特開 2024-80895 制動トルク推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024080895

(43)【公開日】2024-06-17

(54)【発明の名称】制動トルク推定装置

(51)【国際特許分類】

   B60T 8/171 20060101AFI20240610BHJP

   B60T 13/74 20060101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

B60T8/171 Z

B60T13/74 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022194237

(22)【出願日】2022-12-05

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】瀬戸 信治

(72)【発明者】

【氏名】後藤 大輔

【テーマコード（参考）】

3D048

3D246

【Ｆターム（参考）】

3D048CC49

3D048HH18

3D048HH66

3D048HH68

3D048QQ07

3D048RR01

3D048RR02

3D048RR04

3D048RR11

3D048RR13

3D048RR25

3D048RR29

3D246BA02

3D246BA08

3D246DA01

3D246EA02

3D246EA05

3D246EA18

3D246GA25

3D246GC14

3D246GC16

3D246HA13A

3D246HA26A

3D246HA28A

3D246HA35C

3D246HA38A

3D246HA41A

3D246HA64A

3D246HA81A

3D246HA93A

3D246HC04

3D246KA13

3D246KA15

3D246LA13Z

(57)【要約】

【課題】低コストで高精度に制動トルクを推定できる制動トルク推定装置を提供する。
【解決手段】本発明による制動トルク推定装置２０は、タイヤが設けられた複数の車輪７を備える車両１０に設置可能であり、車輪７の制動トルクＴｂｉを算出する制動トルク算出部２６を備え、車輪７の車輪速Ｖｗｉと、車両１０の前後方向の加速度である前後加速度ａｘとを入力する。制動トルク算出部２６は、車輪速Ｖｗｉと、車輪７のタイヤ荷重Ｆｚｉと、前後加速度ａｘと、車輪７のタイヤ特性とに基づいて、車体速Ｖｂと、車輪７のタイヤ前後力Ｆｘｉと、車輪７のスリップ率とを算出するとともに、算出したタイヤ前後力Ｆｘｉに基づいて制動トルクＴｂｉを算出する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

タイヤが設けられた複数の車輪を備える車両に設置可能であり、
前記車輪の制動トルクを算出する制動トルク算出部を備え、
前記車輪の車輪速と、前記車両の前後方向の加速度である前後加速度とを入力し、
前記制動トルク算出部は、前記車輪速と、前記車輪のタイヤ荷重と、前記前後加速度と、前記車輪のタイヤ特性とに基づいて、車体速と、前記車輪のタイヤ前後力と、前記車輪のスリップ率とを算出するとともに、算出した前記タイヤ前後力に基づいて前記制動トルクを算出する、
ことを特徴とする制動トルク推定装置。

【請求項2】

前記前後加速度を用いて前記タイヤ荷重を算出するタイヤ荷重推定部を備える、
請求項１に記載の制動トルク推定装置。

【請求項3】

スリップ率と摩擦係数との関係を前記タイヤ特性として求めるタイヤ特性推定部を備える、
請求項１に記載の制動トルク推定装置。

【請求項4】

前記タイヤ特性推定部は、前記タイヤ特性として、前記スリップ率と前記摩擦係数との間の比例係数である制動係数を求め、前記制動係数を、前記車両の加速時での前記前後加速度と前記車輪速と前記タイヤ荷重とに基づいて求める、
請求項３に記載の制動トルク推定装置。

【請求項5】

前記車両は、制駆動力を発生させる電動機又は内燃機関と、制動力を発生するブレーキ装置とを備え、
前記制動トルク算出部は、
１）前記車両の前記前後加速度が予め設定した範囲内にあること、
２）前記車輪速が予め設定した範囲内にあり、前記車両が直進走行中であること、
３）前記車両が走行する路面が予め設定した状況であること、
４）前記電動機によるトルクが予め設定した閾値より小さいこと、
５）前記内燃機関によるトルクが予め設定した閾値より小さいこと、
６）前記ブレーキ装置が動作中であること、
の６つの条件のうち少なくとも１つの条件を満たす場合に前記制動トルクを算出する、
請求項１に記載の制動トルク推定装置。

【請求項6】

前記車両は、制駆動力を発生させる電動機又は内燃機関と、制動力を発生するブレーキ装置とを備え、
前記制動トルク算出部は、算出した前記制動トルクから前記電動機によるトルク又は前記内燃機関によるトルクを減じることで、前記ブレーキ装置による制動トルクを求める、
請求項１に記載の制動トルク推定装置。

【請求項7】

前記車両は、制駆動力を発生させる電動機又は内燃機関と、制動力を発生するブレーキ装置とを備え、
前記制動トルク算出部は、算出した前記制動トルクを前記電動機によるトルク又は前記内燃機関によるトルクとすることで、又は、算出した前記制動トルクから計測された前記ブレーキ装置による制動トルクを減じることで、前記電動機によるトルク又は前記内燃機関によるトルクを求める、
請求項１に記載の制動トルク推定装置。

【請求項8】

前記制動トルク算出部は、前記車両が旋回して走行する場合には、前記車両の横方向の加速度と、前記車輪の操舵角と、前記車両の旋回時の横滑り角に依存する前記タイヤ特性とを用いて、前記制動トルクを算出する、
請求項１に記載の制動トルク推定装置。

【請求項9】

ブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置に接続されており、
前記ブレーキ装置は、前記車両に設置されており、電動モータを備える電動ブレーキ装置であり、
前記制動トルクを算出するときに、前記ブレーキ制御装置が前記電動モータの電流と前記電動モータの回転位置との少なくとも一方を記憶する、
請求項１に記載の制動トルク推定装置。

【請求項10】

前記タイヤ特性推定部は、前記タイヤ特性を求めるときに、前記車両が走行する路面の状況又は前記車両が走行する道路での天候情報を取得する、
請求項３に記載の制動トルク推定装置。

【請求項11】

ブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置に接続されており、
前記ブレーキ装置は、前記車両に設置されており、ブレーキパッドとディスクロータとを備え、
前記制動トルクを算出するときに、前記ブレーキ制御装置が前記ブレーキパッドの温度と前記ディスクロータの回転速度を記憶する、
請求項１に記載の制動トルク推定装置。

【請求項12】

前記車両は、前輪駆動又は後輪駆動であり、
前記タイヤ特性推定部は、前記タイヤ特性として、前記スリップ率と前記摩擦係数との間の比例係数である制動係数を求め、前記制動係数を、前記車両の加速時での前記タイヤ前後力と前記車輪速と前記タイヤ荷重とに基づいて求める、
請求項３に記載の制動トルク推定装置。

【請求項13】

前記車両は、４輪駆動であり、
前記タイヤ特性推定部は、前記タイヤ特性として、前記スリップ率と前記摩擦係数との間の比例係数である制動係数を求め、前記制動係数を、前記車両の加速時での前記前後加速度と、前輪と後輪の駆動力の比と、前記車輪速と、前記タイヤ荷重とに基づいて求める、
請求項３に記載の制動トルク推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両運動制御に用いられて車両の制動トルクを推定する制動トルク推定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

車両運動制御では、タイヤ前後力、スリップ率、車体速、及び制動トルクを精度よく推定することで、車両に搭載されたアクチュエータをよりきめ細かく制御することが可能である。車両の運動は、例えば制動時には、推定した制動トルクに基づいて制御される。制動トルクは、車両の性能にとって重要な値であり、タイヤ前後力、スリップ率、及び車体速から求めることができる。推力センサ等を使用して制動トルクを推定すると、推定精度を上げることができるが、コストが増大するという課題がある。

【0003】

また、タイヤ前後力を推定する方法として、車体速と車輪速の差によるスリップ率を求める方法がある。この方法には、前後加速度を積分して車体速を推定すると定常偏差の除去が難しいという課題と、センサを付加するとコストがかかるというという課題がある。

【0004】

車体速や推力センサを使用せずに制動力を推定する従来の技術として、例えば特許文献１に記載された技術が提案されている。特許文献１に記載されたブレーキ装置は、車輪の接地荷重を推定する接地荷重推定部と、制動時の車輪の角速度と接地荷重から前後制動力比を推定し、前後制動力比に基づいて車輪の制動力を制御するための前後制動力補正値を演算する前後制動力補正値演算部と、制動時の車輪の角速度から車輪の制動力の左右差を小さくするための左右制動力補正値を演算する左右制動力補正値演算部と、制動力目標値と前後制動力補正値と左右制動力補正値に基づいて制動力指令値を演算する指令値演算部を備える。

【0005】

また、非特許文献１には、オブザーバを用いてスリップ率を推定する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０－７００２２号公報

【非特許文献1】Thanh Vo-Duy、 Minh C. Ta、Slip Ratio Estimation for Traction Control of Electric Vehicles、 2018 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC)、p.1-6

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来の技術には、制動トルクを精度よく推定することが難しいという課題があり、特に、制動トルクを推定するのに必要なタイヤ前後力、スリップ率、及び車体速を精度よく推定するのが困難である。

【0008】

特許文献１に記載の技術では、推定された車輪の接地荷重を用いて前後制動力を制御し、前輪と後輪の少なくとも一方で左右の制動力がほぼ等しい場合にタイヤ前後力を推定する。この技術では、左右の車輪に制動力の差がある場合には、タイヤ前後力を推定するのが困難である。

【0009】

非特許文献１に記載の技術では、車輪速とその微分値と前後加速度からスリップ率をオブザーバによって推定する。この技術では、オブザーバを用いることで推定の収束性が保障されるが、時々刻々の精度が保障されない点と、車輪速の微分値が必要な点が課題であり、また、車両運動制御に必要な値のうちスリップ率以外の値を推定できるか不明である。

【0010】

このように、従来の技術では、タイヤ前後力、スリップ率、及び車体速を精度よく推定するのが困難であり、制動トルクを精度よく推定するのが難しいという課題がある。また、制動トルクセンサや推力センサ等を使用すると制動トルクの推定精度を上げることができるが、コストの増大を防ぐために、これらのセンサを用いずに車両が一般的に備えるセンサのみを用いて制動トルクを精度よく推定したいという要望がある。

【0011】

本発明の目的は、低コストで高精度に制動トルクを推定できる制動トルク推定装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明による制動トルク推定装置は、タイヤが設けられた複数の車輪を備える車両に設置可能であり、前記車輪の制動トルクを算出する制動トルク算出部を備え、前記車輪の車輪速と、前記車両の前後方向の加速度である前後加速度とを入力する。前記制動トルク算出部は、前記車輪速と、前記車輪のタイヤ荷重と、前記前後加速度と、前記車輪のタイヤ特性とに基づいて、車体速と、前記車輪のタイヤ前後力と、前記車輪のスリップ率とを算出するとともに、算出した前記タイヤ前後力に基づいて前記制動トルクを算出する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によると、低コストで高精度に制動トルクを推定できる制動トルク推定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施例１による制動トルク推定装置を備える車両の構成例を示す図。

【図2】実施例１による制動トルク推定装置の構成を示すブロック図。

【図3】タイヤ特性である、スリップ率と摩擦係数との関係の例を示す図。

【図4】横滑り角が変化したときの、スリップ率と摩擦係数との関係の例を示す図。

【図5】本発明の実施例４による制動トルク推定装置の構成を示すブロック図。

【図6】ブレーキ装置の構成を示す図。

【図7】ブレーキ制御装置に接続された制動トルク推定装置を示す図である。

【図8】本発明の実施例８におけるブレーキ制御装置の構成を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明による制動トルク推定装置は、タイヤが設けられた複数の車輪を備える車両に設置可能であり、車輪の車輪速と車両の前後加速度を用いてタイヤ特性（例えば、制動係数）とタイヤ荷重を推定でき、推定したタイヤ特性とタイヤ荷重を用いて車体速、スリップ率、タイヤ前後力、及び制動トルクを低コストで高精度に推定できる。スリップ率、タイヤ前後力、及び制動トルク等は、ブレーキ装置とタイヤによって個体差があり、ブレーキ装置とタイヤの摩耗等による経年変化によって変動する。本発明による制動トルク推定装置では、車体速、スリップ率、タイヤ前後力、及び制動トルクを、制動トルクセンサや推力センサを用いずに、車両が一般的に備えるセンサのみを用いて、低コストで精度よく推定することができる。本発明による制動トルク推定装置を用いると、車両の運動を低コストで高精度に制御することができる。

【0016】

以下、本発明の実施例による制動トルク推定装置を、図面を使用して説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一の又は対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

【実施例0017】

本発明の実施例１による制動トルク推定装置について説明する。

【0018】

図１は、本実施例による制動トルク推定装置を備える車両１０の構成例を示す図である。車両１０は、コントローラ５、車輪７、車体８、車輪速センサ１、加速度センサ２、ジャイロセンサ３、操舵角センサ４、制動力を発生するブレーキ装置９、ブレーキペダル１１、及び電源１４を備え、さらに、図示していないが、制駆動力を発生させる内燃機関又は電動機、操舵装置、及びサスペンション等を備える。

【0019】

コントローラ５は、本実施例による制動トルク推定装置を備え、内燃機関、電動機、ブレーキ装置９、操舵装置、及びサスペンション等を制御する。コントローラ５は、自らが備える機能ごとに分けて設けられてもよく、上位のコントローラと下位のコントローラとに分けて設けられてもよい。本明細書では、このように分けられた複数のコントローラも、まとめてコントローラ５と呼ぶ。なお、コントローラ５は、ＣＰＵ等の演算装置、半導体メモリ等の主記憶装置、補助記憶装置、及び通信装置等のハードウェアを備えて車両１０を統括制御する計算機で構成することができ、主記憶装置にロードされたプログラムを演算装置が実行することで、様々な機能を実現する。

【0020】

以下の説明では、コントローラ５の上記の構成のような、周知技術の説明を省略することがある。

【0021】

車輪７は、車体８の前後左右の４か所に配置され、タイヤが設けられている。本実施例では、車両１０は、４輪車であるとする。

【0022】

車輪速センサ１、加速度センサ２、ジャイロセンサ３、及び操舵角センサ４は、車両１０が一般的に備えるセンサである。

【0023】

車輪速センサ１は、車体８の４か所にある車輪７の回転速度を検出する。車輪速センサ１は、例えば、車軸ハブ等に設置された回転部と、ナックルやブレーキキャリア等に設置された固定部との間の相対回転速度（車輪角速度）を検出するセンサで構成することができる。

【0024】

加速度センサ２は、車体８の重心に作用する加速度、すなわち車両１０の前後方向の加速度（前後加速度）と横方向の加速度（横加速度）を検出する。

【0025】

ジャイロセンサ３は、車体８の重心周りの回転の角速度であるヨーレイトを検出する。

【0026】

操舵角センサ４は、車両１０を運転する運転手の操舵によって生じるステアリングホイールの回転角又は車輪７の舵角である操舵角を検出する。

【0027】

ブレーキ装置９は、例えば電動ブレーキ装置であり、車体８の４か所にある車輪７のそれぞれに設けられる。すなわち、車両１０は、左前輪用のブレーキ装置９ＦＬ、右前輪用のブレーキ装置９ＦＲ、左後輪用のブレーキ装置９ＲＬ、及び右後輪用のブレーキ装置９ＲＲを備える。これらのブレーキ装置は、互いに同じ構造を備え、コントローラ５に制御される。以下では、これらのブレーキ装置９ＦＬ、９ＦＲ、９ＲＬ、９ＲＲをまとめてブレーキ装置９と呼ぶ。なお、ブレーキ装置９は、電動ブレーキ装置ではなく、油圧ブレーキ装置でもよい。

【0028】

コントローラ５は、車両１０の運転手によるブレーキペダル１１の操作、車両１０や車輪７の状態、及び車両１０の外界についての各種情報等を基に、ブレーキペダル１１の操作に応じた制御信号を、通信線１２を介してブレーキ装置９に送信する。ブレーキ装置９は、電線１３を介して電源１４から供給された電力によって駆動する。

【0029】

コントローラ５は、本実施例による制動トルク推定装置の機能を備え、制動トルク推定装置が推定した制動トルクの値等を用いて、車両１０を制動する。図２を用いて、本実施例による制動トルク推定装置について説明する。

【0030】

図２は、本実施例による制動トルク推定装置２０の構成を示すブロック図である。制動トルク推定装置２０は、タイヤ荷重推定部２１、タイヤ特性読込部２５、制動トルク等推定部２６、タイヤ特性推定部２２、及びタイヤ特性記憶部２４を備える。

【0031】

タイヤ荷重推定部２１は、タイヤ荷重Ｆｚｉを算出して推定する。タイヤ荷重Ｆｚｉは、タイヤ上下力Ｆｚｉとも呼ぶ。タイヤ荷重推定部２１がタイヤ荷重Ｆｚｉを算出する方法については、後述する。

【0032】

なお、添え字ｉは、車体８の４か所にある車輪７を区別する識別子であり、ＦＬ（左前輪）、ＦＲ（右前輪）、ＲＬ（左後輪）、及びＲＲ（右後輪）のいずれか１つを表す。以下の説明でも、この添え字ｉを用いる。

【0033】

タイヤ特性読込部２５は、タイヤ特性記憶部２４が記憶しているタイヤ特性を入力する。このタイヤ特性は、タイヤのスリップ率と摩擦係数との関係を示す値である。タイヤ特性の例としては、後述するように、スリップ率と摩擦係数との間の比例係数である制動係数Ｋｂｉを挙げることができる。摩擦係数は、タイヤ接地面でタイヤが受ける前後力（タイヤ前後力Ｆｘｉ）を、タイヤ接地面でタイヤが受ける上下力（タイヤ荷重Ｆｚｉ又はタイヤ上下力Ｆｚｉ）で割った値である。

【0034】

制動トルク等推定部２６は、タイヤ荷重推定部２１が算出したタイヤ荷重Ｆｚｉと、タイヤ特性読込部２５が得たタイヤ特性（例えば、スリップ率と摩擦係数との関係を示す値である制動係数Ｋｂｉ）を用いて、タイヤ前後力、スリップ率、車体速、及び制動トルクを算出して推定する。以下では、タイヤ前後力、スリップ率、車体速、及び制動トルクをまとめて、「制動トルク等」とも呼ぶ。また、制動トルク等推定部２６は、制動トルク算出部とも呼ぶ。

【0035】

制動トルク算出部である制動トルク等推定部２６が、制動トルク等を算出する方法について説明する。

【0036】

図３は、タイヤ特性である、スリップ率と摩擦係数との関係の例を示す図である。図３では、横軸がスリップ率で、縦軸が摩擦係数であり、両者の関係が曲線３０で表されている。スリップ率と摩擦係数は、一般に、図３に表すような関係にあることが知られている。

【0037】

スリップ率λｉは、制動時は式（１）で表される。

【0038】

【数1】

【0039】

ここで、Ｖｂは車体速を示し、Ｖｗｉは車輪速を示す。車体速Ｖｂは、車体８の速度（車体８の重心の速度）である。車輪速Ｖｗｉは、車輪７の回転速度であり、（タイヤ半径Ｒｉ×車輪角速度ωｉ）で求められ、車輪速センサ１で検出することができる。

【0040】

スリップ率λｉは、駆動時（加速時）は式（２）で表される。

【0041】

【数2】

【0042】

図３で、スリップ率が正の場合は、駆動時の摩擦係数を示し、スリップ率が負の場合は、制動時の摩擦係数を示す。すなわち、図３のグラフにおいて、右上の領域が駆動時の特性を示し、左下の領域が制動時の特性を示す。

【0043】

図３に示すように、摩擦係数は、スリップ率が大きくなるにつれて大きくなるが、あるスリップ率でピークに達し、さらにスリップ率が大きくなると小さくなるという特徴をもつ。スリップ率の絶対値が小さい場合には、スリップ率と摩擦係数との間に線形の関係があり、両者の関係が破線で示した直線３１で表される。

【0044】

上述したように、スリップ率の絶対値が小さい範囲では、スリップ率と摩擦係数とが比例の関係にあるので、この比例係数を制動係数Ｋｂｉとする。

【0045】

タイヤ前後力Ｆｘｉは、式（３）で求められる。

【0046】

【数3】

【0047】

タイヤ前後力Ｆｘｉの全ての車輪７（４輪）についての合計値は、空気抵抗や車両１０の傾斜等による重力の影響を除くと、車両１０の運動方程式から式（４）で表される。

【0048】

【数4】

【0049】

ここで、ａｘは車両１０の前後加速度であり、ａｘｓｅは加速度センサ２が検出した車体８の重心に作用する前後加速度、ｍｂは乗員等を含めた車両１０の質量である。記号Σは、添え字ｉについての和、すなわち、全ての車輪７（４輪）についての合計を示す。

【0050】

式（４）に示すように、車両１０の前後加速度ａｘは、加速度センサ２が検出した値ａｘｓｅであるとしてもよい。但し、車両１０の前後加速度ａｘは、前後加速度ａｘｓｅに含まれている車体８のピッチングに伴う重力加速度成分を除去することで、高精度に求めることができる。このため、車両１０の前後加速度ａｘは、式（５）を用いて求めることもできる。ここで、θｙは車体８のピッチ角を示し、ｇは重力加速度を示す。

【0051】

【数5】

【0052】

ピッチ角θｙが小さい場合には、式（５）は、式（６）に近似できる。このため、ピッチ角θｙが小さいとして、式（５）の代わりに、線形の近似式である式（６）を用いてもよい。

【0053】

【数6】

【0054】

なお、車両１０が傾斜角αで傾斜している場合には、式（４）の運動方程式は、重力の項が追加されて式（７）で表される。

【0055】

【数7】

【0056】

また、ピッチ角θｙと傾斜角αが小さいとすれば、車両１０の前後加速度ａｘは、加速度センサ２が検出した前後加速度ａｘｓｅを用いて、式（８）で求められる。

【0057】

【数8】

【0058】

すると、タイヤ前後力Ｆｘｉの全ての車輪７（４輪）についての合計値は、式（７）、（８）から、加速度センサ２が検出した前後加速度ａｘｓｅを用いて、式（９）で求めることができる。

【0059】

【数9】

【0060】

ここで、ピッチ角θｙは、前後加速度とピッチ剛性の関係を用いて算出することができる。

【0061】

また、タイヤ前後力Ｆｘｉを計算する際に空気抵抗の影響を考慮する場合には、例えば式（４）の運動方程式を用いて、式（１０）のようにタイヤ前後力Ｆｘｉの全ての車輪７（４輪）についての合計値が求められる。

【0062】

【数10】

【0063】

ここで、Ａは車両１０の前面投影面積、Ｃは空気抵抗係数、ρは空気の密度である。車体速Ｖｂは、求めたい値（制動トルク等に含まれる値）であるので、式（１０）では、直近の過去に求めた値や車輪速Ｖｗｉを車体速Ｖｂとする。

【0064】

式（９）又は式（１０）を用いることで、タイヤ前後力Ｆｘｉの合計値をより精度よく求めることができる。

【0065】

一方、制動時には、タイヤ前後力Ｆｘｉの全ての車輪７（４輪）についての合計値は、式（３）に式（１）を代入することで、式（１１）で表される。

【0066】

【数11】

【0067】

式（１１）を車体速Ｖｂについて解くと、車体速Ｖｂを表す式として式（１２）が得られる。

【0068】

【数12】

【0069】

式（１２）を式（１）に代入すると、各輪のスリップ率λｉを表す式として式（１３）が得られる。

【0070】

【数13】

【0071】

式（１３）を式（３）に代入すると、各輪のタイヤ前後力Ｆｘｉを表す式として式（１４）が得られる。

【0072】

【数14】

【0073】

以上から、車体速Ｖｂ、各輪のスリップ率λｉ、各輪のタイヤ前後力Ｆｘｉは、加速度センサ２が検出した前後加速度ａｘｓｅを用いて算出可能な全ての車輪７についてのタイヤ前後力Ｆｘｉの合計値と、それぞれの車輪７のタイヤ荷重Ｆｚｉ（タイヤ上下力Ｆｚｉ）と、制動係数Ｋｂｉと、車輪速Ｖｗｉを用いて求められることがわかる（式（１２）－式（１４））。

【0074】

なお、制動トルク等推定部２６は、制動係数Ｋｂｉとして、タイヤ特性読込部２５がタイヤ特性記憶部２４から入力した値を用い、全ての車輪７のタイヤ荷重Ｆｚｉとして、タイヤ荷重推定部２１が推定した値を用いる。

【0075】

なお、以上の説明では、車両１０の全ての車輪７（４輪）の間で制動係数Ｋｂｉが異なる場合について述べた。４つの車輪７は、同じタイヤを用いて同じような状況の路面を走行していると考えられる場合には、タイヤ特性に大きな違いがなく、同一の制動係数Ｋｂでタイヤ特性が表されると仮定することができる。全ての車輪７が同一の制動係数Ｋｂを持つとすると、式（１２）－（１４）は、それぞれ式（１５）－（１７）のように表される。但し、ΣＦｚｉをｍｂ×ｇに置き換えている。

【0076】

【数15】

【0077】

【数16】

【0078】

【数17】

【0079】

すなわち、車体速Ｖｂ、各輪のスリップ率λｉ、各輪のタイヤ前後力Ｆｘｉは、各輪の制動係数Ｋｂｉに変えて、全ての車輪７に対して同一の値を持つ制動係数Ｋｂを用いて求めることができる。

【0080】

制動時のタイヤ前後力Ｆｘｉと制動トルクの関係は、走行抵抗を無視すると、式（１８）で表される。

【0081】

【数18】

【0082】

ここで、Ｉｉは車輪７の慣性モーメントを示し、Ｔｂｉは制動トルクを示し、Ｒｉはタイヤ半径を示し、ωｉは車輪角速度を示す。なお、ωｉ×Ｒｉ＝Ｖｗｉの関係がある。

【0083】

制動トルクＴｂｉは、式（１８）から式（１９）のように算出できる。

【0084】

【数19】

【0085】

式（１９）において慣性項を値が小さいので無視すると、制動トルクＴｂｉを表す式として式（２０）が得られる。

【0086】

【数20】

【0087】

ここで、減速時は、タイヤ前後力Ｆｘｉが負の値で、制動トルクＴｂｉが正の値としている。

【0088】

制動トルクＴｂｉには、ブレーキ装置９による制動トルクと、電動車両における電動機によるトルクと、内燃機関によるトルクが含まれる。電動機によるトルクは、回生ブレーキトルクと呼ばれ、内燃機関によるトルクは、エンジンブレーキトルクと呼ばれる。回生ブレーキトルクとエンジンブレーキトルクは、駆動トルクと呼ばれる。制動トルク等推定部２６は、これらの駆動トルクを既存技術に従って推定することができる。

【0089】

制動トルク等推定部２６は、ブレーキ装置９による制動トルクを、制動トルクＴｂｉから駆動トルク（回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルク）を減じることで求めることができる。

【0090】

また、ブレーキ装置９による制動トルクに比べ、回生ブレーキトルクとエンジンブレーキトルクが十分に小さい場合には、制動トルク等推定部２６は、制動トルクＴｂｉの値をブレーキ装置９による制動トルクの値とすることができる。

【0091】

また、ブレーキ装置９が非動作中であり、ブレーキ装置９による制動トルクが発生していない場合には、制動トルク等推定部２６は、制動トルクＴｂｉの値を回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルクの値とすることができる。また、ブレーキ装置９による制動トルクが計測可能である場合には、制動トルク等推定部２６は、計測されたブレーキ装置９による制動トルクの値を制動トルクＴｂｉから減じることで、回生ブレーキトルク又はエンジンブレーキトルクを求めることができる。

【0092】

次に、タイヤ荷重推定部２１がタイヤ荷重Ｆｚｉ（タイヤ上下力Ｆｚｉ）を算出する方法について説明する。タイヤ荷重推定部２１は、公知の方法でタイヤ荷重Ｆｚｉを算出することができる。以下では、一例として、車両１０が直線を走行するときのタイヤ荷重Ｆｚｉを算出する方法について説明する。

【0093】

例えば、加減速がない場合の左右輪の荷重が互いに等しいと仮定すれば、直進走行している場合には、タイヤ荷重Ｆｚｉは、前輪については式（２１）で、後輪については式（２２）で算出できる。

【0094】

【数21】

【0095】

【数22】

【0096】

ここで、ｍｂは乗員等を含めた車両１０の質量、Ｌｆは車両１０の重心位置と前輪軸との前後方向の距離、Ｌｒは車両１０の重心位置と後輪軸との前後方向の距離、Ｌｂａｓはホイールベース（Ｌｂａｓ＝Ｌｆ＋Ｌｒ）、ｈｙｃは車両１０の重心高さを示す。

【0097】

式（２１）と式（２２）から、タイヤ荷重Ｆｚｉ（タイヤ上下力Ｆｚｉ）も、加速度センサ２が検出した前後加速度ａｘｓｅを用いて算出することができる。前後加速度ａｘは、加速度センサ２が検出した前後加速度ａｘｓｅを用いて求められる（例えば、式（４）、（５）、（６）、（８）を参照）。

【0098】

なお、制動トルク等推定部２６は、タイヤ荷重Ｆｚｉとして、タイヤ荷重推定部２１が算出して推定した値ではなく、実測したりサスペンションの変位等から算出したりして求めた値を用いてもよい。

【0099】

次に、タイヤ特性推定部２２について説明する。タイヤ特性推定部２２は、本実施例では、タイヤ特性として制動係数Ｋｂｉを推定して求める。本実施例では、全ての車輪７が同一の制動係数Ｋｂを持つ（すなわち、Ｋｂｉ＝Ｋｂ）と仮定し、この制動係数Ｋｂを求める例を示す。

【0100】

図３に示したタイヤ特性は、制動時と駆動時で摩擦係数の符号が異なる以外はほぼ等しいことが知られている。そこで、本実施例では、車両１０の加速時である駆動時に制動係数Ｋｂを算出する方法を示す。

【0101】

車両１０が前輪駆動で加速する場合を例に挙げて説明する。後輪の駆動力はゼロであり、制動力もゼロである。したがって、後輪のスリップ率λｉ（ｉは、ＲＬとＲＲ）をゼロと仮定すると、車体速Ｖｂは、式（２）から得られた式（２３）を用いて算出できる。

【0102】

【数23】

【0103】

式（２３）を式（２）に代入すると、左前輪のスリップ率λＦＬは、式（２４）で求まり、右前輪のスリップ率λＦＲは、式（２５）で求まる。

【0104】

【数24】

【0105】

【数25】

【0106】

左前輪のタイヤ前後力ＦｘＦＬと右前輪のタイヤ前後力ＦｘＦＲは、式（３）から、それぞれ式（２６）と式（２７）で表される。式（２６）と式（２７）のスリップ率λＦＬ、λＦＲには、式（２４）と式（２５）で得られたスリップ率を用いる。

【0107】

【数26】

【0108】

【数27】

【0109】

また、後輪の駆動力と制動力がゼロであるとすると、タイヤ前後力Ｆｘｉの全ての車輪７（４輪）についての合計値は、式（２８）で表される。

【0110】

【数28】

【0111】

式（２８）の左辺のタイヤ前後力Ｆｘｉの合計値は、式（４）等に示すように、加速度センサ２が検出した前後加速度ａｘｓｅを用いて求めることができる。

【0112】

式（２８）の右辺に式（２６）、（２７）を代入し、式（２８）を制動係数Ｋｂについて解くと、式（２９）が得られる。

【0113】

【数29】

【0114】

すなわち、制動係数Ｋｂは、加速度センサ２が検出した前後加速度ａｘｓｅ（又は、車両１０の前後加速度ａｘ）と、式（２４）、（２５）で用いられる４輪の車輪速Ｖｗｉと、前輪のタイヤ荷重ＦｚＦＬ、ＦｚＦＲを用いて算出できる。

【0115】

以上の説明では、車両１０が前輪駆動である例を説明した。車両１０が後輪駆動の場合には、上記の説明で前輪と後輪を入れ替えればよい。

【0116】

なお、各輪の駆動力がわかっていれば左前輪のタイヤ前後力ＦｘＦＬと右前輪のタイヤ前後力ＦｘＦＲがわかり、一方で式（２４）、式（２５）から左前輪のスリップ率λＦＬ及び右前輪のスリップ率λＦＲが求められることから、式（２６）、（２７）を用いて制動係数Ｋｂを求めることができる。

【0117】

次に、車両１０が４輪駆動である例を説明する。４輪駆動での、エンジンや電動機による車輪７の駆動力の前後配分が、式（３０）によって検知又は推定可能であると仮定する。

【0118】

【数30】

【0119】

ここで、ＦｄｘＦが前輪の駆動力、ＦｄｘＲが後輪の駆動力を示し、γがこれらの比を示す。

【0120】

前輪のタイヤ前後力ＦｘＦＬ、ＦｘＦＲは、車両１０の運動方程式から式（３１）で求められる。

【0121】

【数31】

【0122】

同様に、左後輪のタイヤ前後力ＦｘＲＬと右後輪のタイヤ前後力ＦｘＲＲは、式（３２）で求められる。

【0123】

【数32】

【0124】

一方、式（２）と式（３）から、左前輪（ｉ＝ＦＬ）に関して式（３３）が得られ、左後輪（ｉ＝ＲＬ）に関して式（３４）が得られる（Ｋｂｉ＝Ｋｂと仮定した）。

【0125】

【数33】

【0126】

【数34】

【0127】

式（３３）と式（３４）の連立方程式から車体速Ｖｂと制動係数Ｋｂを未知数として解くと、制動係数Ｋｂを表す式として式（３５）が得られる。

【0128】

【数35】

【0129】

式（３５）で表される制動係数Ｋｂは、左前輪についての式（３３）と左後輪についての式（３４）から求めたが、制動係数Ｋｂは、右前輪についての式と右後輪についての式から求めてもよく、左前輪についての式と右後輪についての式や、右前輪についての式と左後輪についての式から求めてもよい。例えば、制動係数Ｋｂを、右前輪についての式と右後輪についての式から求めると、式（３６）が得られる。

【0130】

【数36】

【0131】

制動係数Ｋｂは、上述したように複数の式で得ることができる。そこで、複数の式（例えば、式（３５）、式（３６）の２つの式）から得られた制動係数Ｋｂの平均値を制動係数Ｋｂの値とすることで、制動係数Ｋｂをより精度よく求めることもできる。

【0132】

以上のようにして、タイヤ特性推定部２２は、タイヤ特性である制動係数Ｋｂ（又は制動係数Ｋｂｉ）を算出する。なお、タイヤ特性推定部２２は、タイヤ特性が経年で変化することを考慮し、予め定めた所定の時間ごとに制動係数Ｋｂを推定してもよい。また、タイヤ特性推定部２２は、複数回推定して得られた制動係数Ｋｂを平均し、平均して得られた値を制動係数Ｋｂの値とすることで、制動係数Ｋｂの精度を高めるようにしてもよい。

【0133】

タイヤ特性記憶部２４は、タイヤ特性推定部２２が求めたタイヤ特性を記憶する。本実施例では、タイヤ特性記憶部２４は、制動係数Ｋｂ（又は制動係数Ｋｂｉ）をタイヤ特性として記憶する。

【0134】

本実施例による制動トルク推定装置２０は、車両１０の車輪７の車輪速Ｖｗｉと前後加速度ａｘ（前後加速度ａｘｓｅ）を用いて、タイヤ特性である制動係数Ｋｂ（Ｋｂｉ）、及びタイヤ荷重Ｆｚｉ（タイヤ上下力Ｆｚｉ）を推定でき、推定した制動係数Ｋｂ（Ｋｂｉ）やタイヤ荷重Ｆｚｉを用いて、車体速Ｖｂ、スリップ率λｉ、タイヤ前後力Ｆｘｉ、及び制動トルクＴｂｉを算出できる。コントローラ５は、制動トルク推定装置２０が算出したこれらの値を用いて車両１０の運動を制御する。本実施例による制動トルク推定装置２０を用いると、低コストで高精度に制動トルクを推定でき、車両１０の運動も低コストで高精度に制御することができる。

【実施例0135】

本発明の実施例２による制動トルク推定装置について説明する。実施例１では、車両１０が主に直線を走行する例について説明した。本実施例では、車両１０が旋回して走行する場合について説明する。車両１０が旋回して走行すると、例えばタイヤ荷重Ｆｚｉの推定方法が、車両１０が直線を走行する場合と異なる。以下では、車両１０が旋回する場合において、タイヤ荷重推定部２１がタイヤ荷重Ｆｚｉを算出する方法について説明する。

【0136】

車両１０の旋回時には、車両１０にロール運動が発生することにより、タイヤ荷重Ｆｚｉは、式（３７）－（４０）で表される。

【0137】

【数37】

【0138】

【数38】

【0139】

【数39】

【0140】

【数40】

【0141】

ここで、ＤＦは車両１０の前輪のトレッド、ＤＲは車両１０の後輪のトレッド、ａｙは車両１０の横方向の加速度を表す。

【0142】

また、各車輪速から、ばね上重心位置における車両１０の前後方向の速度に換算した車輪速は、各車輪速に旋回運動によって生じる実舵角δやヨーレイトｒに基づく各輪の速度差を加減算することで求められる。車輪速センサ１で計測される車輪速をＶｗｓｉとすると、ばね上重心位置における車両１０の前後方向の速度に換算した車輪速Ｖｗｉは、式（４１）－（４４）で表される。

【0143】

【数41】

【0144】

【数42】

【0145】

【数43】

【0146】

【数44】

【0147】

図４は、横滑り角βが変化したときの、スリップ率と摩擦係数との関係の例を示す図である。図４には、図３と同じ曲線３０が示されている。実施例１で説明したように、制動係数Ｋｂは、スリップ率の絶対値が小さい範囲における、スリップ率と摩擦係数との比例係数である。

【0148】

制動係数Ｋｂは、車両１０の旋回時の横滑り角βによって変化する。横滑り角βがゼロから大きくなっていくと、スリップ率の絶対値が小さい範囲では、スリップ率の変化に対する摩擦係数の変化が小さくなっていく。このため、スリップ率と摩擦係数との比例係数である制動係数Ｋｂは、横滑り角βの増加に伴って小さくなっていく。このような横滑り角βの値に依存する制動係数Ｋｂを、Ｋｂ（β）と表記する。

【0149】

タイヤ特性読込部２５は、制動係数Ｋｂを、横滑り角βの関数Ｋｂ（β）として、タイヤ特性記憶部２４から入力する。横滑り角βは、操舵角（実舵角δ）と車体速Ｖｂを用いて、既存の方法で算出できる。

【0150】

制動トルク等推定部２６は、制動係数ＫｂをＫｂ（β）に置き換えるとともに、車輪速Ｖｗｉとして、ばね上重心位置における車両１０の前後方向の速度に換算した車輪速Ｖｗｉ（式（４１）－（４４））の値を入力すると、式（１２）－（２０）を用いて、車体速Ｖｂ、スリップ率λｉ、タイヤ前後力Ｆｘｉ、及び制動トルクＴｂｉを算出できる。

【0151】

なお、実施例１では、タイヤ特性推定部２２は、横滑り角βがゼロの場合の制動係数Ｋｂ（０）を求めている。この制動係数Ｋｂ（０）を基にして、横滑り角βがゼロから変化したときの制動係数Ｋｂの値の変化（すなわち、制動係数Ｋｂの値の、Ｋｂ（０）からの変化）を実験や数値シミュレーション等で求めることができる。このようにして横滑り角βと制動係数Ｋｂとの関係を予め求めておくと、タイヤ特性推定部２２は、この関係を制動係数Ｋｂ（β）として記憶することもできる。

【0152】

また、車両１０の旋回時にタイヤ荷重Ｆｚｉを推定したときの横滑り角β１を求めておいて、この横滑り角β１に対応する制動係数Ｋｂ（β１）を求め、この制動係数Ｋｂ（β１）を基にして、横滑り角βがβ１から変化したときの制動係数Ｋｂの値の変化（すなわち、制動係数Ｋｂの値の、Ｋｂ（β１）からの変化）を実験や数値シミュレーション等で求め、横滑り角βと制動係数Ｋｂとの関係を予め求めておくこともできる。タイヤ特性推定部２２は、この関係を制動係数Ｋｂ（β）として記憶することもできる。

【0153】

本実施例によれば、車両１０の直線走行時だけでなく旋回時にもタイヤ特性（制動係数Ｋｂ）や制動トルク等（車体速Ｖｂ、スリップ率λｉ、タイヤ前後力Ｆｘｉ、及び制動トルクＴｂｉ）を算出することができ、車両１０の走行状態によらず低コストで高精度に制動トルクＴｂｉを推定できる。