KR20060013679A

KR20060013679A - 타이어 그립도 추정 장치 및 방법, 그리고 주행 상태 제어방법

Info

Publication number: KR20060013679A
Application number: KR1020057022670A
Authority: KR
Inventors: 에이이치 오노; 겐 고이부치; 겐지 아사노
Original assignee: 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2006-02-13
Also published as: DE602004029212D1; EP1627779A1; EP1627779A4; EP2052915A1; JP2004352046A; US20060074541A1; US7502676B2; KR100760486B1; EP1627779B1; CN1795120A; WO2004106116A1; JP4213994B2; EP2052915B1; CN1795120B; DE602004028928D1

Abstract

SAT 추정기 (16) 는 노면과 타이어 사이에서 발생하는 SAT 를 추정한다. 슬립각 연산기 (18) 는, 전륜 슬립각을 추정한다. 횡력 연산기 (180) 는, 차륜에 발생하는 횡력을 연산한다. SAT 모델 연산기 (22) 는, 슬립각 추정값과 횡력치로부터 SAT 모델값을 연산한다. 전후방향 상태량 연산기 (240) 는, 차륜에 발생하는 전후방향 상태량을 연산한다. 그립도 추정기 (26) 는, SAT 추정기 (16) 에 의해 추정된 SAT, SAT 모델 연산기 (22) 에 의해 연산된 SAT 모델값, 및 전후방향 상태량 연산기 (240) 에 의해 추정된 전후방향 상태량으로부터 그립도를 추정한다.

타이어, 그립도, 주행 상태

Description

타이어 그립도 추정 장치 및 방법, 그리고 주행 상태 제어 방법{TIRE GRIP PERFORMANCE ESTIMATION DEVICE AND METHOD AND RUNNING STATE CONTROL METHOD}

기술분야

본 발명은, 타이어 그립도 추정 장치 및 방법, 그리고 주행 상태 제어 방법에 관한 것이다.

배경기술

종래에 셀프얼라이닝 토크 (self-aligning torque) 를 이용하여 그립 상태를 추정하는 장치가 제안되어 있다 (특허문헌 1 참조.).

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2002-12160호

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나 상기 종래의 장치에서는, 셀프얼라이닝 토크를 이용하여 그립 상태를 추정할 때에, 차량을 제구동(制驅動)하는 제구동륜에 발생하는 제구동력이나 횡력 등을 고려하고 있지 않다. 따라서, 제동 상태나 구동 상태시의 그립도를 정밀하게 추정할 수 없었다.

본 발명은, 상기 사실을 감안하여 이루어진 것으로, 차량에 전후방향 또는 횡방향으로 힘이 작용한 경우에 그립도를 정밀하게 추정할 수 있는 그립도 추정 장치 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

상기한 목적을 달성하기 위해 청구항 1 에 기재된 발명에 관련된 타이어 그립도 추정 장치는, 차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정 또는 검출하는 셀프얼라이닝 토크 취득 수단과, 상기 차륜에 발생하는 횡방향 상태량을 연산하는 횡방향 상태량 연산 수단과, 상기 차륜에 발생하는 전후방향 상태량을 연산하는 전후방향 상태량 연산 수단과, 상기 횡방향 상태량 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하는 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단과, 상기 셀프얼라이닝 토크 취득 수단에 의해 추정 또는 검출된 셀프얼라이닝 토크와, 상기 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비인 셀프얼라이닝비를 연산하는 비(比)연산 수단과, 상기 셀프얼라이닝비 및 상기 전후방향 상태량에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하는 그립도 추정 수단을 구비하고 있다.

셀프얼라이닝 토크 취득 수단은, 차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정 또는 검출함으로써 취득한다.

횡방향 상태량 연산 수단은, 상기 차륜에 발생하는 횡방향 상태량을 연산하고, 전후방향 상태량 연산 수단은, 상기 차륜에 발생하는 전후방향 상태량을 연산한다.

셀프얼라이닝 모델값 연산 수단은, 횡방향 상태량 연산 수단에 의해 연산된 횡방향 상태량 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산한다. 비연산 수단은, 셀프얼라이닝비를 연산한다. 셀프얼라이닝비는, 셀프 얼라이닝 토크 취득 수단에 의해 추정 또는 검출된 셀프얼라이닝 토크와, 상기 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비이다.

그리고, 그립도 추정 수단은, 셀프얼라이닝비 및 전후방향 상태량에 근거하여 타이어의 그립도를 추정한다.

이와 같이, 횡방향 상태량 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하고, 셀프얼라이닝 토크와 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비 (셀프얼라이닝비) 를 연산한 후, 셀프얼라이닝비 및 전후방향 상태량에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하기 때문에, 그립도를 정밀하게 추정할 수 있다.

청구항 2 에 기재된 발명에 관련된 타이어 그립도 추정 장치는, 차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정 또는 검출하는 셀프얼라이닝 토크 취득 수단과, 상기 차륜에 발생하는 횡방향 상태량을 연산하는 횡방향 상태량 연산 수단과, 상기 차륜에 발생하는 전후방향 상태량을 연산하는 전후방향 상태량 연산 수단과, 상기 횡방향 상태량, 상기 전후방향 상태량, 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하는 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단과, 상기 셀프얼라이닝 토크 취득 수단에 의해 추정 또는 검출된 셀프얼라이닝 토크와, 상기 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비인 셀프얼라이닝비를 연산하는 비연산 수단과, 상기 셀프얼라이닝비에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하는 그립도 추정 수단을 구비하고 있다.

셀프얼라이닝 토크 취득 수단은, 차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토 크를 추정 또는 검출한다. 횡방향 상태량 연산 수단은, 차륜에 발생하는 횡방향 상태량을 연산한다. 전후방향 상태량 연산 수단은, 차륜에 발생하는 전후방향 상태량을 연산한다.

셀프얼라이닝 모델값 연산 수단은, 횡방향 상태량, 전후방향 상태량, 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산한다.

비연산 수단은 셀프얼라이닝비를 연산하고, 그립도 추정 수단은, 셀프얼라이닝비에 근거하여 타이어의 그립도를 추정한다.

이와 같이, 차륜에 발생하는 횡방향 상태량ㆍ전후방향 상태량, 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하고, 셀프얼라이닝비를 연산한 후, 셀프얼라이닝비에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하기 때문에, 그립도를 정밀하게 추정할 수 있다.

청구항 2 에 기재된 발명에서는, 청구항 3 과 같이, 그립도 추정 수단은, 셀프얼라이닝 토크비에 추가하여, 전후방향 상태량을 사용하여 타이어의 그립도를 추정하도록 해도 된다. 이것에 의해 그립도를 보다 정밀하게 추정할 수 있다.

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 1 항에 기재된 발명에 있어서는, 청구항 4 와 같이, 상기 횡방향 상태량을 슬립각, 상기 전후방향 상태량을 전후력 또는 전후력을 코너링 파워로 나눈 몫, 상기 타이어 파라미터를 타이어 접지 길이 및 타이어 강성(剛性)으로 해도 된다.

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 1 항에 기재된 발명에 있어서는, 청구항 5 와 같이, 상기 횡방향 상태량을 횡력, 상기 전후방향 상태량을 전후력, 상기 타이 어 파라미터를 타이어 접지 길이 및 타이어 강성으로 해도 된다.

청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 1 항에 기재된 발명에 있어서는, 청구항 6 과 같이, 상기 횡방향 상태량을 횡력, 상기 전후방향 상태량을 전후력을 코너링 파워로 나눈 몫, 상기 타이어 파라미터를 타이어 접지 길이로 해도 된다.

청구항 7 에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 1 항에 기재된 발명에 있어서, 차속을 검출하는 차속 검출 수단과, 조타각을 검출하는 타각(舵角) 검출 수단을 추가로 포함하고, 상기 횡방향 상태량 연산 수단을, 상기 차속과 상기 조타각으로부터 차량 선형 모델에 근거하여 타이어에 발생하는 횡력을 추정하는 추정 수단과, 상기 횡력 추정 수단에 의해 추정된 횡력에 하이패스 필터 처리를 실시하는 하이패스 필터와, 차량 상태량으로부터 타이어에 발생하는 횡력을 연산하는 횡력 연산 수단과, 상기 횡력 연산 수단에 의해 연산된 횡력에 로우패스 필터 처리를 실시하는 로우패스 필터와, 상기 하이패스 필터에 의해 하이패스 필터 처리가 실시된 횡력과, 상기 로우패스 필터에 의해 로우패스 필터 처리가 실시된 횡력의 합을 횡방향 상태량으로 하여 연산하는 연산 수단에 의해 구성하고 있다.

청구항 8 에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 1 항에 기재된 발명에 있어서, 상기 전후방향 상태량 연산 수단을, 엔진 출력 및 브레이크 유압에 근거하여 제구동력을 추정하는 제구동력 추정 수단과, 상기 제구동력을 코너링 파워로 나눗셈하여 전후방향 상태량을 연산하는 제산기에 의해 구성하고 있다.

또, 그 밖의 발명으로 이하의 발명이 제안된다.

즉, 첫째로, 차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정 또는 검출 하는 셀프얼라이닝 토크 취득 수단과, 상기 차륜에 발생하는 횡방향 상태량을 연산하는 횡방향 상태량 연산 수단과, 상기 횡방향 상태량 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하는 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단과, 상기 셀프얼라이닝 토크 취득 수단에 의해 추정 또는 검출된 셀프얼라이닝 토크와, 상기 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비인 셀프얼라이닝비를 연산하는 비연산 수단과, 상기 셀프얼라이닝비 및 타이어 파라미터에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하는 그립도 추정 수단을 포함하는 타이어 그립도 추정 장치.

둘째로, 차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정 또는 검출하는 셀프얼라이닝 토크 취득 수단과, 상기 차륜에 발생하는 횡방향 상태량을 연산하는 횡방향 상태량 연산 수단과, 상기 차륜에 발생하는 전후방향 상태량을 연산하는 전후방향 상태량 연산 수단과, 상기 횡방향 상태량, 상기 전후방향 상태량, 및 소정의 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하는 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단과, 상기 셀프얼라이닝 토크 취득 수단에 의해 추정 또는 검출된 셀프얼라이닝 토크와, 상기 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비인 셀프얼라이닝비를 연산하는 비연산 수단과, 상기 셀프얼라이닝비, 상기 전후방향 상태량, 및 타이어 파라미터에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하는 그립도 추정 수단을 포함하는 타이어 그립도 추정 장치.

청구항 9 에 관련된 그립도 추정 장치는, 차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정 또는 검출하는 셀프얼라이닝 토크 취득 수단과, 상기 차륜에 발생하는 슬립각을 연산하는 슬립각 연산 수단과, 상기 슬립각 연산 수단에 의해 연산된 슬립각, 상기 차륜의 접지 길이 및 강성에 근거하여, 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하는 셀프얼라이닝 토크 모델값 연산 수단과, 상기 셀프얼라이닝 토크 추정 수단에 의해 추정된 셀프얼라이닝 토크와, 상기 셀프얼라이닝 토크 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비인 셀프얼라이닝 토크비를 연산하는 셀프얼라이닝 토크비 연산 수단과, 상기 차량을 제구동하는 차륜에 발생하는 제구동력을 추정하는 제구동력 추정 수단과, 상기 셀프얼라이닝 토크비 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크비와, 상기 제구동력 추정 수단에 의해 추정된 제구동력에 근거하여 상기 차륜의 그립도를 추정하는 그립도 추정 수단을 구비하고 있다.

본 발명의 셀프얼라이닝 토크 추정 수단은, 차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정한다. 또, 차륜은, 청구항 14 와 같이, 차량의 전륜인 경우도 있고, 청구항 15 와 같이, 차량에 장착된 모든 차륜인 경우도 있다. 또, 차륜이 차량의 후륜인 경우도 있다. 또, 차륜이 조타륜인 경우도 있고, 비조타륜인 경우도 있다.

슬립각 연산 수단은, 차륜에 발생하는 슬립각을 연산한다. 또, 슬립각 연산 수단은, 청구항 13 과 같이, 차속과 조타각으로부터 차량 선형 모델에 근거하여 슬립각을 추정하는 슬립각 추정 수단과, 상기 슬립각 추정 수단에 의해 추정된 슬립각에 하이패스 필터 처리를 실시하는 하이패스 필터와, 상기 차륜의 횡력을 연산하는 횡력 연산 수단과, 상기 횡력 연산 수단에 의해 연산된 횡력을 상기 차륜의 코너링 파워로 나눔으로써, 횡력으로부터 환산된 슬립각을 연산하는 슬립각 환산 수단과, 상기 슬립각 환산 수단에 의해 환산된 슬립각에 로우패스 필터 처리를 실시하는 로우패스 필터와, 상기 하이패스 필터에 의해 하이패스 필터 처리된 슬립각과, 상기 로우패스 필터에 의해 필터 처리된 슬립각을 가산함으로써, 상기 차륜에 발생하는 슬립각을 연산하는 가산 수단에 의해 구성하도록 해도 된다.

셀프얼라이닝 토크 모델값 연산 수단은, 슬립각 연산 수단에 의해 연산된 슬립각, 차륜의 접지 길이 및 강성에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산한다. 셀프얼라이닝 토크비 연산 수단은, 셀프얼라이닝 토크 추정 수단에 의해 추정된 셀프얼라이닝 토크와, 셀프얼라이닝 토크 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비인 셀프얼라이닝 토크비를 연산한다.

제구동력 추정 수단은, 차량을 제구동하는 제구동륜에 발생하는 제구동력을 추정한다.

그리고, 그립도 추정 수단은, 셀프얼라이닝 토크비 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크비와, 제구동력 추정 수단에 의해 추정된 제구동력에 근거하여, 차륜의 그립도를 추정한다. 또, 그립도 추정 수단은, 청구항 10 과 같이, 셀프얼라이닝 토크비, 제구동력, 및 그립도의 관계를 미리 기억하는 기억 수단을 구비하고, 셀프얼라이닝 토크비 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크비 및 제구동력 추정 수단에 의해 추정된 제구동력과, 기억 수단에 의해 기억된 상기 관계에 근거하여 차륜의 그립도를 추정하도록 해도 된다.

이와 같이, 셀프얼라이닝 토크비와, 제구동력 추정 수단에 의해 추정된 제구 동력에 근거하여 차륜의 그립도를 추정하기 때문에, 차량이 제구동 상태일 때의 그립도를 정밀하게 추정할 수 있다.

그런데, 청구항 11 과 같이, 차륜의 접지 길이 및 강성은 미리 정해진 값으로 해도 된다. 그러나, 차량이 제구동 상태일 때에는, 차륜에 대한 하중 상태가 변화하는 경우가 있다. 그래서, 청구항 12 와 같이, 차륜에 대한 하중 상태를 추정하는 하중 상태 추정 수단을 추가로 구비하고, 차륜의 접지 길이 및 강성을, 하중 상태 추정 수단에 의해 추정된 차륜에 대한 하중 상태에 근거하여 정하도록 해도 된다.

이와 같이, 차륜의 접지 길이 및 강성을 차륜에 대한 하중 상태에 근거하여 정하고, 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하여 차륜의 그립도를 추정하기 때문에, 차량이 제구동 상태일 때의 그립도를 보다 정밀하게 추정할 수 있다.

또한, 청구항 16 에 기재된 발명은, 조타 상황으로부터 구한 셀프얼라이닝 토크 추정값, 차량 상황으로부터 구한 셀프얼라이닝 토크 모델값, 및 제구동력에 근거하여 그립도를 추정한다. 따라서, 제구동력의 영향없이 그립도를 정확하게 검출할 수 있다.

이 경우, 청구항 17 과 같이, 타이로드(tie-rod) 축력과 너클암 길이로부터 킹핀 둘레의 토크를 연산하여 셀프얼라이닝 토크 추정값으로 하도록 해도 된다. 따라서, 정확하게 셀프얼라이닝 토크 추정값을 연산할 수 있다.

상기 청구항 16 또는 청구항 17 에 있어서는, 청구항 18 과 같이, 각 바퀴마다 그립도를 추정하도록 해도 된다. 즉, 각 바퀴별 그립도가 얻어진다.

청구항 19 에 기재된 발명은, 청구항 18 에서 추정된 각 바퀴의 그립도를 사용하여 주행 상태를 제어한다.

이와 같이, 정밀하게 추정된 각 바퀴의 그립도를 사용하여 주행 상태를 제어하기 때문에, 주행 상태를 정밀하게 제어할 수 있다.

이 경우, 청구항 20 과 같이, 상기 주행 상태가 안정되도록 주행 상태를 제어하도록 해도 된다.

구체적으로, 주행 상태의 제어는, 청구항 21 과 같이, 선회 제동시에 4 바퀴의 그립도가 균일해지도록 제동력을 조정하는 것, 구동륜의 그립도를 추정하여, 그립도가 낮은 경우에는 그립도의 저하를 억제하는 것, 후륜의 그립도가 소정 이하로 된 경우에는 스핀 억제 제어를 실시하는 것, 전륜의 그립도가 소정 이하로 된 경우에는 드리프트 아웃 억제 제어를 실시하는 것, 전륜의 그립도가 소정 이하로 된 경우에는 감속하는 것, 후륜의 그립도가 소정 이하가 되면 전륜 조타각을 다시 되돌리는 것 및 후륜의 그립도가 소정 이하가 되면 전륜의 스테빌라이저 (stabilizer) 의 강성을 높이는 것 중 적어도 하나로 해도 된다.

여기서, 상기한 바와 같이, 선회 제동시에 4 바퀴의 그립도가 균일해지도록 제동력을 조정하면, 각 바퀴의 그립 여유도가 균일하게 되어 최적의 제동력 배분으로 할 수 있다.

또한, 구동륜의 그립도를 추정하여 그립도가 낮은 경우에는 그립도의 저하를 억제하면, 과도하게 슬립되기 이전의 빠른 단계에서 트랙션 (traction) 제어할 수 있다.

또, 후륜의 그립도가 소정 이하로 된 경우에는 스핀 억제 제어를 실시하거나, 전륜의 그립도가 소정 이하로 된 경우에는 드리프트 아웃 억제 제어를 실시하면, 선회 거동을 양호하게 할 수 있다.

또한, 전륜의 그립도가 소정 이하로 된 경우에는 감속하면, 4 륜 드리프트의 검출 및 대응이 가능해진다.

그리고, 후륜의 그립도가 소정 이하가 되면, 즉, 오버스티어링 (oversteer) 경향이 된 경우에는 전륜 조타각을 다시 되돌리면, 횡력을 저하시켜 균형을 맞출 수 있다.

또한, 후륜의 그립도가 소정 이하가 되면, 즉, 오버스티어링 경향이 되었을 때, 전륜의 스테빌라이저의 강성을 높이면 전륜 하중의 좌우차를 크게 하고 후륜 하중의 좌우차를 작게 하여 후륜의 그립도를 높일 수 있다.

발명의 효과

청구항 1 에 기재된 발명은, 횡방향 상태량 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하고, 셀프얼라이닝 토크와 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비 (셀프얼라이닝비) 를 연산한 후, 셀프얼라이닝비 및 전후방향 상태량에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하기 때문에, 그립도를 정밀하게 추정할 수 있다는 효과를 갖는다.

청구항 2 에 기재된 발명은, 차륜에 발생하는 횡방향 상태량ㆍ전후방향 상태량, 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하고, 셀프얼라이닝비를 연산한 후, 셀프얼라이닝비에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하기 때 문에, 그립도를 정밀하게 추정할 수 있다는 효과를 갖는다.

청구항 9 에 기재된 발명은, 셀프얼라이닝 토크비와, 제구동력 추정 수단에 의해 추정된 제구동력에 근거하여 차륜의 그립도를 추정하기 때문에, 차량이 제구동 상태일 때의 그립도를 정밀하게 추정할 수 있다는 효과를 갖는다.

청구항 16 에 기재된 발명은, 조타 상황으로부터 구한 셀프얼라이닝 토크 추정값, 차량 상황으로부터 구한 셀프얼라이닝 토크 모델값, 및 제구동력에 근거하여 그립도를 추정하기 때문에, 제구동력의 영향없이 그립도를 정확히 검출할 수 있다는 효과를 갖는다.

청구항 19 에 기재된 발명은, 각 바퀴별로 그립도를 추정하고, 추정된 각 바퀴의 그립도를 사용하여 주행 상태를 제어하기 때문에, 주행 상태를 정밀하게 제어할 수 있다는 효과를 갖는다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 제 1 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치의 블록도이다.

도 2 는 그립도 추정기의 블록도이다.

도 3 은 슬립각 연산기의 블록도이다.

도 4 는 슬립각, 슬립률에 대한 SAT 의 특성을 나타낸 도면이다.

도 5 는 슬립각을 일정하게 했을 때의 제구동력과 SAT 의 관계를 나타낸 그래프이다.

도 6 은 제구동력, 선형 모델비와 그립도의 관계를 나타낸 도면이다.

도 7 은 캐스터 트레일을 고려한 경우의 제구동력, 선형 모델비와 그립도의 관계를 나타낸 도면이다.

도 8a 는 SAT 추정값의 상하한을 나타낸 도면이고, 도 8b 는 SAT 추정값의 연산 방법을 설명하는 도면이다.

도 9a 및 도 9b 는 히스테리시스 특성의 제거 효과를 설명하는 설명도이다.

도 10a 는 슬립각과 조타 및 어시스트 토크와의 관계를 나타낸 도면이고, 도 10b 는 슬립각과 SAT 추정값의 관계를 나타낸 도면이다.

도 11 은 SAT 추정값의 제동에 의한 영향을 설명하는 설명도이다.

도 12a∼도 12c 는 제동시의 그립도 추정값과 참값을 비교한 도면이다.

도 13 은 제 3 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치의 블록도이다.

도 14 는 전후방향 상태량 연산기의 블록도이다.

도 15 는 그립도 (ε) 의 SAT 모델비 (γ) 와 F_x/K_β 의 3 차원 맵이다.

도 16 은 그립도 (ε) 의 SAT 모델비 (γ) 와 F_x/K_β의 다른 3 차원 맵이다.

도 17 은 제 4 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치의 블록도이다.

도 18 은 제 5 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치의 블록도이다.

도 19a 는 횡하중 이동의 영향을 고려한 경우의 드라이로(路) 선회시의 그립도 추정 결과를 그립도 참값과 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 19b 는 이 경우의 SAT 모델값 등을 나타낸 그래프이다.

도 20a 는 횡하중 이동의 영향을 고려하지 않은 경우의 드라이로 선회시의 그립도 추정 결과를 그립도 참값과 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 20b 는 이 경 우의 SAT 모델값 등을 나타낸 그래프이다.

도 21 은 횡력 연산기의 블록도이다.

도 22a∼도 22c 는 노면 μ=0.45 의 인공 저 μ 로에서 선회 가속 실험하였을 때의 그립도 추정 결과를 나타낸 그래프이다.

도 23 은 제 8 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치의 블록도이다.

도 24 는 제 9 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치의 블록도이다.

도 25 는 제 10 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치의 블록도이다.

도 26 은 제 1 응용예의 구성을 나타내는 개략도이다.

도 27 은 제 2 응용예의 구성을 나타내는 개략도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

16: SAT 추정기

18: 슬립각 연산기

20: 하중 변화 추정기

22: SAT 모델값 연산기

24: 제구동력 추정기

26: 그립도 추정기

180: 횡력 연산기

240: 전후방향 상태량 연산기

100: 노면 마찰계수 연산기

52: 제구동력 연산기

182: 횡력 연산기

126: 그립도 추정기

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

〔제 1 실시형태〕

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태를 상세히 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 드라이버가 도시하지 않은 조타계 (스티어링) 를 조타할 때의 조타 토크를 검출하는 조타 토크 검출기 (12) 와, 도시하지 않은 파워 스티어링에 의한 어시스트 토크를 검출하는 어시스트 토크 검출기 (14) 와, 조타 토크 검출기 (12) 에 의해 검출된 조타 토크 및 어시스트 토크 검출기 (14) 에 의해 검출된 어시스트 토크로부터, 조타계의 마찰을 제거하여, 노면과 타이어 사이에서 발생하는 SAT 를 추정하는 SAT 추정기 (16) 를 구비하고 있다. 또, SAT 추정기 (16) 는, 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.

또한, 그립도 추정 장치는, 도시하지 않은 차속 검출 센서 및 조타각 검출 센서로부터의 차속과 조타각 등에서 전륜 슬립각을 추정하는 슬립각 연산기 (18) 와, 차량의 전후 가속도 신호 등으로부터 제구동에 수반되는 조타륜의 하중 변화를 추정하는 하중 변화 추정기 (20) 와, 슬립각 추정값과 하중 변화로부터 SAT 의 슬립각에 대한 원점 구배를 슬립각에 곱하여 SAT 의 선형 모델 출력, 즉 SAT 모델값을 연산하는 SAT 모델 연산기 (22) 를 구비하고 있다. 또, 슬립각 연산기 (18), 하중 변화 추정기 (20), 및 SAT 모델 연산기 (22) 는, 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.

또, 그립도 추정 장치는, 차량을 제구동하는 제구동륜에 발생하는 제구동력을 추정하는 제구동력 추정기 (24) 와, SAT 추정기 (16) 에 의해 추정된 SAT, SAT 모델 연산기 (22) 에 의해 연산된 SAT 모델값, 및 제구동력 추정기 (24) 에 의해 추정된 제구동력으로부터 그립도를 추정하는 그립도 추정기 (26) 를 구비하고 있다. 또, 제구동력 추정기 (24) 는, 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 그립도 추정기 (26) 는, SAT 추정기 (16) 에 의해 추정된 SAT 과, SAT 모델 연산기 (22) 에 의해 연산된 SAT 모델값으로부터, SAT 의 SAT 모델값에 대한 비를 SAT 모델비로서 연산하는 SAT 모델비 연산기 (28) 와, SAT 모델비, 제구동력, 및 그립도의 관계를 나타내는 3 차원 맵인 그립도 맵을 기억하는 메모리 (32) 와, SAT 모델비 연산기 (28) 에 의해 연산된 SAT 모델비 및 제구동력 추정기 (24) 에 의해 추정된 제구동력과, 메모리 (32) 에 기억된 SAT 모델비, 제구동력, 및 그립도의 관계를 나타내는 그립도 맵에 근거하여 그립도를 연산 출력하는 그립도 출력기 (30) 를 구비하고 있다. 또, SAT 모델비 연산기 (28) 및 그립도 출력기 (30) 는, 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.

도 3 에 나타내는 바와 같이, 슬립각 연산기 (18) 는, 상기 차속 검출 센서 및 조타각 검출 센서로부터의 차속과 조타각에서 차량 선형 모델에 근거하여 슬립각 추정값을 연산하는 슬립각 추정기 (34) 와, 도시하지 않은 횡가속도 검출 센서 및 요 레이트 검출 센서로부터 횡가속도 및 요 레이트를 입력하여, 차량 운동 상태량으로부터 전륜의 횡력을 연산하는 횡력 연산기 (38) 와, 횡력 연산값을 전륜 코 너링 파워로 나눗셈하여 횡력 연산값의 슬립각 환산값을 연산하는 슬립각 환산기 (40) 와, 슬립각 추정값을 하이패스 처리하는 하이패스 필터 (36) 와, 슬립각 환산값을 로우패스 처리하는 로우패스 필터 (42) 와, 하이패스 필터 및 로우패스 필터 처리 후의 슬립각을 가산하여 통합 슬립각을 연산하는 가산기 (44) 를 구비하고 있다. 또, 상기 각 소자 (34∼44) 는, 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태에 있어서의 그립도의 추정 원리에 대해 설명한다.

전후 슬립, 횡 슬립을

단, s: 슬립률, β: 슬립각, K_β: 슬립각에 대한 횡력의 강성, K_s: 슬립률에 대한 전후력의 강성으로 정의함으로써, 브러시 모델에 의한 타이어 발생력은 다음 식과 같이 간소화하여 기술할 수 있다.

단,

이다. 여기서, μ: 노면 마찰계수 (노면 μ), F: 타이어 발생력, F_x: 제구동력, F_y: 횡력, F_z: 접지력이고, 타이어 발생력의 방향은 미끄러지는 방향과 일치하는 것으로 가정하면,

가 된다. 여기서는, 이상의 관계를 사용하여 제구동시의 SAT 기술을 정리한다. 우선, 준비로서 (6), (9) 식을 정리하여,

를 얻고, 또한, (3), (4) 식을 정리하여,

를 얻는다. 그리고, (6), (8), (11) 식으로부터,

를 얻는다.

그런데, 제동시의 SAT 는, 다음 식과 같이 기술할 수 있음이 알려져 있다 (자동차의 운동과 제어, 37/39, 산카이도(山海堂) (1992)).

또한, 마찬가지로 구동시의 SAT 는, 다음 식에 의해 기술된다.

(13), (14) 식으로부터, 제구동시의 SAT 는, 슬립각과 슬립률 및 노면 μ 의 복잡한 함수임을 알 수 있다. 도 4 및 도 5 는, (13), (14) 식 등으로부터 SAT 를 연산한 결과를 나타낸 것이다. 이들 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, SAT 는 제구동의 영향을 받아 변화하여, 예를 들어 슬립각=0.1rad 의 상태에서는, 구동력의 증가에 동반하여 SAT 가 처음에는 증가하지만 그 후 감소한다는 비단조적인 복잡한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 이와 같이, SAT 와 제구동력 사 이에는 복잡한 관계가 존재한다.

한편, FF 차에 대하여 전개하거나 액티브 브레이크 제어에 의해 차량 운동의 안정화를 꾀하는 VSC 에 대해 응용하는 것을 고려한 경우에는, 그립도 추정을 제구동 상태로 확장시키는 것이 불가결한 것으로 생각된다. 이 때문에, 본 발명자는, 다음에서 설명하는 바와 같이, SAT 의 모델을 재정리함과 함께, 비(非)제구동 상태의 해석에서 이용한 선형 모델비 (SAT 와 선형 모델 출력과의 비) 와 그립도 (1－μ 이용률) 의 관련 (비제구동 상태에서는 일치) 등에 주목하여 해석하여, 제구동시의 그립도 추정의 가능성에 관해서 검토하였다.

우선, 타이어 단체(單體)에서의 제구동력과 차륜의 z 축 (연직방향) 둘레의 SAT 에 관해서 검토하였다. 즉, 슬립률, 슬립각을 전후 슬립, 횡 슬립으로 치환하여 기술하면, (13), (14) 식은, 모두

으로 기술할 수 있다. 그리고, (15) 식에 (10), (11), (12) 식을 사용하여 정리하면,

이 된다. 여기서, 그립도 (1－μ 이용률: ε) 가,

으로 되기 때문에, 결국 SAT 는, 횡 슬립과 제구동력 및 그립도를 사용하여

으로 기술할 수 있다.

SAT 는, 횡 슬립과 제구동력 및 그립도에 의해 기술할 수 있음을 알 수 있었다. 이는, 횡 슬립과 제구동력, SAT 를 검출할 수 있는 경우의 그립도 추정 가능성을 나타내는 것이다. 여기서는, 비제구동 상태에서의 해석에 이용한 SAT 의 선형 모델비 (SAT 와 SAT 선형 모델 출력의 비) 를 이용하여 그립도와의 관련을 정리하고, 그립도 추정에 대해 검토한다.

SAT 의 선형 모델을,

로 하면, SAT 의 선형 모델비 (셀프얼라이닝 토크비: γ) 는

가 되어, (16) 식으로부터

의 관계가 성립하는 것을 알 수 있다. 따라서, 선형 모델비 (γ) 와 전후방향 상태량인 제구동력 (F_x) (또는 F_x/K_β) 으로부터 (20) 식에 근거하여 그립도

를 도출할 수 있다.

또, 상기한 바와 같이, SAT 모델값 (T_so) 은, 횡방향 상태량으로서의 횡 슬립 (슬립각: κ_y) 과, 타이어 파라미터로서의 상기 강성 (K_s) 및 접지 길이 (l) 에 의해 구할 수 있다.

도 6 은, (20) 식으로부터 그립도를 푼, 즉 제구동력과 선형 모델비로부터 그립도를 구하여 3 차원 맵으로서 나타낸 결과이다. 이 도면으로부터, 제구동 력, 선형 모델비와 그립도 사이에는 평면에 가까운 단조 관계가 존재하고 있어, 양호한 정밀도의 그립도 추정을 기대할 수 있다.

다음으로, 캐스터 트레일, 하중 이동 (변화) 을 고려하여 검토하였다.

즉, 제구동에 수반되는 하중 이동의 영향을 받음과 함께 그립도 추정에서 사용되는 신호는, 킹핀 둘레의 토크의 좌우륜 합 (핸들축 환산값) 인 것을 고려할 필요가 있다.

그런데, 하중 변화시에는, 접지 길이가 하중의 평방근에 비례하여 길어짐과 함께, 코너링 파워, 브레이킹 스티프니스는 하중에 비례하여 커지는, 즉,

으로 기술할 수 있다. 단, 0 는 비제구동 상태의 값을 나타내고 있다.

또한, z 축 둘레의 SAT 와 킹핀 둘레의 토크 사이에는, 캐스터 트레일이나 킹핀 오프셋의 영향이 다음 식과 같이 기술된다.

단, T_k: 킹핀 둘레의 토크, l_c: 캐스터 트레일, l_k: 킹핀 오프셋이고, 킹핀 오프셋의 영향은 좌우륜에서 부호가 다른 성질을 갖고 있다. 여기서 좌우륜의 제구동력이 일치하는 것으로 가정하는 경우, 핸들축에 전달되는 토크 (T_s) 는,

으로 기술된다. 단, 여기서는, 타이어 강성과 전후력에 관해서는, 좌우 2 바퀴분의 값을 다시 K_s, K_β, F_x 로 기술하고 있다. 또한, g_h 는 핸들 기어비이다. 이 경우, 하중 이동에 의한 접지 길이, 코너링 스티프니스 변화의 영향을 고려한 선형 모델 (T_s0: 핸들축 환산값) 은,

인 점에서 선형 모델비 (γ) 는,

로 연산된다. 따라서, 타이어 단체에 의해 생각한 경우와 마찬가지로, 캐스터 트레일을 고려한 핸들 둘레의 토크에 의해 고찰한 경우에도, 선형 모델비 (γ) 와 제구동력 (F_x) 으로부터 (27) 식에 근거하여 그립도

를 도출할 수 있다.

도 7 은, (27) 식으로부터 그립도를 푼, 즉 제구동력과 선형 모델비로부터 그립도를 구하여 3 차원 맵으로서 나타낸 결과이다. 도 6 과 비교함으로써, 캐스터 트레일의 존재에 의해 제구동력의 그립도에 미치는 영향이 작아지는 것을 알 수 있다.

다음으로, 전술한 원리에 근거한 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치의 작용에 대해 설명한다.

조타 토크 검출기 (12) 는, 핸들에 장착한 토크 센서에 의해 드라이버가 조타하는 조타 토크를 검출한다. 어시스트 토크 검출기 (14) 는, 전동 파워 스티어링의 전류값에 토크 상수를 곱하여 파워 스티어링의 어시스트 토크를 산출한다.

SAT 추정기 (16) 는, 조타 토크와 어시스트 토크의 합으로부터 조타계의 마찰을 제거하여 노면과 타이어 사이에서 발생하는 SAT 를 추정한다. 마찰 제거의 연산은 이하의 논리에 의해 실시한다.

도 8a 에 나타내는 2 개의 직선의 폭은, 조타계의 마찰에 의해서 발생한 히 스테리시스의 크기를 나타낸 것이고, 각각의 직선의 기울기는 1 이다. 도 8b 는, 마찰 제거 연산 방법을 나타내는 것이다. 조타 토크와 어시스트 토크의 합, 슬립각이 모두 0 이 되는 직진 상태에서는 히스테리시스 특성이 발생하고 있지 않고, 이 때의 SAT 추정값은 0 을 출력한다. 다음으로 조타가 이루어져 SAT 가 발생한 경우, SAT 추정값은, 조타 토크와 어시스트 토크의 합에 대하여 K₁ 의 기울기로 연산된다. 컴퓨터 내에서는, 이산화된 논리에 의해,

으로 연산된다. 단, T_SAT 는 SAT 추정값, T_DA 는, 조타 토크와 어시스트 토크의 합이다. 이 기울기 (K₁) 는, 1 과 비교하여 작게 설정되어 있고, 쿨롱 마찰 등에 의해 조타 토크와 어시스트 토크의 합이 변동하더라도 SAT 추정값의 변동은 작다는 것을 표현한 것이다. 그리고, 조타가 이루어져, (1) 에 의한 SAT 추정값의 연산값이 도 8b 에서의 A 점까지 도달하고, 또 조타 토크와 어시스트 토크의 합이 증가하는 경우에는, 모델의 하한을 따라 다음 식에 따라서 증가한다.

또한, 다시 조타가 이루어져 B 점까지 도달한 시점에서 증가가 종료되고, 조타 토크와 어시스트 토크의 합이 감소하기 시작한 경우에는, 경사 (K₁) 에서 (28) 식에 따라서 SAT 추정값은 감소한다. 이 영역에서는, 조타 토크와 어시스트 토크의 합의 변동에 대하여, SAT 추정값의 변동은 작아지도록 설정되어 있다. 이것은, 선회시의 보타(保舵) 상태에 있어서 드라이버의 조타력을 다소 변화시켜도 파워 스티어링 시스템의 쿨롱 마찰 등의 영향에 의해 SAT 추정값에는 영향이 나타나지 않는 것을 표현한 것이다. 또, B 점에서부터 SAT 의 감소에 의해 도달한 C 점에 있어서 다시 조타 토크와 어시스트 토크의 합이 증가하는 경우에는, (28) 식에 따라서 B 점을 향하여 SAT 추정값이 증가한다. 또한, 되돌림에 의해 C 점에서부터 또 SAT 조타 토크와 어시스트 토크의 합이 감소하여 모델 상한에 도달한 경우에는, SAT 추정값은 상한을 따라 (29) 식에 따라서 감소한다. 이러한 2 종류의 기울기의 설정에 의해 도 8b 에 나타낸 히스테리시스 특성이 제거된다.

도 9a 및 도 9b 는, 고 μ 노면 주행시의 조타 토크와 어시스트 토크의 합과 이 값으로부터 (1), (2) 식에 근거하여 히스테리시스 특성을 제거한 SAT 추정값을 나타낸 것이다. 마찰 제거의 효과에 의해, 쿨롱 마찰 등의 영향으로 생각되는 보타시 변동이 거의 보상되어 있는 것을 알 수 있다.

또한, 도 10a 및 도 10b 는, 고 μ 로, 저 μ 로 주행시의 슬립각과 조타 토크와 어시스트 토크의 합, 및 슬립각과 SAT 추정값의 관계를 나타낸 것이다. 히스테리시스 특성이 제거되어 있는 것을 알 수 있다.

다음으로, 슬립각 연산기 (18) (도 3 참조) 에 의한 슬립각의 연산에 대해 설명한다. 슬립각 추정기 (34) 는, 차속과 조타각으로부터 차량 선형 모델에 근거하여 전륜 슬립각을 추정한다. 슬립각 연산기 (18) 에서의 전륜 슬립각의 추정은, 차량 운동의 동(動)특성을 이용하여, 다음 식인 상태 방정식에 의해 추정하는 것이다.

단, v: 횡속도 (m/s), r: 요 레이트 (rad/s), α_E: 전륜 슬립각 추정값 (rad), u: 차속 (m/s), c_f,_r : 전후륜 코너링 파워 (N/rad), L_f,_r: 전후축 무게중심간 거리 (m), M: 차량 질량 (㎏), I_z: 요 관성 (kgm²), g_h: 핸들 실타간 기어비, θ_p: 핸들각이다. 또, 전륜의 그립도를 추정하는 본 실시형태에 있어서는, c_f 은 전술한 K_β 와 동일한 것이다. (30), (31) 식을 샘플 시간 (τ) 으로 이산화하여, 차속의 함수로서 표현하면,

단,

이라는 형식으로 표현된다.

횡력 연산기 (38) 는, 차량 운동 상태량으로부터 전륜의 횡력을 연산한다. 전륜 횡력은, 차체의 운동 방정식

단, F_f: 전륜 횡력, F_r: 후륜 횡력을 변형함으로써, 아래와 같이 기술할 수 있다.

단,

이다.

슬립각 환산기 (18) 는, 횡력 연산값을 전륜 코너링 파워로 나눗셈하여, 횡 력 연산값의 슬립각 환산값을 연산한다. 즉,

단, α_T: 슬립각 환산값이다.

하이패스 필터 (36) 는 1 차 이산 필터에 의해 구성된다. 그런데, 연속 시간에서의 필터는, 다음 식인 전달 함수에 의해 기술된다.

단, ω_b: 필터의 꺾인점 주파수이다. 이 식을 Tustin 변환 등의 수법을 사용하여 변환함으로써, 이산 시간의 필터를 설계할 수 있다. Tustin 변환은, 샘플링 시간을 τ, 시간 진행 오퍼레이터를 z 로 한 경우,

를 (38) 식에 대입함으로써 연산할 수 있고, 이 때의 이산 시간 필터는,

으로 기술된다. 또한, 로우패스 필터 (42) 는 하이패스 필터 (36) 와 동일한 꺾인점 주파수를 갖는 1 차 이산 필터로서 구성된다. 연속 시간에서의 필 터는,

로 기술되고, 이것을 Tustin 변환하면,

로 기술된다. 여기서 설계되는 하이패스 필터 (36) 와 로우패스 필터 (42) 의 합은 1 이 된다. 이것은, 동일한 신호를 하이패스 필터 (36) 와 로우패스 필터 (42) 에 입력하고, 이들의 출력을 가산한 경우, 원래의 신호가 복원되는 것을 의미하고 있다. 여기서는, 저주파수 영역에서 드리프트 오차를 포함하는 슬립각 추정값에 하이패스 필터 처리하여 드리프트 오차를 제거함과 함께, 고주파수 영역에서 노이즈나 위상의 지연을 포함하는 슬립각 환산값에 로우패스 필터 처리하여 고주파 영역의 변동 성분을 제거하고, 이들 필터 처리 후의 신호를 가산함으로써 드리프트 오차나 노이즈 등의 영향을 받지 않은 슬립각을 연산할 수 있다. 여기서의 꺾인점 주파수는, 슬립각 환산값에 포함되는 노면 외란 등에 수반되는 노이즈를 제거함과 함께, 뱅크로 진입시 등의 노면 캔트 변화 속도에 적응할 수 있는 값으로 설정되는 것이다. 하이패스 필터 및 로우패스 필터 처리 후의 슬립각은 가산되어, 통합 슬립각으로서 그립도 연산에 사용된다. 즉,

단, α_I: 통합 슬립각이다.

하중 변화 추정기 (20) (도 1 참조) 는, 차량의 전후 가속도 신호 (g_x) 로부터 조타륜인 전륜의 하중 변화 후의 접지 하중 (F_z) 를 다음 식에 근거하여 추정 연산한다.

단, h 는 무게 중심 높이, F_z0 는 전륜의 정지 하중이고,

이다.

SAT 모델값 연산기 (22) 는, 통합 슬립각과 하중 이동 후의 접지 하중으로부터 SAT 의 슬립각에 대한 원점 구배를 슬립각에 곱하여 SAT 의 선형 모델 출력, 즉 SAT 모델값을 (21)-(23) 식 및 (26) 식에 근거하여 연산한다.

그립도 추정기 (26) 의 SAT 모델비 연산기 (28) (도 2 참조) 는, SAT 추정값과 SAT 모델값으로부터 SAT 추정값의 SAT 모델값에 대한 비를 SAT 모델비로서 연산한다. 그립도 맵은, 도 7 에 나타내는 SAT 모델비와 제구동력으로부터 그립도 를 출력하는 3 차원 맵이고, 그립도는 SAT 모델비에 관해서 단조 증가하며, 제구동력 (구동력을 정(正)) 에 관해서 단조 감소하는 것을 특징으로 하고 있다.

도 11 은, 저 μ 로에서의 제동시와 비제동시의 SAT 선형 모델값 (통합 슬립각으로부터 연산) 과 SAT 추정값을 비교한 것이다. 제동에 의해 SAT 추정값이 작아지는 것을 확인할 수 있다.

도 12A∼도 12C 는, 저 μ 로에서의 제동시의 그립도 추정값과 참값을 비교하여 나타낸 것이다. 그립도 참값는, 노면 μ 를 일정 (0.35) 한 것으로 가정하고, 전륜에서 발생하고 있는 전후력과 횡력을 하중으로 기준화한 실적 μ 값으로부터 「그립도 참값=1－μ 이용률=1－실적 μ 값/노면 μ」로서 연산한 값이다. 또한, 그립도 추정값은, 도 6 의 맵에 근거하여, 제동력과 선형 모델비로부터 연산한 값이다. 이 도면으로부터, 1.7s 이전의 비제동시, 1.7s 이후의 제동 중 모두 그립도 추정이 정확하게 실시되어 있는 것을 알 수 있다.

본 실시형태에서는, 셀프얼라이닝 토크비와, 제구동력 추정기에 의해 추정된 제구동력에 근거하여 조타륜의 그립도를 추정하기 때문에, 차량이 제구동 상태일 때의 그립도를 정밀하게 추정할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 조타륜의 접지 길이 및 강성을 조타륜에 대한 하중 상태에 근거하여 정하고, 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하여 조타륜의 그립도를 추정하기 때문에, 차량이 제구동 상태일 때의 그립도를 보다 정밀하게 추정할 수 있다.

또, 상기 실시형태에서는, 조타륜의 접지 길이 및 강성을 조타륜에 대한 하 중 상태에 근거하여 정하고, 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산 ((21)-(23), (26) 식) 하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 조타륜의 접지 길이 및 강성은 미리 정해진 값으로 하고, 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산 ((19) 식 등) 하도록 해도 된다. 이 경우에는, 하중 변화 추정기 (20) 를 생략해도 된다.

〔제 2 실시형태〕

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 설명한다. 전술한 제 1 실시형태에서는, 조타륜을 전 2 륜으로 하고, 전륜의 좌우 2 륜의 조타 토크로부터 그립도를 추정했었지만, 본 실시형태에서는, 각 바퀴별로 그립도를 추정하는 것이다. 또, 본 예에서의 구성은 전술한 실시형태와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.

우선, 본 실시형태에 있어서의 각 바퀴별로 그립도를 추정하는 원리에 대해 설명한다.

좌우 2 륜의 조타 토크로부터 그립도를 추정하는 경우에는, 좌우륜에 작용하는 킹핀 오프셋에 근거하는 토크가 상쇄되어 있었기 때문에 그립도 추정시에 이 영향을 고려할 필요가 없었다. 그러나, 각 바퀴별로 SAT 를 추정하여, 이 SAT 와 슬립각으로부터 각 바퀴별 그립도를 추정하는 경우에는, 킹핀 오프셋에 근거하는 토크의 영향을 제거할 필요가 있다. 즉, 브러시 모델에 있어서 도출되는 z 축 둘레의 SAT 와 킹핀 둘레의 토크 사이에는,

단, T_k: 킹핀 둘레의 토크, l_c: 캐스터 트레일, l_k: 킹핀 오프셋의 관계가 존재하고 있고, 킹핀 오프셋과 제구동력은 기지인 것으로 가정하면, (101) 식에서의 우변 제 3 항을 제거하는 것이 가능하다. 즉, 킹핀 오프셋에 근거하는 토크의 영향을 제거한 킹핀 둘레 토크 (T_kc) 는,

로 기술할 수 있다. 또, 접지 길이, 코너링 파워, 브레이킹 스티프니스는 하중의 함수로서,

로 기술된다. 단, 0 는 정지 하중 상태의 값을 나타내고 있다. 여기서, 하중 이동에 의한 접지 길이, 코너링 스티프니스 변화의 영향을 고려한 SAT 모델값 (T_so) 을,

로 하면 선형 모델비 (γ) 는,

로 연산된다. 따라서, 각 바퀴 단위로 고찰한 경우에도, 선형 모델비 (γ) 와 제구동력 (Fx) 으로부터 (107) 식에 근거하여 그립도

를 도출할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태에서의 작용에 대해 설명한다.

SAT 추정기 (16) 는, 조타륜의 타이로드부에 부착된 변형 게이지 출력, 즉 타이로드 축력에 너클암 길이를 곱하여 킹핀 둘레의 토크를 SAT 추정값으로서 출력한다.

슬립각 연산기 (18) 의 슬립각 추정기 (34) 는, 차속과 전후륜의 실타각으로부터 차량 선형 모델에 근거하여 전후륜 슬립각을 추정한다. 슬립각 연산기 (18) 에서의 전후륜 슬립각의 추정은, 차량 운동의 동특성을 이용하여, 다음 식인 상태 방정식에 의해 추정하는 것이다.

단, v: 횡속도 (m/s), r: 요 레이트 (rad/s), α_fE: 전륜 슬립각 추정값 (rad), α_rE: 후륜 슬립각 추정값 (rad), u: 차속 (m/s), c_f,_r : 전후륜 코너링 파워 (N/rad), L_f,_r: 전후축 무게중심간 거리 (m), M: 차량 질량 (㎏), I_z: 요 관성 (kgm²), θ_f: 전륜 실타각, θ_r: 후륜 실타각이다. (108), (109), (110) 식을 샘플 시간 (τ) 으로 이산화하여, 차속의 함수로서 표현하면,

단,

의 형식으로 표현된다.

횡력 연산기 (38) 는, 차량 운동 상태량으로부터 전후륜에 있어서의 좌우 2 륜분의 횡력을 연산한다. 전후륜 횡력은, 차체의 운동 방정식

단, F_f: 전륜 횡력 (전 2 륜분의 횡력), F_r: 후륜 횡력 (후 2 륜분의 횡력) 을 변형함으로써, 아래와 같이 기술할 수 있다.

단,

이다.

슬립각 환산기 (40) 는, 횡력 연산값을 전후륜 코너링 파워로 나눗셈하여, 횡력 연산값의 슬립각 환산값을 연산한다. 즉,

단, α_T: 전륜 슬립각 환산값, α_rT=후륜 슬립각 환산값이다.

를 (120) 식에 대입함으로써 연산할 수 있고, 이 때의 이산 시간 필터는,

으로 기술된다. 또한, 로우패스 필터 (42) 는 하이패스 필터 (36) 와 동일한 꺾인점 주파수를 갖는 1 차 이산 필터로서 구성된다. 연속 시간에서의 필터는,

로 기술되고, 이것을 Tustin 변환하면,

로 기술된다. 여기서 설계되는 하이패스 필터 (36) 와 로우패스 필터 (42) 의 합은 1 이 된다. 이것은, 동일 신호를 하이패스 필터와 로우패스 필터에 입력하고, 이들의 출력을 가산한 경우, 원래의 신호가 복원되는 것을 의미하고 있다. 여기서는, 저주파수 영역에서 드리프트 오차를 포함하는 슬립각 추정값에 하이패스 필터 처리하여 드리프트 오차를 제거함과 함께, 고주파수 영역에서 노이즈나 위상의 지연을 포함하는 슬립각 환산값에 로우패스 필터 처리하여 고주파 영역의 변동 성분을 제거하고, 이들 필터 처리 후의 신호를 가산함으로써 드리프트 오차나 노이즈 등의 영향을 받지 않은 슬립각을 연산할 수 있다. 여기서의 꺾인점 주파수는, 슬립각 환산값에 포함되는 노면 외란 등에 수반되는 노이즈를 제거함과 함께, 뱅크로 진입시 등의 노면 캔트 변화 속도에 적응할 수 있는 값으로 설정되는 것이다. 하이패스 필터 및 로우패스 필터 처리 후의 슬립각은 가산되 어, 통합 슬립각으로서 그립도 연산에 사용된다. 즉,

단, α_fI: 전륜 통합 슬립각, α_rI: 후륜 통합 슬립각이다. 또, 본 실시예에서는, 좌우륜의 슬립각이 일치하고 있는 것으로 가정하여 전륜 2 륜의 슬립각 및 후륜 2 륜의 슬립각을 도출하였지만, 좌우륜의 위치의 차이를 고려하여 4 륜에 대해 독립적으로 슬립각을 추정해도 된다.

하중 변화 추정기 (20) 는, 차량의 전후 가속도 신호 (g_x) 및 차량의 횡가속도 신호 (g_y) 로부터 각 바퀴의 하중 변화 후의 접지 하중 (F_zi (i=1, 2, 3, 4), 1: 좌전륜, 2: 우전륜, 3: 좌후륜, 4: 우후륜) 을 다음 식에 근거하여 추정 연산한다. 각 바퀴의 정지 하중

으로부터의 하중 변동을 ΔF_zi 로 하면, 차체 자세의 균형으로부터

단, h: 무게중심 높이, γ_roll: 롤 강성 배분 (전륜의 부담률), T_f: 전륜 트레드, T_r: 후륜 트레드의 관계가 존재한다. 따라서, 각 바퀴의 하중 변동은, (128)-(131) 식을 풂으로써,

로서 구할 수 있다.

SAT 모델값 연산기 (22) 는, 통합 슬립각과 하중 이동 후의 접지 하중으로부터 SAT 의 슬립각에 대한 원점 구배를 슬립각에 곱하여 SAT 의 선형 모델 출력, 즉 SAT 모델값 (T_k0) 을 (103)-(106) 식에 근거하여 연산한다.

그립도 추정기 (26) 의 SAT 모델비 연산기 (28) 는, 킹핀 둘레의 토크인 SAT 추정값 (T_k) 으로부터 킹핀 오프셋에 근거하는 토크의 영향을 (102) 식과 같이 제구동력을 이용하여 제거하고, 이 킹핀 오프셋에 근거하는 토크의 영향을 제거한 SAT 추정값 (T_kc) 의 SAT 모델값 (T_s0) 에 대한 비를 SAT 모델비로서 연산한다.

그립도 맵은, SAT 모델비와 제구동력으로부터 그립도를 출력하는 3 차원 맵이고, 그립도는 SAT 모델비에 관해서 단조 증가하고, 제구동력 (구동력을 정) 에 관해서 단조 감소하는 것을 특징으로 하고 있다.

또, 본 실시예에서는, 좌우륜이 같은 각도로 조타되는 4 륜 조타 차량을 나타내었지만, 본 기술은 4 바퀴가 독립적으로 조타되는 차량에서도 슬립각을 각 바퀴별로 추정 연산하는 것 등에 의해 응용이 가능하다. 또한, 후륜에 장착되어 있는 복수의 서스펜션 링크에 변형 게이지를 부착하여, 후륜에서 발생하는 z 축 둘레의 토크를 추정함으로써 후륜에 조타 기구를 갖지 않는 차량에 대해 응용하는 것도 가능하다.

〔제 3 실시형태〕

다음으로, 제 3 실시형태에 대해 설명한다.

도 13 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 전술한 제 1 실시형태 (도 1 참조) 의 구성과 동일한 부분이 있기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 상이한 부분에 관해서 설명한다. 즉, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 제 1 실시형태 (도 1 참조) 에서의 슬립각 연산기 (18) 를 대신하여 횡력 검출기 (180) 를 구비하고, 하중 변화 추정기 (20) 를 구비하지 않고, 전후방향 상태량 연산기 (240) 를 구비하고, 전후방향 상태량 연산기 (240) 는, 그립도 추정기 (26) 뿐만 아니라 SAT 모델값 연산기 (22) 에도 접속되어 있다. 또, 횡력 검출기 (180) 는, 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.

도 14 에 나타내는 바와 같이, 전후방향 상태량 연산기 (240) 는, 엔진 출력 및 브레이크 유압에 근거하여 제구동력을 추정하는 제구동력 추정기 (42) 와, 제구동력 추정기 (42) 로부터 출력된 제구동력을 전륜 코너링 파워로 나눗셈하여 전후방향 상태량 (F_x/K_β) 을 연산하는 제산기 (244) 를 구비하여 구성되어 있다. 또, 제구동력 추정기 (42) 및 제산기 (244) 는, 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태에 관련된 제구동시의 그립도의 연산 원리에 대해 설명한다.

우선, 횡력은,

으로 나타내고, 이 횡력을 사용하면, (16) 식은,

가 된다.

z 축 둘레의 SAT 와 킹핀 둘레의 토크 사이에는, 캐스터 트레일이나 킹핀 오프셋의 영향이 다음 식과 같이 기술된다.

로 기술된다. 단, g_h 는 스티어링 기어비이고, 또한 이후의 기술에서는 대상이 되는 전륜의 좌우 2 륜분의 제구동력, 횡력을 각각 F_x, F_y 로 기술한다. 또, 여기서는, 좌우의 제구동력이 일치하는 것으로 가정했지만, 좌우의 제구동력에 차가 생긴 경우에는, 제구동력의 차에 의해 발생하는 토크를 미리 보상함으로써 제구동력 차 보상 후의 핸들 토크로서 (204) 식의 핸들 토크를 도출할 수 있다. 또한, 여기서는, 캐스터 트레일에 의해 발생하는 토크를 포함한 핸들 토크를 도출하고 있지만, 캐스터 트레일에 의해 발생하는 토크는 횡력에 비례하는 것으로, 그립 상태에 상관없이 이 값을 추정하는 것이 가능하다. 이 때문에, 캐스터 트레일분의 토크를 미리 보상해도 된다. 이 경우에는, 캐스터 트레일 보상 후의 핸들 토크 (T_sc) 는,

로 기술할 수 있다.

또한, 여기서는, (204) 식에 있어서, 그립도=1 을 가정한 값

을 SAT 모델값으로 한다. 여기서, (204) 식과 (206) 식의 비를 SAT 모델비 (γ) , 즉,

로 하면,

의 관계가 성립한다. 따라서, (208) 식의 관계를 이용함으로써 SAT 모델비 (γ) 와 F_x/K_β 로부터 그립도

를 도출할 수 있다.

또, 상기한 바와 같이, SAT 모델값은, 횡방향 상태량으로서의 횡력 (F_y) 과 전후방향 상태량 (F_x/K_β) 을 사용하여 구할 수 있다.

도 15 는, (208) 식을 그립도 ε=ξ³ 에 관해서 푼 결과를 SAT 모델비 (γ) 와 F_x/K_β 의 3 차원 맵으로서 나타낸 것이다. 이러한 3 차원 맵을 미리 준비해 두면 (208) 식을 풀 필요가 없고, γ 와 F_x/K_β 로부터 용이하게 그립도를 구할 수 있다. 또한, 이 맵은, SAT 모델비에 관해서 단조 증가, F_x/K_β 에 관해서 단조 감소하며, 그리고 F_x/K_β 에 관한 단조 감소의 구배는 SAT 모델비가 클수록 작아지고, SAT 모델비가 1 일 때에는 구배=0, 즉 증가도 감소도 하지 않는다는 특징을 갖고 있다. 또한, F_x/K_β 에 관한 변화를 무시하면, 즉 도 15 에 있어서 F_x/K_β=0 의 축 상의 값을 이용함으로써, SAT 모델비만으로부터 그립도를 개략 추정하는 것도 가능하다.

전술한 바와 같이, 조타 토크 검출기 (12) 는 드라이버가 조타하는 조타 토 크를 검출하고, 어시스트 토크 검출기 (14) 는 어시스트 토크를 산출하고, SAT 추정기 (16) 는, 본 실시형태에서는, 조타 토크와 어시스트 토크의 합으로부터 핸들축으로 전달되는 토크 (T_s) 를 (204) 식에 의해 추정한다. 횡력 검출기 (180) 는 횡력을 검출한다.

전후방향 상태량 연산기 (240) 의 제구동력 추정기 (42) 는, 엔진 출력 및 브레이크 유압에 근거하여 제구동력을 추정하고, 제산기 (244) 는, 제구동력 추정기 (42) 로부터 출력된 제구동력을 전륜 코너링 파워로 나눗셈하여 전후방향 상태량 (F_x/K_β) 을 연산한다.

SAT 모델값 연산기 (22) 는, 전후방향 상태량 연산기 (240) 로부터 출력된 전후방향 상태량 (F_x/K_β), 횡력 검출기 (180) 에 의해 검출된 횡력 (F_y), 스티어링 기어비 (g_h), 캐스터 트레일 (l_c), 접지 길이 (l) 를 사용하여 상기 (206) 식으로부터, SAT 모델값 (T_s0) 을 연산한다.

본 실시형태에 관련된 그립도 추정기 (26) 는, SAT 추정기 (16) 에 의해 추정된 토크 (T_s) ((204) 식) 와, SAT 모델값 연산기 (22) 에 의해 추정된 SAT 모델값 (T_s0) ((206) 식) 의 비인 SAT 모델비 (γ) 를, 상기 (207) 식으로부터 연산한다.

그리고, 그립도 추정기 (26) 는, 연산한 SAT 모델비 (γ) 및 전후방향 상태량 연산기 (240) 로부터 출력된 전후방향 상태량 (F_x/K_β) 을 사용하여, 상기 맵 ( 도 15 참조) 으로부터, 그립도 ε=ξ³ 를 추정한다. 또, 맵 대신에 데이터 테이블이나 관계식을 기억하여 사용하도록 해도 된다.

그런데, 전술한 예에서는, 캐스터 트레일 보상 전의 핸들 토크 (T_s) 를 사용하여 그립도를 추정하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니라, 캐스터 트레일 보상 후의 핸들 토크 (T_sc) 를 이용하여 추정하는 것도 가능하다. 이 경우, 캐스터 트레일 보상 후의 핸들 토크를 기술한 (205) 식에 있어서, 그립도=1 을 가정한 값

를 SAT 모델값으로 한다. 여기서, (205) 식과 (209) 식의 비를 SAT 모델비 (γ), 즉

으로 하면

의 관계가 성립한다. 따라서, 이 경우에도 (211) 식의 관계를 이용함으로써 SAT 모델비 (γ) 와 F_x/K_β 로부터 그립도를 도출할 수 있다.

도 16 은, (211) 식을 그립도 ε=ξ³ 에 관해서 푼 결과를 SAT 모델비 (γ) 와 F_x/K_β 의 3 차원 맵으로서 나타낸 것이다. 도 15 와 마찬가지로, 이러한 3 차원 맵을 미리 준비해 두면 (211) 식을 풀 필요가 없고, γ 와 F_x/K_β 로부터 용이하게 그립도를 구할 수 있다. 또, 도 16 은 SAT 모델비=1, F_x/K_β=-0.25 에서 항상 그립도=1 이 되고, 이 값으로부터 SAT 모델비가 작아짐에 따라서, 또한 F_x/K_β 가 커짐에 따라서 그립도는 작아지는, 즉, 그립도는 SAT 모델비에 관해서 단조 증가하고, 또한 F_x/K_β 에 관해서 단조 감소한다는 특징을 갖고 있다. 그리고, 도 16 은, 접지 길이 등의 차량 파라미터를 포함하고 있지 않고, 캐스터 트레일 보상 후의 핸들 토크를 이용하여 그립을 추정하는 경우, 차량의 여러 인자가 변경된 경우에도 항상 동일한 3 차원 맵을 사용할 수 있다는 특징이 있다.

그런데, SAT 모델값은, (206) 식으로부터 구할 수 있지만, 상기 예에서는, 슬립각에 대한 횡력의 강성 (K_β) 을 포함하여, 전후방향 상태량 (F_x/K_β) 으로서 구하고 있기 때문에, SAT 모델값은, 횡력, 전후방향 상태량 (F_x/K_β), 및 접지 길이로부터 연산하게 된다. 그러나, 슬립각에 대한 횡력의 강성 (K_β) 을 파라미터로서 취급하면, 횡력, 제구동력 (F_x), 파라미터로서의 K_β, 접지 길이로부터 셀프얼라 이닝 토크 모델값을 연산하게 된다.

〔제 4 실시형태〕

다음으로, 제 4 실시형태에 대해 설명한다.

도 17 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 전술한 제 3 실시형태 (도 13 참조) 의 구성과 동일한 부분이 있기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 상이한 부분에 관해서 설명한다. 즉, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 제 3 실시형태 (도 13 참조) 에서의 횡력 연산기 (180) 를 대신하여 도 1 에 나타낸 슬립각 연산기 (18) 를 구비하고 있다.

다음으로, 본 실시형태에 관련된 제구동시 그립도의 연산 원리에 대해 설명한다.

핸들축으로 전달되는 토크 (T_s) 는, 횡 슬립과 제구동력 및 ξ_s 를 사용하여,

으로 기술할 수 있다. 또 여기서는, (301) 식에 있어서 그립도=1 을 가정한 값

를 SAT 모델값으로 한다. 즉, SAT 모델값은, 전후방향 상태량으로서의 F_x/K_β (또는 제구동력 (F_x)), 및 횡방향 상태량으로서의 횡 슬립 (κ_y) 으로부터도 구할 수 있다.

여기서, (301) 식과 (302) 식의 비를 SAT 모델비 (γ), 즉,

로 하면,

의 관계가 성립한다. 따라서, (304) 식의 관계를 이용함으로써 SAT 모델비 (γ) 와 F_x/K_β 로부터 그립도

를 도출할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태의 방법에 대해 설명한다. 또, 전술한 실시형태와 동일한 작용 부분에 관해서 생략하고, 상이한 작용 부분에 관해서 설명한다.

SAT 모델값 연산기 (22) 는, 전후방향 상태량 연산기 (240) 로부터 출력된 전후방향 상태량 (F_x/K_β), 슬립각 연산기 (18) 에 의해 검출된 횡 슬립 (κ_y), 스티어링 기어비 (g_h), 캐스터 트레일 (l_c), 접지 길이 (l) 를 사용하여 상기 (302) 식으로부터, SAT 모델값 (T_s0) 을 연산한다.

본 실시형태에 관련된 그립도 추정기 (26) 는, SAT 추정기 (16) 에 의해 추정된 핸들축으로 전달되는 토크 (T_s) ((301) 식) 와, SAT 모델값 연산기 (22) 에 의해 추정된 SAT 모델값 (T_s0) ((302) 식) 의 비인 SAT 모델비 (γ) 를, 상기 (303) 식으로부터 연산한다.

그리고, 그립도 추정기 (26) 는, 연산한 SAT 모델비 (γ), 전후방향 상태량 연산기 (240) 로부터 출력된 전후방향 상태량 (F_x/K_β), 및 캐스터 트레일 (l_c), 접지 길이 (l) 를 사용하여, (304) 식으로부터 그립도 ε=ξ³ 을 추정한다. 또, 이 경우에도, (304) 식 대신에, 그립도 (ε) 와, SAT 모델비 (γ) 및 전후방향 상태량 (F_x/K_β) 의 관계를 나타내는 맵, 데이터 테이블, 및 관계식을 미리 구해 두고, 그립도 ε=ξ³ 을 추정하도록 해도 된다.

〔제 5 실시형태〕

다음으로, 제 5 실시형태에 대해 설명한다.

도 18 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 전술한 제 3 실시형태 (도 13 참조) 의 구성과 대략 동일하기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 상이한 부분에 관해서 설명한다. 즉, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치에 있어서는, 전후방향 상태량 연산기 (240) 는 SAT 모델값 연산기 (22) 에만 접속되어 있다.

다음으로, 본 실시형태에 관련된 제구동을 동반하지 않는 영역에 있어서의 그립도의 연산 원리에 대해 설명한다.

제구동을 동반하지 않는 영역에서는, 핸들축으로 전달되는 토크 (T_s) 는, 횡력 및 ξ_s 을 이용하여,

으로 기술할 수 있다. 또한, 여기서는, (311) 식에 있어서, 그립도=1 을 가정한 값

을 SAT 모델값으로 한다. 즉, SAT 모델값은, 횡방향 상태량으로서의 횡력 (F_y) 과 소정의 타이어 파라미터 (접지 길이 (l)) 를 사용하여 구할 수 있다.

여기서, (311) 식과 (312) 식의 비를 SAT 모델비 (γ), 즉,

으로 하면,

의 관계가 성립한다. 따라서, (314) 식의 관계를 이용함으로써 SAT 모델비 (γ) 로부터 그립도

를 도출할 수 있다.

SAT 모델값 연산기 (22) 는, 횡력 검출기 (180) 에 의해 검출된 횡력 (F_y), 스티어링 기어비 (g_h), 캐스터 트레일 (l_c), 접지 길이 (l) 를 사용하여 상기 (312) 식으로부터 SAT 모델값 (T_s0) 을 연산한다.

본 실시형태에 관련된 그립도 추정기 (26) 는, SAT 추정기 (16) 에 의해 추정된 SAT (T_s) ((311) 식) 와, SAT 모델값 연산기 (22) 에 의해 추정된 SAT 모델값 (T_s0) ((312) 식) 의 비인 SAT 모델비 (γ) 를, 상기 (313) 식으로부터 연산한다.

그리고, 그립도 추정기 (26) 는, 연산한 SAT 모델비 (γ), 캐스터 트레일 (l_c), 접지 길이 (l) 를 사용하여, (314) 식으로부터 그립도 ε=ξ³ 을 추정한다. 또, 이 경우에도, (314) 식을 대신하여, 그립도 (ε) 와 SAT 모델비 (γ) 와의 관계를 나타내는 맵, 데이터 테이블, 및 관계식을 미리 구해 두고, 그립도 ε=ξ³ 을 추정하도록 해도 된다.

〔제 6 실시형태〕

다음으로, 제 6 실시형태에 대해 설명한다. 또, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 전술한 제 1 실시형태 (도 1 참조) 의 구성과 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.

다음으로, 본 실시형태에서의 그립도의 연산 원리에 대해 설명한다.

우선, 좌우륜의 제구동력이 일치하는 것으로 가정하는 경우, 핸들축으로 전달되는 토크 (T_s) 는,

로 기술된다. 단, 접지 길이, 타이어 강성에 관한 l, r 의 첨자는 좌우륜을 의미하고 있다. 또한, F_z0 는, 전축(前軸)의 정지 하중 (전륜 2 륜분의 정지 하중), F_z 는, 전후 하중 이동을 고려한 전축 하중 (전륜 2 륜분의 하중), ΔF_z 는, 전륜 좌우륜의 하중 변동량이다. 단, ΔF_z 는, 전륜 좌우륜의 하중 변동량이고, 횡가속도 신호 (g_y) 와 롤 강성 배분 (전륜의 부담률: γ_roll) 및 전륜 트레드 (T_f) 로부터

로 근사시킬 수 있다. 단, ｜g_y｜ 는 g_y 의 절대값을 나타내고 있다. 이 경우, SAT 모델값 (T_s0) 은,

로 기술할 수 있다. 즉, SAT 모델값 (T_s0) 은, 횡방향 상태량으로서의 횡 슬립 (κ_y), 좌우 하중 변화량 (ΔF_z) 을 사용하여 구한다.

이 때, 선형 모델비 (γ) 는,

으로 연산된다. 따라서, 선형 모델비 (γ) 와 제구동력 (F_x) 으로부터 (404)-(407) 식에 근거하여 그립도

를 도출할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태에 관련된 그립 추정 장치의 작용에 대해 설명한다. 또, 본 실시형태에 관련된 그립 추정 장치의 작용은, 전술한 제 1 실시형태의 작용과 동일한 부분이 있기 때문에, 상이한 부분에 대해 설명한다.

SAT 모델값 연산기 (22) 는, 슬립각 연산기 (18) 에 의해 연산된 횡 슬립 (κ_y) 과 하중 변화 추정기 (20) 에 의해 추정된 좌우 하중 변화량 (ΔF_z) 으로부터 SAT 의 선형 모델 출력, 즉 SAT 모델값을 (403) 식에 근거하여 연산한다.

그립도 추정기 (26) 의 SAT 모델비 연산기 (28) 는, SAT 추정값과 SAT 모델값으로부터 SAT 추정값의 SAT 모델값에 대한 비 (γ) 를 (404) 식에 의해 SAT 모델비로서 연산한다. 그리고, 그립도 출력기 (30) 는, 선형 모델비 (γ) 와 제구동력 (F_x) 으로부터 (404)-(407) 식에 근거하여 그립도를 연산한다. 또, 이 경우에도, (404)-(407) 식을 대신하여, 그립도 (ε) 와, SAT 모델비 (γ) 및 전후방향 상태량 (제구동력 (F_x)) 의 관계를 나타내는 맵, 데이터 테이블, 및 관계식을 미리 구해 두고, 그립도를 추정하도록 해도 된다.

도 19a 및 도 19b 는, SAT 모델값 (도 19b 참조) 을 (403) 식에 근거하여 횡하중 이동 (ΔF_z) 을 고려하여 설정하였을 때의 드라이로 선회시의 그립도 추정 결과 (도 19a 참조) 를 그립도 참값과 비교하여 나타낸 것이다.

도 20a 및 도 20b 는, 횡하중 이동의 영향을 고려하지 않고, SAT 모델값 (도 20b 참조) 을

으로 설정하였을 때의 드라이로 선회시의 그립도 추정 결과 (도 20a 참조) 를 그립도 참값과 비교하여 나타낸 것이다. 그립도 참값은, 노면 μ 를 일정 (0.9) 한 것으로 가정하고, 전륜에서 발생하고 있는 전후력과 횡력을 하중으로 기준화한 실적 μ 값으로부터 「그립도 참값=1－μ 이용률=1－실적 μ 값/노면 μ」 로서 연산한 값이다.

도 19a 및 도 19b 와 도 20a 및 도 20b 의 비교로부터, 횡하중 이동의 영향을 고려함으로써 그립도 추정의 정밀도가 향상되어 있는 것을 알 수 있다.

〔제 7 실시형태〕

다음으로, 제 7 실시형태에 대해 설명한다.

본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 전술한 제 3 실시형태 (도 13 참조) 의 구성과 동일한 부분이 있기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 상이한 부분에 관해서 설명한다. 즉, 도 21 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치의 횡력 연산기 (180) 는, 차속과 조타각으로부터 차량 선형 모델에 근거하여 전륜의 횡력 추정값을 연산하는 횡력 추정기 (340) 와, 횡력 추정값을 하이패스 처리하는 하이패스 필터 (360) 와, 차량 운동 상태량으로부터 전륜의 횡력을 연산하는 횡력 연산기 (380) 와, 횡력 환산기 (400) 와, 횡력 연산값을 로우패스 처리하는 로우패스 필터 (420) 와, 하이패스 필 터 및 로우패스 필터 처리 후의 횡력을 가산하여 통합 횡력을 연산하는 가산기 (440) 를 구비하고 있다. 또, 각 소자 (340∼440) 는, 컴퓨터에 의해 구성할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태에 관련된 SAT 모델값의 연산 원리에 대해 설명한다.

접지 길이는 하중의 평방근에 비례하여 길어짐과 함께, 각 바퀴의 코너링 파워, 횡력은 하중에 비례하여 커지는, 즉,

으로 기술할 수 있다. 단, 첨자의 0 은 비하중 이동 상태를 l, r 은 각각 좌륜, 우륜의 값임을 나타내고 있다. 이 때문에, 이러한 하중 이동의 영향을 SAT 모델값 연산시에 고려함으로써 그립도 추정의 정밀도 향상을 기대할 수 있다.

여기서는, (500)-(502) 식의 가정에 추가하여, 좌우륜의 제구동력이 일치하는 것, 즉

으로 가정하면, 좌우 2 륜분의 SAT 의 합계인 SAT 모델값 (고(高)그립 상태 의 조타 토크) 은,

으로 기술할 수 있다. 또한, 캐스터 트레일을 보상한 후의 조타축 토크를 이용하는 경우에는, SAT 모델값은,

으로 기술할 수 있다. (504) 또는 (505) 식과 같이 SAT 모델값의 도출시에 하중 이동의 영향을 고려함으로써, 그립도 추정의 정밀도 향상을 기대할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태의 작용에 대해 설명한다.

SAT 추정기 (16) 는, 조타 토크와 어시스트 토크의 합으로부터 조타계의 마찰을 제거하여 노면과 타이어 사이에서 발생하는 SAT 를 추정한다. 또, 좌우륜의 제구동력에 차가 있는 경우에는, 제구동력 차에 의해 발생하는 토크를 감하는 보상을 실시한 후에 마찰을 제거한다. 즉, 마찰 제거 전의 SAT 를

에 근거하여 연산하고, 구한 T_fric 에 대하여 마찰 제거 연산 (제 1 실시형태와 동일) 을 실시하여, SAT 추정값 (T_s) 를 구한다. 여기서, T_fric 은 마찰 제거 전의 SAT, T_sw 는 조타 토크, T_ma 는 어시스트 토크, ΔF_x 는 제구동력 좌우륜 차, l_k 는 킹핀 오프셋이다. 횡력 연산기 (180) 에 있어서의 횡력 추정기 (340) 는, 차속과 조타각으로부터 차량 선형 모델에 근거하여 전륜 횡력을 추정한다. 여기서, 전륜 횡력의 추정은, 차량 운동의 동특성을 이용하여 다음 식인 상태 방정식에 의해 추정하는 것이다.

단, v: 횡속도 (m/s), r: 요 레이트 (rad/s), Fy_E : 전륜 횡력 추정값 (N), u: 차속 (m/s), c_f,_r : 전후륜 코너링 파워 (N/rad), L_f,_r: 전후축 무게중심간 거리 (m), M: 차량 질량 (㎏), I_z: 요 관성 (kgm²), g_h : 핸들 실타간 기어비, θ_p: 핸들각이다. 또, 전륜 코너링 파워 (c_f) 는, 전술한 K_β 와 동일한 것이다. (507), (508) 식을 샘플 시간 (τ) 으로 이산화하여, 차속의 함수로서 표현하면,

의 형식으로 표현된다.

횡력 연산기 (380) 는, 차량 운동 상태량으로부터 전륜의 횡력을 연산한다. 전륜 횡력은, 차체의 운동 방정식

단, F_yf: 전륜 횡력, F_yr: 후륜 횡력을 변형함으로써, 아래와 같이 기술할 수 있다.

이다. 횡력 연산기 (400) 는, (513) 식에 근거하여 횡력을 연산하고, 횡력 연산값 (F_yC) 으로서 출력한다.

하이패스 필터 (360) 는 1 차 이산 필터에 의해 구성된다. 그런데, 연속 시간에서의 필터는, 다음 식인 전달 함수에 의해 기술된다.

를 (514) 식에 대입함으로써 연산할 수 있고, 이 때의 이산 시간 필터는,

으로 기술된다. 또한, 로우패스 필터 (420) 는 하이패스 필터 (360) 와 동일한 꺾인점 주파수를 갖는 1 차 이산 필터로서 구성된다. 연속 시간에서의 필터는,

로 기술되고, 이것을 Tustin 변환하면,

로 기술된다. 여기서 설계되는 하이패스 필터 (360) 와 로우패스 필터 (420) 의 합은 1 이 된다. 이것은, 동일 신호를 하이패스 필터 (360) 와 로우패스 필터 (420) 에 입력하고, 이들의 출력을 가산한 경우, 원래의 신호가 복원되는 것을 의미하고 있다. 여기서는, 저주파수 영역에서 드리프트 오차를 포함하는 횡력 추정값에 하이패스 필터 처리하여 드리프트 오차를 제거함과 함께, 고주파수 영역에서 노이즈나 위상의 지연을 포함하는 횡력 연산값에 로우패스 필터 처리하여 고주파 영역의 변동 성분을 제거하고, 이들 필터 처리 후의 신호를 가산함으로써 드리프트 오차나 노이즈 등의 영향을 받지 않은 횡력을 연산할 수 있다. 여기서의 꺾인점 주파수는, 횡력 연산값에 포함되는 노면 외란 등에 수반되는 노이즈를 제거함과 함께, 뱅크로 진입시 등의 노면 캔트 변화 속도에 적응할 수 있는 값으로 설정되는 것이다. 하이패스 필터 및 로우패스 필터 처리 후의 횡력은 가산되어, 통합 횡력으로서 그립도 연산에 사용된다. 즉,

단, F_yI: 통합 횡력이다.

전후방향 상태량 연산기 (240) 는, 엔진 출력 토크 (T_eng) 에 기어비 (g_e), 디퍼런셜비 (differential ratio: g_d) 를 곱함과 함께 타이어 유효 반경 (r_w) 으로 나눗셈하여 구한 구동력과 브레이크 유압 (P_b) 에 상수 (k_brake) 를 곱해 구한 제동력을 더하여 전륜에서 발생하는 제구동력 (F_x) 을

으로 구하고, 또 전륜 코너링 파워 기준치로 나눗셈하여, 전후방향 상태량 (F_x/K_β0) 으로서 출력한다.

SAT 모델값 연산기 (22) 는, 횡방향 상태량 (F_yI), 상태량 전후방향 상태량 (F_x/K_β0) 에 근거하여 SAT 모델값을 아래와같이 연산한다.

이다.

그립도 추정기 (26) 의 SAT 모델비 연산기 (28) 는, SAT 추정값 (T_s) 과 SAT 모델값 (T_s0) 의 비를 다음 식과 같이 연산하여, SAT 모델비 (γ) 로서 출력한다.

그립도 출력기 (30) 는, SAT 모델비 (γ) 와 전후방향 상태량 (F_x/K_β0) 으로부터 2 차원 맵 등 (전술한 제 3 실시형태참조) 에 근거하여 그립도를 연산한다.

도 22a∼도 22c 는, 노면 μ=0.45 의 인공 저 μ 로에서 선회 가속 실험했을 때의 그립도 추정 결과를 나타낸 것이다. 이 실험에서는, 도 22a∼도 22c 에서 2s 일 때에 조타하고, 3s 일 때에 0.1G 상당의 가속을 실시하고 있어, 가속도와 기지의 노면 μ 값 (=0.45) 으로부터 구한 그립도 참값과 추정값이 양호한 일치를 보인다.

〔제 8 실시형태〕

다음으로, 제 8 실시형태에 대해 설명한다.

본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 전술한 제 3 실시형태 (도 13 참조) 의 구성과 동일한 부분이 있기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 상이한 부분에 관해서 설명한다. 즉, 도 23 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 제 3 실시형태 (도 13 참조) 에서의, 조타 토크 검출기 (12), 어시스트 토크 검출기 (14), SAT 추정기 (16), 전륜의 횡력을 연산하는 횡력 연산기 (180), 전륜의 전후방향 상태량을 연산하는 전후방향 상태량 연산기 (240), SAT 모델값 연산기 (22), 및 전륜의 그립도를 추정하는 그립도 추정기 (26) 를 구비하고 있다.

또한, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는 추가로, 노면 마찰계수 (노면 μ) 를 연산하는 노면 마찰계수 연산기 (100), 후륜의 제구동력을 연산하는 제구동력 연산기 (540), 후륜의 횡력을 연산하는 횡력 연산기 (182), 및 후륜의 그립도를 추정하는 그립도 추정기 (126) 를 구비하고 있다. 또, 노면 마찰계수 연산기 (100), 횡력 연산기 (182), 및 그립도 추정기 (126) 는, 컴퓨터에 의해 구성될 수 있다.

다음으로, 본 실시형태에 있어서의 작용에 대해 설명한다. 또, 본 실시형태에 있어서의 작용은, 전술한 제 3 실시형태의 작용과 동일한 작용 부분이 있기 때문에, 동일한 작용 부분에 관해서 생략하고, 상이한 작용 부분에 관해서 주로 설명한다.

전술한 제 3 실시형태와 같이, 그립도 추정기 (26) 는 전륜의 그립도를 추정한다. 노면 마찰계수 연산기 (100) 는, 노면 마찰계수 (노면 μ) 를 다음과 같 이 하여 연산한다. 즉, 노면 μ 를, 전륜의 그립도 (ε_f) 와 전륜의 제구동력 (F_xf), 횡력 (F_yf) 및 전륜 하중 (W_f) 으로부터

에 의해 연산한다. 또, 전륜의 제구동력 (F_xf) 은, 전후방향 상태량 연산기 (240) 에서의 제구동력 추정기 (42) (도 14 참조) 로부터 구할 수 있다.

제구동력 연산기 (540) 는, 후륜의 제구동력 (F_xr) 을 연산하고, 횡력 연산기 (182) 는, 후륜의 횡력 (F_yr) 을 연산한다. 그리고, 그립도 추정기 (126) 는, 본 실시형태에서는, 전후륜의 노면 μ 가 동일한 것으로 가정하여, 노면 마찰계수 연산기 (100) 에 의해 연산한 노면 마찰계수 (μ), 후륜의 제구동력 (F_xr), 횡력 (F_yr) 및 후륜 하중 (W_r) 으로부터

에 의해 연산한다.

〔제 9 실시형태〕

다음으로, 제 9 실시형태에 대해 설명한다.

본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 전술한 제 8 실시형태 (도 23 참조) 의 구성과 동일한 부분이 있기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 상이한 부분에 관해서 설명한다. 즉, 도 24 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 제 8 실시형태 (도 23 참조) 에서의 노면 마찰계수 연산기 (100) 를 생략하고, 횡력 연산기 (180), 전후방향 상태량 연산기 (240) 에서의 제구동력 추정기 (42) (도 14참조), 및 그립도 추정기 (26) 는 그립도 추정기 (126) 에 접속되어 있다.

다음으로, 본 실시형태에 있어서의 작용에 대해 설명한다. 또, 본 실시형태에 있어서의 작용은, 전술한 제 8 실시형태의 작용과 동일한 작용 부분이 있기 때문에, 동일한 작용 부분의 설명을 생략하고, 상이한 작용 부분에 관해서 주로 설명한다.

그립도 추정기 (126) 는, 아래와 같이 후륜의 그립도를 추정한다. 즉, 전후륜의 노면 μ 가 동일하다는 가정에 추가하여, 전후륜의 횡력의 비가 전후륜의 하중의 비에 일치하는 것, 즉

으로 가정하면,

가 되고, 이 때의 후륜 그립도는,

으로 나타낸다. 즉, 그립도 추정기 (126) 는, 전륜의 그립도 (ε_f), 전륜의 제구동력 (F_xf), 전륜의 횡력 (F_yr) 및 전륜 하중 (W_f), 후륜 하중 (W_r), 후륜의 제구동력 (F_xr), 및 후륜의 횡력 (F_yr) 으로부터, 후륜 그립도 (ε_r) 를 (605) 식에 의해 연산한다.

〔제 10 실시형태〕

다음으로, 제 10 실시형태에 대해 설명한다.

본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 전술한 제 9 실시형태 (도 24 참조) 의 구성과 동일한 부분이 있기 때문에, 동일 부분에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략하고, 상이한 부분에 관해서 설명한다. 즉, 도 25 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 그립도 추정 장치는, 제 9 실시형태 (도 23 참조) 에 있어서의, 후좌륜, 후우륜에 대해 각각, 횡력 연산기 (182R, 182L), 제구동력 추정기 (52R, 52L), 및 그립도 추정기 (126R, 126L) 를 구비하고 있다.

다음으로, 본 실시형태에 있어서의 작용에 대해 설명한다. 또, 본 실시형태에 있어서의 작용은, 전술한 제 10 실시형태의 작용과 동일한 작용 부분이 있기 때문에, 동일한 작용 부분의 설명을 생략하고, 상이한 작용 부분에 관해서 주로 설명한다.

좌우륜의 노면 μ 가 일치하고 있는 것으로 가정하면, 각 바퀴별 그립도 (ε_fl, ε_fr, ε_rl, ε_rr (첨자 fl, fr, rl, rr 은, 각각 좌전(左前), 우전(右前), 좌후(左後), 우후(右後)를 나타내고 있다)) 는, 각 바퀴의 제구동력 (전후력: F_xfl, F_xfr, F_xrl, F_xrr), 횡력 (F_yfl, F_yfr, F_yrl, F_yrr), 하중 (W_fl, W_fr, W_rl, W_rr) 을 사용하여,

으로 기술할 수 있다. 그런데, 각 바퀴별로 그립도를 추정하기 위해서는, (606)-(609) 식으로부터 알 수 있듯이 각 바퀴별 제구동력 및 횡력이 필요하게 된다. 구동력은 좌우 동일한 것으로 가정할 수 있음과 함께, 제동력은 각 바퀴의 휠 유압으로부터 각 바퀴마다 추정하는 것이 가능하다. 한편, 횡력에 관해서는, 차량 운동으로부터는 좌우륜의 합계값만이 추정 가능하고, 각 바퀴별 값을 도출하는 것은 불가능하다. 이 때문에 여기서는, 타이어에서 발생하는 횡력은 각 바퀴의 하중에 대체로 비례한다는 성질에 주목하여, 1 바퀴별 횡력을 좌우 합계의 횡력에 의해 다음 식과 같이 기술한다.

따라서, (606)-(609) 식에 (601), (610)-(613) 식을 대입하면

또, 전후륜의 그립도 추정과 동일하게, 전후륜의 횡력의 비가 전후륜의 하중의 비에 일치하는 것으로 가정하는 경우에는,

가 되고, 후좌우륜의 그립도는,

로 기술된다.

즉, 후좌륜의 그립도 추정기 (126L) 는, 전륜의 그립도 (ε_f), 전륜 하중 (W_r), 후좌륜 하중 (W_rf), 전륜 제구동력 (F_xf), 전륜 횡력 (F_yf), 및 후좌륜 제구동력 (F_xrl) 을 사용하여, (620) 식으로부터 후좌륜의 그립도 (ε_rf) 를 구한다.

마찬가지로, 후우륜의 그립도 추정기 (126R) 는, 전륜의 그립도 (ε_f), 전륜 하중 (W_f), 후우륜 하중 (W_rr), 전륜 제구동력 (F_xf), 전륜 횡력 (F_yf), 및 후우륜 제구동력 (F_xrr) 을 사용하여, (622) 식으로부터 후좌륜의 그립도 (ε_rr) 를 구한다.

이와 같이, 전술한 제 2 실시형태 및 제 8 실시형태 내지 제 10 실시형태에서는, 후륜의 그립도를 추정할 수 있다. 이 결과, 예를 들어, 제동 중인 전후륜의 그립도를 피드백하여 그립도를 균등화하는 제동력의 배분 제어가 가능해진다. 이 경우, 제동 중인 각 바퀴의 그립 여유도가 향상된 결과, 차량 운동의 안정성이 향상된다.

또, 제 9 실시형태에서의 (605) 식에 근거한 후륜의 그립도의 추정에서는, 후륜 횡력 추정의 위상을 전륜 횡력 발생과 일치시킴으로써, 제 8 실시형태에서의 (602) 식에 근거한 후륜의 그립도 추정과 비교하여 위상의 빠른 추정이 가능해진다.

제 1 실시형태 내지 제 10 실시형태에 있어서의 응용예를 설명한다.

(제 1 응용예)

구동력 배분 제어 (TRC 포함, 엔진 제어, 4 구(驅))

본 응용예는, 도 26 에 나타내는 바와 같이, 상기 그립도 추정기 (26) 에 접속된 구동력 배분 제어기 (400) 를 구비하고 있다.

그립도 추정기 (26) (제 6 실시형태 또는 제 7 실시형태) 에 접속된 구동력 배분 제어기 (400) 는, 선회 가속시, 구동륜이 가속 슬립하기 전에 μ 추정값을 바탕으로 스로틀 제어를 실시한다. SAT 에 근거하는 그립도 추정값은, 구동력을 반영하는 차륜의 거동 (가속 슬립) 이 발생하기 이전에 그립 저하를 검출할 수 있다는 특징이 있다. 그래서, 구동력 배분 제어기 (400) 는, 그립도 저하 시점에서 스로틀을 조이는 경향으로 제어한다. 이것에 의해, 차륜의 가속 슬립을 미연에 방지할 수 있다.

그립도 추정기 (26) (제 2 실시형태) 에 접속된 구동력 배분 제어기 (400) 는, 구동륜의 그립도 추정을 좌우 독립적으로 실시하여, 그립도가 저하된 경우에는 그 바퀴에 제동을 가한다. 이것에 의해 그립 저하륜의 구동력을 억제하고 그립의 회복을 꾀하여, 좌우 구동력 배분의 최적화가 실현된다. 또한, 양륜 모두 저하된 경우에는 엔진 토크를 저하시킨다.

(제 2 응용예)

본 응용예는, 도 27 에 나타내는 바와 같이, 상기 그립도 추정기 (26) (제 1 실시형태∼제 10 실시형태 중 어느 하나) 에 접속된 제동력 제어기 (402) 를 구비하고 있다.

또, 본 응용예는, 다음과 같이 여러 가지 양태가 있다. 이하, 각각에 관해서 설명한다.

제동력 배분 제어 (ABS 포함)

상기 그립도 추정기 (26) (제 2 실시형태) 에 접속된 제동력 제어기 (402) 는, 선회 제동시의 제동력을 배분할 때에, 4 바퀴의 그립도가 균일해지도록 제동력을 결정한다. 이것에 의해, 4 바퀴의 한계 마찰력 (μW: 노면 μ×하중) 의 추정 오차에 대하여 로버스트성이 높아진다. 또한, 그립도 추정이 불가능한 영역에서는 추정 μW 를 사용하고, 가능한 영역에서는 그립도를 사용하는 방법을 전환하여 사용한다.

종래의 최적 제동력 배분을 실행하는 경우, 각 바퀴의 μ 는 일정한 것으로 가정하고, 하중은, 미리 설정된 정지 하중에 차체 가속도의 보정을 실시하여 추정하며, 이 추정된 하중 배분에 근거한 제동력의 배분이 실시되어 왔다. 그러나, 이 수법에서는 적재량 변화 등에 동반하는 하중 배분의 변화나, 노면 양쪽의 요철이 상이한 노면 등 노면 μ 의 편차에는 적응할 수 없어, 반드시 최적의 배분이 되지는 않는다는 문제점이 있다.

이에 대하여, 제동 중인 4 바퀴의 그립도를 각각 추정하는 본 발명의 그립도 추정값에 근거하는 제동력 배분, 즉 4 바퀴의 그립도가 균일해지도록 제동력을 결 정하는 경우, 한계 마찰력에 대한 그립 여유도가 균일하게 되도록 제어하게 되어, 항상 최적의 제동력 배분을 확보할 수 있게 된다.

상기 그립도 추정기 (26) (제 6 실시형태 또는 제 7 실시형태) 에 접속된 제동력 제어기 (402) 는, ABS 작동 전의 선회 제동시에 그립 저하를 검출한 경우, ABS 의 개시 감도를 낮게 설정하여, ABS 개시 전의 차륜 속도의 급속한 저하를 방지한다.

ABS 의 제어 개시 감도는, 노면 외란 등에 의한 오동작을 방지할 필요가 있기 때문에 종래에는 높게 설정하고 있다. 이 때문에, 제어 개시시에 차륜 속도가 급속히 떨어져 (차륜 로크 경향), 이것을 회복시키기 위해서 제어 개시시에 휠 실린더 유압을 크게 감압할 필요가 발생되어 있었다.

그러나, 제어 개시시의 큰 감압은, 타이어에서 발생하는 제동력을 감소시키게 되어 바람직하지 못하다.

SAT 에 근거하는 그립도 추정값은, 제동력을 반영하는 차륜의 거동 (차륜 로크) 이 발생하기 이전에 그립 저하를 검출할 수 있다는 특징이 있다. 그립 저하가 판정된 경우에 ABS 의 개시 감도를 낮게 설정함으로써, 제어 개시시의 차륜 속도의 급속한 저하를 방지할 수 있다.

또, 종래에 차륜 속도에 근거하여 그립 여유를 검출하고, 이것을 ABS 제어 개시 판정에 사용하는 기술 (일본 공개특허공보 평10-71943) 이 있지만, 차륜 속도에 근거하여 그립 여유를 추정하는 이 종래 기술에 비해 본 발명은, SAT 를 이용하고 있기 때문에 보다 빨리 (아직 여유가 있는 영역에서) 그립 저하를 정밀하게 검 출할 수 있어 ABS 제어 개시 감도를 보다 적절하게 설정할 수 있다는 특징이 있다.

선회 ABS 제동 중에 저 μ 에서 고 μ 로 이동된 경우, 그립도의 회복을 보면서 프론트의 증압 속도를 높이고, 또 리어에 관해서는 예견 증압을 실시한다.

VSC (OS, US, 프리차지)

OS (오버스티어링) 일 때

상기 그립도 추정기 (26) (제 2 실시형태, 제 8 실시형태 내지 제 10 실시형태) 에 접속된 제동력 제어기 (402) 는, 후륜의 그립도가 소정 역치 이하가 되면 외륜에 제동을 가한다. 브레이크의 강도는 μ 에 따른 맵으로 한다. 또한, 리어 그립도가 소정 지점까지 회복되면 제어를 종료한다. 또한, 후륜의 그립도가 역치 이하가 되면 외륜의 브레이크를 프리차지하여, VSC 제어의 개시 지연을 방지하는 응용도 생각할 수 있다.

종래의 VSC 는, 횡력을 반영한 요 레이트 변화로부터 오버스티어링을 검출하여 제어 개시를 판단하고 있었다.

이에 대해, 본 그립 추정을 이용함으로써, 요 레이트 변화가 발생하기 전에 오버스티어링 발생을 예측하는 것이 가능해져, 외륜에 제동을 가함으로써 오버스티어링을 미연에 방지하거나, 프리차지에 의해 개시 지연을 방지하는 것이 가능해진다.

오버스티어링은, 후륜의 그립도가 전륜과 비교하여 저하되어 전후륜의 횡력 밸런스가 무너짐으로써 요 레이트의 변화가 생기는 것이다. 종래의 VSC 는 결과적으로 발생한 요 레이트 변화를 피드백하는 것이었다.

이에 대하여 본 수법은, 원인인 후륜 그립도의 저하를 직접 추정하여, 이것에 근거하는 차량 제어를 피드포워드적으로 행하는 것이다. 이 때문에, 오버스티어링의 발생을 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

US (언더스티어링) 일 때

상기 그립도 추정기 (26) (상기 각 실시형태 중 어느 하나) 에 접속된 제동력 제어기 (402) 는, 전륜 그립이 한계에 가까워지면 브레이크 제어에 의해 드리프트 아웃 제어를 실시한다.

종래의 VSC 에서는, 언더스티어링의 검출도 횡력을 반영한 요 레이트 변화로부터 검출하고 있었다. 이에 대하여, 본 그립 추정을 이용함으로써, 요 레이트 변화가 일어나기 전에 언더스티어링 발생을 예측하는 것이 가능해져, 브레이크 제어에 의해 내향 모멘트를 발생시키거나, 차속을 감속시킴으로써 언더스티어링의 발생을 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

언더스티어링은, 전륜의 그립도가 후륜과 비교하여 저하되어, 전후륜의 횡력 밸런스가 무너짐으로써 요 레이트의 변화가 생기는 것이다. 종래의 VSC 는 결과적으로 발생한 요 레이트 변화를 피드백하는 것이었다.

이에 대하여 본 수법은, 원인인 후륜 그립도의 저하를 직접 추정하여, 이것에 근거하는 차량 제어를 피드포워드적으로 행하는 것이다. 이 때문에, 언더스티어링의 발생을 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

4 륜 드리프트시

상기 그립도 추정기 (26) (제 2 실시형태, 제 8 실시형태 내지 제 10 실시형 태) 에 접속된 제동력 제어기 (402) 는, 독립적으로 전후륜 그립을 추정함으로써 4 륜 드리프트를 검출한다.

종래의 VSC 에서는, 전후륜의 횡력 밸런스가 무너짐으로써 발생하는 요 레이트 변화를 검출하여 OS 또는 US 제어하는 것이기 때문에, 4 바퀴의 그립이 동시에 저하되어 요 레이트 변화를 일으키는 일 없이 한계에 도달하는 경우, 즉 4 륜 드리프트 상태에서는 제어 개시가 늦어진다는 문제점이 있다.

이에 대하여, 전후륜 독립적으로 그립을 추정하는 경우, 4 륜 드리프트의 발생 원인인 4 바퀴의 동시 그립 저하를 직접 추정하는 것이 가능하기 때문에, 종래에 문제가 되었던 제어 개시 지연이 일어나는 일없이 적절하게 4 륜 드리프트를 방지할 수 있다.

제동력 제어기 (402) 는, 4 바퀴의 동시 그립 저하를 검출하면 감속하도록 제어한다. 4 륜 드리프트시에, 전후륜 모두 그립이 저하되어 있기 때문에 그립을 회복시키기 위해서는 차량을 감속시키는 필요가 있다.

제동력 제어기 (402) 는, 4 바퀴가 동시에 그립 회복하도록 각 바퀴의 타이어 부담률을 균일하게 하면서 감속한다. 각 바퀴의 그립도가 균형을 이루도록 각 바퀴의 제동력을 배분함으로써, 전후륜의 횡력의 밸런스를 유지하면서, 즉 차량의 거동 변화를 일으키는 일없이 그립 회복을 꾀할 수 있다.

제동력 제어기 (402) 는, 후륜이 먼저 그립 회복하도록 전륜의 그립도가 후륜의 그립도에 비해 작은 값이 되도록 제동력 배분을 제어한다. 이 제어에 의해, 차량 거동은 드리프트 아웃 경향을 나타내지만, 안정성을 중시한 운동을 실현 할 수 있다.

제동력 제어기 (402) 는, 전후륜 모두 스티어링 제어는 횡력을 최대화하도록 제어한다. 4 륜 드리프트가 발생하는 상황에서는 전후륜 모두 횡력 한계를 초과한 상태로 되어 있다. 이 때문에, 타각을 적절히 다시 되돌림으로써 슬립각을 횡력이 최대가 되는 각도까지 감소시킨다.

스티어링각

상기 그립도 추정기 (26) (제 2 실시형태, 제 8 실시형태 내지 제 10 실시형태) 에 접속된 제동력 제어기 (402) 는, 후륜의 그립도가 소정 역치 이하가 되면 전륜의 조타각을 다시 되돌린다. 이것으로부터 오버스티어링의 발생을 미연에 방지한다.

후륜의 그립도가 저하된 경우, 전후륜의 횡력의 밸런스가 무너짐으로써 오버스티어링이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 전륜의 조타각을 다시 되돌리는 것에 의해 전륜의 횡력을 저하시킴으로써 횡력의 밸런스화를 꾀하여, 오버스티어링의 발생을 방지할 수 있다. 이 경우에도, 요 레이트 변화 등으로부터 오버스티어링을 검출하고, 여기에 근거하여 전륜의 조타각을 다시 되돌리는 제어와 비교하면, 오버스티어링 발생의 원인인 전륜 그립도를 직접 검출하기 때문에 차량 제어의 피드포워드적인 제어가 실현되어, 오버스티어링의 발생을 미연에 방지하는 것이 가능해진다.

서스펜션 제어

상기 그립도 추정기 (26) (제 2 실시형태, 제 8 실시형태 내지 제 10 실시형 태) 에 접속된 제동력 제어기 (402) 는, 후륜의 그립도가 소정 역치 이하가 되면, 전륜의 스테빌라이저의 강성을 높여 전륜 하중의 좌우차를 크게 하도록 설정한다. 이것에 의해, 후륜 하중의 좌우차를 감소시킴으로써 후륜의 그립을 증가시켜, 오버스티어링을 미연에 방지한다. 또한, 반대로 전륜의 그립도가 소정 역치 이하가 되면, 전륜의 스테빌라이저의 강성을 내려 전륜 하중의 좌우차를 감소시킴으로써 전륜의 그립을 증가시켜, 언더스티어링을 미연에 방지한다. 또한, 전후륜 모두 그립도가 감소되어 있는 경우에는, 후륜의 그립 회복을 우선하여, 전륜의 스테빌라이저의 강성을 높이는 것에 의해 안정성을 중시한 차량 거동을 실현한다.

전후륜 중 어느 하나의 그립도가 저하된 경우에, 스카이훅 댐퍼의 댐퍼 상수를 작게 설정하여, 접지성을 중시한 서스펜션 특성을 실현한다 (일본 공개특허공보 2001-3540020호의 μ 구배 추정을 SAT 이용 그립 추정으로 바꿔 놓은 것).

Claims

차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정 또는 검출하는 셀프얼라이닝 토크 취득 수단;

상기 차륜에 발생하는 횡방향 상태량을 연산하는 횡방향 상태량 연산 수단;

상기 차륜에 발생하는 전후방향 상태량을 연산하는 전후방향 상태량 연산 수단;

상기 횡방향 상태량 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하는 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단;

상기 셀프얼라이닝 토크 취득 수단에 의해 추정하거나 검출된 셀프얼라이닝 토크 모델값과 상기 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값의 비인 셀프얼라이닝비를 연산하는 비연산 수단; 및

상기 셀프얼라이닝비 및 상기 전후방향 상태량에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하는 그립도 추정 수단을 포함하는 타이어 그립도 추정 장치.
차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정 또는 검출하는 셀프얼라이닝 토크 취득 수단;

상기 차륜에 발생하는 횡방향 상태량을 연산하는 횡방향 상태량 연산 수단;

상기 차륜에 발생하는 전후방향 상태량을 연산하는 전후방향 상태량 연산 수단;

상기 횡방향 상태량, 상기 전후방향 상태량, 및 타이어 파라미터에 근거하여 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하는 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단;

상기 셀프얼라이닝 토크 취득 수단에 의해 추정하거나 검출된 셀프얼라이닝 토크 모델값과 상기 셀프얼라이닝 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값의 비인 셀프얼라이닝비를 연산하는 비연산 수단; 및

상기 셀프얼라이닝비에 근거하여 타이어의 그립도를 추정하는 그립도 추정 수단을 포함하는 타이어 그립도 추정 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 그립도 추정 수단은, 상기 셀프얼라이닝 토크비에 추가하여, 상기 전후방향 상태량을 사용하여 타이어의 그립도를 추정하는 타이어 그립도 추정 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 횡방향 상태량은 슬립각, 상기 전후방향 상태량은 전후력 또는 전후력을 코너링 파워로 나눈 몫, 상기 타이어 파라미터는 타이어 접지 길이 및 타이어 강성인 타이어 그립도 추정 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 횡방향 상태량은 횡력, 상기 전후방향 상태량은 전후력, 상기 타이어 파라미터는 타이어 접지 길이 및 타이어 강성인 타이어 그립도 추정 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 횡방향 상태량은 횡력, 상기 전후방향 상태량은 전후력을 코너링 파워로 나눈 몫, 상기 타이어 파라미터는 타이어 접지 길이인 타이어 그립도 추정 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

차속을 검출하는 차속 검출 수단; 및

조타각을 검출하는 타각 검출 수단을 추가로 포함하고,

상기 횡방향 상태량 연산 수단은,

상기 차속과 상기 조타각으로부터 차량 선형 모델에 근거하여, 타이어에 발생하는 횡력을 추정하는 추정 수단;

상기 횡력 추정 수단에 의해 추정된 횡력에 하이패스 필터 처리를 실시하는 하이패스 필터;

차량 상태량으로부터 타이어에 발생하는 횡력을 연산하는 횡력 연산 수단;

상기 횡력 연산 수단에 의해 연산된 횡력에 로우패스 필터 처리를 실시하는 로우패스 필터; 및

상기 하이패스 필터에 의해 하이패스 필터 처리가 실시된 횡력과, 상기 로우패스 필터에 의해 로우패스 필터 처리가 실시된 횡력의 합을 횡방향 상태량으로 하여 연산하는 연산 수단에 의해 구성되어 있는 타이어 그립도 추정 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전후방향 상태량 연산 수단은,

엔진 출력 및 브레이크 유압에 근거하여, 제구동력을 추정하는 제구동력 추정 수단; 및

상기 제구동력을 코너링 파워로 나눗셈하여 전후방향 상태량을 연산하는 제산기에 의해 구성되어 있는 타이어 그립도 추정 장치.
차륜의 접지면에 발생하는 셀프얼라이닝 토크를 추정 또는 검출하는 셀프얼라이닝 토크 취득 수단;

상기 차륜에 발생하는 슬립각을 연산하는 슬립각 연산 수단;

상기 슬립각 연산 수단에 의해 연산된 슬립각, 상기 차륜의 접지 길이 및 강성에 근거하여, 셀프얼라이닝 토크 모델값을 연산하는 셀프얼라이닝 토크 모델값 연산 수단;

상기 셀프얼라이닝 토크 추정 수단에 의해 추정된 셀프얼라이닝 토크와, 상기 셀프얼라이닝 토크 모델값 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크 모델값과의 비인 셀프얼라이닝 토크비를 연산하는 셀프얼라이닝 토크비 연산 수단;

상기 차량을 제구동하는 차륜에 발생하는 제구동력을 추정하는 제구동력 추정 수단; 및

상기 셀프얼라이닝 토크비 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크비와, 상기 제구동력 추정 수단에 의해 추정된 제구동력에 근거하여 상기 차륜의 그립도를 추정하는 그립도 추정 수단을 구비한 그립도 추정 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 그립도 추정 수단은,

셀프얼라이닝 토크비, 제구동력, 및 그립도의 관계를 미리 기억하는 기억 수단을 구비하고,

상기 셀프얼라이닝 토크비 연산 수단에 의해 연산된 셀프얼라이닝 토크비 및 상기 제구동력 추정 수단에 의해 추정된 제구동력과, 상기 기억 수단에 의해 기억된 상기 관계에 근거하여 상기 차륜의 그립도를 추정하는 것을 특징으로 하는 그립도 추정 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 차륜의 접지 길이 및 강성은 미리 정해진 값인 것을 특징으로 하는 그립도 추정 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 차륜에 대한 하중 상태를 추정 또는 검출하는 하중 상태 취득 수단을 추가로 구비하고,

상기 차륜의 접지 길이 및 강성은, 상기 하중 상태 취득 수단에 의해 추정된 상기 차륜에 대한 하중 상태에 근거하여 정해지는 것을 특징으로 하는 그립도 추정 장치.
제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 슬립각 연산 수단은,

차속과 조타각으로부터 차량 선형 모델에 근거하여 슬립각을 추정하는 슬립각 추정 수단;

상기 슬립각 추정 수단에 의해 추정된 슬립각에 하이패스 필터 처리를 실시하는 하이패스 필터;

상기 차륜의 횡력을 연산하는 횡력 연산 수단;

상기 횡력 연산 수단에 의해 연산된 횡력을 상기 차륜의 코너링 파워로 나눔으로써, 횡력으로부터 환산된 슬립각을 연산하는 슬립각 환산 수단;

상기 슬립각 환산 수단에 의해 환산된 슬립각에 로우패스 필터 처리를 실시하는 로우패스 필터; 및

상기 하이패스 필터에 의해 하이패스 필터 처리된 슬립각과, 상기 로우패스 필터에 의해 필터 처리된 슬립각을 가산함으로써, 상기 차륜에 발생하는 슬립각을 연산하는 가산 수단에 의해 구성된 것을 특징으로 하는 그립도 추정 장치.
제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 차륜은, 상기 차량의 전륜인 것을 특징으로 하는 그립도 추정 장치.
제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 차륜은, 상기 차량에 장착된 모든 차륜인 것을 특징으로 하는 그립도 추정 장치.
조타 상황으로부터 구한 셀프얼라이닝 토크 추정값, 차량 상황으로부터 구한 셀프얼라이닝 토크 모델값, 및 제구동력에 근거하여 그립도를 추정하는 그립도 추정 방법.
제 16 항에 있어서,

타이로드 축력과 너클암 길이로부터 킹핀 둘레의 토크를 연산하여 셀프얼라이닝 토크 추정값으로 하는 그립도 추정 방법.
제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,

각 바퀴별로 그립도를 추정하는 그립도 추정 방법.
제 18 항에서 추정된 각 바퀴의 그립도를 사용하여 주행 상태를 제어하는 주행 상태 제어 방법.
제 19 항에 있어서,

상기 주행 상태가 안정되도록 주행 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 주행 상태 제어 방법.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,

상기 주행 상태의 제어는, 선회 제동시에 4 바퀴의 그립도가 균일해지도록 제동력을 조정하는 것, 구동륜의 그립도를 추정하여, 그립도가 낮은 경우에는 그립도의 저하를 억제하는 것, 후륜의 그립도가 소정 이하로 된 경우에는 스핀 억제 제어를 실시하는 것, 전륜의 그립도가 소정 이하로 된 경우에는 드리프트 아웃 억제 제어를 실시하는 것, 전륜의 그립도가 소정 이하로 된 경우에는 감속하는 것, 후륜의 그립도가 소정 이하가 되면 전륜 조타각을 다시 되돌리는 것, 및 후륜의 그립도가 소정 이하가 되면 전륜의 스테빌라이저의 강성을 높이는 것 중 적어도 하나인 주행 상태 제어 방법.