(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に装備された横方向加速度センサおよびヨーレイトセンサの出力を取込み前車軸の軸方向加速度を演算する第一の手段と、その車両に装備された操舵角センサ出力およびその車両の車速情報を取込み、ｎ個（ただしｎは３以上の整数）の値の異なる路面摩擦係数を仮に設定し、そのｎ個の路面摩擦係数を用いてそれぞれ前車軸の軸方向加速度を演算する第二の手段と、この第二の手段により演算されたｎ個の前車軸の軸方向加速度を前記第一の手段により演算された前車軸の軸方向加速度と比較し、最もよく近似する演算結果につきその演算過程に用いられた路面摩擦係数をその時点での路面摩擦係数として出力する第三の手段とを備えたことを特徴とする路面摩擦係数の推定装置。
【請求項２】
請求項１記載の第一の手段、第二の手段、および第三の手段の実行手順が記録された機械読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両が走行中の路面の摩擦係数を推定する装置に関する。本発明は横転防止装置その他車両の姿勢制御装置に利用する。本発明は、車両の走行中に運転操作にかかわらず自動的に、車両の姿勢を安定に制御するためのプログラム制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の走行中に、リアルタイムのその姿勢を検出し、不安定な状態が予測されるときに、一部の車輪に自動的にブレーキをかけるなどにより、姿勢の安定制御を行う姿勢制御の技術が高度化されている。乗用車に限らず、このような姿勢安定制御装置がトラックやバスなどの商業車にも装備されるようになった。
【０００３】
車両の姿勢をリアルタイムに検出するには、車両に、前後方向加速度センサ、横方向加速度センサ、重心まわりの水平面回転加速度を検出するヨーレイトセンサ、重心まわりの車両進行方向に垂直面回転加速度を検出するロールレイトセンサ、各車輪の回転センサ、運転操作による操舵角度を検出する操舵角センサ、その他を装備して、走行中の車両の状態をリアルタイムに電気信号として検出する。そして、この電気信号をプログラム制御回路に取込み、このプログラム制御回路の中に各センサの出力に基づき走行中の車両モデルを設定する。この車両モデルの状態により、車両姿勢が不安定になることが予測されるときに、それが制御不能に陥る前に一部の車輪に自動的にブレーキをかけるなどにより、運転操作にかかわらず車両の姿勢をたて直すように制御することができる。
【０００４】
このような姿勢安定制御装置では、車両の姿勢を正しく検出するためにも、また姿勢制御を正しく実行するためにも、各時点で、走行中の路面と車輪（具体的にはタイヤ）との摩擦係数（ここでは「路面摩擦係数」という）をリアルタイムに認識していることが必要である。とくに路面摩擦係数を正しく認識することにより、車両の横すべりがどのように発生するかを正しく予測することができる。さらに、路面摩擦係数を正しく認識することにより、一部の車輪を制動することにより、車両姿勢にどのような反応があるかをを正しく予測することができる。
【０００５】
従来から走行車両の路面摩擦係数を知るために、車輪に制動力または駆動力を与えたときに、車輪の回転センサおよび車両の前後方向の加速度センサの状態を観測し、車輪のスリップがあったか否か、スリップがあったとすればどの程度であるかを演算し、これらから路面摩擦係数を推定する技術が知られている（特開平１０−２９９５２８号、特開平１０−０３５４４３号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの従来技術では、車輪に制動力または駆動力を与えるときに限り、路面摩擦係数の観測および推定演算が可能である。したがってブレーキ操作も加速操作も行われないときには、新たに路面摩擦係数を推定することができない。また、車輪回転と車両の前後方向加速度の関係を知るには、車輪に制動力または加速力が加えられてから車両の加速度に変化が生じるまで、あるていどの時間にわたり観測を行うことが必要であり、さらにその演算はその時間にわたり積分演算を実行することが必要である。したがってセンサ出力からデータを取込んでから路面摩擦係数が算出されるには相応の時間が経過していることになる。一般に、路面摩擦係数は車両の走行にしたがってたえず変動しているものであって、観測および演算に時間を要するこのような従来方法では、演算結果が得られたときには、すでに現実の車両は路面摩擦係数の異なる路面状態を走行していて、その演算結果を利用する意味がなくなる場合も起こりえる。
【０００７】
本発明はこのような背景に行われたものであって、制動または加速を伴うことなく路面摩擦係数を推定演算することができる装置を提供することを目的とする。本発明は、観測および演算に要する時間をきわめて短くして、路面摩擦係数を推定することができる装置を提供することを目的とする。本発明は、積分演算を実行することなく路面摩擦係数を推定演算することができる装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、操舵が行われ車両の前後方向に対して前輪の進行方向が角度をもつことを利用して路面摩擦係数を推定するものである。
【０００９】
本発明は、車両に装備された横方向加速度センサおよびヨーレイトセンサの出力を取込み前車軸の軸方向加速度を演算する第一の手段と、その車両に装備された操舵角センサ出力およびその車両の車速情報を取込み、複数ｎ個の値の異なる路面摩擦係数を仮に設定し、そのｎ個の路面摩擦係数を用いてそれぞれ前車軸の軸方向加速度を演算する第二の手段と、この第二の手段により演算されたｎ個の前車軸の軸方向加速度のうち前記第一の手段により演算された前車軸の軸方向加速度と比較し、最もよく近似する演算結果につきその演算過程に用いられた路面摩擦係数をその時点での路面摩擦係数として出力する第三の手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
いま運転操作により操舵が行われて、小さい舵角が入力されたものとする。この操舵により車両に横方向加速度が発生し、これが車両の重心まわりに回転力を与える。この横方向加速度および重心まわりのヨーレイトはそれぞれセンサから演算回路に取込まれる。演算回路では、横方向加速度の値およびヨーレイトを利用し、車両の形状寸法に基づきあらかじめ設定されているパラメタ（重心から前車軸までの距離、前車軸の長さ、車両質量、重心まわりの慣性モーメント、その他）を利用して、最も敏感に路面の滑りやすさが現れる前車軸（フロントアクスル）の横方向加速度を演算する。この演算には路面摩擦係数の要素は含まれない。これが第一の手段の演算である。
【００１１】
一方、実質的に同一時点に、センサから操舵角および車速情報を取込み、路面摩擦係数ｎ個（μ1 、μ2 、・・・μn ）を仮に設定し、この仮に設定した路面摩擦係数により前車軸の横方向加速度を演算する。路面摩擦係数がｎ個あるので演算結果はｎ個得られる。路面摩擦係数が小さいほど、すなわち滑りやすい路面ほど大きい横すべりが発生し、定性的には滑りにくい路面ほど前車軸の横方向加速度は大きくなる。これが第二の手段の演算である。
【００１２】
第二の手段で演算したｎ個の前車軸の横方向加速度の値を第一の手段で演算した路面摩擦係数の要素を含まない横方向加速度の値（１個）と比較し、ｎ個のうち最もよく近似する演算結果を選択し、その選択された演算結果を演算するために用いた路面摩擦係数の値をその時点での路面摩擦係数と推定する。これが第三の手段の演算である。
【００１３】
試験をしてみると、ｎは３ていどでよい。すなわち滑りにくい路面（μ1 ＝１）、雨水でぬれた路面（μ2 ＝0.6)、結氷路面（μ3 ＝0.１) という３種類の路面摩擦係数を仮に設定すると実用上合理的な姿勢制御を実行することができる路面摩擦係数の値を推定することができる。ｎ＝５とするとさらに精度の高い路面摩擦係数の値を推定することができる。
【００１４】
本発明により推定された路面摩擦係数は、姿勢制御装置に設定される車両モデル上で路面摩擦係数をリアルタイムに更新するために利用される。本発明の装置を装備した姿勢制御装置は、つねに最も確からしい最新の路面摩擦係数を保持する。本発明の装置では、車両の運転操作により操舵が行われたときに路面摩擦係数が更新されるから、制動あるいは加速を行わないときにも路面摩擦係数を推定することができる。これは制動あるいは加速を行うときにかぎり路面摩擦係数の値を推定する従来例装置に比べると、制動あるいは加速を行うことが少ない滑りやすい路面を走行中により正しい路面摩擦係数を推定することができる点で有利である。本発明の装置は制動あるいは加速を行うときに路面摩擦係数を推定する従来装置と併用することもできる。
【００１５】
この明細書では、推定演算の結果得られる量を「路面摩擦係数」と表現するが、推定演算の結果得られる値が物理的な路面摩擦係数そのものでなくとも、物理的な路面摩擦係数に何らかの係数を乗じた値である、あるいは物理的な路面摩擦係数を要素とする関数であるなど、実質的に路面摩擦の状態を表す数値として姿勢制御装置において有用な物理量を本発明の論理により推定演算する装置は本発明の範囲に含まれるものとする。
【００１６】
本発明のもうひとつの観点は、プログラム制御回路にインストールするためにこの演算手順を記録した記録媒体である。すなわち本発明は、上記第一の手段、第二の手段、および第三の手段に記載された推定演算のための実行手順が記録された機械読取可能な記録媒体を対象とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例装置を図面に基づいて説明する。図１は本発明実施例装置のシステム構成図である。図２は本発明実施例装置の車両への実装例を示す斜視図である。
【００１８】
車両に装備された姿勢制御装置１の内部に、本発明実施例の路面摩擦係数推定装置２がソフトウエアにより設定される。この姿勢制御装置１はプログラム制御装置である。この姿勢制御装置１の内部には、ＡＢＳ（Antilock Breaking-control System,自動制動制御装置）の制御部その他が含まれている。この姿勢制御装置１には、横方向加速度センサ４、車速センサ５（トランスミッション出力点で検出される）、ヨーレイトセンサ６、各車輪の車輪回転速度センサ１０、ブレーキ圧センサ１２、操舵角センサ１４、内燃機関の電子ガバナ１５に装備されたガバナセンサ１６、ロールレイトセンサ１７、および前後方向加速度センサ１８から、それぞれセンサ出力が取込まれる。そして、この姿勢制御装置１の制御出力は、各車輪に設けられたブレーキ・ブースタ・アクチュエータ１１、および電子ガバナ１５に送出される。
【００１９】
すなわちこの姿勢制御装置１は、その内部に当該車両のモデルが設定され、そのモデルには、当該車両の諸元にもとづいて、必要なパラメタが設定される。上記各センサからの電気信号出力にしたがって、走行状態におけるパラメタが設定される。制御の一例を説明すると、操舵ハンドル１３がちょうど図１に示すように左方向に操作され、左右前輪が左方向に操舵状態になったときに、前輪に横滑り状態が発生したものとする。この状態に対する反応は、横方向加速度センサ４、およびヨーレイトセンサ６に検出される。この状態で、前後方向加速度に対して横方向加速度が増大してゆく、あるいはロールレイトが増大してゆくなどの現象が観測されると、その程度に応じて、左後輪または左右後輪にブレーキ圧がブレーキ・ブースタ・アクチュエータ１１から供給される。これにより横すべり状態はなくなり、姿勢は安定な方向に回復する。
【００２０】
ここで、この車両のモデルにパラメタとして設定される現時点の路面摩擦係数は、車両姿勢の変化を予測するために、また必要なブレーキ圧を演算するためにきわめて重要な要素となる。路面摩擦係数は、走行中の車両で直接に観測するには、特殊なハードウエア装備が必要であり、実験車両であれば可能であっても、販売されるすべての車両に装備することはきわめて困難であるから推定しなければならない。この姿勢制御装置の路面摩擦係数は、現時点のものであることが必要である。すなわちモデルに設定されている路面摩擦係数の値は、車両の姿勢制御のための時間にくらべて十分に短い時間内に、推定演算され更新されなければならない。
【００２１】
図３は本発明実施例装置（路面摩擦係数推定装置２）の要部動作を示すフローチャートである。この装置は操舵角センサの出力に閾値をこえる変動があったときに起動する。第一の手段では、横方向加速度センサの出力、ヨーレイトセンサの出力、および速度センサ出力を取込み、前車軸の軸方向加速度α0 を演算する。第二の手段では、車速センサ出力および操舵角センサ出力を取込み、あらかじめ仮に設定されているｎ個の路面摩擦係数μ1 、μ2 、・・・μn について、前車軸の軸方向加速度α1 、α2 、・・・αn を演算する。第三の手段では、上記第一の手段で演算された前車軸の軸方向加速度α0 と第二の手段で演算されたｎ個の前車軸の軸方向加速度α1 、α2 、・・・αn とを比較し、この中からα0 と最も近似するもの（αi とする）を選択し、このαi を演算するために用いたｎ個の路面摩擦係数のうちの一つ（μi とする）を出力する。この路面摩擦係数μi は姿勢制御装置の中で現時点の路面摩擦係数として利用される。
【００２２】
ここで、横方向加速度およびヨーレイトから前車軸の軸方向加速度（ＧFA ）を演算する演算式は、
【００２３】
【数１】
0003771087.tif 000002
である。また、車速および操舵角度から仮に設定された路面摩擦係数μについて前車軸の軸方向加速度を演算する演算式は、
【００２４】
【数２】
0003771087.tif 000003
である。ここに、
【００２５】
【数３】
0003771087.tif 000004
であり、（k−１），（ｋ−2）等はそれぞれ１サンプル前、２サンプル前を表す。各記号は次のとおりである。
【００２６】
Ｋf：フロントコーナリングパワ
Ｋr：リヤコーナリングパワ
Ｌ：ホイールベース
Ｌr：重心から後車軸までの長さ
ｍ：車両質量
Ｉ：車両慣性モーメント
Ｖ：車両速度
Ｔ：サンプリングタイム
ｇfa：モデルによって計算した前車軸上の横加速度
δ：実舵角
試験の結果、応答特性がきわめて向上したことが確かめられた。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の装置では車両が制動または加速を行わないときにも路面摩擦係数を推定演算することができる装置が得られる。これは路面の状態が滑りやすい状態であるときに特に有効である。本発明の装置は演算過程に積分演算を含まないから、観測および演算に要する時間をきわめて短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例装置のシステム構成図。
【図２】本発明実施例装置の車両への実装状態を説明する図。
【図３】本発明実施例装置の要部動作を説明するフローチャート。
【符号の説明】
１  姿勢制御装置
２  路面摩擦係数推定装置
３  ＡＢＳ
４  横方向加速度センサ
５  車速センサ
６  ヨーレイトセンサ
８  前輪
９  後輪
１０  車輪回転速度センサ
１１  ブレーキ・ブースタ・アクチュエータ
１２  ブレーキ圧センサ
１３  操舵ハンドル
１４  操舵角センサ
１５  電子ガバナ
１６  ガバナセンサ
１７  ロールレイトセンサ
１８  前後方向加速度センサ
【図１】
0003771087.tif 000005
【図２】
0003771087.tif 000006
【図３】
0003771087.tif 000007