(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現時点のホイール圧に、油圧が上昇する方向に、瞬間的に限界付近の制動状態を実現するインパルス状の油圧励振を重畳するホイール圧励振手段と、
励振成分を除去したホイール圧または車輪減速度から基準状態のブレーキトルクを検出するブレーキトルク検出手段と、
車輪速度を検出して車輪速度信号を出力する車輪速度検出手段と、
ホイール圧または前記ホイール圧励振手段からの入力信号からブレーキトルクの励振成分を検出する励振トルク検出手段と、
車輪速度信号とブレーキトルクの励振成分とから現時点での制動状態より限界に近い状態での路面μ勾配を推定する路面μ勾配推定手段と、
推定された路面μ勾配と検出された基準状態のブレーキトルクとに基づき路面μを推定する路面μ推定手段と、
を含む路面μ推定装置。
【請求項２】
路面μが基準値以下になったときに警報を出力する警報手段をさらに含む請求項１に記載の路面μ推定装置。
【請求項３】
前記路面μ勾配推定手段は、バネ下前後共振特性を表す物理モデルのパラメータを同定し、該パラメータから路面μ勾配を推定することを特徴とする請求項１に記載の路面μ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μ推定装置に係り、特に、制動または非制動時のホイール圧に油圧が上昇する方向にインパルス状の油圧励振を重畳し、この時の車輪速度信号等から推定される路面μ勾配に基づいて基準状態の路面μを推定し、推定した路面μが予め定められた基準値以下になったときに警報を出力する路面μ推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
スリップ速度に対する路面μの特性から、路面μ勾配を推定し、推定した路面μ勾配から路面状態の判定を行うことができる。この方法では、現時点のホイール圧の状態での路面μ勾配を路面μとスリップ速度との特性カーブから推定し、推定した路面μ勾配から路面μの最大値を予測し、路面μの最大値から路面状態を予測する。
【０００３】
しかしながら、図５に示すように、高μ路と低μ路とでは車体速度が低い領域、すなわち原点付近の領域の路面μ勾配の差が小さい。このため、原点付近の領域の路面μ勾配は、路面μの最大値との関連が小さく、定常状態の路面μ勾配から路面μの最大値を推定する場合に、誤差が生じる場合がある、という問題がある。
【０００４】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、高い精度で路面μを推定することができる路面μ推定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、現時点のホイール圧に、油圧が上昇する方向に、瞬間的に限界付近の制動状態を実現するインパルス状の油圧励振を重畳するホイール圧励振手段と、励振成分を除去したホイール圧または車輪減速度から基準状態のブレーキトルクを検出するブレーキトルク検出手段と、車輪速度を検出して車輪速度信号を出力する車輪速度検出手段と、ホイール圧または前記ホイール圧励振手段からの入力信号からブレーキトルクの励振成分を検出する励振トルク検出手段と、車輪速度信号とブレーキトルクの励振成分とから現時点での制動状態より限界に近い状態での路面μ勾配を推定する路面μ勾配推定手段と、推定された路面μ勾配と検出された基準状態のブレーキトルクとに基づき路面μを推定する路面μ推定手段と、を含んで構成したものである。
【０００６】
本発明によれば、ホイール圧励振手段により、現時点のホイール圧に、油圧が上昇する方向に、瞬間的に限界付近の制動状態を実現するインパルス状の油圧励振が重畳される。ブレーキトルク検出手段は、励振成分を除去したホイール圧から基準状態、例えば、限界付近の制動状態のブレーキトルクを検出する。なお、このブレーキトルクは、車輪減速度から検出することもできる。
【０００７】
また、車輪速度検出手段によって車輪速度が検出され、励振トルク検出手段によってホイール圧、またはホイール圧励振手段の入力信号からブレーキトルクの励振成分が検出される。路面μ勾配推定手段は、検出された車輪速度と検出されたブレーキトルクの励振成分とから、現時点での制動状態より限界に近い状態での路面μ勾配を推定する。
【０００８】
この路面μ勾配推定手段では、例えば車輪速度及びブレーキトルクの励振成分から、３次のバネ下前後共振特性を表す物理モデルのパラメータを同定し、同定したパラメータから路面μ勾配を推定することができる。この同定するパラメータは、３次のバネ下前後共振特性を表す物理モデルの車輪速度の時系列データ及びブレーキトルクの励振成分の時系列データとし、同定した車輪速度の時系列データ及びブレーキトルクの励振成分の時系列データから路面μ勾配を推定することができる。
【０００９】
このように、バネ下前後共振特性を表す物理モデルのパラメータを同定し、同定したパラメータから路面μ勾配を推定することにより、バネ下前後共振現象が発生する場合においても精度よくこの路面μ勾配を推定することができる。
【００１０】
ホイール圧をインパルス励振する場合、アクチュエータの特性から励振周波数には物理的な制約が生じる。すなわち、高い周波数で励振する場合には、バルブの開口面積を大きくしたり、増圧減の油圧をより高く設定したりして、油圧の増減圧勾配を大きくする必要がある。しかしながら、このような設定はエネルギー消費やアクチュエータ作動時の作動音の増大などの問題が生じてしまう。この結果、タイヤ回転共振など（３０Ｈｚ以上）の比較的高周波の共振モードを励振する場合に比べ、サスペンションの前後共振（１０〜２０Ｈｚ）は比較的低周波であるために共振モードの励振が容易であり、少ないエネルギーで効率的にμ推定が行われる。
【００１１】
また、さらに２〜３Ｈｚ以下の低い周波数での励振を行った場合には、車体運動にも影響が及び、励振時にドライバが減速感を感じるなどフィーリング上問題となる。
【００１２】
したがって、μ推定のためにブレーキ油圧を励振する周波数としては、エネルギーや動作音、フィーリングなど総合的な観点から、本発明で提案するサスペンションの前後共振周波数（１０〜２０Ｈｚ）が好ましい。
【００１３】
そして、路面μ推定手段は、推定された路面μ勾配と検出された基準状態のブレーキトルクとに基づき路面μを推定する。
【００１４】
なお、本発明においては、警報手段をさらに設け、路面μが基準値以下になったときに警報を出力するようにすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の路面μ推定装置の実施の形態について詳細に説明する。
【００１６】
本実施の形態は、図１に示すように、車輪に固定された回転歯車の歯に対向するように取り付けられ、車輪速度を検出し、車輪速度に相当する電気信号または数値信号等を車輪速度信号として出力する車輪速度センサ１０を備えている。この車輪速度センサ１０は、車両の４輪の各々に取り付けられているが、代表して１つのみ図示した。
【００１７】
車輪速度センサ１０の出力端には、車輪速度信号からバネ下前後共振とは無関係な周波数帯域の信号を除去し、バネ下前後共振と関連する周波数帯域の車輪速度信号のみを通過させるバンドパスフィルタ１２が接続されている。バンドパスフィルタ１２は、バンドパスフィルタ１２から出力された車輪速度信号の低周波数成分を車体速度ｖ0 として通過させる路面μ勾配推定装置１８内のローパスフィルタ１４を介して、路面μ推定部１７に接続されている。また、バンドパスフィルタ１２は、バンドパスフィルタ１２から出力された車輪速度信号の低周波数成分を除去することにより、ドリフト成分を除去した車輪速度信号を通過させる路面μ勾配推定装置１８内のハイパスフィルタ１６を介して、路面μ推定部１７に接続されている。
【００１８】
油圧ユニット２０からの油圧に応じてブレーキディスクにパッドを押付けて制動力を発生するホイールシリンダ２２には、ホイール圧を検出する半導体圧力センサで構成された圧力センサ２４が取り付けられている。圧力センサ２４から出力されたホイール圧信号は、乗算器２６で定数倍されてブレーキトルクに変換され、ハイパスフィルタ２８によって高周波成分のみがブレーキトルクの励振成分である励振トルクｕとして路面μ勾配推定装置１８の路面μ勾配推定部１７に入力される。
【００１９】
この路面μ勾配推定装置１８は、後述するように、オンライン同定手法によって、バンドパスフィルタ１２より出力された車輪速度信号、及びハイパスフィルタ２８より入力された励振トルクからバネ下前後共振特性を表す物理モデルであるサスペンション−タイヤ共振モデルのパラメータを同定し、同定したパラメータから路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量である路面μ勾配を推定する。
【００２０】
路面μ勾配推定装置１８の出力端には、路面μ勾配部１７で推定された路面μ勾配が０または０付近の正の小さな値に一致するように各車輪に作用するブレーキ力の操作量指令を演算すると共に、路面μ勾配部１７からの指令に基づいてホイール圧が上昇する方向にインパルス状の油圧励振指令を周期的に与えるＡＢＳ制御装置３４が接続されている。
【００２１】
ＡＢＳ制御装置３４の出力端には、ホイール圧を増圧するための増圧バルブ、及びホイール圧を減圧するための減圧バルブからなるＡＢＳアクチュエータバルブを備えた油圧ユニット２０が接続されている。ＡＢＳアクチュエータバルブは、上記の各指令に基づいて、ブレーキベダル３２から入力されるドライバの踏力に応じた圧力を発生するマスタシリンダ３０と、ドライバの踏力に無関係な高圧源（図示せず）とを切り替え、ホイールシリンダ２２内のホイール圧を制御する。
【００２２】
マスタシリンダ３０には、ドライバの踏力に応じたマスタシリンダの油圧を検出する油圧センサ３６が取り付けられている。油圧センサ３６から出力された油圧信号は、乗算器３８で定数倍されてブレーキトルクに変換され、路面μ推定装置４０に入力される。この路面μ推定装置４０には、路面μ勾配推定装置１８で推定された路面μ勾配が入力されると共に、警報を音声や表示によって行う警報装置４２に接続されている。
【００２３】
本実施の形態によれば、車輪速度センサ１０から出力された車輪速度信号は、バンドパスフィルタ１２に入力され、バンドパスフィルタ１２からバネ下前後共振と関連する周波数帯域の車輪速度信号のみが出力される。バネ下前後共振と関連する周波数帯域の車輪速度信号は、ローパスフィルタ１４に入力され、ローパスフィルタ１４から車体速度ｖ0 成分が出力され、また、ハイパスフィルタ１６にも入力され、ハイパスフィルタ１６からドリフト成分が除去された車輪速度ω成分が出力される。
【００２４】
また、圧力センサ２４で検出されたホイール圧の信号は、乗算器２６及びハイパスフィルタ２８を通過して励振トルクｕとして路面μ勾配推定部１７に入力される。
【００２５】
次に路面μ勾配推定部１７で実行される路面μ勾配推定の原理について説明する。まず、車輪速度の振動特性を表現するための物理モデルとして、図２に示すように、車体ＢにサスペンションＳを介してタイヤＴを連結することによって、バネ下特性を考慮したサスペンション−タイヤ共振モデルを仮定し、このモデルを用いたときの共振特性と路面μ勾配との関連について説明する。
【００２６】
図２の平行点回りの擾乱を表す運動方程式は、ドリフト成分を除去した車輪速度信号である車輪角速度及び励振トルクを用いると、次の（１）、（２）式で与えられる。
【００２７】
【数１】
0004330206.tif 000002
ただし、Ｉは車輪慣性モーメント（例えば、１．４４ｋｇｍ2 ）、ｍは車輪質量（例えば、３０ｋｇ）、ｒはタイヤ有効半径（例えば、０．３ｍ）、ｋはバネ定数（例えば、３．４×１０5 Ｎ／ｍ）、ｃはダンパ定数（例えば、２００Ｎｓ／ｍ）、Ｆはタイヤ摩擦力、ｕはサスペンション−タイヤ共振モデルへの制御入力であるブレーキトルクの励振成分である励振トルク、ωは車輪角速度、ｘはバネ下前後変位である。
【００２８】
また、タイヤ摩擦力Ｆが次の（３）式で与えられるとすると、状態方程式は次の（４）式で与えられる。
【００２９】
【数２】
0004330206.tif 000003
【００３０】
【数３】
0004330206.tif 000004
ただし、ｋt は路面μ勾配、Ｎは輪荷重（例えば、５６００Ｎ）、ｖ0 は車体速度である。
【００３１】
また、３次のバネ下前後共振特性を表す物理モデルであるブレーキトルクｕから車輪角速度ωまでの伝達関数 Gwu (s)は、次の（５）式で表される。
【００３２】
【数４】
0004330206.tif 000005
図３は、路面μ勾配が２、５、１０、２０のときの（５）式のボード線図を示したものである。図３から、路面μ勾配が大きくなり、タイヤ特性に余裕が生じると振動的な特性になることが理解できる。
【００３３】
次に、路面μ勾配の推定について説明する。まず、路面μ勾配推定時に、路面μ推定部１７よりＡＢＳ制御装置３４に、現時点のホイール圧に油圧が上昇する方向にインパルス状の油圧励振を周期的に重畳するための指令を与える。路面μ勾配は、このインパルス励振時のサスペンション−タイヤ共振現象を利用し、励振トルクと車輪速度との時系列データから（５）式の３次のバネ下前後共振モデル（Ｔｕｓｔｉｎ変換で離散化）に補助変数を適用して推定することができる。
【００３４】
以下、路面μ勾配の推定について詳細に説明する。
【００３５】
上記（５）式を路面μ勾配ｋt について整理すると、次式が得られる。
【００３６】
【数５】
0004330206.tif 000006
次に（７）式のＴｕｓｔｉｎ変換を（６）式に代入して（６）式を離散化する。
【００３７】
0004330206.tif 000007
Ｔｕｓｔｉｎ変換の結果（６）式は、時間領域で表現すると、次の（８）式のように整理することができる。
【００３８】
【数６】
0004330206.tif 000008
ただし、
a0 ＝(8mI+4τcI+2τ2kI)v0      b0＝(4τm +2τ2k)v0
a1 ＝(-24mI-4τcI+2τ2kI)v0    b1＝( -4τm +2τ2c+3τ3k)v0
a2 ＝(24mI -4τcI-2τ2kI)v0    b2＝( -4τm -2τ2c+3τ3k)v0
a3 ＝(-8mI +4τcI-2τ2kI)v0    b3＝(4τm -2τ2c +τ3k)v0
c1 ＝-N｛ 4τ(I+mr2) +2τ2cr2 +τ2kr2｝     d0 ＝-2τ2N
c2 ＝-N｛-4τ(I+mr2) +2τ2cr2+3τ3kr2｝     d1 ＝-2τ2N
c3 ＝-N｛-4τ(I+mr2) -2τ2cr2+3τ3kr2｝     d2 ＝ 2τ2N
c4 ＝-N｛ 4τ(I+mr2) -2τ2cr2 +τ3kr2｝     d3 ＝ 2τ2N
である。
【００３９】
次に、（８）式にオンライン同定手法を適用する。ここでは、補助変数法を用いて路面μ勾配ｋt の推定値ｋt [i] を同定した。補助変数法を用いたアルゴリズムは、次の（９）式のように表される。
【００４０】
【数７】
0004330206.tif 000009
ただし、λは忘却係数である。
【００４１】
なお、上記の路面μ勾配の推定において、車輪慣性モーメントＩ、車輪質量ｍ、タイヤ有効半径ｒ、バネ定数ｋ、ダンパ定数ｃ等は定数で予め与えられている。
【００４２】
上記のようにして推定された路面μ勾配、及び乗算器３８から出力されたブレーキトルクは路面μ推定装置４０に入力される。
【００４３】
路面μ推定装置４０は、推定された路面μ勾配が、予め定めた複数の基準値（例えば、５、９等）以下となったとき、すなわち基準状態である限界付近の制動状態になったときのブレーキトルクに応じた路面μ値を推定する。
【００４４】
また、ホイール圧を直接用いて以下の式により路面μを推定することもできる。
【００４５】
路面μ＝（路面μ勾配が９以下となったときのホイール圧）／１０＋０．２
図４（Ａ），（Ｂ）は、上記の実施の形態の路面μ推定装置を用いて、３０ｋｍ／ｈで定常走行している時に、０．５秒間隔で周期的にホイール圧に油圧が上昇する方向にインパルス励振を行って車輪速度とホイール圧とから路面μ勾配を推定した実験結果を示したものである。
【００４６】
上記の実験結果では、人工低μ路走行時の路面μ勾配が９以下となっており、このときのブレーキトルクは０、すなわちドライバがブレーキを踏んでいない定常走行であることから路面μは以下の式に従って０．２という値を推定値として出力する。
【００４７】
なお、この路面μは、上記の計算式の他以下の計算式のいずれかによっても推定することができる。
【００４８】
路面μ＝（路面μ勾配が５以下となったときのホイール圧）／１０＋０．１
路面μ＝（路面μ勾配が９以下となったときの車輪速度の減速度Ｇ）＋０．２
なお、ブレーキトルクと路面μ勾配とを入力とし、路面μを出力とするマップを作成し、このマップを用いて路面μの推定を行ってもよく、車輪速度の減速度を用いた上記の式に対応して、車輪速度の減速度と路面μ勾配とを入力とし、路面μを出力とするマップを作成し、このマップを用いて路面μの推定を行ってもよい。
【００４９】
そして、警報装置４２は、推定された路面μが基準値以下となったときに、その基準値以下の値に応じた警報を音声や表示によって行う。
【００５０】
上記のような低速（例えば、３０ｋｍ／ｈ）の車速領域では、スリップ率０の原点付近の路面μ勾配は、乾燥アスファルト路と人工低μ路とでは差がないことが知られている。このため、従来の路面μ勾配推定法では、低速の定常走行時には路面μ推定が困難であった。
【００５１】
しかしながら、ブレーキ油圧をインパルス励振する本実施の形態では、定常走行時にも係わらず、瞬間的に限界付近の制動状態を実現し、定常走行状態よりも制動限界に近い状態の路面μ勾配を推定できるため、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、乾燥アスファルト路と人工低μ路とで推定された路面μ勾配の差が生じている。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現在のホイール圧の状態に油圧が上昇する方向に瞬間的に限界付近の制動状態を実現するインパルス状の油圧励振を重畳するため、現在の制動状態より限界に近い状態での路面μ勾配から、現在の制動状態より限界に近い状態での路面μを推定することができるため、高い精度で限界に近い状態での路面μを推定することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のブロック図である。
【図２】サスペンション−タイヤ共振モデルを示す概略図である。
【図３】路面μ勾配とサスペンション−タイヤ共振特性との関係を示し、（Ａ）は周波数とゲインとの関係を示す線図、（Ｂ）は周波数と位相との関係を示す線図である。
【図４】本実施の形態の路面μ推定装置を用いて、定常走行している時に周期的にホイール圧に油圧が上昇する方向にインパルス励振を行って路面μ勾配を推定した実験結果を示し、（Ａ）は車速とホイール圧との時間変化、（Ｂ）は推定μ勾配の時間変化を示すものである。
【図５】高μ路及び低μ路におけるリップ速度と路面μとの関係を比較して示す線図である。
【符号の説明】
１０  車輪速度センサ
１２  バンドパスフィルタ
１８  路面μ勾配推定装置
２０  油圧ユニット
３４  ＡＢＳ制御装置
４０  路面μ推定装置
【図１】
0004330206.tif 000010
【図２】
0004330206.tif 000011
【図３】
0004330206.tif 000012
【図４】
0004330206.tif 000013
【図５】
0004330206.tif 000014