JP3271955B2 - 車両の路面摩擦係数推定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、幅広い車両運動領
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。

【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，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
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】この路面摩擦係数の推定には、予め車両の
運動方程式に基づく車両運動モデルを設定し、センサ入
力から求められる実際の車両運動と車両運動モデルの挙
動を比較して路面摩擦係数を推定する技術が種々提案さ
れている。例えば、本出願人も、特開平８−２２７４号
公報で適応制御を利用した路面摩擦係数推定の技術を、
或いは、特願平１０−２４２０３０号ではオブザーバに
より推定した車体すべり角を車両運動モデルに基づいた
高μ路および低μ路での基準値と比較して路面摩擦係数
を推定する技術等を提案している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な車両運動モデルを用いて路面摩擦係数を推定する技術
は、センサ入力から求められる車両運動と車両運動モデ
ルの挙動が同一条件下（タイヤと路面間の摩擦係数が同
じ場合）で一致していることを前提としている。

【０００５】しかしながら、センサ入力に含まれる外乱
や、車両を数値モデル化する際のモデル化誤差の影響に
より、これらを完全に一致させるのは困難である。路面
摩擦係数推定を行う場合、これら外乱、モデル化の誤差
の影響が路面摩擦係数の違いとして計算されるため、路
面摩擦係数の推定値は実際とは異なる値になる。

【０００６】外乱、モデル化の誤差の影響を小さくする
ためには、車両運動に路面摩擦係数の違いが（外乱やモ
デル化の誤差の影響と比較して）十分に大きく現れる場
面で、路面摩擦係数を推定すれば良い。そこで、従来で
は、車速や舵角等のドライバ操作で、車両運動に路面摩
擦係数の違いが十分に大きく現れる場面を規定し、路面
摩擦係数推定実行の条件としていた。

【０００７】しかし、車速や舵角等のパラメータだけで
は、車両運動に路面摩擦係数の違いが十分に大きく現れ
る場面を規定するのに不十分であった。例えば、低速・
小舵角でも、ある程度素早い操舵ならば路面摩擦係数の
影響が現れる。逆に大舵角でも、ゆっくりした操舵では
路面摩擦係数の影響は現れにくくなる。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、車両運動に路面摩擦係数の違いが十分に大きく現れ
る場面を正確に規定することができ、外乱やモデル化の
誤差の影響を考慮して、精度の高い路面摩擦係数を推定
する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。

【０００９】

【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、所定摩擦係数を有する路面における車両運動状態
の基準値に対して車両運動状態の実際値を比較すること
により現在の路面摩擦係数を推定する車両の路面摩擦係
数推定装置において、タイヤのコーナリングパワーを一
定とした車両運動モデルにドライバ操作を入力して得ら
れたコーナリングフォースを示すパラメータ値に応じて
路面摩擦係数の推定の実行可否を判断することを特徴と
する。

【００１０】上記請求項１記載の車両の路面摩擦係数推
定装置は、所定摩擦係数を有する路面における車両運動
状態の基準値に対して車両運動状態の実際値を比較する
ことにより現在の路面摩擦係数を推定する。ここで、路
面摩擦係数推定の実行可否は、タイヤのコーナリングパ
ワーを一定とした車両運動モデルにドライバ操作を入力
して得られたコーナリングフォースを示すパラメータ値
に応じて判断する。

【００１１】

【００１２】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、上記車両運動モデルは、摩擦
係数の高い路面における車両運動モデルであることを特
徴とする。

【００１３】更に、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１又は請求項２記載の
車両の路面摩擦係数推定装置において、上記パラメータ
値は、横加速度であることを特徴とする。

【００１４】また、請求項４記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、所定摩擦係数を有する路面に
おける上記車両運動状態の基準値に対して車両運動状態
の実際値を比較することにより現在の路面摩擦係数を推
定し、この推定路面摩擦係数を加重平均することにより
最終的な路面摩擦係数を決定する車両の路面摩擦係数推
定装置において、上記加重平均の重み関数を、タイヤの
コーナリングパワーを一定とした車両運動モデルにドラ
イバ操作を入力して得られたコーナリングフォースを示
すパラメータ値に基づいて設定することを特徴とする。

【００１５】

【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７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４輪車の等価的な２輪車モデルを示
す説明図、図３はオブザーバの構成を示す説明図、図４
はコーナリングフォースの大きさと外乱領域の説明図、
図５は路面摩擦係数推定のフローチャート、図６は図５
の続きのフローチャート、図７は図６の続きのフローチ
ャートである。

【００１６】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、前輪舵角
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が接続され、それぞれ、前輪舵角δfs，
車速Ｖs ，横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）s ，ヨーレート
（ヨー角速度）（ｄψ／ｄｔ）s が入力されるようにな
っている。尚、各パラメータの添字ｓは、センサ値であ
ることを区別するためのものである。

【００１７】上記制御部２は、高μ路基準値推定部１
１、低μ路基準値推定部１２、実際値推定部１３、ヨー
レート比較路面μ推定部１４、前輪すべり角比較路面μ
推定部１５、最終路面μ設定部１６から主要に構成され
ており、路面摩擦係数μを推定して出力する。

【００１８】上記高μ路基準値推定部１１は、車速Ｖs
と前輪舵角δfsが入力され、予め設定しておいた高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、検出した車速Ｖs 、前輪舵角δfsに対応するヨーレ
ートを高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H として推
定演算し、ヨーレート比較路面μ推定部１４に出力す
る。

【００１９】また、高μ路基準値推定部１１からは、上
記高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H に加え、それ
ぞれ高μ路基準のヨー角加速度（ｄ² ψ／ｄｔ² ）H 、
前輪すべり角βfH、車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）H
、横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ²）H が出力される。ここ
で、高μ路基準値推定部１１は、高μ路基準横加速度
（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）H を演算することから、後述の（１
−３）で説明するように、条件パラメータ推定手段とし
ての機能も有している。

【００２０】そして、高μ路基準ヨー角加速度（ｄ² ψ
／ｄｔ² ）H はヨーレート比較路面μ推定部１４に、高
μ路基準前輪すべり角βfHは前輪すべり角比較路面μ推
定部１５にそれぞれ入力される。さらに、高μ路基準車
体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）H は前輪すべり角比較路
面μ推定部１５に、高μ路基準横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ
² ）H はヨーレート比較路面μ推定部１４と前輪すべり
角比較路面μ推定部１５にそれぞれ入力される。尚、上
記高μ路基準値推定部１１から出力される各パラメータ
の添字Ｈは、高μ路基準のパラメータであることを示
す。

【００２１】上記低μ路基準値推定部１２は、車速Ｖs
と前輪舵角δfsが入力され、予め設定しておいた低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、検出した車速Ｖs 、前輪舵角δfsに対応するヨーレ
ートを低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L として推
定演算し、ヨーレート比較路面μ推定部１４に出力す
る。

【００２２】また、低μ路基準値推定部１２からは、上
記低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L に加え、それ
ぞれ低μ路基準のヨー角加速度（ｄ² ψ／ｄｔ² ）L 及
び前輪すべり角βfLが出力される。そして、低μ路基準
ヨー角加速度（ｄ² ψ／ｄｔ ² ）L はヨーレート比較路
面μ推定部１４に、低μ路基準前輪すべり角βfLは前輪
すべり角比較路面μ推定部１５にそれぞれ入力される。
尚、上記低μ路基準値推定部１２から出力される各パラ
メータの添字Ｌは、低μ路基準のパラメータであること
を示す。

【００２３】上記高μ路基準値推定部１１及び低μ路基
準値推定部１２で用いる車両運動モデルと、各パラメー
タの演算について、図２を基に説明する。すなわち、図
２の車両運動モデルについて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Ｆｆ，Ｆｒ、車体質量をＭ、横加速度を（ｄ²ｙ
／ｄｔ² ）として、 Ｍ・（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）＝２・Ｆｆ＋２・Ｆｒ …（１） で与えられる。

【００２４】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、 Ｉｚ・（ｄ² ψ／ｄｔ² ）＝２・Ｆｆ・Ｌｆ−２・Ｆｒ・Ｌｒ …（２） で示される。

【００２５】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／ｄｔ
² ）は、 （ｄ² ｙ／ｄｔ² ）＝Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋（ｄψ／ｄｔ）） …（３） で表される。

【００２６】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ーを用いて線形化する
と以下となる。 Ｆｆ＝−Ｋｆ・βｆ …（４） Ｆｒ＝−Ｋｒ・βｒ …（５） ここで、Ｋｆ，Ｋｒは前後輪の等価コーナリングパワ
ー、βｆ，βｒは前後輪の横すべり角である。

【００２７】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ーＫｆ，Ｋｒを用いて、前後
輪の横すべり角βｆ，βｒは、前輪舵角をδｆとして以
下のように簡略化できる。 βｆ＝β＋Ｌｆ・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ−δｆ …（６） βｒ＝β−Ｌｒ・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ …（７） 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) …（８） ｘ(t) ＝［β （ｄψ／ｄｔ）］^T ｕ(t) ＝［δｆ ０］^T ａ11＝−２・（Ｋｆ＋Ｋｒ）／（Ｍ・Ｖ） ａ12＝−１−２・（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） ｂ21＝２・Ｌｆ・Ｋｆ／Ｉｚ ｂ12＝ｂ22＝０ 上記高μ路基準値推定部１１では、上記（８）式に、例
えば路面μが１．０における等価コーナリングパワーＫ
ｆ，Ｋｒを予め設定しておき、そのときどきの車両運動
状態（車速Ｖs 、前輪舵角δfs）における（ｄｘ(t) ／
ｄｔ）＝［（ｄβ／ｄｔ） （ｄ² ψ／ｄｔ² ）］^T を
計算することで、高μ路基準の車体すべり角速度（ｄβ
／ｄｔ）H とヨー角加速度（ｄ² ψ／ｄｔ² ）H を演算
する。そして、演算した高μ路基準の車体すべり角速度
（ｄβ／ｄｔ）H とヨー角加速度（ｄ² ψ／ｄｔ² ）H
を積分することにより、高μ路基準の車体すべり角βH
とヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H が得られる。また、高μ
路基準の車体すべり角βHとヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H
を前記（６）式に代入することにより、高μ路基準前
輪すべり角βfHが算出される。更に、高μ路基準の車体
すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）H とヨーレート（ｄψ／ｄ
ｔ）H を前記（３）式に代入することにより、高μ路基
準横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）H が算出される。

【００２８】同様に、上記低μ路基準値推定部１２で
は、上記（８）式に、例えば路面μが０．３における等
価コーナリングパワーＫｆ，Ｋｒを予め設定しておき、
そのときどきの車両運動状態（車速Ｖs 、前輪舵角δf
s）における（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＝［（ｄβ／ｄｔ）
（ｄ² ψ／ｄｔ² ）］^T を計算することで、低μ路基準
の車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）L とヨー角加速度
（ｄ² ψ／ｄｔ² ）L を演算する。そして、演算した低
μ路基準の車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）L とヨー角
加速度（ｄ² ψ／ｄｔ² ）L を積分することにより、低
μ路基準の車体すべり角βL とヨーレート（ｄψ／ｄ
ｔ）L が得られる。また、低μ路基準の車体すべり角β
L とヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L を前記（６）式に代入
することにより、低μ路基準前輪すべり角βfLが算出さ
れる。

【００２９】上記実際値推定部１３は、車速Ｖs 、前輪
舵角δfs、横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ ² ）s 及びヨーレー
ト（ｄψ／ｄｔ）s が入力され、実際の車両の挙動をフ
ィードバックしつつ、実際のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）
O を推定演算する、車両運動モデルにより形成したオブ
ザーバである。実際値推定部１３で推定演算されたヨー
レート（ｄψ／ｄｔ）O は、ヨーレート比較路面μ推定
部１４に対して出力される。

【００３０】また、実際値推定部１３からは、上記ヨー
レート（ｄψ／ｄｔ）O に加え、ヨー角加速度（ｄ² ψ
／ｄｔ² ）O がヨーレート比較路面μ推定部１４に対し
て出力される。

【００３１】更に、実際値推定部１３では、前輪すべり
角が前輪すべり角βfOとしてオブザーバにより演算され
て、前輪すべり角比較路面μ推定部１５に出力されるよ
うになっている。尚、上記実際値推定部１３から出力さ
れる各パラメータの添字Ｏは、オブザーバからのパラメ
ータであることを示す。

【００３２】ここで、本実施の形態によるオブザーバの
構成を図３により説明する。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) …（９） オブザーバの構成は次のようになる。 （ｄｘ'(t)／ｄｔ）＝（Ａ−Ｋ・Ｃ）・ｘ'(t)＋Ｋ・ｙ(t) ＋Ｂ・ｕ(t) …（１０）

【００３３】ここで、このオブザーバを車両運動モデル
に適用すると、ｘ(t) は状態変数ベクトル（ｘ'(t)
の「’」は推定値であることを示す）、ｕ(t) は入力ベ
クトル、Ａ、Ｂは状態方程式の係数行列であり、これら
は前述したものに対応する。また、ｙ(t) は観測可能な
センサ出力ベクトルで、 ｙ(t) ＝［βs （ｄψ／ｄｔ）s ］^T であり、センサによる車体すべり角βs は、前記（３）
式の関係から、センサによる横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ
² ）s 及びヨーレート（ｄψ／ｄｔ）s を基に得られる
センサによる車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）s を積分
することにより求められる。さらに、Ｃはセンサ出力と
状態変数の関係を示す行列（本実施形態では単位行
列）、Ｋは任意に設定可能なフィードバックゲイン行列
であり、以下のように示される。

【００３４】これらの関係から、オブザーバによりヨー
角加速度（ｄ² ψ／ｄｔ² ）O と車体すべり角速度（ｄ
β／ｄｔ）O が以下の（１１）、（１２）式で推定演算
される。 （ｄ² ψ／ｄｔ² ）O ＝ａ11・（ｄψ／ｄｔ）O ＋ａ12・βO ＋ｂ11・δfs ＋ｋ11・（（ｄψ／ｄｔ）s −（ｄψ／ｄｔ）O ） ＋ｋ12・（βs −βO ） …（１１） （ｄβ／ｄｔ）O ＝ａ21・（ｄψ／ｄｔ）O ＋ａ22・βO ＋ｋ21・（（ｄψ／ｄｔ）s −（ｄψ／ｄｔ）O ） ＋ｋ22・（βs −βO ） …（１２）

【００３５】そして、これらにより演算されるヨー角加
速度（ｄ² ψ／ｄｔ² ）O と車体すべり角速度（ｄβ／
ｄｔ）O を積分することにより、ヨーレート（ｄψ／ｄ
ｔ）O と車体すべり角βO を演算する。さらに、車体す
べり角βO とヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O を前記（６）
式に代入することにより、前輪すべり角βfOが算出され
る。

【００３６】尚、上記高μ路基準値推定部１１、低μ路
基準値推定部１２、実際値推定部１３での演算は、車速
Ｖs ＝０では、０による除算となり演算が行えない。こ
のため、極低速（例えば、１０km/hに達しない速度）で
は、ヨーレート及び横加速度はセンサ値とする。すなわ
ち、 （ｄψ／ｄｔ）H ＝（ｄψ／ｄｔ）L ＝（ｄψ／ｄｔ）
O ＝（ｄψ／ｄｔ）s （ｄ² ｙ／ｄｔ² ）O ＝（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）s とする。また、車体すべり角については、定常円旋回の
幾何学的関係から、 βH ＝βL ＝βO ＝δfs・Ｌｒ／（Ｌｆ＋Ｌｒ） とする。このとき、コーナリングフォースは発生してい
ないので、前輪すべり角は全て０となる。

【００３７】βfH＝βfL＝βfO＝０

【００３８】上記ヨーレート比較路面μ推定部１４に
は、車速Ｖs 、前輪舵角δfsのセンサ値と、高μ路基準
のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H 、ヨー角加速度（ｄ² ψ
／ｄｔ ² ）H 、横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）H と、低μ
路基準のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L 、ヨー角加速度
（ｄ² ψ／ｄｔ² ）L と、実際値として推定されたヨー
レート（ｄψ／ｄｔ）O 及びヨー角加速度（ｄ² ψ／ｄ
ｔ² ）O が入力される。そして、後述する実行条件が満
たされる場合に、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）
H と低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L とヨーレー
ト（ｄψ／ｄｔ）Oとにより、以下（１３）式に基づき
新たな路面摩擦係数μγｎを演算する。

【００３９】ここで、μH は、高μ路基準値推定部１１
において予め想定した路面摩擦係数（例えば１．０）
を、μL は、低μ路基準値推定部１２において予め想定
した路面摩擦係数（例えば０．３）をそれぞれ示してい
る。 μγｎ＝（（μH −μL ）・（ｄψ／ｄｔ）O ＋μL ・（ｄψ／ｄｔ）H −μH ・（ｄψ／ｄｔ）L ）／（（ｄψ／ｄｔ）H −（ｄψ／ｄｔ）L ） …（１３）

【００４０】すなわち、この（１３）式では、高μ路基
準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H と低μ路基準ヨーレート
（ｄψ／ｄｔ）L から一次関数を形成し、この一次関数
にヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O を代入することにより路
面摩擦係数を求め、新たな路面摩擦係数μγｎとする。
尚、この新たな路面摩擦係数μγｎは、所定の上限値
（例えば、１．０）と下限値（例えば、特に低μ路にお
いて精度良く求めた他の路面摩擦係数値）の間で制限す
るものとする。

【００４１】そして、前回推定した路面摩擦係数μn-1
に、今回の路面摩擦係数μγｎと前回の路面摩擦係数μ
n-1 とで得られる所定の増分を加える（加重平均する）
ことでヨーレート比較による路面摩擦係数μγを演算し
て、最終路面μ設定部１６に対して出力するようになっ
ている。

【００４２】 μγ＝μn-1 ＋κ1 ・（μγｎ−μn-1 ） …（１４） ここで、κ1 は、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）
H と低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L との差が大
きいほど信頼性が高い推定値と考え、予め以下のように
定めた。 κ1 ＝０．３・｜（ｄψ／ｄｔ）H −（ｄψ／ｄｔ）L ｜ ／｜（ｄψ／ｄｔ）H ｜ …（１５）

【００４３】また、上記ヨーレート比較路面μ推定部１
４で、ヨーレート比較による路面摩擦係数μγを演算す
る条件として次の条件を予め設定しておく。

【００４４】（１−１）本来、多自由度系である車両
を、横移動＋鉛直軸周りの２自由度で近似し、且つ２輪
モデルとしているため、実車両との挙動差が大きくな
る、低速走行、大転舵時には演算を行わない。例えば、
車速Ｖs が１０km/hに達しない場合、前輪舵角δfsの絶
対値が５００deg より大きい場合には演算を行わない。

【００４５】（１−２）センサ入力値の電気ノイズや、
モデル化の段階で考慮されていない外乱等の影響を考慮
し、ノイズや外乱等の影響の割合が相対的に大きくなる
ヨーレートの絶対値が小さい場合には演算を行わない。
例えば、ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O の絶対値が１．５
deg/s に達しない場合には演算を行わない。

【００４６】（１−３）路面摩擦係数によってコーナリ
ングフォースに差が現れることを利用した路面摩擦係数
推定であるため、路面摩擦係数の影響に対してノイズや
外乱等の影響の割合が相対的に大きくなるコーナリング
フォースが小さい場合、すなわち、コーナリングフォー
スに比例する横加速度の絶対値が小さい場合には演算を
行わない。例えば、高μ路基準横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ
² ）H の絶対値が０．１５Ｇに達しない場合には演算を
行わない。

【００４７】（１−４）舵角入力に対するヨーレート応
答は、路面摩擦係数により変化し遅れを生じる場合があ
る。この遅れが生じている時に路面摩擦係数の推定を行
うと誤差が大きくなる。従って、遅れが大きい場合や、
遅れによる誤差が大きくなると判断できる場合には演算
を行わない。例えば、ヨーレートの立ち上がり時以外の
遅れによる誤差が大きくなると判断できる場合には演算
を行わない。ここで、ヨーレートの立ち上がりは、（ヨ
ーレート）・（ヨー角加速度）で判定する。

【００４８】（１−５）高μ路基準ヨーレートと低μ路
基準ヨーレートとの差の絶対値がノイズや外乱等の影響
に対して十分な大きさを有しない場合は演算を行わな
い。例えば、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H と
低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L との差の絶対値
が１deg/s に達しない場合は演算を行わない。

【００４９】（１−６）前記（１５）式で０除算を避け
るため、例えば、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）
H の絶対値が１deg/s に達しない場合は演算を行わな
い。

【００５０】尚、本実施の形態では、路面摩擦係数の推
定にヨーレートを用いているが、横加速度を用いて路面
摩擦係数を推定しても、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。この場合、高μ路基準横加
速度と低μ路基準横加速度とオブザーバにより推定演算
した実際の横加速度を用いて、これらを基に路面摩擦係
数を推定する。横加速度を用いて路面摩擦係数を推定す
る各ロジックは、略同様にして導出することができるの
で、詳しい説明は省略する。

【００５１】一方、上記前輪すべり角比較路面μ推定部
１５は、車速Ｖs と、高μ路基準の前輪すべり角βfH、
車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）H 、横加速度（ｄ² ｙ
／ｄｔ² ）H と、低μ路基準前輪すべり角βfL及び前輪
すべり角βfOが入力される。そして、後述する実行条件
が満たされる場合に、高μ路基準前輪すべり角βfHと低
μ路基準前輪すべり角βfLと前輪すべり角βfOとによ
り、以下（１６）式に基づき新たな路面摩擦係数μβfn
を演算する。この（１６）式は、前記（１３）式に対応
する式となっており、 μβfn＝（（μH −μL ）・βfO＋μL ・βfH−μH ・βfL） ／（βfH−βfL） …（１６）

【００５２】すなわち、上記（１６）式も、前記（１
３）式と同様に、高μ路基準前輪すべり角βfHと低μ路
基準前輪すべり角βfLから一次関数を形成し、この一次
関数に前輪すべり角βfOを代入することにより路面摩擦
係数を求め、新たな路面摩擦係数μβfnとする。そし
て、この新たな路面摩擦係数μβfnを、所定の範囲に制
限してフィルタ処理することにより前輪すべり角比較に
よる路面摩擦係数μβf を演算して、最終路面μ設定部
１６に対して出力するようになっている。

【００５３】また、上記前輪すべり角比較路面μ推定部
１５で、前輪すべり角比較による路面摩擦係数μβf を
演算する条件として、前記ヨーレート比較路面μ推定部
１４と同様に、次の各条件を予め設定しておく。

【００５４】（２−１）車速Ｖs が比較的低い（例え
ば、３０km/hに達しない）場合には、正確な路面摩擦係
数の推定のため、路面摩擦係数の推定を行わない。

【００５５】（２−２）前輪すべり角βfOが設定範囲
（例えば、０．５deg 〜５deg の範囲）にない場合は、
誤差が大きいとして路面摩擦係数の推定を行わない。

【００５６】（２−３）コーナリングフォースに比例す
る横加速度の絶対値が小さい場合には演算を行わない。
例えば、高μ路基準横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）H の絶
対値が０．２Ｇに達しない場合には路面摩擦係数の推定
を行わない。

【００５７】（２−４）高μ路基準前輪すべり角βfH、
低μ路基準前輪すべり角βfL、前輪すべり角βfO間の遅
れは比較的少ないため、高μ路基準前輪すべり角βfH、
低μ路基準前輪すべり角βfL、基本前輪すべり角βfOが
全て同符号でなければ路面摩擦係数の推定を行わない。

【００５８】（２−５）高μ路基準前輪すべり角βfHと
低μ路基準前輪すべり角βfLとの比が設定範囲より大き
い場合（例えば、βfH／βfL＞１．０５の場合）には、
誤差が大きいと判断して路面摩擦係数の推定を行わな
い。

【００５９】（２−６）高μ路基準前輪すべり角βfHと
低μ路基準前輪すべり角βfLとの差の絶対値が設定値
（例えば、０．１deg ）に達しない場合は外乱の影響に
より誤差が大きくなるため路面摩擦係数の推定を行わな
い。

【００６０】（２−７）レーンチェンジ等で、小舵角で
も比較的クイックな操舵を行った時に高μ路基準前輪す
べり角βfHと低μ路基準前輪すべり角βfLとの差が現れ
やすい。特に、前輪すべり角の立ち上がり時に差が現れ
やすい。このため、例えば、高μ路基準車体すべり角速
度（ｄβ／ｄｔ）H の絶対値が１deg/s 以上の場合のみ
路面摩擦係数の推定を行う。

【００６１】（２−８）ヨーレート比較による路面摩擦
係数μγによる路面摩擦係数μn が推定されている場合
には、路面摩擦係数の推定を行わない。

【００６２】このように、本実施の形態においては、ヨ
ーレート比較による路面摩擦係数が得られない時には、
応答性を重視したパラメータとして前輪すべり角を用い
て、路面摩擦係数を設定できるようにしているので、応
答性が良く、さらに広い範囲での路面摩擦係数の設定が
可能になっている。尚、後輪すべり角を用いて、路面摩
擦係数を設定できるようにしても同様の効果が得られ
る。

【００６３】上記最終路面μ設定部１６には、ヨーレー
ト比較による路面摩擦係数μγ、或いは、前輪すべり角
比較による路面摩擦係数μβf の何れかが入力され、入
力された路面摩擦係数を最終的な路面摩擦係数μとして
設定し出力する。

【００６４】ここで、上記（１−３）及び（２−３）の
条件について詳述する。本実施の形態に示すような車両
運動モデルから路面摩擦係数を求める技術では、路面摩
擦係数によってコーナリングフォースが変化し、コーナ
リングフォースが変化することによって車両運動が変化
することを利用している。

【００６５】このため、例えば図４（ａ）に示すよう
に、コーナリングフォースの発生が小さい運転では、低
μ路と高μ路との間の差が外乱よりも小さく、路面摩擦
係数の推定に適さない。

【００６６】逆に、図４（ｂ）に示すように、コーナリ
ングフォースの低μ路と高μ路との間の差が外乱よりも
大きくなる２点鎖線以上の領域では、ｓ／ｎ比が大きく
なり、路面摩擦係数の違いも車両運動の違いとして大き
く現れる。

【００６７】車速や舵角等のパラメータだけでは、車両
運動に路面摩擦係数の違いが十分に大きく現れる場面を
規定するのに不十分であるため、コーナリングフォース
の大きさ（本実施の形態では、コーナリングフォースと
比例関係にあり等価とみなせる横加速度）で規定する。

【００６８】但し、実際の車両の挙動から推定されるコ
ーナリングフォースは路面摩擦係数の影響を受けてしま
うため、ドライバ操作を規定するパラメータとしては、
不適当である。例えば、低μ路を走行している場合は、
どの様なドライバ操作をしても常に小さい値となる。

【００６９】そこで、タイヤのコーナリングパワーを一
定とした車両運動モデル、すなわち、本実施の形態では
高μ路における車両運動モデルに対してドライバ操作を
入力し、この高μ路基準車両運動モデルでのコーナリン
グフォースの大きさを路面摩擦係数推定を行う際の条件
に用いる。

【００７０】以上のようなことから、本実施の形態で
は、高μ路基準車両運動モデルからのコーナリングフォ
ースに比例する横加速度の絶対値が小さい場合には演算
を行わないようになっている。このため、車両運動に路
面摩擦係数の違いが十分に大きく現れる場面を正確に規
定することができ、外乱やモデル化の誤差の影響を考慮
して、精度の高い路面摩擦係数を推定することが可能に
なっている。尚、このコーナリングフォースで車両運動
に路面摩擦係数の違いが十分に大きく現れる場面を規定
することは、本実施の形態、すなわち、ヨーレート或い
は前輪すべり角を基に路面摩擦係数を推定する方法に限
ることなく、他の車両運転状態から車両運動状態（例え
ば、車体すべり角、後輪すべり角等）を推定し、この車
両運動状態を基に路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数
推定装置にも適用できることは言うまでもない。

【００７１】ところで、コーナリングフォースが大きい
ということは、それだけ路面摩擦係数推定の精度が高い
ということにもなる。そこで、本実施の形態のように、
コーナリングフォースを単に路面摩擦係数推定の実行可
否を決定する条件に用いるのではなく、以下のように路
面摩擦係数推定に反映させるようにしても良い。

【００７２】すなわち、前記（１４）、（１５）式を、
以下の（１４）’、（１５）’式に置き換える。 μγ＝μn-1 ＋κcf・（μγｎ−μn-1 ） …（１４）’ ここで、κcfはコーナリングフォースに比例する高μ路
基準横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）H の絶対値に応じて設
定される値で、 κcf＝Ｃcf・｜（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）H ｜ …（１５）’ 尚、Ｃcfは０＜Ｃcf＜１の範囲で任意に定められた定数
である。

【００７３】すなわち、コーナリングフォースに比例す
る高μ路基準横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）H に応じて今
回の路面摩擦係数μγｎの重みを決定し、前回推定した
路面摩擦係数μn-1 と、今回の路面摩擦係数μγｎとで
加重平均により路面摩擦係数μγを演算する。

【００７４】このように、コーナリングフォースを用い
て外乱やモデル化の誤差の影響を考慮して路面摩擦係数
を演算するようにすれば、正確な路面摩擦係数の推定領
域を一層広げることも可能になる。

【００７５】次に、上記構成による路面摩擦係数推定装
置での処理を、図５〜図７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（例えば、１０ms）毎に
実行される。まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１
０１で、前輪舵角センサ３から前輪舵角δfs、車速セン
サ４から車速Ｖs 、横加速度センサ５から横加速度（ｄ
² ｙ／ｄｔ² ）s 、ヨーレートセンサ６からヨーレート
（ｄψ／ｄｔ）s を読み込む。

【００７６】次いで、Ｓ１０２に進み、車速Ｖs が設定
値（例えば、１０km/h）以上か否か判定し、設定値以上
であり０による除算の可能性がない場合には、Ｓ１０
３、Ｓ１０４、Ｓ１０５の処理へと進む。

【００７７】Ｓ１０３では、高μ路基準値推定部１１
で、高μ路における車両運動モデルにより、高μ路基準
のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H 、ヨー角加速度（ｄ² ψ
／ｄｔ ² ）H 、前輪すべり角βfH、車体すべり角速度
（ｄβ／ｄｔ）H 、横加速度（ｄ ² ｙ／ｄｔ² ）H が演
算される。

【００７８】Ｓ１０４では、低μ路基準値推定部１２
で、低μ路における車両運動モデルにより、低μ路基準
のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L 、ヨー角加速度（ｄ² ψ
／ｄｔ ² ）L 、前輪すべり角βfLが演算される。

【００７９】Ｓ１０５では、実際値推定部１３で、車両
運動モデルにより形成したオブザーバにより、実際値と
してヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O 、ヨー角加速度（ｄ²
ψ／ｄｔ² ）O 、前輪すべり角βfOが演算される。

【００８０】一方、上記Ｓ１０２で、車速Ｖs が設定値
より小さい場合には、Ｓ１０６へと進み、各パラメータ
（各車体すべり角βH ，βL ，βO 、各ヨーレート（ｄ
ψ／ｄｔ）H ，（ｄψ／ｄｔ）L ，（ｄψ／ｄｔ）O 、
横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）O ）をセンサ値、或いは幾
何学的演算により求められる極低速時の値とする。

【００８１】Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５の処理、或
いは、Ｓ１０６の処理の後は、Ｓ１０７以降へと進む。
Ｓ１０７〜Ｓ１１３の判定処理は、それぞれ、ヨーレー
ト比較路面μ推定部１４でのヨーレート比較による路面
摩擦係数μγを演算する条件が成立しているか否か判定
するものである。

【００８２】即ち、前記（１−１）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１０７では車速Ｖs が設定値（例えば、１０km
/h）以上であるか、Ｓ１０８では前輪舵角δfsの絶対値
が設定値（例えば、５００deg ）以下か判定する。

【００８３】また、前記（１−２）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１０９では基本ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O の
絶対値が設定値（例えば、１．５deg/s ）以上か判定す
る。

【００８４】更に、前記（１−３）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１１０では高μ路基準横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ
² ）H の絶対値が設定値（例えば、０．１５Ｇ）以上か
判定する。

【００８５】また、前記（１−４）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１１１では各（ヨーレート）・（ヨー角加速
度）が設定値（例えば、−０．１５deg²/s³ ）以上か判
定する。

【００８６】また、前記（１−５）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１１２では高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄ
ｔ）H と低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L との差
の絶対値が設定値（例えば、１deg/s ）以上か判定す
る。

【００８７】更に、前記（１−６）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１１３では高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄ
ｔ）H の絶対値が設定値（例えば、１deg/s ）以上か判
定する。

【００８８】そして、これらＳ１０７〜Ｓ１１３の全て
の判定が成立する、ヨーレート比較による路面摩擦係数
μγの演算条件成立の場合はＳ１１４へと進み、ヨーレ
ート比較路面μ推定部１４でヨーレート比較による路面
摩擦係数μγを推定演算してＳ１１５へと進む。一方、
Ｓ１０７〜Ｓ１１３の判定の一つでも成立しない場合
は、Ｓ１１４での演算は行わずにＳ１１５へとジャンプ
する。

【００８９】Ｓ１１５〜Ｓ１２２の判定処理は、それぞ
れ、前輪すべり角比較路面μ推定部１７での前輪すべり
角比較による路面摩擦係数μβf を演算する条件が成立
しているか否か判定するものである。

【００９０】即ち、前記（２−１）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１１５では車速Ｖs が設定値（例えば、３０km
/h）以上か判定する。

【００９１】また、前記（２−２）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１１６では前輪すべり角βfOが設定範囲（例え
ば、０．５deg 〜５deg の範囲）内か判定する。

【００９２】更に、前記（２−３）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１１７では高μ路基準横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ
² ）H の絶対値が設定値（例えば、０．２Ｇ）以上か判
定する。

【００９３】また、前記（２−４）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１１８では高μ路基準前輪すべり角βfH、低μ
路基準前輪すべり角βfL、前輪すべり角βfOが全て同符
号か判定する。

【００９４】また、前記（２−５）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１１９では高μ路基準前輪すべり角βfHと低μ
路基準前輪すべり角βfLとの比が設定範囲（例えば、β
fH／βfL＞１．０５）内か判定する。

【００９５】更に、前記（２−６）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１２０では高μ路基準前輪すべり角βfHと低μ
路基準前輪すべり角βfLとの差の絶対値が設定値（例え
ば、０．１deg ）以上か判定する。

【００９６】また、前記（２−７）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１２１では高μ路基準車体すべり角速度（ｄβ
／ｄｔ）H の絶対値が設定値（例えば、１deg/s ）以上
か判定する。

【００９７】更に、前記（２−８）の条件で説明したよ
うに、Ｓ１２２ではヨーレート比較による路面摩擦係数
μγによる路面摩擦係数μn が推定されていないか判定
する。

【００９８】そして、これらＳ１１５〜Ｓ１２２の全て
の判定が成立する、前輪すべり角比較による路面摩擦係
数μβf の演算条件成立の場合はＳ１２３へと進み、前
輪すべり角比較路面μ推定部１５で前輪すべり角比較に
よる路面摩擦係数μβf を推定演算してＳ１２４へと進
む。一方、Ｓ１１５〜Ｓ１２２の判定の一つでも成立し
ない場合は、Ｓ１２３での演算は行わずにＳ１２４へと
ジャンプする。

【００９９】そして、Ｓ１２４では、ヨーレート比較に
よる路面摩擦係数μγ、前輪すべり角比較による路面摩
擦係数μβf のうち、演算された一つを最終的な路面摩
擦係数として設定して出力する（最終路面μ設定部１
６）。

【０１００】このように、本実施の形態では、高μ路及
び低μ路における車両運動モデルにより推定されるヨー
レートの基準値と、車両運動モデルにより形成したオブ
ザーバにより推定されるヨーレートの実際値を比較して
路面摩擦係数を求めることを基本としている。このた
め、外乱やノイズによる誤差、位相遅れによる誤差、更
に累積誤差が小さく精度の良い路面摩擦係数を求めるこ
とができる。

【０１０１】また、ヨーレート比較の路面摩擦係数でも
誤差に対応できない車両運動領域であっても、コーナリ
ングフォースの発生と密接に関係した前輪すべり角で正
確な路面摩擦係数を推定できるようになっている。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定摩擦係数を有する路面における車両運動状態の基準
値に対して車両運動状態の実際値を比較することにより
現在の路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定装置に
おいて、タイヤのコーナリングパワーを一定とした車両
運動モデルにドライバ操作を入力して得られたコーナリ
ングフォースを示すパラメータ値に応じて路面摩擦係数
の推定の実行可否を判断するようにしたので、車両運動
に路面摩擦係数の違いが十分に大きく現れる場面を正確
に規定することができ、外乱やモデル化の誤差の影響を
考慮して、精度の高い路面摩擦係数を推定することが可
能になる。

【図面の簡単な説明】

【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

【図２】４輪車の等価的な２輪車モデルを示す説明図

【図３】オブザーバの構成を示す説明図

【図４】コーナリングフォースの大きさと外乱領域の説
明図

【図５】路面摩擦係数推定のフローチャート

【図６】図５の続きのフローチャート

【図７】図６の続きのフローチャート

【符号の説明】

１ 路面摩擦係数推定装置 ３ 前輪舵角センサ ４ 車速センサ ５ 横加速度センサ ６ ヨーレートセンサ １１ 高μ路基準値推定部 １２ 低μ路基準値推定部 １３ 実際値推定部 １４ ヨーレート比較路面μ推定部 １５ 前輪すべり角比較路面μ推定部 １６ 最終路面μ設定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定摩擦係数を有する路面における車両
   運動状態の基準値に対して車両運動状態の実際値を比較
   することにより現在の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おいて、タイヤのコーナリングパワーを一定とした車両運動モデ
   ルにドライバ操作を入力して得られた コーナリングフォ
   ースを示すパラメータ値に応じて路面摩擦係数の推定の
   実行可否を判断することを特徴とする車両の路面摩擦係
   数推定装置。
2. 【請求項２】 上記車両運動モデルは、摩擦係数の高い
   路面における車両運動モデルであ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. 【請求項３】 上記パラメータ値は、横加速度であるこ
   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. 【請求項４】 所定摩擦係数を有する路面における上記
   車両運動状態の基準値に対して車両運動状態の実際値を
   比較することにより現在の路面摩擦係数を推定し、この
   推定路面摩擦係数を加重平均することにより最終的な路
   面摩擦係数を決定する車両の路面摩擦係数推定装置にお
   いて、 上記加重平均の重み関数を、タイヤのコーナリングパワ
   ーを一定とした車両運動モデルにドライバ操作を入力し
   て得られたコーナリングフォースを示すパラメータ値に
   基づいて設定することを特徴とする車両の路面摩擦係数
   推定装置。