(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪速度を検出し、車輪速信号を出力する車輪速センサと、
車輪減速度運動モデルを適用して前記車輪速信号に基づいて路面状態を表す第１の物理量を推定する第１の物理量推定手段と、
車輪回転振動モデルを適用して前記車輪速信号に基づいて路面状態を表す第２の物理量を推定する第２の物理量推定手段と、
車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、
前記車両の走行状態に応じて第１の物理量及び第２の物理量のいずれか一方を選択する選択手段と、
前記選択手段による選択が切り替わった時点における、前記選択手段で選択された物理量に対する前記選択手段で選択されなかった物理量の比、または前記選択手段で選択された物理量に対する前記選択手段で選択されなかった物理量の差に基づいて、前記選択手段で選択された物理量を補正する補正手段と、
を含む路面状態推定装置。
【請求項２】
前記走行状態検出手段は、車両が制動中か否かを検出し、前記選択手段は、車両が制動中のときは第１の物理量を選択し、かつ車両が非制動中のときは第２の物理量を選択する請求項１記載の路面状態推定装置。
【請求項３】
前記走行状態検出手段は、車輪の振動レベルを検出し、前記選択手段は、車輪の振動レベルが所定値未満のときは第１の物理量を選択し、かつ車輪の振動レベルが所定値以上のときは第２の物理量を選択する請求項１または請求項２のいずれか１項記載の路面状態推定装置。
【請求項４】
前記選択手段において選択された物理量が変更されるまで、選択されなかった物理量を記憶保持する記憶手段を更に含む請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の路面状態推定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路面状態推定装置に係り、特に、制動時及び非制動時のいずれにおいても精度よく路面μ勾配を推定することができる路面状態推定装置、または、良路走行時及び荒れた路面等の振動系路面走行時のいずれにおいても精度よく路面μ勾配を推定することができる路面状態推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
特開平１１−７８８４３号公報には、タイヤ（車輪）回転振動モデル（回転振動モデル）に基づいて制動力勾配（スリップ率またはスリップ速度と制動力との関係を表す曲線の接線の傾き）を推定する車輪状態推定装置が記載されている。この車輪状態推定装置では、制動力勾配が大きい程タイヤ回転振動の共振特性が尖鋭になることに着目し、タイヤ回転振動の減衰係数を同定することによって、制動力勾配を推定している。なお、このタイヤに制動力を与えたときの制動力勾配は、タイヤに駆動力を与えたときの駆動力勾配（スリップ率またはスリップ速度と駆動力との関係を表す曲線の接線の傾き）と同様に、タイヤと路面との間の滑り易さを表す物理量であり、タイヤのグリップ状態を表す路面μ勾配（スリップ率またはスリップ速度と路面μとの関係を表す曲線の接線の傾き）と等価な物理量である。
【０００３】
上記の技術では、エンジンブレーキでの減速時のように制動力が小さい領域、すなわち制動力勾配が大きい領域では制動力勾配（路面μ勾配）を精度良く推定することができる。しかしながら、油圧ブレーキを使用した減速時のように制動力が大きくなる制動時、すなわち制動力勾配が小さくなる制動時には、タイヤ減速度運動が支配的になることから、タイヤ回転振動が消滅してしまう。このため、タイヤ回転振動が発生しない制動時には、制動力勾配（路面μ勾配）を推定することができない、という問題が発生する。
【０００４】
一方、特開２０００−１１８３７５号公報には、車輪速信号から制動トルク勾配（制動力勾配に車輪有効半径の２乗を乗じて求められる）を推定し、推定された制動トルク勾配を０付近の目標値に追従制御することにより制動力が最大になるように制御するアンチロックブレーキ制御装置が記載されている。この装置では、下記の（１）式で表される車輪減速度運動モデル（減速度運動モデル）に基づいて制動トルク勾配を推定しており、車輪減速度運動が支配的となる限界制動領域においては精度良く制動トルク勾配、従って制動力勾配（路面μ勾配）を推定することができる。
【０００５】
【数１】
0004674959.tif 000002
ただし、νwは車輪速度（ｍ／ｓ）、ｗは路面外乱、ｋは制動力勾配（Ｎｓ／ｍ）、ＲCはタイヤ有効半径（ｍ）、Ｊは車輪慣性モーメントである。
【０００６】
ここで、速度６０ｋｍ／ｈで良路を走行している時と荒れた路面を走行している時とにおける車輪速の周波数特性、及び上記の車輪回転振動モデル及び車輪減速度運動モデルにおける路面μ推定領域を図１に示す。図から理解されるように、荒れた路面では、良路に比較して車輪速の振動レベルが大きくなっている。そこで、良路と荒れた路面との周波数特性を更に詳細に比較するために、荒れた路面の車輪速の振動レベルを変化させることなく、図１に示した良路の車輪速の振動レベルを約７倍に拡大して荒れた路面の周波数特性と重ね合わせた結果を図２に示す。
【０００７】
図２から理解されるように、荒れた路面の走行では、路面の凹凸によりサスペンションの運動（上下共振及び前後共振）が大きくなるため、２０Ｈz以下の周波数成分が増加している。このため、車輪速の周波数帯域が相対的に低下し、車輪減速度運動モデルによる路面μ勾配の推定値が低下することになる。
【０００８】
一方、回転共振特性は良路及び荒れた路面で変化がないので、車輪回転振動モデルを適用することにより良路及び荒れた路面の両方の走行に対してロバストな路面μ勾配の推定値を示す。
【０００９】
すなわち、車輪減速度運動モデルでは、荒れた路面等の振動系路面ではサスペンション運動の影響によって路面μ勾配を正確に推定することができない、という問題がある。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、制動時及び非制動時のいずれにおいても精度よく路面状態を表す物理量を推定することができる路面状態推定装置、または、良路走行時及び荒れた路面等の振動系路面走行時のいずれにおいても精度よく路面状態を表す物理量を推定することができる路面状態推定装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、車輪速度を検出し、車輪速信号を出力する車輪速センサと、車輪減速度運動モデルを適用して前記車輪速信号に基づいて路面状態を表す第１の物理量を推定する第１の物理量推定手段と、車輪回転振動モデルを適用して前記車輪速信号に基づいて路面状態を表す第２の物理量を推定する第２の物理量推定手段と、車両の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記車両の走行状態に基づいて第１の物理量及び第２の物理量のいずれか一方を選択する選択手段と、を含んで構成したものである。
【００１２】
本発明によれば、車輪減速度運動モデル適用して推定された第１の物理量、または車輪回転振動モデルを適用して推定された第２の物理量が、車両の走行状態に応じて選択される。
【００１３】
選択された物理量は、選択されなかった物理量を用いて補正することができる。これにより、車両走行状態の変化により選択される物理量が変化し、物理量推定に適用するモデルが切り換わったときにおいてもスムースな物理量の切り換えを行なうことができる。
【００１４】
選択された物理量の補正は、選択された物理量に対する選択されなかった物理量の比、または選択された物理量に対する選択されなかった物理量の差に基づいて行なうことができる。比を用いる場合には、選択された物理量に比を乗算することにより、差を用いる場合には、選択された物理量に差を加算することにより、選択された物理量を補正することができる。これらの比及び差を演算するために、選択手段において物理量の選択が変更されるまで、選択されなかった物理量を記憶保持する記憶手段が設けられる。
【００１５】
走行状態検出手段では、車両が制動中か否か、例えば、油圧ブレーキを使用した減速時か否かを走行状態として検出したり、車輪の振動レベルを走行状態として検出したり、車両が制動中か否か及び車輪の振動レベルの両方を走行状態として検出することができる。
【００１６】
選択手段はこれらの走行状態に応じて、加速走行時、定常走行時、エンジンブレーキを使用した減速時には車輪回転振動モデルを適用して推定された第２の物理量を選択し、油圧ブレーキを使用した減速時には車輪減速度運動モデル適用して推定された第１の物理量を選択することにより、加速走行時、定常走行時、及び減速時のいずれにおいても精度よく路面状態を表す物理量を推定することができる。
【００１７】
また、車輪速信号の振動レベルが所定値未満の領域においては車輪減速度運動モデル適用して推定された第１の物理量を選択し、車輪速信号の振動レベルが所定値以上の領域においては車輪回転振動モデルを適用して推定された第２の物理量を選択することにより良路走行時及び荒れた路面等の振動系路面走行時のいずれにおいても精度よく路面状態を表す物理量を推定することができる。
【００１８】
そして、車輪速信号の振動レベルが所定値以上の領域においては車輪回転振動モデルを適用して推定された第２の物理量を選択し、車輪速信号の振動レベルが所定値未満で、かつ油圧ブレーキを使用した減速時には車輪減速度運動モデル適用して推定された第１の物理量を選択し、その他の領域においては第１の物理量及び第２の物理量のいずれかを選択することにより、加速走行時、定常走行時、減速時、良路走行時、及び荒れた路面等の振動系路面走行時のいずれにおいても精度よく路面状態を表す物理量を推定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態は、路面状態を表す物理量として路面μ勾配を推定するようにしたものである。
【００２０】
図３に示すように、本実施の形態は、所定のサンプリング周期で車輪速度を検出し、車輪速の時系列データを車輪速信号として出力する車輪速センサ１０と、車輪減速度運動モデルを適用して、車輪速信号に基づいて第1の路面μ勾配を推定する第１のμ勾配推定装置１２と、車輪回転振動モデルを適用して、車輪速信号に基づいて第２の路面μ勾配を推定する第２のμ勾配推定装置１４と、車両の走行状態を検出する車両走行状態センサ１８とを備えている。
【００２１】
第１のμ勾配推定装置１２、第２のμ勾配推定装置１４、及び車両走行状態センサ１８は、車両走行状態センサ１８で検出された走行状態に応じて、第１のμ勾配推定値及び第２のμ勾配推定値のいずれか一方を選択する選択装置１６に接続されている。
【００２２】
下記の表１に示すように、回転振動モデルに基づく路面μ勾配推定の有効範囲（○：有効、×：無効）は、車輪速信号の振動レベルの大小に拘わらず、加速走行時、定常走行時、及びエンジンブレーキによる減速時には有効であり、油圧ブレーキによる減速時には無効である。
【００２３】
【表１】
0004674959.tif 000003
このため、本実施の形態の車両走行状態センサ１８は、油圧ブレーキを使用した減速時か否かを検出し、油圧ブレーキを使用した減速時には減速走行信号を車両の走行状態を示す信号として選択装置１６に入力する。
【００２４】
選択装置１６は、選択された路面μ勾配の推定値μＡを選択されなかった路面μ勾配μＢを用いて補正し、補正された路面μ勾配の推定値と振動レベル演算回路２２で演算された車輪速信号の振動レベルとから路面μ判定テーブルを用いて、路面μを推定して出力する補正装置２０に接続されている。この振動レベル演算回路２２では、車輪速信号を２乗してデシベル表現した信号を振動レベル信号として出力する。
【００２５】
この補正装置２０は、図４に示すように、選択装置により選択された路面μ勾配の推定値μＡ、選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢ、及び振動レベル演算回路２２で演算された車輪速信号の振動レベルが入力されると共に、判定した路面μを出力する入出力ポート２０Ａ、選択された路面μ勾配の推定値μＡに対する選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢの比μＢ／μＡを演算する比演算部２０Ｂ、ＣＰＵで構成された制御部２０Ｃ、路面μ判定テーブルを用いて路面μを判定するμ判定部２０Ｄ、及び、比μＢ／μＡ及び選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢを記憶保持する記憶装置２０Ｅをバスで接続して構成したマイクロコンピュータで構成されている。なお、記憶装置２０Ｅでは、時間に応じて値が変化する路面μ勾配の推定値が更新されて記憶されていくが、走行状態の変化に応じて選択手段１６での選択が変更されると、この変更に応じて記憶保持する路面μ勾配の推定値は、第１の路面μ勾配の推定値から第２の路面μ勾配の推定値へ、またはその逆に変更される。
【００２６】
以下、本実施の形態の作用について説明する。車輪速センサ１０で検出された車輪速信号は、第１のμ勾配推定装置１２及び第２のμ勾配推定装置１４の各々に入力され、各々減速度運動モデル、回転振動モデルを適用して車輪速信号に基づいて路面μ勾配が推定され、推定された路面μ勾配の推定値が選択装置１６に入力される。
【００２７】
選択装置１６には、車両の走行状態を示す信号が入力されており、選択装置１６は、減速走行信号が入力されていないとき（加速走行時、定常走行時、及びエンジンブレーキによる減速時）には、第２のμ勾配推定装置１４で推定された第２の路面μ勾配の推定値を選択して選択された路面μ勾配の推定値μＡとして出力し、第１のμ勾配推定装置１２で推定された第１の路面μ勾配の推定値を選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢとして出力する。
【００２８】
選択された路面μ勾配の推定値μＡ、及び選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢは、補正装置２０の入出力ポート２０Ａを介して、比演算部２Ｂに入力され、比μＢ／μＡが演算されて記憶装置２０Ｅに記憶される。また、選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢも同様に、記憶装置２０Ｅに入力されて記憶される。
【００２９】
車両走行状態が、加速走行時、定常走行、またはエンジンブレーキによる減速状態から、油圧ブレーキによる減速状態に変化すると選択装置１６に減速走行信号が入力されるので、選択装置１６は、第１のμ勾配推定装置１２で推定された第1の路面μ勾配の推定値を選択して選択された路面μ勾配の推定値μＡとして出力し、第２のμ勾配推定装置１４で推定された第２の路面μ勾配の推定値を選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢとして出力する。
【００３０】
このように、回転振動モデルを適用して路面μ勾配を推定している状態で、選択装置１６により減速度運動モデルを適用して推定した第１のμ勾配推定装置１２が選択されると、路面μ勾配の推定値は、図５に示すように、回転振動モデルを適用して推定したた路面μ勾配の推定値から減速度運動モデルを適用して推定した路面μ勾配の推定値に切り換えられる。
【００３１】
この切り換えと同時に制御部２０Ｃは、選択された路面μ勾配の推定値μＡに、比演算部２０Ｂで演算された比μＢ／μＡを乗算して補正し、補正した路面μ勾配の推定値を出力する。この結果、図６に示すように、路面μ推定に適用するモデルが切り換えられても路面μ勾配の推定値はスムースに切り換えられる。この補正された路面μ勾配の推定値は、μ判定部２０Ｄに入力され、路面μ判定テーブルと車輪速信号の振動レベルとを用いて路面μが判定され、入出力ポート２０Ａから出力される。
【００３２】
減速度運動モデルを適用して路面μ勾配を推定している状態で、油圧ブレーキによる減速状態を解除すると、減速走行信号が入力されなくなるので（加速走行時、定常走行時、及びエンジンブレーキによる減速時のいずれか）、選択装置１６は、第２のμ勾配推定装置１４で推定された第２の路面μ勾配の推定値を選択して選択された路面μ勾配の推定値μＡとして出力し、第１のμ勾配推定装置１２で推定された第１の路面μ勾配の推定値を選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢとして出力するので、図７に示すように、減速度運動モデルを適用した路面μ勾配の推定から回転振動モデルを適用した路面μ勾配の推定に切り換えられる。
【００３３】
減速度運動モデルを適用して路面μ勾配を推定しているときにおいても、選択装置で用いられている走行条件が解除されるまで、選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢは記憶装置に記憶されており、切り換えられた時点で、選択された路面μ勾配の推定値に比μＢ／μＡが乗算されて補正されるので、路面μ勾配の推定値は図８に示すようにスムースに切り換えられる。
【００３４】
上記では、油圧ブレーキを使用した減速時（制動時）か否かを検出して、路面μ勾配の推定値を選択する例について説明したが、図２でも説明したように、車輪速信号の振動レベルが大きくなると減速度運動モデルによる路面μ勾配の推定値が低下することになり、下記の表２に示すように、減速度運動モデルに基づく路面μ勾配推定の有効範囲（○：有効、×：無効）は、定常走行か油圧ブレーキを用いた減速状態に拘わらず、車輪速信号の振動レベルが所定値未満で有効であり、振動レベルが所定値以上では無効である。
【００３５】
【表２】
0004674959.tif 000004
このため、車両走行状態センサ１８は、車輪速信号の振動レベルを車両の走行状態を示す信号として検出するようにしてもよい。
【００３６】
この場合には、車輪速信号の振動レベルが所定値以上で走行している状態から車輪速信号の振動レベルが所定値未満に低下すると、選択装置は、第２のμ勾配推定装置１４で推定された第２の路面μ勾配の推定値の選択から第１のμ勾配推定装置１２で推定された第1の路面μ勾配の推定値の選択に切り換え、第1の路面μ勾配の推定値を路面μ勾配の推定値μＡとして出力し、選択されなかった第２の路面μ勾配の推定値を路面μ勾配の推定値μＢとして出力する。
【００３７】
逆に、車輪速信号の振動レベルが所定値未満で走行している状態から車輪速信号の振動レベルが所定値以上に上昇すると、選択装置は、第１のμ勾配推定装置１２で推定された第１の路面μ勾配の推定値の選択から第２のμ勾配推定装置１４で推定された第２の路面μ勾配の推定値の選択に切り換え、第２の路面μ勾配の推定値を路面μ勾配の推定値μＡとして出力し、選択されなかった第１の路面μ勾配の推定値を路面μ勾配の推定値μＢとして出力する。
【００３８】
なお、この場合において、選択された路面μ勾配の推定値は、上記で説明したのと同様に補正される。
【００３９】
上記では、油圧ブレーキを使用した減速時か否か、車輪速信号の振動レベルが所定値以上か否かに応じていずれか一方の路面μ勾配の推定値を選択する例について説明したが、車輪速信号の振動レベルが所定値以上の領域においては車輪回転振動モデルを適用して推定された第２の物理量を選択し、車輪速信号の振動レベルが所定値未満で、かつ油圧ブレーキを使用した減速時には車輪減速度運動モデル適用して推定された第１の物理量を選択し、その他の領域においては第１の物理量及び第２の物理量のいずれかを選択するようにしてもよい。これにより、加速走行時、定常走行時、減速時、良路走行時、及び荒れた路面等の振動系路面走行時のいずれにおいても精度よく路面状態を表す物理量を推定することができる。なお、この場合においても選択された路面μ勾配の推定値の補正は、上記で説明したのと同様である。
【００４０】
また、上記では、選択された路面μ勾配の推定値μＡに対する選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢの比μＢ／μＡを用いて選択された路面μ勾配の推定値μＡを補正する例について説明したが、選択された路面μ勾配の推定値μＡに対する選択されなかった路面μ勾配の推定値μＢの差（μＢ−μＡ）を用いて、選択された路面μ勾配の推定値μＡに差（μＢ−μＡ）を加算して補正するようにしてもよい。
【００４１】
なお、補正装置には、補正された路面μ勾配または路面μに基づいて、ＡＢＳ制御のための各車輪毎の操作信号を演算するＡＢＳ制御手段と、ＡＢＳ制御手段により演算された操作信号に基づいて各車輪毎にブレーキ圧を操作することによりＡＢＳ制御を行うＡＢＳ制御弁とを接続することができる。
【００４２】
また、図３では、１つの車輪についての構成を示したが、例えば４輪自動車等の複数の車輪を持つ車両の場合には、各々の車輪について図示した構成が設けられる。
【００４３】
さらに、上記では、路面μ判定テーブルを用いて路面μを判定する例について説明したが、路面μを判定することなく路面μ勾配の推定値のまま出力するようにしてもよい。また、上記では路面μ勾配を推定する例について説明したが、制動力勾配や駆動力勾配等を推定するようにしてもよい。
【００４４】
以上説明したように本実施の形態では、車両走行状態に応じて最適な路面μ勾配、または路面μが推定できるので、路面状態の警報を行う場合に誤警報することが防止される。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、車両の走行状態に応じて車輪減速度運動モデルを適用して推定した第１の物理量または車輪回転振動モデルを適用して推定した第２の物理量を選択するようにしたので、制動時及び非制動時のいずれにおいても精度よく路面状態を表す物理量を推定することができ、また、良路走行時及び荒れた路面等の振動系路面走行時のいずれにおいても精度よく路面状態を表す物理量を推定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】良路を走行している時と荒れた路面を走行している時とにおける車輪速の周波数特性、及びタイヤ回転振動のモデル及び車輪減速度運動モデルにおける推定領域を示す線図である。
【図２】図１における良路を走行している時の車輪速の周波数特性を拡大した線図である。
【図３】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図４】図３の補正装置の詳細を示すブロック図である。
【図５】回転振動モデルでの推定から減速度運動モデルでの推定に切り換わったときの路面μ勾配の推定値の変化を示す線図である。
【図６】図５の路面μ勾配の推定値を比によって補正した状態を示す線図である。
【図７】減速度運動モデルでの推定から回転振動モデルでの推定に切り換わったときの路面μ勾配の推定値の変化を示す線図である。
【図８】図７の路面μ勾配の推定値を比によって補正した状態を示す線図である。
【符号の説明】
１０  車輪速センサ
１２  第１の路面μ勾配推定装置
１４  第２の路面μ勾配推定装置
【図１】
0004674959.tif 000005
【図２】
0004674959.tif 000006
【図３】
0004674959.tif 000007
【図４】
0004674959.tif 000008
【図５】
0004674959.tif 000009
【図６】
0004674959.tif 000010
【図７】
0004674959.tif 000011
【図８】
0004674959.tif 000012