JP5062331B2 - 車両接地面摩擦状態推定装置及びその方法 - Google Patents
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Description
本発明は、車輪接地面の摩擦状態或いは車輪の路面グリップ状態、又は摩擦限界に対する余裕度を推定するための装置及びその方法に関する。
従来、この種の技術としては、横軸が車輪のスリップ率に対応し且つ縦軸が路面の摩擦係数に対応する2次元マップに実際の車輪のスリップ率と路面の摩擦係数とに対応する点をプロットし、プロットした点と原点とを通る直線の傾きから夕イヤ摩擦状態を推定するものがある(特許文献1参照)。この推定したタイヤ摩擦状態に基づいて、車輪の制駆動力を制御している。
特開2006−34012号公報
しかしながら、特許文献1の従来の技術にあっては、タイヤの摩擦限界を把握することができないため、タイヤ摩擦限界までの余裕度がわからない。
本発明の課題は、グリップ状態や摩擦限界に対する余裕度をより適切に推定することである。
本発明の課題は、グリップ状態や摩擦限界に対する余裕度をより適切に推定することである。
前記課題を解決するために、本発明は、第1の入力部が、接地面において第1の方向から車輪に作用する第1の車輪力と該車輪の第1の車輪スリップ度との比である第1の入力を設定している。また、第2の入力部が、接地面において第1の方向とは異なる第2の方向から作用する第2の車輪力と該車輪の第2の車輪スリップ度との比である第2の入力を設定している。そして、出力部が、第1及び第2の入力部で設定した各入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決めている。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
(実施形態の前提となる技術)
先ず、本実施形態の前提となる技術を説明する。
(1)車輪のスリップ率と車輪の制駆動力との関係
図1はタイヤ特性曲線を示す。このタイヤ特性曲線は、駆動輪のスリップ率λと駆動輪の制駆動力(又は前後力)Fxとの間に成立する一般的な関係を示す。例えば、マジックフォーミュラ(Magic Formula)といったタイヤモデルからタイヤ特性曲線を得る。ここで、制駆動力Fxは、タイヤから地面に作用する力である。制駆動力Fxが接地面において車輪に作用する車輪力に相当し、車輪のスリップ率λが車輪のスリップ度に相当する。
(実施形態の前提となる技術)
先ず、本実施形態の前提となる技術を説明する。
(1)車輪のスリップ率と車輪の制駆動力との関係
図1はタイヤ特性曲線を示す。このタイヤ特性曲線は、駆動輪のスリップ率λと駆動輪の制駆動力(又は前後力)Fxとの間に成立する一般的な関係を示す。例えば、マジックフォーミュラ(Magic Formula)といったタイヤモデルからタイヤ特性曲線を得る。ここで、制駆動力Fxは、タイヤから地面に作用する力である。制駆動力Fxが接地面において車輪に作用する車輪力に相当し、車輪のスリップ率λが車輪のスリップ度に相当する。
図1に示すように、タイヤ特性曲線では、スリップ率λと制駆動力Fxとの関係が、スリップ率λの絶対値が増加するに従い線形から非線形に遷移する。すなわち、スリップ率λが零から所定の範囲内にある場合には、スリップ率λと制駆動力Fxとの間に線形関係が成り立つ。そして、スリップ率λ(絶対値)がある程度大きくなると、スリップ率λと制駆動力Fxとの関係が非線形関係になる。このように、タイヤ特性曲線は、線形部分と非線形部分とを有する。
図1の例における非線形領域では、スリップ率λが0.1付近で、スリップ率λに対する制駆動力Fxの増加割合が少なくなる。そして、スリップ率λが0.15付近で、制駆動力Fxが最大値を示す。その後、スリップ率λが増加するのに対して制駆動力Fxが減少するようになる。例えば、このような関係は、タイヤ特性曲線の接線の傾きに着目すれば一目瞭然である。
タイヤ特性曲線の接線の傾きは、スリップ率λの変化量と制駆動力Fxの変化量との比、すなわち、制駆動力Fxのスリップ率λに関する偏微分係数で示される。このように示されるタイヤ特性曲線の接線の傾きは、該タイヤ特性曲線に対して交わる任意の直線a,b,c,d,…との交点(同図中に○印で示す交点)におけるタイヤ特性曲線の接線の傾きとみることもできる。そして、このようなタイヤ特性曲線上における位置、すなわちスリップ率λ及び制駆動力Fxがわかれば、タイヤの摩擦状態の推定が可能になる。例えば、図1に示すように、タイヤ特性曲線上で、非線形域でも線形域に近い位置x0にあれば、タイヤの摩擦状態が安定状態にあると推定できる。タイヤの摩擦状態が安定状態にあれば、例えばタイヤがその能力を発揮できるレベルにあると推定できる。又は車両が安定状態にあると推定できる。
図2は、各種路面μのタイヤ特性曲線と摩擦円を示す。図2(a)は、各種路面μのタイヤ特性曲線を示す。図2(b)〜(d)は、各路面μの摩擦円を示す。路面μは例えば0.2、0.5、1.0である。図2(a)に示すように、タイヤ特性曲線は、各路面μで定性的に同様な傾向を示す。また、図2(b)〜(d)に示すように、路面μが小さくなるほど、摩擦円が小さくなる。すなわち、路面μが小さくなるほど、タイヤが許容できる制駆動力が小さくなる。このように、タイヤ特性は、路面摩擦係数(路面μ)をパラメータとした特性となる。よって、図2に示すように、路面摩擦係数の値に応じて、低摩擦の場合のタイヤ特性曲線、中摩擦の場合のタイヤ特性曲線、及び高摩擦の場合のタイヤ特性曲線等を得ることができる。
図3は、各種路面μのタイヤ特性曲線と原点を通る任意の直線b,c,dとの関係を示す。図3に示すように、前記図1と同様に、各種路面μのタイヤ特性曲線について、任意の直線b,c,dとの交点で接線の傾きを得る。すなわち、各種路面μでのタイヤ特性曲線について、直線bとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤ特性曲線について、直線cとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤ特性曲線について、直線dとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。その結果、同一の直線との交点で得られる各種路面μのタイヤ特性曲線の接線の傾きが同一となる結果を得ることができる。
例えば、図4では、前記図3に示した直線cに着目している。図4に示すように、各種路面μのタイヤ特性曲線について、直線cとの交点での接線の傾きは同一となる。すなわち、路面μがμ=0.2のタイヤ特性曲線との交点x1を得る制駆動力Fx1とスリップ率λ1との比(Fx1/λ1)、路面μがμ=0.5のタイヤ特性曲線との交点x2を得る制駆動力Fx2とスリップ率λ2との比(Fx2/λ2)、及び路面μがμ=1.0のタイヤ特性曲線との交点x3を得る制駆動力Fx3とスリップ率λ3との比(Fx3/λ3)が同一値となる。そして、それら各路面μのタイヤ特性曲線との各交点x1,x2,x3での接線の傾きが同一となる。
図5は、任意の直線とタイヤ特性曲線との交点を示す制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)と、該交点でのタイヤ特性曲線の接線の傾き(∂制駆動力/∂スリップ率)との関係を示す。図5では、各路面μ(例えばμ=0.2、0.5、1.0)で得た値をプロットしている。図5に示すように、路面μにかかわらず、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとが一定の関係を示している。
図6は、前記図5のプロット点を基に得た特性曲線を示す。図6に示すように、この特性曲線は、路面μにかかわらず、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとが常に一定の関係があることを示すものとなる。そのため、例えば乾燥アスファルト路面や凍結路面等、路面μが異なる路面であっても、この図6に示す特性曲線が成立する。すなわち、この図6に示すタイヤ特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤ特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要とすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図6の特性曲線は、図1と同様に、タイヤ特性曲線を示していると言える。しかし、図1と区別して、図6の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。
図6に示す特性曲線は、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)が小さい領域(小レシオ領域)では、タイヤ特性曲線の接線の傾きが負値となる。そして、この領域では、その比(Fx/λ)が大きくなるに従い、タイヤ特性曲線の接線の傾き(グリップ特性パラメータに相当)が一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤ特性曲線の接線の傾きが負値であることは、制駆動力のスリップ率に関する偏微分係数が負値であることを示す。
また、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)が大きい領域(大レシオ領域)では、タイヤ特性曲線の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比(Fx/λ)が大きくなると、タイヤ特性曲線の接線の傾きが増加する。すなわち、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)が大きい領域では、図6の特性曲線は単調増加関数の形をしている。
ここで、タイヤ特性曲線の接線の傾きが正値であることは、制駆動力のスリップ率に関する偏微分係数が正値であることを示す。また、タイヤ特性曲線の接線の傾きが最大となることは、該接線の傾きがタイヤ特性曲線の線形領域のものあることを示す。なお、線形領域では、タイヤ特性曲線の接線の傾きは、制駆動力Fxとスリップ率λとの比にかかわらず、常に一定の値を示す。
このようにして得ることができるタイヤ特性曲線の接線の傾きは、グリップ特性パラメータ、タイヤのグリップ状態を表す変数又はタイヤが横方向に出せる力の飽和状態を表すパラメータとなる。具体的には、正値の領域の場合、スリップ率λを増やすことでさらに大きい制駆動力Fxを発生させることができることを示す。そして、零又は負値の領域の場合、スリップ率λを増加させても制駆動力Fxが増えることはなく、逆に低下する恐れがあることを示す。
なお、タイヤ特性曲線(図1)に対して偏微分計算を行い、連続的に描画することでグリップ特性曲線(図6)を得ることができる。
なお、タイヤ特性曲線(図1)に対して偏微分計算を行い、連続的に描画することでグリップ特性曲線(図6)を得ることができる。
本願発明者は、以上に述べたように、各路面μのタイヤ特性曲線について、そのタイヤ特性曲線の原点を通る任意の一の直線とタイヤ特性曲線との交点で、接線の傾きが同一となる点を発見した。これにより、本願発明者は、路面μにかかわらず、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係がある特性曲線(グリップ特性曲線)として表せる結果を得た(図6)。これにより、制駆動力Fxとスリップ率λとがわかれば、特性曲線(グリップ特性曲線)を基に、路面μの情報を必要とすることなく、タイヤの摩擦状態の情報を得ることができる。タイヤの摩擦状態の情報を得る手順を図7を用いて説明する。
先ず、制駆動力Fxとスリップ率λとを検出する。そして、図7(a)に示す特性曲線(前記図6と同様の特性曲線)を用いることで、検出した制駆動力Fx及びスリップ率λに対応(Fx/λに対応)するタイヤ特性曲線の接線の傾きを特定できる。例えば、図7(a)に示すように、タイヤ特性曲線の接線の傾きId1,Id2,Id3,Id4,Id5を得る。このタイヤ特性曲線の接線の傾きから、図7(b)に示すように、ある路面μのタイヤ特性曲線上の位置を特定できる。例えば、タイヤ特性曲線の接線の傾きId1,Id2,Id3,Id4,Id5に対応する位置xid1,xid2,xid3,xid4,xid5を特定できる。ここで、タイヤ特性曲線における位置は、そのタイヤ特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を示すものとなる。このようなことから、図7(b)に示すようにタイヤ特性曲線上の位置を特定できることで、そのタイヤ特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力(例えばグリップの能力)を知ることができる。例えば、タイヤ特性曲線の接線の傾きが零近傍又は負値である場合(例えばId4やId5)、それから特定できるタイヤ特性曲線上の位置(例えばxid4やxid5)に基づき、タイヤのグリップ力が限界領域にあることがわかる。この結果、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、タイヤのグリップ力の摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
以上のような手順により、制駆動力Fx及びスリップ率λさえわかれば、特性曲線(グリップ特性曲線)を用いることで、その制駆動力Fx及びスリップ率λを得た路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を知ることができる。
図8は、さらに摩擦円との関係を示す。図8(a)は、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係を示す(前記図6と同様)。図8(b)は、タイヤ特性曲線を示す。図8(c)は、摩擦円を示す。これらの関係において、先ず、制駆動力Fx及びスリップ率λに対応(Fx/λに対応)するタイヤ特性曲線の接線の傾きIdを得る(図8(a))。これにより、タイヤ特性曲線上の位置を特定できる(図8(b))。さらに、摩擦円における制駆動力の相対的な値を知ることができる。すなわち、タイヤが許容できる制駆動力に対するマージンMを知ることができる。また、タイヤ特性曲線の接線の傾き自体は、スリップ率λの変化に対する制駆動力Fxの変化割合を示すものとなる。よって、図8(a)に示す特性曲線の縦軸の値(タイヤ特性曲線の接線の傾き)は、いわば車両挙動の変化速度を示すものであるとも言える。
図8は、さらに摩擦円との関係を示す。図8(a)は、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係を示す(前記図6と同様)。図8(b)は、タイヤ特性曲線を示す。図8(c)は、摩擦円を示す。これらの関係において、先ず、制駆動力Fx及びスリップ率λに対応(Fx/λに対応)するタイヤ特性曲線の接線の傾きIdを得る(図8(a))。これにより、タイヤ特性曲線上の位置を特定できる(図8(b))。さらに、摩擦円における制駆動力の相対的な値を知ることができる。すなわち、タイヤが許容できる制駆動力に対するマージンMを知ることができる。また、タイヤ特性曲線の接線の傾き自体は、スリップ率λの変化に対する制駆動力Fxの変化割合を示すものとなる。よって、図8(a)に示す特性曲線の縦軸の値(タイヤ特性曲線の接線の傾き)は、いわば車両挙動の変化速度を示すものであるとも言える。
また、輪荷重を変化させたときの制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図9は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Fz(変動がないときの輪荷重の値)に対して、0.6、0.8、1.2、…倍することで輪荷重を変化させている。1.0倍の場合は輪荷重の初期値Fzになる。図9に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤ特性曲線の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤ特性曲線の接線の傾きの最大値(線形領域の値)が、図9に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。このような輪荷重との関係も本願発明者は発見した。
(2)車輪のスリップ角と車輪の横力との関係
図10はタイヤ特性曲線を示す。このタイヤ特性曲線は、車輪のスリップ角βtと車輪の横力Fyとの間に成立する一般的な関係を示す。例えば、タイヤモデルを実験データを基にチューニングすることで、前後輪それぞれで二輪分の等価特性図(タイヤ特性曲線)を得る。ここで、例えば、マジックフォーミュラ(MagicFormula)を基にタイヤモデルを構築している。横力Fyは、コーナリングフォースやサイドフォースに代表される値である。ここで、横力Fyは、タイヤから地面に作用する力である。横力Fyが接地面において車輪に作用する車輪力に相当し、車輪のスリップ角βtが車輪のスリップ度に相当する。
図10はタイヤ特性曲線を示す。このタイヤ特性曲線は、車輪のスリップ角βtと車輪の横力Fyとの間に成立する一般的な関係を示す。例えば、タイヤモデルを実験データを基にチューニングすることで、前後輪それぞれで二輪分の等価特性図(タイヤ特性曲線)を得る。ここで、例えば、マジックフォーミュラ(MagicFormula)を基にタイヤモデルを構築している。横力Fyは、コーナリングフォースやサイドフォースに代表される値である。ここで、横力Fyは、タイヤから地面に作用する力である。横力Fyが接地面において車輪に作用する車輪力に相当し、車輪のスリップ角βtが車輪のスリップ度に相当する。
図10に示すように、タイヤ特性曲線では、スリップ角βtと横力Fyとの関係が、スリップ角βtの絶対値が増加するに従い線形から非線形に遷移する。すなわち、スリップ角βtが零から所定の範囲内にある場合には、スリップ角βtと横力Fyとの間に線形関係が成り立つ。そして、スリップ角βt(絶対値)がある程度大きくなると、スリップ角βtと横力Fyとの関係が非線形関係になる。このように、タイヤ特性曲線は、線形部分と非線形部分とを有する。
このような線形関係から非線形関係への遷移は、タイヤ特性曲線の接線の傾き(勾配)に着目すれば一目瞭然である。ここでいうタイヤ特性曲線の接線の傾きとは、スリップ角βtの変化量と横力Fyの変化量との比、すなわち、横力Fyのスリップ角βtに関する偏微分係数で示される値である。このように示されるタイヤ特性曲線の接線の傾きは、該タイヤ特性曲線に対して交わる任意の直線a,b,c,…との交点(図10中に○印で示す交点)におけるタイヤ特性曲線の接線の傾きとみることもできる。そして、このようなタイヤ特性曲線上における位置、すなわちスリップ角βt及び横力Fyがわかれば、タイヤの摩擦状態の推定が可能になる。例えば、図10に示すように、タイヤ特性曲線上で、非線形域でも線形域に近い位置x0にあれば、タイヤの摩擦状態が安定状態にあると推定できる。タイヤの摩擦状態が安定状態であれば、例えばタイヤがその能力を発揮できるレベルにあると推定できる。又は車両が安定状態にあると推定できる。
図11は、各種路面μのタイヤ特性曲線と摩擦円を示す。図11(a)は、各種路面μのタイヤ特性曲線を示す。図11(b)〜(d)は、各路面μの摩擦円を示す。路面μは例えば0.2、0.5、1.0である。図11(a)に示すように、タイヤ特性曲線は、各路面μで定性的に同様な傾向を示す。また、図11(b)〜(d)に示すように、路面μが小さくなるほど、摩擦円が小さくなる。すなわち、路面μが小さくなるほど、タイヤが許容できる横力が小さくなる。このように、タイヤ特性は、路面摩擦係数(路面μ)をパラメータとした特性となる。よって、図11に示すように、路面摩擦係数の値に応じて、低摩擦の場合のタイヤ特性曲線、中摩擦の場合のタイヤ特性曲線、及び高摩擦の場合のタイヤ特性曲線等を得ることができる。
図12は、各種路面μのタイヤ特性曲線と原点を通る任意の直線a,b,cとの関係を示す。図12に示すように、前記図10と同様に、各種路面μのタイヤ特性曲線について、任意の直線a,b,cとの交点で接線の傾きを得る。すなわち、各種路面μでのタイヤ特性曲線について、直線aとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤ特性曲線について、直線bとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。各種路面μでのタイヤ特性曲線について、直線cとの交点で接線の傾きをそれぞれ得る。その結果、同一の直線との交点で得られる各種路面μのタイヤ特性曲線の接線の傾きが同一となる結果を得ることができる。
例えば、図13では、前記図12に示した直線cに着目している。図13に示すように、各種路面μのタイヤ特性曲線について、直線cとの交点での接線の傾きは同一となる。すなわち、路面μがμ=0.2のタイヤ特性曲線との交点x1を得る横力Fy1とスリップ角βt1との比(Fy1/βt1)、路面μがμ=0.5のタイヤ特性曲線との交点x2を得る横力Fy2とスリップ角βt2との比(Fy2/βt2)、及び路面μがμ=1.0のタイヤ特性曲線との交点x3を得る横力Fy3とスリップ角βt3との比(Fy3/βt3)が同一値となる。そして、それら各路面μのタイヤ特性曲線との各交点x1,x2,x3での接線の傾きが同一となる。
図14は、任意の直線とタイヤ特性曲線との交点を示す横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)と、該交点でのタイヤ特性曲線の接線の傾き(∂Fy/∂βt)との関係を示す。図14に示すように、どの各路面μ(例えばμ=0.2、0.5、1.0)でも、このように、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとが一定の関係を示している。そのため、例えば乾燥アスファルト路面や凍結路面等、路面μが異なる路面であっても、この図14に示す特性曲線が成立する。すなわち、この図14に示すタイヤ特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。そして、このタイヤ特性曲線において、その傾きは、路面μの影響を受けない点に特徴がある。つまり、路面状態の情報を取得又は推定を必要をすることなく、その傾きを特定できる特徴がある。ここで、図14の特性曲線は、図10と同様に、タイヤ特性曲線を示していると言える。しかし、図10と区別して、図14の特性曲線を例えばグリップ特性曲線と呼ぶこともできる。
図14に示す特性曲線は、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)が小さい領域(小レシオ領域)では、タイヤ特性曲線の接線の傾き(グリップ特性パラメータに相当)が負値となる。そして、この領域では、その比(Fy/βt)が大きくなるに従い、タイヤ特性曲線の接線の傾きが一旦減少してから増加に転じる。ここで、タイヤ特性曲線の接線の傾きが負値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が負値であることを示す。
また、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)が大きい領域(大レシオ領域)では、タイヤ特性曲線の接線の傾きが正値になる。そして、この領域では、その比(Fy/βt)が大きくなると、タイヤ特性曲線の接線の傾きが増加する。すなわち、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)が大きい領域では、図14の特性曲線は単調増加関数の形をしている。
ここで、タイヤ特性曲線の接線の傾きが正値であることは、横力のスリップ角に関する偏微分係数が正値であることを示す。また、タイヤ特性曲線の接線の傾きが最大となることは、該接線の傾きがタイヤ特性曲線の線形領域のものであることを示す。なお、線形領域では、タイヤ特性曲線の接線の傾きは、横力Fyとスリップ角βtとの比にかかわらず、常に一定の値を示す。
このようにして得ることができるタイヤ特性曲線の接線の傾きは、グリップ特性パラメータ、タイヤのグリップ状態を表す変数又はタイヤが横方向に出せる力の飽和状態を表すパラメータとなる。具体的には、正値の領域の場合、スリップ角βtを増やすことでさらに強い横力Fy(コーナリングフォース等)を発生させることができることを示す。そして、零又は負値の領域の場合、スリップ角βtを増加させても横力Fy(コーナリングフォース等)が増えることはなく、逆に低下する恐れがあることを示す。
なお、タイヤ特性曲線(図10)に対して偏微分計算を行い、連続的に描画することでグリップ特性曲線(図14)を得ることができる。 本願発明者は、以上に述べたように、各路面μのタイヤ特性曲線について、そのタイヤ特性曲線の原点を通る任意の一の直線とタイヤ特性曲線との交点で、接線の傾きが同一となる点を発見した。これにより、本願発明者は、路面μにかかわらず、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係がある特性曲線(グリップ特性曲線)として表せる結果を得た(図14)。これにより、横力Fyとスリップ角βtとがわかれば、特性曲線(グリップ特性曲線)を基に、路面μの情報を必要とすることなく、タイヤの摩擦状態の情報を得ることができる。タイヤの摩擦状態の情報を得る手順を図15を用いて説明する。
先ず、横力Fyとスリップ角βtとを検出する。そして、図15(a)に示す特性曲線(前記図14と同様の特性曲線)を用いることで、検出した横力Fy及びスリップ角βtに対応(Fy/βtに対応)するタイヤ特性曲線の接線の傾きを特定できる。例えば、図15(a)に示すように、タイヤ特性曲線の接線の傾きId1,Id2,Id3,Id4,Id5を得る。このタイヤ特性曲線の接線の傾きから、図15(b)に示すように、ある路面μのタイヤ特性曲線上の位置を特定できる。例えば、タイヤ特性曲線の接線の傾きId1,Id2,Id3,Id4,Id5に対応する位置xid1,xid2,xid3,xid4,xid5を特定できる。ここで、タイヤ特性曲線における位置は、そのタイヤ特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を示すものとなる。このようなことから、図15(b)に示すようにタイヤ特性曲線上の位置を特定できることで、そのタイヤ特性曲線が成立する路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力(例えばグリップの能力)を知ることができる。例えば、タイヤ特性曲線の接線の傾きが零近傍又は負値である場合(例えばId4やId5)、それから特定できるタイヤ特性曲線上の位置(例えばxid4やxid5)に基づき、タイヤの横力が限界領域にあることがわかる。この結果、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、タイヤのグリップ力の摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
以上のような手順により、横力Fy及びスリップ角βtさえわかれば、特性曲線(グリップ特性曲線)を用いることで、その横力Fy及びスリップ角βtを得た路面μでの、タイヤの摩擦状態やタイヤの能力を知ることができる。
図16 は、さらに摩擦円との関係を示す。図16 (a)は、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係を示す(前記図14と同様)。図16(b)は、タイヤ特性曲線を示す。図16 (c)は、摩擦円を示す。これ
らの関係において、先ず、横力Fy及びスリップ角βtに対応(Fy/βtに対応)するタイヤ特性曲線の接線の傾きIdを得る(図16(a))。これにより、タイヤ特性曲線上の位置を特定できる(図16 (b))。さらに、摩擦円における横力の相対的な値を
知ることができる。すなわち、タイヤが許容できる横力に対するマージンMを知ることができる。また、タイヤ特性曲線の接線の傾き自体は、スリップ角βtの変化に対する横力Fyの変化割合を示すものとなる。よって、図16(a)に示す特性曲線の縦軸の値(タイヤ特性曲線の接線の傾き)は、いわば車両挙動の変化速度を示すものであるとも言える。
図16 は、さらに摩擦円との関係を示す。図16 (a)は、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係を示す(前記図14と同様)。図16(b)は、タイヤ特性曲線を示す。図16 (c)は、摩擦円を示す。これ
らの関係において、先ず、横力Fy及びスリップ角βtに対応(Fy/βtに対応)するタイヤ特性曲線の接線の傾きIdを得る(図16(a))。これにより、タイヤ特性曲線上の位置を特定できる(図16 (b))。さらに、摩擦円における横力の相対的な値を
知ることができる。すなわち、タイヤが許容できる横力に対するマージンMを知ることができる。また、タイヤ特性曲線の接線の傾き自体は、スリップ角βtの変化に対する横力Fyの変化割合を示すものとなる。よって、図16(a)に示す特性曲線の縦軸の値(タイヤ特性曲線の接線の傾き)は、いわば車両挙動の変化速度を示すものであるとも言える。
また、輪荷重を変化させたときの横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係を得ている。前述と同様な手順によりその関係を得ている。図17は、その関係を示す。ここで、輪荷重の初期値Fz(変動がないときの輪荷重の値)に対して、0.6、0.8、1.2、…倍することで輪荷重を変化させている。1.0倍の場合は輪荷重の初期値Fzになる。図17に示すように、タイヤの輪荷重が小さくなると、各輪荷重で得られるタイヤ特性曲線の接線の傾きが小さくなる。このとき、各輪荷重で得たタイヤ特性曲線の接線の傾きの最大値(線形領域の値)が、図17に示す特性図の原点を通る直線上を移動するようになる。さらに、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤ特性曲線の接線の傾きとの関係を示す特性曲線は、その形を維持して大きさが異なるものとなる。すなわち相似形で大きさが異なるものとなる。このような輪荷重との関係も本願発明者は発見した。
(3)タイヤ摩擦円と車輪の車輪力との関係
図18は、制駆動力FxをX軸、横力FyをY軸上で表現する直交座標面上にタイヤ摩擦円を表現したものである。
ここで、タイヤ摩擦円は、タイヤが接地面において摩擦状態を維持できる摩擦限界を示す。すなわち、タイヤ摩擦円に対して、制駆動動力Fxや横力Fy、又は制駆動動力Fxと横力Fyとの合力の値が、タイヤ摩擦円の内側にある場合、摩擦限界に達しておらず摩擦状態を保っている状態となる。また、その値がタイヤ摩擦円と一致した場合、最大の摩擦力を発揮している状態となる。また、タイヤ接地面においてタイヤに加わる外力が、タイヤ摩擦円よりも大きい場合、タイヤが接地面との間で摩擦状態を保っていない状態、つまり、タイヤと地面との相対変位が大きくなり、いわゆるスリップ状態となる。これは、タイヤ摩擦円と前後方向及び横方向のグリップ力との関係が、前後方向と横方向とにそれぞれ同時に最大グリップ力を発揮することができないことを意味する。
図18は、制駆動力FxをX軸、横力FyをY軸上で表現する直交座標面上にタイヤ摩擦円を表現したものである。
ここで、タイヤ摩擦円は、タイヤが接地面において摩擦状態を維持できる摩擦限界を示す。すなわち、タイヤ摩擦円に対して、制駆動動力Fxや横力Fy、又は制駆動動力Fxと横力Fyとの合力の値が、タイヤ摩擦円の内側にある場合、摩擦限界に達しておらず摩擦状態を保っている状態となる。また、その値がタイヤ摩擦円と一致した場合、最大の摩擦力を発揮している状態となる。また、タイヤ接地面においてタイヤに加わる外力が、タイヤ摩擦円よりも大きい場合、タイヤが接地面との間で摩擦状態を保っていない状態、つまり、タイヤと地面との相対変位が大きくなり、いわゆるスリップ状態となる。これは、タイヤ摩擦円と前後方向及び横方向のグリップ力との関係が、前後方向と横方向とにそれぞれ同時に最大グリップ力を発揮することができないことを意味する。
そして、前後方向のグリップ力に基づく制駆動動力Fxと横方向のグリップ力に基づく横力Fyとの合力の最大値を、そのときの合力の方向に合わせてプロットしていくことで、楕円形状のタイヤ摩擦円を描くことができる。以下の説明では、横力Fy、制駆動動力Fx、及び横力Fyと制駆動動力Fxとの合力を総称して車輪力と称する。
このように、タイヤ摩擦円と車輪力の大きさとの関係を基に、車輪力の大きさがタイヤ摩擦円の半径(外周)に近づくほど、タイヤが発揮できる摩擦力の最大値(摩擦限界)に近づくと判別できる。すなわち、摩擦限界に対するタイヤのグリップ力の余裕度を判別できる。このように理論上は、摩擦限界に対する余裕度を判別できるが、実際にはタイヤ摩擦円の大きさ自体を検出することが困難であるため、そのような理論に基づく摩擦限界までの余裕度の判別ができていなかった。
このように、タイヤ摩擦円と車輪力の大きさとの関係を基に、車輪力の大きさがタイヤ摩擦円の半径(外周)に近づくほど、タイヤが発揮できる摩擦力の最大値(摩擦限界)に近づくと判別できる。すなわち、摩擦限界に対するタイヤのグリップ力の余裕度を判別できる。このように理論上は、摩擦限界に対する余裕度を判別できるが、実際にはタイヤ摩擦円の大きさ自体を検出することが困難であるため、そのような理論に基づく摩擦限界までの余裕度の判別ができていなかった。
また、タイヤ摩擦円の大きさは、タイヤと接地面との間の摩擦力の最大値によって決まるものである。しかし、これまでの技術は、タイヤの摩擦限界を超えてからようやく摩擦力の最大値を推定できるものであった。そのため、タイヤの摩擦限界に到達する前に摩擦力の最大値を推定できなかった。その結果、タイヤの摩擦限界に達する前に摩擦限界までの余裕度を把握することもできず、摩擦限界に達しないようにタイヤの摩擦力を制御することも困難であった。これに対して、本実施形態は、摩擦力に依存しないで、直接、摩擦限界に対する余裕度を判定できるようにしたものである。
(4)3次元座標を用いた車輪の車輪力とグリップ状態(μ勾配)との関係
前述のように、本実施形態では、摩擦力に依存しないで、直接、摩擦限界に対する余裕度を判定できるようにしたものである。そのために、3次元座標を用いて、車輪の車輪力とグリップ状態(μ勾配)との関係(3次元の特性マップ)を得ている。以下に、その関係(3次元の特性マップ)を得る手順を説明する。
前述のように、本実施形態では、摩擦力に依存しないで、直接、摩擦限界に対する余裕度を判定できるようにしたものである。そのために、3次元座標を用いて、車輪の車輪力とグリップ状態(μ勾配)との関係(3次元の特性マップ)を得ている。以下に、その関係(3次元の特性マップ)を得る手順を説明する。
(4−1)3次元座標を用いた車輪の車輪力と車輪グリップ度との関係
図19は、制駆動力Fxとスリップ率λとの関係(2次元座標系)を3次元座標系に変換する手順を示す。図19(a)(前記図1のタイヤ特性曲線(Fx−λ特性曲線)に相当)に示すように、制駆動力Fxが最大値となるスリップ率λをλpeakと定義する。すなわち、制駆動力Fxは、スリップ率λの増加に伴い増加していくが、スリップ率λがある程度大きくなると制駆動力Fxは飽和し、それ以降、逆に低下していく。この制駆動力Fxが飽和する飽和点をλpeakと定義している。次に、図19(b)に示すように、スリップ率λの軸をλpeakからλ/λpeakに無次元化する変換をした後、λ/λpeakが1の値を原点に変更する(制駆動力Fxの軸をλ/λpeakが1の値に移動する)。そして、図19(c)に示すように、図19(b)の2次元座標系を90度回転させる。次いで、図19(d)に示すように、制駆動力Fxとλ/λpeakとの関係線(特性曲線)を3次元座標系の一つの象限上に表す。図19(d)では、λ/λpeakの軸をZ軸としている。Zは、後述するように、スリップ度となる。
図19は、制駆動力Fxとスリップ率λとの関係(2次元座標系)を3次元座標系に変換する手順を示す。図19(a)(前記図1のタイヤ特性曲線(Fx−λ特性曲線)に相当)に示すように、制駆動力Fxが最大値となるスリップ率λをλpeakと定義する。すなわち、制駆動力Fxは、スリップ率λの増加に伴い増加していくが、スリップ率λがある程度大きくなると制駆動力Fxは飽和し、それ以降、逆に低下していく。この制駆動力Fxが飽和する飽和点をλpeakと定義している。次に、図19(b)に示すように、スリップ率λの軸をλpeakからλ/λpeakに無次元化する変換をした後、λ/λpeakが1の値を原点に変更する(制駆動力Fxの軸をλ/λpeakが1の値に移動する)。そして、図19(c)に示すように、図19(b)の2次元座標系を90度回転させる。次いで、図19(d)に示すように、制駆動力Fxとλ/λpeakとの関係線(特性曲線)を3次元座標系の一つの象限上に表す。図19(d)では、λ/λpeakの軸をZ軸としている。Zは、後述するように、スリップ度となる。
図20は、横力Fyとスリップ角βtとの関係(2次元座標系)を3次元座標系に変換する手順を示す。この横力Fyとスリップ角βtとの関係でも、制駆動力Fxとスリップ率λとの関係の場合と同様にして3次元座標系に変換している。すなわち、図20(a)(前記図10のタイヤ特性曲線(Fy−βt特性曲線)に相当)に示すように、横力Fyが最大値となるスリップ角βtをβtpeakと定義する。つまり、横力Fyは、スリップ角βtの増加に伴い増加していくが、スリップ角βtがある程度大きくなると横力Fyは飽和し、それ以降、逆に低下していく。この横力Fyが飽和する飽和点をβtpeakと定義している。次に、図20(b)に示すように、スリップ角βtの軸をβtpeakからβt/βtpeakに無次元化する変換をした後、βt/βtpeakが1の値を原点に変更する(横力Fyの軸をβt/βtpeakが1の値に移動する)。そして、図20(c)に示すように、図20(b)の2次元座標系を90度回転させる。次いで、図20(d)に示すように、横力Fyとβt/βtpeakとの関係線(特性曲線)を3次元座標系の一つの象限上に表す。図20(d)では、βt/βtpeakの軸をZ軸としている。
図21は、前記図19(d)の制駆動力Fxとλ/λpeakとの関係線(特性曲線、Fx−Z面)と、前記図20(d)の横力Fyとβt/βtpeakとの関係線(特性曲線、Fy−Z面)との間を補完して得た3次元曲面を示す。前記図19(d)の制駆動力Fxとλ/λpeakとの関係線(特性曲線)aと前記図20(d)の横力Fyとβt/βtpeakとの関係線(特性曲線)bとの間を、Z軸上の各値で楕円、すなわちタイヤ摩擦円相当で補完して、図21の3次元曲面を得る。図21の3次元曲面は、Fx軸及びZ軸を含むFx−Z面とFy軸及びZ軸を含むFy−Z面との間に存在する曲面をなす。
ここで、前述のように、制駆動力Fxに起因して発生するスリップ率λと、横力Fyに起因して発生するスリップ角βtとを総称する概念として、スリップ度(Z)を規定している。このようなことから、図21のZ軸は、スリップ度(λ/λpeak,βt/βtpeak)を示す軸となる。そして、3次元曲面は、スリップ度と車輪力との関係を表すものとなる。なお、図21では、スリップ度と車輪力との関係を表す3次元曲面を、1/4周分(1/4象限)強しか表示していない。しかし、実際には、スリップ度と車輪力との関係を表す3次元曲面は、全周分存在し、ドーム状又は半球状になる。
また、図21では、単位が異なるスリップ率λとスリップ角βtとをそれぞれλ/λpeak及びβt/βtpeakに無次元化することで、スリップ率λとスリップ角βtとを同じ座標系に表現している。これにより、図21の3次元曲面は、制駆動力Fxと横力Fyとの合力Fと、合力Fに起因して発生するスリップ度Zとの関係線の集合から構成されるものとなる。ここで、合力Fは、タイヤ斜め方向に発生している力に相当する。また、合力Fに起因して発生するスリップ度とは、スリップ率λ及びスリップ角βtとを合成した概念である。
図22は、前記図21が、制駆動力Fxと横力Fyとの合力Fと、合力Fに起因して発生するスリップ度Zとの関係線(2次元特性曲線)の集合から構成されることを説明する図である。3次元座標系における合力Fの大きさ・向きは、制駆動力Fxのスカラ量・向きと横力Fyのスカラ量・向きとの異なる組み合わせにより、無数に存在する。この実施形態では、車輪力(F)は、Z軸回り360度全周の何れの方向でも良く、図示の実施形態では全方向に対応している。これにより、図22(a)に示す3次元座標系における、合力Fと該合力Fに起因して発生するスリップ度Zとの関係は、Z軸と合力Fとを含む平面に表された2次元特性の集合からなると言える。つまり、図22(b)に示すように、合力Fと該合力Fに起因して発生するスリップ度Zとの関係を2次元特性曲線として得ることができる。すなわち、Z軸と合力Fとを含む平面は、合力の方向に応じて、Z軸のまわりに無数に存在し、それら無数の平面は、Z軸を軸として平面束(a sheaf of planes)を成している。そして、その平面の各々に図22(b)のような2次元特性曲線が存在する。
図22を用いて、合力Fについての摩擦限界までの余裕度を3次元座標系上で説明する。図22(a)に示す、スリップ度と車輪力(Fx,Fy,F)との関係を表す3次元曲面と、合力FのベクトルとZ軸とを含む平面との交線として、図22(b)に示すタイヤ特性曲線を得ることができる。このようして得た図22(b)のタイヤ特性曲線の接線の傾きが、タイヤの摩擦限界までの余裕度を示すものとなる。すなわち、図22(b)のタイヤ特性曲線の接線の傾きが正の値から零に近づくと、タイヤの摩擦限界に近くなる。よって、このタイヤ特性曲線の接線の傾きを検出できれば、摩擦限界に到る前の状態において、摩擦限界までの余裕度を知ることができる。また、図22(b)のタイヤ特性曲線の接線の傾きが負の値となった場合には、摩擦力が飽和した状態、いわゆるスリップ状態になる。この点では、タイヤ特性曲線の接線の傾きを検出できれば、スリップ状態に到る前に摩擦限界(摩擦力が飽和する)までの余裕度を知ることができると言える。
図23は、タイヤ摩擦円の大きさが変化する場合の合力Fと該合力Fに起因して発生するスリップ度Zとの関係を示す。タイヤ摩擦円の大きさは、前述のように、タイヤと接地面との間の摩擦力の最大値(以下、最大摩擦力という。)によって決まる。すなわち、タイヤと接地面との間の摩擦力の最大値が小さくなると、タイヤ摩擦円も小さくなる。このようなことから、実際には路面μが変化すること等により、図23(a)及び(b)に示すように、タイヤ特性曲線(タイヤ摩擦円)が、最大摩擦力の大きさによって変化するようになる。しかし、前述のように、摩擦限界に到達する前に最大摩擦力を推定することができないため、このままでは、車両の制御に適用できない。
図24は、最大摩擦力(例えば路面μ)が異なるタイヤ特性曲線(F−Z特性曲線)と、原点O(スリップ度と車輪力がともに零である点)を通る直線(一点鎖線で示す直線)との関係を示す。図24(a)及び図24(b)に示すように、最大摩擦力が異なるタイヤ特性曲線について、直線との交点での接線の傾き(以下、μ勾配とも言う。)は同一となる。すなわち、最大摩擦力が異なるタイヤ特性曲線について、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)が同一であれば、接線の傾きは同一となる。これにより、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾きγとの関係を、最大摩擦力に依存しない形で整理できる。
(4−2)3次元座標を用いた車輪の車輪力とグリップ状態(μ勾配)との関係
図25は、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)と、タイヤ特性曲線の接線の傾きγとの関係を示す。図25に示すように、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾きγとの関係を整理することで、最大摩擦力に依存しない一つの特性(2次元特性曲線)に集約することができる。よって、図25に示すような特性データを予め準備しておく。例えば特性マップとして準備しておく。そして、合力Fとスリップ度Zとがわかれば、特性データを用いることで、タイヤ特性曲線の接線の傾きの値を知ることができ、摩擦限界に対する余裕度を判定できる。すなわち、最大摩擦力の情報を得ることなく(最大摩擦力を推定することなく)、摩擦限界に対する余裕度を判定できる。
図25は、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)と、タイヤ特性曲線の接線の傾きγとの関係を示す。図25に示すように、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾きγとの関係を整理することで、最大摩擦力に依存しない一つの特性(2次元特性曲線)に集約することができる。よって、図25に示すような特性データを予め準備しておく。例えば特性マップとして準備しておく。そして、合力Fとスリップ度Zとがわかれば、特性データを用いることで、タイヤ特性曲線の接線の傾きの値を知ることができ、摩擦限界に対する余裕度を判定できる。すなわち、最大摩擦力の情報を得ることなく(最大摩擦力を推定することなく)、摩擦限界に対する余裕度を判定できる。
ここで、3次元座標軸上における合力Fの大きさと向きは、制駆動力Fxのスカラ量及び向きと横力Fyのスカラ量及び向きとの異なる組み合わせにより無数に存在する。そのため、図25に示す合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾きγとの関係も、合力Fの向きの数だけ無数に存在するこにとなる。すなわち、図26(a)に示す3次元座標系でZ軸とFx軸を含む平面に着目すれば、図26(d)に示すように、制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)とタイヤ特性曲線の接線の傾きγとの関係が存在する。また、Z軸とFy軸を含む平面に着目すれば、横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)とタイヤ特性曲線の接線の傾きγとの関係が存在する。また、Z軸と合力Fを含む平面に着目すれば、合力Fyとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾きγとの関係が存在する。
以上のような技術を前提として、本願発明者は、無数にある合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾き(μ勾配)γとの関係を一つの3次元座標系に集約して表示することを実現している。
以上のような技術を前提として、本願発明者は、無数にある合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾き(μ勾配)γとの関係を一つの3次元座標系に集約して表示することを実現している。
図27(a)は、その例であり、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾き(μ勾配)γとの関係を3次元座標系で示す。図27(c)では、合力F(車輪力)とスリップ度Zとの比(F/Z)を示す軸を、その合力F(車輪力)とスリップ度Zとの比(F/Z)の最大値max(F/Z)で1になるように、その最大値max(F/Z)で無次元化(正規化)している((F/Z)/max(F/Z))。すなわち、図27(b)に示すように、合力Fの成分となる制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)を示す軸を、その比(Fx/λ)の最大値max(Fx/λ)で1になるように、その最大値max(Fx/λ)で無次元化している((Fx/λ)/max(Fx/λ))。また、図27(d)に示すように、合力Fの成分となる横力Fxとスリップ角βtとの比(Fy/βt)を示す軸を、その比(Fy/βt)の最大値max(Fy/βt)で1になるように、その最大値max(Fy/βt)で無次元化している((Fy/βt)/max(Fy/βt))。
さらに、タイヤ特性曲線の接線の傾きγを示す軸を、タイヤ特性曲線の接線の傾きγの最大値max(γ)で1になるように、その最大値max(γ)で無次元化(正規化)している。
ここで、max(F/Z)とmax(γ)については、次のように決定している。図28を用いて説明する。max(F/Z)とmax(γ)とは、グリップ度Zが微小でタイヤが確実にグリップした状態、すなわちタイヤ特性が線形状態のときの値である。すなわち、図28(a)に示すように、合力Fとスリップ度Zとの関係線(タイヤ特性曲線)において、合力Fの変化とスリップ度Zの変化とが線形関係になるときの該関係線上の接線の傾きがmax(γ)である。すなわち、原点Oにおける接線の傾きがmax(γ)となる。そして、図28(b)に示すように、そのmax(γ)が得られる合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)がmax(F/Z)となる。このmax(F/Z)は、車両固有の値になる。ここで、傾きmax(γ)は、タイヤ接地面に作用する摩擦力が変わったとしても不変である。よって、この傾きmax(γ)及びmax(F/Z)を容易に予め準備しておくことができる。
ここで、max(F/Z)とmax(γ)については、次のように決定している。図28を用いて説明する。max(F/Z)とmax(γ)とは、グリップ度Zが微小でタイヤが確実にグリップした状態、すなわちタイヤ特性が線形状態のときの値である。すなわち、図28(a)に示すように、合力Fとスリップ度Zとの関係線(タイヤ特性曲線)において、合力Fの変化とスリップ度Zの変化とが線形関係になるときの該関係線上の接線の傾きがmax(γ)である。すなわち、原点Oにおける接線の傾きがmax(γ)となる。そして、図28(b)に示すように、そのmax(γ)が得られる合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)がmax(F/Z)となる。このmax(F/Z)は、車両固有の値になる。ここで、傾きmax(γ)は、タイヤ接地面に作用する摩擦力が変わったとしても不変である。よって、この傾きmax(γ)及びmax(F/Z)を容易に予め準備しておくことができる。
なお、合力Fとスリップ度Zとの関係を、制駆動力Fxとスリップ率λとの関係で説明すると次のようになる。max(Fx/λ)とmax(γ)とは、グリップ率λが微小でタイヤが確実にグリップした状態、すなわちタイヤ特性が線形状態のときの値である。すなわち、制駆動力Fxとスリップ率λとの関係線(タイヤ特性曲線)において、制駆動力Fxの変化とスリップ率λの変化とが線形関係になるときの該関係線上の接線の傾きがmax(γ)である。すなわち、原点Oにおける接線の傾きがmax(γ)となる。そして、そのmax(γ)が得られる制駆動力Fxとスリップ率λとの比(Fx/λ)がmax(Fx/λ)となる。このmax(Fx/λ)は、車両固有の値になる。ここで、傾きmax(γ)は、タイヤ接地面に作用する摩擦力が変わったとしても不変である。よって、この傾きmax(γ)及びmax(Fx/λ)を容易に予め準備しておくことができる。
同様に、合力Fとスリップ度Zとの関係を、横力Fyとスリップ角βtとの関係で説明すると次のようになる。max(Fy/βt)とmax(γ)とは、グリップ率λが微小でタイヤが確実にグリップした状態、すなわちタイヤ特性が線形状態のときの値である。すなわち、横力Fyとスリップ角βtとの関係線(タイヤ特性曲線)において、横力Fyの変化とスリップ角βtの変化とが線形関係になるときの該関係線上の接線の傾きがmax(γ)である。すなわち、原点Oにおける接線の傾きがmax(γ)となる。そして、そのmax(γ)が得られる横力Fyとスリップ角βtとの比(Fy/βt)がmax(Fy/βt)となる。このmax(Fy/βt)は、車両固有の値になる。ここで、傾きmax(γ)は、タイヤ接地面に作用する摩擦力が変わったとしても不変である。よって、この傾きmax(γ)及びmax(Fy/βt)を容易に予め準備しておくことができる。
以上のように、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾き(μ勾配)γとの関係を3次元座標系の特性(μ勾配特性)として得ることができる。
図29は、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾き(μ勾配)γとの関係を3次元座標系の特性(μ勾配特性)として示す。ここで、図29中、γ0は、基準値であるmax(γ)に相当する。また、(Fx0/λ0)は、基準比であるmax(Fx/λ)に相当する。また、(Fy0/βt0)は、基準比であるmax(Fy/βt)に相当する。本実施形態では、図29に示すような特性をマップ(3Dのμ勾配特性マップ)として有することで、摩擦力に依存しないで、直接、グリップ状態や摩擦限界に対する余裕度を判定できるようにしたものである。
図29は、合力Fとスリップ度Zとの比(F/Z)とタイヤ特性曲線の接線の傾き(μ勾配)γとの関係を3次元座標系の特性(μ勾配特性)として示す。ここで、図29中、γ0は、基準値であるmax(γ)に相当する。また、(Fx0/λ0)は、基準比であるmax(Fx/λ)に相当する。また、(Fy0/βt0)は、基準比であるmax(Fy/βt)に相当する。本実施形態では、図29に示すような特性をマップ(3Dのμ勾配特性マップ)として有することで、摩擦力に依存しないで、直接、グリップ状態や摩擦限界に対する余裕度を判定できるようにしたものである。
(実施形態)
以上の技術の採用により実現した実施形態を次に説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
図30は、第1の実施形態の車両の概略構成を示す。図30に示す車両は、電動4輪駆動車である。図30に示すように、車両は、操舵角センサ1、ヨーレイトセンサ2、横加速度センサ3、前後加速度センサ4、車輪速センサ5、EPSECU(Electric Power Steering Electronic Control Unit)6、EPS(Electric Power Steering)モータ7及
び車両走行状態推定装置8を備える。さらに、車両は、各車輪11FL〜11RRに直結した制駆動モータ21FL〜21RR、制駆動モータECU(Electronic Control Unit)22を備える。
以上の技術の採用により実現した実施形態を次に説明する。
(第1の実施形態)
(構成)
図30は、第1の実施形態の車両の概略構成を示す。図30に示す車両は、電動4輪駆動車である。図30に示すように、車両は、操舵角センサ1、ヨーレイトセンサ2、横加速度センサ3、前後加速度センサ4、車輪速センサ5、EPSECU(Electric Power Steering Electronic Control Unit)6、EPS(Electric Power Steering)モータ7及
び車両走行状態推定装置8を備える。さらに、車両は、各車輪11FL〜11RRに直結した制駆動モータ21FL〜21RR、制駆動モータECU(Electronic Control Unit)22を備える。
操舵角センサ1は、ステアリングホイール9と一体に回転するステアリングシャフト10の回転角を検出する。操舵角センサ1は、その検出結果(操舵角)を車両走行状態推定装置8に出力する。ヨーレイトセンサ2は、車両のヨーレイトを検出する。ヨーレイトセンサ2は、その検出結果を車両走行状態推定装置8に出力する。横加速度センサ3は、車両の横加速度を検出する。横加速度センサ3は、その検出結果を車両走行状態推定装置8に出力する。前後加速度センサ4は、車両の前後加速度を検出する。前後加速度センサ4は、その検出結果を車両走行状態推定装置8に出力する。車輪速センサ5は、車体に設けられた各車輪11FL〜11RRの車輪速を検出する。車輪速センサ5は、その検出結果を車両走行状態推定装置8に出力する。
EPSECU6は、操舵角センサ1が検出した操舵角を基に、操舵アシスト指令をEPSモータ7に出力する。ここでいう操舵アシスト指令は、操舵力アシストを行うための指令信号である。また、EPSECU6は、車両走行状態推定装置8が出力する指令値(不安定挙動抑制アシスト指令)を基に、操舵アシスト指令をEPSモータ7に出力する。ここでいう操舵アシスト指令は、車両の不安定挙動を抑制するための指令信号である。
EPSモータ7は、EPSECU6が出力する操舵アシスト指令を基に、ステアリングシャフト10に回転トルクを付与する。これにより、EPSモータ7は、ステアリングシャフト10に連結されているラック・アンド・ピニオン機構(ピニオン12、ラック13)、タイロッド14及びナックルアームを介して左右の前輪11FL,11FRの転舵を補助する。
制駆動モータECU22は、ブレーキペダル15及びアクセルペダル16からのドライバ入力、並びに車両走行状態推定装置8からの情報を基に、制駆動モータ21FL〜21RRを制御する。
制駆動モータECU22は、ブレーキペダル15及びアクセルペダル16からのドライバ入力、並びに車両走行状態推定装置8からの情報を基に、制駆動モータ21FL〜21RRを制御する。
車両走行状態推定装置8は、操舵角センサ1、ヨーレイトセンサ2、横加速度センサ3、前後加速度センサ4及び車輪速センサ5の検出結果等を基に、車両の走行状態を推定する。車両走行状態推定装置8は、その推定結果を基に、指令値(不安定挙動抑制アシスト指令)をEPSECU6及び制駆動モータECU22に出力する。ここでいう指令値は、車両の不安定挙動を抑制するようにEPSモータ7や制駆動力を制御するための指令信号である。
図31は、車両走行状態推定装置8の内部構成を示す。図31に示すように、車両走行状態推定装置8は、車体速度演算部41、スリップ率推定部42、制駆動力推定部43、タイヤスリップ角推定部44、横力推定部45、制駆動力−スリップ率比推定部(以下、Fx/λ演算部という。)46、横力−スリップ角比推定部(以下、Fy/βt演算部という。)47、タイヤグリップ状態演算部(μ勾配演算部)48、制駆動力補正指令値演算部49、旋回特性演算部50及び旋回アシスト指令値演算部51を備える。
車体速度演算部41は、車輪速センサ5が検出した車輪速及び前後加速度センサ4が検出した前後加速度を基に、車体速度を推定する。具体的には、車体速度演算部41は、従動輪11RL,11RRの車輪速の平均値、又は各車輪11FL〜11RRの車輪速の平均値を算出して、その算出値を車体速度の基本値としている。車体速度演算部41は、その基本値を前後加速度により補正する。具体的には、その基本値から急加速時のタイヤ空転や急制動時のタイヤロックによる誤差の影響を除くように補正をする。車体速度演算部41は、その補正した値を、推定した車体速度としている。車体速度演算部41は、その推定結果をスリップ率推定部42及びタイヤスリップ角推定部44に出力する。
スリップ率推定部42は、車輪速センサ5が検出した各車輪11FL〜11RRの車輪速及び車体速度演算部41が算出した車体速度を基に、前後輪(前輪2輪分と後輪2輪分)のスリップ率λf,λrを算出する。スリップ率推定部42は、その算出結果をFx/λ演算部46に出力する。
制駆動力推定部43は、制駆動モータ21FL〜21RRの回転速度及び電流値を基に、前後輪で出力する制駆動力(制駆動トルク)Fxf,Fxrを推定する。例えば、制駆動力推定部43は、制駆動モータECU22を介して制駆動モータ21FL〜21RRの回転速度及び電流値を得ている。前後輪それぞれの制駆動力Fxf,Fxrの算出ついては、具体的には、制駆動力推定部43は、先ず下記(1)式により各制駆動モータ21FL〜21RRの制駆動トルクTTirを算出する。
制駆動力推定部43は、制駆動モータ21FL〜21RRの回転速度及び電流値を基に、前後輪で出力する制駆動力(制駆動トルク)Fxf,Fxrを推定する。例えば、制駆動力推定部43は、制駆動モータECU22を介して制駆動モータ21FL〜21RRの回転速度及び電流値を得ている。前後輪それぞれの制駆動力Fxf,Fxrの算出ついては、具体的には、制駆動力推定部43は、先ず下記(1)式により各制駆動モータ21FL〜21RRの制駆動トルクTTirを算出する。
ここで、制駆動モータ21FL〜21RRは、電流Iに比例したトルクを発生する。その比例係数をKMTRとする。また、モータ角をθMTRとしたとき、そのモータ角θMTRについての角加速度及び角速度に比例したトルク損失と摩擦によるトルク損失とがあるので、これらトルク損失を補正する。このとき、慣性に相当するゲインをIMTR、粘性(逆起電力含む)に相当するゲインをCMTR、摩擦をRMTRとし、これらパラメータを事前に同定しておく。
そして、制駆動力推定部43は、前輪11FL,11FRの制駆動モータ21FL,21FRの制駆動トルクTTirの合計値を前左右2輪の制駆動トルクとする。また、制駆動力推定部43は、後輪11RL,11RRの制駆動モータ21RL,21RRの制駆動トルクTTirの合計値を後左右2輪の制駆動トルクとする。
そして、制駆動力推定部43は、前後輪それぞれの制駆動トルクTTirをタイヤ動半径倍して、前後輪それぞれの制駆動力Fxf,Fxrを算出する。制駆動力推定部43は、その算出結果(推定結果)をFx/λ演算部46に出力する。ここで、前後輪それぞれの制駆動力Fxf,Fxrは、前後における左右2輪の合成力となる。
そして、制駆動力推定部43は、前後輪それぞれの制駆動トルクTTirをタイヤ動半径倍して、前後輪それぞれの制駆動力Fxf,Fxrを算出する。制駆動力推定部43は、その算出結果(推定結果)をFx/λ演算部46に出力する。ここで、前後輪それぞれの制駆動力Fxf,Fxrは、前後における左右2輪の合成力となる。
Fx/λ演算部46は、スリップ率推定部42及び制駆動力推定部43が算出した前後輪のスリップ率λf,λr及び制駆動力Fxf,Fxrを基に、制駆動力Fxf,Fxrとスリップ率λf,λrとの比(Fxf/λf,Fxr/λr)を算出する。Fx/λ演算部46は、その算出結果をタイヤグリップ状態演算部48に出力する。
タイヤスリップ角推定部44は、車体スリップ角(車両の横滑り角)βを推定し、その推定した車体スリップ角βを前後輪それぞれのスリップ角(タイヤスリップ角)βtに変換している。
タイヤスリップ角推定部44は、車体スリップ角(車両の横滑り角)βを推定し、その推定した車体スリップ角βを前後輪それぞれのスリップ角(タイヤスリップ角)βtに変換している。
そのため、先ず、タイヤスリップ角推定部44は、操舵角センサ1が検出した操舵角(タイヤ舵角δ)、ヨーレイトセンサ2が検出したヨーレイトγ(φ´)、横加速度センサ3が検出した横加速度、前後加速度センサ4が検出した前後加速度及び車体速度演算部41が算出した車体速度Vを基に、車両の横滑り角(スリップ角)を推定する。
図32は、車両の横滑り角(スリップ角)を推定するためのタイヤスリップ角推定部44の構成例を示す。図32に示すように、タイヤスリップ角推定部44は、車両の状態量(車両の横滑り角β、スリップ角β)を推定する線形2入力オブザーバ61を備える。これにより、タイヤスリップ角推定部44は、車両の横滑り角(スリップ角)βを推定する。ここで、車両の2輪モデルを基に線形2入力オブザーバ61を構築している。その車両の2輪モデルを、車両の横方向の力とモーメントの釣り合いより、下記(2)式で表すことができる。
図32は、車両の横滑り角(スリップ角)を推定するためのタイヤスリップ角推定部44の構成例を示す。図32に示すように、タイヤスリップ角推定部44は、車両の状態量(車両の横滑り角β、スリップ角β)を推定する線形2入力オブザーバ61を備える。これにより、タイヤスリップ角推定部44は、車両の横滑り角(スリップ角)βを推定する。ここで、車両の2輪モデルを基に線形2入力オブザーバ61を構築している。その車両の2輪モデルを、車両の横方向の力とモーメントの釣り合いより、下記(2)式で表すことができる。
ここで、図32に示すA,B,C,Dは車両の線形2輪モデルによって決まる行列である。また、タイヤ舵角を入力uとし、ヨーレイトと横加速度とを出力yとすると、前記(2)式の状態方程式(出力方程式)は、下記(3)式のようになる。
ここで、mは車両質量である。Iはヨー慣性モーメントである。lfは車両重心点と前車軸間の距離である。lrは車両重心点と後車軸間の距離である。Cpfは前輪コーナリ
ングパワー(左右輪合計値)である。Cprは後輪コーナリングパワー(左右輪合計値)
である。Vは車体速度である。βは車両の横滑り角である。γはヨーレイトである。Gyは横加速度である。a11,a12,b1は行列A、Bの各要素である。
ングパワー(左右輪合計値)である。Cprは後輪コーナリングパワー(左右輪合計値)
である。Vは車体速度である。βは車両の横滑り角である。γはヨーレイトである。Gyは横加速度である。a11,a12,b1は行列A、Bの各要素である。
そして、この状態方程式を基に、ヨーレイトと横加速度とを入力とし、オブザーバゲインK1として、線形2入力オブザーバ61を作成する。ここで、オブザーバゲインK1は、モデル化誤差の影響を受けにくく且つ安定した推定を行えるように設定した値である。なお、オブザーバについては、GPS(Global Positioning System)等を用いた実計測や全く異なる推定手法に置き換えることも可能である。
また、線形2入力オブザーバ61は、積分器62の入力を補正するβ推定補償器63を備える。これにより、線形2入力オブザーバ61は、限界領域においても推定精度を確保できる。すなわち、β推定補償器63を備えることで、車両の2輪モデルの設計時に想定した路面状況で且つタイヤの横滑り角が非線形特性とはならない線形域だけでなく、路面μ変化時や限界走行時にあっても横滑り角βを精度よく推定できる。
図33は、車体横滑り角βで走行している旋回中の車両を示す。図33に示すように、車体に働く場の力、つまり旋回中心から外側に向かって働く遠心力も、車幅方向から横滑り角β分ずれた方向に発生する。そのため、β推定補償器63は、下記(4)式に従って場の力のずれ分β2を算出する。このずれ分β2は、線形2入力オブザーバ61が推定した車両の横滑り角βに補正をかけるときの基準値(目標値)Gとなる。
ここで、Gxは前後加速度である。また、図34に示すように、速度変化による力の釣り合いも考慮する。これにより、旋回によるもののみを抽出すると、前記(4)式を、下記(5)式として表すことができる。
そして、β推定補償器63は、その目標値β2を線形2入力オブザーバ61が推定した横滑り角βから減算する。さらに、β推定補償器63は、その減算結果に、図35の制御マップによって設定した補償ゲインK2を乗算する。そして、β推定補償器63は、その乗算結果を積分器62の入力としている。
図35の制御マップでは、車両の横方向加速度Gyの絶対値(|Gy|)が第1しきい値以下である場合、補償ゲインK2が零となる。また、車両の横方向加速度Gyの絶対値が第1しきい値よりも大きい第2しきい値以上の場合、補償ゲインK2が比較的大きい一定値となる。また、車両の横方向加速度Gyの絶対値が第1しきい値と第2しきい値との間にある場合、横方向加速度Gyの絶対値が大きくなるほど、補償ゲインK2が大きくなる。
図35の制御マップでは、車両の横方向加速度Gyの絶対値(|Gy|)が第1しきい値以下である場合、補償ゲインK2が零となる。また、車両の横方向加速度Gyの絶対値が第1しきい値よりも大きい第2しきい値以上の場合、補償ゲインK2が比較的大きい一定値となる。また、車両の横方向加速度Gyの絶対値が第1しきい値と第2しきい値との間にある場合、横方向加速度Gyの絶対値が大きくなるほど、補償ゲインK2が大きくなる。
このように、図35の制御マップでは、横方向加速度Gyの絶対値が第1しきい値以下で零近傍の値となる場合、補償ゲインK2を零としている。これにより、直進時のように旋回Gが発生しない状況下では補正をする必要がないことから、誤って補正が行われないようにしている。また、図35の制御マップでは、横方向加速度Gyの絶対値が増加して第1しきい値より大きくなると(例えば、0.1Gより大きくなると)、横方向加速度Gyの絶対値に比例してフィードバックゲイン(補償ゲイン)K2を増大させていく。さらに、横方向加速度Gyの絶対値が第2しきい値以上になると(例えば0.5G以上になると)、補償ゲインK2を制御の安定する一定値としている。このようにすることで、横滑り角βの推定精度を向上させている。
続いて、タイヤスリップ角推定部44は、以上のようにして算出した車両の横滑り角(車両のスリップ角)βを基に、下記(6)式に従って前後輪それぞれのスリップ角βf,βr(車輪のスリップ角βtf,βtr)を算出する。
続いて、タイヤスリップ角推定部44は、以上のようにして算出した車両の横滑り角(車両のスリップ角)βを基に、下記(6)式に従って前後輪それぞれのスリップ角βf,βr(車輪のスリップ角βtf,βtr)を算出する。
タイヤスリップ角推定部44は、算出した前後輪のスリップ角βtf,βtr(βt)をFy/βt演算部47に出力する。
横力推定部45は、ヨーレイトセンサ2が検出したヨーレイトγ及び横加速度センサ3が検出した横加速度Gyを基に、下記(7)式に従って前後輪それぞれの横力Fyf,Fyrを算出する。
横力推定部45は、ヨーレイトセンサ2が検出したヨーレイトγ及び横加速度センサ3が検出した横加速度Gyを基に、下記(7)式に従って前後輪それぞれの横力Fyf,Fyrを算出する。
ここで、ヨーレイトγ及び横加速度Gyは、図36に示すような値である。横力推定部45は、算出した横力Fyf,FyrをFy/βt演算部47に出力する。ここで、前後輪それぞれの横力Fyf,Fyrは、前後における左右2輪の合成力となる。
Fy/βt演算部47は、タイヤスリップ角推定部44及び横力推定部45が算出した前後輪のスリップ角βtf,βtr及び横力Fyf,Fyrを基に、横力Fyf,Fyrとスリップ角βtf,βtrとの比(Fyf/βtf,Fyr/βtr)を算出する。Fy/βt演算部47は、その算出結果をタイヤグリップ状態演算部48に出力する。
Fy/βt演算部47は、タイヤスリップ角推定部44及び横力推定部45が算出した前後輪のスリップ角βtf,βtr及び横力Fyf,Fyrを基に、横力Fyf,Fyrとスリップ角βtf,βtrとの比(Fyf/βtf,Fyr/βtr)を算出する。Fy/βt演算部47は、その算出結果をタイヤグリップ状態演算部48に出力する。
タイヤグリップ状態演算部(μ勾配演算部)48は、Fx/λ演算部46が算出した前後輪の制駆動力Fxf,Fxrとスリップ率λf,λrとの比(Fxf/λf,Fxr/λr)、及びFy/βt演算部47が算出した横力Fyf,Fyrとスリップ角βtf,βtrとの比(Fyf/βtf,Fyr/βtr)を基に、前後輪のグリップ状態を推定する。すなわち、前後輪それぞれについてμ勾配を推定する。そのため、タイヤグリップ状態演算部48は、前記図29に示した3Dのμ勾配特性マップを有する。そして、タイヤグリップ状態演算部48は、そのような3Dのμ勾配特性マップを前後輪それぞれに対応させて有する。例えば、メモリ等の記憶媒体に3Dのμ勾配特性マップを記憶し、保持している。
ここで、ある基準路面にて事前に直進走行試験と旋回走行実験とを行い、そのときのデータを基に、3Dのμ勾配特性マップを作成する。具体的には、基準路面にて実車での直進加加速実験により、制駆動力−スリップ率特性曲線の実計測を行う。さらに、基準路面にて実車での旋回実験(旋回半径一定の加速円旋回が良い)により、横力(コーナリングフォース)−タイヤスリップ角特性曲線の実計測を行う。その実計測結果を基に、3Dのμ勾配特性マップを作成する。また、直接計測ができない場合は、他の物理量を計測しておいて換算することもできる。例えば、前後のタイヤ横力Fyf,Fyrを得るときには、横加速度Gy、ヨーレイトγを計測して、これと車両パラメータからなる前記(7)式を連立すれば良い(図36参照)。
これにより、タイヤグリップ状態演算部48は、3Dのμ勾配特性マップを参照して、μ勾配を得る。図37は、3Dのμ勾配特性マップからμ勾配を得る関係を、3Dのμ勾配特性マップに対する入力と出力との関係として示す。図37に示すように、タイヤグリップ状態演算部48は、前輪に対応する3Dのμ勾配特性マップを参照して、前輪の制駆動力Fxfとスリップ率λfとの比(Fxf/λf)及び前輪の横力Fyfとスリップ角βtfとの比(Fyf/βtf)を入力として、それに対応する前輪のμ勾配(γ/γ0)を算出(出力)する。また、タイヤグリップ状態演算部48は、後輪に対応する3Dのμ勾配特性マップを参照して、後輪の制駆動力Fxrとスリップ率λrとの比(Fxr/λr)、及び後輪の横力Fyrとスリップ角βtrとの比(Fyr/βtr)を入力として、それに対応する後輪のμ勾配(γ/γ0)を算出(出力)する。
このとき、タイヤグリップ状態演算部48は、3Dのμ勾配特性マップ(特性面)を構成する一の特性曲線(2Dのμ勾配特性マップに相当)についてμ勾配(γ/γ0)を得ていることになる。すなわち、2Dのμ勾配特性マップの場合と同様に(前記図6、図14)、3Dのμ勾配特性マップでも、タイヤ特性曲線の接線の傾きとなるμ勾配は、グリップ特性パラメータ、タイヤのグリップ状態を表す変数又はタイヤが横方向に出せる力の飽和状態を表すパラメータとなることを示す。これにより、μ勾配からタイヤのグリップ力が限界領域であることを知ることができる。その結果、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、タイヤのグリップ力の摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
さらに、タイヤグリップ状態演算部48は、前後輪それぞれについて算出したμ勾配(γ/γ0)を前後方向に寄与する成分と横方向に寄与する成分とに分解する。すなわち、そのような分解がなければ、算出したμ勾配(γ/γ0)は、制駆動力Fxと横力Fyの合力Fの方向についての値になる。このような合力Fの方向についての値となるμ勾配(γ/γ0)を、前後方向に寄与する成分と横方向に寄与する成分とに分解して出力する。ここで、算出したμ勾配(γ/γ0)の前後方向に寄与する成分(以下、μ勾配前後方向成分)は、車輪の前後方向のμ勾配に比例した値になる。また、算出したμ勾配(γ/γ0)の横方向に寄与する成分(以下、μ勾配横方向成分)は、車輪の横方向のμ勾配に比例した値になる。タイヤグリップ状態演算部48は、μ勾配前後方向成分を制駆動力補正指令値演算部49に出力し、μ勾配横方向成分を旋回特性演算部50に出力する。
制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配前後方向成分を基に、制駆動力の制御補正指令を出力する。図38は、その処理の一例を示す。図38に示すように、先ずステップS1において、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx1よりも大きいか否かを判定する。所定のしきい値Kx1は、実験値、経験値又は理論値等である。例えば、所定のしきい値Kx1は、正値で、任意の値である。また、μ勾配前後方向成分は、γ/γ0として無次元化したμ勾配から得られる値であるところ、所定のしきい値Kx1は、そのような無次元化した点を考慮した値になる。
ここで、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx1よりも大きい場合(μ勾配前後方向成分>Kx1)、ステップS2に進む。また、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx1以下の場合(μ勾配前後方向成分≦Kx1)、ステップS3に進む。なお、線形域(車輪力の変化とスリップ度の変化との関係が線形関係になる領域)でのμ勾配前後方向成分をKx0とすれば、Kx0が所定のしきい値Kx1よりも大きくなる関係が成立する(Kx0>Kx1)。
ステップS2では、制駆動力補正指令値演算部49は、グリップ状態(高いグリップ状態)と判断し、通常の制駆動力制御(通常制御モード)を実施する。そのために、制駆動力補正指令値演算部49は、制駆動モータECU22に制駆動力の制御補正指令を出力しないようにする。又は、制駆動力補正指令値演算部49は、制駆動モータECU22に通常の制駆動力制御を実施可能にする制御補正指令を出力する。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、該図38に示す処理を終了する。
ステップS3では、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx2よりも大きいか否かを判定する。所定のしきい値Kx2は、実験値、経験値又は理論値等である。また、所定のしきい値Kx2は、前記所定のしきい値Kx1未満の値である(Kx2<Kx1)。例えば、所定のしきい値Kx2は、零近傍の値である。また、μ勾配前後方向成分は、γ/γ0として無次元化したμ勾配から得られる値であるところ、所定のしきい値Kx2は、そのような無次元化した点を考慮した値になる。
ここで、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx2よりも大きい場合(Kx1≧μ勾配前後方向成分>Kx2)、ステップS4に進む。また、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx2以下の場合(μ勾配前後方向成分≦Kx2)、ステップS5に進む。
ステップS4では、制駆動力補正指令値演算部49は、非線形状態ではあるもののまだグリップ力が飽和点よりは手前であると判断し、現時点よりも制駆動力が大きくなるのを抑制する制駆動力制御(制駆動力増加禁止制御モード)を実施する。そのために、制駆動力補正指令値演算部49は、制駆動モータECU22にアクセル操作やブレーキ操作等に基づく制駆動力の増加を抑制するための制御補正指令を出力する。例えば、アクセル操作やブレーキ操作等に基づく制駆動力の増加分を減算する値の制御補正指令を出力する。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、該図38に示す処理を終了する。
ステップS4では、制駆動力補正指令値演算部49は、非線形状態ではあるもののまだグリップ力が飽和点よりは手前であると判断し、現時点よりも制駆動力が大きくなるのを抑制する制駆動力制御(制駆動力増加禁止制御モード)を実施する。そのために、制駆動力補正指令値演算部49は、制駆動モータECU22にアクセル操作やブレーキ操作等に基づく制駆動力の増加を抑制するための制御補正指令を出力する。例えば、アクセル操作やブレーキ操作等に基づく制駆動力の増加分を減算する値の制御補正指令を出力する。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、該図38に示す処理を終了する。
ステップS5では、制駆動力補正指令値演算部49は、グリップ力が飽和した領域にあると判断し、制駆動力を減少させてグリップ力を回復させる制駆動力制御(制駆動力減少制御モード)を実施する。そのために、制駆動力補正指令値演算部49は、制駆動モータECU22に制駆動力を減少させる(制駆動力を抜く)制御補正指令を出力する。例えば、アクセル操作やブレーキ操作等があっても、その操作に基づく制駆動力の増加をキャンセルしつつ、制駆動力を減少させる制御補正指令を出力する。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、該図38に示す処理を終了する。
以上のように、制駆動力補正指令値演算部49がμ勾配前後方向成分に基づいて処理を行っている。また、制駆動力補正指令値演算部49は、前後輪それぞれのμ勾配前後方向成分に基づいてこの処理を行っている。
旋回特性演算部50は、μ勾配横方向成分を基に、旋回状態(車両挙動)を判定する。図39は、その判定処理の一例を示す。図39に示すように、先ずステップS11において、旋回特性演算部50は、車両挙動の指標となるスタティックマージンSMを算出する。具体的には、旋回特性演算部50は、前後輪のμ勾配横方向成分Kf,Krを基に、下記(8)式に従ってスタティックマージンSMを算出する。
旋回特性演算部50は、μ勾配横方向成分を基に、旋回状態(車両挙動)を判定する。図39は、その判定処理の一例を示す。図39に示すように、先ずステップS11において、旋回特性演算部50は、車両挙動の指標となるスタティックマージンSMを算出する。具体的には、旋回特性演算部50は、前後輪のμ勾配横方向成分Kf,Krを基に、下記(8)式に従ってスタティックマージンSMを算出する。
スタティックマージンSMは、ドリフトアウトやスピンの発生し易さを示す値となる。また、スタティックマージンSMは、タイヤ横力の飽和状態を示す値となる。例えば、スタティックマージンSMは、前輪11FL,11FRのグリップ状態が限界に達し(タイヤ横力が飽和し)、前輪のμ勾配横方向成分Kfが零又は負値になると、小さくなる。つまり、前輪でスリップ度が大きくなっても車輪力が増大しない状態(車輪力が飽和した状態)になり、ドリフトアウトが発生し易い状態となると、スタティックマージンSMは小さくなる。
続いてステップS12において、旋回特性演算部50は、前記ステップS11で算出したスタティックマージンSMが零か否かを判定する。ここで、旋回特性演算部50は、スタティックマージンSMが零の場合(SM=0)、ステップS13に進む。また、旋回特性演算部50は、スタティックマージンSMが零でない場合(SM≠0)、ステップS14に進む。なお、スタティックマージンSMが零を含む所定の範囲内にある場合に、スタティックマージンSMが零であると判定することもできる。
ステップS14では、旋回特性演算部50は、スタティックマージンSMが正値か否かを判定する。ここで、旋回特性演算部50は、スタティックマージンSMが正値の場合(SM>0)、ステップS15に進む。また、旋回特性演算部50は、そうでない場合(SM<0)、ステップS16に進む。
ステップS13では、旋回特性演算部50は、車両の旋回特性がニュートラルステア傾向にある(ニュートラルステアである可能性が高い)と判定する。また、ステップS15では、旋回特性演算部50は、車両の旋回特性がアンダーステア傾向にある(アンダーステアになる可能性が高い)と判定する。さらに、ステップS16では、旋回特性演算部50は、車両の旋回特性がオーバステア傾向にある(オーバステアになる可能性が高い)と判定する。旋回特性演算部50は、その判定結果を、旋回アシスト指令値演算部51に出力する。
以上のように、旋回特性演算部50が前後輪のμ勾配横方向成分に基づいて処理を行っている。
ステップS13では、旋回特性演算部50は、車両の旋回特性がニュートラルステア傾向にある(ニュートラルステアである可能性が高い)と判定する。また、ステップS15では、旋回特性演算部50は、車両の旋回特性がアンダーステア傾向にある(アンダーステアになる可能性が高い)と判定する。さらに、ステップS16では、旋回特性演算部50は、車両の旋回特性がオーバステア傾向にある(オーバステアになる可能性が高い)と判定する。旋回特性演算部50は、その判定結果を、旋回アシスト指令値演算部51に出力する。
以上のように、旋回特性演算部50が前後輪のμ勾配横方向成分に基づいて処理を行っている。
旋回アシスト指令値演算部51は、旋回特性演算部50の判定結果を基に、旋回アシスト指令値を算出する。図40は、その処理の一例を示す。図40に示すように、先ずステップS21において、旋回アシスト指令値演算部51は、旋回特性がニュートラルステア傾向(SM=0)であるか否かを判定する。ここで、旋回アシスト指令値演算部51は、旋回特性がニュートラルステア傾向の場合、該図40の示す処理を終了する。また、旋回アシスト指令値演算部51は、そうでない場合(SM≠0、アンダーステア傾向又はオーバステア傾向)、ステップS22に進む。
ステップS22では、旋回アシスト指令値演算部51は、旋回特性がアンダーステア傾向(SM>0)であるか否かを判定する。ここで、旋回アシスト指令値演算部51は、旋回特性がアンダーステア傾向の場合(アンダーステアになる可能性が高い場合)、ステップS23に進む。また、旋回アシスト指令値演算部51は、そうでない場合(SM≦0、オーバステア傾向)、ステップS25に進む。
ステップS23では、旋回アシスト指令値演算部51は、前輪のμ勾配横方向成分(横方向グリップ)が所定のしきい値Ky1未満か否かを判定する。所定のしきい値Ky1は、実験値、経験値又は理論値等である。例えば、所定のしきい値Ky1は、零近傍の値である。また、μ勾配横方向成分は、γ/γ0として無次元化したμ勾配から得られる値であるところ、所定のしきい値Ky1は、そのような無次元化した点を考慮した値になる。
ここで、旋回アシスト指令値演算部51は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky1未満の場合(μ勾配横方向成分<Ky1)、ステップS24に進む。また、旋回アシスト指令値演算部51は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky1以上の場合(μ勾配横方向成分≧Ky1)、該図40の示す処理を終了する。
ステップS24では、旋回アシスト指令値演算部51は、車両がドリフトアウトする可能性が高いと判断し、EPSの操舵反力制御を実施する。具体的には、旋回アシスト指令値演算部51は、運転者による操舵の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加するための旋回アシスト指令値をEPSECU6に出力する。そして、旋回アシスト指令値演算部51は、該図40の示す処理を終了する。
ステップS24では、旋回アシスト指令値演算部51は、車両がドリフトアウトする可能性が高いと判断し、EPSの操舵反力制御を実施する。具体的には、旋回アシスト指令値演算部51は、運転者による操舵の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加するための旋回アシスト指令値をEPSECU6に出力する。そして、旋回アシスト指令値演算部51は、該図40の示す処理を終了する。
ステップS25では、旋回アシスト指令値演算部51は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky2未満か否かを判定する。所定のしきい値Ky2は、実験値、経験値又は理論値等である。この所定のしきい値Ky2を、前記所定のしきい値Ky1と同じ値とすることもでき、異なる値とすることもできる。例えば、所定のしきい値Ky2は、零近傍の値である。また、μ勾配横方向成分は、γ/γ0として無次元化したμ勾配から得られる値であるところ、所定のしきい値Ky2は、そのような無次元化した点を考慮した値になる。
ここで、旋回アシスト指令値演算部51は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky2未満の場合(μ勾配横方向成分<Ky2)、ステップS26に進む。また、旋回アシスト指令値演算部51は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky2以上の場合(μ勾配横方向成分≧Ky2)、該図40の示す処理を終了する。
ここで、旋回アシスト指令値演算部51は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky2未満の場合(μ勾配横方向成分<Ky2)、ステップS26に進む。また、旋回アシスト指令値演算部51は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky2以上の場合(μ勾配横方向成分≧Ky2)、該図40の示す処理を終了する。
ステップS26では、旋回アシスト指令値演算部51は、車両がスピンする可能性が高いと判断し、EPSの操舵反力制御を実施する。具体的には、旋回アシスト指令値演算部51は、運転者に操舵の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加するための旋回アシスト指令値をEPSECU6に出力する。すなわち、カウンタステア(復帰操舵)を補助するようにトルクを付加する。そして、旋回アシスト指令値演算部51は、該図40の示す処理を終了する。
以上のように、旋回アシスト指令値演算部51が旋回特性演算部50の判定結果に基づいて処理を行っている。
以上のように、旋回アシスト指令値演算部51が旋回特性演算部50の判定結果に基づいて処理を行っている。
(動作及び作用)
図41は、車体走行状態推定装置28での演算処理手順の一例を示す。車体走行状態推定装置28は、この演算処理を車両走行中に実行する。
先ず、車体走行状態推定装置28では、車体速度演算部41が車体速度を算出する(ステップS31)。車体走行状態推定装置28では、スリップ率推定部42がその車体速度を基に、前後輪それぞれのスリップ率λf,λrを算出する(ステップS32)。さらに、車体走行状態推定装置28では、タイヤスリップ角推定部44が前後輪それぞれのスリップ角βtf,βtrを算出する(ステップS33)。一方、車体走行状態推定装置28では、制駆動力推定部43が前後輪それぞれの制駆動力Fxf,Fxrを算出する(ステップS34)。さらに、車体走行状態推定装置28では、横力推定部45が前後輪それぞれについて横力Fyf,Fyrを算出する(ステップS35)。そして、車体走行状態推定装置28では、Fx/λ演算部46が前後輪それぞれについて、制駆動力Fxf,Fxrとスリップ率λf,λrとの比(Fxf/λf,Fxr/λr)を算出する(ステップS36)。また、車体走行状態推定装置28では、Fy/βt演算部47が前後輪それぞれについて、横力Fyf,Fyrとスリップ角βtf,βtrとの比(Fyf/βtf,Fyr/βtr)を算出する(ステップS37)。
図41は、車体走行状態推定装置28での演算処理手順の一例を示す。車体走行状態推定装置28は、この演算処理を車両走行中に実行する。
先ず、車体走行状態推定装置28では、車体速度演算部41が車体速度を算出する(ステップS31)。車体走行状態推定装置28では、スリップ率推定部42がその車体速度を基に、前後輪それぞれのスリップ率λf,λrを算出する(ステップS32)。さらに、車体走行状態推定装置28では、タイヤスリップ角推定部44が前後輪それぞれのスリップ角βtf,βtrを算出する(ステップS33)。一方、車体走行状態推定装置28では、制駆動力推定部43が前後輪それぞれの制駆動力Fxf,Fxrを算出する(ステップS34)。さらに、車体走行状態推定装置28では、横力推定部45が前後輪それぞれについて横力Fyf,Fyrを算出する(ステップS35)。そして、車体走行状態推定装置28では、Fx/λ演算部46が前後輪それぞれについて、制駆動力Fxf,Fxrとスリップ率λf,λrとの比(Fxf/λf,Fxr/λr)を算出する(ステップS36)。また、車体走行状態推定装置28では、Fy/βt演算部47が前後輪それぞれについて、横力Fyf,Fyrとスリップ角βtf,βtrとの比(Fyf/βtf,Fyr/βtr)を算出する(ステップS37)。
続いて、車体走行状態推定装置28では、タイヤグリップ状態演算部48が、3Dのμ勾配特性マップを基に、μ勾配(グリップ特性パラメータ)を推定する(ステップS38)。すなわち、タイヤグリップ状態演算部48は、前後輪それぞれの3Dのμ勾配特性マップを参照して、制駆動力Fxf,Fxrとスリップ率λf,λrとの比(Fx/λ)、及び横力Fyf,Fyrとスリップ角βtf,βtrとの比(Fy/βt)に対応する前後輪それぞれの走行中のμ勾配(γ/γ0)を算出する。そして、タイヤグリップ状態演算部48は、前後輪それぞれのμ勾配(γ/γ0)を前後方向に寄与する成分(μ勾配前後方向成分)と横方向に寄与する成分(μ勾配横方向成分)とに分解する(ステップS39)。
そして、車体走行状態推定装置28では、制駆動力補正指令値演算部49が、前後輪それぞれのμ勾配前後方向成分を基に、制駆動力(前後輪それぞれの制駆動力)の制御補正指令を出力する(ステップS40)。一方、車体走行状態推定装置28では、旋回特性演算部50が、前後輪それぞれのμ勾配横方向成分を基に、旋回状態(車両挙動)を判定する(ステップS41)。旋回アシスト指令値演算部51は、その判定結果を基に、操舵反力を付加する制御(EPS制御)のための旋回アシスト指令値を算出する(ステップS42)。
これにより、車体走行状態推定装置28は、μ勾配(グリップ特性パラメータ)の前後方向成分及び横方向成分を基に次のように制駆動力制御や操舵反力付加制御(EPS制御)を実施している。
すなわち、車体走行状態推定装置28は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx1よりも大きいときには(μ勾配前後方向成分>Kx1)、その条件を満たす車輪がグリップ状態にあると判断し、通常の制駆動力制御(通常制御モード)を実施するようになる(前記ステップS1→ステップS2)。
すなわち、車体走行状態推定装置28は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx1よりも大きいときには(μ勾配前後方向成分>Kx1)、その条件を満たす車輪がグリップ状態にあると判断し、通常の制駆動力制御(通常制御モード)を実施するようになる(前記ステップS1→ステップS2)。
また、車体走行状態推定装置28は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx1以下であり、かつ所定のしきい値Kx2よりも大きいときには(Kx1≧μ勾配前後方向成分>Kx2)、その条件を満たす車輪について、制駆動力が増加するのを抑制する制駆動力制御(制駆動力増加禁止制御モード)を実施するようになる(前記ステップS1→ステップS3→ステップS4)。これにより、運転者のアクセル操作やブレーキ操作により制駆動力が増加して、グリップ力が飽和してしまうのを防止することができる。
このような処理により、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx1よりも大きいときに運転者によるアクセル操作やブレーキ操作(制駆動力の増大要求)があると、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx1以下になるまで(制駆動力増加禁止制御モードに入るまで)、制駆動力が増加することになる。
また、車体走行状態推定装置28は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx2以下のときには(Kx2≧μ勾配前後方向成分)、その条件を満たす車輪について、制駆動力を減少させる制駆動力制御(制駆動力減少制御モード)を実施するようになる(前記ステップS1→ステップS3→ステップS5)。これにより、グリップ力が飽和している場合でも、グリップ力を回復させることができる。
また、車体走行状態推定装置28は、μ勾配前後方向成分が所定のしきい値Kx2以下のときには(Kx2≧μ勾配前後方向成分)、その条件を満たす車輪について、制駆動力を減少させる制駆動力制御(制駆動力減少制御モード)を実施するようになる(前記ステップS1→ステップS3→ステップS5)。これにより、グリップ力が飽和している場合でも、グリップ力を回復させることができる。
以上の処理では、つまり、μ勾配前後方向成分を所定のしきい値Kx1,Kx2と比較するだけで車輪のグリップ状態を判定している。これにより、車輪のグリップ力が限界領域(飽和状態又はその近傍の状態)にあるときにも、その摩擦限界に対する余裕度を適切に推定して、その余裕度に合致した制駆動力制御を実施している。
また、車体走行状態推定装置28は、μ勾配横方向成分を基に、スタティックマージンSMを算出している(前記ステップS11)。そして、車体走行状態推定装置28は、算出したスタティックマージンSMを基に、旋回状態(車両挙動)を判定し、その判定結果に基づく制駆動力制御を実施している。すなわち、車体走行状態推定装置28は、スタティックマージンSMが正値の場合(SM>0)、旋回特性がアンダーステア傾向であると判定する(前記ステップS15)。このとき、車体走行状態推定装置28は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky1未満であることを条件に、運転者による操舵の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する制御を実施する(前記ステップS21→ステップS22→ステップS23→ステップS24)。すなわち、グリップ特性パラメータが低下するとタイヤスリップ角を増大させるようにしている。これにより、車両がドリフトアウトしてしまうのを防止している。
また、車体走行状態推定装置28は、μ勾配横方向成分を基に、スタティックマージンSMを算出している(前記ステップS11)。そして、車体走行状態推定装置28は、算出したスタティックマージンSMを基に、旋回状態(車両挙動)を判定し、その判定結果に基づく制駆動力制御を実施している。すなわち、車体走行状態推定装置28は、スタティックマージンSMが正値の場合(SM>0)、旋回特性がアンダーステア傾向であると判定する(前記ステップS15)。このとき、車体走行状態推定装置28は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky1未満であることを条件に、運転者による操舵の切り増しを抑制する方向に操舵反力を付加する制御を実施する(前記ステップS21→ステップS22→ステップS23→ステップS24)。すなわち、グリップ特性パラメータが低下するとタイヤスリップ角を増大させるようにしている。これにより、車両がドリフトアウトしてしまうのを防止している。
また、車体走行状態推定装置28は、スタティックマージンSMが負値の場合(SM<0)、旋回特性がオーバステア傾向であると判定する(前記ステップS16)。このとき、車体走行状態推定装置28は、前輪のμ勾配横方向成分が所定のしきい値Ky2未満であることを条件に、運転者に操舵の切り戻しを促す方向に操舵反力を付加する制御を実施する(前記ステップS21→ステップS22→ステップS25→ステップS26)。これにより、カウンタステア(復帰操舵)を補助するようにトルクを付加している。これにより、車両がスピンしてしまうのを防止している。
以上の処理でも、つまり、μ勾配横方向成分を所定のしきい値Ky1,Ky2と比較するだけで車輪のグリップ状態を判定している。これにより、車輪のグリップ力が限界領域(飽和状態又はその近傍の状態)にあるときにも、その摩擦限界に対する余裕度を適切に推定して、その余裕度に合致した操舵反力付加制御を実施している。
以上の処理でも、つまり、μ勾配横方向成分を所定のしきい値Ky1,Ky2と比較するだけで車輪のグリップ状態を判定している。これにより、車輪のグリップ力が限界領域(飽和状態又はその近傍の状態)にあるときにも、その摩擦限界に対する余裕度を適切に推定して、その余裕度に合致した操舵反力付加制御を実施している。
(第1の実施形態の変形例)
(1)車輪の輪荷重変化を基に、μ勾配を補正することもできる。図42は、3Dのμ勾配特性マップ(特性面)を構成する一の特性曲線(2Dのμ勾配特性マップに相当)を示す。図42に示すように、輪荷重の初期値Fz(変動がないときの輪荷重の値)に対して、0.6、0.8、1.2、…倍することで輪荷重を変化させている。これにより、合力FFとスリップ度Zとの比(F/Z)とμ勾配との関係を示す特性曲線は、輪荷重に応じて変化する。具体的には、輪荷重に応じて大きさの異なる相似形の特性曲線(特性曲線群)となる。
(1)車輪の輪荷重変化を基に、μ勾配を補正することもできる。図42は、3Dのμ勾配特性マップ(特性面)を構成する一の特性曲線(2Dのμ勾配特性マップに相当)を示す。図42に示すように、輪荷重の初期値Fz(変動がないときの輪荷重の値)に対して、0.6、0.8、1.2、…倍することで輪荷重を変化させている。これにより、合力FFとスリップ度Zとの比(F/Z)とμ勾配との関係を示す特性曲線は、輪荷重に応じて変化する。具体的には、輪荷重に応じて大きさの異なる相似形の特性曲線(特性曲線群)となる。
図43は、このような輪荷重に応じた特性曲線の変化を、輪荷重と、特性曲線を拡大及び縮小する補正ゲイン(補正係数)Kwとの関係として示す。図43に示すように、輪荷重が大きくなるほど補正ゲインKwが大きくなる。また、輪荷重が大きくなるほど、補正ゲインKwの増加割合が減少する。
ここで、図44は、車輪の輪荷重変化を基にμ勾配を補正する構成の一例を示す。図44に示すように、輪荷重演算部52及びマップ補正部53を備える。
ここで、図44は、車輪の輪荷重変化を基にμ勾配を補正する構成の一例を示す。図44に示すように、輪荷重演算部52及びマップ補正部53を備える。
輪荷重演算部52は、横加速度センサ3及び前後加速度センサ4が検出した横加速度及び前後加速度を基に、車輪の輪荷重変化量を算出する。具体的には、横加速度及び前後加速度に応じた車輪の輪荷重変化量を算出する。輪荷重演算部52は、その算出結果をマップ補正部53に出力する。マップ補正部53は、輪荷重演算部52の算出結果を基に、3Dのμ勾配特性マップを補正する。マップ補正部53は、前記図43に示す補正ゲインKwを用いて、3Dのμ勾配特性マップを補正している。具体的には、図43に示す特性曲線を荷重補正係数マップ等として、タイヤ試験機等による試験結果より事前に得ておく。また、荷重補正係数マップ等を参照して、輪荷重計測値に対応する補正ゲインKwを得る。そして、μ勾配を補正する。具体的には、3Dのμ勾配特性マップへの入力値(前記図37参照)を1/Kw倍し、さらに3Dのμ勾配特性マップからの出力値(前記図37参照)をKw倍する。
(2)また、車輪の輪荷重変化を基にμ勾配を補正するため、図45に示すように、輪荷重に応じた3Dのμ勾配特性マップ(特性面)を複数用意しておくこともできる。この場合、輪荷重計測値を基に、μ勾配の算出に使用する3Dのμ勾配特性マップ(特性面)を特定する。
(3)この第1の実施形態では、2つの入力変数Fx/λ,Fy/βtと出力変数となるグリップ特性パラメータ(μ勾配)との間の所定の非線形関係が特性マップ又は特性図といった形になっている。これに対して、そのような非線形関係を数式の形とすることもできる。また、可能であれば、非線形関係とせずに、線形関係に簡略化することもできる。
(3)この第1の実施形態では、2つの入力変数Fx/λ,Fy/βtと出力変数となるグリップ特性パラメータ(μ勾配)との間の所定の非線形関係が特性マップ又は特性図といった形になっている。これに対して、そのような非線形関係を数式の形とすることもできる。また、可能であれば、非線形関係とせずに、線形関係に簡略化することもできる。
(4)この第1の実施形態では、制駆動力Fx及び横力Fyを同時に様々な方向に振って、すなわち、合力の方向を様々に振って、3Dのμ勾配特性マップを得ている。これに対して、前後方向(制駆動力Fx)のμ勾配特性マップ(2Dのμ勾配特性マップ)と横方向(横力Fy)のμ勾配特性マップ(2Dのμ勾配特性マップ)とを個別に得て、それらμ勾配特性マップ間を補完することで、3Dのμ勾配特性マップを得ることもできる。この場合、μ勾配特性マップ間を楕円近似して補完する。
(5)この第1の実施形態では、操舵制御(操舵反力付加制御)により車両の旋回挙動又は横方向挙動を制御している。これに対して、VDC(Vehicle Dynamics Control)等の
左右輪の制駆動力差による旋回制御により車両挙動を制御することもできる。これにより、さらに応答性の速い車両挙動安定化制御(横滑り防止制御)を実現することができる。(6)この第1の実施形態では、前輪操舵車両を例に挙げている。これに対して、後輪操舵車両とすることもできる。
左右輪の制駆動力差による旋回制御により車両挙動を制御することもできる。これにより、さらに応答性の速い車両挙動安定化制御(横滑り防止制御)を実現することができる。(6)この第1の実施形態では、前輪操舵車両を例に挙げている。これに対して、後輪操舵車両とすることもできる。
(7)この第1の実施形態では、前後輪それぞれのμ勾配(グリップ特性パラメータ)を基に車両特性を判定したり、車両挙動を制御したりしている。これに対して、左右輪それぞれのμ勾配(グリップ特性パラメータ)を基に車両特性を判定したり、車両挙動を制御することもできる。
(8)この第1の実施形態では、μ勾配を基に制駆動力制御する制駆動力補正指令値演算部49と、μ勾配を基に操舵反力付加制御する旋回特性演算部50及びアシスト指令値演算部51とを備えている。これに対して、制駆動力補正指令値演算部49、及びアシスト指令値演算部51(旋回特性演算部50を含む)の何れか一方だけを備えることもできる。すなわち、μ勾配を基に、制駆動力制御及び操舵反力付加制御の何れか一方だけを実施することもできる。
(8)この第1の実施形態では、μ勾配を基に制駆動力制御する制駆動力補正指令値演算部49と、μ勾配を基に操舵反力付加制御する旋回特性演算部50及びアシスト指令値演算部51とを備えている。これに対して、制駆動力補正指令値演算部49、及びアシスト指令値演算部51(旋回特性演算部50を含む)の何れか一方だけを備えることもできる。すなわち、μ勾配を基に、制駆動力制御及び操舵反力付加制御の何れか一方だけを実施することもできる。
なお、この第1の実施形態では、スリップ率推定部42、制駆動力推定部43及びFx/λ演算部46を含む構成並びにタイヤスリップ角推定部44、横力推定部45及びFy/βt演算部47を含む構成はそれぞれ、接地面において第1の方向から車輪に作用する第1の車輪力と該車輪の第1の車輪スリップ度との比である第1の入力を設定する第1の入力部、及び接地面において第1の方向とは異なる第2の方向から車輪に作用する第2の車輪力と該車輪の第2の車輪スリップ度との比である第2の入力を設定する第2の入力部の何れかを実現している。また、タイヤグリップ状態演算部48は、第1及び第2の入力部で設定した各入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力部を実現している。すなわち、スリップ率推定部42、制駆動力推定部43、Fx/λ演算部46、タイヤスリップ角推定部44、横力推定部45、Fy/βt演算部47、タイヤグリップ状態演算部48は、車両接地面摩擦状態推定装置を実現している。
また、この実施形態では、制駆動力推定部43及び横力推定部45の何れか一方は、第1の車輪力を検出する第1の車輪力検出部を実現している。また、スリップ率推定部42及びタイヤスリップ角推定部44の何れか一方は、第1の車輪スリップ度を検出する第1の車輪スリップ度検出部を実現している。また、Fx/λ演算部46及びFy/βt演算部47の何れか一方は、第1の車輪力検出部が検出した第1の車輪力を第1の車輪スリップ度検出部が検出した第1の車輪スリップ度で割って第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比を求める第1の除算部を実現している。また、制駆動力推定部43及び横力推定部45の何れか他方は、第2の車輪力を検出する第2の車輪力検出部を実現している。また、スリップ率推定部42及びタイヤスリップ角推定部44の何れか他方は、第2の車輪スリップ度を検出する第2の車輪スリップ度検出部を実現している。また、Fx/λ演算部46及びFy/βt演算部47の何れか他方は、第2の車輪力検出部が検出した第2の車輪力を第2の車輪スリップ度検出部が検出した第2の車輪スリップ度で割って第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比を求める第2の除算部を実現している。
また、この第1の実施形態では、タイヤグリップ状態演算部48(3Dのμ勾配特性マップ)は、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけから前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されている出力部を実現している。
また、この第1の実施形態では、タイヤグリップ状態演算部48(3Dのμ勾配特性マップ)は、第1の車輪力が第1の車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域における該第1の車輪力と該第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力が前記第2の車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域における該第2の車輪力と該第2の車輪スリップ度との比を基に、グリップ特性パラメータを決めるように構成されている出力部を実現している。
また、この第1の実施形態では、タイヤグリップ状態演算部48(3Dのμ勾配特性マップ)は、第1の車輪力が第1の車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域における該第1の車輪力と該第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力が前記第2の車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域における該第2の車輪力と該第2の車輪スリップ度との比を基に、グリップ特性パラメータを決めるように構成されている出力部を実現している。
また、この第1の実施形態では、タイヤグリップ状態演算部48(3Dのμ勾配特性マップ)は、2つの入力により表される2つの入力変数と出力により表される出力変数との間の所定の非線形関係に応じて、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比からグリップ特性パラメータを決めるように構成されている出力部を実現している。このとき、μ勾配は、タイヤの摩擦限界までの余裕度を表す値であるグリップ特性パラメータを実現している。
また、この第1の実施形態では、スリップ率λ及びスリップ角βtは、車輪スリップ度(第1及び第2の車輪スリップ度)であり、地面に対する車輪力(第1及び第2の車輪力)である制駆動力fx及び横力Fyの方向における該地面に対する車輪のスリップの度合いとなる。このとき、タイヤグリップ状態演算部48(3Dのμ勾配特性マップ)は、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成されている出力部を実現している。
また、この第1の実施形態では、スリップ率λ及びスリップ角βtは、地面に対する車輪力(第1及び第2の車輪力)の方向の車輪接地面の相対速度ベクトルを表す量となる。このとき、タイヤグリップ状態演算部48(3Dのμ勾配特性マップ)は、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成されている出力部を実現している。
また、この第1の実施形態では、制駆動力及び横力はそれぞれ、タイヤに作用する第1及び第2の方向のタイヤ力である第1及び第2車輪力の何れかとなる。また、μ勾配(グリップ特性パラメータ)は、第1の車輪力と第2の車輪力とを合成した方向(合力Fの方向)に発生する車輪スリップ度を合成車輪スリップ度とし、第1の車輪力と第2の車輪力とを合成したタイヤ力を合成タイヤ力としたときに、合成車輪スリップ度に対する合成タイヤ力のタイヤ特性曲線の勾配を表すものとなる。このとき、タイヤグリップ状態演算部48(μ勾配特性マップ)は、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されている出力部を実現している。
また、この第1の実施形態では、タイヤ特性曲線(例えば前記図23、図24)は、合成車輪スリップ度が小さくなる小スリップ領域において該合成車輪スリップ度の絶対値が零から増大するとき、合成タイヤ力が零から線形に増大する線形部分と、合成車輪スリップ度の絶対値が前記小スリップ領域を超えて増大する大スリップ領域において該合成車輪スリップ度の絶対値が増大するとき、前記合成タイヤ力が非線形に変化する非線形部分とを有するタイヤ特性曲線を実現している。また、タイヤ特性曲線(例えば前記図23、図24)は、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が増大するとき、グリップ特性パラメータが零から最大パラメータ値まで増大するものとなる。そして、最大パラメータ値は、タイヤ特性曲線の線形部分の勾配を表すものとなる。このとき、タイヤグリップ状態演算部48(μ勾配特性マップ)は、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比からタイヤ特性曲線の非線形部分の勾配を決めるように構成されている出力部を実現している。
また、この第1の実施形態では、タイヤ特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいるものとなる。また、μ勾配(グリップ特性パラメータ)は、高摩擦タイヤ特性曲線及び低摩擦タイヤ特性曲線のタイヤ特性曲線の勾配を表しているものとなる。そして、スリップ率推定部42、制駆動力推定部43、Fx/λ演算部46、タイヤスリップ角推定部44、横力推定部45及びFy/βt演算部47は、タイヤ力の現在値と車輪スリップ度の現在値から車輪力と車輪スリップ度との比の現在値を求める入力部を実現している。さらに、タイヤグリップ状態演算部48(μ勾配特性マップ)は、車輪力と車輪スリップ度との比の現在値からグリップ特性パラメータの現在値を決定し、かつタイヤ力の現在値と車輪スリップ度の現在値に対応する高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値及びタイヤ力の現在値と車輪スリップ度の現在値に対応する低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じでグリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するように構成されている出力部を実現している。
また、この第1の実施形態では、タイヤ特性曲線は、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表す特性曲線となる。このとき、タイヤグリップ状態演算部48(μ勾配特性マップ)は、地面の路面摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されている出力部を実現している。
また、この第1の実施形態では、μ勾配(グリップ特性パラメータ)は、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が所定のクリティカルレシオ値から増大するときに増大する関数となる。所定のクリティカルレシオ値は、μ勾配が零になるときの第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比や第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比となる。そして、このクリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域では、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が増加すると、その車輪力とスリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するようにグリップ特性パラメータが非線形に増大するようになっている。
また、この第1の実施形態では、3Dのμ勾配特性マップにおいて、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比がクリティカルレシオ値に等しいとき、グリップ特性パラメータは、所定のクリティカルパラメータ値に等しくなる。又は、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの何れか一方がその比のとり得る範囲の最大値であり、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの何れか他方がクリティカルレシオ値に等しいとき、グリップ特性パラメータは、所定のクリティカルパラメータ値に等しくなる。さらに、3Dのμ勾配特性マップにおいて、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方がクリティカルレシオ値より下に減少したとき、グリップ特性パラメータは、所定のクリティカルパラメータ値より下に減少するものとなる。そして、3Dのμ勾配特性マップにおいて、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比がともにクリティカルレシオ値より上に増大すると、グリップ特性パラメータは、所定のクリティカルパラメータ値より上に増大するものとなる。
また、この第1の実施形態では、制駆動力補正指令値演算部49は、制御部を実現している。すなわち、制駆動力補正指令値演算部49の制駆動力減少制御モードは、グリップ特性パラメータ(路面μ)がクリティカルパラメータ値(所定のしきい値Kx2相当)以下のクリティカル領域においては、グリップ特性パラメータをクリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を実現している。また、制駆動力補正指令値演算部49の制駆動力増加禁止制御モードは、グリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値より大きいがクリティカルパラメータ値より大の所定のパラメータしきい値(所定のしきい値Kx1相当)より小のマージナル領域においては、グリップ特性パラメータがクリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を実現している。また、制駆動力補正指令値演算部49の通常制御モードは、グリップ特性パラメータがパラメータしきい値より大きいときに行うグリップ状態制御を実現している。
また、この第1の実施形態では、旋回特性演算部50は、グリップ特性パラメータを基に、車両スタビリティを表す車両スタビリティパラメータを推定するスタビリティ推定部を実現している。また、旋回特性演算部50は、第1車輪(前後論の何れか一方又は左右輪の何れか一方)のグリップ特性パラメータ及び第2車輪(前後論の何れか他方又は左右輪の何れか他方)のグリップ特性パラメータを基に、車両スタビリティパラメータを推定するスタビリティ推定部を実現している。
また、この第1の実施形態では、旋回アシスト指令値演算部51は、車両スタビリティパラメータを基に、車両を制御するスタビリティ制御部を実現している。
また、この第1の実施形態では、制駆動力補正指令値演算部49及び旋回特性演算部50は、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を推定する車両挙動推定部を実現している。
また、この第1の実施形態では、制駆動力補正指令値演算部49及び旋回特性演算部50は、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を推定する車両挙動推定部を実現している。
また、この第1の実施形態では、タイヤグリップ状態演算部48は、グリップ特性パラメータを前後方向成分と横方向成分とに分解する分解部を実現している。そして、旋回特性演算部50は、分解部が分解した横方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の横方向挙動を推定する車両挙動推定部(横挙動推定部)を実現している。具体的には、旋回特性演算部50は、第1車輪(前後輪の何れか一方)のグリップ特性パラメータの横方向成分及び第2車輪(前後輪の何れか他方)のグリップ特性パラメータの横方向成分を基に、車両の横方向挙動を推定する車両挙動推定部(前後挙動推定部)を実現している。又は、旋回特性演算部50は、グリップ特性パラメータを基に、車両旋回特性を推定する旋回特性推定部を実現している。また、制駆動力補正指令値演算部49は、分解部が分解した前後方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の前後方向挙動を推定する車両挙動推定部(前後挙動推定部)の機能を有している。なお、横挙動推定部及び前後挙動推定部のうちの少なくとも一方を備えることもできる。
また、この第1の実施形態では、制駆動力補正指令値演算部49及び旋回アシスト指令値演算部51は、車両挙動推定部が推定した車両挙動を基に、車両挙動を制御する車両挙動制御部を実現している。
また、この第1の実施形態では、制駆動力補正指令値演算部49(特に制駆動力増加禁止モードや制駆動力減少制御モード)は、グリップ特性パラメータが低下すると該グリップ特性パラメータを増大させるように車両挙動制御用アクチュエータを制御することを実現している。さらに、旋回アシスト指令値演算部51(操舵反力付加制御)は、グリップ特性パラメータが低下すると該グリップ特性パラメータを増大させるように車両挙動制御用アクチュエータを制御することを実現している。
また、この第1の実施形態では、制駆動力補正指令値演算部49(特に制駆動力増加禁止モードや制駆動力減少制御モード)は、グリップ特性パラメータが低下すると該グリップ特性パラメータを増大させるように車両挙動制御用アクチュエータを制御することを実現している。さらに、旋回アシスト指令値演算部51(操舵反力付加制御)は、グリップ特性パラメータが低下すると該グリップ特性パラメータを増大させるように車両挙動制御用アクチュエータを制御することを実現している。
また、この第1の実施形態では、旋回アシスト指令値演算部51(操舵反力付加制御)は、グリップ特性パラメータが低下すると車輪のスリップ角を減少させるように車両挙動制御用アクチュエータを制御することを実現している。
また、この第1の実施形態では、車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するための車両接地面摩擦状態推定方法において、接地面において第1の方向から前記車輪に作用する第1の車輪力と該車輪の第1の車輪スリップ度との比である第1の入力を設定する第1の入力ステップと、接地面において前記第1の方向とは異なる第2の方向から前記車輪に作用する第2の車輪力と該車輪の第2の車輪スリップ度との比である第2の入力を設定する第2の入力ステップと、前記第1及び第2の入力ステップで設定した各入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力ステップと、を有する車両接地面摩擦状態推定方法を実現している。
また、この第1の実施形態では、車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するための車両接地面摩擦状態推定方法において、接地面において第1の方向から前記車輪に作用する第1の車輪力と該車輪の第1の車輪スリップ度との比である第1の入力を設定する第1の入力ステップと、接地面において前記第1の方向とは異なる第2の方向から前記車輪に作用する第2の車輪力と該車輪の第2の車輪スリップ度との比である第2の入力を設定する第2の入力ステップと、前記第1及び第2の入力ステップで設定した各入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力ステップと、を有する車両接地面摩擦状態推定方法を実現している。
(第1の実施形態における効果)
(1)第1の入力部が、接地面において第1の方向から車輪に作用する第1の車輪力と該車輪の第1の車輪スリップ度との比である第1の入力を設定している。また、第2の入力部が、接地面において第1の方向とは異なる第2の方向から車輪に作用する第2の車輪力と該車輪の第2の車輪スリップ度との比である第2の入力を設定している。そして、出力部が、第1及び第2の入力部で設定した第1入力と第2入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決めている。
(1)第1の入力部が、接地面において第1の方向から車輪に作用する第1の車輪力と該車輪の第1の車輪スリップ度との比である第1の入力を設定している。また、第2の入力部が、接地面において第1の方向とは異なる第2の方向から車輪に作用する第2の車輪力と該車輪の第2の車輪スリップ度との比である第2の入力を設定している。そして、出力部が、第1及び第2の入力部で設定した第1入力と第2入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決めている。
車輪力と車輪スリップ度との比を用いてタイヤ特性(車輪のグリップ特性)を整理すると、路面μ変化の影響をキャンセルしつつ、タイヤ特性を取得することができる。さらに、車輪力の作用方向がどのような方向でも、路面μ変化の影響をキャンセルしつつ、タイヤ特性を取得することができる。このようなことから、第1及び第2の方向についての車輪力と車輪スリップ度がわかれば、その比を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを取得できる。これにより、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータを基に、グリップ状態を適切に推定できる。そして、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、グリップ状態を適切に推定できるため、摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
また、制駆動力とスリップ率との関係だけからグリップ特性パラメータを得たり、横力とスリップ角との関係だけからグリップ特性パラメータを得たりすることも考えられる。すなわち、タイヤの前後方向のみ又は横方向のみといったように車輪の一方向に力が作用している場合を前提としてグリップ特性パラメータを得ることも考えられる。しかし、旋回中に大きく加速するような場合や制動中に操舵する場合には、グリップ特性パラメータの検出精度が低下してしまう恐れがある。これに対して、車輪に作用する2つの方向それぞれについての車輪力と車輪スリップ度との関係からグリップ特性パラメータを得ることで、旋回中に大きく加速するようなシーン等でも、グリップ特性パラメータを高い精度で得ることができる。
(2)グリップ特性パラメータ(μ勾配)を、車輪スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率としている。
これにより、車輪スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率を基に、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(3)出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成している。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
これにより、車輪スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率を基に、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(3)出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成している。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(4)出力部を、第1の車輪力が第1の車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域における該第1の車輪力と該第1の車輪スリップ度との比、及び第2の車輪力が第2の車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域における該第2の車輪力と該第2の車輪スリップ度との比を基に、グリップ特性パラメータを決めるように構成している。
ここで、車輪力、車輪スリップ度及びグリップ特性パラメータとの間の関係を、車輪力が車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域で、車輪力と車輪スリップ度との比とグリップ特性パラメータとの間に所定の関係があるものとして整理できる。よって、出力部を、そのような所定の関係を基にグリップ特性パラメータを決めるように構成しているから、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
ここで、車輪力、車輪スリップ度及びグリップ特性パラメータとの間の関係を、車輪力が車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域で、車輪力と車輪スリップ度との比とグリップ特性パラメータとの間に所定の関係があるものとして整理できる。よって、出力部を、そのような所定の関係を基にグリップ特性パラメータを決めるように構成しているから、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(5)出力部を、2つの入力により表される2つの入力変数と出力により表される出力変数との間の所定の非線形関係に応じて、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比からグリップ特性パラメータを決めるように構成している。また、グリップ特性パラメータを、タイヤの摩擦限界までの余裕度を表す値としている。
ここで、車輪力、車輪スリップ度及びグリップ特性パラメータとの間の関係を、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比を基に(2つの入力変数を基に)、グリップ特性パラメータ(出力変数)を得ることができるものとして整理できる。また、グリップ特性パラメータは、タイヤの摩擦限界までの余裕度を表す値として整理できる。よって、出力部を、そのような所定の関係を基にグリップ特性パラメータを決めるように構成しているから、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(6)2つの入力変数と出力変数との間の所定の非線形関係を、特性曲面又は数式の形としている。
このように出力部を簡単な構成にすることで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(7)第1の車輪スリップ度を、地面に対する第1の車輪力の方向における該地面に対する車輪のスリップの度合いとしている。また、第2の車輪スリップ度を、地面に対する第2の車輪力の方向における該地面に対する車輪のスリップの度合いとしている。また、グリップ特性パラメータを、車輪のグリップ性能を表す変数としている。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成している。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このように出力部を簡単な構成にすることで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(7)第1の車輪スリップ度を、地面に対する第1の車輪力の方向における該地面に対する車輪のスリップの度合いとしている。また、第2の車輪スリップ度を、地面に対する第2の車輪力の方向における該地面に対する車輪のスリップの度合いとしている。また、グリップ特性パラメータを、車輪のグリップ性能を表す変数としている。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成している。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(8)第1の車輪スリップ度を、地面に対する第1の車輪力の方向の車輪接地面の相対速度ベクトルを表す量としている。また、第2の車輪スリップ度を、地面に対する第2の車輪力の方向の車輪接地面の相対速度ベクトルを表す量としている。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからグリップ特性パラメータを決めるように構成している。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(9)第1の車輪力を、タイヤに作用する第1の方向のタイヤ力としている。また、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比を、第1の車輪スリップ度に対する第1の方向のタイヤ力の比としている。また、第2の車輪力を、タイヤに作用する第2の方向のタイヤ力としている。また、第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比を、第2の車輪スリップ度に対する第2の方向のタイヤ力の比としている。また、第1の車輪力と第2の車輪力とを合成した方向に発生する車輪スリップ度を合成車輪スリップ度とし、第1の車輪力と前記第2の車輪力とを合成したタイヤ力を合成タイヤ力としたときに、グリップ特性パラメータが、合成車輪スリップ度に対する合成タイヤ力のタイヤ特性曲線の勾配を表している。そして、出力部を、地面の摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけからタイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成している。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(10)タイヤ特性曲線が、合成車輪スリップ度が小さくなる小スリップ領域において該合成車輪スリップ度の絶対値が零から増大するとき、合成タイヤ力が零から線形に増大する線形部分を有している。また、タイヤ特性曲線が、合成車輪スリップ度の絶対値が小スリップ領域を超えて増大する大スリップ領域において該合成車輪スリップ度の絶対値が増大するとき、合成タイヤ力が非線形に変化する非線形部分を有している。また、タイヤ特性曲線が、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が増大するとき、グリップ特性パラメータが零から最大パラメータ値まで増大するものとなる。また、最大パラメータ値が、タイヤ特性曲線の線形部分の勾配を表している。そして、出力部を、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比からタイヤ特性曲線の非線形部分の勾配を決めるように構成している。
これにより、合成車輪スリップ度と合成タイヤ力との関係として、グリップ特性パラメータとしてのタイヤ特性曲線の非線形部分の勾配を決めることができる。
これにより、合成車輪スリップ度と合成タイヤ力との関係として、グリップ特性パラメータとしてのタイヤ特性曲線の非線形部分の勾配を決めることができる。
(11)タイヤ特性曲線が、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含んでいる。また、グリップ特性パラメータが、高摩擦タイヤ特性曲線及び低摩擦タイヤ特性曲線のタイヤ特性曲線の勾配を表している。また、入力部が、タイヤ力の現在値と車輪スリップ度の現在値から車輪力と車輪スリップ度との比の現在値を求めている。また、出力部を、車輪力と車輪スリップ度との比の現在値からグリップ特性パラメータの現在値を決定するように構成している。ここで、出力部を、タイヤ力の現在値と車輪スリップ度の現在値に対応する高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値及びタイヤ力の現在値と車輪スリップ度の現在値に対応する低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じでグリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するように構成している。
すなわち、タイヤ特性曲線が、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含む、といった地面の摩擦係数を必要としない構成を実現している。これにより、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(12)タイヤ特性曲線が、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表す特性曲線である。また、出力部を、地面の路面摩擦係数を用いずに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比だけから前記タイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成している。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このように地面の摩擦係数を必要としない構成により、地面の摩擦係数毎のマップを必要としない等の簡単な構成を実現し、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(13)グリップ特性パラメータを、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が所定のクリティカルレシオ値から増大するときに増大する関数としている。
このようにグリップ特性パラメータを関数として表現したことで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このようにグリップ特性パラメータを関数として表現したことで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(14)所定のクリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域では、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が増加すると、その車輪力とスリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するようにグリップ特性パラメータが非線形に増大するようになっている。
このようにグリップ特性パラメータを所定の特性を有するものして表現したことで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このようにグリップ特性パラメータを所定の特性を有するものして表現したことで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(15)第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比が所定のクリティカルレシオ値に等しいとき、グリップ特性パラメータが、所定のクリティカルパラメータ値に等しくなる。また、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が所定のクリティカルレシオ値より下に減少したとき、グリップ特性パラメータが、所定のクリティカルパラメータ値より下に減少する。さらに、第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比がともに所定のクリティカルレシオ値より上に増大すると、グリップ特性パラメータが、所定のクリティカルパラメータ値より上に増大する。
このようにグリップ特性パラメータを所定の特性でより明確化したことで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このようにグリップ特性パラメータを所定の特性でより明確化したことで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(16)第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかを、車輪に作用する前後力又は制駆動力にしている。
車輪に作用する前後力又は制駆動力の情報は、通常、車両において容易に取得できる情報である。これにより、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。(17)第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかを、前後力又は制駆動力にしている。また、前後力又は制駆動力である第1の車輪力又は第2の車輪力に対応する第1の車輪スリップ度及び第2の車輪スリップ度の何れかを、車輪の前後方向スリップ度にしている。さらに、第1の入力及び第2の入力の何れかを、前後力又は制駆動力を前後方向スリップ度で除した値にしている。
これにより、前後力又は制駆動力を前後方向スリップ度で除した値からグリップ特性パラメータを決めることができることを利用できる。この結果、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
車輪に作用する前後力又は制駆動力の情報は、通常、車両において容易に取得できる情報である。これにより、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。(17)第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかを、前後力又は制駆動力にしている。また、前後力又は制駆動力である第1の車輪力又は第2の車輪力に対応する第1の車輪スリップ度及び第2の車輪スリップ度の何れかを、車輪の前後方向スリップ度にしている。さらに、第1の入力及び第2の入力の何れかを、前後力又は制駆動力を前後方向スリップ度で除した値にしている。
これにより、前後力又は制駆動力を前後方向スリップ度で除した値からグリップ特性パラメータを決めることができることを利用できる。この結果、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
(18)前後方向スリップ度を、車輪のスリップ率にしている。車輪のスリップ率の情報は、通常、車両において容易に取得できる情報である。これにより、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
(19)第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかを、車輪に作用するタイヤ横力又はコーナリングフォースにしている。
車輪に作用するタイヤ横力又はコーナリングフォースの情報は、通常、車両において容易に取得できる情報である。これにより、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
(19)第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかを、車輪に作用するタイヤ横力又はコーナリングフォースにしている。
車輪に作用するタイヤ横力又はコーナリングフォースの情報は、通常、車両において容易に取得できる情報である。これにより、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
(20)第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかを、タイヤ横力又はコーナリングフォースにしているまた、タイヤ横力又はコーナリングフォースである第1の車輪力又は第2の車輪力に対応する第1の車輪スリップ度及び第2の車輪スリップ度の何れかを、横方向スリップ度にしている。さらに、第1の入力及び第2の入力の何れかを、タイヤ横力又はコーナリングフォースを横方向スリップ度で除した値にしている。
これにより、タイヤ横力又はコーナリングフォースを横方向スリップ度で除した値からグリップ特性パラメータを決めることができることを利用できる。この結果、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
これにより、タイヤ横力又はコーナリングフォースを横方向スリップ度で除した値からグリップ特性パラメータを決めることができることを利用できる。この結果、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
(21)横方向スリップ度を、車輪のスリップ角にしている。車輪のスリップ角の情報は、通常、車両において容易に取得できる情報である。これにより、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を容易に推定できる。
(22)車輪力を、左右2輪の車輪力の合成力にしている。これにより、平均化された車輪力を用いることで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(22)車輪力を、左右2輪の車輪力の合成力にしている。これにより、平均化された車輪力を用いることで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(23)第1及び第2の入力を、無次元の値にしている。また、入力部を、車輪力と車輪スリップ度との比を基準となる比で除して無次元の入力を設定するように構成している。
これにより、一般化した処理とすることができ、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(24)グリップ特性パラメータを、無次元の値にしている。また、出力部を、グリップ特性パラメータ基準値で割って無次元の値を決めるように構成している。
これにより、無次元化したことで一般化した処理とすることができ、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
これにより、一般化した処理とすることができ、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(24)グリップ特性パラメータを、無次元の値にしている。また、出力部を、グリップ特性パラメータ基準値で割って無次元の値を決めるように構成している。
これにより、無次元化したことで一般化した処理とすることができ、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(25)出力部を、2つの入力と出力の所定の関係に従って2つの入力から出力を決めるように構成している。また、2つの入力と出力との関係を、第1の入力である第1の車輪力と第1のスリップ度との比を表す第1軸、第2の入力である第2の車輪力と第2のスリップ度との比を表す第2軸、グリップ特性パラメータを表す第3軸を有する三次元座標系における三次元曲面で表している。
このように出力部を簡単な構成にすることで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このように出力部を簡単な構成にすることで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(26)第1軸を、横力又はコーナリングフォースと横方向スリップ度との比、及び前後力又は制駆動力と前後方向スリップ度との比の何れか一方にしている。また、第2軸を、横力又はコーナリングフォースと横方向スリップ度との比、及び前後力又は制駆動力と前後方向スリップ度との比の何れか他方にしている。
このように出力部を簡単な構成にすることで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このように出力部を簡単な構成にすることで、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(27)第1〜第3軸の表す値を無次元の値にしている。すなわち、第1及び第2軸を、各軸方向の車輪力と車輪スリップ度との比を基準となる比で割って無次元の値を決めるように構成している。また、第3軸を、グリップ特性パラメータをグリップ特性パラメータ基準値で割って無次元の値を決めるように構成している。
これにより、無次元化したことで一般化した処理とすることができ、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
これにより、無次元化したことで一般化した処理とすることができ、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(28)入力部が、第1の車輪力を検出する第1の車輪力検出部と、第1の車輪スリップ度を検出する第1の車輪スリップ度検出部と、第1の車輪力検出部が検出した第1の車輪力を第1の車輪スリップ度検出部が検出した第1の車輪スリップ度で割って第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比を求める第1の除算部と、を備えている。また、入力部が、第2の車輪力を検出する第2の車輪力検出部と、第2の車輪スリップ度を検出する第2の車輪スリップ度検出部と、第2の車輪力検出部が検出した第2の車輪力を第2の車輪スリップ度検出部が検出した第2の車輪スリップ度で割って第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比を求める第2の除算部と、を備えている。
このような構成により、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
このような構成により、グリップ状態及び摩擦限界に対する余裕度を適切に推定できる。
(29)輪荷重検出部が、車輪の輪荷重を求めている。また、補正部が、輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、入力と出力の関係を補正している。
これにより、輪荷重に影響されず、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
(30)輪荷重変化補正部が、輪荷重に応じて補正係数を算出している。また、補正部が、第1及び第2の入力をそれぞれ補正係数で除して補正をし、補正した第1及び第2の入力を基に決めた出力に補正係数を掛けて補正をしている。
これにより、輪荷重を基に、適切に補正したグリップ特性パラメータを得ることができる。この結果、輪荷重に影響されず、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
これにより、輪荷重に影響されず、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
(30)輪荷重変化補正部が、輪荷重に応じて補正係数を算出している。また、補正部が、第1及び第2の入力をそれぞれ補正係数で除して補正をし、補正した第1及び第2の入力を基に決めた出力に補正係数を掛けて補正をしている。
これにより、輪荷重を基に、適切に補正したグリップ特性パラメータを得ることができる。この結果、輪荷重に影響されず、高い精度でグリップ特性パラメータを得ることができる。
(31)輪荷重が大きくなるほど補正係数を大きくしている。これにより、輪荷重が大きくなるほどグリップ力が増加することに対応させたグリップ特性パラメータを得ることができる。
(32)輪荷重が大きくなるほど、補正係数の増加割合を減少させている。これにより、輪荷重が大きくなるほどグリップ力の増加割合が減少することに対応させたグリップ特性パラメータを得ることができる。
(32)輪荷重が大きくなるほど、補正係数の増加割合を減少させている。これにより、輪荷重が大きくなるほどグリップ力の増加割合が減少することに対応させたグリップ特性パラメータを得ることができる。
(33)制御部が、グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値以下のクリティカル領域においては、グリップ特性パラメータを所定のクリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を行っている。また、制御部が、グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値より大きいが所定のクリティカルパラメータ値より大の所定のパラメータしきい値より小のマージナル領域においては、グリップ特性パラメータを所定のクリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を行っている。
これにより、グリップリカバリー制御では、運転者にステアリングホイールの切り戻しを促す等して、グリップ力を確保することができる。さらに、グリップ低下予防制御では、運転者によるステアリングホイールの切り増し過ぎを防止し、グリップ力の低下を防止することができる。
これにより、グリップリカバリー制御では、運転者にステアリングホイールの切り戻しを促す等して、グリップ力を確保することができる。さらに、グリップ低下予防制御では、運転者によるステアリングホイールの切り増し過ぎを防止し、グリップ力の低下を防止することができる。
(34)制御部が、グリップ特性パラメータが所定のパラメータしきい値より大きいときには、グリップ状態制御を行っている。ここで、グリップ状態制御は、通常のグリップ状態が確保されているときの制御である。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、通常のグリップ状態が確保されている場合に適合させた制御を実施することができる。
(35)スタビリティ推定部が、グリップ特性パラメータを基に、車両スタビリティを表す車両スタビリティパラメータを推定している
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を安定化させる制御を実現できる。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、通常のグリップ状態が確保されている場合に適合させた制御を実施することができる。
(35)スタビリティ推定部が、グリップ特性パラメータを基に、車両スタビリティを表す車両スタビリティパラメータを推定している
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を安定化させる制御を実現できる。
(36)入力部を、車両の第1車輪における第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比と、車両の第2車輪の第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比とを設定するように構成している。また、出力部を、第1車輪の第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比から第1車輪のグリップ特性パラメータを求めるように構成している。また、出力部を、第2車輪の第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比から第2車輪のグリップ特性パラメータを求めるように構成している。また、スタビリティ推定部が、第1車輪のグリップ特性パラメータ及び第2車輪のグリップ特性パラメータを基に、車両スタビリティパラメータを推定している。
これにより、異なる第1車輪と第2車輪のグリップ特性パラメータを基に、車両スタビリティパラメータを推定できる。すなわち、第1車輪と第2車輪との間のグリップ特性の違いから、車両スタビリティパラメータを推定できる。
これにより、異なる第1車輪と第2車輪のグリップ特性パラメータを基に、車両スタビリティパラメータを推定できる。すなわち、第1車輪と第2車輪との間のグリップ特性の違いから、車両スタビリティパラメータを推定できる。
(37)第1車輪と第2車輪との関係を、前後輪となる関係又は左右輪となる関係の何れかにしている。
これにより、前後輪又は左右輪のグリップ特性の違いから、車両スタビリティパラメータを推定できる。
(38)スタビリティ制御部が、車両スタビリティパラメータを基に、車両を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
これにより、前後輪又は左右輪のグリップ特性の違いから、車両スタビリティパラメータを推定できる。
(38)スタビリティ制御部が、車両スタビリティパラメータを基に、車両を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
(39)車両挙動推定部が、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を推定することを実現している。
(40)グリップ特性パラメータを前後方向成分と横方向成分とに分解する分解部を備えている。さらに、車両挙動推定部が、分解部が分解した前後方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の前後方向挙動を推定する前後挙動推定部及び分解部が分解した横方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の横方向挙動を推定する横挙動推定部のうちの少なくとも一方を備えている。
これにより、グリップ特性パラメータを前後方向成分と横方向成分とに分解して、前後方向成分のグリップ特性パラメータや横方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の前後方向挙動や横方向挙動を個別に推定できる。
(40)グリップ特性パラメータを前後方向成分と横方向成分とに分解する分解部を備えている。さらに、車両挙動推定部が、分解部が分解した前後方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の前後方向挙動を推定する前後挙動推定部及び分解部が分解した横方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の横方向挙動を推定する横挙動推定部のうちの少なくとも一方を備えている。
これにより、グリップ特性パラメータを前後方向成分と横方向成分とに分解して、前後方向成分のグリップ特性パラメータや横方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の前後方向挙動や横方向挙動を個別に推定できる。
(41)横挙動推定部が、車両の第1車輪のグリップ特性パラメータの横方向成分及び車両の第2車輪のグリップ特性パラメータの横方向成分を基に、車両の横方向挙動を推定している。
異なる第1車輪と第2車輪のグリップ特性パラメータの横方向成分を基に車両の横方向挙動を推定することで、車両の横方向挙動を適切に推定できる。
異なる第1車輪と第2車輪のグリップ特性パラメータの横方向成分を基に車両の横方向挙動を推定することで、車両の横方向挙動を適切に推定できる。
(42)車両挙動制御部が、車両挙動推定部が推定した車両挙動を基に、車両挙動を制御している。例えば、前後挙動推定部及び横方向推定部のうちの少なくとも一方の推定結果を基に、車両の前後方向挙動及び横方向挙動のうちの少なくとも一方を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
(43)車両挙動制御部が、車両挙動推定部が推定した車両挙動を基に、車両挙動制御用アクチュエータ(EPSモータ7)を制御し、車両挙動を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
(44)車両挙動制御用アクチュエータ(EPSモータ7)を、運転者の操舵力をアシストする操舵力アシスト用アクチュエータや車両の車輪舵角を制御する車輪舵角制御用アクチュエータとしている。
これにより、運転者の操舵力をアシストしたり、車両の車輪舵角を制御したりすることで、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
(44)車両挙動制御用アクチュエータ(EPSモータ7)を、運転者の操舵力をアシストする操舵力アシスト用アクチュエータや車両の車輪舵角を制御する車輪舵角制御用アクチュエータとしている。
これにより、運転者の操舵力をアシストしたり、車両の車輪舵角を制御したりすることで、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
(45)車両挙動制御部が、グリップ特性パラメータが低下すると該グリップ特性パラメータを増大させるように車両挙動制御用アクチュエータ(制駆動モータ21)を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータを増大させて、グリップ力を回復させることができる。すなわち、グリップ特性パラメータを増大させることで、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
これにより、グリップ特性パラメータを増大させて、グリップ力を回復させることができる。すなわち、グリップ特性パラメータを増大させることで、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
(46)車両挙動制御部が、グリップ特性パラメータが低下するとタイヤスリップ角を減少させるように車両挙動制御用アクチュエータを制御している。
これにより、タイヤスリップ角を減少させて、グリップ力を回復させることができる。すなわち、タイヤスリップ角を減少させることで、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
これにより、タイヤスリップ角を減少させて、グリップ力を回復させることができる。すなわち、タイヤスリップ角を減少させることで、車両挙動を安定化させる制御をすることができる。
(47)車両挙動推定部が、グリップ特性パラメータを基に、車両旋回特性を推定している。そして、車両挙動制御部が、車両挙動推定部が推定した車両旋回特性を基に、車両の旋回挙動を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータを基に車両旋回特性を推定し、推定した車両旋回特性を基に、車両の旋回挙動を安定化させる制御をすることができる。
これにより、グリップ特性パラメータを基に車両旋回特性を推定し、推定した車両旋回特性を基に、車両の旋回挙動を安定化させる制御をすることができる。
(48)車両挙動推定部が、グリップ特性パラメータから車両のドリフトアウト傾向及び車両のスピン傾向のうちの少なくとも一方を推定している。そして、車両挙動制御部が、車両挙動推定部が推定した車両のドリフトアウト傾向及び車両のスピン傾向のうちの少なくとも一方の傾向を低下させるように車両の旋回挙動を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両のドリフトアウト傾向や車両のスピン傾向を低下させて車両の旋回挙動を安定化させる制御をすることができる。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両のドリフトアウト傾向や車両のスピン傾向を低下させて車両の旋回挙動を安定化させる制御をすることができる。
(49)車輪トルク制御部(制駆動モータECU22及び制駆動力補正指令値演算部49)が、グリップ特性パラメータを基に、車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御している。
これにより、車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御することで、車輪のグリップ特性を制御することができる。この結果、車輪のグリップ特性を所望の特性にすることができる。
これにより、車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御することで、車輪のグリップ特性を制御することができる。この結果、車輪のグリップ特性を所望の特性にすることができる。
(50)車輪トルク制御部が、グリップ特性パラメータの前後方向成分を基に、車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータの前後方向成分を用いることで、適切に車輪の制動トルクや駆動トルクを制御することができる。
(51)車輪トルク制御部が、車輪トルクを制御する車輪トルク制御用アクチュエータ(制駆動モータ21)を制御している。
これにより、車輪トルク制御用アクチュエータを制御して、適切に車輪の制動トルクや駆動トルクを制御することができる。
これにより、グリップ特性パラメータの前後方向成分を用いることで、適切に車輪の制動トルクや駆動トルクを制御することができる。
(51)車輪トルク制御部が、車輪トルクを制御する車輪トルク制御用アクチュエータ(制駆動モータ21)を制御している。
これにより、車輪トルク制御用アクチュエータを制御して、適切に車輪の制動トルクや駆動トルクを制御することができる。
(52)車輪トルク制御部が、グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値より低下すると、該グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値(所定のしきい値Kx2)より大きくなるまで車輪トルクを減少させるように、車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御している。
これにより、車輪の制動トルクや駆動トルクを制御し、車輪のグリップ特性を所望の特性にすることとして、グリップ力を回復させることができる。
これにより、車輪の制動トルクや駆動トルクを制御し、車輪のグリップ特性を所望の特性にすることとして、グリップ力を回復させることができる。
(53)車輪トルク制御部が、グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値(所定のしきい値Kx2)より大きく、所定のしきい値(所定のしきい値Kx1)より小の領域にあるとき、車輪トルクの増大を抑制するように、車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御している。
これにより、車輪の制動トルクや駆動トルクを制御し、車輪のグリップ特性を所望の特性にすることとして、グリップ力の低下を防止できる。
これにより、車輪の制動トルクや駆動トルクを制御し、車輪のグリップ特性を所望の特性にすることとして、グリップ力の低下を防止できる。
(54)車輪トルク制御部が、グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値より大きい場合に運転者の前後力増大要求があると、該グリップ特性パラメータが所定のしきい値より小になるまで、車輪トルクを増大させるように、車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御している。
これにより、車輪の制動トルクや駆動トルクを制御して、グリップ力の低下を防止しつつ、運転者の意思に合致した制駆動力を発生させることができる。(55)所定のクリティカルパラメータ値を、零に等しい値にしている。これにより、グリップ特性パラメータが零付近でグリップ力が飽和することに対応させて、車輪の制動トルクや駆動トルクを制御することができる。
これにより、車輪の制動トルクや駆動トルクを制御して、グリップ力の低下を防止しつつ、運転者の意思に合致した制駆動力を発生させることができる。(55)所定のクリティカルパラメータ値を、零に等しい値にしている。これにより、グリップ特性パラメータが零付近でグリップ力が飽和することに対応させて、車輪の制動トルクや駆動トルクを制御することができる。
(第2の実施形態)
(構成)
図46は、第2の実施形態の車両の概略構成を示す。また、図47は、車両が備える車両走行状態推定装置8の内部構成を示す。図46及び図47に示すように、第2の実施形態の車両の基本的構成は、前記図30及び図31に示した第1の実施形態の車両の構成と基本的には同一である。しかし、第2の実施形態では、各車輪11FL〜11RRにハブセンサ71FL〜71RRを備えている。一方、第2の実施形態では、EPSに係るEPSECU6、EPSモータ7及び旋回特性演算部50を搭載していない。以下の説明では、第2の実施形態の車両において、前記第1の実施形態の車両の構成と同一符号を付してある構成については、特に言及しない限りは同一である。なお、以下に説明するが、第2の実施形態では、各車輪11FL〜11RRそれぞれを制駆動力制御しているため、その点で、第1の実施形態とは、各構成部の処理が異なっている。
(構成)
図46は、第2の実施形態の車両の概略構成を示す。また、図47は、車両が備える車両走行状態推定装置8の内部構成を示す。図46及び図47に示すように、第2の実施形態の車両の基本的構成は、前記図30及び図31に示した第1の実施形態の車両の構成と基本的には同一である。しかし、第2の実施形態では、各車輪11FL〜11RRにハブセンサ71FL〜71RRを備えている。一方、第2の実施形態では、EPSに係るEPSECU6、EPSモータ7及び旋回特性演算部50を搭載していない。以下の説明では、第2の実施形態の車両において、前記第1の実施形態の車両の構成と同一符号を付してある構成については、特に言及しない限りは同一である。なお、以下に説明するが、第2の実施形態では、各車輪11FL〜11RRそれぞれを制駆動力制御しているため、その点で、第1の実施形態とは、各構成部の処理が異なっている。
スリップ率推定部42は、車輪速センサ5が検出した各車輪11FL〜11RRの車輪速及び車体速度演算部41が算出した車体速度を基に、各車輪11FL〜11RRそれぞれのスリップ率λfl,λfr,λrl,λrrを算出する。スリップ率推定部42は、その算出結果をFx/λ演算部46に出力する。
制駆動力推定部43は、制駆動モータ21FL〜21RRの回転速度及び電流値を基に、各車輪11FL〜11RRそれぞれの制駆動力Fxfl,Fxfr,Fxrl,Fxrrを算出する。具体的には、前記第1の実施形態では、前後輪についての制駆動力Fxf,Fxrを得るために、制駆動力推定部43が、左右2輪の制駆動トルクTTirの合計値を得ている。これに対して、第2の実施形態では、左右2輪の制駆動トルクTTirを加算することなく、制駆動力推定部43は、各車輪11FL〜11RRの制駆動モータ21FL〜21RRの制駆動トルクTTirを得ている。そして、制駆動力推定部43は、それら各車輪11FL〜11RRについて得た各制駆動トルクTTirをタイヤ動半径倍して、各車輪11FL〜11RRそれぞれの制駆動力Fxfl〜Fxrrを算出する。制駆動力推定部43は、その算出結果(推定結果)をFx/λ演算部46に出力する。
制駆動力推定部43は、制駆動モータ21FL〜21RRの回転速度及び電流値を基に、各車輪11FL〜11RRそれぞれの制駆動力Fxfl,Fxfr,Fxrl,Fxrrを算出する。具体的には、前記第1の実施形態では、前後輪についての制駆動力Fxf,Fxrを得るために、制駆動力推定部43が、左右2輪の制駆動トルクTTirの合計値を得ている。これに対して、第2の実施形態では、左右2輪の制駆動トルクTTirを加算することなく、制駆動力推定部43は、各車輪11FL〜11RRの制駆動モータ21FL〜21RRの制駆動トルクTTirを得ている。そして、制駆動力推定部43は、それら各車輪11FL〜11RRについて得た各制駆動トルクTTirをタイヤ動半径倍して、各車輪11FL〜11RRそれぞれの制駆動力Fxfl〜Fxrrを算出する。制駆動力推定部43は、その算出結果(推定結果)をFx/λ演算部46に出力する。
図46に示すハブセンサ71FL〜71RRは、各車輪11FL〜11RRにかかる横方向の力を検出する。ハブセンサ71FL〜71RRは、その検出結果を車両走行状態推定装置8(横力推定部45)に出力する。
車両走行状態推定装置8では、横力推定部45が、ハブセンサ71FL〜71RRの検出結果を基に、各車輪11FL〜11RRそれぞれの横力Fyfl,Fyfr,Fyrl,Fyrrを算出する。横力推定部45は、その算出結果をFy/βt演算部47に出力する。
車両走行状態推定装置8では、横力推定部45が、ハブセンサ71FL〜71RRの検出結果を基に、各車輪11FL〜11RRそれぞれの横力Fyfl,Fyfr,Fyrl,Fyrrを算出する。横力推定部45は、その算出結果をFy/βt演算部47に出力する。
図47に示すタイヤスリップ角推定部44は、前記第1の実施形態と同様に、車体スリップ角(車両の横滑り角)βを推定し、その推定した車体スリップ角βを前後輪それぞれのスリップ角(タイヤスリップ角)βtに変換している。
図48は、車両の横滑り角(スリップ角)を推定するためのタイヤスリップ角推定部44の構成例を示す。図48は、β推定補償器63及び補償ゲインK2を備えない構成例を示す。
図48は、車両の横滑り角(スリップ角)を推定するためのタイヤスリップ角推定部44の構成例を示す。図48は、β推定補償器63及び補償ゲインK2を備えない構成例を示す。
また、タイヤスリップ角推定部44は、前輪のスリップ角βtfを前輪の左右2輪それぞれのスリップ角βtfl,βtfrとし、後輪のスリップ角βtrを後輪の左右2輪それぞれのスリップ角βtrl,βtrrとしている。タイヤスリップ角推定部44は、そのようにして得た各車輪11FL〜11RRそれぞれのスリップ角βtfl〜βtrrをFy/βt演算部47に出力する。
Fx/λ演算部46は、スリップ率推定部42及び制駆動力推定部43が算出した各車輪11FL〜11RRのスリップ率λfl〜λrr及び制駆動力Fxfl〜Fxrrを基に、制駆動力Fxfl〜Fxrrとスリップ率λfl〜λrrとの比(Fxfl/λfl〜Fxrr/λrr)を算出する。Fx/λ演算部46は、その算出結果をタイヤグリップ状態演算部48に出力する。また、Fy/βt演算部47は、タイヤスリップ角推定部44及び横力推定部45が算出した各車輪11FL〜11RRのスリップ角βtfl〜βtrr及び横力Fyfl〜Fyrrを基に、横力Fyfl〜Fyrrとスリップ角βtfl〜βtrrとの比(Fyfl/βtfl〜Fyrr/βtrr)を算出する。Fy/βt演算部47は、その算出結果をタイヤグリップ状態演算部48に出力する。
タイヤグリップ状態演算部(μ勾配演算部)48は、Fx/λ演算部46が算出した前後輪の制駆動力Fxfl〜Fxrrとスリップ率λfl〜λrrとの比(Fxfl/λfl〜Fxrr/λrr)、及びFy/βt演算部47が算出した横力Fyfl〜Fyrrとスリップ角βtfl〜βtrrとの比(Fyfl/βtfl〜Fyrr/βtrr)を基に、各車輪11FL〜11RRそれぞれののグリップ状態を推定する。すなわち、各車輪11FL〜11RRそれぞれについてμ勾配を推定する。そのため、タイヤグリップ状態演算部48は、前記図29に示した3Dのμ勾配特性マップを有する。また、タイヤグリップ状態演算部48は、そのような3Dのμ勾配特性マップを各車輪11FL〜11RRそれぞれに対応させて有する。例えば、メモリ等の記憶媒体に3Dのμ勾配特性マップを記憶し、保持している。
これにより、タイヤグリップ状態演算部48は、各車輪11FL〜11RRに対応する3Dのμ勾配特性マップを参照して、各車輪11FL〜11RRの制駆動力Fxfl〜Fxrrとスリップ率λfl〜λrrとの比(Fxfl/λfl〜Fxrr/λrr)及び各車輪11FL〜11RRの横力Fyfl〜Fyrrとスリップ角βtfl〜βtrrとの比(Fyfl/βtfl〜Fyrr/βtrr)を入力として、それに対応する各車輪11FL〜11RRのμ勾配(γ/γ0)を算出(出力)する(図37参照)。
制駆動力補正指令値演算部49は、各車輪11FL〜11RRのμ勾配を基に、各車輪11FL〜11RRの空転及びロックを予防する制御をするための処理を行う。図49は、その処理の一例を示す。図49に示すように、先ずステップS51において、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配が所定のしきい値A1よりも大きいか否かを判定する。所定のしきい値A1は、実験値、経験値又は理論値等である。例えば、所定のしきい値A1は、正値で、任意の値である。また、μ勾配は、γ/γ0として無次元化して得られる値であるところ、所定のしきい値A1は、そのような無次元化した点を考慮した値になる。
ここで、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配が所定のしきい値A1よりも大きい場合(μ勾配>A1)、ステップS52に進む。また、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配が所定のしきい値A1以下の場合(μ勾配≦A1)、ステップS53に進む。
ステップS52では、制駆動力補正指令値演算部49は、グリップ状態(高いグリップ状態)と判断し、通常の制駆動力制御(通常制御モード)を実施する。そのために、制駆動力補正指令値演算部49は、制駆動モータECU22に制駆動力の制御補正指令を出力しないようにする。又は、制駆動力補正指令値演算部49は、制駆動モータECU22に通常の制駆動力制御を実施可能にする制御補正指令を出力する。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、該図49に示す処理を終了する。
ステップS52では、制駆動力補正指令値演算部49は、グリップ状態(高いグリップ状態)と判断し、通常の制駆動力制御(通常制御モード)を実施する。そのために、制駆動力補正指令値演算部49は、制駆動モータECU22に制駆動力の制御補正指令を出力しないようにする。又は、制駆動力補正指令値演算部49は、制駆動モータECU22に通常の制駆動力制御を実施可能にする制御補正指令を出力する。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、該図49に示す処理を終了する。
ステップS53では、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配が所定のしきい値A2Kよりも大きいか否かを判定する。所定のしきい値A2は、実験値、経験値又は理論値等である。また、所定のしきい値A2は、前記所定のしきい値A1未満の値である(A2<A1)。例えば、所定のしきい値A2は、零近傍の値である。また、μ勾配は、γ/γ0として無次元化して得られる値であるところ、所定のしきい値A2は、そのような無次元化した点を考慮した値になる。
ここで、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配が所定のしきい値A2よりも大きい場合(μ勾配>所定のしきい値A2)、ステップS54に進む。また、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配が所定のしきい値A2以下の場合(μ勾配≦所定のしきい値A2)、ステップS55に進む。
ここで、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配が所定のしきい値A2よりも大きい場合(μ勾配>所定のしきい値A2)、ステップS54に進む。また、制駆動力補正指令値演算部49は、μ勾配が所定のしきい値A2以下の場合(μ勾配≦所定のしきい値A2)、ステップS55に進む。
ステップS54では、制駆動力補正指令値演算部49は、グリップ力が飽和点よりは手前であると判断し、現時点よりも制駆動力が大きくなるのを抑制する制駆動力制御(制駆動力増加禁止制御モード)を実施する。そのために、制駆動力補正指令値演算部49は、空転及びロック予防制御として、制駆動モータECU22にアクセル操作やブレーキ操作等に基づく制駆動力の増加を抑制するための制御補正指令を出力する。例えば、アクセル操作やブレーキ操作等に基づく制駆動力の増加分を減算する値の制御補正指令を出力する。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、該図49に示す処理を終了する。
ステップS55では、制駆動力補正指令値演算部49は、グリップ力が飽和した領域にあると判断し、制駆動力を抜いてグリップを回復させる制駆動力制御(制駆動力減少制御モード)を実施する。そのために、制駆動力補正指令値演算部49は、空転及びロック予防制御として、制駆動モータECU22に制駆動力を減少させる制御補正指令を出力する。例えば、アクセル操作やブレーキ操作等があっても、その操作に基づく制駆動力の増加をキャンセルしつつ、制駆動力を減少させる制御補正指令を出力する。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、該図49に示す処理を終了する。
以上のように制駆動力補正指令値演算部49がμ勾配に基づいて処理を行っている。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、各車輪11FL〜11RRそれぞれのμ勾配に基づいてこの処理を行っている。
以上のように制駆動力補正指令値演算部49がμ勾配に基づいて処理を行っている。そして、制駆動力補正指令値演算部49は、各車輪11FL〜11RRそれぞれのμ勾配に基づいてこの処理を行っている。
ところで、前述のように、各車輪11FL〜11RR個別に空転及びロック予防制御すると(前記図49参照)、各車輪11FL〜11RR毎に独立して制駆動力が調整される。そのために、各車輪11FL〜11RR間(例えば左右輪の間)で制駆動トルクに差が生じる。これにより、空転及びロック予防制御に起因して車両が旋回してしまう場合がある。また、そのような空転及びロック予防制御とは無関係に、タイヤの横滑り発生により、操舵に見合った旋回を実現できないこともある。このようなことから、制駆動力補正指令値演算部49及び旋回アシスト指令値演算部51が、そのような車両挙動に対応した処理を行う。図50は、その処理の一例を示す。図50に示すように、先ずステップS61において、制駆動力補正指令値演算部49は、空転及びロック予防制御による左右輪の制駆動トルク差で生じる旋回モーメント(ヨーモーメント)ΔMを算出する。
続いてステップS62において、旋回アシスト指令値演算部51は、車両特性が線形状態であれば発生していると予測される基準ヨーレイトを算出する。具体的には、旋回アシスト指令値演算部51は、車両の線形2輪モデル(前記スリップ角βtの演算で用いたもの)に車速と操舵角を入力し、基準ヨーレイトγbを算出する。
続いてステップS63において、旋回アシスト指令値演算部51は、実際に車両に発生しているヨーレイト(ヨーレイト実測値)γと前記ステップS62で算出した基準ヨーレイトγbとの差分値Δγ(=γ−γb)を算出する。
続いてステップS63において、旋回アシスト指令値演算部51は、実際に車両に発生しているヨーレイト(ヨーレイト実測値)γと前記ステップS62で算出した基準ヨーレイトγbとの差分値Δγ(=γ−γb)を算出する。
続いてステップS64において、制駆動力補正指令値演算部49は、前記ステップS61で算出した旋回モーメントΔM及び前記ステップS63で算出したヨーレイトの差分値Δγを用いて、下記(9)式により旋回アシストトルクMMTRを算出する。
MMTR=ΔM+G×Δγ ・・・(9)
ここで、Gは旋回アシストゲインである。旋回アシストゲインGは、チューニングにより事前に決めておく定数である。
そして、制駆動力補正指令値演算部49は、旋回制御のための指令を制駆動モータECU22に出力する。すなわち、制駆動力補正指令値演算部49は、前記(9)式により算出したMMTRを実現するように、制駆動力左右差を発生させる指令を制駆動モータECU22に出力する。
MMTR=ΔM+G×Δγ ・・・(9)
ここで、Gは旋回アシストゲインである。旋回アシストゲインGは、チューニングにより事前に決めておく定数である。
そして、制駆動力補正指令値演算部49は、旋回制御のための指令を制駆動モータECU22に出力する。すなわち、制駆動力補正指令値演算部49は、前記(9)式により算出したMMTRを実現するように、制駆動力左右差を発生させる指令を制駆動モータECU22に出力する。
ここで、制駆動力左右差を発生させる指令(MMTRを実現する指令)は、μ勾配の高い車輪に制駆動力を発生させる指令である。この制駆動力左右差を発生させる指令は、旋回を抑える場合には、旋回外輪の制動力を増加させる指令、又は旋回内輪の駆動力を増加させる指令となる。また、制駆動力左右差を発生させる指令は、旋回を助長する場合には、旋回外輪の駆動力を増加させる指令、又は旋回内輪の制動力を増加させる指令となる。また、不安定な車両挙動が発生している場合には、減速することが車両挙動を安定化する方向に作用するので、駆動力を増加させず、制動力を増加させることでのみ旋回制御を行う。また、そのような場合でも、運転者が強いアクセル操作があった場合には、運転者の操作を優先し、駆動力を増加させて旋回制御を行う。
(動作及び作用)
図51は、車体走行状態推定装置28での演算処理手順の一例を示す。車体走行状態推定装置28は、この演算処理を車両走行中に実行する。
先ず、車体走行状態推定装置28では、車体速度演算部41が車体速度を算出する(ステップS71)。車体走行状態推定装置28では、スリップ率推定部42がその車体速度を基に、各車輪11FL〜11RRのスリップ率λfl〜λrrを算出する(ステップS72)。さらに、車体走行状態推定装置28では、タイヤスリップ角推定部44が各車輪11FL〜11RRのスリップ角βtfl〜βtrrを算出する(ステップS73)。一方、車体走行状態推定装置28では、制駆動力推定部43が各車輪11FL〜11RRの制駆動力Fxfl〜Fxrrを算出するとともに(ステップS74)、横力推定部45が各車輪11FL〜11RRの横力Fyfl〜Fyrrを算出する(ステップS75)。そして、車体走行状態推定装置28では、Fx/λ演算部46が各車輪11FL〜11RRの制駆動力Fxfl〜Fxrrとスリップ率λfl〜λrrとの比(Fxfl/λfl〜Fxrr/λrr)を算出する(ステップS76)。また、車体走行状態推定装置28では、Fy/βt演算部47が各車輪11FL〜11RRの横力Fyfl〜Fyrとスリップ角βtfl〜βtrrとの比(Fyfl/βtfl〜Fyrr/βtrr)を算出する(ステップS77)。
図51は、車体走行状態推定装置28での演算処理手順の一例を示す。車体走行状態推定装置28は、この演算処理を車両走行中に実行する。
先ず、車体走行状態推定装置28では、車体速度演算部41が車体速度を算出する(ステップS71)。車体走行状態推定装置28では、スリップ率推定部42がその車体速度を基に、各車輪11FL〜11RRのスリップ率λfl〜λrrを算出する(ステップS72)。さらに、車体走行状態推定装置28では、タイヤスリップ角推定部44が各車輪11FL〜11RRのスリップ角βtfl〜βtrrを算出する(ステップS73)。一方、車体走行状態推定装置28では、制駆動力推定部43が各車輪11FL〜11RRの制駆動力Fxfl〜Fxrrを算出するとともに(ステップS74)、横力推定部45が各車輪11FL〜11RRの横力Fyfl〜Fyrrを算出する(ステップS75)。そして、車体走行状態推定装置28では、Fx/λ演算部46が各車輪11FL〜11RRの制駆動力Fxfl〜Fxrrとスリップ率λfl〜λrrとの比(Fxfl/λfl〜Fxrr/λrr)を算出する(ステップS76)。また、車体走行状態推定装置28では、Fy/βt演算部47が各車輪11FL〜11RRの横力Fyfl〜Fyrとスリップ角βtfl〜βtrrとの比(Fyfl/βtfl〜Fyrr/βtrr)を算出する(ステップS77)。
続いて、車体走行状態推定装置28では、タイヤグリップ状態演算部48が、3Dのμ勾配特性マップを基に、μ勾配(グリップ特性パラメータ)を推定する(ステップS78)。すなわち、タイヤグリップ状態演算部48は、各車輪それぞれの3Dのμ勾配特性マップを参照して、制駆動力Fxfl〜Fxrrとスリップ率λfl〜λrrとの比(Fxfl/λfl〜Fxrr/λrr)、及び横力Fyfl〜Fyrrとスリップ角βtfl〜βtrrとの比(Fyfl/βtfl〜Fyrr/βtrr)に対応する各車輪の走行中のμ勾配(γ/γ0)を算出する。そして、車体走行状態推定装置28では、制駆動力補正指令値演算部49が、各車輪11FL〜11RRのμ勾配を基に、各車輪11FL〜11RRの空転及びロックを予防する制駆動力制御を行っている(ステップS78)。さらに、車体走行状態推定装置28では、制駆動力補正指令値演算部49及び旋回アシスト指令値演算部51が、制駆動力を制御して、旋回制御を行っている(ステップS79)。
これにより、車体走行状態推定装置28は、μ勾配(グリップ特性パラメータ)を基に次のように制駆動力制御による空転及びロック予防制御や旋回制御を実施している。
すなわち、車体走行状態推定装置28は、μ勾配が所定のしきい値A1よりも大きいときには(μ勾配>A1)、その条件を満たす車輪がグリップ状態にあると判断して、通常の制駆動力制御(通常制御モード)を実施するようになる(前記ステップS51→ステップS52)。
すなわち、車体走行状態推定装置28は、μ勾配が所定のしきい値A1よりも大きいときには(μ勾配>A1)、その条件を満たす車輪がグリップ状態にあると判断して、通常の制駆動力制御(通常制御モード)を実施するようになる(前記ステップS51→ステップS52)。
また、車体走行状態推定装置28は、μ勾配が所定のしきい値A1以下であり、かつ所定のしきい値A2よりも大きいときには(A1≧μ勾配>A2)、その条件を満たす車輪について、制駆動力が増加するのを禁止する制駆動力制御(空転及びロック予防制御、制駆動力増加禁止制御モード)を実施するようになる(前記ステップS51→ステップS53→ステップS54)。これにより、運転者のアクセル操作やブレーキ操作により制駆動力が増加して、グリップ力が飽和してしまうのを防止することができる。
また、車体走行状態推定装置28は、μ勾配が所定のしきい値A2以下のときには(A2≧μ勾配)、その条件を満たす車輪について、制駆動力を減少させる制駆動力制御(空転及びロック予防制御、制駆動力減少制御モード)を実施している(前記ステップS51→ステップS53→ステップS55)。これにより、グリップ力が飽和している場合でも、グリップ力を回復させることができる。
以上の処理では、つまり、μ勾配を所定のしきい値A1,A2と比較するだけで車輪のグリップ状態を判定している。これにより、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、その摩擦限界に対する余裕度を適切に推定して、その余裕度に合致した制駆動力制御を実施している。
以上の処理では、つまり、μ勾配を所定のしきい値A1,A2と比較するだけで車輪のグリップ状態を判定している。これにより、車輪のグリップ力が限界領域にあるときにも、その摩擦限界に対する余裕度を適切に推定して、その余裕度に合致した制駆動力制御を実施している。
また、車体走行状態推定装置28は、空転及びロック予防制御による左右輪の制駆動トルク差で生じる旋回モーメントΔMを算出する(前記ステップS61)。さらに、車体走行状態推定装置28は、基準ヨーレイトγbを算出し、算出した基準ヨーレイトγbを基に、ヨーレイトの差分値Δγを算出する(前記ステップS62、ステップS63)。そして、車体走行状態推定装置28は、算出した旋回モーメントΔM及びヨーレイトの差分値Δγを基に、旋回アシストトルクMMTRを算出している。そして、車体走行状態推定装置28は、算出した旋回アシストトルクMMTRを基に、μ勾配の高い車輪に制駆動力を発生させて、車両の旋回制御をしている(前記ステップS64)。これにより、空転及びロック予防制御に起因して車両が旋回してしまうのを防止している。さらに、タイヤの横滑りが発生しても、操舵に合致した旋回特性を実現している。
なお、この第2の実施形態では、制駆動力補正指令値演算部49及び旋回アシスト指令値演算部51は、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を推定する車両挙動推定部を実現している。
なお、この第2の実施形態では、制駆動力補正指令値演算部49及び旋回アシスト指令値演算部51は、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を推定する車両挙動推定部を実現している。
(第2の実施形態における効果)
(1)車両挙動推定部が、車両挙動を推定している。また、車両挙動制御部が、車両挙動推定部が推定した車両挙動を基に、車両挙動制御用アクチュエータ(制駆動モータ21)を制御し、車両の旋回挙動を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動(車両の旋回挙動を含む)を安定化させる制御をすることができる。
(1)車両挙動推定部が、車両挙動を推定している。また、車両挙動制御部が、車両挙動推定部が推定した車両挙動を基に、車両挙動制御用アクチュエータ(制駆動モータ21)を制御し、車両の旋回挙動を制御している。
これにより、グリップ特性パラメータを基に、車両挙動(車両の旋回挙動を含む)を安定化させる制御をすることができる。
(2)車両挙動制御用アクチュエータ(制駆動モータ21)を、車両の左右輪の前後力を制御する前後力制御用アクチュエータとしている。
これにより、車両の左右輪の前後力を制御することにより、車両挙動(車両の旋回挙動を含む)を安定化させる制御をすることができる。
(3)制駆動力制御(空転及びロック予防制御)による左右輪の制駆動トルク差で生じる旋回モーメントΔMを基に、車両の旋回制御をしている。
これにより、制駆動力制御(空転及びロック予防制御)に起因して車両が旋回してしまうのを防止できる。
これにより、車両の左右輪の前後力を制御することにより、車両挙動(車両の旋回挙動を含む)を安定化させる制御をすることができる。
(3)制駆動力制御(空転及びロック予防制御)による左右輪の制駆動トルク差で生じる旋回モーメントΔMを基に、車両の旋回制御をしている。
これにより、制駆動力制御(空転及びロック予防制御)に起因して車両が旋回してしまうのを防止できる。
図示の実施形態に関する可能な複数の解釈の一つによると下記のような請求項も可能である。
X1) 車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するためのシステム(装置又は方法)、このシステムは、接地面において第1の方向に於ける前記車輪に作用する第1方向車輪力と該車輪の第1方向車輪スリップ度との比である第1の入力を設定する第1の入力要素(第1入力部または第1入力ステップ)と、接地面において前記第1の方向とは異なる第2の方向に於ける前記車輪に作用する第2方向車輪力と該車輪の第2方向車輪スリップ度との比である第2の入力を設定する第2の入力要素(第2入力部または第2入力ステップ)と、前記第1入力要素で設定した第1の入力及び第2の入力要素で設定した第2入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力要素(出力部またはステップ)部とを備える。
X2) 前記第1方向は車輪前後方向で第2方向は車輪横方向であり、第1入力要素は、第1入力として、前記車輪の前後方向車輪力と前後方向車輪スリップ度との比を求めるよう構成され、第2入力要素は、第2入力として、前記車輪の横方向車輪力と横方向車輪スリップ度との比を求めるよう構成されていることを特徴とする上記の請求項X1に記載のシステム(装置又は方法)。
X1) 車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するためのシステム(装置又は方法)、このシステムは、接地面において第1の方向に於ける前記車輪に作用する第1方向車輪力と該車輪の第1方向車輪スリップ度との比である第1の入力を設定する第1の入力要素(第1入力部または第1入力ステップ)と、接地面において前記第1の方向とは異なる第2の方向に於ける前記車輪に作用する第2方向車輪力と該車輪の第2方向車輪スリップ度との比である第2の入力を設定する第2の入力要素(第2入力部または第2入力ステップ)と、前記第1入力要素で設定した第1の入力及び第2の入力要素で設定した第2入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力要素(出力部またはステップ)部とを備える。
X2) 前記第1方向は車輪前後方向で第2方向は車輪横方向であり、第1入力要素は、第1入力として、前記車輪の前後方向車輪力と前後方向車輪スリップ度との比を求めるよう構成され、第2入力要素は、第2入力として、前記車輪の横方向車輪力と横方向車輪スリップ度との比を求めるよう構成されていることを特徴とする上記の請求項X1に記載のシステム(装置又は方法)。
X3) 前記出力要素は、前記第1入力により表される第1入力変数と前記第2入力により表される第2入力変数の2つの入力変数と前記出力により表される一つの出力変数との間の2入力―1出力の所定の特性関係(例えば図37に示すような関係)を有し、この特性関係に応じて、前記第1方向車輪力と前記第1方向車輪スリップ度との比及び前記第2方向車輪力と前記第2方向車輪スリップ度との比から前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されていることを特徴とする上記の請求項X1又はX2に記載のシステム(装置又は方法)。
X4) 前記グリップ特性パラメータは第1方向と第2方向の中間にある合成方向に於ける合成方向車輪力と合成方向車輪スリップ度との間の特性曲線の勾配を表わすことを特徴とする請求項X1ーX3の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X5) 前記特性関係により定められる前記グリップ特性パラメータは、第1入力と第2入力の少なくとも一方の増大とともに、最小パラメータ値から正の最大パラメータ値まで増大することを特徴とする請求項X3又はX4に記載のシステム(装置又は方法)。
X6) 更に、前記車輪の輪荷重を求める輪荷重検出要素(部またはステップ)及び補正要素(補正部又は補正ステップ)を有し、補正要素は、車輪荷重増大とともに、最大パラメータ値を増大させるように特性関係を補正することを特徴とする請求項X5に記載のシステム(装置又は方法)。
X4) 前記グリップ特性パラメータは第1方向と第2方向の中間にある合成方向に於ける合成方向車輪力と合成方向車輪スリップ度との間の特性曲線の勾配を表わすことを特徴とする請求項X1ーX3の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X5) 前記特性関係により定められる前記グリップ特性パラメータは、第1入力と第2入力の少なくとも一方の増大とともに、最小パラメータ値から正の最大パラメータ値まで増大することを特徴とする請求項X3又はX4に記載のシステム(装置又は方法)。
X6) 更に、前記車輪の輪荷重を求める輪荷重検出要素(部またはステップ)及び補正要素(補正部又は補正ステップ)を有し、補正要素は、車輪荷重増大とともに、最大パラメータ値を増大させるように特性関係を補正することを特徴とする請求項X5に記載のシステム(装置又は方法)。
X7) 第1の入力要素は車両の前二輪用の前記第1入力と後二輪用の前記第1入力を設定し、第2の入力要素 は車両の前二輪用の前記第2入力と後二輪用の前記第2入力を設定し、出力要素は前二輪用の前記第1入力及び第2入力を基に、前二輪用のグリップ特性関係に従って前二輪用のグリップ特性パラメータを決め、また、後二輪用の前記第1入力及び第2入力を基に、後二輪用のグリップ特性関係に従って後二輪用のグリップ特性パラメータを決めることを特徴とする請求項X1ーX6の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X8) 車両は複数(例えば、4,3,2)の車輪を有する車両で、第1の入力要素は各車輪の前記第1入力を設定し、第2の入力要素 は各車輪の前記第2入力を設定し、出力部は各車輪の前記第1入力及び第2入力を基に、各車輪のグリップ特性関係に従って各車輪のグリップ特性パラメータを決める ことを特徴とする請求項X1ーX6の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X8) 車両は複数(例えば、4,3,2)の車輪を有する車両で、第1の入力要素は各車輪の前記第1入力を設定し、第2の入力要素 は各車輪の前記第2入力を設定し、出力部は各車輪の前記第1入力及び第2入力を基に、各車輪のグリップ特性関係に従って各車輪のグリップ特性パラメータを決める ことを特徴とする請求項X1ーX6の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X9) 前記車輪は非操舵輪(例えば後輪)であることを特徴とする請求項X1−X6の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X10) 前記第2入力要素は第2方向の車輪力をヨーレート(例えばヨーレートセンサ2により検出される車両ヨーレート)と横加速度(例えば横加速度センサ2により検出される車両横加速度)の少なくとも一つから演算する第2車輪力演算要素(部またはステップ)(例えば図31の45)を有することを特徴とする請求項X1−X9の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X11) 更に第2方向車輪力を検出する第2方向車輪力センサ(例えばハブセンサ71)を有し、前記第2入力要素は第2方向の車輪力を第2方向車輪力センサの出力信号から決める第2車輪力推定要素(部またはステップ)(例えば図44の45)を有することを特徴とする請求項X1−X9の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X12) 前記第1入力要素は第1方向の車輪力を車輪制駆動力制御用アクチュエータ(例えば制駆動モータ21)の作動状態(例えば回転速度または電流値)から演算する第1車輪力演算要素(43)を有することを特徴とする請求項X1−X11の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X10) 前記第2入力要素は第2方向の車輪力をヨーレート(例えばヨーレートセンサ2により検出される車両ヨーレート)と横加速度(例えば横加速度センサ2により検出される車両横加速度)の少なくとも一つから演算する第2車輪力演算要素(部またはステップ)(例えば図31の45)を有することを特徴とする請求項X1−X9の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X11) 更に第2方向車輪力を検出する第2方向車輪力センサ(例えばハブセンサ71)を有し、前記第2入力要素は第2方向の車輪力を第2方向車輪力センサの出力信号から決める第2車輪力推定要素(部またはステップ)(例えば図44の45)を有することを特徴とする請求項X1−X9の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X12) 前記第1入力要素は第1方向の車輪力を車輪制駆動力制御用アクチュエータ(例えば制駆動モータ21)の作動状態(例えば回転速度または電流値)から演算する第1車輪力演算要素(43)を有することを特徴とする請求項X1−X11の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X13) 前記第1、第2入力要素はいずれもニューマチックトレールをゼロとして車輪力および車輪力と車輪すべり度の比を演算するよう構成されていることを特徴とする請求項X1−X12の一つに記載のシステム(装置又は方法)。なお、前記車輪力(横方向車輪力、前後方向車輪力、合成方向車輪力)は接地面で車輪に作用する力でありニューマチックトレールがゼロであっても車輪力の大きさはゼロにならない。
X14) 前記出力要素は、前記第1入力により表される第1入力変数と前記第2入力により表される第2入力変数の2つの入力変数と前記出力により表される一つの出力変数との間の2入力―1出力の所定の特性関係に応じて、前記第1方向車輪力と前記第1方向車輪スリップ度との比及び前記第2方向車輪力と前記第2方向車輪スリップ度との比から前記グリップ特性パラメータを決めるように構成され、前記特性関係は第2入力変数がゼロに等しい場合は車輪前後方向のグリップ特性曲線を示し、第1入力変数がゼロに等しい場合は車輪横方向のグリップ特性曲線を示し、第1入力変数がゼロに等しくなく(正または負)かつ第2入力変数もゼロに等しくない(正または負)場合は斜め方向のグリップ特性曲線を示すことを特徴とする請求項X1−X13の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
X14) 前記出力要素は、前記第1入力により表される第1入力変数と前記第2入力により表される第2入力変数の2つの入力変数と前記出力により表される一つの出力変数との間の2入力―1出力の所定の特性関係に応じて、前記第1方向車輪力と前記第1方向車輪スリップ度との比及び前記第2方向車輪力と前記第2方向車輪スリップ度との比から前記グリップ特性パラメータを決めるように構成され、前記特性関係は第2入力変数がゼロに等しい場合は車輪前後方向のグリップ特性曲線を示し、第1入力変数がゼロに等しい場合は車輪横方向のグリップ特性曲線を示し、第1入力変数がゼロに等しくなく(正または負)かつ第2入力変数もゼロに等しくない(正または負)場合は斜め方向のグリップ特性曲線を示すことを特徴とする請求項X1−X13の一つに記載のシステム(装置又は方法)。
本願は2008年10月29日出願の基礎日本特許出願 2008−278033に基づく。この特許出願の内容をここに引用する。また、本願は2008年4月16日出願の国際出願PCT/JP2008/057452と関連する、この国際出願の内容をここに引用する。
Claims (56)
- 車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するための車両接地面摩擦状態推定装置において、
接地面において第1の方向から前記車輪に作用する第1の車輪力と該車輪の第1の車輪スリップ度との比である第1の入力を設定する第1の入力部と、
接地面において前記第1の方向とは異なる第2の方向から前記車輪に作用する第2の車輪力と該車輪の第2の車輪スリップ度との比である第2の入力を設定する第2の入力部と、
前記第1及び第2の入力部で設定した各入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力部と、
を備えることを特徴とする車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記グリップ特性パラメータは、車輪スリップ度の変化量に対する車輪力の変化率であることを特徴とする請求項1に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記第1の車輪力と前記第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と前記第2の車輪スリップ度との比だけから前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記出力部は、前記第1の車輪力が前記第1の車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域における該第1の車輪力と該第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力が前記第2の車輪スリップ度に応じて非線形に変化する非線形領域における該第2の車輪力と該第2の車輪スリップ度との比を基に、前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されていることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記出力部は、前記2つの入力により表される2つの入力変数と前記出力により表される出力変数との間の所定の非線形関係に応じて、前記第1の車輪力と前記第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と前記第2の車輪スリップ度との比から前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されており、
前記グリップ特性パラメータは、タイヤの摩擦限界までの余裕度を表す値であることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記2つの入力変数と前記出力変数との間の所定の非線形関係は、特性曲面又は数式の形であることを特徴とする請求項5に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記第1の車輪スリップ度は、地面に対する前記第1の車輪力の方向における該地面に対する車輪のスリップの度合いであり、
前記第2の車輪スリップ度は、地面に対する前記第2の車輪力の方向における該地面に対する車輪のスリップの度合いであり、
前記グリップ特性パラメータは、車輪のグリップ性能を表す変数であり、
前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記第1の車輪力と前記第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と前記第2の車輪スリップ度との比だけから前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記第1の車輪スリップ度は、地面に対する前記第1の車輪力の方向の車輪接地面の相対速度ベクトルを表す量であり、
前記第2の車輪スリップ度は、地面に対する前記第2の車輪力の方向の車輪接地面の相対速度ベクトルを表す量であり、
前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記第1の車輪力と前記第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と前記第2の車輪スリップ度との比だけから前記グリップ特性パラメータを決めるように構成されていることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記第1の車輪力は、タイヤに作用する第1の方向のタイヤ力であり、
前記第1の車輪力と前記第1の車輪スリップ度との比は、前記第1の車輪スリップ度に対する前記第1の方向のタイヤ力の比であり、
前記第2の車輪力は、タイヤに作用する第2の方向のタイヤ力であり、
前記第2の車輪力と前記第2の車輪スリップ度との比は、前記第2の車輪スリップ度に対する前記第2の方向のタイヤ力の比であり、
前記グリップ特性パラメータは、前記第1の車輪力と前記第2の車輪力とを合成した方向に発生する車輪スリップ度を合成車輪スリップ度とし、前記第1の車輪力と前記第2の車輪力とを合成したタイヤ力を合成タイヤ力としたときに、前記合成車輪スリップ度に対する前記合成タイヤ力のタイヤ特性曲線の勾配を表し、
前記出力部は、地面の摩擦係数を用いずに、前記第1の車輪力と前記第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と前記第2の車輪スリップ度との比だけから前記タイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されていることを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記タイヤ特性曲線は、前記合成車輪スリップ度が小さくなる小スリップ領域において該合成車輪スリップ度の絶対値が零から増大するとき、前記合成タイヤ力が零から線形に増大する線形部分と、前記合成車輪スリップ度の絶対値が前記小スリップ領域を超えて増大する大スリップ領域において該合成車輪スリップ度の絶対値が増大するとき、前記合成タイヤ力が非線形に変化する非線形部分とを有し、前記第1の車輪力と前記第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と前記第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が増大するとき、前記グリップ特性パラメータが零から最大パラメータ値まで増大するものであり、
前記最大パラメータ値は、前記タイヤ特性曲線の線形部分の勾配を表し、
前記出力部は、前記第1の車輪力と前記第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と前記第2の車輪スリップ度との比から前記タイヤ特性曲線の非線形部分の勾配を決めるように構成されていることを特徴とする請求項9に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記タイヤ特性曲線は、高摩擦係数を有する高摩擦路面用の高摩擦タイヤ特性曲線及び高摩擦係数より低い低摩擦係数を有する低摩擦路面用の低摩擦タイヤ特性曲線を含み、
前記グリップ特性パラメータは、前記高摩擦タイヤ特性曲線及び低摩擦タイヤ特性曲線のタイヤ特性曲線の勾配を表し、
前記入力部は、前記タイヤ力の現在値と車輪スリップ度の現在値から前記車輪力と車輪スリップ度との比の現在値を求め、
前記出力部は、前記車輪力と車輪スリップ度との比の現在値から前記グリップ特性パラメータの現在値を決定し、かつ前記タイヤ力の現在値と車輪スリップ度の現在値に対応する前記高摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値及び前記タイヤ力の現在値と車輪スリップ度の現在値に対応する前記低摩擦タイヤ特性曲線の勾配の値とが同じで前記グリップ特性パラメータの現在値に等しいと設定するように構成されていることを特徴とする請求項9又は10に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記タイヤ特性曲線は、路面摩擦係数に依存するタイヤ特性を表す特性曲線であり、 前記出力部は、地面の路面摩擦係数を用いずに、前記第1の車輪力と前記第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と前記第2の車輪スリップ度との比だけから前記タイヤ特性曲線の勾配を決めるように構成されていることを特徴とする請求項9〜11の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記グリップ特性パラメータは、前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が所定のクリティカルレシオ値から増大するときに増大する関数であることを特徴とする請求項1〜12の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記所定のクリティカルレシオ値よりも大の大レシオ領域では、前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が増加すると、その車輪力とスリップ度との比の増加に対するグリップ特性パラメータの増加の割合が増加するように前記グリップ特性パラメータが非線形に増大することを特徴とする請求項13に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比が前記所定のクリティカルレシオ値に等しいとき、前記グリップ特性パラメータは、所定のクリティカルパラメータ値に等しくなり、
前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比のうちの少なくとも一方が前記所定のクリティカルレシオ値より下に減少したとき、前記グリップ特性パラメータは、前記所定のクリティカルパラメータ値より下に減少し、
前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比がともに前記所定のクリティカルレシオ値より上に増大すると、前記グリップ特性パラメータは、前記所定のクリティカルパラメータ値より上に増大することを特徴とする請求項13又は14に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかは、車輪に作用する前後力又は制駆動力であることを特徴とする請求項1〜15の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかが、前記前後力又は制駆動力であるときには、前記前後力又は制駆動力である前記第1の車輪力又は第2の車輪力に対応する前記第1の車輪スリップ度及び第2の車輪スリップ度の何れかが車輪の前後方向スリップ度であり、前記第1の入力及び第2の入力の何れかは、前記前後力又は制駆動力を前記前後方向スリップ度で除した値であることを特徴とする請求項16に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記前後方向スリップ度は、車輪のスリップ率であることを特徴とする請求項17に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかは、車輪に作用するタイヤ横力又はコーナリングフォースであることを特徴とする請求項1〜18の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記第1の車輪力及び第2の車輪力の何れかが、前記タイヤ横力又はコーナリングフォースであるときには、前記タイヤ横力又はコーナリングフォースである前記第1の車輪力又は第2の車輪力に対応する前記第1の車輪スリップ度及び第2の車輪スリップ度の何れかが車輪の横方向スリップ度であり、前記第1の入力及び第2の入力の何れかは、前記タイヤ横力又はコーナリングフォースを前記横方向スリップ度で除した値であることを特徴とする請求項19に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記横方向スリップ度は、車輪のスリップ角であることを特徴とする請求項20に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記車輪力は、左右2輪の車輪力の合成力であることを特徴とする請求項1〜21の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記第1及び第2の入力は無次元の値であり、
前記入力部は、前記車輪力と車輪スリップ度との比を基準となる比で除して無次元の入力を設定するように構成されていることを特徴とする請求項1〜22の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記グリップ特性パラメータは無次元の値であり、
前記出力部は、前記グリップ特性パラメータ基準値で割って無次元の値を決めるように構成されていることを特徴とする請求項1〜23の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記出力部は、2つの入力と出力の所定の関係に従って前記2つの入力から前記出力を決めるように構成されており、
前記2つの入力と出力との関係は、前記第1の入力である前記第1の車輪力と前記第1のスリップ度との比を表す第1軸、前記第2の入力である前記第2の車輪力と前記第2のスリップ度との比を表す第2軸、前記グリップ特性パラメータを表す第3軸を有する三次元座標系における三次元曲面で表されることを特徴とする請求項1〜24の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記第1軸は、横力又はコーナリングフォースと横方向スリップ度との比、及び前後力又は制駆動力と前後方向スリップ度との比の何れか一方であり、
前記第2軸は、横力又はコーナリングフォースと横方向スリップ度との比、及び前後力又は制駆動力と前後方向スリップ度との比の何れか他方であることを特徴とする請求項25に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記第1〜第3軸の表す値は無次元の値であり、
前記第1及び第2軸は、各軸方向の車輪力と車輪スリップ度との比を基準となる比で割って無次元の値を決めるように構成されており、
前記第3軸は、前記グリップ特性パラメータを前記グリップ特性パラメータ基準値で割って無次元の値を決めるように構成されていることを特徴とする請求項25又は26に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記入力部は、
前記第1の車輪力を検出する第1の車輪力検出部と、
前記第1の車輪スリップ度を検出する第1の車輪スリップ度検出部と、
前記第1の車輪力検出部が検出した第1の車輪力を前記第1の車輪スリップ度検出部が検出した第1の車輪スリップ度で割って前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比を求める第1の除算部と、
前記第2の車輪力を検出する第2の車輪力検出部と、
前記第2の車輪スリップ度を検出する第2の車輪スリップ度検出部と、
前記第2の車輪力検出部が検出した第2の車輪力を前記第2の車輪スリップ度検出部が検出した第2の車輪スリップ度で割って前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比を求める第2の除算部と、
を備えることを特徴とする請求項1〜27の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記車輪の輪荷重を求める輪荷重検出部と、
前記輪荷重検出部が求めた輪荷重を基に、前記入力と前記出力の関係を補正する補正部と、
を備えることを特徴とする請求項1〜28の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 輪荷重に応じて補正係数を算出する輪荷重変化補正部を備え、
前記補正部は、前記第1及び第2の入力をそれぞれ前記補正係数で除して補正をし、補正した前記第1及び第2の入力を基に決めた出力に前記補正係数を掛けて補正をすることを特徴とする請求項29に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記輪荷重が大きくなるほど前記補正係数が大きくなることを特徴とする請求項30に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記輪荷重が大きくなるほど、前記補正係数の増加割合が減少することを特徴とする請求項31に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値以下のクリティカル領域においては、前記グリップ特性パラメータを前記所定のクリティカルパラメータ値より増大させるグリップリカバリー制御を行い、前記グリップ特性パラメータが前記所定のクリティカルパラメータ値より大きいが前記所定のクリティカルパラメータ値より大の所定のパラメータしきい値より小のマージナル領域においては、前記グリップ特性パラメータが前記所定のクリティカルパラメータ値に向かって減少することを防止するグリップ低下予防制御を行う制御部を備えることを特徴とする請求項1〜32の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記制御部は、前記グリップ特性パラメータが前記所定のパラメータしきい値より大きいときには、グリップ状態制御を行うことを特徴とする請求項33に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記グリップ特性パラメータを基に、車両スタビリティを表す車両スタビリティパラメータを推定するスタビリティ推定部を備えることを特徴とする請求項33又は34に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記入力部は、車両の第1車輪における前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比と、車両の第2車輪の前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比とを設定するように構成されており、
前記出力部は、前記第1車輪の前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比から前記第1車輪のグリップ特性パラメータを求めるとともに、前記第2車輪の前記第1の車輪力と第1の車輪スリップ度との比及び前記第2の車輪力と第2の車輪スリップ度との比から前記第2車輪のグリップ特性パラメータを求めるように構成されており、
前記スタビリティ推定部は、前記第1車輪のグリップ特性パラメータ及び前記第2車輪のグリップ特性パラメータを基に、車両スタビリティパラメータを推定することを特徴とする請求項35に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記第1車輪と第2車輪との関係は、前後輪となる関係又は左右輪となる関係の何れかであることを特徴とする請求項36に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記車両スタビリティパラメータを基に、車両を制御するスタビリティ制御部を備えることを特徴とする請求項35〜37の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記グリップ特性パラメータを基に、車両挙動を推定する車両挙動推定部を備えることを特徴とする請求項1〜38の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記グリップ特性パラメータを前後方向成分と横方向成分とに分解する分解部を備え、
前記車両挙動推定部は、前記分解部が分解した前後方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の前後方向挙動を推定する前後挙動推定部及び前記分解部が分解した横方向成分のグリップ特性パラメータを基に、車両の横方向挙動を推定する横挙動推定部のうちの少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項39に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記横挙動推定部は、車両の第1車輪の前記グリップ特性パラメータの横方向成分及び車両の第2車輪の前記グリップ特性パラメータの横方向成分を基に、車両の横方向挙動を推定することを特徴とする請求項40に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記車両挙動推定部が推定した車両挙動を基に、車両挙動を制御する車両挙動制御部を備えることを特徴とする請求項39〜41の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 車両挙動制御用アクチュエータを備え、
前記車両挙動制御部は、前記車両挙動推定部が推定した車両挙動を基に、前記車両挙動制御用アクチュエータを制御し、車両挙動を制御することを特徴とする請求項42に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記車両挙動制御用アクチュエータは、運転者の操舵力をアシストする操舵力アシスト用アクチュエータ、車両の左右輪の前後力を制御する前後力制御用アクチュエータ及び車両の車輪舵角を制御する車輪舵角制御用アクチュエータうちの少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項43に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記車両挙動制御部は、前記グリップ特性パラメータが低下すると該グリップ特性パラメータを増大させるように前記車両挙動制御用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする請求項43又は44に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記車両挙動制御部は、前記グリップ特性パラメータが低下すると車輪のスリップ角を減少させるように前記車両挙動制御用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする請求項43〜45の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記車両挙動推定部は、前記グリップ特性パラメータを基に、車両旋回特性を推定しており、
前記車両挙動制御部は、前記車両挙動推定部が推定した車両旋回特性を基に、車両の旋回挙動を制御することを特徴とする請求項42〜46の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記車両挙動推定部は、前記グリップ特性パラメータから車両のドリフトアウト傾向及び車両のスピン傾向のうちの少なくとも一方を推定しており、
前記車両挙動制御部は、前記車両挙動推定部が推定した車両のドリフトアウト傾向及び車両のスピン傾向のうちの少なくとも一方の傾向を低下させるように車両の旋回挙動を制御するように構成されていることを特徴とする請求項47に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記グリップ特性パラメータを基に、前記車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御する車輪トルク制御部を備えることを特徴とする請求項1〜48に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記車輪トルク制御部は、前記グリップ特性パラメータの前後方向成分を基に、前記車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項49に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 車輪トルクを制御する車輪トルク制御用アクチュエータを備え、
前記車輪トルク制御部は、前記車輪トルク制御用アクチュエータを制御するように構成されていることを特徴とする請求項49又は50に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。 - 前記車輪トルク制御部は、前記グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値より低下すると、該グリップ特性パラメータが前記所定のクリティカルパラメータ値より大きくなるまで車輪トルクを減少させるように、前記車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御するように構成されていることを特徴とする請求項49〜51の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記車輪トルク制御部は、前記グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値より大きく、所定のしきい値より小の領域にあるとき、車輪トルクの増大を抑制するように、前記車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御するように構成されていること請求項49〜52の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記車輪トルク制御部は、前記グリップ特性パラメータが所定のクリティカルパラメータ値より大きい場合に運転者の前後力増大要求があると、該グリップ特性パラメータが所定のしきい値より小になるまで車輪トルクを増大させるように、前記車輪の制動トルク及び駆動トルクのうちの少なくとも一方を制御するように構成されていること請求項49〜53の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 前記所定のクリティカルパラメータ値は、零に等しいことを特徴とする請求項52〜54の何れか1項に記載の車両接地面摩擦状態推定装置。
- 車両の車輪の接地面グリップ特性を推定するための車両接地面摩擦状態推定方法において、
接地面において第1の方向から前記車輪に作用する第1の車輪力と該車輪の第1の車輪スリップ度との比である第1の入力を設定する第1の入力ステップと、
接地面において前記第1の方向とは異なる第2の方向から前記車輪に作用する第2の車輪力と該車輪の第2の車輪スリップ度との比である第2の入力を設定する第2の入力ステップと、
前記第1及び第2の入力ステップで設定した各入力を基に、車輪のグリップ特性を示すグリップ特性パラメータである出力を決める出力ステップと、
を有することを特徴とする車両接地面摩擦状態推定方法。
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