タイヤ接地状態推定装置
【課題】タイヤ接地状態の推定精度を向上させる。
【解決手段】転舵角、車速、及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、車速に基づいて、後輪スリップ率推定値を推定し、転舵角、車速、及び後輪及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、車両の横加速度推定値を推定する。一方、前輪のＳＡＴ検出値を検出し、後輪スリップ率検出値を検出し、車両の横加速度検出値を検出する。そして、前輪ＳＡＴの推定値と検出値との差分で定義される前輪ＳＡＴ推定誤差を演算し、後輪スリップ率の推定値と検出値との差分で定義される後輪スリップ率推定誤差を演算し、横加速度の推定値と検出値との差分で定義される横加速度推定誤差を演算する。そして、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
【解決手段】転舵角、車速、及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、車速に基づいて、後輪スリップ率推定値を推定し、転舵角、車速、及び後輪及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、車両の横加速度推定値を推定する。一方、前輪のＳＡＴ検出値を検出し、後輪スリップ率検出値を検出し、車両の横加速度検出値を検出する。そして、前輪ＳＡＴの推定値と検出値との差分で定義される前輪ＳＡＴ推定誤差を演算し、後輪スリップ率の推定値と検出値との差分で定義される後輪スリップ率推定誤差を演算し、横加速度の推定値と検出値との差分で定義される横加速度推定誤差を演算する。そして、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ接地状態推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された従来技術は、タイヤ特性によって定まるマップを参照し、セルフアライニングトルク、タイヤすべり角、タイヤ横力、タイヤ前後力等に基づいて、タイヤ状態を推定している。この従来技術でタイヤ状態とは、タイヤ力が限界に至るまでの余裕を表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２１３９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術では、後輪で発生するスリップ率の影響を考慮していないため、例えば急制動によってスリップ率が大きくなるようなシーンで、タイヤ状態の推定精度が低下する可能性がある。また、予め定められたマップに基づいてフィードフォワードとしてタイヤのグリップ度を推定しているので、例えばセルフアライニングトルク、タイヤすべり角、タイヤ横力、タイヤ前後力等にノイズが含まれると、推定精度を低下させてしまう。
本発明の課題は、タイヤ接地状態の推定精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るタイヤ接地状態推定装置は、転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を推定し、転舵角、車速、並びに転舵輪及び転舵輪の路面摩擦係数に基づいて、転舵輪セルフアライニングトルク推定値と、非転舵輪スリップ状態推定値と、車両の旋回状態推定値とを推定する。一方、転舵輪のセルフアライニングトルク検出値と、非転舵輪スリップ状態検出値と、車両の旋回状態検出値とを検出する。そして、転舵輪セルフアライニングトルクと、非転舵輪スリップ状態と、旋回状態とにおいて、夫々、推定値と検出値との差分を推定誤差として演算し、各推定誤差の少なくとも一つに応じて、転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係るタイヤ接地状態推定装置によれば、転舵輪セルフアライニングトルクと、非転舵輪スリップ状態と、旋回状態との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数の推定値を更新することで、路面摩擦係数を含めたタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】車両の概略構成図である。
【図２】タイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
【図３】車両出力推定部のシステム構成図である。
【図４】タイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【図５】タイヤすべり角‐前輪ＳＡＴの特性変化を示す図である。
【図６】第二実施形態のシステム構成図である。
【図７】第二実施形態を示す車両出力推定部のシステム構成図である。
【図８】第三実施形態を示す車両の概略構成図である。
【図９】第三実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
【図１０】第三実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【図１１】第四実施形態を示す車両の概略構成図である。
【図１２】第四実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
【図１３】第四実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【図１４】第五実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
【図１５】第五実施形態を示す車両出力推定部のシステム構成図である。
【図１６】第五実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本明細書では、次に定義する車両パラメータ、変数、タイヤ力関数を用いる。
［車両パラメータ］
ｍ ：車両重量
Ｉz ：車体ヨー慣性モーメント
Ｉw ：車輪回転軸まわりの車輪慣性モーメント
ｌf ：車両重心点から前輪までの長さ
ｌr ：車両重心点から後輪までの長さ
ｌ ：タイヤ接地面長
Ｒw ：タイヤ有効半径
ｇ ：重力加速度
ｌt ：トレッドベースの半分
Ｃf ：前輪タイヤコーナリングスティフネス
Ｃr ：前輪タイヤコーナリングスティフネス
Ｃs ：タイヤドライビングスティフネス
【０００９】
［変数］
Ｖ ：車速
ωr ：後輪車輪速
ωrl ：左後輪車輪速
ωrr ：左後輪車輪速
Ｆyf ：前輪タイヤ横力
Ｆyr ：後輪タイヤ横力
Ｆyrl ：左後輪タイヤ横力
Ｆyrr ：右後輪タイヤ横力
Ｆxr ：後輪タイヤ縦力
ｓr ：後輪スリップ率
ｓrl ：左後輪スリップ率
ｓrr ：左後輪スリップ率
Ｆzf ：前輪輪荷重
Ｆzr ：後輪輪荷重
Ｍz ：前輪ＳＡＴ
Ｔr ：後輪制駆動トルク
Ｔrl ：左後輪制駆動トルク
Ｔrr ：右後輪制駆動トルク
αf ：前輪タイヤすべり角
αr ：後輪タイヤすべり角
β ：車体すべり角
ｒ ：ヨーレート
ａy ：横加速度
μf ：前輪路面摩擦係数
μr ：後輪路面摩擦係数
μrl ：左後輪路面摩擦係数
μrr ：右後輪路面摩擦係数
δ ：前輪転舵角
ξ ：無次元タイヤ粘着域長
ρ ：静的前後輪荷重比
【００１０】
［タイヤ力関数］
ｈf ：前輪タイヤ横力
ｈr ：後輪タイヤ横力
ｈxr ：後輪タイヤ縦力
Ｊf ：前輪ＳＡＴ特性
【００１１】
《第一実施形態》
《構成》
図１は、車両の概略構成図である。
この車両は、駆動力発生源としての駆動モータ１０７Ｈを備えており、駆動モータ出力軸は減速ギア１０６Ｈを介して、後輪車軸に連結されており、左右後輪１０４ＨＲＬ、１０４ＨＲＲを駆動する。駆動回路１０２Ｈは、駆動モータ出力トルクが統合コントローラ１３０Ｈから受信するトルク指令値と一致するようにリチウムイオンバッテリ１０３Ｈからの電力で駆動モータ１０７Ｈを駆動する。
前輪１０４ＨＦＬ、１０４ＨＦＲは運転者が操作するステアリングホイール１１１Ｈの回転運動によりステアリングギア１１４Ｈを介して機械的に主操舵される他に、補助操舵用モータ１１２Ｈによるトルクで補助操舵される。
【００１２】
統合コントローラ１３０Ｈには、ステアリングホイール１１１Ｈの回転軸に取り付けられた操舵角センサ１２１Ｈによって検出するハンドル角信号と、補助操舵用モータ１１２Ｈから検出された補助操舵用モータ電流検出値と、ステアリングシステムに備えられたトルクセンサ１１５Ｈにより検出されるステアリングトルク検出値と、各輪に取り付けられた車輪速センサ１０５ＨＦＬ、１０５ＨＦＲ、１０５ＨＲＬ、１０５ＨＲＲによって検出する車輪速と、横加速度センサ１０８Ｈによって検出する横加速度検出値及び縦方向加速度検出値と、ヨーレートセンサ１０９Ｈによって検出するヨーレート検出値と、駆動モータ１０７Ｈから検出された駆動モータ電流検出値が入力される。統合コントローラ１３０Ｈには、次に説明するタイヤ接地状態推定装置を備える。
【００１３】
次に、本実施形態におけるアルゴリズムについて説明する。
図２は、タイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
タイヤ接地状態推定装置は、転舵角検出部１１０と、後輪制駆動トルク検出部１１１と、車速検出部１２０と、車両出力推定部１３０と、前輪路面摩擦係数推定部１５０と、後輪路面摩擦係数推定部１６０と、前輪ＳＡＴ検出部１７０と、後輪スリップ率検出部１８０と、横加速度検出部１９０と、推定誤差演算部２００と、を備える。
【００１４】
転舵角検出部１１０では、例えば、ステアリングシステムに備えられたハンドル角センサ値から、ステアリングギア比とサスペンション幾何構造を考慮して、転舵角を検出する。
後輪制駆動トルク検出部１１１では、例えば、後輪駆動モータ電流から、駆動モータのトルク係数を考慮して、制駆動トルクを検出する。
【００１５】
車速検出部１２０では、例えば従動輪速度を計測値に基づいて、車速を検出する。本実施形態では、従動輪速度は、左前輪車輪速センサ１０５ＨＦＬ、右前輪車輪速センサ１０５ＨＦＲによって検出されるので、これらの検出値から車速を検出する。
車両出力推定部１３０では、転舵角検出値と、車速検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値とに基づいて、前輪セルフアライニングトルク（以下、前輪ＳＡＴと称す）推定値と、後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、車体すべり角推定値と、を推定する。
【００１６】
ここで、車両出力推定部１３０について説明する。
図３は、車両出力推定部のシステム構成図である。
車両出力推定部１３０は、車体すべり角推定部１３１と、ヨーレート推定部１３２と、タイヤ出力推定部１３３と、を備える。
車体すべり角推定部１３１では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、車速検出値と、推定誤差とに基づいて、車体すべり角を推定する。車体すべり角のダイナミクスは次式で表現される。
【００１７】
【数１】
【００１８】
連続時間微分方程式を離散時間に変換する手法として、例えば、オイラー法を用いて離散化すると、次式を得る。
【００１９】
【数２】
【００２０】
下付き添え字ｋは離散時間を表し、ｋが付された文字は、各計算時間で変化する量を表わす。Δｔは離散サンプル時間である。上式に基づいて、推定誤差演算部２００で算出された推定誤差を考慮して、すべり角推定値を更新する。
すなわち、次式によって車体すべり角を推定する。
【００２１】
【数３】
【００２２】
ここで、各推定値には、＾の記号を付して表記した。ｅkは、推定誤差演算部で算出される、前輪ＳＡＴ、後輪スリップ率、横加速度各々に関する推定誤差からなる列ベクトルである。すなわち、次式で表現される。
【００２３】
【数４】
【００２４】
ここで上付き添え字のＴは、ベクトルの転置を示す。
Ｌβkは、車体すべり角に関するゲインであって、次のような構造を持つ。
【００２５】
【数５】
【００２６】
Ｌβkの成分のうち、Ｌβ1kは前輪ＳＡＴ推定誤差に掛かる係数、Ｌβ2kは後輪スリップ率の推定誤差に掛かる係数、Ｌβ3kは横加速度推定誤差に掛かる係数であるので、車体すべり角は、前輪ＳＡＴ、後輪スリップ率、横加速度の各々の誤差に基づいて推定されることがわかる。
一般に、車体すべり角は、車両の旋回状態と、前輪路面摩擦係数と、後輪摩擦係数とを支配的な要因として決定される。そこで、本実施形態のように、旋回状態を表わす横加速度と、前輪摩擦係数の情報を含むＳＡＴと、後輪摩擦係数の情報を含むスリップ率とを、併せて用いながら車体すべり角を推定することで、推定精度を向上することができる。なお、ゲインＬβkの詳細な設定方法は、後に述べる。
ヨーレート推定部１３２では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、左右後輪縦力推定値と、推定誤差とに基づいて、次式に従ってヨーレートを推定する。
【００２７】
【数６】
【００２８】
車体すべり角ダイナミクスと同様にして離散化すると、次式を得る。
【００２９】
【数７】
【００３０】
本式で表現されるダイナミクスに基づいて、推定誤差演算部１８０で算出された推定誤差を考慮して、すべり角推定値を下記に示すように更新する。
【００３１】
【数８】
【００３２】
Ｌrkは、ヨーレートに関するゲインベクトルである。車体すべり角の推定と同様に、一般に、ヨーレートは、旋回状態と、前輪路面摩擦係数と、後輪摩擦係数とを支配的な要因として決定される。そこで、推定誤差ｅkに含まれる、旋回状態を表わす横加速度と、前輪摩擦係数の情報を含むＳＡＴと、後輪摩擦係数の情報を含むスリップ率とを、併せて用いることで、ヨーレートを精度良く推定できる。なお、Ｌrkの設定方法は、後に詳細に述べる。
【００３３】
タイヤ出力推定部１３３は、車速検出値と、車体すべり角推定値と、ヨーレート推定値と、転舵角検出値と、後輪駆動トルク検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値と、推定誤差とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、後輪縦力推定値と、を推定し出力する。
【００３４】
図４は、タイヤ出力推定部のシステム構成図である。
タイヤ出力推定部１３３は、タイヤすべり角推定部１３４と、ＳＡＴ推定部１３５と、横力推定部１３６と、横加速度推定部１３７と、縦力推定部１３８と、車輪速推定部１３９と、スリップ率推定部１４０と、を備える。
タイヤすべり角推定部１３４では、ヨーレート推定値と、車体すべり角推定値と、転舵角検出値と、車速検出値とに基づいて、タイヤすべり角を次式で算出する。
【００３５】
【数９】
【００３６】
ＳＡＴ推定部１３５では、前輪すべり角推定値と、前輪路面摩擦係数推定値と、制動時スリップ率とに基づいて、予め取得したＳＡＴ特性Ｊf（，）を用いて前輪ＳＡＴ推定値を求める。すなわち、次式で表現できる。
【００３７】
【数１０】
【００３８】
一般的に、ＳＡＴ特性はスリップ率の発生量によっても変化するが、本実施形態において前輪は従動輪であり、スリップ率は無視できるほど小さいとした。例えば、ＳＡＴ特性としてフィアラモデルを用いると、前輪ＳＡＴは、次式で計算できる。
【００３９】
【数１１】
【００４０】
但し、φ＾kは次式とする。
【００４１】
【数１２】
【００４２】
あるいは、マジックフォーミュラや、実験により取得したデータに基づいて数値的に定義したマップを用いて、前輪ＳＡＴを計算してもよい。
横力推定部１３６では、前輪すべり角推定値と、後輪すべり角推定値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪摩擦係推定値と、転舵角検出値と、後輪スリップ率推定値とに基づいて、前輪横力推定値と、後輪横力推定値とを演算する。
前輪横力推定値は、前輪すべり角推定値と前輪路面摩擦係数推定値に応じて次式に示すように算出される。
【００４３】
【数１３】
【００４４】
ｈf（，）は前輪横力特性である。一般的に、タイヤ横力特性はスリップ率の発生量によっても変化するが、本実施形態において前輪は従動輪であり、スリップ率は無視できるほど小さいとした。例えば、横力特性として、フィアラモデルを用いると、前輪横力は、次式で表現される。
【００４５】
【数１４】
【００４６】
但し、φ＾kは次式とする。
【００４７】
【数１５】
【００４８】
また、横力特性として、マジックフォーミュラや数値的なマップを用いてもよい。後輪横力推定値は、後輪すべり角推定値と後輪路面摩擦係数推定値と後輪スリップ率推定値によって決定される。すなわち、次式によって算出される。
【００４９】
【数１６】
【００５０】
後輪横力特性ｈr（，）には、前輪の場合と同様に、種々のモデルを用いることができる。
また、横加速度推定部１３７では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値とに基づいて、次式で横加速度を計算する。
【００５１】
【数１７】
【００５２】
縦力推定部１３８では、後輪スリップ率推定値と、後輪路面摩擦係数推定値と、後輪すべり角とに基づいて、後輪縦力推定値を、次式に基づいて演算する。
【００５３】
【数１８】
【００５４】
ここで、ｈxr（，）はタイヤ縦力特性である。例えば、縦力特性として、ブラッシュモデルを用いると、後輪縦力推定値は、制動時には、次式で表される（自動車の運動と制御、山海堂、安部正人著）。
【００５５】
【数１９】
【００５６】
但し、ξ＾kは次式とする。
【００５７】
【数２０】
【００５８】
また、cosθ＾kは次式とする。
【００５９】
【数２１】
【００６０】
また、駆動時には、次式で表される（自動車の運動と制御、山海堂、安部正人著）。
【００６１】
【数２２】
【００６２】
但し、ξ＾kは次式とする。
【００６３】
【数２３】
【００６４】
また、cosθ＾kは次式とする。
【００６５】
【数２４】
【００６６】
車輪速推定部１３９では、後輪制駆動トルク検出値と、後輪縦力推定値と、推定誤差とに基づいて、車輪速推定値を推定する。制駆動トルクが作用したときの車輪速のダイナミクスは、次式で与えられる。
【００６７】
【数２５】
【００６８】
本式を、例えば、オイラー法を用いて離散化すると、次式を得る。
【００６９】
【数２６】
【００７０】
Δｔはサンプル時間である。この離散時間ダイナミクスに基づいて、推定誤差に応じて後輪車輪速を演算する。すなわち、次式により後輪車輪速を演算する。
【００７１】
【数２７】
【００７２】
ここで、ｅkは推定誤差である。Ｌωkは車輪速に関するゲインベクトルであり、後に決定方法を詳細に説明する。
スリップ率推定部１４０では、車輪速推定値と車速検出値とから、後輪スリップ率を推定する。
【００７３】
【数２８】
【００７４】
分母では、車体速と後輪車輪速を比較し、何れか大きい値が選択されるが、一般に、制動時には車体速が、駆動時には車輪速がより大きい値となる。
図３の前輪路面摩擦係数推定部１５０では、推定誤差から、路面摩擦係数ダイナミクスモデルに基づいて、前輪路面摩擦係数を推定する。路面摩擦係数が区分的に一定であると仮定すると、路面摩擦係数ダイナミクスモデルは次式のように定義される。
【００７５】
【数２９】
【００７６】
本式を離散化した式に基づき、推定誤差に応じて前輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式により、前輪路面摩擦係数を推定する。
【００７７】
【数３０】
【００７８】
ここで、ゲインＬμfkの決定法は後に示す。なお、路面摩擦係数のダイナミクスは、本例のように、時間の一階微分が０と定義してもよいし、例えば、二階微分が０と定義したモデルを用いてもよい。
後輪路面摩擦係数推定部１６０では、推定誤差から、路面摩擦係数ダイナミクスモデルに基づいて、前輪路面摩擦係数を推定する。路面摩擦係数が区分的に一定であると仮定すると、路面摩擦係数ダイナミクスモデルは次式のように定義される。
【００７９】
【数３１】
【００８０】
本式を離散化した式に基づき、推定誤差に応じて前輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式により、前輪路面摩擦係数を推定する。
【００８１】
【数３２】
【００８２】
ここで、ゲインＬμfkの決定法は後に示す。路面摩擦係数のダイナミクスは、本例のように、時間の一階微分が０と定義してもよいし、例えば、二階微分が０と定義したモデルを用いてもよい。
このように、路面摩擦係数のダイナミクスを定義することで、推定誤差にゲイン乗じることで算出される補正信号に基づいて、現在推定値μ＾fk、μ＾rkから次離散時間推定値μ＾fk+1、μ＾rk+1を推定することができる。この演算は、車体すべり角推定部１３１において、車体すべり角の現在推定値β＾kからその次離散時間推定値β＾k+1を推定する演算と、同一の計算ステップで行われるので、車体すべり角と路面摩擦係数とを同時に推定できる構成となっている。
【００８３】
前後輪の路面摩擦係数をタイヤ力やＳＡＴに基づいて推定する際には、車体すべり角の情報が必要であり、多くの場合、車両ダイナミクスモデルを用いて推定される。ところが、一般に、車体すべり角は、前後輪の路面摩擦係数に依存して発生量が決定されるので、推定値すべき量である路面摩擦係数に基づいて推定されるべきである。本実施形態の構成では、車体すべり角と前後輪の路面摩擦係数を同時に推定することを可能にしており、推定値の精度を向上することができる。
【００８４】
前輪ＳＡＴ検出部１７０では、前輪ＳＡＴを検出する。前輪ＳＡＴは、例えば、電動パワーステアリングにおけるトルクセンサ値、アシストモータ電流値、ハンドル角とから、ステアリングシステム回転運動ダイナミクスに基づいて、検出される。あるいは、キングピンやタイロッド軸力を計測する力センサを設置し、サスペンションの幾何構造を考慮して検出してもよい。
【００８５】
また、ＳＡＴを直接検出せず、例えば、タイロッド軸力を前輪ＳＡＴ検出部１７０の出力としてもよい。
後輪スリップ率検出部１８０では、後輪スリップ率を検出する。例えば、車速と後輪車輪速とから後輪スリップ率を検出される。あるいは、車体前後方向加速度をもとに、車体前後方向運動と車輪回転運動のダイナミクスモデルに基づいて設計したオブザーバにより、後輪スリップ率を検出してもよい。
【００８６】
横加速度検出部１９０では、横加速度を検出する。例えば、市販車に搭載されている横すべり防止装置における加速度センサの計測値を参照することで、横加速度を検出する。
推定誤差演算部２００では、車両出力推定部１３０で推定された前輪ＳＡＴ推定値と、前輪ＳＡＴ検出部１７０で検出された前輪ＳＡＴ検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された後輪スリップ率推定値と、後輪スリップ率検出部１８０で検出された後輪スリップ率検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された横加速度推定値と、後輪スリップ率検出部１８０で検出された横加速度検出値の差を、演算する。すなわち、推定誤差ｅkを、次式により演算する。
【００８７】
【数３３】
【００８８】
上付き添え字のＴはベクトルの転置を示す。
なお、推定誤差ｅyは、車両出力推定部において、車体すべり角とヨーレートの推定に用いられ、前輪路面摩擦係数推定部と後輪路面摩擦係数推定部において、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数の推定に用いられる。
次に、推定値の更新に用いたゲインの設定方法について説明する。
状態ベクトルｘk＝［βk ｒk ωrk μfk μrk］Tを用いて、車体すべり角、ヨーレート、車輪速、前輪路面摩擦係数、後輪路面摩擦係数、夫々の推定に用いた式をまとめて表現すると、次式のように表現できる。
【００８９】
【数３４】
【００９０】
ここで、入力はｕk＝［δk Ｔrk］であり、ゲインＬは、Ｌk＝［Ｌβk Ｌrk Ｌωk Ｌμfk Ｌμrk］Tである。
本式は、時間ｋ＋１の状態ｘ＾k+1が前離散時間ｋにおける状態ｘ＾kと入力ｕk、及び推定誤差ｅkによって、決定されることを示している。
またシステムの出力をｙk＝［Ｍzk ｓk ａyk］Tと定義する。出力ｙkは、状態ベクトルｘ＾kに含まれる車体すべり角と、ヨーレートと、後輪車輪速と、前後輪路面摩擦係数、及び、車両への入力ｕkによって代数的に演算されるので、次式で表現することができる。
【００９１】
【数３５】
【００９２】
上式に基づいて、システムのヤコビアン行列は次式のように計算される。
【００９３】
【数３６】
【００９４】
ヤコビアンは例えば、状態ｘ＾kでの関数の値と、状態を微小に変化させた状態ｘ＾k＋Δｘでの関数の値から差分とることで、数値的に計算できる。すなわち、次式により計算される。
【００９５】
【数３７】
【００９６】
こうして計算されたヤコビアン行列に基づき、各計算ステップで、例えばカルマンフィルタアルゴリズムを用いると、適切なゲインを定めることができる。カルマンフィルタアルゴリズムは、各計算ステップで次の演算を実行する。
【００９７】
【数３８】
【００９８】
ここで、添え字−は事前推定値を表わし、Ｐkは推定値の共分散行列である。また、Ｑkはプロセスノイズ共分散行列、Ｒk+1は検出値に含まれる観測ノイズ共分散行列である。これらは、ノイズ耐性と、推定値応答性のトレードオフを調節するパラメータであって、実用上は、設計者によって定められる。例えば、Ｒkの対角成分を大きく設定すると、ＳＡＴ、スリップ率、ヨーレートの検出値に含まれるノイズへの耐性は向上するが、路面摩擦係数が急変したときの、路面摩擦係数推定値の追従応答性は低下する。また、Ｑkの対角成分を大きく設定すると、ＳＡＴ、スリップ率、ヨーレートの検出値に含まれるノイズへの耐性は低下するが、路面摩擦係数が急変したときの、路面摩擦係数推定値の追従応答性は向上する。
【００９９】
ゲインの決定に本アルゴリズムを用いると、推定状態のノイズ分散を最小化するように状態を推定するため、観測量に含まれるノイズが顕著な場合や、プロセスノイズを仮定したい場合に、精度良い推定値を得ることができる。
あるいは、本アルゴリズムのかわりに極配置法を用いると、推定値の応答時間と減衰係数とを設計仕様としてゲインを決定することができる。
また、前輪ＳＡＴ、後輪スリップ率、ヨーレートに基づいてゲイン特性を調整するとよい。
先ず、後輪スリップ率検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は後輪スリップ率推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前輪ＳＡＴ推定誤差、及びヨーレート推定誤差が小さくなるように、ゲインを設定する。
【０１００】
また、前輪ＳＡＴ検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前輪ＳＡＴ推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、後輪スリップ率推定誤差、及びヨーレート推定誤差が小さくなるように、ゲインを設定する。
また、ヨーレート検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又はヨーレート推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前輪ＳＡＴ推定誤差、及び後輪スリップ率推定誤差が小さくなるように、ゲインを設定する。
【０１０１】
《作用》
後輪駆動車両において、後輪で発生するスリップ率の影響を考慮せずに、前輪の路面摩擦係数を推定しようとすると、例えば急制動によってスリップ率が大きくなるようなシーンで、タイヤ状態の推定精度が低下する可能性がある。また、予め定められたマップに基づいてフィードフォワードとしてタイヤのグリップ度を推定しているので、例えばセルフアライニングトルク、タイヤすべり角、タイヤ横力、タイヤ前後力等にノイズが含まれると、推定精度を低下させてしまう。
【０１０２】
図５は、タイヤすべり角‐前輪ＳＡＴの特性変化を示す図である。
また、駆動輪車輪速、従動輪車輪速、従動輪加速度、駆動輪車輪速差分値、従動輪車輪速差分値、従動輪加速度差分値、駆動輪接地荷重に基づいて、スリップ率の変化量に対する路面摩擦係数の変化量に基づいて路面摩擦係数を推定することも考えられる。しかしながら、旋回時に前後輪に発生するすべり角による、スリップ率に対する縦力特性の変化を考慮せずに、後輪の路面摩擦係数を推定することになるため、旋回時に精度良く路面摩擦係数を推定することが困難である。また、従動輪速度差分値と従動輪速差分値とを算出する際に、車輪速度に含まれるノイズが増幅され、推定精度が低下する可能性もある。
【０１０３】
そこで、路面摩擦係数μ＾f及びμ＾rを推定し、転舵角δ、車速Ｖ、路面摩擦係数μ＾f及びμ＾rに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値Ｍ＾zと、後輪スリップ率推定値ｓ＾と、横加速度推定値ａ＾yとを推定する。一方、前輪ＳＡＴ検出値Ｍzと、後輪スリップ率検出値ｓと、横加速度検出値ａyとを検出する。そして、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ状態と、旋回状態とにおいて、夫々、推定値と検出値との差分ｅkを推定誤差として演算し、各推定誤差ｅkの少なくとも一つに応じて、路面摩擦係数μ＾f及びμ＾rを補正する。
【０１０４】
このように、前輪セルフアライニングトルクと、後輪スリップ状態と、旋回状態との各推定誤差ｅkの少なくとも一つに応じて、路面摩擦係数の推定値μ＾fk及びμ＾rkを、μ＾fk+1及びμ＾rk+1へと更新することで、路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
また、前輪ＳＡＴ、後輪スリップ率を他方輪の推定にまで考慮して、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数を推定器内で関連付けながら独立に推定可能な構成としたことで、前輪及び後輪の路面摩擦係数を精度良く推定することができる。すなわち、前輪路面摩擦係数は、後輪で発生するスリップ率の影響を考慮して推定し、後輪路面摩擦係数は、前輪及び後輪で発生するすべり角の影響を考慮して推定するため、従来技術と比較して推定精度を改善できる。
【０１０５】
なお、車両から検出する量として前輪のＳＡＴ相当量及び、後輪のスリップ状態を用いたことで、例えばＳＡＴ相当量は電動パワーステアリングシステムに備えられた操舵補助モータ電流及びトルクセンサ値から検出でき、スリップ状態は車輪速に基づいて検出できるので、多くの市販車においてセンサを新たに追加する必要がなく、車両原価の増加を抑えることができる。
上記のように、独立に推定された前輪と後輪の路面摩擦係数に基づいて、例えば低速旋回時に前輪と後輪の軌跡が異なり、前輪と後輪の路面摩擦係数が異なる場合の車両運動制御をより精度良く実施することができる。
【０１０６】
また、一般に、車体すべり角βの発生量は、前輪路面摩擦係数μfと、後輪路面摩擦係数μrと、横加速度ａyと、が支配的な要因となって決定されるため、前輪路面摩擦係数の情報を比較的多く含む前輪ＳＡＴ相当量の検出値と推定値との差と、後輪路面摩擦係数の情報を比較的多く含む後輪スリップ率検出値と推定値との差と、横加速度検出値と推定値の差と、に基づいて、車体すべり角βを推定する構成とした。これにより、精度良く車体すべり角βを推定でき、それを基に推定される前輪路面摩擦係数μfと、後輪摩擦係数μrの推定精度を向上できる。
【０１０７】
また、前輪路面摩擦係数μfと後輪路面摩擦係数μrを、前輪ＳＡＴモデル及びタイヤ力モデルに基づいて推定する場合には、前輪タイヤすべり角αfと後輪タイヤすべり角αrの情報が必要であるが、一方で、これらのタイヤすべり角αf及びαrを推定するためには、これから推定しようとしている前輪路面摩擦係数μfと後輪路面摩擦係数μrの情報が必要である。
【０１０８】
そこで、前輪ＳＡＴ相当量の検出値と推定値との差と、後輪スリップ状態検出値と推定値との差と、車両旋回状態検出値と推定値の差と、に基づいて、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数とタイヤすべり角の算出に必要な車体すべり角とを同時に推定する構成としたことで、各推定値を精度良く推定できる。
また、路面摩擦係数μ＾f及びμ＾rの推定は、時間による一階微分を０と定義した動特性モデルを含み、この動特性モデルに、前輪ＳＡＴ相当量の検出値と推定値との差と、後輪スリップ状態検出値と推定値との差と、車両旋回状態検出値と推定値の差とから算出した量を入力することで、各検出値に含まれるノイズによって路面摩擦係数の推定精度が低下することを防げる。
【０１０９】
《効果》
以上より、転舵角検出部１１０が「転舵角検出手段」に対応し、車速検出部１２０が「車速検出手段」に対応し、前輪路面摩擦係数推定部１５０及び後輪路面摩擦係数推定部１６０が「路面摩擦係数推定手段」に対応する。また、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３のＳＡＴ推定部１３５、及び数１０、数１１の演算が「転舵輪セルフアライニングトルク推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３のスリップ率推定部１４０、及び数２８の演算が「非転舵輪スリップ状態推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３の横加速度推定部１３７、及び数１７の演算が「旋回状態推定手段」に対応する。また、前輪ＳＡＴ検出部１７０が「転舵輪セルフアライニングトルク検出手段」に対応し、後輪スリップ率検出部１８０が「非転舵輪スリップ状態検出手段」に対応し、横加速度検出部１９０が「旋回状態検出手段」に対応する。また、推定誤差演算部２００、及び数３３の演算が「転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段」に対応し、推定誤差演算部２００、及び数３３の演算が「非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段」に対応し、推定誤差演算部２００、及び数３３の演算が「旋回状態推定誤差演算手段」に対応する。前輪路面摩擦係数推定部１５０、後輪路面摩擦係数推定部１６０、及び数３０、数３２の演算が「路面摩擦係数補正手段」に対応する。
【０１１０】
また、車両出力推定部１３０の車体すべり角推定部１３１が「車体すべり角推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０の車体すべり角推定部１３１、及び数３の演算が「車体すべり角補正手段」に対応し、車両出力推定部１３０のヨーレート推定部１３２が「ヨーレート推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０のヨーレート推定部１３２、及び数８が「ヨーレート補正手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３の車輪速推定部１３９が「後輪車速推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３の車輪速推定部１３９、及び数２７が「後輪車速補正手段」に対応する。
【０１１１】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、後輪及び前輪の路面摩擦係数を推定し、転舵角、車速、及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、車速に基づいて、後輪スリップ率推定値を推定し、転舵角、車速、及び後輪及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、車両の横加速度推定値を推定する。一方、前輪のＳＡＴ検出値を検出し、後輪スリップ率検出値を検出し、車両の横加速度検出値を検出する。そして、前輪ＳＡＴの推定値と検出値との差分で定義される前輪ＳＡＴ推定誤差を演算し、後輪スリップ率の推定値と検出値との差分で定義される後輪スリップ率推定誤差を演算し、横加速度の推定値と検出値との差分で定義される横加速度推定誤差を演算する。そして、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定値を更新することで、路面摩擦係数を含めたタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。
【０１１２】
（２）タイヤ接地状態推定装置は、車体すべり角を推定し、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記車体すべり角推定手段で推定した車体すべり角を補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、車体すべり角の推定値を更新することで、車体すべり角の推定精度を向上させることができる。したがって、この車体すべり角を用いて推定される前輪ＳＡＴや後輪スリップ率や横加速度の推定精度を向上させることができる。
【０１１３】
（３）タイヤ接地状態推定装置は、路面摩擦係数の推定と、車体すべり角の推定とは、同一の演算周期で実行される。
このように、同一の演算時間ステップにおいて、路面摩擦係数の推定と、車体すべり角の推定とを実行することで、各推定精度を向上させることができる。
【０１１４】
（４）タイヤ接地状態推定装置は、ヨーレートを推定し、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、ヨーレートを補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、ヨーレートの推定値を更新することで、ヨーレートの推定精度を向上させることができる。したがって、このヨーレートを用いて推定される前輪ＳＡＴや後輪スリップ率や横加速度の推定精度を向上させることができる。
【０１１５】
（５）タイヤ接地状態推定装置は、後輪の車輪速を推定し、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、後輪車輪速を補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、後輪車輪速の推定値を更新することで、後輪車輪速の推定精度を向上させることができる。したがって、この後輪車輪速を用いて推定される横加速度の推定精度を向上させることができる。
【０１１６】
（６）タイヤ接地状態推定装置は、時間による一階微分を０と定義した動特性モデルを用いて路面摩擦係数を推定する。
このように、時間による一階微分を０と定義した動特性モデルを用いることで、各検出値に含まれるノイズによって路面摩擦係数の推定精度が悪化することを防ぐことができる。
【０１１７】
（７）タイヤ接地状態推定装置は、スリップ状態検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又はスリップ状態推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前輪ＳＡＴ推定誤差、及び横加速度推定誤差が小さくなるように、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、スリップ状態検出値又はスリップ状態推定誤差に応じて、補正の重み付けを調整することで、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
【０１１８】
（８）タイヤ接地状態推定装置は、前輪ＳＡＴ検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前輪ＳＡＴ推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、後輪スリップ率推定誤差、及び横加速度推定誤差が小さくなるように、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、前輪ＳＡＴ検出値又は前輪ＳＡＴ推定誤差に応じて、補正の重み付けを調整することで、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
【０１１９】
（９）タイヤ接地状態推定装置は、横加速度検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は横加速度推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前輪ＳＡＴ推定誤差、及び後輪スリップ率推定誤差が小さくなるように、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、横加速度検出値又は横加速度推定誤差に応じて、補正の重み付けを調整することで、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
【０１２０】
《第二実施形態》
《構成》
第二実施形態では、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪車輪速推定値と、ヨーレート推定値とを出力し、これらの推定誤差に応じて、車体すべり角と、前輪路面摩擦係数と、後輪路面摩擦係数とを推定するものである。
図６は、第二実施形態のシステム構成図である。
本実施形態では、転舵角検出部１１０と、後輪制駆動トルク検出部１１１と、車速検出部１２０と、車両出力推定部１３０と、前輪路面摩擦係数推定部１５０と、後輪路面摩擦係数推定部１６０と、前輪ＳＡＴ検出部１７０と、後輪車輪速検出部１８１と、ヨーレート検出部１９１と、推定誤差演算部２００と、を備える。
【０１２１】
以上の構成要素について、第一実施形態と共通の要素についての説明を省き、本実施形態において変更があるブロックについて、詳細に説明する。
後輪車輪速検出部１８１では、後輪車輪速を検出する。
ヨーレート検出部１９１では、ヨーレートを検出する。例えば、既存の市販車の多くに搭載されている、車両横すべり防止装置に備えられたヨーレートセンサ検出値を参照することでヨーレートを検出してもよい。
推定誤差演算部２００では、前輪ＳＡＴ推定値と前輪ＳＡＴ検出値の差、後輪車輪速推定値と後輪車輪速検出値の差、並びにヨーレート推定値とヨーレート検出値との差を演算する。すなわち、推定誤差ｅkを、次式により演算する。
【０１２２】
【数３９】
【０１２３】
上付き添え字のＴはベクトルの転置を示す。なお、第一実施形態と同様に、推定誤差ｅkは、車両出力推定部１３０において、車体すべり角とヨーレートの推定に用いられ、前輪路面摩擦係数推定部１５０と後輪路面摩擦係数推定部１６０において、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数の推定に用いられる。
【０１２４】
図７は、第二実施形態を示す車両出力推定部のシステム構成図である。
車両出力推定部１３０は、転舵角検出値と、後輪制駆動トルク検出値と、車速検出値と、前輪路面摩擦係数検出値と、後輪路面摩擦係数検出値と、推定誤差とに基づいて、車体すべり角と、前輪ＳＡＴと、後輪車輪速と、ヨーレートとを推定する。
ヨーレート推定部１３２は、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、後輪縦力推定値とに基づいてヨーレートを推定し、車両出力推定部１３０の出力となる。
タイヤ出力推定部１３３は、転舵角検出値と、後輪制駆動トルク検出値と、車体すべり角推定値と、ヨーレート推定値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪車輪速推定値とを出力する。
【０１２５】
なお、車体すべり角推定部１３１におけるすべり角の推定、ヨーレート推定部１３２におけるヨーレートの推定、タイヤ出力推定部１３３における後輪車輪速の推定、前輪路面摩擦係数推定部１５０における前輪路面摩擦係数の推定、後輪路面摩擦係数推定部１６０における後輪路面摩擦係数の推定は、第一実施形態で述べた原理で実施される。推定誤差に乗じるゲインは、次のようにして決定される。状態ベクトルｘk＝［βk ｒk ωrk μfk μrk］Tを用いて、車体すべり角、ヨーレート、後輪車輪速、前輪摩擦係数、後輪摩擦係数の推定に用いた数をまとめて状態空間表現すると、次式のように表現できる。
【０１２６】
【数４０】
【０１２７】
ここで、入力はｕk＝［δk Ｔrk］であり、ゲインＬは、Ｌk＝［Ｌβk Ｌrk Ｌωk Ｌμfk Ｌμrk］Tである。本式は、時間ｋ＋１の状態ｘ＾k+1が前離散時間ｋにおける状態ｘ＾kと入力ｕk、及び推定誤差ｅkによって、決定されることを示している。
またシステムの出力をｙk＝［Ｍzk ωk ｒk］Tと定義する。出力ｙkは、状態ベクトルｘ＾kに含まれる車体すべり角と、ヨーレートと、後輪車輪速と、前後輪路面摩擦係数、及び、車両入力ｕkによって代数的に演算されるので、次式で表現することができる。
【０１２８】
【数４１】
【０１２９】
上式に基づいて、システムのヤコビアンは次式のように計算される。
【０１３０】
【数４２】
【０１３１】
このヤコビアンに基づき、各計算ステップで、例えばカルマンフィルタアルゴリズムを用いると、適切なゲインを定めることができる。
《作用》
本実施形態の構成によると、ヨーレートの誤差に基づいて、各状態を推定するので、第一実施形態で必要な横加速の検出が困難な場合でも実施することができる。また、後輪スリップ状態は、第一実施形態で説明したようにスリップ率を検出してもよいし、本実施形態のように、車輪速を検出してもよい。
他の作用効果については、前述した第一実施形態と同様である。
【０１３２】
《効果》
以上より、後輪車輪速検出部１８１が「非転舵輪スリップ状態検出手段」に対応し、ヨーレート検出部１９１が「旋回状態検出手段」に対応する。また、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３の車輪速推定部１３９、及び数２５〜数２７の演算が「非転舵輪スリップ状態推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるヨーレート推定部１３２、及び数６〜数８の演算が「旋回状態推定手段」に対応する。
以下に、本実施形態に特有の効果を記載するが、その他に第一実施形態と同一の構成を有する部分については第一実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０１３３】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、前輪及び後輪の路面摩擦係数を推定し、転舵角、車速、及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、車速に基づいて、後輪車輪速推定値を推定し、転舵角、車速、及び前輪及び後輪の路面摩擦係数に基づいて、車両のヨーレート推定値を推定する。一方、前輪のセルフアライニングトルク検出値を検出し、後輪車輪速検出値を検出し、車両のヨーレート検出値を検出する。そして、前輪ＳＡＴの推定値と検出値との差分で定義される前輪ＳＡＴ推定誤差を演算し、後輪車輪速の推定値と検出値との差分で定義される後輪車輪速推定誤差を演算し、ヨーレートの推定値と検出値との差分で定義されるヨーレート推定誤差を演算する。そして、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪車輪速推定誤差、ヨーレート推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前輪及び後輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪車輪速と、ヨーレートとの各推定誤差の少なくとも一つに応じて、前輪及び後輪の路面摩擦係数の推定値を更新することで、路面摩擦係数を含めたタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。
【０１３４】
《第三実施形態》
《構成》
第三実施形態では、四輪に制動力が作用する場合におけるタイヤ接地状態推定装置について説明する。本実施形態には、第一実施形態と同一の要素が含まれるので、異なる要素について説明する。
図８は、第三実施形態を示す車両の概略構成図である。
本実施形態では、ブレーキ圧センサ１４１ＨＬ、１４１ＨＲを夫々左後輪と右後輪に備える。
【０１３５】
図９は、第三実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
後輪制駆動トルク検出部１１１では、後輪制駆動トルクを検出する。後輪駆動モータの電流から、駆動モータのトルク係数を考慮して算出されるモータが発生する制駆動トルクに、例えば、ブレーキ圧から、予め実験的に取得したマップを介して算出される制動トルクを加えることで、後輪に作用する制駆動トルクを検出する。
【０１３６】
前輪スリップ率検出部１１２では、制動時の前輪スリップ率を検出する。制動時には、全ての車輪に制動力が作用し、従動輪が存在しないため、従動輪から車体速の推定が困難である。そこで、例えば、センサで検出した前後加速度を積分することにより車速を算出して、前輪の車輪速の検出値と比較することで、前輪のスリップ率を検出する。
図１０は、第三実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【０１３７】
タイヤ出力推定部１３３には、タイヤすべり角推定部１３４と、ＳＡＴ推定部１３５と、横力推定部１３６と、横加速度推定部１３７と、縦力推定部１３８と、車輪速推定部１３９と、スリップ率推定部１４０と、を備える。本実施形態では、タイヤすべり角推定部１３４、横加速度推定部１３７、縦力推定部１３８、車輪速推定部１３９、スリップ率推定部１４０は、第一実施形態と同一である。
ＳＡＴ推定部１３５は、制動力検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、前輪すべり角推定値とに基づいて、前輪ＳＡＴを推定する。前輪ＳＡＴは、予め取得したＳＡＴ特性Ｊf（，）を用いて求める。すなわち、次式で表現できる。
【０１３８】
【数４３】
【０１３９】
ｓfkは制動時に発生する前輪スリップ率の検出値である。例えば、ＳＡＴ特性としてブラッシュモデルを用いると、前輪ＳＡＴは、制動時には、次式によって算出される。
【０１４０】
【数４４】
【０１４１】
但し、ξ＾kは次式とする。
【０１４２】
【数４５】
【０１４３】
また、cosθ＾kは次式とする。
【０１４４】
【数４６】
【０１４５】
横力推定部１３６では、前輪すべり角推定値と、後輪すべり角推定値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪摩擦係推定値と、転舵角検出値と、前輪スリップ率検出値と、後輪スリップ率推定値とに基づいて、前輪横力推定値と、後輪横力推定値とを演算する。
前輪横力推定値は、前輪すべり角推定値と前輪路面摩擦係数推定値と前輪スリップ率検出値とに応じて決定される。すなわち、次式によって算出される。
【０１４６】
【数４７】
【０１４７】
ｈf（，）は前輪横力特性である。例えば、ブラッシュモデルを用いると、スリップ率発生時の横力を算出することができる。後輪横力推定値は、後輪すべり角推定値と後輪路面摩擦係数推定値と後輪スリップ率推定値によって決定される。すなわち、次式によって算出される。
【０１４８】
【数４８】
【０１４９】
後輪横力特性ｈr（，）には、前輪の場合と同様に、種々のモデルを用いることができる。
《作用》
本実施形態によれば、各輪に制動力が作用する場合においても、前輪ＳＡＴ、前輪横力の算出において、制動により生じた前輪スリップ率に応じた補正を施すため、前輪路面摩擦係数、後輪路面摩擦係数を含む推定値を精度良く推定することができる。
他の作用効果については、前述した第一実施形態と同様である。
【０１５０】
《効果》
以上より、ブレーキ圧センサ１４１ＨＬ、１４１ＨＲ、及び後輪制駆動トルク検出部１１１が「制動状態検出手段」に対応し、前輪スリップ率検出部１１２が「前輪スリップ状態検出手段」に対応する。また、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３のＳＡＴ推定部１３５、及び数４３、数４４の演算が「転舵輪セルフアライニングトルク推定手段」に対応する。
以下に、本実施形態に特有の効果を記載するが、その他に第一実施形態と同一の構成を有する部分については第一実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０１５１】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、制動状態に応じて前輪スリップ率検出値を検出し、転舵角、車速、前輪の路面摩擦係数、及び前輪スリップ率検出値に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、転舵角、車速、後輪及び前輪の路面摩擦係数、並びに前輪スリップ率検出値に基づいて、横加速度推定値を推定する。
このように、制動時の前輪スリップ率検出値を加味して前輪ＳＡＴや横加速度を推定するので、四輪に制動力が作用する場合にも、精度良く、前輪ＳＡＴや横加速度を推定することができる。したがって、この前輪ＳＡＴや横加速度を用いて補正される前輪路面摩擦係数及び後輪路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
【０１５２】
《第四実施形態》
《構成》
第四実施形態では、後輪について左右輪独立にスリップ率と駆動トルクが検出できる場合において、左後輪路面摩擦係数と、右後輪路面摩擦係数とを、独立に推定するものである。
なお、第一実施形態と同一の構成要素については説明を省略し、異なる要素について説明する。
図１１は、第四実施形態を示す車両の概略構成図である。
本実施形態の車両は、駆動力発生源としての駆動モータ１０７ＨＬ、１０７ＨＲを備えており、駆動モータ出力軸は減速ギア１０６ＨＬ、１０６ＨＲを介して、後輪１０４ＨＲＬ、１０４ＨＲＲに連結されており、左右後輪を独立に駆動する。
【０１５３】
図１２は、第四実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
左後輪制駆動トルク検出部１１４では、左後輪制駆動トルクを検出する。例えば、左輪駆動モータの電流値を計測して、トルク係数を考慮することで、制駆動トルクを検出する。
右後輪制駆動トルク検出部１１３では、同様にして、右後輪制駆動トルクを検出する。
【０１５４】
図１３は、第四実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
タイヤ出力推定部１３３では、すべり角推定値と、ヨーレート推定値と、転舵角検出値と、左後輪制駆動トルク検出値と、右後輪制駆動トルク検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、左後輪路面摩擦係数推定値と、右後輪路面摩擦係数推定値と、推定誤差とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、左後輪スリップ率推定値と、右後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、前輪横力と、後輪横力と、後輪縦力とを推定する。
【０１５５】
横力推定部１３６では、前輪路面摩擦係数推定値と、前輪すべり角推定値と、後輪すべり角推定値と、左後輪路面摩擦係数推定値と、右後輪路面摩擦係数推定値と、転舵角検出値と、左右後輪スリップ率推定値とに基づいて、前輪横力と、後輪横力とを推定する。
前輪横力推定値は、前輪すべり角推定値と前輪路面摩擦係数推定値に応じて決定される。すなわち、次式によって算出される。
【０１５６】
【数４９】
【０１５７】
ｈf（，）は前輪横力特性である。例えば、横力特性として、例えば、第一実施形態に記載のように、フィアラモデルが用いられる。また、横力特性として、マジックフォーミュラや、実験的によって取得された数値的マップを用いてもよい。左右後輪横力推定値は、後輪すべり角推定値と後輪路面摩擦係数推定値と後輪スリップ率推定値によって決定される。すなわち、左後輪横力は次式で算出される。
【０１５８】
【数５０】
【０１５９】
また、右後輪横力は次式で算出される。
【０１６０】
【数５１】
【０１６１】
後輪横力特性ｈr（，）には、前輪の場合と同様に、種々のモデルを用いることができる。
横加速度推定部１３７では、前輪横力推定値と、左右後輪横力推定値とに基づいて、次式を用いて、横加速度を計算する。
【０１６２】
【数５２】
【０１６３】
縦力推定部１３８では、左後輪路面摩擦係数推定値と、右後輪路面摩擦係数推定値と、左右後輪スリップ率推定値とに基づいて、左右後輪縦力を推定する。左後輪横力は次式で算出される。
【０１６４】
【数５３】
【０１６５】
右後輪横力は、次式で算出される。
【０１６６】
【数５４】
【０１６７】
車輪速推定部１３９では、左右後輪制駆動トルク検出値と、左右後輪縦力推定値と、推定誤差演算部２００で演算される推定誤差とに基づいて、左右車輪速推定値を推定する。
先ず、左後輪について、制駆動トルクが作用したときの車輪速のダイナミクスは、次式で与えられる。
【０１６８】
【数５５】
【０１６９】
本式を、例えば、オイラー法を用いて離散化すると、次式を得る。
【０１７０】
【数５６】
【０１７１】
Δｔはサンプル時間である。この離散時間ダイナミクスに基づいて、推定誤差に応じて後輪車輪速を演算する。すなわち、次式により後輪車輪速を演算する。
【０１７２】
【数５７】
【０１７３】
ここで、ｅkは推定誤差である。Ｌrlωkは左輪車輪速に関するゲインベクトルであり、後に決定方法を詳細に説明する。
一方、右後輪についても、同様に車輪速が演算される。すなわち、次式により演算される。
【０１７４】
【数５８】
【０１７５】
スリップ率推定部１４０では、左右車輪速推定値と車速検出値とに基づいて、左右後輪スリップ率を演算する。先ず、左後輪スリップ率は、次式で算出される。
【０１７６】
【数５９】
【０１７７】
同様に、右後輪スリップ率は、次式で算出される。
【０１７８】
【数６０】
【０１７９】
分母では、車体速と後輪車輪速を比較し、何れか大きい値が選択されるが、一般に、制動時には車体速が、駆動時には車輪速がより大きい値となる。
図１２の左後輪路面摩擦係数推定部１６１では、推定誤差から、路面摩擦係数ダイナミクスモデルに基づいて、左後輪路面摩擦係数を推定する。路面摩擦係数が区分的に一定であると仮定すると、路面摩擦係数ダイナミクスモデルは次式のように定義される。
【０１８０】
【数６１】
【０１８１】
本式を離散化した式に基づき、推定誤差に応じて左後輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式により、前輪路面摩擦係数を推定する。
【０１８２】
【数６２】
【０１８３】
ここで、ゲインＬμrlkの決定法は後に示す。
右後輪路面摩擦係数推定部１６２では、推定誤差から、路面摩擦係数ダイナミクスモデルに基づいて、右後輪路面摩擦係数を推定する。路面摩擦係数が区分的に一定であると仮定すると、路面摩擦係数ダイナミクスモデルは次式のように定義される。
【０１８４】
【数６３】
【０１８５】
本式を離散化した式に基づき、推定誤差に応じて左後輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式により、前輪路面摩擦係数を推定する。
【０１８６】
【数６４】
【０１８７】
ここで、ゲインＬμrlkの決定法は後に示す。
推定誤差演算部２００では、車両出力推定部１３０で推定された前輪ＳＡＴ推定値と、前輪ＳＡＴ検出部１７０で検出された前輪ＳＡＴ検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された左後輪スリップ率推定値と、左後輪スリップ率検出部１８３で検出された左後輪スリップ率検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された右後輪スリップ率推定値と、右後輪スリップ率検出部１８２で検出された右後輪スリップ率検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された横加速度推定値と、後輪スリップ率検出部１８０で検出された横加速度検出値の差を、演算する。
すなわち、推定誤差ｅkを、次式により演算する。
【０１８８】
【数６５】
【０１８９】
上付き添え字のＴはベクトルの転置を示す。なお、推定誤差ｅyは、車両出力推定部において、車体すべり角とヨーレートの推定に用いられ、前輪路面摩擦係数推定部と後輪路面摩擦係数推定部において、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数の推定に用いられる。
次に、各推定値の演算に用いるゲインの設定方法について説明する。
状態ベクトルｘk＝［βk ｒk ωrlk ωrrk μfk μrlk μrrk］を用いて、車体すべり角、ヨーレート、左後輪車輪速、右後輪車輪速、前輪路面摩擦係数、左後輪路面摩擦係数、右後輪路面摩擦係数の推定に用いる式をまとめて表現すると、次式のように表現できる。
【０１９０】
【数６６】
【０１９１】
ここで、入力はｕk＝［δk Ｔrlk Ｔrrk］であり、ゲインＬkは、次式によって表される。
【０１９２】
【数６７】
【０１９３】
本式は、時間ｋ＋１の状態ｘ＾k+1が前離散時間ｋにおける状態ｘ＾kと入力ｕk、及び推定誤差ｅkによって、決定されることを示している。
またシステムの出力をｙk＝［Ｍzk ｓrlk ｓrrk ａyk］Tと定義する。出力ｙkは、状態ベクトルｘ＾kに含まれる車体すべり角と、ヨーレートと、左右後輪車輪速と、前輪路面摩擦係数、左右後輪路面摩擦係数、及び、車両入力ｕkによって代数的に演算されるので、次式で表現することができる。
【０１９４】
【数６８】
【０１９５】
上式に基づいて、システムのヤコビアン行列は次式のように計算される。
【０１９６】
【数６９】
【０１９７】
このヤコビアン行列を用いて、第一実施形態に記載の方法でゲインＬkを決定する。
本実施形態では、左右独立に検出した後輪スリップ率に基づいて、左右後輪の路面摩擦係数を独立に推定する構成となっているので、左右輪で路面摩擦係数が異なる場合においても、各輪の路面摩擦係数を精度良く推定でき、車体すべり角の推定精度も併せて向上できる。
【０１９８】
《作用》
本実施形態では、左後輪スリップ率ｓ＾rlと右後輪スリップ率ｓ＾rrとを個別に推定し、左後輪路面摩擦係数μ＾rlと右後輪路面摩擦係数μ＾rrとを個別に推定し、左後輪スリップ率ｓrlと右後輪スリップ率ｓrrとを個別に検出し、左後輪スリップ率推定誤差と右後輪スリップ率推定誤差とを個別に推定することで、左右輪で路面摩擦係数が異なる場合においても、各輪の路面摩擦係数を精度良く推定でき、車体すべり角の推定精度も併せて向上できる。
その他の作用効果については、前述した第一実施形態と同様である。
【０１９９】
《効果》
以上より、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３のスリップ率推定部１４０、及び数５９、数６０の演算が「非転舵輪スリップ状態推定手段」に対応し、左後輪路面摩擦係数推定部１６１、右後輪路面摩擦係数推定部１６２、及び数６２、数６４が「路面摩擦係数推定手段」に対応し、左後輪スリップ率検出部１８３及び右後輪スリップ率検出部１８２が「非転舵輪スリップ状態検出手段」に対応し、推定誤差演算部２００、及び数６５の演算が「非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段」に対応する。
以下に、本実施形態に特有の効果を記載するが、その他に第一実施形態と同一の構成を有する部分については第一実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０２００】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、左後輪及び右後輪のスリップ率を個別に推定し、左後輪及び右後輪の路面摩擦係数を個別に推定し、左後輪及び右後輪のスリップ率を個別に検出し、左後輪及び右後輪のスリップ率推定誤差を個別に演算する。
このように、後輪のスリップ率や路面摩擦係数やスリップ率推定誤差を、左右輪で個別に演算することで、左右輪で値が異なる場合であっても、スリップ率や路面摩擦係数の推定精度、及びスリップ率推定誤差の演算精度を向上させることができる。したがって、このスリップ率や路面摩擦係数やスリップ率推定誤差を用いて推定されるタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。
【０２０１】
《第五実施形態》
《構成》
第一実施形態〜第四実施形態では、車体すべり角と前後輪路面摩擦係数とを同時に推定する構成を説明したが、第五実施形態では、これらを同時に推定せず、路面摩擦係数の推定に必要なすべり角を前計算ステップで算出した値を用いるものである。
本実施形態を実現するのに必要な車両構成は第一実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０２０２】
図１５は、第五実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
車両出力推定部１３０では、転舵角検出値と、車速検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、車体すべり角推定値とを推定する。
図１６は、第五実施形態を示す車両出力推定部のシステム構成図である。
車体すべり角推定部１３１では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、車速検出値とに基づいて、車体すべり角を推定する。第一実施形態に記載の車体すべり角のダイナミクスを離散化することで得られる、次式を用いて車体すべり角を推定する。
【０２０３】
【数７０】
【０２０４】
ヨーレート推定部１３２では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、左右後輪縦力推定値とに基づいて、ヨーレートを推定する。第一実施形態に記載のヨーレートのダイナミクスを離散化することで得られる、次式を用いてヨーレートを推定する。すなわち、次式によって算出される。
【０２０５】
【数７１】
【０２０６】
タイヤ出力推定部１３３では、 車速検出値と、車体すべり角推定値と、ヨーレート推定値と、転舵角検出値と、後輪駆動トルク検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、車体すべり角推定部１３１、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、後輪縦力推定値と、前輪タイヤすべり角と、後輪縦力推定値と、後輪すべり角推定値と、を推定し出力する。
車輪速推定部１３９では、後輪縦力推定値と、後輪制駆動トルク検出値とに基づいて、車輪速推定値を推定する。
第一実施形態に記載した車輪速のダイナミクスを離散化した式を用いて、車輪速を推定する。すなわち、次式により後輪車輪速を演算する。
【０２０７】
【数７２】
【０２０８】
タイヤ出力推定部１３３に含まれる、その他の構成要素については、第一実施形態と同様であるので説明を省略する。
前輪路面摩擦係数推定部１５０では、前輪タイヤすべり角と、前輪ＳＡＴ推定値と、推定誤差とに基づいて、前輪路面摩擦係数を推定する。先ず、前輪ＳＡＴ検出値を推定誤差ｅk＝［Ｍzk−Ｍ＾zk ｓk−ｓ＾k ａyk−ａ＾yk］Tの第一成分と、前輪ＳＡＴ推定値とから算出する。すなわち、次式により計算する。
【０２０９】
【数７３】
【０２１０】
ｅ（１）kは推定誤差の第一成分を表わす。
また、例えば、フィアラモデルによると、前輪ＳＡＴは、次式によって算出される。
【０２１１】
【数７４】
【０２１２】
但し、φ＾kは次式とする。
【０２１３】
【数７５】
【０２１４】
本式を前輪路面摩擦係数について解いた式を用いて、前輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式を用いて推定する。
【０２１５】
【数７６】
【０２１６】
本実施形態は、第一実施形態から第四実施形態までと異なり、路面摩擦係数にダイナミクスを定義しない。そこで、路面摩擦係数の計算時には、代数ループを回避するために、前輪路面摩擦係数推定部１５０の入力は前離散時間における値を用いる必要がある。
なお、本例ではフィアラモデルに基づいて路面摩擦係数を推定しているが、例えば、ＳＡＴから路面摩擦係数への関係を実験的に取得したマップを用いて、推定してもよい。
後輪路面摩擦係数推定部１６０では、後輪タイヤすべり角と、後輪タイヤ横力推定値と、後輪タイヤ縦力推定値と、後輪スリップ率推定値と、推定誤差とから、後輪路面摩擦係数を推定する。
先ず、後輪スリップ率推定値を、推定誤差ｅk＝［Ｍzk−Ｍ＾zk ｓrk−ｓ＾rk ａyk−ａ＾yk］Tの第２成分と、スリップ率推定値とから算出する。すなわち、次式により計算する。
【０２１７】
【数７７】
【０２１８】
ｅ（２）kは推定誤差の第２成分を表わす。後輪タイヤ力特性が、例えば、ブラッシュモデルでモデル化できるとする。
路面摩擦係数を求めるために、先ず、次式で定義されるタイヤ力粘着比Ｐ＾rkを計算する。
【０２１９】
【数７８】
【０２２０】
但し、後輪縦力と後輪横力の合力である後輪タイヤ力Ｆrk-1は、後輪縦力推定値と、後輪横力推定値とから、次式で計算される。
【０２２１】
【数７９】
【０２２２】
タイヤ力粘着比は、タイヤ粘着域長ξ＾kと次の関係がある。
【０２２３】
【数８０】
【０２２４】
本式をξ＾kについて解く。具体的には、例えば、ニュートン法等の数値計算アルゴリズムを用いることで、ξ＾kを求めることができる。さらに、求められたξ＾kから、次式に基づいて、路面摩擦係数が算出される。
【０２２５】
【数８１】
【０２２６】
《作用》
本実施形態におけるタイヤ接地状態推定装置では、ＳＡＴから前輪路面摩擦係数、スリップ率から後輪路面摩擦係数の関係を、各々タイヤモデルから導出し、これらを用いてＳＡＴとスリップ率から直接的に前後輪の路面摩擦係数を算出する構成であるので、第一実施形態から第四実施形態において必要であったゲインを設定するためのヤコビアン行列の計算が不要であり、より計算量を低減できる。
【０２２７】
《効果》
以上より、前輪路面摩擦係数推定部１５０、後輪路面摩擦係数推定部１６０、及び数７６、数８１の演算が「路面摩擦係数推定手段」、「路面摩擦係数補正手段」に対応する。
以下に、本実施形態に特有の効果を記載するが、その他に第一実施形態と同一の構成を有する部分については第一実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０２２８】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、後輪及び前輪の路面摩擦係数を推定し、転舵角、車速、及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、車速に基づいて、後輪スリップ率推定値を推定し、転舵角、車速、及び後輪及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、車両の横加速度推定値を推定する。一方、前輪のＳＡＴ検出値を検出し、後輪スリップ率検出値を検出し、車両の横加速度検出値を検出する。そして、前輪ＳＡＴの推定値と検出値との差分で定義される前輪ＳＡＴ推定誤差を演算し、後輪スリップ率の推定値と検出値との差分で定義される後輪スリップ率推定誤差を演算し、横加速度の推定値と検出値との差分で定義される横加速度推定誤差を演算する。そして、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
【０２２９】
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定値を更新することで、路面摩擦係数を含めたタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。特に、前輪ＳＡＴから前輪路面摩擦係数をタイヤモデルから導出すると共に、後輪スリップ率から後輪路面摩擦係数をタイヤモデルから導出する、つまり前輪ＳＡＴと後輪スリップ率から直接的に前後輪の路面摩擦係数を算出する構成であるので、計算負荷の増大を抑制することができる。
【符号の説明】
【０２３０】
１０２Ｈ 駆動回路
１０３Ｈ リチウムイオンバッテリ
１０４ＨＦＬ 左前輪
１０４ＨＦＲ 右前輪
１０４ＨＲＬ 左後輪
１０４ＨＲＬ 右後輪
１０５ＨＦＬ 左前輪車輪速センサ
１０５ＨＦＲ 右前輪車輪速センサ
１０６Ｈ 減速ギア
１０６ＨＬ 左後輪減速ギア
１０６ＨＲ 右後輪減速ギア
１０７Ｈ 駆動モータ
１０７ＨＬ 左後輪駆動モータ
１０７ＨＲ 右後輪駆動モータ
１０８Ｈ 横加速度センサ
１０９Ｈ ヨーレートセンサ
１１１Ｈ ステアリングホイール
１１２Ｈ 補助操舵用モータ
１１４Ｈ ステアリングギア
１１５Ｈ トルクセンサ
１２１Ｈ 操舵角センサ
１３０Ｈ 統合コントローラ
１４１ＨＬ ブレーキ圧センサ
１１０ 転舵角検出部
１１１ 後輪制駆動トルク検出部
１１２ 前輪スリップ率検出部
１１３ 右後輪制駆動トルク検出部
１１４ 左後輪制駆動トルク検出部
１２０ 車速検出部
１３０ 車両出力推定部
１３１ 車体すべり角推定部
１３２ ヨーレート推定部
１３３ タイヤ出力推定部
１３４ 角推定部
１３５ 推定部
１３６ 横力推定部
１３７ 横加速度推定部
１３８ 縦力推定部
１３９ 車輪速推定部
１４０ スリップ率推定部
１５０ 前輪路面摩擦係数推定部
１６０ 後輪路面摩擦係数推定部
１６１ 左後輪路面摩擦係数推定部
１６２ 右後輪路面摩擦係数推定部
１７０ 前輪ＳＡＴ検出部
１８０ 後輪スリップ率検出部
１８１ 後輪車輪速検出部
１８２ 右後輪スリップ率検出部
１８３ 左後輪スリップ率検出部
１９０ 横加速度検出部
１９１ ヨーレート検出部
２００ 推定誤差演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイヤ接地状態推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された従来技術は、タイヤ特性によって定まるマップを参照し、セルフアライニングトルク、タイヤすべり角、タイヤ横力、タイヤ前後力等に基づいて、タイヤ状態を推定している。この従来技術でタイヤ状態とは、タイヤ力が限界に至るまでの余裕を表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２１３９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来技術では、後輪で発生するスリップ率の影響を考慮していないため、例えば急制動によってスリップ率が大きくなるようなシーンで、タイヤ状態の推定精度が低下する可能性がある。また、予め定められたマップに基づいてフィードフォワードとしてタイヤのグリップ度を推定しているので、例えばセルフアライニングトルク、タイヤすべり角、タイヤ横力、タイヤ前後力等にノイズが含まれると、推定精度を低下させてしまう。
本発明の課題は、タイヤ接地状態の推定精度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るタイヤ接地状態推定装置は、転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を推定し、転舵角、車速、並びに転舵輪及び転舵輪の路面摩擦係数に基づいて、転舵輪セルフアライニングトルク推定値と、非転舵輪スリップ状態推定値と、車両の旋回状態推定値とを推定する。一方、転舵輪のセルフアライニングトルク検出値と、非転舵輪スリップ状態検出値と、車両の旋回状態検出値とを検出する。そして、転舵輪セルフアライニングトルクと、非転舵輪スリップ状態と、旋回状態とにおいて、夫々、推定値と検出値との差分を推定誤差として演算し、各推定誤差の少なくとも一つに応じて、転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係るタイヤ接地状態推定装置によれば、転舵輪セルフアライニングトルクと、非転舵輪スリップ状態と、旋回状態との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数の推定値を更新することで、路面摩擦係数を含めたタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】車両の概略構成図である。
【図２】タイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
【図３】車両出力推定部のシステム構成図である。
【図４】タイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【図５】タイヤすべり角‐前輪ＳＡＴの特性変化を示す図である。
【図６】第二実施形態のシステム構成図である。
【図７】第二実施形態を示す車両出力推定部のシステム構成図である。
【図８】第三実施形態を示す車両の概略構成図である。
【図９】第三実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
【図１０】第三実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【図１１】第四実施形態を示す車両の概略構成図である。
【図１２】第四実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
【図１３】第四実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【図１４】第五実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
【図１５】第五実施形態を示す車両出力推定部のシステム構成図である。
【図１６】第五実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
本明細書では、次に定義する車両パラメータ、変数、タイヤ力関数を用いる。
［車両パラメータ］
ｍ ：車両重量
Ｉz ：車体ヨー慣性モーメント
Ｉw ：車輪回転軸まわりの車輪慣性モーメント
ｌf ：車両重心点から前輪までの長さ
ｌr ：車両重心点から後輪までの長さ
ｌ ：タイヤ接地面長
Ｒw ：タイヤ有効半径
ｇ ：重力加速度
ｌt ：トレッドベースの半分
Ｃf ：前輪タイヤコーナリングスティフネス
Ｃr ：前輪タイヤコーナリングスティフネス
Ｃs ：タイヤドライビングスティフネス
【０００９】
［変数］
Ｖ ：車速
ωr ：後輪車輪速
ωrl ：左後輪車輪速
ωrr ：左後輪車輪速
Ｆyf ：前輪タイヤ横力
Ｆyr ：後輪タイヤ横力
Ｆyrl ：左後輪タイヤ横力
Ｆyrr ：右後輪タイヤ横力
Ｆxr ：後輪タイヤ縦力
ｓr ：後輪スリップ率
ｓrl ：左後輪スリップ率
ｓrr ：左後輪スリップ率
Ｆzf ：前輪輪荷重
Ｆzr ：後輪輪荷重
Ｍz ：前輪ＳＡＴ
Ｔr ：後輪制駆動トルク
Ｔrl ：左後輪制駆動トルク
Ｔrr ：右後輪制駆動トルク
αf ：前輪タイヤすべり角
αr ：後輪タイヤすべり角
β ：車体すべり角
ｒ ：ヨーレート
ａy ：横加速度
μf ：前輪路面摩擦係数
μr ：後輪路面摩擦係数
μrl ：左後輪路面摩擦係数
μrr ：右後輪路面摩擦係数
δ ：前輪転舵角
ξ ：無次元タイヤ粘着域長
ρ ：静的前後輪荷重比
【００１０】
［タイヤ力関数］
ｈf ：前輪タイヤ横力
ｈr ：後輪タイヤ横力
ｈxr ：後輪タイヤ縦力
Ｊf ：前輪ＳＡＴ特性
【００１１】
《第一実施形態》
《構成》
図１は、車両の概略構成図である。
この車両は、駆動力発生源としての駆動モータ１０７Ｈを備えており、駆動モータ出力軸は減速ギア１０６Ｈを介して、後輪車軸に連結されており、左右後輪１０４ＨＲＬ、１０４ＨＲＲを駆動する。駆動回路１０２Ｈは、駆動モータ出力トルクが統合コントローラ１３０Ｈから受信するトルク指令値と一致するようにリチウムイオンバッテリ１０３Ｈからの電力で駆動モータ１０７Ｈを駆動する。
前輪１０４ＨＦＬ、１０４ＨＦＲは運転者が操作するステアリングホイール１１１Ｈの回転運動によりステアリングギア１１４Ｈを介して機械的に主操舵される他に、補助操舵用モータ１１２Ｈによるトルクで補助操舵される。
【００１２】
統合コントローラ１３０Ｈには、ステアリングホイール１１１Ｈの回転軸に取り付けられた操舵角センサ１２１Ｈによって検出するハンドル角信号と、補助操舵用モータ１１２Ｈから検出された補助操舵用モータ電流検出値と、ステアリングシステムに備えられたトルクセンサ１１５Ｈにより検出されるステアリングトルク検出値と、各輪に取り付けられた車輪速センサ１０５ＨＦＬ、１０５ＨＦＲ、１０５ＨＲＬ、１０５ＨＲＲによって検出する車輪速と、横加速度センサ１０８Ｈによって検出する横加速度検出値及び縦方向加速度検出値と、ヨーレートセンサ１０９Ｈによって検出するヨーレート検出値と、駆動モータ１０７Ｈから検出された駆動モータ電流検出値が入力される。統合コントローラ１３０Ｈには、次に説明するタイヤ接地状態推定装置を備える。
【００１３】
次に、本実施形態におけるアルゴリズムについて説明する。
図２は、タイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
タイヤ接地状態推定装置は、転舵角検出部１１０と、後輪制駆動トルク検出部１１１と、車速検出部１２０と、車両出力推定部１３０と、前輪路面摩擦係数推定部１５０と、後輪路面摩擦係数推定部１６０と、前輪ＳＡＴ検出部１７０と、後輪スリップ率検出部１８０と、横加速度検出部１９０と、推定誤差演算部２００と、を備える。
【００１４】
転舵角検出部１１０では、例えば、ステアリングシステムに備えられたハンドル角センサ値から、ステアリングギア比とサスペンション幾何構造を考慮して、転舵角を検出する。
後輪制駆動トルク検出部１１１では、例えば、後輪駆動モータ電流から、駆動モータのトルク係数を考慮して、制駆動トルクを検出する。
【００１５】
車速検出部１２０では、例えば従動輪速度を計測値に基づいて、車速を検出する。本実施形態では、従動輪速度は、左前輪車輪速センサ１０５ＨＦＬ、右前輪車輪速センサ１０５ＨＦＲによって検出されるので、これらの検出値から車速を検出する。
車両出力推定部１３０では、転舵角検出値と、車速検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値とに基づいて、前輪セルフアライニングトルク（以下、前輪ＳＡＴと称す）推定値と、後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、車体すべり角推定値と、を推定する。
【００１６】
ここで、車両出力推定部１３０について説明する。
図３は、車両出力推定部のシステム構成図である。
車両出力推定部１３０は、車体すべり角推定部１３１と、ヨーレート推定部１３２と、タイヤ出力推定部１３３と、を備える。
車体すべり角推定部１３１では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、車速検出値と、推定誤差とに基づいて、車体すべり角を推定する。車体すべり角のダイナミクスは次式で表現される。
【００１７】
【数１】
【００１８】
連続時間微分方程式を離散時間に変換する手法として、例えば、オイラー法を用いて離散化すると、次式を得る。
【００１９】
【数２】
【００２０】
下付き添え字ｋは離散時間を表し、ｋが付された文字は、各計算時間で変化する量を表わす。Δｔは離散サンプル時間である。上式に基づいて、推定誤差演算部２００で算出された推定誤差を考慮して、すべり角推定値を更新する。
すなわち、次式によって車体すべり角を推定する。
【００２１】
【数３】
【００２２】
ここで、各推定値には、＾の記号を付して表記した。ｅkは、推定誤差演算部で算出される、前輪ＳＡＴ、後輪スリップ率、横加速度各々に関する推定誤差からなる列ベクトルである。すなわち、次式で表現される。
【００２３】
【数４】
【００２４】
ここで上付き添え字のＴは、ベクトルの転置を示す。
Ｌβkは、車体すべり角に関するゲインであって、次のような構造を持つ。
【００２５】
【数５】
【００２６】
Ｌβkの成分のうち、Ｌβ1kは前輪ＳＡＴ推定誤差に掛かる係数、Ｌβ2kは後輪スリップ率の推定誤差に掛かる係数、Ｌβ3kは横加速度推定誤差に掛かる係数であるので、車体すべり角は、前輪ＳＡＴ、後輪スリップ率、横加速度の各々の誤差に基づいて推定されることがわかる。
一般に、車体すべり角は、車両の旋回状態と、前輪路面摩擦係数と、後輪摩擦係数とを支配的な要因として決定される。そこで、本実施形態のように、旋回状態を表わす横加速度と、前輪摩擦係数の情報を含むＳＡＴと、後輪摩擦係数の情報を含むスリップ率とを、併せて用いながら車体すべり角を推定することで、推定精度を向上することができる。なお、ゲインＬβkの詳細な設定方法は、後に述べる。
ヨーレート推定部１３２では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、左右後輪縦力推定値と、推定誤差とに基づいて、次式に従ってヨーレートを推定する。
【００２７】
【数６】
【００２８】
車体すべり角ダイナミクスと同様にして離散化すると、次式を得る。
【００２９】
【数７】
【００３０】
本式で表現されるダイナミクスに基づいて、推定誤差演算部１８０で算出された推定誤差を考慮して、すべり角推定値を下記に示すように更新する。
【００３１】
【数８】
【００３２】
Ｌrkは、ヨーレートに関するゲインベクトルである。車体すべり角の推定と同様に、一般に、ヨーレートは、旋回状態と、前輪路面摩擦係数と、後輪摩擦係数とを支配的な要因として決定される。そこで、推定誤差ｅkに含まれる、旋回状態を表わす横加速度と、前輪摩擦係数の情報を含むＳＡＴと、後輪摩擦係数の情報を含むスリップ率とを、併せて用いることで、ヨーレートを精度良く推定できる。なお、Ｌrkの設定方法は、後に詳細に述べる。
【００３３】
タイヤ出力推定部１３３は、車速検出値と、車体すべり角推定値と、ヨーレート推定値と、転舵角検出値と、後輪駆動トルク検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値と、推定誤差とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、後輪縦力推定値と、を推定し出力する。
【００３４】
図４は、タイヤ出力推定部のシステム構成図である。
タイヤ出力推定部１３３は、タイヤすべり角推定部１３４と、ＳＡＴ推定部１３５と、横力推定部１３６と、横加速度推定部１３７と、縦力推定部１３８と、車輪速推定部１３９と、スリップ率推定部１４０と、を備える。
タイヤすべり角推定部１３４では、ヨーレート推定値と、車体すべり角推定値と、転舵角検出値と、車速検出値とに基づいて、タイヤすべり角を次式で算出する。
【００３５】
【数９】
【００３６】
ＳＡＴ推定部１３５では、前輪すべり角推定値と、前輪路面摩擦係数推定値と、制動時スリップ率とに基づいて、予め取得したＳＡＴ特性Ｊf（，）を用いて前輪ＳＡＴ推定値を求める。すなわち、次式で表現できる。
【００３７】
【数１０】
【００３８】
一般的に、ＳＡＴ特性はスリップ率の発生量によっても変化するが、本実施形態において前輪は従動輪であり、スリップ率は無視できるほど小さいとした。例えば、ＳＡＴ特性としてフィアラモデルを用いると、前輪ＳＡＴは、次式で計算できる。
【００３９】
【数１１】
【００４０】
但し、φ＾kは次式とする。
【００４１】
【数１２】
【００４２】
あるいは、マジックフォーミュラや、実験により取得したデータに基づいて数値的に定義したマップを用いて、前輪ＳＡＴを計算してもよい。
横力推定部１３６では、前輪すべり角推定値と、後輪すべり角推定値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪摩擦係推定値と、転舵角検出値と、後輪スリップ率推定値とに基づいて、前輪横力推定値と、後輪横力推定値とを演算する。
前輪横力推定値は、前輪すべり角推定値と前輪路面摩擦係数推定値に応じて次式に示すように算出される。
【００４３】
【数１３】
【００４４】
ｈf（，）は前輪横力特性である。一般的に、タイヤ横力特性はスリップ率の発生量によっても変化するが、本実施形態において前輪は従動輪であり、スリップ率は無視できるほど小さいとした。例えば、横力特性として、フィアラモデルを用いると、前輪横力は、次式で表現される。
【００４５】
【数１４】
【００４６】
但し、φ＾kは次式とする。
【００４７】
【数１５】
【００４８】
また、横力特性として、マジックフォーミュラや数値的なマップを用いてもよい。後輪横力推定値は、後輪すべり角推定値と後輪路面摩擦係数推定値と後輪スリップ率推定値によって決定される。すなわち、次式によって算出される。
【００４９】
【数１６】
【００５０】
後輪横力特性ｈr（，）には、前輪の場合と同様に、種々のモデルを用いることができる。
また、横加速度推定部１３７では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値とに基づいて、次式で横加速度を計算する。
【００５１】
【数１７】
【００５２】
縦力推定部１３８では、後輪スリップ率推定値と、後輪路面摩擦係数推定値と、後輪すべり角とに基づいて、後輪縦力推定値を、次式に基づいて演算する。
【００５３】
【数１８】
【００５４】
ここで、ｈxr（，）はタイヤ縦力特性である。例えば、縦力特性として、ブラッシュモデルを用いると、後輪縦力推定値は、制動時には、次式で表される（自動車の運動と制御、山海堂、安部正人著）。
【００５５】
【数１９】
【００５６】
但し、ξ＾kは次式とする。
【００５７】
【数２０】
【００５８】
また、cosθ＾kは次式とする。
【００５９】
【数２１】
【００６０】
また、駆動時には、次式で表される（自動車の運動と制御、山海堂、安部正人著）。
【００６１】
【数２２】
【００６２】
但し、ξ＾kは次式とする。
【００６３】
【数２３】
【００６４】
また、cosθ＾kは次式とする。
【００６５】
【数２４】
【００６６】
車輪速推定部１３９では、後輪制駆動トルク検出値と、後輪縦力推定値と、推定誤差とに基づいて、車輪速推定値を推定する。制駆動トルクが作用したときの車輪速のダイナミクスは、次式で与えられる。
【００６７】
【数２５】
【００６８】
本式を、例えば、オイラー法を用いて離散化すると、次式を得る。
【００６９】
【数２６】
【００７０】
Δｔはサンプル時間である。この離散時間ダイナミクスに基づいて、推定誤差に応じて後輪車輪速を演算する。すなわち、次式により後輪車輪速を演算する。
【００７１】
【数２７】
【００７２】
ここで、ｅkは推定誤差である。Ｌωkは車輪速に関するゲインベクトルであり、後に決定方法を詳細に説明する。
スリップ率推定部１４０では、車輪速推定値と車速検出値とから、後輪スリップ率を推定する。
【００７３】
【数２８】
【００７４】
分母では、車体速と後輪車輪速を比較し、何れか大きい値が選択されるが、一般に、制動時には車体速が、駆動時には車輪速がより大きい値となる。
図３の前輪路面摩擦係数推定部１５０では、推定誤差から、路面摩擦係数ダイナミクスモデルに基づいて、前輪路面摩擦係数を推定する。路面摩擦係数が区分的に一定であると仮定すると、路面摩擦係数ダイナミクスモデルは次式のように定義される。
【００７５】
【数２９】
【００７６】
本式を離散化した式に基づき、推定誤差に応じて前輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式により、前輪路面摩擦係数を推定する。
【００７７】
【数３０】
【００７８】
ここで、ゲインＬμfkの決定法は後に示す。なお、路面摩擦係数のダイナミクスは、本例のように、時間の一階微分が０と定義してもよいし、例えば、二階微分が０と定義したモデルを用いてもよい。
後輪路面摩擦係数推定部１６０では、推定誤差から、路面摩擦係数ダイナミクスモデルに基づいて、前輪路面摩擦係数を推定する。路面摩擦係数が区分的に一定であると仮定すると、路面摩擦係数ダイナミクスモデルは次式のように定義される。
【００７９】
【数３１】
【００８０】
本式を離散化した式に基づき、推定誤差に応じて前輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式により、前輪路面摩擦係数を推定する。
【００８１】
【数３２】
【００８２】
ここで、ゲインＬμfkの決定法は後に示す。路面摩擦係数のダイナミクスは、本例のように、時間の一階微分が０と定義してもよいし、例えば、二階微分が０と定義したモデルを用いてもよい。
このように、路面摩擦係数のダイナミクスを定義することで、推定誤差にゲイン乗じることで算出される補正信号に基づいて、現在推定値μ＾fk、μ＾rkから次離散時間推定値μ＾fk+1、μ＾rk+1を推定することができる。この演算は、車体すべり角推定部１３１において、車体すべり角の現在推定値β＾kからその次離散時間推定値β＾k+1を推定する演算と、同一の計算ステップで行われるので、車体すべり角と路面摩擦係数とを同時に推定できる構成となっている。
【００８３】
前後輪の路面摩擦係数をタイヤ力やＳＡＴに基づいて推定する際には、車体すべり角の情報が必要であり、多くの場合、車両ダイナミクスモデルを用いて推定される。ところが、一般に、車体すべり角は、前後輪の路面摩擦係数に依存して発生量が決定されるので、推定値すべき量である路面摩擦係数に基づいて推定されるべきである。本実施形態の構成では、車体すべり角と前後輪の路面摩擦係数を同時に推定することを可能にしており、推定値の精度を向上することができる。
【００８４】
前輪ＳＡＴ検出部１７０では、前輪ＳＡＴを検出する。前輪ＳＡＴは、例えば、電動パワーステアリングにおけるトルクセンサ値、アシストモータ電流値、ハンドル角とから、ステアリングシステム回転運動ダイナミクスに基づいて、検出される。あるいは、キングピンやタイロッド軸力を計測する力センサを設置し、サスペンションの幾何構造を考慮して検出してもよい。
【００８５】
また、ＳＡＴを直接検出せず、例えば、タイロッド軸力を前輪ＳＡＴ検出部１７０の出力としてもよい。
後輪スリップ率検出部１８０では、後輪スリップ率を検出する。例えば、車速と後輪車輪速とから後輪スリップ率を検出される。あるいは、車体前後方向加速度をもとに、車体前後方向運動と車輪回転運動のダイナミクスモデルに基づいて設計したオブザーバにより、後輪スリップ率を検出してもよい。
【００８６】
横加速度検出部１９０では、横加速度を検出する。例えば、市販車に搭載されている横すべり防止装置における加速度センサの計測値を参照することで、横加速度を検出する。
推定誤差演算部２００では、車両出力推定部１３０で推定された前輪ＳＡＴ推定値と、前輪ＳＡＴ検出部１７０で検出された前輪ＳＡＴ検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された後輪スリップ率推定値と、後輪スリップ率検出部１８０で検出された後輪スリップ率検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された横加速度推定値と、後輪スリップ率検出部１８０で検出された横加速度検出値の差を、演算する。すなわち、推定誤差ｅkを、次式により演算する。
【００８７】
【数３３】
【００８８】
上付き添え字のＴはベクトルの転置を示す。
なお、推定誤差ｅyは、車両出力推定部において、車体すべり角とヨーレートの推定に用いられ、前輪路面摩擦係数推定部と後輪路面摩擦係数推定部において、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数の推定に用いられる。
次に、推定値の更新に用いたゲインの設定方法について説明する。
状態ベクトルｘk＝［βk ｒk ωrk μfk μrk］Tを用いて、車体すべり角、ヨーレート、車輪速、前輪路面摩擦係数、後輪路面摩擦係数、夫々の推定に用いた式をまとめて表現すると、次式のように表現できる。
【００８９】
【数３４】
【００９０】
ここで、入力はｕk＝［δk Ｔrk］であり、ゲインＬは、Ｌk＝［Ｌβk Ｌrk Ｌωk Ｌμfk Ｌμrk］Tである。
本式は、時間ｋ＋１の状態ｘ＾k+1が前離散時間ｋにおける状態ｘ＾kと入力ｕk、及び推定誤差ｅkによって、決定されることを示している。
またシステムの出力をｙk＝［Ｍzk ｓk ａyk］Tと定義する。出力ｙkは、状態ベクトルｘ＾kに含まれる車体すべり角と、ヨーレートと、後輪車輪速と、前後輪路面摩擦係数、及び、車両への入力ｕkによって代数的に演算されるので、次式で表現することができる。
【００９１】
【数３５】
【００９２】
上式に基づいて、システムのヤコビアン行列は次式のように計算される。
【００９３】
【数３６】
【００９４】
ヤコビアンは例えば、状態ｘ＾kでの関数の値と、状態を微小に変化させた状態ｘ＾k＋Δｘでの関数の値から差分とることで、数値的に計算できる。すなわち、次式により計算される。
【００９５】
【数３７】
【００９６】
こうして計算されたヤコビアン行列に基づき、各計算ステップで、例えばカルマンフィルタアルゴリズムを用いると、適切なゲインを定めることができる。カルマンフィルタアルゴリズムは、各計算ステップで次の演算を実行する。
【００９７】
【数３８】
【００９８】
ここで、添え字−は事前推定値を表わし、Ｐkは推定値の共分散行列である。また、Ｑkはプロセスノイズ共分散行列、Ｒk+1は検出値に含まれる観測ノイズ共分散行列である。これらは、ノイズ耐性と、推定値応答性のトレードオフを調節するパラメータであって、実用上は、設計者によって定められる。例えば、Ｒkの対角成分を大きく設定すると、ＳＡＴ、スリップ率、ヨーレートの検出値に含まれるノイズへの耐性は向上するが、路面摩擦係数が急変したときの、路面摩擦係数推定値の追従応答性は低下する。また、Ｑkの対角成分を大きく設定すると、ＳＡＴ、スリップ率、ヨーレートの検出値に含まれるノイズへの耐性は低下するが、路面摩擦係数が急変したときの、路面摩擦係数推定値の追従応答性は向上する。
【００９９】
ゲインの決定に本アルゴリズムを用いると、推定状態のノイズ分散を最小化するように状態を推定するため、観測量に含まれるノイズが顕著な場合や、プロセスノイズを仮定したい場合に、精度良い推定値を得ることができる。
あるいは、本アルゴリズムのかわりに極配置法を用いると、推定値の応答時間と減衰係数とを設計仕様としてゲインを決定することができる。
また、前輪ＳＡＴ、後輪スリップ率、ヨーレートに基づいてゲイン特性を調整するとよい。
先ず、後輪スリップ率検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は後輪スリップ率推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前輪ＳＡＴ推定誤差、及びヨーレート推定誤差が小さくなるように、ゲインを設定する。
【０１００】
また、前輪ＳＡＴ検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前輪ＳＡＴ推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、後輪スリップ率推定誤差、及びヨーレート推定誤差が小さくなるように、ゲインを設定する。
また、ヨーレート検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又はヨーレート推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前輪ＳＡＴ推定誤差、及び後輪スリップ率推定誤差が小さくなるように、ゲインを設定する。
【０１０１】
《作用》
後輪駆動車両において、後輪で発生するスリップ率の影響を考慮せずに、前輪の路面摩擦係数を推定しようとすると、例えば急制動によってスリップ率が大きくなるようなシーンで、タイヤ状態の推定精度が低下する可能性がある。また、予め定められたマップに基づいてフィードフォワードとしてタイヤのグリップ度を推定しているので、例えばセルフアライニングトルク、タイヤすべり角、タイヤ横力、タイヤ前後力等にノイズが含まれると、推定精度を低下させてしまう。
【０１０２】
図５は、タイヤすべり角‐前輪ＳＡＴの特性変化を示す図である。
また、駆動輪車輪速、従動輪車輪速、従動輪加速度、駆動輪車輪速差分値、従動輪車輪速差分値、従動輪加速度差分値、駆動輪接地荷重に基づいて、スリップ率の変化量に対する路面摩擦係数の変化量に基づいて路面摩擦係数を推定することも考えられる。しかしながら、旋回時に前後輪に発生するすべり角による、スリップ率に対する縦力特性の変化を考慮せずに、後輪の路面摩擦係数を推定することになるため、旋回時に精度良く路面摩擦係数を推定することが困難である。また、従動輪速度差分値と従動輪速差分値とを算出する際に、車輪速度に含まれるノイズが増幅され、推定精度が低下する可能性もある。
【０１０３】
そこで、路面摩擦係数μ＾f及びμ＾rを推定し、転舵角δ、車速Ｖ、路面摩擦係数μ＾f及びμ＾rに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値Ｍ＾zと、後輪スリップ率推定値ｓ＾と、横加速度推定値ａ＾yとを推定する。一方、前輪ＳＡＴ検出値Ｍzと、後輪スリップ率検出値ｓと、横加速度検出値ａyとを検出する。そして、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ状態と、旋回状態とにおいて、夫々、推定値と検出値との差分ｅkを推定誤差として演算し、各推定誤差ｅkの少なくとも一つに応じて、路面摩擦係数μ＾f及びμ＾rを補正する。
【０１０４】
このように、前輪セルフアライニングトルクと、後輪スリップ状態と、旋回状態との各推定誤差ｅkの少なくとも一つに応じて、路面摩擦係数の推定値μ＾fk及びμ＾rkを、μ＾fk+1及びμ＾rk+1へと更新することで、路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
また、前輪ＳＡＴ、後輪スリップ率を他方輪の推定にまで考慮して、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数を推定器内で関連付けながら独立に推定可能な構成としたことで、前輪及び後輪の路面摩擦係数を精度良く推定することができる。すなわち、前輪路面摩擦係数は、後輪で発生するスリップ率の影響を考慮して推定し、後輪路面摩擦係数は、前輪及び後輪で発生するすべり角の影響を考慮して推定するため、従来技術と比較して推定精度を改善できる。
【０１０５】
なお、車両から検出する量として前輪のＳＡＴ相当量及び、後輪のスリップ状態を用いたことで、例えばＳＡＴ相当量は電動パワーステアリングシステムに備えられた操舵補助モータ電流及びトルクセンサ値から検出でき、スリップ状態は車輪速に基づいて検出できるので、多くの市販車においてセンサを新たに追加する必要がなく、車両原価の増加を抑えることができる。
上記のように、独立に推定された前輪と後輪の路面摩擦係数に基づいて、例えば低速旋回時に前輪と後輪の軌跡が異なり、前輪と後輪の路面摩擦係数が異なる場合の車両運動制御をより精度良く実施することができる。
【０１０６】
また、一般に、車体すべり角βの発生量は、前輪路面摩擦係数μfと、後輪路面摩擦係数μrと、横加速度ａyと、が支配的な要因となって決定されるため、前輪路面摩擦係数の情報を比較的多く含む前輪ＳＡＴ相当量の検出値と推定値との差と、後輪路面摩擦係数の情報を比較的多く含む後輪スリップ率検出値と推定値との差と、横加速度検出値と推定値の差と、に基づいて、車体すべり角βを推定する構成とした。これにより、精度良く車体すべり角βを推定でき、それを基に推定される前輪路面摩擦係数μfと、後輪摩擦係数μrの推定精度を向上できる。
【０１０７】
また、前輪路面摩擦係数μfと後輪路面摩擦係数μrを、前輪ＳＡＴモデル及びタイヤ力モデルに基づいて推定する場合には、前輪タイヤすべり角αfと後輪タイヤすべり角αrの情報が必要であるが、一方で、これらのタイヤすべり角αf及びαrを推定するためには、これから推定しようとしている前輪路面摩擦係数μfと後輪路面摩擦係数μrの情報が必要である。
【０１０８】
そこで、前輪ＳＡＴ相当量の検出値と推定値との差と、後輪スリップ状態検出値と推定値との差と、車両旋回状態検出値と推定値の差と、に基づいて、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数とタイヤすべり角の算出に必要な車体すべり角とを同時に推定する構成としたことで、各推定値を精度良く推定できる。
また、路面摩擦係数μ＾f及びμ＾rの推定は、時間による一階微分を０と定義した動特性モデルを含み、この動特性モデルに、前輪ＳＡＴ相当量の検出値と推定値との差と、後輪スリップ状態検出値と推定値との差と、車両旋回状態検出値と推定値の差とから算出した量を入力することで、各検出値に含まれるノイズによって路面摩擦係数の推定精度が低下することを防げる。
【０１０９】
《効果》
以上より、転舵角検出部１１０が「転舵角検出手段」に対応し、車速検出部１２０が「車速検出手段」に対応し、前輪路面摩擦係数推定部１５０及び後輪路面摩擦係数推定部１６０が「路面摩擦係数推定手段」に対応する。また、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３のＳＡＴ推定部１３５、及び数１０、数１１の演算が「転舵輪セルフアライニングトルク推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３のスリップ率推定部１４０、及び数２８の演算が「非転舵輪スリップ状態推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３の横加速度推定部１３７、及び数１７の演算が「旋回状態推定手段」に対応する。また、前輪ＳＡＴ検出部１７０が「転舵輪セルフアライニングトルク検出手段」に対応し、後輪スリップ率検出部１８０が「非転舵輪スリップ状態検出手段」に対応し、横加速度検出部１９０が「旋回状態検出手段」に対応する。また、推定誤差演算部２００、及び数３３の演算が「転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段」に対応し、推定誤差演算部２００、及び数３３の演算が「非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段」に対応し、推定誤差演算部２００、及び数３３の演算が「旋回状態推定誤差演算手段」に対応する。前輪路面摩擦係数推定部１５０、後輪路面摩擦係数推定部１６０、及び数３０、数３２の演算が「路面摩擦係数補正手段」に対応する。
【０１１０】
また、車両出力推定部１３０の車体すべり角推定部１３１が「車体すべり角推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０の車体すべり角推定部１３１、及び数３の演算が「車体すべり角補正手段」に対応し、車両出力推定部１３０のヨーレート推定部１３２が「ヨーレート推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０のヨーレート推定部１３２、及び数８が「ヨーレート補正手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３の車輪速推定部１３９が「後輪車速推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３の車輪速推定部１３９、及び数２７が「後輪車速補正手段」に対応する。
【０１１１】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、後輪及び前輪の路面摩擦係数を推定し、転舵角、車速、及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、車速に基づいて、後輪スリップ率推定値を推定し、転舵角、車速、及び後輪及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、車両の横加速度推定値を推定する。一方、前輪のＳＡＴ検出値を検出し、後輪スリップ率検出値を検出し、車両の横加速度検出値を検出する。そして、前輪ＳＡＴの推定値と検出値との差分で定義される前輪ＳＡＴ推定誤差を演算し、後輪スリップ率の推定値と検出値との差分で定義される後輪スリップ率推定誤差を演算し、横加速度の推定値と検出値との差分で定義される横加速度推定誤差を演算する。そして、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定値を更新することで、路面摩擦係数を含めたタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。
【０１１２】
（２）タイヤ接地状態推定装置は、車体すべり角を推定し、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記車体すべり角推定手段で推定した車体すべり角を補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、車体すべり角の推定値を更新することで、車体すべり角の推定精度を向上させることができる。したがって、この車体すべり角を用いて推定される前輪ＳＡＴや後輪スリップ率や横加速度の推定精度を向上させることができる。
【０１１３】
（３）タイヤ接地状態推定装置は、路面摩擦係数の推定と、車体すべり角の推定とは、同一の演算周期で実行される。
このように、同一の演算時間ステップにおいて、路面摩擦係数の推定と、車体すべり角の推定とを実行することで、各推定精度を向上させることができる。
【０１１４】
（４）タイヤ接地状態推定装置は、ヨーレートを推定し、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、ヨーレートを補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、ヨーレートの推定値を更新することで、ヨーレートの推定精度を向上させることができる。したがって、このヨーレートを用いて推定される前輪ＳＡＴや後輪スリップ率や横加速度の推定精度を向上させることができる。
【０１１５】
（５）タイヤ接地状態推定装置は、後輪の車輪速を推定し、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、後輪車輪速を補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、後輪車輪速の推定値を更新することで、後輪車輪速の推定精度を向上させることができる。したがって、この後輪車輪速を用いて推定される横加速度の推定精度を向上させることができる。
【０１１６】
（６）タイヤ接地状態推定装置は、時間による一階微分を０と定義した動特性モデルを用いて路面摩擦係数を推定する。
このように、時間による一階微分を０と定義した動特性モデルを用いることで、各検出値に含まれるノイズによって路面摩擦係数の推定精度が悪化することを防ぐことができる。
【０１１７】
（７）タイヤ接地状態推定装置は、スリップ状態検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又はスリップ状態推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前輪ＳＡＴ推定誤差、及び横加速度推定誤差が小さくなるように、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、スリップ状態検出値又はスリップ状態推定誤差に応じて、補正の重み付けを調整することで、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
【０１１８】
（８）タイヤ接地状態推定装置は、前輪ＳＡＴ検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前輪ＳＡＴ推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、後輪スリップ率推定誤差、及び横加速度推定誤差が小さくなるように、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、前輪ＳＡＴ検出値又は前輪ＳＡＴ推定誤差に応じて、補正の重み付けを調整することで、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
【０１１９】
（９）タイヤ接地状態推定装置は、横加速度検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は横加速度推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前輪ＳＡＴ推定誤差、及び後輪スリップ率推定誤差が小さくなるように、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、横加速度検出値又は横加速度推定誤差に応じて、補正の重み付けを調整することで、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
【０１２０】
《第二実施形態》
《構成》
第二実施形態では、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪車輪速推定値と、ヨーレート推定値とを出力し、これらの推定誤差に応じて、車体すべり角と、前輪路面摩擦係数と、後輪路面摩擦係数とを推定するものである。
図６は、第二実施形態のシステム構成図である。
本実施形態では、転舵角検出部１１０と、後輪制駆動トルク検出部１１１と、車速検出部１２０と、車両出力推定部１３０と、前輪路面摩擦係数推定部１５０と、後輪路面摩擦係数推定部１６０と、前輪ＳＡＴ検出部１７０と、後輪車輪速検出部１８１と、ヨーレート検出部１９１と、推定誤差演算部２００と、を備える。
【０１２１】
以上の構成要素について、第一実施形態と共通の要素についての説明を省き、本実施形態において変更があるブロックについて、詳細に説明する。
後輪車輪速検出部１８１では、後輪車輪速を検出する。
ヨーレート検出部１９１では、ヨーレートを検出する。例えば、既存の市販車の多くに搭載されている、車両横すべり防止装置に備えられたヨーレートセンサ検出値を参照することでヨーレートを検出してもよい。
推定誤差演算部２００では、前輪ＳＡＴ推定値と前輪ＳＡＴ検出値の差、後輪車輪速推定値と後輪車輪速検出値の差、並びにヨーレート推定値とヨーレート検出値との差を演算する。すなわち、推定誤差ｅkを、次式により演算する。
【０１２２】
【数３９】
【０１２３】
上付き添え字のＴはベクトルの転置を示す。なお、第一実施形態と同様に、推定誤差ｅkは、車両出力推定部１３０において、車体すべり角とヨーレートの推定に用いられ、前輪路面摩擦係数推定部１５０と後輪路面摩擦係数推定部１６０において、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数の推定に用いられる。
【０１２４】
図７は、第二実施形態を示す車両出力推定部のシステム構成図である。
車両出力推定部１３０は、転舵角検出値と、後輪制駆動トルク検出値と、車速検出値と、前輪路面摩擦係数検出値と、後輪路面摩擦係数検出値と、推定誤差とに基づいて、車体すべり角と、前輪ＳＡＴと、後輪車輪速と、ヨーレートとを推定する。
ヨーレート推定部１３２は、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、後輪縦力推定値とに基づいてヨーレートを推定し、車両出力推定部１３０の出力となる。
タイヤ出力推定部１３３は、転舵角検出値と、後輪制駆動トルク検出値と、車体すべり角推定値と、ヨーレート推定値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪車輪速推定値とを出力する。
【０１２５】
なお、車体すべり角推定部１３１におけるすべり角の推定、ヨーレート推定部１３２におけるヨーレートの推定、タイヤ出力推定部１３３における後輪車輪速の推定、前輪路面摩擦係数推定部１５０における前輪路面摩擦係数の推定、後輪路面摩擦係数推定部１６０における後輪路面摩擦係数の推定は、第一実施形態で述べた原理で実施される。推定誤差に乗じるゲインは、次のようにして決定される。状態ベクトルｘk＝［βk ｒk ωrk μfk μrk］Tを用いて、車体すべり角、ヨーレート、後輪車輪速、前輪摩擦係数、後輪摩擦係数の推定に用いた数をまとめて状態空間表現すると、次式のように表現できる。
【０１２６】
【数４０】
【０１２７】
ここで、入力はｕk＝［δk Ｔrk］であり、ゲインＬは、Ｌk＝［Ｌβk Ｌrk Ｌωk Ｌμfk Ｌμrk］Tである。本式は、時間ｋ＋１の状態ｘ＾k+1が前離散時間ｋにおける状態ｘ＾kと入力ｕk、及び推定誤差ｅkによって、決定されることを示している。
またシステムの出力をｙk＝［Ｍzk ωk ｒk］Tと定義する。出力ｙkは、状態ベクトルｘ＾kに含まれる車体すべり角と、ヨーレートと、後輪車輪速と、前後輪路面摩擦係数、及び、車両入力ｕkによって代数的に演算されるので、次式で表現することができる。
【０１２８】
【数４１】
【０１２９】
上式に基づいて、システムのヤコビアンは次式のように計算される。
【０１３０】
【数４２】
【０１３１】
このヤコビアンに基づき、各計算ステップで、例えばカルマンフィルタアルゴリズムを用いると、適切なゲインを定めることができる。
《作用》
本実施形態の構成によると、ヨーレートの誤差に基づいて、各状態を推定するので、第一実施形態で必要な横加速の検出が困難な場合でも実施することができる。また、後輪スリップ状態は、第一実施形態で説明したようにスリップ率を検出してもよいし、本実施形態のように、車輪速を検出してもよい。
他の作用効果については、前述した第一実施形態と同様である。
【０１３２】
《効果》
以上より、後輪車輪速検出部１８１が「非転舵輪スリップ状態検出手段」に対応し、ヨーレート検出部１９１が「旋回状態検出手段」に対応する。また、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３の車輪速推定部１３９、及び数２５〜数２７の演算が「非転舵輪スリップ状態推定手段」に対応し、車両出力推定部１３０におけるヨーレート推定部１３２、及び数６〜数８の演算が「旋回状態推定手段」に対応する。
以下に、本実施形態に特有の効果を記載するが、その他に第一実施形態と同一の構成を有する部分については第一実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０１３３】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、前輪及び後輪の路面摩擦係数を推定し、転舵角、車速、及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、車速に基づいて、後輪車輪速推定値を推定し、転舵角、車速、及び前輪及び後輪の路面摩擦係数に基づいて、車両のヨーレート推定値を推定する。一方、前輪のセルフアライニングトルク検出値を検出し、後輪車輪速検出値を検出し、車両のヨーレート検出値を検出する。そして、前輪ＳＡＴの推定値と検出値との差分で定義される前輪ＳＡＴ推定誤差を演算し、後輪車輪速の推定値と検出値との差分で定義される後輪車輪速推定誤差を演算し、ヨーレートの推定値と検出値との差分で定義されるヨーレート推定誤差を演算する。そして、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪車輪速推定誤差、ヨーレート推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前輪及び後輪の路面摩擦係数を補正する。
このように、前輪ＳＡＴと、後輪車輪速と、ヨーレートとの各推定誤差の少なくとも一つに応じて、前輪及び後輪の路面摩擦係数の推定値を更新することで、路面摩擦係数を含めたタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。
【０１３４】
《第三実施形態》
《構成》
第三実施形態では、四輪に制動力が作用する場合におけるタイヤ接地状態推定装置について説明する。本実施形態には、第一実施形態と同一の要素が含まれるので、異なる要素について説明する。
図８は、第三実施形態を示す車両の概略構成図である。
本実施形態では、ブレーキ圧センサ１４１ＨＬ、１４１ＨＲを夫々左後輪と右後輪に備える。
【０１３５】
図９は、第三実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
後輪制駆動トルク検出部１１１では、後輪制駆動トルクを検出する。後輪駆動モータの電流から、駆動モータのトルク係数を考慮して算出されるモータが発生する制駆動トルクに、例えば、ブレーキ圧から、予め実験的に取得したマップを介して算出される制動トルクを加えることで、後輪に作用する制駆動トルクを検出する。
【０１３６】
前輪スリップ率検出部１１２では、制動時の前輪スリップ率を検出する。制動時には、全ての車輪に制動力が作用し、従動輪が存在しないため、従動輪から車体速の推定が困難である。そこで、例えば、センサで検出した前後加速度を積分することにより車速を算出して、前輪の車輪速の検出値と比較することで、前輪のスリップ率を検出する。
図１０は、第三実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
【０１３７】
タイヤ出力推定部１３３には、タイヤすべり角推定部１３４と、ＳＡＴ推定部１３５と、横力推定部１３６と、横加速度推定部１３７と、縦力推定部１３８と、車輪速推定部１３９と、スリップ率推定部１４０と、を備える。本実施形態では、タイヤすべり角推定部１３４、横加速度推定部１３７、縦力推定部１３８、車輪速推定部１３９、スリップ率推定部１４０は、第一実施形態と同一である。
ＳＡＴ推定部１３５は、制動力検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、前輪すべり角推定値とに基づいて、前輪ＳＡＴを推定する。前輪ＳＡＴは、予め取得したＳＡＴ特性Ｊf（，）を用いて求める。すなわち、次式で表現できる。
【０１３８】
【数４３】
【０１３９】
ｓfkは制動時に発生する前輪スリップ率の検出値である。例えば、ＳＡＴ特性としてブラッシュモデルを用いると、前輪ＳＡＴは、制動時には、次式によって算出される。
【０１４０】
【数４４】
【０１４１】
但し、ξ＾kは次式とする。
【０１４２】
【数４５】
【０１４３】
また、cosθ＾kは次式とする。
【０１４４】
【数４６】
【０１４５】
横力推定部１３６では、前輪すべり角推定値と、後輪すべり角推定値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪摩擦係推定値と、転舵角検出値と、前輪スリップ率検出値と、後輪スリップ率推定値とに基づいて、前輪横力推定値と、後輪横力推定値とを演算する。
前輪横力推定値は、前輪すべり角推定値と前輪路面摩擦係数推定値と前輪スリップ率検出値とに応じて決定される。すなわち、次式によって算出される。
【０１４６】
【数４７】
【０１４７】
ｈf（，）は前輪横力特性である。例えば、ブラッシュモデルを用いると、スリップ率発生時の横力を算出することができる。後輪横力推定値は、後輪すべり角推定値と後輪路面摩擦係数推定値と後輪スリップ率推定値によって決定される。すなわち、次式によって算出される。
【０１４８】
【数４８】
【０１４９】
後輪横力特性ｈr（，）には、前輪の場合と同様に、種々のモデルを用いることができる。
《作用》
本実施形態によれば、各輪に制動力が作用する場合においても、前輪ＳＡＴ、前輪横力の算出において、制動により生じた前輪スリップ率に応じた補正を施すため、前輪路面摩擦係数、後輪路面摩擦係数を含む推定値を精度良く推定することができる。
他の作用効果については、前述した第一実施形態と同様である。
【０１５０】
《効果》
以上より、ブレーキ圧センサ１４１ＨＬ、１４１ＨＲ、及び後輪制駆動トルク検出部１１１が「制動状態検出手段」に対応し、前輪スリップ率検出部１１２が「前輪スリップ状態検出手段」に対応する。また、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３のＳＡＴ推定部１３５、及び数４３、数４４の演算が「転舵輪セルフアライニングトルク推定手段」に対応する。
以下に、本実施形態に特有の効果を記載するが、その他に第一実施形態と同一の構成を有する部分については第一実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０１５１】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、制動状態に応じて前輪スリップ率検出値を検出し、転舵角、車速、前輪の路面摩擦係数、及び前輪スリップ率検出値に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、転舵角、車速、後輪及び前輪の路面摩擦係数、並びに前輪スリップ率検出値に基づいて、横加速度推定値を推定する。
このように、制動時の前輪スリップ率検出値を加味して前輪ＳＡＴや横加速度を推定するので、四輪に制動力が作用する場合にも、精度良く、前輪ＳＡＴや横加速度を推定することができる。したがって、この前輪ＳＡＴや横加速度を用いて補正される前輪路面摩擦係数及び後輪路面摩擦係数の推定精度を向上させることができる。
【０１５２】
《第四実施形態》
《構成》
第四実施形態では、後輪について左右輪独立にスリップ率と駆動トルクが検出できる場合において、左後輪路面摩擦係数と、右後輪路面摩擦係数とを、独立に推定するものである。
なお、第一実施形態と同一の構成要素については説明を省略し、異なる要素について説明する。
図１１は、第四実施形態を示す車両の概略構成図である。
本実施形態の車両は、駆動力発生源としての駆動モータ１０７ＨＬ、１０７ＨＲを備えており、駆動モータ出力軸は減速ギア１０６ＨＬ、１０６ＨＲを介して、後輪１０４ＨＲＬ、１０４ＨＲＲに連結されており、左右後輪を独立に駆動する。
【０１５３】
図１２は、第四実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
左後輪制駆動トルク検出部１１４では、左後輪制駆動トルクを検出する。例えば、左輪駆動モータの電流値を計測して、トルク係数を考慮することで、制駆動トルクを検出する。
右後輪制駆動トルク検出部１１３では、同様にして、右後輪制駆動トルクを検出する。
【０１５４】
図１３は、第四実施形態を示すタイヤ出力推定部のシステム構成図である。
タイヤ出力推定部１３３では、すべり角推定値と、ヨーレート推定値と、転舵角検出値と、左後輪制駆動トルク検出値と、右後輪制駆動トルク検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、左後輪路面摩擦係数推定値と、右後輪路面摩擦係数推定値と、推定誤差とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、左後輪スリップ率推定値と、右後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、前輪横力と、後輪横力と、後輪縦力とを推定する。
【０１５５】
横力推定部１３６では、前輪路面摩擦係数推定値と、前輪すべり角推定値と、後輪すべり角推定値と、左後輪路面摩擦係数推定値と、右後輪路面摩擦係数推定値と、転舵角検出値と、左右後輪スリップ率推定値とに基づいて、前輪横力と、後輪横力とを推定する。
前輪横力推定値は、前輪すべり角推定値と前輪路面摩擦係数推定値に応じて決定される。すなわち、次式によって算出される。
【０１５６】
【数４９】
【０１５７】
ｈf（，）は前輪横力特性である。例えば、横力特性として、例えば、第一実施形態に記載のように、フィアラモデルが用いられる。また、横力特性として、マジックフォーミュラや、実験的によって取得された数値的マップを用いてもよい。左右後輪横力推定値は、後輪すべり角推定値と後輪路面摩擦係数推定値と後輪スリップ率推定値によって決定される。すなわち、左後輪横力は次式で算出される。
【０１５８】
【数５０】
【０１５９】
また、右後輪横力は次式で算出される。
【０１６０】
【数５１】
【０１６１】
後輪横力特性ｈr（，）には、前輪の場合と同様に、種々のモデルを用いることができる。
横加速度推定部１３７では、前輪横力推定値と、左右後輪横力推定値とに基づいて、次式を用いて、横加速度を計算する。
【０１６２】
【数５２】
【０１６３】
縦力推定部１３８では、左後輪路面摩擦係数推定値と、右後輪路面摩擦係数推定値と、左右後輪スリップ率推定値とに基づいて、左右後輪縦力を推定する。左後輪横力は次式で算出される。
【０１６４】
【数５３】
【０１６５】
右後輪横力は、次式で算出される。
【０１６６】
【数５４】
【０１６７】
車輪速推定部１３９では、左右後輪制駆動トルク検出値と、左右後輪縦力推定値と、推定誤差演算部２００で演算される推定誤差とに基づいて、左右車輪速推定値を推定する。
先ず、左後輪について、制駆動トルクが作用したときの車輪速のダイナミクスは、次式で与えられる。
【０１６８】
【数５５】
【０１６９】
本式を、例えば、オイラー法を用いて離散化すると、次式を得る。
【０１７０】
【数５６】
【０１７１】
Δｔはサンプル時間である。この離散時間ダイナミクスに基づいて、推定誤差に応じて後輪車輪速を演算する。すなわち、次式により後輪車輪速を演算する。
【０１７２】
【数５７】
【０１７３】
ここで、ｅkは推定誤差である。Ｌrlωkは左輪車輪速に関するゲインベクトルであり、後に決定方法を詳細に説明する。
一方、右後輪についても、同様に車輪速が演算される。すなわち、次式により演算される。
【０１７４】
【数５８】
【０１７５】
スリップ率推定部１４０では、左右車輪速推定値と車速検出値とに基づいて、左右後輪スリップ率を演算する。先ず、左後輪スリップ率は、次式で算出される。
【０１７６】
【数５９】
【０１７７】
同様に、右後輪スリップ率は、次式で算出される。
【０１７８】
【数６０】
【０１７９】
分母では、車体速と後輪車輪速を比較し、何れか大きい値が選択されるが、一般に、制動時には車体速が、駆動時には車輪速がより大きい値となる。
図１２の左後輪路面摩擦係数推定部１６１では、推定誤差から、路面摩擦係数ダイナミクスモデルに基づいて、左後輪路面摩擦係数を推定する。路面摩擦係数が区分的に一定であると仮定すると、路面摩擦係数ダイナミクスモデルは次式のように定義される。
【０１８０】
【数６１】
【０１８１】
本式を離散化した式に基づき、推定誤差に応じて左後輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式により、前輪路面摩擦係数を推定する。
【０１８２】
【数６２】
【０１８３】
ここで、ゲインＬμrlkの決定法は後に示す。
右後輪路面摩擦係数推定部１６２では、推定誤差から、路面摩擦係数ダイナミクスモデルに基づいて、右後輪路面摩擦係数を推定する。路面摩擦係数が区分的に一定であると仮定すると、路面摩擦係数ダイナミクスモデルは次式のように定義される。
【０１８４】
【数６３】
【０１８５】
本式を離散化した式に基づき、推定誤差に応じて左後輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式により、前輪路面摩擦係数を推定する。
【０１８６】
【数６４】
【０１８７】
ここで、ゲインＬμrlkの決定法は後に示す。
推定誤差演算部２００では、車両出力推定部１３０で推定された前輪ＳＡＴ推定値と、前輪ＳＡＴ検出部１７０で検出された前輪ＳＡＴ検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された左後輪スリップ率推定値と、左後輪スリップ率検出部１８３で検出された左後輪スリップ率検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された右後輪スリップ率推定値と、右後輪スリップ率検出部１８２で検出された右後輪スリップ率検出値の差と、車両出力推定部１３０で推定された横加速度推定値と、後輪スリップ率検出部１８０で検出された横加速度検出値の差を、演算する。
すなわち、推定誤差ｅkを、次式により演算する。
【０１８８】
【数６５】
【０１８９】
上付き添え字のＴはベクトルの転置を示す。なお、推定誤差ｅyは、車両出力推定部において、車体すべり角とヨーレートの推定に用いられ、前輪路面摩擦係数推定部と後輪路面摩擦係数推定部において、前輪路面摩擦係数と後輪路面摩擦係数の推定に用いられる。
次に、各推定値の演算に用いるゲインの設定方法について説明する。
状態ベクトルｘk＝［βk ｒk ωrlk ωrrk μfk μrlk μrrk］を用いて、車体すべり角、ヨーレート、左後輪車輪速、右後輪車輪速、前輪路面摩擦係数、左後輪路面摩擦係数、右後輪路面摩擦係数の推定に用いる式をまとめて表現すると、次式のように表現できる。
【０１９０】
【数６６】
【０１９１】
ここで、入力はｕk＝［δk Ｔrlk Ｔrrk］であり、ゲインＬkは、次式によって表される。
【０１９２】
【数６７】
【０１９３】
本式は、時間ｋ＋１の状態ｘ＾k+1が前離散時間ｋにおける状態ｘ＾kと入力ｕk、及び推定誤差ｅkによって、決定されることを示している。
またシステムの出力をｙk＝［Ｍzk ｓrlk ｓrrk ａyk］Tと定義する。出力ｙkは、状態ベクトルｘ＾kに含まれる車体すべり角と、ヨーレートと、左右後輪車輪速と、前輪路面摩擦係数、左右後輪路面摩擦係数、及び、車両入力ｕkによって代数的に演算されるので、次式で表現することができる。
【０１９４】
【数６８】
【０１９５】
上式に基づいて、システムのヤコビアン行列は次式のように計算される。
【０１９６】
【数６９】
【０１９７】
このヤコビアン行列を用いて、第一実施形態に記載の方法でゲインＬkを決定する。
本実施形態では、左右独立に検出した後輪スリップ率に基づいて、左右後輪の路面摩擦係数を独立に推定する構成となっているので、左右輪で路面摩擦係数が異なる場合においても、各輪の路面摩擦係数を精度良く推定でき、車体すべり角の推定精度も併せて向上できる。
【０１９８】
《作用》
本実施形態では、左後輪スリップ率ｓ＾rlと右後輪スリップ率ｓ＾rrとを個別に推定し、左後輪路面摩擦係数μ＾rlと右後輪路面摩擦係数μ＾rrとを個別に推定し、左後輪スリップ率ｓrlと右後輪スリップ率ｓrrとを個別に検出し、左後輪スリップ率推定誤差と右後輪スリップ率推定誤差とを個別に推定することで、左右輪で路面摩擦係数が異なる場合においても、各輪の路面摩擦係数を精度良く推定でき、車体すべり角の推定精度も併せて向上できる。
その他の作用効果については、前述した第一実施形態と同様である。
【０１９９】
《効果》
以上より、車両出力推定部１３０におけるタイヤ出力推定部１３３のスリップ率推定部１４０、及び数５９、数６０の演算が「非転舵輪スリップ状態推定手段」に対応し、左後輪路面摩擦係数推定部１６１、右後輪路面摩擦係数推定部１６２、及び数６２、数６４が「路面摩擦係数推定手段」に対応し、左後輪スリップ率検出部１８３及び右後輪スリップ率検出部１８２が「非転舵輪スリップ状態検出手段」に対応し、推定誤差演算部２００、及び数６５の演算が「非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段」に対応する。
以下に、本実施形態に特有の効果を記載するが、その他に第一実施形態と同一の構成を有する部分については第一実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０２００】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、左後輪及び右後輪のスリップ率を個別に推定し、左後輪及び右後輪の路面摩擦係数を個別に推定し、左後輪及び右後輪のスリップ率を個別に検出し、左後輪及び右後輪のスリップ率推定誤差を個別に演算する。
このように、後輪のスリップ率や路面摩擦係数やスリップ率推定誤差を、左右輪で個別に演算することで、左右輪で値が異なる場合であっても、スリップ率や路面摩擦係数の推定精度、及びスリップ率推定誤差の演算精度を向上させることができる。したがって、このスリップ率や路面摩擦係数やスリップ率推定誤差を用いて推定されるタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。
【０２０１】
《第五実施形態》
《構成》
第一実施形態〜第四実施形態では、車体すべり角と前後輪路面摩擦係数とを同時に推定する構成を説明したが、第五実施形態では、これらを同時に推定せず、路面摩擦係数の推定に必要なすべり角を前計算ステップで算出した値を用いるものである。
本実施形態を実現するのに必要な車両構成は第一実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【０２０２】
図１５は、第五実施形態を示すタイヤ接地状態推定装置のシステム構成図である。
車両出力推定部１３０では、転舵角検出値と、車速検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、車体すべり角推定値とを推定する。
図１６は、第五実施形態を示す車両出力推定部のシステム構成図である。
車体すべり角推定部１３１では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、車速検出値とに基づいて、車体すべり角を推定する。第一実施形態に記載の車体すべり角のダイナミクスを離散化することで得られる、次式を用いて車体すべり角を推定する。
【０２０３】
【数７０】
【０２０４】
ヨーレート推定部１３２では、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、左右後輪縦力推定値とに基づいて、ヨーレートを推定する。第一実施形態に記載のヨーレートのダイナミクスを離散化することで得られる、次式を用いてヨーレートを推定する。すなわち、次式によって算出される。
【０２０５】
【数７１】
【０２０６】
タイヤ出力推定部１３３では、 車速検出値と、車体すべり角推定値と、ヨーレート推定値と、転舵角検出値と、後輪駆動トルク検出値と、前輪路面摩擦係数推定値と、後輪路面摩擦係数推定値とに基づいて、前輪ＳＡＴ推定値と、後輪スリップ率推定値と、横加速度推定値と、車体すべり角推定部１３１、前輪横力推定値と、後輪横力推定値と、後輪縦力推定値と、前輪タイヤすべり角と、後輪縦力推定値と、後輪すべり角推定値と、を推定し出力する。
車輪速推定部１３９では、後輪縦力推定値と、後輪制駆動トルク検出値とに基づいて、車輪速推定値を推定する。
第一実施形態に記載した車輪速のダイナミクスを離散化した式を用いて、車輪速を推定する。すなわち、次式により後輪車輪速を演算する。
【０２０７】
【数７２】
【０２０８】
タイヤ出力推定部１３３に含まれる、その他の構成要素については、第一実施形態と同様であるので説明を省略する。
前輪路面摩擦係数推定部１５０では、前輪タイヤすべり角と、前輪ＳＡＴ推定値と、推定誤差とに基づいて、前輪路面摩擦係数を推定する。先ず、前輪ＳＡＴ検出値を推定誤差ｅk＝［Ｍzk−Ｍ＾zk ｓk−ｓ＾k ａyk−ａ＾yk］Tの第一成分と、前輪ＳＡＴ推定値とから算出する。すなわち、次式により計算する。
【０２０９】
【数７３】
【０２１０】
ｅ（１）kは推定誤差の第一成分を表わす。
また、例えば、フィアラモデルによると、前輪ＳＡＴは、次式によって算出される。
【０２１１】
【数７４】
【０２１２】
但し、φ＾kは次式とする。
【０２１３】
【数７５】
【０２１４】
本式を前輪路面摩擦係数について解いた式を用いて、前輪路面摩擦係数を推定する。すなわち、次式を用いて推定する。
【０２１５】
【数７６】
【０２１６】
本実施形態は、第一実施形態から第四実施形態までと異なり、路面摩擦係数にダイナミクスを定義しない。そこで、路面摩擦係数の計算時には、代数ループを回避するために、前輪路面摩擦係数推定部１５０の入力は前離散時間における値を用いる必要がある。
なお、本例ではフィアラモデルに基づいて路面摩擦係数を推定しているが、例えば、ＳＡＴから路面摩擦係数への関係を実験的に取得したマップを用いて、推定してもよい。
後輪路面摩擦係数推定部１６０では、後輪タイヤすべり角と、後輪タイヤ横力推定値と、後輪タイヤ縦力推定値と、後輪スリップ率推定値と、推定誤差とから、後輪路面摩擦係数を推定する。
先ず、後輪スリップ率推定値を、推定誤差ｅk＝［Ｍzk−Ｍ＾zk ｓrk−ｓ＾rk ａyk−ａ＾yk］Tの第２成分と、スリップ率推定値とから算出する。すなわち、次式により計算する。
【０２１７】
【数７７】
【０２１８】
ｅ（２）kは推定誤差の第２成分を表わす。後輪タイヤ力特性が、例えば、ブラッシュモデルでモデル化できるとする。
路面摩擦係数を求めるために、先ず、次式で定義されるタイヤ力粘着比Ｐ＾rkを計算する。
【０２１９】
【数７８】
【０２２０】
但し、後輪縦力と後輪横力の合力である後輪タイヤ力Ｆrk-1は、後輪縦力推定値と、後輪横力推定値とから、次式で計算される。
【０２２１】
【数７９】
【０２２２】
タイヤ力粘着比は、タイヤ粘着域長ξ＾kと次の関係がある。
【０２２３】
【数８０】
【０２２４】
本式をξ＾kについて解く。具体的には、例えば、ニュートン法等の数値計算アルゴリズムを用いることで、ξ＾kを求めることができる。さらに、求められたξ＾kから、次式に基づいて、路面摩擦係数が算出される。
【０２２５】
【数８１】
【０２２６】
《作用》
本実施形態におけるタイヤ接地状態推定装置では、ＳＡＴから前輪路面摩擦係数、スリップ率から後輪路面摩擦係数の関係を、各々タイヤモデルから導出し、これらを用いてＳＡＴとスリップ率から直接的に前後輪の路面摩擦係数を算出する構成であるので、第一実施形態から第四実施形態において必要であったゲインを設定するためのヤコビアン行列の計算が不要であり、より計算量を低減できる。
【０２２７】
《効果》
以上より、前輪路面摩擦係数推定部１５０、後輪路面摩擦係数推定部１６０、及び数７６、数８１の演算が「路面摩擦係数推定手段」、「路面摩擦係数補正手段」に対応する。
以下に、本実施形態に特有の効果を記載するが、その他に第一実施形態と同一の構成を有する部分については第一実施形態と同様の作用効果が得られる。
【０２２８】
（１）タイヤ接地状態推定装置は、後輪及び前輪の路面摩擦係数を推定し、転舵角、車速、及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、前輪ＳＡＴ推定値を推定し、車速に基づいて、後輪スリップ率推定値を推定し、転舵角、車速、及び後輪及び前輪の路面摩擦係数に基づいて、車両の横加速度推定値を推定する。一方、前輪のＳＡＴ検出値を検出し、後輪スリップ率検出値を検出し、車両の横加速度検出値を検出する。そして、前輪ＳＡＴの推定値と検出値との差分で定義される前輪ＳＡＴ推定誤差を演算し、後輪スリップ率の推定値と検出値との差分で定義される後輪スリップ率推定誤差を演算し、横加速度の推定値と検出値との差分で定義される横加速度推定誤差を演算する。そして、前輪ＳＡＴ推定誤差、後輪スリップ率推定誤差、横加速度推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数を補正する。
【０２２９】
このように、前輪ＳＡＴと、後輪スリップ率と、横加速度との各推定誤差の少なくとも一つに応じて、後輪及び前輪の路面摩擦係数の推定値を更新することで、路面摩擦係数を含めたタイヤ接地状態の推定精度を向上させることができる。特に、前輪ＳＡＴから前輪路面摩擦係数をタイヤモデルから導出すると共に、後輪スリップ率から後輪路面摩擦係数をタイヤモデルから導出する、つまり前輪ＳＡＴと後輪スリップ率から直接的に前後輪の路面摩擦係数を算出する構成であるので、計算負荷の増大を抑制することができる。
【符号の説明】
【０２３０】
１０２Ｈ 駆動回路
１０３Ｈ リチウムイオンバッテリ
１０４ＨＦＬ 左前輪
１０４ＨＦＲ 右前輪
１０４ＨＲＬ 左後輪
１０４ＨＲＬ 右後輪
１０５ＨＦＬ 左前輪車輪速センサ
１０５ＨＦＲ 右前輪車輪速センサ
１０６Ｈ 減速ギア
１０６ＨＬ 左後輪減速ギア
１０６ＨＲ 右後輪減速ギア
１０７Ｈ 駆動モータ
１０７ＨＬ 左後輪駆動モータ
１０７ＨＲ 右後輪駆動モータ
１０８Ｈ 横加速度センサ
１０９Ｈ ヨーレートセンサ
１１１Ｈ ステアリングホイール
１１２Ｈ 補助操舵用モータ
１１４Ｈ ステアリングギア
１１５Ｈ トルクセンサ
１２１Ｈ 操舵角センサ
１３０Ｈ 統合コントローラ
１４１ＨＬ ブレーキ圧センサ
１１０ 転舵角検出部
１１１ 後輪制駆動トルク検出部
１１２ 前輪スリップ率検出部
１１３ 右後輪制駆動トルク検出部
１１４ 左後輪制駆動トルク検出部
１２０ 車速検出部
１３０ 車両出力推定部
１３１ 車体すべり角推定部
１３２ ヨーレート推定部
１３３ タイヤ出力推定部
１３４ 角推定部
１３５ 推定部
１３６ 横力推定部
１３７ 横加速度推定部
１３８ 縦力推定部
１３９ 車輪速推定部
１４０ スリップ率推定部
１５０ 前輪路面摩擦係数推定部
１６０ 後輪路面摩擦係数推定部
１６１ 左後輪路面摩擦係数推定部
１６２ 右後輪路面摩擦係数推定部
１７０ 前輪ＳＡＴ検出部
１８０ 後輪スリップ率検出部
１８１ 後輪車輪速検出部
１８２ 右後輪スリップ率検出部
１８３ 左後輪スリップ率検出部
１９０ 横加速度検出部
１９１ ヨーレート検出部
２００ 推定誤差演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
前記転舵角検出手段で検出した転舵角、前記車速検出手段で検出した車速、及び前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪の路面摩擦係数に基づいて、転舵輪セルフアライニングトルク推定値を推定する転舵輪セルフアライニングトルク推定手段と、
前記車速検出手段で検出した車速に基づいて、非転舵輪スリップ状態推定値を推定する非転舵輪スリップ状態推定手段と、
前記転舵角検出手段で検出した転舵角、前記車速検出手段で検出した車速、及び前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数に基づいて、車両の旋回状態推定値を推定する旋回状態推定手段と、
転舵輪のセルフアライニングトルク検出値を検出する転舵輪セルフアライニングトルク検出手段と、
非転舵輪スリップ状態検出値を検出する非転舵輪スリップ状態検出手段と、
前記車両の旋回状態検出値を検出する旋回状態検出手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定手段で推定した転舵輪セルフアライニングトルク推定値、及び前記転舵輪セルフアライニングトルク検出手段で検出した転舵輪セルフアライニングトルク検出値の差分で定義される転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差を演算する転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段と、
前記非転舵輪スリップ状態推定手段で推定した非転舵輪スリップ状態推定値、及び前記非転舵輪スリップ状態検出手段で検出した非転舵輪スリップ状態検出値の差分で定義される非転舵輪スリップ状態推定誤差を演算する非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段と、
前記旋回状態推定手段で推定した車両の旋回状態推定値、及び前記旋回状態検出手段で検出した車両の旋回状態検出値の差分で定義される旋回状態推定誤差を演算する旋回状態推定誤差演算手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段で演算した転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段で演算した非転舵輪スリップ状態推定誤差、前記旋回状態推定誤差演算手段で演算した旋回状態推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正する路面摩擦係数補正手段と、を備えることを特徴とするタイヤ接地状態推定装置。
【請求項２】
車体すべり角を推定する車体すべり角推定手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段で演算した転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段で演算した非転舵輪スリップ状態推定誤差、前記旋回状態推定誤差演算手段で演算した旋回状態推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記車体すべり角推定手段で推定した車体すべり角を補正する車体すべり角補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項３】
前記路面摩擦係数推定手段による路面摩擦係数の推定と、前記車体すべり角推定手段による車体すべり角の推定とは、同一の演算周期で実行されることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項４】
ヨーレートを推定するヨーレート推定手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段で演算した転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段で演算した非転舵輪スリップ状態推定誤差、前記旋回状態推定誤差演算手段で演算した旋回状態推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記ヨーレート推定手段で推定したヨーレートを補正するヨーレート補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項５】
駆動輪の車輪速を推定する駆動輪車輪速推定手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段で演算した転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段で演算した非転舵輪スリップ状態推定誤差、前記旋回状態推定誤差演算手段で演算した旋回状態推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記駆動輪車輪速推定手段で推定した駆動輪車輪速を補正する非転舵輪車輪速補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項６】
前記路面摩擦係数推定手段は、時間による一階微分を０と定義した動特性モデルを有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項７】
制動状態を検出する制動状態検出手段と、
該制動状態検出手段で検出した制動状態に応じて転舵輪スリップ状態検出値を検出する転舵輪スリップ状態検出手段と、を備え、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定手段は、
前記転舵角検出手段で検出した転舵角、前記車速検出手段で検出した車速、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪の路面摩擦係数、及び転舵輪スリップ状態検出手段で検出した転舵輪スリップ状態検出値に基づいて、転舵輪セルフアライニングトルク推定値を推定し、
前記旋回状態推定手段は、
前記転舵角検出手段で検出した転舵角、前記車速検出手段で検出した車速、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数、並びに転舵輪スリップ状態検出手段で検出した転舵輪スリップ状態検出値に基づいて、車両の旋回状態推定値を推定することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項８】
前記非転舵輪スリップ状態推定手段は、左非転舵輪及び右非転舵輪のスリップ状態を個別に推定し、
前記路面摩擦係数推定手段は、左非転舵輪及び右非転舵輪の路面摩擦係数を個別に推定し、
前記非転舵輪スリップ状態検出手段は、左非転舵輪及び右非転舵輪のスリップ状態を個別に検出し、
前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段は、左非転舵輪及び右非転舵輪のスリップ状態推定誤差を個別に演算することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項９】
前記路面摩擦係数補正手段は、
前記スリップ状態検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前記スリップ状態推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、及び前記旋回状態推定誤差が小さくなるように、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項１０】
前記路面摩擦係数補正手段は、
前記転舵輪セルフアライニングトルク検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差、及び前記旋回状態推定誤差が小さくなるように、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正することを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項１１】
前記路面摩擦係数補正手段は、
前記旋回状態検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前記旋回状態推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、及び前記非転舵輪スリップ状態推定誤差が小さくなるように、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正することを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項１】
転舵輪の転舵角を検出する転舵角検出手段と、
車速を検出する車速検出手段と、
転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定手段と、
前記転舵角検出手段で検出した転舵角、前記車速検出手段で検出した車速、及び前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪の路面摩擦係数に基づいて、転舵輪セルフアライニングトルク推定値を推定する転舵輪セルフアライニングトルク推定手段と、
前記車速検出手段で検出した車速に基づいて、非転舵輪スリップ状態推定値を推定する非転舵輪スリップ状態推定手段と、
前記転舵角検出手段で検出した転舵角、前記車速検出手段で検出した車速、及び前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数に基づいて、車両の旋回状態推定値を推定する旋回状態推定手段と、
転舵輪のセルフアライニングトルク検出値を検出する転舵輪セルフアライニングトルク検出手段と、
非転舵輪スリップ状態検出値を検出する非転舵輪スリップ状態検出手段と、
前記車両の旋回状態検出値を検出する旋回状態検出手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定手段で推定した転舵輪セルフアライニングトルク推定値、及び前記転舵輪セルフアライニングトルク検出手段で検出した転舵輪セルフアライニングトルク検出値の差分で定義される転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差を演算する転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段と、
前記非転舵輪スリップ状態推定手段で推定した非転舵輪スリップ状態推定値、及び前記非転舵輪スリップ状態検出手段で検出した非転舵輪スリップ状態検出値の差分で定義される非転舵輪スリップ状態推定誤差を演算する非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段と、
前記旋回状態推定手段で推定した車両の旋回状態推定値、及び前記旋回状態検出手段で検出した車両の旋回状態検出値の差分で定義される旋回状態推定誤差を演算する旋回状態推定誤差演算手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段で演算した転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段で演算した非転舵輪スリップ状態推定誤差、前記旋回状態推定誤差演算手段で演算した旋回状態推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正する路面摩擦係数補正手段と、を備えることを特徴とするタイヤ接地状態推定装置。
【請求項２】
車体すべり角を推定する車体すべり角推定手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段で演算した転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段で演算した非転舵輪スリップ状態推定誤差、前記旋回状態推定誤差演算手段で演算した旋回状態推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記車体すべり角推定手段で推定した車体すべり角を補正する車体すべり角補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項３】
前記路面摩擦係数推定手段による路面摩擦係数の推定と、前記車体すべり角推定手段による車体すべり角の推定とは、同一の演算周期で実行されることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項４】
ヨーレートを推定するヨーレート推定手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段で演算した転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段で演算した非転舵輪スリップ状態推定誤差、前記旋回状態推定誤差演算手段で演算した旋回状態推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記ヨーレート推定手段で推定したヨーレートを補正するヨーレート補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項５】
駆動輪の車輪速を推定する駆動輪車輪速推定手段と、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差演算手段で演算した転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段で演算した非転舵輪スリップ状態推定誤差、前記旋回状態推定誤差演算手段で演算した旋回状態推定誤差のうち、少なくとも一つに応じて、前記駆動輪車輪速推定手段で推定した駆動輪車輪速を補正する非転舵輪車輪速補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項６】
前記路面摩擦係数推定手段は、時間による一階微分を０と定義した動特性モデルを有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項７】
制動状態を検出する制動状態検出手段と、
該制動状態検出手段で検出した制動状態に応じて転舵輪スリップ状態検出値を検出する転舵輪スリップ状態検出手段と、を備え、
前記転舵輪セルフアライニングトルク推定手段は、
前記転舵角検出手段で検出した転舵角、前記車速検出手段で検出した車速、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪の路面摩擦係数、及び転舵輪スリップ状態検出手段で検出した転舵輪スリップ状態検出値に基づいて、転舵輪セルフアライニングトルク推定値を推定し、
前記旋回状態推定手段は、
前記転舵角検出手段で検出した転舵角、前記車速検出手段で検出した車速、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数、並びに転舵輪スリップ状態検出手段で検出した転舵輪スリップ状態検出値に基づいて、車両の旋回状態推定値を推定することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項８】
前記非転舵輪スリップ状態推定手段は、左非転舵輪及び右非転舵輪のスリップ状態を個別に推定し、
前記路面摩擦係数推定手段は、左非転舵輪及び右非転舵輪の路面摩擦係数を個別に推定し、
前記非転舵輪スリップ状態検出手段は、左非転舵輪及び右非転舵輪のスリップ状態を個別に検出し、
前記非転舵輪スリップ状態推定誤差演算手段は、左非転舵輪及び右非転舵輪のスリップ状態推定誤差を個別に演算することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項９】
前記路面摩擦係数補正手段は、
前記スリップ状態検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前記スリップ状態推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、及び前記旋回状態推定誤差が小さくなるように、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正することを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項１０】
前記路面摩擦係数補正手段は、
前記転舵輪セルフアライニングトルク検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前記非転舵輪スリップ状態推定誤差、及び前記旋回状態推定誤差が小さくなるように、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正することを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【請求項１１】
前記路面摩擦係数補正手段は、
前記旋回状態検出値の絶対値が０近傍の予め定められた閾値より小さいとき、又は前記旋回状態推定誤差が予め定められた閾値よりも大きいときには、前記転舵輪セルフアライニングトルク推定誤差、及び前記非転舵輪スリップ状態推定誤差が小さくなるように、前記路面摩擦係数推定手段で推定した転舵輪及び非転舵輪の路面摩擦係数を補正することを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載のタイヤ接地状態推定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１５３２９０（Ｐ２０１２−１５３２９０Ａ）
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２０８（Ｐ２０１１−１５２０８）
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月１６日（２０１２．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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