JP3271945B2 - 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Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、幅広い運転領域で
適切に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。
適切に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、正確な路面摩擦係数を推定する必
要がある。
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。
【０００３】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。
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。
【０００４】上記特開平８−２２７４号公報に記載の技
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。
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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の適応制
御理論を応用した路面摩擦係数推定方法は、振動的、周
期的な操舵入力を前提としたものであり、一般的な走行
状態では、常に振動的、周期的な操舵入力があるとは限
らず、タイヤ特性の推定に有効な信号が乏しい。さら
に、操舵信号検出のための車載センサの分解能の限界に
より、微小操舵時の正確な路面摩擦係数推定は難しいと
いう新たな課題が生じた。
御理論を応用した路面摩擦係数推定方法は、振動的、周
期的な操舵入力を前提としたものであり、一般的な走行
状態では、常に振動的、周期的な操舵入力があるとは限
らず、タイヤ特性の推定に有効な信号が乏しい。さら
に、操舵信号検出のための車載センサの分解能の限界に
より、微小操舵時の正確な路面摩擦係数推定は難しいと
いう新たな課題が生じた。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、路面摩擦係数の推定が困難な微小操舵領域において
も、確実に、高精度な路面摩擦係数の推定を行うことが
可能な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。
で、路面摩擦係数の推定が困難な微小操舵領域において
も、確実に、高精度な路面摩擦係数の推定を行うことが
可能な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。
【０００７】
【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、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
予め設定しておいた路面摩擦係数の高い路面における車
両の運動方程式に基づく車両運動モデルにより、検出し
た車両運転状態に対応する車体すべり角を高μ路基準車
体すべり角として演算するとともに、予め設定しておい
た路面摩擦係数の低い路面における車両の運動方程式に
基づく車両運動モデルにより、検出した車両運転状態に
対応する車体すべり角を低μ路基準車体すべり角として
演算する基準車体すべり角演算手段と、検出した車両運
転状態を基に推定される車体すべり角を演算する推定車
体すべり角演算手段と、上記高μ路基準車体すべり角と
上記低μ路基準車体すべり角と上記推定車体すべり角を
基に、予め定めておいたこれら各車体すべり角間の関係
により推定される路面摩擦係数を演算する路面摩擦係数
演算手段とを備えたものである。
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、車両の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
予め設定しておいた路面摩擦係数の高い路面における車
両の運動方程式に基づく車両運動モデルにより、検出し
た車両運転状態に対応する車体すべり角を高μ路基準車
体すべり角として演算するとともに、予め設定しておい
た路面摩擦係数の低い路面における車両の運動方程式に
基づく車両運動モデルにより、検出した車両運転状態に
対応する車体すべり角を低μ路基準車体すべり角として
演算する基準車体すべり角演算手段と、検出した車両運
転状態を基に推定される車体すべり角を演算する推定車
体すべり角演算手段と、上記高μ路基準車体すべり角と
上記低μ路基準車体すべり角と上記推定車体すべり角を
基に、予め定めておいたこれら各車体すべり角間の関係
により推定される路面摩擦係数を演算する路面摩擦係数
演算手段とを備えたものである。
【０００８】上記請求項１記載の車両の路面摩擦係数推
定装置は、運転状態検出手段で車両の運転状態を検出
し、基準車体すべり角演算手段で予め設定しておいた路
面摩擦係数の高い路面における車両の運動方程式に基づ
く車両運動モデルにより、検出した車両運転状態に対応
する車体すべり角を高μ路基準車体すべり角として演算
するとともに、予め設定しておいた路面摩擦係数の低い
路面における車両の運動方程式に基づく車両運動モデル
により、検出した車両運転状態に対応する車体すべり角
を低μ路基準車体すべり角として演算する。また、推定
車体すべり角演算手段では、検出した車両運転状態を基
に推定される車体すべり角を演算する。そして、路面摩
擦係数演算手段で上記高μ路基準車体すべり角と上記低
μ路基準車体すべり角と上記推定車体すべり角を基に、
予め定めておいたこれら各車体すべり角間の関係により
推定される路面摩擦係数を演算する。すなわち、路面摩
擦係数に応じて操舵に対する車体すべり角の応答特性が
大きく変化することを利用する。上記高μ路基準車体す
べり角と上記低μ路基準車体すべり角はそれぞれ車両の
運動方程式に基づく車両運動モデルから演算されるので
実際の車両の動特性が考慮され、これら各基準車体すべ
り角と上記推定車体すべり角を基に精度良く路面摩擦係
数を演算する。
定装置は、運転状態検出手段で車両の運転状態を検出
し、基準車体すべり角演算手段で予め設定しておいた路
面摩擦係数の高い路面における車両の運動方程式に基づ
く車両運動モデルにより、検出した車両運転状態に対応
する車体すべり角を高μ路基準車体すべり角として演算
するとともに、予め設定しておいた路面摩擦係数の低い
路面における車両の運動方程式に基づく車両運動モデル
により、検出した車両運転状態に対応する車体すべり角
を低μ路基準車体すべり角として演算する。また、推定
車体すべり角演算手段では、検出した車両運転状態を基
に推定される車体すべり角を演算する。そして、路面摩
擦係数演算手段で上記高μ路基準車体すべり角と上記低
μ路基準車体すべり角と上記推定車体すべり角を基に、
予め定めておいたこれら各車体すべり角間の関係により
推定される路面摩擦係数を演算する。すなわち、路面摩
擦係数に応じて操舵に対する車体すべり角の応答特性が
大きく変化することを利用する。上記高μ路基準車体す
べり角と上記低μ路基準車体すべり角はそれぞれ車両の
運動方程式に基づく車両運動モデルから演算されるので
実際の車両の動特性が考慮され、これら各基準車体すべ
り角と上記推定車体すべり角を基に精度良く路面摩擦係
数を演算する。
【０００９】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、請求項１記載の車両の路面摩
擦係数推定装置において、上記推定車体すべり角演算手
段は、検出した車両運転状態での車両の実際の挙動と予
め設定した車両の運動方程式に基づく車両運動モデルの
挙動とを比較して、上記推定される車体すべり角を演算
するようにすることで、上記推定される車体すべり角が
精度良く求められ、路面摩擦係数を正確に推定できる。
路面摩擦係数推定装置は、請求項１記載の車両の路面摩
擦係数推定装置において、上記推定車体すべり角演算手
段は、検出した車両運転状態での車両の実際の挙動と予
め設定した車両の運動方程式に基づく車両運動モデルの
挙動とを比較して、上記推定される車体すべり角を演算
するようにすることで、上記推定される車体すべり角が
精度良く求められ、路面摩擦係数を正確に推定できる。
【００１０】さらに、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、請求項２記載の車両の路面
摩擦係数推定装置において、上記推定車体すべり角演算
手段は、上記車両の実際の挙動で実際の車体すべり角を
演算し、この実際の車体すべり角を上記車両運動モデル
で推定した車体すべり角との比較に用いる際は、上記実
際の車体すべり角を上記基準車体すべり角演算手段で演
算する上記高μ路基準車体すべり角と上記低μ路基準車
体すべり角とで所定に制限するので、上記推定した車体
すべり角の演算にあたり、ノイズや誤差が大きく含まれ
ることが防止される。
の路面摩擦係数推定装置は、請求項２記載の車両の路面
摩擦係数推定装置において、上記推定車体すべり角演算
手段は、上記車両の実際の挙動で実際の車体すべり角を
演算し、この実際の車体すべり角を上記車両運動モデル
で推定した車体すべり角との比較に用いる際は、上記実
際の車体すべり角を上記基準車体すべり角演算手段で演
算する上記高μ路基準車体すべり角と上記低μ路基準車
体すべり角とで所定に制限するので、上記推定した車体
すべり角の演算にあたり、ノイズや誤差が大きく含まれ
ることが防止される。
【００１１】
【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は推定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は路面摩擦係数推定のフローチャート、図６
は路面摩擦係数推定の一例のタイムチャートである。
施の形態を説明する。図１〜図６は本発明の実施の形態
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は推定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は路面摩擦係数推定のフローチャート、図６
は路面摩擦係数推定の一例のタイムチャートである。
【００１２】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の制御部２には、ハンドル
角センサ３、車速センサ４、横加速度センサ５およびヨ
ーレートセンサ６の運転状態検出手段が接続され、それ
ぞれ、ハンドル角θＨ，車速Ｖ，横加速度ｄ2 ｙ／ｄｔ
2 ，ヨーレート（ヨー角速度）ｄψ／ｄｔが入力される
ようになっている。
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２には、ハンドル
角センサ３、車速センサ４、横加速度センサ５およびヨ
ーレートセンサ６の運転状態検出手段が接続され、それ
ぞれ、ハンドル角θＨ，車速Ｖ，横加速度ｄ2 ｙ／ｄｔ
2 ，ヨーレート（ヨー角速度）ｄψ／ｄｔが入力される
ようになっている。
【００１３】上記制御部２は、基準車体すべり角演算部
１１、推定車体すべり角演算部１２および路面摩擦係数
演算部１３から主要に構成され、精度良く演算した車体
すべり角を基に路面摩擦係数μが推定されるようになっ
ている。
１１、推定車体すべり角演算部１２および路面摩擦係数
演算部１３から主要に構成され、精度良く演算した車体
すべり角を基に路面摩擦係数μが推定されるようになっ
ている。
【００１４】上記基準車体すべり角演算部１１は、上記
ハンドル角センサ３からのハンドル角θＨと上記車速セ
ンサ４からの車速Ｖが入力され、予め設定しておいた路
面摩擦係数μの高い路面（高μ路）における車両の運動
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θＨ，車速Ｖに対応する車体すべり角を高μ路基準
車体すべり角βＨとして演算するとともに、予め設定し
ておいた路面摩擦係数μの低い路面（低μ路）における
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θＨ，車速Ｖに対応する車体すべり角を
低μ路基準車体すべり角βＬとして演算して、上記推定
車体すべり角演算部１２および上記路面摩擦係数演算部
１３に出力する基準車体すべり角演算手段として形成さ
れている。
ハンドル角センサ３からのハンドル角θＨと上記車速セ
ンサ４からの車速Ｖが入力され、予め設定しておいた路
面摩擦係数μの高い路面（高μ路）における車両の運動
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θＨ，車速Ｖに対応する車体すべり角を高μ路基準
車体すべり角βＨとして演算するとともに、予め設定し
ておいた路面摩擦係数μの低い路面（低μ路）における
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θＨ，車速Ｖに対応する車体すべり角を
低μ路基準車体すべり角βＬとして演算して、上記推定
車体すべり角演算部１２および上記路面摩擦係数演算部
１３に出力する基準車体すべり角演算手段として形成さ
れている。
【００１５】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ｄ2 ｙ／
ｄｔ2 とすると、 ２・Ｃｆ＋２・Ｃｒ＝Ｍ・（ｄ2 ｙ／ｄｔ2 ） …（１） となる。
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ｄ2 ｙ／
ｄｔ2 とすると、 ２・Ｃｆ＋２・Ｃｒ＝Ｍ・（ｄ2 ｙ／ｄｔ2 ） …（１） となる。
【００１６】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ｄ2 ψ／ｄｔ2 として、以下の（２）式で示され
る。 ２・Ｃｆ・Ｌｆ−２・Ｃｒ・Ｌｒ＝Ｉｚ・（ｄ2 ψ／ｄｔ2 ） …（２） 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ｄ2 ｙ／ｄｔ2 は、 （ｄ2 ｙ／ｄｔ2 ）＝Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋（ｄψ／ｄｔ）） …（３） で表される。
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ｄ2 ψ／ｄｔ2 として、以下の（２）式で示され
る。 ２・Ｃｆ・Ｌｆ−２・Ｃｒ・Ｌｒ＝Ｉｚ・（ｄ2 ψ／ｄｔ2 ） …（２） 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ｄ2 ｙ／ｄｔ2 は、 （ｄ2 ｙ／ｄｔ2 ）＝Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋（ｄψ／ｄｔ）） …（３） で表される。
【００１７】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） 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。
となる。 ２・Ｃｆ＋２・Ｃｒ＝Ｍ・Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋（ｄψ／ｄｔ）） …（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。
【００１８】 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は前後輪の横すべり角である。
αｆ，αｒは前後輪の横すべり角である。
【００１９】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
横すべり角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。
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
横すべり角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。
【００２０】 αｆ＝δｆ−（β＋Ｌｆ・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ） ＝（θＨ／ｎ）−（β＋Ｌｆ・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ） …（７） αｒ＝δｒ−（β−Ｌｒ・（ｄψ／ｄｔ）／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 （ｄψ／ｄｔ）］T ｕ(t) ＝［θＨ δｒ］T ａ11＝−２・（Ｋｆ＋Ｋｒ）／（Ｍ・Ｖ） ａ12＝−１．０−２・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／
（Ｍ・Ｖ2 ） ａ21＝−２・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／Ｉｚ ａ22＝−２・（Ｌｆ2 ・Ｋｆ＋Ｌｒ2 ・Ｋｒ）／（Ｉｚ
・Ｖ） ｂ11＝２・Ｋｆ／（Ｍ・Ｖ・ｎ） ｂ12＝２・Ｋｒ／（Ｍ・Ｖ） ｂ21＝２・Ｌｆ・Ｋｆ／Ｉｚ ｂ22＝−２・Ｌｒ・Ｋｒ／Ｉｚ そして上記（９）式における等価コーナリングパワＫ
ｆ，Ｋｒを以下の（１０）、（１１）式のようにおくこ
とで、ハンドル角θＨに対する高μ路基準車体すべり角
βＨと低μ路基準車体すべり角βＬが演算できるのであ
る。
（Ｍ・Ｖ2 ） ａ21＝−２・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／Ｉｚ ａ22＝−２・（Ｌｆ2 ・Ｋｆ＋Ｌｒ2 ・Ｋｒ）／（Ｉｚ
・Ｖ） ｂ11＝２・Ｋｆ／（Ｍ・Ｖ・ｎ） ｂ12＝２・Ｋｒ／（Ｍ・Ｖ） ｂ21＝２・Ｌｆ・Ｋｆ／Ｉｚ ｂ22＝−２・Ｌｒ・Ｋｒ／Ｉｚ そして上記（９）式における等価コーナリングパワＫ
ｆ，Ｋｒを以下の（１０）、（１１）式のようにおくこ
とで、ハンドル角θＨに対する高μ路基準車体すべり角
βＨと低μ路基準車体すべり角βＬが演算できるのであ
る。
【００２１】Ｋf0，Ｋr0を等価コーナリングパワ基準値
（例えば、高μ路でのサマータイヤでの値）として、 Ｋｆ' ＝Ｋf0・μ …（１０） Ｋｒ' ＝Ｋr0・μ …（１１） そして、例えば、μ＝１．０として計算することにより
高μ路基準車体すべり角βＨ、μ＝０．５として計算す
ることにより低μ路基準車体すべり角βＬを演算する。
（例えば、高μ路でのサマータイヤでの値）として、 Ｋｆ' ＝Ｋf0・μ …（１０） Ｋｒ' ＝Ｋr0・μ …（１１） そして、例えば、μ＝１．０として計算することにより
高μ路基準車体すべり角βＨ、μ＝０．５として計算す
ることにより低μ路基準車体すべり角βＬを演算する。
【００２２】このように基準車体すべり角βＨ，βＬの
演算に車両運動モデルを用いることにより、基準車体す
べり角βＨ，βＬに実車の動特性が反映される。
演算に車両運動モデルを用いることにより、基準車体す
べり角βＨ，βＬに実車の動特性が反映される。
【００２３】上記推定車体すべり角演算部１２は、上記
ハンドル角センサ３からのハンドル角θＨ、車速センサ
４からの車速Ｖ、横加速度センサ５からの横加速度ｄ2
ｙ／ｄｔ2 、ヨーレートセンサ６からのヨーレートｄψ
／ｄｔおよび上記基準車体すべり角演算部１１から高μ
路基準車体すべり角βＨ、低μ路基準車体すべり角βＬ
が入力され、実際の車両の挙動をフィードバックしつ
つ、車両運動モデルによって車体すべり角（推定車体す
べり角）βをオブザーバによって演算する推定車体すべ
り角演算手段としてのものである。
ハンドル角センサ３からのハンドル角θＨ、車速センサ
４からの車速Ｖ、横加速度センサ５からの横加速度ｄ2
ｙ／ｄｔ2 、ヨーレートセンサ６からのヨーレートｄψ
／ｄｔおよび上記基準車体すべり角演算部１１から高μ
路基準車体すべり角βＨ、低μ路基準車体すべり角βＬ
が入力され、実際の車両の挙動をフィードバックしつ
つ、車両運動モデルによって車体すべり角（推定車体す
べり角）βをオブザーバによって演算する推定車体すべ
り角演算手段としてのものである。
【００２４】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) …（１２） オブザーバの構成は次のようになる。
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) …（１２） オブザーバの構成は次のようになる。
【００２５】 （ｄｘ'(t)／ｄｔ）＝（Ａ−Ｋ・Ｃ）・ｘ'(t)＋Ｋ・ｙ(t) ＋Ｂ・ｕ(t) …（１３） ここで、ｘ'(t)の「’」は推定値であることを示す。
【００２６】あるいは、 （ｄｘ'(t)／ｄｔ）＝Ａ・ｘ'(t)＋Ｂ・ｕ(t) −Ｋ・Ｃ・（ｘ' −ｘ） …（１４） 上記（１４）式を車両運動モデルに適用すると、 であり、上記（１４）式は以下となる。 （ｄｘ'(t)／ｄｔ）＝Ａ・ｘ'(t)＋Ｂ・ｕ(t) −Ｋ・（ｘ' −ｘ） …（１６） 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。
−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。
【００２７】そして、ｕ(t) ＝［θＨ δｒ］T ，ｘ
(t) ＝［β （ｄψ／ｄｔ）］T であるから、前輪舵角
δｆのみ変化するオブザーバ１２ａ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。
(t) ＝［β （ｄψ／ｄｔ）］T であるから、前輪舵角
δｆのみ変化するオブザーバ１２ａ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。
【００２８】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（上記ヨー
レートセンサ６からのヨーレート）と実車体すべり角演
算部１２ｂ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。
体すべり角βは、それぞれ実際のヨーレート（上記ヨー
レートセンサ６からのヨーレート）と実車体すべり角演
算部１２ｂ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。
【００２９】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。
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。
【００３０】ここで、上記実車体すべり角演算部１２ｂ
は、上記オブザーバ１２ａ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（１７）式で演算する。 β' ＝∫（（ｄ2 ｙ／ｄｔ2 ）／Ｖ−（ｄψ／ｄｔ））ｄｔ …（１７） このため、上記（１７）式で求めた実車体すべり角β'
の累積誤差を取り除くため、以下の（１８），（１９）
式で示される領域に制限し、この制限領域に収まらない
場合は、例えば、下限値より小さい場合は実車体すべり
角β' を下限値に、上限値より大きい場合は実車体すべ
り角β' を上限値に設定する。このようにすることで、
センサノイズやオフセットが積分されることによる累積
誤差が除去され、正確な実車体すべり角β' が求められ
るようになっている。
は、上記オブザーバ１２ａ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（１７）式で演算する。 β' ＝∫（（ｄ2 ｙ／ｄｔ2 ）／Ｖ−（ｄψ／ｄｔ））ｄｔ …（１７） このため、上記（１７）式で求めた実車体すべり角β'
の累積誤差を取り除くため、以下の（１８），（１９）
式で示される領域に制限し、この制限領域に収まらない
場合は、例えば、下限値より小さい場合は実車体すべり
角β' を下限値に、上限値より大きい場合は実車体すべ
り角β' を上限値に設定する。このようにすることで、
センサノイズやオフセットが積分されることによる累積
誤差が除去され、正確な実車体すべり角β' が求められ
るようになっている。
【００３１】上述したように、高μ路基準車体すべり角
βＨがμ＝１．０、低μ路基準車体すべり角βＬがμ＝
０．５の値として、 βＨ≦β' ≦（βＬ＋０．８・（βＬ−βＨ））：但し、βＨ＜βＬ …（１８） （βＬ＋０．８・（βＬ−βＨ））≦β' ≦βＨ：但し、βＨ＞βＬ …（１９） ここで、（βＬ＋０．８・（βＬ−βＨ））は、μ＝
０．１での車体すべり角に相当する。
βＨがμ＝１．０、低μ路基準車体すべり角βＬがμ＝
０．５の値として、 βＨ≦β' ≦（βＬ＋０．８・（βＬ−βＨ））：但し、βＨ＜βＬ …（１８） （βＬ＋０．８・（βＬ−βＨ））≦β' ≦βＨ：但し、βＨ＞βＬ …（１９） ここで、（βＬ＋０．８・（βＬ−βＨ））は、μ＝
０．１での車体すべり角に相当する。
【００３２】上記路面摩擦係数演算部１３は、上記基準
車体すべり角演算部１１から高μ路基準車体すべり角β
Ｈと低μ路基準車体すべり角βＬが、上記推定車体すべ
り角演算部１２から推定車体すべり角βが入力され、予
め定めておいたこれら各車体すべり角間の関係により、
推定される路面摩擦係数を演算する路面摩擦係数演算手
段としてのものである。
車体すべり角演算部１１から高μ路基準車体すべり角β
Ｈと低μ路基準車体すべり角βＬが、上記推定車体すべ
り角演算部１２から推定車体すべり角βが入力され、予
め定めておいたこれら各車体すべり角間の関係により、
推定される路面摩擦係数を演算する路面摩擦係数演算手
段としてのものである。
【００３３】すなわち、高μ路基準車体すべり角βＨが
μ＝１．０、低μ路基準車体すべり角βＬがμ＝０．５
の値として、推定される路面摩擦係数μ' は、以下の
（２０）式で演算される。
μ＝１．０、低μ路基準車体すべり角βＬがμ＝０．５
の値として、推定される路面摩擦係数μ' は、以下の
（２０）式で演算される。
【００３４】 μ' ＝０．５−０．５・（β−βＬ）／（βＬ−βＨ） …（２０） 尚、｜βＬ−βＨ｜が予め設定しておいた値より小さい
場合は、演算誤差が大きくなるため路面摩擦係数μ' の
推定は行わないようになっている。
場合は、演算誤差が大きくなるため路面摩擦係数μ' の
推定は行わないようになっている。
【００３５】次に、路面摩擦係数μ' 推定についての処
理の流れを、図５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、ハンドル角センサ３から
ハンドル角θＨ、車速センサ４から車速Ｖ、横加速度セ
ンサ５から横加速度ｄ2 ｙ／ｄｔ2 、ヨーレートセンサ
６からヨーレートｄψ／ｄｔを読込み、Ｓ１０２に進
み、車速Ｖが予め設定しておいた設定車速以上か否か判
定する。
理の流れを、図５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、ハンドル角センサ３から
ハンドル角θＨ、車速センサ４から車速Ｖ、横加速度セ
ンサ５から横加速度ｄ2 ｙ／ｄｔ2 、ヨーレートセンサ
６からヨーレートｄψ／ｄｔを読込み、Ｓ１０２に進
み、車速Ｖが予め設定しておいた設定車速以上か否か判
定する。
【００３６】上記Ｓ１０２で車速Ｖが設定車速より小さ
い場合は路面摩擦係数μ' の推定演算はできないためプ
ログラムを終了し、一方、車速Ｖが設定車速以上の場合
はＳ１０３に進む。
い場合は路面摩擦係数μ' の推定演算はできないためプ
ログラムを終了し、一方、車速Ｖが設定車速以上の場合
はＳ１０３に進む。
【００３７】上記Ｓ１０３に進むと、高μ路の路面摩擦
係数の値を、例えば、μ＝１．０として、前記（１
０）、（１１）式により等価コーナリングパワＫｆ' ，
Ｋｒ' を演算し、前記（９）式の状態方程式で示される
車両運動モデルの関係から車体すべり角を演算し、この
値を高μ路基準車体すべり角βＨとして演算する（基準
車体すべり角演算部１１）。
係数の値を、例えば、μ＝１．０として、前記（１
０）、（１１）式により等価コーナリングパワＫｆ' ，
Ｋｒ' を演算し、前記（９）式の状態方程式で示される
車両運動モデルの関係から車体すべり角を演算し、この
値を高μ路基準車体すべり角βＨとして演算する（基準
車体すべり角演算部１１）。
【００３８】次いで、Ｓ１０４に進み、低μ路の路面摩
擦係数の値を、例えば、μ＝０．５として、前記（１
０）、（１１）式により等価コーナリングパワＫｆ' ，
Ｋｒ'を演算し、前記（９）式の状態方程式で示される
車両運動モデルの関係から車体すべり角を演算し、この
値を低μ路基準車体すべり角βＬとして演算する（基準
車体すべり角演算部１１）。
擦係数の値を、例えば、μ＝０．５として、前記（１
０）、（１１）式により等価コーナリングパワＫｆ' ，
Ｋｒ'を演算し、前記（９）式の状態方程式で示される
車両運動モデルの関係から車体すべり角を演算し、この
値を低μ路基準車体すべり角βＬとして演算する（基準
車体すべり角演算部１１）。
【００３９】次に、Ｓ１０５に進み、車速Ｖ、ヨーレー
トｄψ／ｄｔ、横加速度ｄ2 ｙ／ｄｔ2 を基に、前記
（１７）式により、実車体すべり角β' を演算し（推定
車体すべり角演算部１２の実車体すべり角演算部１２
ｂ）、Ｓ１０６に進む。
トｄψ／ｄｔ、横加速度ｄ2 ｙ／ｄｔ2 を基に、前記
（１７）式により、実車体すべり角β' を演算し（推定
車体すべり角演算部１２の実車体すべり角演算部１２
ｂ）、Ｓ１０６に進む。
【００４０】上記Ｓ１０６では、実車体すべり角β'
が、高μ路基準車体すべり角βＨと低μ路基準車体すべ
り角βＬを基に設定される前記（１８），（１９）式の
領域（範囲）にあるか否かの判定が行われ、この領域に
ある場合にはＳ１０８に進み、この領域外の場合はＳ１
０７に進んで実車体すべり角β' を補正（制限）した
後、Ｓ１０８へと進む。
が、高μ路基準車体すべり角βＨと低μ路基準車体すべ
り角βＬを基に設定される前記（１８），（１９）式の
領域（範囲）にあるか否かの判定が行われ、この領域に
ある場合にはＳ１０８に進み、この領域外の場合はＳ１
０７に進んで実車体すべり角β' を補正（制限）した
後、Ｓ１０８へと進む。
【００４１】そして、上記Ｓ１０６で領域外と判定され
て上記Ｓ１０７に進んだ場合の補正は、上記領域の下限
値より小さい場合は実車体すべり角β' を下限値に、上
限値より大きい場合は実車体すべり角β' を上限値に設
定することで行う。
て上記Ｓ１０７に進んだ場合の補正は、上記領域の下限
値より小さい場合は実車体すべり角β' を下限値に、上
限値より大きい場合は実車体すべり角β' を上限値に設
定することで行う。
【００４２】上記Ｓ１０６から、あるいは、上記Ｓ１０
７で補正してからＳ１０８に進むと、実車体すべり角
β' を用いて、推定車体すべり角演算部１２のオブザー
バ１２ａで推定車体すべり角βの演算が行われる。
７で補正してからＳ１０８に進むと、実車体すべり角
β' を用いて、推定車体すべり角演算部１２のオブザー
バ１２ａで推定車体すべり角βの演算が行われる。
【００４３】次に、Ｓ１０９に進み、｜βＬ−βＨ｜が
予め設定しておいた値より大きいか否か判定し、｜βＬ
−βＨ｜が設定値より小さい場合は演算誤差が大きくな
るため路面摩擦係数μ' の推定は行わず、そのままプロ
グラムを終了する。
予め設定しておいた値より大きいか否か判定し、｜βＬ
−βＨ｜が設定値より小さい場合は演算誤差が大きくな
るため路面摩擦係数μ' の推定は行わず、そのままプロ
グラムを終了する。
【００４４】一方、上記Ｓ１０９で、｜βＬ−βＨ｜が
設定値より大きい場合はＳ１１０に進み、推定車体すべ
り角β，高μ路基準車体すべり角βＨ，低μ路基準車体
すべり角βＬを用いて前記（２０）式により路面摩擦係
数μ' を推定する（路面摩擦係数演算部１３）。
設定値より大きい場合はＳ１１０に進み、推定車体すべ
り角β，高μ路基準車体すべり角βＨ，低μ路基準車体
すべり角βＬを用いて前記（２０）式により路面摩擦係
数μ' を推定する（路面摩擦係数演算部１３）。
【００４５】このように、路面摩擦係数に応じて操舵に
対する応答特性が大きく変化する車体すべり角を利用し
て路面摩擦係数を推定するため、従来、路面摩擦係数の
推定が困難な微小操舵領域においても、確実に、高精度
な路面摩擦係数の推定を行うことができるのである。
対する応答特性が大きく変化する車体すべり角を利用し
て路面摩擦係数を推定するため、従来、路面摩擦係数の
推定が困難な微小操舵領域においても、確実に、高精度
な路面摩擦係数の推定を行うことができるのである。
【００４６】図６に路面摩擦係数推定の一例の結果をタ
イムチャートで示す。この例は、高μ路および低μ路を
それぞれ車速６０km/hにて走行中に±１０deg 操舵した
場合の例で、ハンドル角θＨと車速Ｖにより、高μ路を
想定した基準車体すべり角（高μ路基準車体すべり角）
βＨと、低μ路を想定した基準車体すべり角（低μ路基
準車体すべり角）βＬは、図６（ｃ）のように演算され
る。
イムチャートで示す。この例は、高μ路および低μ路を
それぞれ車速６０km/hにて走行中に±１０deg 操舵した
場合の例で、ハンドル角θＨと車速Ｖにより、高μ路を
想定した基準車体すべり角（高μ路基準車体すべり角）
βＨと、低μ路を想定した基準車体すべり角（低μ路基
準車体すべり角）βＬは、図６（ｃ）のように演算され
る。
【００４７】また、ハンドル角θＨを入力して得られる
高μ路での推定車体すべり角βと低μ路での推定車体す
べり角βは、図６（ｂ）のように演算される。
高μ路での推定車体すべり角βと低μ路での推定車体す
べり角βは、図６（ｂ）のように演算される。
【００４８】そして、推定車体すべり角β，高μ路基準
車体すべり角βＨ，低μ路基準車体すべり角βＬから演
算した路面摩擦係数μは、図６（ａ）のように得られ、
従来方法では演算することが困難であった操舵領域で
も、路面摩擦係数μが明確に推定できていることがわか
る。
車体すべり角βＨ，低μ路基準車体すべり角βＬから演
算した路面摩擦係数μは、図６（ａ）のように得られ、
従来方法では演算することが困難であった操舵領域で
も、路面摩擦係数μが明確に推定できていることがわか
る。
【００４９】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
路面摩擦係数に応じて操舵に対する応答特性が大きく変
化する車体すべり角を利用して路面摩擦係数を推定する
ため、従来、路面摩擦係数の推定が困難な微小操舵領域
においても、確実に、高精度な路面摩擦係数の推定を行
うことが可能になる。
路面摩擦係数に応じて操舵に対する応答特性が大きく変
化する車体すべり角を利用して路面摩擦係数を推定する
ため、従来、路面摩擦係数の推定が困難な微小操舵領域
においても、確実に、高精度な路面摩擦係数の推定を行
うことが可能になる。
【図１】路面摩擦係数推定装置の構成を示す機能ブロッ
ク図
ク図
【図２】推定車体すべり角演算部の構成を示す機能ブロ
ック図
ック図
【図３】車両の横運動の２輪モデルを示す説明図
【図４】一般的なオブザーバの構成を示す説明図
【図５】路面摩擦係数推定のフローチャート
【図６】路面摩擦係数推定の一例のタイムチャート
１ 路面摩擦係数推定装置 ２ 制御部 ３ ハンドル角センサ（運転状態検出手段） ４ 車速センサ（運転状態検出手段） ５ 横加速度センサ（運転状態検出手段） ６ ヨーレートセンサ（運転状態検出手段） １１ 基準車体すべり角演算部（基準車体すべり角演
算手段） １２ 推定車体すべり角演算部（推定車体すべり角演
算手段） １３ 路面摩擦係数演算部（路面摩擦係数演算手段）
算手段） １２ 推定車体すべり角演算部（推定車体すべり角演
算手段） １３ 路面摩擦係数演算部（路面摩擦係数演算手段）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−205828（ＪＰ，Ａ) 特開2000−43745（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−58514（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−258652（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−58449（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−268306（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−101434（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−2274（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60T 8/00 B62D 6/00 B60K 17/348 B60G 23/00 G01N 19/02
Claims (3)
- 【請求項１】 車両の運転状態を検出する運転状態検出
手段と、予め設定しておいた路面摩擦係数の高い路面に
おける車両の運動方程式に基づく車両運動モデルによ
り、検出した車両運転状態に対応する車体すべり角を高
μ路基準車体すべり角として演算するとともに、予め設
定しておいた路面摩擦係数の低い路面における車両の運
動方程式に基づく車両運動モデルにより、検出した車両
運転状態に対応する車体すべり角を低μ路基準車体すべ
り角として演算する基準車体すべり角演算手段と、検出
した車両運転状態を基に推定される車体すべり角を演算
する推定車体すべり角演算手段と、上記高μ路基準車体
すべり角と上記低μ路基準車体すべり角と上記推定車体
すべり角を基に、予め定めておいたこれら各車体すべり
角間の関係により推定される路面摩擦係数を演算する路
面摩擦係数演算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。 - 【請求項２】 上記推定車体すべり角演算手段は、検出
した車両運転状態での車両の実際の挙動と予め設定した
車両の運動方程式に基づく車両運動モデルの挙動とを比
較して、上記推定される車体すべり角を演算することを
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。 - 【請求項３】 上記推定車体すべり角演算手段は、上記
車両の実際の挙動で実際の車体すべり角を演算し、この
実際の車体すべり角を上記車両運動モデルで推定した車
体すべり角との比較に用いる際は、上記実際の車体すべ
り角を上記基準車体すべり角演算手段で演算する上記高
μ路基準車体すべり角と上記低μ路基準車体すべり角と
で所定に制限することを特徴とする請求項２記載の車両
の路面摩擦係数推定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24203098A JP3271945B2 (ja) | 1998-08-27 | 1998-08-27 | 車両の路面摩擦係数推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24203098A JP3271945B2 (ja) | 1998-08-27 | 1998-08-27 | 車両の路面摩擦係数推定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000071968A JP2000071968A (ja) | 2000-03-07 |
| JP3271945B2 true JP3271945B2 (ja) | 2002-04-08 |
Family
ID=17083235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24203098A Expired - Fee Related JP3271945B2 (ja) | 1998-08-27 | 1998-08-27 | 車両の路面摩擦係数推定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3271945B2 (ja) |
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| JP3271963B1 (ja) * | 2000-10-26 | 2002-04-08 | 富士重工業株式会社 | 車両の路面摩擦係数推定装置 |
| JP4336963B2 (ja) * | 2003-11-18 | 2009-09-30 | 三菱自動車工業株式会社 | アンチロックブレーキ装置 |
| US7890230B2 (en) | 2004-08-04 | 2011-02-15 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Vehicle motion control device and method |
| JP5096725B2 (ja) * | 2006-11-01 | 2012-12-12 | 富士重工業株式会社 | 車両の路面摩擦係数推定装置 |
| JP5096781B2 (ja) | 2007-04-18 | 2012-12-12 | 富士重工業株式会社 | 車両の路面摩擦係数推定装置 |
| JP5231923B2 (ja) * | 2008-10-01 | 2013-07-10 | 富士重工業株式会社 | 路面摩擦係数推定装置 |
| JP2012183867A (ja) | 2011-03-03 | 2012-09-27 | Fuji Heavy Ind Ltd | 車両の運転支援装置 |
| KR102237230B1 (ko) * | 2017-02-21 | 2021-04-07 | 현대자동차주식회사 | 차량용 도로 상태 추정 시스템 및 그 방법 |
| CN112224213B (zh) * | 2020-10-22 | 2022-02-18 | 东风汽车集团有限公司 | 一种实时监测车轮摩擦力及估计最大摩擦力的方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| JPH03258652A (ja) * | 1990-03-09 | 1991-11-18 | Toyota Motor Corp | 路面摩擦係数検出装置 |
| JP3008769B2 (ja) * | 1994-01-24 | 2000-02-14 | トヨタ自動車株式会社 | 車両横速度検出装置 |
| JP3268124B2 (ja) * | 1994-06-27 | 2002-03-25 | 富士重工業株式会社 | 車両のトルク配分制御装置 |
| JP2885125B2 (ja) * | 1995-03-30 | 1999-04-19 | トヨタ自動車株式会社 | 車両の旋回に伴って変化する運動状態量の推定方法 |
| JP3441572B2 (ja) * | 1995-08-25 | 2003-09-02 | 本田技研工業株式会社 | 車両用タイヤ・路面間摩擦状態推定装置 |
| JP3577138B2 (ja) * | 1995-08-30 | 2004-10-13 | トヨタ自動車株式会社 | 車輪特性推定装置 |
| JP3344648B2 (ja) * | 1998-07-29 | 2002-11-11 | 株式会社豊田中央研究所 | 車両用走行状態判定装置 |
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- 1998-08-27 JP JP24203098A patent/JP3271945B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP2000071968A (ja) | 2000-03-07 |
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