JPH1111292A

JPH1111292A - 車輪挙動量サーボ制御装置及び限界判定装置

Info

Publication number: JPH1111292A
Application number: JP9164800A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Ono; 英一小野; Katsuhiro Asano; 勝宏浅野; Koji Umeno; 孝治梅野; Hiroyuki Yamaguchi; 裕之山口; Masaru Sugai; 賢菅井
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1997-06-20
Filing date: 1997-06-20
Publication date: 1999-01-19
Anticipated expiration: 2017-06-20
Also published as: JP3454086B2

Abstract

(57)【要約】【課題】制動トルク勾配が急激に変化する路面でも車輪
ロックを防止する。【解決手段】車輪減速度及びブレーキトルクに基づい
て制動トルク特性の限界を判定する限界判定装置１０ａ
と、限界判定結果に応じて、目標減速度を演算する目標
減速度演算部１６と、車輪減速度が目標減速度に追従す
るようにＡＢＳアクチュエータ２２を制御する減速度サ
ーボ演算部２０と、から構成する。限界判定装置では、
制動トルク特性の飽和点で、検出されたブレーキトルク
がスリップ速度一定の平衡状態を仮定して得られるブレ
ーキトルクより小さくなることを用いて限界を判定し、
目標減速度演算部が、限界判定時点の制動トルクに追従
するべき目標減速度を演算する。これにより、きわめて
正確に限界を判定でき、路面に係わらず車輪ロックを生
じることなくピークμ追従制御が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輪減速度、スリ
ップ率、スリップ速度などの車輪挙動量の目標値追従制
御を行う車輪挙動量サーボ制御装置及び車輪と路面との
間の制動トルク特性の限界を判定する限界判定装置に係
り、より詳しくは、制動トルク特性の限界判定に基づい
て、さらに良好な制御を可能とした車輪挙動量サーボ制
御装置及び車輪減速度とブレーキトルクとから制動トル
ク特性の限界を判定する限界判定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車輪と路面との間の摩擦係数
μがピーク値を超えて車輪がロック状態に移行する直前
に、車輪に作用するブレーキトルクを低下させることに
よって、車輪のロックを防止し最大値に近い制動トルク
（路面から反力として車輪に作用するトルク）に追従制
御するアンチロックブレーキ制御装置が提案されてい
る。

【０００３】このような制動トルクの最大値追従制御の
１例として、特願平８−２１８８２８号公報には、以下
のような技術が開示されている。

【０００４】すなわち、この従来技術は、ブレーキトル
クの制動時に車輪速の時系列データに基づいて、制動ト
ルクのスリップ速度に対する勾配（以下、「制動トルク
勾配」という）を推定し、この推定された制動トルク勾
配を目標値（摩擦係数μのピーク追従の場合は０）に追
従させる制御を行うことにより車輪のロックを防止して
いる。

【０００５】ここで、スリップ速度に対する制動トルク
の変化特性（制動トルク特性）を図５（ａ）に示す。な
お、同図では、あるスリップ速度での制動トルク勾配
は、このスリップ速度における接線ｌの傾きとして表さ
れる。

【０００６】図５（ａ）に示すように、最大の制動トル
クＴ_mを与えるスリップ速度Ｓ_mより小さいスリップ速
度の領域では、制動トルク勾配が正の値となる（Ａ１の
領域）。このＡ１の領域では、タイヤが路面にグリップ
した状態となっている。

【０００７】また、スリップ速度Ｓ_mの近傍のスリップ
速度の領域（Ａ２の領域）では、制動トルク勾配が０に
一致又は略一致した状態となり、最大の制動トルク（摩
擦係数μのピーク）が得られる。従って、従来技術のよ
うに制動トルク勾配をフィードバックして０に追従させ
ることにより、ピークμ追従が実現でき、最も効率的な
ブレーキ制動ができることがわかる。

【０００８】しかし、一般に略ピークμを超えてブレー
キ制動されると、制動トルク勾配が負となるＡ３の領域
に瞬時に遷移してタイヤがロックする。従って、Ａ２の
領域が制動トルク特性の限界領域であり、この限界領域
を超えないようにブレーキ制動しなければならないこと
がわかる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によれば、制動トルク勾配のみをフィードバック
するため、図５（ｂ）に示すように、制動トルクが最大
となるスリップ速度Ｓ_m付近を挟んで制動トルク勾配が
急激に変化する路面に対しては良好な制御が困難になる
という問題がある。

【００１０】すなわち、図５（ｂ）では、スリップ速度
Ｓ_mより少しだけ小さいスリップ速度でも大きな制動ト
ルク勾配となる一方、スリップ速度Ｓ_m以上の領域では
制動トルク特性が飽和し、ブレーキ力を増大させると急
激に車輪減速度が増大するので、Ａ２の領域に収めるた
めのブレーキ制御が困難となり、最悪の場合、Ａ３の領
域に遷移して車輪ロックに陥る可能性がある。

【００１１】なお、制動トルク勾配が急激に変化する路
面において制動トルクの最大値追従制御が良好に機能し
ないという問題は、制動トルク勾配の追従制御のみなら
ず、車輪減速度、スリップ率、スリップ速度などの車輪
挙動量の目標値追従制御を行う車輪挙動量サーボ制御装
置において共通に発生する。

【００１２】本発明は、上記事実に鑑みて成されたもの
で、制動トルク勾配が急激に変化する路面であるか否か
に係わらず良好な目標値追従制御を行うことができる車
輪挙動量サーボ制御装置及び制動トルク特性の限界を判
定することにより車輪挙動量サーボ制御装置の良好な制
御を可能とする限界判定装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

（請求項１の発明）上記目的を達成するために請求項１
の発明は、車輪運動に関連した物理量である車輪挙動量
を検出する車輪挙動量検出手段と、車輪運動に関連した
物理量に基づいて、スリップ速度に対する制動トルクの
勾配である制動トルク勾配又は該制動トルク勾配と車輪
運動を介して関連する物理量を限界判定量として演算
し、該限界判定量に基づいて車輪と路面との間の制動ト
ルク特性の限界を判定する限界判定手段と、前記限界判
定手段の限界判定結果に応じて、前記限界判定量を前記
制動トルク特性の限界を超えない範囲に収めるべき車輪
挙動量の目標値を演算する目標挙動量演算手段と、前記
車輪挙動量検出手段により検出された車輪挙動量を前記
目標挙動量演算手段により演算された車輪挙動量の目標
値に追従させるように車輪運動を制御するサーボ制御手
段と、を含んで構成したものである。

【００１４】ここで、車輪挙動量として、例えば、車輪
減速度、スリップ速度、スリップ率などがあり、本発明
は、このような車輪挙動量の目標値追従制御を行うもの
である。

【００１５】請求項１の発明では、限界判定手段が、車
輪運動に関連した物理量に基づいて、スリップ速度に対
する制動トルクの勾配である制動トルク勾配又は該制動
トルク勾配と車輪運動を介して関連する物理量を限界判
定量として演算する。なお、制動トルク勾配（図５
（ａ）、（ｂ）参照）と車輪運動を介して関連する物理
量には、制動トルク勾配と等価な物理量の他、車輪運動
の方程式（以下の(1) 〜(3) 式参照）によって制動トル
ク勾配と互いに関連付けられた各種の物理量などが含ま
れる。

【００１６】そして、限界判定手段は、演算された限界
判定量に基づいて、制動トルク特性の限界を判定する。
すなわち、現在の運動状態が制動トルク特性の限界に達
しているか否かを判定する。なお、制動トルク特性と
は、図５（ａ）、（ｂ）によって表されたように、車輪
と路面との間に発生する制動トルクのスリップ速度等に
応じた変化特性をいう。また、制動トルク特性の限界と
は、制動トルク特性が異なる特性に移行する際の現特性
の限界をいい、例えば、車輪のロック直前の状態に移行
する際の限界（制動トルクが略ピークとなる領域）など
がある。従って、制動トルク特性が飽和し、制御が不安
定化する飽和領域も、この限界の範囲内に含まれる。

【００１７】このような限界の領域では、その前後で制
動トルク勾配が変化するので、制動トルク勾配又はこれ
に関連する限界判定量に基づいて、図５（ａ）、（ｂ）
のいずれの路面においても、きわめて正確な限界判定を
行うことができる。

【００１８】次に、目標挙動量演算手段が、限界判定手
段の限界判定結果に応じて、限界判定量を制動トルク特
性の限界を超えない範囲に収めるべき車輪挙動量の目標
値を演算する。

【００１９】本発明では、この目標挙動量演算手段の演
算を例えば次のようにして行っても良い。制動トルク特
性が限界でないと判定された限界判定結果の場合、車輪
挙動量の通常の目標値をマスタシリンダ圧などに基づい
て演算する。或いは、制御の安定性を重視し、限界判定
量（制動トルク勾配）を基準値（制動トルク最大値追従
の場合は０）に一致させるための車輪挙動量の目標値を
演算する。

【００２０】これに対し、制動トルク特性が限界を超え
たと判定された限界判定結果の場合、速やかに限界を超
えない範囲に戻す必要があるため、通常の目標値を変更
する演算を行う。例えば、通常の目標値から限界判定量
と基準値との偏差に応じた値を減じることにより目標値
を演算する。また、限界判定量を限界近傍の基準値（制
動トルク最大値追従の場合は０）に一致させるための車
輪挙動量の目標値を演算しても良い。

【００２１】そして、サーボ制御手段が、車輪挙動量検
出手段により検出された車輪挙動量を目標挙動量演算手
段により演算された車輪挙動量の目標値に追従させるよ
うに車輪運動を制御する。例えばホイールシリンダ圧の
増圧減圧時間を制御することにより車輪に作用するブレ
ーキ力を制御し、これにより、車輪挙動量を目標値に追
従させる制御を行う。

【００２２】このように本発明では、上記従来技術のよ
うに制動トルク勾配のみをフィードバックするのではな
く、制動トルク勾配に関連した限界判定量により制動ト
ルク特性の限界を路面状況に係わらず正確に判定し、限
界を超えたと判定したときには、限界判定量が限界を超
えないように車輪挙動量の目標値を変更するなどの演算
を行うので、制動トルク特性が限界領域から大きく変化
する路面においても安定な制御が可能となり、車輪のロ
ックを確実に防止することができる。（請求項２及び請求項３の発明）また、請求項２の限界
判定装置に関する発明は、検出されたブレーキトルク及
び検出された車輪減速度のいずれかに基づいて、車輪運
動でスリップ速度一定の平衡状態を仮定して得られる車
輪減速度及びブレーキトルクのいずれかを限界判定量と
して演算し、該限界判定量と実際に検出された車輪減速
度との比較、又は該限界判定量と実際に検出されたブレ
ーキトルクとの比較に基づいて車輪と路面との間の制動
トルク特性の限界を判定する限界判定手段、を有するこ
とを特徴とする。

【００２３】さらに、請求項３の発明は、請求項１記載
の車輪挙動量サーボ制御装置において、前記車輪挙動量
検出手段が、前記車輪挙動量として車輪減速度を演算す
ると共に、前記限界判定手段が、検出されたブレーキト
ルク及び検出された車輪減速度のいずれかに基づいて、
車輪運動でスリップ速度一定の平衡状態を仮定して得ら
れる車輪減速度及びブレーキトルクのいずれかを限界判
定量として演算し、該限界判定量と実際に検出された車
輪減速度との比較、又は該限界判定量と実際に検出され
たブレーキトルクとの比較に基づいて車輪と路面との間
の制動トルク特性の限界を判定することを特徴とする。

【００２４】以下に、請求項２及び請求項３の発明に係
る限界判定手段の判定原理を説明する。

【００２５】（請求項２及び請求項３の限界判定原理）
路面から各車輪に制動トルクが作用した場合、車輪及び
車体の運動において次式の運動方程式が成立する。な
お、以下の説明では、車輪数を４輪とするが、本発明
は、この車輪数に限定されるものではない。

【００２６】

【数１】

【００２７】ただし、Ｍ：車両質量Ｊ：車輪慣性Ｒ_c ：車輪の有効半径 ω_i ：車輪速度（第ｉ輪，ｉ＝1,2,3,4 ） ω_v ：車体速度（角速度相当） ω_v−ω_i ：スリップ速度（第ｉ輪）Ｆ_i ：制動トルク（第ｉ輪）Ｔ_bi ：ブレーキトルク（第ｉ輪）ｙ_i ：車輪減速度（第ｉ輪）である。上記運動方程式において、制動トルクＦ_iはス
リップ速度（ω_v−ω_i）の関数として表されている
（実際には非線形関数）。また、・は時間に関する１階
微分を示す。

【００２８】なお、本発明では、ブレーキトルクを操作
量とするが、ブレーキトルクに関連した他の物理量、例
えばホイールシリンダ圧を操作量として置き換えること
もできる。

【００２９】ここで、第ｉ輪のスリップ速度（ω_v−ω
_i）をｘ_iに置き換えて、(1) 〜(3) 式を整理すると、

【００３０】

【数２】

【００３１】となる。ところで、実際に検出された第ｉ
輪の車輪減速度が目標となる車輪減速度（目標減速度）
に漸近していく平衡状態においては、第ｉ輪のスリップ
速度が略一定となると考えられるので、

【００３２】

【数３】

【００３３】と近似できる。(6) 式を(4) 、(5) 式に代
入して整理すると、Ｉを単位行列として、

【００３４】

【数４】

【００３５】が成立する。ただし、

【００３６】

【数５】

【００３７】である。また、ｘ_i0 ：第ｉ輪の平衡状態でのスリップ速度Ｆ_i（ｘ_i0）：第ｉ輪の平衡状態での制動トルクＴ_bi0 ：第ｉ輪の平衡状態でのブレーキトル
クｙ_i0 ：第ｉ輪の平衡状態での車輪減速度である。

【００３８】ここで、車輪減速度サーボ制御における車
輪減速度とブレーキトルクとの関係を図６に示す。な
お、図５（ａ）、（ｂ）において制動トルク最大となる
限界点は、図６では飽和点として表されている。同図に
示すように、飽和点での車輪減速度以下の車輪減速度の
領域では、制動トルク特性に余裕があるので、速やかに
車輪減速度が目標減速度に漸近しスリップ速度一定の平
衡状態となる。従って、この領域における車輪減速度の
定常値はブレーキトルクに対し一定の増加率で増大する
(8) 式の関係が成り立っていることがわかる（直線
Ｌ）。

【００３９】これに対し、飽和点を超えた車輪減速度の
領域では、制動トルク特性が飽和するので、(8) 式の関
係が成立しなくなり、直線Ｌと比べて、増加率が減少す
る（直線Ｌ’）。なお、この領域では、ブレーキトルク
を僅かでも大きくすると車輪減速度が急激に増大するの
で、車輪減速度の安定な追従制御が困難となり、車輪の
ロックの危険性が大きいことがわかる。

【００４０】そこで、本発明の限界判定手段では、車輪
運動でスリップ速度一定の平衡状態を仮定して得られる
(8) 式に、実際に検出されたブレーキトルクＴ_b0を代入
して得られる車輪減速度ｙ₀を限界判定量として演算す
る。そして、この車輪減速度ｙ₀に基づいて制動トルク
特性の限界（飽和点）の判定を行う。

【００４１】例えば、車輪減速度の定常値ｙ₀と実際に
検出された車輪減速度ｙとを比較し、この車輪減速度ｙ
が車輪減速度の定常値ｙ₀より大きいか否かを判定す
る。この判定で、車輪減速度ｙが定常値ｙ₀より大きい
場合、(8) 式の関係が成立していないので、制動トルク
特性が飽和点を超えたと判定し、車輪減速度ｙが定常値
ｙ₀より大きくない場合、(8) 式の関係が成立している
とみなして制動トルク特性が飽和点を超えていないと判
定する。

【００４２】このように本発明では、上記限界判定量に
基づいて、制動トルク特性が限界（飽和点）を超えてい
るか否かをきわめて正確に判定することができる。

【００４３】なお、上記のように車輪減速度を用いて
(8) 式が成立しているか否かを判定する方法は、車輪減
速度を目標値に追従させるサーボ制御系の応答性を良好
にできるという優れた利点があるが、(8) 式と同様にス
リップ速度一定の平衡状態を仮定して得られる(9) 式
に、実際に検出された車輪減速度ｙ₀を代入して得られ
るブレーキトルクの定常値Ｔ_b0を限界判定量として演算
することもできる。この場合、ブレーキトルクの定常値
Ｔ_b0と実際に検出されたブレーキトルクＴ_bとを比較
し、このブレーキトルクＴ_bがブレーキトルクの定常値
Ｔ_b0より小さいか否かで制動トルク特性が飽和点を越え
たか否かを判定する。

【００４４】次に、請求項３の発明に係る目標挙動量演
算手段の演算原理を説明する。（請求項３の目標挙動量の演算原理）上記限界判定手段
によって、４輪のうち少なくとも１輪が限界（飽和点）
を超えたと判定された場合、判定された時点で検出され
た車輪減速度とブレーキトルクを、”^T”を行列の転置
として、ｙ_sat＝［ｙ_sat1 ｙ_sat2 ｙ_sat3 ｙ_sat4］^T Ｔ_bsat＝［Ｔ_bsat1 Ｔ_bsat2 Ｔ_bsat3 Ｔ_bsat4］
^T とすると、このときの制動トルクＦ_sat＝［Ｆ_sat1 Ｆ_sat2 Ｆ_sat3 Ｆ_sat4］^T は、Ｆ_sat＝ −Ｊ・ｙ_sat＋Ｔ_bsat (10) で表される。

【００４５】そこで、目標挙動量演算手段では、この制
動トルクＦ_satでスリップ速度一定の平衡状態を保つた
めに以下のように目標挙動量（本発明では目標減速度）
を演算する。

【００４６】制動トルクＦ_satでスリップ速度一定の平
衡状態を保つためには、(7) 式より、ブレーキトルクをＴ_bopt ＝Ａ・Ｆ_sat (11) とする必要がある。さらに、このブレーキトルクＴ_bopt
を実現するための目標減速度を、(8) 式のブレーキトル
クＴ₀に、(11)式のブレーキトルクを代入することによ
り、

【００４７】

【数６】

【００４８】と演算する。そして、サーボ制御手段は、
検出された車輪減速度を目標挙動量演算手段により演算
された(12)式の目標減速度ｙ_0optに追従させるように車
輪運動を制御する。この目標値追従制御により制動トル
クＦ_satが維持される。

【００４９】なお、制動トルクＦ_satは、飽和点を超え
たと判定された直後の制動トルクであるが、図５
（ａ）、（ｂ）に参照されるように、制動トルクのピー
ク点を含むＡ２の限界領域では、制動トルク勾配が０に
略一致しているので、制動トルクＦ _satを略ピーク値と
みなすことができ、よって本発明において制動トルクの
ピークμ追従制御が実現され、車輪のロックを確実に防
止することができる。（請求項４の発明）また、請求項４の発明は、請求項１
記載の前記限界判定手段が、ブレーキトルクの時系列デ
ータ及び車輪減速度の時系列データに基づいて限界判定
量である制動トルク勾配を演算し、該限界判定量に基づ
いて制動トルク特性の限界を判定することを特徴とす
る。

【００５０】以下に、請求項４の発明の制動トルク勾配
の演算原理を説明する。（請求項４の制動トルク勾配の演算原理）各車輪の制動
トルクは、スリップ速度の非線形関数であると仮定し、
あるスリップ速度ｘ_i近傍の制動トルクＦ（ｘ_i）を次
式のように直線で近似する。

【００５１】Ｆ（ｘ_i）＝ｋ_iｘ_i＋μ_i (13) ここで、スリップ速度の時系列データをｘ_i［ｊ］、ブ
レーキトルクの時系列データをＴ_b［ｊ］、車輪減速度
の時系列データをｙ［ｊ］とする（ｊ＝0,1,2,....）。
但し、各時系列データは、所定のサンプリング時間τ毎
にサンプリングされたものとする。

【００５２】サンプリング時間τ毎に(4) 、(5) 式を離
散化し、上記時系列データで表すと、

【００５３】

【数７】

【００５４】となる。ここで、(14)、(15)式を整理する
と、Ｋ・φ ＝ｆ (16) となる。ただし、

【００５５】

【数８】

【００５６】である。なお、ｆは制動トルクの時間的変
化に関連した物理量、φはスリップ速度の時間的変化に
関連した物理量となる。

【００５７】さらに、(16)式は各車輪毎に、ｋ_i・φ_i＝ｆ_i (17) と表すことができる。ただし、ｆ＝［ｆ₁ ｆ₂ ｆ₃ ｆ₄］^T，φ＝［φ₁ φ₂
φ₃ φ₄］^T である。

【００５８】ここにおいて、本発明の限界判定手段は、
第ｉ輪の車輪減速度の時系列データｙ_i［ｊ］及び第ｉ
輪のブレーキトルクの時系列データＴ_bi［ｊ］に基づい
て第ｉ輪のｆ_i、φ_iを演算し、演算されたｆ_i、φ_i
を(17)式に代入することにより得られた各データに、例
えばオンラインのシステム同定手法を適用することによ
り第ｉ輪の制動トルク勾配ｋ_iを推定演算する。

【００５９】そして、限界判定手段は、以上のように推
定演算された制動トルク勾配に基づいて制動トルク特性
の限界を例えば次のようにして判定する。すなわち、制
動トルク勾配がある基準値以下となった場合、制動トル
ク特性が限界であると判定し、制動トルク勾配が基準値
を超えている場合には限界ではないと判定する。

【００６０】制動トルク特性の限界付近で制動トルク勾
配が小さくなるため、本発明の限界判定方法によりきわ
めて正確に限界を判定することができる。（請求項５の発明）また、請求項５の発明は、請求項１
記載の前記限界判定手段が、車輪速度の時系列データに
基づいて限界判定量である制動トルク勾配を演算し、該
限界判定量に基づいて制動トルク特性の限界を判定する
ことを特徴とする。

【００６１】以下に、請求項５の発明の制動トルク勾配
の演算原理を説明する。（請求項５の制動トルク勾配の演算原理）(1) 、(2) 式
の車輪及び車体の運動方程式を、第ｉ輪に発生した制動
力Ｆ_i’を用いて表すと以下のように記述される。

【００６２】

【数９】

【００６３】ただし、ｖは車体速度である。(18)式、(1
9)式において、Ｆ_i’はスリップ速度（ｖ／Ｒ_c−
ω_i）の関数として示されている。

【００６４】ここで、車体速度を等価的な車体の角速度
ω_vで表すと共に、制動トルクＲ_cＦ_i’をスリップ速
度の１次関数（傾きｋ_i、ｙ切片Ｔ_i）として記述す
る。

【００６５】ｖ＝Ｒ_cω_v (20) Ｒ_cＦ_i’（ω_v−ω_i）＝ｋ_i×（ω_v−ω_i）＋Ｔ_i (21) さらに、(20)、(21)式を(18)、(19)式へ代入し、車輪速
度ω_i及び車体速度ω _vをサンプル時間τ毎に離散化さ
れた時系列データω_i[k] 、ω_v[k] （ｋはサンプル時
間τを単位とするサンプル時刻、ｋ＝1,2,.....)として
表すと次式を得る。

【００６６】

【数１０】

【００６７】ここで、(22)、(23)式を連立し、車体の等
価角速度ω_vを消去すると、

【００６８】

【数１１】

【００６９】を得る。ところで、スリップ速度３rad/s
という条件下でＲ_cＭｇ／４（ｇは重力加速度）の最大
制動トルクの発生を仮定すると、

【００７０】

【数１２】

【００７１】を得る。ここで、具体的な定数として、τ
＝0.005 (sec) 、Ｒ_c＝0.3 (m) 、Ｍ＝1000(kg)を考慮
すると、max(ｋ_i) ＝245 となる。従って、

【００７２】

【数１３】

【００７３】となり、(24)式は次式のように近似するこ
とができる。

【００７４】

【数１４】

【００７５】である。このように整理することにより、
(25)式は未知係数ｋ_i、ｆ_iに関し、線形の形で記述す
ることが可能となり、(25)式にオンラインのパラメータ
同定手法を適用することにより、スリップ速度に対する
制動トルク勾配ｋ_iを推定することができる。

【００７６】すなわち、以下のステップ１及びステップ
２を繰り返すことにより、検出された車輪速度の時系列
データω_i[k] から制動トルク勾配の時系列データを推
定することができる。

【００７７】ステップ１：

【００７８】

【数１５】

【００７９】おく。なお、(26)式の行列φ_i[k] の第１
要素は、１サンプル時間での車輪速度の変化に関する物
理量であり、(27)式は、１サンプル時間の車輪速度の変
化の１サンプル時間での変化に関する物理量である。

【００８０】ステップ２：

【００８１】

【数１６】

【００８２】＾＾という漸化式からθ_iを
演算し、θ_iの行列の第一要素を推定された制動トルク
の勾配として抽出する。ただし、λは過去のデータを取
り除く度合いを示す忘却係数（例えばλ＝０．９８）で
あり、”^T”は行列の転置を示す。

【００８３】なお、(28)式の左辺は、車輪速度の変化に
関する物理量の履歴及び車輪速度の変化の変化に関する
物理量の履歴を表す物理量である。（請求項６の発明）また、請求項６の発明は、請求項１
記載の発明において、車体と車輪と路面とから構成され
る振動系の共振周波数でブレーキ圧を微小励振する微小
励振手段と、をさらに含んで構成され、前記限界判定手
段が、前記微小励振手段によりブレーキ圧を微小に励振
した場合のブレーキ圧の微小振幅に対する車輪速度の共
振周波数成分の微小振幅の比である微小ゲインを限界判
定量として演算し、該限界判定量に基づいて制動トルク
特性の限界を判定することを特徴とする。

【００８４】（請求項６の発明の原理）重量Ｗ_vの車体
を備えた車両が車体速度ω_vで走行している時の車輪で
の振動現象、すなわち車体と車輪と路面とによって構成
される振動系の振動現象を、車輪回転軸で等価的にモデ
ル化した図７に示すモデルを参照して考察する。

【００８５】図７のモデルにおいて、ブレーキ力は、路
面と接するタイヤのトレッド１１５の表面を介して路面
に作用するが、このブレーキ力は実際には路面からの反
作用（制動力）として車体に作用するため、車体重量の
回転軸換算の等価モデル１１７はタイヤのトレッドと路
面との間の摩擦要素１１６（路面μ）を介して車輪１１
３と反対側に連結したものとなる。これは、シャシーダ
イナモ装置のように、車輪下の大きな慣性、すなわち車
輪と反対側の質量で車体の重量を模擬することができる
ことと同様である。

【００８６】図７でタイヤリムを含んだ車輪１１３の慣
性をＪ_w、リムとトレッド１１５との間のばね要素１１
４のばね定数をＫ、車輪半径をＲ、トレッド１１５の慣
性をＪ_t、トレッド１１５と路面との間の摩擦要素１１
６の摩擦係数をμ、車体の重量Ｗ_vの回転軸換算の等価
モデル１１７の慣性をＪ_Vとすると、ホイールシリンダ
圧により生じるブレーキトルクＴ_b’から車輪速ω_wま
での伝達特性は、車輪運動の方程式より、

【００８７】

【数１７】

【００８８】となる。なお、ｓはラプラス変換の演算子
である。タイヤが路面にグリップしている時は、トレッ
ド１１５と車体等価モデル１１７とが直結されていると
考えると、車体等価モデル１１７とトレッド１１５との
和の慣性と、車輪１１３の慣性とが共振する。すなわ
ち、この振動系は、車輪と車体と路面とから構成された
車輪共振系とみなすことができる。このときの車輪共振
系の共振周波数ω∞は、(29)式の伝達特性において、 ω∞＝√｛（Ｊ_w＋Ｊ_t＋Ｊ_v）Ｋ／Ｊ_w（Ｊ_t＋Ｊ_v）｝／２π (30) となる。この状態は図５（ａ）、（ｂ）上では、限界領
域に移行する前の領域Ａ１に対応する。

【００８９】逆に、タイヤの摩擦係数μがピークμに近
づく場合には、タイヤ表面の摩擦係数μがスリップ率に
対して変化し難くなり、トレッド１１５の慣性の振動に
伴う成分は車体等価モデル１１７に影響しなくなる。つ
まり等価的にトレッド１１５と車体等価モデル１１７と
が分離され、トレッド１１５と車輪１１３とが共振を起
こすことになる。このときの車輪共振系は、車輪と路面
とから構成されているとみなすことができ、その共振周
波数ω∞’は、(30)式において、車体等価慣性Ｊ_vを０
とおいたものと等しくなる。すなわち、 ω∞' ＝√｛（Ｊ_w＋Ｊ_t）Ｋ／Ｊ_wＪ_t）｝／２π (31) となる。この状態は、図５（ａ）、（ｂ）の制動トルク
のピーク値を挟む限界領域Ａ２に対応する。

【００９０】(30)と(31)式とを比較し、車体等価慣性Ｊ
_vが車輪慣性Ｊ_w、トレッド慣性Ｊ _tより大きいと仮定
すると、(31)式の場合の車輪共振系の共振周波数ω∞’
は(30)式よりもω∞よりも高周波数側にシフトすること
になる。従って、車輪共振系の共振周波数の変化を反映
する物理量に基づいて、制動トルク特性の限界を判定す
ることが可能となる。

【００９１】そこで、本発明では、このような共振周波
数の変化を反映する物理量として、以下のような微小ゲ
インＧ_dを限界判定量として導入する。

【００９２】まず、微小励振手段が、車輪と車体と路面
とからなる振動系の共振周波数ω∞（(30)式) でブレー
キ圧Ｐ_bを微小励振すると、車輪速度ω_wも平均的な車
輪速度の回りに共振周波数ω∞で微小振動する。ここ
で、本発明の限界判定手段は、このときのブレーキ圧Ｐ
_bの共振周波数ω∞の微小振幅をＰ_v、車輪速度の共振
周波数ω∞の微小振幅をω_wvとした場合、微小ゲインＧ
_dをＧ_d＝ω_wv／Ｐ_v (32) のように演算する。なお、この微小ゲインＧ_dを、ブレ
ーキ圧Ｐ_bに対する車輪速ω_wの比（ω_w／Ｐ_b）の共
振周波数ω∞の振動成分とみなし、Ｇ_d＝（（ω_w／Ｐ_b）｜ｓ＝ｊω∞） (33) と表すこともできる。

【００９３】この微小ゲインＧ_dは、(33)式に示すよう
に（ω_w／Ｐ_b）の共振周波数ω∞の振動成分であるの
で、車輪運動が制動トルク特性の限界領域Ａ２に至った
とき、共振周波数がω∞’にシフトするため急激に減少
する。よって、微小ゲインＧ _dが限界領域Ａ２に移行し
たときの値として予め設定された基準ゲインＧ_sと微小
ゲインＧ_dとを比較し、微小ゲインＧ_dが基準ゲインＧ
_s以下となったときを制動トルク特性の限界と判定する
ことができる。

【００９４】次に、微小ゲインＧ_dが制動トルク勾配と
等価な物理量であることを説明する。

【００９５】図８に示すように、スリップ速度Δωと、
車輪−路面間の摩擦係数μとの間には、あるスリップ率
で摩擦係数μがピークをとる関数関係が成立することが
知られている。なお、図８の摩擦特性は、図５の制動ト
ルク特性に対応するものである。

【００９６】ところで、微小励振手段によりブレーキ圧
を微小励振すると、車輪速度が微小励振するので、スリ
ップ率もあるスリップ率の回りで微小振動する。ここ
で、図８の特性を有する路面において、あるスリップ率
の回りで微小振動したときの摩擦係数μのスリップ速度
Δωに対する変化を考える。

【００９７】このとき、路面の摩擦係数μは、 μ ＝ μ₀＋αＲΔω (34) と近似できる。すなわち、微小振動によるスリップ速度
の変化が小さいため、傾きαＲの直線で近似できる。

【００９８】ここで、タイヤと路面間の摩擦係数μによ
り生じる制動トルクＴ_b＝μＷＲに(34)式を代入する
と、Ｔ_b ＝ μＷＲ＝ μ₀ＷＲ＋αＲ²ΔωＷ (35) となる。ここで、Ｗは輪荷重である。(35)式の両辺をΔ
ωで１階微分すると、

【００９９】

【数１８】

【０１００】を得る。よって、(36)式により、制動トル
ク勾配（ｄＴ_b／Δω）が、αＲ²Ｗに等しいことが示
された。

【０１０１】一方、ブレーキトルクＴ_b’がブレーキ圧
Ｐ_bと比例関係にあることから、微小ゲインＧ_dは、ブ
レーキトルクＴ_b’に対する車輪速度ω_wの比（ω_w／
Ｔ_b’）の共振周波数ω∞の振動成分と比例関係にあ
る。従って、(29)式の伝達特性により、微小ゲインＧ_d
は次式によって表される。

【０１０２】

【数１９】

【０１０３】一般に、(39)式において、｜Ａ｜＝０．０１２＜＜｜Ｂ｜＝０．１ (40) となることから、(36)、(37)式より、

【０１０４】

【数２０】

【０１０５】を得る。すなわち、スリップ速度Δωに対
する制動トルクＴ_bの勾配は微小ゲインＧ_dに比例す
る。

【０１０６】以上により、微小ゲインＧ_dが制動トルク
勾配と等価な物理量であることが示され、この微小ゲイ
ンＧ_dに基づいて制動トルク特性の限界を精度良く判定
できることがわかる。

【０１０７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の車輪挙動量サーボ
制御装置の各実施の形態を図面に基づいて詳細に説明す
る。なお、この車輪挙動量サーボ制御装置は、車両に適
用され、車輪挙動量の目標値追従制御を行うことによ
り、制動トルクの最大値追従制御を可能としたサーボ制
御装置として構成されたものである。（第１の実施の形態）図１には、本発明の車輪挙動量サ
ーボ制御装置を、車輪減速度サーボ制御装置に適用した
場合の構成ブロック図が示されている。

【０１０８】同図に示すように、第１の実施の形態に係
る車輪減速度サーボ制御装置は、車輪の速度（以下、
「車輪速」という）から車輪減速度を検出する車輪減速
度検出部１２と、車輪に作用するブレーキトルクを検出
するブレーキトルク検出部１４と、検出された車輪減速
度及びブレーキトルクに基づいて車輪と路面との間の制
動トルク特性における限界を判定する限界判定装置１０
ａと、車輪減速度の通常の目標値（目標減速度）を設定
すると共に限界判定装置１０ａにより限界点が判定され
た場合には制動トルクの最大値追従を実現させるための
目標減速度を変更するための演算を行う目標減速度演算
部１６と、演算された目標減速度から検出された車輪減
速度を減算した偏差を演算する偏差器１８と、偏差器１
８により演算された偏差を０に一致させるための操作量
（ＡＢＳ操作量）を演算する減速度サーボ演算部２０
と、減速度サーボ演算部２０により演算されたＡＢＳ操
作量を実現するように制御バルブ２３を動作させるＡＢ
Ｓアクチュエータ２２と、から構成されており、それら
は図示しない制御部により一定周期の制御ステップ毎に
制御される。

【０１０９】このうち、ＡＢＳアクチュエータ２２を構
成する各車輪の制御バルブ２３は、増圧側バルブ２５を
介してマスタシリンダ２７に各々接続されると共に、減
圧側バルブ２６を介して低圧源としてのリザーバー２８
に各々接続されている。また、制御バルブ２３には、該
制御バルブによって供給されたブレーキ圧を各車輪のブ
レーキディスクに加えるための各車輪毎のホイールシリ
ンダ２４が各々接続されている。ＡＢＳアクチュエータ
２２は、ＡＢＳ操作量に基づいて各制御バルブ２３の増
圧側バルブ２５及び減圧側バルブ２６の開閉を動作させ
る。

【０１１０】この制御バルブ２３が増圧側バルブ２５の
みを開くように制御されると、ホイールシリンダ２４の
油圧（ホイールシリンダ圧）は、ドライバがペダルを踏
み込むことによって得られる圧力に比例したマスタシリ
ンダ２７の油圧（マスタシリンダ圧）まで上昇する。逆
に減圧側バルブ２６のみを開くように制御されると、ホ
イールシリンダ圧は、ほぼ大気圧のリザーバ２８の圧力
（リザーバ圧）まで減少する。また、両方のバルブを閉
じるように制御されると、ホイールシリンダ圧は保持さ
れる。

【０１１１】ホイールシリンダ２４によりブレーキディ
スクに加えられる平均的なブレーキ力（ホイールシリン
ダ圧に相当）は、マスタシリンダ２７の高油圧が供給さ
れる増圧時間、リザーバー２８の低油圧が供給される減
圧時間、及び供給油圧が保持される保持時間の比率と、
圧力センサ等により検出されたマスタシリンダ圧及びリ
ザーバー２８の圧力値とから求められる。

【０１１２】従って、ＡＢＳアクチュエータ２２は、制
御バルブ２３の増減圧時間をマスタシリンダ圧に応じて
制御することにより、ＡＢＳ操作量に対応するブレーキ
トルク（ホイールシリンダ圧）を実現することができ
る。

【０１１３】また、車輪減速度検出部１２は、各車輪に
取り付けられている車輪速センサ３０によって検出され
た第ｉ輪（ｉ＝1,2,3,4)の車輪速度信号ω_iに次式の処
理を施すことによって第ｉ輪の車輪減速度ｙ_iを導出す
るフィルタとして実現できる。

【０１１４】

【数２１】

【０１１５】ただし、ｓはラプラス変換の演算子であ
る。なお、車輪減速度検出部１２を、車輪速に依らずに
直接、車輪減速度を検出する車輪減速度センサを用いて
構成することもできる。

【０１１６】また、ブレーキトルク検出部１４は、各車
輪のホイールシリンダ圧を検出し、検出されたホイール
シリンダ圧に所定の定数を乗じることにより各車輪のブ
レーキトルクを演算出力する。

【０１１７】また、減速度サーボ演算部２０は、演算さ
れた目標減速度と検出された車輪減速度との偏差が０に
一致するようなＡＢＳ操作量、すなわち車輪減速度を目
標減速度に追従させるための各車輪毎のＡＢＳ操作量を
演算出力する所謂ＰＩ制御器として実現することができ
る。

【０１１８】次に、第１の実施の形態の作用を説明す
る。まず、本実施の形態の車輪減速度サーボ制御装置が
適用された車両が、図６に示すような制動トルク特性を
有する路面を走行している状況を想定する。

【０１１９】限界判定装置１０ａは、車輪減速度検出部
１２により検出された車輪減速度が基準値（例えば、４
０ｒａｄ／ｓ²）を超えたと判定したとき、各車輪につ
いて次式が成立しているか否かを判定する。

【０１２０】ｙ＞ｙ₀ (43) ただし、ｙは、車輪減速度検出部１２により検出された
現時点での車輪減速度である。また、ｙ₀は、車輪減速
度が目標値に漸近した平衡状態ではスリップ速度が一定
であると仮定して得られる上記(8) 式に、ブレーキトル
ク検出部１４により検出されたブレーキトルクＴ_b0を代
入することにより演算された車輪減速度である。

【０１２１】(43)式が成立している場合、すなわち、
(8) 式が成立していない場合、図６では飽和点を超えた
領域であるので、制動トルク特性が限界であると判定す
る。(43)式が成立していなかった場合、すなわち(8) 式
が成立していると考えられる場合は制動トルク特性が限
界でない( 図６の飽和点を超えていない) と判定する。
そして、各車輪についての限界判定結果を目標減速度演
算部１６に出力する。

【０１２２】なお、図６のような飽和点を境とした制動
トルク特性の変化は、図５（ａ）及び図５（ｂ）の制動
トルク特性のいずれにおいても成立しているので、路面
の状況に係わらず(43)式により精度良く制動トルク特性
の限界を判定できる。

【０１２３】次に、目標減速度演算部１６は、限界判定
装置１０ａにより制動トルク特性が飽和していないと判
定された車輪について、ドライバの操作量（ブレーキ踏
み込み量）に対応するマスタシリンダ圧に応じた通常の
目標減速度を演算し、この演算結果を目標減速度として
出力する。この目標減速度は、例えば、マスタシリンダ
圧に略比例する車輪減速度とすることができる。

【０１２４】そして、減速度サーボ演算部２０が、検出
された車輪減速度と目標減速度との偏差が０に一致する
ようなブレーキトルクを演算し、該ブレーキトルクを実
現するようにＡＢＳアクチュエータ２２が制御バルブ２
３の増減圧時間を制御する。この目標追従制御により、
ドライバの操作量であるマスタシリンダ圧に応じて車輪
減速度が変化するように制御され、ドライバの感覚に則
した減速度制御が可能となる。

【０１２５】これに対し、限界判定装置１０ａにより少
なくとも１つの車輪（以下、第ｉ輪とする）について制
動トルク特性が飽和していると判定された場合、目標減
速度演算部１６は、設定すべき目標減速度を以下のよう
に演算する。

【０１２６】なお、制動トルク特性が限界であると判定
された現時点で実際に検出された第ｉ輪のブレーキトル
クをＴ_bsati、検出された第ｉ輪の車輪減速度をｙ_sati
とすると、この時点の制動トルク特性は、図６のＡ点で
表される。このＡ点での車輪減速度ｙ_satiは、Ａ点のブ
レーキトルクＴ_bsatiを(8) 式に代入して得られる（直
線Ｌの点線部での）車輪減速度ｙ_miより大きく、よって
(43)式が成立していることがわかる。

【０１２７】まず、目標減速度演算部１６は、Ａ点にお
ける第ｉ輪の制動トルクＦ_satiを、(10)式を用いて次式
のように演算する。

【０１２８】Ｆ_sati ＝ −Ｊ・ｙ_sati＋Ｔ_bsati (44) 次に、演算された制動トルクＦ_satiでスリップ速度を平
衡状態（ｄｘ_i／ｄｔ＝０）に保つための第ｉ輪の目標
減速度ｙ_0optiを、(12)式を用いて

【０１２９】

【数２２】

【０１３０】に設定する。なお、このとき、第ｉ輪のブ
レーキトルクＴ_boptiは、(11)式により、Ｔ_bopti＝Ａ・Ｆ_sati (46) となる。

【０１３１】ここで、目標減速度演算部１６では、目標
減速度ｙ_0optiを設定する際に、例えば、現時点におけ
るマスタシリンダ圧に応じた通常の目標減速度から、検
出されたブレーキトルクＴ_bsatiと(46)式によるＴ
_boptiの偏差に応じた値を一定周期の制御ステップ毎に
減じることにより、ブレーキトルクがＴ_boptiに一致す
るまで目標減速度を減少させるようにしても良い。この
結果、最終的に目標減速度ｙ_0optiが設定される。これ
により、第ｉ輪の車輪減速度がｙ_0optiに追従される。
なお、飽和点を超えていないと判定された他の車輪につ
いては、通常の目標減速度の追従制御が行われる。

【０１３２】図６のＡ点は少し飽和点を超えているが、
図５（ａ）、（ｂ）の制動トルク特性に示すように、飽
和点（図５（ａ）、（ｂ）ではＡ２領域内の点）を若干
超えても制動トルクは略一定に保たれているので、Ａ点
における(44)式の制動トルクＦ_satiは、制動トルクの略
最大値とみなすことができる。よって、図６に示すよう
に、飽和点の車輪減速度を(45)式によるｙ_0opti、飽和
点のブレーキトルクを(46)式によるＴ_boptiとみなすこ
とができ、第ｉ輪の制動トルク最大値追従制御が可能と
なる。

【０１３３】このように本実施の形態では、路面の状況
に係わらず制動トルク特性の限界を(42)式により精度良
く判定でき、かつ限界をこえたと判定したときには制動
トルクの最大値追従制御を行うので、制動トルク特性が
飽和点で大きく変化するような路面においても安定な制
御が可能となり、車輪のロックを確実に防止することが
できる。（第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態
に係る車輪挙動量サーボ制御装置の構成を図２を用いて
説明する。なお、第２の実施の形態の構成部のうち第１
の実施の形態と同様の構成部については、同一の符号を
付して詳細な説明を省略する。

【０１３４】図２に示すように、第２の実施の形態の車
輪挙動量サーボ制御装置は、各車輪の車輪挙動量を検出
する車輪挙動量検出部３２と、ブレーキトルク検出部１
４により検出されたブレーキトルクの時系列データ及び
車輪減速度検出部１２により検出された車輪減速度の時
系列データに基づいて制動トルク勾配を推定演算する制
動トルク勾配演算部４０と、該制動トルク勾配に基づい
て制動トルク特性の限界点を判定する判定部４２と、車
輪挙動量の通常の目標値（目標挙動量）を演算すると共
に判定部４２により限界点が判定された場合には、演算
された制動トルク勾配を目標値に追従させるべき目標挙
動量を演算する目標挙動量演算部３４と、演算された目
標挙動量と検出された車輪挙動量との偏差を０に一致さ
せるためのＡＢＳ操作量を演算する挙動量サーボ演算部
３６と、挙動量サーボ演算部３６により演算されたＡＢ
Ｓ操作量を実現するように制御バルブ（図１の２３）を
動作させるＡＢＳアクチュエータ２２と、から構成され
ており、それらは一定周期の制御ステップ毎に制御され
る。

【０１３５】このうち車輪挙動量検出部３２が検出する
車輪挙動量として、第１の実施の形態と同様の車輪減速
度の他、例えば、スリップ率及びスリップ速度を用いる
ことができる。このスリップ率及びスリップ速度は、次
のように演算される。

【０１３６】

【数２３】

【０１３７】但し、κ_i ：第ｉ輪のスリップ率 Δω_i ：第ｉ輪のスリップ速度 ω_v ：車体速度（角速度相当） ω_i ：第ｉ輪の車輪速度である。

【０１３８】なお、制動トルク勾配演算部４０及び判定
部４２により限界判定装置１０ｂが構成される。また、
車輪挙動量検出部３２が車輪挙動量として車輪減速度を
検出する場合、車輪挙動量検出部３２と車輪減速度検出
部１２とを１つの構成部とする。

【０１３９】次に、第２の実施の形態の作用を説明す
る。第２の実施の形態に係る制動トルク勾配演算部４０
は、所定のサンプリング時間τ毎にサンプリングされた
ブレーキトルクの時系列データＴ_b［ｊ］及び同様にτ
毎にサンプリングされた車輪減速度の時系列データｙ
［ｊ］（ｊ＝０，１，２，．．．．．）を、上記(17)式
に適用する。そして、(17)式の各データにオンラインの
システム同定手法を適用することによって第ｉ輪の制動
トルク勾配ｋ_iを推定演算し、判定部４２に出力する。

【０１４０】次に、判定部４２は、推定された第ｉ輪の
制動トルク勾配ｋ_iと予め定められた制動トルク勾配基
準値（例えば、１００Ｎｍｓ／ｍ）との比較により制動
トルク特性の限界の判定を行う。例えば、制動トルク勾
配ｋ_iが制動トルク勾配基準値以上の場合、制動トルク
特性が限界でないと判定し、制動トルク勾配ｋ_iが制動
トルク勾配基準値より小さくなった場合、制動トルク特
性が限界であると判定する。

【０１４１】ここで、制動トルク特性が図５（ｂ）のよ
うに限界点を超えたときに制動トルク勾配が大きく変化
するような路面の場合、限界点付近で急激に制動トルク
勾配ｋ_iが小さくなり、制動トルク勾配基準値より小さ
くなるので、限界点の判定を精度良く行うことができ
る。また、図５（ａ）のように通常の制動トルク特性を
有する路面の場合でも、限界点付近で制動トルク勾配が
小さくなるので、同様に限界点の判定を精度良く行うこ
とができる。

【０１４２】第ｉ輪の制動トルク特性が限界であると判
定された場合、目標挙動量演算部３４は、推定された第
ｉ輪の制動トルク勾配ｋ_iを目標値（ピーク追従の場合
は０）に追従させるべき第ｉ輪の車輪挙動量の目標挙動
量を演算する。特に、制動トルク勾配が負となる場合に
は、速やかに正の領域に戻す必要があるため、設定され
た目標減速度を制御ステップ毎に現在の値から制動トル
ク勾配と制動トルク勾配基準値との偏差に応じた比較的
大きな値を減じていく。また、制動トルク勾配が正の領
域では、安定性を重視するために、例えばＰＩ制御等に
より制動トルク勾配を基準値に一致させるための目標減
速度を演算する。

【０１４３】そして、挙動量サーボ演算部３６が、演算
された目標挙動量と検出された車輪挙動量との偏差を０
に一致させるためのＡＢＳ操作量を演算し、ＡＢＳアク
チュエータ２２が演算されたＡＢＳ操作量を実現するよ
うに制御バルブを動作させる。これにより、制動トルク
のピーク追従制御が実現される。

【０１４４】これに対し、制動トルク特性が限界でない
と判定された場合、目標挙動量演算部３４が、ドライバ
の操作量であるマスタシリンダ圧に応じた通常の目標挙
動量を演算する。これにより、ドライバの意思に則した
目標値追従制御が実現される。

【０１４５】このように本実施の形態では、路面の状況
に係わらず制動トルク特性の限界を精度良く判定でき、
かつ限界をこえたと判定したときには制動トルクの最大
値追従制御を行うので、制動トルク特性が限界点から大
きく変化するような路面においても安定な制御が可能と
なり、車輪のロックを確実に防止することができる。（第３の実施の形態）次に、本発明の第３の実施の形態
に係る車輪挙動量サーボ制御装置の構成を図３を用いて
説明する。なお、第３の実施の形態の構成部のうち第１
及び第２の実施の形態と同様の構成部については、同一
の符号を付して詳細な説明を省略する。

【０１４６】図３に示すように、第３の実施の形態の車
輪挙動量サーボ制御装置では、各車輪の車輪速センサ３
０が限界判定装置１０ｃの制動トルク勾配演算部４１に
接続されており、この制動トルク勾配演算部４１は、車
輪速センサ３０により所定のサンプリング時間τ毎に検
出された各車輪の車輪速度の時系列データに基づいて制
動トルク勾配を推定する。制動トルク勾配演算部４１に
は、判定部４２が接続されており、この判定部は推定さ
れた制動トルク勾配に基づいて制動トルク特性の限界を
判定する。他の構成は、第２の実施の形態と同様であ
る。

【０１４７】次に、第３の実施の形態の作用を説明す
る。第３の実施の形態に係る制動トルク勾配演算部４１
は、サンプリング時間τ毎に検出された車輪速度の時系
列データω_i［ｊ］（ｊ＝０，１，２，．．．．）を用
いて、上記(26)〜(28)式のステップ１及びステップ２を
繰り返し演算することにより、第ｉ輪の制動トルク勾配
ｋ_iの時系列データを推定演算する。

【０１４８】次に、判定部４２は、推定された第ｉ輪の
制動トルク勾配ｋ_iと予め定められた制動トルク勾配基
準値（例えば、１００Ｎｍｓ／ｍ）との比較により制動
トルク特性の限界の判定を行う。これ以降の処理は、第
２の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

【０１４９】このように本実施の形態でも、制動トルク
勾配を推定し、該制動トルク勾配に基づいて制動トルク
特性の限界を精度良く判定するので、第２の実施形態と
同様の効果を奏することができる。（第４の実施の形態）次に、本発明の第４の実施の形態
に係る車輪挙動量サーボ制御装置の構成を図４を用いて
説明する。なお、第４の実施の形態の構成部のうち第１
〜第３の実施の形態と同様の構成部については、同一の
符号を付して詳細な説明を省略する。

【０１５０】図４に示すように、第４の実施の形態の車
輪挙動量サーボ制御装置のＡＢＳアクチュエータ２２に
は、ブレーキ力の微小励振指令を与える微小励振指令部
５８が接続されている。この微小励振指令部５８は、ブ
レーキペダルが踏み込まれ、かつ車輪減速度がある基準
値を超えたときに、平均的なブレーキ力（ホイールシリ
ンダ圧）の回りに、車体と車輪と路面とからなる振動系
の共振周波数ω∞（(30)式）のブレーキ力微小振幅Ｐ_v
を印加する指令をＡＢＳアクチュエータ２２に出力す
る。

【０１５１】このブレーキ力の微小励振は、平均ブレー
キ力を実現する制御バルブ２３の増減圧制御と同時に共
振周波数に対応した周期で増圧減圧制御を行うことによ
り可能となる。具体的な制御の内容として、図９に示す
ように、微小励振の周期（例えば２４［ｍｓ］）の半周
期Ｔ／２毎に増圧と減圧のそれぞれのモードを切り替
え、バルブへの増減圧指令は、モード切り替えの瞬間か
ら増圧時間ｔ_i、減圧時間ｔ_rのそれぞれの時間分だけ
増圧・減圧指令を出力し、残りの時間は、保持指令を出
力する。平均ブレーキ力は、マスタシリンダ圧に応じた
増圧時間ｔ_iと減圧時間ｔ_rとの比によって定まると共
に、共振周波数に対応した半周期Ｔ／２毎の増圧・減圧
モードの切り替えによって、平均ブレーキ力の回りに微
小振動が印加される。

【０１５２】また、第４の実施の形態の車輪挙動量サー
ボ制御装置には、ブレーキ力の微小励振により生じた車
輪速微小振動の振幅値ω_wvを検出する車輪速微小振幅検
出部５０、及びブレーキ圧微小振幅Ｐ_vを検出するブレ
ーキ圧微小振幅検出部５２が備えられている。

【０１５３】このうち車輪速微小振幅検出部５０は、共
振周波数ω∞の振動成分を抽出するフィルタ処理を行う
演算部として実現できる。例えば、この振動系の共振周
波数ω∞が４０［Ｈｚ］程度であるので、制御性を考慮
して１周期を２４［ｍｓ］、約４１．７［Ｈｚ］に取
り、この周波数を中心周波数とするバンドパスフィルタ
を設け、このフィルタ出力を全波整流、直流平滑化する
ことにより車輪速微小振幅検出部５０を構成することが
できる。また、周期の整数倍、例えば１周期の２４［ｍ
ｓ］、２周期の４８［ｍｓ］の時系列データを連続的に
取り込み、４１．７［Ｈｚ］の単位正弦波、単位余弦波
との相関を求めることによっても実現できる。

【０１５４】また、ブレーキ圧微小振幅Ｐ_vは、マスタ
シリンダ圧、図９に示したバルブの増圧時間ｔ_iの長
さ、及び減圧時間ｔ_rの長さによって所定の関係で定ま
るので、ブレーキ圧微小振幅検出部５２は、マスタシリ
ンダ圧、増圧時間ｔ_i及び減圧時間ｔ_rからブレーキ圧
微小振幅Ｐ_vを出力するテーブルとして構成することが
できる。

【０１５５】さらに、第４の実施の形態に係る限界判定
装置１０ｄは、検出された車輪速微小振幅ω_wvと、ブレ
ーキ圧微小振幅Ｐ_vとに基づいて微小ゲインＧ_dを演算
する微小ゲイン演算部５４と、演算された微小ゲインＧ
_dと基準ゲインＧ_sとを比較することにより、制動トル
ク特性の限界を判定する判定部５６と、から構成され
る。このうち微小ゲイン演算部５４は、(32)式を演算す
る除算器として構成することができる。

【０１５６】なお、本実施の形態の目標挙動量演算部３
５は、判定部５６の限界判定結果に応じて、微小ゲイン
Ｇ_dを目標値に追従させるべき車輪挙動量の目標値（目
標挙動量）を演算する。

【０１５７】次に、第４の実施の形態の作用を説明す
る。微小ゲイン演算部５４により微小ゲインＧ_dが演算
されると、判定部５６は、微小ゲインＧ_dと基準ゲイン
Ｇ_sとの比較により制動トルク特性の限界の判定を行
う。例えば、微小ゲインＧ_dが基準ゲインＧ_sより大き
い場合、制動トルク特性が限界でないと判定し、微小ゲ
インＧ_dが基準ゲインＧ_s以下となった場合、制動トル
ク特性が限界であると判定する。

【０１５８】ここで、制動トルク特性が図５（ｂ）のよ
うに限界点を超えたときに制動トルク勾配が大きく変化
するような路面の場合、限界点付近で急激に微小ゲイン
Ｇ_dが小さくなり、基準ゲインＧ_sより小さくなるの
で、限界点の判定を精度良く行うことができる。また、
図５（ａ）のように通常の制動トルク特性を有する路面
の場合でも、限界点付近で微小ゲインＧ_dが小さくなる
ので、同様に限界点の判定を精度良く行うことができ
る。

【０１５９】第ｉ輪の制動トルク特性が限界であると判
定された場合、目標挙動量演算部３４は、推定された第
ｉ輪の微小ゲインＧ_dを目標値（ピーク追従の場合は
０）に追従させるべき第ｉ輪の車輪挙動量の目標挙動量
を演算する。例えば、設定された目標減速度を制御ステ
ップ毎に現在の値から微小ゲインＧ_dと基準ゲインＧ_s
との偏差に応じた比較的大きな値を減じていく。

【０１６０】そして、挙動量サーボ演算部３６が、演算
された目標挙動量と検出された車輪挙動量との偏差を０
に一致させるためのＡＢＳ操作量を演算し、ＡＢＳアク
チュエータ２２が演算されたＡＢＳ操作量を実現するよ
うに制御バルブを動作させる。これにより、制動トルク
のピーク追従制御が実現される。

【０１６１】これに対し、制動トルク特性が限界でない
と判定された場合、目標挙動量演算部３４が、ドライバ
の操作量であるマスタシリンダ圧に応じた通常の目標挙
動量を演算する。これにより、ドライバの意思に則した
目標値追従制御が実現される。

【０１６２】このように本実施の形態では、路面の状況
に係わらず制動トルク特性の限界を精度良く判定でき、
かつ限界をこえたと判定したときには制動トルクの最大
値追従制御を行うので、制動トルク特性が限界点から大
きく変化するような路面においても安定な制御が可能と
なり、車輪のロックを確実に防止することができる。

【０１６３】特に、第４の実施の形態では、制動トルク
特性の限界領域で急激に減少する微小ゲインＧ_dを用い
ているため、制動トルク特性の限界をきわめて精度良く
判定することができる。

【０１６４】以上が本発明の各実施の形態であるが、本
発明は、上記例にのみ限定されず、その要旨を逸脱しな
い範囲内において任意好適に変更可能である。

【０１６５】例えば、第１の実施の形態において、(43)
式を用いた飽和点の判定を、次式により行っても良い。

【０１６６】Ｔ_b＜Ｔ_b0 (49) ただし、Ｔ_bは、図１のブレーキトルク検出部１４によ
り検出された現時点でのブレーキトルクである。また、
Ｔ_b0は、車輪減速度が目標値に漸近した平衡状態ではス
リップ速度が一定であると仮定して得られる上記(9) 式
に、車輪減速度検出部１２により検出された車輪減速度
ｙ₀を代入することにより演算されたブレーキトルクで
ある。

【０１６７】また、第４の実施の形態では、ブレーキ圧
の微小励振手段を、制御バルブへの増圧減圧時間の調整
により実現したが、本発明は、これに限定されるもので
はなく、微小励振指令に応じて伸縮する圧電アクチュエ
ータによりブレーキディスクに直接、ブレーキ圧を加え
る手段を用いることもできる。

【０１６８】

【実施例】以下に、第１及び第２の実施の形態を具体的
な条件で動作させたときの実施例を説明する。（第１の実施例）第１の実施の形態に係る車輪減速度サ
ーボ制御装置が、低μ路で急制動して目標減速度追従制
御した場合のシミュレーション結果を図１０を用いて説
明する。

【０１６９】図１０（ａ）には、車輪速度（実線）と車
体速度（破線）の時間的変化が示されている。同図に示
すように、ブレーキ制動開始時刻（１ｓ）から、車輪速
度が車体速度と一致しなくなっている。しかし、ブレー
キ制動開始時刻の直後を除き、車輪速度が０に一致する
まで、車輪速度と車体速度との差（スリップ速度）が一
定に保たれ、車輪減速度が目標減速度に漸近的に一致す
るスリップ速度一定の平衡状態が実現されていることが
わかる。

【０１７０】また、図１０（ｂ）には、検出された車輪
減速度（実線）と演算された目標減速度（破線）との時
間的変化が示されている。同図に示すように、ブレーキ
制動開始時刻（１ｓ）から時刻１．４ｓ付近までの時間
帯において、車輪減速度と目標減速度との間に若干のず
れが認められるものの、その差は小さく、また車輪減速
度が目標減速度に追従する傾向があるので、車輪減速度
が目標減速度にほぼ一致しているといって良い。そし
て、時刻１．４ｓ以降では、ほぼ完全に車輪減速度が目
標減速度が一致し、ブレーキ急制動時において目標追従
制御が良好に機能していることがわかる。

【０１７１】さらに、図１０（ｃ）には、検出されたブ
レーキトルクＴ_b（実線）と、検出された車輪減速度を
用いて(8) 式により演算されたブレーキトルクＴ_b0（破
線）との時間的変化が示されている。同図に示すよう
に、ブレーキ制動開始時刻（１ｓ）から時刻１．６ｓ付
近までの間において、Ｔ_bがＴ_b0より小さくなってい
る。これは(43)式が成立することと同値（(49)式と同
じ) であるので、図１の限界判定装置１０ａは、この時
間帯で制動トルク特性が飽和していると判定する。ここ
で、目標減速度演算部１６では、Ｔ_bがＴ_b0に略一致す
るまで制御ステップ毎にＴ_b0を減少させ、このＴ_b0から
(8) 式に基づき目標減速度ｙ₀を演算している。

【０１７２】このように制動トルク特性が飽和した時間
帯でも、図１０（ｂ）で説明したように、車輪減速度が
目標減速度にほぼ一致しているので、制動トルク特性が
限界を超えず、目標値追従制御が良好に機能しているこ
とがわかる。さらに、図１０（ｃ）において、時刻１．
６ｓ以降では、Ｔ_bがＴ_b0に略一致しているので、図６
の飽和点でのピークμ追従制御が車輪ロックを生じるこ
となく良好に機能していることが示されている。

【０１７３】次に、第１の実施の形態に係る車輪減速度
サーボ制御装置が、高μ路で急制動して目標減速度追従
制御した場合のシミュレーション結果を図１１を用いて
説明する。

【０１７４】図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、高μ
路においても図１０の低μ路の場合と同様に目標値追従
制御が良好に機能している結果が得られていることがわ
かる。なお、高μ路であるため、車輪が停止するまでの
時間が短く、また、図１１（ｃ）に示すように、制動ト
ルク特性が飽和していると判定される時間帯（１ｓ〜
１．５ｓ）も図１０と比較して短くなっている。

【０１７５】以上のシミュレーション結果より、本発明
の第１の実施例に係る車輪減速度サーボ制御装置によれ
ば、低μ路、高μ路であるか否かに係わらず、車輪ロッ
クを生じることなく安定な目標値追従が実現できること
が示された。（第２の実施例）第２の実施の形態に係る車輪減速度サ
ーボ制御装置が、低μ路で急制動して目標減速度追従制
御した場合のシミュレーション結果を図１２を用いて説
明する。

【０１７６】図１２（ａ）には、車輪速度（実線）と車
体速度（破線）の時間的変化が示されている。同図に示
すように、ブレーキ制動開始時刻（１ｓ）から車輪速度
が車体速度と一致しなくなっているが、車輪速度と車体
速度との差（スリップ速度）は車両の停止まで僅かな差
となっており、このことは、車輪ロックが発生しなかっ
たことを示している。

【０１７７】また、図１２（ｂ）には、検出された車輪
減速度（実線）と演算された目標減速度（破線）との時
間的変化が示されている。同図に示すように、ブレーキ
制動開始時刻（１ｓ）から時刻１．２ｓ付近までの時間
帯において、車輪減速度と目標減速度との間に若干のず
れが認められるものの、その差は小さく、また車輪減速
度が目標減速度に追従する傾向があるので、車輪減速度
が目標減速度にほぼ一致しているといって良い。そし
て、時刻１．２ｓ以降では、ほぼ完全に車輪減速度が目
標減速度が一致し、ブレーキ急制動時において目標追従
制御が良好に機能していることがわかる。

【０１７８】さらに、図１２（ｃ）には、演算推定され
た制動トルク勾配の時間的変化が示されている。同図に
示すように、制動トルク勾配は、ブレーキ制動開始時刻
（１ｓ）から急激に減少し、その後、車両が停止するま
で、一定値以下の値を維持している。すなわち、ピーク
μ付近の小さな値が保持され、目標値追従制御が車輪ロ
ックを生じることなく良好に機能していることが示され
ている。

【０１７９】次に、第２の実施の形態に係る車輪減速度
サーボ制御装置が、高μ路で急制動して目標減速度追従
制御した場合のシミュレーション結果を図１３を用いて
説明する。

【０１８０】図１３（ａ）〜（ｃ）に示すように、高μ
路においても図１２の低μ路の場合と同様に目標値追従
制御が良好に機能している結果が得られていることがわ
かる。

【０１８１】以上のシミュレーション結果より、本発明
の第２の実施例に係る車輪減速度サーボ制御装置によれ
ば、路面の状況に係わらず、車輪ロックを生じることな
く安定な目標値追従が実現できることが示された。

【０１８２】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１、及び請
求項３〜請求項６の発明によれば、スリップ速度に対す
る制動トルクの勾配である制動トルク勾配又は該制動ト
ルク勾配と車輪運動を介して関連する物理量を限界判定
量として演算し、該限界判定量に基づく制動トルク特性
の限界判定結果に応じて、限界判定量を制動トルク特性
の限界を超えない範囲に収めるべき車輪挙動量の目標値
を演算するようにしたので、単に１つの物理量をフィー
ドバックして目標値追従制御を行う場合と比べて、制動
トルク勾配が急激に変化する路面であるか否かに係わら
ず、より良好な目標値追従制御を行うことができる、と
いう優れた効果が得られる。また、請求項２の発明によ
れば、検出された車輪減速度に基づいて、車輪運動でス
リップ速度一定の平衡状態を仮定して得られるブレーキ
トルクに基づいて制動トルク特性の限界を判定するよう
にしたので、きわめて正確に制動トルク特性の限界を判
定できる、という優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態に係る車輪減速度サー
ボ制御装置の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２実施の形態に係る車輪挙動量サー
ボ制御装置の構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の第３実施の形態に係る車輪挙動量サー
ボ制御装置の構成を示すブロック図である。

【図４】本発明の第４実施の形態に係る車輪挙動量サー
ボ制御装置の構成を示すブロック図である。

【図５】スリップ速度に対する制動トルクの変化特性
（制動トルク特性）を示すための図であって、（ａ）は
ピークμの前後で制動トルク勾配が緩やかに変化する路
面の制動トルク特性、（ｂ）は、ピークμの前後で制動
トルク勾配が急激に変化する路面の制動トルク特性を示
す。

【図６】車輪減速度サーボ制御を構成した場合の車輪減
速度とブレーキトルクとの関係を示す図である。

【図７】車輪と車体と路面とから構成される振動系の等
価モデルを示す図である。

【図８】スリップ速度に対する摩擦係数μの変化特性を
示すと共に、微小ゲインが制動トルク勾配と等価である
ことを説明するため、微小振動の中心の回りのμの変化
が直線で近似できることを示す図である。

【図９】ブレーキ圧の微小励振と平均ブレーキ力の制御
を同時に行う場合の制御バルブへの指令を示す図であ
る。

【図１０】本発明の第１の実施例に係る車輪減速度サー
ボ制御装置を、低μ路でブレーキ急制動したときのシミ
ュレーション結果である。

【図１１】本発明の第１の実施例に係る車輪減速度サー
ボ制御装置を、高μ路でブレーキ急制動したときのシミ
ュレーション結果である。

【図１２】本発明の第２の実施例に係る車輪挙動量サー
ボ制御装置を、低μ路でブレーキ急制動したときのシミ
ュレーション結果である。

【図１３】本発明の第２の実施例に係る車輪挙動両サー
ボ制御装置を、高μ路でブレーキ急制動したときのシミ
ュレーション結果である。

【符号の説明】

１０ａ限界判定装置１０ｂ限界判定装置１０ｃ限界判定装置１０ｄ限界判定装置１２車輪減速度検出部１４ブレーキトルク検出部１６目標減速度演算部１８偏差演算部２０減速度サーボ演算部２２ＡＢＳアクチュエータ２３制御バルブ３０車輪速センサ３２車輪挙動量検出部４０制動トルク勾配演算部４２判定部３４目標挙動量演算部３６挙動量サーボ演算部５０車輪速微小振幅検出部５２ブレーキ圧微小振幅検出部５４微小ゲイン演算部５８微小励振指令部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梅野孝治愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者山口裕之愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者菅井賢愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車輪運動に関連した物理量である車輪挙
動量を検出する車輪挙動量検出手段と、車輪運動に関連した物理量に基づいて、スリップ速度に
対する制動トルクの勾配である制動トルク勾配又は該制
動トルク勾配と車輪運動を介して関連する物理量を限界
判定量として演算し、該限界判定量に基づいて車輪と路
面との間の制動トルク特性の限界を判定する限界判定手
段と、前記限界判定手段の限界判定結果に応じて、前記限界判
定量を前記制動トルク特性の限界を超えない範囲に収め
るべき車輪挙動量の目標値を演算する目標挙動量演算手
段と、前記車輪挙動量検出手段により検出された車輪挙動量を
前記目標挙動量演算手段により演算された車輪挙動量の
目標値に追従させるように車輪運動を制御するサーボ制
御手段と、を含む車輪挙動量サーボ制御装置。
【請求項２】検出されたブレーキトルク及び検出され
た車輪減速度のいずれかに基づいて、車輪運動でスリッ
プ速度一定の平衡状態を仮定して得られる車輪減速度及
びブレーキトルクのいずれかを限界判定量として演算
し、該限界判定量と実際に検出された車輪減速度との比
較、又は該限界判定量と実際に検出されたブレーキトル
クとの比較に基づいて車輪と路面との間の制動トルク特
性の限界を判定する限界判定手段、を有することを特徴とする限界判定装置。
【請求項３】前記車輪挙動量検出手段は、前記車輪挙
動量として車輪減速度を演算すると共に、前記限界判定手段は、検出されたブレーキトルク及び検出された車輪減速度の
いずれかに基づいて、車輪運動でスリップ速度一定の平
衡状態を仮定して得られる車輪減速度及びブレーキトル
クのいずれかを限界判定量として演算し、該限界判定量
と実際に検出された車輪減速度との比較、又は該限界判
定量と実際に検出されたブレーキトルクとの比較に基づ
いて車輪と路面との間の制動トルク特性の限界を判定す
ることを特徴とする請求項１記載の車輪挙動量サーボ制
御装置。
【請求項４】前記限界判定手段は、ブレーキトルクの時系列データ及び車輪減速度の時系列
データに基づいて限界判定量である制動トルク勾配を演
算し、該限界判定量に基づいて制動トルク特性の限界を
判定することを特徴とする請求項１記載の車輪挙動量サ
ーボ制御手段。
【請求項５】前記限界判定手段は、車輪速度の時系列データに基づいて限界判定量である制
動トルク勾配を演算し、該限界判定量に基づいて制動ト
ルク特性の限界を判定することを特徴とする請求項１記
載の車輪挙動量サーボ制御手段。
【請求項６】車体と車輪と路面とから構成される振動
系の共振周波数でブレーキ圧を微小励振する微小励振手
段と、をさらに含み、前記限界判定手段は、前記微小励振手段によりブレーキ圧を微小に励振した場
合のブレーキ圧の微小振幅に対する車輪速度の共振周波
数成分の微小振幅の比である微小ゲインを限界判定量と
して演算し、該限界判定量に基づいて制動トルク特性の
限界を判定することを特徴とする請求項１記載の車輪挙
動量サーボ制御手段。