JPH11321617A

JPH11321617A - Ａｂｓ用路面適応装置

Info

Publication number: JPH11321617A
Application number: JP13213198A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Ono; 英一小野; Katsuhiro Asano; 勝宏浅野; Hiroyuki Yamaguchi; 裕之山口; Koji Umeno; 孝治梅野; Masaru Sugai; 賢菅井
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 1999-11-24

Abstract

(57)【要約】【課題】ピ−クμ追従制御のときに路面μが変化しても
十分な制動特性を得る。【解決手段】制動トルク勾配を推定する制動トルク勾配
推定部（２８）と、推定された制動トルク勾配が目標値
との偏差Δαが零に一致するように目標減速度を演算す
るＰＩ制御器（１４）と、検出された車輪減速度と目標
減速度との偏差Δｙが零に一致するようなブレ−キ圧指
令信号を演算するＰＩ制御器（１８）と、を有するＡＢ
Ｓ装置において、Δαが一定値以上の状態が所定時間継
続したときを低μ路から高μ路への移行時と判定するμ
変化判定部（３０）と、低μ路から高μ路への移行時と
判定されたとき、ＰＩ制御器（１４）が演算する目標減
速度をランプ的或いはステップ的に上昇させる路面μ適
応部（３２）と、を備える。低μ路から高μ路への移行
時に目標減速度が上昇することにより制動力が上昇し、
よって、ピークμ追従制御に速やかに戻ることができ、
制動特性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、路面μ特性に適応
したアンチロックブレーキ制御（ＡＢＳ）を行うＡＢＳ
用路面適応装置に係り、より詳しくは、車輪のすべり易
さを表す物理量の目標値偏差に基づいて、μ路の乗り移
り（例えば、低μ路から高μ路への変化）を判定し、フ
ィードフォワード的に制動力を調整することにより、十
分な制動特性を得ることを可能にしたＡＢＳ用路面適応
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車に対する安全志向の高まり
から、予防安全技術の研究開発が進められ、その代表的
な安全装置であるアンチロックブレーキ制御装置（ＡＢ
Ｓ装置）は、既に多くの乗用車に装備されている。ＡＢ
Ｓ装置は、検出された車輪速度や車輪減速度などの車輪
挙動量に基づいてタイヤと路面との間の摩擦状態を演算
し、摩擦係数μがピーク値（ピークμ）を越えるおそれ
があると判定したときに、ブレーキ圧を低減させること
により、タイヤロックを防止するものである。

【０００３】中でも、最大制動力保持型ＡＢＳ装置で
は、ピークμ直前の摩擦状態を維持するようにブレーキ
圧を制御することにより、最大摩擦力で最も効果的なブ
レーキ制動を行っている。すなわち、車輪挙動量などに
基づいて、摩擦係数μのスリップ速度に対する勾配であ
る路面μ勾配を演算し、該路面μ勾配が、ピークμ直前
の状態に対応する正のある小さな値になるようにμ勾配
の目標値偏差をフィードバックすることにより、ピーク
μ付近の最大制動力を得て、タイヤロック防止と共に制
動距離を短縮化している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＡＢＳ装置では、単に路面μ勾配の目標値偏差をフ
ィードバックしているため、走行中の路面のμ特性が移
り変わったときに、変化した路面μ特性への制御系の適
応が遅いという問題点があった。特に、低μ路から高μ
路に乗り移った際には、図５（ａ）に示すように路面μ
勾配が急激に増加して目標値より大きくなる。このた
め、最大制動力保持のためピークμ付近までブレーキ圧
を増加させる必要があるが、目標値偏差のみに基づくブ
レーキ圧のフィードバック増加指令では、図５（ｂ）に
示すように、緩やかにしかブレーキ圧が増大せず、十分
な制動特性が得られなかった。

【０００５】本発明は、上記事実に鑑みなされたもの
で、最大制動力保持のためのアンチロックブレーキ動作
の間に路面μ特性が変化したとき、変化した路面に適応
した制御を迅速に行うことによって十分な制動特性を実
現することができるＡＢＳ用路面適応装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に、請求項１の発明は、路面とタイヤとのすべり易さを
表す物理量を推定する推定手段と、前記推定手段により
推定された物理量と、タイヤと路面との間の摩擦係数で
ある路面μがピーク近傍となるための前記物理量の目標
値と、の偏差を演算する演算手段と、制動に関連する所
定の物理量が該物理量の目標値となるように、車輪に作
用するブレーキ力を制御するＡＢＳ制御手段と、前記偏
差に基づいて路面μの変化を判定するμ変化判定手段
と、前記μ変化判定手段により路面μが変化したと判定
されたとき、変化した路面μに適応したブレーキ力が車
輪に作用するように前記所定の物理量の目標値を修正す
る路面μ適応手段と、を含んで構成したものである。

【０００７】ここで、路面とタイヤとのすべり易さを表
す物理量には、例えば、路面μ勾配、微小ゲイン、車輪
に対する制動トルク又は制動力のスリップ速度に対する
勾配である制動トルク勾配（図８参照）や制動力勾配等
がある。即ち、これらの物理量が大きいと、タイヤ発生
力に余裕があり、すべりにくい。一方、これらの物理量
が小さいと、タイヤ発生力に余裕がなく、すべり易い。
よって、これらの物理量は、車輪のすべり易さを表す。

【０００８】ここで、摩擦係数μは、路面から反力とし
て車輪に作用する制動力をＦ、輪荷重をＷ、タイヤ有効
半径をＲとしたとき、Ｆ＝μＷ又はＦＲ＝ μＷＲの関係があることから、ＷＲを略定数と仮定したとき、
制動力勾配、又は制動トルク勾配が、摩擦係数μのスリ
ップ速度に対する勾配と等価な物理量であることは明ら
かである。この物理量、例えば制動トルク勾配は、図８
に示すようにピークμとなるスリップ速度よりも小さい
スリップ速度の領域では正値、ピークμとなるスリップ
速度では零、ピークμとなるスリップ速度よりも大きい
スリップ速度の領域では負値となり、タイヤと路面との
間の摩擦状態を反映している。

【０００９】請求項１の発明では、推定手段は、路面と
タイヤとのすべり易さを表す物理量を推定する。そし
て、偏差演算手段は、推定された物理量と、タイヤと路
面との間の摩擦係数である路面μがピーク近傍となるた
めの該物理量の目標値と、の偏差を演算し、ＡＢＳ制御
手段は、制動に関連する所定の物理量が該物理量の目標
値となるように車輪に作用するブレーキ力を制御する。
例えば、この目標値として、正の小さな値を設定してお
けば、物理量が正の小さな値となるようにブレーキ力が
制御される。すなわち、物理量が正の小さな値に対応す
るピークμ直前の状態が保持される。

【００１０】このようなフィードバック制御が行われて
いる間、μ変化判定手段は、演算された偏差に基づい
て、路面μの変化を判定する。この路面μの変化の判定
方法として、例えば、推定された物理量が所定値以上変
化したとき、或いは、前記偏差が所定値以上大きくなっ
た状態が所定時間以上継続したとき、を路面μが変化し
たと判定する。例えば、図６（ａ）に示すように、低μ
路から高μ路へ移行するとき、物理量（例えば、路面μ
勾配）とこの物理量の目標値との偏差が急激に大きくな
るので、路面μ勾配の増加量又は偏差が所定値以上とな
ったとき、低μ路から高μ路へ移行したと判定できる。

【００１１】そして、路面μ適応手段は、μ変化検出手
段により路面μが変化したと判定されたとき、変化した
路面μに適応したブレーキ力が車輪に作用するように上
記所定の物理量の目標値を修正する。一例として、請求
項２の発明のように、路面μ適応手段が、μ変化判定手
段により低い路面μから高い路面μへ路面が変化したと
判定されたとき、前記偏差に基づく通常のブレーキ力よ
りも大きいブレーキ力が車輪に作用するように制動に関
する上記物理量の目標値を修正する。例えば、図６
（ｂ）に示すように、ホイールシリンダ圧をランプ的に
徐々に上昇修正する。また、前記偏差に応じた変化量で
ホイールシリンダ圧をステップ的に上昇修正してもよ
い。

【００１２】このように本発明では、低μ路から高μ路
へ移行した際に偏差に基づく低μ路でのブレーキ力より
も大きなブレーキ力が印加されることにより、最大摩擦
力がより大きくなった高μ路に適応した大きな制動力が
速やかに発生し、十分な制動特性を得ることができる。
一方、高μ路から低μ路に移り変わったと判定されたと
きは偏差に基づく通常のブレーキ力に戻すようにＡＢＳ
制御手段をフィードフォワード制御することにより、あ
らゆる路面μに適応した制御が可能となる。

【００１３】本発明に基づく路面μ適応フィードフォワ
ード制御が適用されるＡＢＳ制御系には、様々な実施態
様が考えられる。適応可能な好ましい制御系の例とし
て、減速度サーボなど車輪挙動量サーボで階層制御系が
挙げられる。この減速度サーボの階層制御系では、例え
ば、請求項３の発明のように、請求項１又は請求項２記
載の発明において、制動に関連する所定の物理量として
車輪減速度を検出する車輪減速度検出手段と、をさらに
含んで構成し、前記ＡＢＳ制御手段は、前記偏差に基づ
いて、目標車輪減速度を演算する目標車輪減速度演算手
段と、前記目標車輪減速度演算手段により演算された目
標車輪減速度と前記車輪減速度検出手段により検出され
た車輪減速度との偏差に基づいて、ブレーキ力制御信号
を演算するブレーキ力演算手段と、を有するように構成
する。

【００１４】請求項３の発明では、目標車輪減速度演算
手段が上記偏差に基づいて目標車輪減速度を演算する。
例えば、この偏差が零に一致するように該偏差からＰＩ
制御等により目標車輪減速度を演算する。次に、ブレー
キ力演算手段が、演算された目標車輪減速度と検出され
た実際の車輪減速度との偏差に基づいて、ブレーキ力を
制御するためのブレーキ力制御信号を演算する。例えば
減速度の偏差が零に一致するように、該偏差からＰＩ制
御等によりブレーキ力制御信号を演算する。

【００１５】そして、路面μ適応手段は、μ変化検出手
段により路面μが変化したと判定されたとき、変化した
路面μに適応したブレーキ力が車輪に作用するように、
ＡＢＳ制御手段をフィードフォワード制御する。具体的
には、請求項４の発明のように、路面μ適応手段が、μ
変化判定手段により低い路面μから高い路面μへ路面が
変化したと判定されたとき、目標減速度演算手段により
演算された目標減速度をランプ的或いはステップ的に上
昇させる。これによって、車輪減速度が増大し、高μ路
に適応した大きな制動力を速やかに得ることができる。
ＰＩ制御により目標減速度を演算する場合には、目標減
速度演算手段の比例ゲインや積分ゲインを増加させるこ
とにより、目標減速度を上昇させてもよい。

【００１６】なお、本発明は、階層的な減速度サーボ以
外の他のＡＢＳ制御系にも適応可能である。例えば、路
面μ勾配と目標μ勾配との偏差が零に一致するように、
該偏差からＰＩ制御等により、直接、ブレーキ力制御信
号を演算するＡＢＳ装置にも適用可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のＡＢＳ用路面適応
装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。（第１の実施の形態）第１の実施の形態は、本発明のＡ
ＢＳ用路面適応装置を階層型の車輪減速度サーボ制御系
に適応したものであり、図１には、該装置の構成ブロッ
クが示されている。同図に示すように、ＡＢＳ用路面適
応装置１０は、車輪２２の車輪速度信号ωを所定のサン
プリング時間τ毎に検出する車輪速度検出部２４と、少
なくとも検出された車輪速度信号ωに基づいて勾配αを
推定する、本発明の推定手段としての勾配推定部２８
と、推定された勾配αと予め所定値に設定されている目
標勾配α₀との偏差Δα＝（α₀−α）を演算する偏差
演算器１２と、比例ゲインＧ_P及び積分ゲインＧ_Iに基
づいて偏差Δαを零に一致させるための目標減速度ｙ₀
を演算するＰＩ制御器１４と、を備えている。これらは
階層制御系の上位の制御系を構成しており、ピークμ追
従制御の場合、目標勾配α₀は、図８のピークμ直前の
状態に対応する正の小さな値に設定される。なお、本実
施形態では、勾配推定部２８を、上記制動トルク勾配を
推定する手段として構成し、その詳細な推定原理につい
ては後述する。

【００１８】また、ＡＢＳ用路面適応装置１０は、車輪
２２の車輪減速度を検出する車輪減速度検出部２６と、
ＰＩ制御器１４により演算された目標減速度ｙ₀と車輪
減速度検出部２６により検出された車輪減速度ｙとの偏
差Δｙ＝（ｙ₀−ｙ）を演算する偏差演算器１６と、比
例ゲインＧ_P及び積分ゲインＧ_Iに基づいて偏差Δｙを
零に一致させるためのブレーキ圧指令信号を演算するＰ
Ｉ制御器１８と、演算されたブレーキ圧指令信号に基づ
いて車輪２２のホイールシリンダ圧を制御する制御バル
ブ２０と、を備えている。これらは、階層制御系の下位
の制御系を構成している。

【００１９】さらに、ＡＢＳ用路面適応装置１０は、偏
差Δαに基づいて路面μの変化を判定するμ変化検出部
３０と、μ変化判定部３０により路面μが変化したと判
定されたとき、現在の路面μに適したホイールシリンダ
圧が車輪２２に作用するための目標減速度ｙ₀を演算す
るようにＰＩ制御器１４を制御する路面μ適応部３２
と、を有している。これらは、本発明に係る路面μ適応
を実現する手段である。また、ＰＩ制御器１４、１８
は、微分制御を含めたＰＩＤ制御器などにより構成して
もよいし、また、いわゆるＨ∞制御や２自由度制御など
を行うロバスト制御器など、より高次の制御を行う制御
器により構成してもよい。また、車輪減速度検出器２６
は、車輪速度ωから車輪減速度ｙを演算するフィルタで
構成してもよいし、或いは車輪減速度を直接検出する減
速度センサーなどから構成することもできる。

【００２０】また、制御バルブ２０は、図示しない増圧
バルブ及び減圧バルブを有しており、増圧バルブは、ブ
レーキペダルの踏力に応じて増圧する図示しないマスタ
シリンダと接続され、減圧バルブは、低圧源としての図
示しないリザーバーと接続されている。さらに、制御バ
ルブ２０には、図示しないホイールシリンダが接続され
ており、制御バルブは、ブレーキ圧指令信号に応じて、
増圧バルブ及び減圧バルブの開閉時間を調整することに
より、車輪２２に作用するホイールシリンダ圧を制御す
る。

【００２１】なお、図１では、一つの車輪２２について
各構成部が示されているが、複数の車輪を持つ車両（例
えば４輪自動車）の場合、実際には各々の車輪について
図１に示す各構成部が設けられている。

【００２２】次に、本実施の形態の作用を説明する。

【００２３】ＡＢＳ制御を開始するための所定条件が成
立すると、勾配推定部２８が、車輪速検出器２４により
検出されたサンプリング時間τ毎の車輪速度ωの時系列
データ｛ω１、ω２、ω３、．．．｝に基づいて制動ト
ルク勾配αを順次演算する。次に、偏差演算器１２が目
標勾配α₀と演算された制動トルク勾配αとの偏差Δα
を演算し、ＰＩ制御器１４が、偏差Δαに基づいて目標
減速度ｙ₀を演算する。例えば、Δα（＝α₀−α）が
負、即ち、αが正の大きな値であるとき、制動力の余裕
度が大きいため、目標減速度ｙ₀が大きな値となるよう
に演算し、逆に、Δαが正のときは、目標減速度が小さ
な値となるように演算する。

【００２４】次に、偏差演算器１６が、演算された目標
減速度ｙ₀と車輪減速度検出器２６により検出された車
輪減速度ｙとの偏差Δｙを演算し、ＰＩ制御器１８が、
Δｙを零に一致させるためのブレーキ圧指令信号を演算
する。制御バルブ２０は、ブレーキ圧指令信号に応じて
車輪２２に作用するホイールシリンダ圧を制御する。

【００２５】このようにしてほぼ一定の摩擦特性を有す
る路面を走行している間では、制動トルク勾配αが目標
μ勾配α₀に一致するようにホイールシリンダ圧がフィ
ードバック制御され、ピークμへ追従するためのアンチ
ロックブレーキ動作が可能となる。

【００２６】上記ピークμ追従制御の間、μ変化判定部
３０は、偏差Δαに基づいて現在走行中の路面が低μ路
から高μ路へ変化したか否を常時判定しており、低μ路
から高μ路へ変化したと判定した場合、路面μ適応部３
２へ路面μ適応の指令信号を出力する。ここで、μ変化
判定部３０による路面μ変化判定方法の一例を図２のフ
ローチャートを用いて説明する。

【００２７】図２のフローチャートに示すように、ま
ず、タイマーのカウント値ｔを０に初期化する（ステッ
プ２００）。次に、偏差Δαが所定のしきい値Ａを越え
たか否かを判定する（ステップ２０２）。偏差Δαがし
きい値Ａを越えていないと判定した場合（ステップ２０
２否定判定）、ステップ２００に戻り、同様の判定を繰
り返す。一方、偏差Δαがしきい値Ａを越えたと判定し
た場合（ステップ２０２肯定判定）、タイマーカウント
値ｔを１だけインクリメントする（ステップ２０４）。
そして、カウント値ｔが所定のしきい値Ｂを越えたか否
かを判定する（ステップ２０６）。ｔがＢを越えていな
いと判定した場合（ステップ２０６否定判定）、ステッ
プ２０２に戻り、再び上記判定を繰り返す。

【００２８】偏差ΔαがＡを越えた状態が継続してカウ
ント値ｔが順次更新された結果により、ｔがＢを越えた
と判定した場合（ステップ２０６肯定判定）、路面が低
μ路から高μ路へ移行したと判断する（ステップ２０
８）。そして、路面μ適応部３２への指令信号をオンに
する（ステップ２１０）。すなわち、本実施形態では、
偏差Δαが所定値Ａを越えた状態が所定時間継続した場
合、低μ路から高μ路へ移行したと判定する（図６
（ａ）参照）。

【００２９】その後、路面μ適応部３２による適応制御
が行われている間、μ変化判定部３０は、偏差Δαがま
だ上記しきい値Ａを越えているか否かを判定する（ステ
ップ２１２）。偏差ΔαがＡを越えていると判定した場
合（ステップ２１２肯定判定）、ステップ２１０に戻
り、路面μ適応部３２への指令信号オンの状態を継続す
る。

【００３０】一方、適応制御の結果、偏差ΔαがＡを越
えなくなったと判定した場合（ステップ２１２否定判
定）、路面μ適応部３２への指令信号をオフにする（ス
テップ２１４）。これにより、路面μ適応部３２による
フィードフォワード制御が終了し、通常のフィードバッ
ク制御に戻る（図６（ａ）、（ｂ）参照）。そして、ス
テップ２００に戻って、以上の処理を再び実行する。

【００３１】路面μ適応部３２では、μ変化判定部３０
からの指令信号がオンになったときからオフになるまで
の間、図３（ａ）に示すように、目標減速度ｙ₀がほぼ
一定の増加率で増加するようにＰＩ制御器１４を制御す
る。この結果、ホイールシリンダ圧がランプ的に上昇す
る（図６（ｂ）参照）。なお、この増加率が偏差Δαの
大きさに応じて変化するようにしてもよい。

【００３２】また、図３（ｂ）に示すように、目標減速
度ｙ₀をステップ的に上昇させてもよい。この場合は、
ホイールシリンダ圧がステップ的に増大する。なお、こ
のステップ変化量の大きさが偏差Δαが大きくなるに従
い、増加するようにしてもよい。

【００３３】図３（ａ）、（ｂ）に示すように目標減速
度を上昇させる制御は、以下の方法によって可能とな
る。すなわち、図４（ａ）に示すように、ＰＩ制御器１
４の比例ゲインＧ_pを大きくすることによって、演算出
力される目標減速度ｙ₀をΔαに応じて急激に上昇させ
ることができる（図３（ａ）に対応）。また、ＰＩ制御
器１４の積分ゲインＧ_Iを大きくすることによって、演
算出力される目標減速度ｙ₀をΔαに応じた傾きでラン
プ的に上昇させることができる（図３（ｂ）に対応）。

【００３４】勿論、目標減速度の上昇制御の方法は、上
記例に限定されるものではない。例えば、Δαに応じた
目標減速度の増分量Δｙを演算し、このΔｙを、ＰＩ制
御器１４の演算結果に加算することにより目標減速度を
上昇させることもできる。また、低μ路に適した制御を
行うＰＩ制御器と高μ路に適した制御を行うＰＩ制御器
とを用意し、μ変化判定部３０による判定結果に応じ
て、いずれかのＰＩ制御器を切り替え選択するようにし
てもよい。

【００３５】このように本実施形態のＡＢＳ用路面適応
装置１０では、図６（ａ）に示すように、アンチロック
ブレーキ動作中に低μ路から高μ路へ移行したと判定し
たとき、図６（ｂ）に示すように、目標減速度をランプ
的或いはステップ的に増加させる制御を行うことによ
り、ホイールシリンダ圧を増加させる制御を行うように
したので、高μ路に適応したピークμ追従制御へ迅速に
移行することができる。これにより、十分な制動特性を
確保して制動距離及び制動時間を短縮することができ
る。

【００３６】ここで、勾配推定部２８による制動トルク
勾配の推定原理を説明する。（制動トルク勾配の推定原理）各車輪の車輪運動及び車
体運動は次式の運動方程式によって記述される。

【００３７】

【数１】ただし、Ｆ_i’は、第ｉ輪に発生した制動力、Ｔ_biは踏
力に対応して第ｉ輪に加えられたブレーキトルク、Ｍは
車両質量、Ｒ_cは車輪の有効半径、Ｊは車輪慣性、ｖは
車体速度である。なお、・は時間に関する微分を示す。
(1) 式、(2) 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。

【００３８】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。

【００３９】ｖ＝Ｒ_cω_v (3) Ｒ_cＦ_i’（ω_v−ω_i）＝ｋ_i×（ω_v−ω_i）＋Ｔ_i (4) さらに、(3) 、(4) 式を(1) 、(2) 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。

【００４０】

【数２】ここで、(5) 、(6) 式を連立し、車体の等価角速度ω_v
を消去すると、

【００４１】

【数３】を得る。

【００４２】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、

【００４３】

【数４】を得る。ここで、具体的な定数として、τ＝0.005 (se
c) 、Ｒ_c＝0.3 (m) 、Ｍ＝1000(kg)を考慮すると、max
(ｋ_i) ＝245 となる。従って、

【００４４】

【数５】となり、(7) 式は次式のように近似することができる。

【００４５】

【数６】である。

【００４６】このように整理することにより、(8) 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、(8) 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。

【００４７】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。

【００４８】

【数７】ｙ_i[k] ＝−ω_i[k] ＋ 2ω_i[k−1]−ω_i[k−2] (10) とおく。なお、(9) 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、(10)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。

【００４９】

【数８】という漸化式から推定行列

【００５０】

【数９】を演算し、該推定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。

【００５１】なお、(11)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。

【００５２】以上が本発明の実施の形態であるが、本発
明は、上記例にのみ限定されるものではなく、本発明の
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。例えば、上記例では、偏差Δαが一定値を越えた
状態が所定時間継続することをもって低μ路から高μ路
への移行と判定したが、勾配αが一定値を越える増加量
で増大し、かつ勾配αが増大した状態が所定時間継続し
たときに、低μ路から高μ路へ移行したと判定すること
ができる。

【００５３】また、上記例では、低μ路から高μ路への
移行のみを対象としたが、路面をさらに細かく分類し
（例えば、低μ路、中μ路、高μ路）、それら路面間の
移り変わりに応じたフィードフォワード制御を行うこと
もできる。

【００５４】さらに、車輪減速度サーボの階層制御系に
本発明を適応する例を示したが、偏差Δαに基づいて、
直接、ブレーキ圧指令信号を演算するＡＢＳ装置にも本
発明を適応することができる。この場合、路面μ適応部
３２は、μ変化判定部３０の指令信号がオンになったと
き、当該ＡＢＳ装置の制御器により演算されるブレーキ
圧指令信号が上昇するように、当該制御器を、直接、フ
ィードフォワード制御する。

【００５５】さらに、勾配推定部では、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したが、本発
明は上記推定方法に限定されるものではない。例えば、
車輪減速度の時系列データとホイールシリンダ圧の時系
列データとに基づいて、オンライン最小二乗法を用いて
制動トルク勾配を推定することもできる。

【００５６】以上説明した実施の形態では、制動トルク
勾配を推定しているが、本発明はこれに限定されず、制
動トルク勾配に代えて、制動トルク勾配に対応する、微
小ゲイン、即ち、スリップ速度に対する路面と車輪との
間の摩擦係数の勾配（路面μ勾配）を演算して、同様に
処理するようにしてもよい。以下、微小ゲインと制動ト
ルク勾配とが等価な物理量であることを説明する。

【００５７】重量Ｗの車体を備えた車両が速度ω_u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９に示すモデルを参照
して考察する。

【００５８】図９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。しかし、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。このた
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１１３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。

【００５９】図９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、

【００６０】

【数１０】となる。なお、ｓはラプラス変換の演算子である。ま
た、スリップ速度Δωと路面の摩擦係数μとの間には、
前述したように、図８に示すように、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。ここで、図８の関数関係において、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と、路面の摩擦係数
μは、 μ ＝ μ₀＋αＲΔω （１２）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。

【００６１】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＝μＷに（１２）式を代入する
と、Ｔ_b ＝ μＷ＝ μ₀Ｗ＋αＲΔωＷ（１３）となる。（１３）式の両辺をΔωで１階微分すると、

【００６２】

【数１１】となる。

【００６３】ここで、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。この場合、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。即ち、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、上記の伝達特性
において、

【００６４】

【数１２】となる。

【００６５】ここで、図８において（１５）式が成立す
る摩擦状態は、ピークμに達する前の領域Ａ１に対応す
る。

【００６６】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る。即ち、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１
１７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る。そ
の共振周波数ω∞’は、（１５）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、

【００６７】

【数１３】となる。この状態は、図８では、ピークμ近傍の領域Ａ
２に対応する。なお、ピークμを越えてブレーキ制動さ
れると、領域Ａ３に瞬時に移行し、タイヤがロックされ
る。

【００６８】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。この場合、（１６）
式の場合の車輪共振系の共振周波数ω∞’は（１５）式
のω∞よりも高周波数側にシフトすることになる。

【００６９】ここで、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
（（ω_w／Ｐ_b）｜ｓ＝ｊω∞）を微小ゲインＧ_dとす
る。なお、以下では、ＡＢＳアクチュエータにより平均
ブレーキ力の回りに共振周波数ω∞の微小励振を印加し
ているものとする。

【００７０】ホイールシリンダ圧により生じるトルクＴ
_b’はブレーキ圧Ｐ_bと比例関係にあることから、微小
ゲインＧ_dは、（ω_w／Ｔ_b’）の共振周波数ω∞の振
動成分と比例関係にあり、微小ゲインＧ_dは次式によっ
て表される。

【００７１】

【数１４】一般に、｜Ａ｜＝０．０１２＜＜｜Ｂ｜＝０．１（２０）となることから、（１４）式、（１７）式より、

【００７２】

【数１５】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。

【００７３】よって、各制動力勾配演算部に代えて微小
ゲイン演算部３６（図１０参照）を備え、微小ゲインＧ
_dを求め、求めた微小ゲインＧ_dに基づいて、上記と同
様に処理すればよい。

【００７４】次に、各微小ゲイン演算部３６による微小
ゲインＧ_dの演算方法を説明する。

【００７５】ここで、車輪と車体と路面とからなる振動
系の共振周波数ω∞（（１５）式)でブレーキ力を微小
励振すると（ここでは、ブレーキ圧Ｐ_bを微小励振する
とする）、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、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 （２２）となる。

【００７６】この微小ゲインＧ_dは、前述したように
（ω_w／Ｐ_b）の共振周波数ω∞の振動成分でもあるの
で、摩擦状態がピークμ近傍の領域に至ったとき、共振
周波数がω∞’にシフトするため急激に減少する。すな
わち、微小ゲインＧ_dは、路面μ特性を規定する物理量
であるといえる。

【００７７】そして、微小ゲイン演算部３６は、図１０
に示すように、振動系の共振周波数ω∞（（１５）式）
でブレーキ圧を微小励振したときの、車輪速度Ｖ_wの共
振周波数ω∞の微小振幅（車輪速微小振幅ω_wv）を検出
する車輪速微小振幅検出部４０と、共振周波数ω∞のブ
レーキ圧の微小振幅Ｐ_vを検出するブレーキ圧微小振幅
検出部４２と、検出された車輪速微小振幅ω_wvをブレー
キ圧微小振幅Ｐ_vで除算することにより微小ゲインＧ_d
を出力する除算器４４と、から構成される。

【００７８】ここで、車輪速微小振幅検出部４０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
図１１のような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帯域
通過フィルタ７５を設ける。このフィルタにより、車輪
速度信号ω_iから約４１．７［Ｈｚ］近傍の周波数成分
のみが抽出される。さらに、このフィルタ出力を全波整
流器７６により全波整流、直流平滑化し、この直流平滑
化信号から低域通過フィルタ７７によって低域振動成分
のみを通過させることにより、車輪速微小振幅ω_wvを出
力する。

【００７９】なお、周期の整数倍、例えば１周期の２４
［ｍｓ］、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車輪速微小振幅検
出部４０を実現できる。

【００８０】ここで、平均ブレーキ圧Ｐ_mの回りに共振
周波数のブレーキ圧微小振幅Ｐ_vを印加する微小励振手
段について説明する。まず、平均ブレーキ圧指令及び微
小励振指令を実際の車輪への制動トルクに変換する部分
（バルブ制御系）は、図１２に示すように、マスタシリ
ンダ４８、制御バルブ５２、ホイールシリンダ５６、リ
ザーバー５８及びオイルポンプ６０を備えている。

【００８１】ブレーキペダル４６は、ブレーキペダル４
６の踏力に応じて増圧するマスタシリンダ４８を介して
制御バルブ５２の増圧バルブ５０へ接続されている。ま
た、制御バルブ５２は、減圧バルブ５４を介して低圧源
としてのリザーバー５８へ接続されている。さらに、制
御バルブ５２には、該制御バルブによって供給されたブ
レーキ圧をブレーキディスクに加えるためのホイールシ
リンダ５６が接続されている。この制御バルブ５２は、
入力されたバルブ動作指令に基づいて増圧バルブ５０及
び減圧バルブ５４の開閉を制御する。

【００８２】なお、この制御バルブ５２が増圧バルブ５
０のみを開くように制御されると、ホイールシリンダ５
６の油圧（ホイールシリンダ圧）は、ドライバがブレー
キペダル４６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４８の油圧（マスタシリンダ圧）
まで上昇する。逆に減圧バルブ５４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５８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。

【００８３】ホイールシリンダ５６によりブレーキディ
スクに加えられるブレーキ力（ホイールシリンダ圧に相
当）は、マスタシリンダ４８の高油圧が供給される増圧
時間、リザーバー５８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
圧とから求められる。

【００８４】従って、制御バルブ５２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、所望のブ
レーキトルクを実現することができる。そして、ブレー
キ圧の微小励振は、平均ブレーキ力を実現する制御バル
ブ５２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。

【００８５】具体的な制御の内容として、図１３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。

【００８６】なお、ブレーキ圧微小振幅Ｐ_vは、マスタ
シリンダ圧、図１３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、図７のブレーキ圧微小振幅検出部４２は、上記
のように推定した前回のマスタシリンダ圧Ｐ_I（Ｐ₁〜
Ｐ₄（図１参照））、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。

【００８７】

【実施例】本発明の上記実施形態に係るＡＢＳ用路面適
応装置が実際の路面を走行したときの動作結果を図７を
用いて説明する。

【００８８】図７は、最上図の車輪速度と車体速度の時
間的変化のグラフが示すように初速約４８ｒａｄ／ｓｅ
ｃで走行していた車両が時刻０ｓｅｃでブレーキ制動を
開始するという条件下の動作結果を表しており、各車輪
挙動量の時間的変化を、従来のＡＢＳ装置（左図）と本
発明に係るＡＢＳ用路面適応装置（右図）とを対比させ
て各々示したものである。すなわち、最上図以降から順
に車輪減速度と目標減速度、マスタ圧とホイールシリン
ダ圧、及び制動トルク勾配と目標μ勾配の各時間的変化
がそれぞれ示されている。また、図７では、制動開始後
に低μ路から高μ路へ路面が移り変わっており、制動ト
ルク勾配に関する最下図のグラフが示すように、従来技
術では制動中の時刻約２秒で、本発明では時刻約１．５
秒で路面μが変化している。

【００８９】同図に示すように、路面μが変化してから
の目標減速度及びこれに追従する車輪減速度の検出値
は、本発明では従来技術に比較して、より急激に増加し
ている。この動作結果に対応して、路面μが変化した後
のホイールシリンダ圧は、従来技術では、緩やかにしか
増大していないのに対し、本発明では急激に増大してい
る。

【００９０】そして、路面μが変化した後の制動トルク
勾配は、本発明、従来技術ともに、しばらくの間は目標
値よりも増大するが、この偏差Δαが大きい状態の期間
長については、従来技術が約３秒間継続するのに対し、
本発明では約１秒間となっており、大幅に短縮化されて
いるのがわかる。すなわち、本発明によれば、制動中に
路面μが変化しても従来技術と比べてより迅速に適正な
目標値追従制御に戻ることを示している。

【００９１】さらに、車輪速度と車体速度の時間的変化
のグラフが示すように、従来技術では、時刻約５秒で車
両がほぼ停止するのに対し、本発明では、時刻約４秒で
車両がほぼ停止した状態となり、制動時間が短縮化され
ている。一方、制動距離についても、該制動距離は速度
変化曲線の積分値に対応しているので、本発明では、従
来よりも制動距離を短縮化できることがわかる。以上よ
り、本発明は、従来技術よりも制動特性の向上を図るこ
とができることが示された。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
制動に関する所定の物理量が該物理量の目標値となるよ
うに、車輪に作用するブレーキ力の制御中に、路面μが
変化したと判定されたとき、変化した路面μに適応した
ブレーキ力が車輪に作用するように、制動に関連する物
理量の目標値を修正するようにしたので、路面μが変化
したときであっても、十分な制動特性を確保することが
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】本発明の実施形態に係るＡＢＳ用路面適応装置
の構成ブロック図である。

【図２】図１のμ変化判定部における低μ路から高μ路
へのμ変化判定処理を示すフローチャートである。

【図３】図１の路面μ適応部の目標減速度の上昇特性を
示す図であって、（ａ）は目標減速度をランプ的に上昇
させた場合のグラフ、（ｂ）は目標減速度をステップ的
に上昇させた場合のグラフである。

【図４】図１の路面μ適応部によるＰＩ制御器の制御方
法を示す図であって、（ａ）は比例ゲインを大きくする
場合のＰＩ制御の概念図、（ｂ）は積分ゲインを大きく
する場合のＰＩ制御の概念図である。

【図５】低μ路から高μ路へ以降したときにフィードバ
ック制御のみを行う従来技術を説明するための図であっ
て、（ａ）は路面μ勾配及び目標値の時間的変化、
（ｂ）はブレーキ圧の時間的変化を各々示す図である。

【図６】低μ路から高μ路へ以降したときに適応制御を
行う本発明を説明するための図であって、（ａ）は路面
μ勾配及び目標値の時間的変化、（ｂ）はブレーキ圧の
時間的変化を各々示す図である。

【図７】本発明の実施例における動作結果のグラフであ
る。

【図８】スリップ速度に対する制動トルクの関係を示す
線図である。

【図９】車体と車輪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１０】微小ゲイン演算部のブロック図である。

【図１１】車輪速微小振幅検出部のブロック図である。

【図１２】ブレーキ圧微小振幅検出部のブロック図であ
る。

【図１３】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。

【符号の説明】

１０ＡＢＳ用路面適応装置１４ＰＩ制御器１８ＰＩ制御器２０制御バルブ２４車輪速検出器２６車輪減速度検出器２８ μ勾配推定部３０ μ変化判定部３２路面μ適応部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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】路面とタイヤとのすべり易さを表す物理
量を推定する推定手段と、前記推定手段により推定された物理量と、タイヤと路面
との間の摩擦係数である路面μがピーク近傍となるため
の前記物理量の目標値と、の偏差を演算する演算手段
と、制動に関連する所定の物理量が該物理量の目標値となる
ように、車輪に作用するブレーキ力を制御するＡＢＳ制
御手段と、前記偏差に基づいて路面μの変化を判定するμ変化判定
手段と、前記μ変化判定手段により路面μが変化したと判定され
たとき、変化した路面μに適応したブレーキ力が車輪に
作用するように前記所定の物理量の目標値を修正する路
面μ適応手段と、を含むＡＢＳ用路面適応装置。
【請求項２】前記路面μ適応手段は、前記μ変化判定
手段により低い路面μから高い路面μへ路面が変化した
と判定されたとき、前記偏差に基づく通常のブレーキ力
よりも大きいブレーキ力が車輪に作用するように制動に
関連する前記所定の物理量の目標値を修正する請求項１
記載のＡＢＳ用路面適応装置。
【請求項３】車輪減速度を、制動に関する所定の物理
量として検出する車輪減速度検出手段と、をさらに含
み、前記ＡＢＳ制御手段は、前記偏差に基づいて、目標車輪減速度を演算する目標車
輪減速度演算手段と、前記目標車輪減速度演算手段によ
り演算された目標車輪減速度と前記車輪減速度検出手段
により検出された車輪減速度との偏差に基づいて、ブレ
ーキ力制御信号を演算するブレーキ力演算手段と、を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
ＡＢＳ用路面適応装置。
【請求項４】前記路面μ適応手段は、前記μ変化判定
手段により低い路面μから高い路面μへ路面が変化した
と判定されたとき、前記目標減速度を上昇させることを
特徴とする請求項３に記載のＡＢＳ用路面適応装置。