JP5096781B2

JP5096781B2 - 車両の路面摩擦係数推定装置

Info

Publication number: JP5096781B2
Application number: JP2007109622A
Authority: JP
Inventors: 勝小暮; 浩二松野; 毅米田
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2027-04-18
Also published as: DE102008019270B4; US8244432B2; US20080262692A1; JP2008265467A; DE102008019270A1

Description

本発明は、幅広い運転領域で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。

近年、車両においてはトラクション制御，制動力制御，あるいはトルク配分制御等について様々な制御技術が提案され、実用化されている。これらの技術では、必要な制御パラメータの演算、あるいは、補正に路面摩擦係数を用いるものも多く、その制御を確実に実行するためには、正確な路面摩擦係数を推定する必要がある。

この路面摩擦係数を推定するための技術については、本出願人も、例えば特開平８−２２７４号公報に、適応制御理論を用いて、ハンドル角，車速，ヨーレート等から路面摩擦係数を推定する技術を提案している。この技術によれば、車両のヨー運動あるいは横運動をモデル化し、実車のヨー運動あるいは横運動との比較によって、時々刻々のタイヤ特性を推定することで路面摩擦係数を推定することが可能になる。
特開平８−２２７４号公報

しかしながら、上述の特許文献１に開示されるような路面摩擦係数推定装置は、操舵角が０等の際に路面摩擦係数を推定できない場合があり、このようなときに前回推定した路面摩擦係数をそのまま用いると、低μ路から高μ路へと路面状況が変わったとしても路面摩擦係数の推定値が低μ路のときのままとなり、精度のよい車両挙動制御を行うことが難しくなるという問題がある。例えば、路面摩擦係数の推定値を用いて最適なグリップ力を演算し、トルク制御するトラクション制御の場合では、高μ路であるにも拘わらず、低μ路での加速制御量を設定してしまい、本来の加速性能を得られなくなる可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、路面摩擦係数の推定が困難な場合であっても路面摩擦係数を適切に設定し、車両挙動制御の有するポテンシャルを最大限に発揮させる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。

本発明は、車速を検出する車速検出手段と、車輪のすべり角を検出する車輪すべり角検出手段と、上記車速と上記車輪のすべり角に基づいて路面摩擦係数を予め定めた設定値に復帰させる復帰速度を設定する復帰速度設定手段と、上記復帰速度で上記設定値に路面摩擦係数を復帰させていくことで路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段とを備え、上記路面摩擦係数推定手段は、実際に生じていると推定される推定ラック推力を推定する推定ラック推力推定部と、発生が予想される基準ラック推力を推定する基準ラック推力推定部と、車輪に作用するタイヤ力を推定するタイヤ力推定部と、上記タイヤ力に基づいて摩擦円利用率を演算する摩擦円利用率演算部と、上記推定ラック推力と上記基準ラック推力との偏差の絶対値が予め設定する閾値以上の場合は上記摩擦円利用率を路面摩擦係数として設定する一方、上記閾値よりも小さい場合は上記復帰速度で上記設定値に路面摩擦係数を復帰させていくことで路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定部とを有することを特徴としている。

本発明による車両の路面摩擦係数推定装置によれば、路面摩擦係数の推定が困難な場合であっても路面摩擦係数を適切に設定し、車両挙動制御の有するポテンシャルを最大限に発揮させることが可能となる。

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乃至図６は本発明の実施の一形態を示し、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は路面摩擦係数推定プログラムのフローチャート、図３は操舵角−操舵トルク特性の説明図、図４は車速と前輪すべり角に応じて設定される復帰速度の特性図、図５は操安キャパシティと車速及び車輪すべり角の関係を示す説明図、図６は本実施形態による路面摩擦係数推定の一例を示すタイムチャートである。尚、本実施形態では、路面摩擦係数推定装置を搭載する車両として、センタデファレンシャル付４輪駆動車を例とし、差動制限クラッチ等（締結トルクＴLSD）により前後駆動力配分をセンタデファレンシャルによるベーストルク配分Ｒf_cdから可変自在な車両を例に説明する。

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には、各車輪の（４輪）車輪速センサ１１、ハンドル角センサ１２、ヨーレートセンサ１３、エンジン制御部１４、トランスミッション制御部１５、横加速度センサ１６、操舵トルクセンサ１７、電動パワーステアリングモータ１８が接続され、各車輪の車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrr（添字の「ｆｌ」は左前輪、「ｆｒ」は右前輪、「ｒｌ」は左後輪、「ｒｒ」は右後輪を示す）、ハンドル角θＨ、ヨーレートγ、エンジントルクＴeg、エンジン回転数Ｎｅ、主変速ギヤ比ｉ、トルクコンバータのタービン回転数Ｎｔ、差動制限クラッチの締結トルクＴLSD、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）、ドライバ操舵力Ｆｄ、電動パワーステアリングによるアシスト力ＦEPSが入力される。

そして、路面摩擦係数推定装置１は、図１に示すように、上述の各入力信号に基づき、後述する路面摩擦係数推定プログラムを実行し、路面摩擦係数μを推定して出力する。すなわち、路面摩擦係数推定装置１は、車速演算部１ａ、前輪すべり角演算部１ｂ、前輪接地荷重演算部１ｃ、前輪前後力演算部１ｄ、前輪横力演算部１ｅ、前輪摩擦円利用率演算部１ｆ、推定ラック推力演算部１ｇ、基準ラック推力演算部１ｈ、ラック推力偏差演算部１ｉ、路面摩擦係数演算部１ｊから主要に構成されている。

車速演算部１ａは、４輪車輪速センサ１１から各車輪の車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrrが入力され、これらの平均を演算することで車速Ｖ（＝（ωfl＋ωfr＋ωrl＋ωrr）／４）を演算し、前輪すべり角演算部１ｂ、路面摩擦係数演算部１ｊに出力する。すなわち、車速演算部１ａは、車速検出手段として設けられている。

前輪すべり角演算部１ｂは、ハンドル角センサ１２からハンドル角θＨが、ヨーレートセンサ１３からヨーレートγが、車速演算部１ａから車速Ｖが入力される。そして、以下説明するように車両の運動モデルに基づいて前輪すべり角βｆを演算し、基準ラック推力演算部１ｈ、路面摩擦係数演算部１ｊに出力する。すなわち、前輪すべり角演算部１ｂは、車輪すべり角検出手段として設けられている。

車両横方向の並進運動に関する運動方程式は、前後輪のコーナリングフォース（１輪）をＣｆ，Ｃｒ、車体質量をｍとすると、
２・Ｃｆ＋２・Ｃｒ＝ｍ・（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２） …（１）
となる。

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，Ｌｒ、車体のヨーイング慣性モーメントをＩｚ、ヨー角加速度を（ｄγ／ｄｔ）として、以下の（２）式で示される。

２・Ｃｆ・Ｌｆ−２・Ｃｒ・Ｌｒ＝Ｉｚ・（ｄγ／ｄｔ） …（２）

また、車体すべり角をβ、車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）とすると、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）は、
（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）＝Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋γ） …（３）
で表される。
従って、上述の（１）式は、以下の（４）式となる。
２・Ｃｆ＋２・Ｃｒ＝ｍ・Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋γ） …（４）

コーナリングフォースはタイヤの横すべり角に対して１次遅れに近い応答をするが、この応答遅れを無視し、更に、サスペンションの特性をタイヤ特性に取り込んだ等価コーナリングパワーを用いて線形化すると以下となる。
Ｃｆ＝Ｋｆ・βｆ …（５）
Ｃｒ＝Ｋｒ・βｒ …（６）
ここで、Ｋｆ，Ｋｒは前後輪の等価コーナリングパワー、βｆ，βｒは前後輪のすべり角である。

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、前後輪のすべり角βｆ，βｒは、前後輪舵角をδｆ，δｒ、ステアリングギヤ比をｎとして以下のように簡略化できる。
βｆ＝δｆ−（β＋Ｌｆ・γ／Ｖ）
＝（θＨ／ｎ）−（β＋Ｌｆ・γ／Ｖ） …（７）
βｒ＝δｒ−（β−Ｌｒ・γ／Ｖ） …（８）

以上の運動方程式をまとめると、以下の状態方程式が得られる。
（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＝Ａ・ｘ(t) ＋Ｂ・ｕ(t) …（９）
ｘ(t) ＝［β γ］^Ｔ
ｕ(t) ＝［θＨ δｒ］^Ｔ

ａ11＝−２・（Ｋｆ＋Ｋｒ）／（ｍ・Ｖ）
ａ12＝−１．０−２・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／（ｍ・Ｖ^２）
ａ21＝−２・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／Ｉｚ
ａ22＝−２・（Ｌｆ^２・Ｋｆ＋Ｌｒ^２・Ｋｒ）／（Ｉｚ・Ｖ）
ｂ11＝２・Ｋｆ／（ｍ・Ｖ・ｎ）
ｂ12＝２・Ｋｒ／（ｍ・Ｖ）
ｂ21＝２・Ｌｆ・Ｋｆ／Ｉｚ
ｂ22＝−２・Ｌｒ・Ｋｒ／Ｉｚ

すなわち、上述の（９）式を解くことにより車体すべり角βを演算し、この車体すべり角βを上述の（７）式に代入して前輪すべり角βｆを演算する。

前輪接地荷重演算部１ｃは、エンジン制御部１４からエンジントルクＴeg、エンジン回転数Ｎｅが入力され、トランスミッション制御部１５から主変速ギヤ比ｉ、トルクコンバータのタービン回転数Ｎｔが入力される。

そして、以下の（１０）式により、前輪接地荷重Ｆzfを演算して前輪前後力演算部１ｄ、前輪摩擦円利用率演算部１ｆに出力する。
Ｆzf＝Ｗｆ−（（ｍ・Ａｘ・ｈ）／Ｌ） …（１０）
ここで、Ｗｆは前輪静加重、ｈは重心高さ、Ｌはホイールベースであり、Ａｘは前後加速度（＝Ｆｘ／ｍ）である。この前後加速度Ａｘの演算式中のＦｘは総駆動力であり、例えば、以下の（１１）式により演算され、前輪前後力演算部１ｄに対しても出力される。
Ｆｘ＝Ｔｔ・η・ｉｆ／Ｒｔ …（１１）
ここで、ηは駆動系伝達効率、ｉｆはファイナルギヤ比、Ｒｔはタイヤ半径である。また、Ｔｔはトランスミッション出力トルクであり、例えば、以下の（１２）式により演算され、このトランスミッション出力トルクＴｔも前輪前後力演算部１ｄに対して出力される。
Ｔｔ＝Ｔeg・ｔ・ｉ …（１２）
ここで、ｔはトルクコンバータのトルク比であり、予め設定されている、トルクコンバータの回転速度比ｅ（＝Ｎｔ／Ｎｅ）とトルクコンバータのトルク比とのマップを参照することにより求められる。

前輪前後力演算部１ｄは、トランスミッション制御部１５から差動制限クラッチの締結トルクＴLSDが入力され、前輪接地荷重演算部１ｃから前輪接地荷重Ｆzf、総駆動力Ｆｘ、トランスミッション出力トルクＴｔが入力される。そして、例えば、後述する手順に従って、前輪前後力Ｆxfを演算し、前輪摩擦円利用率演算部１ｆに出力する。

以下、前輪前後力Ｆxfを演算する演算する手順の一例を説明する。
まず、前輪荷重配分率ＷR_fを以下の（１３）式により演算する。
ＷR_f＝Ｆzf／Ｗ …（１３）
ここで、Ｗは車両重量（＝ｍ・Ｇ；Ｇは重力加速度）である。

次に、最小前輪前後トルクＴfminと最大前輪前後トルクＴfmaxを、以下の（１４）、（１５）式により演算する。
Ｔfmin＝Ｔｔ・Ｒf_cd−ＴLSD（≧０） …（１４）
Ｔfmax＝Ｔｔ・Ｒf_cd＋ＴLSD（≧０） …（１５）

次いで、最小前輪前後力Ｆxfminと最大前輪前後力Ｆxfmaxを、以下の（１６）、（１７）式により演算する。
Ｆxfmin＝Ｔfmin・η・ｉｆ／Ｒｔ …（１６）
Ｆxfmax＝Ｔfmax・η・ｉｆ／Ｒｔ …（１７）

そして、以下のように状態判定する。
・ＷR_f≦Ｆxfmin／Ｆｘのときは後輪側に差動制限トルクが増加されているとし、判定値Ｉ＝１とする。
・ＷR_f≧Ｆxfmax／Ｆｘのときは前輪側に差動制限トルクが増加されているとし、判定値Ｉ＝３とする。
・上記以外の場合は通常時と判定して、判定値Ｉ＝２とする。

次いで、上述の判定値Ｉに応じて、前輪前後力Ｆxfを以下のように演算する。
・Ｉ＝１の場合…Ｆxf＝Ｔfmin・η・ｉｆ／Ｒｔ …（１８）
・Ｉ＝２の場合…Ｆxf＝Ｆｘ・ＷR_f …（１９）
・Ｉ＝３の場合…Ｆxf＝Ｆxfmax・η・ｉｆ／Ｒｔ …（２０）

前輪横力演算部１ｅは、ヨーレートセンサ１３からヨーレートγが、横加速度センサ１６から横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）が入力される。そして、以下の（２１）式により、前輪横力Ｆyfを演算し、前輪摩擦円利用率演算部１ｆに出力する。
Ｆyf＝（Ｉｚ・（ｄγ／ｄｔ）
＋ｍ・（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）・Ｌｒ）／Ｌ …（２１）

すなわち、本実施の形態においては、前輪接地荷重演算部１ｃ、前輪前後力演算部１ｄ、前輪横力演算部１ｅは、路面摩擦係数推定手段におけるタイヤ力推定部として設けられている。

前輪摩擦円利用率演算部１ｆは、前輪接地荷重演算部１ｃから前輪接地荷重Ｆzfが、前輪前後力演算部１ｄから前輪前後力Ｆxfが、前輪横力演算部１ｅから前輪横力Ｆyfが入力される。そして、以下の（２２）式により前輪摩擦円利用率ｒｆを演算し、路面摩擦係数演算部１ｊに出力する。すなわち、この前輪摩擦円利用率演算部１ｆは、路面摩擦係数推定手段における摩擦円利用率演算部として設けられている。
ｒｆ＝（Ｆxf^２＋Ｆyf^２）^１／２／Ｆzf …（２２）

推定ラック推力演算部１ｇは、ハンドル角センサ１２からハンドル角θＨが、操舵トルクセンサ１７からドライバ操舵力Ｆｄが、電動パワーステアリングモータ１８から電動パワーステアリングによるアシスト力ＦEPSが入力される。そして、以下の（２３）式により、推定ラック推力ＦＥを演算し、ラック推力偏差演算部１ｉに出力する。すなわち、この推定ラック推力演算部１ｇは、路面摩擦係数推定手段における推定ラック推力推定部として設けられている。
ＦＥ＝Ｆｄ＋ＦEPS−ＦFRI …（２３）
ここで、ＦFRIは、操舵系におけるフリクション等により生じる力であり、例えば、予め設定しておいたマップを参照することにより設定される。このマップの一例を図３に示す。この例では、ＦFRIは、操舵角−操舵トルクの特性で与えられ、操舵角と操舵角速度に基づくヒステリシス関数で与えられている。尚、この図３に示すマップの特性を、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）やドライバ操舵力Ｆｄの値をも考慮したマップ（具体的には、上昇側と下降側のヒステリシス間隔を、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）やドライバ操舵力Ｆｄが大きいほど広い特性に変更する）とし、ＦFRIをより精度良く求めるようにしても良い。このようにＦFRIを考慮することにより、ステアリングを切り増すときのみならず、戻すときにおいても推定ラック推力ＦＥを正確に演算することができ、路面摩擦係数μを広い範囲で推定することができるようになっている。

基準ラック推力演算部１ｈは、前輪すべり角演算部１ｂから前輪すべり角βｆが入力される。そして、以下の（２４）式により、基準ラック推力ＦＲを演算し、ラック推力偏差演算部１ｉに出力する。すなわち、この基準ラック推力演算部１ｈは、路面摩擦係数推定手段における基準ラック推力推定部として設けられている。
ＦＲ＝−２・Ｋｆ・（（ζｃ＋ζｎ）／Ｌｎ）・βｆ …（２４）
ここで、ζｃはキャスタトレール、ζｎはニューマチックトレール、Ｌｎはナックルアーム長である。

ラック推力偏差演算部１ｉは、推定ラック推力演算部１ｇから推定ラック推力ＦＥが入力され、基準ラック推力演算部１ｈから基準ラック推力ＦＲが入力される。そして、以下の（２５）式によりラック推力偏差ΔＦＲを演算し、路面摩擦係数演算部１ｊに出力する。
ΔＦＲ＝｜ＦＥ−ＦＲ｜ …（２５）

路面摩擦係数演算部１ｊは、復帰速度設定手段、及び、路面摩擦係数推定手段における路面摩擦係数推定部として設けられるものであり、車速演算部１ａから車速Ｖが、前輪すべり角演算部１ｂから前輪すべり角βｆが、前輪摩擦円利用率演算部１ｆから前輪摩擦円利用率ｒｆが入力され、ラック推力偏差演算部１ｉからラック推力偏差ΔＦＲが入力される。

そして、ラック推力偏差ΔＦＲと予め設定しておいた最大値判定閾値μmaxaとを比較して、ラック推力偏差ΔＦＲが最大値判定閾値μmaxa以上の場合は、タイヤがスリップしていると判断して、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数μとして設定する。また、ラック推力偏差ΔＦＲが最大値判定閾値μmaxaより小さい場合は、車速Ｖと前輪すべり角βｆに基づいて路面摩擦係数μを予め定めた設定値（例えば、１．０）に復帰させる復帰速度Ｖμを予め設定しておいたマップ（図４に一例を示す）を参照して定め、この復帰速度Ｖμで路面摩擦係数を復帰させていきながら路面摩擦係数μを演算して出力するようになっている。

尚、最大値判定閾値μmaxaは、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）の絶対値に応じて大きな値に設定するようにしても良い。

上述の復帰速度Ｖμを定めるマップは、図４に示すように、車速Ｖが高くなるほど、また、前輪すべり角βｆが高くなるほど、復帰速度Ｖμが低くなるような特性となっている。

車両を２輪モデルでモデル化すると、車両の操縦安定性を定める、所謂、操安キャパシティωｎ・ζは、以下の（２６）式で求められる。この操安キャパシティωｎ・ζが高いほど、車両の収束性が高いといえる。
ωｎ・ζ＝（ａ11＋ａ22）／２ …（２６）
尚、上述のａ11、及び、ａ22は、前述の（９）式で説明したものであり、ａ11の項は、車体すべり角の収束性に寄与することが知られており、この項が線形的に変化する程、車両の安定性が向上するとともに、応答性がドライバのフィーリングに沿ったものとなる。また、ａ22の項は、ヨー運動の収束性に影響を与えるシステム行列要素であり、ヨーレートのネガティブフィードバックゲインとなるものである。

これらａ11、ａ22の項をタイヤの非線形性を２次式で簡易的に考慮すると、以下の（２７）、（２８）式で記述することが可能である。
ａ11＝（１／（ｍ・Ｖ））・（２・（Ｋｆ＋Ｋｒ）
−（（Ｋｆ^２／（μ^２・Ｆzf^２−Ｆxf^２）^１／２）・｜βｆ｜
＋（Ｋｒ^２／（μ^２・Ｆzr^２−Ｆxr^２）^１／２）・｜βｒ｜））…（２７）
ａ22＝（１／（Ｉｚ・Ｖ））・（２・（Ｌｆ^２・Ｋｆ＋Ｌｒ^２・Ｋｒ）
−（（Ｌｆ^２・Ｋｆ^２／（μ^２・Ｆzf^２−Ｆxf^２）^１／２）・｜βｆ｜
＋（Ｌｒ^２・Ｋｒ^２／（μ^２・Ｆzr^２−Ｆxr^２）^１／２）・｜βｒ｜））…（２８）
ここで、Ｆzrは後輪接地荷重、Ｆxrは後輪前後力である。

上述の（２７）、（２８）式からも明らかなように、車速Ｖが高くなるほど、ａ11、ａ22の項が小さくなり、従って、操安キャパシティωｎ・ζが小さくなる（図５（ａ）参照）。そこで、このことを考慮し、車速Ｖが高くなるほど、復帰速度Ｖμが低くなるような特性に設定して大きな急激な変化を抑制する特性としている。

同様に、上述の（２７）、（２８）式からも明らかなように、前輪すべり角βｆが高くなるほど、ａ11、ａ22の項が小さくなり、従って、操安キャパシティωｎ・ζが小さくなる（図５（ｂ）参照）。そこで、このことを考慮し、前輪すべり角βｆが高くなるほど、復帰速度Ｖμが低くなるような特性に設定して大きな急激な変化を抑制する特性としている。

尚、本実施の形態では、前輪すべり角βｆを用いて復帰速度Ｖμの設定を行うようにしているが、上述の（２７）、（２８）式からも明らかなように、後輪すべり角βｒを用いて復帰速度Ｖμの設定を行うようにしても良い。

次に、上述の路面摩擦係数推定装置１で実行される路面摩擦係数推定プログラムを図２のフローチャートで説明する。
まず、ステップ（以下、「Ｓ」と略称）１０１で必要パラメータ、すなわち、４輪車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrr、ハンドル角θＨ、ヨーレートγ、エンジントルクＴeg、エンジン回転数Ｎｅ、主変速ギヤ比ｉ、トルクコンバータのタービン回転数Ｎｔ、差動制限クラッチの締結トルクＴLSD、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）、ドライバ操舵力Ｆｄ、電動パワーステアリングによるアシスト力ＦEPSを読み込む。

次に、Ｓ１０２に進み、車速演算部１ａで、各車輪の車輪速ωfl、ωfr、ωrl、ωrrの平均を演算することで車速Ｖを演算する。

次いで、Ｓ１０３に進み、前輪すべり角演算部１ｂで、前述の（９）式を解くことにより車体すべり角βを演算し、この車体すべり角βを上述の（７）式に代入して前輪すべり角βｆを演算する。

次に、Ｓ１０４に進み、前輪接地荷重演算部１ｃで、前述の（１０）式により、前輪接地荷重Ｆzfを演算する。

次に、Ｓ１０５に進み、前輪前後力演算部１ｄで、前述の（１８）〜（２０）式の何れかにより、前輪前後力Ｆxfを演算する。

次いで、Ｓ１０６に進んで、前輪横力演算部１ｅで、前述の（２１）式により、前輪横力Ｆyfを演算する。

次に、Ｓ１０７に進み、前輪摩擦円利用率演算部１ｆで、前述の（２２）式により、前輪摩擦円利用率ｒｆを演算する。

次いで、Ｓ１０８に進んで、推定ラック推力演算部１ｇで、前述の（２３）式により、推定ラック推力ＦＥを演算する。

次に、Ｓ１０９に進み、基準ラック推力演算部１ｈで、前述の（２４）式により、基準ラック推力ＦＲを演算する。

次いで、Ｓ１１０に進み、ラック推力偏差演算部１ｉで、前述の（２５）式により、ラック推力偏差ΔＦＲを演算する。

以下、Ｓ１１１以降の処理は、路面摩擦係数演算部１ｊで実行される処理であり、まず、Ｓ１１１で、ラック推力偏差ΔＦＲと最大値判定閾値μmaxaとを比較し、ラック推力偏差ΔＦＲが最大値判定閾値μmaxa以上（ΔＦＲ≧μmaxa）の場合は、タイヤがスリップしていると判断して、Ｓ１１２に進み、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数μとして設定する。

逆に、ΔＦＲ＜μmaxaの場合は、Ｓ１１３に進み、車速Ｖと前輪すべり角βｆに基づいて路面摩擦係数μを予め定めた設定値（例えば、１．０）に復帰させる復帰速度Ｖμを予め設定しておいたマップ（図４に一例を示す）を参照して定め、Ｓ１１４に進んで、復帰速度Ｖμで路面摩擦係数を予め定めた設定値（例えば、１．０）に復帰させていきながら路面摩擦係数μを演算する。

Ｓ１１２、或いは、Ｓ１１４で路面摩擦係数μの設定した後は、Ｓ１１５に進み、この路面摩擦係数μを出力してプログラムを抜ける。

この路面摩擦係数推定による一例を図６のタイムチャートで説明する。
時刻ｔ１までは、ΔＦＲ＜μmaxaであり、路面摩擦係数μも１．０に安定して設定されている。

時刻ｔ１〜時刻ｔ２では、ΔＦＲ≧μmaxaとなり、タイヤがスリップしていると判断されて、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆが路面摩擦係数μとして設定される。

そして、時刻ｔ２〜時刻ｔ３では、再び、ΔＦＲ＜μmaxaとなり、復帰速度Ｖμで路面摩擦係数を１．０に復帰させていきながら路面摩擦係数μが設定される。

このように、本実施の形態によれば、ラック推力偏差ΔＦＲと予め設定しておいた最大値判定閾値μmaxaとを比較して、ラック推力偏差ΔＦＲが最大値判定閾値μmaxa以上の場合は、タイヤがスリップしていると判断して、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆを路面摩擦係数μとして設定する。また、ラック推力偏差ΔＦＲが最大値判定閾値μmaxaより小さい場合は、車速Ｖと前輪すべり角βｆに基づいて路面摩擦係数μを予め定めた設定値（例えば、１．０）に復帰させる復帰速度Ｖμを予め設定しておいたマップを参照して定め、この復帰速度Ｖμで路面摩擦係数を復帰させていきながら路面摩擦係数μを演算して出力するようになっている。このため、タイヤがスリップしていると判断できる場合には、その時の前輪摩擦円利用率ｒｆにより路面摩擦係数μが適切に低く設定されると共に、それ以外の場合では、路面摩擦係数を１．０に復帰させていきながら路面摩擦係数μが設定されるので、路面摩擦係数μが低い値のままに維持されることがなく適切に設定され、たとえ、路面摩擦係数の推定が困難な場合であっても路面摩擦係数を適切に設定し、車両挙動制御の有するポテンシャルを最大限に発揮させることが可能となる。

また、路面摩擦係数を１．０に復帰させていく復帰速度は、車両挙動の収束性に関わる操安キャパシティωｎ・ζを考慮して、車速Ｖと前輪すべり角βｆとに応じて可変設定されるため、車両の安定性を高度に維持しながら自然な感覚でスムーズな路面摩擦係数μの設定が行われる。

尚、本発明の実施の形態では、路面摩擦係数の推定を、推定ラック推力ＦＥと基準ラック推力ＦＲとの偏差ΔＦＲの関係により摩擦円利用率ｒｆ、或いは、予め定めた設定値（例えば、１．０）に復帰させていくことにより行うようになっているが、他の路面摩擦係数推定装置に対しても適応できることは云うまでもない。例えば、本出願人が特開平８−２２７４号公報で提案する適応制御理論を用いて、操舵角，車速，ヨーレート等から路面摩擦係数を推定する技術に対し、路面摩擦係数の推定が不可能な状況（例えば、操舵角が０の場合等）を検出した場合に、車速Ｖと前輪すべり角βｆに基づいて路面摩擦係数μを予め定めた設定値（例えば、１．０）に復帰させる復帰速度Ｖμを予め設定しておいたマップを参照して定め、この復帰速度Ｖμで路面摩擦係数を復帰させていきながら路面摩擦係数μを演算して出力するようにしても良い。同様に、他の推定方法、例えば、本出願人が特開２０００−７１９６８号公報で開示するような、オブザーバを用いて路面摩擦係数を推定するものに対しても適用できることは云うまでもない。

路面摩擦係数推定装置の構成を示す機能ブロック図路面摩擦係数推定プログラムのフローチャート操舵角−操舵トルク特性の説明図車速と前輪すべり角に応じて設定される復帰速度の特性図操安キャパシティと車速及び車輪すべり角の関係を示す説明図本実施形態による路面摩擦係数推定の一例を示すタイムチャート

符号の説明

１路面摩擦係数推定装置
１ａ車速演算部（車速検出手段）
１ｂ前輪すべり角演算部（車輪すべり角検出手段）
１ｃ前輪接地荷重演算部（タイヤ力推定部、路面摩擦係数推定手段）
１ｄ前輪前後力演算部（タイヤ力推定部、路面摩擦係数推定手段）
１ｅ前輪横力演算部（タイヤ力推定部、路面摩擦係数推定手段）
１ｆ前輪摩擦円利用率演算部（摩擦円利用率演算部、路面摩擦係数推定手段）
１ｇ推定ラック推力演算部（推定ラック推力推定部、路面摩擦係数推定手段）
１ｈ基準ラック推力演算部（基準ラック推力推定部、路面摩擦係数推定手段）
１ｉラック推力偏差演算部
１ｊ路面摩擦係数演算部（復帰速度設定手段、路面摩擦係数推定部、路面摩擦係数推定手段）

Claims

車速を検出する車速検出手段と、
車輪のすべり角を検出する車輪すべり角検出手段と、
上記車速と上記車輪のすべり角に基づいて路面摩擦係数を予め定めた設定値に復帰させる復帰速度を設定する復帰速度設定手段と、
上記復帰速度で上記設定値に路面摩擦係数を復帰させていくことで路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段とを備え、
上記路面摩擦係数推定手段は、
実際に生じていると推定される推定ラック推力を推定する推定ラック推力推定部と、
発生が予想される基準ラック推力を推定する基準ラック推力推定部と、
車輪に作用するタイヤ力を推定するタイヤ力推定部と、
上記タイヤ力に基づいて摩擦円利用率を演算する摩擦円利用率演算部と、
上記推定ラック推力と上記基準ラック推力との偏差の絶対値が予め設定する閾値以上の場合は上記摩擦円利用率を路面摩擦係数として設定する一方、上記閾値よりも小さい場合は上記復帰速度で上記設定値に路面摩擦係数を復帰させていくことで路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定部と、
を有することを特徴とする車両の路面摩擦係数推定装置。