JPH0796823A

JPH0796823A - 車両制御装置

Info

Publication number: JPH0796823A
Application number: JP24263093A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Moribe; 裕嗣森部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1995-04-11
Anticipated expiration: 2014-06-28
Also published as: JP2914119B2

Abstract

(57)【要約】【目的】タイヤ付ホイールのリム側部とベルト側部と
の相対回転を考慮してベルト側部の回転速度を推定し、
それに基づいてアンチロック制御を行うことにより、そ
の制御精度を向上させる。【構成】電磁ピックアップ１２等によりリム側部角速
度を検出し、コンピュータ４７により、その検出値とリ
ム側部慣性モーメント，ベルト側部慣性モーメントおよ
びねじりばね定数とに基づき、外乱オブザーバを構成し
てベルト側部角速度とタイヤの実半径とを推定する。さ
らに、コントローラ１４４により、推定されたベルト側
部角速度と実半径との積としてベルト側部回転速度を演
算し、その値に基づいて電磁弁１２２，１３２を介して
アンチロック制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両のタイヤ付ホイー
ル（以下、車輪ともいう）の回転速度を用いて車両の運
動を制御する装置に関するものであり、特に、その制御
精度の向上に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車輪の回転速度を用いて車両の運動を制
御する装置として例えば次のものが既に知られている。
それは、特開昭５６−３４５５１号公報に記載されてい
るように、車両制動時に制動車輪に過大なスリップが発
生することを防止するアンチロック制御装置や、車両駆
動時に駆動車輪に過大なスリップが発生することを防止
するトラクション制御装置や、車両のエンジンの駆動ト
ルクが前輪と後輪とにそれぞれ有効に伝達されるように
駆動トルクの前・後輪への配分比率を制御する駆動トル
ク配分制御装置である。

【０００３】車輪の回転速度は本来、タイヤ付ホイール
のベルト側部における回転速度、すなわち接地部周速度
に一致すべきである。しかし、ベルト側部回転速度自体
を直接に検出することは比較的困難である。一方、リム
側部角速度自体を直接に検出することは比較的容易であ
る。そのため、従来は、タイヤ付ホイールにおいてリム
側部とベルト側部とが常に一体的に回転するとの仮定
と、タイヤの半径すなわちベルト側部の半径が常に一定
であるとの仮定との双方が同時に採用され、センサによ
り検出したリム側部角速度とタイヤの標準半径とからベ
ルト側部回転速度が推定されるようになっている。

【０００４】しかし、そのような仮定が常に成立すると
は限らない。リム側部とベルト側部とは弾性体により連
結されていて、リム側部とベルト側部との間のねじれが
変動する場合があり、また、タイヤの摩耗，タイヤ空気
圧変動等によりタイヤの実半径が変動する場合があるか
らである。

【０００５】このような従来技術に対し、次のような技
術が既に提案されている。これは、実開平２−４５４６
１号公報に記載されているように、タイヤの実半径を推
定してベルト側部回転速度を推定する技術である。具体
的には、車両の直進状態において車両の全車輪間におけ
るリム側部角速度の平均値とタイヤの標準半径（固定
値）との積が真のベルト側部回転速度に一致すると仮定
し、その値を各車輪のリム側部角速度で割った値が各車
輪の実半径を表すと推定し、車両の非直進状態において
この実半径とリム側部角速度とから各車輪のベルト側部
回転速度を推定する技術である。

【０００６】一方、前記特開昭５６−３４５５１号公報
に記載のアンチロック制御装置は、タイヤ−路面間の摩
擦係数μを逐次検出し、その検出値ができる限り大きく
なるようにタイヤのブレーキ圧を制御する形式とされて
いる。ここに、摩擦係数μの検出は、車両制動時に車輪
に成立する運動方程式、すなわち、Ｊω’＋Ｔ_E＋Ｔ_B＝μ・Ｆ_Z・Ｒなる式を用いて行われる。ただし、Ｊ：車輪の慣性モーメント ω’：車輪角加速度（＝車輪角速度ωの時間微分値）Ｔ_E：エンジンブレーキによる制動トルクＴ_B：ブレーキ装置による制動トルクＦ_Z：車輪荷重（＝車輪の接地荷重）Ｒ：タイヤ半径（＝タイヤ回転軸線と接地面との距
離）

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】先の公報に記載のベル
ト側部回転速度推定技術によれば、タイヤの実半径変動
に起因する推定精度の低下は抑制される。しかし、リム
側部とベルト側部とが常に一体的に回転するとの仮定を
依然として採用するため、リム側部とベルト側部との間
のねじれが変動する場合には、ベルト側部回転速度を十
分には精度よく推定することができない。

【０００８】一方、後の公報に記載の摩擦係数検出技術
によれば、リム側部とベルト側部とが常に一体的に回転
するとの仮定が採用されて車輪角速度ωが検出されて車
輪角加速度ω’が検出され、しかも、タイヤの半径Ｒが
常に一定であるとの仮定も採用されてそのタイヤ半径
Ｒ，車輪角加速度ω’等に基づいて摩擦係数μが検出さ
れる。すなわち、上記の運動方程式は車輪が剛体である
と仮定した場合に成立する運動方程式なのである。その
ため、リム側部とベルト側部との間のねじれが変動する
場合や、タイヤの実半径が変動する場合には、摩擦係数
μを精度よく検出することができない。

【０００９】以上要するに、上記いずれの公報に記載の
技術においても、リム側部とベルト側部とが常に一体的
に回転するとの仮定が採用されてベルト側部回転速度の
推定および摩擦係数の検出が行われるため、その推定・
検出精度を十分に高めることが困難であり、ひいては車
両運動の制御精度を十分に高めることも困難であるとい
う問題がある。

【００１０】それらの事情を背景とし、請求項１の発明
は、リム側部とベルト側部との相対回転を考慮してベル
ト側部回転速度を推定することにより、その推定精度を
向上させ、ひいては、車両運動の制御精度を向上させる
ことを課題としてなされたものである。

【００１１】請求項２の発明は、その請求項１の発明に
より推定したベルト側部回転速度を用いることによりタ
イヤ−路面間の摩擦係数の検出精度を向上させることを
課題としてなされたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】それぞれの課題を解決す
るために、請求項１の発明は車両制御装置を図１に示す
ように、(a) 車両のタイヤ付ホイールのリム側部角速度
を検出するリム側部角速度検出手段１と、(b) 検出され
たリム側部角速度と、そのタイヤ付ホイールのリム側部
慣性モーメント，ベルト側部慣性モーメントおよびリム
側部−ベルト側部間のねじりばね定数とに基づき、その
タイヤ付ホイールのベルト側部角速度を推定し、推定し
たベルト側部角速度とタイヤの半径とに基づいてベルト
側部回転速度を決定するベルト側部回転速度決定手段２
と、(c) 前記車両の運動を制御する運動制御機構３と、
(d) 決定されたベルト側部回転速度に基づき、その運動
制御機構３を介して前記車両の運動を制御するコントロ
ーラ４とを含む構成とされる。

【００１３】請求項２の発明は、さらに、(e) 少なくと
も、決定されたベルト側部回転速度に基づき、タイヤと
それが接する路面との間の摩擦係数を検出する摩擦係数
検出手段５を含み、かつ、前記コントローラ４が、少な
くとも、その摩擦係数検出手段５により検出された摩擦
係数に基づいて前記車両の運動を制御するものとされ
る。

【００１４】それら各請求項の発明は、前述のアンチロ
ック制御装置，トラクション制御装置，駆動トルク配分
制御装置等のように、ベルト側部回転速度が制御対象で
ある形式の車両制御装置に適用することができるのはも
ちろんであるが、例えば後輪操舵制御装置のように、ベ
ルト側部回転速度が制御対象ではない形式の車両制御装
置に適用することもできる。そして、例えば請求項１の
発明を後輪操舵制御装置に適用する場合には、ベルト側
部回転速度の時間微分値に基づいて路面の摩擦係数を推
定し、それに応じた影響を後輪舵角の制御特性（例え
ば、制御ゲイン等）に加える態様で実施することができ
る。

【００１５】

【作用】請求項１の発明に係る車両制御装置において
は、リム側部角速度検出手段１により、タイヤ付ホイー
ルのリム側部角速度が検出され、ベルト側部回転速度決
定手段２により、検出されたリム側部角速度と、そのタ
イヤ付ホイールのリム側部慣性モーメント，ベルト側部
慣性モーメントおよびリム側部−ベルト側部間のねじり
ばね定数とに基づいてそのタイヤ付ホイールのベルト側
部角速度が推定される。タイヤ付ホイールがリム側部と
ベルト側部とがねじりばねにより連結された構造である
と考えた場合にリム側部，ベルト側部およびねじりばね
間に一定の関係が成立し、その関係を利用することによ
り、ベルト側部角速度が推定されるのである。この関係
については実施例において詳述する。

【００１６】この車両制御装置においては、さらに、ベ
ルト側部回転速度決定手段２により、それが推定したベ
ルト側部角速度とタイヤの半径とに基づいてベルト側部
回転速度が決定される。ここに「タイヤの半径」は、標
準的な値を固定値として採用することもできるが、実半
径を推定しその値を採用することが望ましい。そして、
コントローラ４により、決定されたベルト側部回転速度
に基づき、運動制御機構３を介して前記車両の運動が制
御される。

【００１７】特に、請求項２の発明に係る車両制御装置
においては、摩擦係数検出手段５により、少なくとも、
決定されたベルト側部回転速度に基づいてタイヤ−路面
間の摩擦係数が検出され、コントローラ４により、少な
くとも、検出された摩擦係数に基づいて前記車両の運動
が制御される。

【００１８】

【発明の効果】そのため、請求項１および２の各発明に
よれば、タイヤ付ホイールのベルト側部回転速度が精度
よく推定されて車両の運動が制御されるから、その制御
精度が向上するという効果が得られる。

【００１９】特に、請求項２の発明によれば、タイヤ−
路面間の摩擦係数が精度よく推定されて車両の運動が制
御されるから、実際の摩擦係数に精度よく合致した特性
で車両の運動が制御されるという効果が得られる。

【００２０】

【実施例】以下、請求項１および２の発明に共通の一実
施例としてアンチロック制御装置を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００２１】図３において符号１１０はブレーキペダル
を示している。このブレーキペダル１１０はブースタ１
１２を介してマスタシリンダ１１４に連携させられてい
る。マスタシリンダ１１４はタンデム型であり、ブレー
キペダル１１０の踏力に応じた高さの圧力を互いに独立
した２個の加圧室にそれぞれ発生させる。一方の加圧室
に発生したブレーキ圧は左前輪のブレーキのホイールシ
リンダと右後輪のブレーキのホイールシリンダとにそれ
ぞれ伝達され、他方の加圧室に発生したブレーキ圧は右
前輪のブレーキのホイールシリンダと左後輪のブレーキ
のホイールシリンダとにそれぞれ伝達される。すなわ
ち、このブレーキシステムは、右前輪および左後輪に係
る第１のブレーキ系統と左前輪および右後輪に係る第２
のブレーキ系統とを持つＸ配管式なのである。以下、第
１のブレーキ系統を代表的に説明することにより、第２
のブレーキ系統についての説明を省略する。

【００２２】マスタシリンダ１１４の一方の加圧室は通
路１２０，電磁弁１２２および通路１２４を経て右前輪
のホイールシリンダ１２６に接続され、さらに、通路１
３０，電磁弁１３２および通路１３４を経て左後輪のホ
イールシリンダ１３６にも接続されている。各電磁弁１
２２，１３２は、常には、各ホイールシリンダ１２６，
１３６をリザーバ１４０から遮断してマスタシリンダ１
１４に連通させる増圧状態にあるが、コンピュータを主
体とするコントローラ１４４により、アンチロック制御
の際には、その増圧状態と、各ホイールシリンダ１２
６，１３６をリザーバ１４０からもマスタシリンダ１１
４からも遮断する保圧状態と、マスタシリンダ１１４か
ら遮断してリザーバ１４０に連通させる減圧状態とのい
ずれかに適宜切り換えられる。

【００２３】リザーバ１４０はポンプ１４６を経て前記
通路１２０に接続されている。ポンプ１４６はモータ１
４８により駆動され、リザーバ１４０内のブレーキ液を
汲み上げて通路１２０を経てマスタシリンダ１１４に回
収する。モータ１４８もコントローラ１４４により制御
される。

【００２４】コントローラ１４４は、図４に示すよう
に、ＣＰＵ１５０，ＲＯＭ１５２（図５参照），ＲＡＭ
１５４（図６参照），入力ポート１５６および出力ポー
ト１５８を含むように構成されている。その入力ポート
１５６に、ブレーキペダル１１０の踏込みを検出するブ
レーキスイッチ１６０が接続され、一方、その出力ポー
ト１５８に、前記電磁弁１２２，１３２とモータ１４８
とが接続されている。

【００２５】このコントローラ１４４は、ＲＯＭ１５２
にアンチロック制御ルーチン（図７にフローチャートで
表す）を予め記憶されていて、各車輪の車輪速度Ｖ_Wと
推定車速Ｖ_S0相互の関係を監視しつつ、車両制動時に各
車輪のスリップ率が過大となることを防止するアンチロ
ック制御を行う。

【００２６】各車輪１４は図８に示すように、ホイール
２４の外周にタイヤ２６が取り付けられたタイヤ付ホイ
ールであるが、図９に示すように、相対回転可能なリム
側部２８とベルト側部３０とがねじりばね３２によって
連結されたものと考えることができる。本実施例におい
ては、車輪速度Ｖ_Wはベルト側部３０の回転速度を意味
するものであって、ベルト側部３０の角速度ω_Bとタイ
ヤ２６の実半径Ｒの積として演算される。そのため、コ
ントローラ１４４の入力ポート１５６にはさらに、図４
に示すように、後に詳述する補助演算装置１７０も接続
されており、そこからベルト側部角速度ω_Bと実半径Ｒ
とがそれぞれ供給されるようになっている。供給された
ベルト側部角速度ω_Bと実半径ＲとはＲＡＭ１５４に記
憶される。

【００２７】一方、推定車速Ｖ_S0は、コントローラ１４
４のＲＯＭ１５２に予め記憶されている推定車速演算ル
ーチンにより、左右前輪および左右後輪の４個の車輪速
度Ｖ _Wに基づいて演算される。具体的には、それら４
個の車輪速度Ｖ_Wのうち最大のものと、前回の推定車
速Ｖ_S0から想定される最大速度と、前回の推定車速Ｖ
_S0から想定される最小速度とから成る３個の候補速度の
うち大きさが中間のものに今回の推定車速Ｖ_S0が決定さ
れることにより演算される。演算された推定車速Ｖ_S0は
ＲＡＭ１５４に記憶される。

【００２８】ここに、「最大速度」は、上限加速度Ｇ
_ACC（固定値）と推定車速Ｖ_S0のサンプリング周期αと
を用いて、Ｖ_S0＋Ｇ_ACC・α なる式で表され、一方、「最小速度」は、上限減速度Ｇ
_DEG（固定値）とサンプリング周期αとを用いて、Ｖ_S0−Ｇ_DEG・α なる式を用いて表される。

【００２９】コントローラ１４４は、各回のアンチロッ
ク制御に先立ってタイヤ−路面間の摩擦係数μを検出す
る。この摩擦係数μの検出は、車両制動時に非駆動車輪
である左右前輪の各々に成立する運動方程式、すなわ
ち、Ｊ_Rω_R’＋Ｊ_Bω_B’＋Ｔ₁＝μＦ_ZＲなる式を用いて行われる。

【００３０】ただし、Ｊ_R ：リム側部２８の慣性モーメントＪ_B ：ベルト側部３０の慣性モーメント ω_R’：リム側部２８の角加速度（角速度ω_Rの時間微
分値） ω_B’：ベルト側部３０の角加速度（角速度ω_Bの時間
微分値）Ｔ₁ ：リム側部２８に加えられる制動トルクＦ_Z ：車輪１４に接地面から上下方向に作用する荷重
（以下、車輪荷重という）Ｒ：車輪１４の実半径（＝車輪１４の回転中心と接
地面との距離）

【００３１】なお、運動方程式の成立を考える対象とし
て駆動車輪である左右後輪ではなく非駆動車輪である左
右前輪が選ばれているのは、駆動車輪である場合には車
両制動時に、リム側部２８にブレーキによる制動トルク
のみならずエンジンブレーキによる制動トルクも加えら
れ、演算が複雑になるからである。

【００３２】上記の運動方程式における各種変数のう
ち、リム側部２８およびベルト側部３０の慣性モーメン
トＪ_R，Ｊ_Bはともに固定値とされているが、それ以外
の変数はすべて可変値とされている。なお、それら慣性
モーメントＪ_R，Ｊ_Bは、後述の外乱オブザーバの適用
により可変値として演算することもでき、これについて
は本出願人の特願平５−１９０２０４号明細書に詳細に
記載されている。

【００３３】コントローラ１４４は、リム側部２８およ
びベルト側部３０の角加速度ω_R’，ω_B’をそれぞれ
角速度ω_R，ω_Bの時間微分値として演算するが、それ
ら角速度ω_R，ω_Bは上記補助演算装置１７０により演
算されてコントローラ１４４に供給されるようになって
いる。

【００３４】また、コントローラ１４４は、マスタシリ
ンダ１１４のうち前輪に接続された加圧室のブレーキ圧
に基づき、ＲＯＭ１５２に予め記憶された制動トルク検
出ルーチン（図示しない）により、各前輪に加えられる
制動トルクＴ₁を演算する。そのブレーキ圧検出のため
に入力ポート１５６にブレーキ圧センサ１７２が接続さ
れている。演算された制動トルクＴ₁はＲＡＭ１５４に
記憶される。

【００３５】さらに、コントローラ１４４は、ＲＯＭ１
５２に予め記憶された車輪荷重検出ルーチン（図示しな
い）により、各前輪に作用する車輪荷重Ｆ_Zを検出す
る。その車輪荷重検出のために入力ポート１５６に左前
輪用の車輪荷重センサ１７４と右前輪用の車輪荷重セン
サ１７６とがそれぞれ接続されている。コントローラ１
４４は、左右前輪のそれぞれの車輪荷重Ｆ_Zを検出し、
それらの平均値として各前輪の車輪荷重Ｆ_Zを検出す
る。検出された車輪荷重Ｆ_ZはＲＡＭ１５４に記憶され
る。

【００３６】上記の運動方程式により演算される摩擦係
数μはあくまでタイヤ−路面間の摩擦係数を表すのであ
って、必ずしも路面の摩擦係数と一致しない。なぜな
ら、タイヤ−路面間の摩擦係数は車輪のスリップ率との
関係において変動する相対的なものであり、これに対
し、路面の摩擦係数は車輪のスリップ率とは無関係に決
まる絶対的なものだからである。一方、タイヤ−路面間
の摩擦係数のピーク値が路面の摩擦係数を表すと推定す
ることができ、また、タイヤ−路面間の摩擦係数がピー
ク値を示す時期は、車輪のスリップ率が適正範囲の上限
値に近い時期であって、このままでは適正範囲を逸脱す
るおそれがあるからアンチロック制御を開始する必要が
あると判定される時期に実質的に一致する。したがっ
て、本実施例においては、アンチロック制御が開始され
るまではＲＡＭ１５４における摩擦係数μの値が逐次更
新されるが、一旦アンチロック制御が開始されたならば
摩擦係数μの演算が中止されて摩擦係数μの値が固定さ
れ、路面の摩擦係数として機能するようになっている。

【００３７】ここで、上記補助演算装置１７０について
詳細に説明する。補助演算装置１７０は４個の車輪の各
々に設けられており、各々は、図１０の機能ブロック図
および図１１の構成ブロック図で示すように構成されて
いる。

【００３８】図１１において１０はロータ、１２は電磁
ピックアップである。ロータ１０は前記車輪１４と共に
回転するものであり、外周に多数の歯１６を備えてい
る。電磁ピックアップ１２はそれらの歯１６の通過に応
じて周期的に変化する電圧を発生する。この電圧は波形
整形器１８によって矩形波に整形され、コンピュータ２
０のＩ／Ｏポート２２に供給される。上記ロータ１０は
前記ホイール２４と一体的に回転するように取り付けら
れるため、電磁ピックアップ１２は厳密にはリム側部２
８の角速度ω_Rを検出することになる。

【００３９】コンピュータ２０は図１１に示すようにＣ
ＰＵ４０，ＲＯＭ４２およびＲＡＭ４４を備えており、
ＲＯＭ４２に図示しない角速度演算ルーチンが格納され
ることによって、上記ロータ１０，電磁ピックアップ１
２および波形整形器１８と共に図１０の角速度検出部４
６を構成している。

【００４０】このコンピュータ２０は電磁ピックアップ
１２および波形整形器１８から供給される信号に基づい
て車輪１４のリム側部２８の回転速度Ｖ_Rを算出する。
回転速度Ｖ_Rは、予め定められた一定のサンプリング時
間内における波形整形器１８からの矩形波の立上がりの
時間間隔の平均から演算される。

【００４１】まず、予め定められたサンプリング時間内
における矩形波の最初と最後の立上がりの時期とサンプ
リング時間内における立上がりの回数とが検出される。
立上がりが生じる毎に割込みルーチンにより、コンピュ
ータ２０に内蔵のタイマの示す時間が読み込まれるとと
もに、立上がりの数がカウントされるのである。続い
て、サンプリング時間内における車輪１４の平均回転速
度が演算される。サンプリング時間内における全ての立
上がり間の平均時間間隔が演算され、その値をリム側部
２８の半径（固定値）で割ることによってリム側部２８
の角速度ω _Rが演算され、ＲＡＭ４４の角速度メモリに
格納されるのである。

【００４２】このコンピュータ２０は図１１に示すよう
に別のコンピュータ４７と接続されている。このコンピ
ュータ４７もＣＰＵ４８，ＲＯＭ４９，ＲＡＭ５０およ
びＩ／Ｏポート５１を備えており、ＲＯＭ４９に後述の
式等の演算を行うためのルーチンや図１２のフローチャ
ートで表される相関演算ルーチン等、種々の制御プログ
ラムが格納されることによって、図１０に示す外乱オブ
ザーバ５２，相関演算部５６，正規化部５８，タイヤ圧
演算部６０，実半径決定部６１を構成している。

【００４３】外乱オブザーバ５２は、車輪１４の図９に
示すモデルに基づいて構成されている。以下、この外乱
オブザーバ５２の構成について説明する。車輪１４を、
リム側部２８の慣性モーメントＪ_Rとベルト側部３０の
慣性モーメントＪ_Bとがばね定数Ｋのねじりばね３２に
より接続されたものとモデル化すれば、次の状態方程式
(1) 〜(3) が成立する。Ｊ_Rω_R′＝−Ｋ（θ_R−θ_B）＋Ｔ₁ ・・・(1) Ｊ_Bω_B′＝Ｋ（θ_R−θ_B）−Ｔ_d ・・・(2) θ_RB＝θ_R−θ_B ・・・(3)

【００４４】ただし、 ω_R ：リム側部２８の角速度 ω_R′：リム側部２８の角加速度 ω_B ：ベルト側部３０の角速度 ω_B′：ベルト側部３０の角加速度 θ_RB ：リム側部２８とベルト側部３０とのねじり角
（リム側部回転角θ_Rとベルト側部回転角θ_Bとの差）Ｔ₁ ：リム側部２８に加えられる制動トルクＴ_d ：路面からのトルク（外乱トルクと回転負荷トル
クとの和）なお、実際にはリム側部２８の慣性モーメントＪ_Rとベ
ルト側部３０の慣性モーメントＪ_Bとの間にはダンパが
存在するが、その影響は比較的小さいため無視できる。

【００４５】上記状態方程式をベクトルおよび行列を用
いて表せば次の(4) 式となる。

【００４６】

【数１】

【００４７】ここで、タイヤ２６の空気圧が変化し、ね
じりばね３２のばね定数がＫからＫ＋ΔＫに変化したと
きの車輪１４の運動は次の(5) 式で表される。

【００４８】

【数２】

【００４９】すなわち、ばね定数ＫがΔＫだけ変化する
ことは正常なタイヤ２６に(5) 式の最終項で表される外
乱トルクが加えられたのと等価である。この外乱トルク
にはばね定数Ｋの変化量ΔＫの情報が含まれており、か
つ、タイヤ２６の空気圧に応じて変化するので、この外
乱トルクを推定することによってタイヤ２６の空気圧の
変化量を推定することができる。この外乱トルクの推定
に外乱オブザーバの手法を用いるのであり、推定すべき
外乱トルクは次の(6) 式で表される。

【００５０】

【数３】

【００５１】しかし、理論上ベクトル［ｗ］の中の一つ
の要素しか推定できないため、第２要素であるｗ₂ を推
定することとする。外乱トルクを次の(7) 式ｗ₂ ＝（−１／Ｊ_B）Ｔ_d＋（ΔＫ／Ｊ_B）θ_RB・・・(7) で定義すれば、車輪１４の状態方程式は次の(8) 式のよ
うになるため、この式に基づいて外乱オブザーバ５２を
構成する。

【００５２】

【数４】

【００５３】外乱オブザーバ５２は外乱トルクをシステ
ムの状態変数の一つとして推定するものである。そこ
で、上記(7) 式の外乱トルクｗ₂ をシステムの状態に含
めるために、外乱トルクｗ₂ のダイナミクスを次の(9)
式で近似する。ｗ₂ ′＝０・・・(9) これは図１３に示すように連続して変化する外乱トルク
を階段状に近似（零次近似）することを意味し、外乱オ
ブザーバ５２の外乱推定速度を推定すべき外乱トルクの
変化に比べて十分速くすれば、この近似は十分に許容さ
れる。上記(9)式より、外乱トルクをシステムの状態に
含めると次の(10)式の拡張系が構成される。

【００５４】

【数５】

【００５５】上記(10)式において［ω_B θ_RB ｗ₂ ］
^Tが検出できない状態となる。したがって、このシステ
ムに基づいて外乱オブザーバ５２を構成すれば、外乱ト
ルクｗ₂ と検出できない状態変数ω_B，θ_RBとを推定す
ることができる。記述を簡単にするために、(10)式のベ
クトルおよび行列を分解して次のように表すこととす
る。

【００５６】

【数６】

【００５７】このとき、状態［ｚ］＝［ω_R θ_RB ｗ
₂ ］^Tを推定する最小次元オブザーバの構成は次の(11)
式で表される。［ｚ_p′］＝［Ａ₂₁］［ｘ_a］＋［Ａ₂₂］［ｚ_p］＋［Ｂ₂］［ｕ］＋［Ｇ］｛［ｘ_a′］−（［Ａ₁₁］［ｘ_a］＋［Ａ₁₂］［ｚ_p］＋［Ｂ₁］［ｕ］）｝＝（［Ａ₂₁］−［Ｇ］［Ａ₁₁］）［ｘ_a］＋（［Ａ₂₂］−［Ｇ］［Ａ₁₂］）［ｚ_p ］＋［Ｇ］［ｘ_a′］＋（［Ｂ₂］−［Ｇ］［Ｂ₁］）［ｕ］・・・(11) ただし、［ｚ_p］：［ｚ］の推定値［ｚ_p′］：推定値［ｚ_p］の変化率［Ｇ］：外乱オブザーバ５２の推定速度を決めるゲ
イン［ｕ］：制動トルクＴ₁ ［Ｂ₁］：１／Ｊ_R ［Ｂ₂］：［０００］^T これをブロック線図で表わすと図１４のようになる。

【００５８】また、真値と推定値との誤差［ｅ］を
［ｅ］＝［ｚ］−［ｚ_p］とおき、誤差［ｅ］の変化率
を［ｅ′］とすると、次の(12)式の関係を得る。［ｅ′］＝（［Ａ₂₂］−［Ｇ］［Ａ₁₂］）［ｅ］・・・(12) これは外乱オブザーバ５２の推定特性を表しており、行
列（［Ａ₂₂］−［Ｇ］［Ａ₁₂］）の固有値がすなわち外
乱オブザーバ５２の極となる。したがって、この固有値
がｓ平面の左半面において原点から離れるほど外乱オブ
ザーバ５２の推定速度が速くなる。オブザーバゲイン
［Ｇ］は希望の推定速度になるように決定すればよい。

【００５９】以上のように構成された外乱オブザーバ５
２においては、角速度検出部４６において演算されたリ
ム側部２８の角速度ω_Rおよび制動トルクＴ₁を入力と
して、ねじりばね３２のばね定数ＫがΔＫ変化した場合
の前記(7) 式で表される外乱トルクｗ₂ が推定され、外
乱トルク推定値ｗ_2pが取得されるが、それとともに検出
が不可能であるベルト側部３０の角速度ω_B，リム側部
−ベルト側部間のねじり角θ_RBも推定され、それぞれ推
定値ω_Bp，θ_RBpが取得される。

【００６０】上記外乱トルクおよびねじり角の推定値ｗ
_2p，θ_RBpを用いて相関演算部５６において相関演算が
行われ、正規化部５８で正規化が行われて、ねじりばね
３２のばね定数Ｋの変化が求められる。

【００６１】まず、相関演算部５６において、図１２の
フローチャートで表される相関演算ルーチンが実行され
る。ステップＳ２１（以下、単にＳ２１で表す。他のス
テップについても同じ）の初期設定において、整数ｉが
１にリセットされ、前記(7) 式で表される外乱トルクｗ
₂ の推定値ｗ_2pとねじり角推定値θ_RBpとの相互相関値
Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp）とねじり角推定値θ_RBpの自己相関
値Ｃ（θ_RBp，θ_RBp）とが０にリセットされる。相互
相関値メモリおよび自己相関値メモリの内容が０にされ
るのである。

【００６２】続いて、Ｓ２２で現時点の外乱推定値ｗ
_2piおよびねじり角推定値θ_RBpiが読み込まれ、Ｓ２３
で外乱推定値ｗ_2piとねじり角推定値θ_RBpiとの積が演
算され、相互相関値Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp）に加算される。
ただし、最初にＳ２３が実行される際には相互相関値Ｃ
（ｗ_2p，θ_RBp）が０であるため、相互相関値メモリに
外乱推定値ｗ_2piとねじり角推定値θ_RBpiとの積が格納
されるのみである。同様にＳ２４でねじり角推定値θ
_RBpiの２乗が演算され、自己相関値メモリの自己相関値
Ｃ（θ_RBp，θ_RBp）に加算される。

【００６３】Ｓ２５において整数ｉが予め定められた整
数Ｍ以上になったか否かが判定されるが、当初は判定が
ＮＯであるため、Ｓ２６で整数ｉが１増加させられ、再
びＳ２２〜Ｓ２４が実行される。この実行がＭ回繰り返
されたときＳ２５の判定がＹＥＳとなり、ばね定数変化
取得用の相関演算ルーチンの１回の実行が終了する。

【００６４】相関演算部５６において以上のようにして
相互相関値Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp）と自己相関値Ｃ
（θ_RBp，θ_RBp）とが求められた後、正規化部５８に
おいて次の（13）式Ｌ_k＝Ｃ（ｗ_2p，θ_RBp）／Ｃ（θ_RBp，θ_RBp）・・・(13) によりＬ_K値が求められ、ＲＡＭ５０のＬ_K値メモリに
格納される。このＬ_K値は次の（14) 式Ｌ_k＝（−１／Ｊ_B）Ｃ₀ ＋ΔＫ／Ｊ_B・・・(14) ただし、Ｃ₀ はＣ（Ｔ_dp，θ_RBp）／Ｃ（θ_RBp，θ
_RBp）で表される値であり、ばね定数Ｋの変化とは無関
係であるので、タイヤ圧ｐが正常の状態で予め求めてお
くことによって補償できる。

【００６５】タイヤ圧演算部６０においては、以上のよ
うにして取得され、Ｌ_K値メモリに格納されているＬ_K
値に基づいてねじりばね３２のばね定数Ｋの変化量ΔＫ
が演算される。Ｌ_K値は前述のように（−１／Ｊ_B）・
Ｃ₀ ＋ΔＫ／Ｊ_Bに対応する値であるため、Ｌ_K値とば
ね定数変化量ΔＫとの間には一定の関係があり、さらに
このばね定数変化量ΔＫとタイヤ圧変化量Δｐとの間に
も一定の関係があるため、結局、Ｌ_K値とタイヤ圧変化
量Δｐとの間に一定の関係がある。この関係が予めタイ
ヤ圧変化量テーブルとしてＲＯＭ４９に格納されてお
り、このテーブルに基づいてＬ_K値からタイヤ圧変化量
Δｐが求められるのである。このタイヤ圧変化量Δｐは
正規のタイヤ圧ｐ₀ からの変化量であるから、正規のタ
イヤ圧ｐ₀ からこのタイヤ圧変化量Δｐを引いた値ｐ＝
ｐ₀ −Δｐが現在のタイヤ圧ｐとして演算され、ＲＡＭ
５０のタイヤ圧メモリに格納される。

【００６６】タイヤ圧演算部６０において以上のように
して演算されたタイヤ圧ｐは図８の実半径決定部６１に
供給される。実半径決定部６１は、ＲＯＭ４９にタイヤ
圧ｐと実半径Ｒとの関係がテーブル化された実半径テー
ブルと、タイヤ圧ｐと実半径テーブルとに基づいて実半
径Ｒを決定するための図示しない実半径決定ルーチンと
が格納されることにより構成されている。タイヤ２６は
タイヤ圧ｐが低下するほど変形が大きくなり、実半径Ｒ
が小さくなる。このタイヤ圧ｐと実半径Ｒとの関係が予
め測定され、実半径テーブルとしてＲＯＭ４９に格納さ
れているのである。

【００６７】以上のようにして演算されたリム側部角速
度ω_R，ベルト側部角速度ω_Bおよび実半径Ｒを含む情
報に基づき、コントローラ１４４は前述の図７のアンチ
ロック制御ルーチンを実行する。

【００６８】以下、このアンチロック制御ルーチンの内
容について詳細に説明する。なお、このルーチンは、各
車輪が順に実行対象車輪とされて繰返し実行されるが、
以下、左右前輪の一つが実行対象車輪とされた場合を代
表的に説明し、それ以外の場合の説明を省略する。な
お、コントローラ１４４の電源投入に伴い、このルーチ
ンにおいて使用される後述の制御中フラグＦ_ABSは０に
初期化され、また、ブレーキ圧に対して実行される制御
モードは通常ブレーキモードに初期化され、また、パル
ス増圧の連続回数は０に初期化されるようになってい
る。

【００６９】まず、Ｓ４１において、ＲＡＭ１５４から
ベルト側部角速度ω_Bの今回値とタイヤ２６の実半径Ｒ
の今回値とがそれぞれ読み込まれる。次に、Ｓ４２にお
いて、それらベルト側部角速度ω_Bおよび実半径Ｒの積
としてベルト側部回転速度Ｖ _Bの今回値が演算され、そ
れが車輪速度Ｖ_Wの今回値とされる。続いて、Ｓ４３に
おいて、ＲＡＭ１５４から、車輪速度Ｖ_Wの前回値が読
み込まれ、車輪速度Ｖ _Wの今回値から前回値を差し引く
ことによって車輪加速度Ｖ_W’の今回値が演算される。

【００７０】次に、Ｓ４４において、制御中フラグＦ
_ABSが１であるか否かが判定される。本ルーチンの今回
の実行はコントローラ１４４の電源投入後最初であると
仮定すれば、制御中フラグＦ_ABSは現在０である。した
がって、このＳ４４の判定はＮＯとなり、Ｓ４５に移行
する。

【００７１】このＳ４５においては、ＲＡＭ１５４か
ら、リム側部角速度ω_Rの今回値および前回値とベルト
側部角速度ω_Bの今回値および前回値とがそれぞれ読み
込まれ、それぞれについて今回値から前回値を差し引く
ことによってリム側部２８およびベルト側部３０の角加
速度ω_R’，ω_B’の今回値が演算される。その後、Ｓ
４６において、ＲＡＭ１５４から、制動トルクＴ₁，実
半径Ｒおよび車輪荷重Ｆ _Zがそれぞれ読み込まれ、次
に、Ｓ４７において、それらと上記角加速度ω_R’およ
びω_B’とを前記の運動方程式に代入することにより、
タイヤ−路面間の摩擦係数μの今回値が演算される。

【００７２】その後、Ｓ４７において、制御基準速度差
ΔＶ₁が演算される。このアンチロック制御において
は、推定車速Ｖ_S0から車輪速度Ｖ_Wを差し引いた値であ
る車輪速度差ΔＶと車輪加速度Ｖ_W’とに基づき、ブレ
ーキ圧の制御モードが通常ブレーキモード，減圧モー
ド，保圧モードおよびパルス増圧モードのいずれかに適
宜決定される。車輪速度差ΔＶの比較対象として制御基
準速度差ΔＶ₁が存在し、この制御基準速度差ΔＶ
₁は、固定の基準値である制御基準速度差ΔＶ₀と上記
摩擦係数μと補正係数ｋとの積として演算される。

【００７３】続いて、Ｓ４８において、車輪加速度
Ｖ_W’の今回値が負の基準加速度Ｇ₁以下であるか否か
が判定される。車輪のロック傾向に強い増加傾向が現れ
ているか否かが判定されるのである。今回は強い増加傾
向が現れていないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、Ｓ
４９において、制御中フラグＦ_ABSが１であるか否かが
判定される。現在は０であると仮定されているから、判
定がＮＯとなり、Ｓ５０において、通常ブレーキモード
が実行される。電磁弁１２２，１３２が増圧状態とさ
れ、ブレーキペダル１１０の踏力に応じてホイールシリ
ンダ１２６，１３６のブレーキ圧が増加させられる通常
制動状態とされるのである。以上で本ルーチンの一回の
実行が終了する。

【００７４】その後、Ｓ４１〜５０の実行が繰り返され
るうちに、ブレーキペダル１１０の踏力が路面の摩擦係
数との関係において過大となり、車輪のロック傾向に強
い増加傾向が現れたと仮定すれば、Ｓ４８の判定がＹＥ
Ｓとなり、Ｓ５１において、推定車速Ｖ_S0の今回値から
車輪速度Ｖ_Wの今回値を差し引くことによって車輪速度
差ΔＶの今回値が演算される。その後、Ｓ５２におい
て、その車輪速度差ΔＶが前記制御基準速度差ΔＶ₁の
今回値より大きいか否かが判定される。推定車速Ｖ_S0に
対する車輪速度Ｖ_Wの低下量が過大となったか否かが判
定されるのである。今回は過大ではないと仮定すれば、
判定がＮＯとなる。以上で本ルーチンの一回の実行が終
了する。本ルーチンの今回の実行においてはブレーキ圧
の制御モードが更新されず、前回の制御モードが維持さ
れ、結局、今回は前回から引き続いて通常ブレーキモー
ドが実行されることになる。

【００７５】その後、Ｓ４１〜４８，５１および５２の
実行が繰り返されるうちに、推定車速Ｖ_S0に対する車輪
速度Ｖ_Wの低下量が過大となったと仮定すれば、アンチ
ロック制御を開始する必要があると判断され、Ｓ５２の
判定がＹＥＳとなり、Ｓ５３において、制御中フラグＦ
_ABSが１とされ、これにより、アンチロック制御が開始
された事実がＲＡＭ１５４に記憶される。その後、Ｓ５
４において、減圧モードが実行され、電磁弁１２２，１
３２が減圧状態に継続的に切り換えられ、車輪のブレー
キ圧が急速に低下させられてロック傾向の増加が抑制さ
れる。以上で本ルーチンの一回の実行が終了する。

【００７６】本ルーチンの次回の実行時においては、制
御中フラグＦ_ABSが１であるから、Ｓ４４の判定がＹＥ
Ｓとなり、Ｓ４５〜４７、すなわち主として摩擦係数μ
の演算に係るステップ群がスキップされてＳ４８に移行
する。すなわち、摩擦係数μはアンチロック制御が開始
されるまでは本ルーチンの実行が繰り返されるごとに更
新されるが、アンチロック制御が開始されると更新が禁
止されて固定され、これにより、アンチロック制御開始
後における摩擦係数μの値が路面の摩擦係数を精度よく
表すものとなるのである。

【００７７】その後、ブレーキ圧の減圧により、車輪加
速度Ｖ_W’が基準加速度Ｇ₁より大きくなってＳ４８の
判定がＮＯになれば、Ｓ４９以下のステップに移行す
る。制御中フラグＦ_ABSは現在１であるから、Ｓ４９の
判定はＹＥＳとなり、Ｓ５５において、車輪加速度
Ｖ_W’が正の基準加速度Ｇ₂より大きいか否かが判定さ
れる。車輪のロック傾向に強い減少傾向が現れたか否か
が判定されるのである。今回は未だ強い減少傾向は現れ
ないと仮定すれば、判定がＮＯとなり、以上で本ルーチ
ンの一回の実行が終了する。本ルーチンの今回の実行に
おいてはブレーキ圧の制御モードが更新されず、前回の
制御モードが維持され、結局、今回は前回から引き続い
て減圧モードが実行されることになる。

【００７８】その後、Ｓ４１〜４４，４８，４９および
５５の実行が繰り返されるうちに、車輪加速度Ｖ_W’が
基準加速度Ｇ₂より大きくなったと仮定すれば、Ｓ５５
の判定がＹＥＳとなり、Ｓ５６において、車輪速度差Δ
Ｖの今回値が演算される。その後、Ｓ５７において、そ
の車輪速度差ΔＶが前記制御基準速度差ΔＶ₁以下であ
るか否かが判定される。車輪速度Ｖ_Wが推定車速Ｖ_S0に
接近しすぎる傾向が生じたか否かが判定されるのであ
る。今回はそうではないと仮定すれば、判定がＮＯとな
り、Ｓ５８において、ブレーキ圧に対して保圧モードが
実行される。以上で本ルーチンの一回の実行が終了す
る。

【００７９】その後、Ｓ４１〜４４，４８，４９，５５
〜５８の実行が繰り返されるうちに、車輪速度差ΔＶが
制御基準速度差ΔＶ₁以下となったと仮定すれば、Ｓ５
７の判定がＹＥＳとなり、Ｓ５９において、ブレーキ圧
に対してパルス増圧モードが実行される。電磁弁１２
２，１３２に対して増圧信号と保圧信号とを交互に供給
することによりブレーキ圧が緩やかに増加させられ、こ
れにより、車輪速度Ｖ_Wが推定車速Ｖ_S0に接近し過ぎて
制動力が不足する事態の発生が回避されるのである。そ
の後、Ｓ６０において、パルス増圧モードが所定回数実
行されたか否かが判定される。

【００８０】ここに「パルス増圧モードの回数」は、パ
ルス増圧モードが連続して繰返し実行される場合におけ
るパルス増圧モードの実行回数を意味しており、結局、
一連のパルス増圧モードが実行される際に本ルーチンが
実行された回数に一致する。すなわち、このパルス増圧
モードの回数は、一連のパルス増圧モードの連続時間を
意味しているのである。このようにパルス増圧モードの
回数を監視するのは、アンチロック制御によって制動距
離が無駄に増加することを回避するためである。パルス
増圧モードが連続して長い時間実行されることは、路面
の摩擦係数が有効に利用されておらず、ブレーキ圧の不
足、すなわち、制動力の不足を意味するからである。今
回はパルス増圧モードが所定回数実行されていないと仮
定すれば、判定がＮＯとなり、本ルーチンの一回の実行
が終了する。

【００８１】その後、Ｓ４１〜４４，４８，４９，５５
〜５７，５９，６０の実行が繰り返されるうちに、パル
ス増圧モードが所定回数実行されたと仮定すれば、Ｓ６
０の判定がＹＥＳとなり、Ｓ６１において、制御中フラ
グＦ_ABSが０とされ、Ｓ５０において、ブレーキ圧の制
御モードが通常ブレーキモードに復元される。その結
果、ブレーキ圧がブレーキペダル１１０の踏力に応じて
増加させられることを許容する状態となる。以上で本ル
ーチンの一回の実行が終了する。

【００８２】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、角速度検出部４６が各請求項の発明におけ
る「リム側部角速度検出手段１」の一態様を構成し、コ
ンピュータ４７およびコントローラ１４４の図７のＳ４
１，４２を実行する部分が「ベルト側部回転速度決定手
段２」の一態様を構成し、電磁弁１２２，１３２が「運
動制御機構３」の一態様を構成している。さらに、コン
トローラ１４４の図７のＳ４４〜４６，制動トルク検出
ルーチンおよび車輪荷重検出ルーチンを実行する部分
と、ブレーキ圧センサ１７２および車輪荷重センサ１７
４，１７６とが「摩擦係数検出手段５」の一態様を構成
し、コントローラ１４４の、アンチロック制御ルーチン
のうち図７のＳ４１，４２，４４〜４６を除く部分と推
定車速演算ルーチンとを実行する部分が「コントローラ
４」の一態様を構成している。

【００８３】なお、上記実施例においては、ベルト側部
角速度ω_Bのみならずリム側部角速度ω_Rにも基づいて
摩擦係数μが検出されるようになっていたが、それらの
うちベルト側部角速度ω_Bにのみ基づいて摩擦係数μが
検出されるようにして各請求項の発明を実施することも
可能である。

【００８４】以上、請求項１および２の発明に共通の一
実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、その他、ア
ンチロック制御以外の車両制御に適用するなど、それら
発明は種々の改良，変形を加えた態様で実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の発明の構成を概念的に示すブロック
図である。

【図２】請求項２の発明の構成を概念的に示すブロック
図である。

【図３】請求項１および２の発明に共通の一実施例であ
るアンチロック制御装置を含むブレーキシステムを示す
系統図である。

【図４】上記アンチロック制御装置の機能ブロック図で
ある。

【図５】図４におけるコントローラのＲＯＭの構成を概
念的に示す図である。

【図６】図４におけるコントローラのＲＡＭの構成を概
念的に示す図である。

【図７】図５におけるアンチロック制御ルーチンを示す
フローチャートである。

【図８】車輪の一部を示す断面図である。

【図９】上記車輪の力学モデルを示す図である。

【図１０】図４における補助演算装置の詳細を示す機能
ブロック図である。

【図１１】上記補助演算装置の詳細を示す構成ブロック
図である。

【図１２】図４におけるコントローラのＲＯＭに格納さ
れている相関演算ルーチンを示すフローチャートであ
る。

【図１３】上記補助演算装置の一部である外乱オブザー
バにおける外乱トルクのダイナミクスの近似を説明する
ための図である。

【図１４】上記外乱オブザーバを示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０ロータ１２電磁ピックアップ１４車輪（＝タイヤ付ホイール）２０コンピュータ２４ホイール２６タイヤ２８リム側部３０ベルト側部３２ねじりばね４６角速度検出部４７コンピュータ１４４コントローラ１７０補助演算装置１７２ブレーキ圧センサ１７４，１７６車輪荷重センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両のタイヤ付ホイールのリム側部角速
度を検出するリム側部角速度検出手段と、検出されたリム側部角速度と、そのタイヤ付ホイールの
リム側部慣性モーメント，ベルト側部慣性モーメントお
よびリム側部−ベルト側部間のねじりばね定数とに基づ
き、そのタイヤ付ホイールのベルト側部角速度を推定
し、推定したベルト側部角速度とそのタイヤ付ホイール
の半径とに基づいてベルト側部回転速度を決定するベル
ト側部回転速度決定手段と、前記車両の運動を制御する運動制御機構と、決定されたベルト側部回転速度に基づき、その運動制御
機構を介して前記車両の運動を制御するコントローラと
を含むことを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】さらに、少なくとも、決定されたベルト側部回転速度に基づき、
前記タイヤとそれが接する路面との間の摩擦係数を検出
する摩擦係数検出手段を含み、かつ、前記コントローラが、少なくとも、その摩擦係数検出手
段により検出された摩擦係数に基づいて前記車両の運動
を制御するものである請求項１記載の車両制御装置。