JP5302062B2 - 摩擦状態推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両挙動制御等に用いられる摩擦状態推定装置に係り、詳しくは直進走行時や急旋回走行時等における誤推定を抑制する技術に関する。

車両の走行安定性等を向上させる車両挙動制御装置としては、ＡＢＳ（Anti-lock Breaking System）およびＴＣＳ（Traction Control System）に旋回時における横滑りの抑制機能等を加えたＶＳＡ（Vehicle Stability Assist system:車両挙動安定化制御システム：特許文献１参照）や、旋回能力の向上を図るべく左右駆動輪間での駆動力配分を連続的に変化させるＡＴＴＳ(Active Torque Transfer System：左右駆動力配分装置：特許文献２参照)、高速走行時における操縦安定性の向上や車庫入れ時における旋回半径の縮小等を実現するＲＴＣ（Rear Toe Control system：後輪操舵システム：特許文献３参照）等が存在する。これら車両挙動制御装置では、例えば、前輪操舵角や車速、横加速度等に基づき規範ヨーレイトを設定した後、ヨーレイトセンサによって検出された実ヨーレイトを規範ヨーレイトに一致させるように、各車輪の制動力、左右駆動輪間での駆動力配分、左右後輪のトー角の制御指示値（目標制御量）を設定してアクチュエータを駆動する。

特開２００４−２８４４８５号公報 特許第３３４００３８号 特公平５−３３１９３号公報

上述した車両挙動制御装置では、ヨーレイトやヨーモーメントを推定するにあたり、各種センサの検出値、タイヤと路面との間の摩擦状態（以下、路面μと記す）、バンク角、スリップ角の推定値等に基づくオブザーバを採用することが多い。路面μは、実ヨーレイトを標準ヨーレイト（標準タイヤを装着した車両が標準路面を走行する際のヨーレイト）で除すことによって推定されるが、特定の走行状況において推定誤差が大きくなることが多かった。例えば、直進走行時等においては、分母となる標準ヨーレイトの値自体がごく小さくなるため、分子となる実ヨーレイトが僅かに変動することにより、路面μの推定値が急増あるいは急減することになる。そのため、ヨーレイトセンサにノイズが混入した場合等には、オブザーバから誤ったヨーレイト、ヨーモーメントの推定値等が出力されてしまい、適切な挙動制御が行われなくなって自動車の挙動に乱れが生じる虞があった。また、自動車が急旋回走行や急制動を行った場合、実ヨーレイトと標準ヨーレイトとが乖離しやすいために路面μの推定誤差が大きくなり、やはり適切な挙動制御が行われなくなって自動車の挙動に乱れが生じる虞があった。

本発明は上記状況に鑑みなされたもので、直進走行時や急旋回走行時等における誤推定を抑制した摩擦状態推定装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、車両の実横方向運動量を検出する実横方向運動量検出手段と、車両の標準横方向運動量を設定する標準横方向運動量設定手段と、前記実横方向運動量と前記標準横方向運動量との比較に基づき、タイヤと路面との間の摩擦状態量を摩擦状態推定値として出力する摩擦状態推定手段とを備え、前記摩擦状態推定手段は、前記車両が所定の運転状態に移行した場合、当該所定の運転状態に移行する直前の摩擦状態推定値を出力することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明に係る摩擦状態推定装置において、前記所定の運転状態が直進走行状態であることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る摩擦状態推定装置において、前記所定の運転状態は、急旋回走行状態と、急制動状態と、オーバステア状態と、バンク走行状態との少なくとも１つを含むことを特徴とする。

本発明によれば、直進走行時や急旋回走行時における摩擦状態の誤推定が抑制され、不適切な車両挙動制御による車両挙動の乱れが起こり難くなる。

実施形態に係る車両の装置構成を示す平面図である。 実施形態に係るＡＴＴＳ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る駆動力配分設定部の概略構成を示すブロック図である。 実施形態に係る駆動力配分制御の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る摩擦状態推定制御の手順を示すフローチャートである。

以下、ＡＴＴＳを搭載したＦＦ（フロントエンジン・フロントドライブ）式４輪自動車（以下、単に自動車と記す）に本発明を適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は実施形態に係る自動車の装置構成を示す平面図であり、図２は実施形態に係るＡＴＴＳ−ＥＣＵの概略構成を示すブロック図であり、図３は実施形態に係る駆動力配分設定部の概略構成を示すブロック図である。

≪実施形態の構成≫
＜車両の装置構成＞
先ず、図１を参照して、自動車の装置構成について説明する。説明にあたり、４本の車輪やそれらに対応して配置された部材については、それぞれ数字の符号に前後左右を示す添字を付して例えば車輪４ｆｌ（左前）、車輪４ｆｒ（右前）、車輪４ｒｌ（左後）、車輪４ｒｒ（右後）と記すとともに、総称する場合には例えば車輪４と記す。

図１に示すように、自動車１は、車体２の前後左右に、タイヤ３が装着された４つの車輪４を有しており、操舵アシストを行うＥＰＳ（Electric Power Steering：電動パワーステアリング）１１と、左右前輪４ｆｌ，４ｆｒ（左右ドライブシャフト５ｆｌ，５ｆｒ）に対して駆動力を可変配分するＡＴＴＳ１３と、ＡＴＴＳ１３を駆動制御するＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６とを搭載している。

自動車１は、車輪速を検出する車輪速センサ２１を各車輪４ごとに備える他、ステアリングホイール７の操舵角を検出する操舵角センサ２２、車体２の実ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ２３、車体２の横加速度を検出する横Ｇセンサ２４、車体２の前後加速度を検出する前後Ｇセンサ２５、ＡＴＴＳ１３の制御油圧を検出する油圧センサ２６等を適所に有している。

ＡＴＴＳ１３は、各一対の遊星歯車機構および油圧クラッチ、油圧クラッチを駆動制御する油圧制御弁等から形成されており、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６からの制御電流に応じて左右前輪４ｆｌ，４ｆｒに対する駆動力の配分を連続的に変化させる。ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、マイクロコンピュータやＲＯＭ、ＲＡＭ、周辺回路、入出力インタフェース、各種ドライバ等から構成されており、通信回線（本実施形態では、ＣＡＮ（Controller Area Network））を介して、他の各種制御装置やＡＴＴＳ１３、各センサ２１〜２６と接続されている。

＜ＡＴＴＳ−ＥＣＵ＞
図２に示すように、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、図示しない入出力インタフェースの他、車速推定部４１と、ＦＦ（フィードフォワード）制御部４２と、規範車両モデル４３と、オブザーバ４４と、ヨーレイトＦＢ（フィードバック）設定部４５と、ヨーモーメントＦＢ設定部４６と、スリップ角ＦＢ設定部４７と、ＦＢ制御部４８と、駆動力配分設定部４９と、制御電流生成部５０とを備えている。

車速推定部４１は、各車輪４の車輪速に基づき、自動車１の車速を推定する。ＦＦ制御部４２は、操舵角や車速に基づき、駆動力配分ＦＦ制御量を設定する。規範車両モデル４３は、操舵角や車速等に基づき、規範ヨーレイトや規範ヨーモーメント、規範スリップ角を設定する。オブザーバ４４は、車速や横加速度、前後加速度、実ヨーレイト、制御油圧等に基づき、推定ヨーモーメントや推定スリップ角を算出する。

ヨーレイトＦＢ設定部４５は、規範ヨーレイトと実ヨーレイトとに基づき、ヨーレイトＦＢ値を設定する。ヨーモーメントＦＢ設定部４６は、規範ヨーモーメントと推定ヨーモーメントとに基づき、ヨーモーメントＦＢ値を設定する。スリップ角ＦＢ設定部４７は、規範スリップ角と推定スリップ角とに基づき、スリップ角ＦＢ値を設定する。ＦＢ制御部４８は、ヨーレイトＦＢ値とヨーモーメントＦＢ値とスリップ角ＦＢ値とに基づき、駆動力配分ＦＢ制御量を設定する。

駆動力配分設定部４９は、駆動力配分ＦＦ制御量と駆動力配分ＦＢ制御量とに基づき、駆動力配分制御量を設定する。制御電流生成部５０は、駆動力配分制御量に基づき、駆動電流を設定してＡＴＴＳ１３に出力する。

＜摩擦状態推定部＞
規範車両モデル４３およびオブザーバ４４は、図３に概略構成を示す摩擦状態推定部６０を備えている。
摩擦状態推定部６０は、路面μ算出部６１と、直進走行判定部６２と、急旋回走行判定部６３と、急制動判定部６４と、オーバステア判定部６５と、バンク走行判定部６６と、推定禁止指令出力部６７とから構成されている。なお、規範車両モデル４３およびオブザーバ４４には、標準ヨーレイトを推定する標準ヨーレイト推定部が内蔵されている。

路面μ算出部６１は、実ヨーレイトを標準ヨーレイトで除すことによって路面μを推定する。直進走行判定部６２は、実ヨーレイトと直進判定閾値とを比較することによって直進走行状態であるか否かを判定し、直進走行状態であると判定した場合に直進走行フラグを出力する。急旋回走行判定部６３は、横加速度と急旋回判定閾値とを比較することによって急旋回走行状態であるか否かを判定し、急旋回走行状態であると判定した場合に急旋回走行フラグを出力する。急制動判定部６４は、前後加速度と急制動判定閾値とを比較することによって急制動状態であるか否かを判定し、急制動状態であると判定した場合に急制動フラグを出力する。オーバステア判定部６５は、実ヨーレイトと規範ヨーレイトとを比較することによってオーバステア状態であるか否かを判定し、オーバステア状態であると判定した場合にオーバステアフラグを出力する。バンク走行判定部６６は、車速とヨーレイトと横加速度とに基づき路面のバンク角を推定し、その推定結果がバンク判定閾値を超えた場合にバンクフラグを出力する。推定禁止指令出力部６７は、上述した各フラグのいずれか１つでも入力した場合、推定禁止指令を路面μ算出部６１に出力する。

≪実施形態の作用≫
＜駆動力配分制御＞
自動車１が走行を開始すると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、図４のフローチャートにその手順を示す駆動力配分制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）で繰り返し実行する。

駆動力配分制御を開始すると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は先ず、運転者の操舵に応じた迅速な駆動力配分を実現すべく、図４のステップＳ１で車速と操舵角とに基づいて駆動力配分ＦＦ制御量Ｄｆｆを設定する。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２で規範ヨーレイトと推定ヨーレイトとの差に応じてヨーレイトＦＢ値ＹＲｆｂを設定し、ステップＳ３で規範ヨーモーメントと推定ヨーモーメントとの差に応じてヨーモーメントＦＢ値ＹＭｆｂを設定し、ステップＳ４で規範スリップ角と推定スリップ角との差に応じてスリップ角ＦＢ値ＳＡｆｂを設定する。次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ５で、ヨーレイトＦＢ値ＹＲｆｂとヨーモーメントＦＢ値ＹＭｆｂとスリップ角ＦＢ値ＳＡｆｂとを和すことにより、駆動力配分ＦＢ制御量Ｄｆｂを設定する。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、駆動力配分ＦＦ制御量Ｄｆｆと駆動力配分ＦＢ制御量Ｄｆｂとの和に基づきステップＳ６で制御指示ベース値Ｄｂを設定した後、ステップＳ７で目標駆動力配分制御値Ｄｔｇｔを設定する。しかる後、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ８でＡＴＴＳ１３（油圧制御弁駆動用リニアソレノイド）に対する目標駆動電流Ｉｔｇｔを設定／出力する。

＜路面μ推定制御＞
ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、上述した駆動力配分制御と並行して、図５のフローチャートにその手順を示す路面μ推定制御を所定の制御インターバル（例えば、１０ｍｓ）で繰り返し実行する。

路面μ推定制御を開始すると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、図５のステップＳ２１で実ヨーレイトγｒが所定の直進判定閾値γｔｈより小さいか否かを判定する。そして、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、この判定がＹｅｓであればステップＳ２２で直進走行フラグＦｓｒを１とし、ＮｏであればそのままステップＳ２３に進む。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２３で実ヨーレイトγｒが所定の急旋回判定閾値γｔｈより大きいか否かを判定する。そして、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、この判定がＹｅｓであればステップＳ２４で急旋回走行フラグＦｆｔを１とし、ＮｏであればそのままステップＳ２５に進む。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２５で前後加速度Ｇｘが所定の急制動判定閾値Ｇｘｔｈより大きいか否かを判定する。そして、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、この判定がＹｅｓであればステップＳ２６で急旋回走行フラグＦｐｂを１とし、ＮｏであればそのままステップＳ２７に進む。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２７で実ヨーレイトγｒと規範ヨーレイトγｔとの比較値γｃがオーバステア判定閾値γｔｈより大きいか否かを判定する。そして、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、この判定がＹｅｓであればステップＳ２８でオーバステアフラグＦｏｓを１とし、ＮｏであればそのままステップＳ２９に進む。

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ２９で実ヨーレイトγｒと車速Ｖと横加速度Ｇｙとから推定したバンク角θがバンク判定閾値θｔｈより大きいか否かを判定する。そして、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、この判定がＹｅｓであればステップＳ３０でバンク走行フラグＦｂｒを１とし、ＮｏであればそのままステップＳ３１に進む。なお、バンク角θは、重力加速度をｇとして下式によって推定することができるが、他の方法を用いて推定してもよい。
ｓｉｎθ＝（Ｖ・γｒ−Ｇｙ）／ｇ

次に、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ３１で上述した各フラグＦｓｒ，Ｆｆｔ，Ｆｐｂ，Ｆｏｓ，Ｆｂｒが全て０であるか否かを判定し、この判定がＹｅｓであればステップＳ３２で実ヨーレイトγｒを標準ヨーレイトγｅで除すことにより路面μの今回値μｎを推定／出力する。

一方、各フラグＦｓｒ，Ｆｆｔ，Ｆｐｂ，Ｆｏｓ，Ｆｂｒのうち少なくとも１つが１であり、ステップＳ３１の判定がＮｏとなると、ＡＴＴＳ−ＥＣＵ１６は、ステップＳ３３で路面μの前回値μｎ−１を今回値μｎとしてそのまま出力する。

本実施形態では、このような構成を採ったことにより、直進走行時や急旋回走行時等には、新たに路面μの推定が行われず、前回値μｎ−１がそのまま用いられるため、不適切な挙動制御に起因する自動車１の挙動の乱れが効果的に抑制されるようになった。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態はＡＴＴＳの制御に本発明を適用したものであるが、ＶＳＡやＲＴＣ等の制御にも当然に適用可能である。また、上記実施形態では、横方向運動量としてヨーレイトを用いたが、横加速度やタイヤ横力等を採用してもよい。その他、車両の具体的構成や制御の具体的手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 自動車（車両）
２ 車体
４ 車輪
２３ ヨーレイトセンサ（実横方向運動量検出手段）
４３ 規範車両モデル（標準横方向運動量設定手段）
４４ オブザーバ（標準横方向運動量設定手段）
６０ 摩擦状態推定部（摩擦状態推定手段）
６１ 路面μ算出部
６２ 直進走行判定部
６３ 急旋回走行判定部
６４ 急制動判定部
６５ オーバステア判定部
６６ バンク走行判定部
６７ 推定禁止指令出力部

Claims (3)

1. 車両の実横方向運動量を検出する実横方向運動量検出手段と、
   車両の標準横方向運動量を設定する標準横方向運動量設定手段と、
   前記実横方向運動量と前記標準横方向運動量との比較に基づき、タイヤと路面との間の摩擦状態量を摩擦状態推定値として出力する摩擦状態推定手段とを備え、
   前記摩擦状態推定手段は、前記車両がオーバステア状態に移行した場合、当該状態に移行する直前の摩擦状態推定値を出力することを特徴とする摩擦状態推定装置。
2. 前記標準横方向運動量設定手段は車両の標準横方向運動量として規範ヨーレイトを設定しており、
   更に前記実横方向運動量検出手段として実ヨーレイトを検出するヨーレイトセンサと、
   前記実ヨーレイトと前記規範ヨーレイトとを比較し、その比較値が所定のオーバステア判定閾値より大きい場合にはオーバステア状態であると判定するオーバステア判定部とを有し、
   前記摩擦状態推定手段は、前記車両が前記オーバステア判定部がオーバステア状態であると判定した場合、この判定直前の摩擦状態推定値を出力することを特徴とする請求項１に記載に摩擦状態推定装置。
3. 車体の前後加速度を検出する前後Ｇセンサを有し、
   前記摩擦状態推定手段は、更に、前記前後Ｇセンサによって検出される前後加速度が所定の急制動判定閾値より大きい運転状態に移行した場合、当該状態に移行する直前の摩擦状態推定値を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦状態推定装置。

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