JP4244849B2 - 路面摩擦係数検出制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の走行中に路面と車輪との間の摩擦係数を検出する装置に関するものである。

車両の加速や減速あるいは旋回（回頭）は、車輪と路面との間に生じる駆動力や制動力あるいは横力によっておこなわれ、したがって車輪と路面との間でこのような力を生じさせる摩擦力もしくは摩擦係数は、車両の挙動にとって大きな要因となる。そのため車輪と路面との間の摩擦係数（すなわち路面摩擦係数）を正確に検出することができれば、これを利用して車両の挙動を的確に制御することが可能になり、少なくとも車両の制御にとって有効なデータとなる。

そこで従来、特許文献１の発明は、車輪に追加駆動力を加え、車輪速の変化から車輪のスリップ時点を検出し、スリップ時点での車輪に加わる各種の力から摩擦係数を求めるように構成されている。

また、特許文献２の発明は、ある車輪に駆動力を発生させた場合に、他の車輪に制動力を発生させることで車両の加減速感を防止するように構成されている。
特開２００１−１７１５０４号公報 特開２００１−３５４１２９号公報

特許文献１の発明によれば、摩擦係数を検出しようとする車輪にスリップを発生させて、そのときの車輪の速度変化を検出するので、実際の路面の摩擦係数を精度良く検出できる。また、特許文献２の発明によれば、摩擦係数検出のために、駆動力を加えたときに発生する加減速感を防止することができる。

特許文献１に記載された発明のように、摩擦係数を検出するために、検出対象として選ばれた特定の一輪、例えば左前輪に駆動力を与えると、車両全体としては右方向へのヨーイングが発生し、車両の挙動が不安定になる可能性がある。これに対して特許文献２の発明では、駆動輪に追加駆動力を付加する一方、従動輪に制動力を与えるので、車両の全体としての加減速が生じないとしている。しかしながら、これは、左右の駆動輪に同時にトルクを付加することになるので、一輪毎の摩擦係数を検出することができない。

この発明は、上記の技術的課題に着目してなされたものであり、対象とする車輪の駆動トルクを変化させて車輪ごとに摩擦係数を検出する際の、車両の挙動を安定化させる路面摩擦係数検出装置を提供することを目的とする。

上記の技術的課題を解決するために、この発明は、路面摩擦係数検出時における車両のヨーイングに応じて後輪または前輪の操舵角を制御するように構成したものである。より具体的には、請求項１の発明は、複数の車輪のいずれか一輪に独立して駆動力もしくは制動力を与えることができるとともに、後輪を運転者の操舵操作によらずに操舵可能であり、かつ前記一輪の駆動力もしくは制動力を変化させることに基づいて路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数検出制御装置において、前記路面摩擦係数を検出するために変化させた前記一輪の駆動力もしくは制動力に基づいて車両のヨーモーメントを求める手段と、該手段で求められたヨーモーメントに起因するヨーイングを打ち消すように後輪の操舵角を補正する手段とを有していることを特徴とする装置である。

また、請求項２の発明は、前記操舵角を補正する手段は、前記ヨーモーメントに基づく車体のヨーレートと車体スリップ角とのいずれか一方に基づいて前記操舵角の補正量を求める手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置である。

請求項１または２の発明によれば、路面摩擦係数を検出するために変化させた複数の車輪のいずれか一輪の駆動力または制動力に基づいて車両のヨーモーメントが求められ、その求められたヨーモーメントに起因するヨーイングをうち消すように後輪の操舵角が補正される。その補正量は、路面摩擦係数を検出するために変化させた前記駆動力もしくは制動力が要因となる車体のヨーレートもしくは車体スリップ角に基づいて求められる。したがって、路面摩擦係数検出時におけるヨーイングの発生を予測的に抑制でき、車両の走行安定性の低下を抑制できる。

次に、この発明を具体例を用いて説明する。図２はこの発明で対象とする四輪操舵の四輪駆動車についての模式図である。ここに示す四輪駆動車は、前置きエンジン前輪駆動車を前提とするものであって、エンジン１がトランスミッション（変速機）およびトランスファならびに前部ディファレンシャルを含むトランスアクスル２に連結されている。そして前部ディファレンシャルはドライブシャフト４を介して前輪５，６に連結されている。また、トランスファにプロペラシャフト７を介して後部ディファレンシャル８が連結され、さらに後部ディファレンシャル８はドライブシャフト９を介して後輪１０，１１が連結されている。

各車輪５，６，１０，１１にはそれぞれの回転速度を検出する回転速度センサ１４，１５，１６，１７と、各車輪５，６，１０，１１の制動をおこなうブレーキ機構１８，１９，２０，２１が設けられている。

また、前輪５，６の操舵をおこなうステアリング装置１３が設けられており、この前輪ステアリング装置１３には、ステアリングホイールおよびステアリングリンケージならびに油圧アクチュエータや操舵角センサなどが含まれ、ステアリングホイールの操作に応じて前輪５，６が操舵されるように構成されている。また、後輪１０，１１には電気的に制御されて後輪１０，１１に舵角を与える操舵機構１２が連結され、ＥＣＵ１００を介したステアリング装置１３からの指令によって、後輪１０，１１の操舵をおこなうように構成されている。

これらの回転速度センサ１４，１５，１６，１７やブレーキ機構１８，１９，２０，２１はＥＣＵ１００に接続されている。また、ディファレンシャル８や操舵機構１２もＥＣＵ１００に接続されている。すなわち、ＥＣＵ１００が車両全体の制御をおこなうように構成されている。

前記トランスアクスル２にはトランスファの差動作用による前後輪側へのトルク分配率を制御する摩擦係合装置、および、前部ディファレンシャルの差動作用による左右の前輪５，６に対するトルクの分配率を制御するための摩擦係合装置（図示せず）が設けられ、また後部ディファレンシャル８にはその差動作用による左右の後輪１０，１１に対するトルク分配率を制御する摩擦係合装置（図示せず）が設けられている。したがって、これらの摩擦係合装置により、各前輪５，６および各後輪１０，１１のそれぞれに異なる駆動力を与えることができるように構成されている。このような機能を利用して、以下に説明するようにスリップが発生した時の駆動力と車輪５，６，１０，１１の回転速度から路面状態もしくは路面摩擦係数が検出される。

回転速度は回転速度センサ１４，１５，１６，１７で検出される。検出された回転速度信号はＥＣＵ１００で信号処理がおこなわれ、路面状態もしくは路面摩擦係数の推定がおこなわれる。そして、推定結果に基づいて、ブレーキ１８，１９，２０，２１の制動力が変更させられ、車輪５，６，１０，１１に対してそれぞれ独立して制動力が与えられる。

ところで、路面摩擦係数の検出は、検出対象となる車輪に対して駆動力を付与することによりおこなわれる。路面摩擦係数の検出は一輪ごとにおこなわれるので、車両の左右での駆動力に相違が生じ、これがヨーイングを生じさせる要因となる。このような路面摩擦係数の検出時におけるヨーイングを防止するために、以下に示す制御を実行するように構成されている。図１はこのヨーイングを抑制するように後輪の操舵角を制御するための制御ブロック図である。まず、追加的に付加した駆動力から車両のヨーモーメントが求められる（ブロックＢ１）。このヨーモーメントは以下の式により算出される。

ただし、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４：各輪に付与される駆動力、Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３，Ｊ４：各輪の慣性質量、ω１，ω２，ω３，ω４：各輪の車輪角速度、（１，２：前輪左右輪 ３，４：後輪左右輪）、Ｄｆ：前輪のトレッド幅、Ｄｒ：後輪のトレッド幅、Ｒｆ：前輪のタイヤ半径、Ｒｒ：後輪のタイヤ半径、Ｍ：ヨーモーメント、である。

また、ステアリングの操舵角より後輪の実操舵角δｒを演算により求める（ブロックＢ２）。そして、ヨーイング発生を抑制するために必要な後輪の補正角Δδｒを求める（ブロックＢ３）。なお、後輪の補正角Δδｒは以下のようにして導くことができる。

まず、後輪を操舵したときのヨーレートは以下の式で表される。

また、ヨーモーメントＭが付加されたときのヨーレートは以下の式で表される。

ここで、

であり、各パラメータは以下に示す通りである。

Ｓ：ラプラス演算子、Ｇｒｍ：モーメント付与によるヨーレートゲイン、Ｇｒｒ：後輪操舵によるヨーレートゲイン、Ｔｒｒ：後輪操舵によるヨーレート時定数、Ｔｒｍ：モーメント付与によるヨーレート時定数、Ｍ：駆動力付与により発生するモーメント（数１で求めたモーメント）、δｒ：後輪実操舵角、ｍ：車重、Ｉ：ヨー方向慣性モーメント、Ｌホイールベース、Ｌｆ：重心から前軸までの距離、Ｌｒ：重心から後軸までの距離、Ｖ：車速、ＫｆおよびＫｒ：前後輪コーナリングパワー（それぞれ一輪分）、ｋｈ：スタビリティーファクタ、である。

ここで、駆動力付加によるヨーレートとモーメント付加によるヨーレートとが相殺されて零になれば、ヨーイングは発生しないことになる。したがって以下の式が成立する。

これを後輪実操舵角補正量Δδｒ（Ｓ）について解くと以下の式となる。

したがって、補正後の後輪実操舵角をδｒ’とすれば、δｒ’は以下の式で表される。

補正後の実操舵角δｒ’が求まると、その補正値の実操舵角δｒ’からヨーレートが求められる（ブロックＢ４）。

モーメント演算部（ブロックＢ１）で求められたモーメントは駆動系の伝達関数に入力されヨーレートが求められる（ブロックＢ６）。そして、ブロックＢ４とブロックＢ６で求められたヨーレートが合算され、制御量としてヨーレートが零となるように操舵角の補正がおこなわれる。

上記実施例では、後輪の実操舵角補正値Δδｒを求めるのにヨーレートを用いて算出したが、駆動力が付加されたことによる旋回の接線方向と車両の進行方向との角度が大きくなった場合、すなわち車体スリップ角が大きくなった場合には車体スリップ角を制御量として制御をおこなう方が、運転者の感じる車両の不安定感が低くなる場合がある。この車体スリップ角を制御量として制御をおこなう場合についても図１に示したヨーレートを制御量として制御をおこなう場合と同様であるが、若干異なる部分があるので、その異なる部分について説明する。

まず、追加的に付加した駆動力から車両のヨーモメントが求められるのは上記実施例と同様である（ブロックＢ１）。また、モーメントを求めるのに必要となる式も数１と同じである。

次に、後輪を操舵したときの車体スリップ角は後輪実操舵角をδβ、車体スリップ角をβｒとすると以下の式で表される。

また、ヨーモーメントＭを付加したときの車体スリップ角をβｍとすると以下の式で表される。

ここで、

であり、各パラメータは以下に示す通りである。

Ｓ：ラプラス演算子、Ｇｒｍ：モーメント付与によるヨーレートゲイン、Ｇｒｒ：後輪操舵によるヨーレートゲイン、Ｔｒｒ：後輪操舵によるヨーレート時定数、Ｔｒｍ：モーメント付与によるヨーレート時定数、Ｍ：駆動力付与により発生するモーメント（数１で求めたモーメント）、δｒ：後輪実操舵角、ｍ：車重、Ｉ：ヨー方向慣性モーメント、Ｌホイールベース、Ｌｆ：重心から前軸までの距離、Ｌｒ：重心から後軸までの距離、Ｖ：車速、ＫｆおよびＫｒ：前後輪コーナリングパワー（それぞれ一輪分）、ｋｈ：スタビリティーファクタ、である。

ここで、後輪操舵による車体スリップとモーメント付加による車体スリップとが相殺されて零になれば、車体スリップは発生しないことになる。したがって以下の式が成立する。

これを後輪実操舵角Δδβについて解くと、

となる。この式にもとづいて、後輪実操舵角Δδβが求められる（ブロックＢ３）。従って、補正後の実後輪操舵角をδβ’とすると、

となる。そして、補正後の実操舵角δβ’が求まると、その補正値の実操舵角δβ’から車体スリップ角が求められる（ブロックＢ５）。

一方、モーメント演算部（ブロックＢ１）で求められたモーメントは駆動系の伝達関数に入力され車体スリップ角が求められる（ブロックＢ６）。そして、ブロックＢ５とブロックＢ６で求められた車体スリップ角が合算され、操舵角の補正がおこなわれる。

したがって、路面摩擦係数を検出するために車輪に与えた駆動力から、ヨーモーメントが求められ、そのヨーモーメントにより発生するヨーイングまたは車体のスリップをうち消すように実操舵角が補正される。したがって、路面摩擦係数検出時におけるヨーイングの発生を予測的に抑制でき、車両の走行安定性の低下を抑制できる。

なお、本発明は、上記実施例に限定されない。上記実施例では、四輪駆動の四輪操舵装置を有する車両について述べたが、前輪駆動や後輪駆動の四輪操舵装置を有する車両についても本発明を適用することができる。また、四輪全てに車輪内モータを有する車両や、前輪もしくは後輪にのみ車輪内モータを有する車両についても本発明を適用することができる。つまり、少なくとも前輪または後輪にそれぞれ独立して制動力を加えることが可能で、各車輪独立して車輪の回転速度が検出可能なように構成されている車両であればよい。さらにまた、四輪操舵装置は、従来一般には、前輪の操舵に連動して後輪を操舵するように構成されているが、この発明では、前輪の操舵に連動することなく後輪を操舵できる装置を搭載している車両に適用することができる。

この発明に係る制御系統を表す制御ブロック図である。 この発明が適用される車両の一形態であり、四輪駆動で四輪操舵の場合である。

符号の説明

１…エンジン、 ５，６，１０，１１…車輪、 １４，１５，１６，１７…回転速度センサ、 １８，１９，２０，２１…ブレーキ機構、 ２２，２３，２４，２５…駆動モータ、 １０１…モータＥＣＵ、 １００…ＥＣＵ。

Claims (2)

1. 複数の車輪のいずれか一輪に独立して駆動力もしくは制動力を与えることができるとともに、後輪を運転者の操舵操作によらずに操舵可能であり、かつ前記一輪の駆動力もしくは制動力を変化させることに基づいて路面摩擦係数を検出する路面摩擦係数検出制御装置において、
   前記路面摩擦係数を検出するために変化させた前記一輪の駆動力もしくは制動力に基づいて車両のヨーモーメントを求める手段と、
   該手段で求められたヨーモーメントに起因するヨーイングを打ち消すように後輪の操舵角を補正する手段と
   を有していることを特徴とする路面摩擦係数検出制御装置。
2. 前記操舵角を補正する手段は、前記ヨーモーメントに基づく車体のヨーレートと車体スリップ角とのいずれか一方に基づいて前記操舵角の補正量を求める手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の路面摩擦係数検出制御装置。

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