JP4703817B2 - 路面摩擦係数の推定方法と路面摩擦係数推定装置、路面状態の推定方法と路面状態推定装置、及び、路面滑り警告装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌の走行している路面の路面摩擦係数及び路面状態を推定する方法とその装置、及び上記推定された路面摩擦係数あるいは路面状態に基づいて車輌を制御する方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の走行安定性を高めるため、タイヤと路面間の摩擦係数（路面摩擦係数）あるいは路面状態を精度良く推定し、車輌制御へフィードバックすることが求められている。予め上記路面摩擦係数や路面状態を推定することができれば、制駆動や操舵といった危険回避の操作を起こす前に、例えば、ＡＢＳブレーキのより高度な制御等が可能になり、安全性が一段と高まることが予想される。また、運転者に走行中の路面状態の危険度を伝えるだけでも、運転者が早めの減速動作を行えるようになり、事故の減少が期待できる。
上記路面摩擦係数を推定する方法としては、例えば、車輌のバネ下とバネ上間の振動伝達特性から路面摩擦係数を推定する方法が提案されている（特開平１１−９４６６１号公報）。これは、車輪の上下方向の加速度であるバネ下加速度と、車体の上下方向の加速度であるバネ上加速度間の伝達関数の共振周波数ｆｒと、ゲイン比（Ｇp／Ｇ０）と車速Ｖとから路面摩擦係数を推定するもので、路面摩擦係数の推定に操舵力を用いていないため、、操舵がほとんど行われない直線路での走行においても路面摩擦係数を推定することができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、バネやダンパー等の緩衝特性の大きな懸架装置を介した２点間の振動の伝達特性から路面摩擦係数を推定しているため、路面の凹凸の影響を受けやすいといった問題点があった。例えば、雪上などの荒れた路面上においては、バネ下の振動が大きくなるため、サスペンションによって振動が吸収されるバネ上の振動と、上記バネ下の振動との振動レベル差が大きくなってしまい、路面摩擦係数を正確に推定することができなかった。
また、走行中のタイヤの歪状態を直接検知する方法として、例えば、タイヤのサイドトレッド部に、一方向に磁化された磁性粉を含むゴムを配設し、走行時のタイヤの変形状態を上記ゴムの変形に伴う磁化変化により検知する方法が提案されている（USP 5,895,854）が、上記方法は、変形の小さなサイドトレッド部の歪状態を検知しているため、制動などのタイヤにマクロな変形を及ぼす操作をしない限り、タイヤと路面との摩擦係数を正確に推定することは困難であった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、車輌が走行している路面の路面摩擦係数あるいは路面状態を精度よく推定することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の路面摩擦係数の推定装置は、タイヤ内面歪を計測する手段と、上記計測されたタイヤ内面歪の時間変化の波形を演算する手段と、タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出する手段と、タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出する手段と、上記算出された歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を演算する路面摩擦係数推定手段とを備えたことを特徴とする。
上記タイヤ内面の歪は、走行時のタイヤの変形に起因するもので、このタイヤの変形状態は路面とタイヤとの摩擦係数の大きさに依存する。
詳細には、タイヤは一定速度で転動していても、路面と接触している面（以下、踏面という）では、タイヤにかかる荷重により、タイヤにワイピング変形と呼ばれる撓み変形が生じる。すなわち、図１に示すように、タイヤ踏面２Ｌ内では、トレッド部２に踏面中心に向かって滑ろうとする力が作用して収縮変形が生じ、トレッド部２の見かけ長さが短くなる。このワイピング変形の大きさは、タイヤＴと路面Ｌとの間に作用する摩擦力の大きさに依存し、タイヤＴと路面Ｌとの摩擦係数（路面摩擦係数）が低い場合には、路面Ｌからの拘束力が下がるためにワイピング変形が大きくなり、特に歪が集中する主溝幅の動きが大きくなる。
上記主溝幅の動きを直接測定することは困難であるが、図２（ａ）に示すように、トレッド溝２Ａが収縮する際には、タイヤトレッド内面２Ｂに引っ張り歪が生じるので、図２（ｂ）に示すようなタイヤトレッド内面２Ｂの歪の時間変化を計測することにより、路面摩擦係数を精度よく推定することができる。
【０００７】
請求項２に記載の路面摩擦係数推定装置は、タイヤトレッド主溝部の内面歪を計測し、この計測されたタイヤトレッド主溝部の時間変化の波形から路面摩擦係数の推定値を求めるようにしたものである。
【０００８】
請求項３に記載の路面摩擦係数推定装置は、タイヤの内面に歪ゲージを配設して、上記タイヤ内面歪を計測するようにしたものである。
【００１０】
請求項４に記載の路面摩擦係数推定装置は、上記歪変位量の平均値を算出するとともに、予め作成された歪変位量の平均値と路面摩擦係数との関係を示すマップに基づいて、上記算出された歪変位量の平均値から路面摩擦係数の推定値を求めるようにしたものである。
【００１１】
請求項５に記載の路面摩擦係数推定装置は、上記歪変位量の最大値を算出するとともに、予め作成された歪変位量の最大値と路面摩擦係数との関係を示すマップに基づいて、上記算出された歪変位量の最大値から路面摩擦係数の推定値を求めるようにしたものである。
【００１２】
請求項６に記載の路面摩擦係数推定装置は、請求項４または請求項５に記載の路面摩擦係数の推定値を演算するためのマップを、上記ベースライン歪値の大きさに応じて変更するようにしたものである。
なお、マップの変更を車速に応じて行うことも可能である。すなわち、上記請求項４または請求項５に記載のマップを、車速に応じた路面摩擦係数の推定値を演算するためのマップとするとともに、車速検出手段を設けて、検出された車速に応じて上記マップを変更するようにしてもよい。このとき、車速は、車速センサを設けて直接検出するか、上記計測されたタイヤ内面歪の時間変化からタイヤの回転速度を算出して検出する。
【００１３】
また、請求項７に記載の路面状態推定装置は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の路面摩擦係数推定装置と、上記路面摩擦係数推定装置で推定された路面摩擦係数の推定値に基づいて走行時の路面状態を推定する路面状態推定手段とを備え、路面摩擦係数の推定値から路面状態を推定するようにしたものである。
【００１４】
また、請求項８に記載の路面滑りの警告装置は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の路面摩擦係数推定装置、あるいは請求項７に記載の路面状態推定装置を備えるとともに、上記路面摩擦係数の推定値あるいは上記推定された路面状態のいずれかに基づいて路面の滑り易さを判定する手段と、上記判定結果を乗員に警告する警告手段とを備え、路面が滑り易いと判定された場合には、乗員に警告を発するようにしたものである。
【００１５】
また、請求項９に記載の路面摩擦係数の推定方法は、タイヤ内面歪を計測するステップと、上記計測されたタイヤ内面歪の時間変化の波形を演算するステップと、タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出するステップと、タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出するステップと、上記算出された歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を求めるステップとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の路面摩擦係数の推定方法は、タイヤ内面歪を計測するステップと、上記タイヤ内面歪の時間変化の波形を演算するステップと、タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出するステップと、タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出するステップと、上記算出された歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を求めるステップと、上記推定された路面摩擦係数の推定値から路面の状態を推定するステップとを備えたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
実施の形態１．
図３は、本実施の形態１に関わる路面とタイヤとの摩擦係数の値を推定する路面摩擦係数推定装置１０の構成を示すブロック図である。同図において、１１はタイヤトレッド主溝部のタイヤ内面歪を連続的に計測するための歪ゲージ、１２は上記歪ゲージ１１で計測されたタイヤ踏面以外でのタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出するベースライン算出手段、１３は上記計測されたタイヤ踏面内でのタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出する歪変位量算出手段、１４は上記算出された歪変位量の最大値を求める最大歪変位量算出手段、１５はμ−マップ記憶手段１６に記憶されている、予め求められた歪変位量の最大値と路面路面摩擦係数との関係を示すマップ（μ−マップ）を用いて、上記算出された歪変位量の最大値から路面摩擦係数の値を推定する路面摩擦係数推定手段である。
本実施の形態１では、図４に示すように、歪ゲージ１１をタイヤトレッドの内面に設置してタイヤ内面歪を計測する。上記歪ゲージ１１としては、例えば、抵抗線歪ゲージや光ファイバー歪ゲージを用いることが望ましい。但し、抵抗線歪ゲージは温度による影響を受けやすいので、使用する際には、タイヤあるいは路面の温度あるいは外気温を別途測定して補正することが望ましい。
なお、タイヤ内面歪を計測する手段としては、上記歪ゲージ１１に限らず、非接触変位センサ、圧力センサ等の他のセンサを用いてもよい。
【００２５】
上記歪ゲージ１１の取付位置は、タイヤトレッドの内面であれば特に制約されるものではないが、路面摩擦係数の推定精度を高くするためには、タイヤ内面歪の変化が大きく現われるタイヤトレッド主溝位置の内面に配置することが望ましい。なお、歪ゲージ１１は所定の取付方向の歪み量を検出するので、タイヤ幅方向溝の内面ではタイヤの周方向歪を計測するように、タイヤ周方向溝の内面では、タイヤの幅方向歪を計測するように上記歪ゲージ１１を配設することが望ましい。
上記タイヤ内面の歪の大きさは、上述したように、走行時の路面状態、すなわち路面路面摩擦係数の大きさに依存する。
実際に、タイヤ幅方向溝の内面に、周方向歪を測定する向きに歪ゲージ１１を貼付けた車輌を、摩擦係数の異なる路面で、試験速度２０ｋｍ／ｈｒで走行させてタイヤ内面歪の時間変化を測定した結果、タイヤ周方向歪は、図５に示すように、踏面内でタイヤ内面歪がほぼ単一のピークをもつような波形を示し、そのピーク値の大きさは、同図の実線で示すアスファルト上を走行している場合が最も小さく、雪上（同図の一点鎖線）、氷上（同図の破線）と、路面摩擦係数が小さくなる程、上記ピーク値が大きくなる傾向を示すことが確認された。
【００２６】
また、タイヤ周方向溝の内面に、幅方向歪を測定する向きに歪ゲージ１１を貼付け、上記と同様の方法でタイヤ幅方向歪を測定した。図６は、アスファルト上（同図の実線），雪上（同図の一点鎖線）及び氷上（同図の破線）におけるタイヤタイヤ幅方向歪の波形を示す図で、アスファルト上ではほぼ一山の波形を示すが、低μ路になる程、踏面中央部において谷を形成するようになる。これは、踏面中央部においては、周方向歪みと相対する力が生じており、低μ路では路面拘束力が小さいため、幅方向歪みが一旦開放されるためである。
したがって、最も低μ路である氷上（同図の破線）では、２つのピークがはっきりと分離され、２つのピーク間で幅方向歪の値がかなり小さくなる。すなわち、タイヤ幅方向歪の波形は踏面内で２つのピークを有し、路面摩擦係数が小さくなる程、上記２つのピーク間での歪量は大きく低下する傾向を示すことが確認された。
【００２７】
タイヤの内面歪は、路面摩擦係数が小さくなる程路面からの拘束が小さくなるため、上述したように、周方向においても幅方向歪においても、路面摩擦係数が小さくなるにしたがってトレッドの動き量、タイヤ内面歪の変化の大きさが大きくなる傾向を示す。すなわち、タイヤの内面歪の時間変化の波形を演算することにより、歪ゲージ１１の取付位置に関わらず、車輌の走行している路面の路面摩擦係数を推定することが可能となる。以下では、歪ゲージ１１をタイヤ幅方向溝の内面に取付け、タイヤの周方向歪を計測した場合について説明する。
【００２８】
本実施の形態１では、タイヤ踏面内の歪量を評価する際に、タイヤ内面歪の計測値をそのまま用いるのではなく、タイヤ踏面内でのタイヤ内面歪と、タイヤ踏面以外でのタイヤ内面歪との差をとり、これを歪変位量とし、この歪変位量によりタイヤ内面歪を評価する（図２（ｂ）参照）。このとき、基準となるタイヤ踏面以外でのタイヤ内面歪の値としては、タイヤ内面歪の最も小さいと考えられる、タイヤ踏面とは反対側の位置におけるタイヤ内面歪の計測値を用いてもよいが、ここでは、タイヤの振動の影響や測定のバラツキなどを考慮して、タイヤ踏面以外でのタイヤ内面歪の平均値（以下、ベースライン歪値という）を基準として、歪変位量を算出するようにしている。
図７は、上記周方向歪測定を行った同じ路面において実車制動試験を行い、その制動距離からタイヤと試験路面の路面摩擦係数を算出して、この路面摩擦係数と周方向の歪変位量の最大値との関係を求めた結果を示すグラフである。周方向の歪変位量の最大値と路面摩擦係数とは高い相関を示し、周方向の歪変位量の最大値は路面摩擦係数の増加に伴ってほぼ直線的に減少することが確認された。
本実施の形態１では、上記試験結果から、周方向の歪変位量の最大値と路面摩擦係数と関係を予めμ−マップとして路面摩擦係数推定装置１０のμ−マップ記憶手段１６に記憶し、このμ−マップを用いて路面摩擦係数を推定する。
【００２９】
次に、上記路面摩擦係数推定装置１０による路面摩擦係数の推定方法について説明する。
まず、タイヤトレッド主溝部のタイヤ幅方向溝の内面に取付けられた歪ゲージ１１により、タイヤ周方向の内面歪を連続的に計測する。上記計測された周方向の内面歪は、順次、ベースライン算出手段１２と歪変位量算出手段１３とに送られる。ベースライン算出手段１２では、上記内面歪のデータからタイヤ踏面以外でのタイヤ周方向内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出して歪変位量算出手段１３に送る。歪変位量算出手段１４では、上記計測された踏面内の周方向歪と上記ベースライン算出手段１２で算出されたベースライン歪値との差を求めて歪変位量を算出して最大歪変位量算出手段１４に送る。最大歪変位量算出手段１４では、上記算出された歪変位量の最大値を算出して路面摩擦係数推定手段１５に送る。
路面摩擦係数推定手段１５では、μ−マップ記憶手段１６に記憶されている、歪変位量の最大値と路面路面摩擦係数との関係を示すマップ（μ−マップ）を用いて、上記算出された歪変位量の最大値から路面摩擦係数の値を推定し、路面摩擦係数の推定値を算出する。
【００３０】
ところで、タイヤ変形量の大きさは、走行速度によっても変化するため、予め車速に応じたタイヤ内面歪と路面摩擦係数との関係（ここでは、車速に応じた歪変位量の最大値と路面路面摩擦係数との関係）を示すマップを作成しておき、タイヤ内面歪と走行中の車速とを検出し、上記マップを用いて、路面摩擦係数の値を推定するようにすれば、路面摩擦係数の推定精度を更に向上させることができる。
なお、走行中の車速は、別途車速センサを設けて直接検出してもよいし、あるいは、図２（ｂ）に示したような、計測されたタイヤ内面歪の時間変化から車速を検出するようにしてもよい。具体的には、例えば、タイヤ内面歪の歪みピークの発生周期からタイヤ回転速度を算出し、これを車速データとすればよい。
【００３１】
また、タイヤ変形量の大きさは、タイヤの内圧，温度あるいはトレッド摩耗量の経時変化などでも変わってくるため、予め上記各データの値に応じたマップを作成するとともに、上記各データの経時変化を記憶しておき、各データの変化に応じて自動的に的確なマップを選択するなどして、μ−マップを適宜変更することが望ましい。
例えば、内圧が低下すると、タイヤ撓み量が大きくなるので、ベースライン歪値は低下する。これにより、歪変位量が見かけ上大きくなる。そこで、例えば、ベースライン歪値により上記μ−マップを変更する機能を路面摩擦係数推定装置１０の中に組み入れて、ベースライン歪値により適宜採用するμ−マップを変更することにより、路面摩擦係数の推定精度を更に向上させることができる。
あるいは、内圧が低下すると、タイヤ接地長が長くなるので、１サイクル時間中の歪ピーク幅（ピーク発生時間）から上記接地長を計算し、上記接地長によりμ−マップを変更するようにしてもよい。また、いくつかの補正方法を組み合わせる事により、より精度の高いマップ選択を行うことが可能となる。
また、この他に、マップの変更方法としては、運転者に乾燥路走行中にリセットスイッチを適宜押してもらい、その情報を元に現状のマップを選択するようにしてもよい。
【００３２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、タイヤの周方向歪を計測した場合について説明したが、歪ゲージ１１をタイヤ周方向溝の内面に取付けてタイヤの幅方向歪を計測し、路面摩擦係数を推定することも可能である。
幅方向歪は、上述したように、２つのピークをもち、路面摩擦係数が小さくなる程、２つのピーク間での歪の大きさが小さくなる傾向がある（図６参照）。
図８は、上記幅方向歪測定を行った同じ路面において実車制動試験を行い、その制動距離からタイヤと試験路面の路面摩擦係数を算出して、路面摩擦係数と幅方向歪変位量の平均値との関係を求めたグラフである。幅周方向の歪変位量の平均値と路面摩擦係数とは高い相関を示し、幅方向の歪変位量の平均値は路面摩擦係数の増加に伴ってほぼ直線的に増加することが確認された。
本実施の形態２では、上記試験結果から、幅方向の歪変位量の平均値と路面摩擦係数との関係を予め第２のμ−マップとしてμ−マップ記憶手段１６に記憶し、この第２のμ−マップを用いて路面摩擦係数を推定する。
すなわち、図９に示すように、本実施の形態２の路面摩擦係数推定装置１０Ａは、上記実施の形態１の最大歪変位量算出手段１４に代えて、幅方向歪の歪変位量の平均値を算出する平均歪変位量算出手段１７を設けるとともに、上記算出された歪変位量の平均値から路面摩擦係数の値を推定する路面摩擦係数推定手段１５Ａを設けて、上記第２のμ−マップを用いて、路面摩擦係数の推定値を算出する。
【００３３】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、路面摩擦係数を推定する方法について説明したが、上記算出された路面摩擦係数の推定値から路面がどの程度滑り易い状態にあるかを推定することが可能である。
上述したように、路面摩擦係数の推定値は、車輌の走行状態をフィードバック制御し車輌の安全性を高めたり、運転者に路面状態の危険度を伝えたりするために用いられるものであるが、制御値としては路面摩擦係数の推定値そのものを用いるよりも、上記路面摩擦係数の推定値を複数のランクにランク分けし、路面の滑り易さの度合いを表わす状態（以下、推定路面状態という）に変換して用いた方が、車輌の制御を行ったり、危険度を伝えたりする際には有効である。
図１０は、本実施の形態３に係わる路面状態推定装置２０の構成を示す図で、１０は上記実施の形態１の路面摩擦係数推定装置、２１は上記路面摩擦係数推定装置１０で得られた路面摩擦係数推定値をランク分けし、推定路面状態に変換する路面状態推定手段で、この路面状態推定手段２１は、路面摩擦係数推定値μを、例えば、▲１▼高μ路（μ≧０.６）▲２▼中μ路（０．３≦μ＜０.６）、▲３▼低μ路（μ＜０.３）ように複数（ここでは３つ）の推定路面状態にランク分けすることにより、路面摩擦係数推定値μの値を推定路面状態に変換して出力する。
【００３４】
また、図１１に示すように、上記路面状態推定装置２０に、上記▲１▼〜▲３▼の推定路面状態の安全度を判定する路面状態判定手段３１と、この路面状態判定手段３１の判定結果により路面状態が滑り易いと判定された場合には、運転者あるいは乗員に危険度を警告する警告手段３２を付加することにより、路面滑り警告装置３０を得ることができる。この路面滑り警告装置３０は、例えば、推定路面状態が▲３▼の低μ路である場合には、路面状態判定手段３１により、路面状態が滑り易いと判定し、図示しない赤ランプを点滅させたり、上記赤ランプの点滅に加えて警報音を発するようにするなどして、運転者あるいは乗員に路面の危険度を警告する。
なお、路面状態判定手段３１を上記路面状態推定装置２０内に組み込むことも可能である。あるいは、路面状態判定手段３１を省略し、上記▲１▼〜▲３▼の推定路面状態のうち、例えば、▲３▼低μ路の情報が警告手段３２に入力されると直ちに警告が発せられるようにしてもよい。
【００３５】
上記実施の形態３では、実施の形態１の路面摩擦係数推定装置１０を用いて路面状態推定装置２０及び路面滑り警告装置３０を構成したが、実施の形態２の路面摩擦係数推定装置１０Ａを用いても同様の効果が得られる。
また、上記例では、路面摩擦係数推定値μの値を３つのランク（推定路面状態）にランク分けしたが、推定路面状態の設定方法はこれに限るものではなく、車輌が使用される地域や環境等によって適宜設定される。
なお、例えば路面摩擦係数推定値μが所定の値以下である場合には、運転者あるいは乗員に危険を警告するなど、路面摩擦係数推定値μの値を直接用いた路面滑り警告装置を構成することも可能である。
【００３６】
実施の形態４．
図１２は、本実施の形態４に係わる車輌制御装置４０の構成を示す図で、車輌制御装置４０は、上記路面状態推定装置２０と、この路面状態推定装置２０で推定された路面状態に応じて、車輌の走行状態を制御する車輌制御手段４１とを備えている。この車輌制御手段４１は、路面摩擦係数推定装置２０で推定された路面状態に応じて、ＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更することにより車輪速度を制御し、滑りやすい路面での制動距離を短縮する制御を行う。
ＡＢＳブレーキシステムは、高摩擦係数が得られるスリップ率（１０〜３０％）に車輪速度を制御しようとするものであるが、低μ路においては路面からの拘束が小さいために、ある一定のブレーキトルクを与えた際に車輪減速度が非常に高くなり、いわゆるロック状態になりやすい。ロックになると、制動距離が長くなるばかりでなく、操舵力が極端に低下し車輌方向のコントロール性を失うので好ましくない。
本実施の形態４では、路面状態推定装置２０により路面状態を推定し、上述した▲３▼の低μ路（μ＜０.３）においては、ロックに至らないようにＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更して、ブレーキトルクを与える油圧増加速度やＡＢＳモードに入る油圧閾値を低下するような制御を行うようにしたので、低μ路での制動距離を短くすることができる。
【００３７】
【実施例】
上記車輌制御装置４０を搭載した車輌を用い、路面状態推定装置２０により得られた推定路面状態に基づき、ＡＢＳ制動ロジックを自動修正するようにした上で、乾燥アスファルト上、氷路上において制動試験を行った。制動ロジックの修正方法としては、▲１▼高μ路（μ≧０.６）では従来の設定のままとし、▲２▼中μ路（０．３≦μ＜０.６）及び▲３▼低μ路（μ＜０.３）では、ＡＢＳモードに入る油圧閾値値、及び油圧の増圧速度を低下させるように、制御プログラム修正を実施した。
乾燥アスファルト上では、速度８０ｋｍ/ｈｒからの平均制動距離の逆数を修正なしの制動距離を１００とした指数で表したとき、高μ路では従来と同様の制御を行っているので、平均制動距離の逆数は従来と同じ１００であった。一方、低μ路である氷路上では、速度２０ｋｍ/ｈｒからの平均制動距離の逆数を修正なしの制動距離を１００とした指数で表したとき１１９となり、制動距離が大幅に短縮した。
このように、特に危険な路面である氷路においては、車輌制御装置４０により、危険回避行為である制動前に、走行路面が低μ路であることを判定して、ＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更するＡＢＳ制御を行うことができ、制動距離を大幅に短縮できることが確認された。
【００３８】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、車輌制御手段４１において、推定路面状態に応じてＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更して、滑りやすい路面での制動距離を短縮するする制御を行うようにしたが、上記ＡＢＳ制御に代えて、タイヤ内圧制御をおこなうようにしてもよい。例えば、氷上のような低μ路では、タイヤ内圧を低下させることにより、上記低μ路での制動距離を短くでることができる。
すなわち、路面状態推定装置２０により、走行路面が低μ路であると推定された場合には、車輌制御手段４１により、タイヤ内圧を自動あるいは手動により低下させる。これにより、タイヤ接地面積が増加し、路面とタイヤとの摩擦力が増加するので、制動距離を短縮することが可能になる。
なお、タイヤ内圧自動調整システムはいかなるものであっても良いが、例えば、圧力計，コントローラー、圧力調整弁付ホイール、フレキシブルジョイントホース、予備タンク、コンプレッサーなどから構成される。
【００３９】
【実施例】
上記車輌制御装置４０を搭載した車輌を用い、路面状態推定装置２０により得られた推定路面状態に基づき、タイヤ内圧を制御するようにした上で、乾燥アスファルト上、氷路上において制動試験を行った。タイヤ内圧の制御方法としては、▲１▼高μ路（μ≧０.６）及び▲２▼中μ路（０．３≦μ＜０.６）では従来の設定（内圧２２０ｋＰａ）のままとし、▲３▼低μ路（μ＜０.３）では、内圧を１６０ｋＰａに低下させるように設定した。
乾燥アスファルト上では速度８０ｋｍ/ｈｒからの平均制動距離の逆数を、修正なしの制動距離を１００とした指数で表すと、高μ路では従来と同様の制御を行っているので、平均制動距離の逆数は従来と同じ１００であった。一方、低μ路である氷路上では速度２０ｋｍ/ｈｒからの平均制動距離の逆数を修正なしの制動距離を１００とした指数で表すと、１１４となり、制動距離が大幅に短縮した。
このように、特に危険な路面である氷路において、危険回避行為である制動前に、走行路面が低μ路であることを判定し、タイヤ内圧を低下させる制御を行って路面とタイヤとの摩擦力を増加させることにより、制動距離を大幅に短縮できることが確認された。
【００４０】
なお、上記実施の形態４，５の車輌制御装置４０では、路面状態推定装置２０からの推定路面状態に基づき、車輪のロック状態やタイヤ内圧などの制御を行って車輌の走行状態を制御するようにしたが、上記実施の形態１，２の路面摩擦係数推定装置１０，１０Ａからの路面摩擦係数の推定値を直接用いて車輌の走行状態を制御することも可能であることは言うまでもない。
【００４１】
また、上記実施の形態４，５では、推定路面状態に基づき、車輪のロック状態あるいやタイヤ内圧を制御して低μ路での制動距離を短縮するようにしたが、車輌の姿勢を制御する車輌制御手段を設け、路面摩擦係数推定値あるいは推定された路面状態に基づいて、例えば、各車輪のブレーキ装置を個別に制御する際のブレーキ圧値等を変えて、車輌の姿勢制御を行うことによっても、低μ路での操舵性を高めることができ、各路面での走行安全性を向上させることができる。
また、車輪空転状態を制御する車輌制御手段を備え、路面摩擦係数推定値あるいは推定された路面状態に基づいて、ブレーキ装置あるいはエンジンエンジン回転数などを制御して車輪空転状態の制御を行うことによっても、車輌の走行安全性を向上させることができる。
【００４２】
また、自動運転システムを搭載した車輌において、車間距離設定値を変更する制御を行う車輌制御手段を備え、路面摩擦係数推定値あるいは推定された路面状態に基づいて、上記車間距離設定値を変更し、車間距離を適正に設定する制御を行うようにすることにより、低μ路においても確実に安全な車間距離を保つことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、タイヤと路面との間に作用する摩擦力の大きさに直接依存するタイヤ内面歪を計測し、このタイヤ内面歪の時間変化に基づいて路面摩擦係数を推定するようにしたので、路面摩擦係数や路面状態を精度よく推定することができる。
また、上記推定された路面摩擦係数や路面状態を用いて、路面状態の危険度を乗員に警告したり、車輌の走行状態をフィードバック制御することができるので、車輌の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 走行時のタイヤの変形状態を説明するための図である。
【図２】 タイヤ内面の歪の時間的変化を示す図である。
【図３】 本実施の形態１に係わる路面摩擦係数推定装置の構成を示す図である。
【図４】 歪ゲージの設置位置を示す模式図である。
【図５】 タイヤ周方向歪の時間変化を示す図である。
【図６】 タイヤ幅方向歪の時間変化を示す図である。
【図７】 路面摩擦係数と最大歪変位量との関係を示す図である。
【図８】 路面摩擦係数と平均歪変位量との関係を示す図である。
【図９】 本実施の形態２に係わる路面摩擦係数推定装置の構成を示す図である。
【図１０】 本実施の形態３に係わる路面状態推定装置の構成を示す図である。
【図１１】 本実施の形態３に係わる路面滑り警告装置の構成を示す図である。
【図１２】 本実施の形態４に係わる車輌制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 路面摩擦係数推定装置、１１ 歪ゲージ、１２ ベースライン算出手段、１３ 歪変位量算出手段、１４ 最大歪変位量算出手段、１５ 路面摩擦係数推定手段、１６ μ−マップ記憶手段、１７ 平均歪変位量算出手段、２０ 路面状態推定装置、２１ 路面状態推定手段、３０ 路面滑り警告装置、３１ 路面状態判定手段、３２ 警告手段、４０ 車輌制御装置、４１ 車輌制御手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、車輌の走行している路面の路面摩擦係数及び路面状態を推定する方法とその装置、及び上記推定された路面摩擦係数あるいは路面状態に基づいて車輌を制御する方法とその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の走行安定性を高めるため、タイヤと路面間の摩擦係数（路面摩擦係数）あるいは路面状態を精度良く推定し、車輌制御へフィードバックすることが求められている。予め上記路面摩擦係数や路面状態を推定することができれば、制駆動や操舵といった危険回避の操作を起こす前に、例えば、ＡＢＳブレーキのより高度な制御等が可能になり、安全性が一段と高まることが予想される。また、運転者に走行中の路面状態の危険度を伝えるだけでも、運転者が早めの減速動作を行えるようになり、事故の減少が期待できる。
上記路面摩擦係数を推定する方法としては、例えば、車輌のバネ下とバネ上間の振動伝達特性から路面摩擦係数を推定する方法が提案されている（特開平１１−９４６６１号公報）。これは、車輪の上下方向の加速度であるバネ下加速度と、車体の上下方向の加速度であるバネ上加速度間の伝達関数の共振周波数ｆｒと、ゲイン比（Ｇp／Ｇ０）と車速Ｖとから路面摩擦係数を推定するもので、路面摩擦係数の推定に操舵力を用いていないため、、操舵がほとんど行われない直線路での走行においても路面摩擦係数を推定することができるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、バネやダンパー等の緩衝特性の大きな懸架装置を介した２点間の振動の伝達特性から路面摩擦係数を推定しているため、路面の凹凸の影響を受けやすいといった問題点があった。例えば、雪上などの荒れた路面上においては、バネ下の振動が大きくなるため、サスペンションによって振動が吸収されるバネ上の振動と、上記バネ下の振動との振動レベル差が大きくなってしまい、路面摩擦係数を正確に推定することができなかった。
また、走行中のタイヤの歪状態を直接検知する方法として、例えば、タイヤのサイドトレッド部に、一方向に磁化された磁性粉を含むゴムを配設し、走行時のタイヤの変形状態を上記ゴムの変形に伴う磁化変化により検知する方法が提案されている（USP 5,895,854）が、上記方法は、変形の小さなサイドトレッド部の歪状態を検知しているため、制動などのタイヤにマクロな変形を及ぼす操作をしない限り、タイヤと路面との摩擦係数を正確に推定することは困難であった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、車輌が走行している路面の路面摩擦係数あるいは路面状態を精度よく推定することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の路面摩擦係数の推定装置は、タイヤ内面歪を計測する手段と、上記計測されたタイヤ内面歪の時間変化の波形を演算する手段と、タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出する手段と、タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出する手段と、上記算出された歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を演算する路面摩擦係数推定手段とを備えたことを特徴とする。
上記タイヤ内面の歪は、走行時のタイヤの変形に起因するもので、このタイヤの変形状態は路面とタイヤとの摩擦係数の大きさに依存する。
詳細には、タイヤは一定速度で転動していても、路面と接触している面（以下、踏面という）では、タイヤにかかる荷重により、タイヤにワイピング変形と呼ばれる撓み変形が生じる。すなわち、図１に示すように、タイヤ踏面２Ｌ内では、トレッド部２に踏面中心に向かって滑ろうとする力が作用して収縮変形が生じ、トレッド部２の見かけ長さが短くなる。このワイピング変形の大きさは、タイヤＴと路面Ｌとの間に作用する摩擦力の大きさに依存し、タイヤＴと路面Ｌとの摩擦係数（路面摩擦係数）が低い場合には、路面Ｌからの拘束力が下がるためにワイピング変形が大きくなり、特に歪が集中する主溝幅の動きが大きくなる。
上記主溝幅の動きを直接測定することは困難であるが、図２（ａ）に示すように、トレッド溝２Ａが収縮する際には、タイヤトレッド内面２Ｂに引っ張り歪が生じるので、図２（ｂ）に示すようなタイヤトレッド内面２Ｂの歪の時間変化を計測することにより、路面摩擦係数を精度よく推定することができる。
【０００７】
請求項２に記載の路面摩擦係数推定装置は、タイヤトレッド主溝部の内面歪を計測し、この計測されたタイヤトレッド主溝部の時間変化の波形から路面摩擦係数の推定値を求めるようにしたものである。
【０００８】
請求項３に記載の路面摩擦係数推定装置は、タイヤの内面に歪ゲージを配設して、上記タイヤ内面歪を計測するようにしたものである。
【００１０】
請求項４に記載の路面摩擦係数推定装置は、上記歪変位量の平均値を算出するとともに、予め作成された歪変位量の平均値と路面摩擦係数との関係を示すマップに基づいて、上記算出された歪変位量の平均値から路面摩擦係数の推定値を求めるようにしたものである。
【００１１】
請求項５に記載の路面摩擦係数推定装置は、上記歪変位量の最大値を算出するとともに、予め作成された歪変位量の最大値と路面摩擦係数との関係を示すマップに基づいて、上記算出された歪変位量の最大値から路面摩擦係数の推定値を求めるようにしたものである。
【００１２】
請求項６に記載の路面摩擦係数推定装置は、請求項４または請求項５に記載の路面摩擦係数の推定値を演算するためのマップを、上記ベースライン歪値の大きさに応じて変更するようにしたものである。
なお、マップの変更を車速に応じて行うことも可能である。すなわち、上記請求項４または請求項５に記載のマップを、車速に応じた路面摩擦係数の推定値を演算するためのマップとするとともに、車速検出手段を設けて、検出された車速に応じて上記マップを変更するようにしてもよい。このとき、車速は、車速センサを設けて直接検出するか、上記計測されたタイヤ内面歪の時間変化からタイヤの回転速度を算出して検出する。
【００１３】
また、請求項７に記載の路面状態推定装置は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の路面摩擦係数推定装置と、上記路面摩擦係数推定装置で推定された路面摩擦係数の推定値に基づいて走行時の路面状態を推定する路面状態推定手段とを備え、路面摩擦係数の推定値から路面状態を推定するようにしたものである。
【００１４】
また、請求項８に記載の路面滑りの警告装置は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の路面摩擦係数推定装置、あるいは請求項７に記載の路面状態推定装置を備えるとともに、上記路面摩擦係数の推定値あるいは上記推定された路面状態のいずれかに基づいて路面の滑り易さを判定する手段と、上記判定結果を乗員に警告する警告手段とを備え、路面が滑り易いと判定された場合には、乗員に警告を発するようにしたものである。
【００１５】
また、請求項９に記載の路面摩擦係数の推定方法は、タイヤ内面歪を計測するステップと、上記計測されたタイヤ内面歪の時間変化の波形を演算するステップと、タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出するステップと、タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出するステップと、上記算出された歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を求めるステップとを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の路面摩擦係数の推定方法は、タイヤ内面歪を計測するステップと、上記タイヤ内面歪の時間変化の波形を演算するステップと、タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出するステップと、タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出するステップと、上記算出された歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を求めるステップと、上記推定された路面摩擦係数の推定値から路面の状態を推定するステップとを備えたことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
実施の形態１．
図３は、本実施の形態１に関わる路面とタイヤとの摩擦係数の値を推定する路面摩擦係数推定装置１０の構成を示すブロック図である。同図において、１１はタイヤトレッド主溝部のタイヤ内面歪を連続的に計測するための歪ゲージ、１２は上記歪ゲージ１１で計測されたタイヤ踏面以外でのタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出するベースライン算出手段、１３は上記計測されたタイヤ踏面内でのタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出する歪変位量算出手段、１４は上記算出された歪変位量の最大値を求める最大歪変位量算出手段、１５はμ−マップ記憶手段１６に記憶されている、予め求められた歪変位量の最大値と路面路面摩擦係数との関係を示すマップ（μ−マップ）を用いて、上記算出された歪変位量の最大値から路面摩擦係数の値を推定する路面摩擦係数推定手段である。
本実施の形態１では、図４に示すように、歪ゲージ１１をタイヤトレッドの内面に設置してタイヤ内面歪を計測する。上記歪ゲージ１１としては、例えば、抵抗線歪ゲージや光ファイバー歪ゲージを用いることが望ましい。但し、抵抗線歪ゲージは温度による影響を受けやすいので、使用する際には、タイヤあるいは路面の温度あるいは外気温を別途測定して補正することが望ましい。
なお、タイヤ内面歪を計測する手段としては、上記歪ゲージ１１に限らず、非接触変位センサ、圧力センサ等の他のセンサを用いてもよい。
【００２５】
上記歪ゲージ１１の取付位置は、タイヤトレッドの内面であれば特に制約されるものではないが、路面摩擦係数の推定精度を高くするためには、タイヤ内面歪の変化が大きく現われるタイヤトレッド主溝位置の内面に配置することが望ましい。なお、歪ゲージ１１は所定の取付方向の歪み量を検出するので、タイヤ幅方向溝の内面ではタイヤの周方向歪を計測するように、タイヤ周方向溝の内面では、タイヤの幅方向歪を計測するように上記歪ゲージ１１を配設することが望ましい。
上記タイヤ内面の歪の大きさは、上述したように、走行時の路面状態、すなわち路面路面摩擦係数の大きさに依存する。
実際に、タイヤ幅方向溝の内面に、周方向歪を測定する向きに歪ゲージ１１を貼付けた車輌を、摩擦係数の異なる路面で、試験速度２０ｋｍ／ｈｒで走行させてタイヤ内面歪の時間変化を測定した結果、タイヤ周方向歪は、図５に示すように、踏面内でタイヤ内面歪がほぼ単一のピークをもつような波形を示し、そのピーク値の大きさは、同図の実線で示すアスファルト上を走行している場合が最も小さく、雪上（同図の一点鎖線）、氷上（同図の破線）と、路面摩擦係数が小さくなる程、上記ピーク値が大きくなる傾向を示すことが確認された。
【００２６】
また、タイヤ周方向溝の内面に、幅方向歪を測定する向きに歪ゲージ１１を貼付け、上記と同様の方法でタイヤ幅方向歪を測定した。図６は、アスファルト上（同図の実線），雪上（同図の一点鎖線）及び氷上（同図の破線）におけるタイヤタイヤ幅方向歪の波形を示す図で、アスファルト上ではほぼ一山の波形を示すが、低μ路になる程、踏面中央部において谷を形成するようになる。これは、踏面中央部においては、周方向歪みと相対する力が生じており、低μ路では路面拘束力が小さいため、幅方向歪みが一旦開放されるためである。
したがって、最も低μ路である氷上（同図の破線）では、２つのピークがはっきりと分離され、２つのピーク間で幅方向歪の値がかなり小さくなる。すなわち、タイヤ幅方向歪の波形は踏面内で２つのピークを有し、路面摩擦係数が小さくなる程、上記２つのピーク間での歪量は大きく低下する傾向を示すことが確認された。
【００２７】
タイヤの内面歪は、路面摩擦係数が小さくなる程路面からの拘束が小さくなるため、上述したように、周方向においても幅方向歪においても、路面摩擦係数が小さくなるにしたがってトレッドの動き量、タイヤ内面歪の変化の大きさが大きくなる傾向を示す。すなわち、タイヤの内面歪の時間変化の波形を演算することにより、歪ゲージ１１の取付位置に関わらず、車輌の走行している路面の路面摩擦係数を推定することが可能となる。以下では、歪ゲージ１１をタイヤ幅方向溝の内面に取付け、タイヤの周方向歪を計測した場合について説明する。
【００２８】
本実施の形態１では、タイヤ踏面内の歪量を評価する際に、タイヤ内面歪の計測値をそのまま用いるのではなく、タイヤ踏面内でのタイヤ内面歪と、タイヤ踏面以外でのタイヤ内面歪との差をとり、これを歪変位量とし、この歪変位量によりタイヤ内面歪を評価する（図２（ｂ）参照）。このとき、基準となるタイヤ踏面以外でのタイヤ内面歪の値としては、タイヤ内面歪の最も小さいと考えられる、タイヤ踏面とは反対側の位置におけるタイヤ内面歪の計測値を用いてもよいが、ここでは、タイヤの振動の影響や測定のバラツキなどを考慮して、タイヤ踏面以外でのタイヤ内面歪の平均値（以下、ベースライン歪値という）を基準として、歪変位量を算出するようにしている。
図７は、上記周方向歪測定を行った同じ路面において実車制動試験を行い、その制動距離からタイヤと試験路面の路面摩擦係数を算出して、この路面摩擦係数と周方向の歪変位量の最大値との関係を求めた結果を示すグラフである。周方向の歪変位量の最大値と路面摩擦係数とは高い相関を示し、周方向の歪変位量の最大値は路面摩擦係数の増加に伴ってほぼ直線的に減少することが確認された。
本実施の形態１では、上記試験結果から、周方向の歪変位量の最大値と路面摩擦係数と関係を予めμ−マップとして路面摩擦係数推定装置１０のμ−マップ記憶手段１６に記憶し、このμ−マップを用いて路面摩擦係数を推定する。
【００２９】
次に、上記路面摩擦係数推定装置１０による路面摩擦係数の推定方法について説明する。
まず、タイヤトレッド主溝部のタイヤ幅方向溝の内面に取付けられた歪ゲージ１１により、タイヤ周方向の内面歪を連続的に計測する。上記計測された周方向の内面歪は、順次、ベースライン算出手段１２と歪変位量算出手段１３とに送られる。ベースライン算出手段１２では、上記内面歪のデータからタイヤ踏面以外でのタイヤ周方向内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出して歪変位量算出手段１３に送る。歪変位量算出手段１４では、上記計測された踏面内の周方向歪と上記ベースライン算出手段１２で算出されたベースライン歪値との差を求めて歪変位量を算出して最大歪変位量算出手段１４に送る。最大歪変位量算出手段１４では、上記算出された歪変位量の最大値を算出して路面摩擦係数推定手段１５に送る。
路面摩擦係数推定手段１５では、μ−マップ記憶手段１６に記憶されている、歪変位量の最大値と路面路面摩擦係数との関係を示すマップ（μ−マップ）を用いて、上記算出された歪変位量の最大値から路面摩擦係数の値を推定し、路面摩擦係数の推定値を算出する。
【００３０】
ところで、タイヤ変形量の大きさは、走行速度によっても変化するため、予め車速に応じたタイヤ内面歪と路面摩擦係数との関係（ここでは、車速に応じた歪変位量の最大値と路面路面摩擦係数との関係）を示すマップを作成しておき、タイヤ内面歪と走行中の車速とを検出し、上記マップを用いて、路面摩擦係数の値を推定するようにすれば、路面摩擦係数の推定精度を更に向上させることができる。
なお、走行中の車速は、別途車速センサを設けて直接検出してもよいし、あるいは、図２（ｂ）に示したような、計測されたタイヤ内面歪の時間変化から車速を検出するようにしてもよい。具体的には、例えば、タイヤ内面歪の歪みピークの発生周期からタイヤ回転速度を算出し、これを車速データとすればよい。
【００３１】
また、タイヤ変形量の大きさは、タイヤの内圧，温度あるいはトレッド摩耗量の経時変化などでも変わってくるため、予め上記各データの値に応じたマップを作成するとともに、上記各データの経時変化を記憶しておき、各データの変化に応じて自動的に的確なマップを選択するなどして、μ−マップを適宜変更することが望ましい。
例えば、内圧が低下すると、タイヤ撓み量が大きくなるので、ベースライン歪値は低下する。これにより、歪変位量が見かけ上大きくなる。そこで、例えば、ベースライン歪値により上記μ−マップを変更する機能を路面摩擦係数推定装置１０の中に組み入れて、ベースライン歪値により適宜採用するμ−マップを変更することにより、路面摩擦係数の推定精度を更に向上させることができる。
あるいは、内圧が低下すると、タイヤ接地長が長くなるので、１サイクル時間中の歪ピーク幅（ピーク発生時間）から上記接地長を計算し、上記接地長によりμ−マップを変更するようにしてもよい。また、いくつかの補正方法を組み合わせる事により、より精度の高いマップ選択を行うことが可能となる。
また、この他に、マップの変更方法としては、運転者に乾燥路走行中にリセットスイッチを適宜押してもらい、その情報を元に現状のマップを選択するようにしてもよい。
【００３２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、タイヤの周方向歪を計測した場合について説明したが、歪ゲージ１１をタイヤ周方向溝の内面に取付けてタイヤの幅方向歪を計測し、路面摩擦係数を推定することも可能である。
幅方向歪は、上述したように、２つのピークをもち、路面摩擦係数が小さくなる程、２つのピーク間での歪の大きさが小さくなる傾向がある（図６参照）。
図８は、上記幅方向歪測定を行った同じ路面において実車制動試験を行い、その制動距離からタイヤと試験路面の路面摩擦係数を算出して、路面摩擦係数と幅方向歪変位量の平均値との関係を求めたグラフである。幅周方向の歪変位量の平均値と路面摩擦係数とは高い相関を示し、幅方向の歪変位量の平均値は路面摩擦係数の増加に伴ってほぼ直線的に増加することが確認された。
本実施の形態２では、上記試験結果から、幅方向の歪変位量の平均値と路面摩擦係数との関係を予め第２のμ−マップとしてμ−マップ記憶手段１６に記憶し、この第２のμ−マップを用いて路面摩擦係数を推定する。
すなわち、図９に示すように、本実施の形態２の路面摩擦係数推定装置１０Ａは、上記実施の形態１の最大歪変位量算出手段１４に代えて、幅方向歪の歪変位量の平均値を算出する平均歪変位量算出手段１７を設けるとともに、上記算出された歪変位量の平均値から路面摩擦係数の値を推定する路面摩擦係数推定手段１５Ａを設けて、上記第２のμ−マップを用いて、路面摩擦係数の推定値を算出する。
【００３３】
実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、路面摩擦係数を推定する方法について説明したが、上記算出された路面摩擦係数の推定値から路面がどの程度滑り易い状態にあるかを推定することが可能である。
上述したように、路面摩擦係数の推定値は、車輌の走行状態をフィードバック制御し車輌の安全性を高めたり、運転者に路面状態の危険度を伝えたりするために用いられるものであるが、制御値としては路面摩擦係数の推定値そのものを用いるよりも、上記路面摩擦係数の推定値を複数のランクにランク分けし、路面の滑り易さの度合いを表わす状態（以下、推定路面状態という）に変換して用いた方が、車輌の制御を行ったり、危険度を伝えたりする際には有効である。
図１０は、本実施の形態３に係わる路面状態推定装置２０の構成を示す図で、１０は上記実施の形態１の路面摩擦係数推定装置、２１は上記路面摩擦係数推定装置１０で得られた路面摩擦係数推定値をランク分けし、推定路面状態に変換する路面状態推定手段で、この路面状態推定手段２１は、路面摩擦係数推定値μを、例えば、▲１▼高μ路（μ≧０.６）▲２▼中μ路（０．３≦μ＜０.６）、▲３▼低μ路（μ＜０.３）ように複数（ここでは３つ）の推定路面状態にランク分けすることにより、路面摩擦係数推定値μの値を推定路面状態に変換して出力する。
【００３４】
また、図１１に示すように、上記路面状態推定装置２０に、上記▲１▼〜▲３▼の推定路面状態の安全度を判定する路面状態判定手段３１と、この路面状態判定手段３１の判定結果により路面状態が滑り易いと判定された場合には、運転者あるいは乗員に危険度を警告する警告手段３２を付加することにより、路面滑り警告装置３０を得ることができる。この路面滑り警告装置３０は、例えば、推定路面状態が▲３▼の低μ路である場合には、路面状態判定手段３１により、路面状態が滑り易いと判定し、図示しない赤ランプを点滅させたり、上記赤ランプの点滅に加えて警報音を発するようにするなどして、運転者あるいは乗員に路面の危険度を警告する。
なお、路面状態判定手段３１を上記路面状態推定装置２０内に組み込むことも可能である。あるいは、路面状態判定手段３１を省略し、上記▲１▼〜▲３▼の推定路面状態のうち、例えば、▲３▼低μ路の情報が警告手段３２に入力されると直ちに警告が発せられるようにしてもよい。
【００３５】
上記実施の形態３では、実施の形態１の路面摩擦係数推定装置１０を用いて路面状態推定装置２０及び路面滑り警告装置３０を構成したが、実施の形態２の路面摩擦係数推定装置１０Ａを用いても同様の効果が得られる。
また、上記例では、路面摩擦係数推定値μの値を３つのランク（推定路面状態）にランク分けしたが、推定路面状態の設定方法はこれに限るものではなく、車輌が使用される地域や環境等によって適宜設定される。
なお、例えば路面摩擦係数推定値μが所定の値以下である場合には、運転者あるいは乗員に危険を警告するなど、路面摩擦係数推定値μの値を直接用いた路面滑り警告装置を構成することも可能である。
【００３６】
実施の形態４．
図１２は、本実施の形態４に係わる車輌制御装置４０の構成を示す図で、車輌制御装置４０は、上記路面状態推定装置２０と、この路面状態推定装置２０で推定された路面状態に応じて、車輌の走行状態を制御する車輌制御手段４１とを備えている。この車輌制御手段４１は、路面摩擦係数推定装置２０で推定された路面状態に応じて、ＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更することにより車輪速度を制御し、滑りやすい路面での制動距離を短縮する制御を行う。
ＡＢＳブレーキシステムは、高摩擦係数が得られるスリップ率（１０〜３０％）に車輪速度を制御しようとするものであるが、低μ路においては路面からの拘束が小さいために、ある一定のブレーキトルクを与えた際に車輪減速度が非常に高くなり、いわゆるロック状態になりやすい。ロックになると、制動距離が長くなるばかりでなく、操舵力が極端に低下し車輌方向のコントロール性を失うので好ましくない。
本実施の形態４では、路面状態推定装置２０により路面状態を推定し、上述した▲３▼の低μ路（μ＜０.３）においては、ロックに至らないようにＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更して、ブレーキトルクを与える油圧増加速度やＡＢＳモードに入る油圧閾値を低下するような制御を行うようにしたので、低μ路での制動距離を短くすることができる。
【００３７】
【実施例】
上記車輌制御装置４０を搭載した車輌を用い、路面状態推定装置２０により得られた推定路面状態に基づき、ＡＢＳ制動ロジックを自動修正するようにした上で、乾燥アスファルト上、氷路上において制動試験を行った。制動ロジックの修正方法としては、▲１▼高μ路（μ≧０.６）では従来の設定のままとし、▲２▼中μ路（０．３≦μ＜０.６）及び▲３▼低μ路（μ＜０.３）では、ＡＢＳモードに入る油圧閾値値、及び油圧の増圧速度を低下させるように、制御プログラム修正を実施した。
乾燥アスファルト上では、速度８０ｋｍ/ｈｒからの平均制動距離の逆数を修正なしの制動距離を１００とした指数で表したとき、高μ路では従来と同様の制御を行っているので、平均制動距離の逆数は従来と同じ１００であった。一方、低μ路である氷路上では、速度２０ｋｍ/ｈｒからの平均制動距離の逆数を修正なしの制動距離を１００とした指数で表したとき１１９となり、制動距離が大幅に短縮した。
このように、特に危険な路面である氷路においては、車輌制御装置４０により、危険回避行為である制動前に、走行路面が低μ路であることを判定して、ＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更するＡＢＳ制御を行うことができ、制動距離を大幅に短縮できることが確認された。
【００３８】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、車輌制御手段４１において、推定路面状態に応じてＡＢＳブレーキシステムの制御ロジックを変更して、滑りやすい路面での制動距離を短縮するする制御を行うようにしたが、上記ＡＢＳ制御に代えて、タイヤ内圧制御をおこなうようにしてもよい。例えば、氷上のような低μ路では、タイヤ内圧を低下させることにより、上記低μ路での制動距離を短くでることができる。
すなわち、路面状態推定装置２０により、走行路面が低μ路であると推定された場合には、車輌制御手段４１により、タイヤ内圧を自動あるいは手動により低下させる。これにより、タイヤ接地面積が増加し、路面とタイヤとの摩擦力が増加するので、制動距離を短縮することが可能になる。
なお、タイヤ内圧自動調整システムはいかなるものであっても良いが、例えば、圧力計，コントローラー、圧力調整弁付ホイール、フレキシブルジョイントホース、予備タンク、コンプレッサーなどから構成される。
【００３９】
【実施例】
上記車輌制御装置４０を搭載した車輌を用い、路面状態推定装置２０により得られた推定路面状態に基づき、タイヤ内圧を制御するようにした上で、乾燥アスファルト上、氷路上において制動試験を行った。タイヤ内圧の制御方法としては、▲１▼高μ路（μ≧０.６）及び▲２▼中μ路（０．３≦μ＜０.６）では従来の設定（内圧２２０ｋＰａ）のままとし、▲３▼低μ路（μ＜０.３）では、内圧を１６０ｋＰａに低下させるように設定した。
乾燥アスファルト上では速度８０ｋｍ/ｈｒからの平均制動距離の逆数を、修正なしの制動距離を１００とした指数で表すと、高μ路では従来と同様の制御を行っているので、平均制動距離の逆数は従来と同じ１００であった。一方、低μ路である氷路上では速度２０ｋｍ/ｈｒからの平均制動距離の逆数を修正なしの制動距離を１００とした指数で表すと、１１４となり、制動距離が大幅に短縮した。
このように、特に危険な路面である氷路において、危険回避行為である制動前に、走行路面が低μ路であることを判定し、タイヤ内圧を低下させる制御を行って路面とタイヤとの摩擦力を増加させることにより、制動距離を大幅に短縮できることが確認された。
【００４０】
なお、上記実施の形態４，５の車輌制御装置４０では、路面状態推定装置２０からの推定路面状態に基づき、車輪のロック状態やタイヤ内圧などの制御を行って車輌の走行状態を制御するようにしたが、上記実施の形態１，２の路面摩擦係数推定装置１０，１０Ａからの路面摩擦係数の推定値を直接用いて車輌の走行状態を制御することも可能であることは言うまでもない。
【００４１】
また、上記実施の形態４，５では、推定路面状態に基づき、車輪のロック状態あるいやタイヤ内圧を制御して低μ路での制動距離を短縮するようにしたが、車輌の姿勢を制御する車輌制御手段を設け、路面摩擦係数推定値あるいは推定された路面状態に基づいて、例えば、各車輪のブレーキ装置を個別に制御する際のブレーキ圧値等を変えて、車輌の姿勢制御を行うことによっても、低μ路での操舵性を高めることができ、各路面での走行安全性を向上させることができる。
また、車輪空転状態を制御する車輌制御手段を備え、路面摩擦係数推定値あるいは推定された路面状態に基づいて、ブレーキ装置あるいはエンジンエンジン回転数などを制御して車輪空転状態の制御を行うことによっても、車輌の走行安全性を向上させることができる。
【００４２】
また、自動運転システムを搭載した車輌において、車間距離設定値を変更する制御を行う車輌制御手段を備え、路面摩擦係数推定値あるいは推定された路面状態に基づいて、上記車間距離設定値を変更し、車間距離を適正に設定する制御を行うようにすることにより、低μ路においても確実に安全な車間距離を保つことができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、タイヤと路面との間に作用する摩擦力の大きさに直接依存するタイヤ内面歪を計測し、このタイヤ内面歪の時間変化に基づいて路面摩擦係数を推定するようにしたので、路面摩擦係数や路面状態を精度よく推定することができる。
また、上記推定された路面摩擦係数や路面状態を用いて、路面状態の危険度を乗員に警告したり、車輌の走行状態をフィードバック制御することができるので、車輌の安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 走行時のタイヤの変形状態を説明するための図である。
【図２】 タイヤ内面の歪の時間的変化を示す図である。
【図３】 本実施の形態１に係わる路面摩擦係数推定装置の構成を示す図である。
【図４】 歪ゲージの設置位置を示す模式図である。
【図５】 タイヤ周方向歪の時間変化を示す図である。
【図６】 タイヤ幅方向歪の時間変化を示す図である。
【図７】 路面摩擦係数と最大歪変位量との関係を示す図である。
【図８】 路面摩擦係数と平均歪変位量との関係を示す図である。
【図９】 本実施の形態２に係わる路面摩擦係数推定装置の構成を示す図である。
【図１０】 本実施の形態３に係わる路面状態推定装置の構成を示す図である。
【図１１】 本実施の形態３に係わる路面滑り警告装置の構成を示す図である。
【図１２】 本実施の形態４に係わる車輌制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 路面摩擦係数推定装置、１１ 歪ゲージ、１２ ベースライン算出手段、１３ 歪変位量算出手段、１４ 最大歪変位量算出手段、１５ 路面摩擦係数推定手段、１６ μ−マップ記憶手段、１７ 平均歪変位量算出手段、２０ 路面状態推定装置、２１ 路面状態推定手段、３０ 路面滑り警告装置、３１ 路面状態判定手段、３２ 警告手段、４０ 車輌制御装置、４１ 車輌制御手段。
Claims (10)
- タイヤ内面歪を計測する手段と、
上記計測されたタイヤ内面歪の時間変化の波形を演算する手段と、
タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出する手段と、
タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出する手段と、
上記算出された歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を演算する路面摩擦係数推定手段とを備えたことを特徴とする路面摩擦係数推定装置。 - 上記タイヤ内面歪を、タイヤトレッド主溝部の内面歪としたことを特徴とする請求項１に記載の路面摩擦係数推定装置。
- タイヤの内面に歪ゲージを配設して、上記タイヤ内面歪を計測することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の路面摩擦係数推定装置。
- 上記歪変位量の平均値を算出するとともに、予め作成された歪変位量の平均値とタイヤと路面間の摩擦係数との関係を示すマップに基づいて、上記算出された歪変位量の平均値から路面摩擦係数の推定値を演算することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の路面摩擦係数推定装置。
- 上記歪変位量の最大値を算出するとともに、予め作成された歪変位量の最大値とタイヤと路面間の摩擦係数との関係を示すマップに基づいて、上記算出された歪変位量の最大値から路面摩擦係数の推定値を演算することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の路面摩擦係数推定装置。
- 路面摩擦係数の推定値を演算するためのマップを、上記ベースライン歪値の大きさに応じて変更することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の路面摩擦係数推定装置。
- 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の路面摩擦係数推定装置と、上記路面摩擦係数推定装置で推定された路面摩擦係数の推定値に基づいて、走行時の路面状態を推定する路面状態推定手段とを備えたことを特徴とする路面状態推定装置。
- 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の路面摩擦係数推定装置、あるいは、請求項７に記載の路面状態推定装置を備えるとともに、上記路面摩擦係数の推定値あるいは上記推定された路面状態のいずれかに基づいて、路面の滑り易さを判定する手段と、路面が滑り易いと判定された場合には、警告を発する警告手段とを備えたことを特徴とする路面滑り警告装置。
- タイヤ内面歪を計測するステップと、
上記計測されたタイヤ内面歪の時間変化の波形を演算するステップと、
タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出するステップと、
タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出するステップと、
上記算出された歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を求めるステップとを備えたことを特徴とする路面摩擦係数の推定方法。 - タイヤ内面歪を計測するステップと、
上記計測されたタイヤ内面歪の時間変化の波形を演算するステップと、
タイヤ踏面以外で計測したタイヤ内面歪の平均値であるベースライン歪値を算出するステップと、
タイヤ踏面内で計測したタイヤ内面歪と上記ベースライン歪値との差である歪変位量を算出するステップと、
上記算出された歪変位量に基づいて路面摩擦係数の推定値を求めるステップと、
上記路面摩擦係数の推定値から路面状態を推定するステップとを備えたことを特徴とする路面状態の推定方法。
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