(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪速度を検出する車輪速度検出手段と、
ブレーキ圧が振動しているときの振動ブレーキトルクを取得する振動ブレーキトルク取得手段と、
振動ブレーキトルクとタイヤ摩擦力が作用したときの車輪の回転方向の運動系と、前記タイヤ摩擦力が前記車輪に作用したときの前記車輪の前後方向のバネ−ダンパ系と、路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量、車体速度及び車輪速度により表される前記タイヤ摩擦力と、により表されるサスペンション−タイヤ共振モデルと、前記車輪速度検出手段により検出された車輪速度と、前記振動ブレーキトルク取得手段により取得された振動ブレーキトルクと、に基づいて、前記物理量を推定する物理量推定手段と、
を含む物理量推定装置。
【請求項２】
前記物理量推定手段は、前記車輪速度の時系列データ及び前記振動ブレーキトルクの時系列データから、前記サスペンション−タイヤ共振モデルの前記物理量を同定する請求項１の物理量推定装置。
【請求項３】
請求項１または２の物理量推定装置によって推定した物理量に基づいて、ブレーキ圧を制御することを特徴とするＡＢＳ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量を推定する物理量推定装置に係り、特に、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路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量を推定することができる物理量推定装置、及びこの物理量推定装置を用いてブレーキ圧を制御するＡＢＳ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
特開平１０−１１４２６３号公報には、車輪減速度運動モデルに基づいて、車輪速度信号の時系列データからトルク勾配、すなわち路面μ勾配（すべり速度に対する路面μの比）を推定演算し、路面μ勾配が０になるようにブレーキ力の操作量を制御するアンチロックブレーキ（ＡＢＳ）制御装置が記載されている。
【０００３】
上記ＡＢＳ制御装置によって制動力が最大になるように制御された状態で、車両が氷上路からドライ路へ乗り移る時に、図１（Ａ）に示すように車輪速度の振動現象が発生する。このため、この車輪速度の振動によって路面μ勾配推定の精度が低下し、図１（Ｂ）に示すように、ＡＢＳ制御の応答遅れが発生する場合がある。
【０００４】
本発明者等は、このような車輪速度の振動現象はタイヤ−サスペンションの前後共振運動によるものである、との知見を得た。
【０００５】
本発明は上記知見に基づいてなされたもので、タイヤ−サスペンションの前後共振運動が発生する場合においても精度よく路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量を推定することができる物理量推定装置、及びこの物理量推定装置を用いてブレーキ圧を制御するＡＢＳ制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【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、車輪速度を検出する車輪速度検出手段と、ブレーキ圧が振動しているときの振動ブレーキトルクを取得する振動ブレーキトルク取得手段と、振動ブレーキトルクとタイヤ摩擦力が作用したときの車輪の回転方向の運動系と、前記タイヤ摩擦力が前記車輪に作用したときの前記車輪の前後方向のバネ−ダンパ系と、路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量、車体速度及び車輪速度により表される前記タイヤ摩擦力と、により表されるサスペンション−タイヤ共振モデルと、前記車輪速度検出手段により検出された車輪速度と、前記振動ブレーキトルク取得手段により取得された振動ブレーキトルクと、に基づいて、前記物理量を推定する物理量推定手段と、を含んで構成したものである。
【０００８】
本発明によれば、車輪速度検出手段によって車輪速度が検出され、振動ブレーキトルク取得手段によって振動ブレーキトルクが取得される。車輪速度は車輪速度センサによって検出することができ、ブレーキトルクは、マスター圧やホイール圧に比例するので、マスター圧やホイール圧を半導体圧力センサ等のセンサで直接検出してブレーキトルクを取得したり、センサを用いることなくブレーキ圧を増圧する増圧バルブとブレーキ圧を減圧する減圧バルブの制御状態等に基づいて推定して取得することができる。また、振動ブレーキトルクは、ブレーキ圧を強制的にインパルス励振させたり、平滑路面以外の路面を走行したり、μの低い路面から高い路面への乗り移りによって入力される外乱を利用して励振させることができる。
【０００９】
物理量推定手段は、車輪速度及び振動ブレーキトルクと、車体速度及び路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量を含んで表されるタイヤ摩擦力を用いたサスペンション−タイヤ共振モデルと、に基づいて、前記路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量を推定する。物理量推定手段は、車輪速度の時系列データ及び振動ブレーキトルクの時系列データから、前記物理量として路面μ勾配を推定することもできる。
【００１１】
サスペンション−タイヤ共振モデルは車体速度を陽に含むモデルとなっており、車体速度に応じて物理モデルを適用させることにより、車体速度が変化する状況においても精度よくこの物理量を推定することができる。本発明は、推定した物理量に基づいて、ブレーキ圧を制御するＡＢＳ制御装置に適用することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の物理量推定装置をＡＢＳ制御装置に適用した実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
本実施の形態は、図３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。
【００１４】
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。
【００１５】
バンドパスフィルタ１２の出力端には、オンライン同定手法によって、バンドパスフィルタ１２より出力された信号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の１つである路面μ勾配（以下、単にμ勾配という）として推定するμ勾配推定装置１４が接続されている。
【００１６】
μ勾配推定装置１４の出力端には、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を演算するＡＢＳ制御装置１６が接続され、ＡＢＳ制御装置１６の出力端には、この操作量に基づいてマスタ圧を制御することによってホイール圧を増圧する増圧バルブ、及びホイール圧を減圧する減圧バルブからなるＡＢＳ制御弁を備えた油圧ユニット１８が接続されている。
【００１７】
油圧ユニット１８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２０には、半導体圧力センサで構成されてホイール圧を検出する圧力センサ２２が取り付けられている。圧力センサ２２の出力端は、μ勾配推定装置１４に接続されている。
【００１８】
なお、２４はブレーキベダル、２６はマスタシリンダである。
【００１９】
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、及び圧力センサ２２で検出されたホイール圧の信号は、μ勾配推定装置１４に入力されて各々ドリフト成分が除去され、ドリフト成分が除去された車輪速度信号及びホイール圧信号に基づいて、以下で説明するようにμ勾配が推定される。そして、ＡＢＳ制御装置１６によって、推定された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が演算され、この操作量に応じてＡＢＳ制御弁が制御されブレーキマスタ圧が制御される。
【００２０】
次に、本実施の形態の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μ勾配との関連について説明する。
【００２１】
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角速度及び振動ブレーキトルクを用いると、次の（１）、（２）式で与えられる。
【００２２】
【数１】
0003769410.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、ωは車輪角速度、ｘはバネ下前後変位である。
【００２３】
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。
【００２４】
【数２】
0003769410.tif 000003
【００２５】
【数３】
0003769410.tif 000004
ただし、ｋt はμ勾配、Ｎは輪荷重（例えば、５６００Ｎ）、ｖ0 は車体速度である。
【００２６】
また、車体速度をパラメータに含む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。
【００２７】
【数４】
0003769410.tif 000005
【００２８】
図４は、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４から、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。
【００２９】
次に、μ勾配の推定について説明する。μ勾配は、サスペンション−タイヤ共振現象を利用し、ホイール圧と車輪速との時系列データから（５）式の車体速度をパラメータに含む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。なお、サスペンション−タイヤ共振現象は、平滑路を走行中にはＡＢＳ制御弁を制御してブレーキのホイール圧にパルス的に加えることで得ることができる。また、平滑路以外の路面を走行中には、入力される外乱を利用してサスペンション−タイヤ共振現象を得るようにしてもよい。
【００３０】
以下、μ勾配の推定について詳細に説明する。
【００３１】
上記（５）式をμ勾配ｋt について整理すると、次式が得られる。
【００３２】
【数５】
0003769410.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。
【００３３】
0003769410.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。
【００３４】
【数６】
0003769410.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。
【００３５】
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。
【００３６】
【数７】
0003769410.tif 000009
ただし、λは忘却係数である。
【００３７】
なお、上記の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、車体速度ｖ0 は車輪速度から推定することができる。
【００３８】
図５（Ａ）に、高μ路において緩制動時にホイール圧が高くなるようにステップ励振した後元のホイール圧に戻すことを周期的に繰り返した場合における、車輪速とホイール圧との時間変化を示し、図５（Ｂ）にこれらのデータから推定したμ勾配を示す。
【００３９】
また、図６（Ａ）に、低μ路において緩制動時にホイール圧を高くした後低くなるように変化させて元のホイール圧に戻すことを周期的に繰り返した場合における、車輪速とホイール圧との時間変化を示し、図６（Ｂ）にこれらのデータから推定したμ勾配を示す。なお、図６の場合は、図５の場合より初期ホイール圧が高くなっている。
【００４０】
μ勾配の推定結果から高μ路に比較して低μ路ではμ勾配が小さく推定され、μの相違が推定値に現れており、適切な同定ができていることが理解できる。
【００４１】
以上説明したように、本実施の形態では、ステップ励振を行い強制的にサスペンション前後共振現象を励起しているため、車輪速振動が発生し難い平滑路面においても制度良くμ勾配を推定することができる。
【００４２】
また、タイヤ回転を４０Ｈｚ付近で共振させてμ勾配を推定する場合と比較して、本実施の形態ではブレーキ圧を振動させるときの共振周波数を６〜１５Ｈｚ付近と低くすることができるので、共振周波数成分を励起する励振が容易であり、ステップ励振によって励振が可能である。このため、振動騒音を少なくすることができる。
【００４３】
ステップ励振時の収束波形から減衰係数を測定し、μ勾配を推定する方法では、外乱の影響を考慮していないため、外乱印加時に推定誤差が増大する。また、操作入力（ブレーキトルク）を考慮ぜずにオンライン同定法によってμ勾配を推定する方法では、操作入力も未知外乱とみなし、この外乱を補償するμ勾配推定が行われる。これに対し、本実施の形態では、操作入力を既知入力として扱っているため、相対的に未知外乱は減少し、より精度の高いμ勾配推定が可能となる。
【００４４】
また、推定したμ勾配がピークになる時のブレーキトルクに基づいて、路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量の１つである路面μを推定することができる。
【００４５】
本実施の形態では、車体速度をパラメータに含むモデルから直接μ勾配を推定しており、モデルの中に車体速度の項が含まれているので、車体速度の変化に対しても容易に対応するとができる。
【００４６】
また、バネ下前後共振特性を表す物理モデルは車体速度を陽に含むモデルとなっており、車体速度に応じて物理モデルを適用させることにより、車体速度が変化する状況においても精度よくこの物理量を推定することができる。
【００４７】
また、本発明の物理量推定装置は、路面状態の判定や車両状態の判定にも利用することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、車体速度及び路面と車輪との間の滑り易さに関する物理量を含んで表されるタイヤ摩擦力を用いたサスペンション−タイヤ共振モデルから、路面と車輪との間の滑り易さに関連する物理量を直接推定しているため、精度よくこの物理量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】従来のＡＢＳ制御装置の氷上路からドライ路への乗り移り実験結果を示し、（Ａ）は車輪速度と時間との関係を示す線図、（Ｂ）はブレーキマスタ圧と時間との関係を示す線図である。
【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】本発明の実施の形態の物理量推定装置をＡＢＳ制御装置に適用したブロック図である。
【図４】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５】（Ａ）は、高μ路において緩制動時にホイール圧をステップ励振した場合における車輪速とホイール圧との時間変化、（Ｂ）は車輪速とホイール圧とから推定したμ勾配を示す。
【図６】（Ａ）は、低μ路において緩制動時にホイール圧をステップ励振した場合における車輪速とホイール圧との時間変化、（Ｂ）は車輪速とホイール圧とから推定したμ勾配を示す。
【符号の説明】
１０  車輪速度センサ
１２  バンドパスフィルタ
１４  μ勾配推定装置
１６  ＡＢＳ制御装置
１８  油圧ユニット
【図１】
0003769410.tif 000010
【図２】
0003769410.tif 000011
【図３】
0003769410.tif 000012
【図４】
0003769410.tif 000013
【図５】
0003769410.tif 000014
【図６】
0003769410.tif 000015