JP2009001244A

JP2009001244A - 車両の路面状態推定装置

Info

Publication number: JP2009001244A
Application number: JP2007166807A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogawa; 浩小川
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-25
Also published as: US20080319683A1; US7620504B2; DE102008029803A1; JP4926850B2; DE102008029803B4

Abstract

【課題】たとえ走行する路面に登降坂が生じても精度良く路面状態を推定する。
【解決手段】駆動トルク差分値ΔＴ、車両の慣性力差分値ΔＡx、車両の慣性力変化量差分値Δ（ｄＡx／ｄｔ）を演算し、ΔＡｘを状態変数、ΔＴを入力変数とする状態方程式を基に、ΔＡｘに乗算する第１の判定係数Ａ、或いは、ΔＴに乗算する第２の判定係数Ｂを推定し、この第１の判定係数Ａ、或いは、第２の判定係数Ｂを基に判定閾値と比較して路面状態を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、路面摩擦係数と車輪のスリップ率との関係を基に路面状態を精度良く推定する車両の路面状態推定装置に関する。

近年、車両においてはトラクション制御、制動力制御、或いは、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或いは補正に、走行する路面とタイヤのグリップ状態を加味するものが多い。例えば、特開平６−３２３１７１号公報では、４輪駆動車において、車速が所定値例えば２０km/h未満の場合は、前後加速度センサで検出した前後加速度をフィルタ処理したのち更にピークホールド処理したものを選択し、車速が所定値以上の場合は、ピークホールドしないものを選択し、それぞれ選択された前後加速度を積分演算することにより車体速度を求め、この車体速度と、各車輪の回転速度のうち複数の速度の平均速度との差をスリップ量とみなし、このスリップ量に基づき駆動トルクから減じる補正トルクを設定する技術が開示されている。
特開平６−３２３１７１号公報

しかしながら、上述の特許文献１の技術では、単に、前後加速度を積分して車体速度を求めるようになっているため、走行路の登降坂が考慮されておらず、精度の良い車体速度が求めることができないため、補正トルクも精度良く求めることができないという問題がある。すなわち、図３に示すように、車両が登降坂路を走行している場合、前後加速度センサからの前後加速度Ｇｘは、車両の進行方向の加速度（ｄＶ／ｄｔ）のみならず、重力の影響を受ける。
Ｇｘ＝（ｄＶ／ｄｔ）＋ｇ・ｓｉｎ（θ） …（１）
ここで、ｇは重力加速度、θは道路勾配である。

上述の（１）式により、前後加速度信号を時間積分して車体速度ＶＢを求めると、
ＶＢ＝Ｖ０＋∫（Ｇｘ）ｄｔ＝Ｖ０＋∫（（ｄＶ／ｄｔ）
＋ｇ・ｓｉｎ（θ））ｄｔ …（２）
となる。ここで、Ｖ０は積分を開始した時の初速度である。

従って、登坂路では、前後加速度センサによる検出値Ｇｘで車体速度ＶＢを推定すると、重力成分だけ早い速度を推定してしまうことになる。同様に、降坂路では、車体速度ＶＢを低く推定することになり、正確なスリップ検出ができなくなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、たとえ走行する路面に登降坂が生じても精度良く路面状態を推定することができる車両の路面状態推定装置を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンの駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段と、車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段と、今回検出したエンジンの駆動トルクと過去に検出したエンジンの駆動トルクとの差を駆動トルク差分値として演算する駆動トルク差分値演算手段と、上記前後加速度を基に、今回の車両の慣性力と過去の車両の慣性力との差を慣性力差分値として演算する慣性力差分値演算手段と、上記前後加速度を基に、今回の車両の慣性力変化量と過去の車両の慣性力変化量との差を慣性力変化量差分値として演算する慣性力変化量差分値演算手段と、上記慣性力差分値に第１の判定係数を乗じた演算項に上記駆動トルク差分値に第２の判定係数を乗じた演算項を加算して上記慣性力変化量差分値に関する状態方程式を形成し、上記第１の判定係数と上記第２の判定係数の少なくとも一方を演算する判定係数演算手段と、上記第１の判定係数と上記第２の判定係数の少なくとも一方に基づいて路面状態を判定する路面状態判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状態推定装置によれば、たとえ走行する路面に登降坂が生じても精度良く路面状態を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４は本発明の実施の第１形態を示し、図１は路面状態推定装置の構成を示す機能ブロック図、図２は路面状態推定プログラムのフローチャート、図３は車両モデルにおける各パラメータの説明図、図４は路面摩擦係数とスリップ率の特性曲線の説明図である。尚、本実施形態では、路面状態推定装置を搭載する車両として、４輪駆動車を例に説明する。また、以下の各数式で用いる各パラメータは、図３に示すものである。

図１において、符号１は車両に搭載され、路面状態を推定する路面状態推定装置を示し、この路面状態推定装置１には、制御部２に、エンジン制御部３、トランスミッション制御部４、及び、前後加速度検出手段としての前後加速度センサ５が接続され、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θth、タービン回転数Ｎｔ、トランスミッションギヤ比ｉ、前後加速度Ｇｘが入力される。

そして、路面状態推定装置１の制御部２は、上述の各入力信号に基づき、後述する路面状態推定プログラムを実行し、路面状態（本実施の形態では路面摩擦係数μ）を推定して出力する。すなわち、制御部２は、図１に示すように、駆動トルク演算部２ａ、駆動トルク差分値演算部２ｂ、慣性力差分値演算部２ｃ、慣性力変化量差分値演算部２ｄ、判定係数演算部２ｅ、路面状態判定部２ｆから主要に構成されている。

駆動トルク演算部２ａは、エンジン制御部３からエンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θthが入力され、トランスミッション制御部４からタービン回転数Ｎｔ、トランスミッションギヤ比ｉが入力される。そして、予め設定しておいたエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度θthの特性マップを基にエンジン出力トルクＴｅを演算し、このエンジン出力トルクＴｅを基に、以下の（３）式により、駆動トルクＴを演算する。尚、以下、各記号の後に記される添字（ｎ）は、今回の値であることを示し、添字（ｎ−１）は前回の値（例えば、１サンプル前の値）であることを示す。
Ｔ(n)＝ｉ・ｉｆ・Ｔe(n)・ｔconv …（３）
ここで、ｉｆは終段減速機のギヤ比であり、ｔconvはトルクコンバータ（図示せず）のトルコン比であり、このトルコン比ｔconvは、トルクコンバータの速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｅ）を基に予め設定されたマップから求められる。尚、エンジン出力トルクＴｅはエンジン制御部３等から直接入力される値を用いても良く、トルコン比ｔconvはトランスミッション制御部４等から直接入力される値を用いても良い。

こうして演算された駆動トルクＴは、駆動トルク差分値演算部２ｂに出力される。すなわち、駆動トルク演算部２ａは、駆動トルク検出手段として設けられている。

駆動トルク差分値演算部２ｂは、駆動トルク演算部２ａから駆動トルクＴが入力される。そして、以下の（４）式により、駆動トルク差分値ΔＴを演算し、判定係数演算部２ｅに出力する。すなわち、駆動トルク差分値演算部２ｂは、駆動トルク差分値演算手段として設けられている。
ΔＴ(n)＝Ｔ(n)−Ｔ(n-1) …（４）

慣性力差分値演算部２ｃは、前後加速度センサ５から前後加速度Ｇｘが入力される。そして、以下の（５）式により、車両の慣性力差分値ΔＡｘを演算し、判定係数演算部２ｅに出力する。すなわち、慣性力差分値演算部２ｃは、慣性力差分値演算手段として設けられている。
ΔＡx(n)＝ΔＧx(n)＝Ｇx(n)−Ｇx(n-1) …（５）

登降坂における角度変化は、タイヤのスリップと比較して、遙かに穏やかに変化するため、隣り合うサンプル時間の間では、前後加速度信号における重力の項は定数と見なすことができる。従って、実際の前後加速度の差分値ΔＧx(n)は、前述の（１）式を用いると以下の（６）式で得られるが、道路勾配θの値が略変化しない（すなわち、θ(n)＝θ(n-1)）と考えて、上述の（５）式により、車両の慣性力差分値ΔＡｘを演算し、道路勾配θの影響を除去するようになっている。
ΔＧx(n)＝Ｇx(n)−Ｇx(n-1)
＝（（ｄＶ／ｄｔ）(n)＋ｇ・ｓｉｎ（θ(n)））
−（（ｄＶ／ｄｔ）(n-1)＋ｇ・ｓｉｎ（θ(n-1)）） …（６）

慣性力変化量差分値演算部２ｄは、前後加速度センサ５から前後加速度Ｇｘが入力される。そして、入力された前後加速度の微分値（ｄＧｘ／ｄｔ）を演算し、以下の（７）式により、車両の慣性力変化量差分値Δ（ｄＡｘ／ｄｔ）を演算し、判定係数演算部２ｅに出力する。すなわち、慣性力変化量差分値演算部２ｄは、慣性力変化量差分値演算手段として設けられている。
Δ（ｄＡx／ｄｔ）(n)＝Δ（ｄＧx／ｄｔ）(n)
＝（ｄＧx／ｄｔ）(n)−（ｄＧx／ｄｔ）(n-1) …（７）
尚、前後加速度の微分値（ｄＧｘ／ｄｔ）は、他に、別途設ける加加速度センサ等からの信号を用いるようにしても良い。

判定係数演算部２ｅは、駆動トルク差分値演算部２ｂから駆動トルク差分値ΔＴが、慣性力差分値演算部２ｃから車両の慣性力差分値ΔＡｘが、慣性力変化量差分値演算部２ｄから車両の慣性力変化量差分値Δ（ｄＡｘ／ｄｔ）が入力される。そして、以下（８）式に示す、ΔＡｘを状態変数、ΔＴを入力変数とする状態方程式を基に、ΔＡｘに乗算する第１の判定係数Ａ、或いは、ΔＴに乗算する第２の判定係数Ｂを推定し、路面状態判定部２ｆに出力する。すなわち、判定係数演算部２ｅは、判定係数演算手段として設けられている。
Δ（ｄＡｘ／ｄｔ）＝Ａ・ΔＡｘ＋Ｂ・ΔＴ …（８）

ここで、上述の（８）式に示す状態方程式について説明する。
図３において、車両の進行方向について、駆動トルクＴは、車両質量をｍ、タイヤ半径をＲ、車輪の総イナーシャをＩ、車輪が４輪駆動機構により回転数が同一となるよう拘束されていると仮定して、この回転数をωとすると、以下の（９）式により表現される。
Ｔ＝Ｒ・（ｍ・ｇ・ｓｉｎ（θ）＋ｍ・Ａｘ）＋Ｉ・（ｄω／ｄｔ）…（９）
（９）式の差分をとると、以下の（１０）式を得ることができる。
ΔＴ＝ｍ・Ｒ・ΔＡｘ＋Δ（ｄω／ｄｔ）・Ｉ …（１０）
尚、この（１０）式を導出するにあたり、前述の（５）式の説明と同様、重力成分を表す、ｍ・ｇ・ｓｉｎ（θ）の項は一定とみなしている。

次に、タイヤ特性を総駆動力Ｆｄは、スリップ率λの関数μ（例えば、図４に示す）と総接地荷重Ｆｚにより、以下の（１１）式のように表される。
Ｆｄ＝ｍ・（ｇ・ｓｉｎ（θ）＋Ａｘ）
＝Ｆｚ・μ（λ）
＝ｍ・ｇ・ｃｏｓ（θ）・μ（λ）
≒ｍ・ｇ・μ（λ） …（１１）
（１１）式では、ｃｏｓ（θ）≒１と近似しているが、実際の走行路において、登降坂の角度はせいぜい３０％であり、このときのｃｏｓ関数は約０．９６となるためである。

上述の（１１）式の差分をとると、以下の（１２）式を得ることができる。
ΔＡｘ＝ｇ・（ｄμ／ｄλ）・Δλ …（１２）

次に、スリップ率λは、λ＝（ω−ωｖ）／ωで定義され（但し、ωｖは車輪速度）、これの差分をとると、以下の（１３）式を得ることができる。
Δλ＝（１／ω）・（（ωｖ／ω）・Δω−Δωｖ）
≒（１／ω）・（Δω−Δωｖ） …（１３）

（１２）式に（１３）式を代入することにより、以下の（１４）式を得ることができる。
ΔＡｘ＝ｇ・（ｄμ／ｄλ）・（１／ω）・（Δω−Δωｖ） …（１４）
ここで、（１３）式中の車輪速度ωｖは、車体速度Ｖをタイヤ半径Ｒで除して車輪回転速度に換算したものであるが、一般に４輪駆動車においては計測することができず、本発明においては、前述の（５）式にて、前後加速度Ｇｘから、車両の慣性力、すなわち、車両加速度Ａｘの差分値が抽出できる。すなわち、
Ｒ・Ａｘ＝（ｄωｖ／ｄｔ） …（１５）
従って、
Δ（ｄωｖ／ｄｔ）＝ΔＡｘ／Ｒ …（１６）

そして、（１４）式に、（１０）式、（１６）式を代入することにより、以下の（１７）式を得る。
Δ（ｄＡｘ／ｄｔ）＝ｇ・（ｄμ／ｄλ）・（１／ω）
・（−（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）／（Ｉ・Ｒ）・ΔＡｘ＋ΔＴ／Ｉ） …（１７）
上述の（１７）式において、
Ａ＝−ｇ・（ｄμ／ｄλ）・（１／ω）・（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）／（Ｉ・Ｒ）…（１８）
Ｂ＝ｇ・（ｄμ／ｄλ）・（１／ω）・（１／Ｉ） …（１９）
とおくことにより、前述の（８）式に示す状態方程式を得ることができる。

そして、上述の状態方程式のＡ、Ｂの値は、所謂、パラメータ同定の手法を用いてリアルタイムに推定することが可能である。例えば、再帰的最小二乗同定法（Recursive Least Square method）：ＲＬＳ法を用いる場合、
Δ（ｄＡｘ／ｄｔ）＝ｙ(k) …（２０）

とおくと、上述の（８）式の状態方程式は、以下の（２３）式で表現され、
ｙ(k)＝ｐ(k-1)^Ｔ・φ(k-1) …（２３）
上述の（２３）式に対して以下の漸化式、（２４）式を用いて係数φの推定値φｅを求めるのである。

φe(k)＝φe(k-1)−（Ｆ(k-1)・ｐ(k)）／（ｆ＋ｐ(k)^Ｔ・Ｆ(k-1)・ｐ(k)）
・（ｐ(k)・φe(k-1)−ｙ(k)） …（２４）
ここで、ｆは、所謂、忘却関数であり、Ｆ(k)は、以下の（２５）式で与えられる。

Ｆ(k)＝（１／ｆ）・（Ｆ(k-1)−（Ｆ(k-1)・ｐ(k)・ｐ(k)^Ｔ・Ｆ(k-1)）
／（ｆ＋ｐ(k)^Ｔ・Ｆ(k-1)・ｐ(k)）） …（２５）

前述の（８）式における第１の判定係数Ａ、及び、第２の判定係数Ｂは、（１８）式、（１９）式に示すように、共に（ｄμ／ｄλ）を含む係数となっている。この（ｄμ／ｄλ）は、図４に示すように、タイヤのグリップ状態を示す変数であり、タイヤのスリップ率−等価的な路面摩擦係数μ（若しくは、制動力／タイヤ接地荷重）上での傾きである。

例えば、（ｄμ／ｄλ）が、高μ路における（ｄμ／ｄλ）の値で、タイヤが駆動力を発生している場合、十分なグリップを保っていると見なすことができる。また、（ｄμ／ｄλ）が０に近い場合、タイヤはグロススリップ状態にあり、何らかのスリップを抑止する手段を作動させる必要があると判定することができる。更に、（ｄμ／ｄλ）の値が低μ路における（ｄμ／ｄλ）に近いと判定された場合は、車両は滑りやすい路面を走行している推定できるので各種すべり防止装置の待機状態を高め、スリップ発生と共に即すべり防止装置を作動させることができる。

路面状態判定部２ｆでは、このような（ｄμ／ｄλ）の値を含む第１の判定係数Ａ、或いは、第２の判定係数Ｂを判定することにより、路面状態を判定するようになっている。すなわち、路面状態判定部２ｆは、路面状態判定手段として設けられている。

第１の判定係数Ａを用いる場合、具体的には、以下のように判定する。
・｜Ａ｜≧ＫAHの場合、路面は高μ路
・ＫAH＞｜Ａ｜≧ＫALの場合、路面は中μ路
・｜Ａ｜＜ＫALの場合、路面は低μ路
尚、ＫAH、ＫALは、予め実験、計算等により求めておいた定数（判定閾値）であり、ＫAH＞ＫALである。

また、第２の判定係数Ｂを用いる場合、具体的には、以下のように判定する。
・｜Ｂ｜≧ＫBHの場合、路面は高μ路
・ＫBH＞｜Ｂ｜≧ＫBLの場合、路面は中μ路
・｜Ｂ｜＜ＫBLの場合、路面は低μ路
尚、ＫBH、ＫBLは、予め実験、計算等により求めておいた定数（判定閾値）であり、ＫBH＞ＫBLである。

尚、本実施の形態では、予め設定した閾値ＫAH、ＫALと第１の判定係数Ａとを比較し、或いは、予め設定した閾値ＫBH、ＫBLと第２の判定係数Ｂとを比較して、３段階に路面摩擦係数μを判定するようにしているが、閾値を一つとして２段階に路面摩擦係数μを判定するようにしても良く、逆に、より多くの閾値を設定して、これらの閾値と比較することにより、路面摩擦係数μをより細かく判定するようにしても良い。

また、上述の判定閾値ＫAH、ＫAL、ＫBH、ＫBLは、定数では無く、車速Ｖ（車輪速度ω：例えば、４輪車輪速の平均値）で補正した値を用いても良い。この場合、判定閾値ＫAH、ＫAL、ＫBH、ＫBLは、それぞれが判定する路面摩擦係数μの値、すなわち、ＫAH、ＫBHで判定する路面摩擦係数μの値のときの（ｄμ／ｄλ）を（ｄμ／ｄλ）Ｈ、ＫAL、ＫBLで判定する路面摩擦係数μの値のときの（ｄμ／ｄλ）を（ｄμ／ｄλ）Ｌとすると、前述の（１８）式、（１９）式により、以下の（２６）〜（２９）式により演算して設定することができる。

ＫAH＝−ｇ・（ｄμ／ｄλ）Ｈ・（１／ω）・（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）
／（Ｉ・Ｒ） …（２６）
ＫAL＝−ｇ・（ｄμ／ｄλ）Ｌ・（１／ω）・（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）
／（Ｉ・Ｒ） …（２７）
ＫBH＝ｇ・（ｄμ／ｄλ）Ｈ・（１／ω）・（１／Ｉ） …（２８）
ＫBL＝ｇ・（ｄμ／ｄλ）Ｌ・（１／ω）・（１／Ｉ） …（２９）
こうした、車輪速度ωによる補正を加えて判定閾値を設定し、路面状態を設定するようにすれば、より精度の良い路面状態の推定が可能となる。

このように、路面状態判定部２ｆにて判定した路面状態（路面摩擦係数μ）は、例えば、図示しない外部表示装置に出力され、インストルメントパネルでの表示等によりドライバの注意を喚起するように用いられる。或いは、エンジン制御部、トランスミッション制御部、駆動力配分制御部、ブレーキ制御部（何れも図示せず）等に出力されて、各制御部における制御量の設定に寄与される。

次に、上述の路面状態推定装置１の制御部２で実行される路面状態推定プログラムを、図２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、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θth、タービン回転数Ｎｔ、トランスミッションギヤ比ｉ、前後加速度Ｇｘを読み込む。

次に、Ｓ１０２に進み、駆動トルク演算部２ａで、前述の（３）式により、駆動トルクＴ(n)を演算する。

次いで、Ｓ１０３に進み、駆動トルク差分値演算部２ｂで、前述の（４）式により、駆動トルク差分値ΔＴ(n)を演算する。

次に、Ｓ１０４に進み、慣性力差分値演算部２ｃで、前述の（５）式により、車両の慣性力差分値ΔＡx(n)を演算する。

次いで、Ｓ１０５に進み、慣性力変化量差分値演算部２ｄで、前述の（７）式により、車両の慣性力変化量差分値Δ（ｄＡx／ｄｔ）(n)を演算する。

次に、Ｓ１０６に進み、判定係数演算部２ｅで、前述の（８）式に示す状態方程式を解いて、第１の判定係数Ａ、或いは、第２の判定係数Ｂを推定する。

そして、Ｓ１０７に進み、路面状態判定部２ｆで、第１の判定係数Ａ、或いは、第２の判定係数Ｂをそれぞれの判定閾値（ＫAH、ＫAL、或いは、ＫBH、ＫBL）と比較して路面状態を判定し、結果を出力してプログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の第１形態によれば、駆動トルク差分値ΔＴ、車両の慣性力差分値ΔＡx、車両の慣性力変化量差分値Δ（ｄＡx／ｄｔ）を演算し、ΔＡｘを状態変数、ΔＴを入力変数とする状態方程式を基に、ΔＡｘに乗算する第１の判定係数Ａ、或いは、ΔＴに乗算する第２の判定係数Ｂを推定し、この第１の判定係数Ａ、或いは、第２の判定係数Ｂを基に路面状態を判定するようになっている。このため、タイヤのグリップ限界のみならず、広範な走行領域での路面状態の推定が可能となっている。また、たとえ、道路勾配のある路面を走行する場合であっても、道路勾配による誤差を含むことなく精度良く路面状態を推定することが可能である。

次に、本発明の実施の第２形態について説明する。
図５及び図６は本発明の実施の第２形態を示し、図５は路面状態推定装置の構成を示す機能ブロック図、図６は路面状態推定プログラムのフローチャートである。尚、本実施の第２形態は、路面状態を判定する判定係数をパルス伝達関数を解くことにより求めることが前記第１形態と異なり、他の構成、作用は前記第１形態と同様であるので、同じ構成には同じ符号を記し、説明は省略する。

図５において、符号１１は車両に搭載され、路面状態を推定する路面状態推定装置を示し、この路面状態推定装置１１には、制御部１２に、エンジン制御部３、トランスミッション制御部４、及び、前後加速度検出手段としての前後加速度センサ５が接続され、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θth、タービン回転数Ｎｔ、トランスミッションギヤ比ｉ、前後加速度Ｇｘが入力される。

そして、路面状態推定装置１１の制御部１２は、上述の各入力信号に基づき、後述する路面状態推定プログラムを実行し、路面状態（本実施の形態では路面摩擦係数μ）を推定して出力する。すなわち、制御部１２は、図５に示すように、駆動トルク演算部２ａ、駆動トルク差分値演算部２ｂ、慣性力差分値演算部２ｃ、判定係数演算部１２ａ、路面状態判定部１２ｂから主要に構成されている。

判定係数演算部１２ａは、駆動トルク差分値演算部２ｂから駆動トルク差分値ΔＴが、慣性力差分値演算部２ｃから車両の慣性力差分値ΔＡｘが入力される。そして、以下（３０）式に示す、パルス伝達関数を基に、ΔＡｘに乗算する第３の判定係数Ｐ、或いは、ΔＴに乗算する第４の判定係数Ｑを推定し、路面状態判定部１２ｂに出力する。すなわち、判定係数演算部１２ａは、判定係数演算手段として設けられている。
ΔＡx(n+1)＝Ｐ・ΔＡx(n)＋Ｑ・ΔＴ(n) …（３０）

パルス伝達関数の特徴として、前述の（８）式の状態方程式における第１の判定係数Ａ、第２の判定係数Ｂと、上述の（３０）式中の判定係数Ｐ、Ｑとは、以下の（３１）式、（３２）式で示す関係があることが知られている。
Ｐ＝ｅｘｐ（Ａ・τ） …（３１）
Ｑ＝Ｂ・（ｅｘｐ（Ａ・τ）−１）／Ａ
＝Ｒ／（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）・（１−ｅｘｐ（Ａ・τ）） …（３２）
ここで、τはサンプリングタイムである。

従って、判定係数Ｐ、Ｑには、タイヤのグリップ状態を示す、（ｄμ／ｄλ）が含まれており、タイヤがスリップに近づくと、Ｐ→１、Ｑ→０に近づくことで路面状態を検出することができるのである。

ここで、判定係数Ｐ、Ｑを推定する方法として、前述のＲＬＳ法や固定トレース法などのパラメータ同定手法が広く知られているので、これらを用いて推定することができる。例えば、前述のＲＬＳ法を用いる場合、
ΔＡx(n+1)＝ｙ(k) …（３３）

とおくことにより、前述の（２３）式における係数φを（２４）式により推定する。

路面状態判定部１２ｂは、判定係数演算部１２ａから入力される第３の判定係数Ｐ、或いは、第４の判定係数Ｑを判定することにより、路面状態を判定するようになっている。すなわち、路面状態判定部１２ｂは、路面状態判定手段として設けられている。

第３の判定係数Ｐを用いる場合、具体的には、以下のように判定する。
・Ｐ≧ＫPHの場合、路面は低μ路
・ＫPH＞Ｐ≧ＫPLの場合、路面は中μ路
・Ｐ＜ＫPLの場合、路面は高μ路
尚、ＫPH、ＫPLは、予め実験、計算等により求めておいた定数（判定閾値）であり、ＫPH＞ＫPLである。

また、第４の判定係数Ｑを用いる場合、具体的には、以下のように判定する。
・Ｑ≧ＫQHの場合、路面は高μ路
・ＫQH＞Ｑ≧ＫQLの場合、路面は中μ路
・Ｑ＜ＫQLの場合、路面は低μ路
尚、ＫQH、ＫQLは、予め実験、計算等により求めておいた定数（判定閾値）であり、ＫQH＞ＫQLである。

尚、本実施の形態では、予め設定した閾値ＫPH、ＫPLと第３の判定係数Ｐとを比較し、或いは、予め設定した閾値ＫQH、ＫQLと第４の判定係数Ｑとを比較して、３段階に路面摩擦係数μを判定するようにしているが、閾値を一つとして２段階に路面摩擦係数μを判定するようにしても良く、逆に、より多くの閾値を設定して、これらの閾値と比較することにより、路面摩擦係数μをより細かく判定するようにしても良い。

また、上述の判定閾値ＫPH、ＫPL、ＫQH、ＫQLは、定数では無く、車速Ｖ（車輪速度ω：例えば、４輪車輪速の平均値）で補正した値を用いても良い。この場合、判定閾値ＫPH、ＫPL、ＫQH、ＫQLは、それぞれが判定する路面摩擦係数μの値、すなわち、ＫPH、ＫQLで判定する路面摩擦係数μの値のときの（ｄμ／ｄλ）を（ｄμ／ｄλ）Ｌ、ＫPL、ＫQHで判定する路面摩擦係数μの値のときの（ｄμ／ｄλ）を（ｄμ／ｄλ）Ｈとすると、前述の（１８）式、（１９）式、（３１）式、（３２）式により、以下の（３５）〜（３８）式により演算して設定することができる。

ＫPH＝ｅｘｐ（−ｇ・（ｄμ／ｄλ）Ｌ・（１／ω）・（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）・τ
／（Ｉ・Ｒ）） …（３５）
ＫPL＝ｅｘｐ（−ｇ・（ｄμ／ｄλ）Ｈ・（１／ω）・（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）・τ
／（Ｉ・Ｒ）） …（３６）
ＫQH＝Ｒ／（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）・（１−ｅｘｐ（−ｇ・（ｄμ／ｄλ）Ｈ
・（１／ω）・（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）・τ／（Ｉ・Ｒ）） …（３７）
ＫQL＝Ｒ／（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）・（１−ｅｘｐ（−ｇ・（ｄμ／ｄλ）Ｌ
・（１／ω）・（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）・τ／（Ｉ・Ｒ）） …（３８）
こうした、車輪速度ωによる補正を加えて判定閾値を設定し、路面状態を設定するようにすれば、より精度の良い路面状態の推定が可能となる。

このように、路面状態判定部１２ｂにて判定した路面状態（路面摩擦係数μ）は、例えば、図示しない外部表示装置に出力され、インストルメントパネルでの表示等によりドライバの注意を喚起するように用いられる。或いは、エンジン制御部、トランスミッション制御部、駆動力配分制御部、ブレーキ制御部（何れも図示せず）等に出力されて、各制御部における制御量の設定に寄与される。

次に、上述の路面状態推定装置１１の制御部１２で実行される路面状態推定プログラムを、図６のフローチャートで説明する。
まず、Ｓ１０１で、必要パラメータ、すなわち、エンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度θth、タービン回転数Ｎｔ、トランスミッションギヤ比ｉ、前後加速度Ｇｘを読み込む。

次に、Ｓ２０１に進み、判定係数演算部１２ａで、前述の（３０）式に示すパルス伝達関数を解いて、第３の判定係数Ｐ、或いは、第４の判定係数Ｑを推定する。

そして、Ｓ２０２に進み、路面状態判定部１２ｂで、第３の判定係数Ｐ、或いは、第４の判定係数Ｑをそれぞれの判定閾値（ＫPH、ＫPL、或いは、ＫQH、ＫQL）と比較して路面状態を判定し、結果を出力してプログラムを抜ける。

このように、本発明の実施の第２形態によれば、駆動トルク差分値ΔＴ、車両の慣性力差分値ΔＡxを演算し、パルス伝達関数を基に、ΔＡｘに乗算する第３の判定係数Ｐ、或いは、ΔＴに乗算する第４の判定係数Ｑを推定し、この第３の判定係数Ｐ、或いは、第４の判定係数Ｑを基に路面状態を判定するようになっている。このため、前述の第１形態と同様、タイヤのグリップ限界のみならず、広範な走行領域での路面状態の推定が可能となっている。また、たとえ、道路勾配のある路面を走行する場合であっても、道路勾配による誤差を含むことなく精度良く路面状態を推定することが可能である。

また、本実施の第２形態では、パルス伝達関数を基に路面状態を推定するようになっているので、前後加速度の時間微分値を求める必要がない。一般に、前後加速度の時間微分値を直接計測することは難しい。前後加速度の時間微分値は、前後加速度センサの時系列の計測値からデータを微分して計算することが可能であるが、前後加速度は変化が激しく、信頼性のある微分結果を得るためには、前後加速度センサからの信号にフィルタ処理を施す必要があり、応答性に悪影響を及ぼすことが避けられない。前後加速度の時間微分値である加加速度を直接計測するためのセンサ原理が特開２００６−０２３２８７号公報等で開示されており、このようなセンサを用いれば信頼性の高いデータを得ることも可能であるが、特異なセンサを追加することによるコストアップ等の問題が発生してしまう。本実施の第２形態によれば、こうしたセンサ追加も必要なく、精度良く路面状態を推定することが可能となる。

尚、本実施の第１、第２形態では、特に、路面状態の推定が難しい４輪駆動車を例に説明したが、２輪駆動（前輪駆動、或いは、後輪駆動）車にも適用可能である。その場合、駆動力を路面に伝達しない、従動輪の回転数情報より前後加速度Ｇｘを高精度に推定して、前後加速度センサ無しにＡｘと（ｄＡｘ／ｄｔ）を得ることが出来るほか、駆動輪が分担する車重をｍｄとして、例えば前述の（１７）式は、以下の（３９）式で与えられる。
Δ（ｄＡｘ／ｄｔ）＝（ｍｄ／ｍ）・ｇ・（ｄμ／ｄλ）・（１／ω）
・（−（ｍ・Ｒ^２＋Ｉ）／（Ｉ・Ｒ）・ΔＡｘ＋ΔＴ／Ｉ） …（３９）
すなわち、駆動輪が分担する車重の割合を考慮して、他の式も変形すれば、前述と同様の原理で、状態方程式により得られる判定係数（第１形態）、或いは、パルス伝達関数により得られる判定係数（第２形態）で路面状態が推定できる。

本発明の実施の第１形態による、路面状態推定装置の構成を示す機能ブロック図同上、路面状態推定プログラムのフローチャート同上、車両モデルにおける各パラメータの説明図同上、路面摩擦係数とスリップ率の特性曲線の説明図本発明の実施の第２形態による、路面状態推定装置の構成を示す機能ブロック図同上、路面状態推定プログラムのフローチャート

符号の説明

１路面状態推定装置
２制御部
２ａ駆動トルク演算部（駆動トルク検出手段）
２ｂ駆動トルク差分値演算部（駆動トルク差分値演算手段）
２ｃ慣性力差分値演算部（慣性力差分値演算手段）
２ｄ慣性力変化量差分値演算部（慣性力変化量差分値演算手段）
２ｅ判定係数演算部（判定係数演算手段）
２ｆ路面状態判定部（路面状態判定手段）
３エンジン制御部
４トランスミッション制御部
５前後加速度センサ（前後加速度検出手段）

Claims

エンジンの駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段と、
車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段と、
今回検出したエンジンの駆動トルクと過去に検出したエンジンの駆動トルクとの差を駆動トルク差分値として演算する駆動トルク差分値演算手段と、
上記前後加速度を基に、今回の車両の慣性力と過去の車両の慣性力との差を慣性力差分値として演算する慣性力差分値演算手段と、
上記前後加速度を基に、今回の車両の慣性力変化量と過去の車両の慣性力変化量との差を慣性力変化量差分値として演算する慣性力変化量差分値演算手段と、
上記慣性力差分値に第１の判定係数を乗じた演算項に上記駆動トルク差分値に第２の判定係数を乗じた演算項を加算して上記慣性力変化量差分値に関する状態方程式を形成し、上記第１の判定係数と上記第２の判定係数の少なくとも一方を演算する判定係数演算手段と、
上記第１の判定係数と上記第２の判定係数の少なくとも一方に基づいて路面状態を判定する路面状態判定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面状態推定装置。
エンジンの駆動トルクを検出する駆動トルク検出手段と、
車両の前後加速度を検出する前後加速度検出手段と、
今回検出したエンジンの駆動トルクと過去に検出したエンジンの駆動トルクとの差を駆動トルク差分値として演算する駆動トルク差分値演算手段と、
上記前後加速度を基に、今回の車両の慣性力と過去の車両の慣性力との差を慣性力差分値として演算する慣性力差分値演算手段と、
上記慣性力差分値に第３の判定係数を乗じた演算項に上記駆動トルク差分値に第４の判定係数を乗じた演算項を加算して上記慣性力差分値に関するパルス伝達関数を形成し、上記第３の判定係数と上記第４の判定係数の少なくとも一方を演算する判定係数演算手段と、
上記第３の判定係数と上記第４の判定係数の少なくとも一方に基づいて路面状態を判定する路面状態判定手段と、
を備えたことを特徴とする車両の路面状態推定装置。
上記路面状態判定手段は、上記各判定係数に基づいて路面状態を判定する場合、該判定係数と予め車速に応じて可変設定する判定閾値とを比較して路面状態を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の車両の路面状態推定装置。