JP4813154B2 - Vehicle road friction coefficient estimation device - Google Patents

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Description

本発明は、直進走行においても精度良く路面摩擦係数を推定する車両の路面摩擦係数推定装置に関する。   The present invention relates to a road surface friction coefficient estimating device for a vehicle that accurately estimates a road surface friction coefficient even in straight traveling.

近年、車両においてはトラクション制御,制動力制御,あるいはトルク配分制御等の様々な制御技術が提案され、実用化されている。これらの技術では、必要な制御パラメータの演算、或いは、補正に路面摩擦係数を用いるものも多く、その制御を確実に実行するためには、精度良く路面摩擦係数を推定する必要がある。   In recent years, various control technologies such as traction control, braking force control, or torque distribution control have been proposed and put into practical use in vehicles. Many of these techniques use a road surface friction coefficient for calculation or correction of necessary control parameters, and it is necessary to accurately estimate the road surface friction coefficient in order to reliably execute the control.

このような路面摩擦係数を推定する技術としては、路面摩擦係数に応じてタイヤのすべり角に対するセルフアライニングトルクの大きさが変わることに注目して、例えば特開平11−287749号公報では、ハンドル角と操舵トルクから路面摩擦係数を推定するものが開示されている。また、特開平6−258196号公報では、車輪振動の周波数分析を行うことにより、通常走行時の路面摩擦係数を可能とする技術が開示されている。
特開平11−287749号公報 特開平6−258196号公報
As a technique for estimating such a road surface friction coefficient, paying attention to the fact that the magnitude of the self-aligning torque with respect to the slip angle of the tire changes according to the road surface friction coefficient, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-287749, a steering wheel An apparatus for estimating a road surface friction coefficient from an angle and a steering torque is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-258196 discloses a technique that enables a road surface friction coefficient during normal running by performing a frequency analysis of wheel vibrations.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-287749 JP-A-6-258196

しかしながら、上述の特許文献1に開示される路面摩擦係数推定装置の技術では、ハンドル角と操舵トルクから路面摩擦係数を推定するため、車両が直進状態の場合には路面摩擦係数の推定が行えないという問題がある。また、上述の特許文献2に開示される路面摩擦係数推定装置の技術では、周波数分析を行うためには、ある一定時間、車輪振動のデータを取得し続ける必要があり、路面摩擦係数の推定に遅れが生じ、この路面摩擦係数推定値では、レスポンスの良い制御ができないという問題がある。   However, in the technology of the road surface friction coefficient estimation device disclosed in Patent Document 1 described above, since the road surface friction coefficient is estimated from the steering wheel angle and the steering torque, the road surface friction coefficient cannot be estimated when the vehicle is traveling straight. There is a problem. In addition, in the technique of the road surface friction coefficient estimating device disclosed in Patent Document 2 described above, in order to perform frequency analysis, it is necessary to continuously acquire wheel vibration data for a certain period of time. There is a problem that a delay occurs, and this road surface friction coefficient estimated value cannot be controlled with good response.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、直進走行状態であっても迅速に精度の良い路面摩擦係数の推定を行うことができる車両の路面摩擦係数推定装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle road friction coefficient estimation device capable of quickly and accurately estimating a road friction coefficient even in a straight traveling state. .

本発明は、左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、前輪すべり角を推定する前輪すべり角演算手段と、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右前輪のトー角を予め設定する量だけ可変する信号を出力し、該左右前輪のトー角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する一方、車両が直進状態ではないと判定された際には、上記前輪すべり角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段とを備えたことを特徴としている。 The present invention provides a toe angle varying means for varying the toe angle of the left and right wheels, a detecting means for detecting either the lateral force acting on the left and right wheels or the self-aligning torque, and determining whether or not the vehicle is in a straight traveling state. A straight-running determination means, a front-wheel slip angle calculating means for estimating a front-wheel slip angle, and a signal for changing the toe angle of the left and right front wheels by a preset amount with respect to the toe-angle changing means when the vehicle is in a straight-running state. When the road friction coefficient is estimated based on either the toe angle of the left and right front wheels, the lateral force detected by the detecting means, or the self-aligning torque, while the vehicle is determined not to be in a straight traveling state It is characterized in that a road surface friction coefficient estimation means for estimating a road surface friction coefficient based on either the lateral force and the self-aligning torque detected by the front wheel slip angle and the detection means

本発明による車両の路面摩擦係数推定装置によれば、直進走行状態であっても迅速に精度の良い路面摩擦係数の推定を行うことが可能となる。   According to the vehicle road surface friction coefficient estimating apparatus according to the present invention, it is possible to quickly and accurately estimate the road surface friction coefficient even in a straight traveling state.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1〜図11は本発明の実施の一形態を示し、図1は路面摩擦係数推定装置を搭載する車両の概略構成図、図2は路面摩擦係数推定装置の機能ブロック図、図3は第1の路面μ推定処理部の機能ブロック図、図4は車体すべり角演算部の構成を示す機能ブロック図、図5は車両の横運動の2輪モデルを示す説明図、図6は一般的なオブザーバの構成を示す説明図、図7は前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性の説明図、図8は車速に基づき設定される規定時間の特性の説明図、図9は路面摩擦係数推定のフローチャート、図10は第1の路面μ推定処理のフローチャート、図11は第2の路面μ推定処理のフローチャートである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 11 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vehicle equipped with a road surface friction coefficient estimating device, FIG. 2 is a functional block diagram of the road surface friction coefficient estimating device, and FIG. 4 is a functional block diagram showing the configuration of the vehicle slip angle calculation unit, FIG. 5 is an explanatory diagram showing a two-wheel model of lateral movement of the vehicle, and FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the characteristics of the front wheel slip angle (toe angle) and the lateral force with respect to the road surface friction coefficient, FIG. 8 is an explanatory diagram of the characteristics of the specified time set based on the vehicle speed, and FIG. Is a flowchart of the road surface friction coefficient estimation, FIG. 10 is a flowchart of the first road surface μ estimation process, and FIG. 11 is a flowchart of the second road surface μ estimation process.

図1において、符号1は車両を示し、この車両1のエンジン2による駆動力は、エンジン2後方の自動変速装置(トルクコンバータ等も含んで図示)3を介してセンタデファレンシャル装置4に伝達される。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a vehicle, and the driving force of the vehicle 1 by the engine 2 is transmitted to the center differential device 4 via an automatic transmission 3 (including a torque converter and the like) 3 behind the engine 2. .

センタデファレンシャル装置4に伝達された駆動力は、リヤドライブ軸5、プロペラシャフト6、ドライブピニオン軸部7を介して後輪終減速装置8に入力される一方、フロントドライブ軸9を介して前輪終減速装置10に入力される。   The driving force transmitted to the center differential device 4 is input to the rear wheel final reduction device 8 via the rear drive shaft 5, the propeller shaft 6, and the drive pinion shaft portion 7, while the front wheel end is transmitted via the front drive shaft 9. Input to the reduction gear 10.

後輪終減速装置8に入力された駆動力は、後輪左ドライブ軸11rlを経て左後輪12rlに伝達される一方、後輪右ドライブ軸11rrを経て右後輪12rrに伝達される。また、前輪終減速装置10に入力された駆動力は、前輪左ドライブ軸11flを経て左前輪12flに伝達される一方、前輪右ドライブ軸11frを経て右前輪12frに伝達される。   The driving force input to the rear wheel final reduction gear 8 is transmitted to the left rear wheel 12rl through the rear wheel left drive shaft 11rl, and is transmitted to the right rear wheel 12rr through the rear wheel right drive shaft 11rr. The driving force input to the front wheel final reduction gear 10 is transmitted to the left front wheel 12fl through the front wheel left drive shaft 11fl, and is transmitted to the right front wheel 12fr through the front wheel right drive shaft 11fr.

また、符号15は操舵装置を示し、本実施形態における操舵装置15としては、個々の車輪12fl,12fr,12rl,12rrの操舵角(車輪角)を独立して制御可能な四輪操舵機構が採用されている。この四輪操舵機構は、例えば、車輪12fl,12fr,12rl,12rrとハンドル16とが機械的に分離したステアバイワイヤ機構であり、ハンドル角と、左右前後の各車輪12fl,12fr,12rl,12rrの操舵角との関係を任意に設定することができる。   Reference numeral 15 denotes a steering device. As the steering device 15 in this embodiment, a four-wheel steering mechanism that can independently control the steering angles (wheel angles) of the individual wheels 12fl, 12fr, 12rl, and 12rr is adopted. Has been. This four-wheel steering mechanism is, for example, a steer-by-wire mechanism in which the wheels 12fl, 12fr, 12rl, 12rr and the handle 16 are mechanically separated. The relationship with the steering angle can be set arbitrarily.

すなわち、ドライバによって回転操作されるハンドル16は、操舵入力軸17の一端に固設され、操舵入力軸17の他端は、動力伝達機構18に接続されており、この動力伝達機構18には、モータ19の出力軸が接続されている。これにより、モータ19において発生した動力は、動力伝達機構18及び操舵入力軸17を介し、操舵反力としてハンドル16に伝達される。   That is, the handle 16 rotated by the driver is fixed to one end of the steering input shaft 17, and the other end of the steering input shaft 17 is connected to the power transmission mechanism 18. The output shaft of the motor 19 is connected. Thus, the power generated in the motor 19 is transmitted to the handle 16 as a steering reaction force via the power transmission mechanism 18 and the steering input shaft 17.

個々の車輪12fl,12fr,12rl,12rrには、車輪調整装置としての操舵アクチュエータ20fl,20fr,20rl,20rrが車輪単位で設けられている。   The individual wheels 12fl, 12fr, 12rl, 12rr are provided with steering actuators 20fl, 20fr, 20rl, 20rr as wheel adjustment devices in units of wheels.

これにより、左右前輪12fl,12frの操舵角は、前輪側に設けられた一対の操舵アクチュエータ20fl,20frにより、それぞれ独立して調整される。   Thus, the steering angles of the left and right front wheels 12fl and 12fr are independently adjusted by the pair of steering actuators 20fl and 20fr provided on the front wheel side.

また、左右後輪12rl,12rrの操舵角は、後輪側に設けられた一対の操舵アクチュエータ20rl,20rrにより、それぞれ独立して調整される。   Further, the steering angles of the left and right rear wheels 12rl and 12rr are independently adjusted by a pair of steering actuators 20rl and 20rr provided on the rear wheel side.

個々の操舵アクチュエータ20fl,20fr,20rl,20rrには、駆動ロッド21fl,21fr,21rl,21rrが挿通されており、それぞれの操舵アクチュエータ20fl,20fr,20rl,20rrの内部に設けられたモータのロータ(図示せず)の回転に応じて、駆動ロッド21fl,21fr,21rl,21rrが、車幅方向、すなわち、左右方向に伸縮可能となっている。   Drive rods 21fl, 21fr, 21rl, and 21rr are inserted into the respective steering actuators 20fl, 20fr, 20rl, and 20rr, and a motor rotor (inside each steering actuator 20fl, 20fr, 20rl, and 20rr) The drive rods 21fl, 21fr, 21rl, 21rr can be expanded and contracted in the vehicle width direction, that is, in the left-right direction, according to the rotation of the motor (not shown).

各駆動ロッド21fl,21fr,21rl,21rrの端部は、各車輪12fl,12fr,12rl,12rrと連結されたタイロッド22fl,22fr,22rl,22rrに接続されており、駆動ロッド21fl,21fr,21rl,21rrに連動してタイロッド22fl,22fr,22rl,22rrが移動することにより、車輪12fl,12fr,12rl,12rrが操舵される。   The ends of the drive rods 21fl, 21fr, 21rl, 21rr are connected to tie rods 22fl, 22fr, 22rl, 22rr connected to the wheels 12fl, 12fr, 12rl, 12rr, and the drive rods 21fl, 21fr, 21rl, 21rr, When the tie rods 22fl, 22fr, 22rl, 22rr move in conjunction with 21rr, the wheels 12fl, 12fr, 12rl, 12rr are steered.

左前輪12flと右後輪12rrとは、それぞれの駆動ロッド12fl,12rrが伸張することにより、右方向に操舵され、駆動ロッド12fl,12rrが収縮することにより、左方向に操舵される。これに対して、右前輪12flと左後輪12rlとは、伸縮方向に対する操舵方向が前述の左前輪12flと右後輪12rrの場合とは逆になっている。   The left front wheel 12fl and the right rear wheel 12rr are steered in the right direction by extending the drive rods 12fl and 12rr, and steered in the left direction by contracting the drive rods 12fl and 12rr. On the other hand, the steering direction for the right front wheel 12fl and the left rear wheel 12rl is opposite to that of the left front wheel 12fl and the right rear wheel 12rr described above.

各操舵アクチュエータ20fl,20fr,20rl,20rrは、操舵制御装置23により制御されるようになっている。操舵制御装置23には、車速センサ31で検出した車速V、操舵入力軸17に取り付けられて、ハンドル16の中立位置からの回転角をハンドル角θHとして検出するハンドル角センサ32からのハンドル角θH、各操舵アクチュエータ20fl,20fr,20rl,20rrにそれぞれ取り付けられて、それぞれのモータのロータの回転角度を検出することにより各車輪12fl,12fr,12rl,12rrの操舵角を検出する操舵角センサ33fl,33fr,33rl,33rrからの操舵角等が入力される。   Each steering actuator 20fl, 20fr, 20rl, 20rr is controlled by a steering control device 23. The steering control device 23 is attached to the steering input shaft 17 with the vehicle speed V detected by the vehicle speed sensor 31, and the steering wheel angle θH from the steering wheel angle sensor 32 that detects the rotation angle from the neutral position of the steering wheel 16 as the steering wheel angle θH. The steering angle sensors 33fl, which are attached to the steering actuators 20fl, 20fr, 20rl and 20rr, respectively, detect the steering angles of the wheels 12fl, 12fr, 12rl and 12rr by detecting the rotation angles of the rotors of the respective motors. The steering angle from 33fr, 33rl, and 33rr is input.

そして、操舵制御装置23は、ハンドル角θHに応じてモータ19を制御することにより、ハンドル16に与えられる操舵反力を制御する。これとともに、操舵制御装置23は、各操舵アクチュエータ20fl,20fr,20rl,20rrを制御することにより、各車輪12fl,12fr,12rl,12rrの操舵角をそれぞれ制御する。例えば、操舵制御装置23は、通常、ハンドル角θHに基づいて、左右の前輪12fl,12frの操舵角を互いに正相に設定するとともに、左右の後輪12rl,12rrの操舵角も互いに正相に設定する。尚、本実施の形態において、正相は、操舵角が進行方向を基準に対応することであり、逆相は、車輪角が進行方向を基準に逆向きに対応することであるが、車輪角の対応は厳密に一致している必要はない。また、左方向への操舵を正の値と定義する。   Then, the steering control device 23 controls the steering reaction force applied to the handle 16 by controlling the motor 19 according to the handle angle θH. At the same time, the steering control device 23 controls the steering angles of the wheels 12fl, 12fr, 12rl, and 12rr by controlling the steering actuators 20fl, 20fr, 20rl, and 20rr, respectively. For example, the steering control device 23 normally sets the steering angles of the left and right front wheels 12fl and 12fr to be in phase with each other based on the steering wheel angle θH, and the steering angles of the left and right rear wheels 12rl and 12rr are also in phase with each other. Set. In the present embodiment, the normal phase is that the steering angle corresponds to the traveling direction as a reference, and the reverse phase is that the wheel angle corresponds to the opposite direction based on the traveling direction. The correspondence does not need to be exactly the same. Further, leftward steering is defined as a positive value.

また、操舵制御装置23には、後述する路面摩擦係数推定装置50からトーイン、或いは、トーアウトの信号が入力された場合には、各操舵アクチュエータ20fl,20frを作動させて左右の前輪12fl,12frに予め設定した値(例えば2〜3゜)の操舵角で可変させ、トーイン状態、或いは、トーアウト状態を実現させる。このように、操舵装置15はトー角可変手段としての機能を有している。   Further, when a toe-in or toe-out signal is input to the steering control device 23 from a road surface friction coefficient estimating device 50 described later, the steering actuators 20fl and 20fr are actuated to apply to the left and right front wheels 12fl and 12fr. A toe-in state or a toe-out state is realized by varying the steering angle at a preset value (for example, 2 to 3 °). Thus, the steering device 15 has a function as toe angle varying means.

一方、車両1には、前方の障害物を検出し、また、前方の路面状況の変化を検出するために前方環境認識装置34が配設されており、検出した前方障害物、路面状況変化は、路面摩擦係数推定装置50に入力される。   On the other hand, the vehicle 1 is provided with a front environment recognition device 34 for detecting obstacles ahead and detecting changes in the road surface condition ahead. , And input to the road surface friction coefficient estimating device 50.

前方環境認識装置34は、例えば、1組のカメラ35L,35Rで撮影した画像データを基に、前方障害物、路面状況変化の検出を行うようになっている。   For example, the front environment recognition device 34 detects a front obstacle and a change in road surface condition based on image data captured by a pair of cameras 35L and 35R.

1組のカメラ35L,35Rは、ステレオ光学系として例えば電荷結合素子(CCD)等の固体撮像素子を用いた1組の(左右の)CCDカメラで構成される。これら左右のCCDカメラは、それぞれ車室内の天井前方に所定間隔をもって取り付けられ、車外の対象(歩行者、先行車、駐車車両、障害物等の立体物や白線等)を異なる視点からステレオ撮像し、前方環境認識装置34に出力する。   The set of cameras 35L and 35R is composed of a set of (left and right) CCD cameras using a solid-state imaging device such as a charge coupled device (CCD) as a stereo optical system. These left and right CCD cameras are each mounted at a predetermined interval in front of the ceiling in the passenger compartment, and take images of objects outside the vehicle (pedestrians, preceding cars, parked vehicles, obstacles, etc., solid objects, etc.) from different viewpoints. And output to the forward environment recognition device 34.

前方環境認識装置34における、1組のカメラ35L,35Rからの画像データの認識処理は、例えば以下のように行われる。まず、1組のカメラ35L,35Rで撮像した自車両1前方のステレオ画像対に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の原理によって距離情報(距離データ)を求める処理を行ない、このデータを基に、周知のグルーピング処理を行い、予め記憶しておいた3次元的な道路形状データ、側壁データ、立体物データ等の枠(ウインドウ)と比較し、白線データ、道路に沿って存在するガードレール、縁石等の側壁データ、車両、歩行者等の立体物データを抽出する。そして、立体物の中で、ガードレール、白線等により定める自車進行路を中心として、例えば左右1.1mの幅の領域を自車走行領域と定め、該自車走行領域に存在する立体物を前方障害物として抽出する。   The recognition processing of the image data from the pair of cameras 35L and 35R in the front environment recognition device 34 is performed as follows, for example. First, a process of obtaining distance information (distance data) from the corresponding position shift amount by the triangulation principle is performed on a stereo image pair in front of the host vehicle 1 captured by a pair of cameras 35L and 35R. Based on the well-known grouping process and compared with pre-stored frames (windows) such as 3D road shape data, side wall data, and solid object data, white line data, guardrails that exist along the road Side wall data such as curbs, and three-dimensional object data such as vehicles and pedestrians are extracted. Then, among the three-dimensional objects, for example, an area with a width of 1.1 m on the left and right sides is defined as the own vehicle traveling area around the own vehicle traveling path determined by the guard rail, the white line, etc. Extract as a forward obstacle.

また、前方の路面状況の検出は、撮像画像中に設定した監視領域の輝度値をヒストグラム処理し、その輝度分布を予め設定された複数の輝度分布パターンの何れかに分類することにより行う。例えば、特開2005−84959号公報に開示されるように、輝度分布のパターンにより、所定の狭い輝度範囲内に輝度値が集中するパターンは、一面雪路、白線のないきれいなドライ路面、ウェット路面である。   Further, the detection of the road surface condition ahead is performed by performing histogram processing on the luminance value of the monitoring area set in the captured image and classifying the luminance distribution into any of a plurality of preset luminance distribution patterns. For example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-84959, a pattern in which luminance values are concentrated within a predetermined narrow luminance range according to a luminance distribution pattern is a single-sided snow road, a clean dry road without white lines, a wet road It is.

また、所定以上の輝度範囲に輝度値が分布され且つ黒側及び白側に輝度分布のピークが存在する輝度分布パターンは、融雪路、くっきりとした影を有するドライ路面である。   A luminance distribution pattern in which luminance values are distributed in a predetermined luminance range or more and a luminance distribution peak exists on the black side and the white side is a snow melting road and a dry road surface having a sharp shadow.

更に、所定以上の輝度範囲に輝度値が分布され且つ大半の輝度値が相対的に白側に偏って分布する輝度分布パターンは、一面雪路、ウェット路面である。   Furthermore, the luminance distribution pattern in which the luminance values are distributed in a luminance range equal to or higher than a predetermined value and most of the luminance values are relatively biased to the white side is a one-sided snow road and a wet road surface.

また、所定以上の輝度範囲に輝度値が分布され且つ大半の輝度値が相対的に黒側に偏って分布する輝度分布パターンは、白線のあるドライ路面である。   A luminance distribution pattern in which luminance values are distributed over a predetermined luminance range and most of luminance values are relatively biased toward the black side is a dry road surface with white lines.

更に、所定以上の輝度範囲に輝度値が一様に分布する輝度分布パターンは、融雪路、ウェット路面、汚れたドライ路面である。   Furthermore, the luminance distribution pattern in which the luminance values are uniformly distributed in a predetermined luminance range or more is a snow melting road, a wet road surface, and a dirty dry road surface.

そして、これらを組合せ、場合分けすることにより、前方路面が雪路、ウェット路面、ドライ路面の何れかであるかを判定し、前回検出された路面状況と異なっている場合に路面状況に変化があると判断するのである。   Then, by combining and classifying these cases, it is determined whether the front road surface is a snow road, a wet road surface, or a dry road surface. If the road surface state is different from the previously detected road surface state, the road surface state changes. It is judged that there is.

このように、前方環境認識装置34により検出された前方障害物、路面状況の変化は、路面摩擦係数推定装置50に入力される。   As described above, the change in the front obstacle and the road surface condition detected by the front environment recognition device 34 is input to the road surface friction coefficient estimation device 50.

また、車両1には、上述の車速センサ31、ハンドル角センサ32、操舵角センサ33fl,33fr,33rl,33rr、前方環境認識装置34に加え、前輪12fl,12frの力検出センサ36fl,36fr、横加速度センサ37、ヨーレートセンサ38、ブレーキスイッチ39が設けられており、これらのうち、車速センサ31、ハンドル角センサ32、前方環境認識装置34、前輪12fl,12frの力検出センサ36fl,36fr、横加速度センサ37、ヨーレートセンサ38、ブレーキスイッチ39は、路面摩擦係数推定装置50に接続されて、車速V、ハンドル角θH、前方障害物、路面状況の変化、前輪12fl,12frに作用する横力Fyfl、Fyfr、横加速度dy/dt,ヨーレート(ヨー角速度)dψ/dt、ブレーキのON信号が路面摩擦係数推定装置50に入力される。 In addition to the vehicle speed sensor 31, the steering wheel angle sensor 32, the steering angle sensors 33fl, 33fr, 33rl, 33rr, the front environment recognition device 34, the vehicle 1 includes force detection sensors 36fl, 36fr for the front wheels 12fl, 12fr, sideways. An acceleration sensor 37, a yaw rate sensor 38, and a brake switch 39 are provided. Among these, a vehicle speed sensor 31, a steering wheel angle sensor 32, a front environment recognition device 34, front wheel 12fl, 12fr force detection sensors 36fl, 36fr, lateral acceleration. The sensor 37, the yaw rate sensor 38, and the brake switch 39 are connected to the road surface friction coefficient estimating device 50, and the vehicle speed V, the steering wheel angle θH, the front obstacle, the change in the road surface condition, the lateral force Fyfl acting on the front wheels 12fl and 12fr, Fyfr, lateral acceleration d 2 y / dt 2, a yaw rate (yaw angular velocity) dψ / dt, ON signal of the brake road surface friction Is input to the estimating unit 50.

ここで、力検出センサ36fl,36frは、例えば、特開平9−2240号公報に開示されるセンサであり、前輪12fl,12frに作用する横方向(y方向)の力Fyfl、Fyfrをそれぞれのアクスルハウジングに生じる変位量に基づき検出するものである。   Here, the force detection sensors 36fl and 36fr are sensors disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-2240, and the lateral (y-direction) forces Fyfl and Fyfr acting on the front wheels 12fl and 12fr are applied to the respective axles. The detection is based on the amount of displacement generated in the housing.

すなわち、本実施の形態においては、前方環境認識装置34は障害物検出手段、及び、路面状況検出手段として、この力検出センサ36fl,36frは検出手段として、ブレーキスイッチ39は制動操作検出手段として設けられている。   That is, in the present embodiment, the forward environment recognition device 34 is provided as an obstacle detection means and a road surface condition detection means, the force detection sensors 36fl and 36fr are provided as detection means, and the brake switch 39 is provided as a braking operation detection means. It has been.

路面摩擦係数推定装置50は、上述の各入力信号に基づき、走行中、旋回状態の場合には、後述する第1の路面μ推定処理を行い、直進状態の場合には、後述する第2の路面μ推定処理を行って、推定した路面摩擦係数μを図示しない所定の制御装置(例えば、4輪駆動制御装置、制動力制御装置)等に出力する。   The road surface friction coefficient estimating device 50 performs a first road surface μ estimation process to be described later when the vehicle is traveling and turning based on the above-described input signals. A road surface μ estimation process is performed, and the estimated road surface friction coefficient μ is output to a predetermined control device (for example, a four-wheel drive control device or a braking force control device) not shown.

従って、路面摩擦係数推定装置50は、図2に示すように、路面μ推定処理選択部51、第1の路面μ推定処理部52、第2の路面μ推定処理部53から主要に構成されている。   Therefore, as shown in FIG. 2, the road surface friction coefficient estimating device 50 is mainly composed of a road surface μ estimation processing selection unit 51, a first road surface μ estimation processing unit 52, and a second road surface μ estimation processing unit 53. Yes.

路面μ推定処理選択部51は、車速センサ31から車速Vが入力され、横加速度センサ37から横加速度dy/dtが入力される。そして、車両が走行中(V≠0)、横加速度dy/dtが予め設定しておいた値(dy/dt)c1以上の場合には旋回中と判定し、第1の路面μ推定処理を行うべく第1の路面μ推定処理部52に信号を出力する。また、車両が走行中(V≠0)、横加速度dy/dtが予め設定しておいた値(dy/dt)c1未満の場合には直進状態と判定し、第2の路面μ推定処理を行うべく第2の路面μ推定処理部53に信号を出力する。尚、直進の判定は、横加速度dy/dt以外にも、ヨーレート(ヨー角速度)dψ/dt等で判定するようにしても良い。このように、路面μ推定処理選択部51は、直進判定手段として設けられている。 The road surface μ estimation process selection unit 51 receives the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 31 and the lateral acceleration d 2 y / dt 2 from the lateral acceleration sensor 37. When the vehicle is traveling (V ≠ 0) and the lateral acceleration d 2 y / dt 2 is equal to or greater than a preset value (d 2 y / dt 2 ) c 1, it is determined that the vehicle is turning, and the first A signal is output to the first road surface μ estimation processing unit 52 to perform the road surface μ estimation processing. When the vehicle is traveling (V ≠ 0) and the lateral acceleration d 2 y / dt 2 is less than a preset value (d 2 y / dt 2 ) c 1, it is determined that the vehicle is in a straight traveling state, and the second A signal is output to the second road surface μ estimation processing unit 53 to perform the road surface μ estimation processing. In addition, the determination of the straight travel may be performed by a yaw rate (yaw angular velocity) dψ / dt or the like in addition to the lateral acceleration d 2 y / dt 2 . As described above, the road surface μ estimation process selection unit 51 is provided as a straight traveling determination unit.

第1の路面μ推定処理部52は、図3に示すように、車体すべり角演算部52a、前輪すべり角演算部52b、路面摩擦係数設定部52cから主要に構成されている。   As shown in FIG. 3, the first road surface μ estimation processing unit 52 mainly includes a vehicle body slip angle calculating unit 52a, a front wheel slip angle calculating unit 52b, and a road surface friction coefficient setting unit 52c.

車体すべり角演算部52aは、車速センサ31からの車速Vとハンドル角センサ32からのハンドル角θHが入力され、予め設定しておいた車両の運動方程式に基づく車両運動モデルにより、検出したハンドル角θH,車速Vに対応する車体すべり角を演算して、前輪すべり角演算部52bに出力する。   The vehicle slip angle calculation unit 52a receives the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 31 and the handle angle θH from the handle angle sensor 32, and detects the detected handle angle based on a vehicle motion model based on a preset motion equation of the vehicle. The vehicle slip angle corresponding to θH and vehicle speed V is calculated and output to the front wheel slip angle calculator 52b.

図5の車両運動モデルを用いて、車両の横運動の運動方程式を立てる。車両横方向の並進運動に関する運動方程式は、前後輪のコーナリングフォース(1輪)をCf,Cr、車体質量をM、横加速度をdy/dtとすると、
2・Cf+2・Cr=M・(dy/dt) …(1)
となる。
Using the vehicle motion model of FIG. 5, a motion equation of the lateral motion of the vehicle is established. Equation of motion relating to the translational motion of the vehicle transverse direction, the cornering force (one wheel) to Cf of the front and rear wheels, Cr, the body mass M, when the lateral acceleration and d 2 y / dt 2,
2 · Cf + 2 · Cr = M · (d 2 y / dt 2 ) (1)
It becomes.

一方、重心点まわりの回転運動に関する運動方程式は、重心から前後輪軸までの距離をLf,Lr、車体のヨーイング慣性モーメントをIz、ヨー角加速度をdψ/dtとして、以下の(2)式で示される。
2・Cf・Lf−2・Cr・Lr=Iz・(dψ/dt) …(2)
On the other hand, the equation of motion related to the rotational motion around the center of gravity is expressed by the following (2) where the distance from the center of gravity to the front and rear wheel axes is Lf, Lr, the yaw moment of inertia of the vehicle body is Iz, and the yaw angular acceleration is d 2 ψ / dt 2. It is shown by the formula.
2 · Cf · Lf−2 · Cr · Lr = Iz · (d 2 ψ / dt 2 ) (2)

また、車体すべり角をβ、車体すべり角速度dβ/dtとすると、横加速度dy/dtは、
(dy/dt)=V・((dβ/dt)+(dψ/dt)) …(3)
で表される。
従って、上記(1)式は、以下の(4)式となる。
2・Cf+2・Cr=M・V・((dβ/dt)+(dψ/dt)) …(4)
Further, if the vehicle slip angle is β and the vehicle slip angular velocity dβ / dt, the lateral acceleration d 2 y / dt 2 is
(D 2 y / dt 2 ) = V · ((dβ / dt) + (dψ / dt)) (3)
It is represented by
Therefore, the above equation (1) becomes the following equation (4).
2 · Cf + 2 · Cr = M · V · ((dβ / dt) + (dψ / dt)) (4)

コーナリングフォースはタイヤの横すべり角に対して1次遅れに近い応答をするが、この応答遅れを無視し、更に、サスペンションの特性をタイヤ特性に取り込んだ等価コーナリングパワを用いて線形化すると以下となる。
Cf=Kf・αf …(5)
Cr=Kr・αr …(6)
ここで、Kf,Krは前後輪の等価コーナリングパワ、αf,αrは前後輪のすべり角である。
The cornering force responds close to the first-order lag with respect to the side slip angle of the tire, but this response lag is ignored, and the suspension corner characteristics are linearized using an equivalent cornering power incorporating the tire characteristics. .
Cf = Kf · αf (5)
Cr = Kr · αr (6)
Here, Kf and Kr are equivalent cornering powers of the front and rear wheels, and αf and αr are slip angles of the front and rear wheels.

等価コーナリングパワKf,Krの中でロールやサスペンションの影響を考慮するものとして、この等価コーナリングパワKf,Krを用いて、前後輪のすべり角αf,αrは、前後輪舵角をδf,δr、ステアリングギヤ比をnとして以下のように簡略化できる。
αf=δf−(β+Lf・(dψ/dt)/V)
=(θH/n)−(β+Lf・(dψ/dt)/V) …(7)
αr=δr−(β−Lr・(dψ/dt)/V) …(8)
In consideration of the influence of rolls and suspensions in the equivalent cornering powers Kf, Kr, the front and rear wheel slip angles αf, αr are set to the front and rear wheel steering angles δf, δr, using the equivalent cornering powers Kf, Kr. The steering gear ratio can be simplified as follows, where n is n.
αf = δf− (β + Lf · (dψ / dt) / V)
= (ΘH / n) − (β + Lf · (dψ / dt) / V) (7)
αr = δr− (β−Lr · (dψ / dt) / V) (8)

以上の運動方程式をまとめると、以下の状態方程式が得られる。
(dx(t) /dt)=A・x(t) +B・u(t) …(9)
x(t) =[β (dψ/dt)]
u(t) =[θH δr]

Figure 0004813154
a11=−2・(Kf+Kr)/(M・V)
a12=−1.0−2・(Lf・Kf−Lr・Kr)/(M・V
a21=−2・(Lf・Kf−Lr・Kr)/Iz
a22=−2・(Lf・Kf+Lr・Kr)/(Iz・V)
b11=2・Kf/(M・V・n)
b12=2・Kr/(M・V)
b21=2・Lf・Kf/Iz
b22=−2・Lr・Kr/Iz Summarizing the above equations of motion, the following equation of state is obtained.
(Dx (t) / dt) = A · x (t) + B · u (t) (9)
x (t) = [β (dψ / dt)] T
u (t) = [θH δr] T
Figure 0004813154
a11 = −2 · (Kf + Kr) / (M · V)
a12 = −1.0−2 · (Lf · Kf−Lr · Kr) / (M · V 2 )
a21 = -2. (Lf.Kf-Lr.Kr) / Iz
a22 = −2 · (Lf 2 · Kf + Lr 2 · Kr) / (Iz · V)
b11 = 2 · Kf / (M · V · n)
b12 = 2 · Kr / (MV)
b21 = 2 · Lf · Kf / Iz
b22 = −2 · Lr · Kr / Iz

ここで、車体すべり角を推定するためのオブザーバの構成を図6で説明する。
測定できる(センサで検出できる)出力が、以下で示されるとき、
y(t) =C・x(t) …(10)
オブザーバの構成は次のようになる。
(dx'(t)/dt)=(A−K・C)・x'(t)+K・y(t) +B・u(t)
…(11)
ここで、x'(t)の「’」は推定値であることを示す。
或いは、
(dx'(t)/dt)=A・x'(t)+B・u(t) −K・C・(x' −x)
…(12)
上記(12)式を車両運動モデルに適用すると、

Figure 0004813154
であり、上記(12)式は以下となる。
(dx'(t)/dt)=A・x'(t)+B・u(t) −K・(x' −x)
…(14)
Figure 0004813154
Here, the configuration of the observer for estimating the vehicle slip angle will be described with reference to FIG.
When the output that can be measured (detected by the sensor) is shown below,
y (t) = C · x (t) (10)
The structure of the observer is as follows.
(Dx ′ (t) / dt) = (AK · C) · x ′ (t) + K · y (t) + B · u (t)
... (11)
Here, “′” in x ′ (t) indicates an estimated value.
Or
(Dx '(t) / dt) = A.x' (t) + B.u (t) -K.C. (x'-x)
(12)
When the above equation (12) is applied to a vehicle motion model,
Figure 0004813154
The above equation (12) is as follows.
(Dx ′ (t) / dt) = A · x ′ (t) + B · u (t) −K · (x′−x)
... (14)
Figure 0004813154

ここで、行列(A−K・C)が安定行列、すなわち(A−K・C)の固有値の実部が負(複素左半面)となるようにKを設定すれば、x'(t)→x(t) が保証される。   Here, if K is set so that the matrix (AK · C) is a stable matrix, that is, the real part of the eigenvalue of (AK · C) is negative (complex left half surface), x ′ (t) → x (t) is guaranteed.

そして、u(t) =[θH δr],x(t) =[β (dψ/dt)]であるから、前輪舵角δfのみ変化するオブザーバ61は、図4に示すように、ハンドル角θHの入力に対して、ヨーレートと車体すべり角βとが推定される構成となる。 Since u (t) = [θH δr] T and x (t) = [β (dψ / dt)] T , the observer 61 that changes only the front wheel steering angle δf has a handle as shown in FIG. With respect to the input of the angle θH, the yaw rate and the vehicle body slip angle β are estimated.

すなわち、推定されたヨーレートと推定車体すべり角βは、それぞれ実際のヨーレート(ヨーレートセンサ5からのヨーレート)と実車体すべり角演算部62からの演算で得た実車体すべり角β' との偏差(ヨーレート偏差,車体すべり角偏差)が演算され、ヨーレート偏差はK1と、車体すべり角偏差はK2との積算が行われ、これら各値が、ハンドル角θHとBとの積と推定されたヨーレート,推定車体すべり角βとAとの積の和から減算され、この結果を積分することで、正確にヨーレートと推定車体すべり角βを推定演算するようになっている。このように車両運動モデルを用いることにより、実車ではあり得ない高周波のセンサノイズ等を有効に除去することができる。   That is, the estimated yaw rate and the estimated vehicle slip angle β are the deviations between the actual yaw rate (the yaw rate from the yaw rate sensor 5) and the actual vehicle slip angle β ′ obtained by the calculation from the actual vehicle slip angle calculation unit 62 ( (Yaw rate deviation, vehicle slip angle deviation) is calculated, the yaw rate deviation is integrated with K1, and the vehicle slip angle deviation is integrated with K2, and each of these values is estimated as the product of the steering wheel angle θH and B, By subtracting the sum of the product of the estimated vehicle slip angle β and A and integrating the result, the yaw rate and the estimated vehicle slip angle β are accurately estimated and calculated. By using the vehicle motion model in this way, it is possible to effectively remove high-frequency sensor noise and the like that cannot be achieved with an actual vehicle.

また、実車体すべり角演算部62は、オブザーバ61のフィードバックに必要な実車体すべり角β' をセンサ信号そのものではなく、以下の(15)式で演算する。
β' =∫((dy/dt)/V−(dψ/dt))dt …(15)
Further, the actual vehicle slip angle calculation unit 62 calculates the actual vehicle slip angle β ′ necessary for feedback of the observer 61 by the following equation (15) instead of the sensor signal itself.
β ′ = ∫ ((d 2 y / dt 2 ) / V− (dψ / dt)) dt (15)

そして、前輪すべり角演算部52bは、車速センサ31からの車速V、ハンドル角センサ32からのハンドル角θH、ヨーレートセンサ38からのヨーレートdψ/dtおよび車体すべり角演算部52aからの推定車体すべり角βが入力され、前述の(7)式に従って操舵輪すなわち前輪のすべり角αfを演算し、この前輪すべり角αfを路面摩擦係数設定部52cに出力する。   The front wheel slip angle calculation unit 52b is configured to output the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 31, the handle angle θH from the handle angle sensor 32, the yaw rate dψ / dt from the yaw rate sensor 38, and the estimated vehicle slip angle from the vehicle slip angle calculation unit 52a. β is input, and the slip angle αf of the steered wheel, that is, the front wheel is calculated according to the above-described equation (7), and the front wheel slip angle αf is output to the road surface friction coefficient setting unit 52c.

路面摩擦係数設定部52cは、路面μ推定処理選択部51から選択信号、車速センサ31から車速V、力検出センサ36fl,36frから前輪12fl,12frに作用する横力Fyfl、Fyfr、前輪すべり角演算部52bからオブザーバで推定した前輪すべり角αfが入力され、路面μ推定処理選択部51からの選択信号が入力された際に、上述の各信号に基づき路面摩擦係数μの設定を行って出力する。   The road surface friction coefficient setting unit 52c calculates the selection signal from the road surface μ estimation processing selection unit 51, the vehicle speed V from the vehicle speed sensor 31, the lateral forces Fyfl and Fyfr acting on the front wheels 12fl and 12fr from the force detection sensors 36fl and 36fr, and the front wheel slip angle calculation. When the front wheel slip angle αf estimated by the observer is input from the unit 52b and the selection signal from the road surface μ estimation processing selection unit 51 is input, the road surface friction coefficient μ is set and output based on the above-described signals. .

路面摩擦係数設定部52cでの路面摩擦係数μの設定は、基本的に、予め実験・計算等により求めておいた前輪すべり角αfと横力とに基づく、例えば図7に示す前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップから求めるようになっている。ここで、横力とは、左前輪12flの横力Fyflと右前輪12frの横力Fyfrとの平均値、或いは、値の大きな方である。   The setting of the road surface friction coefficient μ in the road surface friction coefficient setting unit 52c is basically based on the front wheel slip angle αf and lateral force obtained in advance through experiments and calculations, for example, the front wheel slip angle (shown in FIG. Toe angle) and a map of the characteristics of the lateral force against the road friction coefficient. Here, the lateral force is an average value of the lateral force Fyfl of the left front wheel 12fl and the lateral force Fyfr of the right front wheel 12fr or the larger value.

すなわち、前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップは、前輪すべり角αfを一定とすると高μ路であるほど横力が大きくなる特性を、各前輪すべり角αf毎に表現したマップとなっている。   That is, the map of the characteristics of the front wheel slip angle (toe angle) and the lateral force with respect to the road surface friction coefficient shows a characteristic in which the lateral force increases as the road becomes higher at a high μ road for each front wheel slip angle αf. It is a map expressed in

また、路面摩擦係数設定部52cは、車速Vが非常に低い場合(予め設定しておいた閾値Vcより低い場合)では、ステアリングの据え切りトルクの影響が大きくなり、推定精度の悪化が予想されるため、路面摩擦係数μの設定を禁止するように構成されている。   Further, when the vehicle speed V is very low (when it is lower than the preset threshold value Vc), the road surface friction coefficient setting unit 52c is greatly affected by the steering stationary torque, and the estimation accuracy is expected to deteriorate. Therefore, the setting of the road surface friction coefficient μ is prohibited.

一方、図2に戻り、第2の路面μ推定処理部53は、路面μ推定処理選択部51から選択信号、車速センサ31から車速V、前方環境認識装置34から前方障害物、路面状況の変化、力検出センサ36fl,36frから前輪12fl,12frに作用する横力Fyfl、Fyfr、ブレーキスイッチ39からブレーキのON信号が入力される。そして、路面μ推定処理選択部51からの選択信号が入力された際に、上述の各信号に基づき以下の如く路面摩擦係数μの設定を行って出力する。   On the other hand, returning to FIG. 2, the second road surface μ estimation processing unit 53 receives a selection signal from the road surface μ estimation processing selection unit 51, a vehicle speed V from the vehicle speed sensor 31, a front obstacle from the front environment recognition device 34, and changes in road surface conditions. Lateral forces Fyfl and Fyfr acting on the front wheels 12fl and 12fr are input from the force detection sensors 36fl and 36fr, and a brake ON signal is input from the brake switch 39. When a selection signal is input from the road surface μ estimation processing selection unit 51, the road surface friction coefficient μ is set and output based on the above-described signals as follows.

前方環境認識装置34により前方障害物を検出した場合、操舵制御装置23に対して前輪12fl,12frを予め設定したトーアウト(例えば2〜3゜)の角度とする信号を出力し、操舵アクチュエータ20fl,20frを作動させて左右の前輪12fl,12frをトーアウトとする。そして、前輪12fl,12frの横力を測定することにより、前述と同様、図7に示す前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行って出力する。   When a forward obstacle is detected by the forward environment recognition device 34, a signal is output to the steering control device 23 so that the front wheels 12fl and 12fr have a preset toe-out angle (for example, 2 to 3 °), and the steering actuator 20fl, 20fr is operated and the left and right front wheels 12fl, 12fr are toe-out. Then, by measuring the lateral force of the front wheels 12fl and 12fr, the front wheel slip angle (toe angle) and the map of the characteristics of the lateral force with respect to the road surface friction coefficient shown in FIG. Set and output.

また、前方環境認識装置34により路面状況の変化が検出されている場合、操舵制御装置23に対して前輪12fl,12frを予め設定したトーイン(例えば2〜3゜)の角度とする信号を出力し、操舵アクチュエータ20fl,20frを作動させて左右の前輪12fl,12frをトーインとする。そして、前輪12fl,12frの横力を測定することにより、前述と同様、図7に示す前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行って出力する。   When a change in road surface condition is detected by the forward environment recognition device 34, a signal is output to the steering control device 23 so that the front wheels 12fl and 12fr have a preset toe-in (for example, 2 to 3 °) angle. Then, the left and right front wheels 12fl and 12fr are toe-in by operating the steering actuators 20fl and 20fr. Then, by measuring the lateral force of the front wheels 12fl and 12fr, the front wheel slip angle (toe angle) and the map of the characteristics of the lateral force with respect to the road surface friction coefficient shown in FIG. Set and output.

更に、ブレーキのON信号が入力されている場合、操舵制御装置23に対して前輪12fl,12frを予め設定したトーアウト(例えば2〜3゜)の角度とする信号を出力し、操舵アクチュエータ20fl,20frを作動させて左右の前輪12fl,12frをトーアウトとする。そして、前輪12fl,12frの横力を測定することにより、前述と同様、図7に示す前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行って出力する。   Further, when a brake ON signal is input, a signal is output to the steering control device 23 so that the front wheels 12fl and 12fr have a preset toe-out angle (for example, 2 to 3 °), and the steering actuators 20fl and 20fr are output. And the left and right front wheels 12fl and 12fr are toe-out. Then, by measuring the lateral force of the front wheels 12fl and 12fr, the front wheel slip angle (toe angle) and the map of the characteristics of the lateral force with respect to the road surface friction coefficient shown in FIG. Set and output.

また、上述の何れの場合にも該当しない場合は、予め設定しておいたマップ等を参照し、車速Vに応じて規定時間Tcを設定し、この規定時間Tc毎に、操舵制御装置23に対して前輪12fl,12frを予め設定したトーイン(例えば2〜3゜)の角度とする信号を出力し、操舵アクチュエータ20fl,20frを作動させて左右の前輪12fl,12frをトーインとする。そして、前輪12fl,12frの横力を測定することにより、前述と同様、図7に示す前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行って出力する。   If none of the above cases applies, a predetermined time Tc is set according to the vehicle speed V with reference to a preset map or the like, and the steering control device 23 is set for each predetermined time Tc. On the other hand, the front wheels 12fl and 12fr are output with a predetermined toe-in angle (for example, 2 to 3 °), and the steering actuators 20fl and 20fr are operated so that the left and right front wheels 12fl and 12fr are toe-in. Then, by measuring the lateral force of the front wheels 12fl and 12fr, the front wheel slip angle (toe angle) and the map of the characteristics of the lateral force with respect to the road surface friction coefficient shown in FIG. Set and output.

尚、上述の規定時間Tcは、例えば、図8に示すように、車速Vが高速になるほど短く設定される。これは、車速Vが速くなると、単位時間辺りの移動距離が増える為である。また、この規定時間Tcは、ある一定時間(例えば、5sec)としても良い。   For example, as shown in FIG. 8, the specified time Tc is set shorter as the vehicle speed V becomes higher. This is because the moving distance per unit time increases as the vehicle speed V increases. Further, the specified time Tc may be a certain fixed time (for example, 5 seconds).

このように、第2の路面μ推定処理部53は、路面摩擦係数推定手段として設けられている。   As described above, the second road surface μ estimation processing unit 53 is provided as a road surface friction coefficient estimation unit.

次に、路面摩擦係数推定装置50における路面摩擦係数推定の処理の流れを、図9のフローチャートで説明する。このプログラムは所定時間毎に実行され、まず、ステップ(以下、「S」と略称)101で、車速V、横加速度dy/dtを読み込む。 Next, the flow of the road surface friction coefficient estimation process in the road surface friction coefficient estimation device 50 will be described with reference to the flowchart of FIG. This program is executed every predetermined time. First, in step (hereinafter abbreviated as “S”) 101, the vehicle speed V and the lateral acceleration d 2 y / dt 2 are read.

次いで、S102に進み、車速Vが0、すなわち、停止しているか否か判定し、停止している場合(V=0の場合)は、そのままプログラムを抜け、走行中の場合(V≠0の場合)はS103に進む。   Next, the process proceeds to S102, where it is determined whether the vehicle speed V is 0, that is, whether or not the vehicle is stopped. If the vehicle is stopped (when V = 0), the program exits as it is and the vehicle is traveling (V ≠ 0). In case), the process proceeds to S103.

S103では、横加速度dy/dtを予め設定しておいた値(dy/dt)c1と比較して、(dy/dt)c1以上の場合(dy/dt≧(dy/dt)c1の場合)ならば車両は旋回中と判断し、S104に進んで、第1の路面μ推定処理を実行させてプログラムを抜ける。 In S103, as compared with the lateral acceleration d 2 y / dt 2 value previously set the (d 2 y / dt 2) c1, (d 2 y / dt 2) c1 or more when (d 2 y / If dt 2 ≧ (d 2 y / dt 2 ) c 1), the vehicle is determined to be turning, and the process proceeds to S104 to execute the first road surface μ estimation process and exit the program.

逆に、(dy/dt)c1未満の場合(dy/dt<(dy/dt)c1の場合)ならば車両は直進走行中と判断し、S105に進んで、第2の路面μ推定処理を実行させてプログラムを抜ける。 Conversely, if it is less than (d 2 y / dt 2 ) c 1 (in the case of d 2 y / dt 2 <(d 2 y / dt 2 ) c 1 ), it is determined that the vehicle is traveling straight ahead and the process proceeds to S105. Then, the second road surface μ estimation process is executed to exit the program.

上述のS104で実行される第1の路面μ推定処理の流れを、図10のフローチャートで説明する。まず、S201で、車速V、ハンドル角θH、ヨーレートdψ/dt、横加速度dy/dtを読み込み、S202に進んで、車速Vが予め設定しておいた閾値Vc以上か否か判定する。 The flow of the first road surface μ estimation process executed in S104 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in S201, the vehicle speed V, the steering wheel angle θH, the yaw rate dψ / dt, and the lateral acceleration d 2 y / dt 2 are read, and the process proceeds to S202 to determine whether or not the vehicle speed V is greater than or equal to a preset threshold value Vc. .

S202で車速Vが閾値Vc未満の場合(V<Vcの場合)は、推定精度の悪化が予想されるため、路面摩擦係数μの設定を行わずルーチンを抜ける。一方、車速Vが閾値Vc以上の場合(V≧Vcの場合)はS203に進む。   If the vehicle speed V is less than the threshold value Vc in S202 (when V <Vc), the estimation accuracy is expected to deteriorate, and the routine exits without setting the road surface friction coefficient μ. On the other hand, when the vehicle speed V is equal to or higher than the threshold value Vc (when V ≧ Vc), the process proceeds to S203.

S203に進むと、車体すべり角演算部52aにおいて、オブザーバで車体すべり角βを推定し、更にS204に進んで、前輪すべり角演算部52bにおいて、S203で推定した車体すべり角βを基に前述の(7)式により前輪すべり角αfを演算する。   In S203, the vehicle slip angle calculation unit 52a estimates the vehicle slip angle β with an observer, and further proceeds to S204. In the front wheel slip angle calculation unit 52b, the vehicle slip angle β is estimated based on the vehicle slip angle β estimated in S203. The front wheel slip angle αf is calculated by the equation (7).

その後、S205に進み、S204で演算した前輪すべり角αfが予め設定しておいた閾値θc以上か否か判定し、前輪すべり角αfが閾値θc以上の場合(αf≧θcの場合)はS206へと進み、前輪すべり角αfが閾値θc未満の場合(αf<θcの場合)は前輪すべり角αfの誤差が大きいと判断して路面摩擦係数μの設定を行わずルーチンを抜ける。   Thereafter, the process proceeds to S205, in which it is determined whether or not the front wheel slip angle αf calculated in S204 is equal to or greater than a preset threshold value θc. If the front wheel slip angle αf is equal to or greater than the threshold value θc (when αf ≧ θc), the process proceeds to S206. When the front wheel slip angle αf is less than the threshold value θc (when αf <θc), it is determined that the error in the front wheel slip angle αf is large, and the routine exits without setting the road surface friction coefficient μ.

S205からS206へと進むと、前輪12fl,12frに作用する横力Fyfl、Fyfrを読み込む。   When the process proceeds from S205 to S206, the lateral forces Fyfl and Fyfr acting on the front wheels 12fl and 12fr are read.

そして、S207に進んで、路面摩擦係数設定部52cにおいて、前輪すべり角αfと横力(FyflとFyfrの平均値、或いは、大きい値の方)とに基づき、前輪すべり角と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照して路面摩擦係数μを設定し、出力してルーチンを抜ける。   In S207, the road surface friction coefficient setting unit 52c determines the road friction of the front wheel slip angle and the lateral force based on the front wheel slip angle αf and the lateral force (average value of Fyfl and Fyfr or larger value). The road friction coefficient μ is set with reference to the characteristic map for the coefficient, and is output to exit the routine.

次に、上述のS105で実行される第2の路面μ推定処理の流れを、図11のフローチャートで説明する。まず、S301で、前方環境認識装置34により前方障害物の抽出を行う。   Next, the flow of the second road surface μ estimation process executed in S105 described above will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S <b> 301, a front obstacle is extracted by the front environment recognition device 34.

次いで、S302に進み、前方障害物が存在するか否か判定し、前方障害物が存在する場合は、S303に進んで、操舵制御装置23に対して前輪12fl,12frを予め設定したトーアウト(例えば2〜3゜)の角度とする信号を出力する。この信号により、操舵制御装置23は、操舵アクチュエータ20fl,20frを作動させて左右の前輪12fl,12frをトーアウトとする。   Next, the process proceeds to S302, where it is determined whether or not there is a front obstacle. If there is a front obstacle, the process proceeds to S303, and the front wheels 12fl and 12fr are set to the steering control device 23 in advance. A signal with an angle of 2 to 3 ° is output. With this signal, the steering control device 23 operates the steering actuators 20fl and 20fr to make the left and right front wheels 12fl and 12fr toe out.

その後、S304に進んで、前輪12fl,12frの横力Fyfl、Fyfrを検出し、S305に進んで、図7に示す前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行い、出力してルーチンを抜ける。   Thereafter, the process proceeds to S304 to detect the lateral forces Fyfl and Fyfr of the front wheels 12fl and 12fr, and the process proceeds to S305 to refer to the map of the characteristics of the front wheel slip angle (toe angle) and the lateral force with respect to the road surface friction coefficient shown in FIG. Then, the road surface friction coefficient μ is set and output to exit the routine.

すなわち、前方に障害物がある際には、トーアウトとすることにより、路面μ推定による障害物回避のアシスト制御性向上だけでなく、障害物回避の為の操舵応答性の向上を図りながら路面μ推定を行うことが可能となっている。   In other words, when there are obstacles ahead, toe out makes it possible to improve the steering response for obstacle avoidance as well as improve the assist control performance of obstacle avoidance by estimating the road surface μ. Estimation can be performed.

また、上述のS302で前方障害物が存在しないと判定した場合、S306に進み、前方環境認識装置34により認識されている路面状況の変化を読み込む。   If it is determined in step S302 that there is no forward obstacle, the process proceeds to step S306, and changes in road surface conditions recognized by the forward environment recognition device 34 are read.

そして、S307に進み、路面状況に変化があるか否か判定し、路面状況に変化があると判定した場合は、S308に進んで、操舵制御装置23に対して前輪12fl,12frを予め設定したトーイン(例えば2〜3゜)の角度とする信号を出力する。この信号により、操舵制御装置23は、操舵アクチュエータ20fl,20frを作動させて左右の前輪12fl,12frをトーインとする。   Then, the process proceeds to S307, where it is determined whether or not there is a change in the road surface condition. If it is determined that there is a change in the road surface condition, the process proceeds to S308 and the front wheels 12fl and 12fr are set in advance for the steering control device 23. A signal having an angle of toe-in (for example, 2 to 3 °) is output. With this signal, the steering control device 23 operates the steering actuators 20fl and 20fr to make the left and right front wheels 12fl and 12fr toe-in.

その後、S309に進んで、前輪12fl,12frの横力Fyfl、Fyfrを検出し、S310に進んで、図7に示す前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行い、出力してルーチンを抜ける。   Thereafter, the process proceeds to S309 to detect the lateral forces Fyfl and Fyfr of the front wheels 12fl and 12fr, and the process proceeds to S310 to refer to the characteristic map of the front wheel slip angle (toe angle) and the lateral force with respect to the road surface friction coefficient shown in FIG. Then, the road surface friction coefficient μ is set and output to exit the routine.

すなわち、路面状況の変化がある際には、トーインとすることにより、直進安定性の向上を図りながら路面μ推定を行うことが可能となっている。   That is, when there is a change in the road surface condition, it is possible to estimate the road surface μ while improving the straight running stability by using toe-in.

また、上述のS307で路面状況に変化がないと判定した場合、S311に進み、ブレーキスイッチがONで制動操作が行われているか否かの判定を行う。   If it is determined in S307 that there is no change in the road surface condition, the process proceeds to S311 to determine whether the brake switch is ON and a braking operation is being performed.

この判定の結果、ブレーキスイッチがONの場合は、S312に進んで、操舵制御装置23に対して前輪12fl,12frを予め設定したトーアウト(例えば2〜3゜)の角度とする信号を出力する。この信号により、操舵制御装置23は、操舵アクチュエータ20fl,20frを作動させて左右の前輪12fl,12frをトーアウトとする。   If the result of this determination is that the brake switch is ON, the process proceeds to S312 and a signal is output to the steering control device 23 with the front wheels 12fl and 12fr having a preset toe-out (for example, 2 to 3 °) angle. With this signal, the steering control device 23 operates the steering actuators 20fl and 20fr to make the left and right front wheels 12fl and 12fr toe out.

その後、S313に進んで、前輪12fl,12frの横力Fyfl、Fyfrを検出し、S314に進んで、図7に示す前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行い、出力してルーチンを抜ける。   Thereafter, the process proceeds to S313 to detect the lateral forces Fyfl and Fyfr of the front wheels 12fl and 12fr, and the process proceeds to S314 to refer to the map of the characteristics of the front wheel slip angle (toe angle) and the lateral force with respect to the road surface friction coefficient shown in FIG. Then, the road surface friction coefficient μ is set and output to exit the routine.

すなわち、制動操作がある際には、トーアウトとすることにより、路面μ推定とそれによる制動効率の向上だけでなく、制動時の安定性向上を図りながら路面μ推定を行うことが可能となっている。   In other words, when there is a braking operation, the toe-out makes it possible not only to estimate the road surface μ and improve the braking efficiency, but also to estimate the road surface μ while improving the stability during braking. Yes.

上述のS311の判定で、ブレーキスイッチがOFFの場合は、S315に進み、例えば、図8に示すマップを参照して、車速に基づく規定時間Tcを設定する。   If it is determined in S311 above that the brake switch is OFF, the process proceeds to S315 and, for example, a specified time Tc based on the vehicle speed is set with reference to a map shown in FIG.

そして、S316に進み、前回の推定から規定時間Tcが経過したか否か判定し、規定時間Tcを経過していないのであれば、そのままルーチンを抜ける。また、規定時間Tcを経過したのであれば、S317に進んで、操舵制御装置23に対して前輪12fl,12frを予め設定したトーイン(例えば2〜3゜)の角度とする信号を出力する。この信号により、操舵制御装置23は、操舵アクチュエータ20fl,20frを作動させて左右の前輪12fl,12frをトーインとする。   Then, the process proceeds to S316, where it is determined whether or not the specified time Tc has elapsed since the previous estimation. If the specified time Tc has not elapsed, the routine is directly exited. If the specified time Tc has elapsed, the process proceeds to S317, and a signal for setting the front wheels 12fl and 12fr to a predetermined toe-in angle (for example, 2 to 3 °) is output to the steering control device 23. With this signal, the steering control device 23 operates the steering actuators 20fl and 20fr to make the left and right front wheels 12fl and 12fr toe-in.

その後、S318に進んで、前輪12fl,12frの横力Fyfl、Fyfrを検出し、S319に進んで、図7に示す前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性のマップを参照し、路面摩擦係数μの設定を行い、出力してルーチンを抜ける。   Thereafter, the process proceeds to S318 to detect the lateral forces Fyfl and Fyfr of the front wheels 12fl and 12fr, and the process proceeds to S319 to refer to the map of characteristics of the front wheel slip angle (toe angle) and the lateral force with respect to the road surface friction coefficient shown in FIG. Then, the road surface friction coefficient μ is set and output to exit the routine.

すなわち、通常の直線走行時では、トーインとし、規定時間Tc毎に路面μ推定を実行することにより、ドライバに違和感なく、直進安定性の向上を図りながら路面μ推定を行うことが可能となっている。   In other words, during normal straight running, it is possible to perform road surface μ estimation while improving straight-line stability without making the driver feel uncomfortable by executing toe-in and executing road surface μ estimation at each specified time Tc. Yes.

このように本発明の実施の形態によれば、たとえ直進走行状態であっても迅速に精度の良い路面摩擦係数の推定を行うことが可能である。   As described above, according to the embodiment of the present invention, it is possible to estimate the road friction coefficient quickly and accurately even in a straight traveling state.

尚、本実施の形態では、ステアバイワイヤ機構による独立操舵機構を例に説明しているが、他に、トー角を可変自在なアライメント可変機構においても適用できることは云うまでもない。   In this embodiment, the independent steering mechanism using the steer-by-wire mechanism is described as an example. However, it goes without saying that the present invention can also be applied to an alignment variable mechanism in which the toe angle can be varied.

また、本実施の形態では、前輪に作用する横力を検出し、この横力と前輪すべり角(トー角)の特性から路面μを推定するようにしているが、横力以外に、前輪に作用するセルフアライニングトルクを検出し、このセルフアライニングトルクと前輪すべり角(トー角)の特性から路面μを推定するようにしても良い。   In this embodiment, the lateral force acting on the front wheel is detected, and the road surface μ is estimated from the characteristics of the lateral force and the front wheel slip angle (toe angle). The acting self-aligning torque may be detected, and the road surface μ may be estimated from the characteristics of the self-aligning torque and the front wheel slip angle (toe angle).

路面摩擦係数推定装置を搭載する車両の概略構成図Schematic configuration diagram of a vehicle equipped with a road surface friction coefficient estimation device 路面摩擦係数推定装置の機能ブロック図Functional block diagram of road friction coefficient estimation device 第1の路面μ推定処理部の機能ブロック図Functional block diagram of the first road surface μ estimation processing unit 車体すべり角演算部の構成を示す機能ブロック図Functional block diagram showing the configuration of the body slip angle calculation unit 車両の横運動の2輪モデルを示す説明図Explanatory drawing showing a two-wheel model of lateral movement of a vehicle 一般的なオブザーバの構成を示す説明図Explanatory drawing showing the structure of a general observer 前輪すべり角(トー角)と横力の路面摩擦係数に対する特性の説明図Explanatory diagram of characteristics of front wheel slip angle (toe angle) and lateral force against road friction coefficient 車速に基づき設定される規定時間の特性の説明図Explanatory diagram of characteristics of specified time set based on vehicle speed 路面摩擦係数推定のフローチャートFlowchart of road friction coefficient estimation 第1の路面μ推定処理のフローチャートFirst road surface μ estimation process flowchart 第2の路面μ推定処理のフローチャートFlowchart of second road surface μ estimation process

符号の説明Explanation of symbols

1 車両
12fl,12fr,12rl,12rr 車輪
15 操舵装置(トー角可変手段)
23 操舵制御装置
34 前方環境認識装置(障害物検出手段、路面状況検出手段)
36fl,36fr 力検出センサ(検出手段)
39 ブレーキスイッチ(制動操作検出手段)
50 路面摩擦係数推定装置
51 路面μ推定処理選択部(直進判定手段)
52 第1の路面μ推定処理部
53 第2の路面μ推定処理部(路面摩擦係数推定手段)
1 Vehicle 12fl, 12fr, 12rl, 12rr Wheel 15 Steering device (toe angle variable means)
23 Steering control device 34 Front environment recognition device (obstacle detection means, road surface condition detection means)
36fl, 36fr Force detection sensor (detection means)
39 Brake switch (braking operation detection means)
50 Road Surface Friction Coefficient Estimator 51 Road Surface μ Estimation Process Selection Unit (Straight Advancing Determination Unit)
52 first road surface μ estimation processing unit 53 second road surface μ estimation processing unit (road surface friction coefficient estimating means)

Claims (6)

左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、
上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、
車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、
前輪すべり角を推定する前輪すべり角演算手段と、
車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右前輪のトー角を予め設定する量だけ可変する信号を出力し、該左右前輪のトー角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する一方、
車両が直進状態ではないと判定された際には、上記前輪すべり角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面摩擦係数推定装置。
Toe angle varying means for varying the toe angle of the left and right wheels;
Detecting means for detecting either the lateral force acting on the left and right wheels or the self-aligning torque;
Straight-ahead determining means for determining whether or not the vehicle is in a straight-ahead state;
Front wheel slip angle calculating means for estimating the front wheel slip angle;
When the vehicle is traveling straight, a signal for changing the toe angle of the left and right front wheels by a preset amount is output to the toe angle varying means, and the toe angle of the left and right front wheels and the lateral force detected by the detecting means While estimating the road friction coefficient based on either the self-aligning torque or
Road friction coefficient estimating means for estimating a road surface friction coefficient based on either the front wheel slip angle, the lateral force detected by the detecting means or the self-aligning torque when it is determined that the vehicle is not in a straight traveling state. When,
An apparatus for estimating a road surface friction coefficient of a vehicle.
上記路面摩擦係数推定手段は、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に上記左右輪を予め設定したトーインの角度とする信号を出力し、該トーインの角度と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて予め設定する時間毎に路面摩擦係数を推定することを特徴とする請求項1記載の車両の路面摩擦係数推定装置。   The road surface friction coefficient estimating means outputs a signal for setting the left and right wheels to a preset toe-in angle to the toe angle varying means when the vehicle is traveling straight, and detecting the toe-in angle and the detecting means by the detecting means. 2. The road surface friction coefficient estimating device for a vehicle according to claim 1, wherein the road surface friction coefficient is estimated for each preset time based on either the lateral force or the self-aligning torque. 左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、
上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、
前方障害物を検出する障害物検出手段
車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、
前方障害物を検出した場合、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右輪を予め設定したトーアウトの角度とする信号を出力し、該トーアウトの角度と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面摩擦係数推定装置。
Toe angle varying means for varying the toe angle of the left and right wheels;
Detecting means for detecting either the lateral force acting on the left and right wheels or the self-aligning torque;
An obstacle detecting means for detecting an obstacle ahead,
Straight-ahead determining means for determining whether or not the vehicle is in a straight-ahead state;
When detecting a front obstacle, and outputs a signal vehicles is to the toe angle changing means toe-out angle set in advance the left and right wheels relative to the time of running straight, at an angle and the detection means of the toe Road surface friction coefficient estimating means for estimating a road surface friction coefficient based on either the detected lateral force or self-aligning torque ;
Vehicles of the road surface friction coefficient estimating device you comprising the.
左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、
上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、
前方の路面状況の変化を検出する路面状況検出手段
車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、
前方の路面状況の変化を検出した場合、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右輪を予め設定したトーインの角度とする信号を出力し、該トーインの角度と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面摩擦係数推定装置。
Toe angle varying means for varying the toe angle of the left and right wheels;
Detecting means for detecting either the lateral force acting on the left and right wheels or the self-aligning torque;
And road surface conditions detection means for detecting a change in front of the road conditions,
Straight-ahead determining means for determining whether or not the vehicle is in a straight-ahead state;
When detecting a change in the front of the road surface condition, and outputs a signal vehicles is to the toe angle varying means preset angle of toe of the left and right wheels relative to the time of straight traveling state, the toe angle and the Road friction coefficient estimating means for estimating the road friction coefficient based on either the lateral force detected by the detecting means or the self-aligning torque ;
Vehicles of the road surface friction coefficient estimating device you comprising the.
左右輪のトー角を可変するトー角可変手段と、
上記左右輪に作用する横力とセルフアライニングトルクのどちらかを検出する検出手段と、
制動操作の実行を検出する制動操作検出手段
車両が直進状態か否かを判定する直進判定手段と、
制動操作の実行を検出した場合、車両が直進状態の際に上記トー角可変手段に対して上記左右輪を予め設定したトーアウトの角度とする信号を出力し、該トーアウトの角度と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面摩擦係数推定装置。
Toe angle varying means for varying the toe angle of the left and right wheels;
Detecting means for detecting either the lateral force acting on the left and right wheels or the self-aligning torque;
Braking operation detecting means for detecting the execution of the braking operation,
Straight-ahead determining means for determining whether or not the vehicle is in a straight-ahead state;
When detecting the execution of the braking operation, and outputs a signal to the angle of toe-out set in advance the left and right wheels relative to the toe angle changing means when vehicles are running straight, the toe-out angle and the detection means Road surface friction coefficient estimating means for estimating a road surface friction coefficient based on either the lateral force or the self-aligning torque detected in step ;
Vehicles of the road surface friction coefficient estimating device you comprising the.
前輪すべり角を推定する前輪すべり角演算手段を有し、Front wheel slip angle calculating means for estimating the front wheel slip angle;
上記路面摩擦係数推定手段は、車両が直進状態ではないと判定された際には、上記前輪すべり角と上記検出手段で検出した上記横力とセルフアライニングトルクのどちらかに基づいて路面摩擦係数を推定することを特徴とする請求項3乃至請求項5の何れか一つに記載の車両の路面摩擦係数推定装置。  When it is determined that the vehicle is not in a straight traveling state, the road surface friction coefficient estimating means determines the road surface friction coefficient based on either the front wheel slip angle, the lateral force detected by the detection means, or the self-aligning torque. The road surface friction coefficient estimating device for a vehicle according to any one of claims 3 to 5, wherein:
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