JP3640126B2 - スリップ率サーボ制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スリップ率サーボ制御装置に係り、より詳しくは、目標スリップ率に基づく微小ゲインの目標値に微小ゲインを追従させる制御又は微小ゲインに基づくスリップ率を目標スリップ率に追従させる制御を行うスリップ率サーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアンチロックブレーキ制御装置（以下、「ＡＢＳ装置」という）は、車輪速センサの信号に基づいて車体速度、車体加減速度、または車体速度に近似した速度信号等を作成し、これらの比較からブレーキ力を制御してアンチロックブレーキ動作を行うものであった。
【０００３】
このうち特開昭６１−１９６８５３号公報記載のＡＢＳ装置は、車体速度の近似値と車輪速度等から得られる基準速度との比較から、車輪がロックする可能性があるかどうかを判断し、車輪がロックする可能性がある時にブレーキ力を減少させるというものである。このＡＢＳ装置では、推定車体速度ｖv は図１２に示すように車輪速度より求めた速度ｖw の谷を一定勾配で接続することにより得られるが、推定車体速度ｖv と実車体速度ｖv*との間にずれが生じていることが理解できる。
【０００４】
また、このＡＢＳ装置では、悪路走行時の車輪接地荷重の変化によって推定車体速度ｖv が実車体速度ｖv*より大きくなることを防止するために、推定車体速度の変化以上に車輪速度が変化する場合には推定車体速度の増加割合を抑制している。
【０００５】
また、車両がある速度で走行している時、ブレーキをかけていくと車輪と路面との間にスリップが生じるが、車輪と路面との間の摩擦係数μは、下式で表されるスリップ率Ｓに対し、あるスリップ率でピークをとる関数関係で変化することが知られている（図５参照：図５は横軸がスリップ速度）。なお、ｖv*は実車体速度、ｖw は車輪速度である。
【０００６】
Ｓ＝（ｖv*−ｖw ）／ｖv*
このμ−Ｓ特性では、あるスリップ率（図５のＡ２領域に相当）で摩擦係数μがピーク値をとるようになる。このピーク値をとるスリップ率が予め分かっていれば車体速度と車輪速度とからスリップ率を求めることによりスリップ率制御を行うことができる。
【０００７】
このため、特開平１−２４９５５９号公報のＡＢＳ装置では、車体速度の近似値及び車輪速度等からスリップ率を演算し、演算したスリップ率と設定したスリップ率との比較からブレーキ力を制御している。このＡＢＳ装置では、推定車体速度ｖv と実車体速度ｖv*とのずれによって長時間ノーブレーキの状態となることを防止するために、必要以上に長い時間ブレーキ圧を減圧状態にしないようにしている。
【０００８】
これら従来からの制御システムは、車両の運動系に対して車輪速度及び車体加速度から車体推定速度を推定する部分と、車輪速度及び推定車体速度から車輪のロック状態を検出してブレーキ力を制御する部分と、から構成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のＡＢＳ装置では、車体速度の推定のために図１２に示すように、車輪速度から求めた速度ｖw と実車体速度ｖv*とが一致もしくは近い値になるまでブレーキ力を戻す必要があり、そのためには車輪のブレーキ力の増圧減圧を比較的低周波で繰り返す必要があった。また、基準速度と比較する車体速度が車輪速度や車体加減速度等から求めた近似値であるため、実際の車体速度と大きく異なる時があり、場合によっては車輪が長時間ロック状態に陥るとか、復帰のためブレーキ力を極端に減少させてしまう等、車両の挙動に著しい影響を与えて制動距離の増加や不快な振動を起こすことがあった。
【００１０】
更に、スリップ率によってブレーキ力を制御するＡＢＳ装置では、車両の走行する路面状態によって最大の摩擦係数となるスリップ率が異なることは容易に予想できることであり、この対策として路面状態を検出、推定し、かつ路面状態に応じた基準スリップ率を複数個用意するか、路面状態に応じて基準スリップ率を変化させる必要があった。
【００１１】
また、一般に、路面と車輪との間の摩擦係数μは、スリップ速度Δω（＝（車体速度−車輪速度）／車体速度）に対して、図３（ａ）や図３（ｂ）に示すような関係で変化するが、上記従来技術では、図３（ｂ）に示すような特性を有する路面に対して安定なブレーキ制御が困難であるという問題がある。
【００１２】
すなわち、通常の図３（ａ）の路面では、領域Ａ２の最大の制動トルク（ピークμ）のときのスリップ速度Ｓm の前後で、制動トルクのスリップ速度に対する勾配（以下、「制動トルク勾配」という；直線ｌの傾き）は零近傍の値の回りに緩やかに変化するが、タイヤのロックのおそれのある領域Ａ３の制動トルク勾配は負値となり、領域Ａ２の制動トルク勾配より小さくなる。従って、制動トルク勾配をピーク時の零若しくはＡ２領域始めの零近傍の正値に追従させることにより、Ａ２領域内に安定に収束させるブレーキ制御が可能となる。
【００１３】
これに対し、図３（ｂ）の路面では、領域Ａ１では、スリップ速度に対して制動トルクが略比例の関係で増大していくが、領域Ａ２の始めで急激に制動トルク勾配が変化しピーク時で零近傍の値となる。しかし、それ以降は、領域Ａ３に至っても、制動トルク勾配は緩やかにしか減少せず、零に近い値をとる。従って、Ａ２領域内に安定に収束させることは難しくなり、場合によってはＡ３領域に移行してタイヤがロックする可能性がある。
【００１４】
本発明は、上記事実に鑑みて成されたもので、車速を推定することなく、各車速において最適なスリップ率制御を実現すると共に、図３（ｂ）の路面でも良好なスリップ率制御が可能なスリップ率サーボ制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、請求項１の発明は、目標スリップ率に追従する制御を行うスリップ率サーボ制御装置であって、車輪速度を検出する車輪速検出手段と、車輪に作用する制動力又は制動力に関連した物理量を検知する制動力検知手段と、車体と車輪と路面とから構成される振動系の共振周波数でブレーキ圧を微小励振する微小励振手段と、前記微小励振手段により微小励振されたブレーキ圧の微小振幅に対する前記共振周波数での車輪速度の微小振幅の比である微小ゲインを演算する微小ゲイン演算手段と、前記車輪速検出手段により検出された車輪速度と、前記制動力検知手段により検知された制動力又は制動力に関連した物理量とに基づいて、前記目標スリップ率を目標微小ゲインに変換する演算を行う目標ゲイン演算手段と、前記微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインが、前記目標ゲイン演算手段により演算された目標微小ゲインに追従するように車輪運動を制御するサーボ制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２の発明は、目標スリップ率に追従する制御を行うスリップ率サーボ制御装置であって、車輪速度を検出する車輪速検出手段と、車輪に作用する制動力又は制動力に関連した物理量を検知する制動力検知手段と、車体と車輪と路面とから構成される振動系の共振周波数でブレーキ圧を微小励振する微小励振手段と、前記微小励振手段により微小励振されたブレーキ圧の微小振幅に対する前記共振周波数での車輪速度の微小振幅の比である微小ゲインを演算する微小ゲイン演算手段と、前記車輪速検出手段により検出された車輪速度、前記制動力検知手段により検知された制動力又は制動力に関連した物理量、及び前記微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインに基づいてスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、前記スリップ率演算手段により演算されたスリップ率が、前記目標スリップ率に追従するように車輪運動を制御するサーボ制御手段と、を有することを特徴とする。
（本発明の原理−微小ゲインに関する説明）
重量Ｗv の車体を備えた車両が車体速度ωv で走行している時の車輪での振動現象、すなわち車体と車輪と路面とによって構成される振動系の振動現象を、車輪回転軸で等価的にモデル化した図４に示すモデルを参照して考察する。
【００１７】
図４のモデルにおいて、ブレーキ力は、路面と接するタイヤのトレッド１１５の表面を介して路面に作用するが、このブレーキ力は実際には路面からの反作用（制動力）として車体に作用するため、車体重量の回転軸換算の等価モデル１１７はタイヤのトレッドと路面との間の摩擦要素１１６（路面μ）を介して車輪１１３と反対側に連結したものとなる。これは、シャシーダイナモ装置のように、車輪下の大きな慣性、すなわち車輪と反対側の質量で車体の重量を模擬することができることと同様である。
【００１８】
図４でタイヤリムを含んだ車輪１１３の慣性をＪw 、リムとトレッド１１５との間のばね要素１１４のばね定数をＫ、車輪半径をＲ、トレッド１１５の慣性をＪt 、トレッド１１５と路面との間の摩擦要素１１６の摩擦係数をμ、車体の重量Ｗv の回転軸換算の等価モデル１１７の慣性をＪV とすると、ホイールシリンダ圧により生じるブレーキトルクＴb ’から車輪速ωw までの伝達特性は、車輪運動の方程式より、
【００１９】
【数１】
【００２０】
となる。なお、ｓはラプラス変換の演算子である。
【００２１】
タイヤが路面にグリップしている時は、トレッド１１５と車体等価モデル１１７とが直結されていると考えると、車体等価モデル１１７とトレッド１１５との和の慣性と、車輪１１３の慣性とが共振する。すなわち、この振動系は、車輪と車体と路面とから構成された車輪共振系とみなすことができる。このときの車輪共振系の共振周波数ω∞は、(1) 式の伝達特性において、
ω∞＝√｛（Ｊw ＋Ｊt ＋Ｊv ）Ｋ／Ｊw （Ｊt ＋Ｊv ）｝／２π (2)
となる。この状態は、図３（ａ）、（ｂ）及び図５では、ピークμに達する前の領域Ａ１に対応する。
【００２２】
逆に、タイヤの摩擦係数μがピークμに近づく場合には、タイヤ表面の摩擦係数μがスリップ率（（車体速度−車輪速度）／車体速度）に対して変化し難くなり、トレッド１１５の慣性の振動に伴う成分は車体等価モデル１１７に影響しなくなる。つまり等価的にトレッド１１５と車体等価モデル１１７とが分離され、トレッド１１５と車輪１１３とが共振を起こすことになる。このときの車輪共振系は、車輪と路面とから構成されているとみなすことができ、その共振周波数ω∞’は、(2) 式において、車体等価慣性Ｊv を０とおいたものと等しくなる。すなわち、
ω∞' ＝√｛（Ｊw ＋Ｊt ）Ｋ／Ｊw Ｊt ）｝／２π (3)
となる。この状態は、図３（ａ）、（ｂ）及び図５では、ピークμ近傍の領域Ａ２に対応する。
【００２３】
(2) と(3) 式とを比較し、車体等価慣性Ｊv が車輪慣性Ｊw 、トレッド慣性Ｊt より大きいと仮定すると、(3) 式の場合の車輪共振系の共振周波数ω∞’は(2) 式よりもω∞よりも高周波数側にシフトすることになる。従って、車輪共振系の共振周波数の変化を反映する物理量に基づいて、車輪と路面との間の摩擦状態を判定することが可能となる。
【００２４】
そこで、本発明では、このような共振周波数の変化を反映する物理量として、以下のような微小ゲインＧd を導入する。
【００２５】
まず、本発明の微小励振手段が、車輪と車体と路面とからなる振動系の共振周波数ω∞（(2) 式) でブレーキ圧Ｐb を微小励振すると、車輪速度ωw も平均的な車輪速度の回りに共振周波数ω∞で微小振動する。ここで、このときのブレーキ圧Ｐb の共振周波数ω∞の微小振幅をＰv 、車輪速度の共振周波数ω∞の微小振幅をωwvとした場合、微小ゲインＧd を
Ｇd ＝ωwv／Ｐv (4)
とする。なお、この微小ゲインＧd を、ブレーキ圧Ｐb に対する車輪速ωw の比（ωw ／Ｐb ）の共振周波数ω∞の振動成分とみなし、
Ｇd ＝（（ωw ／Ｐb ）｜ｓ＝ｊω∞） (5)
と表すこともできる。
【００２６】
この微小ゲインＧd は、(5) 式に示すように（ωw ／Ｐb ）の共振周波数ω∞の振動成分であるので、摩擦状態がピークμ近傍の領域に至ったとき、共振周波数がω∞’にシフトするため急激に減少する。これは、ピークμ近傍で路面μ勾配が零近傍に減少することと対応しており、微小ゲインＧd が路面μ勾配と等価な物理量であることを示唆している。そこで、以下に、微小ゲインＧd が、図３（ａ）、（ｂ）に示した制動トルク勾配（路面μ勾配）と等価であることを厳密に証明する。
【００２７】
図５に示すように、スリップ速度Δωと、車輪−路面間の摩擦係数μとの間には、あるスリップ率で摩擦係数μがピークをとる関数関係が成立することが知られている。
【００２８】
ところで、微小励振手段によりブレーキ圧を微小励振すると、車輪速度が微小振動するので、スリップ率もあるスリップ率の回りで微小振動する。ここで、図５の特性を有する路面において、あるスリップ率の回りで微小振動したときの摩擦係数μのスリップ速度Δωに対する変化を考える。
【００２９】
このとき、路面の摩擦係数μは、
μ ＝ μ0 ＋αＲΔω (6)
と近似できる。すなわち、微小振動によるスリップ速度の変化が小さいため、傾きαＲの直線で近似できる。
【００３０】
ここで、タイヤと路面間の摩擦係数μにより生じる制動トルクＴb ＝μＷＲに(6) 式を代入すると、
Ｔb ＝ μＷＲ ＝ μ0 ＷＲ＋αＲ2 ΔωＷ (7)
となる。ここで、Ｗは輪荷重である。(7) 式の両辺をΔωで１階微分すると、
【００３１】
【数２】
【００３２】
を得る。よって、(8) 式により、制動トルク勾配（ｄＴb ／Δω）が、αＲ2 Ｗに等しいことが示された。
【００３３】
一方、ブレーキトルクＴb ’がブレーキ圧Ｐb と比例関係にあることから、微小ゲインＧd は、ブレーキトルクＴb ’に対する車輪速度ωw の比（ωw ／Ｔb ’）の共振周波数ω∞の振動成分と比例関係にある。従って、(1) 式の伝達特性により、微小ゲインＧd は次式によって表される。
【００３４】
【数３】
【００３５】
一般に、(11)式において、
｜Ａ｜ ＝ ０．０１２ ＜＜ ｜Ｂ｜ ＝ ０．１ (12)
となることから、(8) 、(9) 式より、
【００３６】
【数４】
【００３７】
を得る。すなわち、スリップ速度Δωに対する制動トルクＴb の勾配は微小ゲインＧd に比例する。
【００３８】
以上により、微小ゲインＧd が制動トルク勾配と等価な物理量であることが示された。
（本発明の作用）
一般に、路面μ特性において、制動トルクＴb （又は摩擦係数μ）は、ピークμの近くまで（領域Ａ１）、スリップ速度Δωに対し略比例の関係にあると近似できる。なお、この近似は、図３（ｂ）の路面の領域Ａ１では、特に有効に成り立っている。よって、比例係数をαとおくと、領域Ａ１において、
Ｔb ＝ αΔω (14)
を得る。
【００３９】
ここで、α＝（ｄＴb ／ｄΔω）であることから、(13)、(14)式より、
Ｔb ＝ ｋ’Ｇd Δω (15)
が成立する。ただし、ｋ’は(13)式の比例係数である。
【００４０】
また、制動力Ｆは、制動トルクＴb と比例関係（Ｆ＝Ｔb ／Ｒ；Ｒは車輪の有効半径）にあるので、(15)式を制動力Ｆについて表すと、
Ｆ ＝ ｋＧd Δω (16)
となる。ただし、ｋ＝ｋ’／Ｒである。
【００４１】
制動力Ｆについては、実施の形態で後述するように推定方法があるので、(16)式をΔωについて表すと、
【００４２】
【数５】
【００４３】
となる。ただし、Ｋ＝１／ｋ（定数）である。
ここで、スリップ率Ｓは、車輪速度をωw 、車体速度（角速度換算）をωv とすると、
【００４４】
【数６】
【００４５】
と表せる。ただし、スリップ速度Δω＝ωv −ωw である。
(18)式に(17)式を代入すると、
【００４６】
【数７】
【００４７】
となる。すなわち、スリップ率Ｓは、車輪速度ωw 、制動力Ｆ、微小ゲインＧd から演算することができる。
【００４８】
(19)式を、微小ゲインＧd について変形すると、
【００４９】
【数８】
【００５０】
となる。すなわち、微小ゲインＧd は、スリップ率Ｓ、車輪速度ωw 、制動力Ｆ、から演算することができる。
【００５１】
そこで、請求項１の発明では、目標ゲイン演算手段が、車輪速検出手段により検出された車輪速度ωw と、制動力検知手段により検知された制動力Ｆとに基づいて、目標スリップ率Ｓc を目標微小ゲインＧs に変換する演算を行う。この目標ゲイン演算手段による演算は、例えば、(20)式において、スリップ率Ｓを目標スリップ率Ｓc に、微小ゲインＧd を目標微小ゲインＧs に置き換えた以下の(21)式により行うことができる。
【００５２】
【数９】
【００５３】
ここで、制動力Ｆとして、制動力に関連する物理量、例えば制動トルクＴb 等を用いても良い。この場合、制動力Ｆと制動トルクＴb との比例関係より、(21)式において制動力Ｆの代わりに制動トルクＴb で表した変形式を用いることはいうまでもない。また、制動力Ｆは、車輪に加えられたブレーキ力の反力として車輪に作用するため、関連した物理量として、検出若しくは推定されたホイールシリンダ圧を用いることもできる。
【００５４】
なお、目標ゲイン演算手段の演算方法は、(21)式若しくはその変形式に限定されるものではなく、直線近似の(14)式を、さらに近似度の良い関数で表したものから導き出された、微小ゲイン、スリップ率、制動力、及び車輪速度の間の関係式より演算することもできる。
【００５５】
そして、本発明のサーボ制御手段は、微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインＧd が、目標ゲイン演算手段により演算された目標微小ゲインＧs に追従するように車輪運動を制御する。
【００５６】
例えば、本発明をＡＢＳ装置に適用した場合、微小ゲインＧd が目標微小ゲインＧs に追従するように、車輪に作用する平均的なブレーキ力を制御する。また、トラクションコントロール装置（以下、「ＴＲＣ装置」という）に適用する場合、ＴＲＣ領域のスリップ率に応じて演算された目標微小ゲインＧs に、微小ゲインＧd が追従するように、アクセル開度等を制御する。
【００５７】
このように請求項１の発明では、目標スリップ率Ｓc に対応する目標微小ゲインＧs を、車速ωv からではなく、(19)式を介してスリップ率と関連する制動力Ｆ及び車輪速度ωw から導いているので、車速の推定を行うことなく、車速の変化に応じて変化する微小ゲインの最適な目標値をリアルタイムに設定することができる。
【００５８】
また、請求項２の発明では、スリップ率演算手段が、車輪速検出手段により検出された車輪速度ωw 、制動力検知手段により検知された制動力Ｆ、及び微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインＧd 、に基づいてスリップ率Ｓを演算する。このスリップ率演算手段による演算は、例えば(19)式に基づいて実行することができる。
【００５９】
ここで、制動力Ｆとして、制動力に関連する物理量を用いることができるのは、請求項１の発明と同様である。また、スリップ率演算手段の演算方法は、(19)式若しくはその変形式に限定されるものではなく、直線近似の(14)式を、さらに近似度の良い関数で表したものから導き出された、微小ゲイン、スリップ率、制動力、及び車輪速度の間の関係式より演算することもできる。
【００６０】
そして、本発明のサーボ制御手段は、スリップ率演算手段により演算されたスリップ率Ｓが、目標スリップ率Ｓc に追従するように車輪運動を制御する。
【００６１】
このように請求項２の発明では、演算された微小ゲインＧd を車速ωv からではなく、(19)式を介してスリップ率と関連する制動力Ｆ及び車輪速度ωw からスリップ率Ｓに変換し、該スリップ率Ｓを、目標スリップ率Ｓc に追従させる制御を行っている。すなわち、車速の推定を行うことなく、微小ゲインの車速依存性に対応している。
【００６２】
ところで、一般に、制動力の勾配に変化のない部分では、該勾配に略比例する微小ゲインを制御した場合、基準ゲインが大き過ぎると、ブレーキ油圧を減圧し過ぎる傾向にあり、逆に小さ過ぎるとピークの間際まで達して、小さな外乱でも車輪ロックに陥る可能性がある。しかし、請求項１及び請求項２の発明によれば、勾配の変化しない領域では、ブレーキ油圧に対して、スリップ率がほぼ単調に増加・減少することを利用して、該スリップ率に基づいて制御することにより、ブレーキ油圧の過減圧が防止できると共に、車輪ロックに陥る可能性も少なくなる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスリップ率サーボ制御装置を、車両のＡＢＳ装置に適用した場合の各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１には、本発明の第１の実施の形態に係るＡＢＳ装置の構成ブロック図が示されている。
【００６４】
図１に示すように、本実施の形態のＡＢＳ装置は、車輪速度ωw を検出する車輪速センサ１８、検出された車輪速度ωw から微小ゲインＧd を演算する微小ゲイン演算部３６、車輪速度ωw から車輪に作用する制動力Ｆを推定する制動力推定部２２、目標スリップ率Ｓc を設定する目標スリップ率設定部１０、設定された目標スリップ率Ｓc を、車輪速度ωw と制動力Ｆとを用いて微小ゲインＧd の基準ゲインＧs に変換する演算を行う目標ゲイン演算部２０、基準ゲインＧs と微小ゲインＧd との差ΔＧ＝Ｇd −Ｇs を演算する差分器１２、演算されたΔＧを零に一致又は略一致させるための平均ブレーキ力の指令信号Ｐr を算出する制御器１４、及び指令された平均ブレーキ力指令Ｐr と微小励振指令Ｐv との和信号に基づいてブレーキ圧を制御する制御バルブ５２、から構成される。
【００６５】
このうち目標スリップ率設定部１０は、通常の路面状態でピークμとなるときのスリップ率（例えば０．２）を目標スリップ率Ｓc として記憶するメモリにより実現することができる。また、路面状態毎にピークμを与えるスリップ率を記憶すると共に、車輪運動を表す複数の物理量から路面状態を推定する路面推定手段を設け、この路面推定手段により推定された路面状態に応じてピークμとなるときのスリップ率を出力する手段として構成することも可能である。
【００６６】
目標ゲイン演算部２０は、図１０に示すように、１からＳc を減算する減算器７０、この減算結果をＳc で除算する除算器７１、この除算結果に制動力Ｆを乗算する乗算器７２、この乗算結果を車輪速度ωw で除算する除算器７３、及びこの除算結果に定数Ｋを乗算する定数器７４、から構成されており、上記(21)式を実行することにより基準ゲインＧs を算出する。
【００６７】
また、図１の制御器１４は、ΔＧを零に一致又は略一致させるためのブレーキ圧指令信号を比例ゲイン及び積分ゲインにより演算する所謂ＰＩ制御器で構成することができる。勿論、いわゆるＨ∞制御や２自由度制御などを行うロバスト制御器等、より高次の制御を行う制御器により構成することもできる。
【００６８】
また、制御バルブ５２によるブレーキ圧の制御は、該制御バルブ５２回りに構成されたブレーキ部１６により実現することができる。ここで、ブレーキ部１６の詳細な構成を図８に示す。
【００６９】
図８に示すように、ブレーキ部１６は、制御バルブ５２以外に、マスタシリンダ４８、ホイールシリンダ５６、リザーバー５８及びオイルポンプ６０を備えている。
【００７０】
このうちブレーキペダル４６は、ブレーキペダル４６の踏力に応じて増圧するマスタシリンダ４８を介して制御バルブ５２の増圧バルブ５０へ接続されている。また、制御バルブ５２は、減圧バルブ５４を介して低圧源としてのリザーバー５８へ接続されている。さらに、制御バルブ５２には、該制御バルブによって供給されたブレーキ圧をブレーキディスクに加えるためのホイールシリンダ５６が接続されている。この制御バルブ５２は、ドライバの踏力によるブレーキ圧Ｐd を供給すると共に、入力されたバルブ動作指令（Ｐr ＋Ｐv ）に基づいて増圧バルブ５０及び減圧バルブ５４の開閉を制御する。
【００７１】
なお、この制御バルブ５２が増圧バルブ５０のみを開くように制御されると、ホイールシリンダ５６の油圧（ホイールシリンダ圧）は、ドライバがブレーキペダル４６を踏み込むことによって得られる圧力に比例したマスタシリンダ４８の油圧（マスタシリンダ圧）まで上昇する。逆に減圧バルブ５４のみを開くように制御されると、ホイールシリンダ圧は、ほぼ大気圧のリザーバ５８の圧力（リザーバ圧）まで減少する。また、両方のバルブを閉じるように制御されると、ホイールシリンダ圧は保持される。
【００７２】
ホイールシリンダ５６によりブレーキディスクに加えられるブレーキ力（ホイールシリンダ圧に相当）は、マスタシリンダ４８の高油圧が供給される増圧時間、リザーバー５８の低油圧が供給される減圧時間、及び供給油圧が保持される保持時間の比率と、圧力センサ等により検出されたマスタシリンダ圧及びリザーバー圧とから求められる。
【００７３】
従って、制御バルブ５２の増減圧時間をマスタシリンダ圧に応じて制御することにより、所望のブレーキトルクを実現することができる。そして、ブレーキ圧の微小励振は、平均ブレーキ力を実現する制御バルブ５２の増減圧制御と同時に共振周波数に対応した周期で増圧減圧制御を行うことにより可能となる。
【００７４】
具体的な制御の内容として、図９に示すように、微小励振の周期（例えば２４［ｍｓ］）の半周期Ｔ／２毎に増圧と減圧のそれぞれのモードを切り替え、バルブへの増減圧指令は、モード切り替えの瞬間から増圧時間ｔi 、減圧時間ｔr のそれぞれの時間分だけ増圧・減圧指令を出力し、残りの時間は、保持指令を出力する。平均ブレーキ力は、マスタシリンダ圧に応じた増圧時間ｔi と減圧時間ｔr との比によって定まると共に、共振周波数に対応した半周期Ｔ／２毎の増圧・減圧モードの切り替えによって、平均ブレーキ力の回りに微小振動が印加される。
【００７５】
上記のようなブレーキ部１６の作用によりブレーキ圧が微小励振されたときの微小ゲインを演算する微小ゲイン演算部３６の構成を図６を用いて説明する。
【００７６】
図６に示すように、微小ゲイン演算部３６は、平均ブレーキ圧の回りに車体と車輪と路面とから構成される振動系の共振周波数ω∞（(2) 式）でブレーキ圧を微小励振したときの、車輪速度ωw の共振周波数ω∞での微小振幅（車輪速微小振幅ωwv）を検出する車輪速微小振幅検出部４０と、共振周波数ω∞のブレーキ圧の微小振幅Ｐv を検出するブレーキ圧微小振幅検出部４２と、検出された車輪速微小振幅ωwvをブレーキ圧微小振幅Ｐv で除算することにより微小ゲインＧd を出力する除算器４４と、から構成される。
【００７７】
ここで、車輪速微小振幅検出部４０は、共振周波数ω∞の振動成分を抽出するフィルタ処理を行う図７のような演算部として実現できる。例えば、この振動系の共振周波数ω∞が４０［Ｈｚ］程度であるので、制御性を考慮して１周期を２４［ｍｓ］、約４１．７［Ｈｚ］に取り、この周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタ７５を設ける。このフィルタにより、車輪速度信号ωw から約４１．７［Ｈｚ］近傍の周波数成分のみが抽出される。さらに、このフィルタ出力を全波整流器７６により全波整流、直流平滑化し、この直流平滑化信号から低域通過フィルタ７７によって低域振動成分のみを通過させることにより、車輪速微小振幅ωwvを出力する。
【００７８】
なお、周期の整数倍、例えば１周期の２４［ｍｓ］、２周期の４８［ｍｓ］の時系列データを連続的に取り込み、４１．７［Ｈｚ］の単位正弦波、単位余弦波との相関を求めることによっても車輪速微小振幅検出部４０を実現できる。
【００７９】
そして、ブレーキ圧微小振幅Ｐv は、マスタシリンダ圧、図９に示したバルブの増圧時間ｔi の長さ、及び減圧時間ｔr の長さによって所定の関係で定まるので、図６のブレーキ圧微小振幅検出部４２は、マスタシリンダ圧、増圧時間ｔi 及び減圧時間ｔr からブレーキ圧微小振幅Ｐv を出力するテーブルとして構成することができる。
【００８０】
また、図１の制動力検出部２２は、路面から車輪に対し摩擦力として作用する制動力を、車輪の力学的モデルに従って以下のように推定する。
【００８１】
すなわち、車輪には、車輪の回転方向と反対方向に作用するブレーキトルクＴB と、摩擦力として車輪の回転方向に作用する制動力ＦによるタイヤトルクＴf と、が作用する。ブレーキトルクＴB は、車輪のブレーキディスクに対し車輪の回転を妨げるように作用するブレーキ力に由来するものであり、制動力Ｆ及びタイヤトルクＴf は、車輪と路面との間の摩擦係数をμB 、車輪半径をｒ、車輪荷重をＷとしたとき、次式によって表される。
【００８２】
Ｆ ＝ μB Ｗ
Ｔf ＝ Ｆ×ｒ ＝ μB Ｗｒ
従って、車輪の運動方程式は、
【００８３】
【数１０】
【００８４】
となる。ただし、Ｉは車輪の慣性モーメントである。
検出された車輪速度ωw から車輪加速度（ｄω／ｄｔ）を演算すると共に、ブレーキディスクに加えられるホイールシリンダ圧に基づいてブレーキトルクＴB を求めれば、(22)式に基づいて制動力Ｆを推定することができる。
【００８５】
また、特願平９−４６１００号の明細書に詳細に記載されているように、アクセル開度などから求めた車輪の駆動トルクと、外乱としての制動力Ｆとが車輪に作用する(22)式と等価な力学モデルをオブザーバとして構成することができる。このオブザーバでは、(22)式を時間ｔに関し２階積分することにより得られる回転位置と実際に検出された回転位置との偏差を０に一致させるように制御周期毎に等価モデルの外乱及び回転速度を修正し、修正された外乱に基づき制動力Ｆを推定する。このオブザーバによれば、ノイズ等の影響を受けやすい車輪加速度を演算する必要が無いため、より高精度に制動力Ｆを演算することができる。
【００８６】
次に、第１の実施の形態の作用を説明する。
所定条件の成立により、制御バルブ５２への動作指令に微小励振指令が印加され、ブレーキ圧が共振周波数ω∞で微小励振される。なお、この所定条件として、通常のＡＢＳ開始条件、例えば、ドライバがブレーキペダルを踏み込み、かつ車輪減速度が一定値を越えた条件などが挙げられる。
【００８７】
ブレーキ圧が微小励振されると、微小ゲイン演算部３６が、微小ゲインＧd を演算し、制動力推定部２２が制動力Ｆを推定する。そして、目標スリップ率設定部１０が、ピークμのときのスリップ率として目標スリップ率Ｓc を出力すると、目標ゲイン演算部２０が、この目標スリップ率Ｓc を、検出された車輪速度ωw と推定された制動力Ｆとを用いて、(21)式に基づき微小ゲインの目標値となる基準ゲインＧs に変換する。
【００８８】
現時点の微小ゲインＧd と基準ゲインＧs との差ΔＧが差分器１２により算出されると、制御器１４は、ΔＧが零に一致又は略一致するような平均ブレーキ力の指令Ｐr を算出する。例えば、ΔＧが負値のとき、すなわち、微小ゲインＧd が基準ゲインＧs より小さくなったとき、ピークμとなるスリップ率Ｓc を越えてブレーキ制動されたとみなして、平均ブレーキ力を低減する指令Ｐr を出力する。この指令を受けた制御バルブ５２は、ドライバの踏力によるブレーキ力Ｐd から、ブレーキ力低減指令Ｐr に対応したブレーキ力が低減されるようにバルブの増圧減圧時間を調整する。平均ブレーキ力が低下すると、スリップ率が低下するので、ピークμとなるスリップ率の領域を越えてタイヤがロックされるおそれを回避できる。
【００８９】
逆に、ΔＧが正値の場合、すなわち、微小ゲインＧd が基準ゲインＧs より大きくなったとき、ピークμとなるスリップ率Ｓc 以下のスリップ率とみなして、ブレーキ力を増加させる指令Ｐr を出力する。この指令を受けた制御バルブ５２は、ドライバの踏力によるブレーキ力Ｐd に、ブレーキ力増加指令Ｐr に対応したブレーキ力が加わるようにバルブの増圧減圧時間を調整する。これにより、スリップ率がピークμ近傍まで増加し、制動距離を短縮することができる。
【００９０】
なお、ドライバの踏力を越えたブレーキ力がかからないように、制御器１４への入力信号ΔＧから正値を除去する正値除去部を設けても良い。この場合、制御器１４への指令は前者のブレーキ力の低減指令のみとなる。
ところで、既に述べた通り、ピークμの状態における微小ゲインＧd は、車速が低速になるほど大きくなるという実験事実から、ピークμの状態に維持するための基準ゲインＧs は、車速が低速のときほど大きくすることが望ましい。
【００９１】
本実施の形態では、ピークμとなるスリップ率Ｓc を車輪速度及び制動力を用いてピークμに対応する基準ゲインＧs に変換することにより、上記の微小ゲインの車速依存性に対応している。すなわち、車速を推定することなく、基準ゲインを好適に変更しているので、各車速においてピークμを維持するための最適なブレーキ力の制御を正確に行うことができる。
【００９２】
また、車速に関連した物理量の１つである車輪速度だけから基準ゲインＧs を変更する従来の方法では、スリップ率が大きくなるピークμ近傍において車速と車輪速度との差が大きくなるので、基準ゲインＧs の実際値と理想値との差が大きくなり、最適なブレーキ制動ができなくなるおそれがある。しかし、本実施の形態では、車輪速度のみならず、スリップ率と関連のある制動力Ｆを用いて基準ゲインを演算するため、ピークμ近傍であるか否かに係わらず微小ゲインの車速依存性に好適に対応することができ、各車速において最適なブレーキ力の制御が可能となる。
【００９３】
さらに、本実施の形態では、実質的に目標スリップ率Ｓc に追従させる制御を行うため、従来技術と比較して次のような利点がある。すなわち、図３（ｂ）の路面のように、制動トルク勾配が領域Ａ２で急激に変化し、領域Ａ３に移行するところでは変化の乏しい路面で、ピークμのスリップ率Ｓc に追従する制御を行う場合でも、該スリップ率Ｓc に対応した基準ゲインＧs が、正確に演算されるので、より良好なピークμ追従性能が得られ、タイヤのロックを確実に防止することができる。特に、図３（ｂ）の路面では、(14)式の近似がピークμ近傍まで正確に成り立っているので、(21)式をそのまま用いて演算された基準ゲインにより、良好なピークμ追従制御が可能となる。
【００９４】
なお、制御器１４への入力信号の形式は、任意好適に変更可能である。例えば、上記差分器１２の代わりに、次式を演算する演算器を介在させても良い。
【００９５】
【数１１】
【００９６】
(23)式によれば、ピークμを越えて微小ゲインＧd がＧs より小さくなると、ΔＧの負値が急激に大きくなる。すなわち、感度が高くなるため、タイヤのロックに陥る可能性を回避しつつ、ピークμを維持する制御をより高精度に行うことができる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を説明する。
【００９７】
図２には、本発明の第２の実施の形態に係るＡＢＳ装置の構成ブロック図が示されている。なお、第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９８】
図２に示すように、本実施の形態のＡＢＳ装置は、車輪速センサ１８により検出された車輪速度ωw 、微小ゲイン演算部３６により演算された微小ゲインＧd 、及び制動力推定部２２により推定された制動力Ｆに基づいてスリップ率Ｓを演算するスリップ率演算部２３が備えられており、このスリップ率演算部２３は、差分器１３の一方の入力端と接続されている。この差分器１３の他方の入力端には、目標スリップ率設定部１０が接続され、その出力端には制御器１５が接続されている。差分器１３は、目標スリップ率設定部１０により設定された目標スリップ率Ｓc とスリップ率演算部２３により演算されたスリップ率Ｓとの差ΔＳ（＝Ｓc −Ｓ）を演算し、制御器１５へ出力する。
【００９９】
この制御器１５は、ΔＳを零に一致又は略一致させるためのブレーキ圧指令信号Ｐr を演算する所謂ＰＩ制御器（Ｈ∞制御や２自由度制御などを行う制御器でも良い）により実現することができる。この制御器１５の指令信号Ｐr は、ブレーキ圧微小励振指令Ｐv と加算されて制御バルブ５２へ入力される。
【０１００】
すなわち、第１の実施の形態では、目標スリップ率に対応する微小ゲインの基準ゲインＧs を演算し、この基準ゲインＧs に微小ゲインＧd を追従させる制御を行ったが、第２の実施の形態では、演算した微小ゲインＧd をスリップ率に変換し、このスリップ率を目標スリップ率に追従させる制御を行う。
【０１０１】
また、スリップ率演算部２３は、図１１に示すように、入力された制動力Ｆに定数Ｋを乗算する定数器８０、この乗算結果を微小ゲインＧd で除算する除算器８１、この除算結果に車輪速度ωw を加算する加算器８２、除算器８１の除算結果を加算器８２の加算結果で除算する除算器８３、から構成されており、上記(19)式を実行することによりスリップ率Ｓを算出する。
【０１０２】
なお、制御器１５への入力信号の形式が任意好適に変更可能であることは、第１の実施の形態と同様である。
【０１０３】
次に、第２の実施の形態の作用を説明する。
所定条件の成立により、制御バルブ５２への動作指令に微小励振指令が印加され、ブレーキ圧が共振周波数ω∞で微小励振される。なお、この所定条件は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０４】
ブレーキ圧が微小励振されると、微小ゲイン演算部３６が、微小ゲインＧd を演算し、制動力推定部２２が制動力Ｆを推定する。そして、図１１のスリップ率演算部２３が、検出された車輪速度ωw と演算された微小ゲインＧd と推定された制動力Ｆとを用いて、(19)式に基づきスリップ率Ｓを演算する。
【０１０５】
現時点で演算されたスリップ率Ｓと目標スリップ率Ｓc との差ΔＳが差分器１２により算出されると、制御器１５は、ΔＳが零に一致又は略一致するような平均ブレーキ力の指令Ｐr を算出する。例えば、ΔＳが負値のとき、ピークμとなるスリップ率Ｓc を越えてブレーキ制動されたとみなして、平均ブレーキ力を低減する指令Ｐr を出力する。平均ブレーキ力が低下すると、スリップ率が低下するので、ピークμとなるスリップ率の領域を越えてタイヤがロックされるおそれを回避できる。
【０１０６】
逆に、ΔＳが正値の場合、ピークμとなるスリップ率Ｓc 以下のスリップ率であるので、ブレーキ力を増加させる指令Ｐr を出力する。これにより、スリップ率がピークμ近傍まで増加し、制動距離を短縮することができる。なお、ドライバの踏力を越えたブレーキ力がかからないように、制御器１５への入力信号ΔＳから正値を除去する正値除去部を設けても良い。この場合、制御器１５への指令は前者のブレーキ力の低減指令のみとなる。
【０１０７】
このように第２の実施の形態では、微小ゲインを、車輪速度と制動力とを用いてスリップ率Ｓに変換し、このスリップ率Ｓを目標スリップ率Ｓc に追従させる制御を行うことにより、車速を推定することなく、微小ゲインの車速依存性に対応している。すなわち、車速の変動に応じてピークμ近傍の値が変動する微小ゲインが、車速が変動してもピークμ近傍のときにある特定の値となるスリップ率Ｓに変換されるので、このスリップ率Ｓの目標追従制御を行うことで、微小ゲインの車速依存性を吸収し、各車速において、最適なブレーキ力の制御を実現している。よって、第２の実施の形態においても車速を推定しないで済むことから、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１０８】
さらに、第２の実施の形態においても、目標スリップ率Ｓc に追従させる制御を行うため、従来技術と比較して、第１の実施の形態と同様の利点がある。
【０１０９】
以上が本発明の各実施の形態であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において任意好適に変更可能である。
【０１１０】
例えば、上記各実施の形態では、ピークμに対応する目標スリップ率に追従する制御を例にしたが、本発明は、これに限定されるものではなく、ピークμ以外のスリップ率を設定し、このスリップ率に追従する制御を行うこともできる。
【０１１１】
また、上記各実施の形態では、本発明のスリップ率サーボ制御装置を、ＡＢＳ装置に適用する例を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えばＴＲＣ装置等にも適用することができる。この場合、ＴＲＣ領域のスリップ率に追従するようにアクセル開度や過剰加速を防止する等の制御を行うが、ドライバの踏力とは無関係にブレーキ圧の微小励振を行うように、図８のブレーキ部１６の構成を変更する。例えば、制御バルブ５０の増圧バルブ５０へ、ブレーキペダル４６の踏み込みが無くても高油圧を供給できる高油圧供給手段を設け、該手段とマスタシリンダ４８とを切り替え可能に構成する。ＴＲＣ制御時には、増圧バルブ５０へ該高油圧供給手段を接続し、それ以外では、マスタシリンダ４８を接続するように切り替える。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、目標スリップ率、制動力及び車輪速度から目標微小ゲインを求めるようにしたので、車速の変化に応じて変化する微小ゲインの最適な目標値を、車速の推定を行うことなく設定することができ、各車速に応じて良好な制御性能が得られる、という効果がある。
【０１１３】
また、請求項２の発明によれば、演算された微小ゲインを、制動力及び車輪速度を用いてスリップ率に変換し、該スリップ率を、目標スリップ率に追従させる制御を行うようにしたので、車速の推定を行う必要がなく、各車速に応じて良好な制御性能が得られる、という効果がある。
【０１１４】
すなわち、請求項１及び請求項２の発明によれば、車体速度を推定しなくて済むので、従来技術のように推定車体速度と実車体速度とが一致若しくは略一致するまでブレーキ圧の増減圧を繰り返す必要が無くなり、よって車輪のロックを回避すると共に車両挙動への影響を軽減することができる。
【０１１５】
さらに、請求項１及び請求項２の発明によれば、ピークμに対応する目標スリップ率に追従させる制御を行った場合、制動トルク勾配がピークμ近傍の領域で急激に変化し、それ以降の領域では変化の乏しい路面でも、ピークμに確実に追従し、タイヤのロックを防止することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスリップ率サーボ制御装置が適用された第１の実施の形態に係るＡＢＳ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のスリップ率サーボ制御装置が適用された第２の実施の形態に係るＡＢＳ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】スリップ速度に対する制動トルクの変化特性（制動トルク特性）を示すための図であって、（ａ）はピークμの前後で制動トルク勾配が緩やかに変化する路面の制動トルク特性、（ｂ）はピークμの前後で制動トルク勾配が急激に変化する路面の制動トルク特性を示す。
【図４】車輪と車体と路面とから構成される振動系の等価モデルを示す図である。
【図５】スリップ速度に対する摩擦係数μの変化特性を示すと共に、微小ゲインが制動トルク勾配と等価であることを説明するため、微小振動の中心の回りのμの変化が直線で近似できることを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る微小ゲイン演算部の構成を示すブロック図である。
【図７】上記微小ゲイン演算部の車輪速微小振幅検出部の構成を示すブロック図である。
【図８】ブレーキ部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図９】制御バルブへの動作指令を示す図である。
【図１０】図１の第１の実施の形態に係るＡＢＳ装置の目標ゲイン演算部の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図２の第２の実施の形態に係るＡＢＳ装置のスリップ率演算部の構成例を示すブロック図である。
【図１２】従来のＡＢＳ装置で用いられる車体速度の推定方法の概要を示す線図である。
【符号の説明】
１０ 目標スリップ率設定部
１４ 制御器
１５ 制御器
１６ ブレーキ部
１８ 車輪速センサ
２０ 目標ゲイン演算部
２２ 制動力推定部
２３ スリップ率演算部
３６ 微小ゲイン演算部
４０ 車輪速微小振幅検出部
４２ ブレーキ圧微小振幅検出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、スリップ率サーボ制御装置に係り、より詳しくは、目標スリップ率に基づく微小ゲインの目標値に微小ゲインを追従させる制御又は微小ゲインに基づくスリップ率を目標スリップ率に追従させる制御を行うスリップ率サーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアンチロックブレーキ制御装置（以下、「ＡＢＳ装置」という）は、車輪速センサの信号に基づいて車体速度、車体加減速度、または車体速度に近似した速度信号等を作成し、これらの比較からブレーキ力を制御してアンチロックブレーキ動作を行うものであった。
【０００３】
このうち特開昭６１−１９６８５３号公報記載のＡＢＳ装置は、車体速度の近似値と車輪速度等から得られる基準速度との比較から、車輪がロックする可能性があるかどうかを判断し、車輪がロックする可能性がある時にブレーキ力を減少させるというものである。このＡＢＳ装置では、推定車体速度ｖv は図１２に示すように車輪速度より求めた速度ｖw の谷を一定勾配で接続することにより得られるが、推定車体速度ｖv と実車体速度ｖv*との間にずれが生じていることが理解できる。
【０００４】
また、このＡＢＳ装置では、悪路走行時の車輪接地荷重の変化によって推定車体速度ｖv が実車体速度ｖv*より大きくなることを防止するために、推定車体速度の変化以上に車輪速度が変化する場合には推定車体速度の増加割合を抑制している。
【０００５】
また、車両がある速度で走行している時、ブレーキをかけていくと車輪と路面との間にスリップが生じるが、車輪と路面との間の摩擦係数μは、下式で表されるスリップ率Ｓに対し、あるスリップ率でピークをとる関数関係で変化することが知られている（図５参照：図５は横軸がスリップ速度）。なお、ｖv*は実車体速度、ｖw は車輪速度である。
【０００６】
Ｓ＝（ｖv*−ｖw ）／ｖv*
このμ−Ｓ特性では、あるスリップ率（図５のＡ２領域に相当）で摩擦係数μがピーク値をとるようになる。このピーク値をとるスリップ率が予め分かっていれば車体速度と車輪速度とからスリップ率を求めることによりスリップ率制御を行うことができる。
【０００７】
このため、特開平１−２４９５５９号公報のＡＢＳ装置では、車体速度の近似値及び車輪速度等からスリップ率を演算し、演算したスリップ率と設定したスリップ率との比較からブレーキ力を制御している。このＡＢＳ装置では、推定車体速度ｖv と実車体速度ｖv*とのずれによって長時間ノーブレーキの状態となることを防止するために、必要以上に長い時間ブレーキ圧を減圧状態にしないようにしている。
【０００８】
これら従来からの制御システムは、車両の運動系に対して車輪速度及び車体加速度から車体推定速度を推定する部分と、車輪速度及び推定車体速度から車輪のロック状態を検出してブレーキ力を制御する部分と、から構成される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のＡＢＳ装置では、車体速度の推定のために図１２に示すように、車輪速度から求めた速度ｖw と実車体速度ｖv*とが一致もしくは近い値になるまでブレーキ力を戻す必要があり、そのためには車輪のブレーキ力の増圧減圧を比較的低周波で繰り返す必要があった。また、基準速度と比較する車体速度が車輪速度や車体加減速度等から求めた近似値であるため、実際の車体速度と大きく異なる時があり、場合によっては車輪が長時間ロック状態に陥るとか、復帰のためブレーキ力を極端に減少させてしまう等、車両の挙動に著しい影響を与えて制動距離の増加や不快な振動を起こすことがあった。
【００１０】
更に、スリップ率によってブレーキ力を制御するＡＢＳ装置では、車両の走行する路面状態によって最大の摩擦係数となるスリップ率が異なることは容易に予想できることであり、この対策として路面状態を検出、推定し、かつ路面状態に応じた基準スリップ率を複数個用意するか、路面状態に応じて基準スリップ率を変化させる必要があった。
【００１１】
また、一般に、路面と車輪との間の摩擦係数μは、スリップ速度Δω（＝（車体速度−車輪速度）／車体速度）に対して、図３（ａ）や図３（ｂ）に示すような関係で変化するが、上記従来技術では、図３（ｂ）に示すような特性を有する路面に対して安定なブレーキ制御が困難であるという問題がある。
【００１２】
すなわち、通常の図３（ａ）の路面では、領域Ａ２の最大の制動トルク（ピークμ）のときのスリップ速度Ｓm の前後で、制動トルクのスリップ速度に対する勾配（以下、「制動トルク勾配」という；直線ｌの傾き）は零近傍の値の回りに緩やかに変化するが、タイヤのロックのおそれのある領域Ａ３の制動トルク勾配は負値となり、領域Ａ２の制動トルク勾配より小さくなる。従って、制動トルク勾配をピーク時の零若しくはＡ２領域始めの零近傍の正値に追従させることにより、Ａ２領域内に安定に収束させるブレーキ制御が可能となる。
【００１３】
これに対し、図３（ｂ）の路面では、領域Ａ１では、スリップ速度に対して制動トルクが略比例の関係で増大していくが、領域Ａ２の始めで急激に制動トルク勾配が変化しピーク時で零近傍の値となる。しかし、それ以降は、領域Ａ３に至っても、制動トルク勾配は緩やかにしか減少せず、零に近い値をとる。従って、Ａ２領域内に安定に収束させることは難しくなり、場合によってはＡ３領域に移行してタイヤがロックする可能性がある。
【００１４】
本発明は、上記事実に鑑みて成されたもので、車速を推定することなく、各車速において最適なスリップ率制御を実現すると共に、図３（ｂ）の路面でも良好なスリップ率制御が可能なスリップ率サーボ制御装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために、請求項１の発明は、目標スリップ率に追従する制御を行うスリップ率サーボ制御装置であって、車輪速度を検出する車輪速検出手段と、車輪に作用する制動力又は制動力に関連した物理量を検知する制動力検知手段と、車体と車輪と路面とから構成される振動系の共振周波数でブレーキ圧を微小励振する微小励振手段と、前記微小励振手段により微小励振されたブレーキ圧の微小振幅に対する前記共振周波数での車輪速度の微小振幅の比である微小ゲインを演算する微小ゲイン演算手段と、前記車輪速検出手段により検出された車輪速度と、前記制動力検知手段により検知された制動力又は制動力に関連した物理量とに基づいて、前記目標スリップ率を目標微小ゲインに変換する演算を行う目標ゲイン演算手段と、前記微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインが、前記目標ゲイン演算手段により演算された目標微小ゲインに追従するように車輪運動を制御するサーボ制御手段と、を有することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２の発明は、目標スリップ率に追従する制御を行うスリップ率サーボ制御装置であって、車輪速度を検出する車輪速検出手段と、車輪に作用する制動力又は制動力に関連した物理量を検知する制動力検知手段と、車体と車輪と路面とから構成される振動系の共振周波数でブレーキ圧を微小励振する微小励振手段と、前記微小励振手段により微小励振されたブレーキ圧の微小振幅に対する前記共振周波数での車輪速度の微小振幅の比である微小ゲインを演算する微小ゲイン演算手段と、前記車輪速検出手段により検出された車輪速度、前記制動力検知手段により検知された制動力又は制動力に関連した物理量、及び前記微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインに基づいてスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、前記スリップ率演算手段により演算されたスリップ率が、前記目標スリップ率に追従するように車輪運動を制御するサーボ制御手段と、を有することを特徴とする。
（本発明の原理−微小ゲインに関する説明）
重量Ｗv の車体を備えた車両が車体速度ωv で走行している時の車輪での振動現象、すなわち車体と車輪と路面とによって構成される振動系の振動現象を、車輪回転軸で等価的にモデル化した図４に示すモデルを参照して考察する。
【００１７】
図４のモデルにおいて、ブレーキ力は、路面と接するタイヤのトレッド１１５の表面を介して路面に作用するが、このブレーキ力は実際には路面からの反作用（制動力）として車体に作用するため、車体重量の回転軸換算の等価モデル１１７はタイヤのトレッドと路面との間の摩擦要素１１６（路面μ）を介して車輪１１３と反対側に連結したものとなる。これは、シャシーダイナモ装置のように、車輪下の大きな慣性、すなわち車輪と反対側の質量で車体の重量を模擬することができることと同様である。
【００１８】
図４でタイヤリムを含んだ車輪１１３の慣性をＪw 、リムとトレッド１１５との間のばね要素１１４のばね定数をＫ、車輪半径をＲ、トレッド１１５の慣性をＪt 、トレッド１１５と路面との間の摩擦要素１１６の摩擦係数をμ、車体の重量Ｗv の回転軸換算の等価モデル１１７の慣性をＪV とすると、ホイールシリンダ圧により生じるブレーキトルクＴb ’から車輪速ωw までの伝達特性は、車輪運動の方程式より、
【００１９】
【数１】
となる。なお、ｓはラプラス変換の演算子である。
【００２１】
タイヤが路面にグリップしている時は、トレッド１１５と車体等価モデル１１７とが直結されていると考えると、車体等価モデル１１７とトレッド１１５との和の慣性と、車輪１１３の慣性とが共振する。すなわち、この振動系は、車輪と車体と路面とから構成された車輪共振系とみなすことができる。このときの車輪共振系の共振周波数ω∞は、(1) 式の伝達特性において、
ω∞＝√｛（Ｊw ＋Ｊt ＋Ｊv ）Ｋ／Ｊw （Ｊt ＋Ｊv ）｝／２π (2)
となる。この状態は、図３（ａ）、（ｂ）及び図５では、ピークμに達する前の領域Ａ１に対応する。
【００２２】
逆に、タイヤの摩擦係数μがピークμに近づく場合には、タイヤ表面の摩擦係数μがスリップ率（（車体速度−車輪速度）／車体速度）に対して変化し難くなり、トレッド１１５の慣性の振動に伴う成分は車体等価モデル１１７に影響しなくなる。つまり等価的にトレッド１１５と車体等価モデル１１７とが分離され、トレッド１１５と車輪１１３とが共振を起こすことになる。このときの車輪共振系は、車輪と路面とから構成されているとみなすことができ、その共振周波数ω∞’は、(2) 式において、車体等価慣性Ｊv を０とおいたものと等しくなる。すなわち、
ω∞' ＝√｛（Ｊw ＋Ｊt ）Ｋ／Ｊw Ｊt ）｝／２π (3)
となる。この状態は、図３（ａ）、（ｂ）及び図５では、ピークμ近傍の領域Ａ２に対応する。
【００２３】
(2) と(3) 式とを比較し、車体等価慣性Ｊv が車輪慣性Ｊw 、トレッド慣性Ｊt より大きいと仮定すると、(3) 式の場合の車輪共振系の共振周波数ω∞’は(2) 式よりもω∞よりも高周波数側にシフトすることになる。従って、車輪共振系の共振周波数の変化を反映する物理量に基づいて、車輪と路面との間の摩擦状態を判定することが可能となる。
【００２４】
そこで、本発明では、このような共振周波数の変化を反映する物理量として、以下のような微小ゲインＧd を導入する。
【００２５】
まず、本発明の微小励振手段が、車輪と車体と路面とからなる振動系の共振周波数ω∞（(2) 式) でブレーキ圧Ｐb を微小励振すると、車輪速度ωw も平均的な車輪速度の回りに共振周波数ω∞で微小振動する。ここで、このときのブレーキ圧Ｐb の共振周波数ω∞の微小振幅をＰv 、車輪速度の共振周波数ω∞の微小振幅をωwvとした場合、微小ゲインＧd を
Ｇd ＝ωwv／Ｐv (4)
とする。なお、この微小ゲインＧd を、ブレーキ圧Ｐb に対する車輪速ωw の比（ωw ／Ｐb ）の共振周波数ω∞の振動成分とみなし、
Ｇd ＝（（ωw ／Ｐb ）｜ｓ＝ｊω∞） (5)
と表すこともできる。
【００２６】
この微小ゲインＧd は、(5) 式に示すように（ωw ／Ｐb ）の共振周波数ω∞の振動成分であるので、摩擦状態がピークμ近傍の領域に至ったとき、共振周波数がω∞’にシフトするため急激に減少する。これは、ピークμ近傍で路面μ勾配が零近傍に減少することと対応しており、微小ゲインＧd が路面μ勾配と等価な物理量であることを示唆している。そこで、以下に、微小ゲインＧd が、図３（ａ）、（ｂ）に示した制動トルク勾配（路面μ勾配）と等価であることを厳密に証明する。
【００２７】
図５に示すように、スリップ速度Δωと、車輪−路面間の摩擦係数μとの間には、あるスリップ率で摩擦係数μがピークをとる関数関係が成立することが知られている。
【００２８】
ところで、微小励振手段によりブレーキ圧を微小励振すると、車輪速度が微小振動するので、スリップ率もあるスリップ率の回りで微小振動する。ここで、図５の特性を有する路面において、あるスリップ率の回りで微小振動したときの摩擦係数μのスリップ速度Δωに対する変化を考える。
【００２９】
このとき、路面の摩擦係数μは、
μ ＝ μ0 ＋αＲΔω (6)
と近似できる。すなわち、微小振動によるスリップ速度の変化が小さいため、傾きαＲの直線で近似できる。
【００３０】
ここで、タイヤと路面間の摩擦係数μにより生じる制動トルクＴb ＝μＷＲに(6) 式を代入すると、
Ｔb ＝ μＷＲ ＝ μ0 ＷＲ＋αＲ2 ΔωＷ (7)
となる。ここで、Ｗは輪荷重である。(7) 式の両辺をΔωで１階微分すると、
【００３１】
【数２】
を得る。よって、(8) 式により、制動トルク勾配（ｄＴb ／Δω）が、αＲ2 Ｗに等しいことが示された。
【００３３】
一方、ブレーキトルクＴb ’がブレーキ圧Ｐb と比例関係にあることから、微小ゲインＧd は、ブレーキトルクＴb ’に対する車輪速度ωw の比（ωw ／Ｔb ’）の共振周波数ω∞の振動成分と比例関係にある。従って、(1) 式の伝達特性により、微小ゲインＧd は次式によって表される。
【００３４】
【数３】
一般に、(11)式において、
｜Ａ｜ ＝ ０．０１２ ＜＜ ｜Ｂ｜ ＝ ０．１ (12)
となることから、(8) 、(9) 式より、
【００３６】
【数４】
を得る。すなわち、スリップ速度Δωに対する制動トルクＴb の勾配は微小ゲインＧd に比例する。
【００３８】
以上により、微小ゲインＧd が制動トルク勾配と等価な物理量であることが示された。
（本発明の作用）
一般に、路面μ特性において、制動トルクＴb （又は摩擦係数μ）は、ピークμの近くまで（領域Ａ１）、スリップ速度Δωに対し略比例の関係にあると近似できる。なお、この近似は、図３（ｂ）の路面の領域Ａ１では、特に有効に成り立っている。よって、比例係数をαとおくと、領域Ａ１において、
Ｔb ＝ αΔω (14)
を得る。
【００３９】
ここで、α＝（ｄＴb ／ｄΔω）であることから、(13)、(14)式より、
Ｔb ＝ ｋ’Ｇd Δω (15)
が成立する。ただし、ｋ’は(13)式の比例係数である。
【００４０】
また、制動力Ｆは、制動トルクＴb と比例関係（Ｆ＝Ｔb ／Ｒ；Ｒは車輪の有効半径）にあるので、(15)式を制動力Ｆについて表すと、
Ｆ ＝ ｋＧd Δω (16)
となる。ただし、ｋ＝ｋ’／Ｒである。
【００４１】
制動力Ｆについては、実施の形態で後述するように推定方法があるので、(16)式をΔωについて表すと、
【００４２】
【数５】
となる。ただし、Ｋ＝１／ｋ（定数）である。
ここで、スリップ率Ｓは、車輪速度をωw 、車体速度（角速度換算）をωv とすると、
【００４４】
【数６】
と表せる。ただし、スリップ速度Δω＝ωv −ωw である。
(18)式に(17)式を代入すると、
【００４６】
【数７】
となる。すなわち、スリップ率Ｓは、車輪速度ωw 、制動力Ｆ、微小ゲインＧd から演算することができる。
【００４８】
(19)式を、微小ゲインＧd について変形すると、
【００４９】
【数８】
となる。すなわち、微小ゲインＧd は、スリップ率Ｓ、車輪速度ωw 、制動力Ｆ、から演算することができる。
【００５１】
そこで、請求項１の発明では、目標ゲイン演算手段が、車輪速検出手段により検出された車輪速度ωw と、制動力検知手段により検知された制動力Ｆとに基づいて、目標スリップ率Ｓc を目標微小ゲインＧs に変換する演算を行う。この目標ゲイン演算手段による演算は、例えば、(20)式において、スリップ率Ｓを目標スリップ率Ｓc に、微小ゲインＧd を目標微小ゲインＧs に置き換えた以下の(21)式により行うことができる。
【００５２】
【数９】
ここで、制動力Ｆとして、制動力に関連する物理量、例えば制動トルクＴb 等を用いても良い。この場合、制動力Ｆと制動トルクＴb との比例関係より、(21)式において制動力Ｆの代わりに制動トルクＴb で表した変形式を用いることはいうまでもない。また、制動力Ｆは、車輪に加えられたブレーキ力の反力として車輪に作用するため、関連した物理量として、検出若しくは推定されたホイールシリンダ圧を用いることもできる。
【００５４】
なお、目標ゲイン演算手段の演算方法は、(21)式若しくはその変形式に限定されるものではなく、直線近似の(14)式を、さらに近似度の良い関数で表したものから導き出された、微小ゲイン、スリップ率、制動力、及び車輪速度の間の関係式より演算することもできる。
【００５５】
そして、本発明のサーボ制御手段は、微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインＧd が、目標ゲイン演算手段により演算された目標微小ゲインＧs に追従するように車輪運動を制御する。
【００５６】
例えば、本発明をＡＢＳ装置に適用した場合、微小ゲインＧd が目標微小ゲインＧs に追従するように、車輪に作用する平均的なブレーキ力を制御する。また、トラクションコントロール装置（以下、「ＴＲＣ装置」という）に適用する場合、ＴＲＣ領域のスリップ率に応じて演算された目標微小ゲインＧs に、微小ゲインＧd が追従するように、アクセル開度等を制御する。
【００５７】
このように請求項１の発明では、目標スリップ率Ｓc に対応する目標微小ゲインＧs を、車速ωv からではなく、(19)式を介してスリップ率と関連する制動力Ｆ及び車輪速度ωw から導いているので、車速の推定を行うことなく、車速の変化に応じて変化する微小ゲインの最適な目標値をリアルタイムに設定することができる。
【００５８】
また、請求項２の発明では、スリップ率演算手段が、車輪速検出手段により検出された車輪速度ωw 、制動力検知手段により検知された制動力Ｆ、及び微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインＧd 、に基づいてスリップ率Ｓを演算する。このスリップ率演算手段による演算は、例えば(19)式に基づいて実行することができる。
【００５９】
ここで、制動力Ｆとして、制動力に関連する物理量を用いることができるのは、請求項１の発明と同様である。また、スリップ率演算手段の演算方法は、(19)式若しくはその変形式に限定されるものではなく、直線近似の(14)式を、さらに近似度の良い関数で表したものから導き出された、微小ゲイン、スリップ率、制動力、及び車輪速度の間の関係式より演算することもできる。
【００６０】
そして、本発明のサーボ制御手段は、スリップ率演算手段により演算されたスリップ率Ｓが、目標スリップ率Ｓc に追従するように車輪運動を制御する。
【００６１】
このように請求項２の発明では、演算された微小ゲインＧd を車速ωv からではなく、(19)式を介してスリップ率と関連する制動力Ｆ及び車輪速度ωw からスリップ率Ｓに変換し、該スリップ率Ｓを、目標スリップ率Ｓc に追従させる制御を行っている。すなわち、車速の推定を行うことなく、微小ゲインの車速依存性に対応している。
【００６２】
ところで、一般に、制動力の勾配に変化のない部分では、該勾配に略比例する微小ゲインを制御した場合、基準ゲインが大き過ぎると、ブレーキ油圧を減圧し過ぎる傾向にあり、逆に小さ過ぎるとピークの間際まで達して、小さな外乱でも車輪ロックに陥る可能性がある。しかし、請求項１及び請求項２の発明によれば、勾配の変化しない領域では、ブレーキ油圧に対して、スリップ率がほぼ単調に増加・減少することを利用して、該スリップ率に基づいて制御することにより、ブレーキ油圧の過減圧が防止できると共に、車輪ロックに陥る可能性も少なくなる。
【００６３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスリップ率サーボ制御装置を、車両のＡＢＳ装置に適用した場合の各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１には、本発明の第１の実施の形態に係るＡＢＳ装置の構成ブロック図が示されている。
【００６４】
図１に示すように、本実施の形態のＡＢＳ装置は、車輪速度ωw を検出する車輪速センサ１８、検出された車輪速度ωw から微小ゲインＧd を演算する微小ゲイン演算部３６、車輪速度ωw から車輪に作用する制動力Ｆを推定する制動力推定部２２、目標スリップ率Ｓc を設定する目標スリップ率設定部１０、設定された目標スリップ率Ｓc を、車輪速度ωw と制動力Ｆとを用いて微小ゲインＧd の基準ゲインＧs に変換する演算を行う目標ゲイン演算部２０、基準ゲインＧs と微小ゲインＧd との差ΔＧ＝Ｇd −Ｇs を演算する差分器１２、演算されたΔＧを零に一致又は略一致させるための平均ブレーキ力の指令信号Ｐr を算出する制御器１４、及び指令された平均ブレーキ力指令Ｐr と微小励振指令Ｐv との和信号に基づいてブレーキ圧を制御する制御バルブ５２、から構成される。
【００６５】
このうち目標スリップ率設定部１０は、通常の路面状態でピークμとなるときのスリップ率（例えば０．２）を目標スリップ率Ｓc として記憶するメモリにより実現することができる。また、路面状態毎にピークμを与えるスリップ率を記憶すると共に、車輪運動を表す複数の物理量から路面状態を推定する路面推定手段を設け、この路面推定手段により推定された路面状態に応じてピークμとなるときのスリップ率を出力する手段として構成することも可能である。
【００６６】
目標ゲイン演算部２０は、図１０に示すように、１からＳc を減算する減算器７０、この減算結果をＳc で除算する除算器７１、この除算結果に制動力Ｆを乗算する乗算器７２、この乗算結果を車輪速度ωw で除算する除算器７３、及びこの除算結果に定数Ｋを乗算する定数器７４、から構成されており、上記(21)式を実行することにより基準ゲインＧs を算出する。
【００６７】
また、図１の制御器１４は、ΔＧを零に一致又は略一致させるためのブレーキ圧指令信号を比例ゲイン及び積分ゲインにより演算する所謂ＰＩ制御器で構成することができる。勿論、いわゆるＨ∞制御や２自由度制御などを行うロバスト制御器等、より高次の制御を行う制御器により構成することもできる。
【００６８】
また、制御バルブ５２によるブレーキ圧の制御は、該制御バルブ５２回りに構成されたブレーキ部１６により実現することができる。ここで、ブレーキ部１６の詳細な構成を図８に示す。
【００６９】
図８に示すように、ブレーキ部１６は、制御バルブ５２以外に、マスタシリンダ４８、ホイールシリンダ５６、リザーバー５８及びオイルポンプ６０を備えている。
【００７０】
このうちブレーキペダル４６は、ブレーキペダル４６の踏力に応じて増圧するマスタシリンダ４８を介して制御バルブ５２の増圧バルブ５０へ接続されている。また、制御バルブ５２は、減圧バルブ５４を介して低圧源としてのリザーバー５８へ接続されている。さらに、制御バルブ５２には、該制御バルブによって供給されたブレーキ圧をブレーキディスクに加えるためのホイールシリンダ５６が接続されている。この制御バルブ５２は、ドライバの踏力によるブレーキ圧Ｐd を供給すると共に、入力されたバルブ動作指令（Ｐr ＋Ｐv ）に基づいて増圧バルブ５０及び減圧バルブ５４の開閉を制御する。
【００７１】
なお、この制御バルブ５２が増圧バルブ５０のみを開くように制御されると、ホイールシリンダ５６の油圧（ホイールシリンダ圧）は、ドライバがブレーキペダル４６を踏み込むことによって得られる圧力に比例したマスタシリンダ４８の油圧（マスタシリンダ圧）まで上昇する。逆に減圧バルブ５４のみを開くように制御されると、ホイールシリンダ圧は、ほぼ大気圧のリザーバ５８の圧力（リザーバ圧）まで減少する。また、両方のバルブを閉じるように制御されると、ホイールシリンダ圧は保持される。
【００７２】
ホイールシリンダ５６によりブレーキディスクに加えられるブレーキ力（ホイールシリンダ圧に相当）は、マスタシリンダ４８の高油圧が供給される増圧時間、リザーバー５８の低油圧が供給される減圧時間、及び供給油圧が保持される保持時間の比率と、圧力センサ等により検出されたマスタシリンダ圧及びリザーバー圧とから求められる。
【００７３】
従って、制御バルブ５２の増減圧時間をマスタシリンダ圧に応じて制御することにより、所望のブレーキトルクを実現することができる。そして、ブレーキ圧の微小励振は、平均ブレーキ力を実現する制御バルブ５２の増減圧制御と同時に共振周波数に対応した周期で増圧減圧制御を行うことにより可能となる。
【００７４】
具体的な制御の内容として、図９に示すように、微小励振の周期（例えば２４［ｍｓ］）の半周期Ｔ／２毎に増圧と減圧のそれぞれのモードを切り替え、バルブへの増減圧指令は、モード切り替えの瞬間から増圧時間ｔi 、減圧時間ｔr のそれぞれの時間分だけ増圧・減圧指令を出力し、残りの時間は、保持指令を出力する。平均ブレーキ力は、マスタシリンダ圧に応じた増圧時間ｔi と減圧時間ｔr との比によって定まると共に、共振周波数に対応した半周期Ｔ／２毎の増圧・減圧モードの切り替えによって、平均ブレーキ力の回りに微小振動が印加される。
【００７５】
上記のようなブレーキ部１６の作用によりブレーキ圧が微小励振されたときの微小ゲインを演算する微小ゲイン演算部３６の構成を図６を用いて説明する。
【００７６】
図６に示すように、微小ゲイン演算部３６は、平均ブレーキ圧の回りに車体と車輪と路面とから構成される振動系の共振周波数ω∞（(2) 式）でブレーキ圧を微小励振したときの、車輪速度ωw の共振周波数ω∞での微小振幅（車輪速微小振幅ωwv）を検出する車輪速微小振幅検出部４０と、共振周波数ω∞のブレーキ圧の微小振幅Ｐv を検出するブレーキ圧微小振幅検出部４２と、検出された車輪速微小振幅ωwvをブレーキ圧微小振幅Ｐv で除算することにより微小ゲインＧd を出力する除算器４４と、から構成される。
【００７７】
ここで、車輪速微小振幅検出部４０は、共振周波数ω∞の振動成分を抽出するフィルタ処理を行う図７のような演算部として実現できる。例えば、この振動系の共振周波数ω∞が４０［Ｈｚ］程度であるので、制御性を考慮して１周期を２４［ｍｓ］、約４１．７［Ｈｚ］に取り、この周波数を中心周波数とする帯域通過フィルタ７５を設ける。このフィルタにより、車輪速度信号ωw から約４１．７［Ｈｚ］近傍の周波数成分のみが抽出される。さらに、このフィルタ出力を全波整流器７６により全波整流、直流平滑化し、この直流平滑化信号から低域通過フィルタ７７によって低域振動成分のみを通過させることにより、車輪速微小振幅ωwvを出力する。
【００７８】
なお、周期の整数倍、例えば１周期の２４［ｍｓ］、２周期の４８［ｍｓ］の時系列データを連続的に取り込み、４１．７［Ｈｚ］の単位正弦波、単位余弦波との相関を求めることによっても車輪速微小振幅検出部４０を実現できる。
【００７９】
そして、ブレーキ圧微小振幅Ｐv は、マスタシリンダ圧、図９に示したバルブの増圧時間ｔi の長さ、及び減圧時間ｔr の長さによって所定の関係で定まるので、図６のブレーキ圧微小振幅検出部４２は、マスタシリンダ圧、増圧時間ｔi 及び減圧時間ｔr からブレーキ圧微小振幅Ｐv を出力するテーブルとして構成することができる。
【００８０】
また、図１の制動力検出部２２は、路面から車輪に対し摩擦力として作用する制動力を、車輪の力学的モデルに従って以下のように推定する。
【００８１】
すなわち、車輪には、車輪の回転方向と反対方向に作用するブレーキトルクＴB と、摩擦力として車輪の回転方向に作用する制動力ＦによるタイヤトルクＴf と、が作用する。ブレーキトルクＴB は、車輪のブレーキディスクに対し車輪の回転を妨げるように作用するブレーキ力に由来するものであり、制動力Ｆ及びタイヤトルクＴf は、車輪と路面との間の摩擦係数をμB 、車輪半径をｒ、車輪荷重をＷとしたとき、次式によって表される。
【００８２】
Ｆ ＝ μB Ｗ
Ｔf ＝ Ｆ×ｒ ＝ μB Ｗｒ
従って、車輪の運動方程式は、
【００８３】
【数１０】
となる。ただし、Ｉは車輪の慣性モーメントである。
検出された車輪速度ωw から車輪加速度（ｄω／ｄｔ）を演算すると共に、ブレーキディスクに加えられるホイールシリンダ圧に基づいてブレーキトルクＴB を求めれば、(22)式に基づいて制動力Ｆを推定することができる。
【００８５】
また、特願平９−４６１００号の明細書に詳細に記載されているように、アクセル開度などから求めた車輪の駆動トルクと、外乱としての制動力Ｆとが車輪に作用する(22)式と等価な力学モデルをオブザーバとして構成することができる。このオブザーバでは、(22)式を時間ｔに関し２階積分することにより得られる回転位置と実際に検出された回転位置との偏差を０に一致させるように制御周期毎に等価モデルの外乱及び回転速度を修正し、修正された外乱に基づき制動力Ｆを推定する。このオブザーバによれば、ノイズ等の影響を受けやすい車輪加速度を演算する必要が無いため、より高精度に制動力Ｆを演算することができる。
【００８６】
次に、第１の実施の形態の作用を説明する。
所定条件の成立により、制御バルブ５２への動作指令に微小励振指令が印加され、ブレーキ圧が共振周波数ω∞で微小励振される。なお、この所定条件として、通常のＡＢＳ開始条件、例えば、ドライバがブレーキペダルを踏み込み、かつ車輪減速度が一定値を越えた条件などが挙げられる。
【００８７】
ブレーキ圧が微小励振されると、微小ゲイン演算部３６が、微小ゲインＧd を演算し、制動力推定部２２が制動力Ｆを推定する。そして、目標スリップ率設定部１０が、ピークμのときのスリップ率として目標スリップ率Ｓc を出力すると、目標ゲイン演算部２０が、この目標スリップ率Ｓc を、検出された車輪速度ωw と推定された制動力Ｆとを用いて、(21)式に基づき微小ゲインの目標値となる基準ゲインＧs に変換する。
【００８８】
現時点の微小ゲインＧd と基準ゲインＧs との差ΔＧが差分器１２により算出されると、制御器１４は、ΔＧが零に一致又は略一致するような平均ブレーキ力の指令Ｐr を算出する。例えば、ΔＧが負値のとき、すなわち、微小ゲインＧd が基準ゲインＧs より小さくなったとき、ピークμとなるスリップ率Ｓc を越えてブレーキ制動されたとみなして、平均ブレーキ力を低減する指令Ｐr を出力する。この指令を受けた制御バルブ５２は、ドライバの踏力によるブレーキ力Ｐd から、ブレーキ力低減指令Ｐr に対応したブレーキ力が低減されるようにバルブの増圧減圧時間を調整する。平均ブレーキ力が低下すると、スリップ率が低下するので、ピークμとなるスリップ率の領域を越えてタイヤがロックされるおそれを回避できる。
【００８９】
逆に、ΔＧが正値の場合、すなわち、微小ゲインＧd が基準ゲインＧs より大きくなったとき、ピークμとなるスリップ率Ｓc 以下のスリップ率とみなして、ブレーキ力を増加させる指令Ｐr を出力する。この指令を受けた制御バルブ５２は、ドライバの踏力によるブレーキ力Ｐd に、ブレーキ力増加指令Ｐr に対応したブレーキ力が加わるようにバルブの増圧減圧時間を調整する。これにより、スリップ率がピークμ近傍まで増加し、制動距離を短縮することができる。
【００９０】
なお、ドライバの踏力を越えたブレーキ力がかからないように、制御器１４への入力信号ΔＧから正値を除去する正値除去部を設けても良い。この場合、制御器１４への指令は前者のブレーキ力の低減指令のみとなる。
ところで、既に述べた通り、ピークμの状態における微小ゲインＧd は、車速が低速になるほど大きくなるという実験事実から、ピークμの状態に維持するための基準ゲインＧs は、車速が低速のときほど大きくすることが望ましい。
【００９１】
本実施の形態では、ピークμとなるスリップ率Ｓc を車輪速度及び制動力を用いてピークμに対応する基準ゲインＧs に変換することにより、上記の微小ゲインの車速依存性に対応している。すなわち、車速を推定することなく、基準ゲインを好適に変更しているので、各車速においてピークμを維持するための最適なブレーキ力の制御を正確に行うことができる。
【００９２】
また、車速に関連した物理量の１つである車輪速度だけから基準ゲインＧs を変更する従来の方法では、スリップ率が大きくなるピークμ近傍において車速と車輪速度との差が大きくなるので、基準ゲインＧs の実際値と理想値との差が大きくなり、最適なブレーキ制動ができなくなるおそれがある。しかし、本実施の形態では、車輪速度のみならず、スリップ率と関連のある制動力Ｆを用いて基準ゲインを演算するため、ピークμ近傍であるか否かに係わらず微小ゲインの車速依存性に好適に対応することができ、各車速において最適なブレーキ力の制御が可能となる。
【００９３】
さらに、本実施の形態では、実質的に目標スリップ率Ｓc に追従させる制御を行うため、従来技術と比較して次のような利点がある。すなわち、図３（ｂ）の路面のように、制動トルク勾配が領域Ａ２で急激に変化し、領域Ａ３に移行するところでは変化の乏しい路面で、ピークμのスリップ率Ｓc に追従する制御を行う場合でも、該スリップ率Ｓc に対応した基準ゲインＧs が、正確に演算されるので、より良好なピークμ追従性能が得られ、タイヤのロックを確実に防止することができる。特に、図３（ｂ）の路面では、(14)式の近似がピークμ近傍まで正確に成り立っているので、(21)式をそのまま用いて演算された基準ゲインにより、良好なピークμ追従制御が可能となる。
【００９４】
なお、制御器１４への入力信号の形式は、任意好適に変更可能である。例えば、上記差分器１２の代わりに、次式を演算する演算器を介在させても良い。
【００９５】
【数１１】
(23)式によれば、ピークμを越えて微小ゲインＧd がＧs より小さくなると、ΔＧの負値が急激に大きくなる。すなわち、感度が高くなるため、タイヤのロックに陥る可能性を回避しつつ、ピークμを維持する制御をより高精度に行うことができる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を説明する。
【００９７】
図２には、本発明の第２の実施の形態に係るＡＢＳ装置の構成ブロック図が示されている。なお、第１の実施の形態と同様の構成については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９８】
図２に示すように、本実施の形態のＡＢＳ装置は、車輪速センサ１８により検出された車輪速度ωw 、微小ゲイン演算部３６により演算された微小ゲインＧd 、及び制動力推定部２２により推定された制動力Ｆに基づいてスリップ率Ｓを演算するスリップ率演算部２３が備えられており、このスリップ率演算部２３は、差分器１３の一方の入力端と接続されている。この差分器１３の他方の入力端には、目標スリップ率設定部１０が接続され、その出力端には制御器１５が接続されている。差分器１３は、目標スリップ率設定部１０により設定された目標スリップ率Ｓc とスリップ率演算部２３により演算されたスリップ率Ｓとの差ΔＳ（＝Ｓc −Ｓ）を演算し、制御器１５へ出力する。
【００９９】
この制御器１５は、ΔＳを零に一致又は略一致させるためのブレーキ圧指令信号Ｐr を演算する所謂ＰＩ制御器（Ｈ∞制御や２自由度制御などを行う制御器でも良い）により実現することができる。この制御器１５の指令信号Ｐr は、ブレーキ圧微小励振指令Ｐv と加算されて制御バルブ５２へ入力される。
【０１００】
すなわち、第１の実施の形態では、目標スリップ率に対応する微小ゲインの基準ゲインＧs を演算し、この基準ゲインＧs に微小ゲインＧd を追従させる制御を行ったが、第２の実施の形態では、演算した微小ゲインＧd をスリップ率に変換し、このスリップ率を目標スリップ率に追従させる制御を行う。
【０１０１】
また、スリップ率演算部２３は、図１１に示すように、入力された制動力Ｆに定数Ｋを乗算する定数器８０、この乗算結果を微小ゲインＧd で除算する除算器８１、この除算結果に車輪速度ωw を加算する加算器８２、除算器８１の除算結果を加算器８２の加算結果で除算する除算器８３、から構成されており、上記(19)式を実行することによりスリップ率Ｓを算出する。
【０１０２】
なお、制御器１５への入力信号の形式が任意好適に変更可能であることは、第１の実施の形態と同様である。
【０１０３】
次に、第２の実施の形態の作用を説明する。
所定条件の成立により、制御バルブ５２への動作指令に微小励振指令が印加され、ブレーキ圧が共振周波数ω∞で微小励振される。なお、この所定条件は、第１の実施の形態と同様である。
【０１０４】
ブレーキ圧が微小励振されると、微小ゲイン演算部３６が、微小ゲインＧd を演算し、制動力推定部２２が制動力Ｆを推定する。そして、図１１のスリップ率演算部２３が、検出された車輪速度ωw と演算された微小ゲインＧd と推定された制動力Ｆとを用いて、(19)式に基づきスリップ率Ｓを演算する。
【０１０５】
現時点で演算されたスリップ率Ｓと目標スリップ率Ｓc との差ΔＳが差分器１２により算出されると、制御器１５は、ΔＳが零に一致又は略一致するような平均ブレーキ力の指令Ｐr を算出する。例えば、ΔＳが負値のとき、ピークμとなるスリップ率Ｓc を越えてブレーキ制動されたとみなして、平均ブレーキ力を低減する指令Ｐr を出力する。平均ブレーキ力が低下すると、スリップ率が低下するので、ピークμとなるスリップ率の領域を越えてタイヤがロックされるおそれを回避できる。
【０１０６】
逆に、ΔＳが正値の場合、ピークμとなるスリップ率Ｓc 以下のスリップ率であるので、ブレーキ力を増加させる指令Ｐr を出力する。これにより、スリップ率がピークμ近傍まで増加し、制動距離を短縮することができる。なお、ドライバの踏力を越えたブレーキ力がかからないように、制御器１５への入力信号ΔＳから正値を除去する正値除去部を設けても良い。この場合、制御器１５への指令は前者のブレーキ力の低減指令のみとなる。
【０１０７】
このように第２の実施の形態では、微小ゲインを、車輪速度と制動力とを用いてスリップ率Ｓに変換し、このスリップ率Ｓを目標スリップ率Ｓc に追従させる制御を行うことにより、車速を推定することなく、微小ゲインの車速依存性に対応している。すなわち、車速の変動に応じてピークμ近傍の値が変動する微小ゲインが、車速が変動してもピークμ近傍のときにある特定の値となるスリップ率Ｓに変換されるので、このスリップ率Ｓの目標追従制御を行うことで、微小ゲインの車速依存性を吸収し、各車速において、最適なブレーキ力の制御を実現している。よって、第２の実施の形態においても車速を推定しないで済むことから、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１０８】
さらに、第２の実施の形態においても、目標スリップ率Ｓc に追従させる制御を行うため、従来技術と比較して、第１の実施の形態と同様の利点がある。
【０１０９】
以上が本発明の各実施の形態であるが、本発明は、上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において任意好適に変更可能である。
【０１１０】
例えば、上記各実施の形態では、ピークμに対応する目標スリップ率に追従する制御を例にしたが、本発明は、これに限定されるものではなく、ピークμ以外のスリップ率を設定し、このスリップ率に追従する制御を行うこともできる。
【０１１１】
また、上記各実施の形態では、本発明のスリップ率サーボ制御装置を、ＡＢＳ装置に適用する例を示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えばＴＲＣ装置等にも適用することができる。この場合、ＴＲＣ領域のスリップ率に追従するようにアクセル開度や過剰加速を防止する等の制御を行うが、ドライバの踏力とは無関係にブレーキ圧の微小励振を行うように、図８のブレーキ部１６の構成を変更する。例えば、制御バルブ５０の増圧バルブ５０へ、ブレーキペダル４６の踏み込みが無くても高油圧を供給できる高油圧供給手段を設け、該手段とマスタシリンダ４８とを切り替え可能に構成する。ＴＲＣ制御時には、増圧バルブ５０へ該高油圧供給手段を接続し、それ以外では、マスタシリンダ４８を接続するように切り替える。
【０１１２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、目標スリップ率、制動力及び車輪速度から目標微小ゲインを求めるようにしたので、車速の変化に応じて変化する微小ゲインの最適な目標値を、車速の推定を行うことなく設定することができ、各車速に応じて良好な制御性能が得られる、という効果がある。
【０１１３】
また、請求項２の発明によれば、演算された微小ゲインを、制動力及び車輪速度を用いてスリップ率に変換し、該スリップ率を、目標スリップ率に追従させる制御を行うようにしたので、車速の推定を行う必要がなく、各車速に応じて良好な制御性能が得られる、という効果がある。
【０１１４】
すなわち、請求項１及び請求項２の発明によれば、車体速度を推定しなくて済むので、従来技術のように推定車体速度と実車体速度とが一致若しくは略一致するまでブレーキ圧の増減圧を繰り返す必要が無くなり、よって車輪のロックを回避すると共に車両挙動への影響を軽減することができる。
【０１１５】
さらに、請求項１及び請求項２の発明によれば、ピークμに対応する目標スリップ率に追従させる制御を行った場合、制動トルク勾配がピークμ近傍の領域で急激に変化し、それ以降の領域では変化の乏しい路面でも、ピークμに確実に追従し、タイヤのロックを防止することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスリップ率サーボ制御装置が適用された第１の実施の形態に係るＡＢＳ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のスリップ率サーボ制御装置が適用された第２の実施の形態に係るＡＢＳ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】スリップ速度に対する制動トルクの変化特性（制動トルク特性）を示すための図であって、（ａ）はピークμの前後で制動トルク勾配が緩やかに変化する路面の制動トルク特性、（ｂ）はピークμの前後で制動トルク勾配が急激に変化する路面の制動トルク特性を示す。
【図４】車輪と車体と路面とから構成される振動系の等価モデルを示す図である。
【図５】スリップ速度に対する摩擦係数μの変化特性を示すと共に、微小ゲインが制動トルク勾配と等価であることを説明するため、微小振動の中心の回りのμの変化が直線で近似できることを示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る微小ゲイン演算部の構成を示すブロック図である。
【図７】上記微小ゲイン演算部の車輪速微小振幅検出部の構成を示すブロック図である。
【図８】ブレーキ部のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図９】制御バルブへの動作指令を示す図である。
【図１０】図１の第１の実施の形態に係るＡＢＳ装置の目標ゲイン演算部の構成例を示すブロック図である。
【図１１】図２の第２の実施の形態に係るＡＢＳ装置のスリップ率演算部の構成例を示すブロック図である。
【図１２】従来のＡＢＳ装置で用いられる車体速度の推定方法の概要を示す線図である。
【符号の説明】
１０ 目標スリップ率設定部
１４ 制御器
１５ 制御器
１６ ブレーキ部
１８ 車輪速センサ
２０ 目標ゲイン演算部
２２ 制動力推定部
２３ スリップ率演算部
３６ 微小ゲイン演算部
４０ 車輪速微小振幅検出部
４２ ブレーキ圧微小振幅検出部
Claims (2)
- 目標スリップ率に追従する制御を行うスリップ率サーボ制御装置であって、
車輪速度を検出する車輪速検出手段と、
車輪に作用する制動力又は制動力に関連した物理量を検知する制動力検知手段と、
車体と車輪と路面とから構成される振動系の共振周波数でブレーキ圧を微小励振する微小励振手段と、
前記微小励振手段により微小励振されたブレーキ圧の微小振幅に対する前記共振周波数での車輪速度の微小振幅の比である微小ゲインを演算する微小ゲイン演算手段と、
前記車輪速検出手段により検出された車輪速度と、前記制動力検知手段により検知された制動力又は制動力に関連した物理量とに基づいて、前記目標スリップ率を目標微小ゲインに変換する演算を行う目標ゲイン演算手段と、
前記微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインが、前記目標ゲイン演算手段により演算された目標微小ゲインに追従するように車輪運動を制御するサーボ制御手段と、
を有することを特徴とするスリップ率サーボ制御装置。 - 目標スリップ率に追従する制御を行うスリップ率サーボ制御装置であって、
車輪速度を検出する車輪速検出手段と、
車輪に作用する制動力又は制動力に関連した物理量を検知する制動力検知手段と、
車体と車輪と路面とから構成される振動系の共振周波数でブレーキ圧を微小励振する微小励振手段と、
前記微小励振手段により微小励振されたブレーキ圧の微小振幅に対する前記共振周波数での車輪速度の微小振幅の比である微小ゲインを演算する微小ゲイン演算手段と、
前記車輪速検出手段により検出された車輪速度、前記制動力検知手段により検知された制動力又は制動力に関連した物理量、及び前記微小ゲイン演算手段により演算された微小ゲインに基づいてスリップ率を演算するスリップ率演算手段と、
前記スリップ率演算手段により演算されたスリップ率が、前記目標スリップ率に追従するように車輪運動を制御するサーボ制御手段と、
を有することを特徴とするスリップ率サーボ制御装置。
Priority Applications (1)
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| JP19290497A JP3640126B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | スリップ率サーボ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP19290497A JP3640126B2 (ja) | 1997-07-17 | 1997-07-17 | スリップ率サーボ制御装置 |
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1997
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