JP2002012160A - 車両の路面摩擦係数推定装置 - Google Patents

車両の路面摩擦係数推定装置

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JP2002012160A
JP2002012160A JP2000197205A JP2000197205A JP2002012160A JP 2002012160 A JP2002012160 A JP 2002012160A JP 2000197205 A JP2000197205 A JP 2000197205A JP 2000197205 A JP2000197205 A JP 2000197205A JP 2002012160 A JP2002012160 A JP 2002012160A
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friction coefficient
road surface
vehicle
slip angle
surface friction
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Koji Matsuno
浩二 松野
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Fuji Heavy Industries Ltd
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    • G01N19/02Measuring coefficient of friction between materials

Abstract

(57)【要約】 【課題】幅広い運転領域で、センサ等のノイズの影響が
少なくして精度良く路面摩擦係数を推定する。 【解決手段】車体すべり角演算部11は、ハンドル角と
車速を基に、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のオブザーバにより、検出したハン
ドル角,車速に対応する車体すべり角を演算する。前輪
すべり角演算部12は、ハンドル角、車速、ヨーレート
および演算した車体すべり角を基に、前輪のすべり角α
fを演算する。セルフアライニングトルク演算部14
は、パワーシリンダの左右の油圧室油圧を基にセルフア
ライニングトルクを演算する。そして、路面摩擦係数設
定部15は、車速、推定した前輪すべり角、セルフアラ
イニングトルクが入力され、これらに基づきマップ等参
照して路面摩擦係数μの設定を行って出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、幅広い運転領域で
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。
【0002】
【従来の技術】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について様
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、あるいは、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。
【0003】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、例えば特開平6−2219
68号公報では、タイヤのコーナリングフォースとセル
フアライニング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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
先行技術の前者のものでは、ハンドル角では前輪のすべ
り角の検出にはならず、路面摩擦係数を検出できる条件
が限定され、幅広い運転領域で精度良く路面摩擦係数を
推定することが困難という問題がある。また、上記先行
技術の後者のものでは、コーナリングフォースの検出に
ついてヨーレートの微分値に代表されるセンサ信号の微
分値を用いるため、センサノイズ等の問題があり、精度
良く路面摩擦係数を推定することが難しいという問題が
ある。
【0005】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、幅広い運転領域で、センサ等のノイズの影響が少な
くして精度良く路面摩擦係数を推定することのできる車
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
請求項1記載の本発明による車両の路面摩擦係数推定装
置は、操舵輪に作用するセルフアライニングトルクを検
出するセルフアライニングトルク検出手段と、車両の運
動モデルにより形成したオブザーバに車両運動状態の検
出値を入力して操舵輪のすべり角を検出する操舵輪すべ
り角検出手段と、上記セルフアライニングトルクと上記
操舵輪すべり角との関係に基づき路面摩擦係数を設定す
る路面摩擦係数設定手段とを備えたことを特徴とする。
【0007】また、請求項2記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、パワーシリンダの一対の油圧
室に加える油圧で操舵力を補助する油圧パワーステアリ
ング装置を備えた車両の路面摩擦係数推定装置におい
て、上記一対の油圧室の油圧をそれぞれ検出する油圧検
出手段と、上記一対の油圧室の油圧のどちらか高い方を
基にセルフアライニングトルクを演算するセルフアライ
ニングトルク検出手段と、車両の運動モデルにより形成
したオブザーバに車両運動状態の検出値を入力して操舵
輪のすべり角を検出する操舵輪すべり角検出手段と、上
記セルフアライニングトルクと上記操舵輪すべり角との
関係に基づき路面摩擦係数を設定する路面摩擦係数設定
手段とを備えたことを特徴とする。
【0008】更に、請求項3記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、パワーシリンダの一対の油圧
室に加える油圧で操舵力を補助する油圧パワーステアリ
ング装置を備えた車両の路面摩擦係数推定装置におい
て、上記一対の油圧室の油圧をそれぞれ検出する油圧検
出手段と、上記一対の油圧室の油圧の差を基にセルフア
ライニングトルクを演算するセルフアライニングトルク
検出手段と、車両の運動モデルにより形成したオブザー
バに車両運動状態の検出値を入力して操舵輪のすべり角
を検出する操舵輪すべり角検出手段と、上記セルフアラ
イニングトルクと上記操舵輪すべり角との関係に基づき
路面摩擦係数を設定する路面摩擦係数設定手段とを備え
たことを特徴とする。
【0009】また、請求項4記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、電動モータにより操舵力を補
助する電動パワーステアリング装置を備えた車両の路面
摩擦係数推定装置において、トーションバー捩りトルク
を検出するトーションバー捩りトルク検出手段と、上記
電動モータの運転電流を検出するモータ電流検出手段
と、上記トーションバー捩りトルクと上記モータ電流を
基にセルフアライニングトルクを演算するセルフアライ
ニングトルク検出手段と、車両の運動モデルにより形成
したオブザーバに車両運動状態の検出値を入力して操舵
輪のすべり角を検出する操舵輪すべり角検出手段と、上
記セルフアライニングトルクと上記操舵輪すべり角との
関係に基づき路面摩擦係数を設定する路面摩擦係数設定
手段とを備えたことを特徴とする。
【0010】更に、請求項5記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、請求項2乃至請求項4の何れ
か一つに記載の車両の路面摩擦係数推定装置において、
操舵速度を検出する操舵速度検出手段を備え、上記セル
フアライニングトルク検出手段は、上記セルフアライニ
ングトルクを上記操舵速度に応じて補正し演算すること
を特徴とする。
【0011】また、請求項6記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、請求項1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において、
上記路面摩擦係数設定手段は、上記路面摩擦係数の設定
を、予め設定しておいた車速の条件に応じて禁止するこ
とを特徴とする。
【0012】更に、請求項7記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、請求項1乃至請求項6の何れ
か一つに記載の車両の路面摩擦係数推定装置において、
上記路面摩擦係数設定手段は、上記路面摩擦係数の設定
を、予め設定しておいた上記操舵輪のすべり角の条件に
応じて禁止することを特徴とする。
【0013】すなわち、上記請求項1記載の車両の路面
摩擦係数推定装置は、セルフアライニングトルク検出手
段で操舵輪に作用するセルフアライニングトルクを検出
し、操舵輪すべり角検出手段では車両の運動モデルによ
り形成したオブザーバに車両運動状態の検出値を入力し
て操舵輪のすべり角を検出する。そして、路面摩擦係数
設定手段は、セルフアライニングトルクと操舵輪すべり
角との関係に基づき路面摩擦係数を設定する。このた
め、操舵輪すべり角を検出して幅広い運転領域で、車両
の運動モデルにより形成したオブザーバで操舵輪のすべ
り角をセンサ等のノイズの影響が少なく検出して精度良
く路面摩擦係数を推定することができる。
【0014】また、上記請求項2記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、油圧検出手段でパワーシリンダの一対
の油圧室の油圧をそれぞれ検出し、セルフアライニング
トルク検出手段で一対の油圧室の油圧のどちらか高い方
を基にセルフアライニングトルクを演算する。また、操
舵輪すべり角検出手段では、車両の運動モデルにより形
成したオブザーバに車両運動状態の検出値を入力して操
舵輪のすべり角を検出する。そして、路面摩擦係数設定
手段は、セルフアライニングトルクと操舵輪すべり角と
の関係に基づき路面摩擦係数を設定する。このため、操
舵輪すべり角を検出して幅広い運転領域で、車両の運動
モデルにより形成したオブザーバで操舵輪のすべり角を
センサ等のノイズの影響が少なく検出して精度良く路面
摩擦係数を推定することができる。
【0015】更に、上記請求項3記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、油圧検出手段でパワーシリンダの一対
の油圧室の油圧をそれぞれ検出し、セルフアライニング
トルク検出手段で一対の油圧室の油圧の差を基にセルフ
アライニングトルクを演算する。また、操舵輪すべり角
検出手段では車両の運動モデルにより形成したオブザー
バに車両運動状態の検出値を入力して操舵輪のすべり角
を検出する。そして、路面摩擦係数設定手段は、セルフ
アライニングトルクと操舵輪すべり角との関係に基づき
路面摩擦係数を設定する。このため、操舵輪すべり角を
検出して幅広い運転領域で、車両の運動モデルにより形
成したオブザーバで操舵輪のすべり角をセンサ等のノイ
ズの影響が少なく検出して精度良く路面摩擦係数を推定
することができる。
【0016】また、上記請求項4記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、トーションバー捩りトルク検出手段で
トーションバー捩りトルクを検出し、モータ電流検出手
段で電動モータの運転電流を検出し、セルフアライニン
グトルク検出手段でトーションバー捩りトルクとモータ
電流を基にセルフアライニングトルクを演算する。ま
た、操舵輪すべり角検出手段で車両の運動モデルにより
形成したオブザーバに車両運動状態の検出値を入力して
操舵輪のすべり角を検出する。そして、路面摩擦係数設
定手段は、セルフアライニングトルクと操舵輪すべり角
との関係に基づき路面摩擦係数を設定する。このため、
操舵輪すべり角を検出して幅広い運転領域で、車両の運
動モデルにより形成したオブザーバで操舵輪のすべり角
をセンサ等のノイズの影響が少なく検出して精度良く路
面摩擦係数を推定することができる。
【0017】更に、上記請求項5記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、請求項2乃至請求項4の何れか一つに
記載の車両の路面摩擦係数推定装置において、操舵速度
検出手段で操舵速度を検出し、セルフアライニングトル
ク検出手段で、セルフアライニングトルクを操舵速度に
応じて補正し演算するので、より正確なセルフアライニ
ングトルクの検出が可能になり、精度の良い路面摩擦係
数を推定することができる。
【0018】また、上記請求項6記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、請求項1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において、路面摩擦
係数設定手段は、路面摩擦係数の設定を、予め設定して
おいた車速の条件に応じて禁止する。例えば、車速が非
常に低い場合は据え切りトルクの影響が大きくなり推定
精度が悪化するため路面摩擦係数の推定を禁止する。
【0019】更に、上記請求項7記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、請求項1乃至請求項6の何れか一つに
記載の車両の路面摩擦係数推定装置において、路面摩擦
係数設定手段は、路面摩擦係数の設定を、予め設定して
おいた操舵輪のすべり角の条件に応じて禁止する。例え
ば、操舵輪のすべり角が小さい場合は路面摩擦係数の推
定精度が悪化するため路面摩擦係数の推定を禁止する。
【0020】
【発明の実施の形態】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6は本発明の実施の第1
形態を示し、図1は路面摩擦係数推定装置の構成を示す
機能ブロック図、図2は車体すべり角演算部の構成を示
す機能ブロック図、図3は車両の横運動の2輪モデルを
示す説明図、図4は一般的なオブザーバの構成を示す説
明図、図5は前輪すべり角とセルフアライニングトルク
の路面摩擦係数に対する特性の説明図、図6は路面摩擦
係数推定のフローチャートである。尚、本実施の第1形
態は、オイルポンプにより発生した油圧を、ステアリン
グギヤボックス内に設けたパワーシリンダの一対(左
右)の油圧室に導くことでドライバの操舵力を補助する
公知の油圧パワーステアリング装置を備えた車両に搭載
する路面摩擦係数推定装置を例に説明する。
【0021】図1において、符号1は路面摩擦係数を推
定する路面摩擦係数推定装置を示し、この路面摩擦係数
推定装置1の制御部10には、ハンドル角センサ2、車
速センサ3、横加速度センサ4およびヨーレートセンサ
5が接続され、それぞれハンドル角θH,車速V,横加
速度dy/dt,ヨーレート(ヨー角速度)dψ/
dtが入力される。また、路面摩擦係数推定装置1の制
御部10には、図示しない油圧パワーステアリング装置
のパワーシリンダの左右の油圧室の油圧をそれぞれ検出
する油圧検出手段としての左右の油圧センサ6,7が接
続され、左右の油圧室油圧PcL,Pcrが入力される。
【0022】路面摩擦係数推定装置1の制御部10は、
マイクロコンピュータとその周辺回路で構成され、車体
すべり角演算部11、前輪すべり角演算部12、ハンド
ル角速度演算部13、セルフアライニングトルク演算部
14、路面摩擦係数設定部15から主要に構成されてい
る。
【0023】車体すべり角演算部11は、ハンドル角セ
ンサ2からのハンドル角θHと車速センサ3からの車速
V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θ
H,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12に出力する。
【0024】図3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。
【0025】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,L
r、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。
【0026】 2・Cf・Lf−2・Cr・Lr=Iz・(dψ/dt) …(2)
【0027】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d y/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)
【0028】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。
【0029】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)
【0030】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] 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
【0031】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4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。あ
るいは、 (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、 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)
【0032】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。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11aは、図2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。
【0033】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
11b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。
【0034】また、実車体すべり角演算部11bは、オ
ブザーバ11a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)
【0035】そして、前輪すべり角演算部12は、ハン
ドル角センサ2からのハンドル角θH、車速センサ3か
らの車速V、ヨーレートセンサ5からのヨーレートdψ
/dtおよび車体すべり角演算部11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をセルフアライニングトルク演算部14と路面摩擦
係数設定部15に出力する。このように、本実施の第1
形態では、車体すべり角演算部11と前輪すべり角演算
部12とで操舵輪すべり角検出手段が構成されているハ
ンドル角速度演算部13は、操舵速度検出手段として設
けられており、ハンドル角センサ2からの信号が入力さ
れ、設定時間(微少時間)内のハンドル角θHの変化量
をハンドル角速度dθH/dtとして演算し、セルフア
ライニングトルク演算部14に出力する。
【0036】セルフアライニングトルク演算部14は、
パワーシリンダの左右の油圧センサ6,7からそれぞれ
左右の油圧室油圧PcL,Pcrが入力され、この油圧を基
にセルフアライニングトルクTsaを演算して路面摩擦係
数設定部15に出力する、セルフアライニングトルク検
出手段として構成されている。また、セルフアライニン
グトルク演算部14には、ハンドル角速度演算部13か
らハンドル角速度dθH/dtが入力され、前輪すべり
角演算部12から前輪すべり角αfが入力される。
【0037】ここで、セルフアライニングトルク演算部
14でのセルフアライニングトルクTsaの演算は、例え
ば、以下のような方法の何れかで行われる。1,Pcを
左右の油圧室油圧PcL,Pcrの高い方、Acをパワーシ
リンダの受圧面積、Lnをナックルアーム長(ホイール
側のタイロッド取り付け点とキングピン軸の距離)とし
て、 Tsa=Pc・Ac・Ln …(16) 2,ΔPcを左右油圧室油圧PcL,Pcrの差として、 Tsa=|Pc|・Ac・Ln …(17) 3,上記(17)式でハンドル角速度dθH/dtを考
慮して演算すると、Cdtを操舵速度から油圧配管およ
びバルブでの圧力損失を算出する係数として、 Tsa=(|Pc|−|dθH/dt|・Cdt)・Ac・Ln …(18) 4,また、オイルポンプの吐出圧Ppが検出できていれ
ば、 Tsa=Pp・Ac・Ln …(19) 5,上記(19)式でハンドル角速度dθH/dtを考
慮して演算すると、 Tsa=(Pc−|dθH/dt|・Cdt)・Ac・Ln …(20)
【0038】ここで、セルフアライニングトルク演算部
14は、入力された前輪すべり角αfを予め実験等で設
定しておいた閾値θcと比較して、前輪すべり角αfが
θcより小さく誤差が大きいと判断した場合は、セルフ
アライニングトルクTsaの演算を中止する。こうして、
常に精度の高い範囲でセルフアライニングトルクTsaの
演算が行うことができ、精度良く路面摩擦係数μを推定
できるようになっている。
【0039】路面摩擦係数設定部15は、車速センサ3
から車速V、前輪すべり角演算部12からオブザーバで
推定した前輪すべり角αf、セルフアライニングトルク
演算部14からセルフアライニングトルクTsaが入力さ
れ、これらに基づき路面摩擦係数μの設定を行って出力
する路面摩擦係数設定手段として設けられている。
【0040】路面摩擦係数設定部15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とセルフアライニングトルクT
saとに基づく例えば図5に示す前輪すべり角とセルフア
ライニングトルク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。
【0041】すなわち、前輪すべり角とセルフアライニ
ングトルク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路であるほどセルフ
アライニングトルクTsa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。
【0042】また、路面摩擦係数設定部15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。
【0043】次に、路面摩擦係数推定装置1における路
面摩擦係数推定の処理の流れを、図6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
センサ2から車速V,ハンドル角センサ2からハンドル
角θH,ヨーレートセンサ5からヨーレートdψ/d
t,横加速度センサ4から横加速度dy/dt、を
読込み、S102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。
【0044】S102で車速Vが閾値Vcより小さい場
合は、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
の設定を行わずプログラムを終了する。一方、車速Vが
閾値Vc以上の場合はS103に進む。
【0045】S103に進むと、車体すべり角演算部1
1において、オブザーバで車体すべり角βを推定し、さ
らにS104に進んで、前輪すべり角演算部12におい
て、s103で推定した車体すべり角βを基に前記
(7)式により前輪すべり角αfを演算する。
【0046】その後、S105に進み、S104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
合はS106へと進み、前輪すべり角αfが閾値θcよ
り小さい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の設定を行わずプログラムを終了す
る。
【0047】S105からS106へと進むと、ハンド
ル角速度演算部13にてハンドル角速度dθH/dtを
演算し、S107へと進み、パワーシリンダの左右の油
圧センサ6,7からそれぞれ左右の油圧室油圧PcL,P
crを入力する。
【0048】その後、S108に進み、セルフアライニ
ングトルク演算部14において、セルフアライニングト
ルクTsaを演算する。
【0049】そして、S109に進んで、路面摩擦係数
設定部15において、前輪すべり角αfとセルフアライ
ニングトルクTsaとに基づき、前輪すべり角とセルフア
ライニングトルク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を設定する。
【0050】このように、本実施の第1形態によれば、
前輪すべり角αfを検出して路面摩擦係数μを設定する
ので、幅広い運転領域で路面摩擦係数μの推定が行え
る。また、前輪すべり角αfの検出は、オブザーバを用
いて検出するので、センサ等のノイズの影響や累積誤差
が少なく、精度良く路面摩擦係数μを推定することがで
きる。また、セルフアライニングトルクTsaは、様々な
方法で演算することが可能なため汎用性に優れる。更
に、前輪すべり角αfが小さい時や、車速Vが小さい時
等の誤差が大きくなるようなときには路面摩擦係数μの
設定を実行しないので、誤差の大きい路面摩擦係数μが
出力されることが確実に防止される。
【0051】次に、図7及び図8は本発明の実施の第2
形態を示し、図7は路面摩擦係数推定装置の構成を示す
機能ブロック図、図8は路面摩擦係数推定のフローチャ
ートである。尚、本実施の第2形態は、ドライバがステ
アリングを回転させるトルク(トーションバー捩りトル
ク)、電動モータの電流値、車速等のパラメータに基づ
き、電動モータによりドライバの操舵力を補助する公知
の電動パワーステアリング装置を備えた車両に搭載する
路面摩擦係数推定装置を例に説明する。このため、セル
フアライニングトルクの演算に関する構成、処理が前記
実施の第1形態と異なり、他の実施の第1形態と同じ部
分は同じ符号を記し説明は省略する。
【0052】図7において、符号20は路面摩擦係数を
推定する路面摩擦係数推定装置を示し、この路面摩擦係
数推定装置20の制御部30には、ハンドル角センサ
2、車速センサ3、横加速度センサ4およびヨーレート
センサ5が接続され、それぞれハンドル角θH,車速
V,横加速度dy/dt,ヨーレート(ヨー角速
度)dψ/dtが入力される。また、路面摩擦係数推定
装置20の制御部30には、図示しない電動パワーステ
アリング装置における、トーションバー捩りトルク検出
手段としてのトーションバー捩りトルクセンサ21から
トーションバー捩りトルクTtが入力され、電動モータ
の運転電流を検出するモータ電流検出手段としてのモー
タ電流検出器22からモータ電流値Iaが入力される。
【0053】路面摩擦係数推定装置20の制御部30
は、マイクロコンピュータとその周辺回路で構成され、
車体すべり角演算部11、前輪すべり角演算部12、ハ
ンドル角速度演算部13、セルフアライニングトルク演
算部31、路面摩擦係数設定部15から主要に構成され
ている。
【0054】セルフアライニングトルク演算部31は、
トーションバー捩りトルクセンサ21からトーションバ
ー捩りトルクTtが、モータ電流検出器22からモータ
電流値Iaが入力され、これらに基づきセルフアライニ
ングトルクTsaを演算して路面摩擦係数設定部15に出
力する、セルフアライニングトルク検出手段として構成
されている。また、セルフアライニングトルク演算部3
1には、ハンドル角速度演算部13からハンドル角速度
dθH/dtが入力され、前輪すべり角演算部12から
前輪すべり角αfが入力される。
【0055】ここで、セルフアライニングトルク演算部
31でのセルフアライニングトルクTsaの演算は、例え
ば、以下の(21)式或いは(22)式により演算され
る。トーションバー捩りトルクTtをラック推力に換算
する係数(ピニオンの有効径)をCt、電動モータの電
流値Iaをラック推力に換算する係数をCaとすると、 Tsa=|Tt・Ct+Ia・Ca|・Ln …(21)
【0056】また、上記(21)式でハンドル角速度d
θH/dtを考慮して演算すると、 Tsa=|Tt・Ct+Ia・Ca−Ip・(dθH/dt)|・Ln …(22) ここで、Ipは電動モータの慣性である。尚、本実施の
第2形態では、電動モータの電流値Iaを用いている
が、電動モータの目標トルクを用いても良い。
【0057】また、セルフアライニングトルク演算部3
1は、入力された前輪すべり角αfを予め実験等で設定
しておいた閾値θcと比較して、前輪すべり角αfがθ
cより小さく誤差が大きいと判断した場合は、セルフア
ライニングトルクTsaの演算を中止する。こうして、常
に精度の高い範囲でセルフアライニングトルクTsaの演
算が行うことができ、精度良く路面摩擦係数μを推定で
きるようになっている。
【0058】次に、路面摩擦係数推定装置20における
路面摩擦係数推定の処理の流れを、図8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、S101〜S106までは前記実施の第1形態と同
様にして処理され、S106でハンドル角速度演算部1
3にてハンドル角速度dθH/dtを演算した後は、S
201に進む。
【0059】S201では、トーションバー捩りトルク
センサ21からトーションバー捩りトルクTtを検出
し、S202に進んで、モータ電流検出器22からモー
タ電流値Iaを検出する。
【0060】その後、S203に進み、セルフアライニ
ングトルク演算部31において、セルフアライニングト
ルクTsaを演算する。
【0061】そして、S204に進んで、路面摩擦係数
設定部15において、前輪すべり角αfとセルフアライ
ニングトルクTsaとに基づき、前輪すべり角とセルフア
ライニングトルク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を設定する。
【0062】このように、本実施の第2形態によれば、
電動パワーステアリング装置を備えた車両においても、
前記実施の第1形態と同様に、幅広い運転領域で、セン
サ等のノイズの影響が少なくして精度良く路面摩擦係数
を推定することが可能となる。
【0063】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
操舵輪に作用するセルフアライニングトルクと、車両の
運動モデルにより形成したオブザーバに車両運動状態の
検出値を入力して得た操舵輪のすべり角との関係に基づ
き路面摩擦係数を設定するので、幅広い運転領域で、セ
ンサ等のノイズの影響が少なくして精度良く路面摩擦係
数を推定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態による、路面摩擦係数
推定装置の構成を示す機能ブロック図
【図2】同上、車体すべり角演算部の構成を示す機能ブ
ロック図
【図3】同上、車両の横運動の2輪モデルを示す説明図
【図4】同上、一般的なオブザーバの構成を示す説明図
【図5】同上、前輪すべり角とセルフアライニングトル
クの路面摩擦係数に対する特性の説明図
【図6】同上、路面摩擦係数推定のフローチャート
【図7】本発明の実施の第2形態による、路面摩擦係数
推定装置の構成を示す機能ブロック図
【図8】同上、路面摩擦係数推定のフローチャート
【符号の説明】
1 路面摩擦係数推定装置 2 ハンドル角センサ 3 車速センサ 4 横加速度センサ 5 ヨーレートセンサ 6 左油圧センサ(油圧検出手段) 7 右油圧センサ(油圧検出手段) 10 制御部 11 車体すべり角演算部(操舵輪すべり角検出手
段) 12 前輪すべり角演算部(操舵輪すべり角検出手
段) 13 ハンドル角速度演算部(操舵速度検出手段) 14 セルフアライニングトルク演算部(セルフアラ
イニングトルク検出手段) 15 路面摩擦係数設定部(路面摩擦係数設定手段)
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成13年10月19日(2001.10.
19)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項3
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項4
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項5
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正6】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正内容】
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1記載の本発明による車両の路面摩擦係数推定装
置は、操舵輪に作用するセルフアライニングトルクを検
出するセルフアライニングトルク検出手段と、予め設定
した車両の運動方程式に基づく車両運動モデルでオブザ
ーバを形成し、このオブザーバに検出した車両運動状態
から演算した車体すべり角と車両の運動状態を入力して
操舵輪のすべり角を推定する操舵輪すべり角検出手段
と、上記セルフアライニングトルクと上記操舵輪すべり
角との関係に基づき路面摩擦係数を設定する路面摩擦係
数設定手段とを備えたことを特徴とする。
【手続補正7】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】また、請求項2記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、パワーシリンダの一対の油圧
室に加える油圧で操舵力を補助する油圧パワーステアリ
ング装置を備えた車両の路面摩擦係数推定装置におい
て、上記一対の油圧室の油圧をそれぞれ検出する油圧検
出手段と、上記一対の油圧室の油圧のどちらか高い方を
基にセルフアライニングトルクを演算するセルフアライ
ニングトルク検出手段と、予め設定した車両の運動方程
式に基づく車両運動モデルでオブザーバを形成し、この
オブザーバに検出した車両運動状態から演算した車体す
べり角と車両の運動状態を入力して操舵輪のすべり角を
推定する操舵輪すべり角検出手段と、上記セルフアライ
ニングトルクと上記操舵輪すべり角との関係に基づき路
面摩擦係数を設定する路面摩擦係数設定手段とを備えた
ことを特徴とする。
【手続補正8】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】更に、請求項3記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、パワーシリンダの一対の油圧
室に加える油圧で操舵力を補助する油圧パワーステアリ
ング装置を備えた車両の路面摩擦係数推定装置におい
て、上記一対の油圧室の油圧をそれぞれ検出する油圧検
出手段と、上記一対の油圧室の油圧の差を基にセルフア
ライニングトルクを演算するセルフアライニングトルク
検出手段と、予め設定した車両の運動方程式に基づく車
両運動モデルでオブザーバを形成し、このオブザーバに
検出した車両運動状態から演算した車体すべり角と車両
の運動状態を入力して操舵輪のすべり角を推定する操舵
輪すべり角検出手段と、上記セルフアライニングトルク
と上記操舵輪すべり角との関係に基づき路面摩擦係数を
設定する路面摩擦係数設定手段とを備えたことを特徴と
する。
【手続補正9】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】また、請求項4記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、電動モータにより操舵力を補
助する電動パワーステアリング装置を備えた車両の路面
摩擦係数推定装置において、トーションバー捩りトルク
を検出するトーションバー捩りトルク検出手段と、上記
電動モータの運転電流を検出するモータ電流検出手段
と、上記トーションバー捩りトルクと上記モータ電流を
基にセルフアライニングトルクを演算するセルフアライ
ニングトルク検出手段と、予め設定した車両の運動方程
式に基づく車両運動モデルでオブザーバを形成し、この
オブザーバに検出した車両運動状態から演算した車体す
べり角と車両の運動状態を入力して操舵輪のすべり角を
推定する操舵輪すべり角検出手段と、上記セルフアライ
ニングトルクと上記操舵輪すべり角との関係に基づき路
面摩擦係数を設定する路面摩擦係数設定手段とを備えた
ことを特徴とする。
【手続補正10】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】更に、請求項5記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、請求項乃至請求項4の何れ
か一つに記載の車両の路面摩擦係数推定装置において、
操舵速度を検出する操舵速度検出手段を備え、上記セル
フアライニングトルク検出手段は、上記セルフアライニ
ングトルクを上記操舵速度に応じて補正し演算すること
を特徴とする。
【手続補正11】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0013
【補正方法】変更
【補正内容】
【0013】すなわち、上記請求項1記載の車両の路面
摩擦係数推定装置は、セルフアライニングトルク検出手
段で操舵輪に作用するセルフアライニングトルクを検出
し、操舵輪すべり角検出手段では予め設定した車両の運
動方程式に基づく車両運動モデルでオブザーバを形成
し、このオブザーバに検出した車両運動状態から演算し
た車体すべり角と車両の運動状態を入力して操舵輪のす
べり角を推定する。そして、路面摩擦係数設定手段は、
セルフアライニングトルクと操舵輪すべり角との関係に
基づき路面摩擦係数を設定する。このため、操舵輪すべ
り角を検出して幅広い運転領域で、車両の運動モデルに
より形成したオブザーバで操舵輪のすべり角をセンサ等
のノイズの影響が少なく検出して精度良く路面摩擦係数
を推定することができる。
【手続補正12】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】また、上記請求項2記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、油圧検出手段でパワーシリンダの一対
の油圧室の油圧をそれぞれ検出し、セルフアライニング
トルク検出手段で一対の油圧室の油圧のどちらか高い方
を基にセルフアライニングトルクを演算する。また、操
舵輪すべり角検出手段では、予め設定した車両の運動方
程式に基づく車両運動モデルでオブザーバを形成し、こ
のオブザーバに検出した車両運動状態から演算した車体
すべり角と車両の運動状態を入力して操舵輪のすべり角
を推定する。そして、路面摩擦係数設定手段は、セルフ
アライニングトルクと操舵輪すべり角との関係に基づき
路面摩擦係数を設定する。このため、操舵輪すべり角を
検出して幅広い運転領域で、車両の運動モデルにより形
成したオブザーバで操舵輪のすべり角をセンサ等のノイ
ズの影響が少なく検出して精度良く路面摩擦係数を推定
することができる。
【手続補正13】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】更に、上記請求項3記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、油圧検出手段でパワーシリンダの一対
の油圧室の油圧をそれぞれ検出し、セルフアライニング
トルク検出手段で一対の油圧室の油圧の差を基にセルフ
アライニングトルクを演算する。また、操舵輪すべり角
検出手段では予め設定した車両の運動方程式に基づく車
両運動モデルでオブザーバを形成し、このオブザーバに
検出した車両運動状態から演算した車体すべり角と車両
の運動状態を入力して操舵輪のすべり角を推定する。
して、路面摩擦係数設定手段は、セルフアライニングト
ルクと操舵輪すべり角との関係に基づき路面摩擦係数を
設定する。このため、操舵輪すべり角を検出して幅広い
運転領域で、車両の運動モデルにより形成したオブザー
バで操舵輪のすべり角をセンサ等のノイズの影響が少な
く検出して精度良く路面摩擦係数を推定することができ
る。
【手続補正14】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】また、上記請求項4記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、トーションバー捩りトルク検出手段で
トーションバー捩りトルクを検出し、モータ電流検出手
段で電動モータの運転電流を検出し、セルフアライニン
グトルク検出手段でトーションバー捩りトルクとモータ
電流を基にセルフアライニングトルクを演算する。ま
た、操舵輪すべり角検出手段で予め設定した車両の運動
方程式に基づく車両運動モデルでオブザーバを形成し、
このオブザーバに検出した車両運動状態から演算した車
体すべり角と車両の運動状態を入力して操舵輪のすべり
角を推定する。そして、路面摩擦係数設定手段は、セル
フアライニングトルクと操舵輪すべり角との関係に基づ
き路面摩擦係数を設定する。このため、操舵輪すべり角
を検出して幅広い運転領域で、車両の運動モデルにより
形成したオブザーバで操舵輪のすべり角をセンサ等のノ
イズの影響が少なく検出して精度良く路面摩擦係数を推
定することができる。
【手続補正15】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】更に、上記請求項5記載の車両の路面摩擦
係数推定装置は、請求項乃至請求項4の何れか一つに
記載の車両の路面摩擦係数推定装置において、操舵速度
検出手段で操舵速度を検出し、セルフアライニングトル
ク検出手段で、セルフアライニングトルクを操舵速度に
応じて補正し演算するので、より正確なセルフアライニ
ングトルクの検出が可能になり、精度の良い路面摩擦係
数を推定することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B62D 101:00 B62D 101:00 111:00 111:00 113:00 113:00 123:00 123:00 137:00 137:00 Fターム(参考) 3D032 CC30 DA03 DA09 DA15 DA23 DA29 DA33 DA39 DA64 DC08 DD01 DD02 DD08 EA01 EB06 EB16 EB17 EB21 EC08 EC23 GG01 3D033 CA03 CA13 CA14 CA16 CA17 CA19 CA20 CA28 CA29 DC02 3D046 BB23 BB28 BB29 HH00 HH08 HH16 HH22 HH25 HH46

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 操舵輪に作用するセルフアライニングト
    ルクを検出するセルフアライニングトルク検出手段と、 車両の運動モデルにより形成したオブザーバに車両運動
    状態の検出値を入力して操舵輪のすべり角を検出する操
    舵輪すべり角検出手段と、 上記セルフアライニングトルクと上記操舵輪すべり角と
    の関係に基づき路面摩擦係数を設定する路面摩擦係数設
    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。
  2. 【請求項2】 パワーシリンダの一対の油圧室に加える
    油圧で操舵力を補助する油圧パワーステアリング装置を
    備えた車両の路面摩擦係数推定装置において、 上記一対の油圧室の油圧をそれぞれ検出する油圧検出手
    段と、 上記一対の油圧室の油圧のどちらか高い方を基にセルフ
    アライニングトルクを演算するセルフアライニングトル
    ク検出手段と、 車両の運動モデルにより形成したオブザーバに車両運動
    状態の検出値を入力して操舵輪のすべり角を検出する操
    舵輪すべり角検出手段と、 上記セルフアライニングトルクと上記操舵輪すべり角と
    の関係に基づき路面摩擦係数を設定する路面摩擦係数設
    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。
  3. 【請求項3】 パワーシリンダの一対の油圧室に加える
    油圧で操舵力を補助する油圧パワーステアリング装置を
    備えた車両の路面摩擦係数推定装置において、 上記一対の油圧室の油圧をそれぞれ検出する油圧検出手
    段と、 上記一対の油圧室の油圧の差を基にセルフアライニング
    トルクを演算するセルフアライニングトルク検出手段
    と、 車両の運動モデルにより形成したオブザーバに車両運動
    状態の検出値を入力して操舵輪のすべり角を検出する操
    舵輪すべり角検出手段と、 上記セルフアライニングトルクと上記操舵輪すべり角と
    の関係に基づき路面摩擦係数を設定する路面摩擦係数設
    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。
  4. 【請求項4】 電動モータにより操舵力を補助する電動
    パワーステアリング装置を備えた車両の路面摩擦係数推
    定装置において、 トーションバー捩りトルクを検出するトーションバー捩
    りトルク検出手段と、 上記電動モータの運転電流を検出するモータ電流検出手
    段と、 上記トーションバー捩りトルクと上記モータ電流を基に
    セルフアライニングトルクを演算するセルフアライニン
    グトルク検出手段と、 車両の運動モデルにより形成したオブザーバに車両運動
    状態の検出値を入力して操舵輪のすべり角を検出する操
    舵輪すべり角検出手段と、 上記セルフアライニングトルクと上記操舵輪すべり角と
    の関係に基づき路面摩擦係数を設定する路面摩擦係数設
    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。
  5. 【請求項5】 操舵速度を検出する操舵速度検出手段を
    備え、 上記セルフアライニングトルク検出手段は、上記セルフ
    アライニングトルクを上記操舵速度に応じて補正し演算
    することを特徴とする請求項2乃至請求項4の何れか一
    つに記載の車両の路面摩擦係数推定装置。
  6. 【請求項6】 上記路面摩擦係数設定手段は、上記路面
    摩擦係数の設定を、予め設定しておいた車速の条件に応
    じて禁止することを特徴とする請求項1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。
  7. 【請求項7】 上記路面摩擦係数設定手段は、上記路面
    摩擦係数の設定を、予め設定しておいた上記操舵輪のす
    べり角の条件に応じて禁止することを特徴とする請求項
    1乃至請求項6の何れか一つに記載の車両の路面摩擦係
    数推定装置。
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