(57)【要約】【課題】自車両の車輪速度により、路面とタイヤとの間の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定装置において、より正確な路面摩擦係数を安定して推定する。【解決手段】自車両の加速度とタイヤのスリップ率との関係を補正し、補正された車両加速度とスリップ率とに基づいて、車両加速度とスリップ率との回帰係数を算出し、この回帰係数と予め設定された回帰係数閾値とを比較することにより路面摩擦係数を推定する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自車両の車輪速度を検出する車輪速検出手段と、自車両の加速度を検出する加速度検出手段と、前記車輪速検出手段で検出した車輪速度によりタイヤのスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、自車両の加速度と前記スリップ率演算手段で算出したスリップ率との回帰係数を求める回帰係数演算手段と、前記回帰係数演算手段で算出した回帰係数と予め設定した所定値とを比較することにより路面とタイヤとの間の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段とを備えた路面摩擦係数推定装置において、
自車両の加速度とタイヤのスリップ率との関係を補正する加速度補正手段を有し、前記回帰係数演算手段は、前記加速度補正手段で補正された加速度と前記スリップ率演算手段で算出されたスリップ率とに基づいて回帰係数を算出することを特徴としている路面摩擦係数推定装置。
【請求項２】
前記加速度補正手段は、加速度の時間あたりの変化量に基づいて算出された加速度補正量を用いて、自車両の加速度とタイヤのスリップ率との関係を補正することを特徴としている請求項１に記載の路面摩擦係数推定装置。
【請求項３】
前記加速度補正手段は、加速度の時間あたりの変化量と加速度補正量との関係を所定の関数で近似して、加速度の時間あたりの変化量に応じた加速度補正量を算出し、この加速度補正量を用いて自車両の加速度とタイヤのスリップ率との関係を補正することを特徴としている請求項１又は２に記載の路面摩擦係数推定装置。
【請求項４】
前記加速度補正手段は、加速度の時間あたりの変化量と加速度補正量との関係を所定の一次関数で近似して、加速度の時間あたりの変化量に応じた加速度補正量を算出し、この加速度補正量を用いて自車両の加速度とタイヤのスリップ率との関係を補正することを特徴としている請求項３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、車輪の回転速度を用いて路面とタイヤとのあいだの摩擦係数（路面摩擦係数）を推定する路面摩擦係数推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の路面摩擦係数推定装置としては、車輪の回転速度（車輪速）より車両の加速度とタイヤのスリップ率とを演算し、加速度とスリップ率との互いの一次の回帰係数即ち傾きを求め、この回帰係数と予め設定された閾値とを比較することにより、タイヤと路面との間の摩擦係数を推定するというものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３３４９２０号公報（第６頁、図３）
【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、上記従来の路面摩擦係数推定装置にあっては、車両加速度は、タイヤやサスペンション系の動特性などにより、スリップ率に対して位相遅れが生じるため、車両加速度とスリップ率との関係が非線形となって回帰係数がばらつくことにより、路面摩擦係数が正確に推定できないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、より正確な路面摩擦係数を安定して推定することが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】
【０００４】
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装置は、加速度補正手段で自車両の加速度とタイヤのスリップ率との関係を補正し、回帰係数演算手段で、前記加速度補正手段で補正された加速度とスリップ率演算手段で算出されたスリップ率とに基づいて回帰係数を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、自車両の加速度とタイヤのスリップ率との関係を補正し、補正後の加速度とスリップ率とに基づいて回帰係数を算出するので、加速度とスリップ率との非線形な関係を線形に近づけて、ばらつきのない回帰係数を求めることができると共に、より正確な路面摩擦係数を安定して推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明を後輪駆動車に適用した場合の実施形態を示す概略構成図であり、図中、１ＦＬ，１ＦＲは従動輪としての前輪、１ＲＬ，１ＲＲは駆動輪としての後輪であって、各車輪１ＦＬ〜１ＲＲには、回転速度即ち所謂車輪速度Ｖｗi（ｉ＝ＦＬ〜ＲＲ）を検出する車輪速検出手段としての車輪速度センサ２ＦＬ〜２ＲＲが設置されており、この車輪速センサ２ＦＬ〜２ＲＲからの信号は、路面摩擦係数推定コントローラ３に入力される。また、後輪１ＲＬ，１ＲＲは、エンジン４の駆動力が自動変速機５、プロペラシャフト６、最終減速装置７及び車軸８を介して伝達されて回転駆動される。
【０００８】
この車輪速センサ２ＦＬ〜２ＲＲには、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から回転速度を測定する車輪速センサ、またはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧から回転速度を測定するものを含む角速度センサなどを用いる。
路面摩擦係数推定コントローラ３では、車輪速センサ２から入力された各輪の車輪速から車両加速度及びスリップ率を演算し、車両加速度とスリップ率との回帰係数を求め、この回帰係数と予め設定した回帰係数閾値とを比較することで、タイヤと路面との間の摩擦係数を推定する。
【０００９】
なお、路面摩擦係数推定コントローラ３は、必ずしも他のシステムから独立して設置する必要はなく、同様に車輪速センサ２ＦＬ〜２ＲＲからの信号を入力とするＡＢＳなどのコントローラに上記路面摩擦係数推定プログラムを組み込むことでも可能である。
また、路面摩擦係数推定コントローラ３では、図２に示す路面摩擦係数推定処理を実行する。
この路面摩擦係数推定処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）毎のタイマ割込処理として実行され、先ず、ステップＳ１で、各車輪速センサ２ＦＬ〜２ＲＲで検出した車輪速度Ｖｗi（ｉ＝ＦＬ〜ＲＲ）を読み込む。
【００１０】
次いでステップＳ２に移行して、前記ステップＳ１で読込んだ車輪速度Ｖｗiのうち、駆動輪である後左右輪速度ＶｗRL、ＶｗRRの平均値を平均駆動輪速度Ｖｄ、従動輪である前左右輪速度ＶｗFL、ＶｗFRの平均値を平均従動輪速度Ｖｆとして下記（１）式をもとに算出する。
Ｖｄ＝（ＶｗRR＋ＶｗRL）／２
Ｖｆ＝（ＶｗFR＋ＶｗFL）／２  ………（１）
次にステップＳ３に移行して、従動輪の加速度即ち車両加速度Ａｆを下記（２）式をもとに算出する。
Ａｆ＝（Ｖｆ(n)−Ｖｆ(n-1)）／Δｔ  ………（２）
ここで、Ｖｆ(n)は今回の平均従動輪速度、Ｖｆ(n-1)は前回の平均従動輪速度、Δｔはタイマ割込周期（サンプリング時間）である。
【００１１】
次いでステップＳ４に移行して、車両加速度Ａｆの符号判定を行う。ステップＳ４の判定結果がＡｆ≧０であるときには、ステップＳ５に移行して（３）式をもとにスリップ率Ｓを算出してからステップＳ７に移行し、Ａｆ＜０であるときには、ステップＳ６に移行して（４）式をもとにスリップ率Ｓを算出してからステップＳ７に移行する。
Ｓ＝（Ｖｄ−Ｖｆ）／Ｖｄ  ………（３）
Ｓ＝（Ｖｄ−Ｖｆ）／Ｖｆ  ………（４）
【００１２】
ステップＳ７では、車両加速度Ａｆとスリップ率Ｓの移動平均処理を行う。路面の凹凸などにより、車輪速センサ２ＦＬ〜２ＲＲで検出した車輪速度Ｖｗiにはノイズ成分が含まれており、この車輪速度Ｖｗiに基づいて算出された車両加速度Ａｆやスリップ率Ｓにもノイズが含まれるため、このまま路面摩擦係数を推定すると精度が落ちる。そこで、車両加速度Ａｆとスリップ率Ｓのノイズを除去する目的で下記（５）、（６）式をもとに、移動平均処理後の車両加速度ＭＡｆと移動平均処理後のスリップ率ＭＳを算出する。
ＭＡｆ(N)＝Ｎ・ＭＡｆ(N-1)／（Ｎ＋１）＋Ａｆ(N)／（Ｎ＋１）  ………（５）
ＭＳ(N)＝Ｎ・ＭＳ(N-1)／（Ｎ＋１）＋Ｓ(N)／（Ｎ＋１）  ………（６）
ここで、Ｎ＝０，１，２，…、Ａｆ(N)は今回の車両加速度、ＭＡｆ(N)は今回の移動平均処理後の車両加速度、ＭＡｆ(N-1)は前回の移動平均処理後の車両加速度、Ｓ(N)は今回のスリップ率、ＭＳ(N)は今回の移動平均処理後のスリップ率、ＭＳ(N-1)は前回の移動平均処理後のスリップ率である。
【００１３】
次にステップＳ８に移行して、前記ステップＳ７で算出した移動平均処理後の車両加速度ＭＡｆと移動平均処理後のスリップ率ＭＳに対して加重移動平均処理を行う。一度の移動平均処理では十分にノイズ成分や変動を抑えきれない場合があるため、さらに移動平均を行って加重移動平均処理後の車両加速度ＤＡｆと加重移動平均処理後のスリップ率ＤＳを算出する。これにより、演算に必要なデータ数の増加を抑えつつ、ノイズ等を低減することができる。
【００１４】
ＤＡｆ＝（ＭＡｆ(1)＋ＭＡｆ(2)＋…＋ＭＡｆ(M-1)＋ＭＡｆ(M)）／Ｍ  ………（７）
ＤＳ＝（ＭＳ(1)＋ＭＳ(2)＋…＋ＭＳ(M-1)＋ＭＳ(M)）／Ｍ  ………（８）
ここで、Ｍは加重移動平均処理に用いるデータの数である。また、ＭＡｆ(M)は今回の移動平均処理後の車両加速度、ＭＡｆ(M-1)は前回の移動平均処理後の車両加速度、ＭＡｆ(1)はＭ−１回前の移動平均処理後の車両加速度であり、ＭＳ(M)は今回の移動平均処理後のスリップ率、ＭＳ(M-1)は前回の移動平均処理後のスリップ率、ＭＳ(1)はＭ−１回前の移動平均処理後のスリップ率である。
【００１５】
車両加速度とスリップ率との関係は、路面摩擦係数μとスリップ率Ｓとの関係（μ−Ｓ曲線）と同等であり、μ−Ｓ曲線は、路面摩擦係数の違いにより、図３に示すように高摩擦係数路（高μ路）であるほど立ち上がり勾配が急になる。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るため、Ｙ＝ａＸ＋ｂという方程式で表すことができる。この直線の傾きａを求めることで路面摩擦係数μを推定することができる。
【００１６】
しかし、車両加速度はタイヤやサスペンション系の動特性などにより、スリップ率に対して位相遅れが生じる。このため、図４(a)に示すように車両加速度とスリップ率との関係が非線形となって傾きがばらつくことにより、路面摩擦係数推定の精度悪化、及び推定不可能な割合が増加する。
そこで、車両加速度とスリップ率との関係が直線に近づくように車両加速度を補正する必要がある。車両加速度の補正は、車両加速度の時間あたりの変化量（加加速度）に基づいて行う。これは、加加速度によって加速度の位相遅れが異なるため、加加速度に応じた加速度補正量を設定し、加速度の位相遅れを補正することにより、図４(b)に示すように車両加速度とスリップ率との関係を直線に近づけることができるためである。なお、ここでスリップ率を補正することも考えられるが、この場合は加速度の位相遅れに合わせてスリップ率を遅らせることになり、路面摩擦係数推定タイミングが遅れることになるので好ましくない。
【００１７】
先ずステップＳ９では、加重移動平均処理後の車両加速度ＤＡｆに基づいて、加加速度ＤｄＡｆを下記（９）をもとに算出し、ステップＳ１０に移行する。
ＤｄＡｆ＝（ＤＡｆ(n)−ＤＡｆ(n-1)）／Δｔ  ………（９）
ここで、ＤＡｆ(n)は今回の加重移動平均処理後の車両加速度、ＤＡｆ(n-1)は前回の加重移動平均処理後の車両加速度、Δｔはサンプリング時間である。
【００１８】
ステップＳ１０では、下記（１０）式をもとに加速度補正量ＤＡｆ＿ｃｏｍｐを算出する。
ＤＡｆ＿ｃｏｍｐ＝ＣＡ×ＤｄＡｆ  ………（１０）
ここで、ＣＡは予め設定された定数であり、実験データに基づいて加速度補正量ＤＡｆ＿ｃｏｍｐと加加速度ＤｄＡｆとの関係を、図５に示すような一次関数で近似したときの直線の傾きに対応している。
【００１９】
次いでステップＳ１１に移行して、下記（１１）式をもとに補正後の車両加速度ＤＡｆ＿Ｃを算出する。
ＤＡｆ＿Ｃ＝ＤＡｆ＋ＤＡｆ＿ｃｏｍｐ  ………（１１）
これにより、スリップ率に対する位相遅れが補正された車両加速度ＤＡｆ＿Ｃが求まる。
次にステップＳ１２では、補正後の車両加速度ＤＡｆ＿Ｃと加重移動平均処理後のスリップ率ＤＳとの互いの一次の回帰係数、即ちスリップ率ＤＳの車両加速度ＤＡｆ＿Ｃに対する回帰係数Ｋ0と、車両加速度ＤＡｆ＿Ｃのスリップ率ＤＳに対する回帰係数Ｋをそれぞれ（１２）、（１３）式をもとに算出する。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
また、Ｐは回帰係数演算に用いるデータの数である。
前述したように、μ−Ｓ曲線はＹ＝ａＸ＋ｂという方程式で表すことができる。前記（１２）及び（１３）式により算出した回帰係数Ｋ0及びＫは、直線Ｙ＝ａＸ＋ｂの係数ａを求めたものであり、直線の勾配を意味している。ここでＹをスリップ率とするか車両加速度とするかにより、ａ＝Ｋ0であったりａ＝Ｋであったりする。本実施形態では、Ｙを車両加速度として回帰係数Ｋの値で路面摩擦係数を推定するが、Ｙをスリップ率として回帰係数Ｋ0の値から路面摩擦係数を推定してもよい。
次いでステップＳ１３に移行して下記（１４）式をもとに相関係数Ｒを算出してからステップＳ１４に移行する。
Ｒ＝Ｋ0×Ｋ  ………（１４）
このようにして得られた相関係数Ｒにより、回帰係数Ｋ0及びＫが適切であるか否かを判断することができる。
【００２２】
ステップＳ１４では、相関係数Ｒが相関係数閾値ＲTH（例えば、０．６）より大きいか否かを判定し、Ｒ＞ＲTHであるときには、スリップ率と車両加速度との間に相関があり、得られた回帰係数Ｋ0及びＫは適切であると判断してステップＳ１５へ移行し、Ｒ≦ＲTHであるときには、スリップ率と車両加速度との間に相関がなく、得られた回帰係数Ｋ0及びＫは不適切であると判断して、路面摩擦係数を推定せずにそのままタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００２３】
ステップＳ１５では、回帰係数Ｋが、高摩擦係数路（高μ路）の判定をする回帰係数閾値ＫH（例えば、１００）以上であるか否かを判定し、Ｋ≧ＫHであるときには、高摩擦係数路であると判断してステップＳ１６に移行し、路面摩擦係数μ＝０．７以上であると推定する。
一方、ステップＳ１５の判定結果がＫ＜ＫHであるときには、ステップＳ１７に移行して、回帰係数Ｋが、低摩擦係数路（低μ路）の判定をする回帰係数閾値ＫL（例えば、２５）より小さいか否かを判定する。Ｋ＜ＫLであるときには、低摩擦係数路であると判断してステップＳ１８に移行し、路面摩擦係数μ＝０．３以下であると推定し、Ｋ≧ＫLであるときには、中摩擦係数路（中μ路）であると判断してステップＳ１９に移行し、路面摩擦係数μ＝０．３〜０．７であると推定してタイマ割込処理を終了して所定のメインプログラムに復帰する。
【００２４】
図２の路面摩擦係数推定処理において、ステップＳ４〜Ｓ６の処理がスリップ率検出手段に対応し、ステップＳ９〜Ｓ１１の処理が加速度補正手段に対応し、ステップＳ１２の処理が回帰係数演算手段に対応し、ステップＳ１５〜Ｓ１９の処理が路面摩擦係数推定手段に対応している。
したがって、今、路面摩擦係数μ＝０．３均一の路面を、図６(a)に示すように車速度６０ｋｍ／ｈを中心として約±１ｋｍ／ｈの加減速で走行しているものとする。この場合には、図２の路面摩擦係数推定処理のステップＳ３で車両加速度Ａｆが算出され、この車両加速度Ａｆに基づいてステップＳ５又はＳ６でスリップ率Ｓが算出される。次いでステップＳ７の移動平均処理で車両加速度ＭＡｆ及びスリップ率ＭＳを算出してステップＳ８に移行し、ステップＳ８の加重移動平均処理で車両加速度ＤＡｆ及びスリップ率ＤＳを算出することにより、車両加速度及びスリップ率に含まれるノイズの除去を行う。
【００２５】
次いでステップＳ９に移行して加加速度ＤｄＡｆを算出し、この加加速度ＤｄＡｆに基づいてステップＳ１０で前記（１０）式により加速度補正量ＤＡｆ＿ｃｏｍｐを算出する。そして、ステップＳ１１で、加速度補正量ＤＡｆ＿ｃｏｍｐを車両加速度ＤＡｆに加算することにより、車両加速度とスリップ率との関係を直線に近づけるように補正された車両加速度ＤＡｆ＿Ｃを算出し、この補正後の車両加速度ＤＡｆ＿Ｃを用いてステップＳ１２で前記（１２）及び（１３）式をもとに回帰係数Ｋ0及びＫが算出される。ここで算出された回帰係数Ｋは図６(d)に示すようになる。次いでステップＳ１３で前記（１４）式により図６(e)に示すような相関係数Ｒが算出される。図６(e)に示すように相関係数Ｒは相関係数閾値ＲTHである０．６を常に超えており、図６(d)に示すように回帰係数Ｋの値はほぼ２５であるので、ステップＳ１９で、走行路は中摩擦係数路（中μ路）であると判断して路面摩擦係数μ＝０．３〜０．７と推定する。
【００２６】
このように、加加速度に基づいて車両加速度ＤＡｆとスリップ率Ｓとの関係を補正した後に回帰係数Ｋ0及びＫを算出するので、図４(a)に示すような車両加速度とスリップ率との非線形な関係を、図４(b)に示すような線形な関係に補正して回帰係数のばらつきを抑制することができ、回帰係数がばらつくことによる相関係数が小さくなる領域の増加を抑制して、常に安定して路面摩擦係数の推定を行うことができる。
【００２７】
一方、上記と同じ走行条件で、図２の路面摩擦係数推定処理におけるステップＳ９〜Ｓ１１の加速度補正を行わずに、路面摩擦係数推定処理を行った場合には、図７(b)に示すように車両加速度が最大又は最小となる付近で、図７(e)に示す相関係数Ｒの値が小さくなっており、このときの回帰係数Ｋは図７(d)に示すように大きく変動し、不適切な値であることがわかる。このとき、相関係数Ｒは相関係数閾値ＲTHである０．６以下となっているため、路面摩擦係数の推定は不可能となる。
【００２８】
したがって、図６と図７を比較すると、車両加速度の補正を行って路面摩擦係数推定処理を行った場合には、回帰係数Ｋの変動が小さく、さらに相関係数Ｒの値はほとんどの領域で“１”となることがわかる。つまり車両加速度の補正を行うことにより、加速度の位相遅れが改善され、路面摩擦係数推定処理時間内のすべての領域で路面摩擦係数の推定が可能となる。
【００２９】
このように、上記実施形態では、加加速度に応じて加速度補正量を算出し、この加速度補正量によって補正を施した車両加速度を回帰係数演算に用いることで、車両加速度とスリップ率との関係を直線に近づけて両者の相関を上げた状態で回帰係数を算出することができるので、回帰係数のばらつきを抑えて相関係数を大きく保つことができると共に、路面摩擦係数推定の精度悪化及び推定不可能な割合の増加を抑制することができる。
【００３０】
また、加加速度に応じて設定した加速度補正量を用いて車両加速度の位相遅れを補正するので、加加速度によって異なる車両加速度の位相遅れ量を適切に補正することができ、車両加速度とスリップ率との関係を直線に近づけることができる。
さらに、加加速度と加速度補正量との関係を、実験結果に基づいて一次関数で近似することで、加加速度に基づいて簡単な数式で加速度補正量を算出して車両加速度の補正を行うことができるので、加加速度と加速度補正量との関係をマップ化する場合などに比べて加速度補正量算出プログラム容量を少なくできると共に、算出時間の短縮が可能となる。
【００３１】
なお、上記実施形態においては、（５）及び（６）式をもとに移動平均処理を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２次フィルタ（ローパスフィルタ）等のデジタルフィルタ処理を行うようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、加速度検出手段として、車速センサで検出した自車両の車輪速度から車両加速度を算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、自車両に発生する前後加速度を検出する加速度センサを適用するようにしてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態においては、後輪駆動車に本発明を適用した場合について説明したが、前輪駆動車に本発明を適用することもでき、また回転駆動源としてエンジン２を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電動モータを適用することもでき、さらには、エンジンと電動モータとを使用するハイブリッド仕様車にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の路面摩擦係数推定コントローラにおける路面摩擦係数推定処理手順を示すフローチャートである。
【図３】路面摩擦係数μとスリップ率Ｓとの関係（μ−Ｓ曲線）を示す図である。
【図４】車両加速度とスリップ率との関係を示す図である。
【図５】車両加速度の時間あたりの変化量（加加速度）と加速度補正量との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施形態における路面摩擦係数推定処理のシミュレーション結果である。
【図７】本発明の実施形態における路面摩擦係数推定処理において加速度補正を行わない場合のシミュレーション結果である。
【符号の説明】
【００３４】
１ＦＬ〜１ＲＲ  車輪
２ＦＬ〜２ＲＲ  車輪速センサ
３  路面摩擦係数推定コントローラ
４  エンジン
５  自動変速機
【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５】
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【図６】
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【図７】
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