JP2004025907A

JP2004025907A - 路面摩擦係数の推定方法

Info

Publication number: JP2004025907A
Application number: JP2002180787A
Authority: JP
Inventors: Koji Takao; 高尾　浩二
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP4159811B2

Abstract

【課題】路面摩擦係数を、状況が変化する路面に対しても高い精度で路面摩擦係数を推定することのできる路面摩擦係数の推定方法を提案する。
【解決手段】車両の加速度を用いて車両全体に対する平均摩擦係数を計算し、この、車両全体に対する平均摩擦係数を、各車輪のスリップ率に所定の重みを付けた重み付け平均スリップ率に対する各車輪のスリップ率の割合で配分して各車輪に対する路面摩擦係数を求める
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のアンチロックブレーキシステム（以下「ＡＢＳ」という）、もしくは、トラクションコントロールシステムの性能を高めるための制御に不可欠な路面摩擦係数を、精度よく推定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両に用いられるＡＢＳの性能を高めるためは、できるだけ大きい路面摩擦係数をもつ状態で、ロック、アンロックの制御を行うことが、効果的であるとされている。この路面摩擦係数は、一定の路面状態では、車輪のスリップ率に依存し、したがって、ＡＢＳは、最大の路面摩擦係数を与えるスリップ率の近傍でロック、アンロックの制御を行うよう設計されている。
【０００３】
このことから、従来のＡＢＳでは、各車輪の回転数を測定するとともに、これらの回転数から車両速度を推定し、各車輪のスリップ率をこれらの測定値あるいは推定値に基づいて計算し、各車輪のスリップ率が所定の範囲に入るよう制動を自動制御する方式が一般的である。
【０００４】
しかしながら、このスリップ率から路面摩擦係数を推定する方法では、スリップ率と路面摩擦係数の関係が、路面状況によって大きく変化し、最適な路面摩擦係数に対応するスリップ率も一定ではなくなり、スリップ率だけでは最適路面摩擦係数が得られないという問題があった。このため、路面状況をも別途併せて推定する等、この問題点を解消する試みはなされているが、未だ、満足できる方法が提案されてはいない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、路面摩擦係数を車両速度Ｖと各車輪の回転速度とに基づいてリアルタイムに求めるに際して、走行する路面の特性の影響を抑制してより正確に路面摩擦係数を推定する方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明はなされたものであり、その要旨構成を以下に示す。
【０００７】
第一発明の路面摩擦係数の推定方法は、走行する車両の各車輪と路面との路面摩擦係数μｎを、車両速度Ｖと各車輪の回転速度ωｎとに基づいてリアルタイムに求める路面摩擦係数の推定方法であって、
この路面摩擦係数μｎを、式（１）によって求めるものである。
μｎ＝（Ｓｎ／Ｓａｖｅ）・（ｄＶ／ｄｔ）／ｇ　　　　　　　（１）
ただし、
Ｓｎ＝（Ｖ−π・ωｎ・Ｄｎ）／Ｖ　　　　　　　　　　　　　（２）
Ｓａｖｅ＝Σ（Ｘｎ・Ｓｎ）／ΣＸｎ　　　　　　　　　　　　（３）
また、式（１）〜（３）において、それぞれの記号は以下を表す。
Ｎ：車両を支持する車輪の総数
μｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪の路面摩擦係数
Ｖ：車両速度（ｍ／ｓ）
Ｓｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪のスリップ率
ωｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪の回転速度（ｓ^−１）
Ｄｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪の有効回転直径（ｍ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）
Ｘｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪に対する所定の重み
Ｓａｖｅ：Ｓｎ（ｎ＝１〜Ｎ）にそれぞれ所定の重みＸｎ（ｎ＝１〜Ｎ）をつけた重み付き平均
【０００８】
第二発明の路面摩擦係数の推定方法は、第一発明において、ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪に対する所定の重みＸｎをこの車輪に対する輪荷重とするものである。
【０００９】
第三発明の路面摩擦係数の推定方法は、第一発明において、ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪に対する所定の重みＸｎをすべての車輪について１とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図１ないし図４に基づいて説明する。図１は、本発明に係る路面摩擦係数（以下「路面μ」という）の推定方法の第一実施形態を説明する、ＡＢＳ装置１を含む部分のブロック線図である。ＡＢＳ装置１は、左右それぞれの前後輪、合計四個の車輪のそれぞれについて、路面μを最適な値に制御して車両の制動距離、制動時間が最小となるよう作動するものであるが、このため、ＡＢＳ装置１は、それぞれの車輪について路面μを推定し、推定したμの値に基づいてそれぞれのブレーキ油圧回路Ｂ１〜Ｂ４に対して制動力を制御するための制御量ｐ１〜ｐ４を計算しこれを出力する。すなわち、推定した路面μの現在値が目標の路面μより小さければ、制動力を増加させるように制御量ｐ１〜ｐ４をブレーキ油圧回路Ｂ１〜Ｂ４に出力し、推定した路面μの現在値が目標の路面μより大きければ、制動力を減少させるように制御量ｐ１〜ｐ４を出力する。
【００１１】
そして、路面μを推定するに際して、式（１）におけるＸｎをすべての車輪に対して１として、式（１）〜（３）を用いてこれを計算する。これらの式に用いる、それぞれの車輪の回転速度ωｎは、それぞれの車輪に設けられた車輪回転速度計Ｍ１〜Ｍ４によってリアルタイムに検出され、検出された検出値ω１〜ω４はＡＢＳ装置１に入力され、また、車両速度Ｖは、検出値ω１〜ω４に基づいて所定の推定ロジックに則って推定され、一方、式（２）における各車輪の有効回転直径ＤｎはあらかじめＡＢＳ装置１に記憶されていて、これらの値を式（１）〜（３）に代入する計算処理を行うことにより、ＡＢＳ装置１は、路面μを推定することができる。
なお、車両速度Ｖを推定するには、従来から行われている一般的な推定方法にしたがってこれを行う。すなわち、定常走行においては、それぞれの車輪のうち、回転速度のもっとも大きい車輪の回転速度ωｍａｘとして、この回転速度ωｍａｘに車輪有効半径と円周率とを乗じて車両速度Ｖとするいわゆるセレクトハイ方式によってこれをもとめ、制動時は、セレクトハイ方式によって求まった値にフィルター処理等の処理を行って疑似車両速度を求め、これを車両速度Ｖとする。
【００１２】
図２は、路面μの推定方法の第二実施形態を説明する、ＡＢＳ装置２を含む部分のブロック線図である。この実施形態においても第一実施形態と同様、ＡＢＳ装置２は、左右それぞれの前後輪、合計四個の車輪のそれぞれについて路面μを推定し、推定したμの値に基づいてそれぞれのブレーキ油圧回路Ｂ１〜Ｂ４に対して油圧を制御するための制御量ｐ１〜ｐ４を計算しこれを出力する。
【００１３】
式（３）におけるＸｎをすべての車輪に対してその車輪の輪荷重Ｒｎとして、式（１）〜（３）を用いてこれを計算する。これらの式に用いる、車両速度Ｖおよびそれぞれの車輪の回転速度ωｎは、第一の実施形態と同様にして求め、一方、輪荷重Ｒｎはそれぞれの車輪に対して設けられた輪荷重センサＷ１〜Ｗ４によってリアルタイムに検出され、検出されたこれらの値ω１〜ωｎ、ＶおよびＲ１〜Ｒ４はＡＢＳ装置２に入力され、これらの値を式（２）〜（３）に代入する計算処理を行うことにより、ＡＢＳ装置２は、路面μを推定することができる。
【００１４】
輪荷重Ｒｎをリアルタイムに測定する方法としては、サスペンションの垂直方向の撓みが、このサスペンションに対応する輪荷重に比例することを利用して、サスペンションの撓みを、サスペンションに設けたひずみ計で検出する方法や、車軸磁気発生体を設けるとともに車体側に磁気センサ取り付けておき、サスペンションの撓みによって変化するこの磁気発生体からの磁界の変化を磁気センサで検出して求める方法などが提案されている。
【００１５】
ついで、この路面μの推定方法についてその原理を以下に説明する。一般に、ある路面状況下ではスリップ率Ｓｎと路面μとは図３の特性Ｑ１に示す関係にあり、ＡＢＳ装置は、路面μをいつもできるだけ高い値に保持するため、これを図３のμａからμｂの範囲の値に制御するようになっている。しかし、路面の濡れ状態が変化したりして路面状況が変わると、スリップ率Ｓｎと路面μとは、たとえば特性Ｑ２に示す関係となる。
【００１６】
本発明は、以下の仮定に基づいている。すなわち、走行中の車両において、すべての車輪は同一の状況の路面を転動するものとし、よって、スリップ率Ｓｎと路面μｎとの関係はすべての車輪に対して同一であるとする。このことは、通常走行においては、十分妥当性があり、車輪同士の間で、たとえば一輪だけが他の車輪と異なる路面を走行することはまずないといえる。しかし、この仮定は、走行中の各時点で路面状況が変化することを制限するものではない。
【００１７】
また、本発明においてそれぞれの車輪におけるスリップ率Ｓｎとμｎとはほぼ比例関係にあると仮定するものであり、すなわち図３においてスリップ率Ｓは０〜Ｓａの間の値にあるとするものである。この仮定も、通常ＡＢＳ装置が正常に作動している際には、十分妥当性を有するものである。
【００１８】
以上の仮定をもとに、既知の車輪速度ω１〜ωｎと既知の輪荷重Ｒ１〜Ｒ４とを用いて、以下のようにμｎを導くことができる。なお、以下において各記号のサフィックスは、四個の車輪を識別するもので、これを単にｎとした場合、ｎは１〜４の任意の値を意味する。
【００１９】
まず、車両全体の前後力Ｔと車両重量Ｒとの比を車両の平均摩擦係数μａｖｅとするとμａｖｅは式（４）のように表すことができる。そして、前後力Ｔは、各車輪に作用する前後力Ｔｎの合計であり、車両重量Ｒは各車輪に作用する輪荷重Ｒｎの合計であるからそれぞれ式（５）、式（６）のように表すことができ、これを式（４）に代入すると式（７）となる。
μａｖｅ＝Ｔ／Ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
Ｔ＝ΣＴｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
Ｒ＝ΣＲｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
μａｖｅ＝ΣＴｎ／ΣＲｎ　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
【００２０】
一方、車両の前後力Ｔは、車両の加速度ｄＶ／ｄｔと車両質量Ｍとを掛け合わせたものであるから式（８）のように表され、一方、車両重量Ｒは質量Ｍを用いて式（９）のように表すことができる。なお、ｇは重力加速度である。これらを式（４）に代入すると式（１０）の通りとなる。
Ｔ＝（ｄＶ／ｄｔ）・Ｍ　　　　　　　　　　　　　　　　　（８）
Ｒ＝Ｍ・ｇ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（９）
μａｖｅ＝（ｄＶ／ｄｔ）／ｇ　　　　　　　　　　　　　（１０）
【００２１】
さて、Ａ（ｔ）をある時刻ｔにおける、スリップ率Ｓｎとμｎとの比例定数とすると、μｎは式（１１）と表すことができ、また、μｎはその摩擦係数の定義に則って式（１２）とも表すことができる。そして、式（１１）と式（１２）とからＴｎを式（１３）と表すことができ、式（１３）のＴｎを式（７）に代入すると式（１４）となる。さらに式（１４）に、式（１１）で表されるＡ（ｔ）と、式（１０）で表されるμａｖｅとを代入すると、μｎを表す式として式（１５）を得ることができる。
μｎ＝Ａ（ｔ）・Ｓｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１１）
μｎ＝Ｔｎ／Ｒｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１２）
Ｔｎ＝Ｒｎ・Ａ（ｔ）・Ｓｎ　　　　　　　　　　　　　　　　（１３）
μａｖｅ＝Ａ（ｔ）Σ（Ｒｎ・Ｓｎ）／ΣＲｎ　　　　　　　　（１４）
μｎ＝（Ｓｎ／Ｓａｖｅ）・μａｖｅ
＝（Ｓｎ／Ｓａｖｅ）・（（ｄＶ／ｄｔ）／ｇ）　　　　　　（１５）
ただし、
Ｓａｖｅ＝Σ（Ｒｎ・Ｓｎ）／ΣＲｎ　　　　　　　　　　　　　（１６）
また、Ｓｎは、その定義通りに、リアルタイムに検出されたωｎと既知の有効車輪半径Ｄｎから式（２）に基づいて求められる。
【００２２】
ここで、Ｓａｖｅは、スリップ率Ｓｎに重みＲｎをつけたＳｎの重み付き平均であり、このようにして、各車輪の路面μは、車両全体のμａｖｅをそれぞれの車輪のスリップ率の、輪荷重Ｒｎの重みを付けた重み付き平均に対する割合に応じて分配することにより求めることができる。
【００２３】
以上のようにして、μｎを精度よく求めることができるが、式（１６）が示すように、この方法でμｎを求めるにはＲｎをリアルタイムに検出する必要があり、そのための輪荷重センサが必要となる。このため、簡易な、輪荷重センサを必要としない方法として、Ｒｎをすべての車輪ですべて同じであると近似する方法が第一の実施形態として説明したものである。この方法は、式（１６）において、Ｒｎをすべておなじとするものであり、したがって、μｎを表す式（１５）に代入すべきＳａｖｅは式（１７）によって表される。また、Ｒｎを近似する際にもちいる重みＸｎとして、これらを各車輪について同じとする第一実施形態のものほか、Ｒｎに近い他の物理量もしくは物理量の比を用いてもよい。
Ｓａｖｅ＝ΣＳｎ／Ｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　（１７）
【００２４】
【実施例】
実際の車両を走行させて、左右の前輪のそれぞれにつき、車軸に貼り付けたひずみ計で車軸のひずみを所定所定のサンプリングタイムで検出し、検出されたこれらのひずみから、左右の前輪のそれぞれの路面摩擦係数の実測値μＦＲ、μＦＬを求めるとともに、これと同じサンプリングタイムで第一実施形態による方法により左右の前輪のそれぞれの路面摩擦係数の計算値μＦＲｃ、μＦＬｃを計算し、これの計算値μＦＲｃ、μＦＬｃを実測値μＦＲ、μＦＬと比較した。この実験に用いた車両は１８００ｃｃクラスの乗用車を用いた。
【００２５】
図４（ａ）、図４（ｂ）はそれぞれ右と左の前輪に対して、同一タイミングに採取された一組の実測値と計算値とを表わす点を、横軸に実測値μＦＲ、μＦＬ、縦軸に計算値μＦＲｃ、μＦＬｃをとってプロットした散布図である。なお、図４（ａ）、図４（ｂ）のそれぞれは、ウエットな路面とドライな路面との両方で車両を走行させたときのデータを合わせてプロットしていて、データ群“Ａ”がウエットな路面を走行時のものであり、データ群“Ｂ”はドライな路面を走行したときのものである。
【００２６】
なお、μＦＲｃ、μＦＬｃは、前述の考え方に則ってそれぞれ以下の計算式に基づいて計算した。
μＦＲｃ＝（２Ｓｆｒ　／（Ｓｆｒ＋Ｓｆｌ））・（ｄＶ／ｄｔ）／ｇ　（１８）
μＦＬｃ＝（２Ｓｆｌ／（Ｓｆｒ＋Ｓｆｌ））・（ｄＶ／ｄｔ）／ｇ　（１９）
ただし、
Ｓｆｒ＝（Ｖ−π・ωｆｒ・Ｄｆｒ）／Ｖ　　　　　　　　　　　（２０）
Ｓｆｌ＝（Ｖ−π・ωｆｌ・Ｄｆｌ）／Ｖ　　　　　　　　　　　（２１）
Ｖ：車速（ｍ／ｓ）
ωｆｒ、ωｆｌ：それぞれ右左の前輪の回転速度（ｓ^−１）
Ｄｆｒ、Ｄｆｌ：それぞれ右左の前輪の有効回転直径（ｍ）
【００２７】
図４（ａ）、図４（ｂ）から明らかなように、実測値の路面μと、式（１８）、式（１９）によって求められた計算値の路面μとは一次の相関関係にあり、特に、ウエット路面走行時の路面μは、ドライ路面走行時の路面μに対して、実測値も計算値もともに大きく、本発明の路面μの推定方法は、異なる状況の路面に対しても、十分有効の路面μを推定することができることを示している。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたところから明らかなように、第一の発明によれば、車両全体の平均μａｖｅをそれぞれの車輪のスリップ率の、所定の重みＸｎを付けた重み付き平均に対する割合に応じて分配するもので、高い精度で各車輪の路面μを推定することができ、さらに、第二の発明によれば、所定の重みＸｎを各車輪に作用する輪荷重Ｒｎとしたので、原理通りの高い精度で路面μを推定することができ、また、第三の発明によれば、所定の重みを１で近似したので、実際の輪荷重を測定することなく路面μを推定することができ、簡易にＡＢＳシステムを構成する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる路面摩擦係数の推定方法の第一実施形態を示すＡＢＳ装置を含む部分のブロック線図である。
【図２】路面摩擦係数の推定方法の第二実施形態を示すＡＢＳ装置を含む部分のブロック線図である。
【図３】スリップ率と路面μとの一般的関係を示す図である。
【図４】路面μの実測値と計算値とをプロットした散布図である。
【符号の説明】
１、２　ＡＢＳ装置
Ｍ１〜Ｍ４　車輪回転速度計
Ｂ１〜Ｂ４　ブレーキ油圧回路
Ｗ１〜Ｗ４　輪荷重センサ
ω１〜ω４　車輪回転速度検出値
ｐ１〜ｐ４　制御量
Ｒ１〜Ｒ４　輪荷重検出値

Claims

走行する車両の各車輪と路面との路面摩擦係数μｎを、車両速度Ｖと各車輪の回転速度ωｎとに基づいてリアルタイムに求める路面摩擦係数の推定方法であって、
この路面摩擦係数μｎを、式（１）によって求める路面摩擦係数の推定方法。
μｎ＝（Ｓｎ／Ｓａｖｅ）・（ｄＶ／ｄｔ）／ｇ　　　　　　　　（１）
ただし、
Ｓｎ＝（Ｖ−π・ωｎ・Ｄｎ）／Ｖ　　　　　　　　　　　　　（２）
Ｓａｖｅ＝Σ（Ｘｎ・Ｓｎ）／ΣＸｎ　　　　　　　　　　　　（３）
また、式（１）〜（３）において、それぞれの記号は以下を表す。
Ｎ：車両を支持する車輪の総数
μｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪の路面摩擦係数
Ｖ：車両速度（ｍ／ｓ）
Ｓｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪のスリップ率
ωｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪の回転速度（ｓ^−１）
Ｄｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪の有効回転直径（ｍ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ^２）
Ｘｎ：ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪に対する所定の重み
Ｓａｖｅ：Ｓｎ（ｎ＝１〜Ｎ）にそれぞれ所定の重みＸｎ（ｎ＝１〜Ｎ）をつけた重み付き平均
ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪に対する所定の重みＸｎを、リアルタイムに計測されたこの車輪の輪荷重とする請求項１に記載の路面摩擦係数の推定方法。
ｎ番目（ｎ＝１〜Ｎ）の車輪に対する所定の重みＸｎをすべての車輪について１とする請求項１に記載の路面摩擦係数の推定方法。