(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車輪の速度を検出する車輪速度検出手段と、
検出した車輪速度に基づいて路面μ勾配を前記車輪と路面との間の摩擦状態として推定する路面μ勾配推定手段と、
前記車輪の横滑り情報を検出する横滑り情報検出手段と、
推定した路面μ勾配と基準路面μ勾配とから路面μ勾配減少度を求め、該路面μ勾配減少度と前記横滑り情報とに基づいて、車輪の制動力余裕度を演算する演算手段と、
を備えた路面状態推定装置。
【請求項２】
前記車両が定常走行状態であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、前記演算手段は、前記判定手段により定常走行状態であると判定され、かつ横滑りが検出された場合に、前記路面μ勾配減少度に基づいて、前記車輪の制動力余裕度を演算することを特徴とする請求項１記載の路面状態推定装置。
【請求項３】
前記横滑り情報検出手段は、前記車輪のスリップ角を検出するスリップ角検出手段と、前記車輪速度に基づいて前記車輪の滑り状態を検出する滑り状態検出手段と、前記スリップ角及び前記滑り状態に基づいて前記車輪の滑り方向を推定する滑り方向推定手段と、で構成され、前記演算手段は、前記滑り方向と前記路面μ勾配減少度とに基づいて、前記車輪の制動力余裕度及び横力余裕度を演算することを特徴とする請求項１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、車両が走行する路面の路面状態を推定する路面状態推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車輪と路面との間の摩擦係数μがピーク値を超えて車輪がロック状態に移行する直前に、車輪に作用するブレーキトルクを低下させることによって、車輪のロックを防止しピークμ値に追従制御するアンチロックブレーキ制御装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特開平１−２４９５５９号公報には、車体速度の近似値、及び検出された車輪速度からスリップ率を演算し、演算したスリップ率が、予め設定してある基準スリップ率（ピークμを与えるスリップ率）に略一致するように、ブレーキ力を制御することにより、ピークμに追従するアンチロックブレーキ制御装置が提案されている。
【０００４】
しかしながら、車輪が走行する路面状態によってピークμとなるスリップ率が異なる。このため、固定された基準スリップ率の追従制御を行った場合、路面状態によって制動距離が大きくなり過ぎたり、或いはピークμを超えてブレーキ制動されることによりタイヤロックが発生するおそれがある。
【０００５】
この問題を解決するためには、路面状態を推定演算し、演算された路面状態に応じて基準スリップ率を変化させる必要があるが、特開平１１−１３９２９３号公報には、路面μ勾配を推定すると共にブレーキ圧を検出することにより路面μの最大値、すなわちピークμの検出を行い、このピークμを与えるスリップ率を基準スリップ率としてピークμに追従するようにブレーキ力を制御する路面状態推定装置が提案されている。
【０００６】
また、特開平１０−１４７２５３号公報には、車速、路面μ推定値等から最大タイヤスリップ角（最大横力を発生するスリップ角）を求め、これと現在のタイヤスリップ角との比、すなわち横力利用率を求め、これを用いてパワーステアリングの制御を行う電動パワーステアリング装置が提案されている。
【０００７】
また、特開平６−９９７６１号公報には、路面μ推定値、荷重等からタイヤの前後方向及び横方向の最大摩擦力を求め、これと現在のタイヤの前後力、横力との比から車輪限界余裕度を算出してドライバに表示する車輪運動負荷率出力装置が提案されている。
【０００８】
また、特開平１０−３１００４２号公報には、荷重、タイヤグリップ性能、路面μ推定値、キャンバ角等により各車輪について発生可能な力の合力の最大値を表す摩擦円を求め、この摩擦円に応じて車輪の発生力を制御する車両制御装置が記載されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、路面μ勾配は、一般に路面とタイヤとの間に水等が介在して接地面積が減少しない限り、車両が一定速度の状態では路面μの最大値の影響を受けない。従って、特開平１１−１３９２９３号公報に記載された技術のように、路面μ勾配を推定して路面μの最大値を推定する場合には、路面μの最大値近くまである程度制動力をかけなければ路面μの最大値を推定することができなかった。
【００１０】
また、特開平１０−１４７２５３号公報、特開平６−９９７６１号公報、特開平１０−３１００４２号公報に記載された技術では、タイヤに発生する前後力や横力などの最大値に対するタイヤの余裕度を求めるには路面μの最大値を求めることが不可欠であった。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、路面μの最大値を直接求めることなく路面状態を推定し、タイヤ余裕度の推定を可能に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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、車両の車輪の速度を検出する車輪速度検出手段と、検出した車輪速度に基づいて路面μ勾配を前記車輪と路面との間の摩擦状態として推定する路面μ勾配推定手段と、前記車輪の横滑り情報を検出する横滑り情報検出手段と、推定した路面μ勾配と基準路面μ勾配とから路面μ勾配減少度を求め、該路面μ勾配減少度と前記横滑り情報とに基づいて、車輪の制動力余裕度を演算する演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
車輪速度検出手段は、車両の車輪の速度を例えば各車輪毎に検出する。車輪速度検出手段は、例えば所定数の歯が等間隔に切られかつ車輪と共に回転するように取り付けられたシグナルロータと、車体に固定されたピックアップコイルと、該ピックアップコイルの内部に磁束を貫通させるように配置された永久磁石と、ピックアップコイルに接続されると共にサンプル時間τ毎に該ピックアップコイルに発生した交流電圧の周波数を検出して出力する周波数検出器と、から構成することができる。
【００１４】
路面μ勾配推定手段は、検出した車輪速度に基づいて路面μ勾配、すなわちスリップ率に対する路面μの勾配を車輪と路面との摩擦状態として推定する。この路面μ勾配の推定は、例えば車輪減速度運動モデル等に基づいて推定することができ、公知の手法を用いて推定することができる。
【００１５】
横滑り情報検出手段は、車輪の横滑り情報を検出する。この車輪の横滑り情報としては、例えば車輪の発生力の方向やスリップ角がある。また、通常これらは車両のステアリングの操舵角に応じて発生するため、横滑り情報検出手段は、例えば車両のステアリングの操舵角を検出する操舵角センサとしてもよい。
【００１６】
演算手段は、推定した路面μ勾配と基準路面μ勾配とから路面μ勾配減少度を求め、該路面μ勾配減少度と前記横滑り情報とに基づいて、車輪の制動力余裕度（タイヤ余裕度）を演算する。これは公知のＦｉａｌａ拡張モデルやブラッシュモデルなどのタイヤ力学モデルに基づいて、例えば演算式やこれに対応するマップデータなどから求めることができる。
【００１８】
基準路面μ勾配は、例えば高μ路を一定速で直進走行している状態における路面μ勾配であり、予め定めた値を設定してもよいし、実際の走行時に求めた値を設定してもよい。そして、この基準路面μ勾配と推定した路面μ勾配との比、すなわち路面μ勾配減少度を求め、この路面μ勾配減少度からタイヤ力学モデルに基づいてタイヤ余裕度を求める。すなわち、ある程度制動をかけて路面μの最大値を推定せずに、路面μ勾配減少度から直接余裕度を求めることができる。このため、早い段階から車両の限界予測が可能となり、ブレーキ制御する際にも、車両の走行状態を不安定にすることなく常に安定した走行状態に保つことが可能となる。
【００１９】
ところで、一定速度で直進走行している状態、すなわちスリップ角が生じていない状態で路面μの最大値を推定するのは困難であるが、ある程度スリップ角が生じている状態では、路面μ勾配に差が生じるため、一定速走行している状態でもタイヤ余裕度を推定し易くなる。
【００２０】
そこで、請求項２記載の発明は、前記車両が定常走行状態であるか否かを判定する判定手段をさらに備え、前記演算手段は、前記判定手段により定常走行であると判定され、かつ横滑りが検出された場合に、前記路面μ勾配減少度に基づいて、前記車輪の制動力余裕度を演算することを特徴とする。
【００２１】
判定手段は、車両が定常走行状態、すなわち速度変動及び操舵角が小さい状態であるか否かを判定する。この判定は、車両の速度変動や操舵速度等により判定する。
【００２２】
演算手段は、この判定手段により定常走行状態であると判定され、かつ横滑りが検出された場合、すなわちスリップ角が生じている状態の場合には、求めた路面μ勾配減少度に基づいて、車輪の前後方向の制動力余裕度を演算する。すなわち、路面μの最大値を推定しなくても、路面μ勾配を求めるだけでタイヤ余裕度を求めることができる。
【００２３】
また、横力余裕度についても求める場合には、請求項３にも記載したように、横滑り情報検出手段を車輪のスリップ角を検出するスリップ角検出手段と、車輪速度に基づいて車輪の滑り状態を検出する滑り状態検出手段と、スリップ角及び滑り状態に基づいて車輪の滑り方向を推定する滑り方向推定手段と、で構成し、演算手段は、滑り方向と路面μ勾配減少度とに基づいて、車輪の制動力余裕度及び横力余裕度を演算すればよい。これにより、路面μの最大値を推定しなくても、路面μ勾配及び滑り方向を求めるだけで前後方向の制動力余裕度及び横力余裕度を同時に求めることができる。
【００２４】
なお、路面μ勾配に代えて制動力勾配を推定し、該制動力勾配に基づいてタイヤ余裕度を求めるようにしてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
【００２６】
本実施形態に係る路面状態推定装置の構成を図１に示す。図１に示すように、本実施の形態に係る路面状態推定装置１０は、所定のサンプル時間τ毎に車輪速度を検出する車輪速検出手段１２と、該車輪速検出手段１２により検出された車輪速度の時系列データから各車輪の路面μ勾配を推定する路面μ勾配推定手段１４と、車体の加減速レベルを検出する加減速検出手段１８と、車両のステアリングの操舵角を検出する操舵角検出手段２０と、加減速検出手段１８で検出した車体の加減速レベルと操舵角検出手段２０で検出した車両のハンドルの操舵角とに基づいて車両が定常走行しているか否かを判定する定常走行判定手段２１と、路面μ勾配推定手段で推定した路面μ勾配、定常走行判定手段２１による判定結果、及び操舵角検出手段２０で検出した操舵角等に基づいてタイヤ余裕度を演算するタイヤ余裕度演算手段２４と、から構成される。
【００２７】
図１の車輪速検出手段１２は、例えば、図２（ａ）の構成により実現できる。図２（ａ）に示すように、車輪速検出手段１２は、所定数の歯が等間隔に切られかつ車輪と共に回転するように取り付けられたシグナルロータ３０と、車体に固定されたピックアップコイル３２と、該ピックアップコイル３２の内部に磁束を貫通させるように配置された永久磁石３４と、ピックアップコイル３２に接続されると共にサンプル時間τ毎に該ピックアップコイル３２に発生した交流電圧の周波数を検出して出力する周波数検出器３６と、から構成される。
【００２８】
車輪の回転と共にシグナルロータ３０が回転すると、シグナルロータ３０とピックアップコイル３２の間のエアギャップが回転速度に応じた周期で変化する。このため、ピックアップコイル３２を貫通する永久磁石３４の磁束が変化しピックアップコイル３２に交流電圧が発生する。ここで、ピックアップコイル３２に発生した交流電圧の時間的変化を図２（ｂ）に示す。
【００２９】
図２（ｂ）に示すように、ピックアップコイル３２に発生した交流電圧は、シグナルロータ３０の回転速度が低速時には周波数が低くなりシグナルロータ３０の回転速度が高速時には周波数が高くなる。この交流電圧の周波数はシグナルロータ３０の回転速度、すなわち車輪速度に比例するため、周波数検出器３６の出力信号は、サンプル時間τ毎の車輪速度に比例する。
【００３０】
なお、図２（ａ）の車輪速検出手段１２は第１輪〜第４輪のすべてに取り付けられ、各車輪毎に周波数検出器３６の出力信号から第ｉ輪（ｉは車輪番号、ｉ＝1,2,3,4 ）の車輪速度の時系列データωi [k] （ｋはサンプル時刻；ｋ＝1 、2 、..... ) が検出される。
【００３１】
路面μ勾配推定手段１４は、車輪速度の時系列データωi [k]に基づき各車輪の路面μ勾配を推定する。この路面μ勾配の推定は、例えば特開平１１−１３９２９３号公報に記載された方法を用いることができる。
【００３２】
加減速検出手段１８では、例えば車輪速検出手段１２で検出した車輪速の変動や、図示しないブレーキやアクセルのブレーキ操作量、アクセル操作量、車体に取り付けられた図示しない加速度センサにより検出された加速度等に基づいて加減速レベル、すなわちどの程度加速しているのか又は減速しているのかについて検出する。また、操舵角検出手段２０では、車両のステアリングの操舵角を検出する。
【００３３】
定常走行判定手段２１では、加減速検出手段１８により検出された加減速レベルと操舵角検出手段により検出された車両のステアリングの操舵角とに基づいて車両の速度変動が所定範囲内か否か、操舵速度が所定範囲内か否か、操舵角が所定範囲内か否か等について判定することで定常走行状態であるか否かの判定を行う。すなわち、例えば車両の速度変動及び操舵速度が小さく、操舵角が所定範囲内の場合、すなわち略一定速でかつ略一定蛇角で走行しているような場合を定常走行状態であると判定し、それ以外の場合、例えば車両の速度変動や操舵速度が大きく、操舵角が所定範囲内にない場合、すなわち略一定速での走行でない場合や急操舵等の場合を非定常走行状態であると判定する。
【００３４】
タイヤ余裕度演算手段２４は、定常走行判定手段２１において定常走行状態であると判定された場合に、路面μ勾配推定手段１４で推定された路面μ勾配、及び操舵角検出手段２０で検出された操舵角に基づいてタイヤ余裕度を演算する。タイヤ余裕度は、例えば現在のタイヤの制動力が最大の制動力に対してどれだけ余裕があるかを示すものであり、例えば、（制動力最大値−現在の制動力）／制動力最大値で示すことができる。
【００３５】
すなわち最大の制動力に対する現在の制動力の割合で示すことができる。このタイヤ余裕度を演算することで、どの程度制動力に余裕があるのかを把握することができるため、車両の走行安定性を向上させることができる。
【００３６】
次に、タイヤ余裕度の演算について説明する。なお、本実施形態では、タイヤ余裕量の演算に際し、一例としてタイヤモデルとしてＦｉａｌａ拡張モデル（日本自動車研究所報告第４６号「タイヤの力学的特性に関する研究」参照）を用いる。
【００３７】
図３に示すように、タイヤ２２のスリップ角（タイヤ２２の回転面の方向と進行方向とのなす角）をα、スリップ率をＳとしたときの制動時の前後力Ｆｘ，横力Ｆｙは、Ｆｉａｌａ拡張モデルによれば次式で示される。なお、図３においてｕはタイヤ２２の回転面の方向の速度成分、Ｒはタイヤ２２の有効半径、ωはタイヤ２２の角速度、Ｆｚは荷重である。
【００３８】
Fx=Cx(1-q)2cos(α)+Fz・μd・q2(3-2q)h・S      …（１）
Fy=Cx(1-S)(1-q)2sin(α)+Fz・μd・q2(3-2q)h・tanα    …（２）
q=Cx(tan2α+S2)1/2/3Fz・μS,  h=1/(tan2α+S2)1/2,  Cx=0.5Kx・b・l2
ここで、μSは最大摩擦係数、μdは滑り摩擦係数、Kxはタイヤ２２のトレッドの前後方向のせん断ばね係数、ｂは接地幅、ｌは接地長である。また、Ｃｘは高μ路一定速走行時におけるμ勾配であり、タイヤの種類によって予め定まる値である。
【００３９】
次に、この時のμ勾配は次式で示される。
【００４０】
∂Fx/∂S=Cx(1-q)(1-q-2S2・q・h2)cos(α)+Fz・μd・q2・h[3-2q+S2・h2(3-4q)]…（３）
このとき、Ｓ＝０、α＝０、すなわち、直進定速走行状態では、μ勾配（∂Fx/∂S）はＣｘ（μ勾配の最大値）となり、最大摩擦係数μSに関係なく定まる。従って、直進定速走行状態で路面μ勾配から最大摩擦係数μSを推定することは困難である。
【００４１】
しかしながら、αが０より若干でも大きい場合、すなわちスリップ角が若干でもある場合には、Ｓ＝０であっても、μ勾配は最大摩擦係数μSの影響を受けることが判る。ここで、図４（Ａ）にスリップ率Ｓと摩擦係数μとの関係を、図４（Ｂ）にスリップ率Ｓとμ勾配との関係を示す。なお、それぞれの図には、高μ路（すなわち摩擦係数が高い路面）でスリップ角α＝０の場合におけるスリップ率Ｓと摩擦係数μとの関係又はスリップ率Ｓとμ勾配との関係を一点鎖線で、低μ路（すなわち摩擦係数が低い路面）でスリップ角α＝０の場合におけるスリップ率Ｓと摩擦係数μとの関係又はスリップ率Ｓとμ勾配との関係を点線で、低μ路でスリップ角α＝１（度）の場合におけるスリップ率Ｓと摩擦係数μとの関係又はスリップ率Ｓとμ勾配との関係を実線で示している。
【００４２】
この図４（Ｂ）に示すように、スリップ角がある場合、すなわちα＝１の場合のμ勾配と、スリップ角がない場合、すなわちα＝０の場合のμ勾配と比較するとスリップ率Ｓが０の場合でも明確な差が生じていることが判る。このように、わずかでもスリップ角が生じている場合には、スリップ率が０でもμ勾配に差が生じることがわかる。
【００４３】
従って、スリップ角がある状態、すなわちαが０でない状態でμ勾配を推定し、この推定したμ勾配と高μ路走行時のμ勾配Ｃｘ等とを比較することにより、定常走行状態においてもタイヤ余裕度Ｄが演算し易くなる。
【００４４】
そこで、例えば、μ勾配と高μ路走行時のμ勾配Ｃｘとの比（(∂Fx/∂S)/Cx：μ勾配減少度）とタイヤ余裕度との関係からタイヤ余裕度を求める。
【００４５】
ここで、定常走行状態で急操舵及び大蛇角をしていない状態について考えると、（３）式よりＳ＝０，ｃｏｓ（α）≒１となり、次式を得る。
【００４６】
(∂Fx/∂S)/Cx=(1-q)2・COS(α)+(μd/μS)q(1-2q/3)        …（４）
ここで、ｑは接地面内の滑り領域の割合、すなわちｑ＝１では全域滑りになり、ｑ＝０では滑り領域がないことを意味する。従って、ｑを求めることはタイヤ余裕度を求めることと等価となり、１−ｑがタイヤ余裕度Ｄとなる。すなわちタイヤ余裕度Ｄの値が大きいほど制動力に余裕があり、タイヤ余裕度が小さいほど制動力に余裕がない状態であるといえる。また、μd／μSは１以下であり、α、ｑ（＜１）が十分小さい領域では、（４）式は次式で近似することができる。
【００４７】
(∂Fx/∂S)/Cx≒(1-q)2        …（５）
この（５）式の左辺、すなわちμ勾配減少度を求めることでタイヤ余裕度を容易に求めることができる。従って、タイヤ余裕度演算手段２４では、路面μ勾配推定手段１４で推定したμ勾配(∂Fx/∂S)と高μ路直進状態でのμ勾配Ｃｘを（５）式に代入してｑを求めることにより、タイヤ余裕度Ｄを容易に演算することができる。
【００４８】
また、スリップ角αスリップ率Ｓを計測し、上記（３）式を演算してｑを求めてもよい。また、例えば車体速度、μ勾配減少度、タイヤ余裕度との関係を予め計算又は実測してマップデータを作成しておき、このマップデータに基づいて、タイヤ余裕度を求めてもよい。
【００４９】
次に、第１実施形態の作用について説明する。
【００５０】
まず、車輪速検出手段１２が、各輪各々についてサンプル時間τ毎に車輪速を検出し、各車輪毎の車輪速度の時系列データωi [k] を出力する。
【００５１】
次に、路面μ勾配推定手段１４は、車輪速度の時系列データωi [k]に基づき各車輪の路面μ勾配を推定する。この路面μ勾配の推定は、例えば特開平１１−１３９２９３号公報に記載された方法を用いることができる。
【００５２】
一方、加減速検出手段１８では、例えば車輪速検出手段１２で検出した車輪速の変動や、図示しないブレーキやアクセルのブレーキ操作量、アクセル操作量、車体に取り付けられた図示しない加速度センサにより検出された加速度等に基づいて加減速レベル、すなわちどの程度加速しているのか又は減速しているのかについて検出する。また、操舵角検出手段２０では、車両のステアリングの操舵角を検出する。
【００５３】
定常走行判定手段２１では、加減速検出手段１８により検出された加減速レベルと操舵角検出手段により検出された車両のステアリングの操舵角とに基づいて車両の速度変動が所定範囲内か否か、操舵速度が所定範囲内か否か等について判定することで定常走行状態であるか否かの判定を行う。
【００５４】
すなわち、例えば車両の速度変動及び操舵速度が小さく、略一定速でかつ略蛇角一定で走行しているような場合を定常走行状態であると判定し、それ以外の場合、例えば車両の速度変動や操舵速度が大きく、すなわち略一定速での走行でない場合や急操舵等の場合を非定常走行状態であると判定する。
【００５５】
タイヤ余裕度演算手段２４は、定常走行判定手段２１において定常走行状態であると判定され、かつ操舵角検出手段２０で検出された操舵角が０でない場合、すなわちスリップ角αが若干生じている場合にタイヤ余裕度を演算する。
【００５６】
すなわち、例えば路面μ勾配推定手段１４で推定した路面μ勾配、すなわちスリップ角αが０でない状態で推定した路面μ勾配(∂Fx/∂S)、予め定められた高μ路直進状態でのμ勾配Ｃｘを（５）式の左辺に代入し、ｑを求める。そして、タイヤ余裕度Ｄ＝１−ｑを演算して後段の図示しない制御手段へ出力する。
【００５７】
このように、従来のようにある程度制動力をかけて路面μの最大値を求めなくても、微小なスリップ角が生じている状態で推定した路面μ勾配からタイヤ余裕度Ｄを求めることができる。このため、早い段階から車両の限界予測が可能となる。これにより、ドライバが気づく以前に車両の限界をドライバに感知させたり警告したりすることができる。また、早い段階から車両の限界予測が可能となることにより、ブレーキ制御する際にも、車両の走行状態を不安定にすることなく常に安定した走行状態に保つことが可能となる。
【００５８】
なお、本実施形態では、ドライバの操舵によりスリップ角が生じたときにタイヤ余裕度を演算する場合について説明したが、車両側の制御により後輪等を操舵させることで積極的に指定した角度だけスリップ角を生じさせてタイヤ余裕度を演算するようにしてもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、タイヤ余裕度を求めるのにＦｉａｌａ拡張モデルを用いたが、これに限らず、他のモデルを用いても良い。
【００６０】
［第２実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
【００６１】
第１実施形態では、前後方向の制動力の余裕度のみを推定する場合について説明したが、第２実施形態では、前後方向の制動力の余裕度に加えて横力の余裕度を同時に推定する場合について説明する。
【００６２】
本実施形態に係る路面状態推定装置の構成を図４に示す。なお、図１に示した路面状態推定装置１０と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６３】
図４に示すように、本実施形態に係る路面状態推定装置１０’が図１に示した路面状態推定装置１０と異なる点は、タイヤ滑り状態演算手段５０、タイヤスリップ角検出手段５２、滑り方向推定手段５４、基準路面μ勾配演算手段５６、μ勾配減少率演算手段５８を備えている点である。
【００６４】
タイヤ滑り状態演算手段５０は、車輪速検出手段１２により検出された車輪速度と車体速度演算手段１６により検出された車両の車体速度からスリップ率又はスリップ速度を演算する。
【００６５】
タイヤスリップ角検出手段５２は、車両の挙動量等からタイヤのスリップ角を検出する。
【００６６】
滑り方向推定手段５４は、タイヤ滑り状態演算手段５０により検出されたスリップ率、タイヤスリップ角検出手段５２により検出されたスリップ角から摩擦力が発生している方向を示す滑り方向を推定する。
【００６７】
基準路面μ勾配演算手段５６は、乾燥平滑路の一定速走行状態であるか否かを判定し、乾燥平滑路の一定速走行状態であると判定した時に路面μ勾配推定手段１４で推定した路面μ勾配を基準路面μ勾配として出力する。
【００６８】
μ勾配減少率演算手段５８は、基準路面μ勾配演算手段５６で演算された基準路面μ勾配と路面μ勾配推定手段１４で推定された路面μ勾配とから路面μ勾配の減少率、すなわちμ勾配減少率を演算する。
【００６９】
そして、タイヤ余裕度演算手段２４では、μ勾配減少率演算手段５８で演算したμ勾配減少率と滑り方向推定手段で推定した滑り方向とから関数又はこれらの関係を示すマップデータによりタイヤ余裕度として前後方向の制動力の余裕度及び横力の余裕度をそれぞれ求める。
【００７０】
このタイヤ余裕度の演算には、タイヤの力学モデルであるブラッシュモデルを用いて求める。以下に、ブラッシュモデルを用いたタイヤ余裕度の演算について説明する。
【００７１】
ブラッシュモデルでは、粘着領域と滑り領域をふくむ非全滑り領域は次式を満たす領域として定義される。
【００７２】
【数１】
0004527244.tif 000002
【００７３】
また、この非全滑り領域における前後方向の制動力Ｆｘ及び横力Ｆｙは次式で定義される。
【００７４】
Ｆｘ＝−μＦｚｃｏｓθ（１−ξS3）        …（７）
Ｆｙ＝−μＦｚｓｉｎθ（１−ξS3）        …（８）
ここで、κは合成スリップ率であり、次式で定義される。
【００７５】
【数２】
0004527244.tif 000003
【００７６】
ここで、κｘは前後方向のスリップ率であり、次式で定義される。
【００７７】
【数３】
0004527244.tif 000004
【００７８】
ここで、ｖは車速、ωはタイヤ回転角速度、Ｒはタイヤの有効半径である。また、κｙは横方向のスリップ率であり、タイヤのスリップ角をαとすると次式で定義される。
【００７９】
【数４】
0004527244.tif 000005
【００８０】
また、タイヤ発生力の方向θを滑り方向角度θとして次式のごとく近似する。
【００８１】
【数５】
0004527244.tif 000006
【００８２】
また、上記（７）、（８）式より次式を得る
Ｆ＝−μＦｚ（１−ξS3）        …（１３）
このＦはタイヤ発生力の合力を示す。従って、（１−ξS3）は、タイヤ発生力の限界（μＦｚ）に対するタイヤの余裕度を示していることになる。
【００８３】
次に、上記（７）式から路面μ勾配を求めると、次式を得る。
【００８４】
【数６】
0004527244.tif 000007
【００８５】
ここで、Ｋ１を高μ路直進走行時（すなわち前後方向のスリップ率κx＝０、スリップ角α＝０）のμ勾配とし、推定した路面μ勾配（すなわち、上記（１４）式の左辺）、滑り方向角度θを用いることによりξs3を求めることができる。すなわち、μ勾配の減少率（(∂Fx/∂κx)/K1）と滑り方向角度θとからタイヤ余裕度を求めることができる。従って、前後方向におけるタイヤ余裕度Ｄｘは下記（１５）式で、横方向におけるタイヤ余裕度Ｄｙは、下記（１６）式でそれぞれ示される。
【００８６】
Ｄｘ＝ｃｏｓθ（１−ξS3）        …（１５）
Ｄｙ＝ｓｉｎθ（１−ξS3）        …（１６）
次に、第２実施形態の作用を説明する。
【００８７】
まず、車輪速検出手段１２が、各輪各々についてサンプル時間τ毎に車輪速を検出し、各車輪毎の車輪速度の時系列データωi [k] を出力する。また、車体速度演算手段１６では、車輪速検出手段１２で検出した車輪速に基づいて車体速度を演算する。
【００８８】
そして、タイヤ滑り状態演算手段５０は、車輪速検出手段１２により検出された車輪速度と車体速度演算手段１６により検出された車両の車体速度からスリップ率κxを演算する。
【００８９】
次に、路面μ勾配推定手段１４は、車輪速度の時系列データωi [k]に基づき各車輪の路面μ勾配を推定する。この路面μ勾配の推定は、例えば特開平１１−１３９２９３号に記載された方法を用いることができる。
【００９０】
一方、タイヤスリップ角検出手段５２は、車両の挙動量等からタイヤのスリップ角αを検出する。そして、滑り方向推定手段５４は、タイヤ滑り状態演算手段５０により検出されたスリップ率κx、タイヤスリップ角検出手段５２により検出されたスリップ角αから、摩擦力が発生している方向を示す滑り方向角度θを上記（１１）式、（１２）式より求める。
【００９１】
基準路面μ勾配演算手段５６は、乾燥平滑路の一定速走行状態であるか否か、すなわち高μ路直進走行状態であるか否かを判定し、高μ路直進走行状態であると判定した時に路面μ勾配推定手段１４で推定した路面μ勾配を基準路面μ勾配Ｋ１としてμ勾配減少率演算手段５８へ出力する。
【００９２】
μ勾配減少率演算手段５８は、基準路面μ勾配演算手段５６で演算された基準路面μ勾配Ｋ１と路面μ勾配推定手段１４で推定された路面μ勾配(∂Fx/∂κx)とから路面μ勾配の減少率、すなわちμ勾配減少率(∂Fx/∂κx)/K1を演算する。
【００９３】
そして、タイヤ余裕度演算手段２４では、μ勾配減少率演算手段５８で演算したμ勾配減少率(∂Fx/∂κx)/K1と滑り方向推定手段で推定した滑り方向角度θを上記（１４）式に代入してξs3を求め、これを上記（１５）式、（１６）式に代入して前後方向のタイヤ余裕度Ｄｘ，横方向のタイヤ余裕度Ｄｙを求め、後段の図示しない制御手段へ出力する。
【００９４】
このように、従来のようにある程度制動力をかけて路面μの最大値を求めなくても、推定した路面μ勾配や滑り方向角度からタイヤ余裕度Ｄを求めることができる。このため、早い段階から車両の限界予測が可能となる。これにより、ドライバが気づく以前に車両の限界をドライバに感知させたり警告したりすることができる。また、早い段階から車両の限界予測が可能となることにより、ブレーキ制御する際にも、車両の走行状態を不安定にすることなく常に安定した走行状態に保つことが可能となる。
【００９５】
なお、予めμ勾配減少率と滑り方向角度に対する前後方向及び横方向のタイヤ余裕度との関係を求めてマップデータとして作成し、このマップデータに基づいて各々のタイヤ余裕度を求めるようにしてもよい。
【００９６】
また、本実施形態では、タイヤ余裕度を求めるのにブラッシュモデルを用いたが、これに限らず、他のモデル、例えばＦｉａｌａモデルやマジックフォーミュラなどを用いても良い。
【００９７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、早い段階から車両の限界予測が可能となり、ブレーキ制御する際にも、車両の走行状態を不安定にすることなく常に安定した走行状態に保つことが可能となる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態に係る路面状態推定装置の概略構成図である。
【図２】  車輪速検出手段の構成を説明するための図であって、（ａ）は車輪速検出手段の構成図、（ｂ）はピックアップコイルに発生する交流電圧の時間的変化を示す図である。
【図３】  タイヤの力学モデルについて説明するための図である。
【図４】  （Ａ）はスリップ率とμとの関係を示す線図、（Ｂ）はスリップ率とμ勾配との関係を示す線図である。
【図５】  第２実施形態に係る路面状態推定装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０    路面状態推定装置
１２    車輪速検出手段
１４    路面μ勾配推定手段
１８    加減速検出手段
２０    操舵角検出手段
２２    定常走行判定手段
２４    タイヤ余裕度演算手段
５０    タイヤ滑り状態演算手段
５２    タイヤスリップ角検出手段
５４    滑り方向推定手段
５６    基準路面μ勾配演算手段
５８    タイヤ余裕度演算手段
【図１】
0004527244.tif 000008
【図２】
0004527244.tif 000009
【図３】
0004527244.tif 000010
【図４】
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【図５】
0004527244.tif 000012