(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行する路面の摩擦係数を推定する車両の路面摩擦係数推定装置において、
路面摩擦係数を推定する複数の路面摩擦係数推定手段の中から、予め設定しておいた基準路面での摩擦円内における車輪に加わる制・駆動力と横力との合力と判定に用いる複数の路面摩擦係数推定手段との関係に、車輪に加わる制・駆動力と横力との合力を照らして、路面摩擦係数推定手段を選択する選択手段を備える路面摩擦係数推定手段と、
上記推定した路面摩擦係数の違いに応じて表示の仕方を可変する表示手段と、
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、オブザーバによりヨーレートの実際値を演算する実際値推定部と、
車両運動モデルにより所定の高路面摩擦係数路におけるヨーレートの基準値を高μ路基準値として演算する高μ路基準値推定部と、
車両運動モデルにより所定の低路面摩擦係数路におけるヨーレートの基準値を低μ路基準値として演算する低μ路基準値推定部と、
上記ヨーレートの実際値を上記高μ路基準値および上記低μ路基準値と比較して現在の路面摩擦係数を推定するヨーレート比較路面μ推定部と、
を具備した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】
上記路面摩擦係数推定手段は、前輪車輪速を検出する前輪車輪速検出部と、
後輪車輪速を検出する後輪車輪速検出部と、
車両速度を検出する車両速度検出部と、
車両の減速度を検出する車両減速度検出部と、
上記前輪車輪速と上記後輪車輪速との差を上記車両速度で除して前後輪すべり率差として演算する前後輪すべり率差演算部と、
上記車両の減速度と上記前後輪すべり率差との関係から現在の路面摩擦係数を推定する路面μ推定部と、
を備えた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４】
上記路面摩擦係数推定手段は、車両のブレーキのＯＮ−ＯＦＦを検出するブレーキ検出部を備え、
上記路面μ推定部は、上記ブレーキがＯＮの場合に現在の路面摩擦係数を推定することを特徴とする請求項３記載の車両の路面摩擦係数推定装置。
【請求項５】
上記表示手段は、上記路面摩擦係数推定手段からの推定結果が、高路面摩擦係数路の場合と、中路面摩擦係数路の場合と、低路面摩擦係数路の場合と、推定不可の場合とでそれぞれ異なった表示を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４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、特に、推定した路面摩擦係数（以下、路面μ）をドライバに表示して運転を支援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，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、必要な制御パラメータの演算、或いは、補正に路面μ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、正確な路面μを推定する必要がある。
【０００３】
この路面μの推定には、横加速度やヨーレート等の車両運動パラメータを基に路面μを推定する技術が種々提案されている。例えば、本出願人も、特開２００１−３９２８９号公報において、オブザーバにより推定した実ヨーレートを高μ路車両運動モデルで演算した高μ路基準のヨーレートと低μ路車両運動モデルで演算した低μ路基準のヨーレートと比較して路面μを推定する技術等を提案している。
【特許文献１】特開２００１−３９２８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述の特許文献１で推定されるような路面μは、前述した様々な制御技術に用いるのみならず、その情報がドライバに効果的に与えられれば、ドライバの運転の大きな目安となる。例えば、特に低μ路を走行している場合には、その情報がドライバに与えられることにより、ドライバが高速運転することを抑えたり、急ブレーキや急加速を抑えたり、また、急なハンドル操作を行うことを抑えたりできるので、低μ路において、安定した運転を行う上で大変好ましい。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、推定した路面μを単に車両挙動制御に使用するのみならず、ドライバに効果的に報知して、ドライバの運転を好適に支援する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する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、走行する路面の摩擦係数を推定する車両の路面摩擦係数推定装置において、路面摩擦係数を推定する複数の路面摩擦係数推定手段の中から、予め設定しておいた基準路面での摩擦円内における車輪に加わる制・駆動力と横力との合力と判定に用いる複数の路面摩擦係数推定手段との関係に、車輪に加わる制・駆動力と横力との合力を照らして、路面摩擦係数推定手段を選択する選択手段を備える路面摩擦係数推定手段と、上記推定した路面摩擦係数の違いに応じて表示の仕方を可変する表示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は、推定した路面μを単に車両挙動制御に使用するのみならず、ドライバに効果的に報知して、ドライバの運転を好適に支援することが可能となる。
【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１４は本発明の実施の形態を示し、図１は車両の路面摩擦係数推定装置の全体を示す概略説明図、図２は路面摩擦係数表示プログラムのフローチャート、図３はペダル踏力とブレーキ液圧の関係の説明図、図４はエンジン回転数とエンジントルクの関係の説明図、図５は制・駆動力と横力で選択する路面μ推定部のマップ、図６は第１の路面μ推定部の構成を示す機能ブロック図、図７は第１の路面μ推定部における表示フラグ設定プログラムのフローチャート、図８は４輪車の等価的な２輪車モデルを示す説明図、図９はオブザーバの構成を示す説明図、図１０は第２の路面μ推定部の構成を示す機能ブロック図、図１１は第２の路面μ推定部における表示フラグ設定プログラムのフローチャート、図１２は車体減速度と前後輪すべり率差に基づき設定される路面μマップの説明図、図１３は画面上に表示される路面μ状態の説明図、図１４はナビゲーション画面上に表示される路面μ状態の説明図である。
【０００９】
図１において、符号１は路面摩擦係数推定装置を示し、この路面摩擦係数推定装置１は、後述する路面摩擦係数表示プログラムに従って路面μ状態を表示するメイン制御部２に、４輪の車輪速センサ（左前輪車輪速センサ３fl、右前輪車輪速センサ３fr、左後輪車輪速センサ３rl、右後輪車輪速センサ３rr）、エンジン回転数センサ４、スロットル開度センサ５、ギヤ位置センサ６、ブレーキ液圧センサ７、前輪舵角センサ８、ヨーレートセンサ９、横加速度センサ１０等のセンサ類とブレーキスイッチ１１が接続され、４輪の車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrr、エンジン回転数Ｎe、スロットル開度Ｔvo、ギヤ位置Ｇp、マスタシリンダ液圧Ｐmc、前輪舵角δf、ヨーレート（ヨー角速度）（ｄψ／ｄｔ）、横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）、及び、ブレーキのＯＮ−ＯＦＦ信号が入力される。
【００１０】
そして、メイン制御部２は、これらの入力信号に基づき、路面μの違いに応じた表示の仕方を決定し、例えばダッシュボード上に設けられた液晶ディスプレイ等の表示装置１２に路面μ状態を表示する。
【００１１】
メイン制御部２は、車速演算部２１、制・駆動力演算部２２、横力演算部２３、路面μ推定選択部２４、第１の路面μ推定部２５、第２の路面μ推定部２６、表示制御部２７から主要に構成されている。
【００１２】
車速演算部２１は、左後輪車輪速センサ３rlから左後輪の車輪速ωrlが右後輪車輪速センサ３rrから右後輪の車輪速ωrrが入力され、これらの平均値（（ωrl＋ωrr）／２）を車速Ｖとして、第１の路面μ推定部２５と第２の路面μ推定部２６に出力する。
【００１３】
制・駆動力演算部２２は、エンジン回転数センサ４からエンジン回転数Ｎeが、スロットル開度センサ５からスロットル開度Ｔvoが、ギヤ位置センサ６からギヤ位置Ｇpが、ブレーキ液圧センサ７からマスタシリンダ液圧Ｐmcが入力される。
【００１４】
そして、例えば、次のように、現在の走行路が基準路面（例えばμ＝１の平坦路）であると仮定して、車輪に加わる制・駆動力Ｆx（＝Ｆf＋Ｆe）を算出する。
【００１５】
この場合、車輪に加わるブレーキ総制動力Ｆfは、次式で求められる。 
Ｆf＝−２・（ＦFt＋ＦRr）      …（１）
但し、ＦFtは前輪制動力（１輪あたり）、ＦRrは後輪制動力（１輪あたり）であり、
ＦFt＝（（π・ＤWC２）／４）
・ＰFt・ＣFt・（Ｒb_Ft／Ｒw）  …（２）
ＦRr＝（（π・ＤWC２）／４）
・ＰRr・ＣRr・（Ｒb_Rr／Ｒw）  …（３）
である。ここで、ＰFt，ＰRrは前，後輪のブレーキ液圧であり、これらは、例えばマスタシリンダ液圧Ｐmcに基づき、予め格納されたマップ(図３参照）から求められる。この場合、例えば、前輪ブレーキ液圧ＰFtはマスタシリンダ液圧Ｐmcと等しくなるよう設定されており、後輪ブレーキ液圧ＰRrはマスタシリンダ液圧Ｐmcに対し途中から所定の減圧比で減圧されるよう設定されている。また、ＤWCはホイールシリンダ内径、ＣFt，ＣRrは前，後輪のブレーキファクタ、Ｒb_Ft，Ｒb_Rrは前，後輪のブレーキロータ有効半径、Ｒwはタイヤ有効半径である。
【００１６】
また、車輪に加わる駆動力(エンジン駆動力）Ｆeは、次式で求められる。 
Ｆe＝Ｔt・ｆin／ｒt            …（４）
但し、Ｔtはミッションギヤ後のトルク、ｆinはファイナルギヤ比、ｒtはタイヤ半径である。ミッションギヤ後トルクＴtは、エンジントルクをＴe、ミッションギヤ比をｇr、トルコン比をｔ_conv、動力伝達効率をηとすると、次式で求められる。 
Ｔt＝Ｔe・ｇr・ｔ_conv・η        …（５）
ここで、エンジントルクＴe は、エンジン回転数Ｎe、スロットル開度Ｔvoに基づいてマップ（図４参照）から求められ、ミッションギヤ比ｇrは入力されたギヤ位置Ｇpに基づいて規定される。
【００１７】
このようにして、演算される制・駆動力Ｆxは、路面μ推定選択部２４に出力される。
【００１８】
横力演算部２３は、第１の路面μ推定部２５から、後述の高μ路（μ＝１．０）基準の横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）Hが入力される。そして、この高μ路基準の横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）Hと車体質量Ｍとの積により車輪に加わる横力Ｆyを演算する（Ｆy＝（ｄ２ｙ／ｄｔ２）H・Ｍ）。
【００１９】
こうして、演算された横力Ｆyは、路面μ推定選択部２４に出力される。
【００２０】
路面μ推定選択部２４は、制・駆動力演算部２２から制・駆動力Ｆxが、横力演算部２３から横力Ｆyが入力され、これら制・駆動力Ｆxと横力Ｆyとから予め設定しておいたマップ（図５）を参照して、判定に用いる路面μ推定部（第１の路面μ推定部２５、或いは、第２の路面μ推定部２６、或いは、判定せず）を決定し、表示制御部２７に出力する。
【００２１】
ところで、路面上のゴムの摩擦係数は、ほぼクーロンの摩擦法則に従うので、基本的な摩擦力の性質として、車輪（タイヤ）と路面間に作用する平面内の各方向の合力（ＦxとＦyとの合力）は摩擦係数μと垂直荷重Ｍ・ｇ（ｇ：重力加速度）との積を超えることがない。すなわち、これらの間には、次式の関係が成り立つ。 
（Ｆx２＋Ｆy２）１／２≦μ・Ｍ・ｇ      …（６）
そこで、図５では、基準路面（μ＝１の平坦路）での摩擦円内における車輪に加わる制・駆動力Ｆxと横力Ｆyとの合力がどのような状態であるかを調べることにより、横力Ｆyが加わっている場合に精度良く路面μを推定できる第１の路面μ推定部２５と、制・駆動力Ｆxの内、制動力が加わっている場合に精度良く路面μを推定できる第２の路面μ推定部２６とを、その条件により選択的に使用するようになっている。尚、それ以外の合力の領域では、路面μの判定は行わない。
【００２２】
第１の路面μ推定部２５は、図６に示すように、前輪舵角センサ８から前輪舵角δf、ヨーレートセンサ９からヨーレート（ヨー角速度）（ｄψ／ｄｔ）が、横加速度センサ１０から横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）が、車速演算部２１から車速Ｖが入力される。以下、第１の路面μ推定部２５では、これらの入力される値は、それぞれ「Ｓ」を添字にして、センサ値として区別する。
【００２３】
第１の路面μ推定部２５は、高μ路基準値推定部２５ａ、低μ路基準値推定部２５ｂ、実際値推定部２５ｃ、ヨーレート比較路面μ推定部２５ｄ、表示フラグ設定部２５ｅから主要に構成され、後述する第１の路面μ推定部における表示フラグ設定プログラムに従って路面μに応じた表示フラグＦlaを設定し、表示制御部２７に出力する。
【００２４】
高μ路基準値推定部２５ａは、車速Ｖsと前輪舵角δfsが入力され、予め設定しておいた高μ路における車両の運動方程式に基づく車両運動モデルにより、検出した車速Ｖs、前輪舵角δfsに対応するヨーレートを高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hとして推定演算し、ヨーレート比較路面μ推定部２５ｄに出力する。
【００２５】
また、高μ路基準値推定部２５ａからは、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hに加え、高μ路基準のヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Hがヨーレート比較路面μ推定部２５ｄに出力され、高μ路基準の横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）Hがヨーレート比較路面μ推定部２５ｄと横力演算部２３に出力される。尚、高μ路基準値推定部２５ａから出力される各パラメータの添字「Ｈ」は、高μ路基準のパラメータであることを示す。
【００２６】
低μ路基準値推定部２５ｂは、車速Ｖs と前輪舵角δfsが入力され、予め設定しておいた低μ路における車両の運動方程式に基づく車両運動モデルにより、検出した車速Ｖs 、前輪舵角δfsに対応するヨーレートを低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Lとして推定演算し、ヨーレート比較路面μ推定部２５ｄに出力する。
【００２７】
また、低μ路基準値推定部２５ｂからは、低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Lに加え、低μ路基準のヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Lがヨーレート比較路面μ推定部２５ｄに出力される。尚、低μ路基準値推定部２５ｂから出力される各パラメータの添字「Ｌ」は、低μ路基準のパラメータであることを示す。
【００２８】
高μ路基準値推定部２５ａ、及び、低μ路基準値推定部２５ｂで用いる車両運動モデルと、各パラメータの演算について、図８を基に説明する。すなわち、図８の車両運動モデルについて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Ｆf，Ｆr、車体質量をＭ、横加速度を（ｄ２ｙ／ｄｔ２）として、  
Ｍ・（ｄ２ｙ／ｄｔ２）＝２・Ｆf＋２・Ｆr      …（７）
で与えられる。
【００２９】
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、  
Ｉz・（ｄ２ψ／ｄｔ２）＝２・Ｆf・Ｌf−２・Ｆr・Ｌr    …（８）
で示される。
【００３０】
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））  …（９）
で表される。
【００３１】
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ーを用いて線形化すると以下となる。  
Ｆf＝−Ｋf・βf      …（１０）
Ｆr＝−Ｋr・βr      …（１１）
ここで、Ｋf，Ｋrは前後輪の等価コーナリングパワー、βf，βrは前後輪の横すべり角である。
【００３２】
等価コーナリングパワー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ーＫf，Ｋrを用いて、前後輪の横すべり角βf，βrは、前輪舵角をδfとして以下のように簡略化できる。  
βf＝β＋Ｌf・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ−δf          …（１２）
βr＝β−Ｌr・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ              …（１３）
【００３３】
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)          …（１４）
ｘ(t)＝［β  （ｄψ／ｄｔ）］Ｔ
ｕ(t)＝［δf  ０］Ｔ
0004703953.tif 000002
ａ11＝−２・（Ｋf＋Ｋr）／（Ｍ・Ｖ）
ａ12＝−１−２・（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）
ｂ21＝２・Ｌf・Ｋf／Ｉz
ｂ12＝ｂ22＝０
【００３４】
高μ路基準値推定部２５ａでは、（１４）式に、例えば路面μが１．０における等価コーナリングパワーＫf，Ｋrを予め設定しておき、そのときどきの車両運動状態（車速Ｖs、前輪舵角δfs）における（ｄｘ(t)／ｄｔ）＝［（ｄβ／ｄｔ）  （ｄ２ψ／ｄｔ２）］Ｔを計算することで、高μ路基準の車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）Hとヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Hを演算する。そして、演算した高μ路基準の車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）Hとヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Hを積分することにより、高μ路基準の車体すべり角βHとヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hが得られる。また、高μ路基準の車体すべり角βHとヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hを（１２）式に代入することにより、高μ路基準前輪すべり角βfHが算出される。更に、高μ路基準の車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）Hとヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hを（９）式に代入することにより、高μ路基準横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）Hが算出される。
【００３５】
同様に、低μ路基準値推定部２５ｂでは、（１４）式に、例えば路面μが０．３における等価コーナリングパワーＫf，Ｋrを予め設定しておき、そのときどきの車両運動状態（車速Ｖs、前輪舵角δfs）における（ｄｘ(t)／ｄｔ）＝［（ｄβ／ｄｔ）  （ｄ２ψ／ｄｔ２）］Ｔを計算することで、低μ路基準の車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）Lとヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Lを演算する。そして、演算した低μ路基準の車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）Lとヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Lを積分することにより、低μ路基準の車体すべり角βLとヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Lが得られる。
【００３６】
実際値推定部２５ｃは、車速Ｖs、前輪舵角δfs、横加速度（ｄｙ２／ｄｔ２）s、及び、ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）sが入力され、実際の車両の挙動をフィードバックしつつ、実際のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Oを推定演算する、車両運動モデルにより形成したオブザーバである。実際値推定部２５ｃで推定演算された実ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Oは、ヨーレート比較路面μ推定部２５ｄに対して出力される。また、実際値推定部２５ｃからは、実ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Oに加え、ヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Oがヨーレート比較路面μ推定部２５ｄに対して出力される。尚、実際値推定部２５ｃから出力される各パラメータの添字「Ｏ」は、オブザーバからのパラメータであることを示す。
【００３７】
ここで、本実施の形態によるオブザーバの構成を図９により説明する。  
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)                …（１５）
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)  …（１６）
【００３８】
ここで、このオブザーバを車両運動モデルに適用すると、ｘ(t)は状態変数ベクトル（ｘ'(t)の「’」は推定値であることを示す）、ｕ(t)は入力ベクトル、Ａ、Ｂは状態方程式の係数行列であり、これらは前述したものに対応する。また、ｙ(t)は観測可能なセンサ出力ベクトルで、
ｙ(t)＝［βs  （ｄψ／ｄｔ）s］Ｔ
であり、センサによる車体すべり角βsは、（９）式の関係から、センサによる横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）s、及び、ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）sを基に得られるセンサによる車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）sを積分することにより求められる。さらに、Ｃはセンサ出力と状態変数の関係を示す行列（本実施形態では単位行列）、Ｋは任意に設定可能なフィードバックゲイン行列であり、以下のように示される。  
0004703953.tif 000003
【００３９】
これらの関係から、オブザーバによりヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Oと車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）Oが以下の（１７）、（１８）式で推定演算される。  
（ｄ２ψ／ｄｔ２）O＝ａ11・（ｄψ／ｄｔ）O＋ａ12・βO＋ｂ11・δfs
＋ｋ11・（（ｄψ／ｄｔ）s−（ｄψ／ｄｔ）O）
＋ｋ12・（βs−βO）                …（１７）
（ｄβ／ｄｔ）O＝ａ21・（ｄψ／ｄｔ）O＋ａ22・βO
＋ｋ21・（（ｄψ／ｄｔ）s−（ｄψ／ｄｔ）O）
＋ｋ22・（βs−βO）                …（１８）
【００４０】
そして、これらにより演算されるヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Oと車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）Oを積分することにより、実ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Oと車体すべり角βOを演算する。さらに、車体すべり角βOと実ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Oを（１２）式に代入することにより、実前輪すべり角βfOが算出される。
【００４１】
尚、高μ路基準値推定部２５ａ、低μ路基準値推定部２５ｂ、実際値推定部２５ｃでの演算は、車速Ｖs＝０では、０による除算となり演算が行えない。このため、極低速（例えば、１０km/hに達しない速度）では、ヨーレート及び横加速度はセンサ値とする。すなわち、  
（ｄψ／ｄｔ）H＝（ｄψ／ｄｔ）L＝（ｄψ／ｄｔ）O＝（ｄψ／ｄｔ）s
（ｄ２ｙ／ｄｔ２）O＝（ｄ２ｙ／ｄｔ２）s
とする。また、車体すべり角については、定常円旋回の幾何学的関係から、  
βH＝βL＝βO＝δfs・Ｌr／（Ｌf＋Ｌr）
とする。このとき、コーナリングフォースは発生していないので、前輪すべり角は全て０となる。  
βfH＝βfL＝βfO＝０
【００４２】
ヨーレート比較路面μ推定部２５ｄには、車速Ｖs 、前輪舵角δfsのセンサ値と、高μ路基準のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H、ヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）H、横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）Hと、低μ路基準のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L、ヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Lと、実際値として推定されたヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O及びヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Oが入力される。そして、後述する実行条件が満たされる場合に、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hと低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Lとヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Oとにより、以下（１９）式に基づき新たなヨーレート比較による路面μ推定値μγｎを演算する。
【００４３】
ここで、μHは、高μ路基準値推定部２５ａにおいて予め想定した路面摩擦係数（例えば１．０）を、μL は、低μ路基準値推定部２５ｂにおいて予め想定した路面摩擦係数（例えば０．３）をそれぞれ示している。        
μγｎ＝（（μH−μL）・（ｄψ／ｄｔ）O＋μL・（ｄψ／ｄｔ）H
−μH・（ｄψ／ｄｔ）L）／（（ｄψ／ｄｔ）H−（ｄψ／ｄｔ）L）…（１９）
【００４４】
すなわち、この（１９）式では、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hと低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Lから一次関数を形成し、この一次関数にヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Oを代入することにより路面μを求め、新たなヨーレート比較による路面μ推定値μγｎとする。
【００４５】
そして、以下の（２０）式のように、前回推定したヨーレート比較による路面μ推定値μn-1と今回の路面μ推定値μγｎとで加重平均によりヨーレート比較による路面μ推定値μを演算し、表示フラグ設定部２５ｅに出力する。  
μ＝μn-1＋κ1・（μγｎ−μn-1）    …（２０）
ここで、重み関数κ1 は、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hと低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Lとの差が大きいほど信頼性が高い推定値と考え、予め以下のように定めた。  
κ1 ＝０．３・｜（ｄψ／ｄｔ）H−（ｄψ／ｄｔ）L｜
／｜（ｄψ／ｄｔ）H ｜  …（２１）
【００４６】
また、ヨーレート比較路面μ推定部２５ｄで、ヨーレート比較による路面μ推定値μを演算する条件として次の条件を予め設定しておく。
【００４７】
（１−１）本来、多自由度系である車両を、横移動＋鉛直軸周りの２自由度で近似し、且つ２輪モデルとしているため、実車両との挙動差が大きくなる、低速走行、大転舵時には演算を行わない。例えば、車速Ｖs が１０km/hに達しない場合、ステアリング角の絶対値が５００deg より大きい場合には演算を行わない。
【００４８】
（１−２）センサ入力値の電気ノイズや、モデル化の段階で考慮されていない外乱等の影響を考慮し、ノイズや外乱等の影響の割合が相対的に大きくなるヨーレートの絶対値が小さい場合には演算を行わない。例えば、ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Oの絶対値が１．５deg/sに達しない場合には演算を行わない。
【００４９】
（１−３）路面μによってコーナリングフォースに差が現れることを利用した路面μの推定であるため、路面μの影響に対してノイズや外乱等の影響の割合が相対的に大きくなるコーナリングフォースが小さい場合、すなわち、コーナリングフォースに比例する横加速度の絶対値が小さい場合には演算を行わない。例えば、高μ路基準横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）Hの絶対値が０．１５Ｇに達しない場合には演算を行わない。
【００５０】
（１−４）舵角入力に対するヨーレート応答は、路面μにより変化し遅れを生じる場合がある。この遅れが生じている時に路面μの推定を行うと誤差が大きくなる。従って、遅れが大きい場合や、遅れによる誤差が大きくなると判断できる場合には演算を行わない。例えば、ヨーレートの立ち上がり（ヨーレートが発生し始めてから収束側に移行する間の設定範囲）時以外の遅れによる誤差が大きくなると判断できる場合には演算を行わない。ここで、ヨーレートの立ち上がりは、（ヨーレート）・（ヨー角加速度）で判定する。
【００５１】
（１−５）高μ路基準ヨーレートと低μ路基準ヨーレートとの差の絶対値がノイズや外乱等の影響に対して十分な大きさを有しない場合は演算を行わない。例えば、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hと低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Lとの差の絶対値が１deg/sに達しない場合は演算を行わない。
【００５２】
（１−６）前述の（２１）式で０除算を避けるため、例えば、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Hの絶対値が１deg/sに達しない場合は演算を行わない。
【００５３】
表示フラグ設定部２５ｅは、ヨーレート比較路面μ推定部２５ｄから入力される路面μ推定値μに応じ、表示制御部２７に出力する表示フラグＦlaを以下のように設定する。すなわち、路面μ推定値μが０．６以上で高μ路と判定できる場合には表示フラグＦlaを１とし、路面μ推定値μが０．４以上で中μ路と判定できる場合には表示フラグＦlaを２とし、路面μ推定値μが０．４未満で低μ路と判定できる場合には表示フラグＦlaを３として出力する。また、前述の（１−１）〜（１−６）の条件等に該当し、路面μを推定していない場合には、表示フラグＦlaを０として出力する。
【００５４】
上述の第１の路面μ推定部２５で実行される表示フラグ設定プログラムのフローチャートを図７に示す。まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）２０１で必要なパラメータを読み込み、Ｓ２０２で高μ路基準値推定部２５ａは、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H、高μ路基準ヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）H、及び、高μ路基準横加速度（ｄ２ｙ／ｄｔ２）Hを演算する。
【００５５】
次いで、Ｓ２０３で低μ路基準値推定部２５ｂは、低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L、及び、低μ路基準のヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Lを演算する。
【００５６】
次に、Ｓ２０４で実際値推定部２５ｃは、実際のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O、及び、ヨー角加速度（ｄ２ψ／ｄｔ２）Oを演算する。
【００５７】
そして、Ｓ２０５に進み、ヨーレート比較路面μ推定部２５ｄは、前述の（１−１）〜（１−６）の条件を回避して路面μの推定条件が成立しているか否か判定し、（１−１）〜（１−６）の条件の何れかが成立して路面μの推定できないと判定した場合には、Ｓ２０６に進んで、表示フラグ設定部２５ｅは表示フラグＦlaを０に設定してプログラムを抜ける。
【００５８】
一方、Ｓ２０５で、（１−１）〜（１−６）の条件の何れも回避しており、路面μの推定条件が成立していると判定した場合は、Ｓ２０７に進んで、ヨーレート比較路面μ推定部２５ｄは、前述の（２０）式により、ヨーレート比較による路面μ推定値μを演算する。
【００５９】
そして、Ｓ２０８に進み、路面μ推定値μが０．６以上（μ≧０．６）で高μ路か否か判定し、路面μ推定値μが０．６以上（μ≧０．６）で高μ路と判定できる場合には、Ｓ２０９に進み、表示フラグ設定部２５ｅは表示フラグＦlaを１に設定してプログラムを抜ける。
【００６０】
また、Ｓ２０８で、路面μ推定値μが０．６未満の場合は、Ｓ２１０に進み、路面μ推定値μが０．４以上（μ≧０．４）で中μ路か否か判定し、路面μ推定値μが０．４以上（μ≧０．４）で中μ路と判定できる場合には、Ｓ２１１に進み、表示フラグ設定部２５ｅは表示フラグＦlaを２に設定してプログラムを抜ける。逆に、Ｓ２１０で路面μ推定値μが０．４未満で低μ路と判定できる場合には、Ｓ２１２に進み、表示フラグ設定部２５ｅは表示フラグＦlaを３に設定してプログラムを抜ける。
【００６１】
一方、第２の路面μ推定部２６は、図１０に示すように、４輪の車輪速センサ３fl、３fr、３rl、３rrから４輪の車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrrが、前輪舵角センサ８から前輪舵角δfが、ブレーキスイッチ１１からブレーキのＯＮ−ＯＦＦ信号が、車速演算部２１から車速Ｖが入力される。尚、本実施の形態においては、車速演算部２１は、車両速度検出部としてのものである。
【００６２】
第２の路面μ推定部２６は、車体加速度演算部２６ａ、前輪車輪速演算部２６ｂ、後輪車輪速演算部２６ｃ、前後輪すべり率差演算部２６ｄ、路面μ推定部２６ｅ、表示フラグ設定部２６ｆから主要に構成され、後述する第２の路面μ推定部における表示フラグ設定プログラムに従って路面μに応じた表示フラグＦlaを設定し、表示制御部２７に出力する。
【００６３】
車体加速度演算部２６ａは、車両減速度検出部として設けられ、車速Ｖが入力され、この車速Ｖの微分値を演算することにより車体加速度（ｄＶ／ｄｔ）を求め、路面μ推定部２６ｅに出力する。尚、この車体加速度（ｄＶ／ｄｔ）は、符号が（−）の場合が車体減速度である。
【００６４】
前輪車輪速演算部２６ｂは、前輪車輪速検出部として設けられており、前輪側の車輪速ωfl、ωfrが入力され、これらの平均値を演算して前輪車輪速ＶFを演算する。すなわち、ＶF＝（ωfl＋ωfr）／２。こうして演算された前輪車輪速ＶFは、前後輪すべり率差演算部２６ｄに出力される。
【００６５】
後輪車輪速演算部２６ｃは、後輪車輪速検出部として設けられており、後輪側の車輪速ωrl、ωrrが入力され、これらの平均値を演算して後輪車輪速ＶRを演算する。すなわち、ＶR＝（ωrl＋ωrr）／２。こうして演算された後輪車輪速ＶRは、前後輪すべり率差演算部２６ｄに出力される。
【００６６】
前後輪すべり率差演算部２６ｄは、車速Ｖ、前輪車輪速ＶF、及び、後輪車輪速ＶRが入力され、以下の（２２）式により、前後輪すべり率差Ｓlfrを演算し、路面μ推定部２６ｅに出力する。  
Ｓlfr＝（ＶF−ＶR）／Ｖ  …（２２）
【００６７】
路面μ推定部２６ｅは、前輪舵角δf、ブレーキのＯＮ−ＯＦＦ信号、車速Ｖ、車体加速度（減速度）（ｄＶ／ｄｔ）、前後輪すべり率差Ｓlfrが入力される。そして、ブレーキがＯＮで、前輪舵角δfが予め設定しておいた値以下で、車速Ｖが予め設定しておいた値以下の場合に路面判定条件が成立と判定して、予め設定しておいた車体減速度（ｄＶ／ｄｔ）と前後輪すべり率差Ｓlfrのマップ（図１２）を参照し、路面状態が高μ路の場合か、中μ路の場合か、低μ路の場合かを判定する。図１２のマップは、予め車体減速度（ｄＶ／ｄｔ）に対する前後輪すべり率差Ｓlfrをプロットし、そのデータを基に作成したもので、前後輪すべり率差Ｓlfrが設定値未満の領域では、車体減速度（ｄＶ／ｄｔ）の値がどのような値であっても高μ路と判定される。また、高μ路の領域と中μ路の領域の境は、一次関数にて近似され、この境以上の領域では低μ路と判定され、この境未満の領域で、高μ路の領域を除いた領域が中μ路の領域となっている。こうして、路面μ推定部２６ｅでの判定結果は、表示フラグ設定部２６ｆに出力される。
【００６８】
表示フラグ設定部２６ｆは、路面μ推定部２６ｅから入力される路面μ推定結果に応じ、表示制御部２７に出力する表示フラグＦlaを以下のように設定する。すなわち、路面μ推定結果が高μ路の場合には表示フラグＦlaを１とし、路面μ推定結果が中μ路の場合には表示フラグＦlaを２とし、路面μ推定結果が低μ路の場合には表示フラグＦlaを３として出力する。また、前述の路面判定条件が成立しておらず、路面μ推定結果の出力が得られない場合等には、表示フラグＦlaを０として出力する。
【００６９】
上述の第２の路面μ推定部２６で実行される表示フラグ設定プログラムのフローチャートを図１１に示す。まず、Ｓ３０１で必要なパラメータを読み込む。
【００７０】
次に、Ｓ３０２に進み、路面μ推定部２６ｅは、路面μ判定条件（ブレーキがＯＮで、前輪舵角δfが予め設定しておいた値以下で、車速Ｖが予め設定しておいた値以下）が成立しているか否か判定し、路面μ判定条件が成立していない場合には、Ｓ３０３に進んで、表示フラグ設定部２６ｆは、表示フラグＦlaを０に設定してプログラムを抜ける。
【００７１】
Ｓ３０２で路面μ判定条件が成立していると判定した場合は、Ｓ３０４に進み、車体加速度演算部２６ａで車体加速度（減速度）（ｄＶ／ｄｔ）を演算し、Ｓ３０５に進んで、前輪車輪速演算部２６ｂで前輪車輪速ＶFを演算し、Ｓ３０６に進んで、後輪車輪速演算部２６ｃで後輪車輪速ＶRを演算する。
【００７２】
そして、Ｓ３０７に進み、前後輪すべり率差演算部２６ｄは、前述の（２２）式により、前後輪すべり率差Ｓlfrを演算し、Ｓ３０８に進んで、路面μ推定部２６ｅは、車体加速度（減速度）（ｄＶ／ｄｔ）と前後輪すべり率差Ｓlfrに基づき図１２のマップを参照し、路面μを推定する。
【００７３】
その後、Ｓ３０９に進み、表示フラグ設定部２６ｆで、路面μの推定結果が高μ路か否かを判定し、路面μの推定結果が高μ路の場合には、Ｓ３１０に進んで、表示フラグＦlaを１に設定しプログラムを抜ける。
【００７４】
また、Ｓ３０９の判定の結果、路面μの推定結果が高μ路でない場合には、Ｓ３１１に進んで、路面μの推定結果が中μ路か否かを判定し、路面μの推定結果が中μ路の場合には、Ｓ３１２に進んで、表示フラグＦlaを２に設定しプログラムを抜ける。
【００７５】
また、Ｓ３１１の判定の結果、路面μの推定結果が中μ路でない場合（低μ路の場合）には、Ｓ３１３に進んで、表示フラグＦlaを３に設定しプログラムを抜ける。
【００７６】
表示制御部２７は、路面μ推定選択部２４から、図５のマップを基にした、判定に用いる路面μ推定部（第１の路面μ推定部２５、或いは、第２の路面μ推定部２６、或いは、判定せず）が入力され、該当する路面μ推定部からの表示フラグＦlaを読み込む。ここで、判定せずの場合には表示フラグＦlaは０とされる。そして、それぞれの表示フラグＦlaに応じた表示を、例えば以下の如く選択して表示装置１２に表示させる。
【００７７】
（ｉ）表示フラグＦlaが０の場合（路面μの結果が解らない場合）  
図１３（ａ）の表示０のような、単に路面とグリップの文字があるだけでその他の表示は行わない。
【００７８】
（ｉｉ）表示フラグＦlaが１の場合（路面が高μ路である場合）  
図１３（ｂ）の表示１のように、路面上に車両が緑色で表示される。
【００７９】
（ｉｉｉ）表示フラグＦlaが２の場合（路面が中μ路である場合）  
図１３（ｃ）の表示２のように、路面上に車両と直線の走行痕が黄色で表示され、また、グリップの文字の下に三角の注意を示す一般的表示が黄色で行われる。
【００８０】
（ｉｖ）表示フラグＦlaが３の場合（路面が低μ路である場合）  
図１３（ｄ）の表示３のように、路面上に車両とスリップしている走行痕が赤色で表示され、また、グリップの文字の下に三角の注意を示す一般的表示が赤色で行われ、ドライバに大きく注意を促すようになっている。
【００８１】
尚、表示装置１２がナビゲーション装置等と共用されて画面に地図が表示されている場合（図１４（ａ）の場合）には、ドライバに注意を促すため、特に、表示フラグＦlaが２の場合（路面が中μ路である場合）と、表示フラグＦlaが３の場合（路面が低μ路である場合）のみポップアップ表示を行うようにする。
【００８２】
図１４（ｂ）に示すのは、表示フラグＦlaが２の場合（路面が中μ路である場合）であり、グリップの文字の下に三角の注意を示す一般的表示が黄色で行われる。
【００８３】
図１４（ｃ）に示すのは、表示フラグＦlaが３の場合（路面が低μ路である場合）であり、グリップの文字の下に三角の注意を示す一般的表示が赤色で行われ、ドライバに大きく注意を促すようになっている。
【００８４】
以上のように本実施の形態では、制・駆動力演算部２２、横力演算部２３、路面μ推定選択部２４で選択手段が構成され、第１の路面μ推定部２５、第２の路面μ推定部２６で路面摩擦係数推定手段が構成され、表示制御部２７、表示装置１２で表示手段が構成されている。
【００８５】
尚、表示制御部２７は、表示装置１２に信号を出力するのみならず、路面μの状態を他の図示しない車両挙動制御装置（４輪駆動制御装置、自動ブレーキ制御装置等）に出力する。また、表示制御部２７からの出力に伴って、図示しない音声発生装置等で路面μ状態をガイドするようにしても良い。この場合、例えば、表示フラグＦlaが３の場合（路面が低μ路である場合）にのみ行うようにし、「路面が滑りやすくなっています。注意して下さい」等のアナウンスを行う。
【００８６】
次に、上述の構成について、図２の路面摩擦係数表示プログラムのフローチャートで説明する。まず、Ｓ１０１で必要なパラメータを読み込む。
【００８７】
次に、Ｓ１０２に進み、制・駆動力演算部２２は、制・駆動力Ｆxを演算し、Ｓ１０３に進んで、横力演算部２３は、横力Ｆyを演算する。
【００８８】
次いで、Ｓ１０４に進んで、路面μ推定選択部２４は、制・駆動力Ｆxと横力Ｆyとから予め設定しておいたマップ（図５）を参照して、判定に用いる路面μ推定部（第１の路面μ推定部２５、或いは、第２の路面μ推定部２６、或いは、判定せず）を選択する。
【００８９】
次に、Ｓ１０５に進み、表示制御部２７は、Ｓ１０４で選択した路面μ推定部からの表示フラグＦlaを読み込み（尚、Ｓ１０４で判定せずの結果の場合は表示フラグＦlaは０とする）、Ｓ１０６に進む。
【００９０】
Ｓ１０６では、読み込んだ表示フラグＦlaが１か否か（高μ路の場合か否か）判定し、表示フラグＦlaが１の場合（高μ路の場合）は、Ｓ１０７に進んで、表示１（図１３（ｂ））を表示させ、プログラムを抜ける。
【００９１】
また、Ｓ１０６の判定の結果、読み込んだ表示フラグＦlaが１ではない場合は、Ｓ１０８に進み、読み込んだ表示フラグＦlaが２か否か（中μ路の場合か否か）判定し、表示フラグＦlaが２の場合（中μ路の場合）は、Ｓ１０９に進んで、表示２（図１３（ｃ）、或いは、図１４（ｂ））を表示させ、プログラムを抜ける。
【００９２】
また、Ｓ１０８の判定の結果、読み込んだ表示フラグＦlaが２ではない場合は、Ｓ１１０に進み、読み込んだ表示フラグＦlaが３か否か（低μ路の場合か否か）判定し、表示フラグＦlaが３の場合（低μ路の場合）は、Ｓ１１１に進んで、表示３（図１３（ｄ）、或いは、図１４（ｃ））を表示させ、プログラムを抜ける。
【００９３】
逆に、Ｓ１１０の判定の結果、読み込んだ表示フラグＦlaが３ではない場合（読み込んだ表示フラグＦlaが０の場合）は、Ｓ１１２に進み、表示０（図１３（ａ））を表示させ、プログラムを抜ける。
【００９４】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、走行状態に応じて最適な路面μ推定部を選択して路面μを推定するので精度良く路面μの推定が行える。そして、この路面μの結果に応じて、ドライバに表示するので、特に低μ路を走行している場合には、その情報がドライバに与えられることにより、ドライバが高速運転することを抑えたり、急ブレーキや急加速を抑えたり、また、急なハンドル操作を行うことを抑えたりできるので、低μ路において、安定した運転を行う上で大変好ましい。
【００９５】
尚、本発明の実施の形態では、第１の路面μ推定部２５と第２の路面μ推定部２６の２つの路面μ推定部を備えた例で説明したが、更に、他の路面μ推定部を備え、それらの何れかの路面μ推定値により表示を可変するようにしても良い。また、逆に、１つの路面μ推定部のみを備え、この路面μ推定部からの路面μ推定値により表示を可変するようにしても良い。更に、路面μ推定部による路面μ推定の技術は、上述に限ることなく、他の方法で路面μを推定するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】車両の路面摩擦係数推定装置の全体を示す概略説明図
【図２】路面摩擦係数表示プログラムのフローチャート
【図３】ペダル踏力とブレーキ液圧の関係の説明図
【図４】エンジン回転数とエンジントルクの関係の説明図
【図５】制・駆動力と横力で選択する路面μ推定部のマップ
【図６】第１の路面μ推定部の構成を示す機能ブロック図
【図７】第１の路面μ推定部における表示フラグ設定プログラムのフローチャート
【図８】４輪車の等価的な２輪車モデルを示す説明図
【図９】オブザーバの構成を示す説明図
【図１０】第２の路面μ推定部の構成を示す機能ブロック図
【図１１】第２の路面μ推定部における表示フラグ設定プログラムのフローチャート
【図１２】車体減速度と前後輪すべり率差に基づき設定される路面μマップの説明図
【図１３】画面上に表示される路面μ状態の説明図
【図１４】ナビゲーション画面上に表示される路面μ状態の説明図
【符号の説明】
【００９７】
１    路面摩擦係数推定装置
２    メイン制御部
１２    表示装置（表示手段）
２２    制・駆動力演算部（選択手段）
２３    横力演算部（選択手段）
２４    路面μ推定選択部（選択手段）
２５    第１の路面μ推定部（路面摩擦係数推定手段）
２６    第２の路面μ推定部（路面摩擦係数推定手段）
２７    表示制御部（表示手段）
代理人    弁理士    伊  藤    進
【図１】
0004703953.tif 000004
【図２】
0004703953.tif 000005
【図３】
0004703953.tif 000006
【図４】
0004703953.tif 000007
【図５】
0004703953.tif 000008
【図６】
0004703953.tif 000009
【図７】
0004703953.tif 000010
【図８】
0004703953.tif 000011
【図９】
0004703953.tif 000012
【図１０】
0004703953.tif 000013
【図１１】
0004703953.tif 000014
【図１２】
0004703953.tif 000015
【図１３】
0004703953.tif 000016
【図１４】
0004703953.tif 000017