(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段による測定値から、スリップ比を演算する第１演算手段と、該スリップ比と車両の加減速度とのあいだの１次の回帰係数と相関係数を求める第２演算手段と、該第２演算手段により求められた相関係数の値に応じて所定の時間または所定の個数の１次の回帰係数を蓄積し、当該蓄積した１次の回帰係数の値の頻度分布に基づいて、路面摩擦係数のしきい値を設定するしきい値設定手段とを備えてなる路面摩擦係数判定装置の初期化装置。
【請求項２】
前記しきい値設定手段が、蓄積した１次の回帰係数の値の標準偏差と平均値の関係を、あらかじめ車両ごとに設定したエリアのしきい値のマップを組み込んだ路面摩擦係数判定装置のロジックと比較する請求項１記載の初期化装置。
【請求項３】
車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する工程と、該測定された回転速度から、スリップ比を演算する工程と、該スリップ比と車両の加減速度とのあいだの１次の回帰係数と相関係数を求める工程と、該相関係数の値に応じて所定の時間または所定の個数の１次の回帰係数を蓄積し、当該蓄積した１次の回帰係数の値の頻度分布に基づいて、路面摩擦係数のしきい値を設定する工程とを備えている路面摩擦係数判定装置の初期化方法。
【請求項４】
前記しきい値を設定する工程が、蓄積した１次の回帰係数の値の標準偏差と平均値の関係を、あらかじめ車両ごとに設定したエリアのしきい値のマップを組み込んだ路面摩擦係数判定装置のロジックと比較して路面摩擦係数のしきい値を設定する手順を含んでいる請求項３記載の初期化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は路面摩擦係数判定装置の初期化装置および方法に関する。さらに詳しくは、タイヤを交換した場合などに、現在装着されているタイヤを識別して、摩擦係数を推定するしきい値を設定するための路面摩擦係数判定装置の初期化装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両は、滑りやすい路面で急加速や急制動を行なうと、タイヤがスリップを起こしスピンなどする危険性がある。また急な操舵を行なうと車両が横すべりやスピンを起こす惧れがある。
【０００３】
そこで、従来より、タイヤと路面とのあいだの制動力が最大値をこえてタイヤがロック状態になる前に、車輪に作用するブレーキトルクを低下させて車輪のロック状態を防止し、最大制動力が得られる車輪の回転数を制御するアンチロックブレーキ装置などが提案されている（特開昭６０−９９７５７号公報、特開平１−２４９５５９号公報など参照）。
【０００４】
たとえば、アンチロックブレーキ装置の制御では、車両の判定速度および検出した車輪速度（回転速度）からスリップ率を演算したのち、該演算したスリップ率があらかじめ設定してある基準スリップ率に一致するようにブレーキ力を制御することにより、最大制動力に追従するように構成されている。
【０００５】
このようなＡＢＳ装置などの制御では、路面の摩擦係数μが利用されている。すなわち路面摩擦係数μ（路面μ）に応じて、たとえば高μの場合と低μの場合とで制御内容を変更して最適な制御を行なうようにしている。
【０００６】
前記特開昭６０−９９７５９号公報に記載される装置では、スリップ発生時の従動輪から車両加速度を求め、この加速度を用いて路面μを判定しているが、この路面μは、単に従動輪の回転速度を微分して求めた従動輪の加速度を車両加速度に置き換え、この車両加速度を算出した時点での路面μであり、実際の路面とタイヤとのあいだの路面μであるかどうかわからない。
【０００７】
これに対し、走行中のタイヤの回転速度の情報からタイヤと路面とのあいだの摩擦係数を推定する方法がある。
【０００８】
この方法は、路面μによってタイヤと路面とのμ−ｓ曲線の立ち上がり勾配が異なることを利用したもので、ＡＢＳセンサなどの車輪回転速度を定期的に検出し、前後輪のスリップ比および従輪輪の加速度を演算して判定値となる勾配を求めている。そして、求められた判定値とあらかじめ設定しておいたしきい値を比較して、路面μを推定している。また、設定したしきい値より判定値が大きければ、スリップ警報を発するなどしている。
【０００９】
かかる方法では、タイヤが１種類に固定されている場合は、比較的に精度良く路面μを推定することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記方法では、路面μの違いによりタイヤと路面のμ−ｓ曲線の立ち上がり勾配が異なることを利用しているため、夏タイヤと冬タイヤのようにタイヤトレッドの剛性が大きく異なると同じ路面でもμ−ｓ曲線の立ち上がり勾配が変化してしまう。そのために、夏タイヤからスタッドレスタイヤなどの冬タイヤにタイヤを交換した場合には、タイヤに応じた路面μのしきい値の設定が必要となる。
【００１１】
この場合、たとえば車両に夏タイヤモードおよび冬タイヤモードなどの切り替えスイッチを設け、モードごとに応じて異なるしきい値をあらかじめ設定しておくことが考えられる。しかし、冬タイヤ（夏タイヤ）の中でもパターンやメーカが異なると、立ち上がり勾配に差があったり、タイヤの摩耗状態でも立ち上がり勾配が異なるために、摩耗係数の推定精度が劣るなどの問題がある。
【００１２】
また別の方法としては、タイヤ交換などをした際に、乾燥アスファルトなど限定された路面を所定の時間（距離）走行し、そのときの判定レベルからしきい値を設定する初期化法も考えられる。しかし、この場合、走行する路面を乾燥アスファルトのように路面μが比較的に均一で、ある程度わかっている路面などに限定しなければならず、雪道や凍結路のように路面μが安定していない路面ではしきい値の設定ができないという問題がある。
【００１３】
本発明は、叙上の事情に鑑み、乾燥アスファルトに限らず、どのような路面でもしきい値の設定ができる路面摩擦係数判定装置の初期化装置および方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の路面摩擦係数判定装置の初期化装置は、車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段と、前記回転速度検出手段による測定値から、スリップ比を演算する第１演算手段と、該スリップ比と車両の加減速度とのあいだの１次の回帰係数と相関係数を求める第２演算手段と、該第２演算手段により求められた相関係数の値に応じて所定の時間または所定の個数の１次の回帰係数を蓄積し、当該蓄積した１次の回帰係数の値の頻度分布に基づいて、路面摩擦係数のしきい値を設定するしきい値設定手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１５】
また本発明の路面摩擦係数判定装置の初期化方法は、車両の４輪のタイヤの回転速度を定期的に検出する工程と、該測定された回転速度から、スリップ比を演算する工程と、該スリップ比と車両の加減速度とのあいだの１次の回帰係数と相関係数を求める工程と、該相関係数の値に応じて所定の時間または所定の個数の１次の回帰係数を蓄積し、当該蓄積した１次の回帰係数の値の頻度分布に基づいて、路面摩擦係数のしきい値を設定する工程とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の路面摩擦係数判定装置の初期化装置および方法を説明する。図１は本発明の路面摩擦係数判定装置の一実施の形態を示すブロック図、図２は図１における路面摩擦係数判定装置の電気的構成を示すブロック図、図３は１次の回帰係数の頻度分布を示す図、図４は標準偏差と平均値の関係に基づいてタイヤごとのエリアに区分けられる一例を示す図、図５は走行路面によらず、２種類のタイヤがそれぞれのエリアに区分けられる図である。
【００１７】
図１に示すように、本発明の一実施の形態にかかわる路面摩擦係数判定装置は、４輪車両のタイヤＦＬＷ、ＦＲＷ、ＲＬＷおよびＲＲＷにそれぞれ設けられた車輪タイヤの回転速度を定期的に検出する回転速度検出手段Ｓを備えており、この回転速度検出手段Ｓの出力は、ＡＢＳなどの制御ユニット１に伝達される。なお、２は運転者によって、操作される初期化スイッチであり、３は低μ路警報表示器である。
【００１８】
前記回転速度検出手段Ｓとしては、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ことができる。
【００１９】
前記制御ユニット１は、図２に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なＩ／Ｏインターフェイス１ａと、演算処理の中枢として機能するＣＰＵ１ｂと、該ＣＰＵ１ｂの制御動作プログラムが格納されたＲＯＭ１ｃと、前記ＣＰＵ１ｂが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるＲＡＭ１ｄとから構成されている。
【００２０】
本実施の形態では、路面摩擦係数判定装置は、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数μを判定する摩擦係数判定手段を備えるとともに、前記制御ユニット１に、前記回転速度検出手段Ｓによる測定値から、スリップ比（前輪タイヤの車輪速度と後輪タイヤとの車輪速度の比）を演算する第１演算手段と、該スリップ比と車両の加減速度との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める第２演算手段と、該第２演算手段により求められる相関係数の値に応じて所定の時間または所定の個数の１次の回帰係数を蓄積し、蓄積した１次の回帰係数の値の頻度分布に基づいて、路面摩擦係数のしきい値を設定するしきい値設定手段とからなる初期化装置を備えている。
【００２１】
本実施の形態では、前記４輪のタイヤの回転速度を０．１秒以下、好ましくは０．０５秒以下で検出する。前記車両の加減速度はＧセンサで測定することもできるが、４輪または従動輪の平均車輪速度から演算するのがコスト面から好ましい。
【００２２】
ついで前記スリップ比および車両の加減速度を一定時間分のデータ、たとえば少なくとも０．１秒分以上のデータの平均値として、サンプリング時間ごとに移動平均化して求め、この移動平均された値（一定個数のスリップ比と車両の加減速度）を元に、該スリップ比と該車両の加減速度との関係式を求める。
【００２３】
さらに前記移動平均されたスリップ比および車両の加減速度のデータ、たとえば少なくとも５個以上のデータを用いて、スリップ比と車両の加減速度との互いの１次の回帰係数と相関係数を求める。ここで、移動平均して求められたスリップ比がある一定値以上の場合または一定値以下の場合（たとえば０．０７以上または−０．０７以下の場合）は、回帰係数の演算には使用しないようにしても良い。
【００２４】
以下、本実施の形態の路面摩擦係数判定装置および初期化装置の動作を手順▲１▼〜▲７▼に沿って説明する。
【００２５】
▲１▼車両の４輪タイヤＦＬＷ、ＦＲＷ、ＲＬＷおよびＲＲＷのそれぞれの回転速度から車輪速度（Ｖ１n、Ｖ２n、Ｖ３n、Ｖ４n）を算出する。
たとえば、ＡＢＳセンサなどのセンサから得られた車両の各車輪タイヤＦＬＷ、ＦＲＷ、ＲＬＷ、ＲＲＷのある時点の車輪速データを車輪速度Ｖ１n、Ｖ２n、Ｖ３n、Ｖ４nとする。
【００２６】
▲２▼ついで従動輪および駆動輪の平均車輪速度（Ｖｆn、Ｖｄn）を演算する。
前輪駆動の場合、ある時点の従動輪および駆動輪の平均車輪速度Ｖｆn、
Ｖｄnをつぎの式（１）、（２）により求められる。
Ｖｆn＝（Ｖ３n＋Ｖ４n）／２                    ・・・（１）
Ｖｄn＝（Ｖ１n＋Ｖ２n）／２                    ・・・（２）
【００２７】
▲３▼ついで前記従動輪の平均車輪加減速度（すなわち車両の加減速度）Ａｆnを演算する。
前記従動輪の平均車輪速度Ｖｆnより１つ前の車輪速データから、平均車輪速度Ｖｆn-1とすると、従動輪の平均車輪加減速度Ａｆnはそれぞれつぎの式（３）で求められる。
Ａｆn＝ａ・（Ｖｆn−Ｖｆn-1）／Δｔ／ｇ        ・・・（３）
【００２８】
ここで、Δｔは車輪速データから算出される車輪速度ＶｆnとＶｆn-1の時間間隔（サンプリング時間）であり、ｇは重力加速度であり、ａは車輪速度（ｋｍ／ｈ）の単位と加速度（ｍ／ｓ）の単位を合わせるための定数（１／３．６）である。前記サンプルング時間としては、データのばらつきを小さくし、かつ短時間で判別するためには、０．１秒以下である必要がある。より好ましくは、０．０５秒以下である。
【００２９】
▲４▼ついで前記車両の加減速度Ａｆnの値に応じて、スリップ比を演算する。
まず、加速状態で、駆動輪がロック状態で車両が滑っているとき（Ｖｄn＝０、Ｖｆn≠０）や、減速状態で、車両が停止状態で駆動輪がホイールスピンを起こしているとき（Ｖｆn＝０、Ｖｄn≠０）は、起こり得ないものとして、スリップ比Ｓnをつぎの式（４）、（５）から演算する。
0004451550.tif 000002
前記以外の場合は、Ｓn＝１とする。
【００３０】
▲５▼ついでスリップ比および車両の加減速度のデータをサンプリング時間ごとに移動平均化処理する。
実際の走行中の路面μは一定ではなく、刻々と変化するため、短時間で路面μを推定する必要がある。また直線回帰をする場合、一定以上のデータ数がなければ、得られた回帰係数の信頼性が劣る。そこで、単時間のサンプリング時間、たとえば数十ｍｓごとにデータをサンプリングし、このサンプリング時間で得られたばらつきの大きいデータを移動平均することにより、データの数を減らさずに、データのばらつきを小さくすることができる。
【００３１】
スリップ比については、
ＭＳn＝（Ｓ1＋Ｓ2＋・・・＋Ｓn）／Ｎ                    ・・・（６）
ＭＳn+1＝（Ｓ2＋Ｓ3＋・・・＋Ｓn+1）／Ｎ                ・・・（７）
ＭＳn+2＝（Ｓ3＋Ｓ4＋・・・＋Ｓn+2）／Ｎ                ・・・（８）
車両の加減速度については、
ＭＡｆn＝（Ａｆ1＋Ａｆ2＋・・・＋Ａｆn）／Ｎ            ・・・（９）
ＭＡｆn+1＝（Ａｆ2＋Ａｆ3＋・・・＋Ａｆn+1）／Ｎ       ・・・（１０）
ＭＡｆn+2＝（Ａｆ3＋Ａｆ4＋・・・＋Ａｆn+2）／Ｎ       ・・・（１１）
【００３２】
▲６▼ついでスリップ比と車両の加減速度との互いの１次の回帰係数、すなわちスリップ比の車両の加減速度に対する回帰係数Ｋ１と車両の加減速度のスリップ比に対する回帰係数Ｋ２をそれぞれつぎの式（１２）、（１３）から求める。
【００３３】
【数１】
0004451550.tif 000003
【００３４】
【表１】
0004451550.tif 000004
【００３５】
また相関係数Ｒは、
Ｒ＝Ｋ１×Ｋ２                                    ・・・（１４）
となる。
【００３６】
前記手順▲６▼により求めた１次の回帰係数Ｋ１（またはＫ２）の値を所定の時間または所定の個数蓄積する。以下、回帰係数Ｋ１について説明する。このとき、相関係数Ｒの値に応じて回帰係数Ｋ１のデータを蓄積するかしないかを決定する。このデータ蓄積のしきい値となる相関係数Ｒの値については、とくに限定されないが、小さすぎると測定精度が劣ったデータも蓄積されてしまうため、０．５以上であるが、０．９以上ではデータがほとんど蓄積されないため、０．７前後が好ましい。
【００３７】
データの蓄積量については、測定時間または蓄積個数で決定する。たとえば測定時間が１０分またはデータ蓄積個数が１０，０００個になった時点で、データ蓄積を終了するようにする。測定時間や蓄積個数は、これらに限定されたものではないが、時間が、たとえば１分以下のように短すぎたり、データ蓄積個数が少なすぎると、タイヤ識別の精度である初期化の精度が劣るので好ましくない。また逆に測定時間を長くしすぎると、そのあいだタイヤの識別が行なえないので、好ましくない。
【００３８】
▲７▼つぎに蓄積した回帰係数Ｋ１のデータの頻度分布を求める。そしてその頻度分布に基づいてしきい値を決定する。頻度分布に基づいてとは、たとえばその指標として、データの標準偏差と平均値との関係があげられる。ただし、指標は、これらに限られるものではなく、たとえばデータの最も発生頻度の高い値（ピーク値）などの統計的手法により求めることができる。
【００３９】
図３に回帰係数Ｋ１の頻度分布の一例を示す。図３に示される頻度分布の場合、標準偏差σは０．０２７、平均値μは０．１０９である。そして、図４に示されるようにあらかじめ車両ごとに設定した回帰係数Ｋ１のしきい値のマップ（エリア１〜４）と標準偏差の値および平均値とを比較することにより、現在装着されているタイヤのしきい値が決定される。図３に示す頻度分布の場合、前記標準偏差の値および平均値が図４に示すマップのエリア３内に入ることになり、表２に示されるようにＫ１≦０．１２では注意報、警報とも発しない（高μ路）、０．１２＜Ｋ１≦０．１６ではスリップ注意報を発する（中μ路）、０．１６＜Ｋ１ではスリップ警報を発する（低μ路）。ここで、この場合の回帰係数Ｋ１のしきい値０．１２と０．１６は、たとえば車両ごとに複数のトレッド剛性の異なるタイヤで乾燥アスフャルト路を走行し、回帰係数Ｋ１の頻度分布の平均値と標準偏差をμAとσAとした場合、
0004451550.tif 000005
を用いて、あらかじめ設定される。さらに各種路面を走行し、マップを作成しておくのが好ましい。
【００４０】
【表２】
0004451550.tif 000006
【００４１】
【実施例】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【００４２】
実施例１〜２
まず前輪駆動車の４輪タイヤとして、車両に装着させる２種類の冬タイヤは住友ゴム工業（株）製  グラスピックＤＳ−１とドイツダンロップ製  ｗｉｎｔｅｒ  ｓｐｏｒｔ（ウインタースポーツ）  Ｍ２である。またこの冬タイヤのゴム硬度は、前者が約５０度であり、後者が約６０度である。
【００４３】
ついで前記手順▲１▼〜▲７▼にしたがって、スリップ比に対する従動輪の平均車輪加減速度の１次の回帰係数Ｋ１を求めるにあたり、相関係数Ｒが０．７以上のときの回帰係数Ｋ１の値を採用し、そして蓄積することにした。また蓄積量は、測定時間が１０分間（またはデータ蓄積個数が１０，０００個になった時点）と設定した。
【００４４】
ついで車両を前記２種類のタイヤについて乾燥アスファルト路、湿潤アスファルト路、圧雪路およびアイスバーン路を走行させた（実施例１、２）。このときの走行条件は、各路面とも５０ｋｍ／ｈ前後の走行である。車輪の車輪速度のサンプリング時間に関し、データ数を多く、かつばらつきや測定誤差を排除するために、たとえば１秒ではサンプリング時間が長すぎるため、４０ｍｓとした。
【００４５】
そして走行中に蓄積した回帰係数Ｋ１のデータの標準偏差σを求めた。さらに蓄積した回帰係数Ｋ１のデータの平均値を求めた。その結果を図５のマップ上に示す。この１次の回帰係数Ｋ１の値の標準偏差σと平均値μの関係をあらかじめ車両ごとに設定した表３のエリアＡ〜Ｇのしきい値のマップを組み込んだ路面摩擦係数判定装置のロジックと比較して、前記冬タイヤの路面摩擦係数のしきい値を設定する。なお、表３におけるエリアのしきい値については、前記手順▲７▼で述べた考えにより設定した。
【００４６】
【表３】
0004451550.tif 000007
【００４７】
図５から路面の摩擦係数によらず、２種類のタイヤはそれぞれ同じエリアにすべてのデータが入っており、タイヤによる違いが現れている。すなわちどのような路面で初期化を行なってもタイヤを識別することが可能であり、精度良く摩耗係数の推定のためのしきい値を設定することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、路面の摩耗係数にかかわらず、タイヤのトレッド剛性の識別が可能となり、現在装着されているタイヤに応じたしきい値が設定できる。
【００４９】
この結果、タイヤを交換したり、摩耗が進んだ場合でも容易にしきい値の変更が可能となり、精度良く路面μを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の路面摩擦係数判定装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１における路面摩擦係数判定装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】１次の回帰係数の頻度分布を示す図である。
【図４】標準偏差と平均値の関係に基づいてタイヤごとのエリアに区分けられる一例を示す図である。
【図５】走行路面によらず、２種類のタイヤがそれぞれのエリアに区分けられる図である。
【符号の説明】
１  制御ユニット
２  初期化スイッチ
３  低μ路警報表示器
Ｓ  回転速度検出手段
ＦＬＷ、ＦＲＷ、ＲＬＷ、ＲＲＷ  タイヤ
【図１】
0004451550.tif 000008
【図２】
0004451550.tif 000009
【図３】
0004451550.tif 000010
【図４】
0004451550.tif 000011
【図５】
0004451550.tif 000012