JP2003237560A

JP2003237560A - 最大路面摩擦係数推定装置

Info

Publication number: JP2003237560A
Application number: JP2002040722A
Authority: JP
Inventors: Koji Umeno; 孝治梅野; Katsuhiro Asano; 勝宏浅野; Hidekazu Ono; 英一小野; Masaru Sugai; 賢菅井; Shu Asaumi; 周浅海; Muneyoshi Igaki; 宗良井垣; Masakatsu Nonaka; 正勝野中
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2002-02-18
Filing date: 2002-02-18
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】様々な走行状況を考慮して精度よく最大路面
摩擦係数を推定する。【解決手段】 μ_map推定部３０は、定常走行時の最大
路面摩擦係数μ_mapを推定する。μ_g1推定部４０は、加
減速走行時の最大路面摩擦係数μ_g1を推定する。μ _g2推
定部５０は、旋回走行時の最大路面摩擦係数μ_g2を推定
する。μ_g選択部６０は、最大路面摩擦係数μ_g1，μ_g2
のうち小さい方を最大路面摩擦係数μ_gとして、μ_max推
定部８０に供給する。重み係数決定部７０は、グリップ
度Ｇｒに基づいて重み係数Ｋを決定する。μ_max推定部
８０は、最大路面摩擦係数μ_map，μ _g、重み係数Ｋに基
づいて、最大路面摩擦係数μ_maxを推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、最大路面摩擦係数
推定装置に係り、特に直進時や旋回時等の様々な走行状
況を考慮して最大路面摩擦係数を推定する最大路面摩擦
係数推定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】今日、
自動車や人間等の自車の前方にある障害物との衝突を防
止するための前方障害物衝突防止支援システムを開発し
ている。このような前方障害物衝突防止支援システム
は、最大路面摩擦係数μ_maxの約６０％の制動で前方障
害物に衝突することなく停止できるタイミングを求める
ことが要求される。その前提として、摩擦限界領域に至
る前に最大路面摩擦係数μ_maxを求めなければならな
い。

【０００３】特開２００１−１７１５０４号公報では、
或る車輪に駆動力を発生させる一方で他の車輪に前記駆
動力に対応する大きさの制動力を発生させ、前記発生さ
せる駆動力および制動力による車両の加減速度発生を抑
えるとともに、制駆動力、車輪速、輪荷重に基づいて路
面摩擦係数を推定する路面摩擦係数推定装置（以下「従
来技術１」という。）が提案されている。

【０００４】上記従来技術１は、車輪速Ｖｗｉと単位輪
荷重当たりの制駆動力Ｆｗｉとの複数の組み合わせを２
次元座標上にプロットして回帰直線を求め、回帰直線の
傾斜角からドライビングスティッフネスＫｄを演算す
る。そして、同公報図１１に示すドライビングマスティ
ッフネスＫｄと路面摩擦係数の最大値μ_maxとの関係に
基づいて、最大路面μ，すなわちμ_maxを算出する。

【０００５】しかし、従来技術１は、旋回時の左右加速
度が大きい状況では、路面μ推定制御により、車両挙動
の変化が起きやすいため運転者に違和感が発生する場合
があるため、路面μ推定制御を行わないようになってい
る（段落番号００５７）。したがって、従来技術１は、
旋回走行時は最大路面摩擦係数μ_maxを求めることがで
きなかった。

【０００６】また、特開平１１−３３４６３７号公報で
は、旋回走行時でも車両を安定して走行させるための旋
回限界推定装置及び車両走行安定化装置（以下「従来技
術２」という。）が提案されている。上記従来技術２
は、コーナリングフォースと輪加重とに基づいて旋回限
界μ_maxを推定し、旋回限界μ_maxに基づいて車両走行の
安定化制御を行っている。しかし、従来技術２は、定常
走行時（直進時）にはコーナリングフォースを求めるこ
とができないので、旋回限界μ_maxも推定することがで
きなかった。

【０００７】一方、車両の走行状況は、停止状態から加
速走行、定常走行、旋回走行、減速走行と刻々と連続的
に変化するため、従来技術１及び２をもってしても、様
々な走行状況に応じて最大路面摩擦係数を推定すること
ができない問題があった。

【０００８】本発明は、上述した課題を解決するために
提案されたものであり、様々な走行状況を考慮して精度
よく最大路面摩擦係数を推定する最大路面摩擦係数推定
装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
定常走行時に第１の最大路面摩擦係数を推定する第１の
最大路面摩擦係数推定手段と、加減速走行時又は旋回走
行時に第２の最大路面摩擦係数を推定する第２の最大路
面摩擦係数推定手段と、タイヤグリップ度に基づいて重
み係数を決定する重み係数決定手段と、前記重み係数決
定手段で決定された重み係数決定に基づいて、前記第１
及び第２の最大路面摩擦係数にそれぞれ重み付けを行っ
て総合最大路面摩擦係数を推定する総合最大路面摩擦係
数推定手段と、を備えている。

【００１０】第１の最大路面摩擦係数推定手段は、定常
走行時、つまり一定速度で直進している時に第１の最大
路面摩擦係数を推定する。

【００１１】第２の最大路面摩擦係数推定手段は、加減
速走行時又は旋回走行時に第２の最大路面摩擦係数を推
定する。ここで、第２の最大路面摩擦係数推定手段は、
加減速走行時及び旋回走行時の最大路面摩擦係数をそれ
ぞれ推定し、大きい方を第２の最大路面摩擦係数として
もよいし、グリップ度が小さい方の最大路面摩擦係数を
第２の最大路面摩擦係数としてもよい。

【００１２】重み係数決定手段は、タイヤグリップ度に
基づいて重み係数を決定する。重み係数は、第１及び第
２の最大路面摩擦係数の信頼性をそれぞれ示す係数であ
り、タイヤグリップ度によって決定される。

【００１３】総合最大路面摩擦係数推定手段は、重み係
数決定に基づいて、第１及び第２の最大路面摩擦係数に
それぞれ重み付けを行って総合最大路面摩擦係数を推定
する。これにより、定常走行時、加減速走行時又は旋回
走行時の路面摩擦係数をそれぞれ総合的に考慮して総合
最大路面摩擦係数を精度よく推定することができる。

【００１４】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記重み係数決定手段は、前記タイヤグリ
ップ度が大きくなるに従って前記第１の最大路面摩擦係
数の重み付けを大きくすると共に前記第２の最大路面摩
擦係数の重み付けを小さくするように重み係数を決定
し、前記タイヤグリップ度が小さくなるに従って前記第
１の最大路面摩擦係数の重み付けを小さくすると共に前
記第２の最大路面摩擦係数の重み付けを大きくするよう
に重み係数を決定することを特徴とする。

【００１５】タイヤグリップ度が大きい場合、タイヤの
摩擦特性は限界領域まで十分余裕があり、車両は定常走
行をしていると考えられる。この場合、加減速走行時又
は旋回走行時に推定される第２の最大路面摩擦係数に比
べて、定常走行時に推定される第１の最大路面摩擦係数
の方が信頼性が高い。

【００１６】一方、タイヤグリップ度が小さい場合、タ
イヤの摩擦特性は限界領域又はその付近に達しており、
車両は加減速走行又は旋回走行をしていると考えられ
る。この場合、定常走行時に推定される第１の最大路面
摩擦係数に比べて、加減速走行時又は旋回走行時に推定
される第２の最大路面摩擦係数の方が信頼性が高い。

【００１７】そこで、重み係数決定手段は、タイヤグリ
ップ度に基づいて上述のように重み係数を決定すること
により、車両の走行状態を考慮して精度よく総合最大路
面摩擦係数を推定することができる。

【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、前記第１の最大路面摩擦係数推定
手段は、車輪速を検出する車輪速検出手段と、前記車輪
速検出手段で検出された車輪速に基づいてμ勾配を推定
するμ勾配推定手段と、前記車輪速検出手段で検出され
た車輪速に基づいて振動レベルを演算する振動レベル演
算手段と、前記μ勾配推定手段で推定されたμ勾配と前
記振動レベル演算手段で演算された振動レベルとに基づ
いて、前記第１の最大路面摩擦係数を推定する第１の推
定手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１９】μ勾配推定手段は、車輪速に基づいてμ勾
配を推定する。ここで、μ勾配の推定手法は特に限定さ
れないが、車輪速又は車体速度に応じて好ましい推定手
法を選択することができる。

【００２０】振動レベル演算手段は、車輪速に基づいて
振動レベルを演算する。ここでは、車輪速信号から所定
帯域の信号を抽出し、この信号を用いて振動レベルを演
算するのが好ましい。振動レベルは、車両が低μ路から
高μ路を走行しても大きく変化しないが、車両が走行路
面上の突起やひび割れを乗り越えた場合は大きく変化す
る。したがって、振動レベルは、このような走行路面の
状態変化を表すことができる。

【００２１】第１の推定手段は、μ勾配、振動レベル及
び第１の最大路面摩擦係数の関係を予め用意しておき、
μ勾配推定手段で推定されたμ勾配と前記振動レベル演
算手段で演算された振動レベルとに対応する第１の最大
路面摩擦係数を推定する。これにより、走行路面の状態
変化に影響されることなく、第１の最大路面摩擦係数を
推定することができる。なお、μ勾配、振動レベル及び
第１の最大路面摩擦係数の関係は、タイヤの種別によっ
て異なるので、タイヤの種別毎に予め用意しておくのが
好ましい。

【００２２】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれか１項記載の発明において、前記第２の最大路面
摩擦係数推定手段は、加速度を検出する加速度検出手段
と、タイヤグリップ度に基づいて係数を決定する係数決
定手段と、前記加速度検出手段で検出された加速度と前
記係数決定手段で決定された係数とに基づいて、前記第
２の最大路面摩擦係数を推定する第２の推定手段と、を
備えたことを特徴とする。

【００２３】加速度検出手段は、加減速度、横加速度の
いずれを検出してもよい。つまり、加減速走行時には加
減速度を検出し、旋回走行時には横加速度を検出すれば
よい。

【００２４】ここで、加速度（対重力加速度）は、タイ
ヤに生じる摩擦力Ｆ（＝μＭ）における路面摩擦係数μ
に等しい。また、第２の最大路面摩擦係数は、上記路面
摩擦係数μに係数（＞１）を乗じた値である。そこで、
係数決定手段は、タイヤグリップ度に基づいて上記係数
を決定する。

【００２５】係数決定手段は、例えば、タイヤグリップ
度が大きい場合は第２の最大路面摩擦係数も大きくなる
ので、大きな値になるように上記係数を決定する。タイ
ヤグリップ度が小さい場合は第２の最大路面摩擦係数も
小さくなるので、小さな値になるように上記係数を決定
する。

【００２６】これにより、タイヤグリップ度に応じて、
第２の最大路面摩擦係数を精度よく推定することができ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について図面を参照しながら詳細に説明する。

【００２８】［第１の実施の形態］図１は、第１の実施
の形態に係る最大路面摩擦係数推定装置１の構成を示す
図である。最大路面摩擦係数推定装置１は、タイヤのグ
リップ特性が非限界領域から限界領域付近にあるときに
用いて好適なものである。

【００２９】最大路面摩擦係数推定装置１は、車両に設
けられた４つの車輪の回転角速度である車輪速をそれぞ
れ検出する車輪速センサ１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１Ｒ
Ｒ，１１ＲＬと、前後加速度（加減速度）を検出する車
体前後加速度センサ１２と、横方向の加速度を検出する
車体横加速度センサ１３と、車体重心回りの回転角速度
であるヨーレイトを検出するヨーレイトセンサ１４と、
操舵角を検出する操舵角センサ１５と、各センサの検出
結果に基づいて最大路面摩擦係数μ_maxを推定する電子
制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）２０と、を備
えている。

【００３０】なお、車輪速センサ１１ＦＲ，１１ＦＬ，
１１ＲＲ，１１ＲＬは、車体の右前、左前、右後ろ、左
後ろの車輪にそれぞれ設けられたものである。

【００３１】図２は、ＥＣＵ２０の機能的な構成を示す
ブロック図である。ＥＣＵ２０は、定常走行時の最大路
面摩擦係数μ_mapを推定するμ_map推定部３０と、加減速
走行時の最大路面摩擦係数μ_g1を推定するμ_g1推定部４
０と、旋回走行時の最大路面摩擦係数μ_g2を推定するμ
_g2推定部５０と、最大路面摩擦係数μ_g1，μ_g2のいずれ
か一方を選択するμ_g選択部６０と、重み係数Ｋを決定
する重み係数決定部７０と、総合的な最大路面摩擦係数
μ_maxを推定するμ_max推定部８０と、を備えている。

【００３２】（μ_map推定部３０）μ_map推定部３０は、
定常走行時、つまり一定速度で直進している時の最大路
面摩擦係数μ_mapを推定する。

【００３３】図３は、μ_map推定部３０の機能的な構成
を示すブロック図である。μ_map推定部３０は、第１の
手法を用いてμ勾配を推定するμ勾配推定部３１と、第
２の手法を用いてμ勾配を推定するμ勾配推定部３２
と、車輪速から所定帯域の信号を抽出するバンドパスフ
ィルタ（ＢＰＦ）３３と、所定帯域の信号から振動レベ
ルを演算する振動レベル演算部３４と、μ勾配推定部３
１及びμ勾配推定部３２で推定されたμ勾配のいずれか
一方を選択するμ勾配選択部３５と、タイヤの種別判定
を行うタイヤ種別判定部３６と、タイヤの種別毎の判定
マップを記憶する判定マップ記憶部３７と、タイヤ種別
に対応する判定マップを用いて最大路面摩擦係数μ_map
を推定する照合部３８と、を備えている。

【００３４】（μ勾配推定部３１）μ勾配推定部３１
は、第１の手法、具体的には車輪共振系の回転振動モデ
ルを用いてμ勾配を推定する。

【００３５】図４は、μ勾配推定部３１の機能的な構成
を示すブロック図である。μ勾配推定部３１は、検出さ
れた各車輪の車輪速ωから路面外乱ΔＴ_dを受けた車輪
共振系の応答出力としての各車輪の車輪速振動Δωを検
出する前処理フィルタ３１１と、検出された車輪速振動
Δωを満足するような各車輪の伝達関数を最小自乗法を
用いて同定する伝達関数同定部３１２と、同定された伝
達関数に基づいてμ勾配を演算するμ勾配演算部３１３
と、を備えている。

【００３６】前処理フィルタ３１１は、一定の帯域の周
波数成分のみを通過させるバンドパスフィルタや、該共
振周波数成分を含む高帯域の周波数成分のみを通過させ
るハイパスフィルタなどで構成されている。そして、前
処理フィルタ３１１は、車輪速ωの直流成分を除去して
車輪速振動Δωを出力する。

【００３７】ここで、前処理フィルタ３１１の伝達関数
Ｆ（ｓ）は、以下に示す式（１）で表される。ただし、
ｃ_i はフィルタ伝達関数の係数、ｓはラプラス演算子で
ある。

【００３８】

【数１】

【００３９】伝達関数同定部３１２は、車輪共振系の回
転振動モデルを用いて、車輪速振動Δωを満足するよう
な各車輪の伝達関数を最小自乗法を用いて同定する。

【００４０】ここで、伝達関数同定部３１２が依拠する
演算式の導出について説明する。伝達関数同定部３１２
が同定すべき伝達関数は、路面外乱ΔＴ_d を加振入力と
し、前処理フィルタ３１１により検出された車輪速振動
Δωを応答出力とする２次のモデルとする。つまり、式
（２）に示す振動モデルを仮定する。

【００４１】

【数２】

【００４２】ここに、ｖは車輪速を観測するときに含ま
れる観測雑音である。式（２）を変形すると、式（３）
を得る。

【００４３】

【数３】

【００４４】式（３）に式（１）の前処理フィルタを掛
けて得られた式を離散化する。このとき、Δω、ΔＴ
_d 、ｖは、サンプリング周期Ｔ_s毎にサンプリングされ
た離散化データΔω（ｋ）、ΔＴ_d（ｋ）、ｖ（ｋ）
（ｋはサンプリング番号：ｋ＝１，２，３，・・・）と
して表される。また、ラプラス演算子ｓは、所定の離散
化手法を用いて離散化することができる。本実施の形態
では、一例として、次の式（４）式に示す双一次変換に
より離散化する。なお、ｄは１サンプル遅延演算子であ
る。

【００４５】

【数４】

【００４６】前処理フィルタ３１１の次数ｍは２以上が
望ましい。本実施の形態では、演算時間も考慮してｍ＝
２とし、これによって式（５）式から式（９）を得る。

【００４７】

【数５】

【００４８】また、最小自乗法に基づいて車輪速振動Δ
ωの各データから伝達関数を同定するために、式（５）
を同定すべきパラメータに関して一次関数の形式となる
ように、式（１０）のように変形する。なお、”^T"は行
列の転置を示し、θが同定すべき伝達関数のパラメータ
である。

【００４９】

【数６】

【００５０】ここで、式（１０）では、式（１１）から
式（１３）を満たす。

【００５１】

【数７】

【００５２】そして、伝達関数同定部３１２は、以上の
ように導出された式（１０）に対して車輪速振動Δωの
離散化データを順次当てはめ、最小自乗法を適用するこ
とによって、未知パラメータθを推定し、これにより伝
達関数を同定する。

【００５３】具体的には、検出された車輪速振動Δωを
離散化データΔω（ｋ）（ｋ＝１，２，３，・・・）に
変換し、該データをＮ点サンプルし、次の式（１４）の
最小自乗法演算式を用いて、伝達関数のパラメータθを
推定する。

【００５４】

【数８】

【００５５】ここに、記号”＾”の冠した量をその推定
値と定義する。

【００５６】また、上記最小自乗法の代わりに、次の式
（１５）から式（１７）の漸化式によってパラメータθ
を求める逐次型最小自乗法を用いて演算してもよい。

【００５７】

【数９】

【００５８】ここで、ρは忘却係数であり、通常は０．
９５〜０．９９程度の値に設定する。このとき、初期値
は式（１８）及び式（１９）とすればよい。なお、式
（１９）において、αは十分大きな正数である。

【００５９】

【数１０】

【００６０】また、上記最小自乗法の推定誤差を低減す
る方法として、種々の修正最小自乗法を用いてもよい。
本実施の形態では、補助変数を導入した最小自乗法であ
る補助変数法を用いた例を説明する。該方法によれば、
式（１０）の関係が得られた段階でｍ（ｋ）を補助変数
として、次の式（２０）を用いて伝達関数のパラメータ
を推定する。

【００６１】

【数１１】

【００６２】また、逐次演算は、次の式（２１）から式
（２３）のようになる。

【００６３】

【数１２】

【００６４】補助変数法の原理は、以下の通りである。
式（２０）に式（１０）を代入すると、式（２４）にな
る。

【００６５】

【数１３】

【００６６】式（２４）の右辺第２項が零となるように
補助変数を選べばθの推定値は、θの真値に一致する。
そこで、本実施の形態では、補助変数として式（２５）
を用いる。

【００６７】

【数１４】

【００６８】そして、式（２５）を誤差ｒ（ｋ）と相関
を持たないほどに遅らせたものを利用する。すなわち、
次の式（２６）を用いる。

【００６９】

【数１５】

【００７０】ただし、Ｌは遅延時間である。

【００７１】μ勾配演算部３１３は、伝達関数θが同定
された後、（２７）式に基づいてμ勾配Ｄ₀を演算す
る。

【００７２】

【数１６】

【００７３】なお、Ｊ₁は回転振動モデルにおけるリム
側の慣性モーメント、Ｊ₂は回転振動モデルにおけるベ
ルト側の慣性モーメントであり、それぞれ予め与えられ
た値である。

【００７４】そして、μ勾配推定部３１は、このように
して求められたμ勾配を図３に示すμ勾配選択部３５に
供給する。

【００７５】（μ勾配推定部３２）μ勾配推定部３２
は、第２の手法、すなわち前輪及び後輪の車輪速差と前
後加速度とを用いてμ勾配を推定する。

【００７６】図５は、μ勾配推定部３２の機能的な構成
を示すブロック図である。μ勾配推定部３２は、前輪の
車輪速から後輪の車輪速を減じて車輪速差を演算する演
算器３２１と、車輪速差と前後加速度に基づいてμ勾配
を推定する推定部３２２と、を備えている。

【００７７】推定部３２２は、車両の各車輪について制
駆動力配分比と荷重配分比とを予め記憶している。そし
て、これらのパラメータと、演算器３２１からの車輪速
差と、図１に示す車体前後加速度センサ１２からの前後
加速度と、に基づいてμ勾配を推定する。ここで、車輪
速差と前後加速度とからμ勾配を求めるための原理につ
いて説明する。

【００７８】図６は、スリップ速度に対する路面摩擦力
の特性を示す図である。駆動時の路面摩擦力の方向を正
とすると、制動時の路面摩擦力は負になる。つまり、駆
動時と制動時の特性は、原点に対してほぼ対称になって
いる。この特性の傾きがμ勾配になる。

【００７９】図７は、前輪駆動・前輪制動の場合におけ
る前後加速度に対する前後輪の車輪速差の特性を示す図
である。同図に示すように、上記特性は原点を通過する
右上がりの直線になる。

【００８０】図８は、後輪駆動・後輪制動の場合におけ
る前後加速度に対する前後輪の車輪速差の特性を示す図
である。同図に示すように、上記特性は原点を通過する
右下がりの直線になる。

【００８１】一方、いわゆるＦＲ車、つまり後輪駆動・
４輪制動の場合、各車輪に対する駆動力と制動力の分配
比が異なるので、次のような特性になる。

【００８２】図９は、後輪駆動・４輪制動の場合におけ
る前後加速度に対する前後輪の車輪速差の特性を示す図
である。ＦＲ車の場合、駆動時では図８に示す右半分の
特性になり、制動時では図７及び図８の左半分の特性を
制駆動力の分配で重み付けをした特性になる。

【００８３】ＦＲ車の駆動、つまり図９の第４象限に着
目すると、前輪は従動輪であり、後輪との車輪速差はス
リップ速度そのものとなる。一方、前後加速度に所定の
パラメータ（車体重量）を乗ずると、車両に作用する路
面摩擦力となる。つまり、図９の第４象限の特性は、縦
軸と横軸を入れ替えると図６に示す第１象限の特性に一
致するようになる。したがって、図９における第４象限
の直線の傾きがμ勾配の逆数に比例した量になる。

【００８４】上記のように、制駆動力が一方の輪に作用
する単純な場合には、直線の傾きから直接μ勾配を求め
ることができる。しかし、制駆動力の分配比が異なる場
合には、単純に直線の傾きを求めるだけではμ勾配を決
定することができない。以下、前後加速度と前後車輪速
差とに基づいてμ勾配を求める式の導出について説明す
る。

【００８５】最初に、タイヤ（車輪）と路面との間で生
じる摩擦力ｆ_nを、図６に示すように、スリップ速度Δ
ｖ_nに対して原点を通る直線で近似する。つまり、摩擦
力ｆ_nを以下の式（２８）で近似する。

【００８６】

【数１７】

【００８７】ここで、添字ｎは、車両の各車輪、具体的
には右前、左前、右後、左後の順に１から４の番号で表
される。Ｗ_nは輪荷重、α_nは路面μのスリップ速度に対
する勾配（μ勾配）、ｖ_vは車体速度（車体速）であ
る。

【００８８】制動又は駆動によって生じる各車輪への作
用力ｆ^' _nを、以下の式（２９）で表す。

【００８９】

【数１８】

【００９０】ｆ_tは加わる力の総合値、ｋ_nは各車輪への
制動力又は駆動力の分配比（以下、「制駆動力分配比」
という。）である。例えば制動時では、マスタ油圧に関
係した制動力が発生し、各ホイールシリンダ及びブレー
キディスクの特性により各車輪に加わる力が分配され
る。逆に駆動時では、エンジンからの駆動力が駆動輪に
加わり、従動輪には加わらない。このような力全体の各
車輪への分配比が制駆動力分配比ｋ_nある。

【００９１】各車輪に分配された力は、車輪慣性の制動
力成分と路面摩擦力との和が釣り合うことから、以下の
式（３０）が成り立つ。

【００９２】

【数１９】

【００９３】ここで、Ｊ_nは第ｎ輪の慣性モーメント、
ｒ_nは第ｎ輪のタイヤ半径である。そして、式（２８）
と式（３０）から、以下の式（３１）が求められる。

【００９４】

【数２０】

【００９５】一方、車両は、各車輪の摩擦力の総和によ
って加減速される。前後加速度をａ、車体重量をＭとす
ると、以下の式（３２）が成り立つ。

【００９６】

【数２１】

【００９７】また、各車輪の荷重の合算は車体重量Ｍに
等しいことを考慮すると、以下の式（３３）が成り立
つ。

【００９８】

【数２２】

【００９９】ここで、Ｇは重力加速度である。以上のこ
とから、スリップ速度（ｖ_n−ｖ_v）は、以下の式（３
４）が成り立つ。

【０１００】

【数２３】

【０１０１】ただし、式（３４）の各変数は、以下の式
（３５）から式（３８）の関係がある。

【０１０２】

【数２４】

【０１０３】なお、ｗ_nは各車輪への荷重分配比、ｊ_nは
車体慣性に対する車輪慣性の割合である。さらに、ｇ_v
及びｇ_nは、重力加速度Ｇに対する車体及び車輪の加速
度の割合である。

【０１０４】一般の車両において、ｊ_nは、（ｊ_n〜０．
０１ ≪ １）の関係があるので、式（３４）における車
輪慣性に関する項を無視する。これにより、以下の式
（３９）が求められる。

【０１０５】

【数２５】

【０１０６】各車輪の車輪速の差分に着目して、車体速
ｖ_vを消去すると、以下の式（４０）が求められる。

【０１０７】

【数２６】

【０１０８】式（４０）において、添字ｎは前輪、添字
ｍは後輪を示している。なお、車輪速差を求めるにあた
って、右前輪の車輪速を用いるときは右後輪の車輪速を
用い、左前輪の車輪速を用いるときは左後輪の車輪速を
用いる。

【０１０９】したがって、推定部３２２は、前後加速度
と、前後車輪の車輪速、制駆動力分配比、荷重分配比と
が分かれば、前輪及び後輪のμ勾配α_n，α_mを求めるこ
とができる。

【０１１０】ここで、式（４０）は２つの未知変数であ
るμ勾配α_n，α_mを有しているので、車輪速や前後加速
度の時系列データを用いて、以下のように、オンライン
の最小自乗法を適用してμ勾配を推定する。

【０１１１】式（４０）の右辺の括弧内をみると、制駆
動力分配比ｋ_n及び荷重分配比ｗ_nがある。制駆動力分配
比ｋ_nは、例えば制動時では、プロポーションバルブや
ブレーキディスクの構造によって固有の値になる。ま
た、駆動時では、２輪駆動車の場合、駆動輪は０．５、
従動輪は０である。すなわち、制駆動力分配比ｋ_nは、
一般に既知である。また、荷重分配比ｗ_nは、車両停止
時（又は定常走行時）では既知であり、また加減速時で
あっても加減速度ｇ_vを用いて補正することができる。

【０１１２】ここで、式（４０）の未知変数である
α_n，α_mをｘ_n、それ以外の既知変数をｈ_nとおくと、以
下の式（４１）が成り立つ。

【０１１３】

【数２７】

【０１１４】なお、ｈ_n及びｘ_nは、以下の式（４２）及
び式（４３）の通りである。

【０１１５】

【数２８】

【０１１６】各変数の時系列データを考慮すると、式
（４１）は、以下の式（４４）から式（４７）で表すこ
とができる。

【０１１７】

【数２９】

【０１１８】最小自乗法を適用すると、以下の式（４
８）に示すように、未知変数Ｘを求めることができる。

【０１１９】

【数３０】

【０１２０】さらに、オンラインの最小自乗法を適用し
て、以下の式（４９）及び式（５０）を逐次計算する。

【０１２１】

【数３１】

【０１２２】ρは忘却定数である。なお、ｈ^jは次の式
（５１）、Ｄ^jは次の式（５２）で表される。

【０１２３】

【数３２】

【０１２４】そして、以下の式（５３）を求めることが
できる。

【０１２５】

【数３３】

【０１２６】μ勾配推定部３２は、このように第２の手
法を用いて求めたμ勾配を図３に示すμ勾配選択部３５
及びタイヤ種別判定部３６に供給する。

【０１２７】μ勾配推定部３２は、式（４０）に基づい
て直接μ勾配を推定することができるので、車輪速差及
び前後加速度が分かれば、高速走行時に限らず低速走行
時であっても高精度にμ勾配を推定することができる。

【０１２８】また、μ勾配推定部３２は、車両のシステ
ム構成によって異なる制駆動力配分比ｋ_n、荷重配分比
ｗ_nを用いてμ勾配を推定するので、従来に比べて正確
にμ勾配を演算することができる。

【０１２９】（ＢＰＦ３３）一方、図３に示すＢＰＦ３
３は、車輪速ωから振れ共振点（例えば、３５〜４０Ｈ
ｚ）を含む所定帯域の信号を抽出して振動レベル演算部
３４に供給する。なお、ＢＰＦ３３で抽出される信号の
帯域は、上記帯域に限定されるものではなく、その他の
帯域であってもよい。

【０１３０】（振動レベル演算部３４）振動レベル演算
部３４は、ＢＰＦ３３で抽出された信号に基づいて振動
レベルＧ（Ｎ）を演算する。ここで、振動レベルＧ
（Ｎ）を次の式（５４）のように定義する。

【０１３１】

【数３４】

【０１３２】なお、ω（ｋ）はＢＰＦ３３の出力であ
る。また、ρは忘却係数であり、通常は０．９５〜０．
９９程度の値にする。振動レベル演算部３３は、上記式
（５４）によって定義された振動レベルＧ（Ｎ）を求め
るべく、具体的には次の式（５５）を逐次演算する。

【０１３３】

【数３５】

【０１３４】そして、振動レベル演算部３４は、式（５
５）によって求められた振動レベルＧ（Ｎ）を照合部３
８に供給する。

【０１３５】（μ勾配選択部３５）μ勾配選択部３５
は、μ勾配推定部３１及びμ勾配推定部３２で推定され
たμ勾配の中から、車速（車輪速）に応じて一方のμ勾
配を選択する。具体的には、車速が４０ｋｍ／ｈ以上の
場合はμ勾配推定部３１で推定されたμ勾配を選択し、
車速が１０〜４０ｋｍ／ｈの場合はμ勾配推定部３２で
推定されたμ勾配を選択し、選択したμ勾配を照合部３
８に供給する。

【０１３６】（タイヤ種別判定部３６）タイヤ種別判定
部３６は、μ勾配推定部３２で推定されたμ勾配を用い
て、サマータイヤ（摩耗したスタッドレスタイヤを含
む。）であるか、スタッドレスタイヤであるかのタイヤ
の種別を判定する。

【０１３７】最初に、μ勾配を用いて車両が高μ路を走
行しているかを判定する。具体的には、μ勾配推定部３
２から供給されるμ勾配を順次記憶し、μ勾配が最大に
なったかを判定する。そして、μ勾配が最大になったと
判定したときは、高μ路を示す高μ路フラグ（例えば論
理Ｈの信号）を上げる。なお、μ勾配が最大でないとき
は、高μ路フラグを下げたままにする。このように、路
面が高μ路であるかを判定するのは、路面がアスファル
トのような高μ路の場合ではμ勾配が大きくなり、タイ
ヤ種別の判定を容易に行うことができるからである。

【０１３８】次に、タイヤ種別判定部３６は、高μ路フ
ラグが上がると、μ勾配が第１の閾値を超えたかを判定
する。μ勾配が第１の閾値を超えたと判定したときはサ
マータイヤであると判定し、超えていないと判定したと
きはスタッドレスタイヤであると判定し、判定結果を照
合部３８に供給する。

【０１３９】なお、タイヤの種別判定はこのような手法
に限定されず、他の手法を用いてもよい。また、μ勾配
推定部３２で推定されたμ勾配の代わりに、μ勾配推定
部３１で推定されたμ勾配を用いてもよい。

【０１４０】（判定マップ記憶部３７）判定マップ記憶
部３７は、振動レベル、μ勾配及び最大路面摩擦係数μ
_mapの関係を示す第１及び第２の判定マップを記憶して
いる。第１の判定マップはサマータイヤが装着されてい
る場合、第２の判定マップはスタッドレスタイヤが装着
されている場合に使用されるマップである。

【０１４１】図１０（Ａ）はサマータイヤ用の第１の判
定マップを示す図、（Ｂ）はスタッドレスタイヤ用の第
２の判定マップを示す図である。第１の判定マップによ
ると、最大路面摩擦係数μ_mapは、振動レベル及びμ勾
配によって、低μ（例えば、μ＝０．２）、中μ（例え
ば、μ＝０．５）、高μ（例えば、μ＝０．８）の３段
階のいずれかに決定される。また、第２の判定マップに
よると、最大路面摩擦係数μ_mapは、振動レベル及びμ
勾配によって、低μ、中μの２段階のいずれかに決定さ
れる。

【０１４２】（照合部３８）照合部３８は、タイヤ種別
判定部３６がサマータイヤであると判定した時は第１の
判定マップを選択し、タイヤ種別判定部３６がスタッド
レスタイヤであると判定した時は第２の判定マップを選
択する。そして、選択した判定マップに対して、振動レ
ベル演算部３３で演算された振動レベルＧ（Ｎ）と、μ
勾配選択部３４で選択されたμ勾配とを照合して最大路
面摩擦係数μ_map（低μ、中μ、高μのいずれか１つ）
を求める。照合部３８は、求めた最大路面摩擦係数μ
_mapを図２に示すμ_max推定部８０に供給する。

【０１４３】（μ_g1推定部４０）μ_g1推定部４０は、車
輪速及び前後加速度に基づいてμ勾配を推定し、μ勾配
に基づいて加減速走行時のグリップ度Ｇｒ１及び最大路
面摩擦係数μ_g1を推定する。

【０１４４】図１１は、μ_g1推定部４０の機能的な構成
を示すブロック図である。μ_g1推定部４０は、車輪速と
前後加速度とに基づいてμ勾配を推定するμ勾配推定部
４１と、μ勾配のスムージングを行うＬＰＦ４２と、μ
勾配の応答特性を低くさせるためのＬＰＦ４３と、タイ
ヤのグリップ度Ｇｒ１を演算するグリップ度演算部４４
と、係数Ｋ_g1を決定する係数決定部４５と、係数Ｋ_g1と
前後加速度とを乗算する乗算器４６と、を備えている。

【０１４５】μ勾配推定部４１は、上述したμ勾配推定
部３２と同様に構成されており、推定したμ勾配をＬＰ
Ｆ４２及びＬＰＦ４３に供給する。

【０１４６】ＬＰＦ４２の時定数は、ＬＰＦ４３の時定
数よりも小さく設定されている。したがって、ＬＰＦ４
２は、μ勾配推定部４１で求められたμ勾配をスムージ
ングして出力する。一方、ＬＰＦ４３は、μ勾配の応答
速度を遅らせて出力する。

【０１４７】グリップ度演算部４４は、ＬＰＦ４２から
供給されるμ勾配を、ＬＰＦ４３から供給されるμ勾配
で除算することで、グリップ度Ｇｒ１を演算する。つま
り、グリップ度演算部４４は、速いフィルタを介したμ
勾配を遅いフィルタを介したμ勾配で除算する。

【０１４８】なお、グリップ度Ｇｒ１が小さい場合は、
μ勾配が減少しており、タイヤの摩擦特性は限界に近い
状態である。一方、グリップ度Ｇｒ１が大きい場合は、
μ勾配が増加しており、タイヤの摩擦特性は限界まで十
分余裕がある状態である。そして、グリップ度演算部４
４は、このようにして求めたグリップ度Ｇｒ１を係数決
定部４５に供給する。

【０１４９】係数決定部４５は、グリップ度Ｇｒ１に対
応する係数Ｋ_g1の関係を示す関数Ｋ _g1＝Ｆ１（Ｇr１）
を記憶している。なお、関数Ｆ１は、連続性を有すれ
ば、線形性であっても非線形性であってもよい。

【０１５０】図１２は、係数決定部４５に記憶されてい
る関数Ｋ_g1＝Ｆ１（Ｇr１）を示す図である。この関数
Ｆ１によると、グリップ度Ｇｒ１が最小値から所定値Ｘ
までの場合では係数Ｋ_g1は１．０である。そして、グリ
ップ度Ｇｒ１が所定値Ｘより大きくなるに従って係数Ｋ
_g1も大きくなり２．０に達する。係数Ｋ_g1が２．０に達
すると、グリップ度Ｇｒ１が更に大きくなっても係数Ｋ
_g1は２．０のままである。

【０１５１】そして、係数決定部４５は、上記関数Ｆ１
を用いて、グリップ演算部４４で演算されたグリップ度
Ｇｒ１に対応する係数Ｋ_g1を決定し、この係数Ｋ_g1を乗
算器４６に供給する。

【０１５２】乗算器４６は、車体前後加速度センサ１２
で検出された前後加速度に係数Ｋ_g1を乗じ、求められた
値を加減速走行時における最大路面摩擦係数μ_g1として
図２に示すμ_g選択部６０に供給する。なお、乗算器４
６は、最大路面摩擦係数μ_g1が１より大きくなった場合
は、最大路面摩擦係数μ_g1＝１としてμ_g選択部６０に
供給する。

【０１５３】（μ_g2推定部５０）μ_g2推定部５０は、車
輪速からμ勾配を推定し、μ勾配に基づいて旋回走行時
のグリップ度Ｇｒ２及び最大路面摩擦係数μ_g2を推定す
る。

【０１５４】図１３は、μ_g2推定部５０の機能的な構成
を示すブロック図である。μ_g2推定部５０は、車輪速に
基づいてμ勾配を推定するμ勾配推定部５１と、μ勾配
のスムージングを行うＬＰＦ５２と、μ勾配の応答特性
を低くさせるためのＬＰＦ５３と、タイヤのグリップ度
Ｇｒ２を演算するグリップ度演算部５４と、係数Ｋ_g2を
決定する係数決定部５５と、係数Ｋ_g2と横加速度とを乗
算する乗算器５６と、を備えている。

【０１５５】μ勾配推定部５１は、μ勾配推定部３１と
同様に構成されており、回転振動モデルを用いてμ勾配
を推定し、推定したμ勾配をＬＰＦ５２及びＬＰＦ５３
に供給する。

【０１５６】グリップ度演算部５４は、ＬＰＦ５２から
供給されるμ勾配を、ＬＰＦ５３から供給されるμ勾配
で除算することで、グリップ度Ｇｒ２を演算して、係数
決定部５５に供給する。

【０１５７】係数決定部４５は、グリップ度Ｇｒ２に対
応する係数Ｋ_g2の関係を示す関数Ｋ _g2＝Ｆ２（Ｇr２）
を記憶している。

【０１５８】図１４は、係数決定部５５に記憶されてい
る関数Ｋ_g2＝Ｆ２（Ｇr２）を示す図である。この関数
Ｆ２によると、グリップ度Ｇｒ２が最小値から０．４ま
での場合では係数Ｋ_g2は１．０である。そして、グリッ
プ度Ｇｒ２が０．４より大きくなるに従って係数Ｋ_g2も
大きくなり２．０に達する。係数Ｋ_g2が２．０に達する
と、グリップ度Ｇｒ２が更に大きくなっても係数Ｋ_g2は
２．０のままである。

【０１５９】そして、係数決定部５５は、上記関数Ｆ２
を用いて、グリップ演算部５４で演算されたグリップ度
Ｇｒ２に対応する係数Ｋ_g2を決定し、この係数Ｋ_g2を乗
算器５６に供給する。

【０１６０】乗算器５６は、車体横加速度センサ１３で
検出された横加速度に係数Ｋ_g2を乗じ、得られた値を旋
回速走行時における最大路面摩擦係数μ_g2として図２に
示すμ_g選択部６０に供給する。なお、乗算器５６は、
最大路面摩擦係数μ_g2が１より大きくなった場合は、最
大路面摩擦係数μ_g2＝１としてμ_g選択部６０に供給す
る。

【０１６１】（μ_g選択部６０）μ_g選択部６０は、μ_g1
推定部４０で推定された最大路面摩擦係数μ_g1と、μ_g ₂
推定部５０で推定された最大路面摩擦係数μ_g2のうち大
きな値の方を選択し、選択したものを最大路面摩擦係数
μ_gとしてμ_max推定部８０に供給する。

【０１６２】なお、μ_g選択部６０は、グリップ度Ｇｒ
１，Ｇｒ２のうち小さい方に対応する最大路面摩擦係数
を選択してもよい。また、μ_g選択部６０は、操舵角セ
ンサ１５で検出された操舵角に基づいて旋回走行時であ
るかを判定し、旋回走行時であるときは最大路面摩擦係
数μ_g2を選択し、旋回走行時でないときは最大路面摩擦
係数μ_g1を選択してもよい。

【０１６３】（重み係数決定部７０）重み係数決定部７
０は、μ_g選択部６０で選択された最大路面摩擦係数μ_g
に対応するグリップ度Ｇｒに基づいて、重み係数Ｋを決
定する。具体的には、当該グリップ度Ｇｒが１に近づく
に従って重み係数Ｋを１に近づけ、グリップ度Ｇｒがゼ
ロに近づくに従って重み係数Ｋをゼロに近づける。

【０１６４】すなわち、車両が定常走行している場合
は、グリップ度Ｇｒは大きな値（１に近い値）になるの
で、μ_gよりもμ_maxの信頼度を高くするために、重み係
数Ｋを１に近い値にする。また、車両が加減速走行又は
旋回走行している場合は、グリップ度Ｇｒは小さな値に
なるので、μ_maxよりもμ_gの信頼度を高くするために、
重み係数Ｋをゼロに近い値にする。

【０１６５】なお、重み係数決定部７０は、トラクショ
ン・コントロール・システム（ＴＲＣ：Ｔｒａｃｔｉｏ
ｎＣｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ）、アンチロック・
ブレーキ・システム（ＡＢＳ：ＡｎｔｉｌｏｃｋＢｒ
ａｋｅＳｙｓｔｅｍ）等の車両安定性制御システム
（ＶＳＣ：ＶｅｈｉｃｌｅＳｔａｂｉｌｉｔｙＣｏ
ｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）の制御が行われている場合
は、重み係数Ｋをゼロに近づけてもよい。

【０１６６】（μ_max推定部８０）μ_max推定部８０は、
定常走行時と、加減速走行時又は旋回走行時とを総合的
に考慮した最大路面摩擦係数μ_maxを推定する。具体的
には、μ_map推定部３０で推定された最大路面摩擦係数
μ_map、μ_g選択部６０で選択された最大路面摩擦係数μ
_g、重み係数決定部７０で決定された重み係数Ｋを用い
て、次の式（５６）を演算する。

【０１６７】

【数３６】

【０１６８】以上のように、第１の実施の形態に係る最
大路面摩擦係数推定装置１は、定常走行時の最大路面摩
擦係数μ_mapと、加減速走行時又は旋回走行時の最大路
面摩擦係数μ_gとに基づいて、総合的な最大路面摩擦係
数μ_maxを推定することができる。このとき、加減速走
行時又は旋回走行時のグリップ度Ｇｒに基づいて重み付
け係数Ｋを求めるので、定常走行時、加減速走行時又は
旋回走行時の状態をそれぞれ考慮することができ、精度
良く最大路面摩擦係数μ_maxを推定することができる。

【０１６９】なお、本発明は、このような実施の形態に
限定されるものではなく、例えば次のようにしてもよ
い。

【０１７０】μ_map推定部３０は、μ勾配推定部３１及
びμ勾配推定部３２にそれぞれμ勾配を推定させたが、
例えば、車速が４０ｋｍ／ｈ以上の場合ではμ勾配推定
部３１にμ勾配を推定させ、車速が４０ｋｍ／ｈ未満の
場合にはμ勾配推定部３２にμ勾配を推定させてもよ
い。

【０１７１】さらに、上述した実施の形態では、振動レ
ベルとして式（５４）や式（５５）で表されるＧ（Ｎ）
を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、例えばＢＰＦ３３から出力された信号の振
幅の大きさであってもよい。

【０１７２】また、重み係数決定部７０は、グリップ度
Ｇｒに基づいて重み係数Ｋを決定したが、グリップ度Ｇ
ｒと等価なパラメータ、すなわちタイヤのグリップ状態
を示すパラメータに基づいて重み係数Ｋを決定してもよ
い。

【０１７３】また、最大路面摩擦係数μ_mapについて
は、低μ、中μ、高μの３段階で求めたが、４段階以上
で求めてもよい。

【０１７４】［第２の実施の形態］つぎに、第２の実施
の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と同
一の部位には同一の符号を付し、詳細な説明は省略す
る。

【０１７５】第２の実施の形態に係る最大路面摩擦係数
推定装置は、μ_g2推定部５０の代わりに、図１５に示す
構成のμ_g2推定部５０Ａを備えている。

【０１７６】図１５は、μ_g2推定部５０Ａの機能的な構
成を示すブロック図である。μ_g2推定部５０Ａは、μ_g2
推定部５０の構成に加えて、更にフラグ生成部５７を備
えている。フラグ生成部５７は、係数Ｋ_g2の値が１．４
になるタイミングを示す判定フラグを生成する。ここ
で、上記判定フラグを用いて最大路面摩擦係数μ_g2を求
める原理について説明する。

【０１７７】（原理）図１６（Ａ）は、高μ路を２０
［ｋｍ／ｈ］でスラローム走行したときの横加速度に対
するドリフト量の関係を模式的に示した図である。同図
（Ｂ）は、低μ路を２０［ｋｍ／ｈ］でスラローム走行
したときの横加速度に対するドリフト量の関係を模式的
に示した図である。

【０１７８】図１６（Ａ）によると、高μ路を走行した
場合、横加速度に対するドリフト量の関係は、原点を中
心として右下がりの長細い楕円形状のグラフになった。
この場合、横加速度に対するドリフト量の関係はほぼ直
線状になっている。

【０１７９】一方、同図（Ｂ）によると、低μ路を走行
した場合、横加速度に対するドリフト量の関係は、原点
に対して対称的なＳ字状のグラフになった。横加速度が
約−０．１８〜０．１８［Ｇ］の領域（線形領域）で
は、横加速度に対するドリフト量の関係はほぼ直線状に
なっており、タイヤグリップはまだ限界に達していな
い。このとき回帰直線Ｌの傾きはほぼ一定（負の値）に
なる。横加速度が−０．１８［Ｇ］以下又は０．１８
［Ｇ］以上の領域（非線形領域）では、タイヤグリップ
は限界に達しており、横加速度の絶対値が大きくなるに
従って回帰直線Ｌの傾きは負の値から正の値に大きく変
動する。

【０１８０】図１７は、スリップ角に対する路面摩擦係
数μの特性を示す図である。路面摩擦係数μは、ゼロか
ら（０．７×μ_max）になるまでは、スリップ角にほぼ
比例する（線形領域）。しかし、路面摩擦係数μは、
（０．７×μ_max）を超えると、スリップ角が大きくな
ってもあまり大きくならなくなる（非線形領域）。

【０１８１】ここで、図１７に示す線形領域及び非線形
領域は、図１６（Ｂ）に示した線形領域及び非線形領域
にほぼ対応している。したがって、図１６（Ｂ）に示す
回帰直線Ｌの傾きがゼロになるときの路面摩擦係数μ
は、最大路面摩擦係数μ_g2の約０．７倍になる。

【０１８２】また、車輪荷重をＭとし、横加速度（対重
力加速度）をＧｙ［Ｇ］とすると、横力Ｍ・Ｇｙ・ｇと
摩擦力μＭｇは釣り合っているので、次の式（５７）が
成り立つ。

【０１８３】

【数３７】

【０１８４】したがって、横加速度Ｇｙ［Ｇ］の値は路
面摩擦係数μの値と同じになる。このことから、最大路
面摩擦係数μ_g2は、図１６（Ｂ）に示す回帰直線Ｌの傾
きがゼロになるときの横加速度Ｇｙ（＝路面摩擦係数
μ）を用いると、次の式（５８）により求められる。

【０１８５】

【数３８】

【０１８６】式（５８）によると、判定フラグが生成さ
れた時において、横加速度に係数Ｋ _g2＝１．４を乗じる
ことにより路面摩擦係数μ_g2を求めることができる。な
お、横加速度Ｇｙに乗じる係数は、タイヤのモデルによ
って異なっており、実験結果によると１．３〜１．５が
好ましい。

【０１８７】このように、横加速度に対するドリフト量
の傾きαがゼロになるタイミングは、係数Ｋ_g2が１．４
になるタイミングである。したがって、判定フラグが生
成された時において、横加速度に係数Ｋ_g2＝１．４を乗
じることにより最大路面摩擦係数μ_g2を求めることがで
きる。

【０１８８】（フラグ生成部５７）図１８は、フラグ生
成部５７の機能的な構成を示すブロック図である。

【０１８９】フラグ生成部５７は、ドリフト量を演算す
るドリフト量演算部９１と、横加速度とドリフト量との
回帰直線の傾きαを演算する回帰直線演算部９２と、回
帰直線の傾きαと閾値とを比較して傾きαが正になる時
にフラグを生成する閾値判定部９３と、を備えている。

【０１９０】ドリフト量演算部９１は、車輪速センサ１
１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬのいずれかで検
出された車輪速、車体横加速度センサ１３で検出された
横加速度Ｇｙ、ヨーレイトセンサ１４で検出された実ヨ
ーレイトγ１、操舵角センサ１５で検出された操舵角θ
に基づいて、スピン傾向／ドリフト傾向を示す旋回状態
を推定するためのパラメータであるドリフト量Ｄを演算
する。

【０１９１】図１９は、ドリフト量演算部９１の機能的
な構成を示すブロック図である。ドリフト量演算部９１
は、車両モデルと車両状態量とによって定まる基準ヨー
レイトγ０を演算する基準ヨーレイト演算部１０１と、
基準ヨーレイトγ０と実ヨーレイトγ１とから残差ヨー
レイトγ_errを演算する演算器１０２と、残差ヨーレイ
トγ_errを操舵角相当量に変換してドリフト量Ｄを求め
る操舵角変換部１０３と、を備えている。

【０１９２】基準ヨーレイト演算部１０１は、操舵角
θ、横加速度Ｇｙ、車輪速から得られる車速Ｖを用い
て、次の式（５９）に従って基準ヨーレイトγ０を演算
する。

【０１９３】

【数３９】

【０１９４】ここで、ギア比Ｎ、ホイールベースＬ、ス
タビリティファクタＫｈについては予め記憶しておけば
よい。なお、式（５９）は、バンク走行の場合も適用す
ることができる。

【０１９５】演算器１０２は、基準ヨーレイト演算部１
０１で演算された基準ヨーレイトγ０から実ヨーレイト
γ１を減算して残差ヨーレイトγ_errを求め、この残差
ヨーレイトγ_errを操舵角変換部１０３に供給する。

【０１９６】操舵角変換部１０３は、演算器１０２から
供給された残差ヨーレイトγ_errを、操舵角相当量であ
るドリフト量Ｄに変換して、変換されたドリフト量Ｄを
図１８に示す回帰直線演算部９２に供給する。

【０１９７】回帰直線演算部９２は、横加速度Ｇｙに対
するドリフト量Ｄで表される回帰直線の傾きαを演算す
る。ここで、横加速度Ｇｙの時系列データをＧｙ
（ｉ）、ドリフト量Ｄの時系列データをＤ（ｉ）とする
と、単位時間当たりの時系列データＮ個分における横加
速度Ｇｙの平均値Ｇｙａｖｅ、ドリフト量Ｄの平均値Ｄ
ａｖｅはそれぞれ次の式（６０）及び式（６１）のよう
になる。

【０１９８】

【数４０】

【０１９９】つぎに、横加速度Ｇｙの平均値Ｇｙａｖ
ｅ、ドリフト量Ｄの平均値Ｄａｖｅを用いて、式（６
２）、式（６３）及び式（６４）に従って、σｘ、σｙ
及びσｘｙをそれぞれ演算する。

【０２００】

【数４１】

【０２０１】最後に、式（６５）に従って、回帰直線の
傾きαを演算する。

【０２０２】

【数４２】

【０２０３】閾値判定部９３は、ゼロを閾値として設定
し、回帰直線演算部９２で演算された回帰直線の傾きα
が閾値を超えたかを判定する。そして、傾きαが閾値を
超えたとき、つまり回帰直線が右上がりになったときに
判定フラグを生成する。なお、本実施の形態では傾きα
の閾値としてゼロを設定したが、本発明はこれに限定さ
れるものではなく、ゼロを含む所定範囲内で任意に設定
してもよい。

【０２０４】そして、図１５に示す乗算器５６は、フラ
グ生成部５７によって判定フラグが生成されるとＫ_g2＝
１．４に設定し、車体横加速度センサ１３で検出された
横加速度Ｇｙ［Ｇ］に１．４を乗じて、最大路面摩擦係
数μ_g2を求める。

【０２０５】なお、乗算器５６は、判定フラグが生成さ
れていない場合では、第１の実施の形態と同様にして、
係数決定部５５で決定されたＫ_g2に横加速度を乗じて最
大路面摩擦係数μ_g2を求める。

【０２０６】以上のように、第２の実施の形態に係る最
大路面摩擦係数推定装置１は、ドリフト走行時のように
横加速度Ｇｙやドリフト量Ｄが急激に変化する場合であ
っても、横加速度Ｇｙの変化量に対するドリフト量Ｄの
変化量、つまり回帰直線の傾きαを演算し、傾きαと閾
値とを比較することで、旋回時の最大路面摩擦係数μ _g2
を精度良く推定することができる。特に、スラローム走
行のような高速旋回では精度よく最大路面摩擦係数μ_g2
を推定することができるので、この結果、最大路面摩擦
係数μ_maxの推定精度も向上させることができる。

【０２０７】［第３の実施の形態］つぎに、第３の実施
の形態について説明する。なお、上述した実施の形態と
同一の部位には同一の符号を付し、詳細な説明は省略す
る。

【０２０８】第３の実施の形態に係る最大路面摩擦係数
推定装置１は、加減速走行時又は旋回走行時にタイヤの
グリップ特性が限界領域にあるときに用いて好適なもの
である。

【０２０９】（１）加減速走行時加減速走行時にタイヤのグリップ特性が限界領域にある
場合、μ_g1推定部４０のμ勾配推定部４１は、第３の手
法（減速度運動モデル）に基づいてトルク勾配を推定す
る。なお、トルク勾配はμ勾配と等価な物理量であり、
次のように求められる。以下、制動トルク勾配を例に挙
げて説明するが、駆動トルク勾配についても同様に求め
ることができる。

【０２１０】減速度運動モデルによる運動方程式は、次
の式（６６）で表される。

【０２１１】

【数４３】

【０２１２】ｉ：車両の第ｉ輪（４輪車両の場合、１〜
４）Ｋ_i：第ｉ輪のスリップ速度に対する制動トルク勾配 τ：サンプル時間Ｊ：車輪慣性 ω_i［ｋ］：第ｉ輪の車輪速度（角速度）ｋはサンプル時間τを単位とするサンプル時刻であり、
ｋ＝１，２，３…である。また、ｆ_iは、次の式（６
７）を満たしている。

【０２１３】

【数４４】

【０２１４】Ｒ_c：車輪の有効半径Ｍ：車両質量Ｔ_i：制動トルクＲ_cＦ_i ^`（Ｆ_i ^`は第ｉ輪の制動力）をス
リップ速度の１次関数で表した場合のｙ切片（なお、１
次関数の傾きはＫ_i）Ｔ_bi：踏力に対応して第ｉ輪に加
えられたブレーキトルク

【０２１５】そして、式（６６）にオンラインのパラメ
ータ同定手法を適用することにより、制動トルク勾配Ｋ
_iを推定することができる。具体的には、μ_g1推定部４
０は、以下のステップＳＴ１及びステップＳＴ２の処理
を実行する。

【０２１６】ステップＳＴ１では、式（６８）及び式
（６９）を演算する。

【０２１７】

【数４５】

【０２１８】ステップＳＴ２では、次の式（７０）を演
算する。

【０２１９】

【数４６】

【０２２０】ここで、Ｌ_i［ｋ］は式（７１）、Ｐ
_i［ｋ］は式（７２）を満たす。

【０２２１】

【数４７】

【０２２２】λは忘却係数（例えば０．９８）であり、
“^T”は行列の転置を示す。

【０２２３】μ勾配推定部４１は、ステップＳＴ１及び
ステップＳＴ２の漸化式を繰り返し演算することによ
り、行列θ_iの第１要素を制動トルク勾配として求める
ことができる。

【０２２４】そして、μ_g1推定部４０は、このように求
めた制動トルク勾配をμ勾配として用い、上述した実施
の形態と同様にして、最大路面摩擦係数μ_g1を推定す
る。

【０２２５】なお、制動トルク勾配の演算手法は、上記
式に限定されるものではなく、例えば特開平１０−１１
４２６３号公報に記載された手法を用いてもよい。

【０２２６】（ＡＢＳ制御時）μ_g1推定部４０は、ＡＢ
Ｓ制御中では、μ勾配が所定の閾値以下になったとき、
すなわち限界付近の制動状態になったときのホイール圧
又は車体減速度に基づいて最大路面摩擦係数μ_g1を推定
してもよい。例えば次の式（７３）から式（７６）のい
ずれを用いてもよい。

【０２２７】

【数４８】

【０２２８】また、図示しないホイール圧センサにより
検出されるホイールシリンダ油圧Ｐ、ホイールシリンダ
油圧Ｐを制動力に変換するためのパッドμに応じた定数
ｋ、ＡＢＳ制御時の輪加重Ｗを用いると、最大路面摩擦
係数_g1は、次の式（７７）から求めてもよい。

【０２２９】

【数４９】

【０２３０】これにより、ＡＢＳ制御中の最大路面摩擦
係数μ_g1を正確に推定できるので、最大路面摩擦係数μ
_maxを精度良く求めることができる。

【０２３１】（ＴＲＣ制御時）μ_g1推定部４０は、ＴＲ
Ｃ制御時では、車体前後加速度センサ１２で検出された
前後加速度（対重力加速度）をＬＰＦによって平均化し
て、平均化された横加速度を最大路面摩擦係数μ_g1とし
てもよい。これにより、ＴＲＣ制御中の最大路面摩擦係
数μ_g1を正確に推定できるので、最大路面摩擦係数μ
_maxを精度良く求めることができる。

【０２３２】（２）旋回走行時 μ_g2推定部５０は、ＶＳＣ制御中又はＶＳＣ制御を報知
するブザーが鳴った時においては、車体横加速度センサ
１３で検出された横加速度（対重力加速度）をＬＰＦに
よって平均化して、平均化された横加速度を最大路面摩
擦係数μ_g2としてもよい。これにより、ＶＳＣ制御中の
最大路面摩擦係数μ_g2を正確に推定できるので、最大路
面摩擦係数μ_maxを精度良く求めることができる。

【０２３３】以上のように、本発明の様々な実施の形態
について説明したが、本発明はこれらに限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々の
設計上の変更を行ってもよい。また、各実施の形態を任
意に組み合わせて実施してもよいのは勿論である。

【０２３４】

【発明の効果】本発明に係る最大路面摩擦係数推定装置
は、重み係数決定に基づいて、定常走行時の第１の最大
路面摩擦係数、加減速走行時又は旋回走行時の第２の最
大路面摩擦係数に対して、それぞれ重み付けを行って総
合最大路面摩擦係数を推定することにより、様々な走行
状況を総合的に考慮して、精度よく最大路面摩擦係数を
推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る最大路面摩擦係数推定
装置１の構成を示す図である。

【図２】ＥＣＵ２０の機能的な構成を示すブロック図で
ある。

【図３】μ_map推定部３０の機能的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】μ勾配推定部３１の機能的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】μ勾配推定部３２の機能的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】スリップ速度に対する路面摩擦力の特性を示す
図である。

【図７】前輪駆動・前輪制動の場合における前後加速度
に対する前後輪の車輪速差の特性を示す図である。

【図８】後輪駆動・後輪制動の場合における前後加速度
に対する前後輪の車輪速差の特性を示す図である。

【図９】後輪駆動・４輪制動の場合における前後加速度
に対する前後輪の車輪速差の特性を示す図である。

【図１０】（Ａ）はサマータイヤ用の第１の判定マップ
を示す図、（Ｂ）はスタッドレスタイヤ用の第２の判定
マップを示す図である。

【図１１】μ_g1推定部４０の機能的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図１２】係数決定部４５に記憶されている関数Ｋ_g1＝
Ｆ１（Ｇr１）を示す図である。

【図１３】μ_g2推定部５０の機能的な構成を示すブロッ
ク図である。

【図１４】係数決定部５５に記憶されている関数Ｋ_g2＝
Ｆ２（Ｇr２）を示す図である。

【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る最大路面摩
擦係数推定装置に備えられたμ_g2推定部５０Ａの機能的
な構成を示すブロック図である。

【図１６】（Ａ）は、高μ路を２０［ｋｍ／ｈ］でスラ
ローム走行したときの横加速度に対するドリフト量の関
係を模式的に示した図であり、（Ｂ）は、低μ路を２０
［ｋｍ／ｈ］でスラローム走行したときの横加速度に対
するドリフト量の関係を模式的に示した図である。

【図１７】スリップ角に対する路面摩擦係数μの特性を
示す図である。

【図１８】フラグ生成部５７の機能的な構成を示すブロ
ック図である。

【図１９】ドリフト量演算部９１の機能的な構成を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１最大路面摩擦係数推定装置１１ＦＲ，１１ＦＬ，１１ＲＲ，１１ＲＬ車輪速セン
サ１２車体前後加速度センサ１３車体横加速度センサ１４ヨーレイトセンサ１５操舵角センサ２０ＥＣＵ３０ μ_map推定部４０ μ_g1推定部５０ μ_g2推定部６０ μ_g選択部７０重み係数決定部８０ μ_max推定部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者浅野勝宏愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者小野英一愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者菅井賢愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者浅海周愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者井垣宗良愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者野中正勝愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3D046 BB23 BB28 BB29 HH08 HH21 HH25 HH26 HH36 HH46 JJ05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定常走行時に第１の最大路面摩擦係数を
推定する第１の最大路面摩擦係数推定手段と、加減速走行時又は旋回走行時に第２の最大路面摩擦係数
を推定する第２の最大路面摩擦係数推定手段と、タイヤグリップ度に基づいて重み係数を決定する重み係
数決定手段と、前記重み係数決定手段で決定された重み係数決定に基づ
いて、前記第１及び第２の最大路面摩擦係数にそれぞれ
重み付けを行って総合最大路面摩擦係数を推定する総合
最大路面摩擦係数推定手段と、を備えた最大路面摩擦係数推定装置。
【請求項２】前記重み係数決定手段は、前記タイヤグ
リップ度が大きくなるに従って前記第１の最大路面摩擦
係数の重み付けを大きくすると共に前記第２の最大路面
摩擦係数の重み付けを小さくするように重み係数を決定
し、前記タイヤグリップ度が小さくなるに従って前記第
１の最大路面摩擦係数の重み付けを小さくすると共に前
記第２の最大路面摩擦係数の重み付けを大きくするよう
に重み係数を決定することを特徴とする請求項１記載の
最大路面摩擦係数推定装置。
【請求項３】前記第１の最大路面摩擦係数推定手段
は、車輪速を検出する車輪速検出手段と、前記車輪速検出手段で検出された車輪速に基づいてμ勾
配を推定するμ勾配推定手段と、前記車輪速検出手段で検出された車輪速に基づいて振動
レベルを演算する振動レベル演算手段と、前記μ勾配推定手段で推定されたμ勾配と前記振動レベ
ル演算手段で演算された振動レベルとに基づいて、前記
第１の最大路面摩擦係数を推定する第１の推定手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の最大
路面摩擦係数推定装置。
【請求項４】前記第２の最大路面摩擦係数推定手段
は、加速度を検出する加速度検出手段と、タイヤグリップ度に基づいて係数を決定する係数決定手
段と、前記加速度検出手段で検出された加速度と前記係数決定
手段で決定された係数とに基づいて、前記第２の最大路
面摩擦係数を推定する第２の推定手段と、を備えたこと
を特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の最大
路面摩擦係数推定装置。