JPH01204865A - 路面摩擦を力学的に決定する自動車用装置 - Google Patents

路面摩擦を力学的に決定する自動車用装置

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JPH01204865A
JPH01204865A JP63326411A JP32641188A JPH01204865A JP H01204865 A JPH01204865 A JP H01204865A JP 63326411 A JP63326411 A JP 63326411A JP 32641188 A JP32641188 A JP 32641188A JP H01204865 A JPH01204865 A JP H01204865A
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road surface
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明はタイヤと路面の間に生じる路面摩擦（グリップ
力）を力学的に決定する自動車用の装置であって路面上
を走行する自動車用の装置に関するものである。
〈従来の技術〉 本出願人による米国特許出願第０６６．６９０号は自動
車の車輪の１つが例えば氷上を走行するとき自動車の運
転状態を検出するシステムを示している。この自動車の
残りの１つ以上の車輪は高い摩擦係数を有する路面上を
走行している。このようなシステムはタイヤの路面に対
する相対的な摩擦を測定するものであり、路面の摩擦を
数量的に測定することはできない。その出願における「
路面摩擦」は自動車のタイヤとタイヤが走行する路面と
の間の摩擦力を意味している。代表的にはこの路面摩擦
は牽引力に換算されて測定される。
ある種のアンチロックブレーキ制御系（ＡＢＳ）は車輪
のロックアツプ状態を検出する複数の車輪の速度検出器
を備えている。このようなロックアツプ状態は路面の摩
擦力が小さい場合、氷上において生じる。しかしながら
ＡＢＳは路面の摩擦を本発明の目的は、路面摩擦を力学
的に決定する装置を提供することである。　　゛ 本発明の利点は路面摩擦を決定する機能がタイヤの摩耗
またはタイヤの種類により影響を受けないことである。
さらに本発明の利点は、路面摩擦測定装置が、運転者警
告装置、ブレーキ制御装置、サスペンション制御装置、
車速制御装置、パワステ機構等とともに関連して用いる
ことができることである。
本発明の他の利点は運転者に路面の危険状態を知らせる
ことができることである。
その他本発明の特徴、目的、及び利点は以下の記載から
当業者にとっては自明である。
本発明によると路面を走行する自動車の車輪に設けられ
たタイヤの路面摩擦を決定する装置は、ステアリング機
構が動作する操舵角を表わす第１の信号を発生する装置
を有する操舵角測定装置と、車速を表わす第２の信号を
発生する装置を有する車速測定装置とを備えている。本
発明の装置は測定された操舵角及び車速において自動車
のステアリング機構を動作させるのに必要な第３の信号
を発生する装置と、タイヤの路面摩擦を決定する処理装
置を有している。この処理装置は前述のように第１、第
２及び第３の信号を受ける装置と、路面の摩擦を表わす
第４の信号を前記信号から引出す装置を備えている。こ
の処理装置は測定された操舵角、車速及び操舵力を、操
舵角、車速及び操舵力の値の基準となる３要素のＩ数９
複数の組合せのうちの１つと合わせることにより路面摩
擦を決定する。各３要素は路面摩擦の所定値に対応する
。各３要素は路面摩擦に関する第４の信号に対応してお
りこの信号は３要素をマツチさせた後読み取られる。従
って処理装置は基準３要素と第４の信号値を有するＲＯ
Ｍを有している。また処理装置は処理装置における数学
的な機能を有する第１、第２、及び第３の信号により動
作する路面摩擦を決定し、第４の信号を引出すこともで
きる。
操舵角計測装置はステアリング機構に連結された電子／
光学式の操舵角測定装置を有しており操舵角に対応して
車輪を制御する。
本発明の車速測定装置は自動車の駆動系により駆動され
る信号発生器を有している。操舵力測定装置は車輪を制
御するステアリングギアを操舵する流体ポンプとの間に
設けられた圧力変換器を有している。また操舵力計測装
置はステアリングギアの駆動軸にかかるトルクを検出す
るトルクセンサーを有している。
本発明の他の実施例においては、路面を走行する自動車
の車輪に設けられたタイヤの路面摩擦を決定する緊急動
作装置は、操舵角、車速及び操舵た信号に応答する制御
装置を有している。緊急制御装置は緊急制御手段を有し
ている。緊急制御装置は自動車のブレーキの動作を制御
する制御装置と路面摩擦が所定地よりも小さいことを運
転者に知らせる装置と、自動車の最大速度または加速を
制限する装置とを有している。本発明の緊急制御装置は
可変ダンピングのサスペンション機構を動作させる装置
を有している。さらに緊急制御装置は自動車のステアリ
ング機構に関連したパワステの出力を制御する装置を有
している。このパワステを制御する装置はブースト量を
制御する装置を有している。
〈実施例〉 路面摩擦が特定の路面状態について力学的に決定されれ
ば、自動車の動作は高められる。本発明は、車速、操舵
角及び操舵力がわかると、所定の車速及び操舵角につい
て操舵力の大きさはタイヤと路面との間の摩擦力すなわ
ち接着力の大きさに比例しているので自動車の動作を高
めることができることを教示する。例えばこれらの３つ
のパラメータをマイコンのＲＯＭ内に内蔵されているロ
ックアツプテーブルにフィードバックすることにより路
面タイヤ間の摩擦状態が決定される。
第７図は本発明によるシステムが作動する様々なパラメ
ータを示している。操舵角αは操舵輪の操舵角を測定し
たものである。速度Ｖは自動車の前進速度を測定したも
のである。垂直力ＦＮは路面とタイヤについて下方に働
く通常車重に関する力である。操舵力Ｆ８は特定の操舵
角αにおける操舵輪を保持するのに必要な力を測定した
ものである。路面摩擦ＦＲＡは道路についてタイヤによ
る牽引力または摩擦力を測定したものである。
本発明のシステムの情報は様々な自動車の機能を制御す
るのに用いることができる。例えば運転手は路面摩擦が
所定初期値よりも小さいことを知ることができる。換言
すれば路面とタイヤの間の牽引力が所定値よりも小さい
ことを運転手に知らせることができる。本発明のシステ
ムは自動車の最高速度すなわち前進加速力を制限するこ
とにより、自動車の動作に突然介入することができる。
本発明のシステムを有している自動車が例えば可変ダン
ピング性能及び／または可変ばね率性能を有している調
整可能なサスペンションを備えている場合、低路面摩擦
においてサスペンション系の調整力を制限することがで
きる。このため例えばハードまたはソフトのダンピング
状態に反して通常のダンピング状態においてのみサスベ
ンジ゛ヨンを動作させることもである。このシステムを
有している自動車がアンチロックブレーキシステム（Ａ
ＢＳ）を有している場合、このシステムからの路面摩擦
警告はこのようなＡＢＳのトリガー動作として用いるこ
とができる。本発明による路面摩擦計測システムはパワ
ーステアリングによるブースト量を制御するのにも使え
る。この特徴は悪天候における路面状態のフィードバッ
ク量を運転手に与えることができる。これに関連して、
本発明のシステムは、車輪スピードセンサー１４（第１
図）の１つにより検出されたスリップしている駆動輪を
選択的に制動しエンジントルクをスリップしていない駆
動輪に伝える公知の牽引力増大機構とともに用いること
ができる。
第１図に示すように本発明による路面摩擦を力学的に決
定するシステムを備えた自動車１０は、本実施例の場合
４つである複数の車輪１２を有している。制御モジュー
ル１６は自動車内の様々なセンサーから信号を受は様々
な装置を作動させる。
制御モジュール１６が受ける情報のうち３つの主たるセ
ンサーは、車速センサー２２、操舵角センサー２４及び
操舵力センサー２６である（第２図参照）。自動車の車
速センサーとしては様々なものが知られているが本発明
のシステムに最適なものは自動車の駆動通路により作動
される信号発生器である。フォード社により現在用いら
れているり 信号発生器の１つは可変リラクチンス交流発生器である
。
本発明に適する操舵角センサーの例が第５図及び第６図
に示されている。２つの異なるアルゴリズムによる操舵
角センサーが本出願人による米国特許第４．６２１．８
３３号及び米国出願第０４６．００５号（１９８７年５
月４日出願、特許査定）に示されている。−船釣には第
５図及び第６図に示されるセンサーは制御モジュール１
６と協働し自動車の操舵システム（すなわち操舵輪）が
動作する操舵角αを表わす第１の信号を発生する。
操舵角センサー２４は制御モジュール１６と関連して操
舵角センサーにより決定される中心位置からの測定値α
を求める手段を有している。第５図及び第６図に示され
るように操舵角センサー２４は操舵軸３０に取付けられ
たシャッターホイール９０を有している。操舵軸３０は
、操舵輪が自動′車の運転手により操作されたとき操舵
輪とともに回転するものである。自動車の操舵機構とと
もにシャッターホイールが回転するとき検出器Ａ、　　
Ｂの動作を制御する２０個の穴をシャッターホイール９
０は有している。シャッターホイール９０が２０個の穴
を有しているので操舵角センサーは、操舵輪の一回転中
に８０倍の信号を発生し、８０の信号により操舵機構の
回転を４．５°ずつ表示する。
第５図及び第６図に示されるように検出器Ａ。
ＢのそれぞれはＬＥＤ９４及びフォトダイオード９６を
有している。ＬＥＤとフォトダイオードの組合せはシャ
ッターホイール９０の動きすなわち操舵機構の動きを検
出する。これはフォトダイオードが２つの状態すなわち
バイステーブルであるため可能となる。導通状態は、一
対のＬＥＤからの光がシャッターホイールの穴９２を通
過しフォトダイオードに当たるとき発生する。検出回路
の出力はほぼ５ｖに上昇する。非導通状態はシャッター
ホイールがＬＥＤとフォトダイオードとの光の伝達を遮
断したときに生じる。検出器Ａ及びＢは互いに離れてお
りシャッターホイール９０の時計方向の回転により検出
器に波形が形成され、検出器Ａは検出器Ｂより前に作動
する。すなわち検出器Ａは検出器Ｂより先行する。一方
、操舵センサーの反時計方向の回転により検出器に波形
が形成され、検出器Ａは検出器Ｂよりも後に作動し、検
出器Ａの動作は検出器Ｂよりも遅れる。検出器Ａ及びＢ
の出力は制御モジュール１６に入力され、このようにし
て制御モジュールはシステムが所定の中心位置から回転
するのを４．５°ずつのステップで計測することにより
操舵システムの回転に追従する。当業者にとっては図示
された操舵角センサーは制御モジュールに対して操舵角
を表わす信号を発生し操舵角を決定するのに用いられる
一例であることが分かる。例えばこの目的のために回転
周動スライドワイヤー式ポテンショメーター等を用いる
ことが可能である。
制御モジュール１６に関連して、操舵ギア圧力センサー
２６は特定の路面操舵角α及び車速Ｖにおいて自動車の
ステアリングシステムを動作させるのに必要な操舵ＦＳ
を表わす第３の信号を発生する手段を有している。第１
図に示されるように、操舵ギア圧力センサー２６はステ
アリングギア上またはその少なくとも近傍に取付けられ
ている。
操舵ギア圧力センサー２６の目的はステアリングポンプ
２０及び流体圧ホース２５により維持される流体圧を測
定することである。この圧力は特定の操舵角αに車輪を
保持するのに必要な操舵力Ｆ、に直接的に関係している
。操舵圧力センサーは制御モジュール１６に作業連結し
ており、操舵圧力の情報は制御モジュールに対しての圧
力センサーの要求として与えられる。圧力センサーの形
態は圧電センサーのような多くの原理に従って作動する
周知の形状でよい。結晶体が典型的には水晶である結晶
体にかかる圧力に比例した電荷を発生するものである。
上述の開示内容から当業者にとってはひずみ計、電磁式
装置または可変容量型ダイヤプラム装置等の他の圧力セ
ンサーが用いられることは明らかである。そのようなセ
ンサーの例は［内燃機関Ｊ　　（Ｉａｌｅｒ■１ｉｏｎ
ｘｌ　Ｔｅｘｔｂｏｏｋ社発行１９６８．Ｐ、１４７〜
１５３）に示されている。
上述の内容により当業者にとっては、前述の圧力系に加
えて操舵力を計測する他の手段を用いることができるこ
とは明らかである。従って操舵力Ｆｓはステアリングギ
アの駆動軸にかけられるトルクを検出するトルクセンサ
ーにより計測される。
このようなトルクセンサーはひずみ計、ロードセル、ピ
エゾ素子または他の公知の手段のうちの１つであればよ
い。操舵力は電気的に駆動されるステアリングギアの駆
動電力の電流及び電圧を用いて計測され得る。
制御モジュール１６内のプロセッサは操舵角センサー２
４、操舵力センサー２６及び車速センサー２２により与
えられるデータに基づいて以下のように動作する。第３
図に示されるように車速センサー、操舵力センサー及び
操舵角センサーの情報は入出力回路５４によりＣＰＵ５
６に入力される。当業者にとっては上述の内容から、Ｃ
ＰＵ及びその周辺装置は他の異なるいくつかの従来の方
式により構成できることは明らかである。しかしながら
好適実施例においては、制御プログラムはプリセット制
御プログラムを記憶するＲＯＭ６０からの各装置信号に
ついて連続的に読み込まれるようにプロセッサーは構成
されている。装置信号はＣＰＵにより処理される。前述
のように入出力回路（Ｉｌｏ）装置はセンサー及びコン
トロール装置のようなシステムの他の要素とマイコンと
のバランスをとるものである。入出力装置は信号調整回
路及び誤信号を拒絶するフィルター等の装置を有してい
る。ＲＡＭ５ＢはＣＰＵで処理されるデータを記憶して
いる。多くの異なるマイコン例えばインテル社製のモデ
ル８０９６のようなものまたは他の形式のものを本発明
のシステムは用いることができる。
ＣＰＵは第４図に示されるアルゴリズムによって車速、
操舵角及び操舵力センサーからのデータを用いて真の路
面摩擦値を求める。ブロック７２において、制御モジュ
ール１６は操舵角α、車速■、及び操舵力Ｆ３を測定す
る指令を発生する。
ブロック７４においてこれらの値はＲＡＭに入力される
。ブロック７６においてプロセッサーはα、ｖｌ及びＦ
、の測定値を所定の値α、ｖｌ及び、Ｆ３を有するＲＯ
Ｍ内の基準３要素に合わせる。
それぞれの３要素はロード摩擦ＦＲＡ（’１所定値に対
応する。基準所定値に各値Ｒ，Ｖ、及びＦ、があった場
合ブロック７８におけるＲＯＭから路面摩擦値を読み取
る（第３図）。この路面摩擦値は３要素の基準値に対応
している。ブロック７日において路面摩擦値が読み取ら
れるとブロック８０に移り、路面摩擦値が初期値より以
下であるかどうかが判断される。ＮＯの場合はプロセス
はスタートブロック７０に戻り同じ動作がくり返される
。
ブロック８０の答えがＹＥＳの場合は路面摩擦が所定値
以下であり対応する動作がとられるべきであることが分
かる。従ってブロック８２において出力制御指令が１つ
以上の装置に与えられる。第３図において制御される装
置は参照番号６２で示され入出力装置５４により指令が
与えられる。ブロック８２において制御指令が発せられ
た後第４図に表わされるプログラムが連続実行される。
ブロック８０が続いてＮＯになった場合すでに発行され
た制御指令がキャンセルされる。
基準３要素を介して路面摩擦を決定する前述のロックア
ツプテーブルに加えて当業者にとってはプロセッサーに
含まれる数学的機能を有する変換機によって第１、第２
、及び第３の信号に基づいて動作する手段が含まれ、力
信号を引出すことは自明である。しかしながら、ロック
アツプテーブルによりＣＰＵ内の再作動公式を使うこと
なく特定の自動車の独特なキャラクタ−についてシステ
ムがチューニングされるので上述のようなシステムを実
行するのにロックアツプテーブル方式を用いることが望
ましい。さらに本発明のシステムは可変パワーアシスト
ステアリングギアとともに用いられればパワーアシスト
の様々なレベルに対応した操舵力レベルについて別のロ
ックアツプテーブルを用いる必要が生じる。
当業者にとっては本発明のシステムが自動車の操舵輪の
１つ以上に適用できることは明らかである。本発明のシ
ステムが自動車の両側に位置する２つの操舵輪に用いら
れた場合操作中に通常発生する自重の伝達は回転の外側
の車輪についての測定された摩擦の増大及び回転の内側
に位置する車輪についての測定された摩擦の減少により
両側の車輪のそれぞれについて計算された路面摩擦に影
響を与える。この現象は２つの計算された路面摩擦値を
平均することにより補正される。この平均化技術は異な
る量で各車輪を操舵する操舵機構についても有効である
。
当業者にとっては様々な路面摩擦初期値が用いられ、各
初期値は異なる基準路面摩擦レベルに対応していること
は自明である。複数の路面摩擦値が以下のように用いら
れる。まず非常に低い路面摩擦値が検出された場合、制
御モジュールは加速中に自動車の出力発生部を制限する
信号を与えることができる。従って第２図に示されるよ
うに制御モジュール１６は加速コントローラー４４に接
続されている。極めて低い路面摩擦が検出されると、す
なわち水面上においては運転者に警告を与える装置が作
動する。この警告装置はアラームベルまたは警告ランプ
等を有している。
本発明によるシステムの他の動作の例を説明する。まず
本発明のシステムを備えた自動車が水面上を走行する場
合を想定する。自動車が曲がり角にかかると操舵角計測
手段が自動車の操舵角を計測する。同様に車速及び操舵
力測定手段が所定のパラメーターを計測する。しかしな
がら、所定の操舵角及び車速において操舵輪を位置決め
するのに必要な操舵力Ｆｓは乾燥したアスファルト路面
に比べて氷上では極めて小さい。タイヤと氷面との路面
摩擦は自動車が乾燥した堅い路面上を走行する場合に比
べて極めて小さいからである。換言すればタイヤはスリ
ップしタイヤを測定された操舵角に位置させる力はほと
んどなくなる。その結果測定された操舵力は車輪により
自動車に入力される横方向の力による横方向の加速の値
となる。
氷面が車輪とタイヤを横方向の入力が高くなることを防
止している場合、本発明のシステムはこの現象に注意し
路面摩擦が低い値であることを決定している。運転者は
自動車が通常の回転半径を越えた曲率半径でターンして
いることに注意できる。
本発明のシステムの動作はタイヤのタイプに無関係であ
り、タイヤのトレッドがどのような状態であるかについ
て独立している。このためこのシステムは操舵角、車速
、及び操舵力の情報をフィードバックし路面摩擦を決定
している。従ってタイヤの摩耗度が変化して路面摩擦を
変化させるとこのシステムはタイヤが安全でないことを
運転者に警告することもできる。本発明によると、単に
ブレーキトルクを計るシステムよりも優れている。
ブレーキトルクを計るシステムではブレーキライニング
の摩耗、ブレーキドラムまたはローターの焼き付き、ブ
レーキ圧の変動等の原因によるブレーキ力の損失を計数
することができない。
極めて低い路面摩擦が検出された場合、ステアリングア
シストコントローラー４８は制御モジュール１６により
信号を与えられ、パワステによるブースト量を減少させ
る。従って、悪天候の場合ａｒ 路面状態ｔｄフィードバック量が増大されて運転者に伝
えられる。実際上、ステアリング機構に関連する動力源
または流体ポンプの出力を制御する手段はパワーアシス
ト装置による操舵補助量を制御する弁を有している。
路面摩擦の検出されたレベルに基づいて、制御モジュー
ルは他の使令をサスペンションコントローラー５０に与
える。例えば低路面摩擦が検出されるとサスペンション
コントローラー５０は調整可能なサスペンション装置に
より形成されたダンピング量を高レベルから比較的低レ
ベルに調整する。またブレーキコントローラー４２は本
発明のシステムにより計測された路面摩擦のレベルに基
づいてＡＢＳモードを実行する。車速コントローラー４
６は制御モジュール１６から他の信号を与えられ検出さ
れた路面摩擦に応じて自動車の最高速を制限する。
本発明のシステムは路面状態（起伏）を検出するシステ
ムとともに用いることもできる。このようなシステムの
例が米国特許第１２６．０６８号（１９８７年１１月２
７日出願）に示されておりこの出願は本出願人と同じ出
願人によるものである。この米国特許は車体に関し車輪
の垂直速度を検出する装置を示している。制御モジュー
ル１６に自動車の車輪が路面と接触していない情報を与
えた場合、この情報は本発明によるシステムの情報を修
正するのに用いられる。
様々な変更例や修正が本発明の範囲内で可能である。例
えば以上述べたコンピュータは各システムの設計上の必
要に応じ変更できる。このシステムは図示したようにデ
ジタル式ではなくアナログ回路を用いても構成できる。
同様に路面摩擦が初期値よりも低い場合を示す信号に応
じた緊急制御手段の一部としてのシステムは本発明のシ
ステムの応用例である。これら及びその他多くの変更例
が本発明の範囲において可能なことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のシステムを用いた自動車の斜視図であ
り本発明のシステムの様々な部材を示す図、第２図は本
発明の実施例による全体のシステムを示すブロック図、
第３図はマイコンの一部を示しこのマイコンが本発明の
システムに用いられ各センサー及び装置とともに用いら
れていることを示す図、第４図は本発明の実施例による
論理フローチャートを示す図、第５図及び第６図は本発
明の実施例による操舵角センサーを示す図、及び第７図
はコーナリング時において車輪に作用する力を示す概略
図である。 １０・・・自動車、１２・・・車輪、１４・・・車速セ
ンサー、１６・・・制御モジュール、２０・・・ステア
リングポンプ、２２・・・車速センサー、２４・・・操
舵角センサー、２５・・・流体圧ホース、２６・・・操
舵力センサー（操舵ギア圧力センサー）、３０・・・操
舵軸、５４・・・入出力回路、５６・・・ＣＰＵ、５８
・・・ＲＡＭ。 ６０・・・ＲＯＭ、６２・・・制御される装置、９０−
シャッターホイール、９２・・・穴。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）路上を走行する自動車の車輪に設けられたタイヤ
    の路面摩擦を決定する装置において、 前記自動車のステアリング機構が動作する操舵角を表わ
    す第１の信号を発生する装置を有する車輪操舵角測定装
    置と、 前記自動車の車速を表わす第２の信号を発生する装置を
    有する車速測定装置と、 前記測定された操舵角と前記測定された車速において前
    記自動車の前記ステアリング機構を動作させるのに必要
    な操舵力を表わす第３の信号を発生する装置を有する操
    舵力測定装置と、 前記タイヤの路面摩擦を測定する処理装置であつて、前
    記第１、第２、及び第３の信号を受ける装置と、これら
    信号から前記路面摩擦の大きさを表わす第４の信号を引
    出す装置とを有する処理装置とを備えたことを特徴とす
    る路面摩擦決定装置。
  2. （２）路上を走行する自動車の車輪に設けられたタイヤ
    の路面摩擦を決定する装置において、 前記自動車のステアリング機構が動作する操舵角を表わ
    す第１の信号を発生する装置を有する車輪操舵角測定装
    置と、 前記自動車の車速を表わす第２の信号を発生する装置を
    有する車速測定装置と、 前記測定された操舵角と前記測定された車速において前
    記自動車の前記ステアリング機構を動作させるのに必要
    な操舵力を表わす第３の信号を発生する装置を有する操
    舵力測定装置と、 前記タイヤの路面摩擦を測定する処理装置であつて前記
    第１、第２、及び第３の信号を受ける装置と前記路面摩
    擦が所定値よりも小さい場合、これらの信号から前記路
    面摩擦の大きさを表わす第４の信号とを有する処理装置
    と、 前記第４の信号に応答して緊急制御手段を作動させる緊
    急制御装置とを備えたことを特徴とする路面摩擦決定装
    置。
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