(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２輪駆動車両において、車両の各車輪の回転速度を検出する回転速度検出手段と、検出された回転速度に基づいて駆動輪の平均車輪速度を求める車速演算手段と、従動輪の平均車輪速度を求める車速演算手段と、前記平均車輪速度から車輪加減速度を求める加減速演算手段と、該車輪加減速度の振幅を求める振幅演算手段と、該振幅の中間値を演算する中間値演算手段と、前記駆動輪の振幅と、前記従動輪の振幅の中間値との関係に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定手段とを備えてなる路面摩擦係数判定装置。
【請求項２】
前記駆動輪の振幅を前記従動輪の振幅の中間値に応じて、層別を行ない、その層別された振幅のばらつきを統計的処理を用いて数値化する演算処理をさらに備えており、前記路面摩擦係数判定手段により、予め設定しておいたしきい値と比較することにより、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する請求項１記載の路面摩擦係数判定装置。
【請求項３】
２輪駆動車両において、車両の各車輪の回転速度を検出する工程と、検出された回転速度に基づいて駆動輪の平均車輪速度を求める工程と、従動輪の平均車輪速度を求める工程と、前記平均車輪速度から車輪加減速度を求める工程と、該車輪加減速度の振幅を求める工程と、該振幅の中間値を演算する工程と、前記駆動輪の振幅と、前記従動輪の振幅の中間値との関係に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する工程を備えてなる路面摩擦係数判定方法。
【請求項４】
前記駆動輪の振幅を前記従動輪の振幅の中間値に応じて層別を行ない、その層別された振幅のばらつきを統計的処理を用いて数値化する工程をさらに備えており、前記路面摩擦係数判定手段により、予め設定しておいたしきい値と比較することにより、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する請求項３記載の路面摩擦係数判定方法。
【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および方法に関する。さらに詳しくは、４つのタイヤ車輪の回転情報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）を判定することにより、車両の性能および安全性を高めることができる路面摩擦係数判定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おそれがある。
【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、車両の推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予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】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平６０−９９７５９号公報の装置では、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を推定している。
【０００７】
すなわち、この公報によれば、スリップ時には車両加速度をＡとし、車両重量をＷとした場合、車両の加速に要する駆動力Ｆは、
Ｆ＝Ｗ・Ａ／ｇ
で求められる（ｇは重力加速度である）。一方、この駆動力Ｆは、駆動輪と路面とのあいだの摩擦力により決まり、駆動輪に加わる荷重Ｗｒと路面μを用いてＦ＝μ・Ｗｒと表わすことができる。これら２つの式から路面μは、μ＝Ｗ／Ｗｒ・ｇ×Ａとして求められる。
【０００８】
しかし、この式によって求められた路面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Ａに置き換え、この車両加速度Ａ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ず、確率的にもそうでない場合の可能性が圧倒的に高い。
【０００９】
したがって、そのような路面μに基づいてＡＢＳなどの各種車両運動制御を行なうと、実際の路面μに対応した制御ではないため、不適当な制御を実行するおそれがある。また、運転手に滑りやすい路面であることを警告する場合においても、前記推定した路面μでは、誤報を発するおそれがある。さらに、路面μによって最大制動力が得られるスリップ率が異なるため、固定された基準スリップ率で追従制御を行なった場合、逆に制動距離が長くなったり、タイヤがロックしてしまうおそれがある。
【００１０】
そこで、本出願人は、車両の前後加減速度を推定し、その前後加減速度の大きさにより４輪または駆動輪の平均加減速度の時間的な変化量を層別する方法（特願平１１−３４９１０７号）や４輪の回転加速度のばらつきの大きさにより層別する方法（特願平１１−３４７９０９号）を提案している。これらの方法では、車両の前後加減速度を推定する際に、加速度センサ（Ｇセンサ）などの付加的なデータを利用することにより、前後加減速度を精度良く推定することができるため、路面μを精度よく推定することができる。またＧセンサーを必要としない、つまり車両加速度を推定する必要がない方法として、本出願人は、車輪回転加減速度の振幅と中間値の関係から層別する方法を提案している（特願２０００−５８９２０）。この方法は、とくに４輪駆動車に有効な方法である。しかるに、２輪駆動車について言えば、駆動輪と従動輪の回転速度は、その回転を引き起こす入力源が、駆動輪はエンジントルクであり、従動輪は路面であることから、加速状態においてとくに顕著に異なることが知られている。
【００１１】
本発明は、その現象に着目し、Ｇセンサなどの付加的データを必要とせず、４輪の車輪回転速度情報のみから、走行中の車両の路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を精度よく判定できる路面摩擦係数判定装置および方法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】
本発明の路面摩擦係数判定装置は、２輪駆動車両において、車両の各車輪の回転速度を検出する回転速度検出手段と、検出された回転速度に基づいて駆動輪の平均車輪速度を求める車速演算手段と、従動輪の平均車輪速度を求める車速演算手段と、前記平均車輪速度から車輪加減速度を求める加減速演算手段と、該車輪加減速度の振幅を求める振幅演算手段と、該振幅の中間値を演算する中間値演算手段と、前記駆動輪の振幅と、前記従動輪の振幅の中間値との関係に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定手段とを備えてなることを特徴とする。
【００１３】
また本発明の路面摩擦係数判定方法は、２輪駆動車両において、車両の各車輪の回転速度を検出する工程と、検出された回転速度に基づいて駆動輪の平均車輪速度を求める工程と、従動輪の平均車輪速度を求める工程と、前記平均車輪速度から車輪加減速度を求める工程と、該車輪加減速度の振幅を求める工程と、該振幅の中間値を演算する工程と、前記駆動幅の振幅と、前記従動輪の振幅の中間値との関係に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する工程を備えてなることを特徴とする。
【００１４】
【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および方法を説明する。
【００１５】
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は駆動輪の加減速度の振幅の絶対値と従動輪の加減速度の振幅の中間値との関係を示す説明図、図４はドライアスファルトにおける駆動輪の加減速度の振幅の絶対値と従動輪の加減速度の振幅の中間値との関係を示す図、図５は圧雪路における駆動輪の加減速度の振幅の絶対値と従動輪の加減速度の振幅の中間値との関係を示す図、図６は氷盤路における駆動輪の加減速度の振幅の絶対値と従動輪の加減速度の振幅の中間値との関係を示す図である。
【００１６】
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検出する回転速度検出手段Ｓを備えており、この車輪速度検出手段Ｓの出力は、ＡＢＳなどの制御ユニット１に伝達される。またこの制御ユニット１には、図２に示されるように、液晶表示素子、プラズマ表示素子またはＣＲＴなどの構成された表示手段である警報表示器２が接続されている。３は運転者によって、操作される初期化スイッチである。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
車両が加速または減速する場合、ミクロで見ると加速と減速の仕方が違うので、高μ路に対し低μ路では、見かけ上は同じような加速でも車輪速度がばらつきながら加速している。また２輪駆動の場合、駆動輪と従動輪の加速度のばらつきは低μほど差が大きい。
【００２０】
このことに着目して本実施の形態では、前記制御ユニット１に、第１の解決手段として、前記回転速度検出手段Ｓにより検出される回転速度に基づいて、ある瞬間における、駆動輪の平均車輪速度を求める車速演算手段と、従動輪の平均車輪速度を求める車速演算手段と、前記平均車輪速度から車輪加減速度を求める加減速演算手段と、該車輪加減速度の振幅を求める振幅演算手段と、該振幅の中間値を演算する中間値演算手段と、前記駆動輪の振幅と前記従動輪の振幅の中間値との関係に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定手段とを備えている。なお、前記振幅は、絶対値の振幅であるのが好ましい。
【００２１】
また本実施の形態では、第２の解決手段として、前記駆動輪の振幅を前記従動輪の振幅の中間値に応じて層別を行ない、その層別された振幅のばらつきを統計的処理を用いて数値化する統計演算処理をさらに備えている。前記統計的処理とは、平均値または標準偏差などを算出する処理である。
【００２２】
本実施の形態では、前記路面摩擦係数判定手段により、路面が低μであると判断された場合は、前記警報表示器２により警報を発する。
【００２３】
以下、本実施の形態の路面摩擦係数判定装置の動作を手順▲１▼〜▲９▼に沿って追って説明する。
【００２４】
▲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。
【００２５】
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▼ついで従動輪の平均車輪速度Ｖｍnおよび駆動輪の平均車輪速度Ｖｄnを演算する。
【００２７】
ある時点の従動輪（前輪駆動の場合は後輪）の平均車輪速度Ｖｍnと駆動輪（前輪駆動の場合は前輪）の平均車輪速度Ｖｄnはつぎの式（１）、（２）により求められる。
【００２８】
【数１】
0004414547.tif 000002
【００２９】
▲３▼ついで従動輪の平均車輪速度Ｖｍnおよび駆動輪の平均車輪速度Ｖｄnより１つ前の車輪速データを従動輪の車輪速度Ｖｍn-1、Ｖｄn-1とすると、従動輪と駆動輪の車輪加減速度Ａｍn、Ａｄnはそれぞれつぎの式（３）、（４）で求められる。
Ａｍn＝ａ・（Ｖｍn−Ｖｍn-1）／Δｔ／ｇ        ・・・（３）
Ａｄn＝ａ・（Ｖｄn−Ｖｄn-1）／Δｔ／ｇ        ・・・（４）
【００３０】
ここで、Δｔは車輪速データから算出される車輪速度Ｖｆn、Ｖｍn、ＶｄnとＶｆn-1、Ｖｍn-1、Ｖｄn-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、たとえば１秒以下が望ましく、より望ましくは５０ｍｓ以下とすることができる。
【００３１】
▲４▼ついで従動輪および駆動輪の車輪加減速度の振幅Ｄｎを算出する。
【００３２】
ここで、振幅は、加減速度の時系列データＡｎの個々の波形のピークトゥピークの変化量（最高最低振幅値）とすることができる。たとえば、
（Ａn−Ａn-1）×（Ａn-1−Ａn-2）≦０            ・・・（５）
である場合に、Ｐｉ＝Ａn-1とすると、つぎの式（６）により振幅Ｄｎを算出する。
Ｄｎ＝Ｐｉ−Ｐｉ-1                               ・・・（６）
【００３３】
▲５▼ついで前記振幅の中間値Ｍｎと絶対値Ｅｎをつぎの式（７）、（８）から算出する。ここで、振幅Ｄｎには、正負の振幅が算出されるので、計算上、絶対値の振幅Ｅｎを用いるのが好ましい。
Ｍｎ＝（Ｐｉ＋Ｐｉ-1）／２                       ・・・（７）
Ｅｎ＝│Ｄｎ│                                    ・・・（８）
【００３４】
▲６▼ついで従動輪の前記中間値Ｍｎと駆動輪の前記絶対値Ｅｎとの関係をプロットし、このときの絶対値Ｅｎのばらつき方により、路面μを判定する。
【００３５】
すなわち図３に示されるように、絶対値Ｅｎの領域を予め設定されたしきい値Ｓ１、Ｓ２（たとえばＳ１＝０．１５、Ｓ２＝０．２５）を用いてエリアＡ、Ｂ、Ｃとし、絶対値Ｅｎのばらつきがどのエリアに存在するかによって、路面μを判定する。
【００３６】
たとえば、絶対値Ｅｎがしきい値Ｓ１以下（エリアＡ）であれば高μであり、しきい値Ｓ２以下（エリアＢ）であれば中μであり、しきい値Ｓ２以上（エリアＣ）であれば低μである。
【００３７】
したがって、本実施の形態では、前記手順▲１▼〜▲６▼から駆動輪の加減速度の振幅と好ましくは絶対値と従動輪の加減速度の振幅の中間値との関係に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数μを判定することができる。
【００３８】
しかし、前記駆動輪の加減速度の振幅は、路面の摩擦係数の大きさに応じて一定の値を示すものではなく、変動をともなうことが図４、６の結果からわかる。つまり氷盤路でのデータ（図６）では振幅が大きなデータが存在するのと同時にドライアスファルトのデータ（図４）と同レベルのデータも混在している。
【００３９】
そこで、本実施の形態では、さらに前記振幅を中間値に応じて層別を行ない、その層別された振幅のばらつきを統計的処理、たとえば平均値または標準偏差などにより数値化し、より正確に路面とタイヤとのあいだの摩擦係数μを判定する。
【００４０】
▲７▼ついで従動輪の車輪加減速度の時系列データから得られる中間値Ｍｎの大きさにより駆動輪の振幅の絶対値Ｅｎを層別し、層別された絶対値Ｅｎを数値化する。
【００４１】
たとえば、中間値Ｍｎが−０．２Ｇ〜＋０．２Ｇの範囲を０．０５Ｇ刻みで区切り、それぞれの範囲内にある絶対値Ｅｎの平均値ＡＶＥまたは標準偏差σｎを求める。
【００４２】
たとえば、標準偏差σｎはつぎの式（９）で求められる。
【００４３】
【数２】
0004414547.tif 000003
【００４４】
なお、−０．２Ｇ〜＋０．２Ｇとしたのは、通常の走行状態（急加速および急制動を行なわない状態）では、従動輪の中間値はこの程度であり、通常の走行で路面μを判定できることを示している。また加速や急制動を行なえば、タイヤがスリップし、路面が滑りやすいかどうかは他にも判定する方法がある。
【００４５】
▲８▼ついで平均値ＡＶＥまたは標準偏差σｎに対して、予め、それぞれの所定のしきい値Ｌを設定しておき、そのしきい値Ｌをこえたら低μ路であると判定する。またはしきい値を２つ設定し、しきい値Ｌ１未満ならば高μ路（たとえばドライアスファルト）、Ｌ１以上Ｌ２未満ならば中μ路（たとえば雪上路）、Ｌ２以上ならば低μ路（たとえば氷上路）であると判定する。
【００４６】
▲９▼つぎに路面の情報（滑りやすいなど）を運転手に警報する。
【００４７】
さらには、路面の状態をＡＢＳ装置やＴＲＣ装置などの制御に使用する。
【００４８】
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。
【００４９】
【実施例】
まず２輪駆動車（ＦＦ）の４輪タイヤとして、スタッドレスタイヤ（住友ゴム工業（株）製  グラスピックＨＳ−１）を使用し、車両をドライアスファルト路Ｒ１、圧雪路Ｒ２および氷盤路Ｒ３を直進走行させた。このときの走行条件は、各路面とも２０ｋｍ／ｈからのゆっくりした加速走行（加速度０．１Ｇ以下）である。車輪の車輪速度のサンプリング時間は、加速と減速は、ミクロ的に見なければいけないので、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。
【００５０】
回転速度検出手段から出力される車輪速パルスに基づいて、車輪速度を取り込み、駆動輪と従動輪の平均車輪速度を算出したのち、それぞれの平均車輪加減速度の時系列データを算出し、個々の波形の振幅（ピークトゥピーク値の変化量）とその振幅の中間値を計算する。
【００５１】
前記すべてのデータは、４０ｍｓ毎にサンプリングされるとともに、演算される。前記駆動輪の加減速度の振幅のデータを従動輪の加減速度の振幅の中間値の大きさによって層別を行ない、一定の範囲内に所定の個数蓄積されると、さらにその所定の個数の標準偏差σｎを求め、制御ユニット内に保存しておく。
【００５２】
その結果を図４〜６にあるように、各路面（Ｒ１〜Ｒ３）の駆動輪の加減速度の振幅の絶対値Ｅｎと従動輪の加減速度の振幅の中間値Ｍｎの関係として示す。図４〜６に示されるように、摩擦係数が低い路面（氷盤路＜圧雪路＜ドライアスファルト路）ほど駆動輪の加減速度の振幅の絶対値Ｅｎのばらつきが大きくなっていることがわかる。
【００５３】
つぎに、この駆動輪の振幅の絶対値Ｅｎのばらつきの大きさを数値化するために、５０個蓄積されたときの標準偏差σｎを求めたのが表１である。すなわち、従動輪の中間値Ｍｎが−０．０２Ｇ〜＋０．０２Ｇ（範囲Ｉ）、＋０．０２Ｇ〜＋０．０６Ｇ（範囲II）、＋０．０６Ｇ〜＋０．１Ｇ（範囲III）において、駆動輪の振幅の絶対値Ｅｎがそれぞれ５０個蓄積されたときの標準偏差σｎの値を示している。
【００５４】
【表１】
0004414547.tif 000004
【００５５】
ここで、表２に示すように前記標準偏差σｎに対して、予めしきい値を２つ（たとえば範囲ＩにおいてＬ１＝０．０３とＬ２＝０．０６）設定しておくことにより、振幅の絶対値Ｅｎの標準偏差σｎがどの層ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＲ３に入っているかで、路面μを判定することができる。
【００５６】
【表２】
0004414547.tif 000005
【００５７】
そして、この推定された路面μの情報をＡＢＳ装置やＴＲＣ装置などに用いることにより、路面μに応じた最適な制御を行なうことができる。また、低μ路と判断された場合、運転手に滑りやすい路面であると注意を促すことができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、車両の加減速度を推定しなくても、２輪駆動車の４輪の車輪回転速度情報のみで路面μを精度よく判別できる。
【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】駆動輪の加減速度の振幅の絶対値と従動輪の加減速度の振幅の中間値との関係を示す説明図である。
【図４】ドライアスファルトにおける駆動輪の加減速度の振幅の絶対値と従動輪の加減速度の振幅の中間値との関係を示す図である。
【図５】圧雪路における駆動輪の加減速度の振幅の絶対値と従動輪の加減速度の振幅の中間値との関係を示す図である。
【図６】氷盤路における駆動輪の加減速度の振幅の絶対値と従動輪の加減速度の振幅の中間値との関係を示す図である。
【符号の説明】
１  制御ユニット
２  警報表示器
３  初期化スイッチ
ＦＬＷ、ＦＲＷ、ＲＬＷ、ＲＲＷ  タイヤ
【図１】
0004414547.tif 000006
【図２】
0004414547.tif 000007
【図３】
0004414547.tif 000008
【図４】
0004414547.tif 000009
【図５】
0004414547.tif 000010
【図６】
0004414547.tif 000011