(57)【要約】【課題】  路面の摩擦係数を検出する車両において、摩擦係数の検出回数を抑制するための予備的な路面状態検出装置を提供する。【解決手段】  車両の路面状態検出装置において、車輪の車輪回転速度を検出する車輪回転速度検出手段（ステップＳ１１）と、車両回転速度検出手段で検出された車両回転速度を周波数解析する周波数解析手段（ステップＳ１１）と、周波数解析手段により解析された解析結果に基づいて、路面状態の検出時期の到来を判定する路面状態変化判定手段（ステップＳ１６）とを備えることを特徴としている。【選択図】  図１
2005306110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の路面状態検出装置において、
車輪の回転速度を検出する車輪回転速度検出手段と、
車輪回転速度検出手段で検出された車輪回転速度を周波数解析する周波数解析手段と、
周波数解析手段により解析された解析結果に基づいて、路面状態の検出時期の到来を判定する路面状態変化判定手段と
を備えることを特徴とする路面状態検出制御装置。
【請求項２】
前記路面状態変化判定手段が路面摩擦係数の高・低の判断手段を更に備えている請求項１に記載の路面状態検出制御装置。
【請求項３】
前記路面状態変化判定手段が検出された車輪回転速度の特定の周波数領域の強度が第１の所定値以上であり、かつ第２の所定値以下である場合に路面状態が高摩擦係数状態から低摩擦係数状態に変化したものと判定する請求項１に記載の路面状態検出制御装置。
【請求項４】
前記路面状態変化判定手段が検出された車輪回転速度の特定の周波数領域の強度が第３の所定値以上であり、かつ第４の所定値以下である場合に路面状態が低摩擦係数状態から高摩擦係数状態に変化したものと判定する請求項１または３に記載の路面状態検出制御装置。
【請求項５】
前記路面状態変化判定手段で路面状態が変化したと判断されたときに、前記周波数領域のゲインの最も小さい車輪を路面摩擦係数検出の対象として選択する摩擦係数検出選択手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の路面状態検出制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両の走行中に路面状態の変化を検出する路面状態検出制御装置を備えた車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の走行性能を高めるために、様々な走行制御がおこなわれている。例えば、路面状況に応じて、車輪の前後や左右の駆動力比を変化させる制御がおこなわれる場合がある。このような場合、路面状況を的確に検出する手段が必要となる。
【０００３】
路面状況は、路面の摩擦係数の変化としてとらえることが可能であるが、摩擦係数は車両の状態量として直接把握することができない。そこで、特許文献１の発明は、車輪に追加駆動力を加え、車輪速の変化から車輪のスリップ時点を検出し、スリップ時点での車輪に加わる各種の力から摩擦係数を求めるように構成されている。
【０００４】
また、特許文献２の発明は、ある車輪に追加駆動力を発生させた場合に、他の車輪に制動力を発生させることで車両の加減速感を防止しつつ、車輪がスリップしたときの車輪速の時間変化から路面摩擦係数を推定するように構成されている。
【特許文献１】特開２００１−１７１５０４号公報
【特許文献２】特開２００１−３５４１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の発明によれば、摩擦係数を検出しようとする車輪にスリップを発生させて、そのときの車輪の速度変化を検出するので、実際の路面摩擦係数を精度良く検出できる。また、特許文献２の発明によれば、摩擦係数検出のために駆動力を加えたときに発生する加減速感を防止することができる。
【０００６】
しかし、車輪にスリップを発生させるための駆動力を追加しなければならないので、駆動系の負担が増大する。また、路面状態は走行中に時々刻々変化するので従来では定期的に駆動力を付加しており、その駆動力による加速度を抑制するための制動力をブレーキを介して車輪に加えなければならず、制動系の負担についても増大する。すなわち、定期的にブレーキをかけることになるので、ブレーキパッドが早期に損耗したり、繰り返し制動をおこなうことによりブレーキの摩擦面が高温となり摩擦が低下する現象等が発生しやすくなる問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、繰り返し制動を回避するために路面状態の検出のタイミングを最適化する手段を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の技術的課題を解決するために、この発明は、本格的な路面摩擦係数に先だって路面状態の変化を検出することを特徴とする。より具体的には、請求項１の発明は、車両の路面状態検出装置において、車輪の回転速度を検出する車輪回転速度検出手段と、車輪回転速度検出手段で検出された車輪回転速度を周波数解析する周波数解析手段と、周波数解析手段により解析された解析結果に基づいて、路面状態の検出時期の到来を判定する路面状態変化判定手段とを備えることを特徴とする制御装置である。
【０００９】
また、請求項２の発明は、前記路面状態変化判定手段が路面摩擦係数の高・低の判断手段を更に備えている請求項１に記載の制御装置である。
【００１０】
さらに、請求項３の発明は、前記路面状態変化判定手段が検出された車輪回転速度の特定の周波数領域の強度が第１の所定値以上であり、かつ第２の所定値以下である場合に路面状態が高摩擦係数状態から低摩擦係数状態に変化したものと判定する請求項１に記載の制御装置である。
【００１１】
そして、請求項４の発明は、前記路面状態変化判定手段が検出された車輪回転速度の特定の周波数領域の強度が第３の所定値以上であり、かつ第４の所定値以下である場合に路面状態が低摩擦係数状態から高摩擦係数状態に変化したものと判定する請求項１または３に記載の制御装置である。
【００１２】
さらに、請求項５の発明は、前記路面状態変化判定手段で路面状態が変化したと判断されたときに、前記周波数領域のゲインの最も小さい車輪を路面摩擦係数検出の対象として選択する摩擦係数検出選択手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の制御装置である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明によれば、路面摩擦係数の正確な検出に先立って路面状態の変化の検出がおこなわれる。つまり、路面状態に変化が発生しなければ、追加駆動力付与による路面摩擦係数の検出動作はおこなう必要がない。したがって、一定周期で繰り返して路面摩擦係数の検出動作をおこなう必要はなく、駆動系や制御系の負担を軽減することができる。
【００１４】
また請求項２ないし４のいずれか発明によれば、車輪の回転速度の特定の周波数領域のゲインの大きさによって、路面状態が変化したか否かの判定がおこなわれる。したがって、車輪に追加駆動力または制動力を与えることなく路面状態が検出できるので、継続的に路面状態の検出をおこなうことができる。
【００１５】
さらに請求項５の発明によれば、四輪のうち最も摩擦係数が小さいと思われる車輪を選択することが可能であり、この制御に続く車両運動制御を的確におこなうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、この発明を具体例を用いて説明する。図３はこの発明で対象とする四輪操舵の四輪駆動車についての模式図である。ここに示す四輪駆動車は、前置きエンジン前輪駆動車を前提とするものであって、エンジン１がトランスミッション（変速機）およびトランスファならびに前部ディファレンシャルを含むトランスアクスル２に連結されている。そして前部ディファレンシャルはドライブシャフト４を介して前輪５，６に連結されている。また、トランスファにプロペラシャフト７を介して後部ディファレンシャル８が連結され、さらに後部ディファレンシャル８はドライブシャフト９を介して後輪１０，１１が連結されている。
【００１７】
各車輪５，６，１０，１１にはそれぞれの回転速度を検出する回転速度センサ１４，１５，１６，１７と、各車輪５，６，１０，１１の制動をおこなうブレーキ機構１８，１９，２０，２１が設けられている。
【００１８】
また、前輪５，６の操舵をおこなうステアリング装置１が設けられており、この前輪ステアリング装置１３には、ステアリングホイールおよびステアリングリンケージならびに油圧アクチュエータや操舵角センサなどが含まれ、ステアリングホイールの操作に応じて前輪５，６が操舵されるように構成されている。また、後輪１０，１１には電気的に制御されて後輪１０，１１に舵各を与える操舵機構１２が連結され、ＥＣＵ１００を介したステアリング装置１３からの指令によって、後輪１０，１１の操舵をおこなうように構成されている。
【００１９】
これらの回転速度センサ１４，１５，１６，１７やブレーキ機構１８，１９，２０，２１はＥＣＵ１００に接続されている。また、ディファレンシャル８や操舵機構１２もＥＣＵ１００に接続されている。すなわち、ＥＣＵ１００が車両全体の制御をおこなうように構成されている。
【００２０】
前記トランスアクスル２にはトランスファの差動作用による前後輪側へのトルク分配率を制御する摩擦係合装置、および、前部ディファレンシャルの差動作用による左右の前輪５，６に対するトルクの分配率を制御するための摩擦係合装置（図示せず）が設けられ、また後部ディファレンシャル８にはその差動作用による左右の後輪１０，１１に対するトルク分配率を制御する摩擦係合装置（図示せず）が設けられている。したがって、これらの摩擦係合装置により、各前輪５，６および各後輪１０，１１のそれぞれに異なる駆動力を与えることができるように構成されている。このような機能を利用して、以下に説明するようにスリップが発生した時の駆動力と車輪５，６，１０，１１の回転速度から路面状態もしくは路面摩擦係数が検出される。
【００２１】
回転速度は回転速度センサ１４，１５，１６，１７で検出される。検出された回転速度信号はＥＣＵ１００で信号処理がおこなわれ、路面状態もしくは路面摩擦係数の推定がおこなわれる。そして、推定結果に基づいて、ブレーキ１８，１９，２０，２１の制動力が変更させられ、車輪５，６，１０，１１に対してそれぞれ独立して制動力が与えられる。
【００２２】
ところで、路面摩擦係数を検出するための駆動力や、その駆動力の付加に伴うヨーイングの発生を抑制するための制動力は、従来であれば一定時間毎に繰り返し加えられる。つまり、車輪５，６，１０，１１やブレーキ機構１８，１９，２０，２１には繰り返し制動が加わることになる。この繰り返し制動を抑制するために、制動力の付加タイミングを最適化することが考えられる。図１はその制動力の付加タイミングの最適化をおこなうために、路面状態が高摩擦係数路面から低摩擦係数路面への変化を検出する場合の制御例を示すフローチャートである。
【００２３】
まず、車輪５，６，１０，１１に取り付けられた回転速度センサ１４，１５，１６，１７の信号を周波数解析して回転速度センサ１４，１５，１６，１７の検出信号の周波数スペクトルを算出する。なお、この周波数解析にはＦＦＴ（高速フーリエ変換）等を用いることができる。
【００２４】
この回転速度センサ１４，１５，１６，１７の信号の周波数スペクトルは路面状態が変化すると周波数スペクトル上の特定の領域の強度が変化するという性質がある。そこで、その特定の領域の強度であるゲインＧを検出する（ステップＳ１１）。そして、この強度であるゲインＧが所定値Ｇ１より大きいか否かが判断される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で否定的に判断された場合、すなわち路面状態の変化が発生していないと判断された場合にはこのルーチンを抜ける。
【００２５】
一方、ステップＳ１２で肯定的に判断された場合、すなわち路面状態が変化しスペクトルの特定の領域のゲインが増加したとすると、そのゲインＧが所定値Ｇ１より大きな所定値Ｇ２より小さいか否かが判断される（ステップＳ１３）。ステップＳ１３で否定的に判断された場合、すなわちノイズや外乱等の路面状態変化以外の要因によるゲイン増加と判定された場合には、このルーチンを抜ける。
【００２６】
そして、ステップＳ１３で肯定的に判断された場合、すなわち、ゲインＧがＧ２より小さく、ゲインＧの増加の要因がノイズや外乱などの影響ではなく路面状況の変化によると判定された場合には、カウンタ値がインクリメントされる（ステップＳ１４）。
【００２７】
次に、そのカウンタ値が所定値Ｎ以上か否かが判断される（ステップＳ１５）。すなわち、ゲインＧがＮ回しきい値を超えたか否かが判断される。ステップＳ１５で肯定的に判断された場合、すなわちゲインＧがＮ回所定値Ｇ１を超えた場合には、ステップＳ１６に進み、高路面摩擦係数状態から低路面摩擦係数状態へ変化したものとして判定される。一方、ステップＳ１５で否定的に判断された場合、このルーチンを抜ける。
【００２８】
以上のステップは高路面摩擦係数状態から低路面摩擦係数状態への変化を検出したが、低路面摩擦係数状態から高路面摩擦係数状態へ変化することも考えられる。この場合の制御内容を図２のフローチャートをもとに説明する。
【００２９】
まず、車輪５，６，１０，１１に取り付けられた回転速度センサ１４，１５，１６，１７の信号を周波数解析して回転速度センサ１４，１５，１６，１７の検出信号の周波数スペクトルを算出する。なお、この周波数解析にはＦＦＴ（高速フーリエ変換）等を用いることができる。
【００３０】
そして、その特定の領域のゲインＧを検出する（ステップＳ２１）。そして、このゲインＧが所定値Ｇ３より小さいか否かが判断される（ステップＳ２２）。ステップＳ２２で否定的に判断された場合、すなわち路面状態の変化が発生していないと判断された場合にはこのルーチンを抜ける。
【００３１】
一方、ステップＳ２２で肯定的に判断された場合、すなわち路面状態が変化しスペクトルの特定の領域のゲインが減少したとすると、そのゲインＧが所定値Ｇ３より小さな所定値Ｇ４より小さいか否かが判断される（ステップＳ２３）。ステップＳ２３で否定的に判断された場合、すなわちゲインＧがＧ４より小さく、ノイズや外乱等の路面状態変化以外の要因によるゲイン減少と判定された場合には、このルーチンを抜ける。
【００３２】
そして、ステップＳ２３で肯定的に判断された場合、すなわち、ゲインＧの増加の要因がノイズや外乱などの影響ではなく路面状況の変化による場合には、カウンタ値がインクリメントされる（ステップＳ２４）。
【００３３】
次に、そのカウンタ値が所定値Ｎ以上か否かが判断される（ステップＳ２５）。すなわち、ゲインＧがＮ回しきい値を超えたか否かが判断される。ステップＳ２５で肯定的に判断された場合、すなわちゲインＧがＮ回所定値Ｇ１を超えた場合には、ステップＳ２６に進み、高路面摩擦係数状態から低路面摩擦係数状態へ変化したものとして判定される。一方、ステップＳ２５で否定的に判断された場合、このルーチンを抜ける。
【００３４】
次に路面状態の変化に伴う周波数スペクトルの変化について説明する。図４は回転速度センサ１４，１５，１６，１７の検出信号をＦＦＴにより周波数解析した場合の図である。路面状態が低路面摩擦係数（μ）状態である場合には、周波数ｆ（Ｈｚ）付近のゲインが大きくなっていないが、路面状態が高路面摩擦係数状態になるにしたがって、周波数ｆ（Ｈｚ）付近のゲインが上昇する。これを捉えるために、しきい値Ｇ１とＧ１より大きなしきい値Ｇ２を設定し、Ｇ１より大きくＧ２より小さい場合に路面摩擦状態が変化したと判定する（図５参照）。
【００３５】
同様に、路面状態が高路面摩擦係数状態から低路面摩擦係数状態へ変化するときには周波数ｆ（Ｈｚ）付近のゲインが減少する。そこで、しきい値Ｇ４とＧ４より大きなしきい値Ｇ３を設定し、Ｇ４より大きくＧ３より小さな場合に路面摩擦状態が変化したと判別する（図６参照）。
【００３６】
したがって、路面摩擦係数の正確な検出に先立って路面状態の変化の検出がおこなわれる。つまり、路面状態に変化が発生しなければ、追加駆動力付与による路面摩擦係数の検出動作はおこなう必要がない。したがって、一定周期で路面摩擦係数の検出動作をおこなう必要はなく、駆動系や制御系の負担を軽減することができる。
【００３７】
また、車輪の回転速度の特定の周波数領域のゲインの大きさによって、路面状態が変化したか否かの判定がおこなわれる。したがって、車輪に追加駆動力または制動力を与えることなく路面状態が検出できるので、継続的に路面状態の検出をおこなうことができる。
【００３８】
次に、上記の検出制御がおこなわれた結果、路面状態の変化が検出された場合の処理について述べる。上記実施例のような四輪駆動車において一輪のみ路面状態変化が検出された場合には、その検出された一輪にのみ駆動力を付加して路面摩擦係数の検出をおこなうとともに、駆動力付与に伴うヨーイングの発生を抑制するように他の車輪に制動力を付与する。
【００３９】
また、前輪または後輪のどちらかの左右両輪で路面状態の変化が検出された場合には、判定された前輪または後輪の左右両輪について駆動力を付加して路面摩擦係数の検出をおこなう。さらに、前輪と後輪の両方で路面状態の変化が検出された場合には、全ての車輪のうち最もゲインＧの大きさが小さい車輪に対して駆動力を付与して路面摩擦係数の検出をおこなうとともに駆動力付与に伴うヨーイングの発生を抑制するように他の車輪に制動力を付与する。
【００４０】
したがって、四輪のうち最も摩擦係数が小さいと思われる車輪を選択することが可能であり、この制御に続く車両運動制御を的確におこなうことができる。
【００４１】
なお、上記の具体例では四輪駆動車で四輪操舵をおこなう場合について説明したが、前輪駆動車、いわゆるＦＦ車で四輪操舵をおこなう場合にもこの発明を適用することができる。この場合、路面状態の変化が一輪のみで検出された場合には、前記実施例と同様、その検出された一輪にのみ駆動力を付加して路面摩擦係数の検出をおこなうとともに、駆動力付与に伴うヨーイングの発生を抑制するように他の車輪に制動力を付与する。
【００４２】
一方、複数の車輪で路面状態の変化が検出された場合には、本実施例においては駆動されている車輪、すなわち前輪または後輪のいずれかの左右両輪について駆動力を付与し路面摩擦係数の検出をおこなう。
【００４３】
さらに、車輪内モータ車において四輪操舵をおこなう場合についても、この発明を適用することができる。この場合、前記四輪駆動の場合と同様に、四輪のうち最も摩擦係数が小さいと思われる車輪を選択することが可能であり、この制御に続く車両運動制御を的確におこなうことができる。
【００４４】
なお、本発明は、上記実施例に限定されない。上記実施例では、前輪駆動の４輪操舵装置を有する車両について述べたが、後輪駆動の４輪操舵装置を有する車両についても本発明を適用することができる。また、上記実施例では、四輪駆動車やいわゆるＦＦ車あるいは４輪全てに車輪内モータを有する車両について述べたが、いわゆるＦＲ車や、前輪もしくは後輪にのみ車輪内モータを有する車両についても本発明を適用することができる。つまり、少なくとも前輪または後輪にそれぞれ独立して制動力を加えることが可能で、各車輪独立して車輪の回転速度が検出可能なように構成されている車両であればよい。
【００４５】
ここで、上述した各具体例とこの発明との関係とを簡単に説明すると、所定値Ｇ１が請求項２における「第１の所定値」に相当し、所定値Ｇ２が請求項２における「第２の所定値」に相当する。また、所定値Ｇ３が請求項３における「第４の所定値」に相当し、所定値Ｇ４が請求項４における「第３の所定値」に相当する。
【００４６】
また、ステップＳ１１またはステップＳ２１の機能的手段が「車輪回転速度検出手段」と「周波数解析手段」とに相当し、ステップＳ１６またはステップＳ２６の機能的手段が「路面状態変化判定手段」に相当する。また、ステップＳ１２およびＳ１３の機能的手段が請求項２における「低摩擦係数状態であることを判定する手段」に相当し、ステップＳ２２およびＳ２３の機能的手段が請求項３における「高摩擦係数状態であることを判定する手段」に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】高μから低μへの変化検出するための制御例を示すフローチャートである。
【図２】低μから高μへの変化検出するための制御例を示すフローチャートである。
【図３】この発明が適用される車両の一形態であり、四輪駆動で四輪操舵の場合である。
【図４】μの大きさと車輪振動の周波数スペクトルとの関係を示す図である。
【図５】高μから低μへの変化を検出するときのしきい値の大小を示す図である。
【図６】低μから高μへの変化を検出するときのしきい値の大小を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…エンジン、  ５，６，１０，１１…車輪、  １４，１５，１６，１７…回転速度センサ、  １８，１９，２０，２１…ブレーキ機構、  ２２，２３，２４，２５…駆動モータ、  １０１…モータＥＣＵ、  １００…ＥＣＵ。
【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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