(57)【要約】【課題】  加減速度とスリップ率との相関関係を表す一次の回帰直線から路面摩擦係数を推定する際の推定精度を向上させる。【解決手段】  従動輪速度Ｖｆを微分すると共にこれにデジタルフィルタ処理を施して、加減速度Ａｆ*を算出し（ステップＳ１〜Ｓ３）、各車輪速度に基づいてスリップ率Ｓを算出し（ステップＳ４）、前記加減速度Ａｆ*及び従動輪速度Ｖｆに基づいて位相補償器の特性を設定する（ステップＳ５）。前記スリップ率Ｓに対してデジタルフィルタ処理を施すと共に位相補償処理を行って、加減速度の位相と一致するようスリップ率Ｓの位相を遅らせ（ステップＳ６）、フィルタ処理及び位相補償処理後のスリップ率Ｓ*-と加減速度Ａｆ*との間の一次の回帰直線を算出し、これに基づいて回帰係数を特定する（ステップＳ７）。そして、このようにして特定した回帰係数に相当する路面摩擦係数を特定する（ステップＳ８〜Ｓ１０）。【選択図】          図３
2005231591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の加減速度と走行路面及びタイヤ間のスリップ率とを検出して前記加減速度及び前記スリップ率間の関係を表す関係式を算出し、当該関係式に基づいて前記走行路面の摩擦係数を推定するようにした路面摩擦係数推定方法において、
前記加減速度及び前記スリップ率に対し、これら間の位相補償を行った後、前記関係式を算出することを特徴とする路面摩擦係数推定方法。
【請求項２】
車両の各車輪の回転速度を検出する車輪速度検出手段と、
当該車輪速度検出手段で検出した各車輪の回転速度に基づいて車両の加減速度と走行路面及びタイヤ間のスリップ率とを検出する第１の演算手段と、
当該第１の演算手段で演算した前記加減速度及び前記スリップ率に対してデジタルフィルタ処理を行うデジタルフィルタと、
前記デジタルフィルタ処理後の前記加減速度及び前記スリップ率間の位相補償を行う位相補償手段と、
当該位相補償手段で位相補償した後の前記加減速度及び前記スリップ率に基づいてこれら間の関係を表す関係式を算出する第２の演算手段と、
当該第２の演算手段で算出した前記関係式に基づいて前記走行路面の摩擦係数を推定する摩擦係数推定手段と、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３】
自車両の走行速度を検出する走行速度検出手段を備え、
前記位相補償手段は、前記走行速度検出手段で検出した走行速度が予め設定したしきい値よりも小さいときに前記位相補償を行うようになっていることを特徴とする請求項２記載の路面摩擦係数推定装置。
【請求項４】
前記位相補償手段は、前記加減速度の微分値の絶対値が予め設定したしきい値よりも大きいときに前記位相補償を行うようになっていることを特徴とする請求項２又は３記載の路面摩擦係数推定装置。
【請求項５】
自車両の走行速度を検出する走行速度検出手段と、
前記位相補償手段の特性を設定する特性設定手段と、を備え
当該特性設定手段は、前記走行速度検出手段で検出した走行速度及び前記第１の演算手段で演算した前記加減速度に基づいて前記位相補償手段の特性を設定するようになっていることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載の路面摩擦係数推定装置。
【請求項６】
前記加減速度及び前記スリップ率のうち前記位相補償手段での位相補償処理対象に対する位相補償処理と、前記位相補償処理対象に対する前記デジタルフィルタにおけるデジタルフィルタ処理とを同時に行うフィルタ及び位相補償手段を備えることを特徴とする請求項２から５の何れか１項に記載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、車輪の回転情報を用いて、走行路面の摩擦係数を検出するようにした路面摩擦係数推定方法及び路面摩擦係数推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自車両の走行路面の路面摩擦係数を検出し、この路面摩擦係数を考慮して車両の挙動制御を行うようにしたものが数々提案されている。
前記路面摩擦係数を検出する方法としては、例えば、４輪の車輪速度を検出し、この各車輪速度に基づいて自車両の加減速度と車輪のスリップ率とを算出し、ある程度の期間における一定個数の加減速度とスリップ率との算出結果から一次の回帰直線の傾き、つまり回帰係数を推定し、この回帰係数と予め設定した回帰係数に対応する路面摩擦係数のしきい値とを比較し、推定した回帰係数に応じた摩擦係数を特定することによって、走行路の路面摩擦係数を推定するようにした方法等が提案されている（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、上記従来の技術においては、４輪のうち、従動輪は路面を滑ることなく転がると仮定して、前記自車両の加減速度を、従動輪の車輪速度の微分値で近似するようにし、また、全輪の車輪速度を用いてスリップ率を算出するようにしている。
ここで、ドライバがアクセルペダルを踏み増したときには、まずスリップが生じ、このスリップが生じたことによって、車体が加速するというメカニズムになっているため、前述のように、従動輪に基づいて加減速度を算出するようにした場合、算出される加減速度の位相は、スリップ率の位相に対して常に遅れることになる。
【０００４】
また、従動輪速度と駆動輪速度と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、駆動輪速度及び従動輪速度を用いて算出したスリップ率に対し、従動輪の車輪速度のみを用いて算出する自車両の加減速度は常に位相が遅れてしまうことになる。
逆に、車両の加減速度を駆動輪の車輪速度の微分値に基づいて近似した場合、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、駆動輪速度及び従動輪速度を用いて算出したスリップ率に対して、駆動輪速度のみを用いて算出する自車両の加減速度は、常に位相が進んでしまうことになる。
【０００５】
このため、前記路面摩擦係数を、前記加減速度とスリップ率との間の相関関係、つまり一次の回帰直線に基づいて算出する場合、加減速度とスリップ率との間の相関関係をｘ−ｙ平面上にプロットした場合には、リサージュ波形となってしまい、このようなリサージュ波形に基づいて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関わらず、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という問題がある。
【０００６】
また、上記従来の方法においては、前記従動輪の車輪速度に基づいて車両の加減速度を算出する際に、従動輪の車輪速度を検出する車輪速センサの検出信号に含まれるノイズ除去のためのフィルタとして、移動平均法或いは荷重移動平均法を用いるようにしているが、この方式では、フィルタ特性が、平均を取るための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り、また、移動平均法或いは荷重移動平均法では、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現実性に乏しいという問題もある。
そこで、この発明は上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、フィルタの設計の自由度を向上させ、摩擦係数の推定精度をより向上させることの可能な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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る路面摩擦係数推定方法は、自車両の加減速度と走行路面及びタイヤ間のスリップ率とを検出し、これらに基づいてこれら間の関係を表す関係式を算出し、この関係式に基づいて走行路面の摩擦係数を推定するが、前記関係式を算出する前に、前記加減速度及びスリップ率に対してこれら間の位相補償を行い、これら位相補償を行った加減速度及びスリップ率に基づいて前記関係式を検出する。
前記加減速度とスリップ率との位相のずれに起因して前記関係式の精度が低下した場合、これに基づいて推定される走行路面の摩擦係数の推定精度が低下する場合がある。しかしながら、前記位相補償を行って前記加減速度とスリップ率との位相のずれを低減し、前記関係式の精度を向上させることにより、前記摩擦係数の推定精度の向上を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る路面摩擦係数推定方法によれば、自車両の加減速度と走行路面及びタイヤ間のスリップ率とを検出し、これらに対して位相補償を行った後、これら加減速度及びスリップ率間の関係を表す関係式を算出し、この関係式に基づいて走行路面の摩擦係数を推定するようにしたから、自車両の加減速度及びスリップ率との間の位相ずれに起因して、前記関係式の精度が低下することを防止することができ、すなわち、前記摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明における路面摩擦係数推定装置の一例を示す構成図である。
図中、１ＦＬ〜１ＲＲは、各車輪２ＦＬ〜２ＲＲに設けられ、各車輪２ＦＬ〜２ＲＲの回転速度を検出する車輪速センサであって、これら車輪速センサ１ＦＬ〜１ＲＲの検出信号は、推定処理部３に入力されるようになっている。
この推定処理部３では、各車輪速センサ１ＦＬ〜１ＲＲの検出信号に基づいて、スリップ率及び車両加減速度を算出し、これらに基づいて路面摩擦係数を推定するようになっている。
【００１０】
図２は、推定処理部３の構成を示すブロック図であって、各車輪速センサ１ＦＬ〜１ＲＲの検出信号は、車輪速度演算部１１に入力され、ここで、駆動輪速度Ｖｄ及び従動輪速度Ｖｆを算出する。
前記駆動輪速度Ｖｄ及び従動輪速度Ｖｆはスリップ率演算部１２に入力され、前記駆動輪速度Ｖｄ及び従動輪速度Ｖｆに基づいてスリップ率Ｓが算出され、このスリップ率Ｓは、ローパスフィルタ部１３においてローパスフィルタ処理が施された後、位相補償器１４に入力される。
この位相補償器１４では、フィルタ処理後のスリップ率Ｓ*の位相を、位相補償器特性設定部１５で設定された特性に応じて遅らせる。
【００１１】
前記位相補償器特性設定部１５は、前記車輪速度演算部１１で算出された従動輪速度Ｖｆ、及び、この従動輪速度Ｖｆをローパスフィルタ処理部１６でフィルタ処理して得た車両加減速度Ａｆ*に基づいて、前記位相補償器１４の特性を設定する。
そして、前記位相補償器１４で位相補償処理が行われたスリップ率Ｓ*-及び前記ローパスフィルタ処理部１６でフィルタ処理された車両加減速度Ａｆ*には回帰係数演算部１７に入力され、ここで、スリップ率Ｓ*-及び車両加減速度Ａｆ*との関係を表す一次の回帰直線から回帰係数を求め、この回帰係数に相当する路面摩擦係数を特定することにより、路面摩擦係数を推定するようになっている。
【００１２】
図３は、前記推定処理部３の具体的な演算処理手順を示したフローチャートである。推定処理部３では、この演算処理を所定の制御周期（例えば１０〔ｍｓｅｃ〕程度）で実行する。
前記推定処理部３では、まず、各車輪速センサ１ＦＬ〜１ＲＲからの検出信号に基づいて、各車輪２ＦＬ〜２ＲＲの車輪速度ＶFL〜ＶRRを算出する（ステップＳ１）。前記車輪速センサ１ＦＬ〜１ＲＲは、例えば回転速に応じてその周波数が変化する信号を出力するように構成され、こ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ようになっている。
【００１３】
次いで、ステップＳ２に移行し、駆動輪と従動輪の平均車輪速度を算出し、これを駆動輪速度Ｖｄ及び従動輪速度Ｖｆとする。例えば、後輪駆動車の場合には、駆動輪速度Ｖｄは、後左右輪ＶRL及びＶRRの平均値で表され、従動輪速度Ｖｆは、前左右輪ＶFL及びＶFRの平均値で表される。
次いで、ステップＳ３に移行し、車両加減速度Ａｆを演算し、同時にこの車両加減速度に対してフィルタ処理を施す。前記車両加減速度Ａｆの演算は、従動輪は路面を滑ることはなく転がるだけであると仮定して、前記車両加減速度Ａｆを、従動輪速度Ｖｆの微分値で近似する。このときの従動輪速度Ｖｆから車両加減速度Ａｆへの連続系での伝達関数は次式（１）で表すことができる。なお、式（１）中のｓは、ラプラス演算子である。
Ａｆ／Ｖｆ＝ｓ        ……（１）
【００１４】
ここで、走行路面の凹凸やセンサロータ歯の加工精度等により、車輪速センサ１ＦＬ〜１ＲＲの出力信号には高周波のノイズ成分が含まれている。このようにノイズを含むセンサ出力に基づいて演算された車両加減速度Ａｆにはノイズが含まれたままであるため、このノイズを取り除かないと路面摩擦係数の推定精度が悪化する。そこで、車両加減速度Ａｆに含まれる高周波のノイズを除去する目的で、前記車両加減速度Ａｆに対しローパスフィルタ（ＬＰＦ）処理を行う。
なお、ここでは、２次のローパスフィルタを用いた場合について説明するが、デジタルフィルタの次数は２次に限るものではない。前記２次のローパスフィルタの連続系での伝達関数Ｆ（ｓ）は、次式（２）で表すことができる。
【００１５】
【数１】
2005231591.tif 000003
【００１６】
なお、式（２）中のｓはラプラス演算子であって、ローパスフィルタの特性は、固有周波数ωn1と減衰率ζ1で設計することができる。
ここで、前記微分演算と前記ローパスフィルタとを組み合わせた連続系での伝達関数Ｇ（ｓ）は次式（３）で表すことができる。
【００１７】
【数２】
2005231591.tif 000004
【００１８】
この（３）式で表される連続系での伝達関数Ｇ（ｓ）を離散化した、Ｇ（ｚ）が、従動輪速度Ｖｆから車両加減速度Ａｆへの離散系での伝達関数となり、これは、次式（４）で表すことができる。なお、（４）式において、Ｔsは、予め設定した制御周期である。また、前記各パラメータωn1、ζ1は、例えば、ωn1＝０．３５、ζ1＝０．７０に設定する。
【００１９】
【数３】
2005231591.tif 000005
【００２０】
前記（４）式の伝達関数Ｇ（ｚ）にしたがって、従動輪速度Ｖｆをデジタルフィルタ処理し、微分演算及びローパスフィルタ処理を行って、フィルタ処理を施した車両加減速度Ａｆ*を算出したならばステップＳ４に移行し、次にスリップ率Ｓを算出する。
このスリップ率Ｓは、従動輪速度Ｖｆから駆動輪速度Ｖｄを減算した値を、従動輪速度Ｖｆ及び駆動輪速度Ｖｄのうちのいずれか大きい方で割算して算出する。
続いて、ステップＳ５に移行し、位相補償器１４の特性を設定する。
ここで、フィルタ特性がωn1、ζ1である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１４の特性を表すパラメータをωn2、ζ2、とし、位相補償器１４の連続系の伝達関数Ｈ（ｓ）を、次式（５）で表すものとする。
【００２１】
【数４】
2005231591.tif 000006
【００２２】
なお、前記パラメータωn2及びζ2は、例えば、走行速度及び加減速度の微分値を軸とした二次元マップにより決定する。なお、ここでは、ωn1＝０．３５、ζ1＝０．７０に対する位相補償器１４の特性パラメータのうち、ωn2は、図４に示す制御マップにしたがって走行速度、つまり、従動輪速度Ｖｆと、加減速度の微分値、つまり、フィルタ処理後の車両加減速度Ａｆ*の微分値とに基づいて設定し、ζ2は、０．７の固定値とする。
【００２３】
なお、前記図４において、横軸は走行速度（従動輪速度Ｖｆ）、縦軸は加減速度微分値（フィルタ処理後の車両加減速度Ａｆ*の微分値）であって、走行速度が小さいときほどωn2は小さい値に設定され、且つ、加減速度微分値が大きいときほどωn2はより小さな値に設定され、つまり、位相補償器の特性が強くなり位相遅れ量がより大きくなるように設定される。
したがって、前記従動輪速度Ｖｆと、フィルタ処理後の車両加減速度Ａｆ*の微分値とに基づいて、図４の制御マップからパラメータωn2を特定し、この特定したパラメータωn2と、予め設定したζ2とから、前記（５）式で表される位相補償器の伝達関数Ｈ（ｓ）を特定する。
【００２４】
次いで、ステップＳ６に移行し、ステップＳ４の処理で算出したスリップ率Ｓに対しフィルタ処理及び位相補償処理を行う。前記スリップ率Ｓは、車輪速センサ１ＦＬ〜1ＲＲの検出信号に基づいて算出しており、前述のように車輪速センサ１ＦＬ〜１ＲＲの検出信号には、高周波ノイズが含まれることから、この高周波ノイズを除去することを目的としてローパスフィルタ処理を行う。
ここで、フィルタの特性を、車両加減速度Ａｆに施したフィルタと等しくするため、フィルタの次数及びフィルタパラメータは前記車両加減速度Ａｆに施すフィルタと同じ値、ωn1＝０．３５、ζ1＝０．７０に設定する。この場合の、フィルタ処理前のスリップ率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は、次式（６）に示すように、前記（２）式と同等となる。
【００２５】
【数５】
2005231591.tif 000007
【００２６】
さらに、フィルタ処理後のスリップ率Ｓ*に対して、位相補償処理を行う。ここで、位相補償器での連続系での伝達関数Ｈ（ｓ）は、前記（５）式で表されるから、以上をまとめると、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*-への伝達関数は次式（７）で表すことができる。
【００２７】
【数６】
2005231591.tif 000008
【００２８】
これはすなわち、前記（６）式で表されるスリップ率Ｓに対するフィルタＦ（ｓ）において、その特性を表すパラメータを、ωn1からωn2、ζ1からζ2に変更したものにほかならない。つまり、ローパスフィルタと位相補償とを同時に演算できることになり、位相補償を行ったとしてもその演算量は増加しないことになる。
このようにして前記（７）式の伝達関数にしたがって、スリップ率Ｓに対してフィルタ処理及び位相補償処理を行ったならば続いてステップＳ７に移行し、フィルタ処理後の車両加減速度Ａｆ*と位相補償後のスリップ率Ｓ*-との関係を表す一次の回帰直線の回帰係数Ｋ１、Ｋ２を算出する。なお、前記回帰係数Ｋ１は、フィルタ処理後の車両加減速度Ａｆ*に対する位相補償後のスリップ率Ｓ*-の回帰係数、回帰係数Ｋ２は、位相補償後のスリップ率Ｓ*-に対するフィルタ処理後の車両加減速度Ａｆ*の回帰係数である。
これら回帰係数Ｋ１及びＫ２は、次式（８）で表すことができる。なお、（８）式中のＰは、回帰係数演算に使用するデータ数である。
【００２９】
【数７】
2005231591.tif 000009
【００３０】
つまり、車両加減速度とスリップ率との関係は、タイヤと路面との間の路面摩擦係数μとスリップ率Ｓとの関係を表すμ−Ｓ曲線と同等の関係にあって、路面摩擦係数μの違いによって、図５に示すように表すことができる。ここで、μ−Ｓ曲線は本来曲線であるが、通常の走行時に発生するスリップ率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。このときの係数ａが回帰係数Ｋ２に相当し、直線の勾配を意味している。ここで、前記方程式において、Ｙは車両加減速度、Ｘはスリップ率とみなすことができるから、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。
このように、前記方程式が成り立つことから、回帰係数Ｋ２に基づいて路面摩擦係数を推定することができることになり、同様に、回帰係数Ｋ１に基づいて路面摩擦係数を推定することができることになる。
【００３１】
次いで、ステップＳ８に移行し、車両加減速度Ａｆ*と位相補償後のスリップ率Ｓ*-との間の相関の強さを表す決定係数Ｒ2を算出する。具体的には、ステップＳ７で算出した回帰係数Ｋ１とＫ２との乗算値を前記決定係数Ｒ2とする。
次いで、ステップＳ９に移行し、ステップＳ８で算出した決定係数Ｒ2と予め設定したしきい値（例えば、０．８程度）とを比較する。そして、決定係数Ｒ2が前記しきい値よりも大きいときには、スリップ率Ｓ*-と車両加減速度Ａｆ*との間に相関関係があって得られた回帰係数Ｋ１、Ｋ２は適切であると判断し、ステップＳ１０に移行する。一方、決定係数Ｒ２が前記しきい値よりも大きくないときにはスリップ率Ｓ*-と車両加減速度Ａｆ*との間には相関がなく、得られた回帰係数Ｋ１、Ｋ２は不適切であると判断し、路面摩擦係数の推定は行わずそのまま処理を終了する。
そして、前記ステップＳ１０では、前記ステップＳ７で算出した回帰係数Ｋ１又はＫ２に基づいて、路面摩擦係数推定値を確定する。ここでは、前記回帰係数Ｋ２に基づいて、回帰係数Ｋ２の値に応じて路面摩擦係数推定値を次式（９）のように確定する。
【００３２】
【数８】
2005231591.tif 000010
【００３３】
なお、（９）式中の、回帰係数Ｋ２のしきい値ｋ１、ｋ２は、例えば、走行実験データ等に基づいて決定するようにすればよい。
ここで、図６（ａ）〜（ｄ）は、図３に示す処理手順にしたがって、スリップ率Ｓ*-及び車両加減速度Ａｆ*を算出した場合の相関関係を表したものであって、横軸はスリップ率（補償処理後のスリップ率Ｓ*-）、縦軸は加減速度（車両加減速度Ａｆ*）である。そして、図６（ａ）は、走行速度２０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合、図６（ｂ）は、走行速度４０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合、図６（ｃ）は、走行速度６０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合である。また、図６（ｄ）は、走行速度２０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合であり、且つ、車両加減速度Ａｆ*の微分値が大きい場合を表す。また、前記図６（ｄ）に示す相関関係にあるときに、これに基づいて算出される回帰係数Ｋ２を図７に示す。
【００３４】
また、図８（ａ）〜（ｅ）は、図６（ａ）〜（ｄ）の比較例として、位相補償を行わない場合の、スリップ率と車両加減速度との相関関係を表したものであって、横軸はスリップ率（フィルタ処理のみを施したスリップ率）、縦軸は、車両加減速度（フィルタ処理を施した車両加減速度）である。そして、図８（ａ）は、走行速度２０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合、図８（ｂ）は、走行速度４０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合、図８（ｃ）は、走行速度６０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合、図８（ｄ）は、走行速度８０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合である。また、図８（ｅ）は、走行速度２０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合であり、且つ、車両加減速度の微分値が大きい場合を表す。また、前記図８（ｅ）に示す相関関係にあるときに、これに基づいて算出される回帰係数Ｋ２を図９に示す。
【００３５】
前記図６及び図８を比較すると、図８に示すように位相補償を行わない場合にはスリップ率と車両加減速度との相関関係はリサージュ波形を描くのに対し、図６に示すように位相補償を行った場合には、スリップ率と車両加減速度との相関関係は一本の直線により近づいていることがわかる。
そして、スリップ率と車両加減速度との相関関係がリサージュ波形を描く場合には、このスリップ率及び車両加減速度に基づいて算出される回帰係数Ｋ２は、図９に示すように、周期的に変動することになるが、位相補償を行うことによって、図７に示すように、回帰係数Ｋ２は略一定となり、安定して算出することができることがわかる。つまり、路面摩擦係数の推定精度を向上させることができることがわかる。なお、図７及び図９において、横軸は経過時間、縦軸は回帰係数Ｋ２である。
【００３６】
このように、スリップ率Ｓに対して位相補償を行い、スリップ率と車両加減速度との間の位相差を補償するようにしたから、スリップ率及び車両加減速度間の相関関係がリサージュ波形となることを抑制することができ、これらの相関関係を表す回帰直線を、より１本の直線に近似することができる。このため、このように近似された回帰直線で特定される回帰係数に基づいて路面摩擦係数を推定することによって、路面摩擦係数の推定精度をより向上させることができる。
【００３７】
また、このとき、スリップ率Ｓに対するフィルタ処理及び車両加減速度Ａｆ算出過程におけるフィルタ処理を行う際に、従来のような移動平均法や荷重移動平均法等に替えて、デジタルフィルタ処理を行うようにしているから、フィルタの周波数領域でのゲイン特性及び位相特性の設計を容易に行うことができ、これによって、位相補償器を任意に設計することが可能となり、位相補償器の設計の自由度を向上させることができる。したがって、路面摩擦係数の推定精度をより向上させることができる。
【００３８】
また、フィルタ処理方法として、移動平均法や荷重移動平均法等を用いた場合には、ある程度の過去値を保存しておく必要があり、その分多くの記憶領域を必要とすることになる。しかしながら、上述のようにデジタルフィルタ処理を行う場合には、移動平均法や荷重移動平均法等を用いた場合に比較して、より少ない量の過去値を記憶しておけばよく、また、荷重移動平均処理のように二重にフィルタを施すことなく同等の性能を持つフィルタを設計することができるから、メモリ領域の占有量、演算処理量、演算時間等の観点から、リアルタイム処理に有利である。したがって、特に、リアルタイム処理が要求される車載システムに好適である。
【００３９】
また、スリップ率Ｓに対して位相補償を行うことによって、前記図２に示すように、推定処理部３に新たに位相補償器１４を設けることになり、その分、処理機能が追加されることになるが、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*-への伝達関数は前記（７）式で表すことができ、これは、フィルタ処理において、その特性を設定するパラメータを変更したものであるから、推定処理部３での演算処理が増加することなく実現することができる。
【００４０】
また、実車走行時のデータの解析から車両加減速度の位相遅れは、走行速度が低い場合と、車両加減速度の微分値の絶対値が大きい場合とで顕著になることが明らかになっている。図８（ａ）は、位相補償を行わない場合に、走行速度２０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行を行った場合の車両加減速度−スリップ率の相関関係を表したものであるが、スリップ率Ｓの位相に対して車両加減速度の位相が遅れるため、略均一な路面摩擦係数を有する走行路を走行しているにも関わらず、車両加減速度−スリップ率特性はリザージュ波形を描いている。しかしながら、図８（ｂ）〜図８（ｄ）に示すように、走行速度が４０〔ｋｍ／ｈ〕、６０〔ｋｍ／ｈ〕、８０〔ｋｍ／ｈ〕と増加するにつれて、リサージュ波形が１本の直線に近づいていくことがわかる。
【００４１】
ここで、上述のように位相補償器の特性ωn2を、図４の制御マップから設定するようにし、特性ωn2を、走行速度が小さいときほど小さな値となり、且つ、加減速度微分値の大きさが大きいときほど小さな値となるように設定している。つまり、走行速度が小さいときには位相補償器の特性を強めに設定して位相の遅れ量を大きくし、逆に走行速度が大きいときには位相補償器の特性を弱めに設定して位相の遅れ量を小さくし、また、加減速度の微分値が大きい場合には位相補償器の特性を強めに設定し、逆に加減速度の微分値が小さい場合には位相補償器の特性を弱めに設定している。
【００４２】
したがって、前述のように、走行速度の大きさや、加減速度の微分値の大きさによって、スリップ率に対する加減速度の位相遅れ量が異なるが、走行速度の大きさと加減速度の微分値の大きさとに応じて位相補償器の特性を可変にし、スリップ率に対する加減速度の位相遅れ量が小さいときには位相補償器の特性を弱めに設定し、逆に、スリップ率に対する加減速度の位相遅れ量が大きいときには位相補償器の特性を強めに設定するようにすることによって、走行速度及び加減速度の微分値の大きさによって変化する位相遅れ量に即した特性の位相補償器を実現することができ、より高精度に路面摩擦係数の推定を行うことができる。
【００４３】
なお、上記実施の形態においては、常時位相補償を行うようにした場合について説明したが、上述のように、走行速度が低速であるときに膨らんだリサージュ波形となる傾向が強い。したがって、少なくとも、加減速度−スリップ率特性が膨らんだリサージュ波形となる傾向の強い走行速度が低速である時に位相補償処理を行うようにしてもよい。つまり、予め加減速度−スリップ率特性が膨らんだリサージュ波形となる傾向の強い走行速度の範囲を検出してこれに応じて走行速度のしきい値を設定しておき、走行速度がしきい値を下回るときに、位相補償処理を行うようにしてもよく、このようにすることによって、膨らんだリサージュ波形となり位相補償処理を行う必要のあるときに加減速度−スリップ率特性を１本の直線に近づけることができ、路面摩擦係数の推定精度を効果的に向上させることができる。
【００４４】
また、図８（ａ）に示す走行速度２０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行した場合と、図８（ｅ）に示す、走行速度２０〔ｋｍ／ｈ〕で加減速走行し、且つ加減速度の微分値が大きい場合とを比較した場合、走行速度が同等であっても、加減速度の微分値の大きさが大きい場合にはリサージュが膨らむ傾向にあることがわかる。
したがって、加減速度−スリップ率特性が膨らんだリサージュ波形となる傾向の強い、加減速度の微分値の絶対値が大きい場合に位相補償処理を行うようにしてもよい。つまりこの場合も、加減速度−スリップ特性が膨らんだリサージュ波形となる傾向の強い、加減速度の微分値の絶対値を検出してこれに応じてしきい値を設定しておき、加減速度の微分値の絶対値がしきい値を超えるときに、位相補償処理を行うようにしてもよい。このようにすることによって、膨らんだリサージュ波形となるときに、的確に加減速度−スリップ率特性のリサージュを１本の直線に近づけることができ、路面摩擦係数の推定精度を効果的に向上させることができる。
【００４５】
さらに、このように低速時には膨らんだリサージュ波形となる傾向が強く、また、加減速度の微分値の絶対値が大きい場合に膨らんだリサージュ波形となる傾向が強いことを考慮し、低速時又は加減速度の微分値の絶対値が大きい場合に、位相補償処理を行うようにしてもよく、このように、膨らんだリサージュ波形となる傾向が強いときに位相補償処理を行うことによって、路面摩擦係数の推定精度を効果的に向上させることができる。
【００４６】
また、上記実施の形態においては、フィルタ処理後のスリップ率Ｓに対して位相補償処理を行うようにした場合について説明したが、これに限るものではなく、フィルタ処理後の車両加減速度Ａｆに対して位相補償処理を行うようにすることも可能である。ここで、上述のように前記スリップ率に対する位相補償処理では、スリップ率の位相を遅らせるようにしているため、高周波入力に対するゲインも下がることからノイズによる影響をさらに小さくすることができる。一方、車両加減速度Ａｆに対して位相補償処理を行う場合には、車両加減速度Ａｆの位相を進ませる。このように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、ノイズの影響を受けやすくなるが、その反面応答性を向上させることができるという効果を得ることができる。
【００４７】
したがって、応答性及び高周波入力に対するゲインを考慮して、スリップ率及び車両加減速度の何れかに対して位相補償処理を行うようにすればよい。また、スリップ率Ｓ及び車両加減速度Ａｆの双方に対して位相補償処理を行うようにすることも可能である。
また、上記実施の形態においては、路面摩擦係数推定装置を独立した装置として構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、車輪速センサ１ＦＬ〜１ＲＲの検出信号を入力する既存の制御装置、例えば、アンチスキッド制御を行うＡＢＳコントローラに、上述の路面摩擦係数推定の演算処理を組み込むようにしてもよい。
【００４８】
また、上記実施の形態においては、前記各車輪速度に基づいて、スリップ率及び車両加減速度を算出するようにした場合について説明したが、車輪速度に基づいてスリップ率及び車輪加減速度を算出する場合に限るものではなく、例えば、前後加速度センサ等の前後加速度検出手段によって車両加減速度を検出するようにした場合であっても適用することができ、要は、スリップ率及び車輪加減速度間の関係式に基づいて路面摩擦係数を推定する場合であれば適用することができる。
【００４９】
なお、上記実施の形態において、車輪速センサ１ＦＬ〜１ＲＲ及び図３のステップＳ１の処理が車輪速度検出手段に対応し、ステップＳ２〜Ｓ４で加減速度を算出する処理及びスリップ率を算出する処理が第１の演算手段に対応し、ステップＳ３で加減速度に対してフィルタ処理を行う処理及びステップＳ６でスリップ率に対してフィルタ処理を行う処理がデジタルフィルタに対応し、前記ステップＳ６でスリップ率に対して位相補償処理を行う処理が位相補償手段に対応し、ステップＳ７の処理が第２の演算手段に対応し、ステップＳ１０の処理が摩擦係数推定手段に対応し、ステップＳ２で従動輪速度Ｖｆを算出する処理が走行速度検出手段に対応し、ステップＳ５の処理が特性設定手段に対応し、ステップＳ６の処理がフィルタ及び位相補償手段に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明における路面摩擦係数推定装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図１の推定処理部３の機能構成を示すブロック図である。
【図３】推定処理部３で実行される演算処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】図３の演算処理で用いられる制御マップである。
【図５】路面摩擦係数μとスリップ率Ｓとの関係を表す対応図である。
【図６】位相補償を行った場合の、加減速度とスリップ率との対応を表す、加減速度−スリップ率特性図である。
【図７】位相補償を行った場合の、回帰係数の一例である。
【図８】位相補償を行わない場合の、加減速度とスリップ率との対応を表す、加減速度−スリップ率特性図である。
【図９】位相補償を行わない場合の、回帰係数の一例である。
【符号の説明】
【００５１】
１ＦＬ〜１ＲＲ  車輪速センサ
２ＦＬ〜２ＲＲ  車輪
３  推定処理部
１１  車輪速度演算部
１２  スリップ率演算部
１３  ローパスフィルタ処理部
１４  位相補償器
１５  位相補償器特性設定部
１６  ローパスフィルタ処理部
１７  回帰係数演算部
【図１】
2005231591.tif 000011
【図２】
2005231591.tif 000012
【図３】
2005231591.tif 000013
【図４】
2005231591.tif 000014
【図５】
2005231591.tif 000015
【図６】
2005231591.tif 000016
【図７】
2005231591.tif 000017
【図８】
2005231591.tif 000018
【図９】
2005231591.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月14日(2004.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
また、上記従来の方法においては、前記従動輪の車輪速度に基づいて車両の加減速度を算出する際に、従動輪の車輪速度を検出する車輪速センサの検出信号に含まれるノイズ除去のためのフィルタとして、移動平均法或いは加重移動平均法を用いるようにしているが、この方式では、フィルタ特性が、平均を取るための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り、また、移動平均法或いは加重移動平均法では、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現実性に乏しいという問題もある。
そこで、この発明は上記従来の未解決の課題に着目してなされたものであり、フィルタの設計の自由度を向上させ、摩擦係数の推定精度をより向上させることの可能な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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
次いで、ステップＳ８に移行し、車両加減速度Ａｆ* と位相補償後のスリップ率Ｓ*-との間の相関の強さを表す決定係数Ｒ2 を算出する。具体的には、ステップＳ７で算出した回帰係数Ｋ１とＫ２との乗算値を前記決定係数Ｒ2 とする。
次いで、ステップＳ９に移行し、ステップＳ８で算出した決定係数Ｒ2 と予め設定したしきい値（例えば、０．８程度）とを比較する。そして、決定係数Ｒ2 が前記しきい値よりも大きいときには、スリップ率Ｓ*-と車両加減速度Ａｆ* との間に相関関係があって得られた回帰係数Ｋ１、Ｋ２は適切であると判断し、ステップＳ１０に移行する。一方、決定係数Ｒ2 が前記しきい値よりも大きくないときにはスリップ率Ｓ*-と車両加減速度Ａｆ* との間には相関がなく、得られた回帰係数Ｋ１、Ｋ２は不適切であると判断し、路面摩擦係数の推定は行わずそのまま処理を終了する。
そして、前記ステップＳ１０では、前記ステップＳ７で算出した回帰係数Ｋ１又はＫ２に基づいて、路面摩擦係数推定値を確定する。ここでは、前記回帰係数Ｋ２に基づいて、回帰係数Ｋ２の値に応じて路面摩擦係数推定値を次式（９）のように確定する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
また、このとき、スリップ率Ｓに対するフィルタ処理及び車両加減速度Ａｆ算出過程におけるフィルタ処理を行う際に、従来のような移動平均法や加重移動平均法等に替えて、デジタルフィルタ処理を行うようにしているから、フィルタの周波数領域でのゲイン特性及び位相特性の設計を容易に行うことができ、これによって、位相補償器を任意に設計することが可能となり、位相補償器の設計の自由度を向上させることができる。したがって、路面摩擦係数の推定精度をより向上させることができる。  
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
また、フィルタ処理方法として、移動平均法や加重移動平均法等を用いた場合には、ある程度の過去値を保存しておく必要があり、その分多くの記憶領域を必要とすることになる。しかしながら、上述のようにデジタルフィルタ処理を行う場合には、移動平均法や加重移動平均法等を用いた場合に比較して、より少ない量の過去値を記憶しておけばよく、また、加重移動平均処理のように二重にフィルタを施すことなく同等の性能を持つフィルタを設計することができるから、メモリ領域の占有量、演算処理量、演算時間等の観点から、リアルタイム処理に有利である。したがって、特に、リアルタイム処理が要求される車載システムに好適である。