JP2001334921A

JP2001334921A - 車両の路面摩擦係数推定装置

Info

Publication number: JP2001334921A
Application number: JP2000160939A
Authority: JP
Inventors: Akira Takahashi; 明高橋
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-04
Also published as: US6526804B2; DE10126315A1; DE10126315C2; US20020007661A1

Abstract

(57)【要約】【課題】単体の路面μ推定手段で路面μの推定を即応
性と正確性、安定性を両立して行い、複雑化、大型化す
ることなく、コスト的にも安価で、路面状態に応じて効
率よく路面μの推定を可能にする。【解決手段】高μ路基準値推定部１１は高μ路車両運
動モデルで高μ路基準のヨーレートを演算し、低μ路基
準値推定部１２は低μ路車両運動モデルで低μ路基準の
ヨーレートを演算し、実際値推定部１３は車両運動モデ
ルのオブザーバで実ヨーレートを演算し、ヨーレート比
較路面μ推定部１４は各ヨーレートを比較し新たな路面
μを推定する。最終路面μ推定部１５は過去最終的に推
定した路面μと新たな路面μとから最終的に今回の路面
μを加重平均により演算する。重み関数設定部１６は路
面凹凸状態に応じ最終路面μ推定部１５での過去に最終
的に推定した路面μと新たな路面μのデータの重み付け
（重み関数）を可変する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行環境に応じて
適切に路面μを推定することのできる車両の路面摩擦係
数推定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、車両においてはトラクション制
御，制動力制御，或いはトルク配分制御等について様々
な制御技術が提案され、実用化されている。これらの技
術では、必要な制御パラメータの演算、或いは、補正に
路面μを用いるものも多く、その制御を確実且つ精度良
く実行するためには、正確な路面μを推定する必要があ
る。

【０００３】この路面μの推定には、車両の運動方程式
に基づいて予め設定された車両運動モデルに車両の運転
状態を入力して得られた所定パラメータの基準値に対し
て、実際値（センサ値やオブザーバによる推定値）を比
較して路面μを推定する技術が種々提案されている。例
えば、本出願人も、特願平１０−２４２０３０号におい
て、オブザーバにより推定した車体すべり角を車両運動
モデルに基づいた高μ路および低μ路での車体すべり角
基準値と比較して路面μを推定する技術等を提案してい
る。

【０００４】ところで、路面μのように直接測定できな
い物理量を推定する場合、一般的にはその即応性と正確
性、安定性がトレードオフの関係になる。つまり、路面
μの急変を速く知ろうとすると、外乱やセンサノイズま
で反応して誤推定する可能性が高くなる。一方、この誤
推定を極力回避するには、路面μ推定計算値に強力なフ
ィルタ処理をするなど、その変動を低く抑える処理を加
えなければならない。

【０００５】具体的には、走行中、良乾燥舗装路だった
路面が急に凍結路になった場合など高μ路状態から急激
に低μ路状態に変化するような状況では、できるだけ速
く低μ路であることを認識できるようにしたい。しか
し、ハンドル切り角やヨーレート検出値や横加速度検出
値などが小さいと、その低μ路認識が遅れる場合があ
る。また、この低μ認識を敏感にしすぎると、通常の良
乾燥路走行中に僅かのノイズで低μ路と誤認識すること
がありうる。

【０００６】このため、特願平１１−２６７７３０号で
は、路面μ推定手段に、走行環境認識手段と、特に低μ
路であっても路面μの推定が正確に行える低μ側路面μ
推定手段を加え、走行環境を認識して、一面雪とみなせ
る状態では、この走行環境に応じた路面μが迅速に設定
できるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
技術では、路面μ推定手段が、通常のものと低μ路用の
ものの２つが必要で、制御装置として効率が良いとは云
えず、また、制御装置が複雑化、大型化すると共に、コ
スト的にも高価になるといった課題がある。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、単体の路面μ推定手段で路面μの推定を即応性と正
確性、安定性を両立して行うことができ、複雑化、大型
化することなく、コスト的にも安価で、路面状態に応じ
て効率よく路面μの推定を行うことが可能な車両の路面
摩擦係数推定装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項１記載の本発明による車両の路面摩擦係数推定装
置は、車両の運動状態を基に路面μを推定する路面μ推
定手段を備えた車両の路面摩擦係数推定装置において、
路面の凹凸状態を検出する路面凹凸状態検出手段を有
し、上記路面μ推定手段は、上記路面の凹凸状態に応じ
て路面μ推定の応答性を可変することを特徴とする。

【００１０】また、請求項２記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、請求項１記載の車両の路面摩
擦係数推定装置において、上記路面μ推定手段は、上記
路面凹凸状態検出手段からの上記路面凹凸状態が大きい
ときは応答性が速くなる方向に可変することを特徴とす
る。

【００１１】更に、請求項３記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、請求項１又は請求項２に記載
の車両の路面摩擦係数推定装置において、上記路面μ推
定手段は、車両の運動状態を基に新たな路面μを推定す
る第１の路面μ推定部と、過去に最終的に推定した路面
μと上記新たに推定した路面μとから最終的に今回の路
面μを演算する第２の路面μ推定部と、上記路面の凹凸
状態を基に上記第２の路面μ推定部での上記過去に最終
的に推定した路面μと上記新たに推定した路面μのデー
タの重み付けを可変する重み付け可変部とを備えたこと
を特徴とする。

【００１２】また、請求項４記載の本発明による車両の
路面摩擦係数推定装置は、請求項１又は請求項２に記載
の車両の路面摩擦係数推定装置において、上記路面μ推
定手段は、オブザーバにより所定の車両運動パラメータ
の実際値を演算する実際値推定部と、高μ路車両運動モ
デルに基づいて上記所定車両運動パラメータの高μ路基
準値を演算する高μ路基準値推定部と、低μ路車両運動
モデルに基づいて上記所定車両運動パラメータの低μ路
基準値を演算する低μ路基準値推定部と、上記高μ路基
準値と上記低μ路基準値に対する上記実際値の関係に基
づいて新たな路面μを推定する路面μ演算部とを具備
し、上記実際値推定部は、上記オブザーバでフィードバ
ックして用いる値に対する乗数を上記路面の凹凸状態に
応じて可変することを特徴とする。

【００１３】すなわち、請求項１記載の発明は、路面μ
推定手段で車両の運動状態を基に路面μを推定するに際
し、路面μ推定の応答性が、路面凹凸状態検出手段から
の路面の凹凸状態に応じて可変される。これにより、路
面μを推定するに際し、即応性を重視して推定するか、
或いは、正確性、安定性を重視して推定するかが路面の
凹凸状態に応じて決定でき、正確な路面μの推定が可能
になる。また、路面μ推定手段の推定の応答性のみを可
変するため、その他に路面μ推定手段を必要とせず、装
置が、複雑化、大型化することなく、コスト的にも安価
で、路面状態に応じて効率よく路面μの推定を行うこと
が可能となる。

【００１４】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明で応答性を可変するに際し、路面凹凸状態が大
きいときは応答性が速くなる方向に可変する。

【００１５】更に、請求項３記載の発明は、請求項１又
は請求項２記載の発明において、路面μ推定手段では、
第１の路面μ推定部で車両の運動状態を基に新たな路面
μを推定し、第２の路面μ推定部で過去に最終的に推定
した路面μと新たに推定した路面μとから最終的に今回
の路面μを演算する。この第２の路面μ推定部での演算
の際、重み付け可変部により路面の凹凸状態を基に過去
に最終的に推定した路面μと新たに推定した路面μのデ
ータの重み付けが可変され、路面μ推定手段での路面μ
推定の応答性が可変される。

【００１６】また、請求項４記載の発明は、請求項１又
は請求項２記載の発明において、路面μ推定手段では、
実際値推定部がオブザーバにより所定の車両運動パラメ
ータの実際値を演算し、高μ路基準値推定部が高μ路車
両運動モデルに基づいて所定車両運動パラメータの高μ
路基準値を演算し、低μ路基準値推定部が低μ路車両運
動モデルに基づいて所定車両運動パラメータの低μ路基
準値を演算して、路面μ演算部が高μ路基準値と低μ路
基準値に対する実際値の関係に基づいて新たな路面μを
推定する。この際、オブザーバでは、フィードバックし
て用いる値に対する乗数を路面の凹凸状態に応じて可変
することで、路面μ推定手段での路面μ推定の応答性が
可変される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の第１
形態を示し、図１は路面摩擦係数推定装置の構成を示す
機能ブロック図、図２は４輪車の等価的な２輪車モデル
を示す説明図、図３はオブザーバの構成を示す説明図で
ある。

【００１８】図１において、符号１は車両に搭載され、
路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定装置を示し、
この路面摩擦係数推定装置１の制御部２（路面μ推定手
段）には、前輪舵角センサ３、車速センサ４、横加速度
センサ５およびヨーレートセンサ６が接続され、それぞ
れ、前輪舵角δfs，車速Ｖs ，横加速度（ｄｙ^２／ｄ
ｔ^２）s ，ヨーレート（ヨー角速度）（ｄψ／ｄｔ）s
が入力されるようになっている。尚、各パラメータの
添字ｓは、センサ値であることを区別するためのもので
ある。

【００１９】また、路面摩擦係数推定装置１の制御部２
には、路面凹凸状態検出手段としての路面凹凸状態検出
装置７が接続されて、路面の凹凸状態が入力される。こ
の路面凹凸状態検出装置７は、車両の上下・前後・左右
の振動を検出する振動センサ、或いは、前方画像認識処
理装置により構成される。この前方画像認識処理装置の
場合、具体的には、車室内の天井左右に設けた一対のカ
メラで車外の対象をステレオ撮像し、この一組のステレ
オ画像対に対し、対応する位置のずれ量から三角測量の
原理により画像全体に渡る距離情報を求める処理を行な
って、三次元の距離分布を表す距離画像を生成する。そ
して、この距離画像を、格納しておいた様々なデータに
基づき処理して、車両前方の道路状態や立体物の認識等
を行い、更に、画像中の道路面上のエッジ数の多さで路
面凹凸を判断する。

【００２０】路面摩擦係数推定装置１の制御部２は、高
μ路基準値推定部１１、低μ路基準値推定部１２、実際
値推定部１３、ヨーレート比較路面μ推定部１４、最終
路面μ推定部１５、重み関数設定部１６から主要に構成
されており、路面摩擦係数μを推定して出力する。

【００２１】高μ路基準値推定部１１は、車速Ｖs と前
輪舵角δfsが入力され、予め設定しておいた高μ路にお
ける車両の運動方程式に基づく車両運動モデルにより、
検出した車速Ｖs 、前輪舵角δfsに対応するヨーレート
を高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H として推定演
算し、ヨーレート比較路面μ推定部１４に出力する。

【００２２】また、高μ路基準値推定部１１からは、高
μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H に加え、高μ路基
準のヨー角加速度（ｄ^２ψ／ｄｔ^２）H と横加速度（ｄ
^２ｙ／ｄｔ^２）H が、ヨーレート比較路面μ推定部１４
に出力される。尚、高μ路基準値推定部１１から出力さ
れる各パラメータの添字Ｈは、高μ路基準のパラメータ
であることを示す。

【００２３】低μ路基準値推定部１２は、車速Ｖs と前
輪舵角δfsが入力され、予め設定しておいた低μ路にお
ける車両の運動方程式に基づく車両運動モデルにより、
検出した車速Ｖs 、前輪舵角δfsに対応するヨーレート
を低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L として推定演
算し、ヨーレート比較路面μ推定部１４に出力する。

【００２４】また、低μ路基準値推定部１２からは、低
μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L に加え、低μ路基
準のヨー角加速度（ｄ^２ψ／ｄｔ^２）L が、ヨーレート
比較路面μ推定部１４に出力される。尚、低μ路基準値
推定部１２から出力される各パラメータの添字Ｌは、低
μ路基準のパラメータであることを示す。

【００２５】高μ路基準値推定部１１及び低μ路基準値
推定部１２で用いる車両運動モデルと、各パラメータの
演算について、図２を基に説明する。すなわち、図２の
車両運動モデルについて車両横方向の並進運動に関する
運動方程式は、前後輪のコーナリングフォース（１輪）
をＦｆ，Ｆｒ、車体質量をＭ、横加速度を（ｄ^２ｙ／ｄ
ｔ^２）として、Ｍ・（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）＝２・Ｆｆ＋２・Ｆｒ …（１）で与えられる。

【００２６】一方、重心点まわりの回転運動に関する運
動方程式は、重心から前後輪軸までの距離をＬｆ，Ｌ
ｒ、車体のヨーイング慣性モーメントをＩｚ、ヨー角加
速度を（ｄ^２ψ／ｄｔ^２）として、Ｉｚ・（ｄ^２ψ／ｄｔ^２）＝２・Ｆｆ・Ｌｆ−２・Ｆｒ・Ｌｒ …（２）で示される。

【００２７】また、車体すべり角をβ、車体すべり角速
度（ｄβ／ｄｔ）とすると、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄ
ｔ^２）は、（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）＝Ｖ・（（ｄβ／ｄｔ）＋（ｄψ／ｄｔ）） …（３）で表される。

【００２８】コーナリングフォースはタイヤの横すべり
角に対して１次遅れに近い応答をするが、この応答遅れ
を無視し、更に、サスペンションの特性をタイヤ特性に
取り込んだ等価コーナリングパワーを用いて線形化する
と以下となる。Ｆｆ＝−Ｋｆ・βｆ …（４）Ｆｒ＝−Ｋｒ・βｒ …（５）ここで、Ｋｆ，Ｋｒは前後輪の等価コーナリングパワ
ー、βｆ，βｒは前後輪の横すべり角である。

【００２９】等価コーナリングパワーＫｆ，Ｋｒの中で
ロールやサスペンションの影響を考慮するものとして、
この等価コーナリングパワーＫｆ，Ｋｒを用いて、前後
輪の横すべり角βｆ，βｒは、前輪舵角をδｆとして以
下のように簡略化できる。 βｆ＝β＋Ｌｆ・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ−δｆ …（６） βｒ＝β−Ｌｒ・（ｄψ／ｄｔ）／Ｖ …（７）以上の運動方程式をまとめると、以下の状態方程式が得
られる。（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＝Ａ・ｘ(t) ＋Ｂ・ｕ(t) …（８）ｘ(t) ＝［β （ｄψ／ｄｔ）］^Ｔｕ(t) ＝［δｆ０］^Ｔａ11＝−２・（Ｋｆ＋Ｋｒ）／（Ｍ・Ｖ）ａ12＝−１−２・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／（Ｍ・Ｖ^２）ａ21＝−２・（Ｌｆ・Ｋｆ−Ｌｒ・Ｋｒ）／Ｉｚａ22＝−２・（Ｌｆ^２・Ｋｆ＋Ｌｒ^２・Ｋｒ）／（Ｉｚ・Ｖ）ｂ11＝２・Ｋｆ／（Ｍ・Ｖ）ｂ21＝２・Ｌｆ・Ｋｆ／Ｉｚｂ12＝ｂ22＝０

【００３０】高μ路基準値推定部１１では、上記（８）
式に、例えば路面μが１．０における等価コーナリング
パワーＫｆ，Ｋｒを予め設定しておき、そのときどきの
車両運動状態（車速Ｖs 、前輪舵角δfs）における（ｄ
ｘ(t) ／ｄｔ）＝［（ｄβ／ｄｔ）（ｄ^２ψ／ｄ
ｔ^２）］^Ｔを計算することで、高μ路基準の車体すべり
角速度（ｄβ／ｄｔ）H とヨー角加速度（ｄ^２ψ／ｄｔ
^２）H を演算する。そして、演算した高μ路基準の車体
すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）H とヨー角加速度（ｄ ^２ψ
／ｄｔ^２）H を積分することにより、高μ路基準の車体
すべり角βH とヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H が得られ
る。また、高μ路基準の車体すべり角βH とヨーレート
（ｄψ／ｄｔ）H を前記（６）式に代入することによ
り、高μ路基準の前輪すべり角βfHが算出される。更
に、高μ路基準の車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）H と
ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H を前記（３）式に代入する
ことにより、高μ路基準横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）H
が算出される。

【００３１】同様に、低μ路基準値推定部１２では、上
記（８）式に、例えば路面μが０．３における等価コー
ナリングパワーＫｆ，Ｋｒを予め設定しておき、そのと
きどきの車両運動状態（車速Ｖs 、前輪舵角δfs）にお
ける（ｄｘ(t) ／ｄｔ）＝［（ｄβ／ｄｔ）（ｄ^２ψ
／ｄｔ^２）］^Ｔを計算することで、低μ路基準の車体す
べり角速度（ｄβ／ｄｔ）L とヨー角加速度（ｄ^２ψ／
ｄｔ^２）L を演算する。そして、演算した低μ路基準の
車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）L とヨー角加速度（ｄ
^２ψ／ｄｔ^２）L を積分することにより、低μ路基準の
車体すべり角βL とヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L が得ら
れる。また、低μ路基準の車体すべり角βL とヨーレー
ト（ｄψ／ｄｔ）L を前記（６）式に代入することによ
り、低μ路基準前輪すべり角βfLが算出される。

【００３２】実際値推定部１３は、車速Ｖs 、前輪舵角
δfs、横加速度（ｄｙ^２／ｄｔ^２）s 及びヨーレート
（ｄψ／ｄｔ）s が入力され、実際の車両の挙動をフィ
ードバックしつつ、実際のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O
を推定演算する、車両運動モデルにより形成したオブザ
ーバである。実際値推定部１３で推定演算された実ヨー
レート（ｄψ／ｄｔ）O は、ヨーレート比較路面μ推定
部１４に対して出力される。

【００３３】また、実際値推定部１３からは、ヨーレー
ト（ｄψ／ｄｔ）O に加え、ヨー角加速度（ｄ^２ψ／ｄ
ｔ^２）O がヨーレート比較路面μ推定部１４に対して出
力される。尚、実際値推定部１３から出力される各パラ
メータの添字Ｏは、オブザーバからのパラメータである
ことを示す。

【００３４】ここで、本実施の形態によるオブザーバの
構成を図３により説明する。測定できる（センサで検出
できる）出力が、以下で示されるとき、ｙ(t) ＝Ｃ・ｘ(t) …（９）オブザーバの構成は次のようになる。（ｄｘ'(t)／ｄｔ）＝（Ａ−Ｋ・Ｃ）・ｘ'(t)＋Ｋ・ｙ(t) ＋Ｂ・ｕ(t) …（１０）

【００３５】ここで、このオブザーバを車両運動モデル
に適用すると、ｘ(t) は状態変数ベクトル（ｘ'(t)
の「’」は推定値であることを示す）、ｕ(t) は入力ベ
クトル、Ａ、Ｂは状態方程式の係数行列であり、これら
は前述したものに対応する。また、ｙ(t) は観測可能な
センサ出力ベクトルで、ｙ(t) ＝［βs （ｄψ／ｄｔ）s ］^Ｔであり、センサによる車体すべり角βs は、前記（３）
式の関係から、センサによる横加速度（ｄ^２ｙ／ｄ
ｔ^２）s 及びヨーレート（ｄψ／ｄｔ）s を基に得られ
るセンサによる車体すべり角速度（ｄβ／ｄｔ）s を積
分することにより求められる。さらに、Ｃはセンサ出力
と状態変数の関係を示す行列（本実施形態では単位行
列）、Ｋは任意に設定可能なフィードバックゲイン行列
であり、以下のように示される。

【００３６】こうして表現されるオブザーバでフィード
バックして用いる値に対する乗数である、フィードバッ
クゲイン行列Ｋは、フィードバックゲイン行列Ｋを大き
く設定すると、システムの感度が高くなり正確性より即
応性を重視した特性となる。逆に、フィードバックゲイ
ン行列Ｋを小さく設定すると、システムの感度が低くな
り即応性よりも正確性を重視した特性となる。

【００３７】これらの関係から、オブザーバによりヨー
角加速度（ｄ^２ψ／ｄｔ^２）O と車体すべり角速度（ｄ
β／ｄｔ）O が以下の（１１）、（１２）式で推定演算
される。（ｄ^２ψ／ｄｔ^２）O ＝ａ11・（ｄψ／ｄｔ）O ＋ａ12・βO ＋ｂ11・δfs ＋ｋ11・（（ｄψ／ｄｔ）s −（ｄψ／ｄｔ）O ）＋ｋ12・（βs −βO ） …（１１）（ｄβ／ｄｔ）O ＝ａ21・（ｄψ／ｄｔ）O ＋ａ22・βO ＋ｋ21・（（ｄψ／ｄｔ）s −（ｄψ／ｄｔ）O ）＋ｋ22・（βs −βO ） …（１２）

【００３８】そして、これらにより演算されるヨー角加
速度（ｄ^２ψ／ｄｔ^２）O と車体すべり角速度（ｄβ／
ｄｔ）O を積分することにより、ヨーレート（ｄψ／ｄ
ｔ）O と車体すべり角βO を演算する。さらに、車体す
べり角βO とヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O を前記（６）
式に代入することにより、前輪すべり角βfOが算出され
る。

【００３９】尚、高μ路基準値推定部１１、低μ路基準
値推定部１２、実際値推定部１３での演算は、車速Ｖs
＝０では、０による除算となり演算が行えない。このた
め、極低速（例えば、１０km/hに達しない速度）では、
ヨーレート及び横加速度はセンサ値とする。すなわち、（ｄψ／ｄｔ）H ＝（ｄψ／ｄｔ）L ＝（ｄψ／ｄｔ）O ＝（ｄψ／ｄｔ）s （ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）O ＝（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）s とする。また、車体すべり角については、定常円旋回の
幾何学的関係から、 βH ＝βL ＝βO ＝δfs・Ｌｒ／（Ｌｆ＋Ｌｒ）とする。このとき、コーナリングフォースは発生してい
ないので、前輪すべり角は全て０となる。 βfH＝βfL＝βfO＝０

【００４０】ヨーレート比較路面μ推定部１４には、車
速Ｖs 、前輪舵角δfsのセンサ値と、高μ路基準のヨー
レート（ｄψ／ｄｔ）H 、ヨー角加速度（ｄ^２ψ／ｄｔ
^２）H 、横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ^２）H と、低μ路基準
のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L 、ヨー角加速度（ｄ^２ψ
／ｄｔ^２）L と、実際値として推定されたヨーレート
（ｄψ／ｄｔ）O 及びヨー角加速度（ｄ^２ψ／ｄｔ^２）
O が入力される。そして、後述する実行条件が満たされ
る場合に、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H と低
μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L とヨーレート（ｄ
ψ／ｄｔ）O とにより、以下（１３）式に基づき新たな
路面摩擦係数μγｎを演算し、この新たな路面摩擦係数
μγｎを最終路面μ推定部１５に出力する。

【００４１】ここで、μH は、高μ路基準値推定部１１
において予め想定した路面摩擦係数（例えば１．０）
を、μL は、低μ路基準値推定部１２において予め想定
した路面摩擦係数（例えば０．３）をそれぞれ示してい
る。 μγｎ＝（（μH −μL ）・（ｄψ／ｄｔ）O ＋μL ・（ｄψ／ｄｔ）H −μH ・（ｄψ／ｄｔ）L ）／（（ｄψ／ｄｔ）H −（ｄψ／ｄｔ）L ） …（１３）

【００４２】すなわち、この（１３）式では、高μ路基
準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H と低μ路基準ヨーレート
（ｄψ／ｄｔ）L から一次関数を形成し、この一次関数
にヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O を代入することにより路
面μを求め、これを新たな路面摩擦係数μγｎとする。
尚、この新たな路面摩擦係数μγｎは、所定の上限値
（例えば、１．０）と下限値（例えば、０．３）の間で
制限するものとする。

【００４３】尚、ヨーレート比較路面μ推定部１４で、
ヨーレート比較による新たな路面摩擦係数μγｎを演算
する条件として次の条件を予め設定しておく。

【００４４】（１−１）本来、多自由度系である車両
を、横移動＋鉛直軸周りの２自由度で近似し、且つ２輪
モデルとしているため、実車両との挙動差が大きくな
る、低速走行、大転舵時には演算を行わない。例えば、
車速Ｖs が１０km/hに達しない場合、ステアリング角の
絶対値が５００deg より大きい場合には演算を行わな
い。

【００４５】（１−２）センサ入力値の電気ノイズや、
モデル化の段階で考慮されていない外乱等の影響を考慮
し、ノイズや外乱等の影響の割合が相対的に大きくなる
ヨーレートの絶対値が小さい場合には演算を行わない。
例えば、ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O の絶対値が１．５
deg/s に達しない場合には演算を行わない。

【００４６】（１−３）路面摩擦係数によってコーナリ
ングフォースに差が現れることを利用した路面摩擦係数
推定であるため、路面摩擦係数の影響に対してノイズや
外乱等の影響の割合が相対的に大きくなるコーナリング
フォースが小さい場合、すなわち、コーナリングフォー
スに比例する横加速度の絶対値が小さい場合には演算を
行わない。例えば、高μ路基準横加速度（ｄ^２ｙ／ｄｔ
^２）H の絶対値が０．１５Ｇに達しない場合には演算を
行わない。

【００４７】（１−４）舵角入力に対するヨーレート応
答は、路面摩擦係数により変化し遅れを生じる場合があ
る。この遅れが生じている時に路面摩擦係数の推定を行
うと誤差が大きくなる。従って、遅れが大きい場合や、
遅れによる誤差が大きくなると判断できる場合には演算
を行わない。例えば、ヨーレートの立ち上がり（ヨーレ
ートが発生し始めてから収束側に移行する間の設定範
囲）時以外の遅れによる誤差が大きくなると判断できる
場合には演算を行わない。ここで、ヨーレートの立ち上
がりは、（ヨーレート）・（ヨー角加速度）で判定す
る。

【００４８】（１−５）高μ路基準ヨーレートと低μ路
基準ヨーレートとの差の絶対値がノイズや外乱等の影響
に対して十分な大きさを有しない場合は演算を行わな
い。例えば、高μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）H と
低μ路基準ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）L との差の絶対値
が１deg/s に達しない場合は演算を行わない。

【００４９】尚、本実施の第１形態においては、高μ路
基準値推定部１１、低μ路基準値推定部１２、実際値推
定部１３及びヨーレート比較路面μ推定部１４で路面μ
推定手段の第１の路面μ推定部が構成されている。

【００５０】最終路面μ推定部１５は、ヨーレート比較
路面μ推定部１４から新たな路面摩擦係数μγｎが、重
み関数設定部１６から後述する重み関数κ1 の値が入力
される。そして、以下の（１４）式に基づいて、過去
（前回）最終的に推定した路面摩擦係数μn-1 と、ヨー
レート比較路面μ推定部１４からの新たな路面摩擦係数
μγｎとで加重平均することで、最終的に今回の路面摩
擦係数μγを演算して、この路面摩擦係数μγを出力す
るようになっている。尚、本実施の第１形態では、この
最終路面μ推定部１５は、路面μ推定手段の第２の路面
μ推定部として設けられている。 μγ＝μn-1 ＋κ1 ・（μγｎ−μn-1 ） …（１４）

【００５１】重み関数設定部１６は、本実施の第１形態
においては、路面μ推定手段の重み付け可変部として設
けられており、路面凹凸検出装置７から路面の凹凸状態
が入力され、この路面の凹凸状態に応じて上記（１４）
式で用いる重み関数κ1 を設定し、最終路面μ推定部１
５に出力する。具体的には、路面凹凸状態が激しい（予
め設定しておいたレベル以上の凹凸が、予め設定してお
いた距離内に発生する回数が多い）ほど、重み関数κ1
を１に近づけ、（１４）式中の（μγｎ−μn-1 ）の項
の影響を大きくなるようにして、路面μ変化に対する即
応性を重視するようにする。逆に、路面凹凸状態が少な
いほど、重み関数κ1 を０に近づけ、（１４）式中の
（μγｎ−μn-1 ）の項の影響を小さくなるようにし
て、路面μ変化に対する正確性、安定性を重視するよう
にする。

【００５２】すなわち、通常の一般良路では、殆ど路面
μは高μ値で一定的に連続し、路面凹凸状態も小さいも
のである。このため上述のように重み関数κ1 を０に近
づけ設定することで、路面摩擦係数μγが一時的な外乱
やセンサノイズなどで誤った低μ値となるのを回避でき
るようにするのである。

【００５３】一方、冬場の山陰やトンネルに進入する時
等の路面凹凸状態が大きいところでは、路面が高μ値か
ら低μ値に急変する場合が多い。特に、雪道等では路面
凹凸状態が激しいため、上述のように重み関数κ1 を１
に近づけ設定して僅かでも車両の運動状態が低μ値特有
の路面の凹凸状態を示せば、路面摩擦係数μγは低μ値
の方向へ即座に出力されることになる。

【００５４】このように本実施の第１形態によれば、最
終路面μ推定部１５の重み関数κ1を可変としたので、
単体の路面μ推定手段で路面μの推定を即応性と正確性
を両立して行うことができ、路面摩擦係数推定装置１が
複雑化、大型化することなく、コスト的にも安価で、路
面状態に応じて効率よく路面μの推定を行うことが可能
になる。

【００５５】尚、本実施の第１形態では、重み関数設定
部１６は、路面凹凸状態が激しいほど、重み関数κ1 を
１に近づけ、逆に、路面凹凸状態が少ないほど、重み関
数κ1 を０に近づけるようにしているが、予め設定して
おいた閾値以上の路面凹凸状態の値により、重み関数κ
1 を切り替えるようにしても良い（例えば、０．８と
０．３を切り替える）。また、本実施の第１形態では、
ヨーレートの実際値を高μ路基準値および低μ路基準値
と比較して新たな路面摩擦係数μγｎを求めるようにし
ているが、ヨーレート以外のパラメータ、例えば横加速
度や車体すべり角を用いても良い。更に、オブザーバに
より演算した実際値を高μ路基準値および低μ路基準値
と比較して新たな路面摩擦係数μγｎを求めるようにし
ているが、適応制御等にて新たな路面摩擦係数を推定す
るものであっても良い。

【００５６】次に、図４は本発明の実施の第２形態によ
る、路面摩擦係数推定装置の構成を示す機能ブロック図
を示す。尚、この実施の第２形態は、上記実施の第１形
態の実際値推定部１３におけるオブザーバのフィードバ
ックゲイン行列Ｋを路面凹凸状態に応じて可変すること
で、路面μ推定の応答性を可変するものであり、実施の
第１形態と同様のものには同じ符号を記し説明は省略す
る。

【００５７】すなわち、本実施の第２形態による路面摩
擦係数推定装置２１の制御部２２（路面μ推定手段）
は、高μ路基準値推定部１１、低μ路基準値推定部１
２、実際値推定部２３、ヨーレート比較路面μ推定部１
４から主要に構成されており、路面摩擦係数μを推定し
て出力する。

【００５８】実際値推定部２３は、車速Ｖs 、前輪舵角
δfs、横加速度（ｄｙ^２／ｄｔ^２）s 、ヨーレート（ｄ
ψ／ｄｔ）s が入力され、実際の車両の挙動をフィード
バックしつつ、実際のヨーレート（ｄψ／ｄｔ）O を推
定演算する、車両運動モデルにより形成したオブザーバ
であり、このオブザーバの構成に関しては、前記実施の
第１形態で説明した実際値推定部１３と同様に構成され
る。

【００５９】そして、この実際値推定部２３には、路面
凹凸検出装置７から路面の凹凸状態が入力され、この路
面凹凸状態に応じて、オブザーバでフィードバックして
用いる値に対する乗数である、前記（１０）式におけ
る、フィードバックゲイン行列Ｋを可変、すなわち、行
列の各要素、ｋ11、ｋ12、ｋ21、ｋ22を可変するように
なっている。

【００６０】このフィードバックゲイン行列Ｋは、前述
したように、大きく設定すると、システムの感度が高く
なり正確性より即応性を重視した特性となり、逆に、フ
ィードバックゲイン行列Ｋを小さく設定すると、システ
ムの感度が低くなり即応性よりも正確性、安定性を重視
した特性となる。従って、具体的には、フィードバック
ゲイン行列Ｋの各要素、ｋ11、ｋ12、ｋ21、ｋ22は、路
面凹凸状態が激しいほど大きく設定して状態量のフィー
ドバックを大きくし、実際値を状態量推定値により反映
させるように設定される。尚、このフィードバックゲイ
ン行列Ｋの各要素、ｋ11、ｋ12、ｋ21、ｋ22の設定は、
予め設定しておいた閾値以上の路面凹凸状態の値によ
り、切り替えるものであっても良い。

【００６１】このため本実施の第２形態によっても、前
記実施の第１形態と同様に、単体の路面μ推定手段で路
面μの推定を即応性と正確性を両立して行うことがで
き、路面摩擦係数推定装置１が複雑化、大型化すること
なく、コスト的にも安価で、路面状態に応じて効率よく
路面μの推定を行うことが可能になる。

【００６２】こうして、実際値推定部２３で推定演算さ
れた実ヨーレート（ｄψ／ｄｔ）Oは、ヨーレート比較
路面μ推定部１４に対して出力され、更にヨー角加速度
（ｄ ^２ψ／ｄｔ^２）O もヨーレート比較路面μ推定部１
４に対して出力される。

【００６３】尚、本実施の第２形態では、ヨーレート比
較路面μ推定部１４で演算する新たな路面摩擦係数μγ
ｎをそのまま最終的な路面μの推定値として出力しても
良く、或いは、ヨーレート比較路面μ推定部１４で前記
最終路面μ推定部１５で説明したような加重平均処理を
行ってから最終的な路面μの推定値として出力しても良
い。また、本実施の第２形態では、ヨーレートの実際値
を高μ路基準値および低μ路基準値と比較して新たな路
面摩擦係数μγｎを求めるようにしているが、ヨーレー
ト以外のパラメータ、例えば横加速度や車体すべり角を
用いても良い。

【００６４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
単体の路面μ推定手段で路面μの推定を即応性と正確
性、安定性を両立して行うことができ、複雑化、大型化
することなく、コスト的にも安価で、路面状態に応じて
効率よく路面μの推定を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第１形態による、路面摩擦係数
推定装置の構成を示す機能ブロック図

【図２】同上、４輪車の等価的な２輪車モデルを示す説
明図

【図３】同上、オブザーバの構成を示す説明図

【図４】本発明の実施の第２形態による、路面摩擦係数
推定装置の構成を示す機能ブロック図

【符号の説明】

１路面摩擦係数推定装置２制御部（路面μ推定手段）３前輪舵角センサ４車速センサ５横加速度センサ６ヨーレートセンサ７路面凹凸検出装置（路面凹凸状態検出手段）１１高μ路基準値推定部（第１の路面μ推定部）１２低μ路基準値推定部（第１の路面μ推定部）１３実際値推定部（第１の路面μ推定部）１４ヨーレート比較路面μ推定部（第１の路面μ推
定部）１５最終路面μ推定部（第２の路面μ推定部）１６重み関数設定部（重み付け可変部）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ６２Ｄ 113:00 Ｂ６２Ｄ 113:00 133:00 133:00 137:00 137:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の運動状態を基に路面μを推定する
路面μ推定手段を備えた車両の路面摩擦係数推定装置に
おいて、路面の凹凸状態を検出する路面凹凸状態検出手段を有
し、上記路面μ推定手段は、上記路面の凹凸状態に応じ
て路面μ推定の応答性を可変することを特徴とする車両
の路面摩擦係数推定装置。
【請求項２】上記路面μ推定手段は、上記路面凹凸状
態検出手段からの上記路面凹凸状態が大きいときは応答
性が速くなる方向に可変することを特徴とする請求項１
記載の車両の路面摩擦係数推定装置。
【請求項３】上記路面μ推定手段は、車両の運動状態
を基に新たな路面μを推定する第１の路面μ推定部と、過去に最終的に推定した路面μと上記新たに推定した路
面μとから最終的に今回の路面μを演算する第２の路面
μ推定部と、上記路面の凹凸状態を基に上記第２の路面μ推定部での
上記過去に最終的に推定した路面μと上記新たに推定し
た路面μのデータの重み付けを可変する重み付け可変部
とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の車両の路面摩擦係数推定装置。
【請求項４】上記路面μ推定手段は、オブザーバによ
り所定の車両運動パラメータの実際値を演算する実際値
推定部と、高μ路車両運動モデルに基づいて上記所定車
両運動パラメータの高μ路基準値を演算する高μ路基準
値推定部と、低μ路車両運動モデルに基づいて上記所定
車両運動パラメータの低μ路基準値を演算する低μ路基
準値推定部と、上記高μ路基準値と上記低μ路基準値に
対する上記実際値の関係に基づいて新たな路面μを推定
する路面μ演算部とを具備し、上記実際値推定部は、上記オブザーバでフィードバック
して用いる値に対する乗数を上記路面の凹凸状態に応じ
て可変することを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の車両の路面摩擦係数推定装置。