JPH01101434A - 路面摩擦係数検出装置 - Google Patents

路面摩擦係数検出装置

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JPH01101434A
JPH01101434A JP62260451A JP26045187A JPH01101434A JP H01101434 A JPH01101434 A JP H01101434A JP 62260451 A JP62260451 A JP 62260451A JP 26045187 A JP26045187 A JP 26045187A JP H01101434 A JPH01101434 A JP H01101434A
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JP
Japan
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vehicle
friction coefficient
road surface
surface friction
steering
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Application number
JP62260451A
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English (en)
Inventor
Kenichi Watanabe
憲一 渡辺
Akihiko Miyoshi
三好 晃彦
Shoichi Kamimura
上村 昭一
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Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、車両のタイヤと路面との間の路面摩擦係数を
検出する摩擦係数検出装置に係り、特に車両の動特性に
応じた路面摩擦係数を検出するようにしたものに関する
(従来の技術) 従来より、車両のタイヤと路面との間の路面摩擦係数を
検出する摩擦係数検出装置として、例えば特開昭59−
148769号公報に開示される如く、前輪の舵角に応
じて路面摩擦係数の値を複数個予測し、該予測された摩
擦係数にそれぞれ対応する横加速度を演算して、・該演
算された横加速度と実測された横加速度とを比較し、最
も近い値に対応する予測摩擦係数を選択することにより
、実際の摩擦係数を推定し、この推定した摩擦係数を用
いて旋回走行時の後輪舵角を制御しようとするものが知
られている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、上記従来のものでは、摩擦係数が一定で
あると仮定するにとどまり、操舵入力に対する車両の横
加速度やヨーレイト等の過渡応答特性つまり動特性が同
等考慮されていない。したがって、ハンドルの操舵角度
の変化がない状態、つまり定常円を描く旋回走行時等の
定常状態ではある程度の推定精度を確保することができ
るが、現実には、そのような定常状態はごくまれである
すなわち、上記従来のものでは、十分信頼し得る高精度
の路面摩擦係数を導出して1確な旋回走行制御に供する
ことができない。
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、操舵入力に対する車両の動特性をも考慮して路面
摩擦係数を検出することにより、旋回走行時等の路面摩
擦係数の変化をも検出し、旋回走行制御等に有用な路面
摩擦係数検出装置を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、第1図に
示すように、車両のタイヤと路面との間の摩擦係数μを
検出する路面摩擦係数検出装置を対象とする。
そして、車両重心点の横加速度aY等の車両の運動状態
を検出する運動状態検出手段51と、前後輪舵角δF、
δRなどの操舵状態を検出・する操舵状態検出手段37
と、車両の走行速度■を検出する車速検出手段53と、
車両の重量m1車両の重心点と前後輪軸との距離a、 
b、標準状態における前輪および後輪のタイヤコーナリ
ングパワーKF、KR並びに車両のヨー慣性モーメント
エなどの車両のスタビリテイファクタを記憶する記憶手
段31と、上記運動状態検出手段51、操舵状態検出手
段37および車速検出手段53の出力値と記憶手段31
の記憶内容とに応じて、車両の基本的な運動方程式から
導出される式 a −EV 1m (a’lcF+b’Ki ) + 
1−K)−s −m−V’(a−KF−b−KR) ]
 av/2 C−KFKR(V (b−δF+a−δR
)−8+V’(δF−δR) −c−avl     
    (1)(ただし、c−a+bs K−KF+K
Rs sはラプラス演算子)に基づき、路面摩擦係数μ
を演算する摩擦係数演算手段39とを設ける構成とした
ものである。
ここに、上記(1)式は、以下のようにして導出された
ものである。
すなわち、第4図に示すように、車両の旋回時において
タイヤに働く力の釣り合いから、基本的な下記の運動方
程式、 m−aY−2FF +2 FR(3) I−ナー2 a−FF−2b−FR(4)Fp−p−K
F CδF−β−a−7/V)   (5)FR−u・
KRCδR−J+b・y/V)   (6)ただし、 
■(Δ+γ)=av      (刀(ここで、FFI
  FRはそれぞれ前輪2.後輪3のコーナリングフォ
ース、γはヨーレイトである)を得るが、上記式(3)
〜(7)から、FF、PR,β。
γ、ナを消去すると、 [m−1−V”−s”+ 2 u・V (m (♂KF
 +b’KR) 十I・Kl −s + 4 c”KF
−Kp−B −2p−m−V’(a−Krニーb−KR
)] av− 2u−1−V” CKF−6F +KR−δR)−s’
+ 4 rV−KF−KR−C(b−δp+a−δR)
−s + 46”V’Kr:・KR−C(δF−δR)
          (8)を得る(ただし、Sはラプ
ラス演算子、K−KF+KR,cma+b)。
ここで、8の二乗項は過渡応答の高周波成分であって、
通常無視し得るので零とおき、上式の両辺をμで除する
ことにより、 tl−[V (m (a’Kp +b”KR) +I−
K)−s −m−V”(a−KF−b−KR) ] a
Y/2 C−KF−KR(V (b・δF+a−δR)
−s+V’(δF−δR)−c−aY) つまり上記(1)式を得る。
(作用) 以上の構成により、本発明では、車両の旋回走行時等に
おいて、記憶手段31に記憶された車両のスタビリテイ
ファクタと、運動状態検出手段51、操舵状態検出手段
37および車速検出手段53で検出された車両重心点の
横加速度a ’/ s前輪舵角δF1後輪舵角δRおよ
び車速Vなどの変数とに応じて、摩擦係数演算手段39
により、車両の基本的な運動方程式から導かれる(1]
式に基づき、車両の動特性に対応したタイヤと路面との
間の路面摩擦係数μが算出される。
よって、車両の動特性に応じた路面摩擦係数μの変化を
速やかに正確に検出することができ、このように導出さ
れた路面摩擦係数μを車両の旋回走行制御等に利用する
ことにより、例えば圧雪路の旋回走行等においても安定
した走行を行うことができる。
(実施例) 以下、本発明の実施例について、第2図以下の図面に基
づき説明する。
第2図は、本発明を適用した車両の4輪操舵装置の全体
構成を示し、2.2は車両の左右の前輪、3.3は左右
の後輪である。5は上記前輪2.2の舵角δFを調節す
る前輪操舵機構である。該前輪操舵機構5は、前輪2,
2を回転自在に支持するとともにジヨイント部6aを介
して車体に支持された左右一対のナックル部材6.6と
、該ナックル部材6.6のナックルアーム部6b、6b
にそれぞれ一端が連結された左右一対のタイロッド8.
8と、該一対のタイロッド8,8の各他端同士をそれぞ
れ両端で連結してなるラック軸9と、ハンドル4の回転
をピニオンおよびラック(いずれも図示せず)を介して
上記ラック軸9の左右の移動に変換させるステアリング
ギヤ機構10とを主要部材として構成されている。
そして、該前輪操舵機構5において、ハンドル4が一定
の操舵角θで回転されると、ステアリングギヤ機構10
によりラック軸9を介してタイロッド8,8が左右方向
に移動し、その移動により、ナックル部材6,6がジヨ
イント部6a、6aの回りにそれぞれ回動させられて、
前輪2,2がフロントギヤ比2(−θ/δF)に応じた
前輪舵角δFで転舵させられるようになされている。
また、上記後輪3,3側には、左右の後輪3゜3を上記
前輪操舵機構5による前輪2,2の転舵に伴なって転舵
させるための後輪操舵機構12が設けられている。該後
輪操舵機構12は、上記前輪操舵機構5と同じ機能を有
する各要素、つまり一対のナックル部材13.13と、
タイロッド14.14と、ラック軸15とを有するとと
もに、該ラック軸15のラック部15aに先端のビニオ
ン部16aで噛合するピ冊オン軸16と、該ピニオン軸
16の他端に取付けられた傘歯車18と、該傘歯車18
に噛合する傘歯車19を出力軸に取付けてなるパルスモ
ータ20とを主要部材として構成されている。
そして、上記前輪操舵機構5による前輪舵角δFの調節
に応じて、後述の制御ユニット21によりパルスモータ
20が駆動されると、パルスモータ20の回転駆動力が
2つの傘歯車19.18、ピニオン部16aおよびラッ
ク部15aを介してラック軸15の左右方向の運動に変
換されるようになされている。
さらに、上記後輪操舵機構12のラック軸15には、そ
の車幅方向の往復運動をアシストするためのパワーシリ
ンダ23が配設されていて、該パワーシリンダ23は、
ラック軸15に一体的に取付けられたピストン23aと
、該ピストン23aによって仕切られる2つの油圧室2
3b、23cとを有している。また、該油圧室23b、
23cはそれぞれ油圧通路24.’ 25を介してコン
トロールバルブ26に連通している。該コントロールバ
ルブ26は、油供給通路27および油戻し通路28を介
してポンプ駆動用モータ30により回転駆動される油圧
ポンプ29に連通されている。
上記コントロールバルブ26は、ピニオン軸16の回転
方向に応じてパワーシリンダ23の油圧室23b、23
Cに対する油圧の供給を制御するものである。すなわち
、パルスモータ20の回転駆動力により後輪3,3を転
舵すべ(、傘歯車18.19およびピニオン軸16を介
してラック軸15が車幅方向に移動させられるとき、後
輪3゜3の転舵方向に応じて、油圧供給通路27および
油戻し通路28と、各油圧通路24.25と、各油圧室
23 b、  23 cとの連通関係を切換え、パワー
シリンダ23の油圧室23 b、  23 cに対する
圧油の給排により、ラック軸15の車幅方向の移動を助
成し、後輪3.3を所定の後輪舵角δRだけ転舵させる
ようになされている。
次に、21は、上記パルスモータ2oおよびポンプ駆動
用モータ30を制御する制御ユニットであって、該制御
ユニット21には、下記各センサ51〜53の信号が入
力されている。すなわち、51は車両の旋回走行時等に
おいて車体に作用する車幅方向の力っまり横力から横加
速度aYを検出する運動状態検出手段としての横力セン
サ、52はハンドル舵角θから予め定められた所定のフ
ロントギヤ比2に基づき前輪舵角δFを検出する舵角セ
ンサ、53は左方の前輪2の回転数に基づき車速Vを検
出する車速検出手段としての車速センサである。
そして、上記制御ユニット21は、第3図に示すように
、車両の重Qm%車両の重心点と前輪軸との距離a1車
両の重心点と後車輪との距離b1標準状態における前輪
および後輪のタイヤコーナ     −リングパワーK
 F 、K Rs車両のヨー慣性モーメントlなどの車
両のスタビリテイファクタ、後述の路面摩擦係数μの演
算式、転舵比特性などの制御に必要なデータを記憶する
記憶手段としての記憶部31と、外部スイッチSWの切
換えを検知して、車両の横滑り角βが零の制御を行う側
になりているか否か(後述する)を判別するとともに、
その判別結果に応じて上記記憶部31に設定されている
路面摩擦係数μの演算式を切換える切換器32と、該切
換器32で選択された路面摩擦係数μの演算式に基づき
上記各センサ類の出力に応じて、路面とタイヤとの間の
路面摩擦係数μを演算する摩擦係数演算部33と、該摩
擦係数演算部33の出力に応じて記憶部31に記憶され
た転舵特性から適正な転舵特性゛を選択する転舵比特性
選択部34と、該転舵比特性選択部34で選択された転
舵比Rの特性に基づき転舵比Rっまり後輪舵角δRを演
算するとともに、上記摩擦係数演算部33における路面
摩擦係数μの演算のための後輪舵角δRを検出する機能
を有する後輪舵角演算部35と、該後輪舵角演算部35
の出力を受け、上記パルスモータ20およびポンプ駆動
用モータ30を駆動するためのパルス信号を形成するパ
ルス信号形成部36と、該パルス信号形成部36から得
られたパルス信号に基づいてパルスモータ20およびポ
ンプ駆動用3oを駆動する駆動部MCとで構成されてい
る。ここで、上記舵角センサ52および後輪舵角演算部
35により、前後輪舵角δF。
δRなどの操舵状態を検出する操舵状態検出手段37が
構成されている。
そして、本発明の特徴として、上記記憶部31には、以
下のようにして定められた路面摩擦係数μの演算式が設
定されている。
すなわち、第4図に示すように、車両の旋回時において
タイヤに働く力の釣り合いから、下記に示す基本的な前
出の運動方程式(3)〜(7)%式% ただし、 v<A十γ) −av (ここで、FF、PRはそれぞれ前輪2.後輪3のコー
ナリングフォース、γはヨーレイトである)を得るが、
上記式(3)〜(力からFF、PR,β、γ。
子を消去すると、 [m−1−V’−s”+ 2 B−V (m (a’K
F+ b’KR) +I・Kl・s + 4 c’KE
−KR−u’−2μmm−V’ (a−KF−b−KR
)lav− 2p小V’CKF−δF + KR−6R)−s’+ 
4 p’V°KF°KR−C(b°δp+a−δR)−
s +4 JV’Kr:°KR−c (δF−δR) つまり前出の(8)式を得る(ただし、Sはラプラス演
算子、K−Kp +kRs c−a+b)。
ここで、8の二乗項は過渡応答の高周波成分であって、
通常無視し得るので零とおき、上式の両辺をμで除する
ことにより、 tl−[V  (m (a’KF+b”KR)+I−K
)−a−m−V’Ca−KF−b−KR)]  aY/
2 C−KF−KR(V (jt−δF+a−δR)−
8+V’(δF−δR)−c−aY) つまり前出の(1)式を得る。
すなわち、路面摩擦係数μが、車速V、重車両慣性質量
m、車両重心点と前輪軸間の距離a、車両重心点と後輪
軸間の距離す、標準状態における前輪2及び後輪3のコ
ーナリングフォースKF。
KR,ヨー慣性モーメントIなどのスタビリテイファク
タおよび車両重心点の横加速度aY、前輪舵角δF、後
輪舵角δRおよび車速Vなどの変数から求まることにな
る。
なお、特に4輪操舵などでβを零とする制御を行うよう
なものでは、上記方程式(3)〜(刀においてβ−〇と
すれば、より簡単な式、 p−m−aY/2 (Kp・δF+KR・δR−(av
/V’ ) Ca−Kt= −b−に* ) )   
  (2)を得る。本実施例では、車両の制御の種類に
応じて、路面摩擦係数μを演算する基本的な運動方程式
として、上記(1)または(2)式を上記切換器32に
より切換えるようにしている。
実際には、上記(2)式を変形して、 u=m−aY/ ((KF +R−KR)(θ/Z)−
(aY/V’)(a−KF−b−KR)l   (9)
として、前輪舵角δFをハンドル舵角θ、フロントギヤ
比2で置換え、後輪舵角δR4転舵比Rで置換えている
上記記憶部31には、上記転舵比特性選択部34で選択
すべき転舵比特性が設定されている。すなわち、この転
舵比特性は、第6図に示すように、基本的に、転舵比R
を車速Vが小さいときには逆位相側に、車速Vが大きい
ときには同位相側にそれぞれなるように連続的に変化さ
せる左ともに、路面摩擦係数μの変化に応じて、3種類
の転舵比特性に切換えるものである。例えば、路面摩擦
係数μが標準的な値の時には、図中曲線r2のごとくな
るのに対し、路面摩擦係数μが比較的小さいときには、
図中曲線r1のごとく転舵比Rが同位相側に逆転する車
速v1の値を上記標準特性の同車速v2よりも低く、逆
に路面摩擦係数μが比較的大きいときには、図中曲線r
3のごとく位相逆転の車速値v3を高い側にそれぞれ設
定されている。
次に、第5図は、上記摩擦係数演算部33において所定
のサンプリング周期ごとに行われる路面摩擦係数μの演
算手順を示す。まず、ステップS1で上記車速センサ5
3ミ横カセンサ51、舵角センサ52および後輪舵角演
算部35の信号から車速v1車両重心点の横加速度a 
Y sハンドル舵角θ、転舵比Rを読取り、ステップ8
2〜S4でそれぞれ車速v1ハンドル舵角θ、横加速度
aVが所定の設定値以上か否かを判別し、各判別がYE
Sであれば、順に進んで、ステップS5で上記(1)ま
たは(2)式((9)式に変形したもの)に基づいて、
路面摩擦係数μを算出したのちステップS7に進む。一
方、上記ステップ82〜S4における判別のいずれかが
NOlつまり車速Vの値、ハンドル舵角θの絶対値およ
び車両の横加速度aYの絶対値がそれぞれ設定値よりも
低い場合には、上記(1)または(2)式の右辺の分母
が零に近付き誤差が増大する虞れがあるため、路面摩擦
係数μの演算を行わずに、ステップS6で前回のサンプ
リング時に演算した路面摩擦係数μの値を設定してステ
ップS7に移行する。このステップS7では、路面摩擦
係数μが負か否かを判別し、判別がμく0のYESであ
れば、路面摩擦係数μの特性からして不合理であるので
ステップS8でμm0に再設定する一方、ステップS7
における判別がμ≧0のNOであるときにはそのままで
ステップS9に進む。
そして、ステップS9では、制御を円滑に行うために、 μ′ −μ/(1+τ・s )         Go
)(ただし、μ′はμを積分化処理した新しい積分化摩
擦係数、τは積分時定数、Sはラプラス演算子)に基づ
き路面摩擦係数μの積分化処理を行って制御を終了する
よって、本実施例では、上記ステップSsにより、上記
横力センサ(運動状態検出手段)51゜舵角センサ52
および後輪舵角演算部35(操舵状態検出手段37)な
らびに車速センサ(車速検出手段)53の出力と記憶部
(記憶手段)31の記憶内容とに応じて、上記(1)式
に基づき、路面摩擦係数μを演算する摩擦係数演算手段
39が構成されている。
車両の旋回走行時等に、各センサ51〜53の出力を受
けて、上記路面摩擦係数演算部33により、上記基本的
な運動方程式から導出された式(1)または(2)に基
づいて路1面摩擦係数μが演算されると、上記転舵比特
性選択部34により、上記路面摩擦係数演算部33で算
出された路面摩擦係数μ(実際には積分化摩擦係数μ′
)の値の大小に応じて、予め上記記憶部31に設定され
た第6図の転舵比特性曲線r1〜r3のうちいずれかが
選択される。次に、上記後輪舵角演算部35により、上
記転舵比選択部34で選択された転舵比、上記舵角セン
サ52で検出された前輪舵角δFおよび上記車速センサ
53で検出された車速Vの値に応じて、適切な後輪舵角
δRが演算される。さらに、パルス信号形成部36でそ
の演算値に応じたパルス信号が出力され、駆動部MCに
より該パルス信号に応じて上記パルスモータ20および
ポンプ駆動用モータ30が駆動されて、後輪3,3が所
定の舵角δRになるよう駆動される。
したがって、上記実施例では、車両の旋回走行時、タイ
ヤと路面との間の路面摩擦係数μを各検出手段で検出さ
れた車両重心点の横加速度aY。
前輪舵角δF、後輪舵角δRおよび車速Vに応じて、基
本的な運動方程式から導出された(1)または(2)式
に基づき演算するようにしたので、車両の運動状態に応
じた路面摩擦係数μの変化を速やかに検出することがで
きる。そして、このように演算された路面摩擦係数μに
応じた後輪舵角δRの制御を行うので、制御遅れを生ず
ることなく、例えば圧雪路の旋回走行等においても安定
した走行を行うことができるのである。
また、特に、上記実施例ではステップS9で演算された
路面摩擦係数μの積分化処理を行っているので、過渡応
答における路面摩擦係数μの微細な変動が平準化され、
より安定した旋回走行を行うことができるという著効を
有する。
なお、本発明の適用は上記実施例のような4輪操舵の制
御のみに限定されるものではなく、例えば2輪操舵の制
御にも適用可能である。その場合、本発明の路面摩擦係
数検出装置で検出された路面摩擦係数μを利用して、低
摩擦係数を有する路面で走行する場合等に利用されるい
わゆるアンチロック・ブレーキ・システムに適用すれば
、旋回走行時等に実際の路面摩擦係数μの変化に対応し
たブレーキ力の制御を行うことができ、制御効果を向上
させることができるものである。
さらに、上記実施例に示すように、車両の基本的な運動
方程式(3)〜(7)から路面摩擦係数μを計算式を導
き出す場合、上述の(1)または(2)式、つまり下記
の一般関数、 μmG (s) ・av/H(s) ・θに変形するだ
けでなく、例えば、 μ−G’  (s)・γ/H(s)・θのように、ヨー
レイトγとハンドル舵角θとの関数とすることもできる
。あるいは、 μ−G’  (S)  ・β/H(s)  ・θのよう
に、横滑り角βとハンドル舵角θとの関数に変形するこ
ともでき、それらの変数γ、θまたはβ、θの値に応じ
て路面摩擦係数μを検出するような構成とすることも可
能である。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明の路面摩擦係数検出装置に
よれば、車両の旋回走行時等における横加速度、車輪の
舵角、車速等の運転状態に応じて、車両の運動方程式に
基づき動特性等をも考慮してタイヤと路面との間の路面
摩擦係数を演算するようにしたので、路面摩擦係数をそ
の変化に伴って正確に検、出することができ、安定した
車両の旋回走行制御等に供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を示すブロック図である。 第2図以下は本発明の実施例を示し、第2図は車両の全
体構成図、第3図は車両の制御装置の構成図、第4図は
車両が旋回走行時に作用する力の関係を示す図、第5図
は路面摩擦係数演算部における制御を示すフローチャー
ト図、第6図は記憶部に設定された選択されるべき転舵
比特性を示す図である。 31・・・記憶部(記憶手段)、32・・・切換器(判
別手段)、35・・・後輪舵角演算部、37・・・操舵
状態検出手段、39・・・摩擦係数演算手段、51・・
・横力センサ(運動状態検出手段)、52・・・舵角セ
ンサ、53・・・車速センサ(車速検出手段)。 特 許 出 願 人   マツダ株式会社代  理  
人    弁理士 前 1) 仏事2図 第1図 第6図 第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)車両のタイヤと路面との間の摩擦係数μを検出す
    る路面摩擦係数検出装置であって、車両重心点の横加速
    度a_Y等の車両の運動状態を検出する運動状態検出手
    段と、前後輪舵角δ_F、δ_Rなどの操舵状態を検出
    する操舵状態検出手段と、車両の走行速度Vを検出する
    車速検出手段と、車両の重量m、車両の重心点と前後輪
    軸との距離a、b、標準状態における前輪および後輪の
    タイヤコーナリングパワーK_F、K_R並びに車両の
    ヨー慣性モーメントIなどの車両のスタビリティファク
    タを記憶する記憶手段と、上記運動状態検出手段、操舵
    状態検出手段および車速検出手段の出力値と記憶手段の
    記憶内容とに応じて、車両の基本的な運動方程式から導
    出される式 μ=[V{m(a^2K_F+b^2K_R)+I・K
    }・s−m・V^2(a・K_F−b・K_R)]a_
    Y/2c・K_F・K_R{V(b・δ_F+a・δ_
    R)・s+V^2(δ_F−δ_R)−c・a_Y) (ただし、c=a+b、K=K_F+K_R、sはラプ
    ラス演算子)に基づき、路面摩擦係数μを演算する摩擦
    係数演算手段とを備えたことを特徴とする路面摩擦係数
    検出装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000071968A (ja) * 1998-08-27 2000-03-07 Fuji Heavy Ind Ltd 車両の路面摩擦係数推定装置
JP2001039289A (ja) * 1999-07-30 2001-02-13 Fuji Heavy Ind Ltd 車両の路面摩擦係数推定装置

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