１、ハンドル角センサ３２、操舵角センサ３３fl，３３fr，３３rl，３３rr、前方環境認識装置３４に加え、前輪１２fl，１２frの力検出センサ３６fl，３６fr、横加速度センサ３７、ヨーレートセンサ３８、ブレーキスイッチ３９が設けられており、これらのうち、車速センサ３１、ハンドル角センサ３２、前方環境認識装置３４、前輪１２fl，１２frの力検出センサ３６fl，３６fr、横加速度センサ３７、ヨーレートセンサ３８、ブレーキスイッチ３９は、路面摩擦係数推定装置５０に接続されて、車速Ｖ、ハンドル角θＨ、前方障害物、路面状況の変化、前輪１２fl，１２frに作用する横力Ｆyfl、Ｆyfr、横加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２，ヨーレート（ヨー角速度）ｄψ／ｄｔ、ブレーキのＯＮ信号が路面摩擦係数推定装置５０に入力される。
【００３５】
ここで、力検出センサ３６fl，３６frは、例えば、特開平９−２２４０号公報に開示されるセンサであり、前輪１２fl，１２frに作用する横方向（ｙ方向）の力Ｆyfl、Ｆyfrをそれぞれのアクスルハウジングに生じる変位量に基づき検出するものである。
【００３６】
すなわち、本実施の形態においては、前方環境認識装置３４は障害物検出手段、及び、路面状況検出手段として、この力検出センサ３６fl，３６frは検出手段として、ブレーキスイッチ３９は制動操作検出手段として設けられている。
【００３７】
路面摩擦係数推定装置５０は、上述の各入力信号に基づき、走行中、旋回状態の場合には、後述する第１の路面μ推定処理を行い、直進状態の場合には、後述する第２の路面μ推定処理を行って、推定した路面摩擦係数μを図示しない所定の制御装置（例えば、４輪駆動制御装置、制動力制御装置）等に出力する。
【００３８】
従って、路面摩擦係数推定装置５０は、図２に示すように、路面μ推定処理選択部５１、第１の路面μ推定処理部５２、第２の路面μ推定処理部５３から主要に構成されている。
【００３９】
路面μ推定処理選択部５１は、車速センサ３１から車速Ｖが入力され、横加速度センサ３７から横加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２が入力される。そして、車両が走行中（Ｖ≠０）、横加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２が予め設定しておいた値（ｄ２ｙ／ｄｔ２）c1以上の場合には旋回中と判定し、第１の路面μ推定処理を行うべく第１の路面μ推定処理部５２に信号を出力する。また、車両が走行中（Ｖ≠０）、横加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２が予め設定しておいた値（ｄ２ｙ／ｄｔ２）c1未満の場合には直進状態と判定し、第２の路面μ推定処理を行うべく第２の路面μ推定処理部５３に信号を出力する。尚、直進の判定は、横加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２以外にも、ヨーレート（ヨー角速度）ｄψ／ｄｔ等で判定するようにしても良い。このように、路面μ推定処理選択部５１は、直進判定手段として設けられている。
【００４０】
第１の路面μ推定処理部５２は、図３に示すように、車体すべり角演算部５２ａ、前輪すべり角演算部５２ｂ、路面摩擦係数設定部５２ｃから主要に構成されている。
【００４１】
車体すべり角演算部５２ａは、車速センサ３１からの車速Ｖとハンドル角センサ３２からのハンドル角θＨが入力され、予め設定しておいた車両の運動方程式に基づく車両運動モデルにより、検出したハンドル角θＨ，車速Ｖに対応する車体すべり角を演算して、前輪すべり角演算部５２ｂに出力する。
【００４２】
図５の車両運動モデルを用いて、車両の横運動の運動方程式を立てる。車両横方向の並進運動に関する運動方程式は、前後輪のコーナリングフォース（１輪）をＣｆ，Ｃｒ、車体質量をＭ、横加速度をｄ２ｙ／ｄｔ２とすると、
２・Ｃｆ＋２・Ｃｒ＝Ｍ・（ｄ２ｙ／ｄｔ２）    …（１）
となる。
【００４３】
一方、重心点まわりの回転運動に関する運動方程式は、重心から前後輪軸までの距離をＬｆ，Ｌｒ、車体のヨーイング慣性モーメントをＩｚ、ヨー角加速度をｄ２ψ／ｄｔ２として、以下の（２）式で示される。  
２・Ｃｆ・Ｌｆ−２・Ｃｒ・Ｌｒ＝Ｉｚ・（ｄ２ψ／ｄｔ２）  …（２）
【００４４】
また、車体すべり角をβ、車体すべり角速度ｄβ／ｄｔとすると、横加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２は、
（ｄ２ｙ／ｄｔ２）＝Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋（ｄψ／ｄｔ））  …（３）
で表される。    
従って、上記（１）式は、以下の（４）式となる。    
２・Ｃｆ＋２・Ｃｒ＝Ｍ・Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋（ｄψ／ｄｔ））                                                                    …（４）
【００４５】
コーナリングフォースはタイヤの横すべり角に対して１次遅れに近い応答をするが、この応答遅れを無視し、更に、サスペンションの特性をタイヤ特性に取り込んだ等価コーナリングパワを用いて線形化すると以下となる。    
Ｃｆ＝Ｋｆ・αｆ                      …（５）
Ｃｒ＝Ｋｒ・αｒ                      …（６）
ここで、Ｋｆ，Ｋｒは前後輪の等価コーナリングパワ、αｆ，αｒは前後輪のすべり角である。
【００４６】
等価コーナリングパワＫｆ，Ｋｒの中でロールやサスペンションの影響を考慮するものとして、この等価コーナリングパワＫｆ，Ｋｒを用いて、前後輪のすべり角αｆ，αｒは、前後輪舵角をδｆ，δｒ、ステアリングギヤ比をｎとして以下のように簡略化できる。    
αｆ＝δｆ−（β＋Ｌｆ・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ）
＝（θＨ／ｎ）−（β＋Ｌｆ・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ）  …（７）
αｒ＝δｒ−（β−Ｌｒ・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ）          …（８）
【００４７】
以上の運動方程式をまとめると、以下の状態方程式が得られる。  
（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＝Ａ・ｘ(t) ＋Ｂ・ｕ(t)           …（９）
ｘ(t) ＝［β  （ｄψ／ｄｔ）］Ｔ
ｕ(t) ＝［θＨ  δｒ］Ｔ
0004813154.tif 000002
ａ11＝−２・（Ｋｆ＋Ｋｒ）／（Ｍ・Ｖ）
ａ12＝−１．０−２・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／（Ｍ・Ｖ２）
ａ21＝−２・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／Ｉｚ
ａ22＝−２・（Ｌｆ２・Ｋｆ＋Ｌｒ２・Ｋｒ）／（Ｉｚ・Ｖ）
ｂ11＝２・Ｋｆ／（Ｍ・Ｖ・ｎ）
ｂ12＝２・Ｋｒ／（Ｍ・Ｖ）
ｂ21＝２・Ｌｆ・Ｋｆ／Ｉｚ
ｂ22＝−２・Ｌｒ・Ｋｒ／Ｉｚ
【００４８】
ここで、車体すべり角を推定するためのオブザーバの構成を図６で説明する。  
測定できる（センサで検出できる）出力が、以下で示されるとき、
ｙ(t) ＝Ｃ・ｘ(t)               …（１０）
オブザーバの構成は次のようになる。    
（ｄｘ'(t)／ｄｔ）＝（Ａ−Ｋ・Ｃ）・ｘ'(t)＋Ｋ・ｙ(t) ＋Ｂ・ｕ(t)
…（１１）
ここで、ｘ'(t)の「’」は推定値であることを示す。    
或いは、
（ｄｘ'(t)／ｄｔ）＝Ａ・ｘ'(t)＋Ｂ・ｕ(t) −Ｋ・Ｃ・（ｘ' −ｘ）
…（１２）
上記（１２）式を車両運動モデルに適用すると、
0004813154.tif 000003
であり、上記（１２）式は以下となる。  
（ｄｘ'(t)／ｄｔ）＝Ａ・ｘ'(t)＋Ｂ・ｕ(t) −Ｋ・（ｘ' −ｘ）
…（１４）
0004813154.tif 000004
【００４９】
ここで、行列（Ａ−Ｋ・Ｃ）が安定行列、すなわち（Ａ−Ｋ・Ｃ）の固有値の実部が負（複素左半面）となるようにＫを設定すれば、ｘ'(t)→ｘ(t) が保証される。
【００５０】
そして、ｕ(t) ＝［θＨ  δｒ］Ｔ，ｘ(t) ＝［β  （ｄψ／ｄｔ）］Ｔであるから、前輪舵角δｆのみ変化するオブザーバ６１は、図４に示すように、ハンドル角θＨの入力に対して、ヨーレートと車体すべり角βとが推定される構成となる。
【００５１】
すなわち、推定されたヨーレートと推定車体すべり角βは、それぞれ実際のヨーレート（ヨーレートセンサ５からのヨーレート）と実車体すべり角演算部６２からの演算で得た実車体すべり角β' との偏差（ヨーレート偏差，車体すべり角偏差）が演算され、ヨーレート偏差はＫ１と、車体すべり角偏差はＫ２との積算が行われ、これら各値が、ハンドル角θＨとＢとの積と推定されたヨーレート，推定車体すべり角βとＡとの積の和から減算され、この結果を積分することで、正確にヨーレートと推定車体すべり角βを推定演算するようになっている。このように車両運動モデルを用いることにより、実車ではあり得ない高周波のセンサノイズ等を有効に除去することができる。
【００５２】
また、実車体すべり角演算部６２は、オブザーバ６１のフィードバックに必要な実車体すべり角β' をセンサ信号そのものではなく、以下の（１５）式で演算する。  
β' ＝∫（（ｄ２ｙ／ｄｔ２）／Ｖ−（ｄψ／ｄｔ））ｄｔ  …（１５）
【００５３】
そして、前輪すべり角演算部５２ｂは、車速センサ３１からの車速Ｖ、ハンドル角センサ３２からのハンドル角θＨ、ヨーレートセンサ３８からのヨーレートｄψ／ｄｔおよび車体すべり角演算部５２ａからの推定車体すべり角βが入力され、前述の（７）式に従って操舵輪すなわち前輪のすべり角αｆを演算し、この前輪すべり角αｆを路面摩擦係数設定部５２ｃに出力する。
【００５４】
路面摩擦係数設定部５２ｃは、路面μ推定処理選択部５１から選択信号、車速センサ３１から車速Ｖ、力検出センサ３６fl，３６frから前輪１２fl，１２frに作用する横力Ｆyfl、Ｆyfr、前輪すべり角演算部５２ｂからオブザーバで推定した前輪すべり角αｆが入力され、路面μ推定処理選択部５１からの選択信号が入力された際に、上述の各信号に基づき路面摩擦係数μの設定を行って出力する。
【００５５】
路面摩擦係数設定部５２ｃでの路面摩擦係数μの設定は、基本的に、予め実験・計算等により求めておいた前輪すべり角αｆと横力とに基づく、例えば図７に示す前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップから求めるようになっている。ここで、横力とは、左前輪１２flの横力Ｆyflと右前輪１２frの横力Ｆyfrとの平均値、或いは、値の大きな方である。
【００５６】
すなわち、前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップは、前輪すべり角αｆを一定とすると高μ路であるほど横力が大きくなる特性を、各前輪すべり角αｆ毎に表現したマップとなっている。
【００５７】
また、路面摩擦係数設定部５２ｃは、車速Ｖが非常に低い場合（予め設定しておいた閾値Ｖｃより低い場合）では、ステアリングの据え切りトルクの影響が大きくなり、推定精度の悪化が予想されるため、路面摩擦係数μの設定を禁止するように構成されている。
【００５８】
一方、図２に戻り、第２の路面μ推定処理部５３は、路面μ推定処理選択部５１から選択信号、車速センサ３１から車速Ｖ、前方環境認識装置３４から前方障害物、路面状況の変化、力検出センサ３６fl，３６frから前輪１２fl，１２frに作用する横力Ｆyfl、Ｆyfr、ブレーキスイッチ３９からブレーキのＯＮ信号が入力される。そして、路面μ推定処理選択部５１からの選択信号が入力された際に、上述の各信号に基づき以下の如く路面摩擦係数μの設定を行って出力する。
【００５９】
前方環境認識装置３４により前方障害物を検出した場合、操舵制御装置２３に対して前輪１２fl，１２frを予め設定したトーアウト（例えば２〜３゜）の角度とする信号を出力し、操舵アクチュエータ２０fl，２０frを作動させて左右の前輪１２fl，１２frをトーアウトとする。そして、前輪１２fl，１２frの横力を測定することにより、前述と同様、図７に示す前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行って出力する。
【００６０】
また、前方環境認識装置３４により路面状況の変化が検出されている場合、操舵制御装置２３に対して前輪１２fl，１２frを予め設定したトーイン（例えば２〜３゜）の角度とする信号を出力し、操舵アクチュエータ２０fl，２０frを作動させて左右の前輪１２fl，１２frをトーインとする。そして、前輪１２fl，１２frの横力を測定することにより、前述と同様、図７に示す前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行って出力する。
【００６１】
更に、ブレーキのＯＮ信号が入力されている場合、操舵制御装置２３に対して前輪１２fl，１２frを予め設定したトーアウト（例えば２〜３゜）の角度とする信号を出力し、操舵アクチュエータ２０fl，２０frを作動させて左右の前輪１２fl，１２frをトーアウトとする。そして、前輪１２fl，１２frの横力を測定することにより、前述と同様、図７に示す前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行って出力する。
【００６２】
また、上述の何れの場合にも該当しない場合は、予め設定しておいたマップ等を参照し、車速Ｖに応じて規定時間Ｔｃを設定し、この規定時間Ｔｃ毎に、操舵制御装置２３に対して前輪１２fl，１２frを予め設定したトーイン（例えば２〜３゜）の角度とする信号を出力し、操舵アクチュエータ２０fl，２０frを作動させて左右の前輪１２fl，１２frをトーインとする。そして、前輪１２fl，１２frの横力を測定することにより、前述と同様、図７に示す前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行って出力する。
【００６３】
尚、上述の規定時間Ｔｃは、例えば、図８に示すように、車速Ｖが高速になるほど短く設定される。これは、車速Ｖが速くなると、単位時間辺りの移動距離が増える為である。また、この規定時間Ｔｃは、ある一定時間（例えば、５sec）としても良い。
【００６４】
このように、第２の路面μ推定処理部５３は、路面摩擦係数推定手段として設けられている。
【００６５】
次に、路面摩擦係数推定装置５０における路面摩擦係数推定の処理の流れを、図９のフローチャートで説明する。このプログラムは所定時間毎に実行され、まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で、車速Ｖ、横加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２を読み込む。
【００６６】
次いで、Ｓ１０２に進み、車速Ｖが０、すなわち、停止しているか否か判定し、停止している場合（Ｖ＝０の場合）は、そのままプログラムを抜け、走行中の場合（Ｖ≠０の場合）はＳ１０３に進む。
【００６７】
Ｓ１０３では、横加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２を予め設定しておいた値（ｄ２ｙ／ｄｔ２）c1と比較して、（ｄ２ｙ／ｄｔ２）c1以上の場合（ｄ２ｙ／ｄｔ２≧（ｄ２ｙ／ｄｔ２）c1の場合）ならば車両は旋回中と判断し、Ｓ１０４に進んで、第１の路面μ推定処理を実行させてプログラムを抜ける。
【００６８】
逆に、（ｄ２ｙ／ｄｔ２）c1未満の場合（ｄ２ｙ／ｄｔ２＜（ｄ２ｙ／ｄｔ２）c1の場合）ならば車両は直進走行中と判断し、Ｓ１０５に進んで、第２の路面μ推定処理を実行させてプログラムを抜ける。
【００６９】
上述のＳ１０４で実行される第１の路面μ推定処理の流れを、図１０のフローチャートで説明する。まず、Ｓ２０１で、車速Ｖ、ハンドル角θＨ、ヨーレートｄψ／ｄｔ、横加速度ｄ２ｙ／ｄｔ２を読み込み、Ｓ２０２に進んで、車速Ｖが予め設定しておいた閾値Ｖｃ以上か否か判定する。
【００７０】
Ｓ２０２で車速Ｖが閾値Ｖｃ未満の場合（Ｖ＜Ｖｃの場合）は、推定精度の悪化が予想されるため、路面摩擦係数μの設定を行わずルーチンを抜ける。一方、車速Ｖが閾値Ｖｃ以上の場合（Ｖ≧Ｖｃの場合）はＳ２０３に進む。
【００７１】
Ｓ２０３に進むと、車体すべり角演算部５２ａにおいて、オブザーバで車体すべり角βを推定し、更にＳ２０４に進んで、前輪すべり角演算部５２ｂにおいて、Ｓ２０３で推定した車体すべり角βを基に前述の（７）式により前輪すべり角αｆを演算する。
【００７２】
その後、Ｓ２０５に進み、Ｓ２０４で演算した前輪すべり角αｆが予め設定しておいた閾値θｃ以上か否か判定し、前輪すべり角αｆが閾値θｃ以上の場合（αｆ≧θｃの場合）はＳ２０６へと進み、前輪すべり角αｆが閾値θｃ未満の場合（αｆ＜θｃの場合）は前輪すべり角αｆの誤差が大きいと判断して路面摩擦係数μの設定を行わずルーチンを抜ける。
【００７３】
Ｓ２０５からＳ２０６へと進むと、前輪１２fl，１２frに作用する横力Ｆyfl、Ｆyfrを読み込む。
【００７４】
そして、Ｓ２０７に進んで、路面摩擦係数設定部５２ｃにおいて、前輪すべり角αｆと横力（ＦyflとＦyfrの平均値、或いは、大きい値の方）とに基づき、前輪すべり角と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照して路面摩擦係数μを設定し、出力してルーチンを抜ける。
【００７５】
次に、上述のＳ１０５で実行される第２の路面μ推定処理の流れを、図１１のフローチャートで説明する。まず、Ｓ３０１で、前方環境認識装置３４により前方障害物の抽出を行う。
【００７６】
次いで、Ｓ３０２に進み、前方障害物が存在するか否か判定し、前方障害物が存在する場合は、Ｓ３０３に進んで、操舵制御装置２３に対して前輪１２fl，１２frを予め設定したトーアウト（例えば２〜３゜）の角度とする信号を出力する。この信号により、操舵制御装置２３は、操舵アクチュエータ２０fl，２０frを作動させて左右の前輪１２fl，１２frをトーアウトとする。
【００７７】
その後、Ｓ３０４に進んで、前輪１２fl，１２frの横力Ｆyfl、Ｆyfrを検出し、Ｓ３０５に進んで、図７に示す前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行い、出力してルーチンを抜ける。
【００７８】
すなわち、前方に障害物がある際には、トーアウトとすることにより、路面μ推定による障害物回避のアシスト制御性向上だけでなく、障害物回避の為の操舵応答性の向上を図りながら路面μ推定を行うことが可能となっている。
【００７９】
また、上述のＳ３０２で前方障害物が存在しないと判定した場合、Ｓ３０６に進み、前方環境認識装置３４により認識されている路面状況の変化を読み込む。
【００８０】
そして、Ｓ３０７に進み、路面状況に変化があるか否か判定し、路面状況に変化があると判定した場合は、Ｓ３０８に進んで、操舵制御装置２３に対して前輪１２fl，１２frを予め設定したトーイン（例えば２〜３゜）の角度とする信号を出力する。この信号により、操舵制御装置２３は、操舵アクチュエータ２０fl，２０frを作動させて左右の前輪１２fl，１２frをトーインとする。
【００８１】
その後、Ｓ３０９に進んで、前輪１２fl，１２frの横力Ｆyfl、Ｆyfrを検出し、Ｓ３１０に進んで、図７に示す前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行い、出力してルーチンを抜ける。
【００８２】
すなわち、路面状況の変化がある際には、トーインとすることにより、直進安定性の向上を図りながら路面μ推定を行うことが可能となっている。
【００８３】
また、上述のＳ３０７で路面状況に変化がないと判定した場合、Ｓ３１１に進み、ブレーキスイッチがＯＮで制動操作が行われているか否かの判定を行う。
【００８４】
この判定の結果、ブレーキスイッチがＯＮの場合は、Ｓ３１２に進んで、操舵制御装置２３に対して前輪１２fl，１２frを予め設定したトーアウト（例えば２〜３゜）の角度とする信号を出力する。この信号により、操舵制御装置２３は、操舵アクチュエータ２０fl，２０frを作動させて左右の前輪１２fl，１２frをトーアウトとする。
【００８５】
その後、Ｓ３１３に進んで、前輪１２fl，１２frの横力Ｆyfl、Ｆyfrを検出し、Ｓ３１４に進んで、図７に示す前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行い、出力してルーチンを抜ける。
【００８６】
すなわち、制動操作がある際には、トーアウトとすることにより、路面μ推定とそれによる制動効率の向上だけでなく、制動時の安定性向上を図りながら路面μ推定を行うことが可能となっている。
【００８７】
上述のＳ３１１の判定で、ブレーキスイッチがＯＦＦの場合は、Ｓ３１５に進み、例えば、図８に示すマップを参照して、車速に基づく規定時間Ｔｃを設定する。
【００８８】
そして、Ｓ３１６に進み、前回の推定から規定時間Ｔｃが経過したか否か判定し、規定時間Ｔｃを経過していないのであれば、そのままルーチンを抜ける。また、規定時間Ｔｃを経過したのであれば、Ｓ３１７に進んで、操舵制御装置２３に対して前輪１２fl，１２frを予め設定したトーイン（例えば２〜３゜）の角度とする信号を出力する。この信号により、操舵制御装置２３は、操舵アクチュエータ２０fl，２０frを作動させて左右の前輪１２fl，１２frをトーインとする。
【００８９】
その後、Ｓ３１８に進んで、前輪１２fl，１２frの横力Ｆyfl、Ｆyfrを検出し、Ｓ３１９に進んで、図７に示す前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行い、出力してルーチンを抜ける。
【００９０】
すなわち、通常の直線走行時では、トーインとし、規定時間Ｔｃ毎に路面μ推定を実行することにより、ドライバに違和感なく、直進安定性の向上を図りながら路面μ推定を行うことが可能となっている。
【００９１】
このように本発明の実施の形態によれば、たとえ直進走行状態であっても迅速に精度の良い路面摩擦係数の推定を行うことが可能である。
【００９２】
尚、本実施の形態では、ステアバイワイヤ機構による独立操舵機構を例に説明しているが、他に、トー角を可変自在なアライメント可変機構においても適用できることは云うまでもない。
【００９３】
また、本実施の形態では、前輪に作用する横力を検出し、この横力と前輪すべり角（トー角）の特性から路面μを推定するようにしているが、横力以外に、前輪に作用するセルフアライニングトルクを検出し、このセルフアライニングトルクと前輪すべり角（トー角）の特性から路面μを推定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】路面摩擦係数推定装置を搭載する車両の概略構成図
【図２】路面摩擦係数推定装置の機能ブロック図
【図３】第1の路面μ推定処理部の機能ブロック図
【図４】車体すべり角演算部の構成を示す機能ブロック図
【図５】車両の横運動の２輪モデルを示す説明図
【図６】一般的なオブザーバの構成を示す説明図
【図７】前輪すべり角（トー角）と横力の路面摩擦係数に対する特性の説明図
【図８】車速に基づき設定される規定時間の特性の説明図
【図９】路面摩擦係数推定のフローチャート
【図１０】第1の路面μ推定処理のフローチャート
【図１１】第２の路面μ推定処理のフローチャート
【符号の説明】
【００９５】
１    車両
１２fl，１２fr，１２rl，１２rr  車輪
１５    操舵装置（トー角可変手段）
２３    操舵制御装置
３４    前方環境認識装置（障害物検出手段、路面状況検出手段）
３６fl，３６fr  力検出センサ（検出手段）
３９    ブレーキスイッチ（制動操作検出手段）
５０    路面摩擦係数推定装置
５１    路面μ推定処理選択部（直進判定手段）
５２    第１の路面μ推定処理部
５３    第２の路面μ推定処理部（路面摩擦係数推定手段）
【図１】
0004813154.tif 000005
【図２】
0004813154.tif 000006
【図３】
0004813154.tif 000007
【図４】
0004813154.tif 000008
【図５】
0004813154.tif 000009
【図６】
0004813154.tif 000010
【図７】
0004813154.tif 000011
【図８】
0004813154.tif 000012
【図９】
0004813154.tif 000013
【図１０】
0004813154.tif 000014
【図１１】
0004813154.tif 000015