JP2008168877A - 車両の路面摩擦係数推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両挙動に路面摩擦係数の影響が現れる前に、車両の路面摩擦係数を精度良く推定する。
【解決手段】路面摩擦係数推定装置１では、路面摩擦係数最小値設定部１ｉは、タイヤがグリップしていると判断できる場合には、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最小値μminとして設定して路面摩擦係数推定部１ｋにおいて不要に路面摩擦係数μの推定値が低くならないように設定すると共に、路面摩擦係数最大値設定部１ｊは、タイヤがスリップしていると判断できる場合には、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最大値μmaxとして設定して路面摩擦係数推定部１ｋにおいて不要に路面摩擦係数μの推定値が高くならないように設定する。
【選択図】図１

Description

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。

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、正確な路面摩擦係数を推定する必要がある。

この路面摩擦係数を推定するための技術については、本出願人も、例えば特開平８−２２７４号公報に、適応制御理論を用いて、ハンドル角，車速，ヨーレート等から路面摩擦係数を推定する技術を提案している。この技術によれば、車両のヨー運動あるいは横運動をモデル化し、実車のヨー運動あるいは横運動との比較によって、時々刻々のタイヤ特性を推定することで路面摩擦係数を推定することが可能になる。
特開平８−２２７４号公報

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は、既に生じている車両挙動を基に路面摩擦係数を推定するため、レスポンス良く精度の良い推定ができないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、車両挙動に路面摩擦係数の影響が現れる前に、車両の路面摩擦係数を精度良く推定する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する。

本発明は、実際に生じていると推定される推定ラック推力を推定する推定ラック推力推定手段と、発生が予想される基準ラック推力を推定する基準ラック推力推定手段と、車輪に作用するタイヤ力を推定するタイヤ力推定手段と、上記タイヤ力に基づいて摩擦円利用率を演算する摩擦円利用率演算手段と、上記推定ラック推力と上記基準ラック推力と上記摩擦円利用率に応じて路面摩擦係数の最大値を設定する路面摩擦係数最大値設定手段と、上記路面摩擦係数最大値により路面摩擦係数の上限を制限し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。

本発明による車両の路面摩擦係数推定装置によれば、車両挙動に路面摩擦係数の影響が現れる前に、車両の路面摩擦係数を精度良く推定することが可能となる。

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乃至図６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の構成を示す機能ブロック図、図２は路面摩擦係数推定プログラムのフローチャート、図３は路面摩擦係数最小値設定ルーチンのフローチャート、図４は路面摩擦係数最大値設定ルーチンのフローチャート、図５は操舵角−操舵トルク特性の説明図、図６は本実施形態による路面摩擦係数推定の一例を示すタイムチャートである。尚、本実施形態では、路面摩擦係数推定装置を搭載する車両として、センタデファレンシャル付４輪駆動車を例とし、差動制限クラッチ等（締結トルクＴLSD）により前後駆動力配分をセンタデファレンシャルによるベーストルク配分Ｒf_cdから可変自在な車両を例に説明する。

図１において、符号１は車両に搭載され、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には、各車輪の（４輪）車輪速センサ１１、ハンドル角センサ１２、ヨーレートセンサ１３、エンジン制御部１４、トランスミッション制御部１５、横加速度センサ１６、ドライバ操舵力センサ１７、電動パワーステアリングモータ１８が接続され、各車輪の車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrr（添字の「ｆｌ」は左前輪、「ｆｒ」は右前輪、「ｒｌ」は左後輪、「ｒｒ」は右後輪を示す）、ハンドル角θＨ、ヨーレートγ、エンジントルクＴeg、エンジン回転数Ｎｅ、主変速ギヤ比ｉ、トルクコンバータのタービン回転数Ｎｔ、差動制限クラッチの締結トルクＴLSD、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）、ドライバ操舵力Ｆｄ、電動パワーステアリングによるアシスト力ＦEPSが入力される。

そして、路面摩擦係数推定装置１は、図１に示すように、上述の各入力信号に基づき、後述する路面摩擦係数推定プログラムを実行し、路面摩擦係数μを推定して出力する。すなわち、路面摩擦係数推定装置１は、前輪すべり角演算部１ａ、前輪接地荷重演算部１ｂ、前輪前後力演算部１ｃ、前輪横力演算部１ｄ、前輪摩擦円利用率演算部１ｅ、推定ラック推力演算部１ｆ、基準ラック推力演算部１ｇ、ラック推力偏差演算部１ｈ、路面摩擦係数最小値設定部１ｉ、路面摩擦係数最大値設定部１ｊ、路面摩擦係数推定部１ｋから主要に構成されている。

前輪すべり角演算部１ａは、４輪車輪速センサ１１から各車輪の車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrrが、ハンドル角センサ１２からハンドル角θＨが、ヨーレートセンサ１３からヨーレートγが入力される。そして、以下説明するように車両の運動モデルに基づいて前輪すべり角βｆを演算し、基準ラック推力演算部１ｇ、路面摩擦係数推定部１ｋに出力する。

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とすると、
２・Ｃｆ＋２・Ｃｒ＝ｍ・（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２） …（１）
となる。

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（ｄγ／ｄｔ）として、以下の（２）式で示される。

２・Ｃｆ・Ｌｆ−２・Ｃｒ・Ｌｒ＝Ｉｚ・（ｄγ／ｄｔ） …（２）

また、車速をＶ（例えば、Ｖ＝（ωfl＋ωfr＋ωrl＋ωrr）／４）、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^２ｙ／ｄｔ^２）は、
（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）＝Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋γ） …（３）
で表される。
従って、上述の（１）式は、以下の（４）式となる。
２・Ｃｆ＋２・Ｃｒ＝ｍ・Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋γ） …（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・βｆ …（５）
Ｃｒ＝Ｋｒ・βｒ …（６）
ここで、Ｋｆ，Ｋｒは前後輪の等価コーナリングパワー、βｆ，βｒは前後輪のすべり角である。

等価コーナリングパワー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βｆ，βｒ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。
βｆ＝δｆ−（β＋Ｌｆ・γ／Ｖ）
＝（θＨ／ｎ）−（β＋Ｌｆ・γ／Ｖ） …（７）
βｒ＝δｒ−（β−Ｌｒ・γ／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 γ］^Ｔ
ｕ(t) ＝［θＨ δｒ］^Ｔ

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／（ｍ・Ｖ）
ｂ21＝２・Ｌｆ・Ｋｆ／Ｉｚ
ｂ22＝−２・Ｌｒ・Ｋｒ／Ｉｚ

すなわち、上述の（９）式を解くことにより車体すべり角βを演算し、この車体すべり角βを上述の（７）式に代入して前輪すべり角βｆを演算する。

前輪接地荷重演算部１ｂは、エンジン制御部１４からエンジントルクＴeg、エンジン回転数Ｎｅが入力され、トランスミッション制御部１５から主変速ギヤ比ｉ、トルクコンバータのタービン回転数Ｎｔが入力される。

そして、以下の（１０）式により、前輪接地荷重Ｆzfを演算して前輪前後力演算部１ｃ、前輪摩擦円利用率演算部１ｅに出力する。
Ｆzf＝Ｗｆ−（（ｍ・Ａｘ・ｈ）／Ｌ） …（１０）
ここで、Ｗｆは前輪静加重、ｈは重心高さ、Ｌはホイールベースであり、Ａｘは前後加速度（＝Ｆｘ／ｍ）である。この前後加速度Ａｘの演算式中のＦｘは総駆動力であり、例えば、以下の（１１）式により演算され、前輪前後力演算部１ｃに対しても出力される。
Ｆｘ＝Ｔｔ・η・ｉｆ／Ｒｔ …（１１）
ここで、ηは駆動系伝達効率、ｉｆはファイナルギヤ比、Ｒｔはタイヤ半径である。また、Ｔｔはトランスミッション出力トルクであり、例えば、以下の（１２）式により演算され、このトランスミッション出力トルクＴｔも前輪前後力演算部１ｃに対して出力される。
Ｔｔ＝Ｔeg・ｔ・ｉ …（１２）
ここで、ｔはトルクコンバータのトルク比であり、予め設定されている、トルクコンバータの回転速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｅ）とトルクコンバータのトルク比とのマップを参照することにより求められる。

前輪前後力演算部１ｃは、トランスミッション制御部１５から差動制限クラッチの締結トルクＴLSDが入力され、前輪接地荷重演算部１ｂから前輪接地荷重Ｆzf、総駆動力Ｆｘ、トランスミッション出力トルクＴｔが入力される。そして、例えば、後述する手順に従って、前輪前後力Ｆxfを演算し、前輪摩擦円利用率演算部１ｅに出力する。

以下、前輪前後力Ｆxfを演算する演算する手順の一例を説明する。
まず、前輪荷重配分率ＷR_fを以下の（１３）式により演算する。
ＷR_f＝Ｆzf／Ｗ …（１３）
ここで、Ｗは車両重量（＝ｍ・Ｇ；Ｇは重力加速度）である。

次に、最小前輪前後トルクＴfminと最大前輪前後トルクＴfmaxを、以下の（１４）、（１５）式により演算する。
Ｔfmin＝Ｔｔ・Ｒf_cd−ＴLSD（≧０） …（１４）
Ｔfmax＝Ｔｔ・Ｒf_cd＋ＴLSD（≧０） …（１５）

次いで、最小前輪前後力Ｆxfminと最大前輪前後力Ｆxfmaxを、以下の（１６）、（１７）式により演算する。
Ｆxfmin＝Ｔfmin・η・ｉｆ／Ｒｔ …（１６）
Ｆxfmax＝Ｔfmax・η・ｉｆ／Ｒｔ …（１７）

そして、以下のように状態判定する。
・ＷR_f≦Ｆxfmin／Ｆｘのときは後輪側に差動制限トルクが増加されているとし、判定値Ｉ＝１とする。
・ＷR_f≧Ｆxfmax／Ｆｘのときは前輪側に差動制限トルクが増加されているとし、判定値Ｉ＝３とする。
・上記以外の場合は通常時と判定して、判定値Ｉ＝２とする。

次いで、上述の判定値Ｉに応じて、前輪前後力Ｆxfを以下のように演算する。
・Ｉ＝１の場合…Ｆxf＝Ｔfmin・η・ｉｆ／Ｒｔ …（１８）
・Ｉ＝２の場合…Ｆxf＝Ｆｘ・ＷR_f …（１９）
・Ｉ＝３の場合…Ｆxf＝Ｆxfmax・η・ｉｆ／Ｒｔ …（２０）

前輪横力演算部１ｄは、ヨーレートセンサ１３からヨーレートγが、横加速度センサ１６から横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）が入力される。そして、以下の（２１）式により、前輪横力Ｆyfを演算し、前輪摩擦円利用率演算部１ｅに出力する。
Ｆyf＝（Ｉｚ・（ｄγ／ｄｔ）
＋ｍ・（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）・Ｌｒ）／Ｌ …（２１）

すなわち、本実施の形態においては、前輪接地荷重演算部１ｂ、前輪前後力演算部１ｃ、前輪横力演算部１ｄは、タイヤ力推定手段として設けられている。

前輪摩擦円利用率演算部１ｅは、前輪接地荷重演算部１ｂから前輪接地荷重Ｆzfが、前輪前後力演算部１ｃから前輪前後力Ｆxfが、前輪横力演算部１ｄから前輪横力Ｆyfが入力される。そして、以下の（２２）式により前輪摩擦円利用率ｒｆを演算し、路面摩擦係数最小値設定部１ｉ、路面摩擦係数最大値設定部１ｊに出力する。すなわち、この前輪摩擦円利用率演算部１ｅは、摩擦円利用率演算手段として設けられている。
ｒｆ＝（Ｆxf^２＋Ｆyf^２）^１／２／Ｆzf …（２２）

推定ラック推力演算部１ｆは、ハンドル角センサ１２からハンドル角θＨが、ドライバ操舵力センサ１７からドライバ操舵力Ｆｄが、電動パワーステアリングモータ１８から電動パワーステアリングによるアシスト力ＦEPSが入力される。そして、以下の（２３）式により、推定ラック推力ＦＥを演算し、ラック推力偏差演算部１ｈに出力する。すなわち、この推定ラック推力演算部１ｆは、推定ラック推力推定手段として設けられている。
ＦＥ＝Ｆｄ＋ＦEPS−ＦFRI …（２３）
ここで、ＦFRIは、操舵系におけるフリクション等により生じる力であり、例えば、予め設定しておいたマップを参照することにより設定される。このマップの一例を図５に示す。この例では、ＦFRIは、操舵角−操舵トルクの特性で与えられ、操舵角と操舵角速度に基づくヒステリシス関数で与えられている。尚、この図５に示すマップの特性を、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）やドライバ操舵力Ｆｄの値をも考慮したマップ（具体的には、上昇側と下降側のヒステリシス間隔を、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）やドライバ操舵力Ｆｄが大きいほど広い特性に変更する）とし、ＦFRIをより精度良く求めるようにしても良い。このようにＦFRIを考慮することにより、ステアリングを切り増すときのみならず、戻すときにおいても推定ラック推力ＦＥを正確に演算することができ、路面摩擦係数μを広い範囲で推定することができるようになっている。

基準ラック推力演算部１ｇは、前輪すべり角演算部１ａから前輪すべり角βｆが入力される。そして、以下の（２４）式により、基準ラック推力ＦＲを演算し、ラック推力偏差演算部１ｈに出力する。すなわち、この基準ラック推力演算部１ｇは、基準ラック推力推定手段として設けられている。
ＦＲ＝−２・Ｋｆ・（（ζｃ＋ζｎ）／Ｌｎ）・βｆ …（２４）
ここで、ζｃはキャスタトレール、ζｎはニューマチックトレール、Ｌｎはナックルアーム長である。

ラック推力偏差演算部１ｈは、推定ラック推力演算部１ｆから推定ラック推力ＦＥが入力され、基準ラック推力演算部１ｇから基準ラック推力ＦＲが入力される。そして、以下の（２５）式によりラック推力偏差ΔＦＲを演算し、路面摩擦係数最小値設定部１ｉ、路面摩擦係数最大値設定部１ｊに出力する。
ΔＦＲ＝｜ＦＥ−ＦＲ｜ …（２５）

路面摩擦係数最小値設定部１ｉは、前輪摩擦円利用率演算部１ｅから前輪摩擦円利用率ｒｆが入力され、ラック推力偏差演算部１ｈからラック推力偏差ΔＦＲが入力される。そして、ラック推力偏差ΔＦＲと予め設定しておいた最小値判定閾値μminaとを比較して、ラック推力偏差ΔＦＲが最小値判定閾値μmina以下の場合は、タイヤがグリップしていると判断して、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最小値μminとして設定する。また、ラック推力偏差ΔＦＲが最小値判定閾値μminaより大きい場合は、予め設定しておいた値μminac（例えば、０．１）を路面摩擦係数最小値μminとして設定する。尚、最小値判定閾値μminaは、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）の絶対値に応じて大きな値に設定するようにしても良い。すなわち、この路面摩擦係数最小値設定部１ｉは、路面摩擦係数最小値設定手段として設けられている。

路面摩擦係数最大値設定部１ｊは、前輪摩擦円利用率演算部１ｅから前輪摩擦円利用率ｒｆが入力され、ラック推力偏差演算部１ｈからラック推力偏差ΔＦＲが入力される。そして、ラック推力偏差ΔＦＲと予め設定しておいた最大値判定閾値μmaxaとを比較して、ラック推力偏差ΔＦＲが最大値判定閾値μmaxa以上の場合は、タイヤがスリップしていると判断して、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最大値μmaxとして設定する。また、ラック推力偏差ΔＦＲが最大値判定閾値μmaxaより小さい場合は、予め設定しておいた値μmaxac（例えば、１．０）を路面摩擦係数最大値μmaxとして設定する。尚、最大値判定閾値μmaxaは、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）の絶対値に応じて大きな値に設定するようにしても良い。すなわち、この路面摩擦係数最大値設定部１ｊは、路面摩擦係数最大値設定手段として設けられている。

路面摩擦係数推定部１ｋは、４輪車輪速センサ１１から各車輪の車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrrが、ハンドル角センサ１２からハンドル角θＨが、ヨーレートセンサ１３からヨーレートγが、前輪すべり角演算部１ａから前輪すべり角βｆが、路面摩擦係数最小値設定部１ｉから路面摩擦係数最小値μminが、路面摩擦係数最大値設定部１ｊから路面摩擦係数最大値μmaxが入力される。

そして、路面摩擦係数推定部１ｋは、前輪すべり角βｆが予め設定しておいた閾値βfc1以上の時に、路面摩擦係数μを、例えば、本出願人が、特開平８−２２７４号公報で開示した適応制御を用いた方法により、路面摩擦係数最小値μminと路面摩擦係数最大値μmaxとを考慮して推定を行う。すなわち、前輪操舵角δｆ、車速Ｖ、ヨーレートγを用いて車両の横運動の運動方程式に基づき、前後輪のコーナリングパワーを非線形域に拡張して推定し、路面摩擦係数μが高い路面での前後輪の等価コーナリングパワーに対する推定した前後輪のコーナリングパワーの比を基に路面状況に応じた路面摩擦係数μを推定する。

路面摩擦係数μの推定方法は、車両の運動方程式に基づくヨーレート応答と実際のヨーレートを比較し、タイヤの等価コーナリングパワーを未知パラメータとして、その値をオンラインで推定する。具体的には、以下の適応制御理論によるパラメータ調整則で算出される。すなわち、前述の、（１）〜（８）式で説明した運動方程式を状態変数表現で示し、パラメータ調整則を設定して適応制御理論を展開することで種々のパラメータが推定される。次に、推定されたパラメータから実車のコーナリングパワーを求める。実車のパラメータとしては、車体質量やヨーイング慣性モーメント等があるが、これらは一定と仮定し、タイヤのコーナリングパワーのみが変化するものとする。タイヤのコーナリングパワーが変化する要因としては、前輪すべり角に対する横力の非線形性、路面摩擦係数μの影響、荷重移動の影響等がある。ヨーレートの変化により推定される（ヨーレートの変化により同定される）パラメータｐ、前輪操舵角δｆにより推定される（ステアリング角入力によって同定が進む）パラメータｑにより、前後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒを求めると、例えば以下のようになる。
Ｋｆ＝（ｑ・Ｉｚ・ｎ）／（２・Ｌｆ） …（２６）
Ｋｒ＝（ｐ・Ｉｚ＋Ｌｆ・Ｋｆ）／Ｌｒ …（２７）

従って、上述の式により前輪操舵角δｆ、車速Ｖ、ヨーレートγで演算して非線形域の前後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒが推定される。そして推定された前後輪のコーナリングパワーＫｆ、Ｋｒは、例えば前後輪毎に路面摩擦係数μが高い路面のものと比較することで、路面摩擦係数μが算出され、路面摩擦係数μに基づいて非線形域の路面摩擦係数が高い精度で設定される。

すなわち、前輪側の基準等価コーナリングパワー（路面摩擦係数が高い路面での等価コーナリングパワー）をＫf0とすると、前輪側の路面摩擦係数μは、
μ＝Ｋｆ／Ｋf0 …（２８）

上述の適応制御理論を追うようした路面摩擦係数推定方法では、推定した路面摩擦係数μ（現在の推定値）で制御を行って、その結果、どの程度、実際の路面摩擦係数μがずれているのか演算され、現在の推定値に演算したずれ量がプラスされて、すなわち現在の推定値よりも高いのか低いのかに基づく積分動作で行われて正確な値が求められるようになっている。

そして、タイヤがグリップしていると判断できる場合には、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最小値μminとして設定して不要に路面摩擦係数μの推定値が低くならないように設定することにより、適応制御によって路面摩擦係数の推定が高い値から行われるため、誤差も小さくでき真値への収束も早く行われるようになる。

逆に、タイヤがスリップしていると判断できる場合には、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最大値μmaxとして設定して不要に路面摩擦係数μの推定値が高くならないように設定することにより、適応制御によって路面摩擦係数の推定が低い値から行われるため、誤差も小さくでき真値への収束も早く行われるようになる。

このように、路面摩擦係数推定部１ｋは、路面摩擦係数推定手段として設けられている。

次に、上述の路面摩擦係数推定装置１で実行される路面摩擦係数推定プログラムを図２〜図４のフローチャートで説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で必要パラメータ、すなわち、４輪車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrr、ハンドル角θＨ、ヨーレートγ、エンジントルクＴeg、エンジン回転数Ｎｅ、主変速ギヤ比ｉ、トルクコンバータのタービン回転数Ｎｔ、差動制限クラッチの締結トルクＴLSD、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）、ドライバ操舵力Ｆｄ、電動パワーステアリングによるアシスト力ＦEPSを読み込む。

次いで、Ｓ１０２に進み、前輪すべり角演算部１ａで、前述の（９）式を解くことにより車体すべり角βを演算し、この車体すべり角βを上述の（７）式に代入して前輪すべり角βｆを演算する。

次に、Ｓ１０３に進み、路面摩擦係数推定部１ｋで、前輪すべり角βｆが予め設定しておいた閾値βfc1以上（βｆ≧βfc1）か否か判定し、βｆ≧βfc1の場合は、そのまま路面摩擦係数μの推定を行うべくＳ１０４以降へと進み、βｆ＜βfc1の場合は、そのままプログラムを抜ける（尚、この場合の路面摩擦係数μは前回の値が保持される）。

次いで、Ｓ１０４に進み、前輪接地荷重演算部１ｂで、前述の（１０）式により、前輪接地荷重Ｆzfを演算する。

次に、Ｓ１０５に進み、前輪前後力演算部１ｃで、前述の（１８）〜（２０）式の何れかにより、前輪前後力Ｆxfを演算する。

次いで、Ｓ１０６に進んで、前輪横力演算部１ｄで、前述の（２１）式により、前輪横力Ｆyfを演算する。

次に、Ｓ１０７に進み、前輪摩擦円利用率演算部１ｅで、前述の（２２）式により、前輪摩擦円利用率ｒｆを演算する。

次いで、Ｓ１０８に進んで、推定ラック推力演算部１ｆで、前述の（２３）式により、推定ラック推力ＦＥを演算する。

次に、Ｓ１０９に進み、基準ラック推力演算部１ｇで、前述の（２４）式により、基準ラック推力ＦＲを演算する。

次いで、Ｓ１１０に進み、ラック推力偏差演算部１ｈで、前述の（２５）式により、ラック推力偏差ΔＦＲを演算する。

次に、Ｓ１１１に進み、路面摩擦係数最小値設定部１ｉで、路面摩擦係数最小値μminを設定する。尚、この路面摩擦係数最小値μminの設定は、図３のプログラムで詳述する。

次いで、Ｓ１１２に進み、路面摩擦係数最大値設定部１ｊで、路面摩擦係数最大値μmaxを設定する。尚、この路面摩擦係数最大値μmaxの設定は、図４のプログラムで詳述する。

そして、Ｓ１１３に進み、路面摩擦係数推定部１ｋで、路面摩擦係数最小値μminと路面摩擦係数最大値μmaxとを考慮し、適応制御を用いて路面摩擦係数μを推定し、出力してプログラムを抜ける。

次に、上述のＳ１１１で実行される路面摩擦係数最小値μminの設定を、図３のフローチャートで説明する。

まず、Ｓ２０１でラック推力偏差ΔＦＲと最小値判定閾値μminaとを比較し、ラック推力偏差ΔＦＲが最小値判定閾値μmina以下（ΔＦＲ≦μmina）の場合は、タイヤがグリップしていると判断して、Ｓ２０２に進み、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最小値μminとして設定してルーチンを抜ける。

逆に、ΔＦＲ＞μminaの場合は、予め設定しておいた値μminac（例えば、０．１）を路面摩擦係数最小値μminとして設定してルーチンを抜ける。

次に、上述のＳ１１２で実行される路面摩擦係数最大値μmaxの設定を、図４のフローチャートで説明する。

まず、Ｓ３０１でラック推力偏差ΔＦＲと最大値判定閾値μmaxaとを比較し、ラック推力偏差ΔＦＲが最大値判定閾値μmaxa以上（ΔＦＲ≧μmaxa）の場合は、タイヤがスリップしていると判断して、Ｓ３０２に進み、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最大値μmaxとして設定してルーチンを抜ける。

逆に、ΔＦＲ＜μmaxaの場合は、予め設定しておいた値μmaxac（例えば、１．０）を路面摩擦係数最小値μmaxとして設定してルーチンを抜ける。

この路面摩擦係数推定による一例を図６のタイムチャートで説明する。
時刻ｔ１までは、通常の路面摩擦係数推定が行われ、このときの路面摩擦係数最小値μminはμminacに設定され、路面摩擦係数最大値μmaxはμmaxacに設定される。

時刻ｔ１〜時刻ｔ２では、ΔＦＲ≧μmaxaとなり、タイヤがスリップしていると判断されて、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆが路面摩擦係数最大値μmaxとして設定される。これにより、路面摩擦係数推定値μが路面摩擦係数最大値μmaxに強制的に低下させられ、この路面摩擦係数最大値μmaxの値を基準として路面摩擦係数の推定が開始される。

時刻ｔ２〜時刻ｔ３では、再び、通常の路面摩擦係数推定が行われ、このときの路面摩擦係数最小値μminはμminacに設定され、路面摩擦係数最大値μmaxはμmaxacに設定される。

時刻ｔ３〜時刻ｔ４では、ΔＦＲ≦μminaとなり、タイヤがグリップしていると判断されて、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆが路面摩擦係数最小値μminとして設定される。これにより、路面摩擦係数推定値μが路面摩擦係数最小値μminに強制的に上昇させられ、この路面摩擦係数最小値μminの値を基準として路面摩擦係数の推定が開始される。

その後、時刻ｔ４以降では、再び、通常の路面摩擦係数推定が行われ、このときの路面摩擦係数最小値μminはμminacに設定され、路面摩擦係数最大値μmaxはμmaxacに設定される。

このように、本実施の形態によれば、タイヤがグリップしていると判断できる場合には、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最小値μminとして設定して不要に路面摩擦係数μの推定値が低くならないように設定すると共に、タイヤがスリップしていると判断できる場合には、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数最大値μmaxとして設定して不要に路面摩擦係数μの推定値が高くならないように設定する。このため、適応制御によって路面摩擦係数の推定が低い値から行われるため、誤差も小さくでき真値への収束も早く行われるようになる。

尚、本発明の実施の形態では、路面摩擦係数の推定を適応制御理論に基づくもので説明したが、他の推定方法、例えば、本出願人が特開２０００−７１９６８号公報で開示するような、オブザーバを用いて路面摩擦係数を推定するものにも適用できることは云うまでもない。

路面摩擦係数推定装置の構成を示す機能ブロック図 路面摩擦係数推定プログラムのフローチャート 路面摩擦係数最小値設定ルーチンのフローチャート 路面摩擦係数最大値設定ルーチンのフローチャート 操舵角−操舵トルク特性の説明図 本実施形態による路面摩擦係数推定の一例を示すタイムチャート

符号の説明

１ 路面摩擦係数推定装置
１ａ 前輪すべり角演算部
１ｂ 前輪接地荷重演算部（タイヤ力推定手段）
１ｃ 前輪前後力演算部（タイヤ力推定手段）
１ｄ 前輪横力演算部（タイヤ力推定手段）
１ｅ 前輪摩擦円利用率演算部（摩擦円利用率演算手段）
１ｆ 推定ラック推力演算部（推定ラック推力推定手段）
１ｇ 基準ラック推力演算部（基準ラック推力推定手段）
１ｈ ラック推力偏差演算部
１ｉ 路面摩擦係数最小値設定部（路面摩擦係数最小値設定手段）
１ｊ 路面摩擦係数最大値設定部（路面摩擦係数最大値設定手段）
１ｋ 路面摩擦係数推定部（路面摩擦係数推定手段）

Claims (5)

1. 実際に生じていると推定される推定ラック推力を推定する推定ラック推力推定手段と、
   発生が予想される基準ラック推力を推定する基準ラック推力推定手段と、
   車輪に作用するタイヤ力を推定するタイヤ力推定手段と、
   上記タイヤ力に基づいて摩擦円利用率を演算する摩擦円利用率演算手段と、
   上記推定ラック推力と上記基準ラック推力と上記摩擦円利用率に応じて路面摩擦係数の最大値を設定する路面摩擦係数最大値設定手段と、
   上記路面摩擦係数最大値により路面摩擦係数の上限を制限し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。
2. 上記路面摩擦係数最大値設定手段は、少なくとも、上記推定ラック推力と上記基準ラック推力との偏差の絶対値が予め設定する最大値判定閾値以上の場合に上記摩擦円利用率を上記路面摩擦係数最大値として設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。
3. 上記推定ラック推力と上記基準ラック推力と上記摩擦円利用率に応じて路面摩擦係数の最小値を設定する路面摩擦係数最小値設定手段を有し、
   上記路面摩擦係数推定手段は、上記路面摩擦係数最大値により路面摩擦係数の上限を制限すると共に、上記路面摩擦係数最小値により路面摩擦係数の下限を制限して路面摩擦係数を推定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の路面摩擦係数推定装置。
4. 上記路面摩擦係数最小値設定手段は、少なくとも、上記推定ラック推力と上記基準ラック推力との偏差の絶対値が予め設定する最小値判定閾値以下の場合に上記摩擦円利用率を上記路面摩擦係数最小値として設定することを特徴とする請求項３記載の車両の路面摩擦係数推定装置。
5. 上記推定ラック推力推定手段は、少なくとも、ドライバによる操舵力とパワーステアリングによるアシスト力と操舵系で発生するフリクションにより生じる力とに基づいて上記推定ラック推力を推定することを特徴とする請求項１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。

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