JP3553539B2

JP3553539B2 - 路面摩擦係数推定方法

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Publication number: JP3553539B2
Application number: JP2001331154A
Authority: JP
Inventors: 浩二松野
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-10-29
Filing date: 2001-10-29
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JP2002200927A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両においては駆動方式により異なった特有の運動性能になることが知られている。ここで、センターディファレンシャルを備えたフルタイム式４輪駆動車では、常に４輪を駆動することで、ＦＲ車やＦＦ車のようなスリップやスキッドが回避されて駆動、制動、旋回の走行時の限界性能が向上する。また、スロットルオン、オフ時の影響が前、後輪に分散して作用するので、アンダステアやオーバステアの傾向が共に弱くなって両者の中間的な特性になるのであり、このような利点から近年通常の車両においても、この種の４輪駆動車が大幅に普及しつつある。また、このセンターディファレンシャルを備えた４輪駆動車においては、前後輪や左右後輪のトルク配分が更に旋回性能や車両挙動変化に対して影響を与え、これらのトルク配分を適正化することで運動性能、動的安定性を一層向上することが可能である。そこで、前後輪等のトルク配分を運転、走行条件に応じて最適に可変制御することが研究開発されている。
【０００３】
従来、上述したようなセンターディファレンシャルを備えた４輪駆動車の前後輪のトルク配分制御に関しては、例えば特開昭６３−１３８２４号公報の先行技術がある。ここで、センターディファレンシャルに対して油圧式多板クラッチを、その差動制限トルクによりトルク移動して前後輪のトルク配分を可変することが可能に構成する。また、車両の旋回状態は横Ｇにより検出することが可能であり、この横Ｇの値が大きくなると、漸次タイヤのグリップ力が限界状態に近付き車両のスピンやドリフトを生じるようになる。そこで、横Ｇの値に応じて多板クラッチの差動制限トルクを設定し、前後輪のトルク配分をスピンやドリフトを生じないように可変制御することが示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記先行技術のものにあっては、横Ｇの値のみで旋回状態を判断する構成であるから、タイヤの横すべり角に対して横力が比例的に変化する線形のグリップ領域に限定される。即ち、低μ路においてタイヤのグリップ力が限界に達して車両がスピン等を始める限界状態では、横力が非線形に変化して実際の横Ｇの値は車両がスピンする挙動に基づいて任意に変化してしまい、旋回状態を正確に判断することができなくなるからである。一方、限界状態のスピン等を防止するには、非線形のスリップ領域の車両の挙動を正確に判断して前後輪のトルク配分を制御することが必要になり、この点で先行技術のものでは不充分である。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑み、グリップ領域、スリップ領域を問わず逐次路面摩擦係数を検出或いは推定することによって、非線形なスリップ領域での車両の運動特性を正確に把握することのできる路面摩擦係数推定方法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】
この目的を達成するため本発明は、路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定方法であって、少なくとも舵角、車速、実ヨーレイトの各種パラメータと車両の運動方程式とに基づき、前後輪のコーナリングパワを非線形域に拡張して推定し、この前後輪の推定コーナリングパワと高μ路でのコーナリングパワとを比較して前後輪毎の路面摩擦係数推定値を算出し、これらの路面摩擦係数推定値のうち大きい方を路面摩擦係数推定値の代表値として設定することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記車両の運動方程式を状態変数表現で示し、パラメータ調整則を設定して適応制御理論を展開することによって推定されたパラメータと実車のパラメータとから前記前後輪の推定コーナリングパワが推定されることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明は、路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定方法であって、少なくとも舵角、車速、推定された前後輪のコーナリングパワと車両の線形領域の運動方程式とに基づき車体のヨーレイトと横加速度とを演算し、演算されたヨーレイトおよび実ヨーレイトの偏差と、演算された横加速度および実横加速度の偏差とを演算し、これらの両偏差に基づいて前後輪のコーナリングパワを非線形域まで拡張して推定し、この前後輪の推定コーナリングパワと高μ路でのコーナリングパワとを比較して前後輪毎の路面摩擦係数推定値を算出し、これらの路面摩擦係数推定値のうち大きい方を路面摩擦係数推定値の代表値として設定することを特徴とする。
【０００９】
【作用】
上記構成による本発明では、少なくとも舵角、車速、実ヨーレイトのパラメータと車両の運動方程式とによって車両の挙動が常に監視される。そして、たとえば、低μ路の旋回加速時にタイヤのグリップ力が限界に達して車両がスピン等を始める限界状態では、タイヤ横力が低下し非線形に変化するが、車両の運動方程式を低μ路の非線形領域まで拡張して解析することによって、この車両の限界挙動のタイヤ横力の低下を前後輪のコーナリングパワの低下として扱うことができて路面摩擦係数をほぼ正確に推定することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の摩擦係数推定方法を適用した４輪駆動車のトルク配分制御装置の実施例を図面に基づいて説明する。なお、本発明の摩擦係数推定方法は、４輪駆動車のみならず左右輪のトルク配分制御が可能な２輪駆動車に適用しても良い。まず、前後輪と左右後輪とのトルク配分制御が可能な４輪駆動車の駆動系の概略について図２を用いて説明する。符合１はエンジン、２はクラッチ、３は変速機であり、変速機出力軸４がセンターディファレンシャル２０に入力している。センターディファレンシャル２０から前方に向かってフロント駆動軸５が、後方に向かってリヤ駆動軸６が出力され、フロント駆動軸５はフロントディファレンシャル７、車軸８を介して左右の前輪９Ｌ，９Ｒに、リヤ駆動軸６はプロペラ軸１０、リヤディファレンシャル１１、車軸１２を介して左右の後輪１３Ｌ，１３Ｒにそれぞれ連結して伝動構成されている。
【００１１】
リヤディファレンシャル１１はベベルギヤ式であり、このリヤディファレンシャル１１の例えばデフケース１１ａと一方のサイドギヤ１１ｂとの間に、差動制限装置として油圧多板式リヤクラッチ２８がバイパスして付設されている。そして、リヤクラッチ２８のリヤ差動制限トルクＴｄが零の場合は、左右後輪１３Ｌ，１３Ｒに等しくトルク配分し、所定のリヤ差動制限トルクＴｄを生じるとこのトルクＴｄの分だけ高速輪から低速輪にトルク移動し、最も大きいリヤ差動制限トルクＴｄでデフロックする場合は左右後輪１３Ｌ，１３Ｒにかかる荷重Ｗと路面摩擦係数μとの積Ｗ・μに応じてトルク配分するようになっている。
【００１２】
センターディファレンシャル２０は複合プラネタリギヤ式であり、変速機出力軸４と一体の第１サンギヤ２１、リヤ駆動軸６と一体の第２サンギヤ２２、及びこれらのサンギヤ２１，２２の周囲に複数個配置されるピニオン２３を有し、ピニオン２３の第１ピニオンギヤ２３ａが第１サンギヤ２１に、第２ピニオンギヤ２３ｂが第２サンギヤ２２にそれぞれ噛合っている。また、変速機出力軸４にはリダクションのドライブギヤ２５が回転自在に設けられ、このドライブギヤ２５と一体のキャリヤ２４にピニオン２３が軸支され、ドライブギヤ２５はフロント駆動軸５と一体のドリブンギヤ２６に噛合って構成される。これにより、第１サンギヤ２１に入力する変速動力をキャリヤ２４と第２サンギヤ２２とに、所定の基準トルク配分で分けて伝達し、旋回時の前後輪の回転差をピニオン２３の遊星回転により吸収するようになっている。ここで、基準トルク配分は、２つのサンギヤ２１，２２と２つのピニオンギヤ２３ａ，２３ｂとの４つのギヤ噛合いピッチ円半径で自由に設定される。そこで、前輪トルクＴＦと後輪トルクＴＲとの基準トルク配分ｅｔを例えば、
【数１】

のように充分に後輪偏重に設定することが可能になる。
【００１３】
また、上記センターディファレンシャル２０の直後方には油圧多板式センタークラッチ２７が、ドラム２７ａをキャリヤ２４に、ハブ２７ｂを第２サンギヤ２２と一体的なリヤドライブ軸６に結合して同軸上に配置される。そして、センタークラッチ２７のセンター差動制限トルクＴｃによりセンターディファレンシャル２０の差動を制限すると共に、後輪側から前輪側にトルク移動することが可能になっている。ここで、フロントエンジン搭載の場合は、車両の前輪重量ＷＦと後輪重量ＷＲとの静的重量配分ｅｗが例えば、
【数２】

であり、センタークラッチ２７による直結の場合は、前後輪の路面摩擦係数μが等しいとすると、この重量配分ｅｗに応じて前輪偏重にトルク配分される。従って、センタークラッチ２７のセンター差動制限トルクＴｃにより前後輪のトルク配分を、後輪偏重の基準トルク配分ｅｔと、前輪偏重の重量配分ｅｗとの広い範囲で制御することが可能とされている。
【００１４】
次に、センタークラッチ２７とリヤクラッチ２８との油圧制御系について説明する。先ず、変速機３が自動変速機の場合は、その油圧制御系のオイルポンプ３０の油圧をレギュレータ弁３１で調圧したライン圧を利用して構成される。そこで、センタークラッチ油圧制御手段３２はライン圧油路３３と連通するクラッチ制御弁３４を有し、このクラッチ制御弁３４が油路３５を介してセンタークラッチ２７に連通する。また、ライン圧油路３３はパイロット弁３６及びオリフィス３７を有する油路３８によりソレノイド弁４０に連通し、ソレノイド弁４０によるデューティ圧が油路３９を介してクラッチ制御弁３４の制御側に作用する。ソレノイド弁４０は制御ユニット５０からの各走行条件に応じたデューティ信号が入力すると、それにより油圧をドレンしてデューティ圧Ｐｄを生じるものであり、このデューティ圧Ｐｄに応じてクラッチ制御弁３４を動作し、センタークラッチ２７のセンター差動制限トルクＴｃを可変制御する。また、リヤクラッチ油圧制御手段３２’は同様に油路３３，３９’と連通したクラッチ制御弁３４’、油路３５’、ソレノイド弁４０’を有し、ソレノイド弁４０’のデューティ圧Ｐｄによりリヤクラッチ２８のリヤ差動制限トルクＴｄを可変制御するように構成される。
【００１５】
次いで、前後輪トルク配分制御装置の制御系について説明する。先ず、基本的制御原理について説明する。タイヤ特性が線形領域では前後輪のコーナリングパワが一定であるが、低μ路での旋回加速時にタイヤグリップが限界に達して車両スピンするように限界挙動する場合は、タイヤ横力が低下する。そこで、車両の限界挙動のタイヤ横力の低下を前後輪のコーナリングパワの低下として扱うことにより、路面μを正確に推定でき、且つ車両の運動方程式を低μ路の非線形領域まで拡張して解析できる。また、摩擦円の理論により駆動力もタイヤ横力に影響を与える。更に、非線形なスリップ領域での車両の安定性の目安は、ステア特性のスタビリティファクタにより判断できる。
【００１６】
そこで、種々のパラメータにより非線形領域の前後輪のコーナリングパワを求めて路面μを推定し、車両の限界挙動をスタビリティファクタにより数値化する。また、駆動力、走行状態、路面μ、スタビリティファクタにより車両の運動方程式を解析することで、非線形領域での車両の運動特性を正確に把握できる。このため、前後輪トルク配分を常に一定のスタビリティファクタを得るように制御することで車両スピン等を防止して安定性を向上できる。
【００１７】
従って、種々のパラメータにより非線形領域の前後輪のコーナリングパワを求めて路面μを推定することが重要であり、舵角、車速、実際のヨーレイト（ヨー角速度）により求めることができる。この場合の路面μの推定方法としては、例えば車両の運動方程式に基づくヨーレイト応答と実際のヨーレイトとを比較し、タイヤの等価コーナリングパワを未知パラメータとしてその値をオンラインで推定する方法がある。具体的には、以下の適応制御理論によるパラメータ調整則で算出される。
【００１８】
図３の車両運動モデルを用いて、車両の横運動の運動方程式を立てる。横方向の並進運動の運動方程式は、前後輪のコーナリングフォースＣｆ，Ｃｒ、車体質量Ｍ、横加速度Ｇｙにより以下である。
【数３】

【００１９】
一方、重心回りの回転の運動方程式は、重心から前後輪までの距離Ｌｆ，Ｌｒ、車体のヨーイング慣性モーメントＩｚ、ヨー角加速度γにより以下である。
【数４】

【００２０】
車速Ｖと重心点の横方向への並進速度（横すべり速度）Ｖｙを用いると、横加速度Ｇｙは、次式で表わされる。
【数５】

【００２１】
コーナリングフォースはタイヤの横すべり角に対し１次遅れに近い応答をするが、この遅れを無視すると、前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒ、前後輪の横すべり角αｆ，αｒにより以下となる。
【数６】

【００２２】
コーナリングパワ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等価コーナリングパワを用いると、横すべり角αｆ，αｒは、前輪舵角δｆ、後輪舵角δｒ、ステアリングギヤ比ｎにより以下のように簡略化できる。
【数７】

以上が基本的な運動方程式である。
【００２３】
そこで、上記運動方程式を状態変数表現で示し、パラメータ調整則を設定して適応制御理論を展開することで種々のパラメータが推定される。次に、推定されたパラメータから実車のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを求める。実車のパラメータとしては、車体質量Ｍやヨーイング慣性モーメントＩｚ等があるが、これらは一定と仮定し、タイヤのコーナリングパワのみが変化するものとする。タイヤのコーナリングパワが変化する要因としては、すべり角に対する横力の非線形性、路面μの影響、荷重移動の影響等がある。ヨーレイトγの変化により推定されるパラメータａ、前輪舵角δｆにより推定されるパラメータｂ、ステアリングギヤ比ｎにより、前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを求めると、例えば以下になる。
【数８】

【００２４】
ここで、前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを求める過程について詳細に説明する。上記の運動方程式をまとめると以下の状態方程式となる。
【数９】

【００２５】
次に、パラメータ調整則を考えるにあたり、車速は既知であるとして、車速と固定パラメータとを分離すると以下となる。
【数１０】

【００２６】
このとき、ヨー角速度γは、以下のように表される。
【数１１】

【００２７】
ここで、車両の横運動の次数が２なので、安定多項式Ｑ（ｐ），Ｄ（ｐ）を以下のようにおく。
【数１２】

この多項式を用いると、Ｇｐ（ｐ）γ（ｔ）＝Ｈｆ（ｐ）θ_Ｈ（ｔ）＋Ｈｒ（ｐ）δｒ（ｔ）の非最小実現は以下のように得られる。
【数１３】

これと等価的に次式をおく。
【数１４】

【００２８】
ここで、車速Ｖはξ（ｔ）に含まれており、パラメータのベクトルζは車速を含まない。η（ｔ）＝ζ^Ｔξ（ｔ）に対応してパラメータ同定器を設定する。
【数１５】

パラメータ調整則として次のものを用いる。
【数１６】

各パラメータは、
【数１７】

を用いて、
【数１８】

から導くようにすると、
【数１９】

が保証される。
【００２９】
次に、固定されたパラメータから実車のコーナリングパワを求める。
実車のパラメータは、上述したように、車体重量Ｍやヨーイング慣性モーメントＩｚ等があるが、今回はこれらを既知、且つ一定であると仮定し、前後輪のコーナリングパワのみが変化するものとする。後輪舵角が０である場合、同定されるパラメータは以下の５つである。
【数２０】

したがって、（１−１）〜（１−５）式のうちの２式（ただし、（１−２），（１−５）式の組み合わせは除く）を用いれば実車のコーナリングパワが求まる。ここでは、（１−３），（１−４）式を用いて前後輪のコーナリングパワＫ＾ｆ，Ｋ＾ｒを求めるものとする。
【数２１】

ところで、ａ＾ｙ１（ｔ），ａ＾ｙ２（ｔ），ａ＾ｙ３（ｔ）は、ヨー角速度の変化によって同定され、ｂ＾ｙ１（ｔ），ｂ＾ｙ０（ｔ）は、ドライバのハンドル入力によって同定される性質がある。また、ａ＾ｙ３（ｔ）およびｂ＾ｙ１（ｔ）以外は、式の中に車体質量Ｍが入っており、今回のようにヨー角速度応答のみ（横加速度を用いない）を用いた同定では充分な精度が期待できない。
したがって、ドライバの操舵力が充分な頻度で加えられる状況ではｂ＾ｙ１（ｔ）の同定結果を元にＫ＾ｆを求め、更に、ａ＾ｙ３（ｔ）の同定結果を用いてＫ＾ｒを求めるのが最も好ましい。
以上、前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを求める過程について詳細に説明した。
【００３０】
従って、（数８）に示された数式により、車速Ｖ、舵角δｆ、ヨーレイトγで演算して非線形域の前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒが推定される。そして推定された前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒは、例えば前後輪毎に高μ路のコーナリングパワと比較することで、路面μが算出され、路面μに基づいて非線形域の路面μ推定値Ｅが高い精度で設定される。
【００３１】
次に、前後輪にトルク配分する場合について説明する。車両の運動方程式は、車速Ｖ、ヨーレイトγ、入力トルクＮｉ、目標スタビリティファクタＡｔ、路面μ推定値Ｅ等により非線形領域まで拡張して解析することができる。そこで、車両の運動方程式により前後輪トルク配分比αは、以下のような式により算出される。ただし、Ｇｘ’：前後加速度推定値、Ｇｙ’：横加速度推定値、Ｗ：車体重量、ｈ：重心高、Ｌ：ホイールベース、Ｌｆ：Ｌｒ：重心から前後輪までの距離、Ｋｆｏ：Ｋｒｏ：線形域の等価コーナリングパワ、Ｋｆｃ：Ｋｒｃ：Ｋｆ，Ｋｒを接地荷重で偏微分したコーナリングパワの荷重依存性、Ｇｔ：ファイナルギヤ比、Ｒｔ：タイヤ径、Ｔｉ：入力トルクである。
【００３２】
【数２２】

【００３３】
【数２３】

【００３４】
【数２４】

【００３５】
【数２５】

【００３６】
【数２６】

【００３７】
そこで、上記基本的制御原理に基づき図１の制御系について説明する。入力情報として舵角δｆを検出する舵角センサ４２、車速Ｖを検出する車速センサ４３、実ヨーレイトγを検出するヨーレイトセンサ４４を有する。また、センターディファレンシャル２０の入力トルクを推定するため、エンジン回転数センサ４５、アクセル開度センサ４６、ギヤ位置センサ４７を有する。
【００３８】
制御ユニット５０は、舵角δｆ、車速Ｖ、実ヨーレイトγが入力する路面μ推定手段５１を有し、上述のように適応制御理論により前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを推定する。そして、前後輪の路面μは、高μ路（μ＝１．０）での前後輪の等価コーナリングパワＫｆｏ，Ｋｒｏに対する推定した前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒの比で算出する。また、ハンドルを切っても曲がらないドリフト状態では前輪のコーナリングパワが、逆に車両のスピン状態では後輪のコーナリングパワが極端に小さい値に推定される不具合を回避するため、前輪と後輪の路面μの大きい方を路面μ推定値Ｅとして設定する。
【００３９】
また、舵角δｆと車速Ｖとが入力する目標ヨーレイト設定手段５２を有し、高μ路での車両の旋回特性を基準として目標ヨーレイトγｔを設定する。目標ヨーレイトγｔと実ヨーレイトγとは目標ステア特性設定手段５３に入力し、両ヨーレイトγｔ，γの偏差に応じてステア特性の目標スタビリティファクタＡｔを設定、修正する。ここで、ステア特性のスタビリティファクタは、予め弱アンダステアの一般的な特性に設定される。そのため、車両がスピンまたはドリフトアウトすると、実ヨーレイトγが増減することで目標スタビリティファクタＡｔがそのスピンやドリフトアウトの状態に応じ数値化して設定される。
【００４０】
一方、エンジン回転数Ｎ、アクセル開度φ、ギヤ位置Ｐが入力する入力トルク推定手段５４を有し、エンジン出力特性を参照してエンジン回転数Ｎとアクセル開度φとによりエンジン出力Ｔｅを推定し、このエンジン出力Ｔｅにギヤ位置Ｐのギヤ比ｇを乗算することによって、センターディファレンシャル入力トルクＴｉを算出する。
【００４１】
これら車速Ｖ、実ヨーレイトγ、入力トルクＴｉ、目標スタビリティファクタＡｔ、路面μ推定値Ｅは、前後トルク配分比算出手段５５に入力し、上述の式を用いて前後トルク配分比αを算出する。この前後トルク配分比α、入力トルクＴｉは、センター差動制限トルク算出手段５６に入力して、センター差動制限トルクＴｃを以下のように算出する。即ち、前後トルク配分比αがＲＷＤの０とＦＷＤの１との間で設定されており、基準トルク配分比Ｄｉが実施例のように後輪偏重で設定されている場合は、センター差動制限トルクＴｃを、Ｔｃ＝（α−Ｄｉ）Ｔｉにより算出する。ここで、計算値が負の場合には、センター差動制限トルクＴｃの値を０とする。尚、基準トルク配分比Ｄｉが前輪偏重に設定される場合は、上述と逆に減算すれば良い。このトルク信号は、デューティ比変換手段５７に入力して所定のデューティ比Ｄに変換され、このデューティ信号をソレノイド弁４０に出力するように構成される。
【００４２】
次に、この実施例の作用を説明する。先ず、車両走行時にエンジン１の動力がクラッチ２を介して変速機３に入力し、変速動力がセンターディファレンシャル２０の第１サンギヤ２１に入力する。ここでセンターディファレンシャル２０の各歯車諸元により基準トルク配分ｅｔが後輪偏重に設定されているため、このトルク配分でキャリヤ２４と第２サンギヤ２２とに分配して動力が出力される。このときセンタークラッチ２７が解放されていると、上記基準トルク配分ｅｔで更に前後輪側に動力伝達して、４輪駆動でありながらＦＲ的な動力性能になる。また、センターディファレンシャル２０がフリーのため、前後輪の回転差を吸収しながら自由に旋回することが可能になる。また、制御ユニット５０からのデューティ信号がソレノイド弁４０に出力すると、油圧制御手段３２によりセンタークラッチ２７に差動制限トルクＴｃを生じる。このため、差動制限トルクＴｃに応じて第２サンギヤ２２とキャリヤ２４との間で更にバイパスしてトルク移動し、後輪偏重から直結時の重量配分に応じた前輪偏重のトルク配分に可変制御される。
【００４３】
このとき、舵角δｆ、車速Ｖ、実ヨーレイトγの信号が制御ユニット５０に入力して、車両の挙動が常に監視される。そして、高μ路では、目標ヨーレイト設定手段５２で舵角δｆと車速Ｖとにより設定される目標ヨーレイトγｔに対して実ヨーレイトγが略一致することによって目標スタビリティファクタＡｔが弱アンダステアの一般的な値に設定され、常に弱アンダステアのステア特性が確保される。また、路面μ推定手段５１で設定される路面μ推定値Ｅが１．０になる。そこで、前後トルク配分比算出手段５５では前後トルク配分比αが、車速Ｖ、実ヨーレイトγ、入力トルクＴｉにより算出され、直進走行では、主として入力トルクＴｉ、車体重量等による前後加速度推定値Ｇｘ’に基づきトルク配分されて操縦安定性を向上する。旋回走行では、主として車速Ｖと実ヨーレイトγによる横加速度推定値Ｇｙ’に基づきトルク配分されて旋回性を向上し、特に実ヨーレイトγのフィードバック制御を含むことで、外乱や制御誤差に強い制御となる。
【００４４】
低μ路での旋回加速時に後輪寄りにトルク配分されていると、駆動力が大きくてタイヤ横力の小さくなった後輪が先に横すべりする。そして、タイヤグリップ限界で車両がスピンし始めると、路面μ推定手段５１で舵角δｆ、車速Ｖ、実ヨーレイトγにより前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒがその挙動に対応して推定される。そして、推定されたコーナリングパワＫｆ，Ｋｒと高μ路での前後輪のコーナリングパワとを前後輪毎に比較して路面μを算出し、この路面μの大きい方を選択することで、路面μ推定値Ｅが車両の挙動の状態にかかわず高い精度で設定される。
【００４５】
また、目標ステア特性設定手段５３では、実ヨーレイトγが目標ヨーレイトγｔより大きくなって、車両スピンに応じた目標スタビリティファクタＡｔが設定される。そこで、前後トルク配分比算出手段５５では、路面μ推定値Ｅ、目標スタビリティファクタＡｔ等によりトルク配分比αを前輪寄りに算出して制御され、このため、後輪のタイヤ横力が増して車両スピンが防止される。このとき、実ヨーレイトγが目標ヨーレイトγｔに一致するようにフィードバック制御されて、車両の挙動が弱アンダステアの良好なステア特性となる。
【００４６】
図４において、本発明の第２の実施例として、路面μ推定手段５１の他の実施例について説明する。先ず、制御原理について説明すると、適応制御理論により、横加速度偏差と実ヨーレイト偏差とで適応機構を構成することにより、前後輪のコーナリングパワを非線形域に拡張して推定できる。また、舵角、車速、推定される前後輪のコーナリングパワで適応観測器を構成することにより、線形領域の車両運動モデルをベースとしてヨーレイトと横加速度とを非線形域に拡張して演算できる。
【００４７】
そこで、車速センサ４３、舵角センサ４２、ヨーレイトセンサ４４、及び横加速度Ｇｙを検出する横Ｇセンサ４８を有し、これらセンサ信号が路面μ推定手段５１に入力する。路面μ推定手段５１は、舵角δｆ、車速Ｖ、推定される前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒが入力する演算手段（適応観測器）６１を有し、これらパラメータにより線形領域の車両運動モデルに基づき車体のヨーレイトγｎと横加速度Ｇｙｎとを演算する。この演算手段６１のヨーレイトγｎ、横加速度Ｇｙｎ、センサ４４，４８等による実ヨーレイトγと実横加速度Ｇｙとは、偏差演算手段６２に入力し、演算されたヨーレイトγｎから実ヨーレイトγを減算してヨーレイト偏差Δγを算出し、同様に演算された横加速度Ｇｙｎから実横加速度Ｇｙを減算して横加速度偏差ΔＧを算出する。
【００４８】
これら偏差Δγ、ΔＧは、タイヤ特性制御手段（適応機構）６３に入力し、両偏差Δγ，ΔＧにより限界挙動での前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを推定する。ここで、実横加速度Ｇｙが減じてΔＧ＞０の場合は、限界域での車両のドリフトアウトやスピンを判断して前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを共に減じれば良い。ΔＧ＜０の場合は、タックイン等を判断して前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを共に増せば良い。実ヨーレイトγが減じてΔγ＞０の場合は、ドリフトアウトを判断して前輪コーナリングパワＫｆは減じ、後輪コーナリングパワＫｒは増せば良い。実ヨーレイトγが増してΔγ＜０の場合は、スピンを判断して前輪コーナリングパワＫｆは増し、後輪コーナリングパワＫｒは減じれば良い。両偏差Δγ，ΔＧの正、負に対するコーナリングパワＫｆ，Ｋｒの補正状態をまとめて示すと、以下の表１のようになる。
【００４９】
【表１】

【００５０】
そこで、両偏差Δγ，ΔＧにより表１を参照して前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを定めることで、限界域での車両のドリフトアウトやスピンに応じた前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒが、図５のように精度良く推定される。尚、コーナリングパワＫｆ，Ｋｒの値を増減する場合は、例えば前回の値に補正量を増減して積分動作により時々刻々定める。
【００５１】
また、前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒは、路面μ推定値設定手段６４に入力し、上記実施例の場合と同様に高μ路のものと比較して前後輪の路面μを推定する。更に前後輪の路面μの大きい方を選択して路面μ推定値Ｅを設定する。
【００５２】
そこで、この実施例では、路面μ推定手段５１の演算手段６１で舵角δｆ、車速Ｖ、推定される前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒによりヨーレイトγｎ、横加速度Ｇｙｎを演算し、偏差演算手段６２で演算されたヨーレイトγｎ、横加速度Ｇｙｎと実際の実ヨーレイトγ、実横加速度Ｇｙの偏差Δγ，ΔＧとを演算し、タイヤ特性制御手段６３で両偏差Δγ，ΔＧにより前後輪８，９のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒを推定することが、車両運動モデルに基づく適応制御理論の制御方法で行われる。そして、低μ路で車両がドリフトアウトやスピンを生じると、この限界挙動がヨーレイト偏差Δγと横加速度偏差ΔＧとにより適確に検出され、前後輪のコーナリングパワＫｆ，Ｋｒが前後輪の横すべり状態に対応して高い精度で推定される。このため種々の車両の限界挙動において、路面μ推定値Ｅが更に高い精度で設定される。
【００５３】
図６において、本発明の第３の実施例として、左右後輪トルク配分制御装置のヨーレイトを用いた制御系について説明する。
先ず、制御原理について説明すると、高速旋回中のアクセルオフ時にリヤ差動制限トルクＴｄを増大すると、外輪の制動力が内輪の制動力より大きくなり、この制動力の差により車両を直進させようとするヨーモーメントＭが発生して、タックイン防止に有効であることが知られている。一方、ドライバによる旋回走行時の車速Ｖと舵角δｆとにより目標ヨーレイトγｔを設定でき、この目標ヨーレイトγｔと実ヨーレイトγとの偏差によりタックイン強さを判断できる。そこで、タックイン強さをスタビリティファクタの変化として数値化し、このスタビリティファクタの変化を打ち消すようなヨーモーメントＭを発生するようにリヤ差動制限トルクＴｄを決定すれば良い。
【００５４】
そこで、車速Ｖと舵角δｆとにより目標ヨーレイトγｔを設定する方法について説明する。
先ず、車両を図７のように前後２輪でモデル化し、自由度として実ヨーレイトγと車体すべり角βとをとる。また、車速Ｖを一定とすると、車速Ｖ、車体質量ｍ、ヨーイング慣性モーメントＩ、前後輪のコーナリングフォースＣｆ，Ｃｒ、重心から前後輪までの距離Ｌｆ，Ｌｒにより、運動方程式は以下となる。
【数２７】

【００５５】
ここで、コーナリングフォースがタイヤのスリップ角αｆ、αｒに対して線形で扱える領域を考え、Ｃｆ＝２Ｋｆ・αｆ、Ｃｒ＝２Ｋｒ・αｒ（ただし、Ｋｆ、Ｋｒは前後輪の等価コーナリングパワ）を導入すると、以下となる。
【数２８】

以上の車両の基本的な運動方程式に基づいて、目標ヨーレイトγｔが設定される。
【００５６】
次いで、ヨーレイト偏差Δγによりスタビリティファクタを数値化してヨーモーメントＭ、リヤ差動制限トルクＴｄを算出する方法について説明する。
先ず、図７の２輪モデルについての運動方程式は、ヨーレイトγと車体すべり角βを変数とすると、車体質量ｍ、車速Ｖ、前後輪のコーナリングフォースＣｆ，Ｃｒ、ヨー慣性Ｉ、重心から前後輪までの距離Ｌｆ，Ｌｒ、リヤ差動制限によるヨーモーメントＭにより、次のように表わされる。
【数２９】

【００５７】
ここで、前後輪のコーナリングフォースＣｆ，Ｃｒをタイヤの等価コーナリングパワＫｆ，Ｋｒ、タイヤのすべり角αｆ，αｒを用いて表すと、以下のようになる。
【数３０】

【００５８】
式（３）を式を（１），（２）式に代入し、更にタイヤのすべり角αｆ，αｒを前輪舵角δｆ、後輪舵角δｒを用いて書き直して整理すると、以下の式になる。
【数３１】

【００５９】
次に、車両が定常円旋回する場合の特性を説明する。この場合に車体すべり角β、ヨーレイトγは共に一定で、その変化量は零になる。従って、式（４），（５）は、以下のようになる。ただし、δｒ＝０とする。
【数３２】

【００６０】
ここで式（７）を次のように変形する。
【数３３】

【００６１】
式（６），（８）をヨーレイトγについて解くと、次式になる。ただしＭに付随するγは残す。また、Ｌはホイールベース（Ｌｆ＋Ｌｒ）である。
【数３４】

【００６２】
ここで、（９）式が物理的に意味を持つ（安定なヨーレイトγが存在する）には、以下の条件が必要である。
【数３５】

【００６３】
ここで、リヤ差動制限制御車に拡張したスタビリティファクタＡ’を導入すると、以下になる。ただし、Ａ：リヤ差動制限制御無しのスタビリティファクタである。
【数３６】

【００６４】
従って、タックインによってヨーレイトγがΔγ（Δγ＞０）増加する場合に、これをスタビリティファクタの変化ΔＡとして表すと、以下になる。
【数３７】

【００６５】
尚、Ｇγは前輪舵角δｆに対するヨーレイトゲインであり、以下により算出される。
【数３８】

【００６６】
よってタックインを打ち消すために必要なヨーモーメントＭは、以下となる。
【数３９】

【００６７】
更に、ヨーモーメントＭ、タイヤ径Ｒ、トレッドｄによりリヤ差動制限トルクＴｄは、以下の式で算出される。
【数４０】

【００６８】
そこで、上記制御原理に基づき、図６の制御系について説明する。車速センサ４３、舵角センサ４２、ヨーレイトセンサ４４を有し、これらセンサ信号が制御ユニット７０に入力する。制御ユニット７０は、車速Ｖが入力するヨーレイトゲイン設定手段７１を有し、車速Ｖの関数で予め設定される前輪舵角δｆに対するヨーレイトゲインＧγを、上述の式またはマップにより設定する。車速Ｖと舵角δｆとは目標ヨーレイト演算手段７２に入力し、上述の式による運動方程式に基づいて高μ路の走行状態に応じた目標ヨーレイトγｔを演算する。目標ヨーレイトγｔとセンサ４４による実ヨーレイトγとは偏差演算手段７３に入力して、両者の偏差Δγを、Δγ＝γ−γｔ（Δγ＞０）により算出する。即ち、タックインを実ヨーレイトγの増加により検出し、且つ偏差Δγにより実際のタックイン強さを求める。
【００６９】
ヨーレイトゲインＧγとタックイン強さに応じたヨーレイト偏差Δγとは、ヨーモーメント演算手段７４に入力し、上述の式による運動方程式に基づきヨーレイトゲインＧγを用いて、ヨーレイト偏差Δγをステア特性のスタビリティファクタの変化ΔＡとして数値化して求める。ここで、スタビリティファクタは予め一般的な弱アンダステアに設定されており、タックインによりヨーレイト偏差Δγを生じると、スタビリティファクタの変化ΔＡはその偏差Δγに応じた負の値（オーバステア側）になり、このスタビリティファクタの変化ΔＡを打ち消すのに必要なヨーモーメントＭを演算する。
【００７０】
ヨーモーメントＭは、リヤ差動制限トルク演算手段７５に入力し、上述の式によりヨーモーメントＭに応じたリヤ差動制限トルクＴｄを算出する。そして、トルク信号をデューティ比変換手段７６で所定のデューティ比Ｄに変換し、このデューティ信号をソレノイド弁４０’に出力するように構成される。
【００７１】
そこで、この実施例では、４輪駆動走行時にセンターディファレンシャル２０とセンタークラッチ２７とによりトルク配分して後輪側に伝達する動力は、リヤディファレンシャル１１に入力する。そして、リヤクラッチ２８が解放すると、リヤディファレンシャル１１がフリーになって、その歯車諸元により駆動力またはアクセルオフ時の制動力が、左右後輪１３Ｌ，１３Ｒに等しく配分して伝達される。また、油圧制御手段３２’によりリヤクラッチ２８にリヤ差動制限トルクＴｄを生じると、差動制限すると共に左右後輪１３Ｌ，１３Ｒの配分が変化する。
【００７２】
即ち、駆動の場合は、リヤ差動制限トルクＴｄに応じて高速輪から低速のグリップ車輪に有効にトルク移動する。一方、旋回時のアクセルオフの際に路面により外輪の方が内輪より高速で回される場合は、リヤ差動制限トルクＴｄに応じて外輪の方に多く制動力がかかるように配分される。
【００７３】
このとき舵角δｆ、車速Ｖ、ヨーレイトγの信号が制御ユニット７０に入力して、車両の挙動が監視される。そこで、直進や旋回時に車両の挙動が変化しない場合は、目標ヨーレイト演算手段７２で舵角δｆと車速Ｖとにより演算される目標ヨーレイトγｔと実ヨーレイトγとが略一致してスタビリティファクタの変化も無く、リヤ差動制限トルクＴｄが零となる。一方、高速旋回時のアクセルオフの際に車両が内側に切れ込むように挙動変化してタックインし始めると、実ヨーレイトγが増加することで、偏差演算手段７３で実ヨーレイトγと目標ヨーレイトγｔの偏差Δγとによりタックイン強さが正確に検出される。そして、ヨーモーメント演算手段７４でこの偏差Δγがスタビリティファクタの変化ΔＡとして換算され、更にスタビリティファクタの変化ΔＡを打ち消すようにヨーモーメントＭが演算される。
【００７４】
そして、リヤ差動制限トルク算出手段７５でヨーモーメントＭに応じたリヤ差動制限トルクＴｄを演算して、このトルクＴｄがリヤクラッチ２８にかかる。そこで、高速旋回時のアクセルオフの際に、左右後輪１３Ｌ，１３Ｒではリヤ差動制限トルクＴｄにより外輪の制動力の方が内輪の制動力より大きくなるように配分され、この制動力の差により車両にタックインと逆方向のヨーモーメントＭが発生して、タックイン現象が防止される。このとき、実ヨーレイトγが目標ヨーレイトγｔと一致するようにフィードバック制御されるため、逆の強いアンダステアになることを回避して、旋回中のタックイン現象のみが適確に防止される。また、ヨーレイト偏差Δγをスタビリティファクタの変化ΔＡに換算して制御することで、弱アンダステアのステア特性が確保される。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によると、少なくとも舵角、車速、実ヨーレイトのパラメータと車両の運動方程式とによって車両の挙動が常に監視される。そして、たとえば、低μ路の旋回加速時にタイヤのグリップ力が限界に達して車両がスピン等を始める限界状態では、タイヤ横力が低下し非線形に変化するが、車両の運動方程式を低μ路の非線形領域まで拡張して解析することによって、この車両の限界挙動のタイヤ横力の低下を前後輪のコーナリングパワの低下として扱うことができる。そのため、少なくとも舵角、車速、実ヨーレイトの各種パラメータと車両の運動方程式とに基づき、前後輪のコーナリングパワを非線形域に拡張して推定し、この前後輪の推定コーナリングパワを高μ路のコーナリングパワと比較することにより前後輪毎の路面摩擦係数推定値を算出し、これらの路面摩擦係数推定値のうち大きい方を路面摩擦係数推定値の代表値として設定することによって路面摩擦係数をほぼ正確に推定することができる。そして、推定された路面摩擦係数に基づいて車両の限界挙動をスタビリティファクタにより数値化して車両の運動特性を正確に把握できるとともに、一定のスタビリティファクタを得るように前後輪トルク配分を制御することによって、車両スピン等を的確に防止して良好なステア特性を確保することができて走行安定性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の路面摩擦係数推定方法を適用した４輪駆動車のトルク配分制御装置を説明するためのブロック図である。
【図２】本発明を適応した４輪駆動車の駆動系および油圧制御を説明するための構成図である。
【図３】同例における車両の横運動の２輪モデルを示す図である。
【図４】同例とは異なる路面摩擦係数推定方法を適用した４輪駆動車のトルク配分制御装置における路面μ推定手段を説明するためのブロック図である。
【図５】同例の推定される前後輪のコーナリングパワの説明図である。
【図６】本発明に係る４輪駆動車のトルク配分制御装置における左右後輪トルク配分制御を説明するためのブロック図である。
【図７】同例の車両における旋回運動の２輪モデルを示す説明図である。
【符号の説明】
２７センタークラッチ
２８リヤクラッチ
３２，３２’ 油圧制御手段
４２舵角センサ
４３車速センサ
４４ヨーレイトセンサ
５０制御ユニット
５１路面μ推定手段
５２目標ヨーレイト設定手段
５３目標ステア特性設定手段
５４入力トルク推定手段
５５前後トルク配分比算出手段
５６センター差動制限トルク算出手段

Claims

路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定方法であって、少なくとも舵角、車速、実ヨーレイトの各種パラメータと車両の運動方程式とに基づき、前後輪のコーナリングパワを非線形域に拡張して推定し、この前後輪の推定コーナリングパワと高μ路でのコーナリングパワとを比較して前後輪毎の路面摩擦係数推定値を算出し、これらの路面摩擦係数推定値のうち大きい方を路面摩擦係数推定値の代表値として設定することを特徴とする路面摩擦係数推定方法。
前記車両の運動方程式を状態変数表現で示し、パラメータ調整則を設定して適応制御理論を展開することによって推定されたパラメータと実車のパラメータとから前記前後輪の推定コーナリングパワが推定されることを特徴とする請求項１に記載の路面摩擦係数推定方法。
路面の摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定方法であって、少なくとも舵角、車速、推定された前後輪のコーナリングパワと車両の線形領域の運動方程式とに基づき車体のヨーレイトと横加速度とを演算し、演算されたヨーレイトおよび実ヨーレイトの偏差と、演算された横加速度および実横加速度の偏差とを演算し、これらの両偏差に基づいて前後輪のコーナリングパワを非線形域まで拡張して推定し、この前後輪の推定コーナリングパワと高μ路でのコーナリングパワとを比較して前後輪毎の路面摩擦係数推定値を算出し、これらの路面摩擦係数推定値のうち大きい方を路面摩擦係数推定値の代表値として設定することを特徴とする路面摩擦係数推定方法。