JP3271956B2 - 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、走行環境に応じて
適切に路面μを推定することのできる車両の路面摩擦係
数推定装置。

【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μ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μを推定する必要がある。

【０００３】この路面μの推定には、車両の運動方程式
に基づいて予め設定された車両運動モデルに車両の運転
状態を入力して得られた所定パラメータの基準値に対し
て、実際値（センサ値やオブザーバによる推定値）を比
較して路面μ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、特願平１０−２４２０３０号におい
て、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路での車体すべり角
基準値と比較して路面μ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】一方、近年では、車両
の走行環境をカメラその他で検出可能になってきてお
り、これら走行環境から路面μがあきらかに予想できる
場合がある。このような場合は、これらのデータを積極
的に活用すれば、路面μ推定に係わる演算負荷も低減す
ることができ、路面μの推定も迅速かつ正確に行える。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、走行環境のデータを積極的に活用し、路面μ推定に
係わる演算負荷を低減することができ、路面μの推定も
迅速かつ正確に行う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。

【０００６】

【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、車両の運動状態を基に路面μを推定する路面μ推
定手段を備えた車両の路面摩擦係数推定装置において、
走行環境を検出し認識する走行環境認識手段と、低μ路
走行状態を検出する低μ路走行状態検出手段と、車両の
運動状態と上記低μ路走行状態検出手段からの低μ路走
行状態に応じて路面μを推定する低μ側路面μ推定手段
とを有し、上記路面μ推定手段は、上記走行環境認識手
段で一面雪とみなせる状態を検出した際、路面μを上記
低μ側路面μ推定手段で推定する路面μに応じて推定す
ることを特徴とする。

【０００７】すなわち、走行環境認識手段で走行環境を
検出し認識し、低μ路走行状態検出手段で低μ路走行状
態を検出し、低μ側路面μ推定手段は車両の運動状態と
低μ路走行状態検出手段からの低μ路走行状態に応じて
路面μを推定する。そして、路面μ推定手段は、車両の
運動状態を基に路面μを推定するが、走行環境認識手段
で一面雪とみなせる状態を検出した際には、路面μを上
記低μ側路面μ推定手段で推定する路面μに応じて推定
する。

【０００８】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、上記路面μ推定手段は、オブ
ザーバによりヨーレートの実際値を演算する実際値推定
部と、車両運動モデルにより所定の高μ路におけるヨー
レートの基準値を演算する高μ路基準値推定部と、車両
運動モデルにより所定の低μ路におけるヨーレートの基
準値を演算する低μ路基準値推定部と、上記ヨーレート
の実際値を上記高μ路基準値および上記低μ路基準値と
比較して現在の路面μを推定するヨーレート比較路面μ
推定部とを具備したことを特徴とする。

【０００９】すなわち、路面μ推定手段は、実際値推定
部で、オブザーバによりヨーレートの実際値を演算し、
高μ路基準値推定部で、車両運動モデルにより所定の高
μ路におけるヨーレートの基準値を演算し、低μ路基準
値推定部で、車両運動モデルにより所定の低μ路におけ
るヨーレートの基準値を演算する。そして、ヨーレート
比較路面μ推定部は、ヨーレートの実際値を高μ路基準
値および低μ路基準値と比較して現在の路面μを推定す
る。

【００１０】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に記載
の車両の路面摩擦係数推定装置において、上記低μ側路
面μ推定手段は、車両の横運動の運動方程式に基づく車
両運動状態の演算値と検出値との比較により前後輪のコ
ーナリングパワーが現在の推定値より高いのか低いのか
に基づく適応制御理論のパラメータ調整則により前後輪
のコーナリングパワーを推定し、上記パラメータ調整則
により推定された前後輪のコーナリングパワーと高μ路
での前後輪のコーナリングパワーとの比により路面μを
推定するものであって、低μ路状態を示す入力がある際
には初期値を低μ路寄りの値に設定するものであること
を特徴とし、適応制御で路面μを正確に推定する。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【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４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は実際値比較路面μ推定部の構成を示す
機能ブロック図、図４はオブザーバの構成を示す説明図
である。

【００１６】図１において、符号１は車両に搭載され、
路面μ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は、適応制御路面μ推定部２と実
際値比較路面μ推定部３の２つの路面μ推定部を備えて
主要に構成されており、これら２つの路面μ推定部２，
３には走行環境認識部４からの認識結果による信号が入
力されるようになっている。

【００１７】上記走行環境認識部４は、走行環境認識手
段としてのもので、車室内の天井左右に設けた一対のカ
メラ５で、車外の対象を異なる視点からステレオ撮像
し、この一組のステレオ画像対に対し、対応する位置の
ずれ量から三角測量の原理により画像全体に渡る距離情
報を求める処理を行なって、三次元の距離分布を表す距
離画像を生成する。そして、この距離画像を、格納して
おいた様々なデータに基づき処理して、車両前方の道路
状態や立体物（先行車）の認識等を行うようになってい
る。

【００１８】また、この走行環境認識部４は、本出願人
が特願平１１−２１６１９１号で詳述するように、一対
のカメラ５により得られた撮像画像中の所定領域に設定
された監視領域における画像データに基づいて、路面一
面雪とみなせる状態を検出したときに画像ホールトの信
号を出力するフェールセーフ機能を有している。具体的
には、監視領域の水平方向に関する輝度エッジの数と、
監視領域の全体的な輝度の大きさを算出し、輝度エッジ
の数が判定値よりも少なく、かつ、全体的な輝度の大き
さが判定値よりも大きい場合に一面雪とみなせる状態と
判定する。そして、走行環境認識部４は、走行環境が一
面雪とみなせる状態の際に、これを示す信号（以下、雪
状態信号と称す）を２つの路面μ推定部２，３に出力す
る。

【００１９】上記適応制御路面μ推定部２は、上記走行
環境認識部４に加え、前輪舵角センサ６、車速センサ
７、及びヨーレートセンサ８が接続され、それぞれ、前
輪舵角δfs，車速Ｖs ，ヨーレート（ヨー角速度）（ｄ
ψ／ｄｔ）s の各センサ値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。

【００２０】また、車両には、ワイパースイッチ１２、
低外気温判定部１３、トラクション制御装置１４、アン
チロックブレーキ（ＡＢＳ）制御装置１５、制動力制御
装置１６、スリップ検出装置１７、トランスミッション
制御装置１８のうち少なくとも一つが搭載され、上記適
応制御路面μ推定部２に作動信号を入力するようになっ
ている。ここで、上記ワイパースイッチ１２、低外気温
判定部１３、トラクション制御装置１４、アンチロック
ブレーキ（ＡＢＳ）制御装置１５、制動力制御装置１
６、スリップ検出装置１７、トランスミッション制御装
置１８は、車両が低μ路走行状態と推定される際に、適
応制御路面μ推定部２に作動信号を出力するようになっ
ており、低μ路走行状態検出手段としてのものである。

【００２１】これらを簡単に説明すると、上記ワイパー
スイッチ１２は、ワイパーが作動した際に、作動信号を
適応制御路面μ推定部２に出力する。

【００２２】上記低外気温判定部１３は、例えば、外気
温度が低外気温（例えば、０℃以下）か否か判定し、低
外気温の場合に作動信号を適応制御路面μ推定部２に出
力する。

【００２３】上記トラクション制御装置１４は、例え
ば、４輪車輪速度を基に各車輪のスリップ率を検出し、
このスリップ率が設定値以上になった際に、ブレーキ駆
動系とエンジン制御系に所定の制御信号を出力して制動
またはエンジンのトルクダウンを行うようになってお
り、このトラクション制御装置１４の作動信号は、適応
制御路面μ推定部２に対しても出力される。

【００２４】上記ＡＢＳ制御装置１５は、例えば、４輪
車輪速度とブレーキスイッチからの信号に基づいて各車
輪の速度、加減速度および擬似的演算車体速度（ブレー
キペダルが踏まれており、かつ車輪速度の減速度が所定
値以上の場合は急ブレーキと判断し、その時点の車輪速
度を初速として設定し、それ以降は所定の減速度で減速
させて演算した値）などを演算し、擬似的演算車体速度
と車輪速度との比較、車輪の加減速の大きさなどから判
断してアンチロックブレーキ作動の際に増圧、保持、減
圧の３つの油圧モードを選択し、選択された所定のブレ
ーキ制御信号をブレーキ駆動系に出力する。また、上記
ＡＢＳ制御装置１５の作動信号は、適応制御路面μ推定
部２に対しても出力される。

【００２５】上記制動力制御装置１６は、例えば、４輪
車輪速度、前輪舵角、ヨーレート、及び車両諸元を基に
目標ヨーレートの微分値、低μ路走行の予測ヨーレート
の微分値および両微分値の偏差を算出し、また実ヨーレ
ートと目標ヨーレートとの偏差を算出し、これらの値に
基づいて、車両のアンダーステア傾向、或いは、オーバ
ーステア傾向を修正する目標制動力を算出し、車両のア
ンダーステア傾向を修正するためには旋回方向内側後輪
を、オーバーステア傾向を修正するためには旋回方向外
側前輪を制動力を加える制動輪として選択し、ブレーキ
駆動系に制御信号を出力して選択車輪に目標制動力を付
加して制動力制御する。この制動力制御装置１６の作動
信号は、適応制御路面μ推定部２に対しても出力され
る。

【００２６】上記スリップ検出装置１７は、例えば、前
輪車輪速度の左右平均と後輪車輪速度の左右平均の回転
数比が予め設定しておいた閾値を超えるか否かでスリッ
プ状態か否か判定し、スリップ状態の際に適応制御路面
μ推定部２に対して作動信号を出力する。

【００２７】上記トランスミッション制御装置１８は、
主に低μ路における牽引、走破性、脱出性を高めるため
の１レンジが選択されている際に、作動信号が適応制御
路面μ推定部２に対して出力される。

【００２８】そして、上記適応制御路面μ推定部２は、
路面μを推定演算し、この推定した路面μを動力配分制
御装置２１に出力する一方、走行環境認識部４から雪状
態信号が入力されると、実際値比較路面μ推定部３によ
り路面μの推定値が読み込まれるようになっている。上
記動力配分制御装置２１は、この推定された路面μに応
じ、図示しないセンターディファレンシャルの差動制限
トルクを制御して、前後の動力配分を制御するようにな
っている。

【００２９】上記適応制御路面μ推定部２は、路面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、前輪舵角δfs，
車速Ｖs ，ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）s 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、高μ路での前後輪の
等価コーナリングパワーに対する上記推定した前後輪の
コーナリングパワーの比を基に路面状況に応じた路面μ
を推定（路面μ推定値Ｅ）するようになっている。

【００３０】路面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。

【００３１】図２の車両運動モデルを用いて、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（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）として、 Ｍ・（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）＝２・Ｆｆ＋２・Ｆｒ …（１） で与えられる。

【００３２】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。

【００３３】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／ｄ
ｔ² ）は、 （ｄ² ｙ／ｄｔ² ）＝Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋（ｄψ／ｄｔ）） …（３） で表される。

【００３４】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。

【００３５】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）

【００３６】そこで上述の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、
すべり角に対する横力の非線形性、路面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） …（８） Ｋｒ＝（ｐ・Ｉｚ＋Ｌｆ・Ｋｆ）／Ｌｒ …（９）

【００３７】従って、上述の式により、前輪舵角δfs，
車速Ｖs ，ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）s 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Ｋ
ｆ，Ｋｒは、例えば前後輪毎に高μ路のものと比較する
ことで、路面μが算出され、路面μに基づいて非線形域
の路面μ推定値Ｅが高い精度で設定される。

【００３８】すなわち、前輪側と後輪側の基準等価コー
ナリングパワー（高μ路での等価コーナリングパワー）
を、それぞれＫf0，Ｋr0とすると、前輪側と後輪側の路
面μ推定値Ｅｆ，Ｅｒは、 Ｅｆ＝Ｋｆ／Ｋf0 …（１０） Ｅｒ＝Ｋｒ／Ｋr0 …（１１） そして、前輪側と後輪側の路面μ推定値Ｅｆ，Ｅｒの平
均値を最終的な路面μ推定値Ｅとする。 Ｅ＝（Ｅｆ＋Ｅｒ）／２ …（１２）

【００３９】上述の適応制御理論を応用した路面μ推定
方法では、推定した路面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μがずれている
のか演算され、上記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。

【００４０】また、上記ワイパースイッチ１２のワイパ
ー作動信号、低外気温判定部１３の低外気温判定信号、
トラクション制御装置１４の作動信号、ＡＢＳ制御装置
１５の作動信号、制動力制御装置１６の作動信号、スリ
ップ検出装置１７のスリップ検出信号、トランスミッシ
ョン制御装置１８の１レンジ選択による信号が適応制御
路面μ推定部２に入力されると、上記路面μ推定方法で
設定値を超える路面μが演算されている場合、路面μが
低μ寄り（例えば圧雪相当の０．３）に強制的に初期設
定され、この低μ寄りの値から再び路面μが演算され
る。

【００４１】すなわち、適応制御路面μ推定部２におけ
る上述の路面μ推定方法は、路面μが現在の推定値より
も高いのか低いのかに基づく積分動作で行われるため、
路面μが変動した際に初めの路面μ推定値（初期値）が
実際の路面μと大きく異なっていると、適切な路面μ推
定結果を得るまでの時間が長くなってしまう。このた
め、車両のスリップ走行状態と低い路面μの走行路での
走行状態の少なくとも一方の場合に発生する上記各信号
が入力された際は、低μ寄りの値、すなわち、実際の路
面μに近い値から路面μを演算することで応答性の向上
が図られている。従って、適応制御路面μ推定部２は、
低μ路であっても正確に路面μを推定できる低μ側路面
μ推定手段として設けられている。そして、低μ路であ
っても正確に路面μを推定できることから、特に低μ路
で、その十分な作動が期待される動力配分制御装置２１
に、路面μの推定値が出力される。また、走行環境認識
部４から、雪状態信号が入力されると、実際値比較路面
μ推定部３により路面μ推定値Ｅが読み込まれるように
なっている。

【００４２】また、適応制御路面μ推定部２は、車両の
始動が長期停止後の始動を示す判定信号が入力された際
は、路面μが高μ領域と低μ領域の中間の領域の値（例
えば、μ＝０．５）に強制的に初期設定され、この中間
の値から路面μが演算されるようになっている。ここで
長期停止後の始動の長期とは、例えば、車両出荷時又は
ディーラー等でのユニットを交換するのに要する程度の
期間である。通常のエンジン再始動時等では、バックア
ップ電源により前回推定したコーナリングパワに基づき
路面μが推定されるようになっている。

【００４３】一方、前記実際値比較路面μ推定部３は、
路面μ推定手段としてのもので、前記走行環境認識部４
に加え、前輪舵角センサ６、車速センサ７、ヨーレート
センサ８、及び横加速度センサ９が接続され、それぞ
れ、前輪舵角δfs，車速Ｖs ，ヨーレート（ｄψ／ｄ
ｔ）s ，横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）s の各センサ値が
入力されるようになっている。

【００４４】そして、上記実際値比較路面μ推定部３
は、路面μを推定演算し、この推定した路面μを、運転
支援制御装置２２に出力し、この運転支援制御装置２２
は、路面μを用いて前方に存在するカーブのコーナリン
グに係る制御等を行って、ドライバを支援する。ここ
で、上記実際値比較路面μ推定部３は、前記走行環境認
識部４から雪状態信号が入力された際は、その状態が予
め設定した時間（例えば、９０秒）継続する場合は、適
応制御路面μ推定部２から路面μ推定値Ｅを読み込ん
で、推定する路面μを路面μ推定値Ｅに漸近させるよう
になっている。

【００４５】上記実際値比較路面μ推定部３は、図３に
示すように、高μ路基準値推定部３ａ、低μ路基準値推
定部３ｂ、実際値推定部３ｃ、ヨーレート比較路面μ推
定部３ｄから主要に構成されている。

【００４６】上記高μ路基準値推定部３ａ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３ｄに出力す
る。

【００４７】また、上記高μ路基準値推定部３ａから
は、上記高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H に加
え、高μ路基準のヨー角加速度（ｄ² ψ／ｄｔ² ）H と
横加速度（ｄ² ｙ／ｄｔ² ）H が、ヨーレート比較路面
μ推定部３ｄに出力される。尚、上記高μ路基準値推定
部３ａ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。

【００４８】上記低μ路基準値推定部３ｂ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３ｄに出力す
る。

【００４９】また、上記低μ路基準値推定部３ｂから
は、上記低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L に加
え、低μ路基準のヨー角加速度（ｄ² ψ／ｄｔ² ）L
が、ヨーレート比較路面μ推定部３ｄに出力される。
尚、上記低μ路基準値推定部３ｂ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。

【００５０】上記高μ路基準値推定部３ａ及び低μ路基
準値推定部３ｂ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、得られる前記（１）〜
（７）式により、以下の状態方程式を得る。 （ｄｘ(t) ／ｄｔ）＝Ａ・ｘ(t) ＋Ｂ・ｕ(t) …（１３） 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

【００５１】上記高μ路基準値推定部３ａでは、上記
（１３）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（ｄ
² 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／ｄｔ）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。

【００５２】同様に、上記低μ路基準値推定部３ｂで
は、上記（１３）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
δfs）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。

【００５３】上記実際値推定部３ｃ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３ｃ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３ｄに対して出力される。また、実際値推定部３ｃ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３ｄに対して出力される。尚、上記実際値推定部３
ｃ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。

【００５４】ここで、本実施の形態によるオブザーバの
構成を図４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) …（１４） 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) …（１５）

【００５５】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／ｄ
ｔ² ）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。

【００５６】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（１６）、（１７）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 ） …（１６） （ｄβ／ｄｔ）O ＝ａ21・（ｄψ／ｄｔ）O ＋ａ22・βO ＋ｋ21・（（ｄψ／ｄｔ）s −（ｄψ／ｄｔ）O ） ＋ｋ22・（βs −βO ） …（１７）

【００５７】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。

【００５８】尚、上記高μ路基準値推定部３ａ、低μ路
基準値推定部３ｂ、実際値推定部３ｃ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。

【００５９】βfH＝βfL＝βfO＝０

【００６０】上記ヨーレート比較路面μ推定部３ｄ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（１８）式に基づき
新たな路面摩擦係数μγｎを演算する。

【００６１】ここで、μH は、高μ路基準値推定部３ａ
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３ｂ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 ） …（１８）

【００６２】すなわち、この（１８）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μ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。

【００６３】そして、（１９）式のように、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、このヨーレート比較による路面摩擦係
数μγを、最終的に推定した路面μとして出力するよう
になっている。

【００６４】 μγ＝μn-1 ＋κ1 ・（μγｎ−μn-1 ） …（１９） ここで、重み関数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 ｜ …（２０）

【００６５】また、上記ヨーレート比較路面μ推定部３
ｄ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。

【００６６】（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、ステアリング角の
絶対値が５００deg より大きい場合には演算を行わな
い。

【００６７】（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。

【００６８】（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。

【００６９】（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（ヨーレ
ートが発生し始めてから収束側に移行する間の設定範
囲）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。

【００７０】（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。

【００７１】（１−６）前記（２０）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。

【００７２】さらに、上記ヨーレート比較路面μ推定部
３ｄには、走行環境認識部４から走行環境を示す信号が
入力されるようになっている。そして、走行環境認識部
４から雪状態信号が入力された際、その状態が設定時間
（例えば、９０秒）継続した場合は、上記適応制御路面
μ推定部２から路面μ推定値Ｅを読み込んで、ヨーレー
ト比較路面μ推定部３ｄで推定する路面摩擦係数μγ
を、適応制御路面μ推定部２からの路面μ推定値Ｅに漸
近させて、この値を最終的に推定した路面摩擦係数μと
して出力する。また、走行環境認識部４からの雪状態信
号がなくなった場合、上記ヨーレート比較路面μ推定部
３ｄは、所定時間（例えば、１８０秒）経過した後、通
常の路面μ推定に復帰するようになっている。

【００７３】すなわち、走行環境認識部４から雪状態信
号が入力された場合、車両は低μ路走行をしている可能
性が高いため、実際値比較路面μ推定部３は、特に低μ
路であっても路面μの推定が正確に行える適応制御路面
μ推定部２からの路面μ推定値Ｅを採用するのである。

【００７４】尚、本実施の形態においては、適応制御路
面μ推定部２と実際値比較路面μ推定部３の２つの路面
μ推定部を備えて、走行環境が一面雪とみなせる状態の
際、実際値比較路面μ推定部３の路面μ推定値を、低μ
の推定に特に優れた適応制御路面μ推定部２からの推定
値に漸近させるようになっているが、以下のような応用
ももちろん可能である。

【００７５】路面摩擦係数推定装置が、適応制御路面μ
推定部、実際値比較路面μ推定部、或いは、他の方法の
路面μ推定部等一つのみで構成される場合、走行環境が
一面雪とみなせる状態の際は、予め設定しておいた路面
μの固定値（例えば、０．３５）を設定する。

【００７６】また、路面摩擦係数推定装置が、適応制御
路面μ推定部のみの場合、前述の適応制御路面μ推定部
２で説明した、ワイパースイッチ１２、低外気温判定部
１３、トラクション制御装置１４、ＡＢＳ制御装置１５
等からの作動信号と同様にして、走行環境が一面雪とみ
なせる状態の際は、適応制御の初期値を予め設定してお
いた値（例えば、０．３５）とする。

【００７７】さらに、本実施の形態においては、適応制
御による路面μ推定方法とオブザーバによる路面μ推定
方法の組み合わせで説明しているが、他の路面μ推定方
法の組み合わせであっても応用できることは云うまでも
ない。

【００７８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
走行環境を検出し認識して、一面雪とみなせる状態を検
出した際は、この走行環境に応じた路面μが迅速に設定
できるので、走行環境のデータを積極的に活用して路面
μ推定に係わる演算負荷を低減することができ、路面μ
の推定も迅速かつ正確に行うことが可能になる。

【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】実際値比較路面μ推定部の構成を示す機能ブロ
ック図

【図４】オブザーバの構成を示す説明図

【符号の説明】

１ 路面摩擦係数推定装置 ２ 適応制御路面μ推定部（低μ側路面μ推定手段） ３ 実際値比較路面μ推定部（路面μ推定手段） ３ａ 高μ路基準値推定部 ３ｂ 低μ路基準値推定部 ３ｃ 実際値推定部 ３ｄ ヨーレート比較路面μ推定部 ４ 走行環境認識部（走行環境認識手段） ６ 前輪舵角センサ ７ 車速センサ ８ ヨーレートセンサ ９ 横加速度センサ １２ ワイパースイッチ（低μ路走行状態検出手段） １３ 低外気温判定部（低μ路走行状態検出手段） １４ トラクション制御装置（低μ路走行状態検出手
段） １５ ＡＢＳ制御装置（低μ路走行状態検出手段） １６ 制動力制御装置（低μ路走行状態検出手段） １７ スリップ検出装置（低μ路走行状態検出手段） １８ トランスミッション制御装置（低μ路走行状態
検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 21/00 Ｇ０１Ｎ 21/00 (56)参考文献 特開 平11−230898（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−64128（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−138792（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−281539（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−101732（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−2274（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−216191（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 G01N 21/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の運動状態を基に路面μを推定する
   路面μ推定手段を備えた車両の路面摩擦係数推定装置に
   おいて、 走行環境を検出し認識する走行環境認識手段と、低μ路
   走行状態を検出する低μ路走行状態検出手段と、車両の
   運動状態と上記低μ路走行状態検出手段からの低μ路走
   行状態に応じて路面μを推定する低μ側路面μ推定手段
   とを有し、上記路面μ推定手段は、上記走行環境認識手
   段で一面雪とみなせる状態を検出した際、路面μを上記
   低μ側路面μ推定手段で推定する路面μに応じて推定す
   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】 上記路面μ推定手段は、オブザーバによ
   りヨーレートの実際値を演算する実際値推定部と、 車両運動モデルにより所定の高μ路におけるヨーレート
   の基準値を演算する高μ路基準値推定部と、 車両運動モデルにより所定の低μ路におけるヨーレート
   の基準値を演算する低μ路基準値推定部と、 上記ヨーレートの実際値を上記高μ路基準値および上記
   低μ路基準値と比較して現在の路面μを推定するヨーレ
   ート比較路面μ推定部とを具備した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】 上記低μ側路面μ推定手段は、車両の横
   運動の運動方程式に基づく車両運動状態の演算値と検出
   値との比較により前後輪のコーナリングパワーが現在の
   推定値より高いのか低いのかに基づく適応制御理論のパ
   ラメータ調整則により前後輪のコーナリングパワーを推
   定し、上記パラメータ調整則により推定された前後輪の
   コーナリングパワーと高μ路での前後輪のコーナリング
   パワーとの比により路面μを推定するものであって、低
   μ路状態を示す入力がある際には初期値を低μ路寄りの
   値に設定するものであることを特徴とする請求項１又は
   請求項２に記載の車両の路面摩擦係数推定装置。