JP2004142555A - 路面摩擦係数判定方法および装置、ならびに路面摩擦係数判定のプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】4輪のタイヤの車輪速度信号を検出する工程と、該車輪速度信号から車輪速度を算出する工程と、該車輪速度から少なくとも2輪以上の平均車輪速度を算出する工程と、該少なくとも2輪以上の平均車輪速度から平均車輪加速度を算出する工程と、該平均車輪加速度を所定の時間ごとに移動平均処理し、移動平均車輪加速度を算出する工程と、該移動平均車輪加速度から擬似車体速度を算出する工程と、該擬似車体速度と前記平均車輪速度から擬似スリップ比を算出する工程と、該擬似スリップ比と前記移動平均車輪加速度との関係式を算出する工程と、該関係式の勾配に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する工程を含んでいる。
【選択図】 なし
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は路面摩擦係数判定方法および装置、ならびに路面摩擦係数判定のプログラムに関する。さらに詳しくは、4輪駆動車に装着されるタイヤの車輪速度から、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数(路面摩擦係数)を判定することにより、車両の性能および安全性を高めることができる路面摩擦係数判定方法および装置、ならびに路面摩擦係数判定のプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
車両は、滑りやすい路面で急加速や急制動を行なうと、タイヤがスリップを起こしスピンなどする危険性がある。また急な操舵を行なうと車両が横すべりやスピンを起こす惧れがある。
【0003】
そこで、従来より、タイヤと路面とのあいだの制動力が最大値をこえてタイヤがロック状態になる前に、車輪に作用するブレーキトルクを低下させて車輪のロック状態を防止し、最大制動力が得られる車輪の回転数を制御するアンチロックブレーキ装置などが提案されている(特許文献1、特許文献2など参照)。
【0004】
このアンチロックブレーキ装置の制御では、車両の判定速度および検出した車輪速度(回転速度)からスリップ比を演算したのち、該演算したスリップ比が予め設定してある基準スリップ比に一致するようにブレーキ力を制御することにより、最大制動力に追従するように構成されている。このようなABS装置などの制御では、路面の摩擦係数μが利用されている。
【0005】
かかる路面摩擦係数μ(路面μ)に応じて、路面の状態(高μ路、中μ路、低μ路)を判定する路面摩擦係数判定装置がある(特許文献3参照)。この路面摩擦係数判定装置は、車輪タイヤの車輪速度を求めたのち、車両の加速度とスリップ比の1次の回帰係数から路面状態を判定する装置であり、車両の加速度を求めるために、車両の絶対速度として従動輪の車輪速度を用いている。
【0006】
【特許文献1】
特開昭60−99757号公報
【特許文献2】
特開平1−249559号公報
【特許文献3】
特開2001−253334号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従動輪の存在しない4輪駆動車では、車輪速度から路面状態を判定することができない。この場合、車両の絶対速度を加速度センサから算出することもできるが、高精度には求めることができない。これに対し、レーザ光を用いた速度計などを使用すれば高精度に測定できるが、非常にコストが高いという問題がある。
【0008】
本発明は、叙上に事情に鑑み、4輪駆動車に装着されるタイヤの車輪速度から、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数(路面摩擦係数)を判定することにより、車両の性能および安全性を高めることができる路面摩擦係数判定方法および装置、ならびに路面摩擦係数判定のプログラムを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の路面摩擦係数判定方法は、4輪駆動車に装着されるタイヤの車輪速度から路面の摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定方法であって、前記4輪のタイヤの車輪速度信号を検出する工程と、該車輪速度信号から車輪速度を算出する工程と、該車輪速度から少なくとも2輪以上の平均車輪速度を算出する工程と、該少なくとも2輪以上の平均車輪速度から平均車輪加速度を算出する工程と、該平均車輪加速度を所定の時間ごとに移動平均処理し、移動平均車輪加速度を算出する工程と、該移動平均車輪加速度から擬似車体速度を算出する工程と、該擬似車体速度と前記平均車輪速度から擬似スリップ比を算出する工程と、該擬似スリップ比と前記移動平均車輪加速度との関係式を算出する工程と、該関係式の勾配に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する工程を含むことを特徴とする。
【0010】
また本発明の路面摩擦係数判定装置は、4輪駆動車に装着されるタイヤの車輪速度から路面の摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定装置であって、前記4輪のタイヤの車輪速度信号を検出する検出手段と、該車輪速度信号から車輪速度を算出する車輪速度演算手段と、該車輪速度から少なくとも2輪以上の平均車輪速度を算出する平均車輪速度演算手段と、該少なくとも2輪以上の平均車輪速度から平均車輪加速度を算出する平均加速度演算手段と、該平均車輪加速度を所定の時間ごとに移動平均処理し、移動平均車輪加速度を算出する移動平均加速度演算手段と、該移動平均車輪加速度から擬似車体速度を算出する擬似車体速演算手段と、該擬似車体速度と前記平均車輪速度から擬似スリップ比を算出する擬似スリップ比演算手段と、該擬似スリップ比と前記移動平均車輪加速度との関係式を算出する関係式演算手段と、該関係式の勾配に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する摩擦係数判定手段とを備えてなることを特徴とする。
【0011】
さらに本発明の路面摩擦係数判定のプログラムは、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定するためにコンピュータを、車輪速度信号から車輪速度を算出する車輪速度演算手段、該車輪速度から少なくとも2輪以上の平均車輪速度を算出する平均車輪速度演算手段、該少なくとも2輪以上の平均車輪速度から平均車輪加速度を算出する平均加速度演算手段、該平均車輪加速度を所定の時間ごとに移動平均処理し、移動平均車輪加速度を算出する移動平均加速度演算手段、該移動平均車輪加速度から擬似車体速度を算出する擬似車体速演算手段、該擬似車体速度と前記平均車輪速度から擬似スリップ比を算出する擬似スリップ比演算手段、該擬似スリップ比と前記移動平均車輪加速度との関係式を算出する関係式演算手段、該関係式の勾配に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する摩擦係数判定手段として機能させることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の路面摩擦係数判定方法および装置、ならびに路面摩擦係数判定のプログラムを説明する。
【0013】
図1に示されるように、本発明の一実施の形態にかかわる路面摩擦係数判定装置は、4輪車両のタイヤFL、FR、RLおよびRRにそれぞれ設けられた車輪タイヤの車輪速度信号を定期的に検出する検出手段1を備えており、この検出手段1の出力は、ABSなどの制御ユニット2に伝達される。また、この制御ユニット2には、図2に示されるように、路面の状態(高μ路、中μ路、低μ路)のうち、低μ路をドライバーに知らせる低μ路警報表示器3、たとえば液晶表示素子、プラズマ表示素子またはCRTなどから構成された表示手段が接続されている。4はドライバーによって、操作される初期化スイッチである。
【0014】
前記検出手段1としては、電磁ピックアップなどを用いて回転パルスを発生させてパルスの数から車輪速度を測定する車輪速センサまたはダイナモのように回転を利用して発電を行ない、この電圧から車輪速度を測定するものを含む角速度センサなどを用いることができる。
【0015】
前記制御ユニット2は、図2に示されるように、外部装置との信号の受け渡しに必要なI/Oインターフェイス2aと、演算処理の中枢として機能するCPU2bと、該CPU2bの制御動作プログラムが格納されたROM2cと、前記CPU2bが制御動作を行なう際にデータなどが一時的に書き込まれたり、その書き込まれたデータなどが読み出されるRAM2dとから構成されている。
【0016】
本実施の形態にかかわる路面摩擦係数判定装置では、前記検出手段1と、車輪速度を算出する車輪速度演算手段と、該車輪速度から少なくとも2輪以上の平均車輪速度を算出する平均車輪速度演算手段と、該少なくとも2輪以上の平均車輪速度から平均車輪加速度を算出する平均加速度演算手段と、該平均車輪加速度を所定の時間ごとに移動平均処理し、移動平均車輪加速度を算出する移動平均加速度演算手段と、該移動平均車輪加速度から擬似車体速度を算出する擬似車体速演算手段と、該擬似車体速度と前記平均車輪速度から擬似スリップ比を算出する擬似スリップ比演算手段と、該擬似スリップ比と前記移動平均車輪加速度との関係式を算出する関係式演算手段と、該関係式の勾配に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する摩擦係数判定手段とから構成されている。
【0017】
そして、本実施の形態における路面摩擦係数判定のプログラムは、前記制御ユニット2を、車輪速度信号から車輪速度を算出する車輪速度演算手段、該車輪速度から少なくとも2輪以上の平均車輪速度を算出する平均車輪速度演算手段、該少なくとも2輪以上の平均車輪速度から平均車輪加速度を算出する平均加速度演算手段、該平均車輪加速度を所定の時間ごとに移動平均処理し、移動平均車輪加速度を算出する移動平均加速度演算手段、該移動平均車輪加速度から擬似車体速度を算出する擬似車体速演算手段、該擬似車体速度と前記平均車輪速度から擬似スリップ比を算出する擬似スリップ比演算手段、該擬似スリップ比と前記移動平均車輪加速度との関係式を算出する関係式演算手段、該関係式の勾配に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する摩擦係数判定手段として機能させる。
【0018】
本実施の形態では、前記4輪のタイヤの車輪速度を0.1秒以下、好ましくは0.05秒以下で検出する。
【0019】
なお、本明細書において、擬似車体速度とは、駆動力が作用している車輪、すなわち駆動車輪から推定した車体速度であり、また、擬似スリップ比とは、擬似車体速度より求めたスリップ比である。
【0020】
ついで前記移動平均車輪加速度と擬似スリップ比のデータを、たとえば少なくとも5個以上のデータを用いて、擬似スリップ比と移動平均車輪加速度との互いの1次の回帰係数と相関係数を求める。
【0021】
ついで前記相関係数の値が所定の設定値以上の場合、該回帰係数を更新および保持し、該回帰係数の値と予め設定されたしきい値とを比較することによりタイヤと路面とのあいだの摩擦係数を判定する。
【0022】
本実施の形態では、前記路面摩擦係数判定手段により、路面が低μであると判定された場合は、前記警報表示器3により警報を発する。
【0023】
以下、本実施の形態の路面摩擦係数判定装置の動作を手順▲1▼〜▲9▼に沿って説明する。
【0024】
▲1▼車両の4輪タイヤFL、FR、RLおよびRRのそれぞれの車輪速度(V1n、V2n、V3n、V4n)を算出する。
【0025】
たとえば、ABSセンサなどのセンサから得られた車両の各車輪タイヤFL、FR、RL、RRのある時点の車輪速度信号(車輪速データ)を算出して車輪速度V1n、V2n、V3n、V4nとする。
【0026】
▲2▼ついで4輪の平均車輪速度MVnをつぎの式(1)から演算する。
MVn=(V1n+V2n+V3n+V4n)/4 ・・・(1)
【0027】
▲3▼ついで4輪の平均車輪加速度MAnをつぎの式(2)から演算する。
MAn=a×(MVn−MVn−1)/Δt/g ・・・(2)
ここで、Δtは車輪速データから算出される平均車輪速度MVnとMVn−1の時間間隔(サンプリング時間)であり、gは重力加速度であり、aは定数(1/3.6)である。また、前記サンプルング時間としては、データのばらつきを小さくし、かつ短時間で判別するためには、0.1秒以下である必要がある。より好ましくは、0.05秒以下である。
【0028】
▲4▼ついで前記平均車輪加速度MAnのデータをサンプリング時間ごとに移動平均化処理する。
移動平均車輪加速度は、つぎの式(3)、(4)のようにして求められる。
MMAn=(MA1+MA2+・・・+MAn)/N ・・・(3)
MMAn+1=(MA2+MA3+・・・+Mfn+1)/N ・・・(4)
【0029】
▲5▼ついで前記移動平均車輪加速度MMAn+1を積分して擬似車体速度FVn+1をつぎの式(5)から演算する。
FVn+1=FVn+(MMAn+1×Δt×g/a) ・・・(5)
ここで、FV1=MV1とする。
【0030】
▲6▼ついで前記平均車輪速度MVn+1と擬似車体速度FVn+1から擬似スリップ比Sn+1を演算する。
スリップ比Sn+1をつぎの式(6)、(7)から演算する。
MMAn+1≧0およびMVn+1≠0である場合、
Sn+1=(MVn+1−FVn+1)/MVn+1 ・・・(6)
MMAn+1<0およびFVn+1≠0である場合、
Sn+1=(MVn+1−FVn+1)/FVn+1 ・・・(7)
前記以外の場合は、Sn=1とする。
【0031】
▲7▼ついで前記移動平均車輪加速度と擬似スリップ比との互いの1次の回帰係数、すなわち擬似スリップ比の移動平均車輪加速度に対する回帰係数K1と移動平均車輪加速度の擬似スリップ比に対する回帰係数K2をそれぞれつぎの式(8)、(9)から求める。
【0032】
【数1】
【0033】
また、相関係数Rは、
R=K1×K2 ・・・(10)
となる。
【0034】
この相関係数が所定の設定値、たとえば0.7以下の場合、移動平均車輪加速度と擬似スリップ比との関係が線形関係にないと判断し、路面状態の判定を行なわない。そして、設定値が0.7をこえると、回帰係数K1の値を更新する。なお、設定値が0.7以下の場合、路面状態の判定を行なわないとしているが、前回(更新前)の回帰係数にて路面状態の判定をしてもよい。
【0035】
ここで、移動平均車輪加速度と擬似スリップ比との関係は、一般的なタイヤと路面のμ−s曲線と同じであり、路面μの違い(高μ路R1、中μ路R2、低μ路R3)により図3のようになる。そして、前記回帰係数K1、K2とは、μ−s曲線の勾配を求めたものである。このμ−s曲線は、本来曲線であるが、実際の走行時に発生するスリップ比の範囲では、ほぼ直線となっている。すなわち、μ−s曲線は、y=a×x+bという方程式で表わすことができる。このときの係数aが回帰係数(K1、K2)で、直線の勾配を意味している。ここで、yを擬似スリップ比とするか、移動平均車輪加速度とするかで、a=K1であったりa=K2であったりする。本実施の形態では、yを擬似スリップ比としてK1の値で路面μを判定している。もちろん回帰係数K2から路面μを判定することもできる。
【0036】
▲8▼ついで回帰係数K1の値により、路面μを推定する。回帰係数K1のしきい値の求め方として、たとえばつぎの(1)、(2)の2つがある。
(1)K1≦0.28 高μ路(μ=0.7以上)
0.28<K1≦0.35 中μ路(μ=0.3〜0.7)
0.35<K1 低μ路(μ=0.3以下)
【0037】
この回帰係数K1のしきい値は、たとえば今までの実験データから得ることができる。
【0038】
(2)現在装着されているタイヤに応じて、自動的にしきい値を設定することもできる。たとえば相関係数Rが所定の値、たとえば0.9以上(アスファルトのような高μ路であることを意味している)の場合の1次の回帰係数Kからしきい値Lを演算する。高μ路は、路面状態が安定しているために、比較的長い距離のデータを蓄積してもデータがばらつかず相関係数が高い。しかし、圧雪路やアイスバーン路などの低μ路は、路面状態が安定しておらず、比較的長い距離のデータを蓄積するとデータがばらつき相関係数が低くなるからである。このように、高μ路であると認識した場合の1次の回帰係数Kを基準値とすることにより、現在装着されているタイヤ固有のしきい値Lを次式のように設定することもできる。この式は実験により算出することができる。
L=定数1×K2+定数2×K+定数3
【0039】
▲9▼つぎに路面の情報(滑りやすいなど)をドライバーに警報する。
【0040】
さらには、路面の状態をABS装置やTRC装置などの制御に使用する。
【0041】
つぎに本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定されるものではない。
【0042】
【実施例】
前記手順のプログラムを格納した装置を搭載した4輪駆動車の4輪タイヤとして、スタッドレスタイヤ(住友ゴム工業(株)製 グラスピックDS−1)を使用し、車両を乾燥アスファルト路、圧雪路およびアイスバーン路を走行させた。このときの走行条件は、各路面とも50km/h前後の走行である。車輪速度のサンプリング時間は、データ数を多く、かつばらつきや測定誤差を排除するために0.04秒とした。走行試験はそれぞれ2回行ない、前記手順にしたがって、サンプリング時間ごとに車輪速度を取り込み、擬似スリップ比と移動平均車輪加速度との関係式(最小自乗法により求めた回帰直線)を算出した。その結果を図4〜5(乾燥アスファルト路)、図6〜7(圧雪路)および図8〜9(アイスバーン路)に示す。なお、図4〜9において、Rは相関係数である。また、このときの回帰係数である勾配を図10に示す。図10より、乾燥アスファルト路、圧雪路、の順に勾配(回帰係数)の値が大きくなっており、路面μの状態が違うことがわかる。
【0043】
したがって、予めしきい直を設定しておくことにより、高μ路か低μ路かを判断することができる。
【0044】
以上のように、本発明の路面摩擦係数判定装置を用いることにより、路面μを精度よく、かつ短時間で判別することが可能となり、ドライバーに滑りやすい危険な状態であることを伝えることができた。
【0045】
そして、この判定された路面μの情報をABS装置やTRC装置などに用いることにより、路面μに応じた最適な制御を行なうことができる。また、低μ路と判定された場合、ドライバーに滑りやすい路面であると注意を促すことができる。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、4輪駆動車に装着されるタイヤの車輪速度から、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数(路面摩擦係数)を判定することにより、車両の性能および安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態にかかわる路面摩擦係数判定装置を示すブロック図である。
【図2】図1における路面摩擦係数判定装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図3】路面μとスリップ比との関係を示す模式図である。
【図4】乾燥アスファルトにおける擬似スリップ比と移動平均車輪加速度との関係を示す図である。
【図5】乾燥アスファルトにおける擬似スリップ比と移動平均車輪加速度との関係を示す図である。
【図6】圧雪路における擬似スリップ比と移動平均車輪加速度との関係を示す図である。
【図7】圧雪路における擬似スリップ比と移動平均車輪加速度との関係を示す図である。
【図8】アイスバーン路における擬似スリップ比と移動平均車輪加速度との関係を示す図である。
【図9】アイスバーン路における擬似スリップ比と移動平均車輪加速度との関係を示す図である。
【図10】図4〜9の乾燥アスファルト路、圧雪路およびアイスバーン路における勾配を示す図である。
【符号の説明】
1 検出手段
2 制御ユニット
3 低μ路警報表示器
4 初期化スイッチ
Claims (3)
- 4輪駆動車に装着されるタイヤの車輪速度から路面の摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定方法であって、前記4輪のタイヤの車輪速度信号を検出する工程と、該車輪速度信号から車輪速度を算出する工程と、該車輪速度から少なくとも2輪以上の平均車輪速度を算出する工程と、該少なくとも2輪以上の平均車輪速度から平均車輪加速度を算出する工程と、該平均車輪加速度を所定の時間ごとに移動平均処理し、移動平均車輪加速度を算出する工程と、該移動平均車輪加速度から擬似車体速度を算出する工程と、該擬似車体速度と前記平均車輪速度から擬似スリップ比を算出する工程と、該擬似スリップ比と前記移動平均車輪加速度との関係式を算出する工程と、該関係式の勾配に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する工程を含む路面摩擦係数判定方法。
- 4輪駆動車に装着されるタイヤの車輪速度から路面の摩擦係数を判定する路面摩擦係数判定装置であって、前記4輪のタイヤの車輪速度信号を検出する検出手段と、該車輪速度信号から車輪速度を算出する車輪速度演算手段と、該車輪速度から少なくとも2輪以上の平均車輪速度を算出する平均車輪速度演算手段と、該少なくとも2輪以上の平均車輪速度から平均車輪加速度を算出する平均加速度演算手段と、該平均車輪加速度を所定の時間ごとに移動平均処理し、移動平均車輪加速度を算出する移動平均加速度演算手段と、該移動平均車輪加速度から擬似車体速度を算出する擬似車体速演算手段と、該擬似車体速度と前記平均車輪速度から擬似スリップ比を算出する擬似スリップ比演算手段と、該擬似スリップ比と前記移動平均車輪加速度との関係式を算出する関係式演算手段と、該関係式の勾配に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する摩擦係数判定手段とを備えてなる路面摩擦係数判定装置。
- 路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定するためにコンピュータを、車輪速度信号から車輪速度を算出する車輪速度演算手段、該車輪速度から少なくとも2輪以上の平均車輪速度を算出する平均車輪速度演算手段、該少なくとも2輪以上の平均車輪速度から平均車輪加速度を算出する平均加速度演算手段、該平均車輪加速度を所定の時間ごとに移動平均処理し、移動平均車輪加速度を算出する移動平均加速度演算手段、該移動平均車輪加速度から擬似車体速度を算出する擬似車体速演算手段、該擬似車体速度と前記平均車輪速度から擬似スリップ比を算出する擬似スリップ比演算手段、該擬似スリップ比と前記移動平均車輪加速度との関係式を算出する関係式演算手段、該関係式の勾配に基づいて、路面とタイヤとのあいだの摩擦係数を判定する摩擦係数判定手段として機能させるための路面摩擦係数判定のプログラム。
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