JP5228799B2 - Vehicle ground contact surface friction state estimation apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、車輪接地面の摩擦状態或いは車輪の路面グリップ状態、又は摩擦限界に対する余裕度を推定するための装置及びその方法に関する。 The present invention relates to an apparatus and a method for estimating a friction state of a wheel ground contact surface or a road surface grip state of a wheel, or a margin for a friction limit.
従来、この種の技術としては、横軸が車輪のスリップ率に対応し且つ縦軸が路面の摩擦係数に対応する2次元マップに実際の車輪のスリップ率と路面の摩擦係数とに対応する点をプロットし、プロットした点と原点とを通る直線の傾きから夕イヤ摩擦状態を推定するものがある(特許文献1参照)。この推定したタイヤ摩擦状態に基づいて、車輪の制駆動力を制御している。
しかしながら、特許文献1の従来の技術にあっては、タイヤの摩擦限界を把握することができないため、タイヤ摩擦限界までの余裕度がわからない。
本発明の課題は、タイヤの摩擦限界に対する余裕度をより適切に推定することである。
However, in the conventional technique of
The subject of this invention is estimating the margin with respect to the friction limit of a tire more appropriately.
前記課題を解決するために、本発明は、入力部が、接地面において車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度との比である入力を設定する。また、出力部が、入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, the input unit sets an input which is a ratio of the self-aligning torque of the wheel and the slip degree of the wheel on the ground contact surface. The output unit determines an output which is a grip characteristic parameter indicating the grip characteristic of the wheel based on the input set by the input unit.
本発明によれば、車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度がわかれば、その比を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを取得できる。この車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを基に、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、タイヤ摩擦状態を適切に推定できるため、タイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。 According to the present invention, if the self-aligning torque of the wheel and the slip degree of the wheel are known, the grip characteristic parameter indicating the grip characteristic of the wheel can be acquired based on the ratio. Since the tire friction state can be appropriately estimated even when the wheel grip force is in the limit region based on the grip characteristic parameter indicating the grip characteristic of the wheel, a margin with respect to the friction limit of the tire can be appropriately estimated.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(実施形態の前提となる技術)
先ず、本実施形態の前提となる技術を説明する。
(1)車輪のスリップ角と車輪の横力との関係
図1はタイヤの特性曲線を示す。このタイヤの特性曲線は、車輪のスリップ角βtと車輪の横力Fyとの間に成立する一般的な関係を示す。例えば、タイヤモデルを実験データを基にチューニングすることで、前後輪それぞれで二輪分の等価特性図(タイヤの特性曲線)を得る。ここで、例えば、マジックフォーミュラ(MagicFormula)を基にタイヤモデルを構築している。横力Fyは、コーナリングフォースやサイドフォースに代表される値である。この実施形態では、横力が接地面において車輪に作用する車輪力に相当し、車輪のスリップ角が車輪のスリップ度に相当する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Technology that is the premise of the embodiment)
First, a technique that is a premise of the present embodiment will be described.
(1) Relationship between wheel slip angle and wheel lateral force FIG. 1 shows a tire characteristic curve. This tire characteristic curve shows a general relationship established between the wheel slip angle βt and the wheel lateral force Fy. For example, by tuning the tire model based on experimental data, an equivalent characteristic diagram (tire characteristic curve) for two wheels is obtained for each of the front and rear wheels. Here, for example, a tire model is constructed on the basis of a magic formula. The lateral force Fy is a value represented by a cornering force or a side force. In this embodiment, the lateral force corresponds to the wheel force acting on the wheel on the ground contact surface, and the slip angle of the wheel corresponds to the slip degree of the wheel.
図1に示すように、タイヤの特性曲線では、スリップ角βtと横力Fyとの関係が、スリップ角βtの絶対値が増加するに従い線形から非線形に遷移する。すなわち、スリップ角βtが零から所定の範囲内にある場合には、スリップ角βtと横力Fyとの間に線形関係が成り立つ。そして、スリップ角βt(絶対値)がある程度大きくなると、スリップ角βtと横力Fyとの関係が非線形関係になる。従って、タイヤの特性曲線は、線形部分と非線形部分とを有する。 As shown in FIG. 1, in the tire characteristic curve, the relationship between the slip angle βt and the lateral force Fy changes from linear to non-linear as the absolute value of the slip angle βt increases. That is, when the slip angle βt is within a predetermined range from zero, a linear relationship is established between the slip angle βt and the lateral force Fy. When the slip angle βt (absolute value) increases to some extent, the relationship between the slip angle βt and the lateral force Fy becomes a non-linear relationship. Therefore, the tire characteristic curve has a linear portion and a non-linear portion.
このような線形関係から非線形関係への遷移は、タイヤの特性曲線の接線の傾き(勾配)に着目すれば一目瞭然である。ここでいうタイヤの特性曲線の接線の傾きとは、スリップ角βtの変化量と横力Fyの変化量との比、すなわち、横力Fyのスリップ角βtに関する偏微分係数で示される値である。このように示されるタイヤの特性曲線の接線の傾きは、該タイヤの特性曲線に対して交わる任意の直線a,b,c,…との交点(図1中に○印で示す交点)におけるタイヤの特性曲線の接線の傾きとみることもできる。そして、このようなタイヤの特性曲線上における位置、すなわちスリップ角βt及び横力Fyがわかれば、タイヤの摩擦状態の推定が可能になる。例えば、図1に示すように、タイヤの特性曲線上で、非線形域でも線形域に近い位置x0にあれば、タイヤの摩擦状態が安定状態にあると推定できる。タイヤの摩擦状態が安定状態であれば、例えばタイヤがその能力を発揮できるレベルにあると推定できる。又は車両が安定状態にあると推定できる。 Such a transition from the linear relationship to the non-linear relationship is obvious when attention is paid to the inclination (gradient) of the tangent line of the tire characteristic curve. The inclination of the tangent line of the tire characteristic curve here is a value represented by a ratio of the change amount of the slip angle βt and the change amount of the lateral force Fy, that is, a partial differential coefficient related to the slip angle βt of the lateral force Fy. . The inclination of the tangent line of the tire characteristic curve shown in this way is the tire at the intersection (intersection indicated by a circle in FIG. 1) with any straight line a, b, c,... Intersecting the tire characteristic curve. It can also be seen as the slope of the tangent line of the characteristic curve. If the position on the tire characteristic curve, that is, the slip angle βt and the lateral force Fy are known, the friction state of the tire can be estimated. For example, as shown in FIG. 1, if the tire characteristic curve is at a position x0 close to the linear region even in the non-linear region, it can be estimated that the tire friction state is in a stable state. If the friction state of the tire is stable, it can be estimated that, for example, the tire is at a level where it can exhibit its ability. Alternatively, it can be estimated that the vehicle is in a stable state.
図2は、各種路面μのタイヤの特性曲線と摩擦円を示す。図2(a)は、各種路面μのタイヤの特性曲線を示す。図2(b)〜(d)は、各路面μの摩擦円を示す。路面μは例えば0.2、0.5、1.0である。図2(a)に示すように、タイヤの特性曲線は、各路面μで定性的に同様な傾向を示す。また、図2(b)〜(d)に示すように、路面μが小さくなるほど、摩擦円が小さくなる。すなわち、路面μが小さくなるほど、タイヤが許容できる横力が小さくなる。このように、タイヤ特性は、路面摩擦係数をパラメータとした特性である。よって、図2に示すように、路面摩擦係数の値に応じて、低摩擦の場合のタイヤの特性曲線、中摩擦の場合のタイヤの特性曲線、及び高摩擦の場合のタイヤの特性曲線等を得ることができる。 FIG. 2 shows tire characteristic curves and friction circles of various road surfaces μ. Fig.2 (a) shows the characteristic curve of the tire of various road surface micro | micron | mu. 2 (b) to 2 (d) show the friction circle of each road surface μ. The road surface μ is, for example, 0.2, 0.5, or 1.0. As shown in FIG. 2A, the tire characteristic curve shows a qualitatively similar tendency at each road surface μ. Further, as shown in FIGS. 2B to 2D, the friction circle becomes smaller as the road surface μ becomes smaller. That is, as the road surface μ decreases, the lateral force that the tire can tolerate decreases. As described above, the tire characteristics are characteristics using the road surface friction coefficient as a parameter. Therefore, as shown in FIG. 2, depending on the value of the road surface friction coefficient, the tire characteristic curve in the case of low friction, the tire characteristic curve in the case of medium friction, the tire characteristic curve in the case of high friction, etc. Can be obtained.
図3は、各種路面μのタイヤの特性曲線と原点を通る任意の直線a,b,cとの関係を示す。図3に示すように、前記図1と同様に、各種路面μのタイヤの特性曲線について、任意の直線a,b,cとの交点で接線の傾きを得る。すなわち、各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線aとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線bとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線cとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。その結果、同一の直線との交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きが同一となる結果を得ることができる。 FIG. 3 shows the relationship between the tire characteristic curves of various road surfaces μ and arbitrary straight lines a, b, c passing through the origin. As shown in FIG. 3, as in the case of FIG. 1, tangent slopes are obtained at intersections of arbitrary straight lines a, b, and c with respect to tire characteristic curves of various road surface μ. That is, for the tire characteristic curves on various road surfaces μ, tangent slopes are obtained at the intersections with the straight line a. With respect to the tire characteristic curves on various road surfaces μ, tangent slopes are obtained at the intersections with the straight line b. With respect to tire characteristic curves on various road surfaces μ, tangent slopes are obtained at intersections with the straight line c. As a result, it is possible to obtain a result in which the slopes of the tangents on the tire characteristic curve of various road surfaces μ obtained at the intersections with the same straight line are the same.
例えば、図4では、前記図3に示した直線cに着目している。図4に示すように、同一の直線cとの交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きは同一となる。すなわち、路面μがμ=0.2のタイヤの特性曲線上での交点x1を得る横力Fy1とスリップ角βt1との比(Fy1/βt1)、路面μがμ=0.5のタイヤの特性曲線上での交点x2を得る横力Fy2とスリップ角βt2との比(Fy2/βt2)、及び路面μがμ=1.0のタイヤの特性曲線上での交点x3を得る横力Fy3とスリップ角βt3との比(Fy3/βt3)が同一値となる。そして、それら各路面μのタイヤの特性曲線上で得られる各交点x1,x2,x3での接線の傾きが同一となる。 For example, FIG. 4 focuses on the straight line c shown in FIG. As shown in FIG. 4, the slopes of tangents on the tire characteristic curves of various road surfaces μ obtained at intersections with the same straight line c are the same. That is, the ratio (Fy1 / βt1) of the lateral force Fy1 and the slip angle βt1 to obtain the intersection point x1 on the tire characteristic curve where the road surface μ is μ = 0.2, and the characteristics of the tire where the road surface μ is μ = 0.5 Ratio (Fy2 / βt2) of the lateral force Fy2 and the slip angle βt2 to obtain the intersection point x2 on the curve, and the lateral force Fy3 and slip to obtain the intersection point x3 on the tire characteristic curve where the road surface μ is μ = 1.0 The ratio (Fy3 / βt3) to the angle βt3 is the same value. And the inclination of the tangent at each intersection x1, x2, x3 obtained on the tire characteristic curve of each road surface μ is the same.
図5は、任意の直線とタイヤの特性曲線との交点を示す横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き(∂Fy/∂βt)との関係を示す。図5に示すように、どの各路面μ(例えばμ=0.2、0.5、1.0)でも、このように、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとが一定の関係を示している。そのため、例えば乾燥アスファルト路面や凍結路面等、路面μが異なる路面であっても、この図5に示す特性曲線が成立する。すなわち、この図5に示すタイヤ特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤ特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要をすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図5の特性曲線は、図1と同様に、タイヤの特性曲線を示していると言える。しかし、図1と区別して、図5の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。 FIG. 5 shows the ratio (Fy / βt) between the lateral force Fy and the slip angle βt indicating the intersection of an arbitrary straight line and the tire characteristic curve, and the slope of the tangent line on the tire characteristic curve at the intersection (∂Fy). / ∂βt). As shown in FIG. 5, in any road surface μ (for example, μ = 0.2, 0.5, 1.0), the ratio of the lateral force Fy to the slip angle βt (Fy / βt) and the tire are thus obtained. The slope of the tangent line on the characteristic curve shows a certain relationship. Therefore, the characteristic curve shown in FIG. 5 is established even on road surfaces having different road surface μ, such as dry asphalt road surfaces and frozen road surfaces. That is, the tire characteristic curve shown in FIG. 5 includes a high friction tire characteristic curve for a high friction road surface having a high friction coefficient and a low friction tire characteristic curve for a low friction road surface having a low friction coefficient lower than the high friction coefficient. It is out. In the tire characteristic curve, the inclination is not affected by the road surface μ. That is, there is a feature that the slope can be specified without obtaining or estimating the road surface state information. Here, it can be said that the characteristic curve of FIG. 5 shows the characteristic curve of the tire as in FIG. However, in distinction from FIG. 1, the characteristic curve of FIG. 5 can also be called, for example, a grip characteristic curve.
図5に示す特性曲線は、横力Fyとスリップ角βtの比(Fy/βt)が小さい領域(小レシオ領域)では、タイヤの特性曲線上の接線の傾き(グリップ特性パラメータに相当)が負値となる。そして、この領域では、その比(Fy/βt)が大きくなるに従い、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。 The characteristic curve shown in FIG. 5 has a negative tangent slope (corresponding to the grip characteristic parameter) on the tire characteristic curve in a region where the ratio (Fy / βt) of the lateral force Fy to the slip angle βt is small (small ratio region). Value. In this region, as the ratio (Fy / βt) increases, the slope of the tangent on the tire characteristic curve once decreases and then increases. Here, the slope of the tangent line on the tire characteristic curve being a negative value indicates that the partial differential coefficient related to the slip angle of the lateral force is a negative value.
また、横力Fyとスリップ角βtの比(Fy/βt)が大きい領域(大レシオ領域)では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比(Fy/βt)が大きくなると、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが増加する。横力Fyとスリップ角βtの比(Fy/βt)が大きい領域では、図5の特性曲線は単調増加関数の形をしている。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が正値であることを示す。また、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが最大となることは、該接線の傾きがタイヤの特性曲線の線形領域のものであることを示す。なお、線形領域では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きは、横力Fyとスリップ角βtの比にかかわらず、常に一定の値を示す。 Further, in a region where the ratio (Fy / βt) between the lateral force Fy and the slip angle βt is large (large ratio region), the slope of the tangent line on the tire characteristic curve becomes a positive value. In this region, as the ratio (Fy / βt) increases, the slope of the tangent line on the tire characteristic curve increases. In the region where the ratio (Fy / βt) between the lateral force Fy and the slip angle βt is large, the characteristic curve in FIG. 5 is in the form of a monotonically increasing function. Here, the inclination of the tangent line on the tire characteristic curve being positive indicates that the partial differential coefficient related to the slip angle of the lateral force is positive. Further, the maximum inclination of the tangent on the tire characteristic curve indicates that the inclination of the tangent is in the linear region of the tire characteristic curve. In the linear region, the slope of the tangent on the tire characteristic curve is always a constant value regardless of the ratio between the lateral force Fy and the slip angle βt.
このようにして得ることができるタイヤの特性曲線上の接線の傾きは、グリップ特性パラメータ、タイヤのグリップ状態を表す変数又はタイヤが横方向に出せる力の飽和状態を表すパラメータとなる。具体的には、正値の領域の場合、スリップ角βtを増やすことでさらに強い横力Fy(コーナリングフォース等)を発生させることができることを示す。そして、零又は負値の領域の場合、スリップ角βtを増加させても横力Fy(コーナリングフォース等)が増えることはなく、逆に低下する恐れがあることを示す。 The slope of the tangent on the tire characteristic curve that can be obtained in this manner is a grip characteristic parameter, a variable that represents the grip state of the tire, or a parameter that represents a saturation state of the force that the tire can exert in the lateral direction. Specifically, in the case of a positive value region, it is shown that a stronger lateral force Fy (cornering force or the like) can be generated by increasing the slip angle βt. In the case of the zero or negative value region, the lateral force Fy (cornering force or the like) does not increase even if the slip angle βt is increased, and it may be decreased.
本願発明者は、以上に述べたように、各路面μのタイヤの特性曲線について、そのタイヤの特性曲線の原点を通る任意の一の直線とタイヤの特性曲線との交点で、接線の傾きが同一となる点を発見した。これにより、本願発明者は、路面μにかかわらず、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係がある特性曲線(グリップ特性曲線)として表せる結果を得た(図5)。これにより、横力Fyとスリップ角βtとがわかれば、特性曲線(グリップ特性曲線)を基に、路面μの情報を必要とすることなく、タイヤの摩擦状態の情報を得ることができる。タイヤの摩擦状態の情報を得る手順を図6を用いて説明する。 As described above, the inventor of the present application has the tangential slope of the tire characteristic curve of each road surface μ at the intersection of any one straight line passing through the origin of the tire characteristic curve and the tire characteristic curve. I found the same point. Accordingly, the inventor of the present application has a characteristic curve (grip characteristic curve) that has a relationship between the ratio of the lateral force Fy and the slip angle βt (Fy / βt) and the slope of the tangent on the tire characteristic curve regardless of the road surface μ. ) Was obtained (FIG. 5). Thus, if the lateral force Fy and the slip angle βt are known, it is possible to obtain information on the friction state of the tire based on the characteristic curve (grip characteristic curve) without requiring information on the road surface μ. A procedure for obtaining information on the friction state of the tire will be described with reference to FIG.
先ず、横力Fyとスリップ角βtとを検出する。そして、図6(a)に示す特性曲線(前記図5と同様の特性曲線)を用いることで、検出した横力Fy及びスリップ角βtに対応(Fy/βtに対応)するタイヤの特性曲線上の接線の傾きを特定できる。例えば、図6(a)に示すように、タイヤの特性曲線上の接線の傾きId1,Id2,Id3,Id4,Id5を得る。このタイヤの特性曲線上の接線の傾きから、図6(b)に示すように、ある路面μのタイヤの特性曲線上の位置を特定できる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きId1,Id2,Id3,Id4,Id5に対応する位置xid1,xid2,xid3,xid4,xid5を特定できる。ここで、タイヤの特性曲線上における位置は、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を示すものとなる。このようなことから、図6(b)に示すようにタイヤの特性曲線上の位置を特定できることで、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力(例えばグリップの能力)を知ることができる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値又は零近傍である場合(例えばId4やId5)、それから特定できるタイヤの特性曲線上の位置(例えばxid4やxid5)に基づき、タイヤの横力が限界領域にあることがわかる。 First, the lateral force Fy and the slip angle βt are detected. Then, by using the characteristic curve shown in FIG. 6A (the same characteristic curve as in FIG. 5), on the tire characteristic curve corresponding to the detected lateral force Fy and slip angle βt (corresponding to Fy / βt). The slope of the tangent line can be specified. For example, as shown in FIG. 6A, tangent slopes Id1, Id2, Id3, Id4, and Id5 on the tire characteristic curve are obtained. From the slope of the tangent on the tire characteristic curve, the position on the tire characteristic curve of a certain road surface μ can be identified as shown in FIG. For example, the positions xid1, xid2, xid3, xid4, xid5 corresponding to the tangential slopes Id1, Id2, Id3, Id4, Id5 on the tire characteristic curve can be specified. Here, the position on the tire characteristic curve indicates the frictional state of the tire and the tire performance on the road surface μ where the tire characteristic curve is established. For this reason, as shown in FIG. 6B, the position on the tire characteristic curve can be specified, so that the tire friction state and the tire performance (for example, on the road surface μ where the tire characteristic curve is established) Grip ability). For example, when the slope of the tangent on the tire characteristic curve is negative or near zero (for example, Id4 or Id5), the lateral force of the tire is determined based on the position on the tire characteristic curve (for example, xid4 or xid5) that can be specified from the slope. Is in the limit region.
以上のような手順により、横力Fy及びスリップ角βtさえわかれば、特性曲線(グリップ特性曲線)を用いることで、その横力Fy及びスリップ角βtを得た路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を知ることができる。
図7は、さらに摩擦円との関係を示す。図7(a)は、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す(前記図5と同様)。図7(b)は、タイヤの特性曲線を示す。図7(c)は、摩擦円を示す。これらの関係において、先ず、横力Fy及びスリップ角βtに対応(Fy/βtに対応)するタイヤの特性曲線上の接線の傾きIdを得る(図7(a))。これにより、タイヤの特性曲線上の位置を特定できる(図7(b))。さらに、摩擦円における横力の相対的な値を知ることができる。すなわち、タイヤが許容できる横力に対するマージンMを知ることができる。また、タイヤの特性曲線上の接線の傾き自体は、スリップ角βtの変化に対する横力Fyの変化割合を示すものとなる。よって、図7(a)に示す特性曲線の縦軸の値(タイヤの特性曲線上の接線の傾き)は、いわば車両挙動の変化速度を示すものであるとも言える。
As long as the lateral force Fy and the slip angle βt are known by the above procedure, the frictional state of the tire on the road surface μ where the lateral force Fy and the slip angle βt are obtained by using the characteristic curve (grip characteristic curve). You can know the tire capacity.
FIG. 7 further shows the relationship with the friction circle. FIG. 7A shows the relationship between the ratio (Fy / βt) between the lateral force Fy and the slip angle βt and the slope of the tangent on the tire characteristic curve (similar to FIG. 5). FIG. 7B shows a tire characteristic curve. FIG. 7C shows a friction circle. In these relationships, first, the tangent slope Id on the tire characteristic curve corresponding to the lateral force Fy and the slip angle βt (corresponding to Fy / βt) is obtained (FIG. 7A). Thereby, the position on the characteristic curve of a tire can be specified (Drawing 7 (b)). Furthermore, the relative value of the lateral force in the friction circle can be known. That is, it is possible to know the margin M for the lateral force that the tire can tolerate. In addition, the slope of the tangent line on the tire characteristic curve itself indicates the change rate of the lateral force Fy with respect to the change of the slip angle βt. Therefore, it can be said that the value on the vertical axis of the characteristic curve shown in FIG. 7A (the slope of the tangent on the tire characteristic curve) indicates the change rate of the vehicle behavior.
また、輪荷重を変化させたときの横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図8は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Fz(変動がないときの輪荷重の値)に対して、0.6、0.8、1.2、…倍することで輪荷重を変化させている。1.0倍の場合は輪荷重の初期値Fzになる。図8に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤの特性曲線上の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤの特性曲線上の接線の傾きの最大値(線形領域の値)が、図8に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。このような輪荷重との関係も本願発明者は発見した。 Further, the relationship between the ratio (Fy / βt) between the lateral force Fy and the slip angle βt when the wheel load is changed and the slope of the tangent on the tire characteristic curve is obtained. The relationship is obtained by the same procedure as described above. FIG. 8 shows the relationship. Here, the wheel load is changed by multiplying the initial wheel load value Fz (the wheel load value when there is no fluctuation) by 0.6, 0.8, 1.2,. In the case of 1.0 times, it becomes the initial value Fz of the wheel load. As shown in FIG. 8, when the wheel load of the tire decreases, the slope of the tangent line on the tire characteristic curve obtained with each wheel load decreases. At this time, the maximum value of the tangent slope (value in the linear region) on the tire characteristic curve obtained with each wheel load moves on a straight line passing through the origin of the characteristic diagram shown in FIG. Furthermore, the characteristic curves showing the relationship between the ratio of the lateral force Fy and the slip angle βt (Fy / βt) and the slope of the tangent on the tire characteristic curve are different in size while maintaining the shape. In other words, they are similar and have different sizes. The inventor of the present application has also discovered such a relationship with the wheel load.
(2)車輪のスリップ角と車輪のセルフアライニングトルクとの関係
図9はタイヤの特性曲線を示す。このタイヤの特性曲線は、車輪のスリップ角βtと車輪のセルフアライニングトルクMzとの間に成立する関係を示す。例えば、タイヤモデルを実験データを基にチューニングすることで、前後輪それぞれで二輪分の等価特性図(タイヤの特性曲線)を得る。ここで、例えば、マジックフォーミュラ(MagicFormula)を基にタイヤモデルを構築している。また、セルフアライニングトルクは、ステアリングを中立位置に戻すトルクである。
(2) Relationship between Wheel Slip Angle and Wheel Self-Aligning Torque FIG. 9 shows a tire characteristic curve. This tire characteristic curve shows a relationship established between the wheel slip angle βt and the wheel self-aligning torque Mz. For example, by tuning the tire model based on experimental data, an equivalent characteristic diagram (tire characteristic curve) for two wheels is obtained for each of the front and rear wheels. Here, for example, a tire model is constructed on the basis of a magic formula. The self-aligning torque is a torque that returns the steering to the neutral position.
図9に示すように、タイヤの特性曲線では、スリップ角βtとセルフアライニングトルクMzとの関係が、スリップ角βtの絶対値が増加するに従い線形から非線形に遷移する。すなわち、スリップ角βtが零から所定の範囲内にある場合には、スリップ角βtとセルフアライニングトルクMzとの間に線形関係が成り立つ。そして、スリップ角βt(絶対値)がある程度大きくなると、スリップ角βtとセルフアライニングトルクMzとの関係が非線形関係になる。従って、タイヤの特性曲線は、線形部分と非線形部分とを有する。 As shown in FIG. 9, in the tire characteristic curve, the relationship between the slip angle βt and the self-aligning torque Mz changes from linear to non-linear as the absolute value of the slip angle βt increases. That is, when the slip angle βt is within a predetermined range from zero, a linear relationship is established between the slip angle βt and the self-aligning torque Mz. When the slip angle βt (absolute value) increases to some extent, the relationship between the slip angle βt and the self-aligning torque Mz becomes a non-linear relationship. Therefore, the tire characteristic curve has a linear portion and a non-linear portion.
このような線形関係から非線形関係への遷移は、タイヤの特性曲線の接線の傾き(勾配)に着目すれば一目瞭然である。ここでいうタイヤの特性曲線の接線の傾きとは、スリップ角βtの変化量とセルフアライニングトルクMzの変化量との比、すなわち、セルフアライニングトルクMzのスリップ角βtに関する偏微分係数で示される値である。このように示されるタイヤの特性曲線の接線の傾きは、該タイヤの特性曲線に対して交わる任意の直線a,b,c,…との交点(図9中に○印で示す交点)におけるタイヤの特性曲線の接線の傾きとみることもできる。そして、このようなタイヤの特性曲線上における位置、すなわちスリップ角βt及びセルフアライニングトルクMzがわかれば、タイヤの摩擦状態の推定が可能になる。例えば、図9に示すように、タイヤの特性曲線上で、非線形域でも線形域に近い位置x0にあれば、タイヤの摩擦状態が安定状態にあると推定できる。タイヤの摩擦状態が安定状態であれば、例えばタイヤがその能力を発揮できるレベルにあると推定できる。又は車両が安定状態にあると推定できる。 Such a transition from the linear relationship to the non-linear relationship is obvious when attention is paid to the inclination (gradient) of the tangent line of the tire characteristic curve. The slope of the tangent to the tire characteristic curve here is the ratio between the amount of change in the slip angle βt and the amount of change in the self-aligning torque Mz, that is, the partial differential coefficient related to the slip angle βt of the self-aligning torque Mz. Value. The inclination of the tangent line of the tire characteristic curve shown in this way is a tire at an intersection (intersection indicated by a circle in FIG. 9) with any straight line a, b, c,... Intersecting the tire characteristic curve. It can also be seen as the slope of the tangent line of the characteristic curve. If the position on the tire characteristic curve, that is, the slip angle βt and the self-aligning torque Mz are known, the friction state of the tire can be estimated. For example, as shown in FIG. 9, it can be estimated that the tire friction state is in a stable state if the tire is located at a position x0 close to the linear region even in the nonlinear region on the tire characteristic curve. If the friction state of the tire is stable, it can be estimated that, for example, the tire is at a level where it can exhibit its ability. Alternatively, it can be estimated that the vehicle is in a stable state.
図10は、各種路面μのタイヤの特性曲線と原点を通る任意の直線a,b,cとの関係を示す。図10に示すように、前記図9と同様に、各種路面μのタイヤの特性曲線について、任意の直線a,b,cとの交点で接線の傾きを得る。すなわち、各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線aとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線bとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤの特性曲線について、直線cとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。その結果、同一の直線との交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きが同一となる結果を得ることができる。 FIG. 10 shows the relationship between the tire characteristic curves of various road surfaces μ and arbitrary straight lines a, b, c passing through the origin. As shown in FIG. 10, as in FIG. 9, tangent slopes are obtained at intersections of arbitrary straight lines a, b, and c with respect to tire characteristic curves of various road surface μ. That is, for the tire characteristic curves on various road surfaces μ, tangent slopes are obtained at the intersections with the straight line a. With respect to the tire characteristic curves on various road surfaces μ, tangent slopes are obtained at the intersections with the straight line b. With respect to tire characteristic curves on various road surfaces μ, tangent slopes are obtained at intersections with the straight line c. As a result, it is possible to obtain a result in which the slopes of the tangents on the tire characteristic curve of various road surfaces μ obtained at the intersections with the same straight line are the same.
例えば、図11では、前記図10に示した直線cに着目している。図11に示すように、同一の直線cとの交点で得られる各種路面μのタイヤの特性曲線上の接線の傾きは同一となる。すなわち、路面μがμ=0.3のタイヤの特性曲線上での交点x1を得るセルフアライニングトルクMz1とスリップ角βt1との比(Mz1/βt1)、路面μがμ=0.6のタイヤの特性曲線上での交点x2を得るセルフアライニングトルクMz2とスリップ角βt2との比(Mz2/βt2)、及び路面μがμ=1.0のタイヤの特性曲線上での交点x3を得るセルフアライニングトルクMz3とスリップ角βt3との比(Mz3/βt3)が同一値となる。そして、それら各路面μのタイヤの特性曲線上で得られる各交点x1,x2,x3での接線の傾きが同一となる。 For example, in FIG. 11, attention is paid to the straight line c shown in FIG. As shown in FIG. 11, the slopes of the tangents on the tire characteristic curves of various road surfaces μ obtained at the intersections with the same straight line c are the same. That is, the ratio (Mz1 / βt1) of the self-aligning torque Mz1 and the slip angle βt1 for obtaining the intersection point x1 on the characteristic curve of a tire having a road surface μ of μ = 0.3, and a tire having a road surface μ of μ = 0.6. The ratio (Mz2 / βt2) of the self-aligning torque Mz2 and the slip angle βt2 to obtain the intersection point x2 on the characteristic curve of the tire, and the self to obtain the intersection point x3 on the tire characteristic curve where the road surface μ is μ = 1.0 The ratio (Mz3 / βt3) between the aligning torque Mz3 and the slip angle βt3 is the same value. And the inclination of the tangent at each intersection x1, x2, x3 obtained on the tire characteristic curve of each road surface μ is the same.
図12は、任意の直線とタイヤの特性曲線との交点を示すセルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)と、該交点でのタイヤの特性曲線上の接線の傾き(∂Mz/∂βt)との関係を示す。図12に示すように、どの各路面μ(例えばμ=0.3、0.6、1.0)でも、このように、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとが一定の関係を示している。そのため、例えば乾燥アスファルト路面や凍結路面等、路面μが異なる路面であっても、この図12に示す特性曲線が成立する。すなわち、この図12に示すタイヤの特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤの特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要とすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図12の特性曲線は、図1と同様に、タイヤの特性曲線を示していると言える。しかし、図1と区別して、図12の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。 FIG. 12 shows the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt indicating the intersection between an arbitrary straight line and the tire characteristic curve, and the slope of the tangent on the tire characteristic curve at the intersection ( The relationship with (∂Mz / ∂βt) is shown. As shown in FIG. 12, the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt is thus obtained for any road surface μ (for example, μ = 0.3, 0.6, 1.0). And the slope of the tangent line on the tire characteristic curve show a certain relationship. Therefore, the characteristic curve shown in FIG. 12 is established even when the road surface μ is different, such as a dry asphalt road surface or a frozen road surface. That is, the tire characteristic curve shown in FIG. 12 is a high friction tire characteristic curve for a high friction road surface having a high friction coefficient and a low friction tire characteristic curve for a low friction road surface having a low friction coefficient lower than the high friction coefficient. Contains. In the tire characteristic curve, the inclination is not affected by the road surface μ. That is, there is a feature that the inclination can be specified without obtaining or estimating road surface state information. Here, it can be said that the characteristic curve of FIG. 12 shows the characteristic curve of the tire as in FIG. However, in distinction from FIG. 1, the characteristic curve of FIG. 12 can also be called a grip characteristic curve, for example.
図12に示す特性曲線は、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtの比(Mz/βt)が小さい領域(小レシオ領域)では、タイヤの特性曲線上の接線の傾き(グリップ特性パラメータに相当)が負値となる。そして、この領域では、その比(Mz/βt)が大きくなるに従い、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。 The characteristic curve shown in FIG. 12 shows the slope of the tangent line on the tire characteristic curve (corresponding to the grip characteristic parameter) in a region where the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt is small (small ratio region). Is negative. In this region, as the ratio (Mz / βt) increases, the slope of the tangent on the tire characteristic curve once decreases and then increases. Here, the slope of the tangent line on the tire characteristic curve being a negative value indicates that the partial differential coefficient related to the slip angle of the lateral force is a negative value.
また、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtの比(Mz/βt)が大きい領域(大レシオ領域)では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比(Mz/βt)が大きくなると、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが増加する。セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtの比(Mz/βt)が大きい領域では、図5の特性曲線は単調増加関数の形をしている。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が正値であることを示す。また、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが最大となることは、該接線の傾きがタイヤの特性曲線の線形領域のものであることを示す。なお、線形領域では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きは、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtの比にかかわらず、常に一定の値を示す。 Further, in a region where the ratio (Mz / βt) of the self-aligning torque Mz and the slip angle βt is large (large ratio region), the slope of the tangent line on the tire characteristic curve becomes a positive value. In this region, as the ratio (Mz / βt) increases, the slope of the tangent line on the tire characteristic curve increases. In the region where the ratio (Mz / βt) of the self-aligning torque Mz and the slip angle βt is large, the characteristic curve in FIG. 5 has a monotonically increasing function. Here, the inclination of the tangent line on the tire characteristic curve being positive indicates that the partial differential coefficient related to the slip angle of the lateral force is positive. Further, the maximum inclination of the tangent on the tire characteristic curve indicates that the inclination of the tangent is in the linear region of the tire characteristic curve. In the linear region, the slope of the tangent on the tire characteristic curve is always a constant value regardless of the ratio between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt.
このようにして得ることができるタイヤの特性曲線上の接線の傾きは、グリップ特性パラメータ、タイヤのグリップ状態を表す変数又はタイヤが横方向に出せる力の飽和状態を表すパラメータとなる。そして、横力Fyの場合と同様に、正値の領域の場合、スリップ角βtを増やすことでさらに強いセルフアライニングトルクMzを発生させることができることを示す。一方、零又は負値の領域の場合、スリップ角βtを増加させてもセルフアライニングトルクMzが増えることはなく、逆に低下する恐れがあることを示す。 The slope of the tangent on the tire characteristic curve that can be obtained in this manner is a grip characteristic parameter, a variable that represents the grip state of the tire, or a parameter that represents a saturation state of the force that the tire can exert in the lateral direction. Similarly to the case of the lateral force Fy, in the case of a positive value region, it is shown that a stronger self-aligning torque Mz can be generated by increasing the slip angle βt. On the other hand, in the zero or negative value region, even if the slip angle βt is increased, the self-aligning torque Mz does not increase and may decrease.
本願発明者は、以上に述べたように、各路面μのタイヤの特性曲線について、そのタイヤの特性曲線の原点を通る任意の一の直線とタイヤの特性曲線との交点で、接線の傾きが同一となる点を発見した。これにより、本願発明者は、路面μにかかわらず、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係がある特性曲線(グリップ特性曲線)として表せる結果を得た(図12)。これにより、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとがわかれば、特性曲線(グリップ特性曲線)を基に、路面μの情報を必要とすることなく、タイヤの摩擦状態の情報を得ることができる。タイヤの摩擦状態の情報を得る手順を図13を用いて説明する。 As described above, the inventor of the present application has the tangential slope of the tire characteristic curve of each road surface μ at the intersection of any one straight line passing through the origin of the tire characteristic curve and the tire characteristic curve. I found the same point. Thereby, the inventor of the present application has a characteristic curve (grip) having a relationship between the ratio (Mz / βt) of the self-aligning torque Mz and the slip angle βt and the slope of the tangent on the tire characteristic curve, regardless of the road surface μ. A result that can be expressed as a characteristic curve was obtained (FIG. 12). Thus, if the self-aligning torque Mz and the slip angle βt are known, it is possible to obtain information on the friction state of the tire based on the characteristic curve (grip characteristic curve) without requiring information on the road surface μ. . A procedure for obtaining information on the tire friction state will be described with reference to FIG.
先ず、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとを検出する。そして、図13(a)に示す特性曲線(前記図12と同様の特性曲線)を用いることで、検出したセルフアライニングトルクMz及びスリップ角βtに対応(Mz/βtに対応)するタイヤの特性曲線上の接線の傾きを特定できる。例えば、図13(a)に示すように、タイヤの特性曲線上の接線の傾きId1,Id2,Id3,Id4を得る。このタイヤの特性曲線上の接線の傾きから、図13(b)に示すように、ある路面μのタイヤの特性曲線上の位置を特定できる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きId1,Id2,Id3,Id4に対応する位置xid1,xid2,xid3,xid4を特定できる。ここで、タイヤの特性曲線上における位置は、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を示すものとなる。このようなことから、図13(b)に示すようにタイヤの特性曲線上の位置を特定できることで、そのタイヤの特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力(例えばグリップの能力)を知ることができる。例えば、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値又は零近傍である場合(例えばId3やId4)、それから特定できるタイヤの特性曲線上の位置(例えばxid3やxid4)に基づき、タイヤのセルフアライニングトルクが限界領域にあることがわかる。 First, the self-aligning torque Mz and the slip angle βt are detected. Then, by using the characteristic curve shown in FIG. 13A (the same characteristic curve as in FIG. 12), the tire characteristics corresponding to the detected self-aligning torque Mz and slip angle βt (corresponding to Mz / βt). The slope of the tangent on the curve can be specified. For example, as shown in FIG. 13A, tangent slopes Id1, Id2, Id3, and Id4 on the tire characteristic curve are obtained. From the slope of the tangent on the tire characteristic curve, the position on the tire characteristic curve of a certain road surface μ can be specified as shown in FIG. For example, the positions xid1, xid2, xid3, xid4 corresponding to the tangential slopes Id1, Id2, Id3, Id4 on the tire characteristic curve can be specified. Here, the position on the tire characteristic curve indicates the frictional state of the tire and the tire performance on the road surface μ where the tire characteristic curve is established. For this reason, as shown in FIG. 13B, the position on the tire characteristic curve can be specified, so that the tire friction state and the tire performance (for example, on the road surface μ where the tire characteristic curve is established (for example, Grip ability). For example, if the slope of the tangent line on the tire characteristic curve is negative or near zero (for example, Id3 or Id4), the tire self-adjustment is based on the position on the tire characteristic curve (for example, xid3 or xid4) that can be identified from that. It can be seen that the lining torque is in the limit region.
以上のような手順により、セルフアライニングトルクMz及びスリップ角βtさえわかれば、特性曲線(グリップ特性曲線)を用いることで、そのセルフアライニングトルクMz及びスリップ角βtを得た路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を知ることができる。
また、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図14は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Fz(変動がないときの輪荷重の値)に対して、0.6、0.8、1.2、…倍することで輪荷重を変化させている。1.0倍の場合は輪荷重の初期値Fzになる。図14に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤの特性曲線上の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤの特性曲線上の接線の傾きの最大値(線形領域の値)が、図14に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。このような輪荷重との関係も本願発明者は発見した。
If the self-aligning torque Mz and the slip angle βt are known by the above procedure, the characteristic curve (grip characteristic curve) is used to obtain the self-aligning torque Mz and the slip angle βt on the road surface μ. It is possible to know the tire friction state and the tire capacity.
Further, the relationship between the ratio (Mz / βt) of the self-aligning torque Mz and the slip angle βt when the wheel load is changed and the slope of the tangent on the tire characteristic curve is obtained. The relationship is obtained by the same procedure as described above. FIG. 14 shows the relationship. Here, the wheel load is changed by multiplying the initial wheel load value Fz (the wheel load value when there is no fluctuation) by 0.6, 0.8, 1.2,. In the case of 1.0 times, it becomes the initial value Fz of the wheel load. As shown in FIG. 14, when the wheel load of the tire decreases, the slope of the tangent on the tire characteristic curve obtained with each wheel load decreases. At this time, the maximum value of the tangent slope (value in the linear region) on the tire characteristic curve obtained with each wheel load moves on a straight line passing through the origin of the characteristic diagram shown in FIG. Furthermore, the characteristic curve showing the relationship between the ratio of the self-aligning torque Mz and the slip angle βt (Mz / βt) and the slope of the tangent on the tire characteristic curve maintains its shape and differs in size. Become. In other words, they are similar and have different sizes. The inventor of the present application has also discovered such a relationship with the wheel load.
(3)車輪の横力と車輪のセルフアライニングトルクとの関係
図15は、スリップ角βtに対する、横力FyとセルフアライニングトルクMzとの関係を示す。例えば、スリップ角βtと横力Fyとの関係は、前記図1に示した関係である。また、スリップ角βtとセルフアライニングトルクMzとの関係は、前記図9に示した関係である。この図1と図9とを重ね合わせると、図15に示すようになる。この図15に示すように、横力Fy及びセルフアライニングトルクMzともに、スリップ角βtの増加に対して、増加傾向から減少傾向に転じる特性を示す。このとき、セルフアライニングトルクMzが先に増加傾向から減少傾向に転じ、その後、横力Fyが増加傾向から減少傾向に転じる。
(3) Relationship Between Lateral Force of Wheel and Self-Aligning Torque of Wheel FIG. 15 shows a relationship between lateral force Fy and self-aligning torque Mz with respect to slip angle βt. For example, the relationship between the slip angle βt and the lateral force Fy is the relationship shown in FIG. Further, the relationship between the slip angle βt and the self-aligning torque Mz is the relationship shown in FIG. When FIG. 1 and FIG. 9 are superimposed, the result is as shown in FIG. As shown in FIG. 15, both the lateral force Fy and the self-aligning torque Mz show characteristics that change from an increasing tendency to a decreasing tendency with respect to an increase in the slip angle βt. At this time, the self-aligning torque Mz first changes from an increasing tendency to a decreasing tendency, and then the lateral force Fy changes from an increasing tendency to a decreasing tendency.
図16は、前記図15に示す関係を各種路面μについて示したものである。前述のように、スリップ角βtと横力Fyとのタイヤの特性曲線(Fy−βt特性曲線ともいう。)では、同一の直線との交点で得られる各種路面μのそのタイヤの特性曲線上の接線の傾き(μ勾配又は横方向μ勾配、以下、μ勾配ともいう。)が同一となる結果を得ることができる。また、前述のように、スリップ角βt及びセルフアライニングトルクMzとのタイヤの特性曲線(Mz−βt特性曲線ともいう。)でも、同様な特性として、同一の直線との交点で得られる各種路面μのそのタイヤの特性曲線上の接線の傾き(以下、トルク勾配ともいう。)が同一となる結果を得ることができる。すなわち、Fy−βt特性曲線とMz−βt特性曲線では、βt軸に対する位置関係が、路面μ変化がなければ一意に定まる。又は、路面μが変化すると、Fy−βt特性曲線とMz−βt特性曲線はともに、路面μに比例して(縦横比を維持して)拡大又は縮小された形状となる。すなわち、Fy−βt特性曲線とMz−βt特性曲線とは、路面μ変化によらず相対的な関係性を維持している。 FIG. 16 shows the relationship shown in FIG. 15 for various road surfaces μ. As described above, in the tire characteristic curve (also referred to as Fy-βt characteristic curve) of the slip angle βt and the lateral force Fy, on the tire characteristic curve of various road surfaces μ obtained at the intersections with the same straight line. It is possible to obtain a result in which the slope of the tangent line (μ gradient or lateral μ gradient, hereinafter also referred to as μ gradient) is the same. In addition, as described above, the tire characteristic curve (also referred to as the Mz-βt characteristic curve) with the slip angle βt and the self-aligning torque Mz also has various road surfaces obtained at the intersection with the same straight line as similar characteristics. It is possible to obtain a result in which the slope of tangent to the tire characteristic curve of μ (hereinafter also referred to as torque gradient) is the same. That is, in the Fy-βt characteristic curve and the Mz-βt characteristic curve, the positional relationship with respect to the βt axis is uniquely determined if there is no change in the road surface μ. Alternatively, when the road surface μ changes, both the Fy-βt characteristic curve and the Mz-βt characteristic curve are enlarged or reduced in proportion to the road surface μ (maintaining the aspect ratio). That is, the Fy-βt characteristic curve and the Mz-βt characteristic curve maintain a relative relationship regardless of the road surface μ change.
以上のような関係から、図16に示すように、ある路面μのMz−βt特性曲線上のセルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)から、対応する路面μのFy−βt特性曲線上の接線の傾き(μ勾配)を特定できる。
図17は、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)と、タイヤの特性曲線(Fy−βt特性曲線)上の接線の傾き(∂Fy/∂βt、μ勾配)との関係を示す。図17は、前記図5と横軸が異なるだけで、同じ特性となる。すなわち、図17に示すように、どの各路面μでも、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)とタイヤの特性曲線(Fy−βt特性曲線)上の接線の傾き(μ勾配)とが一定の関係を示す。すなわち、この図17に示すタイヤの特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤの特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要とすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図17の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。
From the above relationship, as shown in FIG. 16, from the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt on the Mz-βt characteristic curve of a certain road surface μ, Fy of the corresponding road surface μ is obtained. The slope of the tangent line (μ gradient) on the −βt characteristic curve can be specified.
FIG. 17 shows the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt, and the tangential slope (上 の Fy / ∂βt, μ gradient) on the tire characteristic curve (Fy-βt characteristic curve). The relationship is shown. FIG. 17 has the same characteristics as FIG. 5 except that the horizontal axis is different. That is, as shown in FIG. 17, on each road surface μ, the ratio of the self-aligning torque Mz to the slip angle βt (Mz / βt) and the slope of the tangent line on the tire characteristic curve (Fy-βt characteristic curve) ( (μ gradient) and a certain relationship. That is, the tire characteristic curve shown in FIG. 17 includes a high friction tire characteristic curve for a high friction road surface having a high friction coefficient and a low friction tire characteristic curve for a low friction road surface having a low friction coefficient lower than the high friction coefficient. Contains. In the tire characteristic curve, the inclination is not affected by the road surface μ. That is, there is a feature that the inclination can be specified without obtaining or estimating road surface state information. Here, the characteristic curve of FIG. 17 can also be called a grip characteristic curve, for example.
そして、図17に示す特性曲線は、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)が小さい領域(小レシオ領域)では、タイヤの特性曲線上の接線の傾き(グリップ特性パラメータに相当)が負値となる。また、この領域では、その比(Mz/βt)が大きくなるに従い、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。また、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)が大きい領域(大レシオ領域)では、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比(Mz/βt)が大きくなると、タイヤの特性曲線上の接線の傾きが増加する。セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)が大きい領域では、図17の特性曲線は単調増加関数の形をしている。 The characteristic curve shown in FIG. 17 shows the slope of the tangent line on the tire characteristic curve (grip characteristic parameter) in a region (small ratio region) where the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt is small. Is equivalent to a negative value. In this region, as the ratio (Mz / βt) increases, the slope of the tangent on the tire characteristic curve once decreases and then increases. Here, the slope of the tangent line on the tire characteristic curve being a negative value indicates that the partial differential coefficient related to the slip angle of the lateral force is a negative value. Further, in a region where the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt is large (large ratio region), the slope of the tangent line on the tire characteristic curve becomes a positive value. In this region, as the ratio (Mz / βt) increases, the slope of the tangent line on the tire characteristic curve increases. In the region where the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt is large, the characteristic curve in FIG. 17 has a monotonically increasing function.
このようにして得たμ勾配は、動的なコーナリングパワとして用いることができ、車両特性を推定したり車両挙動の限界を予測したりする上でとても重要なパラメータとなる。
また、輪荷重を変化させたときのセルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)とタイヤの特性曲線(Fy−βt特性曲線)上の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図18は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Fz(変動がないときの輪荷重の値)に対して、0.6、0.8、1.2、…倍することで輪荷重を変化させている。1.0倍の場合は輪荷重の初期値Fzになる。図18に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤの特性曲線上の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤの特性曲線上の接線の傾きの最大値(線形領域の値)が、図18に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)とタイヤの特性曲線上の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。
The μ gradient obtained in this way can be used as dynamic cornering power, and is a very important parameter for estimating vehicle characteristics and predicting the limit of vehicle behavior.
Further, the relationship between the ratio (Mz / βt) of the self-aligning torque Mz and the slip angle βt when the wheel load is changed and the slope of the tangent on the tire characteristic curve (Fy-βt characteristic curve) is obtained. Yes. The relationship is obtained by the same procedure as described above. FIG. 18 shows the relationship. Here, the wheel load is changed by multiplying the initial wheel load value Fz (the wheel load value when there is no fluctuation) by 0.6, 0.8, 1.2,. In the case of 1.0 times, it becomes the initial value Fz of the wheel load. As shown in FIG. 18, when the wheel load of the tire decreases, the slope of the tangent line on the tire characteristic curve obtained with each wheel load decreases. At this time, the maximum value of the tangent slope on the tire characteristic curve obtained at each wheel load (value in the linear region) moves on a straight line passing through the origin of the characteristic diagram shown in FIG. Furthermore, the characteristic curve showing the relationship between the ratio of the self-aligning torque Mz and the slip angle βt (Mz / βt) and the slope of the tangent on the tire characteristic curve maintains its shape and differs in size. Become. In other words, they are similar and have different sizes.
(実施形態)
以上の技術の採用により実現した実施形態を次に説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
図19は、第1の実施形態の車両の概略構成を示す。図19に示すように、車両は、操舵角センサ21、ヨーレイトセンサ22、横加速度センサ23、前後加速度センサ24、車輪速センサ25、EPSECU(ElectricPower Steering Electronic Control Unit)26、操舵トルクセンサ35、ブレーキECU36、EPS(ElectricPower Steering)モータ27及び車両走行状態推定装置28を備える。車両走行状態推定装置28は、本発明に係る車両接地面摩擦状態推定装置を実現している。
(Embodiment)
Next, an embodiment realized by adopting the above technique will be described.
(First embodiment)
(Constitution)
FIG. 19 shows a schematic configuration of the vehicle according to the first embodiment. As shown in FIG. 19, the vehicle includes a
操舵角センサ21は、ステアリングホイール29と一体に回転するステアリングシャフト30の回転角を検出する。操舵角センサ21は、その検出結果(操舵角)を車両走行状態推定装置28に出力する。ヨーレイトセンサ22は、車両のヨーレイトを検出する。ヨーレイトセンサ22は、その検出結果を車両走行状態推定装置28に出力する。横加速度センサ23は、車両の横加速度を検出する。横加速度センサ23は、その検出結果を車両走行状態推定装置28に出力する。前後加速度センサ24は、車両の前後加速度を検出する。前後加速度センサ24は、その検出結果を車両走行状態推定装置28に出力する。車輪速センサ25は、車体に設けられた各車輪31FL〜31RRの車輪速を検出する。車輪速センサ25は、その検出結果を車両走行状態推定装置28に出力する。
The
EPSECU26は、操舵角センサ21が検出した操舵角を基に、操舵アシスト指令をEPSモータ27に出力する。ここでいう操舵アシスト指令は、操舵力アシストを行うための指令信号である。また、EPSECU26は、車両走行状態推定装置28が出力する指令値(不安定挙動抑制アシスト指令)を基に、操舵アシスト指令をEPSモータ27に出力する。ここでいう操舵アシスト指令は、車両の不安定挙動を抑制するための指令信号である。
The
操舵トルクセンサ35は、運転者からの入力トルクとなる操舵トルクを検出する。操舵トルクセンサ35は、検出した操舵トルクを車両走行状態推定装置28に出力する。
EPSモータ27は、EPSECU26が出力する操舵アシスト指令を基に、ステアリングシャフト30に回転トルクを付与する。これにより、EPSモータ27は、ステアリングシャフト30に連結されているラック・アンド・ピニオン機構(ピニオン32、ラック33)、タイロッド34及びナックルアームを介して左右の前輪31FL,31FRの転舵を補助する。
The
The
ブレーキECU36は、車輪の制動力を制御する。ブレーキECU36は、車両走行状態推定装置28が出力する指令値(不安定挙動抑制アシスト指令)を基に、車輪の制動力を制御する。
車両走行状態推定装置28は、操舵角センサ21、ヨーレイトセンサ22、横加速度センサ23、前後加速度センサ24、車輪速センサ25及び操舵トルクセンサ35の検出結果を基に、車両の走行状態を推定する。車両走行状態推定装置28は、その推定結果を基に、指令値(不安定挙動抑制アシスト指令)をEPSECU26及びブレーキECU36に出力する。ここでいう指令値は、車両の不安定挙動を抑制するようにEPSモータ27や制動力を制御するための指令信号である。
The
The vehicle running
図20は、車両走行状態推定装置28の内部構成を示す。図20に示すように、車両走行状態推定装置28は、車体速度演算部41、車体スリップ角推定部42、タイヤスリップ角演算部43、EPSアシストトルク演算部44、セルフアライニングトルク演算部45、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部(以下、Mz/βt演算部という。)46、輪荷重変化量演算部47、トルク勾配演算部48、μ勾配演算部49及び不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50を備える。
FIG. 20 shows the internal configuration of the vehicle running
車体速度演算部41は、車輪速センサ25が検出した車輪速及び前後加速度センサ24が検出した前後加速度を基に、車体速度を推定する。車体速度演算部41は、その推定結果を車体スリップ角推定部42及びタイヤスリップ角演算部43に出力する。具体的には、車体速度演算部41は、従動輪31RL,31RRの車輪速の平均値、又は各車輪31FL〜31RRの車輪速の平均値を算出して、その算出値を車体速度の基本値としている。車体速度演算部41は、その基本値を前後加速度により補正する。具体的には、その基本値から急加速時のタイヤ空転や急制動時のタイヤロックによる誤差の影響を除くように補正をする。車体速度演算部41は、その補正した値を車体速度の推定結果とする。
The vehicle body
車体スリップ角推定部42は、操舵角センサ21が検出した操舵角(タイヤ舵角δ)、ヨーレイトセンサ22が検出したヨーレイトγ、横加速度センサ23が検出した横加速度、前後加速度センサ24が検出した前後加速度及び車体速度演算部41が算出した車体速度Vを基に、車両の横滑り角(スリップ角)を推定する。
図21は、車体スリップ角推定部42の構成例を示す。図21に示すように、車体スリップ角推定部42は、車両の状態量(車両の横滑り角β、スリップ角β)を推定する線形2入力オブザーバ61を備える。これにより、車体スリップ角推定部42は、車両の横滑り角(スリップ角)βを推定する。ここで、車両の2輪モデルを基に線形2入力オブザーバ61を構築している。その車両の2輪モデルを、車両の横方向の力とモーメントの釣り合いより、下記(1)式で表すことができる。
The vehicle body slip
FIG. 21 shows a configuration example of the vehicle body slip
ここで、図21に示すA,B,C,Dは車両の線形2輪モデルによって決まる行列である。また、タイヤ舵角を入力uとし、ヨーレイトと横加速度とを出力yとすると、前記(1)式の状態方程式(出力方程式)は、下記(2)式のようになる。 Here, A, B, C, and D shown in FIG. 21 are matrices determined by the linear two-wheel model of the vehicle. When the tire rudder angle is input u, and the yaw rate and lateral acceleration are output y, the state equation (output equation) of the equation (1) is as shown in the following equation (2).
ここで、mは車両質量である。Iはヨー慣性モーメントである。lfは車両重心点と前車軸間の距離である。lrは車両重心点と後車軸間の距離である。Cpfは前輪コーナリングパワー(左右輪合計値)である。Cprは後輪コーナリングパワー(左右輪合計値)である。Vは車体速度である。βは車両の横滑り角である。γはヨーレイトである。Gyは横加速度である。a11,a12,b1は行列A、Bの各要素である。 Here, m is the vehicle mass. I is the yaw moment of inertia. l f is the distance between the vehicle center of gravity and the front axle. l r is the distance between the vehicle center of gravity and the rear axle. The cp f is the front wheel cornering power (right and left wheels total). Cp r is the rear wheel cornering power (the left and right wheels total value). V is the vehicle speed. β is the side slip angle of the vehicle. γ is the yaw rate. G y is the lateral acceleration. a 11 , a 12 , b 1 are the elements of the matrices A and B.
そして、この状態方程式を基に、ヨーレイトと横加速度とを入力とし、オブザーバゲインK1として、線形2入力オブザーバ61を作成する。ここで、オブザーバゲインK1は、モデル化誤差の影響を受けにくく且つ安定した推定を行えるように設定した値である。
また、線形2入力オブザーバ61は、積分器62の入力を補正するβ推定補償器63を備える。これにより、線形2入力オブザーバ61は、限界領域においても推定精度を確保することができる。すなわち、β推定補償器63を備えることで、車両の2輪モデルの設計時に想定した路面状況で且つタイヤの横滑り角が非線形特性とはならない線形域だけでなく、路面μ変化時や限界走行時にあっても横滑り角βを精度よく推定できる。
Then, based on this state equation, the yaw rate and the lateral acceleration are input, and a linear two-
The linear two-
図22は、車体横滑り角βで走行している旋回中の車両を示す。図22に示すように、車体に働く場の力、つまり旋回中心から外側に向かって働く遠心力も、車幅方向から横滑り角β分ずれた方向に発生する。そのため、β推定補償器63は、下記(3)式に従って場の力のずれ分β2を算出する。このずれ分β2は、線形2入力オブザーバ61が推定した車両の横滑り角βに補正をかけるときの基準値(目標値)Gとなる。
FIG. 22 shows a turning vehicle running at a vehicle body side slip angle β. As shown in FIG. 22, the field force acting on the vehicle body, that is, the centrifugal force acting outward from the turning center is also generated in the direction shifted by the side slip angle β from the vehicle width direction. Therefore, the
ここで、Gxは前後加速度である。また、図23に示すように、速度変化による力の釣り合いも考慮する。これにより、旋回によるもののみを抽出すると、前記(3)式を、下記(4)式として表すことができる。 Here, G x is the longitudinal acceleration. Further, as shown in FIG. 23, the balance of force due to the speed change is also taken into consideration. Thereby, when only the thing by turning is extracted, the said (3) Formula can be represented as following (4) Formula.
そして、β推定補償器63は、その目標値β2を線形2入力オブザーバ61が推定した横滑り角βから減算する。さらに、β推定補償器63は、その減算結果に、図24の制御マップによって設定した補償ゲインK2を乗算する。そして、β推定補償器63は、その乗算結果を積分器62の入力としている。
図24の制御マップでは、車両の横方向加速度Gyの絶対値(|Gy|)が第1しきい値以下である場合、補償ゲインK2が零となる。また、車両の横方向加速度Gyの絶対値が第1しきい値よりも大きい第2しきい値以上の場合、補償ゲインK2が比較的大きい一定値となる。また、車両の横方向加速度Gyの絶対値が第1しきい値と第2しきい値との間にある場合、横方向加速度Gyの絶対値が大きくなるほど、補償ゲインK2が大きくなる。
Then, the
In the control map of FIG. 24, when the absolute value (| G y |) of the lateral acceleration G y of the vehicle is equal to or smaller than the first threshold value, the compensation gain K2 is zero. Further, if the absolute value of lateral acceleration G y of the vehicle is of the second or more threshold greater than the first threshold value, the compensation gain K2 is relatively large constant value. Further, when the absolute value of lateral acceleration G y of the vehicle is between the first threshold and the second threshold value, the absolute value becomes larger in the lateral acceleration G y, compensation gain K2 is increased.
このように、図24の制御マップでは、横方向加速度Gyの絶対値が第1しきい値以下で零近傍の値となる場合、補償ゲインK2を零としている。これにより、直進時のように旋回Gが発生しない状況下では補正をする必要がないことから、誤って補正が行われないようにしている。また、図24の制御マップでは、横方向加速度Gyの絶対値が増加して第1しきい値より大きくなると(例えば、0.1Gより大きくなると)、横方向加速度Gyの絶対値に比例してフィードバックゲイン(補償ゲイン)K2を増大させていき、横方向加速度Gyの絶対値が第2しきい値以上になると(例えば0.5G以上になると)、補償ゲインK2を制御の安定する一定値としている。このようにすることで、横滑り角βの推定精度を向上させている。 Thus, in the control map of FIG. 24, when the absolute value of lateral acceleration G y has a value close to zero or less the first threshold value, and the compensation gain K2 is zero. Thereby, since it is not necessary to correct | amend under the condition where the turning G does not generate | occur | produce like the time of straight running, it is trying not to correct by mistake. Further, in the control map of FIG. 24, when the absolute value of lateral acceleration G y is greater than the first threshold value increases (e.g., becomes greater than 0.1 G), proportional to the absolute value of lateral acceleration G y and gradually increases the feedback gain (compensation gain) K2, when the absolute value of lateral acceleration G y is equal to or greater than the second threshold value (for example, equal to or greater than 0.5G), stabilizes the control of the compensation gain K2 Constant value. By doing so, the estimation accuracy of the side slip angle β is improved.
タイヤスリップ角演算部43は、操舵角センサ21が検出した操舵角(タイヤ舵角δ)、ヨーレイトセンサ22が検出したヨーレイトγ、車体速度演算部41が算出した車体速度V、及び車体スリップ角推定部42が算出した車両の横滑り角(車両のスリップ角)βを基に、下記(5)式に従って前後輪それぞれのスリップ角βf,βr(車輪のスリップ角βt)を算出する。
The tire slip
タイヤスリップ角演算部43は、算出した前輪のスリップ角βf(βt)をMz/βt演算部46に出力する。本実施形態では、前輪操舵車両のEPSユニットの構成、すなわち操舵角センサ21及び操舵トルクセンサ35を用いて路面μ(例えば最大路面μ)を推定する構成である。そのため、路面μの推定に必要となるのは、操舵輪である前輪のスリップ角βfだけであり、後輪スリップ角βrは不要となる。
The tire slip
なお、前輪と後輪とでそれぞれ別個に路面μ(例えば最大路面μ)を推定する場合は、後輪スリップ角βrも必要となる。その場合、後輪についてセルフアライニングトルク演算部又は検出部が必要となる。本実施形態で述べる前輪2輪をひとつにまとめて路面μを推定する手法と、前後輪別々に路面μを推定する手法や4輪それぞれで路面μを推定する手法とは、基本的な考え方は同様であるため、ここではその説明は省略する。 Note that when the road surface μ (for example, the maximum road surface μ) is estimated separately for the front wheel and the rear wheel, the rear wheel slip angle β r is also required. In that case, a self-aligning torque calculation unit or detection unit is required for the rear wheel. The basic concept of the method of estimating the road surface μ by combining the two front wheels described in this embodiment, the method of estimating the road surface μ separately for the front and rear wheels, and the method of estimating the road surface μ for each of the four wheels are as follows: Since it is the same, the description is abbreviate | omitted here.
セルフアライニングトルク演算部45は、前述のようなタイヤスリップ角演算部43によるタイヤスリップ角の算出と同時に、セルフアライニングトルクを算出する。そのため、EPSアシストトルク演算部44では、操舵アシストトルクを算出している。具体的には、EPSアシストトルク演算部44は、下記(6)式により、アシストトルクTEPSを算出する。
The self-aligning
ここで、EPSモータ27は、電流Iに比例したトルクを発生する。その比例係数をKMTRとする。また、モータ角をθMTRとしたとき、そのモータ角θMTRについての角加速度及び角速度に比例したトルク損失と摩擦によるトルク損失とがあるので、これらトルク損失を補正する。このとき、慣性に相当するゲインをIMTR、粘性(逆起電力含む)に相当するゲインをCMTR、摩擦をRMTRとし、これらパラメータは事前に同定しておく。
Here, the
セルフアライニングトルク演算部45は、EPSアシストトルク演算部44が算出したアシストトルク、運転者からの入力トルク(操舵トルク)及び操舵角情報(操舵角)を用いて、セルフアライニングトルクを算出する。具体的には、下記(7)式により、セルフアライニングトルクSATを算出する。
The self-aligning
ここで、TSTRは、操舵トルクセンサ35で検出した運転者のからの入力トルクである。θSTRは、操舵角センサ21が検出した操舵角である。この(7)式によれば、運転者からの入力トルクTSTRとアシストトルクTEPSの合計が、路面から入力されるセルフアライニングトルクSATとなる。
なお、ここでもEPSアシストトルク演算部44におけるアシストトルクの演算同様に、操舵系の摩擦等によるトルク損失分を補正する。具体的には、操舵角θSTRについての角加速度及び角速度に比例したトルク損失と、摩擦によるトルク損失とがあるので、これらトルク損失を補正する。このとき、慣性に相当するゲインをISTR、粘性に相当するゲインをCSTR、摩擦をRSTRとし、これらパラメータも事前に同定しておく。セルフアライニングトルク演算部45は、算出した操舵輪(前輪)のセルフアライニングトルクSAT(Mz)をMz/βt演算部46に出力する。
Here, T STR is an input torque from the driver detected by the
In this case as well, the torque loss due to the friction of the steering system is corrected in the same manner as the assist torque calculation in the EPS assist
Mz/βt演算部46は、セルフアライニングトルク演算部45及びタイヤスリップ角演算部43が算出した前輪のセルフアライニングトルクMz及びスリップ角βtを基に、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)を算出する。Mz/βt演算部46は、その算出結果をトルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49に出力する。
また、輪荷重変化量演算部47は、横加速度センサ23及び前後加速度センサ24が検出した横G・前後Gを基に、車輪の輪荷重変化量を算出する。具体的には、横G・前後Gに応じた車輪の輪荷重変化量を算出する。輪荷重変化量演算部47は、その算出結果をトルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49に出力する。
The Mz /
Further, the wheel load change
トルク勾配演算部48は、Mz/βt演算部46が算出したセルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)を基に、スリップ角βt(βf)の変化量とセルフアライニングトルクMzの変化量との比を推定する。すなわち、トルク勾配を推定する。そのため、トルク勾配演算部48は、前記図12に示した特性図をトルク勾配特性マップとして有する。本実施形態では、前輪全体(前輪2輪合計)のトルク勾配特性マップを有する。例えば、メモリ等の記憶媒体にトルク勾配特性マップを記憶し、保持している。これにより、トルク勾配演算部48は、トルク勾配特性マップを参照して、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)に対応するトルク勾配を推定値として得る。
Based on the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt calculated by the Mz /
また、トルク勾配演算部48は、輪荷重変化量演算部47が算出した輪荷重変化量を基に、トルク勾配特性マップを補正する。前記図14を用いて説明したように、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)とトルク勾配との関係を示す特性曲線は、輪荷重に応じて変化する。具体的には、輪荷重に応じて大きさの異なる相似形の特性曲線となる。このようなことから、トルク勾配演算部48は、トルク勾配特性マップ(図12のマップ)を、その横軸(Mz/βt)と縦軸(トルク勾配)との比を保ちつつ補正する。例えば、輪荷重変化量演算部47が算出した輪荷重変化量が輪荷重の初期値を減少させるものであれば、その輪荷重に応じて小さくした相似形の特性曲線にする補正をする。
Further, the torque
また、トルク勾配演算部48は、荷重変化補正関数に従ってトルク勾配特性マップの縮尺比を算出し、縮尺比で補正をすることもできる。荷重変化補正関数は、変動がないときの輪荷重(初期値)を輪荷重変化量演算部47が算出した輪荷重変化量に加算し、その加算値を前記初期値で除し、その除算値からトルク勾配特性マップの縮尺比を算出する関数である。これにより、トルク勾配特性マップをその横軸(Mz/βt)と縦軸(トルク勾配)との比を保ちつつ、その算出した縮尺比を乗算する(倍にする)ことで補正をする。
トルク勾配演算部48は、以上にようにした得た結果(トルク勾配又はその補正値)を不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50に出力する。
The torque
The torque
μ勾配演算部49は、Mz/βt演算部46が算出したセルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)を基に、スリップ角βt(βf)の変化量とタイヤ横力Fy(Fyf)の変化量との比を推定する。すなわち、μ勾配を推定する。そのため、μ勾配演算部49は、前記図17に示した特性図をμ勾配特性マップとして有する。本実施形態では、前輪全体(前輪2輪合計)のμ勾配特性マップを有する。例えば、メモリ等の記憶媒体にμ勾配特性マップを記憶し、保持している。これにより、μ勾配演算部49は、μ勾配特性マップを参照して、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)に対応するμ勾配を推定値として得る。
Based on the ratio (Mz / βt) between the self-aligning torque Mz and the slip angle βt calculated by the Mz /
また、μ勾配演算部49は、輪荷重変化量演算部47が算出した輪荷重変化量を基に、μ勾配特性マップを補正する。前記図18を用いて説明したように、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)とμ勾配との関係を示す特性曲線は、輪荷重に応じて変化する。具体的には、輪荷重に応じて大きさの異なる相似形の特性曲線となる。このようなことから、μ勾配演算部49は、μ勾配特性マップ(図17のマップ)を、その横軸(Mz/βt)と縦軸(μ勾配)との比を保ちつつ補正する。例えば、輪荷重変化量演算部47が算出した輪荷重変化量が輪荷重の初期値を減少させるものであれば、その輪荷重に応じて小さくした相似形の特性曲線にする補正をする。
In addition, the μ
また、μ勾配演算部49は、荷重変化補正関数に従ってμ勾配特性マップの縮尺比を算出し、縮尺比で補正をすることもできる。荷重変化補正関数は、変動がないときの輪荷重(初期値)を輪荷重変化量演算部47が算出した輪荷重変化量に加算し、その加算値を前記初期値で除し、その除算値からμ勾配特性マップの縮尺比を算出する関数である。これにより、μ勾配特性マップをその横軸(Mz/βt)と縦軸(μ勾配)との比を保ちつつ、その算出した縮尺比を乗算する(倍にする)ことで補正をする。
Further, the μ
μ勾配演算部49は、以上にようにした得た結果(μ勾配又はその補正値)を不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50に出力する。
なお、事前に旋回走行実験を行い、そのデータを基にトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを作成している。具体的には、実車での旋回実験(旋回半径一定の加速円旋回が良い)によりセルフアライニングトルク、横力及びスリップ角の実計測を行う。直接計測ができない場合は、他の物理量を計測することもできる。例えば、前後のタイヤ横力Fyf,Fyrを得るときには、横加速度Gy、ヨーレイトγを計測して、これと車両パラメータからなる下記(8)式を連立すれば良い(図25参照)。
The μ
In addition, a turning traveling experiment is performed in advance, and a torque gradient characteristic map and a μ gradient characteristic map are created based on the data. Specifically, actual measurements of self-aligning torque, lateral force, and slip angle are performed by an actual vehicle turning experiment (accelerated circular turning with a constant turning radius is preferable). If direct measurement is not possible, other physical quantities can be measured. For example, when obtaining front and rear tire lateral force Fy f, the Fy r is the lateral acceleration G y, by measuring the yaw rate gamma, this and may be simultaneous with the following equation (8) consisting of vehicle parameters (see FIG. 25).
不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50は、μ勾配演算部49及びトルク勾配演算部48が算出(推定)したμ勾配及びトルク勾配を基に、車両の不安定挙動を抑制する処理を行う。そのため、μ勾配及びトルク勾配を基に、車両挙動が不安定になりそうなとき、又は不安定状態であると判定したときにEPSECU26及びブレーキECU36にアシスト指令値を出力する。本実施形態では、前輪操舵車両の操舵輪に本発明を適用する例を示しているため、前輪のグリップ状態を基に、車両のドリフトアウトを防止する処理を説明する。ここでいう車両のドリフトアウトは、前輪のグリップ状態が飽和して、前輪が横力を失った場合の車両挙動である。
The unstable behavior suppression assist command
図26は、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50の処理手順を示す。図26に示すように、先ずステップS21において、トルク勾配が負値か否かを判定する。トルク勾配が負値の場合(トルク勾配<0)、ステップS22に進む。また、トルク勾配が正値の場合(トルク勾配≧0)、該図26の処理を終了する。
ステップS22では、μ勾配が負値か否かを判定する。μ勾配が正値の場合(μ勾配≧0)、ステップS23に進む。また、μ勾配が負値の場合(μ勾配<0)、ステップS24に進む。
FIG. 26 shows a processing procedure of the unstable behavior suppression assist command
In step S22, it is determined whether or not the μ gradient is a negative value. If the μ gradient is a positive value (μ gradient ≧ 0), the process proceeds to step S23. If the μ gradient is negative (μ gradient <0), the process proceeds to step S24.
ステップS23では、EPSECU26に指令値(不安定挙動抑制アシスト指令)を出力する。ここでは、運転者によるステアリングホイール29の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する指令値を出力する。そして、該図26の処理を終了する。
ステップS24では、EPSECU26に指令値(不安定挙動抑制アシスト指令)を出力する。ここでは、運転者によるステアリングホイール29の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力する。そして、ステップS25に進む。
In step S23, a command value (unstable behavior suppression assist command) is output to
In step S24, a command value (unstable behavior suppression assist command) is output to EPSECU 26. Here, a command value for adding a steering reaction force in a direction that prompts the driver to switch back the
ステップS25では、制動中か否かを判定する。制動中であれば、ステップS26に進む。制動中でなければ、該図26の処理を終了する。
ステップS26では、ブレーキECU36に指令値(不安定挙動抑制アシスト指令)を出力する。ここでは、μ勾配が低下している車輪となるμ勾配低下輪の制動力を弱めるように指令値を出力する。そして、該図26の処理を終了する。
In step S25, it is determined whether braking is in progress. If braking is in progress, the process proceeds to step S26. If not braking, the processing of FIG. 26 is terminated.
In step S26, a command value (unstable behavior suppression assist command) is output to the
以上のように不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50は、車両の不安定挙動を抑制する処理を行う。
(動作及び作用)
図27は、車体走行状態推定装置28での演算処理手順の一例を示す。車体走行状態推定装置28は、この演算処理を車両走行中に実行する。
As described above, the unstable behavior suppression assist command
(Operation and action)
FIG. 27 shows an example of a calculation processing procedure in the vehicle body travel
先ず、車体走行状態推定装置28は、車輪速センサ25が検出した車輪速及び前後加速度センサ24が検出した前後加速度を基に、車体速度を推定する(ステップS11)。そして、車体走行状態推定装置28は、操舵角センサ21が検出した操舵角、ヨーレイトセンサ22が検出したヨーレイト、横加速度センサ23が検出した横加速度、前後加速度センサ24が検出した前後加速度及び車体速度演算部41が算出した車体速度を基に、スリップ角βf(車輪のスリップ角βt)を算出する(ステップS12)。
First, the vehicle body running
また、車体走行状態推定装置28は、EPS電流(電流I)及びモータ回転速度等を基に、EPSアシストトルク(アシストトルクTEPS)を算出する(ステップS13)。そして、車体走行状態推定装置28は、算出したEPSアシストトルク、操舵角及び操舵トルクを基に、セルフアライニングトルクMzを算出する(ステップS14)。車体走行状態推定装置28は、そのように算出したセルフアライニングトルクMz及びスリップ角βtを基に、セルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)を算出する(ステップS15)。
The vehicle body travel
そして、車体走行状態推定装置28は、μ勾配特性マップを参照してセルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)に対応するμ勾配(横方向μ勾配)を算出する(ステップS16)。また、車体走行状態推定装置28は、トルク勾配特性マップを参照してセルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)に対応するトルク勾配を算出する(ステップS17)。
Then, the vehicle body travel
それから、車体走行状態推定装置28は、前記図26の処理を行う。すなわち、トルク勾配が正値であれば(トルク勾配≧0)、該図27の処理を終了する(前記ステップS21)。すなわち、操舵反力を付加する制御等を行わずに終了する。また、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が正値であれば(トルク勾配<0かつμ勾配≧0)、運転者によるステアリングホイール29の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する指令値を出力する(前記ステップS21→ステップS22→ステップS23)。また、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が負値であれば(トルク勾配<0かつμ勾配<0)、運転者によるステアリングホイール29の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力する(前記ステップS21→ステップS22→ステップS24)。このとき、さらに、制動中であれば、μ勾配低下輪の制動力を弱めるように指令値を出力する(前記ステップS25→ステップS26)。
Then, the vehicle body travel
以上の処理による得られる車両挙動を説明する。図28を用いて説明する。
前述のように、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が正値であるとき(トルク勾配<0かつμ勾配≧0)、運転者によるステアリングホイール29の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する指令値を出力している(前記ステップS21→ステップS22→ステップS23)。図28に示すように、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が正値であるとき、注意領域の制御をしている。
The vehicle behavior obtained by the above process will be described. This will be described with reference to FIG.
As described above, when the torque gradient is a negative value and the μ gradient is a positive value (torque gradient <0 and μ gradient ≧ 0), the steering reaction is suppressed in a direction that suppresses the increase of the
注意領域とは、セルフアライニングトルクが飽和(トルク勾配が負値)しているものの横力が未だ飽和前(μ勾配が正値)にある領域である。この注意領域では、ステアリングホイールを切り増すことで、ヨーレイトを増やすことができる。一方、不用意にステアリングホイールを切りすぎると横力Fyが飽和してしまう。このようなことから、注意領域の制御として、ステアリングホイールの切り増しを抑制する方向に操舵アシストするようにEPSECU26に指令値を出力している。例えば、これを、通常アシスト電流に所定値I1(A)の電流(以下、加算アシスト電流という。)を矩形波状に加算することで実現している。これにより、注意領域では、操舵反力の低下により、運転者がステアリングホイールを回し過ぎてしまうのを防止できる。すなわち例えば、セルフアライニングトルクが飽和し、操舵反力が低下したときに、ステアリングホイールが急に軽くなり、運転技量の低い運転者がついステアリングホイールを回し過ぎてしまうのを防止できる。
The attention area is an area where the self-aligning torque is saturated (torque gradient is negative), but the lateral force is still before saturation (μ gradient is positive). In this attention area, the yaw rate can be increased by cutting the steering wheel. On the other hand, if the steering wheel is cut too carelessly, the lateral force Fy will be saturated. For this reason, as a control of the attention area, a command value is output to the
なお、本実施形態では、トルク勾配やμ勾配をリアルタイムで定量的にかつ連続的に推定できる。そのため、切り増し操舵を抑制する方向であれば、指令値(加算アシスト電流)を、安定状態のトルク勾配やμ勾配からの低下量に比例した値にすることができる。ただし、セルフアライニングトルク低下分をキャンセルする指令値を滑らかにしまうと、熟練した運転者にタイヤグリップ力に余裕があるものと誤解させてしまう可能性がある。このようなことから、指令値に振動成分を載せたり(アシスト電流を振動させたり)、音や表示(ブザー、ランプ等)で運転者に知らせる等のインフォメーションの機能を追加することもできる。 In the present embodiment, the torque gradient and μ gradient can be estimated quantitatively and continuously in real time. Therefore, the command value (addition assist current) can be set to a value proportional to the amount of decrease from the torque gradient or μ gradient in the stable state in a direction that suppresses additional steering. However, if the command value for canceling the self-aligning torque decrease is made smooth, there is a possibility that a skilled driver may misunderstand that the tire grip force has a margin. For this reason, it is possible to add an information function such as adding a vibration component to the command value (vibrating the assist current) or notifying the driver by sound or display (buzzer, lamp, etc.).
また、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が負値であるとき(トルク勾配<0かつμ勾配<0)、運転者によるステアリングホイール29の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力している(前記ステップS21→ステップS22→ステップS24)。図28に示すように、トルク勾配が負値であり、かつμ勾配が負値であるとき、飽和領域の制御をしている。
Further, when the torque gradient is a negative value and the μ gradient is a negative value (torque gradient <0 and μ gradient <0), a steering reaction force is applied in a direction that prompts the driver to switch back the
飽和領域とは、ステアリングホイールを切り増しても横力(コーナリングフォース)を増やすことはできず、むしろステアリングホイールを切り増すと横力が低下する領域である。すなわち、車両挙動としてドリフトアウトが起きてしまっている領域である。飽和領域(飽和状態)が発生する要因としては様々考えられる。例えば、操舵輪のスリップ角をつけすぎ(ステアリングホイールを切り過ぎ)ていたり、旋回中に強いブレーキをかけすぎていたりすることが挙げられる。 The saturation region is a region in which the lateral force (cornering force) cannot be increased even when the steering wheel is increased, but the lateral force is decreased when the steering wheel is increased. That is, this is a region where drift-out has occurred as a vehicle behavior. There are various possible causes for the occurrence of the saturated region (saturated state). For example, too much slip angle of the steering wheel (too much turning of the steering wheel) or excessive braking during turning may be mentioned.
この飽和領域の制御では、運転者によるステアリングホイール29の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する指令値を出力している。例えば、これを、通常アシスト電流に所定値I2(A)(>I1)の指令値(加算アシスト電流)を矩形波状に加算することで実現している。これにより、運転者にステアリングホイールを切り戻すことを促し、グリップ力又は横力を確保することができるようになる。その結果、ドリフトアウトを抑制する等の車両挙動を安定化方向に遷移させることができる。
In this saturation region control, a command value for adding a steering reaction force in a direction that prompts the driver to switch back the
さらに、この飽和領域で、制動をかけているとき、μ勾配低下輪の制動力を弱めるように指令値を出力している(前記ステップS25→ステップS26)。すなわち、操舵輪のグリップを回復させるために操舵輪の制動力を弱めるよう指令値を出力している。ここで、左右輪の制動力を独立して制御できる車両であれば、旋回外輪の制動力を特に弱めることもできる。これにより、グリップ力の回復と同時に、左右輪の制動力差により旋回モーメントを発生させて、適切な旋回挙動を確保することができる。
なお、μ勾配が正値であるときには、安定領域の制御として、通常のアシスト制御を行っている。すなわち、指令値(加算アシスト電流)を付加することなく、通常アシスト電流でのみ、アシスト制御を行っている。
Further, when braking is applied in this saturation region, a command value is output so as to weaken the braking force of the μ gradient-decreasing wheel (step S25 → step S26). That is, the command value is output so as to weaken the braking force of the steering wheel in order to recover the grip of the steering wheel. Here, if the vehicle can control the braking force of the left and right wheels independently, the braking force of the outer turning wheel can be particularly weakened. Thereby, simultaneously with the recovery of the gripping force, it is possible to generate a turning moment due to a difference in braking force between the left and right wheels, thereby ensuring an appropriate turning behavior.
When the μ gradient is a positive value, normal assist control is performed as the stable region control. That is, the assist control is performed only with the normal assist current without adding the command value (addition assist current).
以上のように、横力が飽和するより先にトルク勾配が飽和し、トルク勾配が低下し始めることを利用して、トルク勾配及びμ勾配を監視することで、セルフアライニングトルク及び横力の飽和状態を予測している。すなわち、トルク勾配及びμ勾配の低下を、前輪の横力が飽和に近付く状態を示す定量的な指標としている。そして、そのようなセルフアライニングトルク及び横力の飽和状態、さらには制動の有無に応じて、EPS反力制御(操舵反力制御)とブレーキ制御を行っている。 As described above, by utilizing the fact that the torque gradient is saturated before the lateral force is saturated and the torque gradient starts to decrease, the self-aligning torque and the lateral force are monitored by monitoring the torque gradient and the μ gradient. Predicting saturation. That is, the decrease in torque gradient and μ gradient is used as a quantitative index indicating the state in which the lateral force of the front wheels approaches saturation. Then, EPS reaction force control (steering reaction force control) and brake control are performed in accordance with such a self-aligning torque and lateral force saturation state, and also whether or not braking is performed.
(第1の実施形態の変形例)
(1)この第1の実施形態では、操舵反力制御によりステアリングホイールを戻す方向に電流を付加している。これに対して、ドリフトアウトを抑制するという目的であれば、単純に操舵アシストを減らしてマニュアルハンドルに近い状態にすることもできる。このように操舵アシストを減らすことで、操舵反力が重くなり、結果として、運転者がステアリングホイールを切り増すような操舵操作を抑制することができる。
(Modification of the first embodiment)
(1) In the first embodiment, an electric current is applied in a direction in which the steering wheel is returned by the steering reaction force control. On the other hand, for the purpose of suppressing drift-out, the steering assist can be simply reduced to a state close to a manual handle. By reducing the steering assist in this way, the steering reaction force becomes heavier, and as a result, it is possible to suppress a steering operation in which the driver increases the steering wheel.
(2)この第1の実施形態では、入力変数となるセルフアライニングトルクMzとスリップ角βtとの比(Mz/βt)から出力変数となるグリップ特性パラメータ(トルク勾配、μ勾配)を決める際のそれらの間の非線形関係が特性マップ又は特性図といった形になっている。これに対して、そのような非線形関係を数式の形とすることもできる。また、可能であれば、非線形関係とせずに、線形関係に簡略化することもできる。 (2) In the first embodiment, when the grip characteristic parameters (torque gradient, μ gradient) as output variables are determined from the ratio (Mz / βt) of the self-aligning torque Mz as an input variable and the slip angle βt. The non-linear relationship between them is in the form of a characteristic map or characteristic diagram. On the other hand, such a non-linear relationship can be in the form of a mathematical expression. In addition, if possible, the relationship can be simplified to a linear relationship without using a non-linear relationship.
(3)この第1の実施形態では、前輪全体(前輪2輪合計)のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを持っている。これに対して、前輪の各輪毎に個別のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを持つこともできる。この場合、前輪の各輪毎にセルフアライニングトルク及びスリップ角を検出、計測又は推定できる構成を備えることで、前輪の各輪毎に個別のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを取得する。例えば、タイヤスリップ角演算部43、セルフアライニングトルク演算部45、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部46、トルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49に相当する構成(車両接地面摩擦状態推定装置相当の構成)を、車両の右輪と左輪とに備えることで実現できる。
(3) In the first embodiment, a torque gradient characteristic map and μ gradient characteristic map of the entire front wheel (total of two front wheels) are provided. On the other hand, an individual torque gradient characteristic map and μ gradient characteristic map can be provided for each front wheel. In this case, an individual torque gradient characteristic map or μ gradient characteristic map is acquired for each front wheel by providing a configuration capable of detecting, measuring, or estimating the self-aligning torque and slip angle for each front wheel. For example, a configuration corresponding to a tire slip
このように前輪の各輪毎に個別のトルク勾配特性マップやμ勾配特性マップを持つことで、左右輪それぞれについてのセルフアライニングトルクMz及びスリップ角βtの検出結果(推定結果)を基に、左右輪それぞれについてのトルク勾配やμ勾配を得ることができる。これにより、左右輪のトルク勾配(又はμ勾配)の違いから、走行中を含む路面状態の左右差を検出することもできる。これにより、左右輪のグリップ特性の違いを検出できる。例えば、路面μの差分、すなわちスプリットμ状態を検出できる。さらには、スプリットμ状態に起因した車両挙動又は車両特性を検出することができる。 Thus, by having a separate torque gradient characteristic map and μ gradient characteristic map for each front wheel, based on the detection results (estimation results) of the self-aligning torque Mz and the slip angle βt for each of the left and right wheels, A torque gradient and μ gradient for each of the left and right wheels can be obtained. Thereby, it is also possible to detect the left / right difference in the road surface condition including during traveling from the difference in torque gradient (or μ gradient) between the left and right wheels. Thereby, the difference in the grip characteristics of the left and right wheels can be detected. For example, a difference in road surface μ, that is, a split μ state can be detected. Furthermore, it is possible to detect vehicle behavior or vehicle characteristics resulting from the split μ state.
なお、この第1の実施形態では、タイヤスリップ角演算部43、セルフアライニングトルク演算部45及びセルフアライニングトルク−スリップ角比演算部46は、接地面において前記車輪のステアリングを中立位置に戻すトルクであるセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定する入力部を実現している。また、トルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49は、前記入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力部を実現している。すなわち、タイヤスリップ角演算部43、セルフアライニングトルク演算部45、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部46、トルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49は、車両接地面摩擦状態推定装置を実現している。
In the first embodiment, the tire slip
また、この第1の実施形態では、トルク勾配演算部48(トルク勾配特性マップ)及びμ勾配演算部49(μ勾配特性マップ)は、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成されている。又は、トルク勾配演算部48(トルク勾配特性マップ)及びμ勾配演算部49(μ勾配特性マップ)は、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されている。或いは、トルク勾配演算部48(トルク勾配特性マップ)及びμ勾配演算部49(μ勾配特性マップ)は、入力部で求めたセルフアライニングトルクとスリップ度との比の現在値からグリップ特性パラメータの現在値を決定し、かつセルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値と前記セルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じでグリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するよう構成されている。 In the first embodiment, the torque gradient calculation unit 48 (torque gradient characteristic map) and the μ gradient calculation unit 49 (μ gradient characteristic map) do not use the friction coefficient of the ground, and the self-aligning torque and slip The grip characteristic parameter is determined only from the ratio to the degree. Alternatively, the torque gradient calculation unit 48 (torque gradient characteristic map) and the μ gradient calculation unit 49 (μ gradient characteristic map) do not use the friction coefficient of the ground, but only from the ratio of the self-aligning torque and the slip degree, the tire characteristics. It is configured to determine the slope of the curve. Alternatively, the torque gradient calculation unit 48 (torque gradient characteristic map) and the μ gradient calculation unit 49 (μ gradient characteristic map) calculate the grip characteristic parameter from the current value of the ratio between the self-aligning torque and the slip degree obtained by the input unit. The current value is determined, and the slope value of the high friction tire characteristic curve corresponding to the current value of the self-aligning torque and the current value of the slip degree, the current value of the self-aligning torque, and the current value of the slip degree The gradient value of the low friction tire characteristic curve is set to be the same as the current value of the grip characteristic parameter.
また、この第1の実施形態では、トルク勾配特性マップの特性曲線(図12)及びμ勾配特性マップの特性曲線(図17)は、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表わす特性曲線になる。これにより、トルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49は、路面摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されている。
In the first embodiment, the characteristic curve (FIG. 12) of the torque gradient characteristic map and the characteristic curve (FIG. 17) of the μ gradient characteristic map are characteristic curves representing tire characteristics depending on the road surface friction coefficient. Thereby, the torque
また、この第1の実施形態では、トルク勾配特性マップの特性曲線(図12)及びμ勾配特性マップの特性曲線(図17)において、グリップ特性パラメータ(トルク勾配、μ勾配)は、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大するときに増大する関数になる。クリティカルレシオ値は、トルク勾配が零又はμ勾配が零になる値に相当する。そして、トルク勾配特性マップの特性曲線(図12)及びμ勾配特性マップの特性曲線(図17)では、クリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域において、セルフアライニングトルクとスリップ度との比が増大すると、セルフアライニングトルクとスリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するようにグリップ特性パラメータが非線形に増大している。また、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しいとき、グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値に等しく、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から減少すると、前記グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値から減少し、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大すると、グリップ特性パラメータは、クリティカルパラメータ値から増大する。 In the first embodiment, in the characteristic curve (FIG. 12) of the torque gradient characteristic map and the characteristic curve (FIG. 17) of the μ gradient characteristic map, the grip characteristic parameters (torque gradient, μ gradient) are self-aligning. It becomes a function that increases as the ratio of torque to slip increases from the critical ratio value. The critical ratio value corresponds to a value at which the torque gradient becomes zero or the μ gradient becomes zero. In the characteristic curve of the torque gradient characteristic map (FIG. 12) and the characteristic curve of the μ gradient characteristic map (FIG. 17), the ratio between the self-aligning torque and the slip degree is large in a large ratio region larger than the critical ratio value. As the ratio increases, the grip characteristic parameter increases nonlinearly so that the ratio of the increase in the grip characteristic parameter to the increase in the ratio between the self-aligning torque and the slip ratio increases. When the ratio between the self-aligning torque and the slip degree is equal to the critical ratio value, the grip characteristic parameter is equal to the critical parameter value, and when the ratio between the self-aligning torque and the slip degree decreases from the critical ratio value, The grip characteristic parameter decreases from the critical parameter value, and the grip characteristic parameter increases from the critical parameter value when the ratio of the self-aligning torque and the slip degree increases from the critical ratio value.
また、この第1の実施形態では、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50は、制御部を実現している。すなわち、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50による飽和領域の制御は、グリップ特性パラメータ(μ勾配)がクリティカルパラメータ値以下(μ勾配<0)のクリティカル領域(飽和領域)において、グリップ特性パラメータ(μ勾配)をクリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を実現している。また、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50による注意領域の制御は、グリップ特性パラメータ(μ勾配)が所定のクリティカルレパラメータ値より大きい(μ勾配>0)がクリティカルパラメータ値より大の所定の第1パラメータ閾値(トルク勾配<0のときのμ勾配相当値)より小のマージナル領域(注意領域)において、グリップ特性パラメータ(μ勾配)をクリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を実現している。
Moreover, in this 1st Embodiment, the unstable behavior suppression assist command
また、この第1の実施形態では、輪荷重変化量演算部47は、前記車輪の輪荷重を求める輪荷重検出部を実現している。また、トルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、前記輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、入力と出力の関係を補正する補正部の機能により実現している。
また、この第1の実施形態では、トルク勾配特性マップの特性曲線(図12)及びμ勾配特性マップの特性曲線(図17)は、セルフアライニングトルクとスリップ度との比を表す第1軸とグリップ特性パラメータを表す第2軸とを有する平面座標系におけるグリップ特性曲線であり、グリップ特性曲線は、第1軸とクロスオーバ点で交差し、該クロスオーバ点では、セルフアライニングトルクと前記スリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しく、かつグリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値に等しく、グリップ特性曲線は、クロスオーバ点からエンド点まで伸び、エンド点では、グリップ特性パラメータが最大パラメータ値に等しい。そして、トルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、車輪荷重の変化に応じて、エンド点を第1軸と第2軸の交点である原点を通る直線上で移動させることを実現している。又は、トルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、クリティカルレシオ値より大きい領域において、互いに交差することなく互いに沿って曲線状に伸びる曲線族を形成するように、輪荷重に応じてグリップ特性曲線を修正することを実現している。さらに、トルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49における輪荷重変化量に基づく特性マップの補正は、車輪荷重の増大に応じて、エンド点を第1軸と第2軸との交点である原点を通る直線上で原点から離れる方向に移動させ、クロスオーバ点を第1軸上で原点から離れる方向に移動させるように関数関係を補正することを実現している。ここで、トルク勾配特性マップの特性曲線(図12)及びμ勾配特性マップの特性曲線(図17)でトルク勾配やμ勾配が零となる座標が、クロスオーバ点に相当する。また、トルク勾配特性マップの特性曲線(図12)及びμ勾配特性マップの特性曲線(図17)でトルク勾配やμ勾配が最大となる座標が、エンド点に相当する。
In the first embodiment, the wheel load change
In the first embodiment, the characteristic curve of the torque gradient characteristic map (FIG. 12) and the characteristic curve of the μ gradient characteristic map (FIG. 17) are the first axis representing the ratio between the self-aligning torque and the slip degree. A grip characteristic curve in a plane coordinate system having a grip characteristic parameter and a second axis representing the grip characteristic parameter. The grip characteristic curve intersects the first axis at a crossover point, at which the self-aligning torque and the The ratio to the slip ratio is equal to the critical ratio value, the grip characteristic parameter is equal to the critical parameter value, the grip characteristic curve extends from the crossover point to the end point, and at the end point, the grip characteristic parameter is equal to the maximum parameter value. . The correction of the characteristic map based on the wheel load change amount in the torque
(第1の実施形態における効果)
(1)入力部が、接地面において車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度との比である入力を設定している。また、出力部が、入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決めている。よって、車輪のセルフアライニングトルクと車輪のスリップ度がわかれば、その比を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを取得できる。
これにより、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを基に、タイヤ摩擦状態、グリップ状態を適切に推定できる。そして、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、タイヤ摩擦状態をより適切に推定できるため、タイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(Effect in the first embodiment)
(1) The input unit sets an input that is a ratio between the self-aligning torque of the wheel and the slip degree of the wheel on the ground contact surface. The output unit determines an output which is a grip characteristic parameter indicating the grip characteristic of the wheel based on the input set by the input unit. Therefore, if the self-aligning torque of the wheel and the slip degree of the wheel are known, a grip characteristic parameter indicating the grip characteristic of the wheel can be acquired based on the ratio.
Thereby, based on the grip characteristic parameter which shows the grip characteristic of a wheel, a tire friction state and a grip state can be estimated appropriately. And even when the grip force of the wheel is in the limit region, the tire friction state can be estimated more appropriately, so that the margin for the tire friction limit can be estimated appropriately.
よって、実際の横加速度やヨーレイトを基にタイヤ摩擦状態を推定する方法(従来方法)と異なり、車両挙動の急変時にも、タイヤ摩擦状態を適切に推定できる。また、従来方法では、凍結路面等で発生する車両挙動変化の速度が遅いスロースピンや4輪ドリフト状態となった場合、横加速やヨーレイトの値が小さいため、ノイズの影響を受けてしまい、横加速度やヨーレイトの検出値自体の精度が悪化して、タイヤ摩擦状態の推定精度が悪かった。これに対して、本実施形態では、車両挙動変化の速度が遅い場合でも、横加速度やヨーレイトと比較して値が大きいスリップ度(例えばスリップ角)を利用して推定できるため、タイヤ摩擦状態を適切に推定できる。 Therefore, unlike the method of estimating the tire friction state based on the actual lateral acceleration and yaw rate (conventional method), the tire friction state can be appropriately estimated even when the vehicle behavior changes suddenly. In addition, in the conventional method, when the slow behavior of the vehicle behavior change that occurs on the frozen road surface or the case of a four-wheel drift state is reached, the value of the lateral acceleration and the yaw rate is small. The accuracy of the detected values of acceleration and yaw rate deteriorated, and the estimation accuracy of the tire friction state was poor. On the other hand, in the present embodiment, even when the vehicle behavior change speed is slow, it is possible to estimate using a slip degree (for example, slip angle) having a value larger than that of the lateral acceleration or yaw rate. Can be estimated appropriately.
(2)グリップ特性パラメータを、スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率(μ勾配)にしている。これは、セルフアライニングトルクと車輪力(例えば横力)とスリップ度(例えばスリップ角)とが、同じように路面μの影響を受けることを利用したもので、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から、スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率を得ている。すなわち、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から多くの情報を得ることを実現している。これにより、例えば、車輪力センサ等の検出手段で車輪力を得ることができなくても、スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率を得ることができる。 (2) The grip characteristic parameter is a change rate (μ gradient) of wheel force acting on the wheel with respect to the change amount of the slip degree. This utilizes the fact that the self-aligning torque, wheel force (for example, lateral force), and slip degree (for example, slip angle) are similarly affected by the road surface μ. From this ratio, the rate of change of the wheel force acting on the wheel with respect to the amount of change in the slip degree is obtained. That is, it is possible to obtain a lot of information from the ratio between the self-aligning torque and the slip degree. Thereby, for example, even if the wheel force cannot be obtained by a detection means such as a wheel force sensor, the change rate of the wheel force acting on the wheel with respect to the change amount of the slip degree can be obtained.
(3)グリップ特性パラメータを、スリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率(トルク勾配)にしている。これにより、スリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率(トルク勾配)を基に、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度をより適切に推定できる。
(4)出力部が、グリップ特性パラメータとして、スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率(μ勾配)、及びスリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率(トルク勾配)を出力している。すなわち、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から、スリップ度の変化量に対するセルフアライニングトルクの変化率(トルク勾配)を得て、さらには、スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率(μ勾配)を得ている。これにより、セルフアライニングトルクとスリップ度との比から得た複数のパラメータ(トルク勾配、μ勾配)を用いることで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(3) The grip characteristic parameter is the rate of change (torque gradient) of the self-aligning torque with respect to the amount of change in the slip degree. Thereby, based on the rate of change of the self-aligning torque with respect to the amount of change in the slip degree (torque gradient), the margin for the tire friction state, the grip state, and the tire friction limit can be estimated more appropriately.
(4) The output unit outputs the rate of change of the wheel force with respect to the amount of change in the slip degree (μ gradient) and the rate of change of the self-aligning torque with respect to the amount of change in the slip degree (torque gradient) as the grip characteristic parameters. Yes. That is, the rate of change of the self-aligning torque (torque gradient) with respect to the amount of change in the slip degree is obtained from the ratio of the self-aligning torque and the degree of slip, and further, the rate of change in wheel force with respect to the amount of change in the slip degree μ gradient). Thus, by using a plurality of parameters (torque gradient, μ gradient) obtained from the ratio of the self-aligning torque and the slip degree, it is possible to appropriately estimate the margin for the tire friction state, the grip state, and the tire friction limit. .
(5)スリップ度を、車輪のスリップ角としている。ここで、車輪のスリップ角の情報は、通常、車両において容易に取得できる情報である。これにより、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
(6)出力部を、入力により表される入力変数と出力により表される出力変数との間の所定の非線形の関係に応じて、セルフアライニングトルクとスリップ度との比からグリップ特性パラメータを決めるように構成している。そして、入力変数と出力変数との間の所定の非線形関係を、特性曲線又は数式の形としている。このように出力部を簡単な構成にすることで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(5) The slip degree is the slip angle of the wheel. Here, the information on the slip angle of the wheel is usually information that can be easily obtained in the vehicle. Thereby, the margin with respect to a tire friction state, a grip state, and a tire friction limit can be easily estimated.
(6) The output unit determines the grip characteristic parameter from the ratio between the self-aligning torque and the slip degree according to a predetermined non-linear relationship between the input variable represented by the input and the output variable represented by the output. It is configured to decide. The predetermined nonlinear relationship between the input variable and the output variable is in the form of a characteristic curve or a mathematical expression. By making the output unit simple in this way, it is possible to appropriately estimate the margin for the tire friction state, the grip state, and the tire friction limit.
(7)グリップ特性パラメータを、車輪のグリップ状態を表わす変数としている。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成している。このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。 (7) The grip characteristic parameter is a variable representing the grip state of the wheel. The output unit is configured to determine the grip characteristic parameter only from the ratio between the self-aligning torque and the slip degree without using the ground friction coefficient. In this way, a configuration that does not require the friction coefficient of the ground realizes a simple configuration that does not require a map for each friction coefficient of the ground, and the appropriate margin for the tire friction state, the grip state, and the tire friction limit. Can be estimated.
(8)グリップ特性パラメータが、スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線の勾配、スリップ度に対するセルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線の勾配、又はこれら2つの勾配を表している。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成している。このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。 (8) The grip characteristic parameter represents the slope of the tire characteristic curve of the wheel force with respect to the slip degree, the slope of the tire characteristic curve of the self-aligning torque with respect to the slip degree, or these two slopes. The output unit is configured to determine the slope of the tire characteristic curve from only the ratio between the self-aligning torque and the slip degree without using the ground friction coefficient. In this way, a configuration that does not require the friction coefficient of the ground realizes a simple configuration that does not require a map for each friction coefficient of the ground, and the appropriate margin for the tire friction state, the grip state, and the tire friction limit. Can be estimated.
(9)スリップ度に対する車輪力のタイヤ特性曲線又はスリップ度に対するセルフアライニングトルクのタイヤ特性曲線が、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。また、グリップ特性パラメータが、高摩擦タイヤ特性曲線及び低摩擦タイヤ特性曲線うちの少なくとも一つの勾配を表している。そして、入力部が、セルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値からセルフアライニングトルクとスリップ度との比の現在値を求めている。また、出力部を、入力部で求めたセルフアライニングトルクとスリップ度との比の現在値からグリップ特性パラメータの現在値を決定し、セルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とセルフアライニングトルクの現在値とスリップ度の現在値に対応する低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じでグリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するよう構成している。すなわち、タイヤ特性曲線が、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含む、といった地面の摩擦係数を必要としない構成を実現している。加えて、タイヤ特性曲線が、セルフアライニングトルクの現在値及びスリップ度の現在値を基に、グリップ特性パラメータの現在値を得る構成を実現している。これにより、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。 (9) The tire characteristic curve of the wheel force with respect to the slip degree or the tire characteristic curve of the self-aligning torque with respect to the slip degree has a high friction coefficient for a high friction road surface having a high friction coefficient and a low friction coefficient lower than the high friction coefficient. And a low friction tire characteristic curve for a low friction road surface. Further, the grip characteristic parameter represents at least one gradient of the high friction tire characteristic curve and the low friction tire characteristic curve. The input unit obtains the current value of the ratio between the self-aligning torque and the slip degree from the current value of the self-aligning torque and the current value of the slip degree. Also, the output unit determines the current value of the grip characteristic parameter from the current value of the ratio between the self-aligning torque and the slip degree obtained at the input unit, and corresponds to the current value of the self-aligning torque and the current value of the slip degree. The slope value of the high friction tire characteristic curve, the current value of the self-aligning torque, and the slope value of the low friction tire characteristic curve corresponding to the current value of the slip degree are the same and set equal to the current value of the grip characteristic parameter. It is configured to do. That is, ground friction such that the tire characteristic curve includes a high friction tire characteristic curve for a high friction road surface having a high friction coefficient and a low friction tire characteristic curve for a low friction road surface having a low friction coefficient lower than the high friction coefficient. A configuration that does not require a coefficient is realized. In addition, the tire characteristic curve is configured to obtain the current value of the grip characteristic parameter based on the current value of the self-aligning torque and the current value of the slip degree. As a result, a simple configuration such as not requiring a map for each friction coefficient of the ground is realized, and the margin for the tire friction state, the grip state, and the tire friction limit can be estimated appropriately.
(10)タイヤ特性曲線が、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表わす特性曲線になっている。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、セルフアライニングトルクとスリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成している。このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。 (10) The tire characteristic curve is a characteristic curve representing tire characteristics depending on the road surface friction coefficient. The output unit is configured to determine the slope of the tire characteristic curve from only the ratio between the self-aligning torque and the slip degree without using the ground friction coefficient. In this way, a configuration that does not require the friction coefficient of the ground realizes a simple configuration that does not require a map for each friction coefficient of the ground, and the appropriate margin for the tire friction state, the grip state, and the tire friction limit. Can be estimated.
(11)グリップ特性パラメータを、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値から増大するとき増大する関数としている。このようにグリップ特性パラメータを関数として表現したことで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(12)クリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域において、セルフアライニングトルクとスリップ度との比が増大すると、セルフアライニングトルクとスリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するようにグリップ特性パラメータが非線形に増大している。このようにグリップ特性パラメータを所定の特性を有するものして表現したことで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(11) The grip characteristic parameter is a function that increases when the ratio between the self-aligning torque and the slip ratio increases from the critical ratio value. By expressing the grip characteristic parameter as a function in this way, it is possible to appropriately estimate the margin for the tire friction state, the grip state, and the friction limit.
(12) When the ratio of the self-aligning torque and the slip degree increases in a large ratio region larger than the critical ratio value, the ratio of the increase in the grip characteristic parameter to the increase in the ratio of the self-aligning torque and the slip degree is increased. The grip characteristic parameter increases nonlinearly so as to increase. Thus, by expressing the grip characteristic parameter as having a predetermined characteristic, it is possible to appropriately estimate the margin with respect to the tire friction state, the grip state, and the tire friction limit.
(13)セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しいとき、グリップ特性パラメータが、クリティカルパラメータ値に等しくなる。また、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値より下に減少すると、グリップ特性パラメータが、クリティカルパラメータ値より下に減少する。そして、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値より上に増大すると、グリップ特性パラメータが、クリティカルパラメータ値より上に増大する。このようにグリップ特性パラメータを所定の特性でより明確化したことで、タイヤ摩擦状態、グリップ状態及びタイヤの摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。 (13) When the ratio between the self-aligning torque and the slip degree is equal to the critical ratio value, the grip characteristic parameter is equal to the critical parameter value. Further, when the ratio between the self-aligning torque and the slip degree decreases below the critical ratio value, the grip characteristic parameter decreases below the critical parameter value. When the ratio between the self-aligning torque and the slip degree increases above the critical ratio value, the grip characteristic parameter increases above the critical parameter value. As described above, the grip characteristic parameter is further clarified by the predetermined characteristic, so that the margin with respect to the tire friction state, the grip state, and the tire friction limit can be appropriately estimated.
(14)制御部が、グリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値以下のクリティカル領域においては、グリップ特性パラメータをクリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を行っている。さらに、制御部が、グリップ特性パラメータが所定のクリティカルレパラメータ値より大きいがクリティカルパラメータ値より大の所定の第1パラメータ閾値より小のマージナル領域においては、グリップ特性パラメータをクリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を行っている。これにより、グリップリカバリー制御では、運転者にステアリングホイールの切り戻しを促す等して、グリップ力を確保することができる。さらに、グリップ低下予防制御では、運転者によるステアリングホイールの切り増し過ぎを防止し、グリップ力の低下を防止することができる。 (14) In the critical region where the grip characteristic parameter is equal to or less than the critical parameter value, the control unit performs grip recovery control for increasing the grip characteristic parameter from the critical parameter value. Further, the control unit decreases the grip characteristic parameter toward the critical parameter value in the marginal region where the grip characteristic parameter is larger than the predetermined critical parameter value but smaller than the predetermined first parameter threshold value larger than the critical parameter value. Grip reduction prevention control is performed to prevent this. Thereby, in the grip recovery control, it is possible to ensure the grip force by urging the driver to switch back the steering wheel. Furthermore, in the grip reduction prevention control, it is possible to prevent the driver from excessively turning the steering wheel and to prevent a decrease in grip force.
(15)車両接地面摩擦状態推定装置を少なくとも2つ備え、その2つの装置を車両の右輪と左輪とに備えている。これにより、左右輪のグリップ特性の違いを検出することができるようになる。
(16)右輪についてのグリップ特性パラメータと左輪についてのグリップ特性パラメータとを比較して、地面の路面状態の左右差を検出している。これにより、路面状態の左右差として、例えば、路面μの差分、すなわちスプリットμ状態を検出できる。
(15) At least two vehicle ground contact surface friction state estimating devices are provided on the right wheel and the left wheel of the vehicle. Thereby, a difference in grip characteristics between the left and right wheels can be detected.
(16) A grip characteristic parameter for the right wheel and a grip characteristic parameter for the left wheel are compared to detect a left-right difference in the road surface condition of the ground. As a result, for example, a difference in road surface μ, that is, a split μ state can be detected as the left-right difference in the road surface state.
(17)輪荷重検出部が、車輪の輪荷重を求め、補正部が、輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、入力と出力の関係(トルク勾配特性マップ、μ勾配特性マップ)を補正している。これにより、輪荷重に影響されず、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
(18)入力と出力の関係が、セルフアライニングトルクとスリップ度との比を表す第1軸とグリップ特性パラメータを表す第2軸とを有する平面座標系におけるグリップ特性曲線として表わせる関数関係になっている。また、グリップ特性曲線が、第1軸とクロスオーバ点で交差し、該クロスオーバ点では、セルフアライニングトルクとスリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しく、かつグリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値に等しくなっている。さらに、グリップ特性曲線が、クロスオーバ点からエンド点まで伸び、エンド点では、グリップ特性パラメータが最大パラメータ値に等しくなっている。そして、補正部が、車輪荷重の変化に応じて、エンド点を第1軸と第2軸の交点である原点を通る直線上で移動させている。すなわち、グリップ特性曲線が輪荷重に応じて変化するときの特性(相似形状で変化するような特性)を利用し、補正している。これにより、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
(17) The wheel load detection unit determines the wheel load of the wheel, and the correction unit calculates the relationship between the input and output (torque gradient characteristic map, μ gradient characteristic map) based on the wheel load determined by the wheel load detection unit. It is corrected. Thereby, it is possible to obtain the grip characteristic parameter with high accuracy without being influenced by the wheel load.
(18) The relationship between the input and the output is a functional relationship that can be expressed as a grip characteristic curve in a planar coordinate system having a first axis that represents the ratio of the self-aligning torque and the slip ratio and a second axis that represents the grip characteristic parameter. It has become. The grip characteristic curve intersects the first axis at the crossover point, at which the ratio of the self-aligning torque to the slip degree is equal to the critical ratio value and the grip characteristic parameter is set to the critical parameter value. Are equal. Further, the grip characteristic curve extends from the crossover point to the end point, and at the end point, the grip characteristic parameter is equal to the maximum parameter value. And the correction | amendment part is moving the end point on the straight line which passes along the origin which is an intersection of a 1st axis | shaft and a 2nd axis | shaft according to the change of a wheel load. That is, correction is performed using a characteristic when the grip characteristic curve changes according to the wheel load (a characteristic that changes with a similar shape). Thereby, a grip characteristic parameter can be obtained with high accuracy.
(19)クリティカルレシオ値より大きい領域において、互いに交差することなく互いに沿って曲線状に伸びる曲線族を形成するように補正部が輪荷重に応じてグリップ特性曲線を修正している。すなわち、グリップ特性曲線が輪荷重に応じて変化するときの特性(相似形状で変化するような特性)を利用し、補正している。これにより、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。 (19) In a region larger than the critical ratio value, the correction unit corrects the grip characteristic curve according to the wheel load so as to form a curve group extending in a curved line along each other without intersecting each other. That is, correction is performed using a characteristic when the grip characteristic curve changes according to the wheel load (a characteristic that changes with a similar shape). Thereby, a grip characteristic parameter can be obtained with high accuracy.
(20)補正部が、車輪荷重の増大に応じて、エンド点を第1軸と第2軸との交点である原点を通る直線上で原点から離れる方向に移動させ、クロスオーバ点を第1軸上で原点から離れる方向に移動させるように関数関係を補正している。すなわち、グリップ特性曲線が輪荷重に応じて変化するときの特性(相似形状で変化するような特性)を利用し、補正している。これにより、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。 (20) The correction unit moves the end point in a direction away from the origin on a straight line passing through the origin, which is the intersection of the first axis and the second axis, according to the increase in wheel load, and sets the crossover point to the first point. The functional relationship is corrected so that it moves in the direction away from the origin on the axis. That is, correction is performed using a characteristic when the grip characteristic curve changes according to the wheel load (a characteristic that changes with a similar shape). Thereby, a grip characteristic parameter can be obtained with high accuracy.
(21)操舵角検出手段が操舵角を検出している。また、操舵トルク検出手段が、運転者が操舵するときの操舵トルクを検出している。そして、セルフアライニングトルク算出手段が、操舵角検出手段が検出した操舵角及び操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクを基に、セルフアライニングトルクを算出している。これにより、簡単にセルフアライニングトルクを得ることができる。 (21) The steering angle detection means detects the steering angle. The steering torque detection means detects the steering torque when the driver steers. Then, the self-aligning torque calculating means calculates the self-aligning torque based on the steering angle detected by the steering angle detecting means and the steering torque detected by the steering torque detecting means. Thereby, the self-aligning torque can be easily obtained.
(第2の実施形態)
(構成)
第2の実施形態では、車体走行状態推定装置28が前後輪のμ勾配を基に、車両挙動を特定し、その特定した車両挙動に応じてアシスト制御している。
図29は、第2の実施形態における車体走行状態推定装置28の構成を示す。図29に示すように、車体走行状態推定装置28は、スタビリティファクタ演算部61及び車両挙動推定部62を備える。また、第2の実施形態では、前後輪それぞれについてμ勾配を検出する構成を備えている。具体的には、タイヤスリップ角演算部43、セルフアライニングトルク演算部45、セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部46、トルク勾配演算部48及びμ勾配演算部49に相当する構成(車両接地面摩擦状態推定装置相当の構成)を、車両の前輪と後輪とに対応させて備えている。
(Second Embodiment)
(Constitution)
In the second embodiment, the vehicle body running
FIG. 29 shows the configuration of the vehicle body travel
図30は、スタビリティファクタ演算部61及び車両挙動推定部62による処理手順を示す。この処理手順に沿って、スタビリティファクタ演算部61及び車両挙動推定部62における処理内容を説明する。
図30に示すように、先ずステップS31において、スタビリティファクタ演算部61は、スタティックマージンSMを算出する。具体的には、スタビリティファクタ演算部61は、前後輪のμ勾配演算部49が算出(推定)した前後輪のμ勾配Kf,Krを基に、下記(9)式に従ってスタティックマージンSMを算出する。
FIG. 30 shows a processing procedure by the stability
As shown in FIG. 30, first, in step S31, the stability
スタティックマージンSMは、ドリフトアウトやスピンの発生し易さを示す値となる。又は、スタティックマージンSMは、タイヤ横力の飽和状態を示す値となる。例えば、スタティックマージンSMは、前輪31FL,31FRのグリップ状態が限界に達し(タイヤ横力が飽和し)、前輪のμ勾配Kfが零又は負値になると、小さくなる。つまり、前輪でスリップ角が大きくなっても横力が増大しない状態(横力が飽和した状態)になり、ドリフトアウトが発生し易い状態となると、スタティックマージンSMは小さくなる。スタビリティファクタ演算部61は、このような特性を有するスタティックマージンSMを車両挙動推定部62に出力する。
The static margin SM is a value indicating the ease with which drift-out or spin occurs. Alternatively, the static margin SM is a value indicating the saturation state of the tire lateral force. For example, the static margin SM becomes small when the grip state of the
続いてステップS32以降で、車両挙動推定部62は、スタビリティファクタ演算部61が算出したスタティックマージンSMを基に、旋回特性がアンダーステア傾向、オーバステア傾向及びニュートラルステア傾向の何れかであるかを判定する。具体的には、先ずステップS32において、車両挙動推定部62は、スタティックマージンSMが零か否かを判定する。ここで、車両挙動推定部62は、スタティックマージンSMが零の場合(SM=0)、ステップS33に進む。また、車両挙動推定部62は、スタティックマージンSMが零でない場合(SM≠0)、ステップS34に進む。なお、スタティックマージンSMが零を含む所定の範囲内にある場合に、スタティックマージンSMが零であると判定することもできる。
Subsequently, in step S32 and subsequent steps, the vehicle
ステップS34では、スタティックマージンSMが正値か否かを判定する。ここで、車両挙動推定部62は、スタティックマージンSMが正値の場合(SM>0)、ステップS35に進む。また、車両挙動推定部62は、そうでない場合(SM<0)、ステップS36に進む。
ステップS33では、車両挙動推定部62は、車両の旋回特性がニュートラルステア傾向にあると判定する。また、ステップS35では、車両挙動推定部62は、車両の旋回特性がアンダーステア傾向にあると判定する。さらに、ステップS36では、車両挙動推定部62は、車両の旋回特性がオーバステア傾向にあると判定する。車両挙動推定部62は、その判定結果を、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50に出力する。
In step S34, it is determined whether or not the static margin SM is a positive value. Here, if the static margin SM is a positive value (SM> 0), the vehicle
In step S33, the vehicle
不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50は、車両挙動推定部62から入力される判定結果を基に、不安定挙動抑制アシスト指令をEPSECU26に出力する。具体的には、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50は、車両挙動推定部62がアンダーステア傾向にあると判定している場合(SM>0)、不安定挙動抑制アシスト指令をEPSECU26に出力する。ここで出力する不安定挙動抑制アシスト指令は、EPSモータ27の出力を低減させるための指令信号である。これにより、アンダーステア傾向にあり、ドリフトアウトが発生し易いとき、EPSモータ27による操舵力アシストトルクを低減している。
The unstable behavior suppression assist command
また、不安定挙動抑制アシスト指令値演算部50は、車両挙動推定部62がオーバステア傾向にあると判定している場合(SM<0)、不安定挙動抑制アシスト指令をEPSECU26に出力する。ここで出力する安定挙動抑制アシスト指令は、EPSモータ27の出力を低減させないようにしている。すなわち、操舵力アシストトルクの低減を抑制している。4輪ドリフト状態やスピン挙動が発生した場合には素早くカウンタステア(復帰操舵)を当てる必要がある。このため、単に前輪のグリップ低下に合わせてアシスト量を減らす制御だけでは、カウンタステアを当てにくくなる。このようなことから、操舵力アシストトルクを低減しないことで、オーバステア傾向にあり、スピンが発生し易い状況下で、素早いカウンタステアを当てることができ、車両挙動を安定化させることができる。
Further, the unstable behavior suppression assist command
そして、前記第1の実施形態のように、μ勾配及びトルク勾配を基に、注意領域(トルク勾配<0かつμ勾配≧0)及び飽和領域(トルク勾配<0かつμ勾配<0)を特定して、その領域に対応させて安定挙動抑制アシスト指令を出力することもできる。これにより、注意領域及び飽和領域に対応させて、ドリフトアウトを防止したり、スピンの発生を防止したりすることもできる。 Then, as in the first embodiment, the attention region (torque gradient <0 and μ gradient ≧ 0) and the saturation region (torque gradient <0 and μ gradient <0) are specified based on the μ gradient and torque gradient. Then, it is also possible to output a stable behavior suppression assist command corresponding to the region. Thereby, it is possible to prevent drift-out and to prevent the occurrence of spin, corresponding to the attention region and the saturation region.
(第2の実施形態における効果)
(1)車両接地面摩擦状態推定装置を少なくとも2つ備え、その2つの装置を車両の前輪と後輪とにそれぞれ備えている。これにより、前後輪のグリップ特性の違いを検出することができるようになる。
(2)前輪についてのグリップ特性パラメータと後輪についてのグリップ特性パラメータとを比較して、車両特性の変動を推定している。これにより、車両特性の変動として、例えば、オーバステア傾向やアンダーステア傾向を推定できる。
(Effect in 2nd Embodiment)
(1) At least two vehicle ground contact surface friction state estimation devices are provided, and the two devices are provided on a front wheel and a rear wheel of the vehicle, respectively. Thereby, a difference in grip characteristics between the front and rear wheels can be detected.
(2) The variation in vehicle characteristics is estimated by comparing the grip characteristic parameters for the front wheels and the grip characteristic parameters for the rear wheels. As a result, for example, an oversteer tendency or an understeer tendency can be estimated as a change in vehicle characteristics.
21 操舵角センサ、22 ヨーレイトセンサ、23 横加速度センサ、24 前後加速度センサ、25 車輪速センサ、26 EPSCPU、27 EPSモータ、28 車体走行状態推定装置(車両接地面摩擦状態推定装置)、29 ステアリングホイール、30 ステアリングシャフト、31FL〜31RR 車輪、32 ピニオン、33 ラック、34 タイロッド、35 操舵トルクセンサ、36 ブレーキECU、41 車体速度演算部、42 車体スリップ角推定部、43 タイヤスリップ角演算部、44 EPSアシストトルク演算部、45 セルフアライニングトルク演算部、46 セルフアライニングトルク−スリップ角比演算部、47 輪荷重変化量演算部、48 トルク勾配演算部、49 μ勾配演算部、50 不安定挙動抑制アシスト指令値演算部、61 スタビリティファクタ演算部、62 車両挙動推定部 21 Steering angle sensor, 22 Yaw rate sensor, 23 Lateral acceleration sensor, 24 Longitudinal acceleration sensor, 25 Wheel speed sensor, 26 EPS CPU, 27 EPS motor, 28 Vehicle body travel state estimation device (vehicle ground contact surface friction state estimation device), 29 Steering wheel , 30 Steering shaft, 31 FL to 31 RR wheel, 32 pinion, 33 rack, 34 tie rod, 35 steering torque sensor, 36 brake ECU, 41 vehicle body speed calculation unit, 42 vehicle body slip angle estimation unit, 43 tire slip angle calculation unit, 44 EPS assist torque calculation unit, 45 self-aligning torque calculation unit, 46 self-aligning torque-slip angle ratio calculation unit, 47 wheel load change calculation unit, 48 torque gradient calculation unit, 49 μ gradient calculation unit, 50 unstable Behavior suppression assist command value calculation unit, 1 stability factor calculation unit, 62 vehicle behavior estimating section
Claims (22)
接地面において前記車輪のステアリングを中立位置に戻すトルクであるセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定する入力部と、
前記入力部で設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力部と、
を備え、
前記グリップ特性パラメータは、前記スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率、及び、前記スリップ度の変化量に対する前記セルフアライニングトルクの変化率の少なくとも一方であり、
前記グリップ特性パラメータの大きさに基づいて、車輪接地面の摩擦状態或いは車輪の路面グリップ状態、又は摩擦限界に対する余裕度を推定することを特徴とする車両接地面摩擦状態推定装置。 In the vehicle ground contact surface friction state estimation device for estimating the ground contact surface grip characteristics of the vehicle wheel,
An input unit that sets an input that is a ratio of a self-aligning torque that is a torque that returns the steering of the wheel to a neutral position on the ground surface and a slip degree of the wheel;
Based on the input set in the input unit, an output unit that determines an output that is a grip characteristic parameter indicating a grip characteristic of the wheel;
Equipped with a,
The grip characteristic parameter is at least one of a change rate of wheel force acting on a wheel with respect to a change amount of the slip degree, and a change rate of the self-aligning torque with respect to the change amount of the slip degree,
On the basis of the size of the grip characteristic parameter, friction state or the wheels of the road surface gripping state of the wheel vertical plane, or vehicle ground plane friction state estimating apparatus characterized that you estimate margin for the friction limit.
運転者が操舵するときの操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記操舵角検出手段が検出した操舵角及び前記操舵トルク検出手段が検出した操舵トルクを基に、前記セルフアライニングトルクを算出するセルフアライニングトルク算出手段と、
を備えることを特徴とする請求項1〜20の何れか1項に記載の車両設置面摩擦状態推定装置。 Steering angle detection means for detecting the steering angle;
Steering torque detection means for detecting steering torque when the driver steers,
Self-aligning torque calculating means for calculating the self-aligning torque based on the steering angle detected by the steering angle detecting means and the steering torque detected by the steering torque detecting means;
The vehicle installation surface friction state estimation device according to any one of claims 1 to 20 , wherein the vehicle installation surface friction state estimation device is provided.
接地面において前記車輪のセルフアライニングトルクと前記車輪のスリップ度との比である入力を設定する入力ステップと、
前記入力ステップで設定した入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力ステップと、
を有し、
前記グリップ特性パラメータは、前記スリップ度の変化量に対する車輪に作用する車輪力の変化率、及び、前記スリップ度の変化量に対する前記セルフアライニングトルクの変化率の少なくとも一方であり、
前記グリップ特性パラメータの大きさに基づいて、車輪接地面の摩擦状態或いは車輪の路面グリップ状態、又は摩擦限界に対する余裕度を推定することを特徴とする車両接地面摩擦状態推定方法。 In the vehicle ground contact surface friction state estimation method for estimating the ground contact surface grip characteristics of the vehicle wheel,
An input step for setting an input which is a ratio of a self-aligning torque of the wheel and a slip degree of the wheel on a ground surface;
Based on the input set in the input step, an output step for determining an output that is a grip characteristic parameter indicating a grip characteristic of the wheel;
I have a,
The grip characteristic parameter is at least one of a change rate of wheel force acting on a wheel with respect to a change amount of the slip degree, and a change rate of the self-aligning torque with respect to the change amount of the slip degree,
A vehicle ground contact surface friction state estimation method characterized by estimating a friction state of a wheel contact surface or a road surface grip state of a wheel or a margin with respect to a friction limit based on the magnitude of the grip characteristic parameter .
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